JP2018143078A - モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
モータの回転子の目標位相を表す指令位相に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置であって、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分と前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分とに基づいて前記モータを制御する第1制御モードであって、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように前記巻線に流れる駆動電流の前記トルク電流成分と前記励磁電流成分とがそれぞれ目標値になるように前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する第1制御モードと、前記モータの巻線に定電流を供給することによって前記モータを制御する第2制御モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記第1制御モードと前記第2制御モードとのいずれの制御モードで前記モータを制御している状態においても、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差を決定し、
更に、前記制御手段は、前記第2制御モードで前記モータを制御している状態において、前記偏差が所定範囲内である状態が所定時間継続した場合は、前記モータを制御する制御モードを前記第2制御モードから前記第1制御モードへと切り替え、前記第2制御モードで前記モータを制御している状態において、前記偏差が前記所定範囲内である状態が前記所定時間継続しない場合は、前記第2制御モードを維持することを特徴とする。
[画像形成装置]
図1は、本実施形態で用いられるシート搬送装置を有するモノクロの電子写真方式の複写機(以下、画像形成装置と称する)100の構成を示す断面図である。なお、画像形成装置は複写機に限定されず、例えば、ファクシミリ装置、印刷機、プリンタ等であっても良い。また、記録方式は、電子写真方式に限らず、例えば、インクジェット等であっても良い。更に、画像形成装置の形式はモノクロ及びカラーのいずれの形式であっても良い。
次に、本実施形態におけるモータ制御装置について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置は、第1制御モードとしてのベクトル制御と第2制御モードとしての定電流制御とのいずれの制御方法でもモータを制御することができる。
まず、図3及び図4を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置157がベクトル制御を行う方法について説明する。なお、以下の説明におけるモータには、モータの回転子の回転位相を検出するためのロータリエンコーダなどのセンサは設けられていないものとする。
iα=I*cosθe (1)
iβ=I*sinθe (2)
これらの電流値iα及びiβは、座標変換器511と誘起電圧決定器512に入力される。
id= cosθ*iα+sinθ*iβ (3)
iq=−sinθ*iα+cosθ*iβ (4)
Vα=cosθ*Vd−sinθ*Vq (5)
Vβ=sinθ*Vd+cosθ*Vq (6)
座標逆変換器505は、逆変換されたVα及びVβを誘起電圧決定器512及びPWMインバータ506に出力する。
Eα=Vα−R*iα−L*diα/dt (7)
Eβ=Vβ−R*iβ−L*diβ/dt (8)
ここで、Rは巻線レジスタンス、Lは巻線インダクタンスである。巻線レジスタンスR及び巻線インダクタンスLの値は使用されているモータ509に固有の値であり、ROM151b又はモータ制御装置157に設けられたメモリ(不図示)等に予め格納されている。
θ=tan^−1(−Eβ/Eα) (9)
次に、図4を用いて、定電流制御について説明する。定電流制御とは、モータの巻線に定電流を供給することによってモータを制御する制御方法である。
次に、本実施形態における、ベクトル制御と定電流制御との切り替え方法について説明する。本実施形態では、以下の構成をモータ制御装置157に適用することによって、モータの制御が不安定になったり、消費電力の増大やモータ音の増大が起こったりすることを抑制している。なお、以下の説明においては、定電流制御が行われている期間も、ベクトル制御を行う回路は稼働しているものとする。即ち、定電流制御が行われている期間も、回転子の回転位相θを決定する回路は稼働しているものとする。また、ベクトル制御が行われている期間も、定電流制御を行う回路は稼働しているものとする。
σ=θ_ref−θ (10)
α=Δσ/Δt=(σ(t2)−σ(t1))/(t2−t1) (11)
そして、CPU151aは回転子の目標速度を表す指令速度ω_refを出力する。更に、モータ制御装置内部に速度制御器500を設け、速度制御器500が回転速度ωと指令速度ω_refとの偏差が小さくなるように、q軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成して出力する構成とする。このような速度フィードバック制御を行うことによって、モータ509を制御する構成であっても良い。このような構成においては回転速度をフィードバックしているため、回転子の回転速度が所定の速度になるように制御することができる。したがって、画像形成装置において、記録媒体への画像形成を適切に行うために回転速度を一定速度に制御する必要がある負荷(例えば、感光ドラム、搬送ベルト等)を駆動するモータに速度フィードバック制御を用いたベクトル制御を適用する。この結果、記録媒体への画像形成を適切に行うことができる。なお、この場合、定電流制御を行う際にも指令速度ω_refが用いられるものとする。また、この場合、指令速度ω_refと回転速度ωとの偏差が所定範囲内である状態が所定時間継続したか否かに基づいて定電流制御とベクトル制御との切り替えを行う。
157 モータ制御装置
509 ステッピングモータ
513 位相決定器
515 制御切替器
515a 差分値決定器
516a、516b、516c 制御切替スイッチ
Claims (15)
- モータの回転子の目標位相を表す指令位相に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分と前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分とに基づいて前記モータを制御する第1制御モードであって、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように前記巻線に流れる駆動電流の前記トルク電流成分と前記励磁電流成分とがそれぞれ目標値になるように前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する第1制御モードと、前記モータの巻線に定電流を供給することによって前記モータを制御する第2制御モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記第1制御モードと前記第2制御モードとのいずれの制御モードで前記モータを制御している状態においても、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差を決定し、
更に、前記制御手段は、前記第2制御モードで前記モータを制御している状態において、前記偏差が所定範囲内である状態が所定時間継続した場合は、前記モータを制御する制御モードを前記第2制御モードから前記第1制御モードへと切り替え、前記第2制御モードで前記モータを制御している状態において、前記偏差が前記所定範囲内である状態が前記所定時間継続しない場合は、前記第2制御モードを維持することを特徴とするモータ制御装置。 - 前記制御手段は、前記制御モードを前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り替えて前記モータを制御している状態において、上位装置から出力される前記回転子の目標速度に対応する回転速度が所定値よりも小さい値になると、前記モータを制御する制御モードを前記第1制御モードから前記第2制御モードへと切り替え、
前記所定値は、前記制御手段が前記モータを制御する制御モードを前記第2制御モードから前記第1制御モードへと切り替えたタイミングにおける前記回転子の目標速度に対応する回転速度であることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - モータの回転子の目標速度を表す指令速度に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分と前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分とに基づいて前記モータを制御する第1制御モードであって、前記指令速度と前記速度決定手段によって決定された回転速度との偏差が小さくなるように前記巻線に流れる駆動電流の前記トルク電流成分と前記励磁電流成分とがそれぞれ目標値になるように前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する第1制御モードと、前記モータの巻線に定電流を供給することによって前記モータを制御する第2制御モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記第1制御モードと前記第2制御モードとのいずれの制御モードで前記モータを制御している状態においても、前記指令速度と前記速度決定手段によって決定された回転速度との偏差を決定し、
更に、前記制御手段は、前記第2制御モードで前記モータを制御している状態において、前記偏差が所定範囲内である状態が所定時間継続した場合は、前記モータを制御する制御モードを前記第2制御モードから前記第1制御モードへと切り替え、前記第2制御モードで前記モータを制御している状態において、前記偏差が前記所定範囲内である状態が前記所定時間継続しなかった場合は、前記第2制御モードを維持することを特徴とするモータ制御装置。 - 前記制御手段は、前記制御モードを前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り替えて前記モータを制御している状態において、前記指令速度が所定値よりも小さい値になると、前記モータを制御する制御モードを前記第1制御モードから前記第2制御モードへと切り替え、
前記所定値は、前記制御手段が前記モータを制御する制御モードを前記第2制御モードから前記第1制御モードへと切り替えたタイミングにおける前記指令速度であることを特徴とする請求項3に記載のモータ制御装置。 - 前記制御手段は、前記所定時間よりも短い所定の周期で前記偏差を繰り返し決定し、
更に、前記制御手段は、前記第2制御モードで前記モータを制御している状態において、決定された一つの偏差とその次に決定された偏差との差分値が第2の所定範囲内である状態が前記所定時間継続した場合は、前記モータを制御する制御モードを前記第2制御モードから前記第1制御モードへと切り替え、前記第2制御モードで前記モータを制御している状態において、前記差分値の時間変化が前記第2の所定範囲内である状態が前記所定時間継続しない場合は、前記第2制御モードを維持することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 前記制御手段は、
前記第1制御モードが実行される場合に、前記モータの第1相の巻線及び第2相の巻線それぞれに駆動電流を供給する第1制御回路と、
前記第2制御モードが実行される場合に、前記第1相の巻線及び第2相の巻線それぞれに駆動電流を供給する第2制御回路と、
前記第1制御回路を用いて前記モータを制御するか、前記第2制御回路を用いて前記モータを制御するかを切り替える切替手段と、
を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 前記制御手段は、
前記モータの第1相の巻線及び第2相の巻線それぞれに駆動電流を供給する供給手段と、
前記供給手段を駆動する駆動電圧を生成する生成手段と、
前記供給手段によって前記第1相の巻線及び第2相の巻線それぞれに供給された駆動電流の電流値を検出する検出手段と、
前記生成手段によって生成された駆動電圧と、前記検出手段によって検出された電流値とに基づいて、前記モータの回転子の回転によって前記第1相の巻線及び第2相の巻線に誘起される誘起電圧の大きさを決定する誘起電圧決定手段と、
を有し、
前記位相決定手段は、誘起電圧決定手段によって決定された前記第1相の誘起電圧の大きさと前記第2相の誘起電圧の大きさとに基づいて前記回転位相を決定することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 前記制御手段は、
前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように前記トルク電流成分の目標値と前記励磁電流成分の目標値とを生成して出力する位相制御手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて、前記検出手段によって検出された静止座標系の電流値を前記回転座標系の電流値へと変換する変換手段と、
を有し、
前記生成手段は、前記位相制御手段から出力された前記トルク電流成分の目標値と前記変換手段によって変換されたトルク電流成分の値との偏差及び前記位相制御手段から出力された前記励磁電流成分の目標値と前記変換手段によって変換された励磁電流成分の値との偏差が小さくなるように前記回転座標系の駆動電圧を生成し、
更に、前記制御手段は、前記位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて、前記生成手段によって生成された前記回転座標系の駆動電圧を前記静止座標系の駆動電圧に逆変換する逆変換手段を有し、
前記供給手段は、前記逆変換手段によって逆変換された駆動電圧によって駆動されることを特徴とする請求項1を引用する請求項7に記載のモータ制御装置。 - 前記制御手段は、
前記指令速度と前記速度決定手段によって決定された回転速度との偏差が小さくなるように前記トルク電流成分の目標値と前記励磁電流成分の目標値とを生成して出力する速度制御手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて、前記検出手段によって検出された静止座標系の電流値を前記回転座標系の電流値へと変換する変換手段と、
を有し、
前記生成手段は、前記速度制御手段から出力された前記トルク電流成分の目標値と前記変換手段によって変換されたトルク電流成分の値との偏差及び前記速度制御手段から出力された前記励磁電流成分の目標値と前記変換手段によって変換された励磁電流成分の値との偏差が小さくなるように前記回転座標系の駆動電圧を生成し、
更に、前記制御手段は、前記位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて、前記生成手段によって生成された前記回転座標系の駆動電圧を前記静止座標系の駆動電圧に逆変換する逆変換手段を有し、
前記供給手段は、前記逆変換手段によって逆変換された駆動電圧によって駆動されることを特徴とする請求項2を引用する請求項7に記載のモータ制御装置。 - シートを搬送する搬送ローラと、
前記搬送ローラを駆動するモータと、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を有し、
前記モータ制御装置は、前記搬送ローラを駆動するモータの駆動を制御することを特徴とするシート搬送装置。 - 請求項10に記載のシート搬送装置と、
原稿を積載する原稿積載部と、
を有し、
前記原稿積載部に積載された前記原稿を前記シート搬送装置が給送することを特徴とする原稿給送装置。 - 請求項11に記載の原稿給送装置と、
前記原稿給送装置によって給送された前記原稿を読み取る読取手段と、
を有することを特徴とする原稿読取装置。 - 請求項10に記載のシート搬送装置と、
記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
を有し、
前記画像形成手段は、前記シート搬送装置によって搬送された前記記録媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。 - 記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
負荷を駆動するモータと、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を有し、
前記モータ制御装置は、前記負荷を駆動するモータの駆動を制御することを特徴とする画像形成装置。 - 前記負荷は、前記記録媒体を搬送する搬送ローラであることを特徴とする請求項14に記載の画像形成装置。
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