JP2019110674A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回転速度に応じて適切に駆動を制御可能であるモータ制御装置を提供する。【解決手段】角度演算部５１は、ロータ１０３の回転位置を検出するエンコーダ１３の検出値に基づいてエンコーダカウント値θｅｎを演算する。速度演算部５２は、エンコーダ１３の検出値に基づいてモータ回転数Ｎを演算する。駆動制御部５６は、ロータ１０３が停止している状態からロータ１０３を回転させ、設定される目標回転位置であるモータ角度目標値θｃｍｄにてロータ１０３が停止するようにモータ１０の駆動を制御する。駆動制御部５６は、ロータ１０３の回転速度が相対的に大きいほど、コイル１１１〜１１３の各相に通電される電気角１周期中の角度範囲である通電オン角度θｏｎが大きくなるように、スイッチング素子４１１〜４１３のオンオフ作動を制御する。これにより、電流の立ち上がりの遅れに起因する高速回転時のトルク不足を抑制することができる。【選択図】 図２

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

従来、ロータの回転位置を検出し、通電相を順次切り替えることでロータを目標位置まで回転させるモータ制御装置が知られている。例えば特許文献１では、ロータ回転速度に応じ通電相の位相進み量を補正している。

特許第３８８８２７８号公報

特許文献１では、回転速度によらず、各相のコイルに通電する期間を所定の角度範囲としている。そのため、回転速度が速い場合、回転速度が遅い場合と比較して通電時間が短くなるため、コイルのインダクタンスの影響により、電流が上昇しきれない虞がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータの回転速度に応じて適切に駆動を制御可能であるモータ制御装置を提供することにある。

本発明のモータ制御装置は、ステータ（１０１）、ステータに巻回されるコイル（１１１〜１１３）、および、ステータに対して回転可能に設けられるロータ（１０３）を有するモータ（１０）の駆動を制御するものであって、モータドライバ（４１）と、制御部（５０）と、を備える。モータドライバは、コイルの各相に対応して設けられるスイッチング素子（４１１〜４１３）を有する。

制御部は、角度演算部（５１）、速度演算部（５２）、および、駆動制御部（５６）を有する。角度演算部は、ロータの回転位置を検出する回転角センサ（１３）の検出値に基づいてロータの回転角度を演算する。速度演算部は、回転角センサの検出値に基づいてロータの回転速度を演算する。駆動制御部は、ロータが停止している状態からロータを回転させ、設定される目標回転位置にてロータが停止するようにモータの駆動を制御する。

駆動制御部は、回転速度が相対的に大きいほど、コイルの各相に通電される電気角１周期中の角度範囲である通電オン角度が大きくなるように、スイッチング素子のオンオフ作動を制御する。これにより、電流の立ち上がり遅れに起因する高速回転時のトルク不足を抑制することができる。

一実施形態によるシフトバイワイヤシステムを示す斜視図である。 一実施形態によるシフトバイワイヤシステムを示す概略構成図である。 一実施形態によるモータを示す模式図である。 一実施形態によるモータドライバを示す回路図である。 一実施形態によるスイッチング素子のスイッチング状態および電流波形を説明するタイムチャートである。 一実施形態によるモータ制御処理を説明するフローチャートである。 一実施形態による加速制御処理を説明するフローチャートである。 一実施形態による減速制御処理を説明するフローチャートである。 一実施形態による低速領域でのスイッチング状態を説明する説明図である。 一実施形態による中速領域でのスイッチング状態を説明する説明図である。 一実施形態による高速領域でのスイッチング状態を説明する説明図である。 一実施形態によるモータ制御処理を説明するタイムチャートである。

（一実施形態）
以下、本発明によるモータ制御装置を図面に基づいて説明する。一実施形態によるモータ制御装置を図１〜図１２に示す。図１および図２に示すように、シフトレンジ切替システムであるシフトバイワイヤシステム１は、モータ１０、シフトレンジ切替機構２０、パーキングロック機構３０、および、モータ制御装置としてのシフトレンジ制御装置４０等を備える。

モータ１０は、図示しない車両に搭載される電源としてのバッテリ４５から電力が供給されることで回転し、シフトレンジ切替機構２０の駆動源として機能する。図３および図４に示すように、モータ１０は、ステータ１０１、ロータ１０３、および、巻線組１１を有する。巻線組１１は、Ｕ相コイル１１１、Ｖ相コイル１１２およびＷ相コイル１１３を有し、ステータ１０１の突極１０２に巻回される。コイル１１１〜１１３は、結線部１１５で結線される。結線部１１５は、グランドに接続される。本実施形態のモータ１０は、スイッチトリラクタンスモータ（以下、「ＳＲモータ」）であって、比較的コイル１１１〜１１３のインダクタンスが大きい。

ロータ１０３は、ステータ１０１に相対回転可能に設けられ、コイル１１１〜１１３の通電相を切り替えることで回転駆動される。本実施形態では、ステータ１０１の突極数が１２、ロータ１０３の突極数が８である。

図２に示すように、回転角センサとしてのエンコーダ１３は、モータ１０のロータ１０３の回転位置を検出する。エンコーダ１３は、磁気式のロータリーエンコーダであって、ロータ１０３と一体に回転する磁石と、磁気検出用のホールＩＣ等により構成される。エンコーダ１３は、ロータ１０３の回転に同期して、所定角度ごとにＡ相およびＢ相のパルス信号を出力する。本実施形態では、Ａ相信号およびＢ相信号は、電気角６０°ごとにハイ、ローが切り替わり、Ａ相信号とＢ相信号との位相が電気角３０°ずれて出力されるように構成されている（図８等参照）。したがって、本実施形態のエンコーダ１３の分解能は、電気角で３０°であり、電気角１周期中において１２カウントされる。

減速機１４は、モータ１０のモータ軸と出力軸１５との間に設けられ、モータ１０の回転を減速して出力軸１５に出力する。これにより、モータ１０の回転がシフトレンジ切替機構２０に伝達される。出力軸１５には、出力軸１５の角度を検出する出力軸センサ１６が設けられる。出力軸センサ１６は、例えばポテンショメータである。

図１に示すように、シフトレンジ切替機構２０は、ディテントプレート２１、および、ディテントスプリング２５等を有し、減速機１４から出力された回転駆動力を、マニュアルバルブ２８、および、パーキングロック機構３０へ伝達する。ディテントプレート２１は、出力軸１５に固定され、モータ１０により駆動される。本実施形態では、ディテントプレート２１がディテントスプリング２５の基部から離れる方向を正回転方向、基部に近づく方向を逆回転方向とする。

ディテントプレート２１には、出力軸１５と平行に突出するピン２４が設けられる。ピン２４は、マニュアルバルブ２８と接続される。ディテントプレート２１がモータ１０によって駆動されることで、マニュアルバルブ２８は軸方向に往復移動する。すなわち、シフトレンジ切替機構２０は、モータ１０の回転運動を直線運動に変換してマニュアルバルブ２８に伝達する。マニュアルバルブ２８は、バルブボディ２９に設けられる。マニュアルバルブ２８が軸方向に往復移動することで、図示しない油圧クラッチへの油圧供給路が切り替えられ、油圧クラッチの係合状態が切り替わることでシフトレンジが変更される。ディテントプレート２１のディテントスプリング２５側には、マニュアルバルブ２８を各レンジに対応する位置に保持するための４つの凹部２２が設けられる。凹部２２は、ディテントスプリング２５の基部側から、Ｄ（ドライブ）、Ｎ（ニュートラル）、Ｒ（リバース）、Ｐ（パーキング）の各レンジに対応している。

ディテントスプリング２５は、弾性変形可能な板状部材であり、先端にディテントローラ２６が設けられる。ディテントローラ２６は、凹部２２のいずれかに嵌まり込む。ディテントスプリング２５は、ディテントローラ２６をディテントプレート２１の回動中心側に付勢する。ディテントプレート２１に所定以上の回転力が加わると、ディテントスプリング２５が弾性変形し、ディテントローラ２６が凹部２２を移動する。ディテントローラ２６が凹部２２のいずれかに嵌まり込むことで、ディテントプレート２１の揺動が規制され、マニュアルバルブ２８の軸方向位置、および、パーキングロック機構３０の状態が決定され、自動変速機５のシフトレンジが固定される。

パーキングロック機構３０は、パーキングロッド３１、円錐体３２、パーキングロックポール３３、軸部３４、および、パーキングギア３５を有する。パーキングロッド３１は、略Ｌ字形状に形成され、一端３１１側がディテントプレート２１に固定される。パーキングロッド３１の他端３１２側には、円錐体３２が設けられる。円錐体３２は、他端３１２側にいくほど縮径するように形成される。ディテントプレート２１が逆回転方向に揺動すると、円錐体３２が矢印Ｐの方向に移動する。

パーキングロックポール３３は、円錐体３２の円錐面と当接し、軸部３４を中心に揺動可能に設けられる、パーキングロックポール３３のパーキングギア３５側には、パーキングギア３５と噛み合い可能な凸部３３１が設けられる。ディテントプレート２１が逆回転方向に回転し、円錐体３２が矢印Ｐ方向に移動すると、パーキングロックポール３３が押し上げられ、凸部３３１とパーキングギア３５とが噛み合う。一方、ディテントプレート２１が正回転方向に回転し、円錐体３２が矢印ＮｏｔＰ方向に移動すると、凸部３３１とパーキングギア３５との噛み合いが解除される。

パーキングギア３５は、図示しない車軸に設けられ、パーキングロックポール３３の凸部３３１と噛み合い可能に設けられる。パーキングギア３５と凸部３３１とが噛み合うことで、車軸の回転が規制される。シフトレンジがＰ以外のレンジであるＮｏｔＰレンジのとき、パーキングギア３５はパーキングロックポール３３によりロックされず、車軸の回転は、パーキングロック機構３０により妨げられない。また、シフトレンジがＰレンジのとき、パーキングギア３５はパーキングロックポール３３によってロックされ、車軸の回転が規制される。本実施形態では、シフトレンジがＰレンジであって、車速が所定速度（例えば５ｋｍ／ｈ）以下のとき、パーキングロック機構３０により車軸がロックされる。

図２に示すように、シフトレンジ制御装置４０は、モータドライバ４１、および、制御部としてのＥＣＵ５０等を有する。図４に示すように、モータドライバ４１は、スイッチング素子４１１〜４１３を有する。スイッチング素子４１１〜４１３は、例えばＭＯＳＦＥＴが用いられるが、ＩＧＢＴ等を用いてもよい。

Ｕ相スイッチング素子４１１は、Ｕ相コイル１１１に接続される。Ｕ相スイッチング素子４１１のオンにより、Ｕ相コイル１１１への通電が許容され、オフによりＵ相コイル１１１への通電が遮断される。Ｖ相スイッチング素子４１２は、Ｖ相コイル１１２に接続される。Ｖ相スイッチング素子４１２のオンにより、Ｖ相コイル１１２への通電が許容され、オフによりＶ相コイル１１２への通電が遮断される。Ｗ相スイッチング素子４１３は、Ｗ相コイル１１３に接続される。Ｗ相スイッチング素子４１３のオンにより、Ｗ相コイル１１３への通電が許容され、オフによりＷ相コイル１１３への通電が遮断される。本実施形態では、各相への通電位相差が１２０°にてスイッチング素子４１１〜４１３のオンオフ作動が制御される。

モータドライバ４１とバッテリ４５との間には、モータリレー４２が設けられる。モータリレー４３がオンされている。モータリレー４２のオンオフ作動を制御することで、バッテリからモータ１０側への通電の許容または禁止が切り替えられる。

図２に示すように、ＥＣＵ５０は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。ＥＣＵ５０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。

ＥＣＵ５０は、ドライバ要求シフトレンジ、ブレーキスイッチからの信号および車速等に基づいてモータ１０の駆動を制御することで、シフトレンジの切り替えを制御する。また、ＥＣＵ５０は、車速、アクセル開度、および、ドライバ要求シフトレンジ等に基づき、変速用油圧制御ソレノイド６の駆動を制御する。変速用油圧制御ソレノイド６を制御することで、変速段が制御される。変速用油圧制御ソレノイド６は、変速段数等に応じた本数が設けられる。本実施形態では、１つのＥＣＵ５０がモータ１０およびソレノイド６の駆動を制御するが、モータ１０を制御するモータ制御用のモータＥＣＵと、ソレノイド制御用のＡＴ−ＥＣＵとを分けてもよい。以下、モータ１０の駆動制御を中心に説明する。

ＥＣＵ５０は、角度演算部５１、速度演算部５２、目標設定部５５、および、駆動制御部５６等を有する。角度演算部５１は、エンコーダ１３から出力されるＡ相信号およびＢ相信号の立ち上がりおよび立ち下がりエッジをカウントする。エンコーダ１３のパルスエッジのカウント値であるエンコーダカウント値θｅｎは、ロータ１０３の回転位置に応じた値であって、「ロータの回転角度」に対応する。

本実施形態では、ロータ１０３が機械角で３．７５°正方向に回転すると、エンコーダカウント値θｅｎが＋１され、機械角で３．７５°逆方向に回転すると、エンコーダカウント値θｅｎが−１される。図３にて説明した通り、モータ１０は、ステータ１０１の突極数が１２、ロータ１０３の突極数が８の３相モータであるので、機械角３．７５°は、電気角３０°に対応する。機械角と電気角とは換算可能であるので、以下、通電角度等は、電気角にて説明する。

速度演算部５２は、エンコーダ１３から出力されるＡ相信号およびＢ相信号に基づき、モータ回転数Ｎを演算する。モータ回転数Ｎは、例えば単位ｒｐｍ等で表される単位時間あたりの回転数であって、「モータ回転速度」と捉えることができる。

目標設定部５５は、シフトスイッチ等に基づくドライバ要求シフトレンジ、車速、および、ブレーキスイッチからの信号等に基づき、目標シフトレンジを設定する。また、目標設定部５５は、目標シフトレンジに応じ、モータ角度目標値θｃｍｄを設定する。

駆動制御部５６は、エンコーダカウント値θｅｎがモータ角度目標値θｃｍｄとなる回転位置にてモータ１０が停止するように、フィードバック制御等により、モータ１０の駆動を制御する。図１２に示すように、本実施形態では、モータ角度目標値θｃｍｄとエンコーダカウント値θｅｎとの差の絶対値である角度偏差Δθが第１角度判定閾値θｔｈ１より大きい領域を加速領域とし、回転速度を加速させる、或いは、比較的早い回転速度を維持する。角度偏差Δθが第２角度判定閾値θｔｈ２より大きく、第１角度判定閾値θｔｈ１以下の領域を減速領域とし、回転速度を減速させる。角度偏差Δθが第２角度判定閾値θｔｈ２以下の領域を停止領域とし、固定相通電により、ロータ１０３を停止させる。第１角度判定閾値θｔｈ１は、モータ角度目標値θｃｍｄにてロータ１０３を停止させられるように、モータ１０の性能等に応じて任意に設定される。第２角度判定閾値θｔｈ２は、モータ１０を停止させる制御範囲に応じて設定される。

図５は、スイッチング素子４１１〜４１３のオンオフ制御および電流波形を示している。以下、Ｖ相を例に説明するが、Ｕ相およびＷ相についても同様である。以下、電気角１周期において、スイッチング素子４１１〜４１３をオンにする角度範囲を通電オン角度θｏｎ、スイッチング素子４１１〜４１３をオフにする角度範囲を通電オフ角度θｏｆｆとする。

図５（ａ）は、モータ回転数Ｎが第１回転数Ｎ１（例えば１０００ｒｐｍ）であって、
通電オン角度θｏｎが電気角１８０°のときのスイッチング状態および電流波形を示している。図５（ｂ）は、モータ回転数Ｎが第１回転数Ｎ１より大きい第２回転数Ｎ２（例えば２０００ｒｐｍ）であって、通電オン角度θｏｎが電気角１８０°のときのスイッチング状態および電流波形を示している。図５（ｃ）は、モータ回転数が第２回転数Ｎ２であって、通電オン角度θｏｎが電気角２４０°のときのスイッチング状態および電流波形を示している。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、通電オン角度θｏｎを同じにした場合、モータ回転数Ｎが大きくなるほど、通電時間が短くなる。例えば、第２回転数Ｎ２が第１回転数Ｎ１のｘ倍であれば、第２回転数Ｎ２での通電時間は、第１回転数Ｎ１での通電時間の（１／ｘ）倍となる。

コイル１１２には、インダクタンスがあるため、電流の立ち上がりには遅れが生じる。そのため、モータ回転数Ｎが大きくなり、通電時間が短くなると、電流が立ち上がりきる前にスイッチング素子４１２がオフされて通電が終了する虞がある。このような状態になると、電流が流れにくくなるため、トルクが不足し、加速度が低下する。

そこで本実施形態では、図５（ｃ）に示すように、モータ回転数Ｎが大きい場合、スイッチング素子４１２をオンにする電気角範囲を大きくし、通電時間を長くすることで、通電量を確保し、トルク低下を抑制している。本実施形態では、３相のうちの少なくとも１相をオフにする期間を確保すべく、最大で電気角２４０°まで通電オン角度θｏｎを大きくする。ただし、モータ回転数Ｎが小さいときに通電オン角度θｏｎを大きくしすぎると、ブレーキ力が大きくなりトルクが低下するため、モータ回転数Ｎに応じた適合が必要である。

本実施形態のモータ制御処理を図６のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、要求シフトレンジが切り替わったとき、駆動制御部５６にて所定の周期で実行される。以下、ステップＳ１０の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。他のステップも同様である。

Ｓ１０では、駆動制御部５６は、モータ角度目標値θｃｍｄとエンコーダカウント値θｅｎとの差の絶対値である角度偏差Δθが第１角度判定閾値θｔｈ１より大きいか否かを判断する。角度偏差Δθが第１角度判定閾値θｔｈ１より大きいと判断された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ３０へ移行し、加速制御を行う。角度偏差Δθが第１角度判定閾値θｔｈ１以下であると判断された場合（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ２０へ移行する。

Ｓ２０では、駆動制御部５６は、角度偏差Δθが第２角度判定閾値θｔｈ２より大きいか否かを判断する。角度偏差Δθが第２角度判定閾値θｔｈ２より大きいと判断された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、Ｓ４０へ移行し、減速制御を行う。角度偏差Δθが第２角度判定閾値θｔｈ２以下であると判断された場合（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ５０へ移行し、固定相通電による停止制御を行う。

加速制御処理を図７のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ３０１では、駆動制御部５６は、モータ回転数Ｎが第１速度判定閾値Ｎｔｈ１以下か否かを判断する。第１速度判定閾値Ｎｔｈ１は、任意に設定可能であって、例えば１０００ｒｐｍである。モータ回転数Ｎが第１速度判定閾値Ｎｔｈ１以下であると判断された場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、Ｓ３０３へ移行する。モータ回転数Ｎが第１速度判定閾値Ｎｔｈ１より大きいと判断された場合（Ｓ３０１：ＮＯ）、Ｓ３０２へ移行する。

Ｓ３０２では、駆動制御部５６は、モータ回転数Ｎが第２速度判定閾値Ｎｔｈ２以下か否かを判断する。第２速度判定閾値Ｎｔｈ２は、第１速度判定閾値Ｎｔｈ１より大きい任意の値に設定可能であって、例えば１５００ｒｐｍである。モータ回転数Ｎが第２速度判定閾値Ｎｔｈ２以下であると判断された場合（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、Ｓ３０５へ移行する。モータ回転数Ｎが第２速度判定閾値Ｎｔｈ２より大きいと判断された場合（Ｓ３０２：ＮＯ）、Ｓ３０７へ移行する。

モータ回転数Ｎが第１速度判定閾値Ｎｔｈ１以下である場合に移行するＳ３０３では、駆動制御部５６は、回転位相に対する通電相の位相進み量Ｋｓを０とする。位相進み量Ｋｓは、ロータ１０３の位置に応じた最適なトルクが出るタイミングにてコイル１１１〜１１３に通電されるように設定されている。Ｓ３０４では、駆動制御部５６は、通電オン角度θｏｎを１８０°とする。

モータ回転数Ｎが第１速度判定閾値Ｎｔｈ１より大きく、第２速度判定閾値Ｎｔｈ２以下である場合に移行するＳ３０５では、駆動制御部５６は、位相進み量Ｋｓを＋１とする。Ｓ３０６では、駆動制御部５６は、通電オン角度θｏｎを２１０°とする。

モータ回転数Ｎが第２速度判定閾値Ｎｔｈ２より大きい場合に移行するＳ３０７では、駆動制御部５６は、位相進み量Ｋｓを＋２とする。Ｓ３０８では、駆動制御部５６は、通電オン角度θｏｎを２４０°とする。

減速制御処理を図８のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ４０１では、駆動制御部５６は、モータ回転数Ｎが第３速度判定閾値Ｎｔｈ３以下か否かを判断する。第３速度判定閾値Ｎｔｈ３は、任意に設定可能であって、例えば１０００ｒｐｍである。本実施形態では、第１速度判定閾値Ｎｔｈ１と第３速度判定閾値Ｎｔｈ３とが等しいが、異なっていてもよい。モータ回転数Ｎが第３速度判定閾値Ｎｔｈ３より大きいと判断された場合（Ｓ４０１：ＮＯ）、Ｓ４０３へ移行する。モータ回転数Ｎが第３速度判定閾値Ｎｔｈ３以下であると判断された場合（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、Ｓ４０２へ移行する。

Ｓ４０２では、駆動制御部５６は、モータ回転数Ｎが第４速度判定閾値Ｎｔｈ４以下か否かを判断する。第４速度判定閾値Ｎｔｈ４は、第３速度判定閾値Ｎｔｈ３より小さい任意の値に設定可能であって、例えば３００ｒｐｍである。モータ回転数Ｎが第４速度判定閾値Ｎｔｈ４より大きいと判断された場合（Ｓ４０２：ＮＯ）、Ｓ４０５へ移行する。モータ回転数Ｎが第４速度判定閾値Ｎｔｈ４以下であると判断された場合（Ｓ４０２：ＹＥＳ）、Ｓ４０６へ移行する。

モータ回転数Ｎが第３速度判定閾値Ｎｔｈ３より大きい場合に移行するＳ４０３では、駆動制御部５６は、位相進み量Ｋｓを−４とする。Ｓ４０４では、駆動制御部５６は、通電オン角度θｏｎを２４０°とする。

モータ回転数Ｎが第４速度判定閾値Ｎｔｈ４より大きく、第３速度判定閾値Ｎｔｈ３以下である場合に移行するＳ４０５では、駆動制御部５６は、位相進み量Ｋｓを−３とする。モータ回転数Ｎが第４速度判定閾値Ｎｔｈ４以下である場合に移行するＳ４０６では、駆動制御部５６は、位相進み量Ｋｓを０とする。

Ｓ４０５またはＳ４０６に続いて移行するＳ４０７では、駆動制御部５６は、通電オン角度θｏｎを１８０°とする。すなわち本実施形態では、減速制御においては、モータ回転数Ｎが第３速度判定閾値Ｎｔｈ３より大きいとき、通電オン角度θｏｎを２４０°にすることで急減速制御を行い、モータ回転数Ｎが第３速度判定閾値Ｎｔｈ３以下のとき、通電オン角度θｏｎを１８０°にすることで、ソフトランディング制御とする。本実施形態では、第４速度判定閾値Ｎｔｈ４は通電オン角度θｏｎの切り替えには用いていない。また、第４速度判定閾値Ｎｔｈ４以外の速度判定閾値は、位相進み量Ｋｓの切り替えと、通電オン角度θｏｎの切り替えとに共通に用いられているが、位相進み量Ｋｓを切り替える判定閾値と通電オン角度θｏｎを切り替える判定閾値とは異なっていてもよい。

通電オン角度θｏｎを、図９〜図１１に基づいて説明する。図９〜図１１では、電気角を横軸とし、上段から、エンコーダ１３のＡ相信号、Ｂ相信号、Ｕ相スイッチング素子４１１のオンオフ状態、Ｖ相スイッチング素子４１２のオンオフ状態、Ｗ相スイッチング素子のオンオフ状態を示している。通電オン角度θｏｎおよび通電オフ角度θｏｆｆは、Ｖ相について記載した。

図９は、加速制御時のモータ回転数Ｎが第１速度判定閾値Ｎｔｈ１以下の場合、または、減速制御時のモータ回転数Ｎが第３速度判定閾値Ｎｔｈ３以下の場合である低速領域での通電パターンである。低速領域では、通電オン角度θｏｎ＝１８０°、通電オフ角度θｏｆｆ＝１８０°にてスイッチング素子４１１〜４１３のオンオフ作動を制御する。本実施形態では、エンコーダ１３の１カウントが３０°であるので、低速領域では、スイッチング素子４１１〜４１３を、エンコーダカウント値θｅｎの６カウント分をオン、６カウント分をオフにする。低速領域では、コイル１１１〜１１３のうちの２相に通電されている２相通電区間と１相に通電されている１相通電区間とが等しい。通電オン角度θｏｎおよび通電オフ角度θｏｆｆを１８０°とすることで、低速領域にて最大トルクを出力することができる。

図１０は、加速制御時のモータ回転数Ｎが第１速度判定閾値Ｎｔｈ１より大きく、第２速度判定閾値Ｎｔｈ２以下の場合である中速領域での通電パターンである。中速領域では、通電オン角度θｏｎ＝２１０°、通電オフ角度θｏｆｆ＝１５０°にてスイッチング素子４１１〜４１３のオンオフ作動を制御する。すなわち中速領域では、スイッチング素子４１１〜４１３を、エンコーダカウント値θｅｎの７カウント分をオン、５カウント分をオフにする。中速領域では、２相通電区間が１相通電区間よりも長くなる。

図１１は、加速制御時のモータ回転数Ｎが第２速度判定閾値Ｎｔｈ２より大きい場合、または、減速制御時のモータ回転数Ｎが第３速度判定閾値Ｎｔｈ３より大きい場合である高速領域での通電パターンである。高速領域では、通電オン角度θｏｎ＝２４０°、通電オフ角度θｏｆｆ＝１２０°にてスイッチング素子４１１〜４１３のオンオフ作動を制御する。すなわち高速領域では、スイッチング素子４１１〜４１３を、エンコーダカウント値θｅｎの８カウント分をオン、４カウント分をオフにする。高速領域では、電気角１周期の全ての区間が２相通電区間であり、１相通電区間がない。すなわち、本実施形態のように、通電オン角度θｏｎを長くすることは、２相通電区間を長くしている、と捉えることもできる。なお、各相での通電オン角度θｏｎを２４０°より長くすると、３相通電の状態が生じてしまうため、通電オン角度θｏｎの最大値は２４０°とする。

減速制御では、減速開始時において通電オン角度θｏｎを２４０°とすることで、急ブレーキがかかり、急減速するため、図１０に示す中速領域の制御は行わない。すなわち、本実施形態では、加速制御時と減速制御時とで、通電オン角度θｏｎの切替回数が異なっている。詳細には、減速制御時における通電オン角度θｏｎの切替回数は、加速制御時における通電オン角度の切替回数より少ない。本実施形態では、減速制御時における通電オン角度θｏｎの切替回数は１回であり、加速制御時における通電オン角度θｏｎの切替回数は２回である。

本実施形態のモータ駆動制御を説明するタイムチャートを図１２に示す。図１２では、共通時間軸を横軸とし、上段にモータ角度、下段にモータ回転数を示す。モータ回転数については、本実施形態を実線、モータ回転数Ｎによらず通電オン角度θｏｎを１８０°としたときの参考例を一点鎖線で示す。

図１２に示すように、時刻ｔ１にて要求シフトレンジが切り替わると、要求シフトレンジに応じたモータ角度目標値θｃｍｄが設定され、モータ１０の駆動が開始される。モータ１０の駆動初期は、加速制御を行う。モータ回転数Ｎが第１速度判定閾値Ｎｔｈ１となる時刻ｔ２までの期間において、通電オン角度θｏｎ＝１８０°にてモータ１０の駆動を制御する。また、モータ回転数Ｎが第１速度判定閾値Ｎｔｈ１より大きく、第２速度判定閾値Ｎｔｈ２以下の時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間において、通電オン角度θｏｎ＝２１０°にてモータ１０の駆動を制御する。モータ回転数Ｎが第２速度判定閾値Ｎｔｈ２より大きい時刻ｔ３以降、通電オン角度θｏｎ＝２４０°にてモータ１０の駆動を制御する。

時刻ｔ４にて、モータ角度目標値θｃｍｄとエンコーダカウント値θｅｎとの角度偏差Δθが第１角度判定閾値θｔｈ１以下になると、加速制御から減速制御に移行する。時刻ｔ４から、モータ回転数Ｎが第３速度判定閾値Ｎｔｈ３以下となる時刻ｔ５までの期間において、通電オン角度θｏｎ＝２４０°にてモータ１０の駆動を制御する。すなわち本実施形態では、時刻ｔ３から時刻ｔ５までが高速回転領域であって、通電オン角度θｏｎ＝２４０°とすることで、常時２相に通電される。すなわち本実施形態では、第２速度判定閾値Ｎｔｈ２および第３速度判定閾値Ｎｔｈ３が「高速回転判定閾値」に対応する。

モータ回転数Ｎが第３速度判定閾値Ｎｔｈ３以下となった時刻ｔ５から、固定相通電制御を開始する時刻ｔ７までの期間において、通電オン角度θｏｎ＝１８０°にてモータ１０の駆動を制御する。また、時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６にて、位相進み補正量Ｋｓを変更する。

時刻ｔ７にて、角度偏差Δθが第２角度判定閾値θｔｈ２以下になると、減速制御から固定相通電による停止制御に移行する。そして、固定相通電を所定の通電継続時間に亘って継続した後、モータ１０への通電をオフにする。

本実施形態では、高速回転時の通電オン角度θｏｎを大きくすることで電流を流れやすくし、トルクを向上させている。また、エンコーダ１３の信号タイミングに基づいて通電オン角度θｏｎを設定しているので、複雑な角度演算が不要であり、例えば線形補間等により通電オン角度θｏｎを演算する場合等と比較し、演算負荷を低減可能である。

また、減速制御において、高速回転時の通電オン角度θｏｎを大きくすることで、急ブレーキをかけることが可能であるので、図１２中に矢印Ｙで示すように、通電オン角度θｏｎを常に１８０°とする参考例と比較して、加速制御を行う期間を長くすることができる。また、加速側の性能も上がっているため、最高速度を大きくすることができる。エンコーダカウント値θｅｎの変化量は、回転数×時間、すなわち実線または一点鎖線で囲まれる面積に対応しているため、最高速度が高まり、かつ、加速期間が長くなることで、モータ角度目標値θｃｍｄに到達するまでの時間を短縮することができる。

以上説明したように、本実施形態のシフトレンジ制御装置４０は、ステータ１０１、ステータ１０１に巻回されるコイル１１１〜１１３、および、ステータ１０１に対して回転可能に設けられるロータ１０３を有するモータ１０の駆動を制御するものであって、モータドライバ４１と、ＥＣＵ５０と、を備える。モータドライバ４１は、コイル１１１〜１１３の各相に対応して設けられるスイッチング素子４１１〜４１３を有する。

ＥＣＵ５０は、角度演算部５１、速度演算部５２、および、駆動制御部５６を有する。角度演算部５１は、ロータ１０３の回転位置を検出するエンコーダ１３の検出値に基づいてエンコーダカウント値θｅｎを演算する。速度演算部５２は、エンコーダ１３の検出値に基づいてロータ１０３の回転速度であるモータ回転数Ｎを演算する。駆動制御部５６は、ロータ１０３が停止している状態からロータ１０３を回転させ、設定される目標回転位置であるモータ角度目標値θｃｍｄにてロータ１０３が停止するようにモータ１０の駆動を制御する。

駆動制御部５６は、ロータ１０３の回転速度が相対的に大きいほど、コイル１１１〜１１３の各相に通電される電気角１周期中の角度範囲である通電オン角度θｏｎが大きくなるように、スイッチング素子４１１〜４１３のオンオフ作動を制御する。これにより、電流の立ち上がりの遅れに起因する高速回転時のトルク不足を抑制することができる。また、減速制御時において、ブレーキに必要な時間を短縮可能であるので、モータ１０の位置制御に要する時間を短縮可能であって、応答性の向上に寄与する。

回転角センサであるエンコーダ１３は、ロータリーエンコーダであって、通電オン角度θｏｎは、エンコーダ１３の分解能に応じて段階的に切り替えられる。これにより、複雑な演算が不要となり、ソフトウェアでの設定が容易となる。

モータ１０は、３相モータであって、駆動制御部５６は、回転速度が高速回転判定閾値より大きい高速回転領域において、常時２相に通電されるように通電オン角度θｏｎを設定する。本実施形態では、高速回転判定閾値は、加速制御時と減速制御時とで異なっている。具体的には、加速制御時の高速回転判定閾値である第２速度判定閾値Ｎｔｈ２と、減速制御時の高速回転判定閾値である第３速度判定閾値Ｎｔｈ３とは異なっている。そして、モータ回転数Ｎが第２速度判定閾値Ｎｔｈ２を超えてから、第３速度判定閾値Ｎｔｈ３を下回るまでの高速回転領域において、通電オン角度θｏｎを２４０°とすることで、常時２相通電としている。なお、通電オン角度θｏｎは、厳密に２４０°ではなくてもよく、例えば制御誤差やデッドタイム程度のずれは許容されるものとし、通電相の切り替えに伴って一時的に１相通電状態となることは許容されるものとする。高速回転時において、通電オン角度θｏｎを最大化し、常時２相通電とすることで、通電量を確保できるので、トルクを向上することができる。

シフトレンジ制御装置４０は、モータ１０の駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるシフトバイワイヤシステム１に適用され、モータ角度目標値θｃｍｄは、要求シフトレンジに応じて設定される。これにより、応答性よく、適切にシフトレンジを切り替えることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、モータはＳＲモータである。他の実施形態では、モータは、ＳＲモータに限らず、ＤＣブラシレスモータ等、どのようなモータであってもよい。また、モータドライバの構成も、通電オン角度を変更可能などのような回路構成としてもよい。上記実施形態では、モータは、３相モータである。他の実施形態では、モータの相数は、３に限らず、例えば４相モータ等であってもよい。また、上記実施形態では、巻線組は１組である。他の実施形態では、巻線組を２組以上設けてもよい。

上記実施形態では、回転角センサは、エンコーダであって、分解能は電気角で３０°である。他の実施形態では、エンコーダの分解能は異なっていてもよい。また、分解能に応じ、通電オン角度の切り替え回数が上記実施形態と異なっていてもよい。上記実施形態では、加速制御と減速制御とで、通電オン角度の切り替え回数が異なっている。他の実施形態では、加速制御時と減速制御時とで、通電オン角度の切り替え回数が等しくてもよい。また、通電オン角度の切り替え判定に係る速度判定閾値は、加速制御時と減速制御時とで同じでもよいし、異なっていてもよい。他の実施形態では、回転角センサは、ロータリーエンコーダに限らず、レゾルバ等、どのようなものを用いてもよい。また、ロータの回転速度は、モータ回転数に替えて、回転角速度［ｄｅｇ／ｓ］等を用いてもよい。出力軸センサについても、ポテンショメータ以外のものを用いてもよいし、出力軸センサを省略してもよい。

上記実施形態では、ディテントプレートには４つの谷部が設けられる。他の実施形態では、谷部の数は４つに限らず、いくつであってもよい。例えば、ディテントプレートの谷部の数が２つであって、ＰレンジとＮｏｔＰレンジとを切り替えるものとしてもよい。また、シフトレンジ切替機構やパーキングロック機構等は、上記実施形態と異なっていてもよい。

上記実施形態では、モータ軸と出力軸との間に減速機が設けられる。減速機の詳細について、上記実施形態では言及していないが、例えば、サイクロイド歯車、遊星歯車、モータ軸と略同軸の減速機構から駆動軸へトルクを伝達する平歯歯車を用いたものや、これらを組み合わせて用いたもの等、どのような構成であってもよい。また、他の実施形態では、モータ軸と出力軸との間の減速機を省略してもよいし、減速機以外の機構を設けてもよい。

上記実施形態では、モータ制御装置は、シフトバイワイヤシステムに適用され、車両のシフトレンジ切替機構を駆動するモータを制御する。他の実施形態では、モータ制御装置をシフトバイワイヤシステム以外の装置に適用してもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０・・・・モータ １０１・・・ステータ
１０３・・・ロータ １１１〜１１３・・・コイル
１３・・・・エンコーダ（回転角センサ）
４０・・・シフトレンジ制御装置（モータ制御装置）
４１・・・モータドライバ
４１１〜４１３・・・スイッチング素子
５０・・・・ＥＣＵ（制御部）
５１・・・・角度演算部
５２・・・・速度演算部
５６・・・・駆動制御部

Claims (5)

1. ステータ（１０１）、前記ステータに巻回されるコイル（１１１〜１１３）、および、前記ステータに対して回転可能に設けられるロータ（１０３）を有するモータ（１０）の駆動を制御するモータ制御装置であって、
   前記コイルの各相に対応して設けられるスイッチング素子（４１１〜４１３）を有するモータドライバ（４１）と、
   前記ロータの回転位置を検出する回転角センサ（１３）の検出値に基づいて前記ロータの回転角度を演算する角度演算部（５１）、前記回転角センサの検出値に基づいて前記ロータの回転速度を演算する速度演算部（５２）、および、前記ロータが停止している状態から前記ロータを回転させ、設定される目標回転位置にて前記ロータが停止するように前記モータの駆動を制御する駆動制御部（５６）を有する制御部（５０）と、
   を備え、
   前記駆動制御部は、前記回転速度が相対的に大きいほど、前記コイルの各相に通電される電気角１周期中の角度範囲である通電オン角度が大きくなるように、前記スイッチング素子のオンオフ作動を制御するモータ制御装置。
2. 前記回転角センサは、ロータリーエンコーダであって、
   前記通電オン角度は、前記回転角センサの分解能に応じて切り替えられる請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記モータは、３相モータであって、
   前記駆動制御部は、前記回転速度が高速回転判定閾値より大きい高速回転領域において、常時２相に通電されるように前記通電オン角度を設定する請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記高速回転判定閾値は、加速制御時と減速制御時とで異なっている請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記モータの駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるシフトレンジ切替システム（１）に適用され、
   前記目標回転位置は、要求シフトレンジに応じて設定される請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。

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