JP2017158343A - 永久磁石同期電動機の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フリーラン状態であるときに再起動が指令された場合における指令から再起動までの応答時間を短縮する。【解決手段】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において、停止指令の入力により回転子の駆動が停止しこれによって回転子がフリーラン状態となっているときに起動指令が入力された場合に、捲線に流れる電流を検出し、検出された電流に基づいて回転子の磁極位置および回転速度を推定し、推定された磁極位置および回転速度に基づいて回転磁界が生成されるよう捲線に電流を流して回転子を駆動する。【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駆動には、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回転子の磁極位置を推定する方法が用いられる。

また、センサレス型の永久磁石同期電動機が停止しているときに回転子の磁極位置を推定する手法として、インダクティブセンシングと呼ばれる方法がある。この方法は、捲線の相間に電圧を印加し、そのときに流れる電流のピーク振幅値を比較することにより磁極位置を推定するものである。この方法によると、回転子がどの回転位置で停止していたとしても、回転子の磁極位置に応じて適切に固定子を励磁して回転を開始させることができる。

センサレス型の永久磁石同期電動機の駆動を停止した後に惰性で回転しているフリーラン状態から駆動を再開（再起動）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、駆動を停止した後も引き続き回転位置の検出を行って回転周期を演算しておくことが開示されている。

特開平７−２４５９８３号公報

センサレス型の永久磁石同期電動機がフリーラン状態であるときに再起動が指令された場合に、一般には、回転が停止する所定時間の経過を待ち、停止した状態でインダクティブセンシングにより磁極位置を推定して駆動を再開する制御が行われる。このため、再起動が指令されてから駆動を再開するまでの応答時間が長い、という問題があった。この問題は、コピー機やプリンタなどの画像形成装置において、ユーザが印刷を指示してから１枚目の印刷が終わるまでの時間の短縮、すなわちＦＰＯＴ(First Print Output Time) 性能を向上させることを難しくしていた。

上に述べた特許文献１の技術には、結果的に再起動が指令されない場合にも無駄に回転位置の検出を行うので、応答性に問題があった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、フリーラン状態であるときに再起動が指令された場合における指令から再起動までの応答時間を短縮することを目的とする。

本発明の実施形態に係る制御装置は、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ための駆動部と、前記捲線に流れる電流を検出する電流検出部と、検出した前記電流に基づいて前記回転子の磁極位置および回転速度を推定する推定部と、前記推定部により推定された前記磁極位置および回転速度に基づいた前記回転磁界が生成されるよう前記駆動部を制御するとともに、入力された起動指令および停止指令に基づいて前記駆動部の起動および停止を制御する制御部と、を有する。前記制御部は、前記停止指令の入力により駆動部を停止したことによって前記回転子がフリーラン状態であるときに前記起動指令が入力された場合に、そのときに検出された電流に基づいて推定される前記回転子の磁極位置および回転速度に基づいて、前記回転磁界が生成されるよう前記駆動部を再起動する。

好ましくは、前記捲線に生じた逆起電力による電流ループが形成されるように前記駆動部を制御するショートブレーキ制御部を有し、前記制御部は、前記再起動を行うに当たって、前記停止指令が入力されたときに前記ショートブレーキ制御部によって前記電流ループを形成させ、前記電流ループにおいて検出される電流に基づいて推定された前記磁極位置および前記回転速度に基づいて前記駆動部を制御する。

本発明によると、フリーラン状態であるときに再起動が指令された場合における指令から再起動までの応答時間を短縮することができる。

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を模式的に示す図である。 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を示す図である。 ショートブレーキ制御による電流ループを示す図である。 ゼロクロスポイントを示す図である。 モータ制御装置におけるモータ制御処理の流れを示す図である。 駆動の停止から再起動までの回転速度の推移の第１例を示す図である。 再起動の前後の電流の推移および再起動後の励磁パターンの例を示す図である。 再起動処理の第１例の流れを示す図である。 駆動の停止から再起動までの回転速度の推移の第２例を示す図である。 再起動処理の第２例の流れを示す図である。 駆動の停止から再起動までの回転速度の推移の第３例を示す図である。 再起動処理の第３例の流れを示す図である。 駆動の停止から再起動までの回転速度の推移の第４例を示す図である。 再起動処理の第４例の流れを示す図である。 駆動の停止から再起動までの回転速度の推移の第５例を示す図である。 再起動処理の第５例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、電子写真式のカラープリンタである。画像形成装置１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。

画像形成装置１では、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が用いられている。

図２（Ａ）において、ブラシレスモータ３は、センサレス型の永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ:Permanent Magnet Synchronous Mortor) である。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、永久磁石を用いた回転子３２とを備えている。固定子３１は、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、この回転磁界によって同期して回転する。

図２に示す例では回転子３２の磁極数は２である。以下において、回転子３２のＳ極およびＮ極のうちの黒丸で示すＳ極の回転位置を、回転子３２の磁極位置ＰＳということがある。図２（Ｂ）に示すように、ここでの例では回転子３２は右方向に回転し、固定子３１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のコア３６は、右回転方向に１２０°間隔で配置されている。

なお、回転子３２の磁極数は２に限らず、４、６またはそれ以上の多極であってもよい。また、回転子３２は、アウター式でもよく、インナー式でもよい。

図３にはモータ制御装置２１の機能的構成の一例が、図４にはモータ制御装置２１におけるモータ駆動部２６および電流検出部２７の構成が、それぞれ示されている。また、図５にはショートブレーキ制御による電流ループＲ１が、図６にはゼロクロスポイントが、それぞれ示されている。

図３のように、モータ制御装置２１は、モータ駆動部２６、電流検出部２７、回転速度制御部２２、および駆動制御部２３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４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などから構成される。各デュアル素子２６１，２６２，２６３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：ＥＦＴ）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４において、プリドライブ回路２６５は、駆動制御部２３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のベース（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を有する。これによって捲線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から計算によって電流Ｉｗを求めることができる。

図３に戻って、回転速度制御部２２は、本体制御部２０からの通知に応じて、駆動制御部２３に対して起動指令および停止指令を与える。例えば、画像形成装置１に対してプリントジョブの入力されたことが通知されたときには起動指令を与え、プリントジョブの完了が通知されたときには停止指令を与える。この他に、回転速度に応じたパルス幅変調（ＰＷＭ）のためのデューティ比の信号、回転方向を指定する信号、回転速度の目標値を示す速度指令などを駆動制御部２３に与える。

駆動制御部２３は、回転速度制御部２２から入力される指令および信号に基づいて、モータ駆動部２６を制御する。例えば、起動指令または停止指令に基づいてモータ駆動部２６の起動および停止を制御する。パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）によってモータ駆動部２６のトランジスタＱ１〜Ｑ６を制御し、ブラシレスモータ３に回転磁界を生成する。これによってブラシレスモータ３の起動および停止を制御する。

駆動制御部２３は、また、停止指令の入力によりモータ駆動部２６を停止したことによって回転子３２がフリーラン状態であるときに起動指令が入力された場合に、そのときに検出された電流に基づいて推定される回転子３２の磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶに基づいて、回転磁界が生成されるようモータ駆動部２６を再起動する。

駆動制御部２３は、推定部２４およびショートブレーキ制御部２５を有する。

推定部２４は、モータ駆動部２６によるブラシレスモータ３の駆動時、および駆動を停止した後のフリーラン状態であるときに、検出された電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいて回転子３２の磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する。

推定部２４は、例えばブラシレスモータ３の駆動時において、ベクトル演算などによって磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する。また、例えばブラシレスモータ３のフリーラン状態において、図６（Ａ）に示す単一の相の電流（例えばＩｕ）のゼロクロスポイント、または図６（Ｂ）に示す複数の相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのそれぞれのゼロクロスポイントに基づいて、磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する。

図６に示すように、電流Ｉｕのゼロクロスポイントは、電流Ｉｕと電流（Ｉｖ＋Ｉｗ）との大小関係が反転するポイントである。ゼロクロスポイントと次のゼロクロスポイントとの間における電流Ｉｕの正負により電流Ｉｕの位相が分かる。電流Ｉｕの位相と磁極位置ＰＳとに相関があるので、磁極位置ＰＳが分かる。また、ゼロクロスポイントと次のゼロクロスポイントとの間の時間により回転速度ＭＶを算出することが可能である。複数の相のゼロクロスポイントを用いて推定することにより、単一の相のゼロクロスポイントのみを用いる場合よりも推定の精度を高めることができる。

駆動制御部２３は、停止指令の入力によりモータ駆動部２６を停止したことによって回転子３２がフリーラン状態であるときに起動指令が入力された場合に、そのときに検出された電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいて推定される回転子３２の磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶに基づいて、所定の回転磁界が生成されるようモータ駆動部２６を再起動する。

再起動を行うに当たって、推定された回転速度ＭＶが所定値以下であった場合には、回転子３２が停止状態となったときに、そのときに推定された磁極位置ＰＳに基づいてモータ駆動部２６を制御する。

ショートブレーキ制御部２５は、ブラシレスモータ３の駆動が停止されたときに、惰性による回転によって捲線３３，３４に生じた逆起電力による電流ループＲ１が形成されるようモータ駆動部２６を制御する。電流ループＲ１を形成することにより、電流検出部２７による電流Ｉｕ，Ｉｖの検出を可能にする。

すなわち、図５のように、捲線３３〜３５への電流の流し込みを制御するためのトランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５をすべてオフ状態とし、捲線３３〜３５からの電流の引き込みを制御するためのトランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６をすべてオン状態とする。

電流ループＲ１となる経路にはシャント抵抗（０．１〜１オーム程度）が挿入接続されているので、電流検出部２７は、シャント抵抗による電圧降下を増幅した後にＡ／Ｄ変換して電流Ｉｕ，Ｉｖとして検出する。

駆動制御部２３は、再起動を行うに当たって、停止指令が入力されたときにショートブレーキ制御部２５によって電流ループＲ１を形成させる。そして、電流ループＲ１において検出される電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいて推定された磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶに基づいて、モータ駆動部２６を制御する。

駆動制御部２３は、再起動を行うに当たって、例えば回転方向における次の磁極位置に引き込む励磁パターンを用いてモータ駆動部２６を制御する。

駆動制御部２３は、入力された速度指令値に応じて回転磁界が生成されるようモータ駆動部２６を制御するものであり、再起動を行うに当たって、推定された回転速度ＭＶが再起動時の速度指令値を越えている場合に、推定された回転速度ＭＶが再起動時の速度指令値になってから再起動を行う。

また、再起動時の速度指令値が低い場合に、ショートブレーキ制御部２５による電流ループＲ１の形成を複数回にわたって行う。

さらに、再起動を行うに当たって、推定された回転速度ＭＶが所定値以下であった場合には、所定の励磁パターンを用いてモータ駆動部２６を制御することによって回転子３２を特定の磁極位置ＰＳに引き込むホールド制御を行う。そして、引き込んだ特定の磁極位置ＰＳから再起動を行う。

なお、モータ制御装置２１のハードウェア構成は任意である。例えば、回転速度制御部２２の機能を本体制御部２０の機能とともに１つのＣＰＵ（Central Processing Unit ）に設け、駆動制御部２３をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit)やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array ）などの集積回路により実現することができる。または、回転速度制御部２２と駆動制御部２３とを１つの集積回路により実現してもよい。

以下、フリーラン状態で起動が要求された場合の処理を中心に、モータ制御装置２１の機能をさらに説明する。

図７にはモータ制御装置２１におけるモータ制御処理の流れが示されている。モータ制御装置２１は、本体制御部２０から起動を要求する通知が入力されるのを待つ（＃１１）。

起動を要求する通知が入力されると（＃１１でＹＥＳ）、モータ回転制御を開始する（＃１２）。すなわち、ブラシレスモータ３を起動する。このとき、停止状態の回転子３２の磁極位置ＰＳを推定する初期磁極位置推定処理を行う。推定にはインダクティブセンシングの手法を用いる。

モータ駆動部２６により捲線３３〜３５に電流を流して回転子３２を回転駆動している間は、回転速度ＭＶが目標値となるように速度制御を行う（＃１３）。本体制御部２０から停止を要求する通知が入力されると（＃１４でＹＥＳ）、ブラシレスモータ３の駆動を停止する（＃１５）。

具体的には、モータ駆動部２６のトランジスタＱ１〜Ｑ６をすべてオフ状態とする。これにより回転子３２はフリーラン状態になる。フリーラン状態とは、回転磁界によらずに惰性で回転している状態である。フリーラン状態には、ショートブレーキ制御によって電流ループＲ１を形成している状態、すなわち回転エネルギーを発熱により消費させて惰性の回転に対してブレーキをかける状態を含んでいる。

フリーラン状態である期間中に起動（再起動）が要求されると（＃１６でＹＥＳ）、再起動処理を実行する（＃１７）。再起動処理には、後に述べる第１〜第５の例がある。再起動が要求されることなくフリーランが終わると（＃１６でＮＯ）、ステップ＃１１へ戻って、新たに起動が要求されるのを待つ。

図８には駆動の停止から再起動までの回転速度ＭＶの推移の第１例が、図９には再起動の前後の電流の推移および再起動後の励磁パターンの例が、図１０には再起動処理の第１例の流れが、それぞれ示されている。

図８において、時刻ｔ１に回転速度制御部２２から駆動制御部２３へ停止指令が入力され、時刻ｔ２に駆動制御部２３がモータ駆動部２６による駆動を停止する。図中に破線で示すように、時刻ｔ２からフリーランが始まり、回転速度ＭＶは徐々に低下する。

フリーランが続いている期間内の時刻ｔ３に、駆動制御部２３に起動指令（再起動の指令）が入力される。起動指令が入力されると、駆動制御部２３は、磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶの推定を開始する。そして、時刻ｔ４において、磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶが推定（検出）されると、それに対応して、回転方向における次の磁極位置に引き込む励磁パターンを用いてブラシレスモータ３の駆動を再開する。

つまり、磁極位置ＰＳを推定する処理において、例えば図９（Ａ）に示す位相の電流Ｉｕ，Ｉｖが検出されたとする。電流Ｉｕ，Ｉｖの位相から時刻ｔ４における磁極位置ＰＳが分かる。この場合、例えば図９（Ｃ）の左部に示すように、時刻ｔ４における磁極位置ＰＳは１８０°の位置である。

駆動制御部２３は、検出された磁極位置ＰＳに対応して、その時の回転が円滑に継続されるような回転駆動用の励磁パターン（電流パターン）を用いてモータ駆動部２６を制御する。

つまり、モータ駆動部２６は、時刻ｔ４から、例えば図９（Ｂ）に示す回転駆動用の励磁パターンとなるように、捲線３３〜３５に電流を流す。これにより、回転子３２は、時刻ｔ４から円滑に回転を継続し、目標速度となるように回転速度を増大していく。このようにしてブラシレスモータ３が再起動される。

図８に示すように、本実施形態によると、フリーランが停止する以前の時刻ｔ４で再起動するので、起動指令の時刻ｔ３から再起動の時刻ｔ４までの応答時間Ｔ１を、従来の応答時間Ｔ１ｚよりも大幅に短縮することができる。

従来では、図８に一点鎖線で示すように、フリーランが実際に停止する時刻ｔ５よりも遅い時刻ｔ６からインダクティブセンシングによる磁極位置ＰＳの推定を行い、推定を終えた時刻ｔ７で再起動を行う。このため、応答時間Ｔ１ｚが長い。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間は、フリーランの時間が負荷によって増減することを考慮して設定されるマージンである。

図１０に示すように、再起動処理の第１例では、ショートブレーキ制御によって電流ループＲ１を形成し（＃１０１）、電流ループＲ１を流れる電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する（＃１０２）。検出した電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいて磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定し（＃１０３）、ブラシレスモータ３を再起動する（＃１０４）。

図１１には駆動の停止から再起動までの回転速度ＭＶの推移の第２例が、図１２には再起動処理の第２例の流れが、それぞれ示されている。

時刻ｔ２において駆動が停止し、フリーランが始まる。フリーランが続いている期間内の時刻ｔ３１に、起動指令が入力される。駆動制御部２３は、磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する。そして、推定した回転速度ＭＶと所定値Ｖａとを比較する。所定値Ｖａは、例えば回転が遅すぎるため十分に大きな電流Ｉｕ．Ｉｖが得られない値とすることができる。

推定した回転速度ＭＶが所定値Ｖａ以下であった場合には、回転子３２が停止状態になる時刻ｔ５１の到来を待つ。回転子３２が停止状態になったかどうかは、時刻ｔ２からの経過時間が所定時間以上になったかどうか、または電流Ｉｕ．Ｉｖの最大値が一定値以下かどうかによって判断することができる。

時刻ｔ５１が到来すると、インダクティブセンシングにより磁極位置ＰＳを推定し、推定を終えた時刻ｔ７１においてブラスレスモータ３の駆動を再開する。

この第２例においても、回転速度ＭＶが所定値Ｖａ以上である場合にはフリーランが停止する以前に再起動するので、再起動が早くなる。

回転速度ＭＶが所定値Ｖａ以下である場合に、フリーランが終わるのを待って再起動する点は従来と同様であるが、従来とは違ってフリーラン中に回転速度ＭＶを推定するので、フリーランが終わる時刻ｔ５１をある程度の確度で推定することができる。つまり、従来とは違ってマージンを大きくとる必要がない。したがって、起動指令の時刻ｔ３１から再起動の時刻ｔ７１までの応答時間Ｔ１１を、従来の応答時間Ｔ１ｚ（図８参照）よりも短縮することができる。

図１２に示すように、再起動処理の第２例においても、第１例と同様に、ショートブレーキ制御によって電流ループＲ１を形成し（＃２０１）、電流ループＲ１を流れる電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する（＃２０２）。そして、検出した電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいて磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する（＃２０３）。

推定した回転速度ＭＶが所定値Ｖａ以下ではなかった場合には（＃２０４でＮＯ）、ブラシレスモータ３を再起動する（＃２０７）。

一方、回転速度ＭＶが所定値Ｖａ以下であった場合には（＃２０４でＹＥＳ）、回転子３２が停止するのを待ち（＃２０５）、停止後に磁極位置ＰＳを推定し（＃２０６）、その後にブラシレスモータ３を再起動する（＃２０７）。

図１３には駆動の停止から再起動までの回転速度ＭＶの推移の第３例が、図１４には再起動処理の第３例の流れが、それぞれ示されている。

フリーランが続いている期間内の時刻ｔ３２に、起動指令が入力される。駆動制御部２３は、磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する。そして、推定した回転速度ＭＶと目標速度Ｖｘとを比較する。

目標速度Ｖｘは、回転速度制御部２２から入力される速度指令値である。例えば高画質モードのプリントに際して、用紙９の搬送を通常モードのプリント時よりも遅くすることがある。この場合に、目標速度Ｖｘとして通常よりも小さい速度が与えられる。

推定された回転速度ＭＶが再起動時の目標速度（速度指令値）Ｖｘを越えている場合には、推定された回転速度ＭＶが再起動時の目標速度Ｖｘになったタイミングである時刻ｔ４２から再起動を行う。

フリーランが停止する時刻ｔ５２よりも早い時刻ｔ４２で再起動するので、起動指令の時刻ｔ３２から再起動の時刻ｔ４２までの応答時間Ｔ１２を、従来の応答時間Ｔ１ｚよりも大幅に短縮することができる。

図１４に示すように、再起動処理の第３例において、ショートブレーキ制御によって電流ループＲ１を形成し（＃３０１）、電流ループＲ１を流れる電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する（＃３０２）。そして、検出した電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいて磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する（＃３０３）。

推定した回転速度ＭＶが目標速度Ｖｘを超えている場合には（＃３０４でＹＥＳ）、ステップ＃３０３へ戻って再び磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する。

一方、回転速度ＭＶが目標速度Ｖｘを超えていない場合には（＃３０４でＮＯ）、ブラシレスモータ３を再起動する（＃３０５）。

図１５には駆動の停止から再起動までの回転速度ＭＶの推移の第４例が、図１６には再起動処理の第４例の流れが、それぞれ示されている。

フリーランが続いている期間内の時刻ｔ３３に、起動指令が入力される。駆動制御部２３は、磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する。そして、推定した回転速度ＭＶと目標速度Ｖｘとを比較する。

推定した回転速度ＭＶが再起動時の目標速度Ｖｘを越えている場合には、ショートブレーキ制御を中断して電流ループＲ１を解除する。この解除状態を期間Ｔｂにわたって保つ。期間Ｔｂの長さは、回転速度ＭＶが目標速度Ｖｘとなるまでに磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶをもう一度推定するための期間Ｔａを確保するように設定される。

期間Ｔｂにわたって解除状態を保った後、再びショートブレーキ制御を行って磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する。そして、推定された回転速度ＭＶが再起動時の目標速度Ｖｘになったタイミングである時刻ｔ４３から再起動を行う。

つまり、この第４例では、ショートブレーキ制御部２５による電流ループＲ１の形成を２回に分け、解除状態の期間Ｔｂを設けることによって電流ループＲ１の形成される期間を短くする。これによると、電流ループＲ１を電流が流れることによる発熱の影響を低減することができる。

なお、第３例と同様に、フリーランが停止する時刻ｔ５３よりも早い時刻ｔ４３で再起動するので、起動指令の時刻ｔ３３から再起動の時刻ｔ４３までの応答時間Ｔ１３を、従来の応答時間Ｔ１ｚよりも大幅に短縮することができる。

図１６に示すように、再起動処理の第４例において、ショートブレーキ制御によって電流ループＲ１を形成し（＃４０１）、電流ループＲ１を流れる電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する（＃４０２）。そして、検出した電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいて磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する（＃４０３）。

推定した回転速度ＭＶが目標速度Ｖｘを超えている場合には（＃４０４でＹＥＳ）、期間Ｔｂの長さを決める減速推定を行い（＃４０６）、ショートブレーキ制御を解除する（＃４０７）。期間Ｔｂが終わる所定の時刻が到来するのを待ち（＃４０８）、所定の時刻が到来すると（＃４０８でＹＥＳ）、ステップ＃４０１へ戻って再び磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する。

一方、回転速度ＭＶが目標速度Ｖｘを超えていない場合には（＃４０４でＮＯ）、ブラシレスモータ３を再起動する（＃４０５）。

図１７には駆動の停止から再起動までの回転速度ＭＶの推移の第５例が、図１８には再起動処理の第５例の流れが、それぞれ示されている。

フリーランが続いている期間内の時刻ｔ３４に、起動指令が入力される。駆動制御部２３は、磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する。そして、推定した回転速度ＭＶと所定値Ｖｂとを比較する。所定値Ｖｂは、磁極位置ＰＳを迅速にホールドすることが可能な値とすることができる。

推定した回転速度ＭＶが所定値Ｖｂ以下であった場合には、ホールド制御を行う。ホールド制御は、ホールド用の所定の励磁パターンを用いてモータ駆動部２６を制御することによって回転子３２を特定の磁極位置ＰＳに引き込む処理である。

図１７に示すように、磁極位置ＰＳのホールドが完了した時刻ｔ４４から再起動を行う。ホールド制御によって磁極位置ＰＳが確定しているので、改めてインダクティブセンシングによって磁極位置ＰＳを推定する必要はない。したがって、起動指令の時刻ｔ３４から再起動の時刻ｔ４４までの応答時間Ｔ１４を、従来の応答時間Ｔ１ｚよりも短縮することができる。

図１８に示すように、再起動処理の第５例において、ショートブレーキ制御によって電流ループＲ１を形成し（＃５０１）、電流ループＲ１を流れる電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する（＃５０２）。そして、検出した電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいて磁極位置ＰＳおよび回転速度ＭＶを推定する（＃５０３）。

推定した回転速度ＭＶが所定値Ｖｂ以下ではなかった場合には（＃５０４でＮＯ）、ブラシレスモータ３を再起動する（＃５０６）。

一方、回転速度ＭＶが所定値Ｖｂ以下であった場合には（＃５０４でＹＥＳ）、ホールド制御を行い（＃５０５）、それによって回転子３２を強制的に位置決めする。その後にブラシレスモータ３を再起動する（＃５０６）。

以上の実施形態によると、フリーラン状態であるときに再起動が指令された場合における指令から再起動までの応答時間Ｔ１，Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４を短縮することができる。

上に述べた実施形態においては、ブラシレスモータ３がフリーラン状態であるときに起動指令があると、ショートブレーキ制御を行って電流ループＲ１を形成し、これにより電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する。そのため、そのときのブラシレスモータ３の回転速度ＭＶおよび磁極位置ＰＳを容易に検出可能であり、応答性が良好で円滑な再起動が行える。この点、特許文献１においては、３相の中性点側の電位と非中性点側の電位を差動増幅器に入力して誘起電圧を検出しているので、一旦検出を止めてしまうと中性点がハイインピーダンスとなって定まらなくなり、磁極位置が検出できなくなる。

上に述べた実施形態において、モータ制御装置２１を、画像形成装置１以外の装置に実装されたセンサレス型の永久磁石同期電動機の制御に適用することができる。

その他、モータ制御装置２１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、所定値Ｖａ，Ｖｂ、ブラシレスモータ３の構造などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

２１ モータ制御装置（永久磁石同期電動機の制御装置）
２３ 駆動制御部（制御部）
２４ 推定部
２５ ショートブレーキ制御部
２６ モータ駆動部（駆動部）
２７ 電流検出部
３２ 回転子
３３，３４，３５ 捲線
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ 電流
ＭＶ 回転速度
ＰＳ 磁極位置
Ｒ１ 電流ループ
Ｖａ，Ｖｂ 所定値
Ｖｘ 目標速度（速度指令値）

Claims (11)

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ための駆動部と、
   前記捲線に流れる電流を検出する電流検出部と、
   検出した前記電流に基づいて前記回転子の磁極位置および回転速度を推定する推定部と、
   前記推定部により推定された前記磁極位置および回転速度に基づいた前記回転磁界が生成されるよう前記駆動部を制御するとともに、入力された起動指令および停止指令に基づいて前記駆動部の起動および停止を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記停止指令の入力により駆動部を停止したことによって前記回転子がフリーラン状態であるときに前記起動指令が入力された場合に、そのときに検出された電流に基づいて推定される前記回転子の磁極位置および回転速度に基づいて、前記回転磁界が生成されるよう前記駆動部を再起動する、
   ことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
2. 前記制御部は、前記再起動を行うに当たって、推定された前記回転速度が所定値以下であった場合には、前記回転子が停止状態となったときに、そのときに推定された前記磁極位置に基づいて前記駆動部を制御する、
   請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
3. 前記捲線に生じた逆起電力による電流ループが形成されるように前記駆動部を制御するショートブレーキ制御部を有し、
   前記制御部は、前記再起動を行うに当たって、前記停止指令が入力されたときに前記ショートブレーキ制御部によって前記電流ループを形成させ、前記電流ループにおいて検出される電流に基づいて推定された前記磁極位置および前記回転速度に基づいて前記駆動部を制御する、
   請求項１または２記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
4. 前記推定部は、検出した前記電流のゼロクロスポイントに基づいて前記回転子の磁極位置および回転速度を推定する、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
5. 前記推定部は、複数の相についての前記ゼロクロスポイントに基づいて前記回転子の磁極位置および回転速度を推定する、
   請求項４記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
6. 前記制御部は、前記再起動を行うに当たって、回転方向における次の磁極位置に引き込む励磁パターンを用いて前記駆動部を制御する、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
7. 前記制御部は、入力された速度指令値に応じて前記回転磁界が生成されるよう前記駆動部を制御するものであり、前記再起動を行うに当たって、推定された前記回転速度が再起動時の前記速度指令値を越えている場合に、推定された前記回転速度が再起動時の前記速度指令値になってから前記再起動を行う、
   請求項３記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
8. 前記再起動時の前記速度指令値が低い場合に、前記ショートブレーキ制御部による前記電流ループの形成を複数回にわたって行う、
   請求項７記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
9. 前記制御部は、前記再起動を行うに当たって、推定された前記回転速度が所定値以下であった場合には、所定の励磁パターンを用いて前記駆動部を制御することによって前記回転子を特定の磁極位置に引き込むホールド制御を行い、引き込んだ前記特定の磁極位置から前記再起動を行う、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
10. 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、
    停止指令の入力により前記回転子の駆動が停止しこれによって前記回転子がフリーラン状態となっているときに起動指令が入力された場合に、前記捲線に流れる電流を検出し、検出された電流に基づいて前記回転子の磁極位置および回転速度を推定し、推定された前記磁極位置および前記回転速度に基づいて前記回転磁界が生成されるよう前記捲線に電流を流して前記回転子を駆動する、
    ことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御方法。
11. 前記捲線に流れる電流を検出するときに、前記捲線に生じた逆起電力による電流ループを形成してショートブレーキを掛けるとともに、前記電流ループにおいて検出される電流に基づいて前記回転子の磁極位置および回転速度を推定する、
    請求項１０記載の永久磁石同期電動機の制御方法。

Images