JP6664053B2 - モータ判別方法及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ判別方法、特に、ＤＣブラシレスモータの判別方法に関し、さらに、該判別方法を実行するプリンタや複写機などの画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式による複写機やプリンタなどの画像形成装置において、モータの駆動は高い精度での制御が求められる。特に、ＤＣブラシレスモータに関しては巻線仕様に応じた制御パラメータを使用する必要がある。

しかし、現状のモータシステムでモータの巻線仕様を判別するために、駆動信号と別にモータの識別信号線を設ける。そのためには、信号電圧レベルをＨｉ又はＬｏｗに固定する必要があり、モータに制御用ＤＣ電源又はグランドを別途接続する必要がある。さらに、信号及び信号レベルを決めるための配線（接続ピンとハーネス）が別途必要であった。

特許文献１には、モータに所定の電圧を印加した際の電流値あるいはインバータ装置によって所定電圧を印加した際の電流値に基づいてモータの種類を判別する、又は、所定電流を流した際の電圧値に基づいてモータの種類を判別することが記載されている。但し、この技術は、モータに所定電圧（所定電流）を印加した際の電流値（電圧値）によるモータの種類の判別であり、巻線仕様の判別ではない。

特開２００５−１６８２４１号公報

本発明の目的は、モータ巻線仕様を安価にかつ確実に判別できるモータ判別方法、及び、画像形成装置を提供することにある。

本発明の第１の形態であるモータ判別方法は、
複数のコイルを有するモータの判別方法において、
前記モータには、モータ識別信号線と前記複数のコイルとの接続箇所が異なる複数種類のモータが存在し、
前記複数種類のモータの中から、いずれの種類のモータであるかを判別するモータ識別手段と、その判別結果に応じた制御パラメータをモータ制御部に設定する設定手段とを備え、
前記モータ識別手段は、コイル通電回路により前記複数のコイルのうち通電するコイルを変更してコイルに電圧パルス信号を印加したときの前記モータ識別信号線の出力に基づいて、いずれの種類のモータであるかを判別すること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態は、前記モータ判別方法を実行することを特徴とする電子写真方式による画像形成装置である。

前記モータ判別方法においては、任意のコイルにモータ識別信号線のみを追加して、そのコイルが通電されたときのみ信号出力の変化を得ることによりモータを確実に識別でき、識別結果を基に複数モータの巻線仕様を判別可能である。それゆえ、信号電圧レベルを強制的に決めるための電源又はグランドをモータに接続する配線が不要となり、その分安価になる。

本発明によれば、モータ巻線仕様を安価にかつ確実に判別できる。

画像形成装置の概略構成図である。 前記画像形成装置における制御機構を示すブロック図である。 本発明に至る前段階としてのブラシレスモータの制御構成を示すブロック図である。 センサレスベクトル制御を示すブロック図である。 センサレスベクトル制御を示すフローチャート図である。 モータ識別信号線を１本配線した構成を示すブロック図である。 モータ制御のスイッチング回路を示す回路図である。 Ｕ相にモータ識別信号線が接続された場合の構成及び信号の流れを示すブロック図である。 各相への電圧印加パターンと１本のモータ識別信号線によるモータ識別方法を示すチャート図である。 モータ識別信号線を２本配線した構成を示すブロック図である。 モータ識別信号線を２本配線した構成（図１０Ａの続き）を示すブロック図である。 各相への電圧印加パターンと２本のモータ識別信号線によるモータ識別方法を示すチャート図である。 モータ識別制御を示すフローチャート図である。 制御パラメータの選定を示すタイミングチャート図である。 画像形成装置における制御パラメータの選定制御を示すフローチャート図である。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
図１に示すように、画像形成装置（プリンタ）１は、タンデム方式でカラー画像を形成するようにしたもので、イエロー画像を形成するための感光体１０Ｙ、マゼンタ画像を形成するための感光体１０Ｍ、シアン画像を形成するための感光体１０Ｃ、ブラック画像を形成するための感光体１０Ｋを並置し、これらの感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ上に形成された各色のトナー画像を中間転写ベルト１５上に転写／合成（１次転写）し、合成トナー像を転写ローラ１６から付与される電界により用紙（記録媒体）上に２次転写するようにしたものである。

それぞれの感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの周囲には、帯電チャージャ１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ、画像露光装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ、現像器１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋなどが配置されており、電子写真方式にて画像を形成する。このような画像形成プロセスは周知であり、その説明は省略する。

用紙（記録媒体）は、給紙部２１に積載収容されており、給紙ローラ２２によって１枚ずつ給紙される。給紙された用紙は、レジストローラ対３１を介して２次転写部へ搬送され、トナー画像が２次転写される。その後、用紙は定着装置４０でトナーの加熱定着を施され、排出ローラ対３３から画像形成装置１の上面へ排出される。

この画像形成装置１において、例えば、感光体１０と２次転写ローラ１６と定着装置４０内のローラ４１を、図２に示すモータ制御機構６１によって制御される六つのモータ５０によってそれぞれ駆動する。それぞれのモータ５０は内部回路としてＵ相、Ｖ相、Ｗ相を有するＤＣブラシレスモータである。モータ制御機構６１は、センサレスベクトル制御によるモータ制御部６２と、スイッチング回路６３と、電流検知回路６４とで構成されている。また、制御機構６１とモータ５０とはコネクタ５１，６５によって互いに接続されている。

画像形成装置制御部６１は、指令値として駆動命令や目標回転速度をモータ制御部６２に与える。これらの信号に従って、モータ制御部６２はモータ５０を駆動する。また、モータ制御部６２からは異常信号画像形成制御部６１に送る。

図３に、本発明に至る前段階として考えられるブラシレスモータ５０の制御機構６１Ａを示す。この制御機構６１Ａは、モータ判別機能を持たせたセンサレスベクトル制御によるもので、実際に制御する信号であるＵ，Ｖ，Ｗの他に、判別信号とＧＮＤをモータ５０に接続している。モータ５０内の判別回路５２で判別信号とＧＮＤが接続されている場合、判別信号はＬｏｗレベルとなる。判別回路５２で判別信号とＧＮＤが接続されていない場合、判別信号は、オープン状態のためにモータ制御機構６１内の電源Ｖｃｃとプルアップ抵抗ＲによりＨｉレベルとなる。しかし、この制御機構６１Ａでは、ＬｏｗレベルかＨｉレベルかの２種類のみの判別が可能である。

図４にセンサレスベクトル制御を行う構成を示す。ωｒｅｆは目標回転速度、Ｉ_dqｒｅｆは目標電流値、Ｖ_dqはｄｑ軸電圧、Ｖ_uvwはｕｖｗ軸電圧、ＰＷＭ_uvwは３相ＰＷＭ、Ｉ_uvwは電流ｕｖｗ、Ｉ_dqはｄｑ軸電流、θは電気角、ωは回転速度を、それぞれ示している。

図５にセンサレスベクトル制御の一例を示す。駆動命令が発せられると、強制転流駆動により、モータを回転させる（ステップＳ１）。その後、一定回転数まで到達したとき（ステップＳ２でＹＥＳ）、電流値から位置推定を行ってモータを駆動する（ステップＳ３）。この制御手順では、強制転流駆動が起動制御に当たる。

図６に本発明において１本のモータ識別信号線５３を配線した構成例を示す。モータＡは、図６（Ａ）に示すように、モータ識別信号線５３をＵ相コイルに接続している。モータＢは、図６（Ｂ）に示すように、モータ識別信号線５３をＶ相コイルに接続している。モータＤは、図６（Ｃ）に示すように、モータ識別信号線５３をコイル中点に接続している。モータＥは、図６（Ｄ）に示すように、モータ識別信号線５３を未接続としている。

次に、モータ制御機構６１のスイッチング回路６３の詳細について図７を参照して説明する。スイッチング回路６３内には、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相とＤＣ２４Ｖの電源との間のハイサイド側にスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴが３個、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相とＧＮＤとの間のローサイド側にスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴが３個、それぞれのＭＯＳＦＥＴを駆動するプリドライブ段６６が搭載されている。全６個のＭＯＳＦＥＴは、プリドライブ段６６を経由してモータ制御部６２からの各スイッチング信号によりオン／オフ制御される。例えば、電流をＵ相からＶ相に流す場合、Ｕ相Ｈ信号とＶ相Ｌ信号をオンすることで、２４Ｖの電源とＵ相コイルが接続し、ＧＮＤとＶ相が接続されて電流がＵ相からＶ相に流れる（図７の点線参照）。これにて、Ｕ相に２４Ｖの電圧が印加されることになる。

Ｕ相にモータ識別信号線５３が接続された場合の構成及び信号の流れを図８に示す。ＰＷＭ波形生成手段６７より、Ｕ相に接続されたハイサイドＭＯＳＦＥＴとＵ相以外のローサイドＭＯＳＦＥＴがオンすると、Ｕ相に２４Ｖの電圧が印加される。それにより、Ｕ相に接続されたモータ識別信号線５３が２４Ｖに上昇し、モータ識別回路の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の分圧抵抗によって２４Ｖが分圧され、モータ識別手段６８にＨｉレベル信号として入力される。モータ識別手段６８は入力された信号に基づいてモータを識別し、そのモータ識別結果を制御パラメータ設定手段６９に出力する。制御パラメータ設定手段６９は入力されたモータ識別結果に基づいて複数の巻線仕様などの各制御パラメータ値を選択し、それらの値をセンサレスベクトル制御部７０に設定する。

ここで、各相への電圧印加パターンと１本のモータ識別信号線によるモータ識別方法を図９を参照して説明する。六つのスイッチング信号の組み合わせによる電圧印加パターンａ）〜ｆ）の全６パターンを印加する。例えば、電圧印加パターンａ）は、Ｕ相に電圧印加するパターンであり、Ｕ相ＨハイサイドとＶ相ローサイドのＭＯＳＦＥＴをオンする。その印加時のモータ識別信号に基づいてモータを識別する。例えば、モータＡはＵ相に判別信号を接続しており、電圧印加パターンａ）〜ｆ）を印加した際、判別信号がａ）とｂ）を印加したときのみＨｉとなった場合、モータＡと判別する。モータ識別信号線の接続先が５箇所の場合は最大５種類のモータを識別可能である。

詳しくは、モータＡは、モータ識別回路線をＵ相に接続しているため、Ｕ相に電圧印加するパターンａ）とｂ）で信号がＨｉとなり、Ｖ相とＷ相に電圧印加するパターンｃ）〜ｆ）は信号がＬｏｗとなるため、パターンａ）とｂ）のみ信号がＨｉであると検出すればモータＡと識別する。モータＢは、モータ識別回路線をＶ相に接続しているため、Ｖ相に電圧印加するパターンｃ）とｄ）で信号がＨｉとなり、Ｕ相とＷ相に電圧印加するパターンａ），ｂ），ｅ），ｆ）は信号がＬｏｗとなるため、パターンｃ）とｄ）のみ信号がＨｉであると検出すればモータＢと識別する。モータＣは、モータ識別回路線をＷ相に接続しているため、Ｗ相に電圧印加するパターンｅ）とｆ）で信号がＨｉとなり、Ｕ相とＶ相に電圧印加するパターンａ）〜ｄ）は信号がＬｏｗとなるため、パターンｅ）とｆ）のみ信号がＨｉであると検出すればモータＣと識別する。

モータＤは、モータ識別回路線をコイル中点に接続しているため、全部の印加パターンａ）〜ｆ）で信号がＨｉとなるため、その場合はモータＤと識別する。モータＥは、モータ識別回路線をコイルに未接続のため、全部の印加パターンａ）〜ｆ）で信号がＬｏｗとなるため、その場合はモータＥと識別する。

以下に示す表１は、巻線仕様ごとに使い分けられる制御パラメータの一例である。制御パラメータとしては、モータパラメータであるインダクタンス、抵抗、誘起電圧定数、極対数や、ＰＩＤ制御に使用する比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインなどが挙げられる。

図１０Ａ及び図１０Ｂに本発明において２本のモータ識別信号線５３ａ，５３ｂを配線した構成例を示す。この例では、２本の識別線５３ａ，５３ｂからモータ識別信号１，２が生成される。モータＦは、図１０（Ａ）に示すように、モータ識別信号線５３ａ，５３ｂをＵ相コイルに接続している。モータＧは、図１０Ｂ（Ａ）に示すように、モータ識別信号線５３ａをＶ相コイルに接続するとともに、モータ識別信号線５３ｂをＵ相コイルに接続している。モータＨは、図１０Ｂ（Ｂ）に示すように、モータ識別信号線５３ａをＷ相コイルに接続するとともに、モータ識別信号線５３ｂをＵ相コイルに接続している。

各相への電圧印加パターンと２本のモータ識別信号線によるモータ識別方法は図１１に示すとおりである。この場合も、六つのスイッチング信号の組み合わせによる電圧印加パターンａ）〜ｆ）の全６パターンを印加する。電圧印加パターンは図９で示したものと同様であり、その印加時のモータ識別信号に基づいてモータを識別する点も図９を参照して説明したとおりである。本構成例のように２本の信号線を用いると、２５種類のモータＡ〜Ｙを識別可能である。

図１２にモータ識別制御の一例を示す。制御パラメータが選定されていない場合（ステップＳ１１でＮＯ）、各コイルに前記６パターンの電圧を印加する（ステップＳ１２）。識別可能であれば（ステップＳ１３でＹＥＳ）、それによるモータ識別信号の変化からモータの識別を図９又は図１１の判別方法に従って行う（ステップＳ１４）。そして、識別したモータに基づいて前記表１のテーブルから制御パラメータを選択する（ステップＳ１５）。識別不可の場合は（ステップＳ１３でＮＯ）、所定回数の電圧印加を繰り返し（ステップＳ１６）、それでもモータ識別が不可能な場合は、モータ識別異常と判定し、異常信号を出力する（ステップＳ１７）。

以上のごとく、制御パラメータを選定した後は、起動制御を実行する。即ち、初期磁極位置を推定し（ステップＳ１８）、強制転流駆動によりモータを回転させる（ステップＳ１９）。その後、一定回転数まで到達したとき（ステップＳ２０でＹＥＳ）、電流値から位置推定を行ってモータを駆動する（ステップＳ２１）。

以上に説明したモータ判別方法を画像形成装置で実施する場合、モータの取換えが行われるのは、装置の電源がオフされているときのみである。つまり、図１３に示すように、画像形成装置の電源がオフされた場合のみ、制御パラメータの選定が実行される。

ここで、画像形成装置における制御パラメータの選定制御の一例を図１４に示す。ここでは、装置の主電源がオンされた直後に、図１２のステップＳ１２〜Ｓ１７で示した制御パラメータ選定を実行する。その後、モータ駆動命令を図２に示す制御部６０から制御部６２へ送信し（ステップＳ３１）、図１２のステップＳ１８〜Ｓ２１を実行する。

（他の実施例）
なお、本発明に係るモータ判別方法及び画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、図１に示した画像形成装置は単なる一例であって、本モータ判別方法は様々な画像形成装置に適用することができる。

以上のように、本発明は、モータ判別方法に有用であり、特に、モータ巻線仕様を安価にかつ確実に判別できる点で優れている。

１…画像形成装置
５０…モータ
５２…判別回路
５３，５３ａ，５３ｂ…モータ識別信号線
６０…画像形成装置制御部
６１…モータ制御機構
６２…モータ制御部
６３…スイッチング回路

Claims (10)

1. 複数のコイルを有するモータの判別方法において、
   前記モータには、モータ識別信号線と前記複数のコイルとの接続箇所が異なる複数種類のモータが存在し、
   前記複数種類のモータの中から、いずれの種類のモータであるかを判別するモータ識別手段と、その判別結果に応じた制御パラメータをモータ制御部に設定する設定手段とを備え、
   前記モータ識別手段は、コイル通電回路により前記複数のコイルのうち通電するコイルを変更してコイルに電圧パルス信号を印加したときの前記モータ識別信号線の出力に基づいて、いずれの種類のモータであるかを判別すること、
   を特徴とするモータ判別方法。
2. 前記モータ識別手段は、モータを判別した結果を基にモータの巻線仕様を判別し、該巻線仕様に応じて前記モータの制御パラメータが変更されること、を特徴とする請求項１に記載のモータ判別方法。
3. 前記モータ識別信号線が所定コイルに１本接続構成の場合、前記コイル通電回路により各コイルに対して順番に電圧パルス信号を印加したときのモータ識別信号線の出力が、所定コイルに電圧パルス信号を印加したタイミングに同期して変化した場合、前記モータ識別手段は所定モータであると判別すること、を特徴とする請求項１に記載のモータ判別方法。
4. 前記モータ識別信号線がコイルに未接続構成の場合、前記コイル通電回路により全コイルに順番に電圧パルス信号を印加してもモータ識別信号線の出力が変化しなかった場合、前記モータ識別手段は所定モータであると判別すること、を特徴とする請求項１に記載のモータ判別方法。
5. Ｙ結線モータに対して、前記モータ識別信号線がコイル中点に接続構成の場合、前記コイル通電回路により各コイルに順番に電圧パルス信号を印加して全コイルに電圧パルス電圧を印加したタイミングに同期してモータ識別信号線の出力が変化した場合、前記モータ識別手段は所定モータであると判別すること、を特徴とする請求項１に記載のモータ判別方法。
6. モータ識別信号線を複数備え、前記コイル通電回路により任意の複数コイルに電圧パルス信号を印加したタイミングに同期してモータ識別信号線の出力が変化した場合、前記モータ識別手段は所定モータであると判別すること、を特徴とする請求項１に記載のモータ判別方法。
7. モータの判別ができなかった場合、任意回数の請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の判別方法を実行し、全ての結果で判別不可能な場合、異常信号を出力すること、を特徴とするモータ判別方法。
8. モータ判別及びその結果を基にモータの巻線仕様を判別して制御パラメータの変更は初期磁極位置推定制御を行うより前のタイミングで実行すること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ判別方法。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のモータ判別方法を実行すること、を特徴とする電子写真方式によって用紙上に画像を形成する画像形成装置。
10. 主電源がオンされたときに前記モータ判別方法を実行すること、を特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。

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