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WO2021205997A1 - モータ制御装置 - Google Patents

モータ制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021205997A1
WO2021205997A1 PCT/JP2021/014257 JP2021014257W WO2021205997A1 WO 2021205997 A1 WO2021205997 A1 WO 2021205997A1 JP 2021014257 W JP2021014257 W JP 2021014257W WO 2021205997 A1 WO2021205997 A1 WO 2021205997A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
current
phase
unit
rotation
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/014257
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宏平 西田
牧野　孝則
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
Publication of WO2021205997A1 publication Critical patent/WO2021205997A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple

Definitions

  • This disclosure relates to a motor control device.
  • the range switching mechanism of an automatic transmission is driven by a motor.
  • the reference position is learned by executing the abutting control of rotating the range switching mechanism until it hits the limit position of the movable range.
  • the collective current of the motor is controlled to be constant based on the output of the current sensor. Further, the motor torque is kept constant by controlling the control current value when the first phase is energized to be half of the control current value when the two phases are energized.
  • the motor torque may fluctuate depending on the positional relationship between the rotor and the stator.
  • the motor control device of the present disclosure controls the drive of a motor having windings, and includes a drive circuit unit, a current detection unit, a rotation detection unit, and a control unit.
  • the drive circuit unit has a switching element provided corresponding to each phase of the winding.
  • the current detector detects the winding current.
  • the rotation detection unit detects the motor rotation position, which is the rotation position of the motor.
  • the control unit has a rotation speed calculation unit, a target current calculation unit, an energization command unit, and a switch control unit.
  • the rotation speed calculation unit calculates the motor rotation speed, which is the rotation speed of the motor.
  • the target current calculation unit calculates the current control target value.
  • the energization command unit commands the energization phase according to the detection value of the rotation detection unit.
  • the switch control unit controls the on / off operation of the switching element so that the current applied to the winding becomes the current control target value.
  • the current control target value is made variable according to the motor rotation position. As a result, torque fluctuations caused by the motor rotation position can be suppressed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a shift-by-wire system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a shift-by-wire system according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a shift range control device according to an embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the correspondence between the energized phase number and the energized phase according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a time chart illustrating current control according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating the current control process according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a time chart illustrating the current control process according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a time chart for explaining the current control process according to the reference example.
  • the shift-by-wire system 1 which is a motor drive system includes a motor 10, a shift range switching mechanism 20, a parking lock mechanism 30, a shift range control device 40 as a motor control device, and the like. ..
  • the motor 10 rotates by being supplied with electric power from a battery 90 mounted on a vehicle (not shown), and functions as a drive source for the shift range switching mechanism 20.
  • the motor 10 is, for example, a switched reluctance motor. As shown in FIG.
  • the motor 10 has a motor winding 11 wound around a salient pole of a stator (not shown).
  • the motor winding 11 has a U-phase winding 111, a V-phase winding 112, and a W-phase winding 113.
  • a rotor By controlling the energization of the motor winding 11, a rotor (not shown) is rotated.
  • the number of salient poles of the stator is 12, and the number of salient poles of the rotor is 8.
  • the encoder 13 which is a rotation angle sensor detects the rotation position of the rotor of the motor 10.
  • the encoder 13 is, for example, a magnetic rotary encoder, which is composed of a magnet that rotates integrally with the rotor, a Hall IC for magnetic detection, and the like.
  • the encoder 13 outputs an encoder signal, which is an A-phase and B-phase pulse signal, at predetermined angles in synchronization with the rotation of the rotor.
  • the speed reducer 14 is provided between the motor shaft of the motor 10 and the output shaft 15, and decelerates the rotation of the motor 10 to output to the output shaft 15. As a result, the rotation of the motor 10 is transmitted to the shift range switching mechanism 20.
  • the output shaft 15 is provided with an output shaft sensor 16 that detects the angle of the output shaft 15.
  • the output shaft sensor 16 is, for example, a potentiometer.
  • the shift range switching mechanism 20 has a detent plate 21, a detent spring 25, and the like, and applies the rotational driving force output from the speed reducer 14 to the manual valve 28 and the parking lock mechanism 30. Communicate to.
  • the detent plate 21 is fixed to the output shaft 15 and driven by the motor 10.
  • the detent plate 21 is provided with a pin 24 that projects parallel to the output shaft 15.
  • the pin 24 is connected to the manual valve 28.
  • the shift range switching mechanism 20 converts the rotational motion of the motor 10 into a linear motion and transmits it to the manual valve 28.
  • the manual valve 28 is provided on the valve body 29.
  • the detent spring 25 is a plate-shaped member that can be elastically deformed, and a detent roller 26 is provided at the tip thereof.
  • the detent spring 25 urges the detent roller 26 toward the center of rotation of the detent plate 21.
  • the detent spring 25 is elastically deformed, and the detent roller 26 moves between the valleys.
  • the parking lock mechanism 30 has a parking rod 31, a cone 32, a parking lock pole 33, a shaft portion 34, and a parking gear 35.
  • the parking rod 31 is formed in a substantially L shape, and one end 311 side is fixed to the detent plate 21.
  • a cone 32 is provided on the other end 312 side of the parking rod 31.
  • the conical body 32 is formed so that the diameter is reduced toward the other end 312 side.
  • the parking lock pole 33 comes into contact with the conical surface of the conical body 32 and is provided so as to be swingable around the shaft portion 34.
  • a convex portion 331 that can mesh with the parking gear 35 is provided.
  • the parking lock pole 33 is pushed up and the convex portion 331 and the parking gear 35 mesh with each other.
  • the cone 32 moves in the direction of the arrow NotP, the meshing between the convex portion 331 and the parking gear 35 is released.
  • the parking gear 35 is provided on an axle (not shown) so as to be able to mesh with the convex portion 331 of the parking lock pole 33.
  • the rotation of the axle is restricted.
  • the shift range is the NotP range, which is a range other than P
  • the parking gear 35 is not locked by the parking lock pole 33, and the rotation of the axle is not hindered by the parking lock mechanism 30.
  • the shift range is the P range
  • the parking gear 35 is locked by the parking lock pole 33, and the rotation of the axle is restricted.
  • the shift range control device 40 includes a drive circuit unit 41, a current detection unit 45, an ECU 50, and the like.
  • the drive circuit unit 41 has three switching elements 411, 412, and 413.
  • the drive circuit unit 41 is provided between the windings 111 to 113 of each phase and the ground.
  • the switching elements 411 to 413 are provided corresponding to the windings 111 to 113 of each phase, and switch the energization of the corresponding phase.
  • the switching elements 411 to 413 of this embodiment are MOSFETs, but may be IGBTs or the like.
  • connection portion 115 The windings 111 to 113 of the motor winding 11 are connected by the connection portion 115. Power is supplied to the connection portion 115 from the battery 90 via the power supply line 901.
  • the power supply line 901 is provided with a relay unit 91, and when the relay unit 91 is turned on, power is supplied to the connection unit 115.
  • the current detection unit 45 has current detection elements 451 to 453, and detects the currents of the windings 111 to 113 for each phase.
  • the current detection elements 451 to 453 of the present embodiment are shunt resistors, but a Hall element or the like other than the shunt resistor may be used.
  • the current detection element 451 is provided between the switching element 411 and the U-phase winding 111, and detects the U-phase current Iu.
  • the current detection element 452 is provided between the switching element 412 and the V-phase winding 112, and detects the V-phase current Iv.
  • the current detection element 453 is provided between the switching element 413 and the W-phase winding 113, and detects the W-phase current Iw.
  • the detected values of the current detecting elements 451 to 453 are output to the current limiting circuit 55.
  • the detection value of the current detection element 451 is referred to as a U-phase current detection value Iu_det
  • the detection value of the current detection element 452 is a V-phase current detection value Iv_det
  • the detection value of the current detection element 453 is a W-phase current detection value Iw_det.
  • the ECU 50 has a microcomputer 51 and a current limiting circuit 55.
  • the ECU 50 includes a CPU, ROM, RAM, I / O, and a bus line connecting these configurations, which are not shown inside.
  • Each process in the ECU 50 may be a software process by executing a program stored in advance in a physical memory device such as a ROM (that is, a readable non-temporary tangible recording medium) on the CPU, or a dedicated process. It may be hardware processing by an electronic circuit.
  • the ECU 50 controls the switching of the shift range by controlling the drive of the motor 10 based on the shift signal according to the driver required shift range, the signal from the brake switch, the vehicle speed, and the like. Further, the ECU 50 controls the drive of the shift hydraulic control solenoid 6 based on the vehicle speed, the accelerator opening degree, the driver required shift range, and the like.
  • the shift stage is controlled by controlling the shift hydraulic control solenoid 6.
  • the number of shift hydraulic control solenoids 6 is provided according to the number of shift stages and the like. In the present embodiment, one ECU 50 controls the drive of the motor 10 and the solenoid 6, but the motor ECU for controlling the motor 10 and the AT-ECU for solenoid control may be separated.
  • the drive control of the motor 10 will be mainly described.
  • the microcomputer 51 has a rotation speed calculation unit 52, a target current calculation unit 53, and an energization command unit 54 as functional blocks.
  • the rotation speed calculation unit 52 calculates the motor rotation speed based on the encoder signal from the encoder 13.
  • the target current calculation unit 53 calculates the current control target value X.
  • the energization command unit 54 commands the energization phase based on the encoder signal from the encoder 13. In the present embodiment, the energizing phase is commanded by an interrupt calculation according to the pulse edge detection of the encoder signal.
  • the energized phase number and the energized phase are associated with each other, and each time the pulse edge of the encoder signal is detected, the energized phase number is shifted by 1 and the energized phase is switched to rotate the motor 10.
  • 0 to 11 are defined as one cycle of the energized phase number, and the phase energized at each energized phase number is indicated by a circle.
  • the energized phase number is incremented by 1 for each encoder pulse edge, and when the energized phase number reaches 11, the energized phase number returns to 0, and so on.
  • the energizing phase number is decremented by 1 for each encoder pulse edge, and when the energizing phase number becomes 0, the current state returns to 11 and so on.
  • the energized phase number is 1, as in the case where the energized phase number is 2, 3, 6, 7, 10, 11, one phase is energized, and the energized phase number is 0, 1, 4, 5, 8,
  • the energizing phase is two phases as in the case of 9, two-phase energization is performed.
  • the current limiting circuit 55 is composed of hardware and controls the on / off operation of the switching elements 411 to 413 based on the current detection values Iu_det, Iv_dt, and Iw_det.
  • the on / off operation of the switching element 411 based on the U-phase current detection value Iu_det will be described with reference to FIG.
  • the switching element 411 When the U-phase current detection value Iu_det reaches the upper limit value X_hi, the switching element 411 is turned off, and when it decreases to the lower limit value X_lo, the switching element 411 is turned on.
  • the torque ripple is reduced by making the current control target value X variable in the low speed rotation region.
  • the current control process of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This process is executed in the microcomputer 51 at a predetermined cycle during the current control.
  • the “step” in step S101 is omitted and simply referred to as the symbol “S”.
  • the microcomputer 51 calculates the motor rotation speed.
  • the microcomputer 51 determines whether or not it is in the low-speed rotation region.
  • the low speed determination value for example, 300 [rpm]
  • the process shifts to S104, and the current control target value X is set as the initial value Xa.
  • the process proceeds to S103.
  • the microcomputer 51 determines whether or not the energization pattern is one-phase energization. When it is determined that the energization pattern is not one-phase energization (S103: NO), that is, when the energization pattern is two-phase energization, the process shifts to S104, and the current control target value X is set as the initial value Xa. When it is determined that the energization pattern is one-phase energization (S103: YES), the process proceeds to S105.
  • the microcomputer 51 changes the current control target value X from the initial value Xa to Xa ⁇ k.
  • the coefficient k is set to an arbitrary value of 0 ⁇ k ⁇ 1 (for example, 0.75) by matching or the like so that the torque ripple in the low speed rotation region is suppressed.
  • the control width ⁇ may also be made variable by multiplying by the coefficient j.
  • the coefficients k and j may have the same value or may have different values.
  • the current control of this embodiment will be described with reference to the time chart of FIG. In FIG. 7, the energization pattern, U-phase current, V-phase current, W-phase current, and motor torque are shown from the top.
  • the current control target value X is set so that the current during one-phase energization, which tends to generate torque relatively easily, is smaller than that during two-phase energization due to the positional relationship between the rotor and the stator, and the current waveform is set. By fluctuating, the change in inductance is absorbed. Thereby, the torque ripple can be reduced. Further, the process of changing the current control target value X according to the motor rotation position is performed in the low-speed rotation region, and is not performed in other than the low-speed rotation region. As a result, an increase in the load on the microcomputer can be suppressed.
  • the shift range control device 40 controls the drive of the motor 10 having the three-phase windings 111 to 113, and includes the drive circuit unit 41, the current detection unit 45, and the encoder 13. , ECU 50.
  • the drive circuit unit 41 has switching elements 411 to 413 provided corresponding to each phase of the windings 111 to 113.
  • the current detection unit 45 detects the currents of the windings 111 to 113.
  • the encoder 13 detects the motor rotation position, which is the rotation position of the motor 10.
  • the ECU 50 has a rotation speed calculation unit 52, a target current calculation unit 53, an energization command unit 54, and a current limiting circuit 55.
  • the rotation speed calculation unit 52 calculates the motor rotation speed, which is the rotation speed of the motor 10.
  • the target current calculation unit 53 calculates the current control target value X.
  • the energization command unit 54 commands the energization phase according to the encoder count value, which is the detection value of the encoder 13.
  • the current limiting circuit 55 controls the on / off operation of the switching elements 411 to 413 so that the current applied to the windings 111 to 113 becomes the current control target value X.
  • the current control target value X is made variable according to the motor rotation position.
  • the torque ripple generated by the tooth positional relationship between the rotor and the stator can be reduced, and the drive torque of the motor 10 is stabilized. Can be done.
  • the computing load of the microcomputer 51 during high-speed rotation can be reduced.
  • the ECU 50 rotates the motor 10 by switching between one-phase energization that energizes one phase of windings 111 to 113 and two-phase energization that energizes two phases of windings 111 to 113 according to the motor rotation position. ..
  • the target current calculation unit 53 sets the current control target value X so that the current during one-phase energization is smaller than that during two-phase energization in the low-speed rotation region. This makes it possible to suppress torque fluctuations of the motor 10 depending on the energized state and the rotor position.
  • the target current calculation unit 53 converts the current control target value at the time of one-phase energization into the current control target value at the time of two-phase energization with a conversion coefficient k (however, 0 ⁇ k ⁇ 1). Is the value multiplied by. Thereby, the torque fluctuation between the one-phase energization and the two-phase energization can be appropriately suppressed.
  • the current limiting circuit 55 turns off the switching elements 411 to 413 when the current energized in the windings 111 to 113 reaches the upper limit value X_hi, which is a value larger than the current control target value X, and is smaller than the current control target value X.
  • the control width ⁇ which is the width between the upper limit value X_hi and the lower limit value X_lo, is different between the one-phase energization and the two-phase energization. Thereby, the current flowing through the windings 111 to 113 can be appropriately controlled.
  • the shift range control device 40 corresponds to the "motor control device”
  • the encoder 13 corresponds to the "rotation detection unit”
  • the ECU 50 corresponds to the "control unit”
  • the current limiting circuit 55 corresponds to the "switch control unit”.
  • the case where the motor rotation speed is equal to or less than the low speed determination value is set as the low speed rotation region, and the current control target value at the time of one-phase energization is set by multiplying by a predetermined coefficient k.
  • the current control target value in the low-speed rotation region, may be gradually reduced according to the rotation speed, or may be gradually reduced.
  • the current control target value is made variable between the one-phase energization and the two-phase energization.
  • the current control target value may be changed according to the motor rotation position so that the change in inductance due to the relationship between the rotor and the stator can be absorbed regardless of the number of energized phases.
  • the rotation speed calculation unit, the target current calculation unit, and the energization command unit are composed of a microcomputer, and the switch control unit is composed of a hard circuit. In other embodiments, it does not matter whether each process in the control unit is configured by software or hardware.
  • the rotational position of the motor is detected by the encoder.
  • the encoder not only the encoder but also any resolver or the like may be used.
  • a potentiometer is exemplified as an output shaft sensor.
  • the output shaft sensor may be any. Further, the output shaft sensor may be omitted.
  • the detent plate is provided with two recesses.
  • the number of recesses is not limited to two, and recesses may be provided for each range, for example.
  • the shift range switching mechanism, the parking lock mechanism, and the like may be different from those in the above embodiment.
  • a speed reducer is provided between the motor shaft and the output shaft.
  • the details of the speed reducer are not mentioned in the above embodiment, for example, cycloid gears, planetary gears, spur gears that transmit torque from a speed reduction mechanism substantially coaxial with the motor shaft to the drive shaft, and these. Any configuration may be used, such as a combination of the above.
  • the speed reducer between the motor shaft and the output shaft may be omitted, or a mechanism other than the speed reducer may be provided.
  • the motor control device is applied to the shift range switching system.
  • the motor control device may be applied to devices other than the shift range switching system.
  • it is suitably applied to a device that requires a constant torque output from a motor in a low speed rotation region.
  • the controls and methods thereof described in the present disclosure are realized by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. May be done.
  • the controls and methods thereof described in the present disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits.
  • the control unit and method thereof described in the present disclosure may be a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor composed of one or more hardware logic circuits. It may be realized by one or more dedicated computers configured.
  • the computer program may be stored in a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present embodiment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

制御部（５０）は、回転速度演算部（５２）、目標電流演算部（５３）、通電指令部（５４）、および、スイッチ制御部（５５）を有する。回転速度演算部（５２）は、モータ（１０）の回転速度であるモータ回転速度を演算する。目標電流演算部（５３）は、電流制御目標値を演算する。通電指令部（５４）は、回転検出部（１３）の検出値に応じた通電相を指令する。スイッチ制御部（５５）は、巻線（１１１～１１３）に通電される電流が電流制御目標値と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。モータ回転速度が低速回転領域である場合、モータ回転位置に応じて電流制御目標値を可変にする。

Description

モータ制御装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２０年４月６日に出願された特許出願番号２０２０－０６８３８１号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、モータ制御装置に関する。
　従来、自動変速機のレンジ切替機構をモータで駆動するものが知られている。例えば特許文献１では、レンジ切替機構の可動範囲の限界位置に突き当たるまで回転させる突き当て制御を実行して基準位置を学習する。
特開２０１４－１０００４１号公報
　特許文献１では、電流センサの出力に基づいてモータの集合部電流が一定となるように制御している。また、１相に通電するときの制御電流値を、２相に通電するときの制御電流値の１／２となるように制御することで、モータトルクが一定となるようにしている。ここで、低速回転時には、ロータとステータの位置関係により、モータトルクが変動する虞がある。本開示の目的は、モータトルクの変動を抑制可能なモータ制御装置を提供することにある。
　本開示のモータ制御装置は、巻線を有するモータの駆動を制御するものであって、駆動回路部と、電流検出部と、回転検出部と、制御部と、を備える。駆動回路部は、巻線の各相に対応して設けられるスイッチング素子を有する。電流検出部は、巻線の電流を検出する。回転検出部は、モータの回転位置であるモータ回転位置を検出する。
　制御部は、回転速度演算部、目標電流演算部、通電指令部、および、スイッチ制御部を有する。回転速度演算部は、モータの回転速度であるモータ回転速度を演算する。目標電流演算部は、電流制御目標値を演算する。通電指令部は、回転検出部の検出値に応じた通電相を指令する。スイッチ制御部は、巻線に通電される電流が電流制御目標値となるように、スイッチング素子のオンオフ作動を制御する。モータ回転速度が低速回転領域である場合、モータ回転位置に応じて電流制御目標値を可変にする。これによりモータ回転位置によって生じるトルク変動を抑制することができる。
　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、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り、 図２は、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り、 図３は、一実施形態によるシフトレンジ制御装置を示すブロック図であり、 図４は、一実施形態による通電相番号と通電相との対応関係を説明する説明図であり、 図５は、一実施形態による電流制御を説明するタイムチャートであり、 図６は、一実施形態による電流制御処理を説明するフローチャートであり、 図７は、一実施形態による電流制御処理を説明するタイムチャートであり、 図８は、参考例による電流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、本開示によるモータ制御装置を図面に基づいて説明する。一実施形態を図１～図７に示す。図１および図２に示すように、モータ駆動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バッテリ９０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。モータ１０は、例えばスイッチトリラクタンスモータである。図３に示すように、モータ１０は、図示しないステータの突極に巻回されるモータ巻線１１を有する。モータ巻線１１は、Ｕ相巻線１１１、Ｖ相巻線１１２およびＷ相巻線１１３を有する。モータ巻線１１への通電を制御することで、図示しないロータを回転させる。例えば、ステータの突極数は１２、ロータの突極数は８である。
　図２に示すように、回転角センサであるエンコーダ１３は、モータ１０のロータの回転位置を検出する。エンコーダ１３は、例えば磁気式のロータリーエンコーダであって、ロータ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相のパルス信号であるエンコーダ信号を出力する。
　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。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、２つの谷部が設けられる。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が谷部間を移動する。ディテントローラ２６が谷部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。ディテントローラ２６がＰレンジに対応する谷部に嵌まり込む方向にディテントプレート２１が回転すると、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の回転により、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、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とが噛み合うと、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。
　図２および図３に示すように、シフトレンジ制御装置４０は、駆動回路部４１、電流検出部４５、および、ＥＣＵ５０等を備える。図３に示すように、駆動回路部４１は、３つのスイッチング素子４１１、４１２、４１３を有する。本実施形態では、駆動回路部４１は、各相の巻線１１１～１１３とグランドとの間に設けられる。スイッチング素子４１１～４１３は、各相の巻線１１１～１１３と対応して設けられ、対応する相の通電を切り替える。本実施形態のスイッチング素子４１１～４１３は、ＭＯＳＦＥＴであるが、ＩＧＢＴ等であってもよい。
　モータ巻線１１の巻線１１１～１１３は、結線部１１５で結線される。結線部１１５には、電源ライン９０１を経由して、バッテリ９０から電力が供給される。電源ライン９０１には、リレー部９１が設けられ、リレー部９１がオンされているとき、結線部１１５に電力が供給される。
　電流検出部４５は、電流検出素子４５１～４５３を有し、巻線１１１～１１３の電流を相毎に検出する。本実施形態の電流検出素子４５１～４５３は、シャント抵抗であるが、ホール素子等、シャント抵抗以外のものを用いてもよい。電流検出素子４５１は、スイッチング素子４１１とＵ相巻線１１１との間に設けられ、Ｕ相電流Ｉｕを検出する。電流検出素子４５２は、スイッチング素子４１２とＶ相巻線１１２との間に設けられ、Ｖ相電流Ｉｖを検出する。電流検出素子４５３は、スイッチング素子４１３とＷ相巻線１１３との間に設けられ、Ｗ相電流Ｉｗを検出する。電流検出素子４５１～４５３の検出値は、電流制限回路５５に出力される。以下、電流検出素子４５１の検出値をＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｄｅｔ、電流検出素子４５２の検出値をＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｄｅｔ、電流検出素子４５３の検出値をＷ相電流検出値Ｉｗ＿ｄｅｔとする。
　ＥＣＵ５０は、マイコン５１、および、電流制限回路５５を有する。ＥＣＵ５０は、内部にいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、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。
　図２に示すように、ＥＣＵ５０は、ドライバ要求シフトレンジに応じたシフト信号、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。
　マイコン５１は、機能ブロックとして、回転速度演算部５２、目標電流演算部５３、および、通電指令部５４を有する。回転速度演算部５２は、エンコーダ１３からのエンコーダ信号に基づき、モータ回転速度を演算する。目標電流演算部５３は、電流制御目標値Ｘを演算する。通電指令部５４は、エンコーダ１３からのエンコーダ信号に基づき、通電相を指令する。本実施形態では、エンコーダ信号のパルスエッジ検出に応じた割込演算により、通電相を指令する。
　通電相の切り替えを図４に基づいて説明する。図４に示すように、通電相番号と通電相とが対応付けられており、エンコーダ信号のパルスエッジが検出されるごとに、通電相番号を１ずらし、通電相を切り替えることでモータ１０を回転させる。図４の例では、通電相番号は、０～１１が１サイクルとして定義されており、各通電相番号のときに通電する相を丸印で示している。本実施形態では、モータ１０の正回転時、エンコーダパルスエッジ毎に通電相番号を１増やし、通電相番号が１１になると、次は０に戻る、といった具合である。また、モータ１０の逆回転時、エンコーダパルスエッジ毎に通電相番号を１減らし、通電相番号が０になると、次は１１に戻る、といった具合である。以下、通電相番号が２、３、６、７、１０、１１のときのように、通電相が１相である場合を１相通電、通電相番号が０、１、４、５、８、９のときのように、通電相が２相である場合を２相通電とする。
　電流制限回路５５は、ハードウェアにて構成され、電流検出値Ｉｕ＿ｄｅｔ、Ｉｖ＿ｄｔ、Ｉｗ＿ｄｅｔに基づいてスイッチング素子４１１～４１３のオンオフ作動を制御する。Ｕ相電流検出値Ｉｕ＿ｄｅｔに基づくスイッチング素子４１１のオンオフ作動を図５に基づいて説明する。
　Ｕ相電流検出値Ｉｕ＿ｄｅｔが上限値Ｘ＿ｈｉに到達するとスイッチング素子４１１をオフにし、下限値Ｘ＿ｌｏまで低下するとスイッチング素子４１１をオンにする。上限値Ｘ＿ｈｉおよび下限値Ｘ＿ｌｏは、電流制御目標値Ｘが中心となるように設定される。Ｕ相電流Ｉｕの制御幅をαとすると、上限値Ｘ＿ｈｉ＝Ｘ＋（１／２）×α、下限値Ｘ＿ｌｏ＝Ｘ－（１／２）×αである。これにより、Ｕ相電流Ｉｕは、平均として電流制御目標値Ｘに制御される。Ｖ相およびＷ相については、Ｕ相と同様であるので、説明を省略する。また、電流制御手法は、例えばフィードバック制御によるデューティ変更等であってもよい。
　ところで、ディテントローラ２６がディテントプレート２１の壁部に当接するまでモータ１０を駆動することで、モータ１０の駆動限界位置を学習する場合、耐久性等の面から、低速にて行うことが好ましい。ここで、図８に示す参考例のように、低速回転領域（例えば３００［ｒｐｍ］以下）にてモータ１０を駆動する場合、矩形波となるように電流を制御しても、ロータとステータの位置関係によるインダクタンス変化に起因するトルクリップルが発生する虞がある。具体的には、２相通電時と比較し、１相通電時のトルクが相対的に大きくなる。
　そこで本実施形態では、低速回転領域において、電流制御目標値Ｘを可変とすることで、トルクリップルを低減する。本実施形態の電流制御処理を図６のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、マイコン５１において、電流制御中に所定の周期で実行される。以下、ステップＳ１０１の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。
　Ｓ１０１では、マイコン５１は、モータ回転速度を演算する。Ｓ１０２では、マイコン５１は、低速回転領域か否か判断する。ここでは、モータ回転速度が、低速判定値（例えば３００［ｒｐｍ］）以下の場合、低速回転領域であると判定する。低速回転領域ではないと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、Ｓ１０４へ移行し、電流制御目標値Ｘを初期値Ｘａとする。低速回転領域であると判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、Ｓ１０３へ移行する。
　Ｓ１０３では、マイコン５１は、通電パターンが１相通電か否か判断する。通電パターンが１相通電ではないと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、すなわち通電パターンが２相通電の場合、Ｓ１０４へ移行し、電流制御目標値Ｘを初期値Ｘａとする。通電パターンが１相通電であると判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０５へ移行する。
　Ｓ１０５では、マイコン５１は、電流制御目標値Ｘを、初期値Ｘａから変更し、Ｘａ×ｋとする。係数ｋは、低速回転領域でのトルクリップルが抑制されるように、適合等により、０＜ｋ＜１の任意の値（例えば０．７５）に設定される。また、低速回転領域において、制御幅αについても、係数ｊを乗じることで、可変としてもよい。係数ｋ、ｊは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
　本実施形態の電流制御を図７のタイムチャートに基づいて説明する。図７では、上段から、通電パターン、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流、モータトルクとする。図８も同様である。本実施形態では、ロータとステータとの位置関係より、相対的にトルクが出やすい１相通電時の電流が２相通電時よりも小さくなるように電流制御目標値Ｘを設定し、電流波形を変動させることで、インダクタンス変化分を吸収する。これにより、トルクリップルを低減することができる。また、モータ回転位置による電流制御目標値Ｘの変更処理を低速回転領域にて行い、低速回転領域以外では行わない。これにより、マイコン負荷の増大を抑制することができる。
　以上説明したように、シフトレンジ制御装置４０は、３相の巻線１１１～１１３を有するモータ１０の駆動を制御するものであって、駆動回路部４１と、電流検出部４５と、エンコーダ１３と、ＥＣＵ５０と、を備える。駆動回路部４１は、巻線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。電流検出部４５は、巻線１１１～１１３の電流を検出する。エンコーダ１３は、モータ１０の回転位置であるモータ回転位置を検出する。
　ＥＣＵ５０は、回転速度演算部５２、目標電流演算部５３、通電指令部５４、および、電流制限回路５５を有する。回転速度演算部５２は、モータ１０の回転速度であるモータ回転速度を演算する。目標電流演算部５３は、電流制御目標値Ｘを演算する。通電指令部５４は、エンコーダ１３の検出値であるエンコーダカウント値に応じた通電相を指令する。電流制限回路５５は、巻線１１１～１１３に通電される電流が電流制御目標値Ｘと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。
　モータ回転速度が低速回転領域である場合、モータ回転位置に応じて電流制御目標値Ｘを可変にする。本実施形態では、エンコーダカウント値に応じて電流制御目標値Ｘを可変にすることで、ロータとステータのティース位置関係によって生じるトルクリップルを低減することができ、モータ１０の駆動トルクを安定させることができる。また、エンコーダカウント値に応じた電流制御目標値Ｘを可変とするのを低速回転領域に限定し、高速回転領域では電流制御目標値Ｘを可変させないことで、高速回転時におけるマイコン５１の演算負荷を低減することができる。
　ＥＣＵ５０は、モータ回転位置に応じ、巻線１１１～１１３の１相に通電する１相通電と、巻線１１１～１１３の２相に通電する２相通電とを切り替えることで、モータ１０を回転させる。目標電流演算部５３は、低速回転領域において、１相通電時の電流が２相通電時より小さくなるように電流制御目標値Ｘを設定する。これにより、通電状態やロータ位置によるモータ１０のトルク変動を抑制することができる。
　目標電流演算部５３は、モータ回転速度が低速判定値以下の場合、１相通電時の電流制御目標値を、２相通電時の電流制御目標値に換算係数ｋ（ただし０＜ｋ＜１）を乗じた値とする。これにより、１相通電時と２相通電時とでのトルク変動を適切に抑制することができる。
　電流制限回路５５は、巻線１１１～１１３に通電される電流が電流制御目標値Ｘより大きい値である上限値Ｘ＿ｈｉに到達するとスイッチング素子４１１～４１３をオフし、電流制御目標値Ｘより小さい値である下限値Ｘ＿ｌｏまで低下するとスイッチング素子４１１～４１３をオンにする。低速回転領域において、上限値Ｘ＿ｈｉと下限値Ｘ＿ｌｏとの幅である制御幅αは、１相通電時と２相通電時とで異なっている。これにより、巻線１１１～１１３に流れる電流を適切に制御することができる。
　本実施形態では、シフトレンジ制御装置４０が「モータ制御装置」、エンコーダ１３が「回転検出部」、ＥＣＵ５０が「制御部」、電流制限回路５５が「スイッチ制御部」に対応する。
　　　（他の実施形態）
　上記実施形態では、モータ回転速度が低速判定値以下の場合を低速回転領域とし、所定の係数ｋを乗じることで、１相通電時の電流制御目標値を設定する。他の実施形態では、低速回転領域において、回転速度に応じて電流制御目標値を漸減させてもよいし、ステップ的に減少させるようにしてもよい。また、上記実施形態では、１相通電時と２相通電時とで電流制御目標値を可変にしている。他の実施形態では、通電相数によらず、ロータとステータとの関係によるインダクタンス変化分を吸収できるように、モータ回転位置に応じて電流制御目標値を可変にしてもよい。
　上記実施形態では、回転速度演算部、目標電流演算部および通電指令部がマイコンにて構成され、スイッチ制御部がハード回路で構成される。他の実施形態では、制御部における各処理をソフトウェアで構成するか、ハードウェアで構成するかは問わない。
　上記実施形態では、エンコーダによりモータの回転位置を検出する。他の実施形態では、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。上記実施形態では、出力軸センサとしてポテンショメータを例示した。他の実施形態では、出力軸センサは、どのようなものであってもよい。また、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２つの凹部が設けられる。他の実施形態では、凹部の数は２つに限らず、例えばレンジ毎に凹部が設けられていてもよい。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、シフトレンジ切替システムに適用される。他の実施形態では、モータ制御装置をシフトレンジ切替システム以外の装置に適用してもよい。特に、低速回転領域にてモータから一定トルクの出力が要求される装置に好適に適用される。
　本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。以上、本開示は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、そ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。
　本開示は、実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (4)

  1. 　巻線（１１１～１１３）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、
    　前記巻線の各相に対応して設けられるスイッチング素子（４１１～４１３）を有する駆動回路部（４１）と、
    　前記巻線の電流を検出する電流検出部（４５）と、
    　前記モータの回転位置であるモータ回転位置を検出する回転検出部（１３）と、
    　前記モータの回転速度であるモータ回転速度を演算する回転速度演算部（５２）、電流制御目標値を演算する目標電流演算部（５３）、および、前記回転検出部の検出値に応じた通電相を指令する通電指令部（５４）、および、前記巻線に通電される電流が前記電流制御目標値と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スイッチ制御部（５５）を有する制御部（５０）と、
    　を備え、
    　前記モータ回転速度が低速回転領域である場合、前記モータ回転位置に応じて前記電流制御目標値を可変にするモータ制御装置。
  2. 　前記制御部は、前記モータ回転位置に応じ、前記巻線の１相に通電する１相通電と、前記巻線の２相に通電する２相通電とを切り替えることで、前記モータを回転させ、
    　前記目標電流演算部は、低速回転領域において、前記１相通電時の電流が前記２相通電時より小さくなるように前記電流制御目標値を設定する請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 　前記目標電流演算部は、前記モータ回転速度が低速判定値以下の場合、前記１相通電時の前記電流制御目標値を、前記２相通電時の前記電流制御目標値に換算係数ｋ（ただし０＜ｋ＜１）を乗じた値とする請求項２に記載のモータ制御装置。
  4. 　前記スイッチ制御部は、前記巻線に通電される電流が前記電流制御目標値より大きい値である上限値に到達すると前記スイッチング素子をオフし、前記電流制御目標値より小さい値である下限値まで低下すると前記スイッチング素子をオンするものであって、
    　前記上限値と前記下限値との幅である制御幅は、前記低速回転領域において、前記１相通電時と前記２相通電時とで異なっている請求項２または３に記載のモータ制御装置。
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