JP2018098856A - Control device of permanent magnet synchronous motor, image formation apparatus and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石同期電動機の制御装置、画像形成装置、および制御方法に関する。 The present invention relates to a control device, an image forming apparatus, and a control method for a permanent magnet synchronous motor.
一般に、永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）は、捲線を有する固定子と永久磁石を用いた回転子とを有し、捲線に交流電流を流して回転磁界を発生させる。これにより、回転子は回転磁界に同期して回転する。 Generally, a permanent magnet synchronous motor (PMSM) has a stator having a winding and a rotor using a permanent magnet, and an alternating current is passed through the winding to generate a rotating magnetic field. As a result, the rotor rotates in synchronization with the rotating magnetic field.
近年、センサレス型の永久磁石同期電動機が広く用いられている。センサレス型は、磁極位置を検出するための磁気センサやエンコーダを有していない。このため、センサレス型の永久磁石同期電動機の駆動には、回転中に捲線に発生する誘起電圧により流れる電流に基づいて回転子の磁極位置および回転速度を推定する方法が用いられる。 In recent years, sensorless permanent magnet synchronous motors have been widely used. The sensorless type does not have a magnetic sensor or an encoder for detecting the magnetic pole position. For this reason, a sensorless permanent magnet synchronous motor is driven by a method of estimating the magnetic pole position and rotation speed of the rotor based on the current that flows due to the induced voltage generated in the winding during rotation.
また、センサレス型の永久磁石同期電動機が停止しているときに回転子の磁極位置を推定するいわゆる初期位置推定の手法として、インダクティブセンシングと呼ばれる方法がある。この方法は、磁極位置によって捲線のインダクタンスが微妙に変化する性質を利用する方法であって、特許文献１に記載されるように、各相の励磁を順に行うように捲線に電圧を印加し、各相の励磁において捲線に流れる電流のピーク振幅値を比較することにより磁極位置を推定するものである。
As a so-called initial position estimation method for estimating the magnetic pole position of the rotor when the sensorless permanent magnet synchronous motor is stopped, there is a method called inductive sensing. This method utilizes the property that the inductance of the winding changes slightly depending on the magnetic pole position. As described in
初期位置推定を行うことにより、その後に回転子を回転させる際に、回転子の磁極位置に応じて適切に固定子を励磁することができる。 By performing the initial position estimation, when the rotor is subsequently rotated, the stator can be appropriately excited according to the magnetic pole position of the rotor.
インダクティブセンシングによる初期位置推定では、捲線に印加する電圧を高くするほど、回転子の磁極位置( 初期位置）と励磁する捲線の位置とが一致したときとずれたときとの捲線に流れる電流の差が大きくなる。つまり、印加する電圧が低い場合と比べて高い精度の推定が可能になる。 In the initial position estimation by inductive sensing, the higher the voltage applied to the winding, the difference between the current flowing in the winding when the rotor magnetic pole position (initial position) matches the position of the exciting winding and when it shifts. Becomes larger. That is, it is possible to estimate with higher accuracy than when the applied voltage is low.
しかし、捲線に印加する電圧を高くすると、例えば長時間にわたって永久磁石同期電動機が使用されていない場合に、捲線から振動音が発生して永久磁石同期電動機が騒音の発生源になってしまう、という問題があった。 However, if the voltage applied to the shoreline is increased, for example, when the permanent magnet synchronous motor is not used for a long time, vibration sound is generated from the shoreline and the permanent magnet synchronous motor becomes a source of noise. There was a problem.
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、停止状態の回転子の磁極位置を所定の精度で推定することができかつ振動音の発生を抑えることのできる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a control device and a control method capable of estimating the magnetic pole position of a stopped rotor with a predetermined accuracy and suppressing generation of vibration noise. The purpose is to do.
本発明の実施形態に係る制御装置は、電機子に流れる電流による回転磁界によって永久磁石を用いた回転子が回転するセンサレス型の永久磁石同期電動機の制御装置であって、 前記電機子に電流を流して前記回転子を駆動する駆動部と、互いに方向の異なる磁界ベクトルを順次に生じさせるパルス電圧が前記電機子に印加されたときの当該電機子に流れる電流に基づいて、停止状態の前記回転子の磁極位置である初期位置を推定する初期位置推定部と、推定された前記初期位置から回転する前記回転磁界が生成されるよう前記駆動部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記回転子が停止状態にあるときに前記パルス電圧を印加するよう前記駆動部を制御し、その際に前記電機子の温度に対応した値である温度特定値に応じて当該パルス電圧の電圧値を設定する。 A control device according to an embodiment of the present invention is a control device for a sensorless permanent magnet synchronous motor in which a rotor using a permanent magnet is rotated by a rotating magnetic field generated by a current flowing through the armature, and a current is supplied to the armature. The rotation unit in a stopped state based on a current flowing through the armature when a pulse voltage that sequentially generates a magnetic field vector having different directions from each other is applied to the drive unit that drives the rotor to flow. An initial position estimating unit that estimates an initial position that is a magnetic pole position of a child, and a control unit that controls the driving unit so that the rotating magnetic field that rotates from the estimated initial position is generated, and the control The control unit controls the driving unit to apply the pulse voltage when the rotor is in a stopped state, and in response to a temperature specific value that is a value corresponding to the temperature of the armature. To set the voltage value of the pulse voltage.
本発明によると、停止状態の回転子の磁極位置を所定の精度で推定することができかつ振動音の発生を抑えることができる。 According to the present invention, the magnetic pole position of the rotor in the stopped state can be estimated with a predetermined accuracy, and the generation of vibration noise can be suppressed.
図１には本発明の一実施形態に係るモータ制御装置２１を備えた画像形成装置１の構成の概要が、図２にはブラシレスモータ３，３ｂの構成が模式的に示されている。
FIG. 1 schematically shows the configuration of an
図１において、画像形成装置１は、電子写真式のプリンタエンジン１Ａを備えたカラープリンタである。プリンタエンジン１Ａは４個のイメージングステーション１１，１２，１３，１４を有しており、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の４色のトナー像を並行して形成する。イメージングステーション１１，１２，１３，１４のそれぞれは、筒状の感光体、帯電チャージャ、現像器、クリーナ、および露光用の光源などを有している。
In FIG. 1, an
４色のトナー像は中間転写ベルト１６に一次転写され、用紙カセット１０から給紙ローラ１５Ａによって引き出されてレジストローラ対１５Ｂを経て搬送されてきた用紙９に二次転写される。二次転写の後、用紙９は定着器１７の内部を通って上部の排紙トレイ１８へ送り出される。定着器１７を通過するとき、加熱および加圧によってトナー像が用紙９に定着する。
The four-color toner images are primarily transferred to the
画像形成装置１は、定着器１７、中間転写ベルト１６、給紙ローラ１５Ａ、レジストローラ１５Ｂ、感光体、および現像器のローラなどの回転体を回転させる駆動源として、ブラシレスモータ３を含む複数のブラシレスモータを用いる。つまり、プリンタエンジン１Ａは、これらのブラシレスモータにより回転駆動される回転体を用いて用紙９を搬送したり当該用紙９に画像を形成したりする。
The
ブラシレスモータ３は、例えば用紙カセット１０の近傍に配置されて、給紙ローラ１５Ａを回転駆動する。このブラシレスモータ３は、モータ制御装置２１により制御される。
The
図２において、ブラシレスモータ３，３ｂは、センサレス型の永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ:Permanent Magnet Synchronous Motor)である。
In FIG. 2,
図２（Ａ）に示すブラシレスモータ３は、回転磁界を発生させる電機子としての固定子３１と、永久磁石を用いたインナー式の回転子３２とを備えている。固定子３１は、１２０°間隔で配置されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコア３６，３７，３８、およびＹ結線された３つの捲線（コイル）３３，３４，３５を有している。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相交流電流を捲線３３〜３５に流してコア３６，３７，３８を順に励磁することによって回転磁界が生じる。回転子３２は、この回転磁界に同期して回転する。
The
このようなブラシレスモータ３に代えて、図２（Ｂ）に示すブラシレスモータ３ｂを画像形成装置１に実装することができる。ブラシレスモータ３ｂは、回転磁界を発生させる固定子３１ｂと、永久磁石を用いたアウター式の回転子３２ｂとを備えている。固定子３１ｂは、１２０°間隔で配置されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコア３６ｂ，３７ｂ，３８ｂ、およびＹ結線された３つの捲線３３ｂ，３４ｂ，３５ｂを有している。ブラシレスモータ３ｂもブラシレスモータ３と同様に回転磁界に同期して回転する。
Instead of such a
図２に示す例では回転子３２，３２ｂの磁極数は２である。ただし、回転子３２，３２ｂの磁極数は２に限らず、４または６以上であってもよい。また、固定子３１，３１ｂのスロット数は３に限らない。いずれにしても、ブラシレスモータ３，３ｂに対して、ｄ−ｑ軸座標系を基本とした制御モデルを用いて磁極位置および回転速度の推定を行うベクトル制御（センサレスベクトル制御）が、モータ制御装置２１により行われる。
In the example shown in FIG. 2, the number of magnetic poles of the
なお、以下において、回転子３２のＳ極およびＮ極のうちの黒丸で示すＮ極の回転角度位置を、回転子３２の「磁極位置ＰＳ」ということがある。
Hereinafter, the rotation angle position of the N pole indicated by the black circle of the S pole and the N pole of the
図３にはブラシレスモータ３のｄ−ｑ軸モデルが示されている。ブラシレスモータ３のベクトル制御では、ブラシレスモータ３の捲線３３〜３５に流れる３相の交流電流を、回転子３２である永久磁石と同期して回転している２相の捲線に流す直流電流に変換して制御を簡単化する。
FIG. 3 shows a dq axis model of the
永久磁石の磁束方向（Ｎ極の方向）をｄ軸とし、ｄ軸から電気角でπ／２［ｒａｄ］（９０°）進んだ方向をｑ軸とする。ｄ軸およびｑ軸はモデル軸である。Ｕ相の捲線３３を基準とし、これに対するｄ軸の進み角をθと定義する。この角度θは、Ｕ相の捲線３３に対する磁極の角度位置（磁極位置ＰＳ）を示す。ｄ−ｑ座標系は、Ｕ相の捲線３３を基準としてこれより角度θだけ進んだ位置にある。
The magnetic flux direction (N-pole direction) of the permanent magnet is defined as the d axis, and the direction advanced by π / 2 [rad] (90 °) in electrical angle from the d axis is defined as the q axis. The d axis and the q axis are model axes. The lead angle of the d-axis relative to the
ブラシレスモータ３は回転子３２の角度位置（磁極位置）を検出する位置センサを有していないので、モータ制御装置２１において回転子３２の磁極位置ＰＳを推定する必要がある。その推定した磁極位置を示す推定角度θｍに対応してγ軸を定め、γ軸よりも電気角でπ／２進んだ位置をδ軸に定める。γ−δ座標系は、Ｕ相の捲線３３を基準としてこれより推定角度θｍだけ進んだ位置にある。角度θに対する推定角度θｍの遅れ量を、Δθと定義する。遅れ量Δθが零のときは、γ−δ座標系はｄ−ｑ座標系と一致する。
Since the
図４にはモータ制御装置２１の機能的構成の一例が、図５にはモータ制御装置２１におけるモータ駆動部２６および電流検出部２７の構成の例が、それぞれ示されている。また、図６には初期位置推定の処理の概要が、図７には初期位置推定において電機子に流れる電流の測定結果の例が、それぞれ示されている。
FIG. 4 shows an example of the functional configuration of the
図４に示すように、モータ制御装置２１は、ベクトル制御部２３、速度・位置推定部２４、初期位置推定部２５、モータ駆動部２６、電流検出部２７、記憶部２８、および計時部２９などを有している。
As shown in FIG. 4, the
モータ駆動部２６は、ブラシレスモータ３の捲線３３〜３５に電流を流して回転子３２を駆動するインバータ回路である。図５のように、モータ駆動部２６は、３つのデュアル素子２６１，２６２，２６３、およびプリドライブ回路２６５などを有する。
The
各デュアル素子２６１〜２６３は、特性の揃った２つのトランジスタ（例えば、電界効果トランジスタ：ＦＥＴ）を直列接続してパッケージに収めた回路部品である。
Each of the
デュアル素子２６１〜２６３によって、直流電源ライン２１１から接地ラインへ捲線３３〜３５を介して流れる電流Ｉが制御される。詳しくは、デュアル素子２６１のトランジスタＱ１，Ｑ２によって、捲線３３を流れる電流Ｉｕが制御され、デュアル素子２６２のトランジスタＱ３，Ｑ４によって、捲線３４を流れる電流Ｉｖが制御される。そして、デュアル素子２６３のトランジスタＱ５，Ｑ６によって、捲線３５を流れる電流Ｉｗが制御される。
The
図５において、プリドライブ回路２６５は、ベクトル制御部２３から入力される制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を、各トランジスタＱ１〜Ｑ６に適した電圧レベルに変換する。変換後の制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−が、トランジスタＱ１〜Ｑ６の制御端子（ゲート）に入力される。
In FIG. 5, the
電流検出部２７は、Ｕ相電流検出部２７１およびＶ相電流検出部２７２を有し、捲線３３，３４に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する。Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０であるので、検出した電流Ｉｕ，Ｉｖの値から計算によって電流Ｉｗを求めることができる。
The
Ｕ相電流検出部２７１およびＶ相電流検出部２７２は、電流Ｉｕ，Ｉｖの流路に挿入されているシャント抵抗による電圧降下を増幅してＡ／Ｄ変換し、電流Ｉｕ，Ｉｖの検出値として出力する。すなわち、２シャント方式の検出を行う。シャント抵抗の抵抗値は１／１０Ωオーダーの小さい値である。
The U-phase
なお、モータ駆動部２６と電流検出部２７とを一体化した回路部品を用いてモータ制御装置２１を構成することができる。
Note that the
図４に戻って、ベクトル制御部２３は、上位制御部２０からの速度指令Ｓ１の示す速度指令値ω＊に応じて、モータ駆動部２６を制御する。上位制御部２０は、画像形成装置１の全体の制御を受け持つコントローラであり、画像形成装置１をウォームアップするとき、プリントジョブを実行するとき、節電モードに移行するときなどに速度指令Ｓ１を発する。回転駆動の開始（起動）を指令する場合に、上位制御部２０は、起動指令Ｓ１ａを含む速度指令Ｓ１をベクトル制御部２３に与える。つまり、この場合の速度指令Ｓ１は、起動指令Ｓ１ａとなる。その後、所定の運転パターンに従って加速するよう速度指令値ω＊を増大させる。
Returning to FIG. 4, the
ベクトル制御部２３は、起動指令Ｓ１ａが入力されると、後に述べる初期位置を推定するためのパルス電圧を電機子の捲線３３〜３５に印加するようモータ駆動部２６を制御する。その後に、初期位置推定部２５により推定された初期位置から回転する回転磁界が生成されるようモータ駆動部２６を制御する。
When the start command S1a is input, the
ベクトル制御部２３は、速度制御部４１、電流制御部４２、出力座標変換部４３、ＰＷＭ変換部４４、および入力座標変換部４５を有する。これらの各部により、次のようにブラシレスモータ３のベクトル制御のための処理が行われる。
The
速度制御部４１は、上位制御部２０からの速度指令値ω＊と速度・位置推定部２４からの速度推定値ωｍとに基づいて、速度推定値ωｍが速度指令値ω＊に近づくようにγ−δ座標系の電流指令値Ｉγ＊，Ｉδ＊を決定する。
Based on the speed command value ω * from the
電流制御部４２は、電流指令値Ｉγ＊，Ｉδ＊に基づいて、γ−δ座標系の電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊を決定する。
The
出力座標変換部４３は、速度・位置推定部２４からの推定角度θｍに基づいて、電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊をＵ相、Ｖ相、およびＷ相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。
Based on the estimated angle θm from the speed /
ＰＷＭ変換部４４は、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を生成し、モータ駆動部２６へ出力する。制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−は、ブラシレスモータ３に供給する３相交流電力の周波数および振幅をパルス幅変調（PWM: Pulse Width Modulation ）により制御するための信号である。
The
入力座標変換部４５は、電流検出部２７により検出されたＵ相の電流ＩｕおよびＶ相の電流Ｉｖの各値からＷ相の電流Ｉｗの値を算出する。そして、速度・位置推定部２４からの推定角度θｍと３相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの値とに基づいて、γ−δ座標系の推定電流値Ｉγ，Ｉδを算出する。つまり、電流について３相から２相への変換を行う。
The input coordinate
速度・位置推定部２４は、入力座標変換部４５からの推定電流値Ｉγ，Ｉδと電流制御部４２からの電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊とに基づいて、いわゆる電圧電流方程式に従って速度推定値ωｍおよび推定角度θｍを求める。速度推定値ωｍは、回転子３２の回転速度の推定値の例であり、推定角度θｍは、回転子３２の磁極位置ＰＳの推定値の例である。
The speed /
求められた速度推定値ωｍは、速度制御部４１に入力され、求められた推定角度θｍは、出力座標変換部４３および入力座標変換部４５に入力される。なお、速度推定値ωｍを上位制御部２０に回転状態のモニタ情報として送るようにしてもよい。
The obtained estimated speed value ωm is input to the
初期位置推定部２５は、インダクティブセンシング法を用いて、停止状態の回転子３２の磁極位置ＰＳである初期位置ＰＳｓ( 図６参照）を推定する。停止状態とは、回転子３２が完全に静止している状態に限らず、零に近い低速度で回転していたり小さく振動していたりする静止寸前の状態を含む。
The initial
初期位置ＰＳｓの推定の要領は次の通りである。 The procedure for estimating the initial position PSs is as follows.
速度制御部４１は、回転磁界が生成されるようモータ駆動部２６を制御するのに先立って、図６（Ｂ）に示すパルス電圧Ｖθを複数回印加するようモータ駆動部２６を制御する。パルス電圧Ｖθは、図６（Ａ）に示す磁界ベクトル８５を生じさせるために印加される。
Prior to controlling the
磁界ベクトル８５の方向は、パルス電圧Ｖθを印加するごとに切り替えられる。図６（Ａ）の例では、電気角で３６０度の角度範囲を１２等分した３０度ずつずれる方向に切り替えられる。つまり、互いに方向の異なる磁界ベクトル８５を順次に生じさせるようパルス電圧Ｖθを１２回印加する。
The direction of the
なお、以下において、初期位置ＰＳｓを推定するために磁界ベクトル８５の方向が変わるようにパルス電圧Ｖθを印加することを「探索」ということがある。
In the following, applying the pulse voltage Vθ so that the direction of the
磁界ベクトル８５を生じさせるために、磁界ベクトル８５と同じ向きの電流ベクトル９５を定める。電流ベクトル９５は、磁界ベクトル８５を生じさせるために捲線３３〜３５に流すべき電流を表わす。電流ベクトル９５の大きさは磁界ベクトル８５の大きさと比例する。図６（Ａ）では、図示を簡略化するため、磁界ベクトル８５と電流ベクトル９５とが同じ大きさのベクトルとして示されている。
In order to generate the
電流ベクトル９５を定めることは、モータ駆動部２６を制御するための実際の処理の上では、電流ベクトル９５の向きと大きさとを設定することである。電流ベクトル９５の向きとして、Ｕ相の捲線３３に対する角度位置を示す角度θを設定する。この角度θは、図３で説明した通りｄ軸の角度位置を示す。つまり、本実施形態の初期位置ＰＳｓの推定においては、電流ベクトル９５の向きをｄ軸とする。したがって、電流ベクトル９５の大きさは、電流ベクトル９５のｄ軸成分（Ｉｄ）に等しい。電流ベクトル９５のｑ軸成分（Ｉｑ）は零である。
The determination of the
速度制御部４１は、探索のための処理として、図４に示すように、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を電流制御部４２に与えるとともに、角度θを出力座標変換部４３に入力する。電流指令値Ｉｄ＊は、電流ベクトル９５のｄ軸成分の値Ｉｄを示すものであり、１２回のパルス電圧Ｖθの印加において一定である。電流指令値Ｉｑ＊は０である。角度θは、例えば０から始めて３０度（π／６）ずつ３３０度（１１π／６）まで、パルス電圧Ｖθの印加ごとに増加される。
As shown in FIG. 4, the
電流制御部４２は、電流指令値Ｉγ＊，Ｉδ＊に代えて、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいて、電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊を決定する。つまり、初期位置ＰＳｓの推定の処理において、電流指令値Ｉｑ＊は０であり、電流指令値Ｉｄ＊に対応して電圧指令値Ｖγ＊が決定される。電圧指令値Ｖδ＊は０となる。この場合に、電圧指令値Ｖγ＊は、パルス電圧Ｖθの電圧値（大きさ）Ｖｄを決めるための電圧指令値Ｖｄ＊であると言える。
The
なお、電流指令値Ｉｄ＊を用いることなく、電流制御部４２が電圧指令値Ｖｄ＊を直接的に出力して電圧値Ｖｄを設定するように構成してもよい。
The
出力座標変換部４３は、推定角度θｍに代えて、角度θに基づいて、電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊を電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。この電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、ＰＷＭ変換部４４が制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を生成し、制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−に従ってモータ駆動部２６がブラシレスモータ３にパルス電圧Ｖθを印加する。
The output coordinate
なお、図６（Ｂ）に示す各パルス電圧Ｖθの波形は単一の矩形からなるが、実際にブラシレスモータ３に印加される電圧の波形は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の相ごとに１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚのクロックの周期でパルス幅変調された多数の矩形からなる。
The waveform of each pulse voltage Vθ shown in FIG. 6B is a single rectangle, but the waveform of the voltage actually applied to the
図６（Ｂ）に示すように、各パルス電圧Ｖθの印加に伴って捲線３３〜３５に流れる推定電流値Ｉγが増加し、各パルス電圧Ｖθの印加の終了に伴って減少する。増加および減少は、指数関数的な変化である。各パルス電圧Ｖθは、１つ前のパルス電圧Ｖθの印加により増加した推定電流値Ｉγが増加前のレベルにまで減少するタイミングで印加される。パルス電圧Ｖθの印加の周期Ｈは、例えば２００ｍｓ程度である。
As shown in FIG. 6B, the estimated current value Iγ flowing through the
初期位置推定部２５は、各パルス電圧Ｖθの立ち上りエッジからパルス電圧Ｖθのパルス幅よりも短い時間ｔ１が経過した時点の推定電流値Ｉγ，Ｉδを、入力座標変換部４５から取り込む。パルス電圧Ｖθを１２回印加する場合には、１２個の推定電流値Ｉγを順に取り込む。推定電流値Ｉγ，Ｉδは、電機子としての固定子３１の捲線３３〜３５に流れる電流の例である。
The initial
図６（Ａ）に示す例では、初期位置ＰＳｓに対応する角度である初期角度θｓは、およそ４５度である。したがって、図７において、探索の角度θが初期角度θｓに近い３０度または６０度であるときの推定電流値Ｉγが、その他のとき、特に初期位置ＰＳｓと正反対の位置に対応する２２５度付近のときの推定電流値Ｉγよりも大きい。 In the example shown in FIG. 6A, the initial angle θs, which is the angle corresponding to the initial position PSs, is approximately 45 degrees. Therefore, in FIG. 7, the estimated current value Iγ when the search angle θ is 30 degrees or 60 degrees close to the initial angle θs is around 225 degrees corresponding to the position opposite to the initial position PSs in other cases. Is larger than the estimated current value Iγ.
初期位置推定部２５は、例えば、取り込んだ１２個の推定電流値Ｉγのうち、大きいものから順に２以上の所定個を抽出し、抽出した所定個の推定電流値Ｉγに基づく補間演算により推定電流値Ｉγが最大となる角度θを算出する。そして、算出した角度θを初期角度θｓと推定する。または、１２個の推定電流値Ｉγのうちの最大の推定電流値Ｉγに対応する角度θを初期角度θｓと推定する。そして、推定した初期角度θｓを初期位置ＰＳｓの推定結果として速度制御部４１に通知する。
The initial
速度制御部４１は、通知された初期角度θｓを、回転子３２の回転を開始する際に推定角度θｍの初期値として出力座標変換部４３に入力する。これにより、推定した初期位置ＰＳｓから回転子３２が回転するようモータ駆動部２６が制御される。
The
記憶部２８および計時部２９は、初期位置ＰＳｓの推定に関わる構成要素である。これらの詳細は後で説明する。
The
さて、本実施形態のモータ制御装置２１は、初期位置ＰＳｓの推定における精度の確保とブラシレスモータ３の振動音の低減との両立を実現する機能を有している。以下、この機能を中心にモータ制御装置２１の構成および動作をさらに説明する。
Now, the
図８には初期位置推定において電機子に流れる電流Ｉに対する電機子の昇温の影響が示されている。すなわち、捲線３３〜３５の温度が「低い」、「やや高い」、および「高い」の３つの場合における電機子に流れる電流Ｉの推移が実線と破線とで示されている。
FIG. 8 shows the effect of the temperature rise of the armature on the current I flowing through the armature in the initial position estimation. That is, the transition of the current I flowing through the armature in the three cases where the temperature of the
図８中の実線は、探索において電流Ｉが最も多く流れたとき、すなわち角度θと回転子３２の初期角度θｓとが一致しまたは近い「的中時」であるときの電流Ｉの推移を示す。破線は、流れた電流Ｉが少ないとき、すなわち角度θと初期角度θｓとが大きくずれている「的外時」であるときの推移を示す。
The solid line in FIG. 8 shows the transition of the current I when the current I flows most in the search, that is, when the angle θ and the initial angle θs of the
図８の通り、捲線３３〜３５の温度が低い場合には、パルス電圧Ｖθの印加により流れる電流Ｉの値が他の２つの場合と比べて大きい。これには、電気抵抗が温度の上昇に伴って増大する捲線３３〜３５の温度特性が関係する。
As shown in FIG. 8, when the temperature of the
また、図８の通り、流れる電流の多い場合（温度が低い場合）の方が少ない場合と比べて、的中時と的外時との所定の時点ｔにおける電流値の差ΔＩが大きい。 Further, as shown in FIG. 8, the difference ΔI in current value at a predetermined time point t between the target time and the target time is larger than when the flowing current is large (when the temperature is low).
的中時と的外時とを判別する上で、この差ΔＩの大きいことが好ましい。差ΔＩが小さい場合には、ノイズなどの影響により的中時と的外時とを判別できないことがある。つまり、初期位置ＰＳｓを推定するには、所定値以上の差ΔＩのあることが必要である。 In order to discriminate between the target time and the target time, it is preferable that this difference ΔI is large. When the difference ΔI is small, it may not be possible to distinguish between the target time and the target time due to the influence of noise or the like. That is, in order to estimate the initial position PSs, it is necessary to have a difference ΔI that is equal to or greater than a predetermined value.
そこで、モータ制御装置２１は、初期位置ＰＳｓを推定するためのパルス電圧Ｖθを電機子に印加する際に、電機子の温度が高いときには低いときよりも磁界ベクトル８５が大きくなるように、電機子の温度に応じてパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを設定する。以下、電圧値Ｖｄの設定について詳述する。
Therefore, when the
図９には初期位置推定におけるパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄの設定の概要が示されている。 FIG. 9 shows an outline of setting the voltage value Vd of the pulse voltage Vθ in the initial position estimation.
捲線３３〜３５が低温（例えば室温）である場合において、もしもパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを設定可能範囲の上限値Ｖｄ（ｍａｘ）に設定したとすると、的中時の推定電流値Ｉγａと的外時の推定電流値Ｉγｂとの差ΔＩγが十分に大きくなる。しかし、探索を行っている最中に、ユーザに聞こえるほどの振動音がブラシレスモータ３から発生するおそれがある。
In the case where the winding
モータ制御装置２１は、捲線３３〜３５が低温である場合においては、初期位置ＰＳｓの推定に必要な差ΔＩγが生じる範囲内でパルス電圧Ｖθを低く設定する。この場合に設定するパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄ１は、上限値Ｖｄ（ｍａｘ）よりも小さい値である。パルス電圧Ｖθを低く設定することにより、振動音の発生を低減することができる。
When the
捲線３３〜３５は、ブラシレスモータ３を回転駆動している期間に例えば５０℃以上の高温になる。初期位置推定はブラシレスモータ３が停止状態のときに行うが、捲線３３〜３５が高温である状態で初期位置推定を行うことがある。すなわち、停止状態になる直前の駆動で高温になっており、その駆動を停止した後に冷める間もなく初期位置推定を行う場合がある。
The
もしもパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを低温の場合に適した電圧値Ｖｄ１に固定したとすると、捲線３３〜３５が高温である場合において、推定電流値Ｉγａ，Ｉγｂの差ΔＩγが小さく、初期位置ＰＳｓを正しく推定することができないおそれがある。すなわち、推定の精度が低下する。
If the voltage value Vd of the pulse voltage Vθ is fixed to a voltage value Vd1 suitable for a low temperature, the difference ΔIγ between the estimated current values Iγa and Iγb is small and the initial position PSs when the
モータ制御装置２１は、捲線３３〜３５が高温である場合においては、初期位置ＰＳｓの推定に必要な差ΔＩγが生じるように、パルス電圧Ｖθを低温である場合よりも高く設定する。この場合に設定するパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄ２は、上限値Ｖｄ（ｍａｘ）または電圧値Ｖｄ１と上限値Ｖｄ（ｍａｘ）との間の値である。パルス電圧Ｖθを高く設定することにより、所望の精度で初期位置ＰＳｓを推定することができる。
The
このように温度に応じて電圧値Ｖｄを設定するために、ブラシレスモータ３は、図４に示すように温度センサ５０を内蔵している。温度センサ５０は、捲線３３〜３５の温度の代表として例えば捲線３３の温度を検出するように配置され、温度に応じた検出信号Ｓ５０を出力する。
In order to set the voltage value Vd according to the temperature in this way, the
なお、アウター式のブラシレスモータ３ｂにおいても、図２１に示すように例えば捲線３３ｂの温度を検出する温度センサ５０ｂを内蔵させることができる。
Also in the
温度センサ５０による検出信号Ｓ５０は、上位制御部２０に入力される。上位制御部２０は、適時に検出信号Ｓ５０に基づいて温度を測定し、測定した温度（温度測定値）ＤＴをモータ制御装置２１の速度制御部４１に通知する。温度測定値Ｔ１は、電機子の温度に対応した温度特定値ＤＴの例である。
A detection signal S50 from the
速度制御部４１は、初期位置推定に際して、通知された温度測定値Ｔ１と記憶部２８に記憶されている情報とに基づいて、パルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを設定する。そして、設定した電圧値Ｖｄに応じた電流指令値Ｉｄ＊を電流制御部４２に与える。これにより、捲線３３〜３５の温度に適したパルス電圧Ｖθがブラシレスモータ３に印加される。
In the initial position estimation, the
温度測定値Ｔ１に応じてパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを設定する以外にも、捲線３３〜３５の温度をパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄに反映させる方法がある。すなわち、ブラシレスモータ３が停止状態になる直前の駆動が行われていた時間（駆動時間Ｙ１）、前回の駆動が終わって停止状態になってから経過した時間（待機時間Ｙ２）、およびこれら組み合わせに応じて電圧値Ｖｄを設定してもよい。駆動時間Ｙ１および待機時間Ｙ２も、電機子の温度に対応した温度特定値ＤＴの例である。
In addition to setting the voltage value Vd of the pulse voltage Vθ according to the temperature measurement value T1, there is a method of reflecting the temperature of the
図１０にはモータ制御装置２１における記憶部２８および計時部２９の構成の例が示されている。
FIG. 10 shows an example of the configuration of the
記憶部２８は、電圧値記憶部２８Ａ、駆動時間記憶部２８Ｂ、および変更要否記憶部２８Ｃを有する。
The
電圧値記憶部２８Ａは、温度特定値ＤＴと電圧値Ｖｄの設定値とを対応づけるテーブル８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄを記憶する。駆動時間記憶部２８Ｂは、計時部２９から入力される最新の駆動時間Ｙ１を記憶する。変更要否記憶部２８Ｃは、ブラシレスモータ３，３ｂに関わる複数の属性のそれぞれについて電圧値Ｖｄの設定変更を要するか否を示すテーブル８１ｅを変更要否情報として記憶する。
The voltage
計時部２９は、駆動時間計時部２９Ａおよび待機時間計時部２９Ｂを有する。
The
駆動時間計時部２９Ａは、ブラシレスモータ３の回転駆動が行われるごとに、回転駆動の開始から終了までの時間である駆動時間Ｙ１を計時し、計時した最新の駆動時間Ｙ１を駆動時間記憶部２８Ｂに入力する。
Each time the
待機時間計時部２９Ｂは、ブラシレスモータ３の回転駆動が行われるごとに、例えば回転駆動の開始時に計時を初期値にリセットし、その後に回転駆動の終了からの経過時間である待機時間Ｙ２を計時する。
Each time the
図１１には温度特定値ＤＴとパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄとの対応の第１例が示されている。図１１（Ａ）はテーブル８１ａの例を示し、図１１（Ｂ）は温度測定値Ｔ１をパラメータとして設定すべき電圧値Ｖｄを求める実験の結果を示している。 FIG. 11 shows a first example of the correspondence between the temperature specific value DT and the voltage value Vd of the pulse voltage Vθ. FIG. 11A shows an example of the table 81a, and FIG. 11B shows the result of an experiment for obtaining the voltage value Vd to be set using the temperature measurement value T1 as a parameter.
第１例は、温度特定値ＤＴとして温度センサ５０による温度測定値Ｔ１を用いる場合の例であり、制御対象のブラシレスモータ３が温度センサ５０を内蔵したモータである場合に採用することができる。
The first example is an example in the case where the temperature measurement value T1 by the
テーブル８１ａにおいては、捲線３３〜３５について想定される温度範囲を区分した複数の段階のそれぞれに設定すべき電圧値Ｖｄが対応づけられている。例えば、１０℃未満には５．５が、１０℃以上２０℃未満には６．５が、２０℃以上３０℃未満には７．５が、それぞれ対応付けられている。このようなテーブル８１ａの内容は、図１１（Ｂ）の実験データに基づいて定められている。
In the table 81a, the voltage value Vd to be set is associated with each of a plurality of stages dividing the temperature range assumed for the
速度制御部４１は、温度測定値Ｔ１に応じて電圧値Ｖｄを設定するモードにおいて、初期位置推定に際してテーブル８１ａを参照し、上位制御部２０から通知された温度測定値Ｔ１に対応付けられている電圧値Ｖｄをパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄに設定する。すなわち、温度測定値Ｔ１に応じて、電圧値Ｖｄの設定をテーブル８１ａに基づいて段階的に変更する。例えば、Ｔ１＝３５℃の場合には８．５を設定する。
In the mode in which the voltage value Vd is set according to the temperature measurement value T1, the
段階的な変更は、温度特定値ＤＴが所定値以上であるときに所定値未満であるときよりもパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを高くすることに相当する。ただし、段階的な変更に限らず、図１１（Ｂ）の示す温度測定値Ｔ１と電圧値Ｖｄとの関係を表わす次の近似式に基づいて、温度測定値Ｔ１に応じて無段階に（連続的に）電圧値Ｖｄを設定することができる。 The stepwise change corresponds to increasing the voltage value Vd of the pulse voltage Vθ when the temperature specific value DT is equal to or higher than the predetermined value than when it is lower than the predetermined value. However, it is not limited to the stepwise change, and steplessly (continuously) according to the temperature measurement value T1, based on the following approximate expression representing the relationship between the temperature measurement value T1 and the voltage value Vd shown in FIG. The voltage value Vd can be set.
Ｖｄ= ０．１・Ｔ１＋５
例えば、Ｔ１＝３０℃の場合、Ｖｄは８となる。無段階の変更は、温度特定値ＤＴが高いほどパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを高くすることに相当する。
Vd = 0.1 ・
For example, when T1 = 30 ° C., Vd is 8. The stepless change corresponds to increasing the voltage value Vd of the pulse voltage Vθ as the temperature specific value DT increases.
図１２には温度特定値ＤＴとパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄとの対応の第２例が示されている。図１２（Ａ）はテーブル８１ｂの例を示し、図１２（Ｂ）は駆動時間Ｙ１をパラメータとして設定すべき電圧値Ｖｄを求める実験の結果を示している。 FIG. 12 shows a second example of the correspondence between the temperature specific value DT and the voltage value Vd of the pulse voltage Vθ. FIG. 12A shows an example of the table 81b, and FIG. 12B shows the result of an experiment for obtaining the voltage value Vd to be set using the drive time Y1 as a parameter.
第２例は、温度特定値ＤＴとして駆動時間Ｙ１を用いる場合の例であり、例えば初期位置推定をブラシレスモータ３の回転駆動が終了したときに次回の回転駆動の準備として行う場合に好適に用いられる。この第２例によると、ブラシレスモータ３が温度センサ５０を内蔵していない場合にも、捲線３３〜３５の温度に応じてパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを設定することができる。
The second example is an example in the case where the driving time Y1 is used as the temperature specific value DT. For example, the initial position estimation is suitably used when the rotation driving of the
テーブル８１ｂにおいては、駆動時間Ｙ１を３分未満、３分以上１５分未満、および１５分以上に区分した３つの時間範囲のそれぞれに対して、設定すべき電圧値Ｖｄが対応づけられている。このテーブル８１ｂの内容は、図１２（Ｂ）の実験データに基づいて定められている。 In the table 81b, the voltage value Vd to be set is associated with each of the three time ranges in which the drive time Y1 is divided into less than 3 minutes, less than 3 minutes and less than 15 minutes, and more than 15 minutes. The contents of this table 81b are determined based on the experimental data of FIG.
速度制御部４１は、駆動時間Ｙ１に応じて電圧値Ｖｄを設定するモードにおいて、初期位置推定に際して駆動時間記憶部２８Ｂから駆動時間Ｙ１を取り込み、テーブル８１ｂを参照することにより、取り込んだ駆動時間Ｙ１に対応付けられている電圧値Ｖｄをパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄに設定する。例えば、Ｙ１＝５分の場合には、１０を設定する。ただし、このような段階的な設定変更に限らず、図１２（Ｂ）の示す駆動時間Ｙ１と電圧値Ｖｄとの関係を表わす次の近似式に基づいて、駆動時間Ｙ１に応じて無段階に電圧値Ｖｄを設定してもよい。
In the mode in which the voltage value Vd is set according to the drive time Y1, the
Ｖｄ＝−０．００１１・Ｙ１＾２＋０．３４３８・Ｙ１＋４．７５
図１３には温度特定値ＤＴとパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄとの対応の第３例が示されている。図１３（Ａ）はテーブル８１ｃの例を示し、図１３（Ｂ）は待機時間Ｙ１をパラメータとして設定すべき電圧値Ｖｄを求める実験の結果を示している。
Vd = −0.0011 · Y1 ^ 2 + 0.3438 · Y1 + 4.75
FIG. 13 shows a third example of the correspondence between the temperature specific value DT and the voltage value Vd of the pulse voltage Vθ. FIG. 13A shows an example of the table 81c, and FIG. 13B shows the result of an experiment for obtaining the voltage value Vd to be set using the standby time Y1 as a parameter.
第３例は、温度特定値ＤＴとして待機時間Ｙ２を用いる場合の例であり、例えば起動指令Ｓ１ａの入力を契機としてブラシレスモータ３の駆動開始に先立って初期位置推定を行う場合に好適に用いられる。この第３例によると、第２例と同様に、ブラシレスモータ３が温度センサ５０を内蔵していない場合にも、捲線３３〜３５の温度に応じてパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを設定することができる。
The third example is an example in the case where the standby time Y2 is used as the temperature specific value DT, and is suitably used when, for example, the initial position is estimated prior to the start of driving of the
テーブル８１ｃにおいては、待機時間Ｙ１を６０分以上、５分以上６０分未満、および５分未満に区分した３つの時間範囲のそれぞれに対して、設定すべき電圧値Ｖｄが対応づけられている。待機時間Ｙ１が長くなるほど、捲線３３〜３５の温度が低下するので、設定すべき電圧値Ｖｄは小さくなる。このテーブル８１ｃの内容は、図１３（Ｂ）の実験データに基づいて定められている。
In the table 81c, the voltage value Vd to be set is associated with each of the three time ranges in which the standby time Y1 is divided into 60 minutes or more, 5 minutes or more and less than 60 minutes, and less than 5 minutes. The longer the waiting time Y1, the lower the temperature of the
速度制御部４１は、待機時間Ｙ２に応じて電圧値Ｖｄを設定するモードにおいて、初期位置推定に際して待機時間計時部２９Ｂから待機時間Ｙ２を取り込み、テーブル８１ｃを参照することにより、取り込んだ待機時間Ｙ２に対応付けられている電圧値Ｖｄをパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄに設定する。例えば、Ｙ２＝６０分の場合には、６を設定する。ただし、このような段階的な設定に限らず、図１３（Ｂ）の示す駆動時間Ｙ１と電圧値Ｖｄとの関係を表わす次の近似式に基づいて、駆動時間Ｙ２に応じて無段階に電圧値Ｖｄを設定してもよい。
In the mode in which the voltage value Vd is set according to the standby time Y2, the
Ｖｄ＝０．００３３・Ｙ２＾２−０．３４０・Ｙ２＋１４．６６６
図１４には温度特定値ＤＴとパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄとの対応の第４例が示されている。すなわち、図１４（Ａ）はテーブル８１ｄの例を示している。
Vd = 0.0033 · Y2 ^ 2−0.340 · Y2 + 14.666
FIG. 14 shows a fourth example of the correspondence between the temperature specific value DT and the voltage value Vd of the pulse voltage Vθ. That is, FIG. 14A shows an example of the table 81d.
第４例は、温度特定値ＤＴとして駆動時間Ｙ１と待機時間Ｙ２との組合せを用いる場合の例であり、ブラシレスモータ３が温度センサ５０を内蔵していない場合に好適に用いられる。
The fourth example is an example in which a combination of the drive time Y1 and the standby time Y2 is used as the temperature specific value DT, and is suitably used when the
テーブル８１ｄにおいては、駆動時間Ｙ１を図１２の例と同様に３つの時間範囲に区分し、かつ待機時間Ｙ１を図１３の例と同様に３つの時間範囲に区分した計９個の条件のそれぞれに対して、設定すべき電圧値Ｖｄが対応づけられている。このテーブル８１ｄの内容は、図１２（Ｂ）および図１３（Ｂ）の実験データに基づいて定められている。 In the table 81d, the driving time Y1 is divided into three time ranges as in the example of FIG. 12, and the standby time Y1 is divided into three time ranges as in the example of FIG. Is associated with a voltage value Vd to be set. The contents of this table 81d are determined based on the experimental data shown in FIGS. 12 (B) and 13 (B).
速度制御部４１は、駆動時間Ｙ１および待機時間Ｙ２に応じて電圧値Ｖｄを設定するモードにおいて、初期位置推定に際して駆動時間記憶部２８Ｂから駆動時間Ｙ１を取り込むとともに、待機時間計時部２９Ｂから待機時間Ｙ２を取り込む。そして、テーブル８１ｄを参照することにより、取り込んだ駆動時間Ｙ１と待機時間Ｙ２との組合せに対応付けられている電圧値Ｖｄをパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄに設定する。例えば、Ｙ１＝２かつＹ２＝６０の場合には、４に設定する。
In the mode in which the voltage value Vd is set according to the drive time Y1 and the standby time Y2, the
図１５には変更要否情報の例が示されている。上に述べたように変更要否記憶部２８Ｃにより変更要否情報としてテーブル８１ｅが記憶されている。
FIG. 15 shows an example of change necessity information. As described above, the table 81e is stored as change necessity information by the change
テーブル８１ｅにおいては、ブラシレスモータ３，３ｂに関わる複数の属性のそれぞれに対して、電圧値Ｖｄの設定変更を要する場合には「要」が、要しない場合には「不要」が対応づけられている。ブラシレスモータ３，３ｂに関わる属性は、画像形成装置１における用途に応じて名付けられるモータ名称と、回転子３２，３２ｂの形式で分類されるモータ種類とからなる。ブラシレスモータ３がいずれの属性を有するかは上位制御部２０からのモータ属性情報Ｄ３により示される。
In the table 81e, “required” is associated with each of a plurality of attributes related to the
図１５の例では、給紙ローラ１５Ａを駆動する給紙モータはインナーロータであって、この給紙モータについては電圧値Ｖｄの設定変更を要することが示されている。また、感光体モータ、２次転写モータ、および定着モータはアウターロータであって、これらのモータについては電圧値Ｖｄの設定変更を要しないことが示されている。
In the example of FIG. 15, it is shown that the paper feed motor that drives the
給紙モータは、回転の開始時および停止時の位置決めに他の用途のモータと比べて高い精度が求められる。このため、アウターロータよりもイナーシャの小さいインナーロータが適している。そして、初期位置推定の精度を高めるために、給紙モータについて電圧値Ｖｄの設定変更が「要」とされている。 The paper feed motor is required to have higher accuracy than other motors for positioning at the start and stop of rotation. For this reason, an inner rotor having a smaller inertia than the outer rotor is suitable. In order to increase the accuracy of the initial position estimation, it is considered “necessary” to change the setting of the voltage value Vd for the paper feed motor.
速度制御部４１は、制御対象であるブラシレスモータ３の属性を示すモータ属性情報Ｄ３を上位制御部２０から取得し、取得したモータ属性情報Ｄ３の示す属性に対してテーブル８１ｅにおいて「要」が対応づけられている場合に、初期位置推定に際して、温度特定情報に応じて電圧値Ｖｄを設定する。「不要」が対応付けられている場合には、電圧値Ｖｄを所定の固定値とする。
The
図１６には画像形成装置１における処理の流れの概要が示されている。
FIG. 16 shows an outline of the processing flow in the
上位制御部２０による起動指令Ｓ１ａの発令を待つ（＃１１）。起動指令Ｓ１ａが発令されると（＃１１でＹＥＳ）、初期位置推定処理を行い（＃１２）、ブラシレスモータ３を回転させるモータ駆動の制御を行う（＃１３）。上位制御部２０により停止指令が発令されるまで、モータ駆動の制御を続ける（＃１４）。
The
図１７には初期位置推定処理の流れの第１例が示されている。 FIG. 17 shows a first example of the flow of initial position estimation processing.
温度センサ５０により電機子の捲線３３〜３５の温度を検出する（＃１０１）。温度センサ５０に異常がなく温度を検出することができた場合には（＃１０２でＹＥＳ）、テーブル８１ａに基づいてパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを設定する（＃１０３）。温度を検出することができなかった場合には（＃１０２でＮＯ）、設定可能範囲の上限値Ｖｄ（ｍａｘ）を電圧値Ｖｄとして設定する（＃１０６）。
The temperature of the
その後、角度θを切り替えてパルス電圧Ｖθを複数回印加する探索を行う（＃１０４）。そして、探索において電機子に流れた電流の大きさに基づいて初期位置ＰＳｓを推定する（＃１０５）。 Thereafter, a search for switching the angle θ and applying the pulse voltage Vθ a plurality of times is performed (# 104). Then, the initial position PSs is estimated based on the magnitude of the current flowing through the armature in the search (# 105).
図１８には初期位置推定処理の流れの第２例が示されている。 FIG. 18 shows a second example of the flow of the initial position estimation process.
駆動時間Ｙ１を取得する（＃２０１）。電源スイッチがオンになった以降にブラシレスモータ３を駆動したことがあって駆動時間Ｙ１を取得することができた場合には（＃２０２でＹＥＳ）、テーブル８１ｂに基づいてパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを設定する（＃２０３）。駆動時間Ｙ１を取得することができなかった場合には、すなわち駆動時間Ｙ１が不明である場合には（＃２０２でＮＯ）、設定可能範囲の上限値Ｖｄ（ｍａｘ）を電圧値Ｖｄとして設定する（＃２０６）。
The drive time Y1 is acquired (# 201). If the
その後、角度θを切り替えてパルス電圧Ｖθを複数回印加する探索を行う（＃２０４）。そして、探索において電機子に流れた電流の大きさに基づいて初期位置ＰＳｓを推定する（＃２０５）。 Thereafter, a search for switching the angle θ and applying the pulse voltage Vθ a plurality of times is performed (# 204). Then, the initial position PSs is estimated based on the magnitude of the current flowing through the armature in the search (# 205).
図１９には初期位置推定処理の流れの第３例が示されている。 FIG. 19 shows a third example of the flow of the initial position estimation process.
初期位置推定に引き続いて回転駆動を行うか否かを判断する（＃３０１）。引き続いて回転駆動を行う場合には（＃３０１でＹＥＳ）、設定可能範囲の上限値Ｖｄ（ｍａｘ）を電圧値Ｖｄとして設定する（＃３０５）。つまり、初期位置推定の直後に用紙９の搬送などの動作が始まるので、初期位置推定における振動音が問題になるおそれが小さいので、初期位置推定の精度を上げるために電圧値Ｖｄを高くする。
It is determined whether or not rotational driving is performed following the initial position estimation (# 301). When the rotational drive is subsequently performed (YES in # 301), the upper limit value Vd (max) of the settable range is set as the voltage value Vd (# 305). That is, since operations such as the conveyance of the
引き続いて回転駆動を行わない場合に、例えば回転駆動を停止した後に次の駆動の準備としては初期位置推定を行う場合には（＃３０１でＮＯ）、テーブル８１ｃに基づいてパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを設定する（＃３０２）。 When the rotational drive is not performed subsequently, for example, when initial position estimation is performed as preparation for the next drive after stopping the rotational drive (NO in # 301), the voltage value of the pulse voltage Vθ based on the table 81c. Vd is set (# 302).
その後、角度θを切り替えてパルス電圧Ｖθを複数回印加する探索を行う（＃３０３）。そして、探索において電機子に流れた電流の大きさに基づいて初期位置ＰＳｓを推定する（＃３０４）。 Thereafter, a search for switching the angle θ and applying the pulse voltage Vθ a plurality of times is performed (# 303). Then, the initial position PSs is estimated based on the magnitude of the current flowing through the armature in the search (# 304).
図２０には初期位置推定処理の流れの第３例が示されている。 FIG. 20 shows a third example of the flow of the initial position estimation process.
制御対象のブラシレスモータ３についてモータ属性情報Ｄ３を判別する（＃４０１）。ブラシレスモータ３の属性がインナーロータであれば（＃４０２でＹＥＳ）、テーブル８１e の示す通りに電圧値Ｖｄの設定変更を要すると判断する。そして、テーブル８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄのうちのモードに応じた１つに基づいてパルス電圧Ｖθの電圧値Ｖｄを設定する（＃４０３）。
The motor attribute information D3 is determined for the
ブラシレスモータ３の属性がインナーロータでなければ（＃４０２でＮＯ）、上限値Ｖｄ（ｍａｘ）を電圧値Ｖｄとして設定する（＃４０６）。
If the attribute of the
その後、角度θを切り替えてパルス電圧Ｖθを複数回印加する探索を行う（＃４０４）。そして、探索において電機子に流れた電流の大きさに基づいて初期位置ＰＳｓを推定する（＃４０５）。 Thereafter, a search for switching the angle θ and applying the pulse voltage Vθ multiple times is performed (# 404). Then, the initial position PSs is estimated based on the magnitude of the current flowing through the armature in the search (# 405).
図２１には温度センサ５０を有するブラシレスモータ３ｂの内部構造の例が示されている。捲線３３ｂ〜３５ｂは、コア３６ｂ〜３８ｂに巻かれており、それぞれの一端がリード線として引き出されてプリント基板の配線パターンに半田付けされている。プリント基板はコネクタを介してモータ駆動部２６と接続される。モータ駆動部２６により交流電圧が印加されると、捲線３３ｂ〜３５ｂに電流が流れて磁束が発生し、永久磁石との間で反発と吸引とを繰り返してシャフトを含む回転子３２ｂが回転する。
FIG. 21 shows an example of the internal structure of the
プリント基板には、捲線３３ｂ〜３５ｂと近接しまたは密着するように温度センサ５０が配置されている。温度センサ５０により、回転中および停止状態における捲線３３ｂ〜３５ｂを測定することができる。
A
以上の実施形態によると、停止状態の回転子３２，３２ｂの磁極位置ＰＳである初期位置ＰＳｓを仕様で決まる所定の精度で推定することができかつ振動音の発生を抑えることができる。
According to the above embodiment, the initial position PSs, which is the magnetic pole position PS of the
上に述べた実施形態において、テーブル８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅの構成およびデータ値などは例を示すものであり、図に示した以外の種々の構成またはデータ値とすることができる。また、記憶部２８の構成などについても種々変更することができる。
In the embodiment described above, the configurations and data values of the tables 81a, 81b, 81c, 81d, and 81e are examples, and can have various configurations or data values other than those shown in the figure. In addition, the configuration of the
上に述べた実施形態において、モータ制御装置２１を、画像形成装置１以外の装置に実装されたセンサレス型の永久磁石同期電動機の制御に適用することができる。
In the embodiment described above, the
画像形成装置１およびモータ制御装置２１のそれぞれの全体または各部の構成、処理の内容、順序、またはタイミング、ブラシレスモータ３，３ｂの構造などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
The configuration of each or each part of the
１ 画像形成装置
３，３ｂ ブラシレスモータ３
９ 用紙
１５Ａ 給紙ローラ（ローラ）
２０ 上位制御部（通知部）
２１ モータ制御装置（制御装置）
２３ ベクトル制御部（制御部）
２５ 初期位置推定部
２６ モータ駆動部（駆動部）
２８Ｂ 駆動時間記憶部
２８Ｃ 変更要否記憶部
２９Ｂ 待機時間計時部（経過時間計時部）
３１，３１ｂ 固定子（電機子）
３２，３２ｂ 回転子
５０ 温度センサ
８１ｅ テーブル（変更要否情報）
８５ 磁界ベクトル
Ｄ３ モータ属性情報（属性）
ＤＴ 温度特定値
Ｉγ，Ｉδ 電流
ＰＳ 磁極位置
ＰＳｓ 初期位置
Ｓ１ａ 起動指令
Ｔ１ 温度測定値（温度特定値）
Ｙ１ 駆動時間（温度特定値）
Ｙ２ 待機時間（経過時間、温度特定値）
Ｖｄ 電圧値
Ｖｄ（ｍａｘ） 上限値
Ｖθ パルス電圧
θｓ 初期角度（初期位置）
1
9
20 Host control unit (notification unit)
21 Motor control device (control device)
23 Vector control unit (control unit)
25 Initial
28B Drive
31, 31b Stator (armature)
32,
85 Magnetic field vector D3 Motor attribute information (attribute)
DT temperature specific value Iγ, Iδ current PS magnetic pole position PSs initial position S1a start command T1 temperature measurement value (temperature specific value)
Y1 drive time (temperature specific value)
Y2 standby time (elapsed time, temperature specific value)
Vd Voltage value Vd (max) Upper limit value Vθ Pulse voltage θs Initial angle (initial position)
Claims (14)
前記電機子に電流を流して前記回転子を駆動する駆動部と、
互いに方向の異なる磁界ベクトルを順次に生じさせるパルス電圧が前記電機子に印加されたときの当該電機子に流れる電流に基づいて、停止状態の前記回転子の磁極位置である初期位置を推定する初期位置推定部と、
推定された前記初期位置から回転する前記回転磁界が生成されるよう前記駆動部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記回転子が停止状態にあるときに前記パルス電圧を印加するよう前記駆動部を制御し、その際に前記電機子の温度に対応した値である温度特定値に応じて当該パルス電圧の電圧値を設定する、
ことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。 A control device for a sensorless permanent magnet synchronous motor in which a rotor using a permanent magnet is rotated by a rotating magnetic field generated by a current flowing through an armature,
A drive unit for driving the rotor by passing a current through the armature;
Initially estimating an initial position, which is a magnetic pole position of the rotor in a stopped state, based on a current flowing through the armature when pulse voltages that sequentially generate magnetic field vectors having different directions are applied to the armature A position estimation unit;
A control unit that controls the drive unit so as to generate the rotating magnetic field that rotates from the estimated initial position,
The control unit controls the driving unit to apply the pulse voltage when the rotor is in a stopped state, and in this case, according to a temperature specific value that is a value corresponding to the temperature of the armature Set the voltage value of the pulse voltage,
A control device for a permanent magnet synchronous motor.
請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 The control unit increases the voltage value of the pulse voltage when the temperature specific value is greater than or equal to a predetermined value than when it is less than the predetermined value.
The controller for a permanent magnet synchronous motor according to claim 1.
請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 The control unit increases the voltage value of the pulse voltage as the temperature specific value increases.
The controller for a permanent magnet synchronous motor according to claim 1.
請求項１ないし３のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 The temperature specific value is a measured value of the temperature of the armature by a temperature sensor.
The control device for a permanent magnet synchronous motor according to any one of claims 1 to 3.
請求項１ないし３のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 The temperature specific value is one or both of a drive time before the permanent magnet synchronous motor is stopped and an elapsed time from the end of the previous drive.
The control device for a permanent magnet synchronous motor according to any one of claims 1 to 3.
前記制御部は、前記駆動時間が所定値以上であるときに、前記所定値未満であるときよりも前記パルス電圧の電圧値を高くする、
請求項５記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 The temperature specific value is the driving time, or both the driving time and the elapsed time,
The control unit increases the voltage value of the pulse voltage when the driving time is a predetermined value or more than when the driving time is less than the predetermined value.
The controller for a permanent magnet synchronous motor according to claim 5.
請求項６記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 A drive time storage unit for storing the drive time;
The controller for a permanent magnet synchronous motor according to claim 6.
前記制御部は、前記経過時間が所定値未満であるときに、前記所定値以上であるときよりも前記パルス電圧の電圧値を高くする、
請求項５記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 The temperature specific value is the elapsed time, or both the driving time and the elapsed time,
The control unit increases the voltage value of the pulse voltage when the elapsed time is less than a predetermined value than when the elapsed time is greater than or equal to the predetermined value.
The controller for a permanent magnet synchronous motor according to claim 5.
請求項８記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 Having an elapsed time timer for measuring the elapsed time;
The controller for a permanent magnet synchronous motor according to claim 8.
請求項１ないし９のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 The control unit, when the temperature specific value could not be obtained, sets the voltage value of the pulse voltage to the upper limit value of the settable range,
The control apparatus of the permanent-magnet synchronous motor in any one of Claim 1 thru | or 9.
請求項１ないし１０のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置 When the control unit controls the drive unit to apply the pulse voltage triggered by an input of a start command for instructing the start of driving of the rotor, the voltage value of the pulse voltage is set to an upper limit of a settable range. Set to value,
The control device for a permanent magnet synchronous motor according to any one of claims 1 to 10.
電機子に流れる電流による回転磁界によって永久磁石を用いた回転子が回転するセンサレス型の永久磁石同期電動機と、
前記永久磁石同期電動機により回転駆動されて前記用紙を移動させるローラと、
前記永久磁石同期電動機を制御する制御装置と、を有しており、
前記制御装置は、
前記電機子に電流を流して前記回転子を駆動する駆動部と、
互いに方向の異なる磁界ベクトルを順次に生じさせるパルス電圧が前記電機子に印加されたときの当該電機子に流れる電流に基づいて、停止状態の前記回転子の磁極位置である初期位置を推定する初期位置推定部と、
推定された前記初期位置から回転する前記回転磁界が生成されるよう前記駆動部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記回転磁界が生成されるよう前記駆動部を制御するのに先立って、前記パルス電圧を印加するよう前記駆動部を制御し、その際に前記電機子の温度に対応した値である温度特定値に応じて当該パルス電圧の電圧値を設定する、
ことを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus for forming an image on paper,
A sensorless permanent magnet synchronous motor in which a rotor using a permanent magnet is rotated by a rotating magnetic field generated by a current flowing through the armature;
A roller that is rotationally driven by the permanent magnet synchronous motor to move the paper;
A control device for controlling the permanent magnet synchronous motor,
The controller is
A drive unit for driving the rotor by passing a current through the armature;
Initially estimating an initial position, which is a magnetic pole position of the rotor in a stopped state, based on a current flowing through the armature when pulse voltages that sequentially generate magnetic field vectors having different directions are applied to the armature A position estimation unit;
A control unit that controls the drive unit so as to generate the rotating magnetic field that rotates from the estimated initial position,
Prior to controlling the drive unit so that the rotating magnetic field is generated, the control unit controls the drive unit to apply the pulse voltage, and a value corresponding to the temperature of the armature at that time Set the voltage value of the pulse voltage according to the temperature specific value
An image forming apparatus.
前記制御装置は、
電動機に関わる複数の属性のそれぞれについて前記電圧値の設定変更を要するか否を示す変更要否情報を記憶する変更要否記憶部を有しており、
前記制御部は、通知された属性が設定変更を要する属性である場合には、前記温度特定値に応じて前記パルス電圧の電圧値を設定し、設定変更を要しない属性である場合には、前記パルス電圧の電圧値を設定可能範囲の上限値に設定する、
請求項１２記載の画像形成装置。 A notification unit for notifying the control device of attributes of the permanent magnet synchronous motor;
The controller is
A change necessity storage unit that stores change necessity information indicating whether or not the voltage value setting change is required for each of a plurality of attributes related to the electric motor;
When the notified attribute is an attribute that requires a setting change, the control unit sets the voltage value of the pulse voltage according to the temperature specific value, and when the attribute does not require a setting change, Set the voltage value of the pulse voltage to the upper limit value of the settable range,
The image forming apparatus according to claim 12.
互いに方向の異なる磁界ベクトルを順次に生じさせて停止状態の前記回転子の磁極位置である初期位置を推定するためのパルス電圧を前記電機子に印加する際に、前記電機子の温度が高いときには低いときよりも前記磁界ベクトルが大きくなるように、前記電機子の温度に応じて当該パルス電圧の電圧値を設定する、
ことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御方法。 A control method for a sensorless permanent magnet synchronous motor in which a rotor using a permanent magnet is rotated by a rotating magnetic field generated by a current flowing through an armature,
When applying a pulse voltage to the armature to estimate an initial position, which is a magnetic pole position of the rotor in a stopped state, by sequentially generating magnetic field vectors having different directions, when the temperature of the armature is high Setting the voltage value of the pulse voltage according to the temperature of the armature so that the magnetic field vector is larger than when it is low,
A control method of a permanent magnet synchronous motor, characterized in that.
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