(57)【要約】【課題】  小容量のＥＥＰＲＯＭを用いて、より低コストな構成で、通電切換えタイミングのずれを抑制し、電気角１周期成分の回転むらを低減させるモータ駆動制御装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】  ブラシレスモータと、ブラシレスモータのロータ位置を検出する位置検出手段と、ブラシレスモータのステータ巻線への通電を切換えるインバータ手段と、位置検出手段から出力されるロータ位置の信号に基づいて、ブラシレスモータを駆動するための駆動信号を出力すると共にインバータ手段を駆動する制御手段と、予め測定した位置検出手段の特性ばらつきに基づいて決定された進角情報を記憶する記憶手段とを備え、制御手段が、記憶手段に記憶された進角情報に基づいて前記ブラシレスモータを進角制御する。【選択図】  図１
2012085370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータのロータ位置を検出する位置検出手段と、
前記ブラシレスモータのステータ巻線への通電を切換えるインバータ手段と、
前記位置検出手段から出力されるロータ位置の信号に基づいて、前記ブラシレスモータを駆動するための駆動信号を出力すると共に前記インバータ手段を駆動する制御手段と、
予め測定した前記位置検出手段の特性ばらつきに基づいて決定された、前記ステータ巻線への通電を切換えるタイミングを進めるための進角情報を記憶する記憶手段とを備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された進角情報に基づいて前記ブラシレスモータの前記ステータ巻線への通電を切換えるタイミングを進める進角制御することを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項２】
前記位置検出手段がホール素子を含むことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項３】
前記位置検出手段の特性ばらつきは、各相のホール素子の不平衡電圧ばらつきを含むことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項４】
前記位置検出手段の特性ばらつきは、更に、各相のホール素子の感度ばらつきを含むことを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項５】
前記位置検出手段の周囲温度を推定する温度推定手段を更に有し、
前記記憶手段は、予め測定した前記ホール素子における不平衡電圧の温度特性をさらに記憶し、
前記制御手段は、前記温度推定手段により推定された温度と前記記憶手段に記憶された前記不平衡電圧の温度特性とに基づいて進角情報を算出し、該算出された進角情報に対応して前記ブラシレスモータを進角制御することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項６】
前記温度推定手段は、ホール素子の近傍に配されたサーミスタ、またはモータ固定子巻線の抵抗値を含むことを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記温度推定手段により推定された温度の前記ホール素子の不平衡電圧を前記不平衡電圧の温度特性の近似式により算出することを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記ホール素子の不平衡電圧による進角のずれをキャンセルする進角補正量を算出することを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項９】
前記記憶手段は、予め測定した前記ホール素子における感度を更に記憶し、
前記制御手段は、前記温度推定手段により推定された温度と前記記憶手段に記憶された前記不平衡電圧の温度特性及び前記ホール素子における感度とに基づいて進角情報を算出し、該算出された進角情報に対応して前記ブラシレスモータを進角制御することを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項のモータ駆動制御装置により感光ドラムの回転を制御す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、ブラシレスモータの駆動制御に関する。
【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は、高回転精度化や低コスト化が要求されている。また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て濃度むら等の画像品質を向上させることや、低コスト化が重要な課題となっている。このようなモータ駆動制御装置においては、回転しているロータの位置に合わせて（同期させて）各相のステータ巻線を通電させる必要がある。通常は、ホール素子などのロータ位置を検出する磁極位置検出センサをブラシレスモータ内に設けて、その磁極位置センサからの出力信号に基づき、ロータ位置を検出してモータに印加する電圧の制御を行っている。そのため、ロータ位置を検出するためのホール素子に、形状対称性の違いや、半導体層のキャリア濃度や厚さの不均一によって生じる不平衡電圧、感度等の特性ばらつきがあると、ロータ位置検出誤差が大きくなってしまう。
【０００３】
例えば，不平衡電圧が大きいホール素子を用いると、ホール出力波形に不平衡電圧分が加算されてゼロクロス点がずれることで、ロータ位置検出誤差となってしまう。そしてロータ位置の検出誤差が大きくなると、ステータ巻線への通電切換えタイミングのずれも大きくなるため、電気角１周期成分のモータトルクリプルを引き起こし、電気角１周期成分の回転むらを悪化させてしまう。実際の、ホール素子の不平衡電圧のばらつきと電気角１周期成分のモータの回転むらの関係を図１５に示す。不平衡電圧のばらつきが２０ｍＶのモータは、不平衡電圧のばらつきが１０ｍＶのモータに比べて、電気角１周期成分の回転むらが約０．２％大きくなっていることが確認できる。このようにロータ位置検出センサの検出誤差が大きいモータを、前記のように画像形成装置の感光ドラムを駆動するモータに用いた場合、感光ドラムの回転速度は電気角１周期成分の回転むらが大きいため、レーザーを均一に照射したとしても、走査幅や走査ピッチに違いが発生し、濃度むらを招いてしまうといった問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１に開示されたブラシレスモータの制御装置では、位置検出センサの位置検出誤差の回転むらへの影響を低減するために、ロータ位置に同期した各相の誘起電圧波形を予め測定してＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリに記憶しておく。そして、誘起電圧波形のゼロクロス点を検出して通電切換えタイミングを決定することで、ロータ位置に同期した通電切換えを行うことにより、電気角１周期成分の回転むらが抑制可能になるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６５４８０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、特許文献１に開示されたモータ制御装置では、通電切換えタイミングのずれを抑制し、電気角１周期成分のモータの回転むらを低減できるものの、電気角１周期分の誘起電圧を検出し、ＥＥＰＲＯＭに記憶させ、通電切換えタイミングの補正を行う必要があった。このような通電切換えタイミングの補正方法では、電気角１周期分の誘起電圧波形データをＥＥＰＲＯＭに記憶させる必要があり、ＥＥＰＲＯＭの容量アップに伴うコスト上昇を招いていた。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、小容量のＥＥＰＲＯＭを用いて、より低コストな構成で、通電切換えタイミングのずれを抑制し、電気角１周期成分の回転むらを低減させるモータ駆動制御装置及び画像形成装置を提供する。
【０００８】
すなわち、ホール素子の不平衡電圧、感度等の特性ばらつきに起因する通電切換タイミングのずれを抑制し、回転ムラを低減するモータ駆動制御装置及び画像形成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するために、本発明のモータ駆動制御装置は、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのロータ位置を検出する位置検出手段と、前記ブラシレスモータのステータ巻線への通電を切換えるインバータ手段と、前記位置検出手段から出力されるロータ位置の信号に基づいて、前記ブラシレスモータを駆動するための駆動信号を出力すると共に前記インバータ手段を駆動する制御手段と、予め測定した前記位置検出手段の特性ばらつきに基づいて決定された、前記ステータ巻線への通電を切換えるタイミングを進めるための進角情報を記憶する記憶手段とを備え、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された進角情報に基づいて前記ブラシレスモータの前記ステータ巻線への通電を切換えるタイミングを進める進角制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記モータ駆動制御装置により感光ドラムの回転を制御することを特徴とする画像形成装置として実現できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によればモータ駆動制御装置において、予め各相のホール素子の不平衡電圧、感度等の特性ばらつきや温度特性を検出して、モータの進角制御に用いる進角情報の補正を行う。その結果、低コストな構成で、通電切換えタイミングのばらつきを抑え、電気角１周期成分の回転むらを低減させることが可能となる。さらに、画像形成装置の感光ドラムを駆動するモータの駆動制御装置に適応することで、回転変動による画像ぶれを抑え、出力される画像の画質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係るモータ駆動制御装置を模式的に示す概略図である。
【図２】３相ブラシレスモータにおけるホール波形と駆動信号のシーケンスを模式的に示す概略図である。
【図３】ホール出力に対する不平衡電圧の影響を模式的に示す概略図である。
【図４】３相ブラシレスモータにおけるホール波形と駆動信号のシーケンスに与える不平衡電圧の影響を模式的に示す概略図である。
【図５】（ａ）は実施形態１に係るホール素子の不平衡電圧検出部を模式的に示す概略図、（ｂ）は実施形態１に係る進角補正量の記憶手順のフローチャートである。
【図６】（ａ）は３相ブラシレスモータの代表的な通電シーケンスを模式的に示す図、（ｂ）は実施形態１に係るＥＥＰＲＯＭに記憶された進角補正量の具体例を記載した表を示す図である。
【図７】ホール出力に対する感度と不平衡電圧の影響を模式的に示す概略図である。
【図８】（ａ）は実施形態２に係るホール素子のホール素子感度特性検出部を模式的に示す概略図、（ｂ）は実施形態２に係る進角補正量の記憶手順のフローチャートである。
【図９】実施形態２に係るＥＥＰＲＯＭに記憶された進角補正量の具体例を記載した表を示す図である。
【図１０】実施形態３に係るモータ制御装置を模式的に示す概略図である。
【図１１】ホール素子における不平衡電圧の温度特性の一例のグラフを示す図である。
【図１２】（ａ）は実施形態３に係る進角補正量の記憶手順を示すフローチャート、（ｂ）は実施形態３に係る進角制御手順を示すフローチャートである。
【図１３】ホール素子における感度の温度特性の一例のグラフを示す図である。
【図１４】（ａ）は実施形態４に係る進角補正量の記憶手順を示すフローチャート、（ｂ）は実施形態４に係る進角制御手順を示すフローチャートである。
【図１５】不平衡電圧ばらつきと回転ムラの電気角１周期成分との関係を示すグラフである。
【図１６】本実施形態のモータ駆動制御装置を適用した画像形成装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明のモータ駆動制御装置の実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
［実施形態１］
＜実施形態１のブラシレスモータ駆動制御装置の構成例＞  図１は、本発明が適用されたブラシレスモータを駆動するための実施形態１のモータ駆動制御装置の概略図である。実施形態１のモータ駆動制御装置には次の構成要素が含まれる。モータ１と、モータ１を駆動するための電源２と、電源２からモータに電力を供給するためのインバータ回路３とが含まれる。また、プリドライバＩＣ５を介してインバータ回路３を動作させるための駆動信号Ｐ１〜Ｐ６を出力するマイクロコンピュータ４（以下、マイコンという）が含まれる。また、インバータ回路３内のＦＥＴを駆動させるためにマイコン４からの駆動信号Ｐ１〜Ｐ６を増幅するプリドライバＩＣ５が含まれる。さらに、モータ１には、モータ１のロータ回転速度を検出するためのロータ速度検出部６と、モータ１のロータ位置を検出するためのロータ位置検出センサ７ｕ、７ｖ、７ｗとが設けられている。そして、ロータ位置検出センサ７ｕ、７ｖ、７ｗからのロータ位置情報をマイコン４に入力するための差動アンプ８を有する。また、ロータ位置情報に基づいて決定された駆動信号Ｐ１〜Ｐ６のタイミングを早める進角制御を行うための進角情報が格納されている記憶部であるＥＥＰＲＯＭ９を有している。ＥＥＰＲＯＭ９はプリドライバＩＣ５に内蔵されており、マイコン４とＥＥＰＲＯＭ９はシリアルインターフェースにより通信を行う。これにより専用ＩＣを用いる必要がないため、コスト低減に繋がる。マイコン４以外はブラシレスモータユニット基板２３に含まれ、不図示の回路基板上に実装される。マイコン４はこのブラシレスモータユニット基板２３とは別の装置内の別基板、例えば制御基板などに実装されている。なお、記憶部の素子構成はＥＥＰＲＯＭ９としているが、これに限定されるものではない。また、回路構成についても、本例に示すものに限定されない。
【００１５】
本実施形態では、モータ１に３相直流ブラシレスモータを用いるので、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とする。これによりインバータ回路３はモータ１に３相交流を供給することができ、モータ１が回転可能となる。インバータ回路３に設けられる６個のＦＥＴ１０ａ〜１０ｆには、Ｎチャネル型ＭＯＳ−ＦＥＴが用いられている。ＦＥＴ１０ａとＦＥＴ１０ｄ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、ＦＥＴ１０ｂとＦＥＴ１０ｅ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、ＦＥＴ１０ｃとＦＥＴ１０ｆ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ステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの他端同士は中性点１１で接続されている。
【００１６】
ロータ速度検出部６は、モータ１のロータの回転速度をＦＧパルスを用いて検出する構成とする。ＦＧパルスは、モータ１の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を、同じく不図示の差動アンプを通すことで生成される。そして、ＦＧパルスはマイコン４にロータ速度情報として入力され、入力されたＦＧパルスの立ち下がりエッジ間のマイコンの制御クロック数をカウントして、ロータ速度情報としている。また、ロータ位置検出センサ７ｕ、７ｖ、７ｗはホール素子を用いる構成とする。
【００１７】
（本実施形態の駆動信号Ｐ１〜Ｐ６の生成例）  各ホール素子７ｕ、７ｖ、７ｗより出力されるロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗは正弦波状の波形をしている。このロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを差動アンプ８をとおすことでパルス状の波形に変換され、マイコン４にロータ位置情報として入力される。マイコン４は、入力されたロータ位置情報と、ＥＥＰＲＯＭ９に格納されている通電切換えタイミングの補正を行うための進角情報から、モータ１のステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに通電するタイミングを決定する。また、入力されたモータ１のロータ速度情報と予め決められた速度指令値を比較して、マイコン４内の不図示の速度制御部において、各相に印加する電圧指令値を決定する。以上のように、決定された各相の通電タイミングと、電圧指令値に基づいて、マイコン４は駆動信号Ｐ１〜Ｐ６をドライブ回路５に出力する。
【００１８】
（特性ばらつきが無い場合）  駆動信号Ｐ１〜Ｐ６の生成方法について、図２を参照しながら説明する。図２はモータ１を１２０度矩形波通電方式で、一定回転数で駆動させた時の波形を示している。図２の（ａ）〜（ｃ）はホール素子７ｕ、７ｖ、７ｗから出力されたロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗであり、図２の（ｄ）〜（ｆ）は図２の（ａ）〜（ｃ）を差動アンプ８に通した後の波形である。通電を切換えるタイミングは、図２の（ａ）〜（ｃ）で図示されているゼロクロス点１２をマイコン４内で検出することで決定される。そして、決定された通電切換えタイミングと、マイコン４内の不図示の速度制御部により演算された電圧指令値に基づいて、図２の（ｇ１）〜（ｇ６）のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）した駆動信号Ｐ１〜Ｐ６が生成される。なお、マイコンで決定された電圧指令値に基づいた電圧をモータ１の各相巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに印加するために、ＦＥＴ１０ａ〜１０ｃのゲートに、ＰＷＭした駆動信号を入力すればよい。プリドライバＩＣ５の出力は、ＦＥＴ１０ａ〜１０ｆにそれぞれ接続されており、マイコン４が出力する駆動信号Ｐ１〜Ｐ６に応じて、ＦＥＴ１０ａ〜１０ｆをＯＮ／ＯＦＦ制御する。これにより、インバータ回路３は、任意の電圧をモータ１に印加でき、各相巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに流れる電流を転流することで、モータ１を駆動制御している。
【００１９】
（不平衡電圧の特性ばらつきが存在する場合）  以上のように、ホール素子等のロータ位置検出センサを用いてモータの回転駆動を行う制御方法を示してきたが、実際にはホール素子７ｕ、７ｖ、７ｗに不平衡電圧等の特性ばらつきが存在する。一例として，不平衡電圧が大きい場合について図３を用いて説明する。図３の（ａ）は不平衡電圧が零に近い理想的なホール素子を用いた時のホール出力波形であり、図３の（ｂ）は不平衡電圧が大きいホール素子を用いた時のホール出力波形である。不平衡電圧が大きいホール素子を用いると、図３の（ｂ）のように理想的なホール素子を用いた時のホール出力波形に、さらに不平衡電圧分が加算される。ロータ位置は、ホール出力波形のゼロクロス点を検出して決められるため、図３の（ｂ）のようにゼロクロス点がずれることで、ロータ位置検出誤差となってしまう。このような不平衡電圧の特性ばらつきのため、図２のように通電切換えタイミングが均等にならず、各相の通電切換えタイミングにずれが生じてしまう。図４は、モータ１のＵ相のホール素子７ｕの不平衡電圧が大きい時の駆動信号Ｐ１〜Ｐ６の波形である。Ｕ相の不平衡電圧が大きいことで（破線から実線に増加）、ゼロクロス点１３にずれが生じ、通電切換えタイミングがずれていることが確認できる。そこで、本実施形態ではモータの生産工程において、予め各ホール素子７ｕ、７ｖ、７ｗの不平衡電圧を検出し、検出した不平衡電圧に基づいて進角補正量を演算してＥＥＰＲＯＭ９に記憶しておく。モータ駆動制御時には、ＥＥＰＲＯＭ９に記憶された進角補正量により進角制御を行うことで、不平衡電圧による通電切換えタイミングのずれを補正する。そして、通電切換えタイミングのずれが起因で引き起こされるトルクリプルを抑え、電気角１周期成分の回転むらを低減する。
【００２０】
＜実施形態１の進角補正量の記憶例＞  以下、モータの生産工程における、ステータ巻線への通電を切換えるタイミングを進めるための進角情報である進角補正量を記憶する実施形態１のアルゴリズムについて、図５を用いて説明する。図５の（ａ）は実施形態１に係るホール素子の不平衡電圧検出部を模式的に示す概略図、図５の（ｂ）は実施形態１に係る進角補正量の記憶手順のフローチャートである。かかる手順は、モータの生産工程を制御するコンピュータの指示により不平衡電圧検出部、あるいはマイコン４により実現される。まず、Ｓ５１では、図５（ａ）の不平衡電圧検出部１４を用いて、ホール素子の不平衡電圧を検出する。不平衡電圧の測定は、磁場のない状態で出力端子１６ａ，１６ｂに電圧計１９を接続して測定する。電源入力端子１５ａ，１５ｂには、モータ１にホール素子１７を搭載した際に入力する電圧と同等の電源電圧３Ｖを接続する。ホール素子の不平衡電圧は、素子間で個体差があるため、３相ブラシレスモータの場合、３つホール素子の不平衡電圧を測定する必要がある。Ｓ５２では、Ｓ５１で測定されたホール素子の不平衡電圧から、予想される通電切換えタイミングのずれ量を図５（ａ）の進角補正量演算部２０を用いて演算する。進角補正量演算部２０は図５（ａ）の電圧計１９から得られた不平衡電圧から、以下の式１を用いて進角補正量を演算する。
【００２１】
θ＝ｓｉｎ-1（Ｖｈ／Ａ）          …（式１）
図３の（ｂ）に示されるように、式１内の進角補正量θは通電切換えタイミングのずれを電気角で表した値で、ＶｈはＳ５１で測定した不平衡電圧値である。Ａはモータのロータマグネットの磁力により発生する正弦波起電力の振幅値であり、メーカから納入するホール素子の感度が平均的なものを用いて予め測定しておき、進角補正量演算部２０に記憶しておく必要がある。例えば、Ｓ５１で測定した不平衡電圧が１０ｍＶで、ロータマグネットの磁力により発生する正弦波起電力の振幅Ａが１Ｖの場合、式１から進角補正量θは電気角で０．５７°になる。Ｓ５３では、Ｓ５２で演算された進角補正量θをＥＥＰＲＯＭ９に記憶する。なお、１２０°矩形波通電方式の場合、電気角１周期で、通電切換えタイミングは６回あることから、６つの進角補正量θを記憶しておけば良い。
【００２２】
（進角補正量θの具体例）  図６の（ａ）は３相ブラシレスモータの代表的な通電シーケンスを模式的に示す図、図６の（ｂ）は実施形態１に係るＥＥＰＲＯＭに記憶された進角補正量の具体例を記載した表を示す図である。３相ブラシレスモータの場合、図６の（ａ）に示すように、通電パターン（イ〜へ）が電気角１周期毎に繰り返される。例えば、Ｓ５２で測定したＵ相不平衡電圧が＋１０ｍＶで、Ｖ相不平衡電圧が−１０ｍＶで、Ｗ相不平衡電圧が＋５ｍＶの場合を考える。図６（ａ）の通電切換えタイミングａ〜ｆにおいての進角補正量θは図６（ｂ）のようになり、これをＥＥＰＲＯＭ９に記憶する。特許文献１においては、電気角１周期分の誘起電圧データを５１２個保存しているが、本実施形態１では通電切換えタイミングａ〜ｆの６個の進角補正量θを記憶する容量を持ったＥＥＰＲＯＭ９が用いれば良い。例えば、１個のデータを記憶するのに必要な容量を１ｂｙｔｅとすると、特許文献１では５１２ｂｙｔｅ必要であるが、本実施形態１では６ｂｙｔｅと５０６ｂｙｔｅも少ない容量で、通電切換えタイミングを補正することができる。
【００２３】
実際にモータを駆動する際は、Ｓ５３でＥＥＰＲＯＭ９に記憶した図６（ｂ）の進角補正量θに基づいて、進角制御を行う。その結果、図１５に示されるように、不平衡電圧のばらつきが１５ｍＶのモータの場合、電気角１周期成分の回転むらが約０．４％の０．０５ｍＶ程度に低減できるようになる。なお、本実施形態の進角制御は既知の方法で達成されるので、その詳細な説明に関しては省略する。なお、振動・騒音を減らしたり効率を上げたりするために、もともと進角制御を行っている場合は、もとの進角量に対してさらに上記進角補正量を加えて、進角制御を行えばよい。
【００２４】
＜実施形態１の効果＞  以上のように、各相のホール素子の不平衡電圧を測定し、測定した不平衡電圧から進角補正量を演算し、進角制御を行うことで、ホール素子の不平衡電圧に起因する電気角１周期成分の回転むらを抑制することができる。
【００２５】
［実施形態２］
＜実施形態２のブラシレスモータ駆動制御装置の構成例＞  実施形態２は、実施形態１で示した系において、ホール素子の不平衡電圧だけでなく、ホール素子の感度ばらつきも考慮に入れて進角制御を行う。これにより、電気角１周期成分の回転むらを更に低減させるモータ駆動制御装置に関するものである。実施形態２に用いるモータ駆動制御装置の構成は実施形態１の図１と同様なので、説明は省略する。本実施形態２ではモータの生産工程において、予め図１記載のホール素子７ｕ、７ｖ、７ｗの不平衡電圧と感度特性を検出し、検出した不平衡電圧と感度特性に基づいて進角補正量を演算し、進角制御を行うことで、不平衡電圧と感度特性による通電切換えタイミングのずれを補正する。
【００２６】
（ホール素子の感度特性の影響）  ホール素子の感度特性は、ホール素子の材質及び形状により決まり、素子毎に個体差がある。このため、同じ磁界中においた時でも、出力電圧をばらつかせる要因となる。感度が良いホール素子程、出力電圧波形が大きくなるため、モータに搭載するホール素子の感度によって、回転駆動した際のホール出力波形は、図７の（ａ）のようにばらつきが生じる。但し、図７の（ａ）のようにホール素子の感度だけが異なっていても、ゼロクロス点にずれが生じず、通電切換えタイミングは変化しないため、ホール素子の感度ばらつきが原因で引き起こされる電気角１周期成分の回転むらは発生しない。しかしながら、ホール素子に不平衡電圧が存在する状態においては、感度ばらつきの影響で、図７の（ｂ）のように通電切換えタイミングにずれが生じてくる。例えば、不平衡電圧が１０ｍＶで、振幅値Ａが１Ｖのホール素子では、上記式１より通電切換えタイミングのずれは０．５７°になるが、振幅値Ａが１．１Ｖのホール素子を用いると、通電切換えタイミングのずれは０．５２°となる。このように、不平衡電圧の大きさが同じでも感度特性が異なると、通電切換えタイミングにずれが生じてくる。本実施形態２では、感度特性を考慮することで、通電切換えタイミングのずれが起因で引き起こされるトルクのリップルを抑え、電気角１周期成分の回転むらを低減する。
【００２７】
＜実施形態２の進角補正量の記憶例＞  以下、モータの生産工程における実施形態２の進角補正量の記憶のアルゴリズムについて、図８を用いて説明する。図８の（ａ）は実施形態２に係るホール素子のホール素子感度特性検出部を模式的に示す概略図、図８の（ｂ）は実施形態２に係る進角補正量の記憶手順のフローチャートである。かかる手順は、モータの生産工程を制御するコンピュータの指示によりホール素子感度特性検出部、あるいはマイコン４により実現される。まず、Ｓ８１では図８（ａ）のホール素子感度特性検出部２１を用いて、ホール素子の感度特性を検出する。１７はホール素子、１５は電源入力端子、１６は電圧出力端子、１８は電源電圧、１９は電圧計、２０は進角補正量演算部であり、図５（ａ）と同様である。図８（ａ）の２２は、ホール素子１７の感度特性の測定を行うためにホール素子１７に磁界を与えるマグネットである。この時に与える磁界の強さは、ホール素子１７がモータに実装された際に、モータのロータマグネットから受ける磁界のピーク値と同等の大きさとする。これによって、モータの回転駆動している際の図７（ａ）の振幅値Ａを電圧計１９で測定することが可能である。ホール素子の感度は素子間で個体差があるため、３相ブラシレスモータの場合、３つホール素子の感度を測定する必要がある。Ｓ８２では、不平衡電圧を実施形態１のＳ５１と同様の方法で測定する。Ｓ８３では、Ｓ８１で測定されたホール素子の感度特性を表す、図７に示す正弦波起電力の振幅値Ａと、Ｓ５２で測定された不平衡電圧Ｖｈから、予想される通電切換えタイミングのずれ量を進角補正量演算部２０を用いて演算する。進角補正量θは実施形態１と同様に、前記式１を用いて演算される。例えば、Ｓ８１で求められたホール素子の振幅Ａが１．１Ｖで、Ｓ８２で求められた不平衡電圧Ｖｈが２０ｍＶの場合、式１から通電切換えタイミングのずれは電気角で約１．０４°となる。Ｓ８４では、Ｓ８３で演算された進角補正量θをＥＥＰＲＯＭ９に記憶させる。なお、１２０°矩形波通電方式の場合、電気角１周期で、通電切換えタイミングは６回あることから、６つの進角補正量θを記憶しておけば良い。例えば、Ｓ８３で測定したＵ相不平衡電圧が＋１０ｍＶ、Ｖ相不平衡電圧が−１０ｍＶ、Ｗ相不平衡電圧が＋５ｍＶで、Ｕ相ホール出力波形の振幅が１．１Ｖ、Ｖ相ホール出力波形の振幅が１Ｖ、Ｗ相ホール出力波形の振幅が０．９Ｖの場合を考える。図６（ａ）の通電切換えタイミングａ〜ｆにおいての進角補正量θは図９のようになり、これをＥＥＰＲＯＭ９に記憶する。
【００２８】
実際にモータを駆動際は、Ｓ８４でＥＥＰＲＯＭ９に記憶した図９の進角補正量θに基づいて、進角制御を行う。この時、もともと進角制御を行っている場合は、もとの進角量に対してさらに上記進角補正量を加えて、進角制御を行えばよい。
【００２９】
＜実施形態２の効果＞  以上のように、各相のホール素子の不平衡電圧と感度特性を測定し、測定した不平衡電圧と感度特性から進角補正量を演算し、進角制御を行う。これにより、ホール素子の不平衡電圧と感度特性ばらつきに起因する電気角１周期成分の回転むらを抑制することができる。
【００３０】
［実施形態３］
＜実施形態３のブラシレスモータ駆動制御装置の構成例＞  図１０は、本発明が適用されたブラシレスモータを駆動するための実施形態３のモータ駆動制御装置の概略図である。基本的な構成は実施形態１の図１と同様であるので、重複する説明は省く。また、その基本的な動作やホール素子の不平衡電圧による現象も、図２及び図４を参照して説明した通りである。本実施形態３の特徴は、モータを駆動時のモータ１の温度を測定するホール素子の近傍に配されたサーミスタ２５と、マイコン４に分圧した電圧を入力するための抵抗器２４とを追加したことである。モータを駆動時には、サーミスタ２３とマイコン４のＡ／Ｄ変換器を用いた温度検知回路によってホール素子の周囲温度ｔ℃を推定する。なお、一般的に、電源電圧をサーミスタ２５および抵抗器２４で分圧した電圧をマイコン４でＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換値と周囲温度とを対応させた温度推定テーブルによって、周囲温度ｔ℃は推定される。温度推定テーブルは、予めマイコン４のプログラム内に用意される。なお、本実施形態３では、温度変化の検出素子としてサーミスタを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、巻線抵抗の抵抗値を測定する系としてもよい。本実施形態３では、上述の実施形態１及び２におけるホール素子の不平衡電圧に加えて、該不平衡電圧への周囲温度の影響を考慮した進角補正を行う。
【００３１】
ホール素子の不平衡電圧は、一般に図１１に示すような負の温度特性を持っており、周囲温度や連続通電によるモータ昇温の影響を受けて刻々と変化する。このため、画像形成装置の場合は、出力画像の品質が一定しないという問題もある。そこで、本実施形態３では、予め各ホール素子の感度と、常温およびそれ以外の温度における各ホール素子７ｕ、７ｖ、７ｗの不平衡電圧を検出し、かつ実動作時に検出した温度に基づいて進角補正量を演算して進角制御を行う。これにより、不平衡電圧およびその温度特性による通電切換タイミングのずれを補正する。ここで、通電切換タイミングのずれを補正する進角補正量θは、上出の式１および次の式２より求めることができる。
【００３２】
θ＝ｓｉｎ-1（Ｖｈ／Ａ） …（式１）
Ｖｈ＝Ｖｈ０＋３．３×ｋ×（ｔ−ｔ０） …（式２）
進角補正量θは通電切換タイミングのずれを電気角で表した値であり、Ｖｈ（ｍＶ）は３．３Ｖの電源電圧をホール素子に印加した時の不平衡電圧値であり、Ａ（ｍＶ）はモータ１を回転させた際におけるホール出力波形の振幅値、即ち感度である。式２は、平衡電圧の温度依存性を一次の近似式で近似した例を示している。Ｖｈ０（ｍＶ）は常温（２５℃）における不平衡電圧の大きさ、ｋは単位電源電圧（１Ｖ）印加時における単位温度あたりの変化度を表す比例定数（ｍＶ／（℃×Ｖ）である。３．３は電源電圧、ｔ℃はホール素子周囲の摂氏温度、ｔ０は不平衡電圧がＶｈ０となる基準摂氏温度（この場合は２５℃）である。なお、実施形態３ではサーミスタ２を使用して温度推定したが、モータ固定子巻線の抵抗値によって温度推定してもよい。
【００３３】
＜実施形態３のホール素子特性の記憶及び進角補正の手順例＞  上記式１及び式２に基づいた、不平衡電圧およびその温度特性による通電切換タイミングのずれを補正するアルゴリズムを図１２に示す。図１２の（ａ）は実施形態３に係るホール素子の特性の記憶手順を示すフローチャート、図１２の（ｂ）は実施形態３に係る進角制御手順を示すフローチャートである。なお、実施形態３における不平衡電圧検出部１４の構成は、実施形態１の図５（ａ）と同様である。
【００３４】
（ホール素子特性の記憶手順）  かかる手順は、モータの生産工程を制御するコンピュータの指示により不平衡電圧検出部、あるいはマイコン４により実現される。まず、図１２（ａ）のＳ１２１で、ホール素子の常温における不平衡電圧Ｖｈ０を、図５（ａ）の不平衡電圧検出部１４を用いて検出する。モータの生産工程において、磁場のない状態で、電圧出力端子１６ａおよび１６ｂの端子間電圧を、電圧計１９を用いて測定する。電源入力端子１５ａおよび１５ｂの端子間には、実動作時と同等の電源電圧を印加する。ホール素子の不平衡電圧は素子間で個体差があるため、３相ブラシレスモータの場合は、３つあるホール素子についてそれぞれ測定する必要がある。次に、Ｓ１２２で、図８（ａ）のホール素子感度測定部２１を用いて、ホール素子の感度Ａを測定する。ホール素子に磁界を与えるマグネット２２の磁界強度は、ホール素子がモータ１に実装された際、モータ１のロータマグネットから受ける磁界と同一とする。こうすることで、ホール素子の感度Ａを測定できる。なお、１つのモータで３つのホール素子が実装され、各々感度は異なるため、モータに実装される全てのホール素子について測定する。続いて、Ｓ１２３で、基板の周囲温度を常温とは異なる温度ｔ１、例えば５０℃に保ち、Ｓ１２１と同様に不平衡電圧Ｖｈ１の測定を行う。そして、Ｓ１２４で、Ｓ１２１〜Ｓ１２３で測定された三相分のホール素子の不平衡電圧および感度をＥＥＰＲＯＭ９に格納する。本実施形態３の場合、記憶する物理量は、常温ｔ０（＝２５℃）における不平衡電圧Ｖｈ０、設定温度ｔ１（＝５０℃）における不平衡電圧Ｖｈ１、感度Ａの３種類がそれぞれ３相分あるため、合計９個となる。
【００３５】
（進角補正手順）  かかる手順は、マイコン４により実現される。モータを駆動時には、まず、図１２（ｂ）のＳ１２５で、サーミスタ２３とマイコン４のＡ／Ｄ変換器を用いた温度検知回路によってホール素子の周囲温度ｔ℃を推定する。なお、一般的に、電源電圧をサーミスタ２３および抵抗器２４で分圧した電圧をマイコン４でＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換値と周囲温度とを対応させた温度推定テーブルによって、周囲温度ｔ℃は推定される。温度推定テーブルは、予めマイコンプログラム内に用意される。なお、本実施形態３では、温度変化の検出素子としてサーミスタを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、巻線抵抗の抵抗値を測定する系としてもよい。次に、Ｓ１２６で、推定された周囲温度における各々のホール素子の不平衡電圧Ｖｈを、前述した式２を用いて演算する）。なお、式２中の定数ｋは、以下の式３で計算できる。
【００３６】
ｋ＝（Ｖｈ１−Ｖｈ０）／（ｔ１−ｔ０）／３．３ …（式３）
この定数ｋについても、３相分を計算により求める。なお、本実施形態３では、ホール素子の不平衡電圧の温度特性について、図１１の（ａ）に例示するような特性を想定し、一次式を用いて近似を行っている。この方法は使用するメモリ量が少なく、マイコンへの負荷も極めて軽いという特徴がある。しかしながら、本発明の趣旨は当然これに限定されるものではなく、他の方法を用いても一向に構わない。例えば、図１１の（ｂ）に例示するような不平衡電圧の温度特性に対しては、近似精度を優先させ、用いるホール素子の特性に応じて二次式を用いて近似する方法を用いてもよい。続いて、Ｓ１２７で、測定された周囲温度に応じた進角補正量を演算する。具体的には、Ｓ１２６で求めた各々のホール素子の不平衡電圧Ｖｈと、Ｓ１２２で測定されたホール素子の感度Ａを用いて、式１により想定される通電切換タイミングのずれ量θを求める。そして、このずれ量θのプラスマイナス（±）符号を反転させた数値が、進角補正量となる。最後に、Ｓ１２８で、算出した進角補正量をもとに進角制御を行う。もともと進角制御を行っている場合は、もとの進角量に対してさらに上記進角補正量を加算すればよい。
【００３７】
（進角補正の具体例）  位置例として、Ｖｈ０が１６．５ｍＶ、Ｖｈ１が１９．８ｍＶ、Ａが１０００ｍＶと測定されたホール素子をＵ相に用い、周囲温度ｔが４５℃で定常回転している場合について、本実施形態の効果を述べる。まず、式３を用いて、定数ｋが−１／２５と算出される。これを式２に代入して、周囲温度ｔが４５℃での不平衡電圧Ｖｈを計算すると、１３．８６ｍＶとなる。そして、式１を用いると、本例における通電切換タイミングは、理想的な場合よりも電気角で約０．７９°ずれると算出されることになる。これが、本実施形態３において補正すべき進角のずれである。ここで、モータ１の回転数に応じて予め設定されている進角量１°で運転を行っているとすると、算出された進角補正量が０．７９°である。そこで、両者を加算した１．７９°をＵ相ホール信号の立ち下がりに対応した通電切換タイミングの最終的な進角として、減算した０．２１°をＵ相ホール信号の立ち上がりに対応した通電切換タイミングの最終的な進角として、進角制御を行えばよい。ここで、図１５を参照すると、この進角補正により、約０．４％の回転ムラを約０．０５％にまで低減できることがわかる。
【００３８】
＜実施形態３の効果＞  以上、生産ラインで各相のホール素子の感度、常温およびそれ以外の温度での不平衡電圧を予め測定して記憶素子に格納する。そして、実運転時にこれらの情報と新たに測定した周囲温度から進角補正量を演算し、もとの進角量と合算して進角制御を行う。これにより、安価な構成でホール素子の不平衡電圧およびその温度依存性による電気角１周期成分の回転むらを抑制することができる。また、画像形成装置にこれを適用した場合には、ダウンタイムによるスループットダウンをユーザに強いることなく、設置環境や連続使用による昇温にかかわらず、バンディングが安定的に抑制された高い印字品質を確保することができる。
【００３９】
［実施形態４］
＜実施形態３のブラシレスモータ駆動制御装置の構成例＞  実施形態４において、常温以外の温度において各相のホール素子の感度を測定する以外の基本的な構成は、実施形態３と同様であるため、詳細な説明は省略する。ホール素子の感度の通電切換タイミングへの影響については、実施形態２に図７を参照して説明した。このホール素子の感度Ａは、更に、図１３に示すように温度によっても変動する。そこで本実施形態４では、実施形態３の構成から、ホール素子における感度の温度特性をもキャンセルするよう進角補正機能を拡張することで、周囲温度や計時昇温による回転ムラの増加を抑制するモータ制御を実現する。
【００４０】
＜実施形態４のホール素子特性の記憶及び進角補正の手順例＞  図１４に、不平衡電圧による通電切換タイミングのずれを補正するアルゴリズムを示す。図１４の（ａ）は実施形態４に係るホール素子の特性の記憶手順を示すフローチャート、図１４の（ｂ）は実施形態４に係る進角制御手順を示すフローチャートである。なお、実施形態４におけるホール素子感度特性検出部２１の構成は、実施形態２の図８（ａ）と同様である。
【００４１】
（ホール素子特性の記憶手順）  かかる手順は、モータの生産工程を制御するコンピュータの指示によりホール素子感度特性検出部、あるいはマイコン４により実現される。図１４（ａ）のＳ１４１〜Ｓ１４３は、実施形態３におけるＳ１２１〜Ｓ１２３と同じである。但し、実施形態４では常温ｔ０（＝２５℃）における感度をＡ０とする。Ｓ１４３に続いてＳ１４４で、基板の周囲温度を常温とは異なる温度ｔ１、例えば５０℃に保ったまま、Ｓ１４２と同様にホール素子感度Ａ１の測定を行う。そして、Ｓ１４５において、Ｓ１４１〜Ｓ１４４で測定された三相分のホール素子の不平衡電圧および感度をＥＥＰＲＯＭ９に格納する。本実施形態４の場合、記憶する物理量は、常温ｔ０（＝２５℃）および設定温度ｔ１（＝５０℃）における不平衡電圧Ｖｈ０およびＶｈ１、感度Ａ０およびＡ１の４種類がそれぞれ３相分あるため、合計１２個となる。
【００４２】
（進角補正手順）  進角補正手順である、図１４（ｂ）に示すＳ１４６〜Ｓ１４９は実際にモータを駆動する際に行う。かかる手順は、マイコン４により実現される。Ｓ１４６およびＳ１４７の不平衡電圧の算出までは、実施形態３のＳ１２５およびＳ１２６に全く同じため、省略する。Ｓ１４７では、更に、推定された周囲温度ｔにおける各々のホール素子の感度Ａを、以下の式４を用いて算出する。
【００４３】
Ａ＝Ａ０＋（Ａ１−Ａ０）×（ｔ−ｔ０）／（ｔ１−ｔ０）    …（式４）
この式４は、常温ｔ０および設定温度ｔ１におけるそれぞれの感度Ａ０およびＡ１を線形補間して、推定された周囲温度ｔ℃における感度Ａを求めることを意味している。なお、本実施形態４では、ホール素子の感度の温度特性について、図１３の（ａ）に例示するような特性を想定し、一次式を用いて近似を行っている。この方法は使用するメモリ量が少なく、マイコンへの負荷も極めて軽いという特徴がある。しかしながら、本発明の趣旨は当然これに限定されるものではなく、他の方法を用いても一向に構わない。例えば、図１３の（ｂ）に例示するような感度の温度特性に対しては、近似精度を優先させ、用いるホール素子の特性に応じて二次式を用いて近似する方法を用いてもよい。次に、Ｓ１４８で、測定された周囲温度に応じた進角補正量を演算する。具体的には、Ｓ１４７で求めた各々のホール素子の不平衡電圧Ｖｈと、各々のホール素子の感度Ａとを用いて、式１により想定される通電切換タイミングのずれ量θを求める。そして、このずれ量θのプラスマイナス（±）符号を反転させた数値が、進角補正量となる。
最後に、Ｓ１４９において、Ｓ１４８で算出した進角補正量をもとに進角制御を行う。もともと進角制御を行っている場合は、もとの進角量に対してさらに上記進角補正量を加算すればよい点は、実施形態３と同様である。
【００４４】
＜実施形態４の効果＞  以上、生産ラインで各相のホール素子の、常温およびそれ以外の温度における不平衡電圧および感度を予め測定して記憶素子に格納する。そして、実運転時にこれらの情報と新たに測定した周囲温度から進角補正量を演算し、もとの進角量と合算して進角制御を行う。これにより、安価な構成でホール素子の不平衡電圧および感度並びにこれらの温度依存性による電気角１周期成分の回転むらを抑制することができる。また、画像形成装置にこれを適用した場合には、ダウンタイムによるスループットダウンをユーザに強いることなく、設置環境や連続使用による昇温にかかわらず、バンディングが安定的に抑制された高い印字品質を確保することができる。
【００４５】
＜本実施形態のモータ駆動制御装置が適用される画像形成装置の例＞  本実施形態のモータ駆動制御装置は、図１６に示す画像形成装置の感光ドラムを回転するモータの駆動制御に適用される。図１６に示すように、像担持体としてドラム状の感光ドラム１０８の表面を一次帯電器１０９で一様に帯電した後、この表面を光学走査系１０７によって画像情報に応じて露光することにより感光ドラム１０８上に静電潜像を形成し、その後この静電潜像を現像部１１０を用いて現像剤により可視化して、トナー像を感光ドラム１０８上に形成する。更に、給紙ローラ１１７で記憶材Ｐを給紙カセット１１６からピックアップして、トナー像および記録材Ｐを転写帯電器１１２と対向する転写位置に所定のタイミングで搬送し、転写位置に到達する記録材Ｐ上にトナー像を転写する。転写残トナーはクリーナ１１４が除去する。その後、未定着のトナー像を担持した記録材Ｐを感光ドラム１０８上から剥離し、この記録材Ｐを定着部１０１により加熱および加圧することにより、未定着トナー像を記録材Ｐ上に定着することでトナーが剥がれ落ちない画像を形成する。
【符号の説明】
【００４６】
１  ブラシレスモータ、２  モータを駆動するための電源、３  駆動回路、４  マイクロコンピュータ、５  ドライブ回路、６  速度検出手段、７  ホール素子、８  差動アンプ、９  ＥＥＰＲＯＭ、１０  Ｎチャネル型ＭＯＳ−ＦＥＴ、１１  モータ巻線の中性点、１２  ホール出力波形のゼロクロス点、１３  通電切換えタイミングにずれがある時のホール出力波形のゼロクロス点、１４  不平衡電圧検出部、１５  ホール素子の電源入力端子、１６  ホール素子の出力端子、１７  ホール素子、１８  ホール素子に印加するための電源、１９  電圧計、２０  進角補正値演算部、２１  ホール素子感度特性検出部、２２  マグネット、２３  モータユニット
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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