(57)【要約】【課題】相電流の大きさにかかわらず、高分解能な電流検出を行うモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置１５７は、ステッピングモータ５０９の各相に駆動電流を供給するＰＷＭインバータ５０６と、ステッピングモータ５０９の電流の検出値を所定の増幅度で増幅する電流検出部５０７と、増幅された検出値をデジタル変換してステッピングモータ５０９の電流を表す電流値を生成するＡＤ変換器５１０と、電流値と電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆとの差に応じて、ステッピングモータ５０９の電流が電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆになるように制御する位相制御部５０２と、を備える。電流検出部５０７は、複数の増幅度が設定可能である。電流増幅度調整部５１７は、電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆに応じて電流検出部５０７の増幅度を設定する。【選択図】図４
2018182789.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と前記指令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とに基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記トルク電流成分の目標値が所定値より小さい場合の前記増幅度が、前記トルク電流成分の目標値が前記所定値より大きい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動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、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
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とに基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記トルク電流成分の目標値が所定値より小さい場合の前記増幅度が、前記トルク電流成分の目標値が前記所定値より大きい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動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】
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と前記指令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とに基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記検出手段によって増幅された検出値の前記トルク電流成分の値が第２所定値より大きい場合の前記増幅度が、前記検出手段によって増幅された検出値の前記トルク電流成分の値が前記第２所定値より小さい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動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とに基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記検出手段によって増幅された検出値の前記トルク電流成分の値が第２所定値より大きい場合の前記増幅度が、前記検出手段によって増幅された検出値の前記トルク電流成分の値が前記第２所定値より小さい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動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５】
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流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記偏差が第３所定値より大きい場合の前記増幅度が、前記偏差が前記第３所定値より小さい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動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６】
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、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
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流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記偏差が第３所定値より大きい場合の前記増幅度が、前記偏差が前記第３所定値より小さい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動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７】
前記所定値は、前記所定値に対応する駆動電流の検出値が最大増幅度で増幅された値が、前記変換手段の入力可能範囲の最大値になるように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８】
前記第２所定値は、前記第２所定値に対応する駆動電流の検出値が最大増幅度で増幅された値が、前記変換手段の入力可能範囲の最大値になるように設定されることを特徴とする、
請求項３又は４に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記第３所定値は、前記第３所定値に基づいて前記巻線に供給された駆動電流の検出値が最大増幅度で増幅された値が、前記変換手段の入力可能範囲の最大値になるように設定されることを特徴とする、
請求項５又は６に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記検出手段によって増幅された前記検出値に基づいて前記巻線に誘起される誘起電圧の値を決定する誘起電圧決定手段を備え、
前記位相決定手段は、前記誘起電圧決定手段によって決定された前記誘起電圧の値に基づいて前記回転位相を決定することを特徴とする、
請求項１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】
前記検出手段は、前記検出値を増幅するための増幅手段を備えており、前記増幅手段の増幅度が可変になっていることを特徴とする、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記増幅手段は、
オペアンプと、
前記オペアンプの出力側から入力側への帰還量が可変となっている帰還抵抗と
を有し、
前記増幅度は前記帰還量が制御されることによって設定され、
前記帰還量は、前記帰還抵抗の抵抗値が変更されることによって制御されることを特徴とする、
請求項１１記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記増幅手段は、入力インピーダンスが可変となっているオペアンプを有し、
前記増幅度は、前記入力インピーダンスが制御されることによって設定される、
請求項１１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、原稿給送装置、原稿読取装置、及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置において記録材等のシートを搬送する搬送ローラの駆動源として、ステッピングモータが用いられることが多い。ステッピングモータの制御においては、回転子の回転速度や回転位相を検出するためのセンサ等の検出装置を用いることなく、回転子の回転速度や回転位相を制御することができる。具体的には、モータ制御装置から入力されるパルス信号の周期が制御されることによって、回転子の回転速度が制御される。また、モータ制御装置から入力されるパルス信号のパルス数が制御されることによって、回転子の回転位相が制御される。
【０００３】
ステッピングモータは、回転子にかかる負荷トルクが出力可能なトルクを超えた場合、モータ制御装置から入力されるパルス信号に同期しない制御不能な状態（脱調状態）になる。脱調を回避するためには、回転子が回転するために必要となる負荷トルクが巻線に供給された駆動電流に対応する出力トルクを超えないように、ステッピングモータの巻線に供給する駆動電流に余裕を持たせる必要がある。即ち、回転子が回転するために必要となる負荷トルクに所定のマージンを加えたトルクに対応する駆動電流が巻線に供給される必要がある。しかしながら、ステッピングモータの巻線に供給する駆動電流に余裕を持たせることで、消費電力が増大したり、余剰トルクに起因してモータの振動や騒音が起こったりする。
【０００４】
これらの問題を解決する方法として、ベクトル制御と称されるモータの制御方法が知られている。ベクトル制御では、回転子の磁束方向をｄ軸、これに直交する方向をｑ軸と定義した回転座標系が用いられる。具体的には、ベクトル制御では、巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルの、回転座標系における電流成分であって、回転子にトルクを発生させるｑ軸成分（トルク電流成分）と巻線を貫く磁束の強度に影響するｄ軸成分（励磁電流成分）とが用いられる。ベクトル制御を用いると、トルク電流成分と励磁電流成分とを独立に制御することができるため、回転子にかかる負荷トルクに応じてトルク電流成分を制御することによって、回転子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。
【０００５】
ベクトル制御においては、回転子の回転位相を検出する構成が必要となる。特許文献１では、モータの巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した駆動電流に基づいて、回転子の回転によってモータの巻線に誘起される誘起電圧を推定し、当該誘起電圧に基づいて回転子の回転位相を推定する構成が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２１３２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
検出された駆動電流（相電流）の信号は、増幅器によって増幅された後、ＡＤ変換器によってアナログ値からデジタル値に変換され、当該デジタル値がモータの制御に用いられる。このように、検出された信号を増幅してＡＤ変換器に入力することで、ＡＤ変換器の分解能（デジタル値／単位電流）を最大限に高めることが可能となる。なお、増幅器の増幅度は、モータ駆動中に想定される最大の相電流が、ＡＤ変換器の入力電圧範囲に収まるように設定される。
【０００８】
前述したように、ベクトル制御においては、回転子にかかる負荷トルクの大きさに応じて巻線に流れる相電流が変化する。したがって、モータ駆動中に想定される最大の相電流に合わせて増幅器の増幅度が設定されると、相電流が小さい場合に、ＡＤ変換器に入力される信号が小さくなる可能性がある。この結果、電流検出のための分解能が悪化し、回転位相の推定精度が悪化してしまう可能性がある。その結果、モータの制御が不安定になってしまう可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、相電流の大きさにかかわらず、高分解能な電流検出を行うモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のモータ制御装置は、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と前記指令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とに基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、を備え、前記増幅度は、前記トルク電流成分の目標値が所定値より小さい場合の前記増幅度が、前記トルク電流成分の目標値が前記所定値より大きい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、検出手段の増幅度をトルク電流成分の目標値に基づいて設定するため、駆動電流の大きさに拘わらず高分解能な電流検出を行うことができる。この結果、モータの制御が不安定になってしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】画像形成装置の構成を示す断面図。
【図２】画像形成装置のシステム構成図。
【図３】モータの模式図。
【図４】モータ制御装置の構成図。
【図５】ＰＷＭインバータ及び電流検出部の説明図。
【図６】（ａ）、（ｂ）はＰＷＭ方式の駆動電流制御の動作原理の説明図。
【図７】ＡＤ変換器の分解能の検出精度への影響の説明図。
【図８】アナログスイッチをＯＮ、ＯＦＦするタイミングの説明図。
【図９】ステッピングモータの駆動制御処理を表すフローチャート。
【図１０】電流検出部の増幅度を変更する仕組みの例示図。
【図１１】速度フィードバック制御を行うモータ制御装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
［画像形成装置］
図１は、原稿や記録材等のシートを搬送するシート搬送装置を有する画像形成装置の構成を説明する断面図である。画像形成装置は、原稿給送装置としての原稿自動搬送装置２０１、画像読取装置２０２、及び画像印刷装置３０１を備える。モータ制御装置は、例えば、画像印刷装置３０１内に備えられる。原稿自動搬送装置２０１は、原稿を画像読取装置２０２の読取位置へ搬送する。画像読取装置２０２は、原稿画像を読み取って該原稿画像を表す画像データを生成する。画像読取装置２０２は、生成した画像データを画像印刷装置３０１へ送信する。画像印刷装置３０１は、画像読取装置２０２から取得した画像データに応じた画像をシートに形成する。なお、原稿自動搬送装置２０１及び画像読取装置２０２は、原稿読取装置として機能する。
【００１５】
原稿自動搬送装置２０１は、原稿が積載される原稿積載部である原稿トレイ２０３、給紙ローラ２０４、搬送パス２０６、搬送ベルト２０８、及び排紙ローラ２０５を備える。給紙ローラ２０４は、原稿トレイ２０３に積載された原稿を１枚ずつ搬送パス２０６に給紙する。給紙された原稿は、搬送パス２０６に沿って画像読取装置２０２の読取位置に搬送される。画像が読み取られた原稿は、搬送ベルト２０８によって読取位置から一定速度で搬送され、排紙ローラ２０５により原稿自動搬送装置２０１の外部へ排出される。
【００１６】
画像読取装置２０２は、照明系２０９、反射ミラー２１０、２１１、２１２からなる光学系、画像読取部１０１、画像処理部１１２、及び原稿ガラス台２１４を備える。照明系２０９は、読取位置に搬送されてきた原稿に光を照射する。読取位置は、例えば原稿ガラス台２１４である。原稿から反射した反射光は、光学系により画像読取部１０１に導かれる。
【００１７】
画像読取部１０１は、レンズ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の光電変換素子、及び光源変換素子の駆動部を備える。画像読取部１０１は、レンズにより反射光を光電変換素子の受光面に結像させる。光電変換素子は、受光した反射光を光電変換してアナログの画像信号を生成する。画像信号は画像処理部１１２に入力される。画像処理部１１２は、取得した画像信号に対してアナログ画像処理及びＡＤ変換を行い、デジタルの画像データを生成する。画像処理部１１２は、生成した画像データを画像印刷装置３０１に入力する。この画像データは、原稿画像を表すデータである。
【００１８】
画像読取装置２０２は、原稿を、第１読取モード及び第２読取モードの２つの読取モードで読み取ることができる。第１読取モードは、照明系２０９及び光学系の位置を固定した状態で行われる。このモードでは、原稿自動搬送装置２０１は、原稿を一定速度で搬送する。画像読取装置２０２は、一定速度で搬送される原稿から原稿画像を読み取る。第２読取モードでは、原稿が画像読取装置２０２の原稿ガラス台２１４上に載置される。照明系２０９及び光学系は、一定速度で移動しながら、原稿ガラス台２１４上に載置された原稿を照射する。これにより原稿画像が読み取られる。通常、シート状の原稿は第１読取モードで読み取られ、綴じられた原稿は第２読取モードで読み取られる。
【００１９】
画像印刷装置３０１は、画像読取装置２０２から取得する画像データに応じてシートに画像形成を行う。画像印刷装置３０１は、画像データに応じたトナー像を形成するために、光走査部３１１、ミラー３１２、３１３、感光ドラム３０９、帯電器３１０、及び現像器３１４を備える。画像印刷装置３０１は、シートの給紙及び搬送を行うために、給紙カセット３０２、３０４、給紙ローラ３０３、３０５、搬送ローラ３０６、３０７、レジストレーションローラ３０８、及び搬送パス３１６を備える。画像印刷装置３０１は、シートへのトナー像の転写及び定着を行うために、転写分離器３１５、搬送ベルト３１７、及び定着器３１８を備える。画像印刷装置３０１は、画像定着後のシートの排出及び表裏面の反転のために、定着排紙ローラ３１９、排紙ローラ３２４、搬送ローラ３２０、３２２、３２３、反転ローラ３２１、反転パス３２５、及び両面パス３２６を備える。
【００２０】
光走査部３１１は、半導体レーザを有し、画像処理部１１２から出力された画像データに応じたレーザ光を半導体レーザから出射する。半導体レーザから出射されたレーザ光は、ポリゴンミラー及びミラー３１２、３１３を経由して感光ドラム３０９の外周面に照射される。
【００２１】
感光ドラム３０９は、ドラム形状の感光体であり、ドラム軸を中心に所定の速度で回転する。感光ドラム３０９は、帯電器３１０により表面が一様に帯電された後に、レーザ光が照射され、画像データに応じた静電潜像が感光ドラム３０９の外周面に形成される。静電潜像は、現像器３１４内のトナーにより現像され、感光ドラム３０９の外周面にトナー像が形成される。
【００２２】
給紙カセット３０２、３０４は、シートを収納する。給紙カセット３０２、３０４のそれぞれに収納されるシートは、同じ種類であってもよく、また異なる種類であってもよい。本実施形態では、例えば、給紙カセット３０２に標準のシートが収納され、給紙カセット３０４にタブ紙が収納される。給紙カセット３０２に収納されるシートは、給紙ローラ３０３により１枚ずつ給紙され、搬送ローラ３０６によりレジストレーションローラ３０８まで搬送される。給紙カセット３０４に収納されるシートは、給紙ローラ３０５により１枚ずつ給紙され、搬送ローラ３０７、３０６によりレジストレーションローラ３０８まで搬送される。
【００２３】
レジストレーションローラ３０８は、シートが搬送されてくるまで停止しており、搬送されてきたシートの斜行補正等を行う。レジストレーションローラ３０８は、シートにトナー像が形成されるタイミングに合わせて、シートを搬送する。転写分離器３１５は、レジストレーションローラ３０８により搬送されてきたシートに、感光ドラム３０９上のトナー像を転写する。トナー像が転写されたシートは、搬送ベルト３１７により定着器３１８へ搬送される。定着器３１８は、トナー像が転写されたシートを加熱及び加圧することで、シート上にトナー像を定着させる。これによりシートへの画像形成が終了する。
【００２４】
片面印刷モードで画像形成が行われる場合、シートは、定着器３１８から定着排紙ローラ３１９及び排紙ローラ３２４によって画像印刷装置３０１の外部に排出される。
両面印刷モードで画像形成が行われる場合、第１面への画像形成が終了したシートは、定着器３１８から搬送ローラ３２０及び反転ローラ３２１により、反転パス３２５へ搬送される。シートの後端が両面パス３２６との合流ポイントを通過した直後に反転ローラ３２１の回転が反転することで、シートは、表裏が反転して両面パス３２６へ搬送される。両面パス３２６に搬送されたシートは、搬送ローラ３２２、３２３により搬送パス３１６へ搬送される。搬送パス３１６へ搬送されたシートは、再度、搬送ローラ３０６を経由してレジストレーションローラ３０８へ搬送され、上記と同様の処理で第２面への画像形成が行われる。両面の画像形成が終了したシートは、片面印刷モード時と同様に、定着排紙ローラ３１９及び排紙ローラ３２４によって画像印刷装置３０１の外部に排出される。
なお、シートがフェースダウンで画像印刷装置３０１の外部に排出される場合、シートは、定着器３１８から、一旦、搬送ローラ３２０へ搬送される。シートの後端が搬送ローラ３２０を通過する直前に搬送ローラ３２０の回転が反転することで、シートは表裏反転し、排紙ローラ３２４によって画像印刷装置３０１の外部に排出される。
【００２５】
図２は、画像印刷装置３０１のシステム構成図である。画像印刷装置３０１は、内蔵するシステムコントローラ１５１により全体の動作が制御される。システムコントローラ１５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１５１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１５１３、及びメモリ１５１４を備える。ＣＰＵ１５１１は、ＲＯＭ１５１２に格納されるコンピュータ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。また、ＣＰＵ１５１１は、ＲＡＭ１５１３を作業領域として用いることで、画像印刷装置３０１の動作を制御する。メモリ１５１４には、例えば帯電器３１０、現像器３１４、定着器３１８等で用いられる高電圧の設定値、及び画像形成に必要な各種データ等が保存される。システムコントローラ１５１は、画像処理部１０２、操作部１５２、ＡＤ変換器１５３、高圧制御部１５５、モータ制御装置１５７、ＤＣ負荷制御部１５８、センサ類１５９、及びＡＣドライバ１６０と接続され、これらの動作を制御する。
【００２６】
画像処理部１０２は、画像読取装置２０２の画像処理部１１２から画像データを取得して、この画像データに対して、画像形成処理において必要な画像処理、例えば濃度補正や階調補正等の処理を行う。システムコントローラ１５１は、このような画像処理に必要な設定値等のデータをメモリ１５１４の保存内容に応じて設定する。
【００２７】
操作部１５２は、テンキー等の入力キー、タッチパネル、ディスプレイ等を備えるユーザインタフェースである。システムコントローラ１５１は、操作部１５２のディスプレイに、操作案内や各種の設定画面等を表示する。また、システムコントローラ１５１は、例えば、ディスプレイに、画像形成枚数や画像形成中か否かの情報、ジャミングの発生やその箇所等の画像印刷装置３０１の状態を表示する。
【００２８】
ユーザは、入力キーやタッチパネルにより画像印刷装置３０１に対する指示や設定値の入力を行うことができる。例えば、ユーザが操作部１５２を用いて画像形成の開始を指示すると、指示内容が操作部１５２からシステムコントローラ１５１に入力される。システムコントローラ１５１は、この指示に応じて画像形成のための各種の動作制御を行う。ユーザが操作部１５２により複写倍率や濃度設定値等を設定した場合、システムコントローラ１５１は、これらの設定値を取得して、該設定値に応じた条件で画像形成を行う。
【００２９】
ＡＤ変換器１５３は、画像印刷装置３０１内に設けられるサーミスタ１５４から検出結果を取得し、この検出結果をデジタル値に変換してシステムコントローラ１５１に入力する。サーミスタ１５４は、例えば定着器３１８の温度を検出しており、その検出結果が定着器３１８の温度制御に用いられる。高圧制御部１５５は、メモリ１５１４の保存内容に応じて、帯電器３１０、現像器３１４等で用いられる高電圧を発生する高圧ユニット１５６の制御を行う。
【００３０】
モータ制御装置１５７は、ＣＰＵ１５１１からの指令に応じて、搬送ローラ３０６、３０７、定着排紙ローラ３１９、反転ローラ３２１、搬送ローラ３２２、３２３、及び排紙ローラ３２４等を駆動するモータ５０９の制御を行う。
【００３１】
ＤＣ負荷制御部１５８は、画像印刷装置３０１内に設けられるクラッチやソレノイド等の動作を制御する。センサ類１５９は、例えば搬送パス３１６、反転パス３２５、両面パス３２６に設けられ、搬送されるシートを検出する。システムコントローラ１５１は、センサ類１５９の検出結果によりシートの位置を把握することで、例えば、画像印刷装置３０１の各部の動作タイミングの調整を行う。ＡＣドライバ１６０は、定着器３１８内に設けられる定着ヒータ１６１の温度制御を行う。ＡＣドライバ１６０によりシートにトナー像を定着させるときの温度が制御される。
【００３２】
［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。
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が、ロータリエンコーダなどのセンサが設けられていてもよい。
【００３３】
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４０１５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４０１５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４０１５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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、位相制御部５０２、電流制御部５０３、５０４、第１座標変換部５０５、第２座標変換部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。第２座標変換部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４０１５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４０１５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４０１５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４０１５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。
【００３７】
モータ制御装置１５７は、モータ５０９の回転子の回転位相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。ＣＰＵ１５１１は、モータ５０９の回転子４０１５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。
【００３８】
位相制御部５０２は、位相決定部５１３から出力される回転位相θとＣＰＵ１５１１から出力される指令位相θ_ｒｅｆとの偏差が小さくなるように、電流指令値ｉｑ_ｒｅｆ、ｉｄ_ｒｅｆを設定して、出力する。位相制御部５０２は、比例制御（Ｐ）、積分制御（Ｉ）、微分制御（Ｄ）に基づいて、回転位相θと指令位相θ_ｒｅｆとの偏差が小さくなるように、電流指令値ｉｑ_ｒｅｆ、ｉｄ_ｒｅｆを設定する。電流指令値ｉｑ_ｒｅｆはトルク電流成分の目標値となる。具体的には、位相制御部５０２は、Ｐ制御、Ｉ制御、Ｄ制御に基づいて前記偏差が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部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、位相制御部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４０１５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。
【００３９】
モータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出部５０７、５０８によって後述する方法により検出され、その後、ＡＤ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。
【００４０】
ＡＤ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、駆動電流の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）
【００４１】
これらの電流値ｉα及びｉβは、第２座標変換部５１１と誘起電圧決定部５１２に入力される。第２座標変換部５１１は、次式によって、静止座標系における電流値ｉα及びｉβを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）
【００４２】
電流制御部５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて、位相制御部５０２から出力されたｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆと第２座標変換部５１１から出力された電流値ｉｑとの偏差がそれぞれ小さくなるように駆動電圧Ｖｑを生成する。具体的には、電流制御部５０３は、前記偏差がそれぞれ０になるように駆動電圧Ｖｑを生成して第１座標変換部５０５に出力する。
【００４３】
また、電流制御部５０４は、ＰＩＤ制御に基づいて、位相制御部５０２から出力されたｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆと第２座標変換部５１１から出力された電流値ｉｄとの偏差がそれぞれ小さくなるように駆動電圧Ｖｄを生成する。具体的には、電流制御部５０３は、前記偏差がそれぞれ０になるように駆動電圧Ｖｄを生成して第１座標変換部５０５に出力する。
【００４４】
なお、本実施形態における電流制御部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、電流制御部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。
【００４５】
第１座標変換部５０５は、電流制御部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）
【００４６】
第１座標変換部５０５は、逆変換されたＶα及びＶβを誘起電圧決定部５１２及びＰＷＭインバータ５０６に出力する。ＰＷＭインバータ５０６はフルブリッジ回路を有する。フルブリッジ回路は第１座標変換部５０５から入力された駆動電圧Ｖα、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。
【００４７】
次に、回転位相θの決定方法について説明する。回転子の回転位相θの決定には、回転子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。図４に示すように、誘起電圧決定部５１２は、ＡＤ変換器５１０によってデジタル値に変換された電流値ｉα、ｉβと、第１座標変換部５０５から出力された駆動電圧Ｖα、Ｖβとを取得する。誘起電圧決定部５１２は、取得したこれらの電流値及び電圧値と以下の電圧方程式とに基づいて、誘起電圧値Ｅα、Ｅβを算出する。
Ｅα＝Ｖα−Ｒ＊ｉα−Ｌ＊ｄｉα／ｄｔ                                （７）
Ｅβ＝Ｖβ−Ｒ＊ｉβ−Ｌ＊ｄｉβ／ｄｔ                                （８）
Ｒ：巻線レジスタンス、Ｌ：巻線インダクタンス
Ｒ、Ｌの値は、予めＲＯＭ１５１２又はメモリ１５１４に記憶された定数である。
【００４８】
算出（決定）された誘起電圧値Ｅα、Ｅβは、位相決定部５１３に入力される。位相決定部５１３は、以下の式によりモータ５０９の回転位相θを算出（決定）する。算出された回転位相θは、位相制御部５０２にフィードバックされる。また、算出された回転位相θは第１、第２座標変換部５０５、５１１にも入力される。
θ＝ＡＴＡＮ（Ｅβ／Ｅα）                                            （９）
ＡＴＡＮは逆正接関数である。
【００４９】
なお、本実施形態においては、位相決定部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、位相決定部５１３は、ＲＯＭ１５１２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。
【００５０】
モータ制御装置１５７は、上述の制御を繰り返し行う。
以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置１５７は、指令位相θ＿ｒｅｆと回転位相θとの偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する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。
【００５１】
上述のように、モータの駆動制御においては、巻線に流れる駆動電流の電流値を検出し、検出した電流値に基づいて巻線に流れる駆動電流を制御する。即ち、モータの駆動制御においては、巻線に流れる駆動電流の電流値を検出する構成、及び、駆動電流を巻線に供給する構成が必要となる。
【００５２】
［電流を供給する構成］
以下に、巻線に駆動電流を供給する構成について説明する。図５は、ＰＷＭインバータ５０６及び電流検出部５０７の説明図である。ここでは、ＰＷＭインバータ５０６はＡ相を駆動する構成のみ図示する。ＰＷＭインバータ５０６のＢ相を駆動する構成は、Ａ相を駆動する構成と同一であるので、図示及び説明を省略する。
【００５３】
ＰＷＭインバータのＡ相を駆動する構成（以下、「ＰＷＭインバータフルブリッジ５０６０」と記す。）は、第１〜第４ＦＥＴ（Field effect transistor）５０６１〜５０６４を備える。ＰＷＭインバータフルブリッジ５０６０は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式によりモータ５０９の巻線に供給する駆動電流ｉａを制御する。これは、第１〜第４ＦＥＴ５０６１〜５０６４をＯＮにする時間幅を調整することで駆動電流ｉａを目標電流に制御する方法であり、ステッピングモータ５０９のみならず、ブラシレスＤＣモータ等の駆動制御でも一般的に用いられる方法である。
【００５４】
図６は、ＰＷＭ方式の駆動電流制御の動作原理の説明図である。図６（ａ）に示されるように、第１ＦＥＴ５０６１及び第４ＦＥＴ５０６４をＯＮにすることで、巻線６０１への電流経路が形成され、電源Ｖｓから電流が実線の向き（正の向き）に流れる。巻線６０１は、図４のＡ相の巻線４０１１、４０１３である。その後、第１ＦＥＴ５０６１及び第４ＦＥＴ５０６４をＯＦＦにし、第２ＦＥＴ５０６２及び第３ＦＥＴ５０６３をＯＮにすると、すぐには逆向きの電流が流れず、巻線６０１に発生した逆起電圧が電源Ｖｓの電圧を下回るまで、点線のルートで電流が流れる。なお、本実施形態では、図６（ａ）に示す巻線６０１の左側から右側に電流が流れる場合を、正の電流が流れることと定義する。
【００５５】
図６（ｂ）は、第１〜第４ＦＥＴ５０６１〜５０６４のＯＮ、ＯＦＦを制御する制御信号と、Ａ相電流との関係を表す。
【００５６】
逆向き（負の向き）に電流を流す場合、第１ＦＥＴ５０６１及び第４ＦＥＴ５０６４がＯＦＦになり、第２ＦＥＴ５０６２及び第３ＦＥＴ５０６３がＯＮになる。その後、上述した逆起電圧が電源Ｖｓの電圧を下回るまで経過すると、逆向きに電流が流れ始める。巻線に供給される駆動電流ｉａは、第１〜第４ＦＥＴ５０６１〜５０６４のＯＮ期間が調整されることによって制御される。以上が、巻線に駆動電流を供給する構成についての説明である。
【００５７】
［電流を検出する構成］
＜差動増幅器＞
【００５８】
次に、本実施形態における、電流を検出する構成について説明する。本実施形態においては、以下の構成を適用することによって、相電流の大きさに拘わらず、高分解能な電流検出を行う。
【００５９】
電流検出部５０７は、図５に示すように、ステッピングモータ５０９の巻線に流れる電流を検出するために、巻線に対して直列に検出抵抗５０７１を備える。検出抵抗５０７１の抵抗値は「Ｒｓｎｓ」である。検出抵抗５０７１の両端には、相電流であるＡ相の電流値ｉαと、検出抵抗５０７１の抵抗値Ｒｓｎｓと、で決まる電圧（電流検出値）が発生する。電流検出値は検出抵抗５０７１の定格消費電力に応じた値であり、ＡＤ変換器５１０でデジタル変換するには小さい値である。そのために電流検出部５０７は、電流検出値が適切な電圧値になるように電流検出値の増幅を行う増幅器として差動増幅器を有する。
【００６０】
差動増幅器は、オペアンプ５０７２と、抵抗５０７３、５０７４、５０７５、５０７６、５０７７と、アナログスイッチ５０７８と、により構成される。抵抗５０７３の抵抗値は「Ｒ１」である。抵抗５０７４の抵抗値は「Ｒ２」である。抵抗５０７５の抵抗値は「Ｒ３」である。抵抗５０７６の抵抗値は「Ｒ１＃」である。抵抗５０７７の抵抗値は「Ｒ２＃」である。抵抗５０７３と抵抗５０７６、抵抗５０７４と抵抗５０７７は、それぞれ抵抗値が等しい。アナログスイッチ５０７８は、抵抗５０７５をＯＮ、ＯＦＦするように設けられる。
【００６１】
抵抗５０７４、５０７５及びアナログスイッチ５０７８は、オペアンプ５０７２の出力側から入力側への帰還抵抗となる。アナログスイッチ５０７８のＯＮ、ＯＦＦの設定により、抵抗５０７４と抵抗５０７５との合成抵抗が変化し、帰還量が変化する。アナログスイッチ５０７８の開閉状態により、帰還抵抗による帰還量が設定可能である。すなわち、アナログスイッチ５０７８がＯＦＦのときに、抵抗５０７４と抵抗５０７５との合成抵抗値は、抵抗５０７４の抵抗値Ｒ２となる。この場合、差動増幅器の出力電圧Ｖｓｎｓは、以下の式で表される。
Ｖｓｎｓ＝Ｒ２／Ｒ１＊（Ｖ２−Ｖ１）                                  （１０）
【００６２】
アナログスイッチ５０７８をＯＮにした場合、抵抗５０７４と抵抗５０７５との合成抵抗値Ｒ＃は、以下の式で表される。
Ｒ＃＝Ｒ２＊Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）                                      （１１）
【００６３】
これにより、差動増幅器の出力電圧Ｖｓｎｓは、以下の式で表される。
Ｖｓｎｓ＝Ｒ２＊Ｒ３／（Ｒ１＊（Ｒ２＋Ｒ３））＊（Ｖ２−Ｖ１）        （１２）
【００６４】
上記の式（１０）、式（１２）において、Ｖ１はオペアンプ５０７２の負入力側に入力される電圧、Ｖ２はオペアンプ５０７２の正入力側に入力される電圧であり、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差は検出抵抗５０７１の両端の電圧である。つまり電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２は、電流値ｉαに応じた値である。なお、本実施形態においては、アナログスイッチ５０７８がＯＮである場合の増幅度（第１増幅度）が、アナログスイッチ５０７８がＯＦＦである場合の増幅度（第２増幅度）よりも小さくなるような抵抗値である抵抗５０７４、５０７５が用いられるものとする。しかしこれに限らず、例えば、第１増幅度が第２増幅度よりも大きい構成であってもよい。
【００６５】
このように電流検出部５０７は、アナログスイッチ５０７８をＯＮ、ＯＦＦさせることで増幅度を可変させる仕組みを備える。電流検出部５０７は、以下の理由で増幅度を可変させる仕組みを有する。
【００６６】
＜増幅度を可変させる理由＞
前述したように、ベクトル制御においては、モータの回転子にかかる負荷トルクの変化に応じて、巻線に供給される駆動電流が制御される。そのため、回転子にかかる負荷トルクが小さい場合、巻線に供給される駆動電流も小さくなる。画像印刷装置３０１に設けられた搬送ローラにおいては、シートが搬送ローラのニップ部に突入する際や、ローラ間の引っ張り合いが起こる場合に負荷トルクが増大する。また、回転子にかかる負荷トルクの大きさはシートの種類等によって異なる。このように、搬送ローラを駆動する際には負荷トルクを変動させる様々な要因がある。負荷トルクが大幅に変化する系において、想定される最大の負荷トルクに対応する駆動電流の大きさを考慮して差動増幅器の増幅度が設定されると、負荷トルクが小さい場合にＡＤ変換器５１０に入力される電流検出値が小さくなる。この結果、ＡＤ変換器５１０の分解能が低下してしまう。分解能は、単位デジタル量あたりの電圧値（＝電流値と等価）を示している。
【００６７】
図７は、ＡＤ変換器５１０の分解能の検出精度への影響の説明図である。図７では、横軸が電気角、縦軸がＡＤ変換後のデジタル値（検出値）を示す。図７に示すように、電流値が高い場合は正弦波状の電流波形が精度よく再現されるが、電流値が小さい場合は正弦波状の波形が精度よく再現されなくなる。したがって、電流値が小さい場合は位置推定誤差が大きくなり、ベクトル制御の精度が低下する。
このような分解能の低下により回転子の回転位相の推定精度が悪化することを防止するために、本実施形態における電流検出部５０７、５０８は、差動増幅器の増幅度を可変させる構成を有している。
【００６８】
＜増幅度を変更する構成＞
次に、差動増幅器の増幅度を変更する構成について説明する。図８は、アナログスイッチ５０７８をＯＮ、ＯＦＦするタイミングの説明図である。本実施形態では、電流増幅度調整部５１７（図４参照）は、巻線に流すべき駆動電流の大きさに対応するｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆに基づいて、アナログスイッチ５０７８を制御するための制御信号（ONOFF信号）を出力する。なお、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが大きいほど巻線に流すべき駆動電流の大きさは大きくなる。即ち、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが大きいほどＡＤ変換器５１０に入力される電流検出値は大きくなる。
【００６９】
電流増幅度調整部５１７は、位相制御部５０２から入力される電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが所定値（閾値ｉｑ＿ｔｈ）よりも小さい場合はアナログスイッチ５０７８をＯＦＦ状態になるように制御する。この結果、アナログスイッチ５０７８をＯＦＦ状態となり、差動増幅器の増幅度は第１増幅度となる。
また、電流増幅度調整部５１７は、位相制御部５０２から入力される電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが所定値（閾値ｉｑ＿ｔｈ）以上の場合はアナログスイッチ５０７８をＯＮ状態になるように制御する。この結果、アナログスイッチ５０７８をＯＮ状態となり、差動増幅器の増幅度は第２増幅度となる。
【００７０】
このように、ｑ軸の電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆに応じてアナログスイッチ５０７８を制御することで、検出抵抗５０７１による電流検出値を適切に増幅することができる。この結果、ＡＤ変換器５１０の分解能低下を防ぐことができる。ｑ軸の電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆは、トルク電流成分の目標値となる。
【００７１】
なお、第１増幅度及び第２増幅度は、当該増幅度で増幅された出力電圧ＶｓｎｓがＡＤ変換器５１０の入力電圧範囲（入力可能範囲）の最大値を超えないような増幅度である。例えば、最大増幅度で増幅された出力電圧ＶｓｎｓがＡＤ変換器５１０の入力電圧範囲（入力可能範囲）の最大値を超えないように、第１増幅度及び第２増幅度は設定される。また、閾値ｉｑ＿ｔｈは、閾値ｉｑ＿ｔｈに対応する駆動電流がモータ５０９の巻線に流れた場合に、差動増幅器の増幅度が第１増幅度である状態で増幅された電流検出値（出力電圧Ｖｓｎｓ）がＡＤ変換器５１０の入力電圧範囲の最大値になるように設定される。
【００７２】
このようにアナログスイッチ５０７８を制御することで、電流検出値を表す出力電圧ＶｓｎｓがＡＤ変換器５１０の入力電圧範囲に対して最適な値となるため、ＡＤ変換器５１０の分解能が向上する。なお、本実施形態では、ｑ軸の電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆと閾値ｉｑ＿ｔｈとを比較することでアナログスイッチ５０７８のＯＮ、ＯＦＦの判断を行っているが、これに限らない。例えば、第２座標変換部５１１から出力されたｑ軸電流値ｉｑを用いて判断しても同様の効果が得られる。また、指令位相θ＿ｒｅｆと回転位相θとの偏差と閾値θ＿ｔｈとを比較する構成であっても同様の効果が得られる。また、本実施形態では、電流増幅度をアナログスイッチ５０７８の開閉状態により可変とし、２パターンの増幅度を設定できるが、２パターンに限定せず、複数パターンの増幅度を設定できる構成であってもよい。
【００７３】
（ステッピングモータの制御処理）
図９は、モータ制御装置１５７によるモータ５０９の制御処理を表すフローチャートである。ここでは、シートとして普通紙を用いた画像形成処理時の制御処理を説明する。以下に、図９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、ＣＰＵ１５１１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。
【００７４】
まず、Ｓ１０１において、ＣＰＵ１５１１からモータを駆動する指令が出力されると、モータ制御装置１５７はモータ５０９の制御を開始する。
【００７５】
Ｓ１０２において、電流増幅度調整部５１７は、アナログスイッチ５０７８がＯＦＦ状態になるようにアナログスイッチ５０７８を制御する。この結果、アナログスイッチ５０７８はＯＦＦ状態となり、差動増幅器の増幅度は第１増幅度となる。
【００７６】
そして、Ｓ１０３において、モータ制御装置１５７によるベクトル制御が行われる。
次に、Ｓ１０４において、モータの駆動を終了する場合は、モータ制御装置１５７はモータ５０９の制御を終了する。
また、Ｓ１０４において、モータの駆動を終了しない場合は、Ｓ１０５において、電流検出部５０７（差動増幅器）は、Ｓ１０１において設定された増幅度で電流検出値（出力電圧Ｖｓｎｓ）を増幅する。
その後、Ｓ１０６において、ＡＤ変換器５１０は、Ｓ１０５において増幅された電流検出値（出力電圧Ｖｓｎｓ）をアナログ値からデジタル値に変換し、変換後の電流値を出力する。
【００７７】
そして、Ｓ１０７において、誘起電圧決定部５１２は、Ｓ１０６においてＡＤ変換器５１０から出力された電流値に基づいて誘起電圧値Ｅα及びＥβを決定し、位相決定部５１３は誘起電圧値Ｅα及びＥβに基づいて回転位相θを決定する。
次に、Ｓ１０８において、位相制御部５０２は、ＣＰＵ１５１１から出力された指令位相θ＿ｒｅｆとＳ１０４において決定された回転位相θとの偏差に基づいてｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆを生成する。
Ｓ１０９において、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが閾値ｉｑ＿ｔｈ以上である場合は、Ｓ１１０において、電流増幅度調整部５１７は、アナログスイッチ５０７８がＯＮ状態になるようにアナログスイッチ５０７８を制御する。この結果、アナログスイッチ５０７８はＯＮ状態となり、差動増幅器の増幅度は第２増幅度となる。その後、処理は再びＳ１０３に戻る。
また、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが閾値ｉｑ＿ｔｈ以上ではない場合は、Ｓ１１１において、電流増幅度調整部５１７は、アナログスイッチ５０７８がＯＦＦ状態になるようにアナログスイッチ５０７８を制御する。この結果、アナログスイッチ５０７８はＯＦＦ状態となり、差動増幅器の増幅度は第１増幅度となる。その後、処理は再びＳ１０３に戻る。
【００７８】
モータ制御装置１５７は、ＣＰＵ１５１１からモータの駆動を停止する指示が出力されるまで、上述の処理を繰り返し行う。
【００７９】
以上のように本実施形態のモータ制御装置１５７は、電流検出部５０７、５０８に設けられた差動増幅器（オペアンプ）の増幅度を、モータの回転子にかかる負荷トルクに基づいて調整する。具体的には、モータ制御装置１５７は、ｑ軸の電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが閾値ｉｑ＿ｔｈ未満である場合は、アナログスイッチ５０７８をＯＦＦにすることによって、差動増幅器（オペアンプ）の増幅度を第１増幅度に設定する。また、モータ制御装置１５７は、ｑ軸の電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが閾値ｉｑ＿ｔｈ以上である場合は、アナログスイッチ５０７８をＯＮにすることによって、差動増幅器（オペアンプ）の増幅度を第１増幅度よりも小さい第２増幅度に設定する。この結果、モータ駆動中に想定される最大の相電流に合わせて増幅器の増幅度が設定されることに起因してＡＤ変換器５１０に入力される信号が小さくなることを抑制することができ、ＡＤ変換器５１０は高分解能でＡＤ変換を行うことができる。その結果、モータ制御装置１５７は、高精度なモータ制御を行うことができる。
【００８０】
なお、増幅度の変更は、回路上で可変させる仕組みであれば、図５の方式に限定されない。図１０は、電流検出部５０７の増幅度を変更する仕組みの別の例示図である。図１０においては、オペアンプ５０７２の入力インピーダンスを可変とした構成により増幅度が変更される。図１０では、オペアンプ５０７２の正入力側と接地との間に、抵抗５０７７に対して並列に、抵抗５０７５とアナログスイッチ５０７８とが接続される。アナログスイッチ５０７８をＯＮ、ＯＦＦさせることで、オペアンプ５０７２の正入力側と接地と間の抵抗値を変更することで入力インピーダンスの値が変更される。
【００８１】
本実施形態は、ベクトル制御に限らず、回転位相をフィードバックする構成であれば適用できる。
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。
【００８２】
また、本実施形態におけるベクトル制御では、回転位相θをフィードバックする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４０１５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１１に示すように、モータ制御装置内部に速度決定部５１４を設け、速度決定部５１４が位相決定部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（１３）が用いられるものとする。
ω＝ｄθ／ｄｔ                                                        （１３）
【００８３】
そして、ＣＰＵ１５１１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。
【００８４】
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することができる。
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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