JP6728433B2 - モータ制御装置、シート搬送装置、原稿読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置、シート搬送装置、原稿読取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。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。

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減少する可能性がある。これは、モータの制御が切り替わる前の最後に供給された駆動電流によって回転子に与えられたトルクよりも、モータの制御が切り替わった後の最初に供給された駆動電流によって回転子に与えられたトルクのほうが小さくなる可能性があるためである。即ち、モータの制御が切り替わる直前に回転子に与えられたトルクとモータの制御が切り替わった直後に回転子に与えられたトルクとに差異が生じてしまうためである。

特許文献３では、位置検出器から出力された信号に基づいて、マイクロステップ駆動中に回転子にかかる負荷トルクを推定（演算）する。そして、モータの制御方法がマイクロステップ駆動制御から速度サーボ制御へと切り替わった直後に供給すべき電流を、推定された負荷トルクに基づいて決定（演算）する構成が述べられている。具体的には、特許文献３では、モータの制御方法が切り替わった直後に供給すべき電流を決定するために、負荷推定器で負荷トルクが演算される。そして、当該負荷トルクからトルク定数を除算することによって当該負荷トルクに対応する電流値を算出し、算出された電流値に制御ゲインを乗算することによって、供給すべき電流が決定される。

特表２０１２−５０９０５６号公報 特開２００５−３９９５５号公報 特開２０１０−２８９４９号公報

前記特許文献３では、モータの制御方法が切り替わった直後に供給すべき電流を決定するために、負荷トルクから予め設定されたトルク定数を除算する処理が行われる。トルク定数は、モータの温度によって異なる値となる。したがって、モータの温度に拘わらず固定値としてのトルク定数が用いられると、算出される電流値に誤差が含まれてしまう。即ち、決定される電流にも誤差が含まれてしまい、モータの制御方法が切り替わった直後に供給すべき電流が適切に設定されない可能性がある。この結果、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、駆動電流を制御する制御モードが切り替わる際に、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駆動電流を供給する供給手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記検出手段により検出された駆動電流の大きさが、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように設定された目標値になるように、前記巻線に供給される駆動電流を制御する第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巻線に供給される駆動電流を制御する第２制御モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記第１制御モードにおいて、前記偏差が小さくなるように当該偏差に基づいて積分制御を行い、
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った場合の前記第１制御モードにおける前記積分制御の初期値は、前記第２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駆動電流の値に基づいて設定され、
前記目標値は、前記初期値が設定された前記積分制御に基づいて設定され、 前記制御手段は、前記第２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駆動電流の値に基づいて前記初期値が設定されている状態において、前記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。

本発明によれば、駆動電流を制御する制御モードが切り替わる際に、制御が不安定にな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、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。 第１実施形態に係る位相制御器の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る電流制御器の構成を示すブロック図である。 従来の定電流制御の制御構成の例を示すブロック図である。 第１実施形態に係る定電流制御を説明する図である。 第１実施形態に係る定電流制御器の構成の例を示すブロック図である。 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実施形態に係るモータの制御方法を示すフローチャートである。 モータの制御方法の切り替えに伴う駆動電流、駆動電圧の波形及び回転速度の変化を表す実験結果を示す図である。 第２実施形態に係るモータ制御装置１５７の構成の例を示すブロック図である。 第２実施形態に係る電流制御器の構成を示すブロック図である。 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。

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

〔第１実施形態〕
［画像形成装置］
図１は、本実施形態で用いられるシート搬送装置を有するモノクロの電子写真方式の複写機（以下、画像形成装置と称する）１００の構成を示す断面図である。なお、画像形成装置は複写機に限定されず、例えば、ファクシミリ装置、印刷機、プリンタ等であっても良い。また、記録方式は、電子写真方式に限らず、例えば、インクジェット等であっても良い。更に、画像形成装置の形式はモノクロ及びカラーのいずれの形式であっても良い。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

［モータ制御装置］
次に、本実施形態におけるモータ制御装置について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置は、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。

＜ベクトル制御＞
まず、図３及び図４を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置１５７がベクトル制御を行う方法について説明する。なお、以下の説明におけるモータには、モータの回転子の回転位相を検出するためのロータリエンコーダなどのセンサは設けられていないものとする。

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

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

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

図４に示すように、モータ制御装置１５７は、定電流制御を行う定電流制御器７００、ベクトル制御を行うベクトル制御器７０１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、５０４、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Ｔ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。

図５は、位相制御器５０２の構成を示すブロック図である。なお、図５に示す位相制御器５０２の構成は本実施形態における一例であり、位相制御器５０２の構成がこれに限定されるわけではない。

図５に示すように、位相制御器５０２は、比例制御（Ｐ）を行う比例制御部５０２ａ、積分制御（Ｉ）を行う積分制御部５０２ｂ、微分制御（Ｄ）を行う微分制御部５０２ｃを有する。また、位相制御器５０２は、比例制御部５０２ａ、積分制御部５０２ｂ、微分制御部５０２ｃから出力された信号を加算する加算器５０２ｄを有する。更に、位相制御器５０２は、加算器５０２ｄから出力された信号に基づいてｑ軸電流指令値（目標値）ｉｑ＿ｒｅｆを生成するｑ軸電流生成部５０２ｅと、ｄ軸電流指令値（目標値）ｉｄ＿ｒｅｆを生成するｄ軸電流生成部５０２ｆを有する。

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を生成して出力する。

より具体的には、比例制御部５０２ａは、減算器１０１から出力される偏差が０になるように、当該偏差に比例する値を出力する。また、積分制御部５０２ｂは、減算器１０１から出力される偏差が０になるように、当該偏差の時間積分に比例する値を出力する。また、微分制御部５０２ｃは、減算器１０１から出力される偏差が０になるように、当該偏差の時間変化に比例する値を出力する。なお、積分制御部５０２ｂに入力される電流値ｉｑ´については後述する。

そして、加算器５０２ｄは、比例制御部５０２ａ、積分制御部５０２ｂ、微分制御部５０２ｃから出力された値を加算し、加算された値がｑ軸電流生成部５０２ｅに出力される。ｑ軸電流生成部５０２ｅは、加算器５０２ｄから出力された値に基づいてｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆを生成して出力する。具体的には、例えば、加算器５０２ｄから出力された値に予め設定された比例係数を乗算することによってｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆを生成して出力する。

また、ｄ軸電流生成部５０２ｆはｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを０に設定して出力する。なお、本実施形態においては、ｄ軸電流生成部５０２ｆ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を０に設定したが、これに限定されるものではない。例えば、ｄ軸電流生成部５０２ｆは、ＣＰＵ１５１ａからの指令に基づいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを０以外の値に設定して出力してもよい。

なお、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。なお、電流検出器５０７、５０８が電流を検出する周期は、例えば、ＣＰＵ１５１ａがモータ制御装置１５７に指令位相θ＿ｒｅｆを出力する周期Ｔと同じ周期でも良いし、周期Ｔより短くてもよい。

Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換された駆動電流の電流値は、静止座標系における電流値ｉα及びｉβとして、図３に示す電流ベクトルの位相θｅを用いて次式によって表される。なお、電流ベクトルの位相θｅは、α軸と電流ベクトルとの成す角度と定義される。また、Ｉは電流ベクトルの大きさを示す。
ｉα＝Ｉ＊ｃｏｓθｅ （１）
ｉβ＝Ｉ＊ｓｉｎθｅ （２）

これらの電流値ｉα及びｉβは、座標変換器５１１，５１７及び誘起電圧決定器５１２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）

ベクトル制御においては、位相制御器５０２から出力されたｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが切替スイッチ５１６ａを介して減算器１０２に入力される。また、減算器１０２には座標変換器５１１から出力された電流値ｉｑ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、ベクトル制御においては、位相制御器５０２から出力されたｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆが切替スイッチ５１６ａを介して減算器１０３に入力される。また、減算器１０３には座標変換器５１１から出力された電流値ｉｄ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５０４に出力する。なお、切替スイッチ５１６ａについては、後に説明する。

図６は、電流制御器５０３の構成を示すブロック図である。なお、図６に示す電流制御器５０３の構成は本実施形態における一例であり、電流制御器５０３の構成がこれに限定されるわけではない。

図６に示すように、電流制御器５０３は、Ｐ制御を行う比例制御部５０３ａ、Ｉ制御を行う積分制御部５０３ｂ、Ｄ制御を行う微分制御部５０３ｃを有する。また、電流制御器５０３は、比例制御部５０２ａ、積分制御部５０２ｂ、微分制御部５０２ｃから出力された信号を加算する加算器５０３ｄを有する。更に、電流制御器５０３は、加算器５０３ｄから出力された信号に基づいてモータ５０９の巻線に印加するべき駆動電圧に対応する電圧ベクトルのｑ軸成分の値として駆動電圧Ｖｑを生成する駆動電圧生成部５０３ｅを有する。

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。

より具体的には、比例制御部５０３ａは、減算器１０２から出力される偏差が０になるように、当該偏差に比例する値を出力する。また、積分制御部５０３ｂは、減算器１０２から出力される偏差が０になるように、当該偏差の時間積分に比例する値を出力する。また、微分制御部５０３ｃは、減算器１０２から出力される偏差が０になるように、当該偏差の時間変化に比例する値を出力する。

そして、加算器５０３ｄは、比例制御部５０３ａ、積分制御部５０３ｂ、微分制御部５０３ｃから出力された値を加算し、加算された値が駆動電圧生成部５０３ｅに出力される。駆動電圧生成部５０３ｅは、加算器５０３ｄから出力された値に基づいて駆動電圧Ｖｑを生成して出力する。具体的には、例えば、加算器５０３ｄから出力された値に予め設定された比例係数を乗算することによって駆動電圧Ｖｑを生成して出力する。

このように、電流制御器５０３は、駆動電圧を生成する生成手段として機能する。なお、電流制御器５０４は、電流制御器５０３と同様の構成を有し、電流制御器５０３と同様の方法で、モータ５０９の巻線に印加するべき駆動電圧に対応する電圧ベクトルのｄ軸成分の値として駆動電圧Ｖｄを生成する。

なお、本実施形態における電流制御器５０３、５０４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、５０４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６００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、切替スイッチ５１６ｂ及び座標変換器５１７に入力される。ベクトル制御が行われる場合は、回転位相θは切替スイッチ５１６ｂを介して座標逆変換器５０５、座標変換器５１１に入力される。なお、切替スイッチ５１６ｂ及び座標変換器５１７については、後に説明する。

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を、従来の定電流制御と比較して説明する。

定電流制御においては、モータの動作シーケンスに基づいて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。定電流制御においては、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振幅を持った駆動電流が供給される。これは、定電流制御においては、決定（推定）された回転子の回転位相や回転速度に基づいて駆動電流の振幅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、電流の振幅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、振幅が一定の大きさである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、振幅が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モータが制御されてもよい。

図７は、従来の定電流制御の制御構成の例を示すブロック図である。まず、従来の定電流制御について説明する。

ＣＰＵ１５１ａは、定電流制御器８０１に指令位相θ＿ｒｅｆを出力する。定電流制御器８０１は、ＣＰＵ１５１ａ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８０６、８０７によって検出される。検出された駆動電流は、Ａ／Ｄ変換器８０９によってアナログ値からデジタル値へと変換され、式（１）及び（２）のように電流値ｉα及びｉβとして表される。

減算器８０２には、Ａ／Ｄ変換器８０９から出力された電流値ｉαと定電流制御器８０１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８０４に出力する。

また、減算器８０３には、Ａ／Ｄ変換器８０９から出力された電流値ｉβと定電流制御器８０１から出力された電流指令値ｉβ＿ｒｅｆとが入力される。減算器８０３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８０４に出力する。

電流制御器８０４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８０４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、従来の定電流制御では、静止座標系における電流値ｉα及びｉβが用いられる。

次に、本実施形態における定電流制御について説明する。

図８は、本実施形態における定電流制御を説明する図である。図８に示すｄｃ軸はα軸から反時計回りに指令位相θ＿ｒｅｆ進んだ方向を示し、ｑｃ軸はｄｃ軸から反時計回りに９０度進んだ方向（ｄｃ軸に直交する方向）を示す。本実施形態における定電流制御では、指令位相θ＿ｒｅｆを基準とした、ｄｃ軸とｑｃ軸とで表される回転座標系が用いられる。具体的には、本実施形態における定電流制御では、図８に示すように、巻線に供給する駆動電流に対応する電流ベクトルの位相θｅがθ＿ｒｅｆに設定される。即ち、巻線に供給する駆動電流に対応する電流ベクトルの方向がｄｃ軸と一致するように巻線に供給する駆動電流が生成される。なお、図８では、図３に示すようなモータの巻線等の構成は省略されている。

図９は、図４に示す定電流制御器７００の構成の例を示すブロック図である。図９に示すように、定電流制御器７００は、電流生成器７００ａ及び座標変換器７００ｂを有する。

以下に、図４、図８及び図９を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置１５７が定電流制御を行う方法について説明する。

ＣＰＵ１５１ａは、定電流制御器７００に設けられた電流生成器７００ａ及び座標変換器７００ｂに指令位相θ＿ｒｅｆを出力する。電流生成器７００ａは、ＣＰＵ１５１ａ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を生成して座標変換器７００ｂに出力する。

座標変換器７００ｂは、静止座標系における電流の指令値ｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆを、式（３）、（４）によって、指令位相θ＿ｒｅｆを基準とする回転座標系におけるｑ軸電流の指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流の指令値ｉｄ＿ｒｅｆに変換して出力する。なお、本実施形態においては、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（ｑ軸電流の指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流の指令値ｉｄ＿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、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、式（１）及び（２）のように電流値ｉα及びｉβとして表される。

定電流制御においては、スイッチ５１６ｂを介して指令位相θ＿ｒｅｆが座標変換器５１１に入力される。座標変換器５１１は、Ａ／Ｄ変換器５１０から出力された静止座標系における電流値ｉα及びｉβを、式（３）及び（４）によって、指令位相θ＿ｒｅｆを基準とする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。

定電流制御においては、定電流制御器７００から出力されたｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが切替スイッチ５１６ａを介して減算器１０２に入力される。また、減算器１０２には座標変換器５１１から出力された電流値ｉｑ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、定電流制御においては、定電流制御器７００から出力されたｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆが切替スイッチ５１６ａを介して減算器１０３に入力される。また、減算器１０３には座標変換器５１１から出力された電流値ｉｄ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５０４に出力する。なお、切替スイッチ５１６ａについては、後に説明する。

電流制御器５０３、５０４は、入力される偏差が小さくなるように、指令位相θ＿ｒｅｆを基準とする回転座標系における駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを出力する。具体的には、電流制御器５０３は、５０４は、入力される偏差が０に近づくように駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを出力する。

定電流制御においては、スイッチ５１６ｂを介して指令位相θ＿ｒｅｆが座標逆変換器５０５に入力される。座標逆変換器５０５は、電流制御器５０３、５０４から出力された、指令位相θ＿ｒｅｆを基準とする回転座標系における駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを、式（５）及び（６）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。

座標逆変換器５０５は、逆変換された駆動電圧Ｖα及びＶβをＰＷＭインバータ５０６に出力する。ＰＷＭインバータ５０６は前述した方法でモータ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、指令位相θ＿ｒｅｆを基準とした、ｄｃ軸とｑｃ軸とで表される回転座標系が用いられる。

また、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。

＜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５１８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も稼働している。即ち、定電流制御が行われている期間中、回転子の回転位相θを決定する回路は稼働している。一方、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４に示すように、制御切替器５１５には、ＣＰＵ１５１ａが指令位相θ＿ｒｅｆに基づいて決定した回転子の指令速度の代わりとなる回転速度ω＿ｒｅｆ´が入力される。制御切替器５１５は、回転速度ω＿ｒｅｆ´と閾値ωｔｈとを比較することによって、定電流制御とベクトル制御との切り替えを行い、更に、制御の切り替えを示す切替信号を出力する。なお、ＣＰＵ１５１ａは、指令位相θ＿ｒｅｆの所定期間における変化量に基づいて回転速度ω＿ｒｅｆ´を決定する。即ち、回転速度ω＿ｒｅｆ´は所定の時間周期Ｔで変化する。

図１０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。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。

図１０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、位相制御器５０２と遅延回路５１８とに入力される。なお、制御切替器５１５は、例えば、ＣＰＵ１５１ａが回転速度ω＿ｒｅｆ´を出力する周期Ｔと同じ周期で切替信号を出力している。

遅延回路５１８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位相制御器５０２が当該切替信号に応じてｉｑ＿ｒｅｆ及びｉｄ＿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ｉｑ＿ｒｅｆ及びｉｄ＿ｒｅｆを出力する構成については後述する。

定電流制御器７００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７００からベクトル制御器７０１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５１８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の状態が切り替わり、ベクトル制御器７０１によるベクトル制御が行われる。なお、閾値ωｔｈは、例えば、ＲＯＭ１５１ｂに予め保存されている。

また、定電流制御器７００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７００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５１８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の状態が維持され、定電流制御器７００による定電流制御が続行される。

ベクトル制御器７０１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７０１から定電流制御器７００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５１８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の状態が切り替わり、定電流制御器７００による定電流制御が行われる。

また、ベクトル制御器７０１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７０１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５１８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の状態が維持され、ベクトル制御器７０１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定電流制御からベクトル制御に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。

前述したように、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、瞬間的にモータの回転速度が減少（又は増大）する可能性がある。これは、モータの制御が切り替わる直前に回転子に発生するトルクとモータの制御が切り替わった直後に回転子に発生するトルクとに差異が生じてしまうためである。

そこで、本実施形態では、以下の構成がモータ制御装置１５７に適用されることによって、モータの制御が不安定になることを抑制する。

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には、座標変換器５１７が設けられている。なお、以下の説明において、定電流制御が行われている期間中、座標変換器５１７は稼働しているものとする。また、ベクトル制御が行われている期間中、座標変換器５１７は稼働していても良いし、停止していてもよい。また、以下の説明においては、定電流制御が行われている期間中、位相制御器５０２は稼働しているものとする。

図４に示すように、座標変換器５１７には、Ａ／Ｄ変換器５１０から出力される電流値ｉα及びｉβと位相決定器５１３から出力された回転位相θとが入力される。座標変換器５１７は、位相決定器５１３から出力された回転位相θに基づいて、電流値ｉα及びｉβを式（３）及び（４）を用いて、回転位相θを基準とする回転座標系の電流値ｉｑ´及びｉｄ´に変換する。座標変換器５１７によって変換された電流値ｉｑ´は位相制御器５０２に入力される。具体的には、図５に示すように、電流値ｉｑ´は位相制御器５０２の内部に設けられた積分制御部５０２ｂに入力される。なお、座標変換器５１７は、電流検出器５０７，５０８が電流を検出する周期と同じ周期でｉｑ´を出力する。

積分制御部５０２ｂは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、当該切替信号が切り替わる直前に取得した電流値ｉｑ´に基づいて、積分制御部５０２ｂの制御結果を出力する。具体的には、積分制御部５０２ｂは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、当該切替信号が切り替わる直前に取得した電流値ｉｑ´に比例係数Ｋｑを乗算した値を積分制御部５０２ｂの積分の初期値として設定する。即ち、積分制御部５０２ｂは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、当該切替信号が切り替わる直前までの積分結果を削除し、当該切替信号が切り替わる直前に取得した電流値ｉｑ´に比例係数Ｋｑを乗算した値を積分の初期値として設定する。なお、比例係数Ｋｑは、定電流制御においてモータが脱調状態にならないように電流に加算されたマージンに対応する値が電流値ｉｑ´に含まれないようにするための係数である。したがって、比例係数Ｋｑを電流値ｉｑ´に乗算することによって、積分制御部５０２ｂは、前記マージンに対応する値が含まれていない値に基づいて積分制御を行うことができる。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った直後に回転子に与えられるトルクが、比例係数Ｋｑが乗算されていない電流値ｉｑ´が初期値として設定された場合よりも適切なトルクになる。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５１８が当該切替信号を遅延させる所定の遅延時間は、位相制御器５０２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１１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１１を用いて、本実施形態におけるモータ５０９の制御について説明する。このフローチャートの処理は、ＣＰＵ１５１ａからの指示を受けたモータ制御装置１５７によって実行される。

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

次に、Ｓ１００１において、制御切替器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７００による定電流制御が行われる。

その後、Ｓ１００２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、Ｓ１００２おいて、ＣＰＵ１５１ａがモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｈ’を出力している場合は、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７００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、積分制御部５０２ｂは、切替信号が‘Ｌ’切り替わる直前までの積分結果を削除し、当該切替信号が切り替わる直前に取得した電流値ｉｑ´を積分の初期値として設定して出力する。

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５１８から切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂに切替信号‘Ｌ’が出力される。この結果、ベクトル制御器７０１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７０１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、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７０１から定電流制御器７００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５１８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の状態が切り替わり、定電流制御器７００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、定電流制御中に検出した電流値に基づいて、回転子にかかる負荷トルクに対応する電流値ｉｑ´を決定する。そして、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる直前の電流値ｉｑ´に基づいて、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わった直後のｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが生成される。具体的には、電流の検出結果としての電流値ｉｑ´に基づく値が位相制御器５０２における積分の初期値として設定される。この結果、モータの制御が切り替わる直前に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクと、モータの制御が切り替わった直後に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクとに差異が生じることを抑制することができる。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、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。

また、検出された電流値が積分の初期値として設定されることによって、負荷トルクを演算し、演算された負荷トルクに基づいて巻線に供給すべき駆動電流が設定されるよりも短時間で、巻線に供給すべき駆動電流を設定することができる。その結果、モータの制御が切り替わる直前の負荷トルクに基づいて決定された供給すべき電流に対応するトルクと、モータの制御が切り替わった直後の負荷トルクとに差異が生じることを可能な限り抑制することができる。即ち、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負荷トルクが変動したとしても、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、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。

図１２は、モータの制御方法の切り替えに伴う駆動電流、駆動電圧の波形及び回転速度の変化を表す実験結果を示す図である。なお、図１２における回転速度は、実験のためにモータにロータリエンコーダを取り付けて測定されたものである。

図１２（ａ）は、本実施形態が適用されない、即ち、積分制御部５０２ｂの初期値が定電流制御中の電流値ｉｑ´に基づいて設定されない状態における、静止座標系の電流値ｉα及びｉβ、回転速度ωを示す図である。図１２（ａ）に示すように、本実施形態が適用されない場合、積分制御部５０２ｂの初期値が０であるため、定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後の電流値がおおよそ０になっている。これは、定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後は回転子にトルクが発生しないことを意味する。即ち、モータの制御が切り替わる直前に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクと、モータの制御が切り替わった直後に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクとに差異が生じていることを意味する。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、回転速度ωが変動してしまう。

図１２（ｂ）は、本実施形態が適用された状態における、静止座標系の電流値ｉα及びｉβ、ロータリエンコーダの信号に基づく回転速度ωを示す図である。図１２（ｂ）に示すように、本実施形態が適用された場合、積分制御部５０２ｂの初期値が電流値ｉｑ´に基づいて設定されるため、定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後であっても電流波形が正弦波状に変化している。これは、定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後も回転子にトルクが発生していることを意味する。更に、本実施形態では、定電流制御中に検出した電流値ｉｑ´に基づいて積分制御部５０２ｂの初期値を設定しているため、定電流制御中に回転子に与えていたトルクと制御切替直後に回転子に与えるトルクとに生じる差異を可能な限り小さくすることができる。即ち、モータの制御が切り替わる直前に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクと、モータの制御が切り替わった直後に供給された電流に対応する、回転子に発生するトルクとに差異が生じることを抑制することができる。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、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。

図１２（ｃ）は、本実施形態が適用された状態における、回転座標系の駆動電夏Ｖｄ及びＶｑを示す図である。本実施形態においては、電流制御器５０３、５０４は、定電流制御及びベクトル制御のいずれの制御方法においても、回転座標系の電流値の偏差に基づいて駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成した。即ち、電流制御器における積分制御部は、定電流制御とベクトル制御との両方において用いられた。したがって、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った直後の電流制御器における積分制御部の制御は、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直前の積分制御部の積分値に基づいて行われる。このような構成によって、図１２（ｃ）に示すように、制御切替時に駆動電圧Ｖｑ及びＶｄの値を急激に変動させることを抑制することができる。この結果、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。

〔第２実施形態〕
画像形成装置の構成は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

第１実施形態においては、指令位相θ＿ｒｅｆを基準とした回転座標系における電流の指令値ｉｑ＿ｒｅｆと電流値ｉｑとの偏差及び前記回転座標系における電流の指令値ｉｄ＿ｒｅｆと電流値ｉｄとの偏差に基づいて定電流制御が行われた。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と電流値ｉαとの偏差及び静止座標系における電流の指令値ｉβ＿ｒｅｆと電流値ｉβとの偏差に基づいて定電流制御が行われる構成について説明する。なお、以下の説明において、ベクトル制御の構成及びモータの制御を切り替える構成が第１実施形態と同様の構成である部分については、説明を省略する。

＜定電流制御＞
図１３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。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。

ＣＰＵ１５１ａは、定電流制御器７００に指令位相θ＿ｒｅｆを出力する。定電流制御器７００は、ＣＰＵ１５１ａ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。

次に、電流検出器５０７、５０８はモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流を検出する。その後、検出された駆動電流は、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、式（１）及び（２）のように電流値ｉα及びｉβとして表される。

定電流制御器７００から出力された指令値ｉα＿ｒｅｆは、切替スイッチ５１６ａを介して減算器１０２に入力される。また、Ａ／Ｄ変換機５１０から出力された電流値ｉαは切替スイッチ５１６ｃを介して減算器１０２に入力される。減算器１０２は、電流値ｉαと指令値ｉα＿ｒｅｆとの偏差を電流制御器５０３に出力する。

また、定電流制御器７００から出力された指令値ｉβ＿ｒｅｆは、切替スイッチ５１６ａを介して減算器１０３に入力される。また、Ａ／Ｄ変換機５１０から出力された電流値ｉβは切替スイッチ５１６ｃを介して減算器１０３に入力される。減算器１０３は、電流値ｉβと指令値ｉβ＿ｒｅｆとの偏差を電流制御器５０４に出力する。

図１４は、本実施形態における電流制御器５０３の構成を示すブロック図である。なお、図１４に示す電流制御器５０３の構成は本実施形態における一例であり、電流制御器５０３の構成がこれに限定されるわけではない。

図１４に示すように、電流制御器５０３は、ベクトル制御が行われる場合にＰ制御を行う比例制御部５０３ａｑ、Ｉ制御を行う積分制御部５０３ｂｑ、Ｄ制御を行う微分制御部５０３ｃｑを有する。また、電流制御器５０３は、比例制御部５０２ａｑ、積分制御部５０２ｂｑ、微分制御部５０２ｃｑから出力された信号を加算する加算器５０３ｄｑを有する。更に、電流制御器５０３は、加算器５０３ｄｑから出力された信号に基づいてモータ５０９の巻線に印加するべき駆動電圧に対応する電圧ベクトルのｑ軸成分の値として駆動電圧Ｖｑを生成する駆動電圧生成部５０３ｅｑを有する。なお、各構成の処理方法は、第１実施形態において説明した方法と同様であるため、説明を省略する。

また、電流制御器５０３は、定電流制御が行われる場合にＰ制御を行う比例制御部５０３ａα、Ｉ制御を行う積分制御部５０３ｂα、Ｄ制御を行う微分制御部５０３ｃαを有する。また、電流制御器５０３は、比例制御部５０２ａα、積分制御部５０２ｂα、微分制御部５０２ｃαから出力された信号を加算する加算器５０３ｄαを有する。更に、電流制御器５０３は、加算器５０３ｄαから出力された信号に基づいてモータ５０９の巻線に印加するべき駆動電圧に対応する電圧ベクトルのα軸成分の値として駆動電圧Ｖαを生成する駆動電圧生成部５０３ｅαを有する。

定電流制御において、電流制御器５０３は、切替スイッチ５１６ｄを介して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０になるように駆動電圧Ｖαを生成して出力する。

より具体的には、比例制御部５０３ａαは、減算器１０２から出力される偏差が０になるように、当該偏差に比例する値を出力する。また、積分制御部５０３ｂαは、減算器１０２から出力される偏差が０になるように、当該偏差の時間積分に比例する値を出力する。また、微分制御部５０３ｃαは、減算器１０２から出力される偏差が０になるように、当該偏差の時間変化に比例する値を出力する。

そして、加算器５０３ｄαは、比例制御部５０３ａα、積分制御部５０３ｂα、微分制御部５０３ｃαから出力された値を加算し、加算された値が駆動電圧生成部５０３ｅαに出力される。駆動電圧生成部５０３ｅαは、加算器５０３ｄαから出力された値に基づいて駆動電圧Ｖαを生成して出力する。具体的には、例えば、加算器５０３ｄから出力された値に予め設定された比例係数を乗算することによって駆動電圧Ｖαを生成し、切替スイッチ５１６ｅを介して出力する。

このように、電流制御器５０３は、駆動電圧を生成する生成手段として機能する。なお、電流制御器５０４は、電流制御器５０３と同様の構成を有し、電流制御器５０３と同様の方法で、モータ５０９の巻線に印加するべき駆動電圧に対応する電圧ベクトルのβ軸成分の値として駆動電圧Ｖβを生成する。

なお、本実施形態における電流制御器５０３、５０４は、ＰＩＤ制御に基づいて駆動電圧Ｖα及びＶβ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、５０４は、ＰＩ制御に基づいて駆動電圧Ｖα及びＶβを生成しても良い。

電流制御器５０３、５０４から出力された駆動電圧Ｖα及びＶβは、スイッチ５１６ｂを介してＰＷＭインバータ５０６に入力され、ＰＷＭインバータ５０６は、第１実施形態と同様の方法でモータ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、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。即ち、定電流制御においては、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、定電流制御においては、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。

以上が、本実施形態における定電流制御についての説明である。なお、本実施形態においては、図１３に示すように、モータの制御が切り替わる際には、制御切替器５１５は切替信号を切替スイッチ５１６ａ乃至５１６ｅに出力する。

＜制御切替時の電流制御器の処理＞
電流制御器５０３、５０４が、定電流制御において用いられる（静止座標系用の）ＰＩＤ制御の構成とベクトル制御において用いられる（回転座標系用の）ＰＩＤ制御の構成とを有する場合、以下のような問題が起こる可能性がある。具体的には、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、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った直後の駆動電圧Ｖｑ及びＶｄが、初期値が適切でない（０である）状態の積分制御部に基づいて生成される可能性がある。初期値が適切でない場合、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駆動電圧Ｖｑ及びＶｄが急激に変動し（不連続に変化し）、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駆動電圧Ｖｑ及びＶｄが急激に変動してしまうことを抑制する。具体的には、図１４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と、切替信号が入力される直前の積分制御部５０３ｂαの積分値に基づいて、ＣＰＵ１５１ａが積分制御部５０３ｂｑの積分の初期値を設定する。

このような構成が用いられることによって、制御切替時に駆動電圧Ｖｑ及びＶｄの値を急激に変動させることなく、徐々に変化させることができる。この結果、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。

なお、本実施形態においては、切替信号が入力される直前の積分制御部５０３ｂαの積分値に基づいてＣＰＵ１５１ａが積分制御部５０３ｂｑの積分の初期値を設定（決定）したが、この限りではない。例えば、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と、ＣＰＵ１５１ａが積分制御部５０３ｂｑの積分の初期値を予め決められた値に設定してもよい。

また、本実施形態では、切替信号が切り替わる直前の積分制御部５０３ｂαの積分値に基づいて、ＣＰＵ１５１ａが積分制御部５０３ｂｑの積分の初期値を設定（決定）したが、この限りではない。例えば、ＣＰＵ１５１ａは、直前ではなく、２回前の積分制御部５０３ｂαの積分値に基づいて積分制御部５０２ｂにおける積分の初期値を設定してもよい。

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

第１実施形態及び第２実施形態における定電流制御では、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。そのため、電流値ｉｑ´にも、前記マージンに対応する値が含まれている。

第１実施形態及び第２実施形態では、位相制御器５０２は、電流値ｉｑ´に比例係数Ｋｑが乗算された値を積分制御部５０２ｂにおける積分の初期値に設定したが、この限りではない。例えば、位相制御器５０２は、電流値ｉｑ´から所定の値を減算することによって得られた値を積分制御部５０２ｂにおける積分の初期値に設定してもよい。また、電流値ｉｑ´がそのまま積分制御部５０２ｂにおける積分の初期値に設定されてもよい。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、切替信号が切り替わる直前に取得した電流値ｉｑ´に基づいて積分制御部５０２ｂにおける積分の初期値が設定されたが、この限りではない。例えば、直前ではなく、２回前の電流値ｉｑ´に基づいて積分制御部５０２ｂにおける積分の初期値が設定されてもよい。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、位相制御器５０２は、電流値ｉｑ´に対応する値を積分制御部５０２ｂにおける積分の初期値に設定し、設定された初期値に基づくＰＩＤ制御によってｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆを生成したが、この限りではない。例えば、位相制御器５０２は、電流値ｉｑ´をそのままｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆとしてもよい。なお、電流値ｉｑ´がそのままｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆとして出力される場合、積分制御部５０２ｂにおける積分の初期値が０であるため、次のＰＩＤ制御時は初期値が０である状態で積分制御が行われてしまう。したがって、この場合、回転位相θのフィードバック（電流値ｉｑ´に基づくｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆによる積分制御）が少なくとも１回行われるまでは、電流値ｉｑ´がそのままｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆとして出力される。即ち、ＰＩＤ制御に基づくｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆは、２回目以降の回転位相θのフィードバックによって生成される。また、電流値ｉｑ´がそのままｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆとして出力される場合であっても、当該電流値ｉｑ´が積分制御部の初期値として設定される構成であれば、上述のような構成は必要ない。即ち、回転位相θのフィードバックが少なくとも１回行われるまでは、電流値ｉｑ´がそのままｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆとして出力されるような構成は必要ない。

また、第１実施形態及び第２実施形態においては、定電流制御中、位相制御器５０２は稼働している構成であったが、位相制御器５０２は停止していてもよい。具体的には、例えば、位相制御器５０２に設けられた構成のうち、積分制御部が稼働している構成であればよい。

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１５に示すように、モータ制御装置内部に速度決定器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。なお、速度の決定には、次式（１０）が用いられるものとする。

ω＝ｄθ／ｄｔ （１０）
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。なお、この場合、定電流制御を行う際にも指令速度ω＿ｒｅｆが用いられるものとする。また、制御の切り替えは、指令速度ω＿ｒｅｆに基づいて行われてもよいし、速度決定器５１４によって決定された回転速度ωに基づいて行われてもよい。

また、第１実施形態及び第２実施形態においては、指令位相θ＿ｒｅｆの所定期間における変化量に基づいて回転速度ω＿ｒｅｆ´が決定されたが、これに限定されるものではない。例えば、駆動電流ｉα又はｉβ、駆動電圧Ｖα又はＶβ、誘起電圧Ｅα又はＥβ等、回転子４０２の回転周期と相関のある周期的な信号の大きさが０になる周期に基づいて回転速度ω＿ｒｅｆ´が決定されても良い。

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本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。

１５７ モータ制御装置
４０２ 回転子
５０２ 位相制御器
５０３，５０４ 電流制御器
５０６ ＰＷＭインバータ
５０７，５０８ 電流検出器
５０９ モータ
５１３ 位相決定器
７００ 定電流制御器
７０１ ベクトル制御器

Claims (26)

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駆動電流を供給する供給手段と、
   前記巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
   前記検出手段により検出された駆動電流の大きさが、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように設定された目標値になるように、前記巻線に供給される駆動電流を制御する第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巻線に供給される駆動電流を制御する第２制御モードと、を備える制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記第１制御モードにおいて、前記偏差が小さくなるように当該偏差に基づいて積分制御を行い、
   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った場合の前記第１制御モードにおける前記積分制御の初期値は、前記第２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駆動電流の値に基づいて設定され、
   前記目標値は、前記初期値が設定された前記積分制御に基づいて設定され、
   前記制御手段は、前記第２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駆動電流の値に基づいて前記初期値が設定されている状態において、前記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、
   前記モータの巻線に駆動電流を供給する供給手段と、
   前記巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
   前記検出手段により検出された駆動電流の大きさが、前記指令速度と前記速度決定手段によって決定された回転速度との偏差が小さくなるように設定された目標値になるように、前記巻線に供給される駆動電流を制御する第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巻線に供給される駆動電流を制御する第２制御モードと、を備える制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記第１制御モードにおいて、前記偏差が小さくなるように当該偏差に基づいて積分制御を行い、
   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った場合の前記第１制御モードにおける前記積分制御の初期値は、前記第２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駆動電流の値に基づいて設定され、
   前記目標値は、前記初期値が設定された前記積分制御に基づいて設定され
   前記制御手段は、前記第２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駆動電流の値に基づいて前記初期値が設定されている状態において、前記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モータ制御装置。
3. 前記制御手段は、
   前記第２制御モードの実行中に前記回転子の回転速度に対応する値が所定値より大きい値になった場合に、前記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ための切替信号を出力する出力部と、
   前記第２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駆動電流の値に基づいて前記初期値を設定する設定部と、
   前記切替信号が前記出力部から出力された後、且つ、前記初期値が前記設定部により設定された後に、前記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切替部と、
   を備え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. 前記設定部は、前記切替信号が入力されることに応じて前記初期値を設定し、
   前記制御手段は、前記切替信号が前記設定部に入力されるタイミングよりも後に前記切替信号が前記切替部に入力されるように、前記切替信号が前記切替部へ入力されるタイミングを遅らせる遅延制御部を備え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. 前記回転子の回転速度に対応する値は、前記回転子の目標速度を示す値であることを特徴とする請求項３又は４に記載のモータ制御装置。
6. 前記初期値は、前記第２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駆動電流の値よりも小さい値に基づいて設定され、
   前記検出手段によって検出された駆動電流の値よりも小さい値は、前記第２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駆動電流の値に基づいて決定され、
   前記制御手段は、前記設定された前記初期値に基づく前記積分制御に基づいて前記目標値を設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. 前記検出手段は、前記駆動電流を所定周期で検出し、
   前記初期値は、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検出手段によって検出された駆動電流の値に基づいて設定され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. 前記第１制御モードは、前記検出手段によって検出された駆動電流のトルク電流成分の値が前記目標値としての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する制御モードであり、
   前記トルク電流成分は、前記位相決定手段によって決定された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り、
   前記制御手段は、前記第２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駆動電流のトルク電流成分の値に基づいて前記初期値が設定されている状態において、前記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１又は請求項１を引用する請求項３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、前記モータの回転子の回転によって前記巻線に誘起される誘起電圧の大きさを前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて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誘起電圧の大きさ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又は請求項１を引用する請求項３乃至８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
10. 前記モータ制御装置は、前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段を有し、
    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駆動電流のトルク電流成分の値が前記目標値としての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する制御モードであり、
    前記トルク電流成分は、前記位相決定手段によって決定された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り、
    前記制御手段は、前記第２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駆動電流のトルク電流成分の値に基づいて前記初期値が設定されている状態において、前記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又は請求項２を引用する請求項３乃至７のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
11. 前記モータ制御装置は、前記モータの回転子の回転によって前記巻線に誘起される誘起電圧の大きさを前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて決定する誘起電圧決定手段を有し、
    前記速度決定手段は、前記誘起電圧決定手段によって決定された前記誘起電圧の大きさに基づいて前記回転速度を決定することを特徴とする請求項２又は請求項２を引用する請求項３乃至１０のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
12. 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駆動電流を供給する供給手段と、
    前記巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
    前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
    前記検出手段により検出された駆動電流の大きさが、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように設定された目標値になるように、前記巻線に供給される駆動電流を制御する第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巻線に供給される駆動電流を制御する第２制御モードと、を備える制御手段と、
    を有し、
    前記目標値は、前記第２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駆動電流の値に基づいて設定される設定値と前記偏差とに基づいて設定され、
    前記制御手段は、前記第２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駆動電流の値に基づいて前記設定値が設定されている状態において、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モータ制御装置。
13. 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、
    前記モータの巻線に駆動電流を供給する供給手段と、
    前記巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
    前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
    前記検出手段により検出された駆動電流の大きさが、前記指令速度と前記速度決定手段によって決定された回転速度との偏差が小さくなるように設定された目標値になるように、前記巻線に供給される駆動電流を制御する第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巻線に供給される駆動電流を制御する第２制御モードと、を備える制御手段と、
    を有し、
    前記目標値は、前記第２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駆動電流の値に基づいて設定される設定値と前記偏差とに基づいて設定され、
    前記制御手段は、前記第２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駆動電流の値に基づいて前記設定値が設定されている状態において、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モータ制御装置。
14. 前記制御手段は、
    前記第２制御モードの実行中に前記回転子の回転速度に対応する値が所定値より大きい値になった場合に、前記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ための切替信号を出力する出力部と、
    前記第２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駆動電流の値に基づいて前記設定値を設定する設定部と、
    前記切替信号が前記出力部から出力された後、且つ、前記設定値が前記設定部により設定された後に、前記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切替部と、
    を備えることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のモータ制御装置。
15. 前記設定部は、前記切替信号が入力されることに応じて前記設定値を設定し、
    前記制御手段は、前記切替信号が前記設定部に入力されるタイミングよりも後に前記切替信号が前記切替部に入力されるように、前記切替信号が前記切替部へ入力されるタイミングを遅らせる遅延制御部を備えることを特徴とする請求項１４に記載のモータ制御装置。
16. 前記回転子の回転速度に対応する値は、前記回転子の目標速度を示す値であることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のモータ制御装置。
17. 前記初期値は、前記第２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駆動電流の値よりも小さい値に基づいて設定され、
    前記検出手段によって検出された駆動電流の値よりも小さい値は、前記第２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駆動電流の値に基づいて決定され、
    前記制御手段は、前記設定された前記初期値に基づく前記積分制御に基づいて前記目標値を設定することを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
18. 前記検出手段は、前記駆動電流を所定周期で検出し、
    前記初期値は、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検出手段によって検出された駆動電流の値に基づいて設定されることを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
19. 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駆動電流のトルク電流成分の値が前記目標値としての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する制御モードであり、
    前記トルク電流成分は、前記位相決定手段によって決定された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り、
    前記制御手段は、前記第２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駆動電流のトルク電流成分の値に基づいて前記初期値が設定されている状態において、前記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１２又は請求項１２を引用する請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
20. 前記モータ制御装置は、前記モータの回転子の回転によって前記巻線に誘起される誘起電圧の大きさを前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて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誘起電圧の大きさ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１２又は請求項１２を引用する請求項１４乃至１９のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
21. 前記モータ制御装置は、前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段を有し、
    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駆動電流のトルク電流成分の値が前記目標値としての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する制御モードであり、
    前記トルク電流成分は、前記位相決定手段によって決定された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り、
    前記制御手段は、前記第２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駆動電流のトルク電流成分の値に基づいて前記初期値が設定されている状態において、前記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１３又は請求項１３を引用する請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
22. 前記モータ制御装置は、前記モータの回転子の回転によって前記巻線に誘起される誘起電圧の大きさを前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて決定する誘起電圧決定手段を有し、
    前記速度決定手段は、前記誘起電圧決定手段によって決定された前記誘起電圧の大きさに基づいて前記回転速度を決定することを特徴とする請求項１３又は請求項１３を引用する請求項１４乃至２１のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
23. シートを搬送する搬送部と、
    前記搬送部を駆動するモータと、
    請求項１乃至２２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。
24. 原稿を積載する原稿積載部と、
    前記原稿積載部に積載された原稿を給送する給送部と、
    前記給送部によって給送された原稿を読み取る読取手段と、
    負荷を駆動するモータと、
    請求項１乃至２２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を制御することを特徴とする原稿読取装置。
25. 記録媒体が積載される積載部と、
    前記積載部に積載された記録媒体を給送する給送部と、
    前記給送部によって給送された記録媒体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、
    請求項１乃至２２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を制御することを特徴とする画像形成装置。
26. 前記負荷は、前記記録媒体を搬送する搬送ローラであることを特徴とする請求項２５に記載の画像形成装置。

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