JP7389616B2 - モータ制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの制御技術に関し、より詳しくは、制御対象のモータの判別技術に関する。

画像形成装置の回転部材の駆動源には、ＤＣブラシレスモータや、ブラシ付きＤＣモータや、ステッピングモータ等が用いられている。ＤＣブラシレスモータとしては、ロータの回転位置を検出するためのホール素子を有さないセンサレス型モータも使用されている。特許文献１は、電源電圧が不安定であってもセンサレス型モータのロータの回転位置を推定するための構成を開示している。

特許第５３３５０７８号公報

特許文献１においては、電源電圧が不安定である場合、パルス電圧の印加条件を変更している。しかしながら、特許文献１の構成では、コイルのインダクタンスや、ロータの磁力が異なる複数のモータを使用する場合、制御対象のモータに適した印加条件に変更することができない。

本発明は、制御対象のモータの種別を判別する技術を提供するものである。

本発明の一態様によると、モータ制御装置は、モータの複数の励磁相を励磁する励磁手段と、前記複数の励磁相それぞれを励磁した際の励磁電流を測定する測定手段と、前記複数の励磁相それぞれを励磁した際に前記測定手段が測定した前記励磁電流の複数の測定値に閾値を超えている測定値が存在する場合、前記モータの種別を第１種別と判別し、前記複数の測定値に前記閾値を超えている測定値が存在しない場合、前記モータの種別を第２種別と判別する判別手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によると、制御対象のモータの種別を判別することができる。

一実施形態による画像形成装置の構成図。 一実施形態による画像形成装置の制御構成図。 一実施形態によるモータ制御部の構成図。 一実施形態によるモータの構成図。 一実施形態によるモータ判別処理の説明図。 一実施形態によるモータ判別処理の説明図。 一実施形態によるモータ判別処理の説明図。 一実施形態によるモータ判別処理の説明図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第一実施形態＞
図１は、プリンタ、複写機、複合機、ファクシミリといった、本実施形態による、画像形成装置１０を示している。画像形成装置１０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー像を重ね合わせてフルカラーの画像を形成する。図１において、参照符号の末尾のＹ、Ｍ、Ｃ及びＫは、参照符号により示される部材が形成に関わるトナー像の色が、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックであることを示している。なお、以下の説明において、色を区別する必要がない場合には、末尾のＹ、Ｍ、Ｃ及びＫを除いた参照符号を使用する。感光体１１は、画像形成時、図の時計回り方向に回転駆動される。帯電部１２は、感光体１１の表面を一様な電位に帯電させる。露光部１３は、感光体１１の表面を光で露光して感光体１１に静電潜像を形成する。現像部の現像ローラ１５は、現像バイアスを出力することで、感光体１１の静電潜像をトナーで現像してトナー像として可視化する。一次転写部１６は、一次転写バイアスにより、感光体１１に形成されたトナー像を中間転写ベルト１７に転写する。なお、各感光体１１に形成されたトナー像を中間転写ベルト１７に重ねて転写することでフルカラーの画像が中間転写ベルト１７に形成される。

中間転写ベルト１７は、駆動ローラ２０により図の反時計回り方向に回転駆動される。これにより中間転写ベルト１７に転写されたトナー像は、二次転写部１９の対向位置へと搬送される。一方、カセット２１に格納された記録材（シート）Ｐは、搬送路２３に沿って搬送され、二次転写部１９の対向位置へと搬送される。搬送路２３には、記録材Ｐを搬送するためのローラが設けられている。二次転写部１９は、二次転写バイアスにより中間転写ベルト１７のトナー像を記録材Ｐに転写する。その後、記録材Ｐは、定着器２４へと搬送される。定着器２４は、記録材Ｐを加熱・加圧してトナー像を記録材Ｐに定着させる。トナー像の定着後、記録材Ｐは、画像形成装置の外部に排出される。

本実施形態においては、モータ１５１は、その駆動力を、不図示のギア機構を介して感光体１１Ｋ、帯電部１２Ｋ、現像ローラ１５Ｋ、一次転写部１６Ｋ、駆動ローラ２０Ｋに伝達する。モータ１５２は、その駆動力を、不図示のギア機構を介して感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、帯電部１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、現像ローラ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、一次転写部１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃに伝達する。

図２は、画像形成装置の制御構成を示している。制御部４０は、通信コントローラ２１０を介してホストコンピュータ２２０から形成する画像の画像データを受信すると画像形成を開始する。制御部４０は、画像形成を開始すると、モータ制御部４１を制御して、モータ１５１及びモータ１５２を含む各モータ１５０を回転駆動し、感光体１１等の回転部材の回転駆動制御や、記録材Ｐの搬送制御等を行う。また、制御部４０は、露光部１３を制御して感光体１１に静電潜像を形成する。さらに、制御部４０は、高圧電源１６０を制御し、帯電部１２、現像ローラ１５、一次転写部１６及び二次転写部１９に画像形成のためのバイアスを出力させる。これにより、記録材Ｐにトナー像が形成される。また、制御部４０は、定着器２４を制御して記録材Ｐにトナー像を定着させる。低圧電源１２０は、直流電圧を出力する。低圧電源１２０が出力する直流電圧は、例えば、モータ１５１やモータ１５２を回転駆動するために使用される。制御部４０は、表示部２００に画像形成装置の状態を表示する。なお、制御部４０は、マイクロコンピュータ及びメモリを有する。メモリは、各種制御プログラムやデータを保持しており、マイクロコンピュータは、メモリに格納されている各種制御プログラムやデータ等に基づき画像形成装置１０の各部を制御する。

続いて、モータ１５１を制御するモータ制御部４１の構成について図３を用いて説明する。なお、モータ１５２は、モータ１５１と同様の構成を有し、その制御構成も同様であるため、モータ１５２についての説明は省略する。モータ制御部４１は、例えば、マイコン等で実現する処理部５１を備えている。通信ポート５２は、制御部４０とシリアルデータ通信を行う。パルス幅変調（ＰＷＭ）ポート５８は、３相インバータ６０の各スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号を出力する。３相インバータ６０のスイッチング素子は、例えば、ＦＥＴであり、ＰＷＭ信号により駆動される。３相インバータには低圧電源１２０から直流電圧が供給される。ＰＷＭ信号により、３相インバータ６０の各スイッチング素子をオン・オフすることで、モータ１５１の複数のコイル７３（Ｕ相）、７４（Ｖ相）及び７５（Ｗ相）に励磁電流（コイル電流）が流れる。この様に、３相インバータ６０は、モータ１５１を励磁する励磁部として動作する。また、各コイル７３、７４、７５の励磁電流は、抵抗６３で電圧に変換され、処理部５１のＡＤコンバータ５３に、励磁電流を示す値として入力される。不揮発メモリ５５は、処理部５１がその処理に使用するデータ等を保持する保持部である。

続いて、モータ１５１の構造について図４を用いて説明する。本実施形態において、モータ１５１は、６スロットのステータ７１と、４極のロータ７２を有し、ステータ７１には３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の各コイル７３、７４、７５が設けられている。ロータ７２は、永久磁石により構成され、Ｎ極とＳ極をそれぞれ２つ有する。ここで、一般的に、コイル７３、７４、７５の様なコイルは、電磁鋼板を積層したコアに銅線を巻いた構成となっている。また、電磁鋼板の透磁率は、外部磁界が有ると小さくなる。コイルのインダクタンスは、コアの透磁率に比例するため、コアの透磁率が小さくなると、コイルのインダクタンスも小さくなる。例えば、図４のＵ相のコイル７３には、ロータ７２のＳ極のみが対向しているため、ロータ７２のＳ極とＮ極の両方が対向しているＷ相のコイル７５よりインダクタンスの低下率が大きくなる。また、インダクタンスの変化量は、励磁電流によって生じる磁界の方向と、外部磁界の方向が同じ方向か逆方向かによって異なる。具体的には、図４の状態において、Ｕ相のコイル７３を、対向するロータ７２のＳ極により生じる磁界と同じ方向、つまり、Ｕ相をＮ極とする様に励磁電流を流すと、Ｕ相をＳ極とする方向に励磁電流を流した場合より、インダクタンスの低下量が大きくなる。この様に、ロータ７２の停止位置と励磁相に応じて、検出されるインダクタンスは異なる。

本実施形態のモータ１５１に対する励磁相は、Ｕ－Ｖ相、Ｕ－Ｗ相、Ｖ－Ｕ相、Ｖ－Ｗ相、Ｗ－Ｕ相、Ｗ－Ｖ相の６つである。なお、Ｘ－Ｙ相を励磁するとは、Ｘ相のコイルからＹ相のコイルに励磁電流を流すことを意味する。上述した様に、ロータ７２が停止している際に、ある励磁相を励磁した際に検出されるインダクタンスは、ロータ７２の停止位置に応じて異なる。また、励磁する励磁相においても異なる。インダクタンスが異なると、電流の立ち上がりの早さも異なる様になる。したがって、ロータ７２が停止している際に、各励磁相を所定期間だけ励磁して励磁電流を測定し、その最大値を検出すると、検出される最大値は、例えば、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す様に、励磁相に応じて異なることになる。

ここで、モータ１５１のコイル７３～７５のインダクタンスが大きくなると、励磁電流は小さくなるため、その最大値も小さくなる。逆に、コイル７３～７５のインダクタンスが小さくなると、励磁電流は大きくなるため、その最大値も大きくなる。また、ロータ７２の磁力が大きい場合、ロータ７２の磁力によるインダクタンスへの影響が大きくなるため、各励磁相を励磁した際の励磁電流の最大値の差が大きくなる。逆に、ロータ７２の磁力が小さい場合、ロータ７２の磁力によるインダクタンスへの影響が小さくなるため、各励磁相を励磁した際の励磁電流の最大値の差が小さくなる。

本実施形態において、処理部５１は、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す様に、所定期間、各励磁相を励磁し、励磁している間に測定した励磁電流の最大値に基づき、制御対象のモータ種別を判定する。以下の説明において、この様に測定した各励磁相についての励磁電流の最大値を、励磁相の測定値又は測定結果と呼ぶものとする。判定には２つの方法が存在する。第１の方法は、測定値の大きさに基づき判定する方法であり、第２の方法は、各励磁相の測定値の差分で判定する方法である。例えば、コイル７３～７５のインダクタンスが異なる複数のモータのいずれのモータが制御対象であるかを判別する場合には第１の方法を使用することができる。また、ロータ７２の磁力が異なる複数のモータのいずれのモータが制御対象であるかを判別する場合には第２の方法を使用することができる。

まず、第１の方法について説明する。なお、以下の説明においては、コイル７３～７５のインダクタンスが異なる２種類のモータが画像形成装置１０に対して使用され、インダクタンスが小さい方をモータＡと呼び、インダクタンスが大きい方をモータＢと呼ぶものとする。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、モータＡ及びモータＢの各励磁相の測定結果を示している。処理部５１は、最大の測定結果が所定の閾値を超えているかどうかを制御部４０に通知し、制御部４０は、最大の測定結果が所定の閾値を超えているかどうかにより、使用されているのがモータＡであるかモータＢであるかを判定する。図５（Ａ）では、閾値を超えている測定結果が存在するが、図５（Ｂ）では、総ての測定結果は閾値より小さい。この場合、制御部４０は、閾値を超えている測定結果が存在するとモータＡと判定し、閾値を超えている測定結果が存在しないとモータＢと判定する。そして、制御部４０は、判定したモータ１５１の種別に基づきモータ１５１を制御するパラメータ、例えば、低圧電源１２０の電圧や制御ゲイン、フィルタ定数、電圧印加パターン、強制転流時の電流量等を選択・設定する。

続いて、第２の方法について説明する。なお、以下の説明においては、ロータ７２の素材や大きさ、構造等が異なる２種類のモータが画像形成装置１０に対して使用されるものとする。素材や大きさ、構造等が異なると、ロータ７２の磁力も異なる。以下の説明において、ロータ７２の磁力が小さい方をモータＣと呼び、ロータ７２の磁力が大きい方をモータＤと呼ぶものとする。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、モータＣ及びモータＤの各励磁相の測定結果を示している。処理部５１は、最大の測定結果と２番目に大きい測定結果との差が閾値を超えているかどうかを制御部４０に通知し、制御部４０は、差が閾値を超えているかどうかにより、使用されているモータ１５１がモータＣであるかモータＤであるかを判定する。図６（Ａ）の差は、図６（Ｂ）の差より小さい。なお、本例では、図６（Ａ）の差は閾値を超えていないが、図６（Ｂ）の差は閾値を超えているものとする。この場合、制御部４０は、差が閾値を超えていないとモータＣと判定し、差が閾値を超えているとモータＤと判定する。そして、制御部４０は、判定したモータ１５１の種別に基づきモータ１５１を制御するパラメータ、例えば、低圧電源１２０の電圧や制御ゲイン、フィルタ定数、電圧印加パターン、強制転流時の電流量等を選択・設定する。

なお、図６では最大の測定結果と２番目に大きい測定結果との差を閾値と比較しているが、ロータ７２の停止位置によっては、最大の測定結果と、２番目に大きい測定結果とが、ロータ７２の磁力の強さに拘わらず、同程度となる場合がある。この場合、最大の測定結果と２番目に大きい測定結果との差では、モータの種別の判定にエラーが生じ得る。したがって、最大の測定結果と、３番目以降の任意の順位の測定結果との差を閾値と比較する構成とすることもできる。

なお、本実施形態では、第１の方法（図５）と第２の方法（図６）それぞれについて、１つの閾値により２種類のモータの種別を判定していた。しかしながら、２つ以上の閾値を用いて、３段階以上でインダクタンスの大きさ、又は、ロータ７２の磁力の大きさを評価し、３種類以上のモータの種別を判定することができる。さらに、第１の方法と第２の方法の両方を用いて、インダクタンスとロータ７２の磁力がそれぞれ異なるモータの種別を判定することができる。例えば、第１の方法と第２の方法それぞれで１つの閾値を用いると、インダクタンスが小で磁力が小、インダクタンスが小で磁力が大、インダクタンスが大で磁力が小、インダクタンスが大で磁力が大の計４種類のモータを判別することができる。

なお、本実施形態では、各励磁相について、励磁電流の最大値を、インダクタンスの大きさに応じて変化する物理量として測定・検知していた。しかしながら、コイル７３～７５のインダクタンスに応じて変化する物理量を検知できれば良く、本発明は、励磁電流の最大値を検出する構成に限定されない。例えば、励磁した際の励磁電流の変化の速さを検出する構成とすることもできる。例えば、励磁してから所定時間後の電流値を測定する構成とすることができる。また、例えば、所定時間だけ励磁した際の励磁電流の平均値、実効値、尖頭値、尖頭値を除いた平均値、積分値等を使用することができる。

また、本実施形態においては、インダクタンスの大きさに応じて変化する物理量として、励磁電流の最大値を使用している。ここで、励磁電流の最大値は、インダクタンスが小さくなる程、大きくなる。したがって、インダクタンスの大きさに応じて変化する物理量として、インダクタンスが小さくなる程、小さくなる物理量を使用する場合、上記説明における判定基準はそれに応じて変化する。なお、どの様に変化するかについては、当業者であれば理解できるため、詳細な説明については省略する。なお、図５に示す第１の方法は、インピーダンスが最小であることを示す測定結果と閾値とを比較し、インピーダンスが最小であることを示す測定結果が閾値を下回っているとモータＡと判定し、そうではないと、モータＢと判定することに対応する。また、図６に示す第２の方法は、インピーダンスが最小であることを示す測定結果と、インピーダンスが２番目に小さいことを示す測定結果と、の差を求め、差が閾値を超えていないと、モータＣと判定し、そうではないと、モータＤと判定することに対応する。

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態では、コイル７３～７５のインダクタンスの違いを、測定結果の最大値に基づき判定していた。しかし、モータ１５１の特性、例えば、ロータ７２の磁力が大変強い場合、最大の測定結果が、その他の測定結果と比較して、非常に大きくなる場合がある。そのような場合には、最大の測定結果を除いた測定結果によりモータ１５１の種別を判定する方が、精度良くモータ１５１の種別を判別可能になる。

なお、以下の説明においては、コイル７３～７５のインダクタンスが異なる２種類のモータが画像形成装置１０に使用され、インダクタンスが小さい方をモータＥと呼び、インダクタンスが大きい方をモータＦと呼ぶものとする。図７（Ａ）及び（Ｂ）は、モータＥ及びモータＦの各励磁相の測定結果を示している。モータＥ及びモータＦのロータ７２の磁力は非常に強く、よって、最大の測定結果は、他の測定結果と比較して、非常に、大きくなっている。本実施形態において、処理部５１は、２番目以降の測定結果に所定の閾値を超えているものがあるかどうかを制御部４０に通知する。図７（Ａ）では、閾値を超えている測定結果が存在するが、図７（Ｂ）では、２番目以降の総ての測定結果は閾値より小さい。この場合、制御部４０は、閾値を超えている測定結果が存在するとモータＥと判定し、閾値を超えている測定結果が存在しないとモータＦと判定する。そして、制御部４０は、判定したモータ１５１の種別に基づきモータ１５１を制御するパラメータ、例えば、低圧電源１２０の電圧や制御ゲイン、フィルタ定数、電圧印加パターン、強制転流時の電流量等を選択・設定する。

なお、２番目以降の測定結果と閾値とを比較するのではなく、２番目以降の測定結果の平均値と閾値とを比較する構成とすることもできる。図７（Ａ）及び（Ｂ）には、２番目以降の測定結果の平均値も示している。制御部４０は、平均値が閾値を超えているとモータＥと判定し、平均値が閾値を超えていないとモータＦと判定する。

なお、図７では２番目以降に大きい測定結果を閾値と比較しているが、ロータ７２の停止位置によっては、最大の測定結果と、２番目に大きい測定結果とが、同程度となる場合がある。この場合、２番目以降に大きい測定結果では、モータの種別の判定にエラーが生じ得る。したがって、３番目以降の任意の順位の測定結果と閾値を比較する構成とすることもできる。

＜第三実施形態＞
続いて、第三実施形態について第一実施形態及び第二実施形態との相違点を中心に説明する。モータ１５１の特性、例えば、ロータ７２の磁力が大変弱い場合、第二実施形態の方法では、精度良く判定できない場合がある。そのような場合には、総ての測定結果の平均値によりモータ１５１の種別を判定する方が、精度良くモータ１５１の種別を判別可能になる。

以下の説明においては、コイル７３～７５のインダクタンスが異なる２種類のモータが画像形成装置１０に使用され、インダクタンスが小さい方をモータＧと呼び、インダクタンスが大きい方をモータＨと呼ぶものとする。図８（Ａ）及び（Ｂ）は、モータＧ及びモータＨの各励磁相の測定結果を示している。モータＧ及びモータＨのロータ７２の磁力は弱く、よって、最大の測定結果と最小の測定結果の差が小さくなっている。本実施形態において、処理部５１は、総ての測定結果の平均値が閾値を超えているか否かを制御部４０に通知する。図８（Ａ）では、平均値が閾値を超えているが、図８（Ｂ）では、平均値は閾値より小さい。制御部４０は、平均値が閾値を超えているとモータＧと判定し、平均値が閾値を超えていないとモータＨと判定する。そして、制御部４０は、判定したモータ１５１の種別に基づきモータ１５１を制御するパラメータ、例えば、低圧電源１２０の電圧や制御ゲイン、フィルタ定数、電圧印加パターン、強制転流時の電流量等を選択・設定する。

［その他の実施形態］
なお、上記各実施形態においては、モータ種別を判別するために、インダクタンスの大きさに応じて変化する物理量を測定・検知していた。上述した様に、各励磁相を励磁した際に測定・検知される当該物理量は、ロータ７２の停止位置及び励磁する励磁相に応じて異なるため、制御部４０は、モータ種別を判定すると共に、ロータ７２の停止位置を判定することができる。これにより、制御部４０は、判定したモータ１５１の種別に基づきモータ１５１を制御するパラメータを選択・設定し、判定したロータ７２の停止位置に基づき強制転流制御を開始することができる。

なお、上記各実施形態では、画像形成装置１０の一構成要素であるためモータ制御部４１と表記したが、モータ制御部４１を１つの装置としてモータ制御装置とすることもできる。また、制御部４０及びモータ制御部４１を含む装置をモータ制御装置とすることもできる。また、上記実施形態において、モータ１５１及びモータ１５２は、感光体１１といった、画像形成装置１０の画像形成に関する回転部材を回転させるものであったが、記録材Ｐを搬送するためのモータに対しても本発明を適用できる。また、モータ１５１及びモータ１５２の構成は、図４に示す構成に限定されず、他の極数や相数のモータであっても良い。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

６０：インバータ、５１：処理部

Claims (6)

1. モータの複数の励磁相を励磁する励磁手段と、
   前記複数の励磁相それぞれを励磁した際の励磁電流を測定する測定手段と、
   前記複数の励磁相それぞれを励磁した際に前記測定手段が測定した前記励磁電流の複数の測定値に閾値を超えている測定値が存在する場合、前記モータの種別を第１種別と判別し、前記複数の測定値に前記閾値を超えている測定値が存在しない場合、前記モータの種別を第２種別と判別する判別手段と、
   を備えていることを特徴とするモータ制御装置。
2. モータの複数の励磁相を励磁する励磁手段と、
   前記複数の励磁相それぞれを励磁した際の励磁電流を測定する測定手段と、
   前記複数の励磁相それぞれを励磁した際に前記測定手段が測定した前記励磁電流の複数の測定値の平均値が閾値を超えている場合、前記モータの種別を第１種別と判別し、前記平均値が前記閾値を超えていない場合、前記モータの種別を第２種別と判別する判別手段と、
   を備えていることを特徴とするモータ制御装置。
3. モータの複数の励磁相を励磁する励磁手段と、
   前記複数の励磁相それぞれを励磁した際の励磁電流を測定する測定手段と、
   前記複数の励磁相それぞれを励磁した際に前記測定手段が測定した前記励磁電流の複数の測定値の内の最大の測定値を除く測定値の平均値が閾値を超えている場合、前記モータの種別を第１種別と判別し、前記平均値が前記閾値を超えていない場合、前記モータの種別を第２種別と判別する判別手段と、
   を備えていることを特徴とするモータ制御装置。
4. 前記判別手段は、前記複数の励磁相それぞれを励磁した際に前記測定手段が測定した前記励磁電流の前記複数の測定値に基づき、前記モータの種別を判別すると共に、前記モータのロータの停止位置を判別することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記判別手段が判別した前記モータの種別に基づき、前記モータを制御するためのパラメータを判定する判定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 搬送路に沿ってシートを搬送するための回転部材と、
   前記搬送路を搬送される前記シートに画像を形成する画像形成手段と、
   前記回転部材又は前記画像形成手段を駆動するモータと、
   前記モータを制御する請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
   を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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