JP6580156B2 - 電気機械装置、モータ制御装置及び回転制御方法 - Google Patents

電気機械装置、モータ制御装置及び回転制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、電気機械装置、モータ制御装置及び回転制御方法に関するものである。
モータを搭載した電気機械装置は、モータの回転軸の回転によって種々の部材を動かす。例えば、車両に搭載された、電気機械装置の一種であるシフト装置は、操作ノブの操作によってトランスミッションを切り替える。そのような電気機械装置には、イグニッションスイッチがオンになると、操作パネルと面一に収納されている操作ノブが操作パネルから突出するものがある。操作ノブの移動は、モータの回転を並進移動に変換して行われる。操作ノブは、車両の運転に必要であるから、決められた時間内に定位置へ移動させる必要がある。
特許文献１には、動作開始時に一定の割合で駆動デューティ比を上昇させてソフトスタートを行い、目標速度よりも低く設定されたソフトスタート終了判定速度に達したら、定速度制御に移行する。この速度制御には、モータを加速する際に、モータの駆動制御出力値と駆動電流との関係をマップ化した一つの制御パターンを用いて、その実駆動電流制御出力値とその時の駆動電流を検出して、マップに基づいた駆動電流の出力値とを判定値として比較することで、速度制御することが開示されている。
また、特許文献２には、移動時は高速で一定速度で動き、停止時に速やかに静かに停止するモータ制御方法が開示されている。
特開２００２−３４５２９４号公報 特開２００７−２０９１７９号公報
ところで、上述した従来の技術では、操作ノブを移動範囲の上端または下端から動作を開始する場合には前述したマップ化した１つのパターン等を用いて速度制御を行っても問題はない。しかしながら、操作ノブが移動中に外力が加えられる等の要因によって停止し、その後に移動を再開する場合、上記パターンで規定された正規移動開始位置に対応した目標速度をそのまま用いると、移動再開位置において、通常の移動開始時の速度より早い速度で移動開始が行われることになる。また、移動開始位置において、移動開始時に求められる加速カーブ特性を得られない。
そのため、操作ノブの移動再開時の速度追従誤差が大きくなると共に、大電流が流れ、駆動回路に高い性能が要求されてしまうという問題がある。また、操作ノブの移動再開時に大きなトルクが印加され、電気機械装置内のギアなどの部材の衝突音が発生してしまうという問題がある。人間が近くにいる環境や、閉鎖された静かな環境では、小さな衝突音も騒音に感じられる場合がある。そこで、電気機械装置の移動再開時のわずかな音も抑制したいという要求が存在する。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、中間開始位置から回転を再開する場合でも、適切な目標回転速度を用いて回転制御を行うことができる電気機械装置、モータ制御装置及び回転制御方法を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明の電気機械装置は、回転軸を含み、制御に応じた角度位置に向かうトルクを前記回転軸に印加するモータと、前記回転軸の角度位置を検知する回転センサと、前記回転センサで検知された角度位置に応じて前記回転軸の回転速度を制御するモータ制御部と、を備え、前記モータ制御部は、前記回転センサの検知結果を基に、前記回転軸の回転開始位置が予め決められた正規回転開始位置であるか否かを判断し、前記正規回転開始位置ではない中間開始位置であると判断した場合に、前記中間開始位置を基準として前記角度位置と相対目標回転速度との関係を規定した相対パターンを用いて、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度となるように前記モータを制御し、
前記正規回転開始位置を基準として前記角度位置と絶対目標回転速度との関係を規定した絶対パターンを用いて前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度を特定し、前記特定した絶対目標回転速度が、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度より大きいという条件を満たさない場合に、前記絶対パターンを用いて、前記角度位置に対応した前記絶対目標回転速度となるように前記モータを制御する。
この構成によれば、前記回転軸の回転開始位置が中間開始位置である場合（すなわち、前記回転軸の回転を途中に停止して再開する場合）に、前記正規回転開始位置を基準として規定された絶対パターンを用いずに、前記中間開始位置を基準とした前記相対パターンを用いて、目標回転速度（相対目標回転速度）を規定する。そのため、前記相対パターンとして適切なパターンを規定することで、中間開始位置において、絶対パターンで規定された高速な絶対目標回転速度が用いられることはなく、低速な相対目標回転速度を用いて、大電流が流れることを防止すると共に速度追従誤差を小さくする。また、駆動回路の要求仕様を低くすることができる。また、回転軸にギアなどが連結されている場合に、急激に大きなトルクが生じてギアが高速で回転開始することを抑制でき、衝突音を抑えることができる。すなわち、中間開始位置において絶対パターンを用いると、開始時の加速度カーブ特性が不十分であり、初期の目標回転速度が大きくなってしまうが、本発明によれば、このような課題を解決できる。
また、この構成によれば、前記相対パターンを用いて回転制御を行っている間に、前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度が前記相対目標回転速度より大きいという条件を満たさなくなると、前記絶対パターンを用いるようにモータ制御を切り変える。そのため、前記相対目標回転速度が前記絶対目標回転速度に達した後は、前記回転軸の回転が途中で停止しなかった場合と同じ目標回転速度にすることができる。これにより回転停止位置付近の目標回転速度を一定にできる。
好適には本発明の電気機械装置の前記モータ制御部は、前記前記回転センサの検知結果を基に、前記回転軸の回転開始位置が前記正規回転開始位置であると判断した場合に、前記絶対パターンを用いて、前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度となるように前記モータを制御する。
この構成によれば、前記回転軸の回転開始位置が前記正規回転開始位置である場合に、前記相対パターンを用いることなく、前記絶対パターンを用いて、前記モータを制御できる。
好適には本発明の電気機械装置は、前記相対パターンと前記絶対パターンとで、最大目標回転速度および当該最大目標回転速度に達する迄の加速度が同じである。
この構成によれば、前記相対モードと前記絶対モードとの間で切り換えを行っても、目標回転速度の変化を滑らかにできる。
好適には本発明の電気機械装置は、前記相対パターンにおける前記相対目標回転速度の増加開始角度位置は、前記絶対パターンにおける前記絶対目標回転速度の増加開始角度位置より大きく、且つ、前記相対パターンにおける前記相対目標回転速度の前記最大目標回転速度からの減少開始角度位置は、前記絶対パターンにおける前記絶対目標回転速度の前記最大目標回転速度からの減少開始角度位置より大きい。
この構成によれば、前記中間開始位置において、前記絶対パターンで規定された絶対目標回転速度より低速な相対目標回転速度を用いることができ、大電流が流れることを防止すると共に速度追従誤差を小さくできる。
好適には本発明の電気機械装置は、前記相対パターンは、前記絶対パターンを用いて生成される。
この構成によれば、絶対パターンを用いて、前記相対パターンを生成することができ、簡単かつ安価な構成で実現できる。
好適には本発明の電気機械装置は、前記相対パターンと前記絶対パターンとは同じ形をしている。
この構成によれば、絶対パターンを用いて、前記相対パターンを生成することができ、簡単かつ安価な構成で実現できる。
好適には本発明の電気機械装置は、操作ノブと、前記回転軸の回転に伴って所定の経路に沿って前記操作ノブを移動させる移動機構と、をさらに備え、前記操作ノブによりトランスミッションを切り替える。
この構成によれば、操作ノブが移動機構により移動中に外力などが加わり途中で停止し、再度、移動を開始する場合に、大電流が流れることを防止できる。また、移動機構に急激な回転等が生じて衝突音が生じることを抑制できる。
好適には本発明の電気機械装置の前記相対パターンおよび前記絶対パターンは、前記操作ノブの正規回転開始位置から正規回転終了位置の間の目標位置到達時間、騒音、停止精度および駆動電流の全ての要求仕様を達成できるように規定されている。
本発明のモータ制御装置は、回転軸を含み制御に応じた角度位置に向かうトルクを前記回転軸に印加するモータを制御するモータ制御装置であって、前記回転軸の角度位置を検知する回転センサと、前記回転センサで検知された角度位置に応じて前記回転軸の回転速度を制御するモータ制御部と、を備え、前記モータ制御部は、前記回転センサの検知結果を基に、前記回転軸の回転開始位置が予め決められた正規回転開始位置であるか否かを判断し、前記正規回転開始位置ではない中間開始位置であると判断した場合に、前記中間開始位置を基準として前記角度位置と相対目標回転速度との関係を規定した相対パターンを用いて、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度となるように前記モータを制御し、前記正規回転開始位置を基準として前記角度位置と絶対目標回転速度との関係を規定した絶対パターンを用いて前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度を特定し、前記特定した絶対目標回転速度が、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度より大きいという条件を満たさない場合に、前記絶対パターンを用いて、前記角度位置に対応した前記絶対目標回転速度となるように前記モータを制御する。
本発明のモータ制御方法は、回転軸を含み制御に応じた角度位置に向かうトルクを前記回転軸に印加するモータの回転速度を制御するモータ制御方法であって、前記回転軸の角度位置を検知する回転センサの検知結果を基に、前記回転軸の回転開始位置が予め決められた正規回転開始位置であるか否かを判断し、前記正規回転開始位置ではない中間開始位置であると判断した場合に、前記中間開始位置を基準として前記角度位置と相対目標回転速度との関係を規定した相対パターンを用いて、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度となるように前記モータを制御し、前記正規回転開始位置を基準として前記角度位置と絶対目標回転速度との関係を規定した絶対パターンを用いて前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度を特定し、前記特定した絶対目標回転速度が、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度より大きいという条件を満たさない場合に、前記絶対パターンを用いて、前記角度位置に対応した前記絶対目標回転速度となるように前記モータを制御する。
本発明によれば、中間開始位置から回転を再開する場合でも、適切な目標回転速度を用いて回転制御を行うことができる電気機械装置、モータ制御装置及び回転制御方法を提供することができる。
本発明の実施形態の電気機械装置の斜視図である。 図１の電気機械装置の他の斜視図である。 図１の電気機械装置の３−３線における断面図である。 図２の電気機械装置の４−４線における断面図である。 モータの一部の構成要素の配置を示す概念図である。 図１の電気機械装置の制御系統の構成図である。 図６に示す制御部が、回転軸の回転制御に用いる相対パターンおよび絶対パターンを説明するための図である。 図６に示す制御部の切換え動作で新たに生成される速度制御用のパターンを示す図である。 図６に示す制御部による回転軸の回転制御方法を説明するためのフローチャートである。 従来の電気機械装置における目標回転速度制御を説明するための図である。
本実施形態の電気機械装置１００は、操作ノブの昇降と回転の各機能を有する電子シフターであって、この昇降駆動するモータの速度カーブ制御は、パラメータを最適な状態で行うと共に、任意の位置から操作ノブの昇降を再開しても急激に大きなトルクが生じることがなく、且つ所定の位置に精度良く操作ノブを位置付けることが可能である。
（構成）
以下、本発明の実施形態に係る電気機械装置について説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る電気機械装置１００の異なる状態を示す斜視図である。電気機械装置１００は、図示しない車両に搭載されるシフト装置である。本実施形態における上下方向は、説明の便宜のために規定されているのであって、実際の使用方向を限定するわけではない。
図３は、操作ノブ１２０が突出位置にある図１の電気機械装置１００を、３−３線と操作ノブ１２０の移動方向である上下方向とを含む平面で切断して、矢印の方向に見た、概略の断面図である。図４は、操作ノブ１２０が収納位置にある図２の電気機械装置１００を、４−４線と操作ノブ１２０の上下方向とを含む平面で切断して、矢印の方向に見た、概略の断面図である。
図１に示すように、電気機械装置１００は、筐体１１０と操作ノブ１２０とを備える。電気機械装置１００の構成要素は、操作ノブ１２０を除いて筐体１１０内に収容されている。筐体１１０は、なくてもよい。
操作ノブ１２０は、使用者による回転操作を受けて、トランスミッションを切り替える。操作ノブ１２０は、筐体１１０から上方に突出した図１の突出位置と、筐体１１０に収納された図２に示す収納位置との間で移動する。例えば、車両の図示しないイグニッションスイッチをオンにすると、図２の収納位置から図１の突出位置に移動し、イグニッションスイッチをオフにすることにより、図１の突出位置から図２の収納位置に移動する。
図３に示すように、電気機械装置１００は、モータ１３０を備える。本実施形態のモータ１３０は、４極６スロットの三相ブラシレスモータであるが、他のブラシレスモータであってもよく、ステッピングモータなどの他のモータであってもよい。モータ１３０は、カバー１３１と、カバー１３１内からカバー１３１の外まで上方に突設された回転軸１３２と、カバー１３１内で、回転軸１３２の周囲に配設された固定子１３３とを含む。回転軸１３２の円筒状の外周曲面は、ウォームギアとして機能するように溝が設けられている。
図５は、モータ１３０の一部の構成要素を上方から見たときの配置を示す概念図である。回転軸１３２は、上下方向に沿った仮想的な中心線１３５の周りで回転する。回転軸１３２の下端は、ＮＳＮＳの４極を回転方向に均等に並べた磁石を備えており、回転子として機能する。この回転子の周りには、６スロットの固定子１３３として、６つのコイル（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）が配設される。コイルＵ１、コイルＶ１、コイルＷ１、コイルＵ２、コイルＶ２及びコイルＷ２は、この順序で中心線１３５の周りを反時計回りに６０度の間隔で配設される。
モータ１３０は、一般的な三相ブラシレスモータの制御方法と同様に制御される。固定子１３３を構成するコイルに印加する制御信号の経時的な変化によって、回転方向と回転速度が決まる。
モータ１３０は、後述する制御部１８０の制御に応じた角度位置に向かうトルクを回転軸１３２に印加する。停止制御時には、回転軸１３２の一回転を１２等分した角度ごとに配置される１２個の角度位置のいずれかを停止目標とする。固定子１３３に印加される信号の違いによって停止目標が決まる。すなわち、モータ１３０は、外部からの信号の切り替えに応じて、設定された停止目標に向かうトルクを回転軸１３２に印加するように制御される。
ただし、コイルＵ１とコイルＵ２とに同じ信号が印加され、コイルＶ１とコイルＶ２とに同じ信号が印加され、コイルＷ１とコイルＷ２とに同じ信号が印加される。すなわち、固定子１３３には、中心線１３５の周りで１８０度ごとに対称的な信号が印加される。さらに、回転軸１３２の極の配置は、中心線１３５の周りに１８０度単位で同じである。従って、ある角度位置を停止目標とすることは、中心線１３５の周りで１８０度回転した角度位置を停止目標とすることでもある。例えば、一方のＳ極にコイルＶ１へ向かうトルクが印加されるのは、当該一方のＳ極がコイルＶ１を中心とする前後９０度の範囲にある場合であり、コイルＶ１を中心とする前後９０度の範囲から外れると、当該一方のＳ極はコイルＶ２に向かうトルクを受ける。本明細書では、順次設定される停止目標の前後９０度の範囲を越えて回転軸１３２が回転しない場合について説明する。
モータ１３０は、さらに、中心線１３５の周りに６０度間隔で配設された、３つの回転センサ１３４を含む。回転センサ１３４は、磁気センサであり、より具体的には、ホール効果を利用したホール素子である。回転センサ１３４は、回転軸１３２の角度位置を検出する。回転センサ１３４（ＨＵ）は、コイルＷ２とコイルＵ１との間に配設されている。回転センサ１３４（ＨＶ）は、コイルＵ１とコイルＶ１との間に配設されている。回転センサ１３４（ＨＷ）は、コイルＶ１とコイルＷ１との間に配設されている。
３つの回転センサ１３４から出力される信号のパターンに基づいて、回転軸１３２の回転方向と、角度位置がわかる。角度位置は、回転軸１３２が回転した角度に対応する。回転センサ１３４は、回転軸１３２の角度位置を、所定幅の角度範囲単位で検知する。この１単位となる角度範囲を検知範囲と呼ぶ
図３に示すように、電気機械装置１００は、さらに、昇降軸１４１、昇降台１４２、及び従動ギア片１４３を備える。昇降軸１４１は、操作ノブ１２０と一体的に連結されており、中心線１３５の周りで操作ノブ１２０と一体的に回転する。昇降台１４２は、昇降軸１４１を回転可能に保持する。昇降台１４２は、上下方向に移動可能である一方で、中心線１３５の周りで回転できないように、図示しない要素で制限されている。従動ギア片１４３は、昇降台１４２に固定されており、回転軸１３２の周囲に配設されている。従動ギア片１４３は、回転軸１３２を臨む面に、回転軸１３２のウォームギアにかみ合うギア溝をもつ。
回転軸１３２が回転すると、従動ギア片１４３は回転せずに上下に移動する。回転軸１３２の回転にともなって、従動ギア片１４３、昇降台１４２、昇降軸１４１及び操作ノブ１２０が一体的に上下に移動する。従動ギア片１４３及び昇降台１４２は中心線１３５の周りで回転しないが、操作ノブ１２０及び昇降軸１４１は中心線１３５の周りで両方向に回転可能である。操作ノブ１２０及び昇降軸１４１は、回転軸１３２の回転とは無関係に回転させることができる。回転軸１３２のウォームギア及び従動ギア片１４３が、回転軸１３２の回転に伴って所定の経路に沿って操作ノブ１２０を移動させる移動機構として機能する。所定の経路は、中心線１３５に平行な直線である。
昇降台１４２は、後で詳細に説明する２つの下遮光片１４４ａ及び上遮光片１４４ｂ（以下、区別せずに遮光片１４４と呼ぶ場合がある）をもつ。下遮光片１４４ａは、昇降台１４２の一部から下向きに突設されており、上遮光片１４４ｂは、昇降台１４２の一部から上向きに突設されている。遮光片１４４の上下方向の移動量は、操作ノブ１２０の移動量に等しい。
電気機械装置１００は、さらに、回路基板１５０を備える。回路基板１５０は、筐体１１０の内部の空間を上下に区画するように配設されている。回路基板１５０は、操作ノブ１２０と昇降台１４２との間に配設され、昇降軸１４１が回路基板１５０に触れずに貫通するように配設されている。
電気機械装置１００は、さらに、下位置センサ１５１ａ及び上位置センサ１５１ｂ（以下、区別せずに位置センサ１５１と呼ぶ場合がある）を備える。位置センサ１５１は、遮光片１４４の位置を検知することより、間接的に操作ノブ１２０の位置を検知するフォトセンサである。下位置センサ１５１ａは、筐体１１０内部の底面に配設されており、下遮光片１４４ａの位置を検知する。上位置センサ１５１ｂは、回路基板１５０の下面に配設されており、上遮光片１４４ｂの位置を検知する。
位置センサ１５１は、上下のいずれか一方に開口をもつ内部空間を画定している。位置センサ１５１は、内部空間内に物体が存在するか否かを光により検知する。位置センサ１５１は、内部空間内に遮光片１４４が存在する場合にオンとなり、内部空間内に遮光片１４４が存在しない場合にオフとなる。上下方向において、遮光片１４４の移動量と操作ノブ１２０の移動量とが同じである。位置センサ１５１は、遮光片１４４を通じて間接的に、操作ノブ１２０の位置を検知する。操作ノブ１２０は、遮光片１４４が下位置センサ１５１ａをオンにする収納位置と、遮光片１４４が上位置センサ１５１ｂをオンにする突出位置との間で上下に移動する。
電気機械装置１００は、さらに、回路基板１５０に搭載された操作検知部１６０を備える。操作検知部１６０は、回路基板１５０の両側に配設された２つの回転盤１６１と、回転盤１６１の操作量センサ１６２とを含む。昇降軸１４１は、回転盤１６１を貫くように配設されている。昇降軸１４１の円筒状側面には上下方向に延在する溝が設けられており、回転盤１６１の係合片が昇降軸１４１の溝に係合している。回転盤１６１は、図示しない構成要素により、中心線１３５の周りに回転可能としながら、上下に移動しないように回路基板１５０に拘束されている。
昇降軸１４１が上下に移動するとき、回転盤１６１の係合片が昇降軸１４１の溝の中で摺動するため、回転盤１６１は上下に移動しない。昇降軸１４１が、中心線１３５の周りで回転すると、回転盤１６１の係合片が昇降軸１４１の溝に押されるため、回転盤１６１が昇降軸１４１と共に回転する。回転盤１６１の回転量は、磁気センサで構成される操作量センサ１６２によって検知される。すなわち、操作ノブ１２０の回転操作は、昇降軸１４１及び回転盤１６１を通じて、操作量センサ１６２によって検知される。なお、操作ノブ１２０の回転操作の検出手段はこれに限るわけではない。
（制御系統）
図６は、電気機械装置１００の上下の移動を制御することに関連する制御系統の構成図である。電気機械装置１００は、図３に示す回路基板１５０に搭載された、図６に示すモータ駆動回路１７０、制御部１８０及び記憶装置１９０を備える。
モータ駆動回路１７０は、制御部１８０からの指示に基づいてモータ１３０を制御して、回転軸１３２（図３）を所望の方向及び所望の速度で回転させ、並びに、回転軸１３２（図３）を停止させる。
制御部１８０は、中央演算処理装置である。記憶装置１９０は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ；ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）である。記憶装置１９０は、情報を記憶できる他の装置であってもよい。
制御部１８０は、記憶装置１９０に記憶されたプログラムを読み込んで実行することにより電気機械装置１００の種々の制御を行う。制御部１８０は、他の構成要素で構成されていてもよく、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）であってもよい。
制御部１８０は、モータ駆動回路１７０、下位置センサ１５１ａ、上位置センサ１５１ｂ、回転センサ１３４（ＨＵ）、回転センサ１３４（ＨＶ）及び回転センサ１３４（ＨＷ）に接続されている。
制御部１８０は、記憶装置１９０に記憶されたプログラムを読み込んで実行することにより、モータ制御部として機能する。
また、制御部１８０は、駆動波形発生し、モータ駆動回路１７０に対して三相駆動制御を行う。また、制御部１８０は、回転センサ１３４からの検知結果を基に、回転軸１３２の回転位置を、回転速度、回転加速度を算出する処理を行い、これらの結果を基に駆動波形を発生する。
制御部１８０は、回転軸１３２を回転させる場合に、回転センサ１３４で検知された回転軸１３２の角度位置を基に、停止目標の角度位置に向かう目標回転速度になるようにトルクを回転軸１３２に印加する。
図７は、図６に示す制御部１８０が、回転軸１３２の回転制御に用いる相対パターン３１および絶対パターン３３を説明するための図である。
図７において、横軸は回転軸１３２の回転（角度）位置を回転センサ１３４のカウント値で示しており、縦軸は回転速度（ｄｅｇ／ｓ）を示している。また、横軸の回転位置において、「０」は操作ノブ１２０が最下端（図２に示す収容位置：正規回転開始位置）にあるときのカウント値である。
図７に示すように、相対パターン３１および絶対パターン３３は、回転軸１３２の角度位置と目標回転速度との関係を規定している。本実施形態では、相対パターン３１が規定する目標回転速度を相対目標回転速度と呼び、絶対パターン３３が規定する目標回転速度を絶対目標回転速度と呼ぶ。
本実施形態では、図２に示す収容位置に操作ノブ１２０があるときの回転軸１３２の角度位置である正規回転開始位置３３ａと、図１に示す突出位置に操作ノブ１２０があるときの回転軸１３２の角度位置との間の角度位置（回転位置）を、中間開始位置３１ａと呼ぶ。操作ノブ１２０が図２に示す収容位置から図１に示す突出位置に移動している過程で外力等の要因で停止し、再度移動を開始する場合に、当該移動開始位置を中間開始位置と呼ぶ。
相対パターン３１は、中間開始位置３１ａを基準として回転軸１３２の角度位置と相対目標回転速度との関係を規定している。
また、絶対パターン３３は、正規回転開始位置３３ａを基準として回転軸１３２の角度位置と絶対目標回転速度との関係を予め決め規定している。
なお、本実施形態において、相対パターン３１と絶対パターン３３とは同じ形状のパターンである。
制御部１８０は、絶対パターン３３を基に相対パターン３１を生成する。例えば、制御部１８０は、記憶装置１９０に記憶されている絶対パターン３３のパターンデータを読み出し、これを中間開始位置３１ａを開始位置とするように処理して相対パターン３１を生成する。すべての中間開始位置３１ａからのパターンを持つ必要がないので、データ量を小さくできる。
相対パターン３１と絶対パターン３３とでは、最大目標回転速度ｗｍａｘ、初期回転速度ｗｍｉｎから最大目標回転速度ｗｍａｘに達する迄の加速度が同じである。
また、相対パターン３１における相対目標回転速度の増加開始角度位置である中間開始位置３１ａは、絶対パターンにおける絶対目標回転速度の増加開始角度位置である正規回転開始位置３３ａより大きい。
また、相対パターン３１における相対目標回転速度の最大目標回転速度ｗｍａｘからの減少開始角度位置３１ｂは、絶対パターン３３における絶対目標回転速度の最大目標回転速度からの減少開始角度位置３３ｂより大きい。
本実施形態では、相対パターン３１は、絶対パターン３３は形が同じであり、増加回転角度位置がずれている。
相対パターン３１および絶対パターン３３は、操作ノブ１２０の正規回転開始位置３３ａから正規回転終了位置の間の目標位置到達時間、騒音、停止精度および駆動電流の全ての要求仕様を達成できるように規定されている。
相対パターン３１および絶対パターン３３は、例えば、記憶装置１９０に記憶されたテーブルデータとして実現してもよし、回転位置を変数として目標回転速度を出力する関数として実現してもよい。
制御部１８０は、回転軸１３２が正規回転開始位置３３ａから回転を開始する場合、すなわち操作ノブ１２０が図２に示す収容位置から上方に移動する場合には、図７に示す絶対パターン３３を用いて、回転センサ１３４で検知された角度位置に対応した絶対回転速度を特定し、当該特定した絶対回転速度になるように回転軸１３２の回転を制御する絶対モードで動作する。
制御部１８０は、回転軸１３２が中間開始位置３１ａから回転を開始する場合、すなわち操作ノブ１２０が図２に示す収容位置と図１に示す突出位置との間から上方に移動する場合には、図７に示す相対パターン３１を用いて、回転センサ１３４で検知された角度位置に対応した相対目標回転速度を特定し、当該特定した相対目標回転速度になるように回転軸１３２の回転を制御する相対モードで動作する。
また、制御部１８０は、上記相対モードで回転軸１３２の回転を制御している間に、回転センサ１３４で検知された角度位置に対応した絶対目標回転速度を、絶対パターン３３を用いて特定する。
そして、制御部１８０は、当該特定した絶対目標回転速度が、前記検知された角度位置に対応して特定された相対目標回転速度より大きいという条件を満たない場合に、回転制御モードを相対モードから絶対モードに切り換える。
これにより、図８に示すように、新たな動的パターン３５を用いて、回転センサ１３４で検知された角度位置に対応した回転速度を特定し、当該特定した回転速度になるように回転軸１３２の回転を適切に制御することができる。
以下、図６に示す制御部１８０による回転軸１３２の回転制御方法を説明する。
図９は、図６に示す制御部１８０による回転軸１３２の回転制御方法を説明するためのフローチャートである。
ステップＳＴ１：
制御部１８０は、位置センサ１５１の検知結果に基づいて、操作ノブ１２０の上昇動作が中間開始位置からであるか否かを判断する。制御部１８０は、肯定判定の場合にステップＳＴ２に進み、否定判定の場合にステップＳＴ３に進む。
ステップＳＴ２：
制御部１８０は、回転制御モードを相対モードに設定する。このとき、例えば、前回、操作ノブ１２０の上昇動作を停止した時の回転センサ１３４のカウンタ値を、中間開始位置３１ａとして用いる。
ステップＳＴ３：
制御部１８０は、回転制御モードを絶対モードに設定する。このとき、図２に示す収容位置における回転センサ１３４のカウント値である「０」が正規回転開始位置３３ａとなる。
ステップＳＴ４：
制御部１８０は、相対モードの場合に、相対パターン３１を用いて、回転センサ１３４で検知された角度位置に対応した相対目標回転速度を特定する。
また、制御部１８０は、絶対パターン３３を用いて、回転センサ１３４で検知された角度位置に対応した絶対目標回転速度を特定する。
ステップＳＴ５：
制御部１８０は、回転制御モードが相対モードである場合にステップＳＴ６に進み、絶対モードである場合にステップＳＴ９に進む。
ステップＳＴ６：
制御部１８０は、ステップＳＴ４で特定した相対目標回転速度より絶対目標回転速度が大きいか否かを判断する。そして、制御部１８０は肯定判定の場合にステップＳＴ７に進み、否定判定の場合にステップＳＴ８に進む。
ステップＳＴ７：
制御部１８０は、ステップＳＴ４で特定した相対目標回転速度を目標速度として回転軸１３２の回転を制御する。
ステップＳＴ８：
制御部１８０は、回転制御モードを、相対モードから絶対モードに切り換える。
ステップＳＴ９：
制御部１８０は、ステップＳＴ４で特定した絶対目標回転速度を目標速度として回転軸１３２の回転を制御する。
ステップＳＴ１０：
制御部１８０は、ステップＳＴ７，ＳＴ９の処理終了後に所定の処理周期待ちをしてステップＳＴ４の処理に戻る。
以上説明したように、本実施形態に係る電気機械装置１００によれば、回転軸１３２の回転開始位置が中間開始位置３１ａである場合（すなわち、回転軸１３２の回転を途中で停止して再開する場合）に、正規回転開始位置３３ａを基準として規定された絶対パターン３３を用いずに、中間開始位置３１ａを基準とした相対パターン３１を用いて、目標回転速度（相対目標回転速度）を規定する。
このように、中間開始位置３１ａから回転を再開する場合に、図７に示す相対パターン３１を用いることで、中間開始位置３１ａにおいて、図１０に示すように、絶対パターン３３で規定された高速な絶対目標回転速度を用いることなく、低速な相対目標回転速度を用いて、大電流が流れることを防止すると共に速度追従誤差を小さくできる。また、駆動回路の要求仕様を低くすることができる。また、回転軸１３２にギアなどが連結されている場合に、急激に大きなトルクが生じてギアが高速で回転開始することを抑制でき、衝突音を抑えることができる。すなわち、中間開始位置３１ａにおいて絶対パターン３３を用いると、回転再開時の加速度カーブ特性が不十分であり、初期の目標回転速度が大きくなってしまうが、電気機械装置１００よれば、このような課題を解決できる。
また、電気機械装置１００によれば、相対パターン３１を用いて回転制御を行っている間に、回転センサ１３４で検知された角度位置に対応した絶対目標回転速度が相対目標回転速度より大きいという条件を満たさなくなると、絶対パターン３３を用いるようにモータ制御を切り変える。そのため、相対目標回転速度が絶対目標回転速度に達した後は、回転軸１３２の回転が途中で停止しなかった場合と同じ目標回転速度にすることができる。これにより回転停止位置付近の目標回転速度を一定にできる。
また、電気機械装置１００では、制御部１８０は、回転センサ１３４の検知結果を基に、回転軸１３２の回転開始位置が正規回転開始位置３３ａであると判断した場合に、絶対パターン３３を用いて、検知された角度位置に対応した絶対目標回転速度となるようにモータ１３０を制御する。そのため、回転軸１３２の回転開始位置が正規回転開始位置３３ａである場合に、相対パターン３１を用いることなく、絶対パターン３３を用いてモータ１３０を制御できる。
また、電気機械装置１００では、図７に示す相対パターン３１と絶対パターン３３とで、最大目標回転速度および当該最大目標回転速度に達する迄の加速度が同じである。そのため、相対パターン３１と絶対パターン３３との間で切り換えを行っても、目標回転速度の変化を滑らかにできる。
また、電気機械装置１００では、図７に示すように、相対パターン３１における相対目標回転速度の増加開始角度位置（中間開始位置３１ａ）は、絶対パター３３における絶対目標回転速度の増加開始角度位置（正規回転開始位置３３ａ）より大きく、且つ、相対パターン３１における相対目標回転速度の最大目標回転速度からの減少開始角度位置３１ｂは、絶対パターン３３における絶対目標回転速度の最大目標回転速度からの減少開始角度位置３３ｂより大きい。
そのため、中間開始位置３１ａにおいて、絶対パターン３３で規定された絶対目標回転速度より低速な相対目標回転速度を用いることができ、大電流が流れることを防止すると共に速度追従誤差を小さくできる。
また、電気機械装置１００では、相対パターン３１は、絶対パターン３３を用いて生成される。また、電気機械装置１００では、相対パターン３１と絶対パターン３３とは同じ形をしている。そのため、全ての中間開始位置３１ａについて相対パターン３１を準備する必要がなく、簡単かつ安価な構成で実現できる。また、中間開始位置３１ａから回転を再開する場合に、正規回転開始位置３３ａから回転を開始する場合と同じ回転加速度パターンを実現できる。
本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
上述した実施形態では、操作ノブ１２０が図２に示す収容位置から図１に示す突出位置に移動する場合を例示したが、図１に示す突出位置から図２に示す収容位置に移動する場合にも同様に適用可能である。この場合は、図１に示す突出位置が正規回転開始位置３３ａとなる。
本発明は、モータの回転軸の回転によって種々の部材を動かす種々の電気機械装置に適用できる。例えば、車両、航空機、船舶など種々の乗り物に搭載されるシフト装置に適用可能である。
３１…相対パターン
３１ａ…中間開始位置
３１ｂ…減少開始角度位置
３３…絶対パターン
３３ａ…正規回転開始位置
３３ｂ…減少開始角度位置
３５…動的パターン
１００…電気機械装置、
１２０…操作ノブ
１３０…モータ
１３２…回転軸
１３３…固定子
１３４…回転センサ
１４４…遮光片
１４４ａ…下遮光片
１４４ｂ…上遮光片
１４５…先端
１５１…位置センサ
１５１ａ…下位置センサ
１５１ｂ…上位置センサ
１７０…モータ駆動回路
１８０…制御部
１９０…記憶装置
ｗｍａｘ…最大目標回転速度
ｗｍｉｎ…初期回転速度

Claims (10)

  1. 回転軸を含み、制御に応じた角度位置に向かうトルクを前記回転軸に印加するモータと、
    前記回転軸の角度位置を検知する回転センサと、
    前記回転センサで検知された角度位置に応じて前記回転軸の回転速度を制御するモータ制御部と、
    を備え、
    前記モータ制御部は、
    前記回転センサの検知結果を基に、前記回転軸の回転開始位置が予め決められた正規回転開始位置であるか否かを判断し、前記正規回転開始位置ではない中間開始位置であると判断した場合に、前記中間開始位置を基準として前記角度位置と相対目標回転速度との関係を規定した相対パターンを用いて、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度となるように前記モータを制御し、
    前記正規回転開始位置を基準として前記角度位置と絶対目標回転速度との関係を規定した絶対パターンを用いて前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度を特定し、
    前記特定した絶対目標回転速度が、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度より大きいという条件を満たさない場合に、前記絶対パターンを用いて、前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度となるように前記モータを制御する
    電気機械装置。
  2. 前記モータ制御部は、前記回転センサの検知結果を基に、前記回転軸の回転開始位置が前記正規回転開始位置であると判断した場合に、前記絶対パターンを用いて、前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度となるように前記モータを制御する
    請求項１に記載の電気機械装置。
  3. 前記相対パターンと前記絶対パターンとで、
    最大目標回転速度および当該最大目標回転速度に達する迄の加速度が同じである
    請求項１または請求項２に記載の電気機械装置。
  4. 前記相対パターンにおける前記相対目標回転速度の増加開始角度位置は、前記絶対パターンにおける前記絶対目標回転速度の増加開始角度位置より大きく、且つ、
    前記相対パターンにおける前記相対目標回転速度の前記最大目標回転速度からの減少開始角度位置は、前記絶対パターンにおける前記絶対目標回転速度の前記最大目標回転速度からの減少開始角度位置より大きい
    請求項３に記載の電気機械装置。
  5. 前記相対パターンは、前記絶対パターンを用いて生成される。
    請求項４に記載の電気機械装置。
  6. 前記相対パターンと前記絶対パターンとは同じ形をしている。
    請求項５に記載の電気機械装置。
  7. 操作ノブと、
    前記回転軸の回転に伴って所定の経路に沿って前記操作ノブを移動させる移動機構と、
    をさらに備え、前記操作ノブによりトランスミッションを切り替える、
    請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気機械装置。
  8. 前記相対パターンおよび前記絶対パターンは、
    前記操作ノブの正規回転開始位置から正規回転終了位置の間の目標位置到達時間、騒音、停止精度および駆動電流の全ての要求仕様を達成できるように規定されている
    請求項７に記載の電気機械装置。
  9. 回転軸を含み、制御に応じた角度位置に向かうトルクを前記回転軸に印加するモータを制御するモータ制御装置であって、
    前記回転軸の角度位置を検知する回転センサと、
    前記回転センサで検知された角度位置に応じて前記回転軸の回転速度を制御するモータ制御部と、
    を備え、
    前記モータ制御部は、
    前記回転センサの検知結果を基に、前記回転軸の回転開始位置が予め決められた正規回転開始位置であるか否かを判断し、前記正規回転開始位置ではない中間開始位置であると判断した場合に、前記中間開始位置を基準として前記角度位置と相対目標回転速度との関係を規定した相対パターンを用いて、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度となるように前記モータを制御し、
    前記正規回転開始位置を基準として前記角度位置と絶対目標回転速度との関係を規定した絶対パターンを用いて前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度を特定し、
    前記特定した絶対目標回転速度が、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度より大きいという条件を満たさない場合に、前記絶対パターンを用いて、前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度となるように前記モータを制御する
    モータ制御装置。
  10. 回転軸を含み、制御に応じた角度位置に向かうトルクを前記回転軸に印加するモータの回転速度を制御するモータ制御方法であって、
    前記回転軸の角度位置を検知する回転センサの検知結果を基に、前記回転軸の回転開始位置が予め決められた正規回転開始位置であるか否かを判断し、前記正規回転開始位置ではない中間開始位置であると判断した場合に、前記中間開始位置を基準として前記角度位置と相対目標回転速度との関係を規定した相対パターンを用いて、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度となるように前記モータを制御し、
    前記正規回転開始位置を基準として前記角度位置と絶対目標回転速度との関係を規定した絶対パターンを用いて前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度を特定し、
    前記特定した絶対目標回転速度が、前記検知された角度位置に対応した前記相対目標回転速度より大きいという条件を満たさない場合に、前記絶対パターンを用いて、前記検知された角度位置に対応した前記絶対目標回転速度となるように前記モータを制御する
    モータ制御方法。
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