(57)【要約】      （修正有）【課題】巻線に印加される高周波電圧の周波数を低くした際の、抵抗値の項と逆起電圧の項とを無視することに起因して実際の回転位相と決定された回転位相とに生じる誤差が大きくなってしまうことを防止するモータ制御装置を提供する。【解決手段】検出電流ｉα０、ｉα０´に基づいた位相の極性判定と、自己インダクタンスＬα及び相互インダクタンスＭαβとに基づいて、回転位相θを決定する。そして、高周波電圧の周波数に対応する補正値を用いて、決定された回転位相θを補正する。【選択図】図１１
2018174672.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、
前記モータの回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相を補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように、前記モータの巻線に印加すべき第１の電圧を生成する制御手段と、
前記制御手段によって生成された前記第１の電圧よりも周波数が高い第２の電圧を、前記回転子の回転速度に基づいて生成する高周波生成手段と、
前記制御手段によって生成された前記第１の電圧に対応する電流及び前記高周波生成手段によって生成された前記第２の電圧に対応する電流を前記巻線に供給する供給手段と、
前記供給手段によって供給された電流を検出する検出手段と、
を有し、
前記位相決定手段は、前記第２の電圧と前記検出手段によって検出された前記第２の電圧に対応する電流とに基づいて前記回転子の回転位相を決定し、
前記補正手段は、前記位相決定手段によって決定された回転位相を前記第２の電圧の周波数に基づいて補正することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータ制御装置は、
前記第２の電圧と前記検出手段によって検出された前記第２の電圧に対応する電流とに基づいて前記巻線のインダクタンスを決定するインダクタンス決定手段と、
所定範囲内の周波数の信号を抽出する抽出手段と、
を有し、
前記所定範囲は、前記第２の電圧の周波数が前記所定範囲内に含まれるように設定され、
前記抽出手段は、前記検出手段によって検出された電流から前記第２の電圧に対応する電流を抽出し、
前記インダクタンス決定手段は、前記第２の電圧と前記抽出手段によって抽出された電流とに基づいて前記巻線のインダクタンスを決定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記高周波生成手段は、前記回転子の目標速度に対応する回転速度に基づいて前記第２の電圧を生成す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】
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、
前記モータの回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相を補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された回転位相の時間変化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、
前記速度決定手段によって決定された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印加すべき第１の電圧を生成する制御手段と、
前記制御手段によって生成された前記第１の電圧よりも周波数が高い第２の電圧を、前記指令速度に基づいて生成する高周波生成手段と、
前記制御手段によって生成された前記第１の電圧に対応する電流及び前記高周波生成手段によって生成された前記第２の電圧に対応する電流を前記巻線に供給する供給手段と、
前記供給手段によって供給された電流を検出する検出手段と、
を有し、
前記位相決定手段は、前記第２の電圧と前記検出手段によって検出された前記第２の電圧に対応する電流とに基づいて前記回転子の回転位相を決定し、
前記補正手段は、前記位相決定手段によって決定された回転位相を前記第２の電圧の周波数に基づいて補正することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
前記モータ制御装置は、
前記第２の電圧と前記検出手段によって検出された前記第２の電圧に対応する電流とに基づいて前記巻線のインダクタンスを決定するインダクタンス決定手段と、
所定範囲内の周波数の信号を抽出する抽出手段と、
を有し、
前記所定範囲は、前記第２の電圧の周波数が前記所定範囲内に含まれるように設定され、
前記抽出手段は、前記検出手段によって検出された電流から前記第２の電圧に対応する電流を抽出し、
前記インダクタンス決定手段は、前記第２の電圧と前記抽出手段によって抽出された電流とに基づいて前記巻線のインダクタンスを決定することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記高周波生成手段は、前記第２の電圧の周波数が前記第１の電圧の周波数よりも所定値高くなるように前記第２の電圧を生成し、
前記所定値は、前記所定範囲内に前記第１の電圧の周波数が含まれないような値であることを特徴とする請求項２又は３又は５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記補正手段は、前記第２の電圧の周波数に対応する補正値に基づいて、前記位相決定手段によって決定された回転位相を補正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】
前記位相決定手段は、前記インダクタンス決定手段によって決定された前記モータの第１相の巻線の自己インダクタンスと、前記インダクタンス決定手段によって決定された前記第１相の巻線と前記モータの第２相の巻線との相互インダクタンスと、に基づいて前記回転子の回転位相の２倍の位相である第２の回転位相を決定し、
前記モータ制御装置は、
前記第１相の巻線に印加される第３の電圧と前記第３の電圧と逆極性である第４の電圧とを生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成された前記第３の電圧に対応する第３の電流と前記第４の電圧に対応する第４の電流とに基づいて、前記回転子が作る磁束の方向を判定する判定手段と、
を有し、
前記供給手段は、前記第３の電流を前記第１相の巻線に第１の所定時間供給してから第２の所定時間後に前記第４の電流を前記第１相の巻線に前記第１の所定時間供給し、
前記判定手段は、前記第１の所定時間供給された前記第３の電流の最大値と前記第４の電流の最大値とに基づいて前記回転子が作る磁束の方向を判定し、
前記位相決定手段は、前記第２の回転位相と前記判定手段が判定した結果とに基づいて、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】
前記第１の所定時間は、前記第３の電流が前記第１相の巻線に流れるために必要最低限の時間以上の時間であることを特徴とする請求項８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記第２の所定時間は、前記生成手段が前記第３の電圧を出力してから前記第１相の巻線に流れている前記第３の電流が０になるまでに必要最低限の時間以上の時間であることを特徴とする請求項８又は９に記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記抽出手段は、前記所定範囲内の周波数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２又は３又は５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、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分の目標値と前記モータの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とを生成して出力する位相制御手段と、
前記第１の電圧を生成する第２生成手段と、
前記検出手段によって検出された電流から所定の周波数帯の信号を低減するローパスフィルタと、
前記位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて、前記ローパスフィルタによる処理が適用された前記第１の電流の静止座標系における電流値を前記回転座標系における電流値へと変換する変換手段と、
を有し、
前記所定の周波数帯には、前記第１の電圧に対応する電流の周波数は含まれず、前記第２の電圧に対応する電流の周波数が含まれ、
前記第２生成手段は、前記位相制御手段から出力された前記トルク電流成分の目標値と前記変換手段によって変換されたトルク電流成分の値との偏差及び前記位相制御手段から出力された前記励磁電流成分の目標値と前記変換手段によって変換された励磁電流成分の値との偏差が小さくなるように前記第１の電圧の前記回転座標系における電圧を生成し、
更に、前記制御手段は、前記位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて、前記第２生成手段によって生成された前記第１の電圧の前記回転座標系における電圧を前記静止座標系における電圧に逆変換する逆変換手段を有し、
前記供給手段は、前記逆変換手段によって逆変換された電圧に対応する前記第１の電流を前記モータの巻線に供給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２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】
前記制御手段は、
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前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分の目標値と前記モータの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とを生成して出力する速度制御手段と、
前記第１の電圧を生成する第２生成手段と、
前記検出手段によって検出された電流から所定の周波数帯の信号を低減するローパスフィルタと、
前記位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて、前記ローパスフィルタによる処理が適用された前記第１の電流の静止座標系における電流値を前記回転座標系における電流値へと変換する変換手段と、
を有し、
前記所定の周波数帯には、前記第１の電圧に対応する電流の周波数は含まれず、前記第２の電圧に対応する電流の周波数が含まれ、
前記第２生成手段は、前記速度制御手段から出力された前記トルク電流成分の目標値と前記変換手段によって変換されたトルク電流成分の値との偏差及び前記速度制御手段から出力された前記励磁電流成分の目標値と前記変換手段によって変換された励磁電流成分の値との偏差が小さくなるように前記第１の電圧の前記回転座標系における電圧を生成し、
更に、前記制御手段は、前記位相決定手段によって決定された回転位相に基づいて、前記第２生成手段によって生成された前記第１の電圧の前記回転座標系における電圧を前記静止座標系における電圧に逆変換する逆変換手段を有し、
前記供給手段は、前記逆変換手段によって逆変換された電圧に対応する前記第１の電流を前記モータの巻線に供給することを特徴とする請求項４又は請求項４を引用する請求項５乃至１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
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１３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１５】
請求項１４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１６】
請求項１５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１７】
請求項１４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１８】
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１３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。
【請求項１９】
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１８に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを制御するモータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置に関する。
【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、モータの巻線に供給される駆動電流は、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）とによって表される。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。回転子の回転位相を決定する構成として、巻線のインダクタンスが回転子の回転位相に応じて変化する特性を用いることによって回転子の回転位相を決定する構成が知られている。具体的には、巻線のインダクタンスを決定し、決定されたインダクタンスに基づいて回転子の回転位相を決定する構成が知られている。以下に、巻線のインダクタンスを決定する方法について説明する。
【０００５】
巻線のインダクタンスは、以下の式（１）によって表される。
【０００６】
【数１】
2018174672.tif 000003
【０００７】
ここで、ＶαはＡ相の巻線に印加される電圧、ＶβはＢ相の巻線に印加される電圧、ｉαはＡ相の巻線に流れる電流、ｉβはＢ相の巻線に流れる電流、Ｒは巻線の抵抗値である。また、ＬαはＡ相の巻線の自己インダクタンス、ＬβはＢ相の巻線の自己インダクタンス、ＭαβはＡ相の巻線及びＢ相の巻線の相互インダクタンスである。更に、ωは回転子の回転速度、Ｋｑはモータの逆起電圧係数、θは回転子の回転位相である。
【０００８】
巻線のインダクタンスを決定する際には、モータを駆動する駆動電圧に当該駆動電圧の周波数よりも周波数が高い電圧（高周波電圧）が重畳された電圧がモータの巻線に印加される。この結果、モータの巻線には、駆動電圧に対応する駆動電流と高周波電圧に対応する高周波電流とが流れる。高周波電流が巻線に流れる場合は、式（１）における抵抗値Ｒの項及び逆起電圧の項が自己インダクタンスＬα、Ｌβ及び相互インダクタンスＭαβの項に比べて非常に小さくなるため、抵抗値Ｒの項と逆起電圧の項とを０に近似する（無視する）ことができる。この結果、式（１）は以下の式（２）にように表される。
【０００９】
【数２】
2018174672.tif 000004
【００１０】
ここで、ＶαｈはＡ相の巻線に印加される高周波電圧、ＶβｈはＢ相の巻線に印加される高周波電圧、ｉαｈはＡ相の巻線に流れる高周波電流、ｉβｈはＢ相の巻線に流れる高周波電流である。
【００１１】
巻線のインダクタンスは、式（２）に基づいて決定される。そして、決定されたインダクタンスに基づいて回転子の回転位相が決定される。
【００１２】
高周波電圧が巻線に印加される際には、当該高周波電圧に起因する騒音が発生する。発生する騒音の大きさは、高周波電圧の周波数が高くなるほど大きくなる。特許文献１では、巻線に印加される高周波電圧の周波数を駆動電圧の周波数に応じて調整する構成が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−１２４８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
式（１）における自己インダクタンスＬα、Ｌβ及び相互インダクタンスＭαβの項と抵抗値Ｒの項及び逆起電圧の項との差は、巻線に印加される高周波電圧の周波数が低いほど小さくなる。そのため、巻線に印加される高周波電圧の周波数が低いほど、抵抗値Ｒの項と逆起電圧の項とを無視することに起因して実際のインダクタンスと決定されたインダクタンスとに生じる誤差が大きくなってしまう。この結果、実際の回転位相と決定された回転位相とに生じる誤差が大きくなってしまう。
【００１５】
上記課題に鑑み、本発明は、モータの回転子の回転速度に基づいて生成される第２の電圧の周波数に拘わらず、モータの回転子の回転位相を高精度に決定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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、
前記モータの回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相を補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように、前記モータの巻線に印加すべき第１の電圧を生成する制御手段と、
前記制御手段によって生成された前記第１の電圧よりも周波数が高い第２の電圧を、前記回転子の回転速度に基づいて生成する高周波生成手段と、
前記制御手段によって生成された前記第１の電圧に対応する電流及び前記高周波生成手段によって生成された前記第２の電圧に対応する電流を前記巻線に供給する供給手段と、
前記供給手段によって供給された電流を検出する検出手段と、
を有し、
前記位相決定手段は、前記第２の電圧と前記検出手段によって検出された前記第２の電圧に対応する電流とに基づいて前記回転子の回転位相を決定し、
前記補正手段は、前記位相決定手段によって決定された回転位相を前記第２の電圧の周波数に基づいて補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、位相決定手段によって決定された回転位相を第２の電圧の周波数に基づいて補正することによって、モータの回転子の回転位相を第２の電圧の周波数に拘わらず高精度に決定することができる。この結果、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】
【００１８】
【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】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】自己インダクタンスＬαと相互インダクタンスＭαβの関係を示す図である。
【図７】回転子の回転速度と駆動電圧に重畳する高周波電圧の周波数との関係を示す図である。
【図８】回転子が所定の回転速度で回転している場合における、実際の回転位相と決定された回転位相との誤差及び騒音の大きさと高周波電圧の周波数との関係を示す図である。
【図９】高周波電圧の周波数と回転位相を補正する補正値との関係を示すテーブルである。
【図１０】補正が行われた場合における誤差及び補正が行われていない場合における誤差と回転子の回転速度との関係を示す図である。
【図１１】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１２】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】
【００１９】
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。
【００２０】
〔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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【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、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。
【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】
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。
【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。この転写の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。
【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。
【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。
【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】
［ベクトル制御］
次に、本実施形態におけるモータ制御装置について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置は、ベクトル制御を用いてモータを制御する。
【００４１】
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、ベクトル制御を行う回路として、位相制御器５０２、電流制御器５０３、座標逆変換器５０５、座標変換器５１１、モータの巻線に駆動電流を供給するＰＷＭインバータ５０６等を有する。座標変換器５１１は、モータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルを、α軸及びβ軸で表される静止座標系からｑ軸及びｄ軸で表される回転座標系に座標変換する。この結果、巻線に流れる駆動電流は、回転座標系における電流値であるｑ軸成分の電流値（ｑ軸電流）とｄ軸成分の電流値（ｄ軸電流）とによって表される。なお、ｑ軸電流は、モータ５０９の回転子４０２にトルクを発生させるトルク電流に相当する。また、ｄ軸電流は、モータ５０９の巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流に相当し、回転子４０２のトルクの発生には寄与しない。モータ制御装置１５７は、ｑ軸電流及びｄ軸電流をそれぞれ独立に制御することができる。この結果、モータ制御装置１５７は、回転子４０２にかかる負荷トルクに応じてｑ軸電流を制御することによって、回転子４０２が回転するために必要なトルクを効率的に発生させることができる。
【００４６】
モータ制御装置１５７は、モータ５０９の回転子４０２の回転位相θを後述する方法により決定し、その決定結果に基づいてベクトル制御を行う。ＣＰＵ１５１ａは、モータ５０９の回転子４０２の目標位相を表す指令位相θ＿ｒｅｆを生成し、所定の時間周期で指令位相θ＿ｒｅｆをモータ制御装置１５７へ出力する。
【００４７】
減算器１０１は、位相補正器５１４ｄから出力された、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。なお、位相補正器５１４ｄについては後述する。
【００４８】
位相制御器５０２は、比例制御（Ｐ）、積分制御（Ｉ）、微分制御（Ｄ）に基づいて、減算器１０１から出力された偏差が小さくなるように、ｑ軸電流指令値（目標値）ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値（目標値）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から出力された偏差が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。
【００４９】
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、後述するように、これらの電流値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の高い高周波電流の電流値とが含まれる。
【００５０】
電流値ｉα及びｉβは、ローパスフィルタ５１７、高周波抽出器５１４ａ及び極性判定器５１５に入力される。
【００５１】
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ものとする。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、前記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ものとする。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ものとする。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デジタルフィルタであれば良い。
【００５２】
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座標変換器５１１に出力する。
【００５３】
座標変換器５１１は、ローパスフィルタ５１７によって高周波電流が除去された、静止座標系における電流値ｉαＬ及びｉβＬ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＊ｉαＬ＋ｓｉｎθ＊ｉβＬ                            （３）
ｉｑ＝−ｓｉｎθ＊ｉαＬ＋ｃｏｓθ＊ｉβＬ                            （４）
【００５４】
減算器１０２には、位相制御器５０２から出力されたｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆと座標変換器５１１から出力された電流値ｉｑとが入力される。減算器１０２は、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆと電流値ｉｑとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。
【００５５】
また、減算器１０３には、位相制御器５０２から出力されたｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆと座標変換器５１１から出力された電流値ｉｄとが入力される。減算器１０３は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆと電流値ｉｄとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。
【００５６】
電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて、前記偏差がそれぞれ小さくなるように駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成する。具体的には、電流制御器５０３は、前記偏差がそれぞれ０になるように駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成して座標逆変換器５０５に出力する。即ち、電流制御器５０３は、生成手段として機能する。なお、本実施形態における電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、電流制御器５０３は、ＰＩ制御に基づいて駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成しても良い。
【００５７】
座標逆変換器５０５は、電流制御器５０３から出力された回転座標系における駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを、次式によって、静止座標系における駆動電圧ＶαＬ及びＶβＬに逆変換して出力する。
ＶαＬ＝ｃｏｓθ＊Ｖｄ−ｓｉｎθ＊Ｖｑ                              （５）
ＶβＬ＝ｓｉｎθ＊Ｖｄ＋ｃｏｓθ＊Ｖｑ                              （６）
【００５８】
加算器１０４には、座標逆変換器５０５から出力された駆動電圧ＶαＬと高周波生成器５１２ｂから出力された高周波電圧ＶαＨが入力される。加算器１０４は、駆動電圧ＶαＬと高周波電圧ＶαＨとを加算した電圧Ｖαを出力する。また、加算器１０５には、座標逆変換器５０５から出力された駆動電圧ＶβＬと高周波生成器５１２ｂから出力された高周波電圧ＶβＨが入力される。加算器１０５は、駆動電圧ＶβＬと高周波電圧ＶβＨとを加算した電圧Ｖβを出力する。なお、高周波生成器５１２ｂについては後述する。
【００５９】
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入力された電圧に基づく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。
【００６０】
＜回転位相を決定する構成＞
次に、回転位相θを決定する構成について説明する。本実施形態においては、巻線のインダクタンスが回転子の回転位相に応じて変化する特性を用いることによって回転子の回転位相θを決定する。具体的には、巻線のインダクタンスを決定し、決定されたインダクタンスに基づいて回転子の回転位相θを決定する。
【００６１】
｛インダクタンスを決定する方法｝
以下に、本実施形態におけるインダクタンスの決定方法について説明する。前述したように、巻線のインダクタンスは、以下の式（１）によって表される。
【００６２】
【数３】
2018174672.tif 000005
【００６３】
なお、式（１）については既に説明を行っているため、説明を省略する。
【００６４】
本実施形態においては、座標逆変換器５０５から出力される駆動電圧ＶαＬに高周波生成器５１２ｂから出力される高周波電圧ＶαＨが重畳された電圧ＶαがモータのＡ相の巻線に印加される。また、本実施形態においては、座標逆変換器５０５から出力される駆動電圧ＶβＬに高周波生成器５１２ｂから出力される高周波電圧ＶβＨが重畳された電圧ＶβがモータのＢ相の巻線に印加される。なお、高周波生成器５１２ｂから出力される高周波電圧の周波数は、座標逆変換器５０５から出力される駆動電圧の周波数よりも高いものとする。この結果、Ａ相の巻線には、駆動電圧ＶαＬに対応する駆動電流ｉαＬと高周波電圧ＶαＨに対応する高周波電流ｉαＨとを含む電流ｉαが流れる。また、Ｂ相の巻線には、駆動電圧ＶβＬに対応する駆動電流ｉβＬと高周波電圧ＶβＨに対応する高周波電流ｉβＨとを含む電流ｉβが流れる。
【００６５】
高周波電圧による高周波電流が巻線に流れる場合は、式（１）における抵抗値Ｒの項及び逆起電圧の項が自己インダクタンスＬα、Ｌβ及び相互インダクタンスＭαβの項に比べて非常に小さくなる。その結果、抵抗値Ｒの項と逆起電圧の項とを０に近似する（無視する）ことができ、式（１）は以下の式（２）にように表される。
【００６６】
【数４】
2018174672.tif 000006
【００６７】
そして、巻線のインダクタンスは、式（２）に基づいて、以下の式（７）のように表される。
【００６８】
【数５】
2018174672.tif 000007
【００６９】
本実施形態においては、式（７）に基づいて、巻線のインダクタンスが決定される。なお、本実施形態においては、インダクタンス決定器５１４ｂは、式（７）に基づく演算を行うことによってインダクタンスを決定したが、この限りではない。例えば、インダクタンス決定器５１４ｂは、ＲＯＭ１５１ｂ等に記憶されている、高周波電圧及び高周波電流とインダクタンスとの関係を示すテーブルを参照することによってインダクタンスを決定してもよい。
【００７０】
次に、図４を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置１５７が巻線のインダクタンスを決定する具体的な方法について説明する。
【００７１】
巻線のインダクタンスは、位相生成器５１４によって決定される。位相生成器５１４は、高周波抽出器５１４ａ、インダクタンス決定器５１４ｂ、位相決定器５１４ｃ及び位相補正器５１４ｄを有する。
【００７２】
高周波抽出器５１４ａには、加算器１０４から出力された電圧Ｖα、加算器１０５から出力された電圧Ｖβ、Ａ／Ｄ変換器５１０から出力された電流値ｉα及びｉβが入力される。電圧Ｖα及びＶβには駆動電圧と高周波電圧とが含まれる。また、電流値ｉα及びｉβには駆動電圧に対応する電流と高周波電圧に対応する電流とが含まれる。高周波抽出器５１４ａは、例えば、所定範囲内の周波数の信号を抽出する（所定範囲内の周波数以外の信号を低減する）バンドパスフィルタを有する。高周波抽出器５１４ａは、周波数設定器５１２ａが後述する方法により設定した周波数に基づいて、抽出する信号の周波数帯（所定範囲）を設定する。具体的には、高周波抽出器５１４ａは、周波数設定器５１２ａが後述する方法により設定した周波数が前記所定範囲内に含まれるように、抽出する信号の周波数帯（所定範囲）を設定する。この結果、高周波抽出器５１４ａは、電圧Ｖα及びＶβに含まれる高周波電圧ＶαＨ及びＶβＨ、電流値ｉα及びｉβに含まれる高周波電流ｉαＨ及びｉβＨを抽出することができる。高周波抽出器５１４ａは抽出した高周波電圧ＶαＨ及びＶβＨと高周波電流ｉαＨ及びｉβＨをインダクタンス決定器５１４ｂに出力する。なお、本実施形態においては、高周波抽出器５１４ａ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であっても良い。
【００７３】
インダクタンス決定器５１４ｂは、入力された高周波電圧ＶαＨ及びＶβＨと高周波電流ｉαＨ及びｉβＨとに基づいて、式（７）を用いてＡ相の巻線の自己インダクタンスＬα、相互インダクタンスＭαβを決定する。そして、インダクタンス決定器５１４ｂは、決定した自己インダクタンスＬα、相互インダクタンスＭαβを位相決定器５１４ｃに出力する。
【００７４】
以上のように、本実施形態においては、巻線に高周波電圧を印加することによって巻線のインダクタンスを決定する。巻線に高周波電圧を印加することによって、インダクタンスについての式が簡略化され、インダクタンスを決定する際の演算負荷を軽減することができる。
【００７５】
｛回転位相を決定する方法｝
次に、回転位相θを決定する方法について説明する。回転位相θは、位相決定器５１４ｃによって決定される。
【００７６】
図６は、回転位相θの１周期（０°≦θ≦３６０°）における自己インダクタンスＬαと相互インダクタンスＭαβとの関係を示す図である。図６に示すように、自己インダクタンスＬαと相互インダクタンスＭαβは回転位相θの２倍の位相である位相θ１の関数である。また、図６に示すように、自己インダクタンスＬαと相互インダクタンスＭαβとの位相差は９０度である。位相決定器５１４ｃは、以下の式（８）を用いることによって、位相θ１を決定することができる。
【００７７】
【数６】
2018174672.tif 000008
【００７８】
なお、本実施形態においては、位相決定器５１４ｃは、式（８）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、位相決定器５１４ｂは、ＲＯＭ１５１ｂ等に記憶されている、高周波電圧及び高周波電流とインダクタンス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。
【００７９】
図６に示すように、回転位相θの１周期において、式（８）を満たす位相θ１の値は２つあり、それら２つの位相差は３６０°である。即ち、式（８）に基づいて決定される位相θ１は次式（９）のように表される。なお、０°≦θ０≦３６０°とする。
θ１＝θ０，θ０＋３６０°                                （９）
【００８０】
前述したように、位相θ１は回転位相θの２倍の位相である。したがって、位相決定器５１４ｃは、回転位相θを以下の式（１０）によって決定する。
【００８１】
【数７】
2018174672.tif 000009
【００８２】
このように、式（９）に基づいて決定される回転位相θの値は２つあり、それら２つの位相差は１８０°である。これら２つの回転位相θは、回転位相θが示す方向が永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向と同じ方向である場合と、回転位相θが示す方向が永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向と逆方向である場合とを示している。回転位相θが示す方向が永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向と同じ方向であるか逆方向であるか（以下、極性と称する）が不明確であると、位相決定器５１４ｃは回転位相θを正確に決定できない。
【００８３】
そこで、本実施形態におけるモータ制御装置１５７には、極性を判定する構成として、判定電圧生成器５１３、極性判定器５１５、電圧切替器５１６が設けられている。以下に、モータ制御装置１５７が極性を判定する方法について説明する。なお、以下の説明においては、Ａ相の巻線を用いて極性判定を行うが、Ｂ相の巻線を用いても良い。
【００８４】
極性判定を行う場合、ＣＰＵ１５１ａは、判定電圧生成器５１３によって生成された電圧がＰＷＭインバータ５０６に入力されるように電圧切替器５１６を制御する。この結果、判定電圧生成器５１３によって生成された電圧がＰＷＭインバータ５０６に入力される。
【００８５】
判定電圧生成器５１３は、正の電圧である判定電圧Ｖα０を生成し、判定電圧Ｖα０に対応する電流ｉα０がＡ相の巻線に所定時間Ｔ１流れるように判定電圧Ｖα０を出力する。
【００８６】
ＰＷＭインバータ５０６は、判定電圧Ｖα０に応じて、Ａ相の巻線に判定電圧Ｖα０に対応する電流ｉα０を供給する。なお、所定時間Ｔ１はＡ相の巻線に電流ｉα０が流れるために必要最低限の時間以上の時間とする。
【００８７】
Ａ／Ｄ変換器５１０は、電流検出器５０７によって検出された電流ｉα０をアナログ値からデジタル値へと変換して出力する。
【００８８】
判定電圧生成器５１３が判定電圧Ｖα０を出力してから所定時間Ｔ２後に、判定電圧生成器５１３は、判定電圧Ｖα０´を生成し、判定電圧Ｖα０´に対応する電流ｉα０´がＡ相の巻線に所定時間Ｔ１流れるように、判定電圧Ｖα０´を出力する。なお、判定電圧Ｖα０´は判定電圧Ｖα０と同じ大きさの電圧であって判定電圧Ｖα０とは逆極性の電圧であるものとする。
【００８９】
ＰＷＭインバータ５０６は、判定電圧Ｖα０´に応じて、Ａ相の巻線に判定電圧Ｖα０´に対応する電流ｉα０´を供給する。なお、所定時間Ｔ２は、判定電圧生成器５１３が判定電圧Ｖα０を出力してから、判定電圧Ｖα０に起因してＡ相の巻線に流れる電流ｉα０が０になるまでに必要最低限の時間以上の時間である。
【００９０】
Ａ／Ｄ変換器５１０は、電流検出器５０７によって検出された電流ｉα０´をアナログ値からデジタル値へと変換して出力する。
【００９１】
永久磁石の磁極によって作られる磁束が巻線を貫く方向と巻線に流れる電流に起因して発生する磁束の方向とが同じ方向である場合、電流は巻線に流れやすくなる。また、永久磁石の磁極によって作られる磁束が巻線を貫く方向と巻線に流れる電流に起因して発生する磁束の方向とが逆方向である場合、電流は巻線に流れにくくなる。
【００９２】
したがって、極性判定器５１５は、電流ｉα０の最大値と電流ｉα０´の最大値とを比較することによって、位相θ１の極性を判定することができる。
【００９３】
具体的には、電流ｉα０の最大値が電流ｉα０´の最大値よりも大きい場合、極性判定器５１５は信号‘０’を位相決定器５１４ｃに出力する。
【００９４】
また、電流ｉα０´の最大値が電流ｉα０の最大値よりも大きい場合は、極性判定器５１５は信号‘１’を位相決定器５１４ｃに出力する。
【００９５】
位相決定器５１４ｃは、式（１０）を用いて決定した位相θ１と極性判定器５１５から出力された判定信号とに基づいて、回転子の回転位相θを決定する。具体的には、位相決定器５１４ｃは、以下の式（１１）を用いて回転子の回転位相θを決定する。
【００９６】
【数８】
2018174672.tif 000010
【００９７】
前述の如くして得られた回転子４０２の回転位相θは、位相補正器５１４ｄに入力される。なお、前述した極性の判定方法は、一例であって、これに限定されるものではない。
【００９８】
位相補正器５１４ｄは、後述する方法により回転位相θを補正し、補正後の回転位相θ´を減算器１０１、座標逆変換器５０５及び座標変換器５１１に出力する。
【００９９】
モータ制御装置１５７は、上述の制御を繰り返し行う。
【０１００】
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。
【０１０１】
［回転位相θの補正］
＜高周波電圧の周波数を設定する方法＞
前述のように、本実施形態においては、巻線に高周波電圧を印加することによって巻線のインダクタンスを決定し、決定されたインダクタンスに基づいて回転位相θが決定される。以下に、巻線に印加される高周波電圧の周波数を設定する方法について説明する。
【０１０２】
図４に示すように、モータ制御装置１５７は、駆動電圧に高周波電圧を重畳する構成として、高周波重畳器５１２を有する。高周波重畳器５１２は、周波数設定器５１２ａ、高周波生成器５１２ｂ、加算器１０４，１０５を有する。巻線に印加される高周波電圧の周波数は周波数設定器５１２ａによって設定される。
【０１０３】
巻線に印加される高周波電圧の周波数が低いほど、高周波電圧の周波数と駆動電圧の周波数との差が小さくなる。この結果、高周波抽出器５１４ａが抽出する信号の周波数帯（所定範囲）に駆動電圧の周波数が含まれてしまう可能性がある。その結果、高周波抽出器５１４ａが抽出する信号に駆動電圧の信号が含まれてしまい、実際のインダクタンスと決定されたインダクタンスとに誤差が生じてしまう可能性がある。
【０１０４】
また、高周波電圧が巻線に印加されると高周波に起因する騒音が発生する。高周波に起因する騒音は、巻線に印加される高周波電圧の周波数が高いほど大きくなる。
【０１０５】
そこで、本実施形態においては、周波数設定器５１２ａは、駆動電圧の周波数と高周波電圧の周波数との差が所定値となるように高周波電圧の周波数を設定する。即ち、周波数設定器５１２ａは、高周波電圧の周波数が駆動電圧の周波数よりも所定値高くなるように高周波電圧の周波数を設定する。なお、前記所定値は、高周波抽出器５１４ａが抽出する信号に駆動電圧の信号が含まれないように設定される。但し、前記所定値が大きすぎると、即ち、高周波電圧の周波数が高すぎると、高周波に起因する騒音が大きくなるため、前記所定値は可能な限り小さい値に設定されることが好ましい。
【０１０６】
駆動電圧の周波数は回転子の回転速度に応じて異なる。具体的には、例えば、回転子の目標速度に対応する回転速度が大きくなると駆動電圧の周波数は高くなる。したがって、周波数設定器５１２ａは、回転子の回転速度に応じて変化する駆動電圧の周波数と高周波電圧の周波数との差が所定値となるように、高周波電圧の周波数を回転子の目標速度に対応する回転速度に応じて設定する。
【０１０７】
図４に示すように、ＣＰＵ１５１ａは、指令位相θ＿ｒｅｆに基づいて、回転子の目標速度に対応する回転速度ω＿ｒｅｆ´を生成して周波数設定器５１２ａに出力する。なお、回転速度ω＿ｒｅｆ´の生成には、以下の式（１２）が用いられるものとする。
ω＝ｄθ／ｄｔ                                                    （１２）
【０１０８】
図７は、回転速度ω＿ｒｅｆ´と駆動電圧に重畳する高周波電圧の周波数との関係を示すテーブルである。なお、図７は実験によって得られたものである。
【０１０９】
周波数設定器５１２ａは、前記テーブルが記憶されたメモリ５１２ｃを有する。周波数設定器５１２ａは、ＣＰＵ１５１ａから出力された回転速度ω＿ｒｅｆ´とメモリ５１２ｃに予め記憶されたテーブルとに基づいて高周波電圧の周波数を決定して高周波生成器５１２ｂと高周波抽出器５１４ａに出力する。
【０１１０】
高周波生成器５１２ｂは、周波数設定器５１２ａから出力された周波数の情報に基づいて、高周波電圧ＶαＨ及びＶβＨを生成して出力する。なお、高周波電圧ＶαＨ及びＶβＨの振幅は、インダクタンスを精度よく決定するために最低限必要とされる大きさ以上に設定される。但し、高周波電圧ＶαＨ及びＶβＨの振幅が大きすぎるとモータの制御が不安定になったり騒音が大きくなったりする可能性がある。したがって、高周波電圧ＶαＨ及びＶβＨの振幅は、インダクタンスを精度よく決定するために必要とされる大きさであって且つ可能な限り小さい値に設定される。この結果、高周波電圧に起因する騒音を可能な限り低減することができる。
【０１１１】
加算器１０４、１０５は、前述したように、座標逆変換器５０５から出力された駆動電圧と高周波生成器５１２ｂから出力された高周波電圧とを加算して出力する。
【０１１２】
以上のように、本実施形態においては、回転子の指令速度の代わりとなる回転速度ω＿ｒｅｆ´とメモリ５１２ｃに記憶されたテーブルとに基づいて、高周波電圧の周波数が設定される。この結果、高周波抽出器５１４ａが抽出する信号に駆動電圧の信号が含まれてしまうことに起因する誤差が増大してしまうことを抑制することができる。また、高周波に起因する騒音が大きくなることを可能な限り抑制することができる。
【０１１３】
＜位相補正器＞
図８は、回転子が所定の回転速度で回転している場合における、騒音の大きさと高周波電圧の周波数との関係及び実際の回転位相と決定された回転位相との誤差と高周波電圧の周波数との関係を示す図である。なお、図８は実験によって得られたものである。
【０１１４】
図８に示すように、高周波電圧の周波数をできるだけ低い周波数に設定することによって、騒音の大きさを低減することができる。一方、高周波電圧の周波数が低いほど、所定の回転速度における誤差は大きくなる。これは、高周波電圧の周波数が低いほど、式（１）におけるインダクタンスの項と抵抗値の項及び逆起電圧の項との差が小さくなり、決定されるインダクタンスに対する抵抗値Ｒ及び逆起電圧の影響がより大きくなるからである。
【０１１５】
そこで、本実施形態におけるモータ制御装置１５７には、回転子の回転位相θを補正する構成として位相補正器５１４ｄが設けられている。
【０１１６】
図４に示すように、位相補正器５１４ｄには、周波数設定器５１２ａから出力された、高周波電圧の周波数の情報が入力される。
【０１１７】
図９は、高周波電圧の周波数と回転位相を補正する補正値との関係を示すテーブルである。なお、図９は実験に基づいて得られたものである。
【０１１８】
位相補正器５１４ｄは、図９に示すテーブルが記憶されているメモリ５１５ｅを有する。位相補正器５１４ｄは、周波数設定器５１２ａから出力された、高周波電圧の周波数の情報とメモリ５１５ｅ記憶されているテーブルとに基づいて、位相決定器５１４ｃから出力された回転位相θを補正する。
【０１１９】
位相補正器５１４ｄは、補正後の回転位相θ´を減算器１０１、座標逆変換器５０５及び座標変換器５１１に出力する。
【０１２０】
図１０は、回転位相の補正が行われた場合における誤差及び回転位相の補正が行われていない場合における誤差と回転子の回転速度との関係を示す図である。なお、図１０は実験に基づいて得られたものである。
【０１２１】
図１０に示すように、位相補正器５１４ｄによる補正が行われることによって、補正が行われていない場合に比べて誤差が小さくなっている。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
次に、Ｓ１００２において、電圧切替器５１６は、極性判定器５１５による回転子の極性判定が行われるように、ＣＰＵ１５１ａによって制御される。具体的には、電圧切替器５１６は、判定電圧生成器５１３によって生成された電圧がＰＷＭインバータ５０６に入力されるようにＣＰＵ１５１ａによって制御される。この結果、判定電圧生成器５１３によって生成された判定電圧がＰＷＭインバータ５０６に入力され、ＰＷＭインバータ５０６は、前述した方法で電流ｉα０及び電流ｉα０´をモータの巻線に供給する。
【０１２５】
その後、Ｓ１００３において、極性判定器５１５は、電流検出器５０７によって検出された電流ｉα０の最大値と電流ｉα０´の最大値とを比較することによって、永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向を判定する。
【０１２６】
そして、Ｓ１００４において、電圧切替器５１６は、モータ制御装置１５７によるベクトル制御が行われるように、ＣＰＵ１５１ａによって制御される。具体的には、電圧切替器５１６は、加算器１０４及び加算器１０５から出力された電圧がＰＷＭインバータ５０６に入力されるようにＣＰＵ１５１ａによって制御される。この結果、モータ制御装置１５７によるベクトル制御が行われる。
【０１２７】
Ｓ１００５において、インダクタンス決定器５１４ｂは、自己インダクタンスＬα及び相互インダクタンスＭαβを決定する。
【０１２８】
そして、Ｓ１００６において、位相決定器５１４ｃは、Ｓ１００３において判定された極性とＳ１００６において決定された自己インダクタンスＬα及び相互インダクタンスＭαβとに基づいて、回転位相θを決定する。
【０１２９】
その後、Ｓ１００７において、位相補正器５１４ｄは、位相決定器５１４ｃによって決定された回転位相θを前述した方法で補正する。
【０１３０】
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。
【０１３１】
以上のように、本実施形態においては、駆動電圧にモータの回転子を決定するための高周波電圧を加算した電圧がモータの巻線に印加されることによって、回転子の回転位相θが決定される。具体的には、インダクタンス決定器５１４ｂが式（２）に基づいて自己インダクタンスＬα及び相互インダクタンスＭαβを決定する。このように、巻線に高周波電圧を印加することによって、インダクタンスについての式が簡略化され、インダクタンスを決定する際の演算負荷を軽減することができる。そして、位相決定器５１４ｃは自己インダクタンスＬα及び相互インダクタンスＭαβと極性判定器５１５による極性判定の結果とに基づいて回転位相θを決定する。
【０１３２】
また、高周波電圧の周波数は、駆動電圧の周波数と高周波電圧の周波数との差が所定値となるように、回転子の指令速度の代わりとなる回転速度ω＿ｒｅｆ´に応じて設定される。この結果、高周波抽出器５１４ａが抽出する信号に駆動電圧の信号が含まれてしまうことに起因する誤差が増大してしまうことを抑制することができる。また、高周波に起因する騒音が大きくなることを可能な限り抑制することができる。更に、位相補正器５１４ｄは、高周波電圧の周波数に対応する補正値を用いて、位相決定器５１４ｃによって決定された回転位相θを補正する。この結果、モータの回転子の回転位相を高周波電圧の周波数に拘わらず高精度に決定することができ、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。
【０１３３】
このような構成を用いることによって、高周波に起因して発生する騒音を抑制することができる。また、このような構成を用いることによって、回転位相θを決定するために巻線に印加される高周波電圧の周波数を可能な限り低くすることに起因して回転位相θに発生する誤差を低減することができ、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。
【０１３４】
なお、本実施形態においては、モータの駆動が開始された直後に極性判定が行われたが、この限りではなく、例えば、ベクトル制御が行われる毎に極性判定が行われても良い。
【０１３５】
また、本実施形態においては、位相決定器５１４ｃは、自己インダクタンスＬα及び相互インダクタンスＭαβに基づいて回転位相θを決定したが、この限りではない。例えば、位相決定器５１４ｃは、自己インダクタンスＬβと相互インダクタンスＭαβとに基づいて回転位相θを決定したり、自己インダクタンスＬαと自己インダクタンスＬβとに基づいて回転位相θを決定したりしても良い。
【０１３６】
また、本実施形態においては、回転子の指令速度の代わりとなる回転速度ω＿ｒｅｆ´に基づいて高周波電圧の周波数が設定されたが、これに限定されるものではない。例えば、ＣＰＵ１５１ａが位相補正器５１４ｄによって補正された回転位相θ´の時間変化に基づいて回転子の回転速度ωを決定し、決定された回転速度ωに基づいて高周波電圧の周波数が設定されても良い。なお、速度の決定には、式（１２）が用いられるものとする。
【０１３７】
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。
【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１２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、式（１２）が用いられるものとする。
【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及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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】
【０１４２】
１５７  モータ制御装置
５０２  位相制御器
５０６  ＰＷＭインバータ
５０７、５０８  電流検出器
５０９  ステッピングモータ
５１２ａ  高周波設定器
５１２ｂ  高周波生成器
５１４ａ  高周波抽出器
５１４ｂ  インダクタンス決定器
５１４ｃ  位相決定器
５１４ｄ  位相補正器
【図１】
2018174672.tif 000011
【図２】
2018174672.tif 000012
【図３】
2018174672.tif 000013
【図４】
2018174672.tif 000014
【図５】
2018174672.tif 000015
【図６】
2018174672.tif 000016
【図７】
2018174672.tif 000017
【図８】
2018174672.tif 000018
【図９】
2018174672.tif 000019
【図１０】
2018174672.tif 000020
【図１１】
2018174672.tif 000021
【図１２】
2018174672.tif 000022