CN107819419A - 永磁同步电动机的控制装置、控制方法、以及图像形成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及永磁同步电动机的控制装置、控制方法、以及图像形成装置，即使在未给予位置指令的情况下，也能够使转子停止到所希望的位置。使用了永磁铁的转子通过在绕线流过的电流所引起的旋转磁场而旋转的永磁同步电动机的控制装置具有：驱动部，其在绕线流通电流来驱动转子(32)；以及推定部，其基于在绕线流通的电流推定转子(32)的磁极位置(PS)，作为使转子(32)停止的控制，基于推定出的最新的磁极位置(PS)决定生成将转子(32)的磁极位置(PS)牵引至停止位置(Px)并停止的磁场矢量(85)的电流，并控制驱动部在绕线持续流通决定的电流。
Description
技术领域
本发明涉及永磁同步电动机的控制装置、控制方法、以及图像形成装置。
背景技术
一般而言，永磁同步电动机(PMSM：Permanent Magnet Synchronous Motor)具备具有绕线的定子和使用了永磁铁的转子，通过在绕线流通交流电流使旋转磁场产生，使转子与其同步地旋转。根据将交流电流作为d－q坐标系的矢量的成分进行控制的矢量控制，能够使其高效并顺畅地旋转。
近年，广泛地使用无传感器型的永磁同步电动机。无传感器型不具有用于检测磁极位置的磁传感器、编码器。因此，无传感器型的永磁同步电动机的矢量控制使用基于绕线的电流或者电压推定转子的磁极位置以及旋转速度的方法。但是，在旋转的开始时以及停止时那样旋转速度较小的情况下，不能够以规定的精度推定磁极位置以及旋转速度，所以在该情况下不推定磁极位置以及旋转速度而进行使规定的磁场产生的控制。
作为使转子停止的控制，有为了停止电流的供给从永磁同步电动机取出能量而使驱动电路的电流路径短路的短路制动控制、以及仅停止电流的供给的自由运转控制等。
但是，在通过这些控制使转子停止的情况下，由于负载或者惯性力的偏差等的影响，转子停止的位置并不固定。因此，在使转子停止之后重新开始旋转时，必须利用某种方法推定停止状态的磁极位置，而旋转的开始延迟推定所需要的时间。另外，不能够将无传感器型的永磁同步电动机使用于需要在停止时将负载定位在规定的停止位置的用途。
作为用于使无传感器型的永磁同步电动机的转子停止到所希望的位置的现有技术，有与线性同步电动机的控制有关的专利文献1所记载的技术。专利文献1公开了生成与从上位控制装置连续地给予的位置指令对应的连续地变化的d轴的电角，并以在d轴电枢流过电流并且在q轴电枢不流过电流的方式，控制在电枢流过的电流。
专利文献1：日本专利第5487105号公报
上述的专利文献1的技术用于驱动由直行的可动元件和遍及其移动范围的全长的定子构成的线性同步电动机，以给予时时刻刻指定移动中的可动元件的位置的位置指令为前提。
因此在该情况下，需要使指定可动元件的位置的位置指令连续地产生，为此的控制变得复杂。
在使永磁同步电动机的转子停止的情况下，优选该停止位置能够小幅度地细致地设定。换句话说，停止位置的设定中的选择项与例如机械角每隔60°的六个大致的位置相比，每隔1°的360个细致的位置更好。若为无级则更好。若能够细致地或者无级地设定，则能够以所需最小限度的时间使转子停止到所希望的位置。另外，在停止时定位负载的情况下，能够以较高的精度定位在所希望的位置。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题而完成的，目的在于提供能够使永磁同步电动机的转子停止到所希望的位置的控制装置以及控制方法。
本发明的实施方式所涉及的控制装置是使用了永磁铁的转子通过在绕线流过的电流所引起的旋转磁场而旋转的永磁同步电动机的控制装置，具有：驱动部，其在上述绕线流通电流来驱动上述转子；推定部，其基于在上述绕线流通的电流推定上述转子的磁极位置；以及控制部，其以生成基于推定出的上述磁极位置的上述旋转磁场的方式控制上述驱动部，并且若被输入停止指令则控制上述驱动部以使上述转子停止，作为使上述转子停止的控制，上述控制部基于推定出的最新的磁极位置决定生成使上述转子的磁极位置牵引至停止位置并使其停止的磁场矢量的电流，并控制上述驱动部在上述绕线持续流通决定的电流。
根据本发明，能够提供能够使永磁同步电动机的转子停止到所希望的位置的控制装置以及控制方法。
附图说明
图1是表示具备本发明的一实施方式所涉及的马达控制装置的图像形成装置的构成的概要的图。
图2是示意地表示无刷马达的构成的图。
图3是表示无刷马达的d－q轴模型的图。
图4是表示马达控制装置的功能构成的一个例子的图。
图5是表示马达驱动部以及电流检测部的构成的例子的图。
图6是表示停止时的驱动时序的例子的图。
图7是表示用于使转子停止的磁场矢量的设定的例子的图。
图8是表示与磁场矢量对应的电流矢量的例子的图。
图9是表示通过固定励磁控制停止为止的过程中的转子以及磁场矢量的状态的例子的图。
图10是表示马达控制装置中的速度控制部、存储部、电流控制部、以及输出坐标转换部的构成的例子的图。
图11是表示停止时的驱动时序的其它的例子的图。
图12是表示马达控制装置中的用于使旋转停止的处理的流程的图。
图13是表示马达控制装置中的用于使旋转停止的处理的流程的其它的例子的图。
图14是表示固定励磁控制的处理的流程的例子的图。
具体实施方式
图1示出具备本发明的一实施方式所涉及的马达控制装置21的图像形成装置1的构成的概要，图2示意地示出无刷马达3的构成。
在图1中，图像形成装置1是具备电子照相式的打印机引擎1A的彩色打印机。打印机引擎1A具有四个成像站11、12、13、14，并行地形成黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)以及黑色(K)四种颜色的调色剂像。成像站11、12、13、14的各个具有筒状的感光体、静电充电器、显影器、清扫器、以及曝光用的光源等。
四种颜色的调色剂像一次转印到中间转印带16，并二次转印到通过供纸辊15A从纸盒10抽出并经由定位辊15B输送来的纸张9。二次转印之后，纸张9通过定影器17的内部并送出至上部的排纸托盘18。在通过定影器17时，通过加热以及加压而调色剂像定影到纸张9。
图像形成装置1使用包含无刷马达3的多个无刷马达，作为使定影器17、中间转印带16、供纸辊15A、定位辊15B、感光体、以及显影器的辊等旋转体旋转的驱动源。换句话说，打印机引擎1A一边使用通过这些无刷马达旋转驱动的旋转体输送纸张9一边在纸张9形成图像。
无刷马达3例如配置在成像站14的附近，并旋转驱动定位辊15B。该无刷马达3被马达控制装置21控制。
在图2中，无刷马达3是无传感器型的永磁同步电动机(PMSM:Permanent MagnetSynchronous Motor)。无刷马达3具备产生旋转磁场的定子31、和使用永磁铁的转子32。定子31具有以120°间隔配置的U相、V相、W相的铁芯36、37、38、以及Y接线的三个绕线(线圈)33、34、35。通过使U相、V相以及W相的三相交流电流在绕线33～35流过依次对铁芯36、37、38进行励磁从而产生旋转磁场。转子32与该旋转磁场同步地旋转。
在图2所示的例子中转子32的磁极数为2。但是，转子32的磁极数并不限定于2，也可以是4、6或者其以上的多极。转子32既可以是外式，也可以是内式。另外，定子31的槽数并不限定于3。总之，针对无刷马达3，通过马达控制装置21进行使用以d－q坐标系为基本的控制模型进行磁极位置以及旋转速度的推定的矢量控制(无传感器矢量控制)。
此外，以下，有时将转子32的S极以及N极中的黑圈所示的N极的旋转角度位置称为转子32的“磁极位置PS”。
图3示出无刷马达3的d－q轴模型。在无刷马达3的矢量控制中，将在无刷马达3的绕线33～35流过的三相的交流电流转换为在与作为转子32的永磁铁同步旋转的二相的绕线流过的直流电流使控制简单化。
将永磁铁的磁通方向(N极的方向)设为d轴，并将电角从d轴超前π/2[rad](90°)的方向设为q轴。d轴以及q轴是模型轴。以U相的绕线33为基准，将相对于该基准的d轴的超前角定义为θ。该角度θ表示相对于U相的绕线33的磁极的角度位置(磁极位置PS)。d－q坐标系以U相的绕线33为基准处于超前角度θ的位置。
无刷马达3不具有检测转子32的角度位置(磁极位置)的位置传感器，所以在马达控制装置21中需要推定转子32的磁极位置PS。与表示该推定出的磁极位置的推定角度θm对应地规定γ轴，并将电角与γ轴相比超前π/2的位置规定为δ轴。γ－δ坐标系以U相的绕线33为基准处于超前推定角度θm的位置。将相对于角度θ的推定角度θm的延迟定义为Δθ。
图4示出马达控制装置21的功能的构成的一个例子，图5示出马达控制装置21中的马达驱动部26以及电流检测部27的构成的例子。
如图4所示，马达控制装置21具有马达驱动部26、电流检测部27、矢量控制部24、速度/位置推定部25、以及存储部28等。
马达驱动部26是用于在无刷马达3的绕线33～35流通电流来驱动转子32的逆变器电路。如图5那样，马达驱动部26具有三个对偶元件261、262、263、以及预驱动电路265等。
各对偶元件261～263是将特性一致的两个晶体管(例如，场效应晶体管：FET)串联连接并收纳于封装体的电路部件。
通过对偶元件261的晶体管Q1、Q2，控制在绕线33流过的电流Iu，通过对偶元件262的晶体管Q3、Q4，控制在绕线34流过的电流Iv。而且，通过对偶元件263的晶体管Q5、Q6，控制在绕线35流过的电流Iw。
在图5中，预驱动电路265将从矢量控制部24输入的控制信号U+、U－、V+、V－、W+、W－转换为适合各晶体管Q1～Q6的电压电平。转换后的控制信号U+、U－、V+、V－、W+、W－输入到晶体管Q1～Q6的控制端子(栅极)。
电流检测部27具有U相电流检测部271以及V相电流检测部272，检测在绕线33、34流过的电流Iu、Iv。由于Iu+Iv+Iw＝0，所以能够根据检测出的电流Iu、Iv的值通过计算求出电流Iw。
U相电流检测部271以及V相电流检测部272放大插入电流Iu、Iv的流路的电阻值为较小的值(1/10Ω级)的分流电阻所引起的电压下降并进行A/D转换，并作为电流Iu、Iv的检测值输出。即，进行二分流方式的检测。
此外，能够使用使马达驱动部26与电流检测部27一体化的电路部件构成马达控制装置21。
返回到图4，矢量控制部24根据来自上位控制部20的速度指令S1所示的速度指令值ω＊，控制马达驱动部26。上位控制部20是负责图像形成装置1的整体的控制的控制器，在对图像形成装置1进行预热时，在执行打印任务时，在移至节电模式时等产生速度指令S1。在命令旋转驱动的停止的情况下，上位控制部20给予矢量控制部24使速度指令值ω＊为“0”的速度指令S1。换句话说，该情况下的速度指令S1成为停止指令S1s。
矢量控制部24控制马达驱动部26生成基于推定出的磁极位置的旋转磁场，并且若被输入停止指令S1s则控制马达驱动部26停止转子32。
作为使转子停止的控制，矢量控制部24控制马达驱动部26基于推定出的最新的磁极位置PS决定生成将转子32的磁极位置PS牵引至停止位置并使其停止的磁场矢量的电流，并使决定出的电流持续流过绕线33～35。详细如以下那样。
矢量控制部24具有速度控制部41、电流控制部42、输出坐标转换部43、PWM转换部44、以及输入坐标转换部45。这些各部在来自上位控制部20的速度指令S1不为停止指令S1s的情况下，即、在速度推定值ωm不为“0”的情况下，进行以下的处理。
速度控制部41基于来自上位控制部20的速度指令值ω＊和来自速度/位置推定部25的速度推定值ωm，决定γ－δ坐标系的电流指令值Iγ＊、Iδ＊以使速度推定值ωm接近速度指令值ω＊。
电流控制部42基于电流指令值Iγ＊、Iδ＊，决定γ－δ坐标系的电压指令值Vγ＊、Vδ＊。
输出坐标转换部43基于来自速度/位置推定部25的推定角度θm，将电压指令值Vγ＊、Vδ＊转换为U相、V相、以及W相的电压指令值Vu＊、Vv＊、Vw＊。
PWM转换部44基于电压指令值Vu＊，Vv＊，Vw＊生成控制信号U+、U－、V+、V－、W+、W－，并输出给马达驱动部26。控制信号U+、U－、V+、V－、W+、W－是用于通过脉冲宽度调制(PWM:Pulse Width Modulation)控制供给到无刷马达3的三相交流电力的频率以及振幅的信号。
输入坐标转换部45根据由电流检测部27检测出的U相的电流Iu以及V相的电流Iv的各值计算W相的电流Iw的值。然后，基于来自速度/位置推定部25的推定角度θm和三相的电流Iu、Iv、Iw的值，计算γ－δ坐标系的推定电流值Iγ、Iδ。换句话说，对电流进行从三相向二相的转换。
速度/位置推定部25基于来自输入坐标转换部45的推定电流值Iγ、Iδ和来自电流控制部42的电压指令值Vγ＊、Vδ＊，并根据所谓的电压电流方程式求出速度推定值ωm以及推定角度θm。速度推定值ωm是转子32的旋转速度的推定值的例子，推定角度θm是转子32的磁极位置PS的推定值的例子。另外，推定电流值Iγ、Iδ是由电流检测部27检测出的电流Iu、Iv的值的例子。
求出的速度推定值ωm输入到速度控制部41，求出的推定角度θm输入到速度控制部41、输出坐标转换部43、以及输入坐标转换部45。
通过这样的矢量控制部24的各部以及速度/位置推定部25，控制马达驱动部26使无刷马达3旋转驱动。
另外，本实施方式的马达控制装置21具有使无刷马达3的转子32停止到所希望的停止位置的功能。以下，以该功能为中心对马达控制装置21的构成以及动作进行进一步说明。
图6示出停止时的驱动时序的例子，图7示出用于使转子32停止的磁场矢量85的设定的例子，图8示出与磁场矢量85对应的电流矢量95的例子。另外图9示出通过固定励磁控制停止为止的过程中的转子32以及磁场矢量85的状态的例子。
在图6中，在时刻t1从上位控制部20向马达控制装置21输入停止指令S1s。在时刻t1以前，进行矢量控制而旋转速度ω保持恒定。但是，也可以加速或者减速。
若被输入停止指令S1s，则马达控制装置21开始减速控制。作为减速控制，例如以旋转速度ω逐渐减少的方式控制旋转磁场的旋转(频率)。但是，并不限定于此，也可以进行所谓的三相短路式的短路制动控制或者自由运转控制。在进行短路制动控制的情况下，使马达驱动部26的晶体管Q1、Q3、Q5全部为截止状态并且使晶体管Q2、Q4、Q6全部为导通状态。在进行自由运转控制的情况下，使晶体管Q1～Q6全部为截止状态。
减速控制一直持续到旋转速度ω降低至下限速度ω1以上的预先设定的控制切换速度ω2。下限速度ω1是能够进行基于电流Iu、Iv的通过速度/位置推定部25的磁极位置PS的推定的最低的旋转速度ω。
若旋转速度ω降低到控制切换速度ω2(时刻t2)，则马达控制装置21将执行的控制从减速控制切换到固定励磁控制。
固定励磁控制是为了使转子32停止，而以产生使转子32的磁极牵引至规定的停止位置的磁场的方式在绕线33～35持续流通电流的控制。在图6中转子32在时刻t3停止。
固定励磁控制使用通过速度/位置推定部25的推定角度θm。因此，上面叙述的控制切换速度ω2规定为从减速控制向固定励磁控制的切换的时刻在能够进行通过速度/位置推定部25的推定的期间内。
以下，对固定励磁控制进行详述。
在图7～图9中，以双圈表示想要使转子32停止的位置(目标的位置)亦即停止位置Px。
此外，在图7以及图9中，由于表示永磁铁的磁通方向的d轴与根据推定角度θm决定的γ轴几乎相同，所以设为d轴以及q轴与γ轴以及δ轴相等进行处理。另外，d轴以及q轴是理想地示出永磁铁的磁通方向的轴，但实际上经由推定角度θm推定或者检测出的是γ轴以及δ轴，所以在实际的控制中使用γ轴以及δ轴即可。换句话说，在本发明中，能够代替d－q轴使用γ轴－δ轴，另外，对于Id、Iq、θ等也能够使用Iγ、Iδ、θm进行代替。
另外，若切换为固定励磁控制，则如图7(A)所示，马达控制装置21决定从转子32的旋转中心朝向停止位置Px的磁场矢量85。磁场矢量85表示将转子32牵引至停止位置Px的磁场。
决定磁场矢量85的方向的停止位置Px是相对于磁极位置PS的超前方向以及延迟方向的各个的偏移量为电角最大180°的范围Λ1、Λ2内的位置。即，相对于磁极位置PS，电角偏移0～+180°的超前方向的范围Λ1内的任意的位置，或者电角偏移0～－180°的延迟方向的范围Λ2内的任意的位置为停止位置Px。
此外，这里示出的无刷马达3的极数为2而电角与机械角相等，所以相对于磁极位置PS机械角偏移0～±180°的范围，也就是整个圆周上(360°的范围)的任意的位置能够成为停止位置Px。
停止位置Px既可以是以当时的磁极位置PS为基准决定的相对的位置，也可以是预先决定的固定的位置(绝对的位置)。
在使停止位置Px为相对的位置的情况下，预先决定图7(B)所示的从磁极位置PS到停止位置Px的角度dθ。如以上所述那样，该角度dθ是电角在－180°～+180°的范围内的角度。停止位置Px例如由从U相的铁芯36的角度位置到停止位置Px的角度θx确定。角度θx是相当于推定角度θm与角度dθ的和的角度。
在使停止位置Px为固定的位置的情况下，如图7(C)所示预先决定确定停止位置Px的角度θx。该情况下，从磁极位置PS到停止位置Px的角度dθ根据磁极位置PS而变化。
然而，如图8(A)所示，决定磁场矢量85相当于决定与磁场矢量85相同的方向的电流矢量95。电流矢量95表示为了生成使转子32牵引至停止位置Px的磁场而应该在绕线33～35流过的电流。
决定电流矢量95在用于控制马达驱动部26的实际的处理上是设定电流矢量95的方向和大小。作为电流矢量95的方向，设定表示d轴的角度位置的角度θm。而且，作为电流矢量95的大小，设定电流矢量95的d轴成分Id以及q轴成分Iq。
如图8(B)所示，电流矢量95的大小与从磁极位置PS到停止位置Px的角度dθ对应，角度dθ越大其值越大。换句话说，不会磁极位置PS未到达停止位置Px或者越过停止位置Px继续旋转，而是磁极位置PS被牵引至停止位置Px并停止。
例如，能够将图7(A)所示的范围Λ1以及范围Λ2分别划分为多个角度范围，并按照各角度范围预先基于实验或者理论计算的结果决定电流矢量95的大小的值。独立地决定范围Λ1的值(使转子32向与到此为止的旋转相同的方向旋转并牵引至停止位置Px的情况下的值)、和范围Λ2的值(使转子向与到此为止的旋转相反的方向旋转并牵引至停止位置的情况下的值)即可。将决定的值集中作为控制用数据存储于表格。
若将电流矢量95的大小设为I，则d轴成分Id以及q轴成分Iq由下式表示。
Id＝I×cos(dθ)
Iq＝I×sin(dθ)
如以上那样通过决定电流矢量95控制马达驱动部26，图9(A)所示的状态经由图9(B)所示的状态成为图9(C)所示的状态。即，转子32向磁极位置PS接近停止位置Px的方向旋转，并在磁极位置PS成为停止位置Px的状态下停止。虽然转子32旋转，但磁场矢量85的方向和大小不变。换句话说，在绕线33～35流过的电流恒定，被固定。
此外，在决定电流矢量95之后，未对推定角度θm进行推定，所以不进行使用d－q轴模型的矢量控制。然而，这里，假想与转子32的旋转同步地旋转的d－q坐标系，假定在绕线33～35流过的电流是d轴电流与q轴电流的合成电流。在该假定下，考虑“d轴电流随着磁极位置PS接近停止位置Px而从初始值(设定的d轴成分Id的值)增大并最终成为I”。可以说是“q轴电流随着磁极位置PS接近停止位置Px而从初始值(设定的q轴成分Iq的值)减少并最终成为0”。
图10示出马达控制装置21中的速度控制部41、存储部28、电流控制部42、以及输出坐标转换部43的构成的例子。
在图10中，速度控制部41具有旋转指令部410、控制切换部412、停止指令部414、以及非易失性存储器416。这些要素中，控制切换部412、停止指令部414、以及非易失性存储器416与用于使无刷马达3停止的处理有关。
旋转指令部410基于速度指令值ω＊和速度推定值ωm决定电流指令值Iγ＊、Iδ＊。即，旋转指令部410与用于旋转驱动无刷马达3的处理有关。
控制切换部412在从上位控制部20输入了停止指令S1s之后的规定的时刻，将马达控制装置24的控制从减速控制切换为固定励磁控制。切换的时刻是能够通过固定励磁控制使转子32停止在所希望的停止位置Px的期间内的时刻即可。作为一个例子，有作为无刷马达3的旋转速度ω输入的速度推定值ωm降低到上述的规定的控制切换速度ω2的时刻。作为其它的例子，有从输入停止指令S1s开始经过了规定的时间的时刻、以及如后述那样不再能够推定磁极位置PS的时刻等。
控制切换部412若切换控制，则输出表示是进行固定励磁控制的模式的固定励磁模式信号S2。固定励磁模式信号S2在进行固定励磁控制的期间，持续输入停止指令部414、电流控制部42、以及输出坐标转换部43。
停止指令部414若被输入固定励磁模式信号S2，则从非易失性存储器416获取存储的角度dθ或者角度θx，并且从速度/位置推定部25(参照图4)获取表示磁极位置PS的最新的推定角度θm。
在使停止位置PS为相对的位置的情况下，停止指令部414根据获取的角度dθ决定电流矢量95的大小(I)，并计算d轴成分Id以及q轴成分电流矢量95的d轴成分Id以及q轴成分Iq。然后，将d轴成分Id作为电流指令值Id＊，并将q轴成分Iq作为电流指令值Iq＊，并使它们存储于存储部28中的指令存储部282。另外，使获取的推定角度θm作为表示磁极位置PS的信息存储于存储部28中的位置存储部281。
在使停止位置PS为固定的位置的情况下，停止指令部414基于获取的角度θx和推定角度θm计算角度dθ。并根据计算出的角度dθ决定电流矢量95的大小(I)，计算电流矢量95的d轴成分Id以及q轴成分Iq，并使它们作为电流指令值Id＊、Iq＊存储于指令存储部282。另外，使获取的推定角度θm存储于位置存储部281。
存储部28到有新的存储的要求为止，存储推定角度θm、电流指令值Id＊、以及电流指令值Iq＊。由指令存储部282存储的电流指令值Id＊、Iq＊输入到电流控制部42，由位置存储部281存储的推定角度θm输入到输出坐标转换部43。
电流控制部42具有输入切换部421和转换处理部420。
输入切换部421在未被输入固定励磁模式信号S2时，将来自速度控制部41的电流指令值Iγ＊、Iδ＊输入给转换处理部420。与此相对，在被输入了固定励磁模式信号S2时，将来自指令存储部282的电流指令值Id＊、Iq＊输入给转换处理部420。
转换处理部420基于从输入切换部421输入的电流指令值Iγ＊、Iδ＊或者电流指令值Id＊、Iq＊，决定电压指令值Vγ＊、Vδ＊。由于在固定励磁控制中输入的电流指令值Id＊、Iq＊保持恒定，所以持续输出最初决定的电压指令值Vγ＊、Vδ＊。
输出坐标转换部43具有输入切换部431和二相三相转换部430。
输入切换部431在未被输入固定励磁模式信号S2时，将来自速度/位置推定部25(参照图4)的推定角度θm输入到二相三相转换部430。与此相对，在被输入了固定励磁模式信号S2时，将来自位置存储部281的推定角度θm输入给二相三相转换部430。
二相三相转换部430基于从输入切换部421输入的推定角度θm，将电压指令值Vγ＊、Vδ＊转换为U相、V相、以及W相的电压指令值Vu＊、Vv＊、Vw＊。由于在固定励磁控制中输入的电压指令值Vγ＊、Vδ＊保持恒定，所以持续输出最初决定的电压指令值Vu＊、Vv＊、Vw*。
根据以上的构成，在输出固定励磁模式信号S2的期间，给予PWM转换部44基于电流指令值Id＊、Iq＊和推定角度θm生成的三相的电压指令值Vu＊、Vv＊、Vw＊。由于电流指令值Id＊、Iq＊以及推定角度θm的值保持恒定，所以经由马达驱动部26对无刷马达3的绕线33～35供给恒定的值的电流。由此，如图9所示，能够使磁极位置PS牵引至停止位置Px并使转子32停止。
图11示出停止时的驱动时序的其它的例子。
图6所示的驱动时序是在旋转速度ω降低到控制切换速度ω2时从减速控制切换为固定励磁控制。在图11所示的驱动时序中，在不再能够推定磁极位置PS以及旋转速度ω时从减速控制切换为固定励磁控制。详细如以下那样。
从被输入了停止指令S1s的时刻t1开始减速控制，在减速控制中通过电流检测部27、输入坐标转换部45、以及速度/位置推定部25周期性地获取推定角度θm。在作为减速控制进行自由运转控制的情况下，断续地进行短路制动控制并检测电流Iu、Iv获取推定角度θm。
在能够获取推定角度θm的情况下持续减速控制。在不能够获取推定角度θm时，即在不再能够推定磁极位置PS的时刻t21，将无刷马达3的控制从减速控制切换为固定励磁控制。
在固定励磁控制中，使用在切换为固定励磁控制之前的最后获取的推定角度θm得到电流指令值Id＊、Iq＊。其它的处理与进行图6的驱动时序的情况下相同。通过固定励磁控制，在图11中转子32在时刻t31停止。
图12示出马达控制装置24中的用于使旋转停止的处理的流程，图13示出马达控制装置24中的用于使旋转停止的处理的流程的其它的例子，图14示出固定励磁控制的处理的流程的例子。
如图12所示，等待从上位控制部20给予停止指令S1s(#101)。若给予停止指令S1s(#101：是)，则将控制切换速度ω2设于控制用的寄存器(#102)，并开始减速控制(#103)。
若作为速度推定值ωm获取的旋转速度ω降低至控制切换速度ω2(#104：是)，则进行从减速控制向固定励磁控制的控制的切换(#105)，并进行固定励磁控制使无刷马达3的旋转停止(#106)。
或者，进行图13所示的处理。即，若给予停止指令S1s(#201：是)，则开始减速控制(#202)。其后，周期性地进行磁极位置PS的推定(#203、#204)。若不再能够进行磁极位置PS的推定(#204：否)，则将控制从减速控制切换为固定励磁控制(#205)，并进行固定励磁控制(#206)。
如图14所示，在固定励磁控制中，决定确定停止位置Px的角度θx(#501)。根据磁极位置PS与停止位置Px的偏移的角度dθ，决定相当于励磁的电流量的电流矢量95的大小(I)(#502)，求出电流矢量95的d轴成分Id以及q轴成分Iq并决定电流指令值Id＊、Iq＊(#503)。
然后，使用电流指令值Id＊、Iq＊以及与最新的磁极位置PS对应的推定角度θm生成控制信号U+、U－、V+、V－、W+、W－并给予马达驱动部26(#504)。换句话说，以将与磁场矢量85对应的电流供给至无刷马达3的方式控制马达驱动部26。
根据以上的实施方式，能够模拟地设定U相、V相、以及W相的各电流的值产生用于使转子32停止的磁场。因此，与产生由各相的电流的导通、截止、以及方向的组合决定的六种模式的磁场的任意一个的情况不同，能够无级地设定停止位置Px。即，能够通过磁场的施加无级地设定到停止为止的旋转角度量。因此，实际停止的位置成为目的位置的稳定的停止、以及快要停止之前的振动较少的平稳的停止的实现变得容易。另外，在对负载进行定位的情况下，能够进行能够细致地决定停止位置的自由度较大的定位。
根据上述的实施方式，能够提供能够使永磁同步电动机的转子停止到所希望的位置的控制装置以及控制方法。例如，即使在未时时刻刻从上位控制部20给予指定旋转角度位置的位置指令的情况下，也能够使转子停止到所希望的位置。
根据上述的实施方式，利用以将三相的交流电流视为在二相的绕线流通直流的d－q坐标系为基本的控制模型的控制方法进行固定励磁控制，所以与通过其它的方法计算三相的各电流的值的情况相比，处理变得简单。能够将用于旋转驱动的矢量控制所使用的构成要素的大部分挪用于固定励磁控制，所以与不进行挪用的情况相比能够使马达控制装置21的构成简单化。
在上述的实施方式中，存储电流指令值Id＊、Iq＊以及推定角度θm进行固定的励磁，但并不限定于此。也可以存储基于电流指令值Id＊、Iq＊以及推定角度θm决定或者生成的指令值或者控制信号的值。即，只要存储二相的电压指令值Vγ＊、Vδ＊，三相的电压指令值Vu＊、Vv＊、Vw＊，或者绕线的电流Iu、Iv、Iw，就能够以在绕线33～35持续流通恒定的电流的方式控制马达驱动部26使转子32停止。
在上述的实施方式中，即使在无刷马达3的机械角比电角小的情况下(磁极数比2大的情况下)，也能够使磁极牵引至预先决定的固定的停止位置Px(绝对的位置)并使其停止。在满足决定的停止位置Px相对于磁极位置PS在电角±180°的范围内这样的条件时，切换为固定励磁控制即可。换句话说，在不满足条件时，等待磁极位置PS旋转移动到满足条件的位置并切换为固定励磁控制即可。为了到满足条件为止不会成为不能够进行磁极位置PS的推定的速度，而在由从减速控制的开始的时间决定等的适当的时刻进行是否满足条件的判断即可。
虽然基于检测出的电流Iu、Iv的值推定磁极位置PS，但也可以基于电流Iu、Iv的频率、与电流Iu、Iv对应的电压的值或者频率来推定磁极位置PS。
另外，能够沿着本发明的主旨适当地变更图像形成装置1以及马达控制装置21的各个的整体或者各部的构成、处理的内容、顺序、或者时刻等。
附图标记说明
1…图像形成装置，1A…打印机引擎(打印部)，3…无刷马达(永磁同步电动机)，9…纸张，15B…定位辊(旋转体)，21…马达控制装置(控制装置)，24…矢量控制部(控制部)，25…速度/位置推定部(推定部)，26…马达驱动部(驱动部)，32…转子，33、34、35…绕线，85…磁场矢量，95…电流矢量，281…位置存储部(磁极位置存储部)，282…指令存储部(dq轴成分存储部)，dθ…偏移，I…电流矢量的大小，Id…d轴成分，Iq…q轴成分，Iu、Iv、Iw…电流，S1s…停止指令，PS…磁极位置，Px…停止位置，Λ1、Λ2…范围，θm…推定角度(推定出的磁极位置)，ω…旋转速度，ωm…速度推定值(推定出的旋转速度)，ω2…控制切换速度(设定的值)。
Claims (8)
1.一种永磁同步电动机的控制装置，是使用了永磁铁的转子通过在绕线流通的电流所引起的旋转磁场而旋转的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，具有：
驱动部，其在上述绕线流通电流来驱动上述转子；
推定部，其基于在上述绕线流通的电流推定上述转子的磁极位置；以及
控制部，其以生成基于推定出的上述磁极位置的上述旋转磁场的方式控制上述驱动部，并且以若输入停止指令则上述转子停止的方式控制上述驱动部，
作为使上述转子停止的控制，上述控制部基于推定出的最新的磁极位置决定生成使上述转子的磁极位置牵引至停止位置并停止的磁场矢量的电流，并控制上述驱动部以便在上述绕线持续流通所决定的电流。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，
上述停止位置是相对于上述最新的磁极位置从电角延迟180°的位置到超前180°的位置的范围内的位置。
3.根据权利要求1或者2所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，
上述控制部使用上述停止位置的上述磁场矢量所对应的d－q坐标系上的电流矢量的d轴成分以及q轴成分决定上述电流。
4.根据权利要求1或者2所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，
上述控制部具有：
磁极位置存储部，其存储上述最新的磁极位置；以及
dq轴成分存储部，其存储上述停止位置的上述磁场矢量所对应的d－q坐标系上的电流矢量的d轴成分以及q轴成分，
上述控制部使用存储的上述磁极位置、上述d轴成分、以及上述q轴成分，控制上述驱动部以便在上述绕线持续流通电流。
5.根据权利要求3所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，
上述控制部根据上述最新的磁极位置与上述停止位置的偏移的大小，使得该偏移越大则上述电流矢量越大。
6.根据权利要求1所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，
上述推定部推定上述磁极位置，并且基于在上述绕线流通的电流推定上述转子的旋转速度，
若被输入了上述停止指令，则上述控制部对上述驱动部开始用于使上述旋转速度降低的减速控制，在推定出的旋转速度降低至预先设定的值时，从上述减速控制切换为使上述转子停止的上述控制来控制上述驱动部。
7.一种图像形成装置，其特征在于，具有：
权利要求1～6中任意一项所述的永磁同步电动机的控制装置；以及
打印机部，其一边使用通过上述永磁同步电动机旋转驱动的旋转体输送纸张一边在该纸张形成图像。
8.一种永磁同步电动机的控制方法，是使用了永磁铁的转子通过在绕线流通的电流所引起的旋转磁场而旋转的永磁同步电动机的控制方法，其特征在于，
作为使上述转子停止的控制，进行基于当时的上述磁极位置决定生成将上述转子的磁极位置牵引至停止位置并停止的磁场矢量的电流，并在上述绕线持续流通所决定的电流的固定励磁控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180320 |