(57)【要約】【課題】モータの動作時間を短縮することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置は、モータの出力トルクＴｏｕｔと負荷トルクＴＬとの差であるトルク余裕度Ｙを算出し、トルク余裕度Ｙが大きいほど通電切替周期Ｔｃｈを短く設定する。このようにトルク余裕度Ｙに応じて通電切替周期Ｔｃｈを変更することにより、脱調を抑制しつつロータの回転速度を上げることができる。つまり、トルク余裕度Ｙが比較的大きい場合は脱調の可能性が低いので通電切替周期Ｔｃｈを短くしてロータの回転速度を上げることができる。そのため、従来のように通電切替周期Ｔｃｈを一定とする場合と比べて、ロータの回転位置が目標位置に到達するまでにかかる時間の短縮を図ることができる。したがって、本実施形態によれば、モータの動作時間を短縮可能である。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相のコイル（５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗ）を有するステータ（４３）と、前記コイルの通電相を順次切り替えることによって生じる回転磁界による磁力を受けて回転するロータ（４４）と、を備える同期型のモータ（４１）を制御するものであり、前記ロータを回転駆動するとき、前記コイルの通電相の切り替え回数をカウントし、当該切り替え回数に基づき前記ロータの回転角度を把握するモータ制御装置（３３）であって、
前記モータの出力トルク（Ｔｏｕｔ）と当該モータに作用している負荷トルク（ＴＬ）との差であるトルク余裕度（Ｙ）を算出し、
前記トルク余裕度が大きいほど、前記コイルの通電相を切り替える周期である通電切替周期（Ｔｃｈ）を短く設定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記通電切替周期の現在値を次回値で割った値を加速率（α）とすると、
前記加速率が前記トルク余裕度に比例するように前記次回値を決定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
通電中の前記コイルに流れている電流値の所定時間当たりの変化量を電流変化量（ΔＩ）とすると、
前記電流変化量が所定の第１閾値（Ｐ１）よりも大きい場合、前記通電切替周期を延長することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
所定の第２閾値（Ｐ２）を前記第１閾値よりも大きい値とすると、
前記電流変化量が前記第２閾値よりも大きい場合、前記モータが脱調していると判定することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記通電切替周期が経過して前記コイルの通電相を切り替えるとき通電中の前記コイルに流れている電流値を切替時電流値（Ｉｃｈ）とすると、
前記負荷トルクに基づき算出される必要電流値（Ｉｒｅ）よりも前記切替時電流値が小さい場合、前記通電切替周期を延長することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期型のモータを制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータのコイルの通電相を切り替えることによって生じる回転磁界を利用してロータを回転駆動するモータが知られている。同期型のモータの場合、ロータの回転が回転磁界との同期から脱しないようにコイルの通電相を切り替える必要がある。そのため、従来は例えばエンコーダ等を用いてロータの回転角度を把握していた。
これに対して、特許文献１では、ロータが回転駆動されるとき、コイルの通電相の切り替え回数がカウントされ、当該切り替え回数に基づきロータの回転角度が把握される。これにより、エンコーダを廃止しつつモータを同期制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９５６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１では、一定の周期でコイルの通電相が切り替えられるため、ロータの回転速度が一定となり、ロータの回転位置が目標位置に到達するまでに時間がかかる。したがって、モータの動作時間が長くなるという問題があった。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータの動作時間を短縮することができるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、同期型のモータを制御するモータ制御装置である。モータ制御装置は、ロータを回転駆動するとき、コイルの通電相の切り替え回数をカウントし、当該切り替え回数に基づきロータの回転角度を把握する。また、モータ制御装置は、モータの出力トルクと当該モータに作用している負荷トルクとの差であるトルク余裕度を算出し、当該トルク余裕度が大きいほど、コイルの通電相を切り替える周期である通電切替周期を短く設定する。
【０００６】
このようにトルク余裕度に応じて通電切替周期を変更することにより、脱調を抑制しつつロータの回転速度を上げることができる。つまり、トルク余裕度が比較的大きい場合は通電切替周期を短くしてロータの回転速度を上げても脱調を回避することができる。そのため、従来のように通電切替周期を一定とする場合と比べて、ロータの回転位置が目標位置に到達するまでにかかる時間の短縮を図ることができる。したがって、本発明によれば、モータの動作時間を短縮可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態によるモータ制御装置が用いられた車両のシフトバイワイヤシステムの概略構成を説明する模式図である。
【図２】図１の自動変速機のシフトレンジ切替機構およびパーキング切替機構の概略構成を説明する模式図である。
【図３】図１のシフトバイワイヤシステムの回転式アクチュエータが備えるモータの模式図である。
【図４】図１のモータ制御装置がモータを同期制御するための処理を説明するメインフローチャートの前半である。
【図５】図１のモータ制御装置がモータを同期制御するための処理を説明するメインフローチャートの後半である。
【図６】図４に示す処理のうち、通電切替周期を算出するための処理を説明するサブフローチャートである。
【図７】図４に示す処理のうち、通電切替周期の延長判定を行うための処理を説明するサブフローチャートである。
【図８】図１の自動変速機のシフトレンジがパーキング位置からドライブ位置まで変更されるときのモータの出力トルク、モータの負荷トルク、および、加速率の時系列変化を示すタイムチャートである。
【図９】図１のモータのコイルのＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの通電状態、通電中のコイルに流れる電流値の時系列変化を示すタイムチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態によるモータ制御装置がモータを同期制御するための処理を説明するメインフローチャートの要部である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態によるモータ制御装置が用いられた車両のシフトバイワイヤシステムを図１に示す。シフトバイワイヤシステム１０は、車両の自動変速機１１に搭載された図２に示すシフトレンジ切替機構１２およびパーキング切替機構１３を作動させるものである。
【０００９】
（シフトレンジ切替機構１２およびパーキング切替機構１３の構成）
先ず、シフトレンジ切替機構１２およびパーキング切替機構１３の概略構成を図２に基づき説明する。
シフトレンジ切替機構１２は、自動変速機１１の油圧制御回路に設けられたマニュアルスプール弁１４の軸方向位置を変更することによってシフトレンジを切り替えるものであり、コントロールロッド１５と、ディテントプレート１６と、板ばね１７とを備えている。
【００１０】
コントロールロッド１５は、シフトバイワイヤシステム１０の回転式アクチュエータ３１に連結されている。ディテントプレート１６は、コントロールロッド１５と一体に回転する。マニュアルスプール弁１４には、ディテントプレート１６の回転のうち、当該マニュアルスプール弁１４の軸方向の成分がピン１８を介して伝達される。
【００１１】
ディテントプレート１６の外縁部には、回転方向の一方から順番に凹部２１、凹部２２、凹部２３および凹部２４が形成されている。板ばね１７は、一端が油圧コントロールボックス１９に固定され、他端にある係止部２５がディテントプレート１６の外縁部と係合可能である。マニュアルスプール弁１４の軸方向位置は、係止部２５が凹部２１〜２４に嵌まり合うことによって保持されるようになっている。
【００１２】
本実施形態では、係止部２５が凹部２１に嵌まり合う状態がシフトレンジのパーキング位置Ｐに対応し、係止部２５が凹部２２に嵌まり合う状態がシフトレンジのリバース位置Ｒに対応し、係止部２５が凹部２３に嵌まり合う状態がシフトレンジのニュートラル位置Ｎに対応し、また、係止部２５が凹部２４に嵌まり合う状態がシフトレンジのドライブ位置Ｄに対応する。
【００１３】
パーキング切替機構１３は、自動変速機１１の出力軸の回転を規制することによって車両の移動を阻止するものであり、パークギヤ２６と、パークポール２７と、パークロッド２８とを備えている。パークギヤ２６は、上記出力軸と一体に回転する。パークポール２７は、パークギヤ２６に対して接近および離間可能に設けられており、パークギヤ２６に接近して係合したときパークギヤ２６の回転を規制する。パークロッド２８は、パーキング位置Ｐにおいてパークポール２７をパークギヤ２６に接近させ、また非パーキング位置Ｐにおいてパークポール２７をパークギヤ２６から離間させる。
【００１４】
（シフトバイワイヤシステム１０の構成）
次に、シフトバイワイヤシステム１０の概略構成を図１〜図３に基づき説明する。
シフトバイワイヤシステム１０は、回転式アクチュエータ３１、給電回路３２およびモータ制御装置３３を備えている。
回転式アクチュエータ３１は、モータ４１と、モータ４１の回転を減速して出力する減速機４２とを備える所謂ギヤードモータである。本実施形態では、減速機４２は遊星歯車機構から構成されている。
【００１５】
モータ４１は、同期型のモータであり、本実施形態では図３に示すようにＳＲモータ（スイッチドリラクタンスモータ）から構成されている。モータ４１は、ステータ４３およびロータ４４を備えている。ステータ４３は、環状のヨーク部５１、およびヨーク部５１から内側に突き出す複数のティース部５２を有するステータコア５３と、ティース部５２に巻回されている複数相のコイル５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗとを備えている。ロータ４４は、筒状のボス部５５と、ボス部５５から放射状に突き出している複数の突起部５６とを有している。モータ４１は、ステータ４３のコイル５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗの通電相を切り替えることによって生じる回転磁界を利用してロータ４４を回転駆動する。
【００１６】
給電回路３２は、コイル５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗに電力を供給する回路である。
モータ制御装置３３は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、給電回路３２および各種センサと電気的に接続されている。上記各種センサには、例えばイグニッションスイッチ６１、シフト操作位置センサ６２、および、コイル５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗに流れる電流値を検出する電流センサ６３などが含まれる。モータ制御装置３３は、各種センサの検出信号に基づきモータ４１を制御する。
【００１７】
（モータ制御装置３３の特徴構成）
次に、モータ制御装置３３の特徴構成について図１、図４〜図９を参照して説明する。
モータ制御装置３３は、コイル５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗの通電相を順次切り替えることで回転磁界を発生させてロータ４４を回転駆動する。このとき、モータ制御装置３３は、通電相の切り替え回数をカウントし、当該切り替え回数に基づきロータ４４の回転角度を把握する。これによりエンコーダを廃止しつつモータ４１を同期制御することができる。
【００１８】
ここで、従来は、一定の周期でコイルの通電相が切り替えられるため、ロータの回転速度が一定となり、ロータの回転位置が目標位置に到達するまでに時間がかかり、モータの動作時間が長くなるという問題があった。
これに対して、本実施形態によるモータ制御装置３３は、モータ４１の動作時間を短縮するために図４〜図７に示す処理を実行する。
【００１９】
モータ４１を同期制御するための図４のメインフローチャートが開始されると、先ずステップＳ１では、例えば励磁相の学習およびコントロールロッド１５の位置学習などの初期化処理が行われる。ステップＳ１のあと、処理はステップＳ２に移行する。ステップＳ１の終了時、コイル５４は特定相が通電された状態にある。
【００２０】
ステップＳ２では、駆動要求が有るか否かが判定される。具体的には、例えばシフト操作位置センサ６２の検出信号が変化したとき駆動要求が有ると判定される。ステップＳ２の判定が肯定された場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３に移行する。一方、ステップＳ２の判定が否定された場合（Ｓ２：Ｎｏ）、処理は再びステップＳ２に移行する。
【００２１】
ステップＳ３では、現在のコントロールロッド１５の回転位置と、目標回転位置との差から、通電相の切り替え回数の目標値である目標通電回数が算出される。ステップＳ３のあと、処理はステップＳ４に移行する。
【００２２】
ステップＳ４では、通電相を切り替える周期である通電切替周期Ｔｃｈを算出するために図６に示すサブフローチャートの処理が実行される。本実施形態において「通電相を切り替える周期」とは、各相のコイル５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗの通電状態を非通電とするタイミングの間隔のことである。
図６の処理が開始されると、先ずステップＳ２１では、電源電圧およびモータ４１の温度が取得される。ステップＳ２１のあと、処理はステップＳ２２に移行する。
【００２３】
ステップＳ２２では、電源電圧およびモータ４１の温度に基づきモータ４１の出力トルクＴｏｕｔが推定される。ステップＳ２２のあと、処理はステップＳ２３に移行する。
ステップＳ２３では、コントロールロッド１５の回転位置に基づきモータ４１の負荷トルクＴＬが算出される。コントロールロッド１５の回転位置とモータ４１の負荷トルクＴＬとの関係は、ディテントプレート１６の形状（凹部２１〜２４）により予め決まる関係である。ステップＳ２３のあと、処理はステップＳ２４に移行する。
【００２４】
ステップＳ２４では、出力トルクＴｏｕｔと負荷トルクＴＬとの差であるトルク余裕度Ｙが算出される。図８に示すように、コントロールロッド１５の回転位置に対応する負荷トルクＴＬの増減に伴ってトルク余裕度Ｙは変化する。なお、図８に示す期間では出力トルクＴｏｕｔは一定である。ステップＳ２４のあと、処理はステップＳ２５に移行する。
【００２５】
図６のステップＳ２５では、トルク余裕度Ｙに基づき通電切替周期Ｔｃｈが算出される。通電切替周期Ｔｃｈは、トルク余裕度Ｙが大きいほど短く設定される。例えば、通電切替周期Ｔｃｈの現在値を次回値で割った値を加速率αとすると、図８に示すように加速率αがトルク余裕度Ｙに比例するように上記次回値が決定される。ステップＳ２５のあと、処理はメインフローチャートに戻る。
【００２６】
図４に戻って、ステップＳ５では、モータ４１の回転駆動が開始される。例えば、現在の通電相（初期通電相）の次に通電すべき相が通電され、その通電開始時から通電切替周期Ｔｃｈの半分の時間が経過したときに初期通電相の通電状態が非通電とされる。ステップＳ５のあと、処理はステップＳ６に移行する。以降、図示しないが、通電切替周期Ｔｃｈの半分の時間が経過したとき、次に通電すべき相の通電が開始されるものとする。
【００２７】
ステップＳ６では、クリアされた周期タイマーによる計時が開始される。ステップＳ６のあと、処理はステップＳ７に移行する。
ステップＳ７では、通電回数カウンタがインクリメントされる。ステップＳ７のあと、処理はステップＳ８に移行する。
【００２８】
ステップＳ８では、周期延長フラグがセットされているか否かが判定される。ステップＳ８の判定が肯定された場合（Ｓ８：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ９に移行する。一方、ステップＳ８の判定が否定された場合（Ｓ８：Ｎｏ）、処理はステップＳ１０に移行する。
ステップＳ９では、通電切替周期Ｔｃｈが所定時間延長される。ステップＳ９のあと、処理はステップＳ１０に移行する。
【００２９】
図５のステップＳ１０では、通電切替周期Ｔｃｈの延長判定を行うために図７に示すサブフローチャートの処理が実行される。
図７の処理が開始されると、先ずステップＳ３１では、通電中のコイル５４に流れている実際の電流値Ｉが取得される。ステップＳ３１のあと、処理はステップＳ３２に移行する。
【００３０】
ステップＳ３２では、電流値Ｉの所定時間当たりの変化量である電流変化量ΔＩが算出される。ステップＳ３２のあと、処理はステップＳ３３に移行する。
ステップＳ３３では、電流変化量ΔＩが所定の第１閾値Ｐ１よりも大きいか否かが判定される。ステップＳ３３の判定が肯定された場合（Ｓ３３：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３４に移行する。一方、ステップＳ３４の判定が否定された場合（Ｓ３４：Ｎｏ）、処理はステップＳ３５に移行する。
【００３１】
ステップＳ３４では、周期延長フラグがセットされる。一方、ステップＳ３５では、周期延長フラグがクリアされる。ステップＳ３４、Ｓ３５のあと、処理はメインフローチャートに戻る。
【００３２】
図５のステップＳ１１では、周期タイマ値が通電切替周期Ｔｃｈ以上か否かが判定される。ステップＳ１１の判定が肯定された場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１２に移行する。一方、ステップＳ１１の判定が否定された場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、処理はステップＳ８に移行する。
ステップＳ１２では、負荷トルクＴＬが算出される。ステップＳ１２のあと、処理はステップＳ１３に移行する。
【００３３】
ステップＳ１３では、通電切替周期Ｔｃｈが経過して通電相を切り替えるとき通電中のコイル５４に流れている電流値Ｉを切替時電流値Ｉｃｈ（図９参照）とすると、負荷トルクＴＬと所定の係数Ｋとの積で表される必要電流値Ｉｒｅよりも切替時電流値Ｉｃｈが小さいか否かが判定される。ステップＳ１３の判定が肯定された場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１４に移行する。一方、ステップＳ１３の判定が否定された場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、処理はステップＳ１５に移行する。
【００３４】
ステップＳ１４では、周期延長フラグがセットされる。ステップＳ１４のあと、処理はステップＳ８に移行する。
ステップＳ１５では、通電回数カウンタのカウント値が目標通電回数以上か否かが判定される。ステップＳ１５の判定が肯定された場合（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１６に移行する。一方、ステップＳ１５の判定が否定された場合（Ｓ１５：Ｎｏ）、処理はステップＳ１７に移行する。
【００３５】
ステップＳ１６では、モータ４１の回転駆動の終了処理が行われる。このとき、周期延長フラグ、周期タイマーおよび通電回数カウンタがクリアされる。ステップＳ１６のあと、処理はＳ２に移行する。
ステップＳ１７では、通電切替周期Ｔｃｈを算出するために図６に示すサブフローチャートの処理が実行される。ステップＳ１７のあと、処理はステップＳ１８に移行する。
ステップＳ１８では、通電相が切り替えられる。ステップＳ１８のあと、処理はステップＳ６に移行する。
【００３６】
（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、モータ制御装置３３は、モータ４１の出力トルクＴｏｕｔと負荷トルクＴＬとの差であるトルク余裕度Ｙを算出し、トルク余裕度Ｙが大きいほど通電切替周期Ｔｃｈを短く設定する。
このようにトルク余裕度Ｙに応じて通電切替周期Ｔｃｈを変更することにより、脱調を抑制しつつロータ４４の回転速度を上げることができる。つまり、トルク余裕度Ｙが比較的大きい場合は通電切替周期Ｔｃｈを短くしてロータ４４の回転速度を上げても脱調を回避することができる。そのため、従来のように通電切替周期Ｔｃｈを一定とする場合と比べて、ロータ４４の回転位置が目標位置に到達するまでにかかる時間の短縮を図ることができる。したがって、本実施形態によれば、モータ４１の動作時間を短縮可能である。
【００３７】
また、モータ制御装置３３は、通電切替周期Ｔｃｈの現在値を次回値で割った値である加速率αがトルク余裕度Ｙに比例するように上記次回値を決定する。
このように構成することで、トルク余裕度Ｙが大きいほど通電切替周期Ｔｃｈを短く設定することができる。
【００３８】
また、モータ制御装置３３は、電流値Ｉの所定時間当たりの変化量である電流変化量ΔＩが所定の第１閾値Ｐ１よりも大きい場合、通電切替周期Ｔｃｈを所定時間長くする。
このように構成することで、脱調しないよう通電切替周期Ｔｃｈを適切な値に微調整することができる。
【００３９】
また、モータ制御装置３３は、通電切替周期Ｔｃｈが経過して通電相を切り替えるときコイル５４に流れている電流値である切替時電流値Ｉｃｈが、負荷トルクＴＬと所定の係数Ｋとの積で表される必要電流値Ｉｒｅよりも小さい場合、通電切替周期Ｔｃｈを所定時間長くする。
このように構成することで、脱調しないよう通電切替周期Ｔｃｈを適切な値に微調整することができる。
【００４０】
［第２実施形態］
第２実施形態によるモータ制御装置が行う処理について図１０を参照して説明する。なお、図１０では、ステップＳ１０以前、および、ステップＳ１１以降のステップは図示を省略している。
図１０に示すように、ステップＳ１０のあとのステップＳ４１では、電流変化量ΔＩが所定の第２閾値Ｐ２よりも大きいか否かが判定される。第２閾値Ｐ２は第１閾値Ｐ１より大きい値である。ステップＳ４１の判定が肯定された場合（Ｓ４１：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４２に移行する。一方、ステップＳ４１の判定が否定された場合（Ｓ４１：Ｎｏ）、処理はステップＳ１１に移行する。
ステップＳ４２では、モータ４１の脱調が判定され、リカバリー処置が実施される。ステップＳ４２のあと、処理はＳ１１に移行する。
【００４１】
（効果）
以上説明したように、第２実施形態では、電流変化量ΔＩが所定の第２閾値Ｐ２よりも大きい場合、モータ４１が脱調していると判定される。
このように構成することで、脱調を判定可能であり、コントロールロッド１５が目標位置に至らない中間位置で停止することを防止するためにリカバリー処置を実施可能である。
【００４２】
［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、加速率がトルク余裕度に比例しなくてもよい。例えば、加速率とトルク余裕度との関係が二次関数で表される関係、または指数関数で表される関係等であってもよい。
本発明の他の実施形態では、図４のステップＳ８、Ｓ９および図５のステップＳ１０、Ｓ１３の処理が実施されなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、電流変化量が第１閾値以下であり、かつ、切替時電流値が必要電流値以上である場合、通電切替周期の次回値を短縮するように構成されてもよい。
【００４３】
本発明の他の実施形態では、モータは、ＳＲモータに限らず、他の同期型のモータであってもよい。
本発明の他の実施形態では、モータは、車両のシフトバイワイヤシステム以外の装置に用いられてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００４４】
３３・・・・モータ制御装置
４１・・・・モータ
４３・・・・ステータ
４４・・・・ロータ
５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗ・・・コイル
ＴＬ・・・・負荷トルク
Ｔｃｈ・・・通電切替周期
Ｔｏｕｔ・・出力トルク
Ｙ・・・・・トルク余裕度
【図１】
2016052231.tif 000003
【図２】
2016052231.tif 000004
【図３】
2016052231.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2016052231.tif 000008
【図７】
2016052231.tif 000009
【図８】
2016052231.tif 000010
【図９】
2016052231.tif 000011
【図１０】
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