(57)【要約】【課題】ＤＣモータを含むシステムの費用とサイズを増加させずに、ＤＣモータの温度を制御する。【解決手段】ＤＣモータ（２２）の制御方法は、モータ入力（２８）及びモータ速度（３２）から熱ワット損を決定するステップ（５８）と、前記熱ワット損を利用して、熱モデル（図４）に基づいてモータ温度を決定するステップ（６０）と、前記モータ温度を考慮して、前記モータ（２２）の使い方を調整するステップ（６２）とを有する。このように制御されるＤＣモータは画像化装置に用いるのに適している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ入力及びモータ速度から熱ワット損を決定するステップと、
前記熱ワット損を利用して、熱モデルに基づいてモータ温度を決定するステップと、
前記モータ温度を考慮して、前記モータの使い方を調整するステップとを有する、
ＤＣモータの制御方法。
【請求項２】
前記熱ワット損が瞬時熱ワット損を含むことを特徴とする、請求項１にＤＣモータの制御記載の方法。
【請求項３】
前記熱ワット損が平均熱ワット損を含むことを特徴とする、請求項１に記載のＤＣモータの制御方法。
【請求項４】
前記熱ワット損を決定するステップが、
前記モータ入力に基づいてＤＣモータに印加される電圧を決定するステップと、
モータの逆起電力定数及び前記モータ速度に基づいて前記ＤＣモータによって発生する電圧を決定するステップと、
前記印加電圧、前記ＤＣモータによって発生する電圧、既知のモータ巻線抵抗、及び、既知のモータ駆動回路抵抗に基づいて前記熱ワット損を決定するステップとを有する、
請求項１に記載のＤＣモータの制御方法。
【請求項５】
前記既知のモータ巻線抵抗が、温度感度を補償するために調整されることを特徴とする、請求項４に記載のＤＣモータの制御方法。
【請求項６】
前記モータ温度を決定するステップが、
蓄積されたモータ巻線温度、蓄積されたモータ・ケース温度、及び、前記熱ワット損に基づいて、モータ巻線温度の変化を決定するステップと、
前記蓄積されたモータ・ケース温度、前記蓄積されたモータ巻線温度、及び、周囲温度に基づいて、モータ・ケース温度の変化を決定するステップとを含むことを特徴とする、
請求項１に記載のＤＣモータの制御方法。
【請求項７】
前記周囲温度が想定された周囲温度であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記周囲温度が、プリント・カートリッジの感熱抵抗器によって確かめられることを特徴とする、請求項６に記載のＤＣモータの制御方法。
【請求項９】
少なくとも１つのプリント・カートリッジと、
前記少なくとも１つのプリント・カートリッジに結合されたＤＣモータと、
前記ＤＣモータに結合されて、
モータ入力及びモータ速度から熱ワット損を決定し、
前記熱ワット損を利用して、熱モデルに基づいてモータ温度を決定し、
前記モータ温度を考慮して、前記モータの使い方を調整することによって、
前記ＤＣモータを制御するように構成されたコントローラとを備える、
画像化装置。
【請求項１０】
ＤＣモータと、
前記ＤＣモータの熱ワット損に基づいて、前記ＤＣモータの使い方を調整するための手段とを有する、画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直流モータ（ＤＣモータ）に関し、特に熱ワット損に基づいてモータの使い方を調整する技術とその応用とに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流（ＤＣ）モータは、磁界内に配置された通電導体が磁束の大きさ、電流、導体の長さ、及び、導体と磁束方向との間の角度の正弦に比例した力を受けることで、トルクを発生することが可能である。導体が、回転可能な軸から一定の距離（半径）に位置する場合、力と半径の積に比例したトルクが生じる。ＤＣモータでは、結果生じるトルクは、各導体によって生じるトルクの和である。導体は、それぞれ、巻線として知られるものであり、各巻線は他の巻線から絶縁されていることが重要であり、そのようにすれば巻線を流れる電流は１つの巻線から他の巻き線へと短絡することはない。
【０００３】
ＤＣモータは、使用中に過熱しないように設計すべきである。導体の保護被覆即ち絶縁物が融解する温度にＤＣモータの巻線が達すると、モータが短絡し、故障する可能性がある。周囲条件以外に、ＤＣモータの温度に影響するものとしては、ＤＣモータの設計及びサイズ、ＤＣモータに対する印加電圧または電流、ＤＣモータが結合される負荷の大きさ、あるいは、ＤＣモータの効率の経時変化さえ含まれる可能性がある。ＤＣモータの使用中に、その温度を測定できない場合、ＤＣモータは、ＤＣモータの予測耐用期間中に経験する可能性のある、おそらく最悪の負荷を扱えるように十分堅固に設計及び選択がなされなければならない。この意味するところは、比較的大型のＤＣモータを選択しなければならないということになる場合が多い。こうした大型のＤＣモータを利用すると、ＤＣモータを含む製品のコストが大幅に増大することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的はＤＣモータを含むシステムの費用とサイズを増加させずに、ＤＣモータの温度を制御して上記の問題を軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の発明では、モータ入力及びモータ速度から熱ワット損を決定するステップと、前記熱ワット損を利用して、熱モデルに基づいてモータ温度を決定するステップと、前記モータ温度を考慮して、前記モータの使い方を調整するステップとを有するＤＣモータの制御方法が与えられる。また、本発明の第２の発明では、少なくとも１つのプリント・カートリッジと、前記少なくとも１つのプリント・カートリッジに結合されたＤＣモータと、前記ＤＣモータに結合されて、モータ入力及びモータ速度から熱ワット損を決定し、前記熱ワット損を利用して、熱モデルに基づいてモータ温度を決定し、前記モータ温度を考慮して、前記モータの使い方を調整することによって、前記ＤＣモータを制御するように構成されたコントローラとを備える画像化装置が与えられる。さらに、本発明の第３の発明では、ＤＣモータと、前記ＤＣモータの熱ワット損に基づいて、前記ＤＣモータの使い方を調整するための手段とを有する画像化装置が与えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１には、少なくとも１つのＤＣモータ２２を備えた画像化装置２０の実施例の１つに関する概要が例示されている。さまざまな画像化装置が市販されている。例えば、本明細書に解説の概念を具現化することが可能な画像化装置の一部としていくつか例を挙げると、デスクトップ・プリンタ、携帯式印刷装置、大判プリンタ、電子写真・インクジェット混成プリンタ、コピー機、カメラ、ビデオ・プリンタ、及び、ファクシミリ機が含まれる。本明細書において紹介される概念は、画像化装置の環境に制限されるものではなく、ＤＣモータを備えた他の装置に適用することが可能である。しかし、便宜上、本明細書で紹介される概念は、画像化装置２０の環境において解説される。
【０００７】
ＤＣモータ２２は、負荷２４に結合されている。図１の実施例は画像化装置２０であるので、負荷２４は、例えば、受光器ベルト、トナー溜め、または、定着ローラのような画像化負荷とすることが可能である。負荷２４は、画像化中、インク・カートリッジを保持して、印刷区域を横切って往復移動させるように設計されたキャリッジとすることも可能である。負荷２４は、画像化装置２０全体にわたって画像化媒体を運搬する用紙経路とすることも可能である。負荷２４は、インクジェット装置におけるキャッピング及びワイピング・システム、または、電子写真システムにおける静電ブラシ・クリーナのような、何らかのタイプの画像化サービス・ステーションとすることも可能である。負荷２４は、ＤＣモータ２２から生じるトルクによって駆動され、移動させられ、あるいは、起動させられる任意のものとすることも可能である。負荷２４とモータ２２の結合は、直接、または、歯車、プーリ、クラッチ、ベルト、フリクション・ローラのようなリンク素子、または、それらの任意の組合せによって実現することが可能である。こうしたリンク素子は、当該技術者にとって周知のところである。
【０００８】
モータ２２は、コントローラ２６に結合することが可能である。コントローラ２６は、コンピュータ、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ディジタル部品、アナログ部品、または、それらの任意の組合せとすることが可能である。コントローラ２６は、ＤＣモータ２２に入力２８を加える。ＤＣモータに加えられる可能性のある入力には、少なくとも２つの可能性がある。磁束を変化させることが可能な例もあれば、巻線電流または電機子電流を変化させることが可能な例もある。従って、ＤＣモータの動作には２つの代表的動作モードがある。１）電機子制御モード：この場合、電機子または巻線に可調整電圧または電流が加えられるが、磁束は一定に保たれる。この場合、磁束は、一定の界磁電流を維持するか、または、固定磁石を利用することによって一定に維持することが可能である。２）界磁制御モード、この場合、可変磁界を生じさせるため、可調整電圧または電流が印加されるが、電機子電流は一定に保たれる。
【０００９】
どのようなＤＣモータの動作モードが選択されるかには関係なく、パルス幅変調（ＰＷＭ）と呼ばれる技法を用いて、電機子または界磁に加えられる有効電圧または電流を変化させることが可能である。ＰＷＭ技法では、短い電圧または電流パルスによってモータ２２を制御する。モータ速度を変えるため、これらのパルスの持続時間が変化させられる。パルスが長くなるほど、モータに発生可能なトルクが増大する。例えば、ＤＣ電圧源の出力が１２ボルトで、ＰＷＭ信号の衝撃比が２５％、５０％、または、７５％の場合、モータには、それぞれ、平均で約３、６、または、９ボルトが印加される。
【００１０】
ＰＷＭは、アナログ信号レベルをディジタル符号化する方法である。高分解能のカウンタを利用して、方形波の衝撃比（デューティ・サイクル）を変調することによって、特定のアナログ信号レベルが符号化される。ＰＷＭ信号は依然としてディジタルであるが、任意の特定の瞬間において、ＤＣ電源は完全にオンか、または、完全にオフになる。大部分のモータは、高ＰＷＭ周波数を必要とする。ＰＷＭ周期は、スイッチされる信号状態の変化に対するモータの応答時間に比べて短いのが望ましい。共通のＰＷＭ周波数は、例えば、１ｋＨｚから２００ｋＨｚの範囲とすることが可能である。ＰＷＭ値としての衝撃比は、ある特定の周期におけるオン時間とその周期との比である。
【００１１】
説明の便宜上、以下の議論は、モータ２２の巻線に対する入力２８としてコントローラ２６からのＰＷＭを利用し、固定磁束で電機子制御モードによる制御を受けている、図１のモータ２２を参照している。もちろん、代わりに、界磁電流に対してＰＷＭを施すことも可能である。また、云うまでもないが、直接加えられる電圧または電流といった、ＰＷＭの利用を必要としない、他のモータ入力を加えることも可能である。ＰＷＭは、説明の便宜上、実施例において記述されるだけである。
【００１２】
モータ２２とコントローラ２６の間には、エンコーダのような位置または時間微分センサ３０を結合することが可能である。位置または時間微分センサ３０は、コントローラ２６に位置、速度、または、加速度帰還３２を行う。コントローラ２６は、結果として、所望の位置移動、モータ速度、または、モータ加速度が得られるようにするため、帰還３２に基づいて、モータ２２に対する入力２８、この場合、モータ２２に対するＰＷＭを調整することが可能である。
【００１３】
さまざまな因子が、モータ入力２８に応答して、負荷２４を移動させるＤＣモータ２２の能力に影響を及ぼす可能性がある。銅は抵抗に関して正の温度係数を有しているので、モータ巻線が被る温度上昇３４によって、抵抗が増大する可能性がある。また、磁石は、磁束に対して負の温度係数を有しているので、温度上昇につれて、磁界が弱まることになる。結果として、温度変化３４によって、モータの効率が影響を受ける可能性がある。モータに何らかの効率変化３６があれば、負荷２４を移動または起動させるモータの能力に関して、コントローラの入力２８に対するＤＣモータ２２の応答に変化を生じる可能性がある。負荷２４にも負荷変化３８が生じる可能性がある。例えば、負荷２４が、プリント・カートリッジを保持するキャリッジである場合、プリント・カートリッジが印刷によって空になると、負荷２４の質量が減少し、従って、負荷を軽減することになる。一方、部品の老化または汚れから増大する摩擦のために、負荷２４が増大する可能性もある。負荷変化３８を生じさせる可能性のある理由はいくらでも存在するが、負荷変化３８も、やはり、モータ入力２８に応答して、負荷を移動させるＤＣモータ２２の能力に影響を及ぼす可能性がある。
【００１４】
本明細書において用いられる限りにおいて、「プリント・カートリッジ」という用語は、顔料または色素ベースのインクを収容するインク・カートリッジを表わしている。プリント・カートリッジには、パラフィン・ベースのインク並びに色素と顔料の両方の特性を備えたハイブリッドまたは複合インクのような、他のタイプのインクを用いることも可能であるのは明白である。プリント・カートリッジは、それぞれ、ある装置内におけるプリント・カートリッジの移動時に、全補給インクを運ぶリザーバを備えた、交換可能なプリントヘッド・カートリッジとすることが可能である。プリント・カートリッジは、インク供給領域に配置された各インク（システムにおけるインク数によって決まる黒、シアン、マゼンタ、黄、または、他の色）毎に主固定リザーバを備えた、「軸外」インク配給システムを表わすことも可能である。軸外システムの場合、プリント・カートリッジへの補給は、プリント・カートリッジの移動経路の「軸外」に配置された固定主リザーバから、可とう性チューブ機構によって運ばれるインクによって可能であり、従って、装置内で送られるインク供給量はほんのわずかである。プリント・カートリッジには、永久または半永久プリントヘッドにスナップオン式に固定されるインク・リザーバを備えたカートリッジのような、他のインク配給または流体配給システムを含むことも可能である。
【００１５】
図２には、時間に対するパルス幅変調（ＰＷＭ）曲線及び対応する負荷速度曲線の実施例の１つが例示されている。図２の実施例は、ＤＣモータ２２によって移動中のカートリッジに関するものである。キャリッジは、１つ以上のプリント・カートリッジの移送用である。左の縦軸には、キャリッジ速度４０が示されている。水平軸に沿って時間４２が示されている。キャリッジ速度４０は、位置または時間微分センサ３０から得られる帰還３２を利用して、コントローラ２６によって測定される。低温速度曲線４４は、モータ２２が比較的低温の場合に、時間に対して得られる速度を例示している。コントローラ２６は、位置または時間微分センサ３０からの帰還３２に基づいて、モータ入力２８、この場合には、ＰＷＭを調整して、ある特定の瞬間４２における所望のキャリッジ速度４０が得られるようにする。右の縦軸には、ＰＷＭ値４６が示されている。低温ＰＷＭ曲線４８には、結果として本実施例における低温速度曲線４４が得られるようにするために用いられる、時間４２に対するＰＷＭ値４６が例示されている。ある時点において、負荷変化３８が生じる可能性がある、例えば、負荷２４は、経年または使用に起因する摩擦抵抗の増大を被る可能性がある。モータ効率変化３６が生じる可能性がある、例えば、モータ内の軸受けが老化するか、または、汚れる可能性がある。単なるモータの使用時間の延長によって、モータの温度変化３４が生じる可能性もある。巻線温度が上昇すると、巻線抵抗も増大する。従って、負荷、効率、または、温度が変化すると、同じ速度を維持するのに、コントローラからの入力の増減が必要になる可能性がある。温暖ＰＷＭ曲線５０には、結果として本実施例における温暖速度曲線５２が得られるようにするために用いられる、時間４２に対するＰＷＭ値４６が例示されている。低温ＰＷＭ曲線４８の始点と温暖ＰＷＭ曲線５０の始点は、この２つの曲線の比較が行えるように、時間４２的に整列している。同様に、低温速度曲線４４の始点と温暖速度曲線５２の始点は、この２つの曲線の比較が行えるように、時間４２的に整列している。この実施例から明らかなように、温暖条件下において同様の速度を実現するには、温暖ＰＷＭ５０は低温ＰＷＭ４８を大幅に超えなければならない。この実施例の場合、温暖ＰＷＭ曲線５０と低温ＰＷＭ曲線４８の差は、速度曲線４４、５２の加速段階５４において最大になる。温暖ＰＷＭ曲線５０と低温ＰＷＭ曲線４８の双方において、ほぼ一定の速度段階５６も観測される。この実施例の場合、ほぼ一定の速度段階５６における温暖ＰＷＭ曲線５０と低温ＰＷＭ曲線４８との差は、比較的小さい。これは、実施例のシステムが、慣性優位システムであることを表わしている。一方、速度または摩擦優位なシステムも存在する。これらのシステムでは、温暖ＰＷＭ曲線５０と低温ＰＷＭ曲線４８との差は、ほぼ一定の速度段階５６において、図２の実施例に関して例示されているよりも大きくなる可能性がある。
【００１６】
位置または時間微分センサ３０によって、コントローラ２６は、ＤＣモータ入力２８、この場合はＰＷＭを調整して、モータに結合された負荷２４に所望の移動、速度、または、加速度が得られるようにできる。負荷２４自体、または、温度変化３４、モータ効率変化３６、及び／または、負荷変化３８に応じて、コントローラ２６は、ＤＣモータ入力２８を増大させなければならない位置につくことがある。負荷、温度、または、効率変化を補償するこの入力２８の増大によって、モータ巻線の温度が、モータに予定される限度まで上昇する可能性がある。大型のモータの場合、設定されたモータ故障に対するマージンに伴って、コストが増大する場合が多く、小形モータに比べると、サイズが増すのも望ましくない場合が多い。
【００１７】
図３には、モータ入力及びモータ速度に基づいてＤＣモータの使い方を調整することが可能な処置の実施例の１つが例示されている。熱ワット損は、モータ入力及びモータの速度から決定される（５８）。モータ入力は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）値、印加電圧、または、印加電流とすることが可能である。モータ速度は、ＤＣモータ２２に結合された位置または時間微分センサ３０から決定することが可能である。次に、熱ワット損を利用し、熱モデルに基づいて、モータ温度を決定する（６０）ことが可能である。最後に、モータ温度を考慮して、ＤＣモータの使い方を調整する（６２）ことが可能である。この実施例の処置では、モータ速度及びモータ入力によって決定されたように、モータの熱ワット損からモータ温度を決定するので、負荷について全く知る必要がない。従って、較正が必要になる可能性はなく、負荷変化に起因する温度測定誤差が増す可能性はない。
【００１８】
ＤＣモータ２２における熱ワット損Ｐwは、下式（Ａ）によって表わすことが可能である：
Ｐw＝ｉ2・Ｒw              （Ａ）。
ここで、ｉはモータ巻線電流であり、Ｒwはモータ巻線抵抗である。
【００１９】
モータ巻線電流ｉは、ＤＣモータに印加される電圧Ｖaによって駆動され、ＤＣモータの界磁内で移動する巻線コイルに発生する電圧ＶGによって相殺される。モータによって発生するこの電圧ＶGは、逆起電力とも言われる。システム抵抗は、モータ巻線抵抗Ｒwとモータ電子駆動回路要素の抵抗ＲDの和である。実施例の１つでは、ＤＣモータのブラシ抵抗は、ごくわずかであると想定され、電子駆動回路要素の抵抗ＲD並びにモータ巻線抵抗Ｒwは、温度によって変わることはないと想定されている。こうした想定に基づいて、モータ巻線電流ｉは、下式（Ｂ）で次のように表わすことができる：
ｉ＝（Ｖa−ＶG）／（ＲD＋Ｒw）                （Ｂ）。
【００２０】
上記公式（Ａ）及び（Ｂ）に基づき、熱ワット損Ｐwは、下式（Ｃ）で表わすことができる：
Ｐw＝（Ｖa2−２・Ｖa・ＶG＋ＶG2）／（Ｒw2＋２・Ｒw・ＲD＋ＲD2）・Ｒw
（Ｃ）。
【００２１】
媒介定数Ｋ1は、次式（Ｄ）のように定義することが可能である：
Ｋ1＝Ｒw／（Ｒw2＋２・Ｒw・ＲD＋ＲD2）        （Ｄ）。
これによって、熱ワット損Ｐwは、次式（Ｅ）のように表わすことが可能になる：
Ｐw＝Ｋ1・（Ｖa2−２・Ｖa・ＶG＋ＶG2）        （Ｅ）。
【００２２】
モータによって生じる電圧ＶGは、次式（Ｆ）のように表わすことが可能である：
ＶG＝Ｋe・ω                          （Ｆ）。
ここで、Ｋeは、モータの逆起電力定数であり、ωは、モータの回転速度である。
【００２３】
モータ入力がＰＷＭ値の形をとるＤＣモータの場合、モータに印加される電圧Ｖaは次式（Ｇ）のように表わすことが可能である：
Ｖa＝Ｖs・ＰＷＭ／ＰＷＭmax            （Ｇ）。
ここで、ＶsはＤＣモータに利用可能な最大範囲の電圧であり、ＰＷＭはパルス幅変調入力値であり、ＰＷＭmaxは最大可能パルス幅変調値である。
【００２４】
従って、モータ回転速度ω及び関連モータ入力Ｖaの知識を利用して、熱ワット損Ｐwを決定することが可能である。
【００２５】
上記実施例では、モータ巻線抵抗Ｒwが温度によって変わることはないと想定された。しかし、さまざまな材料から製造されたモータ巻線は、感温性を備えることが分っている。例えば、銅は、０．３９％／℃の感温性を有している。従って、式（Ｄ）のようなモータ巻線抵抗Ｒwを利用する公式は、代わりに、さまざまな温度における抵抗の変化を補償するように調整することが可能である。
【００２６】
図４には、モータ制御システムに利用可能なＤＣモータの熱モデル６４の実施例に関する概要が例示されている。熱モデル６４は、電圧についてと同様に考えることが可能ないくつかの温度ノードを備えている。周囲温度Ｔaのノード６６は共通ノードであり、該ノードを基準にして他の温度を測ることができる。周囲温度Ｔaを基準にして測定可能な温度には、モータ・ケース温度６８、Ｔc、モータ巻線温度７０、Ｔw、及び、モータ・システム温度７２、Ｔsである。巻線熱抵抗７４、Ｒwはシステム温度７２、Ｔsと巻線温度７０、Ｔwの間に結合されている。巻線・ケーシング間熱抵抗７６、Ｒwcは、巻線温度７０、Ｔwとモータ・ケース温度６８、Ｔcの間に結合されている。ケース・周囲間熱抵抗７８、Ｒcaも存在し、モータ・ケース温度６８、Ｔcと周囲温度６６、Ｔaの間に結合されている。モータ構成要素が瞬時に昇温または冷却することはないので、熱モデル６４には、いくつかの熱容量要素が含まれる。巻線熱容量８０、Ｃwが、巻線温度７０、Ｔwと周囲温度６６、Ｔaの間に結合されている。モータ・ケース熱容量８２、Ｃcが、モータ・ケース温度６８と周囲温度６６、Ｔaの間に結合されている。
【００２７】
熱モデル６４には、いくつかの熱ワット損、すなわち、巻線熱ワット損ｉwと、分岐熱ワット損ｉ1、ｉ2、ｉ3、及び、ｉ4が含まれる。これらの熱ワット損間の関係は、次の式（Ｈ），（Ｉ）の通りである：
ｉw＝ｉ1＋ｉ2                  （Ｈ）、
及び
ｉ2＝ｉ3＋ｉ4                  （Ｉ）。
【００２８】
熱容量８０、８２は、次のように表わすことが可能である：
【００２９】
【数１】
2004312992.tif 000003
【００３０】
及び
【００３１】
【数２】
2004312992.tif 000004
【００３２】
ここで、
【００３３】
【数３】
2004312992.tif 000005
【００３４】
は、巻線温度の時間導関数であり、
【００３５】
【数４】
2004312992.tif 000006
【００３６】
は、モータ・ケーシング温度の時間導関数である。
【００３７】
熱抵抗７４、７６、７８は、次のように式（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｎ）で表わすことが可能である：
Ｒwc＝（Ｔw−Ｔc）／ｉ2                      （Ｌ）
及び、
Ｒca＝（Ｔc−Ｔa）／ｉ4                      （Ｍ）
及び、
Ｒw＝（Ｔi−Ｔw）／ｉw                        （Ｎ）
ｉw＝Ｐwである点に留意し、式（Ｈ）、（Ｊ）、及び、（Ｌ）を組み合わせると、別に巻線温度の時間導関数として知られる巻線温度変化
【００３８】
【数５】
2004312992.tif 000007
【００３９】
は、次のように式（Ｏ）で表わすことが可能である：
【００４０】
【数６】
2004312992.tif 000008
【００４１】
定数Ｋ2、Ｋ3、及び、Ｋ4を次のように式（Ｐ）、（Ｑ）、及び（Ｒ）で定義する：
Ｋ2＝−１／ＣwＲwc                            （Ｐ）
及び、
Ｋ3＝１／ＣwＲwc                              （Ｑ）
及び、
Ｋ4＝１／Ｃw                                  （Ｒ）。
すると、巻線温度変化
【００４２】
【数７】
2004312992.tif 000009
【００４３】
は、次式（Ｓ）のように書くことが可能である：
【００４４】
【数８】
2004312992.tif 000010
【００４５】
定数Ｋ2、Ｋ3、及び、Ｋ4は、熱電対または熱画像化装置のような測定装置で巻線及びケース温度Ｔw、Ｔcを測り、熱ワット損Ｐwを追跡し、巻線温度変化
【００４６】
【数９】
2004312992.tif 000011
【００４７】
を追跡し、及び、数値解析ツールと技法を用いて、上記実施例に例示された式フォーマット：式（Ｓ）に実験で得られたデータを当てはめることによって、実験的に決定することが可能である。
【００４８】
上記式（Ｉ）、（Ｋ）、（Ｌ）、及び、（Ｍ）を組み合わせると、別名モータ・ケース温度の時間導関数として知られる、モータ・ケース温度変化
【００４９】
【数１０】
2004312992.tif 000012
【００５０】
は、次のように表わすことが可能である：
【００５１】
【数１１】
2004312992.tif 000013
【００５２】
定数Ｋ5、Ｋ6、Ｋ7、及び、Ｋ8を次式（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）、及び、（Ｘ）のように定義する：
Ｋ5＝−１／ＣcＲwc                            （Ｕ）
及び、
Ｋ6＝−１／ＣcＲca                            （Ｖ）
及び、
Ｋ7＝１／ＣcＲwc                              （Ｗ）
及び、
Ｋ8＝１／ＣcＲca                              （Ｘ）。
すると、モータ・ケース温度変化
【００５３】
【数１２】
2004312992.tif 000014
【００５４】
は、次式（Ｙ）のように書くことが可能である：
【００５５】
【数１３】
2004312992.tif 000015
【００５６】
定数Ｋ5、Ｋ6、Ｋ7、及び、Ｋ8は、熱電対または熱画像化装置のような測定装置で巻線、ケース、及び、周囲温度Ｔw、Ｔc、及び、Ｔaを測り、モータ・ケース温度変化
【００５７】
【数１４】
2004312992.tif 000016
【００５８】
を追跡し、及び、数値解析ツール及び技法を用いて、上記実施例に例示された式フォーマット：式（Ｙ）に実験で得られたデータを当てはめることによって、実験的に決定することが可能である。
【００５９】
ある特定のタイプのモータに関する定数Ｋ2〜Ｋ8が分ると、下記の２式（Ｓ），（Ｙ）を互いに利用して、モータ巻線温度変化
【００６０】
【数１５】
2004312992.tif 000017
【００６１】
及びモータ・ケース温度変化
【００６２】
【数１６】
2004312992.tif 000018
【００６３】
を決定することが可能になる：
【００６４】
【数１７】
2004312992.tif 000019
【００６５】
モータ巻線温度変化
【００６６】
【数１８】
2004312992.tif 000020
【００６７】
及びモータ・ケース温度変化
【００６８】
【数１９】
2004312992.tif 000021
【００６９】
をモータが周囲温度まで冷却したとみなすことが可能な時間から計算する場合、開始モータ巻線温度Ｔw及び開始モータ・ケース温度Ｔcは、周囲温度Ｔaと等しいものと仮定することが可能である。周囲温度基準の採用しやすさに応じて、実施例によっては、周囲温度Ｔaは統計的に一般的な室温と仮定することが可能な場合もある。他の実施例には、利用可能な専用の周囲温度センサを備えることが可能なものもある。画像化装置のような、さらに他の実施例には、インクジェット・プリント・カートリッジが十分な長時間をかけて冷却した後、周囲温度を確かめるために利用可能な感熱抵抗器を備えた、インクジェット・プリント・カートリッジのような部品を備えることが可能な場合もある。
【００７０】
定数Ｋ2〜Ｋ8は分っている。既知の周囲温度Ｔaから始めて、Ｔc＝Ｔw＝Ｔaということができる。熱ワット損Ｐwは、上記式（Ｅ）、（Ｆ）、及び、（Ｇ）に関して議論したように、モータ入力及びモータ速度から計算することが可能である。Ｔa、Ｔc、Ｔw、Ｐw、及び、Ｋ2〜Ｋ8が分ると、上記式（Ｓ）及び（Ｙ）によって、モータ巻線温度変化
【００７１】
【数２０】
2004312992.tif 000022
【００７２】
及びモータ・ケース温度変化
【００７３】
【数２１】
2004312992.tif 000023
【００７４】
を決定することが可能になる。更新モータ・ケース温度は、旧モータ・ケース温度にモータ・ケース温度変化を加えた値になる。同様に、更新モータ巻線温度は、旧モータ巻線温度にモータ巻線温度変化を加えた値になる。これらの更新温度は、後続の温度変化計算式、式（Ｓ）及び（Ｙ）において用いることが可能である。
【００７５】
ＤＣモータのサーボ制御システムは、制御更新の場合、比較的周波数が高くなるが（例えば、１２００Ｈｚ）、比較的遅い熱力学特性のため、サーボ制御の更新ポイント毎に、現在のモータ巻線温度及びモータ・ケース温度の再計算を不要にすることが可能である。本明細書に記載のシステムの熱時定数は、下記の式（ＹＡ）の固有値である：
【００７６】
【数２２】
2004312992.tif 000024
【００７７】
最短時定数を用いて、温度更新がその最短時定数の間に少なくとも約１０回決定されることを保証することにより、安定した数値決定が可能になる。サーボ制御更新点毎に温度変化を決定するわけではない実施例であっても、やはり、後で温度を決定する際に備えて、複数のサーボ制御更新点におけるモータ入力値Ｖa及びモータ速度ωを記憶するのが望ましい。
【００７８】
温度決定が要求されると、一連のｎ個の記憶モータ入力値Ｖaと、対応する記憶モータ速度ωに基づいて、平均熱ワット損、
【００７９】
【数２３】
2004312992.tif 000025
【００８０】
を決定するため、瞬時熱ワット損の式（Ｅ）を下式（Ｚ）ように修正して用いる：
【００８１】
【数２４】
2004312992.tif 000026
【００８２】
印加電圧Ｖa及びモータが発生する電圧ＶGについては、これまで、式（Ｆ）及び（Ｇ）に関連して論じてきた。計算量を減らするため、瞬時熱ワット損Ｐwの代わりに、平均熱ワット損、
【００８３】
【数２５】
2004312992.tif 000027
【００８４】
を利用することが可能である。平均熱ワット損を利用する場合の誤差を低減するには、熱時定数毎に約１０回以上、平均熱ワット損を決定するのが望ましい。
【００８５】
図５には、プリント・カートリッジを備えた画像化装置におけるモータ入力及びモータ速度に基づいて、ＤＣモータの使い方を調整することが可能な処置の実施例の１つが例示されている。プリント・カートリッジのノズルの乾燥を防止するため、使用しない時は、プリント・カートリッジに蓋（キャップ）をすることが可能である。図５に例示の実施例には、画像化装置のプリント・カートリッジの蓋をはずして、プリント・カートリッジに結合されたＤＣモータを利用して、プリント・カートリッジの移動させようとしている開始点８４が示されている。ここではＰＷＭ値として例示されたモータ入力値、及び、モータ速度が、サーボ割り込み時に記憶される（８６）。それが温度更新時間であるか否かの判定がなされる（８８）。前述のように、システム資源の利用可能度及びシステムの熱時定数に従って、サーボ更新時毎に、または、サーボ更新の複数毎に、温度更新を実施することが可能である。温度更新時でなければ（９０）、サーボ割り込み時に、別のＰＷＭ値及びモータ速度が記憶される（８６）。温度更新時であれば（９２）、熱ワット損が、記憶ＰＷＭ値及びモータ速度から決定される（９４）。この熱ワット損は、上記式（Ｅ）に関連して論じた瞬時熱ワット損とすることもできるし、あるいは、上記式（Ｚ）に関連して論じた平均熱ワット損とすることも可能である。平均熱ワット損を決定するため、最後の温度決定以降に記憶されたＰＷＭ値及びモータ速度が利用される。
【００８６】
熱ワット損が決定されると（９４）、モータ温度を決定することが可能になる（９６）。熱ワット損以外に、モータ温度を決定する（９６）には、上記式（Ｓ）及び（Ｙ）に関連して解説のように、周囲温度、モータ・ケース温度、及び、モータ巻線温度を追跡することが必要になる。次に、モータ温度をモータ制御システムに送る（９８）ことが可能である。送られるモータ温度は、モータ巻線温度、モータ・ケース温度、または、その両方とすることが可能である。モータの使い方は、モータ温度を考慮して調整することが可能である（１００）。モータを故障させる可能性のあるモータ巻線の絶縁材の融解を防ぐため、または、ただ単に、巻線絶縁材のガス放出を防ぐために、モータ入力を低減や、モータ動作間の遅延の追加や延長、あるいは、それらの組み合わせによって、モータの平均ワット損を減少させることが可能である。同様に、モータが冷却したか、または、冷却中であれば、モータに結合されたシステムの残りがより速い速度に対応可能であり、モータをより高レベルで動作させることが望ましい場合、モータの使用を増やすことも可能である。最後に、画像化装置が、ＰＷＭ値（モータ入力）及びモータ速度の記憶（８６）に戻って（１０２）、前述のように、熱ワット損を決定し（９４）、モータ温度を決定し（９６）、モータ使い方を調整する（１００）ことが可能になる。
【００８７】
プリント・カートリッジに蓋がされていると（１０４）、最後に決定されたモータ温度を不揮発性メモリ（ＮＶＭ）に記憶する（１０６）ことが可能である。モータ温度には、モータ巻線温度とモータ・ケース温後の両方が含まれる点を想起されたい。画像化装置は、モータ温度をＮＶＭに記憶しておいて、過酷な過酷パワー・サイクルが存在する場合には、最悪高温に頼ることになる。過酷パワー・サイクルとは、例えば、電源異常が生じるとか、装置のプラグが抜けるといったことが原因で、画像化装置が突然電力を得られなくなり、その後、電源が回復すると、再び電力供給されるようになる事象である。過酷サイクルのシナリオについては、さらに詳細に後述する。ＮＶＭの記憶空間を節約するため、モータ巻線温度とモータ・ケース温度の両方ではなく、いずれか一方をＮＶＭに記憶することも可能である。ＮＶＭに記憶されたモータ温度を読み取ることが必要になり、一方の温度（ＴwまたはＴc）だけしか記憶されていない場合、システムは、モータ・ケース温度が、開始点においてモータ巻線温度と等しいものとみなす。他の実施例には、プリントヘッドに蓋をかぶせる事象１０４から異なる間隔で、モータ温度をＮＶＭに記憶するのが望ましいものもある。いずれにせよ、ＮＶＭには、考慮しなければならない、書き込み可能な回数が制限を受ける可能性があり、通常動作中におけるモータ温度の追跡には、揮発性メモリで十分である。
【００８８】
過酷パワー・サイクル１０８が生じたときは、いつでも、電力供給が元に戻ると（１１０）、プリント・カートリッジに蓋がされているか否かを判定することが可能になる（１１２）。プリント・カートリッジに蓋がされている場合（１１４）、画像化装置は、現在のモータ温度がＮＶＭに記憶されている温度に等しいものとみなしても差し支えないであろう（１１６）。プリント・カートリッジには蓋がされており、従って、ＤＣモータは使用されていないので、上述のように、モータ温度を決定するのに（９６）、ＮＶＭに記憶された温度を利用することが可能である。温度が周囲温度まで低下する前に、モータを起動させると、過酷パワー・サイクルの間にモータが冷え切った場合の温度より、記憶温度が高くなる可能性がある。しかし、いったんモータが周囲温度まで冷却したと判定されると、システムは、再び、正確になる。
【００８９】
過酷パワー・サイクル１０８の後、プリント・カートリッジに蓋がされていないと判定される場合（１１８）、現在のモータ温度が、ＮＶＭに記憶された温度より高い可能性がある。この場合、代替方法１２０を用いて、現在のモータ温度を推定することが可能である。例えば、現在のモータ温度は、モータ巻線に故障が生じない最高モータ温度と仮定することが可能である。これを現在の温度として利用して、モータが周囲温度に達したと判定されるまで、必要とされるよりも遅い速度でモータを動作させることが可能である。しかし、これは、安全との許容し得るトレードオフである。あるいはまた、モータ制御システムは、参考までに本明細書において援用されている、関連米国特許出願第１０／１７５，７１１号明細書に開示されている、モータ動作の加速段階でのＰＷＭを調べる方法を利用して、現在の温度を推定することも可能である（１２０）。米国特許出願第１０／１７５，７１１号の方法は、モータの全ての使用段階で利用することはできないが、過酷パワー・サイクル１０８から回復するため、モータ温度を推定できるようにする。
【００９０】
図５には、本明細書に解説の温度決定処置、及び、その同等物を適用することが可能な実施例の１つが例示されているが、モータ入力とモータ速度が得られるなら、ＤＣモータを備えたいかなる装置でも、モータ温度を決定することが可能であるのは明白である。本明細書に記載の処置及びその同等物によれば、専用のモータ温度センサを必要とすることなく、モータ温度を推定する正確な方法が得られる。この正確さは、部分的には、モータの熱パラメータの変動性が低いことによるものである。本明細書に例示及び解説の実施例は、モータに結合された負荷に関して何も知る必要がない。従って、熱ワット損及びモータ温度の決定が、負荷によって変わることはない。従って、これらの処置を用いて、装置毎に較正を行う必要はない。さらに、負荷によって変わることがないという点に基づいて、異なる負荷がＤＣモータに結合される可能性があるという事実にもかかわらず、ＤＣモータ、モータ駆動抵抗、及び、シャーシに対するモータの熱結合が同様であれば、あるシステムでのＤＣモータ制御の実施例を他のシステムで活用することができる。
【００９１】
記載の実施例の説明において、これまでに、さまざまな利点について言及された。特定の実施例に応じて、機能的に同等のさまざまな他の修正及び代替を施し、本明細書において取り上げられた概念に基づくＤＣモータ制御を実施することが可能であるが、それらは、やはり、付属の請求の範囲内に含まれることになる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】ＤＣモータを備えた画像化装置の実施例の１つに関する概略図である。
【図２】時間と対比したパルス幅変調（ＰＷＭ）曲線及び対応する負荷速度曲線の実施例の１つを例示したブロック図である。
【図３】モータ入力及びモータ速度に基づいてＤＣモータの使い方を調整することが可能な処置の実施例の１つに関する流れ図である。
【図４】モータ制御システムに利用可能なＤＣモータの熱モデルの実施例の１つに関する概略図である。
【図５】モータ入力及びモータ速度に基づいてＤＣモータの使い方を調整することが可能な処置の実施例の１つに関する流れ図である。
【符号の説明】
【００９３】
２０  画像化装置
２２  ＤＣモータ
２４  プリント・カートリッジ
２６  コントローラ
２８  モータ入力
３２  モータ速度
【図１】
2004312992.tif 000028
【図２】
2004312992.tif 000029
【図３】
2004312992.tif 000030
【図４】
2004312992.tif 000031
【図５】
2004312992.tif 000032