(57)【要約】      （修正有）【課題】モータにおける脱調を速やかに検知するための技術を提供すること。【解決手段】モータの電流値に基づき該モータの回転速度を推定して該モータの回転制御を第１の周期で行い、該電流値に基づいてモータの脱調を検知する処理を、第１の周期よりも短い第２の周期で行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの電流値に基づき該モータの回転速度を推定して該モータの回転制御を第１の周期で行う制御手段と、
前記電流値に基づいて前記モータの脱調を検知する処理を、前記第１の周期よりも短い第２の周期で行う検知手段と
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記検知手段は、前記電流値を極座標変換することで得られる動径に基づいて前記モータの脱調を検知する処理を前記第２の周期で行う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】
前記検知手段は、前記電流値を極座標変換することで得られる偏角に基づいて前記モータの脱調を検知する処理を前記第２の周期で行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
更に、
前記検知手段が前記モータの脱調を検知した場合には、前記検知手段よりも高い精度で前記モータの脱調を検知する処理を行う第２の検知手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記第２の検知手段は、前記モータの推定速度と、前記モータに対して指定された回転速度と、の差の絶対値が閾値を超えていた場合に、前記モータにおいて脱調が発生したと判断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。
【請求項６】
前記第２の周期は前記第１の周期の半分以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記電流値は、前記モータの三相の電流値に対して相変換処理を行うことで得られる電流値であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記検知手段は、カスタムＬＳＩまたはＦＰＧＡで実装されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記モータは、画像形成装置における感光ドラム、転写ベルトを駆動するためのモータであることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
モータと、請求項１乃至９の何れか１項に記載のモータ制御装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
モータ制御装置の制御方法であって、
前記モータ制御装置の制御手段が、モータの電流値に基づき該モータの回転速度を推定して該モータの回転制御を第１の周期で行う制御工程と、
前記モータ制御装置の検知手段が、前記電流値に基づいて前記モータの脱調を検知する処理を、前記第１の周期よりも短い第２の周期で行う検知工程と
を備えることを特徴とするモータ制御装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザビームプリンタでは、感光ドラムや転写ベルトの駆動にブラシレスＤＣモータなどが使用されている。一般的に、ブラシレスＤＣモータにはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相のステータがあり、これらに印加する電圧を制御することでモータを回転させる。このとき、負荷等に応じて変化する回転速度を検知し、制御にフィードバックすることで安定した回転を実現している。従来はホールセンサ等を用いて回転速度を測定していたが、制御用プロセッサの性能向上に伴い、近年ではセンサを用いずに三相の電流値から回転速度を推定する方式（センサレスベクトル制御）が広く用いられるようになってきた（たとえば特許文献１）。
【０００３】
センサレスベクトル制御では、速度の推定にあたってモータの負荷応答特性に応じた状態推定モデルを用いる。このとき、モータに対する負荷が急激に変動すると、適切な状態推定を行えずに脱調が発生することがある。脱調に対処しないと、回転停止などモータを制御できない状態に陥るため、脱調の発生を速やかに検知する必要がある。特にレーザビームプリンタでは、紙詰まりや異物混入などによってモータの負荷が急激に変化することがあり、これによりモータが脱調する可能性がある。脱調が発生すると紙を破損したり、過剰な電流が流れる可能性が生じたりするため、できるだけ早く脱調を検出することが望ましい。
【０００４】
一方、センサレスベクトル制御をソフトウェアで実装する場合、プロセッサの演算能力を多く必要とするため、脱調検知は相対的に平易な演算で実現することが望ましい。このため、たとえば下記の特許文献２に記載の技術では、モータ回転速度について、センサレスベクトル制御での推定値と正常回転を前提とした近似計算値とを比較して、モータが脱調状態にあるか否かを簡易に判別している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２１３３９８号公報
【特許文献２】特開２００８−２２０１６９号公報
【特許文献３】特開２０１４−１４７２３９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、上記の特許文献２に記載の手法では、センサレスベクトル制御に用いる制御周期より早く脱調を検知することができない。センサレスベクトル制御の場合、特に電流値に含まれているノイズ成分が比較的大きい状況下では、ノイズ成分の影響を統計的手法で除くため、少なくとも数十回の計測が望ましい。すなわち脱調検知をできるだけ早く行うためには、より短い周期で脱調を判定することが求められる。本発明は、モータにおける脱調を速やかに検知するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一様態は、モータの電流値に基づき該モータの回転速度を推定して該モータの回転制御を第１の周期で行う制御手段と、前記電流値に基づいて前記モータの脱調を検知する処理を、前記第１の周期よりも短い第２の周期で行う検知手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の構成によれば、モータにおける脱調を速やかに検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】画像形成装置のハードウェア構成例を示すブロック図。
【図２】モータ制御部２００の機能構成例を示すブロック図。
【図３】モータ速度３０１、α軸電流値ｉａ３０２、β軸電流値ｉｂ３０３、動径Ｒ３０４、偏角θ３０６の理論的変化を示す図。
【図４】高精度脱調検出処理を実行する機能部の機能構成例を示すブロック図。
【図５】周波数成分に基づく脱調検知を行う機能部の機能構成例を示すブロック図。
【図６】制御部１２０の動作を示すフローチャート。
【図７】モータ制御部７００の機能構成例を示すブロック図。
【図８】モータ制御部２００の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態は、本発明を具体的に実施した場合の一例を示すもので、特許請求の範囲に記載した構成の具体的な実施例の１つである。
【００１１】
［第１の実施形態］
先ず、本実施形態に係る電子写真方式の画像形成装置のハードウェア構成例について、図１のブロック図を用いて説明する。図１に示す如く、本実施形態に係る画像形成装置１０は、プロセス部１００と、制御部１２０と、を有する。なお、図１には、以下の説明に関連する主要な構成を示しており、以下の説明において別段触れないもの（例えば、電源に係る機能部）の図示は省略している。つまり、図１には、画像形成装置が有する全ての構成を図示しているわけではない。また、図１に示した構成は以下に説明する動作を実現可能な構成の一例に過ぎず、その構成は適宜変形／変更が可能である。
【００１２】
先ず、プロセス部１００について説明する。帯電ローラ１０４は、感光ドラム１０１表面を帯電する。露光用レーザ１０２はレーザ光などの光線を照射し、該光線はポリゴンミラー１０３を介して、像担持体としての感光ドラム１０１上に照射され、これにより、該感光ドラム１０１上に静電潜像を形成する。感光ドラム１０１上に光線によって形成された静電潜像は、現像器１０５によりトナーを用いて現像され（トナー像が形成され）、該トナー像は転写ベルト１０６に一時転写された後、搬送されてきた印刷用紙（シート）１０９に対して転写される。トナー像が転写された印刷用紙１０９は、定着器１１０へ搬送される。定着器１１０は、トナー像が転写された印刷用紙１０９上のトナーを定着させる。センサ１０７は、転写ベルト１０６上のトナー像をキャプチャし、トナー量や色ずれ（カラー機の場合）のキャリブレーションなどに用いられる。
【００１３】
感光ドラム１０１の回転や転写ベルト１０６の搬送は、ブラシレスＤＣモータ（Ｍ）２０によって行われ、ブラシレスＤＣモータ２０の動作制御（回転制御）は制御部１２０によって行われる。ブラシレスＤＣモータ２０は通常、三相のステータに印加する電圧を制御することで所望の回転速度で回転するモータである。本実施形態では一例として、三相の電流値を取得し、これを用いたセンサレスベクトル制御によりブラシレスＤＣモータ２０を制御する。
【００１４】
次に、制御部１２０について説明する。制御部１２０は、プロセス部１００の動作制御（帯電、露光、現像、転写、定着といった各種の画像形成プロセスの制御）を行うと共に、画像形成装置１０全体の動作制御を行う。制御部１２０は、１つ以上のプロセッサとカスタムＬＳＩとを含むハードウェアと、該プロセッサが実行するコンピュータプログラムやデータを保持するメモリと、を有する。制御部１２０が有するプロセッサは該メモリに格納されているコンピュータプログラムやデータを用いて処理を実行することで、対応する機能を実現する。
【００１５】
次に、制御部１２０が有するモータ制御部２００の機能構成例について、図２のブロック図を用いて説明する。図２に示す如くモータ制御部２００は、入力ポート２０５を介して入力される速度指令値（ブラシレスＤＣモータ２０に対して指定された回転速度）ｗｔと、入力ポート２１０を介して入力されるＵ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ、Ｗ相電流値ｉｗと、を取得する。そしてモータ制御部２００は、速度指令値ｗｔ、Ｕ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ、Ｗ相電流値ｉｗ、に基づき、ブラシレスＤＣモータ２０を駆動するためのＵ相電流操作量ｖｕ、Ｖ相電流操作量ｖｖ、Ｗ相電流操作量ｖｗを求める。そしてモータ制御部２００は、求めたＵ相電流操作量ｖｕ、Ｖ相電流操作量ｖｖ、Ｗ相電流操作量ｖｗ、を出力ポート２９０を介してブラシレスＤＣモータ２０に対して出力する。なお、プロセス部１００がブラシレスＤＣモータ２０の駆動制御を行う制御器を有しているのであれば、Ｕ相電流操作量ｖｕ、Ｖ相電流操作量ｖｖ、Ｗ相電流操作量ｖｗ、の出力先をこの制御器としても良い。ここで、電流操作量とは、印加すべき電圧を示す電圧指令値を意味している。モータ制御部２００はこのような動作を規定の周期（回転制御周期）で繰り返すことで安定的なブラシレスＤＣモータ２０の回転を実現する。以下の説明では、回転制御周期を５０μｓとするが、この値に限らない。
【００１６】
またモータ制御部２００は、入力ポート２１０から入力されるＵ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ、Ｗ相電流値ｉｗに基づき、ブラシレスＤＣモータ２０における脱調の検知処理（脱調検知処理）を行う。そしてモータ制御部２００は、該脱調検知処理の結果を通知信号２５５として制御部１２０に対して出力する。モータ制御部２００はこのような脱調検知処理を規定の周期（脱調検知周期）で繰り返すことで、速やかな脱調検知を実現する。脱調を速やかに検知するため、脱調検知周期は回転制御周期の半分以下とする。以下の説明では、脱調検知周期を１μｓとするが、この値に限らない。
【００１７】
次に、モータ制御部２００の各機能部について説明する。本実施形態では、図２に示した機能部のうち、変換器２２０および脱調検知器２５０については、脱調検知周期で動作するハード部２１であるカスタムＬＳＩで実装する。一方、変換器２３０、推定演算器２４０、制御器２６０、変換器２７０、変換器２８０については、プロセッサによって回転制御周期で実行されるソフト部２２であるソフトウェア（コンピュータプログラム）で実装する。このソフトウェアは上記の通り、制御部１２０のメモリに格納されている。
【００１８】
なお、本実施形態では、ハード部２１をカスタムＬＳＩで実装し、ソフト部２２をソフトウェアで実装したが、ハード部２１およびソフト部２２の実装形態は特定の実装形態に限らない。
【００１９】
ここで、制御周期の制限について説明する。センサレスベクトル制御に関する演算は、回転制御周期内に終えられるよう限定しなければならない（本実施形態では５０μｓ）。ここに脱調検知処理を追加し、高頻度で実行するとなると、プロセッサへの負荷はかなり高くなる。特に、製品コスト低減のため安価なプロセッサを用いる場合、プロセッサ性能は不足してしまう。そこで、上記で説明したようにカスタムＬＳＩを併用し、プロセッサの負荷を肩代わりするよう構成するとよい。一方、脱調検知周期は短くすればするほど脱調検知の精度を高めることができるが、電流計測に用いるＡＤコンバータのサンプリング周期より短くすることはできない。
【００２０】
変換器２２０は、ブラシレスＤＣモータ２０から入力ポート２１０を介して入力されたＵ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ、Ｗ相電流値ｉｗに対して相変換処理を行うことでα軸電流値ｉａとβ軸電流値ｉｂとを求める。上記の通り、プロセス部１００がブラシレスＤＣモータ２０の駆動制御を行う制御器を有しているのであれば、変換器２２０は、Ｕ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ、Ｗ相電流値ｉｗを入力ポート２１０を介してブラシレスＤＣモータ２０の制御器から取得する。ここで、α−β軸は静止座標系である。例えば、α軸をいずれかの相方向、例えば、Ｕ相方向とし、β軸をα軸と直交する方向とすることができる。なお、ｉｕ，ｉｖ、ｉｗのうち任意の二相の電流値からｉａとｉｂとを求める構成としても良い。なお、変換器２２０はこの相変換処理を、脱調検知器２５０の脱調検知周期と同一周期またはより短い周期で実行する。
【００２１】
変換器２３０はα軸電流ｉａとβ軸電流値ｉｂとに対して、推定演算器２４０からの位相（α軸とｄ軸との位相差）に対する回転行列の要素（sinθｅおよびcosθｅ）を用いた座標回転処理を行うことで、ｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値ｉｑとを求める。ここで、ｄ−ｑ軸は回転座標系である。例えば、ｄ軸を回転子の所定の方向、例えば、Ｎ極方向とし、ｑ軸をｄ軸に直交する方向とすることができる。
【００２２】
制御器２６０は、入力ポート２０５を介して入力される速度指令値ｗｔと、推定演算器２４０から出力されるブラシレスＤＣモータ２０の推定速度ｗｅと、から、ブラシレスＤＣモータ２０の回転速度を調整するためのｑ軸電流指令値を決定する。そして制御器２６０は、ｑ軸電流指令値、ｄ軸電流値ｉｄ、ｑ軸電流値ｉｑ、からｄ軸電流操作量ｖｄとｑ軸電流操作量ｖｑとを求め、該求めたｄ軸電流操作量ｖｄとｑ軸電流操作量ｖｑとを変換器２７０に出力する。
【００２３】
変換器２７０は、ｄ軸電流操作量ｖｄとｑ軸電流操作量ｖｑとに対して、推定演算器２４０からの上記の要素（sinθｅ及びcosθｅ）を用いた座標回転処理を行うことで、α軸電流操作量ｖａとβ軸電流操作量ｖｂとを求める。
【００２４】
変換器２８０は、α軸電流操作量ｖａとβ軸電流操作量ｖｂとに対して相変換処理を行うことで、Ｕ相電流操作量ｖｕ、Ｖ相電流操作量ｖｖ、Ｗ相電流操作量ｖｗを求める。そして変換器２８０は、Ｕ相電流操作量ｖｕ、Ｖ相電流操作量ｖｖ、Ｗ相電流操作量ｖｗを、出力ポート２９０を介してブラシレスＤＣモータ２０に対して出力する。上記の通り、プロセス部１００がブラシレスＤＣモータ２０の駆動制御を行う制御器を有しているのであれば、Ｕ相電流操作量ｖｕ、Ｖ相電流操作量ｖｖ、Ｗ相電流操作量ｖｗ、の出力先をこの制御器としても良い。
【００２５】
推定演算器２４０は、α軸電流操作量ｖａ、β軸電流操作量ｖｂ、α軸電流値ｉａ、β軸電流値ｉｂから、ブラシレスＤＣモータ２０の推定速度ｗｅおよび上記の要素（sinθｅ及びcosθｅ）を求める。そして推定演算器２４０は、求めた推定速度ｗｅについては制御器２６０に対して出力し、求めた上記の要素（sinθｅ及びcosθｅ）については変換器２３０および変換器２７０に対して出力する。推定演算器２４０内の各演算間にはフィルタ等を追加し、ノイズ成分を除去する構成とすることができる。
【００２６】
脱調検知器２５０は、変換器２２０が求めたα軸電流値ｉａ及びβ軸電流値ｉｂに基づいてブラシレスＤＣモータ２０が脱調しているのか否かを検知する脱調検知処理を行う。ブラシレスＤＣモータ２０の負荷が変動すると、それに応じてα軸電流値ｉａ及びβ軸電流値ｉｂの振幅と位相とが変化する。脱調検知器２５０はα軸電流値ｉａ及びβ軸電流値ｉｂを極座標変換することで得られる動径Ｒを規定の計測時間（例えば１００μｓ）計測し、該計測した動径Ｒの増減幅が規定の閾値を超えた場合や統計的に有意な変化が起きた場合に脱調が発生したと判断する。この「閾値」は画像形成装置１０の紙搬送系の特性に応じて定め、複数設定してもよい。なお脱調検知器２５０をＦＰＧＡやカスタムＬＳＩで実現した場合は、該閾値を必要に応じて変えられるようレジスタなどを用いて構成することが望ましい。
【００２７】
また、脱調検知器２５０は、α軸電流値ｉａ及びβ軸電流値ｉｂを極座標変換することで得られる偏角θを規定の計測時間（たとえば１００μｓ）計測し、偏角θの波形と通常波形との類似度が閾値未満となった場合には、脱調が発生したと判断する。ここで通常波形とは、脱調が生じていないブラシレスＤＣモータ２０のα軸電流値ｉａ及びβ軸電流値ｉｂを極座標変換することで得られる偏角θを規定の計測時間（たとえば１００μｓ）計測したときの偏角θの波形である。また、脱調検知器２５０は、偏角θの波形に統計的に有意な変化が起きた場合に脱調が発生したと判断するようにしても良い。また例えば脱調検知器２５０は、偏角θの変化量が規定の閾値よりも小さくなった場合には、脱調が発生したと判断するようにしても良い。
【００２８】
また脱調検知器２５０は、上記の極座標変換処理よりも簡便な極座標変換処理（より高速な極座標変換処理）により得られる動径Ｒや偏角θを用いて脱調検知処理を行うようにしても良い。例えば脱調検知器２５０は、α軸電流値ｉａ及びβ軸電流値ｉｂの表現ビット数を下げてから極座標変換することで動径Ｒや偏角θを求めるようにしてもよい。また例えば脱調検知器２５０は、Ｕ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ、Ｗ相電流値ｉｗの表現ビット数を下げてから相変換ならびに極座標変換することで動径Ｒや偏角θを求めるようにしてもよい。
【００２９】
そして脱調検知器２５０は、上記の脱調検知処理によりブラシレスＤＣモータ２０の脱調を検知すると、脱調を検知した旨を示す通知信号２５５を制御部１２０に対して出力する。たとえば制御部１２０を実現するプロセッサに対して割り込み処理を要求するよう構成する。通知信号２５５を受けた制御部１２０は、脱調検知器２５０より精度の高い脱調検知処理を行う。この「精度の高い脱調検知処理」は、たとえば回転制御周期で行う。
【００３０】
次に、センサレスベクトル制御の下で負荷変動が生じた際の、ブラシレスＤＣモータ２０の回転速度（モータ速度）３０１、α軸電流値ｉａ３０２、β軸電流値ｉｂ３０３、動径Ｒ３０４、偏角θ３０６の理論的変化について図３を用いて説明する。動径Ｒ３０４及び偏角θ３０６は、α軸電流値ｉａ３０２及びβ軸電流値ｉｂ３０３に対して極座標変換を行うことで得られるものである。
【００３１】
定常負荷の下で正常回転しているブラシレスＤＣモータ２０に対して、時点Ｔ１から紙詰まりを模した負荷を加えた結果、ブラシレスＤＣモータ２０は時点Ｔ２で停止する。時点Ｔ２以降は制御が発散してしまうため、実際にはセンサレスベクトル制御は機能しない。時点Ｔ１から時点Ｔ２までの時間は約４ｍｓであり、脱調によりブラシレスＤＣモータ２０が制御不能になることを避けるためには、この間に脱調検知処理を行う必要がある。
【００３２】
脱調検知処理では、α軸電流値ｉａ３０２とβ軸電流値ｉｂ３０３とを極座標変換することで得られる動径Ｒ３０４が脱調発生時に増大する現象を利用する。紙詰まりなどにより脱調が発生し、モータ速度３０１が減少すると、ブラシレスＤＣモータ２０内の逆起電圧が減少する。それに伴い、入力ポート２１０から入力されるＵ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ、Ｗ相電流値ｉｗが増大し、ひいては動径Ｒ３０４が増大する。つまり、各種電流値を計測することで脱調の発生有無を検知できる。
【００３３】
そこで本実施形態では、動径Ｒ３０４に対して動径Ｒ閾値３０５を設ける。動径Ｒ３０４が動径Ｒ閾値３０５を超えた時点Ｔ３から、脱調検知器２５０は脱調検知のためにα軸電流値ｉａ３０２及びβ軸電流値ｉｂ３０３の計測を開始する。そして脱調検知器２５０は、α軸電流値ｉａ３０２及びβ軸電流値ｉｂ３０３を計測する度に、該計測したα軸電流値ｉａ３０２及びβ軸電流値ｉｂ３０３に対して極座標変換を行って動径Ｒ３０４及び偏角θ３０６を求める。α軸電流値ｉａ３０２及びβ軸電流値ｉｂ３０３の計測を規定回数（たとえば１００回）行うと、動径Ｒ３０４及び偏角θ３０６のセットを１００個得ることができる。そして脱調検知器２５０は、この１００個の動径Ｒ３０４から、「動径Ｒ３０４が動径Ｒ閾値３０５を超えた」ことが統計的に示された場合に脱調が発生したと判定する。たとえば脱調検知器２５０は、ノイズの影響を除くため、１００個の動径Ｒ３０４の算術平均値が動径Ｒ閾値３０５を超えた場合（以下の式１が成立した場合）には、ブラシレスＤＣモータ２０に脱調が生じたと判断する。
【００３４】
Ｒｔｈ＜１／１００×Σｎ＝１１００Ｒｎ  （式１）
ここでＲｎは、ｎ（１≦ｎ≦１００）回目の計測により得られたα軸電流値ｉａ３０２及びβ軸電流値ｉｂ３０３に対して極座標変換を行うことで得られる動径Ｒ３０４である。Ｒｔｈは動径Ｒ閾値３０５であり、画像形成装置１０の紙搬送系で許容される動径Ｒの最大値である。算術平均値は、より少ないメモリ量で計算するため、電流値を計測するごとに逐次的に求めてもよい。ノイズ量が多く、電流計測回数分のメモリを用意できる場合、外れ値の影響を低減するために、算術平均値の代わりに中央値を用いてもよい。
【００３５】
また、脱調検知器２５０は、１００個の動径Ｒ３０４のうち５０個以上（つまり計測した動径Ｒ３０４のうち半数以上）の動径Ｒ３０４が動径Ｒ閾値３０５を超えている場合に脱調が発生したと判定してもよい。
【００３６】
また、脱調検知器２５０は、脱調検知処理において、ブラシレスＤＣモータ２０の回転が安定している場合に動径Ｒ３０４の値がほぼ一定となることを利用してもよい。例えば脱調検知器２５０は、前回の計測にて得た動径Ｒ３０４（Ｒｎ−１）と今回の計測にて得た動径Ｒ３０４（Ｒｎ）との差の絶対値（動径Ｒ３０４の増減幅の絶対値）Δｎをｎ＝２〜１００について積算する。そして脱調検知器２５０は、その積算結果が規定の閾値Ｓｔｈ（画像形成装置１０の紙搬送系で許容される、規定の計測回数あたりの電流変動上限値）を超えた場合（以下の式２が成立した場合）には、ブラシレスＤＣモータ２０に脱調が生じたと判断する。
【００３７】
Ｓｔｈ＜Σｎ＝２１００｜Ｒｎ−Ｒｎ−１｜  （式２）
また、脱調検知器２５０は、計測したα軸電流値ｉａおよびβ軸電流値ｉｂの何れか一方もしくはその両方の振幅の規定の計測時間内における算術平均値が規定の閾値を超えた場合に、脱調が発生したと判断するようにしても良い。
【００３８】
あるいは、脱調検知器２５０は、脱調発生時に偏角θ３０６の角速度が低下することを利用して脱調の発生を検知してもよい。例えば脱調検知器２５０は、ブラシレスＤＣモータ２０の回転が安定しているときの偏角θの角速度と、規定回数（例えば１００回）計測した電流値から求めた偏角θ３０６の平均角速度と、の差の絶対値を求める。そして脱調検知器２５０は、該求めた絶対値が規定の閾値を超えた場合には、ブラシレスＤＣモータ２０に脱調が生じたと判断する。
【００３９】
電流計測に用いるＡＤコンバータのサンプリング周期は、一般的に１μｓ程度にとることができる。たとえば上記のように１００回分の電流計測値を脱調検知に用いる場合、遅延時間は１００μｓとなり、したがって時点Ｔ２に対して十分早く脱調を検知できる。一方、回転制御周期（５０μｓ）で脱調検知を行う場合、遅延時間（１００μｓ）内に計測できる電流値は２〜３回分しかなく、ノイズのある状況下で信頼性のある判定は難しい。本実施形態のように回転制御周期とは独立して脱調検知周期を設けることにより、少ない遅延時間で信頼性の高い脱調検知が可能となる。
【００４０】
なお、上述の脱調検知器２５０の機能の一部若しくは全部をソフトウェアで実装するようにしても良い。このソフトウェアは、制御部１２０が有するプロセッサとは別個のプロセッサが実行するようにしても良いし、制御部１２０が有するプロセッサが実行するようにしても良い。ただし脱調発生を検出する制御の周期は、ソフト部２２の制御周期と異なるため、同一プロセッサで実行する場合はそれぞれ別タスクとして独立に動作させる必要がある。すなわちカスタムＬＳＩとプロセッサとを併用する構成をとる場合と比べ、高性能プロセッサが必要となる。
【００４１】
以上説明したモータ制御部２００の動作について図８のフローチャートに従って説明する。なお、ステップＳ８００〜Ｓ８０５の処理は、センサレスベクトル制御に係る処理であり、上記の通り、回転制御周期で実行される処理である。一方、ステップＳ８０６〜Ｓ８０８の処理は、脱調検知に係る処理であり、上記の通り、脱調検知周期で実行される処理である。ステップＳ８００〜Ｓ８０５の処理と、ステップＳ８０６〜Ｓ８０８の処理と、は並列で行われているものとする。
【００４２】
ステップＳ８００では、変換器２２０は、入力ポート２１０を介して入力されたＵ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ、Ｗ相電流値ｉｗに対して相変換処理を行うことで、α軸電流値ｉａとβ軸電流値ｉｂとを求める。
【００４３】
ステップＳ８０１では、推定演算器２４０は、α軸電流操作量ｖａ、β軸電流操作量ｖｂ、α軸電流値ｉａ、β軸電流値ｉｂから、ブラシレスＤＣモータ２０の推定速度ｗｅおよび上記の要素（sinθｅ及びcosθｅ）を求める。
【００４４】
ステップＳ８０２では、変換器２３０は、α軸電流ｉａとβ軸電流値ｉｂとに対して、推定演算器２４０からの位相（α軸とｄ軸との位相差）に対する回転行列の要素（sinθｅおよびcosθｅ）を用いた座標回転処理を行う。これにより変換器２３０は、ｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値ｉｑとを求める。
【００４５】
ステップＳ８０３で制御器２６０は、速度指令値ｗｔと推定速度ｗｅとから、ブラシレスＤＣモータ２０の回転速度を調整するためのｑ軸電流指令値を決定する。そして制御器２６０は、ｑ軸電流指令値、ｄ軸電流値ｉｄ、ｑ軸電流値ｉｑ、からｄ軸電流操作量ｖｄとｑ軸電流操作量ｖｑとを求める。
【００４６】
ステップＳ８０４で変換器２７０は、ｄ軸電流操作量ｖｄとｑ軸電流操作量ｖｑとに対して、推定演算器２４０からの上記の要素（sinθｅ及びcosθｅ）を用いた座標回転処理を行うことでα軸電流操作量ｖａとβ軸電流操作量ｖｂとを求める。
【００４７】
ステップＳ８０５では、変換器２８０は、α軸電流操作量ｖａとβ軸電流操作量ｖｂとに対して相変換処理を行うことで、Ｕ相電流操作量ｖｕ、Ｖ相電流操作量ｖｖ、Ｗ相電流操作量ｖｗを求める。そして変換器２８０は、Ｕ相電流操作量ｖｕ、Ｖ相電流操作量ｖｖ、Ｗ相電流操作量ｖｗを、出力ポート２９０を介して出力する。
【００４８】
ステップＳ８０６では、脱調検知器２５０は、変換器２２０が求めたα軸電流値ｉａ及びβ軸電流値ｉｂに基づいてブラシレスＤＣモータ２０が脱調しているのか否かを検知する脱調検知処理を行う。そして、脱調検知器２５０がブラシレスＤＣモータ２０の脱調を検知した場合には、処理はステップＳ８０７を介してステップＳ８０８に進み、検知していない場合には、処理はステップＳ８０７を介して終了する。ステップＳ８０８では、脱調検知器２５０は、脱調を検知した旨を示す通知信号２５５を制御部１２０に対して出力する。
【００４９】
次に、制御部１２０において、通知信号２５５による通知に応じて高精度脱調検出処理を実行する機能部の機能構成例について、図４のブロック図を用いて説明する。なお、図４の制御部１２０においてモータ制御部２００以外の機能部は、ハードウェアで実装しても良いし、ソフトウェアで実装しても良い。後者の場合、このソフトウェアは制御部１２０が有するメモリに格納され、制御部１２０が有するプロセッサによって実行される。
【００５０】
モータ制御部２００は、推定演算器２４０によるブラシレスＤＣモータ２０の推定速度ｗｅ４０１を速度比較器４０２に対して出力する。速度比較器４０２には、モータ制御部２００からの推定速度ｗｅ４０１に加えて、入力ポート２０５を介して速度指令値ｗｔが入力される。
【００５１】
速度比較器４０２は、モータ制御部２００からの推定速度ｗｅ４０１と、入力ポート２０５を介して入力された速度指令値ｗｔと、の差の絶対値を速度差４０３として求め、該求めた速度差４０３を脱調検知器４０４に対して出力する。速度比較器４０２は速度差を求める処理を回転制御周期で行うようにしても良いし、モータ制御部２００から通知信号２５５を受け取った場合にのみ行うようにしても良い。
【００５２】
脱調検知器４０４は、モータ制御部２００から通知信号２５５を受け、且つ速度差４０３が規定の閾値を超えていた場合に、ブラシレスＤＣモータ２０において脱調が発生したと判定する。
【００５３】
なお、制御部１２０による脱調検知方法は上記の方法に限らず、例えば、入力ポート２１０から入力される電流値の周波数成分に基づいて、制御部１２０が脱調を検知する方法（たとえば特許文献３）を組み合わせてもよい。制御部１２０において、電流値の周波数成分に基づく脱調検知を行う機能部の機能構成例について、図５のブロック図を用いて説明する。なお、図５の制御部１２０においてモータ制御部２００以外の機能部は、ハードウェアで実装しても良いし、ソフトウェアで実装しても良い。後者の場合、このソフトウェアは制御部１２０が有するメモリに格納され、制御部１２０が有するプロセッサによって実行される。
【００５４】
モータ制御部２００は、入力ポート２１０から入力されるＵ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ、Ｗ相電流値ｉｗのセット、若しくは該セットから上記のようにして求めたα軸電流値ｉａ及びβ軸電流値ｉｂのセットを、セット５０１として計算器５０２に出力する。
【００５５】
計算器５０２は、セット５０１に含まれるそれぞれの電流値の周波数成分を求め、それぞれの電流値について求めた周波数成分５０３を脱調検知器５０４に対して出力する。計算器５０２による周波数成分の演算は回転制御周期で行ってもよいし、モータ制御部２００から通知信号２５５を受けた場合に限って行うようにしても良い。
【００５６】
脱調検知器５０４は、モータ制御部２００から通知信号２５５を受け、且つ何れかの電流値の周波数成分が規定周波数以上の周波数を含む場合に、ブラシレスＤＣモータ２０において脱調が発生したと判定する。
【００５７】
このように、脱調検知器２５０と脱調検知器４０４（５０４）とで異なる脱調検知処理を行うようにする。たとえば特許文献２に記載の手法を用いてもよい。なお、さらに脱調検知の精度を高めるため、上述の複数の検知方法を併用するよう構成してもよい。ただし複数の方法を併用すると、脱調検知精度は向上する一方で、必要となる計算量も増大する。したがって、画像形成装置１０の機器特性や制御部１２０およびモータ制御部２００をどのようなプロセッサ・ＦＰＧＡ・カスタムＬＳＩで実現するかに応じて最適な組み合わせを決定する必要がある。
【００５８】
以上説明した制御部１２０の動作について、図６のフローチャートに従って説明する。ステップＳ６０１では、制御部１２０は、モータ制御部２００に対して速度指令値ｗｔ（目標速度）を与え、センサレスベクトル制御によるブラシレスＤＣモータ２０のモータ回転制御を行う（図８のステップＳ８００〜Ｓ８０５）。
【００５９】
そして、モータ制御部２００内の脱調検知器２５０から通知信号２５５が出力された場合には、処理はステップＳ６０２を介してステップＳ６０３に進み、出力されていない場合には、処理はステップＳ６０２を介してステップＳ６０１に戻る。
【００６０】
ステップＳ６０３では、上記のセンサレスベクトル制御によるブラシレスＤＣモータ２０のモータ回転制御を継続しつつ、脱調検知器４０４及び速度比較器４０２によって脱調検知器２５０よりも詳細な脱調検知処理を行う。ステップＳ６０３では、脱調検知器４０４及び速度比較器４０２の代わりに計算器５０２及び脱調検知器５０４によって脱調検知器２５０よりも詳細な脱調検知処理を行うようにしても良い。
【００６１】
このとき、制御部１２０が脱調検知を行うにあたってプロセッサの計算能力が不足した場合には、脱調検知制御を優先するため、センサレスベクトル制御の優先度を落とす、または演算量の少ない簡易的な回転制御を準用するとよい。
【００６２】
そして脱調検知器４０４（５０４）がブラシレスＤＣモータ２０において脱調が発生していると判断した場合（脱調発生が確実と判断した場合）には、処理はステップＳ６０４を介してステップＳ６０５に進む。一方、脱調検知器４０４（５０４）がブラシレスＤＣモータ２０において脱調が発生していないと判断した場合（脱調発生が確実と判断しなかった場合）には、処理はステップＳ６０４を介してステップＳ６０１に戻る。
【００６３】
ステップＳ６０５では、制御部１２０は、センサレスベクトル制御を終了してブラシレスＤＣモータ２０を停止するための制御動作を行う。この制御動作では、ブラシレスＤＣモータ２０へ供給する電流を強制的に遮断しても良いし、ブラシレスＤＣモータ２０へ供給する電流の電流値をより低い固定値に変更しても良い。また、ブラシレスＤＣモータ２０の回転を物理的に止めるブレーキ等を動作させるようにしても良い。
【００６４】
本実施形態では、動径Ｒ及び偏角θの何れか一方のみを用いて脱調検知処理を行う例を説明したが、動径Ｒ及び偏角θの両方を用いて脱調検知処理を行うようにしても良い。例えば、動径Ｒ及び偏角θのそれぞれに対する脱調検知処理の結果が「脱調が発生している」ことを示す場合には、脱調検知器２５０は「脱調が発生している」と判断して、通知信号２５５を出力するようにしても良い。
【００６５】
［第２の実施形態］
以下では、第１の実施形態との差分について説明し、以下で特に触れない限りは、第１の実施形態と同様であるものとする。第１の実施形態では、脱調検知器２５０による脱調検知処理よりも精度の高い脱調検知処理を制御部１２０においてモータ制御部２００とは別個の機能部が行うものとして説明した。本実施形態では、脱調検知器２５０による脱調検知処理よりも精度の高い脱調検知処理を、モータ制御部２００内で行う。
【００６６】
本実施形態では、制御部１２０は上記のモータ制御部２００の代わりに図７のモータ制御部７００を有する。以下ではモータ制御部７００においてモータ制御部２００との差分について説明する。
【００６７】
脱調検知器７５０は、上記の脱調検知器２５０の機能及び脱調検知器４０４の機能を有する。制御器７６０は、上記の制御器２６０の機能に加え、推定演算器２４０からの推定速度ｗｅと入力ポート２０５を介して入力された速度指令値ｗｔとの差の絶対値を速度差Δｗとして求め、該求めた速度差Δｗを脱調検知器７５０に対して出力する機能を有する。なお、ハード部７１は脱調検知周期で動作し、ソフト部７２は回転制御周期で動作する。しかし、脱調検知器７５０が脱調検知器４０４として機能する際には、回転制御周期にて動作するようにしても良い。
【００６８】
脱調検知器７５０は通常は脱調検知器２５０として動作する（脱調検知周期で脱調検知処理を行う）のであるが、脱調を検知した場合には、制御器７６０からの速度差Δｗを用いて、脱調検知器４０４として動作する（回転制御周期で脱調検知処理を行う）。そして脱調検知器７５０は、脱調検知器４０４として動作した結果、脱調を検知した場合には、通知信号２５５を制御部１２０に対して出力する。この場合、通知信号２５５により通知される脱調発生の確度は第１の実施形態と比べて高いため、脱調検知の通知を受けた制御部１２０は速やかにセンサレスベクトル制御を終了してモータを停止するための処置を実施する。
【００６９】
なお、本実施形態では、図４の速度比較器４０２及び脱調検知器４０４の機能をモータ制御部２００に含めるものとしたが、図５の計算器５０２及び脱調検知器５０４の機能をモータ制御部２００に含めるようにしても良い。
【００７０】
なお、上記の各実施形態における説明で用いた数値は具体的な説明を行うために一例としてあげたものであり、上記の各実施形態はこれらの数値に限るものではない。また、上記の各実施形態の一部若しくは全部を適宜組み合わせて使用しても良いし、上記の各実施形態の一部若しくは全部を選択的に使用しても良い。また、上記の各実施形態において説明されている特徴の組み合わせの全てが必須のものとは限らない。
【００７１】
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００７２】
２２０：変換器  ２３０：変換器  ２４０：推定演算器  ２５０：脱調検知器  ２６０：制御器  ２７０：変換器  ２８０：変換器
【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】
2019110691.tif 000008
【図７】
2019110691.tif 000009
【図８】
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