CN1616971A - 具有旋转传感器的旋转机器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转机器，在安装于马达输出轴上的圆板状码盘的圆周方向上间隔90度而配置的三个旋转传感器，分别输出对应于码盘旋转速度的信号。码盘如果相对于输出轴偏心，就会产生旋转一圈则变化1个周期的误差成分(1周期成分)，如果变形为椭圆状，就会产生旋转一圈则变化2个周期的误差成分(2周期成分)。控制装置，将对第一旋转传感器的输出信号与第二旋转传感器的输出信号平均化而消除了2周期成分的第一修正信号、和由第一旋转传感器的输出信号与第三旋转传感器的输出信号的差分而消除了2周期成分的第二修正信号，与残留的1周期成分的相位以及振幅匹配并进行加法或者减法运算，从而算出消除了1周期成分以及2周期成分的旋转检测信号。

Description

具有旋转传感器的旋转机器

技术领域

本发明涉及一种可对旋转轴或连结在旋转轴上的被旋转体的旋转速度或旋转角进行控制的旋转机器。

背景技术

比如，彩色复印机和彩色打印机等图像处理装置(图像形成装置)，分别具备四色(黑、黄、兰、红)的感光鼓，这些感光鼓，由作为旋转机器的电动马达进行低速旋转驱动(40rpm到100rpm)。在对感光鼓进行旋转驱动的马达上，在上述的低速旋转之中，不产生使图像恶化的旋转不均匀的问题是人们所期望的。

因此，设置检测马达的旋转轴或与该旋转轴连结的感光鼓的连结轴的旋转速度的编码器，并根据该编码器的输出信号对感光鼓(直接地对马达旋转轴或连结轴)的旋转速度进行控制。作为编码器，比如，采用如下的光学式编码器，即，将形成有由在圆周方向等间隔配置的多个狭缝构成的光学图案的编码器盘同轴地安装到上述旋转轴等上，并且夹持该光学图案来配置发光元件和受光元件(以下统称为旋转检测器)，输出对应于旋转检测器随着编码器盘的旋转而有无受光的脉冲信号(ON/OFF信号)。

另外，为了提高编码器的旋转检测精度，已知有在一个编码器盘上配备两个旋转检测器的构成(比如，参照特开平7-140844号公报)。具体地，如同图11A以及图11B所示，编码器200具备：同轴地安装在旋转轴202上并与该旋转轴202一体旋转的编码器盘204；在编码器盘204的外周附近等间隔地在圆周方向上形成的多个狭缝(光学图案)204A；配置在相对于旋转轴202的轴心对称的两个位置上的旋转检测器206、208。

而且，与编码器200电连接的控制装置分别输入旋转检测器206、208的输出信号，并对这些输出信号进行平均化，从而消除编码器盘204相对于旋转轴202的安装误差(偏心)等的影响。也就是，由于基于上述安装误差的旋转检测误差，为旋转轴202每旋转一圈变化1个周期的正弦波状，因此可以通过对配置在相隔180°的位置上的两个旋转检测器206、208产生的输出信号进行平均化而消除。由此，在具备该编码器200以及控制装置的构成中(旋转检测方法)中，可以得到消除了上述起因于安装误差的误差成分的真实的旋转速度(角速度)。

但是，如果由低价格的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)构成，该编码器盘204就会由于纵方向和横方向的膨胀率的不同而产生歪斜而变成大致椭圆形。该PET制编码器盘204的变形，在70°左右的高温环境下变得很显著。由于基于这样的编码器盘204的变形的旋转检测误差，为旋转轴202每旋转一圈变化2个周期的正弦波状，因此无法用上述以往的技术来消除。因此，在高温环境下使用的编码器200中，以往需要采取一定对策，比如使用高价的玻璃制的编码器盘204等。

发明内容

本发明的目的在于，鉴于以上的事实而提供一种旋转机器，它可以消除被检测构件旋转一圈则变化1周期的误差成分和旋转一圈则变化2周期的误差成分，以高精度检测出安装了被检测构件的检测对象的旋转速度或旋转角。

为了实现本发明的目的，提供一种具备旋转轴、被检测构件、至少三个旋转检测器、控制装置的旋转机器。被检测构件，形成为盘状，与旋转轴一体旋转。至少三个旋转检测器，与被检测构件相邻，以90度间隔依次配置在该被检测构件的圆周方向上，并分别形成对应于该被检测构件的旋转速度以及旋转角中的一方的输出信号。控制装置，根据从至少三个旋转检测器的输出信号得到的、消除了2周期误差成分以及1周期误差成分的两方的旋转检测信号，对旋转轴的旋转速度以及旋转角中的一方进行控制。

附图说明

通过以下的叙述和说明将会对本发明的目的、特性和优点有更好的了解。

图1是表示本发明的实施例的外转子型马达的概要构成的侧剖面图。

图2A是表示构成本发明的实施例的外转子型马达的编码器的主视图。

图2B是表示图2A的编码器的侧视图。

图3A是表示构成本发明的实施例的外转子型马达的码盘整体的主视图。

图3B是将图3A的一部分放大表示的主视图。

图4是表示本发明的实施例的外转子型马达的概要电气构成的框图。

图5A是表示码盘的偏心状态的主视图。

图5B是表示码盘的椭圆化的主视图。

图5C是将包含于码盘的旋转中的误差成分中的1周期成分以及2周期成分分开表示的线图。

图6A是表示构成本发明的实施例的外转子型马达的编码器的码盘相对于旋转轴偏心且变形的状态下的各旋转传感器的配置的主视图。

图6B是表示各旋转传感器的输出信号的线图。

图7是表示本发明的实施例的CPU运算的旋转速度检测结果的线图。

图8A是表示将本发明的实施例的CPU的运算的旋转速度检测结果进行了快速傅里叶变换的FFT波形的线图。

图8B是表示将为了比较而表示的旋转传感器的原始波形进行了快速傅里叶变换的FFT波形的线图。

图9A是表示本发明的实施例的变形例的编码器的主视图。

图9B是表示图9A的编码器的侧视图。

图10是表示将本发明的实施例或变形例的外转子型马达应用于图像处理装置的适用例的概要立体图。

图11A是表示以往的编码器的主视图。

图11B是图11A的编码器的侧视图。

具体实施方式

根据图1到图8对本发明的实施例的电动马达(旋转机器)、即外转子型马达10进行说明。首先，对外转子型马达10的马达部10A的整体概要构成进行说明，然后对本发明的主要部分、即作为旋转控制装置的旋转控制部10B进行说明。

在图1中，表示了外转子型马达10的侧剖面。如该图所示，外转子型马达10由马达部10A、以及后述的旋转控制部10B构成。马达部10A具备定子12，定子12具备定子基座14。定子基座14由大致形成为圆筒状的中央筒部16、从中央筒部16的一端部的外周部向轴直角方向突出的平板状的定子罩18构成。

在中央筒部16的外周部上，通过压入、粘接或者螺钉等固定有定子铁心20。在该定子铁心20上，缠绕有线圈22。而且，中央筒部16的内部设置着向轴方向贯通该中央筒部16的轴孔16A。另一方面，定子罩18具有向中央筒部16侧的相反侧突出的多个安装部18A，各安装部18A为向装置上固定之用。而且，在定子罩18中，设置有在中央筒部16的直径方向外侧向厚板方向贯通的多个(本实施例是3个)传感器孔18B。

而且，外转子型马达10，具备与转子24以及与该转子24一体旋转的输出轴26。输出轴26通过配置在中央筒部16的轴孔16A内的两个轴承28，同轴并自由旋转地支撑在该中央筒部16上。输出轴26，其两端部分别从轴孔16A(定子12)突出。该输出轴26是由旋转控制部10B控制旋转速度的对象，相当于本发明的旋转轴或者旋转体。

转子24，具备转子罩30、以及固定在该转子罩30上的磁铁32。转子罩30，作为整体形成为近似有底筒状，具有：底部30A、沿着该底部30A的外周竖立设置的圆筒部30B、设置在底部30A的轴心部上的圆筒状的轴套部30C而构成。该转子罩30，以将输出轴26插入到轴套部30C的状态，被同轴地固定在该输出轴26上。而且，圆筒部30B，从直径方向外侧覆盖住定子12的线圈22，在其内面上固定着磁铁32并使之与线圈22对向。

如上所述，本实施例的外转子型马达10，是具有磁铁转子的无电刷马达，向线圈22供给电流，则由该线圈22以及磁铁32的磁力作用，转子24以及输出轴26就会相对于固定在装置上的定子12进行旋转的构成。

该外转子型马达10，具备作为用于控制输出轴26的旋转速度的旋转控制装置的旋转控制部10B。旋转控制部10B，以用于检测输出轴26的旋转速度的编码器34、根据编码器34的输出而控制输出轴26的旋转速度的控制器50(参照图4)为主要构成要素而构成。

编码器34，具备作为被检测构件的码盘36。码盘36与输出轴26同轴地固定并构成该输出轴26的旋转速度的被检测部。具体地，码盘36，形成为圆环板状(圆板状、也就是圆盘状)，在其轴心部上固定着轴套构件38。另外，通过将该轴套构件38嵌在输出轴26上，码盘36与输出轴26同轴并可以一体旋转地安装。在这种状态下，码盘36相对于定子罩18来说位于中央筒部16的相反一侧。

在该码盘36的外周附近，如图2A以及图3A所示，在整个圆周上沿圆周方向等间隔地形成规定数目的狭缝36A，并构成作为被检测图案的光学图案37。各狭缝36A，可在码盘36的板厚方向上透过光线地设置，在本实施例中狭缝36A的狭缝数目为1500。

下面进行具体说明。码盘36，由作为透明的树脂材料的聚对苯二甲酸乙二醇酯(以下称PET)构成，在其外周附近在整个圆周上沿圆周方向等间隔地设置规定数目(1500根)的作为遮光部的不透光部36B，在各不透光部36B之间分别形成作为透光部即导光部的狭缝36A。在本实施例中，通过用不透明的墨水等印刷到码盘36的表面而不透明地设置各不透光部36B。如图3B所示，各不透光部36B为由该码盘36的外周边来规定码盘36的直径方向的外周边，并且直径方向的内边呈沿着与码盘36同轴的虚拟圆的圆弧状。而且，不透光部36B的圆周方向的两边，呈沿着该码盘36的半径方向(放射方向)的直线状。由如上所述，各不透光部36B的形状，形成为如同用相似形状的扇形切除扇形的直径方向内侧而得到的形状。另外，由于互为相同形状的不透光部36B以圆周方向的宽的两倍的节距等间隔地配置在该圆周方向上，因此，在各不透光部36B之间，就形成了与各不透光部36B基本相同形状的狭缝36A。

本实施例中，码盘36的外径Do为44.5mm，而连结各不透光部36B的直径方向内边的上述虚拟圆C的直径Di为36.5mm。而且，沿码盘36的圆周方向的各狭缝36A的宽W、节距P(＝2W)，在码盘36的直径方向各部分中，如下地设定。在与连结各狭缝36A(不透光部36B)的直径方向中央部分的码盘36同轴的节圆Cp(直径Dsc＝40.425mm)横穿的部分，分别设定各狭缝36A的宽W＝42.3μm，节距P＝84.7μm。而且，在与通过各狭缝36A的直径方向内边附近的码盘36同轴的虚拟圆Ci(直径Dsi＝直径37mm)横穿的部分，分别设定为各狭缝36A的宽W＝38.7，节距P＝77.5μm。而且，在与通过各狭缝36A的直径方向外边附近的码盘36同轴的虚拟圆Co(直径Dso＝直径44mm)横穿的部分，分别设定为各狭缝36A的宽W＝46.1μm，节距P＝92.2μm。所以，如上所述，用扇形分别切除扇形的直径方向内侧而得到的形状的各狭缝36A(不透光部36B)，实质上形成为可以作为近似矩形(长方形)而评价的形状。

另外，由于将上述尺寸的狭缝36A与不透光部36B交互地配置在码盘36的圆周方向上，因此狭缝36A沿着码盘36的整个圆周等间隔地、一周设置1500条，从而构成上述光学图案37。而且，与上述节圆Cp的周长25.4mm(1英寸)对应的狭缝36A的数量为300条。换言之，节圆Cp的周长为5英寸。由如上所述，在该实施例中，狭缝36A的数量为1000根以上的1500条，每单位周长的狭缝36A的数量为150行/英寸(150条/25.4mm)以上的300行/英寸。所以，形成狭缝36A的不透光部36B也以300行/英寸的密度，每周设置1500条。另外，贯通图3A所示的码盘36的轴心部的贯通孔36C是用于嵌合轴套构件38的。

而且，编码器34，具备作为输出对应于各个码盘36的旋转速度的信号的旋转检测器的三个旋转传感器40。如图2B所示，各旋转传感器40，是各自具有一对支架42、44的、从截面基本形成为呈コ字形状的透过型光断路器(光IC)，使码盘36的狭缝36A形成部位以非接触状态位于该支架42、44之间。

另外，各旋转传感器40，分别在一方的支架42上设置发光元件(照射部)42A，并且在离开支架42的对向的另一方的支架44上设置受光元件(受光部)44A。作为码盘36的导光部的各狭缝36A，构成为当其被配置在发光元件42A以及受光元件44A之间时，可以将从发光元件42A照射的光引导到受光元件44A上。而且，作为遮光部的各不透光部36B，构成为当其被配置在发光元件42A以及受光元件44A之间时，可以遮住从发光元件42A照射来的光使之不照射到受光元件44A上，使不能由受光元件44A检测到照射光。由此，各旋转传感器40，是根据各发光元件42A发出的光通过狭缝36A后是否被受光元件44A接受来输出脉冲(ON/OFF)信号的构成。所以，各旋转传感器40，在输出轴26每旋转一圈(360°)时分别发生1500个脉冲，该脉冲数对应于码盘36的旋转角，脉冲宽度(ON/OFF的切换时间)或每单位时间的脉冲数对应码盘36的旋转速度。

将这些旋转传感器40分别安装在基板46上，而基板46固定在定子罩18的中央筒部161侧的面上。由此，各旋转传感器40相对于定子12是不动的。而且，各旋转传感器40插在定子罩18的传感器孔18B中，将码盘36的狭缝36A形成部位分别插入到各支架42、44之间。由此，各旋转传感器40就能够输出对应于伴随输出轴26的旋转而在支架42、44之间相对移动的码盘36的旋转速度的脉冲信号。

另外，如图2所示，各旋转传感器40，以分别朝向输出轴26的轴心的状态，沿着码盘36的圆周方向间隔90°而配置。以下，当区别各旋转传感器40而进行说明的情况下，将配置在图2所示的相对角0°的旋转传感器40称为第一旋转传感器40A，将配置在相对角90°的旋转传感器40称为第二旋转传感器40B，将配置在相对角180°的旋转传感器40称为第三旋转传感器40C。

而且，外转子型马达10，具备覆盖编码器34的盖构件45。盖构件45以从设置于轴心部的透孔45A向输出轴26突出的状态，嵌到定子罩18的传感器孔18B的内边并固定在定子12上。由此，编码器34(由各旋转传感器40检测码盘36的旋转速度的部位)通过盖构件45可以防止外部的光或异物的侵入。

另外，在安装有各旋转传感器40的基板46上，设置容许定子12的中央筒部16向轴直角方向移动的切口或长孔，定子罩18的传感器孔18B，作为容许旋转传感器40沿着上述中央筒部16的移动方向的移动的长孔。由此，为了各旋转传感器40不干涉码盘36，将中央筒部16插入到安装有各旋转传感器40的基板46的切口或长孔中，然后将基板46相对于定子12向输出轴26的轴直角方向(图2A所示的箭头A的方向)移动，从而形成可将码盘36插入到各旋转传感器40的支架42、44之间的构成。另外，也可以取代该构成，而采用将基板46分割成多个的构成。

而且，在安装有各旋转传感器40的基板46上，设置有通过带插头的配线与外接电源(都没有在图中表示)连接的连结器48。另外，在该基板46上，安装着检测转子24的磁极位置的霍尔元件(图中未表示)、用于控制向线圈的通电的控制器50等、以及用于驱动、控制外转子型马达10(马达部10A)所必须的所有的电气部件。另外，在安装在基板46上的电气部件中，也可以将供马达部10A的驱动的部件归属于马达部10A。

如图4所示，控制器50，由作为运算装置的CPU52和驱动器54所构成。驱动器54，分别与马达部10A的线圈22以及外部电源(连结器48)进行电连接，向线圈22供给电流。CPU52，分别接受各旋转传感器40的输出信号以及从外部来的转速指令信号的输入，并根据这些信息控制通过驱动器54向线圈22的供电的有无、供给电流的大小。

也就是，CPU52根据各旋转传感器40的输出信号检测出输出轴26的旋转速度，将检测出的结果与转速指令信号进行比较，并控制驱动器54向线圈22供给的电流(反馈控制)，以消除其差值。以下，对利用CPU52检测输出轴26的旋转速度进行详细说明。另外，在以下的说明中，将第一旋转传感器40A的输出信号称为E1、第二旋转传感器40B的输出信号称为E2、第三旋转传感器40C的输出信号称为E3。

这里，码盘36的旋转中心与输出轴26的旋转中心完全一致，并且如果沿着将该一致的旋转中心作为中心的正圆来形成狭缝36A，则各旋转传感器40的输出信号E1、E2、E3，分别正确地对应于输出轴26的真实的旋转速度。

但是，如果如图5A所示的作为圆形盘的码盘36与输出轴26之间出现偏心，就会如图5C中实线所示的那样，产生输出轴26旋转一圈(1500个脉冲)则变化1个周期的正弦波状的误差成分(以下称为1周期成分或1周期误差成分)。而且，例如如果由于码盘36(狭缝36A)的歪斜产生如图5B所示的椭圆化而成为椭圆形盘，就会如图5C的双点划线所示，产生输出轴26旋转一圈则变化2个周期的正弦波状的误差成分(以下称为2周期成分或2周期误差成分)。所以，如果将输出轴26的旋转角设为θ，1周期成分可以用Asinθ来表示，2周期成分，如果将与1周期成分的相位差设为α，则可以用Bsin2(θ+α)来表示。

另外，码盘36与输出轴26之间的偏心，比如，起因于码盘36向输出轴26安装时的安装误差，而码盘36的椭圆化(歪斜)，比如在由纵横的膨胀率不同的材料构成码盘36的情况下，在高温环境下特别显著。另外，本实施例的码盘36，以PET构成，所以纵横的热膨胀率不同，在70°以上的环境下很容易发生椭圆化。

另外，图5C表示：以基准的脉冲宽度(比如，旋转轴以一定速度旋转的情况下的没有误差的脉冲信号1周期的时间)为1时的误差量为纵轴，以旋转传感器40所检测出的累积脉冲数为横轴，1周期成分的误差峰值为基准脉冲宽度的0.35％(最大振幅A＝0.0035)，2周期成分的误差峰值为基准脉冲幅度的0.15％(最大振幅B＝0.0015)的情况下的、单一的旋转传感器40(在与图6B的关系中，为第一旋转传感器40A)的输出信号(原始波形)所包含的1周期成分以及2周期成分。

如上所述，当如图6A所示，在码盘36相对于输出轴26产生偏心并椭圆化的情况下，就会如图6B所示，产生1周期成分和2周期成分重合的误差波形Ee。包含于各旋转传感器40A、40B、40C的输出信号E1、E2、E3中的误差波形Ee，会由于各旋转传感器40A、40B、40C的配置而分别错开90°的相位，并分别用Ee(θ)、Ee(θ+π/2)、Ee(θ+π)来表示。

另外，CPU52，可执行地保存以下所示的公式(1)，并采用从各旋转传感器40输入的信号E1、E2、E3执行公式(1)的运算，从而算出消除了1周期成分以及2周期成分的旋转检测信号P(θ)。

$P\left(\mathrm{\θ}\right)=\{E1\left(\mathrm{\θ}\right)+E2\left(\mathrm{\θ}\right)\}/2$

$-\sqrt{2}/4\×\{E1(\mathrm{\θ}+\mathrm{\π}/4)-E3(\mathrm{\θ}+\mathrm{\π}/4)\}$ 公式(1)

公式(1)的右边第一项，是将第一旋转传感器40A的信号E1和与该第一旋转传感器40A的相位相差90°而配置的第二旋转传感器40B的信号E2进行平均得到的，该算出的结果(不是独立算出的)相当于本发明的第一修正信号。该公式(1)的右边第一项，如图5C所示，由于在正弦波状的2周期成分中具有相当于半周期的90°(375个脉冲)的相位差的两点的大小相同而正负相反(极大与极小的相位差是90°)，因此，通过对具有90°的相位差的两个旋转传感器40A、40B的信号E1、E2进行平均化(错开90°而重合)，从而消除2周期成分(删去)。

具体地，如果将基于转速指令信号的旋转速度与输出轴26的实际的旋转速度的差，也就是包含应该检测的输出轴26的旋转误差的真实的旋转速度(以下称马达的实际旋转速度)作为Me，则马达的实际旋转速度Me，由于不依赖于旋转传感器40的位置(相位)，因此包含误差成分的信号E1、E2，分别如下所示地表示。

E1(θ)＝Ee(θ)+Me(θ)

         ＝Asinθ+Bsin2(θ+α)+Me(θ)        公式(2)

E2(θ)＝Ee(θ+π/2)+Me(θ)

         ＝Asin(θ+π/2)+Bsin2(θ+α+π/2)+Me(θ)    公式(3)

将这些公式(2)与公式(3)分别代入公式(1)的右边第一项并计算，则该公式(1)的右边第一项表示为：

{E1(θ)+E2(θ)}/2

＝Asin(π/4)×sin(θ+π/4)+Me(θ)       公式(4)

从而得到作为误差成分而只含有包含于1周期成分以及马达实际旋转速度Me中的旋转误差的信号(第一修正信号)。

另一方面，公式(1)的右边第二项，基本上是计算第一旋转传感器40A的信号E1和与该第一旋转传感器40A偏差180°相位而配置的第三旋转传感器40C的信号E3的差分的部分，该算出的结果(不是独立算出的)相当于本发明的第二修正信号。该公式(1)的右边第二项，如图5C所示，由于在正弦波状的2周期成分中具有相当于1周期的180°(750个脉冲)的相位差的两点的大小以及正负都相等，因此，通过取具有180°的相位差的两个旋转传感器40A、40C的信号E1、E3的差分(错开180°并扣除)，从而消除2周期成分(删去)。

具体地，信号E1由上述公式(2)表示，信号E3如以下的公式表示。

E3(θ)＝Ee(θ+π)+Me(θ)

         ＝Asin(θ+π)+Bsin2(θ+α+π)+Me(θ)  公式(5)

从公式(2)和公式(5)，可以将信号E1和信号E3的差分表示为：

E1(θ)-E3(θ)＝2Asin(θ)               公式(6)

得到作为误差成分而只包含1周期成分的信号。如果将公式(6)与公式(4)进行比较，则公式(6)中的1周期成分，相对于公式(4)的1周期成分，相位延迟了π/4(45°，本实施例中为188个脉冲)，以sin(π/4)：2，也就是以

的比例具有不同的振幅。因此，在公式(1)的右边第二项中，为了与右边第一项的相位一致而前进π/4个相位，并且为了使振幅一致而乘以系数

由以上所述，CPU52通过进行公式(1)的运算，即从右边第一项扣除右边第二项，就可以消除1周期成分(删去)，并得到只包含马达实际旋转速度Me(θ)的旋转检测信号P(θ)。

另外，CPU52，在本实施例中，相对于运算右边第一项的数据，使用π/4(188个脉冲)角度之前的数据进行右边第二项的运算，换言之，就是推进π/4前的数据的相位，以与实时的数据相匹配，从而将右边第二项的相位与右边第一项的相位匹配。因此，CPU52将信号E1以及E3的π/4之前的数据，一直存储在其数据区域中。

另外，该CPU52，根据作为公式(1)的运算结果的旋转检测信号P(θ)，即，马达实际旋转速度Me，向驱动器54输出控制信号，使该马达实际旋转速度Me成为1(与基准脉冲宽度一致)。该CPU52相当于本发明的控制装置、旋转修正部以及控制部，或者旋转检测电路。

以上说明的外转子型马达10，比如可以在彩色复印机或彩色打印机等的图像处理装置(图像形成装置)上，在构成该图像处理装置的4色(黑、黄、兰、红)的感光鼓上各安装一个而适用。另外，外转子型马达10，可以不用借助减速器等，直接地并以一定的旋转速度(40rpm到100rpm)旋转驱动感光鼓。

另外，在外转子型马达10中，可以形成将作为与感光鼓的输出轴26的连结部的连结轴，在定子罩18的盖构件45内连结到输出轴26上，并将码盘36同轴地安装到该连结轴上的构成。

下面，说明本实施例的作用。

在上述构成的外转子型马达10中，控制器50动作并从驱动器54向线圈22通电后，转子24、输出轴26、码盘36就会一起旋转。此时，各旋转传感器40就会将对应于各个码盘36的旋转速度的脉冲信号(ON/OFF信号)输出到安装于基板46上的控制器50的CPU52中。

CPU52采用从各旋转传感器40输入的信号E1、E2、E3进行公式(1)的运算(对于右边第二项采用π/4角度前的信号进行运算)，并得到可仅包含马达实际旋转速度Me的旋转检测信号P(θ)。另外，CPU52将该旋转检测信号P(θ)作为实际的输出轴26的旋转速度而与转速指令信号(所对应的控制目标的旋转速度)进行比较，并向驱动器54输出控制信号，使得马达实际旋转速度Me为1。驱动器54，根据该控制信号向线圈22供给电流。即，通过控制器50对马达部10A的输出轴26的旋转速度进行反馈控制。

由此，将输出轴26也就是与输出轴26连结的被旋转体(比如感光鼓)精度良好地保持在基于转速指令信号的设定速度上。

这里，在外转子型马达10、构成外转子型马达10的旋转控制部10B、构成旋转控制部10B的CPU52中，通过采用在码盘36的圆周方向(旋转方向)上间隔90°分别配置的三个旋转传感器40的信号E1、E2、E3，而实行公式(1)的运算，可以高精度地检测出输出轴26的旋转速度。也就是，即使由于安装在输出轴26上、作为各旋转传感器40的直接的旋转速度的检测对象的码盘36相对于输出轴26偏心(心偏移)、歪斜而产生椭圆化，基于偏心的检测误差的1周期成分、基于椭圆化的检测误差的2周期成分，由于都可以由公式(1)的运算而消除，因此可以高精度地检测出输出轴26的旋转速度。

更具体地说，如图7所示，通过将公式(1)的右边第一项的算出结果(公式(4)右边的波形)、与公式(1)的右边第二项的算出结果(在公式(6)的右边附上负号的波形)进行重合，作为公式(1)的运算结果的旋转检测信号P(θ)，与基准脉冲宽度1几乎一致。因此，旋转检测信号P(θ)，由于基本上不含有包含于马达实际旋转速度Me中的真误差以外的误差，因此，CPU52，为了将该马达实际旋转速度Me设定为1(将真的误差设定为0)，而向驱动器54输出控制信号，从而，可以将输出轴26的旋转速度以高精度保持在基于速度指令信号的一定速度上。

另外，如果将输出轴26的旋转速度(基于转速指令信号的设定速度)为大致90rpm的情况下的、作为CPU52的运算结果的旋转检测信号P(θ)进行快速傅里叶变换(FFT)并进行图示，则如图8A所示，1周期成分以及2周期成分都降低到可以忽视的程度(两个振幅约为0.008％，即单向振幅约为0.004％)。也就是，通过CPU52采用各旋转传感器40的信号E1、E2、E3进行公式(1)的运算，可以以在使用上完全没有问题的极高的精度检测出输出轴26的旋转速度。另外，图8B是用于比较而表示的将一个旋转传感器40的输出信号(比如E1的原始波形)进行了快速傅里叶变换的FFT波形，可以看出：在该输出信号中以较高的比率包含有1周期成分以及2周期成分(单向振幅，1周期成分为大致0.04％，2周期成分为大致0.02％)。也就是，通过CPU52实行的公式(1)的运算，如图8A所示那样，各旋转传感器40的信号E1、E2、E3中所分别包含的1周期成分以及2周期成分被消除。

这样，在构成本实施例的外转子型马达10的旋转控制部10B、构成旋转控制部10B的CPU52(旋转速度检测方法)中，可以一起(同时)消除码盘36旋转一圈变化1周期的误差成分和旋转一圈变化2周期的误差成分，可以以高精度检测出作为安装码盘36的检测对象的输出轴26的旋转速度。

另外，由于控制装置为了将马达实际旋转速度Me设定为1而控制输出轴26的旋转，因此可以防止或者显著地抑制该输出轴26(连结的感光鼓等被旋转体)的旋转不均匀。而且，由于可以如上所述消除周期成分，因此，可以用低价的PET构成在超过70°左右的高温环境下使用的码盘36。

另外，在上述的实施例中，由于采用狭缝36A的数量为1500的码盘36，因此作为代入到公式(1)的右边第二项的E1、E3的π/4角度前的数据，必须采用188(750/4)个脉冲前的信号，而且在旋转检测信号P(θ)中，1周期成分虽然仅残留着很少(参照图7)，但是，比如，可以通过将狭缝36A的数目(每转一圈的脉冲数)设定为8倍的1496或者1504，则可以更正确地采用π/4前的数据进行公式(1)的运算，也就可以更正确地检测出输出轴26的旋转速度。

而且，CPU52也可以取代公式(1)，比如通过采用以下所示的公式(7)进行运算，一起消除1周期成分以及2周期成分。

P(θ)＝{E1(θ)+E2(θ)}/2

         +{E2(θ+π/2)+E3(θ+π/2)}/2       公式(7)

该公式(7)，其右边第一项是相互具有90°的相位差的旋转传感器40A、40B的输出信号E1、E2的平均化，而其右边第二项是相互具有90°的相位差的旋转传感器40B、40C的输出信号E2、E3的平均化。在各项中，消除2周期成分的做法与公式(1)的右边第一项相同。在公式(7)的右边第二项中，为了与右边第一项的相位一致(正确地为偏移180°)，而采用π/2(375个脉冲)角度前的数据。由此，右边第二项，成为将符号取+而且如图7的虚线所示的波形，并与右边第一项重合，从而消除1周期成分。因此，在公式(7)中，通过取右边第一项与第二项的差分，可以防止连马达实际旋转速度Me也被消除。

这样，具备三个旋转传感器40时的CPU52的运算公式，并不限定于公式(1)，如果可以通过加算两个旋转传感器40的各输出信号而得到消除了2周期成分的第一修正信号，并且通过对与其不同的组合的两个旋转传感器40的各输出信号进行减法或加法运算而得到消除了2周期成分的第二修正信号，并且以不消除马达实际旋转速度Me的方式，对这些第一修正信号以及第二修正信号进行减法或加法运算，从而消除1周期成分，则也可以是任意的运算公式。

特别是，由于外转子型马达10、构成旋转控制部10B的码盘36，具有分别由每1周1000根以上的1500根的狭缝36A和不透光部36B所构成的光学图案37，因此，对各旋转传感器40的旋转轴26的旋转速度的灵敏度(分辨率)很高，虽然各旋转传感器40的单独输出E1、E2、E3容易受到码盘36相对于输出轴26的偏心、椭圆化的影响，但是如上所述，由于通过进行采用三个信号E1、E2、E3进行运算，可以一并消除由偏心而产生的1周期成分、由椭圆化而产生的2周期成分，因此，可以以对应于1周的狭缝36A的数量(对光学图案37的分辨率的要求那样的)高的旋转检测精度而检测出旋转轴26的旋转速度，并可根据该高精度的旋转速度检测结果，高精度地控制旋转轴26(维持设定的速度)。

而且，码盘36的光学图案37，由于将其狭缝36A的数量设定为150行/英寸以上，因此，可以将本发明适用于实用的所有种类的编码器34(各旋转传感器40与码盘的组合，特别是透过型光断路器)，将码盘36的1周期成分与2周期成分一起消除，并可以高精度地检测出作为安装码盘36的检测对象的输出轴26的旋转速度。

而且，在消除1周期成分和2周期成分的本发明中，可以用如上所述的低价的PET构成码盘36。另外，由于PET是透明树脂，如上所述将不透光部36B等间隔地在整个圆周上印刷到码盘36的圆周方向上，就很容易得到光学图案37。因此，码盘36不但在材料上，而且制造成本也降低了。

接着，对构成外转子型马达10的旋转控制部10B的变形例进行说明。另外，对于与上述实施例基本相同的部件、部分附加与上述实施例同样的符号，并省略对其说明。

如图9A以及图9B所示，变形例的旋转控制部10B，取代编码器34而具备编码器60。编码器60与编码器34不同之处是它具备四个旋转传感器40。各旋转传感器40在码盘36的圆周方向间隔90°地配置。此时，安装各旋转传感器40的基板46，为了组装到定子罩18上，而进行了适当的分割。以下，将配置在相对位置270°上的旋转传感器40作为第四旋转传感器40D，将第四旋转传感器40D的输出信号作为E4进行说明。

另一方面，构成本变形例的旋转控制部10B的控制器50的CPU52，取代公式(1)可执行地保存以下所示的公式(8)。

P(θ)＝{E1(θ)+E2(θ)+E3(θ)+E4(θ)}/4      公式(8)

也就是，公式(8)就是简单地对各旋转传感器40的信号E1、E2、E3、E4进行平均化。这里，E1(θ)、E2(θ)、E3(θ)，由上述的公式(2)、公式(3)、公式(5)所表示，E4(θ)，由以下的公式(9)来表示。

E4(θ)＝Ee(θ+3π/2)+Me(θ)

      ＝Asin(θ+3π/2)+Bsin2(θ+α+3π/2)+Me(θ)      公式(9)

所以，作为公式(8)的运算结果的旋转检测信号P(θ)，与公式(1)的情况一样，同时消除1周期成分以及2周期成分，成为可以只包含马达实际旋转速度Me(P(θ)＝Me(θ))。比如，通过{E1(θ)+E2(θ)}，也就是具有90°相位差的2个信号的重合，算出消除了2周期成分的第一修正信号：

  E1(θ)+E2(θ)

       ＝2Asin(π/4)×sin(θ+π/4)+2Me(θ)      公式(10)

并且，通过{E3(θ)+E4(θ)}，也就是具有90°相位差的2个信号重合，算出消除了2周期成分的第二修正信号：

E3(θ)+E4(θ)

＝2Asin(π/4)×sin(θ+3π/4)+2Me(θ)      公式(11)

可以将这些偏移了π(180°)相位的第一修正信号和第二修正信号重合(加法运算)来消除1周期成分。

而且，比如，公式(8)，通过{E1(θ)+E3(θ)}，也就是具有180°相位差的2个信号的重合，算出消除了1周期成分的第一修正信号：

E1(θ)+E3(θ)

＝-2Bsin2(θ+α+π/2)+2Me(θ)           公式(12)

并且，通过{E2(θ)+E4(θ)}，也就是具有180°相位差的2个信号的重合，算出消除了1周期成分的第二修正信号：

E2(θ)+E4(θ)

＝-2Bsin2(θ+α+π)+2Me(θ)             公式(13)

可以将这些偏移了π/2(90°)相位的第一修正信号和第二修正信号重合(加法运算)来消除2周期成分。

这样，通过本变形例的构成(旋转速度的检测方法)，也可以一起消除1周期成分以及2周期成分并高精度地检测出马达部10A的输出轴26的旋转速度。也就是，可以取得与上述实施例的同样效果。而且，在本变形例中，由于只使用实时的数据来消除1周期成分以及2周期成分，所以CPU52不需要预先存储π/4前的数据，而且也不会产生基于狭缝36A的数量(旋转一圈的脉冲数)的误差。另外，输入具备四个旋转传感器40的编码器60的输出信号的CPU52，也可以实行公式(1)或者实行公式(7)而算出旋转检测信号P(θ)。此时，也可以将第四旋转传感器40D作为备用传感器。

接着，说明将上述实施例或者变形例的外转子型马达10适用于彩色打印机或彩色复印机等的图像处理装置(图像形成装置)的例子。

如图10所示，图像处理装置，具备分别对应于红、兰、黄、黑的四个感光鼓70、72、74、76。各感光鼓70、72、74、76，围绕轴心旋转，从而将分别形成的对应于各种颜色的调色剂图像复制在复写体上。在各感光鼓70、72、74、76上，连接着作为各自的旋转驱动装置的外转子型马达10。具体地，将外转子型马达10的输出轴26直接连接成可以与各感光鼓70、72、74、76一体旋转。各外转子型马达10，是将其定子12(定子罩18)分别固定在图像处理装置的壳体78上，并向线圈22通电，从而转子24向规定的方向旋转，并旋转驱动各感光鼓70、72、74、76的构成。

这里，外转子型马达10，由于具有小型在低旋转速度区域中发生高转矩的特性，因此，即使与图像处理装置的感光鼓70等直接连接，也可以以充分的转矩旋转驱动该感光鼓70等，不会导致图像处理装置的大型化。特别是，在外转子型马达10中，由于是薄型(扁平)构造，因此很适于配置在各感光鼓70等的背面(轴方向端部)的狭窄空间。而且，外转子型马达10，由于是具有上述的磁铁转子的无电刷马达，因此可以低成本制造而不会导致图像处理装置的高成本化。

另外，这样地将小型高转矩的外转子型马达10直接连结到感光鼓70等上以后，由于不需要通过齿轮和传动带等对感光鼓70等进行旋转驱动，因此可以抑制感光鼓70等的旋转不均匀，提高图像质量。也就是，可以实现图像处理装置的高精度化。特别是，外转子型马达10，由于具备三个旋转传感器40(上述实施例)或四个旋转传感器40(上述变形例)，并以如上所述的高精度对输出轴26也就是感光鼓70等的旋转速度进行控制，因此就进一步抑制了感光鼓70等的旋转不均匀。

这样，在与图像处理装置的感光鼓70等直接连接，并旋转驱动该感光鼓70等的外转子型马达10中，就可以不导致图像处理装置的大型化以及高成本化，而抑制感光鼓70等的旋转不均匀。

另外，在上述实施例以及变形例中，说明的例子都是用旋转控制部10B(编码器34、60，控制器50)构成外转子型马达10，但是本发明并不限定于此，比如，也可以把旋转控制部10B(编码器34、60)安装在作为被旋转体的感光鼓等上，与外转子型马达10独立地构成。

而且，在上述实施例以及变形例中，说明的例子都是可执行地存储有运算公式(1)、(8)等的CPU52与驱动器54一起安装在基板46上的优选构成，但是本发明并不限定于此，比如，也可以把作为旋转检测电路的CPU52(的功能)组合到控制适用外转子型马达10的装置(图像处理装置等)的控制装置中。而且，也不限定在CPU52中实行运算公式(1)、(8)的优选的构成，比如，也可以在组合了加法器、减法器、延迟电路等的电路(旋转检测电路)中进行运算。

进而，在上述的实施例以及变形例中，说明的是为了将输出轴26的旋转速度保持在规定的速度上而消除码盘36的旋转速度中的1周期成分以及2周期成分的例子，但是本发明并不限定于此，比如，也可以高精度地检测出对应于输出轴26的旋转角的码盘36的旋转角。所以，本发明的外转子型马达10、控制器50、CPU52，并不限定于适用于图像处理装置而对旋转鼓的转速进行控制，毫无疑问它可以适用于所有的用途。

而且，在上述的实施例以及变形例中，所说明的是：编码器34、60由具有可透过光的狭缝36A的码盘36、作为透过型光断路器(光学式传感器)的各旋转传感器40而构成的例子，但是，本发明并不限定于此，作为编码器，比如，也可以是具备反射型的光断路器的构成，并可以采用其他的电磁式、磁阻式、霍尔效应式等的各种编码器。

进而，在上述实施例以及变形例中，说明了采用无刷的外转子型马达10作为马达的例子，但是本发明不限定于此，比如，作为马达也可以采用内转子型马达或具有电刷的马达、交流马达等各种形式的马达。

本发明并不限定于说明书中所描述的实施例，本领域的技术人员可以容易地进行变更。

Claims (13)

1.一种旋转机器，其特征在于，具备：

旋转轴；

被检测构件，形成为盘状并与上述旋转轴一体旋转；

至少三个旋转检测器，与上述被检测构件相邻，以90度间隔依次配置在该被检测构件的圆周方向上，并分别形成对应于该被检测构件的旋转速度以及旋转角中的一方的输出信号；

控制装置，根据从上述至少三个旋转检测器的上述输出信号得到的、消除了2周期误差成分以及1周期误差成分的两方的旋转检测信号，对上述旋转轴的旋转速度以及旋转角中的一方进行控制。

2.如权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，

上述控制装置，根据上述至少三个旋转检测器中的对应的两个输出信号来算出消除了上述2周期误差成分的第一修正信号；

上述控制装置，根据上述至少三个旋转检测器中的对应的两个输出信号来算出消除了上述2周期误差成分的第二修正信号；

根据上述第一修正信号以及上述第二修正信号，上述控制装置，算出消除了上述1周期误差成分的上述旋转检测信号。

3.如权利要求2所述的旋转机器，其特征在于，

通过将上述至少三个旋转检测器中的对应于上述第一修正信号的上述两个旋转检测器中的一方的上述输出信号加算到另一方的上述输出信号上，上述控制装置，从上述第一修正信号中消除上述2周期误差成分；

通过将上述至少三个旋转检测器中的对应于上述第二修正信号的上述两个旋转检测器中的一方的上述输出信号，对另一方的上述输出信号进行加法或者减法运算，上述控制装置，从上述第二修正信号中消除上述2周期误差成分；

通过在使上述第二修正信号的相位以及振幅分别与上述第一修正信号的相位以及振幅一致的基础上，将上述第二修正信号对上述第一修正信号进行加法或者减法运算，上述控制装置，从上述旋转检测信号中消除上述1周期误差成分。

4.如权利要求2所述的旋转机器，其特征在于，

上述至少三个旋转检测器中的对应于上述第一修正信号的上述两个旋转检测器，相互离开90度；

上述至少三个旋转检测器中的对应于上述第二修正信号的上述两个旋转检测器，相互离开180度；

通过将上述至少三个旋转检测器中的对应于上述第二修正信号的上述两个旋转检测器中的上述一方的上述输出信号，从上述另一方的输出信号中减去，上述控制装置，从上述第二修正信号中消除上述2周期误差成分；

通过在使上述第二修正信号的上述相位以及振幅分别与上述第一修正信号的上述相位以及振幅一致的基础上，从上述第一修正信号中减去上述第二修正信号，上述控制装置，从上述旋转检测信号中消除上述1周期误差成分。

5.如权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，

上述至少三个旋转检测器，包含第一～第三旋转检测器；

上述控制装置，根据以下的公式算出上述旋转检测信号，

$P\left(\mathrm{\θ}\right)=\{E1\left(\mathrm{\θ}\right)+E2\left(\mathrm{\θ}\right)\}/2-\sqrt{2}/4\×\{E1(\mathrm{\θ}+\mathrm{\π}/4)-E3(\mathrm{\θ}+\mathrm{\π}/4)\}$

其中，P(θ)为上述旋转检测信号，E1为上述第一旋转检测器的输出信号，E2为从上述第一旋转检测器沿上述圆周方向离开90度的上述第二旋转检测器的输出信号，E3为从上述第一旋转检测器沿上述圆周方向离开180度的上述第三旋转检测器的输出信号。

6.如权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，

上述至少三个旋转检测器，包含第一～第三旋转检测器；

上述控制装置，根据以下的公式算出上述旋转检测信号，

P(θ)＝{E1(θ)+E2(θ)}/2+{E2(θ+π/2)+E3(θ+π/2)}/2

其中，P(θ)为上述旋转检测信号，E1为上述第一旋转检测器的输出信号，E2为从上述第一旋转检测器沿上述圆周方向离开90度的上述第二旋转检测器的输出信号，E3为从上述第一旋转检测器沿上述圆周方向离开180度的上述第三旋转检测器的输出信号。

7.如权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，

上述至少三个旋转检测器，包含第一～第四旋转检测器；

上述控制装置，根据以下的公式算出上述旋转检测信号，

P(θ)＝{E1(θ)+E2(θ)+E3(θ)+E4(θ)}/4

其中，P(θ)为上述旋转检测信号，E1为上述第一旋转检测器的输出信号，E2为从上述第一旋转检测器沿上述圆周方向离开90度的上述第二旋转检测器的输出信号，E3为从上述第一旋转检测器沿上述圆周方向离开180度的上述第三旋转检测器的输出信号，E4为从上述第一旋转检测器沿上述圆周方向离开270度的上述第四旋转检测器的输出信号。

8.如权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，上述旋转机器为电动马达。

9.如权利要求8所述的旋转机器，其特征在于，上述马达用于驱动感光鼓；上述旋转轴，为了与上述感光鼓一体旋转而连结在该感光鼓上。

10.如权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，

上述至少三个旋转检测器，分别是具有照射部以及受光部的光学式旋转传感器，上述受光部，从上述照射部离开，并为了接受从该照射部照射的光而与该照射部对向；

上述被检测构件是具有光学图案的树脂制的码盘，上述光学图案，包含在上述码盘的整个圆周上、在该码盘的圆周方向上交互地配置的多个导光部以及多个遮光部；

在配置于上述各光学式旋转传感器的上述照射部以及受光部之间时，上述各导光部将从上述照射部照射的光引导至上述受光部；

在配置于上述各光学式旋转传感器的上述照射部以及受光部之间时，上述各遮光部，对上述受光部遮住从上述照射部照射的光，使得上述受光部不能检测出上述照射光。

11.如权利要求10所述的旋转机器，其特征在于，上述多个导光部，包含1000个以上的导光部。

12.如权利要求10所述的旋转机器，其特征在于，上述多个导光部的密度被设定为：在每25.4mm的圆周方向的长度上，存在150个以上的上述导光部。

13.如权利要求10所述的旋转机器，其特征在于，上述树脂制的码盘，由聚对苯二甲酸乙二醇酯构成。

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