CN110572104A - 永磁同步电动机的控制装置以及图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开永磁同步电动机的控制装置以及图像形成装置。能够降低初始位置推测中的磁极位置的位移而提高初始位置推测的精度。无传感器型的永磁同步电动机的控制装置具有推测停止状态的转子的磁极位置即初始位置的初始位置推测部，在将电角度360度的搜索范围划分而成的n个角度位置的每一个角度位置对电枢施加用于搜索初始位置的脉冲串(PA1)。脉冲串(PA1)具有n个角度位置的1个角度位置的第1脉冲(P1)和多个第2脉冲(P2a、P2b)，多个第2脉冲(P2a、P2b)是产生欲使转子向与第1方向相反的第2方向旋转的转矩的角度位置处的脉冲，第1方向是在通过该第1脉冲(P1)的施加而产生了使转子旋转的转矩时的旋转方向。

Description

永磁同步电动机的控制装置以及图像形成装置

技术领域

本发明涉及永磁同步电动机的控制装置以及图像形成装置。

背景技术

一般情况下，永磁同步电动机(PMSM：Permanent Magnet Synchronous Motor)具有具有绕组(电枢绕组)的定子和使用了永久磁铁的转子，使交流电流流过绕组而产生旋转磁场。由此，转子与旋转磁场同步地旋转。

近年来，无传感器型的永磁同步电动机被广泛使用。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，在无传感器型的永磁同步电动机的驱动中，使用基于在旋转过程中在绕组中产生的感应电压而流动的电流来推测转子的磁极位置以及转速的方法。

另外，作为在无传感器型的永磁同步电动机停止时推测转子的磁极位置的所谓的初始位置推测的办法，有被称为电感式传感的方法。该方法是利用因磁极位置而绕组的电感微妙地变化的性质的方法，如专利文献1所记载的那样，以依次进行各相的励磁的方式对绕组施加电压，通过将各相的励磁中流过绕组的电流的峰值振幅值进行比较来推测磁极位置。

通过进行初始位置推测，之后使转子旋转时，能够根据转子的磁极位置适当地对定子进行励磁。

作为用于提高初始位置推测的精度的现有技术，有专利文献2所记载的技术。在专利文献2中公开了如下技术：将为了初始位置推测而施加电压的时间控制为马达不起动的程度的时间。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭63-069489号公报

专利文献2：日本特开2016-82615号公报

发明内容

在基于电感式传感的初始位置推测中，对绕组施加电压，以在将电角度360度(2π)的角度位置范围划分为n个分区而得到的n个角度位置的每一个角度位置产生磁场。隔开间隔进行多次施加，在每次施加时测定在绕组中流动的电流。然后，基于多次测量的结果来推测磁极位置。例如，将电流值最大的角度位置推测为磁极位置。

为了初始位置推测而施加的电压在测定的电流值产生与磁极位置相应的有效差异的范围内被设定得低，施加时间在可测定的范围内被设定得短。

但是，根据产生的磁场的方向和此时的磁极位置的位置关系，有时因磁场而产生旋转转矩，转子会稍微旋转。作为消除旋转的方法，考虑使第奇数个的施加的角度位置和第偶数个的施加的角度位置相差180度。

然而，特别是，在内转子型的马达中，由于与外转子型相比惯性较小，因此在第奇数个的施加结束后也存在因惯性而持续旋转的情况。因此，在旋转过程中进行第偶数个的施加，使角度位置相差180度的第偶数个的施加中产生的磁场的作用限于使惯性旋转停止的制动作用，不使转子向反方向旋转。即，转子在通过由于第奇数个的施加而引起的旋转而磁极位置发生了变化(微移动)的状态下停止。

存在由于这样的磁极位置的位移而初始位置推测的精度降低的问题。若在初始位置推测中每次改变角度位置而产生磁场时位移量累积而增加，则初始位置推测的精度进一步降低。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，降低初始位置推测中的磁极位置的位移而提高初始位置推测的精度。

本发明的实施方式的控制装置是利用由流过电枢的电流所产生的旋转磁场使使用了永久磁铁的转子旋转的无传感器型的永磁同步电动机的控制装置，所述控制装置具有：驱动部，对所述电枢施加电压来对所述转子进行驱动；初始位置推测部，推测停止状态的所述转子的磁极位置即初始位置；以及控制部，对所述驱动部进行控制，以在将电角度360度的搜索范围划分而成的n个角度位置的每一个角度位置对所述电枢施加由用于搜索所述初始位置的电压脉冲构成的脉冲串，所述脉冲串是具有第1脉冲和第2脉冲的脉冲串，所述第1脉冲是所述n个角度位置中的1个角度位置处的脉冲，所述第2脉冲是产生欲使所述转子向与第1方向相反的第2方向旋转的转矩的角度位置处的脉冲，所述第2脉冲产生比通过所述第1脉冲产生的转矩大的转矩，所述第1方向是在通过施加该第1脉冲而产生了使所述转子旋转的转矩的情况下的所述转子的旋转方向。

另外，所述脉冲串也可以是具有第1脉冲和多个第2脉冲的脉冲串，所述第1脉冲是所述n个角度位置中的1个角度位置处的脉冲，所述第2脉冲是产生欲使所述转子向与第1方向相反的第2方向旋转的转矩的角度位置处的脉冲，所述第1方向是通过施加该第1脉冲而产生了使所述转子旋转的转矩的情况下的所述转子的旋转方向。

根据本发明，能够降低初始位置推测中的磁极位置的位移而提高初始位置推测的精度。

附图说明

图1是表示具备本发明的一个实施方式的马达控制装置的图像形成装置的结构的概要的图。

图2是示意性地表示无刷马达的结构的图。

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性结构的例子的图。

图5是表示马达控制装置中的马达驱动部和电流检测部的结构的例子的图。

图6是表示基于全搜索的初始位置推测的处理的概要的图。

图7是表示在基于全搜索的初始位置推测中流过电枢的电流的测定结果的例子的图。

图8是表示用于搜索磁极位置的电压脉冲的方向与使转子旋转的转矩的关系的图。

图9是表示抑制磁极位置的位移的基本的搜索顺序的图。

图10是表示图9的搜索顺序的脉冲串的结构和作用的图。

图11是表示用于供纸的辊的旋转驱动序列的例子的图。

图12是表示改良后的搜索顺序的第1例的图。

图13是表示图12的第1例的脉冲串的结构和作用的图。

图14是表示改良后的搜索顺序的第2例的图。

图15是表示改良后的搜索顺序的第2例的图。

图16是表示图14和图15的第2例的脉冲串的结构和作用的图。

图17是表示改良后的搜索顺序的第3例的图。

图18是表示图17的第3例的脉冲串的结构和作用的图。

图19是表示改良后的搜索顺序的第4例的图。

图20是表示图19的第4例的脉冲串的结构和作用的图。

图21是表示马达控制装置中的处理流程的概要的图。

附图标记说明

1：图像形成装置；2：片材；3、3A、3B：马达(永磁同步电动机)；10：打印机引擎；15：供纸辊(辊)；21、21A、21B：马达控制装置(控制装置)；23：矢量控制部(控制部)；25：初始位置推测部；26：马达驱动部(驱动部)；31、31b：定子(电枢)；32、32b：转子；90：印刷位置；F、F1、F2：转矩；I：电流；Pg1～Pg12：组；P1：脉冲(第1脉冲)；P2a、P2b：脉冲(第2脉冲)；P3：脉冲(第3脉冲)；PA1、PA2、PA3、PA4：脉冲串；PS：磁极位置；PSs：初始位置；θ：角度(角度位置)；θ1：第1角度(第1位置)；θ2：第2角度(第2位置)；θ3：第3角度(第3位置)；θ4：第4角度(第4位置)。

具体实施方式

图1表示具备本发明的一个实施方式的马达控制装置的图像形成装置的结构的概要，图2示意性地表示无刷马达3的结构。

在图1中，图像形成装置1是具备串列型的打印机引擎10的电子照相方式的彩色打印机。下侧的部分1B为具备抽屉式的供纸托盘13A、13B的二级结构的片材盒。

图像形成装置1根据经由网络从外部的主机装置输入的作业，形成彩色或单色的图像。图像形成装置1具有控制其动作的控制电路100。控制电路100具备执行控制程序的处理器及其外围设备(ROM、RAM等)。

打印机引擎1A具有4个成像单元11y、11m、11c、11k以及中间转印带12等。

成像单元11y～11k的基本结构相同，分别具有筒状的感光体、带电器、显影器、清洁器以及曝光用的光源等。中间转印带12卷绕在一对辊之间而旋转。在中间转印带12的内侧，对每个成像单元11y～11k配置有一次转印辊。

在彩色打印模式中，成像单元11y～11k并行地形成Y(黄色)、M(品红色)、C(青色)以及K(黑色)这4种颜色的调色剂像。4种颜色的调色剂像依次被一次转印到旋转中的中间转印带12。Y的调色剂像最初被转印，以与其重叠的方式M的调色剂像、C的调色剂像以及K的调色剂像依次被转印。

与调色剂像的形成并行地，从按照作业的指定而选择的一方的供纸托盘13通过拾取辊14抽出片材(记录用纸)2，通过供纸辊15向定位辊16输送。

一次转印的调色剂像在与二次转印辊17相对的印刷位置90处，二次转印到由定位辊16输送的片材2。在二次转印之后，片材2通过定影器18的内部被送出到上部的排纸托盘19。在通过定影器18时，调色剂像通过加热及加压而定影到片材2。

图像形成装置1具备多个马达作为使感光体、显影器以及各种辊等旋转体旋转的驱动源。作为其中之一的马达3A对上层的供纸托盘13A的辊组进行旋转驱动。另外，作为另一个的马达3B对下层的供纸托盘13B的辊组进行旋转驱动。这些马达3A、3B分别由马达控制装置21A、21B控制。马达控制装置21A、21B按照来自控制电路100的指令使马达3A、3B旋转或停止。

以下，有时不区分马达3A、3B而记为“马达3”，不区分马达控制装置21A、21B而记为“马达控制装置21”。

在图2中，马达3a、3b是DC无刷马达，详细而言是无传感器型的永磁同步电动机(PMSM：Permanent Magnet Synchronous Motor)。

图2(A)所示的马达3a具备作为产生旋转磁场的电枢的定子31和使用了永久磁铁的内侧式的转子32。定子31具有以120°的电角度间隔配置的U相、V相、W相的芯36、37、38、以及Y接线的3个绕组(线圈)33、34、35。通过使U相、V相以及W相的三相交流电流流过绕组33～35而依次对芯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。

图2(B)所示的马达3b具备产生旋转磁场的定子31b和使用了永久磁铁的外侧式的转子32b。定子31b具有以120°的电角度间隔配置的U相、V相、W相的芯36b、37b、38b、以及Y接线的3个绕组33b、34b、35b。马达3b也与马达3同样地与旋转磁场同步地旋转。

一般情况下，外转子型的马达与同级的内转子型的马达相比，转子(rotor)的惯性大，因此定速旋转时的稳定性优异。与此相对，内转子型的马达的惯性小，因此响应性优异。

在图像形成装置1中，在使用多张片材2的多打印作业中，需要在短时间内反复进行拾取辊14和供纸辊15的起动和停止。因此，作为马达3A、3B，使用响应性优异的内转子型的马达3a。

在图2(A)所示的例子中，转子32的磁极数为4。但是，转子32的磁极数不限于4个，也可以是2个或6个以上。另外，定子31的槽数不限于6。总之，对于马达3A、3B使用以d-q轴坐标系为基本的控制模型来进行磁极位置和转速的推测的矢量控制(无传感器矢量控制)是由马达控制装置21A、21B进行的。

另外，以下，有时将转子32的S极和N极中的以双圈表示的N极的旋转角度位置称为转子32的“磁极位置PS”。另外，有时将从转子32的旋转中心朝向磁极位置PS的方向称为“磁极方向”。

图3表示马达3的d-q轴模型。在马达3的矢量控制中，将流过马达3的绕组33～35的三相的交流电流转换为流过与作为转子32的永久磁铁同步地旋转的二相的绕组的直流电流，使控制简单化。

将永久磁铁的磁通方向(N极的方向)设为d轴，将从d轴前进了电角度π/2[rad](90°)的方向设为q轴。d轴和q轴是模型轴。以U相的绕组33为基准，将相对于此的d轴的前进角定义为θ。该角度θ表示相对于U相的绕组33的磁极的角度位置(磁极位置PS)。d-q坐标系处于以U相的绕组33为基准并从此前进了角度θ的位置。

由于马达3不具有检测转子32的角度位置(磁极位置)的位置传感器，所以需要在马达控制装置21中推测转子32的磁极位置PS。与表示该推测出的磁极位置的推测角度θm对应地确定γ轴，将比γ轴前进了电角度π/2的位置确定为δ轴。γ-δ坐标系处于以U相的绕组33为基准并从此前进了推测角度θm的位置。将相对于角度θ的推测角度θm的延迟量定义为Δθ。当延迟量Δθ为零时，γ-δ坐标系与d-q坐标系一致。

图4表示马达控制装置21的功能性结构的例子，图5表示马达控制装置21中的马达驱动部26和电流检测部27的结构的例子。另外，在图6中表示基于全搜索的初始位置推测的处理的概要，图7表示在基于全搜索的初始位置推测中流过电枢的电流的测量结果的例子。

如图4所示，马达控制装置21具有矢量控制部23、速度/位置推测部24、初始位置推测部25、马达驱动部26以及电流检测部27等。

马达驱动部26是使电流流过马达3的绕组33～35来驱动转子32的三相逆变器。如图5所示，马达驱动部26具有针对每个相的特性一致的晶体管(例如，场效应晶体管：FET)Q1～Q6、以及预驱动电路265等。

通过晶体管Q1～Q6，控制从直流电源线211经由绕组33～35流向接地线的电流I。详细而言，通过晶体管Q1、Q2，控制流过绕组33的电流Iu，通过晶体管Q3、Q4，控制流过绕组34的电流Iv。然后，通过晶体管Q5、Q6，控制流过绕组35的电流Iw。

在图5中，预驱动电路265将从矢量控制部23输入的控制信号U+、U-、V+、V-、W+、W-转换为适于各晶体管Q1～Q6的电压电平。转换后的控制信号U+、U-、V+、V-、W+、W-被输入到晶体管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，检测流过绕组33、34的电流Iu、Iv。由于Iu+Iv+Iw＝0，因此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对基于插入到电流Iu、Iv的流路中的分流电阻的电压下降进行放大并进行A/D转换，作为电流Iu、Iv的检测值输出。即，进行二分流方式的检测。分流电阻的电阻值是1/10Ω级的小的值。

返回到图4，矢量控制部23根据来自控制电路100的指令S1所包含的速度指令值ω*，控制马达驱动部26。控制电路100在执行作业时，将与根据作业设定的处理速度对应的速度指令值ω*赋予给矢量控制部23。另外，在图像形成装置1的电源接通时、执行作业时、或者从节电模式恢复到通常模式时等，指示初始位置推测的执行。

矢量控制部23当被指示起动时，控制马达驱动部26，以生成从在此之前由初始位置推测部25推测并存储的初始位置旋转的旋转磁场。

矢量控制部23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。通过这些各部，如下那样进行用于马达3的矢量控制的处理。

速度控制部41基于来自控制电路100的速度指令值ω*和来自速度/位置推测部24的速度推测值ωm，以速度推测值ωm接近速度指令值ω*的方式决定γ-δ坐标系的电流指令值Iγ*、Iδ*。

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/位置推测部24的推测角度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-，向马达驱动部26输出。控制信号U+、U-、V+、V-、W+、W-是用于通过脉冲宽度调制(PWM：PulseWidth Modulation)对供给到马达3的三相交流电力的频率和振幅进行控制的信号。

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和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/位置推测部24的推测角度θm和三相的电流Iu、Iv、Iw的值，计算γ-δ坐标系的推测电流值Iγ、Iδ。即，对电流进行从三相向二相的转换。

速度/位置推测部24基于来自输入坐标转换部45的推测电流值Iγ、Iδ和来自电流控制部42的电压指令值Vγ*、Vδ*，按照所谓的电压电流方程式求出速度推测值ωm和推测角度θm。求出的速度推测值ωm被输入到速度控制部41，求出的推测角度θm被输入到输出坐标转换部43以及输入坐标转换部45。

初始位置推测部25使用电感式传感法推测停止状态的转子32的磁极位置PS即初始位置PSs(参照图6)。停止状态未必限定于转子32完全静止的状态，也可以是以接近零的低速度旋转或小幅振动的即将静止的状态。

初始位置PSs的推测要领如下。

本实施方式中的初始位置推测使用所谓的全搜索的方法，在该方法中，对将电角度360度的搜索范围均等地划分为n个分区而得到的n个角度位置的每一个角度位置施加用于搜索初始位置的电压脉冲。

作为基于全搜索的初始位置推测的处理，速度控制部41控制马达驱动部26，以在转子32为停止状态时改变角度θ来多次施加图6(A)、(B)所示的脉冲P(电压脉冲Vθ)。

在图6(A)中，脉冲P是矢量，其方向即脉冲P的角度θ被切换为各错开将电角度360度的搜索范围进行12等分而得到的30度的方向。即，对各错开30度的12个方向分别施加脉冲P。

另外，以下，有时将为了推测初始位置PSs而改变脉冲P的方向来施加的情况称为“搜索”。

当施加用于搜索的脉冲P时，根据脉冲P的角度θ，在各绕组33～35中流过电流。电流的大小与和脉冲P的角度θ对应的绕组33～35的阻抗成反比。绕组33～35的阻抗主要取决于其电感，在作为永久磁铁的N极的方向的d轴上最低。因此，在通过脉冲P的施加而流动的电流最大时，该脉冲P的角度位置称为d轴。在将脉冲P的角度θ设为相对于U相的绕组33的角度位置的情况下，脉冲P的角度θ为d轴。

而且，通过脉冲P的施加而产生磁场(磁场矢量)，因此有时由此会产生使转子32旋转的转矩。若产生转矩，则存在转子32旋转而磁极位置发生变化的情况。

在本实施方式中，为了使转子32尽量不旋转，产生第2脉冲P，以在产生想要向与第1方向相反的第2方向旋转的转矩的其他角度θ产生磁场矢量，所述第1方向为通过第1脉冲P的施加而产生的转矩引起的旋转方向。而且，为了使基于第2脉冲P的转矩比基于第1脉冲P的转矩大，增多第2脉冲P的个数或者增大脉冲P的大小。

在搜索中的矢量控制中，在用于控制马达驱动部26的实际的处理上，能够通过控制向输出坐标转换部43输入的电压指令值Vγ*、Vδ*来施加脉冲P。但是，在搜索中，代替电压指令值Vγ*、Vδ*而使用电压指令值Vd*、Vq*。即，在该情况下，将电压指令值Vq*设为零，将电压指令值Vd*设为适当的大小，能够通过指定角度θ来施加脉冲P。

另外，不是将电压指令值Vd*、Vq*提供给电流控制部42，而是将电流指令值Id*、Iq*提供给电流控制部42，并且在根据电流指令与电压指令的角度差校正角度θ之后，也可以将校正后的角度θ输入到电流控制部42或输出坐标转换部43。在该情况下，电流控制部42基于输入的电流指令值Id*、Iq*，生成用于施加脉冲P的电压指令值Vd*、Vq*。

例如，作为用于搜索的处理，如图4所示，速度控制部41将电流指令值Id*、Iq*提供给电流控制部42，并且将作为角度设定信息80存储的角度θ输入到输出坐标转换部43。角度θ例如从0开始每当施加脉冲P时增加30度(π/6)直至增加到330度(11π/6)。

代替电流指令值Iγ*、Iδ*，电流控制部42基于电流指令值Id*、Iq*，决定电压指令值Vγ*、Vδ*。即，在初始位置推测的处理中，与电流指令值Id*、Iq*对应地决定电压指令值Vd*、Vq*。若使电压指令值Vq*为0，则电压指令值Vd*的角度与脉冲P的角度θ一致。

另外，如上所述，也可以构成为不使用电流指令值Id*、Iq*，电流控制部42直接输出电压指令值Vd*、Vq*来设定脉冲P的位置以及电压值。

代替推测角度θm，输出坐标转换部43基于角度θ，将电压指令值Vγ*、Vδ*转换为电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。基于该电压指令值Vu*、Vv*、Vw*，PWM转换部44生成控制信号U+、U-、V+、V-、W+、W-，马达驱动部26按照控制信号U+、U-、V+、V-、W+、W-对马达3施加脉冲P。

另外，图6(B)所示的各脉冲P的波形由单一的矩形构成，但实际上对马达3施加的电压的波形例如由按照U相、V相以及W相的每一相以10kHz～20kHz的时钟周期进行了脉冲宽度调制的许多个矩形构成。

如图6(B)所示，流过绕组33～35的推测电流值Iγ随着各脉冲P的施加而增加，随着各脉冲P的施加的结束而减少。增加及减少是指数函数性的变化。各脉冲P在通过前一个脉冲P的施加而增加的推测电流值Iγ减少到增加前的电平的定时被施加。脉冲P的施加的周期H例如为0.5～1ms左右。

初始位置推测部25从输入坐标转换部45取入从各脉冲P的上升沿经过了比脉冲P的脉冲宽度短的时间T0的时间点的推测电流值Iγ、Iδ。在施加12次脉冲P的情况下，依次取入12个推测电流值Iγ。推测电流值Iγ、Iδ与流过定子31的绕组33～35的电流I对应。

在图6(A)所示的例子中，作为与初始位置PSs对应的角度的初始角度θs大约为43度。因此，在图7中，搜索的角度θ为接近初始角度θs的30度或60度时的推测电流值Iγ比在其他时特别是接近与初始位置PSs正相反的位置的210度或240度时的推测电流值Iγ大。

初始位置推测部25将与取入的12个推测电流值Iγ中的最大的推测电流值Iγ对应的角度θ推测为初始角度θs。或者，在12个推测电流值Iγ中从大的推测电流值Iγ开始依次提取两个以上的预定个数，通过基于提取出的预定个数的推测电流值Iγ的插值运算，将推测电流值Iγ成为最大的角度计算为初始角度θs。

速度控制部41将被通知的初始角度θs在开始转子32的旋转时作为推测角度θm的初始值输入到输出坐标转换部43。由此，以使转子32从推测出的初始位置PSs旋转的方式控制马达驱动部26。

在图8中表示用于搜索磁极位置PS的脉冲P(电压脉冲Vθ)的方向与使转子32旋转的转矩F1、F2的关系，在图9中表示抑制磁极位置PS的位移的基本的搜索顺序，在图10中表示与图9的搜索顺序有关的脉冲串PA0的结构和作用。

在初始位置推测中，根据产生的脉冲P的方向和此时的磁极位置PS的位置关系，有时产生使转子32旋转的转矩F。即，在图8中，假设在基于脉冲P的磁场矢量的方向偶然与通过磁极位置PS的d轴一致的情况下，不产生转矩F，产生抑制旋转的保持力。但是，在与d轴不一致的情况下，产生第1方向的转矩F1或者第2方向的转矩F2。并且，磁场矢量的方向越接近q轴，该转矩F1、F2越大。

若产生克服惯性力的大小的转矩F，则转子32旋转而磁极位置PS发生位移。磁极位置PS的位移使初始位置推测的精度降低。精度的降低成为马达3起动时的上升的延迟等的原因。

为了降低从初始位置推测的开始到结束为止之间的磁极位置PS的位移量，如图9所示，考虑使第奇数个产生的脉冲P的方向(角度)和第偶数个产生的脉冲P的方向相差180度。

在图9的例子中，将第1个、第3个、第5个、第7个、第9个、第11个角度θ依次设为0°、30°、60°、90°、120°、150°。并且，将第2个、第4个、第6个、第8个、第10个、第12个角度θ依次设为180°、210°、240°、270°、300°、330°。即，施加由图10所示的12个脉冲P11～P22构成的脉冲串PA0。

在施加这样的脉冲串PA0的搜索中，例如，如图10所示，在施加了第1个脉冲P11时产生了转矩F1的情况下，在施加了第2个脉冲P12时，产生相反方向的转矩F2。

若马达3为外转子型，则即使转子32因转矩F的产生而旋转，随着各脉冲P11、P12的施加结束，转矩F减少，随之转速降低，在施加下一个脉冲之前停止旋转。

但是，如以上所述，在使用内转子型马达作为马达3的情况下，由于第1个脉冲P11的施加而开始移动的转子32有时在脉冲P11的施加结束后也因惯性而继续旋转。但是，由于脉冲施加的周期短，所以直到施加第2个脉冲P12为止的旋转量为1°左右，与搜索范围的分割角度(在本例中为30°)相比足够小。

基于第2个脉冲P12的转矩F2的大小与基于第1个脉冲P11的转矩F1的大小大致相等。

但是，基于第2个脉冲P12的转矩F2作为使转子32的惯性旋转停止的制动器起作用，但不会成为使其停止且反向旋转的驱动力。即，直到惯性旋转停止为止的磁极位置PS的位移量即使施加脉冲P12也不减少。

在转子32停止的状态下施加第3个脉冲P13。只要基于该施加的磁场矢量的方向与磁极方向不一致，或多或少会产生转矩F。该转矩F有时比基于第1个脉冲P11的转矩F1小，有时比基于第1个脉冲P11的转矩F1大。另外，基于第3个脉冲P13的转矩，在图中其方向与基于第1个脉冲脉冲P11的转矩F1相同，但也有其方向与基于第1个脉冲P11的转矩F1相反的情况。

无论哪种情况，若通过新产生的转矩F使转子32旋转，则与第1个以及第2个脉冲施加时同样地，在第3个和第4个脉冲施加时，磁极位置PS也发生位移，并且位移量不减少。即，从初始位置推测的开始起的位移量增大。

之后，每当施加第奇数个脉冲P15、P17、P19、P21时，位移量也增大。

初始位置推测中的磁极位置PS的位移使推测的精度降低，并且，如以下所述，对片材2的供纸控制的定时设定也产生影响。

图11表示用于供纸的辊的旋转驱动序列的例子。详细地说，图11(A)表示多打印作业中的供纸动作的多个阶段，图11(B)表示辊控制的定时，图11(C)表示初始位置推测中的马达3的旋转引起的片材2a的位移的例子。

在图11(A)及图11(B)中，在定时t0，供纸用辊组(拾取辊14和供纸辊15的总称)及定位辊16停止。此时，假设驱动供纸用辊组的马达3的初始位置PSs已经被推测。

在定时t1，起动马达3，供纸用辊组开始旋转。在定时t2，最上面的片材2a从供纸托盘13被抽出并向定位辊16输送。

之后，当片材2a到达定位辊16时，供纸用辊组停止(定时t3)。进行如下控制：在从供纸托盘13到定位辊16为止的输送(供纸)的前半，为了提高生产率而使马达3高速旋转，在输送(供纸)的后半，使马达3减速以使片材2在定位辊16的位置停止。例如在基于配置在供纸辊15的下游侧附近的片材传感器51的输出的预定的定时开始减速。

在适于二次转印中的图像与片材2的对位(配准)的定时t4，定位辊16开始旋转，向印刷位置90输送片材2a。此时，供纸用辊组停止。

在从定时t4延迟的定时t5，供纸用辊组再次旋转，开始供给第2张片材2b。通过设定从定时t4到定时t5的时间T45，能够调整片材2a与片材2b之间的距离(纸间隔)。另外，在再次开始供纸之前，在从第1张片材2a通过完毕供纸辊15到定时t5为止的期间，也可以根据需要重新推测马达3的初始位置PSs。

在定时t6，当片材2b到达定位辊16时，供纸用辊组停止。之后，与第1张同样地向印刷位置90输送片材2b，供给第3张片材2c。

另外，在开始这样的一系列的供纸动作之前的初始位置推测中，当马达3的磁极位置PS发生位移时，拾取辊14旋转。因此，如图11(C)所示，在定时t0，片材2a有时被送出长度d1的量。在该情况下，由于供纸中的输送距离D1缩短了长度d1，因此为了使片材2a在定位辊16的位置停止，需要减慢输送速度。若减慢输送速度，则为了防止后续的片材2b重叠，必须扩大纸间隔。因此，多打印的生产率降低。

另外，例如在上层的供纸托盘13A日常使用，下层的供纸托盘13B很少使用的情况下，马达3A、3B中的马达3B大多不能仅通过在电源接通时等进行初始位置推测而起动。即，每次的初始位置推测中的磁极位置PS的位移量持续累积。因此，在少见地使用供纸托盘13B时，片材2被送出的长度d1与供纸托盘13A相比大幅变长，因此，有可能将片材2过剩地送入到定位辊16而发生卡纸。

因此，在图像形成装置1中设置有通过以对图9所示的搜索顺序进行改良的顺序搜索初始位置PSs来降低磁极位置PS的位移量的功能。以下，以改良后的搜索顺序为中心对图像形成装置1的结构和动作进行说明。

在本实施方式中，将产生脉冲P的方向的个数n设为4的整数倍的12，将电角度360°的搜索范围的分割角度设为30°。但是，不限于此，可以将个数n设为4的2倍以上的值，例如72～8。在该情况下，分割角度为5°～45°的范围内的值。

图12表示改良后的搜索顺序的第1例，图13表示图12的第1例的脉冲串PA1的结构和作用。

按照图12的第1例的顺序进行的搜索是施加图13所示的脉冲串PA1的搜索。脉冲串PA1的脉冲数是与搜索的角度θ的个数相同的12。即，构成脉冲串PA1的12个脉冲均使得在与其他脉冲不对应的角度θ产生磁场矢量，每当施加脉冲时，测量流过绕组33～35的电流I。图12中的黑圆表示在脉冲的施加过程中测定电流I。脉冲数与电流I的测定次数相等的情况与基于图9所示的顺序的搜索相同。

脉冲串PA1是分别由4个脉冲P1、P2a、P2b、P3构成的合计3个组Pg1、Pg2、Pg3相连而成的脉冲串。

另外，图示的脉冲串PA1示意性地表示实际上对U相、V相以及W相的每个相进行脉冲宽度调制而施加于马达3的电压的施加期间。在以下的其他例子中也是同样的。

在各组Pg1、Pg2、Pg3中，第1个脉冲P1是作为12个角度θ中的1个的第1角度θ1的脉冲P即第1脉冲。第1角度θ1被确定为不与和其他组的第1个脉冲P1对应的第1角度θ1重复。

第2个和第3个这两个脉冲P2a、P2b是依次施加于产生欲使转子32向与第1方向相反的第2方向旋转的转矩F的第2角度θ2和第3角度θ3的第2脉冲，所述第1方向是在通过第1个脉冲P1的施加而产生了使转子32旋转的转矩F的情况下的转子32的旋转方向。第2角度θ2被设为从第1角度θ1离开±90°以上(例如180°)的角度θ。另外，在本例中，第3角度θ3被设为与其他组的脉冲不对应的角度θ中的与第2角度θ2最近的角度θ。

并且，第4个脉冲P3是在第4角度θ4产生磁场矢量的第3脉冲，所述第4角度θ4是产生欲使转子32向与基于第1个脉冲P1的旋转相同的第1方向旋转的转矩F的角度。第4角度θ4是从第3角度θ3离开±90°以上(例如180°)的角度θ。

在本第1例中，组Pg1的第1角度θ1、第2角度θ2、第3角度θ3以及第4角度θ4依次被设为0°、180°、210°以及30°。在组Pg2中，按照同样的顺序被设为60°、240°、270°以及90°，在组Pg3中，按照同样的顺序被设为120°、300°、330°以及150°。

如图13所示，例如当施加最前头的组Pg1的第1个脉冲P1(第1脉冲)时产生转矩F1时，转子32旋转起来。转子32在脉冲P1的施加结束后也由于惯性继续旋转。

在施加第2个脉冲P2a(第1个第2脉冲)时产生相反方向的转矩F2。由此，转子32的惯性旋转停止。但是，在惯性旋转停止之前的磁极位置PS的位移量通过基于脉冲P2a的转矩F2是不能减少。

以上为止的状况与施加了图10中的脉冲P11、P12时的状况相同。

与图10的情况不同，通过第3个脉冲P2b(第2个第2脉冲)的施加，产生与基于第2个脉冲P2a的转矩F2相同方向的转矩F2。由此，虽然产生的定时不同，但在通过第1个脉冲P1而磁极位置PS的位移开始之后产生并起到抑制位移的作用的转矩F2的总量是增加的。

即，由于基于脉冲P2b的转矩F2相加于基于脉冲P2a的转矩F2，因此，不是仅仅停留于使转子32的旋转停止，而是产生使其停止且反向旋转的作用。

通过第3个脉冲P3的施加而开始的反向旋转，磁极位置PS的位移量减少。但是，在脉冲P3的施加结束后，转子32也由于惯性而继续反向旋转。

若施加第4个脉冲P4(第3脉冲)，则产生与基于第1个脉冲P1的转矩F1相同方向的转矩F1。该转矩F1使基于第3个脉冲P3的惯性的反向旋转停止。

由此，以通过第3个脉冲P2b以及第4个脉冲P3消除由于第1个脉冲P1以及第2个脉冲P2a引起的磁极位置PS的位移的形式，磁极位置PS返回到大致原来的位置。尽管不完全返回，但至少磁极位置PS的位移量减少。

除了最前头以外的组Pg2、Pg3的结构除了与各脉冲对应的角度θ1～θ4的值不同以外，与组Pg1的结构基本相同。即，任一组都由如下脉冲构成：作为用于对1个角度θ进行搜索的第1脉冲的脉冲P1；作为使旋转停止且反向旋转的第2脉冲的两个脉冲P2a、P2b；以及作为用于使反向旋转停止的第3脉冲的脉冲P3。因此，在组Pg2、Pg3中，也与组Pg1同样地，在各组中产生使转子32旋转的大小的转矩而磁极位置PS发生了位移的情况下，能够得到使磁极位置PS返回到原来的作用效果。

组Pg1、Pg2、Pg3的排列顺序不限于例示的顺序，能够以组为单位任意地替换。例如，也可以将最前头设为组Pg3。在该情况下，最初的脉冲P的角度θ为90°。

图14及图15表示改良后的搜索顺序的第2例，图16表示图14及图15的第2例的脉冲串PA2的结构和作用。

按照第2例的顺序进行的搜索是施加图16所示的脉冲串PA2的搜索。脉冲串PA2的脉冲数是比作为搜索的角度θ的个数n的12多的48。在脉冲串PA2中，除了电流I的测定所需的12个脉冲以外，还包含为了降低磁极位置PS的位移量而施加的脉冲。

脉冲串PA2是与搜索的角度θ的个数n相同的12个组Pg1、Pg2、Pg3、Pg4、Pg5、Pg6、Pg7、Pg8、Pg9、Pg10、Pg11、Pg12相连而成的脉冲串。这些组Pg1～Pg12分别由4个脉冲P1、P2a、P2b、P3构成。

如上所述，脉冲P1是第1角度θ1处的第1脉冲，脉冲P2a、P2b是在第2角度θ2或第3角度θ3处的第2脉冲。并且，脉冲P3是第4角度θ4处的第3脉冲。

本第2例的脉冲串PA2的组Pg1～Pg12与图12所示的第1例的组Pg1～Pg3的差异是第2角度θ2、第3角度θ3以及第4角度θ4的值。

在上述的第1例中，第2角度θ2的值与第3角度θ3的值不同，与此相对，在本第2例中，设为从第1角度θ1离开180°的相同的值。另外，在上述的第1例中，第1角度θ1的值与第4角度θ4的值不同，与此相对，在本第2例中，设为相同的值。

例如，本第2例中的组Pg1的第1角度θ1、第2角度θ2、第3角度θ3以及第4角度θ4依次被设为0°、180°、180°以及0°。在组Pg2中，按照同样的顺序被设为30°、210°、210°以及30°，在最后的组Pg12中，按照同样的顺序被设为330°、150°、150°以及330°。

根据本第2例的施加脉冲串PA2的初始位置推测，在各组Pg1～Pg12中，基于脉冲P1、P2a的磁场矢量和基于脉冲P2b、P3的磁场矢量成为正相反的关系，使磁极位置PS位移的转矩F和返回位移的转矩F成为同等的大小。由此，即使由于脉冲P1的施加而磁极位置PS发生了位移，在脉冲P3的施加结束的时候，磁极位置PS更可靠地返回到原来的位置。

通过组合4个脉冲P1、P2a、P2b、P3，每个组Pg能够得到消除磁极位置PS的位移的效果，所以能够按组单位任意地替换组Pg1～Pg12的排列顺序。

图17表示改良后的搜索顺序的第3例，图18表示图17的第3例的脉冲串PA3的结构及作用。

按照第3例的顺序进行的搜索是施加图18所示的脉冲串PA3的搜索。脉冲串PA3的脉冲数是比作为搜索的角度θ的个数n的12多但比上述的第2例少的24。在脉冲串PA3中，除了电流I的测定所需的12个脉冲以外，还包含为了降低磁极位置PS的位移量而施加的脉冲。

脉冲串PA3是比作为搜索的角度θ的个数n的12少的6个组Pg1、Pg2、Pg3、Pg4、Pg5、Pg6相连而成的脉冲串。这些组Pg1～Pg6分别由4个脉冲P1、P2a、P2b、P3构成。

脉冲P1是第1角度θ1处的第1脉冲，脉冲P2a、P2b是第2角度θ2或第3角度θ3处的第2脉冲。并且，脉冲P3是第4角度θ4处的第3脉冲。

在本第3例中，在各组Pg1～Pg6中，第2角度θ2与第3角度θ3被设为相同的值，第1角度θ1与第4角度θ4被设为不同的值。例如，最前头的组Pg1的第1角度θ1、第2角度θ2、第3角度θ3以及第4角度θ4依次被设为0°、180°、180°以及30°。在最后的组Pg6中，按照同样的顺序被设为300°、120°、120°以及330°。

并且，如图17(B)所示，在最后的组Pg6以外的组Pg1～Pg5中，确定为在施加了第1个脉冲P1时以及施加了第4个脉冲P3时，测定电流I。即，在组Pg1～Pg5中，电流I的测定各进行2次。在最后的组Pg6中，确定为仅在施加第1个脉冲P1时测定1次电流I。

根据本第3例，能够比第2例的情况与和第2例相比脉冲数少的量相应地缩短初始位置推测的所需时间。

图19表示改良后的搜索顺序的第4例，图20表示图19的第4例的脉冲串PA4的构成及作用。

按照第4例的顺序进行的搜索是施加图20所示的脉冲串PA4的搜索。脉冲串PA4的脉冲数是比作为搜索的角度θ的个数n的12多但比上述的第3例少的20。在脉冲串PA4中，除了电流I的测定所需的12个脉冲以外，还包含为了降低磁极位置PS的位移量而施加的脉冲。

脉冲串PA4是比作为搜索的角度θ的个数n的12少的5个组Pg1、Pg2、Pg3、Pg4、Pg5相连而成的脉冲串。这些组Pg1～Pg5分别由4个脉冲P1、P2a、P2b、P3构成。

脉冲P1是第1角度θ1处的第1脉冲，脉冲P2a、P2b是第2角度θ2或第3角度θ3处的第2脉冲。并且，脉冲P3是第4角度θ4处的第3脉冲。

在本第4例中，在各组Pg1～Pg5中，第2角度θ2与第3角度θ3被设为相同的值。这一点与第3例相同。在组Pg1～Pg4中，第1角度θ1与第4角度θ4被设为不同的值，在组Pg5中，第1角度θ1与第4角度θ4被设为相同的值。

具体而言，从最前头到第3个的组Pg1～Pg3的第1角度θ1、第2角度θ2、第3角度θ3以及第4角度θ4被设为与第3例相同的值(参照图17)。第4组Pg4的第1角度θ1、第2角度θ2、第3角度θ3以及第4角度θ4依次被设为210°、60°、60°以及270°。在最后的组Pg5中，按照同样的顺序被设为330°、150°、150°以及330°。

并且，如图19(B)所示，在组Pg1～Pg3中，确定为在施加了第1脉冲(P1)时、施加了多个第2脉冲的一方(P2b)时、以及施加了第3脉冲(P4)时，测定电流I。由于认为在多个第2脉冲(P2a、P2b)中，将之后施加的脉冲P2b施加时，磁极位置PS接近原来的位置，所以优选在施加了该脉冲P2b时进行测定。

另外，在组Pg4中，确定为在施加了第1脉冲(P1)时、在施加了第3脉冲(P4)时，测定电流I。在最后的组Pg5中，确定为在施加了第1脉冲(P1)时测定电流I。

根据本第4例，能够比第3例的情况进一步与和第3例相比脉冲数少的量相应地缩短初始位置推测的所需时间。

图21表示马达控制装置21中的处理流程的概要。

等待来自控制电路100的起动指令的输入(#101)。当输入起动指令时(#101：是)，进行初始位置推测处理(#102)，进行使马达3旋转的马达驱动的控制(#103)。继续进行马达驱动的控制，直到从控制电路100输入停止指令(#14)。

根据以上的实施方式，在初始位置推测时，不是通过施加1次脉冲来产生能够使因惯性而旋转的转子32反向旋转的大的转矩，而是通过施加两次脉冲，能够在时间上错开地产生能够使因惯性而旋转的转子32反向旋转的大的转矩。由此，在脉冲串PA的各组Pg中即使磁极位置PS发生了位移也能够返回为原来，能够降低初始位置推测中的磁极位置PS的位移量而提高初始位置推测的精度。

在以上所述的实施方式中，在基于磁场矢量的惯性的旋转在比较短的时间内停止的情况等下，省略第3脉冲的施加，也可以由第1脉冲和多个第2脉冲构成脉冲串PA的各组Pg。在该情况下，也能够通过第2脉冲的施加而使通过第1脉冲的施加而位移的磁极位置PS接近原来的位置，能够降低初始位置推测中的磁极位置PS的位移量。另外，脉冲串PA1～4还包含用于降低磁极位置PS的位移量的脉冲，整体是用于搜索初始位置的脉冲串。

在以上所述的实施方式中，也可以将确定搜索的角度θ的角度设定信息80存储在初始位置推测部25中，初始位置推测部25对速度控制部41指定角度θ。

在以上所述的实施方式中，也可以将脉冲串PA的各组Pg中的第2脉冲的个数设为3个以上。第1角度θ1、第2角度θ2、第3角度θ3以及第4角度θ4的具体值被确定为能够在各组Pg中得到降低磁极位置PS的位移量的效果即可，不限于例示的值。

此外，图像形成装置1以及马达控制装置21各自的整体或者各部的结构、处理的内容、顺序、或者定时、脉冲串PA中的脉冲周期H、脉冲宽度等能够按照本发明的宗旨进行适当变更。

Claims (12)

1.一种永磁同步电动机的控制装置，是利用由流过电枢的电流所产生的旋转磁场使使用了永久磁铁的转子旋转的无传感器型的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，所述控制装置具有：

驱动部，对所述电枢施加电压来对所述转子进行驱动；

初始位置推测部，推测停止状态的所述转子的磁极位置即初始位置；以及

控制部，对所述驱动部进行控制，以在将电角度360度的搜索范围划分而成的n个角度位置的每一个角度位置对所述电枢施加由用于搜索所述初始位置的电压脉冲构成的脉冲串，

所述脉冲串是具有第1脉冲和第2脉冲的脉冲串，所述第1脉冲是所述n个角度位置中的1个角度位置处的脉冲，所述第2脉冲是产生欲使所述转子向与第1方向相反的第2方向旋转的转矩的角度位置处的脉冲，所述第2脉冲产生比通过所述第1脉冲产生的转矩大的转矩，所述第1方向是在通过施加该第1脉冲而产生了使所述转子旋转的转矩的情况下的所述转子的旋转方向。

2.一种永磁同步电动机的控制装置，是利用由流过电枢的电流所产生的旋转磁场使使用了永久磁铁的转子旋转的无传感器型的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，所述控制装置具有：

驱动部，对所述电枢施加电压来对所述转子进行驱动；

初始位置推测部，推测停止状态的所述转子的磁极位置即初始位置；以及

控制部，对所述驱动部进行控制，以在将电角度360度的搜索范围划分而成的n个角度位置的每一个角度位置对所述电枢施加由用于搜索所述初始位置的电压脉冲构成的脉冲串，

所述脉冲串是具有第1脉冲和多个第2脉冲的脉冲串，所述第1脉冲是所述n个角度位置中的1个角度位置处的脉冲，所述第2脉冲是产生欲使所述转子向与第1方向相反的第2方向旋转的转矩的角度位置处的脉冲，所述第1方向是通过施加该第1脉冲而产生了使所述转子旋转的转矩的情况下的所述转子的旋转方向。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，

所述脉冲串为所述第1脉冲、所述多个第2脉冲以及第3脉冲的组相连多个而成的脉冲串，所述第3脉冲是产生欲使所述转子向所述第1方向旋转的转矩的角度位置处的脉冲。

4.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，

所述脉冲串的脉冲数与所述角度位置的个数n相同。

5.根据权利要求4所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，

所述角度位置的个数n是4的整数倍，

构成所述脉冲串的脉冲均为在与其他脉冲不对应的角度位置产生磁场矢量的脉冲，

在所述脉冲串的各组中，

所述多个第2脉冲是第2位置处的脉冲和第3位置处的脉冲这两个脉冲，所述第2位置是从作为与所述第1脉冲对应的角度位置的第1位置离开±90度以上的角度位置，所述第3位置是最接近该第2位置的角度位置，

所述第3脉冲是第4位置处的脉冲，所述第4位置是从所述第3位置离开±90度以上的角度位置。

6.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，

所述脉冲串中的所述组的个数与所述角度位置的个数n相同，

在所述脉冲串的各组中，

所述第1脉冲是在与其他组的第1脉冲不对应的角度位置产生磁场矢量的脉冲，

所述多个第2脉冲是在从与所述第1脉冲对应的角度位置离开±90度以上的相同的角度位置产生磁场矢量的两个脉冲，

所述第3脉冲是在与该第1脉冲对应的角度位置产生磁场矢量的脉冲。

7.根据权利要求6所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，

初始位置推测部基于施加所述脉冲串中的所述各组的所述第1脉冲时流过所述电枢的电流，推测所述初始位置。

8.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，

所述脉冲串中的所述组的个数比所述角度位置的个数n少，

在所述脉冲串的各组中，

所述第1脉冲是在与其他组的第1脉冲不对应的角度位置产生磁场矢量的脉冲，

所述多个第2脉冲是在从与所述第1脉冲对应的角度位置离开±90度以上的相同的角度位置产生磁场矢量的两个脉冲，

所述第3脉冲是在最接近与该第1脉冲对应的角度位置且与其他组的第3脉冲不对应的角度位置产生磁场矢量的脉冲。

9.根据权利要求8所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，

初始位置推测部基于施加所述脉冲串中的所述各组的所述第1脉冲时及施加多个组的所述第3脉冲时分别流过所述电枢的电流，推测所述初始位置。

10.根据权利要求8所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于，

初始位置推测部基于施加所述脉冲串中的所述各组的所述第1脉冲时、施加多个组的两个所述第2脉冲中的一方时、以及施加多个组的所述第3脉冲时分别流过所述电枢的电流，推测所述初始位置。

11.一种图像形成装置，其特征在于，具备权利要求1至10中的任一项所述的永磁同步电动机的控制装置，其中，所述图像形成装置具有：

打印机引擎，在印刷位置处将图像印刷于片材，

辊，通过由所述控制装置控制的所述无传感器型的永磁同步电动机被旋转驱动，向所述印刷位置输送所述片材。

12.根据权利要求11所述的图像形成装置，其特征在于，

所述永磁同步电动机为内转子型的无刷马达。