JP6834331B2 - 永久磁石同期電動機の制御装置、制御方法、および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石同期電動機の制御装置、制御方法、および画像形成装置に関する。

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。交流電流をｄ−ｑ座標系のベクトルの成分として制御を行うベクトル制御によると、効率よく滑らかに回転させることができる。

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ベクトル制御には、回転子の磁極位置および回転速度を捲線の電流または電圧に基づいて推定する方法が用いられる。ただし、回転の開始時および停止時のように回転速度が小さい場合には、磁極位置および回転速度を所定の精度で推定することができないことから、その場合には磁極位置および回転速度を推定することなく所定の磁界を発生させる制御が行われる。

回転子を停止させる制御として、電流の供給を停止して永久磁石同期電動機からエネルギーを取り出すように駆動回路の電流路を短絡させるショートブレーキ制御、および電流の供給を停止するだけのフリーラン制御などがある。

しかし、これらの制御よって回転子を停止させる場合には、負荷または慣性力のばらつきなどの影響により、回転子の停止する位置が一定にならない。このため、停止させた後に回転を再開する際に、停止状態の磁極位置を何らかの方法で推定しなければならず、推定に要する時間だけ回転の開始が遅れる。また、停止時に負荷を所定の停止位置に位置決めする必要のある用途にセンサレス型の永久磁石同期電動機を用いることができない。

センサレス型の永久磁石同期電動機の回転子を所望の位置に停止させるための先行技術として、リニア同期電動機の制御に関する特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、上位制御装置から連続的に与えられる位置指令に対応した連続的に変化するｄ軸の電気角を生成し、ｄ軸電機子に電流が流れかつｑ軸電機子に電流が流れないように、電機子に流す電流を制御することが開示されている。

特許第５４８７１０５号公報

上に述べた特許文献１の技術は、直進する可動子とその移動範囲の全長にわたる固定子とから構成されるリニア同期電動機を駆動するためのものであり、移動中の可動子の位置を刻々と指定する位置指令が与えられることを前提としている。

したがってこの場合には、可動子の位置を指定する位置指令を連続的に発生させる必要があり、そのための制御が複雑となる。

永久磁石同期電動機の回転子を停止させる場合に、その停止位置は、小刻みに細かく設定可能であることが好ましい。つまり、停止位置の設定における選択肢が、例えば機械角で６０度刻みの６個の大まかな位置であるよりも、１度刻みの３６０個の細かい位置である方がよい。無段階であればさらによい。

また、特に、停止時に負荷を位置決めする場合などでは、磁極が所望の位置に到着する前に停止することのないよう、かつ所望の位置を通り過ぎて停止することのないようにする高い精度で位置決めすることが求められる。さらに、特に、停止の完了を契機として何らかの処理を開始する場合などでは、停止が完了するまでにかかる時間を短くすることが求められる。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、永久磁石同期電動機の回転子を所望の位置に停止させることのできる制御装置および制御方法を提供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、電機子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、前記電機子に電流を流して前記回転子を駆動する駆動部と、前記電機子に流れる電流に基づいて前記回転子の磁極位置を推定する推定部と、推定された前記磁極位置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、停止指令が入力されると前記回転子が停止するよう前記駆動部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記回転子を停止させる制御として、前記回転子の磁極位置を停止位置に引き込んで停止させる磁界ベクトルを生成する電流を、推定された最新の磁極位置と当該最新の磁極位置から前記停止位置までの回転角度である進角量と前記永久磁石同期電動機の負荷条件とに基づいて決定し、決定した電流を前記電機子に流し続けるよう前記駆動部を制御するものであり、前記進角量に対応した電流基本設定値と前記負荷条件に応じて定められた補正量とを用いて電流設定値を定め、前記磁界ベクトルの大きさが当該電流設定値に対応する大きさとなるよう前記電流を決定し、前記補正量として、イナーシャと前記進角量との組合せに応じた設定値を用いる。

本発明によると、永久磁石同期電動機の回転子を所望の位置に停止させることのできる制御装置および制御方法を提供することができる。

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。 ブラシレスモータのｄ−ｑ軸モデルを示す図である。 モータ制御装置の機能的構成の一例を示す図である。 モータ駆動部および電流検出部の構成の例を示す図である。 停止時の駆動シーケンスの例を示す図である。 回転子を停止させるための磁界ベクトルの設定の例を示す図である。 磁界ベクトルに対応する電流ベクトルの例を示す図である。 固定励磁制御において回転子に作用する力を示す図である。 回転子が停止する過程における磁極位置の推移の例を示す図である。 電流基本設定値および電流補正量を定めるための実験に関わる引込み送り量を示す図である。 電流基本設定値および電流補正量を定めるための実験の結果の一部を示す図である。 モータ制御装置における記憶部および測定部の構成の例を示す図である。 固定励磁制御において電流を決定するために用いるテーブル群の第１例を示す図である。 固定励磁制御において電流を決定するために用いるテーブル群の第２例を示す図である。 固定励磁制御において電流を決定するために用いるテーブル群の第３例を示す図である。 固定励磁制御において電流を決定するために用いるテーブル群の第４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。 固定励磁制御の処理の流れの例を示す図である。 固定励磁制御における電流基本設定値を決定する処理の流れの例を示す図である。

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、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１５Ａによって引き出されてレジストローラ対１５Ｂを経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は、定着器１７、中間転写ベルト１６、給紙ローラ１５Ａ、レジストローラ１５Ｂ、感光体、および現像器のローラなどの回転体を回転させる駆動源として、ブラシレスモータ３を含む複数のブラシレスモータを用いる。つまり、プリンタエンジン１Ａは、これらのブラシレスモータにより回転駆動される回転体を用いて用紙９を搬送して当該用紙９に画像を形成する。

ブラシレスモータ３は、例えばイメージングステーション１４の近傍に配置されて、レジストローラ対１５Ｂを回転駆動する。このブラシレスモータ３は、モータ制御装置２１により制御される。

図２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 Motor)である。ブラシレスモータ３は、回転磁界を発生させる電機子としての固定子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、１２０度間隔で配置されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコア３６，３７，３８、および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。ただし、回転子３２の磁極数は２に限らず、４、６またはそれ以上であってもよい。回転子３２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に限らない。いずれにしても、ブラシレスモータ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（センサレスベクトル制御）が、モータ制御装置２１により行われる。

なお、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Ｎ極の回転角度位置を、回転子３２の「磁極位置ＰＳ」ということがある。

図３にはブラシレスモータ３のｄ−ｑ軸モデルが示されている。ブラシレスモータ３のベクトル制御では、ブラシレスモータ３の捲線３３〜３５に流れる３相の交流電流を、回転子３２である永久磁石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。

永久磁石の磁束方向（Ｎ極の方向）をｄ軸とし、ｄ軸から電気角でπ／２［ｒａｄ］（９０°）進んだ方向をｑ軸とする。ｄ軸およびｑ軸はモデル軸である。Ｕ相の捲線３３を基準とし、これに対するｄ軸の進み角をθと定義する。この角度θは、Ｕ相の捲線３３に対する磁極の角度位置（磁極位置ＰＳ）を示す。ｄ−ｑ座標系は、Ｕ相の捲線３３を基準としてこれより角度θだけ進んだ位置にある。

ブラシレスモータ３は回転子３２の角度位置（磁極位置）を検出する位置センサを有していないので、モータ制御装置２１は、回転子３２の磁極位置ＰＳ、すなわち角度θを推定し、その推定した角度θである推定角度θｍを用いて回転子３２の回転を制御する。

図４にはモータ制御装置２１の機能的構成の一例が、図５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の構成の例が、それぞれ示されている。

図４に示すように、モータ制御装置２１は、モータ駆動部２６、電流検出部２７、ベクトル制御部２４、速度・位置推定部２５、記憶部２８、および測定部２９などを有している。これらの要素のうち、記憶部２８および測定部２９は、ブラシレスモータ３を停止させるための処理に関わる。

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５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などを有する。

各デュアル素子２６１〜２６３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：ＦＥＴ）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２６１〜２６３によって、直流電源ライン２１１から接地ラインへ捲線３３〜３５を介して流れる電流Ｉが制御される。詳しくは、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５において、プリドライブ回路２６５は、ベクトル制御部２４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の制御端子（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を有し、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。

Ｕ相電流検出部２７１およびＶ相電流検出部２７２は、電流Ｉｕ，Ｉｖの流路に挿入されている抵抗値が小さい値（１／１０Ωオーダー）の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Ｉｕ，Ｉｖの検出値として出力する。すなわち、２シャント方式の検出を行う。

なお、モータ駆動部２６と電流検出部２７とを一体化した回路部品を用いてモータ制御装置２１を構成することができる。

図４に戻って、ベクトル制御部２４は、上位制御部２０からの速度指令Ｓ１の示す速度指令値ω＊に応じて、モータ駆動部２６を制御する。上位制御部２０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り、画像形成装置１をウォームアップするとき、プリントジョブを実行するとき、節電モードに移行するときなどに速度指令Ｓ１を発する。回転駆動の停止を指令する場合に、上位制御部２０は、速度指令値ω＊を「０」とした速度指令Ｓ１をベクトル制御部２４に与える。つまり、この場合の速度指令Ｓ１は、停止指令Ｓ１ｓとなる。

ベクトル制御部２４は、推定された磁極位置に基づいた回転磁界が生成されるようモータ駆動部２６を制御するとともに、停止指令Ｓ１ｓが入力されると回転子３２が停止するようモータ駆動部２６を制御する。

回転子を停止させる制御として、ベクトル制御部２４は、回転子３２の磁極位置ＰＳを停止位置に引き込んで停止させる磁界ベクトルを生成する電流を、推定された最新の磁極位置ＰＳなどに基づいて決定し、決定した電流を捲線３３〜３５に流し続けるよう、モータ駆動部２６を制御する。

図４のように、ベクトル制御部２４は、速度制御部４１、電流制御部４２、およびＰＷＭ変換部４３を有する。これらの各部は、上位制御部２０からの速度指令Ｓ１が停止指令Ｓ１ｓではない場合において、すなわち、速度推定値ωｍが「０」ではない場合において、次の処理を行う。

速度制御部４１は、上位制御部２０からの速度指令値ω＊と速度・位置推定部２５から速度推定値ωｍとに基づいて、速度推定値ωｍが速度指令値ω＊に近づくようにｄ−ｑ座標系の電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を決定する。速度推定値ωｍは周期的に入力される。速度制御部４１は、速度推定値ωｍが入力されるごとに電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を決定する。

電流制御部４２は、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいて、ｄ−ｑ座標系の電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を決定する。電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を速度・位置推定部２５に与えるとともに、速度・位置推定部２５からの推定角度θｍ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。

ＰＷＭ変換部４３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、ブラシレスモータ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。

速度・位置推定部２５は、電流検出部２７により検出されたＵ相の電流ＩｕおよびＶ相の電流Ｉｖの各値からＷ相の電流Ｉｗの値を算出する。そして、３相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの値を３相−２相変換を行った後、電流制御部４２からの電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊などに基づいて速度推定値ωｍおよび推定角度θｍを求める。

速度推定値ωｍは、回転子３２の回転速度の推定値の例であり、推定角度θｍは、回転子３２の磁極位置ＰＳの推定値の例である。速度推定値ωｍは速度制御部４１に入力され、推定角度θｍは速度制御部４１および電流制御部４２に入力される。

ベクトル制御部２４の各部および速度・位置推定部２５により、モータ駆動部２６が制御されてブラシレスモータ３が回転駆動される。

さて、本実施形態のモータ制御装置２１は、ブラシレスモータ３の回転子３２を所望の停止位置に停止させる機能を有している。以下、この機能を中心にモータ制御装置２１の構成および動作をさらに説明する。

図４に示した記憶部２８は、回転子３２を所望の停止位置に停止させるための固定励磁制御に関わる電流基本設定値Ｉｂおよび電流補正量Ｉｃ，Ｉｃ２を記憶する。測定部２９は、速度制御部４１からの測定指令Ｓ７に従って、例えば電流検出部２７により検出された電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいて、回転子３２の回転に関わるイナーシャＪｒおよび抵抗負荷Ｔｒを測定する。記憶部２８および測定部２９の構成については後で述べる。

図６には停止時の駆動シーケンスの例が、図７には回転子３２を停止させるための磁界ベクトル８５の設定の例が、図８には磁界ベクトル８５に対応する電流ベクトル９５の例が、それぞれ示されている。また、図９には固定励磁制御において回転子３２に作用する力が、図１０には回転子３２が停止する過程における磁極位置ＰＳの推移の例が示されている。

図６（Ａ）において、時刻ｔ１に上位制御部２０からモータ制御装置２１に停止指令Ｓ１ｓが入力される。時刻ｔ１以前では、ベクトル制御が行われて回転速度（角速度）ωが一定に保たれていたものとする。しかし、加速しまたは減速していてもよい。

モータ制御装置２１は、停止指令Ｓ１ｓが入力されると、減速制御を開始する。例えば、速度制御部４１が、回転速度ωが所定の度合いで次第に低減するよう電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を変更することにより回転磁界の回転（周波数）を制御し、回転子３２にブレーキをかける。また、これに限らず、減速制御として、いわゆる３相短絡式のショートブレーキ制御またはフリーラン制御を行ってもよい。ショートブレーキ制御を行う場合には、モータ駆動部２６のトランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５をすべてオフ状態としかつトランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６をすべてオン状態とする。フリーラン制御を行う場合には、トランジスタＱ１〜Ｑ６をすべてオフ状態とする。

減速制御は、回転速度ωが下限速度ω１以上のあらかじめ設定された制御切替速度ω２に低下するまで続けられる。下限速度ω１とは、電流Ｉｕ，Ｉｖに基づく速度・位置推定部２５による磁極位置ＰＳの推定が可能な最低の回転速度ωである。

回転速度ωが制御切替速度ω２に低下すると（時刻ｔ２）、モータ制御装置２１は、実行する制御を減速制御から固定励磁制御へ切り替える。

固定励磁制御は、回転子３２を停止させるために、回転子３２の磁極を所定の停止位置に引き込む磁界が生じるよう、捲線３３〜３５に電流を流し続ける制御である。固定励磁制御を行うことにより、図６（Ａ）の例では時刻ｔ３で回転子３２が停止する。

図６（Ｂ）には、固定励磁制御における電流の例が示されている。

図６（Ｂ）において、固定励磁制御における各捲線３３〜３５の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、時刻ｔ２において推定された最新の磁極位置ＰＳ、後で述べる進角量、および負荷条件に基づいて決定される、固定の値の直流電流である。最新の磁極位置ＰＳは、最新の推定角度θｍに基づくものである。最新の磁極位置ＰＳまたは最新の推定角度θｍは、実質的に最新のものであればよい。

固定励磁制御において、進角量および負荷条件に応じて電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が決定され、決定された電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊およびそのときの推定角度θｍが、そのまま固定されることにより、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが固定の値の直流電流となる。したがって、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの大きさおよび正負の向きは、通常、その直前の減速制御時からは不連続の異なったものとなる。なお、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊によって、後で述べる電流ベクトル９５が設定される。

なお、時刻ｔ１までのベクトル制御では、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、回転磁界を発生するための交流電流である。時刻ｔ２までの減速制御では、例えば回転子３２にブレーキをかけるための電流（減速時電流）が流れる。このときの各捲線の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、例えば図に破線で示すように交流電流となる。

また、固定励磁制御において、直流電源ライン２１１からモータ駆動部２６に流れ込む電流Ｉは、ほぼ一定の直流電流となる。

固定励磁制御における電流は、この制御に切り替わった時刻ｔ２からその流れを開始するが、終了時点としては、回転子３２が停止する時刻ｔ３まで流し続けることが必要である。回転子３２の停止を検出することが困難である場合には、固定励磁制御に必要な時間（ｔ３−ｔ２）を予測し、それに余裕時間を加えた時間が経過するまで流せばよい。この場合に、進角量などを考慮してその時間を予めテーブルなどに設定しておいてもよい。

また、固定励磁制御における電流は、時刻ｔ２から開始した後、次に何らかの制御が開始されるまでそのまま流し続けてもよい。この場合には、回転子３２の位置がその状態で固定されることにより停止位置が分かるので、次の制御が容易となる利点がある。

さて、固定励磁制御には、速度・位置推定部２５による推定角度θｍを用いる。このため、上に述べた制御切替速度ω２は、減速制御から固定励磁制御への切替えのタイミングが速度・位置推定部２５による推定が可能である期間内となるよう定められている。

以下、固定励磁制御について詳述する。

図７〜図９では、回転子３２を停止させたい位置（狙いの位置）である停止位置Ｐｘを二重丸で示している。

なお、図７〜図９において、永久磁石の磁束方向を示すｄ軸は、推定角度θｍによって決定される軸（いわゆるγ軸）とほぼ同じであるので、ｄ軸およびｑ軸を、γ軸およびδ軸と等しいものとして扱う。また、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のはγ軸およびδ軸であり、これらは漸近的に重なるので、実際の制御においてはγ軸およびδ軸を用いてよい。つまり、本実施形態において、ｄ−ｑ軸に代えてγ軸−δ軸を用いることができ、また、Ｉｄ、Ｉｑ、θなどについてもこれに代えてＩγ、Ｉδ、θｍを用いることができる。

時点ｔ２において制御が固定励磁制御に切り替わると、速度制御部４１は、図７（Ａ）および（Ｂ）に示すように、回転子３２の回転中心から停止位置Ｐｘへ向かう磁界ベクトル８５を定める。磁界ベクトル８５は、回転子３２を停止位置Ｐｘに引き込む磁界である。

磁界ベクトル８５の向きを定める停止位置Ｐｘは、図７（Ａ）のように磁極位置ＰＳに対して進み方向に回転する側の位置であってもよいし、図７（Ｂ）のように磁極位置ＰＳに対して遅れ方向に回転する側の位置であってもよい。

図７（Ａ）の場合には、磁極位置ＰＳから停止位置Ｐｘまでの回転角度である「進角量ｄθ」は正の値であり、電気角で最大１８０度である。図７（Ｂ）の場合には、「進角量ｄθ」は負の値であり、その絶対値は電気角で最大（１８０−β）度である。βは、磁界ベクトル８５により遅れ方向に回転し出す前に進み方向に慣性により回転する分の角度である。

なお、ここに示したブラシレスモータ３の極数は２であって電気角と機械角とが等しいので、磁極位置ＰＳに対して機械角で−（１８０−β）〜＋１８０度ずれる範囲が停止位置Ｐｘになり得る。

停止位置Ｐｘは、そのときの磁極位置ＰＳを基準に決定する相対的な位置であってよいし、あらかじめ定められる固定の位置（絶対的な位置）であってもよい。速度制御部４１は、停止位置Ｐｘを特定する情報を記憶している。

停止位置Ｐｘを相対的な位置とする場合には、進角量ｄθがあらかじめ定められる。停止位置Ｐｘは、例えばＵ相のコア３６の角度位置から停止位置Ｐｘまでの角度θｘで特定される。角度θｘは、推定角度θｍと進角量ｄθとの和に相当する角度となる。

停止位置Ｐｘを固定の位置とする場合には、停止位置Ｐｘを特定する角度θｘが、あらかじめ定められる。この場合の進角量ｄθは、推定角度θｍと角度θｘとの差であり、磁極位置ＰＳに応じて変わる。

磁界ベクトル８５を定めることは、図８（Ａ）に示すように、磁界ベクトル８５と同じ向きの電流ベクトル９５を定めることに相当する。電流ベクトル９５は、回転子３２を停止位置Ｐｘに引き込む磁界を生成するために捲線３３〜３５に流すべき電流を表わす。

電流ベクトル９５を定めることは、モータ駆動部２６を制御するための実際の処理の上では、電流ベクトル９５の向きと大きさとを設定することである。電流ベクトル９５の向きとして、最新の磁極位置ＰＳ（ｄ軸の角度位置）を示す推定角度θｍを設定する。そして、電流ベクトル９５の大きさとして、電流ベクトル９５のｄ軸成分Ｉｄおよびｑ軸成分Ｉｑを設定する。ｄ軸成分Ｉｄ、ｑ軸成分Ｉｑ、および推定角度θｍが決まると、ベクトル制御部２４による制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−のパターンが決まり、モータ駆動部２６を介して流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのそれぞれの大きさおよび向きが決まる。

図８（Ｂ）に示すように、電流ベクトル９５の大きさを表わすパラメータである「電流設定値Ｉａ」は、進角量ｄθが大きいほど大きくなるような適切な値に設定される。つまり、回転子３２の磁極位置ＰＳが停止位置Ｐｘに到着しなかったり停止位置Ｐｘを大きく通り過ぎたりすることなく、磁極位置ＰＳが停止位置Ｐｘに引き込まれて停止するようにする。

速度制御部４１は、電流設定値Ｉａを設定してｄ軸成分Ｉｄおよびｑ軸成分Ｉｑを算出し、ｄ軸成分Ｉｄを電流指令値Ｉｄ＊として、ｑ軸成分Ｉｑを電流指令値Ｉｄ＊として、電流制御部４２に与え続ける。このとき、速度・位置推定部２５は、固定励磁制御に切り替わる直前に推定した推定角度θｍを最新の推定角度θｍとして電流制御部４２に与え続ける。

すなわち、固定励磁制御において、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｄ＊および推定角度θｍは更新されることなく一定に保たれる。これにより、磁界ベクトル８５を生成する電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが捲線３３〜３５を流れ続け、磁界ベクトル８５が保たれる。

ところで、図９に示すように、固定励磁制御を行うときに、回転子３２には、慣性負荷Ｔｊ、抵抗負荷Ｔｒ、および引込み力（回転駆動トルク）Ｔｅが作用する。

慣性負荷Ｔｊは、回転子３２を回り続けさせようとする力である。慣性負荷Ｔｊは、回転子３２とレジストローラ対１５Ｂとギヤなどの回転力を伝達する手段とを含む回転部分の総合的なイナーシャ（Ｊｒ）、および角加速度（ｄω／ｄｔ）に依存する。すなわち、進角量ｄθが正の値である場合には、Ｔｊ＝−Ｊｒ・（ｄω／ｄｔ）と表され、進角量ｄθが負の値である場合には、Ｔｊ＝Ｊｒ・（ｄω／ｄｔ）と表される。

抵抗負荷Ｔｒは、用紙９や機械の摩擦などに依存する摺動抵抗であり、回転を抑制するように作用する。

引込み力Ｔｅは、磁界ベクトル８５により生じる力であり、電流ベクトル９５の大きさに比例する。詳しくは、電流設定値をＩａ、鎖交磁束をφ、電流ベクトル９５のｑ軸成分をＩｄ、進角量をｄθとして、次の式で表わされる。

Ｔｅ＝φ・Ｉｄ＝φ・Ｉａ・ｃｏｓ（π／２−ｄθ）＝φ・Ｉａ・ｓｉｎ（ｄθ）
慣性負荷Ｔｊおよび抵抗負荷Ｔｒが作用するということは、磁界ベクトル８５による磁極位置ＰＳの引込みの成否に、進角量ｄθとともにブラシレスモータ３の負荷条件が関係することを意味する。

そこで、ベクトル制御部２４は、進角量ｄθとブラシレスモータ３の負荷条件とに基づいて電流設定値Ｉａを決定する。上に述べた通り、電流ベクトル９５の向きは、回転子３２の磁極位置ＰＳに応じて設定するので、ベクトル制御部２４は、推定された最新の磁極位置ＰＳと進角量ｄθと負荷条件とに基づいて、磁界ベクトル８５を生成する電流を決定することになる。

このように電流を決定すると、電流の大きさを必要最小限またはそれに近い大きさとすることができ、図１０（Ａ）および（Ｂ）において実線Ｌ１，Ｌ４で示すように、磁極位置ＰＳを推定角度θｍの位置から角度θｘの停止位置へ引き込んだ時点ｔ３、またはその近辺で停止させることが可能となる。

なお、電流設定値Ｉａが大き過ぎると、図１０（Ａ）に一点鎖線Ｌ２で示すように、磁極位置ＰＳが停止位置を通り過ぎ、その後に停止位置に近づくように振動する状態を経て時点ｔ４で停止することがある。すなわち、時点ｔ３から振動が収束する時点ｔ４までの余分の時間を費やして停止する。このため、例えば、レジストローラ対１５Ｂを一旦停止させた後に回転を再開する場合に、再開可能な時期が遅くなり、画像形成の所要時間が長引いて生産性が低下してしまうことがある。

また、電流設定値Ｉａが小さ過ぎると、図１０（Ａ）に二点鎖線Ｌ３で示すように、磁極位置ＰＳが停止位置に到達することなく停止してしまい、所望の停止位置に磁極位置ＰＳを停止させることができないことがある。

このように、電流設定値Ｉａが適切でない場合には、回転子３２の磁極位置ＰＳが所望の停止位置に停止しない。そこで、本実施形態においては、記憶部２８に記憶されている電流基本設定値Ｉｂおよび電流補正量Ｉｃ，Ｉｃ２を用いて、電流設定値Ｉａが適切になるよう決定する。電流基本設定値Ｉｂおよび電流補正量Ｉｃ，Ｉｃ２は、あらかじめ実験または理論計算の結果などに基づいて定められている。

図１１には電流基本設定値Ｉｂおよび電流補正量Ｉｃ，Ｉｃ２を定めるための実験に関わる引込み送り量Ｄ２の例が、図１２には当該実験の結果の一部が、それぞれ示されている。

図１１において、レジストローラ対１５Ｂが用紙９の搬送速度に応じた一定の速度で回転している状態で、レジストローラ対１５Ｂに向けて用紙９が搬送されてくる。レジストローラ対１５Ｂの例えば上流側の位置Ｐ１に用紙９の先端が到着すると、それを検知した上位制御部２０からモータ制御装置２１に停止指令Ｓ１ｓが与えられ、直ちにブラシレスモータ３の減速制御が開始される。ここで、減速制御における加速度（減速率）は一定であるものとする。

用紙９の先端が位置Ｐ１よりも下流の位置Ｐ２に到着した時点で、減速制御から固定励磁制御に切り替わる。固定励磁制御により、用紙９の先端は、位置Ｐ２よりも下流の位置Ｐ３に到着して停止する。

位置Ｐ１から位置Ｐ２までの距離Ｄ１は、減速制御の開始時点の回転子３２の角速度、レジストローラ対１５Ｂに回転駆動力を伝えるギヤの減速比、減速制御における減速率、および制御切替速度ω２により決まる。つまり、位置Ｐ２は、駆動シーケンス（運転パターン）における減速制御の条件に応じて決まる。

位置Ｐ２から位置Ｐ３までの距離（これを「引込み送り量Ｄ２」と呼称する）は、電流設定値Ｉａが適切である場合に、進角量ｄθに依存する。したがって、位置Ｐ３を絶対的な位置としたい場合には、すなわち引込み送り量Ｄ２を固定量としたい場合には、引込み送り量Ｄ２に対応するよう進角量ｄθを設定し、かつ電流設定値Ｉａを過不足のない適切な値に設定する必要がある。

図１２（Ａ）では、電流設定値Ｉａを「０．３」に設定し、進角量ｄθの設定を変更して複数回ずつ引込み送り量Ｄ２を測定したときの最大値、平均値、および最小値が示されている。図１２（Ｂ）では、電流設定値Ｉａを「１．０」に設定し、図１２（Ａ）の場合と同様に引込み送り量Ｄ２を測定したときの最大値、平均値、および最小値が示されている。いずれの場合も、用紙９は、一般にコピー用紙として使用される普通紙（坪量は６０ｇ／平方メートル程度）である。

図１２（Ａ）においては、進角量ｄθを「１．５［ｒａｄ］」以下に設定したときには、進角量ｄθに応じて引込み送り量Ｄ２が増える。ただし、進角量ｄθを「１．５」に設定したときの引込み送り量Ｄ２は、最大でも０．１６ｍｍ程度であり、かつ最小値と最大値との差（ばらつき）が大きい。進角量ｄθを「１．５」よりも大きい値に設定すると、引込み送り量Ｄ２は、進角量ｄθを「１．５」に設定した場合よりも小さくなる。

図１２（Ａ）によると、「電流設定値Ｉａを「０．３」に設定した場合には、引込み送り量Ｄ２を０．１６ｍｍよりも大きくすることができない」ということが分かる。

図１２（Ｂ）においては、進角量ｄθを「２．５」以下に設定したときには、進角量ｄθに応じて引込み送り量Ｄ２が増える。特に、進角量ｄθが「０」〜「１．５」の範囲内であるときには、引込み送り量Ｄ２のばらつきが小さい。

図１２（Ｂ）によると、「進角量ｄθを「０」〜「１．５」の範囲内の値に設定する場合には、電流設定値Ｉａを「１．０」に設定することにより、引込み送り量Ｄ２が進角量ｄθにほぼ比例する値になる」ということが分かる。

図１３にはモータ制御装置２１における記憶部２８および測定部２９の構成の例が示されている。

記憶部２８は、基本設定値記憶部２８Ａ、負荷別設定値記憶部２８Ｂ、組合せ別設定値記憶部２８Ｃ、および紙種別設定値記憶部２８Ｄを有する。

基本設定値記憶部２８Ａは、進角量ｄθの複数の選択肢のそれぞれに対応する電流基本設定値Ｉｂをテーブル８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄにまとめて記憶する。

電流基本設定値Ｉｂは、電流設定値Ｉａの設定における基本の値である。すなわち、電流基本設定値Ｉｂを負荷条件に応じた電流補正量Ｉｃ，Ｉｃ２を用いて補正した値が、電流設定値Ｉａとして設定される。電流基本設定値Ｉｂは、負荷条件が基準とする条件（例えば用紙９を搬送しない無搬送状態）である場合において進角量ｄθの設定通りの位置に停止させることができる電流の最小値に余裕値を加えた電流値に対応するよう定められている。

負荷別設定値記憶部２８Ｂは、抵抗負荷Ｔｒの複数の値のそれぞれに対応する負荷別設定値を電流補正量Ｉｃとしてテーブル８２ａ，８２ｂにまとめて記憶する。

組合せ別設定値記憶部２８Ｃは、イナーシャＪｒと進角量ｄθとの複数の組合せのそれぞれに対応する組合せ別設定値を電流補正量Ｉｃとしてテーブル８３ａ，８３ｂにまとめて記憶する。

紙種別設定値記憶部２８Ｄは、用紙９の複数の種類のそれぞれに対応する紙種別設定値を電流補正量Ｉｃ２としてテーブル８４にまとめて記憶する。

測定部２９は、負荷測定部２９Ａおよびイナーシャ測定部２８Ｂを有する。

負荷測定部２９Ａには、回転子３２が一定の速度で回転するようベクトル制御部２４によりモータ駆動部２６が制御されているときに、速度制御部４１から測定指令Ｓ７が入力される。

負荷測定部２９Ａは、測定指令Ｓ７が入力されたときに、電機子である固定子３１に流れる電流Ｉに基づいて抵抗負荷Ｔｒを測定する。その際に、電流Ｉとして、例えば電流検出部２７により検出された電流Ｉｕ，Ｉｖを用いる。測定の処理として、負荷測定部２９Ａは、電流Ｉｕ，Ｉｖから電流Ｉを求め、求めた電流Ｉに対応する抵抗負荷Ｔｒを、電流Ｉに応じた抵抗負荷Ｔｒを示すテーブルから読み出して、速度制御部４１に送る。速度制御部４１において、抵抗負荷Ｔｒは、固定励磁制御のための情報として記憶される。

イナーシャ測定部２８Ｂには、回転子３２の回転が加速するようベクトル制御部２４によりモータ駆動部２６が制御されているときに、速度制御部４１から測定指令Ｓ７が入力される。このとき、測定指令Ｓ７には、回転子３２の角加速度α（α＝ｄω／ｄｔ）が含まれる。

イナーシャ測定部２８Ｂは、測定指令Ｓ７が入力されたときに、電機子である固定子３１に流れる電流Ｉに基づいてイナーシャＪｒを測定する。測定の処理として、イナーシャ測定部２８Ｂは、電流Ｉｕ，Ｉｖから電流Ｉを求め、次の式に基づいてイナーシャＪｒを算出して速度制御部４１に送る。

Ｊｒ＝Ｋｔ・Ｉ／α
ただし、Ｋｔは、ブラシレスモータ３の仕様に応じたトルク定数である。

速度制御部４１において、イナーシャＪｒは、固定励磁制御のための情報として記憶される。

図１４には固定励磁制御において電流を決定するために用いるテーブル群８０ａの第１例が、図１５には同じくテーブル群８０ｂの第２例が、それぞれ示されている。図１６には同じくテーブル群８０ｃの第３例が、図１７には同じくテーブル群８０ｄの第４例が、それぞれ示されている。

図１４において、テーブル群８０ａは、３つのテーブル８１ａ，８１ｂ，８２ａからなる。このテーブル群８０ａは、イナーシャＪｒが変化することがほとんどなく、抵抗負荷Ｔｒの変化する可能性がある場合に好適に用いることができる。

テーブル８１ａ，８１ｂは、進角量ｄθの複数の範囲のそれぞれと電流基本設定値Ｉｂとを対応づけている。テーブル８１ａでは、進角量ｄθが正の値である場合の電流基本設定値Ｉｂ（第１の電流基本設定値）が示され、テーブル８１ｂでは、進角量ｄθが負の値である場合の電流基本設定値Ｉｂ（第２の電流基本設定値）が示される。

例えば、テーブル８１ａにおいて、進角量ｄθの範囲は、「０以上１．５未満」、「１．５以上２．５未満」、および「２．５以上π未満」とされている。各範囲に対応する電流基本設定値Ｉｂは、「０．８」、「１．０」、および「１．５」とされている。

テーブル８２ａは、抵抗負荷Ｔｒの複数の値のそれぞれと電流補正量Ｉｃとを対応づけている。電流補正量Ｉｃは、電流基本設定値Ｉｂに加算するべき値とされている。後に述べるテーブル８２ｂ，８２ｃ，８３ａ，８３ｂ，８３ｃにおいても同様に加算するべき値とされている。

テーブル群８０ａに基づいて、速度制御部４１は、電流設定値Ｉａを算出する。すなわち、あらかじめ設定された進角量ｄθに対応する電流基本設定値Ｉｂをテーブル８１ａまたはテーブル８１ｂから読み出し、固定励磁制御に切り替わる前に測定された抵抗負荷Ｔｒに対応する電流補正量Ｉｃをテーブル８２ａから読み出す。そして、読み出した電流基本設定値Ｉｂと電流補正量Ｉｃとを加算することにより、電流設定値Ｉａを得る。電流設定値Ｉａは、次の式で表わされる。

Ｉａ＝Ｉｂ＋Ｉｃ
例えば、進角量ｄθの設定値が「１」であり、測定された抵抗負荷Ｔｒが「０．１」である場合には、電流基本設定値Ｉｂはテーブル８１ａによると「０．８」であり、電流補正量Ｉｃはテーブル８２ａによると「０．２」である。したがって、電流設定値Ｉａはこれらを加算して「１．０」と算出される。

図１５において、テーブル群８０ｂは、４つのテーブル８１ａ，８１ｂ，８２ｂ，８４からなる。これらのうち、テーブル８１ａ，８１ｂは、テーブル群８０ａのものと同様である。テーブル群８０ｂは、画像形成装置１に対してユーザが用紙９の種類を入力することができ、または用紙９の種類を画像形成装置１が判別することができる場合に好適に用いることができる。

テーブル８２ｂは、抵抗負荷Ｔｒの複数の値のそれぞれと電流補正量Ｉｃとを対応づけている。抵抗負荷Ｔｒの複数の値は、図１４のテーブル８２ａと同様であるが、対応する電流補正量Ｉｃの値はテーブル８２ａにおける値と異なる。

テーブル８４は、用紙９の複数の種類のそれぞれと電流補正量Ｉｃ２とを対応づけている。用紙９の種類は、「薄紙」、「普通紙」、「厚紙１」、および「厚紙２」などである。電流補正量Ｉｃ２は、電流基本設定値Ｉｂに加算するべき値とされている。

テーブル群８０ａを用いる場合には、負荷測定部２９Ａは、レジストローラ対１５Ｂによる用紙の搬送が行われていない無搬送状態において回転子３２が一定の速度で回転するようモータ２６駆動部が制御されているときに、捲線３３〜３５を流れる電流Ｉに基づいて抵抗負荷Ｔｒを測定する。

また、この場合において、上位制御部２０は、用紙９の種類をモータ制御装置２１に通知する。すなわち、上位制御部２０は、停止指令Ｓ１ｓを発する以前の時点において、用紙９の種類を示すデータ信号Ｓ５をを速度制御部４１に入力する（図４参照）。

速度制御部４１は、進角量ｄθに対応する電流基本設定値Ｉｂをテーブル８１ａまたはテーブル８１ｂから読み出し、無搬送状態において測定された抵抗負荷Ｔｒに対応する電流補正量Ｉｃをテーブル８２ｂから読み出す。さらに、通知された用紙９の種類に対応する電流補正量Ｉｃ２をテーブル８４から読み出す。

そして、読み出した電流基本設定値Ｉｂと電流補正量Ｉｃとを電流補正量Ｉｃ２と加算することにより、電流設定値Ｉａを得る。つまり、電流補正量Ｉｃとを電流補正量Ｉｃ２との和を用いて電流基本設定値Ｉｂを補正することにより、捲線３３〜３５に流す電流を決定する。電流設定値Ｉａは、次の式で表わされる。

Ｉａ＝Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｃ２
例えば、進角量ｄθの設定値が「１」であり、測定された抵抗負荷Ｔｒが「０．１」であり、用紙９が「普通紙」であるものとする。この場合には、テーブル８１ａ，８２ｂ，８４によると、電流基本設定値Ｉｂは「０．８」であり、電流補正量Ｉｃは「０」であり、電流補正量Ｉｃ２は「２．０」である。したがって、電流設定値Ｉａは「１．０」と算出される。

図１６において、テーブル群８０ｃは、２つのテーブル８１ｃ，８３ａからなる。このテーブル群８０ａは、抵抗負荷Ｔｒがほとんど変化せず、イナーシャＪｒが大幅に変化する可能性のある場合に好適に用いることができる。例えば、部品交換または設計変更などによりローラまたはギヤの材質が変わったときに、イナーシャＪｒが大幅に変化することがある。

テーブル８１ｃは、進角量ｄθの複数の範囲のそれぞれと電流基本設定値Ｉｂとを対応づけている。進角量ｄθの範囲区分は、図１４のテーブル８１ａと同様であるが、各範囲に対応する電流基本設定値Ｉｂの値はテーブル８１ａにおける値と異なる。テーブル８１ｃでは、例えば「普通紙」に対応する補正量を加味して電流基本設定値Ｉｂが定められている。

テーブル８３ａは、イナーシャＪｒと進角量ｄθとの複数の組合せのそれぞれと組合せ別設定値としての電流補正量Ｉｂとを対応づけている。

テーブル８３ａにおいて、イナーシャＪｒは、所定のしきい値Ｊｒ１により２つの範囲に区分されている。しきい値Ｊｒ１未満の範囲およびしきい値Ｊｒ１以上の範囲のそれぞれについて、進角量ｄθが２つに区分されており、イナーシャＪｒと進角量ｄθとの組合せは４通りとされている。

イナーシャＪｒがしきい値Ｊｒ１未満である場合には、慣性負荷Ｔｊが小さいので、回転子３２が停止しやすい。進角量ｄθが比較的に小さいときには、電流基本設定値Ｉｂのままで十分な引込み力Ｔｅが得られると考えられるので、電流補正量Ｉｂは「０」とされている。進角量ｄθが比較的に大きいときには、引込み力Ｔｅを大きくするよう電流補正量Ｉｂは「０．２０」とされている。

逆に、イナーシャＪｒがしきい値Ｊｒ１以上である場合には、慣性負荷Ｔｊが大きいので、回転子３２が停止しにくい。進角量ｄθが比較的に小さいときには、停止位置Ｐｘを通り過ぎようとする磁極を停止位置Ｐｘに引き留めるために、引込み力Ｔｅを大きくするよう電流補正量Ｉｂは「０．２０」とされている。進角量ｄθが比較的に大きいときには、引込み力Ｔｅを大きくしなくても、磁極を停止位置Ｐｘに到達すると考えられるので、電流補正量Ｉｂは「０」とされている。

速度制御部４１は、設定された進角量ｄθに対応する電流基本設定値Ｉｂに、測定されたイナーシャＪｒに対応する電流補正量Ｉｃを加算することにより、電流設定値Ｉａを算出する。

図１７において、テーブル群８０ｄは、２つのテーブル８１ｄ，８３ｂからなる。このテーブル群８０ｄは、イナーシャＪｒおよび抵抗負荷Ｔｒが共に変化する可能性のある場合に好適に用いることができる。

テーブル８１ｄは、進角量ｄθの複数の範囲のそれぞれと電流基本設定値Ｉｂとを対応づけている。テーブル８３ｂは、イナーシャＪｒと進角量ｄθと負荷抵抗Ｔｒとの複数の組合せのそれぞれと、組合せ別設定値としての電流補正量Ｉｂとを対応づけている。

速度制御部４１は、設定された進角量ｄθに対応する電流基本設定値Ｉｂに、測定されたイナーシャＪｒおよび抵抗負荷Ｔｒに対応する電流補正量Ｉｃを加算することにより、電流設定値Ｉａを算出する。

図１８にはモータ制御装置２１における処理の流れが、図１９には固定励磁制御の処理の流れの例が、図２０には固定励磁制御における電流基本設定値Ｉｂを決定する処理の流れの例が、それぞれ示されている。

図１８に示すように、起動指令が上位制御部２０から与えられるのを待つ（＃１０１）。起動指令は、回転子３２が停止している状態、減速制御中、または固定励磁制御中に発せられる速度指令Ｓ１であって、速度指令値ω＊を用紙９の搬送速度に対応する所定の値としたものである。

起動指令が与えられると（＃１０１でＹＥＳ）、加速制御を開始し（＃１０２）、加速中にイナーシャＪｒを測定して記憶する（＃１０３）。

速度推定値ωｍが起動指令の速度指令値ω＊に達すると、加速制御を終了し、代わって速度推定値ωｍを一定に保つ定速制御を行う（＃１０４）。定速制御中に、レジストローラ対１５Ｂにより用紙９を搬送している搬送状態の抵抗負荷Ｔｒ、または搬送していない無搬送状態の抵抗負荷Ｔｒを測定して記憶する（＃１０５）。

その後は、停止指令Ｓ１ｓが上位制御部２０から与えられるのを待つ（＃１０６）。停止指令Ｓ１ｓがが与えられると（＃１０６でＹＥＳ）、抵抗制御切替速度ω２を制御用のレジスタにセットし（＃１０７）、減速制御を開始する（＃１０８）。

速度推定値ωｍが制御切替速度ω２まで低下すると（＃１０９でＹＥＳ）、減速制御から固定励磁制御へ制御を切り替え、固定励磁制御によりブラシレスモータ３の回転を停止させる（＃１１０）。

図１９に示すように、固定励磁制御においては、最新の推定角度θｍに基づいて磁極位置ＰＳを判別し（＃３０１）、進角量ｄθを決定する（＃３０２）。例えば、停止位置Ｐｘを磁極位置ＰＳに対する相対的な位置とするモードにおいては、あらかじめ設定されている進角量ｄθを制御用のレジスタにセットする。

進角量ｄθに応じて電流基本設置値Ｉｂを決定し（＃３０３）、電流補正量Ｉｃを決定する（＃３０４）。上に述べたようにテーブル群８０ｂを用いる場合には、電流補正量Ｉｃ２をも決定する。続いて、電流基本設置値Ｉｂおよび電流補正量Ｉｃ，Ｉｃ２に基づいて、電流設定値Ｉａを算出する（＃３０５）。

算出した電流設定値Ｉａを用いて電流ベクトル９５のｄ軸成分Ｉｄおよびｑ軸成分Ｉｑを求めて、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を決定する（＃３０６）。

そして、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊および最新の磁極位置ＰＳに対応する推定角度θｍを用いてモータ駆動部２６を制御する（＃３０７）。つまり、磁界ベクトル８５に対応する電流をブラシレスモータ３に供給するようモータ駆動部２６を制御する。

図２０に示すように、電流基本設定値Ｉｂを決定する処理においては、進角量ｄθが正の値であるか否かを判別する（＃３３１）。ここで、状況の例として、図１１に示した位置Ｐ３に用紙９を位置決めする場合を想定する。用紙９を第１の速度Ｖ１で搬送する通常モードでは、進角量ｄθが正の値となる。しかし、速度Ｖ１より速い第２の速度Ｖ２で搬送する高速モードでは、減速制御中に移動する距離Ｄ１が長くなるので、減速制御の終了時の位置Ｐ２が位置Ｐ３より下流になることがある。この場合には、進角量ｄθが負の値となる。

進角量ｄθが正の値であると判別した場合には（＃３３１でＹＥＳ) 、図１４および図１５に示した第１のテーブル８１ａから進角量ｄθに対応する電流基本設定値Ｉｂを読み出す（＃３３２）。

進角量ｄθが負の値であると判別した場合には（＃３３１でＮＯ) 、第２のテーブル８１ｂから進角量ｄθに対応する電流基本設定値Ｉｂを読み出す（＃３３３）。

以上の実施形態によると、永久磁石同期電動機の回転子を所望の位置に停止させることのできる制御装置および制御方法を提供することができる。例えば、上位制御部２０から刻々と回転角度位置を指定する位置指令が与えられない場合であっても、回転子を所望の位置に停止させることができる。

加えて、進角量ｄθとブラシレスモータ３の負荷条件とに基づいて電流設定値Ｉａを決定するので、磁界ベクトル８５の大きさを必要最小限またはそれに近い大きさとすることができる。つまり、所望の位置に到着する前に停止したり、所望の位置を通り過ぎて停止したりする回転の過不足の発生を低減することができる。停止間際の振動を低減してより早く円滑に停止させることができる。

上に述べた実施形態によると、テーブル８１ａ〜８１ｄ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂ，８４が記憶部２８において記憶されるので、進角量ｄθ、イナーシャＪｒ、および抵抗負荷Ｔｒのそれぞれが単一の値に限定されない。したがって、レジストローラ１５Ｂ以外の搬送ローラ、転写用のローラ、または定着用のローラなどの各種の回転体を回転駆動するブラシレスモータの制御に、モータ制御装置２１を使用することができる。画像形成装置１以外の画像形成装置または他の機器におけるブラシレスモータの制御に、モータ制御装置２１を利用することができる。

上に述べた実施形態によると、３相の交流電流を２相の捲線に直流を流すと見做すｄ−ｑ座標系を基本とした制御モデルによる制御方法を利用して固定励磁制御を行うので、３相の各電流の値を他の方法により計算する場合と比べて、処理が簡単になる。回転駆動のためのベクトル制御に用いる構成要素の大部分を固定励磁制御のために流用することができるので、流用しない場合と比べてモータ制御装置２１の構成を簡素化することができる。

上に述べた実施形態においては、電流補正量Ｉｃ、Ｉｃ２を電流基本設定値Ｉｂに加算した。しかし、これに限らず、電流補正量Ｉｃ、Ｉｃ２を係数として設定し、電流基本設定値Ｉｂと電流補正量Ｉｃ、Ｉｃ２との積を電流設定値Ｉａとして算出してもよい。または、電流基本設定値Ｉｂを大きめに設定するとともに、電流基本設定値Ｉｂから電流補正量Ｉｃ、Ｉｃ２を減算した値が所望の電流設定値Ｉａとなるように、電流補正量Ｉｃ、Ｉｃを設定してもよい。

上に述べた実施形態においては、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊および推定角度θｍを保持して固定の励磁を行うようにしたが、これに限らない。電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊および推定角度θｍに基づいて決定または生成した指令値または制御信号の値を記憶するようにしてもよい。すなわち、２相の電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊、３相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊、または捲線の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを記憶すれば、捲線３３〜３５に一定の電流を流し続けるようにモータ駆動部２６を制御して回転子３２を停止させることができる。

上に述べた実施形態においては、検出した電流Ｉｕ，Ｉｖの値に基づいてイナーシャＪｒおよび抵抗負荷Ｔｒを測定したが、例えば電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊のように電流Ｉｕ，Ｉｖと相関のある値に基づいてイナーシャＪｒおよび抵抗負荷Ｔｒを測定しまたは推定してもよい。

上に述べた実施形態において、減速制御から固定励磁制御へ切り替える時点を、停止指令Ｓ１ｓが入力されてから所定の時間が経過した時点、または磁極位置ＰＳを推定することができなくなった時点とすることができる。いずれにしても、減速制御中に周期的に推定角度θｍを取得する。減速制御としてフリーラン制御を行う場合には、断続的にショートブレーキ制御を行って電流Ｉｕ，Ｉｖを検出して推定角度θｍを取得する。推定角度θｍを取得することができなくなった時点で固定励磁制御に切り替える場合には、固定励磁制御に切り替える以前の最後に取得した推定角度θｍを用いて電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を得る。

上に述べた実施形態において、イナーシャＪｒの値が確定している場合には、その確定している値をあらかじめ記憶しておき、イナーシャＪｒを測定する処理（図１８のステップ＃１０３）を省略することができる。また、抵抗負荷Ｔｒについても同様であり、確定している場合には、その確定している値をあらかじめ記憶しておき、抵抗負荷Ｔｒを測定する処理（ステップ＃１０５）を省略することができる。

上に述べた実施形態において、テーブル８１〜８４の構成およびデータ値などは例を示すものであり、図に示した以外の種々の構成またはデータ値とすることができる。また、記憶部２８の構成などについても種々変更することができる。

その他、画像形成装置１およびモータ制御装置２１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
３ ブラシレスモータ（永久磁石同期電動機）
９ 用紙
１５Ｂ レジストローラ対（搬送ローラ）
２１ モータ制御装置（制御装置）
２４ ベクトル制御部（制御部）
２５ 速度・位置推定部（推定部）
２６ モータ駆動部（駆動部）
２８ 記憶部
２８Ａ 基本設定値記憶部（記憶部）
２８Ｂ 負荷別設定値記憶部（記憶部）
２８Ｃ 組合せ別設定値記憶部（記憶部）
２８Ｄ 紙種別設定値記憶部（記憶部）
２９ 測定部
３１ 固定子（電機子）
３２ 回転子
３３，３４，３５ 捲線
４１ 速度制御部
４２ 電流制御部
８５ 磁界ベクトル
９５ 電流ベクトル
ｄθ 進角量
Ｉ 電流
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ 電流
Ｉａ 電流設定値
Ｉｂ 電流基本設定値（第１の電流基本設定値、第２の電流基本設定値）
Ｉｃ 電流補正量（補正量、設定値）
Ｉｄ ｄ軸成分
Ｉｑ ｑ軸成分
Ｊｒ イナーシャ（負荷条件）
Ｔｒ 抵抗負荷（負荷条件）
ＰＳ 磁極位置
Ｐｘ 停止位置
Ｓ１ｓ 停止指令
θｍ 推定角度（推定された磁極位置）
ω 回転速度（速度）

Claims (6)

1. 電機子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、
   前記電機子に電流を流して前記回転子を駆動する駆動部と、
   前記電機子に流れる電流に基づいて前記回転子の磁極位置を推定する推定部と、
   推定された前記磁極位置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、停止指令が入力されると前記回転子が停止するよう前記駆動部を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記回転子を停止させる制御として、前記回転子の磁極位置を停止位置に引き込んで停止させる磁界ベクトルを生成する電流を、推定された最新の磁極位置と当該最新の磁極位置から前記停止位置までの回転角度である進角量と前記永久磁石同期電動機の負荷条件とに基づいて決定し、決定した電流を前記電機子に流し続けるよう前記駆動部を制御するものであり、前記進角量に対応した電流基本設定値と前記負荷条件に応じて定められた補正量とを用いて電流設定値を定め、前記磁界ベクトルの大きさが当該電流設定値に対応する大きさとなるよう前記電流を決定し、前記補正量として、イナーシャと前記進角量との組合せに応じた設定値を用いる、
   ことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
2. 前記電流基本設定値は、前記負荷条件が基準とする条件である場合における前記電流の最小値に余裕値を加えた電流値に対応するよう定められている、
   請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
3. 前記イナーシャと前記進角量との複数の組合せのそれぞれに対応する組合せ別設定値を
   前記設定値として記憶する組合せ別設定値記憶部と、
   前記回転子の回転が加速するよう前記駆動部が制御されているときに、前記電機子に流れる電流に基づいて前記イナーシャを測定するイナーシャ測定部とを有し、
   前記制御部は、測定された前記イナーシャに対応する前記組合せ別設定値を前記補正量として用いる、
   請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
4. 前記制御部は、前記停止位置の前記磁界ベクトルに対応するｄ−ｑ座標系における電流ベクトルのｄ軸成分およびｑ軸成分を用いて前記電流を決定する、
   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. 用紙に画像を形成する画像形成装置であって、
   電機子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と、
   前記永久磁石同期電動機により回転駆動されて前記用紙を搬送する搬送ローラと、
   前記永久磁石同期電動機を制御する制御装置と、を有しており、
   前記制御装置は、
   前記電機子に電流を流して前記回転子を駆動する駆動部と、
   前記電機子に流れる電流に基づいて前記回転子の磁極位置を推定する推定部と、
   推定された前記磁極位置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、停止指令が入力されると前記回転子が停止するよう前記駆動部を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記回転子を停止させる制御として、前記回転子の磁極位置を停止位置に引き込んで停止させる磁界ベクトルを生成する電流を、推定された最新の磁極位置と当該最新の磁極位置から前記停止位置までの回転角度である進角量と前記永久磁石同期電動機の負荷条件とに基づいて決定し、決定した電流を前記電機子に流し続けるよう前記駆動部を制御するものであり、前記進角量に対応した電流基本設定値と前記負荷条件に応じて定められた補正量とを用いて電流設定値を定め、前記磁界ベクトルの大きさが当該電流設定値に対応する大きさとなるよう前記電流を決定し、前記補正量として、イナーシャと前記進角量との組合せに応じた設定値を用いる、
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 電機子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、
   前記回転子を停止させる制御として、前記回転子の磁極位置を停止位置に引き込んで停止させる磁界ベクトルを生成する電流をそのときの前記磁極位置と当該磁極位置から前記停止位置までの回転角度である進角量と前記永久磁石同期電動機の負荷条件とに基づいて決定し、決定した電流を前記電機子に流し続ける固定励磁制御を行うものであり、前記進角量に対応した電流基本設定値と前記負荷条件に応じて定められた補正量とを用いて電流設定値を定め、前記磁界ベクトルの大きさが当該電流設定値に対応する大きさとなるよう前記電流を決定し、前記補正量として、イナーシャと前記進角量との組合せに応じた設定値を用いる、
   ことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御方法。

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