(57)【要約】【課題】  負荷角が９０°になるように駆動電流が制御されている状態において、モータの回転子にかかる負荷トルクが、モータの巻線に流し得る最大の電流に対応するトルクを超えると、回転子を回転させることができなくなってしまう。【解決手段】  回転位相θ´を基準とする回転座標系における電流値に基づいて駆動電流が制御される。この結果、巻線に所定の電流が流れている状態においてモータが出力できるトルクが最大となるように負荷角δが調整される。その結果、巻線に所定の電流が供給されているときにモータが出力できるトルクを、負荷角δが９０°である場合よりも大きくすることができる。その結果、モータにかかる負荷トルクが、モータの巻線に流し得る最大の電流に対応するトルクを超えてしまうことを、負荷角δが９０°である状態でモータが制御される場合よりも抑制することができる。即ち、モータを効率的に駆動することができる。【選択図】  図５
2019126218.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、
前記位相決定手段によって決定された前記回転位相に所定の位相を加算することによって第２回転位相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２回転位相を用いて、前記検出手段によって検出された静止座標系の電流値を、前記回転子の回転位相に基づく回転座標系の電流値へと変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された電流値のうち前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分の値が、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された前記回転位相との偏差が小さくなるように設定された前記トルク電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御し、前記変換手段により変換された電流値のうち前記巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分の値が、前記励磁電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御する制御手段と、
を有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、
前記位相決定手段によって決定された前記回転位相に所定の位相を加算することによって第２回転位相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２回転位相を用いて、前記検出手段によって検出された静止座標系の電流値を、前記回転子の回転位相に基づく回転座標系の電流値へと変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された電流値のうち前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分の値が、前記指令速度と前記速度決定手段によって決定された前記回転速度との偏差が小さくなるように設定された前記トルク電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御し、前記変換手段により変換された電流値のうち前記巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分の値が、前記励磁電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御する制御手段と、
を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
前記第２回転位相は、前記回転子の回転方向において前記位相決定手段によって決定された前記回転位相よりも大きい位相であ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】
前記第２回転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位相差は９０°より小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記励磁電流成分の前記目標値は０に設定され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】
前記第２回転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位相差は、前記巻線に流れる前記駆動電流に起因して前記回転子に発生するマグネットトルクとリラクタンストルクとの和に基づいて予め設定され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】
前記生成手段は、前記検出手段によって検出された前記駆動電流の前記トルク電流成分の値が所定値未満である場合は前記位相決定手段によって決定された前記回転位相を出力し、前記検出手段によって検出された前記駆動電流の前記トルク電流成分の値が前記所定値以上である場合は前記第２回転位相を出力し、
前記変換手段は、前記生成手段から出力される回転位相を用いて、前記検出手段によって検出された前記静止座標系の電流値を、前記回転座標系の電流値へと変換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】
前記生成手段は、
前記検出手段によって検出された前記駆動電流の前記トルク電流成分の値が前記所定値以上であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に基づいて、前記位相決定手段によって決定された前記回転位相の出力と前記第２回転位相の出力とを切り替える切替手段と、
を備え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】
前記所定値は、前記位相決定手段によって決定された前記回転位相に基づいて前記変換手段が変換した前記電流値に基づいて前記駆動電流が制御されている状態において、前記巻線に流し得る最大の電流が当該巻線に流れることに起因して出力されるトルクに対応する前記トルク電流成分の値よりも小さい値に設定され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】
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、
前記回転子の回転位相に基づく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を、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された前記回転位相との偏差が小さくなるように設定し、前記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を、設定された前記トルク電流成分の前記目標値に基づいて設定する設定手段と、
前記検出手段により検出された電流値の前記トルク電流成分の値が前記設定手段によって設定された前記トルク電流成分の前記目標値になるように前記駆動電流を制御し、前記検出手段により検出された電流値の前記励磁電流成分の値が前記設定手段によって設定された前記励磁電流成分の前記目標値になるように前記駆動電流を制御する制御手段と、
を有し、
前記トルク電流成分の前記目標値の絶対値と前記励磁電流成分の前記目標値の絶対値との比は第２所定値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１１】
モータの回転子の目標速度を表す指令速度に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
前記モータの巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
前記回転子の回転位相に基づく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を、前記指令速度と前記速度決定手段によって決定された前記回転速度との偏差が小さくなるように設定し、前記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を、設定された前記トルク電流成分の前記目標値に基づいて設定する設定手段と、
前記検出手段により検出された電流値の前記トルク電流成分の値が前記設定手段によって設定された前記トルク電流成分の前記目標値になるように前記駆動電流を制御し、前記検出手段により検出された電流値の前記励磁電流成分の値が前記設定手段によって設定された前記励磁電流成分の前記目標値になるように前記駆動電流を制御する制御手段と、
を有し、
前記トルク電流成分の前記目標値の絶対値と前記励磁電流成分の前記目標値の絶対値との比は第２所定値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１２】
前記励磁電流成分の目標値は負の値に設定されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記励磁電流成分の目標値は、前記巻線を貫く磁束が前記回転子の磁束よりも弱くなるように設定されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
前記トルク電流成分の前記目標値の絶対値と前記励磁電流成分の前記目標値の絶対値との比は、前記巻線に流れる前記駆動電流に起因して前記回転子に発生するマグネットトルクとリラクタンストルクとの和に基づいて予め設定されることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記設定手段は、前記検出手段によって検出された前記駆動電流の前記トルク電流成分の値が第３所定値未満である場合は前記励磁電流成分の目標値を０に設定し、前記検出手段によって検出された前記駆動電流の前記トルク電流成分の値が前記第３所定値未満である場合は前記励磁電流成分の目標値を負の値に設定することを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
前記設定手段は、前記検出手段によって検出された前記駆動電流の前記トルク電流成分の値が第３所定値未満である場合は、前記励磁電流成分の目標値を０に設定し、前記検出手段によって検出された前記駆動電流の前記トルク電流成分の値が前記第３所定値未満である場合は、前記巻線を貫く磁束が前記回転子の磁束よりも弱くなるように前記励磁電流成分の目標値を設定することを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１７】
前記第３所定値は、前記位相決定手段によって決定された前記回転位相に基づいて前記変換手段が変換した前記電流値に基づいて前記駆動電流が制御されている状態において、前記巻線に流し得る最大の電流が当該巻線に流れることに起因して出力されるトルクに対応する前記トルク電流成分の値よりも小さい値に設定されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載のモータ制御装置。
【請求項１８】
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１７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１９】
請求項１８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２０】
請求項１９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２１】
請求項１８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２２】
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１７のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を有し、
前記モータ制御装置は、前記負荷を駆動するモータの駆動を制御することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置におけるモータの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータを制御する方法として、モータの回転子の回転位相を基準とした回転座標系における電流値を制御することによってモータを制御するベクトル制御と称される制御方法が知られている（特許文献１）。具体的には、回転子の指令位相と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。なお、回転子の指令速度と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発生する。なお、ベクトル制御が行われる際には、通常、励磁電流成分の値が０になるように駆動電流が制御される。即ち、ベクトル制御が行われる際には、通常、巻線に流れる電流の位相と回転子の回転位相との位相差（負荷角）が９０°になるように巻線に流れる駆動電流が制御される。
【０００４】
図１３は、巻線に流れる電流の位相と回転子の回転位相との位相差（負荷角δ）と巻線に流れる電流に起因してモータに発生するトルクとの関係の一例を示す図である。図５の破線はモータに発生するマグネットトルクを示し、図５の一点鎖線はモータに発生するリラクタンストルクを示す。また、図５の実線は、マグネットトルクとリラクタンストルクとの和（合成トルク）を示す。なお、図５には、巻線に流れる電流が所定の大きさの電流である状態における負荷角δと各トルクとの関係が示されている。
【０００５】
図１３に示すように、０°≦δ≦１８０°において、マグネットトルクは負荷角δが９０°である状態において最大となる。一方、モータの出力トルク（合成トルク）は、リラクタンストルクに起因して負荷角δが９０°とは異なる値（図１３に示す例では１１５°）である状態において最大となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８４３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のベクトル制御のように、負荷角が９０°になるように駆動電流が制御されている状態において、モータの回転子にかかる負荷トルクが、モータの巻線に流し得る最大の電流に対応するトルクを超えると、回転子を回転させることができなくなってしまう。そのため、巻線に流し得る最大の電流が当該巻線に供給されている状態において、巻線に供給されている電流に対応するトルクを負荷トルクが超えてしまうことを抑制する構成が求められていた。
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明は、モータを効率的に駆動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、本発明にかか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、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記モータの巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
前記位相決定手段によって決定された前記回転位相に所定の位相を加算することによって第２回転位相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２回転位相を用いて、前記検出手段によって検出された静止座標系の電流値を、前記回転子の回転位相に基づく回転座標系の電流値へと変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された電流値のうち前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分の値が、前記指令位相と前記位相決定手段によって決定された前記回転位相との偏差が小さくなるように設定された前記トルク電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御し、前記変換手段により変換された電流値のうち前記巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分の値が、前記励磁電流成分の目標値になるように前記駆動電流を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、モータを効率的に駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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】回転位相θ、調整値θｏｆｓ、回転位相θ´、電流ベクトル及び負荷角δの関係を示す図である。
【図６】第２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７】第２実施形態に係るモータ制御装置に設けられた位相制御器の構成の例を示すブロック図である。
【図８】ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆとｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆとの関係を示す図である。
【図９】第３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１０】位相調整器の構成の例を示すブロック図である。
【図１１】第３実施形態におけるモータ制御装置がモータを制御する方法を説明する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。
【図１３】負荷角δと巻線に流れる電流に起因してモータに発生するトルクとの関係の一例を示す図である。
【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によって給送され、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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、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）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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
［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１５７は、ベクトル制御を用いてモータを制御する。
【００３５】
＜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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。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。
【００４０】
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、指令位相θ＿ｒｅｆをモータ制御装置１５７へ出力する。なお、実際には、ＣＰＵ１５１ａはモータ制御装置１５７に対してパルス信号を出力しており、パルスの数が指令位相に対応し、パルスの周波数が目標速度に対応する。指令位相θ＿ｒｅｆは、例えば、モータ５０９の目標速度に基づいて生成される。
【００４１】
減算器１０１は、位相決定器５１３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Δθを演算して出力する。
【００４２】
位相制御器５０２は、偏差Δθ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から取得する偏差Δθ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。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から取得する偏差Δθ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を生成するが、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、本実施形態においては、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。
【００４３】
モータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器５０７、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。なお、電流検出器５０７、５０８が電流を検出する周期は、例えば、位相制御器５０２が偏差Δθを取得する周期Ｔ以下の周期（例えば、２５μｓ）である。
【００４４】
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、図３に示す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）
【００４５】
これらの電流値ｉα及びｉβは、座標変換器５１１と誘起電圧決定器５１２に入力される。
【００４６】
座標変換器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）
【００４７】
座標変換器５１１は、変換された電流値ｉｑを減算器１０２に出力する。また、座標変換器５１１は、変換された電流値ｉｄを減算器１０３に出力する。
【００４８】
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。
【００４９】
また、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。
【００５０】
電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて、入力される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、入力される偏差がそれぞれ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。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。
【００５１】
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Ｖα及びＶβに逆変換する。
Ｖα＝ｃｏｓθ´＊Ｖｄ−ｓｉｎθ´＊Ｖｑ                              （５）
Ｖβ＝ｓｉｎθ´＊Ｖｄ＋ｃｏｓθ´＊Ｖｑ                              （６）
【００５２】
座標逆変換器５０５は、逆変換されたＶα及びＶβを誘起電圧決定器５１２及びＰＷＭインバータ５０６に出力する。
【００５３】
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座標逆変換器５０５から入力された駆動電圧Ｖα及びＶβ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Ｍ２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。
【００５４】
次に、回転位相θの決定方法について説明する。回転子４０２の回転位相θの決定には、回転子４０２の回転によってモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に誘起される誘起電圧Ｅα及びＥβの値が用いられる。誘起電圧の値は誘起電圧決定器５１２によって決定（算出）される。具体的には、誘起電圧Ｅα及びＥβは、Ａ／Ｄ変換器５１０から誘起電圧決定器５１２に入力された電流値ｉα及びｉβと、座標逆変換器５０５から誘起電圧決定器５１２に入力された駆動電圧Ｖα及びＶβとから、次式によって決定される。
Ｅα＝Ｖα−Ｒ＊ｉα−Ｌ＊ｄｉα／ｄｔ                              （７）
Ｅβ＝Ｖβ−Ｒ＊ｉβ−Ｌ＊ｄｉβ／ｄｔ                              （８）
【００５５】
ここで、Ｒは巻線レジスタンス、Ｌは巻線インダクタンスである。巻線レジスタンスＲ及び巻線インダクタンスＬの値は使用されているモータＭ２に固有の値であり、ＲＯＭ１５１ｂ又はモータ制御装置１５７に設けられたメモリ（不図示）等に予め格納されている。
【００５６】
誘起電圧決定器５１２によって決定された誘起電圧Ｅα及びＥβは位相決定器５１３に出力される。
【００５７】
位相決定器５１３は、誘起電圧決定器５１２から出力された誘起電圧Ｅαと誘起電圧Ｅβとの比に基づいて、次式によってモータ５０９の回転子４０２の回転位相θを決定する。
θ＝ｔａｎ＾−１（−Ｅβ／Ｅα）                                    （９）
【００５８】
なお、本実施形態においては、位相決定器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、位相決定器５１３は、ＲＯＭ１５１ｂ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。
【００５９】
前述の如くして得られた回転子４０２の回転位相θは、減算器１０１及び位相調整器５２０に入力される。
【００６０】
位相調整器５２０は、入力される回転位相θを後述する方法により調整し、調整後の回転位相θ´を座標変換器５１１及び座標逆変換器５０５に出力する。
【００６１】
モータ制御装置１５７は、上述の制御を繰り返し行う。
【００６２】
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。
【００６３】
＜位相調整器＞
図１３は、電流ベクトルの位相θｅと回転位相θとの位相差（負荷角δ）と電流ベクトルに対応する電流に起因してモータに発生するトルクとの関係の一例を示す図である。図１３の破線はモータに発生するマグネットトルクを示し、図１３の一点鎖線はモータに発生するリラクタンストルクを示す。また、図１３の実線は、マグネットトルクとリラクタンストルクとの和（合成トルク）を示す。なお、図１３には、電流ベクトルが所定の大きさである状態における負荷角δと各トルクとの関係が示されている。
【００６４】
図１３に示すように、０°≦δ≦１８０°において、マグネットトルクは負荷角δが９０°である状態において最大となる。一方、モータの出力トルク（合成トルク）は、リラクタンストルクに起因して負荷角δが９０°とは異なる値（図１３に示す例では１１５°）である状態において最大となる。なお、合成トルクが最大となる負荷角δは、モータに発生するリラクタンストルクの大きさによって異なる。リラクタンストルクの大きさは、モータの巻線のインダクタンスのｄ軸方向の成分とｑ軸方向の成分との差が大きいほど大きくなる。巻線のインダクタンスの値はモータ毎に異なる。即ち、リラクタンストルクの大きさはモータ毎に異なり、例えば、リラクタンストルクの大きさは、ＨＢモータよりもＰＭモータの方が大きい。以下の説明では、ステッピングモータ５０９としてＰＭモータが用いられる場合について説明するが、ＨＢモータが用いられる場合であっても、同様の構成が適用される。
【００６５】
上述のベクトル制御においては、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆが０に設定され、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが偏差Δθに基づいて設定されるため、負荷角δは略９０°となる。ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆが０に設定され、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆが偏差Δθに基づいて設定されている（即ち、負荷角δが９０°である）状態において、モータにかかる負荷トルクが、モータの巻線に流し得る最大の電流に対応するトルクを超えると、モータを駆動させることができなくなってしまう。
【００６６】
そこで、本実施形態では、以下の構成が適用されることによって、モータを効率的に駆動する。
【００６７】
図４に示すように、本実施形態におけるモータ制御装置１５７には、位相決定器５１３によって決定された回転位相θを調整する位相調整器５２０が設けられている。位相調整器５２０には、モータの正回転、逆回転を示す信号（ＣＷ／ＣＣＷ）がＣＰＵ１５１ａから入力される。
【００６８】
位相調整器５２０は、正回転、逆回転を示す信号に基づいて、座標変換及び座標逆変換に用いられる回転位相θ´を生成する。具体的には、位相調整器５２０は、正回転を示す信号がＣＰＵ１５１ａから入力されると、以下の式（１０）に基づいて回転位相θ´を生成する。
θ´＝θ＋θｏｆｓ                                                （１０）
【００６９】
また、位相調整器５２０は、逆回転を示す信号がＣＰＵ１５１ａから入力されると、以下の式（１１）に基づいて回転位相θ´を生成する。
θ´＝θ−θｏｆｓ                                                （１１）
【００７０】
なお、調整値θｏｆｓは、モータに固有の値であり、予め実験によって設定された値である。調整値θｏｆｓは、０°＜θｏｆｓ＜９０°であり、例えば、ＲＯＭ１５１ｂに格納されている。本実施形態では、調整値θｏｆｓは２５°に設定されている。
【００７１】
図５は、回転位相θ、調整値θｏｆｓ、回転位相θ´、電流ベクトル及び負荷角δの関係を示す図である。図５（ａ）は、回転位相θに基づいて巻線に流れる電流が制御される場合、即ち、負荷角δが９０°である場合における回転位相θ、電流ベクトル及び負荷角δの関係を示す図である。図５（ｂ）は、回転位相θ´に基づいて巻線に流れる電流が制御される場合における回転位相θ、調整値θｏｆｓ、回転位相θ´、電流ベクトル及び負荷角δの関係を示す図である。図５（ｂ）では、回転位相θ´を基準とする回転座標系として、ｄ´軸及びｑ´軸が示されている。
【００７２】
本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、回転位相θ´に基づいて巻線に流れる駆動電流が制御される。具体的には、回転位相θ´を基準とする回転座標系における電流値が電流値ｉｄ及び電流値ｉｑとして座標変換器５１１から出力される。この結果、巻線に供給される駆動電流の電流ベクトルの向きが、回転位相θ´を基準とする回転座標系におけるｑ´軸方向になるように駆動電流が制御される。即ち、電流ベクトルが所定の大きさである（巻線に所定の電流が流れている）状態においてモータが出力できるトルクが最大となるように負荷角δが調整される。その結果、巻線に所定の電流が供給されているときにモータが出力できるトルクを、負荷角δが９０°である場合（図５（ａ）に示す場合）よりも大きくすることができる。その結果、モータにかかる負荷トルクが、モータの巻線に流し得る最大の電流に対応するトルクを超えてしまうことを、負荷角δが９０°である状態でモータが制御される場合よりも抑制することができる。即ち、モータを効率的に駆動することができる。
【００７３】
〔第２実施形態〕
画像形成装置及びモータ制御装置の構成が第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。
【００７４】
第１実施形態では、位相決定器５１３によって決定された回転位相θが位相調整器５２０によって調整された回転位相θ´に基づいて、巻線に流れる電流が制御されることによって負荷角δが制御された。本実施形態では、位相制御器５０２がｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを制御することによって、負荷角δが制御される。
【００７５】
図６は、本実施形態におけるモータ制御装置１５７の構成の例を示すブロック図である。図６に示すように、本実施形態では、座標変換器５１１及び座標逆変換器５０５は、回転位相θに基づいて電流値の変換を行う。
【００７６】
図７は、モータ制御装置１５７に設けられた位相制御器５０２の構成の例を示すブロック図である。図７に示すように、位相制御器５０２は、比例制御（Ｐ）を行う比例制御部５０２ａ、積分制御（Ｉ）を行う積分制御部５０２ｂ、微分制御（Ｄ）を行う微分制御部５０２ｃを有する。また、位相制御器５０２は、比例制御部５０２ａ、積分制御部５０２ｂ、微分制御部５０２ｃから出力された信号を加算する加算器５０２ｄを有する。更に、位相制御器５０２は、加算器５０２ｄから出力された信号に基づいてｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆを生成するｑ軸電流生成部５０２ｅ及びｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆに基づいてｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成するｄ軸電流生成部５０２ｆを有する。
【００７７】
比例制御部５０２ａは、減算器１０１から出力される偏差が０になるように、当該偏差に比例する値を出力する。また、積分制御部５０２ｂは、減算器１０１から出力される偏差が０になるように、当該偏差の時間積分に比例する値を出力する。また、微分制御部５０２ｃは、減算器１０１から出力される偏差が０になるように、当該偏差の時間変化に比例する値を出力する。
【００７８】
そして、加算器５０２ｄは、比例制御部５０２ａ、積分制御部５０２ｂ、微分制御部５０２ｃから出力された値を加算し、加算された値がｑ軸電流生成部５０２ｅに出力される。
【００７９】
ｑ軸電流生成部５０２ｅは、加算器５０２ｄから出力された値に基づいてｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆを生成して出力する。具体的には、例えば、加算器５０２ｄから出力された値に予め設定された比例係数を乗算することによってｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆを生成して出力する。
【００８０】
ｄ軸電流生成部５０２ｆは、合成トルクが最大となる負荷角δに関する情報が記憶されたメモリ５０２ｇを有する。本実施形態では、メモリ５０２ｇには、負荷角δが１１５°（即ち、調整値θｏｆｓが２５°）であることを示す情報が記憶されている。
【００８１】
ｄ軸電流生成部５０２ｆは、図８に示すように、入力されるｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆとメモリ５０２ｇに記憶されている負荷角δ（調整値θｏｆｓ）に関する情報とに基づいてｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成して出力する。具体的には、ｄ軸電流生成部５０２ｆは、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆとｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆとの比が、調整値θｏｆｓに対応する所定の値になるようにｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成する。なお、ｄ軸電流生成部５０２ｆは、例えば、メモリ５０２ｇに記憶されている、負荷角δ（調整値θｏｆｓ）に基づくｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆとｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆとの関係を示すテーブルに基づいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成する。また、ｄ軸電流生成部５０２ｆは、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆの絶対値が大きいほど、負の値であり且つ絶対値が大きいｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成する。
【００８２】
なお、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を生成しても良い。
【００８３】
以上のように、本実施形態では、位相制御器５０２がｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを制御することによって、合成トルクが最大となる負荷角になるように負荷角δが制御される。具体的には、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆとｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆとの比が調整値θｏｆｓに対応する所定の値になるように位相制御器５０２がｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成することによって、合成トルクが最大となる負荷角になるように負荷角δが制御される。この結果、巻線に供給される駆動電流の電流ベクトルの向きが、回転位相θ´を基準とする回転座標系におけるｑ´軸方向になるように駆動電流が制御される。即ち、電流ベクトルが所定の大きさである（巻線に所定の電流が流れている）状態においてモータが出力できるトルクが最大となるように負荷角δが調整される。その結果、巻線に所定の電流が供給されているときにモータが出力できるトルクを、負荷角δが９０°である場合（図５（ａ）に示す場合）よりも大きくすることができる。その結果、モータにかかる負荷トルクが、モータの巻線に流し得る最大の電流に対応するトルクを超えてしまうことを、負荷角δが９０°である状態でモータが制御される場合よりも抑制することができる。即ち、モータを効率的に駆動することができる。
【００８４】
〔第３実施形態〕
画像形成装置及びモータ制御装置の構成が第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。
【００８５】
第１実施形態では、モータの回転状態に拘わらず位相決定器５１３によって決定された回転位相θが位相調整器５２０によって調整された回転位相θ´に基づいて、巻線に流れる電流が制御されることによって負荷角δが制御された。本実施形態では、電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ以上になったら回転位相θ´に基づく負荷角δの制御が行われる。
【００８６】
図９は、本実施形態におけるモータ制御装置１５７の構成の例を示すブロック図である。図９に示すように、本実施形態では、座標変換器５１１から出力される電流値ｉｑが位相調整器５２０に入力される。
【００８７】
図１０は、位相調整器５２０の構成の例を示すブロック図である。図１０に示すように、位相調整器５２０は、位相決定器５１３から出力される回転位相θを調整する調整部５２０ａ及び座標変換器５１１から出力される電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ以上であるか否かを判定する判定部５２０ｂを有する。また、位相調整器５２０は、位相決定器５１３から出力される回転位相θと調整部５２０ａによって調整された回転位相θ´とのいずれか一方を、電流値の変換に用いられる回転位相θ´´として出力するスイッチ５２０ｃを有する。
【００８８】
調整部５２０ａは、第１実施形態における式（１０）、（１１）に基づいて、位相決定器５１３から出力される回転位相θを調整し、調整後の回転位相θ´を出力する。
【００８９】
判定部５２０ｂは、座標変換器から出力される電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ以上である場合は、調整部５２０ａから出力される回転位相θ´が、電流値の変換に用いられる回転位相θ´´として出力されるようにスイッチ５２０ｃを制御する。この結果、調整部５２０ａから出力される回転位相θ´が回転位相θ´´として位相調整部５２０から出力される。即ち、合成トルクが最大になるように負荷角δが制御される。
【００９０】
また、判定部５２０ｂは、座標変換器から出力される電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ未満である場合は、位相決定器５１３から出力される回転位相θが、電流値の変換に用いられる回転位相θ´´として出力されるようにスイッチ５２０ｃを制御する。この結果、位相決定器５１３から出力される回転位相θが回転位相θ´´として位相調整部５２０から出力される。即ち、負荷角δが９０°である状態でモータ５０９が制御される。
【００９１】
なお、閾値ｉｑｔｈは、負荷角δが９０°である状態でモータ５０９が制御される際にモータ５０９の巻線に流し得る最大の電流が流れるときに、モータ５０９が出力するトルクに対応する電流値ｉｑよりも小さい値に設定される。
【００９２】
図１１は、本実施形態におけるモータ制御装置１５７がモータ５０９を制御する方法を説明するフローチャートである。以下に、図１１を用いて、モータ制御装置１５７がモータ５０９を制御する方法を説明する。このフローチャートの処理は、モータ制御装置１５７によって実行される。なお、このフローチャートの処理中、位相調整器５２０は、例えば電流検出器５０７、５０８が電流を検出する周期と同じ周期で電流値ｉｑを取得する。
【００９３】
まず、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の制御を開始する。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、モータ制御装置１５７の稼働が禁止される。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、モータ制御装置１５７の稼働は許可され、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。
【００９４】
次に、Ｓ１００１において、モータ制御装置１５７は、モータ５０９をベクトル制御によって駆動する。
【００９５】
その後、Ｓ１００２において、ＣＰＵ１５１ａからモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｌ’が出力された場合は、モータ制御装置１５７はモータ５０９の駆動を終了する。
【００９６】
また、Ｓ１００２において、ＣＰＵ１５１ａからモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｈ’が出力された場合は、モータ制御装置１５７は処理をＳ１００３に進める。
【００９７】
Ｓ１００３において、電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ以上である場合は、処理はＳ１００４に進む。
【００９８】
Ｓ１００４において、モータ制御装置１５７は、調整部５２０ａから出力される回転位相θ´が回転位相θ´´として位相調整器５２０から出力されるように、位相調整器５２０を制御する。この結果、回転位相θ´に基づく負荷角δの制御が行われる。即ち、合成トルクが最大になるように負荷角δが制御される。
【００９９】
また、Ｓ１００３において、電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ未満である場合は、処理はＳ１００５に進む。
【０１００】
Ｓ１００５において、モータ制御装置１５７は、位相決定器５１３から出力される回転位相θが回転位相θ´´として位相調整器５２０から出力されるように、位相調整器５２０を制御する。この結果、即ち、負荷角δが９０°である状態でモータ５０９が制御される。
【０１０１】
以降、ＣＰＵ１５１ａからモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｌ’が出力されるまで、モータ制御装置１５７は前述した制御を繰り返し行い、モータ５０９の駆動を制御する。
【０１０２】
以上のように、本実施形態では、電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ未満である場合は、位相決定器５１３から出力される回転位相θが回転位相θ´´として位相調整部５２０から出力される。即ち、負荷角δが９０°である状態でモータ５０９が制御される。また、電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ以上である場合は、調整部５２０ａから出力される回転位相θ´が回転位相θ´´として位相調整部５２０から出力される。即ち、合成トルクが最大になるように負荷角δが制御された状態でモータ５０９が制御される。なお、閾値ｉｑｔｈは、負荷角δが９０°である状態でモータ５０９が制御される際にモータ５０９の巻線に流し得る最大の電流が流れるときに、モータ５０９が出力するトルクに対応する電流値ｉｑよりも小さい値に設定される。
【０１０３】
電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ以上になったら合成トルクが最大になるように負荷角δが制御されることによって、電流値ｉｑに拘わらず常に合成トルクが最大になるように負荷角δが制御される場合よりも、ｄ軸電流により回転子４０２が減磁することに起因してモータの寿命が短くなることを抑制することができる。また、電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ以上になったら合成トルクが最大になるように負荷角δが制御されることによって、モータにかかる負荷トルクがモータの巻線に流し得る最大の電流に対応するトルクを超えてしまうことを、負荷角δが９０°である状態でモータが制御される場合よりも抑制することができる。即ち、モータを効率的に駆動することができる。
【０１０４】
なお、本実施形態では、位相調整器５２０は、電流値ｉｑに基づいてスイッチ５２０ｃを制御することによって、回転位相θ´´として出力する回転位相を回転位相θと回転位相θ´との間で切り替えたが、この限りではない。例えば、位相調整器５２０は、調整部５２０ａが用いる調整値θｏｆｓを電流値ｉｑに基づいて切り替える構成でもよい。具体的には、位相調整器５２０は、電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ以上である場合は合成トルクが最大になるように（例えば２５°に）調整値θｏｆｓを設定する。また、位相調整器５２０は、電流値ｉｑが閾値ｉｑｔｈ未満である場合は負荷角δが９０°になるように（例えば、０°に）調整値θｏｆｓを設定する。そして、位相調整器５２０は、設定された調整値θｏｆｓに基づいて調整部５２０ａが調整した回転位相θ´を出力し、当該回転位相θ´に基づいて電流値の変換が行われる。
【０１０５】
第１実施形態乃至第３実施形態の構成は、正方向及び逆方向に回転するモータに限らず、正方向にのみ回転するモータにも適用される。
【０１０６】
また、第１実施形態乃至第３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第１実施形態乃至第３実施形態を適用することができる。
【０１０７】
また、第１実施形態乃至第３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の所定期間における変化量に基づいて回転速度ωを決定する。なお、速度の決定には、以下の式（１２）が用いられるものとする。
ω＝ｄθ／ｄｔ                                                    （１２）
【０１０８】
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、モータを制御する構成であっても良い。なお、図１２では、速度決定器５１４は、位相決定器５１３から出力された回転位相θの所定期間における変化量に基づいて回転速度ωを決定しているが、速度決定器５１４は、位相調整器５２０から出力される回転位相θ´の所定期間における変化量に基づいて回転速度ωを決定してもよい。
【０１０９】
また、第１実施形態乃至第３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】
【０１１０】
１５１ａ  ＣＰＵ
１５７  モータ制御装置
４０２  回転子
５０２  位相制御器
５０５  座標逆変換器
５０７，５０８  電流検出器
５１０  Ａ／Ｄ変換器
５１１  座標変換器
５１３  位相決定器
５２０  位相調整器
５０９  ステッピングモータ
【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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【図１２】
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【図１３】
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