(57)【要約】      （修正有）【課題】モータの制御がベクトル制御から定電流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及びモータが振動してしまうことを抑制することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】ベクトル制御が実行されている期間における電流値ｉｑ´に基づいて、定電流制御においてモータの巻線に供給されるべき電流の大きさが設定される。【選択図】図８
2020141518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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前記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、前記駆動電流を制御する第１制御モードと、前記第１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に基づいて設定された大きさの電流に基づいて前記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、前記駆動電流を制御する制御モードを前記第１制御モードから前記２制御モードへと切り替えることによって前記第２制御モードを実行することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項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前記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、前記駆動電流を制御する第１制御モードと、前記第１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に基づいて設定された大きさの電流に基づいて前記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、前記駆動電流を制御する制御モードを前記第１制御モードから前記２制御モードへと切り替えることによって前記第２制御モードを実行することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、予め決められた大きさの電流に基づいて前記駆動電流を制御する第３制御モードを備え、
前記制御手段は、前記第３制御モードにより前記モータの駆動を開始し、その後、前記制御モードを前記第３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２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記第２制御モードにおける前記電流の大きさは、前記モータが前記第１制御モードによって減速している状態において前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記第２制御モードにおける前記電流の大きさは、前記第１制御モードによって前記モータが所定速度で駆動されている状態において前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記第２制御モードにおける前記電流の大きさは、前記第１制御モードによって前記モータが所定速度で駆動されている状態において前記検出手段によって検出された駆動電流と、前記モータが加速している状態において前記検出手段によって検出された駆動電流と、に基づいて設定されることを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記第２制御モードにおける前記電流の大きさは、前記第１制御モードによって前記モータが所定速度で駆動されている状態において前記検出手段によって検出された駆動電流と、前記モータが前記第１制御モードによって加速している状態において前記検出手段によって検出された駆動電流と、に基づいて設定されることを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記第２制御モードにおける前記電流の大きさは、前記第１制御モードによって前記モータが所定速度で駆動されている状態において前記検出手段によって検出された駆動電流と、前記モータが前記第３制御モードによって加速している状態において前記検出手段によって検出された駆動電流と、に基づいて設定されることを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記第２制御モードにおける前記電流の大きさは、前記モータの加速度及び減速度に基づいて設定されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記第１制御モードは、前記回転子の回転位相を基準とする回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分の値に基づいて前記駆動電流を制御する制御モードであり、
前記第２制御モードにおける前記電流の大きさは、前記第１制御モードにおいて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に基づいて設定されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記第３制御モードの実行中に前記回転子の目標速度に対応する回転速度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３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３又は請求項３を引用する請求項４乃至１０のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記第１制御モードの実行中に前記回転子の目標速度に対応する回転速度が第２所定値より小さい値になった場合に、前記制御モードを前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記目標速度に対応する回転速度は、所定周期で変化することを特徴とする請求項１１又は１２に記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
前記所定周期は、前記制御手段が前記モータを制御する周期と同じ周期であることを特徴とする請求項１３に記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記所定周期は、前記検出手段が前記駆動電流を検出する周期と同じ周期であることを特徴とする請求項１３に記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
前記制御手段は、前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて、前記モータの回転子の回転によって前記第１相の巻線及び第２相の巻線に誘起される誘起電圧の大きさを決定する誘起電圧決定手段を有し、
前記回転子の回転位相は、前記誘起電圧決定手段によって決定された前記第１相の誘起電圧の大きさと前記第２相の誘起電圧の大きさとに基づいて決定され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モータ制御装置。
【請求項１７】
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前記駆動電流の励磁電流成分の値を０になるように制御し、前記検出手段によって検出された前記駆動電流のトルク電流成分の値を制御することによって、前記モータを制御する制御モードであ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モータ制御装置。
【請求項１８】
シートを搬送する搬送ローラと、
前記搬送ローラを駆動するモータと、
請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を有し、
前記モータ制御装置は、前記搬送ローラを駆動するモータの駆動を制御することを特徴とするシート搬送装置。
【請求項１９】
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搬送する搬送部と、
前記搬送部によって給送された前記原稿を読み取る読取手段と、
負荷を駆動するモータと、
前記負荷を駆動するモータを制御する、請求項１乃至１７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原稿読取装置。
【請求項２０】
記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
負荷を駆動するモータと、
前記負荷を駆動するモータを制御する、請求項１乃至１７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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１２−５０９０５６号公報
【特許文献２】特開２００５−３９９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
モータの制御がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際には、瞬間的にモータの回転速度が変動してモータが振動する可能性がある。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。
【０００９】
モータの制御がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際にモータの回転速度が変動すると、モータの回転が不安定になってしまう可能性がある。
【００１０】
上記課題に鑑み、本発明は、モータを制御する制御モードが切り替わる際に、モータの制御が不安定になることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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前記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、前記駆動電流を制御する第１制御モードと、前記第１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に基づいて設定された大きさの電流に基づいて前記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、前記駆動電流を制御する制御モードを前記第１制御モードから前記２制御モードへと切り替えることによって前記第２制御モードを実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、モータを制御する制御モードが切り替わる際に、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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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。
【図２】前記画像形成装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】第１実施形態に係る定電流制御を説明する図である。
【図７】回転速度ω＿ｒｅｆ´と閾値ωｔｈとの関係、切替信号及び電流値ｉｑ´を示す図である。
【図８】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。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
〔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。
【００１６】
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、原稿読取装置２００及び画像印刷装置３０１を有する。
【００１７】
＜原稿読取装置＞
原稿読取装置２００には、原稿を読取位置に給送する原稿給送装置２０１が設けられている。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、給紙ローラ４によって搬送される。給紙ローラ４と対向する位置には、給紙ローラ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。
【００１８】
ピックアップローラ３と給紙ローラ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、給紙ローラ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。
【００１９】
原稿Ｐは、給紙ローラ４等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へ排紙される。なお、図１に示すように、原稿積載部２には、原稿積載部２に原稿が積載されているか否かを検知する原稿セットセンサＳＳ１が設けられている。また、原稿が通過する搬送路には、原稿の先端を検知する（原稿の有無を検知する）シートセンサＳＳ２が設けられている。
【００２０】
原稿読取装置２０１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。
【００２１】
また、原稿読取装置２００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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、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、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原稿読取部１６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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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３１７、原稿読取部１６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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
［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、第３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。
【００４１】
＜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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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する。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。
【００４７】
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１５７へ出力する。なお、実際には、ＣＰＵ１５１ａはモータ制御装置１５７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する。また、パルスの周波数は目標速度に対応し、目標速度は所定周期で変化する。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。
【００４８】
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との偏差を演算して出力する。
【００４９】
位相制御器５０２は、偏差Δθを周期Ｔ（例えば、２００μｓ）で取得する。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から出力される偏差が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。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、回転子４０２に永久磁石を用いる場合、通常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。
【００５０】
モータ５０９のＡ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器５０７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。また、モータ５０９のＢ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器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、位相制御器５０２が偏差Δθを取得する周期Ｔ以下の周期（例えば、２５μｓ）である。
【００５１】
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）
【００５２】
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。
【００５３】
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）
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
また、電流制御器５０４は、ＰＩＤ制御に基づいて、減算器１０３から出力される偏差が小さくなるように駆動電圧Ｖｄを生成する。具体的には、電流制御器５０４は、減算器１０３から出力される偏差が０になるように駆動電圧Ｖｄを生成して座標逆変換器５０５に出力する。
【００５８】
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、５０４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。
【００５９】
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）
【００６０】
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。
【００６１】
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。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。
【００６２】
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）
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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）
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
＜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。
【００７１】
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。
【００７２】
図５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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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８０２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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
次に、本実施形態における定電流制御について説明する。
【００８１】
図６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６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６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６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。
【００８２】
定電流制御器７００は、ｑ軸電流の指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流の指令値ｉｄ＿ｒｅｆを出力する。具体的には、定電流制御器７００は、ｑ軸電流の指令値ｉｑ＿ｒｅｆを、例えば０に設定して出力する。また、定電流制御器７００は、モータ５０９が加速している期間は、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値に予め設定されたｄ軸電流の指令値ｉｄ＿ｒｅｆを出力する。また、定電流制御器７００は、モータ５０９が減速している期間は後述する方法により設定されるｄ軸電流の指令値ｉｄ＿ｒｅｆを出力する。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
＜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。
【００９２】
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目標速度に対応する回転速度ω＿ｒｅｆ´が入力される。制御切替器５１５は、回転速度ω＿ｒｅｆ´と所定値としての閾値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。
【００９３】
図７は、回転速度ω＿ｒｅｆ´と閾値ωｔｈとの関係、切替信号及び電流値ｉｑ´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。
【００９４】
図７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、遅延回路５１８及び定電流制御器７００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。
【００９５】
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定電流制御器７００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。また、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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
＜制御切替時の処理＞
｛定電流制御からベクトル制御への切り替え｝
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。
【０１０１】
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。また、ベクトル制御が行われている期間中も、座標変換器５１７は稼働している。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。
【０１０２】
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及び定電流制御器７００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。
【０１０３】
位相制御器５０２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（Ｉ）の初期値を設定する。
【０１０４】
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が積分制御（Ｉ）の初期値を設定する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。
【０１０５】
以上のように、本実施形態では、定電流制御の実行中に検出した電流値に基づいて、積分制御（Ｉ）の初期値を設定する。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。
【０１０６】
｛ベクトル制御から定電流制御への切り替え｝
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。
【０１０７】
前述したように、モータの制御がベクトル制御から定電流制御に切り替わる際には、瞬間的にモータの回転速度が変動する可能性がある。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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
図４に示すように、座標変換器５１７によって変換された電流値ｉｑ´は定電流制御器７００にも入力される。以下に、電流値ｉｑ´に基づいて定電流制御器７００がｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを設定する方法を説明する。
【０１１０】
図４に示すように、定電流制御器７００は、座標変換器５１７から出力された電流値ｉｑ´を記憶するメモリ７００ａを有する。定電流制御器７００は、座標変換器５１７から電流値ｉｑ´が出力される毎に当該電流値ｉｑ´をメモリ７００ａに記憶する。定電流制御器７００は、メモリ７００ａに記憶されている電流値ｉｑ´のうち、モータ５０９が一定速度で駆動されている期間の所定タイミングにおける電流値ｉｑ´＿ｒａｔｅとモータ５０９が加速している期間の所定タイミングにおける電流値ｉｑ´＿ａｃｃとに基づいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを設定する。具体的には、定電流制御器７００は、例えば、以下の式（１０）に基づいてｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを設定する。
ｉｄ＿ｒｅｆ＝ｉｑ´＿ｒａｔｅ―（ｉｑ´＿ａｃｃ−ｉｑ´＿ｒａｔｅ）  （１０）
【０１１１】
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、定電流制御器７００がｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを設定する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。
【０１１２】
図８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８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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
その後、Ｓ１００５において、位相制御器５０２は、切替信号が切り替わる前に取得した電流値ｉｑ´に基づいて積分制御の初期値を設定する。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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Ｓ１００９において、制御切替器５１５は、切替信号を‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替えて出力する。
【０１２３】
その後、Ｓ１０１０において、定電流制御器７００は、メモリ７００ａに記憶されている電流値ｉｑ´に基づいてｉｄ＿ｒｅｆを設定する。
【０１２４】
そして、Ｓ１０１１において、所定の遅延時間が経過すると、Ｓ１０１２において、遅延回路５１８から切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂに切替信号‘Ｈ’が出力される。この結果、定電流制御器７００による定電流制御が行われる。
【０１２５】
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。
【０１２６】
以上のように、本実施形態では、ベクトル制御が実行されている期間における電流値ｉｑ´に基づいて、定電流制御においてモータの巻線に供給されるべき電流の大きさが設定される。具体的には、モータ５０９が一定速度で駆動されている期間の電流値ｉｑ´＿ｒａｔｅとモータ５０９が加速している期間の電流値ｉｑ＿ａｃｃとに基づいて、定電流制御におけるｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆが設定される。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、モータの制御がベクトル制御から定電流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及びモータが振動してしまうことを抑制することができる。
【０１２７】
なお、本実施形態では、モータ５０９が一定速度で駆動されている期間の電流値ｉｑ´＿ｒａｔｅとモータ５０９が加速している期間の電流値ｉｑ＿ａｃｃとに基づいて、定電流制御におけるｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆが設定されたが、この限りではない。例えば、切替信号が‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替わる直前の電流値ｉｑ´、即ち、モータが減速している状態における電流値ｉｑ´に基づいて、定電流制御におけるｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆが設定されてもよい。
【０１２８】
また、本実施形態では、ｉｑ´＿ｒａｔｅとして、モータ５０９が一定速度で駆動されている期間における所定のタイミングで定電流制御器７００に入力された電流値ｉｑ´が用いられたが、この限りではない。例えば、ｉｑ´＿ｒａｔｅとして、モータ５０９が一定速度で駆動されている期間において定電流制御器７００に入力された複数の電流値ｉｑ´の平均値が用いられてもよい。
【０１２９】
また、本実施形態では、ｉｑ´＿ａｃｃとして、モータ５０９が加速している期間における所定のタイミングで定電流制御器７００に入力された電流値ｉｑ´が用いられたが、この限りではない。例えば、ｉｑ´＿ａｃｃとして、モータ５０９が加速している期間において定電流制御器７００に入力された複数の電流値ｉｑ´の平均値が用いられてもよい。
【０１３０】
以上のように、ベクトル制御が実行されている期間における電流値ｉｑ´に基づいて、定電流制御におけるｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆが設定される構成でもよい。
【０１３１】
また、モータ５０９が加速している期間における電流値ｉｑ´として、ベクトル制御中における電流値ｉｑ´が用いられてもよいし、定電流制御中の電流値ｉｑ´が用いられてもよい。
【０１３２】
また、本実施形態では、モータ５０９の加速度ａの絶対値と減速度ｂの絶対値とが同じ値である場合について説明したが、これに限定されるわけではない。例えば、モータ５０９の加速度ａの絶対値と減速度ｂの絶対値とが異なる値であってもよい。モータ５０９の加速度ａの絶対値と減速度ｂの絶対値とが異なる値である場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆは、例えば以下の式（１１）のように設定される。
ｉｄ＿ｒｅｆ＝（ｉｑ´＿ｒａｔｅ―（ｉｑ´＿ａｃｃ−ｉｑ´＿ｒａｔｅ））＊ｂ／ａ（１１）
【０１３３】
即ち、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆは、例えば加速度ａの絶対値と減速度ｂの絶対値との比に基づいて設定される。
【０１３４】
また、本実施形態では、電流値ｉｑ´に基づいて定電流制御におけるｄ軸電流指令値が設定されたが、この限りではない。例えば、ベクトル制御におけるｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆに基づいて定電流制御におけるｄ軸電流指令値が設定されてもよい。
【０１３５】
また、本実施形態における定電流制御では、指令位相θ＿ｒｅｆを基準とする回転座標系に基づいて駆動電流が制御されたが、この限りではない。例えば、本実施形態において説明した従来の定電流制御が用いられてもよい。従来の定電流制御が用いられる場合、当該定電流制御において巻線に供給されるべき電流（ベクトル）の大きさが、電流値ｉｑ´に基づいて設定される。
【０１３６】
なお、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。
【０１３７】
また、本実施形態において、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。
【０１３８】
また、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９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（１２）が用いられるものとする。
ω＝ｄθ／ｄｔ                                                    （１２）
【０１３９】
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。
【０１４０】
また、回転速度ω＿ｒｅｆ´は、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決定されても良い。
【０１４１】
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モータやブラシレス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。
【０１４２】
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。
【符号の説明】
【０１４３】
１５７  モータ制御装置
４０２  回転子
５０２  位相制御器
５０７，５０８  電流検出器
５０９  モータ
５１３  位相決定器
５１１，５１７  座標変換器
７００  定電流制御器
７０１  ベクトル制御器
【図１】
2020141518.tif 000003
【図２】
2020141518.tif 000004
【図３】
2020141518.tif 000005
【図４】
2020141518.tif 000006
【図５】
2020141518.tif 000007
【図６】
2020141518.tif 000008
【図７】
2020141518.tif 000009
【図８】
2020141518.tif 000010
【図９】
2020141518.tif 000011