JP2019213327A - 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】モータの出力トルクが所定のトルクを超えないようにトルク電流成分の値が制限される構成においては、モータを制御する際に励磁電流成分の値が０でない値に制御される場合に、巻線に流れる電流の大きさがモータドライバＩＣの定格電流を超えてしまう可能性がある。【解決手段】Ｉｑ電流制限値Ｉｑ＿ＬＩＭを、Ｉｄ電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを考慮して算出する。そして、Ｉｑ電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆが、Ｉｑ＿ＬＩＭより大きくない場合は、そのままのＩｑ＿ｒｅｆ値を用いて、一方、Ｉｑ＿ＬＩＭより大きい場合は、Ｉｑ＿ＬＩＭの値を用いて、モータの駆動制御を行う。これにより、Ｉｄ＿ｒｅｆの値が変動するような場合においても、相電流振幅値を所定の制限値Ｉ＿ＬＩＭ以下に制限することができ、モータの巻線に所定量以上の電流が流れてしまうことを抑制することができる。【選択図】図７

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実際の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。また、回転子の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。

特許文献１では、モータの出力トルクが所定のトルクを超えないようにトルク指令値に制限値が設けられることによってトルク電流成分の値が制限され、この結果、所定量以上の電流が巻線に流れてしまうことが抑制されることが述べられている。

特開２０１３−２２３３２９号公報

例えば、モータを制御する際に励磁電流成分の値が０でない値に制御される場合、モータの巻線に流れる電流の量は、トルク電流成分の値と励磁電流成分の値とに基づいて決定される。特許文献１のようにモータの出力トルクが所定値を超えないようにトルク電流成分の値が制限される構成においては、励磁電流成分の値が０でない値にモータを制御する場合、巻線に流れる電流がモータドライバＩＣの定格電流を超えてしまう可能性がある。

上記課題に鑑み、本発明は、モータの巻線に所定量以上の電流が流れてしまうことを抑制することを目的とする。

本発明は、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、前記回転子の回転位相を基準とする回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分に基づいて前記巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、前記位相決定手段によって決定される回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように設定された前記トルク電流成分の目標値の上限値である第１上限値を設定する設定手段と、を有し、前記設定手段は、前記巻線に供給される電流の上限値である第２上限値と前記回転座標系において表される電流成分であって前記巻線を貫く磁束の強度に影響する電流成分である励磁電流成分の値とに基づいて前記第１上限値を設定し、前記制御手段は、前記トルク電流成分の目標値が前記設定手段によって設定された前記第１上限値より小さい場合は前記トルク電流成分の目標値に基づいて前記駆動電流を制御し、前記トルク電流成分の目標値が前記設定手段によって設定された前記第１上限値より大きい場合は前記第１上限値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする。

モータの巻線に所定量以上の電流が流れてしまうことを抑制することができる。

画像形成装置の断面図の概略である。 画像形成装置のハードウェアのブロック図である。 モータ制御部の制御系のブロック図である。 モータのＡ相及びＢ相と、ｄｑ軸との関係を説明する図である。 Ｉｑ、Ｉｄ電流の合成ベクトルと、Ｉｑ＿ＬＩＭの演算方法を説明する図である。 Ｉｑ電流制限値Ｉｑ＿ＬＩＭを用いた電流制限をする処理を示すフローチャートである。 電流制限されたＩｑ＿ｒｅｆ’を用いた駆動シーケンスの一例である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段として必須であるとは限らない。

〔第１実施形態〕
＜画像形成装置＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るモータ制御装置が実装される画像形成装置の構成例について説明する。
図１に示されるように、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を備えている。

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を経由して読取装置２０２の原稿ガラス台２１４に搬送される。さらに、原稿は、搬送ベルト２０８によって一定速度で搬送された後、排紙ローラ２０５によって装置外部へ排紙される。

この間、読取装置２０２の読取位置において照明系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１０１に導かれ、画像読取部１０１によって画像信号に変換される。画像読取部１０１は、レンズ、光電変換素子であるＣＣＤ、ＣＣＤの駆動回路などで構成される。
画像読取部１０１から出力された画像信号は、ＡＳＩＣなど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、各種の補正処理が行われた後、画像印刷装置３０１へ出力される。

読取装置２０２における原稿読取モードとしては、第１読取モード及び第２読取モードがある。第１読取モードは、照明系２０９及び光学系を停止した状態で、原稿を一定速度で搬送しながら原稿の画像を読み取るモードである。第２読取モードは、読取装置２０２の原稿ガラス台２１４上に原稿を載置し、照明系２０９及び光学系を一定速度で移動させながら、原稿ガラス台２１４上に載置された原稿の画像を読み取るモードである。通常、シート状の原稿は第１読取モードにより読み取られ、綴じられた原稿は第２読取モードで読み取られる。

画像形成装置１００は、読取装置２０２から出力される画像信号に基づいて、画像印刷装置３０１においてページ単位で記録媒体（記録紙）に画像を形成するコピー機能を有する。なお、画像形成装置１００は、ネットワークを介して外部装置から受信したデータに基づいて記録紙に画像を形成する印刷機能も有している。

読取装置２０２から出力された画像信号は、光走査装置３１１に入力される。光走査装置３１１は、半導体レーザ及びポリゴンミラーを含み、入力された画像信号で変調されたレーザ光（光信号）を、半導体レーザから出力する。
半導体レーザから出力されたレーザ光が、ポリゴンミラー、及びミラー３１２，３１３を経由して感光ドラム３０９の表面に照射されることで、感光ドラム３０９が露光される。帯電器３１０によって表面が一様に帯電した感光ドラム３０９がレーザ光によって露光されることで、感光ドラム３０９上に静電潜像が形成される。
感光ドラム３０９上に形成された静電潜像が、現像器３１４から供給されるトナーによって現像されることで、感光ドラム３０９上にトナー像が形成される。感光ドラム３０９上のトナー像は、感光ドラム３０９の回転に伴って転写分離器３１５と対向する位置（転写位置）まで移動すると、転写分離器３１５によって記録紙に転写される。

記録紙は、紙カセット３０２及び３０４に収納されており、それぞれ異なる種類の記録紙を収納可能である。例えば、紙カセット３０２にはＡ４の普通紙が収納され、紙カセット３０４にはＡ４の厚紙が収納される。
紙カセット３０２に収納された記録紙は、ピックアップローラ３０３によって搬送路上に給送され、搬送ローラ３０６によってレジストローラ３０８の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。
一方、紙カセット３０４に収納された記録紙は、ピックアップローラ３０５によって搬送路上に給送され、搬送ローラ３０７，３０６によってレジストローラ３０８の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。

レジストローラ３０８の位置まで搬送された記録紙は、感光ドラム３０９上のトナー像が転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ３０８によって転写位置へ搬送される。転写位置において感光ドラム３０９からトナー像が転写された記録紙は、搬送ベルト３１７によって定着器３１８へ搬送される。定着器３１８は、熱及び圧力により、記録紙上のトナー像を当該記録紙に定着させる。

片面印刷モードで画像形成が行われる場合には、定着器３１８を通過した記録紙は、排紙ローラ３１９，３２４によって装置外部へ排紙される。
両面印刷モードで画像形成が行われる場合には、定着器３１８を通過後、表面（第１面）に画像が形成された記録紙は、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へ搬送される。

さらに、記録紙の後端が、反転パス３２５と両面パス３２６との合流ポイントを通過した直後に、反転ローラ３２１の回転を反転させることで、記録紙が逆方向に搬送され始め、両面パス３２６へ搬送される。その後、記録紙は、搬送ローラ３２２，３２３によって両面パス３２６を搬送され、再び搬送ローラ３０６によってレジストローラ３０８の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。
さらに、記録紙の表面（第１面）への画像形成と同様に、転写位置において記録紙の裏面（第２面）へのトナー像の転写処理が行われ、さらに定着器３１８によって定着処理が行われた後、記録紙は、装置外部へ排紙される。このように、反転ローラ３２１は、記録紙の両面に画像を形成する際に、搬送路上で記録紙の搬送方向を反転させるための反転ローラとして機能する。

また、表裏を反転させて（第１面と第２面とを反転させて）記録紙を装置外部へ排紙する場合には、定着器３１８を通過した記録紙を、排紙ローラ３２４へ向かう方向ではなく、搬送ローラ３２０へ向かう方向へ一時的に搬送する。その後、記録紙の後端が搬送ローラ３２０の位置を通過する直前に、搬送ローラ３２０の回転を反転させることで、記録紙が逆方向に搬送され始め、排紙ローラ３２４へ向かう方向へ搬送される。
その結果、記録紙は、表裏が反転した状態で排紙ローラ３２４によって装置外部へ排紙される。このように、搬送ローラ３２０は、画像形成が行われた記録紙を、表裏を反転させて排紙する際に、搬送路上で記録紙の搬送方向を反転させるための反転ローラとして機能する。

本実施形態におけるモータ制御部は、画像印刷装置３０１に設けられる負荷としての搬送ローラや感光ドラム等を駆動するモータを制御する。そして、モータは搬送ローラを駆動することにより、シート搬送を行う。

＜画像形成装置の制御構成＞
図２は、画像形成装置１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。
画像形成装置１００は、画像処理部１１２と複写制御部１０４とを備え、複写制御部１０４内にはシステムコントローラが備えられる。

システムコントローラ１５１は、ＣＰＵ１５１ａ、ＲＯＭ１５１ｂ、及びＲＡＭ１５１ｃを備え、画像形成装置１００全体を制御する。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、モータ制御部１５７、センサ類１５９、及び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の交換が可能である。

ＣＰＵ１５１ａは、ＲＯＭ１５１ｂに格納された各種のプログラムを読み出して実行することによって、あらかじめ定められた画像形成シーケンスに関連する各種のシーケンスを実行する。ＲＡＭ１５１ｃは、揮発性の記憶デバイスであり、各種のプログラムを実行するためのワークエリアとして、また、各種のデータが一時的に格納される一時記憶領域として使用される。ＲＡＭ１５１ｃには、例えば、高圧制御部１５５に対する設定値、モータ制御部１５７に対する指令値、操作部１５２から受信される情報などのデータが格納される。

システムコントローラ１５１は、ユーザが各種の設定を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、操作部１５２を制御することにより、操作部１５２を介してユーザによる設定を受け付ける。システムコントローラ１５１は、操作部１５２を介したユーザによる設定の内容（例えば、複写倍率の設定値、濃度設定値）を示す情報を、操作部１５２から受信する。また、システムコントローラ１５１は、画像形成装置の状態をユーザに知らせるためのデータを操作部１５２に送信する。
操作部１５２は、システムコントローラ１５１から受信したデータに基づいて、画像形成装置の状態を示す情報（例えば、画像形成枚数、画像形成中か否かを示す情報、ジャムの発生及び発生個所を示す情報）を表示部に表示する。

システムコントローラ１５１（ＣＰＵ１５１ａ）は、画像処理部１１２に対して、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内の各デバイスの設定値データを送信する。また、システムコントローラ１５１は、各デバイスからの信号（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を制御する。

高圧制御部１５５は、システムコントローラ１５１から出力される設定値に基づいて、高圧ユニット１５６を構成する帯電器３１０、現像器３１４、及び転写分離器３１５に対して、それぞれの動作に必要となる電圧を供給する。

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から検出信号を受信し、当該検出信号を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を制御することで、定着ヒータ１６１の温度を、定着処理のための所望の温度に制御する。なお、定着ヒータ１６１は、定着器３１８に含まれる、定着処理に用いられるヒータである。

このように、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。また、システムコントローラ１５１は、モータ制御部１５７を介して各モータの駆動を制御する。
モータ制御部１５７は、システムコントローラ１５１からの指示にしたがって、負荷を駆動する駆動源に相当するモータ（図３に示すステッピングモータ５０９）を制御する。
なお、本実施形態では、画像形成装置１００は、モータごとに当該モータを制御するモータ制御部１５７を備えているが、この限りではない。例えば、１個のモータ制御部が複数個のモータを制御する構成であってもよい。

モータ制御部１５７の外部のコントローラに相当するシステムコントローラ１５１（具体的には、ＣＰＵ１５１ａ）は、制御対象のモータ（ステッピングモータ５０９）の回転位相の指令値（指令位相θ＿ｒｅｆ）を生成し、モータ制御部１５７へ出力する。例えば、指令位相θ＿ｒｅｆは、パルス状の矩形波信号であり、１パルスがステッピングモータの回転角度の最小変化量を規定する。
また、モータの回転速度の指令値（指令速度ω＿ｒｅｆ）は、θ＿ｒｅｆに対応する周波数として求められる。
ＣＰＵ１５１ａは、モータの駆動シーケンスを開始すると、生成した位相指令値θ＿ｒｅｆを駆動シーケンスに基づいてモータ制御部１５７へ出力する。モータ制御部１５７は、ＣＰＵ１５１ａから与えられる位相指令値θ＿ｒｅｆにしたがって、モータ（ステッピングモータ５０９）の位相制御及び速度制御を実行する。

＜ベクトル制御＞
次に、図３及び図４を参照して、モータ制御部１５７によって実行される、ステッピングモータ５０９のベクトル制御の概要について説明する。

図３は、モータ制御部１５７の制御系の例を示すブロック図である。図３に示すモータ制御部１５７の基本的な構成は、ブラシレスＤＣモータ、ＡＣサーボモータなどのモータで利用されている、静止座標系から回転座標系への座標変換を用いたインバータ制御に対応した構成である。

モータ制御部１５７では、ステッピングモータ５０９の駆動電圧Ｖα，Ｖβに応じて、ＰＷＭインバータ５０６がステッピングモータ５０９へ駆動電流を供給することによって、ステッピングモータ５０９を駆動する。
なお、モータ制御部１５７は、図３に示すように、速度制御器５０２、電流制御器５０３，５０４、及び座標変換器５０５，５１１などによって構成される。

図４は、Ａ相及びＢ相からなる２相のモータの回転子４０２と回転座標系のｄ軸及びｑ軸との関係を説明する図である。
同図では、静止座標系における、Ａ相（第１相）及びＢ相（第２相）からなる複数組の巻線（ステータ）に対応した軸を、それぞれ、α軸及びβ軸と定義している。また、静止座標系におけるα軸と、回転子（ロータ）として用いられる永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向（ｄ軸）とのなす相対角をθと定義している。この場合、ステッピングモータ５０９の出力軸の位相（回転位置）は、角度θによって表される。
ベクトル制御では、図４に示すように、回転子の磁束方向に沿ったｄ軸と、ｄ軸から９０度進んだ方向に沿った（ｄ軸に直交する）ｑ軸とで表される、ステッピングモータ５０９の位相θを基準とした回転座標系が用いられる。

モータ制御部１５７は、ステッピングモータ５０９へ供給する駆動電流を、ステッピングモータ５０９の位相θを基準とした回転座標系の電流値によって制御するベクトル制御を行う。ベクトル制御では、ステッピングモータ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が、α軸及びβ軸で表される静止座標系から、ｄ軸及びｑ軸で表される回転座標系に変換される。このような座標変換の結果、ステッピングモータ５０９に供給される駆動電流は、回転座標系において、直流のｄ軸成分（ｄ軸電流）及びｑ軸成分（ｑ軸電流）によって表される。
この場合、ｑ軸電流は、ステッピングモータ５０９にトルクを発生させるトルク電流成分に相当し、ｄ軸電流は、ステッピングモータ５０９の回転子の磁束強度に影響する励磁電流成分に相当する。モータ制御部１５７は、回転座標系におけるｑ軸電流及びｄ軸電流を独立して制御することで、ステッピングモータ５０９のベクトル制御を実現する。

具体的には、モータ制御部１５７は、ステッピングモータ５０９の位相θ及び回転速度ωを推定し、その推定結果に基づいてベクトル制御を行う。モータ制御部１５７は、図３に示すように、位相制御器５０１、速度制御器５０２、及び電流制御器５０３，５０４へのそれぞれのフィードバックに基づく３つの制御ループを含み、これらの制御ループによってベクトル制御を実現する。
なお、図３に示すモータ制御部１５７において、ステッピングモータ５０９の位相θの推定は、誘起電圧決定部５１２及び位相決定部５１３によって行われる。また、ステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定は、位相θの推定値に基づいて、速度決定部５１４によって行われる。

位相制御器５０１を含む、最も外側の制御ループでは、ステッピングモータ５０９の位相θの推定値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ５０９の位相制御を行う。モータ制御部１５７には、システムコントローラ１５１のＣＰＵ１５１ａから、ステッピングモータ５０９の位相指令値θ＿ｒｅｆが与えられる。
位相制御器５０１は、位相決定部５１３からフィードバックされる、ステッピングモータ５０９の位相θの推定値と位相指令値θ＿ｒｅｆ（目標位相）との偏差が０に近づくように、速度指令値ω＿ｒｅｆを生成して出力する。このようにして、位相制御器５０１によるステッピングモータ５０９の位相制御が行われる。

速度制御器５０２を含む制御ループでは、ステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ５０９の速度制御を行う。
速度制御器５０２は、速度決定部５１４からフィードバックされる、ステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定値と速度指令値ω＿ｒｅｆ（目標速度）との偏差が０に近づくように、電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを生成して出力する。

そして、Ｉｑリミッタ部５２１は、速度制御器５０２から出力された電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと後述するリミット値Ｉｑ＿ＬＩＭとに基づいてＩｑ＿ｒｅｆ’を出力する。
具体的には、Ｉｑ＿ｒｅｆの算出結果がＩｑ＿ＬＩＭを超える値のとき、Ｉｑ＿ＬＩＭの値に制限（クランプ）されたＩｑ＿ｒｅｆ’が出力される。ここで、Ｉｑ＿ＬＩＭはＩｑ＿ＬＩＭ演算部５２２によって出力される値である。Ｉｑ＿ＬＩＭ演算部５２２が行う演算の詳細は後述する。
一方、Ｉｑ＿ｒｅｆの算出結果がＩｑ＿ＬＩＭ以下の値のときは、Ｉｑ＿ｒｅｆがそのままＩｑ＿ｒｅｆ’として出力される。

電流制御器５０３，５０４を含む制御ループでは、ステッピングモータ５０９の各相の巻線に流れる駆動電流の検出値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ５０９の各相の巻線に供給する駆動電流を制御する。
ここで、ステッピングモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に、それぞれ、
ｉα＝Ｉ×ｃｏｓθ’
ｉβ＝Ｉ×ｓｉｎθ’ （１）
なる電流が流れるものとする。

この場合、回転座標系におけるｄ軸電流及びｑ軸電流（直流電流）の電流値Ｉｄ及びＩｑは、それぞれ、次式に示す座標変換によって表される。
Ｉｄ＝ ｃｏｓθ×ｉα＋ｓｉｎθ×ｉβ
Ｉｑ＝−ｓｉｎθ×ｉα＋ｃｏｓθ×ｉβ （２）

このような座標変換によって、静止座標系における、Ａ相及びＢ相の巻線にそれぞれ流れる交流電流値ｉα，ｉβは、回転座標系における直流電流値Ｉｑ，Ｉｄに変換される。
なお、ｑ軸電流は、ステッピングモータ５０９にトルクを発生させるトルク電流成分（第１の電流成分）である。ｄ軸電流は、ステッピングモータ５０９の回転子の磁束強度に影響する励磁電流成分（第２の電流成分）である。

ステッピングモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流は、ＰＷＭインバータ５０６とステッピングモータ５０９との間に設けられた電流検出部５０７，５０８によってそれぞれ検出される。電流検出部５０７，５０８によって検出された駆動電流の値は、Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へ変換される。そして、ＣＰＵ、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのプログラミングデバイスによる取り込みが可能になる。Ａ／Ｄ変換器５１０から出力される、静止座標系における電流値ｉα，ｉβは、座標変換器５１１及び誘起電圧決定部５１２へ入力される。

座標変換器５１１は、式（２）によって、静止座標系（αβ軸）における電流値ｉα，ｉβを、回転座標系（ｄｑ軸）における電流値Ｉｑ，Ｉｄへ変換して出力する。
電流制御器５０３には、座標変換器５１１から出力される電流値Ｉｑと、Ｉｑリミッタ部５２１から出力される電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ’との差分値が入力される。
また、電流制御器５０４には、座標変換器５１１から出力される電流値Ｉｄと、後述するＩｄ＿ｒｅｆ決定部５２３から出力される電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆとの差分値が入力される。

電流制御器５０３は、入力された差分値が０に近づくように、回転座標系における駆動電圧Vｑを生成及び出力する。
また、電流制御器５０４は、入力された差分値（すなわち、検出された電流値Ｉｄの、目標値である電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆに対する偏差）が０に近づくように、回転座標系における駆動電圧Ｖｄを生成及び出力する。
なお、位相制御器５０１、速度制御器５０２、及び電流制御器５０３，５０４は、それぞれ、例えば、ＰＩＤ制御によりフィードバック制御を実現する。なお、位相制御器５０１、速度制御器５０２、及び電流制御器５０３，５０４は、ＰＩ制御によってフィードバック制御を行ってもよい。

座標変換器５０５は、電流制御器５０３，５０４から出力される、回転座標系における駆動電圧Ｖｑ，Ｖｄを、次式によって、静止座標系における駆動電圧Ｖα，Ｖβへ逆変換する。
Ｖα＝ｃｏｓθ×Ｖｄ−ｓｉｎθ×Ｖｑ
Ｖβ＝ｓｉｎθ×Ｖｄ＋ｃｏｓθ×Ｖｑ （３）
座標変換器５０５は、駆動電圧Ｖα，Ｖβを、フルブリッジ回路で構成されたＰＷＭインバータ５０６、及び誘起電圧決定部５１２へ出力する。

このようにして、モータ制御部１５７は、ステッピングモータ５０９の位相θを基準とした回転座標系（ｄｑ軸）の電流値によって、ステッピングモータ５０９の各相の巻線に供給する駆動電流を制御するベクトル制御を行う。モータ制御部１５７は、ステッピングモータ５０９の位相θの推定値のフィードバックに基づくベクトル制御の結果として、ステッピングモータ５０９へ供給する駆動電流に対応する駆動電圧Ｖα，Ｖβを出力する。
なお、ベクトル制御では、通常、ステッピングモータ５０９のトルクの発生には寄与しない電流成分であるｄ軸電流は、値が０となるように制御される。しかし、本実施例においては、Ｉｄ＿ｒｅｆ決定部５２３が位相指令値θ＿ｒｅｆに基づいて所定の負のＩｄ指令値（Ｉｄ＿ｒｅｆ）を出力する。これは、一般に、弱め界磁制御と呼ばれる技術であり、所定のｄ軸電流を負方向に印加することにより、高速領域のトルクを向上する効果が得られる。

ＰＷＭインバータ５０６においては、座標変換器５０５から入力された駆動電圧Ｖα，Ｖβによってフルブリッジ回路が駆動される。その結果、ＰＷＭインバータ５０６は、駆動電圧Ｖα，Ｖβに応じてステッピングモータ５０９の各相の巻線に駆動電流を供給することにより、ステッピングモータ５０９を駆動する。

＜センサレス制御＞
上述のように、ベクトル制御では、モータの位相制御及び速度制御を行うために、モータの位相及び回転速度を示す情報のフィードバックが必要である。具体的には、図３に示す構成では、ステッピングモータ５０９の位相θを示す位相情報、及びステッピングモータ５０９の回転速度ωを示す速度情報を、位相制御器５０１及び速度制御器５０２にそれぞれフィードバックする必要がある。

以下に、再び図３を参照して、本実施形態におけるステッピングモータ５０９のセンサレス制御について説明する。

誘起電圧決定部５１２は、ステッピングモータ５０９（の回転子）の回転にしたがって、Ａ相（第１相）及びＢ相（第２相）の巻線にそれぞれ誘起される誘起電圧（Ａ相及びＢ相の逆起電圧）を演算する。具体的には、Ａ／Ｄ変換器５１０によるデジタル値への変換後の電流値ｉα，ｉβと、座標変換器５０５から出力された、ステッピングモータ５０９の駆動電圧Ｖα，Ｖβとが、誘起電圧演算部５１２に入力される。

誘起電圧決定部５１２は、Ａ相及びＢ相のそれぞれについて、駆動電圧Ｖα，Ｖβと電流値ｉα，ｉβとから、以下の電圧方程式によって、ステッピングモータ５０９の誘起電圧Ｅα，Ｅβを決定する。
Ｅα＝Ｖα−Ｒ×ｉα−Ｌ×ｄｉα／ｄｔ
Ｅβ＝Ｖβ−Ｒ×ｉβ−Ｌ×ｄｉβ／ｄｔ （４）
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。Ｒ及びＬの値は、使用されているステッピングモータ５０９に固有の値であり、ＲＯＭ１５１ｂ、またはモータ制御部１５７内に設けられた不図示のメモリにあらかじめ格納されている。

誘起電圧決定部５１２によって決定された、Ａ相及びＢ相の誘起電圧Ｅα，Ｅβは、位相決定部５１３へ入力される。位相決定部５１３は、Ａ相の誘起電圧ＥαとＢ相の誘起電圧Ｅβとに基づいて、次式によってステッピングモータ５０９の位相θの推定値を決定（演算）する。
θ＝ｔａｎ^−１(−Ｅβ／Ｅα) （５）

位相決定部５１３は、このような推定演算により得られた位相θの推定値を、位相制御器５０１及び速度決定部５１４に出力（フィードバック）する。なお、位相θの推定値は、位相決定部５１３を介して、速度制御器５０２、座標変換器５０５，５１１にもフィードバックされることで、座標変換などに利用される。

速度決定部５１４は、入力された位相θから、次式によってステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定値を決定（演算）する。
ω＝ｄθ／ｄｔ （６）
式（６）のように、回転速度ωは、位相θの推定値の時間変化に基づいて演算される。速度決定部５１４は、得られた回転速度ωを速度制御器５０２に出力（フィードバック）する。

以下、上述したＩｑ＿ＬＩＭ演算部５２２によるＩｑ電流リミッタ値(Ｉｑ＿ＬＩＭ)の演算方法の一例ついて、再び図３を用いて説明する。
Ｉｑ＿ＬＩＭ演算部５２２には、ＣＰＵ１５１ａから出力される相電流の制限値Ｉ＿ＬＩＭと、Ｉｄ＿ｒｅｆ決定部５２３から出力されるｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｒｅｆが入力される。

ここで、相電流の制限値Ｉ＿ＬＩＭは、Ａ相電流とＢ相電流の合成ベクトルの大きさを許容する上限となる制限電流であり、例えば、モータドライバＩＣの定格電流値や、熱定格などから、設計検討時にあらかじめ定められている。
また、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｒｅｆは、弱め界磁制御を行うために設定される値であり、一般的に回転速度が大きいほど負方向に大きな値が設定される。本実施例では、Ｉｄ＿ｒｅｆ演算部５２３には、速度指令値ω＿ｒｅｆとＩｄ＿ｒｅｆとの対応関係を示すテーブルを格納するメモリ５２３ａが設けられている。Ｉｄ＿ｒｅｆ決定部５２３は、位相指令値θ＿ｒｅｆに基づいて速度指令値ω＿ｒｅｆを算出し、速度指令値ω＿ｒｅｆと前記テーブルとに基づいてＩｄ＿ｒｅｆを決定して出力する。
なお、本実施形態では、Ｉｄ＿ｒｅｆ決定部５２３は指令速度ω＿ｒｅｆに基づいてＩｄ＿ｒｅｆを決定した。しかし、例えば、速度決定部によって決定される回転速度ωに基づいてＩｄ＿ｒｅｆを決定してもよいし、Ｉｄ＿ｒｅｆはあらかじめ設定された固定値であってもよい。

次に、図５を用いて、本実施例におけるＩｑ＿ＬＩＭ演算部５２２によるＩｑ＿ＬＩＭの決定方法について説明する。
図５は、モータ巻線に流れる電流ベクトルＩをｄ／ｑ座標上に表現したものである。同図における円の半径は、相電流制限値Ｉ＿ＬＩＭを表している。

図５（Ａ）は、ｄ軸電流Ｉｄ＝０である状態におけるＩｑ＿ＬＩＭを表している。ｄ軸電流Ｉｄ＝０である場合、Ｉｑ＿ＬＩＭがＩ＿ＬＩＭに設定されることによって、ＩｑがＩｑ＿ＬＩＭに到達したとしても、ＩｑとＩｄの合成ベクトルＩの大きさ（相電流Ｉの振幅）はＩ＿ＬＩＭ以下に制限される。

一方、図５（Ｂ）は、ｄ軸電流Ｉｄ≠０である状態におけるＩｑ＿ＬＩＭを表している。ｄ軸電流Ｉｄ≠０である場合にＩｑ＿ＬＩＭがＩ＿ＬＩＭに設定されていると、ＩｑがＩｑ＿ＬＩＭに到達したときにＩｑとＩｄの合成ベクトルＩの大きさ（相電流Ｉの振幅）がＩ＿ＬＩＭを超えてしまう。

そこで、本実施形態では、Ｉｑ＿ＬＩＭ演算部５２２は、以下の式に基づいてＩｑ＿ＬＩＭを設定する。
上述の式に基づいてＩｑ＿ＬＩＭがＩ＿ＬＩＭに設定されることによって、ＩｑがＩｑ＿ＬＩＭに到達したとしても、ＩｑとＩｄの合成ベクトルＩの大きさ（相電流Ｉの振幅）はＩ＿ＬＩＭ以下に制限される。

前述したように、例えば、弱め界磁制御においてはｄ軸電流Ｉｄの大きさは指令速度ω＿ｒｅｆに基づいて決定される。そのため、Ｉｄが時々刻々と変化する場合でも、式（７）を用いてＩｄ＿ｒｅｆを考慮したＩｑ電流制限値Ｉｑ＿ＬＩＭが用いられることによって、相電流振幅が設定値Ｉ＿ＬＩＭを超えないよう制限することができる。なお、Ｉｑ＿ＬＩＭ演算部５２２は、検出された電流の励磁電流成分の値、すなわち、座標変換器５１１から出力される電流値ｉｄに基づいてＩｑ電流制限値Ｉｑ＿ＬＩＭを設定してもよい。

次に、図６のフローチャートを用いて、Ｉｑ電流制限値Ｉｑ＿ＬＩＭを用いた電流制限の概要を説明する。なお、本フローチャートにおける処理は、図３におけるＣＰＵ１５１ａからの指令を受けたモータ制御部１５７において実行される。

ステッピングモータ５０９の駆動が開始されると、本フローチャートによる処理が開始する。
まず、Ｓ１０１において、電流検出部５０７，５０８が、それぞれ、ステッピングモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる電流値の検出を開始する。そして検出された各電流値が、Ａ／Ｄ変換器５１０により、それぞれ、ｉα及びｉβに変換される。
次に、Ｓ１０２において、検出された電流ｉα及びｉβを用いて、位相決定部５１３及び速度決定部５１４が、ステッピングモータ５０９の回転位相θ、回転速度ωを算出する。

さらに、Ｓ１０３において、目標位相θ＿ｒｅｆと、算出された回転位相θ、速度ωを用いて、速度制御器５０２がＩｑ＿ｒｅｆを算出する。
なお、Ｓ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３における処理の詳細については、上述の＜ベクトル制御＞の項で説明したとおりであるため、説明を省略する。

次に、Ｓ１０４において、Ｉｑリミッタ部５２１は、Ｓ１０３で演算されたＩｑ＿ｒｅｆがＩｑ＿ＬＩＭより大きいか否かを判断する。ここで、Ｉｑ＿ＬＩＭは、上述したとおり、Ｉｑ＿ＬＩＭ演算部５２２によって、式（７）に示すように、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを考慮して算出されたＩｑの制限値である。
Ｉｑ＿ｒｅｆがＩｑ＿ＬＩＭより大きくないと判断した場合（Ｓ１０４：Ｎ）、Ｓ１０５において、Ｉｑリミッタ部５２１は、Ｓ１０３で算出されたＩｑ＿ｒｅｆの値をそのままＩｑ＿ｒｅｆ’として出力する。
そして、Ｓ１０７において、モータ制御部１５７はＩｑ＿ｒｅｆ’をＩｑ電流指令値とした電流制御を行う。

一方、Ｉｑ＿ｒｅｆがＩｑ＿ＬＩＭより大きいと判断した場合（Ｓ１０４：Ｙ）、Ｓ１０６において、Ｉｑリミッタ部５２１は、Ｉｑ＿ＬＩＭの値をＩｑ＿ｒｅｆ’として出力する。
そして、Ｓ１０７において、モータ制御部１５７はＩｑ＿ｒｅｆ’をＩｑ電流指令値とした電流制御を行う。

次に、Ｓ１０８において、ＣＰＵ１５１ａは、ステッピングモータ５０９の駆動停止指令の有無を判断する。
駆動停止指令がない場合は、Ｓ１０１に戻り、上記の処理を繰り返す。
駆動停止指令があった場合は、ステッピングモータ５０９の駆動を終了する。

以上のフローによって、Ｉｑリミッタ部５２１は、位相・速度制御によって演算されたＩｑ＿ｒｅｆがＩｑ＿ＬＩＭを超えないような電流制限を行うことができる。

次に、図７を用いて、Ｉｑ＿ＬＩＭによって電流制限を行う例を説明する。図７の各図は、駆動シーケンスの一例を示したタイムチャートである。
図７（ａ）は、駆動速度指令値のタイムチャートである。ここでは、ステッピングモータ５０９の回転速度ωの指令値を、区間（ｉ）で速度ω１、区間（ｉｉ）で速度ω２に、変速した例を示している。

図７（ｂ）は、Ｉｄ＿ｒｅｆの制御を表したタイムチャートである。
ここでは、速度ω１に対しては弱め界磁制御は行わず、速度ω２においては弱め界磁を行う。そのため、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｒｅｆは、区間（ｉ）では０、区間（ｉｉ）ではＩｄ１に制御する例を示している。
なお、Ｉｄ＿ｒｅｆは、ステッピングモータ５０９の回転速度ωごとにあらかじめ定められているものである。一般的に、回転速度が高いほどより大きなＩｄ設定をすることでトルクを向上させることが可能なため、図７（ｂ）のような設定例を示したが、これに限られるものではない。

図７（ｃ）は、Ｉｑ＿ＬＩＭ、及びＩｑ＿ＬＩＭにより電流制限された後のＩｑ＿ｒｅｆ’の時系列変化を示したタイムチャートである。
図７（ｃ）の一点鎖線は、Ｉｑ＿ＬＩＭを示したものである。
区間（ｉ）においては、Ｉｄ＿ｒｅｆ＝０のため、Ｉｑ＿ＬＩＭは、相電流Ｉの制限値であるＩ＿ＬＩＭに設定される。
区間（ｉｉ）においては、Ｉｄ＿ｒｅｆ＝Ｉｄ１のため、式（７）から、
として設定される。

図７（ｃ）の実線波形は、Ｉｑ＿ＬＩＭによる電流制限後のＩｑ電流指令値である、Ｉｑ＿ｒｅｆ’の時系列変化を示したものである。
ここで、区間(ｉｉｉ)、（ｉｖ）においてＩｑ＿ｒｅｆ’が増加しているが、これは突発的な負荷変動によって、Ｉｑ電流指令値が急増した場合を示している。このような場合でも、Ｉｑ＿ｒｅｆ’は、Ｉｑリミッタ部５２１によってＩｑ＿ＬＩＭの値を超えないよう制限（クランプ）される。

図７（ｄ）は、相電流Ｉの時系列波形を示した図である。
区間（ｉｉｉ）、（ｉｖ）は、上述のとおり、突発的な負荷変動が生じた区間である。このような場合にも、Ｉｄ＿ｒｅｆを考慮してＩｑ＿ＬＩＭを算出することにより、Ａ相電流とＢ相電流の合成ベクトルである相電流Ｉの振幅値が、設定した相電流の振幅上限値であるＩ＿ＬＩＭの値以下に制限されている様子を示している。

以上のように、式（７）のようなＩｄ＿ｒｅｆを考慮したＩｑ＿ＬＩＭ値による電流制限を行うことで、Ｉｄ＿ｒｅｆの値がシーケンス内で変動するような場合においても、相電流振幅値を所望値以下に適切に制限することができる。これにより、モータの巻線に所定量以上の電流が流れてしまうことを抑制することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、１つの機器からなる装置に適用してもよい。
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。すなわち、上述の実施形態及びその変形例を組み合わせた構成もすべて本発明に含まれるものである。

１００ 画像形成装置
１５１ システムコントローラ
１５７ モータ制御部
５０１ 位相制御器
５０２ 速度制御器
５０３ 電流制御器
５０４ 電流制御器
５０５ 座標変換器（回転座標→静止座標）
５０７ 電流検出部
５０８ 電流検出部
５０９ ステッピングモータ
５１０ ＡＤ変換器
５１１ 座標変換器（静止座標→回転座標）
５１２ 誘起電圧決定部
５１３ 位相決定部
５１４ 速度決定部
５２１ Ｉｑリミッタ部
５２２ Ｉｑ＿ＬＩＭ演算部
５２３ Ｉｄ＿ｒｅｆ決定部

Claims (13)

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、
   前記回転子の回転位相を基準とする回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分に基づいて前記巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
   前記位相決定手段によって決定される回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように設定された前記トルク電流成分の目標値の上限値である第１上限値を設定する設定手段と、
   を有し、
   前記設定手段は、前記巻線に供給される電流の上限値である第２上限値と前記回転座標系において表される電流成分であって前記巻線を貫く磁束の強度に影響する電流成分である励磁電流成分の値とに基づいて前記第１上限値を設定し、
   前記制御手段は、前記トルク電流成分の目標値が前記設定手段によって設定された前記第１上限値より小さい場合は前記トルク電流成分の目標値に基づいて前記駆動電流を制御し、前記トルク電流成分の目標値が前記設定手段によって設定された前記第１上限値より大きい場合は前記第１上限値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とするモータ制御装置。
2. 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、
   前記モータの回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
   前記回転子の回転位相を基準とする回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分に基づいて前記巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
   前記速度決定手段によって決定される回転速度と前記指令速度との偏差が小さくなるように設定された前記トルク電流成分の目標値の上限値である第１上限値を設定する設定手段と、
   を有し、
   前記設定手段は、前記巻線に供給される電流の上限値である第２上限値と前記回転座標系において表される電流成分であって前記巻線を貫く磁束の強度に影響する電流成分である励磁電流成分の値とに基づいて前記第１上限値を設定し、
   前記制御手段は、前記トルク電流成分の目標値が前記設定手段によって設定された前記第１上限値より小さい場合は前記トルク電流成分の目標値に基づいて前記駆動電流を制御し、前記トルク電流成分の目標値が前記設定手段によって設定された前記第１上限値より大きい場合は前記第１上限値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とするモータ制御装置。
3. 前記設定手段は、前記励磁電流成分の目標値と前記第２上限値とに基づいて、前記第１上限値を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記励磁電流成分の目標値は、前記回転子の回転速度に基づいて設定され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. 前記励磁電流成分の目標値は、前記回転子の目標速度を表す指令速度に基づいて設定され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。
6. 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５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。
7. 請求項６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。
8. 請求項７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。
9. 請求項６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。
10. 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５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。
11. 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方法において、
    前記モータの回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
    前記回転子の回転位相を基準とする回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分に基づいて前記巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
    前記位相決定手段によって決定される回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように設定された前記トルク電流成分の目標値の上限値である第１上限値を設定する設定手段と、
    を有し、
    前記設定手段において、前記巻線に供給される電流の上限値である第２上限値と前記回転座標系において表される電流成分であって前記巻線を貫く磁束の強度に影響する電流成分である励磁電流成分の値とに基づいて前記第１上限値を設定する工程と、
    前記制御手段において、前記トルク電流成分の目標値が前記設定手段によって設定された前記第１上限値より小さい場合は前記トルク電流成分の目標値に基づいて前記駆動電流を制御し、前記トルク電流成分の目標値が前記設定手段によって設定された前記第１上限値より大きい場合は前記第１上限値に基づいて前記駆動電流を制御する工程と、を有することを特徴とするモータ制御方法。
12. 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方法において、
    前記モータの回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
    前記回転子の回転位相を基準とする回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分に基づいて前記巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
    前記速度決定手段によって決定される回転速度と前記指令速度との偏差が小さくなるように設定された前記トルク電流成分の目標値の上限値である第１上限値を設定する設定手段と、
    を有し、
    前記設定手段において、前記巻線に供給される電流の上限値である第２上限値と前記回転座標系において表される電流成分であって前記巻線を貫く磁束の強度に影響する電流成分である励磁電流成分の値とに基づいて前記第１上限値を設定する工程、
    前記制御手段は、前記トルク電流成分の目標値が前記設定手段によって設定された前記第１上限値より小さい場合は前記トルク電流成分の目標値に基づいて前記駆動電流を制御し、前記トルク電流成分の目標値が前記設定手段によって設定された前記第１上限値より大きい場合は前記第１上限値に基づいて前記駆動電流を制御する工程と、を有することを特徴とするモータ制御方法。
13. 請求項１１又は請求項１２のモータ制御方法をコンピュータにより実行させるためのプログラム。