(57)【要約】【課題】モータの回転むらを抑えるモータの制御装置を提供する。【解決手段】ロータの回転位置を示す第１信号と、ロータの回転数を示す第２信号を出力するモータの制御装置は、第１信号に基づきロータの回転位置を検出する第１検出手段と、第２信号に基づきロータの回転速度を検出する第２検出手段と、進角値を保持する保持手段と、第１検出手段が検出するロータの回転位置、第２検出手段が検出するロータの回転速度及び保持手段が保持する進角値に基づきモータのステータ巻き線に流す電流を制御する制御手段と、を備えており、制御手段は、複数の進角値のそれぞれを用いてロータを回転させ、複数の進角値のそれぞれで回転させたロータの回転速度を周波数解析してモータの回転むらを求め、求めた回転むらに基づき保持手段に保持させる進角値を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの回転位置を示す第１信号と、ロータの回転数を示す第２信号を出力するモータの制御装置であって、
前記第１信号に基づき前記ロータの回転位置を検出する第１検出手段と、
前記第２信号に基づき前記ロータの回転速度を検出する第２検出手段と、
進角値を保持する保持手段と、
前記第１検出手段が検出する前記ロータの回転位置、前記第２検出手段が検出する前記ロータの回転速度及び前記保持手段が保持する進角値に基づき前記モータのステータ巻き線に流す電流を制御する制御手段と、を備えており、
前記制御手段は、複数の進角値のそれぞれを用いて前記ロータを回転させ、前記複数の進角値のそれぞれで回転させた前記ロータの回転速度を周波数解析して前記モータの回転むらを求め、前記求めた回転むらに基づき前記保持手段に保持させる進角値を決定することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記複数の進角値のそれぞれについて、回転させた前記ロータの回転速度を周波数解析して前記モータの回転むらの評価値を求め、前記求めた評価値が所定の基準を満たす進角値の１つを前記保持手段に保持させることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記評価値は、前記ロータの回転むらのうち、前記モータの電気角１周期に相当する第１周波数の第１成分と、前記第１周波数の２倍の第２周波数の第２成分の値に基づくことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記評価値は、前記第１成分の値に第１係数を乗じた値と、前記第２成分の値に第２係数を乗じた値の和に基づき、
前記制御手段は、前記和の値が最も小さくなる進角値を前記保持手段に保持させることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記モータの回転速度の複数の目標値それぞれについて、前記保持手段に保持させる進角値を決定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
ロータの回転位置を示す第１信号と、ロータの回転数を示す第２信号を出力するモータの制御装置であって、
前記第１信号に基づき前記ロータの回転位置を検出する第１検出手段と、
前記第２信号に基づき前記ロータの回転速度を検出する第２検出手段と、
進角値を保持する保持手段と、
前記第１検出手段が検出する前記ロータの回転位置、前記第２検出手段が検出する前記ロータの回転速度及び前記保持手段が保持する進角値に基づき前記モータのステータ巻き線に流す電流を制御する制御手段と、を備えており、
前記制御手段は、前記モータのステータ巻き線に流す電流の更新タイミングを前記第１信号により決定することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
前記モータは、前記ロータと対向する複数の位置のそれぞれにおいて、対向する前記ロータの磁極の変化を振幅で示す複数の前記第１信号を出力し、
前記更新タイミングは、複数の前記第１信号の振幅が所定値となるタイミングから決定されることを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
複数の前記第１信号の数は、前記モータのステータ巻き線の数より少ないことを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
感光体と、
前記感光体を回転させるモータと、
前記モータを制御する請求項１から７のいずれか１項に記載の制御装置と、
前記感光体に形成した潜像を現像して現像剤像を形成する形成手段と、
を備えている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、モータの制御装置と、当該制御装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタや複写機等の画像形成装置に搭載されるブラシレスモータにおいては、回転むらを低減させ、これにより画像形成装置の出力画像の濃度むらを抑えることが求められる。ブラシレスモータ（以下、単にモータと呼ぶ。）の駆動方法には、１２０度通電方式と１８０度（正弦波）通電方式があるが、１２０度通電方式は、モータを矩形波で駆動するため、通電を切り替えた時にトルクリプルが発生し、回転むらが大きくなる。一方、１８０度通電方式は、モータを正弦波で駆動するため、１２０度通電方式と比較し、トルクリプルが小さく回転むらも小さくなる。したがって、回転むらを抑えるためには、通常、１８０度通電方式が使用される。
【０００３】
１８０度通電方式は、検出センサから得られるロータの位置情報及び回転速度情報から各相電流が正弦波になるように制御を行っている。そのため、検出したロータの回転速度と実際の回転速度に乖離がある場合、生成された正弦波には歪みが生じ、ギアの偏心等の要因により、モータ１回転当たり３回や５回といった奇数次高調波成分による回転むらが生じる。なお、以下の説明においてモータ１回転当たりＮ回の回転むら成分をＮ次成分と呼ぶものとする。
【０００４】
図６は、１８０度通電方式でモータを駆動させた際に、検出したロータの回転速度と実際の回転速度の差による回転むらへの影響を示している。ここで、図６（Ａ）は、図６（Ｂ）より検出したロータの回転速度と実際の回転速度の差が少ない状態を示している。図６に示す様に、検出した回転速度が実際の回転速度から乖離する程、３次成分及び５次成分が増大する。また、回転速度を検出して更新する周期を長くしても、３次成分及び５次成分が増大する。
【０００５】
さらに、ロータの位置を検出するホール素子等に、半導体層のキャリア濃度等によって生じる不平衡電圧等のばらつきや取付け誤差があると、ロータ位置の検出誤差が大きくなる。ロータ位置の検出誤差が大きくなると、モータのステータ巻線への通電切り替えタイミングのずれも大きくなるため、トルクリプルを引き起こし、電気角１周期又はその倍の周波数の回転むらを生じさせる。例えば、３相８極のブラシレスモータの場合には、電気角４周期でロータは１回転するので４次成分及び８次成分が生じる。
【０００６】
特許文献１は、ロータ位置の検出部の取り付け誤差により位置情報に誤差が生じてもモータ電流を正弦波状に制御するモータの制御装置を開示している。特許文献１では、電気角６０度毎に位相誤差を求め、求めた位相誤差を電気角３６０度（１周期）又はその整数倍の周期で平均して補正信号を作成することで位置情報のばらつきを吸収している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３２５４７７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、検出部の取り付け誤差の影響を抑えるため、検出部が出力する各エッジ間の時間（電気角６０度の時間）から求めた６つの回転速度を平均した回転速度を使用している。しかしながら、エッジ検出時の直前付近においては、求めた回転速度と実際の回転速度とは乖離があり、回転むらを抑えることはできない。また、電気角６０度毎に位相誤差演算を行うため、演算処理が複雑になり制御部の回路規模を増加させてしまう。
【０００９】
本発明は、モータの回転むらを抑えるモータの制御装置と、当該制御装置を有する画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面によると、ロータの回転位置を示す第１信号と、ロータの回転数を示す第２信号を出力するモータの制御装置であって、前記第１信号に基づき前記ロータの回転位置を検出する第１検出手段と、前記第２信号に基づき前記ロータの回転速度を検出する第２検出手段と、進角値を保持する保持手段と、前記第１検出手段が検出する前記ロータの回転位置、前記第２検出手段が検出する前記ロータの回転速度及び前記保持手段が保持する進角値に基づき前記モータのステータ巻き線に流す電流を制御する制御手段と、を備えており、前記制御手段は、複数の進角値のそれぞれを用いて前記ロータを回転させ、前記複数の進角値のそれぞれで回転させた前記ロータの回転速度を周波数解析して前記モータの回転むらを求め、前記求めた回転むらに基づき前記保持手段に保持させる進角値を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
モータの回転むらを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態によるモータの制御装置の概略的な構成図。
【図２】一実施形態によるモータの各部の信号波形図。
【図３】一実施形態による進角設定処理のフローチャート。
【図４】一実施形態によるモータの制御装置の概略的な構成図。
【図５】一実施形態による位置信号の説明図。
【図６】回転速度情報の更新周期と、回転むらの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。また、以下の実施形態は例示であり本発明を限定するものではない。
【００１４】
＜第一実施形態＞
画像形成装置では、例えば、定速回転させた感光体を光で走査して、当該感光体に静電潜像を作成する。そして、この静電潜像を現像した現像剤像を、直接、記録材に転写し、或いは、中間転写体等を経由して記録材に転写することで、画像を形成している。したがって、濃度むらを抑えるためには、感光体を高精度に定速回転させる必要がある。このため、感光体の駆動源として広く用いられているブラシレスモータと、当該ブラシレスモータの回転を制御する制御装置には、高い回転精度が要求される。
【００１５】
図１は、３相８極直流ブラシレスモータ（以下、単にモータとも呼ぶ）１と、モータ１を駆動する本実施形態による制御装置の概略的な構成図である。モータ１は、ロータの磁極位置に応じた振幅を有する位置信号（第１信号）を出力するホール素子７ｕ、７ｖ、７ｗを有している。なお、３相８極とは例示であり、他の相数や他の極数であっても良い。ロータが一定速度で回転しているときに、ホール素子７ｕ、７ｖ、７のそれぞれが出力する位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの例を図２（ａ）〜（ｃ）に示す。本実施形態では、ホール素子７ｕ、７ｖ、７ｗは、それぞれ、ロータに対向する円周上において１２０度の間隔で取り付けられており、例えば、対向する磁極がＮ極のときに最大振幅で、Ｓ極の時に最小振幅となる位置信号を出力する。したがって、ロータが一定速度で回転すると、位置信号は、図２（ａ）〜（ｃ）に示す様に正弦波状になる。この様に、位置信号は、対向するロータの磁極の変化を示す信号である。図２（ａ）〜（ｃ）に示す位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗは、それぞれ、差動アンプ８により、図２（ｄ）〜（ｆ）に示すパルス状の波形に変換され、制御部４のＰＷＭ生成部１２に入力される。ＰＷＭ生成部１２は、位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づきロータの回転位置を検出する検出部（第１検出部）として機能する。また、モータ１は、ロータの回転速度を示すＦＧパルス（第２信号）を出力する速度通知部６を有している。速度通知部６が出力するＦＧパルスは、ロータが回転することで、モータ１の不図示のステ−タ回路基板上のコイルパターンに発生する誘起電圧であり、ロータの１回転当たり所定数のパルスを含んでいる。ＦＧパルスは、制御部４の速度検出部１１（第２検出部）に入力される。速度検出部１１は、ＦＧパルスに基づきロータの回転速度を検出する。
【００１６】
本実施形態のインバータ回路３は、６個のＦＥＴを３相全波ブリッジ接続した構成であり、モータ１に３相交流を供給する。インバータ回路３に設けられる６個のＦＥＴ９ａ〜９ｆには、Ｎチャネル型ＭＯＳ−ＦＥＴが用いられている。ＦＥＴ９ａとＦＥＴ９ｄとの接続点がモータ１のＵ相ステータ巻線Ｌｕの一端と接続される。また、ＦＥＴ９ｂとＦＥＴ９ｅとの接続点がモータ１のＶ相ステータ巻線Ｌｖの一端と接続される。また、ＦＥＴ９ｃとＦＥＴ９ｆとの接続点がモータ１のＷ相ステータ巻線Ｌｗの一端と接続される。インバータ回路３と接続されていないモータ１のステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの他端同士は中性点１０で接続される。図２（ｇ）は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す位置信号に基づいてモータ１を一定回転数で駆動させるときに各ステータ巻き線にインバータ回路３が印加する印加電圧を示している。なお、印加電圧Ｅｕ、Ｅｗ、Ｅｖは、それぞれ、モータ１のＵ相ステータ巻線Ｌｕ、Ｗ相ステータ巻線Ｌｗ、Ｖ相ステータ巻線Ｌｖに印加する電圧である。
【００１７】
続いて、図２（ｇ）に示す印加電圧をインバータ回路３に発生させるための制御部４での処理について説明する。制御部４のＰＷＭ生成部１２は、図２（ｈ）に示す一定周期Ｔｃの三角波６２を内部において発生させ、正弦波データテーブル１３から生成した正弦波６１と三角波６２を比較することで図２（ｉ１）（ｉ２）に示す駆動信号Ｐ１、Ｐ２を発生する。なお、正弦波６１の振幅値は、速度検出部１１がＦＧパルスから求めたロータの回転速度に対して、速度制御部１４がＰＩ制御等を適用して決定する。また、正弦波６１の位相は、差動アンプ８から入力されたロータの位置情報と、進角調整部１５が保持する進角値から決定する。正弦波６１の更新タイミング、つまり、ステータ巻き線に流す電流の更新タイミングは、差動アンプ８から入力されたロータの位置情報と、進角調整部１５が保持する進角値から決定する。例えば、進角調整部１５が保持する進角値が０、つまり、進角設定を行わない場合は、図２（ａ）〜図２（ｃ）のロータ位置信号のゼロクロス点のそれぞれにおいて正弦波６１の更新を行う。なお、ゼロクロス点以外の振幅が所定値となるときに更新することもできる。また、進角設定を行う場合には、進角値だけ正弦波６１の更新タイミングを早くする。なお、進角値の決定については後述する。
【００１８】
駆動信号Ｐ１及びＰ２はプリドライバＩＣ５によって増幅された後、ＦＥＴ９ａ及び９ｄのゲートに供給される。これにより、Ｕ相には印加電圧Ｅｕが印加される。なお、Ｖ相のための駆動信号Ｐ３及びＰ４と、Ｗ相のための駆動信号Ｐ５及びＰ６の生成についても同様である。
【００１９】
続いて、進角値の設定方法について図３を用いて説明する。制御部４は、Ｓ１０で、進角値の設定を０とし、Ｓ１１で、設定された進角値でモータ１を駆動する。制御部４は、Ｓ１２で、速度検出部１１が出力するモータ１の回転速度を監視し、回転速度が目標値で一定となるまで待機する。回転速度が目標値で一定となると、制御部４の解析部１６は、速度検出部１１が出力する回転速度を示す値を周波数解析する。具体的には、本実施形態では、電気角１周期に相当する第１周波数で生じる回転むらの成分（第１成分）と、第１周波数の２倍の第２周波数で生じる回転むらの成分（第２成分）をメモリ１７に保存する。なお、本実施形態では、８極であるので、第１周波数の回転むら成分は４次成分であり、第２周波数の回転むら成分は８次成分となる。Ｓ１４で、制御部４は、設定した進角値が上限値Ｎ、例えば、８度以下であるかを判定し、上限値未満であれば、Ｓ１５で進角値を１度だけ増加させてＳ１１からの処理を繰り返す。一方、設定した進角値が上限値Ｎに等しくなると、比較部１８は、メモリ１７に保存された各進角値での回転むら成分を所定の評価基準で比較し、Ｓ１６で、使用する進角値を決定する。例えば、比較部１８は、各進角値について、４次成分の値に第１係数を乗じた値と、８次成分の値に第２係数を乗じた値との和を評価値とし、評価値が最も小さい進角値に決定する。なお、評価値が所定の値より小さい進角値から任意の進角値を選択して決定する構成であっても良い。なお、第１係数及び第２係数の値は事前に決めてメモリ１７に保存しておく。
【００２０】
なお、図２の処理は、モータの回転速度の目標値毎に行う。つまり、進角値は、画像形成に必要な回転速度毎に求められる。また、進角値の設定は、画像形成装置の電源投入時や、工場出荷時や、カートリッジ交換時に行うことができる。
【００２１】
以上、本実施形態では、ホール素子により回転速度を検出するのではなく、ロータが１回転当たり出力するパルスにより回転速度を検出する。このため、取得する回転速度と、実際の回転速度との乖離が小さく、よって、３次成分及び５次成分を低減させることができる。さらに、進角値を変更しながら、モータの回転むらを検出し、ホール素子の位置ずれ等で生じる４次成分や８次成分を低減させる進角値を使用する。よって、モータの回転むらを低減し、画像形成装置が出力する画像の画質を向上させることができる。なお、周波数解析は、４次成分や８次成分以外の成分を、４次成分や８次成分に加えて考慮することができる。さらには、目的に応じて、４次成分や８次成分を考慮せずに他の成分を考慮して行うことができる。さらに、評価値の算出方法についても任意の計算式を使用できる。
【００２２】
＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について、第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態では、モータ１の相数、つまり、ステータ巻き線の数に等しい複数のホール素子を、それぞれ、ロータと対向する複数の位置に設け、それぞれから位置信号を出力させていた。本実施形態のモータ１は、ステータ巻き線の数より少ない位置信号を出力する。具体的には、本実施形態のモータ１は、ホール素子７ｕ及び７ｖのみを有し、ホール素子７ｗを有さない。したがって、モータ１は、位置信号ＨｕとＨｖのみを出力する。図４に示す様に、本実施形態では、プリドライバＩＣ２０内に設けた差動アンプ８と推定部１９に、位置信号ＨｕとＨｖはそれぞれ入力される。差動アンプ８は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す位置信号Ｈｕ及びＨｖから、図２（ｄ）及び（ｅ）に示す信号を生成して制御部４に出力する。一方、推定部１９は、位置信号Ｈｕ及びＨｖから、図２（ｆ）に示す信号を生成して制御部４に出力する。具体的には、図５に示す様に位置信号ＨｕとＨｖ（実線で表示）と、位置信号Ｈｗ（点線で表示）は、その合計値が常に０となる関係にある。したがって、検出しない位置信号Ｈｗのゼロクロスタイミングは、位置信号ＨｕとＨｖの合計が０となるタイミングである。したがって、位置信号ＨｕとＨｖの合計が０となるタイミングで立ち上がり又は立下りが生じるパルスを生成することで図２（ｆ）に示す信号を生成することができる。なお、立ち上がりであるか、立下りであるかは、位置信号ＨｕとＨｖの位相から判定できる。
【００２３】
本実施形態では、ホール素子の数を減らし、かつ、差動アンプ８及び推定部１９を、プリドライバＩＣ２０内に実装することで、コストダウンを図ることができる。
【００２４】
［その他の実施形態］
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【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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