JP2019030038A - モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの駆動方式が切り替わる際にモータの駆動が不安定になってしまう。
【解決手段】 時刻ｔｃ１で回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより小さい値から閾値ωｔｈより大きい値へと変化しても、モータの制御方法及び駆動方式は切り替えない。そして、時刻ｔｃ１より後の最初に励磁相の切り替えが行われるタイミングで、モータの制御方法及び駆動方式を定電流制御かつフルステップ駆動からベクトル制御且つマイクロステップ駆動に切り替える。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、モータを制御するモータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置に関する。

ステッピングモータを駆動する駆動方法として、フルステップ駆動及びマイクロステップ駆動が知られている（特許文献１）。

フルステップ駆動とは、例えば、巻線に流れる電流に起因して発生する磁界の位相が９０°（基本ステップ角）ずつ進むように巻線に流れる電流を制御する駆動方式である。また、マイクロステップ駆動とは、巻線に流れる電流に起因して発生する磁界の位相が、基本ステップ角を更に細かく分割した量ずつ進むように巻線に流れる電流を制御する駆動方式である。

特開２０１６−１７４４７９号公報

フルステップ駆動において、励磁される巻線の相が切り替わることで巻線に流れる電流が変動し、当該変動の幅は励磁される巻線の相が切り替わったタイミングから時間が経過するほど小さくなる。したがって、例えば、モータの駆動方式がフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替わる場合、以下のような問題が生じる可能性がある。具体的には、フルステップ駆動が行われている期間において励磁される巻線の相が切り替わった直後に、駆動方式がフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替わると、巻線に流れる電流の変動幅が比較的大きい状態において駆動方式が切り替わってしまう。この結果、モータの駆動が不安定になってしまう可能性がある。

上記課題に鑑み、本発明は、モータの駆動方式が切り替わる際にモータの駆動が不安定になってしまうことを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるモータ制御装置は、
予め決められたパルス列に基づいて、第１の変化量で変化する第１の指令位相と前記第１の変化量よりも小さい第２の変化量で変化する第２の指令位相とを生成する生成手段と、
前記第１の指令位相に基づいて決定される前記巻線に供給すべき電流に基づいて前記モータを駆動する第１モードと、前記第２の指令位相に基づいて決定される前記巻線に供給すべき電流に基づいて前記モータを駆動する第２モードと、を駆動モードとして備える制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記駆動モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替えることが決定されている状態において、前記第１モード中に前記巻線に供給すべき電流が変化するタイミングで、前記駆動モードを前記第１モードから前記第２モードに切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、モータの駆動方式が切り替わる際にモータの駆動が不安定になってしまうことを抑制することができる。

画像形成装置を説明する断面図である。 前記画像形成装置の制御構成を示すブロック図である。 Ａ相及びＢ相から成る２相のモータと、ｄ軸及びｑ軸によって表される回転座標系との関係を示す図である。 モータ制御装置の構成を示すブロック図である。 指令生成器及び制御切替器の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係るフルステップ駆動方式における回転子の動作を説明する図である。 フルステップ駆動方式を行う方法の例を示す図である。 マイクロステップ駆動方式を行う方法の例を示す図である。 回転速度ω＿ｒｅｆ´と閾値ωｔｈとの関係を示す図である。 時刻ｔｃ１において制御方法が定電流制御からベクトル制御に切り替わる場合のタイミングチャートである。 制御方法及び駆動方式を切り替える方法を説明する図である。 モータの制御方法を示すフローチャートである。 マイクロステップ駆動パルスによってフルステップ駆動を行う構成を説明する図である。

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の形状及びそれらの相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲が以下の実施の形態に限定される趣旨のものではない。なお、以下の説明においては、モータ制御装置が画像形成装置に設けられる場合について説明するが、モータ制御装置が設けられるのは画像形成装置に限定されるわけではない。例えば、記録媒体や原稿等のシートを搬送するシート搬送装置等にも用いられる。

〔第１実施形態〕
［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。

以下に、図１を用いて、画像形成装置１００の構成および機能について説明する。図１に示すように、画像形成装置１００は、原稿給送装置２０１、読取装置２０２及び画像印刷装置３０１を有する。

原稿給送装置２０１の原稿積載部２０３に積載された原稿は、給紙ローラ２０４によって１枚ずつ給紙され、搬送ガイド２０６に沿って読取装置２０２の原稿ガラス台２１４上に搬送される。更に、原稿は、搬送ベルト２０８によって一定速度で搬送されて、排紙ローラ２０５によって不図示の排紙トレイへ排紙される。読取装置２０２の読取位置において照明２０９によって照明された原稿画像からの反射光は、反射ミラー２１０、２１１、２１２からなる光学系によって画像読取部１１１に導かれ、画像読取部１１１によって画像信号に変換される。画像読取部１１１は、レンズ、光電変換素子であるＣＣＤ、ＣＣＤの駆動回路等で構成される。画像読取部１１１から出力された画像信号は、ＡＳＩＣ等のハードウェアデバイスで構成される画像処理部１１２によって各種補正処理が行われた後、画像印刷装置３０１へ出力される。前述の如くして、原稿の読取が行われる。即ち、原稿給送装置２０１及び読取装置２０２は、原稿読取装置として機能する。

また、原稿の読取モードとして、第１読取モードと第２読取モードがある。第１読取モードは、一定速度で搬送される原稿の画像を、所定の位置に固定された照明系２０９及び光学系によって読み取るモードである。第２読取モードは、読取装置２０２の原稿ガラス２１４上に載置された原稿の画像を、一定速度で移動する照明系２０９及び光学系によって読み取るモードである。通常、シート状の原稿の画像は第１読取モードで読み取られ、本や冊子等の綴じられた原稿の画像は第２読取モードで読み取られる。

画像印刷装置３０１の内部には、シート収納トレイ３０２、３０４が設けられている。シート収納トレイ３０２、３０４には、それぞれ異なる種類の記録媒体を収納することができる。例えば、シート収納トレイ３０２にはＡ４サイズの普通紙が収納され、シート収納トレイ３０４にはＡ４サイズの厚紙が収納される。なお、記録媒体とは、画像形成装置によって画像が形成されるものであって、例えば、用紙、樹脂シート、布、ＯＨＰシート、ラベル等は記録媒体に含まれる。

シート収納トレイ３０２に収納された記録媒体は、給紙ローラ３０３によって給送されて、搬送ローラ３０６によってレジストレーションローラ３０８へ送り出される。また、シート収納トレイ３０４に収納された記録媒体は、給紙ローラ３０５によって給送されて、搬送ローラ３０７及び３０６によってレジストレーションローラ３０８へ送り出される。

読取装置２０２から出力された画像信号は、半導体レーザ及びポリゴンミラーを含む光走査装置３１１に入力される。また、感光ドラム３０９は、帯電器３１０によって外周面が帯電される。感光ドラム３０９の外周面が帯電された後、読取装置２０２から光走査装置３１１に入力された画像信号に応じたレーザ光が、光走査装置３１１からポリゴンミラー及びミラー３１２、３１３を経由し、感光ドラム３０９の外周面に照射される。この結果、感光ドラム３０９の外周面に静電潜像が形成される。なお、感光ドラムの帯電には、例えば、コロナ帯電器や帯電ローラを用いた帯電方法が用いられる。

続いて、静電潜像が現像器３１４内のトナーによって現像され、感光ドラム３０９の外周面にトナー像が形成される。感光ドラム３０９に形成されたトナー像は、感光ドラム３０９と対向する位置（転写位置）に設けられた転写帯電器３１５によって記録媒体に転写される。この転写タイミングに合わせて、レジストレーションローラ３０８は記録媒体を転写位置へ送り込む。

前述の如くして、トナー像が転写された記録媒体は、搬送ベルト３１７によって定着器３１８へ送り込まれ、定着器３１８によって加熱加圧されて、トナー像が記録媒体に定着される。このようにして、画像形成装置１００によって記録媒体に画像が形成される。

片面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器３１８を通過した記録媒体は、排紙ローラ３１９、３２４によって、不図示の排紙トレイへ排紙される。また、両面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器３１８によって記録媒体の第１面に定着処理が行われた後に、記録媒体は、排紙ローラ３１９、搬送ローラ３２０、及び反転ローラ３２１によって、反転パス３２５へと搬送される。その後、記録媒体は、搬送ローラ３２２、３２３によって再度レジストレーションローラ３０８へと搬送され、前述した方法で記録媒体の第２面に画像が形成される。その後、記録媒体は、排紙ローラ３１９、３２４によって不図示の排紙トレイへ排紙される。

また、第１面に画像形成された記録媒体がフェースダウンで画像形成装置１００の外部へ排紙される場合は、定着器３１８を通過した記録媒体は、排紙ローラ３１９を通って搬送ローラ３２０へ向かう方向へ搬送される。その後、記録媒体の後端が搬送ローラ３２０のニップ部を通過する直前に搬送ローラ３２０の回転が反転することによって、記録媒体の第１面が下向きになった状態で、記録媒体が排紙ローラ３２４を経由して、画像形成装置１００の外部へ排出される。

以上が画像形成装置１００の構成および機能についての説明である。なお、本発明における負荷とはモータによって駆動される対象物である。例えば、給紙ローラ２０４、３０３、３０５、レジストレーションローラ３０８及び排紙ローラ３１９等の各種ローラ（搬送ローラ）や感光ドラム３０９、搬送ベルト２０８、３１７、照明系２０９及び光学系等は本発明における負荷に対応する。本実施形態のモータ制御装置は、これら負荷を駆動するモータに適用することができる。

図２は、画像形成装置１００の制御構成の例を示すブロック図である。システムコントローラ１５１は、図２に示すように、ＣＰＵ１５１ａ、ＲＯＭ１５１ｂ、ＲＡＭ１５１ｃを備えている。また、システムコントローラ１５１は、画像処理部１１２、操作部１５２、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５３、高圧制御部１５５、モータ制御装置１５７、センサ類１５９、ＡＣドライバ１６０と接続されている。システムコントローラ１５１は、接続された各ユニットとの間でデータやコマンドの送受信をすることが可能である。

ＣＰＵ１５１ａは、ＲＯＭ１５１ｂに格納された各種プログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。

ＲＡＭ１５１ｃは記憶デバイスである。ＲＡＭ１５１ｃには、例えば、高圧制御部１５５に対する設定値、モータ制御装置１５７に対する指令値及び操作部１５２から受信される情報等の各種データが記憶される。

システムコントローラ１５１は、画像処理部１１２における画像処理に必要となる、画像形成装置１００の内部に設けられた各種装置の設定値データを画像処理部１１２に送信する。更に、システムコントローラ１５１は、センサ類１５９からの信号を受信して、受信した信号に基づいて高圧制御部１５５の設定値を設定する。高圧制御部１５５は、システムコントローラ１５１によって設定された設定値に応じて、高圧ユニット１５６（帯電器３１０、現像器３１４、転写帯電器３１５等）に必要な電圧を供給する。なお、センサ類１５９には、搬送ローラによって搬送される記録媒体を検知するセンサ等が含まれる。

モータ制御装置１５７は、ＣＰＵ１５１ａから出力された指令に応じて、負荷を駆動するモータ５０９を制御する。なお、図２においては、画像形成装置のモータとしてモータ５０９のみが記載されているが、実際には、画像形成装置には複数個のモータが設けられているものとする。また、１個のモータ制御装置が複数個のモータを制御する構成であっても良い。更に、図２においては、モータ制御装置が１個しか設けられていないが、実際には、複数個のモータ制御装置が画像形成装置に設けられているものとする。

Ａ／Ｄ変換器１５３は、定着ヒータ１６１の温度を検出するためのサーミスタ１５４が検出した検出信号を受信し、検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してシステムコントローラ１５１に送信する。システムコントローラ１５１は、Ａ／Ｄ変換器１５３から受信したデジタル信号に基づいてＡＣドライバ１６０の制御を行う。ＡＣドライバ１６０は、定着ヒータ１６１の温度が定着処理を行うために必要な温度となるように定着ヒータ１６１を制御する。なお、定着ヒータ１６１は、定着処理に用いられるヒータであり、定着器３１８に含まれる。

システムコントローラ１５１は、使用する記録媒体の種類（以下、紙種と称する）等の設定をユーザが行うための操作画面を、操作部１５２に設けられた表示部に表示するように、操作部１５２を制御する。システムコントローラ１５１は、ユーザが設定した情報を操作部１５２から受信し、ユーザが設定した情報に基づいて画像形成装置１００の動作シーケンスを制御する。また、システムコントローラ１５１は、画像形成装置の状態を示す情報を操作部１５２に送信する。なお、画像形成装置の状態を示す情報とは、例えば、画像形成枚数、画像形成動作の進行状況、原稿読取装置２０１及び画像印刷装置３０１におけるシート材のジャムや重送等に関する情報である。操作部１５２は、システムコントローラ１５１から受信した情報を表示部に表示する。

前述の如くして、システムコントローラ１５１は画像形成装置１００の動作シーケンスを制御する。

［モータ制御装置］
次に、本実施形態におけるモータ制御装置１５７について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置１５７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。なお、以下の説明においては、電気角としての回転位相θ、指令位相θ＿ｒｅｆ及び電流の位相等に基づいて以下の制御が行われるが、例えば、電気角が機械角に変換され、当該機械角に基づいて以下の制御が行われてもよい。

＜ベクトル制御＞
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。

図３は、Ａ相（第１相）とＢ相（第２相）との２相から成るステッピングモータ（以下、モータと称する）５０９と、ｄ軸及びｑ軸によって表される回転座標系との関係を示す図である。図３では、静止座標系において、Ａ相の巻線に対応した軸であるα軸と、Ｂ相の巻線に対応した軸であるβ軸とが定義されている。また、図３では、回転子４０２に用いられている永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向に沿ってｄ軸が定義され、ｄ軸から反時計回りに９０度進んだ方向（ｄ軸に直交する方向）に沿ってｑ軸が定義されている。α軸とｄ軸との成す角度はθと定義され、回転子４０２の回転位相は角度θによって表される。ベクトル制御では、回転子４０２の回転位相θを基準とした回転座標系が用いられる。具体的には、ベクトル制御では、巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルの、回転座標系における電流成分であって、回転子にトルクを発生させるｑ軸成分（トルク電流成分）と巻線を貫く磁束の強度に影響するｄ軸成分（励磁電流成分）とが用いられる。

ベクトル制御とは、回転子の目標位相を表す指令位相と実際の回転位相との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法である。また、回転子の目標速度を表す指令速度と実際の回転速度との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する速度フィードバック制御を行うことによってモータを制御する方法もある。

図４は、モータ５０９を制御するモータ制御装置１５７の構成の例を示すブロック図である。なお、モータ制御装置１５７は、少なくとも１つのＡＳＩＣで構成されており、以下に説明する各機能を実行する。

図４に示すように、モータ制御装置１５７は、定電流制御を行う定電流制御器５１７、ベクトル制御を行うベクトル制御器５１８を有する。

モータ制御装置１５７は、ベクトル制御を行う回路として、位相制御器５０２、電流制御器５０３、座標逆変換器５０５、座標変換器５１１、モータの巻線に駆動電流を供給するＰＷＭインバータ５０６等を有する。座標変換器５１１は、モータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルを、α軸及びβ軸で表される静止座標系からｑ軸及びｄ軸で表される回転座標系に座標変換する。この結果、巻線に流れる駆動電流は、回転座標系における電流値であるｑ軸成分の電流値（ｑ軸電流）とｄ軸成分の電流値（ｄ軸電流）とによって表される。なお、ｑ軸電流は、モータ５０９の回転子４０２にトルクを発生させるトルク電流に相当する。また、ｄ軸電流は、モータ５０９の巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流に相当し、回転子４０２のトルクの発生には寄与しない。モータ制御装置１５７は、ｑ軸電流及びｄ軸電流をそれぞれ独立に制御することができる。この結果、モータ制御装置１５７は、回転子４０２にかかる負荷トルクに応じてｑ軸電流を制御することによって、回転子４０２が回転するために必要なトルクを効率的に発生させることができる。即ち、ベクトル制御においては、図３に示す電流ベクトルの大きさは、回転子４０２にかかる負荷トルクに応じて変化する。

モータ制御装置１５７は、モータ５０９の回転子４０２の回転位相θを後述する方法により決定し、その決定結果に基づいてベクトル制御を行う。ＣＰＵ１５１ａは、モータ５０９の動作シーケンスに基づいて、指令生成器５００にモータを駆動する指令を出力する。

指令生成器５００は、後述する方法により回転子４０２の目標位相を表す指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。

減算器１０１は、モータ５０９の回転子４０２の回転位相θと指令位相θ＿ｒｅｆとの偏差を演算し、該偏差を所定の時間周期Ｔ（例えば、２００μｓ）で位相制御器５０２に出力する。

位相制御器５０２は、比例制御（Ｐ）、積分制御（Ｉ）、微分制御（Ｄ）に基づいて、減算器１０１から出力される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。具体的には、位相制御器５０２は、Ｐ制御、Ｉ制御、Ｄ制御に基づいて減算器１０１から出力される偏差が０になるように、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。なお、Ｐ制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差に比例する値に基づいて制御する制御方法である。また、Ｉ制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間積分に比例する値に基づいて制御する制御方法である。また、Ｄ制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間変化に比例する値に基づいて制御する制御方法である。本実施形態における位相制御器５０２は、ＰＩＤ制御に基づいてｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、位相制御器５０２は、ＰＩ制御に基づいてｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成しても良い。なお、回転子４０２に永久磁石を用いる場合、通常は巻線を貫く磁束の強度に影響するｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆは０に設定されるが、これに限定されるものではない。

モータ５０９のＡ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器５０７によって検出され、その後、Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換される。また、モータ５０９のＢ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器５０８によって検出され、その後、Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換される。なお、Ａ／Ｄ変換器５１０がデジタル値を出力する周期は、例えば、減算器１０１が偏差を位相制御器５０２に出力する周期Ｔより短い周期（例えば２５μｓ）であるが、これに限定されるわけではない。

Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換された駆動電流の電流値は、静止座標系における電流値ｉα及びｉβとして、図３に示す電流ベクトルの位相θｅを用いて次式によって表される。なお、電流ベクトルの位相θｅは、α軸と電流ベクトルとの成す角度と定義される。また、Ｉは電流ベクトルの大きさを示す。
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とに入力される。

座標変換器５１１は、静止座標系における電流値ｉα及びｉβを、次式によって、回転座標系におけるｑ軸電流の電流値ｉｑ及びｄ軸電流の電流値ｉｄに変換する。
ｉｄ＝ ｃｏｓθ＊ｉα＋ｓｉｎθ＊ｉβ （３）
ｉｑ＝−ｓｉｎθ＊ｉα＋ｃｏｓθ＊ｉβ （４）
減算器１０２には、位相制御器５０２から出力されたｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆと座標変換器５１１から出力された電流値ｉｑとが入力される。減算器１０２は、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆと電流値ｉｑとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。

また、減算器１０３には、位相制御器５０２から出力されたｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆと座標変換器５１１から出力された電流値ｉｄとが入力される。減算器１０３は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆと電流値ｉｄとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。

電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて、減算器１０２から出力される偏差が小さくなるように駆動電圧Ｖｑを生成する。具体的には、電流制御器５０３は、減算器１０２から出力される偏差が０になるように駆動電圧Ｖｑを生成して座標逆変換器５０５に出力する。

また、電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて、減算器１０３から出力される偏差が小さくなるように駆動電圧Ｖｄを生成する。具体的には、電流制御器５０３は、減算器１０３から出力される偏差が０になるように駆動電圧Ｖｄを生成して座標逆変換器５０５に出力する。

このように、電流制御器５０３は、駆動電圧を生成する生成手段として機能する。なお、本実施形態における電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、電流制御器５０３は、ＰＩ制御に基づいて駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成しても良い。

座標逆変換器５０５は、電流制御器５０３から出力された回転座標系における駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを、次式によって、静止座標系における駆動電圧Ｖα及びＶβに逆変換する。
Ｖα＝ｃｏｓθ＊Ｖｄ−ｓｉｎθ＊Ｖｑ （５）
Ｖβ＝ｓｉｎθ＊Ｖｄ＋ｃｏｓθ＊Ｖｑ （６）
座標逆変換器５０５は、逆変換された駆動電圧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。

ＰＷＭインバータ５０６は、フルブリッジ回路を有する。フルブリッジ回路は座標逆変換器５０５から入力された駆動電圧Ｖα及びＶβに基づくＰＷＭ信号によって駆動される。その結果、ＰＷＭインバータ５０６は、駆動電圧Ｖα及びＶβに応じた駆動電流ｉα及びｉβを生成し、駆動電流ｉα及びｉβをモータ５０９の各相の巻線に供給することによって、モータ５０９を駆動させる。即ち、ＰＷＭインバータ５０６は、モータ５０９の各相の巻線に電流を供給する供給手段として機能する。なお、本実施形態においては、ＰＷＭインバータはフルブリッジ回路を有しているが、ＰＷＭインバータはハーフブリッジ回路等であっても良い。

次に、回転位相θを決定する構成について説明する。回転子４０２の回転位相θの決定には、回転子４０２の回転によってモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に誘起される誘起電圧Ｅα及びＥβの値が用いられる。誘起電圧の値は誘起電圧決定器５１２によって決定（算出）される。具体的には、誘起電圧Ｅα及びＥβは、Ａ／Ｄ変換器５１０から誘起電圧決定器５１２に入力された電流値ｉα及びｉβと、座標逆変換器５０５から誘起電圧決定器５１２に入力された駆動電圧Ｖα及びＶβとから、次式によって決定される。
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。

誘起電圧決定器５１２によって決定された誘起電圧Ｅα及びＥβは位相決定器５１３に出力される。

位相決定器５１３は、誘起電圧決定器５１２から出力された誘起電圧Ｅαと誘起電圧Ｅβとの比に基づいて、次式によってモータ５０９の回転子４０２の回転位相θを決定する。
θ＝ｔａｎ＾−１（−Ｅβ／Ｅα） （９）
なお、本実施形態においては、位相決定器５１３は、式（９）に基づく演算を行うことによって回転位相θを決定したが、この限りではない。例えば、位相決定器５１３は、ＲＯＭ１５１ｂ等に記憶されている、誘起電圧Ｅα及び誘起電圧Ｅβと誘起電圧Ｅα及び誘起電圧Ｅβとに対応する回転位相θとの関係を示すテーブルを参照することによって回転位相θを決定してもよい。

前述の如くして得られた回転子４０２の回転位相θは、減算器１０１、座標逆変換器５０５及び座標変換器５１１に入力される。

モータ制御装置１５７は、ベクトル制御を行う場合は、上述の制御を繰り返し行う。

以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置１５７は、指令位相θ＿ｒｅｆと回転位相θとの偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する位相フィードバック制御を用いたベクトル制御を行う。ベクトル制御を行うことによって、モータが脱調状態となることや、余剰トルクに起因してモータ音が増大すること及び消費電力が増大することを抑制することができる。また、位相フィードバック制御を行うことによって、回転子の回転位相が所望の位相になるように回転子の回転位相を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、回転子の回転位相を精度よく制御する必要がある負荷（レジストレーションローラ等）を駆動するモータに位相フィードバック制御によるベクトル制御が適用されることによって、記録媒体への画像形成を適切に行うことができる。

＜定電流制御＞
次に、本実施形態における定電流制御について説明する。

定電流制御においては、予め決められた電流がモータの巻線に供給されることによって、巻線に流れる駆動電流が制御される。具体的には、定電流制御では、回転子にかかる負荷トルクの変動が起こったとしてもモータが脱調しないように、回転子の回転に必要と想定されるトルクに所定のマージンが加算されたトルクに対応する大きさ（振幅）を持った駆動電流が巻線に供給される。これは、定電流制御では、決定（推定）された回転位相や回転速度に基づいて駆動電流の大きさが制御される構成は用いられない（フィードバック制御が行われない）ので、回転子にかかる負荷トルクに応じて駆動電流を調整できないからである。なお、電流の大きさが大きいほど回転子に与えるトルクは大きくなる。また、振幅は電流ベクトルの大きさに対応する。

以下の説明では、定電流制御中は、予め決められた所定の大きさの電流がモータの巻線に供給されることによってモータが制御されるが、この限りではない。例えば、定電流制御中は、モータの加速中及び減速中のそれぞれに応じて予め決められた大きさの電流がモータの巻線に供給されることによってモータが制御されてもよい。

図４において、指令生成器５００は、ＣＰＵ１５１ａから出力された指令に基づいて、定電流制御器５１７に指令位相θ＿ｒｅｆを出力する。定電流制御器５１７は、指令生成器５００から出力された指令位相θ＿ｒｅｆに対応した、静止座標系における電流の指令値ｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆを生成して出力する。なお、本実施形態においては、静止座標系における電流の指令値ｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆに対応する電流ベクトルの大きさは常に一定である。

モータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器５０７、５０８によって検出される。検出された駆動電流は、前述したように、Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換される。

減算器１０２には、Ａ／Ｄ変換器５１０から出力された電流値ｉαと定電流制御器５１７から出力された電流指令値ｉα＿ｒｅｆとが入力される。減算器１０２は、電流指令値ｉα＿ｒｅｆと電流値ｉαとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。

また、減算器１０３には、Ａ／Ｄ変換器５１０から出力された電流値ｉβと定電流制御器５１７から出力された電流指令値ｉβ＿ｒｅｆとが入力される。減算器１０３は、電流指令値ｉβ＿ｒｅｆと電流値ｉβとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。

電流制御器５０３は、入力される偏差が小さくなるように、ＰＩＤ制御に基づいて駆動電圧Ｖα及びＶβを出力する。具体的には、電流制御器５０３は、入力される偏差が０に近づくように駆動電圧Ｖα及びＶβを出力する。

ＰＷＭインバータ５０６は前述した方法で、入力された駆動電圧Ｖα及びＶβに基づいて、モータ５０９の各相の巻線に駆動電流を供給してモータ５０９を駆動させる。

このように、本実施形態における定電流制御では、位相フィードバック制御と速度フィードバック制御とのいずれも行われない。即ち、本実施形態における定電流制御では、巻線に供給する駆動電流が回転子の回転状況に応じて調整されない。したがって、定電流制御では、モータが脱調状態にならないように、回転子を回転させるために必要な電流に所定のマージンが加算された電流が巻線に供給される。具体的には、静止座標系における電流の指令値ｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆには、回転子を回転させるために必要な電流値と所定のマージンに対応する電流値とが含まれる。

＜フルステップ駆動方式とマイクロステップ駆動方式＞
次に、本実施形態における、モータの駆動方式について説明する。本実施形態においては、フルステップ駆動方式及びマイクロステップ駆動方式がモータの駆動に用いられる。なお、本実施形態では、定電流制御が行われる期間はフルステップ駆動方式によってモータが駆動され、ベクトル制御が行われる期間はマイクロステップ駆動方式によってモータが駆動される。

図５は、本実施形態における指令生成器５００及び制御切替器５１５の構成を示すブロック図である。図５に示すように、指令生成器５００は、指令速度の代わりとなる回転速度ω＿ｒｅｆ´を生成する速度生成器５００ａ、回転速度ω＿ｒｅｆ´に基づいて矩形波状のパルスを生成するパルス生成器５００ｂを有する。また、指令生成器５００は、パルス生成器５００ｂから出力されたパルスに基づいて指令位相θ＿ｒｅｆを生成する指令値生成器５００ｃを有する。なお、速度生成器５００ａは、ＣＰＵ１５１ａから出力されるモータの動作シーケンスに基づく指令に応じて回転速度ω＿ｒｅｆ´を生成し、所定の周期で出力する。また、モータの動作シーケンスは、例えば、ＲＯＭ１５１ｂに格納されており、ＣＰＵ１５１ａはＲＯＭ１５１ｂに格納された動作シーケンスを読みだして指令生成器５００に指令を出力する。なお、制御切替器５１５については後に説明する。

指令値生成器５００ｃは、パルス生成器５００ｂから出力されるパルスに基づいて、以下の式（１０）のようにして指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。
θ＿ｒｅｆ＝θｉｎｉ＋θｓｔｅｐ＊ｎ （１０）
なお、θｉｎｉはモータの駆動が開始されるときの回転子の位相（初期位相）である。また、θｓｔｅｐは、パルス生成器５００ｂから出力されるパルス１個当たりのθ＿ｒｅｆの増加量である。また、ｎは指令値生成器５００ｃに入力されるパルスの個数である。

以下に、フルステップ駆動方式及びマイクロステップ駆動方式について説明する。

｛フルステップ駆動方式｝
図６は、本実施形態におけるフルステップ駆動方式における回転子の動作を説明する図である。また、図７は、フルステップ駆動方式を行う方法の例を示す図である。図７には、パルス生成器５００ｂによって生成されるパルス、指令値生成器５００ｃによって生成される指令位相θ＿ｒｅｆ、定電流制御器５１７によって生成される電流指令値ｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆが示されている。なお、図６（Ａ）に示す状態は図７における期間（Ａ）に対応する。同様に、図６（Ｂ）乃至（Ｄ）に示す状態は図７における期間（Ｂ）乃至（Ｄ）に対応する。なお、図７には、回転子が一定速度で回転している状態におけるパルス、電流指令値及び指令位相が示されている。

以下に、図５乃至図７を用いて、本実施形態におけるフルステップ駆動方式の例を説明する。なお、本実施形態におけるフルステップ駆動では、図６に示すように、式（１０）に示す初期位相θｉｎｉは４５°であるが、これに限定されるわけではない。また、パルス１個当たりのθ＿ｒｅｆの増加量θｓｔｅｐは９０°である。

本実施形態におけるフルステップ駆動では、二相励磁方式が用いられる。二相励磁方式とは、Ａ相及びＢ相の両方の巻線に電流を供給することによって励磁を行う方式である。具体的には、例えば、図７の期間（Ａ）に示すように、指令位相θ＿ｒｅｆが４５°である場合、当該指令位相θ＿ｒｅｆに基づいて決定される電流（電流指令値ｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆ）がＡ相及びＢ相の巻線に供給される。この結果、図６（Ａ）に示すように、ｉの方向（４５°）に磁界が発生し、回転子が当該磁界に引き付けられて回転する。その後、図７の期間（Ｂ）に示すように、指令位相θ＿ｒｅｆが１３５°になると、当該指令位相θ＿ｒｅｆに基づいて決定される電流がＡ相及びＢ相の巻線に供給される。この結果、図６（Ｂ）に示すように、ｉｉの方向（１３５°）に磁界が発生し、回転子が当該磁界に引き付けられて回転する。その後、図７の期間（Ｃ）に示すように、指令位相θ＿ｒｅｆが２２５°になると、当該指令位相θ＿ｒｅｆに基づいて決定される電流がＡ相及びＢ相の巻線に供給される。この結果、図６（Ｃ）に示すように、ｉｉｉの方向（２２５°）に磁界が発生し、回転子が当該磁界に引き付けられて回転する。その後、図７の期間（Ｄ）に示すように、指令位相θ＿ｒｅｆが３１５°になると、当該指令位相θ＿ｒｅｆに基づいて決定される電流がＡ相及びＢ相の巻線に供給される。この結果、図６（Ｄ）に示すように、ｉｖの方向（３１５°）に磁界が発生し、回転子が当該磁界に引き付けられて回転する。以降、上述の制御が繰り返し行われることによって、回転子が回転する。

上述のように、本実施形態におけるフルステップ駆動では、指令値生成器５００ｃは、以下の式（１１）にようにして指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。
θ＿ｒｅｆ＝４５°＋９０°＊ｎ （１１）
なお、パルス生成器５００ｂから出力されるパルスの個数ｎは、指令位相に対応する。また、パルス生成器５００ｂから出力されるパルスの周期（周波数）は、指令速度に対応する。

生成された指令位相θ＿ｒｅｆは定電流制御器５１７に入力され、定電流制御器５１７は指令位相θ＿ｒｅｆ及び予め決められた電流ベクトルの大きさに基づいて電流指令値ｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆを生成し、フルステップ駆動方式による定電流制御を行う。

以上のように、上述のフルステップ駆動方式ではＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流は図７に示すように変化する。具体的には、Ａ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流はパルスに応じて向きが変わる。（即ち、電流波形は矩形波状になる）。

また、本実施形態におけるフルステップ駆動方式では、パルスに応じて指令位相θ＿ｒｅｆが９０°ずつ加算される。指令位相θ＿ｒｅｆが９０°ずつ進むことによって、例えば、指令位相θ＿ｒｅｆが９０°未満進む場合よりも回転子に発生させるトルクを大きくすることができる。

｛マイクロステップ駆動方式｝
次に、マイクロステップ駆動方式について説明する。なお、前述したように、本実施形態では、マイクロステップ駆動方式はベクトル制御中に行われる駆動方式である。

図８は、マイクロステップ駆動方式を行う方法の例を示す図である。図８には、パルス生成器５００ｂによって生成されるパルス、指令値生成器５００ｃによって生成される指令位相θ＿ｒｅｆ、Ａ相及びＢ相の巻線に流れる電流が示されている。

以下に、図５及び図８を用いて、本実施形態におけるマイクロステップ駆動を行う方法について説明する。なお、図８に示すパルス及び指令位相は、回転子が一定速度で回転している状態を示す。

マイクロステップ駆動方式とは、指令位相θ＿ｒｅｆの進み量をフルステップ駆動方式よりも小さくすることによってモータを駆動する駆動方式である。具体的には、マイクロステップ駆動方式における指令位相θ＿ｒｅｆの進み量は、フルステップ駆動方式における指令位相θ＿ｒｅｆの進み量である９０°が１／Ｎ（Ｎは正の整数）に分割された量（９０°／Ｎ）である。この結果、電流波形は図８に示すように正弦波状に滑らかに変化し、その結果、回転子の回転位相θをより細かく制御することができる。

マイクロステップ駆動が行われる場合、パルス生成器５００ｂは、回転速度ω＿ｒｅｆ´に基づいて図８に示すようなパルスを生成して出力する。そして、指令値生成器５００ｃは、パルス生成器５００ｂから出力されたパルスに基づいて、以下の式（１２）にようにして指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。
θ＿ｒｅｆ＝４５°＋９０／Ｎ°＊ｎ （１２）
このように、指令値生成器５００ｃは、パルス生成器５００ｂからパルスが１個入力されると、指令位相θ＿ｒｅｆに９０／Ｎ°を加算することによって指令位相θ＿ｒｅｆを更新する。即ち、パルス生成器５００ｂから出力されるパルスの個数は、指令位相に対応する。なお、パルス生成器５００ｂから出力されるパルスの周期（周波数）は、指令速度に対応する。

生成された指令位相θ＿ｒｅｆはベクトル制御器５１８に入力され、ベクトル制御器５１８は前述したマイクロステップ駆動方式によるベクトル制御を行う。

以上のように、本実施形態では、定電流制御が行われている期間はフルステップ駆動方式が用いられる。この結果、マイクロステップ駆動で定電流制御を行う場合よりも大きなトルクを回転子に発生させることができ、モータが脱調することを抑制することができる。

また、回転子の回転位相θに基づいて駆動電流の制御が行われるベクトル制御ではマイクロステップ駆動方式が用いられる。この結果、回転子の回転位相θをより細かく制御することができる。

＜制御方法及び駆動方式の切り替え＞
前述したように、本実施形態における定電流制御ではフルステップ駆動方式が用いられる。また、本実施形態におけるベクトル制御ではマイクロステップ駆動方式が用いられる。したがって、制御方法が定電流制御からベクトル制御に切り替わることに伴い、駆動方式をフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替える必要がある。

以下に、制御方法及び駆動方式を切り替える方法を説明する。

図４に示すように、本実施形態におけるモータ制御装置１５７は、制御方法及び駆動方式を切り替える構成を有する。具体的には、モータ制御装置１５７は、指令生成器５００、制御切替器５１５、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１７ｃを有する。なお、定電流制御が行われている期間中、ベクトル制御を行う回路は稼働していても良いし、停止していてもよい。また、ベクトル制御が行われている期間中、定電流制御を行う回路は稼働していても良いし、停止していてもよい。

図５に示すように、制御切替器５１５は、定電流制御とベクトル制御との切り替えを行うか否かを速度生成器５００ａから出力された回転速度ω＿ｒｅｆ´に基づいて判定する制御切替判定器５１５ａを有する。また、制御切替器５１５は、制御切替判定器５１５ａの判定結果とパルス生成器５００ｂから出力されるパルス情報とに基づいて制御方法及び駆動方式を切り替える切替器５１５ｂを有する。なお、パルス情報には、パルス生成器５００ｂによって生成されるパルスの周期、フルステップ駆動における励磁相を切り替えるタイミング等が含まれる。

｛ベクトル制御と定電流制御との切り替えを判定する構成｝
まず、図５及び図９を用いて、制御切替判定器５１５ａが定電流制御とベクトル制御との切り替えを行うか否かを判定する構成について説明する。

図９は、回転速度ω＿ｒｅｆ´と閾値ωｔｈとの関係を示す図である。なお、図９に示す時刻ｔｃ１は、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより小さい値から閾値ωｔｈより大きい値へと変化するタイミングを示す。また、図９に示す時刻ｔｃ２は、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより大きい値から閾値ωｔｈより小さい値へと変化するタイミングを示す。

制御切替判定器５１５ａは、回転速度ω＿ｒｅｆ´と閾値ωｔｈとを比較することによって、定電流制御とベクトル制御との切り替えを行うか否かを判定し、判定結果を示す指示信号Ａを切替器５１５ｂに出力する。具体的には、制御切替判定器５１５ａは、入力された回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより小さい場合は定電流制御を行うことを示す指示信号Ａとして‘０’を出力する。また、制御切替判定器５１５ａは、入力された回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈ以上である場合はベクトル制御を行うことを示す指示信号Ａとして‘１’を出力する。なお、制御切替判定器５１５ａは、速度生成器５００ａが回転速度ω＿ｒｅｆ´を出力する周期に対応する周期で当該指示信号Ａを出力する。また、本実施形態における閾値ωｔｈは、回転位相θが精度よく決定される回転速度のうち最も小さい回転速度に設定されるが、この限りではない。例えば、閾値ωｔｈは、回転位相θが精度よく決定される回転速度のうち最も小さい回転速度以上の値に設定されてもよい。また、閾値ωｔｈは、例えば、制御切替器５１５に設けられたメモリ５１５ｄに予め保存されている。

｛切替器５１５ｂが制御方法及び駆動方式を切り替える構成｝
次に、切替器５１５ｂが制御切替判定器５１５ａから出力される指示信号Ａとパルス生成器５００ｂから出力されるパルス情報とに基づいて制御方法及び駆動方式を切り替える構成を説明する。

図５に示すように、切替器５１５ｂは、フルステップ駆動を行うかマイクロステップ駆動を行うかを指示する指示信号Ｂを指令生成器５００に出力する。なお、切替器５１５ｂは、例えば、制御切替判定器５１５ａが指示信号Ａを出力する周期と同じ周期で指示信号Ｂを出力する。なお、指示信号Ｂ‘０’はフルステップ駆動を行うことを示し、指示信号Ｂ‘１’はマイクロステップ駆動を行うことを示す。

図１０は、図９に示す時刻ｔｃ１において制御方法が定電流制御からベクトル制御に切り替わる（即ち、時刻ｔｃ１において駆動方式がフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替わる）場合のタイミングチャートである。図１０には、フルステップ駆動を行うパルス（フルステップ駆動パルス）とマイクロステップ駆動を行うパルス（マイクロステップ駆動パルス）とが示されている。また、図１０には、フルステップ駆動パルス及びマイクロステップ駆動パルスに応じて変化する指令位相が示されている。なお、図１０では、時刻ｔｃ１は、フルステップ駆動において励磁される巻線の相が切り替わる時刻ｔａ１より後であり且つ次に励磁される巻線の相が切り替わる時刻ｔａ２より前の時刻として示されている。

前述したように、フルステップ駆動方式においては、励磁される巻線の相が切り替わる毎に、巻線に供給される電流の向きが逆方向に切り替わる。巻線に供給される電流の向きが逆方向に切り替わると、当該電流は変動する。つまり、図１０に示す時刻ｔａ１の直後に、巻線に流れる電流は大きく変動する。なお、当該変動の幅は時刻ｔａ１から時間が経過するほど小さくなる。

したがって、図１０に示すように、時刻ｔｃ１において制御方法が定電流制御からベクトル制御に切り替わると（駆動方式がフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替わると）、電流の変動幅が比較的大きい状態において駆動方式が切り替わってしまう。この結果、モータの駆動（制御）が不安定になってしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、以下の構成がモータ制御装置１５７に適用されることによって、モータの駆動方式が切り替わる際にモータの駆動が不安定になってしまうことを抑制する。

本実施形態では、切替器５１５ｂは、制御切替判定器５１５ａから出力される指示信号Ａが‘０’から‘１’又は‘１’から‘０’に切り替わったら、パルス情報に基づいて制御方式及び駆動方式を切り替える。

図１１は、本実施形態における、制御方法及び駆動方式を切り替える方法を説明する図である。図１１（ａ）は、定電流制御且つフルステップ駆動からベクトル制御且つマイクロステップ駆動に制御方法及び駆動方式を切り替える方法を示すタイムチャートである。また、図１１（ｂ）は、回転速度ω＿ｒｅｆ´と閾値ωｔｈとの関係を示す図である。なお、図１１（ａ）においては、説明の便宜上、回転子が一定速度で回転している場合のパルス及び指令位相が示されているが、実際には制御方法及び駆動方式の切り替えは回転子の加速中に行われる。

切替器５１５ｂは、図１１（ａ）に示すように、制御切替判定器５１５ａから出力される指示信号Ａが‘０’から‘１’に切り替わった後の最初に励磁相の切り替えが行われるタイミング（時刻ｔａ２）において、モータの制御方法及び駆動方式を切り替える。

具体的には、切替器５１５ｂは、時刻ｔａ２において、指示信号Ｂを‘０’から‘１’に切り替える。この結果、指令生成器５００は当該指示信号Ｂの切り替えに応じて駆動方式をフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替える。より具体的には、パルス生成器５００ｂは当該指示信号Ｂの切り替えに応じて、生成するパルスをフルステップ駆動パルスからマイクロステップ駆動パルスに切り替える。また、指令値生成器５００ｃは、パルス生成器５００ｂから出力されるパルスに基づいて指令位相θ＿ｒｅｆを生成する方法を式（１１）から式（１２）に切り替える。この結果、駆動方式がフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替わる。

また、切替器５１５ｂは、時刻ｔａ２において、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態を切り替える。具体的には、切替器５１５ｂは、時刻ｔａ２において、モータ５０９がベクトル制御器５１８によって制御されるように切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態を制御する。その結果、ベクトル制御器５１８によるベクトル制御が行われる。

以上のように、本実施形態では、時刻ｔｃ１で回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより小さい値から閾値ωｔｈより大きい値へと変化しても、モータの制御方法及び駆動方式は切り替えない。そして、時刻ｔｃ１より後の最初に励磁相の切り替えが行われるタイミング（時刻ｔａ２）において、モータの制御方法及び駆動方式を定電流制御かつフルステップ駆動からベクトル制御且つマイクロステップ駆動に切り替える。

このような構成が制御方法及び駆動方式の切り替えに適用されることによって、巻線に流れる電流の変動幅が比較的大きい状態において駆動方式が切り替わってしまうことを抑制することができる。この結果、モータの駆動が不安定になることを抑制することができる。

なお、制御方法及び駆動方式をベクトル制御且つマイクロステップ駆動から定電流制御かつフルステップ駆動に切り替える際には、以下の方法が用いられる。

具体的には、切替器５１５ｂは、制御切替判定器５１５ａから出力される指示信号Ａが‘１’から‘０’に切り替わると、指示信号Ａが切り替わった後の最初のフルステップ駆動における励磁相切り替えタイミングにおいて指示信号Ｂを‘１’から‘０’に切り替える。即ち、切替器５１５ｂは、制御切替判定器５１５ａから出力される指示信号Ａが‘１’から‘０’に切り替わっても、フルステップ駆動における励磁相切り替えタイミングまで指示信号Ｂを‘１’から‘０’に切り替えない。

指令生成器５００は当該指示信号Ｂの切り替えに応じて駆動方式をマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替える。より具体的には、パルス生成器５００ｂは当該指示信号Ｂの切り替えに応じて、生成するパルスをマイクロステップ駆動パルスからフルステップ駆動パルスに切り替える。また、指令値生成器５００ｃは、パルス生成器５００ｂから出力されるパルスに基づいて指令位相θ＿ｒｅｆを生成する方法を式（１２）から式（１１）に切り替える。この結果、駆動方式がマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替わる。

また、切替器５１５ｂは、フルステップ駆動における励磁相切り替えタイミングで、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態を切り替える。具体的には、切替器５１５ｂは、フルステップ駆動における励磁相切り替えタイミングで、モータ５０９が定電流制御器５１７によって制御されるように切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態を制御する。その結果、定電流制御器５１７による定電流制御が行われる。

図１２は、モータ制御装置１５７によるモータの制御方法を示すフローチャートである。以下に、図１２を用いて、本実施形態におけるモータ５０９の制御について説明する。このフローチャートの処理は、ＣＰＵ１５１ａからの指示を受けたモータ制御装置１５７によって実行される。

まず、ＣＰＵ１５１ａからモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｈ’が出力されると、モータ制御装置１５７はＣＰＵ１５１ａから出力される指令に基づいてモータ５０９の駆動を開始する。ｅｎａｂｌｅ信号とは、モータ制御装置１５７の稼働を許可又は禁止する信号である。ｅｎａｂｌｅ信号が‘Ｌ（ローレベル）’である場合は、ＣＰＵ１５１ａはモータ制御装置１５７の稼働を禁止する。即ち、モータ制御装置１５７によるモータ５０９の制御は終了される。また、ｅｎａｂｌｅ信号が‘Ｈ（ハイレベル）’である場合は、ＣＰＵ１５１ａはモータ制御装置１５７の稼働を許可して、モータ制御装置１５７はＣＰＵ１５１ａから出力される指令に基づいてモータ５０９の制御を行う。

次に、Ｓ１００１において、制御切替判定器５１５ａは、指示信号Ａを‘０’にして切替器５１５ｂに出力する。切替器５１５ｂは、当該指示信号Ａに応じて、指示信号Ｂを‘０’にして指令生成器５００に出力する。また、切替器５１５ｂは、モータ５０９が定電流制御器５１７によって制御されるように切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態を制御する。その結果、定電流制御器５１７によるフルステップ駆動の定電流制御が行われる。

その後、Ｓ１００２において、ＣＰＵ１５１ａからモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｌ’が出力された場合は、モータ制御装置１５７はモータ５０９の駆動を終了する。

また、Ｓ１００２おいて、ＣＰＵ１５１ａからモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｈ’が出力されている場合は、モータ制御装置１５７は処理をＳ１００３に進める。

次に、Ｓ１００３において、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈ未満である場合は、処理は再びＳ１００１に戻る。即ち、定電流制御器５１７による定電流制御が維持される。

また、Ｓ１００３において、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈ以上である場合は、処理はＳ１００４に進む。

Ｓ１００４において、励磁相の切り替えタイミング（時刻ｔａ２）になると、Ｓ１００５において、制御切替判定器５１５ａは、指示信号Ａを‘０’から‘１’に切り替えて切替器５１５ｂに出力する。切替器５１５ｂは、当該指示信号Ａに応じて、指示信号Ｂを‘０’から‘１’に切り替えて指令生成器５００に出力する。また、切替器５１５ｂは、モータ５０９がベクトル制御器５１８によって制御されるように切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態を制御する。その結果、ベクトル制御器５１８によるマイクロステップ駆動のベクトル制御が行われる。

その後、Ｓ１００６において、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈ以上である場合は、処理は再びＳ１００５に戻り、ベクトル制御器５１８によるマイクロステップ駆動のベクトル制御が続行される。

また、Ｓ１００６において、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより小さい場合は、処理は再びＳ１００１に戻り、制御切替判定器５１５ａは、指示信号Ａを‘１’から‘０’に切り替えて切替器５１５ｂに出力する。切替器５１５ｂは、当該指示信号Ａに応じて、指示信号Ｂを‘１’から‘０’に切り替えて指令生成器５００に出力する。また、切替器５１５ｂは、モータ５０９が定電流制御器５１７によって制御されるように切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態を制御する。その結果、定電流制御器５１７によるフルステップ駆動の定電流制御が行われる。

以降、ＣＰＵ１５１ａからモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｌ’が出力されるまで、モータ制御装置１５７は上述の制御を繰り返し行う。なお、ベクトル制御中であっても、ＣＰＵ１５１ａからモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｌ’が出力された場合は、モータ制御装置１５７はモータの制御を中止する。

以上のように、本実施形態では、時刻ｔｃ１で回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより小さい値から閾値ωｔｈより大きい値へと変化しても、モータの制御方法及び駆動方式は切り替えない。そして、時刻ｔｃ１より後の最初に励磁相の切り替えが行われるタイミング（時刻ｔａ２）において、モータの制御方法及び駆動方式を定電流制御かつフルステップ駆動からベクトル制御且つマイクロステップ駆動に切り替える。

このような構成が制御方法及び駆動方式の切り替えに適用されることによって、巻線に流れる電流の変動幅が比較的大きい状態において駆動方式が切り替わってしまうことを抑制することができる。この結果、モータの駆動が不安定になることを抑制することができる。

なお、マイクロステップ駆動方式においては、巻線に供給される電流の位相がフルステップ駆動方式に比べて滑らかに切り替わる。したがって、巻線に供給される駆動電流が変化した後の当該電流の変動幅は、フルステップ駆動方式における変動幅に比べて非常に小さい。そのため、切替器５１５ｂは、制御切替判定器５１５ａから出力される指示信号Ａに基づいて制御方法及び駆動方式をベクトル制御且つマイクロステップ駆動から定電流制御かつフルステップ駆動に切り替える。

なお、モータの制御方法及び駆動方式を切り替えるタイミングは、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより大きくなった後の最初に励磁相が切り替わるタイミングに限らない。例えば、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより大きくなった後、二回目（複数回目）に励磁相が切り替わるタイミングでモータの制御方法及び駆動方式を切り替える構成であってもよい。

なお、本実施形態においては、パルス生成器５００ｂは、フルステップ駆動が行われる場合はフルステップ駆動パルスを生成し、マイクロステップ駆動が行われる場合はマイクロステップ駆動パルスを生成したが、この限りではない。例えば、図１３に示すように、パルス生成器５００ｂは、フルステップ駆動中であってもマイクロステップ駆動パルスを生成する構成であってもよい。この場合、指令値生成器５００ｃは、フルステップ駆動中はパルス生成器５００ｂから出力されたパルスの立ちあがりエッジをＮ個検出すると、指令位相θ＿ｒｅｆに９０°を加算することによって指令位相θ＿ｒｅｆを更新する。また、指令値生成器５００ｃは、マイクロステップ駆動中はパルス生成器５００ｂから出力されたパルスの立ちあがりエッジを１個検出するごとに、指令位相θ＿ｒｅｆに９０／Ｎ°を加算することによって指令位相θ＿ｒｅｆを更新する。なお、駆動方式及び制御方法の切り替え方法は、本実施形態において説明した方法が適用される。

また、本実施形態におけるフルステップ駆動方式では、二相励磁方式が用いられたが、一相励磁方式やハーフステップ励磁方式（１−２相励磁方式）が用いられてもよい。

また、本実施形態では、定電流制御且つフルステップ駆動方式からベクトル制御且つマイクロステップ駆動方式に制御方法及び駆動方式を同時に切り替えたが、この限りではない。例えば、定電流制御且つフルステップ駆動でモータを制御している状態から駆動方式をフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替え、その後、制御方法を定電流制御からベクトル制御に切り替える構成であってもよい。この場合、指示信号Ａが‘０’であって、フルステップ駆動による励磁相の切り替えが行われるタイミングにおいて、切替器５１５ｂが指示信号Ｂを‘０’から‘１’に切り替える。この結果、駆動方式がフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替わる。その後、指示信号Ａが‘０’から‘１’に切り替わると、切替器５１５ｂは切替スイッチを制御することによって制御方法を定電流制御からベクトル制御に切り替える。

また、例えば、定電流制御且つフルステップ駆動でモータを制御している状態から制御方法を定電流制御からベクトル制御に切り替え、その後、駆動方式をフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替える構成であってもよい。この場合、指示信号Ａが‘０’から‘１’に切り替わると、切替器５１５ｂは切替スイッチを制御することによって制御方法を定電流制御からベクトル制御に切り替える。その後、フルステップ駆動による励磁相の切り替えが行われるタイミングにおいて、切替器５１５ｂが指示信号Ｂを‘０’から‘１’に切り替える。この結果、駆動方式がフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替わる。

また、本実施形態における定電流制御では、静止座標系における電流値に基づいて巻線に流れる駆動電流が制御されたが、この限りではない。例えば、指令位相θ＿ｒｅｆを基準とする回転座標系における電流値に基づいて巻線に流れる駆動電流が制御されてもよい。

また、本実施形態におけるモータ制御装置は、ベクトル制御を行う回路と定電流制御を行う回路とにおいて、一部共有している部分（電流制御器５０３、５０４、ＰＷＭインバータ５０６等）があるが、この限りではない。例えば、ベクトル制御を行う回路と定電流制御を行う回路とがそれぞれ独立に設けられている構成であっても良い。

また、本実施形態において、ベクトル制御器５１８を用いてモータ５０９の駆動を制御する回路は本発明における第１制御回路に相当する。更に、本実施形態において、定電流制御器５１７を用いてモータ５０９の駆動を制御する回路は本発明における第２制御回路に相当する。

また、本実施形態においては、モータは２相モータであったが、３相モータ等の他のモータであっても本実施形態を適用することができる。

また、本実施形態においては、回転子として永久磁石が用いられているが、これに限定されるものではない。

１５７ モータ制御装置
４０２ 回転子
５００ 指令生成器
５０２ 位相制御器
５０９ モータ
５１５ 制御切替器

Claims (18)

1. 予め決められたパルス列に基づいて、第１の変化量で変化する第１の指令位相と前記第１の変化量よりも小さい第２の変化量で変化する第２の指令位相とを生成する生成手段と、
   前記第１の指令位相に基づいて決定される前記巻線に供給すべき電流に基づいて前記モータを駆動する第１モードと、前記第２の指令位相に基づいて決定される前記巻線に供給すべき電流に基づいて前記モータを駆動する第２モードと、を駆動モードとして備える制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記駆動モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替えることが決定されている状態において、前記第１モード中に前記巻線に供給すべき電流が変化するタイミングで、前記駆動モードを前記第１モードから前記第２モードに切り替えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記生成手段は、
   上位装置から前記モータ制御装置に入力される指令に基づいて前記回転子の目標速度に対応する回転速度を決定する速度決定手段と、
   前記速度決定手段によって決定される回転速度に基づいて前記パルス列を生成するパルス生成手段と、
   前記パルス生成手段によって生成された前記パルス列に基づいて前記第１の指令位相又は前記第２の指令位相を生成する指令生成手段と、
   を有し、
   前記パルス生成手段は、前記第１モードが実行される期間は前記第１の変化量に対応するパルスを生成して出力し、前記第２モードが実行される期間は前記第２の変化量に対応するパルスを生成して出力し、
   前記指令生成手段は、前記第１の変化量に対応するパルスが１個入力されると前記第１の指令位相に前記第１の変化量を加算することによって前記第１の指令位相を更新し、前記第２の変化量に対応するパルスが１個入力されると前記第２の指令位相に前記第２の変化量を加算することによって前記第２の指令位相を更新することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記生成手段は、
   上位装置から前記モータ制御装置に入力される指令に基づいて前記回転子の目標速度に対応する回転速度を決定する速度決定手段と、
   前記速度決定手段によって決定される回転速度に基づいて前記パルス列を生成するパルス生成手段と、
   前記パルス生成手段によって生成された前記パルス列に基づいて前記第１の指令位相又は前記第２の指令位相を生成する指令生成手段と、
   を有し、
   前記第２の変化量は、前記第１の変化量が所定値で除算された量であり、
   前記指令生成手段は、前記第１モードが実行される期間は、前記パルス生成手段によって生成されるパルスが前記所定値に対応する個数入力されると前記第１の指令位相に前記第１の変化量を加算することによって前記第１の指令位相を更新し、前記第２モードが実行される期間は、前記パルス生成手段によって生成されるパルスが１個入力されると前記第２の指令位相に前記第２の変化量を加算することによって前記第２の指令位相を更新することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記モータ制御装置は、
   前記巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて、前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記生成手段によって生成された前記指令位相と予め決められた大きさの電流とに基づいて前記駆動電流を制御する第１制御モードと、前記生成手段によって生成された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巻線に流れる駆動電流を制御する第２制御モードと、を制御モードとして備え、
   前記制御手段は、前記第１制御モードを行う際は前記第１モードを実行し、前記第２制御モードを行う際は前記第２モードを実行し、
   前記制御手段は、前記第１モード及び前記第１制御モードを実行している状態において、前記回転子の目標速度に対応する回転速度が所定速度より小さい値から前記所定速度より大きい値になった後の前記巻線に供給すべき電流が変化するタイミングで、前記駆動モードを前記第２モードに切り替え、前記制御モードを前記第２制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記制御手段は、前記第１モード及び前記第１制御モードを実行している状態において、前記回転子の目標速度に対応する回転速度が所定速度より小さい値から前記所定速度より大きい値になった後の最初に前記巻線に供給すべき電流が変化するタイミングで、前記駆動モードを前記第２モードに切り替え、前記制御モードを前記第２制御モードに切り替えることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 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ことを示す信号を前記生成手段に出力する切替手段と、
   を有し、
   前記生成手段は、前記第１制御回路を用いて前記モータを制御することを示す信号が前記切替手段から出力された場合は前記第１の指令位相を生成し、前記第２制御回路を用いて前記モータを制御することを示す信号が前記切替手段から出力された場合は前記第２の指令位相を生成することを特徴とする請求項４又は５に記載のモータ制御装置。
7. 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電圧生成手段と、
   前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて、前記モータの回転子の回転によって前記モータの第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、前記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モータの回転子の回転位相を決定することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
8. 前記所定速度は、前記位相決定手段が前記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モータの回転子の回転位相を決定することができる回転速度に設定されることを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
9. 前記目標速度に対応する回転速度は、所定の時間周期で変化することを特徴とする請求項４乃至８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
10. 前記第１の変化量は９０°であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
11. 前記制御手段は、前記第１駆動モードでは、前記モータの第１相及び第２相を励磁する２相励磁方式に基づいて前記モータを駆動することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
12. 前記制御手段は、前記第２制御モードでは、前記検出手段によって検出された前記駆動電流の前記励磁電流成分の値が０になるように制御し、前記検出手段によって検出された前記駆動電流の前記トルク電流成分の値を制御することによって、前記巻線に流れる駆動電流を制御することを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
13. 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、
    前記電圧生成手段は、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７乃至１２のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
14. 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、
    前記モータを駆動する、請求項１乃至１３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。
15. 請求項１４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。
16. 請求項１５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。
17. 記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
    負荷を駆動するモータと、
    前記モータを駆動する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
18. 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１７に記載の画像形成装置。

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