(57)【要約】【課題】モータにおけるベクトル制御を改善する。【解決手段】ロータにトルクを発生させるトルク電流成分と、前記回転座標系で表される前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分と、を検出し、トルク電流成分、励磁電流成分及び回転位相を用いてロータの回転位相が目標回転位相となるようにベクトル制御を行うモータ駆動装置である。モータ駆動装置の制御装置は、トルク電流成分と前記励磁電流成分とから求められるトルク電圧と励磁電圧との合成電圧を求める。ベクトル制御で励磁電圧成分が非ゼロとなるように制御されていてかつ合成電圧が所定値を超えた場合には、合成電圧が前記所定値以下となるようにトルク電流成分を減少させる。【選択図】図６
2020202641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータのロータの回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とする回転座標系で表される電流成分であって前記ロータにトルクを発生させるトルク電流成分と、前記回転座標系で表される前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分と、を検出する電流検出手段と、
前記ロータの目標回転位相を与える制御手段と、
前記トルク電流成分と前記励磁電流成分と前記決定された回転位相とを用いて前記ロータの回転位相が前記目標回転位相となるようにベクトル制御を行うとともに、前記トルク電流成分と前記励磁電流成分とから求められるトルク電圧成分及び励磁電圧成分及び前記トルク電圧と前記励磁電圧との合成電圧を求める制御手段と、
前記合成電圧が所定値を超えたか否かを検知する検知手段と、を有し、
前記制御手段は、前記ベクトル制御で前記励磁電圧成分が非ゼロとなるように制御されていてかつ前記合成電圧が前記所定値を超えたことが前記検知手段で検知された場合には、前記合成電圧が前記所定値以下となるように、前記トルク電流成分と前記励磁電流成分との少なくとも一方を減少させることを特徴とする、
モータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記合成電圧が前記所定値を超えた場合には、前記合成電圧が前記所定値以下となるように前記トルク電流成分を減少させることを特徴とする、
請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記検知手段は、トルク電圧成分をＶｑ、励磁電圧成分をＶｄとして、√（Ｖｄ２＋Ｖｑ２）の値が前記所定値を超えた場合に、前記合成電圧が前記所定値を超えたと検知することを特徴とする、
請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記制御手段は前記トルク電流成分の指令値を生成し、
前記トルク電流成分の指令値を制限するトルク電流成分の制限手段を有し、
前記制御手段は、前記合成電圧が前記所定値を超えたことが前記検知部で検知された場合には、前記合成電圧が前記所定値以下となるトルク電流成分の値を求め、
前記制限手段によって、前記指令値を、前記合成電圧が前記所定値以下となるトルク電流成分の値とすることを特徴とする、
請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記合成電圧が前記所定値以下となるトルク電流成分で前記ベクトル制御を実行した後に、前記合成電圧が前記所定値を超えた場合には、前記合成電圧が前記所定値以下となるようにトルク電流成分の値を減少させることを特徴とする、
請求項４に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記モータの速度指令値を制限する速度制限手段を有し、
前記速度制限手段は、前記合成電圧が前記所定値を超えたことが前記検知部で検知された場合には、前記速度制限手段によって前記速度指令値を制限することを特徴とする、
請求項１〜４のいずれかに記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
モータのロータの回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とする回転座標系で表される電流成分であって前記ロータにトルクを発生させるトルク電流成分と、前記回転座標系で表される前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分と、を検出する電流検出手段と、
前記ロータの目標回転位相を与える制御手段と、
前記トルク電流成分と前記励磁電流成分と前記決定された回転位相とを用いて前記ロータの回転位相が前記目標回転位相となるようにベクトル制御を行うとともに、前記トルク電流成分と前記励磁電流成分とから求められるトルク電圧成分及び励磁電圧成分及び前記トルク電圧と前記励磁電圧との合成電圧を求める制御手段と、
前記合成電圧が所定の制限値を超えたか否かを検知する検知手段と、を有し、
前記制御手段は、前記ベクトル制御で前記励磁電圧成分が非ゼロとなるように制御されていてかつ前記合成電圧が前記所定の制限値を超えたことが前記検知手段で検知された場合には、前記所定の制限値の増加を行うことを特徴とする、
モータ駆動装置。
【請求項８】
前記モータ内における所定の位置の温度を検知する温度検知手段を更に有し、
前記制御手段は、前記温度検知手段により検知された温度が所定の温度制限値を超えた場合には、前記増加された所定の制限値を減少させることを特徴とする、
請求項７に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
シートを搬送する搬送ローラと、
前記搬送ローラを駆動するモータと、
前記モータのロータの回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とする回転座標系で表される電流成分であって前記ロータにトルクを発生させるトルク電流成分と、前記回転座標系で表される前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分と、を検出する電流検出手段と、
前記ロータの目標回転位相を与える制御手段と、
前記トルク電流成分と前記励磁電流成分と前記決定された回転位相とを用いて前記ロータの回転位相が前記目標回転位相となるようにベクトル制御を行うとともに、前記トルク電流成分と前記励磁電流成分とから求められるトルク電圧成分及び励磁電圧成分及び前記トルク電圧と前記励磁電圧との合成電圧を求める制御手段と、
前記合成電圧が所定値を超えたかを検知する検知手段と、を有し、
前記制御手段は、前記ベクトル制御で前記励磁電圧成分が非ゼロとなるように制御されていてかつ前記合成電圧が前記所定値を超えたことが前記検知手段で検知された場合には、前記合成電圧が前記所定値以下となるように、前記トルク電流成分と前記励磁電流成分との少なくとも一方を減少させることを特徴とする、
画像形成装置。
【請求項１０】
シートを搬送する搬送ローラと、
前記搬送ローラを駆動するモータと、
前記モータのロータの回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とする回転座標系で表される電流成分であって前記ロータにトルクを発生させるトルク電流成分と、前記回転座標系で表される前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分と、を検出する電流検出手段と、
前記ロータの目標回転位相を与える制御手段と、
前記トルク電流成分と前記励磁電流成分と前記決定された回転位相とを用いて前記ロータの回転位相が前記目標回転位相となるようにベクトル制御を行うとともに、前記トルク電流成分と前記励磁電流成分とから求められるトルク電圧成分及び励磁電圧成分及び前記トルク電圧と前記励磁電圧との合成電圧を求める制御手段と、
前記合成電圧が所定の制限値を超えたか否かを検知する検知手段と、を有し、
前記制御手段は、前記ベクトル制御で前記励磁電圧成分が非ゼロとなるように制御されていてかつ前記合成電圧が前記所定の制限値を超えたことが前記検知手段で検知された場合には、前記所定の制限値の増加を行うことを特徴とする、
画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置において、画像が形成される用紙等の記録紙を搬送する搬送系の駆動源として、ステッピングモータが広く用いられている。ステッピングモータは、モータの回転速度及び位置あるいは回転位相を検出する機構を備えていなくとも、モータに与えるパルス周期を制御することによって容易に速度制御を行える。また、ステッピングモータは、モータに与えるパルス数を制御することによって容易に位置制御を行えるという利点を有する。以下、この制御方式を同期制御と記載する。
【０００３】
ところが、ステッピングモータを同期制御する際、画像形成装置で必要となる負荷トルクが、ステッピングモータで出力可能なトルク範囲を超えると脱調が発生してステッピングモータが制御不能の状態に陥るおそれがある。脱調が発生すると、画像形成装置内で紙詰まりが発生し、詰まった紙をユーザが取り除く必要が生じる。これを避けるためには、画像形成装置で必要となる負荷トルクの変化に対応可能なモータ出力トルクが必要となる。そのためには、モータに供給する駆動電流は、画像形成装置で必要となる負荷トルクに対して所定のマージンを有するモータ出力トルクが得られるに十分なまで大きくする必要がある。その結果、ステッピングモータにおいては、電力消費量が増大し、かつ、余剰トルクに起因するモータの振動が騒音を発生させるおそれがある。
【０００４】
このような現象を回避するために、特許文献１及び２に記載のように、ベクトル制御（またはＦＯＣ：Ｆｉｅｌｄ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）と称されるモータの制御方法が知られている。例えば具体的には、ロータ（回転子）の指令位相と実際の回転位相との偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する。回転座標系では、巻線に流れる駆動電流のｑ軸成分（ｑ軸電流）はトルクを発生させるトルク電流成分であり、駆動電流のｄ軸成分（ｄ軸電流）は巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分である。一般的なベクトル制御では、最大効率運転を意図して９０°のロータ負荷角を維持するように駆動電流の振幅及び位相が制御される。
【０００５】
ステッピングモータにおけるベクトル制御では、固定座標系であるモータ巻線に流れる電流であるａｂ相電流を、前述した回転座標系であるｄｑ軸電流へと座標変換を行い、回転座標系で電流制御を行うことでｄｑ軸電圧を生成する。このようにして生成したｄｑ軸電圧を固定座標系のａｂ相電圧に変換してモータ巻線に印可する。一般的なベクトル制御では、ｄ軸電流を「０」としてｑ軸電流によりトルクが制御される。その結果、ロータの負荷量に応じて必要最低限の駆動電流が生成され、電力効率の良い駆動制御が実現される。また、上述のような余剰トルクに起因したモータの振動及び騒音を抑えることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３６６１８６４号公報
【特許文献２】特開平６−２２５５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
励磁電流成分が０となるように制御した場合にモータを最大効率で駆動可能となることから、ベクトル制御では、励磁電流成分を０としてトルク電流成分を制御する。しかし、モータにおいて、ロータが高速で回転するとモータ巻線には逆起電圧を発生するので、これを打ち消すために磁束方向であるｄ軸にあえて励磁電流を流すことがある。
励磁電流により励磁電圧成分が発生した場合、トルク電圧成分と励磁電圧成分との合成電圧は、励磁電圧成分が０である場合の合成電圧（即ち、トルク電圧成分）より大きな値となり、その結果ａｂ相電圧がインバータ回路に印可する電源電圧を超過するおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ステッピングモータ等のモータにおけるベクトル制御を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のモータ駆動装置は、モータのロータの回転位相を決定する位相決定手段と、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とする回転座標系で表される電流成分であって前記ロータにトルクを発生させるトルク電流成分と、前記回転座標系で表される前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分と、を検出する電流検出手段と、前記ロータの目標回転位相を与える制御手段と、前記トルク電流成分と前記励磁電流成分と前記決定された回転位相とを用いて前記ロータの回転位相が前記目標回転位相となるようにベクトル制御を行うとともに、前記トルク電流成分と前記励磁電流成分とから求められるトルク電圧成分及び励磁電圧成分及び前記トルク電圧と前記励磁電圧との合成電圧を求める制御手段と、前記合成電圧が所定値を超えたか否かを検知する検知手段と、を有し、前記制御手段は、前記ベクトル制御で前記励磁電圧成分が非ゼロとなるように制御されていてかつ前記合成電圧が前記所定値を超えたことが前記検知手段で検知された場合には、前記合成電圧が前記所定値以下となるように、前記トルク電流成分と前記励磁電流成分との少なくとも一方を減少させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステッピングモータ等のモータにおけるベクトル制御を改善することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】モータ駆動装置が実装された画像形成装置の説明図。
【図２】画像形成装置の構成を表す機能ブロック図。
【図３】ベクトル制御を表す機能ブロック図。
【図４】α、β軸とｄ、ｑ軸との関係の説明図。
【図５】Ｖｑ、ＶｄとＶｄｑとの関係の説明図。
【図６】電流の制限処理を表すフローチャート。
【図７】Ｖ＿ＬＩＭの値を上昇させる処理を表すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００１３】
画像形成装置
本実施形態では、モータ駆動装置を画像形成装置に適用した例を示す。図１は、モータ駆動装置が実装される画像形成装置の説明図である。画像形成装置１００は、原稿自動送り装置２０１、読取装置２０２、及び画像形成装置本体３０１を備えている。
【００１４】
原稿自動送り装置２０１の原稿載置部２０３に置かれた原稿は、給紙ローラ２０４によって１枚ずつ給紙され、搬送ガイド２０６を経由して読取装置２０２の原稿ガラス台２１４に搬送される。更に、原稿は、搬送ベルト２０８によって一定速度で搬送された後、排紙ローラ２０５によって装置外部へ排紙される。この間、読取装置２０２の読取位置において照明系２０９によって照明された原稿画像からの反射光は、反射ミラー２１０、２１１、２１２からなる光学系によって画像読取部１０１に導かれ、画像読取部１０１によって画像信号に変換される。画像読取部１０１は、レンズ、光電変換素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＣＤの駆動回路等で構成される。画像読取部１０１から出力された画像信号は、ＡＳＩＣ等のハードウェアデバイスで構成される画像処理部１１２によって、アナログ画像処理及びＡＤ変換が行われ、デジタルの画像データが生成される。画像処理部１１２は、生成した画像データに対して各種補正処理を行った後に、画像形成装置本体３０１へと出力する。この画像データは、原稿画像を表すデータである。
【００１５】
読取装置２０２における原稿の読取モードとして、流し読みモード及び固定モードがある。流し読みモードは、照明系２０９及び光学系を停止した状態で、原稿を一定速度で搬送しながら当該原稿の画像を読み取るモードである。固定モードは、読取装置２０２の原稿ガラス台２１４上に原稿を載置し、照明系２０９及び光学系を一定速度で移動させながら、原稿ガラス台２１４上に載置された原稿の画像を読み取るモードである。通常、シート状の原稿は流し読みモードにより読み取られ、綴じられた原稿は固定モードで読み取られる。
【００１６】
画像形成装置１００は、読取装置２０２から出力される画像信号に基づいて、画像形成装置本体３０１においてページ単位で記録紙（記録材）に画像を形成するコピー機能を有する。なお、画像形成装置１００は、ネットワークを介して外部装置から受信したデータに基づいて記録紙に画像を形成する印刷機能も有している。
【００１７】
読取装置２０２から出力された画像信号は、光走査装置３１１に入力される。光走査装置３１１は、半導体レーザ及びポリゴンミラーを有し、入力された画像信号で変調されたレーザ光（光信号）を半導体レーザから出力する。半導体レーザから出力されたレーザ光が、ポリゴンミラー、及びミラー３１２、３１３を経由して感光ドラム３０９の表面に照射されることで、感光ドラム３０９が露光される。帯電器３１０によって表面が一様に帯電した感光ドラム３０９がレーザ光によって露光されることで、感光ドラム３０９上に静電潜像が形成される。感光ドラム３０９上に形成された静電潜像が、現像器３１４から供給されるトナーによって現像されることで、感光ドラム３０９上にトナー像が形成される。感光ドラム３０９上のトナー像は、感光ドラム３０９の回転に伴って転写分離器３１５と対向する位置（転写位置）まで移動すると、転写分離器３１５によって記録紙に転写される。
【００１８】
記録紙は、紙カセット３０２及び３０４に収納されており、それぞれ異なる種類の記録紙を収納可能である。例えば、紙カセット３０２には標準の記録紙が収納され、紙カセット３０４にはタブ紙が収納される。紙カセット３０２に収納された記録紙は、給紙ローラ３０３によって搬送路上に給紙され、搬送ローラ３０６によってレジストローラ３０８の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。一方、紙カセット３０４に収納された記録紙は、給紙ローラ３０５によって搬送路上に給紙され、搬送ローラ３０７、３０６によってレジストローラ３０８の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。
【００１９】
レジストローラ３０８の位置まで搬送された記録紙は、感光ドラム３０９上のトナー像が転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ３０８によって転写位置へ搬送される。転写位置において感光ドラム３０９からトナー像が転写された記録紙は、搬送ベルト３１７によって定着器３１８へ搬送される。定着器３１８は、熱及び圧力により、記録紙上のトナー像を当該記録紙に定着させる。
【００２０】
片面印刷モードで画像形成が行われる場合には、定着器３１８を通過した記録紙は、排紙ローラ３１９、３２４によって装置外部へ排紙される。両面印刷モードで画像形成が行われる場合には、定着器３１８を通過後、表面（第１面）に画像が形成された記録紙は、排紙ローラ３１９、搬送ローラ３２０及び反転ローラ３２１によって、反転パス３２５へ搬送される。更に、記録紙の後端が、反転パス３２５と両面パス３２６との合流ポイントを通過した直後に反転ローラ３２１の回転を反転させることで、記録紙が逆方向に搬送され始め、両面パス３２６へ搬送される。その後、記録紙は、搬送ローラ３２２、３２３によって両面パス３２６を搬送され、再び搬送ローラ３０６によってレジストローラ３０８の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。更に、記録紙の表面（第１面）への画像形成と同様に、転写位置において記録紙の裏面（第２面）へのトナー像の転写処理が行われ、更に定着器３１８によって定着処理が行われた後、記録紙は、装置外部へ排紙される。このように、反転ローラ３２１は、記録紙の両面に画像を形成する際に、搬送路上で記録紙の搬送方向を反転させるための反転ローラとして機能する。
【００２１】
また、表裏を反転させて（第１面と第２面とを反転させて）記録紙を装置外部へ排紙する場合には、定着器３１８を通過した記録紙を、排紙ローラ３２４へ向かう方向ではなく、搬送ローラ３２０へ向かう方向へ一時的に搬送する。その後、記録紙の後端が搬送ローラ３２０の位置を通過する直前に、搬送ローラ３２０の回転を反転させることで、記録紙が逆方向に搬送され始め、排紙ローラ３２４へ向かう方向へ搬送される。その結果、記録紙は、表裏が反転した状態で排紙ローラ３２４によって装置外部へ排紙される。このように、搬送ローラ３２０は、画像形成が行われた記録紙を、表裏を反転させて排紙する際に、搬送路上で記録紙の搬送方向を反転させるための反転ローラとして機能する。
【００２２】
このように、画像形成装置本体３０１は、画像が形成される記録紙の搬送用のローラとして、搬送ローラ３０６、３０７、排紙ローラ３１９、反転ローラ３２１、搬送ローラ３２２、３２３、及び排紙ローラ３２４を備えている。これらのローラを駆動するモータのモータ駆動装置の制御は、図２を参照して後述するように、制御手段としてのシステムコントローラ１５１からの指示によりモータ制御部１５７によって行われる。
【００２３】
画像形成装置の制御構成
図２は、画像形成装置１００の制御構成例を示すブロック図である。図２に示すシステムコントローラ１５１は、ＣＰＵ１５１ａ、ＲＯＭ１５１ｂ、及びＲＡＭ１５１ｃを備え、画像形成装置１００全体を制御する。システムコントローラ１５１は、画像処理部１１２、操作部１５２、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５３、高圧制御部１５５、モータ制御部１５７、センサ類１５９、及びＡＣドライバ１６０と接続されている。システムコントローラ１５１は、接続された各ユニットとの間でデータの交換が可能である。
【００２４】
ＣＰＵ１５１ａは、ＲＯＭ１５１ｂに格納された各種プログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。ＲＡＭ１５１ｃは、揮発性の記憶デバイスであり、ＣＰＵ１５１ａは、各種プログラムを実行するためのワークエリアとして、または各種データが一時的に格納される一時記憶領域として使用される。ＲＡＭ１５１ｃには、例えば、高圧制御部１５５に対する設定値、モータ制御部１５７に対する指令値、操作部１５２から受信される情報等のデータが格納される。
【００２５】
システムコントローラ１５１は、ユーザが各種の設定を行うための操作画面を操作部１５２に設けられた表示部に表示するように操作部１５２を制御することで、操作部１５２を介してユーザによる設定を受け付ける。システムコントローラ１５１は、操作部１５２を介したユーザによる設定の内容（例えば複写倍率の設定値、濃度設定値等）を示す情報を操作部１５２から受信する。
【００２６】
また、システムコントローラ１５１は、画像形成装置の状態をユーザに知らせるためのデータを操作部１５２に送信する。操作部１５２は、システムコントローラ１５１から受信したデータに基づいて、画像形成装置の状態を示す情報（例えば、画像形成枚数、画像形成中か否かを示す情報、ジャムの発生及び発生箇所を示す情報）を表示部に表示する。
【００２７】
システムコントローラ１５１（ＣＰＵ１５１ａ）は、画像処理部１１２に対して、画像処理部１１２における画像処理に必要となる、画像形成装置１００内の各デバイスの設定値データを送信する。また、システムコントローラ１５１は、各デバイスからの信号（センサ類１５９からの信号）を受信して、受信した信号に基づいて高圧制御部１５５を制御する。高圧制御部１５５は、システムコントローラ１５１から出力される設定値に基づいて、高圧ユニット１５６を構成する帯電器３１０、現像器３１４、及び転写分離器３１５に対して、それぞれの動作に必要となる電圧を供給する。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器１５３は、定着ヒータ１６１の温度を検出するためのサーミスタ１５４から検出信号を受信し、当該検出信号をデジタル信号に変換してシステムコントローラ１５１に送信する。システムコントローラ１５１は、Ａ／Ｄ変換器１５３から受信したデジタル信号に基づいてＡＣドライバ１６０を制御することで、定着ヒータ１６１の温度を、定着処理のための所望の温度に制御する。なお、定着ヒータ１６１は、定着器３１８に含まれる、定着処理に用いられるヒータである。
【００２９】
このように、システムコントローラ１５１は画像形成装置１００の動作シーケンスを制御する。また、システムコントローラ１５１は、モータ制御部１５７を介して、各モータの駆動シーケンスを制御する。モータ制御部１５７は、システムコントローラ１５１からの指示に従って、記録紙の搬送用のローラを駆動する駆動源に相当するモータ（図３に示すステッピングモータ５０９）を制御する。なお、画像形成装置１００は、記録紙の搬送用の各ローラに対応するモータごとに、当該モータを制御するモータ制御部１５７を備えている。本実施形態では、モータ制御部１５７は、モータの駆動制御を行うモータ制御装置の一例である。
【００３０】
モータ制御部１５７の外部のコントローラに相当するシステムコントローラ１５１（ＣＰＵ１５１ａ）は、制御対象のモータ（ステッピングモータ５０９）におけるロータの回転位相の指令値（θ＿ｒｅｆ）を生成し、モータ制御部１５７へ出力する。例えば、θ＿ｒｅｆは、パルス状の矩形波信号であり、１パルスがステッピングモータの回転角度の最小変化量を規定する。なお、モータの回転速度の指令値（速度指令値ω＿ｒｅｆ）は、θ＿ｒｅｆに対応する周波数として求められる。ＣＰＵ１５１ａは、モータの駆動シーケンスを開始すると、生成したθ＿ｒｅｆを所定の時間周期（制御周期）でモータ制御部１５７へ出力する。モータ制御部１５７は、ＣＰＵ１５１ａから与えられる位相指令値に従って、ステッピングモータ５０９におけるロータの回転位相（位置）制御及び速度制御を実行する。
【００３１】
ベクトル制御
次に、図３及び図４を参照して、モータ制御部１５７によって実行されるステッピングモータ５０９のベクトル制御の概要について説明する。図３は、モータ駆動装置３００の構成例を示すブロック図である。図３において、モータ制御部１５７の基本的な構成は、ブラシレスＤＣモータ、ＡＣサーボモータ等のモータで利用されている、静止座標系から回転座標系への座標変換を用いたインバータ制御に対応した構成である。
電源電圧リミッタ部５２４は、電源５２０から供給される電源電圧Ｖを受けて、ＰＷＭインバータ５０６における電圧の制限値である電圧Ｖ＿ＬＩＭがモータ制御部１５７に供給されるように、電圧を制限する。モータ制御部１５７では、ベクトル制御部５１５から出力されるステッピングモータ５０９の駆動電圧Ｖα、Ｖβに応じて、ＰＷＭインバータ５０６がステッピングモータ５０９へ駆動電流を供給することによって、ステッピングモータ５０９を駆動する。なお、図３に示すように、ベクトル制御部５１５は、速度制御部５０２、Ｉｑ＿ｒｅｆリミッタ部、電流制御部５０３、５０４、Ｖｄｑ過電圧検知部及び座標変換器５０５、５１１によって構成されている。
【００３２】
図４は、Ａ相及びＢ相からなる２相のモータと回転座標系のｄｑ軸との関係を示す図である。同図では、静止座標系におけるＡ相及びＢ相の巻線に対応した軸をそれぞれα軸及びβ軸と定義している。また、静止座標系におけるα軸と、ロータ（回転子）として用いられる永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向（ｄ軸）との成す角度をθと定義している。この場合、ステッピングモータ５０９におけるロータの出力軸の回転位相は角度θによって表される。ベクトル制御では、図４に示すように、ロータの磁束方向に沿ったｄ軸と、ｄ軸から９０度進んだ方向に沿った（ｄ軸と直交する）ｑ軸とで表される、ステッピングモータ５０９におけるロータの回転位相θを基準とした回転座標系が用いられる。
【００３３】
モータ制御部１５７は、ステッピングモータ５０９へ供給する駆動電流を、ステッピングモータ５０９におけるロータの回転位相θを基準とした回転座標系の電流値によって制御するベクトル制御を行う。ベクトル制御では、ステッピングモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルが、α軸及びβ軸で表される静止座標系から、ｄ軸及びｑ軸で表される回転座標系に変換される。このような座標変換の結果、ステッピングモータ５０９に供給される駆動電流は、回転座標系において、直流のｄ軸成分（ｄ軸電流）及びｑ軸成分（ｑ軸電流）によって表される。この場合、ｑ軸電流は、ステッピングモータ５０９にトルクを発生させるトルク電流成分に相当し、ｄ軸電流は、ステッピングモータ５０９のロータの磁束強度に影響する励磁電流成分に相当する。モータ制御部１５７は、回転座標系におけるｑ軸電流及びｄ軸電流を独立して制御することで、ステッピングモータ５０９のベクトル制御を実現する。
【００３４】
具体的には、モータ制御部１５７は、ステッピングモータ５０９におけるロータの回転位相及び回転速度を推定し、その推定結果に基づいてベクトル制御を行う。モータ制御部１５７は、図３に示すように、位相制御部５０１、速度制御部５０２、及び電流制御部５０３、５０４へのそれぞれのフィードバックに基づく３つの制御ループを含み、これらの制御ループによってベクトル制御を実現する。なお、図３に示すモータ制御部１５７において、ステッピングモータ５０９におけるロータの回転位相θの推定は、誘起電圧演算部５１２及び位相決定手段としての位相演算部（ＡＴＡＮ）５１３によって行われる。また、ステッピングモータ５０９の回転速度ω（ｄθ／ｄｔ）の推定は、回転位相θの推定値に基づいて、速度演算部５１４によって行われる。
【００３５】
位相制御部５０１を含む、最も外側の制御ループでは、ステッピングモータ５０９におけるロータの回転位相θの推定値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ５０９の位相制御を行う。モータ制御部１５７には、システムコントローラ１５１のＣＰＵ１５１ａから、ステッピングモータ５０９の位相指令値θ＿ｒｅｆが与えられる。位相制御部５０１は、位相演算部５１３からフィードバックされる、ステッピングモータ５０９におけるロータの回転位相θの推定値の位相指令値θ＿ｒｅｆ（目標値）に対する偏差が０に近づくように速度指令値ω＿ｒｅｆを生成する。その後、位相制御部５０１は、速度制限手段としてのω＿ｒｅｆリミッタ部５２３に速度指令値ω＿ｒｅｆを出力する。ω＿ｒｅｆリミッタ部５２３は、位相制御部５０１から出力された速度指令値ω＿ｒｅｆがリミット値ω＿ＬＩＭ以下になるように制限されたω＿ｒｅｆ'を出力する。具体的には、ω＿ｒｅｆの算出結果がω＿ＬＩＭ以上の値のときはω＿ＬＩＭがω＿ｒｅｆ'として出力される。また、ω＿ｒｅｆの算出結果がω＿ＬＩＭ未満の値のときはω＿ｒｅｆがω＿ｒｅｆ'として出力される。ω＿ＬＩＭはＶｄｑ過電圧検知部５２２によって決定される値である。このＶｄｑ過電圧検知部５２２の演算内容の詳細は後述する。このようにして、位相制御部５０１によるステッピングモータ５０９の位相制御が行われる。
【００３６】
速度制御部５０２を含む制御ループでは、ステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ５０９の速度制御を行う。速度制御部５０２は、速度演算部５１４からフィードバックされる、ステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定値の、速度指令値ω＿ｒｅｆ（目標値）に対する偏差が０に近づくように、電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを生成して出力する。ここで、Ｉｑ＿ｒｅｆリミッタ部５２１は、速度制御部５０２から出力された電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆがステッピングモータの電流制限値（リミット値）であるＩｑ＿ＬＩＭ以下になるよう制限したＩｑ＿ｒｅｆ'を出力する。具体的には、Ｉｑ＿ｒｅｆの算出結果がＩｑ＿ＬＩＭ以上の値のとき、Ｉｑ＿ＬＩＭがＩｑ＿ｒｅｆ'として出力される。また、Ｉｑ＿ｒｅｆの算出結果がＩｑ＿ＬＩＭ未満の値のとき、Ｉｑ＿ｒｅｆがＩｑ＿ｒｅｆ'として出力される。Ｉｑ＿ＬＩＭは、Ｖｄｑ過電圧検知部５２２によって決定される値であり、Ｖｄｑ過電圧検知部５２２の演算詳細は後述する。
【００３７】
電流制御部５０３、５０４を含む制御ループでは、ステッピングモータ５０９の各相の巻線に流れる駆動電流の検出値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ５０９の各相の巻線に供給する駆動電流を制御する。ここで、ステッピングモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線には、それぞれ以下のような電流が流れるものとする。
ｉα＝Ｉ×ｃｏｓθ'
ｉβ＝Ｉ×ｓｉｎθ'      （１）
【００３８】
この場合、回転座標系におけるｄ軸電流及びｑ軸電流（直流電流）の電流値Ｉｄ、Ｉｑは、次式に示す座標変換によって表される。
Ｉｄ＝  ｃｏｓθ×ｉα＋ｓｉｎθ×ｉβ
Ｉｑ＝−ｓｉｎθ×ｉα＋ｃｏｓθ×ｉβ      （２）
【００３９】
このような座標変換によって、静止座標系における、Ａ相及びＢ相の巻線にそれぞれ流れる交流電流値ｉα、ｉβは、回転座標系における直流電流値Ｉｑ、Ｉｄに変換される。なお、ｑ軸電流は、ステッピングモータ５０９にトルクを発生させるトルク電流成分（第１の電流成分）である。ｄ軸電流は、ステッピングモータ５０９のロータの磁束強度に影響する励磁電流成分（第２の電流成分）であり、ステッピングモータ５０９のトルクの発生には寄与しない。
【００４０】
ステッピングモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流は、ＰＷＭインバータ５０６とステッピングモータ５０９との間に設けられた電流検出部５０７、５０８によってそれぞれ検出される。電流検出部５０７、５０８によって検出された駆動電流の値は、Ａ／Ｄ変換部５１０によってアナログ値からデジタル値へ変換されることで、ＣＰＵ、またはＦＰＧＡ等のプログラミングデバイスによる取り込みが可能になる。Ａ／Ｄ変換部５１０から出力される、静止座標系における電流値ｉα、ｉβは、座標変換器５１１及び誘起電圧演算部５１２へ入力される。
【００４１】
座標変換器５１１は、式（２）によって、静止座標系（αβ軸）における電流値ｉα、ｉβを回転座標系（ｄｑ軸）における電流値Ｉｑ、Ｉｄへ変換して出力する。電流制御部５０３、５０４には、座標変換器５１１から出力される、回転座標系における検出された電流値Ｉｑ、Ｉｄと、電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ'、Ｉｄ＿ｒｅｆと、の差分値が入力される。電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ'、Ｉｄ＿ｒｅｆは、Ｉｑ＿ｒｅｆリミッタ部５２１及び後述するＩｄ＿ＲＥＦリミッタ部５２３から出力される、回転座標系における電流指令値である。
【００４２】
電流制御部５０３、５０４は、入力された差分値（即ち、検出された電流値Ｉｑ、Ｉｄの、目標値である電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ'、Ｉｄ＿ｒｅｆに対する偏差）が０に近づくように、回転座標系における電圧値Ｖｑ'、Ｖｄ'を生成及び出力する。なお、位相制御部５０１、速度制御部５０２、及び電流制御部５０３、５０４はそれぞれ、例えば、比例補償器及び積分補償器で構成され、ＰＩ制御によりフィードバック制御を実現する。
【００４３】
Ｖｄｑ過電圧検知部５２２は、Ｉｑ＿ＬＩＭをＩｑ＿ｒｅｆリミッタ部５２１に出力し、ω＿ＬＩＭをω＿ｒｅｆリミッタ部５２３に出力し、かつ、電圧値Ｖｑ'、Ｖｄ'を座標変換器５０５に出力する。その詳細は後述する。
【００４４】
座標変換器５０５は、電流制御部５０３、５０４から出力される、回転座標系における電圧値Ｖｑ'、Ｖｄ'を、次式によって、静止座標系における電流値Ｖα'、Ｖβ'へ逆変換する。
Ｖα'＝ｃｏｓθ×Ｖｄ'−ｓｉｎθ×Ｖｑ'
Ｖβ'＝ｓｉｎθ×Ｖｄ'＋ｃｏｓθ×Ｖｑ'      （３）
【００４５】
座標変換器５０５は、静止座標系への座標変換後の駆動電圧Ｖα、Ｖβを、フルブリッジ回路で構成されたＰＷＭインバータ５０６、及び誘起電圧演算部５１２へ出力する。
【００４６】
このようにして、ベクトル制御部５１５は、ステッピングモータ５０９におけるロータの回転位相θを基準とした回転座標系（ｄｑ軸）の電流値によって、ステッピングモータ５０９の各相の巻線に供給する駆動電流を制御するベクトル制御を行う。ベクトル制御部５１５は、ステッピングモータ５０９におけるロータの回転位相θの推定値のフィードバックに基づくベクトル制御の結果として、ステッピングモータ５０９へ供給する駆動電流に対応する駆動電圧Ｖα、Ｖβを出力する。なお、ベクトル制御では、通常、ｄ軸電流はその値が０となるように制御される。しかし、本実施形態においては、ＣＰＵ１５１ａが位相指令値θ＿ｒｅｆの周波数（即ち、モータの目標速度）に基づいて所定の負のＩｄ指令値ｉｄ＿ｒｅｆを出力するものとする。これは、一般に弱め界磁制御と呼ばれる技術であり、所定のｄ軸電流を負方向に印加することで高速領域のトルクを向上する効果が得られる。
【００４７】
ＰＷＭインバータ５０６では、座標変換器５０５から入力された駆動電圧Ｖα、Ｖβによってフルブリッジ回路が駆動される。その結果、ＰＷＭインバータ５０６は、駆動電圧Ｖα、Ｖβに応じてステッピングモータ５０９の各相の巻線に駆動電流を供給することによって、ステッピングモータ５０９を駆動する。
【００４８】
センサレス制御
上述のように、ベクトル制御では、モータの位相制御及び速度制御を行うために、モータの位相及び回転速度を示す情報のフィードバックが必要である。具体的には、図３に示す構成では、ステッピングモータ５０９におけるロータの回転位相θを示す位相情報、及びステッピングモータ５０９の回転速度ωを示す速度情報を、位相制御部５０１及び速度制御部５０２にそれぞれフィードバックする必要がある。
【００４９】
通常、モータの位相及び回転速度を検出（推定）するためには、モータにロータリエンコーダを取り付け、エンコーダの出力パルス数に基づいて位相を検出し、エンコーダの出力パルス周期に基づいて回転速度を検出する。しかし、本来ステッピングモータの駆動に不要であるエンコーダを追加することによって、上述のように、コストアップ及び配置スペースの確保が問題となる。そこで、エンコーダを用いることなくモータの位相及び回転速度を推定し、その推定結果に基づいてベクトル制御を行うセンサレス制御が提案されている。以下では、再び図３を参照して、ステッピングモータ５０９のセンサレス制御について説明する。
【００５０】
まず、誘起電圧演算部５１２は、ステッピングモータ５０９（のロータ）の回転に従って、Ａ相（第１相）及びＢ相（第２相）の巻線にそれぞれ誘起される誘起電圧（Ａ相及びＢ相の逆起電圧）を演算する。具体的には、Ａ／Ｄ変換部５１０によるデジタル値への変換後の電流値ｉα、ｉβと、ベクトル制御部５１５から出力された、ステッピングモータ５０９の駆動電圧Ｖα、Ｖβとが、誘起電圧演算部５１２に入力される。誘起電圧演算部５１２は、Ａ相及びＢ相のそれぞれについて、駆動電圧Ｖα、Ｖβと電流値ｉα、ｉβとから、以下の電圧方程式によって、ステッピングモータ５０９の誘起電圧Ｅα、Ｅβを演算する。
【００５１】
Ｅα＝Ｖα−Ｒ×ｉα−Ｌ×ｄｉα／ｄｔ
Ｅβ＝Ｖβ−Ｒ×ｉβ−Ｌ×ｄｉβ／ｄｔ      （４）
【００５２】
ここで、Ｒは巻線レジスタンス、Ｌは巻線インダクタンスである。Ｒ及びＬの値は、使用されているステッピングモータ５０９に固有の値であり、ＲＯＭ１５１ｂ、またはモータ制御部１５７内に設けられた不図示のメモリに予め格納されている。
【００５３】
誘起電圧演算部５１２によって演算された、Ａ相及びＢ相の誘起電圧Ｅα、Ｅβは、位相演算部５１３へ入力される。位相演算部５１３は、Ａ相の誘起電圧ＥαとＢ相の誘起電圧Ｅβとの比から、次式によってステッピングモータ５０９におけるロータの回転位相θの推定値を演算する。
θ＝ｔａｎ−１（−Ｅβ／Ｅα）      （５）
【００５４】
位相演算部５１３は、このような推定演算により得られた回転位相θの推定値を、位相制御部５０１及び速度演算部５１４に出力する。なお、回転位相θの推定値は、位相演算部５１３から座標変換器５０５、５１１にも出力される。
【００５５】
速度演算部５１４は、入力された回転位相θから、次式によってステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定値を演算する。
ω＝ｄθ／ｄｔ      （６）
【００５６】
式（６）のように、回転速度ωは、回転位相θの推定値の時間変化に基づいて演算される。速度演算部５１４は、得られた回転速度ωを速度制御部５０２に出力（フィードバック）する。  以下、上述したＶｄｑ過電圧検知部５２２によるＩｑ電流リミッタ値（Ｉｑ＿ＬＩＭ）及びω＿ｒｅｆリミッタ値を求める方法について説明する。
【００５７】
図３に示されるように、Ｖｄｑ過電圧検知部５２２には、電流制御部５０３、５０４が出力するＶｑ'、Ｖｄ'が入力される。図５を用いて第１実施形態におけるＶｄｑ過電圧検知部５２２によるＩｑ＿ＬＩＭの演算方法について説明する。図５はモータ巻線に印可する電圧ベクトルＶをｄ／ｑ座標上に表現したものであり、円の半径はＶ＿ＬＩＭを表している。
【００５８】
Ｖ＿ＬＩＭは、一般的にＰＷＭインバータ５０６に印可する電源電圧となる。前述したように、ベクトル制御は、固定座標系であるモータ巻線に流れるａｂ相電流を回転座標系であるｄｑ軸電流に座標変換を行い、回転座標系で電流制御を行うことでｄｑ軸電圧を生成し、固定座標系のａｂ相電圧に変換してモータ巻線に印可する。
【００５９】
一般的なベクトル制御では、ｄ軸電流が０となるように制御してｑ軸電流でトルク制御を行う。この場合、ｄ軸電流が０であることからｄ軸電圧も０となり、モータは、ｑ軸電圧を印可することで駆動される。一方、ｄ軸電流を０に制御した場合には効率最大で駆動可能だが、モータの回転子が高速で回転すると、モータ巻線には逆起電圧を発生するので、これを打ち消すために磁束方向であるｄ軸にあえて電流を流す（弱め界磁を行う）ことがある。この場合はＶｄが非ゼロとなるように、つまりＶｄの値の絶対値が０より大きくなるように電圧を制御する。
【００６０】
モータ巻線に印可するａｂ相電圧は、ＰＷＭインバータ回路を用いてモータ巻線に印可されるので、当然ではあるが、インバータ回路に印可する電源電圧を超えて出力することはできない。従って、以下に示すベクトル制御では、ａｂ相電圧がインバータ回路に印可する電源電圧を超過しないようにｄｑ軸電圧を制御する。
【００６１】
図５（ａ）、（ｂ）を参照して、ｄ軸電流を０とした場合と、ｄ軸に電流を流した場合とのそれぞれについての回転座標軸上の電圧の挙動について説明する。
【００６２】
図５（ａ）は、ｄ軸電圧であるＶｄを０としたときの回転座標軸上の電圧を表している。このとき、ＶｑとＶｄの合成ベクトルＶは、Ｖｑと一致する。従って、ＶｑがＶ＿ＬＩＭを超えない場合、Ｉｑ＿ＬＩＭまたはω＿ＬＩＭを減少させる必要はない。
一般的に、Ｖ＿ＬＩＭはＰＷＭインバータ５０６等の昇温を考慮して、その温度が規定値以上を超えないように設定されている。本実施形態でも、ＰＷＭインバータ５０６の温度が規定値以上に上昇することを防ぐように、その値が定められている。
【００６３】
図５（ｂ）は、Ｖｄが非ゼロとなるように制御されてＶｄ≠０となったときを表している。このとき、合成ベクトルＶはＶｑとは一致せず、ＶｑとＶｄを合成したベクトルとなる。従って、例えば、ＶｑがＶ＿ＬＩＭと同じ大きさのとき、合成ベクトルＶの大きさはＶ＿ＬＩＭを超えてしまう。この場合、Ｉｑ＿ｒｅｆの大きさを制限すれば、電流制御出力が制限されることになるのでＶｄ、Ｖｑも制限され、合成ベクトルをＶ＿ＬＩＭ以下に制限することができる。
【００６４】
図５（ｂ）に示されるように、ＶｄとＶｑの合成ベクトルＶｄｑの大きさは√（Ｖｑ２  ＋  Ｖｄ２）となるので、合成ベクトルＶｄｑがＶ＿ＬＩＭを超えないようにするためには、以下の式（８）を満たすようにＩｑ＿ｒｅｆを制御すればよい。
Ｖｄｑ＝√（Ｖｑ２  ＋  Ｖｄ２）≦Ｖ＿ＬＩＭ        （８）
【００６５】
具体的には、制限値Ｖ＿ＬＩＭとＶｄｑとを用い、式（８）によって過電圧を検知した場合には、Ｉｑ＿ＬＩＭまたはω＿ＬＩＭが現在値よりも小さくなるように制御する。
【００６６】
次に、図６のフローチャートを参照して第１実施形態における電流制限処理の概要を説明する。なお、以下の説明においては、特に断りのない限り、Ｖｄが非ゼロとなるように制御されてＶｄ≠０となっている。各ステップは図３におけるＣＰＵ１５１ａの下においてモータ制御部１５７によって実行される。また、説明を簡略化するために、各ステップはモータ制御部１５７によって実行されるものとする。なお、図６はモータ制御部１５７がＩｑ＿ｒｅｆを制限するフローチャートを示すが、これに代えて、モータ制御部１５７がω＿ｒｅｆを制限するものとしてもよい。
【００６７】
モータ駆動が開始されると（Ｓ１００）、モータ制御部１５７は、上述したベクトル制御で説明したように、電流検出部５０７、５０８、及びＡ／Ｄ変換部５１０によってモータの駆動電流の検出を開始する（Ｓ１０１）。そして、モータ制御部１５７は、検出した電流を用いてモータの回転位相θ、速度ωを算出し（Ｓ１０２）、さらに目標回転位相を表す位相指令値θ＿ｒｅｆとθ、ωによる位相／速度制御によってＩｑ＿ｒｅｆを演算する（Ｓ１０３）。
【００６８】
Ｓ１０４において、Ｉｑ＿ｒｅｆリミッタ部５２１は、Ｓ１０３で演算されたＩｑ＿ｒｅｆがＩｑ＿ＬＩＭより大きいか否かを判断する。Ｉｑ＿ＬＩＭは、Ｖｄｑ過電圧検知部５２２によって決まるＩｑの制限値である。Ｖｄｑ過電圧検知部５２２は、√（Ｖｑ２＋Ｖｄ２）≦Ｖ＿ＬＩＭとなるように、つまり、合成電圧がＶ＿ＬＩＭを超えないようにＩｑ＿ＬＩＭの値を定める。
【００６９】
Ｉｑ＿ｒｅｆがＩｑ＿ＬＩＭより大きくないと判断された場合（Ｓ１０４：Ｎ）、Ｉｑ＿ｒｅｆリミッタ部５２１は、Ｓ１０３で演算されたＩｑ＿ｒｅｆの値をそのままＩｑ＿ｒｅｆ'として出力する（Ｓ１０５）。
【００７０】
Ｉｑ＿ｒｅｆがＩｑ＿ＬＩＭより大きいと判断された場合（Ｓ１０４：Ｙ）、Ｉｑ＿ｒｅｆリミッタ部５２１は、Ｉｑ＿ＬＩＭの値をＩｑ＿ｒｅｆ'として出力する（Ｓ１０６）。モータ制御部１５７は、Ｉｑ＿ｒｅｆ'をＩｑ電流指令値として、上述したようにＩｄ＿ｒｅｆ、Ｉｄ及びＩｑに基づいて電流制御を行いＶｑ、Ｖｄを算出する（Ｓ１０７）。
【００７１】
次に、モータ制御部１５７は、Ｖｄｑ過電圧検知部５２２の検知結果を通じて、√（Ｖｑ２＋Ｖｄ２）＞Ｖ＿ＬＩＭであるか否かを判定する（Ｓ１０８）。√（Ｖｑ２＋Ｖｄ２）＞Ｖ＿ＬＩＭである場合（Ｓ１０８：Ｙ）、モータ制御部１５７は、√（Ｖｑ２＋Ｖｄ２）≦Ｖ＿ＬＩＭとなるようにＩｑ＿ＬＩＭを減少させ（Ｓ１０９）、Ｓ１１０に処理を進める。その他の場合（Ｓ１０８：Ｎ）、モータ制御部１５７は、Ｓ１１０に処理を進める。その後、モータ制御部１５７は、駆動停止指令があるか否かを判定し（Ｓ１１０）、駆動停止指令がない場合（Ｓ１１０：Ｎ）はＳ１０１を再度実行し、駆動停止指令がある場合（Ｓ１１０：Ｙ）にはモータ駆動を終了する（Ｓ１１１）。
【００７２】
このように、モータ制御部１５７は、Ｖｄｑ過電圧検知部５２２の検知結果からＩｄ＿ｒｅｆを制限することで、合成ベクトルＶｄｑがＰＷＭインバータ５０６の制限値Ｖ＿ＬＩＭに飽和しないように電圧を制御することができる。
なお、Ｓ１０４〜Ｓ１０７では、トルク電流成分を減少させたが、√（Ｖｑ２＋Ｖｄ２）≦Ｖ＿ＬＩＭとなるように、トルク電流成分と励磁電流成分との少なくとも一方を減少させるようにしてもよい。
【００７３】
変形例
上述した実施形態では、Ｖｄｑ過電圧検知部５２２で式（８）に示される√（Ｖｑ２＋Ｖｄ２）＞Ｖ＿ＬＩＭを検知した場合に電圧制御を行う。この場合、ａｂ相電圧は電源電圧を超えて出力することはできないので、ａｂ相電圧は電源電圧で飽和する。
【００７４】
しかし、ロータ位相を検出するためのロータリエンコーダのような位相検出センサを用いないセンサレスベクトル制御を行う場合、ロータ位相はａｂ相電流とａｂ相電圧とから推定される。ロータ位相の推定は、モータ巻線に発生する逆起電力に基づいて行われ、かつ、ａｂ相電流及びａｂ相電圧がともに正弦波であることを前提としている。
【００７５】
ａｂ相電圧が飽和した状態では、その波形は正弦波にはならない。従って、ロータ位相の推定には誤差が発生し、その結果、異音や脱調が発生するおそれがある。そこで、変形例における電圧制御では、Ｉｑ＿ｒｅｆリミッタ部５２１でＩｑ＿ｒｅｆを制限、もしくはω＿ｒｅｆリミッタ部５２３でω＿ｒｅｆを制限することで、駆動電圧Ｖａ／ＶｂがＰＷＭインバータ５０６の制限値Ｖ＿ＬＩＭに飽和することを避ける。その結果、駆動電圧Ｖａ／Ｖｂを用いることで、推定電気角に誤差が生じることが防がれる。
【００７６】
しかし、Ｉｑ＿ｒｅｆに制限を設けるとトルクが制限されることにより速度が低下し、また、ω＿ｒｅｆを制限した場合にも速度が低下するので、一定速度が必要とされる駆動シーケンス等ではこのような制御を行うことができないおそれもある。
【００７７】
従って、変形例では、Ｖｄｑ過電圧検知部５２２で√（Ｖｑ２＋Ｖｄ２）＞Ｖ＿ＬＩＭであることを検知した場合であってもＩｑ＿ｒｅｆ、ω＿ｒｅｆの制限は行わない。これに代えて、電源電圧リミッタ部５２４において、ＰＷＭインバータ５０６の制限値であるＶ＿ＬＩＭを一時的に増加させる。増加後のＶ＿ＬＩＭの値をＶ'＿ＬＩＭとし、その値を√（Ｖｑ２＋Ｖｄ２）以上に設定しているので、電圧の上限値が上がっており、電圧の値に対する制限が緩くなっている。
【００７８】
この場合、駆動電圧Ｖａ／Ｖｂの波形は、その値がＶ＿ＬＩＭを超える領域でも正弦波を保つので、駆動電圧Ｖａ／Ｖｂを用いて推定される推定電気角を正しく演算することが可能となる。
上述したように、Ｖ＿ＬＩＭの値は、ＰＷＭインバータ５０６等の昇温を考慮して、その温度が規定値以上を超えないように設定されている。従って、Ｖ＿ＬＩＭを、Ｖ＿ＬＩＭよりも大きい値であるＶ'＿ＬＩＭに変更すると、ＰＷＭインバータ５０６等の温度が規定値以上となってしまう場合もあり得る。
【００７９】
そこで、変形例では、ＰＷＭインバータ５０６等の温度が規定値以上にならないように、Ｖ＿ＬＩＭをＶ'＿ＬＩＭに変更する時間を管理する。そのために、モータまたはモータ駆動装置に温度検知部を少なくとも１つ設け、これにより、モータ内の任意に定められる位置の温度を測定する。例えば、ＰＷＭインバータ５０６の温度あるいはモータ駆動装置の温度を検知する。この変形例ではＰＷＭインバータ５０６の温度を検知して、その温度が所定の温度制限値を超えた場合にＶ'＿ＬＩＭを減少させてＶ＿ＬＩＭに戻す。このようにすることで、ＰＷＭインバータ５０６の温度が低下して所定値以下の値となる。なお、この所定の温度制限値は、ＰＷＭインバータ５０６等の温度の規定値と等しい値にしてもよく、あるいは、規定値よりも大きい値にしてもよい。所定の温度制限値を上述した規定値よりも大きい値にする場合には、Ｖ'＿ＬＩＭとなってからＶ＿ＬＩＭに戻るまでの期間においてＰＷＭインバータ５０６が温度上昇により損傷しないようにＶ'＿ＬＩＭの値を設定することが好ましい。
【００８０】
図７に、変形例におけるＶ＿ＬＩＭの値を上昇させる処理である、Ｖ＿ＬＩＭの制限緩和処理の概要を表すフローチャートを示す。なお、図６のフローチャートの説明でも記載したように、特に断りのない限り、Ｖｄが非ゼロとなるように制御されてＶｄ≠０となっている。各ステップは、図３におけるＣＰＵ１５１ａの下においてモータ制御部１５７によって実行される。また、説明を簡略化するために、各ステップはモータ制御部１５７によって実行されるものとする。
【００８１】
モータ駆動が開始されると（Ｓ２００）、モータ制御部１５７は、電流検出部５０７、５０８及びＡ／Ｄ変換部５１０によってモータ電流の検出を開始し（Ｓ２０１）、検出した電流を用いて回転位相θ、速度ωを算出する（Ｓ２０２）。その後、モータ制御部１５７は、さらに位相指令値θ＿ｒｅｆとθ、ωによる位相／速度制御によってＩｑ＿ｒｅｆを演算する（Ｓ２０３）。ここで、Ｓ１０１、Ｓ１０２及びＳ１０３の内容は、ベクトル制御についての説明と同様であるのでその詳細は省略する。
【００８２】
モータ制御部１５７は、Ｉｑ＿ｒｅｆをＩｑ電流指令値として、上述したように、Ｉｄ＿ｒｅｆ、Ｉｄ、Ｉｑから電流制御を行い、Ｖｑ、Ｖｄを算出する（Ｓ２０４）。次に、モータ制御部１５７は、Ｖｄｑ過電圧検知部５２２の検知結果を通じて√（Ｖｑ２＋Ｖｄ２）＞Ｖ＿ＬＩＭであるかを判定する（Ｓ２０５）。√（Ｖｑ２＋Ｖｄ２）＞Ｖ＿ＬＩＭである場合（Ｓ２０５：Ｙ）、モータ制御部１５７はＶ＿ＬＩＭを増加し（Ｓ２０６）、後述するＳ２０７を実行する。一方、√（Ｖｑ２＋Ｖｄ２）≦Ｖ＿ＬＩＭである場合（Ｓ２０５：Ｎ）には、モータ制御部１５７は、Ｖ＿ＬＩＭの値の変更は行わずにＳ２０７を実行する。
【００８３】
その後、モータ制御部１５７は、駆動停止指令があるか否かを判定し（Ｓ２０７）、駆動停止指令がない場合（Ｓ２０７：Ｎ）にはＳ２０１を再度実行し、駆動停止指令がある場合（Ｓ２０７：Ｙ）にはモータ駆動を終了する（Ｓ２０８）。
【００８４】
このようにして、図７のフローチャートに示されるように、モータ制御部１５７は、Ｖｄｑ過電圧検知部５２２におけるＶ＿ＬＩＭの値を増加させる。その結果、駆動電圧Ｖａ／ＶｂがＰＷＭインバータ５０６制限値Ｖ＿ＬＩＭに飽和しないような制御を行うことができる。
【００８５】
以上説明したように、本発明によれば、ステッピングモータ等のモータにおけるベクトル制御を改善することができる。一実施形態においては、励磁電圧成分が０ではない場合に、速度制御部５０２から出力される電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆは、ステッピングモータの電流制限値（リミット値）とされる。これにより、励磁電圧成分とトルク電圧成分との合成電圧がＶ＿ＬＩＭの値を超えないようにベクトル制御がなされ、ＰＷＭインバータ５０６等の温度が規定値以上に上昇することが防がれる。
【００８６】
また、変形例においては、Ｉｑ＿ｒｅｆの値の制御に代えて、励磁電圧成分が０ではないときにＶ＿ＬＩＭの値を上昇させているので、ａｂ相電圧の飽和を避けることができる。また、更に他の変形例として、モータ制御部１５７は、電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆの制御と、Ｖ＿ＬＩＭの値の増加とを選択的に行ってもよい。この場合、モータ制御部１５７は、ＰＷＭインバータ５０６またはモータ駆動装置内の温度が所定の温度制限値を超えるまではＶ＿ＬＩＭの値を増加させ、所定の温度制限値を超えた場合には上昇させ、Ｉｑ＿ｒｅｆの値を制御する。このように制御を行うことで、ａｂ相電圧の飽和をできるかぎり避け、かつ、ＰＷＭインバータ５０６またはモータ駆動装置内の温度が所定の温度制限値を超えることによる望ましくない影響を抑えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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