JP2018011403A - 永久磁石同期電動機の制御装置、画像形成装置、および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鎖交磁束の補正の精度を高めて回転速度の推定の誤差を低減する。【解決手段】制御装置は、捲線に流れる電流による回転磁界によって永久磁石を用いた回転子が回転する永久磁石同期電動機の制御装置であって、捲線に電流を流して回転子を駆動する駆動部と、捲線に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部により検出された電流の値および永久磁石による前記捲線への鎖交磁束を示すパラメータ値に基づいて、回転子の回転速度の推定値および磁極位置の推定値を求める推定部と、回転速度の推定値および磁極位置の推定値に基づいた回転磁界が形成されるよう駆動部を制御する制御部と、捲線の温度Ｔ１、および、捲線の温度Ｔ１と永久磁石の温度Ｔ２との関係に基づいて決定される補正情報に基づいて、鎖交磁束を示すパラメータ値φｈを補正する補正部と、を有する。【選択図】図８

Description

本発明は、永久磁石同期電動機の制御装置、画像形成装置、および制御方法に関する。

一般に、永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）は、捲線を有する固定子と永久磁石を用いた回転子とを有し、捲線に交流電流を流して回転磁界を発生させることにより、回転子をそれに同期して回転させる。

近年、センサレス型の永久磁石同期電動機が広く用いられている。センサレス型は、磁極位置を検出するための磁気センサやエンコーダを有していない。このため、センサレス型の永久磁石同期電動機の制御には、例えば回転中に固定子の捲線に発生する誘起電圧に基づいて、ｄ−ｑ軸モデルの式などの所定の演算式により回転子の磁極位置および回転速度を推定する方法が用いられる。推定のための演算においては、複数のパラメータ（モータ定数）が関係する。

ところで、永久磁石同期電動機は、周囲温度や駆動による温度上昇によって捲線や永久磁石の温度が変化してしまう。そのため、推定に用いられるパラメータ値と実際のパラメータ値とでずれが生じ、磁極位置および回転速度の推定が正しくできなくなって効率の低下や脱調現象を起こすことがある。

推定における温度の影響を低減するための先行技術として、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、モータの温度に基づいて、推定のための演算に用いる捲線抵抗値および永久磁石の磁束の値を補正することが開示されている。

米国特許第８９８１６９４号明細書

しかし、上に述べた特許文献１の技術による場合には、温度変化によるパラメータ値の補正を正しく行うことができず、推定のための演算における温度の影響による誤差を十分に低減できないという問題がある。

すなわち、特許文献１においては、測定した捲線抵抗値に基づいてモータの温度を算定し、算定したモータの温度を捲線および永久磁石の温度とみなして補正を行っている。つまり、捲線の温度と永久磁石の温度とが等しいとの仮定のもとに、捲線抵抗値および永久磁石の磁束の値の補正を行っている。

しかし、通常、捲線は固定鉄心に捲かれており、永久磁石は固定鉄心と間隙を有する回転子に設けられて回転するものであるから、構造上および動作上において両者間にはかなり大きな温度差がある。通常、鎖交磁束の値は温度の変化にともなってかなり大きく変化するので、従来においては、温度変化による鎖交磁束の補正の精度が低く、磁極位置および回転速度の推定における誤差を十分に低減できなかった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、温度変化による鎖交磁束の補正の精度を高め、磁極位置および回転速度の推定における誤差をより一層低減することを目的とする。

本発明の実施形態に係る永久磁石同期電動機の制御装置は、捲線に流れる電流による回転磁界によって永久磁石を用いた回転子が回転する永久磁石同期電動機の制御装置であって、前記捲線に電流を流して前記回転子を駆動する駆動部と、前記捲線に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流の値および前記永久磁石による前記捲線への鎖交磁束を示すパラメータ値に基づいて、前記回転子の回転速度の推定値および磁極位置の推定値を求める推定部と、前記回転速度の推定値および磁極位置の推定値に基づいた前記回転磁界が形成されるよう前記駆動部を制御する制御部と、前記捲線の温度、および、前記捲線の温度と前記永久磁石の温度との関係に基づいて決定される補正情報に基づいて、前記鎖交磁束を示すパラメータ値を補正する補正部と、を有する。前記推定部は、前記補正部により補正された前記パラメータ値を用いて、前記回転速度の推定値および磁極位置の推定値を求める。

本発明によると、温度変化による鎖交磁束の補正の精度を高め、磁極位置および回転速度の推定における誤差をより一層低減することができる。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を備えた画像形成装置の構成の概要を示す図である。 ブラシレスモータの構成の例を模式的に示す図である。 ブラシレスモータのｄ−ｑ軸モデルを示す図である。 モータ制御装置の機能的構成の一例を示す図である。 モータ制御装置におけるモータ駆動部および電流検出部の構成の例を示す図である。 捲線の抵抗値および鎖交磁束の温度依存性を示す図である。 捲線温度と磁石温度との関係の例を示す図である。 鎖交磁束のパラメータ値を求める処理の内容を示す図である。 鎖交磁束のパラメータ値を求める演算を示す図である。 設定温度の設定の例を示す図である。 補正情報の例を示す図である。 モータ制御装置における処理の流れを示す図である。 パラメータ補正処理の流れの一例を示す図である。 パラメータ補正処理の流れの他の例を示す図である。

図１には本発明の一実施形態に係るモータ制御装置２１を備えた画像形成装置１の構成の概要が示され、図２にはブラシレスモータ３，３ｂの構成が模式的に示されている。

図１において、画像形成装置１は、電子写真式のプリンタエンジン１Ａを備えたカラープリンタである。プリンタエンジン１Ａは４個のイメージングステーション１１，１２，１３，１４を有しており、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の４色のトナー像を並行して形成する。イメージングステーション１１，１２，１３，１４のそれぞれは、筒状の感光体、帯電チャージャ、現像器、クリーナ、および露光用の光源などを有している。

４色のトナー像は中間転写ベルト１６に一次転写され、用紙カセット１０から給紙ローラ１５によって引き出されて搬送されてきた用紙９に二次転写される。二次転写の後、用紙９は定着器１７の内部を通って上部の排紙トレイ１８へ送り出される。定着器１７を通過するとき、加熱および加圧によってトナー像が用紙９に定着する。

プリンタエンジン１Ａは、定着器１７、中間転写ベルト１６、給紙ローラ１５、感光体、および現像器を回転駆動する駆動源として、ブラシレスモータ３を含む複数のブラシレスモータを用いる。つまり、プリンタエンジン１Ａは、これらのブラシレスモータにより回転駆動される回転体を用いて用紙９を搬送しながら用紙９に画像を形成する。

ブラシレスモータ３は、例えば定着器１７の近傍に配置されて、定着ローラ１７１を回転駆動する。このブラシレスモータ３は、モータ制御装置２１により制御される。

図２において、ブラシレスモータ３，３ｂは、センサレス型の永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ:Permanent Magnet Synchronous Motor)である。

図２（Ａ）に示すブラシレスモータ３は、回転磁界を発生させる固定子３１と、永久磁石を用いたアウター式の回転子３２とを備えている。固定子３１は、１２０°間隔で配置されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコア３６，３７，３８、およびＹ結線された３つの捲線（コイル）３３，３４，３５を有している。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相交流電流を捲線３３〜３５に流してコア３６，３７，３８を順に励磁することによって回転磁界が生じる。回転子３２は、この回転磁界に同期して回転する。

このようなブラシレスモータ３に代えて、図２（Ｂ）に示すブラシレスモータ３ｂを画像形成装置１に実装することができる。ブラシレスモータ３ｂは、回転磁界を発生させる固定子３１ｂと、永久磁石を用いたインナー式の回転子３２ｂとを備えている。固定子３１ｂは、１２０°間隔で配置されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコア３６ｂ，３７ｂ，３８ｂ、およびＹ結線された３つの捲線３３ｂ，３４ｂ，３５ｂを有している。ブラシレスモータ３ｂもブラシレスモータ３と同様に回転磁界に同期して回転する。

図２に示す例では回転子３２，３２ｂの磁極数は４である。ただし、回転子３２，３２ｂの磁極数は４に限らず、２または６以上であってもよい。いずれにしても、ブラシレスモータ３，３ｂに対して、ｄ−ｑ軸座標系を基本とした制御モデルを用いて磁極位置および回転速度の推定を行うベクトル制御（センサレスベクトル制御）が、モータ制御装置２１により行われる。

図３にはブラシレスモータ３のｄ−ｑ軸モデルが示されている。ブラシレスモータ３のベクトル制御では、ブラシレスモータ３の捲線３３〜３５に流れる３相の交流電流を、回転子３２である永久磁石と同期して回転している２相の捲線に直流を流すと見做して制御を簡単化する。

永久磁石の磁束方向（Ｎ極の方向）をｄ軸とし、ｄ軸から電気角でπ／２［ｒａｄ］（９０°）進んだ方向をｑ軸とする。ｄ軸およびｑ軸はモデル軸である。Ｕ相の捲線３３を基準とし、これに対するｄ軸の進み角をθと定義する。この角度θは、Ｕ相の捲線３３に対する磁極の角度位置（磁極位置）を示す。ｄ−ｑ軸座標系は、Ｕ相の捲線３３を基準としてこれより角度θだけ進んだ位置にある。

ブラシレスモータ３は回転子３２の角度を検出する位置センサを有していないので、モータ制御装置２１において回転子３２の磁極位置を推定する必要がある。その推定した磁極位置を示す推定角度θｍに対応してγ軸を定め、γ軸よりも電気角でπ／２進んだ位置をδ軸に定める。γ−δ軸座標系は、Ｕ相の捲線３３を基準としてこれより推定角度θｍだけ進んだ位置にある。角度θに対する推定角度θｍの遅れを、Δθと定義する。

図４にはモータ制御装置２１の機能的構成の一例が、図５にはモータ制御装置２１におけるモータ駆動部および電流検出部の構成の例が、それぞれ示されている。

図４に示すように、モータ制御装置２１は、モータ駆動部２６、電流検出部２７、ベクトル制御部２４、速度・位置推定部２５、およびパラメータ補正部２８などを有している。

モータ駆動部２６は、ブラシレスモータ３の捲線３３〜３５に電流を流して回転子３２を駆動するためのインバータ回路である。図５のように、モータ駆動部２６は、３つのデュアル素子２６１，２６２，２６３、およびプリドライブ回路２６５などを有する。

各デュアル素子２６１〜２６３は、特性の揃った２つのトランジスタ（例えば、電界効果トランジスタ：ＦＥＴ）を直列接続してパッケージに収めた回路部品である。

デュアル素子２６１のトランジスタＱ１，Ｑ２によって、捲線３３を流れる電流Ｉｕが制御され、デュアル素子２６２のトランジスタＱ３，Ｑ４によって、捲線３４を流れる電流Ｉｖが制御される。そして、デュアル素子２６３のトランジスタＱ５，Ｑ６によって、捲線３５を流れる電流Ｉｗが制御される。

図５において、プリドライブ回路２６５は、ベクトル制御部２４から入力される制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を、各トランジスタＱ１〜Ｑ６に適した電圧レベルに変換する。変換後の制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−が、トランジスタＱ１〜Ｑ６の制御端子（ゲート）に入力される。

電流検出部２７は、Ｕ相電流検出部２７１およびＶ相電流検出部２７２を有し、捲線３３，３４に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する。Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０であるので、検出した電流Ｉｕ，Ｉｖの値から計算によって電流Ｉｗを求めることができる。

Ｕ相電流検出部２７１およびＶ相電流検出部２７２は、電流Ｉｕ，Ｉｖの流路に挿入されている抵抗値が小さい値（１／１０Ωオーダー）のシャント抵抗による電圧降下を増幅してＡ／Ｄ変換し、電流Ｉｕ，Ｉｖの検出値として出力する。すなわち、２シャント方式の検出を行う。

なお、モータ駆動部２６と電流検出部２７とを一体化した回路部品を用いてモータ制御装置２１を構成することができる。

図４に戻って、ベクトル制御部２４は、上位制御部２０からの速度指令Ｓ１の示す速度指令値ω＊に応じて、モータ駆動部２６を制御する。上位制御部２０は、画像形成装置１の全体の制御を受け持つコントローラであり、画像形成装置１をウォームアップするとき、プリントジョブを実行するとき、節電モードに移行するときなどに速度指令Ｓ１を発する。ブラシレスモータ３の回転が停止しまたは停止しようとしているモータＯＦＦ状態における速度指令Ｓ１は、回転駆動の開始の指令（起動指令）となる。

ベクトル制御部２４は、速度制御部４１、電流制御部４２、出力座標変換部４３、ＰＷＭ変換部４４、および入力座標変換部４５を有する。

速度制御部４１は、上位制御部２０からの速度指令値ω＊と速度・位置推定部２５からの速度推定値ωｍとに基づいて、γ−δ軸座標系の電流指令値Ｉγ＊，Ｉδを決定する。

電流制御部４２は、電流指令値Ｉγ＊，Ｉδに基づいて、γ−δ軸座標系の電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊を決定する。

出力座標変換部４３は、速度・位置推定部２５からの推定角度θｍに基づいて、電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊をＵ相、Ｖ相、およびＷ相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。

ＰＷＭ変換部４４は、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を生成し、モータ駆動部２６へ出力する。制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−は、ブラシレスモータ３に供給する３相交流電力の周波数および振幅をパルス幅変調（PWM: Pulse Width Modulation ）により制御するための信号である。

入力座標変換部４５は、電流検出部２７により検出されたＵ相の電流ＩｕおよびＶ相の電流Ｉｖの各値からＷ相の電流Ｉｗの値を算出する。そして、速度・位置推定部２５からの推定角度θｍと３相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの値とに基づいて、γ−δ軸座標系の推定電流値Ｉγ，Ｉδを算出する。つまり、電流について３相から２相への変換を行う。

速度・位置推定部２５は、入力座標変換部４５からの推定電流値Ｉγ，Ｉδと電流制御部４２からの電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊とに基づいて、いわゆる電圧電流方程式に従って速度推定値ωｍおよび推定角度θｍを求める。速度推定値ωｍは、回転子３２の回転速度の推定値の例であり、推定角度θｍは、回転子３２の磁極位置の推定値の例である。また、推定電流値Ｉγ，Ｉδは、電流検出部２７により検出された電流Ｉｕ，Ｉｖの値の例である。

求められた速度推定値ωｍは、速度制御部４１へ出力される。また、上位制御部２０へ回転状態のモニタ情報として送られる。求められた推定角度θｍは、出力座標変換部４３および入力座標変換部４５に入力される。

速度・位置推定部２５の処理に関わる電圧電流方程式は、パラメータとして捲線３３〜３５の抵抗値Ｒとともに、捲線３３〜３５のインダクタンス（Ｌ）を有している。そして、このインダクタンス（Ｌ）は、永久磁石による捲線３３〜３５への鎖交磁束φが関係する。つまり、鎖交磁束φは、回転速度および磁極位置を推定する演算のパラメータの１つである。なお、鎖交磁束φは、永久磁石の材質およびブラシレスモータ３の構造などにより定まる。

ところで、鎖交磁束φの値は、温度の変化に伴って大きく変化する。捲線３３〜３５の抵抗値Ｒにも顕著な温度依存性がある。通電に伴う捲線３３〜３５の発熱や環境温度の変化によりブラシレスモータ３の温度が変化するので、回転速度および磁極位置をより正確に推定するには、推定のための演算のパラメータ値を温度変化に応じて補正する必要がある。そこで、この補正を行うためにパタメータ補正部２８が設けられている。

パタメータ補正部２８は、後に述べる補正情報６１に基づいて、鎖交磁束φを示すパラメータ値φｈを補正する。また、捲線３３〜３５の抵抗値Ｒを示すパラメータ値Ｒｈをも補正する。そして、補正したパラメータ値φｈ，Ｒｈを速度・位置推定部２５に与える。

速度・位置推定部２５は、パタメータ補正部２８により補正されたパラメータ値φｈ，Ｒｈを用いて、速度推定値ωｍおよび推定角度θｍを求める。

以下、パタメータ補正部２８の機能を中心にモータ制御装置２１の構成および動作をさらに説明する。

図６には捲線３３〜３５の抵抗値Ｒおよび鎖交磁束φの温度依存性が示されている。

図６（Ａ）のように、捲線３３〜３５の抵抗値Ｒは、捲線温度Ｔ１の上昇につれて増大する。捲線温度Ｔ１とは、捲線３３〜３５の温度である。抵抗値Ｒは、（１）式で表わされる。

Ｒ＝Ｒ０[ １＋α１（Ｔ１−Ｔ０）] …（１）
ただし
Ｒ０：基準温度における抵抗値
Ｔ０：基準温度
Ｔ１：捲線温度
α１：温度係数
上の（１）式における温度係数α１の具体的な値として、ブラシレスモータ３の使用が想定される温度範囲（例えば０〜５５℃）の各温度について基準温度Ｔ０を温度範囲の下限として測定した値の平均値を用いることができる。捲線３３〜３５の材質が銅である場合には、例えば０．００３９３[ ／℃] とすることができる。

図６（Ｂ）のように、鎖交磁束φは、磁石温度Ｔ２の上昇につれて減少する。磁石温度Ｔ２とは、回転子３２である永久磁石の温度である。鎖交磁束φは、（２）式で表わされる。

φ＝φ０[ １＋α２（Ｔ２−Ｔ０）] …（２）
ただし、
φ０：基準温度における鎖交磁束
Ｔ０：基準温度
Ｔ２：磁石温度
α２：温度係数
上の（２）式における温度係数α２の具体的な値としては、永久磁石がネオジム磁石である場合には、例えば−０．００１１[ ／℃] とすることができる。

図７には捲線温度Ｔ１と磁石温度Ｔ２との関係の例が示されている。図７（Ａ）は、ブラシレスモータ３を停止させた状態で放置し、ブラシレスモータ３の全体が周囲温度Ｔｓｒになった状態から駆動を開始し、捲線温度Ｔ１および磁石温度Ｔ２の変化を調べるという実験の結果を示している。図７（Ｂ）は、ブラシレスモータ３ｂについて行った同様の実験の結果を示している。

実験では、上に述べた電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊と推定電流値Ｉγ，Ｉδとに基づいて捲線３３〜３５の抵抗値Ｒを測定し、（１）式に基づいて捲線温度Ｔ１を算出した。磁石温度Ｔ２については、駆動を断続的に停止し、停止時に生じる逆起電圧の測定値に基づいて磁石温度Ｔ２を算出した。

図７（Ａ）のように、駆動が開始されると、捲線温度Ｔ１と磁石温度Ｔ２とに差異が生じる。通電により発熱する捲線３３〜３５の捲線温度Ｔ１よりも捲線３３〜３５の外側で回転する永久磁石の磁石温度Ｔ２が低い。図７（Ａ）の例では、磁石温度Ｔ２は、捲線温度Ｔ１の上昇の半分程度しか上昇しない。つまり、駆動の開始から暫くして昇温が飽和する頃において、周囲温度Ｔｓｒと捲線温度Ｔ１との温度差ΔＴ１に対する周囲温度Ｔｓｒと磁石温度Ｔ２との温度差ΔＴ２の比率βの値は０．５である。昇温が飽和する以前の各時点においても、比率βの値はほぼ０．５である。

一方、図７（Ｂ）のように、インナー型のブラシレスモータ３ｂにおいては、磁石温度Ｔ２が捲線温度Ｔ１に概ね追従して上昇し、比率βの値は１に近い値、例えば０．９５である。つまり、駆動中において捲線温度Ｔ１と磁石温度Ｔ２との比率βは例えば０．９５であるという関係がある。

ブラシレスモータ３，３ｂについて周囲温度Ｔｓｒを変更して実験を行ったところ、ブラシレスモータ３，３ｂのそれぞれの比率βはほぼ一定であった。つまり、捲線温度Ｔ１と磁石温度Ｔ２との間に、（３）式で表わされる比率βで特定される関係がある。

β＝（Ｔ２−Ｔｓ）／（Ｔ１−Ｔｓ） …（３）
ただし、Ｔｓ：ブラシレスモータの周囲温度として設定する設定温度
そこで、モータ制御装置２１においては、このような捲線温度Ｔ１と磁石温度Ｔ２との関係を踏まえて、鎖交磁束φのパラメータ値φｈおよび捲線３３〜３５の抵抗値Ｒのパタメータ値Ｒｈを補正する。

すなわち、パラメータ補正部２８が用いる補正情報６１は、捲線温度Ｔ１、および、捲線温度Ｔ１と磁石温度Ｔ２との関係としての比率βに基づいて決定される情報である。この補正情報６１は、あらかじめパラメータ補正部２８による読込みが可能なように記憶されている。

図８には鎖交磁束φのパラメータ値φｈを求める処理の内容が、図９には鎖交磁束φのパラメータ値を求める演算が、それぞれ示されている。

図８の上段部に示すように、捲線３３〜３５の抵抗値Ｒに基づいて、（４）式により捲線温度Ｔ１を求める。（４）式は、（１）式を変形した演算式である。

Ｔ１＝（Ｒ／Ｒ０−１）／α１＋Ｔ０…（４）
捲線温度Ｔ１を求める前に抵抗値Ｒを求めておく。抵抗値Ｒは、電流検出部２７により検出した電流Ｉｕ，Ｉｖの値と当該電流に対応する電圧の値（電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊）に基づいて求めることができる。

次に、図８の中段部に示すように、求めた捲線温度Ｔ１と比率βと設定温度Ｔｓとに基づいて、（５）式により磁石温度Ｔ２を求める。このとき、比率βの値として、モータ制御装置２１の制御対象に対応する値を用いる。ブラシレスモータ３が制御対象である場合には、比率βの値として「０．５」を、ブラシレスモータ３ｂが制御対象である場合には、比率βの値として「０．９５」を用いる。

また、捲線温度Ｔ１が設定温度ＴＳ未満である場合には、磁石温度Ｔ２が捲線温度Ｔ１と同じ温度であるとする。これにより、設定温度ＴＳと実際の周囲温度Ｔｓｒとが異なっていても、磁石温度Ｔ２が捲線温度Ｔ１よりも高いという誤った算出結果が生じるのを防ぐことができる。

Ｔ２＝β（Ｔ１−Ｔｓ）＋Ｔｓ （Ｔ１≧Ｔｓの場合）
Ｔ２＝Ｔ１ （Ｔ１＜Ｔｓの場合） …（５）
そして、図８の下段部に示すように、求めた磁石温度Ｔ２と永久磁石の温度係数α２とに基づいて、（６）式により鎖交磁束φのパラメータ値φｈの補正値を求める。（６）式は、（２）式のφをφｈに置き換えた演算式である。

φｈ＝φ０[ １＋α２（Ｔ２−Ｔ０）] …（６）
このように（４）〜（６）式の各演算を順に行ってパラメータ値φｈの補正値を求めてもよいが、（４）〜（６）式から導出される（７）式により、図９に示すように抵抗値Ｒからパラメータ値φｈの補正値を求めてもよい。
（Ｒ≧Ｒ０［１＋α１（Ｔｓ−Ｔ０）］の場合）
φｈ＝φ０〔１＋α２｛β［（Ｒ／Ｒ０）−１）
／α１＋Ｔ０−Ｔｓ］＋Ｔｓ−Ｔ０｝〕
（Ｒ＜Ｒ０［１＋α１（Ｔｓ−Ｔ０）］の場合）
φｈ＝φ０｛１＋α２［（Ｒ／Ｒ０）−１）／α１］｝ …（７）
なお、（７）式における場合分けに係るＲ０［１＋α１（Ｔｓ−Ｔ０）］は、捲線温度Ｔ１が設定温度Ｔｓであるときの捲線３３〜３５の抵抗値Ｒｓである。

また、（７）式の演算を行う代わりに、（７）式の入力変数である抵抗値Ｒと演算結果（すなわちパラメータ値φｈ）とを対応づけるテーブルを用意しておき、ルックアップテーブル方式によってパラメータ値φｈを求めることができる。

つまり、パラメータ補正部２８が用いる補正情報６１は、（４）〜（６）式のような一連の演算式、（７）式のような単一の演算式、または（７）式のような演算式を用いて算出したパラメータ値φｈの補正値を示す情報であってよい。

図１０には設定温度Ｔｓの設定の例が示されている。

図１０（Ａ）に示すように、設定温度Ｔｓを固定の温度とし、制御を簡便化することができる。例えば、ブラシレスモータ３，３ｂの使用が想定される使用温度範囲Ｔｕｄの中心温度Ｔｍｉｄを設定温度Ｔｓとすることができる。使用温度範囲Ｔｕｄの下限Ｔｍｉｎが例えば０℃で、上限Ｔｍａｘが５５℃である場合の中心温度Ｔｍｉｄは、２７．５℃である。

中心温度Ｔｍｉｄに限らず、使用される地域または使用環境に応じて、中心温度Ｔｍｉｄよいも低い温度または高い温度を設定温度Ｔｓに選定してもよい。

図１０（Ｂ）に示すように、設定温度Ｔｓを適宜に変更してもよい。設定温度Ｔｓを変更することにより、パラメータ値φｈの補正の精度を高めることができる。

図１０（Ｂ）の例では、駆動を行うモータＯＮ状態では徐々に所定値まで設定温度Ｔｓを上げ、駆動を停止したモータＯＦＦ状態が長くなるにつれて設定温度Ｔｓを上げるというように、設定温度Ｔｓを変更する。すなわち、この場合において、パラメータ補正部２８は、ブラシレスモータ３の駆動状況を示す駆動状況情報６２ａを通知６２として上位制御部２０から取得し（図４参照）、取得した駆動状況情報６２ａの示す駆動状況に応じて設定温度Ｔｓを設定する。

または変形例として、定着ローラ１７１（図１参照）のような熱源の影響を大きく受ける場合には、熱源の状態に関わる画像形成装置１の動作状況に応じて、設定温度Ｔｓを変更してもよい。例えば、熱源の発熱量が多い急速ウォームアップ中は設定温度Ｔｓを高くする。この場合において、パラメータ補正部２８は、画像形成装置１の動作状況を示す動作状況情報６２ｂを取得し、取得した動作状況情報６２ｂの示す動作状況に応じて設定温度Ｔｓを設定する。

さらに他の変形例として、画像形成装置１がブラシレスモータ３の近傍の温度を検出する温度センサを備えている場合には、検出された温度に応じて設定温度Ｔｓを設定してもよい。この場合において、パラメータ補正部２８は、ブラシレスモータ３の周囲温度Ｔｓｒを示す温度検出情報６２ｃを取得し、取得した温度検出情報６２ｃの示す周囲温度Ｔｓｒまたはそれに近い温度を設定温度Ｔｓに設定する。

再び図４を参照して、ブラシレスモータ３は、モータ制御装置２１に設けられたコネクタ２１３を介して、モータ駆動部２６と電気的に接続される。このコネクタ２１３は、接続されたモータの種類を示す信号６３を出力するように構成されている。

モータの種類とは、比率βのおおよその値による分類である。例えば、同じ型番のモータは同じ種類とされ、仕様の上で比率βの異なるモータどうしは種類が異なる。ブラシレスモータ３およびブラシレスモータ３ｂは、互いに種類の異なるモータである。

パラメータ補正部２８は、信号６３に基づいて、モータ制御装置２１の制御対象がブラシレスモータ３であるかまたはブラシレスモータ３ｂであるかを判別することができる。なお、信号６３をコネクタ２１３から上位制御部２０へ送り、モータの種類を示す情報を上位制御部２０からパラメータ補正部２８へ通知し、その情報に基づいて判別を行なってもよい。

図１１には補正情報６１の例が示されている。

図１１において、補正情報６１は、上に述べたようにルックアップテーブル方式により鎖交磁束φのパラメータ値φｈを補正するための複数のテーブル６１ａ，６１ｂを有して構成される。テーブル６１ａ，６１ｂは、種類の異なる複数のブラシレスモータ３，３ｂのそれぞれについて決定された複数の補正情報の例である。

テーブル６１ａ，６１ｂは、それぞれ設定温度Ｔｓの選択肢ごとに抵抗値Ｒの複数の値と（７）式を用いて算出したパラメータ値φｈの値とを対応づけて示す。（７）式を用いることにより、テーブル６１ａ，６１ｂは、捲線温度Ｔ１が使用温度範囲Ｔｕｄ内の設定温度Ｔｓ未満である場合には、磁石温度Ｔ２が捲線温度Ｔ１と等しいとして決定されたものとなっている。

パラメータ補正部２８は、信号６３に基づいて判別した種類が「Ａ」である場合には、ブラシレスモータ３に対応するテーブル６１ａに基づいてパラメータ値φｈを補正する。判別した種類が「Ｂ」である場合には、ブラシレスモータ３ｂに対応するテーブル６１ｂに基づいてパラメータ値φｈを補正する。

図１２にはモータ制御装置２１における処理の流れが、図１３にはパラメータ補正処理の流れの一例が、図１４にはパラメータ補正処理の流れの他の例が、それぞれ示されている。

図１２に示すように、起動指令としての速度指令Ｓ１が上位制御部２０から与えられるのを待ち（＃１０１）、速度指令Ｓ１によりブラシレスモータ３の制御の開始が指令されたときに（＃１０１でＹＥＳ）、パラメータ補正処理を実行する（＃１０２）。

パラメータ補正処理においてパラメータ値φｈ，Ｒｈが補正された後に、センサレス駆動制御を開始する（＃１０３）。センサレス駆動制御は、補正されたパラメータ値φｈ，Ｒｈに基づいて回転子３２の回転速度および磁極位置を推定し、推定した回転速度（ωｍ）および磁極位置（θｍ）に基づいた磁界を回転磁界として生じさせて回転子３２を回転させる制御である。

速度指令値ω＊を０とした停止指令としての速度指令Ｓ１が与えられるまでの期間、すなわち回転子３２が駆動されている期間中に（＃１０４でＮＯ）、所定の時間間隔（例えば、１〜数秒ごと）でパラメータ補正処理を実行する。

図１３に示すように、パラメータ補正処理においては、電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊と推定電流値Ｉγ，Ｉδとに基づいて捲線３３〜３５の抵抗値Ｒを算出する（＃２０１）。続いて、算出した抵抗値Ｒに対応する鎖交磁束φのパラメータ値φｈをルックアップテーブル方式により補正値として特定する（＃２０２）。

そして、速度・位置推定部２５に対して設定されているパラメータ値φｈを、補正値として特定したパラメータ値φｈに置き換える（＃２０３）。

または、図１４に示すように、パラメータ補正処理においては、捲線３３〜３５の抵抗値Ｒを算出し（＃２１１）、（４）式の演算により捲線温度Ｔ１を算出する（＃２１２）。続けて、（５）式の演算により磁石温度Ｔ２を算出し（＃２１３）、（６）式の演算により鎖交磁束φのパラメータ値φｈを算出する（＃２１４）。

そして、速度・位置推定部２５に対して設定されているパラメータ値φｈを、算出したパラメータ値φｈに置き換える（＃２１５）。

以上の実施形態によると、捲線温度Ｔ１と磁石温度Ｔ２とを区別しない従来の制御とは違って、捲線温度Ｔ１に基づいて磁石温度Ｔ２を求め、磁石温度Ｔ２に応じて鎖交磁束φのパラメータ値φｈを補正する。これにより、温度変化による鎖交磁束φの補正の精度を高め、磁極位置および回転速度の推定の誤差をより一層低減することができる。誤差の低減により、ブラシレスモータ３，３ｂをより高効率で動作させることができるとともに、脱調を防ぐことができる。

永久磁石の温度を温度センサによらずに特定するので、ブラシレスモータ３，３ｂの構造が複雑にならず、ブラシレスモータ３，３ｂのコストアップを防ぐことができる。

上に述べた実施形態において、比率βの値は、例示の値に限らず、捲線３３〜３５および永久磁石のそれぞれの材質、並びに、固定子３１および回転子３２のそれぞれの構造および互いの間隙の値などに依存する値である。

捲線温度Ｔ１と磁石温度Ｔ２との関係を比率βで近似したが、２次以上の関数で表わされる関係として補正情報６１を決定してもよい。

上に述べた実施形態において、ベクトル制御部２４、速度・位置推定部２５、およびパラメータ補正部２８の機能は、例えばデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）とプログラムとによって実現することができる。

画像形成装置１およびモータ制御装置２１のそれぞれの全体または各部の構成、温度係数α１，α２の値、処理の内容、順序、またはタイミングなどは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

１ 画像形成装置
１Ａ プリンタエンジン（プリンタ部）
３ ブラシレスモータ（永久磁石同期電動機）
９ 用紙
２１ モータ制御装置（永久磁石同期電動機の制御装置）
２４ ベクトル制御部（制御部）
２５ 速度・位置推定部（推定部）
２６ モータ駆動部（駆動部）
２７ 電流検出部
２８ パラメータ補正部（補正部）
３２ 回転子
３３，３４，３５ 捲線
６１ 補正情報
６１ａ，６１ｂ テーブル（補正情報）
６２ａ 駆動状況情報
６２ｃ 温度検出情報
６２ｂ 動作状況情報
１７１ 定着ローラ（回転体、熱源）
Ｔ１ 捲線温度（捲線の温度）
Ｔ２ 磁石温度（永久磁石の温度）
Ｔｍｉｄ 中心温度
Ｔｓ 設定温度
Ｔｓｒ 周囲温度
Ｔｕｄ 使用温度範囲（温度範囲）
θｍ 推定角度（磁極位置の推定値）
ωｍ 速度推定値（回転速度の推定値）
β 比率
φ 鎖交磁束
φｈ パラメータ値
ΔＴ１，ΔＴ２ 温度差

Claims (14)

1. 捲線に流れる電流による回転磁界によって永久磁石を用いた回転子が回転する永久磁石同期電動機の制御装置であって、
   前記捲線に電流を流して前記回転子を駆動する駆動部と、
   前記捲線に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部により検出された電流の値および前記永久磁石による前記捲線への鎖交磁束を示すパラメータ値に基づいて、前記回転子の回転速度の推定値および磁極位置の推定値を求める推定部と、
   前記回転速度の推定値および磁極位置の推定値に基づいた前記回転磁界が形成されるよう前記駆動部を制御する制御部と、
   前記捲線の温度、および、前記捲線の温度と前記永久磁石の温度との関係に基づいて決定される補正情報に基づいて、前記鎖交磁束を示すパラメータ値を補正する補正部と、
   を有し、
   前記推定部は、前記補正部により補正された前記パラメータ値を用いて、前記回転速度の推定値および磁極位置の推定値を求める、
   ことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
2. 前記補正情報は、前記永久磁石同期電動機の使用が想定される温度範囲内の任意の温度から前記捲線の温度が上昇するときの、上昇の前と後との前記捲線の温度差に対する前記永久磁石の温度差の比率を前記関係として決定される情報である、
   請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
3. 前記補正情報は、前記捲線の温度が設定温度未満である場合には、前記永久磁石の温度が前記捲線の温度と等しいとして決定される、
   請求項２記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
4. 前記設定温度として、前記温度範囲の中心温度が設定されている、
   請求項３記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
5. 前記補正部は、前記永久磁石同期電動機の駆動状況を示す駆動状況情報を取得し、取得した前記駆動状況情報の示す前記駆動状況に応じて前記設定温度を設定する、
   請求項３記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
6. 前記補正部は、前記永久磁石同期電動機の周囲温度を示す温度検出情報を取得し、取得した前記温度検出情報の示す前記周囲温度を前記設定温度に設定する、
   請求項３記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
7. 前記補正部は、前記永久磁石同期電動機および当該永久磁石同期電動機の周囲温度を上昇させる熱源を有した機器の動作状況を示す動作状況情報を取得し、取得した前記動作状況情報の示す前記動作状況に応じて前記設定温度を設定する、
   請求項３記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
8. 前記補正情報は、演算式または当該演算式を用いて算出した前記パラメータ値の補正値を示す情報であり、
   前記演算式は、検出された前記電流の値と当該電流に対応する電圧の値とから前記捲線の抵抗値を求め、求めた前記抵抗値に基づいて前記捲線の温度を求め、求めた前記捲線の温度と前記比率と前記設定温度とに基づいて前記永久磁石の温度を求め、求めた前記永久磁石の温度と当該永久磁石の温度係数とに基づいて前記パラメータ値の補正値を求める一連の演算を表わす、
   請求項３ないし７のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
9. 前記補正部は、前記駆動部に接続された前記永久磁石同期電動機の種類を判別し、種類の異なる複数の永久磁石同期電動機のそれぞれについて決定された複数の補正情報のうち、判別した種類の永久磁石同期電動機について決定された前記補正情報に基づいて前記パラメータ値を補正する、
   請求項１ないし８のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
10. 前記制御部は、前記永久磁石同期電動機の制御の開始が指令されたときに、前記補正部により前記パラメータ値が補正された後に、前記回転磁界を生じさせる制御を開始する、
    請求項１ないし９のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
11. 前記補正部は、前記駆動部により前記回転子が駆動されている期間中に、前記パラメータ値を補正する、
    請求項１ないし１０のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置と、
    前記永久磁石同期電動機により回転駆動される回転体を用いて用紙を搬送しながら当該用紙に画像を形成するプリンタ部と、を有する、
    ことを特徴とする画像形成装置。
13. 捲線に流れる電流による回転磁界によって永久磁石を用いた回転子が回転する永久磁石同期電動機の制御方法であって、
    前記捲線に流れる電流を検出し、
    前記捲線の温度、および、前記捲線の温度と前記永久磁石の温度との関係に基づいて決定される補正情報に基づいて、前記永久磁石による前記捲線への鎖交磁束を示すパラメータ値を補正し、
    検出した前記電流の値および補正した前記パラメータ値に基づいて、前記回転子の回転速度および磁極位置を推定し、
    推定した前記回転速度および前記磁極位置に基づいた磁界を前記回転磁界として生じさせて前記回転子を回転させる、
    ことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御方法。
14. 検出した前記電流の値に基づいて前記捲線の抵抗値を求め、求めた前記抵抗値に基づいて前記捲線の温度を推定する、
    請求項１３記載の永久磁石同期電動機の制御方法。

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