JP2020092601A - Control device, motor drive device, sheet conveyance device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御装置、モータ駆動装置、シート搬送装置および画像形成装置に関する。 The present invention relates to a control device, a motor drive device, a sheet conveying device, and an image forming apparatus.
従来、インナーロータ型ブラシレスＤＣモータに光学エンコーダを搭載してフィードバック制御で駆動することで、位置・速度の駆動精度をステッピングモータと同等に保ちながら省エネ・省資源・小型化を実現した技術が知られている。この技術では、光学エンコーダを使用するために、紙粉、ホコリ、インクミストなどにより不具合を発生し易いことや光学エンコーダの使用温度の上限がモータの使用時の温度の上限になるという制約が課される。この課題を解決し、コストダウンも狙って開発されたのが、ホール素子から出力されるホール信号から擬似エンコーダ信号を生成してモータ制御を行う、エンコーダレスモータ駆動装置である。 Conventionally, there is a known technology that realizes energy saving, resource saving, and miniaturization while maintaining the drive accuracy of position and speed equivalent to that of a stepping motor by mounting an optical encoder on the inner rotor type brushless DC motor and driving it by feedback control. Has been. In this technology, since an optical encoder is used, there are restrictions that defects easily occur due to paper dust, dust, ink mist, etc., and that the upper limit of the operating temperature of the optical encoder becomes the upper limit of the temperature when the motor is used. To be done. An encoderless motor drive device that solves this problem and is also aimed at cost reduction is an encoderless motor drive device that generates a pseudo encoder signal from a hall signal output from a hall element to perform motor control.
例えば特許文献１には、ホール素子から出力される、モータの磁極位相を表す磁極位相信号（ホール信号）に基づいて、２チャンネルのエンコーダ等価信号（擬似エンコーダ信号）を生成してモータ制御を行う技術が開示されている。
For example, in
しかしながら、ホール素子から生成する擬似エンコーダ信号には、ホール素子とマグネットとの位置のばらつきやホール素子間の相対位置のずれ、ホール素子自身のセンシングポイントのばらつきに起因して、モータのマグネット極数に関連する信号の周期変動（周期ノイズ）が発生する。これにより、モータの回転ムラや騒音などを招くという問題がある。 However, the pseudo encoder signal generated from the Hall element contains the number of magnet poles of the motor due to variations in the positions of the Hall element and the magnet, relative position deviations between the Hall elements, and variations in the sensing points of the Hall element itself. Periodic fluctuations (periodic noise) of the signal related to are generated. As a result, there is a problem that uneven rotation of the motor and noise are caused.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータの磁極位相を表す磁極位相信号を変換して、前記モータの出力軸の回転量および回転方向を表し、該磁極位相信号に対して分解能の高い回転位置検出信号を出力する回転位置検出部を備えたモータ駆動部を制御する制御装置であって、前記回転位置検出信号と、目標信号とに基づいて、前記モータ駆動部が前記モータに供給すべき電力を制御する制御部と、前記回転位置検出信号における前記モータの回転数の所定倍周波数に応じた周波数成分を低減させるフィルタと、を備える。 In order to solve the above problems and to achieve the object, the present invention converts a magnetic pole phase signal representing a magnetic pole phase of a motor to represent a rotation amount and a rotation direction of an output shaft of the motor, and the magnetic pole phase signal. A control device for controlling a motor drive unit including a rotational position detection unit that outputs a rotational position detection signal with high resolution to the motor drive unit based on the rotational position detection signal and a target signal. Includes a control unit that controls the power to be supplied to the motor, and a filter that reduces a frequency component in the rotational position detection signal that corresponds to a frequency that is a predetermined multiple of the rotation speed of the motor.
本発明によれば、ホール信号から擬似エンコーダ信号を生成してモータ制御を行う構成におけるモータの回転ムラや騒音の発生を抑制できる。 According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of rotation unevenness and noise of the motor in the configuration in which the pseudo encoder signal is generated from the hall signal to control the motor.
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る制御装置、モータ駆動装置、シート搬送装置および画像形成装置の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a control device, a motor drive device, a sheet conveying device, and an image forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかる画像形成装置１００の構成の一例を示す図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、それぞれ「Ｙ」、「Ｍ」、「Ｃ」、「Ｋ」と記す。）のトナー像を生成するための４つのプロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋを備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an
これらプロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、画像形成剤として、互いに異なる色のＹトナー、Ｍトナー、Ｃトナー、Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。各プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、それぞれ画像形成装置
１００本体に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっており、寿命到達時に交換される。
These
プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは同様の構成であるので、Ｙトナー像を生成するためのプロセスカートリッジ６Ｙを例に挙げて、画像形成装置１００の概略構成を説明する。図２は、図１に示すプロセスカートリッジ６Ｙの近傍における部分拡大図で
ある。以下では、図１の参照に併せて、図２の参照を行う。
Since the
図２に示されるように、プロセスカートリッジ６Ｙは、潜像担持体としての感光体ドラム１Ｙ、ドラムクリーニング装置２Ｙ、除電装置（不図示）、帯電装置４Ｙ、現像装置５Ｙ等を備えている。
As shown in FIG. 2, the
帯電装置４Ｙは、感光体ドラム１Ｙの表面を一様に帯電する装置である。感光体ドラム１Ｙは、ドラム回転機構により図中時計回りに回転され、感光体ドラム１Ｙが回転することにより、帯電装置４Ｙは、感光体ドラム１Ｙの表面を一様に帯電する。
The
一様に帯電された感光体ドラム１Ｙの表面は、レーザ光Ｌによって露光走査されてＹ用の静電潜像を担持する。感光体ドラム１Ｙの表面上の静電潜像は、Ｙトナーを用いる現像
装置５ＹによってＹトナー像に現像される。そして、感光体ドラム１Ｙの表面上のＹトナー像は、中間転写ベルト８上に中間転写される。なお、この工程を中間転写工程という。
The uniformly charged surface of the
ドラムクリーニング装置２Ｙは、中間転写工程を経た後の感光体ドラム１Ｙの表面に残
留したトナーを除去する装置である。また、除電装置は、クリーニング後の感光体ドラム１Ｙの残留電荷を除電する装置である。この除電により、感光体ドラム１Ｙの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。
The
なお、他のプロセスカートリッジ６Ｍ，６Ｃ，６Ｋにおいても、同様にして各感光体ド
ラム１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上にそれぞれＭトナー像、Ｃトナー像、Ｋトナー像が形成されて、中間転写ベルト８上に中間転写される。
In the
図１に示されるように、各プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの図中下方には、露光装置７が配設されている。
As shown in FIG. 1, an exposure device 7 is disposed below the
露光装置７は、上記説明した各感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの表面上の静電潜像を形成するための装置である。露光装置７は、形成すべき画像の情報に基づいて発したレーザ光Ｌを、プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋにおけるそれぞれの感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに照射して、感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの表面を露光する。この露光により、感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの表面上にそれぞれＹ静電潜像、Ｍ静電潜像、Ｃ静電潜像、Ｋ静電潜像が形成される。
The exposure device 7 is a device for forming an electrostatic latent image on the surface of each of the
なお、露光装置７は、光源から発したレーザ光Ｌを、モータによって回転駆動したポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体ドラムに照射することにより、所望の静電潜像を感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの表面にそれぞれ形成する。 The exposure device 7 irradiates the photosensitive drum with a laser beam L emitted from a light source through a plurality of optical lenses and mirrors while scanning the laser beam L emitted from a light source with a polygon mirror that is rotationally driven by a motor. Latent images are formed on the surfaces of the photoconductor drums 1Y, 1M, 1C and 1K, respectively.
図１に示されるように、露光装置７の図中下側には、給紙手段が配設されている。給紙手段は、紙収容カセット２６、紙収容カセット２６に組み込まれた給紙ローラ２７、およびレジストローラ対２８等を有している。
As shown in FIG. 1, a sheet feeding unit is disposed below the exposure device 7 in the figure. The paper feeding unit includes a
紙収容カセット２６は、記録材としての用紙９９を複数枚重ねて収納しており、一番上の用紙９９には給紙ローラ２７が当接している。給紙ローラ２７が駆動機構によって図中反時計回りに回転せしめられると、一番上の用紙９９がレジストローラ対２８のローラ間に向けて給紙される。
The
レジストローラ対２８は、用紙９９を挟み込むべく両ローラを回転駆動するが、挟み込んですぐに回転を一旦停止させる。そして、用紙９９を適切なタイミングで後述の２次転写ニップに向けて送り出す。
The
一方、図１に示されるように、プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの図中上方には、中間転写体である中間転写ベルト８を張架しながら無端移動させる中間転写ユニット１５が配設されている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, above the
中間転写ユニット１５は、中間転写ベルト８のほか、ベルトクリーニング装置１０等を備えている。また、４つの１次転写バイアスローラ９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ、２次転写バックアップローラ１２、クリーニングバックアップローラ１３、テンションローラ１４等も備えている。
The
中間転写ベルト８は、上記７つのローラに張架されながら、少なくとも１つのローラの回転駆動によって図中反時計回りに無端移動される。１次転写バイアスローラ９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋは、それぞれ中間転写ベルト８を各感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋとの間に挟み込んでそれぞれ１次転写ニップを形成している。すなわち、１次転写バイアスローラ９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋは、中間転写ベルト８を介して各感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの反対側に配置され、中間転写ベルト８に対してトナーとは逆極性（例えばプラス極性）の転写バイアスを印加する。
The
１次転写バイアスローラ９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋを除くローラは、全て電気的に接地されている。中間転写ベルト８は、その無端移動に伴ってＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の１次転写ニップを順次通過していく過程で、各感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上のＹトナー像、Ｍトナー像、Ｃトナー像、Ｋトナー像が重ね合わされて１次転写される。これにより、中間転写ベルト８上に４色重ね合わせトナー像（以下、「４色トナー像」という。）が形成される。
All the rollers except the primary
また、２次転写バックアップローラ１２は、２次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。中間転写ベルト８上に形成された４色トナー像は、この２次転写ニップで用紙９９に転写される。そして、用紙９９の白色と相まって、フルカラートナー像となる。
Further, the secondary
２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト８には、用紙９９に転写されなかった転写残トナーが付着している。転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１０によってクリーニングされる。２次転写ニップにおいては、用紙９９が互いに順方向に表面移動する中間転写ベルト８と２次転写ローラ１９との間に挟まれて、レジストローラ対２８側とは反対方向に搬送される。
The transfer residual toner that has not been transferred to the
２次転写ニップから送り出された用紙９９は、画像形成装置１００本体に対して着脱自在なユニットとしての定着ユニット２０のローラ間を通過する際に、熱と圧力の影響を受けて、表面のフルカラートナー像が定着される。その後、用紙９９は、排紙ローラ対２９のローラ間を経て画像形成装置１００外へと排出される。
The
画像形成装置１００本体の筺体の上面には、スタック部３０が形成されており、上記排紙ローラ対２９によって機外に排出された用紙９９は、このスタック部３０に順次スタックされる。
A
なお、図１に示されるように、中間転写ユニット１５と、これよりも上方にあるスタック部３０との間には、ボトル支持部３１が配設されている。このボトル支持部３１には、各色トナーをそれぞれ収容する剤収容器としてのトナーボトル３２Ｙ，３２Ｍ，３２Ｃ，３２Ｋがセットされている。
As shown in FIG. 1, a
各トナーボトル３２Ｙ，３２Ｍ，３２Ｃ，３２Ｋ内の各色トナーは、それぞれトナー供給装置により、プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの現像装置に適宜補給される。各トナーボトル３２Ｙ，３２Ｍ，３２Ｃ，３２Ｋは、プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋとは独立して画像形成装置１００本体に対して脱着可能である。
The respective color toners in the
図３は、上記説明した画像形成装置１００に付加して利用される原稿搬送装置１０１（シート搬送装置の一例）の構成の一例を示す図である。原稿搬送装置１０１は、図１に示された画像形成装置１００の上部に配置され、画像形成装置１００および原稿搬送装置１０１が一体としてコピー装置、ＭＦＰ等として機能する。したがって、原稿搬送装置１０１が付加された画像形成装置１００も、区別することなく画像形成装置１００という名で呼ぶこととする。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of an original document conveying device 101 (an example of a sheet conveying device) used in addition to the
図３に示される原稿搬送装置１０１は、被読取原稿を固定された読取装置部に搬送し、所定の速度で搬送しながら画像読取を行う、被読取原稿処理装置（以下ＡＤＦ）に適用されるものである。
The
原稿搬送装置１０１は、被読取原稿束をセットする原稿セット部Ａ、セットされた原稿束から１枚毎原稿を分離して給送する分離給送部Ｂ、給送された原稿を突当整合し、整合後の原稿を引き出し搬送するレジスト部Ｃ、搬送される原稿をターンさせて、原稿面を読取り側（下方）に向けて搬送するターン部Ｄ、原稿の表面画像を、コンタクトガラスの下方より読取を行わせる第１読取搬送部Ｅ、読取後の原稿の裏面画像を読取る第２読取搬送部Ｆ、表裏の読取が完了した原稿を機外に排出する排紙部Ｇ、読取完了後の原稿を積載保持するスタック部Ｈを備える。原稿搬送装置１０１は、上記搬送動作の駆動を行う駆動源としてピックアップモータ、給紙モータ、読取モータ、排紙モータ、底板上昇モータ等を備えている。
The
原稿テーブル４２は、可動原稿テーブル４３を備えて構成され、読取られる用紙９９がセットされる。用紙９９は原稿テーブル４２に原稿面を上向きの状態でセットされる。原稿テーブル４２は、サイドガイドを備え、用紙９９の幅方向を搬送方向と直交する方向に位置する。セットされた用紙９９はセットフィラー４４、セットセンサ４５により検知され、本体制御部に送信される。
The document table 42 is configured to include a movable document table 43, on which a
原稿テーブル４２には、原稿長さ検知センサ７０、７１（反射型センサまたは、用紙９９枚にても検知可能なアクチエーター・タイプのセンサが用いられる）が配置される。原稿長さ検知センサ７０、７１は、原稿の搬送方向長さを判定する。このとき原稿長さ検知センサ７０、７１は少なくとも同一原稿サイズの縦か横かを判断可能に配置される。
On the document table 42, document
可動原稿テーブル４３は、底板上昇モータにより矢印ａ，ｂ方向に上下動可能となっている。可動原稿テーブル４３に原稿がセットされたことをセットフィラー４４、セットセンサ４５により検知すると、底板上昇モータを正転させて原稿束の最上面がピックアップローラ４７と接触するように可動原稿テーブル４３を上昇させる。なお、図３では、上昇状態が実線で記載されている。
The movable document table 43 can be moved up and down in the directions of arrows a and b by a bottom plate lifting motor. When the set
ピックアップローラ４７は、ピックアップモータによりカム機構で矢印ｃ、ｄの方向に動作すると共に、可動原稿テーブル４３が上昇し可動原稿テーブル４３上の原稿上面により押されてｃ方向に上がりテーブル上昇検知センサ４８により上限を検知可能となっている。
The
給紙ベルト４９は給紙モータの正転により給紙方向に駆動され、リバースローラ５０は給紙モータの正転により給紙と逆方向に回転駆動され、最上位の原稿とその下の原稿を分離して、最上位の原稿のみを給紙できる構成となっている。
The
リバースローラ５０は、給紙ベルト４９と所定圧で接し、２枚以上の原稿が給紙ベルト４９とリバースローラ５０との間に侵入したとき、本来の駆動方向である時計方向に回転し、余分な原稿を押し戻す働きをし、原稿の重送を防止する。
The
給紙ベルト４９とリバースローラ５０との作用により１枚に分離された原稿は給紙ベルト４９によって更に送られ、突き当てセンサ５１によって先端が検知され更に進んで停止しているプルアウトローラ５２に突き当たる。その後前出の突き当てセンサ５１の検知から所定量の定められた距離だけ送られ、結果的には、プルアウトローラ５２に所定量撓みを持って押し当てられた状態で給紙モータを停止させることにより、給紙ベルト４９の駆動が停止する。
The original separated into one sheet by the action of the
このとき、ピックアップモータを回転させることでピックアップローラ４７を原稿上面から退避させ、原稿を給紙ベルト４９の搬送力のみで送ることにより、原稿先端は、プルアウトローラ５２の上下ローラ対のニップに進入し、先端の整合（スキュー補正）が行われる。
At this time, by rotating the pickup motor, the
プルアウトローラ５２は、スキュー補正機能を有すると共に、分離後にスキュー補正された原稿を中間ローラ５４まで搬送するものであり、給紙モータの逆転により駆動される。なお、給紙モータ逆転時、プルアウトローラ５２と中間ローラ５４は駆動されるが、ピックアップローラ４７と給紙ベルト４９は駆動されていない。
The pull-out
原稿幅センサ５３は、奥行き方向に複数個並べられ、プルアウトローラ５２により搬送された原稿の搬送方向に直行する幅方向のサイズを検知する。また、原稿の搬送方向の長さは原稿の先端後端を突き当てセンサ５１で読取ることにより、モータパルスから原稿の長さを検知する。
The
プルアウトローラ５２および中間ローラ５４の駆動によりレジスト部Ｃからターン部Ｄに原稿が搬送される際には、レジスト部Ｃでの搬送速度を第１読取搬送部Ｅでの搬送速度よりも高速に設定して原稿を読取部へ送り込む処理時間の短縮が図られている。
When a document is conveyed from the registration section C to the turn section D by driving the pull-out
原稿の先端が読取入口センサ５５により検出されると、読取モータを正転駆動して読取入口ローラ５６、読取出口ローラ６３、ＣＩＳ出口ローラ６７を駆動する。
When the leading edge of the document is detected by the
原稿の先端をレジストセンサ５７にて検知すると、所定の搬送距離をかけて減速し、図示していない第１読取部が配置される読取位置６０の手前で一時停止すると共に、本体制御部にＩ／Ｆを介して停止信号を送信する。
When the leading edge of the document is detected by the
続いて本体制御部より読取り開始信号を受信すると、停止していた原稿は、読取位置に原稿先端が到達するまでに所定の搬送速度に立ち上がるように増速されて搬送される。 Subsequently, when the reading start signal is received from the main body control unit, the stopped original is conveyed at an increased speed so as to rise to a predetermined conveying speed before the leading edge of the original reaches the reading position.
読取モータのパルスカウントにより検出された原稿先端が読取部に到達するタイミングで、本体制御部に対して第１面の副走査方向有効画像領域を示すゲート信号が、第１読取部を原稿後端が抜けるまで送信される。 At the timing when the leading edge of the document detected by the pulse count of the reading motor reaches the reading unit, a gate signal indicating the effective image area in the sub-scanning direction on the first surface is sent to the main body control unit to cause the first reading unit to move the trailing end of the document. Will be sent until
片面原稿の読取の場合には、第１読取搬送部Ｅを通過した原稿は第２読取部６５を経て排紙部Ｇへ搬送される。この際、排紙センサ６４により原稿の先端を検知すると、排紙モータを正転駆動して排紙ローラ６８を反時計方向に回転させる。
In the case of reading a one-sided original, the original that has passed through the first reading/conveying section E is conveyed to the paper ejection section G via the
また、排紙センサ６４による原稿の先端検知からの排紙モータパルスカウントにより、原稿後端が排紙ローラ６８の上下ローラ対のニップから抜ける直前に排紙モータ駆動速度を減速させて、排紙トレイ６９上に排出される原稿が飛び出さないように制御される。
Further, the discharge motor pulse count is detected from the detection of the leading edge of the document by the
第２読取部６５表面は、原稿に付着した糊状のものが読取ライン上に転写することにより発生する画像不良を示す縦スジを防止するため、コーティング処理が施されたコーティング部材が配置されている。
On the surface of the
このコーティング部材は、第２読取部６５の読取面に汚れ分解機能を有するコーティング材、または、親水性を有するコーティング材を塗布して形成したものである。これらのコーティング材は公知のものを使用することができる。
This coating member is formed by applying a coating material having a stain decomposition function or a hydrophilic coating material on the reading surface of the
図４は、本実施形態のモータ２００を駆動するモータ駆動装置２１０のハードウェア構成（回路構成）の一例を示す図である。モータ２００は、例えば、図１に示された画像形成装置１００本体の給紙ローラ２７等の駆動に利用することができる。また、例えば、図３に示された原稿搬送装置１０１の読取入口ローラ５６、読取出口ローラ６３、またはＣＩＳ出口ローラ６７などの駆動に利用することができる。これらのローラ（搬送ローラ）は、シート（この例では用紙であるが、これに限られない）を搬送するための搬送部材の一例である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a hardware configuration (circuit configuration) of the
本実施形態のモータ２００は、三相駆動のブラシレスＤＣモータである。すなわち、モータ２００は、整流子を有さず、モータ駆動装置２１０から供給される直流電流がＦＥＴ（半導体スイッチの一例）２０１で切り換えられることにより磁極の方向が切り換えられる電動機である。モータ２００は、モータ２００の磁極位相を表す磁極位相信号（「ホール信号」と称する場合もある）を出力するホール素子２０２を備えている。この例では、モータ２００は、三相駆動であるので、磁極位相信号をフィードバックするために、３つのホール素子２０２を備えている。
The
図４に示すように、モータ駆動装置２１０は、モータ２００に電力を供給するモータ駆動部２２０と、モータ駆動部２２０を制御する制御装置２３０と、を備える。
As shown in FIG. 4, the
まず、モータ駆動部２２０について説明する。図４に示すように、モータ駆動部２２０は、電力供給部２２１と回転位置検出部２２２とを備える。
First, the
電力供給部２２１は、制御装置２３０の制御の下、モータ２００に電力を供給する。より具体的には、電力供給部２２１は、制御装置２３０から供給される制御信号（ＰＷＭ出力、回転方向、スタート、ストップ、ブレーキなどを指示する制御信号）に従って、モータ２００に電力を供給する。
The
回転位置検出部２２２は、モータ２００の磁極を表す磁極位相信号を変換して、モータ２００の出力軸の回転量および回転方向を表し、該磁極位相信号に対して分解能の高い回転位置検出信号を出力する。より具体的には、回転位置検出部２２２は、ホール素子２０２から得られたホール信号（磁極位相信号）から、モータ２００の出力軸の回転位置を表す信号を生成する。この信号は、モータ２００の出力軸にロータリエンコーダを設けた場合の２チャンネルのエンコーダ信号と等価の信号（以下、「エンコーダ等価信号」と称する場合がある）である。回転位置検出部２２２は、例えば特開２０１５−１９５６３号公報に開示された技術を利用して、２チャンネルのエンコーダ等価信号を生成することができる。
The rotational
次に、制御装置２３０について説明する。図４に示すように、制御装置２３０は、制御部２３１を備える。制御部２３１は、モータ駆動部２２０の回転位置検出部２２２が出力したエンコーダ等価信号（回転位置検出信号）と、外部の目標信号生成部２４０が出力した目標信号とに基づいて、モータ駆動部２２０がモータ２００に供給すべき電力を制御する。
Next, the
図４に示すように、制御部２３１は、モータ位置・速度計算部２３２と、目標位置・速度計算部２３３と、位置・速度追従制御部２３４とを備える。本実施形態では、モータ位置・速度計算部２３２、目標位置・速度計算部２３３、および、位置・速度追従制御部２３４は専用のハードウェア回路（例えば半導体集積回路等）で構成されるが、これに限らず、例えばソフトウェア的に実現することもできる。例えば制御装置２３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のコンピュータ装置と同等のハードウェア構成を有し、ＣＰＵがＲＯＭ等に格納されたプログラムを実行することにより、モータ位置・速度計算部２３２、目標位置・速度計算部２３３、および、位置・速度追従制御部２３４の各々の機能を実現することもできる。
As shown in FIG. 4, the
モータ位置・速度計算部２３２は、モータ駆動部２２０内の回転位置検出部２２２から２チャンネルのエンコーダ等価信号（回転位置検出信号）を受信し、モータ２００の出力軸の回転方向および移動パルス数を取得する。２チャンネルのエンコーダ等価信号は、モータ２００の出力軸の回転角度に応じて出力が変化する定位相差（本実施形態では９０°）の２チャンネルの信号であるので、モータ位置・速度計算部２３２は、この位相差を利用して、モータ２００の出力軸の回転方向および移動パルス数を取得することができる。モータ位置・速度計算部２３２は、モータ２００の出力軸の回転方向および移動パルス数と、制御装置２３０が有するオシレータの時間信号とから、モータ２００の回転位置および回転速度（回転数）を導出し、その導出した回転位置を示す回転位置情報、および、その導出した回転速度を示す速度情報を位置・速度追従制御部２３４へ伝達する。
The motor position/
目標位置・速度計算部２３３は、外部の目標信号生成部２４０から、目標信号として、モータ２００の回転方向を表す回転方向情報と、移動パルス数を表すパルス情報を取得する。そして、目標位置・速度計算部２３３は、得られた目標信号と、制御装置２３０が有するオシレータの時間信号とから、モータ２００の目標位置および目標速度（目標回転数）を導出し、目標位置を示す目標位置情報および目標速度を示す目標速度情報を位置・速度追従制御部２３４へ伝達する。
The target position/
位置・速度追従制御部２３４は、目標位置・速度計算部２３３から取得した目標位置情報および目標速度情報とモータ位置・速度計算部２３２から取得した回転位置情報および速度情報とがそれぞれ一致するように、ＰＷＭ出力を指示するＰＷＭ信号を生成する。また、本実施形態では、位置・速度追従制御部２３４は、制御ゲイン設定部２３５を含む。制御ゲイン設定部２３５は、モータの磁極の数を表す極数と、目標信号に基づくモータの目標回転数と、に応じた特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定する。この例では、制御ゲイン設定部２３５は、制御装置２３０内のメモリまたは外部から、極数を示す極数情報を取得するとともに、目標位置・速度計算部２３３から目標速度情報（目標回転数を示す情報）を取得する。そして、取得した極数情報が示す極数と、目標速度情報が示す目標回転数と、に応じた特定の周波数を決定する。具体的な内容については後述する。
The position/speed
図５は、位置・速度追従制御部２３４の詳細な構成の一例を示す図である。図５に示すように、位置・速度追従制御部２３４は、比較部２５１と、乗算部２５２と、微分部２５３と、比較部２５４と、ＰＩＤ演算部２５５と、微分部２５６と、加算部２５７と、制御ゲイン設定部２３５と、ＰＷＭ信号生成部２３６とを備える。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a detailed configuration of the position/speed
比較部２５１は、目標位置・速度計算部２３３から入力（所定のサンプリング周波数に応じた周期で入力）された目標位置情報と、モータ位置・速度計算部２３２から入力（所定のサンプリング周波数に応じた周期で入力）された回転位置情報との差分を示す位置偏差情報を生成し、生成した位置偏差情報を乗算部２５２へ出力する。乗算部２５２は、比較部２５１から入力された位置偏差情報に一定のゲインを乗算して（Ｐ制御）、位置フィードバック情報（位置ＦＢ）を生成し、生成した位置フィードバック情報を比較部２５４へ出力する。
The
また、微分部２５３は、目標位置・速度計算部２３３から入力（所定のサンプリング周波数に応じた周期で入力）された目標位置情報を微分して、位置フィードフォワード情報（位置ＦＦ）を生成し、生成した位置フィードフォワード情報を比較部２５４へ出力する。また、図５の例では、比較部２５４には、モータ位置・速度計算部２３２からの速度情報も入力（所定のサンプリング周波数に応じた周期で入力）される。
The
比較部２５４は、乗算部２５２から入力された位置フィードバック情報と、微分部２５３から入力された位置フィードフォワード情報とを加算した結果から、モータ位置・速度計算部２３２から入力された速度情報を減算することで、速度偏差を示す速度偏差情報を生成し、生成した速度偏差情報をＰＩＤ演算部２５５へ出力する。ＰＩＤ演算部２５５は、入力された速度偏差情報に対してＰＩＤ演算（Ｐ：比例、Ｉ：積分、Ｄ：微分）を施して、速度フィードバック情報（モータ２００の加速度を表す情報、換言すると、モータ２００のトルクを表す情報であると考えることもできる）を生成し、生成した速度フィードバック情報（速度ＦＢ）を加算部２５７へ出力する。
The
一方、微分部２５６は、目標位置・速度計算部２３３から入力された目標速度情報を微分して速度フィードフォワード情報（モータ２００の加速度を表す情報、換言すると、モータ２００のトルクを表す情報であると考えることもできる）を生成し、生成した速度フィードフォワード情報（速度ＦＦ）を加算部２５７へ出力する。
On the other hand, the differentiating
加算部２５７は、入力された速度フィードバック情報と速度フィードフォワード情報とを加算して、制御偏差（見方を変えれば、制御装置２３０に入力される目標信号と回転位置検出信号とに基づく制御偏差であると考えることができる）をゼロにするためのモータ制御情報を生成する。この例では、加算部２５７による加算で得られたモータ制御情報は、制御偏差をゼロにするためのモータ２００の出力指令値（電力指令値）を表す情報であると考えることができる。加算部２５７は、生成したモータ制御情報を、制御ゲイン設定部２３５へ出力する。
The
制御ゲイン設定部２３５は、加算部２５７から入力されたモータ制御情報に対して、特定の周波数の成分を減衰させる処理（例えば特定の周波数の成分を除去する処理も含まれる）を行う。具体的な内容については後述する。制御ゲイン設定部２３５による処理が施されたモータ制御情報は、ＰＷＭ信号生成部２３６へ出力される。ＰＷＭ信号生成部２３６は、制御ゲイン設定部２３５から入力されたモータ制御情報に応じて、モータ２００を駆動するための電圧を示す信号（ＰＷＭ信号）を生成し、生成したＰＷＭ信号をモータ駆動部２２０へ出力する。
The control
ここで、本実施形態のように、エンコーダを搭載せずに、ホール素子２０２が出力するホール信号を元にエンコーダ等価信号を生成してモータ２００を駆動する構成においては、３相に対応する３つのホール信号の波形は、ホール素子２０２間の配置ずれにより位相がずれることになる。ホール素子２０２は、モータマグネットの磁力を検知するセンサなので、例えば６対のＮＳの組み合わせを構成する１２極のモータ２００では、６周期の波になる。結果として、３相１２極のモータ２００ではモータ２００の１回転が完了するときの６次、１２次、１８次、３６次の周波数成分において、センサノイズ（エンコーダ等価信号の周期変動）に起因した回転ムラや騒音が発生する。
Here, in a configuration in which an encoder equivalent signal is generated based on a Hall signal output from the
本実施形態では、モータ２００の極数をｐ、目標回転数をＮとしたとき、ｐ／２×Ｎ／６０の整数倍となる周波数において、センサノイズに起因した回転ムラが顕著に発生することに着目し、制御ゲイン設定部２３５は、モータの磁極の数を表す極数と、モータの目標回転数（目標速度）と、に応じた特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定する（換言すれば、特定の周波数に対する制御ゲインを減衰させる制御を行う）。より具体的には、制御ゲイン設定部２３５は、ｐ／２×Ｎ／６０の整数倍となる周波数（特定の周波数）の応答性が低下するように制御ゲインを設定する。これにより、センサノイズに起因した回転ムラや騒音の発生を抑制することができる。
In the present embodiment, when the number of poles of the
上述したように、制御ゲイン設定部２３５は、制御偏差をゼロにするためのモータ２００の出力指令値を表すモータ制御情報に対して、特定の周波数（ｐ／２×Ｎ／６０の整数倍となる周波数）の成分を減衰させる処理を行う。すなわち、制御ゲイン設定部２３５は、モータ２００の磁極の数を表す極数と、モータ２００の目標回転数とに応じて、特定の周波数を可変に設定し、加算部２５７から入力されたモータ制御情報に対して、設定した特定の周波数の成分を減衰させるフィルタ（ノッチフィルタ）の機能を実現するようなデータ処理をソフトウェア的に行う。
As described above, the control
したがって、従来のようなアナログのＰＬＬ制御とは異なり、複数の回転速度ごとに対応するアナログの電子回路や、複数の回転速度ごとにゲインを選択するためのハーネスを設ける必要は無いので、構成の複雑化やコストアップを抑制することができる。なお、本実施形態の制御ゲイン設定部２３５は、加算部２５７から入力されるモータ制御情報をデータ処理の対象としているが、制御ゲイン設定部２３５によるデータ処理の対象はこれに限られるものではない。要するに、制御ゲイン設定部２３５は、モータの磁極の数を表す極数と、モータの目標回転数（目標速度）と、に応じた特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲイン（制御装置２３０への入力と出力との比であると考えることができる）を設定する形態であればよい。
Therefore, unlike the conventional analog PLL control, it is not necessary to provide an analog electronic circuit corresponding to each of a plurality of rotation speeds or a harness for selecting a gain for each of a plurality of rotation speeds. It is possible to suppress complication and cost increase. Although the control
なお、ここでは、モータ２００の極数は変数ｐで規定しているが、モータ２００が固定の場合は極数を変更することは無いので、制御ゲイン設定部２３５内に極数情報を定数として計算式に組み込んでもよい。また、ノッチフィルタ（ノッチフィルタの機能を実現するようなデータ処理）の対象は、回転ムラ・騒音寄与が大きな６次、１２次、１８次の３つを対象としてもよく、１８次以降はローパスフィルタ（ローパスフィルタの機能を実現するようなデータ処理）により減衰させる方法でもよい。ノッチフィルタの数が増えると、計算時間の負荷が増えるためである。また、デジタルでノッチフィルタを形成する場合、デジタル誤差により狙いの周波数からずれることがあるため、ノッチには幅を持たせた形状とするのが良い。さらに、ノッチフィルタの適応回転数は、回転数依存で全ての回転数に適用しても良いし、特定の回転数に適用してもよい。なお、ノッチフィルタの減衰率の設定は対応する周波数成分に応じて任意に可能である。減衰率は各周波数成分のもつ回転ムラと減衰後の目標回転ムラから必要な減衰率を求め、位相余裕などを考慮して決定する。
Although the number of poles of the
図６は、制御ゲイン設定部２３５が設けられない場合において、制御部２３１への入力と出力との関係を表す一巡伝達関数の周波数特性を表す図であり、図７は、図６の一巡伝達関数でフィードバック制御を行った場合の相補感度関数を表す図である。つまり、図７は、目標値やセンサノイズに対する応答性を表す図であると考えることができる。この例では、一巡伝達関数の絶対値が１（入力と出力との比が１、つまりゲイン０）となる周波数を示す交差周波数（制御帯域）は６０Ｈｚであり、それを超える周波数帯域では応答性が低下することが分かる。この交差周波数を下げることで、交差周波数を超える周波数帯域の応答性を低下させるという手法も考えられるが、この方法では、目標追従性や外乱負荷に対する応答性の悪化を招く。そのため、本実施形態の制御ゲイン設定部２３５は、交差周波数を変更することはせず、交差周波数以下の周波数帯域に含まれる特定の周波数の応答性は低下させないように制御ゲインを設定する（換言すれば、交差周波数以下の周波数帯域に含まれる特定の周波数に対する制御ゲインを０以上に設定する）。交差周波数は制御対象のシステム要求（目標追従性、外乱抑制性など）で設計的に決めるため、結果として交差周波数が６０Ｈｚの場合もあれば３０Ｈｚの場合もあり、様々である。
FIG. 6 is a diagram showing frequency characteristics of a loop transfer function representing a relationship between an input and an output to the
なお、交差周波数とノッチフィルタの周波数とが近いと位相が回り、交差周波数近傍でゲインは１以上に盛り上がるため、ノッチフィルタの周波数は交差周波数の１．５倍以上離すのが良い。 If the crossing frequency and the frequency of the notch filter are close to each other, the phases rotate, and the gain rises to 1 or more near the crossing frequency. Therefore, the frequency of the notch filter is preferably separated by 1.5 times or more of the crossing frequency.
なお、複数個のモータ２００および搬送部材（搬送ローラ）を利用した紙搬送では、交差周波数を共通に設定することが一般的である。そうしないと、加減速での目標追従性が異なり、独立で駆動する搬送ローラ間にある紙が、撓んだり、引っ張られたりして騒音の発生や紙へのダメージが発生するため、その回避のために交差周波数は共通にしている。なお、一定のたわみを形成した状態で搬送するローラ間搬送では交差周波数が違っても、たわみが目標追従性の差分を吸収するバッファの役割をするため使用可能である。
It should be noted that, in the paper conveyance using the plurality of
ここで、一例として、３相１２極のモータ２００の目標回転数が２４００ｒｐｍである場合を想定する。この場合、ｐ＝１２、Ｎ＝２４００になるので、特定の周波数は、１２／２×２４００／６０＝２４０Ｈｚの整数倍の周波数となり、制御ゲイン設定部２３５は、加算部２５７から入力されたモータ制御情報に対して、図８に示すような特性のノッチフィルタの機能を実現するようなデータ処理を行う。
Here, as an example, it is assumed that the target rotation speed of the three-phase 12-
また、別の例として、モータ２００の極数とモータ２００の目標回転数とに応じた特定の周波数（ｐ／２×Ｎ／６０の整数倍の複数の周波数）のうち、応答性を低下させるべき１つの周波数（特に回転ムラが顕著な周波数）を予め指定（例えば整数倍の数を指定）する指定情報を用意しておく（例えば制御装置２３０内のメモリに保存しておく）形態も考えられる。この場合、制御ゲイン設定部２３５は、制御装置２３０内のメモリまたは外部から取得した極数情報が示すモータ２００の極数と、目標位置・速度計算部２３３から取得した目標速度情報が示す目標速度（目標回転数）と、上述の指定情報とに基づいて、特定の周波数として１つの周波数を選定し、その選定した周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定してもよい。なお、上述の指定情報は、特定の周波数として２以上の周波数を指定する情報であってもよい。
As another example, the responsiveness is lowered among specific frequencies (a plurality of frequencies that are integer multiples of p/2×N/60) according to the number of poles of the
例えばｐ＝１２、Ｎ＝２４００であり、かつ、上述の指定情報により整数倍が「２」であることが指定されていた場合、制御ゲイン設定部２３５は、１２／２×２４００／６０×２＝４８０Ｈｚの周波数を特定の周波数として選定し、その選定した特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定する。この場合、制御ゲイン設定部２３５は、加算部２５７から入力されたモータ制御情報に対して、図９に示すような特性のノッチフィルタの機能を実現するようなデータ処理を行う。この場合の相補感度関数は、図１０のように表される。
For example, when p=12, N=2400, and when the above-mentioned specification information specifies that the integer multiple is “2”, the control
図１１は、制御ゲイン設定部２３５による処理の一例を示すフローチャートである。制御ゲイン設定部２３５は、所定のサンプリング周波数に応じた周期で図１１の処理を繰り返し実行する。図１１に示すように、制御ゲイン設定部２３５は、目標位置・速度計算部２３３から入力された目標速度情報を取得する（ステップＳ１）。次に、制御ゲイン設定部２３５は、制御装置２３０内のメモリまたは外部から極数情報を取得する（ステップＳ２）。次に、制御ゲイン設定部２３５は、ステップＳ１で取得した目標速度情報が示す目標速度（目標回転数）と、ステップＳ２で取得した極数情報が示す極数とに応じて、特定の周波数を設定する（ステップＳ３）。具体的な内容は上述したとおりである。次に、制御ゲイン設定部２３５は、加算部２５７から入力されるモータ制御情報に対して、ステップＳ３で設定した特定の周波数の成分を減衰させる処理を行い（ステップＳ４）、その処理を施したモータ制御情報を後段のＰＷＭ信号生成部２３５へ出力する。
FIG. 11 is a flowchart showing an example of processing by the control
以上に説明したように、本実施形態では、ホール信号を変換したエンコーダ等価信号（回転位置検出信号）と目標信号とに基づいて、モータ駆動部２２０がモータ２００に供給すべき電力を制御する制御部２３１は、モータの磁極の数を表す極数と、目標信号に基づくモータ２００の目標回転数と、に応じた特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定する制御ゲイン設定部２３５を含む。上述したように、本実施形態では、モータ２００の極数をｐ、目標回転数をＮとしたとき、ｐ／２×Ｎ／６０の整数倍となる周波数において、センサノイズに起因した回転ムラが顕著に発生することに着目し、ｐ／２×Ｎ／６０の整数倍となる周波数（特定の周波数）の応答性が低下するように制御ゲインを設定する。これにより、センサノイズに起因した回転ムラや騒音の発生を抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, the
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を説明する。上述の第１の実施形態と共通する部分については適宜に説明を省略する。本実施形態の制御ゲイン設定部２３５は、モータ２００の磁極の数を表す極数と、モータ２００の実際の回転数（実際の回転速度）と、に応じて、特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定する。より具体的には、制御ゲイン設定部２３５は、モータ２００の回転位置に同期したタイミングで、モータ２００の回転位置を示す上述の回転位置情報あるいはモータ２００の回転速度を示す上述の速度情報（上述の回転位置検出信号に基づく回転位置情報あるいは速度情報）をサンプリングし、上述の特定の周波数の成分を低減する。制御ゲイン設定部２３５は、サンプリングした回転位置情報あるいは速度情報の特定の周波数の成分を減衰させるフィルタ（ノッチフィルタ）の機能を実現するようなデータ処理をソフトウェア的に行う。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described. Descriptions of portions common to the above-described first embodiment will be appropriately omitted. The control
図１２に示すように、本実施形態では、モータ位置・速度計算部２３２から入力（所定のサンプリング周波数に応じた周期で入力）される回転位置情報は、制御ゲイン設定部２３５でフィルタ処理が行われた後に比較部２５１に入力される。また、本実施形態では、モータ位置・速度計算部２３２から入力（所定のサンプリング周波数に応じた周期で入力）される速度情報は、制御ゲイン設定部２３５でフィルタ処理が行われた後に比較部２５４に入力される。また、この例では、図１３に示すように、制御ゲイン設定部２３５は、位置・速度追従制御部２３４の内部に設けられているが、これに限らず、例えば図１４に示すように、制御ゲイン設定部２３５は、位置・速度追従制御部２３４の外部に設けられる形態であってもよい。
As shown in FIG. 12, in the present embodiment, the rotational position information input from the motor position/speed calculation unit 232 (input in a cycle corresponding to a predetermined sampling frequency) is filtered by the control
また、例えば図１５に示すように、モータ位置・速度計算部２３２から入力（所定のサンプリング周波数に応じた周期で入力）される回転位置情報は、そのまま比較部２５１に入力され、モータ位置・速度計算部２３２から入力（所定のサンプリング周波数に応じた周期で入力）される速度情報は、制御ゲイン設定部２３５でフィルタ処理が行われた後に比較部２５４に入力される形態であってもよい。
Further, for example, as shown in FIG. 15, the rotational position information input from the motor position/speed calculation unit 232 (input at a cycle corresponding to a predetermined sampling frequency) is directly input to the
要するに、制御ゲイン設定部２３５は、モータ２００の磁極の数を表す極数と、モータ２００の回転数と、に応じて、特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定する機能を有するものであればよい。「モータ２００の回転数」は、上述の第１の実施形態のように、目標信号に基づくモータ２００の目標回転数（目標回転速度）であってもよいし、本実施形態のように、上述の回転位置検出信号に基づくモータ２００の実際の回転数（実際の回転速度）であってもよい。
In short, the control
図１６は、エンコーダパルス１つずつの速度を測定する仕組みを説明するための図である。図１６の例では、エンコーダパルス幅に対し、より細かな基準クロック信号が何個入るかをカウントすることにより、該エンコーダパルスの速度を測定している。例えば一周１００パルスのエンコーダがついたモータ２００がＮ（ｒｐｍ）で回転している場合の回転速度を求める場合を想定する。カウンタの基準クロックｆ２を１００Ｍｈｚ（基準時間ｔ２＝１／ｆ２）、計測されたエンコーダ１パルス時間をｔ１、計測された基準クロックのカウント数をｎとすると、ｎ＝ｔ１/ｔ２、Ｎ＝６０／（ｎ×ｔ２）×１/１００（パルス）、ｔ２＝１／ｆ２＝１０−８（ｓ）となる。ｎ＝６００００カウントと計測されたとすると、ｔ１＝ｎ×ｔ２＝６００００×１／ｆ２＝０．０００６（ｓ）、Ｎ＝６０／ｔ１／１００＝１０００（ｒｐｍ）と求められる。
FIG. 16 is a diagram for explaining a mechanism for measuring the speed of each encoder pulse. In the example of FIG. 16, the speed of the encoder pulse is measured by counting the number of finer reference clock signals with respect to the encoder pulse width. For example, it is assumed that the rotation speed is obtained when the
図１７は、エンコーダが出力するパルスについて説明するための図である。通常、エンコーダは２種類のパルス列を出力する。ＣＨ ＡとＣＨ Ｂである。２チャンネルあることで、方向の識別も可能なのがエンコーダの特徴である。ＣＨ Ａの立ち上がりから次の立ち上がりまでの間隔がエンコーダパルスの基本パルス幅で１逓倍である。ＣＨ ＡとＣＨ Ｂの立ち上がり立下りの組み合わせを使うと、最小パルス幅（４逓倍）が分かる。どちらを使うかについては任意であるが、例えば高速回転中は１逓倍、低速や停止・ホールドでは４逓倍を使うことが一般に行われている。したがって、モータ１回転でのパルス数をフィルタ計算で使う場合に、１逓倍での駆動なのか４逓倍での駆動なのかを留意する必要が有る。 FIG. 17 is a diagram for explaining the pulses output by the encoder. Normally, the encoder outputs two types of pulse trains. CH A and CH B. It is a feature of the encoder that it is possible to identify the direction because there are two channels. The interval from the rising edge of CH A to the next rising edge is the basic pulse width of the encoder pulse multiplied by 1. Using the combination of rising and falling edges of CH A and CH B, the minimum pulse width (4 times multiplication) is known. Which one is used is arbitrary, but for example, it is common practice to use 1 multiplication during high speed rotation and 4 multiplication during low speed or stop/hold. Therefore, when using the number of pulses per one rotation of the motor in the filter calculation, it is necessary to pay attention to whether the driving is performed by 1 or 4 times.
ここで、エンコーダの分解能ｎ（パルス/周）とモータ２００の極数ｐを考えると、タップ数ａ＝ｎ／（ｐ／２）の１／整数倍で回転ムラが発生することがわかり、回転速度に依存しない。従って、このタップ数のタイミングでサンプリングすることが望ましい。モータ回転速度を任意とした(依存しない)ゲイン制御部２３５のパラメータ設計が出来るというメリットがある。例えば１２極のモータの場合、ｐ＝１２、エンコーダの分解能ｎ＝３６０パルスとすると、Ｎ＝３６０／（１２／２）＝６０パルスとなり、タップ数は、６０パルス、３０パルス、１５パルス周期で発生する周波数が６次の周波数成分、１２次の周波数成分、１８次の周波数成分に相当することが分かる。よって、これらのタップ数を使ったタイミングで位置・速度情報をサンプリングするデジタルフィルタを構成することで、センサノイズに起因した回転ムラを抑制できる。最も単純な例は、６０パルスごとに、移動平均化処理を行うことである。これにより、６次の周波数成分を、回転速度にかかわらずゼロにすることができる。同様に、３０パルスごとに移動平均化処理を行うことにより、１２次の周波数成分を減衰させることができる。例えばＦＩＲフィルタを用いれば、減衰率や対応周波数、複数の周波数への対応が可能になるので、単純移動平均処理を行う場合よりも好適である。
Here, considering the encoder resolution n (pulses/circulation) and the number of poles p of the
図１８は、デジタルフィルタのＦＩＲフィルタを説明するための図である。Ｄは１パルスごとのカウンタで計測されたデータを表し、Ｎ個ごとに処理される仕組みを表す。各データには重み付けのための係数ａ０〜ａ（ｎ―１）が設定されている。この係数は、Ｎ個のデータを使う場合は１／Ｎに相当する値であり、順次Ｎ回加算される。 FIG. 18 is a diagram for explaining the FIR filter of the digital filter. D represents the data measured by the counter for each pulse, and represents the mechanism for processing every N pulses. Coefficients a0 to a(n-1) for weighting are set in each data. This coefficient is a value corresponding to 1/N when N pieces of data are used, and is sequentially added N times.
図１９は移動平均化処理を行った効果を説明するための図である。図１９の例では、係数１、Ｎ＝３０の場合を表している。元のデータは６０パルスの周期で変化する６次の周波数成分、３０パルスの周期で変化する１２次の周波数成分、１５パルスの周期で変化する１８次の周波数成分を合成し、オフセットした波形である。これに対し、１２次の周波数成分を取り除くための３０パルスごとの平均化処理を加えた結果が示されている。一番大きな振幅の要因である１２次の周波数成分が平均化フィルタの効果で大きく減衰しているのが分かる。エンコーダパルスをカウントした後の回転位置情報や速度情報に対してフィルタ処理を行うことで、位置・速度追従制御部２３４から独立させた上流側でデータ処理を行うことができるので、位置・速度追従制御部２３４の計算速度やメモリの容量に影響を受けずに、独立して設定できるというメリットがある。速度制御と位置制御の元となる情報にフィルタ処理を施すことで、速度制御と位置制御の両方に、フィルタ処理による効果を及ぼすことができる。
FIG. 19 is a diagram for explaining the effect of the moving average processing. The example of FIG. 19 shows the case where the coefficient is 1 and N=30. The original data is composed of a 6th-order frequency component that changes every 60 pulses, a 12th-order frequency component that changes every 30 pulses, and an 18th-order frequency component that changes every 15-pulses. is there. On the other hand, the result of adding the averaging process for every 30 pulses for removing the 12th order frequency component is shown. It can be seen that the 12th-order frequency component, which is the largest factor of the amplitude, is greatly attenuated by the effect of the averaging filter. By performing filter processing on the rotational position information and speed information after counting the encoder pulses, data processing can be performed on the upstream side independent of the position/speed
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を説明する。図２０は、ある回転速度での擬似エンコーダ信号に対しＦＦＴ処理したときの回転速度のムラの大きさを周波数ごとに測定した例である。モータ２００の一回転の周波数成分（１次成分）以外に、６次、１２次、１８次、２４次成分での回転ムラが大きい。測定に使用したモータ２００は極数ｐ＝１２の１２極モータのため、上述の第１の実施形態で説明したようにｐ／２の整数倍で回転ムラが大きい。それ以外にも１次成分の整数倍で小さな回転ムラ成分が認められる。これらの回転ムラも積み重なると大きな回転ムラや騒音の原因になる。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment will be described. FIG. 20 is an example in which the magnitude of unevenness of the rotation speed when the FFT processing is performed on the pseudo encoder signal at a certain rotation speed is measured for each frequency. In addition to the frequency component (first-order component) of one rotation of the
そこで、本実施形態では、制御ゲイン設定部２３５は、上述の特定の周波数と、該特定の周波数の周辺周波数との応答性が同時に低下するように制御ゲインを設定する。なお、制御ゲイン設定部２３５は、上述の第１の実施形態と同様に、モータ制御情報に対して、特定の周波数および周辺周波数の成分を同時に減衰させる処理（フィルタ処理）を行う形態であってもよいし、上述の第２の実施形態と同様に、回転位置検出信号に基づく回転位置情報あるいは速度情報に対して、特定の周波数および周辺周波数の成分を同時に減衰させる処理（フィルタ処理）を行う形態であってもよい。
Therefore, in the present embodiment, the control
図２１は、６次、１２次、１８次成分に対し、３つのノッチフィルタを使って減衰させる事例を示す図である。図２１の例では、１２次に対し１１次と１３次成分には減衰効果がほぼなく、６次に対し５次と７次成分には減衰効果がほぼなく、１８次に対し１７次と１９次成分には減衰効果がほぼない。この場合の相補感度関数は、図２２のように表される。 FIG. 21 is a diagram showing an example of attenuating the 6th, 12th and 18th order components by using three notch filters. In the example of FIG. 21, the 11th-order and 13th-order components have almost no damping effect with respect to the 12th-order, the 5th-order and 7th-order components have almost no damping effect with respect to the 6th-order, and 17th-order and 19th-orders have with 19th-order. The second component has almost no damping effect. The complementary sensitivity function in this case is expressed as shown in FIG.
図２３は、本実施形態において、６次、１２次、１８次成分と、それぞれの周辺周波数との応答性が同時に低下するようにノッチフィルタの減衰形状を設定した場合の一例を示す図である。図２３の例では、１２次成分を減衰させるためのノッチフィルタの減衰形状を裾広がりの形状にすることで、隣接する複数の次数成分まで減衰効果を及ぼしている。図２３の例では、６次成分を減衰させるためのノッチフィルタと１８次成分を減衰させるためのノッチフィルタの減衰形状は変えていないが、これに限らず、必要に応じて変えることができることは勿論である。図２３の例は、裾広がりで９次成分までの減衰を狙った事例である。すなわち、隣接する隣の次数だけでなく離れた次数までの減衰を狙うことができる。６次と１２次のノッチフィルタの両方を裾広がりにすることで、９次成分をより大きく減衰させることも可能であるが、６次は交差周波数に近いために位相余裕が減少するので注意が必要である。従って、図２３の例のように、交差周波数に近いノッチフィルタの減衰形状の幅は狭くし（裾を狭くし）、遠い方のノッチフィルタの減衰形状の幅を広くする（裾広がりの形状にする）ことで、必要な効果を狙うことができる。この場合の相補感度関数は、図２４のように表される。図２２の例に比べて、１２次成分の周りで最終的な減衰効果が大きくなっていることが分かる。 FIG. 23 is a diagram showing an example of the case where the attenuation shape of the notch filter is set so that the responsiveness of the 6th-order, 12th-order, 18th-order components and their respective peripheral frequencies simultaneously decreases in the present embodiment. .. In the example of FIG. 23, the notch filter for attenuating the twelfth-order component has a skirt-shaped attenuation shape, thereby exerting an attenuation effect on a plurality of adjacent order components. In the example of FIG. 23, the attenuation shapes of the notch filter for attenuating the 6th-order component and the notch filter for attenuating the 18th-order component are not changed, but the invention is not limited to this, and it is possible to change them as necessary. Of course. The example of FIG. 23 is an example aiming at attenuation up to the 9th order component due to the skirt spreading. That is, it is possible to aim at attenuation not only in the adjacent and adjacent orders but also in the separated orders. It is possible to further attenuate the 9th-order component by making both the 6th-order and 12th-order notch filters wider, but note that the 6th-order component is close to the crossover frequency, so the phase margin decreases. is necessary. Therefore, as in the example of FIG. 23, the width of the attenuation shape of the notch filter close to the crossing frequency is narrowed (the skirt is narrowed), and the width of the attenuation shape of the far notch filter is widened (the width is expanded to the hem widened shape). By doing), you can aim for the desired effect. The complementary sensitivity function in this case is expressed as shown in FIG. It can be seen that the final attenuation effect is greater around the 12th-order component than in the example of FIG.
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Although the embodiment according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and constituent elements can be modified and embodied at the stage of implementation without departing from the scope of the invention. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, the constituent elements of different embodiments may be combined appropriately.
例えば図２５に示すように、モータ基板２０４にモータ駆動部２２０が一体化した構造であってもよい。この構造によれば、ホール素子２０２のノイズの影響が少なくなるし、制御装置２３０が複数個のモータ２００を駆動できるマルチ制御装置の場合、モータ集約化によるコストダウンとマルチ制御ＩＣ化により、モータ１個当たりの制御コストダウンが期待できる。また、例えば図２６に示すように、モータ基板２０４にモータ駆動部２２０と制御部２３１（制御装置２３０）が一体化した構造であってもよい。この構造によれば、モータ２００の取り扱いが容易になり、利便性が向上する。さらに図２７に示すように、モータ駆動部２２０と制御装置２３０を１チップＩＣ２５０としてモータ基板２０４に一体化した構造であってもよい。１チップ化したことでのコストダウンが期待できる。図２５〜図２７に示すＦＥＴ２０１はモータ出力が小さい場合、モータ駆動部２２０の機能を果たすＩＣと一体化することでコストダウンができる。
For example, as shown in FIG. 25, the
また、例えば図２８に示すように、制御ループ外に（制御部２３１の外に）、モータ２００の回転数の所定倍周波数に応じた周波数成分（以上の各実施形態で説明した特定の周波数の成分）を低減させるフィルタ２５２が設けられる形態であってもよい。ホール素子２０２から生成される擬似エンコーダ信号には、ホール素子２０２とマグネットの位置ばらつきや、ホール素子２０２間の相対位置ずれ、ホール素子２０２自身のセンシングポイントばらつきなどに起因するモータマグネット極数に関連する信号の周期変動が発生する。また、その振幅はモータ２００によってばらつくため大きく異なる。従って、精度よくモータ軸が回転していても、検出される速度信号にはノイズ成分が乗るため、この情報を特徴量検出に使うことは難しい。そこで、フィルタの設定制約条件のある制御ループ外で擬似エンコーダからの速度情報および回転位置情報の上述の特定の周波数の成分を減衰させることで、モータ回転数の所定倍周波数で発生するノイズ成分の無い速度情報および回転位置情報を得ることができる。このフィルタ２５２によるフィルタ処理（制御ループ外で行ったフィルタ処理）が行われた後の速度情報および回転位置情報は、センシング情報として、制御ループ外へ出力される。なお、例えば図２９に示すように、フィルタ２５２によるフィルタ処理が行われた後の速度情報および回転位置情報に対して、用途に応じた様々な処理（特徴量を算出するための演算処理等）を行い、結果を記録（途中経過の情報も含めて記録してもよい）する処理／保存部２５３がさらに設けられていてもよい。図２９の例では、処理／保存部２５３は、モータ２００により駆動する相手メカ機構のメカ負荷変動や位置速度挙動の変化を特徴量として検出し、不具合等の判断を行い、上位のＣＰＵ（外部の目標信号生成部２４０）に通信する。
Further, as shown in FIG. 28, for example, outside the control loop (outside the control unit 231), a frequency component corresponding to a predetermined multiple frequency of the rotation speed of the motor 200 (of the specific frequency described in each of the above embodiments) A form in which a
また、上述した実施形態の制御装置２３０で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよいし、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。また、各種プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
The program executed by the
１００ 画像形成装置
２００ モータ
２０１ ＦＥＴ
２０２ ホール素子
２０４ モータ基板
２１０ モータ駆動装置
２２０ モータ駆動部
２２１ 電力供給部
２２２ 回転位置検出部
２３０ 制御装置
２３１ 制御部
２３２ モータ位置・速度計算部
２３３ 目標位置・速度計算部
２３４ 位置・速度追従制御部
２３５ 制御ゲイン設定部
２３６ ＰＷＭ信号生成部
２４０ 目標信号生成部
２５２ フィルタ
２５３ 処理／保存部
100
202
Claims (7)
前記回転位置検出信号と、目標信号とに基づいて、前記モータ駆動部が前記モータに供給すべき電力を制御する制御部と、
前記回転位置検出信号における前記モータの回転数の所定倍周波数に応じた周波数成分を低減させるフィルタと、
を備える制御装置。 A rotational position detection unit that converts a magnetic pole phase signal that represents a magnetic pole phase of the motor to represent a rotation amount and a rotation direction of the output shaft of the motor and outputs a rotational position detection signal having a high resolution with respect to the magnetic pole phase signal. A control device for controlling a provided motor drive unit,
A control unit that controls electric power to be supplied to the motor by the motor drive unit based on the rotational position detection signal and a target signal;
A filter for reducing a frequency component in the rotational position detection signal according to a frequency that is a predetermined multiple of the number of rotations of the motor,
A control device including.
請求項１に記載の制御装置。 The rotational position detection signal in which the frequency component is reduced by the filter is output to an external device that generates the target signal as sensing information,
The control device according to claim 1.
請求項２に記載の制御装置。 A processing/storing unit that performs processing according to the application on the rotational position detection signal in which the frequency component is reduced by the filter and saves the processing result is provided.
The control device according to claim 2.
モータにより駆動する相手メカ機構のメカ負荷変動または位置速度挙動の変化を特徴量として検出し、不具合の判断を行い、前記外部装置に出力する、
請求項３に記載の制御装置。 The processing/storing unit is
A mechanical load fluctuation or a change in position/velocity behavior of a counterpart mechanical mechanism driven by a motor is detected as a characteristic amount, a defect is judged, and output to the external device.
The control device according to claim 3.
前記モータ駆動部は、
モータの磁極位相を表す磁極位相信号を変換して、前記モータの出力軸の回転量および回転方向を表し、該磁極位相信号に対して分解能の高い回転位置検出信号を出力する回転位置検出部と、
前記モータに電力を供給する電力供給部と、を備え、
前記制御装置は、
前記回転位置検出信号と、目標信号とに基づいて、前記モータ駆動部が前記モータに供給すべき電力を制御する制御部と、
前記回転位置検出信号における前記モータの回転数の所定倍周波数に応じた周波数成分を低減させるフィルタと、
を備えるモータ駆動装置。 A motor drive device comprising a motor drive part for supplying electric power to a motor, and a control device for controlling the motor drive part,
The motor drive is
A magnetic pole phase signal that represents the magnetic pole phase of the motor, that represents the amount of rotation and the rotational direction of the output shaft of the motor, and that outputs a rotational position detection signal with high resolution to the magnetic pole phase signal; ,
A power supply unit for supplying power to the motor,
The control device is
A control unit that controls electric power to be supplied to the motor by the motor drive unit based on the rotational position detection signal and a target signal;
A filter for reducing a frequency component in the rotational position detection signal according to a frequency that is a predetermined multiple of the number of rotations of the motor,
And a motor drive device.
前記搬送部材を駆動するモータと、
前記モータに電力を供給するモータ駆動部と、
前記モータ駆動部を制御する制御装置と、を備えたシート搬送装置であって、
前記モータ駆動部は、
モータの磁極位相を表す磁極位相信号を変換して、前記モータの出力軸の回転量および回転方向を表し、該磁極位相信号に対して分解能の高い回転位置検出信号を出力する回転位置検出部と、
前記モータに電力を供給する電力供給部と、を備え、
前記制御装置は、
前記回転位置検出信号と、目標信号とに基づいて、前記モータ駆動部が前記モータに供給すべき電力を制御する制御部と、
前記回転位置検出信号における前記モータの回転数の所定倍周波数に応じた周波数成分を低減させるフィルタと、
を備えるシート搬送装置。 A transport member for transporting the sheet,
A motor for driving the transport member,
A motor drive unit for supplying electric power to the motor,
A control device for controlling the motor drive unit, comprising:
The motor drive is
A magnetic pole phase signal that represents the magnetic pole phase of the motor, that represents the amount of rotation and the rotational direction of the output shaft of the motor, and that outputs a rotational position detection signal with high resolution to the magnetic pole phase signal; ,
A power supply unit for supplying power to the motor,
The control device is
A control unit that controls electric power to be supplied to the motor by the motor drive unit based on the rotational position detection signal and a target signal;
A filter for reducing a frequency component in the rotational position detection signal according to a frequency that is a predetermined multiple of the number of rotations of the motor,
A sheet conveying device including.
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