(57)【要約】【課題】  簡易な構成で、回転トルクに悪影響を与えることなく、任意の半径方向力を発生できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】  ｍ相ｎ組の巻線を備えた永久磁石モータにおいて、トルク発生用電流に半径方向力発生用電流を重畳させて同相ｎ組の巻線電流を異ならせることにより半径方向力を発生させる。重畳させる半径方向力発生用電流は、トルク発生用電流と同周波数で、相間の位相がトルク発生用電流とは逆方向にずれた交番電流を基本電流とし、発生させる半径方向力に応じてこの基本電流の振幅と位相を変調したものとする。【選択図】図１
2018125910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍ相の巻線群をｎ組（ｎ≧２）有する固定子と、
ｘ極対の永久磁石を有する回転子と、を備えた永久磁石モータに対して
回転トルクを発生させるためのトルク用電流に半径方向の力を発生させるための半径方向力用電流を重畳して、同相のｎ組の巻線を流れる電流値を異ならせることによって、半径方向力を発生させるモータ制御装置であって、
前記トルク用電流は、モータ回転数のｘ倍の周波数で、第１相から第ｍ相まで電気角で３６０／ｍ°ずつ位相がずれた交番電流を主成分としたものであり、
実質一定方向かつ実質一定の大きさの半径方向力を発生させる電流を半径方向力用基本電流とし、
前記半径方向力用基本電流は、前記トルク用電流の主成分と同じ周波数で、かつ第１相から第ｍ相までの位相が前記トルク用電流とは逆向きに電気角で３６０／ｍ°ずつずれた交番電流であり、
前記半径力用電流は、前記半径方向力用基本電流の位相および振幅を、発生させたい半径方向力の向きおよび大きさに応じて変調させたものであることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記永久磁石モータは３相の巻線群を２組有する固定子を備え、
回転トルクを発生させるためのトルク用電流に、半径方向の力を発生させるための半径方向力用電流を、第１組の巻線群には加算し、第２組の巻線群には減算して、同相の第１組の巻線と第２組の巻線を流れる電流値を異ならせることによって半径方向力を発生させるものであり、
前記トルク用電流は、モータ回転数のｘ倍の周波数で、第１相から第３相まで電気角で１２０°ずつ位相がずれた交番電流を主成分としたものであり、
実質一定方向かつ実質一定の大きさの半径方向力を発生させる電流を半径方向力用基本電流とし、
前記半径方向力用基本電流は、前記トルク用電流の主成分と同じ周波数で、かつ第１相から第３相までの位相が前記トルク用電流とは逆向きに電気角で１２０°ずつずれた交番電流であり、
前記半径力用電流は、前記半径方向力用基本電流の位相および振幅を、発生させたい半径方向力の向きおよび大きさに応じて変調させたものであることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記永久磁石モータに備えられたｍ相ｎ組の巻線群は、各組ごとにｍ相の巻線夫々の一端同士が短絡されて中性点を形成しており、かつ、ｎ組の中性点同士が短絡されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記トルク用電流を前記巻線群に流すために前記巻線群に印加するトルク用電圧指令値を算出するトルク用電圧指令算出手段を更に備え、
前記トルク用電圧指令算出手段は、ｍ相の巻線群１組分の電圧方程式に基づいて、前記トルク用電流の指令値からトルク用電圧指令値を算出することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記トルク用電流を前記巻線群に流すために前記巻線群に印加するトルク用電圧指令値を算出するトルク用電圧指令算出手段と、
前記複数の巻線群の各巻線を流れる電流値を検出する電流検出手段とを更に備え、
前記トルク用電圧指令算出手段は、ｍ相の巻線群１組分のトルク用電流指令値と、第１相から第ｍ相夫々のｎ組分の電流値を平均化した電流平均値との差分に基づいて、トルク用電圧指令値を算出することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記発生させる半径方向力は、実質一定方向かつ実質一定の大きさの半径方向力であり、
前記半径方向力用電流は、モータ回転数のｘ倍の周波数で、かつ第１相から第ｍ相までの位相が前記トルク用電流とは逆向きに電気角で３６０／ｍ°ずつ、ずれた交番電流であることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記発生させる半径方向力は、実質一定の大きさで、その向きがモータ回転速度と同じ回転速度で回転する半径方向力であり、
前記半径方向力用電流は、モータ回転数のｘ＋１倍もしくはｘ−１倍の周波数で、かつ第１相から第ｍ相までの位相が前記トルク用電流とは逆向きに電気角で３６０／ｍ°ずつ、ずれた交番電流であることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記永久磁石モータは光走査装置の回転多面鏡を回転駆動するものであり、
前記発生させる実質一定の大きさで、その向きがモータ回転速度と同じ回転速度で回転する半径方向力によって前記回転多面鏡の重心ずれに起因して生じる遠心力を打ち消すように、前記半径方向力用電流の振幅および位相を決定することを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記半径方向力用電流の位相および振幅を記憶する位相・振幅記憶手段を更に備え、
前記位相・振幅記憶手段にあらかじめ記憶されている位相および振幅を用いて前記半径方向力用電流指令値を生成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。
【請求項１０】
前記永久磁石モータの近傍に配置された振動検出手段を更に備え、
前記振動検出手段で検出した振動検出値に基づいて、前記半径方向力用電流の位相および振幅を決定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。
【請求項１１】
前記永久磁石モータの近傍に配置された音検出手段を更に備え、
前記音検出手段で検出した音検出値に基づいて、前記半径方向力用電流の位相および振幅を決定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。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のモータ制御装置を備えた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、永久磁石を備えたモータの制御装置に関し、特に回転トルクとともにモータの半径方向の力を制御して振動や騒音を抑制する機能を有したモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石モータは小型化や高効率化等の点で優れており、プリンタや複写機などの情報機器分野をはじめ、様々な分野でその駆動部分に使用されている。一般に高速回転するモータにおいては、モータ自体の偏心やモータに接続される従動側負荷のアンバランスなどに起因して、自励振動が発生する。このような振動は、騒音発生の要因となったり、モータを搭載する機器の性能を低下させたり、更にはモータ自体の破損につながることもある。
【０００３】
このような振動への対策のため、制振力としてモータの半径方向の力を発生させるモータが提案されている。中でも、回転トルクを発生させるために備えられた巻線を共用して半径方向力を発生させる構成のモータは、新たな巻線を備える必要がなく、小型化や低コスト化の点で有利である。
【０００４】
特許文献１では、モータに備える各巻線に流す電流を全て独立に制御できる構成とし、各巻線毎に供給する電流の大きさと位相を順次変化させることで半径方向力を発生させ、振動を抑制する方法が提案されている。また、特許文献２では、各相巻線を複数に分割し、流す電流を不平衡にすることによって半径方向力を発生するモータが提案されている。特許文献２で提案されたモータは、特許文献１の提案に対して、巻線電流を流すための駆動回路の数を削減できるという利点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６０８６１９号公報
【特許文献２】特許第４４２０１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これら先行技術文献では、巻線に流す電流と発生する半径方向力との関係について具体的に記載されておらず、所望の半径方向力を発生させるためにどのような巻線電流を流すべきかが不明であった。永久磁石モータは、巻線電流により発生する磁束と永久磁石の磁束との相互作用によって力を発生するものである。したがって、各巻線に流す電流のバランスを崩すことで半径方向の力を発生させられることは容易に発想し得ることであり、上記参考技術文献のような種々の提案がされている。
【０００７】
しかし、当然のことながら、そもそもモータは回転駆動するものであるから、巻線と永久磁石とは相対的に回転している。その状態で所望の半径方向力を発生させることは容易ではない。例えば、ある一つの巻線の電流を他の一つの巻線の電流よりも常に一定値大きくなるようにしたとしても一定の半径方向力が発生するわけではなく、永久磁石の回転の影響を受け、発生する力は脈動する力となる。
【０００８】
また、半径方向力を発生させるために巻線電流にアンバランスを生じさせると、回転トルクに影響を及ぼす可能性がある。もし不適切な巻線電流のアンバランスによって回転トルクリップルを増大させるようなことになれば、回転精度の低下や振動の増大につながり、モータ制御装置としての性能を低下させてしまう。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、巻線電流と発生する半径方向力との関係を明確化し、回転トルクに影響を与えずに任意の半径方向力を発生できるモータ制御装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明のモータ制御装置は、ｍ相の巻線群をｎ組（ｎ≧２）有する固定子と、ｘ極対の永久磁石を有する回転子と、を備えた永久磁石モータに対して、回転トルクを発生させるためのトルク用電流に半径方向の力を発生させるための半径方向力用電流を重畳して、同相のｎ組の巻線を流れる電流値を異ならせることによって、半径方向の力を発生させるモータ制御装置であって、前記トルク用電流は、モータ回転数のｘ倍の周波数で、第１相から第ｍ相まで電気角で３６０／ｍ°ずつ位相がずれた交番電流を主成分としたものであり、実質一定方向かつ実質一定の大きさの半径方向力を発生させる電流を半径方向力用基本電流とし、前記半径方向力用基本電流は、前記トルク用電流の主成分と同じ周波数で、かつ第１相から第ｍ相までの位相が前記トルク用電流とは逆向きに電気角で３６０／ｍ°ずつずれた交番電流であり、前記半径力用電流は、前記半径方向力用基本電流の位相および振幅を、発生させたい半径方向力の向きおよび大きさに応じて変調させたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、新たな巻線を備える必要のない簡易な構成の永久磁石モータで、回転トルクに悪影響を及ぼすことなく、任意の半径方向力を発生させることが可能となる。この半径方向力をモータの自励振動等の制振力として利用することにより、モータの振動・騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１のモータ制御装置の概略構成を示した図である。
【図２】画像形成装置の概略構成を示した図である。
【図３】光走査装置の概略構成を示した図である。
【図４】実施例１のポリゴンモータの回転軸に垂直な面の断面図である。
【図５】実施例１のポリゴンモータの巻線の接続を示した図である。
【図６】実施例１のトルク電圧指令生成部の構成を示した図である。
【図７】回転トルクを発生させるための電流指令値を示した図である。
【図８】発生する半径方向力の方向を示した図である。
【図９】巻線電流波形を示した図である。
【図１０】発生する半径方向力を示した図である。
【図１１】発生する半径方向力を示した図である。
【図１２】巻線電流波形を示した図である。
【図１３】巻線電流波形を示した図である。
【図１４】巻線電流波形を示した図である。
【図１５】発生する半径方向力を示した図である。
【図１６】巻線電流波形を示した図である。
【図１７】発生する半径方向力を示した図である。
【図１８】実施例１の半径方向力電圧指令生成部の構成を示した図である。
【図１９】実施例１のモータ制御装置の動作フローを示した図である。
【図２０】実施例２のモータ制御装置の概略構成を示した図である。
【図２１】実施例２のトルク電圧指令生成部の構成を示した図である。
【図２２】実施例３のモータ制御装置の概略構成を示した図である。
【図２３】実施例３の半径方向力電圧指令生成部の構成を示した図である。
【図２４】実施例３の半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅および位相を決定する動作フローを示した図である。
【図２５】実施例３の半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅および位相と発生振動振幅との関係を示した図である。
【図２６】実施例４のモータ制御装置の概略構成を示した図である。
【図２７】実施例４の半径方向力電圧指令生成部の構成を示した図である。
【図２８】実施例４の半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅および位相を決定する動作フローを示した図である。
【図２９】実施例４の半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅および位相と発生音振幅との関係を示した図である。
【図３０】実施例５のポリゴンモータの回転軸に垂直な面の断面図である。
【図３１】実施例５のポリゴンモータの巻線の接続を示した図である。
【図３２】発生する半径方向力の方向を示した図である。
【図３３】実施例６のドラムモータからの駆動伝達を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明で用いる部材、数値、材料等は、理解を助ける目的の例示に過ぎず、本発明を限定する趣旨のものではない。
【００１４】
［実施例１］
第１の実施例では、本発明のモータ制御装置を、光走査装置のポリゴンミラーを回転駆動するポリゴンモータに適用した場合を例示する。光走査装置は、複写機やレーザビームプリンタなどの画像形成装置におけるレーザ光走査に用いられる。はじめに、図２、図３を参照して画像形成装置および光走査装置の概要を説明する。図２は画像形成装置の概略構成を示した図である。図２に示すように、画像形成装置１００は、画像形成ユニット２０を一つ具備したモノクロの画像形成装置である。
【００１５】
画像形成ユニット２０では、感光ドラム９を回転させながら、帯電、露光、現像のプロセスが行われ、感光ドラム９の表面にトナー像が形成される。まず帯電ローラ１６によって感光ドラム２１の表面が一様に帯電される。次に光走査装置１０が画像データに従ってＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査し、感光ドラム９表面に画像データに対応した静電潜像が形成される。続いて現像器１７内で静電潜像と逆極性に帯電されたトナーによって静電潜像がトナー像として現像される。クリーニングブレード１５は、感光ドラム９を摺擦し、転写部を通過して感光ドラム９の表面に残留した転写残トナーを除去する。
【００１６】
給紙カセット１１内の記録材Ｐは、給紙ローラ１２によって１枚ずつ引き出され、画像形成ユニット２０でのトナー像形成とタイミングを合わせて、レジストローラ１３と対向ローラとで狭持搬送される。搬送された記録材Ｐは、感光ドラム９と転写ローラ１４とで形成される転写部へ送られ、感光ドラム９上のトナー像が記録材Ｐ上に転写される。トナー像を転写された記録材Ｐは、定着器１８へ受け渡されて加熱加圧を受けることにより表面に画像が定着され、排紙ローラ１９と対向ローラとで狭持搬送されて排紙される。
【００１７】
続いて、光走査装置１０について図３を参照して説明する。図３は光走査装置１０の概略構成を示した図である。光走査装置１０は、半導体レーザ３やポリゴンミラー２、ｆθレンズ５等を含み、レーザ光ＬＢを走査する。半導体レーザ３から出射したレーザ光ＬＢはシリンドリカルレンズ４を通ってポリゴンミラー２に到達する。ポリゴンミラー２は、ポリゴンモータ１によって回転駆動されている。ポリゴンミラー２に到達したレーザ光ＬＢはポリゴンミラー２によって偏向され、さらにｆθレンズ５によって平面に投影された光の線速度が等速度となるように変換される。
【００１８】
また、ｆθレンズ５を通ったレーザ光ＬＢは、走査開始端部においてＢＤ反射ミラー６で反射されてＢＤセンサ７により受光される。ＢＤセンサ７はレーザ光ＬＢの走査タイミングを検出するために設けられている。レーザ光ＬＢはｆθレンズ５を通った後に折返しミラー８により反射され、感光ドラム９上を照射する。
【００１９】
以上説明した光走査装置１０では、レーザ光ＬＢの走査速度を上げるため、ポリゴンモータ１は例えば２００００ｒｐｍ以上の高回転速度で駆動される。このような高速回転をする場合、ポリゴンモータ１のロータやポリゴンミラー２に製造誤差等に起因する重心ずれがわずかでも存在すると、遠心力が作用して大きな振動が発生する。本実施例では、ポリゴンモータ１で半径方向力を発生させて制振力として用いることにより、この振動を抑圧し、低振動・低騒音な光走査装置を構成している。
【００２０】
ここで、本実施例に用いるポリゴンモータ１の構成について、図４、図５を参照して説明する。図４は、ポリゴンモータ１の回転軸に垂直な面の断面図である。図４に示すように、本実施例のポリゴンモータ１は、ロータ２１に４極対の永久磁石を備えている。ステータコア２２は６０°ごとに６個の歯部が形成され、それぞれに巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂが巻回されている。巻線ＵａとＵｂ、巻線ＶａとＶｂ、巻線ＷａとＷｂは互いに対向する位置に配置されている。また、巻線Ｕａと巻線Ｖａ、巻線Ｗａはそれぞれ１２０°ずつ、ずれた位置に配置されている。同様に巻線Ｕｂと巻線Ｖｂ、巻線Ｗｂはそれぞれ１２０°ずつ、ずれた位置に配置されている。
【００２１】
これら巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂは図５に示すように接続されている。すなわち、巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａはそれぞれ一端が外部から電圧を印加できるように端子に接続され、他端同士が中性点で接続されている。同様に、巻線Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂはそれぞれ一端を外部から電圧を印加できるように端子に接続され、他端同士が中性点で接続されている。更に、これらの中性点同士が接続されている。このように、本実施例のポリゴンモータ１は、３相の巻線を２組備え、この２組の中性点が接続された構成となっている。ここから、上述した構成のポリゴンモータ１を用いて半径方向力を発生させるモータ制御装置について説明する。
【００２２】
図１は、本実施例のモータ制御装置の概略構成を示した図である。速度制御部３０は、位相検出部３９から入力されるロータ位相θからポリゴンモータ１の回転速度を算出し、不図示のＣＰＵから入力される速度指令値との差分である速度偏差を算出する。そして、算出された速度偏差にＰＩ制御の制御演算を施し、ポリゴンモータ１に供給する回転トルクを発生させるための電流の振幅指令値Ｉａｍｐを出力する。なお、図４に示したモータ断面図において、反時計回りの回転を正方向とし、この場合に速度指令値および電流振幅指令値は正の値となる。逆方向の回転時には、速度指令値および電流振幅指令値は負の値となる。
【００２３】
位相検出部３９は、ポリゴンモータ１の軸上に備えられた光学式エンコーダとカウンタ回路とで構成され、ロータ位相θを出力する。あるいは、光学式エンコーダの代わりに、前述したＢＤセンサの出力をＰＬＬ回路を用いて周波数逓倍した信号を用いて位相検出部３９を構成してもよい。
【００２４】
トルク電圧指令生成部３１は、速度制御部３０から入力される電流振幅指令値Ｉａｍｐと、位相検出部３９から入力されるロータ位相θとから、回転トルクを発生させるための３相分の電流指令値Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗを生成する。さらに、モータの電圧方程式に基づいて、生成した電流指令値を流すための電圧指令値Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗを算出して出力する。トルク電圧指令生成部３１の詳細については後述する。
【００２５】
半径方向力電圧指令生成部３２は、位相検出部３９から入力されるロータ位相θに基づいて、半径方向力を発生させるための３相分の電流指令値Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗを生成する。さらに、巻線の抵抗とインダクタンスを用いて、生成した電流指令値を流すための電圧指令値Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗを算出して出力する。半径方向力電圧指令生成部３２の詳細については後述する。
【００２６】
トルク電圧指令値Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗと、半径方向力電圧指令値Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗとは、演算器３３でそれぞれ加算され、巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａに印加する駆動電圧指令値Ｖｕａ、Ｖｖａ、Ｖｗａが算出される。一方、演算器３４では、トルク電圧指令値Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗから半径方向力電圧指令値Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗがそれぞれ減算され、巻線Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂに印加する駆動電圧指令値Ｖｕｂ、Ｖｖｂ、Ｖｗｂが算出される。
【００２７】
ＰＷＭ信号生成部３５、３６は、それぞれ入力される駆動電圧指令値Ｖｕａ、Ｖｖａ、ＶｗａおよびＶｕｂ、Ｖｖｂ、Ｖｗｂに応じてパルス幅変調されたＰＷＭ信号を出力する。インバータ３７、３８は、入力されるＰＷＭ信号によって駆動され、駆動電圧指令値Ｖｕａ、Ｖｖａ、ＶｗａおよびＶｕｂ、Ｖｖｂ、Ｖｗｂに対応した交流電圧が巻線Ｕａ、Ｖａ，ＷａおよびＵｂ、Ｖｂ、Ｗｂに印加される。
【００２８】
以上のように、本実施例のモータ制御装置では、回転トルクを発生させるための駆動電圧に半径方向力を発生させるための電圧を重畳し、巻線ＵａとＵｂ、ＶａとＶｂ、ＷａとＷｂに供給する電流のバランスを崩している。この巻線電流のアンバランスによって半径方向力が発生する。巻線電流と半径方向力の関係についての詳細は後述する。
【００２９】
また、前述したように、半径方向力を発生させるための電圧を、巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａにおいては加算し、巻線Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂにおいては減算している。このため、重畳した電圧によって巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａで生じる回転トルクの増減分が、巻線Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂでは逆に生じて相殺されることになり、回転トルクは変動しない。このように、本実施例のモータ制御装置では、回転トルクに変動を与えることなく、半径方向力を発生させることができる。
【００３０】
ここで、トルク電圧指令生成部３１の詳細について、図６を参照して説明する。図６は、トルク電圧指令生成部３１の構成を示した図である。
電流指令生成部４０は、入力される電流振幅指令Ｉａｍｐおよびロータ位相θから、下記数式１を用いて回転トルクを発生させるための３相分の電流指令値Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗを算出する。
【００３１】
【数１】
2018125910.tif 000003
【００３２】
数式１で、θｅは電気角であり、本実施例のポリゴンモータ１は４極対の磁極を備えているので、ロータ位相θとは下記数式２の関係にある。
【００３３】
【数２】
2018125910.tif 000004
【００３４】
ここで、回転方向を正方向（図４に示したモータ断面図において反時計回り）とすると、算出される電流指令値は図７に示したようになる。すなわち、Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗはロータ１回転で４周期分繰り返す正弦波電流であり、Ｉｔｕに対して、Ｉｔｖは電気角で１２０°、Ｉｔｗは電気角で２４０°それぞれ遅れた波形となる。
【００３５】
３相−２相変換部４１は、入力される３相分の電流指令値Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗを、下記数式３を用いてｄｑ軸上の電流指令値Ｉｔｄ、Ｉｔｑに変換する。
【００３６】
【数３】
2018125910.tif 000005
【００３７】
電圧指令演算部４２は、入力される電流指令値Ｉｔｄ、Ｉｔｑから、３相モータの電圧方程式である下記数式４を用いてｄｑ軸上の電圧指令値Ｖｔｄ、Ｖｔｑを算出する。
【００３８】
【数４】
2018125910.tif 000006
【００３９】
数式４で、ｒは巻線抵抗、Ｌｄはインダクタンスのｄ軸成分、Ｌｑはインダクタンスのｑ軸成分、φａは逆起電圧定数である。ωはロータ角速度であり、角速度算出部４４において、ロータ位相θを微分演算して算出され、電圧指令演算部４２に入力される。
【００４０】
２相−３相変換部４３では、入力されるｄｑ軸上の電圧指令値Ｖｔｄ、Ｖｔｑを、下記数式５を用いて３相分の電圧指令値Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗに変換する。
【００４１】
【数５】
2018125910.tif 000007
【００４２】
このように、トルク電圧指令生成部３１では、３相１組分のモータの電圧方程式を用いて、回転トルクを発生させるための電圧指令値を生成している。
【００４３】
続いて、半径方向力電圧指令生成部３２の詳細について説明する前に、巻線電流と半径方向力の関係について説明する。
【００４４】
前述したように、本実施例のモータ制御装置では、互いに対向する位置に配置された巻線ＵａとＵｂ、ＶａとＶｂ、ＷａとＷｂに流す電流を異ならせることによって半径方向力を発生させる。このとき、発生する半径方向力の方向を図８に示す。巻線ＵａとＵｂに流す電流を異ならせたときには、図８に示した矢印Ｆｕの方向の力が発生する。（矢印Ｆｕの向きを正方向とし、発生力が負のときには向きは矢印Ｆｕと逆向きになる。）同様に、巻線ＶａとＶｂに流す電流を異ならせたときには矢印Ｆｖの方向の力が、巻線ＷａとＷｂに流す電流を異ならせたときには矢印Ｆｗの方向の力が発生する。  
【００４５】
ここで、まずは最も単純な例として、モータを正方向に回転させながら、巻線ＵａとＵｂに流す電流を常に一定値異ならせたとき（すなわち前述したＩｒｕが一定値のとき）に発生する半径方向力について説明する。
【００４６】
この場合、Ｉｒｕ＞０とすると、巻線ＵａとＵｂに流れる電流は図９に示したようになる。巻線Ｕａに流れる電流Ｉｕａは回転トルクを発生させるための電流指令値Ｉｔｕよりも常に一定値大きな電流となり、巻線Ｕｂに流れる電流ＩｕｂはＩｔｕよりも常に一定値小さな電流となる。
【００４７】
このような電流を流したときに発生する半径方向力Ｆｕ０を図１０（ａ）に示す。図１０は、電磁力計算によって算出された半径方向力を示したものである。図１０（ａ）に示すように、巻線Ｕａと巻線Ｕｂに流す電流を常に一定値異ならせたときに発生する半径方向力Ｆｕ０は、ロータ１回転で４周期分繰り返す周期的に変動する力になる。
【００４８】
同様に、巻線ＶａとＶｂに流す電流を常に一定値異ならせたときに発生する半径方向力Ｆｖ０を図１０（ｂ）に、巻線ＷａとＷｂに流す電流を常に一定値異ならせたときに発生する半径方向力Ｆｗ０を図１０（ｃ）に示す。図１０（ｂ）、（ｃ）からわかるように、Ｆｖ０、Ｆｗ０はＦｕ０と同様にロータ１回転で４周期分繰り返す周期的に変動する力となる。また、Ｆｖ０はＦｕ０に対して電気角で１２０°、Ｆｗ０はＦｕ０に対して電気角で２４０°遅れた力となっている。
【００４９】
更に、これらＦｕ０、Ｆｖ０、Ｆｗ０を同時に発生させた場合に、全体として発生する半径方向力を図１１に示す。これは、前述のＦｕ０、Ｆｖ０、Ｆｗ０の合成力に相当する。図１１（ａ）は発生する半径方向力の振幅、図１１（ｂ）は発生する半径方向力の位相を示している。図１１からわかるように、巻線ＵａとＵｂ、ＶａとＶｂ、ＷａとＷｂの電流を一定値異ならせた場合、大きさがほぼ一定、向きがモータの回転とは逆方向にモータ回転周波数の４倍の周波数で回転する半径方向力が発生する。
【００５０】
上述したように、巻線間の電流を常に一定値異ならせた場合に発生する半径方向力は、単純に一定振幅・一定方向の力とはなっておらず、その向きが回転する力となっている。このように巻線電流と発生する半径方向力とは複雑な関係になっているため、所望の半径方向力を発生させるには、その関係を明確にした上で、巻線電流を変調することが必要となる。
【００５１】
ここで、半径方向力を発生するために重畳する電流を変調した場合に発生する半径方向力について数式を用いて説明する。なお、以下の説明では、モータの回転方向を正方向とする。
【００５２】
まず、発生する半径方向力を図８に示したＸ軸方向とＹ軸方向の成分に分解して考えると、下記数式６のように表せる。
【００５３】
【数６】
2018125910.tif 000008
【００５４】
数式６で、Ｆｕは巻線ＵａとＵｂに流す電流を異ならせることによって発生する半径方向力である。同様に、Ｆｖは巻線ＶａとＶｂに流す電流を、Ｆｗは巻線ＷａとＷｂに流す電流を異ならせることによって発生する半径方向力である。θｕはＸ軸とＦｕとの成す角であり、９０°である。同様にθｖは３３０°、θｗは２１０°である。
【００５５】
ここで、半径方向力を発生させるために重畳する３相分の電流指令値を下記数式７に示すように変調する。
【００５６】
【数７】
2018125910.tif 000009
【００５７】
数式７に示した電流を重畳したときに発生する半径方向力は、図１０に示した半径方向力Ｆｕ０、Ｆｖ０、Ｆｗ０が、電流Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗの変調に比例して変化する力となるため。したがって、比例定数をｋとすると下記数式８で表せる。
【００５８】
【数８】
2018125910.tif 000010
【００５９】
また、図１０に示したＦｕ０、Ｆｖ０、Ｆｗ０は若干の高次成分を含んでいるが、主成分であるモータ回転の４倍の周波数成分が支配的であるとすれば、下記数式９で近似することができる。
【００６０】
【数９】
2018125910.tif 000011
【００６１】
以上の数式７、８、９を数式６に代入して整理すると、下記数式１０が得られる。
【００６２】
【数１０】
2018125910.tif 000012
【００６３】
数式１０で、ｎ＝４のときには、ＦｘおよびＦｙはロータ位相θに依らず、数式７で示した重畳する電流の振幅ａ、位相φによって決まる力となることがわかる。すなわち、重畳する電流を、数式７においてｎ＝４とし、振幅ａ、位相φを制御することで、任意の半径方向力を発生させることが可能になる。
【００６４】
ここで、数式７においてｎ＝４、φ＝０としたときの巻線電流を図１２、図１３、図１４に、発生する半径方向力を図１５に示す。
【００６５】
図１２は巻線Ｕａ、Ｕｂに流れる電流を示しており、図１２（ａ）には、回転トルクを発生させるための電流指令値Ｉｔｕを実線で、半径方向力を発生させるための電流指令値Ｉｒｕを破線で示している。図１２（ｂ）には、このとき巻線Ｕａに流れる電流Ｉｕａを実線で、巻線Ｕｂに流れる電流Ｉｕｂを破線で示している。
【００６６】
同様に図１３は巻線Ｖａ、Ｖｂに流れる電流を、図１４は巻線Ｗａ、Ｗｂに流れる電流を示している。
【００６７】
図１５は、電磁力計算によって算出された半径方向力を示したものであり、図１５（ａ）は発生する半径方向力の振幅、図１５（ｂ）は発生する半径方向力の位相を示している。
【００６８】
図１２（ａ）、図１３（ａ）、図１４（ａ）に示すように、半径方向力を発生させるための電流指令値Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗは、回転トルクを発生させる電流指令値Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗと同じ周波数の正弦波電流である。但し、Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗの位相関係は、Ｉｔｕ、Ｉｔｖ，Ｉｔｗの位相関係とは逆になっている。このような巻線電流を流したときに、ほぼ一定振幅、一定の向きの半径方向力を発生できていることが図１５からわかり、前述した数式を用いた説明と一致している。
【００６９】
以上説明してきたように、本実施例のモータ制御装置では、半径方向力を発生させるための電流として数式７に示した電流を重畳することにより、数式１０に示した半径方向力を発生させることができる。特に、数式７においてｎ＝４とした場合に、一定の大きさかつ一定の向きの半径方向力を発生させることができる。したがって、これをベースとして数式７に示した電流の振幅ａと位相φを変調することで任意の半径方向力を発生させることができる。
【００７０】
さて、ここから、ポリゴンモータ１の自励振動を抑圧する制振力としての半径方向力の発生について説明する。
【００７１】
前述したように、本実施例では、ポリゴンミラー２およびポリゴンモータ１の重心ずれに起因して発生する遠心力を打ち消す半径方向力を発生させて、振動を抑圧する。遠心力を打ち消すには、大きさが一定で、向きがポリゴンモータ１の回転と同じ角速度および回転方向で回転する半径方向力を発生させることが必要となる。
【００７２】
このような半径方向力を発生させるには、数式１０において、ｎ＝４、φ＝−θ＋φｏｆｆｓｅｔとすればよい。これらを数式７に代入すると、半径方向力を発生させるための電流指令値Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗが求められる（下記数式１１）。また、数式１０に代入すると、発生する半径方向力が求められる（下記数式１２）。
【００７３】
【数１１】
2018125910.tif 000013
【００７４】
【数１２】
2018125910.tif 000014
【００７５】
ここで、φｏｆｆｓｅｔ＝０としたときの巻線電流を図１６に、半径方向力を図１７に示す。
【００７６】
図１６（ａ）には、巻線Ｕａに流れる電流Ｉｕａを実線で、巻線Ｕｂに流れる電流Ｉｕｂを破線で示している。同様に、図１６（ｂ）には巻線Ｖａ、Ｖｂに流れる電流を、図１６（ｃ）には巻線Ｗａ、Ｗｂに流れる電流を示している。
【００７７】
図１７は電磁力計算によって算出された半径方向力であり、図１７（ａ）は発生する半径方向力の振幅、図１７（ｂ）は発生する半径方向力の位相を示している。図１７に示したように、大きさがほぼ一定で、モータの回転と同じ角速度および回転方向で回転する半径方向力を発生させることができている。
【００７８】
また、数式１１、数式１２からわかるように、半径方向力を発生させるための電流指令値Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗの振幅ａを変更することで、発生する半径方向力の大きさを変化させることができる。さらに、Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗの位相φｏｆｆｓｅｔを変更することで、ロータの位相と、発生する半径方向力の向きが回転する位相の関係を変化させることができる。つまり、ポリゴンモータ１の重心ずれ状態および回転速度に応じて、数式１１に示したＩｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗの振幅ａ・位相φｏｆｆｓｅｔを調整することで、遠心力を打ち消す半径方向力を発生させることが可能となる。巻線電流と半径方向力の関係についての説明は以上とし、ここで図１中の半径方向力電圧指令生成部３２の詳細について図１８を参照して説明する。
【００７９】
図１８は、半径方向力電圧指令生成部３２の構成を示した図である。電流指令生成部４５は、入力されるロータ位相θと、振幅ａおよび位相φｏｆｆｓｅｔから、数式１１を用いて半径方向力を発生させるための電流指令値Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗを生成する。振幅ａおよび位相φｏｆｆｓｅｔは、重心ずれに起因して発生する遠心力を打ち消して振動を低減できるように、光走査装置の製造時にあらかじめ測定された値が振幅・位相記憶部４７に記憶されている。記憶された振幅ａおよび位相φｏｆｆｓｅｔは、振幅・位相記憶部４７から電流指令生成部４５に入力されている。電圧指令算出部４６は、入力される電流指令値Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗから、下記数式１３を用いて、指令値通りの電流を巻線に流すための電圧指令値Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗを算出して出力する。
【００８０】
【数１３】
2018125910.tif 000015
【００８１】
出力された電圧指令値Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗは、既に説明したように、回転トルクを発生させるための電圧指令値Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗと加減算され、各巻線に印加される駆動電圧指令値が算出される。こうして算出された駆動電圧指令値に応じた電圧を各巻線に印加することによって、所望の半径方向力を発生することができる。
【００８２】
続いて、モータ制御装置の動作フローについて、図１９を参照して説明する。モータ制御装置は、ＣＰＵからモータ回転開始が指令されると図１９に示した処理を開始する。なお、モータ回転開始が指令される前には、トルク電圧指令生成部３１および半径方向力電圧指令生成部３２から、それぞれの電圧指令値は出力されておらず、いずれも‘０’として扱われる。
【００８３】
モータ回転開始が指令されると、トルク電圧指令生成部３１からトルク電圧指令の出力が開始され（Ｓ１０１）、モータが回転駆動される。トルク電圧指令生成の詳細については、既に説明した通りである。その後、目標とする定常速度に到達したか否かが判断され（Ｓ１０２）、到達したと判断すると、半径方向力電圧指令生成部３２から半径方向力電圧指令の出力が開始される（Ｓ１０３）。半径方向力電圧指令生成の詳細については、既に説明した通りである。
【００８４】
こうして所望の半径方向力を発生させて振動を低減させながら、目標とする定常速度での回転動作が行われる。その後、ＣＰＵからモータ停止が指令されると（Ｓ１０４）、半径方向力電圧指令生成部３２から半径方向力電圧指令の出力が停止される（Ｓ１０５）。更にトルク電圧指令生成部３１からトルク電圧指令の出力が停止され（Ｓ１０６）、各巻線への電流の供給が行われなくなってモータが停止する。
【００８５】
以上説明してきたように、本実施例のモータ制御装置では、回転トルクを発生させるための電流に、数式１１に示した半径方向力を発生させるための電流を重畳した電流を各巻線に供給する。これにより、重心ずれに起因して発生する遠心力を打ち消す半径方向力を発生させ、ポリゴンモータ１の振動を低減することができる。
【００８６】
なお、本実施例においては、ポリゴンモータ１が定常速度で回転しているときに半径方向力を発生するようにしていたが、モータの加減速時にも半径方向力を発生するようにしてもよい。その場合には、モータの回転速度によって打ち消すべき遠心力の大きさが変わるため、発生させる半径方向力も回転速度に応じて変更する。具体的には、数式１１で示した半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅ａを、モータの回転速度に応じて変更するようにすればよい。
【００８７】
［実施例２］
本発明の第２の実施例について説明する。本実施例では、実施例１と同様に、本発明のモータ制御装置を光走査装置のポリゴンミラーを回転駆動するポリゴンモータに適用した場合を例示する。
【００８８】
本実施例では、ポリゴンモータ１の構成、半径方向力を発生させるための電流自体やその生成方法等は実施例１と同様であり、回転トルクを発生させるための電圧指令を生成する方法のみが実施例１との相違点である。したがって、ここでは、トルク電圧指令生成部の詳細についてのみ説明し、その他の説明は省略する。
【００８９】
図２０および図２１を参照して説明する。図２０は、本実施例のモータ制御装置の概略構成を示した図である。トルク電圧指令生成部５０には、電流振幅指令Ｉａｍｐ、ロータ位相θとともに、電流検出値Ｉｕａ＿ｄｅｔ、Ｉｖａ＿ｄｅｔ、Ｉｕｂ＿ｄｅｔ、Ｉｖｂ＿ｄｅｔが入力されている。
【００９０】
トルク電圧指令生成部５０では、入力される電流振幅指令値Ｉａｍｐと、ロータ位相θとから、回転トルクを発生させるための３相分の電流指令値を生成する。また、入力される電流検出値Ｉｕａ＿ｄｅｔ、Ｉｖａ＿ｄｅｔ、Ｉｕｂ＿ｄｅｔ、Ｉｖｂ＿ｄｅｔから、３相分の電流検出値を算出する。これら３相分の電流指令値と電流検出値の差分をそれぞれ算出し、さらにそれぞれにＰＩ制御の制御演算を施して電圧指令Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗを出力する。トルク電圧指令生成部５０の詳細については後述する。
【００９１】
図２０中の５１および５２は電流検出部であり、巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｕｂ、Ｖｂとインバータ３７、３８との間にそれぞれ直列に挿入された抵抗の両端電圧を測定し、抵抗値で除することで各巻線に流れる電流値を検出している。図２０に示したその他の部分については実施例１と同様のため、ここでは説明を省略する。続いて、図２１を参照してトルク電圧指令生成部５０の詳細について説明する。図２１は、トルク電圧指令生成部５０の構成を示した図である。
【００９２】
電流指令生成部４０は、実施例１と同様に構成され、入力される電流振幅指令Ｉａｍｐおよびロータ位相θから、数式１を用いて回転トルクを発生させるための３相分の電流指令値Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗを算出する。
【００９３】
各相電流算出部５５は、入力される電流検出値Ｉｕａ＿ｄｅｔ、Ｉｖａ＿ｄｅｔ、Ｉｕｂ＿ｄｅｔ、Ｉｖｂ＿ｄｅｔから、下記数式１４を用いて、各相電流Ｉｕ＿ｄｅｔ、Ｉｖ＿ｄｅｔ、Ｉｗ＿ｄｅｔを算出する。
【００９４】
【数１４】
2018125910.tif 000016
【００９５】
演算部５６では、３相分の電流指令値Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗと、上述したように算出した各相電流Ｉｕ＿ｄｅｔ、Ｉｖ＿ｄｅｔ、Ｉｗ＿ｄｅｔとの差分をそれぞれ演算し、電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗを算出する。
【００９６】
制御演算部５７では、入力される電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗそれぞれにＰＩ制御の制御演算を施して、回転トルクを発生させるための電圧指令値Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗを算出する。
【００９７】
このように、本実施例では、回転トルクを発生させるための電流を、フィードバックループを形成して制御している。本実施例では、実施例１同様に各巻線電流には半径方向力を発生させるための電流が重畳されているが、上述したように巻線ＵａとＵｂ、ＶａとＶｂ、ＷａとＷｂの電流の平均をとることでその影響をなくしている。これにより、回転トルクを発生させるための電流のみをフィードバック制御することが可能となる。
【００９８】
以上説明したようにトルク電圧指令生成部５０を構成することにより、回転トルクを発生させるための電流に、半径方向力を発生させるための電流を重畳した電流を各巻線に供給することができる。したがって、実施例１と同様に、重心ずれに起因して発生する遠心力を打ち消す半径方向力を発生させ、ポリゴンモータ１の振動を低減することができる。
【００９９】
なお、本実施例においては、３相分の電流をそれぞれフィードバック制御していたが、これに限定するものではない。前述した３相分の電流指令値および３相分の電流検出値をそれぞれ３相−２相変換して２相分の電圧指令値を算出した後に、２相−３相変換して３相分の電圧指令値を求めるように構成してもよい。
【０１００】
［実施例３］
本発明の第３の実施例について説明する。本実施例では、実施例１と同様に、本発明のモータ制御装置を光走査装置のポリゴンミラーを回転駆動するポリゴンモータに適用した場合を例示する。
【０１０１】
本実施例は、ポリゴンモータ１の振動を検出する振動検出手段を備え、検出される振動が小さくなるように、半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定することが特徴である。振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔが決定された後に、光走査を行うためにポリゴンモータ１を回転駆動する際（以下では通常駆動時と記述）の動作は実施例１と同様である。したがって、ここでは主に振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔの決定について説明し、その他の説明は省略する。
【０１０２】
図２２は、本実施例のモータ制御装置の概略構成を示した図である。図２２中の６１は加速度センサであり、ポリゴンモータ１のステータ外周に、ポリゴンモータ１の半径方向の振動を検出するように設置されている。加速度センサ６１から出力される振動検出値ｖｂ＿ｄｅｔは、半径方向力電圧指令生成部６０に入力される。
【０１０３】
図２３は、半径方向力電圧指令生成部６０の構成を示した図である。電流指令生成部４５は、入力されるロータ位相θと、振幅ａおよび位相φｏｆｆｓｅｔから、実施例１で説明した数式１１を用いて、半径方向力を発生させるための電流指令値Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗを生成する。
【０１０４】
電圧指令算出部４６は、入力される電流指令値Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗから、数式１３を用いて、指令値通りの電流を巻線に流すための電圧指令値Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗを算出する。振動抽出部６３には、振動検出値ｖｂ＿ｄｅｔが入力されている。振動抽出部６３では、入力される振動検出値ｖｂ＿ｄｅｔにＦＦＴ処理を施し、モータ回転周波数の成分の振動振幅ｖｂ＿ａｍｐを抽出して出力する。なお、この処理は、振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定する際にのみ行われ、通常駆動時には行われない。
【０１０５】
振幅・位相指令部６４は、半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを、電流指令生成部４５に対して出力する。通常駆動時には、既に決定されている振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔが出力され、電流指令生成部４５において、これらを用いて所望の半径方向力を発生させるための電流指令値が生成される。
【０１０６】
また、振幅・位相指令部６４には、モータ回転周波数の振動振幅ｖｂ＿ａｍｐが入力される。振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定する際には、後述するように、電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを変更しながら振動振幅ｖｂ＿ａｍｐを観測し、振動振幅ｖｂ＿ａｍｐが最小となるように振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定する。
【０１０７】
図２４に、振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定する動作フローを示す。ＣＰＵから、振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔの決定動作指令が出されると、ポリゴンモータ１を一定速度で回転させた状態で、図２４に示した処理が開始される。なお、振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔの決定動作は、光走査装置の電源投入時等の決められたタイミングで行われる。
【０１０８】
最初に、振幅ａを一定値ａ０に固定して（Ｓ２０１）、位相φｏｆｆｓｅｔの決定動作を行う。まず、位相φｏｆｆｓｅｔを０°とし（Ｓ２０２）、このときのモータ回転周波数の振動振幅ｖｂ＿ａｍｐを抽出し、記憶する（Ｓ２０３）。続いて、位相φｏｆｆｓｅｔを３０°進めて（Ｓ２０４）、同様にｖｂ＿ａｍｐの抽出・記憶を行う。これをφｏｆｆｓｅｔが３６０°回転するまで繰り返す。
【０１０９】
繰り返しが終了すると、測定された振動振幅ｖｂ＿ａｍｐが最も小さくなっていたときの位相φｏｆｆｓｅｔ＿ｍｉｎ１を位相φｏｆｆｓｅｔの候補として仮決定する（Ｓ２０６）。続いて、Ｓ２０７〜Ｓ２１０では、候補として仮決定された位相φｏｆｆｓｅｔ＿ｍｉｎ１を中心にして、位相φｏｆｆｓｅｔを１°ずつ変更しながら、振動振幅ｖｂ＿ａｍｐの測定を繰り返す。そして、ｖｂ＿ａｍｐが最も小さくなった時の位相を、最終的な位相φｏｆｆｓｅｔとして決定する（Ｓ２１１）。
【０１１０】
振幅ａを一定値に固定した場合、位相φｏｆｆｓｅｔと発生する振動振幅ｖｂ＿ａｍｐとの関係は図２５（ａ）に示したようになっている。上述したようにして決定されたφｏｆｆｓｅｔは、図２５（ａ）の一点鎖線で示した振動振幅ｖｂ＿ａｍｐが最も小さくなる位相になる。
【０１１１】
こうして位相φｏｆｆｓｅｔが決定されると、以降は位相を固定し、振幅ａの決定動作を行う。まず、Ｓ２１２〜Ｓ２１６で、あらかじめ定められた振幅ａの変更範囲を１６分割したΔａを刻み幅とし、振幅ａをΔａずつ変更しながら振動振幅ｖｂ＿ａｍｐの測定を繰り返す。そして、測定された振動振幅ｖｂ＿ａｍｐが最も小さくなっていたときの振幅ａ＿ｍｉｎ１を振幅ａの候補として仮決定する（Ｓ２１７）。更に、Ｓ２１８〜Ｓ２２２で、候補として仮決定された振幅ａ＿ｍｉｎ１を中心に、Δａをより細かくして測定を繰り返し、ｖｂ＿ａｍｐが最も小さくなったときの振幅を、最終的な振幅ａとして決定する（Ｓ２２３）。
【０１１２】
位相φｏｆｆｓｅｔが、発生する振動振幅が小さくなる最適な値になっていると、振幅ａと発生する振動振幅ｖｂ＿ａｍｐとの関係は図２５（ｂ）に示したようになっている。上述したようにして決定された振幅ａは、図２５（ｂ）の一点鎖線で示した振動振幅ｖｂ＿ａｍｐが最も小さくなる振幅になる。このようにして、モータ回転周波数の振動振幅ｖｂ＿ａｍｐが最も小さくなるように、電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔが決定される。
【０１１３】
以上説明したように、本実施例では、ポリゴンモータ１の振動が小さくなるように、半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定する。したがって、光走査装置の製造時にあらかじめ測定して電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定しておく必要がなくなる。また、何らかの理由によって、ポリゴンモータ１の振動状態に変化が生じた場合にも対応することができ、ポリゴンモータ１の振動・騒音低減を良好に実施できる。
【０１１４】
なお、上述した説明では、半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅と位相を変更しながら振動を測定し、振動が小さくなるように調整を行うとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。電流指令値の振幅・位相と、発生する振動の振幅・位相との関係をあらかじめ求めておき、振動検出値をＦＦＴ処理して算出した振動の振幅・位相に基づいて、電流指令値の振幅・位相を決定することもできる。
【０１１５】
［実施例４］
本発明の第４の実施例について説明する。本実施例では、実施例１と同様に、本発明のモータ制御装置を光走査装置のポリゴンミラーを回転駆動するポリゴンモータに適用した場合を例示する。
【０１１６】
本実施例は、ポリゴンモータ１の発生する音を検出する音検出手段を備え、検出される音が小さくなるように、半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定することが特徴である。振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔが決定された後に、光走査を行うためにポリゴンモータ１を回転駆動する際（以下では通常駆動時と記述）の動作は実施例１と同様である。したがって、ここでは主に振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔの決定について説明し、その他の説明は省略する。
【０１１７】
図２６は、本実施例のモータ制御装置の概略構成を示した図である。図２６中の７１は小型マイクロフォンであり、ポリゴンモータ１の近傍に設置されている。小型マイクロフォン７１から出力される音検出値ｓｎｄ＿ｄｅｔは、半径方向力電圧指令生成部７０に入力される。
【０１１８】
図２７は、半径方向力電圧指令生成部７０の構成を示した図である。電流指令生成部６２は、入力されるロータ位相θと、振幅ａおよび位相φｏｆｆｓｅｔから、実施例１で説明した数式１１を用いて、半径方向力を発生させるための電流指令値Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗを生成する。
【０１１９】
電圧指令算出部６５は、入力される電流指令値Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗから、数式１３を用いて電圧指令値Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗを算出する。音抽出部７３には、音検出値ｓｎｄ＿ｄｅｔが入力されている。音抽出部７３では、入力される音検出値ｓｎｄ＿ｄｅｔにＦＦＴ処理を施し、モータ回転周波数の成分の音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐを抽出して出力する。なお、この処理は、振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定する際にのみ行われ、通常駆動時には行われない。
【０１２０】
振幅・位相指令部７４は、半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを、電流指令生成部６２に対して出力する。通常駆動時には、既に決定されている振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔが出力され、電流指令生成部６２において、これらを用いて所望の半径方向力を発生させるための電流指令値が生成される。
【０１２１】
また、振幅・位相指令部７４には、モータ回転周波数の音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐが入力される。振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定する際には、電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを変更しながらこの音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐを観測し、音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐが最小となるように振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定する。
【０１２２】
図２８に、振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定する動作フローを示す。ＣＰＵから、振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔの決定動作指令が出されると、ポリゴンモータ１を一定速度で回転させた状態で、図２８に示した処理が開始される。なお、振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔの決定動作は、光走査装置の電源投入時等の決められたタイミングで行われる。
【０１２３】
最初に、振幅ａを一定値ａ０に固定して（Ｓ３０１）、位相φｏｆｆｓｅｔの決定動作を行う。まず、位相φｏｆｆｓｅｔを０°とし（Ｓ３０２）、このときのモータ回転周波数の音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐを抽出し、記憶する（Ｓ３０３）。続いて、位相φｏｆｆｓｅｔを３０°進めて（Ｓ３０４）、同様にｓｎｄ＿ａｍｐの抽出・記憶を行う。これをφｏｆｆｓｅｔが３６０°回転するまで繰り返す。繰り返しが終了すると、測定された音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐが最も小さくなっていたときの位相φｏｆｆｓｅｔ＿ｍｉｎ１を位相φｏｆｆｓｅｔの候補として仮決定する（Ｓ３０６）。
【０１２４】
続いて、Ｓ３０７〜Ｓ３１０では、候補として仮決定された位相φｏｆｆｓｅｔ＿ｍｉｎ１を中心にして、位相φｏｆｆｓｅｔを１°ずつ変更しながら、音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐの測定を繰り返す。そして、ｓｎｄ＿ａｍｐが最も小さくなった時の位相を、最終的な位相φｏｆｆｓｅｔとして決定する（Ｓ３１１）。振幅ａを一定値に固定した場合、位相φｏｆｆｓｅｔと発生する音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐとの関係は図２９（ａ）に示したようになっている。上述したようにして決定されたφｏｆｆｓｅｔは、図２９（ａ）の一点鎖線で示した音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐが最も小さくなる位相になる。
【０１２５】
こうして位相φｏｆｆｓｅｔが決定されると、以降は位相を固定し、振幅ａの決定動作を行う。まず、Ｓ３１２〜Ｓ３１６で、あらかじめ定められた振幅ａの変更範囲を１６分割したΔａを刻み幅とし、振幅ａをΔａずつ変更しながら音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐの測定を繰り返す。そして、測定された音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐが最も小さくなっていたときの振幅ａ＿ｍｉｎ１を振幅ａの候補として仮決定する（Ｓ３１７）。
【０１２６】
更に、Ｓ３１８〜Ｓ３２２で、候補として仮決定された振幅ａ＿ｍｉｎ１を中心に、Δａをより細かくして測定を繰り返し、ｓｎｄ＿ａｍｐが最も小さくなったときの振幅を、最終的な振幅ａとして決定する（Ｓ３２３）。位相φｏｆｆｓｅｔが、発生する音振幅が小さくなる最適な値になっていると、振幅ａと発生する音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐとの関係は図２９（ｂ）に示したようになっている。上述したようにして決定された振幅ａは、図２９（ｂ）の一点鎖線で示した音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐが最も小さくなる振幅になる。
【０１２７】
このようにして、モータ回転周波数の音振幅ｓｎｄ＿ａｍｐが最も小さくなるように、電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔが決定される。
【０１２８】
以上説明したように、本実施例では、ポリゴンモータ１の発生する音が小さくなるように、半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定する。したがって、光走査装置の製造時にあらかじめ測定して電流指令値の振幅ａと位相φｏｆｆｓｅｔを決定しておく必要がなくなる。また、何らかの理由によって、ポリゴンモータ１の振動状態に変化が生じた場合にも対応することができ、ポリゴンモータ１の振動・騒音低減を良好に実施できる。
【０１２９】
なお、上述した説明では、半径方向力を発生させるための電流指令値の振幅と位相を変更しながら音を測定し、音が小さくなるように調整を行うとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。電流指令値の振幅・位相と、発生する音の振幅・位相との関係をあらかじめ求めておき、音検出値をＦＦＴ処理して算出した音の振幅・位相に基づいて、電流指令値の振幅・位相を決定することもできる。
【０１３０】
［実施例５］
本発明の第５の実施例について説明する。本実施例では、実施例１と同様に、本発明のモータ制御装置を光走査装置のポリゴンミラーを回転駆動するポリゴンモータに適用した場合を例示する。
【０１３１】
本実施例は、実施例１と同様に、重心ずれに起因する遠心力を打ち消す半径方向力を発生させて、ポリゴンモータの振動を低減する。但し、本実施例で用いられるポリゴンモータは、実施例１で用いられるポリゴンモータとは巻線の構成が異なっている。これに伴って、巻線電流と発生する半径方向力の関係が実施例１とは異なり、したがって、実施例１と同様の半径方向力を発生させているが、巻線電流が異なっている。
【０１３２】
以下で詳細に説明する。まず、本実施例に用いるポリゴンモータの構成について、図３０、図３１を参照して説明する。図３０は、ポリゴンモータの回転軸に垂直な面の断面図である。図３０に示すように、本実施例のポリゴンモータは、ロータ２５に４極対の永久磁石を備えている。ステータコア２６は３０°ごとに１２個の歯部が形成され、それぞれに巻線Ｕａ１、Ｕａ２、Ｖａ１、Ｖａ２、Ｗａ１、Ｗａ２、Ｕｂ１、Ｕｂ２、Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｗｂ１、Ｗｂ２が巻回されている。巻線Ｕａ１とＵｂ１、Ｕａ２とＵｂ２、Ｖａ１とＶｂ１、Ｖａ２とＶｂ２、Ｗａ１とＷｂ１、Ｗａ２とＷｂ２は互いに対向する位置に配置されている。また、巻線Ｕａ１とＶａ１、Ｗａ１はそれぞれ１２０°ずつ、ずれた位置に配置されている。同様に巻線Ｕａ２、Ｖａ２、Ｗａ２および巻線Ｕｂ１、Ｖｂ１、Ｗｂ１および巻線Ｕｂ２、Ｖｂ２、Ｗｂ２はそれぞれ１２０°ずつ、ずれた位置に配置されている。
【０１３３】
これら巻線Ｕａ１、Ｕａ２、Ｖａ１、Ｖａ２、Ｗａ１、Ｗａ２、Ｕｂ１、Ｕｂ２、Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｗｂ１、Ｗｂ２は図３１に示すように接続されている。すなわち、巻線Ｕａ１とＵａ２は直列に接続されてＵａ相を形成している。同様に巻線Ｖａ１とＶａ２、Ｗａ１とＷａ２、Ｕｂ１とＵｂ２、Ｖｂ１とＶｂ２、Ｗｂ１とＷｂ２はそれぞれ直列に接続されて、Ｖａ相、Ｗａ相、Ｕｂ相、Ｖｂ相、Ｗｂ相を形成している。Ｕａ相、Ｖａ相、Ｗａ相は、それぞれ一端が外部から電圧を印加できるように端子に接続され、他端同士が中性点で接続されている。同様に、Ｕｂ相、Ｖｂ相、Ｗｂ相は、それぞれ一端が外部から電圧を印加できるように端子に接続され、他端同士が中性点で接続されている。更に、これらの中性点同士が接続されている。このように、本実施例のポリゴンモータは、３相の巻線を２組備え、この２組の中性点が接続された構成となっている。
【０１３４】
ここから、上記構成のポリゴンモータにおける巻線電流と発生する半径方向力の関係について説明する。
【０１３５】
本実施例では、実施例１と同様に、互いに対向する位置に配置された各相巻線ＵａとＵｂ、ＶａとＶｂ、ＷａとＷｂに流す電流を異ならせることによって、半径方向力を発生させる。このとき、発生する半径方向力の方向を図３２に示す。巻線ＵａとＵｂに流す電流を異ならせたときには、図３２に示した矢印Ｆｕの方向の力が発生する。（矢印Ｆｕの向きを正方向とし、発生力が負のときには向きは矢印Ｆｕと逆向きになる。）同様に、巻線ＶａとＶｂに流す電流を異ならせたときには矢印Ｆｖの方向の力が、巻線ＷａとＷｂに流す電流を異ならせたときには矢印Ｆｗの方向の力が発生する。  
【０１３６】
実施例１で説明したのと同様に、発生する半径方向力を図３２に示したＸ軸方向とＹ軸方向の成分に分解して考えると、下記数式１５のように表せる。
【０１３７】
【数１５】
2018125910.tif 000017
【０１３８】
図３２からわかるように、θｕは１３５°、θｖは２５５°、θｗは１５°である。
【０１３９】
更に、実施例１で説明したのと同様に、数式７、８、９を数式１５に代入して整理すると、下記数式１６が得られる。
【０１４０】
【数１６】
2018125910.tif 000018
【０１４１】
数式１６で、ｎ＝４のときには、ＦｘおよびＦｙはロータ位相θに依らず、数式７で示した重畳する電流の振幅ａ、位相φによって決まる力となることがわかる。すなわち、重畳する電流を、数式７においてｎ＝４とし、振幅ａ、位相φを制御することで、任意の半径方向力を発生させることが可能になる。
【０１４２】
なお、数式１６と実施例１で説明した数式１０を比較すると、同じ巻線電流を流した場合でも、発生する半径方向力が異なることがわかる。これは、図３２と図８を比較するとわかるように、巻線の構成が異なることが原因で、本実施例と実施例１とではＦｕ、Ｆｖ、Ｆｗの発生方向が異なるためである。
【０１４３】
さて、ここから、ポリゴンモータの自励振動を抑圧する制振力としての半径方向力の発生について説明する。
【０１４４】
本実施例において、実施例１と同様な、遠心力を打ち消す半径方向力を発生させるためには、数式１６で、ｎ＝４、φ＝θ＋φｏｆｆｓｅｔとすればよい。これらを数式７に代入すると、半径方向力を発生させるための電流指令値Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗが求められる（下記数式１７）。また、数式１６に代入すると、発生する半径方向力が求められる（下記数式１８）。
【０１４５】
【数１７】
2018125910.tif 000019
【０１４６】
【数１８】
2018125910.tif 000020
【０１４７】
実施例１では、半径方向力を発生させるための電流指令値の生成に、数式１１を用いていたが、本実施例では、代わりに数式１７を用いることで、必要な半径方向力を発生させることができる。これ以外の、モータ制御装置の構成や動作フローについては、実施例１と同様でよいため、ここでは説明を省略する。
【０１４８】
以上説明したように、本実施例のモータ制御装置では、回転トルクを発生させるための電流に、数式１７に示した半径方向力を発生させるための電流を重畳した電流を各巻線に供給する。これにより、重心ずれに起因して発生する遠心力を打ち消す半径方向力を発生させ、ポリゴンモータの振動を低減することができる。
【０１４９】
［実施例６］
本発明の第６の実施例について説明する。本実施例では、本発明のモータ制御装置を、画像形成装置の感光ドラム９を回転駆動するドラムモータに適用した場合を例示する。画像形成装置に関する説明は、実施例１と同様のため、ここでは省略する。
【０１５０】
図３３に、ドラムモータ８０から感光ドラム９への駆動伝達構成を示す。図３３（ａ）に示すように、ドラムモータ８０の回転駆動力は、駆動プーリ８１、タイミングベルト８３、従動プーリ８２を介して感光ドラム９へと伝達される。  図３３（ｂ）は図３３（ａ）のＺ−Ｚ断面図である。
【０１５１】
このようなタイミングベルト８３を用いた駆動伝達系においては、駆動プーリ８１および従動プーリ８２とタイミングベルト８３との歯飛びを防ぐため、タイミングベルト８３に張力Ｔが付与されている。更に、ドラムモータ８０を回転駆動すると、駆動プーリ８１の回転駆動力によってプーリに掛かる前後のベルト張力に差が生じ、この張力差によって従動プーリ８２へ駆動力が伝達される。
【０１５２】
したがって、一定負荷である感光ドラム９を一定速度で回転させているときには、図３３（ｂ）中の矢印で示したような張力が働いている。すなわち、駆動プーリ８１に掛かる前ではＴ＋ΔＴの張力が、また駆動プーリ８１に掛かった後ではＴ−ΔＴの張力が働いている。ここで、ΔＴは、感光ドラム９の負荷トルクの１／２に相当する力となる。
【０１５３】
このような張力が働いているため、ドラムモータ８０の回転軸には、これら張力の合成力であるＦｔが働くことになる。Ｆｔは、一定の大きさ・向きの力である。
【０１５４】
ドラムモータ８０の回転軸はロータに接続されているため、上述したような力が回転軸に働くと、ドラムモータ８０のロータとステータとの間にミスアライメントが生じる恐れがある。ロータとステータとの間にミスアライメントが生じた状態でドラムモータ８０を回転駆動すると、磁力の不平衡に伴う振動が発生する。
【０１５５】
更に、上述したような一定の大きさ・向きの力が回転軸に働いていると、軸受部において常に一方向に押しつけられた状態となるため、摩耗を増大させるなどして軸受部の寿命を低下させてしまう。
【０１５６】
本実施例では、ドラムモータ８０で半径方向力を発生させ、前述した張力に起因する力を打ち消すことによって、これらの課題を解消する。ここから、ドラムモータ８０で発生させる半径方向力と、半径方向力を発生させるために巻線に流す電流について説明する。ここで、ドラムモータ８０の巻線の構成は実施例１のポリゴンモータ１と同様である。したがって、巻線電流と発生する半径方向力の関係についても実施例１で説明したのと同様となり、数式７で示した電流を重畳したときに、数式１０で示した半径方向力が発生する。
【０１５７】
前述した張力に起因する力を打ち消すためには、一定の大きさ・方向の半径方向力を発生させればよく、そのためには、数式１０でｎ＝４、φ＝φｏｆｆｓｅｔとすればよい。これらを数式７に代入すると、半径方向力を発生させるための電流指令値Ｉｒｕ，Ｉｒｖ，Ｉｒｗが求められる（下記数式１９）。また、数式１０に代入すると、発生する半径方向力が求められる（下記数式２０）。
【０１５８】
【数１９】
2018125910.tif 000021
【０１５９】
【数２０】
2018125910.tif 000022
【０１６０】
数式１９および数式２０からわかるように、重畳する電流の振幅ａおよび位相φｏｆｆｓｅｔを変更することで、発生する半径方向力の大きさと向きを調整することができる。本実施例では、タイミングベルト８３に付与する張力Ｔと感光ドラム９の負荷トルクとから、重畳する電流の振幅ａおよび位相φｏｆｆｓｅｔをあらかじめ算出して記憶している。
【０１６１】
このように、本実施例では、数式１９を用いて半径方向力を発生させるための電流指令値を生成する。これ以外の、モータ制御装置の構成や動作フローについては、実施例１と同様にして実施できるため、ここでは説明を省略する。
【０１６２】
以上説明したように、本実施例のモータ制御装置では、回転トルクを発生させるための電流に、数式１９に示した半径方向力を発生させるための電流を重畳した電流を各巻線に供給する。これにより、タイミングベルト８３の張力に起因してモータ回転軸に働く力を打ち消し、ロータとステータのミスアライメント発生、軸受部の摩耗といった問題を解消することができる。
【符号の説明】
【０１６３】
１・・・ポリゴンモータ
２・・・ポリゴンミラー
９・・・感光ドラム
１０・・・光走査装置
２１、２５・・・ロータ
２２、２６・・・ステータコア
３１、５０・・・トルク電圧指令生成部
３２、６０、７０・・・半径方向力電圧指令生成部
３３、３４・・・演算部
５１、５２・・・電流検出部
６１・・・加速度センサ
７１・・・マイクロフォン
８０・・・ドラムモータ
Ｕａ、Ｕｂ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｗａ、Ｗｂ、Ｕａ１、Ｕａ２、Ｕｂ１、Ｕｂ２、Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｗａ１、Ｗａ２、Ｗｂ１、Ｗｂ２・・・巻線
【図１】
2018125910.tif 000023
【図２】
2018125910.tif 000024
【図３】
2018125910.tif 000025
【図４】
2018125910.tif 000026
【図５】
2018125910.tif 000027
【図６】
2018125910.tif 000028
【図７】
2018125910.tif 000029
【図８】
2018125910.tif 000030
【図９】
2018125910.tif 000031
【図１０】
2018125910.tif 000032
【図１１】
2018125910.tif 000033
【図１２】
2018125910.tif 000034
【図１３】
2018125910.tif 000035
【図１４】
2018125910.tif 000036
【図１５】
2018125910.tif 000037
【図１６】
2018125910.tif 000038
【図１７】
2018125910.tif 000039
【図１８】
2018125910.tif 000040
【図１９】
2018125910.tif 000041
【図２０】
2018125910.tif 000042
【図２１】
2018125910.tif 000043
【図２２】
2018125910.tif 000044
【図２３】
2018125910.tif 000045
【図２４】
2018125910.tif 000046
【図２５】
2018125910.tif 000047
【図２６】
2018125910.tif 000048
【図２７】
2018125910.tif 000049
【図２８】
2018125910.tif 000050
【図２９】
2018125910.tif 000051
【図３０】
2018125910.tif 000052
【図３１】
2018125910.tif 000053
【図３２】
2018125910.tif 000054
【図３３】
2018125910.tif 000055