(57)【要約】【課題】  初期位相と初期指令位相との偏差が大きいほどモータの巻線に流れる駆動電流は急激に（ステップ状に）増大する。この結果、駆動電流には、回転位相を決定するために当該駆動電流に重畳された高周波成分だけでなく、回転位相と指令位相との偏差に起因する駆動電流のステップ状の変化による高周波成分が含まれ、回転位相が精度よく決定されない可能性がある。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。【解決手段】  回転子の回転位相と指令位相との偏差が所定範囲内の値である状態で、ベクトル制御を開始する。【選択図】  図８
2019213336.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、
前記指令位相を生成する生成手段と、
前記回転子の回転位相と前記生成手段によって生成される前記指令位相との偏差を小さくするために供給すべき第１の電流と、前記第１の電流よりも周波数が高い第２の電流と、に基づいて前記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、
前記検出手段によって検出された電流から前記第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回転位相に関する情報を出力する出力手段と、
を有し、
前記偏差に基づく前記電流の制御は、前記偏差が所定範囲内の値である状態で開始されることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記偏差が０である状態で、当該偏差に基づく前記電流の制御を開始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】
前記制御手段は、予め決められた電流を前記モータの巻線に供給する第１モードと、前記第１モードが実行された後に開始される第２モードであって、前記第１の電流と前記第２の電流とのそれぞれを前記巻線に供給する第２モードと、を備え、
前記出力手段は、前記第１モードにおいて前記巻線に供給された前記予め決められた電流に対応する回転位相に関する情報を、前記第２モードが開始されるときに出力し、
前記第２モードが開始されるときに前記生成手段によって生成される前記指令位相は、前記第１モードにおいて前記巻線に供給された前記予め決められた電流に対応する回転位相に設定されることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記回転子の回転位相が第１範囲内の位相であるか前記第１範囲とは異なる第２範囲内の位相であるかを判定する第１モードと、前記第１モードが実行された後に開始される第２モードであって、前記第１の電流と前記第２の電流とのそれぞれに対応する電流を前記巻線に供給する第２モードと、を備え、
前記出力手段は、前記第１モードにおいて前記回転子の回転位相が前記第１範囲内の位相であると判定された場合は前記第１範囲内の位相である所定位相を前記第２モードが開始されるときに出力し、前記第１モードにおいて前記回転子の回転位相が前記第２範囲内の位相であると判定された場合は前記第２範囲内の位相である第２の所定位相を前記第２モードが開始されるときに出力し、
前記第２モードが開始されるときに前記生成手段によって生成される前記指令位相は、前記第２モードが開始されるときに前記出力手段から出力される前記回転位相に関する情報に設定されることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記巻線に流れる電流に含まれる電流成分のうち、前記出力手段から出力される前記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、前記第１の電圧よりも周波数が高い信号を重畳する重畳手段を有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し、
前記出力段は、
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、前記回転位相と前記回転子の実際の回転位相を表す第２の回転位相との位相差を決定する位相差決定手段と、
前記位相差決定手段によって決定される前記位相差が０になるような前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
を有し、
前記出力手段は、前記速度決定手段によって決定される前記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位相を決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記積分演算における積分値の初期値は、前記第１モードにおいて前記巻線に供給された前記予め決められた電流に対応する回転位相を表す値に設定され、
前記出力手段は、前記初期値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３又は請求項３を引用する請求項５又は６に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記第１モードにおいて前記回転子の回転位相が前記第１範囲内の位相であると判定された場合は前記所定位相が前記積分演算における積分値の初期値に設定され、前記第１モードにおいて前記回転子の回転位相が前記第２範囲内の位相であると判定された場合は前記第２の所定位相が前記積分演算における積分値の初期値に設定され、
前記出力手段は、前記初期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４又は請求項４を引用する請求項５又は６に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記第２モードにおいて、前記出力手段から出力される前記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３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、前記偏差が小さくなるように決定された前記巻線に供給すべき電流と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とに基づいて、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１０のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
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１１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１３】
請求項１２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１４】
請求項１３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１５】
請求項１２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１６】
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１１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には、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記載されている。特許文献１では、前記高周波重畳方式と回転子の回転位相が０°〜１８０°の位相であるか１８０°〜３６０°の位相であるかを判定する磁極判定の結果とに基づいてモータの駆動を開始するときに最初に用いられる回転位相（初期位相）が決定される。具体的には、例えば、磁極判定によって回転位相が０°〜１８０°の位相であると判定された場合は、高周波重畳方式によって決定された回転位相が初期位相として決定される。また、極性判定によって回転位相が１８０°〜３６０°の位相であると判定された場合は、高周波重畳方式によって決定された回転位相に１８０°が加算された位相が初期位相として決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１７１７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モータが位相フィードバック制御によって制御される構成においては、例えば、回転子の目標位相を表す指令位相の出力が所定の位相（例えば、０°）から開始される。モータの駆動が開始されるときに出力される指令位相（初期指令位相）が所定の位相（例えば、０°）である場合、以下の問題が生じる可能性がある。
【０００７】
例えば、回転位相が１８０°〜３６０°の位相である場合における初期位相と初期指令位相（＝０°）との偏差は、回転位相が０°〜１８０°の位相である場合における初期位相と初期指令位相との偏差よりも大きい。位相フィードバック制御においては、回転位相と指令位相との偏差が大きいほどトルク電流成分の値は大きくなる。したがって、初期位相と初期指令位相との偏差が大きいほどトルク電流成分の値は急激に（ステップ状に）増大する。即ち、初期位相と初期指令位相との偏差が大きいほどモータの巻線に流れる駆動電流は急激に（ステップ状に）増大する。この結果、駆動電流には、回転位相を決定するために当該駆動電流に重畳された高周波成分だけでなく、回転位相と指令位相との偏差に起因する駆動電流のステップ状の変化による高周波成分が含まれる。回転位相と指令位相との偏差に起因する駆動電流のステップ状の変化による高周波成分を含む駆動電流を用いて高周波重畳方式による回転位相の決定が行われると、回転位相が精度よく決定されない可能性がある。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。
【０００８】
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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、
前記指令位相を生成する生成手段と、
前記回転子の回転位相と前記生成手段によって生成される前記指令位相との偏差が小さくなるように生成された第１の電圧と、前記第１の電圧よりも周波数が高い第２の電圧と、に基づいて前記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、
前記検出手段によって検出された電流から前記第２の電圧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位相に関する情報を出力する出力手段と、
を有し、
前記偏差に基づく前記電流の制御は、前記偏差が所定範囲内の値である状態で開始されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
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】
【００１１】
【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決定器の構成を示すブロック図である。
【図７】駆動パルスに基づいて指令位相が生成される方法を説明する図である。
【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】第２実施形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】プレセット電圧と当該プレセット電圧に起因して回転する回転子が停止した後の回転位相との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
〔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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
［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、第２モードとしての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。
【００３６】
＜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。
【００３７】
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）
【００３８】
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、位相θを基準とする回転座標系、即ち、γ軸及びδ軸で表される回転座標系が用いられる。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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トルク電流成分の電流値と励磁電流成分の電流値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、トルク電流成分の電流値及び励磁電流成分の電流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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、回転子４０２の目標位相を表す指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。
【００４４】
減算器１０１は、位相θと指令位相θ＿ｒｅｆとの偏差を演算して出力する。
【００４５】
位相制御器５０２は、位相θ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、δ軸電流指令値（目標値）ｉδ＿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、δ軸電流指令値ｉδ＿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δ軸電流指令値ｉδ＿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δ軸電流指令値ｉδ＿ｒｅｆを生成しても良い。
【００４６】
界磁制御器５１８は、ＣＰＵ１５１ａから出力される指令に基づいてγ軸電流指令値（目標値）ｉγ＿ｒｅｆを生成して出力する。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γ軸電流指令値ｉγ＿ｒｅｆは０に設定されるが、これに限定されるものではない。
【００４７】
高周波重畳器５１９は、界磁制御器５１８から出力される第１の電流としてのγ軸電流指令値ｉγ＿ｒｅｆに所定の周波数を有する信号（第２の電流）を重畳し、当該所定の周波数を有する信号が重畳されたγ軸電流指令値ｉγ＿ｒｅｆ´を出力する。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γ軸電流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δ軸電流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、δ軸電流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第１の電流としてのδ軸電流指令値ｉδ＿ｒｅｆ、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。
【００４８】
モータ５０９のＡ相に流れる電流は、検出手段としての電流検出器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、検出手段としての電流検出器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、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。
【００４９】
電流値ｉα及びｉβは、座標変換器５１１及び極性判定器５１５に入力される。
【００５０】
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δ軸電流の電流値ｉδ及びγ軸電流の電流値ｉγに変換する。
ｉγ＝  ｃｏｓθ＊ｉα＋ｓｉｎθ＊ｉβ                            （２）
ｉδ＝−ｓｉｎθ＊ｉα＋ｃｏｓθ＊ｉβ                            （３）
【００５１】
電流値ｉδはローパスフィルタ５１７及び位相決定器５１４に出力される。また、電流値ｉγはローパスフィルタ５１７に出力される。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
減算器１０２には、位相制御器５０２から出力されるδ軸電流指令値ｉδ＿ｒｅｆとローパスフィルタ５１７から出力された電流値ｉδとが入力される。減算器１０２は、δ軸電流指令値ｉδ＿ｒｅｆと電流値ｉδ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、高周波重畳器５１９から出力されるγ軸電流指令値ｉγ＿ｒｅｆ´とローパスフィルタ５１７から出力された電流値ｉγとが入力される。減算器１０３は、γ軸電流指令値ｉγ＿ｒｅｆ´と電流値ｉγ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、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Ｖδ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Ｖδ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駆動電圧Ｖγ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になるように駆動電圧Ｖγを生成して座標逆変換器５０５及び位相決定器５１４に出力する。
【００５８】
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Ｖδ及びＶγ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Ｖδ及びＶγを生成しても良い。
【００５９】
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Ｖδ及びＶγ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＊Ｖγ−ｓｉｎθ＊Ｖδ                              （４）
Ｖβ＝ｓｉｎθ＊Ｖγ＋ｃｏｓθ＊Ｖδ                              （５）
【００６０】
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、電圧切替器５１６に出力される。
【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電圧切替器５１６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。
【００６２】
｛位相θを決定する構成｝
次に、位相θを決定する構成について説明する。図６は、位相決定器５１４の構成を示すブロック図である。図６に示すように、位相決定器５１４は、高周波抽出部５１４ａ、誤差決定部５１４ｂ、目標値決定部５１４ｃ、ＰＩ制御部５１４ｄ及び位相生成部５１４ｅを有する。
【００６３】
抽出手段としての高周波抽出部５１４ａには、電流制御器５０３から出力される駆動電圧Ｖγ及び座標変換器５１１から出力される電流値ｉδが入力される。高周波抽出部５１４ａ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５１４ａは、高周波重畳器５１９がγ軸電流指令値ｉγ＿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５１４ａは、駆動電圧Ｖγに含まれる高周波電圧ＶγＨ及び電流値ｉδに含まれる高周波電流ｉδＨを抽出することができる。高周波抽出部５１４ａは抽出した高周波電圧ＶγＨ及び高周波電流ｉδＨ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のフィルタであっても良い。
【００６４】
位相差決定手段としての誤差決定部５１４ｂは、入力された高周波電圧ＶγＨ及び高周波電流ｉδＨに基づいて、以下の式（６）を用いて位相差Δθを決定して出力する。
【００６５】
【数１】
2019213336.tif 000003
【００６６】
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。
【００６７】
以下に、式（６）の導出方法を説明する。式（６）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（７）に基づいて導出される。
【００６８】
【数２】
2019213336.tif 000004
【００６９】
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。
【００７０】
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（８）は式（７）に基づいて以下のようにして導出される。
【００７１】
【数３】
2019213336.tif 000005
【００７２】
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。
【００７３】
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（８）に適用することにより、以下の式（９）が導出される。
【００７４】
【数４】
2019213336.tif 000006
【００７５】
そして、式（９）を式変換することにより、位相差Δθについての式（６）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（６）の導出方法の説明である。
【００７６】
減算器５１４ｆは、誤差決定部５１４ｂから出力される位相差Δθと目標値決定部５１４ｃ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。
【００７７】
速度決定手段としての位相差制御部５１４ｄは、ＰＩＤ制御に基づいて、減算器５１４ｆから出力される偏差が小さくなるように回転速度ω＿ｅｓｔを生成する。具体的には、位相差制御部５１４ｄは、減算器５１４ｆから出力される偏差が０になるように回転速度ω＿ｅｓｔを生成して位相生成部５１４ｅに出力する。なお、本実施形態における位相差制御部５１４ｄは、ＰＩＤ制御に基づいて回転速度ω＿ｅｓｔ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５１４ｄは、ＰＩ制御に基づいて回転速度ω＿ｅｓｔを生成しても良い。
【００７８】
位相生成部５１４ｅは、位相差制御部５１４ｄから出力される回転速度ω＿ｅｓｔに基づいて、位相θ´を生成する。具体的には、位相生成部５１４ｅは、位相差制御部５１４ｄから出力される回転速度ω＿ｅｓｔに対して積分演算を行うことによって位相θ´を生成する。位相生成部５１４ｅは、後述する極性判定の結果に基づいて位相θ´を補正し、補正後の位相θを出力する。
【００７９】
なお、本実施形態では、目標値決定部５１４ｃ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θが決定される。この結果、より高精度に決定された位相θに基づいてモータの制御が行われる。
【００８０】
前述の如くして得られた位相θは、減算器１０１、座標逆変換器５０５及び座標変換器５１１に入力される。
【００８１】
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。
【００８２】
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、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。
【００８３】
＜モータの駆動開始の制御＞
次に、本実施形態におけるモータの駆動開始の制御について説明する。本実施形態では、以下の構成が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。具体的には、本実施形態では、モータの回転子の回転位相θｍが０°≦θｍ＜９０°（第１範囲）又は２７０°≦θｍ＜３６０°（第１範囲）であるか９０°≦θｍ＜２７０°（第２範囲）であるかを判定する第１モードとしての極性判定が行われた後にベクトル制御が開始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。
【００８４】
｛極性判定｝
以下に、本実施形態における極性判定の方法を説明する。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。
【００８５】
極性判定を行う（モータの駆動を開始する）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を制御する指令をモータ制御装置１５７に出力する。モータ制御装置１５７は当該指令に応じて電圧切替器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、極性判定の動作が開始される。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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、極性を判定することができる。
【００９４】
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は判定信号‘０’を位相決定器５１４の内部の位相生成部５１４ｅ及び指令生成器５００に出力する。
【００９５】
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は判定信号‘１’を位相決定器５１４の内部の位相生成部５１４ｅ及び指令生成器５００に出力する。
【００９６】
モータ制御装置１５７は、上述の極性判定が完了すると、極性判定が完了したことをＣＰＵ１５１ａに通知する。
【００９７】
ＣＰＵ１５１ａは、極性判定が完了したことを示す通知を受信すると、座標逆変換器５０５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電圧切替器５１６を制御する指令をモータ制御装置１５７に出力する。モータ制御装置１５７は当該指令に応じて電圧切替器５１６を制御する。この結果、電圧切替器５１６は座標逆変換器５０５から出力された電圧がＰＷＭインバータ５０６に入力される状態になる。
【００９８】
その後、ＣＰＵ１５１ａは、駆動パルスの出力を開始する。この結果、上述したベクトル制御が開始される。
【００９９】
なお、前述した極性の判定方法は、本実施形態における一例であって、これに限定されるものではない。例えば、極性判定用の簡易的なセンサ（ホールセンサ等）を用いて極性判定を行ってもよい。
【０１００】
｛指令位相の初期値｝
指令生成器５００は、ベクトル制御が開始されると、ベクトル制御が開始された後の最初に出力する指令位相θ＿ｒｅｆの初期値（初期指令位相）を判定信号に基づいて設定する。具体的には、指令生成器５００は、判定信号が‘０’である場合、即ち、回転位相θｍが０°≦θｍ＜９０°又は２７０°≦θｍ＜３６０°である場合は、初期指令位相を０°に設定する。また、指令生成器５００は、判定信号が‘１’である場合、即ち、回転位相θｍが９０°≦θｍ＜２７０°である場合は、初期指令位相を１８０°に設定する。
【０１０１】
指令生成器５００は、設定された初期指令位相と駆動パルスとに基づいて指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。具体的には、指令生成器５００は、図７に示すようにして、指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。なお、図７では、指令位相θ＿ｒｅｆの初期値は０°に設定されている。
【０１０２】
｛位相θの初期値｝
位相生成部５１４ｅは、極性判定器５１５から出力された判定信号に基づいて、ベクトル制御が開始された後の最初に出力する位相θの初期値（初期位相θ０）を設定する。具体的には、位相生成部５１４ｅは、判定信号が‘０’である場合、即ち、回転位相θｍが０°≦θｍ＜９０°又は２７０°≦θｍ＜３６０°である場合は、初期位相θ０を０°に設定する。また、位相生成部５１４ｅは、判定信号が‘１’である場合、即ち、回転位相θｍが９０°≦θｍ＜２７０°である場合は、初期位相θ０を１８０°に設定する。
【０１０３】
位相生成部５１４ｅは、初期位相θ０を決定した後は、当該初期位相θ０を積分演算の積分値の初期値として、回転速度ω＿ｅｓｔに基づく積分演算により位相θを決定して出力する。
【０１０４】
なお、ベクトル制御が実行されている期間中、極性判定器５１５は稼働していてもよいし停止していてもよい。位相生成部５１４ｅは、初期位相θ０を決定する際には判定信号を用いるが、当該初期位相θ０を決定する処理が完了した後に位相θを決定する際には判定信号を用いなくてもよい。
【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、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を制御する指令がＣＰＵ１５１ａから出力されると、モータ制御装置１５７は当該指令に応じて電圧切替器５１６を制御する。この結果、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に入力される状態になり、極性判定が実行される。
【０１０８】
その後、Ｓ１００３において、判定信号＝‘０’が極性判定器５１５から出力されると、Ｓ１００４において、位相生成器５１４ｅは初期位相θ０を０°に設定し、指令生成器５００は初期指令位相を０°に設定する。
【０１０９】
また、Ｓ１００３において、判定信号＝‘１’が極性判定器５１５から出力されると、Ｓ１００５において、位相生成器５１４ｅは初期位相θ０を１８０°に設定し、指令生成器５００は初期指令位相を１８０°に設定する。
【０１１０】
次に、Ｓ１００６において、モータ制御装置１５７は、極性判定が完了したことをＣＰＵ１５１ａに通知する。その結果、座標逆変換器５０５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電圧切替器５１６を制御する指令がＣＰＵ１５１ａから出力される。モータ制御装置１５７は当該指令に応じて電圧切替器５１６を制御する。この結果、座標逆変換器５０５から出力された電圧がＰＷＭインバータ５０６に入力される。また、ＣＰＵ１５１ａからモータ制御装置１５７に対する駆動パルスの出力が開始される。
【０１１１】
Ｓ１００７において、モータ制御装置１５７は、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルスと初期指令位相とに基づいて指令位相θ＿ｒｅｆを生成し、ベクトル制御を実行する。
【０１１２】
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。
【０１１３】
以上のように、本実施形態では、位相生成部５１４ｅは、判定信号が‘０’である場合は初期位相θ０を０°に設定し、判定信号が‘１’である場合は初期位相θ０を１８０°に設定する。この結果、初期位相θ０と回転子の実際の回転位相との位相差Δθを可能な限り小さくすることができ、可能な限り早く位相差Δθを目標値Δθ＿ｔｇｔに収束させることができる。
【０１１４】
また、本実施形態では、指令生成器５００は、判定信号が‘０’である場合は初期指令位相を０°に設定し、判定信号が‘１’である場合は初期指令位相を１８０°に設定する。即ち、本実施形態では、指令生成器５００によって設定される初期指令位相は、位相生成器５１４ｅによって設定される初期位相θ０と同じ値に設定される。この結果、初期位相と初期指令位相との偏差が極性判定の結果に拘わらず０になり、ベクトル制御が開始された直後に巻線に流れる駆動電流が急激に（ステップ状に）増大することを抑制することができる。その結果、回転位相を精度よく決定することができ、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。
【０１１５】
なお、本実施形態では、Ａ相の巻線を用いて極性判定が行われたが、Ｂ相の巻線を用いても良いし、Ａ相及びＢ相の両方を用いて極性判定を行う構成でもよい。例えば、Ｂ相の巻線を用いて極性判定が行われる場合は、回転位相θｍが０°≦θｍ＜１８０°であるか１８０°≦θｍ＜３６０°であるかが判定される。例えば、回転位相θｍが０°≦θｍ＜１８０°である場合は初期位相θ０及び初期指令位相が９０°に設定され、回転位相θｍが１８０°≦θｍ＜３６０°である場合は、初期位相θ０及び初期指令位相が２７０°に設定される。
【０１１６】
また、本実施形態では、回転位相θｍが０°≦θｍ＜９０°又は２７０°≦θｍ＜３６０°である場合は初期位相θ０及び初期指令位相が０°に設定され、回転位相θｍが９０°≦θｍ＜２７０°である場合は、初期位相θ０及び初期指令位相が１８０°に設定されたが、この限りではない。具体的には、回転位相θｍが０°≦θｍ＜９０°又は２７０°≦θｍ＜３６０°である場合は初期位相θ０及び初期指令位相が０°〜９０°又は２７０°〜３６０°に設定されればよい。また、回転位相θｍが９０°≦θｍ＜２７０°である場合は、初期位相θ０及び初期指令位相が９０°〜２７０°の位相に設定されればよい。
【０１１７】
〔第２実施形態〕
画像形成装置１００及びモータ制御装置１５７の構成が第１実施形態と同様である部分については、説明を省略する。
【０１１８】
＜モータの駆動開始の制御＞
第１実施形態では、極性判定の結果に基づいて初期位相及び初期指令位相が設定され、設定された初期位相及び初期指令位相に基づいてベクトル制御が開始された。本実施形態では、予め決められた電流を巻線に供給することにより回転子を所定の位相まで回転させた後にベクトル制御を開始することによって、モータの制御が不安定になることを抑制する。
【０１１９】
｛プレセット励磁｝
以下に、第１モードとしてのプレセット励磁の方法について説明する。図９は、本実施形態におけるモータ制御装置１５７の構成を示すブロック図である。本実施形態におけるモータ制御装置１５７には、プレセット励磁を行う構成として、プレセット電圧生成器５２０、電圧切替器５１６が設けられている。
【０１２０】
プレセット励磁を行う（モータの駆動を開始する）場合、ＣＰＵ１５１ａは、プレセット電圧生成器５２０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を制御する指令をモータ制御装置１５７に出力する。モータ制御装置１５７は当該指令に応じて電圧切替器５１６を制御する。この結果、プレセット電圧生成器５２０によって生成された電圧がＰＷＭインバータ５０６に入力され、プレセット励磁の動作が開始される。
【０１２１】
プレセット電圧生成器５２０は、プレセット電圧Ｖα＿ｐｒｅ、Ｖβ＿ｐｒｅを生成して出力する。この結果、Ａ相の巻線及びＢ相の巻線には、プレセット電圧Ｖα＿ｐｒｅ、Ｖβ＿ｐｒｅに対応するプレセット電流が供給され、モータの回転子を所望の位相まで回転させることができる。例えば、図１０に示すようなプレセット電圧Ｖα＿ｐｒｅ、Ｖβ＿ｐｒｅがプレセット電圧生成器５２０から出力されることによって、モータの回転子を所望の位相（停止後の回転位相）まで回転させることができる。
【０１２２】
本実施形態では、一例として、プレセット電圧生成器５２０は、プレセット電圧Ｖα＿ｐｒｅとして所定電圧Ｖ０を出力し、プレセット電圧Ｖβ＿ｐｒｅとして０を出力する。即ち、本実施形態では、プレセット電圧生成器５２０は、モータの回転子の回転位相が０°になるようにプレセット電圧Ｖα＿ｐｒｅ、Ｖβ＿ｐｒｅを出力する。この結果、回転子は当該回転子の回転位相が０°になるまで回転する。
【０１２３】
モータ制御装置１５７は、上述のプレセット励磁が完了すると、プレセット励磁が完了したことをＣＰＵ１５１ａに通知する。
【０１２４】
ＣＰＵ１５１ａは、プレセット励磁が完了したことを示す通知を受信すると、座標逆変換器５０５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電圧切替器５１６を制御する指令をモータ制御装置１５７に出力する。モータ制御装置１５７は当該指令に応じて電圧切替器５１６を制御する。この結果、電圧切替器５１６は座標逆変換器５０５から出力された電圧がＰＷＭインバータ５０６に入力される状態になる。
【０１２５】
その後、ＣＰＵ１５１ａは、駆動パルスの出力を開始する。この結果、ベクトル制御が開始される。
【０１２６】
｛指令位相の初期値｝
上述したように、本実施形態では、プレセット励磁が行われることによって回転子の回転位相が０°になるように回転子が回転する。そこで、本実施形態では、指令生成器５００によって生成される指令位相θ＿ｒｅｆの初期値（初期指令位相）は、予め０°に設定される。
【０１２７】
指令生成器５００は、設定された初期指令位相と駆動パルスとに基づいて指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する
｛位相θの初期値｝
本実施形態では、位相生成器５１４ｅによって生成される位相θの初期値（初期位相θ０）は、予め０°に設定される。
【０１２８】
位相生成部５１４ｅは、初期位相θ０を積分演算の初期値として、回転速度ω＿ｅｓｔに基づく積分演算により位相θを決定して出力する。
【０１２９】
以上のように、本実施形態では、予め決められた電流を巻線に供給することにより回転子を所定の位相まで回転させるプレセット励磁が行われた後にベクトル制御が開始される。具体的には、本実施形態では、回転子の回転位相が０°になるようにプレセット励磁が行われ、初期位相θ０及び初期指令位相は予め０°に設定される。即ち、初期位相θ０及び初期指令位相が０°に設定され且つ回転子の実際の回転位相θｍが０°である状態において、ベクトル制御（モータの駆動）が開始される。この結果、初期位相と初期指令位相との偏差が０になり、ベクトル制御が開始された直後に巻線に流れる駆動電流が急激に（ステップ状に）増大することを抑制することができる。その結果、回転位相を精度よく決定することができ、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。
【０１３０】
なお、第１実施形態及び第２実施形態では、γ軸電流指令値ｉγ＿ｒｅｆに高周波信号が重畳されたが、例えば、駆動電圧Ｖγに重畳される構成でもよい。
【０１３１】
また、第１実施形態及び第２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。
【０１３２】
また、第１実施形態及び第２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。
【０１３３】
また、第１実施形態及び第２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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
第１実施形態及び第２実施形態では、初期指令位相は初期位相θ０と同じ値に設定されたが、この限りではない。例えば、初期指令位相は、当該初期指令位相と初期位相θ０との偏差Δが所定範囲内の値である（０≦Δ＜≦Δｍａｘ）ように設定されてもよい。なお、Δｍａｘは、前記偏差がΔｍａｘであることに起因して電流値ｉδに高周波成分が含まれたとしても、位相θを高精度に決定することができるような値に設定される。
【符号の説明】
【０１３６】
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  位相決定器
５１４ａ  高周波抽出部
５１９  高周波重畳器
【図１】
2019213336.tif 000007
【図２】
2019213336.tif 000008
【図３】
2019213336.tif 000009
【図４】
2019213336.tif 000010
【図５】
2019213336.tif 000011
【図６】
2019213336.tif 000012
【図７】
2019213336.tif 000013
【図８】
2019213336.tif 000014
【図９】
2019213336.tif 000015
【図１０】
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