JP2019146308A - 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】モータの制御モードが切り替わる際の、モータの制御が不安定になることを抑制する。【解決手段】指令生成器５００は、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された回転位相θを指令位相θ＿ｒｅｆとして出力する。また、指令生成器５００は、切替信号が‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替わる前の最後に出力した指令位相θ＿ｒｅｆに、位相差δを加算した位相を指令位相θ＿ｒｅｆとして出力する。この結果、モータを制御する制御モードが切り替わる際にモータの制御が不安定になることを抑制することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置におけるモータの制御に関する。

従来、モータを制御する方法として、モータの回転子の回転位相を基準とした回転座標系における電流値を制御することによってモータを制御するベクトル制御と称される制御方法が知られている。具体的には、回転子の指令位相と回転位相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行うことによってモータを制御する制御方法が知られている。なお、回転子の指令速度と回転速度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制御方法も知られている。

ベクトル制御において、モータの巻線に流れる駆動電流は、回転子が回転するためのトルクを発生させる電流成分であるｑ軸成分（トルク電流成分）と、モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する電流成分であるｄ軸成分（励磁電流成分）とにより表される。回転子にかかる負荷トルクの変化に応じてトルク電流成分の値が制御されることによって、回転に必要なトルクが効率的に発生する。この結果、余剰トルクに起因したモータ音の増大や消費電力の増大が抑制される。また、回転子にかかる負荷トルクがモータの巻線に供給された駆動電流に対応した出力トルクを超えることに起因して回転子が入力信号に同期しなくなり、モータが制御不能な状態（脱調状態）になってしまうことを抑制することができる。

ベクトル制御では、回転子の回転位相を決定する構成が必要となる。特許文献１では、回転子が回転することによってモータの各相の巻線に発生する誘起電圧に基づいて回転子の回転位相を決定する構成が述べられている。

巻線に発生する誘起電圧の大きさは、回転子の回転速度が小さいほど小さくなる。巻線に発生する誘起電圧の大きさが、回転子の回転位相が決定されるために十分な大きさでない場合は、回転位相が精度良く決定されない可能性がある。即ち、回転子の回転速度が小さいほど、回転子の回転位相を決定する精度が悪くなってしまう可能性がある。

そこで、特許文献２では、回転子の指令速度が所定の回転速度よりも小さい場合は、モータの巻線に予め決められた電流を供給することによってモータを制御する定電流制御が用いられる構成が述べられている。なお、定電流制御においては、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。特許文献２には、更に、回転子の指令速度が所定の回転速度以上の場合は、ベクトル制御が用いられる構成が述べられている。

特表２０１２−５０９０５６号公報 特開２００５−３９９５５号公報

図１２は、指令位相と回転子の回転位相との関係の一例を示す図である。図１２の実線はモータに対する指令位相を示し、破線は回転子の回転位相を示す。なお、図１２では、回転子が一定速度で回転している状態における指令位相と回転子の回転位相との関係が示されている。

図１２に示すように、定電流制御においては、指令位相と回転子の回転位相との位相差が当該回転子のかかる負荷トルクに応じた位相差である状態で、回転子が回転する。一方、ベクトル制御においては、指令位相と回転子の回転位相との偏差が小さくなるようにモータが制御されることに起因して、指令位相と回転子の回転位相との位相差が定電流制御における位相差よりも小さい状態で回転子が回転する。

モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際には、瞬間的にモータの回転速度が変動する可能性がある。具体的には、図１２に示すように、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際には、指令位相と回転子の回転位相との位相差が減少することに起因して、モータの回転速度が変動する可能性がある。

また、モータの制御がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際には、瞬間的にモータの回転速度が変動する可能性がある。具体的には、図１２に示すように、モータの制御がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際には、指令位相と回転子の回転位相との位相差が増大することに起因して、モータの回転速度が変動する可能性がある。

このように、モータの制御がベクトル制御と定電流制御との間で切り替わる際にモータの回転速度が変動すると、モータの制御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、モータを制御する制御モードが切り替わる際にモータの制御が不安定になる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、
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、
前記モータの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る前記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、
前記指令位相を生成する生成手段と、
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前記回転位相との偏差が小さくなるように、前記回転位相に基づく回転座標系において表されるトルク電流成分の値に基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御することによって前記モータを制御する第１制御モードと、予め決められた大きさの電流に基づい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、
前記位相決定手段は、前記第２制御モードの実行中においても、前記回転位相を決定し、
前記生成手段は、前記駆動電流を制御する制御モードが前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替わった場合の前記第１制御モードにおける前記指令位相を、前記第２制御モードの実行中に前記位相決定手段によって決定された前記回転位相に基づいて生成することを特徴とする。

本発明によれば、モータを制御する制御モードが切り替わる際にモータの制御が不安定になる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。 第１実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 指令生成器の構成を示すブロック図である。 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との関係及び切替信号を示す図である。 第１実施形態におけるモータの制御切替時の処理方法を説明する図である。 第１実施形態に係るモータ制御装置によるモータの制御方法を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるモータ制御装置１５７の構成の例を示すブロック図である。 第２実施形態におけるモータの制御切替時の処理方法を説明する図である。 モータの制御切替時の回転位相の様子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によって給送され、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、ピックアップローラ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、ピックアップローラ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。

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、本実施形態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）は本実施形態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。

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２個以上のモータが設けられている。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、２個以上のモータ制御装置が画像形成装置に設けられている。

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。

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として駆動パルスを出力する。なお、モータの動作シーケンス（モータの駆動パターン）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に基づいて、パルス列としての駆動パルスを出力する。

指令生成器５００は、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルスに基づいて、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。なお、指令生成器５００の構成については後述する。

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との偏差を演算して出力する。

位相制御器５０２は、偏差Δθを周期Ｔ（例えば、２００μｓ）で取得する。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、電流検出器５０７、５０８が電流を検出する周期（所定周期）は、例えば、位相制御器５０２が偏差Δθを取得する周期Ｔ以下の周期（例えば、２５μｓ）である。

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。

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、指令生成器５００、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から出力された駆動パルスに基づいて、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。

＜指令生成器＞
図５は、本実施形態における指令生成器５００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´を生成する速度決定手段としての速度生成器５００ａ及びＣＰＵ１５１ａから出力された駆動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５００ｂを有する。

速度生成器５００ａは、連続する駆動パルスの立ち下がりエッジの時間間隔に基づいて回転速度ω＿ｒｅｆ´を生成して出力する。即ち、回転速度ω＿ｒｅｆ´は、駆動パルスの周期に対応する周期で変化する。

指令値生成器５００ｂは、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルスに基づいて、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、駆動パルス１個当たりのθ＿ｒｅｆの増加量（変化量）である。また、ｎは指令値生成器５００ｂに入力されるパルスの個数である。

｛マイクロステップ駆動方式｝
本実施形態では、定電流制御において、マイクロステップ駆動方式が用いられる。なお、定電流制御において用いられる駆動方式は、マイクロステップ駆動方式に限定されるわけではなく、例えば、フルステップ駆動方式等の駆動方式であってもよい。

図６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６には、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルス、指令値生成器５００ｂ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６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６に示す駆動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６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、指令値生成器５００ｂは、ＣＰＵ１５１ａから出力された駆動パルスに基づいて、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°＊ｎ （１１）

このように、指令値生成器５００ｂは、駆動パルスが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、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルスの個数は、指令位相に対応する。なお、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルスの周期（周波数）は、モータ５０９の目標速度（指令速度）に対応する。

＜ベクトル制御と定電流制御との切り替え＞
次に、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。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、定電流制御とベクトル制御と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、制御切替器５１５、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、遅延回路５１９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る。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には、速度生成器５００ａから出力された回転速度ω＿ｒｅｆ´が入力される。制御切替器５１５は、回転速度ω＿ｒｅｆ´と所定値としての閾値ωｔｈとを比較し、比較結果に基づいて、定電流制御とベクトル制御との切り替えを行うための切替信号を出力する。

図７は、回転速度ω＿ｒｅｆ´と閾値ωｔｈとの関係及び切替信号を示す図である。なお、図７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７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。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５１５ａに予め記憶されている。

図７に示すように、制御切替器５１５は、定電流制御が行われる場合は切替信号を‘Ｈ’にし、ベクトル制御が行われる場合は、切替信号を‘Ｌ’にする。制御切替器５１５から出力された切替信号は、図４に示すように、指令生成器５００と遅延回路５１９とに入力される。なお、制御切替器５１５は、例えば、回転速度ω＿ｒｅｆ´が入力される周期と同じ周期で切替信号を出力している。

遅延回路５１９は、切替信号が制御切替器５１５から出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を出力する。なお、所定の遅延時間は、切替信号が制御切替器５１５から出力されてから指令生成器５００が当該切替信号に応じて指令位相θ＿ｒｅｆを出力するまでの時間よりも長い時間である。位相制御器５０２が切替信号に応じて指令位相θ＿ｒｅｆを出力する構成については後述する。

定電流制御器５１７による制御中において、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈ以上（ω＿ｒｅｆ´≧ωｔｈ）になると、制御切替器５１５は、モータ５０９を制御する制御器を切り替える。即ち、制御切替器５１５は、モータ５０９を制御する制御器を定電流制御器５１７からベクトル制御器５１８に切り替えるように、切替信号を‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替えて出力する。遅延回路５１９は、制御切替器５１５から切替信号が出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂに出力する。その結果、切替信号に応じて切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ及び５１６ｃの状態が切り替わり、ベクトル制御器５１８によるベクトル制御が行われる。

また、定電流制御器５１７による制御中において、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより小さい（ω＿ｒｅｆ´＜ωｔｈ）場合は、制御切替器５１５は、モータ５０９を制御する制御器を切り替えない。即ち、制御切替器５１５は、モータ５０９が定電流制御器５１７によって制御される状態を維持するように、切替信号‘Ｈ’を出力する。遅延回路５１９は、制御切替器５１５から切替信号が出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂに出力する。その結果、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ及び５１６ｃの状態が維持され、定電流制御器５１７による定電流制御が続行される。

ベクトル制御器５１８による制御中において、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより小さくなると（ω＿ｒｅｆ´＜ωｔｈ）、制御切替器５１５は、モータ５０９を制御する制御器を切り替える。即ち、制御切替器５１５は、モータ５０９を制御する制御器をベクトル制御器５１８から定電流制御器５１７に切り替えるように切替信号を‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替えて出力する。遅延回路５１９は、制御切替器５１５から切替信号が出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂに出力する。その結果、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ及び５１６ｃの状態が切り替わり、定電流制御器５１７による定電流制御が行われる。

また、ベクトル制御器５１８による制御中において、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈ以上（ω＿ｒｅｆ´≧ωｔｈ）の場合は、制御切替器５１５は、モータ５０９を制御する制御器を切り替えない。即ち、制御切替器５１５は、モータ５０９がベクトル制御器５１８によって制御される状態を維持するように、切替信号‘Ｌ’を出力する。遅延回路５１９は、制御切替器５１５から切替信号が出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂに出力する。その結果、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ及び５１６ｃの状態が維持され、ベクトル制御器５１８によるベクトル制御が続行される。

＜制御切替時の処理＞
次に、モータの制御方法が切り替わる際にモータ制御装置１５７が行う処理について説明する。本実施形態では、以下の構成が適用されることによって、モータを制御する制御モードが切り替わる際にモータの制御が不安定になることを抑制する。

図８は、本実施形態におけるモータの制御切替時の処理方法を説明する図である。図８の実線はモータの指令位相θ＿ｒｅｆを示し、破線は回転子の回転位相θを示す。

図８に示すように、定電流制御においては、指令位相と回転子の回転位相との位相差が当該回転子のかかる負荷トルクに応じた位相差である状態で、回転子が回転する。一方、ベクトル制御においては、指令位相と回転子の回転位相との偏差が小さくなるようにモータが制御されることに起因して、指令位相と回転子の回転位相との位相差が定電流制御における位相差よりも小さい状態で回転子が回転する。具体的には、ベクトル制御においては、指令位相と回転子の回転位相との偏差が小さくなるようにモータが制御されることに起因して、指令位相と回転子の回転位相との位相差が略０である状態で回転子が回転する。

図４に示すように、本実施形態では、位相決定器５１３によって決定された回転位相θは指令生成器５００に出力される。本実施形態では、指令生成器５００は、モータの制御方法が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に、出力する指令位相θ＿ｒｅｆを調整する。具体的には、指令生成器５００（指令値生成器５００ｂ）は、制御切替器５１５から入力される切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、当該切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された回転位相θを指令位相θ＿ｒｅｆとして出力する。その後、指令値生成器５００ｂは、当該回転位相θを初期値として、ＣＰＵ１５１ａから入力される駆動パルスに基づいて指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。なお、指令値生成器５００ｂは、出力した指令位相θ＿ｒｅｆをメモリ５００ｃに記憶しており、指令位相θ＿ｒｅｆを出力する度に、メモリ５００ｃに記憶されている指令位相θ＿ｒｅｆを新たに出力した指令位相θ＿ｒｅｆに更新する。

指令値生成器５００ｂは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された回転位相θと切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に出力した（メモリ５００ｃに記憶されている）指令位相θ＿ｒｅｆとの位相差δをメモリ５００ｃに記憶する。位相差δ（負荷角）は、モータの回転子にかかる負荷トルクに対応する値であり、当該負荷トルクが大きいほど大きくなる。

また、本実施形態では、指令生成器５００は、モータの制御方法がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際に、指令位相θ＿ｒｅｆを調整する。具体的には、指令値生成器５００ｂは、切替信号が‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替わる前の最後に出力した（メモリ５００ｃに記憶されている）指令位相θ＿ｒｅｆに、メモリ５００ｃに記憶されている位相差δを加算した位相を指令位相θ＿ｒｅｆとして出力する。なお、位相差δは、モータの制御方法が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際にメモリ５００ｃに記憶された位相差である。その後、指令値生成器５００ｂは、当該指令位相θ＿ｒｅｆを初期値として、ＣＰＵ１５１ａから入力される駆動パルスに基づいて指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。

なお、切替信号が制御切替器５１５から出力されてから、遅延回路５１９が当該切替信号を遅延させる所定の遅延時間は、指令値生成器５００ｂが上述の処理を行う時間より長く、切替信号が制御切替器５１５から出力される周期より短い時間である。

図９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９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。なお、このフローチャートの処理が実行されている期間中、指令生成器５００は、位相決定器５１３が回転位相θを出力する周期に対応した周期で当該回転位相θを取得している。

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、制御切替器５１５は、モータ５０９の駆動が定電流制御器５１７によって制御される状態になるように切替信号‘Ｈ’を出力する。その結果、定電流制御器５１７による定電流制御が行われる。

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、Ｓ１００４において、制御切替器５１５は、切替信号を‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替えて出力する。

その後、Ｓ１００５において、指令値生成器５００ｃは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された回転位相θを指令位相θ＿ｒｅｆとして出力する。

そして、Ｓ１００６において、所定の遅延時間が経過すると、Ｓ１００７において、遅延回路５１９から切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ及び５１６ｃに切替信号‘Ｌ’が出力される。この結果、ベクトル制御器５１８によるベクトル制御が行われる。

Ｓ１００８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Ｓ１００７に戻り、ベクトル制御器５１８によるベクトル制御が続行される。

また、Ｓ１００８において、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈより小さい場合は、Ｓ１００９において、切替信号が‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替わる前の最後に出力した指令位相θ＿ｒｅｆに、位相差δを加算した位相を指令位相θ＿ｒｅｆとして出力する。

その後、処理は再びＳ１００１に戻り、制御切替器５１５は、モータ５０９の駆動を制御する制御器を切り替える。即ち、制御切替器５１５は、モータ５０９を制御する制御器をベクトル制御器５１８から定電流制御器５１７に切り替えるように切替信号を‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替えて出力する。遅延回路５１９は、制御切替器５１５から切替信号が出力されてから所定の遅延時間後に、入力された当該切替信号を切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃに出力する。その結果、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態が切り替わり、定電流制御器５１７による定電流制御が行われる。

以降、ＣＰＵ１５１ａがモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｌ’を出力するまで、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がモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｌ’を出力した場合は、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、指令生成器５００は、モータの制御方法が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に、出力する指令位相θ＿ｒｅｆを調整する。具体的には、指令生成器５００（指令値生成器５００ｂ）は、制御切替器５１５から入力される切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、当該切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された回転位相θを指令位相θ＿ｒｅｆとして出力する。この結果、モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に指令位相と回転子の回転位相との位相差が減少することに起因してモータの回転速度が変動してしまうことを抑制することができる。即ち、モータを制御する制御モードが切り替わる際にモータの制御が不安定になることを抑制することができる。

また、指令生成器５００は、モータの制御方法がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際に、指令位相θ＿ｒｅｆを調整する。具体的には、指令値生成器５００ｂは、切替信号が‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替わる前の最後に出力した指令位相θ＿ｒｅｆに、位相差δを加算した位相を指令位相θ＿ｒｅｆとして出力する。この結果、モータの制御がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際に指令位相と回転子の回転位相との位相差が増大することに起因してモータの回転速度が変動してしまうことを抑制することができる。即ち、モータを制御する制御モードが切り替わる際にモータの制御が不安定になることを抑制することができる。

なお、本実施形態では、指令生成器５００は、モータの制御方法がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際に、指令位相θ＿ｒｅｆを以下のようにして調整した。具体的には、指令生成器５００は、切替信号が‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替わる前の最後に出力した指令位相θ＿ｒｅｆに、メモリ５００ｃに記憶されている位相差δを加算した位相を指令位相θ＿ｒｅｆとして出力したが、この限りではない。例えば、指令生成器５００は、切替信号が‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替わる前の最後に座標変換器５１１によって変換された電流値ｉｑと位相決定器５１３によって決定された回転位相θとに基づいて、指令位相θ＿ｒｅｆを生成してもよい。具体的には、例えば、指令位相θ＿ｒｅｆと回転位相θとの位相差（負荷角）と電流値ｉｑとの関係を示すテーブルがＲＯＭ１５１ｂに格納されており、指令生成器５００は、当該テーブルと電流値ｉｑとに基づいて負荷角を決定する。そして、指令生成器５００は、当該負荷角を回転位相θに加算することによって指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力してもよい。また、指令生成器５００は、予め実験等で決定された位相θ０を、切替信号が‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替わる前の最後に生成した指令位相θ＿ｒｅｆに加算することによって指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力してもよい。なお、位相θ０は、例えば、定電流制御の実行中に回転子にかかる負荷トルクに基づいて設定されても良いし、ベクトル制御の実行中に回転子にかかる負荷トルクに基づいて設定されても良い。

〔第２実施形態〕
画像形成装置及びモータ制御装置の構成が第１実施形態と同様である部分については、説明を省略する。

第１実施形態において説明したように、位相差δ（負荷角）はモータの回転子にかかる負荷トルクに対応する値であり、当該負荷トルクが大きいほど大きくなる。例えば、時刻ｔｃ２における負荷トルクが時刻ｔｃ１における負荷トルクよりも大きい場合、時刻ｔｃ２における位相差δは時刻ｔｃ１における位相差δよりも大きい。

制御方法が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際にメモリ５００ｃに記憶された位相差δが、制御方法がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際の指令位相θ＿ｒｅｆの調整量として用いられる場合、以下のことが起こる可能性がある。具体的には、例えば、時刻ｔｃ２における負荷トルクが時刻ｔｃ１における負荷トルクよりも大きいと、制御方法がベクトル制御から定電流制御に切り替わった直後の負荷角に対応するトルクが負荷トルクに比べて小さいことに起因してモータの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、以下の構成が適用されることによって、モータを制御する制御モードが切り替わる際にモータの制御が不安定になることを抑制する。

図１０は、本実施形態におけるモータ制御装置１５７の構成の例を示すブロック図である。本実施形態では、図１０に示すように、座標変換器５１１から出力された電流値ｉｑは指令生成器５００に入力される。

図１１は、本実施形態におけるモータの制御切替時の処理方法を説明する図である。図１１の実線はモータの指令位相θ＿ｒｅｆを示し、破線は回転子の回転位相θを示す。

本実施形態では、指令値生成器５００ｂは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、当該切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された回転位相θを指令位相θ＿ｒｅｆとして出力する。なお、指令値生成器５００ｂは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された回転位相θと切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に出力した指令位相θ＿ｒｅｆとの位相差δをメモリ５００ｃに記憶する。更に、指令値生成器５００ｂは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、当該切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された電流値ｉｑを電流値ｉｑ１としてメモリ５００ｃに記憶する。

切替信号が‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替わると、指令値生成器５００ｂは、メモリ５００ｃに記憶されている位相差δ及び電流値ｉｑ１と切替信号が‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替わる前の最後に入力された電流値ｉｑ２とに基づいて、位相θ´を生成する。そして、指令値生成器５００ｂは、切替信号が‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替わる前の最後に出力した指令位相θ＿ｒｅｆに位相θ´を加算した位相を指令位相θ＿ｒｅｆとして出力する。なお、指令値生成器５００ｂは、以下の式（１２）に基づいて、位相θ´を生成する。
θ´＝δ＊ｉｑ２／ｉｑ１ （１２）

その後、指令値生成器５００ｂは、位相θ´が加算された指令位相θ＿ｒｅｆを初期値として、パルス生成器５００ｂから入力されるパルス信号に基づいて指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。

なお、切替信号が制御切替器５１５から出力されてから、遅延回路５１９が当該切替信号を遅延させる所定の遅延時間は、指令値生成器５００ｂが上述の処理を行う時間より長く、切替信号が制御切替器５１５から出力される周期より短い時間である。

以上のように、本実施形態では、指令値生成器５００ｂは、電流値ｉｑ１、電流値ｉｑ２及び位相差δに基づいて、指令位相θ＿ｒｅｆの調整量（位相θ´）を決定する。具体的には、指令値生成器５００ｂは、電流値ｉｑ１に対する電流値ｉｑ２の比率を位相差δに乗算することによって得られる位相θ´を指令位相θ＿ｒｅｆに加算することによって指令位相θ＿ｒｅｆを調整する。この結果、時刻ｔｃ２における負荷トルクが時刻ｔｃ１における負荷トルクよりも大きい場合であっても、制御方法がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際にモータの制御が不安定になってしまうことを抑制することができる。即ち、モータを制御する制御モードが切り替わる際にモータの制御が不安定になることを抑制することができる。

なお、第１実施形態及び第２実施形態では、制御方法が定電流制御からベクトル制御に切り替わる際に、指令値生成器５００ｂは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された回転位相θを指令位相θ＿ｒｅｆとして出力したが、この限りではない。例えば、指令値生成器５００ｂは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に出力した指令位相θ＿ｒｅｆよりも遅れた位相且つ切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された回転位相θよりも進んだ位相を指令位相θ＿ｒｅｆとして出力してもよい。このとき出力される指令位相θ＿ｒｅｆは、例えば、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された回転位相θよりも所定量進んだ位相になるように、入力される回転位相θに基づいて決定される。

また、指令値生成器５００ｂは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に検出された駆動電流のトルク電流成分（電流値ｉｑ）に基づいて、出力する指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力してもよい。具体的には、例えば、指令値生成器５００ｂは、ＲＯＭ１５１に格納された、指令位相θ＿ｒｅｆと回転位相θとの位相差（負荷角）と電流値ｉｑとの関係を示すテーブル及び電流値ｉｑに基づいて、出力する指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力してもよい。

また、指令値生成器５００ｂは、以下の式（１３）に基づいて指令位相θ＿ｒｅｆを補正し、補正後の位相θ＿ｒｅｆ´を指令位相θ＿ｒｅｆとして出力してもよい。
θ＿ｒｅｆ´＝θ＿ｒｅｆ−θｃ （１３）

なお、補正値θｃは、例えば、モータが駆動する負荷に起因して当該モータの回転子にかかる負荷トルクに基づいて予め設定される値であり、ＲＯＭ１５１ｂに予め格納されている値である。補正値θｃは、例えば、補正後の位相θ＿ｒｅｆ´が、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に出力した指令位相θ＿ｒｅｆよりも遅れた位相且つ切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された回転位相θよりも進んだ位相になるように設定される。

また、第１実施形態及び第２実施形態においては、連続する駆動パルスの立ち下がりエッジの時間間隔に基づいて速度生成器５００ａが回転速度ω＿ｒｅｆ´を生成したがこの限りではない。例えば、ＣＰＵ１５１ａが、予め決められたモータの動作シーケンスに基づいて回転速度ω＿ｒｅｆ´を生成し、当該回転速度ω＿ｒｅｆ´を制御切替器５１５に所定の周期で出力する構成でもよい。

また、第１実施形態及び第２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の制御回路に相当する。更に、第１実施形態及び第２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の制御回路に相当する。

また、第１実施形態及び第２実施形態においては、負荷を駆動するモータとしてステッピングモータが用いられているが、ＤＣモータ等の他のモータであっても良い。また、モータは２相モータである場合に限らず、３相モータ等の他のモータであっても第１実施形態、第２実施形態を適用することができる。

また、第１実施形態及び第２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。

１５１ａ ＣＰＵ
１５７ モータ制御装置
４０２ 回転子
５００ 指令生成器
５０２ 位相制御器
５０７，５０８ 電流検出器
５０９ ステッピングモータ
５１３ 位相決定器
５１７ 定電流制御器
５１８ ベクトル制御器

Claims (19)

1. 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、
   前記モータの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る前記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、
   前記指令位相を生成する生成手段と、
   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前記回転位相との偏差が小さくなるように、前記回転位相に基づく回転座標系において表されるトルク電流成分の値に基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御することによって前記モータを制御する第１制御モードと、予め決められた大きさの電流に基づい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、
   前記位相決定手段は、前記第２制御モードの実行中においても、前記回転位相を決定し、
   前記生成手段は、前記駆動電流を制御する制御モードが前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替わった場合の前記第１制御モードにおける前記指令位相を、前記第２制御モードの実行中に前記位相決定手段によって決定された前記回転位相に基づいて生成することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記モータ制御装置は、パルス列を生成するパルス生成手段を有し、
   前記生成手段は、パルス生成手段から出力される前記パルス列の各パルスが入力される毎に前記指令位相に前記所定の変化量を加算することによって前記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. 前記駆動電流を制御する制御モードが前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替わった場合の前記第１制御モードにおける前記指令位相の初期位相は、前記第２制御モードの実行中に前記位相決定手段によって決定された前記回転位相に基づいて設定されることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記検出手段は、前記駆動電流を所定周期で検出し、
   前記位相決定手段は、前記検出手段によって検出される前記駆動電流に基づいて前記回転位相を決定し、
   前記第１制御モードにおける前記指令位相の初期位相は、前記制御モードが前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替わる前の最後に前記位相決定手段によって決定された前記回転位相に基づいて設定されることを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記制御手段は、前記パルス生成手段から出力される前記パルス列の周波数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を有し、
   前記制御手段は、前記速度決定手段によって決定される前記回転速度が所定値より大きい値になった場合に、前記駆動電流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制御モードに切り替えることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. 前記速度決定手段は、前記パルス生成手段から前記パルス列の各パルスが入力される毎に前記目標速度に対応する回転速度を決定することを特徴とすることを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記モータ制御装置は、前記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回転子の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。
8. 前記所定値は、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５乃至７のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
9. 前記モータ制御装置は、前記駆動電流を制御する制御モードが前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替わる前の最後に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前記回転位相との位相差を記憶する記憶手段を有し、
   前記駆動電流を制御する制御モードが前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替わった場合の前記第２制御モードにおける前記指令位相の初期位相は、前記制御モードが前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替わる前の最後に前記生成手段によって生成された前記指令位相と前記記憶手段に記憶されている前記位相差とに基づいて設定されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
10. 前記検出手段は、前記駆動電流を所定周期で検出し、
    前記モータ制御装置は、前記駆動電流を制御する制御モードが前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替わる前の最後に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記憶する第２の記憶手段を有し、
    前記駆動電流を制御する制御モードが前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替わった場合の前記第２制御モードにおける前記指令位相の初期位相は、前記制御モードが前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替わる前の最後に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と前記第２の記憶手段に記憶されている前記トルク電流成分の値とに基づいて設定されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
11. 前記第１制御モードは、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を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、前記モータを制御する制御モードであ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. 前記モータ制御装置は、
    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の制御回路と、
    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２の制御回路と、
    前記第１の制御回路を用いて前記モータを制御するか、前記第２の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１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
13. 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、
    前記モータの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る前記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、
    前記指令位相を生成する生成手段と、
    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前記回転位相との偏差が小さくなるように、前記回転位相に基づく回転座標系において表されるトルク電流成分の値に基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御することによって前記モータを制御する第１制御モードと、予め決められた大きさの電流に基づい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、
    前記生成手段は、前記駆動電流を制御する制御モードが前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替わった場合の前記第２制御モードにおける前記指令位相を、前記回転子にかかる負荷トルクに基づいて生成することを特徴とするモータ制御装置。
14. 前記生成手段は、前記駆動電流を制御する制御モードが前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替わった場合の前記第２制御モードにおける前記指令位相を、前記第１制御モードの実行中に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に基づいて生成することを特徴とする請求項１３に記載のモータ制御装置。
15. 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１４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。
16. 請求項１５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。
17. 請求項１６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。
18. 請求項１５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。
19. 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１４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。

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