JP2019122166A - モータ制御装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
制御対象のモータの巻線に接続されるスイッチング素子を含み前記スイッチング素子のスイッチングに応じた駆動電流を前記巻線へ供給することで前記モータを駆動する複数のハーフブリッジ回路と、
前記スイッチング素子をスイッチングさせるためのハイレベルとローレベルとの間で変化するPWM信号を生成し前記ハーフブリッジ回路へ供給する生成手段と、を備え、
前記モータの回転停止制御中に、少なくとも前記スイッチング素子の全てのハイサイド又は全てのローサイドの前記PWM信号を前記ハーフブリッジ回路に供給しない、
ことを特徴とする。
前記モータの回転停止制御中に、前記スイッチング素子のハイサイドまたはローサイドの前記PWM信号を前記駆動回路に供給する第1の制御と、前記スイッチング素子の全てのハイサイド又は全てのローサイドの前記PWM信号を前記ハーフブリッジ回路に供給しない第2の制御と、を切り替える、
ことを特徴とする。
前記ハーフブリッジ回路に対して設けられた電流検出素子に生じる電圧に基づいて、前記巻線に流れる前記駆動電流を検出する検出手段を備え、
前記モータの回転停止制御中に、前記検出手段で検出される前記駆動電流が閾値を超えた場合には、前記第1の制御に切り替える、
ことを特徴とする。
前記PWM信号の前記ハイレベルまたは前記ローレベルの継続時間が所定の時間よりも短い場合には、前記第1の制御に切り替える、
ことを特徴とする。
前記モータの回転停止制御中に、前記スイッチング素子のハイサイド又はローサイドの前記PWM信号を前記ハーフブリッジ回路に供給する第1の制御と、前記スイッチング素子の全てのハイサイド又は全てのローサイドの前記PWM信号を前記ハーフブリッジ回路に供給しない第2の制御と、を切り替える切り替え手段を有する、
ことを特徴とする。
前記第2の制御に切り替えた後、前記第1の制御に切り替える、
ことを特徴とする。
前記モータの回転子の位置を検出する位置検出手段を備え、
前記第2の制御に切り替えた後、前記位置検出手段で検出される前記回転子の位置のずれ量が閾値を超えている場合には、前記第1の制御に切り替える、
ことを特徴とする。
制御対象のモータの巻線に接続されるスイッチング素子を含み前記スイッチング素子のスイッチングに応じた駆動電流を前記巻線へ供給することで前記モータを駆動する複数のハーフブリッジ回路と、
前記スイッチング素子をスイッチングさせるためのハイレベルとローレベルとの間で変化するPWM信号を生成し前記ハーフブリッジ回路へ供給する生成手段と、を備え、
前記モータへ供給する駆動電流を、前記巻線に流れる前記駆動電流の検出値から決定される前記モータの回転子の回転位置と固定子の電気角度との対応を基準とした回転座標系の電流値によって制御するベクトル制御を行い、
前記スイッチング素子の全てのハイサイド又は全てのローサイドの前記PWM信号を前記ハーフブリッジ回路に供給しない場合、ハイサイド又は、ローサイドの一方の全てのスイッチング素子の前記PWM信号をオンするレベルにする、
ことを特徴とする。
前記モータが、3相のブラシレスモータである、
ことを特徴とする。
請求項1ないし9のいずれか1項に記載のモータ制御装置と、
モータを含む駆動機構と、
を備えたことを特徴とする。
請求項7に記載の発明によれば、回転停止時の負荷に応じて、制御を切り替えることができる。
請求項9に記載の発明によれば、3相のブラシレスモータの回転停止制御するときの消費電力を小さくするともに回転方向に負荷が加わったときの振動の増大を抑制することができる。
また、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
(1)画像形成装置の全体構成
(1.1)画像形成装置の構成
図1は本実施形態に係る画像形成装置1の機能構成の一例を示すブロック図である。
画像形成装置1は、制御部10、画像形成部20、操作表示部30、記憶部40を備えて構成されている。
図2はブラシレスモータ100の全体構成を示す図、図3はモータ101の構成の一例を示す図、図4は第1実施形態に係るモータ制御装置300の構成の一例を示す図である。
ブラシレスモータ100は、図2に示すように、モータ101と、エンコーダ200と、モータ制御装置300とを備えている。モータ101は、4極に着磁された永久磁石であるロータマグネット11aがロータ軸11bに同軸に一体化されて形成された回転子11と、回転子11を取り囲むように配置された固定子12から構成される。
固定子12は、6つのステータ鉄心12A〜12Fが等間隔(60度間隔)で配置され、各ステータ鉄心12A〜12Fには、それぞれ巻線が施されることによりコイル13(13A〜13F)が形成されている。
へ供給するPWM信号を制御することで、モータ101の駆動制御を行う。モータ制御部320は、例えば、画像形成制御装置110に設けられる。この場合、モータ制御部320は、CPUがROMに格納されたプログラムを読み出して実行する処理によって実現される。尚、モータ制御部320は、図4に示す各ブロックの機能を実現する1つ以上の回路であるASICによって実現されてもよい。
図5は本実施形態に係るモータ制御装置300における第1の制御時の各信号の状態と回転停止制御時のPWM信号を示すタイミングチャート、図6は本実施形態に係るモータ制御装置300における第2の制御時の各信号の状態と回転停止制御時のPWM信号を示すタイミングチャート、図13は比較例に係るモータ制御装置400の構成の一例を示す図、図14は比較例に係るモータ制御装置400における各信号の状態と回転停止制御時のPWM信号を示すタイミングチャート、図15は比較例に係るモータ制御装置400における回転停止制御時の回転位置の誤差の一例を示すタイミングチャートである。
以下、モータ101の回転停止時の制御について本実施形態における実施例を比較例とともに説明する。
比較例に係るモータ制御装置400は、モータ駆動回路410及びモータ制御部420によって構成され、エンコーダ200から出力される回転信号を用いて、モータ101の回転子11の回転を制御する。
モータ駆動回路410は、本実施形態に係るモータ駆動回路310と同様の構成であり、FET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)Q1〜Q6はハーフブリッジ回路を構成し、FETQ1〜Q6のスイッチングに応じた駆動電流をモータ101の各コイル13に供給することで、モータ101を駆動する。
モータ制御部420は、図13に示すように、位置制御部421、速度PI制御部422、ベクトル制御部423、PWM変換部424を備えている。
モータ制御装置300は、モータ制御部320が、位置制御部321、速度PI制御部322、ベクトル制御部323、PWM変換部324、PWM切替部325を備えている。
PWM切替部325は、モータ101が回転状態から停止する際に、位置制御部321から入力されるモータ101の停止信号に応じて、ハイサイドのPWM信号(VHu、VHv、VHw)またはローサイドのPWM信号(VLu、VLv、VLw)をハーフブリッジ回路に供給する第1の制御と、全てのハイサイドのPWM信号(VHu、VHv、VHw)又は全てのローサイドのPWM信号(VLu、VLv、VLw)をハーフブリッジ回路に供給しない第2の制御と、を切り替えることで、モータ101の回転停止制御するときに通常制御モードと消費電力を小さくする省電力モードとを切り替える。
図5のタイミングチャートに示す第1の制御においては、停止制御中に、ハイサイドFETQ1、Q2、Q3及びローサイドFETQ4、Q5、Q6それぞれのスイッチングを継続することで、回転子11に回転方向の負荷がかかった場合であっても、発振することなく振動の発生を抑制することができる。
図6のタイミングチャートに示す第2の制御においては、停止制御中に、ハイサイドFETQ1、Q2、Q3のスイッチングをオフにすることで、回転停止制御するときの消費電力を小さくすることができる。
尚、図6には、回転停止制御時にすべてのハイサイドFETQ1、Q2、Q3をオフするPWM信号の一例を示しているが、すべてのローサイドFETQ4、Q5、Q6をオフにしても良い。
モータ制御装置300は、位置制御部321から入力されるモータ101の停止信号に応じて、ハイサイドのPWM信号(VHu、VHv、VHw)またはローサイドのPWM信号(VLu、VLv、VLw)をハーフブリッジ回路に供給する第1の制御としての通常制御モードと、全てのハイサイドのPWM信号(VHu、VHv、VHw)又は全てのローサイドのPWM信号(VLu、VLv、VLw)をハーフブリッジ回路に供給しない第2の制御としての省電力モードを切り替えるが、第2の制御の途中で第1の制御に戻すモードを有する。これにより、停止制御中に、回転子11に回転方向の負荷がかかった場合であっても、発振することなく振動の発生を抑制することができる。
図7は本実施形態に係るモータ制御装置300Aの構成の一例を示す図、図8は本実施形態に係るモータ制御装置300Aにおける停止制御時の動作の流れを示すフローチャート、図9は本実施形態に係るモータ制御装置300Aにおける駆動電流が閾値以下の場合の各信号の状態と回転停止制御時のPWM信号を示すタイミングチャート、図10は本実施形態に係るモータ制御装置300における駆動電流が閾値を越えている場合の各信号の状態と回転停止制御時のPWM信号を示すタイミングチャートである。
本実施形態に係るモータ制御装置300Aは、モータ駆動回路310及びモータ制御部320Aによって構成され、モータ制御部320Aが電流検出部326を備えている点で、第1実施形態に係るモータ制御装置300と異なる。そのために、第1実施形態に係るモータ制御装置300と共通の構成要素には同一の符号を付して説明する。
電流検出部326による電流検知には、図9に示すように、ローサイドFETQ4、Q5、Q6のソース端子とGNDとの間に接続された電流検出素子Rが用いられる。
図11はエンコーダ200のA相信号及びB相信号の状態の一例を示すタイミングチャートである。
モータ制御装置300Aは、図11に示すように、停止制御時のエンコーダ200のA相信号、B相信号のパルス周期Tが任意の値よりも短いときは、回転子11を回すように負荷から回転トルクを受けていると判断され、PWM切り替え部は、ハイサイドのPWM信号(VHu、VHv、VHw)またはローサイドのPWM信号(VLu、VLv、VLw)をハーフブリッジ回路に供給する第1の制御を行う。これにより、停止制御中に、ハイサイドFETQ1、Q2、Q3及びローサイドFETQ4、Q5、Q6それぞれのスイッチングを継続することで、回転子11に回転方向の負荷がかかった場合であっても、発振することなく振動の発生を抑制することができる。
図12は第3実施形態に係るモータ制御装置300Bにおける第2の制御時の各信号の状態と回転停止制御時のPWM信号を示すタイミングチャートである。
モータ制御装置300Bは、停止制御の開始となるSTOP_UVW信号を受けると(S101)、図12に示すように、停止制御時の位置誤差がないか任意の値以下で、電流検出部326で検出される駆動電流が閾値以下の場合には、PWM切り替え部はすべてのハイサイドFETQ1、Q2、Q3又はすべてのローサイドFETQ4、Q5、Q6をオフにし、逆サイドのすべてのFETを常にオンにする。例えば、すべてのハイサイドFETQ1、Q2、Q3にして、ローサイドFETQ4、Q5、Q6を常にオンにする。
これにより、モータ101の停止制御中に、電流をモータ101側に帰還させてモータ101で発生するエネルギーをモータ101内部で消費することになり、回転子11の回転方向とは逆方向に回転力が作用してブレーキ効果を付与することができる。
10・・・制御装置
20・・・画像形成制御部
30・・・操作表示部
40・・・記憶部
100・・・ブラシレスモータ
101・・・モータ
200・・・エンコーダ
300、300A、300B・・・モータ制御装置
310・・・駆動制御部
320、320A・・・モータ制御部
321・・・位置制御部
322・・・速度PI制御部
323・・・ベクトル制御部
324・・・PWM変換部
325・・・PWM切替部
326・・・電流検知部
Claims (10)
- 制御対象のモータの巻線に接続されるスイッチング素子を含み前記スイッチング素子のスイッチングに応じた駆動電流を前記巻線へ供給することで前記モータを駆動する複数のハーフブリッジ回路と、
前記スイッチング素子をスイッチングさせるためのハイレベルとローレベルとの間で変化するPWM信号を生成し前記ハーフブリッジ回路へ供給する生成手段と、を備え、
前記モータの回転停止制御中に、少なくとも前記スイッチング素子の全てのハイサイド又は全てのローサイドの前記PWM信号を前記ハーフブリッジ回路に供給しない、
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記モータの回転停止制御中に、ハイレベルまたはローレベルの前記スイッチング素子の前記PWM信号を前記駆動回路に供給する第1の制御と、前記スイッチング素子の全てのハイサイド又は全てのローサイドの前記PWM信号を前記ハーフブリッジ回路に供給しない第2の制御と、を切り替える、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ装置。 - 前記ハーフブリッジ回路に対して設けられた電流検出素子に生じる電圧に基づいて、前記巻線に流れる前記駆動電流を検出する検出手段を備え、
前記モータの回転停止制御中に、前記検出手段で検出される前記駆動電流が閾値を超えた場合には、前記第1の制御に切り替える、
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記PWM信号の前記ハイレベルまたは前記ローレベルの継続時間が所定の時間よりも短い場合には、前記第1の制御に切り替える、
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記モータの回転停止制御中に、前記スイッチング素子のハイサイド又はローサイドの前記PWM信号を前記ハーフブリッジ回路に供給する第1の制御と、前記スイッチング素子の全てのハイサイド又は全てのローサイドの前記PWM信号を前記ハーフブリッジ回路に供給しない第2の制御と、を切り替える切り替え手段を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記第2の制御に切り替えた後、前記第1の制御に切り替える、
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記モータの回転子の位置を検出する位置検出手段を備え、
前記第2の制御に切り替えた後、前記位置検出手段で検出される前記回転子の位置のずれ量が閾値を超えている場合には、前記第1の制御に切り替える、
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 制御対象のモータの巻線に接続されるスイッチング素子を含み前記スイッチング素子のスイッチングに応じた駆動電流を前記巻線へ供給することで前記モータを駆動する複数のハーフブリッジ回路と、
前記スイッチング素子をスイッチングさせるためのハイレベルとローレベルとの間で変化するPWM信号を生成し前記ハーフブリッジ回路へ供給する生成手段と、を備え、
前記モータへ供給する駆動電流を、前記巻線に流れる前記駆動電流の検出値から決定される前記モータの回転子の回転位置と固定子の電気角度との対応を基準とした回転座標系の電流値によって制御するベクトル制御を行い、
前記スイッチング素子の全てのハイサイド又は全てのローサイドの前記PWM信号を前記ハーフブリッジ回路に供給しない場合、ハイサイド又は、ローサイドの一方側の全てのスイッチング素子の前記PWM信号をオンするレベルにする、
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記モータが、3相のブラシレスモータである、
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 請求項1ないし9のいずれか1項に記載のモータ制御装置と、
モータを含む駆動機構と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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Citations (5)
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- 2018-01-09 JP JP2018001220A patent/JP7067064B2/ja active Active
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