CN111342732A - 电动机控制装置以及图像形成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动机控制装置以及图像形成装置。电动机控制装置(70)包括通过电感式感测方式推定无刷DC电动机(30)的转子的磁极的初始位置的控制电路(50)。控制电路(50)控制驱动电路(40)，使得以第一通电角度将交流电压施加到定子绕组后，定子绕组(31)的剩余电流返回到零之前以第二通电角度将交流电压施加至定子绕组(31)。控制电路(50)针对每个通电角度，基于向定子绕组(31)施加电压之前或者在施加开始时检测到的剩余电流，对通过一定的通电时间的恒压的施加而产生的定子绕组电流的峰值进行修正，并基于修正后的峰值来推定转子的磁极的初始位置。

Description

电动机控制装置以及图像形成装置
技术领域
该公开涉及电动机控制装置，还涉及具备该电动机控制装置作为控制转子驱动用的电动机的控制装置的图像形成装置。特别是该公开涉及使无传感器的无刷DC电动机(也称为永磁铁同步电动机)启动时的电动机控制。
背景技术
在无传感器方式的无刷DC电动机中，不存在检测转子的永磁铁相对于定子的各相线圈的磁极位置的传感器。因此，一般使用基于在转子旋转时在定子绕组中产生的感应电压来推定转子的磁极位置的方法。然而，该方法需要转子旋转到能够检测感应电压的程度，所以不能够用作推定处于电动机启动前的静止状态的转子的磁极的初始位置的方法。
因此，作为推定处于静止状态的转子的磁极位置的方法，已知电感式感测的方法(例如参照专利第2547778号公报)。基于电感式感测的初始位置推定的方法利用将转子未旋转的电平的电压以多个电角施加到定子绕组时，根据转子的磁极位置和由定子绕组产生的电流磁场的位置关系，有效的电感微妙地变化的性质。具体地，根据专利文献1，在各电角下以一定的通电时间向定子绕组施加电压时，最高的电流值的通电角度表示转子的磁极的位置。
在电感式感测的方法中，需要以多个电角(以下，也称为通电角度)向定子绕组施加电压。若以某个通电角度向定子绕组施加脉冲电压则绕组电流开始增加，在一定时间的电压的施加中，绕组电流持续增加，若结束脉冲电压的施加，则绕组电流逐渐减少。若以下一个通电角度开始向定子绕组施加电压，则绕组电流再次开始增加，重复以下同样的绕组电流的变化。
此处，为了高精度地检测转子的磁极的初始位置，在某个通电角度下的向定子绕组的电压施加结束后，到以下一个通电角度向定子绕组开始电压的施加为止的期间中，绕组电流需要返回到零。这是因为，转子的磁极的初始位置推定通常基于向定子绕组的电压施加中的绕组电流的峰值，所以如果有剩余电流则峰值电流的值产生误差。
另一方面，为了提高转子的磁极的初始位置的推定精度，需要以多个通电角度向定子绕组施加电压来检测电压施加中的峰值电流。因此，若在每次的电压施加后等待定子绕组的剩余电流完全返回到0，则转子的磁极的初始位置推定花费时间。在频繁需要打开和关闭电动机的应用中，转子的磁极的初始位置推定花费时间成为问题。然而，若通过减少电感式感测时的通电角度的数量来减少初始位置推定的时间，则磁极的初始位置的推定精度恶化，所以存在在电动机的启动中引起失调的危险性。
发明内容
该公开考虑到上述的问题点，其目的之一在于能够使用电感式感测的方法在短时间内高精度地推定转子的磁极的初始位置的无刷DC电动机的控制装置。
一个实施方式的电动机控制装置是控制无传感器方式的无刷DC电动机的电动机控制装置，具备：驱动电路，用于向无刷DC电动机的定子绕组的各相施加电压；电流检测电路，检测在定子绕组流动的电流；以及，控制电路，控制驱动电路。控制电路包括用于推定无刷DC电动机的转子的磁极的初始位置的初始位置推定部。在推定初始位置时，驱动电路一边依次变更多个通电角度，一边针对每个通电角度，在一定的通电时间的期间向定子绕组连续地或者间歇地施加恒压。驱动电路在接着多个通电角度中的任意的第一通电角度以第二通电角度施加电压的情况下，在结束第一通电角度的电压施加后，在定子绕组流动的剩余电流返回到零之前，以第二通电角度开始电压施加。电流检测电路针对每个通电角度，检测在即将开始电压施加之前或者电压施加开始时的剩余电流的值、和一定的通电时间的期间的在定子绕组流动的电流的峰值。初始位置推定部通过检测到的剩余电流的值对电流的峰值进行修正，并基于针对多个通电角度的各个通电角度获得的修正后的电流的峰值来推定转子的磁极的初始位置。
控制电路还包括坐标变换部。坐标变换部针对每个通电角度，根据即将开始电压施加之前或者电压施加开始时的定子绕组的各相的剩余电流来计算γ轴剩余电流，坐标变换部针对每个通电角度，根据一定的通电时间的期间的定子绕组的各相的电流峰值来计算γ轴电流的峰值，初始位置推定部针对每个通电角度，使用γ轴剩余电流的值来修正γ轴电流的峰值，并基于针对多个通电角度的各个通电角度获得的修正后的γ轴电流的峰值来推定转子的磁极的初始位置。
优选，初始位置推定部通过针对每个通电角度，从γ轴电流的峰值减去与γ轴剩余电流相同符号的修正量来修正γ轴电流的峰值。
优选，修正量的绝对值小于γ轴剩余电流的绝对值。
优选，γ轴剩余电流的绝对值越大，则修正量的绝对值越大。
优选，修正量与γ轴剩余电流的值、γ轴电流的峰值的绝对值以及正的比例常量的积相等。
在另一实施方式中，修正量可以与γ轴电流相等。
在又一实施方式中，初始位置推定部可以基于表示γ轴剩余电流的值和修正系数的对应关系的修正表，通过对检测到的γ轴电流的峰值乘以与检测到的γ轴剩余电流对应的修正系数，从而对γ轴电流的峰值进行修正。
在上述的各实施方式中，优选，无刷DC电动机是内转子型的无刷DC电动机。
一个实施方式的图像形成装置具备：进给辊，逐张进给记录介质；图像形成部，在进给的记录介质上形成图像；以及上述的电动机控制装置，对用于驱动进给辊的无刷DC电动机进行控制。
优选，图像形成装置具备：搬送辊，对记录介质进行搬送；以及第二电动机控制装置，对用于驱动搬送辊的无传感器方式的第二无刷DC电动机进行控制。第二无刷DC电动机包括第二转子和第二定子绕组。第二电动机控制装置具备：第二驱动电路，用于向第二定子绕组的各相施加电压；第二电流检测电路，对在第二定子绕组流动的电流进行检测；以及第二控制电路，对第二驱动电路进行控制，第二控制电路包括用于推定第二转子的磁极的初始位置的第二初始位置推定部。在推定第二转子的磁极的初始位置时，第二驱动电路一边依次变更多个通电角度，一边针对每个通电角度，在一定的通电时间的期间向第二定子绕组连续地或者间歇地施加一定的电压。第二驱动电路在接着多个通电角度中的任意的第一通电角度以第二通电角度施加电压的情况下，在结束第一通电角度的电压施加后，经过在第二定子绕组流动的剩余电流变为零的时间之后，开始第二通电角度的电压施加。第二电流检测电路针对每个通电角度，检测一定的通电时间的期间的在第二定子绕组流动的电流的峰值。第二初始位置推定部基于针对多个通电角度的各个通电角度检测到的电流的峰值来推定第二转子的磁极的初始位置。
本发明的上述以及其它目的、特征、局面以及优点根据与附图关联地理解的与本发明有关的接下来的详细说明将会更加明确。
附图说明
图1是表示电动机控制装置的整体结构的框图。
图2是表示从使稳态运转中的电动机停止之后到再启动为止的电动机旋转速度的时序图。
图3是用于对用于显示无传感器矢量控制中的交流电流以及磁极位置的坐标轴进行说明的图。
图4是表示电动机的运转中的无传感器矢量控制电路的动作的功能框图。
图5是表示推定处于静止状态的转子的磁极的初始位置的方法的功能框图。
图6是表示U相电压指令值、V相电压指令值以及W相电压指令值和电角的关系的图。
图7是示意性地表示γ轴电压指令值和检测到的γ轴电流的关系的一个例子的时序图。
图8是表示转子的磁极位置和通电角度的相对的位置关系与γ轴电流的峰值的关系的图。
图9是用于关于γ轴电流对符号进行说明的图。
图10是示意性地表示存在剩余电流的情况下的γ轴电流的波形的一个例子的时序图。
图11是表示考虑到剩余电流的情况下的转子的磁极的初始位置推定的顺序的流程图。
图12是表示储存通电角度与该通电角度对应的余弦值以及正弦值的表格的一个例子的图。
图13是表示γ轴剩余电流的值和γ轴电流的峰值的关系的一个例子的示意性的时序图。
图14是表示通过实验求出的γ轴峰值电流的检测值和γ轴剩余电流的关系的一个例子的图。
图15是表示用于根据γ轴剩余电流来修正γ轴电流变化量的修正表的一个例子的图。
图16是表示图像形成装置的结构的一个例子的剖视图。
图17是示意性地表示内转子型的无刷DC电动机的结构和外转子型的无刷DC电动机的结构的剖视图。
图18是表示用于图像形成装置的辊的驱动控制的电动机和该控制装置的结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地对各实施方式进行说明。此外，对相同或者相当的部分附加同一参照附图标记，不重复其说明。
＜实施方式1＞
[电动机控制装置的整体结构]
图1是表示电动机控制装置的整体结构的框图。电动机控制装置70对无传感器方式的3相无刷DC电动机(BLDCM：Brushless DC Motor)30进行驱动控制。如图1所示，电动机控制装置7包括驱动电路40、无传感器矢量控制电路50以及上位控制电路60。由于是无传感器方式，所以不具备用于检测转子的旋转位置的霍尔元件或者编码器。
驱动电路40是PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制方式的逆变器电路，将直流驱动电压DV变换为3相交流电压并输出。具体地，驱动电路40基于从无传感器矢量控制电路50接受到的PWM信号亦即逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－向无刷DC电动机30供给U相电压UM、V相电压VM、W相电压WM。驱动电路40包括逆变器电路41、U相电流检测电路43U、V相电流检测电路43V以及预驱动电路44。
逆变器电路41包括U相臂电路42U、V相臂电路42V以及W相臂电路42W。这些臂电路42U、42V、42W在给予直流驱动电压DV的节点与给予接地电压GND的节点之间相互并联连接。以下，为了使记载变得简洁，将给予直流驱动电压DV的节点记载为驱动电压节点DV，将给予接地电压GND的节点记载为接地节点GND。
U相臂电路42U包括相互串联连接的高电位侧的U相晶体管FU+以及低电位侧的U相晶体管FU－。U相晶体管FU+以及FU－的连接节点Nu与无刷DC电动机30的U相绕组31U的一端连接。U相绕组31U的另一端与中性点32连接。
此外，如图1所示，将无刷DC电动机30的U相绕组31U、V相绕组31V以及W相绕组31W的结线星形联结。在该说明书中，将U相绕组31U、V相绕组31V以及W相绕组31W通称而称为定子绕组31。
同样地，V相臂电路42V包括相互串联连接的高电位侧的V相晶体管FV+以及低电位侧的V相晶体管FV－。V相晶体管FV+以及FV－的连接节点Nv与无刷DC电动机30的V相绕组31V的一端连接。V相绕组31V的另一端与中性点32连接。
同样地，W相臂电路42W包括相互串联连接的高电位侧的W相晶体管FW+以及低电位侧的W相晶体管FW－。W相晶体管FW+以及FW－的连接节点Nw与无刷DC电动机30的W相绕组31W的一端连接。W相绕组31W的另一端与中性点32连接。
U相电流检测电路43U以及V相电流检测电路43V是用于以双分流方式检测电动机电流的电路。具体地，U相电流检测电路43U连接在低电位侧的U相晶体管FU－与接地节点GND之间。V相电流检测电路43V连接在低电位侧的V相晶体管FV－与接地节点GND之间。
U相电流检测电路43U以及V相电流检测电路43V分别包括分流电阻。分流电阻的电阻值是1/10Ω级的较小的值。因此，表示由U相电流检测电路43U检测到的U相电流Iu的信号以及表示由V相电流检测电路43V检测到的V相电流Iv的信号由放大器(不图示)放大。之后，表示U相电流Iu的信号以及表示V相电流Iv的信号由AD(Analog-to-Digital)变换器(不图示)进行AD变换之后，由无传感器矢量控制电路50取入。
由于W相电流Iw能够从U相电流Iu和V相电流Iv根据基尔霍夫电流定律，即，Iw＝－Iu－Iv求出，所以无需检测。更一般的而言，只要检测U相电流Iu、V相电流Iv以及W相电流Iw中的任意2相的电流即可，其它的1相的电流值能够根据检测到的2相的电流值来计算。
预驱动电路44对从无传感器矢量控制电路50接受到的PWM信号亦即逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－进行放大，并分别输出至晶体管FU+、FU－、FV+、FV－、FW+、FW－的栅极。
晶体管FU+、FU－、FV+、FV－、FW+、FW－的种类没有特别限定。例如，可以是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属-氧化物半导体场效应晶体管)，也可以是双极晶体管，还可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)。
无传感器矢量控制电路50是用于对无刷DC电动机30进行矢量控制的电路，生成逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－，并供给至驱动电路40。并且，无传感器矢量控制电路50在使无刷DC电动机30启动时，通过电感式感测方式推定处于静止状态的转子的磁极的初始位置。
无传感器矢量控制电路50可以构成为ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)等专用电路，或可以构成为利用FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程逻辑门阵列)以及/或者微型计算机等来实现其功能。
上位控制电路60以具备CPU(Central Processing Unit：中央处理器)以及存储器等的算机为基础而构成。上位控制电路60向无传感器矢量控制电路50输出启动指令、停止指令以及旋转角速度指令值等。
此外，与上述不同，无传感器矢量控制电路50以及上位控制电路60也可以作为一个控制电路而由ASIC或者FPGA等构成。
[电动机运转的概要]
图2是表示从使稳态运转中的电动机停止到再启动为止的电动机旋转速度的时序图。横轴表示时间，纵轴表示电动机的旋转速度。
参照图2，在从时刻t10到时刻t20的期间中使电动机减速，在时刻t20，电动机的旋转停止。在从时刻t20到时刻t30的期间，停止向定子的励磁电流的供给。
在从时刻t40再启动电动机之前，在从时刻t30到时刻t40的期间中，执行转子的磁极的初始位置推定。为了给予转子旋转方向的扭矩，需要以与转子的磁极的初始位置对应的适当的电角向定子绕组31供给三相交流电流。因此，推定转子的磁极的初始位置。在本公开中，作为转子的磁极的初始位置推定的方法，而使用电感式感测方式。
若在时刻t40开始转子的旋转，则以后通过无传感器矢量控制方式控制无刷DC电动机。从时刻t50起，旋转速度进入一定的稳态运转。
[无传感器矢量控制方式的坐标轴]
图3是用于对用于显示无传感器矢量控制中的交流电流以及磁极位置的坐标轴进行说明的图。
参照图3，在矢量控制中，将在3相无刷DC电动机30的定子绕组31中流过的3相交流(U相、V相、W相)变量变换为与转子的永磁铁同步地旋转的2相的成分。具体地，将转子35的磁极的方向设为d轴、将相位以电角从d轴前进90°的方向设为q轴。并且，将从U相坐标轴起的d轴的角度定义为θ。
此处，在作为不具有检测转子的旋转角度的位置传感器的控制方式的、无传感器矢量控制方式的情况下，需要通过某种方法推定表示转子的旋转角度的位置信息。将推定处的磁极方向设为γ轴，将相位从γ轴以电角前进90°的方向设为δ轴。将从U相坐标轴起的γ轴的角度设为θM。将θM相对于θ的延迟定义为Δθ。
在启动使电动机时，通过电感式感测方式推定处于静止状态的转子的磁极的初始位置时，也使用图3的坐标轴。该情况下，用电角θ表示转子的磁极的真正的位置。为了推定磁极的初始位置，而用θM表示在定子绕组31中流过的电流的电角(也称为通电角度或者电压施加角度)。
[电动机运转中的矢量控制]
图4是表示电动机的运转中的无传感器矢量控制电路的动作的功能框图。以下，参照图4，简单地对电动机运转中的无传感器矢量控制电路50的动作进行说明。
无传感器矢量控制电路50包括坐标变换部55、旋转速度控制部51、电流控制部52、坐标变换部53、PWM变换部54以及磁极位置推定部56。
坐标变换部55接受表示由驱动电路40的U相电流检测电路43U检测到的U相电流Iu、和由V相电流检测电路43V检测到的V相电流Iv的信号。坐标变换部55根据U相电流Iu和V相电流Iv计算W相电流Iw。而且，坐标变换部55通过对U相电流Iu、V相电流Iv以及W相电流Iw进行坐标变换来生成γ轴电流Iγ和δ轴电流Iδ。具体地，按照以下的顺序。
首先，按照下式(1)，将U相、V相、W相的3相电流变换为α轴电流Iα以及β轴电流Iβ的2相电流。该变换被称为Clarke变换。
【数1】
Figure BDA0002321565930000091
接下来，按照下式(2)，将α轴电流Iα以及β轴电流Iβ变换为作为旋转坐标系的γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ。该变换被称为Park变换。在下式(2)中，θM是由磁极位置推定部56推定出的磁极方向的电角，即，从U相坐标轴起的γ轴的角度。
【数2】
Figure BDA0002321565930000092
旋转速度控制部51从上位控制电路60接受启动命令、停止命令、目标旋转角速度ω*。旋转速度控制部51根据目标旋转角速度ω*、和由磁极位置推定部56推定出的转子35的旋转角速度ωM，例如通过PI控制(比例·积分控制)或者PID控制(比例·积分·微分控制)等决定向无刷DC电动机30的γ轴电流指令值Iγ*以及δ轴电流指令值Iδ*。
电流控制部52根据从旋转速度控制部51给予的γ轴电流指令值Iγ*以及δ轴电流指令值Iδ*、和从坐标变换部55给予的当前时刻的γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ，例如通过PI控制或者PID控制等决定γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*。
坐标变换部53从电流控制部52接受γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*。坐标变换部53通过对γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*进行坐标变换，而生成U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*。具体地，按照以下的顺序。
首先，按照下式(3)，将γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*变换为α轴电压指令值Vα*以及β轴电压指令值Vβ*。该变换被称为逆Park变换。在下式(3)中，θM是由磁极位置推定部56推定出的磁极方向的电角，即，从U相坐标轴起的γ轴的角度。
【数3】
Figure BDA0002321565930000101
接下来，按照下式(4)，将α轴电压指令值Vα*以及β轴电压指令值Vβ*变换为3相的U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*。该变换被称为逆Clarke变换。此外，从α、β的2相向U、V、W的3相的变换也能够使用空间矢量变换来代替逆Clarke变换。
【数4】
Figure BDA0002321565930000102
PWM变换部54基于U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*来生成用于分别驱动晶体管FU+、FU－、FV+、FV－、FW+、FW－的栅极的PWM信号亦即逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－。
磁极位置推定部56根据γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ、和γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*来推定转子35的当前时刻的旋转角速度ωM、和表示磁极位置的电角θM。具体地，磁极位置推定部56计算使γ轴感应电压成为零那样的旋转角速度ωM，并根据旋转角速度ωM来推定表示磁极位置的电角θM。磁极位置推定部56将推定出的旋转角速度ωM输出至上位控制电路60，并且输出至旋转速度控制部51。另外，磁极位置推定部56将推定出的表示磁极位置的电角θM的信息输出至坐标变换部53、55。
[处于静止状态的转子的磁极的初始位置推定]
图5是表示推定处于静止状态的转子的磁极的初始位置的方法的功能框图。
由于图4的磁极位置推定部56利用定子绕组31中产生的感应电压，所以不能够在转子静止时使用。因此，在图5中，代替磁极位置推定部56，而设置通过电感式感测方式推定转子35的磁极的初始位置的初始位置推定部57。
此处，在电感式感测方式中，一边依次变更多个通电角度，一边向定子绕组31连续地或者通过PWM间歇地施加恒压，针对每个通电角度，检测在定子绕组31中流过的电流的变化。此处，向定子绕组31的通电时间以及施加电压的大小被设定为转子35不旋转的电平。但是，如果通电时间过短，或施加电压的大小过小，则不能够检测磁极的初始位置，所以需要注意。
如前述那样，基于电感式感测的初始位置推定方法利用在将转子不旋转的电平的电压以多个电角施加到定子绕组时，根据转子的磁极位置和由定子绕组产生的电流磁场的位置关系，有效的电感微妙地变化的性质。该电感的变化基于在d轴电流的情况下显著地产生的磁饱和现象。另外，在永磁铁嵌入型(IPM：Interior Permanent Magnet)电动机的情况下，具有q轴向的电感大于d轴向的电感的凸极性，所以即使没有产生磁饱和，也有时能够检测电感的变化。
具体地，为了检测转子的磁极的方向，在本公开中，使每个通电角度的通电时间以及施加电压的指令值(具体地，是γ轴电压的指令值)固定，检测通电时间内的γ轴电流的峰值。通过电压施加的即将开始时或者开始之前的γ轴剩余电流对该峰值进行修正。而且，判定为修正后的γ轴电流的峰值最大的通电角度(即，有效的电感最小的通电角度)与磁极的方向基本一致。以下，参照附图，详细地进行说明。
参照图5，无传感器矢量控制电路50包括初始位置推定部57、坐标变换部53、PWM变换部54以及坐标变换部55，作为用于推定转子35的磁极的初始位置的功能。这样，在转子的磁极的初始位置推定中，利用图4中所说明的矢量控制的功能的一部分。以下，更详细地对各部的功能进行说明。
(1.初始位置推定部对γ轴电压指令值、通电角度以及通电时间的设定)
初始位置推定部57设定γ轴电压指令值Vγ*的大小、施加至定子绕组31的各相电压的电角θM也称为(通电角度θM)以及通电时间。初始位置推定部57将δ轴电压指令值Vδ*设定为0。
γ轴电压指令值Vγ*的大小以及通电时间被设定为在不使转子35旋转的范围中获得足够的SN比的γ轴电流Iγ那样的大小。电角θM在从0度到360度的范围中被设定为多个角度。例如，初始位置推定部57使电角θM以30度为单位从0度变化到360度。
(2.坐标变换部53)
坐标变换部53通过对γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*(＝0)进行坐标变换，来生成U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*。该坐标变换例如使用由前述的式(3)表示的逆Park变换以及由前述的式(4)表示的逆Clarke变换。
具体地，U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*由下式(5)表示。在下式(5)中，将电压指令值的振幅设为V0。
【数5】
Figure BDA0002321565930000121
图6是表示U相电压指令值、V相电压指令值以及W相电压指令值与电角的关系的图。在图6中，将上式(5)中的电压指令值的振幅V0归一化为1。
参照图6，上式(5)所示的U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*能够针对任意的θM规定。例如，在θM＝0°时，Vu*＝1，Vv*＝Vw*＝－0.5。在θM＝30°时，Vu*＝(√3)/2，Vv*＝0，Vw*＝－(√3)/2。
(3.PWM变换部54)
再次参照图5，PWM变换部54基于U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*来生成用于分别驱动晶体管FU+、FU－、FV+、FV－、FW+、FW－的栅极的PWM信号亦即逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－。
按照生成的逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－，驱动电路40向无刷DC电动机30的U相绕组31U、V相绕组31V以及W相绕组31W分别供给经过脉冲宽度调制的U相电压UM、V相电压VM以及W相电压WM。逆变器驱动信号的脉冲数与所设定的通电时间对应。设置在驱动电路40中的U相电流检测电路43U以及V相电流检测电路43V分别检测U相电流Iu以及V相电流Iv。表示检测到的U相电流Iu以及V相电流Iv的信号被输入至坐标变换部55。
(4.坐标变换部55)
坐标变换部55根据U相电流Iu和V相电流Iv来计算W相电流Iw。而且，坐标变换部55通过对U相电流Iu、V相电流Iv以及W相电流Iw进行坐标变换来生成γ轴电流Iγ和δ轴电流Iδ。该坐标变换使用前述的式(1)的Clarke变换以及式(2)的Park变换。
此外，如果假设在U相、V相、W相的各相，电气特性以及磁特性没有不同，还没有转子35的永磁铁的影响，则U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw的彼此的比率应该与电压指令值Vu*、Vv*、Vw*的彼此的比率相等。因此，在该假设的情况下，δ轴电流Iδ与通电角度无关而为0，γ轴电流Iγ与通电角度无关而为一定值。
图7是示意性地表示γ轴电压指令值Vγ*和检测到的γ轴电流的关系的一个例子的时序图。此外，图7所示的通电定时表示一般的情况。
参照图7，首先，图5的初始位置推定部57在从时刻t1到时刻t2的期间，将通电角度θM设定为0度，并且将γ轴电压指令值Vγ*设定为所决定的设定值。由此，分别向定子的U相绕组31U、V相绕组31V以及W相绕组31W施加经过脉冲宽度调制的U相电压UM、V相电压VM以及W相电压WM。结果γ轴电流Iγ在从时刻t1到时刻t2的期间中从0A逐渐增加，在时刻t2达到峰值Iγp1。由于在时刻t2以下，停止向定子绕组31的电压施加，所以γ轴电流Iγ逐渐减少。在到向定子绕组31接着施加电压的时刻t3为止的期间，U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw的值返回到零的结果是γ轴电流Iγ的值也返回到零。
接下来，初始位置推定部57在从时刻t3到时刻t4的期间中将通电角度θM设定为30度，并且将γ轴电压指令值Vγ*设定为与前次相同的设定值。其结果是γ轴电流Iγ在从时刻t3到时刻t4的期间中从0A逐渐增加，在时刻t4达到峰值Iγp2。由于在时刻t4以下，停止向定子绕组31的电压施加停止，所以γ轴电流Iγ逐渐减少。
以下，同样地，变更通电角度θM的设定角度，在变更后的通电角度θM下，将经过脉冲宽度调制的一定电压施加至定子绕组31。γ轴电压指令值Vγ*在各通电角度下相同，通电时间时间也在各通电角度下相同。而且，检测电压施加的结束时的γ轴电流Iγ的峰值。
(5.初始位置推定部对转子的磁极位置的推定－没有剩余电流的情况)
再次参照图5，初始位置推定部57基于针对多个通电角度θM分别获得的γ轴电流Iγ的峰值来推定转子35的磁极的位置。如上述那样等待直到剩余电流返回到零为止之后以下一个通电角度进行通电的情况下，理想的是，获得γ轴电流Iγ的峰值的最大值时的通电角度θM与转子35的磁极的位置θ基本一致。
图8是表示转子的磁极位置和通电角度的相对的位置关系与γ轴电流的峰值的关系的图。首先，参照图8(a)，对转子35的磁极位置θ和通电角度θM的相对的位置关系进行说明。
在图8(a)的情况下，转子35的磁极位置θ被固定为0°。因此，d轴被决定为电角0°的方向，q轴被决定为电角90°的方向。另一方面，通电角度θM在从0°到360°以30°为单位变化。在图8(a)中，示出通电角度θM为0°的情况下的γ轴和δ轴。该情况下，Δθ＝0°。
接下来，参照图8(b)，对磁极位置θ和通电角度θM的角度差Δθ与γ轴电流Iγ的峰值的关系进行说明。图8(b)的横轴表示角度差Δθ，纵轴表示γ轴电流Iγ的峰值。纵轴的单位是任意单位。
如图8(b)所示，理想的是，在磁极位置θ与通电角度θM的角度差Δθ为0°时，即，在磁极位置θ和通电角度θM一致时(图8(a)中，θ＝θM＝0°的情况下)，γ轴电流Iγ的峰值显示出最大值。
[γ轴电流的正负]
以下，对γ轴电流Iγ的符号进行补充。参照下图9，对γ轴电流Iγ根据通电角度θM不仅成为正的值还成为负的值进行说明。
图9是用于关于γ轴电流对符号进行说明的图。图9(a)是以表形式表示数值例子的图，图9(b)是以图表表示图9(a)所示的数值例子的图。图9(b)的横轴表示通电角度θM，图9(b)的纵轴表示U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw以及γ轴电流Iγ的各检测值。
参照图9(a)、(b)，将由图1的U相电流检测电路43U检测到的U相电流Iu的检测值设为1.0[A]，将由V相电流检测电路43V由检测到的V相电流Iv的检测值设为－0.5[A]。该情况下，W相电流Iw的值被计算为－0.5[A]。
图5的设置在无传感器矢量控制电路50中的坐标变换部55通过对U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw的检测值实施坐标变换来计算γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ。
具体地，首先，坐标变换部55通过前述的式(1)所示的Clarke变换来计算计算α轴电流Iα以及β轴电流Iβ。如图9(a)所示，获得1.225[A]，作为α轴电流Iα，获得0.000[A]，作为β轴电流Iβ。
接下来，坐标变换部55通过对α轴电流Iα以及β轴电流Iβ实施前述的式(2)所示的Park变换来计算γ轴电流Iγ。如图9(a)、(b)所示，γ轴电流Iγ的检测值根据通电角度θM而不同。在图9所示的数值例子，在通电角度θM大于90°且小于270°时，γ轴电流Iγ成为负的。
这样，γ轴电流Iγ根据通电角度θM不仅成为正的值还成为负的值。因此，γ轴剩余电流Iγ0以及γ轴峰值电流Iγp也不仅成为正的值还成为负的值。另外，在γ轴电流Iγ为负的情况下，γ轴电流Iγ的峰值意味着在通电期间内γ轴电流Iγ变成最小时的值(负的值)。
[存在剩余电流的情况下的γ轴电流的峰值的推定法(其1)]
在图7的例子中，在对定子绕组31完成通电角度θM＝0°下的电压施加的时刻t2之后，到以下一个通电角度θM＝30°向定子绕组31施加电压的时刻t3为止的期间中，γ轴电流Iγ完全返回到零。以下，对在下一个通电角度θM下的电压施加开始时存在剩余电流(即，没有返回到零)的情况进行说明。
图10是示意性地表示存在剩余电流的情况下的γ轴电流的波形的一个例子的时序图。图10的时序图与图7的时序图对应。
参照图10，图5的初始位置推定部57在从时刻t1到时刻t2的期间，将通电角度θM设定为0度，并且将γ轴电压指令值Vγ*设定为所决定的设定值。由此，向定子的U相绕组31U、V相绕组31V以及W相绕组31W分别施加经过脉冲宽度调制的U相电压UM、V相电压VM以及W相电压WM。其结果是γ轴电流Iγ在从时刻t1到时刻t2的期间从0A逐渐增加，在时刻t2达到峰值Iγp1。由于在时刻t2以下，停止向定子绕组31的电压施加，所以γ轴电流Iγ逐渐减少。与图7的情况不同，在图10的情况下，在向定子绕组31接着施加电压的时刻t3，残存Iγ0的γ轴电流。
初始位置推定部57在从时刻t3到时刻t4的期间中将通电角度θM设定为30度，并且将γ轴电压指令值Vγ*设定为与前次相同的设定值。其结果是γ轴电流Iγ在从时刻t3到时刻t4的期间中从Iγ0逐渐增加，在时刻t4达到峰值Iγp2。由于在时刻t4以下，停止向定子绕组31的电压施加，所以γ轴电流Iγ逐渐减少。
因此，在通电角度θM为30度的情况下，γ轴电流的真正的峰值能够以γ轴剩余电流Iγ0为基准，求出为从测定到的峰值Iγp2减去剩余电流Iγ0所得的γ轴电流变化量ΔIγ。即，能够通过从修正前的γ电流的峰值Iγp2减去作为修正量的γ轴剩余电流Iγ0来计算修正后的γ轴电流的峰值(即，ΔIγ)。此外，检测γ轴剩余电流Iγ0的定时能够在各通电角度下与向定子绕组的电压施加开始同时或者在即将开始时设定。
以下，同样地，变更通电角度θM的设定角度，在变更后的通电角度θM下向定子绕组31的各相施加经过脉冲宽度调制的电压。γ轴电压指令值Vγ*在各通电角度下为相同的值，脉冲电压的施加时间也在各通电角度下相同。在各通电角度下，与电压施加开始同时或者在即将施加开始时的γ轴电流被测定为剩余电流Iγ0。并且，检测电压施加结束时的γ轴电流的峰值Iγp。而且，从γ轴电流的峰值Iγp减去剩余电流Iγ0所得的γ轴电流变化量ΔIγ作为与该通电角度θM对应的γ轴电流的修正后的γ轴电流的峰值而被储存至存储器。
最终，最γ轴电流变化量ΔIγ较大的情况下的通电角度θM与转子的磁极的初始位置θ对应。
此外，在γ轴电流Iγ的符号为负的情况下，其峰值Iγp意味着γ轴电流Iγ的绝对值成为极大时的值。因此，γ轴电流Iγ的符号有为负的情况，存在剩余电流Iγ0的符号也有负的情况。在任何的情况下，都通过从检测到的γ轴电流的峰值减去作为修正量的剩余电流Iγ0来获得修正后的γ轴电流的峰值(即，γ轴电流变化量ΔIγ)。而且，修正后的γ轴电流的峰值的绝对值为最大时的通电角度θM与转子的磁极的初始位置θ对应。
[转子的磁极的初始位置的推定顺序]
图11是表示考虑剩余电流的情况下的转子的磁极的初始位置推定的顺序的流程图。以下，主要参照图5以及图11，总结至此的说明。
在图11的步骤S100中，设定γ轴电压指令值Vγ*、每个通电角度θM的向定子绕组31的电压施加时间(即，通电时间)、全部通电次数n。例如，在以30度为单位向定子绕组31施加电压的情况下，全部通电次数n被设定为12。将对通电次数进行计数的参数设为i。i的初始值是0。此外，与通电次数i对应的通电角θM[i]例如以表格的形式预先储存到存储器中。
图12是表示储存通电角度及与通电角度对应的余弦值以及正弦值的表格的一个例子的图。如图12所示，与参数i对应的通电角θM[i]、和该通电角θM[i]下的余弦值以及正弦值预先以表格的形式被储存到存储器中。
参数i表示施加脉冲电压的顺序。即，最初以通电角度θM＝0°将脉冲电压施加到定子绕组31后，接着以通电角度θM＝180°将脉冲电压施加至定子绕组31。而且，再接着以通电角度θM＝30°将脉冲电压施加至定子绕组31。这样使通电角度变更180°或者接近180°的角度的理由是因为使得不对转子施加同一方向的扭矩，即，使得转子不旋转。
再次参照图11，在下一个步骤S110中，初始位置推定部57使表示通电次数的参数i自加1。
在再接着的步骤S111中，坐标变换部53从表格读出与参数i对应的通电角θM[i]、和该通电角θM[i]下的余弦值以及正弦值。坐标变换部53根据读出的通电角度θM和预先设定的γ轴电压指令值Vγ*来计算U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*。
在再接着的步骤S112中，图1的U相电流检测电路43U以及V相电流检测电路43V分别检测U相剩余电流Iu0以及V相剩余电流Iv0。检测剩余电流的定时是在步骤S113中开始通电时或者即将开始时。
在再接着的步骤S113中，PWM变换部54在预先设定的电压施加时间的期间将作为PWM信号的逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－输出至驱动电路40。
在再接着的步骤S114中，驱动电路40的逆变器电路41基于上述的逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－向无刷DC电动机30的定子绕组31的各相施加经过脉冲宽度调制的U相电压UM、V相电压VM以及W相电压WM。
在再接着的步骤S115中，图1的U相电流检测电路43U以及V相电流检测电路43V分别检测通电期间内的U相峰值电流Iup以及V相峰值电流Ivp。例如，图1的U相电流检测电路43U以及V相电流检测电路43V可以分别以预先决定的取样周期检测通电期间内的U相电流Iu以及V相电流Iv，且初始位置推定部57从检测到的U相电流Iu以及V相电流Iv确定峰值。或，也可以将通电期间的结束时刻的U相电流Iu以及V相电流Iv的值分别设为U相峰值电流Iup以及V相峰值电流Ivp。
在再接着的步骤S116中，坐标变换部55根据U相剩余电流Iu0以及V相剩余电流Iv0，并按照Iw0＝－Iu0－Iv0计算W相剩余电流Iw0。坐标变换部55基于在步骤S111中选择的通电角度θM[i]，从各相的剩余电流Iu0、Iv0、Iw0通过坐标变换，计算γ轴的剩余电流Iγ0以及δ轴的剩余电流Iδ0。
在再接着的步骤S117中，坐标变换部55与步骤S116的情况同样地，根据U相峰值电流Iup以及V相峰值电流Ivp，按照Iwp＝－Iup－Ivp计算W相峰值电流Iwp。坐标变换部55基于在步骤S111中选择的通电角度θM[i]从各相的峰值电流Iup、Ivp、Iwp通过坐标变换，计算γ轴的峰值电流Iγp以及δ轴的峰值电流Iδp。此外，步骤S116和S117可以先执行任意一个，也可以并行执行。另外，如果步骤S116在步骤S112的执行后则可以在任何的定时执行。
在再接着的步骤S118中，初始位置推定部57针对每个通电角度，根据γ轴剩余电流Iγ0的值对γ轴电流的峰值Iγp进行修正。在实施方式1的情况下，初始位置推定部57针对每个通电角度，将从γ轴峰值电流Iγp减去γ轴剩余电流Iγ0所得的γ轴电流变化量ΔIγ[i]计算为γ轴电流Iγ的修正值。具体地，γ轴电流变化量ΔIγ[i]通过下式来计算。
ΔIγ[i]＝Iγp－Iγ0 …(6)
更一般而言，能够认为初始位置推定部57通过针对每个通电角度从检测到的γ轴电流的峰值Iγp减去与γ轴剩余电流Iγ0相同符号的修正量来对γ轴电流的峰值Iγp进行修正。在实施方式1的情况下，该修正量与γ轴剩余电流Iγ0相等。此外，在实施方式2中，为了更高精度地推定磁极的初始位置，而提示基于γ轴电流的峰值Iγp以及γ轴剩余电流Iγ0的检测值的修正量的计算式。
以上的步骤S110～S118重复全部通电次数n(即，直到在步骤S119中，i≥n的判定式成为是为止)。
在下一个步骤S120中，初始位置推定部57求出在上述的步骤S116中计算出的每个通电角度θM[i]的γ轴电流变化量ΔIγ[i]的绝对值的最大值。而且，在步骤S130中，初始位置推定部57将γ轴电流变化量ΔIγ[i]的绝对值最大的通电角度θM[i]设定为转子的磁极的初始位置θ。
[实施方式1的效果]
根据实施方式1的电动机控制装置70，通过电感式感测方式推定转子的磁极的初始位置。具体地，基于无传感器矢量控制电路50的初始位置推定部57的控制，驱动电路40在接着多个通电角度中的任意的第一通电角度以第二通电角度施加电压的情况下，在以第一通电角度将交流电压施加到定子绕组31后，在定子绕组31的剩余电流返回到零之前，以第二通电角度将交流电压施加至定子绕组31。此时，初始位置推定部57针对每个通电角度，以向定子绕组31施加电压之前或者即将施加开始时的剩余电流为基准，检测在通过一定的通电时间的交流电压的施加而产生的定子绕组31中流动的电流的变化量ΔIγ，作为γ轴峰值电流Iγp的修正值。初始位置推定部57基于修正后的γ轴峰值电流Iγp的峰值来推定转子的磁极的初始位置。由此，可以高精度地在短时间内推定转子的初始位置。
＜实施方式2＞
在实施方式1中，基于如果计算γ轴峰值电流Iγp与γ轴剩余电流Iγ0的差值亦即γ轴电流变化量ΔIγ，则得到的γ轴电流变化量ΔIγ应该与γ轴剩余电流Iγ0为零的情况下的γ轴峰值电流Iγp相等这个前提。然而，本申请发明人进行更详细的研究的结果发现了γ轴电流变化量ΔIγ取决于γ轴剩余电流Iγ0的大小而变化。
在实施方式2中，为了考虑这一点，而更高精度地检测转子的磁极的初始位置，而提示针对每个通电角度，根据γ轴剩余电流Iγ0对γ轴电流的峰值进行修正的修正式以及修正表。因此，在实施方式2中，在图11的流程图的步骤S118中，变更γ轴电流的峰值Iγp的具体的修正方法。实施方式2的其它点与实施方式1的情况相同，所以不重复说明。
[存在剩余电流的情况下的γ轴电流的峰值的推定法(其2)]
图13是表示γ轴剩余电流的值与γ轴电流的峰值的关系的一个例子的示意性的时序图。图13(a)表示γ轴电压的指令值Vγ*的时间变化，图13(b)表示与图13(a)对应的γ轴电流Iγ的时间变化。假设没有转子的永磁铁的影响。
在图13(b)中，γ轴电流Iγ的图表重叠示出γ轴剩余电流的值不同的情况。γ轴电流Ia的图表表示γ轴剩余电流Iγ0为0的情况，γ轴电流Ib的图表表示γ轴剩余电流Iγ0为正的情况，γ轴电流Ic的图表表示γ轴剩余电流Iγ0为负的情况。将γ轴电流Ia的峰值与γ轴剩余电流(＝0)的差值亦即电流变化量设为ΔIa，将γ轴电流Ib的峰值与γ轴剩余电流(＞0)的差值亦即电流变化量设为ΔIb，将γ轴电流Ic的峰值与γ轴剩余电流(＜0)的差值亦即电流变化量设为ΔIc。
参照图13，在从时刻t3到时刻t4的期间中，向无刷DC电动机30的定子绕组31施加经过脉冲宽度调制的电压，与此对应地，γ轴电流Iγ逐渐增加。γ轴电流Iγ的变化的样子基本示出基于定子绕组31的电感和电阻值的一次延迟特性。但是，在由施加电压和电阻值决定的电流渐进值和γ轴电流Iγ几乎相等很久之前，结束通电，以使得转子不旋转。此外，上述的电流渐进值不管初始值亦即γ轴剩余电流Iγ0而为一定的值。
在电压施加时间较短的情况下，如实施方式1所示那样，电流变化量ΔIa、ΔIb、ΔIc全部能够近似到相等。因此，能够基于电流变化量对γ轴电流的峰值进行修正。
然而，更准确而言，通过考虑一次延迟特性，由此
ΔIb＜ΔIa＜ΔIc …(7)的关系成立。因此，必须根据γ轴剩余电流的值对γ轴电流的峰值的修正量进行变更。
此处，将γ轴电流的峰值设为Iγp，将修正量设为Ca，将修正后的峰值Iγp＿c如Iγp＿c＝Iγp－Ca …(8)那样表示。该情况下，修正量Ca是与γ轴剩余电流相同符号的值，在γ轴剩余电流为零的情况下，是零。即，将γ轴剩余电流为零的情况下的γ轴电流的峰值Iγp设为真值。另外，在γ轴剩余电流为负的情况下，修正量Ca成为负的值。在该情况下，修正后的γ轴电流的峰值Iγp＿c是对修正前的γ轴电流的峰值Iγp加上修正量Ca的绝对值所得的值。
在实施方式1中，使上式(8)的修正量Ca与γ轴剩余电流Iγ0相等，但更准确而言，修正量Ca的绝对值小于γ轴剩余电流的绝对值。换言之，在γ轴剩余电流Iγ0和γ轴电流的峰值Iγp为相同符号的情况下，修正后的γ轴电流的峰值Iγp＿c的绝对值大于电流变化量(ΔIγ＝Iγp－Iγ0)的绝对值。反之，在γ轴剩余电流Iγ0和γ轴电流的峰值Iγp为不同符号的情况下，修正后的γ轴电流的峰值Iγp＿c的绝对值小于电流变化量(ΔIγ＝Iγp－Iγ0)的绝对值。另外，γ轴剩余电流的绝对值越大，则修正量Ca的绝对值越大。
本申请发明人还加以详细的研究的结果发现了上式(8)的修正量Ca能够以γ轴剩余电流Iγ0的值、检测到的γ轴电流的峰值Iγp的绝对值以及正的比例系数K1的积近似。因此，修正后的γ轴电流的峰值Iγp＿c由Iγp＿c＝Iγp－Ca＝Iγp－K1·Iγ0·|Iγp|…(9)表示。上式的比例系数K1在每个电动机中不同，能够通过实验求出。
图14是表示通过实验求出的γ轴峰值电流的检测值和γ轴剩余电流的关系的一个例子的图。图14(a)以表形式表示实验结果，图14(b)以图表表示实验结果。在图14(b)中，检测到的γ轴电流的峰值Iγp用实线表示，用虚线表示按照上式(9)进行修正的修正后的γ轴电流的峰值Iγp＿c。使用0.3，作为式(9)的修正系数K1。另外，用点划线表示修正前的γ轴电流的峰值Iγp与γ轴剩余电流Iγ0的差值亦即γ轴电流变化量ΔIγ。
如图14(b)所示，γ轴剩余电流Iγ0的绝对值越大，则γ轴电流变化量ΔIγ(即，实施方式1的情况下的修正后的γ轴电流峰值)与真值(即，γ轴剩余电流Iγ0为零的情况下的γ轴电流峰值)的偏差越大。另一方面，明白按照上式(9)的修正式进行修正后的γ轴电流的峰值Iγp＿c不管γ轴剩余电流Iγ0的值而基本与真值相等。
[存在剩余电流的情况下的γ轴电流的峰值的推定法(其3)]
在上述的图14中，使用修正式(9)，针对每个通电角度，对检测到的γ轴电流的峰值Iγp进行修正，但也能够使用修正表来进行同样的修正。基于实验创建修正表，并预先储存至存储器。
图15是表示用于根据γ轴剩余电流对γ轴电流变化量进行修正的修正表的一个例子的图。图15的修正表基于图14所示的测定值的一个例子。图15中被粗实线围起的部分与修正表对应。在修正表中，对γ轴剩余电流的范围给予修正系数。在图15中，一并示出具体的γ轴电流的峰值Iγp的检测值的一个例子和其修正后的值。
例如，如果γ轴电流的峰值Iγp的绝对值小于0.003[A]，则图5的初始位置推定部57将修正系数设为1而不修正γ轴电流的峰值Iγp的测定值。如果γ轴剩余电流Iγ0为0.01[A]以上，则初始位置推定部57通过将修正系数0.97与修正前的γ轴电流的峰值Iγp相乘来计算修正后的γ轴电流的峰值Iγp＿c。如果γ轴剩余电流Iγ0为－0.01[A]以下，则初始位置推定部57通过将修正系数1.002与修正前的γ轴电流的峰值Iγp相乘来计算修正后的γ轴电流的峰值Iγp＿c。
[实施方式2的效果]
根据实施方式2的电动机控制装置70，根据γ轴剩余电流Iγ0对检测到的γ轴电流的峰值Iγp进行修正。该修正使用前述的修正式(9)或者图15的修正表。初始位置推定部57基于针对每个通电角度获得的修正后的γ轴电流的峰值Iγp＿c来推定转子的磁极的初始位置。由此，能够更高精度地检测转子的磁极的初始位置。
＜实施方式3＞
在实施方式3中，对将在实施方式1、2中所说明的电动机控制装置70使用于驱动图像形成装置的供纸用辊的电动机的控制的例子进行了说明。由于供纸辊的驱动用电动机在短时间内反复启动、旋转以及停止，所以优选能够尽可能地缩短在启动前进行的辊的磁极位置推定所需的时间。以下，参照附图进行说明。
[图像形成装置的结构例]
图16是表示图像形成装置的结构的一个例子的剖视图。图16的剖视图是示意性的，请注意为了使图解变得容易，而放大表示一部分，或变更纵横比这一点。
参照图16，图像形成装置180具备构成为串联彩色打印机的成像部181、供纸机构182以及原稿读取装置160。图像形成装置180也可以构成为与网络连接而兼具打印机、扫描仪、复印机、传真等功能的多功能周边装置(MFP：Multifunction Peripheral)。
成像部181具备四个感光盒191、192、193、194、一次转印辊131、转印带132、调色剂瓶123、二次转印辊133以及定影装置105。在该公开中，将成像部181也称为图像形成部。
感光盒191、192、193、194分别形成黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)以及黑色(K)这四个颜色的调色剂像。感光盒191、192、193、194的各个具备圆筒的感光体110、带电器111、包括光源的图像曝光装置112以及包括显影辊121的显影装置102。
带电器111使感光体110的表面均匀地带电成规定电位。图像曝光装置112在感光体110的带电区域中对与原稿图像对应的图像进行曝光。由此，在感光体110上形成静电潜像。显影装置102通过利用被施加了显影偏压的显影辊121使调色剂附着于静电潜像，从而形成可视调色剂像。
此外，分别与感光盒191、192、193、194对应地设置四个调色剂瓶123。从调色剂瓶123向对应的感光盒供给调色剂。在调色剂瓶123的内部设置用于搅拌调色剂的搅拌叶片124。
分别与四个感光体110对置地设置四个一次转印辊131。通过各感光体110和对应的一次转印辊131压接转印带132。并且，向一次转印辊131施加吸引调色剂的偏压。由此，显影后的感光体110表面的可视调色剂像被转印至转印带132。
转印到转印带132上的可视调色剂像被搬送到二次转印辊133的位置。与一次转印辊同样地也向二次转印辊133施加转印电压。由此，由转印带132搬送来的可视调色剂像在二次转印辊133和转印带132的辊隙部被转印至作为记录介质183的纸张上。
转印到记录介质183上的可视调色剂像被搬送到定影装置105。定影装置105具有定影辊150，通过利用定影辊150对记录介质183进行加热以及加压而使可视调色剂像定影于记录介质183上。定影后的记录介质183由排纸辊151排出到排纸托盘152。
供纸机构182从供纸盒140、142取入作为记录介质183的纸张并搬送到二次转印辊133。供纸机构182包括供纸盒140、142、供纸辊141、143、搬送辊144以及定时辊145。在该公开中，将供纸机构182也称为进给机构。另外，将供纸辊也称为用于进给记录介质的进给辊。
收容在第一段供纸盒140中的记录介质183由供纸辊141逐张取出，并被搬送到定时辊145。收容在第二段供纸盒142中的记录介质183由供纸辊143逐张取出，并经由搬送辊144被搬送到定时辊145。
定时辊145使供给的记录介质183暂时停止。由此，调整转印到转印带132上的可视调色剂像被搬送到二次转印辊133的定时和记录介质183向二次转印辊133供给的定时。
原稿读取装置160通过读取原稿纸张161上的原稿图像来生成图像数据。在图16所示的例子中，原稿读取装置160被设置在成像部181的上部。原稿读取装置160具备原稿台162、供纸辊170、原稿搬送辊163、171、原稿排出辊172、排纸托盘173、光源164、反射镜165、透镜166、CCD(Charged-Coupled Devices:电荷耦合器件)等图像传感器167。
载置在原稿台162上的原稿纸张161由供纸辊170逐张取入。原稿纸张161由原稿搬送辊163、171搬送，从而到达原稿读取位置。
在原稿读取位置处，向原稿纸张161上的原稿图像照射来自光源164的光。被原稿纸张161的表面反射的光被反射镜165反射后在透镜166会聚，并入射至图像传感器167。其结果原稿纸张161的上的原稿图像在图像传感器167的传感器面上成像，由图像传感器167生成原稿图像的图像数据。
通过了原稿读取位置的原稿纸张161由原稿排出辊172排出到排纸托盘173。
[对辊的驱动源应用无刷DC电动机]
在上述的结构的图像形成装置180中，以往各种的辊的驱动大多使用步进电机，但当前大多使用无刷DC电动机。步进电机与无刷DC电动机相比，噪声较大，消耗电力较大，所以存在效率降低这个问题。
但是，在通常的无刷DC电动机中，为了进行闭环控制，而设置用于检测转子的旋转位置的霍尔元件或者编码器。由于额外花费用于设置这样的传感器的成本，所以产生比可以进行开环控制的步进电机高成本这个新的问题。为了消除该问题，而强烈希望使用无传感器方式的无刷DC电动机。
此处，在无传感器型的无刷DC电动机中，需要在启动停止状态的电动机时推定转子的磁极的初始位置。作为该初始位置推定的方法，一般进行以规定的通电角度对定子进行通电，将转子的磁极吸引到与通电角度对应的位置之后开始电动机的旋转。
然而，在图像形成装置180的情况下，特别是在驱动供纸辊141、143、170以及定时辊145的电动机中，不能够使用上述那样的转子吸引的方法。是因为通过转子吸引，作为记录介质183的纸张也一起移动，所以在供纸辊141、143、170的情况下，成为卡纸的原因，在定时辊145的情况下，准确的定时控制变得困难。因此，如已经说明那样，通过将转子没有旋转的程度的电压施加至定子绕组的电感式感测方式进行转子的磁极的初始位置推定。
此处，具体地根据以下的理由，由于驱动供纸辊141、143、170以及定时辊145的无刷DC电动机必须频繁地反复启动以及停止，所以在启动电动机时需要在短时间内进行磁极的初始位置推定。
具体地，在供给作为记录介质183的纸张的供纸辊141、143中，若连续的两张纸张重叠(即，若重送)则变得图像不良，所以必须确保决定了纸张间隔的量。因此，需要在每次供给一张时，必须重复用于驱动供纸辊141、143的电动机的启动、旋转以及停止，在停止后，在下一次启动前推定转子的磁极的初始位置。因而，在多张的纸张上连续地进行图像形成的情况下，需要在短时间内进行转子的磁极初始位置推定。
上述的点对于用于取入原稿纸张161以读取原稿图像的供纸辊170也是同样的。并且，对于调整将作为记录介质183的纸张供给至二次转印辊133的定时的定时辊145，需要针对每一张纸张，反复驱动定时辊145的电动机的启动、旋转以及停止。因此，需要在短时间内进行转子的磁极的初始位置推定。
另外，作为评价图像形成装置的性能的指标，有首次复印时间(FCOT：First CopyOutput Time)。FCOT是指在通常使用状态下，从按下开始按钮到第一张复印纸张结束排纸为止的时间(秒)。由于FCOT也包括记录介质183的供纸时间以及原稿纸张161的读取时间，所以也为了缩短FCOT，而缩短推定启动对供纸辊141、143、170进行驱动的电动机时的转子的磁极的初始位置的时间是重要的。
如实施方式1、2所说明那样，本公开的电动机控制装置70如下那样进行控制：在通过电感式感测方式推定转子的磁极的初始位置时，在以某个通电角度向定子绕组施加电压后，在定子绕组中流动的剩余电流返回到零之前，以下一个通电角度向定子绕组施加电压。其结果能够缩短通电间隔，所以能够缩短转子的磁极的初始位置的推定时间。
此处，如已经说明那样，无传感器矢量控制电路50的初始位置推定部57基于γ轴剩余电流Iγ0对向定子绕组31在一定的通电时间的期间内施加恒压定子绕组31时的γ轴电流的峰值Iγp进行修正。而且，初始位置推定部57基于针对每个通电角度θM获得的修正后的γ轴电流的峰值Iγp＿c将γ轴电流的峰值Iγp＿c最大的通电角度θM[i]设定为转子的磁极的初始位置θ。由此，即使在有剩余电流的情况下，也可以进行转子的磁极的初始位置的推定。
为了更高精度地推定转子的磁极的初始位置，优选初始位置推定部57针对每个通电角度θM，按照前述的修正式(9)或者图15所示的修正表对检测到的γ轴电流的峰值Iγp进行修正。
另一方面，将原稿纸张161搬送至原稿读取位置的目标的原稿搬送辊163、171不需要在通过图像传感器167读取原稿纸张161上的原稿图像时停止。是因为图像传感器167即使在连续搬送原稿纸张161的情况下也可以读取。因此，驱动原稿搬送辊163、171的电动机不需要频繁地反复启动和停止。图17的其它辊，例如，一次转印辊131、二次转印辊133、定影辊150、排纸辊151、原稿排出辊172等也不需要频繁地反复启动和停止。
在这样不需要频繁地反复启动和停止的电动机中，无需所需推定转子的磁极的初始位置所需的时间。因此，如图7中表示一个例子那样，在通过电感式感测方式推定转子的磁极的初始位置时，以某个通电角度向定子绕组施加电压后，在定子绕组中流动的剩余电流返回到零之后以下一个通电角度向定子绕组施加电压也没有问题。并且，此时，由于能够不修正每个通电角度θM的γ轴峰值电流Iγp的检测值，而推定转子的磁极的初始位置，所以能够使控制简单化。
此外，在如上述那样需要频繁地反复启动、旋转以及停止的情况下，由于惯性较小，使用响应性优异的内转子型的无刷DC电动机与使用外转子型的无刷DC电动机相比，优选。
图17是示意性地表示内转子型的无刷DC电动机的结构和外转子型的无刷DC电动机的结构的剖视图。图17(a)表示4极6槽的内转子型的3相无刷DC电动机的结构。图17(b)表示4极6槽的外转子型的3相无刷DC电动机的结构。
参照图17(a)，在内转子型的无刷DC电动机中，在转子35的外周配置定子34。定子34的铁芯包括环状的轭33、和从轭33朝内突出的六个齿。在两个U相用齿的周围卷绕U相绕组31U，在两个V相用齿的周围卷绕V相绕组31V，在两个W相用齿的周围卷绕W相绕组31W。
内转子型的无刷DC电动机有响应性较好这个优点，是因为能够减小惯性力矩。因此，倾向于用于驱动必须频繁地反复驱动以及停止的供纸辊141、143、170以及定时辊145的电动机。
参照图17(b)，在外转子型的无刷DC电动机中，在定子34的外周配置转子35。定子34的铁芯包括被配置在转子35的旋转中心附近的轭33、和从轭33朝外突出的六个齿。在两个U相用齿的周围卷绕U相绕组31U，在两个V相用齿的周围卷绕V相绕组31V，在两个W相用齿的周围卷绕W相绕组31W。
外转子型的无刷DC电动机有能够以一定的旋转速度稳定地旋转这个优点，是因为惯性力矩比较大。
[实施方式3的总结]
图18是表示使用于图像形成装置的辊的驱动控制的电动机和其控制装置的结构的框图。以下，参照图18，总结至此的说明。
在图18中，代表性地示出必须频繁反复启动和停止的辊90A和不需要频繁地反复启动和停止而连续地被旋转驱动的辊90B。辊90A与图16的供纸辊141、143、170以及定时辊145对应，辊90B与图16的其它辊对应。
驱动辊90A的无刷DC电动机30A频繁地反复启动和停止，所以优选响应性较好的内转子型。另一方面，驱动辊90B的无刷DC电动机30B可以是内转子型以及外转子型的任意一种。
电动机控制装置70包括用于对无刷DC电动机30A进行驱动控制的驱动电路40A以及用于对无传感器矢量控制电路50A/无刷DC电动机30B进行驱动控制的驱动电路40B以及无传感器矢量控制电路50B、上位控制电路60。
驱动电路40A、40B的结构与图1的驱动电路40的结构相同，所以不重复说明。
无传感器矢量控制电路50A与实施方式1、2中所说明的无传感器矢量控制电路50的结构以及动作相同。即，无传感器矢量控制电路50A在启动无刷DC电动机30A时，通过电感式感测方式推定处于静止状态的转子的磁极的初始位置。此时，无传感器矢量控制电路50A控制驱动电路40A，使得以某个通电角度向定子绕组施加电压，在定子绕组中流动的剩余电流返回到零之前以下一个通电角度向定子绕组施加电压。无传感器矢量控制电路50A基于与通电开始同时或者即将通电开始时测定到的γ轴剩余电流Iγ0的值对γ轴电流的峰值Iγp的检测值进行修正，以提高磁极位置的推定精度。该情况下，也可以按照前述的式(9)或者图15的表格对γ轴电流的峰值Iγp的检测值进行修正。无传感器矢量控制电路50A基于针对每个通电角度获得的修正后的γ轴峰值电流的修正值Iγp＿c来推定转子的初始位置。由此，可以在短时间内高精度地推定转子的磁极的初始位置。
另一方面，无传感器矢量控制电路50B进行与在实施方式1中所说明的无传感器矢量控制电路50基本相同的动作，但无刷DC电动机30B的转子的磁极的初始位置的推定方法与无传感器矢量控制电路50A的情况不同。具体地，无传感器矢量控制电路50B控制驱动电路40B，使得在通过电感式感测方式推定转子的磁极的初始位置时，以某个通电角度向定子绕组施加电压后，经过在定子绕组中流动的剩余电流变为零的时间之后以下一个通电角度向定子绕组施加电压。该情况下，由于能够不修正γ轴峰值电流Iγp的检测值而推定转子的磁极的初始位置，所以能够使电动机控制简单化。由于辊90B连续地旋转而无需频繁反复启动和停止，所以即使进行上述那样的控制也没有问题。
上位控制电路60向无传感器矢量控制电路50A、50B输出启动指令，停止指令以及旋转速度指令值等。
上述的无传感器矢量控制电路50A、50B的各个可以构成为具有第一动作模式和第二动作模式的相同结构的无传感器矢量控制电路50。该情况下，相同结构的各无传感器矢量控制电路50在第一动作模式下进行与上述的无传感器矢量控制电路50A相同的控制动作，在第二动作模式下进行与上述的无传感器矢量控制电路50B相同的控制动作。
对本发明的实施方式进行了说明，但应该认为本次公开的实施方式在全部方面仅为例示，不起限制作用。本发明的范围由权利要求书示出，预期包括与权利要求书均等意思以及范围内的全部变更。

Claims (11)

1.一种电动机控制装置，是控制无传感器方式的无刷DC电动机的电动机控制装置，具备：
驱动电路，用于向上述无刷DC电动机的定子绕组的各相施加电压；
电流检测电路，检测在上述定子绕组流过的电流；以及，
控制电路，控制上述驱动电路，
上述控制电路包括用于推定上述无刷DC电动机的转子的磁极的初始位置的初始位置推定部，
在推定上述初始位置时，上述驱动电路一边依次变更多个通电角度，一边针对每个上述通电角度，在一定的通电时间的期间向上述定子绕组连续地或者间歇地施加恒压，
上述驱动电路在接着多个上述通电角度中的任意的第一通电角度以第二通电角度施加电压的情况下，在以上述第一通电角度的电压施加结束之后，在上述定子绕组流动的剩余电流返回到零之前，以上述第二通电角度开始电压施加，
上述电流检测电路针对每个上述通电角度，检测在即将开始电压施加之前或者电压施加开始时的剩余电流的值、和上述一定的通电时间的期间的在上述定子绕组流动的电流的峰值，
上述初始位置推定部通过检测到的上述剩余电流的值对上述电流的峰值进行修正，并基于针对多个上述通电角度的各个通电角度获得的修正后的上述电流的峰值来推定上述转子的磁极的初始位置。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其中，
上述控制电路还包括坐标变换部，
上述坐标变换部针对每个上述通电角度，根据即将开始电压施加之前或者电压施加开始时的上述定子绕组的各相的剩余电流来计算γ轴剩余电流，
上述坐标变换部针对每个上述通电角度，根据上述一定的通电时间的期间的上述定子绕组的各相的电流峰值来计算γ轴电流的峰值，
上述初始位置推定部针对每个上述通电角度，使用上述γ轴剩余电流的值来修正上述γ轴电流的峰值，并基于针对多个上述通电角度的各个通电角度获得的修正后的上述γ轴电流的峰值来推定上述转子的磁极的初始位置。
3.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其中，
上述初始位置推定部通过针对每个上述通电角度从上述γ轴电流的峰值减去与上述γ轴剩余电流相同符号的修正量来修正上述γ轴电流的峰值。
4.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其中，
上述修正量的绝对值小于上述γ轴剩余电流的绝对值。
5.根据权利要求4所述的电动机控制装置，其中，
随着上述γ轴剩余电流的绝对值越大上述修正量的绝对值越大。
6.根据权利要求3～5中的任意一项所述的电动机控制装置，其中，
上述修正量与上述γ轴剩余电流的值、上述γ轴电流的峰值的绝对值、以及正的比例常量的积相等。
7.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其中，
上述修正量与上述γ轴电流相等。
8.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其中，
上述初始位置推定部基于表示上述γ轴剩余电流的值和修正系数的对应关系的修正表，通过对检测到的上述γ轴电流的峰值乘以与检测到的上述γ轴剩余电流对应的上述修正系数，由此修正上述γ轴电流的峰值。
9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的电动机控制装置，其中，
上述无刷DC电动机是内转子型的无刷DC电动机。
10.一种图像形成装置，具备：
进给辊，逐张进给记录介质；
图像形成部，在进给的上述记录介质形成图像；以及
权利要求1～9中的任意一项所述的电动机控制装置，该电动机控制装置对用于驱动上述进给辊的无刷DC电动机进行控制。
11.根据权利要求10所述的图像形成装置，其中，
上述图像形成装置还具备：
搬送辊，搬送上述记录介质；以及
第二电动机控制装置，对用于驱动上述搬送辊的无传感器方式的第二无刷DC电动机进行控制，
上述第二无刷DC电动机包括第二转子和第二定子绕组，
上述第二电动机控制装置具备：
第二驱动电路，用于向上述第二定子绕组的各相施加电压；
第二电流检测电路，检测在上述第二定子绕组流动的电流；以及
第二控制电路，控制上述第二驱动电路，
上述第二控制电路包括用于推定上述第二转子的磁极的初始位置的第二初始位置推定部，
在推定上述第二转子的磁极的初始位置时，上述第二驱动电路一边依次变更多个通电角度，一边针对每个上述通电角度，在一定的通电时间的期间向上述第二定子绕组连续地或者间歇地施加一定的电压，
上述第二驱动电路在接着多个上述通电角度中的任意的第一通电角度以第二通电角度施加电压的情况下，在以上述第一通电角度的电压施加结束之后，经过了在上述第二定子绕组流动的剩余电流变为零的时间之后，开始上述第二通电角度的电压施加，
上述第二电流检测电路针对每个上述通电角度，检测上述一定的通电时间的期间的在上述第二定子绕组流动的电流的峰值，
上述第二初始位置推定部基于针对多个上述通电角度的各个通电角度检测到的上述电流的峰值来推定上述第二转子的磁极的初始位置。
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