JP2005198448A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２系統の駆動コイルのうちの１系統のみに通電する低トルク駆動を何回も実行しても、ロータの回転軸や軸受が偏摩耗することを極力防止できるようにする。
【解決手段】 ＳＲモータ１３のステータコア３６に２系統の駆動コイル３８，３９を装着し、２系統の駆動コイル３８，３９をそれぞれ別個のモータドライバによって駆動するようにする。これにより、一方の系統が故障しても、他方の系統でＳＲモータ１３を駆動できると共に、駆動トルクを低下させる必要がある時に、１系統の駆動コイルのみに通電して駆動トルクを低下させる低トルク駆動を行うことができるようになっている。低トルク駆動時には、通電する駆動コイルの系統を所定パターンで切り替えることで、低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を切り替える毎に、ロータ３７に作用する電磁力の方向（偏荷重の方向）を変化させてロータ３７の回転軸や軸受の偏摩耗を防止する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ステータコアに、独立した複数系統の駆動コイルを装着し、いずれの系統の駆動コイルに通電してもそれ単独でロータを回転駆動できるように構成されたモータの制御装置に関する発明である。

モータの駆動コイルが断線すると、モータを正常に駆動できなくなるため、特許文献１（特開２００１−２７１９１７号公報）に示すように、モータのステータコアに、独立した２系統の駆動コイルを装着し、片方の系統の駆動コイルが断線したときに、残りの１系統の駆動コイルのみに通電してロータを回転駆動するようにしたものがある。
特開２００１−２７１９１７号公報（第４頁〜第８頁等）

上記構成では、１系統の駆動コイルのみでもロータを回転駆動できるように構成されているため、２系統の駆動コイルに通電してロータを回転駆動する場合は、駆動トルクが大きくなることから、このモータを使用して位置切換制御を行うシステムでは、通常よりも低トルクでロータを駆動することが好ましい場合がある。例えば、モータで位置切換機構の可動部材をその可動範囲の限界位置（ストッパ）に突き当てて基準位置を学習するシステムでは、モータの駆動トルクが大きいと、位置切換機構の各部品に負担が掛かりすぎ、故障原因になり兼ねないため、モータの駆動トルクを低下させて基準位置の学習処理を実行することが好ましい。

一般に、モータの駆動トルクは、ＰＷＭ、ＰＡＭ等によって低下させることができるが、モータ駆動回路の構成が複雑化してコストアップするという欠点がある。
そこで、通常駆動時には、２系統の駆動コイルに通電してロータを回転駆動し、駆動トルクを低下させる必要があるときに、１系統の駆動コイルのみに通電して駆動トルクを低下させる低トルク駆動モードに切り換えることが考えられる。

しかし、低トルク駆動時に常に同じ系統の駆動コイルに通電すると、ロータに作用する電磁力の方向が常に同じ通電系統の方向に偏ってしまい、ロータの回転軸と軸受との間に常に同じ方向の偏荷重が作用することになる。その結果、ロータの回転軸や軸受が偏摩耗してロータががたついたり、ロータが傾いてステータコアに接触して、最悪の場合、ロータがロック状態になってしまう可能性がある等、耐久性悪化の問題が発生する。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、複数系統の駆動コイルのうちの一部の系統の駆動コイルのみに通電する低トルク駆動を何回も実行しても、ロータの回転軸や軸受が偏摩耗することを極力防止することができて、低トルク駆動による耐久性悪化を極力防止することができるモータの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ステータコアに、独立した複数系統の駆動コイルを装着し、いずれの系統の駆動コイルに通電してもそれ単独でロータを回転駆動できるように構成されたモータの制御装置において、前記複数系統の駆動コイルのうちの一部の系統の駆動コイルのみに通電して通常よりも低トルクでロータを回転駆動する低トルク駆動時に、通電制御手段によって、通電する駆動コイルの系統を所定パターンで切り替えるようにしたものである。このようにすれば、低トルク駆動時に電磁力の偏りによる偏荷重がロータに作用しても、通電する駆動コイルの系統を切り替える毎に、ロータに作用する電磁力の方向（偏荷重の方向）を変化させることができ、ロータの回転軸と軸受との間に常に同じ方向の偏荷重が作用することを防止できる。このため、低トルク駆動を何回も実行しても、ロータの回転軸や軸受が偏摩耗することを極力防止することができて、低トルク駆動による耐久性悪化を極力防止することができる。

この場合、低トルク駆動時に駆動コイルの系統を切り替えるパターンは、様々なパターンが考えられる。例えば、請求項２のように、低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、当該系統の通電相が一巡する毎に他の系統に切り替えるようにしたり、或は、請求項３のように、低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、各通電相毎に他の系統に切り替えるようにしたり、或は、請求項５のように、低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、前回の低トルク駆動時と異なる系統に切り替えるようにしても良い。いずれの切り替えパターンを採用しても、ロータに作用する電磁力の方向（偏荷重の方向）を適宜変化させることができて、ロータの回転軸や軸受が偏摩耗することを極力防止することができる。

また、低トルク駆動中に通電する駆動コイルの系統を切り替える場合には、請求項４のように、通電する駆動コイルの系統を切り替える際に、切り替え前の系統と切り替え後の系統の両方の駆動コイルに重ねて通電するようにすると良い。このようにすれば、低トルク駆動中に通電する駆動コイルの系統を切り替える際に、駆動トルクの落ち込みがなく、安定した駆動トルクを発生させることができて、ロータを滑らかに安定して回転させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明を自動変速機のレンジ切換機構のモータ駆動システムに適用した実施例１を図面に基づいて説明する。まず、図１及び図２に基づいてレンジ切換機構１１の構成を説明する。レンジ切換機構１１は、自動変速機１２のレンジを、パーキングレンジ（Ｐ）、リバースレンジ（Ｒ）、ニュートラルレンジ（Ｎ）、ドライブレンジ（Ｄ）に切り換えるためのものである。このレンジ切換機構１１の駆動源となるモータ１３は、例えばスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）等の同期モータにより構成され、減速機構１４（図２参照）を内蔵し、この減速機構１４の回転軸に嵌合連結された出力軸１５の回転角を検出する出力軸センサ１６が設けられている。

この出力軸１５には、自動変速機１２の油圧回路のマニュアルバルブ１７を切り換えるためのディテントレバー１８が固定されている。このディテントレバー１８にはＬ字形のパーキングロッド１９が固定され、このパーキングロッド１９の先端部に設けられた円錐体２０がロックレバー２１に当接している。このロックレバー２１は、円錐体２０の位置に応じて軸２２を中心にして上下動してパーキングギヤ２３をロック／ロック解除するようになっている。このパーキングギヤ２３は、自動変速機１２の出力軸に設けられ、このパーキングギヤ２３がロックレバー２１によってロックされると、車両の駆動輪が回り止めされた状態（パーキング状態）に保持される。

また、ディテントレバー１８には、マニュアルバルブ１７のスプール弁２４が連結され、モータ１３によって出力軸１５と一体にディテントレバー１８を回動させることで、マニュアルバルブ１７のスプール弁２４の位置を切り換えて、自動変速機１２のレンジを、Ｐレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジのいずれかに切り換える。ディテントレバー１８には、スプール弁２４を上記各レンジに対応する位置に保持するための４個の凹部２５が形成されている。

一方、ディテントレバー１８を各レンジに対応する位置に保持するためのディテントバネ２６がマニュアルバルブ１７に固定され、このディテントバネ２６の先端に設けられた係合部２７がディテントレバー１８の目標レンジの凹部２５に嵌まり込むことで、ディテントレバー１８が目標レンジの回転角で保持されて、マニュアルバルブ１７のスプール弁２４の位置が目標レンジの位置で保持されるようになっている。

Ｐレンジでは、パーキングロッド１９がロックレバー２１に接近する方向に移動して、円錐体２０の太い部分がロックレバー２１を押し上げてロックレバー２１の凸部２１ａがパーキングギヤ２３に嵌まり込んでパーキングギヤ２３をロックした状態となり、それによって、自動変速機１２の出力軸（駆動輪）がロックされた状態（パーキング状態）に保持される。

一方、Ｐレンジ以外のレンジでは、パーキングロッド１９がロックレバー２１から離れる方向に移動して、円錐体２０の太い部分がロックレバー２１から抜け出てロックレバー２１が下降し、それによって、ロックレバー２１の凸部２１ａがパーキングギヤ２０から外れてパーキングギヤ２０のロックが解除され、自動変速機１２の出力軸が回転可能な状態（走行可能な状態）に保持される。

出力軸センサ１６は、モータ１３の減速機構１４の出力軸１５の回転角に応じて出力電圧がリニアに変化する回転角センサ（例えばポテンショメータ）によって構成され、その出力電圧によって現在の出力軸１５の回転角、ひいては現在のレンジがＰレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジのいずれであるかを確認できるようになっている。

次に、図３及び図４に基づいてモータ１３の構成を説明する。本実施例１では、モータ１３として、スイッチトリラクタンスモータ（以下「ＳＲモータ」と表記する）が用いられている。このＳＲモータ１３は、ステータコア３６とロータ３７が共に突極構造を持つモータで、永久磁石が不要で構造が簡単であるという利点がある。円筒状のステータコア３６の内周部には、例えば１２個の突極３６ａが等間隔に形成され、これに対して、ロータ３７の外周部には、例えば８個の突極３７ａが等間隔に形成され、ロータ３７の回転に伴い、ロータ３７の各突極３７ａがステータコア３６の各突極３６ａと微小ギャップを介して順番に対向するようになっている。ステータコア３６の１２個の突極３６ａには、２系統（ａ系統とｂ系統）の駆動コイル３８，３９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線が対称な位置に巻回されている。尚、ステータコア３６とロータ３７の突極３１ａ，３２ａの数は適宜変更しても良いことは言うまでもない。以下の説明では、一方の系統（ａ系統）の駆動コイル３８の「Ｕ相」、「Ｖ相」、「Ｗ相」をそれぞれ「Ｕａ相」、「Ｖａ相」、「Ｗａ相」と表記し、他方の系統（ｂ系統）の駆動コイル３９の「Ｕ相」、「Ｖ相」、「Ｗ相」をそれぞれ「Ｕｂ相」、「Ｖｂ相」、「Ｗｂ相」と表記する。

２系統の駆動コイル３８，３９の各相の巻線の巻回順序は、ステータコア３６の１２個の突極３６ａに対して、例えば、Ｖａ相→Ｗａ相→Ｕａ相→Ｖａ相→Ｗａ相→Ｕａ相→Ｖｂ相→Ｗｂ相→Ｕｂ相→Ｖｂ相→Ｗｂ相→Ｕｂ相の順序で巻回されている。

図４に示すように、２系統の駆動コイル３８，３９は、車両に搭載されたバッテリ４０を電源として、それぞれ別個のモータドライバ３４，３５によって駆動される。このように、駆動コイル３８，３９とモータドライバ３４，３５をそれぞれ２系統ずつ設けることで、一方の系統が故障しても、他方の系統でＳＲモータ１３を駆動できると共に、駆動トルクを低下させる必要があるとき（例えば基準位置学習時等）に、１系統の駆動コイルのみに通電して駆動トルクを低下させる低トルク駆動（１系統通電）を行うことができるようになっている。図４に示すモータドライバ３４，３５の回路構成例では、各相毎にトランジスタ等のスイッチング素子４１を１個ずつ設けたユニポーラ駆動方式の回路構成としているが、各相毎にスイッチング素子を２個ずつ設けたバイポーラ駆動方式の回路構成を採用しても良い。

各モータドライバ３４，３５の各スイッチング素子４１のオン／オフは、ＥＣＵ３３によって制御される。図２に示すように、このＥＣＵ３３と各モータドライバ３４，３５は、レンジ切換制御装置３２に搭載されている。

また、ＳＲモータ１３には、ロータ３７の回転角を検出するためのエンコーダ３１が設けられている。このエンコーダ３１は、例えば磁気式のロータリエンコーダにより構成されており、ＳＲモータ１３のロータ３７の回転に同期してＡ相、Ｂ相、Ｚ相のパルス信号をレンジ切換制御装置３２に出力するように構成されている。レンジ切換制御装置３２のＥＣＵ３３は、エンコーダ３１から出力されるＡ相信号とＢ相信号の立ち上がり／立ち下がりの両方のエッジをカウントして、そのエンコーダカウント値に応じてモータドライバ３４，３５によってＳＲモータ１３の通電相を図５の通電テーブルの順序で切り換えることでＳＲモータ１３を回転駆動する。

この際、Ａ相信号とＢ相信号の発生順序によってロータ３７の回転方向を判定し、正回転（Ｐレンジ→Ｄレンジの回転方向）ではエンコーダカウント値をカウントアップし、逆回転（Ｄレンジ→Ｐレンジの回転方向）ではエンコーダカウント値をカウントダウンする。これにより、ＳＲモータ１３が正回転／逆回転のいずれの方向に回転しても、エンコーダカウント値とＳＲモータ１３の回転角との対応関係が維持されるため、正回転／逆回転のいずれの回転方向でも、エンコーダカウント値によってＳＲモータ１３の回転角を検出して、その回転角に対応した相の巻線に通電してモータ１３を回転駆動する。尚、エンコーダ３１のＺ相信号は、ロータ３７の基準回転角を検出するのに用いられる。

運転者が自動変速機１２のシフトレバーを操作すると、ＥＣＵ３３は、シフトレバーの操作で選択されたレンジに対応する目標回転角（エンコーダカウント値の目標値）を設定して、ＳＲモータ１３への通電を開始し、エンコーダカウント値が目標値と一致する位置で停止するようにＳＲモータ１３をフィードバック制御する。通常のフィードバック制御は、２系統の駆動コイル３８，３９に通電してロータ３７を回転駆動する通常駆動（２系統通電）で実行される。

本実施例１では、通常駆動（２系統通電）は、図５の通電テーブルに従って１相通電と２相通電とを交互に切り替える１−２相励磁方式で実行されるが、１相通電のみで駆動する１相励磁方式、又は２相通電のみで駆動する２相励磁方式を採用しても良い。いずれの励磁方式でも、通常駆動（２系統通電）では、「Ｕ相」に通電する場合はＵａ相とＵｂ相に同時に通電し、「Ｖ相」に通電する場合はＶａ相とＶｂ相に同時に通電し、「Ｗ相」に通電する場合はＷａ相とＷｂ相に同時に通電する。

また、ＥＣＵ３３は、駆動トルクを低下させる必要があるとき（例えば基準位置学習時等）に、１系統の駆動コイルのみに通電して駆動トルクを低下させる低トルク駆動（１系統通電）を実行する。この低トルク駆動（１系統通電）では、図５の通電テーブルの例１〜例３のいずれかのパターンで、通電する駆動コイルの系統を切り替える。この低トルク駆動（１系統通電）でも、エンコーダカウント値に基づいて通電相を切り替えるフィードバック制御が実行される。

図５の通電テーブルの例１では、低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、当該系統の通電相が１−２相励磁方式で一巡する毎に他の系統に切り替える（Ｕａ→ＵａＶａ→Ｖａ→ＶａＷａ→Ｗａ→Ｕｂ→ＵｂＶｂ→Ｖｂ→ＶｂＷｂ→Ｗｂの順序で切り替える）。

例２では、低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、各通電相毎に他の系統に切り替える（Ｕａ→Ｖｂ→Ｗａ→Ｕｂ→Ｖａ→Ｗｂの順序で切り替える）。

例３では、低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、当該系統の通電相が１相励磁方式で一巡する毎に他の系統に切り替える（Ｗａ→Ｕａ→Ｖａ→Ｕｂ→Ｖｂ→Ｗｂ→Ｖａ→Ｗａ→Ｕａ→Ｗｂ→Ｕｂ→Ｖｂ→Ｕａ→Ｖａ→Ｗａ→Ｖｂ→Ｗｂ→Ｕｂの順序で切り替える）。

上記例１〜例３のいずれの場合も、通電する駆動コイルの系統を切り替える際に、切り替え前の系統と切り替え後の系統の両方の駆動コイル３８，３９に重ねて通電する。このようにすれば、低トルク駆動中に通電する駆動コイルの系統を切り替える際に、駆動トルクの落ち込みがなく、安定した駆動トルクを発生させることができて、ロータ３７を滑らかに安定して回転させることができる。

ＥＣＵ３３は、特許請求の範囲でいう通電制御手段として機能し、ＳＲモータ１３の起動要求が発生する毎に、図６の通電テーブル選択ルーチンを実行して、通常駆動（２系統通電）と低トルク駆動（１系統通電）のいずれか一方を選択してＳＲモータ１３を駆動する。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、低トルク駆動要求が有るか否かを判定し、低トルク駆動要求が有れば、ステップ１０２に進み、図５の通電テーブルのうちの低トルク駆動通電テーブル（例１〜例３のいずれか）を選択して、低トルク駆動を実行する。

これに対して、ステップ１０１で、低トルク駆動要求が無いと判定されれば、ステップ１０３に進み、図５の通電テーブルのうちの通常駆動通電テーブルを選択して、通常駆動を実行する。

以上説明した本実施例１によれば、２系統の駆動コイル３８，３９の片方の系統のみに通電して駆動トルクを低下させる低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、通電相が一巡する毎又は各通電相毎に切り替えるようにしたので、低トルク駆動時に電磁力の偏りによる偏荷重がロータ３７に作用しても、通電する駆動コイルの系統を切り替える毎に、ロータ３７に作用する電磁力の方向（偏荷重の方向）を変化させることができ、ロータ３７の回転軸と軸受との間に常に同じ方向の偏荷重が作用することを防止できる。このため、低トルク駆動を何回も実行しても、ロータ３７の回転軸や軸受が偏摩耗することを極力防止することができて、低トルク駆動による耐久性悪化を極力防止することができる。

上記実施例１では、低トルク駆動中に、通電する駆動コイルの系統を所定パターンで切り替えるようにしたが、本発明の実施例２では、図７の通電テーブル選択ルーチンを実行することで、低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、前回の低トルク駆動時と異なる系統に切り替えるようにしている。

図７の通電テーブル選択ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、低トルク駆動要求が有るか否かを判定し、低トルク駆動要求が有れば、ステップ２０２に進み、前回の低トルク駆動時と異なる系統の低トルク駆動通電テーブルを選択して、低トルク駆動を実行する。この低トルク駆動通電テーブルは、１−２相励磁方式、１相励磁方式、２相励磁方式のいずれかの方式で、通電相を切り替えるように設定されている。

これに対して、ステップ２０１で、低トルク駆動要求が無いと判定されれば、ステップ２０３に進み、通常駆動通電テーブルを選択して、通常駆動を実行する。

以上説明した本実施例２では、低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、前回の低トルク駆動時と異なる系統に切り替えるようにしたので、低トルク駆動時に電磁力の偏りによる偏荷重がロータ３７に作用しても、通電する駆動コイルの系統を切り替える毎に、ロータ３７に作用する電磁力の方向（偏荷重の方向）を変化させることができて、ロータ３７の回転軸や軸受が偏摩耗することを極力防止することができて、低トルク駆動による耐久性悪化を極力防止することができる。

尚、上記実施例１，２では、ＳＲモータ１３を駆動する駆動コイル３８，３９を２系統設けたが、これを３系統以上設けても良い。３系統以上の場合は、低トルク駆動時に２系統の駆動コイルに通電したり、１系統の駆動コイルのみに通電するようにしても良く、この場合でも、低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を所定パターンで切り替えるようにすれば良い。

また、上記実施例１，２のレンジ切換装置は、Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄの各レンジに切り換えるようにしたが、これに加えて、セカンドレンジ（２）やローレンジ（Ｌ）を追加しても良く、或は、ＰレンジとＮｏｔＰレンジの２つのレンジのみを切り換えるレンジ切換装置にも本発明を適用して実施できる。

その他、本発明は、レンジ切換装置に限定されず、ＳＲモータ等の同期モータを駆動源とする各種の装置に適用して実施できることは言うまでもない。

本発明の実施例１のレンジ切換装置を示す斜視図である。 レンジ切換装置の制御システム全体の構成を概略的に示す図である。 ＳＲモータの構成を説明する図である。 ＳＲモータを駆動する回路構成を説明する図である。 通電テーブルを説明する図である。 実施例１の通電テーブル選択ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の通電テーブル選択ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…レンジ切換機構、１２…自動変速機、１３…モータ、１４…減速機構、１５…出力軸、１６…出力軸センサ、１７…マニュアルバルブ、１８…ディテントレバー、１９…パーキングロッド、２１…ロックレバー、２３…パーキングギヤ、２６…ディテントバネ、３１…エンコーダ、３３…ＥＣＵ（通電制御手段）、３４，３５…モータドライバ、３６…ステータコア、３７…ロータ、３８，３９…駆動コイル。

Claims (5)

1. ステータコアに、独立した複数系統の駆動コイルを装着し、いずれの系統の駆動コイルに通電してもそれ単独でロータを回転駆動できるように構成されたモータの制御装置において、
   前記複数系統の駆動コイルのうちの一部の系統の駆動コイルのみに通電して通常よりも低トルクで前記ロータを回転駆動する低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を所定パターンで切り替える通電制御手段を備えていることを特徴とするモータの制御装置。
2. 前記通電制御手段は、前記低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、当該系統の通電相が一巡する毎に他の系統に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。
3. 前記通電制御手段は、前記低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、各通電相毎に他の系統に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。
4. 前記通電制御手段は、前記低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を切り替える際に、切り替え前の系統と切り替え後の系統の両方の駆動コイルに重ねて通電することを特徴とする請求項２又は３に記載のモータの制御装置。
5. 前記通電制御手段は、前記低トルク駆動時に、通電する駆動コイルの系統を、前回の低トルク駆動時と異なる系統に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。

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