JP2023107295A - 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】 ｑ軸電流指令値が２Ａに制限された場合、振幅が２Ａである正弦波状の波形に対応するトルク以上のトルクを出力できない。このような状態において、モータにかかる負荷トルクが２Ａよりも大きくなると、モータが脱調してしまう可能性がある。
【解決手段】 静止座標系の電流値に対して電流制限が設けられる。この結果、回転座標系の電流指令値に制限を設ける場合よりも、より大きなトルクを発生させることができる。この結果、モータの巻線に所定の大きさよりも大きい電流が巻き線に流れないようにしつつ、モータが脱調することを抑制することができる。
【選択図】 図６

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。

モータを制御する際には、モータの巻線に所定の大きさよりも大きい電流が巻き線に流れないように、巻線に供給すべき電流の指令値を制限する構成が設けられることがある。特許文献１には、回転座標系によって表されるトルク電流成分の指令値を制限する構成が記載されている。

特開２０２０－２０２６４１号公報

図９は、前記特許文献１における構成により生成される電流の指令値を示す図である。図９は、制限値として２Ａが設定された場合における電流の指令値が示されている。図９（ａ）は、制限される前のｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を示す図である。図９（ｂ）は、制限後の（即ち、２Ａ以上の値が２Ａに設定された後の）ｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を示す図である。図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示す値が静止座標系の電流値に変換された後の電流指令値である。

ｑ軸電流指令値が２Ａに制限された場合、静止座標系の電流指令値（即ち、実際に巻線に供給されるべき電流の値）は、図９（ｃ）に示すように、振幅が２Ａである正弦波状の波形になる。つまり、ｑ軸電流指令値が２Ａに制限された場合、振幅が２Ａである正弦波状の波形に対応するトルク以上のトルクを出力できない。

このような状態において、モータにかかる負荷トルクが２Ａよりも大きくなると、モータが脱調し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の大きさよりも大きい電流が巻き線に流れないようにしつつ、モータが脱調す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に基づく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の目標値としての第１目標値と、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励磁電流成分の目標値である第２目標値と、を生成する第１生成手段と、
前記第１目標値、前記第２目標値及び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、静止座標系において表される電流成分の値を生成する第２生成手段と、
前記第２生成手段によって生成された値に基づいて、前記トルク電流成分の目標値である第３目標値を生成する第３生成手段と、
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た駆動電流の前記トルク電流成分の値と前記第３目標値との偏差が小さくなるように、前記巻線に電流を供給する供給手段と、
を有し、
前記第３生成手段は、前記第２生成手段によって生成された値が第１の上限値より大きい場合は前記第１の上限値を用いて前記第３目標値を生成し、前記第２生成手段によって生成された値が前記第１の上限値より小さい前記１の下限値より小さい場合は前記第１の下限値を用いて前記第３目標値を生成し、前記第２生成手段によって生成された値が前記第１の上限値より小さく且つ前記第１の下限値より大きい場合は前記第２生成手段によって生成された値を用いて前記第３目標値を生成することを特徴とする。

本発明によれば、モータの巻線に所定の大きさよりも大きい電流が巻き線に流れないようにしつつ、モータが脱調することを抑制することができる。

第１実施形態に係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相のモータと回転座標系のｄ軸及びｑ軸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。 モータに流れる電流を制限する方法を説明するフローチャートである。 生成される電流の指令値を示す図である。 従来技術による回転数－トルク特性と第１実施形態による回転数－トルク特性とを示す図である。 速度フィードバック制御を行うモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 従来技術における構成により生成される電流の指令値を示す図である。

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、モータ制御装置は記録媒体や原稿等のシートを搬送するシート搬送装置にも用いられる。

〔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及び読取装置２０２を含む原稿読取装置２００及び画像印刷装置３０１を有する。原稿給送装置２０１は、読取装置２０２に対して回動可能である。

＜原稿読取装置＞
原稿給送装置２０１の原稿積載部２に積載された原稿Ｐは、ピックアップローラ３によって１枚ずつ給送され、その後、給送ローラ４によって更に下流へと搬送される。給送ローラ４と対向する位置には、給送ローラ４に圧接する分離ローラ５が設けられている。分離ローラ５は、該分離ローラ５に所定のトルク以上の負荷トルクがかかると回転する構成となっており、２枚重なった状態で給送された原稿を分離する機能を有する。

ピックアップローラ３と給送ローラ４は揺動アーム１２によって連結されている。揺動アーム１２は、給送ローラ４の回転軸を中心にして回動できるように給紙ローラ４の回転軸によって支持されている。

原稿Ｐは、給送ローラ４、搬送ローラ６等の各種搬送ローラによって搬送されて、排紙ローラ１１によって排紙トレイ１０へ排出される。

読取装置２０２には、搬送される原稿の第１面の画像を読み取る原稿読取部１６が設けられている。原稿読取部１６に読み取られた画像情報は、画像印刷装置３０１へ出力される。

また、原稿給送装置２０１には、搬送される原稿の第２面の画像を読み取る原稿読取部１７が設けられている。原稿読取部１７に読み取られた画像情報は、原稿読取部１６において説明した方法と同様にして画像印刷装置３０１へ出力される。

前述の如くして、原稿の読取が行われる。

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、上述した方法で搬送される原稿の画像を読み取るモードである。第２読取モードは、原稿ガラス２１４（透明部材）上に載置された原稿の画像を、一定速度で移動する原稿読取部１６によって読み取るモードである。なお、原稿は、原稿給送装置２０１が読取装置２０２に対して回動した状態において原稿ガラス２１４上に載置される。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＞
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。

原稿読取装置２００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、原稿読取装置２００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。レジストレーションローラ３０８は、転写帯電器３１５によって記録媒体に画像が転写される転写タイミングに合わせて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、例えば、ピックアップローラ３，３０３、３０５、レジストレーションローラ３０８等の搬送部としての各種ローラや感光ドラム３０９、現像器３１４、搬送ベルト３１７等は負荷に対応する。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。

＜画像形成装置の制御構成＞
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６００、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６００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格納される。

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６００は、ＣＰＵ１５１ａから出力された指令に応じて、画像印刷装置３０１に設けられた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、負荷を駆動するモータとして１個のモータ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、モータ制御装置１個で複数個のモータを制御する構成であっても良い。

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、画像印刷装置３０１及び原稿給送装置２０１におけるシート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６００について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置６００は、ベクトル制御によってモータ５０９を制御する。

＜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６００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が、ロータリエンコーダなどのセンサがモータに設けられている構成であっても良い。

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６００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６００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。

モータ制御装置６００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する。モータ制御装置６００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、モータ制御部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６００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の回転子４０２の目標位相を表す指令位相θ＿ｒｅｆを生成し、指令位相θ＿ｒｅｆをモータ制御装置６００へ出力する。なお、実際には、ＣＰＵ１５１ａはモータ制御装置６００に対してパルス信号を出力しており、パルスの数が指令位相に対応し、パルスの周波数が目標速度に対応する。指令位相θ＿ｒｅｆは、例えば、モータ５０９の目標速度に基づいて生成される。

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、該偏差を位相制御器５０２に出力する。

位相制御器５０２は、所定の時間周期Ｔ（例えば、２００μｓ）で、減算器１０１から出力される偏差を取得する。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、目標値としての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から出力された偏差が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。即ち、位相制御器５０２は、第１設定手段として機能する。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、本実施形態においては、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。

位相制御器５０２から出力されたｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆは、電流制限器５０４に入力される。電流制限器５０４は、モータ５０９の巻線に流れる電流を制限する機能を有する。電流制限器５０４の詳細は後述する。

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、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、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換器５１０がデジタル値を出力する周期は、例えば、位相制御器５０２が偏差を取得する周期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４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に入力される。

座標変換器５１１は、次式によって、静止座標系における電流値ｉα及びｉβを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、電流制限器５０４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、電流制限器５０４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、入力される偏差がそれぞれ小さくなるように駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成する。具体的には、電流制御器５０３は、入力される偏差がそれぞれ０になるように駆動電圧Ｖｑ及び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（パルス幅変調）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。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の決定方法について説明する。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（以下、制御値と称する）は使用されているモータ５０９としてのモータＡに固有の値であり、ＲＯＭ１５１ｂ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、電流制限器５０４、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６００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６００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が行われることによって、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される。したがって、画像形成装置において、回転子の回転位相が精度よく制御される必要がある負荷（例えばレジストレーションローラ）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が適切に行われる。

＜電流制限器＞
以下に、本実施形態における電流制限器５０４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り、モータの巻線に所定の大きさよりも大きい電流が巻き線に流れないようにしつつ、モータが脱調することを抑制することができる。

図５は、モータ５０９に流れる電流を制限する方法を説明するフローチャートである。このフローチャートの処理は、電流制限器５０４によって実行される。なお、電流制御器５０４は、例えば、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆが入力される度に、このフローチャートの処理を実行しても良い。

Ｓ１００１において、電流制限器５０４は、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを、入力された回転位相θに基づいて、式（１）（２）を用いて静止座標系の電流値であるｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆに変換する。

その後、Ｓ１００２において、電流値ｉα＿ｒｅｆが上限値ｉα＿ｍａｘ以下である場合は、処理はＳ１００４に進む。

一方、Ｓ１００２において、電流値ｉα＿ｒｅｆが上限値ｉα＿ｍａｘより大きい場合は、Ｓ１００３において、電流制限器５０４は、電流値ｉα＿ｒｅｆをｉα＿ｍａｘに設定する。

次に、Ｓ１００４において、電流値ｉα＿ｒｅｆが下限値ｉα＿ｍｉｎ以上である場合は、処理はＳ１００６に進む。

一方、Ｓ１００４において、電流値ｉα＿ｒｅｆが下限値ｉα＿ｍｉｎより小さい場合は、Ｓ１００５において、電流制限器５０４は、電流値ｉα＿ｒｅｆをｉα＿ｍｉｎに設定する。

Ｓ１００６において、電流値ｉβ＿ｒｅｆが上限値ｉβ＿ｍａｘ以下である場合は、処理はＳ１００８に進む。

一方、Ｓ１００６において、電流値ｉβ＿ｒｅｆが上限値ｉβ＿ｍａｘより大きい場合は、Ｓ１００７において、電流制限器５０４は、電流値ｉβ＿ｒｅｆをｉβ＿ｍａｘに設定する。

次に、Ｓ１００８において、電流値ｉβ＿ｒｅｆが下限値ｉβ＿ｍｉｎ以上である場合は、処理はＳ１０１０に進む。

一方、Ｓ１００８において、電流値ｉβ＿ｒｅｆが下限値ｉβ＿ｍｉｎより小さい場合は、Ｓ１００９において、電流制限器５０４は、電流値ｉβ＿ｒｅｆをｉβ＿ｍｉｎに設定する。

なお、本実施形態では、一例として、ｉα＿ｍａｘ、ｉβ＿ｍａｘは２Ａに設定され、ｉβ＿ｍａｘ、ｉβ＿ｍｉｎは－２Ａに設定されている。

図６は、本実施形態における構成により生成される電流の指令値を示す図である。図６は、ｉα＿ｍａｘ、ｉβ＿ｍａｘが２Ａに設定され、ｉβ＿ｍａｘ、ｉβ＿ｍｉｎが－２Ａに設定された場合における電流の指令値が示されている。図６（ａ）は、制限される前のｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を示す図である。図６（ｂ）は、制限後の（即ち、２Ａ以上の値が２Ａに設定された後の）α軸電流指令値及びβ軸電流指令値を示す図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示す値が回転座標系の電流値に変換された後の電流指令値である。

本実施形態では、静止座標系の電流値に対して電流制限（例えば２Ａ）が設けられる。この結果、図６（ｃ）に示すように、回転座標系の電流指令値に制限（例えば２Ａ）を設ける場合よりも、より大きなトルク（ｑ軸電流＝２Ａに対応するトルクより大きなトルク）を発生させることができる。この結果、モータが脱調してしまうことを抑制することができる。即ち、モータの巻線に所定の大きさよりも大きい電流が巻き線に流れないようにしつつ、モータが脱調することを抑制することができる。

図７は、従来技術による回転数－トルク特性と本実施形態による回転数－トルク特性とを示す図である。図７に示すように、従来技術においては回転数が７００ｒｐｍ以下である領域における最大出力トルクは約３００ｍＮｍである。一方、本実施形態においては回転数が７００ｒｐｍ以下である領域における最大出力トルクは３００ｍＮｍよりも大きい。

モータを加速させる際にモータにかかる負荷トルクは、モータが一定速度で回転している際にモータにかかる負荷トルクよりも大きい。即ち、モータを駆動させている期間においてモータにかかる負荷トルクが最も大きくなるのはモータを加速させる期間である。本実施形態の構成により、回転数が７００ｒｐｍ以下である比較的低速の領域（モータを加速させる領域）における出力トルクを従来よりも大きくすることができる。この結果、モータのサイズを小さくすることができ、コストを低減させることができる。

本実施形態においては、回転位相θが巻線に誘起される誘起電圧に基づいて決定されたが、この限りではない。例えば、巻線のインダクタンスの値に基づいて回転位相θが決定される構成であっても良い。

本実施形態におけるベクトル制御では、位相フィードバック制御を行うことによってモータ５０９を制御しているが、これに限定されるものではない。例えば、回転子４０２の回転速度ωをフィードバックしてモータ５０９を制御する構成であっても良い。具体的には、図８に示すように、モータ制御装置の内部に速度制御器５００を設け、ＣＰＵ１５１ａが回転子の目標速度を表す指令速度ω＿ｒｅｆを出力する。また、モータ制御装置の内部に速度決定器５１４を設け、速度決定器５１４が位相決定器５１３から出力された回転位相θの時間変化に基づいて回転速度ωを決定する。速度制御器５００は回転速度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。

また、本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よい。

また、本実施形態で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。

感光ドラム３０９、現像器３１４等は画像形成部に含まれる。

１５１ａ ＣＰＵ
４０２ 回転子
５０２ 位相制御器
５０４ 電流制限器
５０６ ＰＷＭインバータ
５０７、５０８ 電流検出器
５０９ ステッピングモータ
５１３ 位相決定器
６００ モータ制御装置

Claims (8)

1. モータの回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
   前記位相決定手段によって決定された回転位相に基づく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の目標値としての第１目標値と、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励磁電流成分の目標値である第２目標値と、を生成する第１生成手段と、
   前記第１目標値、前記第２目標値及び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、静止座標系において表される電流成分の値を生成する第２生成手段と、
   前記第２生成手段によって生成された値に基づいて、前記トルク電流成分の目標値である第３目標値を生成する第３生成手段と、
   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た駆動電流の前記トルク電流成分の値と前記第３目標値との偏差が小さくなるように、前記巻線に電流を供給する供給手段と、
   を有し、
   前記第３生成手段は、前記第２生成手段によって生成された値が第１の上限値より大きい場合は前記第１の上限値を用いて前記第３目標値を生成し、前記第２生成手段によって生成された値が前記第１の上限値より小さい前記１の下限値より小さい場合は前記第１の下限値を用いて前記第３目標値を生成し、前記第２生成手段によって生成された値が前記第１の上限値より小さく且つ前記第１の下限値より大きい場合は前記第２生成手段によって生成された値を用いて前記第３目標値を生成することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記第２生成手段は、前記第１目標値、前記第２目標値及び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、前記静止座標系において表される電流成分の値として第１の電流成分の値と第２の電流成分の値とを生成し、
   前記第３生成手段は、前記第１の電流成分の値が前記第１の上限値より大きく且つ前記第２の電流成分の値が第２の上限値より大きい場合は前記第１の上限値及び前記第２の上限値を用いて前記第３目標値を生成し、前記第１の電流成分の値が前記第１の上限値より大きく且つ前記第２の電流成分の値が前記第２の上限値より小さい第２の下限値より小さい場合は前記第１の上限値及び前記第２の下限値を用いて前記第３目標値を生成し、前記第１の電流成分の値が前記第１の上限値より大きく且つ前記第２の電流成分の値が前記第２の上限値より小さく前記第２の下限値より大きい場合は前記第１の上限値及び前記第２の電流成分の値を用いて前記第３目標値を生成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. 前記第３生成手段は、前記第１の上限値より小さく前記第１の下限値より大きく且つ前記第２の電流成分の値が前記第２の上限値より小さく前記第２の下限値より大きい場合は前記第１の電流成分の値及び前記第２の電流成分の値を用いて前記第３目標値を生成し、前記第１の上限値より小さく前記第１の下限値より大きく且つ且つ前記第２の電流成分の値が前記第２の下限値より小さい場合は前記第１の電流成分の値及び前記第２の下限値を用いて前記第３目標値を生成し、前記第１の電流成分の値が前記第１の下限値より小さく且つ前記第２の電流成分の値が前記第２の下限値より小さい場合は前記第１の下限値及び前記第２の下限値を用いて前記第３目標値を生成す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. 前記第１生成手段は、前記位相決定手段によって決定された回転位相と前記回転子の目標位相を表す指令位相との偏差が小さくなるように前記第１目標値を生成す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. 前記モータ制御装置は、前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段を有し、
   前記第１生成手段は、前記速度決定手段によって決定された回転速度と前記回転子の目標速度を表す指令速度との偏差が小さくなるように前記第１目標値を生成す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. 前記位相決定手段は、前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて、前記回転位相を決定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。
7. シートを搬送する搬送部と、
   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と、
   を有し、
   前記モータ制御装置は、前記搬送部を駆動するモータを制御することを特徴とするシート搬送装置。
8. シートに画像を形成する画像形成部と、
   負荷を駆動するモータと、
   前記モータを制御する請求項１乃至６のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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