JP6647923B2 - 電気機械装置、電気機械装置の制御方法、及び電気機械装置の制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電気機械装置、電気機械装置の制御方法、及び電気機械装置の制御プログラム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。電気機械装置の一種として、例えば、車両の変速機を切り替えるためのダイヤル式のシフト装置が挙げられる。ダイヤル式のシフト装置は、操作ノブの回転操作に応じて、電子的に変速機に切り替えを指令する。操作ノブには、操作パネルと面一の状態から突出し、さらに、突出した状態から操作パネルと面一に戻るものがある。操作ノブは、ステッピングモータなどのモータの動力により移動する。従来、ステッピングモータを動かすための種々の方法が知られている。例えば、特許文献１には、ステッピングモータを動かす駆動パルスの出力間隔を変化させることにより、カメラの絞りを所望の位置に停止させる方法が開示されている。

特開２０１５−８９１５３号公報

しかしながら、電気機械装置のモータの回転軸には、回転を妨げる負荷が加わる場合がある。例えば、シフト装置の操作ノブに、操作者の手や荷物などにより大きな荷重が加わると、モータの回転軸に大きな負荷が加わる。モータの駆動電圧が低く、かつ、荷重が大きい場合、回転軸に加わる負荷が大きいので対象物を移動させることができないことがある。モータの駆動電圧が高く、かつ、荷重が小さい場合、対象物が振動する場合がある。すなわち、従来、モータに加わる幅広い負荷に対応して、モータを安定して回転させることができないという不利益がある。

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、モータに加わる幅広い負荷に対応して、モータを安定して回転させることができる電気機械装置、電気機械装置の制御方法、及び電気機械装置の制御プログラムを提供することにある。

本発明は、回転軸を含むモータと、回転軸の角度位置が複数の角度範囲のいずれにあるかを検知する回転センサと、回転センサで検知された回転軸の角度範囲に基づいて、モータに駆動信号を送ることにより回転軸の回転を制御するモータ制御部と、を備え、駆動信号は、低電圧の印加期間と高電圧の印加期間とを時間的に変化させて得られるパルス幅変調信号であり、モータは、低電圧の印加期間における駆動信号の電圧と高電圧の印加期間における駆動信号の電圧との差である電圧差が大きいほど回転軸に加わるトルクを大きくし、モータ制御部は、回転軸が１つの角度範囲に入ってからの経過時間が所定の時間を超えた場合、当該１つの角度範囲から出るまでの期間の少なくとも一部の期間において、電圧差を次第に大きくする、電気機械装置である。

好適には本発明の電気機械装置において、モータ制御部は、回転センサで検知された回転軸の角度範囲が切り替わったことに応答して、電圧差を所定の初期値にする。

この構成によれば、角度範囲が切り替わるごとに、電圧差を所定の初期値に戻すので、各角度範囲で同じ動作を繰り返すことができる。その結果、簡潔な構成により、モータを安定して回転させることができる。

好適には本発明の電気機械装置において、モータ制御部は、電圧差が所定の最大値に達した後、電圧差を所定の最大値に固定する。

この構成によれば、電圧差が所定の最大値より大きくならないので、モータに過電流が流れることを防止して、モータを安定して回転させることができる。

好適には本発明の電気機械装置において、回転センサが、磁気センサを含む。

この構成によれば、磁気センサを使用することで、回転軸の角度位置を正確に検出できる。

好適には本発明の電気機械装置において、車両の変速機を切り替える操作ノブを備え、操作ノブが、回転軸の駆動力により移動する。

この構成によれば、車両の変速機を切り替える操作ノブからモータに加わる幅広い負荷に対応して、モータを安定して回転させることができるので、操作ノブを安定して移動させることができる。

好適には本発明の電気機械装置において、モータは、複数の駆動信号に基づいて回転軸を回転させる複数のコイルを含み、モータ制御部は、回転センサで検知された回転軸の角度範囲と角度範囲の変化とに基づいて複数の駆動信号の各々の低電圧の印加期間と高電圧の印加期間とを決定するステップ制御中に、回転軸が１つの角度範囲に入ってからの経過時間が所定の時間を超えた場合、当該１つの角度範囲から出るまでの期間の少なくとも一部の期間において、電圧差を次第に大きくする。

この構成によれば、ステップ制御中に、モータに加わる幅広い負荷に対応して、モータを安定して回転させることができるので、回転軸を目標の位置に正確に移動させることができる。

本発明は、回転軸を含むモータと、回転軸の角度位置が複数の角度範囲のいずれにあるか検知する回転センサと、回転センサで検知された回転軸の角度範囲に基づいて、モータに駆動信号を送ることにより回転軸の回転を制御するモータ制御部とを備える電気機械装置の制御方法であって、駆動信号は、低電圧の印加期間と高電圧の印加期間とを時間的に変化させて得られるパルス幅変調信号であり、モータは、低電圧の印加期間における駆動信号の電圧と高電圧の印加期間における駆動信号の電圧との差である電圧差が大きいほど回転軸に加わるトルクを大きくし、モータ制御部により、回転軸が１つの角度範囲に入ってからの経過時間が所定の時間を超えた場合、当該１つの角度範囲から出るまでの期間の少なくとも一部の期間において、電圧差を次第に大きくする、電気機械装置の制御方法である。

本発明は、上記の電気機械装置の制御方法をコンピュータに実行させる電気機械装置の制御プログラムである。

本発明によれば、モータに加わる幅広い負荷に対応して、モータを安定して回転させることができる。

本発明の実施形態の電気機械装置の斜視図である。 操作ノブが収納位置にある図１の電気機械装置の斜視図である。 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。 検知相ごとに回転センサの検出信号の組み合わせを示す表である。 図１の電気機械装置の制御系統の構成図である。 例示的な駆動信号の電圧と時間との関係を示すグラフである。 駆動信号の高電圧と時間との例示的な関係を示すグラフである。 図１に示す電気機械装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。

（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、人間による回転操作を受けて、車両の変速機を切り替えるように電子的に指示を送る。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、ステップ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で構成された回転子として機能する。６スロットの固定子１３３を構成するコイル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の周りで、反時計回りに６０度間隔に配設されている。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。

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。コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２及びＷ２は、複数の駆動信号に基づいて回転軸１３２を回転させる。駆動信号の経時的な変化によって、回転方向及び回転速度が決まる。固定子１３３には、中心線１３５の周りで１８０度ごとに対称的な駆動信号が印加される。

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から出力される検出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の角度位置が、所定幅の複数の角度範囲のいずれにあるか検知する。

図６の表１３６は、検知相Ｄ１〜Ｄ６により識別された、回転センサ１３４（ＨＵ〜ＨＷ）の検出信号の組み合わせを示す。検知相Ｄ１〜Ｄ６は、１８０度を６等分した角度範囲に対応する。残りの１８０度も、検知相Ｄ１〜Ｄ６と同じパターンの繰り返しである。

検知相Ｄ１では、ＨＵがＯＮ、ＨＶがＯＦＦ、ＨＷがＯＦＦである。検知相Ｄ２では、ＨＵがＯＦＦ、ＨＶがＯＦＦ、ＨＷがＯＦＦである。検知相Ｄ３では、ＨＵがＯＦＦ、ＨＶがＯＦＦ、ＨＷがＯＮである。検知相Ｄ４では、ＨＵがＯＦＦ、ＨＶがＯＮ、ＨＷがＯＮである。検知相Ｄ５では、ＨＵがＯＮ、ＨＶがＯＮ、ＨＷがＯＮである。検知相Ｄ６では、ＨＵがＯＮ、ＨＶがＯＮ、ＨＷがＯＦＦである。

図５に示す回転センサ１３４（ＨＵ〜ＨＷ）の検出信号の組み合わせが図６に示す検知相Ｄ１〜Ｄ６のいずれに該当するかに応じて、回転軸１３２の存在する角度範囲がわかる。回転軸１３２が第１回転方向に回転しているとき、検知相は、Ｄ１からＤ６に向かう方向に変化する。Ｄ６の次はＤ１に戻る。回転軸１３２が第１回転方向とは逆の第２回転方向に回転しているとき、検知相は、Ｄ６からＤ１に向かう方向に変化する。Ｄ１の次はＤ６に戻る。

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。すなわち、車両の変速機を切り替える操作ノブ１２０は、回転軸１３２の駆動力により移動する。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、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。

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、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ので、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の溝に押されるので、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。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７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７に示すモータ駆動回路１７０、記憶装置１８０、及び演算処理装置１９０を備える。

モータ駆動回路１７０は、演算処理装置１９０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。

記憶装置１８０は、制御プログラムを記憶する。制御プログラムは、演算処理装置１９０によって読み出されて、演算処理装置１９０に電気機械装置１００の制御方法の一部を行うための機能、及び他の機能を実装させる。演算処理装置１９０が種々の機能を実行するとき、記憶装置１８０は、演算処理装置１９０に制御されて、適宜必要な情報を記憶する。記憶装置１８０は、非一時的な有形の記憶媒体である。記憶装置１８０は、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）を含む。記憶装置１８０は、揮発性または不揮発性の記憶媒体である。記憶装置１８０は、取り外し可能であってもよく、取り外し不能であってもよい。

演算処理装置１９０は、記憶装置１８０に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、モータ制御部１９１として機能する。本実施形態の演算処理装置１９０は、汎用コンピュータであるが、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）であってもよく、本実施形態で説明される各機能を実装可能な他の回路であってもよい。

演算処理装置１９０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。

演算処理装置１９０は、記憶装置１８０に記憶された制御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１９１として機能する。モータ制御部１９１は、主に、回転制御、停止制御、及びステップ制御の３種類の方法で、回転軸１３２（図３）を制御する。

まず、図５及び図８を参照して、回転制御について説明する。図８は、固定子１３３に印加される例示的な駆動信号の電圧と時間との関係を示すグラフである。第１駆動信号２１１は、コイルＵ１及びコイルＵ２に印加される。第２駆動信号２１２は、コイルＶ１及びコイルＶ２に印加される。第３駆動信号２１３は、コイルＷ１及びコイルＷ２に印加される。第１駆動信号２１１〜第３駆動信号２１３の電圧は、いずれも、各時点で低電圧ＶＬと高電圧ＶＨとのいずれかをとる方形波であり、低電圧ＶＬの印加期間と高電圧ＶＨの印加期間とを時間的に変化させて得られるパルス幅変調信号である。

第１駆動信号２１１は、期間Ａ１において、高電圧ＶＨの期間が徐々に長くなり、期間Ａ２において、高電圧ＶＨのみをとり、期間Ａ３において、高電圧ＶＨの期間が徐々に短くなり、期間Ａ４〜期間Ａ６で、低電圧ＶＬのみをとる。第２駆動信号２１２は、第１駆動信号２１１を２期間分右に巡回シフトした形状をもつ。第３駆動信号２１３は、第２駆動信号２１２を２期間分右に巡回シフトした形状をもつ。

期間Ａ１〜期間Ａ６の順に第１駆動信号２１１〜第３駆動信号２１３を、繰り返し固定子１３３に印加することにより、回転軸１３２が第１回転方向に回転する。期間Ａ６〜期間Ａ１の順に第１駆動信号２１１〜第３駆動信号２１３を、繰り返し固定子１３３に印加することにより、回転軸１３２が第１回転方向とは逆の第２回転方向に回転する。期間Ａ１〜期間Ａ６の第１駆動信号２１１〜第３駆動信号２１３を速く送ると、回転軸１３２が速く回転し、遅く送ると、回転軸１３２が遅く回転する。

次に、図５及び図８を参照して、停止制御について説明する。停止制御において、モータ制御部１９１は、回転センサ１３４から得られる現在の回転軸１３２の現在の角度範囲と、角度範囲の変化とに基づいて、駆動信号を決定する。停止制御では、ある期間ずつ駆動信号を固定して回転制御よりも細かい移動を行う。駆動信号は、回転制御の場合とは異なってよい。モータ制御部１９１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。設定された停止目標に向かうトルクが回転軸１３２に印加されるように、駆動信号が選択される。停止目標付近に存在する回転軸１３２に、停止目標に向かうトルクが印加されるように駆動信号が決定される。

次に、図５及び図８を参照して、ステップ制御について説明する。ステップ制御時において、モータ制御部１９１は、回転センサ１３４から得られる回転軸１３２の現在の角度範囲と、角度範囲の変化とに基づいて、駆動信号の各々の低電圧ＶＬの印加期間と高電圧ＶＨの印加期間とを決定する。ステップ制御では、回転軸１３２が角度範囲単位で移動する。例えば、現在、図６の検知相Ｄ１〜Ｄ６のいずれであるかに応じて、図８の期間Ａ１〜Ａ６のいずれかの組み合わせの駆動信号が選択される。駆動信号の組み合わせは図８に示すもの以外であってもよい。現在の検知相がＤ１（図６）であり、次に回転軸１３２をＤ２に移動させたい時には、図８の期間Ａ１〜Ａ６のうち、Ｄ２に向かうトルクを回転軸１３２に印加する組み合わせの駆動信号が選択される。

モータ制御部１９１は、図３の突出位置にある操作ノブ１２０を、図４の収納位置に移動させるとき、まず、回転制御により操作ノブ１２０を目標の位置まで動かす。目標の位置に到達したかどうかは、回転センサ１３４で検知される検知相の変化をカウントすることにより検知する。次に、現在のカウント数が、目標位置のカウント数に到達した場合、停止制御を行う。次に、まだ、現在のカウント数が、目標位置のカウント数からずれている場合、ステップ制御で微調整を行う。

図９は、駆動信号の高電圧ＶＨと時間との例示的な関係を示すグラフ２２０である。図５及び図９を参照して、ステップ制御について詳細に説明する。回転センサ１３４の出力は、期間ｔａ〜ｔｄで検知相Ｄ１であり、期間ｔｄ〜ｔｅで検知相Ｄ２であり、期間ｔｅ〜ｔｇで検知相Ｄ３であり、期間ｔｇ〜ｔｊで検知相Ｄ４である。

モータ制御部１９１は、回転センサ１３４で検知された回転軸１３２の角度範囲に基づいて、モータ１３０に駆動信号を送ることにより回転軸１３２の回転を制御する。角度範囲の違いは、検知相Ｄ１〜Ｄ６（図６）の違いに対応する。モータ制御部１９１は、回転軸１３２が１つの角度範囲に入ってから回転軸１３２がその１つの角度範囲から出るまでの滞在期間の長さに応じて、滞在期間における駆動信号を変化させる。モータ制御部１９１は、低電圧ＶＬ（図８）と高電圧ＶＨとの差である電圧差を変化させることにより、滞在期間における駆動信号を変化させる。モータ１３０は、駆動信号の低電圧ＶＬと高電圧ＶＨとの電圧差が大きいほど回転軸１３２に加わるトルクを大きくする。例えば、モータ制御部１９１は、低電圧ＶＬを固定し、低電圧ＶＬと高電圧ＶＨとの電圧差を変化させる。図９の例では、滞在期間ｔａ〜ｔｄ、滞在期間ｔｄ〜ｔｅ、滞在期間ｔｅ〜ｔｇ、滞在期間ｔｇ〜ｔｊのすべてにおいて、高電圧ＶＨが異なる形状で変化する。

モータ制御部１９１は、回転センサ１３４で検知された回転軸１３２の角度範囲が切り替わったことに応答して、電圧差を所定の初期値にする。図９の例では、モータ制御部１９１は、時間ｔａ、時間ｔｄ、時間ｔｇ、及び時間ｔｊにおいて、高電圧ＶＨがＶＨ０に戻ることにより、電圧差が所定の初期値に戻る。

モータ制御部１９１は、回転軸１３２の角度範囲が切り替わった後、所定の初期期間Ｔ１を越えるまでの間、駆動電圧の電圧差を所定の初期値に保つ。図９の例では、期間ｔａ〜ｔｂ、期間ｔｄ〜ｔｅ、期間ｔｅ〜ｔｆ、及び期間ｔｇ〜ｔｈにおいて、高電圧ＶＨが一定であるので、駆動電圧の電圧差が所定の初期値に保たれている。

モータ制御部１９１は、滞在期間が所定の初期期間Ｔ１を越えた場合、初期期間Ｔ１の経過後、滞在期間の少なくとも一部の期間において駆動信号の電圧差を次第に大きくする。図９の例では、期間ｔｂ〜ｔｃ、期間ｔｆ〜ｔｇ、及び期間ｔｈ〜ｔｉにおいて、高電圧ＶＨが次第に大きくなることにより、駆動電圧の電圧差が次第に大きくなる。電圧差の変化の割合は一定である。他の例において、変化の割合が一定でなくてもよい。

モータ制御部１９１は、電圧差が所定の最大値に達した後、電圧差を所定の最大値に固定する。図９の例では、期間ｔｃ〜ｔｄ、及び期間ｔｉ〜ｔｊにおいて、高電圧ＶＨが最大値ＶＨ１に固定されることにより、電圧差が所定の最大値に固定される。モータ制御部１９１は、高電圧ＶＨが最大値ＶＨ１に達したことを、高電圧ＶＨの値から検知してもよく、高電圧ＶＨが次第に上昇する上昇期間がＴ２を越えたことにより検知してもよい。

図３に示す突出位置にある操作ノブ１２０を、図４に示す収納位置に移動させるとき、操作ノブ１２０に、何も触れていなければ、回転軸１３２の負荷は比較的小さい。回転軸１３２の負荷が比較的小さいとき、回転軸１３２を比較的小さなトルクで回転させることができる。図９の滞在期間ｔｄ〜ｔｅは、回転軸１３２に加わる負荷が比較的小さい場合に対応し、他の滞在期間に比べて短い。

操作ノブ１２０に人間の手や荷物などにより荷重が加わると、回転軸１３２に比較的大きな負荷が加わる。回転軸１３２に加わる負荷が比較的大きいとき、回転軸１３２を回転させるのに大きなトルクが必要となる。図９の滞在期間ｔａ〜ｔｄ、滞在期間ｔｅ〜ｔｇ、及び滞在期間ｔｇ〜ｔｊは、回転軸１３２に加わる負荷が比較的大きい場合に対応し、他の滞在期間に比べて長い。滞在期間が初期期間Ｔ１を越えると、駆動信号の電圧差が上昇して、回転軸１３２に加わるトルクが高くなる。従って、回転軸１３２に大きな負荷がかかっても、回転軸１３２を回転させることができる。

（制御方法）
次に、図１０のフローを参照して、ステップ制御時の電気機械装置１００の制御方法について説明する。本制御方法は、回転センサ１３４で検知された角度位置が変化するごとに、実行される。

ステップ３０２において、モータ制御部１９１は、駆動信号の高電圧ＶＨをＶＨ０に設定する。駆動信号の高電圧ＶＨと低電圧ＶＬとの電圧差が所定の初期値になる。すなわち、回転センサ１３４で検知された角度位置が変化するごとに、駆動信号の電圧差が所定の初期値に戻る。ＶＨ０は、低電圧ＶＬより大きい。

ステップ３０４において、モータ制御部１９１は、タイマーをｔ＝０にリセットする。タイマーで示される経過時間は、回転センサ１３４で検知される角度位置が変化してからの経過時間を表す。

ステップ３０６において、モータ制御部１９１は、回転センサ１３４で検知された角度位置が変化していないか判定する。角度位置の変化は、検知相Ｄ１〜Ｄ６（図６）の変化に対応する。モータ制御部１９１は、回転センサ１３４で検知された角度位置が変化した場合、比較的小さなトルクで回転軸１３２の角度位置が変化したので、本制御方法を終了する。モータ制御部１９１は、回転センサ１３４で検知された角度位置が変化しない場合、ステップ３０８に進む。

ステップ３０８において、モータ制御部１９１は、タイマーで示される経過時間が、所定の初期期間Ｔ１以上であるか判定する。モータ制御部１９１は、経過時間が所定の初期期間Ｔ１未満である場合、ステップ３１０に進み、経過時間が所定の初期期間Ｔ１以上である場合、ステップ３１２に進む。

ステップ３１０において、モータ制御部１９１は、駆動信号の高電圧ＶＨをＶＨ０に維持し、ステップ３１８に進む。すなわち、経過時間が所定の初期期間Ｔ１以上となるまで、電圧差が所定の初期値に維持される。

ステップ３１２において、モータ制御部１９１は、タイマーで示される経過時間が、所定の上昇期間Ｔ２以上であるか判定する。モータ制御部１９１は、経過時間が所定の上昇期間Ｔ２未満である場合、ステップ３１４に進み、経過時間が所定の上昇期間Ｔ２以上である場合、ステップ３１８に進む。上昇期間Ｔ２は、駆動信号の高電圧ＶＨが、上昇を始めてから最大値ＶＨ１に達するまでの時間である。

ステップ３１４において、モータ制御部１９１は、駆動信号の高電圧ＶＨを上昇させて、ステップ３１８に進む。駆動信号の高電圧ＶＨは、ＶＨ０＋（ｋ×ｔ）で表される。ｋは、単位時間当たりの電圧の上昇度合いを表す比例定数である。ｔはタイマーで示される経過時間である。高電圧ＶＨは、時間に比例して次第に上昇する。

ステップ３１６において、モータ制御部１９１は、駆動信号の高電圧ＶＨを最大値ＶＨ１に固定し、ステップ３１８に進む。すなわち、駆動信号の高電圧ＶＨが、ＶＨ１に達すると、電圧差が固定される。

ステップ３１８において、モータ制御部１９１は、タイマーを１進める（ｔ＝ｔ＋１）。本実施形態では、略一定のタイミングでステップ３１８が実行される。

モータ制御部１９１は、ステップ３０６において、回転センサ１３４で検知された角度位置が変化したと判定されるまで、ステップ３０６〜ステップ３１８を繰り返す。

（効果）
本実施形態によれば、回転軸１３２の負荷を反映した滞在期間の長さの変化に応じて、駆動信号を変化させることで、モータ１３０に加わる幅広い負荷に対応して、モータ１３０を安定して回転させることができる。

本実施形態によれば、回転軸１３２の負荷を反映した滞在期間の長さの変化に応じて、駆動信号の電圧差を変化させることで、モータ１３０に加わる幅広い負荷に対応して、モータ１３０を安定して回転させることができる。

本実施形態によれば、回転軸１３２の負荷が大きく滞在期間が長い場合に、電圧差を所定の初期期間の電圧差から次第に高めることで、モータ１３０を確実に回転させることができる。さらに、滞在期間が所定の初期期間の間に終われば、電圧差が比較的小さいままであるので、軽負荷時に大きな電圧差が印加されることによる振動を防ぐことができる。また、振動を防ぐことにより、位置制御に必要な時間を短くすることができる。

本実施形態によれば、角度範囲が切り替わるごとに、電圧差を所定の初期値に戻すので、各角度範囲で同じ動作を繰り返すことができる。その結果、簡潔な構成により、モータ１３０を安定して回転させることができる。

本実施形態によれば、電圧差が所定の最大値より大きくならないので、モータ１３０に過電流が流れることを防止して、モータ１３０を安定して回転させることができる。

本実施形態によれば、車両の変速機を切り替える操作ノブ１２０からモータ１３０に加わる幅広い負荷に対応して、モータ１３０を安定して回転させることができるので、操作ノブ１２０を安定して移動させることができる。

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。

本発明は、回転軸を含むモータを駆動する様々な電気機械装置に適用可能である。電気機械装置は、例えば、車両、航空機、船舶、及び宇宙船などの輸送体、並びに、輸送体の変速機を切り替えるシフト装置である。

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
１７０…モータ駆動回路
１８０…記憶装置
１９０…演算処理装置
１９１…モータ制御部
２１１〜２１３…第１〜第３駆動信号

Claims (8)

1. 回転軸を含むモータと、
   前記回転軸の角度位置が複数の角度範囲のいずれにあるかを検知する回転センサと、
   前記回転センサで検知された前記回転軸の前記角度範囲に基づいて、前記モータに駆動信号を送ることにより前記回転軸の回転を制御するモータ制御部と、
   を備え、
   前記駆動信号は、低電圧の印加期間と高電圧の印加期間とを時間的に変化させて得られるパルス幅変調信号であり、
   前記モータは、前記低電圧の印加期間における前記駆動信号の電圧と前記高電圧の印加期間における前記駆動信号の電圧との差である電圧差が大きいほど前記回転軸に加わるトルクを大きくし、
   前記モータ制御部は、前記回転軸が１つの前記角度範囲に入ってからの経過時間が所定の時間を超えた場合、当該１つの角度範囲から出るまでの期間の少なくとも一部の期間において、前記電圧差を次第に大きくする、
   電気機械装置。
2. 前記モータ制御部は、前記回転センサで検知された前記回転軸の前記角度範囲が切り替わったことに応答して、前記電圧差を所定の初期値にする、
   請求項１に記載の電気機械装置。
3. 前記モータ制御部は、前記電圧差が所定の最大値に達した後、前記電圧差を前記所定の最大値に固定する、
   請求項１又は請求項２に記載の電気機械装置。
4. 前記回転センサが、磁気センサを含む、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電気機械装置。
5. 車両の変速機を切り替える操作ノブを備え、
   前記操作ノブが、前記回転軸の駆動力により移動する、
   請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電気機械装置。
6. 前記モータは、複数の前記駆動信号に基づいて前記回転軸を回転させる複数のコイルを含み、
   前記モータ制御部は、前記回転センサで検知された前記回転軸の前記角度範囲と前記角度範囲の変化とに基づいて複数の前記駆動信号の各々の前記低電圧の印加期間と前記高電圧の印加期間とを決定するステップ制御中に、前記回転軸が１つの前記角度範囲に入ってからの経過時間が前記所定の時間を超えた場合、当該１つの角度範囲から出るまでの期間の少なくとも一部の期間において、前記電圧差を次第に大きくする、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電気機械装置。
7. 回転軸を含むモータと、前記回転軸の角度位置が複数の角度範囲のいずれにあるか検知する回転センサと、前記回転センサで検知された前記回転軸の前記角度範囲に基づいて、前記モータに駆動信号を送ることにより前記回転軸の回転を制御するモータ制御部とを備える電気機械装置の制御方法であって、
   前記駆動信号は、低電圧の印加期間と高電圧の印加期間とを時間的に変化させて得られるパルス幅変調信号であり、
   前記モータは、前記低電圧の印加期間における前記駆動信号の電圧と前記高電圧の印加期間における前記駆動信号の電圧との差である電圧差が大きいほど前記回転軸に加わるトルクを大きくし、
   前記モータ制御部により、前記回転軸が１つの前記角度範囲に入ってからの経過時間が所定の時間を超えた場合、当該１つの角度範囲から出るまでの期間の少なくとも一部の期間において、前記電圧差を次第に大きくする、
   電気機械装置の制御方法。
8. 請求項７に記載の電気機械装置の制御方法をコンピュータに実行させる、電気機械装置の制御プログラム。

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