省エネ・省資源を実現した位置検出機能付きブラシレスDCモータ及び位置制御システムです。
日本特許第5742025号 発明名称「加減速・停止制御用ブラシレスDCモータ」が、平成28年度関東地方発明表彰において、神奈川県発明協会会長賞を受賞しました。
リコーでは、従来のステッピングモータの機能・性能を損なわず、DCモータで低消費電力、小型、軽量を実現する技術を開発し、2012年2月発売のカラー複合機 imagio MP C5002シリーズに搭載しました。 本技術では、ステッピングモータ特有の脱調現象、高周波異音や低周波振動の問題なども解決し、さらにモータの温度上昇も大幅に低減することができました。また脱調の心配がないためモータの自由な動きの実現も可能になりました。
図1.フルカラー複合機へのDCモータ搭載効果
※ 消費電力量: 国際エネルギースタープログラムの測定法に基づく、1週間分の消費電力量(Wh)
従来からリコーでは下記の種類のモータを使用していますが、ブラシレスDCモータはステッピングモータに比べて、効率、重量、大きさの面で優位な特徴を持ちますが、位置決め機能を実現するためには、センサやフィードバック制御が必要です。
また、ステッピングモータをオープンループ制御で駆動する場合、脱調を回避するために、実際のメカ負荷トルクに対し大きなマージン(安全率)で出力電流を設定します。このため大きな電力損出が生じます。
リコーでは、このブラシレスDCモータの制御システムを新たに開発しました。
表1.リコーで従来から使用しているモータの特徴
(注意:ステッピングモータは定電流駆動、オープンループ制御)
位置制御用エンコーダ付きブラシレスDCモータと駆動システムの特徴をご紹介します。
1.新型ブラシレスDCモータの特徴
2.高速デジタル制御アルゴリズムを開発
制御回路は低価格マイコンを採用しながらも、高精度制御を実現した独自の制御アルゴリズムファームウエアを搭載しています。
また、フェールセーフアルゴリズムも搭載し安全性にも十分配慮しています。
制御パラメータは最大4種類設定が可能で、制御ICの集約化にも配慮しています。
3.従来のステッピングモータと互換な指令信号インターフェース
パルス(クロック)入力タイプのステッピングモータドライバと互換なインターフェースを用意し、上位システムの変更無しでマイナーチェンジ機種への展開が可能です。
図2.ステッピングモータとDCモータ駆動システム比較
複数のモータを同時独立に制御できる多軸制御システムを開発し、
2013年5月発売のカラー複合機RICOH MP C8002/C6502シリーズ、ならびに RICOH MP C6003/C5503/C4503/C3503/C3003シリーズに搭載しました。その後継機、および周辺機器にも採用されています。
周辺機器については、ドキュメントフィーダー、フィニッシャー、大量給紙トレイなどの用紙搬送用モータに搭載されています。
1.多軸駆動制御システム
従来、1マイコンで1モータを制御する方式から、複数個のモータを同時に制御する方式に対応するため、5軸制御タイプと8軸制御タイプの2種類のカスタム制御ICを開発しました。
また、スマートポジションモータの特徴である省エネ・省資源効果を多数個使用機種へも展開可能となり、より大きな省エネ・省資源効果が低コストで実現することができました。
2.多軸駆動制御システムの特徴
図3.スマートポジションモータ多軸制御システム
図4.カスタム制御IC 8軸対応タイプ(左)と5軸対応タイプ(右)
エンコーダレスで回転位置検出を実現したブラシレスDCモータドライバICと、このドライバICを搭載したインナーロータブラシレスDCモータを開発し、2014年10月発売のデジタルモノクロ複合機RICOH MP6054/5054/4054シリーズ、RICOH MP3554/2554シリーズに初搭載しました。その後継機として2017年1月に発売されたデジタルモノクロ複合機RICOH MP6055/5055/4055/3555/2555シリーズ、および周辺機器にも搭載しています。
また、デジタルカラー複合機としては、2016年5月発売のRICOH MP C6004/C5504/C4504/C3504/C3004シリーズ、 および周辺機器に搭載しています。
1.エンコーダレス位置検出機能付きブラシレスDCモータドライバIC
ホール素子信号からエンコーダ信号を生成するブラシレスDCモータドライバICを開発しました。従来、エンコーダのような位置検出センサとモータドライバICは別部品でしたが、機能を一体化したモータドライバICにしたことで省スペース化や低コスト化、環境ロバスト性向上を実現しています。このドライバICを搭載したモータを使用することで、光学式エンコーダでは懸念のあった使用環境への展開が可能となりました。スマートポジションモータシステムの特徴である省エネ・省資源効果を、より多くの製品・機種に、より低コストで展開することができます。
図5.構成比較図(左:光学エンコーダ付き、右:エンコーダレスのブラシレスDCモータ)
2.モータドライバICの特徴
図6.新開発モータドライバIC (左:RN5C711、右:RN5C772)
3.採用のメリット
テクニカルレポート