(57)【要約】【課題】ベクトル制御によりモータの駆動制御を行うモータ制御装置において、モータの回転位置の推定演算に伴う遅延によって実際の回転位置に対して生じる推定誤差を低減するための技術を提供する。【解決手段】画像形成装置のモータ制御部は、ＣＰＵからの位置指令値に基づいて、ステッピングモータへ供給する駆動電流を、当該モータの回転位置θを基準とした回転座標系における電流値によって制御するベクトル制御を実行することで、当該モータに駆動電流を供給する（Ｓ１０１）。モータ制御部は、ステッピングモータの各相の巻線に流れる駆動電流を検出し、その検出結果に基づく推定演算により、ベクトル制御に用いられる回転位置θを推定する（Ｓ１０２〜Ｓ１０４）。モータ制御部は、推定演算に伴う遅延によって回転位置θの推定値に生じる誤差が低減されるように、ステッピングモータの回転速度に応じて当該推定値を補正する（Ｓ１０５）。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された駆動電流の値に基づいて、前記モータの回転子の回転位置を示す第１推定値を演算する第１演算手段と、
前記第１推定値を、当該第１推定値の演算に要する時間と前記回転子の回転速度に関する情報を示す値とに基づいて補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された値に基づいて、前記回転子の回転速度を示す第２推定値を演算する第２演算手段と、
前記第２推定値と前記回転子の目標速度を示す指令値との偏差が小さくなるように、前記巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
を備え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、前記検出手段によって検出された駆動電流に含まれる高周波成分を除去するフィルタ回路を備え、
前記補正手段は、前記フィルタ回路による処理に起因して前記回転子の実際の回転位置に対する前記第１推定値に生じる誤差を低減する補正を行う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】
前記補正手段は、外部のコントローラから与えられる前記指令値に基づく前記回転子の回転速度に応じて前記第１推定値を補正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】
前記補正手段は、前記第２推定値に応じて前記第１推定値を補正することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記モータ制御装置は、前記回転子の回転によって前記巻線に誘起される誘起電圧を、前記検出手段によって検出される駆動電流に基づいて演算する電圧演算手段を有し、
前記第１演算手段は、前記電圧演算手段によって演算された誘起電圧に基づいて前記第１推定値を演算することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記偏差が小さくなるように、前記補正手段によって補正された値に対応する回転位置に基づく回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分の値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
モータの回転子の回転位置を示す第１推定値を演算する第１演算手段と、
前記第１推定値を、当該第１推定値の演算に要する時間と前記回転子の回転速度に関する情報を示す値とに基づいて補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された値に対応する回転位置に基づく回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分の値に基づいて、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、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記補正手段によって補正された値と前記回転子の目標位置を示す指令値との偏差が小さくなるように、前記トルク電流成分の値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項７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、前記巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段を有し、
前記第１演算手段は、前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて、前記第１推定値を演算することを特徴とする請求項７又は８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記モータ制御装置は、前記回転子の回転速度を示す第２推定値を演算する第２演算手段を有し、
前記制御手段は、前記第２推定値と前記回転子の目標速度を示す指令値との偏差が小さくなるように、前記トルク電流成分の値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記モータ制御装置は、前記巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段を有し、
前記第２演算手段は、前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて、前記第２推定値を演算す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】
前記第２演算手段は、前記補正手段によって補正された値に基づいて、前記第２推定値を演算す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】
前記モータ制御装置は、前記回転子の回転によって前記巻線に誘起される誘起電圧を、前記検出手段によって検出される駆動電流の値に基づいて演算する電圧演算手段を有し、
前記第１演算手段は、前記電圧演算手段によって演算された誘起電圧に基づいて前記第１推定値を演算することを特徴とする請求項９又は１１に記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
前記補正手段は、前記第２推定値に応じて前記第１推定値を補正することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記補正手段は、外部のコントローラから与えられる指令値に基づく前記回転子の回転速度に応じて前記第１推定値を補正することを特徴とする請求項８から１３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
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駆動電流に含まれる高周波成分を除去するフィルタ回路を備え、
前記補正手段は、前記フィルタ回路による処理に起因して前記回転子の実際の回転位置に対する前記第１推定値に生じる誤差を低減する補正を行うことを特徴とする請求項１から６、９、１１及び１３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項１７】
前記補正手段は、前記回転子の回転速度が第１速度である場合は第１の補正量により前記第１推定値を補正し、前記回転子の回転速度が前記第１速度よりも速い第２速度である場合は前記第１の補正量よりも大きい第２の補正量により前記第１推定値を補正することを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項１８】
前記補正手段は、前記第１推定値の演算に要する時間内に前記回転子が回転することに起因して前記第１推定値に生じる誤差を低減する補正量によって前記第１推定値を補正することを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項１９】
前記補正手段は、前記回転子の回転方向が第１の回転方向である場合は前記回転子の回転速度に応じた補正量を前記第１推定値に加算し、前記回転子の回転方向が前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向である場合は前記第１推定値から前記補正量を減算することを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項２０】
前記補正手段は、外部のコントローラから与えられる、前記回転子の回転方向を示す情報に基づいて前記第１推定値を補正することを特徴とする請求項１９に記載のモータ制御装置。
【請求項２１】
前記モータ制御装置は、前記回転子の回転速度に対応する値と当該回転子の回転速度に対応する値に対応する補正量との関係を示すデータが格納されている記憶手段を備え、
前記補正手段は、前記記憶手段に格納されたデータが示す補正量を用いて前記第１推定値を補正することを特徴とする請求項１から２０のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項２２】
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から２１のいずれか１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２３】
原稿を積載する原稿積載部と、
前記原稿積載部に積載された原稿を搬送する搬送部と、
前記搬送部によって搬送された前記原稿を読み取る読取手段と、
負荷を駆動するモータと、
請求項１から２１のいずれか１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原稿読取装置。
【請求項２４】
記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
負荷を駆動するモータと、
請求項１から２１のいずれか１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２５】
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２４に記載の画像形成装置。
【請求項２６】
前記負荷は、前記画像形成手段によって前記記録媒体の両面に画像が形成される際に、または、前記画像形成手段による画像形成が行われた前記記録媒体の第１面と第２面とが反転して前記記録媒体が排紙される際に、前記記録媒体が搬送される搬送方向を反転させる反転ローラであることを特徴とする請求項２４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、シート搬送装置、原稿読取装置及び画像形成装置におけるモータの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置において、画像が形成される用紙等の記録材を搬送する搬送系の駆動源として、ステッピングモータが広く用いられている。ステッピングモータは、モータの回転速度及び位置を検出する機構を備えていなくとも、モータに与えるパルス周期を制御することによって容易に速度制御を行えるとともに、モータに与えるパルス数を制御することによって容易に位置制御を行える利点を有する。（この制御方式を、一般に同期制御という。）ところが、ステッピングモータを同期制御する際、装置で必要となる負荷トルクが、出力可能なトルク範囲を超えた場合、入力パルスに同期せずに制御不能の状態である脱調状態となる。モータが脱調状態となると、紙詰まりが発生し、画像形成装置内に詰まった紙をユーザに取り除いてもらう必要が生じる。これを避けるためには、装置で必要となる負荷トルクの変化に対応可能なモータ出力トルクが必要となる。そのためには、装置で必要となる負荷トルクに対して所定のマージンを有するモータ出力トルクが得られるように、駆動電流をモータへ供給する必要がある。その結果、必要以上に電力を消費するとともに、余剰トルクに起因して装置に振動及び騒音が生じる問題があった。
【０００３】
このような問題に対処するための技術として、特許文献１及び２に記載のように、ベクトル制御（またはＦＯＣ：Field Oriented Control）と称される方式が提案されている。ベクトル制御は、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を用いて、モータに最大のトルクが発生するように駆動電流の振幅及び位相を制御する方式である。回転座標系では、駆動電流のｑ軸成分（ｑ軸電流）は、トルクを発生させるトルク電流成分であり、駆動電流のｄ軸成分（ｄ軸電流）は、回転子の磁束強度に影響する励磁電流成分である。特に、ステッピングモータのように回転子に永久磁石を用いるモータでは、ｄ軸電流を必要とせずに、ｑ軸電流のみを用いてトルク制御が可能である。その結果として、静止座標系におけるモータの駆動電流が理想的な正弦波となるため、電力効率が良い駆動制御を実現できるのみならず、上述のような余剰トルクに起因した装置の振動及び騒音を抑えられる。
【０００４】
上述のようなベクトル制御では、ロータの回転速度及び位置を検出する必要があり、ロータリエンコーダを用いて検出を行うのが一般的である。しかし、従来のステッピングモータ制御では不要であるロータリエンコーダを用いてベクトル制御を実現する場合、コストアップ及び配置スペースの確保が問題となる。このため、ロータリエンコーダを用いずにベクトル制御が実現できることが望ましい。特許文献２には、ロータリエンコーダを用いることなくロータの回転速度及び位置を推定する方法が提案されている。具体的には、モータの駆動電流を検出し、電圧方程式に基づいて推定されたＡ相及びＢ相における誘起電圧比の逆正接を演算することで、ロータの位置を推定している。ロータの回転速度は、ロータの位置の推定結果の時間微分によって推定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３６６１８６４号公報
【特許文献２】特許５５３７５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２で提案される方法を用いて一定の制御周期でロータの位置を推定する場合、位置を推定するための推定演算に伴う遅延に起因して、ロータの推定位置に誤差が生じる。とりわけ、ロータの回転数が高い領域で推定位置の誤差が大きくなる。特許文献２では、このような推定位置の誤差がベクトル制御に与える影響について明らかにされていない。しかし、発明者らのシミュレーション及び実験によれば、実際には、ロータの推定位置の誤差がベクトル制御におけるモータの制御効率を著しく悪化させるのみならず、モータが制御不能の状態に至ることがある。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。本発明は、モータが制御不能な状態に至ることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、例えば、モータ制御装置として実現できる。本発明の一態様の係るモータ制御装置は、モータの巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された駆動電流の値に基づいて、前記モータの回転子の回転位置を示す第１推定値を演算する第１演算手段と、前記第１推定値を、当該第１推定値の演算に要する時間と前記回転子の回転速度に関する情報を示す値とに基づいて補正する補正手段と、前記補正手段によって補正された値に基づいて、前記回転子の回転速度を示す第２推定値を演算する第２演算手段と、前記第２推定値と前記回転子の目標速度を示す指令値との偏差が小さくなるように、前記巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の他の一態様に係るモータ制御装置は、モータの回転子の回転位置を示す第１推定値を演算する第１演算手段と、前記第１推定値を、当該第１推定値の演算に要する時間と前記回転子の回転速度に関する情報を示す値とに基づいて補正する補正手段と、前記補正手段によって補正された値に対応する回転位置に基づく回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分の値に基づいて、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、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、モータが制御不能な状態に至ることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像形成装置の全体の構成例を示す図。
【図２】画像形成装置の制御構成例を示すブロック図。
【図３】モータ制御部の構成例（比較例）を示すブロック図。
【図４】モータと回転座標系のｄｑ軸との関係を示す図。
【図５】誘起電圧とステッピングモータの電気角との関係の例を示す図。
【図６】ステッピングモータの推定電気角と実際の電気角との関係の例を示す図。
【図７】ステッピングモータの回転速度と推定電気角の遅延量との関係の例を示す図。
【図８】モータ制御部の構成例を示すブロック図。
【図９】モータ制御部による制御フローを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００１２】
＜画像形成装置＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るモータ制御装置が実装される画像形成装置の構成例について説明する。図１に示す画像形成装置１００は、原稿自動送り装置２０１、読取装置２０２、及び画像形成装置本体３０１を備えている。
【００１３】
原稿自動送り装置２０１の原稿載置部２０３に置かれた原稿は、給紙ローラ２０４によって１枚ずつ給紙され、搬送ガイド２０６を経由して読取装置２０２の原稿ガラス台２１４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た後、排紙ローラ２０５によって装置外部へ排紙される。この間、読取装置２０２の読取位置において照明系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から成る光学系によって画像読取部１０１に導かれ、画像読取部１０１によって画像信号に変換される。画像読取部１０１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１０１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、画像形成装置本体３０１へ出力される。
【００１４】
読取装置２０２における原稿の読取モードとして、流し読みモード及び固定モードがある。流し読みモードは、照明系２０９及び光学系を停止した状態で、原稿を一定速度で搬送しながら当該原稿の画像を読み取るモードである。固定モードは、読取装置２０２の原稿ガラス台２１４上に原稿を載置し、照明系２０９及び光学系を一定速度で移動させながら、原稿ガラス台２１４上に載置された原稿の画像を読み取るモードである。通常、シート状の原稿は流し読みモードにより読み取られ、綴じられた原稿は固定モードで読み取られる。
【００１５】
画像形成装置１００は、読取装置２０２から出力される画像信号に基づいて、画像形成装置本体３０１においてページ単位で記録紙（記録材）に画像を形成するコピー機能を有する。なお、画像形成装置１００は、ネットワークを介して外部装置から受信したデータに基づいて記録紙に画像を形成する印刷機能も有している。
【００１６】
読取装置２０２から出力された画像信号は、光走査装置３１１に入力される。光走査装置３１１は、半導体レーザ及びポリゴンミラーを含み、入力された画像信号で変調されたレーザ光（光信号）を、半導体レーザから出力する。半導体レーザから出力されたレーザ光が、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の表面に照射されることで、感光ドラム３０９が露光される。帯電器３１０によって表面が一様に帯電した感光ドラム３０９がレーザ光によって露光されることで、感光ドラム３０９上に静電潜像が形成される。感光ドラム３０９上に形成された静電潜像が、現像器３１４から供給されるトナーによって現像されることで、感光ドラム３０９上にトナー像が形成される。感光ドラム３０９上のトナー像は、感光ドラム３０９の回転に伴って転写分離器３１５と対向する位置（転写位置）まで移動すると、転写分離器３１５によって記録紙に転写される。
【００１７】
記録紙は、紙カセット３０２及び３０４に収納されており、それぞれ異なる種類の記録紙を収納可能である。例えば、紙カセット３０２には標準の記録紙が収納され、紙カセット３０４にはタブ紙が収納される。紙カセット３０２に収納された記録紙は、給紙ローラ３０３によって搬送路上に給紙され、搬送ローラ３０６によってレジストローラ３０８の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。一方、紙カセット３０４に収納された記録紙は、給紙ローラ３０５によって搬送路上に給紙され、搬送ローラ３０７，３０６によってレジストローラ３０８の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。
【００１８】
レジストローラ３０８の位置まで搬送された記録紙は、感光ドラム３０９上のトナー像が転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ３０８によって転写位置へ搬送される。転写位置において感光ドラム３０９からトナー像が転写された記録紙は、搬送ベルト３１７によって定着器３１８へ搬送される。定着器３１８は、熱及び圧力により、記録紙上のトナー像を当該記録紙に定着させる。
【００１９】
片面印刷モードで画像形成が行われる場合には、定着器３１８を通過した記録紙は、排紙ローラ３１９，３２４によって装置外部へ排紙される。両面印刷モードで画像形成が行われる場合には、定着器３１８を通過後、表面（第１面）に画像が形成された記録紙は、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へ搬送される。更に、記録紙の後端が、反転パス３２５と両面パス３２６との合流ポイントを通過した直後に、反転ローラ３２１の回転を反転させることで、記録紙が逆方向に搬送され始め、両面パス３２６へ搬送される。その後、記録紙は、搬送ローラ３２２，３２３によって両面パス３２６を搬送され、再び搬送ローラ３０６によってレジストローラ３０８の位置まで搬送され、そこで一時的に停止する。更に、記録紙の表面（第１面）への画像形成と同様に、転写位置において記録紙の裏面（第２面）へのトナー像の転写処理が行われ、更に定着器３１８によって定着処理が行われた後、記録紙は、装置外部へ排紙される。このように、反転ローラ３２１は、記録紙の両面に画像を形成する際に、搬送路上で記録紙の搬送方向を反転させるための反転ローラとして機能する。
【００２０】
また、表面へ画像形成された記録紙の表裏を反転させて（第１面が下向きになるように反転させて）記録紙を装置外部へ排紙する場合には、定着器３１８を通過した記録紙を、排紙ローラ３２４へ向かう方向でははく、搬送ローラ３２０へ向かう方向へ一時的に搬送する。その後、記録紙の後端が搬送ローラ３２０の位置を通過する直前に、搬送ローラ３２０の回転を反転させることで、記録紙が逆方向に搬送され始め、排紙ローラ３２４へ向かう方向へ搬送される。その結果、記録紙は、表裏が反転した状態で排紙ローラ３２４によって装置外部へ排紙される。このように、搬送ローラ３２０は、画像形成が行われた記録紙を、表裏を反転させて排紙する際に、搬送路上で記録紙の搬送方向を反転させるための反転ローラとして機能する。
【００２１】
このように、画像形成装置本体３０１は、画像が形成される記録紙の搬送用のローラとして、搬送ローラ３０６，３０７、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を備えている。これらのローラを駆動するモータの駆動制御は、後述するように、システムコントローラ１５１（図２）からの指示により、モータ制御部１５７（図２）によって行われる。
【００２２】
（画像形成装置の制御構成）
図２は、画像形成装置１００の制御構成例を示すブロック図である。図２に示すシステムコントローラ１５１は、ＣＰＵ１５１ａ、ＲＯＭ１５１ｂ、及びＲＡＭ１５１ｃを備え、画像形成装置１００全体を制御する。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、モータ制御部１５７、センサ類１５９、及び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の交換が可能である。
【００２３】
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。ＲＡＭ１５１ｃは、揮発性の記憶デバイスであり、ＣＰＵ１５１ａは、各種プログラムを実行するためのワークエリアとして、または各種データが一時的に格納される一時記憶領域として使用される。ＲＡＭ１５１ｃには、例えば、高圧制御部１５５に対する設定値、モータ制御部１５７に対する指令値、操作部１５２から受信される情報等のデータが格納される。
【００２４】
システムコントローラ１５１は、ユーザが各種の設定を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、操作部１５２を制御することで、操作部１５２を介してユーザによる設定を受け付ける。システムコントローラ１５１は、操作部１５２を介したユーザによる設定の内容（複写倍率の設定値、濃度設定値等）を示す情報を、操作部１５２から受信する。また、システムコントローラ１５１は、画像形成装置の状態をユーザに知らせるためのデータを操作部１５２に送信する。操作部１５２は、システムコントローラ１５１から受信したデータに基づいて、画像形成装置の状態を示す情報（例えば、画像形成枚数、画像形成中か否かを示す情報、ジャムの発生及び発生個所を示す情報）を表示部に表示する。
【００２５】
システムコントローラ１５１（ＣＰＵ１５１ａ）は、画像処理部１１２に対して、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内の各デバイスの設定値データを送信する。また、システムコントローラ１５１は、各デバイスからの信号（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を制御する。高圧制御部１５５は、システムコントローラ１５１から出力される設定値に基づいて、高圧ユニット１５６を構成する帯電器３１０、現像器３１４、及び転写分離器３１５に対して、それぞれの動作に必要となる電圧を供給する。
【００２６】
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から検出信号を受信し、当該検出信号を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を制御することで、定着ヒータ１６１の温度を、定着処理のための所望の温度に制御する。なお、定着ヒータ１６１は、定着器３１８に含まれる、定着処理に用いられるヒータである。
【００２７】
このように、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。また、システムコントローラ１５１は、モータ制御部１５７を介して、各モータの駆動シーケンスを制御する。モータ制御部１５７は、システムコントローラ１５１からの指示に従って、記録紙の搬送用のローラを駆動する駆動源に相当するモータ（図３及び図８に示すステッピングモータ５０９）を制御する。なお、画像形成装置１００は、記録紙の搬送用の各ローラに対応するモータごとに、当該モータを制御するモータ制御部１５７を備えている。本実施形態では、モータ制御部１５７は、モータの駆動制御を行うモータ制御装置の一例である。
【００２８】
モータ制御部１５７の外部のコントローラに相当するシステムコントローラ１５１（ＣＰＵ１５１ａ）は、制御対象のモータ（ステッピングモータ５０９）の位置（回転位置）の指令値（θ＿ｒｅｆ）を生成し、モータ制御部１５７へ出力する。例えば、位置指令値θ＿ｒｅｆは、パルス状の矩形波信号であり、１パルスがステッピングモータの回転角度の最小変化量を規定する。なお、モータの回転速度の指令値（速度指令値ω＿ｒｅｆ）は、θ＿ｒｅｆに対応する周波数として求められる。ＣＰＵ１５１ａは、モータの駆動シーケンスを開始すると、生成した位置指令値θ＿ｒｅｆを、所定の時間周期（制御周期）でモータ制御部１５７へ出力する。モータ制御部１５７は、ＣＰＵ１５１ａから与えられる位置指令値に従って、モータ（ステッピングモータ５０９）の位置制御及び速度制御を実行する。
【００２９】
＜ベクトル制御＞
次に、図３及び図４を参照して、モータ制御部１５７によって実行される、ステッピングモータ５０９のベクトル制御の概要について説明する。図３は、本実施形態に対する比較例に相当する、モータ制御部１５７の構成例を示すブロック図である。図３に示すモータ制御部１５７の基本的な構成は、ブラシレスＤＣモータ、ＡＣサーボモータ等のモータで利用されている、静止座標系から回転座標系への座標変換を用いたインバータ制御に対応した構成である。
【００３０】
モータ制御部１５７では、ベクトル制御部５１５から出力される、ステッピングモータ５０９の駆動電圧Ｖα，Ｖβに応じて、ＰＷＭインバータ５０６がステッピングモータ５０９へ駆動電流を供給することによって、ステッピングモータ５０９を駆動する。なお、図３に示すように、ベクトル制御部５１５は、速度制御器５０２、電流制御器５０３，５０４、及び座標変換器５０５，５１１によって構成されている。
【００３１】
ここで、図４は、Ａ相及びＢ相から成る２相のモータと回転座標系のｄ軸及びｑ軸との関係を示す図である。同図では、静止座標系における、Ａ相及びＢ相の巻線に対応した軸をそれぞれα軸及びβ軸と定義している。また、静止座標系におけるα軸と、回転子（ロータ）として用いられる永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向（ｄ軸）との成す角度をθと定義している。この場合、ステッピングモータ５０９の出力軸の位置（回転位置）は、角度θによって表される。ベクトル制御では、図４に示すように、回転子の磁束方向に沿ったｄ軸と、ｄ軸から９０度進んだ方向に沿った（ｄ軸と直交する）ｑ軸とで表される、ステッピングモータ５０９の位置θを基準とした回転座標系が用いられる。
【００３２】
モータ制御部１５７は、ステッピングモータ５０９へ供給する駆動電流を、ステッピングモータ５０９の位置θを基準とした回転座標系の電流値によって制御するベクトル制御を行う。ベクトル制御では、ステッピングモータ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が、α軸及びβ軸で表される静止座標系から、ｄ軸及びｑ軸で表される回転座標系に変換される。このような座標変換の結果、ステッピングモータ５０９に供給される駆動電流は、回転座標系において、直流のｄ軸成分（ｄ軸電流）及びｑ軸成分（ｑ軸電流）によって表される。この場合、ｑ軸電流は、ステッピングモータ５０９にトルクを発生させるトルク電流成分に相当し、ｄ軸電流は、ステッピングモータ５０９の回転子の磁束強度に影響する励磁電流成分に相当する。モータ制御部１５７は、回転座標系におけるｑ軸電流及びｄ軸電流を独立して制御することで、ステッピングモータ５０９のベクトル制御を実現する。
【００３３】
具体的には、モータ制御部１５７は、ステッピングモータ５０９の回転子の位置及び回転速度を推定し、その推定結果に基づいてベクトル制御を行う。モータ制御部１５７は、図３に示すように、位置制御器５０１、速度制御器５０２、及び電流制御器５０３，５０４へのそれぞれのフィードバックに基づく３つの制御ループを含み、これらの制御ループによってベクトル制御を実現する。なお、図３に示すモータ制御部１５７において、ステッピングモータ５０９の位置θの推定は、誘起電圧演算部５１２及び位置演算部５１３によって行われる。また、ステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定は、位置θの推定値に基づいて、速度演算部５１４によって行われる。
【００３４】
位置制御器５０１を含む、最も外側の制御ループでは、ステッピングモータ５０９の位置θの推定値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ５０９の位置制御を行う。モータ制御部１５７には、システムコントローラ１５１のＣＰＵ１５１ａから、ステッピングモータ５０９の位置指令値θ＿ｒｅｆが与えられる。位置制御器５０１は、位置演算部５１３からフィードバックされる、ステッピングモータ５０９の位置θの推定値の、位置指令値θ＿ｒｅｆ（目標値）に対する偏差が０に近づくように、速度指令値ω＿ｒｅｆを生成して出力する。このようにして、位置制御器５０１によるステッピングモータ５０９の位置制御が行われる。
【００３５】
速度制御器５０２を含む制御ループでは、ステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ５０９の速度制御を行う。速度制御器５０２は、速度演算部５１４からフィードバックされる、ステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定値の、速度指令値ω＿ｒｅｆ（目標値）に対する偏差が０に近づくように、電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ，ｉｄ＿ｒｅｆを生成して出力する。なお、電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ，ｉｄ＿ｒｅｆは、静止座標系（αβ軸）から回転座標系（ｄｑ軸）への座標変換後の、回転座標系における電流指令値である。
【００３６】
電流制御器５０３，５０４を含む制御ループでは、ステッピングモータ５０９の各相の巻線に流れる駆動電流の検出値のフィードバックに基づいて、ステッピングモータ５０９の各相の巻線に供給する駆動電流を制御する。ここで、ステッピングモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線にそれぞれ流れる電流（交流電流）の電流値ｉα，ｉβは、静止座標系において、ステッピングモータ５０９の位置θを用いて次式によって表すことができる。
ｉα＝Ｉ＊ｃｏｓθ
ｉβ＝Ｉ＊ｓｉｎθ      （１）
この場合、回転座標系におけるｄ軸電流及びｑ軸電流（直流電流）の電流値ｉｄ，ｉｑは、次式に示す座標変換によって表される。
ｉｄ＝  ｃｏｓθ＊ｉα＋ｓｉｎθ＊ｉβ
ｉｑ＝−ｓｉｎθ＊ｉα＋ｃｏｓθ＊ｉβ      （２）
【００３７】
このような座標変換によって、静止座標系における、Ａ相及びＢ相の巻線にそれぞれ流れる交流電流値ｉα，ｉβは、回転座標系における直流電流値ｉｑ，ｉｄに変換される。なお、ｑ軸電流は、ステッピングモータ５０９にトルクを発生させるトルク電流成分（第１の電流成分）である。ｄ軸電流は、ステッピングモータ５０９の回転子の磁束強度に影響する励磁電流成分（第２の電流成分）であり、ステッピングモータ５０９のトルクの発生には寄与しない。
【００３８】
ステッピングモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流は、ＰＷＭインバータ５０６とステッピングモータ５０９との間に設けられた電流検出部５０７，５０８によってそれぞれ検出される。電流検出部５０７，５０８によって検出された駆動電流の値は、Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へ変換されることで、ＣＰＵ、またはＦＰＧＡ等のプログラミングデバイスによる取り込みが可能になる。Ａ／Ｄ変換器５１０から出力される、静止座標系における電流値ｉα，ｉβは、座標変換器５１１及び誘起電圧演算部５１２へ入力される。
【００３９】
座標変換器５１１は、式（２）によって、静止座標系（αβ軸）における電流値ｉα，ｉβを回転座標系（ｄｑ軸）における電流値ｉｑ，ｉｄへ変換して出力する。電流制御器５０３，５０４には、座標変換器５１１から出力される、回転座標系における検出された電流値ｉｑ，ｉｄと、速度制御器５０２から出力される、回転座標系における電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ，ｉｄ＿ｒｅｆとの差分値が入力される。電流制御器５０３，５０４は、入力された差分値（即ち、検出された電流値ｉｑ，ｉｄの、目標値である電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ，ｉｄ＿ｒｅｆに対する偏差）が０に近づくように、回転座標系における電流値ｉｑ'，ｉｄ'を生成及び出力する。なお、位置制御器５０１、速度制御器５０２、及び電流制御器５０３，５０４はそれぞれ、例えば、比例補償器及び積分補償器で構成され、ＰＩ制御によりフィードバック制御を実現する。
【００４０】
座標変換器５０５は、電流制御器５０３，５０４から出力される、回転座標系における電流値ｉｑ'，ｉｄ'を、次式によって、静止座標系における電流値ｉα'，ｉβ'へ逆変換する。
ｉα'＝ｃｏｓθ＊ｉｄ'−ｓｉｎθ＊ｉｑ'
ｉβ'＝ｓｉｎθ＊ｉｄ'＋ｃｏｓθ＊ｉｑ'      （３）
座標変換器５０５は、静止座標系への座標変換後の電流値ｉα'，ｉβ'に応じた駆動電圧Ｖα，Ｖβを、フルブリッジ回路で構成されたＰＷＭインバータ５０６、及び誘起電圧演算部５１２へ出力する。
【００４１】
このようにして、ベクトル制御部５１５は、ステッピングモータ５０９の位置θを基準とした回転座標系（ｄｑ軸）の電流値によって、ステッピングモータ５０９の各相の巻線に供給する駆動電流を制御するベクトル制御を行う。ベクトル制御部５１５は、ステッピングモータ５０９の位置θの推定値のフィードバックに基づくベクトル制御の結果として、ステッピングモータ５０９へ供給する駆動電流に対応する駆動電圧Ｖα，Ｖβを出力する。なお、ベクトル制御では、通常、ステッピングモータ５０９のトルクの発生には寄与しない電流成分であるｄ軸電流は、値が０となるように制御される。即ち、ベクトル制御部５１５では、電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆが０に設定される。
【００４２】
ＰＷＭインバータ５０６では、座標変換器５０５から入力された駆動電圧Ｖα，Ｖβによってフルブリッジ回路が駆動される。その結果、ＰＷＭインバータ５０６は、駆動電圧Ｖα，Ｖβに応じてステッピングモータ５０９の各相の巻線に駆動電流を供給することによって、ステッピングモータ５０９を駆動する。
【００４３】
＜センサレス制御＞
上述のように、ベクトル制御では、モータの位置制御及び速度制御を行うために、モータの位置及び回転速度を示す情報のフィードバックが必要である。具体的には、図３に示す構成では、ステッピングモータ５０９の位置θを示す位置情報、及びステッピングモータ５０９の回転速度ωを示す速度情報を、位置制御器５０１及び速度制御器５０２にそれぞれフィードバックする必要がある。
【００４４】
通常、モータの位置及び回転速度を検出（推定）するためには、モータにロータリエンコーダを取り付け、エンコーダの出力パルス数に基づいて位置を検出し、エンコーダの出力パルス周期に基づいて回転速度を検出する。しかし、本来ステッピングモータの駆動に不要であるエンコーダを追加することによって、上述のように、コストアップ及び配置スペースの確保が問題となる。そこで、エンコーダ等の位置検知のためのセンサを用いることなくモータの位置及び回転速度を推定し、その推定結果に基づいてベクトル制御を行うセンサレス制御が提案されている。以下では、再び図３を参照して、ステッピングモータ５０９のセンサレス制御について説明する。
【００４５】
まず、誘起電圧演算部５１２は、ステッピングモータ５０９（の回転子）の回転に従って、Ａ相（第１相）及びＢ相（第２相）の巻線にそれぞれ誘起される誘起電圧（Ａ相及びＢ相の逆起電圧）を演算する。具体的には、Ａ／Ｄ変換器５１０によるデジタル値への変換後の電流値ｉα，ｉβと、ベクトル制御部５１５から出力された、ステッピングモータ５０９の駆動電圧Ｖα，Ｖβとが、誘起電圧演算部５１２に入力される。誘起電圧演算部５１２は、Ａ相及びＢ相のそれぞれについて、駆動電圧Ｖα，Ｖβと電流値ｉα，ｉβとから、以下の電圧方程式によって、ステッピングモータ５０９の誘起電圧Ｅα，Ｅβを演算する。
Ｅα＝Ｖα−Ｒ＊ｉα−Ｌ＊ｄｉα／ｄｔ
Ｅβ＝Ｖβ−Ｒ＊ｉβ−Ｌ＊ｄｉβ／ｄｔ      （４）
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。Ｒ及びＬの値は、使用されているステッピングモータ５０９に固有の値であり、ＲＯＭ１５１ｂ、またはモータ制御部１５７内に設けられた不図示のメモリに予め格納されている。
【００４６】
誘起電圧演算部５１２によって演算された、Ａ相及びＢ相の誘起電圧Ｅα，Ｅβは、位置演算部５１３へ入力される。位置演算部５１３は、Ａ相の誘起電圧ＥαとＢ相の誘起電圧Ｅβとの比から、次式によってステッピングモータ５０９の位置θの推定値を演算する。
θ＝ｔａｎ-1(−Ｅβ／Ｅα)      （５）
位置演算部５１３は、このような推定演算により得られた位置θの推定値を、位置制御器５０１及び速度演算部５１４に出力（フィードバック）する。なお、位置θの推定値は、位置演算部５１３から速度制御器５０２、座標変換器５０５，５１１にもフィードバックされることで、座標変換等に利用される。
【００４７】
速度演算部５１４は、入力された位置θから、次式によってステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定値を演算する。
ω＝ｄθ／ｄｔ      （６）
式（６）のように、回転速度ωは、位置θの推定値の時間変化に基づいて演算される。速度演算部５１４は、得られた回転速度ωを速度制御器５０２に出力（フィードバック）する。
【００４８】
図５は、式（４）により算出される誘起電圧Ｅα，Ｅβと、式（５）により算出されるステッピングモータ５０９の電気角（位置θ）との関係の例を示す図である。なお、図５は、巻線レジスタンスＲ＝３．４１［Ω］、巻線インダクタンスＬ＝４．３［ｍＨ］、ステッピングモータ５０９の回転速度ω＝１３．５［ｒｐｓ］とした場合の、シミュレーション結果を一例として示している。図５に示すシミュレーション結果によれば、誘起電圧Ｅα，Ｅβは、９０度の位相差を有しており、それらの振幅の比に応じた電気角が、ステッピングモータ５０９の位置θとして算出されていることが確認できる。
【００４９】
＜位置θの推定値の補正＞
モータ制御部１５７では、誘起電圧演算部５１２及び位置演算部５１３における上述の推定演算によって、図５に示すようにステッピングモータ５０９の電気角（位置θ）を推定することで、ステッピングモータ５０９のセンサレス制御が実現される。しかし、実際には、ステッピングモータ５０９の電気角を推定するための推定演算は、ある程度の時間を要する（即ち、推定演算に伴って遅延が発生する）。その結果、ステッピングモータ５０９の電気角（位置θ）の推定値には、推定演算に伴う遅延に起因して、実際の値から誤差が生じる。
【００５０】
図６は、ステッピングモータ５０９の推定電気角と実際の電気角との関係の例を示す図である。図６（Ａ）は、ステッピングモータ５０９がＣＷ方向に回転している場合、図６（Ｂ）は、ステッピングモータ５０９がＣＣＷ方向に回転している場合を示している。ステッピングモータ５０９には、検出された駆動電流の値に基づく電気角の推定演算を開始してから推定演算が完了する（推定値が得られる）までの間に、所定量の回転が生じる。このため、図６のように、推定演算により得られる推定電気角には、ステッピングモータ５０９の実際の電気角に対して、所定量の位相オフセットが誤差として生じる結果となる。
【００５１】
また、図６（Ａ）のように、ステッピングモータ５０９がＣＷ方向に回転している場合には、「推定電気角＜実際の電気角」となり、即ち、推定電気角には、実際の電気角よりも所定量だけ位相遅れが生じる。一方、図６（Ｂ）のように、ステッピングモータ５０９がＣＣＷ方向に回転している場合には、「推定電気角＞実際の電気角」となり、即ち、推定電気角には、実際の電気角よりも所定量だけ位相進みが生じる。
【００５２】
加えて、モータ制御部１５７によるステッピングモータ５０９の制御周期が一定である場合、ステッピングモータ５０９の回転速度が速いほど、位相オフセット量が大きくなる。ここで、図７は、ステッピングモータの回転速度（回転数）と推定電気角の遅延量との関係の例を示す図である。図７によれば、ステッピングモータ５０９の回転速度（回転数）に比例して、実際の電気角に対する推定電気角の遅延量（位相遅れ）が大きくなることがわかる。このように、ステッピングモータ５０９の回転速度が大きくなるほど、実際の電気角に対する推定電気角の誤差が大きくなり、その結果として、ベクトル制御におけるモータの制御効率を悪化させるだけでなく、モータが制御不能の状態に至る可能性がある。
【００５３】
したがって、センサレス制御によるモータのベクトル制御では、モータの位置の推定演算に伴う遅延によって生じる推定誤差を低減することで、ベクトル制御における制御効率を改善しながら、モータが制御不能の状態に至ることを防止することが必要である。本実施形態では、ベクトル制御における制御効率を最大限に維持しながら、ステッピングモータ５０９を制御不能の状態に至らせることを防止するために、ステッピングモータ５０９の位置θの推定値を補正し、補正後の推定値を用いてベクトル制御を行う。具体的には、モータ制御部１５７は、ステッピングモータ５０９の位置θを推定するための推定演算に伴う遅延によって、位置θの推定値に生じる誤差が低減されるように、ステッピングモータ５０９の回転速度に応じて当該推定値を補正する。
【００５４】
図８は、本実施形態に係るモータ制御部１５７の構成例を示すブロック図である。図８に示すように、モータ制御部１５７は、図３に示す構成における位置演算部５１３の出力側に遅延補正部７０１を追加した構成を有する。遅延補正部７０１は、ステッピングモータ５０９の位置θの推定演算に伴う遅延によって、位置θの推定値に生じる上述の誤差が低減されるように、ステッピングモータ５０９の回転速度に応じて当該推定値を補正し、補正後の推定値θ'を出力する。本実施形態では、位置演算部５１３から出力される、位置θの推定値そのものではなく、遅延補正部７０１から出力される、位置θの補正後の推定値θ'を、ステッピングモータ５０９のベクトル制御のためにフィードバックする。即ち、ベクトル制御部５１５は、ステッピングモータ５０９の位置θの補正後の推定値θ'に基づいて、ステッピングモータ５０９のベクトル制御を行う。
【００５５】
より具体的には、遅延補正部７０１は、ステッピングモータ５０９（の回転子）の回転速度に応じて、位置θの推定演算に伴う遅延を補正するための補正量αを決定し、決定した補正量αで、位置θの推定値を補正する。図７を参照して説明したように、誘起電圧演算部５１２及び位置演算部５１３の推定演算によって得られる位置θの推定値には、ステッピングモータ５０９の回転速度が速くなるほど、大きな誤差が生じる。したがって、遅延補正部７０１は、そのような回転速度に応じて変化する誤差が低減されるよう、ステッピングモータ５０９の回転速度が速いほど補正量αを大きな値に決定し、決定した補正量αで位置θの推定値を補正する。
【００５６】
遅延補正部７０１は、決定した補正量αを、位置演算部５１３から出力された位置θの推定値に対して加算することで、補正後の推定値θ'を求める。遅延補正部７０１は、補正後の推定値θ'を、位置制御器５０１及び速度演算部５１４に出力（フィードバック）する。なお、補正後の推定値θ'は、遅延補正部７０１から速度制御器５０２、座標変換器５０５，５１１にもフィードバックされることで、座標変換等に利用される。
【００５７】
本実施形態では、遅延補正部７０１は、図８に示すように、位置制御器５０１から出力される（即ち、ＣＰＵ１５１ａから与えられる位置指令値θ＿ｒｅｆから得られる）速度指令値ω＿ｒｅｆに応じて、補正量αを決定している。ただし、遅延補正部７０１は、速度演算部５１４によって演算される回転速度ωに応じて、補正量αを決定してもよい。ただし、ステッピングモータ５０９の回転を加速または減速する際、速度演算部５１４によって演算される回転速度ωに、位置θ及び回転速度ωの推定演算に伴う遅延に起因した誤差が生じうる。このため、そのような場合には、遅延補正部７０１は、速度演算部５１４によって演算される回転速度ωではなく、速度指令値ω＿ｒｅｆに応じて補正量αを決定するとよい。
【００５８】
また、ステッピングモータ５０９が、搬送ローラ３２０及び反転ローラ３２１のような反転ローラの駆動源として用いられている場合、当該モータの駆動制御中に、当該モータの回転方向が変化することがある。例えば、画像形成装置１００において記録紙の両面に画像を形成する際、または画像形成が記録材の表裏を反転させて排紙する際に、反転ローラによる記録紙の搬送方向に応じて、ステッピングモータ５０９の回転方向が変化する。このような場合、図６及び図７を参照して説明したように、位相θの推定値には、ステッピングモータ５０９の回転方向（ＣＷ方向またはＣＣＷ方向）に依存して、位相遅れまたは位相進みが生じうる。したがって、駆動制御中にステッピングモータ５０９の回転方向が変化する場合には、遅延補正部７０１は、ステッピングモータ５０９の回転方向に応じて、位相θの推定値の補正を行う必要がある。
【００５９】
本実施形態では、遅延補正部７０１は、ステッピングモータ５０９の回転方向がＣＷ（第１の回転方向）である場合には、位相遅れが低減されるよう、ステッピングモータ５０９の回転速度に応じた補正量αを位相θの推定値に加算する。一方、遅延補正部７０１は、ステッピングモータ５０９の回転方向がＣＣＷ（第１の回転方向とは逆の第２の回転方向）である場合には、位相進みが低減されるよう、位相θの推定値から、ステッピングモータ５０９の回転速度に応じた補正量αを減算する。なお、遅延補正部７０１は、ＣＰＵ１５１ａから与えられる、ステッピングモータ５０９の回転方向を示す情報に基づいて、位相θの推定値を補正する。このような処理によって、ステッピングモータ５０９の回転方向の変化に対応した、位相θの推定値の補正が可能になる。
【００６０】
遅延補正部７０１は、以下の式（７）によって、ステッピングモータ５０９の回転速度に応じた補正量αを決定することができる。
α＝Ｓ＊ｔｄ［sec］＊ω＿ｒｅｆ［rps］＊２π＊Ｎ＋θｆ［rad］      （７）
ここで、Ｓは、回転方向の極性（ＣＷの場合にはＳ＝１、ＣＣＷの場合にはＳ＝−１）、ｔｄは、位相θの推定演算に伴う遅延時間（演算遅延時間）、（２π＊Ｎ）は、機械角１周あたりの電気角、及びθｆは、フィルタ７０２による位相遅れを表す。ＣＰＵ１５１ａから与えられる指示信号ＣＷ／ＣＣＷが、ＣＷを指示する論理（例えば'Ｈ'）であれば、Ｓ＝１、ＣＣＷを指示する論理（例えば'Ｌ'）であれば、Ｓ＝−１となる。ｔｄ、（２π＊Ｎ）及びθｆの値は、ＲＯＭ１５１ｂまたはモータ制御部１５７内に設けられた不図示のメモリに予め格納される。なお、モータ制御部１５７にフィルタ７０２が存在しない場合には、式（７）においてθｆは不要である。
【００６１】
あるいは、ステッピングモータ５０９の回転速度（速度指令値ω＿ｒｅｆ）に対応する補正量αを式（７）によって予め求めてもよい。その場合、ステッピングモータ５０９の回転速度（速度指令値ω＿ｒｅｆ）と、回転速度に対応する補正量αとの関係を示すデータを、ＲＯＭ１５１ｂまたはモータ制御部１５７内に設けられた不図示のメモリに予め格納してもよい。この場合には、遅延補正部７０１は、補正量αを決定するための演算を行うことなく、速度指令値ω＿ｒｅｆに対応する、ＲＯＭ１５１ｂまたはメモリに格納されたデータが示す補正量αで、位相θの推定値を補正しうる。
【００６２】
モータ制御部１５７には、図８に示すように、Ａ／Ｄ変換器５１０と誘起電圧演算部５１２との間にフィルタ７０２を設けてもよい。本実施形態では、フィルタ７０２は、Ａ／Ｄ変換器５１０と誘起電圧演算部５１２との間に設けられ、Ａ／Ｄ変換器５１０によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値に対して高周波成分を除去するフィルタリングを行うデジタルフィルタである。フィルタ７０２は、電流検出部５０７，５０８によって検出された駆動電流の値を示すデジタル信号に対してフィルタリングを行うことで、当該信号からノイズを除去（少なくとも低減）する。この場合、フィルタ７０２によるフィルタリングに伴って、フィルタ７０２を通過する信号に遅延が生じる。このため、フィルタ７０２を通過した信号と、対応する駆動電圧Ｖα，Ｖβとの、誘起電圧演算部５１２への入力タイミングを合わせるように、駆動電圧Ｖα，Ｖβに対してもフィルタ７０３が設けられる。図８に示すように、フィルタ７０３は、誘起電圧演算部５１２へ入力される駆動電圧Ｖα，Ｖβに対して、高周波成分を除去するフィルタリングを行うよう、座標変換器５０５と誘起電圧演算部５１２との間に設けられる。フィルタ７０３によって、フィルタ７０２と同様の遅延が駆動電圧Ｖα，Ｖβへ与えられる。なお、フィルタ７０２に代えて、Ａ／Ｄ変換器５１０の前段に、ノイズを除去するためのアナログフィルタを設けてもよい。
【００６３】
図８に示すように、モータ制御部１５７にフィルタ７０２を設けた場合、位相θの推定演算に伴う遅延だけでなく、フィルタ７０２によるフィルタリングに伴う遅延も生じる。したがって、このようなフィルタリングに伴う遅延によって生じる位置θの推定誤差も補正する必要がありうる。この場合、遅延補正部７０１は、推定演算に伴う遅延とフィルタリングに伴う遅延とによって位置θの推定値に生じる誤差が低減されるように、例えば式（７）のように、補正量αを決定し、位置θの推定値を補正してもよい。これにより、フィルタ７０２によるフィルタリングに伴う遅延に起因して生じる位置θの推定誤差を低減することが可能である。
【００６４】
なお、本実施形態では、図８に示すように、速度演算部５１４の入力として、遅延補正部７０１から出力される補正後の推定値θ'を用いているが、位置演算部５１３から出力される、位相θの推定値を用いてもよい。ステッピングモータ５０９が一定速度で回転している場合には、位相θの推定値に誤差が生じたとしても、図５からも明らかなように、単位時間当たりの位相θの変化量にはその影響がないためである。
【００６５】
＜モータ制御部による制御フロー＞
図９は、図８に示すモータ制御部１５７によって実行される制御フローを示すフローチャートである。なお、モータ制御部１５７は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等のデバイスによって構成されてもよく、その場合、図９に示す制御フローは、そのような回路が有する機能に従った処理の手順を示す。
【００６６】
モータ制御部１５７は、ＣＰＵ１５１ａからの指示によりセンサレス制御を開始すると、Ｓ１０１で、ＣＰＵ１５１ａからの指令値（θ＿ｒｅｆ）に基づいて、上述のようにベクトル制御を実行する。即ち、モータ制御部１５７では、位置制御器５０１、速度制御器５０２及び電流制御器５０３，５０４によって、位置制御、速度制御及び電流制御が実行されることで、ベクトル制御部５１５から駆動電圧Ｖα，ＶβがＰＷＭインバータ５０６へ出力される。更に、ＰＷＭインバータ５０６からステッピングモータ５０９の各相の巻線に駆動電流が供給される。
【００６７】
その際、Ｓ１０２で、モータ制御部１５７は、ベクトル制御部５１５によって出力されるステッピングモータ５０９の駆動電圧Ｖα，Ｖβと、電流検出部５０７によって検出された駆動電流の、ＡＤ変換後の値ｉα，ｉβとを検出する。その検出結果に基づいて、モータ制御部１５７（誘起電圧演算部５１２）は、Ｓ１０３で、式（４）を用いて誘起電圧Ｅα，Ｅβを演算する。更に、Ｓ１０４で、モータ制御部１５７（位置演算部５１３）は、式（５）を用いて、ステッピングモータ５０９の位置θの推定値を演算する。
【００６８】
次に、Ｓ１０５で、モータ制御部１５７（遅延補正部７０１）は、位置制御器５０１から出力される速度指令値ω＿ｒｅｆに基づいて、位置θの推定演算に伴う遅延、及びフィルタ７０２によるフィルタリングに伴う遅延に関する遅延補正を行う。即ち、遅延補正部７０１は、ステッピングモータ５０９の位置θの推定値に対して、上述の補正量αを加えることで遅延補正を実行し、補正後の推定値θ'を求める。なお、補正量αは、式（７）に基づいて決定されてもよいし、ＲＯＭ１５１ｂ等の記憶デバイスに予め格納されているデータに基づいて決定されてもよい。
【００６９】
更に、Ｓ１０６で、モータ制御部１５７（速度演算部５１４）は、式（６）を利用してステッピングモータ５０９の回転速度ωの推定値を演算する。その後、Ｓ１０７で、モータ制御部１５７は、ＣＰＵ１５１ａからの指示に基づいて、センサレス制御を終了するか否か判定する。モータ制御部１５７は、その判定の結果、センサレス制御を継続する場合には、Ｓ１０５で得られた補正後の推定値θ'、及びＳ１０６で得られた回転速度ωの推定値に基づいて、Ｓ１０１で、ベクトル制御を実行する。更に、モータ制御部１５７は、Ｓ１０２〜Ｓ１０７の処理を実行する。このようにして、モータ制御部１５７は、Ｓ１０７においてセンサレス制御を終了するまでの間、Ｓ１０１〜Ｓ１０７の処理を繰り返す。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態では、モータ制御部１５７は、位置指令値θ＿ｒｅｆに基づいて、ステッピングモータ５０９へ供給する駆動電流を、当該モータの位置θを基準とした回転座標系における電流値によって制御するベクトル制御を実行する。これにより、ステッピングモータ５０９の各相の巻線に駆動電流が供給される。モータ制御部１５７は、ステッピングモータ５０９の各相の巻線に流れる駆動電流を検出し、その検出結果に基づく推定演算により、ベクトル制御に用いられる位置θを推定する。モータ制御部１５７は、推定演算に伴う遅延によって位置θの推定値に生じる誤差が低減されるように、ステッピングモータの回転速度に応じて当該推定値を補正する。これにより、ステッピングモータ５０９の位置θの推定演算に伴う遅延によって生じる推定誤差を低減することができる。その結果、ベクトル制御によるモータの消費電力の効率を改善しながら、モータが制御不能の状態に至ることを防止できる。
【００７１】
なお、上述の実施形態では、ステッピングモータがモータ制御部１５７の制御対象である例について説明している。しかし、上述の実施形態は、ステッピングモータ以外のタイプのモータの駆動制御にベクトル制御を用いる場合にも適用可能であり、その場合、上述の効果と同様の効果を期待できる。
【００７２】
例えば、上述の実施形態は、感光ドラム３０９を駆動するブラシレスＤＣモータ（図示せず）の駆動制御をベクトル制御により実現する場合にも適用することも可能である。一般に、記録紙が厚紙の場合、定着器３１８による定着性を維持するために、記録紙の搬送速度を遅くする必要があり、それに合わせて、感光ドラム３０９を駆動するブラシレスＤＣモータの回転速度も遅くする必要がある。即ち、感光ドラム３０９を駆動するブラシレスＤＣモータは、画像形成に使用する記録紙の種類に応じて回転速度が変更される場合がある。このような場合、ブラシレスＤＣモータの駆動制御に上述のベクトル制御を適用すると、モータの回転速度が速くなるほど、モータの回転位置の推定誤差が大きくなりうる。このようなブラシレスＤＣモータのベクトル制御に対して上述の実施形態を適用することで、上述の効果と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１００：画像形成装置、１５１ａ：ＣＰＵ、１５７：モータ制御部、５０１：位置制御器、５０６：ＰＷＭインバータ、５０７，５０８：電流検出部、５０９：ステッピングモータ、５１０：Ａ／Ｄ変換器、５１２：誘起電圧演算部、５１３：位置演算部、５１４：速度演算部、５１５：ベクトル制御部、７０１：遅延補正部
【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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