(57)【要約】【課題】  回転位相を推定する方式が誘起電圧方式から高周波重畳方式に切り替わった後の最初に回転速度が推定される際の積分制御の値が、回転位相を推定する方式が切り替わる前の最後に推定された回転速度とは異なる値になることに起因してモータの制御が不安定になる。【解決手段】  切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、位相差制御部５１４ｉは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された速度ω１を積分制御の初期値として設定する。【選択図】  図６
2020010581.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、
前記巻線に流れる電流を検出する検出手段と、
前記回転子の回転によって前記モータの第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前記検出手段によって検出された電流に基づいて決定する誘起電圧決定手段と、
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前記回転子の回転位相を決定する第１の位相決定手段と、
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前記回転子の回転速度を決定する第１の速度決定手段と、
高周波の信号を前記モータの巻線に流れる電流に重畳する重畳手段と、
前記検出手段によって検出された電流から前記高周波の信号の周波数を含む所定の周波数帯の信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記所定の周波数帯の信号に基づいて、前記回転子の回転速度を決定する第２の速度決定手段と、
前記第２の速度決定手段によって決定される回転速度に基づいて前記回転子の回転位相を決定する第２の位相決定手段と
前記第１の位相決定手段によって決定される回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように前記巻線に流れる電流を制御する第１モードと、前記第２の位相決定手段によって決定される回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように前記巻線に流れる電流を制御する第２モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記重畳手段は、前記制御手段が前記第２モードを実行する場合、前記第２の位相決定手段によって決定される回転位相と前記指令位相との偏差を小さくするために供給すべき電流の周波数よりも高い周波数を有する前記高周波の信号を前記巻線に流れる電流に重畳し、
前記第２の速度決定手段は、前記巻線に流れる電流を制御する制御モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替わった後の期間は、前記第１制御モードにおいて前記第１の速度決定手段によって決定された回転速度に基づいて前記回転子の回転速度を決定し、
前記第２の位相決定手段は、前記制御モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替わった後の期間は、前記第１制御モードにおいて前記第１の位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて前記回転子の回転位相を決定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、
前記回転子の回転速度と前記指令速度との偏差が小さくなるように前記モータの巻線に流れる電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる電流を検出する検出手段と、
前記回転子の回転によって前記モータの第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と、
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前記回転子の回転速度を決定する第１の速度決定手段と、
前記検出手段によって検出された電流から前記偏差を小さくするために供給すべき第１の電流よりも周波数が高い第２の電流の周波数を含む所定の周波数帯の信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記所定の周波数帯の信号に基づいて、前記回転子の実際の回転位相と前記回転子の回転位相との位相差が小さくなるような回転速度を決定する第２の速度決定手段と、
前記第２の速度決定手段によって決定される回転速度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
前記回転子の回転速度に対応する値が閾値以上である場合は前記第１の速度決定手段によって決定される回転速度を出力し、前記回転子の回転速度に対応する値が前記閾値未満である場合は前記第２の速度決定手段によって決定される回転速度を出力する出力手段と、
を有し、
前記回転子の回転速度に対応する値が前記閾値以上の値から前記閾値よりも小さい値に変化した後に前記第２の速度決定手段によって決定される回転速度は、前記回転子の回転速度に対応する値が前記閾値以上の値である状態における前記回転子の回転速度に対応する値に基づいて決定され、
前記回転子の回転速度に対応する値が前記閾値以上の値から前記閾値よりも小さい値に変化した後に前記第２の位相決定手段によって決定される回転位相は、前記回転子の回転速度に対応する値が前記閾値以上の値である状態における前記回転子の回転位相に対応する値に基づいて決定され、
前記制御手段は、前記出力手段から出力される回転速度と前記指令速度との偏差が小さくなるように前記巻線に流れる電流を制御することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
前記第２の速度決定手段は、前記第２の位相決定手段によって決定される回転位相と前記回転子の実際の回転位相との位相差に対応する値と当該位相差の目標値との偏差が小さくなるように積分演算に基づいて回転速度を決定し、
前記第２の位相決定手段は、前記第２の速度決定手段によって決定される回転速度に対して積分演算を行うことによって前記回転子の回転位相を決定し、
前記制御モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替わった後の前記第２の速度決定手段における前記積分演算の初期値は、前記第１制御モードにおいて前記第１の速度決定手段によって決定された回転速度に基づいて設定され、
前記制御モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替わった後の前記第２の位相決定手段による前記積分演算の初期値は、前記第１制御モードにおいて前記第１の位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて設定され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】
前記制御モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替わった後の前記第２の速度決定手段における前記積分演算の初期値は、前記制御モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替わる前の最後に前記第１の速度決定手段によって決定された回転速度に基づいて設定され、
前記制御モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替わった後の前記第２の位相決定手段による前記積分演算の初期値は、前記制御モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替わる前の最後に前記第１の位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて設定されることを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記重畳手段は、前記巻線に流れる電流に含まれる電流成分のうち、前記第２の位相決定手段によって決定される回転位相を基準とする回転座標系におけ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の値に、前記高周波の信号を重畳することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記抽出手段は、前記巻線に印加すべき電圧の前記励磁電流成分の値、及び、前記検出手段によって検出される電流に含まれる電流成分のうち前記回転座標系におけ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、から前記所定の周波数帯の信号を抽出す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】
前記制御手段は、前記第１モードにおいて、前記巻線に流れる電流に含まれる電流成分のうち前記第１の位相決定手段によって決定される回転位相を基準とする第２の回転座標系におけ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、前記巻線に流れる電流を制御し、
前記第２モードにおいて、前記第２の位相決定手段によって決定される回転位相を基準とする回転座標系におけ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、前記巻線に流れる電流を制御す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。
【請求項８】
前記抽出手段は、前記所定の周波数帯の信号以外の信号を低減するバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記モータ制御装置は、前記検出手段によって検出された電流から前記所定の周波数帯の信号を低減するローパスフィルタを有し、
前記制御手段は、前記ローパスフィルタによる処理が適用された前記電流に基づいて、前記巻線に流れる電流を制御す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】
前記制御手段は、前記回転子が回転する速度に対応する値が閾値以上である場合は前記第１モードを実行し、前記回転子が回転する速度に対応する値が前記閾値未満である場合は前記第２モードを実行す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に対応する値であることを特徴とする請求項１０に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記回転子の回転速度に対応する値は、前記出力手段から出力される回転速度であることを特徴とする請求項１０に記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
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１２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１４】
請求項１３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。
【請求項１５】
請求項１４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。
【請求項１６】
請求項１３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。
【請求項１７】
記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
負荷を駆動するモータと、
請求項１乃至１２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の駆動を制御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実際の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。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。以下、前記特許文献１における回転位相の推定方式を誘起電圧方式と称する。
【０００５】
また、回転子の回転位相を決定する方法として、巻線に印加された高周波電圧と当該高周波電圧に起因して巻線に流れる高周波電流とに基づいて回転子の回転位相を決定する高周波重畳方式が知られている。特許文献２では、回転子の実際の回転位相と推定位相との位相差を高周波電圧及び高周波電流に基づいて算出し、当該位相差が目標値（例えば、０）に収束するように積分制御によって推定速度を生成し、当該推定速度に基づいて推定位相を生成する構成が述べられている。
【０００６】
また、特許文献３では、高周波重畳方式と誘起電圧方式とを切り替える際に、切替前の最後に推定された位相（最終値）を切替後の最初に用いられる位相（初期値）として受け渡す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２０１６−４６８５９号公報
【特許文献３】特開２００２−３１５３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば、前記特許文献２で述べられている高周波重畳方式を前記特許文献３に適用すると、以下の問題が起こる可能性がある。具体的には、前記特許文献３では、回転位相を決定する方式を切り替える際に、切替前の最後に推定された位相が切替後の最初に用いられる位相として受け渡されるが、切替前の最後に推定された回転速度は切替後の最初に用いられる回転速度として受け渡されない。したがって、回転位相を推定する方式が誘起電圧方式から高周波重畳方式に切り替わった後の最初に回転速度が推定される際の積分制御の値が、回転位相を推定する方式が切り替わる前の最後に推定された回転速度とは異なる値になってしまう。この結果、回転位相を推定する方式が切り替わった後の最初に回転位相が推定される際に用いられる積分値が、回転位相を推定する方式が切り替わる前の最後に推定された回転位相を示す値とは異なる値になり、巻線に流れる電流のトルク電流成分の値が急激に変化する。その結果、巻線に流れる電流に回転子の回転位相を推定するための高周波成分とは異なる高周波成分が含まれるため、高周波重畳方式による回転位相の推定精度が低下し、モータの制御が不安定になってしまう可能性がある。
【０００９】
上記課題に鑑み、本発明は、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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係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、
前記巻線に流れる電流を検出する検出手段と、
前記回転子の回転によって前記モータの第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前記検出手段によって検出された電流に基づいて決定する誘起電圧決定手段と、
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前記回転子の回転位相を決定する第１の位相決定手段と、
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前記回転子の回転速度を決定する第１の速度決定手段と、
高周波の信号を前記モータの巻線に流れる電流に重畳する重畳手段と、
前記検出手段によって検出された電流から前記高周波の信号の周波数を含む所定の周波数帯の信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記所定の周波数帯の信号に基づいて、前記回転子の回転速度を決定する第２の速度決定手段と、
前記第２の速度決定手段によって決定される回転速度に基づいて前記回転子の回転位相を決定する第２の位相決定手段と
前記第１の位相決定手段によって決定される回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように前記巻線に流れる電流を制御する第１モードと、前記第２の位相決定手段によって決定される回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように前記巻線に流れる電流を制御する第２モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記重畳手段は、前記制御手段が前記第２モードを実行する場合、前記第２の位相決定手段によって決定される回転位相と前記指令位相との偏差を小さくするために供給すべき電流の周波数よりも高い周波数を有する前記高周波の信号を前記巻線に流れる電流に重畳し、
前記第２の速度決定手段は、前記巻線に流れる電流を制御する制御モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替わった後の期間は、前記第１制御モードにおいて前記第１の速度決定手段によって決定された回転速度に基づいて前記回転子の回転速度を決定し、
前記第２の位相決定手段は、前記制御モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替わった後の期間は、前記第１制御モードにおいて前記第１の位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて前記回転子の回転位相を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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及びγ軸とδ軸と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】第１実施形態に係るローパスフィルタの構成の例を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る位相・速度決定器の構成を示すブロック図である。
【図７】位相差制御部による積分制御の初期値の設定が行われない場合における回転子の回転位相と、位相差制御部による積分制御の初期値の設定が行われた場合における回転子の回転位相と、を示す図である。
【図８】モータ制御装置によ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】
【００１３】
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。
【００１４】
〔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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
シート収納トレイ３０２に収納された記録媒体は、ピックアップローラ３０３によって給送されて、搬送ローラ３０６によってレジストレーションローラ３０８へ送り出される。また、シート収納トレイ３０４に収納された記録媒体は、ピックアップローラ３０５によって給送されて、搬送ローラ３０７及び３０６によってレジストレーションローラ３０８へ送り出される。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、本実施形態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、ピックアップローラ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、現像器３１４、照明系２０９及び光学系等は本実施形態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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
モータ制御装置１５７は、ＣＰＵ１５１ａから出力される指令に応じて、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２個以上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、２個以上のモータ制御装置が画像形成装置に設けられている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
［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１５７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、ベクトル制御を用いてモータを制御する。なお、以下の説明においては、電気角としての回転位相、指令位相及び電流の位相等に基づいて以下の制御が行われるが、例えば、電気角が機械角に変換され、当該機械角に基づいて以下の制御が行われてもよい。
【００３７】
＜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。
【００３８】
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軸とｑ軸とによって表される回転座標系及びγ軸とδ軸と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軸との成す角度は第２の回転位相としてθｍと定義される。また、図３では、ｄ軸と位相差Δθを有する方向に沿ってγ軸が定義され、γ軸から反時計回りに９０度進んだ方向（γ軸に直交する方向）に沿ってδ軸が定義されている。α軸とｄ軸との成す角度はθと定義される。即ち、Δθ、θｍ及びθの間には以下の式（１）のような関係がある。
Δθ＝θｍ−θ                                                      （１）
【００３９】
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軸方向の成分（トルク電流成分）と巻線を貫く磁束の強度に影響するｄ軸方向の成分（励磁電流成分）とが用いられる。本実施形態におけるベクトル制御では、なお、γ軸はｄ軸（即ち、励磁電流成分を表す軸）に対応する軸であり、δ軸はｑ軸（即ち、トルク電流成分を表す軸）に対応する軸である。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
図４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、静止座標系からγ軸及びδ軸で表される回転座標系又はｄ軸及びｑ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成分であるトルク電流成分と励磁電流成分とによって表される。なお、トルク電流成分は、モータ５０９の回転子４０２にトルクを発生させる電流成分に相当する。また、励磁電流成分は、モータ５０９の巻線を貫く磁束の強度に影響する電流成分に相当する。モータ制御装置１５７は、トルク電流成分の値及び励磁電流成分の値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トルク電流成分の値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。
【００４３】
モータ制御装置１５７は、モータ５０９の回転子４０２の回転位相を表す位相θ＿ｅｓｔ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の動作シーケンスに基づいて、指令生成器５００にモータを駆動する指令として駆動パルスを出力する。なお、モータの動作シーケンス（モータの駆動パターン）は、例えば、ＲＯＭ１５１ｂに格納されており、ＣＰＵ１５１ａは、ＲＯＭ１５１ｂに格納された動作シーケンスに基づいて、パルス列としての駆動パルスを出力する。
【００４４】
指令生成器５００は、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルスに基づいて、以下の式（２）のようにして指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。
θ＿ｒｅｆ＝θｉｎｉ＋θｓｔｅｐ＊ｎ                              （２）
【００４５】
なお、θｉｎｉはモータの駆動が開始されるときの回転子の位相（初期位相）である。また、θｓｔｅｐは、駆動パルス１個当たりのθ＿ｒｅｆの増加量（変化量）である。また、ｎは指令生成器５００に入力されるパルスの個数である。
【００４６】
減算器１０１は、位相θ＿ｅｓｔと指令位相θ＿ｒｅｆとの偏差を演算して出力する。
【００４７】
位相制御器５０２は、位相θ＿ｅｓｔと指令位相θ＿ｒｅｆとの偏差を周期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から出力された偏差が小さくなるように、トルク電流成分の目標値ｉｔ＿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、トルク電流成分の目標値ｉｔ＿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制御に基づいてトルク電流成分の目標値ｉｔ＿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制御に基づいてトルク電流成分の目標値ｉｔ＿ｒｅｆを生成しても良い。
【００４８】
界磁制御器５１８は、ＣＰＵ１５１ａから出力される指令に基づいて励磁電流成分の目標値ｉｅｘ＿ｒｅｆを生成して高周波重畳器５１９と切替スイッチ５１６ａとに出力する。なお、回転子４０２に永久磁石が用いられる場合、通常は巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分の目標値ｉｅｘ＿ｒｅｆは０に設定されるが、これに限定されるものではない。
【００４９】
高周波重畳器５１９は、界磁制御器５１８から出力される励磁電流成分の目標値ｉｅｘ＿ｒｅｆに所定の周波数を有する信号を重畳し、当該所定の周波数を有する信号が重畳された励磁電流成分の目標値ｉｅｘ＿ｒｅｆ´を切替スイッチ５１６ａに出力する。このように、本実施形態では、回転子４０２のトルクへの寄与が比較的小さい励磁電流成分に所定の周波数の信号（以下、高周波信号と称する）が重畳される。この結果、回転子４０２のトルクへの寄与が比較的大きいトルク電流成分に高周波信号が重畳される場合に比べて、前記高周波信号に起因するトルクの変動が起こりにくくなる。その結果、トルク電流成分に高周波信号が重畳される場合に比べて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。なお、高周波信号の周波数は、位相制御器５０２によって生成されるトルク電流成分の目標値ｉｔ＿ｒｅｆに基づく電流値、即ち、モータ５０９を回転させるために用いられる電流値のうち最も高い周波数よりも高い周波数に設定される。また、高周波信号の周波数は、後述するＡ／Ｄ変換器５１０がアナログ値をデジタル値に変換する際の周波数よりも低い周波数に設定される。また、高周波信号の振幅は、例えば、位相θを精度よく決定するために必要な大きさの振幅よりも大きく、且つ、当該高周波信号に起因する異音が発生しないような大きさの振幅よりも小さい振幅に設定される。
【００５０】
モータ５０９のＡ相に流れる電流は、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。Ａ／Ｄ変換器５１０は、デジタル値である電流値ｉαを出力する。また、Ｂ相の巻線に流れる電流は、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。Ａ／Ｄ変換器５１０は、デジタル値である電流値ｉβを出力する。なお、Ａ／Ｄ変換器５１０が電流値をアナログ値からデジタル値に変換して出力する周期は、例えば、位相制御器５０２が位相θ＿ｅｓｔと指令位相θ＿ｒｅｆとの偏差を取得する周期Ｔ以下の周期（例えば、２５μｓ）である。また、高周波重畳器５１９から出力される励磁電流成分の目標値ｉｅｘ＿ｒｅｆ´に基づく電流が巻線に供給される場合、電流値ｉα及びｉβには、駆動電流の電流値と当該駆動電流よりも周波数が高い高周波信号に起因する高周波電流の電流値とが含まれる。
【００５１】
電流値ｉα及びｉβは、座標変換器５１１、位相・速度決定器５１４及び極性判定器５１５に入力される。
【００５２】
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トルク電流成分の電流値ｉｔ及び励磁電流成分の電流値ｉｅｘに変換する。
ｉｅｘ＝  ｃｏｓ（θ＿ｅｓｔ）＊ｉα＋ｓｉｎ（θ＿ｅｓｔ）＊ｉβ    （３）
ｉｔ  ＝−ｓｉｎ（θ＿ｅｓｔ）＊ｉα＋ｃｏｓ（θ＿ｅｓｔ）＊ｉβ    （４）
【００５３】
トルク電流成分の電流値ｉｔはローパスフィルタ５１７及び位相・速度決定器５１４に出力される。また、励磁電流成分の電流値ｉｅｘはローパスフィルタ５１７に出力される。
【００５４】
図５は、所定の周波数帯の信号を低減するローパスフィルタ５１７の構成の例を示す図である。なお、所定の周波数帯には、駆動電流の周波数は含まれず、駆動電流よりも周波数の高い高周波電流の周波数が含まれる。本実施形態におけるローパスフィルタ５１７は所定の周波数帯に対応するフィルタ次数が設定されたデジタルフィルタである。図５に示すように、ローパスフィルタ５１７は、取得した電流値を複数個記憶するメモリ５１７ａ、メモリ５１７ａに記憶されている複数個の電流値の平均値を演算する平均値演算器５１７ｂを有する。ローパスフィルタ５１７は、取得した電流値をメモリ５１７ａに記憶し、平均値演算器５１７ｂは、メモリ５１７ａに記憶されている電流値の平均値を演算する。具体的には、例えば、ローパスフィルタ５１７の次数が３０次である場合は、ローパスフィルタ５１７は、取得した電流値を３０個メモリ５１７ａに記憶し、当該３０個の電流値の平均値を演算する。なお、メモリ５１７ａは、３１個目以降の電流値を取得する際は、電流値を１個取得する毎に、記憶している電流値のうち最も古く記憶した電流値を削除して、取得した電流値を記憶する。また、平均値演算器５１７ｂは、メモリ５１７ａが電流値を記憶する度に前述した演算を行う。更に、フィルタの構成は上述したような平均値を演算する構成に限定されるものではなく、信号を低減することができるフィルタであれば良い。
【００５５】
ローパスフィルタ５１７は、電流値ｉα及びｉβに含まれる高周波電流を除去し、高周波電流が除去された電流値を出力する。
【００５６】
減算器１０２には、位相制御器５０２から出力されるトルク電流成分の目標値とローパスフィルタ５１７から出力されたトルク電流成分の電流値とが入力される。減算器１０２は、トルク電流成分の目標値とトルク電流成分の電流値との偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。
【００５７】
また、減算器１０３には、高周波重畳器５１９から出力される励磁電流成分の目標値とローパスフィルタ５１７から出力された励磁電流成分の電流値とが入力される。減算器１０３は、励磁電流成分の目標値と励磁電流成分の電流値との偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。
【００５８】
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トルク電流成分の駆動電圧Ｖｔ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になるようにトルク電流成分の駆動電圧Ｖｔを生成して座標逆変換器５０５に出力する。
【００５９】
また、電流制御器５０３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励磁電流成分の駆動電圧Ｖｅｘを生成する。具体的には、電流制御器５０３は、減算器１０３から出力される偏差が０になるように励磁電流成分の駆動電圧Ｖｅｘを生成して座標逆変換器５０５及び位相・速度決定器５１４に出力する。
【００６０】
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Ｖｔ及びＶｅｘ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Ｖｔ及びＶｅｘを生成しても良い。
【００６１】
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Ｖｔ及びＶｅｘ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＝ｃｏｓ（θ＿ｅｓｔ）＊Ｖｅｘ−ｓｉｎ（θ＿ｅｓｔ）＊Ｖｔ      （５）
Ｖβ＝ｓｉｎ（θ＿ｅｓｔ）＊Ｖｅｘ＋ｃｏｓ（θ＿ｅｓｔ）＊Ｖｔ      （６）
【００６２】
座標逆変換器５０５によって逆変換された駆動電圧Ｖα及びＶβはＰＷＭインバータ５０６及び位相・速度決定器５１４に出力される。
【００６３】
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電圧切替器５１６ｂを介して入力された電圧に基づくＰＷＭ（パルス幅変調）信号によって駆動される。その結果、ＰＷＭインバータ５０６は、駆動電圧Ｖα及びＶβに応じた駆動電流ｉα及びｉβを生成し、駆動電流ｉα及びｉβをモータ５０９の各相の巻線に供給することによって、モータ５０９を駆動させる。なお、本実施形態においては、ＰＷＭインバータはフルブリッジ回路を有しているが、ＰＷＭインバータはハーフブリッジ回路等であっても良い。
【００６４】
｛回転位相θ＿ｅｓｔ及び回転速度ω＿ｅｓｔを決定する構成｝
次に、回転位相θ＿ｅｓｔ及び回転速度ω＿ｅｓｔを決定する構成について説明する。図６は、本実施形態における位相・速度決定器５１４の構成を示すブロック図である。本実施形態における位相・速度決定器５１４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の値に基づいて回転子４０２の回転位相θ＿ｅｓｔ及び回転速度ω＿ｅｓｔを決定する構成を有する。また、位相・速度決定器５１４は、高周波重畳器５１９によって重畳された高周波信号に基づいて回転子４０２の回転位相θ＿ｅｓｔ及び回転速度ω＿ｅｓｔを決定する構成を有する。以下、誘起電圧Ｅα及びＥβの値に基づいて回転子４０２の回転位相θ＿ｅｓｔ及び回転速度ω＿ｅｓｔを決定する方法を誘起電圧方式と称し、高周波信号に基づいて回転子４０２の回転位相θ＿ｅｓｔ及び回転速度ω＿ｅｓｔを決定する方法を高周波重畳方式と称する。高周波重畳方式は回転子の回転速度が比較的小さい速度域において用いられ、誘起電圧方式は回転子の回転速度が比較的大きい速度域において用いられる。
【００６５】
以下に、誘起電圧方式について説明する。
【００６６】
Ａ相及びＢ相の巻線に誘起される誘起電圧Ｅα及びＥβは、Ａ／Ｄ変換器５１０から誘起電圧決定部５１４ａに入力された電流値ｉα及びｉβと、座標逆変換器５０５から誘起電圧決定部５１４ａ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）
【００６７】
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。
【００６８】
誘起電圧決定部５１４ａによって決定された誘起電圧Ｅα及びＥβは位相決定部５１４ｂに出力される。
【００６９】
位相決定部５１４ｂは、誘起電圧決定部５１４ａ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の回転位相として位相θ１を決定する。
θ１＝ｔａｎ＾−１（−Ｅβ／Ｅα）                                  （９）
【００７０】
なお、本実施形態においては、位相決定部５１４ｂは、式（９）に基づく演算を行うことによって位相θ１を決定したが、この限りではない。例えば、位相決定部５１４ｂは、メモリ５１４ｂ´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とに対応する位相θ１との関係を示すテーブルを参照することによって位相θ１を決定してもよい。
【００７１】
前述の如くして得られた位相θ１は、速度決定部５１４ｃ、位相生成部５１４ｊ及び出力部５１４ｄに入力される。
【００７２】
速度決定部５１４ｃは、位相決定部５１４ｂから出力された位相θ１の所定期間における変化量に基づいて回転速度として速度ω１を決定する。なお、速度ω１の決定には、以下の式（１０）が用いられる。
ω＝ｄθ／ｄｔ                                                    （１０）
【００７３】
速度決定部５１４ｃは、速度ω１を出力部５１４ｄ及び位相差制御部５１４ｉに出力する。
【００７４】
次に、高周波重畳方式について説明する。
【００７５】
高周波抽出部５１４ｅには、電流制御器５０３から出力される駆動電圧Ｖｅｘ及び座標変換器５１１から出力される電流値ｉｔが入力される。高周波抽出部５１４ｅは、例えば、所定の周波数帯の信号を抽出する（所定の周波数帯以外の信号を低減する）バンドパスフィルタを有する。高周波抽出部５１４ｅは、高周波重畳器５１９が励磁電流成分の目標値ｉｅｘ＿ｒｅｆに重畳する高周波信号の周波数を含む周波数帯の信号を抽出する。この結果、高周波抽出部５１４ｅは、駆動電圧Ｖｅｘに含まれる高周波電圧ＶｅｘＨ及び電流値ｉｔに含まれる高周波電流ｉｔＨを抽出することができる。高周波抽出部５１４ｅは抽出した高周波電圧ＶｅｘＨ及び高周波電流ｉｔＨを誤差決定部５１４ｂに出力する。なお、本実施形態においては、高周波抽出部５１４ｅはバンドパスフィルタを有しているが、ハイパスフィルタ等のフィルタであっても良い。
【００７６】
誤差決定部５１４ｆは、入力された高周波電圧ＶｅｘＨ及び高周波電流ｉｔＨに基づいて、以下の式（１１）を用いて位相差Δθを決定して出力する。
【００７７】
【数１】
2020010581.tif 000003
【００７８】
なお、Ｌｄ及びＬｑはそれぞれｄ軸方向に対応する巻線インダクタンス及びｑ軸方向に対応する巻線インダクタンスであり、モータに固有の値である。また、ｐは微分演算子である。
【００７９】
以下に、式（１１）の導出方法を説明する。式（１１）は、ｄ軸及びｑ軸に基づく回転座標系における電圧電流方程式（１２）に基づいて導出される。
【００８０】
【数２】
2020010581.tif 000004
【００８１】
なお、Ｖｄ及びＶｑはそれぞれｄ軸における駆動電圧及びｑ軸における駆動電圧であり、Ｒは巻線の抵抗値である。また、ｉｄ及びｉｑはそれぞれｄ軸における駆動電流及びｑ軸における駆動電流であり、ωが回転子の回転速度である。更に、Ψは逆起電圧係数であり、モータに固有の値である。
【００８２】
ｄ軸及びｑ軸に基づく回転座標系と位相差Δθを有するγ軸及びδ軸に基づく回転座標系における電圧電流方程式（１３）は式（１２）に基づいて以下のようにして導出される。
【００８３】
【数３】
2020010581.tif 000005
【００８４】
ここで、本実施形態では、回転速度ω、抵抗値Ｒ、逆起電圧係数Ψ等に、以下の条件を設定する。
条件１．本実施形態における位相θの決定方法は、回転子が停止している状態及び回転子が比較的低速で回転している状態において用いられる方法であるため、回転速度ωを０に近似する。
条件２．本実施形態における位相θの決定方法においては、高周波信号が用いられるため、インダクタンスによる電圧降下に対して巻線の抵抗値Ｒは十分小さいので、抵抗値Ｒを０に近似する。
条件３．巻線に発生する逆起電圧の周波数は高周波信号の周波数よりも十分小さいため、逆起電圧係数Ψを０に近似する。
条件４．高周波信号はγ軸にのみ重畳されるため、δ軸における電圧Ｖδを０に近似する。
【００８５】
以上のように、回転速度ω＝０、抵抗値Ｒ＝０、逆起電圧係数Ψ＝０及び電圧Ｖδ＝０を式（１３）に適用することにより、以下の式（１４）が導出される。
【００８６】
【数４】
2020010581.tif 000006
【００８７】
そして、式（１４）を式変換することにより、位相差Δθについての式（１１）が導出される。以上のように、本実施形態においては、条件１乃至４により位相差Δθについての式の導出が簡略化され、位相差Δθを決定する際の演算負荷を軽減することができる。以上が、式（１１）の導出方法の説明である。
【００８８】
減算器５１４ｇは、誤差決定部５１４ｆから出力される位相差Δθと目標値決定部５１４ｈから出力される位相差Δθの目標値Δθ＿ｔｇｔとの偏差を演算して出力する。
【００８９】
位相差制御部５１４ｉは、ＰＩＤ制御に基づいて、減算器５１４ｇから出力される偏差が小さくなるように回転子の回転速度として速度ω２を生成する。具体的には、位相差制御部５１４ｉは、減算器５１４ｇから出力される偏差が０になるように速度ω２を生成して位相生成部５１４ｊに出力する。なお、本実施形態における位相差制御部５１４ｉは、ＰＩＤ制御に基づいて速度ω２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、位相差制御部５１４ｉは、ＰＩ制御に基づいて速度ω２を生成しても良い。速度ω２は、位相生成部５１４ｋ及び出食部５１４ｄに出力される。
【００９０】
位相生成部５１４ｊは、位相差制御部５１４ｉから出力される速度ω２に基づいて、回転子の回転位相として位相θ２を生成する。具体的には、位相生成部５１４ｊは、位相差制御部５１４ｉから出力される速度ω２に対して積分演算を行うことによって位相θ２を生成する。位相生成部５１４ｊは、位相θ２を出力部５１４ｄに出力する。
【００９１】
出力部５１４ｄは、モータの駆動が開始されると（モータ制御装置１５７が稼働すると）、位相θ２を回転位相θ＿ｅｓｔとして出力し、速度ω２を回転速度ω＿ｅｓｔとして出力する。
【００９２】
出力切替部５１４ｋには、出力部５００ｄから出力される回転速度ω＿ｅｓｔが入力される。出力切替部５１４ｋは、出力部５００ｄから出力される回転速度ω＿ｅｓｔに基づいて切替信号を生成して出力する。具体的には、出力切替部５１４ｋは、回転速度ω＿ｅｓｔが閾値ωｔｈより小さい場合は切替信号＝‘Ｌ（ローレベル）’を出力し、回転速度ω＿ｅｓｔが閾値ωｔｈ以上である場合は切替信号＝‘Ｈ（ハイレベル）’を出力する。なお、出力部５１４ｄは、例えば、巻線に流れる駆動電流が検出される周期と同じ周期で回転位相θ＿ｅｓｔ及び回転速度ω＿ｅｓｔを出力する。出力切替部５１４ｋは、例えば、出力部５１４ｄから回転速度ω＿ｅｓｔが出力される度に切替信号を出力する。
【００９３】
本実施形態では、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。閾値ωｔｈは、例えば、出力切替器５１４ｋに設けられた不図示のメモリに予め記憶されている。
【００９４】
出力部５１４ｄは、切替信号＝‘Ｌ’である場合は、回転位相θ＿ｅｓｔとして位相θ２を出力し、回転速度ω＿ｅｓｔとして速度ω２を出力する。また、出力部５１４ｄは、切替信号＝‘Ｈ’である場合は、回転位相θ＿ｅｓｔとして位相θ１を出力し、回転速度ω＿ｅｓｔとして速度ω１を出力する。
【００９５】
図４に示すように、切替信号は切替スイッチ５１６ａにも出力される。切替信号＝‘Ｌ’が出力されている場合は、切替スイッチ５１６ａは高周波重畳器５１９から出力される励磁電流成分の目標値ｉｅｘ＿ｒｅｆ´が減算器１０３に入力される状態になる。また、切替信号＝‘Ｈ’が出力されている場合は、切替スイッチ５１６ａは界磁制御器５１８から出力される励磁電流成分の目標値ｉｅｘ＿ｒｅｆが減算器１０３に入力される状態になる。
【００９６】
なお、本実施形態では、目標値決定部５１４ｈから出力される目標値Δθ＿ｔｇｔは０に設定される。即ち、ｄ軸とγ軸との位相差Δθが０になるように位相θ２が決定される。この結果、より高精度に決定された回転位相に基づいてモータの制御が行われる。
【００９７】
上述のようにして決定された回転位相θ＿ｅｓｔは、減算器１０１、座標逆変換器５０５及び座標変換器５１１に出力される。
【００９８】
モータ制御装置１５７は、上述の制御を繰り返し行う。
【００９９】
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＿ｅｓｔ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、回転位相をフィードバックしているため、回転子の回転位相が所定の位相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位相を高精度に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等）を駆動するモータに位相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。
【０１００】
＜誘起電圧方式から高周波重畳方式への切り替え時の処理＞
次に、回転位相θ＿ｅｓｔを決定する方式が誘起電圧方式から高周波重畳方式に切り替わる際の位相・速度決定器５１４の処理について説明する。
【０１０１】
図６に示すように、切替信号は位相差制御部５１４ｉ及び位相生成部５１４ｊにも入力される。本実施形態では、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、位相差制御部５１４ｉは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された速度ω１を積分制御（積分演算）の初期値として設定する。また、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、位相生成部５１４ｊは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された位相θ１を、速度ω２から位相θ２を算出する際の積分演算の初期値として設定する。この結果、回転位相を決定する方式が誘起電圧方式から高周波重畳方式に切り替わった後の最初に回転速度が決定される際の積分制御の値が、回転位相を決定する方式が切り替わる前の最後に決定された回転速度とは異なる値になってしまうことを防止することができる。また、回転位相を決定する方式が切り替わった後の最初に回転位相が決定される際に用いられる積分値が回転位相を決定する方式が切り替わる前の最後に決定された回転位相を示す値とは異なる値になることを抑制することができる。即ち、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。
【０１０２】
図７は、位相差制御部５１４ｉによる積分制御の初期値の設定が行われない場合における回転子の回転位相（図７（ａ））と、位相差制御部５１４ｉによる積分制御の初期値の設定が行われた場合における回転子の回転位相（図７（ｂ））と、を示す図である。
【０１０３】
図７（ａ）では、切替信号が切り替わった後の最初に位相θ２が決定される際に用いられる積分値が、切替信号が切り替わる前の最後に決定された位相θ１を示す値とは異なる値になることに起因して高周波重畳方式による回転位相の推定精度が低下している。
【０１０４】
一方、図７（ｂ）では、切替信号が切り替わった後の最初に位相θ２が決定される際に用いられる積分値が、切替信号が切り替わる前の最後に決定された位相θ１を示す値に設定されるため、高周波重畳方式による回転位相の推定精度の低下が抑制されている。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
次に、Ｓ１００２において、モータ制御装置１５７は、高周波重畳方式によって決定された位相θ２に基づいてベクトル制御を実行する。
【０１０８】
その後、Ｓ１００３において、回転速度ω＿ｅｓｔ（速度ω２）が閾値ωｔｈ未満である場合は、処理は再びＳ１００２に戻る。
【０１０９】
一方、Ｓ１００３において、回転速度ω＿ｅｓｔ（速度ω２）が閾値ωｔｈ以上である場合は、Ｓ１００４において、出力切替部５１４ｋは、切替信号を‘Ｌ’から‘Ｈ’に切り替えて出力する。この結果、誘起電圧方式によって決定された位相θ１及び速度ω１が出力部５１４ｄから出力される。また、切替スイッチ５１６ａは、界磁制御器５１８から出力される励磁電流成分の目標値ｉｅｘ＿ｒｅｆが減算器１０３に出力される状態になる。その結果、モータ制御装置１５７は、誘起電圧方式によって決定された位相θ１に基づいてベクトル制御を実行する。
【０１１０】
その後、Ｓ１００５において、回転速度ω＿ｅｓｔ（速度ω１）が閾値ωｔｈ以上である場合は、処理は再びＳ１００４に戻る。
【０１１１】
一方、Ｓ１００５において、回転速度ω＿ｅｓｔ（速度ω１）が閾値ωｔｈ未満である場合は、Ｓ１００６において、出力切替部５１４ｋは、切替信号を‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替えて出力する。位相差制御部５１４ｉは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に速度決定部５１４ｃから出力された速度ω１を、積分制御の初期値として設定する。また、位相生成部５１４ｊは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に位相決定部５１４ｂから出力された位相θ１を、積分演算の初期値として設定する。また、高周波重畳方式によって決定された位相θ２及び速度ω２が出力部５１４ｄから出力され、切替スイッチ５１６ａは、高周波重畳器５１９から出力される励磁電流成分の目標値ｉｅｘ＿ｒｅｆ´が減算器１０３に出力される状態になる。その結果、モータ制御装置１５７は、高周波重畳方式によって決定された位相θ２に基づいてベクトル制御を実行する。
【０１１２】
以降、ＣＰＵ１５１ａからモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｌ’が出力されるまで、モータ制御装置１５７は上述の制御を繰り返し行う。
【０１１３】
以上のように、本実施形態では、出力切替部５１４ｋは、回転速度ω＿ｅｓｔが閾値ωｔｈより小さい場合は切替信号＝‘Ｌ（ローレベル）’を出力し、回転速度ω＿ｅｓｔが閾値ωｔｈ以上である場合は切替信号＝‘Ｈ（ハイレベル）’を出力する。切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、位相差制御部５１４ｉは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された速度ω１を積分制御の初期値として設定する。また、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わると、位相生成部５１４ｊは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された位相θ１を、速度ω２から位相θ２を算出する際の積分演算の初期値として設定する。この結果、回転位相を決定する方式が誘起電圧方式から高周波重畳方式に切り替わった後の最初に回転速度が決定される際の積分制御の値が、回転位相を決定する方式が切り替わる前の最後に決定された回転速度とは異なる値になってしまうことを防止することができる。また、回転位相を決定する方式が切り替わった後の最初に回転位相が決定される際に用いられる積分値が回転位相を決定する方式が切り替わる前の最後に決定された回転位相を示す値とは異なる値になることを抑制することができる。即ち、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。
【０１１４】
なお、本実施形態では、位相差制御部５１４ｉは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された速度ω１を積分制御の初期値として設定したが、この限りではない。例えば、指令生成器５００が駆動パルスの周波数に基づいて指令速度に対応する速度ω＿ｒｅｆ´を生成し、位相差制御部５１４ｉは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に指令生成器５００から出力された速度ω＿ｒｅｆ´を積分制御の初期値として設定してもよい。
【０１１５】
また、本実施形態では、位相生成部５１４ｊは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に入力された位相θ１を、速度ω２から位相θ２を算出する際の積分演算の初期値として設定したが、この限りではない。例えば、位相生成部５１４ｊは、切替信号が‘Ｈ’から‘Ｌ’に切り替わる前の最後に指令生成器５００から出力された指令位相θ＿ｒｅｆを積分演算の初期値として設定してもよい。
【０１１６】
また、本実施形態では、励磁電流成分の目標値ｉｅｘ＿ｒｅｆに高周波信号が重畳されたが、例えば、駆動電圧Ｖｅｘに重畳される構成でもよい。
【０１１７】
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。
【０１１８】
また、本実施形態は、ベクトル制御に限らず、回転子の回転位相を決定する構成を有するものに適用される。
【０１１９】
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。
【０１２０】
また、指令生成器５００、界磁制御器５１８、位相制御器５０２、高周波重畳器５１９、電流制御器５０３等は制御手段に含まれる。
【０１２１】
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＿ｅｓｔ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、位相・速度決定器５１４から出力される回転速度ω＿ｅｓｔと指令生成器５００から出力される指令速度ω＿ｒｅｆとに基づいてモータが制御されてもよい。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、指令生成器５００は、駆動パルスの周波数に基づいて指令速度ω＿ｒｅｆを生成する。
【符号の説明】
【０１２２】
１５７  モータ制御装置
４０２  回転子
５００  指令生成器
５０２  位相制御器
５０３  電流制御器
５０７、５０８  電流検出器
５０９  ステッピングモータ
５１４  位相・速度決定器
５１４ａ  誘起電圧決定部
５１４ｂ  位相決定部
５１４ｃ  速度決定部
５１４ｄ  出力部
５１４ｅ  高周波抽出部
５１４ｉ  位相差制御部
５１４ｊ  位相生成部
５１４ｋ  出力切替部
５１９  高周波重畳器
【図１】
2020010581.tif 000007
【図２】
2020010581.tif 000008
【図３】
2020010581.tif 000009
【図４】
2020010581.tif 000010
【図５】
2020010581.tif 000011
【図６】
2020010581.tif 000012
【図７】
2020010581.tif 000013
【図８】
2020010581.tif 000014
【図９】
2020010581.tif 000015