CN110429873A - 电机控制装置、输送装置、图像形成装置以及电机控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明能够抑制停止期间的电机发热，并且防止由预测的扰动扭矩引起不必要的旋转。该电机控制装置用于控制通过由流经绕组的电流产生的旋转磁场而使利用永磁铁的转子旋转的电机，在使电机停止的暂停期间(Ts)中进行保持控制，该保持控制中持续向绕组流入固定励磁电流(Ih)以产生抑制转子旋转的固定磁场，并且，在暂停期间(Ts)，以预定的时机信号(S1)的输入为契机而进行增强固定磁场的保持强化控制，当旋转开始时机(ta)到来时，开始进行产生旋转磁场的旋转励磁控制。

Description

电机控制装置、输送装置、图像形成装置以及电机控制方法
技术领域
本发明涉及电机控制装置、输送装置、图像形成装置以及电机控制方法。
背景技术
打印机、复印件、复合机等图像形成装置从收纳部取出片材(记录用纸)并进行输送，在规定的位置处向输送过程中的片材印刷图像。在图像形成装置内部的输送路径上，以短于片材长度的间隔配置有辊，图像形成装置以片材在规定时刻通过输送路径上的各个位置的方式控制辊的旋转驱动。
近年来，在使辊旋转的驱动源中，逐渐从步进电机替换为无刷电机，以推进省电力化。作为这种无刷电机，通常在转子中使用永磁铁。通过将流入无刷电机的绕组(线圈)的交流电流作为d-q坐标系的矢量的分量进行控制的矢量控制，能够使无刷电机高效且顺畅地旋转。
在为了廉价地构成驱动***而利用无传感器型的无刷电机的情况下，进行无传感器矢量控制。
在无传感器矢量控制中，为了决定交流电流，根据通过转子的旋转而产生的感应电压来推定转子的磁极位置。由于在旋转达到某种程度以上的速度之前，不会产生足够程度的感应电压，因此，当从停止状态开始旋转时，不推定磁极位置，而通过产生旋转磁场的所谓强制换向使转速提高至规定值。然后，从强制换向切换为无传感器矢量控制，并控制旋转。
作为与无刷电机的无传感器矢量控制有关的现有技术，有专利文献1、2所记载的技术。
专利文献1中公开了如下技术：在强制换向之前，慢慢地增大用于将转子吸引至规定的旋转开始位置的锁定电流(固定励磁电流)，由此使转子可靠地停止在旋转开始位置。
专利文献2中公开了一种控制顺序：在为了停止而减速的途中发出了再起动指令的情况下，当转速下降至规定值以下时，暂时将转子吸引至特定的位置，然后开始强制换向。
此外，关于步进电机的控制，存在专利文献3、4所记载的现有技术。
专利文献3中公开了：当使转子移动至初始位置时，逐渐地增加流入线圈的励磁电流，由此抑制移动时的噪音。专利文献4中公开了：通过进行两次用于决定转子的初始位置的初始励磁即保持控制，并且使第一次的保持时间短于第二次的保持时间，从而能够减小保持时的声音。
【在先技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本专利特开2011-182505号公报
专利文献2：日本专利特开2017-158354号公报
专利文献3：日本专利特开2012-16122号公报
专利文献4：日本专利特开2003-224996号公报
当通过强制换向使停止状态的无刷电机旋转时，在转子的磁极位置(旋转角度位置)不清楚的情况下，在进行检测磁极位置的初始位置推定之后开始强制换向。由于进行初始位置推定会使得旋转开始延迟其所花费的时间，因此，如果每次起动电机都进行初始位置推定，则图像形成的生产率就会降低。还会影响从用户发出印刷指示至第一张片材输出为止的时间即FPOT(First Print Output Time、首页输出时间)。
因此，考虑在使电机停止时或之后的适当时刻将转子吸引至任意决定的位置，并在下次旋转之前保持(hold)转子以使其停止在该位置。
但是，由于用于保持转子的固定励磁电流(保持电流)持续流入绕组，因而存在停止期间绕组发热这一问题。尤其是在停止期间施加较大扰动扭矩的情况下，需要利用抵抗该扰动扭矩的强力来保持转子。当为了增强保持力而增大电流值时，发热量增加。假如该发热量超过了绕组规格的极限温度，则会导致绕组的覆盖材料(树脂等)劣化、破损、磁作用消失(电感锐减)等，存在电机无法正常动作的可能性。
以上所述的专利文献1、2的技术均是关于无刷电机的技术，但并非关于旋转停止期间中的控制的技术，因而无法解决上述停止期间发热的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供能够抑制停止期间的电机发热，并能够防止由预测的扰动扭矩引起不必要的旋转的控制装置以及控制方法。
本发明的实施方式涉及的电机控制装置用于控制通过由流经绕组的电流产生的旋转磁场而使利用永磁铁的转子旋转的电机，其中，在使所述电机停止的暂停期间进行保持控制，在所述保持控制中，为了生成抑制所述转子旋转的固定磁场，持续向所述绕组流入固定励磁电流，并且，在所述暂停期间，以预定的时机信号的输入为契机而进行增强所述固定磁场的保持强化控制，当旋转开始时机到来时，开始进行产生所述旋转磁场的旋转励磁控制。
本发明的实施方式涉及的控制方法用于使通过由流经绕组的电流产生的旋转磁场而使利用永磁铁的转子旋转的电机间隙性地旋转，其中，作为使所述转子以目标速度旋转的控制进行无传感器矢量控制，作为使所述转子停止并保持所述转子直到旋转开始时机为止的控制进行固定励磁控制，在所述固定励磁控制中，持续向所述绕组流入生成将所述转子的磁极位置吸引至停止位置的固定磁场的电流，所述电机控制方法是在所述旋转开始时机开始进行使所述磁极位置从所述停止位置旋转的强制换向控制，然后转移至无传感器矢量控制的控制方法，在所述固定励磁控制中，使从所述转子停止的时机至所述旋转开始时机为止的期间中的、预测产生使所述转子旋转的外力的保持强化区间中的所述电流的电流值大于其他区间中的电流值。
本发明的有益效果如下：
根据本发明，能够抑制停止期间的电机发热，并且能够防止由预测的扰动扭矩引起不必要的旋转。
附图说明
图1是表示具备本发明的一个实施方式涉及的电机控制装置的图像形成装置的构成概要的图。
图2是示意性表示电机的构成的图。
图3是表示电机的驱动时序的示例的图。
图4是表示图像形成装置中与电机控制有关的主要部分的构成的图。
图5是表示电机控制装置的构成概要的图。
图6是表示保持设定表的内容的示例的图。
图7是表示流入电机的保持电流的电流值的切换的第一例的图。
图8是表示流入电机的保持电流的电流值的切换的第二例的图。
图9是表示电机控制装置中的矢量控制部的构成的图。
图10是表示电机的d-q轴模型的图。
图11是表示电机控制装置中的处理的流程的图。
【附图标记说明】
1：图像形成装置
2：片材(物体)
3：电机(输送电机)
10：打印机引擎
15：定位辊(输送部件)
21：电机控制装置
32：转子
33～35：绕组
51：片材传感器(传感器)
200：片材输送装置(输送装置)
I：电流
Ih：保持电流(固定励磁电流)
Ih1：第一电流值(电流值)
Ih2：第二电流值(电流值)
Ih3：第三电流值(电流值)
M1：输送方向(移动方向)
P3：印刷位置(下游侧的位置)
S1：时机信号
S51：检测信号
ta：旋转开始时机
T1：时间(设定时间)
Tm：移动时间
Ts：暂停期间
ω*：速度指令值(目标速度)
具体实施方式
图1中示出具备本发明的一个实施方式涉及的电机控制装置21的图像形成装置1的构成概要，图2中示意性示出电机3的构成。
在图1中，图像形成装置1是具备串联式的打印机引擎10的电子照片方式的彩色打印机。图像形成装置1根据经由网络从外部的主机装置输入的作业，形成彩色或单色的图像。图像形成装置1具有控制其动作的控制电路100。控制电路100具备执行控制程序的处理器及其***设备(ROM、RAM等)。
打印机引擎10具有四个成像单元11y、11m、11c、11k以及中间转印带12等。
成像单元11y～11k的基本构成相同，分别具有筒状的感光体、帯电器、显影器、清除器以及曝光用的光源等。中间转印带12卷绕在一对辊之间并旋转。在中间转印带12的内侧，在各个成像单元11y～11k中分别配置有一次转印辊。
在彩色印刷模式中，成像单元11y～11k并行形成Y(黄色)、M(品红)、C(青色)以及K(黑色)这四种颜色的调色剂图像。四种颜色的调色剂图像依次一次转印至旋转中的中间转印带12上。首先转印Y调色剂图像，接着与其重叠地依次转印M调色剂图像、C调色剂图像以及K调色剂图像。
在形成调色剂图像的同时，通过搓纸辊14A从底面侧的片材盒13引出片材(记录用纸)2，并通过供纸辊14B输送至定位辊15(定时辊)。
定位辊15在片材2到达时停止。当片材3与定位辊15接触时，片材2的前端部挠曲，前端边缘与辊轴平行。然后，定位辊15在一次转印至中间转印带12上的调色剂图像与片材2的位置对准的适当时机被驱动旋转，从而将片材2输送至下游的印刷位置P3。此时，以前端边缘与辊轴平行的状态、即片材2相对于输送方向M1的倾斜(skew)被校正的状态进行输送。印刷位置P3是中间转印带12与二次转印辊16相对置的位置。
一次转印的调色剂图像在印刷位置P3被二次转印至通过定位辊15输送来的片材2上。在二次转印后，片材2通过定影器17的内部并被输送至上部的排纸托盘19。在通过定影器17时，通过加热以及加压而使调色剂图像定影在片材2上。
图像形成装置1具备多个电机，作为使感光体、显影器以及各种辊等旋转体旋转的驱动源。作为其中之一的电机3驱动定位辊15进行旋转。该电机3通过电机控制装置21进行控制。电机控制装置21按照来自控制电路100的指令而使电机3旋转或停止。
在片材2的输送路径中的定位辊15的上游侧，配置有用于检测片材2接近定位辊15的片材传感器51。另外，在定位辊15的上游侧的附近，配置有用于检测片材2挠曲形成适度的环圈(挠曲部)的环圈传感器52。
在图2中，电机3、3b是无传感器型的永磁同步电机(PMSM：Permanent M agnetSynchronous Motor)。
图2(A)所示的电机3具备作为产生旋转磁场的电枢的定子31、和利用永磁铁的内置式的转子32。定子31具有以电角120°间隔配置的U相、V相、W相的磁芯36、37、38、以及呈Y形连接的三个绕组(线圈)33、34、35。通过向绕组33～35中流入U相、V相以及W相的三相交流电流而依次使磁芯36、37、38励磁，从而产生旋转磁场。转子32与该旋转磁场同步地旋转。
能够取代这样的电机3，而将图2(B)所示的电机3b安装到图像形成装置1中。电机3b具备产生旋转磁场的定子31b、和利用永磁铁的外置式的转子32b。定子31b具有以电角120°间隔配置的U相、V相、W相的磁芯36b、37b、38b、以及呈Y形连接的三个绕组33b、34b、35b。电机3b也与电机3同样地与旋转磁场同步旋转。
在图2所示的例子中，转子32、32b的磁极数为两个。但是，转子32、32b的磁极数不限于两个，也可以是四个或六个以上。另外，定子31、31b的插槽数不限于三个。总之，均是通过电机控制装置21对电机3、3b进行矢量控制(无传感器矢量控制)，在该矢量控制中，利用基于d-q轴坐标系的控制模型来进行磁极位置以及转速的推定。
此外，以下有时将转子32的S极以及N极中以黑色圆点表示的N极的旋转角度位置称为转子32的“磁极位置PS”。另外，有时也将从转子32的旋转中心朝向磁极位置PS的方向称为“磁极方向”。
图3中示出电机3的驱动时序的示例。
如上所述，在图像形成装置1中，利用定位辊15进行图像与片材2的位置对准(对位)以及片材2的倾斜校正。因此，在使用多张片材2的作业中，进行使电机3间歇旋转的控制，以使每当将一张片材2输出至印刷位置P3就使定位辊15停止。
在图3的示例中，假定为执行使用两张片材2的作业J1，且在从作业J1结束经过例如数分钟以上的时间后输入作业J2的情况。在开始作业J1的时刻，转子32的磁极位置PS不明。另外，设定有在从旋转停止至下一次旋转为止的暂停期间Ts内通过固定励磁保持转子32的“暂停期间保持模式”。
在作业J1中，在将第一张片材2输出至印刷位置P3之前，进行检测磁极位置PS的初始位置推定。作为初始位置推定的方法，能够利用例如公知的电感式感测。
在应输出第一张片材2的旋转开始时机ta(ta1)开始强制换向，当转速变为规定值以上时，切换为无传感器矢量控制。在片材2通过印刷位置P3时将转速保持恒定，当片材2刚离开定位辊15后就发出停止指令时，为了使其停止而开始减速。当转速降低至规定值时，从无传感器矢量控制切换为固定励磁，从而将转子32吸引至规定的停止位置。
在从转子32停止的旋转停止时机tb(tb1)至应输出第二张片材2的旋转开始时机ta(ta2)为止的作业内的暂停期间Ts，从吸引开始持续通过固定励磁保持转子32。当旋转开始时机ta2到来时，与第一张同样地，依次进行强制换向、无传感器矢量控制以及利用固定励磁的吸引。
在转子32停止的旋转停止时机tb2，作业J1的旋转驱动结束，但是，在之后的作业间的暂停期间Ts，也从作业J1中的停止时的吸引开始持续进行固定励磁，从而持续保持转子32。由此，能够省略下一作业J2中的初始位置推定，从而能够缩短作业J2的FPOT。
在作业J2中，除了省略初始位置推定以外，与作业J2同样地，每当将一张片材2输出至印刷位置P3，就依次进行强制换向、无传感器矢量控制以及利用固定励磁的吸引。而且，在旋转停止的暂停期间Ts内持续保持转子32。
另外，在暂停期间保持模式中，由于在等待作业输入的待机时也持续进行用于保持的固定励磁，因而存在绕组33～35变成过热状态的可能性。因此，在图像形成装置1中安装有电机控制功能，该电机控制功能是指：将暂停期间Ts中的电机3的发热抑制至所需最小限度，并且防止由预测的扰动扭矩引起不必要的旋转的功能。以下，以该电机控制功能为中心对图像形成装置1的构成及动作进行说明。
图4中示出与图像形成装置1中的电机控制有关的主要部分的构成，图5中示出电机控制装置21的构成的概要。
在图4中，图像形成装置1具有片材输送装置200。片材输送装置200由定位辊15、电机3、片材传感器51、环圈传感器52以及电机控制装置21等构成。
片材传感器51的检测信号S51以及环圈传感器52的检测信号S52被输入至控制电路100。
电机控制装置21存储表示后述的保持电流Ih的多个设定内容的保持设定表D3。从控制电路100对电机控制装置21输入指定应从保持设定表D3读出的设定内容的模式通知、起动/停止指令、时机信号S1以及旋转开始信号S2等。
控制电路100具有动作模式管理部101。动作模式管理部101管理在图像形成装置1中设定的各种动作模式。动作模式根据用户或服务人员的指定而设定，或者根据图像形成装置1的各部分的状态而自动设定。动作模式管理部101在设定有暂停期间保持模式的情况下，通过使表示该主旨的信息包含在模式通知中提供给电机控制装置21。
在图5中，电机控制装置21具有矢量控制部24、电机驱动部26、电流检测部27以及通过非易失性存储器存储保持设定表D3的存储部28。
电机驱动电路26是用于向电机3的绕组33～35流入电流而驱动转子32的三相逆变器(inverter)，具有三个对偶元件(dual element)261、262、263以及预驱动电路265。
各个对偶元件261～263是将特性一致的两个晶体管(例如电场效应晶体管：FET)串联连接并收纳到壳体中而成的电路部件。
利用对偶元件261～263来控制从直流电源线211经由绕组33～35流入接地线的电流I。详细而言，利用对偶元件261的晶体管Q1、Q2来控制流经绕组33的电流Iu，利用对偶元件262的晶体管Q3、Q4来控制流经绕组34的电流Iv。并且，利用对偶元件263的晶体管Q5、Q6来控制流经绕组35的电流Iw。
预驱动电路265将从矢量控制部24输入的脉宽调制后的控制信号即PWM信号U+、U-、V+、V-、W+、W-转换为适于各晶体管Q1～Q6的电压水平。转换后的PWM信号U+、U-、V+、V-、W+、W-被输入至晶体管Q1～Q6的控制端子(栅极)。
电流检测部27检测流经绕组33、34的电流Iu、Iv。因为Iu+Iv+Iw＝0，因而能够通过计算从检测出的电流Iu、Iv的值求出电流Iw。此外，也可以检测W相的电流。
电流检测部27对由***电流Iu、Iv的流路的分流电阻引起的电压降进行放大并进行A/D转换，作为电流Iu、Iv的检测值输出。即，进行双分流方式的检测。分流电阻的电阻值是1/10Ω级别的小值。
电流Iu、Iv的检测值在矢量控制部24中使用于d-q轴坐标系的推定电流值的算出等。
图6中示出保持设定表D3的内容的示例，图7中示出流入电机3的保持电流Ih的电流值Ih1、Ih2、Ih3的切换的第一例，图8中示出流入电机3的保持电流Ih的电流值Ih1、Ih2的切换的第二例。
此外，图7中示意性地描绘出控制的时序图和多个时机各自的片材2的输送状态。
在图6的示例中，对于在图3所示的暂停期间Ts中为了保持而流入绕组33～35的保持电流(固定励磁电流)Ih的电流值，规定了四个设定(A1、A2、B1、B2)。
设定A1及设定A2适用于在整个暂停期间Ts流入保持电流Ih而积极保持的暂停期间保持模式。设定B1及设定B2适用于仅在暂停期间Ts中预测到施加扰动扭矩的保持强化区间Ts2中积极保持的“强化区间保持模式”。强化区间保持模式在如下情况下选择，即：包括电机3、旋转驱动对象(定位辊)以及传递机构的旋转驱动***具有在稍微的外力下不会旋转的特性的情况、或者在产生使图像形成装置1晃动的振动的可能性小的环境下使用的情况，等等。
在设定A1中，将第一电流值Ih1设为1安培，第二电流值Ih2设为4安培，第三电流值Ih3设为5安培。
第一电流值Ih1是在暂停期间Ts中施加扰动扭矩的可能性小的通常保持区间Ts1中作为保持电流Ih而从直流电源线260流入电机3的电流I的电流值。
第二电流值Ih2及第三电流值Ih3是预测到施加扰动扭矩的保持强化区间Ts2中流入电机3的电流I的电流值，且大于第一电流值Ih1。第三电流值Ih3是即便在保持强化区间Ts2中也预测到施加特大扰动扭矩时流入的保持电流Ih的电流值，且大于第二电流值Ih2。
在设定A2中，将第一电流值Ih1与设定A1同样设为1安培。并且，将第二电流值Ih2设为5安培。在设定A2中，未决定第三电流值Ih3。这意味着，在整个保持强化区间Ts2中流入第二电流值Ih2的保持电流Ih。
在设定B1及设定B2中，将第一电流值Ih1设为0安培。即，在通常保持区间Ts1中不流入保持电流Ih。
关于保持强化区间Ts2的电流值，设定B1与设定A1同样，设定B2与设定A2同样。
图7所示的第一例是在定位辊15的旋转驱动中应用设定A1的示例。在图7中，将从旋转停止时机tb至旋转开始时机ta为止的暂停期间Ts中的、从旋转停止时机tb至时机t2设为通常保持区间Ts1，从时机t2至旋转开始时机ta设为保持强化区间Ts2。
在通常保持区间Ts1中，进行向绕组33～35中流入第一电流值Ih1的保持电流Ih的保持控制，以产生抑制转子32不经意旋转所需最小限的固定磁场。
在通常保持区间Ts1中的时机t0中，片材2在由供纸辊14B输送下朝向定位辊15移动。片材2未到达片材传感器51的检测位置，片材传感器51关闭。
在时机t1，当片材2到达片材传感器51的检测位置时，片材传感器51从关闭切换为启动，与之同步地立即将时机信号S1从控制电路100输入电机控制装置21。
电机控制装置21以时机信号S1的输入为契机，开始时间T1的计时。时间T1是比时机t2至片材2与定位辊15接触的时机t3为止的移动时间Tm短的时间。移动时间Tm是根据片材传感器51与定位辊15的距离以及输送速度而决定的，例如为0.1～0.5秒左右。移动时间Tm与时间T1之差为保持电流Ih的切换处理所需的微小时间，时间T1大致与移动时间Tm相等。从抑制暂停期间Ts中的发热方面来看，优选尽可能地延长时间T1。
在从时机t1经过时间T1后的时机t2，电机控制装置21进行增强保持转子32的固定磁场的保持强化控制。具体而言，使保持电流Ih的电流值从第一电流值Ih1(1安培)增大至第二电流值Ih2(4安培)。
在时机t3，片材2与定位辊15接触，该冲击作为扰动扭矩传递给电机3。但是，由于通过保持强化控制增强了保持力，因此转子32不旋转。
在片材2与定位辊15接触后也持续输送，从而片材2以其前端边缘与辊轴平行的方式开始挠曲。在前端边缘与辊轴平行后也暂时持续输送，从而前端部进一步挠曲而使环圈(loop)变大。
当片材2挠曲时，欲变平坦的片材2的复原力作为按压力被施加于定位辊15。存在该按压力成为扰动扭矩而使转子32旋转的可能性。
因此，在时机t3稍后的时机t4，电机控制装置21使保持电流Ih的电流值从第二电流值Ih2增大至第三电流值Ih3(5安培)，从而进一步增强固定磁场。然后，持续利用第三电流值Ih3进行保持，直到暂停期间Ts结束为止。
在利用第三电流值Ih3进行保持的时机t5，片材2的前端边缘与辊轴平行，前端部在整个宽度方向上挠曲。
在时机t5之后的旋转开始时机ta，从控制电路100向电机控制装置21输入旋转开始信号Sa。换而言之，输入旋转开始信号Sa的时机是旋转开始时机ta。
旋转开始时机ta以预估从定位辊15至印刷位置P3为止的输送时间，从而将调色剂图像二次转印至片材2的适当位置上的方式决定。例如，可以将从时机t1经过规定的时间Tn后的时机设为旋转开始时机ta。或者，也可以将通过环圈传感器52检测到片材2的环圈已变为规定大小的时机设为旋转开始时机ta。
当输入旋转开始信号Sa时，电机控制装置21开始进行使转子32从被保持的位置旋转的强制换向。即，开始进行产生旋转磁场的旋转励磁控制。在图中的时机t6，电机3旋转，通过定位辊15输送片材2。片材2前端侧的一部分从定位辊15伸出，但片材2未越过片材传感器51。
在时机t7，电机控制装置21从强制换向切换为无传感器矢量控制。在时机t8，片材2越过片材传感器51，时机信号S1断开(OFF)。
此外，根据片材传感器51与定位辊15的距离、输送速度以及强制换向中的速度变化率的设定的不同，时机t8有时位于时机t7之前，也有时位于时机t6之前。
作为图7的第一例的变形，也可以在时机t2和时机t4时取代阶段性地增大保持电流Ih的处理，而进行如图中虚线所示连续性地增大保持电流Ih的处理，作为保持强化控制。
例如，当利用时间常数电路来增大保持电流Ih时，仅进行一次切换电流值的处理即可，与进行阶段性的切换时相比，控制的负担变小。在图示的例子中，为了在时机t3使电流值变为第二电流值Ih2以上，在从时机t1经过时间T1b时开始增大保持电流Ih。时间T1b短于时间T1。
图8所示的第二例是在定位辊15的旋转驱动中应用设定A2的示例。在图8中，将从旋转停止时机tb至旋转开始时机ta为止的暂停期间Ts中的、从旋转停止时机tb至时机t1设为通常保持区间Ts1，从时机t1至旋转开始时机ta设为保持强化区间Ts2。
在通常保持区间Ts1中，与图7的第一例同样地，进行向绕组33～35中流入第一电流值Ih1的保持电流Ih的保持控制。
在时机t1，片材2到达片材传感器51的检测位置，从控制电路100向电机控制装置21输入时机信号S1。
当输入时机信号S1时，电机控制装置21立即进行增强保持转子32的固定磁场的保持强化控制。即，使保持电流Ih的电流值从第一电流值Ih1增大至第二电流值Ih2。由于设定A2中的第二电流值Ih2为5安培，因此从1安培增大至5安培。
然后，电机控制装置21持续利用第二电流值Ih2进行保持，直到暂停期间Ts结束为止。
如此使保持电流Ih的电流值从第一电流值Ih1增大至第二电流值Ih2的保持强化控制，也可以如图中虚线所示那样连续性地增大电流值。
接着，对用于切换保持电流Ih的电流值的电路构成进行叙述。
图9中示出电机控制装置21中的矢量控制部24的构成，图10中示出电机3的d-q轴模型。在电机3的矢量控制中，将流经绕组33～35的三相交流电流转换为流入与作为转子32的永磁铁同步地旋转的两相绕组的直流电流，从而使控制简单化。
如图10所示，将永磁铁的磁通方向(N极方向)设为d轴，将从d轴起以电角计前进了π/2[rad](90°)后的方向设为q轴。d轴以及q轴是模型轴。以U相的绕组33为基准，将相对于此的d轴的超前角定义为θ。该角度θ表示磁极相对于U相的绕组33的角度位置(磁极位置PS)。d-q坐标系位于以U相的绕组33为基准而由此前进了θ角度后的位置。
因为电机3不具有检测转子32的角度位置的位置传感器，因而需要在电机控制装置21中推定转子32的磁极位置PS。与表示该推定的磁极位置的推定角度θm对应地定义γ轴，并将从γ轴起以电角计前进了π/2后的位置定义为δ轴。γ-δ坐标系位于以U相的绕组33为基准而由此前进了推定角度θm后的位置。将推定角度θm相对于角度θ的延迟定义为Δθ。
在图9中，矢量控制部24根据来自控制电路100的指令中所含的速度指令值ω*来控制电机驱动部26。当输入停止指令时，以使转子32停止的方式控制电机驱动部26，在暂停期间保持模式的情况下，以在下一旋转开始时机ta之前保持转子32的方式控制电机驱动部26。
作为使转子32停止的控制，矢量控制部24根据推定的磁极位置PS来决定生成使磁极位置PS吸引并停止在停止位置的固定磁场的电流。然后，将向绕组33～35流入所决定的电流的PWM信号U+、U-、V+、V-、W+、W-提供给电机驱动部26。
另外，作为保持转子32的控制，矢量控制部24以在吸引时持续流入生成固定磁场的第一电流值Ih1的保持电流Ih的方式控制电机驱动部26。而且，在保持强化区间Ts2中，变更PWM信号U+、U-、V+、V-、W+、W-以使流入第二电流值Ih2或第三电流值Ih2的保持电流Ih。详细内容如下所述。
矢量控制部24具有速度控制部41、电流控制部42、输出坐标转换部43、PW M转换部44以及输入坐标转换部45。来自控制电路100的指令、通知以及时机信号等被输入速度控制部41。
除了该矢量控制部24之外，电机控制装置21还具有速度/位置推定部25以及存储部28。在存储部28中，存储有保持设定表D3、与转子32的吸引有关的角度dθ以及用于强制换向的控制数据等。
在无传感器矢量控制中，进行如下处理。
速度控制部41根据来自控制电路100的速度指令值ω*和来自速度/位置推定部25的速度推定值ωm，以速度推定值ωm接近速度指令值ω*的方式决定γ-δ坐标系的电流指令值Iγ*、Iδ*。
电流控制部42根据电流指令值Iγ*、Iδ*决定γ-δ坐标系的电压指令值Vγ*、Vδ*。
输出坐标转换部43根据来自速度/位置推定部25的推定角度θm，将电压指令值Vγ*、Vδ*转换为U相、V相以及W相的电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。
PWM转换部44根据电压指令值Vu*、Vv*、Vw*生成控制信号U+、U-、V+、V-、W+、W-，并输出至电机驱动部26。控制信号U+、U-、V+、V-、W+、W-是用于通过脉宽调制(PWM：PulseWidth Modulation)控制供给至电机3的三相交流电的频率以及振幅的信号。
输入坐标转换部45根据通过电流检测部27检测出的U相的电流Iu以及V相的电流Iv的各值算出W相的电流Iw的值。然后，根据来自速度/位置推定部25的推定角度θm和三相电流Iu、Iv、Iw的值算出γ-δ坐标系的推定电流值Iγ、Iδ。即，对电流进行从三相变为两相的转换。
速度/位置推定部25根据来自输入坐标转换部45的推定电流值Iγ、Iδ和来自电流控制部42的电压指令值Vγ*、Vδ*，按照所谓的电压电流方程式求出速度推定值ωm以及推定角度θm。
求出的速度推定值ωm被输入至速度控制部41，求出的推定角度θm被输入至速度控制部41、输出坐标转换部43以及输入坐标转换部45。
通过这样的矢量控制部24的各部分以及速度/位置推定部25来控制电机驱动部26，从而驱动电机3旋转。
此外，当输入停止指令时，电机控制装置21开始进行减速控制。减速控制不限于无传感器矢量控制，也可以是所谓的三相短路式的短路制动控制或自由运行(free-run)控制。
当转速ω降低至能够推定磁极位置PS的下限值附近时，电机控制装置21取代减速控制而进行将转子32的磁极吸引至规定的停止位置并使其停止的吸引控制。吸引控制是生成固定磁场的固定励磁控制。
在吸引控制中，利用基于速度/位置推定部25的推定角度θm。表示永磁铁的磁通方向的d轴与根据推定角度θm决定的γ轴大致相同，因此将d轴以及q轴作为与γ轴以及δ轴相等的轴进行处理。
另外，d轴以及q轴是理想性表示永磁铁的磁通方向的轴，但是实际上经过推定角度θm推定或检测出的是γ轴以及δ轴，因此在实际的控制中也可以利用γ轴以及δ轴。即，在本发明中，能够取代d-q轴而利用γ轴-δ轴，另外，对于Id、Iq、θ等，也可以取而代之利用Iγ、Iδ、θm。
在吸引控制中，电机控制装置21决定从转子32的旋转中心朝向停止位置的磁场矢量。磁场矢量表示将转子吸引至停止位置的磁场。
决定磁场矢量的方向的停止位置为相对于磁极位置PS的超前方向以及延迟方向各自的偏移量以电角计最大为180度的范围内的位置。
在本例中，假设停止位置是以此时的磁极位置PS为基准而决定的相对位置。但是，也可以是预先设定的固定位置(绝对位置)。
将停止位置设为相对位置时的磁极位置PS至停止位置为止的角度dθ预先进行设定，并由存储部28存储。
决定磁场矢量相当于决定与磁场矢量同方向的电流矢量。电流矢量表示为了生成将转子32吸引至停止位置的磁场而应流入绕组33～35的电流。
决定电流矢量在用于控制电机驱动部26的实际处理中即为设定电流矢量的方向和大小。作为电流矢量的方向，设定表示d轴的角度位置的角度θm。而且，作为电流矢量的大小，设定电流矢量的d轴分量Id以及q轴分量Iq。
当将电流矢量的大小设为I时，d轴分量Id以及q轴分量Iq以下式表示。
Id＝I×cos(dθ)、Iq＝I×sin(dθ)，然而，速度控制部41在从减速控制切换为吸引控制时，输出表示处于进行固定励磁的期间的固定励磁模式信号S2。该固定励磁模式信号S2被持续输入至电流控制部42以及输出坐标转换部42，直到开始强制换向的旋转开始时机ta为止。
在吸引控制中，速度控制部41从速度/位置推定部25取得表示磁极位置PS的最新的推定角度θm，并提供给输出坐标转换部43。输出坐标转换部43将被提供的电流指令值Id*、Iq*加以存储，直到重新提供为止。
速度控制部41决定用于吸引的电流矢量的大小(I)。在本例中，决定为与第一电流值Ih1对应的大小。另外，从存储部28取得角度dθ，算出电流矢量的d轴分量Id以及q轴分量Iq。而且，将d轴分量Id作为电流指令值Id*，将q轴分量Iq作为电流指令值Iq*，并提供给电流控制部42。电流控制部42将被提供的电流指令值Id*、Iq*加以存储，直到重新提供为止。
当来自速度控制部41的固定励磁模式信号S2导通(ON)时，电流控制部42取代电流指令值Iγ*、Iδ*而根据电流指令值Id*、Iq*来决定电压指令值Vγ*、Vδ*。由于吸引控制期间输入的电流指令值Id*、Iq*保持恒定，因此持续输出最初决定的电压指令值Vγ*、Vδ*。
当固定励磁模式信号S2导通时，输出坐标转换部43取代来自速度/位置推定部25的推定角度θm而根据来自速度控制部41的推定角度θm，将电压指令值Vγ*、Vδ*转换成电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。由于吸引控制期间输入的电压指令值Vγ*、Vδ*保持恒定，因此持续输出最初决定的电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。
在保持强化区间Ts2中的时机t2、t4(参照图7)，速度控制部41从存储部28取得第二电流值Ih2或第三电流值Ih3。变更电流矢量的大小(I)以与取得的电流值对应，并算出变更后的电流矢量的d轴分量Id以及q轴分量Iq。此时，角度dθ为与吸引时相同的值。而且，将算出的d轴分量Id作为电流指令值Id*，同样将q轴分量Iq作为电流指令值Iq*，并提供给电流控制部42。
由此，电流控制部42、输出坐标转换部43以及PWM转换部44分别输出与变更后的电流矢量对应的信号，因此，控制信号U+、U-、V+、V-、W+、W-发生变更，从而流入电机3的保持电流Ih的电流值发生切换。
图11中示出电机控制装置21中的处理的流程。
当电机3的转子23停止时，电机控制装置21进行保持控制直到输入时机信号S1为止(#201、#202为“否”)。在保持控制中，向绕组33～35中流入第一电流值Ih1的保持电流Ih。
当输入时机信号S1时(#202为“是”)，在以此为契机的时机、即立即或经过规定时间时进行保持强化控制(#203)。在保持强化控制中，向绕组33～35中流入比第一电流值Ih1大的第二电流值Ih2的保持电流Ih。
持续进行保持强化控制并等待旋转开始时机ta的到来(#204)，当旋转开始时机ta到来时(#204为“是”)，开始进行强制换向控制(#205)。
当电机3的转速增大至规定值以上时(#206为“是”)，从强制换向控制切换为无传感器矢量控制并控制电机3(#207)。
当输入停止指令时(#208为“是”)，从无传感器矢量控制转移至停止控制(#209)。作为停止控制，依次进行减速控制和吸引控制。
根据以上的实施方式，由于将暂停期间Ts区分为流入较小的保持电流的通常保持区间Ts1和流入较大的保持电流的保持强化区间Ts2，因此，能够抑制停止期间电机3发热，并且能够防止因为预测的扰动扭矩引起不必要的旋转。
另外，能够在执行暂停期间Ts输入的印刷作业时省略初始位置推定，从而能够缩短截止输出第一张印刷物为止的所需时间(FPOT)。
在上述实施方式中，将电机3的旋转驱动的对象设为定位辊15，并将片材传感器51的启动设为时机信号S1的基准，但是，旋转驱动的对象以及时机信号S1的产生方式并不限于此。旋转驱动的对象也可以是感光体、显影辊、调色剂补给部的螺杆及其他的旋转体。控制电路100也可以在控制用的统计值达到规定值时、或者在规定时刻输出时机信号S1。
例如，在规定在等待作业输入的待机期间使与电机3的驱动对象不同的可动体移动，并且，伴随该移动而产生影响电机3的振动的情况下，控制电路100在即将使可动体移动之前输出时机信号S1。
在上述实施方式中，将暂停期间Ts的最后阶段设为保持强化区间Ts2，但是也可以将最后阶段以外的区间设为保持强化区间Ts2。另外，也可以根据需要在暂停期间Ts中设置多个保持强化区间Ts2。但是，从抑制电机3发热的方面来看，优选保持强化区间Ts2在暂停期间Ts中所占的比例小。
也可以取代将时机信号S1从控制电路100输入电机控制装置21，而将片材传感器51的检测信号S51自身作为时机信号S1从片材传感器51输入电机控制装置21。
保持电流Ih的电流值的切换也可以是三段以上的阶段性切换。另外，保持强化控制也可以是通过切换直流电源线260的输出电压来增强固定磁场的强度的控制。
电机控制装置21能够设置在具备控制对象的电机3的任意装置中，并不限于组装至图像形成装置1中。
除此之外，图像形成装置1以及电机控制装置21各自的整体或各部分的构成、处理的内容、顺序或时机、保持电流Ih的电流值Ih1～Ih3、阈值thDL、设定值thDd等能够根据本发明的主旨适当地进行变更。

Claims (15)

1.一种电机控制装置，其用于控制通过由流经绕组的电流产生的旋转磁场而使利用永磁铁的转子旋转的电机，所述电机控制装置的特征在于，
在使所述电机停止的暂停期间进行保持控制，在所述保持控制中，为了生成抑制所述转子旋转的固定磁场，持续向所述绕组流入固定励磁电流，
在所述暂停期间内，以预定的时机信号的输入为契机而进行增强所述固定磁场的保持强化控制，
在旋转开始时机到来时，开始进行产生所述旋转磁场的旋转励磁控制。
2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，
所述保持强化控制是阶段性地或连续性地增大所述固定励磁电流的电流值的控制。
3.根据权利要求1或2所述的电机控制装置，其特征在于，
在所述保持控制以及所述保持强化控制中，利用基于d-q坐标系的控制模型来决定所述固定磁场的磁通的方向以及大小，其中，所述d-q坐标系以从所述转子的旋转中心朝向磁极位置的方向为d轴。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机控制装置，其特征在于，
作为控制对象的所述电机是驱动输送部件的输送电机，所述输送部件与移动来的物体接触而使该物体进一步移动；
作为所述时机信号，输入与传感器的检测信号同步的信号，其中，所述传感器用于检测所述物体已到达所述物体的移动方向上的所述输送部件的上游侧的位置。
5.根据权利要求4所述的电机控制装置，其特征在于，
在经过设定时间时进行所述保持强化控制，其中，所述设定时间短于从所述时机信号的输入至所述物体与所述输送部件接触为止的移动时间。
6.一种输送装置，其特征在于，具有：
所述输送电机；
所述传感器；以及
权利要求4或5所述的电机控制装置。
7.一种图像形成装置，其特征在于，具有：
权利要求6所述的输送装置；以及
打印机引擎，其在所述移动方向上的所述输送部件的下游侧的位置处对所述物体印刷图像。
8.根据权利要求7所述的图像形成装置，其特征在于，
所述物体是片材，
所述输送部件是定位辊，所述定位辊用于使所述片材的前端部挠曲来校正相对于所述移动方向的斜率。
9.根据权利要求8所述的图像形成装置，其特征在于，
作为所述保持强化控制，所述电机控制装置在被输入所述时机信号时，将所述固定励磁电流的电流值从第一电流值切换为大于所述第一电流值的第二电流值，进而在所述片材与所述定位辊抵接而开始挠曲的时机，从所述第二电流值切换为大于所述第二电流值的第三电流值。
10.根据权利要求9所述的图像形成装置，其特征在于，
所述旋转开始时机是所述片材的斜率校正完成之后的时机。
11.一种电机控制方法，用于使通过由流经绕组的电流产生的旋转磁场而使利用永磁铁的转子旋转的电机间隙性地旋转，所述电机控制方法的特征在于，
作为使所述转子以目标速度旋转的控制进行无传感器矢量控制，
作为使所述转子停止并保持所述转子直到下一旋转开始时机为止的控制进行固定励磁控制，在所述固定励磁控制中，持续向所述绕组流入生成将所述转子的磁极位置吸引至停止位置的固定磁场的电流，
所述电机控制方法是在所述旋转开始时机开始进行强制换向控制，然后转移至无传感器矢量控制的控制方法，其中，所述强制换向控制使所述转子从被保持在所述停止位置的状态进行旋转，
在所述固定励磁控制中，使从所述转子停止的时机至所述旋转开始时机为止的期间中的、预测产生使所述转子旋转的外力的保持强化区间中的所述电流的电流值大于其他区间中的电流值。
12.根据权利要求11所述的电机控制方法，其特征在于，
在所述保持强化区间中，进行阶段性地或连续性地增大所述电流的电流值的控制。
13.根据权利要求11或12所述的电机控制方法，其特征在于，
在所述固定励磁控制中，利用基于d-q坐标系的控制模型来决定所述固定磁场的磁通的方向以及大小，其中，所述d-q坐标系以从所述转子的旋转中心朝向磁极位置的方向为d轴。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的电机控制方法，其特征在于，
作为控制对象的所述电机是驱动输送部件的输送电机，所述输送部件与移动来的物体接触而使该物体进一步移动，
所述保持强化区间以输入与传感器的检测信号同步的信号作为时机信号为契机而开始，所述传感器用于检测所述物体已到达所述物体的移动方向上的所述输送部件的上游侧的位置。
15.根据权利要求14所述的电机控制方法，其特征在于，
所述保持强化区间在经过设定时间时开始，其中，所述设定时间短于从所述时机信号的输入至所述物体与所述输送部件接触为止的移动时间。
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