JP2009183112A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転軸または回転軸に連結される被回転体の回転速度を制御可能なモータに関する。 The present invention relates to a motor capable of controlling the rotation speed of a rotating body connected to the rotating shaft or the rotating shaft.
例えば、カラー複写機やカラープリンタ等の画像処理装置(画像形成装置)は、4色(黒、黄、青、赤)の感光ドラムをそれぞれ備えており、これらの各感光ドラムは、モータによって低速(40rpm乃至100rpm)で回転される。感光ドラムを回転駆動するモータには、上記の如き低回転速度において、画像悪化の原因となる回転むらを生じないことが望まれている。 For example, an image processing apparatus (image forming apparatus) such as a color copying machine or a color printer is provided with photosensitive drums of four colors (black, yellow, blue, and red), and each of these photosensitive drums is driven at a low speed by a motor. (40 rpm to 100 rpm). It is desired that the motor that rotationally drives the photosensitive drum does not cause rotation unevenness that causes image deterioration at the low rotation speed as described above.
このため、モータの回転軸、または当該回転軸に連結される感光ドラムの連結軸の回転速度を検出するエンコーダを設け、当該エンコーダからの出力信号に基づいて感光ドラム(直接的にはモータ回転軸または連結軸)の回転速度を求め、感光ドラム(直接的にはモータ)の回転速度を目標回転速度に一致させるようにフィードバック制御(例えば、PID制御)が行なわれている。このエンコーダとしては、例えば、周方向に等間隔で配置された多数のスリットから成る光学パターンが形成されたコードホイールを上記回転軸等に同軸的に取り付けると共に、当該光学パターンを挟んで発光素子と受光素子(以下、まとめて回転検出器という)とを配置し、回転検出器がコードホイールの回転に伴う受光の有無に応じて出力信号としてパルス信号(ON/OFF信号)を出力する光学式のエンコーダが採用されている。このパルス信号は、回転軸の回転速度に応じてパルス幅(ON/OFFの切り換り時間)または単位時間当りのパルス数が変わるため、パルス信号を検出することにより回転軸の回転速度を求めることができる。 For this purpose, an encoder for detecting the rotational speed of the rotating shaft of the motor or the connecting shaft of the photosensitive drum connected to the rotating shaft is provided, and the photosensitive drum (directly the motor rotating shaft is detected based on the output signal from the encoder. Alternatively, the rotational speed of the connecting shaft) is obtained, and feedback control (for example, PID control) is performed so that the rotational speed of the photosensitive drum (directly the motor) matches the target rotational speed. As this encoder, for example, a code wheel on which an optical pattern made up of a large number of slits arranged at equal intervals in the circumferential direction is coaxially attached to the rotating shaft and the like, and the light emitting element is sandwiched between the optical pattern A light receiving element (hereinafter collectively referred to as a rotation detector) is arranged, and the rotation detector outputs an optical signal as an output signal according to the presence or absence of light reception accompanying the rotation of the code wheel. An encoder is used. The pulse signal has a pulse width (ON / OFF switching time) or a number of pulses per unit time that varies depending on the rotation speed of the rotation shaft. Therefore, the rotation speed of the rotation shaft is obtained by detecting the pulse signal. be able to.
また、エンコーダによる回転検出精度を向上するために、1つのコードホイールに対し2つの回転検出器を備えた構成が知られている。 In order to improve the rotation detection accuracy by the encoder, a configuration in which two rotation detectors are provided for one code wheel is known.
ところで、このようなコードホイールは、例えば、安価なPET(ポリエチレンテレフラレート)にて構成した場合、縦方向と横方向との膨張率の相違によって歪みが生じ略楕円状に変形する場合がある。これにより、エンコーダから出力されるパルス信号から求められる回転速度には、回転軸が1回転する毎に1周期の誤差成分と2周期の誤差成分を発生して、感光ドラムの回転速度に回転むらが発生する場合がある。 By the way, when such a code wheel is made of, for example, inexpensive PET (polyethylene terephthalate), distortion may occur due to a difference in expansion coefficient between the vertical direction and the horizontal direction, and the code wheel may be deformed into a substantially elliptical shape. . As a result, the rotation speed obtained from the pulse signal output from the encoder generates an error component of one cycle and an error component of two cycles every time the rotation shaft makes one rotation, and the rotation unevenness occurs at the rotation speed of the photosensitive drum. May occur.
そこで、本出願人は、特許文献1に、回転むらの発生を抑制する技術として、コードホイールに対し円板状のコードホイールの周方向に90°間隔で2つの回転検出器を配置し、この2つの回転検出器から各々出力されるパルス信号から各々求められる回転軸の回転速度の差からコードホイールの偏芯、楕円化などによる誤差成分を求め、当該誤差成分をキャンセルすることにより正確な回転数制御を行う技術を開示した(特許文献1参照。)。
Therefore, the present applicant, in
図18には、特許文献1の技術を用いてモータの回転速度を制御する流れを模式的に示した模式図が示されている。
FIG. 18 is a schematic diagram schematically showing a flow of controlling the rotational speed of the motor using the technique of
エンコーダ34’は、内蔵された2つの回転検出器から各々パルス信号を出力する。出力された2つのパルス信号は制御部52’に入力する。 The encoder 34 'outputs a pulse signal from each of the two built-in rotation detectors. The two output pulse signals are input to the controller 52 '.
制御部52’は、入力する2つのパルス信号のパルス幅または単位時間当りのパルス数から各々回転軸の回転速度E1new(θ)、E2new(θ)を求め、誤差補正処理を行って当該回転速度E1new(θ)、E2new(θ)からコードホイールの偏芯、楕円化などによる検出誤差による誤差成分を求めて、回転速度E1new(θ)から当該誤差成分をキャンセルすることにより正確な回転速度E(θ)を導出する。
The
そして、制御部52’は、導出された回転速度E(θ)を目標回転速度と比較して偏差(速度差)を求め、この偏差に基づいてモータの回転速度のPID制御を行う。 Then, the controller 52 'compares the derived rotational speed E (θ) with the target rotational speed to obtain a deviation (speed difference), and performs PID control of the rotational speed of the motor based on this deviation.
このPID制御は、P制御(比例制御)とI制御(積分制御)とD制御(微分制御)を併用したフィードバック制御であり、例えば、目標回転速度に対する偏差の比例計算、偏差を時間積分する積分計算、及び偏差を時間微分する微分計算を行い、この比例計算、積分計算、及び微分計算により求められる比例値と積分値と微分値とを加算して得られる値に対して所定のゲイン係数を乗算し、当該乗算により得られた値に基づいてドライバ54’からモータ部10A’へ供給する電流を制御することによりモータの回転速度を制御している。
ところで、回転速度E1new(θ)、E2new(θ)には、上記したコードホイールの偏芯、楕円化などによる検出誤差による誤差成分の他に高周波ノイズが含まれる場合があり、上記特許文献1の技術では、検出誤差による誤差成分を除去できるが、高周波ノイズを低減することはできない。このため、偏差には高周波ノイズが含まれることとなる。PID制御では、偏差に高周波ノイズが含まれると、微分計算により求まる微分値が大きな値となって高周波ノイズに過敏に反応するようになるため、モータの回転速度の制御が不安定になる。 Incidentally, the rotational speeds E1 new (θ) and E2 new (θ) may include high-frequency noise in addition to error components due to detection errors due to eccentricity and ovalization of the code wheel. In the first technique, an error component due to a detection error can be removed, but high-frequency noise cannot be reduced. For this reason, the deviation includes high-frequency noise. In PID control, if high frequency noise is included in the deviation, the differential value obtained by differential calculation becomes a large value and the sensor reacts sensitively to the high frequency noise, so that control of the rotational speed of the motor becomes unstable.
そこで、図18に示すPID制御では、高周波ノイズに過敏に反応する微分計算の前に低域フィルタによる演算を行うようにしており、比例・積分計算では偏差をそのまま用いるが、微分計算では、低域フィルタによって偏差に含まれる高周波ノイズを低減させた後に微分計算を行っている。 Therefore, in the PID control shown in FIG. 18, an operation using a low-pass filter is performed before the differential calculation that is sensitive to high-frequency noise. In the proportional / integral calculation, the deviation is used as it is. The differential calculation is performed after the high frequency noise included in the deviation is reduced by the bandpass filter.
図19には、図18に示すような構成において低域フィルタが有る場合と低域フィルタが無い場合の回転数制御の伝達特性を示したボード線図が示されている。 FIG. 19 is a Bode diagram showing the transfer characteristics of the rotational speed control in the configuration shown in FIG. 18 with and without the low-pass filter.
同図に示されるように、低域フィルタが有る場合は、低域フィルタが無い場合に比べ高周波でゲインが減少しているが、同時に高周波で位相遅れが発生する。 As shown in the figure, when the low-pass filter is provided, the gain is reduced at a high frequency as compared with the case without the low-pass filter, but at the same time, a phase delay occurs at the high frequency.
このため、これ以上ゲインを上げると、この位相遅れの影響で制御安定性(位相余裕・ゲイン余裕)が損なわれ発振する。このため、ゲインは同図に示す低域フィルタが有る場合のゲインが減少し始めるあたりが限界である。 Therefore, if the gain is further increased, the control stability (phase margin / gain margin) is impaired due to the influence of the phase delay, and oscillation occurs. For this reason, the gain is limited when the gain starts to decrease when the low-pass filter shown in FIG.
しかし、このゲインでは、モータが高トルクリップルの場合など制御対象となる回転むらが大きい場合に、回転むらを許容レベルまで抑制することはできない場合がある。 However, with this gain, when the rotation unevenness to be controlled is large, such as when the motor has high torque ripple, the rotation unevenness may not be suppressed to an allowable level.
本発明は、上記事実を鑑みてなされたものであり、位相遅れを抑制して制御安定性を向上させたモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described facts, and an object of the present invention is to provide a motor with improved control stability by suppressing phase delay.
上記目的を達成するために請求項1記載の発明に係るモータは、被回転体に連結される回転軸と、円板状に形成され、前記回転軸または被回転体に同軸的に取り付けられる被検出部材と、前記被検出部材の周方向に所定の間隔で配置され、各々当該被検出部材の回転速度を検出する第一回転検出器及び第二回転検出器と、前記第一回転検出器及び第二回転検出器により各々検出された前記被検出部材の回転速度から当該被検出部材の偏芯、楕円化による誤差成分を除去する除去手段と、前記第一回転検出器及び第二回転検出器により各々検出されて前記除去手段により前記誤差成分が除去された2つの回転速度の平均値と目標回転速度との偏差を求め、当該偏差に応じて前記被検出部材の回転速度を前記目標回転速度に一致させるように前記回転軸の回転速度のフィードバック制御を行う制御手段と、を備えている。 In order to achieve the above object, a motor according to a first aspect of the present invention is a rotating shaft coupled to a rotating body and a disk formed in a disc shape and coaxially attached to the rotating shaft or the rotating body. A detection member, a first rotation detector and a second rotation detector which are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the detected member, and detect the rotational speed of the detected member, respectively, the first rotation detector, Removal means for removing error components due to eccentricity and ovalization of the detected member from the rotational speed of the detected member detected by the second rotation detector, the first rotation detector and the second rotation detector A deviation between the average value of the two rotation speeds detected by the removal means and the error component removed by the removing means and the target rotation speed is obtained, and the rotation speed of the detected member is determined according to the deviation. To match the above It comprises a control means for performing feedback control of the rotational speed of the rotating shaft, a.
請求項1記載モータは、円板状に形成され、被回転体に連結される回転軸または被回転体に同軸的に取り付けられる被検出部材の周方向に、第一回転検出器及び第二回転検出器が所定の間隔で配置され、当該第一回転検出器及び第二回転検出器により各々当該被検出部材の回転速度が検出されている。
The motor according to
そして、請求項1記載モータは、除去手段により、第一回転検出器及び第二回転検出器により各々検出された被検出部材の回転速度から当該被検出部材の偏芯、楕円化による誤差成分が除去されており、制御手段により、第一回転検出器及び第二回転検出器により各々検出されて除去手段により誤差成分が除去された2つの回転速度の平均値と目標回転速度との偏差が求められて、当該偏差に応じて被検出部材の回転速度を目標回転速度に一致させるように回転軸の回転速度のフィードバック制御が行われている。
In the motor according to
このように、請求項1記載のモータは、第一回転検出器及び第二回転検出器により各々被検出部材の回転速度を各々検出し、各々検出された被検出部材の回転速度から当該被検出部材の偏芯、楕円化による誤差成分を除去し、誤差成分が除去された2つの回転速度の平均値と目標回転速度との偏差が求めるため、低域フィルタが無くても、高周波ノイズを低減させることができ、当該偏差に応じて被検出部材の回転速度を目標回転速度に一致させるように回転軸の回転速度のフィードバック制御を行うことにより、位相遅れが抑制されれて発振が発生しないため、制御安定性が向上する。
Thus, the motor according to
なお、本発明のフィードバック制御は、請求項2記載のように、前記2つの回転速度の平均値と目標回転速度との偏差を時間微分する微分計算、前記除去手段により前記誤差成分が除去された一方の回転速度と前記目標回転速度との偏差の比例計算、当該一方の回転速度と前記目標回転速度との偏差を時間積分する積分計算を行い、当該比例計算、積分計算、及び微分計算により求められる比例値と積分値と微分値に基づいて前記回転軸の回転速度を制御するPID制御としてもよい。
According to the feedback control of the present invention, as described in
この請求項2記載の発明によれば、PID制御の微分値を、2つの回転速度の平均値と目標回転速度との偏差を時間微分する微分計算を行って求めるので、高周波ノイズによって回転速度の制御が不安定になることを抑制することができる。 According to the second aspect of the present invention, the differential value of the PID control is obtained by performing a differential calculation that time-differentiates the deviation between the average value of the two rotational speeds and the target rotational speed. It can suppress that control becomes unstable.
また、本発明の前記除去手段は、請求項3記載のように、前記第一回転検出器及び第二回転検出器により各々検出される前記被検出部材の回転速度を少なくとも前記被検出部材1回転分それぞれ記憶し、当該記憶した前記第一回転検出器及び第二回転検出器による回転速度の同一回転角毎の差を2で除して前記被検出部材1回転分の速度の変動波形を求め、当該変動波形に含まれる前記被検出部材の1回転で1周期の誤差成分と前記被検出部材の1回転で2周期の誤差成分を抽出して当該1回転で1周期の誤差成分と1回転で2周期の誤差成分の振幅及び位相を、前記第一回転検出器と前記第二回転検出器の前記周方向のなす角に応じて各々補正することにより回転角毎の速度検出誤差を求め、前記第一回転検出器及び第二回転検出器により各々検出される前記被検出部材の回転速度から当該被検出部材の回転角に応じた速度検出誤差を減ずることにより前記誤差成分を除去してもよい。 Further, according to a third aspect of the present invention, the removing means has a rotational speed of the detected member detected by the first rotation detector and the second rotation detector, at least one rotation of the detected member. The difference between the rotation speeds of the stored first rotation detector and the stored second rotation detector at the same rotation angle is divided by 2 to obtain a fluctuation waveform of the speed of one rotation of the detected member. Then, an error component of one cycle is extracted by one rotation of the detected member included in the fluctuation waveform and an error component of two cycles is extracted by one rotation of the detected member, and an error component of one cycle and one rotation are extracted by the one rotation. The velocity detection error for each rotation angle is obtained by correcting the amplitude and phase of the two-cycle error component in accordance with the angle formed by the circumferential direction of the first rotation detector and the second rotation detector, By the first rotation detector and the second rotation detector It may be removed by the error component by the people is detected from the rotational speed of the detected member reduces the speed detection error corresponding to the rotation angle of the detection member.
この請求項3記載の発明によれば、変動波形に含まれる1回転で1周期の誤差成分と1回転で2周期の誤差成分を抽出して当該1回転で1周期の誤差成分と1回転で2周期の誤差成分の振幅及び位相を各々補正して回転角毎の速度検出誤差を求め、第一回転検出器及び第二回転検出器により各々検出される被検出部材の回転速度から当該被検出部材の回転角に応じた速度検出誤差を減じているので、回転軸または被回転体の現実の回転速度を精度良く検出することができる。 According to the third aspect of the present invention, an error component of one cycle in one rotation and an error component of two cycles in one rotation included in the fluctuation waveform are extracted, and one cycle error component and one rotation in the one rotation. The velocity detection error for each rotation angle is obtained by correcting the amplitude and phase of the error component of the two periods, and the detected object is detected from the rotation speeds of the detected members detected by the first rotation detector and the second rotation detector, respectively. Since the speed detection error corresponding to the rotation angle of the member is reduced, the actual rotation speed of the rotating shaft or the rotated body can be detected with high accuracy.
また、本発明は、請求項4記載のように、前記記憶した前記第一回転検出器による回転速度をE1old(θ)、前記記憶した前記第二回転検出器による回転速度をE2old(θ)、前記第一回転検出器により検出される前記被検出部材の回転速度をE1new(θ)、前記第二回転検出器により検出される前記被検出部材の回転速度をE2new(θ)、前記第一回転検出器と前記第二回転検出器の前記周方向のなす角をθi、前記平均値をEa(θ)としたときに、 According to a fourth aspect of the present invention, the stored rotational speed by the first rotation detector is E1 old (θ), and the stored rotational speed by the second rotation detector is E2 old (θ ), The rotation speed of the detected member detected by the first rotation detector is E1 new (θ), the rotation speed of the detected member detected by the second rotation detector is E2 new (θ), When the angle formed by the circumferential direction of the first rotation detector and the second rotation detector is θ i and the average value is Ea (θ),
この請求項4記載の発明によれば、誤差成分を除去すると共に、高周波ノイズを低減させることができ、制御安定性が向上する。 According to the fourth aspect of the present invention, the error component can be removed and the high frequency noise can be reduced, thereby improving the control stability.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下では、本発明を、アウタロータ型モータ10に適用した場合について説明する。
(アウタロータ型モータの概略全体構成)
図1には、アウタロータ型モータ10が側断面にて示されている。この図に示される如く、アウタロータ型モータ10は、モータ部10Aと、後述する回転制御部10Bとで構成されている。モータ部10Aは、ステータ12を備えており、ステータ12はステータベース14を備えている。ステータベース14は、略円筒状に形成されたセンタ筒部16と、センタ筒部16の一端部における外周部から軸直角方向に張り出した平板状のステータハウジング18とで構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the case where the present invention is applied to the outer
(Outline overall configuration of outer rotor type motor)
FIG. 1 shows an outer
センタ筒部16の外周部には、ステータコア20が圧入、接着、またはねじ止め等によって固着されている。このステータコア20には、コイル22が巻装されている。また、センタ筒部16の内部は、当該センタ筒部16を軸方向に貫通する軸孔16Aとされている。一方、ステータハウジング18は、センタ筒部16側と反対側に突出した複数の取付部18Aを有しており、各取付部18Aは装置への固定用とされている。また、ステータハウジング18には、センタ筒部16の径方向外側で板厚方向に貫通する複数(本実施の形態では3つ)のセンサ孔18Bが設けられている。
A
また、アウタロータ型モータ10は、ロータ24と当該ロータ24と一体に回転する回転軸26とを備えている。回転軸26は、センタ筒部16の軸孔16A内に配置された2つの軸受28を介して当該センタ筒部16に対し同軸的かつ回転自在に支持されている。回転軸26は、その両端部がそれぞれ軸孔16A(ステータ12)から突出している。この回転軸26は、回転制御部10Bによる回転速度の制御対象である。
The outer
ロータ24は、ロータハウジング30と、当該ロータハウジング30に固着されたマグネット32とを備えている。ロータハウジング30は、全体として略有底円筒状に形成されており、底部30Aと、当該底部30Aの外周に沿って立設された円筒部30Bと、底部30Aの軸心部に設けられた円筒状のボス部30Cとを有して構成されている。このロータハウジング30は、ボス部30Cに回転軸26を挿入させた状態で、当該回転軸26に同軸的に固定されている。また、円筒部30Bは、ステータ12のコイル22を径方向外側から覆っており、その内面にマグネット32を固着させてコイル22に対向させている。
The
以上により、本実施の形態におけるアウタロータ型モータ10は、マグネットロータを有するブラシレスモータとされており、コイル22に電流が供給されると、当該コイル22及びマグネット32の磁力によって、装置に固定されるステータ12に対しロータ24及び回転軸26が回転する構成である。
As described above, the outer
(回転制御部の構成)
このアウタロータ型モータ10は、回転軸26の回転速度を制御するための回転制御部10Bを備えている。回転制御部10Bは、回転軸26の回転速度を検出するためのエンコーダ34と、エンコーダ34の出力に基づいて回転軸26の回転速度を制御するためのコントローラ50(図4参照)とを主要構成要素として構成されている。
(Configuration of rotation control unit)
The outer
(エンコーダの構成)
エンコーダ34は被検出部材としてのコードホイール36を備えている。コードホイール36は、回転軸26に同軸的に固定されて当該回転軸26における回転速度の被検出部を構成する。具体的には、コードホイール36は、円環板状(円板状)に形成されており、その軸心部にはボス部材38が固着されている。そして、このボス部材38が回転軸26に嵌着されることで、コードホイール36が回転軸26に同軸的かつ一体回転可能に取り付けられている。この状態で、コードホイール36は、ステータハウジング18に対しセンタ筒部16と反対側に位置している。
(Encoder configuration)
The
このコードホイール36の外周近傍には、図2(A)及び図3(A)に示される如く、所定数のスリット36Aが周方向に等間隔で全周に亘り形成されており、被検出パターンである光学パターン37を構成している。各スリット36Aは、コードホイール36の板厚方向に光を透過可能に設けられており、本実施の形態ではスリット36Aのスリット数は1500とされている。
In the vicinity of the outer periphery of the
より具体的に説明すると、コードホイール36は、透明な樹脂材であるポリエチレンテレフタレート(以下、PETという)にて構成されており、その外周近傍に所定数(1500本)の非導光部としての光不透過部36Bが全周に亘り周方向に等間隔に設けられることで、各光不透過部36B間にそれぞれ光透過部である導光部としてのスリット36Aが形成されている。本実施の形態では、各光不透過部36Bは、コードホイール36の表面に不透明なインク等にて印刷されることで不透明に設けられている。図3(B)に示される如く、各光不透過部36Bは、コードホイール36の径方向の外縁が当該コードホイール36の外周縁にて規定されると共に、径方向の内縁がコードホイール36と同軸的な仮想円Cに沿う円弧状とされている。また、光不透過部36Bの周方向の両縁は、当該コードホイール36の半径方向(放射方向)に沿う直線形状とされている。以上により、各光不透過部36Bの形状は、扇型の径方向内側を相似形状の扇型にて切り取った如き形状に形成されている。そして、互いに同形状の光不透過部36Bが周方向の幅の2倍のピッチで当該周方向に等間隔に配置されることで、各光不透過部36B間には、各光不透過部36Bと略同形状のスリット36Aが形成されている。
More specifically, the
本実施形態では、スリット36Aと光不透過部36Bとをコードホイール36の周方向に交互に配置することで、スリット36Aがコードホイール36の全周に亘り等間隔で1周あたり1500本設けられて、上記光学パターン37を構成している。したがって、スリット36Aを形成する光不透過部36Bも、一周あたり1500本だけ設けられている。なお、図3(A)に示すコードホイール36の軸心部を貫通する貫通孔36Cは、ボス部材38の嵌合用である。
In the present embodiment, the
また、エンコーダ34は、回転検出器として2つの回転センサ40を備えている。図2(B)に示される如く、各回転センサ40は、それぞれ一対のアーム42、44を有する断面視で略「コ」字状に形成された透過型フォトインタラプタ(フォトIC)であり、当該アーム42、44間にコードホイール36におけるスリット36A形成部位を非接触状態で位置させている。
The
そして、各回転センサ40は、それぞれ一方のアーム42に発光素子が設けられると共に、他方のアーム44に受光素子(何れも図示省略)が設けられている。これにより、各回転センサ40は、それぞれ発光素子が発した光がスリット36Aを通過して受光素子で受光されるか否かに応じてパルス(ON/OFF)信号を出力する構成である。したがって、各回転センサ40は、それぞれ回転軸26の1回転(360°)当り1500パルスを発生するようになっており、このパルス数がコードホイール36の回転角に対応し、パルス幅(ON/OFFの切り換り時間)または単位時間当りのパルス数がコードホイール36の回転速度に対応する。
Each
これらの回転センサ40はそれぞれ基板46に実装されており、基板46はステータハウジング18におけるセンタ筒部16側の面に固定されている。これにより、各回転センサ40は、ステータ12に対し不動とされている。また、各回転センサ40は、ステータハウジング18のセンサ孔18Bを挿通しており、それぞれのアーム42、44間にコードホイール36のスリット36A形成部位を入り込ませている。これにより、各回転センサ40は、回転軸26の回転に伴いアーム42、44間を相対移動するコードホイール36の回転速度に応じたパルス信号を出力するようになっている。
These
そして、図2(A)に示される如く、各回転センサ40は、それぞれ回転軸26の軸心を向いた状態で、コードホイール36の周方向に沿って90°間隔で配置されている。以下、各回転センサ40を区別して説明する場合には、図2(A)に示す相対角0°に配置された回転センサ40を第1回転センサ40A、相対角90°に配置された回転センサ40を第2回転センサ40Bと言うこととする。
As shown in FIG. 2A, the
また、アウタロータ型モータ10は、エンコーダ34を覆うカバー部材45を備えている。カバー部材45は、軸心部に設けられた透孔46Aから回転軸26を突出させた状態で、ステータハウジング18におけるセンサ孔18Bの内縁に嵌合してステータ12に固定されている。これにより、エンコーダ34(各回転センサ40によるコードホイール36の回転速度検出部位)は、カバー部材45によって外部からの光や異物の侵入が防止されている。
In addition, the outer
なお、各回転センサ40を実装した基板46には、ステータ12のセンタ筒部16が軸直角方向に移動することを許容する切欠きまたは長孔が設けられており、ステータハウジング18のセンサ孔18Bは上記センタ筒部16の移動方向に沿って回転センサ40の移動を許容する長孔とされている。これにより、各回転センサ40がコードホイール36に干渉しないように、各回転センサ40を実装した基板46の切欠きまたは長孔にセンタ筒部16を挿入し、その後基板46をステータ12に対し回転軸26の軸直角方向(図2に示す矢印A方向)に移動することで、各回転センサ40のアーム42、44間にコードホイール36を入り込ませることができる構成とされている。なお、この構成に代えて、基板46を複数に分割した構成を採用することも可能である。
The substrate 46 on which each
また、各回転センサ40を実装した基板46には、コネクタ付配線を介して外部電源(何れも図示省略)に電気的に接続されるコネクタ48が設けられている。そして、この基板46には、ロータ24の磁極位置を検出するホール素子(図示省略)、コイル22への通電制御用のコントローラ50等、アウタロータ型モータ10(モータ部10A)の駆動・制御に要する全ての電気部品を実装している。なお、基板46に実装される電気部品のうち、モータ部10Aの駆動に供する部品はモータ部10Aに属すると把握することも可能である。
Further, the board 46 on which each
(コントローラの構成)
図4に示される如く、コントローラ50は、制御部52とドライバ54とから構成されている。ドライバ54は、モータ部10Aのコイル22及び外部電源(コネクタ48)とそれぞれ電気的に接続されており、コイル22に電流を供給するようになっている。
(Configuration of controller)
As shown in FIG. 4, the
制御部52は、各回転センサ40及び外部電源(コネクタ48)とそれぞれ電気的に接続されており、各回転センサ40からパルス信号及び外部から目標回転速度を示す回転数指令信号がそれぞれ入力されるようになっている。制御部52は、演算装置であるCPUや記憶装置であるRAM、ROM等を含んで構成されており、各回転センサ40から入力するパルス信号及び外部から入力する回転数指令信号に基づいてドライバ54を介したコイル22への給電の有無、供給電流の大きさを制御するようになっている。
The
すなわち、制御部52は、各回転センサ40から入力するパルス信号のパルス数をカウントすることにより回転軸26の回転角θを検出すると共に、当該パルス信号のパルス幅または単位時間当りのパルス数を検出することにより回転軸26の回転速度を検出しており、当該検出した回転速度を回転数指令信号により示される目標回転速度と比較してこれらの差がなくなるように、ドライバ54によるコイル22へ供給する電流を制御する構成とされている。
That is, the
この回転軸26の回転角θは、例えば、制御部52に電力が供給されて制御部52で所定の初期処理が終了した時点の回転軸26の回転角θを0°とし、回転センサ40からパルスが入力すると当該回転センサ40で検出される回転軸26の回転角θを0.24°(=360°/1500)ずつ増加させて、回転角θが360°となった時点で0°にすることにより検出できる。なお、回転軸26の回転角θは、各回転センサ40毎に別々に検出してもよく、また、一方の回転センサ40で検出された回転角θを他方の回転センサ40で用いもよい。また、別途、回転軸26やコードホイール36にマークを設け、当該マークをセンサにより検出し、当該センサからの信号により回転角θを0°にするようにしてもよい。
For example, the rotation angle θ of the
以下、制御部52による回転軸26の回転速度の検出について詳細に説明する。なお、以下の説明では、第1回転センサ40Aからのパルス信号から求められる回転角θでの回転速度をE1(θ)と言い、第1回転センサ40Bからのパルス信号から求められる回転角θでの回転速度をE2(θ)と言うこととする。
Hereinafter, detection of the rotation speed of the
図5には、制御部52による回転速度の制御の流れを模式的に示した模式図が示されている。
FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing the flow of control of the rotation speed by the
制御部52は、第1回転センサ40A及び第2回転センサ40Bから入力されるパルス信号から回転軸26の回転速度E1new(θ)、及び回転速度E2new(θ)を求める。そして、制御部52は、後述する誤差補正処理を行って回転速度E1new(θ)、及び回転速度E2new(θ)からコードホイール36の偏芯、楕円化などによる検出誤差による誤差成分を求め、回転速度E1new(θ)から誤差成分をキャンセルして正確な回転速度E1(θ)を導出し、また、回転速度E2new(θ)から誤差成分をキャンセルして正確な回転速度E2(θ)を導出する。
The
制御部52は、導出された回転速度E1(θ)を目標回転速度と比較して偏差を求め、当該偏差の比例計算、偏差を時間積分する積分計算を行う一方、導出された回転速度E1(θ)と回転速度E2(θ)の平均値Ea(θ)を求めて当該平均値Ea(θ)を目標回転速度と比較して偏差を求め、当該偏差を時間微分する微分計算を行う。そして、制御部52は、比例計算、積分計算、及び微分計算により求められる比例値と積分値と微分値とを加算することにより得られる値に対して所定のゲイン係数を乗算し、当該乗算により得られた値に基づいてドライバ54によるコイル22へ供給する電流を制御することにより回転軸26の回転速度を制御している。
The
次に、誤差補正処理について説明する。 Next, error correction processing will be described.
コードホイール36の回転中心と回転軸26の回転中心とが完全に一致しており、かつスリット36Aが当該一致した回転中心を中心とする真円に沿って形成されていれば、各回転センサ40からのパルス信号から求められる回転速度E1、E2は、それぞれ回転軸26の真の回転速度に正確に対応する。
If the rotation center of the
ところが、図6(A)に示される如くコードホイール36と回転軸26との間に心ずれがあると、図6(C)に実線にて示される如く、コードホイール36の1回転(1500パルス)で1周期の正弦波状の誤差成分(以下、1周期成分という)が生じる。また、例えばコードホイール36(スリット36A)が歪みよって図6(B)に示される如く楕円化すると、図6(C)に二点鎖線にて示される如く、コードホイール36の1回転で2周期の正弦波状の誤差成分(以下、2周期成分という)が生じる。したがって、1周期成分はAsinθとして表わすことができ、2周期成分は、1周期成分との位相差をαとするとBsin(2θ+α)として表わすことができる。
However, if there is a misalignment between the
このコードホイール36と回転軸26との間に心ずれは、例えばコードホイール36の回転軸26への取付誤差等に起因して生じ、コードホイール36の楕円化(歪み)は、例えば縦横で膨張率の異なる材料にてコードホイール36を構成した場合に、高温環境下で顕著となる。そして、本実施の形態に係るコードホイール36は、PETにて構成されているため、縦横の熱膨張率が異なり、70℃以上の環境下で楕円化が生じやすい構成とされている。
The misalignment between the
なお、図6(C)は、基準のパルス幅(例えば、回転軸が一定速度で回転している場合の誤差のないパルス信号1周期の時間)を1としたときの誤差量を縦軸に、回転センサ40が検出する累積パルス数を横軸にとり、1周期成分の誤差ピークが基準パルス幅の0.35%(最大振幅A=0.0035)、2周期成分の誤差ピークが基準パルス幅の0.15%(最大振幅B=0.0015)である場合の、単一の回転センサ40のパルス信号(生波形)に含まれる1周期成分及び2周期成分を示している。
In FIG. 6C, the vertical axis indicates the error amount when the reference pulse width (for example, the time of one cycle of the pulse signal without error when the rotation axis rotates at a constant speed) is 1. The horizontal axis represents the cumulative number of pulses detected by the
以上により、図7(A)に示される如く、コードホイール36が回転軸26に対し偏心しかつ楕円化している場合には、例えば、コードホイール36の1回転分の回転速度E1には、図7(B)に示される如く、1周期成分1Fと2周期成分2Fとが重ね合わされた誤差波形Eeが生じる。また、コードホイール36の1回転分の回転速度E1,E2と、回転軸26の回転むら(モータ実回転速度)Meとの関係は、図7(C)に示される。
As described above, when the
このとき、第1回転センサ40Aから得られるコードホイール36の1回転分の回転速度E1(θ)と、第2回転センサ40Bから得られるコードホイール36の1回転分の回転速度E2(θ)との同一回転角毎の差を2で除したe(θ)の演算を行うと、このe(θ)には、図8(A)に示される如く、1周期成分1Fと2周期成分2Fが含まれる。
At this time, the rotation speed E1 (θ) of one rotation of the
そこで、制御部52は、回転速度E1、及び回転速度E2を少なくともコードホイール36の1回転分記憶する。以下、この記憶された1回転分の回転速度E1を回転速度E1old(θ)とし、記憶された1回転分の回転速度E2を回転速度E2old(θ)とする。なお、この回転速度E1old(θ)及び回転速度E2old(θ)は、第1回転センサ40A及び第2回転センサ40Bから入力されるパルス信号からコードホイール36の1回転分の回転速度E1及び回転速度E2が新たに求まる毎に適宜更新するものとしてもよい。
Therefore, the
そして、制御部52は、当該記憶した回転速度E1old(θ)及び回転速度E2old(θ)に基づいて1周期成分1Fと2周期成分2Fを求め、第1回転センサ40A及び第2回転センサ40Bから入力されるパルス信号から求められる現在の回転速度E1new(θ)、及び回転速度E2new(θ)から回転角θでの1周期成分1Fと2周期成分2Fを減算することにより、誤差成分を除去している。
And the
なお、以下では回転速度E1new(θ)から誤差成分を除去する場合を例として説明する。 In the following description, an example in which an error component is removed from the rotational speed E1 new (θ) will be described.
コードホイール36の偏芯、楕円化などによる回転角毎の速度検出誤差をh(θ)とした場合、以下の式(1)に示すように、コードホイール36の回転時に第1回転センサ40Aから入力されるパルス信号から求められる現在の回転速度E1new(θ)から回転角θでの速度検出誤差h(θ)を減算すれば、この演算結果は、図8(B)に示されるように、誤差成分Eeが除去された回転軸の回転むらMe(θ)の波形(図7(C)参照)そのものとなる。
When the speed detection error for each rotation angle due to eccentricity, ovalization, etc. of the
この式(3)〜式(6)に示すa1、b1、a2、b2を用いて、回転速度E1内に含まれる誤差成分波形を表現したものが、式(2)に示す速度検出誤差h(θ)である。
Speed indicated this equation (3) using a 1, b 1, a 2 ,
なお、このa1、b1、a2、b2で表わされる波形には、実際に回転速度E1内に含まれる誤差量に対して、振幅・位相共に差が生じている。このため、振幅の大きさを振幅補正係数k1、k2の値で調整し、位相を位相補正量△θ1、△θ2の値で調整している。 In the waveforms represented by a 1 , b 1 , a 2 , and b 2 , there is a difference in both amplitude and phase with respect to the error amount actually included in the rotational speed E1. For this reason, the magnitude of the amplitude is adjusted by the values of the amplitude correction coefficients k 1 and k 2 , and the phase is adjusted by the values of the phase correction amounts Δθ 1 and Δθ 2 .
この振幅補正係数k1、k2、及び位相補正量△θ1、△θ2は、図9に示すように、エンコーダ34の第1回転センサ40Aを基準とする第2回転センサ40Bのコードホイール36の周方向のなす角θi(以下、「ピッチ角θi」という。)によって定まり、式(7)〜式(10)によって求められる。
As shown in FIG. 9, the amplitude correction coefficients k 1 and k 2 and the phase correction amounts Δθ 1 and Δθ 2 are the code wheel of the
本実施の形態では、図2に示すように、ピッチ角θi=90°(=π/2)である。このため、式(3)〜式(6)により、k1=√2、k2=1、△θ1=−π/4、△θ2=0となり、上記式(2)は特許文献1に示した演算式(2)と等価となる。なお、特許文献1では、2周期成分2Fの調整が不要であることから、2周期成分2Fのフーリエ係数の演算を省略した構成となっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the pitch angle θ i = 90 ° (= π / 2). For this reason, k 1 = √2, k 2 = 1, Δθ 1 = −π / 4, Δθ 2 = 0 according to the equations (3) to (6). It is equivalent to the arithmetic expression (2) shown in FIG. In
次に、上記の式(1)〜(10)に示した演算式の導出について記す。 Next, derivation of the arithmetic expressions shown in the above equations (1) to (10) will be described.
回転センサ40A、40Bのピッチ角をθiとし、回転角θにおける回転軸26の回転速度をω(θ)とし、1周期成分1Fの正弦成分をeS1、1周期成分1Fの余弦成分をeC1とし、2周期成分2Fの正弦成分をeS2、2周期成分2Fの余弦成分をec2とすると、回転センサ40A、40Bから入力されるパルス信号から求められる回転速度E1(θ)、E2(θ)は、以下の式(12)(13)のように示される。
The pitch angle of the
この式(15)は、式(12)に示される回転速度E1(θ)に含まれる誤差成分そのものである。 This equation (15) is the error component itself included in the rotational speed E1 (θ) shown in the equation (12).
従って、変動波形e(θ)に含まれる1周期成分1Fの正弦成分及び余弦成分をK1倍して位相をΔθ1だけシフトさせ、2周期成分2Fの正弦成分及び余弦成分をK2倍して位相をΔθ2だけシフトさせてh(θ)を求め、以下の式(16)に示すように、回転速度E1(θ)からh(θ)を減ずることにより、モータの回転速度ω(θ)を求めることができる。
E(θ)=E1(θ)−h(θ)=ω(θ)・・・(16)
なお、このh(θ)の生成は、上述の下記の演算の通り、(E1old(θ)−E2old(θ))/2の中に含まれる1周期成分1F、2周期成分2Fの各成分をフーリエ級数展開によって抽出し、各成分の振幅、位相を前記K1、K2、△θ1、△θ2を用いて調整することで可能になる。
Accordingly, the sine component and cosine component of one periodic component 1F contained in fluctuation waveform e (theta) is shifted to K 1 is multiplied by the phase only [Delta] [theta] 1, the sine component and cosine component of the two periodic component 2F K 2 multiplied The phase is shifted by Δθ 2 to obtain h (θ), and the motor rotational speed ω (θ is obtained by subtracting h (θ) from the rotational speed E1 (θ) as shown in the following equation (16). ).
E (θ) = E1 (θ) −h (θ) = ω (θ) (16)
The generation of h (θ) is performed according to each of the 1-cycle component 1F and 2-cycle component 2F included in (E1 old (θ) −E2 old (θ)) / 2 as described in the following calculation. This is possible by extracting the components by Fourier series expansion and adjusting the amplitude and phase of each component using K 1 , K 2 , Δθ 1 , and Δθ 2 .
本実施の形態に係る制御部52は、上述した式(3)〜式(8)を実行可能に記憶している。また、制御部52は、上述した式(1)、式(2)、式(9)、式(10)を、回転速度E1補正用に対応させて変形した式(1−1)、式(2−1)、式(9−1)、式(10−1)と、回転速度E2補正用に対応させて変形した式(1−2)、式(2−2)、式(9−2)、式(10−2)とを実行可能に記憶している。
The
なお、式(1−1)、式(2−1)、式(9−1)、及び式(10−1)は、上述した式(1)、式(2)、式(9)、式(10)のh(θ)、Δθ1及びΔθ2に添え字「e1」を追加したものである。また、式(1−2)、式(2−2)、式(9−2)、及び式(10−2)は、上述した式(1)、式(2)のh(θ)、Δθ1及びΔθ2に添え字「e2」を追加し、さらに、第2回転センサ40Bを基準とする第1回転センサ40Aのピッチ角θiに合わせて補正したものである。
In addition, Formula (1-1), Formula (2-1), Formula (9-1), and Formula (10-1) are the above-described Formula (1), Formula (2), Formula (9), Formula h of (10) (θ), is obtained by adding the letter "e1" subject to Δθ 1 and Δθ 2. Moreover, Formula (1-2), Formula (2-2), Formula (9-2), and Formula (10-2) are h (θ) and Δθ in Formula (1) and Formula (2) described above. Add the letter "e2" appended to 1 and [Delta] [theta] 2, further, in which corrected to match the pitch angle theta i of the
上記構成のアウタロータ型モータ10は、コントローラ50が作動してドライバ54からコイル22に通電されると、ロータ24、回転軸26、コードホイール36が共に回転する。
In the outer
回転軸26が回転すると、エンコーダ34の第1回転センサ40A、及び第2回転センサ40Bは、それぞれコードホイール36の回転速度に応じて各々パルス信号を出力する。出力されたパルス信号は基板46に実装されたコントローラ50の制御部52に入力する。
When the
制御部52は、第1回転センサ40A及び第2回転センサ40Bからパルス信号が入力されると、当該パルス信号から回転軸26の回転角θを検出すると共に、当該回転角θでの回転速度E1new(θ)、及び回転速度E2new(θ)を随時検出する。そして、制御部52は、回転速度E1new(θ)及びE2new(θ)を少なくともコードホイール36の1回転分記憶し、記憶した回転速度E1old(θ)及び回転速度E2old(θ)を用いて式(3)〜式(8)の演算を行ってa1、b1、a2、b2を求める。
When the pulse signal is input from the
その後、制御部52は、第1回転センサ40Aから入力されるパルス信号から求められる現在の回転速度E1new(θ)に対して式(1−1)、式(2−1)、式(9−1)及び式(10−1)の演算を実行して回転速度E1new(θ)から速度検出誤差he1(θ)を減算し、また、第2回転センサ40Bから入力されるパルス信号から求められる現在の回転速度E2new(θ)に対して式(1−2)、式(2−2)、式(9−2)及び式(10−2)の演算を実行して、回転速度E2new(θ)から速度検出誤差he2(θ)を減算することにより、正確な回転速度E1(θ)及び回転速度E2(θ)を導出する。
Thereafter, the
制御部52は、導出された正確な回転速度E1(θ)を目標回転速度と比較して偏差を求め、当該偏差の比例計算、偏差を時間積分する積分計算を行う一方、正確な回転速度E1(θ)と回転速度E2(θ)の平均値Ea(θ)を求めて当該平均値Ea(θ)を目標回転速度と比較して偏差を求め、当該偏差を時間微分する微分計算を行う。
The
そして、制御部52は、比例計算、積分計算、及び微分計算により求められた比例値と積分値と微分値とを加算することにより得られる値に対して所定のゲイン係数を乗算し、当該乗算により得られた値に基づいてドライバ54に制御信号を出力する。
Then, the
ドライバ54は、この制御信号に応じてコイル22に電流を供給する。すなわち、コントローラ50によって、モータ部10Aの回転軸26の回転速度に対するフィードバック制御が為される。
The
これにより、回転軸26、すなわち回転軸26に連結される被回転体(例えば、感光ドラム)が回転数指令信号に基づく設定速度に精度良く保持される。
Thereby, the rotating
ここで、式(1−1)及び式(1−2)の第1項のE1new(θ)とE2new(θ)には、高周波ノイズが含まれている。また、第2項のhe1(θ)とhe2(θ)は、コードホイール36の偏心・楕円化による誤差成分でしかない。よって、式(1−1)及び式(1−2)により導出される回転速度E1(θ)及び回転速度E2(θ)には高周波ノイズが含まれる。
Here, high frequency noise is included in E1 new (θ) and E2 new (θ) of the first term of the equations (1-1) and (1-2). The second terms h e1 (θ) and h e2 (θ) are only error components due to the eccentricity and ovalization of the
そこで、本実施の形態では、この高周波ノイズを除去するために、以下の式(17)に示すように、回転速度E1(θ)と回転速度E2(θ)を平均化している。 Therefore, in this embodiment, in order to remove this high-frequency noise, the rotational speed E1 (θ) and the rotational speed E2 (θ) are averaged as shown in the following equation (17).
図10は、本実施の形態に係るアウタロータ型モータ10を駆動させた場合の回転速度の平均値Ea(θ)と回転速度E1(θ)と回転速度E2(θ)の経時的な変化の一例を示すグラフである。なお、図10の縦軸は、各回転センサ40から入力するパルス信号のパルス幅をCPUのクロックでカウントしたカウント値であり、回転速度を示している。
FIG. 10 shows an example of changes over time in the average value Ea (θ), the rotational speed E1 (θ), and the rotational speed E2 (θ) of the rotational speed when the outer
同図に示されるように、回転速度の平均値Ea(θ)は、回転速度E1(θ)と回転速度E2(θ)の中心値になる。 As shown in the figure, the average value Ea (θ) of the rotation speed is the center value of the rotation speed E1 (θ) and the rotation speed E2 (θ).
このように平均化することにより、図10のT1に示すように、回転速度E1(θ)と回転速度E2(θ)が同じ方向に変化した場合はEa(θ)が変化し、図10のT2に示すように、回転速度E1(θ)と回転速度E2(θ)が異なる方向に変化した場合にEa(θ)が変化しない。 By averaging in this way, as shown at T1 in FIG. 10, when the rotational speed E1 (θ) and the rotational speed E2 (θ) change in the same direction, Ea (θ) changes, and FIG. As indicated by T2, Ea (θ) does not change when the rotational speed E1 (θ) and the rotational speed E2 (θ) change in different directions.
つまり、2つの回転速度E1(θ)と回転速度E2(θ)の平均を求めることにより有効な回転検出信号と無効な高周波ノイズを切り分けることができる。 That is, an effective rotation detection signal and invalid high-frequency noise can be separated by obtaining an average of the two rotation speeds E1 (θ) and rotation speed E2 (θ).
また、本実施の形態では、回転速度E1new(θ)に対して式(1−1)の演算を実行し、回転速度E2new(θ)に対して式(1−2)の演算を実行してコードホイール36の偏芯、楕円化などによる速度検出誤差he1(θ)、he2(θ)を除去した後に平均値Ea(θ)を求めている。
Further, in the present embodiment, performing the operation of the expression (1-1) with respect to the rotational speed E1 new new (theta), executes the computation of the formula (1-2) with respect to the rotational speed E2 new new (theta) The average value Ea (θ) is obtained after removing the speed detection errors h e1 (θ) and h e2 (θ) due to the eccentricity and ovalization of the
ここで、例えば、速度検出誤差he1(θ)、he2(θ)を除去せずに、回転速度E1new(θ)及び回転速度E2new(θ)によりPID制御を行うものとした場合、図11に示すように、PID制御の微分計算により求められる微分値に残留誤差成分が残ってしまい、回転むらを悪化させてしまう。 Here, for example, when the PID control is performed by the rotational speed E1 new (θ) and the rotational speed E2 new (θ) without removing the speed detection errors h e1 (θ) and h e2 (θ), As shown in FIG. 11, the residual error component remains in the differential value obtained by the differential calculation of PID control, and the rotation unevenness is worsened.
このため、本実施の形態では、速度検出誤差he1(θ)、he2(θ)を除去した回転速度E1(θ)と回転速度E2(θ)によってPID制御を行っている。 For this reason, in this embodiment, PID control is performed by the rotational speed E1 (θ) and the rotational speed E2 (θ) from which the speed detection errors h e1 (θ) and h e2 (θ) are removed.
図12には、背景技術で説明した図18に示すPID制御の微分計算で求められる微分値を周波数分析した結果の一例が示されており、図13には、本実施の形態のPID制御の微分計算で求められる微分値を周波数分析した結果の一例が示されている。 FIG. 12 shows an example of the result of frequency analysis of the differential value obtained by the differential calculation of the PID control shown in FIG. 18 described in the background art, and FIG. 13 shows the PID control of the present embodiment. An example of a result of frequency analysis of a differential value obtained by differential calculation is shown.
図13に示されるように、本実施の形態のPID制御では、図12と比較して微分計算で求められる微分値から高周波ノイズが低減されている。 As shown in FIG. 13, in the PID control of the present embodiment, high frequency noise is reduced from the differential value obtained by differential calculation as compared with FIG.
図14には、背景技術で説明した図18に示すPID制御と本実施の形態に係るPID制御の伝達特性を示したボード線図が示されている。 FIG. 14 is a Bode diagram showing transfer characteristics of the PID control shown in FIG. 18 described in the background art and the PID control according to the present embodiment.
同図に示すように、本実施の形態のアウタロータ型モータ10では、低域フィルタが有る場合に比べて位相遅れが抑制されるため、制御安定性が向上する。また、本実施の形態のアウタロータ型モータ10では、低域フィルタが有る場合に比べてゲインを上げることができる。
As shown in the figure, in the outer
図15には、本実施の形態のアウタロータ型モータ10を背景技術で説明した図18に示した低域フィルタが有るPID制御により回転速度を一定速度に制御した場合の回転むらを周波数分析した結果の一例が示されており、図16には、本実施の形態のアウタロータ型モータ10を本実施の形態のPID制御により回転速度を一定速度に制御した場合の回転むらを周波数分析した結果の一例が示されている。
FIG. 15 shows the result of frequency analysis of the rotation unevenness when the rotation speed is controlled to a constant speed by PID control with the low-pass filter shown in FIG. 18 described in the background art for the outer
図15に示すように、図18に示した低域フィルタが有るPID制御では、24次の回転むら成分が顕著に現れていが、図16に示すように、本実施の形態のPID制御では、これらの回転むら成分がほぼ半分に抑制できる。 As shown in FIG. 15, in the PID control with the low-pass filter shown in FIG. 18, the 24th-order rotation unevenness component appears remarkably, but as shown in FIG. 16, in the PID control of the present embodiment, These uneven rotation components can be suppressed to almost half.
以上のように、本実施の形態によれば、第1回転センサ40A及び第2回転センサ40Bにより各々コードホイール36の回転速度を各々検出し、各々検出されたコードホイール36の回転速度から当該コードホイール36の偏芯、楕円化による誤差成分を除去し、誤差成分が除去された2つの回転速度の平均値と目標回転速度との偏差が求めるため、低域フィルタが無くても、高周波ノイズを低減させることができ、当該偏差に応じて被検出部材の回転速度を目標回転速度に一致させるように回転軸26の回転速度のフィードバック制御を行うことにより、位相遅れが抑制されれて発振が発生しないため、制御安定性が向上する。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態のようにPID制御において、平均値Ea(θ)を目標回転速度と比較して偏差を求め、当該偏差を時間微分する微分計算を行うことにより、回転速度の検出に別途ノイズ対策を施すことがないため、製造コストの増加を抑えることができる。 Further, in the PID control as in the present embodiment, the average value Ea (θ) is compared with the target rotation speed to obtain a deviation, and a differential calculation for differentiating the deviation with respect to time is performed to separately detect the rotation speed. Since no noise countermeasure is taken, an increase in manufacturing cost can be suppressed.
(アウタロータ型モータの適用例)
次に、上記実施の形態または変形例に係るアウタロータ型モータ10がカラープリンタやカラーコピー機等の画像処理装置(画像形成装置)に適用された例を示す。
(Application example of outer rotor type motor)
Next, an example in which the outer
図17に示される如く、画像処理装置は、それぞれ赤、青、黄、黒に対応した4つの感光ドラム70、72、74、76を備えている。各感光ドラム70、72、74、76は、軸心廻りに回転することで、それぞれ形成された各色に対応したトナー像を転写体に転写するようになっている。各感光ドラム70、72、74、76には、それぞれ回転駆動手段としてのアウタロータ型モータ10が接続されている。具体的には、アウタロータ型モータ10の回転軸26が各感光ドラム70、72、74、76に一体回転可能に直結されている。各アウタロータ型モータ10は、それぞれステータ12(ステータハウジング18)が画像処理装置の筐体78に固定されており、コイル22に通電することで、ロータ24が所定方向に回転して各感光ドラム70、72、74、76を回転駆動する構成である。
As shown in FIG. 17, the image processing apparatus includes four
ここで、アウタロータ型モータ10は、小型で低回転速度域において高トルクを発生する特性を有するため、画像処理装置の感光ドラム70等に直結されても、当該感光ドラム70等を十分なトルクで回転駆動でき、画像処理装置を大型化させることもない。特に、アウタロータ型モータ10では、薄型(扁平)構造であるため、各感光ドラム70等の背面(軸方向端部)における狭いスペースに好適に配置される。また、アウタロータ型モータ10は、上記の通りマグネットロータを有するブラシレスモータであるため、低コストで製造することができ画像処理装置を高コスト化することもない。
Here, since the outer
そして、このように小型で高トルクのアウタロータ型モータ10を感光ドラム70等に直結すると、ギヤやベルト等を介して感光ドラム70等を回転駆動する必要がないため、感光ドラム70等の回転むらが抑止され、画質が向上する。すなわち、画像処理装置の高精度化が図られる。特に、アウタロータ型モータ10は、2つの回転センサ40(上記実施の形態)または4つの回転センサ40(上記変形例)を備え、上記の通り高精度で回転軸26すなわち感光ドラム70等の回転速度制御行なうため、感光ドラム70等の回転むらが一層抑止される。
When the outer
このように、画像処理装置の感光ドラム70等に直結され、当該感光ドラム70等を回転駆動するアウタロータ型モータ10では、画像処理装置を大型化及び高コスト化することなく、感光ドラム70等の回転むらを抑止できる。
As described above, in the outer
なお、上記実施の形態では、回転制御部10B(エンコーダ34、60、コントローラ50)がアウタロータ型モータ10を構成するようにした例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、回転制御部10B(エンコーダ34、60)を、被回転体である感光ドラム等に取り付け、アウタロータ型モータ10とは独立して構成しても良い。
In the above-described embodiment, the example in which the rotation control unit 10B (
さらに、上記実施の形態では、回転速度の平均値Ea(θ)と目標回転速度との偏差を微分計算する一方、正確な回転速度E1(θ)と目標回転速度との偏差を比例計算、積分計算するPID制御の例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、回転速度の平均値Ea(θ)と目標回転速度との偏差を比例計算、積分計算するように構成しても良い。また、例えば、積分計算を行わないPD制御としてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the differential between the average value Ea (θ) of the rotational speed and the target rotational speed is differentially calculated, while the deviation between the accurate rotational speed E1 (θ) and the target rotational speed is proportionally calculated and integrated. Although an example of PID control to be calculated has been shown, the present invention is not limited to this. For example, the deviation between the average value Ea (θ) of the rotation speed and the target rotation speed is proportionally calculated and integrated. Also good. Further, for example, PD control without performing integral calculation may be performed.
さらに、上記の実施の形態では、回転軸26の回転速度を所定の速度に保持するためにコードホイール36の回転速度における1周期成分及び2周期成分を除去する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、回転軸26の回転角に対応したコードホイール36の回転角を精度良く検出するようにしても良い。したがって、本発明におけるアウタロータ型モータ10、コントローラ50、制御部52は、画像処理装置に適用されて回転ドラムの回転数制御を行うことには限定されず、あらゆる用途に適用可能であることはいうまでもない。
Furthermore, in the above embodiment, an example in which the 1-cycle component and 2-cycle component in the rotation speed of the
さらに、上記の実施の形態では、エンコーダ34、60が、光を透過可能なスリット36Aを有するコードホイール36と、透過型フォトインタラプタ(光学式センサ)である各回転センサ40とで構成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、エンコーダとして、例えば、エンコーダとして反射型のフォトインタラプタを備えた構成としても良く、その他電磁式、磁気抵抗式、ホール効果式等の各種エンコーダを採用することができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
さらにまた、上記の実施の形態では、モータとしてブラシレスのアウタロータ型モータ10を採用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、モータとしてインナロータ型モータやブラシを有するモータ、交流モータ等、如何なる形式のモータを採用することも可能である。
Furthermore, in the above embodiment, the example in which the brushless outer
10…アウタロータ型モータ(モータ)、26…回転軸(回転体)、36…コードホイール(被検出部材)、40…回転センサ(回転検出器)、50…コントローラ(除去手段、制御手段)、52…制御部(除去手段、制御手段)、70・72・74・76…感光ドラム(被回転体)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
円板状に形成され、前記回転軸または被回転体に同軸的に取り付けられる被検出部材と、
前記被検出部材の周方向に所定の間隔で配置され、各々当該被検出部材の回転速度を検出する第一回転検出器及び第二回転検出器と、
前記第一回転検出器及び第二回転検出器により各々検出された前記被検出部材の回転速度から当該被検出部材の偏芯、楕円化による誤差成分を除去する除去手段と、
前記第一回転検出器及び第二回転検出器により各々検出されて前記除去手段により前記誤差成分が除去された2つの回転速度の平均値と目標回転速度との偏差を求め、当該偏差に応じて前記被検出部材の回転速度を前記目標回転速度に一致させるように前記回転軸の回転速度のフィードバック制御を行う制御手段と、
を備えたモータ。 A rotating shaft coupled to the rotated body;
A member to be detected that is formed in a disk shape and is coaxially attached to the rotating shaft or the rotating body;
A first rotation detector and a second rotation detector, which are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the detected member, and respectively detect the rotation speed of the detected member;
Removing means for removing an error component due to eccentricity and ovalization of the detected member from the rotational speeds of the detected member detected by the first rotation detector and the second rotation detector;
A deviation between the average value of the two rotation speeds detected by the first rotation detector and the second rotation detector and the error component removed by the removing means and the target rotation speed is obtained, and according to the deviation Control means for performing feedback control of the rotational speed of the rotary shaft so as to make the rotational speed of the detected member coincide with the target rotational speed;
With motor.
請求項1記載のモータ。 The feedback control includes a differential calculation for differentiating a deviation between an average value of the two rotational speeds and a target rotational speed with respect to time, and a deviation between one rotational speed from which the error component has been removed by the removing unit and the target rotational speed. Proportional calculation of time, integral calculation that time-integrates the deviation between the one rotational speed and the target rotational speed, and based on the proportional value, integral value, and differential value obtained by the proportional calculation, integral calculation, and differential calculation The motor according to claim 1, wherein the motor is PID control for controlling a rotation speed of the rotation shaft.
請求項1又は請求項2記載のモータ。 The removing means stores the rotation speed of the detected member detected by the first rotation detector and the second rotation detector respectively for at least one rotation of the detected member, and stores the stored first rotation detection. The difference between the rotation speeds of the detector and the second rotation detector at the same rotation angle is divided by 2 to obtain a speed fluctuation waveform for one rotation of the detected member, and 1 of the detected members included in the fluctuation waveform is obtained. An error component of one cycle by rotation and an error component of two cycles by one rotation of the detected member are extracted, and the amplitude and phase of the error component of one cycle by one rotation and the error component of two cycles by one rotation are A speed detection error for each rotation angle is obtained by correcting each according to the angle formed by the circumferential direction of the first rotation detector and the second rotation detector, and the first rotation detector and the second rotation detector Rotational speed of each detected member detected Motor according to claim 1 or claim 2 wherein removing the error component by subtracting a speed detection error corresponding to the rotation angle of the detection member from.
前記記憶した前記第二回転検出器による回転速度をE2old(θ)、
前記第一回転検出器により検出される前記被検出部材の回転速度をE1new(θ)、
前記第二回転検出器により検出される前記被検出部材の回転速度をE2new(θ)、
前記第一回転検出器と前記第二回転検出器の前記周方向のなす角をθi、
前記平均値をEa(θ)としたときに、
前記制御手段は、上記式(17)に基づいて回転速度の平均値Ea(θ)を求めて、前記フィードバック制御を行う
請求項3の何れか1項記載のモータ。 E1 old (θ), the stored rotation speed by the first rotation detector,
E2 old (θ), the stored rotation speed by the second rotation detector,
The rotational speed of the detected member detected by the first rotation detector is E1 new (θ),
The rotation speed of the detected member detected by the second rotation detector is E2 new (θ),
An angle formed by the circumferential direction of the first rotation detector and the second rotation detector is θ i ,
When the average value is Ea (θ),
4. The motor according to claim 3, wherein the control unit obtains an average value Ea (θ) of a rotational speed based on the formula (17) and performs the feedback control.
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2008
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