JP6552532B2 - シート搬送装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、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、例えば、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。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手法もある。

ベクトル制御を用いると、モータの巻線に供給する駆動電流は、回転子が回転するためのトルクを発生させる電流成分（トルク電流成分）と、巻線を貫く磁束の強度に影響する電流成分（励磁電流成分）とに分けて制御される。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、従来問題とされていた、回転子にかかる負荷トルクがモータの巻線に供給した駆動電流に対応した出力トルクを超えて、回転子が入力信号に同期しない制御不能な状態（脱調状態）になることが抑制される。

モータの各相の巻線には、回転子が回転することによって誘起電圧が発生する。モータの巻線に誘起電圧が発生すると、モータの巻線に印加できる電圧が小さくなってしまう。具体的には、例えば、モータの巻線に電圧を印加する電源の電圧が２４Ｖである場合、電源電圧（２４Ｖ）から該巻線に発生した誘起電圧を減算した電圧が巻線に印加できる電圧となる。従って、該巻線に誘起電圧が発生することによって、巻線に印加できる電圧が２４Ｖよりも小さくなってしまう。誘起電圧の大きさは、回転子の回転速度が速くなればなるほど大きくなる。したがって、回転子の回転速度が速くなればなるほど、モータの巻線に印加できる電圧は小さくなる。モータの巻線に印加できる電圧が小さくなると、回転子に与えることができるトルク（出力可能トルク）も小さくなってしまう。

特許文献１では、回転子の回転速度が速度閾値以上である場合に、励磁電流成分の値を該回転速度に対応する負の値に制御することによって、モータの巻線を貫く磁束の強度を弱める構成（弱め界磁）が述べられている。なお、回転速度と励磁電流成分の値との対応関係は１対１の関係である。即ち、所定の回転速度に対しては所定の励磁電流成分の値が設定される。弱め界磁を行うと、巻線に発生する誘起電圧の大きさを低減することができる。この結果、巻線に印加できる電圧が小さくなることを抑制することができ、出力可能トルクが小さくなることを防ぐことができる。なお、励磁電流成分の値が負の値であって且つ絶対値が大きいほど、出力可能トルクが小さくなることをより防ぐことができる。

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おいては、シートを搬送する搬送ローラ等の負荷が複数個設けられており、モータ１個で複数個の負荷を駆動する場合がある。このような場合、例えば、クラッチを用いてモータと負荷とを連結させたり離間させたりすることによって、負荷を駆動する。

図１は、モータと負荷としての搬送ローラとの構成を示すブロック図である。図１に示すように、搬送ローラ７０１はモータ５０９によって駆動される。また、モータ５０９と搬送ローラ７０２は、クラッチ７００によって連結及び離間される。

クラッチ７００によるモータ５０９と搬送ローラ７０２との連結及び離間は、モータ５０９の回転子が所定速度で（一定速度で）回転している状態で行われる。即ち、モータ５０９の回転子が所定速度で回転する期間においては、モータ５０９と搬送ローラ７０２とが連結していない期間とモータ５０９と搬送ローラ７０２とが連結している期間とがある。モータ５０９と搬送ローラ７０２とが離間しており、モータ５０９が搬送ローラ７０１を駆動している場合、モータ５０９の回転子には搬送ローラ７０１に対応する負荷トルクがかかる。また、モータ５０９が搬送ローラ７０１を駆動している状態で、モータ５０９と搬送ローラ７０２とが連結されると、モータ５０９の回転子には搬送ローラ７０１に対応する負荷トルクだけでなく、搬送ローラ７０２に対応する負荷トルクもかかる。したがって、モータと搬送ローラ７０２とがクラッチによって連結される際には、回転子にかかる負荷トルクは増大する。このように、モータ５０９に連結される負荷が多くなればなるほど、モータの回転子を所定速度で回転させる際に回転子にかかる負荷トルクは大きくなる。また、回転子が所定速度で回転する期間においては、巻線に発生する誘起電圧に起因して出力可能トルクが小さくなる。したがって、回転子が所定速度で回転する期間において、モータに負荷が連結されることに起因して回転子にかかる負荷トルクが出力可能トルクを超えてしまう可能性がある。回転子にかかる負荷トルクが出力可能トルクを超えた場合には、回転子を回転させることができなくなってしまう。

特開２００７−１５３２７３号公報

前記特許文献１に記載されている構成においては、回転速度と励磁電流成分の値との対応関係は１対１の関係である。したがって、回転子が所定速度で回転する期間においては、所定速度に対応する所定の励磁電流成分の値が設定される。

前述したように、回転子が所定速度で回転する期間においては、モータと負荷とが連結されている期間における負荷トルクはモータと負荷とが連結されていない期間における負荷トルクよりも大きい。即ち、クラッチにより負荷と連結又は離間されるモータの制御に特許文献１の構成を適用する場合、負荷トルクが出力可能トルクを超えないよう、モータと負荷とが連結されている期間における負荷トルクを考慮して励磁電流成分の値が設定される必要がある。

励磁電流成分の値の絶対値が大きければ大きいほど、モータの巻線に供給する電流は大きくなる。したがって、モータと負荷とが連結されている期間における負荷トルクを考慮して励磁電流成分の値が設定されると、モータと負荷とが連結されていない期間においては、不要な電流を巻線に供給してしまう。この結果、消費電力が増大してしまう。

上記課題に鑑み、本発明は、モータの制御を効率的に行うことを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるシート搬送装置は、
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、
前記搬送ローラと前記モータとを連結又は離間する連結部材と、
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、
前記位相決定手段によって決定される前記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と、に基づいて前記駆動電流を制御する制御手段であって、前記検出手段によって検出される駆動電流の前記トルク電流成分の値が前記トルク電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御し、前記検出手段によって検出される駆動電流の前記励磁電流成分の値が前記励磁電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記回転子の目標位相を表す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トルク電流成分の目標値を設定し、前記回転子が所定速度で回転する期間のうち、前記連結部材によって前記搬送ローラと前記モータとが連結されるときより第１の所定時間前の第１タイミングより後の第１期間では、前記巻線を貫く磁束が前記回転子の磁束よりも弱くなるように前記励磁電流成分の目標値を設定し、前記第１タイミングより前の第２期間では、前記巻線を貫く磁束が、前記第１期間において前記巻線を貫く磁束よりも強くなるように前記励磁電流成分の目標値を設定することを特徴とする。

本発明によれば、モータの制御を効率的に行うことができる。

モータと負荷との構成を示すブロック図である。 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。 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。 ＰＷＭインバータに設けられているフルブリッジ回路の構成を示す図である。 出力可能トルクと回転子の回転数との関係を示す図である。 第１実施形態に係る弱め界磁制御のタイムチャートを示す図である。 第１実施形態に係る弱め界磁制御を行う方法を説明するフローチャートである。 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。

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２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２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。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の駆動回路等で構成される。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、ラベル等が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。なお、図２に示すように、搬送ローラ３０６の上流側及び下流側には、記録媒体の有無を検知するシートセンサ３３０、３３１が設けられている。シートセンサ３３０、３３１の用途については後述する。なお、本実施形態におけるシートセンサは、光学式センサであるが、これに限定されるものではなく、例えば、フラグセンサ等であっても良い。

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。この際、レジストレーションローラ３０８は、トナー像にタイミングを合わせて、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を、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３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。図３に示すように、画像形成装置１００には電源１が備えられている。電源１は交流電源（ＡＣ）に接続されており、画像形成装置１００の内部の各種装置は電源１から出力される電力によって稼働する。また、システムコントローラ１５１は、図３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、クラッチ７００、シートセンサ３３０、３３１、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等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。

図３に示すように、本実施形態におけるモータ５０９は、複数個の負荷を駆動する。具体的には、例えば、モータ５０９は搬送ローラ３０７と搬送ローラ３０６とを駆動する。モータ５０９と搬送ローラ３０６は、クラッチ７００によって連結、離間される。即ち、クラッチ７００は連結部材として機能する。モータ５０９と搬送ローラ３０６とがクラッチ７００によって連結されると、モータ５０９は搬送ローラ３０７と搬送ローラ３０６とを駆動することができる。また、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが離間されると、モータ５０９は搬送ローラ３０７のみを駆動する。なお、クラッチによる連結、離間は、モータ５０９の回転子が所定速度で（一定速度で）回転する状態において行われるものとする。本実施形態におけるクラッチは、電磁力によって連結、離間を行う電磁クラッチであるものとするが、これに限定されるものではなく、モータと負荷とを連結、離間させてモータの駆動力を負荷に伝達させる構成であればよい。

システムコントローラ１５１は、シートセンサ３３０、３３１の検知結果に基づいて、クラッチ７００を制御する。クラッチ７００は、ＣＰＵ１５１ａから出力される信号に応じてモータ５０９と搬送ローラ３０６とを連結、離間する。また、モータ制御装置１５７は、ＣＰＵ１５１ａから出力された指令に応じて、モータ５０９を制御する。なお、図３においては、モータ５０９は、搬送ローラ３０６と搬送ローラ３０７とを駆動する構成となっているが、これに限定されるものではない。例えば、搬送ローラ３０６、３０７だけでなく、その他の負荷を駆動する構成であっても良い。また、図３においては、負荷を駆動する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、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。更に、図３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設けられているものとする。

電源１はモータ制御装置１５７に設けられたフルブリッジ回路５０に電圧Ｖｃｃを供給する。なお、フルブリッジ回路５０については後述する。

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、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。

［ベクトル制御］
次に、本実施形態におけるモータ制御装置について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置は、ベクトル制御によってモータを制御する。

まず、図４及び図５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が、ロータリエンコーダなどのセンサが設けられている構成であっても良い。

図４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４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４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５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。

図５に示すように、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。

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の回転子４０２の目標位相を表す指令位相θ＿ｒｅｆを生成し、所定の時間周期で指令位相θ＿ｒｅｆをモータ制御装置１５７へ出力する。

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から出力された偏差が小さくなるように、ｑ軸電流指令値（目標値）ｉｑ＿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を生成しても良い。

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。

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、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、界磁制御器５４０から出力されたｄ軸電流指令値（目標値）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。なお、界磁制御器５４０については後述する。

電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて、前記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、前記偏差がそれぞれ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。即ち、電流制御器５０３は、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している。図６は、ＰＷＭインバータ５０６に設けられているフルブリッジ回路５０の構成の例を示す図である。前述したように、フルブリッジ回路５０には、電源１から電圧Ｖｃｃが供給されている。また、フルブリッジ回路５０には、スイッチング素子としてのＦＥＴ Ｑ１乃至Ｑ４、モータ５０９の巻線Ｌ１等が設けられている。

ＦＥＴ Ｑ１乃至Ｑ４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信号よって駆動される。その結果、巻線Ｌ１には電源１から電圧が印加される。この結果、駆動電圧Ｖα及びＶβに応じた駆動電流ｉα及びｉβが巻線Ｌ１に供給される。即ち、ＰＷＭインバータ５０６は、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、ハーフブリッジ回路等であっても良い。また、フルブリッジ回路は、モータ５０９のＡ相とＢ相それぞれに対応して設けられている。なお、電源はＡ相、Ｂ相にそれぞれ一つずつ設けられているものとするが、この限りではない。また、図６における巻線Ｌ１は、実際には、モータ５０９に設けられている巻線である。

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、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ＲＯＭ１５１ｂ等に記憶しておき、前記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、加算器１０１、座標逆変換器５０５及び座標変換器５１１に入力される。

その後、モータ制御装置１５７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（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。

［弱め界磁］
次に、弱め界磁について説明する。前述したように、モータの各相の巻線には、回転子が回転することによって誘起電圧が発生する。モータの巻線に誘起電圧が発生すると、モータの巻線に印加できる電圧（以下、使用可能電圧と称する）が小さくなってしまう。具体的には、例えば、電源１から出力される電圧値がＶｃｃである場合、使用可能電圧Ｖα´及びＶβ´は、各相の巻線に誘起電圧が発生することに起因して、以下の式（１０）及び（１１）に示す値に制限されてしまう。
Ｖα´＝Ｖｃｃ−ｅα （１０）
Ｖβ´＝Ｖｃｃ−ｅβ （１１）

ここで、ｅαは正弦波状に変化する誘起電圧Ｅαの振幅を示す。また、ｅβは正弦波状に変化する誘起電圧Ｅβの振幅を示す。

また、回転子が回転することによって各相の巻線に発生する誘起電圧の振幅ｅは、回転子の回転速度が大きくなればなるほど大きくなる。即ち、回転子の回転速度が速くなればなるほど、使用可能電圧は小さくなる。使用可能電圧が小さくなると、回転子に与えることができるトルク（以下、出力可能トルクと称する）も小さくなってしまう。

誘起電圧は、巻線を貫く磁束が変化することに伴って発生する。したがって、回転子の磁束よりも弱い磁束が巻線を貫くように励磁電流成分を制御することによって、巻線に発生する誘起電圧の大きさが増大することを抑制することができる。具体的には、励磁電流成分を負の値に制御することによって、見かけ上、回転子の磁束よりも弱い磁束が巻線を貫くようにする。この結果、巻線に発生する誘起電圧の大きさが増大することを抑制することができ、使用可能電圧Ｖα´及びＶβ´が小さくなることを抑制することができる。その結果、出力可能トルクが小さくなることを抑制することができる。以上のような手法は、弱め界磁と称される。なお、励磁電流成分が負の値であって且つ絶対値が大きいほど、出力可能トルクが小さくなることをより抑制することができる。

次に、本実施形態における弱め界磁について説明する。本実施形態では、以下の構成をモータ制御装置１５７に適用することによって、消費電力が増大することを抑制する。

＜弱め界磁を行う条件１＞
本実施形態におけるモータ制御装置１５７は、以下の２つの条件を満たす場合に弱め界磁を行う。

まず、弱め界磁を行うための１つ目の条件について説明する。

図７は、出力可能トルクＴと回転子の回転速度ωとの関係を示す図である。図７には、ｄ軸電流を０に制御した場合のトルクＴ−回転速度ω特性（破線）とｄ軸電流を負の値に制御した場合のトルクＴ−回転速度ω特性（実線）が示されている。なお、図７に示すトルク−回転数特性は、本実施形態における一例であり、これに限定されるものではない。

図７に示すように、回転速度ωがω０未満である（ω＜ω０）場合は、ｄ軸電流を負の値に制御する場合における出力可能トルクＴよりもｄ軸電流を０に制御する場合における出力可能トルクＴのほうが大きい。即ち、回転速度ωがω０未満である（ω＜ω０）場合は、弱め界磁を行う場合よりも弱め界磁を行わない場合のほうがより大きなトルクを回転子に与えることができる。

また、図７に示すように、回転速度ωがω０より大きい（ω＞ω０）場合は、ｄ軸電流を０に制御する場合における出力可能トルクＴよりもｄ軸電流を負の値に制御する場合における出力可能トルクＴのほうが大きい。即ち、回転速度ωがω０より大きい（ω＞ω０）場合は、弱め界磁を行わない場合よりも弱め界磁を行う場合のほうがより大きなトルクを回転子に与えることができる。

以上のように、回転速度ωがω０未満である（ω＜ω０）場合は、弱め界磁を行う場合よりも弱め界磁を行わない場合のほうがより大きなトルクを回転子に与えることができる。また、回転速度ωがω０より大きい（ω＞ω０）場合は、弱め界磁を行わない場合よりも弱め界磁を行う場合のほうがより大きなトルクを回転子に与えることができる。

したがって、本実施形態においては、回転子の回転速度がω０以上であることを、弱め界磁を行う１つ目の条件とする。

図５に示すように、本実施形態においては、ＣＰＵ１５１ａは、指令位相θ＿ｒｅｆの時間変化に基づいて、指令速度ω＿ｒｅｆの代わりとなる回転速度ω＿ｒｅｆ´を算出し、界磁制御器５４０に出力する。なお、回転速度ω＿ｒｅｆ´の算出には、以下の式（１２）が用いられる。
ω＝ｄθ／ｄｔ （１２）

界磁制御器５４０は、回転速度ω＿ｒｅｆ´が以下の式（１３）を満たすか否かを判断する。なお、速度閾値ωｔｈ（＝ω０）は、メモリ５４０ａに記憶されているものとする。
ω＿ｒｅｆ´≧ωｔｈ （１３）

＜弱め界磁を行う条件２＞
しかしながら、式（１３）のみを、弱め界磁を行う条件としてしまうと、前述したように、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されていない期間においては、不要な電流を巻線に供給してしまう。この結果、消費電力が増大してしまう。

次に、弱め界磁を行うための２つ目の条件について説明する。

前述したように、回転子が所定速度で回転する期間において、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されている期間における負荷トルクはモータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されていない期間における負荷トルクよりも大きい。即ち、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されている期間においては、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されていない期間よりも大きな出力可能トルクが必要となる。

図２において説明したように、記録媒体が搬送される搬送方向において搬送ローラ３０６の上流側の所定位置には、記録媒体の有無を検知する３３０が設けられている。また、前記搬送方向において搬送ローラ３０７の下流側の第２所定位置には、記録媒体の有無を検知するシートセンサ３３１が設けられている。ＣＰＵ１５１ａには、シートセンサ３３０、３３１の検知結果が入力される。

本実施形態においては、記録媒体の先端をシートセンサ３３０が検知すると（記録媒体の先端がシートセンサ３３０に到達すると）、モータ制御装置１５７は弱め界磁を開始する。そして、シートセンサ３３０が記録媒体の先端を検知してから所定時間ｔ＿ｏｎが経過すると、ＣＰＵ１５１ａは、モータ５０９と搬送ローラ３０６とを連結するようにクラッチ７００を制御する。この結果、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結される。また、記録媒体の後端がシートセンサ３３１を通過すると（シートセンサ３３１が記録媒体を検知しなくなると）、ＣＰＵ１５１ａは、モータ５０９と搬送ローラ３０６とを離間するようにクラッチ７００を制御する。この結果、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが離間される。そして、記録媒体の後端がシートセンサ３３１を通過してから所定時間ｔ＿ｏｆｆが経過すると、弱め界磁を終了する。即ち、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されている期間において弱め界磁を行い、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されていない期間においては、弱め界磁を行わない。この結果、励磁電流成分の値を０以外の値に設定することに起因して消費電力が増大することを抑制することができる。

＜弱め界磁を行う具体的な方法＞
次に、弱め界磁を行う具体的な方法について説明する。

図８は、本実施形態における弱め界磁制御のタイムチャートを示す図である。界磁制御器５４０は、回転子の回転速度ω＿ｒｅｆ´がωｔｈ以上の所定速度である期間のうち、シートセンサ３３０が記録媒体の先端を検知するまでの期間（シートセンサ３３１が‘Ｈ’である期間）は、ｄ軸電流指令値として０Ａを出力する。即ち、弱め界磁は行われない。

その後、回転速度ω＿ｒｅｆ´が所定速度である状態で、シートセンサ３３０が記録媒体の先端を検知する（シートセンサ３３１が‘Ｈ’から‘Ｌ’になる）と、ＣＰＵ１５１ａは、ｄ軸電流指令値の値を切り替える切替信号を界磁制御器５４０に出力する。界磁制御器５４０は、切替信号に応じて、出力するｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを０Ａから徐々に変化させることによって負の値（例えば−０．３Ａ）に切り替える。この結果、弱め界磁が行われる。なお、設定されるｉｄ＿ｒｅｆの値が負の値であり且つ絶対値が大きすぎると、回転子である永久磁石から発生する磁界を過剰に弱めてしまい、結果として、回転子に発生させるトルクが小さくなってしまう。また、設定されるｉｄ＿ｒｅｆの値が負の値であり且つ絶対値が０に近い値であると、回転子である永久磁石から発生する磁界を弱めることができず、結果として、巻線に発生する誘起電圧を低減することができなくなってしまう。前記負の値は、以上のようなことを考慮して予め実験等に基づいて決定されている。また、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆは、メモリ５４０ａに記憶されており、界磁制御器５４０はメモリ５４０ａに記憶されている値をｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆとして出力する。

そして、シートセンサ３３０が記録媒体の先端を検知してから所定時間ｔ＿ｏｎが経過すると、ＣＰＵ１５１ａは、モータ５０９と搬送ローラ３０６とを連結するようにクラッチ７００を制御する。この結果、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結される。

そして、記録媒体が搬送ローラ３０６によって搬送されると、シートセンサ３３１が記録媒体の先端を検知する（シートセンサ３３０が‘Ｈ’から‘Ｌ’になる）。更に記録媒体が搬送され、記録媒体の後端がシートセンサ３３１を通過する（シートセンサ３３０が‘Ｌ’から‘Ｈ’になる）と、ＣＰＵ１５１ａは、モータ５０９と搬送ローラ３０６とを離間するようにクラッチ７００を制御する。この結果、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが離間される。

記録媒体の後端がシートセンサ３３１を通過してから所定時間ｔ＿ｏｆｆが経過すると、ＣＰＵ１５１ａは、切替信号を界磁制御器５４０に出力する。界磁制御器５４０は、切替信号に応じて、出力するｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを負の値（例えば−０．３Ａ）から徐々に変化させることによって０Ａに切り替える。この結果、弱め界磁が終了される。

その後、ＣＰＵ１５１ａは、上述の制御を繰り返し行う。

なお、本実施形態においては、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを徐々に変化させることによって切り替えているが、これに限定されるものではなく、例えば、０Ａから−３Ａに直接切り替えても良い。また、−３Ａから０Ａに直接切り替えても良い。

また、本実施形態においては、回転子の回転速度が所定速度である状態でクラッチの連結、離間が行われるように、予め画像形成動作のシーケンスで定められている。即ち、回転子が加速している最中及び減速している最中にクラッチの連結、離間が行われることが無いように予め画像形成動作のシーケンスで定められている。したがって、本実施形態においては、回転子が加速している最中及び減速している最中は、ｄ軸電流指令値は０であるものとする。

なお、シートセンサ３３０は、可能な限り搬送ローラ３０６に近い位置に設けられる。この結果、弱め界磁を行う期間を可能な限り短縮することができ、消費電力が増大することを抑制することができる。但し、シートセンサ３３０が搬送ローラ３０６に近すぎると、モータ５０９と搬送ローラ３０６との連結が行われるまでにｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆの切り替えが間に合わない可能性がある。この結果、負荷トルクが出力可能トルクを超えてしまう可能性がある。シートセンサ３３０が設けられる位置及び所定時間ｔ＿ｏｎは、以上のようなことを考慮して設定される。なお、所定時間ｔ＿ｏｎは予めＲＯＭ１５１ｂに記憶されているものとする。

また、所定時間ｔ＿ｏｆｆは、可能な限り短い時間に設定される。この結果、弱め界磁を行う期間を可能な限り短縮することができ、消費電力が増大することを抑制することができる。但し、所定時間ｔ＿ｏｆｆが短すぎると、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが離間されることによって生じる回転子にかかる負荷トルクの変動が比較的大きい状態で弱め界磁を終了してしまう可能性がある。この結果、負荷トルクが出力可能トルクを超えてしまう可能性がある。シートセンサ３３１が設けられる位置及び所定時間ｔ＿ｏｆｆは、以上のようなことを考慮して設定される。なお、所定時間ｔ＿ｏｆｆは予めＲＯＭ１５１ｂに記憶されているものとする。

図９は、弱め界磁制御を行う方法を説明するフローチャートである。以下、図１０を用いて、弱め界磁制御を行う方法を説明する。このフローチャートの処理は、ＣＰＵ１５１ａによって実行される。

まず、Ｓ１００１において、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の駆動制御を開始する。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の駆動制御を行う。

次に、Ｓ１００２において、モータ制御装置１５７はベクトル制御を行う。その後、Ｓ１００３において、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５０９の駆動を終了する。また、Ｓ１００３おいて、ＣＰＵ１５１ａがモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｈ’を出力した場合は、モータ制御装置１５７は処理をＳ１００４に進める。

その後、Ｓ１００４において、界磁制御器５４０は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆとして０Ａを出力する。即ち、弱め界磁は行われない。

次に、Ｓ１００５において、回転速度ω＿ｒｅｆ´が速度閾値ωｔｈ未満である場合は、処理は再びＳ１００２に戻り、ベクトル制御が継続される。なお、弱め界磁は行われない。

また、Ｓ１００５において、回転速度ω＿ｒｅｆ´が速度閾値ωｔｈ以上である場合は、処理はＳ１００６に進む。

Ｓ１００６において、シートセンサ３３０が記録媒体の先端を検知すると、Ｓ１００７において、ＣＰＵ１５１ａは、切替信号を界磁制御器５４０に出力する。界磁制御器５４０は、切替信号に応じて、出力するｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを０Ａから負の値（例えば−０．３Ａ）に切り替える。この結果、弱め界磁が行われる。

その後、Ｓ１００８において、シートセンサ３３０が記録媒体の先端を検知してから所定時間ｔ＿ｏｎが経過すると、Ｓ１００９において、ＣＰＵ１５１ａは、モータ５０９と搬送ローラ３０６とを連結するようにクラッチ７００を制御する。この結果、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結される。

その後、Ｓ１０１０において、搬送ローラ３０６によって搬送された記録媒体の先端をシートセンサ３３１が検知することによって、シートセンサ３３１が‘Ｌ’となる。そして、Ｓ１０１１において、搬送ローラ３０６によって搬送されている記録媒体の後端がシートセンサ３３１を通過すると、Ｓ１０１２において、ＣＰＵ１５１ａは、モータ５０９と搬送ローラ３０６とを離間するようにクラッチ７００を制御する。この結果、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが離間される。

そして、Ｓ１０１３において、記録媒体の後端がシートセンサ３３１を通過してから所定時間ｔ＿ｏｆｆが経過すると、Ｓ１０１４において、ＣＰＵ１５１ａは、切替信号を界磁制御器５４０に出力する。界磁制御器５４０は、切替信号に応じて、出力するｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを負の値（例えば−０．３Ａ）から０Ａに切り替える。この結果、弱め界磁が終了される。その後、処理は再びＳ１００２に戻り、ベクトル制御が継続される。

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は前述した制御を繰り返し行い、モータ５０９を制御する。

以上のように、本実施形態においては、弱め界磁を行う必要がある期間にのみ弱め界磁を行う。具体的には、回転子の回転速度ω＿ｒｅｆ´が速度閾値ωｔｈ以上の所定速度である期間のうち、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されている期間においてのみ弱め界磁を行う。なお、本実施形態においては、回転子の回転速度が所定速度である状態でクラッチの連結、離間が行われるように、予め画像形成動作のシーケンスで定められている。即ち、回転子が加速している最中及び減速している最中にクラッチの連結、離間が行われることが無いように予め画像形成動作のシーケンスで定められている。したがって、本実施形態においては、回転子の回転速度が所定速度よりも遅い速度である期間、即ち、回転子が加速している最中及び減速している期間は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆは０であるものとする。この結果、モータを駆動する期間における弱め界磁を行う期間を短縮することができ、消費電力が増大することを抑制することができる。即ち、回転子を所定速度で回転させる期間に所定速度に対応する所定の励磁電流成分の値を設定することに起因して消費電力が増大することを抑制することができる。

なお、本実施形態においては、クラッチの制御を行うタイミングは、シートセンサ３３０、３３１の検知結果に基づいて決定されているが、例えば、予め設定されている画像形成装置の動作シーケンスに基づいて決定されても良い。また、モータに出力されるパルス数に基づいて決定されても良い。更に、例えば、記録媒体の搬送を停止する指示をユーザが操作部１５２を用いてＣＰＵ１５１ａに送信し、ＣＰＵ１５１ａが指示に応じてクラッチの離間制御を行う構成であっても良い。この結果、モータの駆動力を搬送ローラに伝達しないようにすることができ、記録媒体の搬送を停止することができる。

また、本実施形態においては、メモリ５４０ａに記憶されているｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆは０Ａと−３．０Ａであったが、これに限定されるものではなく、３個以上の値が記憶されていても良い。この場合、例えば、どの値を用いるかを示す信号をＣＰＵ１５１ａが界磁制御器５４０に出力し、界磁制御器５４０は信号に基づいて、出力するｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを切り替える。

なお、本実施形態においては、シートセンサ３３０、３３１の検知結果に基づいて、弱め界磁の制御を行ったが、この限りではない。例えば、搬送ローラ３０６の駆動を開始してからクラッチ７００がモータ５０９と搬送ローラ３０６とを連結させる前の所定のタイミングまでの所定時間Ｔ１が経過すると弱め界磁を開始する。また、搬送ローラ３０６の駆動を開始してからクラッチ７００がモータ５０９と搬送ローラ３０６とを離間させた後の第２の所定のタイミングまでの所定時間Ｔ２が経過すると弱め界磁を終了する。以上のような構成であっても良い。なお、前記所定のタイミング及び第２の所定のタイミングは、予め設定されている画像形成装置の動作シーケンスに基づいて決定されるものとする。また、モータに出力されるパルス数に基づいて前記所定のタイミング及び第２の所定のタイミングを決定しても良い。

また、本実施形態では、回転子の回転速度が速度閾値以上の所定速度である期間のうち、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されている期間以外の期間においてはｄ軸電流指令値を０Ａとしたが、０Ａ以外の値に設定しても良い。具体的には、回転子の回転速度が速度閾値以上の所定速度である期間のうち、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されている期間において設定されているｄ軸電流指令値としての負の値よりも大きい値であればよい。即ち、回転速度が速度閾値以上の所定速度である期間のうち、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されている期間以外の期間において巻線を貫く磁束が、モータ５０９と搬送ローラ３０６とが連結されている期間において巻線を貫く磁束よりも強ければよい。但し、可能な限り０Ａに近い値に設定されるほうが効果的に消費電力の増大を抑制することができる。

また、本実施形態においては、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆの値は、予め実験等によって得られた値であるものとしたが、この限りではない。例えば、界磁制御器５４０が、回転子の回転速度ω＿ｒｅｆ´に基づいてｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆの値を変える構成であっても良い。具体的には、界磁制御器５４０は、回転速度ω＿ｒｅｆ´が大きければ大きいほどｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆの値をより小さく設定する構成であっても良い。この結果、巻線に発生する誘起電圧が回転速度の増大に伴って大きくなることを抑制することができる。

また、弱め界磁を行う場合におけるｄ軸電流指令値は、弱め界磁を行うことによって巻線に発生する誘起電圧が小さくなったとしても、回転子の回転位相を精度よく決定することができるような値に設定されるものとする。

本実施形態においては、モータと搬送ローラとをクラッチによって連結、離間する構成において弱め界磁制御を適用したが、搬送ローラに限らず、その他の負荷を連結、離間する構成に本実施形態を適用しても良い。

また、本実施形態では、速度閾値ωｔｈをω０に設定したが、これに限定されるものではない。例えば、速度閾値ωｔｈをω０よりも小さい値に設定しても良いし、速度閾値ωｔｈをω０よりも大きい値に設定しても良い。

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本実施形態を適用することができる。

なお、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１０に示すように、モータ制御装置内部に速度決定器５１５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、モータ制御装置内部に速度制御器５００及び速度決定器５１５を設け、速度決定器５１５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。速度の決定には、式（１２）が用いられるものとする。そして、ＣＰＵ１５１ａは回転子の目標速度を表す指令速度ω＿ｒｅｆを出力する。更に、モータ制御装置内部に速度制御器５００を設け、速度制御器５００が回転速度ωと指令速度ω＿ｒｅｆとの偏差が小さくなるように、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ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、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。

１００ 画像形成装置
１５７ モータ制御装置
３０７ 搬送ローラ
４０２ 回転子
５０２ 位相制御器
５０９ ステッピングモータ
５１３ 位相決定器
５４０ 界磁制御器

Claims (20)

1. 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、
   前記搬送ローラと前記モータとを連結又は離間する連結部材と、
   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、
   前記位相決定手段によって決定される前記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と、に基づいて前記駆動電流を制御する制御手段であって、前記検出手段によって検出される駆動電流の前記トルク電流成分の値が前記トルク電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御し、前記検出手段によって検出される駆動電流の前記励磁電流成分の値が前記励磁電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御する制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記回転子の目標位相を表す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トルク電流成分の目標値を設定し、前記回転子が所定速度で回転する期間のうち、前記連結部材によって前記搬送ローラと前記モータとが連結されるときより第１の所定時間前の第１タイミングより後の第１期間では、前記巻線を貫く磁束が前記回転子の磁束よりも弱くなるように前記励磁電流成分の目標値を設定し、前記第１タイミングより前の第２期間では、前記巻線を貫く磁束が、前記第１期間において前記巻線を貫く磁束よりも強くなるように前記励磁電流成分の目標値を設定することを特徴とするシート搬送装置。
2. 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、
   前記搬送ローラと前記モータとを連結又は離間する連結部材と、
   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、
   前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
   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、
   前記位相決定手段によって決定される前記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と、に基づいて前記駆動電流を制御する制御手段であって、前記検出手段によって検出される駆動電流の前記トルク電流成分の値が前記トルク電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御し、前記検出手段によって検出される駆動電流の前記励磁電流成分の値が前記励磁電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御する制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記回転子の目標速度を表す指令速度と前記速度決定手段によって決定された前記回転速度との偏差が小さくなるように前記トルク電流成分の目標値を設定し、前記回転子が所定速度で回転する期間のうち、前記連結部材によって前記搬送ローラと前記モータとが連結されるときより第１の所定時間前の第１タイミングより後の第１期間では、前記巻線を貫く磁束が前記回転子の磁束よりも弱くなるように前記励磁電流成分の目標値を設定し、前記第１タイミングより前の第２期間では、前記巻線を貫く磁束が、前記第１期間において前記巻線を貫く磁束よりも強くなるように前記励磁電流成分の目標値を設定することを特徴とするシート搬送装置。
3. 前記制御手段は、前記第１期間のうち、前記第１タイミングから、前記連結部材によって連結されている前記搬送ローラと前記モータとが前記連結部材によって離間されて第２の所定時間が経過した第２タイミングまでの第３期間では、前記巻線を貫く磁束が前記回転子の磁束よりも弱くなるように前記励磁電流成分の目標値を設定し、前記第２タイミングより後の第４期間では、前記巻線を貫く磁束が前記第３期間において前記巻線を貫く磁束よりも強くなるように前記励磁電流成分の目標値を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のシート搬送装置。
4. 前記制御手段は、前記回転子が前記所定速度よりも低い速度で回転する期間は、前記巻線を貫く磁束が前記第１期間において前記巻線を貫く磁束よりも強くなるように前記励磁電流成分の目標値を設定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シート搬送装置。
5. 前記制御手段は、前記回転子が回転する期間のうち、前記第３期間は、前記励磁電流成分の前記目標値を負の値に設定し、前記第１タイミングより前の期間及び前記第２タイミングより後の期間は、前記励磁電流成分の前記目標値を前記負の値よりも大きい値に設定することを特徴とする請求項３又は請求項３を引用する請求項４に記載のシート搬送装置。
6. 前記回転子の回転速度が閾値未満の速度である場合は、前記励磁電流成分の値が前記負の値である状態において前記回転子に発生させることができるトルクは、前記励磁電流成分の値が０である状態において前記回転子に発生させることができるトルク以下の大きさであって、
   前記回転子の回転速度が前記閾値以上の速度である場合は、前記励磁電流成分の値が前記負の値である状態において前記回転子に発生させることができるトルクは、前記励磁電流成分の値が０である状態において前記回転子に発生させることができるトルクよりも大きいトルクであって、
   前記所定速度は、前記閾値よりも高い速度であることを特徴とする請求項５に記載のシート搬送装置。
7. 前記制御手段は、前記第１タイミングにおいて、前記励磁電流成分の目標値を前記負の値よりも大きい値から前記負の値に切り替えることを特徴とする請求項５又は６に記載のシート搬送装置。
8. 前記制御手段は、前記第２タイミングにおいて、前記励磁電流成分の目標値を前記負の値から前記負の値よりも大きい値に切り替えることを特徴とする請求項３を引用する請求項５乃至７のいずれか一項に記載のシート搬送装置。
9. 前記制御手段は、前記搬送ローラの駆動が開始されてから第３所定時間が経過したタイミングにおいて、前記励磁電流成分の目標値を前記負の値よりも大きい値から前記負の値に切り替えることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載のシート搬送装置。
10. 前記制御手段は、前記搬送ローラの駆動が開始されてから第４所定時間が経過したタイミングにおいて、前記励磁電流成分の目標値を前記負の値から前記負の値よりも大きい値に切り替えることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか一項に記載のシート搬送装置。
11. 前記シート搬送装置は、
    前記連結部材が前記搬送ローラと前記モータとを連結又は離間させるように前記連結部材を制御する第２制御手段と、
    前記搬送ローラが前記シートを搬送する搬送方向において前記搬送ローラのニップ部よりも上流側に設けられた、前記シートの有無を検知するシート検出手段と、
    を有し、
    前記第１タイミングは、前記シート検出手段が前記シートの先端を検知したタイミングであって、
    前記第２制御手段は、前記第１タイミングから前記第１の所定時間が経過したタイミングにおいて、前記連結部材が前記搬送ローラと前記モータとを連結させるように前記連結部材を制御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シート搬送装置。
12. 前記シート搬送装置は、前記搬送方向において前記ニップ部よりも下流側に設けられた、前記シートの有無を検知する第２のシート検出手段を有し、
    前記第２タイミングは、前記第２のシート検知手段が前記シートを検知しなくなってから前記第２の所定時間が経過したタイミングであって、
    前記第２制御手段は、前記第２タイミングにおいて、前記連結部材が前記搬送ローラと前記モータとを離間させるように前記連結部材を制御することを特徴とする請求項３を引用する請求項１１に記載のシート搬送装置。
13. 前記制御手段は、前記回転子が回転する期間のうち、前記第１タイミングより前の期間は、前記励磁電流成分の目標値が０である状態で前記モータを制御することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のシート搬送装置。
14. 前記制御手段は、前記回転子が回転する期間のうち、前記第２タイミングより後の期間は、前記励磁電流成分の目標値が０である状態で前記モータを制御することを特徴とする請求項３又は請求項３を引用する請求項４乃至１３のいずれか一項に記載のシート搬送装置。
15. 前記制御手段は、前記励磁電流成分の目標値を負の値と０との間で徐々に変化させることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のシート搬送装置。
16. 前記制御手段は、前記回転子の回転速度に応じて前記励磁電流成分の目標値を設定することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のシート搬送装置。
17. 前記制御手段は、搬送されるシートの種類に応じて前記励磁電流成分の目標値を設定することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のシート搬送装置。
18. 請求項１乃至１７のいずれか一項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。
19. 請求項１８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。
20. 請求項１乃至１７のいずれか一項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。

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