DE60034989T2

DE60034989T2 - Elektrophotographisches Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE60034989T2
Application number: DE60034989T
Authority: DE
Inventors: Shoji Ohta-ku Maruyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: US20020101213A1; DE60034989D1; US6713983B2; US6459225B1; EP1049244B1; EP1049244A3; EP1049244A2

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrophotographisches Bilderzeugungsgerät mit einem Servosteuergerät für Motore, die Servosteuerung eines Motors unter Verwendung eines DSP als Digitalsteuermittel und bezieht sich insbesondere auf ein Motorservosteuergerät, das geeignet ist zum Steuern mehrerer Motore, die in einem Bilderzeugungsgerät verwendet werden.
Zum Stand der Technik
12 und 13 sind herkömmliche Schaltungsdiagramme zum Herbeiführen einer Servosteuerung mehrerer Motore unter Verwendung eines Mikrocomputers. Insbesondere ist 12 ein Blockdiagramm, das eine Gesamtschaltung zeigt, in der mehrere Motoreinheiten 301 denselben Aufbau besitzen und mit einem Einzelmikrocomputer 300 verbunden sind, und 13 ist ein Blockdiagramm, das den Innenaufbau einer der Motoreinheiten 301 zeigt.
Nachstehend beschrieben ist die herkömmliche Servosteuerung. In den 12 und 13 gezeigt sind ein Mikrocomputer 300, Motoreinheiten 301, ein Steuer-IC 302, ein Dreiphasenmotor 303, drei Hall-Sensoren 304 zur Positionsfeststellung eines Rotorhauptpols, ein FG-Sensor 305 zum Erfassen eines Magnetisierungsmusters auf dem Rotor und zur Ausgabe von 36 Impulsen pro Rotorumdrehung, ein Oszillator 306, ein Stromfeststellwiderstand 307, ein Steuerabschnitt 308, ein Treiberabschnitt 309, ein Begrenzerfeststellabschnitt 310 für elektrischen Strom, ein Geschwindigkeitssteuerabschnitt 311, ein Frequenzteiler 312, ein Integrationsverstärker 313, Widerstände und Kondensatoren, die Integrationsfilter 314 bis 317 bilden, ein Steuersignal 318, das der Mikrocomputer 300 emittiert und eingerichtet ist, den Motor zu starten/stoppen, und ein Lesesignal 319, das aktiviert wird, wenn der Motor eine vorbestimmte Drehzahl erreicht hat.
Als nächstes beschrieben ist eine Operation der Schaltung. Wenn ein Motoransteuerbefehl vom Mikrocomputer 300 abgegeben wird, der ein Bilderzeugungsgerät durch die Signalleitung 318 steuert, stellt der Steuerabschnitt 308 die Position vom Rotorhauptpol des Motors 303 durch alle Sensoren 304 fest und bildet ein Dreiphasenerregungsmuster, um so den Motor in eine gewünschte Richtung in Drehung zu versetzen, und sendet ein Erregersignal an den Ansteuerabschnitt 309. Auf der Grundlage des Erregersignals steuert der Treiberabschnitt 309 einen Ausgangstransistor (nicht dargestellt) so an, daß eine elektrische Stromrichtung in Hinsicht auf eine Motorspule umgeschaltet wird, um die gewünschte Erregung zu erzeugen. Wenn andererseits der Rotor vom Motor 303 sich dreht, werden vorbestimmte Impulse vom FG-Sensor 305 erzeugt und an den Geschwindigkeitssteuerabschnitt 311 gesandt. Im Geschwindigkeitssteuerabschnitt 311 wird ein Bezugstakt, den der Oszillator 306 und der Frequenzteiler 312 erzeugen, mit dem Impuls verglichen, den der FG-Sensor 305 feststellt, und dann wird die Differenz zwischen diesen abgegeben.
Der Bezugstakt wird offensichtlich eingestellt, um eine Zielumdrehungszahl des Motors zu gewinnen. Wenn nämlich der FG-Sensor 30 Impulse pro Motorumdrehung abgibt, um den Motor mit 600 upm dreht, kann der Bezugstakt von 300 Hz (= (600/60) × 30) gegeben werden.
Die Differenz in Hinsicht auf die Zielgeschwindigkeit, gewonnen durch den Geschwindigkeitssteuerabschnitt 311, wird vom Integrierverstärker 313 integriert, und das Ergebnis wird dem Treiberabschnitt 309 zugeführt. In diesem Falle werden die Verstärkung und ein Phasenkompensationswert von den Widerständen und Kondensatoren 314 bis 317 bestimmt. Diese Konstanten werden als Servokonstanten bezeichnet.
Im Treiberabschnitt 309 vom Motor des herkömmlichen Bilderzeugungsgeräts wird weiterhin ein Bipolartransistor verwendet. Da somit der Wärmeverlust vom Treiberabschnitt groß ist, wird eine Kühlplatte vorgesehen. Um die Wärmeerzeugung aufgrund eines solchen Wärmeverlusts so weit wie möglich zu reduzieren, muß die Motoreffizienz erhöht werden, so daß eine gewünschte Leistung mit der geringsten elektrischen Leistung erbracht werden kann. Bis dahin wird ein kollektorloser Motor des Außenrotortyps mit gutem Wirkungsgrad verwendet.
In der herkömmlichen Schaltungsanordnung wird der Motor gesteuert durch Senden lediglich von Stop/Startsignalen an die Motoreinheiten 301 vom Mikrocomputer 300, wie zuvor beschrieben, und eine Servosteuerschleife wird in jeder Motoreinheit 301 gebildet. Der Grund dafür ist, daß die Verarbeitungsmöglichkeit des herkömmlichen Mikrocomputers Grenzen hat, die Servosteuerung muß in jede Motoreinheit 301 herbeigeführt werden. Da die Verarbeitungsmöglichkeit vom Mikrocomputer oder von einem DSP (Digitalsignalprozessor) verbessert worden ist, war die Servosteuerung für Motore in der Lage, vom Mikrocomputer oder vom DSP selbst ausgeführt zu werden. Um die Verarbeitungsmöglichkeit vom DSP zu verbessern, sind mehrere Motore in der Lage, unabhängig voneinander servogesteuert zu werden.
Anstelle der oben genannten herkömmlichen Schaltungsanordnung ist daran gedacht worden, eine Schaltung vorzusehen, bei der Motore unter Verwendung des DSP servogesteuert werden. Eine derartige Schaltung, an die üblicherweise gedacht wird, ist nachstehend erläutert. Die 14 und 15 sind Ansichten einer solchen normalerweise in Betracht gezogenen Schaltung. Insbesondere ist 14 ein Blockdiagramm, das eine Gesamtschaltung zeigt, bei der mehrere Motoreinheiten mit einem Einzel-DSP verbunden sind, und 15 ist ein Blockdiagramm, das den Innenaufbau einer der Motoreinheiten zeigt.
In den 14 und 15 sind eine DSP 501, die der Steuerung für sechs Motore 505 dient, Motoreinheiten 502, die jeweils eine Treiberschaltung enthalten, ein Treiber 504, ein bürstenlose Dreiphasengleichstrommotor 505, eine Ladepumpenschaltung 401 zum Erzeugen einer Gatespannung für N-chMOS vom Treiber 504, Vortreiberschaltungen 402 bis 407, Erregerschaltsignale 408 bis 413, ein Stromabtastsignal 414, Lochsensorsignale 415 bis 417, ein MR-Sensorsignal 418, Lochsensorverstärker 419 bis 421, ein MR-Sensorverstärker 422, N-chMOS-Transistoren (Treiberabschnitte) 515 bis 520, ein Stromfeststellwiderstand 521, ein U-Phasenausgang 522, der mit einer U-Phasenspule vom Motor verbunden ist, ein V-Phasenausgang 523, der mit einer v-förmigen Spule verbunden ist, ein W-Phasenausgang 524, der mit einer W-Phasenspule verbunden ist, Lochsensoren 525 bis 527, ein MR-Sensor 528 und ein Serienübertragungsbus 532 zum Bewirken der Übertragung mit einer Steuer-CPU (nicht dargestellt) vom Bilderzeugungsgerät gezeigt.
Als nächstes beschrieben ist die Arbeitsweise dieser Servosteuerschaltung. Wenn zuallererst der Motoransteuerbefehl von der CPU über die Übertragungsleitung 532 abgegeben ist, vergewissert sich der DSP 501 über die Position des Rotors, die die Lochsensoren 525 bis 527 auf Grundlage der Lochsensorsignale 415 bis 417 feststellen, und bestimmt die Schaltzeitvorgabe, um so eine gewünschte Rotation zu erzielen und eine Steuerung auf der Grundlage der Schaltsignale 408 bis 413 zu bewirken, um die gewünschte Drehrichtung und den gewünschten elektrischen Strom für den Motor abzugeben.
Die N-chMOS-Transistoren 515 bis 520 werden nämlich geschaltet, um die gewünschte Drehrichtung vorzugeben, und die N-chMOS-Transistoren 515, 517, 519 werden PWM-geschaltet, um den gewünschten elektrischen Strom in die Motorspule fließen zu lassen. In diesem Falle werden die Gatespannungen der N-chMOS- Transistoren 515, 517, 519 auf Vcc + 10V durch die Ladungspumpenschaltung 401 erhöht.
Wenn beispielsweise der DSP 501 die Rotorposition vom Motor auf der Grundlage der Lochsensorsignale 415 bis 417 feststellt, verstärkt von den Lochsensorverstärkern 419 bis 421 und den Lochsensoren 525 bis 527 und die Richtung des elektrischen Stroms von der U-Phase 522 auf die W-Phase 523 umschaltet, um die gewünschte Drehrichtung zu erhalten, werden die Vorverstärker 402 bis 407 die N-chNOS-Transisitoren 515, 518 leitend schalten und die Transistoren 516, 517, 519, 520 sperren. Im Ergebnis erstreckt sich ein elektrischer Stromweg von Vcc zum Stromfeststellwiderstand 521 durch den Transistor 515, U-Phasenausgang 522, V-Phasenausgang 523 und Transistor 518, wodurch Magnetkraft in der gewünschten Spule erzeugt wird. In diesem Fall ist das vom DSP 501 abgegebene PWM-Signal zusammengesetzt mit dem Schaltsignal 408, so daß der N-chMOS-Transistor 515 vom Vortreiber 402 PWM-gesteuert wird.
Das elektrische Stromeinschaltverhältnis, das mit dem PWM-Signal festgelegt wird, fließt folglich von der U-Phase zur V-Phase. Auf diese Weise wird der Motor der Erregerschaltsteuerung zum Schalten des elektrischen Stroms auf die U-, V-, W-Phase zum Drehen des Motors in der gewünschten Drehrichtung unterzogen, wodurch ein Drehmoment relativ zur elektromagnetischen Aktion zwischen dem Hauptpolmagnet (nicht dargestellt) und der Spule erzeugt wird.
Wenn der Motor der Erregungsumschaltsteuerung auf diese Weise zur Rotation des Rotors unterzogen wird, erfolgt das Feststellen eines Magnetisierungsmusters vom Voreinstell-MR-Sensor, das der MR-Sensor 528 einstellt, wodurch 360 Impulse pro Umdrehung abgegeben werden. Ein Signal mit einer Frequenz entsprechend der Umdrehungszahl des Motors wird nämlich erzielt, und dieses Signal wird dem DSP 501 als das MR-Sensorsignal 418 durch den Verstärker 422 eingegeben.
Der DSP 501 mißt ein Impulsintervall vom MR-Sensorsignal 418 und sucht die Geschwindigkeit (rad/s) des Motors und vergleicht die Motorgeschwindigkeit mit einer Zielsteuergeschwindigkeit und führt eine PI-Filterung (nicht dargestellt) und eine Stärkungshinzufügungsrechnung (nicht dargestellt) aus, um die PWM-Impulsbreite herzuleiten, und kombiniert die Impulsbreite mit den Schaltsignalen 408, 410, 402 zur Steuerung des Stroms, der der Motorspule zuzuführen ist, womit der Motor zum Drehen mit der Zielgeschwindigkeit gesteuert wird.
Der DSP 501 bewirkt auf diese Weise das Umschalten des Ausgangsstufen-N-chMOS-Transistors durch Erzeugen des PWM-Signals und kombiniert dieses mit den Umschaltsignalen, wodurch die Servosteuerung zum Drehen des Motors in der gewünschten Umdrehungszahl ausgeführt wird. Andererseits wird die Position vom Hauptpol bestimmt von den Lochsensoren 525 bis 527, und die Umschaltsteuerung erfolgt auf der Grundlage der Lochsensorsignale 415 bis 417 zur Rotordrehung in gewünschter Drehrichtung. Der Strom, der den Motor durchfließt, wird vom elektrischen Stromfeststellwiderstand 521 festgestellt, und es ist ein Schutzmittel vorgesehen, das den elektrischen Strom begrenzt, wenn der Strom mit einem größeren Wert als dem vorbestimmten Wert fließt.
Im herkömmlichen Servosteuergerät, das anhand der 12 und 13 erläutert wurde, bewirkt der Mikrocomputer die Start-/Stopsteuerung des Antriebsmotors, und jeder Antriebsmotor hat ein Servosteuer-IC, und die Servosteuerung wird in jeder Motoreinheit durchgeführt. Die Rückkopplungsschleife ist nämlich in der Motoreinheit geschlossen. Die Stabilität der Servosteuerung eines jeden Motors wird bestimmt durch Konstanten, das heißt Servokonstanten der Widerstände und der Kondensatoren, die mit dem Integrationsverstärker der Schaltung verbunden sind. Diese Servokonstanten waren nämlich erforderlich, um die Einstellung so durchzuführen, daß die Motore höchst stabil und genau unter allen denkbaren Bedingungen der Massenträgheit und dem Massendrehmoment drehen.
Als im Ergebnis die oben beschriebenen herkömmlichen Motorservosteuergeräte als verschiedene Ansteuermittel für das Bilderzeugungsgerät des elektrophotographischen Typs verwendet werden, das eine eingebaute Kassette mit Toner und eine lichtempfindliche Trommel beinhaltet, kam ein Problem auf, daß die stabile Servosteuerung nicht unter allen Umständen erzielbar war, wenn die Massenträgheit und das Drehmoment vom Antriebsmotor zum Antrieb der lichtempfindlichen Trommel weitestgehend sich ändert, abhängig von der Differenz in der Tonerkapazität, der Differenz in der Tonerart oder der Differenz der Kassette.
Um in einem Farbbilderzeugungsgerät die Glanzeigenschaft zu verbessern, ist ein Glanzdruckmodus vorgesehen, bei dem Aufzeichnungspapier mit einer Geschwindigkeit transportiert wird, die langsamer als die Normalaufzeichnungspapiertransportgeschwindigkeit ist, so daß eine Zeitdauer, während der das Aufzeichnungspapier eine Fixiereinrichtung durchläuft, zur Verbesserung der Tonerfusion erhöht wird. Die Ansteuermotore müssen somit mit mehreren Geschwindigkeiten arbeiten; und wenn der Steuerbereich groß ist, kann eine stabile Servosteuerung nicht mehr nur durch ein System mit einer Servokonstanten erzielt werden.
Als Verfahren zum Lösen dieses Problems ist eine Technik vorgeschlagen worden, bei der mehrere Integrationsverstärker vorgesehen sind und die Verstärker entsprechend den Zuständen umgeschaltet werden. Diese Technik hat jedoch den Nachteil, daß die Kosten beträchtlich steigen.
Im allgemeinen ist das Geschwindigkeitsfeststellmittel für den Servomotor auf dem Motor selbst vorgesehen, um die Drehgenauigkeit und Stabilität vom Motorrotor zu verbessern.
Wenn ein Bilderzeugungsgerät einen derartigen Motor verwendet, wenn beispielsweise eine Fluktuation der Rotation aufgrund der Laständerung auftritt, die verursacht wird bezüglich einer Welle der lichtempfindlichen Trommel, wenn die Fluktuation bei der Rotation erfolgt, kann sie vom Motor durch die Servosteuerung korrigiert werden, die Rotationsfluktuation der Trommelwelle kann verringert werden, wodurch eine gute Bildstabilität erzielt wird. Da jedoch der herkömmliche Motor ein bürstenloser Motor der Außenrotortyps ist mit einem Hauptpolmagneten des Rotationsmotors, ist die Rotorträgheit groß. Die Rotationsfluktuation, die bezüglich der Trommelwelle erzeugt wird, ist folglich schwer an die Antriebswelle des Trommelmotors zu übertragen. Selbst wenn im Ergebnis die Servosteuerung des Trommelantriebsmotors genau ausgeführt wird, kann die Rotationsungleichförmigkeit der Trommel nicht verbessert werden, mit dem Ergebnis, daß die Verschlechterung der Bildqualität nicht verringert werden kann.
Weiterhin gibt es ein Bilderzeugungsgerät, das anstelle des bürstenlosen Gleichstrommotors einen Schrittmotor verwendet. Der Schrittmotor hat jedoch eine geringe Effizienz im Vergleich zu dem bürstenlosen Gleichstrommotor. Wenn somit insbesondere im Farbbilderzeugungsgerät mit mehreren Motoren alle diese Schrittmotore sind, wird die Belastung bezüglich der Stromversorgung hoch, wodurch die Gesamtkosten des Geräts beträchtlich ansteigen. Da weiterhin der Schrittmotor eine starke Vibration während des Schrittantriebs erzeugt, wird das Geräusch vom Gerät laut, wenn mehrere Schrittmotore verwendet werden.
Da ein Gerät, das die Nachteile der in 12 gezeigten Motorservosteuerungseinrichtung aufweist, normalerweise angesehen wird, die Nachteile zu beseitigen, gibt es auch das in Verbindung mit den 14 und 15 erläuterte Motorservosteuerungsgerät. Da in diesem Servosteuerungsgerät der DSP sowohl die Phasenschaltsteuerung, die Geschwindigkeitssteuerung und die elektrische Strombegrenzungssteuerung ausführt, kann eine adäquate Verarbeitung nicht erzielt werden, wenn die Anzahl der Motoreinheiten, die an den DSP angeschlossen sind, groß ist. Da die hohe Anzahl von Signalleitungen zwischen dem DSP und den Motoreinheiten weiterhin erforderlich ist (beispielsweise elf Signalleitungen für jede Motoreinheit), wird die Anzahl der Eingangs-/Ausgangsstifte wachsen, mit dem Ergebnis, daß die Steuerungsfähigkeit der Schnittstellen verschlechtert wird. Wenn bei der elektrischen Strombegrenzung die elektrische Stromfeststellspannung von der Motoreinheit an den DSP gesandt wird, und wenn die Entfernung zwischen Motoreinheit und DSP lang ist, werden Störungen erzeugt.
Wenn die Digitalservosteuerung der mehrfach vorhandenen Motore vom DSP erledigt wird, treten Rotationsungleichförmigkeiten des Motors auf, wenn die Steuerzeiten für die Motore sich mit der Anzahl der zu steuernden Motore überlappt, da die Servosteuerperiode des Motors nicht konstant wird.
Die Servokonstante vom Motor, der der Servosteuerung zu unterziehen ist, wird des weiteren von der Drehmomentkonstante, der Trägheit und dem Spulenwiderstand vom anzuschließenden Motor bestimmt.
Speziell wenn Motore in einem solchen Aufbau von verschiedenen Herstellern bezogen werden, muß die Konstante so eingestellt werden, daß eine stabile Servosteuerung unter allen Bedingungen der Drehmomentkonstanten, Trägheit und den Spulenwiderständen des zu verwendenden Motors erreicht wird.
Die Motorträgheit vom Außenrotortyp unterscheidet sich beispielsweise weitestgehend von der Trägheit des Motors vom Innenrotortyp. Bei solchen Motoren mit unterschiedlicher Trägheit hat das Einstellen einer genauen Servokonstante eine Grenze.
Wenn die Servokonstante eingestellt wird, um nämlich für den Motor des Außenrotortyps zu passen, um die Servostabilität des Motors vom Außenrotortyp zu erhöhen, wird die Servostabilität eines solchen Motors verschlechtert, wenn der Motor des Innenrotortyps Verwendung findet.
Wenn in der Vergangenheit die Servokonstante ausgewählt wurde, war es somit schwierig, die Stabilität der Servosteuerung hinsichtlich aller zu verwendender Motore zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die oben aufgeführten herkömmlichen Nachteile zu beseitigen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrophotographisches Bilderzeugungsgerät gemäß Patentanspruch 1 zu schaffen, das über einen Motor verfügt, der von einem Servosteuerungsgerät gesteuert wird, der einen passenden Aufbau zum Herbeiführen. der Servosteuerung hat unter Verwendung eines DSP als Digitalsteuermittel.
Die anderen Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Erläuterung anhand der beiliegenden Zeichnung deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Bilderzeugungsgerät nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht, die ein Motorservosteuerungsgerät zeigt, das im Bilderzeugungsgerät gemäß 1 verwendet wird und speziell ein Blockdiagramm der gesamten Schaltung zeigt, in der eine Vielzahl von Schaltungselementen an einen Einzel-DSP angeschlossen sind;
3 ist ein Blockschaltungsdiagramm, das den internen Schaltungsaufbau einer oder mehrerer Motoreinheiten gemäß 2 zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, das den DSP der 1 und 2 konkret zeigt;
5 ist eine Ansicht, die die Steuerung der mehrfach vorgesehenen Motore von 4 in Zeitablaufbeziehung zeigt;
6, die sich zusammensetzt aus den 6A und 6B, ist ein Ablaufdiagramm, das ein Motorsteuerprogramm vom DSP zeigt, einschließlich der servokonstanten Rechnungssteuerung;
7A ist eine Ansicht, die einen bürstenlosen Motor des Außenrotortyps als Bezug zeigt, und 7B ist eine Ansicht, die einen bürstenlosen Motor des Innenrotortyps zeigt, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
8 ist ein Blockschaltungsdiagramm, das eine erste Abwandlung des internen Schaltungsaufbaus von der in 3 gezeigten Motoreinheit darstellt;
9 ist ein Ablaufdiagramm des in 8 gezeigten DSP;
10 ist ein Blockschaltungsdiagramm, das eine zweite Abwandlung des internen Schaltungsaufbaus von der in 3 gezeigten Motoreinheit darstellt;
11 ist ein Ablaufdiagramm vom in 10 gezeigten DSP;
12 ist ein Blockdiagramm einer Gesamtschaltung, die ein herkömmliches Motorservosteuergerät zeigt, an das mehrere Motoreinheiten an einen Einzelmikrocomputer angeschlossen sind;
13 ist ein Blockschaltungsdiagramm, das den Innenschaltungsaufbau der mehrfach vorgesehenen Motoreinheiten darstellt, die in 12 gezeigt sind;
14 ist ein Blockdiagramm einer Gesamtschaltung, in der mehrere Motoreinheiten an ein Einzel-DSP angeschlossen sind, das in Verbindung mit dem herkömmlichen Motorsteuergerät in Betracht gezogen werden kann; und
15 ist ein Blockschaltungsdiagramm, das den Innenschaltungsaufbau einer der mehrfach vorgesehenen Motoreinheiten gemäß 14 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.
Vor der Erläuterung des Motorservosteuergeräts nach der vorliegenden Erfindung wird zuallererst ein Bilderzeugungsgerät beschrieben, das mit dem Motorservosteuerungsgerät nach der vorliegenden Erfindung ausgerüstet werden kann.
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Bilderzeugungsgerät zeigt. In 1 verfügt das Bilderzeugungsgerät 201 über eine Papierkassette 202, eine Aufnahmewalze 203, eine elektrostatische Gurtantriebswalze 204, einen elektrostatischen Gurt 205, eine gelblichtempfindliche Trommel 206, eine magentalichtempfindliche Trommel 207, eine zyanlichtempfindliche Trommel 208, eine schwarzlichtempfindliche Trommel 209, eine Gelbübertragungswalze 210, eine Magentaübertragungswalze 211, eine Zyanübertragungswalze 212, eine Schwarzübertragungswalze 213, eine Gelbpatrone 214, eine Magentapatrone 215, eine Zyanpatrone 216, eine Schwarzpatrone 217, eine Gelblichteinheit 218, eine Magentalichteinheit 219, eine Zyanlichteinheit 220, eine Schwarzlichteinheit 221, eine Fixierwalze 222 und über einen Blattweg 223.
Das Bilderzeugungsgerät dient der Ausführung eines elektrophotographischen Prozesses auf der Grundlage eines Befehls aus einem Hostrechner (nicht dargestellt) zur Übertragung von Bildern in Gelb, Magenta, Zyan und Schwarz auf Papier in einer Überlagerungsart. Die Aufnahmewalze 203 wir des weiteren von einem Aufnahmewalzenmotor angetrieben, der elektrostatische Gurt wird von einem Gurtmotor angetrieben, die lichtempfindlichen Trommeln werden durch jeweilige Farbtrommelmotore angetrieben, und die Fixierwalze wird von einem Fixiermotor angetrieben, und der Start/Stop eines jeden Motors wird von einem Servosteuergerät gesteuert, das im Bilderzeugungsgerät vorgesehen ist.
2 und 3 sind Ansichten, die das Motorservosteuergerät nach der vorliegenden Erfindung zeigen. Insbesondere ist 2 ein Blockdiagramm, das eine vollständige Schaltung zeigt, bei der sechs Motoreinheiten des Bilderzeugungsgeräts mit einem Einzel-DSP verbunden sind, und 3 ist ein Blockdiagramm, das den Innenaufbau einer der Motoreinheiten (Motoreinheit 502 mit einem lichtempfindlichen Trommelmotor 505₁ für Gelb) zeigt.
2 und 3, ein DSP (Digitalsignalprozessor) 501 als Digitalsteuereinrichtung ist in der Lage, schnell eine Produkt-/Additionsrechnung auszuführen. Motoreinheiten 502 enthalten Treiberschaltungen (erste Treiber, zweite Treiber) und sind von gleichem Aufbau und umfassen von oben her eine Motoreinheit mit einem Motor 505₁ für gelblichtempfindliche Trommel, eine Motoreinheit mit einem Motor 505₂ für magentalichtempfindliche Trommel, eine Motoreinheit mit einem Motor 505₃ für zyanlichtempfindliche Trommel, eine Motoreinheit mit einem Motor 505₄ für schwarzlichtempfindliche Trommel, eine Motoreinheit mit einem Gurtmotor 505₅ und eine Motoreinheit mit einem Fixiermotor 505₆ . Die Aufnahmewalze 203 wird von einem Schrittmotor angetrieben, der sich nicht auf das Servosteuergerät der vorliegenden Erfindung bezieht. Der DSP 501 dient der Steuerung von sechs Motoren 505₁ bis 505₆ . Als einen jeden dieser Motore wird ein bürstenloser Gleichstrommotor des Innenrotortyps mit geringer Trägheit verwendet, der in der Lage ist, eine verbesserte Steuerung genau auszuführen. In 3 gezeigt sind ein erster Treiber 503 mit einer Logikschaltung und einer Steuerschaltung, die später zu beschreiben ist, einem zweiten Treiber 504, einem bürstenlosen Dreiphasengleichstrommotor 505, einem Regler 506, einer Ladepumpenschaltung 507 zum Erzeugen einer Gatespannung für einen N-chMOS vom zweiten Treiber 504, einer Logikschaltung 508 zum Kombinieren eines PWM-Signals aus dem DSP 501 mit Schaltsignalen, die später zu beschreiben sind, einer Steuerschaltung 509 zum Verstärken des Ausgangssignals aus der Logikschaltung, einem elektrischen Strombegrenzer 510, Lochsensorverstärkern 511 bis 513, einem MR-Sensorverstärker 514, N-chMOS-Transistoren 515 bis 520, die in einem zweiten Treiber vorgesehen sind, einem elektrischen Stromfeststellwiderstand 521, einem U-Phasenausgang 522, der an eine U-Phasenspule eines Motors angeschlossen ist, einem V-Phasenausgang 523, der an eine V-Phasenspule angeschlossen ist, einem W-Phasenausgang 524, der an eine W-Phasenspule angeschlossen ist, Lochsensoren 525 bis 527, einem MR-Sensor 528, einem Motorstartsignal (Stop-/Startsignale) 529 aus dem DSP, einem PWM-Signal 530 aus dem DSP und einem Motorgeschwindigkeitsfeststell- und einem MR-Signal 531. Die Logikschaltung dient dem Kombinieren der Schaltsignale aus den Sensoren 525 bis 527 durch die Lochsensorverstärker 511 bis 513 mit dem PWM-Signal aus dem DSP 501, und die Steuerschaltung 509 dient der Verstärkung eines Ausgangssignals aus der Logikschaltung 508, die dem zweiten Treiber 504 als elektrisches Stromsteuersignal einzugeben ist. Ebenfalls vorgesehen ist ein serieller Übertragungsbus 532 zum Herbeiführen der Übertragung mit einer Steuer-CPU (nicht dargestellt) vom Bilderzeugungsgerät.
Als nächstes beschrieben ist eine Operation der Motorservosteuerschaltung. Wenn zuallererst ein Motorantriebsbefehl von der CPU über die Übertragungsleitung 532 abgegeben ist, vergewissert der erste Treiber 503 die Position des Rotors, die die Lochsensoren 525 bis 527 feststellen, und bestimmt die Schaltzeitvorgabe, um die gewünschte Rotation herbeizuführen, und bewirkt die Steuerung, die die Drehrichtung vorgibt und gewünschten elektrischen Strom für den Motor.
Die N-chMOS-Transistoren 515 bis 520 werden nämlich umgeschaltet, um die gewünschte Drehrichtung vorzugeben, und die N-chMOS-Transistoren 515, 517, 519 werden PWM-geschaltet, um den gewünschten elektrischen Strom in die Motorspule zu erzielen. In diesem Fall werden die Gatespannungen der N-chMOS-Transistoren 515, 517, 519 auf Vcc + 10V durch die Ladepumpenschaltung 507 erhöht.
Wenn beispielsweise der erste Treiber 503 die Rotorposition vom Motor auf der Grundlage der Lochsensorsignale sichergestellt hat, die die Lochsensorverstärker 511 bis 513 und die Lochsensoren 525 bis 527 verstärkt haben, dann schaltet die elektrische Stromrichtung um von der U-Phase 522 auf die W-Phase 523, um die gewünschte Drehrichtung zu erzielen; der erste Treiber 503 schaltet die N-chMOS-Transistoren 515, 518 leitend und sperrt die Transistoren 516, 517, 519, 520. Im Ergebnis erstreckt sich der elektrische Stromweg von Vcc zum Stromfeststellwiderstand 521 durch den Transistor 515, U-Phasenausgang 522, V-Phasenausgang 523 und Transistor 518, wodurch eine Magnetkraft in der gewünschten Spule erzeugt wird. In diesem Falle ist das PWM-Signal 530, das der DSP 501 abgibt, kombiniert mit dem Schaltsignal, so daß der N-chMOS-Transistor 515 vom ersten Treiber 503 PWM-gesteuert wird.
Das Einschaltverhältnis des elektrischen Stroms, festgelegt vom PWM-Signal, fließt folglich von der U-Phase zur V-Phase. Auf diese Weise wird der Motor der Erregung unterzogen, der Schaltsteuerung zum Umschalten des elektrischen Stroms auf die U-, V-, W-Phase zur Rotordrehung in der gewünschten Drehrichtung, wodurch ein Drehmoment relativ zur Elektromagnetaktion zwischen dem Hauptpolmagnet (nicht dargestellt) und der Spule herbeigeführt wird.
Wird der Motor der Erregungsumschaltsteuerung auf diese Weise zur Rotordrehung unterzogen, dann erfolgt die Feststellung eines Voreinstell-MR-Sensormagnetisierungsmusters durch den MR-Sensor 528, wodurch 360 Umpulse pro Umdrehung gewonnen werden. Ein Signal mit einer Frequenz entsprechend der Umdrehungszahl des Motors wird nämlich erzielt, und dieses Signal wird dem DSP 501 als MR-Sensorsignal 531 über den Verstärker 514 eingegeben.
Der DSP 501 mißt ein Impulsintervall vom MR-Sensorsignal 531 und sucht die Geschwindigkeit (rad/s) des Motors und vergleicht die Motorgeschwindigkeit mit einer Zielsteuergeschwindigkeit (eingestellte Zielgeschwindigkeit, die sich verändern läßt) und führt eine PI-Filterung (nicht dargestellt) und eine Verstärkungshinzufügungsrechnung (nicht dargestellt) aus, um eine PWM-Impulsbreite herzuleiten, und sendet die Impulsbreite als PWM-Signal 530 zum Steuern des Stroms an den ersten Treiber 503, der der Motorspule zuzuführen ist, wodurch der Motor zur Rotation mit der Zielgeschwindigkeit angesteuert wird.
Auf diese Weise bewirkt der DSP 501 das Umschalten vom Ausgangsstufen-N-chMOS-Transistor durch Erzeugen des PWM-Signals und durch Kombinieren dieses mit den Schaltsignalen, wodurch die Servosteuerung zur Motorrotation mit der gewünschten Umdrehungszahl erfolgt. Andererseits wird die Position vom Hauptpol von den Lochsensoren 525 bis 527 festgestellt, und die Schaltsteuerung wird ausgeführt vom ersten Treiber 503 auf der Grundlage der Lochsensorsignale 415 bis 417 zur Rotordrehung in der gewünschten Drehrichtung. Des weiteren stellt der erste Treiber 503 den Stromfluß fest, der den Motor durchfließt, und zwar mit dem elektrischen Stromfeststellwiderstand 521, und vorgesehen ist ein Schutzmittel zum Begrenzen des elektrischen Stroms, wenn der Strom höher als ein vorbestimmter Wert fließt.
4 zeigt einen Innenaufbau vom DSP 501 in konkreter Weise. Bezugszeichen 529 bedeutet sechs Motorstartsignale aus den jeweiligen Motoreinheiten; Bezugszeichen 530 bedeutet sechs PWM-Signale aus den jeweiligen Motoreinheiten; und Bezugszeichen 531 bedeutet sechs Motorgeschwindigkeitsfeststell-MR-Sensorsignale, die von jeweiligen Motoreinheiten eingeben werden.
In 4 gezeigt sind Zielgeschwindigkeiten 101, 102 für jeweilige Motore, wobei unabhängige Zielgeschwindigkeiten (rad/s) in Hinsicht auf sechs Motore 501₁ bis 501₆ eingestellt werden; ein Zielgeschwindigkeitsauswahlabschnitt 103 in der Servosteuerschleife; ein Rechenpunkt 104 zum Herleiten einer Differenz zwischen den Zielgeschwindigkeiten und den aktuellen Geschwindigkeiten; ein PI-Filter und ein PWM-Auswahlabschnitt 105 in der Servosteuerschleife; ein PI-Filter 106 für den Motor 505₁ mit PI-Filterintegrationspunktkonstante 107 für den Motor 505₁ und ein Speicherabschnitt 108 (vom PI-Filter für Motor 505₁ ) zum Speichern eines vorangehenden Rechenergebnisses und eine Proportionalitätspunktkonstante 109 vom PI-Filter für den Motor 505₁ ; ein PWM-Impulsbreitenrechenabschnitt 110 für den Motor 505₁ ; und ein PWM-Impulserzeugungsabschnitt 111 für den Motor 505₁ . Ein Ausgangssignal aus dem PWM-Impulserzeugungsabschnitt 111 ist das PWM-Impulssignal 530 für den Motor 505₁ .
Weiterhin gezeigt sind ein PI-Filter 113 für den Motor 505₆ , das über eine PI-Filterintegrationskonstante 114 für den Motor 505₆ und einen Speicherabschnitt 115 (vom PI-Filter für den Motor 505₆ ) verfügt, um ein vorangehendes Rechenergebnis und eine Verhältniskonstante 116 vom PI-Filter für den Motor 505₆ zu speichern; ein PWM-Impulsbreitenrechenabschnitt 117 für den 505₆ ; sowie ein PWM-Impulserzeugungsabschnitt 118 für den 505₆ . Ein Ausgangssignal vom PWM-Impulserzeugungsabschnitt 111 ist das PWM-Impulssignal 530 für den Motor 505₆ .
Auf diese Weise sind das PI-Filter, der PWM-Impulsbreitenrechenabschnitt, der PWM-Impulserzeugungsabschnitt und das PWM-Signal für jeden der Motore 505₁ bis 505₆ bereitgestellt.
Als das Motorgeschwindigkeitsfeststell-MR-Sensorsignal 531 werden des weiteren 360 Impuls pro Motorumdrehung eingegeben. Eine Annahmeeinrichtung 121 dient der Zählung des Impulses, der vom Motor 505₁ von Kante zu Kante durch einen vorbestimmten Zeitgeber kommt, und eine Annahmeeinrichtung 123 dient der Zählung des Impulses, der vom Motor 505₆ von Kante zu Kante durch einen vorbestimmten Zeitgeber kommt. Auf diese Weise werden die Impulssignale von den jeweiligen Motoren 505₁ bis 505₆ abgegeben, und die Annahmeeinrichtung ist für jeden der Motore vorgesehen. Bezugszeichen 124 bedeutet einen Annahmeeinrichtungsauswahlabschnitt; Bezugszeichen 125 bedeutet einen Geschwindigkeitsrechenabschnitt; und Bezugszeichen 126 bedeutet einen Wähler. Ein CPU-Übertragungsblock 128 dient der Ausgabe von Motorstartsignalen 529, und ein Serienübertragungsbus 532 dient der Bewirkung der Übertragung mit der Steuer-CPU (nicht dargestellt) vom Bilderzeugungsgerät.
Als nächstes erläutert ist der Betrieb.
Zuerst steuert das Programm des DSP die Steuerschleife, um den Wähler 126 zu veranlassen, einen zu steuernden Motor so auszuwählen, daß die Steuerungen sich nicht stören. Wenn beispielsweise sechs Motore mit derselben Steuerschleife von 1 kHz gesteuert werden und wenn alle Motoren zur selben Zeit gesteuert werden, dann wird eine gegenseitige Störung auftreten. Um dies zu vermeiden werden die Phasen der Steuerschleifen von 1 kHz voneinander abgeleitet.
Wenn die Steuerung vom Motor 505₁ vom Wähler 126 ausgewählt ist, wird die Zielgeschwindigkeit 101 vom Motor 505₁ ausgewählt, und die ausgewählte Geschwindigkeit wird am Berechnungspunkt 104 mit der Geschwindigkeit vom Motor 505₁ verglichen. Die zu vergleichende Geschwindigkeit vom Motor 505₁ wird gesucht durch Eingabe der Impulse (360 Impuls pro Umdrehung), die die Rotation des Motors 505₁ erzeugt, und wird in die Annahmeeinrichtung 121 eingegeben durch die Impulssignalleitung 120 und durch Auswählen dieser im Annahmeeinrichtungsauswahlabschnitt 124 und durch Berechnen der Geschwindigkeit im Geschwindigkeitsrechenabschnitt 125.
Ein Vergleichsergebnis, das am Berechnungspunkt 104 gewonnen wurde, wird dem PWM-Auswahlabschnitt 105 eingegeben, wobei das PI-Filter 106 für Motor 1 ausgewählt und die PI-Berechnung ausgeführt wird. Die PI-Berechnung wird bewirkt durch Addieren eines Ergebnisses, das gewonnen wird durch Multiplizieren der Geschwindigkeitsdifferenz (gesucht vom Berechnungspunkt 104) der Proportionalitätskonstante 109 mit dem Ergebnis, das gewonnen wurde durch Addieren des vorangehenden Berechnungsergebnisses (gespeichert im Speicherabschnitt 108) mit einem Ergebnis, das durch Multiplizieren der Geschwindigkeitsdifferenz mit der Integration 107 gewonnen wurde. Die Proportionalitätskonstante 109 und die Integrationskonstante 107 (die die PI-Filterkonstante bilden) werden als Servokonstante bezeichnet und zuvor auf der Grundlage der Spezifikation des Motors und der Lastträgheit und der Drehmomentbedingung vom Motor eingestellt.
Ein Rechenergebnis vom PI-Filter 106 wird umgesetzt in eine PWM-Impulsbreite im PWM-Impulsbreitenrechenabschnitt 110, und der PWM-Impuls wird im PWM-Impulserzeugungsabschnitt 111 erzeugt. Im PWM-Impulserzeugungsabschnitt überlappt sich der PWM-Impuls mit der gesuchten Breite im PWM-Impulsrechenabschnitt 111 mit der voreingestellten PWM-Trägerfrequenz.
Wenn beispielsweise festgelegt ist, daß die voreingestellte PWM-Trägerfrequenz 20 kHz (50 μs) beträgt und die PWM-Impulsbreite 8 Bits aufweist, wenn das PWM-Impulsrechenergebnis "66" H beträgt, dann wird die PWM-Impulsbreite zu 20 μs (= 50 μs × "66"H/"FF"H), mit dem Ergebnis, daß das PWM-Impulssignal 530 von 40 % (hinsichtlich Trägerfrequenz von 20 kHz) abgegeben wird. Die Impulsbreite wird immer dann erneuert, wenn das Rechenergebnis im PWM-Impulsrechenabschitt 110 erzielt ist. Das bedeutet, wenn die PWM-Rechnung innerhalb der Periode von 1 kHz bewirkt wird, dann erfolgt die Änderung der PWM-Impulsbreite bei jeder 1-kHz-Periode.
Ähnlich wie die Erzeugung vom PWM-Impuls für den Motor 505₁ wird hinsichtlich eines jeden Motors 505₁ bis 505₆ wie oben beschrieben ein PWM-Impuls auf der Grundalge der zugehörigen PI-Filterkonstante und der PWM-Trägerfrequenz erzeugt. Die PI-Filterkonstante und die PWM-Trägerfrequenz werden vorher entsprechend der Spezifikation des Motors und der Antriebslastbedingung eingestellt.
Andererseits wird die Geschwindigkeit eines jeden der Motore 505₁ bis 505₆ , die der Wähler 126 ausgewählt hat, durch Auswahl der zugehörigen Annahmeeinrichtung im Annahmeeinrichtungsauswahlabschnitt 124 und durch Einlesen des Werts der ausgewählten Annahmeeinrichtung und durch Herbeiführen der Berechnung im Geschwindigkeitsrechenabschnitt 125 berechnet.
Beispielsweise im Falle, bei dem die Annahmeeinrichtung 121 über 16 Bits verfügt und der Takt 50 ns beträgt und das vom Motor 505₁ abgegebene Impulssignal 120 über 360 Impulse pro Umdrehung verfügt, hinsichtlich der Geschwindigkeit des Motors 505₁ , wenn der Wert der Annahmeeinrichtung 121 "1234" H beträgt, dann wird das Intervall zwischen dem Impulssignal 120 eine Dauer von 233 μs (= "1234" H × 50 ns) haben und die Geschwindigkeit des Motors 505₁ wird zu 74,9 rad/s (= (2π/360)/233 μs).
Als nächstes wird anhand 5 der Betrieb vom Wähler 126 beschrieben. 5 ist eine Ansicht, die die Steuerung der Motoren 505₁ bis 505₆ in einer Zeitverlaufsbeziehung zeigt. Blöcke 801 bis 806 zeigen Steuerperioden der Motore 505₁ bis 505₆ auf, ein Block 807 zeigt eine Steuerperiode des Motors 505₁ auf, ein Block 808 zeigt das Lesen der Annahmeeinrichtung bei der Steuerung des Motors 505₁ auf, ein Block 809 zeigt das Berechnen der Geschwindigkeit auf, ein Block 810 zeigt das Einstellen der Zielgeschwindigkeit auf, ein Block 811 zeigt das Berechnen der Differenz zwischen den Geschwindigkeiten auf, ein Block 812 zeigt die Berechnung von PI auf, ein Block 813 zeigt das Berechnen von PWM auf, ein Block 814 zeigt das Ausgaben vom PWM auf, und das Bezugszeichen 815 zeigt eine Servosteuerperiode des Motors 505₁ auf.
Auch hinsichtlich der Motore 505₂ bis 505₆ wird die Steuerung ähnlich der Blöcke 808 bis 814 durchgeführt. Die Servosteuerperiode 815 vom Motor 505₁ wird bestimmt durch die Ansprecheigenschaft des Motors 505₁ . Gleichermaßen werden die Motoren 505₂ bis 505₆ mit optimalen Servosteuerperioden unter Berücksichtigung der Ansprecheigenschaften der Motore gesteuert. In diesem Falle werden die Servosteuerperioden vom Wähler so gesteuert, daß die Servosteuerperioden sich gegenseitig nicht stören.
Wenn beispielsweise die Servosteuerperioden der Motore 505₁ bis 505₆ jeweils 1 kHz (1 ms) betragen, so wird die Steuerstartzeitvorgabe vom Motor 505₁ aus der Steuerstartzeitvorgabe vom Motor 505₂ um etwa 166 μs (= 1 ms/6) hergeleitet. Die Abweichung zwischen der Steuerstartzeitvorgabe vom Motor 505₂ und der Steuerstartzeitvorgabe vom Motor 505₃ , die Abweichung zwischen der Steuerzeitvorgabe vom Motor 505₃ und der Steuerstartzeitvorgabe vom Motor 505₄ , die Abweichung zwischen der Steuerstartzeitvorgabe vom Motor 505₄ und der Steuerstartzeitvorgabe vom Motor 505₅ , die Abweichung zwischen der Steuerstartzeitvorgabe vom Motor 505₅ und der Steuerstartzeitvorgabe vom Motor 505₆ werden gleichermaßen mit etwa 166 μs gewählt.
Auf der Grundlage der für jede Motorsteuerung bestimmten Servosteuerperiode wird die Annahmeeinrichtung des zu steuernden Motors gelesen, die Geschwindigkeit wird berechnet, die Zielgeschwindigkeit des zu steuernden Motors wird eingestellt, die Differenz zwischen der Zielgeschwindigkeit und der aktuellen Geschwindigkeit wird berechnet, ein Rechenergebnis wird der PI-Berechnung mit der PI-Filterkonstanten für den zu steuernden Motor unterzogen, die PWM-Steuerung wird herbeigeführt, und die PWM wird abgegeben. Das heißt, die Servosteuerschleifen für die jeweiligen Motore werden so gebildet, daß sie sich nicht gegenseitig stören, und die Zielgeschwindigkeiten der PI-Filterkonstanten (Servokonstanten), die den jeweiligen Motoren innewohnen, werden ausgewählt, und die jeweiligen PWM-Impulssteuerung werden herbeigeführt.
Als nächstes erläutert ist der Motorsteuerbetrieb.
Wenn beispielsweise der Fixiermotorantriebsbefehl von der CPU über den seriellen Übertragungsbus 532 abgegeben wird, veranlaßt der DSP 501 zunächst den ersten Treiber 503, das Motorstartsignal 529 zu aktivieren, und veranlaßt das PWM-Signal 530, den PWM-Impuls mit einem Einschaltverhältnis von 80 % zu erzeugen, womit der Motor angetrieben wird.
Wird das Motorstartsignal 529 empfangen, bewirkt der erste Treiber 503 die Erregerumschaltsteuerung der N-chMOS-Transistoren 515 bis 520 (in der Logikschaltung 508) auf der Grundlage der Stellung vom Rotor, die die Lochsensoren 525 bis 527 festgestellt hat, so daß der Motor in der vorbestimmten Drehrichtung in Drehung versetzt wird, und wenn das PWM-Signal 530 empfangen ist, dann schaltet der erste Treiber die N-chMOS-Transistoren 515, 517, 519 hinsichtlich PWM um. In diesem Falle erhöht die Steuerschaltung 509 die Gatespannungen für die N-chMOS-Transistoren 515, 517, 519 auf Vcc + 10V durch die Ladepumpenschaltung 507.
Wenn beispielsweise die Logikschaltung 508 die Drehstellung vom Motor auf der Grundlage des Ergebnisses sicherstellt, das von den Lochsensorverstärkern 511 bis 513 und von den Lochsensoren 525 bis 527 verstärkt wurde, um die elektrische Stromrichtung aus der U-Phase 522 zur V-Phase 523 umzuschalten, wodurch die gewünschte Drehrichtung erzielt wird, dann werden die N-chMOS-Transistoren 515, 518 leitend geschaltet und die N-chMOS-Transistoren 516, 517, 519, 520 werden gesperrt. Im Ergebnis erstreckt sich der elektrische Stromweg von Vcc zum elektrischen Stromfeststellwiderstand 521 durch den N-chMOS-Transistor 515, den U-Phasenausgang 522, den W-Phasenausgang 523 und durch den N-chMOS-Transistor 518, wodurch eine Magnetkraft in der vorbestimmten Spule erzeugt wird.
In diesem Falle wird der N-chMOS-Transistor 515 PWM-gesteuert vom PWM-Signal 530, das der DSP 501 abgibt und die Logikschaltung 508 und die Steuerschaltung 509 durchläuft. Das Einschaltverhältnis des elektrischen Stroms, festgelegt vom PWM-Signal 530, fließt folglich von der U-Phase zur V-Form. Auf diese Weise wird die Erregerumschaltsteuerung zum Umschalten des elektrischen Stroms zur U-Phase und V-Phase herbeigeführt, so daß der Motor sich in der vorbestimmten Richtung dreht, wodurch Drehmomente relativ zur Elektromagnetaktion zwischen dem Hauptpolmagnet (nicht dargestellt) und der Spule erzeugt werden.
Wird der Motor auf diese Weise der Erregerumschaltsteuerung zur Drehung des Rotors unterzogen, dann wird das voreingestellte MR-Sensormagnetmuster vom MR-Sensor 528 festgestellt, und es werden 360 Impuls pro Umdrehung abgegeben. Das heißt, es wird ein Signal mit der Frequenz entsprechend der Umdrehungszahl vom Motor erzielt, und dieses Signal wird durch den Verstärker 514 und die MR-Sensorsignalleitung 531 an den DSP 501 gesandt.
Das Programm vom DSP 501 mißt das Impulsintervall zwischen den Impulsen von der MR-Sensorsignalleitung 531 und findet die Geschwindigkeit (rad/s) vom Motor heraus und vergleicht die Motorgeschwindigkeit mit der Zielsteuergeschwindigkeit und führt die PI-Filterberechnung (nicht dargestellt) und die Verstärkungsadditionsberechnung (nicht dargestellt) aus, um die PWM-Impulsbreite abzuleiten, und sendet die Impulsbreite an den Vortreiber über die PWM-Signalleitung 530 zum Steuern des an den Motor zu liefernden Stroms, womit der Motor zum Drehen mit Zielgeschwindigkeit gesteuert wird.
Auf diese Weise führt der DSP 501 das Umschalten des Ausgangsstufen-N-chmos-Transistors unter Verwendung des PWM-Signals 530 aus, wodurch die Servosteuerung zur Motordrehung mit der gewünschten Umdrehungszahl ausgeführt wird. Der erste Treiber 503 führt andererseits die Erregersteuerung auf der Grundlage der Position vom Hauptpol aus, die die Lochsensoren 525 bis 527 festgestellt haben, um den Rotor in der gewünschten Drehrichtung in Rotation zu versetzen, und der N-chMOS-Transistor wird angesteuert. Der Vortreiber stellt des weiteren den Strom fest, der den Motor durch den elektrischen Stromfeststellwiderstand 521 durchfließt, und es ein Schutzmittel zur elektrischen Strombegrenzung durch die Strombegrenzerschaltung 510 vorgesehen, wenn ein Strom fließt, der höher als ein vorbestimmter Wert ist.
Um nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wie es oben beschrieben wurde, sechs Motore des Bilderzeugungsgeräts der Softwareservosteuerung mit einem Einzel-DSP zu unterziehen, um so die Motore unter Verwendung der Servokonstanten zu steuern, die entsprechend den verschiedenen Bedingungen hinsichtlich der Steuerumdrehungszahl, der Trägheit, der Drehmomentkonstante, der Spulenspezifikation und der Antriebslast eines jeden Motors voreingestellt wurden, ohne die unabhängigen Servosteuerschleifen der Motore gegenseitig zu stören, ist ein Auswahlmittel vorgesehen, durch welches die Zeitvorgaben der Servosteuerschleifen der Motore gelenkt werden, und die Steuerschleife eines jeden Motors hinsichtlich Zielgeschwindigkeit, Geschwindigkeitsfeststellung, PI-Filterberechnung, PWM-Berechnung und PWM-Impulsausgabe wird gesteuert.
Besonders in einem Bilderzeugungsgerät, das über mehrere Servomotoren verfügt und in dem ein Antriebsbelastungszustand innerhalb eines weiten Bereichs verändert wird, kann im Ergebnis eine stabile Servosteuerung realisiert werden, womit eine gute Bildqualität erzielt wird.
Da die Servosteuerung in effizienter Weise unter konzentrierter Steuerung des Einzel-DSP ausgeführt werden kann, lassen sich außerdem die Kosten des Bilderzeugungsgeräts verringern.
6 ist ein Ablaufdiagramm vom Motorsteuerprogramm des DSP mit Servokonstantenberechnungssteuerung hinsichtlich des Motors 505₁ .
Zuerst wird in Schritt S601 beurteilt, ob es einen Befehl zum Bestimmen der Servokonstante vom Motor 505₁ aus der Steuer-CPU (nicht dargestellt) vom Bilderzeugungsgerät gibt. Die CPU vom Bilderzeugungsgerät sendet einen solchen Befehl, anders als in der Bilderzeugungsperiode, an den DSP in einer Zeitperiode, in der der Motorantrieb nicht erforderlich ist.
Wenn in Schritt S601 der Servokonstanteneinstellbefehl vorhanden ist, wird in Schritt S602 ein Servokonstanteneinstellsteuerkennzeichen gesetzt, und in Schritt S603 wird ein Zeitgeber eingestellt. Dann wird in Schritt S604 das PWM-Einschaltverhältnis auf 100 % gebracht, und in Schritt S605 wird das Motorantriebssignal aktiviert. Dann wird in Schritt S606 beurteilt, ob die Motorgeschwindigkeit 63 % erreicht hat.
Wenn in Schritt S606 die Motorgeschwindigkeit keine 63 % erreicht hat, dann führt das Programm einen Sprung aus, und die Geschwindigkeitsfeststellung und die PWM-Ausgangssteuerung werden herbeigeführt. Im Ergebnis beginnt der Motor, sich in einer offenen Schleife zu drehen. Wenn andererseits in Schritt S606 die Motorgeschwindigkeit 63 % erreicht hat, dann wird in Schritt S607 der Motor angehalten und das PWM-Einschaltverhältnis wird auf 0 % gebracht, und in Schritt S608 wird auf der Grundlage des zuvor angesteuerten Zeitgebers die Zeit gemessen. Das heißt, nachdem der Motor mit einer offenen Schleife betrieben worden ist, wird die Zeitdauer gemessen, bis die Motorgeschwindigkeit 63 % erreicht wurde.
Dann wird in Schritt S609 die Trägheit gesucht. Nachstehend beschrieben ist die Berechnung der Trägheit.
Die Übertragungsfunktion vom Motor kann einem Primärverzögerungssystemmodell äquivalent sein, und die Verstärkung G wird durch die nachstehende Gleichung (1) dargestellt: G = K/(1 + sT) (1)
Wobei K = 1/Ke und Ke eine Umkehrstartkonstante ist.
Des weiteren gilt T = RJ/(Kt × Ke) (2)
Wobei R der Spulenwiderstand vom Motor, J die Belastungsträgheit und K die Drehmomentkonstante vom Motor ist.
Weiterhin wird die Ansprecheigenschaft vom Motor dargestellt durch folgende Gleichung (3) auf der Grundlage der obigen Gleichung (1): h(t) = K/(1 – et/T) (3)
Wenn aus der Gleichung (3) t = T ist, dann ist h(t) ≈ 0,632 × K.
Das heißt, durch Herausfinden der Zeit, zu der die Geschwindigkeit 63,2 % nach dem Motorstart erreicht hat, nämlich von J = (Ke × Kt × t)/R (Änderung gegenüber der obigen Gleichung (2)), kann J herausgefunden werden, da R, Kt und Ke vom Motor bereits bekannt sind.
In Schritt S610 wird dann die Servokonstante berechnet. Bei dieser Berechnung wird der 0-dB-Kreuzungspunkt der offenen Schleifeneigenschaft vom Motor durch ω = 1/T aus den obigen Gleichungen (1) und (2) unter Verwendung der vorher gesuchten Trägheit J herausgefunden, und ein Wendepunkt vom PI-Filter wird in Hinsicht auf den Kreuzungspunkt eingestellt, und die PI-Filterkonstante (Verhältniskonstante und Integrationskonstante gemäß 4) wird gesucht.
In Schritt S611 wird dann das Servokonstanteneinstellkennzeichen gelöscht, und die Servokonstanteneinstellsequenz ist beendet. In Schritt S612 wird beurteilt, ob der Motor bereits abgetrieben ist. Ist er nicht angetrieben, dann wird in Schritt S613 die Anfangseinstellung von Widerständen, Zeitgebern und Ports herbeigeführt, und in Schritt S614 wird der Motor angetrieben. Wenn der Motor andererseits bereits läuft, dann führt das Programm einen Sprung aus.
In Schritt S615 wird dann beurteilt, ob es eine CAP1-Unterbrechung gibt. Wenn eine Unterbrechung vorliegt, wird in Schritt S616 die Motorgeschwindigkeit berechnet. Diese Unterbrechung wird immer dann erzeugt, wenn die Anstiegsflanke des Impulses vom MR-Sensor erreicht wird. Wenn andererseits keine Unterbrechung vorliegt, dann wird das Programm umgangen.
In Schritt S617 wird beurteilt, ob es ein Servokonstanteneinstellsteuerkennzeichen gibt. Liegt dies nicht vor, dann wird in Schritt S618 beurteilt, ob es eine Servosteuerschleifenunterbrechung gibt. Handelt es sich um eine Steuerunterbrechung, dann wird in Schritt S619 die Differenz zwischen der Zielgeschwindigkeit und der aktuellen Geschwindigkeit berechnet, und in Schritt S620 wird die PI-Filterberechnung unter Verwendung der zuvor gesuchten Konstante bewirkt, und in Schritt S621 wird die PWM-Breite eingestellt.
Wenn in Schritt S617 andererseits die Servokonstanteneinstellsteuerung vorliegt, dann umgeht das Programm in Schritt S618 die Schritte S619 bis S621 (PWM-Breitenberechnungssequenz). Wenn des weiteren in Schritt S618 keine Servosteuerunterbrechung vorliegt, dann wird die PWM-Breitenberechnungssequenz umgangen.
Dann wird in Schritt S622 beurteilt, ob es eine PWM-Unterbrechung gibt. Gibt es diese Unterbrechung, dann werden in Schritt S623 die Impulse an den Port abgegeben; wohingegen bei keiner Unterbrechung die Impulse nicht abgegeben werden. Die PWM-Unterbrechung wird bei Trägerfrequenzvoreinstellung erzeugt. Wenn die Trägerfrequenz beispielsweise 20 kHz beträgt, dann wird eine Unterbrechung von 20 kHz erzeugt.
Wann immer diese Unterbrechung erzeugt wird, wenn der PWM-Impuls mit der durch Berechnung herausgefundenen Breite abgegeben wird, kann der PWM-Impuls mit einem Träger von 20 kHz erzeugt werden.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist auf diese Weise eine Versatzsequenz, in der die Periode der Motorservokonstanteneinstellung von der Steuer-CPU im Bilderzeugungsgerät in einer Zeitperiode angegeben wird, die eine andere als die Bilderzeugungsperiode ist, und in dieser Periode berechnet der DSP die Belastungsträgheit vom Motor, und die Servokonstante wird auf der Grundlage der Trägheit herausgefunden. Selbst in einem System, in dem sich beispielsweise die Belastungsträgheit weitestgehend entsprechend der Differenz der Tonerkapazität in der Tonerpatrone oder entsprechend dem Unterschied in der Art der Patrone ändert, kann mit dieser Anordnung die genaue Servokonstante verwendet werden, mit dem Ergebnis, daß die Steuerung stabilisiert ist und eine gute Bildqualität erzielt wird.
7A und 7B sind Ansichten, die einen bürstenlosen Gleichstrommotor vom Innenrotortyp, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sowie einen bürstenlosen Motor vom Außenrotortyp zeigen. In 7A verfügt ein bürstenloser Gleichstrommotor vom Außenmotortyp über einen Rotor 701, Staturen 702 und über Wicklungen oder Spulen 703. In 7B verfügt im Gegensatz dazu ein bürstenloser Gleichstrommotor vom Innenrotortyp über einen Rotor 704, Staturen 705 und über Wicklungen oder Spulen 706. Wie aus den Darstellungen ersichtlich, hat der Motor vom Innenrotortyp einen kleineren Rotor, was zu einer niedrigeren Trägheit führt.
Da nämlich die Trägheit gering ist, wird das mechanische Ansprechvermögen vom Motor folglich schnell, mit dem Ergebnis, daß die Frequenz der Servosteuerschleife im Servosteuerblockdiagramm gemäß 4 schneller gemacht werden kann. Das heißt, in einem System mit relativ hoher Belastungsfluktuationshäufigkeit kann durch Erhöhen der Frequenz der Servosteuerschleife die Fluktuationsunterdrückungswirkung aufgrund des Servos verbessert werden.
Unter Verwendung dieser oben beschriebenen Motorservosteuerung und unter Verwendung des bürstenlosen Gleichstrommotors mit Innenrotor, der eine geringe Trägheit aufweist, wird die vorliegende Erfindung auf diese Weise im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem System wirksam, bei dem die Drehfluktuation vom Motor aufgrund von Belastungsfluktuation bei relativ hoher Frequenz verringert ist.
8 zeigt eine erste Änderung des Innenschaltungsaufbaus von der in 3 gezeigten Motoreinheit. Bei dieser Änderung wird die Servokonstante entsprechend der Motorart bestimmt. Dieselben Elemente wie jene des Ausführungsbeispiels gemäß 3 sind mit denselben Bezugszeichen versehen und eine Erläuterung dieser ist fortgelassen.
Die Bezugszeichen 533, 534 zeigen in 8 Selektiersignale der Motoreinheit auf. Selektiersignalleitungen (Selektiersignale 533, 534 für den Motor) stehen bei dieser Änderung in Verbindung mit dem Servosteuergerät. Der DSP 501 bestimmt die Servokonstante auf der Grundlage der Motorselektiersignale 533, 534.
Nimmt man beispielsweise an, daß der Außenrotormotor ausgelegt ist, wenn die Motorselektiersignale 533, 534 "0" beziehungsweise "1" sind und der Innenrotormotor ausgelegt ist, wenn die Motorselektiersignale 533, 534 "1" beziehungsweise "1" sind, dann wählt der DSP 501 die zugehörige Servokonstante aus der Servokonstantentabelle, die zuvor für die jeweiligen Motore gespeichert worden ist, und führt die Servosteuerung herbei. Durch Selektieren der Motorart auf der Grundlage der Motorselektiersignale 533, 534 und durch Auswählen und Verwenden optimaler Servokonstanten für den Motor kann eine stabile Motorservosteuerung realisiert werden.
Die nächste Erläuterung gilt der Motorservosteuerung, die der DSP 501 bewerkstelligt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Servosteuerungsroutine vom DSP 501 zeigt, wie in 8 dargestellt.
Zuallererst wird in Schritt 401 beurteilt, ob die Servokonstante eingesetzt ist. Wenn in Schritt 402 NEIN, dann wird die Motorart herausgefunden. Das Herausfinden wird bewirkt unter Verwendung der Motorselektiersignale 533, 534, wie in 8 gezeigt.
Dann wird in Schritt 403 die Servokonstante entsprechend dem Ergebnis der Selektiersignale aus der Nachschlagetabelle hergeleitet. Die Nachschlagetabelle ist zuvor in einem nicht dargestellten Speicher vom DSP gespeichert worden. Die Servokonstante zeigt des weiteren Konstanten der Proportion und Integration vom PI-Filter und eine Verstärkungskonstante auf.
Dann wird in Schritt 404 die hergeleitete Servokonstante in eine Rechenformel eingesetzt.
Nachdem die Servokonstante einmal eingestellt ist, wenn andererseits in Schritt 404 die Servosteuerungsroutine erneut ausgeführt wird, dann erfolgt im Schritt 401 die Beurteilung, daß die Servokonstante bereits eingestellt ist, und die Routine springt zu Schritt 405.
In den Schritten 405 bis 407 wird dann beurteilt, ob der Motor gestartet oder gestoppt wird.
Wenn in einer Steueraufgabe (nicht dargestellt) ein Motorstartkennzeichen oder ein Motorstoppkennzeichen gesetzt ist und die Servosteuerungsroutine ausgeführt wird, dann erfolgt die Überprüfung des Kennzeichens in Schritt 405. Wenn beurteilt ist, daß der Motor im Schritt 405 gestartet werden soll, wird das Motortreibersignal 529 aktiviert, und in Schritt 407 wird der vorbestimmte PWM-Wert gegeben, womit der Motor beschleunigt wird. Wenn andererseits beurteilt ist, daß der Motor in Schritt 405 gestoppt werden soll, erfolgt in Schritt 406 die Deaktivierung des Motortreibersignals 529, um das PWM-Signal auf Null zu bringen, wodurch der Motor gestoppt wird.
Dann wird in Schritt 408 beurteilt, ob es eine Unterbrechung der Annahme gibt. Die Annahmeschaltung ist so ausgelegt, daß immer bei der Anstiegsflanke des Impulses vom in 8 gezeigten MR-Sensorsignal 331, das erreicht wird, eine derartige Annahmeunterbrechung erzeugt wird.
Wenn es in Schritt 408 die Annahmeunterbrechung gibt, dann wird in Schritt 409 das Intervall zwischen den Unterbrechungen gemessen, um die Anzahl von Motorumdrehungen herzuleiten. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß 300 MR-Sensorimpulse bei einer Umdrehung erzeugt werden und das Impulsintervall t (s) ist, dann wird die Drehgeschwindigkeit des Motors (2π/300 ÷ t) rad/s. Wenn andererseits in Schritt 408 keine Annahmeunterbrechung vorliegt, dann wird die Motorgeschwindigkeit nicht berechnet.
In Schritt 410 wird dann beurteilt, ob es eine Steuerungsunterbrechung gibt. Wenn die Servosteuerschleife die Steuerung mit 1 kHz bewirkt wird, dann wird eine Unterbrechung von 1 kHz erzeugt. Beim Erzeugen der Unterbrechung wird in Schritt 411 die Voreinstellzielgeschwindigkeit mit der von der Annahmeeinrichtung festgestellten aktuellen Geschwindigkeit und ein Ergebnis in Schritt 412 PI-berechnet. Die Proportionskonstante, die Integrationskonstante und die Verstärkungskonstante, eingestellt in Schritt 404, werden berechnet, und ein Ergebnis wird in Schritt 433 PWM-berechnet, woraus die PWM-Breite hergeleitet wird. Im Ergebnis werden die PWM-Breiten zu einem Intervall von 1 kHz abgegeben. Die Servosteuerungsschleife mit der Steuerfrequenz von 1 kHz kann nämlich realisiert werden.
Dann wird in Schritt 414 beurteilt, ob es eine PWM-Unterbrechung gibt.
Diese Unterbrechung wird alle 20 kHz durch eine vorausgelegte PWM-Schaltung (nicht dargestellt) erzeugt.
Wenn in Schritt 414 die PWM-Unterbrechung festgestellt ist, dann werden in Schritt 415 die Impulse mit der vorher in Schritt 413 herausgefundenen PWM-Breite abgegeben. Wenn andererseits die PWM-Unterbrechung nicht festgestellt ist, wird das PWM-Ausgangssignal nicht abgegeben. Auf diese Weise kann der PWM-Impuls mit der Trägerfrequenz von 20 kHz abgegeben werden.
Wie oben beschrieben, wird bei der ersten Änderung der Motortyp von den Typselektiersignalen herausgefunden, die in jeder Motoreinheit vorhanden sind, und auf dieser Grundlage wird die Servokonstante entsprechend der Motorart aus der Tabelle hergeleitet, und die Servosteuerung erfolgt durch Nutzen dieser Servokonstante.
Die vorliegende Erfindung kann auf diese Weise mit einem einfachen Aufbau realisiert werden.
Als nächstes erläutert wird ein Schaltungsbetrieb dieser Motorservosteuerschaltung. Wenn zuallererst der Motorantriebsbefehl von der CPU durch die serielle Übertragungsleitung 532 abgegeben ist, stellt der erste Treiber 503 die Position des Rotors fest, wozu die Lochsensoren 525 bis 527 herangezogen werden, und es wird die Umschaltzeitvorgabe bestimmt, um die gewünschte Rotation und die Steuerung herbeizuführen, um so die gewünschte Drehrichtung zu erhalten und den gewünschten elektrischen Strom in die Motorspule fließen zu lassen.
Die Umschaltsteuerung der N-chMOS-Transistoren 515 bis 520 wird nämlich bewirkt, um die gewünschte Drehrichtung zu erhalten, und die N-chMOS-Transistoren 515, 517, 519 werden PWM-geschaltet, um den gewünschten Strom in die Spule fließen zu lassen. In diesem Falle werden die Gatespannungen für die N-chMOS-Transistoren 515, 517, 519 auf Vcc + 10V von der Ladepumpenschaltung 507 erhöht.
Wenn beispielsweise der erste Treiber 503 die Position vom Rotor des Motors auf der Grundlage der Lochsensorsignale sicherstellt, verstärkt von den Lochsensorverstärkern 511 bis 513, und den Lochsensoren 525 bis 527 und die elektrische Stromrichtung von der U-Phase 522 auf die W-Phase 523 umschaltet, um die gewünschte Drehrichtung zu erhalten, schaltet der erste Treiber 503 die N-chMOS-Transistoren 515, 518 leitend und sperrt die N-chMOS-Transistoren 516, 517, 519, 520. Im Ergebnis erstreckt sich der elektrische Stromweg von Vcc zum elektrischen Stromfeststellwiderstand 521 durch den Transistor 515, U-Phasenausgang 522, V-Phasenausgang 523 und Transistor 518, wodurch eine Magnetkraft in der vorbestimmten Spule erzeugt wird. In diesem Falle wird das PWM-Signal 530, das der DSP 501 abgegeben hat, mit den Schaltsignalen kombiniert, und die N-chMOS-Transistoren 515 werden vom ersten Treiber 503 PWM-gesteuert.
Der elektrische Einschaltverhältnisstrom, festgelegt vom PWM-Signal, fließt folglich von der U-Phase zur V-Phase. Auf diese Weise wird die Erregerumschaltsteuerung für das Umschalten des elektrischen Stroms auf die U-Phase, V-Phase und auf die W-Phase so bewirkt, daß der Motor sich in der vorbestimmten Richtung dreht, wodurch ein Drehmoment durch die relative elektromagnetische Aktion zwischen dem Hauptpolmagneten (nicht dargestellt) und der Spule erzeugt wird.
Wird der Motor der Erregerumschaltsteuerung unterzogen, um auf diese Weise den Rotor in Drehung zu versetzen, wird das voreingestellte MR-Sensormagnetmuster vom MR-Sensor 528 festgestellt, und es werden 360 Impulse pro Umdrehung abgegeben. Das Signal mit der Frequenz entsprechend der Umdrehungszahl vom Motor wird nämlich gewonnen, und dieses Signal wird durch den Verstärker 514 und dem MR-Sensorsignal 531 zugesandt.
Der DSP 501 mißt das Impulsintervall zwischen den Impulsen von der MR-Sensorsignalleitung 531 und sucht die Geschwindigkeit (rad/s) vom Motor und vergleicht die Motorgeschwindigkeit mit der Zielgeschwindigkeit (eingestellte Zielgeschwindigkeit, die sich ändern läßt) und führt die PI-Filterberechnung durch (nicht dargestellt) und auch die Verstärkungsadditionsberechnung (nicht dargestellt), um die PWM-Impulsbreite herzuleiten, und sendet die Impulsbreite an den ersten Treiber 503 als PWM-Signal 530 zur Steuerung des an den Motor zu liefernden Stroms, wodurch der Motor auf die Zielgeschwindigkeit gesteuert wird.
Der DSP 501 erzeugt das PWM-Signal auf diese Weise und bewirkt das Umschalten des Außenstufen-N-chMOS-Transistors durch Kombinieren vom PWM-Signal mit den Umschaltsignalen, wodurch die Servosteuerung zur Motorrotation mit der gewünschten Umdrehungszahl ausgeführt wird. Die Lage vom Hauptpol wird andererseits von den Lochsensoren 525 bis 527 festgestellt, und der erste Treiber 503 führt die Umschaltsteuerung aus unter Verwendung der Lochsensorsignale, um den Rotor in die gewünschte Richtung zu drehen. Der erste Treiber 503 stellt des weiteren den Stromfluß durch den Motor fest mit dem elektrischen Stromfeststellwiderstand 521, und es ist ein Schutzmittel vorgesehen, um den elektrischen Strom von der Strombegrenzungsschaltung 510 zu begrenzen, wenn ein Strom fließt, der höher als ein vorbestimmter Wert ist.
10 zeigt eine zweite Änderung des Innenschaltungsaufbaus von der in 3 dargestellten Motoreinheit. Dieselben Elemente wie jene im in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind mit denselben Bezugszeichen versehen, und deren Erläuterung ist hier fortgelassen.
Die zweite in 10 gezeigte Änderung unterscheidet sich von der in 8 gezeigten ersten Einrichtung in dem Punkt, daß anstelle der Motorselektiersignale 533, 534 ein Speicher 535 in einer Motoreinheit 502 vorgesehen ist, und der DSP 501 und die Motoreinheit 502 bewirken die Übertragung durch serielle Übertragung.
Nachstehend anhand 11 erläutert ist der Betrieb.
11 ist ein Ablaufdiagramm der Servosteuerung vom in 10 gezeigten DSP 501.
Zuallererst wird in Schritt 601 beurteilt, ob die Servokonstante eingestellt ist. Wenn NEIN in Schritt 602, dann wird die serielle Übertragung zur Motoreinheit bewirkt, um die Inhalte vom Speicher der Motoreinheit einzulesen, wodurch die Steuerungsinformation der Motoreinheit bekannt wird.
Dann wird in Schritt 603 die Information, die im vorherigen Schritt erkannt wurde, das heißt, die Servokonstante, eingestellt.
Nachdem die Servokonstante andererseits einmal in Schritt 603 eingestellt wurde, wird im Schritt 601, wenn die Servosteuerungsroutine erneut ausgeführt wird, beurteilt, daß die Servokonstante bereits eingestellt worden ist, und die Routine springt zu Schritt 604.
In den Schritten 604 bis 606 wird dann beurteilt, ob der Motor gestartet oder gestoppt wird.
Wenn in einem nicht dargestellten Steuerzustand ein Motorstartkennzeichen oder ein Motorstopkennzeichen gesetzt ist und die Servosteuerungsroutine ausgeführt wird, dann erfolgt im Schritt 604 die Überprüfung des Kennzeichens. Wenn beurteilt ist, daß der Motor in Schritt 604 gestartet werden soll, dann wird in Schritt 605 der Motorantriebsbefehl an die Motoreinheit durch serielle Übertragung erteilt, und der vorbestimmte PWM-Wert wird angegeben, wodurch der Motor beschleunigt wird.
Wenn andererseits beurteilt ist, daß der Motor in Schritt 604 gestoppt werden soll, dann wird im Schritt 606 der Motorstopbefehl an die Motoreinheit durch serielle Übertragung gesandt, der PWM-Wert wird zu Null gemacht, wodurch der Motor gestoppt wird.
Da die Schritte 607 bis 614 dieselben wie die Schritte 408 bis 415 in 4 sind, ist hier eine erneute Erläuterung dieser fortgelassen.
Bei der zweiten Änderung wird auf diese Weise die Übertragung zwischen dem DSP und der Motoreinheit durch serielle Übertragung herbeigeführt, und das Speichermittel ist in der Motoreinheit vorgesehen, und die Motorsteuerparameter werden zuvor im Speichermittel gespeichert.
Der DSP liest die Servokonstante vom Motor durch serielle Übertragung, und die Servosteuerung wird auf der Grundlage der Servokonstante eingerichtet.
Der Nachschlagetabellenspeicher in der Motoreinheit von der ersten Änderung kann folglich entfallen, und viele Steuerparameterinformationen können in der Motoreinheit gespeichert werden, wodurch die Servosteuergenauigkeit verbessert wird.
Während in der vorliegenden Erfindung ein Beispiel erläutert wurde, das über sechs Motore verfügt, ist die Anzahl der Motore nicht auf eine Vielzahl beschränkt, sondern es kann auch ein Einzelmotor verwendet werden.
Wie oben beschrieben, kann das Motorservosteuergerät nach der vorliegenden Erfindung mit der Geschwindigkeitsänderung des Motors auf schnelle Weise stabil zu Rande kommen.
Da im Motorservosteuergerät nach der vorliegenden Erfindung der DSP schnell die Produkt-/Additionsrechnung durchführt, indem er das PWM-Signal durch Eingabe des Drehgeschwindigkeitssignals aus dem MR-Sensor zum DSP gewinnt, ist das Gerät zur Servosteuerung in der Lage, und von daher können die Steuerzustände entsprechend den Schleifenzuständen programmiert werden (Drehmoment, Trägheit, Verstärkung und dergleichen), die Steuerung besitzt Flexibilität.
Durch Kombinieren des PWM-Signals aus dem DSP mit dem direkt eingegebenen Umschaltsignal in den Vortreiber, kann die Anzahl von Signalleitungen (Anzahl von Anschlüssen) verringert werden. Durch Steuern der mehrfach vorhandenen Motore kann weiterhin die Anzahl von Signalleitungen verringert werden.
Durch Steuern der Servosteuerung von der Vielzahl an Motoren gemeinsam durch einen Einzel-DSP können die Gesamtkosten des Systems verringert werden, und die Systemsteuerung der mehrfach vorhandenen Motore läßt sich leicht ausführen.
Unter Verwendung des Motorservosteuergeräts mit dem oben beschriebenen Aufbau im Bilderzeugungsgerät, das mehrere Servomotoren enthält, durch Herbeiführen der Servosteuerung unter Verwendung von Mitteln zum Bestimmen der Servokonstante der Motore gemäß den Belastungszuständen für den Antrieb der Servomotore und Mittel zum Messen der Belastungsträgheit in der Zeitperiode, eine andere als die Bilderzeugungsperiode, und zum Berechnen der Servokonstanten auf der Grundlage der gemessenen Ergebnisse, selbst in einem System, bei dem die Belastungsträgheit und das Drehmoment weitestgehend unterschiedlich sind, da die optimalen Servokonstanten immer eingestellt werden, kann eine stabile Servosteuerung erzielt werden, wodurch eine gute Bildqualität sichergestellt ist.
Durch Bereitstellen von Mitteln zum Herbeiführen der Steuerung ohne gegenseitige Störung der Vielzahl von Steuerschleifen kann die Vielzahl an Motoren unabhängig servogesteuert werden durch einen Einzelprozessor, womit die Systemkosten verringert werden.
Durch Verwenden des bürstenlosen Gleichstrommotors vom Innenrotortyp mit geringer Trägheit als Antriebsmotor zum schnelleren Arbeiten der Servosteuerschleife, selbst bei Belastung, in der die Periode der Rotationsfluktuation aufgrund der Belastungsfluktuation relativ hoch ist, kann die stabile Servosteuerung bewirkt werden.
Mittel zum Herausfinden der Servomotorart sind nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen, und die Servokonstante wird von diesen Mitteln bestimmt, und der Motor wird auf der Grundlage der Servokonstante servogesteuert. Alternativ ist der Servomotor mit dem Speichermittel ausgestattet, bei dem die Servokonstante gespeichert ist; und durch Herbeiführen der Servosteuerung auf der Grundlage der ausgelesenen Servokonstante, selbst in einem Gerät, bei dem mehrere Arten von Motoren verwendet werden, können die jeweiligen Motore immer mit optimalen Servokonstanten gesteuert werden.
Speziell in einem Bilderzeugungsgerät, in einem System, bei dem Motore von mehreren Herstellern im selben Antriebsbereich verwendet werden, wird nicht nur die Stabilität der Motorservosteuerung durch Herausfinden der Motorart oder durch direktes Erzielen des Servokonstanteninformationsoptimums für den Motor und durch Herbeiführen der Servosteuerung auf der Grundlage der Motorart oder der Servokonstanteninformation erreicht, sondern es können auch die Motore mit unterschiedlicher Eigenschaft und von verschiedenen Herstellern gleichermaßen verwendet werden, ohne das Steuerprogramm und die Anordnung des Bilderzeugungsgeräts zu ändern, wodurch sowohl die Produktivität als auch die Motorstabilität verbessert wird.

Claims

Elektrophotographisches Bilderzeugungsgerät (201) mit mehreren Motoren (505₁ bis 505₆ ), die jeweils mit einer zugehörigen farblichtempfindlichen Trommel gekoppelt sind und ein Servosteuergerät enthalten, das eingerichtet ist zum Steuern der mehrfach vorhandenen Motore (505), mit: mehreren Drehgeschwindigkeitsdetektoren (528) zum Erzeugen jeweiliger Drehgeschwindigkeitssignale entsprechend den jeweiligen Drehgeschwindigkeiten der mehrfach vorhandenen Motore (505); und mit mehreren Positionsdetektoren (525, 526, 527) zum Feststellen jeweiliger Rotorpositionen der Motore (505₁ bis 505₆ ), dadurch gekennzeichnet, daß das Servosteuergerät eingerichtet ist zum Ansteuern der mehrfach vorhandenen Motore zum Drehen jeweiliger farblichtempfindlicher Trommeln, wobei das Servosteuergerät ausgestattet ist mit: einem Einzeldigitalprozessor (501), der eingerichtet ist zum Erzeugen von impulsbreitenmodulierten Signalen (530) zum Bestimmen jeweiliger elektrischer Erregungsströme, die an Spulen der mehrfach vorhandenen Motore gemäß der jeweiligen Drehgeschwindigkeitssignale aus den mehrfach vorhandenen Drehgeschwindigkeitsdetektoren anzulegen sind durch Lesen erfaßter Werte der Drehgeschwindigkeitssignale aus den Geschwindigkeitsdetektoren, Filterberechnung und durch Ausgabe der impulsbreitenmodulierten Signale für jeweilige Motore; einem Wähler (126) zum zyklischen Auswählen des Motors, wenn die erfaßten Werte der Drehgeschwindigkeitssignale vom Geschwindigkeitsdetektor ausgelesen oder die impulsbreitenmodulierten Signale filterberechnet und ausgegeben werden; mehreren ersten Treibern (503) zum Erzeugen von Schaltsignalen, um die elektrischen Erregerströme zu schalten, die an die Spulen der Motore gemäß den jeweiligen Positionsfeststellergebnissen von den Positionsdetektoren (525, 526, 527) anzulegen sind, und zum Kombinieren der Schaltsignale mit den impulsbreitenmodulierten Signalen aus dem Digitalprozessor zum Erzeugen jeweiliger elektrischer Stromsteuersignale; und mit mehreren zweiten Treibern (504) zum Ansteuern der Motore (505) auf der Grundlage der jeweiligen elektrischen Stromsteuersignale aus den ersten Treibern.
Bilderzeugungsgerät (201) nach Anspruch 1, dessen Einzeldigitalprozessor (501) in sich über einen Zielgeschwindigkeitseinstellabschnitt (101) verfügt, um eine Zielgeschwindigkeit einzustellen, die geändert werden kann, und einen Impulserzeugungsabschnitt (111) zum Erzeugen des impulsbreitenmodulierten Signals gemäß der Zielgeschwindigkeit aus dem Zielgeschwindigkeitseinstellabschnitt (101) und dem Drehgeschwindigkeitssignal aus dem Drehgeschwindigkeitsdetektor (121).
Bilderzeugungsgerät (201) nach Anspruch 1, dessen erster Treiber (503) über eine Logikschaltung (508) verfügt, die das Schaltsignal mit dem impulsbreitenmodulierten Signal kombiniert, und über eine Steuerschaltung (501) zum Verstärken eines Ausgangssignals aus der Logikschaltung zur Abgabe als das elektrische Stromsteuersignal.