JP2019037013A - モータ制御装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣブラシレスモータの回転駆動力により回転する部品の余命を従来よりも高い精度で推定する。【解決手段】ＤＣブラシレスモータを制御するモータ制御装置は、であって、ＤＣブラシレスモータをベクトル制御するベクトル制御部と、ベクトル制御部においてベクトル制御に用いるパラメータのうち、ＤＣブラシレスモータにより駆動される回転部品の余命の推定に有効な周波数帯域が互いに異なる複数のパラメータω，Ｔのそれぞれにおける１以上の周波数成分ｇ，ｈに基づいて、回転部品の余命を推定する余命推定部２３と、を有する。【選択図】図８

Description

本発明は、モータ制御装置および画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機、複合機などの画像形成装置において、シートを搬送するローラその他の回転体の駆動源としてＤＣブラシレスモータが用いられている。ＤＣブラシレスモータの捲線（コイル）に流す交流電流をｄ−ｑ座標系のベクトルの成分として制御するベクトル制御によると、ＤＣブラシレスモータを効率よく滑らかに回転させることができる。

回転体および回転体にモータの回転駆動力を伝達するギヤは、使用によって次第に摩耗する。このため、画像形成装置のサービスパーソンは、定期的にこれらの部品の状態を点検して必要に応じて良品と交換する。ところが、例えばギヤの摩耗の程度を目視点検するには、ギヤ機構を画像形成装置から取り出して分解しなければならず、作業に時間がかかる。また、目視点検では部品交換の要否を的確に判断するのは難しい。

画像形成装置における部品交換の要否を簡便に判断できるように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、エンコーダによりモータの回転速度を検出して高速フーリエ変換(fast Fourier transform: FFT) により分析し、ギアの噛み合い周波数の回転ムラ値を求め、回転ムラ値に基づいてギヤの余命を推定して表示する画像形成装置が開示されている。

特開２０１３−２１０５０６号公報

画像形成装置において、ＤＣブラシレスモータは、所定の期間にわたって回転速度を一定に保つよう制御される。この場合には、サーボ帯域と呼ばれる低周波数帯域の速度変動が速度制御により吸収（打消し）される。このため、モータの速度成分のＦＦＴ分析の結果に基づいて部品の余命を推定する特許文献１の技術では、低周波数帯域の変動を考慮して余命を推定することができない。つまり、低周波数帯域の変動として現れる部品の劣化を見逃して余命を推定してしまうおそれがあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、ＤＣブラシレスモータの回転駆動力により回転する部品の余命を従来よりも高い精度で推定することを目的とする。

本発明の実施形態に係るモータ制御装置は、ＤＣブラシレスモータを制御するモータ制御装置であって、前記ＤＣブラシレスモータをベクトル制御するベクトル制御部と、前記ベクトル制御部においてベクトル制御に用いるパラメータのうち、前記ＤＣブラシレスモータにより駆動される回転部品の余命の推定に有効な周波数帯域が互いに異なる複数のパラメータのそれぞれにおける１以上の周波数成分に基づいて、前記回転部品の余命を推定する余命推定部と、を有する。

本発明によると、ＤＣブラシレスモータの回転駆動力により回転する部品の余命を従来よりも高い精度で推定することができる。

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。 モータの速度制御の概要を示す図である。 モータの速度制御の周波数応答特性の例を示す図である。 モータ制御装置の構成を示す図である。 モータ制御装置のベクトル制御部の構成を示す図である。 回転部品の余命の推定に用いる複数のパラメータのそれぞれの有効な周波数帯域を示す図である。 モータの運転パターン、回転速度の推移、トルクの推移、および回転部品の余命の推定に際して注目する周波数の例を示す図である。 モータ制御装置の余命推定部の機能的構成の例を示す図である。 各パラメータの周波数成分に対する重み付けの例を示す図である。 余命の推定に用いるルックアップテーブルの内容の例を示す図である。 余命推定部の機能的構成の他の例を示す図である。 余命推定部の機能的構成の他の例を示す図である。 ベクトル制御部の構成の他の例を示す図である。 機械角および電気角の推移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。

図１には本発明の一実施形態に係るモータ制御装置２０を備えた画像形成装置１の構成の概要が示されている。

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、水平方向に配列された４個のイメージングステーション４ｙ，４ｍ，４ｃ，４ｋを有している。イメージングステーション４ｙ〜４ｋのそれぞれは、筒状の感光体５、帯電器６、プリントヘッド７、および現像器８などを有している。

カラー印刷モードにおいて、４個のイメージングステーション４ｙ〜４ｋは、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（ブラック）の４色のトナー像を並行して形成する。４色のトナー像は、回転中の中間転写ベルト１５に順次に一次転写される。最初にＹのトナー像が転写され、それに重なるようＭのトナー像、Ｃのトナー像、およびＫのトナー像が順次に転写される。

一次転写されたトナー像は、二次転写ローラ１４と対向するとき、下方の収納カセット１Ｂから取り出されて搬送されてきたシート（記録用紙）２に二次転写される。そして、二次転写の後、定着器１６の内部を通って上部の排紙トレイ１９へ送り出される。定着器１６を通過するとき、加熱および加圧によってトナー像がシート２に定着する。

画像形成装置１の内部におけるシート２の通路である搬送路９には、上流側から順に、給紙ローラ１２、レジストローラ１３、二次転写ローラ１４、定着ローラ１７、および排紙ローラ１８が配置されている。これらのローラ１１〜１４，１７，１８の回転により、シート２が搬送される。

給紙ローラ１２は、収納カセット１Ｂからそれに積層されているシート群のうちの最上のシート２を取り出して下流へ送る。レジストローラ１３は、シート２が到着するときには停止しており、中間転写ベルト１５に一次転写されたトナー像とシート２とを位置合わせするタイミングで起動されてシート２を二次転写ローラ１４へ送り出す。

二次転写ローラ１４は、シート２を中間転写ベルト１５に密着させる。定着ローラ１７は、定着器１６に設けられた一対のローラであり、シート２に熱および圧力を加える。排紙ローラ１８は、定着処理後のシート２を排紙トレイ１９へ排出する。

画像形成装置１は、回転駆動源である複数のモータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、およびこれらのモータ３ａ〜３ｄを制御するモータ制御装置２０を備えている。モータ３ａは、イメージングステーション４ｋの感光体５を駆動する感光体モータとして、モータ３ｂは、二次転写ローラ１４を駆動する二次転写モータとして、モータ３ｃは、定着ローラ１７を駆動する定着モータとして、それぞれ用いられる。モータ３ｄは、カラー印刷用のイメージングステーション４ｙ〜４ｃの感光体５を駆動する感光体モータとして用いられる。

以下において、これらのモータ３ａ〜３ｄを区別することなく、「モータ３」と記すことがある。

なお、画像形成装置１は、モータ３ａ〜３ｄの他にも複数のモータを有している。例えば、給紙ローラ１２およびレジストローラ１３を駆動する搬送モータ、イメージングステーション４ｙ〜４ｋの現像器８内のローラを駆動する現像モータ、およびトナーボトルから現像器８へトナーを補給する機構を駆動するトナー補給モータなどがある。これらのモータもモータ制御装置２０により制御される。

モータ３は、ＤＣブラシレスモータ、すなわち永久磁石を用いた回転子が回転する永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ:Permanent Magnet Synchronous Motor)である。モータ３の固定子は、電気角１２０°間隔で配置されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコア、および例えばＹ結線された３つの捲線（コイル）を有している。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相交流電流を捲線に流してコアを順に励磁することによって回転磁界が生じる。回転子は、この回転磁界に同期して回転する。

回転子の磁極数は、２、４、６，８，１０またはそれ以上であってもよい。回転子は、アウター式でもよく、インナー式でもよい。また、固定子３１のスロット数は３、６、９またはそれ以上であってもよい。

いずれにしても、モータ３に対して、ｄ−ｑ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が、後に述べるベクトル制御部２１により行われる。モータ３のベクトル制御では、モータ３の捲線に流れる３相の交流電流を、回転子と同期して回転している２相の捲線に流す直流電流に変換して制御を簡単化する。

図２にはモータ３の速度制御の概要が、図３にはモータ３の速度制御の周波数応答特性の例が、それぞれ示されている。

モータ３のベクトル制御において、図２に示すようにモータ３の回転速度をフィードバックして目標速度に一致させるＰＩＤ制御（比例積分微分制御）が行われる。

モータ３の駆動対象である感光体５、二次転写ローラ１４、または定着ローラ１７は、画像形成において一定の速度で回転する必要がある。詳しくは、感光体５は、少なくとも静電潜像の形成開始からトナー像の一次転写終了まで、二次転写ローラ１４は、少なくとも一次転写開始から二次転写終了まで、それぞれ定速回転する必要がある。また、定着ローラ１７は、少なくともシート２が定着器１６を通過する期間において、定速回転する必要がある。

図３のボード線図は、モータ３のフィードバック制御の特性の例を示している。ゲインが−３ｄＢとなるカットオフ周波数以下の周波数帯域は、サーボ帯域と呼ばれている。モータ３に加わる負荷の変動その他による速度変動のうち、このサーボ帯域での速度変動は速度制御により吸収され、実際にはほとんど発生しない。

さて、画像形成装置１は、モータ３により駆動される回転部品の余命（残り寿命）を推定する機能を有している。回転部品は、モータ３の駆動対象である回転体（感光体５、二次転写ローラ１５など）、または回転体と回転体にモータ３の駆動力を伝達するギヤとを含んで構成される回転機構である。以下、この余命を推定する機能を中心に画像形成装置１の構成および動作を説明する。

図４にはモータ制御装置２０の構成が、図５にはモータ制御装置２０のベクトル制御部２１の構成が、それぞれ示されている。

図４に示すモータ制御装置２０は、モータ３ａ〜３ｄを制御する（図１参照）。なお、図４では、モータ３ａ〜３ｄのうちのモータ３ａ，３ｂに対応する部分の構成が示されている。

図４において、モータ制御装置２０は、モータ３ａ，３ｂをそれぞれベクトル制御するベクトル制御部２１ａ，２１ｂ、回転部品の余命を推定する余命推定部２３、および推定された余命を報知する報知処理部２４を有する。これらの要素のうち、余命推定部２３および報知処理部２４は、上位制御部１０に設けられている。

ベクトル制御部２１ａは、モータ３ａを駆動するモータ駆動部２６ａに制御信号を出力し、ベクトル制御部２１ｂは、モータ３ｂを駆動するモータ駆動部２６ｂに制御信号を出力する。

ベクトル制御部２１ａ，２１ｂの構成は同様であり、これらのそれぞれが「ベクトル制御部２１」として機能する。また、モータ駆動部２６ａ，２６ｂの構成は同様であるので、以下において、モータ駆動部２６ａ，２６ｂを区別することなく「モータ駆動部２６」と記すことがある。

ベクトル制御部２１ａ，２１ｂには、速度・位置指令部１０１から速度指令値（目標速度）ω＊および電流指令値Ｉｄ＊が与えられる。電流指令値Ｉｄ＊は、回転子の磁極の目標位置に相当する。

余命推定部２３は、ベクトル制御部２１においてベクトル制御に用いるパラメータのうち、余命の推定に有効な周波数帯域が互いに異なる複数のパラメータのそれぞれにおける１以上の周波数成分に基づいて、回転部品の余命を推定する。そして、推定した余命（推定結果）Ｄ２３を報知処理部２４に通知する。

本実施形態においては、２つのパラメータを余命の推定に用いる。その１つは、モータ３の回転速度ωであり、他の１つは、モータ３のトルクＴである。余命推定部２３にはベクトル制御部２１から回転速度ωが入力されるとともに、トルクＴとしてｑ軸電流値Ｉｑが入力される。ｑ軸電流値Ｉｑは、ｄ−ｑ座標系の制御モデルを用いるベクトル制御において、トルクＴを発生させる方向（ｑ軸）の電流成分の大きさを示し、トルクＴを一意に特定する。

報知処理部２４は、通知された推定結果Ｄ２３を画像形成装置１に備わる操作パネルのディスプレイに表示させたり、通信インタフェースを介して広域ネットワーク上のサービスセンタへ送信したりする。サービスパーソンが持参するメンテナンス用の端末装置に送信することもできる。

なお、余命の推定および推定結果Ｄ２３の報知は、サービスパーソンにより指定されるメンテナンスモードにおいて行われる。ただし、メンテナンスモードに限ることなく、ユーザにより入力される印刷ジョブを実行する通常モードにおいて行うようにしてもよい。

上位制御部１０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る。上位制御部１０は、例えば汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit)、または特定の用途向けのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）を用いて構成される。余命推定部２３および報知処理部２４は、上位制御部１０のハードウェア構成により、および制御プログラムがプロセッサによって実行されることにより実現される。

図５において、モータ３は、回転子の角度位置（磁極位置）を検出する角度センサ６１を有している。また、モータ３とモータ駆動部２６とを接続する３相のケーブルのうち、Ｕ相およびＶ相のそれぞれのケーブルには、当該ケーブルを流れる電流を検出する電流検出器が設けられている。

ベクトル制御部２１は、角度センサ６１による回転子の検出角度θ、およびモータ３に流れ込む電流の検出値（電流検出値）Ｉｕ，Ｉｖに基づいて、モータ駆動部２６に与える制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を生成する。

モータ駆動部２６は、モータ３の捲線３３〜３５に電流を流して回転子を駆動するためのインバータ回路である。モータ駆動部２６は、ベクトル制御部２１からの制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−に従って複数のトランジスタをオンオフすることにより、直流電源ライン２６０から接地ラインへ捲線３３〜３５を介して流れる電流を制御する。詳しくは、捲線３３を流れる電流Ｉｕを制御信号Ｕ＋，Ｕ−に従って制御し、捲線３４を流れる電流Ｉｖを制御信号Ｖ＋，Ｖ−に従って制御し、捲線３５を流れる電流Ｉｗを制御信号Ｗ＋，Ｗ−に従って制御する。

ベクトル制御部２１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、Ａ／Ｄ変換部４５、入力座標変換部４６、および微分器４７を有する。

速度制御部４１は、上位制御部１０からの目標速度ω＊と微分器４７からの回転速度（検出速度値）ωとの差を零に近づけるＰＩＤ制御（比例積分微分制御）のための演算を行い、ｄ−ｑ座標系の電流指令値Ｉｑ＊を決定する。

電流制御部４２は、上位制御部１０からの電流指令値Ｉｄ＊と入力座標変換部４６からのｄ軸電流値Ｉｄ（推定電流値）との差、および電流指令値Ｉｑ＊と同じく入力座標変換部４６からのｑ軸電流値Ｉｑ（推定電流値）との差を零に近づけるＰＩＤ制御のための演算を行う。そして、ｄ−ｑ座標系の電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を決定する。

出力座標変換部４３は、角度センサ６１からの検出角度θに基づいて、電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊をＵ相、Ｖ相、およびＷ相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。つまり、電圧について２相から３相への変換を行う。

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−のパターンを生成し、モータ駆動部２６へ出力する。制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−は、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。

Ａ／Ｄ変換部４５は、電流検出器から入力されたＵ相の電流検出値ＩｕおよびＶ相の電流検出値ＩｖをＡ／Ｄ変換し、得られた値に基づいてＷ相の電流検出値Ｉｗを算出する。そして、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相のデジタルの電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを出力する。

入力座標変換部４６は、角度センサ６１からの検出角度θと３相の電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて、ｄ−ｑ軸座標系の推定電流値であるｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑ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。

微分器４７は、角度センサ６１からの検出角度θを微分して回転速度ωを算出する。回転速度ωは、速度制御部４１に入力されるとともに、余命推定部２３に入力される。

図６には回転部品の余命の推定に用いる複数のパラメータのそれぞれの有効な周波数帯域が示されている。

図６に示すように、回転速度ωとトルクＴとでは、余命の推定に有効な周波数帯域が、これらのパラメータを共に用いることで有効な周波数帯域が拡がるよう、互いに異なっている。すなわち、回転速度ωによる場合は、サーボ帯域を含む低周波帯域は有効ではないが、低周波帯域以外（高周波帯域）は有効である。これに対して、トルクＴよる場合は、低周波帯域は有効であるが、高周波帯域は有効ではない。高周波帯域が有効ではないのは、トルクＴは電流値から換算するので、ＰＷＭノイズを含むからである。

回転速度ωとトルクＴとを用いることにより、低周波帯域から高周波帯域までの広い帯域の周波数成分を分析の対象とすることができるので、従来のように回転速度ωのみによる推定よりも高い精度で余命を推定することができる。また、ベクトル制御のパラメータであるｑ軸電流値ＩｑをトルクＴとして用いるので、トルクセンサをモータ３に設ける必要はない。つまり、画像形成装置１の部品コストの上昇を抑えて余命推定の精度を高めることができる。

図７にはモータ３の運転パターン、回転速度ωの推移、トルクＴの推移、および回転部品の余命の推定に際して注目する周波数の例が示されている。

図７（Ａ）に示す通り、モータ３に適用される運転パターンは、基本的にはいわゆる台形駆動を行う加減速パターンである。つまり、停止状態から駆動を開始して定常速度ω１まで加速し、所定の時間にわたって定常速度ω１を維持し、その後に減速して停止させる。定速期間Ｐ２は、上に述べた回転部品が定速回転するべき期間を含むよう設定される。

なお、上位制御部１０からモータ制御装置２０への指令には、加速期間Ｐ１および減速期間Ｐ３において、刻々と目標速度を与える方式と、定常速度ω１を指定して起動指令を与えその後に適時に停止指令を与える方式とがある。

図７（Ｂ）に示すように、回転速度ωは、運転パターンと極端にずれることなく推移する。定速期間Ｐ２において回転速度ωが一定であるのが理想であるが、実際には種々の要因による変動が生じる。

図７（Ｃ）に示すように、モータ３のトルクＴは、起動時に急激に大きくなり、回転速度ωが定常速度ω１に近づくにつれて下がる。定速期間Ｐ２において、トルクＴは、ほぼ一定となるが、回転速度ωと同様に種々の要因により変動する。

余命推定部２３は、このように変動する回転速度ωおよびトルクＴの周波数成分を抽出するため、定速期間Ｐ２の一部であるデータ取得期間Ｐ２０にわたってベクトル制御部２１から回転速度ωおよびｑ軸電流値Ｉｑを取り込む。

通常、回転速度ωおよびｑ軸電流値Ｉｑは、それぞれ図７（Ｄ）に示すように複数の周波数成分を含んでいる。図７（Ｄ）では、周波数成分の周波数として、周波数ｆｊ（ｊは正の整数：０、１、２、…）が示されている。ただし、実際に含まれる周波数成分の周波数はこれらに限るものではない。

周波数ｆ０は０Ｈｚである。つまり、周波数ｆ０の周波数成分は直流成分である。周波数ｆ１は、定常速度ω１に対応する周波数である。つまり、定常速度ω１における１秒間の振動数（回転数）である。例えば、定常速度ω１が１８００ｒｐｍ（３０ｒｐｓ）である場合には、周波数ｆ１は、３０Ｈｚである。周波数ｆ２，ｆ３，ｆ４，…は、周波数ｆ１の高調波である。すなわち、例えば周波数ｆ２は第二次高調波であり、周波数ｆ３は第三次高調波である。

図８にはモータ制御装置２０の余命推定部２３の機能的構成の例が示されている。余命推定部２３は、前処理ブロック２３Ａ、分析ブロック２３Ｂ、重み付けブロック２３Ｃ、加算ブロック２３Ｄ、および余命決定ブロック２３Ｅを有する。

前処理ブロック２３Ａにおいて、乗算部２３０によりｑ軸電流値Ｉｑにトルク定数Ｋｔを乗じたトルク量Ｔｅが算出される。

分析ブロック２３Ｂにおいて、分析部２３１により回転速度ωに対してＦＦＴ分析が行われ、回転速度ωの周波数成分の大きさｇが求まる。また、分析部２３２によりトルク量Ｔｅに対してＦＦＴ分析が行われ、トルク量Ｔｅ（すなわちトルクＴ）の周波数成分の大きさｈが求まる。

重み付けブロック２３Ｃにおいて、回転速度ωの周波数成分に対して周波数ごとに定められた重みａｊ（ｊは正の整数：０、１、２、…）を付す処理、すなわち周波数成分の大きさｇｊに重みａｊを乗じる演算が行われる。また、同様に、トルク量Ｔｅの周波数成分の大きさｈｊに重みｂｊ（ｊは正の整数：０、１、２、…）を乗じる演算が行われる。なお、重みａｊ，ｂｊの値が０と定められた周波数については、重み付けの演算が省略される。

加算ブロック２３Ｄにおいて、重み付けされた周波数成分の総和である重み付け加算値Ｄ２３５が加算部２３５により算出される。

そして、余命決定ブロック２３Ｅにおいて、重み付け加算値Ｄ２３５に対応する余命をルックアップテーブル（ＬＵＴ）２３６から読み出すことにより、推定結果Ｄ２３が決定される。

図９には各パラメータの周波数成分に対する重み付けの例が、図１０には余命の推定に用いるルックアップテーブル２３６の内容の例が、それぞれ示されている。

図９の例では、モータ３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれについて個別に重みａｊ，ｂｊの値が定められている。

回転速度ωについては、周波数ｆ１７の周波数成分に対する重みａ１７および周波数ｆ３４の周波数成分に対する重みａ３４が０以外とされ、他の周波数の周波数成分に対する重みが０とされている。ただし、これに限るものではない。

周波数ｆ１７は、上に述べた通り周波数ｆ１の１７倍の周波数である。この「１７倍」における「１７」という数値は、モータ３とその駆動対象である回転体との回転比、すなわち回転体が１回転する間のモータ３の回転数である。つまり、図９の例は、モータ３（３ａ〜３ｃ）の駆動力が回転体に減速比「１７」で伝達される場合の例である。

回転体の回転が１回転ごとに乱れる場合には、１／回転比の周期でモータ３の回転が乱れる。そこで、図９の例では、周波数ｆ１７の周波数成分が重み付けの対象、すなわち余命の推定に際して注目するべき周波数成分の１つとされている。

また、例えば回転部品の固有振動などにより、周波数ｆ１７の高調波の周波数成分が顕著に現れることが考えられる。そこで、図９の例では、周波数ｆ１７の第二次高調波である周波数ｆ３４の周波数成分も重み付けの対象とされている。

なお、周波数ｆ１が３０Ｈｚである場合に、周波数ｆ１７，ｆ３４は、共にサーボ帯域外であって、余命の推定に有効な周波数帯域内である。

他方、トルクＴについては、周波数ｆ０の周波数成分に対する重みｂ０が０以外とされ、他の周波数の周波数成分に対する重みが０とされている。ただし、これに限るものではない。

ギヤの歯面の劣化などにより回転部品が回転し難くなると、摩擦の増大などによってトルクＴの直流周波数成分が大きくなる。そこで、図９の例では、周波数ｆ０の周波数成分が重み付けの対象とされている。

重みａ１７，ａ３４，ｂ０の値は、画像形成装置１を連続的に稼働させる実験によって定められる。詳しくは、所定の稼働時間が経過するごとに、回転部品の劣化の度合い（例えば回転体の表面の摩耗量）を測定するとともに、重みの値の組合せを種々変更して重み付け加算値Ｄ２３５を算出する。そして、劣化の度合いの複数回分の測定結果と測定ごとに複数ずつ算出した重み付け加算値Ｄ２３５とに基づいて、各回の測定結果と重み付け加算値Ｄ２３５との相関が最も強い重みの値の組合せを実際に採用する組合せとして選ぶ。

なお、感光体５はモータ３と１段減速で連結される。このため、回転速度ωに影響が出やすい。これに対して、二次次転写ローラ１４および定着ローラ１７は、複数のギヤを介して連結される。特に、定着ローラ１７の方がギア数が多いので、回転速度ωよりもトルクＴに影響が出やすい。

図１０において、ルックアップテーブル２３６は、重み付け加算値Ｄ２３５の値の区分ごとに余命（推定結果）Ｄ２３を示す。図１０の例では、余命は、「長い（回転動作が安定している）」、「やや短い（不安定の徴候があり注意が必要）」、および「短い（回転部品の交換が必要）」の３段階に区分されている。ただし、４以上の段階に区分してもよいし、部品交換の要否に応じた２段階に区分してもよい。また、余命を数値で表わしてもよい。

図１１および図１２のそれぞれには余命推定部２３の機能的構成の他の例が示されている。

上に述べた図８の例はＦＦＴ分析を行うものであったが、ＦＦＴ分析はプロセッサの大きな負荷となる。図１１および図１２の例では、周波数成分の抽出をフィルタにより行い、これによってプロセッサの負担を軽減する。

図１１に示す余命推定部２３ｂは、図８の余命推定部２３における分析ブロック２３Ｂおよび重み付けブロック２３Ｃに代えて、分析・重み付けブロック２３ＢＣを有する。その他の構成は、図８の余命推定部２３と同様である。

分析・重み付けブロック２３ＢＣは、２つのフィルタ２３３，２３４を有する。

フィルタ２３３は、回転速度ωの周波数成分のうち、重み付けの対象に定められている特定の周波数ｆｊ（図ではｆ１７，ｆ３４）の周波数成分を選択的に透過させる。フィルタ２３３において、入出力のゲインが重みａｊ（図ではａ１７，ａ３４）に対応する値となるようフィルタ特性が設計されている。

同様に、フィルタ２３４は、トルク量Ｔｅの周波数成分のうち、重み付けの対象に定められている特定の周波数ｆｊ（図ではｆ０）の周波数成分を選択的に透過させる。フィルタ２３４において、入出力のゲインが重みｂｊ（図ではｂ０）に対応する値となるようフィルタ特性が設計されている。

図１２に示す余命推定部２３ｃは、図８の余命推定部２３における分析ブロック２３Ｂに代えて、分析ブロック２３Ｂｃを有する。その他の構成は、図８の余命推定部２３と同様である。

分析ブロック２３Ｂｃは、重み付けの対象に定められている特定の周波数の周波数成分を選択的に透過させる複数のフィルタ２３７，２３８，２３９を有している。フィルタ２３７は、回転速度ωの周波数成分のうちの例えば周波数ｆ１７の周波数成分を透過させるバンドパスフィルタであり、フィルタ２３８は、同じく回転速度ωの周波数成分のうちの例えば周波数ｆ３４の周波数成分を透過させるバンドパスフィルタである。また、フィルタ２３９は、トルク量Ｔｅの周波数成分のうちの例えば周波数ｆ０の周波数成分を透過させる。

フィルタ２３７，２３８，２３９により抽出された周波数成分に基づいて、重み付けブロック２３Ｃおよび加算ブロック２３Ｄにより重み付け加算値Ｄ２３５が算出され、余命決定ブロック２３Ｅから重み付け加算値Ｄ２３５に応じた推定結果Ｄ２３が出力される。

図１３にはベクトル制御部２１の構成の他の例が、図１４には機械角および電気角の推移の例が、それぞれ示されている。図１３においては、図５と同一の機能を有する構成要素に図５と同一の符合を付し、それらの説明を省略しまたは簡略化する。

図１３において、モータ３は、センサレス型であって、磁極位置を検出するホール素子センサおよび速度を検出するエンコーダを備えていない。このモータ３を制御するモータ制御装置２０Ｂは、図５のモータ制御装置２０のベクトル制御部２１に代えて、センサレスベクトル制御を行うベクトル制御部２１Ｂを有している。そして、図５のモータ制御装置２０と同様に、余命推定部２３および報知処理部２４を有している。

モータ３のベクトル制御がセンサレスベクトル制御である場合にも、モータ３の制御に用いる複数のパラメータのそれぞれにおける１以上の周波数成分に基づいて余命を推定することにより、高い精度の推定を実現することができる。

ベクトル制御部２１Ｂは、モータ駆動部２６Ｂ内の電流検出部２７からの電流検出値Ｉｕ，Ｉｖに基づいて、モータ駆動部２６Ｂに与える制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を生成する。

モータ駆動部２６Ｂの構成は、電流検出部２７を有することを除いて、上に述べたモータ駆動部２６の構成と同様である。

電流検出部２７は、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。なお、Ｗ相電流検出部を有してもよい。

電流検出部２７は、電流Ｉｕ，Ｉｖの流路に挿入されているシャント抵抗による電圧降下を増幅してＡ／Ｄ変換し、電流検出値Ｉｕ，Ｉｖとして出力する。すなわち、２シャント方式の検出を行う。シャント抵抗の抵抗値は１／１０Ωオーダーの小さい値である。

ベクトル制御部２１Ｂは、速度制御部４１Ｂ、電流制御部４２、出力座標変換部４３、ＰＷＭ変換部４４、入力座標変換部４６Ｂ、および速度・位置推定部４８を有する。

速度制御部４１Ｂは、上位制御部１０からの目標速度ω＊と速度・位置推定部４８からの速度推定値ωｍとの差を零に近づけるＰＩＤ制御のための演算を行い、ｄ−ｑ座標系の電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を決定する。

入力座標変換部４６Ｂは、電流検出部２７からのＵ相の電流検出値ＩｕおよびＶ相の電流検出値ＩｖからＷ相の電流検出値Ｉｗを算出する。そして、速度・位置推定部４６からの推定角度θｍと３相の電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて、ｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑを算出する。

速度・位置推定部４８は、入力座標変換部４６Ｂからの推定電流値（Ｉｄ，Ｉｑ）と電流制御部５２からの電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊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。求められた速度推定値ωｍは、速度制御部４１Ｂおよび上位制御部１０に入力される。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４６Ｂに入力される。

モータ制御装置２０Ｂにおいては、図５のモータ制御装置２０と同様に、余命推定部２３にトルクＴとしてｑ軸電流値Ｉｑが入力される。しかし、図５のモータ制御装置２０とは違って、回転速度ωとして速度推定値ωｍが入力される。

速度推定値ωｍは、電流検出値Ｉｕ，Ｉｖに基づいて算出されるので、電気角に依存する周波数の電流ノイズ成分を含む。この電流ノイズ成分の周波数は、機械角と電気角との関係に依存する。例えば、モータ３の回転子が１０極構造のものである場合において、極対数は５であるので、電気角は機械角の５分の１であり、図１４に示すように電気角の周波数は機械角の周波数の５倍である。

そこで、速度推定値ωｍ（回転速度ω）の周波数成分の重み付けに際して、機械角に対応する周波数ｆ１の５倍の周波数およびその整数倍の高調波の周波数成分に付す重みを他の周波数成分に付す重みよりも小さくする。これにより、余命の推定における電流ノイズ成分の影響を低減することができる。

図９に示す重み付けにおいて、回転速度ωについて周波数ｆ１７，ｆ３４以外の周波数の周波数成分の重み（図中の「その他」）を０にすることは、周波数ｆ１の５倍の周波数およびその高調波の周波数成分に付す重みを他の重みよりも小さくすることの例である。

図１５にはモータ制御装置２０，２０Ｂにおける処理の流れが示されている。

上位制御部１０からの指令に従ってモータ３を起動すると（＃２０１でＹＥＳ）、データ取得期間Ｐ２０における複数のパラメータの推移を示すデータを取得する（＃２０２）。

取得したデータに基づいて各パラメータの周波数成分の大きさｇ，ｈを求めて回転部品の余命を推定し（＃２０３）、推定結果の報知処理として例えば結果を示す画面をディスプレイに表示させる（＃２０４）。

モータ３を停止させずに駆動を続けている状態で一定の時間が経過すると（＃２０５でＮＯ、＃２０６でＹＥＳ）、ステップ＃２０２へ戻る。モータ３を停止させるまで、ステップ＃２０２〜ステップ＃２０６の処理を繰り返す。

以上の実施形態によると、ＤＣブラシレスモータ３の回転駆動力により回転する部品の余命を従来よりも高い精度で推定することができる。

上に述べた実施形態では、複数の周波数成分の重み付け加算値Ｄ２３５に基づいて余命を推定したが、特定の周波数成分の大きさの初期値を記憶しておき、初期値からの変化量を考慮して余命の推定結果Ｄ２３を決定することができる。すなわち、複数の周波数成分の重み付け加算値Ｄ２３５が例えば「短い」に当てはまらない場合であっても、特定の周波数成分の変化量がしきい値を超える場合には、余命を「短い」と推定するようにしてもよい。初期値とは、工場出荷時の値、または回転部品を新品に交換したときの値などである。

上に述べた実施形態では、重み付け加算の対象とする周波数成分の周波数（ｆ０，ｆ１７，ｆ３４）を複数のモータ３ａ，３ｂ，３ｃについて一律に定めたが、これに限らない。モータ３ごとに回転体との回転比に応じて、重み付け加算の対象とする周波数成分の周波数を選定することができる。

また、周波数ｆ１の周波数成分を重み付け加算の対象としてもよいし、周波数ｆ１の高調波以外の周波数の周波数成分を重み付け加算の対象としてもよい。例えば、ギヤの余命を推定するために、噛み合い周波数の周波数成分を重み付け加算の対象とすることができる。

モータ３による駆動系は、例示のものに限らず種々異なったものとできる。例えば、ブラック用の感光体５とカラー用の感光体５とをそれぞれ１つのモータで駆動する構成を挙げたが、イメージングステーション４ｙ〜４ｋの感光体５を個別に４つのモータ３で駆動し、または共通の１つのモータ３で駆動する構成とすることができる。感光体５と中間転写ベルト１５とを、またはさらに二次転写ローラ１４とを１つのモータで駆動する構成とするなど、種々の構成とすることが可能である。

ベクトル制御部２１，２１Ｂおよび上位制御部１０などの構成は一例であり、ベクトル制御を行うために他の種々の構成を採用することが可能である。例えば、センサレスベクトル制御を行うベクトル制御部２１Ｂにおいて、ｄ軸およびｑ軸は、永久磁石の磁束方向を理想的に示す軸であるが、実際に推定角度θｍを経て推定されまたは検知されるγ軸およびδ軸を用いてよい。つまり、ｄ−ｑ軸に代えてγ軸−δ軸を用いることができ、また、Ｉｄ、Ｉｑについてこれに代えてＩγ、Ｉδを用いることができる。

その他、画像形成装置１およびモータ制御装置２０，２０Ｂのそれぞれの全体または各部の構成、処理の内容、順序、またはタイミング、モータ３の構成などは、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
２ シート
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ モータ（ＤＣブラシレスモータ）
５ 感光体
１４ 二次転写ローラ（転写ローラ）
１７ 定着ローラ
２０，２０Ｂ モータ制御装置
２１，２１Ｂ ベクトル制御部
２３ 余命推定部
２４ 報知処理部
２３６ ルックアップテーブル
Ｄ２３ 余命
ｆ１，ｆ１７，ｆ３４ 周波数
ｇ，ｈ 周波数成分の大きさ
Ｔ トルク（パラメータ）
ω 回転速度（パラメータ）
ω１ 定常速度（目標速度）

Claims (9)

1. ＤＣブラシレスモータを制御するモータ制御装置であって、
   前記ＤＣブラシレスモータをベクトル制御するベクトル制御部と、
   前記ベクトル制御部においてベクトル制御に用いるパラメータのうち、前記ＤＣブラシレスモータにより駆動される回転部品の余命の推定に有効な周波数帯域が互いに異なる複数のパラメータのそれぞれにおける１以上の周波数成分に基づいて、前記回転部品の余命を推定する余命推定部と、を有する、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記複数のパラメータのうちの１つは、前記ＤＣブラシレスモータの回転速度であり、他の１つは、前記ＤＣブラシレスモータのトルクである、
   請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記周波数成分のうちの１つは、前記ＤＣブラシレスモータの回転速度を一定に保つようベクトル制御を行う期間の目標速度に対応する周波数に前記ＤＣブラシレスモータと前記回転部品との回転比を乗じた周波数またはその高調波の周波数成分である、
   請求項１または２記載のモータ制御装置。
4. 前記余命推定部は、前記周波数成分の大きさをその周波数に応じて重み付けして前記余命を演算する、
   請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ制御装置。
5. 前記余命推定部は、前記複数のパラメータの値の変化から複数の前記周波数成分の大きさを算出して重み付け加算する演算またはそれに相当する処理を行って前記周波数成分の重み付け加算値を算出し、算出した重み付け加算値に対応する余命をルックアップテーブルから読み出して推定結果として出力する、
   請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ制御装置。
6. 前記ＤＣブラシレスモータのベクトル制御は、センサレスベクトル制御であり、
   前記余命推定部は、前記周波数成分のうちの前記ＤＣブラシレスモータの極対数に応じた高調波成分について、前記重み付けの重みを他の周波数成分の重みよりも小さくする、
   請求項４または５記載のモータ制御装置。
7. 前記余命推定部は、余命の推定に際して、前記周波数成分の大きさの初期値からの変化量を考慮して推定結果を決定する、
   請求項４ないし６のいずれかに記載のモータ制御装置。
8. シートに画像を形成する画像形成装置であって、
   前記画像を形成するための回転駆動源としてＤＣブラシレスモータを備え、
   前記ＤＣブラシレスモータをベクトル制御する請求項１ないし６のいずれかに記載のモータ制御装置と、
   前記モータ制御装置の前記余命推定部により推定された余命を報知する報知処理部と、を有する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
9. 前記回転部品として、前記画像の静電潜像を担持する感光体、前記画像を前記シートに転写するための転写ローラ、および、前記画像を前記シートに定着させるための定着ローラを含む、
   請求項８記載の画像形成装置。

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