KR101993656B1 - 화상 형성 장치 및 그 제어 방법, 모터 상태 검출 장치 - Google Patents

화상 형성 장치 및 그 제어 방법, 모터 상태 검출 장치 Download PDF

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Abstract

화상 형성 장치 및 그 제어 방법, 모터 상태 검출 장치를 개시한다. 본 발명은 인코더와 발광 소자, 수광 소자 등의 기구적인 추가 구성없이 전기적 회로 구성만으로 모터의 탈조 상태를 검출하고, 이를 통해 탈조를 미리 예측하여 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 화상 형성 장치는, 모터의 상 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 획득하고, 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 반영된 출력 신호를 발생시키는 모터 상태 검출부와; 모터 상태 검출부의 출력 신호로부터 모터의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

화상 형성 장치 및 그 제어 방법, 모터 상태 검출 장치{IMAGE FORMING APPARATUS AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME, MOTOR STATE DETECTOR}
본 발명은 화상 형성 장치 및 그 제어 방법과 모터 상태 검출 장치에 관한 것으로, 모터의 탈조(Set Out) 상태를 검출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
모터(Motor)는 전기를 에너지로 사용하여 회전력을 발생시키는 전동 장치이다. 다양한 형태와 종류의 모터들 가운데, 스텝 모터는 여자 전류를 제어하는 방식에 따라 정전압 방식과 정전류 방식으로 구분된다.
정전류 방식은 전류를 제어하는 방식으로서, 모터 코일의 유입 전류를 저항을 통해 검출하고, 이 검출 전류를 기반으로 하여 전류 공급 제어를 위한 스위칭 소자를 일정한 주파수나 오프 타임으로 펄스 폭 변조 제어(Pulse Width Modulation Control)함으로서 스텝 모터에 공급되는 전류의 양을 일정하게 유지할 수 있다.
이처럼, 입력 주파수에 대응하여 일정한 각도로 회전하는 스텝 모터는, 정확한 회전 운동을 하기 때문에 모터의 위치(회전량 또는 회전 각도)를 검출하기 위한 피드백이 필요치 않지만, 스텝 모터의 동작 상태를 확인하기 위한 용도로 별도의 인코더(Encoder)가 필요하다. 스텝 모터의 회전 상태를 확인하기 위한 인코더는 슬롯이 형성된 회전 디스크가 스텝 모터의 회전 축에 설치되어야 하고, 또 회전 디스크의 슬롯에 빛을 통과시키고 이를 수신하기 위한 발광 소자 및 수광 소자가 추가적으로 필요하다.
이와 같은 인코더의 필요성은 스텝 모터의 가격 상승의 원인이 되며, 스텝 모터의 전체 크기를 증가시켜서 스텝 모터의 설치 공간의 제약을 받기 쉽다(즉 더 넒은 공간이 필요하다).
또한 이와 같은 인코더 방식은 스텝 모터의 비정상 동작 시작 시점을 확인할 수 없기 때문에 스텝 모터의 탈조를 예측하고 방지하는 것이 사실상 불가능하다.
또한, 스텝 모터가 의도되지 않게 정지했을 때, 스텝 모터의 정지의 원인이 탈조에 의한 것인지 기구 부하 증가나 제어 소프트웨어의 오류인지를 판단하기 어렵다.
일 측면에 따르면, 인코더와 발광 소자, 수광 소자 등의 기구적인 추가 구성없이 전기적 회로 구성만으로 모터의 탈조 상태를 검출하고, 이를 통해 탈조를 미리 예측하여 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치는, 모터의 상 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 획득하고, 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 반영된 출력 신호를 발생시키는 모터 상태 검출부와; 모터 상태 검출부의 출력 신호로부터 모터의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 제어부는, 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 감소 추세이면 모터가 정상 상태인 것으로 판단하고; 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 증가 추세이면 모터가 탈조 진입 상태인 것으로 판단하며; 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 일정하게 유지되면 모터가 탈조 진행 상태인 것으로 판단한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 제어부는, 모터가 탈조 진입 상태인 것으로 판단되면 모터의 피크 전류를 상승 제어하는 것을 더 포함한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 제어부는, 모터가 탈조 진입 상태일 때 모터의 피크 전류의 상승 제어를 미리 정해진 회수만큼 반복한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 제어부는, 모터가 탈조 진행 상태인 것으로 판단되면 모터의 탈조 진행 상태를 알리기 위한 알람을 출력하는 것을 더 포함한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 모터가 정전류 제어 방식의 스텝 모터이다.
본 발명에 따른 또 다른 화상 형성 장치는, 모터와; 모터의 상 전류를 검출하여 모터의 검출된 상 전류를 대표하는 전류 검출 신호를 발생시키는 전류 검출부와; 전류 검출 신호를 직류 전압 레벨로 변환하기 위해 로우 패스 필터링을 수행하는 로우 패스 필터부와; 로우 패스 필터링된 전류 검출 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부와; 디지털 신호로 변환된 전류 검출 신호에서 모터의 상 전류의 전류 상승 구간을 제거하고, 디지털 신호로 변환된 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비를 반영하여 모터의 상태 정보를 나타내는 출력 신호를 발생시키는 마스킹부와; 마스킹부의 출력 신호로부터 모터의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 로우 패스 필터부는, 전류 검출 신호를 로우 패스 필터링하는 제 1 로우 패스 필터와; 제 1 로우 패스 필터의 출력 신호를 증폭하는 증폭기와; 증폭기에 의해 증폭된 신호를 한 번 더 로우 패스 필터링하여 아날로그-디지털 변환부로 출력하는 제 2 로우 패스 필터를 포함한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 마스킹부는, 로우 패스 필터부의 증폭기의 출력을 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 비교 결과에 따라 디지털화된 2진 신호를 출력하는 제 1 비교기와; 제 1 비교기의 출력을 지연시키는 지연부와; 지연부의 출력을 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 비교 결과에 따라 디지털화된 2진 신호를 출력하는 제 2 비교기와; 아날로그-디지털 변환부의 출력 신호와 제 1 비교기의 출력 신호, 2 비교기의 출력 신호의 논리합 연산을 수행하여 전류 상승 구간을 배제하고 전류 초핑 구간의 듀티 비를 대표하는 신호만을 출력하는 논리 소자를 포함한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 제어부는, 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 감소 추세이면 모터가 정상 상태인 것으로 판단하고; 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 증가 추세이면 모터가 탈조 진입 상태인 것으로 판단하며; 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 일정하게 유지되면 모터가 탈조 진행 상태인 것으로 판단한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 제어부는, 모터가 탈조 진입 상태인 것으로 판단되면 모터의 피크 전류를 상승 제어하는 것을 더 포함한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 제어부는, 모터가 탈조 진입 상태일 때 모터의 피크 전류의 상승 제어를 미리 정해진 회수만큼 반복한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 제어부는, 모터가 탈조 진행 상태인 것으로 판단되면 모터의 탈조 진행 상태를 알리기 위한 알람을 출력하는 것을 더 포함한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치에 있어서, 모터가 정전류 제어 방식의 스텝 모터이다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치의 제어 방법은, 모터를 구동하고; 구동중인 모터의 상 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 획득하며; 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 반영된 출력 신호로부터 모터의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태를 판단한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치의 제어 방법에 있어서, 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 감소 추세이면 모터가 정상 상태인 것으로 판단하고; 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 증가 추세이면 모터가 탈조 진입 상태인 것으로 판단하며; 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 일정하게 유지되면 모터가 탈조 진행 상태인 것으로 판단한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치의 제어 방법에 있어서, 모터가 탈조 진입 상태인 것으로 판단되면 모터의 피크 전류를 상승 제어하는 것을 더 포함한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치의 제어 방법에 있어서, 제어부는, 모터가 탈조 진입 상태일 때 모터의 피크 전류의 상승 제어를 미리 정해진 회수만큼 반복한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치의 제어 방법에 있어서, 모터가 탈조 진행 상태인 것으로 판단되면 모터의 탈조 진행 상태를 알리기 위한 알람을 출력하는 것을 더 포함한다.
또한, 상술한 화상 형성 장치의 제어 방법에 있어서, 모터가 정전류 제어 방식의 스텝 모터이다.
본 발명에 따른 모터 상태 검출 장치는, 모터의 상 전류를 검출하여 모터의 검출된 상 전류를 대표하는 전류 검출 신호를 발생시키는 전류 검출부와; 전류 검출 신호를 직류 전압 레벨로 변환하기 위해 로우 패스 필터링을 수행하는 로우 패스 필터부와; 로우 패스 필터링된 전류 검출 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부와; 디지털 신호로 변환된 전류 검출 신호에서 모터의 상 전류의 전류 상승 구간을 제거하고, 디지털 신호로 변환된 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비를 반영하여 모터의 상태 정보를 나타내는 출력 신호를 발생시키는 마스킹부를 포함한다.
또한, 상술한 모터 상태 검출 장치에 있어서, 로우 패스 필터부는, 전류 검출 신호를 로우 패스 필터링하는 제 1 로우 패스 필터와; 제 1 로우 패스 필터의 출력 신호를 증폭하는 증폭기와; 증폭기에 의해 증폭된 신호를 한 번 더 로우 패스 필터링하여 아날로그-디지털 변환부로 출력하는 제 2 로우 패스 필터를 포함한다.
또한, 상술한 모터 상태 검출 장치에 있어서, 마스킹부는, 로우 패스 필터부의 증폭기의 출력을 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 비교 결과에 따라 디지털화된 2진 신호를 출력하는 제 1 비교기와; 제 1 비교기의 출력을 지연시키는 지연부와; 지연부의 출력을 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 비교 결과에 따라 디지털화된 2진 신호를 출력하는 제 2 비교기와; 아날로그-디지털 변환부의 출력 신호와 제 1 비교기의 출력 신호, 2 비교기의 출력 신호의 논리합 연산을 수행하여 전류 상승 구간을 배제하고 전류 초핑 구간의 듀티 비를 대표하는 신호만을 출력하는 논리 소자를 포함한다.
또한, 상술한 모터 상태 검출 장치에 있어서, 모터가 정전류 제어 방식의 스텝 모터이다.
일 측면에 따르면, 인코더와 발광 소자, 수광 소자 등의 기구적인 추가 구성없이 전기적 회로 구성만으로 모터의 탈조 상태를 검출함으로써, 모터의 상태를 확인하고, 탈조를 미리 예측하며, 탈조 진행을 방지하기 위한 제어 및 알람 출력 등의 조치를 취할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 모터 제어 계통을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치에서의 모터의 사용 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 모터 상태 검출부의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 모터의 상태를 대표하는 전류 검출 신호 및 역기전력을 나타낸 파형도이다.
도 5는 모터의 검출 전류의 직류 전압으로의 변환을 나타낸 도면이다.
도 6은 전류 상승 구간의 하드웨어적 마스킹을 나타낸 도면이다.
도 7은 전류 상승 구간의 하이 레벨 영역을 제거하기 위한 1차 마스킹(선단 마스킹)을 나타낸 도면이다.
도 8은 전류 상승 구간의 하이 레벨 영역을 제거하기 위한 2차 마스킹(후단 마스킹)을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 모터 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 모터 제어 계통을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 화상 형성 장치의 동작 전반을 제어하는 제어부(102)는 화상 형성부(104)를 제어하여 용지 위에 목적하는 화상이 형성되도록 한다. 화상 형성부(104)는 화상 형성을 위해 적어도 하나의 모터(106)를 포함한다. 화상 형성을 위한 모터(106)는 용지의 공급을 위한 모터와, 현상부의 현상 롤러 및 토너 공급 롤러 등을 구동하기 위한 모터, 전사부의 전사 롤러 등을 구동하기 위한 모터 등을 예로 들 수 있다. 제어부(102)는, 전류 검출부(108)와 로우 패스 필터부(110), 아날로그-디지털 변환부(112), 마스킹부(114)로 구성되는 모터 상태 검출부(또는 모터 상태 검출 장치)(120)에서 생성되는 모터(106)의 상태 정보를 수신한다. 모터(106)의 상태 정보는 모터의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태를 포함한다. 만약 모터(106)의 탈조 진입이 검출되면 제어부(102)는 모터(106)의 피크 전류를 상향 조정하여 부하 마진을 추가로 확보하도록 피크 전류 제어부(116)를 제어한다. 또한 제어부(102)는, 모터(106)의 탈조 진행이 검출되면 알람을 출력하도록 알람 출력부(118)를 제어함으로써, 모터(106)의 탈조 진행 상태를 사용자 및 시스템에 알린다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치에서의 모터의 사용 예를 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 화상 형성 장치에서 용지의 공급에 관여하는 용지 공급 장치(202)는 화상 형성 장치의 프레임에 장착되는 회전축(204)과 이 회전축(204)의 외주에 끼워진 하나 이상의 공급 롤러(206)을 구비하고, 이 공급 롤러(206)의 구동을 위한 모터(208)가 장착된다. 모터(208)가 앞서 도 1에 나타낸 모터(106)일 수 있다. 또한 모터(208)는 바람직하게는 스텝 모터일 수 있고, 필요에 따라 직류 모터일 수도 있다. 그리고 이 모터(208)의 회전 피니언(210)에 치합되는 아이들 기어(212)가 장착되고, 이 아이들 기어(212)와 치합되며 회전축(204)에 축 결합된 회전 기어(214)를 구비하고 있다. 따라서 모터(208)의 회전력이 회전 피니언(210)과 아이들 기어(212), 회전 기어(214)를 통해 공급 롤러(206)에 전달되고, 공급 롤러(206)의 회전에 의해 용지의 공급이 이루어진다. 한편, 회전축(204)의 외주에는 별도의 래치 기어(216)가 장착되어 있으며, 이 래치 기어(216)의 톱니(218)사이로 착탈되는 구동자(220)이 장착된 솔레노이드(222)가 설치되어 있다.
도 3은 도 1에 나타낸 모터 상태 검출부의 회로 구성을 나타낸 도면이다. 도 3에서, 전류 검출부(108)는 모터(106)의 동작 상태에 따른 상 전류(Phase Current)의 변화를 검출한다. 전류 검출부(108)는 기본적으로 모터(106)의 코일(302)에 저항(304)을 직렬 연결하고, 저항(304)에 흐르는 전류(=모터의 코일에 흐르는 상 전류)의 크기에 비례하는 전압이 저항(304)의 양 단에 나타나도록 구성된다. 여기서 저항(304)의 양단에 나타나는 전압에 따른 신호가 전류 검출 신호이다. 로우 패스 필터부(110)는 전류 검출 신호의 전류 초핑(Chopping) 구간에서 나타나는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 비의 차이를 아날로그 직류 전압 레벨의 차이로 변환한다. 로우 패스 필터부(110)는 제 1 로우 패스 필터(312)와 증폭기(314), 제 2 로우 패스 필터(316)로 구성된다. 아날로그-디지털 변환부(112)는 로우 패스 필터부(110)로부터 제공되는 직류 전압 값을 모터(106)의 정상 동작 상태와 탈조 진행 상태를 구분할 수 있는 디지털 값으로 변환하여 출력한다. 마스킹부(114)는 전류 검출 신호의 전체 구간에서 전류 초핑 구간만을 남기고 나머지 구간(예를 들면 전류 상승 구간)을 마스킹(Masking)하여 제거한다. 마스킹부(114)는 제 1 비교기(324)와 지연부(326), 제 2 비교기(328)로 구성된다. 제 1 비교기(324)에는 로우 패스 필터부(110)의 제 1 로우 패스 필터(312)의 출력이 증폭기(314)에 의해 증폭되어 입력된다. 제 1 비교기(324)는 로우 패스 필터부(110)의 증폭기(314)의 출력을 입력받아 이를 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 그 비교 결과(대소 관계)에 따라 디지털화된 2진 신호(High 또는 Low)를 출력한다. 지연부(326)는 제 1 비교기(324)의 출력을 일정 시간 지연시킨다. 지연부(326)의 출력은 제 2 비교기(328)에 입력된다. 제 2 비교기(328)는 마스킹부(114)의 지연부(326)의 출력을 입력받아 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 그 비교 결과(대소 관계)에 따라 디지털화된 2진 신호(High 또는 Low)를 출력한다. 제 1 비교기(324)의 출력이 제 1 마스킹의 결과이고, 제 2 비교기(328)의 출력이 제 2 마스킹의 결과이다. 마스킹부(328)의 출력 측에 마련되는 3개의 입력을 갖는 앤드 게이트(3 Input AND Gate)(330)의 입력 신호는 다음과 같다. 아날로그-디지털 변환부(112)의 출력이 앤드 게이트(330)의 제 1 입력(330a)이 되고, 마스킹부(114)의 제 1 비교기(324)의 출력이 앤드 게이트(330)의 제 2 입력(330b)이 되며, 마스킹부(114)의 제 2 비교기(328)의 출력이 앤드 게이트(330)의 제 3 입력(330c)이 된다. 앤드 게이트(330)는 전류 검출 신호의 전체 구간에서 전류 초핑 구간만을 남기고 나머지 구간(예를 들면 전류 상승 구간)을 마스킹(Masking)하여 제거하기 위한 것인데, 이는 후술하는 도 6에서 더 구체적으로 설명하고자 한다.
도 4는 모터의 상태를 대표하는 전류 검출 신호 및 역기전력을 나타낸 파형도이다. 도 4에서, (A)는 모터(106)가 탈조없이 정상적으로 동작할 때의 전류 검출 신호의 파형(402)을 나타낸 것이고, (B)는 모터(106)가 탈조 상태로 진입할 때의 전류 검출 신호의 파형(406)을 나타낸 것이며, (C)는 모터(106)의 탈조가 발생한 상태의 전류 검출 신호의 파형(410)을 나타낸 것이다. 또한, 404, 408 412는 각각의 경우의 모터(106)의 역 기전력(Back Electromotive Force)의 파형이다.
모터(106)의 검출 전류(Io)는, 코일(302)의 공급 전류(Ii)와 코일(302)의 역 기전력(Ie)의 차(Io=Ii-Ie)로 나타낼 수 있다. 여기서 역 기전력(Ie)은 코일(302)의 인덕턴스(Inductance) 성분에 의해 공급 전류의 역방향으로 발생한다. 공급 전류(Ii)는 저항 성분에 의해 정해지고 제어에 의해서만 변화되는 값이지만, 역 기전력(Ie)은 모터(302)의 회전 속도에 비례하고 사인 곡선(Sine-Curve) 형태로 주기적으로 변화하는 값이다. 정전류 제어 방식에 있어서, 역 기전력(Ie)이 크면 공급 전류(Ii)에서 감해지는 성분도 크기 때문에 모터(302)의 공급 전류(Ii)를 증가시켜야 하고, 역 기전력이 작으면 모터(302)의 공급 전류(Ii)를 감소시켜야 한다.
도 4의 (A)에 나타낸 정상 상태의 파형에서 피크 전류 값에 도달한 이후의 전류 초핑 구간만을 살펴보면, 이 초핑 구간에서의 역 기전력(Ie)은 큰 값에서 작은 값으로 변화하고, 공급 전류도 일정한 크기를 유지하기 위하여 역 기전력(Ie)의 감소 추세를 따라 큰 값에서 작은 값으로 변화하는 것을 알 수 있다. 이로 인해 공급 전류(Ii)의 전류 검출 신호의 듀티 비 역시 전류 상승 구간 이후 큰 값에서 작은 값으로 변화한다. 도 4의 (B)에 나타낸 탈조 진입 상태의 파형에 따르면, 모터(106)의 탈조 진입 직전에 인가된 제어 스텝과 모터(106)의 실제 회전 각 사이에 차이가 발생하기 시작하는데, 모터(106)의 실제 회전 속도가 느려지기 시작하면서 피크 전류 도달 이후 전류 초핑 구간에서 역 기전력(Ie)은 작은 값에서 큰 값으로 변화하고 전체 크기는 감소한다. 이 때문에 모터(106)가 탈조 진입 상태일 때 전류 검출 신호의 듀티 비는 전류 상승 구간 이후 전류 초핑 구간에서 작은 값에서 큰 값으로 변화한다. 도 4의 (C)에 나타낸 탈조 발생 상태의 파형에 따르면, 모터(106)의 코일(302)에 전류가 공급되고 있는 상태에서 모터(106)가 정지하면 역기전력(Ie)은 0이 되고, 정전류 제어를 위한 공급 전류(Ii)의 턴 온 시간은 모터(106)가 회전할 때와 비교하여 가장 작은 값이 된다. 따라서 모터(106)의 전류 검출 신호의 전류 상승 구간은 짧아지고 전류 초핑 구간에서의 듀티 비는 모터(106)의 다른 상태와 비교할 때 상대적적으로 최소가 된다. 도 4에 나타낸 것처럼, 전류 검출 신호의 전류 상승 구간의 길이와 전류 초핑 구간의 듀티 비를 통해 모터(106)의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태를 구별할 수 있다. 즉, 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가, i) 감소 추세이면 정상 상태, ii) 증가 추세이면 탈조 진입, iii) 상대적인 최소의 값으로 일정하게 유지되면 탈조 진행으로 판단한다.
도 5는 모터의 검출 전류의 직류 전압으로의 변환을 나타낸 도면이다. 도 5에서, (A)는 모터(106)의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태에서의 전류 검출 신호의 파형이고, (B)는 (A)의 신호가 로우 패스 필터부(110)의 제 1 로우 패스 필터(312)를 통과하여 증폭기(314)에 의해 증폭된 신호의 파형이며, (C)는 (B)의 신호가 로우 패스 필터부(110)의 제 2 로우 패스 필터(316)를 통과한 신호의 파형이다. 펄스 폭 변조 신호에서 듀티 비의 차이는 로우 패스 필터를 통과시켜서 직류 전압 레벨의 차이로 변환할 수 있다. 듀티 비가 클수록 직류 전압 레벨은 증가하는 방향으로 변환되고, 듀티 비가 작을수록 직류 전압 레벨은 감소하는 방향으로 변환된다.
도 5의 (C)에 나타낸 바와 같이, 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 변환된 직류 전압(제 2 로우 패스 필터(316)를 통과한)의 레벨은 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 발생 상태의 직류 전압 레벨이 서로 차이를 보인다. 정상 상태에서의 직류 전압 레벨은 일정 레벨을 초과하고, 탈조 진입 상태에서는 부분적으로 일정 레벨 이하인 구간이 존재하며, 탈조 발생 상태에서는 전체적으로 일정 레벨 이하를 유지한다. 여기서 일정 레벨은 디지털-아날로그 변환부(112)를 구성하는 비교기의 기준 입력의 레벨이다.
도 5의 (C)에 나타낸 아날로그 직류 변환 신호를 아날로그-디지털 변환부(112)를 통해 디지털화하면, 도 5의 (D)에 나타낸 것과 같은 디지털 직류 변환 신호를 얻을 수 있다. 도 5의 (D)에서 알 수 있듯이, (C)의 아날로그 직류 변환 신호의 일정 레벨 이하 구간은 디지털 직류 변환 신호에서 하이 레벨 영역으로 나타나고, 아날로그 직류 변환 신호의 일정 레벨 초과 구간은 디지털 직류 변환 신호에서 로우 레벨 구간으로 나타난다(일정 레벨이 디지털-아날로그 변환부(112)를 구성하는 비교기의 기준 입력의 레벨이므로).
이와 같이, 로우 패스 필터부(110)에서 출력되는 디지털 직류 변환 신호를 보면 전류 상승 구간과 전류 초핑 구간 각각에서 다음과 같은 특징을 나타낸다. 즉, 전류 상승 구간에서는 하이 레벨 영역이 발생한다. 전류 초핑 구간에서는, 정상 상태에서는 로우 레벨 영역이, 탈조 진입 상태에서는 일정 구간 하이 레벨 영역이, 탈조 진행 상태에서는 연속된 하이 레벨 영역이 나타난다. 그런데 도 5(D)의 신호에는 모터(106)의 정상 상태 표시 영역(502)과 탈조 진입 상태 표시 영역(504), 탈조 진행 상태 표시 영역(506)은 물론, 전류 상승 구간에서의 하이 레벨 영역(508)도 혼재되어 있어서, 탈조 진입 또는 탈조 진행에 따른 하이 레벨 영역인지 전류 상승 구간에서의 하이 레벨 영역인지 구분할 필요가 있다. 따라서 도 5(D)의 신호에서 전류 상승 구간에서의 하이 레벨 영역(508)을 제거하면 디지털 직류 변환 신호의 나머지 영역에서의 하이/로우 레벨 정보만으로 모터(106)의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태의 검출이 가능하다. 즉, 502와 같이 전 구간이 로우 레벨 영역이면 모터(106)가 정상 상태임을 알 수 있고, 504와 같이 전 구간에서 부분적으로 하이 레벨 영역이 나타나면 모터(106)가 탈조 진입 상태임을 알 수 있으며, 508과 같이 전 구간이 하이 레벨 영역이면 모터(106)가 탈조 진행 상태임을 알 수 있다.
도 6은 전류 상승 구간의 하드웨어적 마스킹을 나타낸 도면이다. 앞서 설명한 도 5(D)의 신호에는 모터(106)의 정상 상태 표시 영역(502)과 탈조 진입 상태 표시 영역(504), 탈조 진행 상태 표시 영역(506)은 물론, 전류 상승 구간에서의 하이 레벨 영역(508)도 혼재되어 있어서, 탈조 진입 또는 탈조 진행에 따른 하이 레벨 영역인지 전류 상승 구간에서의 하이 레벨 영역인지 구분할 필요가 있다고 하였는데, 도 6의 하드웨어적 마스킹은 바로 이 전류 상승 구간에서의 하이 레벨 영역을 제거함으로써 전류 초핑 구간에서의 듀티 비를 통해 알 수 있는 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태를 판단하는데 필요한 정보만을 남겨두기 위한 작업이다. 즉, 도 6에서 전류 상승 구간에서의 하이 레벨 영역(508)을 제거하기 위한 것이다. 앞서 도 3의 설명에서 언급한 것처럼, 앤드 게이트(330)의 제 1 입력(330a)은 아날로그-디지털 변환부(112)의 출력이고, 앤드 게이트(330)의 제 2 입력(330b)은 마스킹부(114)의 제 1 비교기(324)의 출력이며, 앤드 게이트(330)의 제 3 입력(330c)은 마스킹부(114)의 제 2 비교기(328)의 출력이다. 이와 같은 앤드 게이트(330)의 3개의 입력 신호들을 앤드 연산(AND Operation)하면 탈조 진입 상태를 나타내는 하이 레벨 영역(504)과 탈조 진행 상태를 나타내는 하이 레벨 영역(506)만이 남고, 전류 상승 구간에서의 하이 레벨 영역(508)은 제거됨을 알 수 있다.
도 7과 도 8은 전류 상승 구간의 하이 레벨 영역을 제거하기 위한 마스킹을 나타낸 도면으로서, 도 7은 1차 마스킹(선단 마스킹)을 나타낸 도면이고, 도 8은 2차 마스킹(후단 마스킹)을 나타낸 도면이다. 전류 상승 구간에 따른 하이 레벨 영역(508)을 모두 제거하기 위해 아날로그-디지털 변환부(112)의 디지털화된 출력 신호에 포함되어 있는 구형파 신호의 선단과 후단 각각을 마스킹할 필요가 있다. 로우 패스 필터(110)의 제 1 로우 패스 필터(312)와 제 2 로우 패스 필터(316)의 폴링 타임(Falling Time)의 차이와 마스킹부(114)의 지연부(326)의 지연 작용을 이용하면 아날로그-디지털 변환부(112)의 디지털화된 출력 신호에 포함되어 있는 구형파 신호의 선단과 후단 각각을 마스킹할 수 있다. 이와 같은 1차 마스킹(선단 마스킹)과 2차 마스킹(후단 마스킹)을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 전류 상승 구간에 따른 하이 레벨 영역(508)의 선단을 제거하기 위한 1차 마스킹은 로우 패스 필터(110)의 제 1 로우 패스 필터(312)와 제 2 로우 패스 필터(316)의 폴링 타임의 차이를 이용한다. 즉, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제 1 로우 패스 필터(312)를 통과한 신호(702)(가는 선으로 표시된 파형)가 제 2 로우 패스 필터(316)를 통과한 신호(704)(굵은 선으로 표시된 파형)보다 폴링 타임이 짧기 때문에, 제 1 로우 패스 필터(312)를 통과한 신호(702)를 아날로그-디지털 변환부(112)를 통해 디지털 신호로 변환하면 전류 상승 구간에 따른 하이 레벨 영역의 선단(706)만 출력된다. 단, 아날로그-디지털 변환부(112)를 구성하는 비교기(LM393)는 그 목적이 전류 상승 구간에서의 하이 레벨 영역을 마스킹하기 위한 것이므로, 아날로그-디지털 변환부(112)의 기준 전압은 전류 초핑 구간의 탈조 진입 또는 탈조 진행에 따른 하이 레벨 영역이 출력되지 않도록 그 값을 설정하는 것이 바람직하다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 도 7의 1차 마스킹 결과로서의 전류 상승 구간에 따른 하이 레벨 영역의 선단(702)을 마스킹부(114)의 지연부(326)를 통해 지연시키면, 도 8의 (B)에 나타낸 것과 같은 지연된 신호(802)가 얻어진다. 이 지연된 신호(802)를 일정 레벨의 기준 전압(804)을 적용하여 제 2 비교기(328)를 통과시키면 도 8의 (C)에 나타낸 것과 같은 후단 마스킹이 이루어진다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 모터 제어 방법을 나타낸 도면이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 화상 형성 장치의 제어부(102)는 화상 형성 작업을 위해 모터(106)를 구동한다(902). 모터(106)가 구동하는 동안 제어부(102)는 전류 검출부(108)를 통해 모터(106)의 상 전류를 검출하여 그에 상응하는 크기의 검출 전압을 확보한다(904). 제어부(102)는 검출 전압을 분석하고, 그 분석 결과로부터 모터(106)의 동작 상태를 검출한다(906). 이 때 제어부(102)는 앞서 도 3에 나타낸 모터 상태 검출부(120)를 통해 모터(106)의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태를 포함하는 모터(106)의 동작 상태를 검출한다.
만약 모터(106)의 동작 상태가 정상 상태이면(908의 ‘예’), 모터(106)의 전류를 검출하는 과정(904)으로 복귀하여 모터(106)의 전류 검출 및 모터(106)의 상태 검출을 계속한다. 반대로, 만약 모터(106)의 동작 상태가 정상이 아니면(즉, 탈조 진입 상태이거나 또는 탈조 진행 상태와 같은 비정상적인 상태이면)(908의 ‘아니오’), 제어부(102)는 모터(106)가 탈조 진입 상태인지를 판별한다(910). 만약 모터(106)가 탈조 진입 상태이면(910의 ‘예’) 제어부(102)는 모터(106)의 피크 전류의 제어를 통해 모터(106)를 탈조 진입 상태에서 정상 상태로 회복시키기 위한 제어를 수행한다(912). 이 때 제어부(102)는 모터(106)의 피크 전류를 일정 크기로 상향 조정하는데, 모터(106)의 탈조는 부하에 비해 공급 전류량이 부족하여 발생하는 경우가 많으므로 피크 전류를 상향 조정하여 모터(106)의 공급 전류가 부하를 추종하도록 하기 위함이다. 또한 제어부(102)는 이와 같은 피크 전류의 제어를 미리 설정된 회수(예를 들면 n회) 동안 반복적으로 실시한다. 이와 같은 반복적인 피크 전류 제어에도 불구하고 모터(106)가 탈조 진행 상태로 진입하면(914의 ‘예’), 제어부(102)는 모터(106)의 구동을 정지시키고, 알람 출력부(118)를 통해 알람을 출력하여 사용자가 모터(106)의 탈조 상태를 인지하도록 한다(916). 만약 n회에 걸친 피크 전류 제어에 의해 모터(106)가 탈조 진행 상태에 진입하지 않고 정상 상태로 전환되면(914의 ‘아니오’), 제어부(102)는 피크 전류를 정상화하여 모터(106)의 구동을 계속한다(918).
102 : 제어부
104 : 화상 형성부
106, 208 : 모터
108 : 전류 검출부
110 : 로우 패스 필터부
112 : 아날로그-디지털 변환부
114 : 마스킹부
116 : 피크 전류 제어부
118 : 알람 출력부
202 : 용지 공급 장치
302 : 모터 코일
304 : 저항
312 : 제 1 로우 패스 필터
314 : 증폭기
316 : 제 2 로우 패스 필터
324 : 제 1 비교기
326 : 지연부
328 : 제 2 비교기
330 : 3입력 앤드 게이트

Claims (24)

  1. 모터의 상 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 획득하고, 상기 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 반영된 출력 신호를 발생시키는 모터 상태 검출부와;
    상기 모터 상태 검출부의 출력 신호로부터 상기 모터의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태를 판단하고, 상기 모터가 상기 탈조 진입 상태인 것으로 판단되면 상기 모터의 피크 전류를 상승 제어하는 제어부를 포함하는 화상 형성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전류 검출 신호의 상기 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 감소 추세이면 상기 모터가 정상 상태인 것으로 판단하고;
    상기 전류 검출 신호의 상기 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 증가 추세이면 상기 모터가 탈조 진입 상태인 것으로 판단하며;
    상기 전류 검출 신호의 상기 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 일정하게 유지되면 상기 모터가 탈조 진행 상태인 것으로 판단하는 화상 형성 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터의 피크 전류의 상승 제어를 미리 정해진 회수만큼 반복하는 화상 형성 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터가 상기 탈조 진행 상태인 것으로 판단되면 상기 모터의 탈조 진행 상태를 알리기 위한 알람을 출력하는 것을 더 포함하는 화상 형성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터가 정전류 제어 방식의 스텝 모터인 화상 형성 장치.
  7. 모터와;
    상기 모터의 상 전류를 검출하여 상기 모터의 검출된 상 전류를 대표하는 전류 검출 신호를 발생시키는 전류 검출부와;
    상기 전류 검출 신호를 직류 전압 레벨로 변환하기 위해 로우 패스 필터링을 수행하는 로우 패스 필터부와;
    상기 로우 패스 필터링된 전류 검출 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부와;
    상기 디지털 신호로 변환된 전류 검출 신호에서 상기 모터의 상 전류의 전류 상승 구간을 제거하고, 상기 디지털 신호로 변환된 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비를 반영하여 상기 모터의 상태 정보를 나타내는 출력 신호를 발생시키는 마스킹부와;
    상기 마스킹부의 출력 신호로부터 상기 모터의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태를 판단하는 제어부를 포함하는 화상 형성 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 로우 패스 필터부는,
    상기 전류 검출 신호를 로우 패스 필터링하는 제 1 로우 패스 필터와;
    상기 제 1 로우 패스 필터의 출력 신호를 증폭하는 증폭기와;
    상기 증폭기에 의해 증폭된 신호를 한 번 더 로우 패스 필터링하여 상기 아날로그-디지털 변환부로 출력하는 제 2 로우 패스 필터를 포함하는 화상 형성 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 마스킹부는,
    상기 로우 패스 필터부의 상기 증폭기의 출력을 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 디지털화된 2진 신호를 출력하는 제 1 비교기와;
    상기 제 1 비교기의 출력을 지연시키는 지연부와;
    상기 지연부의 출력을 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 디지털화된 2진 신호를 출력하는 제 2 비교기와;
    상기 아날로그-디지털 변환부의 출력 신호와 상기 제 1 비교기의 출력 신호, 상기 2 비교기의 출력 신호의 논리합 연산을 수행하여 전류 상승 구간을 배제하고 전류 초핑 구간의 듀티 비를 대표하는 신호만을 출력하는 논리 소자를 포함하는 화상 형성 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전류 검출 신호의 상기 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 감소 추세이면 상기 모터가 정상 상태인 것으로 판단하고;
    상기 전류 검출 신호의 상기 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 증가 추세이면 상기 모터가 탈조 진입 상태인 것으로 판단하며;
    상기 전류 검출 신호의 상기 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 일정하게 유지되면 상기 모터가 탈조 진행 상태인 것으로 판단하는 화상 형성 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터가 상기 탈조 진입 상태인 것으로 판단되면 상기 모터의 피크 전류를 상승 제어하는 것을 더 포함하는 화상 형성 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터가 상기 탈조 진입 상태일 때 상기 모터의 피크 전류의 상승 제어를 미리 정해진 회수만큼 반복하는 화상 형성 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터가 상기 탈조 진행 상태인 것으로 판단되면 상기 모터의 탈조 진행 상태를 알리기 위한 알람을 출력하는 것을 더 포함하는 화상 형성 장치.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 모터가 정전류 제어 방식의 스텝 모터인 화상 형성 장치.
  15. 모터를 구동하고;
    구동중인 상기 모터의 상 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 획득하며;
    상기 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 반영된 출력 신호로부터 상기 모터의 정상 상태와 탈조 진입 상태, 탈조 진행 상태를 판단하고,
    상기 모터가 상기 탈조 진입 상태인 것으로 판단되면 상기 모터의 피크 전류를 상승 제어하는 화상 형성 장치의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전류 검출 신호의 상기 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 감소 추세이면 상기 모터가 정상 상태인 것으로 판단하고;
    상기 전류 검출 신호의 상기 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 증가 추세이면 상기 모터가 탈조 진입 상태인 것으로 판단하며;
    상기 전류 검출 신호의 상기 전류 초핑 구간에서의 듀티 비가 일정하게 유지되면 상기 모터가 탈조 진행 상태인 것으로 판단하는 화상 형성 장치의 제어 방법.
  17. 삭제
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 모터가 상기 탈조 진입 상태일 때 상기 모터의 피크 전류의 상승 제어를 미리 정해진 회수만큼 반복하는 화상 형성 장치의 제어 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 모터가 상기 탈조 진행 상태인 것으로 판단되면 상기 모터의 탈조 진행 상태를 알리기 위한 알람을 출력하는 것을 더 포함하는 화상 형성 장치의 제어 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 모터가 정전류 제어 방식의 스텝 모터인 화상 형성 장치의 제어 방법.
  21. 모터의 상 전류를 검출하여 상기 모터의 검출된 상 전류를 대표하는 전류 검출 신호를 발생시키는 전류 검출부와;
    상기 전류 검출 신호를 직류 전압 레벨로 변환하기 위해 로우 패스 필터링을 수행하는 로우 패스 필터부와;
    상기 로우 패스 필터링된 전류 검출 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부와;
    상기 디지털 신호로 변환된 전류 검출 신호에서 상기 모터의 상 전류의 전류 상승 구간을 제거하고, 상기 디지털 신호로 변환된 전류 검출 신호의 전류 초핑 구간에서의 듀티 비를 반영하여 상기 모터의 상태 정보를 나타내는 출력 신호를 발생시키는 마스킹부를 포함하는 모터 상태 검출 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 로우 패스 필터부는,
    상기 전류 검출 신호를 로우 패스 필터링하는 제 1 로우 패스 필터와;
    상기 제 1 로우 패스 필터의 출력 신호를 증폭하는 증폭기와;
    상기 증폭기에 의해 증폭된 신호를 한 번 더 로우 패스 필터링하여 상기 아날로그-디지털 변환부로 출력하는 제 2 로우 패스 필터를 포함하는 모터 상태 검출 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 마스킹부는,
    상기 로우 패스 필터부의 상기 증폭기의 출력을 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 디지털화된 2진 신호를 출력하는 제 1 비교기와;
    상기 제 1 비교기의 출력을 지연시키는 지연부와;
    상기 지연부의 출력을 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 디지털화된 2진 신호를 출력하는 제 2 비교기와;
    상기 아날로그-디지털 변환부의 출력 신호와 상기 제 1 비교기의 출력 신호, 상기 2 비교기의 출력 신호의 논리합 연산을 수행하여 전류 상승 구간을 배제하고 전류 초핑 구간의 듀티 비를 대표하는 신호만을 출력하는 논리 소자를 포함하는 모터 상태 검출 장치.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 모터가 정전류 제어 방식의 스텝 모터인 모터 상태 검출 장치.
KR1020120130058A 2012-11-16 2012-11-16 화상 형성 장치 및 그 제어 방법, 모터 상태 검출 장치 KR101993656B1 (ko)

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