电动机控制设备、片材传送设备、文档进给设备的制作方法

本发明涉及电动机控制设备中的电动机控制、片材传送设备、文档进给设备、文档读取设备和成像设备。

背景技术：

在已知的常规构造中，步进电动机(以下称为电动机)响应于根据从更高级设备(例如中央处理单元(cpu))输出的驱动脉冲而被磁化的绕组的相位之间的切换而被驱动。驱动脉冲的数量对应于电动机的转子的相位超前量，并且驱动脉冲的周期(频率)对应于表示转子的目标速度的指令速度。

通常，称为矢量控制的控制方法被认为是用于控制电动机的方法。在矢量控制中，电流值在基于电动机的转子的旋转相位的旋转坐标系中被控制。更具体地，存在已知的控制方法，其通过执行其中电流值在旋转坐标系中被控制的相位反馈控制来控制电动机以便减小转子的指令相位与转子的旋转相位之间的偏差。更具体地，存在另一种已知的控制方法，其通过执行其中电流值在旋转坐标系中被控制的速度反馈控制来控制电动机以便减小转子的指令速度与转子的旋转速度之间的偏差。

在矢量控制中，在电动机的绕组中流动的驱动电流由q轴分量(转矩电流分量)和d轴分量(励磁电流分量)表示，所述q轴分量作为用于产生用于使转子旋转的转矩的电流分量，所述d轴分量作为影响穿过电动机的绕组的磁通量的强度的电流分量。通过根据施加到转子的负载转矩的变化控制转矩电流分量的值，有效地产生使转子旋转所需的转矩。因此，抑制电动机声音的增加和由于残余转矩引起的功耗的增加。如果施加到转子的负载转矩超过与提供给电动机的绕组的驱动电流相对应的输出转矩，则转子变得与输入信号不同步，并且电动机变得失控(失步状态)。矢量控制可以防止电动机进入失步状态。

在矢量控制中，需要用于确定转子的旋转相位的构造。美国专利no.8970146讨论用于基于通过转子的旋转在电动机的每相的绕组中产生的感应电压来确定转子的旋转相位的构造。

绕组中产生的感应电压的大小随着转子的旋转速度的降低而降低。如果绕组中产生的感应电压的大小不足以确定转子的旋转相位，则旋转相位可能无法以足够的精度确定。这意味着用于确定转子的旋转相位的精度可能随着转子的旋转速度的降低而降低。

日本专利申请公开no.2005-39955讨论一种构造，在所述构造中当转子的指令速度低于转子的预定旋转速度时，使用通过向电动机的绕组供应预定电流来控制电动机的恒定电流控制。在恒定电流控制中，既不执行相位反馈控制也不执行速度反馈控制。日本专利申请公开no.2005-39955进一步讨论一种构造，在所述构造中当转子的指令速度等于或高于转子的预定旋转速度时使用矢量控制。

图11是示出指示针对电动机的转子的目标速度的指令速度ω_ref与电动机的转子的实际转速ω之间的示例关系的图。参考图11，单点划线表示指令速度ω_ref，并且实线表示旋转速度ω。在从电动机驱动开始时到电动机减速开始时的时间段中以及在从指令速度ω_ref减小到阈值ωth或更小到电动机驱动停止的时间段中，单点划线与实线重叠。例如，基于电动机的驱动顺序预设从电动机驱动开始时到电动机驱动停止时待从主机设备输出的指令速度ω_ref的波形和驱动脉冲的数量。更具体地，在从电动机控制方法从矢量控制切换到恒定电流控制到电动机停止的时间段中，预定数量的驱动脉冲从主机设备输出。

如图11所示，当指令速度ω_ref开始减小时，旋转速度ω不会立即跟随指令速度ω_ref，并且因此旋转速度ω的值变得高于指令速度ω_ref的值。更具体地，转子的旋转相位超过转子的目标相位，因为以恒定速度旋转的转子将由于惯性将旋转维持在恒定速度。

例如，当在矢量控制的执行期间指令速度ω_ref减小，转子的旋转相位可能超过目标相位时，电动机控制设备能够控制提供给电动机的驱动电流，以使得旋转相位与目标相位之间的差异减小，以使得旋转相位和目标相位彼此一致。由于控制延迟，这可能导致旋转相位超过目标相位360度或更大的电角度的状态。

在从电动机控制方法从矢量控制切换到恒定电流控制到电动机停止时的时间段中预定数量的驱动脉冲从主机设备输出的构造中，当电动机控制方法从矢量控制切换到恒定电流控制时可能出现以下问题。更具体地，当在旋转相位超过目标相位360度或更大的电角度的状态下电动机控制方法从矢量控制切换到恒定电流控制时，转子停止所处的旋转相位可能超过转子需要被停止所处的相位，或者旋转相位停止在所期望的停止相位或位置之前的相位或位置处。

例如，在步进电动机用于驱动设置在用于传送片材的片材传送设备中的传送辊的情况下，如果转子停止所处的旋转相位超过转子需要被停止所处的相位，则可能无法正确控制片材传送量。

本发明旨在以高精度执行电动机控制。

技术实现要素：

根据本发明的一方面，用于基于指示电动机的转子的目标相位的指令相位来控制所述电动机的电动机控制设备包括：检测器，所述检测器构造成检测在所述电动机的绕组中流动的驱动电流；相位确定器，所述相位确定器构造成基于由所述检测器检测的驱动电流来确定所述转子的旋转相位；以及控制器，所述控制器设置有第一控制模式和第二控制模式，所述第一控制模式用于通过控制在所述电动机的绕组中流动的驱动电流来控制所述电动机以便减小所述指令相位与由所述相位确定器确定的旋转相位之间的偏差，所述第二控制模式用于基于具有预定大小的电流来控制所述电动机。在在所述转子基于所述第一控制模式正以预定速度旋转的状态下将用于控制所述电动机的控制模式从所述第一控制模式切换到所述第二控制模式之后，所述控制器使所述转子减速。

参考附图，根据示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将变得显而易见。

附图说明

图1是示出成像设备的剖视图。

图2是示出成像设备的控制构造的框图。

图3是示出包括相a和b的两相电动机与由d轴和q轴表示的旋转坐标系之间的关系的图。

图4是示出根据第一实施例的电动机控制设备的构造的框图。

图5是示出指令生成器的构造的框图。

图6示出用于实现微步驱动系统的方法的示例。

图7是示出用于校正记录介质的前边缘侧的歪斜的构造的图。

图8示出电动机控制方法之间的切换。

图9是示出由电动机控制设备执行的电动机控制处理的流程图。

图10示出电动机驱动序列的示例。

图11示出常规电动机控制中的指令速度ω_ref与实际旋转速度ω之间的关系。

具体实施方式

以下将参考附图描述本发明的实施例。然而，在实施例中所描述的元件的形状和相对布置不限于此，并且可以根据需要按照根据本发明的设备的构造和其他各种条件进行修改。本发明的范围不限于下面描述的实施例。尽管在下面描述的情况下，成像设备设置有电动机控制设备，但是设置有电动机控制设备的设备不限于成像设备。例如，电动机控制设备也用于用于传送片材(例如记录介质和文档)的片材传送设备。

[成像设备]

以下将描述第一实施例。图1是示出包括根据本实施例的片材传送设备的单色电子照相复印机(成像设备)100的构造的剖视图。成像设备不限于复印机，并且可以是例如传真机、印刷机或打印机。记录系统不限于电子照相系统，并且还可以是喷墨系统。成像设备可以是单色或彩色类型。

以下将参考图1描述成像设备100的构造和功能。如图1所示，成像设备100包括文档进给设备201、读取设备202以及图像打印设备301。

堆叠在文档进给设备201的文档堆叠单元203上的文档由进给辊204进给。随后，文档沿着传送引导件206传送直到读取设备202的文档定位玻璃板214。文档由传送带208进一步传送，并由排出辊205排出到排出托盘(未示出)上。来自在读取设备202的读取位置处由照明系统209照射的文档图像的反射光由光学系统(包括反射镜210、211和212)引导到图像读取单元111。随后，反射光由图像读取单元111转换成图像信号。图像读取单元111包括透镜、作为光电转换元件的电荷耦合器件(ccd)传感器以及ccd驱动电路。从图像读取单元111输出的图像信号通过包括例如专用集成电路(asic)的硬件装置的图像处理单元112进行各种校正处理。随后，图像信号输出到图像打印设备301。文档以这种方式读取。即，文档进给设备201和读取设备202起文档读取设备的作用。

存在两种不同的文档读取模式：第一读取模式和第二读取模式。第一读取模式是用于通过使用照明系统209和固定在预定位置处的光学系统来读取以恒定速度传送的文档的图像的模式。第二读取模式是用于通过使用照明系统209和以恒定速度移动的光学系统来读取放置在读取设备202的文档定位玻璃板214上的文档的图像的模式。通常，一张文档的图像在第一读取模式下读取，并且例如书籍和小册子的装订成册的文档的图像在第二读取模式下读取。

图像打印设备301包括片材储存托盘302和304。不同类型的记录介质可以储存在片材储存托盘302和304中。例如，a4尺寸的普通纸储存在片材储存托盘302中，并且a4尺寸的厚纸储存在片材储存托盘304中。记录介质的示例包括纸、树脂片材、布、高层投影(ohp)片、标签以及图像由成像设备形成在其上的其他介质。

储存在片材储存托盘302中的记录介质由拾取辊303进给，并且随后由传送辊306和预对准辊327送出到对准辊308。储存在片材储存托盘304中的记录介质由拾取辊305进给，并且随后由传送辊307、306以及预对准辊327送出到对准辊308。

从读取设备202输出的图像信号被输入到包括半导体激光单元的光扫描设备311和多面镜。感光鼓309的外周表面由充电单元310充电。在感光鼓309的外周表面充电之后，根据从读取设备202输入到光扫描设备311的图像信号的激光穿过光扫描设备311、多面镜和反射镜312、313，并且照射到感光鼓309的外周表面上。因此，静电潜像形成在感光鼓309的外周表面上。

随后，静电潜像通过显影单元314中的调色剂被显影，并且调色剂图像形成在感光鼓309的外周表面上。

片材检测单元的作为用于检测记录介质的前边缘的片材传感器328设置在对准辊308与预对准辊327之间。对准辊308和预对准辊327基于片材传感器328的检测结果校正记录介质的前边缘侧的歪斜。以下将描述用于校正歪斜的具体方法。

形成在感光鼓309上的调色剂图像由设置在面对感光鼓309的位置(转印位置)处的转印充电单元315转印到记录介质上。与该转印定时同步，对准辊308和预对准辊327将记录介质发送到转印位置。尽管根据本实施例的片材传感器328例如是光学传感器，但是片材传感器328不限于此。

如上所述，其上转印有调色剂图像的记录介质由传送带317发送到定影单元318，并且随后由定影单元318加热和加压。随后，调色剂图像被定影到记录介质上。以这种方式，图像由成像设备100形成在记录介质上。

在处于单面打印模式下的图像形成的情况下，已经通过定影单元318的记录介质通过排出辊319、324被排出到排出托盘(未示出)上。在处于双面打印模式下的图像形成的情况下，定影处理通过定影单元318在记录介质的第一表面上执行，并且记录介质通过排出辊319、传送辊320和反转辊321被传送到反转路径325。随后，记录介质通过传送辊322、323被再次传送到对准辊308。图像通过上述方法形成在记录介质的第二表面上。随后，记录介质通过排出辊319、324被排出到排出托盘(未示出)上。

当具有形成在第一表面上的图像的记录介质待以第一表面向下的方式从成像设备100被排出时，已经通过定影单元318的记录介质通过排出辊319并且在朝向传送辊320的方向上被传送。随后，在记录介质的后边缘通过传送辊320与相对的辊之间的夹持部部分之前，传送辊320的旋转立即反转。随后，记录介质以第一表面向下的方式通过排出辊324，并且随后从成像设备100排出。

已经给出成像设备100的构造和功能的描述。根据本实施例的负载是指由电动机驱动的对象。例如，包括进给辊204、303和305、对准辊308和排出辊319的各种辊(传送辊)对应于根据本实施例的负载。根据本实施例的电动机控制设备可应用于用于驱动这些负载的电动机。

图2是示出成像设备100的控制构造的示例的框图。系统控制器151如图2所示包括cpu151a、只读存储器(rom)151b以及随机存取存储器(ram)151c。系统控制器151与图像处理单元112、操作单元152、模拟-数字(a/d)转换器153、高压控制单元155、电动机控制设备157、传感器159和交流(ac)驱动器160连接。系统控制器151可以向与其连接的每个单元传送数据和命令或从所述单元接收数据和命令。

cpu151a读取存储在rom151b中的各种程序并执行读取的程序以执行与预定图像形成序列相关的各种序列。

ram151c是用于存储各种数据(包括用于高压控制单元155的设定值、用于电动机控制设备157的命令值以及从操作单元152接收的信息)的存储装置。

系统控制器151向图像处理单元112传送设置在成像设备100中的各种设备的设定值数据，所述设定值数据在图像处理单元112中为图像处理所需。系统控制器151还接收来自传感器159的信号，并基于接收的信号设置高压控制单元155的设定值。

高压控制单元155根据由系统控制器151设置的设定值供应高压单元156(包括充电单元310、显影单元314和转印充电单元315)所需的电压。

cpu151a基于片材传感器328的检测结果向电动机控制设备157输出指令。根据从cpu151a输出的命令，电动机控制设备157控制用于驱动预对准辊327的电动机509。尽管在图2中，仅示出电动机509作为成像设备100的电动机，但是实际上在成像设备100中设置有多个电动机。另外，一个电动机控制设备可以被构造成控制多个电动机。尽管在图2中设置了一个电动机控制设备，但是实际上在成像设备100中设置有多个电动机控制设备。

a/d转换器153接收由用于检测定影加热器161的温度的热敏电阻154检测的检测信号，将作为模拟信号的检测到的信号转换成数字信号，并将数字信号传送到系统控制器151。系统控制器151基于从a/d转换器153接收的数字信号控制ac驱动器160。ac驱动器160控制定影加热器161以将定影加热器161的温度设置为执行定影处理所需的温度。包括在定影单元318中的定影加热器161用于定影处理。

系统控制器151控制操作单元152显示操作屏幕，以使用户能够在设置在操作单元152上的显示单元上设定待使用的记录介质的类型(下文中称为纸张类型)。系统控制器151从操作单元152接收用户设定信息，并基于用户设定信息控制成像设备100的操作顺序。系统控制器151还将指示成像设备100的状态的信息传送到操作单元152。指示成像设备100的状态的信息的示例包括图像形成在其上的片材的数量、图像形成操作的进展状态以及关于文档进给设备201和图像打印设备301中的片材材料的卡塞和双进给的信息。操作单元152在显示单元上显示从系统控制器151接收的信息。

如上所述，系统控制器151控制成像设备100的操作顺序。

[电动机控制设备]

以下将描述根据本实施例的电动机控制设备157。根据本实施例的电动机控制设备157可以通过使用两种控制方法中的任一种来执行电动机控制：作为第一控制模式的矢量控制和作为第二控制模式的恒定电流控制。在以下描述中，控制基于作为电角度的旋转相位θ、指令相位θ_ref以及当前相位来执行。然而，例如，电角度可以被转换成机械角度，并且以下控制可以基于机械角度执行。

<矢量控制>

以下将参考图3和图4描述由根据本实施例的电动机控制设备157执行的矢量控制方法。以下描述的电动机没有设置传感器，例如用于检测电动机的转子的旋转相位的旋转编码器。

图3示出包括两相(相a(第一相)和相b(第二相))的步进电机(下文中称为电动机)509与由d轴和q轴表示的旋转坐标系之间的关系。参考图3，在静止坐标系中，α轴被定义为对应于相a的绕组的轴，并且β轴被定义为对应于相b的绕组的轴。参考图3，d轴沿着由用于转子402的永磁体的磁极产生的磁通量的方向限定，并且q轴沿着在逆时针方向上超过d轴90度的方向(沿着与d轴垂直相交的方向)限定。由α和d轴形成的角度被定义为θ，并且转子402的旋转相位由角度θ表示。在矢量控制中，使用基于转子402的旋转相位θ的旋转坐标系。更具体地，在矢量控制中，使用与在绕组中流动的驱动电流对应的电流矢量(在旋转坐标系中)的两个不同的电流分量。一个电流分量是在转子中产生转矩的q轴分量(转矩电流分量)，并且另一个电流分量是影响穿过绕组的磁通量的强度的d轴分量(励磁电流分量)。

矢量控制是指如下控制方法，所述控制方法用于通过执行相位反馈控制以控制转矩电流分量的值和励磁电流分量的值以便减小指示转子的目标相位的指令相位与转子的实际旋转相位之间的偏差来控制电动机。存在另一种控制方法，所述控制方法用于通过执行速度反馈控制以控制转矩电流分量的值和励磁电流分量的值以便减小指示转子的目标速度的指令速度与转子的实际旋转速度之间的偏差来控制电动机。

图4是示出用于控制电动机509的电动机控制设备157的构造的示例的框图。电动机控制设备157包括至少一个asic并执行以下功能。

如图4所示，电动机控制设备157包括用于执行恒定电流控制的恒定电流控制器517以及用于执行矢量控制的矢量控制器518。

电动机控制设备157包括作为用于执行矢量控制的电路的相位控制器502、电流控制器503、逆坐标转换器505、坐标转换器511以及用于向电动机的绕组供应驱动电流的脉冲宽度调制(pwm)逆变器506。坐标转换器511将与在电动机509的相a和b的绕组中流动的驱动电流相对应的电流矢量的坐标系从由α轴和β轴表示的静止坐标系转换为由q轴和d轴表示的旋转坐标系。因此，在绕组中流动的驱动电流由作为旋转坐标系中的电流值的q轴分量的电流值(q轴电流)和d轴分量的电流值(d轴电流)表示。q轴电流等于用于在电动机509的转子402中产生转矩的转矩电流。d轴电流等于影响穿过电动机509的绕组的磁通量的强度的励磁电流。电动机控制设备157可以独立地控制q轴电流和d轴电流。因此，通过根据施加到转子402的负载转矩控制q轴电流，电动机控制设备157可以有效地产生使转子402旋转所需的转矩。换句话说，在矢量控制中，图3中所示的电流矢量的大小随着施加到转子402的负载转矩而变化。

电动机控制设备157基于以下将描述的方法确定电动机509的转子402的旋转相位θ，并基于确定结果执行矢量控制。基于电动机509的操作顺序，cpu151a将驱动脉冲作为用于驱动电动机509的指令输出到指令生成器500。电动机509的操作顺序(电动机驱动模式)存储在例如rom151b中。cpu151a基于存储在rom151b中的操作顺序输出驱动脉冲作为脉冲序列。

指令生成器500基于从cpu151a输出的驱动脉冲生成并输出指示转子402的目标相位的指令相位θ_ref。下面将描述指令生成器500的构造。

减法器101计算并输出电动机509的转子402的旋转相位θ与指令相位θ_ref之间的偏差。

相位控制器502以间隔t(例如，以200μs的间隔)获取偏差δθ。相位控制器502基于比例控制(p)、积分控制(i)和微分控制(d)生成并输出q轴电流指令值iq_ref和d轴电流指令值id_ref，以便减少从减法器101输出的偏差。更具体地，相位控制器502基于p、i和d控制生成并输出q轴电流指令值iq_ref和d轴电流指令值id_ref，以使得从减法器101输出的偏差变为0。p控制是指用于基于与指令值与估计值之间的偏差成比例的值来控制控制目标值的控制方法。i控制是指用于基于与指令值与估计值之间的偏差的时间积分成比例的值来控制控制目标值的控制方法。d控制是指用于基于与指令值与估计值之间的偏差的时间变化成比例的值来控制控制目标值的控制方法。尽管根据本实施例的相位控制器502基于pid控制生成q轴电流指令值iq_ref和d轴电流指令值id_ref，但是本发明不限于此。例如，相位控制器502可以基于pi控制生成q轴电流指令值iq_ref和d轴电流指令值id_ref。尽管在永磁体用于转子402的情况下，影响穿过绕组的磁通量的强度的d轴电流指令值id_ref通常被设定为0，但是本发明不限于此。

在电动机509的相a的绕组中流动的驱动电流由电流检测器507检测。随后，作为模拟值的检测到的驱动电流由a/d转换器510转换成数字值。在电动机509的相b的绕组中流动的驱动电流由电流检测器508检测。随后，作为模拟值的驱动电流由a/d转换器510转换成数字值。电流检测器507和508检测电流的间隔(预定间隔)例如是相位控制器502获取偏差δθ的间隔t或更小(例如，25μs)。

作为由a/d转换器510转换成数字值的模拟值的驱动电流的电流值由下面的公式(1)和(2)表示，其中iα和iβ表示静止坐标系中的电流值并且θe表示图3中所示的电流矢量的相位。电流矢量的相位θe被定义为由α轴和电流矢量形成的角度。i表示电流矢量的大小。

iα＝i*cosθe(1)

iβ＝i*sinθe(2)

电流值iα和iβ被输入到坐标转换器511和感应电压确定器512。

坐标转换器511通过使用以下公式(3)和(4)将静止坐标系中的电流值iα和iβ转换成旋转坐标系中的q轴电流的电流值iq和d轴电流的电流值id：

id＝cosθ*iα+sinθ*iβ(3)，并且

iq＝-sinθ*iα+cosθ*iβ(4)。

从相位控制器502输出的q轴电流指令值iq_ref和从坐标转换器511输出的电流值iq被输入到减法器102。减法器102计算q轴电流指令值iq_ref与电流值iq之间的偏差，并将所述偏差输出到电流控制器503。

从相位控制器502输出的d轴电流指令值id_ref和从坐标转换器511输出的电流值id被输入到减法器103。减法器103计算d轴电流指令值id_ref与电流值id之间的偏差，并将所述偏差输出到电流控制器503。

基于pid控制，电流控制器503产生驱动电压vq，以便减小从减法器102输出的偏差。更具体地，电流控制器503产生驱动电压vq，以使得从减法器102输出的偏差变为0，并且将驱动电压vq输出到逆坐标转换器505。

基于pid控制，电流控制器503产生驱动电压vd，以便减小从减法器103输出的偏差。更具体地，电流控制器503产生驱动电压vd，以使得从减法器103输出的偏差变为0，并且将驱动电压vd输出到逆坐标转换器505。

尽管根据本实施例的电流控制器503基于pid控制产生驱动电压vq和vd，但是本发明不限于此。例如，电流控制器503可以基于pi控制产生驱动电压vq和vd。

逆坐标转换器505通过使用以下公式(5)和(6)将从电流控制器503输出的旋转坐标系中的驱动电压vq和vd逆转换成静止坐标系中的驱动电压vα和vβ：

vα＝cosθ*vd-sinθ*vq(5)，并且

vβ＝sinθ*vd+cosθ*vq(6)。

逆坐标转换器505将逆转换的驱动电压vα和vβ输出到感应电压确定器512和pwm逆变器506。

pwm逆变器506包括全桥电路，所述全桥电路基于从逆坐标转换器505输入的驱动电压vα和vβ由pwm信号驱动。因此，pwm逆变器506分别根据驱动电压vα和vβ产生驱动电流iα和iβ，并将驱动电流iα和iβ供应到电动机509的各相的绕组以驱动电动机509。换句话说，pwm逆变器506起用于将电流供应到电动机509的各相的绕组的供电单元的作用。尽管在本实施例中，pwm逆变器506包括全桥电路，但是pwm逆变器可以是例如半桥电路。

以下将描述用于确定旋转相位θ的构造。通过转子402的旋转分别在电动机509的相a和b的绕组中感应的感应电压eα和eβ的值用于确定转子402的旋转相位θ。感应电压的值由感应电压确定器512确定(计算)。更具体地，通过使用以下公式(7)和(8)，感应电压eα和eβ基于从a/d转换器510输入到感应电压确定器512的电流值iα和iβ以及从逆坐标转换器505输入到感应电压确定器512的驱动电压vα和vβ来确定：

eα＝vα-r*iα-l*diα/dt，并且

eβ＝vβ-r*iβ-l*diβ/dt。

在公式中，r表示绕组电阻，并且l表示绕组电感。绕组电阻r和绕组电感l的值是所使用的电动机509特有的值，并且例如预先存储在设置在rom151b或电动机控制设备157中的存储器(未示出)中。

由感应电压确定器512确定的感应电压eα和eβ被输出到相位确定器513。

相位确定器513通过使用以下公式(9)基于从感应电压确定器512输出的感应电压eα和eβ的比率来确定电动机509的转子402的旋转相位θ：

θ＝tan^-1(-eβ/eα)(9)。

尽管在本实施例中，相位确定器513通过基于公式(9)执行计算来确定旋转相位θ，但是本发明不限于此。例如，相位确定器513可以通过参考存储在存储器513a中的表来确定旋转相位θ，所述表指示感应电压eα、eβ与同感应电压eα和eβ相对应的旋转相位θ之间的关系。

如上所述获得的转子402的旋转相位θ被输入到减法器101、逆坐标转换器505和坐标转换器511。

当执行矢量控制时，电动机控制设备157重复执行上述控制。

如上所述，根据本实施例的电动机控制设备157通过相位反馈控制执行矢量控制，以控制旋转坐标系中的电流值，以便减小指令相位θ_ref与旋转相位θ之间的偏差。执行矢量控制能够防止电动机的失步状态并防止电动机声音的增加和由于残余转矩引起的功耗的增加。

<恒定电流控制>

以下将描述根据本实施例的恒定电流控制。

在恒定电流控制中，当预定电流被供应到电动机的绕组时，控制在绕组中流动的驱动电流。更具体地，在恒定电流控制中，为了即使施加到转子的负载转矩波动也能防止电动机进入失步状态，由于以下原因，向绕组供应有如下驱动电流，所述驱动电流的大小(幅度)对应于假定使转子旋转所需的转矩和预定裕度之和。在恒定电流控制中，驱动电流不能根据施加到转子的负载转矩来调节，因为不使用用于基于所确定的(假定的)旋转相位和旋转速度来控制驱动电流的大小的构造(即，不执行反馈控制)。电流的大小越大，施加到转子的转矩越大。电流的大小对应于电流矢量的大小。

尽管在以下描述中，在恒定电流控制期间当向绕组供应具有预定大小的电流时控制电动机，但是本发明不限于此。例如，在恒定电流控制期间，当向绕组供应具有针对电动机的加速和减速中的每一个预定的大小的电流时，可以控制电动机。

参考图4，指令生成器500基于从cpu151a输出的驱动脉冲将指令相位θ_ref输出到恒定电流控制器517。恒定电流控制器517生成并输出与从指令生成器500输出的指令相位θ_ref对应的静止坐标系中的电流指令值iα_ref和iβ_ref。根据本实施例，与静止坐标系中的电流指令值iα_ref和iβ_ref对应的电流矢量的大小总是恒定的。

在电动机509的相a和b的绕组中流动的驱动电流分别由电流检测器507和508检测。如上所述，检测为模拟值的驱动电流通过a/d转换器510转换成数字值。

从a/d转换器510输出的电流值iα和从恒定电流控制器517输出的电流指令值iα_ref被输入到减法器102。减法器102计算电流指令值iα_ref与电流值iα之间的偏差，并将所述偏差输出到电流控制器503。

另外，从a/d转换器510输出的电流值iβ和从恒定电流控制器517输出的电流指令值iβ_ref被输入到减法器103。减法器103计算电流指令值iβ_ref与电流值iβ之间的偏差，并将所述偏差输出到电流控制器503。

电流控制器503基于pid控制输出驱动电压vα和vβ，以便减小输入偏差。更具体地，电流控制器503输出驱动电压vα和vβ，以使得输入偏差接近0。

通过使用上述方法，pwm逆变器506基于输入驱动电压vα和vβ将驱动电流供应到电动机509的各相的绕组，以驱动电动机509。

如上所述，在根据本实施例的恒定电流控制中，既不执行相位反馈控制也不执行速度反馈控制。换句话说，在根据本实施例的恒定电流控制中，不根据转子的旋转状况调节供应到绕组的驱动电流。因此，在恒定电流控制中，向绕组供应作为使转子旋转所需的电流和预定裕度之和的电流，以防止电动机进入失步状态。

<指令生成器>

图5是示出根据本实施例的指令生成器500的构造的框图。如图5所示，指令生成器500包括基于从cpu151a输出的驱动脉冲用于产生旋转速度ω_ref’而不是指令速度的作为速度确定单元的速度生成器500a以及用于产生指令相位θ_ref的指令值生成器500b。

速度生成器500a基于连续驱动脉冲的下降沿之间的时间间隔产生并输出旋转速度ω_ref’。换句话说，旋转速度ω_ref’以与驱动脉冲的间隔相对应的间隔改变。

指令值生成器500b通过使用以下公式(10)基于从cpu151a输出的驱动脉冲生成并输出指令相位θ_ref：

θ_ref＝θini+θstep*n(10)。

θini表示当电动机驱动开始时转子的相位(初始相位)。θstep表示针对每个驱动脉冲的指令相位θ_ref的增加量(变化量)，并且n表示输入到指令值生成器500b的脉冲的数量。

{微步驱动系统}

根据本实施例，微步驱动系统用于恒定电流控制中。用于恒定电流控制中的驱动系统可以不必限于微步驱动系统，并且可以是例如全步驱动系统。

图6示出用于实现微步驱动系统的示例方法。图6示出从cpu151a输出的驱动脉冲、由指令值生成器500b产生的指令相位θ_ref以及在相a和b的绕组中流动的电流。

以下将参考图5和图6描述根据本实施例的用于执行微步驱动的方法。图6中所示的驱动脉冲和指令相位θ_ref指示转子以恒定速度旋转的状态。

在微步驱动系统中，指令相位θ_ref的超前量等于通过将90度(作为全步驱动系统中的指令相位θ_ref的超前量)除以n(n是正整数)所获得的量，即90/n度。因此，电流波形以正弦波的形状平滑地变化，如图6所示，从而使得能够更精细地控制转子的旋转相位θ。

在执行微步驱动的情况下，指令值生成器500b通过使用以下公式(11)基于从cpu151a输出的驱动脉冲生成并输出指令相位θ_ref：

θ_ref＝45°+90/n°*n(11)。

当输入一个驱动脉冲时，指令值生成器500b将90/n度添加到指令相位θ_ref以更新指令相位θ_ref。换句话说，从cpu151a输出的驱动脉冲的数量对应于指令相位θ_ref。从cpu151a输出的驱动脉冲的间隔(频率)对应于电动机509的目标速度(指令速度)。

<预对准辊的驱动>

图7是示出用于校正记录介质p的前边缘侧的歪斜的构造的图。

记录介质p的歪斜校正由对准辊308和预对准辊327执行。更具体地，当电动机控制设备157控制电动机509的驱动时，电动机509旋转，并且因此预对准辊327旋转。当预对准辊327旋转以在传送方向上传送记录介质p时，记录介质p的前边缘在停止状态下与对准辊308与相对的辊之间的夹持部部分接触。随后，电动机控制设备157进一步使电动机509旋转以使预对准辊327旋转。因此，记录介质p在传送方向上被进一步传送，并且记录介质p弯曲。

在上述过程中，cpu151a控制电机控制设备157，以在片材传感器328检测到记录介质p的前边缘之后使预对准辊327旋转与预定数量(m)的驱动脉冲对应的量。即，当片材传感器328检测到记录介质p的前边缘时，cpu151a将预定数量(m)的驱动脉冲输出到电动机控制设备157。预定数量(m)被设置为如下的数量，通过所述数量，在片材传感器328检测到记录介质p的前边缘之后使预对准辊327旋转与预定数量(m)的驱动脉冲对应的量之后，记录介质p的弯曲量变为在记录介质p上适当地执行歪斜校正所需的弯曲量。与在记录介质p上适当地执行歪斜校正所需的弯曲量对应的驱动脉冲的数量在实验基础上预先获得。环由弯曲记录介质p形成的状态对应于弯曲状态。

下面将描述用于停止预对准辊327的旋转的方法的示例。具体地，cpu151a将与最后输出的指令相位θ_ref相同的指令相位输出到电动机控制设备157。在下文中，cpu151a继续向电动机控制设备157输出相同的指令相位。因此，电动机控制设备157可以固定转子402的相位。即，cpu151a可以停止预对准辊327的旋转。当cpu151a向电动机控制设备157输出使能信号‘l’并且电动机控制设备157停止电动机509(用于驱动预对准辊327)时，预对准辊327的旋转可以停止。使能信号是用于允许和禁止电动机控制设备157的操作的信号。当使能信号为“l(低电平)”时，cpu151a禁止电动机控制设备157的操作。换句话说，cpu151a通过电动机控制设备157结束电动机509的控制。当使能信号为“h(高电平)”时，cpu151a允许电动机控制设备157的操作，并且电动机控制设备157基于从cpu151a输出的命令执行电动机509的驱动控制。

如上所述，当片材传感器328检测到记录介质p的前边缘，并且预对准辊327旋转与预定数量(m)的驱动脉冲对应的量时，记录介质p弯曲。因此，弹力作用在记录介质p上，并且记录介质p的前边缘与对准辊308与相对的辊之间的夹持部部分接触。随后，校正记录介质p的歪斜。

<矢量控制与恒定电流控制之间的切换>

{从恒定电流控制切换到矢量控制}

以下将描述用于从恒定电流控制切换到矢量控制的方法。如图4所示，根据本实施例的电动机控制设备157被构造成在恒定电流控制与矢量控制之间切换电动机控制方法。具体地，电动机控制设备157包括控制切换器515和开关516a和516b。在执行恒定电流控制的时间段期间，可以操作或停止用于执行矢量控制的电路。在执行矢量控制的时间段期间，可以操作或停止用于执行恒定电流控制的电路。

如图5所示，从速度生成器500a输出的旋转速度ω_ref’输入到控制切换器515。控制切换器515将旋转速度ω_ref’与作为预定值的阈值ωth进行比较，并且基于比较结果，将电动机控制方法从恒定电流控制改变为矢量控制。

图8示出电动机控制方法之间的切换。尽管根据本实施例，阈值ωth被设置为以足够精度确定旋转相位θ的旋转速度中的最低旋转速度，但是本发明不限于此。例如，阈值ωth可以被设置为等于或大于以足够精度确定旋转相位θ的旋转速度中的最低旋转速度的值。阈值ωth预先存储在例如设置在控制切换器515中的存储器515a中。

如图8所示，当待执行恒定电流控制时，控制切换器515将切换信号设置为‘h’，并且当待执行矢量控制时，将切换信号设置为‘l’。从控制切换器515输出的切换信号输入到每个开关，如图4所示。控制切换器515例如以与输入旋转速度ω_ref’的间隔相同的间隔输出切换信号。

在恒定电流控制器517的控制期间，当旋转速度ω_ref’小于阈值ωth(ω_ref’<ωth)时，控制切换器515不切换用于控制电动机509的控制器。换句话说，控制切换器515输出切换信号‘h’以维持电动机509由恒定电流控制器517控制的状态。因此，维持开关516a、516b和516c的状态，并且继续恒定电流控制器517的恒定电流控制。

在恒定电流控制器517的控制期间，当旋转速度ω_ref’等于或大于阈值ωth(ω_ref’≥ωth)时，控制切换器515切换用于控制电动机509的控制器。更具体地，控制切换器515将切换信号从‘h’改变为“l”并输出切换信号以将用于控制电动机509的控制器从恒定电流控制器517切换到矢量控制器518。因此，根据切换信号改变开关516a、516b和516c的状态，并且矢量控制器518执行矢量控制。根据本实施例，在将切换信号从‘h’改变为‘l’并输出切换信号之后，控制切换器515不将旋转速度ω_ref与阈值ωth进行比较。

{从矢量控制切换到恒定电流控制}

以下将描述用于从矢量控制切换到恒定电流控制的方法。根据本实施例，当应用以下构造时，以高精度控制电动机。

如图8所示，当片材传感器328检测到记录介质p的前边缘时(在时间ts)，cpu151a控制电动机控制设备157以在片材传感器328检测到记录介质p的前边缘之后使预对准辊327旋转与预定数量(m)的驱动脉冲对应的量，并且随后停止预对准辊327。换句话说，当片材传感器328检测到记录介质p的前边缘时，cpu151a将预定数量(m)的驱动脉冲输出到电动机控制设备157。

如图4所示，片材传感器328的检测结果也输出到控制切换器515。当指示片材传感器328已经检测到记录介质p的前边缘的信号从片材传感器328输出时，控制切换器515将切换信号从‘l’变为‘h’并输出切换信号。更具体地，当在指示片材传感器328已经检测到记录介质p的前边缘的信号从片材传感器328输出之后已经经过预定时间段t时，控制切换器515将切换信号从‘l’变为‘h’并输出切换信号。因此，根据切换信号改变开关516a、516b和516c的状态，并且恒定电流控制器517执行恒定电流控制。预定时间段t被预设为比从时间ts到旋转速度ω_ref’开始减小的时间段短的时间值。

图9是示出由电动机控制设备157执行的电动机控制处理的流程图。以下将参考图9描述根据本实施例的电动机509的控制。该流程图中的处理由从cpu151a接收到指令的电动机控制设备157执行。通过在成像设备100中实现电动机控制设备157的示例来描述图9。

首先，当cpu151a将使能信号‘h’输出到电动机控制设备157时，电动机控制设备157基于从cpu151a输出的命令开始电动机509的驱动。使能信号是指用于允许或禁止电动机控制设备157的操作的信号。当使能信号为“l(低电平)”时，cpu151a禁止电动机控制设备157的操作。换句话说，电动机控制设备157对电动机509的控制结束。当使能信号为“h(高电平)”时，cpu151a允许电动机控制设备157的操作，并且电动机控制设备157基于从cpu151a输出的命令控制电动机509。

在步骤s1001中，控制切换器515输出切换信号‘h’以实现电动机509的驱动由恒定电流控制器517控制的状态。因此，恒定电流控制器517执行恒定电流控制。

在步骤s1002中，当cpu151a将使能信号‘l’输出到电动机控制设备157时(步骤s1002中为“是”)，电动机控制设备157结束电动机509的驱动。

另一方面，当cpu151a将使能信号‘h’输出到电动机控制设备157时(步骤s1002中为“否”)，处理进入步骤s1003。

在步骤s1003中，当旋转速度ω_ref’小于阈值ωth时(步骤s1003中为“否”)，处理返回到步骤s1001。换句话说，恒定电流控制器517维持恒定电流控制。

另一方面，当旋转速度ω_ref’等于或大于阈值ωth时(步骤s1003中为“是”)，处理进入步骤s1004。在步骤s1004中，控制切换器515将切换信号从‘h’变为‘l’并输出切换信号。因此，停止电动机509的恒定驱动，并且矢量控制器518执行矢量控制。

在步骤s1005中，当片材传感器328检测到记录介质p的前边缘时(步骤s1005中为“是”)，处理进入步骤s1006。当片材传感器328检测到记录介质p的前边缘时，cpu151a控制电动机控制设备157输出预定数量(m)的驱动脉冲，并且随后停止电动机509的驱动。

在步骤s1006中，当在片材传感器328已经检测到记录介质的前边缘之后已经经过预定时间段t时(步骤s1006中为“是”)，处理进入步骤s1007。在步骤s1007中，控制切换器515即使在旋转速度ω_ref’不小于阈值ωth时也将切换信号从‘l’变为‘h’，并且输出切换信号。因此，恒定电流控制器517执行恒定电流控制。在即使在旋转速度ω_ref’不小于阈值ωth时切换信号也从‘l’变为‘h’的上述情况下，如果旋转速度ω_ref’与阈值ωth之间的比较继续，则切换信号将从‘h’变为‘l’，因为旋转速度ω_ref’等于或大于阈值ωth。这意味着，紧接在电动机控制方法从矢量控制切换到恒定电流控制之后，电动机控制方法将从恒定电流控制切换到矢量控制。因此，根据本实施例，在控制切换器515将切换信号从‘l’变为‘h’并输出切换信号之后，控制切换器515不执行旋转速度ω_ref’与阈值ωth之间的比较。

随后，电动机控制设备157响应于从cpu151a输出的指令停止电动机509的驱动。即使在矢量控制期间，在cpu151a将使能信号‘l’输出到电动机控制设备157的情况下，电动机控制设备157也停止电动机控制。

如上所述，根据本实施例，当片材传感器328检测到记录介质p的前边缘时，cpu151a控制电动机控制设备157来以对应于预定数量(m)的驱动脉冲的量驱动电动机509并且随后停止电动机509的驱动。当片材传感器328在执行矢量控制期间检测到记录介质p的前边缘时，控制切换器515在自检测起已经经过预定时间段t之后将电动机控制方法从矢量控制切换到恒定电流控制。预定时间段t被预设为比从时间ts到旋转速度ω_ref’开始减小的时间段短的时间值。更具体地，根据本实施例，电动机控制方法在电动机509以预定速度(恒定速度)驱动时，而不是在电动机509的减速期间从矢量控制切换到恒定电流控制。这可以防止转子停止所处的旋转相位超过转子需要被停止所处的相位。即，可以以高精度执行电动机控制。

尽管在本实施例中，在片材传感器328已经检测到记录介质p的前边缘之后已经经过预定时间段t之后，电动机控制方法从矢量控制切换到恒定电流控制，但是本发明不限于此。例如，当片材传感器328检测到记录介质p的前边缘时，电动机控制方法可以从矢量控制切换到恒定电流控制。

尽管在本实施例中，预定时间段t被预设为比从时间ts到旋转速度ω_ref’开始减小(直到开始减速操作)的时间段更短的时间值，但是本发明不限于此。例如，预定时间段t可以设置为如下时间值，以使得当自时间ts起已经经过预定时间段t时指令相位θ_ref与旋转相位θ之间的偏差小于对应于360度的电角度的值。换句话说，电动机控制方法可以在转子正经受减速控制的时间段中指令相位θ_ref与旋转相位θ之间的偏差变得等于或大于对应于360度的电角度的值之前的预定时间从矢量控制切换到恒定电流控制。这可以防止转子停止所处的旋转相位超过转子需要停止所处的相位。即，可以以高精度执行电动机控制。

电动机控制方法可以不基于片材传感器328的检测结果从矢量控制切换到恒定电流控制。例如，当在电动机驱动开始之后已经经过预定时间段t2时，电动机控制方法可以从矢量控制切换到恒定电流控制。预定时间段t2被预设为如下时间值，所述时间值短于电动机驱动开始之后直到旋转速度ω_ref’开始减小的时间段并且长于电动机驱动开始之后直到电动机控制方法从恒定电流控制切换到矢量控制的时间段。

例如，当预定数量(m)的驱动脉冲从cpu151a输出时，电动机控制方法可以从矢量控制切换到恒定电流控制。预定数量(m)被设置为小于与从驱动脉冲输出开始直到旋转速度ω_ref’开始减小的时间段对应的驱动脉冲的数量的值。预定数量(m)被预设为大于与驱动脉冲输出开始之后直到电动机控制方法从恒定电流控制切换到矢量控制的时间段对应的驱动脉冲的数量的值。

例如，cpu151a可以将用于将电动机控制从矢量控制切换到恒定电流控制的指令输出到控制切换器515，并且响应于该命令，控制切换器515可以将电动机控制方法从矢量控制切换到恒定电流控制。

尽管在根据本实施例的上述操作顺序中，如图8所示，电动机加速、以恒定速度驱动、减速并且随后停止，但是本发明不限于此。例如，如图10所示，本实施例还适用于电动机加速、以第一速度驱动、减速、以低于第一速度的第二速度驱动、加速并且随后再次以第一速度驱动的操作顺序。在本实施例应用于图10所示的操作顺序的情况下，例如，当旋转速度ω_ref’达到恒定速度(第二速度)时，控制切换器515重新开始旋转速度ω_ref’与阈值ωth之间的比较。

本实施例不仅应用于用于驱动预对准辊327的电动机509，还应用于用于驱动成像设备100中提供的负载的电动机。

尽管在本实施例中，速度生成器500a基于连续驱动脉冲的下降沿之间的时间间隔产生旋转速度ω_ref’，但是本发明不限于此。例如，cpu151a可以以预定时间间隔产生旋转速度ω_ref’并将旋转速度ω_ref’输出到控制切换器515。

根据本实施例，用于使用矢量控制器518控制电动机509的驱动的电路等于根据本发明的第一控制电路。此外，根据本实施例，用于使用恒定电流控制器517控制电动机509的驱动的电路等于根据本发明的第二控制电路。

尽管在本实施例中，使用两相步进电动机作为用于驱动负载的电动机，但是本实施例还可应用于三相步进电动机和具有三相以上的步进电动机。

尽管在本实施例中，当记录介质p的前边缘与作为接触构件的对准辊308与相对的辊之间的夹持部部分接触时，在记录介质p上执行歪斜校正，但是本发明不限于此。例如，在记录介质传送方向上，作为记录介质p的前边缘接触的接触构件的挡板设置在对准辊308的上游侧上和片材传感器328的下游侧上，或者设置在转印位置的上游侧上和对准辊308的下游侧上。当记录介质p的前边缘与挡板接触时，使用上述方法在记录介质上执行歪斜校正。随后，当对准辊308与调色剂图像的定时同步地将记录介质p传送到转印位置时，可以缩回挡板。

尽管在本实施例中，永磁体用作转子，但是转子不限于此。

根据本发明，可以以高精度执行电动机控制。

尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以包含所有此类修改和等同的结构和功能。