JP5250982B2 - モータ制御装置、モータ制御方法、モータ制御プログラムおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータを駆動するドライバに流れる電流を許容値内に制限するモータ制御装置、モータ制御方法、モータ制御プログラムおよび画像形成装置に関するものである。

従来から、モータを駆動するドライバを保護するために、ドライバの温度を検知する方法や、ドライバに過大な電流が流れないように駆動電流を検知する方法が知られている。例えば、特許文献１では、モータ制御装置のインバーター回路を構成するスイッチング素子を保護するため、過電流保護回路および温度保護回路をインバーター回路に備える技術が提案されている。

また、特許文献２では、インターバー回路に流れる駆動電流が過電流であるか否かを外部のマイコンが判断可能とするために、過電流検出回路で過電流が検出されて回転が停止されたことを示すアームリセット信号を回転数信号とともに出力する技術が提案されている。

このように、従来のドライバ保護のための技術では、電流値を所定の電流制限値と比較するコンパレータを利用し、電流制限値を越えた場合に過電流であると判断する回路がドライバ内またはドライバの外部に備えられている。

特開２００５−８０３４９号公報 特開２００４−２２９４３０号公報

しかしながら、従来の方法では、モータ制御装置内にコンパレータを備える必要があるため、コンパレータの電流検出抵抗による電力消費が発生し、効率の低下を招くという問題があった。また、過電流か否かを判断するための電流制限値を自由に変更できないという問題があった。さらに、コンパレータ自体の追加によるコストアップや、制御ＩＣのピン数の増加によるコストアップが問題となっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、過電流検出のためのコンパレータなどの素子を用いないことにより効率の低下を回避しつつ、モータを駆動するドライバの電流制限を可能とするモータ制御装置、モータ制御方法、モータ制御プログラムおよび画像形成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータに供給する電圧値を決定するＰＷＭ信号を制御する制御手段と、前記ＰＷＭ信号によって決定される電圧値に対応する電流を前記モータの巻線に通電することにより前記モータを駆動する駆動手段と、を備え、前記制御手段は、前記モータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記モータが回転していない状態から、予め定められた第１時間および前記第１時間経過後から予め定められた第２時間が経過した後、前記速度検出手段が検出した回転速度に基づいて、予め定められた電流制限値を越えない電流値を通電可能な電圧値に対応するＰＷＭ信号を出力する出力手段と、を備え、前記出力手段は、前記第２時間の間、前記第２時間経過直後に出力するＰＷＭ信号のデューティー値よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力し、前記第１時間の間、前記第２時間で出力するＰＷＭ信号よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力すること、を特徴とする。

また、本発明は、制御手段が、モータに供給する電圧値を決定するＰＷＭ信号を制御する制御ステップと、駆動手段が、前記ＰＷＭ信号によって決定される電圧値に対応する電流を前記モータの巻線に通電することにより前記モータを駆動する駆動ステップと、を備え、前記制御ステップは、前記モータの回転速度を検出する速度検出ステップと、前記モータが回転していない状態から、予め定められた第１時間および前記第１時間経過後から予め定められた第２時間が経過した後、前記速度検出ステップが検出した回転速度に基づいて、予め定められた電流制限値を越えない電流値を通電可能な電圧値に対応するＰＷＭ信号を出力する出力ステップと、を備え、前記出力ステップは、前記第２時間の間、前記第２時間経過直後に出力するＰＷＭ信号のデューティー値よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力し、前記第１時間の間、前記第２時間で出力するＰＷＭ信号よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力すること、を特徴とするモータ制御方法である。

また、本発明は、上記モータ制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするモータ制御プログラムである。

また、本発明は、被転写体にトナー画像を形成する画像形成装置であって、回転可能に保持され、被転写体を搬送する搬送手段と、回転可能に保持されて形成されるトナー画像を担持する像担持体と、前記像担持体の表面を均一に帯電する帯電手段と、前記帯電手段が均一に帯電した前記像担持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像形成手段が形成した潜像を顕像化する現像手段と、回転可能に保持され、前記現像手段が顕像化したトナー画像を前記被転写体に転写する転写手段と、前記搬送手段、前記像担持体、および前記転写手段の少なくとも１つを回転するモータの駆動を制御するモータ制御装置と、を備え、前記モータ制御装置は、モータに供給する電圧値を決定するＰＷＭ信号を制御する制御手段と、前記ＰＷＭ信号によって決定される電圧値に対応する電流を前記モータの巻線に通電することにより前記モータを駆動する駆動手段と、を備え、前記制御手段は、前記モータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記モータが回転していない状態から、予め定められた第１時間および前記第１時間経過後から予め定められた第２時間が経過した後、前記速度検出手段が検出した回転速度に基づいて、予め定められた電流制限値を越えない電流値を通電可能な電圧値に対応するＰＷＭ信号を出力する出力手段と、を備え、前記出力手段は、前記第２時間の間、前記第２時間経過直後に出力するＰＷＭ信号のデューティー値よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力し、前記第１時間の間、前記第２時間で出力するＰＷＭ信号よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力すること、を特徴とする。

本発明によれば、過電流検出のためのコンパレータなどの素子を用いずに、モータを駆動するドライバの電流を制限することが可能となるという効果を奏する。

また、本発明によれば、モータの立ち上がり時に必要なトルクを適切に与えることができ、モータの回転速度を迅速に目標値に到達させることが可能となるという効果を奏する。

また、本発明によれば、起動時のトルクアップを実現しつつ、所定期間経過後の発熱量を抑制することが可能となるという効果を奏する。

また、本発明によれば、ＦＧを備えていないモータの制御や、出力が安定しない場合があるＦＧの利用を回避したモータの制御が可能となるという効果を奏する。

また、本発明によれば、回転速度計測時のカウンタのオーバーフローを回避することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるモータ制御装置、モータ制御方法、モータ制御プログラムおよび画像形成装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態にかかるモータ制御装置は、モータの回転速度からドライバに流れる電流値を算出し、算出した電流値が電流制限値を越えないようにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動信号を制御するものである。

本実施の形態では、コピー機能、ファクシミリ（ＦＡＸ）機能、プリント機能、スキャナ機能及び入力画像（スキャナ機能による読み取り原稿画像やプリンタあるいはＦＡＸ機能により入力された画像）を配信する機能等を複合したいわゆるＭＦＰ（Multi Function Peripheral）と称されるデジタル複合機などの画像形成装置に備えられたモータを制御するモータ制御装置に適用した例について説明する。

図１は、本実施の形態にかかる画像形成装置の構成を示す説明図である。同図に示すように、画像形成装置１０は、感光体ベルト１１と、帯電手段１２と、潜像形成手段１３と、現像ユニット０と、転写手段１４と、クリーニング手段１５と、中間転写ベルト１６と、搬送ローラ１７と、定着手段１８と、排紙ローラ１９と、排紙トレイ２０と、を備えている。

感光体ベルト１１は、回転可能に保持されて形成されるトナー画像を担持するものである。感光体ベルト１１の表面１１ａには、有機感光層が形成されている。感光体ベルト１１の周辺には、後述する帯電手段１２、現像ユニット０、クリーニング手段１５の感光体ベルトクリーニングユニット１５ａ等が配置されている。

帯電手段１２は、感光体ベルト１１の表面１１ａに高電圧を印加して一様な電位を付与するものである。

潜像形成手段１３は、帯電手段１２で均一に帯電された感光体ベルト１１の表面１１ａに潜像を形成するものである。潜像形成手段１３は、図示しないレーザと、ポリゴンミラー１３ａと、ｆ／θレンズ１３ｂと、反射ミラー１３ｃとを備えている。潜像形成手段１３は、例えば、図示しないコンピュータから出力される各色に変換された画像信号に応じてレーザを作動させる。

すなわち、図示しないレーザからは、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各画像信号に対応したレーザ光が出射され、このレーザ光がポリゴンミラー１３ａと、ｆ／θレンズ１３ｂと、反射ミラー１３ｃを介して感光体ベルト１１の表面１１ａに入射して光書き込みが行われ、各色の静電潜像が形成される。

現像ユニット０は、潜像形成手段１３で形成された潜像を顕像化するものである。現像ユニット０は、感光体ベルト１１の表面１１ａに帯電手段１２で付与された電位とは逆性の電荷が付与されて帯電された各色のトナーをそれぞれ収容する４個のトナーカートリッジ０ａの黒（Ｋ）トナーカートリッジ０ａ₁、シアン（Ｃ）トナーカートリッジ０ａ₂、マゼンタ（Ｍ）トナーカートリッジ０ａ₃、イエロー（Ｙ）トナーカートリッジ０ａ₄を備えている。

現像ユニット０は、感光体ベルト１１に当接、または、微小間隔を保持しながら作像時に回転してトナーを供給する現像ローラ１を備えている。現像ローラ１が感光体ベルト１１の表面１１ａに当接、または、微小間隔を保持する際の衝撃のショックを和らげて、ショックジター等を低減して高品質のトナー画像の画像形成が高速度で行われる。

トナーカートリッジ０ａの黒（Ｋ）トナーカートリッジ０ａ₁、シアン（Ｃ）トナーカートリッジ０ａ₂、マゼンタ（Ｍ）トナーカートリッジ０ａ₃、イエロー（Ｙ）トナーカートリッジ０ａ₄には、現像ローラ１の黒（Ｋ）現像ローラ１ａ、シアン（Ｃ）現像ローラ１ｂ、マゼンタ（Ｍ）現像ローラ１ｃ、イエロー（Ｙ）現像ローラ１ｄが設けてあり、これらの各現像ローラ１ａ〜１ｄを介して各色のトナーを静電潜像に静電吸着させ顕像化して、トナー像を形成する。

転写手段１４は、現像ユニット０で顕像化されたトナー画像を中間転写ベルト１６に一次転写する一次転写器１４ａと、被転写体（Ｐ）の転写用紙に二次転写する二次転写器１４ｂとを備えている。

クリーニング手段１５は、後述する中間転写ベルト１６上にトナー像を転写した感光体ベルト１１の表面１１ａに付着して残留する残留トナーを感光体ベルトクリーニングユニット１５ａによって掻き取って次工程の画像形成に備えるものである。

中間転写ベルト１６は、感光体ベルト１１の表面１１ａの一部に当接して使用される。中間転写ベルト１６は、各色トナーと逆性の電荷を転写手段１４の一次転写器１４ａで印加することにより、中間転写ベルト１６上にトナー像を転写させる動作を色ごとに行い、トナー像を４色重ねた４色重画像を形成する。

搬送ローラ１７は、被転写体（Ｐ）を搬送するものである。転写手段１４の二次転写器１４ｂでは、搬送ローラ１７によって搬送された被転写体（Ｐ）の転写用紙にトナーと逆性の電荷を付与することにより、中間転写ベルト１６上に形成された４色重画像の各トナーを、この被転写体（Ｐ）の転写用紙に転写する。

定着手段１８は、加熱ローラ１８ａと加圧ローラ１８ｂによる加熱と加圧により、被転写体（Ｐ）の転写用紙上に担持された各色からなるトナーを溶融定着する。

排紙ローラ１９は、定着手段１８によりトナー画像が溶融定着された被転写体（Ｐ）である転写用紙を、排紙トレイ２０に搬送するものである。

なお、上述した排紙ローラ１９は、感光体ベルト１１、搬送ローラ１７、定着手段１８、現像ユニット０は、図２のメインモータ２５または搬送モータ２６によって駆動される。また、上述の画像形成装置１０はトナー画像を二次転写しているが、二次転写を行わずにトナー画像を転写用紙に転写するように画像形成装置を構成してもよい。

次に、本実施の形態にかかる画像形成装置１０のメインコントローラ４０を中心とした制御系について図２を参照して説明する。

画像形成装置１０は、装置全体を制御するメインコントローラ４０を備えている。メインコントローラ４０には、オペレータに対する表示、オペレータからの機能設定入力制御を行なう操作部３０、スキャナの制御や原稿画像を画像メモリに書き込む制御や画像メモリからの作像を行なう制御等を行なう画像処理ユニット（ＩＰＵ）４９、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）１、フィニシャ等の分散制御装置が接続されている。操作部３０には、液晶タッチパネル３１、テンキー３２、クリア／ストップキー３３、プリントキー３４、予熱キー３５などが接続されている。各分散制御装置とメインコントローラ４０は必要に応じて機械の状態、動作司令のやりとりを行っている。また紙搬送等に必要なメインモータ２５、各種クラッチ２１〜２４も接続されている。

メインコントローラ４０は、メインモータ２５や搬送モータ２６などの画像形成装置１０内に備えられた各種モータを制御するモータ制御用のコントローラ（モータ制御装置）を含んでいる。以下、このように画像形成装置１０のメインコントローラ４０内に備えられ、画像形成装置１０の各種モータの駆動を制御するモータ制御装置を例として、本実施の形態のモータ制御装置の詳細について説明する。

なお、制御対象のモータはメインモータ２５に限られるものではなく、画像形成装置１０内のあらゆるモータを制御対象とすることができる。また、適用可能なモータ制御装置はデジタル複合機などの画像形成装置１０内で用いられるものに限られず、あらゆる装置内で用いられるモータの制御装置に適用できる。

図３は、本発明の第１の実施の形態にかかるモータ制御装置２００の構成を示すブロック図である。同図に示すように、メインモータ２５は三相モータであり、各相に対応する巻線２１１Ｕ、２１１Ｖ、２１１Ｗと、ホール素子２１２と、メインモータ２５の回転に応じた周波数のパルス信号を出力するＦＧ（Frequency Generator）２１３と、を備えている。また、モータ制御装置２００は、ＰＩＤ制御回路１４０と、ドライバ１３０と、電流制限ＰＷＭ回路１２０とを備えている。

ＰＩＤ制御回路１４０は、ＦＧ２１３の出力に従ってＰＩＤ制御による演算を行い、メインモータ２５の回転制御に必要なトルクを指令するＰＷＭ指示値を出力するものである。

ドライバ１３０は、電流を巻線２１１Ｕ、２１１Ｖ、２１１Ｗに通電することによってメインモータ２５を駆動するものであり、ホール素子２１２の出力に応じて各相の出力を切り替える三相出力切り替え回路１３１と、６つのＦＥＴ（Field Effect Transistor）とを備えている。

電流制限ＰＷＭ回路１２０は、ＰＷＭ指示値と、ＦＧ２１３から出力されたパルス信号（ＦＧ信号）と、ドライバ１３０に過電流が流れないように予め定められた電流制限値とから、ドライバ１３０の許容電流を越えない値に制限された電流を出力するためのＰＷＭ出力（ＰＷＭ信号）をドライバ１３０に対して出力するものである。電流制限ＰＷＭ回路１２０の詳細については後述する。

ここで、従来のモータ制御装置のドライバに対する過電流保護機能について説明する。図４は、従来のモータ制御装置３００の構成を示すブロック図である。同図に示すように、モータ制御装置３００は、ＰＩＤ制御回路３４０と、ドライバ３３０と、ＰＷＭ回路３２０とを備えている。

ＰＩＤ制御回路３４０は、ＰＩＤ制御回路１４０と同様に、ＦＧ２１３の出力に従ってＰＩＤ制御による演算を行い、モータの回転制御に必要なトルクを指令するＰＷＭ指示値を出力するものである。

ドライバ３３０は、ホール素子２１２の出力に応じて各相の出力を切り替える三相出力切り替え回路３３１に加え、ドライバ３３０内に通電されている電流値と基準値とを比較するコンパレータ３３２を備えている。

ＰＷＭ回路３２０は、ＰＩＤ制御回路３４０から入力されたＰＷＭ指示値に従い、ＰＷＭ信号をドライバ３３０に対して出力するものである。従来のモータ制御装置３００では、ドライバ３３０内の駆動電流が基準値を超えた場合、コンパレータ３３２からの信号によってＰＷＭ回路３２０からドライバ３３０に対するＰＷＭ信号がオフにされる。

図５は、従来のモータ制御装置３００のＰＷＭ回路３２０で出力されるＰＷＭ信号のタイミングチャートを表す説明図である。同図の上部は、ＰＩＤ制御回路３４０から入力されるＰＷＭ指示値（ＰＷＭ出力１）を表している。コンパレータ３３２により過電流が検知されると、コンパレータ３３２からの信号（コンパレータ出力）がオンとなり、これに応じてＰＷＭ回路３２０から出力されるＰＷＭ信号（ＰＷＭ出力２）はオフにされる。このようにして過電流を回避するように出力が制限される。駆動電流が基準値を下回るとコンパレータ出力がオフとなり、次の周期からＰＷＭ信号が出力される。

図６は、従来のモータ制御装置３００のドライバ３３０に流れる駆動電流の電流波形の一例を示す説明図である。従来のモータ制御装置３００では、上述の機能により、同図の右側で示すような電流波形となるべきＰＷＭ指示値が入力された場合であっても、同図の左側（過電流検知波形）で示すように基準値を超えた分電流がカットされた電流波形となる。

これに対し、本実施の形態のモータ制御装置２００は、図３に示すようにドライバ１３０内にコンパレータなどの過電流を検知する素子を備えず、代わりに電流制限ＰＷＭ回路１２０で過電流を抑止するように制御したＰＷＭ信号を出力することにより、ドライバ１３０の保護を実現する。

図７は、本実施の形態で利用する原理を説明するための説明図である。一般に、モータに流れる電流は、モータの回転速度が上がるに従って低下する。これは、モータが回転するに従って、モータに誘起電圧が発生するからである。誘起係数をＫ_E、モータの回転速度をωとすると、誘起電圧は、Ｋ_Eωで表される。また、モータに流れる電流は、図７の下部に示した式により算出できる。モータが回転していない初期状態ではω＝０であるため、巻線２１１の電気抵抗値Ｒと電流制限値との積である電圧値（初期電圧値）となるようなＰＷＭ信号によりモータが駆動される。

図８は、回転速度とドライバ１３０内に流れる電流値との関係を示すグラフである。同図に示すように、回転速度に対して電流値は直線状に低下する。実際には、回転数が上がると,鉄心の損失等により効率が低下し、ある一定のレベルで回転数は一定になる。モータを駆動開始した直後は回転速度が小さいため、同図に示すように電流値が電流制限値を越えることになる。したがって過電流を防止するためにＰＷＭ信号を制限する必要が生じる。

本実施の形態では、モータの回転速度をＦＧ２１３からのＦＧ信号により検出し、図７の式によってドライバ１３０内に流れる電流値を算出する。そして、算出した電流値が所定の電流制限値を越えないようにＰＷＭ信号を制御する。

図９は、電流制限値を越えないように制限されたＰＷＭ信号のデューティー（ＰＷＭデューティー制限値）を示した説明図である。同図に示すように、モータの回転数が少ない時は制限を厳しくし、回転数が上がるに従って、制限を弱くする。また、回転速度がある一定速度に達したあとは、ＰＷＭデューティー制限値をある固定値に設定する。

図１０は、モータが駆動を開始したあとの時間経過に対する回転速度、ＰＷＭ指示値、およびＰＷＭデューティー制限値の変化を示した説明図である。また、図１１は、ＰＷＭ指示値およびＰＷＭデューティー制限値に対する実際に出力されるＰＷＭ出力値の関係を示す説明図である。

図１０および図１１に示すように、トルクを指示するＰＩＤ制御回路１４０は、モータ起動当初は、目標速度との差が大きいので、大きいＰＷＭ指示値を出力する。一方、モータ起動当初のＰＷＭデューティー制限値はＰＷＭ指示値より小さいので、電流制限ＰＷＭ回路１２０は、デューティーがＰＷＭデューティー制限値を越えないようにＰＷＭ信号の出力（ＰＷＭ出力値）を制御する。回転速度が上がると、ＰＷＭ指示値は少しずつ小さくなるので、ある一定の速度に達したとき、実際に出力されるＰＷＭ出力値は、ＰＷＭデューティー制限値から、ＰＩＤ制御回路１４０により指定されるＰＷＭ指示値に切り替えられる。

次に、このようにＰＷＭ出力値を制御する電流制限ＰＷＭ回路１２０の詳細について説明する。図１２は、電流制限ＰＷＭ回路１２０の詳細な構成を示したブロック図である。同図に示すように、電流制限ＰＷＭ回路１２０は、速度検出部１２１と、平均化部１２２と、電流算出部１２３と、比較部１２４と、ＰＷＭ出力部１２５と、を備えている。

速度検出部１２１は、ＦＧ２１３からＦＧ信号を入力し、ＦＧ信号の周期（ＦＧ周期）からメインモータ２５の回転速度を検出するものである。

平均化部１２２は、所定時間内に速度検出部１２１により検出された回転速度の平均値を算出するものである。具体的には、平均化部１２２は、ＰＷＭ信号のパルス数が予め定められた個数に達するまでの時間内に検出された回転速度の平均値を算出する。

電流算出部１２３は、平均化部１２２が算出した回転速度の平均値と、現在出力しているＰＷＭ出力値とから図７の算出式によって電流値を算出するものである。

比較部１２４は、電流算出部１２３によって算出された電流値と、予め定められた電流制限値とを比較するものである。

ＰＷＭ出力部１２５は、比較部１２４の比較結果に従い、算出された電流値が電流制限値より大きい場合に、電流値算出時の電圧値から電圧値を低下させるようなＰＷＭ信号を出力するものである。具体的には、ＰＷＭ出力部１２５は、算出された電流値が電流制限値を越えた場合、デューティーを固定量低下させたＰＷＭ信号を出力する。

次に、このように構成された第１の実施の形態にかかるモータ制御装置２００による電流制限処理について説明する。図１３は、第１の実施の形態における電流制限処理の全体の流れを示すフローチャートである。

まず、電流制限ＰＷＭ回路１２０は、ＰＷＭ信号のパルス数をカウントアップする（ステップＳ１３０１）。ここでは、ＰＷＭ信号のパルス数のカウンタをＰＷＭＣＮＴとし、ＰＷＭＣＮＴに１を加算する。

次に、速度検出部１２１は、ＦＧ２１３からのパルス信号（ＦＧ信号）を検知し、パルス信号間の時間を算出するとともに（ステップＳ１３０２）、パルス信号の検知数をカウントアップする（ステップＳ１３０３）。ここでは、パルス信号間の時間をＦＧＴ、パルス信号の検知数のカウンタをＮｆｇとし、Ｎｆｇに１を加算する。

次に、速度検出部１２１は、検知したパルス信号間の時間を加算する（ステップＳ１３０４）。ここでは、検知したパルス信号間の時間をＦＧＶＡＬに加算する。

次に、電流制限ＰＷＭ回路１２０は、ＰＷＭパルス数（ＰＷＭＣＮＴ）が所定の閾値（ｎ）を越えたか否かを判断し（ステップＳ１３０５）、越えていない場合は（ステップＳ１３０５：ＮＯ）、ステップＳ１３０１に戻って処理を繰り返す。

ＰＷＭパルス数（ＰＷＭＣＮＴ）が所定の閾値（ｎ）を越えた場合は（ステップＳ１３０５：ＹＥＳ）、平均化部１２２は、その間に検出されたパルス信号間の時間（ＦＧＶＡＬ）から回転速度の平均値を算出する（ステップＳ１３０６）。具体的には、平均化部１２２は、以下の（１）式によって回転速度の平均値を算出する。
ω＝２πＮｆｇ／(ＦＧＶＡＬ) ・・・（１）

次に、電流算出部１２３は、回転速度の平均値と、現在のＰＷＭ信号のデューティー（Ｄｕｔｙ）と、ドライバ１３０の電源電圧（Ｖ）と、ドライバ１３０の抵抗値（Ｒ）と、誘起係数Ｋ_Eとからドライバ１３０に流れる駆動電流値を算出する（ステップＳ１３０７）。具体的には、電流算出部１２３は、以下の（２）式によって電流値を算出する。
Ｉ＝（Ｖ×Ｄｕｔｙ−Ｋ_Eω）／Ｒ ・・・（２）

次に、比較部１２４が、算出した電流値が所定の電流制限値より大きいか否かを判断する（ステップＳ１３０８）。算出した電流値が所定の電流制限値より大きい場合は（ステップＳ１３０８：ＹＥＳ）、ＰＷＭ出力部１２５は、デューティーを一定量（ｃｏｎｓｔ）下げたＰＷＭ信号を出力する（ステップＳ１３０９）。なお、デューティーを一定量下げる代わりに、ＰＷＭ信号をオフにするように構成してもよい。

次に、電流制限ＰＷＭ回路１２０は、ＰＷＭＣＮＴ、Ｎｆｇ、およびＦＧＶＡＬを０に初期化し（ステップＳ１３１０）、ステップＳ１３０１に戻って処理を繰り返す。

このように、本実施の形態では、ＦＧ信号から算出したメインモータ２５の回転速度を用いてドライバ１３０に流れる電流値を算出し、電流制限ＰＷＭ回路１２０内で電流制限値を超えないようにＰＷＭ信号を制御できる。このため、ドライバ１３０内にコンパレータを備えることなく過電流からの保護を実現できる。

次に、第１の実施の形態の変形例について説明する。上述した電流制限ＰＷＭ回路１２０では、回転速度から電流値を算出してＰＷＭ信号を制御していた。これに対し、回転速度に応じたＰＷＭ信号のデューティーを予め定めた変換テーブルを参照し、回転速度に応じて過電流を回避するようなＰＷＭ信号を出力する方法が考えられる。

図１４は、このような方法を実現するための電流制限ＰＷＭ回路１４２０の別の構成を示したブロック図である。同図に示すように、電流制限ＰＷＭ回路１４２０は、速度−デューティー変換テーブル１５１と、速度検出部１２１と、平均化部１２２と、ＰＷＭ出力部１４２５とを備えている。

速度−デューティー変換テーブル１５１は、メインモータ２５の回転速度と、電流制限値を越えない電流値を通電可能なＰＷＭ信号のデューティー値とを対応づけて記憶する記憶部である。

速度検出部１２１および平均化部１２２の機能は、上述した電流制限ＰＷＭ回路１２０内の速度検出部１２１および平均化部１２２と同様であるのでその説明を省略する。

ＰＷＭ出力部１４２５は、平均化部１２２が算出した回転速度の平均値に対応するＰＷＭ信号のデューティー値を速度−デューティー変換テーブル１５１から取得し、取得したデューティー値をドライバ１３０に出力するものである。

次に、このように構成された第１の実施の形態の変形例にかかるモータ制御装置２００による電流制限処理について説明する。図１５は、第１の実施の形態の変形例における電流制限処理の全体の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１５０１からステップＳ１５０６までの、回転速度検出処理、平均化処理は、ステップＳ１３０１からステップＳ１３０６までと同様の処理なので、その説明を省略する。

回転速度の平均値を算出後、ＰＷＭ出力部１４２５は、算出した回転速度の平均値に対応するデューティーを速度−デューティー変換テーブル１５１から取得し、ドライバ１３０に出力する（ステップＳ１５０７）。ステップＳ１５０８のパラメタ初期化処理はステップＳ１３１０と同様の処理である。

このように、電流制限値に応じて予め定められた速度−デューティー変換テーブル１５１を用いることにより、モータの回転速度に応じて過電流を防止するようにＰＷＭ信号を制御することが可能となる。また、上述のような電流算出部１２３、および比較部１２４が不要となるため、回路構成を簡素化することができる。

以上のように、第１の実施の形態にかかるモータ制御装置では、モータの回転速度に応じて、ドライバに通電される電流値が電流制限値を越えないようにＰＷＭ信号を制御することができる。このため、過電流検出のためのコンパレータなどの素子を用いずに、モータを駆動するドライバの電流を制限することが可能となる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、モータ起動直後から過電流を防止するようにＰＷＭ信号を制御していた。しかし、モータの立ち上がり時は起動トルクが必要になるため、通常よりも必要トルクが大きくなる場合が多い。また、立ち上がりの瞬間だけであれば、ある程度電流がオーバーしてもドライバの発熱が許容範囲を超えない程度であれば、大きな電流を流すことができる。そこで、第２の実施の形態にかかるモータ制御装置は、モータの立ち上がり時に必要なトルクを得るため、起動直後の所定期間の電流値を高く制御するものである。

図１６は、第２の実施の形態にかかるモータ制御装置の電流制限ＰＷＭ回路１６２０の構成を示したブロック図である。同図に示すように、第２の実施の形態の電流制限ＰＷＭ回路１６２０は、速度検出部１２１と、平均化部１２２と、電流算出部１２３と、比較部１２４と、ＰＷＭ出力部１６２５と、タイマ１６２６と、最大デューティー決定回路１６２７とを備えている。

第２の実施の形態においては、タイマ１６２６と最大デューティー決定回路１６２７とを追加したこと、およびがＰＷＭ出力部１６２５の機能が、第１の実施の形態の電流制限ＰＷＭ回路１２０と異なっている。その他の構成および機能は、第１の実施の形態にかかる電流制限ＰＷＭ回路１２０の構成を表すブロック図である図１２と同様であるので、同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

タイマ１６２６は、時間の計測を行うものである。最大デューティー決定回路１６２７は、タイマ１６２６からの出力値を参照し、モータ起動開始時（初期状態）から予め定められた時間（ｔｓ）までは所定の初期値をＰＷＭ信号のデューティーとして出力することを決定するものである。

ＰＷＭ出力部１６２５は、ｔｓまでは最大デューティー決定回路１６２７が決定した初期値をＰＷＭ出力値として出力し、ｔｓ以降は、第１の実施の形態と同様の方法により、回転速度に応じたＰＷＭ出力値を算出して出力するものである。

図１７は、第２の実施の形態で出力されるＰＷＭ信号のデューティー値の一例を示した説明図である。同図に示すように、モータ起動開始からｔｓまでは、起動トルクを大きくするためにデューティー値を所定の初期値に設定する。ｔｓ経過後は、第１の実施の形態と同様に回転速度を考慮して制限された値（ＰＷＭデューティー制限値）が出力される。

次に、このように構成された第２の実施の形態にかかるモータ制御装置によるデューティー決定処理について説明する。図１８は、第２の実施の形態におけるデューティー決定処理の全体の流れを示すフローチャートである。

まず、最大デューティー決定回路１６２７が、タイマ１６２６からの出力値を参照し、モータ起動からの時間が所定の閾値（ｔｓ）より小さいか否かを判断する（ステップＳ１８０１）。ｔｓより小さい場合は（ステップＳ１８０１：ＹＥＳ）、最大デューティー決定回路１６２７はデューティーを所定の初期値に設定する（ステップＳ１８０２）。また、ＰＷＭ出力部１６２５は、この初期値に応じたデューティーのＰＷＭ信号をドライバ１３０に出力する。

モータ起動からの時間がｔｓより大きい場合は（ステップＳ１８０１：ＮＯ）、回転速度に応じた値にＰＷＭ信号のデューティーを制限する電流制限処理が実行される（ステップＳ１８０３）。この電流制限処理としては、第１の実施の形態の図１３または図１５で説明した処理のいずれかを適用できる。

このように、第２の実施の形態にかかるモータ制御装置では、起動直後の所定期間の電流値を高く制御することができるため、モータの立ち上がり時に必要なトルクを適切に与えることができ、モータの回転速度を迅速に目標値に到達させることが可能となる。

（第３の実施の形態）
第２の実施の形態では、モータの機械的な立ち上がりの遅れを最小限にするために起動後の所定時間のデューティー値を大きく設定していた。このようなデューティー制限の調整段階を増やせば、さらに起動トルクアップを図ることができる。第３の実施の形態にかかるモータ制御装置は、起動直後の電流の立ち上がり時間（電気的時定数）を考慮して、起動直後の所定期間の電流値をさらに高く制御するものである。

図１９は、モータ起動開始以降の電流の立ち上がり、およびモータ回転速度の立ち上がりの関係を示した説明図である。同図に示すように、モータに電圧をかけると、一般的に電気的な立ち上がり時間ｔｅは機械的な立ち上がり時間ｔｍよりかなり短い。本実施の形態では、ｔｅおよびｔｍのそれぞれに対応して予め定められた時間ごとに、ＰＷＭ信号のデューティー値の初期値を変更する。

図２０は、第３の実施の形態で出力されるＰＷＭ信号のデューティー値の一例を示した説明図である。同図に示すように、モータ起動開始からコイルのＬ成分による立ち上がりの遅れ時間に相当するｔ１までは、ＰＷＭ信号を１００％デューティーにして起動する。

電気的に立ち上がると、機械的に立ち上がるｔ２時間まで、立ち上がりのトルクアップ分ＰＷＭデューティー制限値を上乗せする。機械的に立ち上がった後は、通常のＷＰＭ指示値に従ってデューティーを制御する。これにより、起動時のトルクアップを実現し、かつｔ２からｔ３までの区間の発熱量を低下させることができる。

図２１は、第３の実施の形態にかかるモータ制御装置の電流制限ＰＷＭ回路２１２０の構成を示したブロック図である。同図に示すように、第３の実施の形態の電流制限ＰＷＭ回路２１２０は、速度検出部１２１と、平均化部１２２と、電流算出部１２３と、比較部１２４と、ＰＷＭ出力部２１２５と、タイマ１６２６と、最大デューティー決定回路２１２７と、シーケンサ２１２８とを備えている。

第３の実施の形態においては、シーケンサ２１２８を追加したこと、およびＰＷＭ出力部２１２５と最大デューティー決定回路２１２７の機能が第１の実施の形態と異なっている。その他の構成および機能は、第２の実施の形態にかかるモータ制御装置の電流制限ＰＷＭ回路１６２０の構成を表すブロック図である図１６と同様であるので、同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

シーケンサ２１２８は、モータ起動後からの時間経過を参照し、モータ起動後の時間経過に応じた起動状態を表す起動モードを制御するものである。図２２は、起動モード間の関係を示した状態遷移図である。同図に示すように、モータが起動していない初期状態（ｉｄｌｅモード）から起動が開始すると、デューティーを最大にするｆｕｌｌモードに遷移する。その後、ｔ１時間が経過すると、トルクアップを図るための加速モードに遷移する。さらにｔ２時間が経過すると、通常のデューティー制御を行う通常モードに遷移する。

最大デューティー決定回路２１２７は、シーケンサ２１２８の出力を参照し、起動モードに応じたＰＷＭ信号のデューティー値を決定するものである。具体的には、ｆｕｌｌモード時はデューティー値を１００％に決定し、加速モード時はデューティー値を所定の初期値に決定する。

ＰＷＭ出力部２１２５は、最大デューティー決定回路２１２７が決定したデューティー値に従いＰＷＭ出力値を制御して出力するものである。具体的には、ＰＷＭ出力部２１２５は、起動後ｆｕｌｌモード時には１００％のデューティー値を出力し、加速モード時には所定の初期値を出力し、通常モードに遷移後は、第１の実施の形態と同様の方法により、回転速度に応じたＰＷＭ出力値を算出して出力する。

次に、このように構成された第３の実施の形態にかかるモータ制御装置によるデューティー決定処理について説明する。図２３は、第３の実施の形態におけるデューティー決定処理の全体の流れを示すフローチャートである。

まず、シーケンサ２１２８が、タイマ１６２６からの出力値を参照し、モータの起動モードを決定する（ステップＳ２３０１）。次に、最大デューティー決定回路２１２７が、起動モードに応じたデューティー値を決定する。

具体的には、まず最大デューティー決定回路２１２７は、起動モードがｆｕｌｌモードであるか否かを判定し（ステップＳ２３０２）、ｆｕｌｌモードである場合は（ステップＳ２３０２：ＹＥＳ）、デューティー値を１００％に設定する（ステップＳ２３０３）。また、ＰＷＭ出力部２１２５は、１００％デューティーでドライバ１３０にＰＷＭ信号を出力する。

ｆｕｌｌモードでない場合は（ステップＳ２３０２：ＮＯ）、最大デューティー決定回路２１２７は、起動モードが加速モードであるか否かを判定する（ステップＳ２３０４）。加速モードである場合（ステップＳ２３０４：ＹＥＳ）、最大デューティー決定回路２１２７は、デューティー値を所定の初期値に設定する（ステップＳ２３０５）。この初期値は、第２の実施の形態のステップＳ１８０２と同様に、トルクアップを意図して決定された値を意味する。

加速モードでない場合（ステップＳ２３０４：ＮＯ）、回転速度に応じた値にＰＷＭ信号のデューティーを制限する電流制限処理が実行される（ステップＳ２３０６）。この電流制限処理としては、第１の実施の形態の図１３または図１５で説明した処理のいずれかを適用できる。

このように、第３の実施の形態にかかるモータ制御装置では、起動直後の電流の立ち上がり時間を考慮して、起動直後の所定期間の電流値を制御するＰＷＭデューティーを最大値にすることにより、起動時のトルクアップを実現しつつ、所定期間経過後の発熱量を抑制することが可能となる。

（第４の実施の形態）
第１から第３の実施の形態では、速度検知の入力としてＦＧからのパルス信号を利用していた。しかし、ＦＧの場合、一定の回転速度になるまで出力が安定しない問題がある。また、ＦＧ自体を使用していないモータも存在するため、速度検知の方法として別の手段が必要となる。第４の実施の形態にかかるモータ制御装置は、ＦＧからの信号で回転速度を検知する代わりに、ホール素子からのパルス信号を用いてモータの回転速度を検出するものである。

図２４は、第４の実施の形態にかかるモータ制御装置２４００の構成を示すブロック図である。同図に示すように、モータ制御装置２４００は、ＰＩＤ制御回路１４０と、ドライバ１３０と、電流制限ＰＷＭ回路２４２０とを備えている。

第４の実施の形態においては、電流制限ＰＷＭ回路２４２０の機能が第１の実施の形態と異なっている。その他の構成および機能は、第１の実施の形態にかかるモータ制御装置２００の構成を表すブロック図である図３と同様であるので、同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

電流制限ＰＷＭ回路２４２０は、ＦＧ信号ではなく、ホール素子２１２から出力されたパルス信号を入力して電流値を算出する点が、第１の実施の形態の電流制限ＰＷＭ回路１２０と異なっている。なお、図２４には示していないが、本実施の形態のメインモータ２５は、三相モータであるため、ホール素子２１２は各相に応じて３つ備えられている。以下では、３つのホール素子をホール素子Ａ、ホール素子Ｂ、ホール素子Ｃという。

本実施の形態では、電流制限ＰＷＭ回路２４２０は、３つのホール素子Ａ、Ｂ、Ｃからの出力を合成して分解能を上げている。図２５は、合成したホール素子からの出力の一例を示した説明図である。同図に示すように、３つのホール素子Ａ、Ｂ、Ｃからの信号波形の排他的論理和を算出することにより、各信号を合成した合成波形を求めることができる。電流線源ＰＷＭ回路２４２０の速度検出部１２１は、このようにして合成された信号からモータの回転速度を検出する。回転速度を検出した後のＰＷＭ信号の制御処理は、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。

このように、第４の実施の形態にかかるモータ制御装置では、ホール素子からのパルス信号を用いてモータの回転速度を検出することができるため、ＦＧを備えていないモータの制御や、出力が安定しない場合があるＦＧの利用を回避したモータの制御が可能となる。

（第５の実施の形態）
上述の各実施の形態では、回転速度を検出するために、ＦＧまたはホール素子の入力パルス間の時間を計測している。回転速度は、入力パルス間の時間の逆数に比例するため、低速時（起動時等）は計測結果の値が過大となり、カウンタがオーバーフローする可能性がある。また、高速時は、パルス間のカウント数が過小となり、計測分解能が小さくなるという問題がある。第５の実施の形態にかかるモータ制御装置は、回転速度計測時のパルス間の時間の長さの変化に応じて、カウントアップのクロックを変更するものである。

図２６は、第５の実施の形態にかかるモータ制御装置２８００の構成を示すブロック図である。同図に示すように、モータ制御装置２８００は、ＰＩＤ制御回路１４０と、ドライバ１３０と、電流制限ＰＷＭ回路２８２０と、調整回路２８４０と、を備えている。

第５の実施の形態においては、調整回路２８４０を追加したこと、および電流制限ＰＷＭ回路２８２０の機能が第１の実施の形態と異なっている。その他の構成および機能は、第１の実施の形態にかかるモータ制御装置２００の構成を表すブロック図である図１と同様であるので、同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

電流制限ＰＷＭ回路２８２０は、後述する調整回路２８４０でクロック数が調整されてカウントされたパルス信号間の時間を入力し、入力した時間を用いてＰＷＭ信号を制御するものである。図２７は、電流制限ＰＷＭ回路２８２０の詳細な構成を示すブロック図である。同図に示すように、電流制限ＰＷＭ回路２８２０は、速度検出部２８２１と、平均化部１２２と、電流算出部１２３と、比較部１２４と、ＰＷＭ出力部１２５と、を備えている。

第５の実施の形態では、速度検出部２８２１の機能が第１の実施の形態と異なっている。その他の構成および機能は、第１の実施の形態にかかる電流制限ＰＷＭ回路１２０の構成を表すブロック図である図１２と同様であるので、同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

速度検出部２８２１は、調整回路２８４０から出力されたカウント値であるパルス信号間の時間を入力し、入力した時間からメインモータ２５の回転速度を検出するものである。

調整回路２８４０は、ＦＧ２１３から入力されたＦＧ信号間の時間をカウントするカウンタのクロックを調整し、調整したクロックでカウントした時間を出力するものである。図２８は、調整回路２８４０の詳細な構成を示すブロック図である。同図に示すように、調整回路２８４０は、分周シーケンサ２８４１と、分周回路２８４２と、カウンタ２８４３と、比較部２８４４および比較部２８４５と、を備えている。

比較部２８４４は、計測されたカウント値と予め定められた上限値（上基準値）とを比較し、カウント値が上基準値を超えた場合に超えたことを表す信号を分周シーケンサ２８４１に出力するものである。比較部２８４５は、計測されたカウント値と予め定められた下限値（下基準値）とを比較し、カウント値が下基準値を下回った場合に下回ったことを表す信号を分周シーケンサ２８４１に出力するものである。

分周シーケンサ２８４１は、比較部２８４４および比較部２８４５の出力に応じて、カウンタ２８４３の分周比を制御するものである。

分周回路２８４２は、分周シーケンサ２８４１が設定した分周比でシステムクロック（システムＣＬＫ）を分周するものである。カウンタ２８４３は、分周回路２８４２によって分周されたクロックでＦＧ２１３からのパルス信号をカウントするものである。

次に、このように構成された第５の実施の形態にかかるモータ制御装置２８００による分周比設定処理について説明する。図２９は、第５の実施の形態における分周比設定処理の全体の流れを示すフローチャートである。

まず、分周シーケンサ２８４１が、カウンタ２８４３のクロックについて予め定められた分周比の初期値を設定する（ステップＳ３１０１）。この後、分周回路２８４２は設定された分周比でクロックを生成し、カウンタ２８４３は生成されたクロックに従ってＦＧ２１３からのパルス信号間の時間のカウントを開始する。

次に、比較部２８４４が、カウンタ値が上基準値より大きいか否かを判断し（ステップＳ３１０２）、大きい場合は（ステップＳ３１０２：ＹＥＳ）、分周シーケンサ２８４１は、クロックの分周比を小さくする（ステップＳ３１０３）。カウンタ値が上基準値より大きくない場合は（ステップＳ３１０２：ＮＯ）、比較部２８４５が、カウンタ値が下基準値より小さいか否かを判断する（ステップＳ３１０４）。

カウンタ値が下基準値より小さい場合（ステップＳ３１０４：ＹＥＳ）、分周シーケンサ２８４１は、クロックの分周比を大きくする（ステップＳ３１０５）。カウンタ値が下基準値より小さくない場合は（ステップＳ３１０４：ＮＯ）、クロック周期は変更せず、電流制限処理が実行される（ステップＳ３１０６）。

次に、ステップＳ３１０３またはステップＳ３１０５で、分周比を小さくするまたは分周比を大きくする具体的な方法について説明する。以下では、モータの回転速度が遅くなる場合と、モータの回転速度が速くなる場合とに分けて説明する。

まず、モータの回転速度が遅くなる場合について説明する。図３０はパルスの周期とカウント値について説明した説明図である。グラフの横軸は時間（ｔ）、縦軸はパルスの検出電圧である。同図に示されるように、モータの回転速度が遅くなると、パルスの周期は大きくなり、パルス間（α）を一定の周期のクロックでカウントしているときのカウント値も大きくなる。同図では、回転速度が遅くなるにしたがい、カウント値が９カウント、１４カウント、２０カウントのように大きくなる例が示されている。

図３１はパルスの周期が大きくなっていく際のパルス間（α）のカウント値を示した図である。グラフの横軸は時間（ｔ）、縦軸はカウント値である。パルス間のカウント値が過大になるとカウンタ２８４３がオーバーフローする恐れがある。このため、比較部２８４４が、カウント値が所定の上基準値（γ）よりも大きいか否かを判断し、大きい場合には分周シーケンサ２８４１が、分周比を決定してクロックを分周する。所定の上基準値（γ）は、次のカウント値が予想より大きかったとしてもオーバーフローしないようにカウンタ２８４３の最大値から任意の値を引いたものとする。分周とは周波数を１／ｎに変換することであり、例えば２分周すると周期は２倍になり、同じ長さをカウントアップする際に１／２のカウント値で数えることが可能になる。このｎを分周比と呼ぶ。

分周シーケンサ２８４１が分周を行う際、過大な分周比を用いるとパルスに対しての分解能が過小となる。分解能が過小となると、カウント値が検出しているパルスの長さ＝モータの速度の誤差が大きくなる。このため、次の分周比は、前回のカウント値と分周比とから、カウント値が所定の下基準値（β）よりも大きくなるように定められる。下基準値は、求める分解能に応じて任意に決定する。

具体的には、分周シーケンサ２８４１は、モータの回転速度が遅くなり、所定の上基準値より大きくなったとき、（現在のカウント値×現在の分周比）／所定の下基準値（β）（＝仮分周比とする）より小さい最大の整数値を、次の分周比として設定する。なお、分周比は、仮分周比より小さく現在の分周比より大きいものであれば、仮分周比より小さい最大の整数値でなくてもよい。

次に、モータの回転速度が速くなる場合について説明する。モータの回転速度が遅くなる場合で説明したように、周期が過大であるとカウンタ２８４３がオーバーフローする恐れがある。このため、起動直後など、モータの回転速度が遅いことが予想される場合は、予め分周比を大きくしておく。

図３２はパルスの周期とカウント値について説明した説明図である。グラフの横軸は時間（ｔ）、縦軸はパルスの検出電圧である。同図に示されるように、モータの回転速度が速くなると、パルスの周期は小さくなり、パルス間（α）を一定の周期でカウントしているときのカウント値も小さくなる。

図３３はパルスの周期が小さくなっていく際のパルス間（α）のカウント値を示した図である。グラフの横軸は時間（ｔ）、縦軸はカウント値である。パルス間のカウント値が前述の下基準値（β）よりも小さくなると、カウント値が検出しているパルスの長さ＝モータの回転速度の誤差が大きくなる。このため、比較部２８４５が、カウント値が所定の下基準値（β）よりも小さいか否かを判断し、小さい場合には、分周シーケンサ２８４１は、分周比が小さくなるように、分周比を決定する。

このとき、過小な分周比を決定すると、同じ長さを必要以上に細かなクロックでカウントすることになるため、次のカウント値がオーバーフローする可能性がある。このため、次の分周比は、前回のカウント値と分周比から、カウント値が所定の上基準値（γ）よりも小さくなるように定められる。

具体的には、分周シーケンサ２８４１は、モータの回転速度が速くなり、所定の下基準値より小さくなったとき、（現在のカウント値×現在の分周比）／所定の上基準値（γ）（＝仮分周比とする）より大きい最小の整数値を、次の分周比として設定する。なお、分周比は、仮分周比より大きく現在の分周比より小さいものであれば、仮分周比より大きい最小の整数値でなくてもよい。

カウント値が所定の上基準値より小さく、所定の下基準値より大きい場合には、分周シーケンサ２８４１は分周比を変更せず、電流制限処理が実行される。

次に、ステップＳ３１０６の電流制限処理の詳細について以下に説明する。図３４は、第５の実施の形態における電流制限処理の全体の流れを示すフローチャートである。

まず、電流制限ＰＷＭ回路２８２０は、ＰＷＭ信号のパルス数をカウントアップする（ステップＳ３２０１）。次に、速度検出部２８２１は、調整回路２８４０のカウンタ２８４３からカウンタ値を取得するとともに（ステップＳ３２０２）、カウンタ値の取得数をカウントアップする（ステップＳ３２０３）。次に、速度検出部２８２１は、取得したカウント値をパルス信号間の時間として加算する（ステップＳ３２０４）。

ステップＳ３２０５からステップＳ３２１０までの、平均値算出処理、デューティー設定処理、パラメタ初期化処理は、第１の実施の形態にかかるモータ制御装置２００におけるステップＳ１３０５からステップＳ１３１０までと同様の処理なので、その説明を省略する。

（変形例）
分周シーケンサ２８４１は、上述のように、現在のカウント値、現在の分周比、および所定の上基準値（γ）または所定の下基準値（β）から定められる所定の条件を満たす分周比を算出して、次の分周比として設定していた。これに対し、予め定められた割合で変更した分周比を、次の分周比として設定するように分周シーケンサ２８４１を構成してもよい。

この場合、まず、比較部２８４４が、カウント値が上基準値より大きいか否かを判断し、大きい場合は、分周シーケンサ２８４１は分周比を予め定められた割合だけ大きく設定する。例えば、分周シーケンサ２８４１は、分周比を２倍に設定する。カウント値が上基準値より大きくない場合は、比較部２８４５が、カウント値が下基準値より小さいか否かを判断する。

カウント値が下基準値より小さい場合、分周シーケンサ２８４１は、分周比を予め定められた割合だけ小さくする。例えば、分周シーケンサ２８４１は、分周比を１／２に設定する。カウント値が下基準値より小さくない場合は、分周比は変更せず、電流制限処理が実行される。電流制限処理の流れは、第５の実施の形態と同様の処理なので、その説明を省略する。

図３５は、本変形例における回転速度とカウント値との関係の一例を示した説明図である。同図は、起動直後はカウンタのクロックを通常の８分周としてカウントを開始し、回転速度が上がるにしたがって分周比を４分周、２分周、１分周のように変化させる場合の例を示している。すなわち、スタート時は、８分周したクロックでカウントアップしてカウント値を計測する。回転速度が一定速度に達すると、４分周でカウントアップして計測する。さらに速度が所定速度に達した場合に２分周とし、最後に分周せずにカウントアップする。これにより、回転速度が低いときでも、カウンタのオーバーフローを回避できる。

図３６は、回転速度の変化と分周の時間的な変化の対応を示した説明図である。同図に示すように、本実施の形態では、回転速度が上がるにつれて分周比が小さくなり、速度が低下すると再び分周比が大きくなるように、調整回路が分周比を制御する。

このように、第５の実施の形態では、調整回路で分周比を調整してカウントしたＦＧ信号間の時間を用いて回転速度を算出している。なお、回転速度を算出後、図１５で示したように速度−デューティー変換テーブル１５１を参照してＰＷＭ出力値を求める方式を適用してもよい。

以上のように、第５の実施の形態、変形形態にかかるモータ制御装置では、低速回転時には回転速度計測の周期を大きくするために、カウンタのオーバーフローを防ぎ、高速回転時には回転速度計測の周期を小さくするために分解能を必要な任意の大きさ以上に保つことができる。

なお、第１〜第５の実施の形態にかかるモータ制御装置で実行されるモータ制御プログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。

第１〜第５の実施の形態にかかるモータ制御装置で実行されるモータ制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、第１〜第５の実施の形態にかかるモータ制御装置で実行されるモータ制御プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、第１〜第５の実施の形態にかかるモータ制御装置で実行されるモータ制御プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

第１〜第５の実施の形態にかかるモータ制御装置で実行されるモータ制御プログラムは、上述した各部（速度検出部、平均化部、電流算出部、比較部、ＰＷＭ出力部など）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭからモータ制御プログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、上記各部が主記憶装置上に生成されるようになっている。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置、モータ制御方法、モータ制御プログラムおよび画像形成装置は、ＰＷＭ方式によりモータを駆動するドライバを制御するモータ制御装置、モータ制御方法、モータ制御プログラムおよび画像形成装置に適している。

本実施の形態にかかる画像形成装置の構成を示す説明図である。 本実施の形態にかかる画像形成装置の制御系の構成を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態にかかるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 従来のモータ制御装置のＰＷＭ回路で出力されるＰＷＭ信号のタイミングチャートを表す説明図である。 従来のモータ制御装置のドライバに流れる駆動電流の電流波形の一例を示す説明図である。 本実施の形態で利用する原理を説明するための説明図である。 回転速度とドライバ内に流れる電流値との関係を示すグラフである。 ＰＷＭデューティー制限値を示した説明図である。 回転速度、ＰＷＭ指示値、およびＰＷＭデューティー制限値の変化を示した説明図である。 ＰＷＭ指示値およびＰＷＭデューティー制限値に対する実際に出力されるＰＷＭ出力値の関係を示す説明図である。 電流制限ＰＷＭ回路の詳細な構成を示したブロック図である。 第１の実施の形態における電流制限処理の全体の流れを示すフローチャートである。 電流制限ＰＷＭ回路の別の構成を示したブロック図である。 第１の実施の形態の変形例における電流制限処理の全体の流れを示すフローチャートである。 第２の実施の形態にかかるモータ制御装置の電流制限ＰＷＭ回路の構成を示したブロック図である。 第２の実施の形態で出力されるＰＷＭ信号のデューティー値の一例を示した説明図である。 第２の実施の形態におけるデューティー決定処理の全体の流れを示すフローチャートである。 電流の立ち上がり、モータ回転速度の立ち上がりの関係を示した説明図である。 第３の実施の形態で出力されるＰＷＭ信号のデューティー値の一例を示した説明図である。 第３の実施の形態にかかるモータ制御装置の電流制限ＰＷＭ回路の構成を示したブロック図である。 起動モード間の関係を示した状態遷移図である。 第３の実施の形態におけるデューティー決定処理の全体の流れを示すフローチャートである。 第４の実施の形態にかかるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 合成したホール素子からの出力の一例を示した説明図である。 第５の実施の形態にかかるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 電流制限ＰＷＭ回路の詳細な構成を示すブロック図である。 調整回路の詳細な構成を示すブロック図である。 第５の実施の形態における分周比設定処理の全体の流れを示すフローチャートである。 パルスの周期とカウント値について説明した説明図である。 パルスの周期が大きくなっていく際のパルス間（α）のカウント値を示した図である。 パルスの周期とカウント値について説明した説明図である。 パルスの周期が小さくなっていく際のパルス間（α）のカウント値を示した図である。 第５の実施の形態における電流制限処理の全体の流れを示すフローチャートである。 回転速度とカウント値との関係の一例を示した説明図である。 回転速度の変化と分周の時間的な変化の対応を示した説明図である。

符号の説明

０ 現像ユニット
０ａ トナーカートリッジ
１ 現像ローラ
１０ 画像形成装置
１１ 感光体ベルト
１１ａ 表面
１２ 帯電手段
１３ 潜像形成手段
１３ａ ポリゴンミラー
１３ｂ ｆ／θレンズ
１３ｃ 反射ミラー
１４ 転写手段
１４ａ 一次転写器
１４ｂ 二次転写器
１５ クリーニング手段
１５ａ 感光体ベルトクリーニングユニット
１６ 中間転写ベルト
１７ 搬送ローラ
１８ 定着手段
１８ａ 加熱ローラ
１８ｂ 加圧ローラ
１９ 排紙ローラ
２０ 排紙トレイ
２１、２２、２３、２４ クラッチ
２５ メインモータ
２６ 搬送モータ
３０ 操作部
３１ 液晶タッチパネル
３２ テンキー
３３ クリア／ストップキー
３４ プリントキー
３５ 予熱キー
４０ メインコントローラ
１２０ 電流制限ＰＷＭ回路
１２１ 速度検出部
１２２ 平均化部
１２３ 電流算出部
１２４ 比較部
１２５ ＰＷＭ出力部
１３０ ドライバ
１３１ 三相出力切り替え回路
１４０ ＰＩＤ制御回路
１５１ 速度−デューティー変換テーブル
２００ モータ制御装置
２１１Ｕ、２１１Ｖ、２１１Ｗ 巻線
２１２ ホール素子
２１３ ＦＧ
３００ モータ制御装置
３２０ ＰＷＭ回路
３３０ ドライバ
３３１ 三相出力切り替え回路
３３２ コンパレータ
３４０ ＰＩＤ制御回路
１４２０ 電流制限ＰＷＭ回路
１４２５ ＰＷＭ出力部
１６２０ 電流制限ＰＷＭ回路
１６２５ ＰＷＭ出力部
１６２６ タイマ
１６２７ 最大デューティー決定回路
２１２０ 電流制限ＰＷＭ回路
２１２５ ＰＷＭ出力部
２１２７ 最大デューティー決定回路
２１２８ シーケンサ
２４００ モータ制御装置
２４２０ 電流制限ＰＷＭ回路
２８００ モータ制御装置
２８２０ 電流制限ＰＷＭ回路
２８２１ 速度検出部
２８４０ 調整回路
２８４１ 分周シーケンサ
２８４２ 分周回路
２８４３ カウンタ
２８４４ 比較部
２８４５ 比較部

Claims (20)

1. モータに供給する電圧値を決定するＰＷＭ信号を制御する制御手段と、
   前記ＰＷＭ信号によって決定される電圧値に対応する電流を前記モータの巻線に通電することにより前記モータを駆動する駆動手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記モータの回転速度を検出する速度検出手段と、
   前記モータが回転していない状態から、予め定められた第１時間および前記第１時間経過後から予め定められた第２時間が経過した後、前記速度検出手段が検出した回転速度に基づいて、予め定められた電流制限値を越えない電流値を通電可能な電圧値に対応するＰＷＭ信号を出力する出力手段と、を備え、
   前記出力手段は、前記第２時間の間、前記第２時間経過直後に出力するＰＷＭ信号のデューティー値よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力し、前記第１時間の間、前記第２時間で出力するＰＷＭ信号よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力すること、
   を特徴とするモータ制御装置。
2. 前記第１時間は、前記巻線の電気的時定数に基づいて定められることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記出力手段は、前記第１時間の間、電圧値を最大にするＰＷＭ信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記制御手段は、
   前記第１時間および前記第２時間が経過した後、前記速度検出手段が検出した回転速度に基づいて前記モータに通電されている電流値を算出する算出手段と、
   算出した前記電流値と前記電流制限値とを比較する比較手段と、をさらに備え、
   前記出力手段は、算出した前記電流値が前記電流制限値より大きい場合に、前記電流値を算出した時の前記電圧値より前記電圧値を低下させるＰＷＭ信号を出力すること、
   を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記算出手段は、前記ＰＷＭ信号によって決定される前記電圧値と、検出した前記回転速度に応じた誘起電圧値との差分を算出し、算出した前記差分と巻線の電気抵抗値とに基づいて前記電流値を算出すること、
   を特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記速度検出手段が検出した複数の前記回転速度の平均値を算出する平均化手段をさらに備え、
   前記算出手段は、算出された前記平均値に基づいて前記電流値を算出すること、
   を特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
7. 前記出力手段は、算出した前記電流値が前記電流制限値より大きい場合に、前記電圧値を０とするＰＷＭ信号を出力すること、
   を特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
8. 前記出力手段は、算出した前記電流値が前記電流制限値より大きい場合に、前記ＰＷＭ信号のデューティー値を予め定められた値分減少させること、
   を特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
9. 前記モータの前記回転速度と、前記電流制限値を越えない電流値を通電可能な前記電圧値に対応するＰＷＭ信号のデューティー値とを対応づけて記憶する記憶部をさらに備え、
   前記出力手段は、検出した前記回転速度に対応するＰＷＭ信号を前記記憶部から取得し、取得したＰＷＭ信号を出力すること、
   を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
10. 前記速度検出手段は、モータの回転数に応じたパルス信号の入力を受付け、受付けた前記パルス信号間の時間間隔に基づいて前記回転速度を検出すること、
    を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
11. 前記速度検出手段は、モータの回転数に応じた周波数を有するＦＧ（Frequency Generator）信号である前記パルス信号の入力を受付けること、
    を特徴とする請求項１０に記載のモータ制御装置。
12. 前記速度検出手段は、前記モータを構成する磁石の磁極位置を検知するホール素子から出力された前記パルス信号の入力を受付けること、
    を特徴とする請求項１０に記載のモータ制御装置。
13. 前記速度検出手段は、三相モータである前記モータの各相に対応する３つの前記ホール素子から出力された前記パルス信号の入力を受付けること、
    を特徴とする請求項１２に記載のモータ制御装置。
14. 予め定められた周期のクロックに基づいて、前記時間間隔に対応するカウント値をカウントするカウンタと、
    カウントされた前記カウント値と、予め定められた上限値および予め定められた下限値と、を比較するカウント値比較手段と、
    前記カウント値が前記上限値より大きい場合に、前記カウント値をカウントしたときの前記クロックの分周比より大きい分周比を設定し、前記カウント値が前記下限値より小さい場合に、前記カウント値をカウントしたときの分周比より小さい分周比を設定する分周比設定手段と、
    前記分周比設定手段によって設定された分周比で前記クロックを分周する分周手段と、をさらに備え、
    前記速度検出手段は、分周された前記クロックでカウントされた前記カウント値に基づいて前記回転速度を検出すること、
    を特徴とする請求項１０に記載のモータ制御装置。
15. 前記分周比設定手段は、前記カウント値が前記上限値より大きい場合に、前記カウント値と前記カウント値をカウントしたときの分周比との積を前記下限値で除算した値以下で、かつ、前記カウント値をカウントしたときの分周比以上の値の分周比を設定すること、
    を特徴とする請求項１４に記載のモータ制御装置
16. 前記分周比設定手段は、前記カウント値が前記下限値より小さい場合に、前記カウント値と前記カウント値をカウントしたときの分周比との積を前記上限値で除算した値以上で、かつ、前記カウント値をカウントしたときの分周比以下の値の分周比を設定すること、
    を特徴とする請求項１４に記載のモータ制御装置。
17. 前記分周比設定手段は、前記カウント値が前記上限値より大きい場合に、前記カウント値をカウントしたときの分周比に予め定められた１より大きい定数を乗算し、前記カウント値が前記下限値より小さい場合に、前記カウント値をカウントしたときの分周比を前記定数で除算すること、
    を特徴とする請求項１４に記載のモータ制御装置。
18. 制御手段が、モータに供給する電圧値を決定するＰＷＭ信号を制御する制御ステップと、
    駆動手段が、前記ＰＷＭ信号によって決定される電圧値に対応する電流を前記モータの巻線に通電することにより前記モータを駆動する駆動ステップと、を備え、
    前記制御ステップは、
    前記モータの回転速度を検出する速度検出ステップと、
    前記モータが回転していない状態から、予め定められた第１時間および前記第１時間経過後から予め定められた第２時間が経過した後、前記速度検出ステップが検出した回転速度に基づいて、予め定められた電流制限値を越えない電流値を通電可能な電圧値に対応するＰＷＭ信号を出力する出力ステップと、を備え、
    前記出力ステップは、前記第２時間の間、前記第２時間経過直後に出力するＰＷＭ信号のデューティー値よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力し、前記第１時間の間、前記第２時間で出力するＰＷＭ信号よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力すること、
    を特徴とするモータ制御方法。
19. 請求項１８に記載のモータ制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするモータ制御プログラム。
20. 被転写体にトナー画像を形成する画像形成装置であって、
    回転可能に保持され、被転写体を搬送する搬送手段と、
    回転可能に保持されて形成されるトナー画像を担持する像担持体と、
    前記像担持体の表面を均一に帯電する帯電手段と、
    前記帯電手段が均一に帯電した前記像担持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
    前記潜像形成手段が形成した潜像を顕像化する現像手段と、
    回転可能に保持され、前記現像手段が顕像化したトナー画像を前記被転写体に転写する転写手段と、
    前記搬送手段、前記像担持体、および前記転写手段の少なくとも１つを回転するモータの駆動を制御するモータ制御装置と、を備え、
    前記モータ制御装置は、
    モータに供給する電圧値を決定するＰＷＭ信号を制御する制御手段と、
    前記ＰＷＭ信号によって決定される電圧値に対応する電流を前記モータの巻線に通電することにより前記モータを駆動する駆動手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    前記モータの回転速度を検出する速度検出手段と、
    前記モータが回転していない状態から、予め定められた第１時間および前記第１時間経過後から予め定められた第２時間が経過した後、前記速度検出手段が検出した回転速度に基づいて、予め定められた電流制限値を越えない電流値を通電可能な電圧値に対応するＰＷＭ信号を出力する出力手段と、を備え、
    前記出力手段は、前記第２時間の間、前記第２時間経過直後に出力するＰＷＭ信号のデューティー値よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力し、前記第１時間の間、前記第２時間で出力するＰＷＭ信号よりも大きなデューティー値のＰＷＭ信号を出力すること、
    を特徴とする画像形成装置。

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