JP7151656B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置に関する。

車両のシフト機構の制御をモータ駆動装置で行うものとして、シフトバイワイヤ（Shift By Wire ：以下、ＳＢＷと称する）制御を行うものがある。ＳＢＷ制御では、モータ制御部に含まれるモータ駆動回路によって三相モータであるＳＲＭ（スイッチト・リラクタンス・モータ）を駆動制御し、ギアを介してモータ回転をシャフトへ伝達することで、シフトレンジ切替機構を特定の角度だけ駆動させる。これによって、パーキング（Ｐ）、リバース（Ｒ）、ニュートラル（Ｎ）、ドライブ（Ｄ）等のシフト位置を切り替える構成である。

このような駆動制御を行うモータ駆動装置は、例えば、駆動電流の立ち上げ時に通電相のコイルの通電路にあるスイッチング素子をオン状態に維持することで上記電流の立ち上り時間を短縮し、通電開始時に素早く十分なトルクを確保することで、高速なモータ駆動を実現している。また、上記駆動電流の立ち下げ時には、通電相のスイッチング素子をオフ状態に維持することで、迅速に電流が消失しトルクがゼロになる。

この場合、モータへの通電回路としてＨブリッジ回路を使用したものでは、モータ駆動電流の還流に対応して還流用のダイオードを用いた構成としている。これにより、モータコイルに通電している間の還流時にもダイオードの順方向電圧Ｖｆが生じ、駆動電流×順方向電圧で示される電力の時間積分に依る発熱がダイオードに継続的に発生する。このため、還流用のダイオードは、耐熱性の高いものを使用する必要があり、コストアップやサイズアップに繋がるものであった。

一方、モータコイル通電期間の駆動電流還流時に還流経路に生じる電位差をＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子を用いてほぼゼロにする技術があるが、こちらは駆動電流量に応じて上記電位差を制御することでモータコイルに蓄積されたエネルギーの消弧を行っており、モータ駆動回路の動作シーケンスに応じた制御がされていない。また、Ｈブリッジ回路を用いているために回路を構成する素子数が多くなり、コストアップやサイズアップの要因となっている。

特開２０１２－１２５０９６号公報 特開２０００－３５８３９７号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、ＳＢＷ制御を行うモータ駆動装置において、モータ駆動の動作シーケンスに応じた負荷のエネルギー消弧を行うことで、回路素子の発熱抑制と素子数の減少を図ることができるモータ駆動装置を提供することにある。

請求項１に記載のモータ駆動装置は、シフトバイワイヤ制御において三相以上の多相モータ（２１）を駆動させるモータ駆動装置であって、前記多相モータの各相のコイル（２１ａ～２１ｃ）への通電経路に設けられた通電用スイッチング素子（３１～３３、７２、７４、７６、７８、８０、８２）と、前記各相のコイルの還流経路に設けられた還流用スイッチング素子（３４～３６、７１、７３、７５、７７、７９、８１）と、前記還流用スイッチング素子のそれぞれに並列接続されたダイオード（３４ａ、３５ａ、３６ａ、７１ａ、７３ａ、７５ａ、７７ａ、７９ａ、８１ａ）と、前記多相モータの各相のコイルへの駆動電流の通電制御を行う制御回路（４０、９０）とを備え、前記制御回路は、前記多相モータの駆動中での前記各相のコイルへの駆動電流の通電では、駆動電流立ち上げ時において通電経路の前記通電用スイッチング素子を連続的にオンに維持し、駆動電流維持時において前記通電用スイッチング素子と前記還流用スイッチング素子とをＰＷＭ制御にて交互にオン駆動し、駆動電流立ち下げ時において前記通電用スイッチング素子と前記還流用スイッチング素子とを共にオフ状態で保持する。

作用説明に先立って、コイルへの通電で発生する還流電流のエネルギー消弧について説明する。還流電流のエネルギー消弧に要する時間は、還流経路にある還流用スイッチング素子あるいはダイオードに生じる電位差によって支配されている。

したがって、上記したコイルへの通電において、駆動電流維持時はエネルギー消弧を行う必要が無い為、駆動電流を還流する際は還流経路にある還流用スイッチング素子をオン駆動することで、電位差をほぼゼロにすることで上記スイッチング素子の発熱を抑えることができる。

したがって、上記構成を採用することにより、制御回路により、多相モータの駆動中での各相のコイルへの駆動電流の通電で、立ち上げ時において通電経路の通電用スイッチング素子を連続的にオンに維持する。そして、駆動電流維持時においては、制御回路により、通電用スイッチング素子と還流用スイッチング素子とをＰＷＭ制御にて交互にオン駆動する。これにより、駆動電流維持時においては、還流電流による還流用スイッチング素子およびダイオードの部分での発熱を抑制できる。

そして、制御回路により、駆動電流立ち下げ時においては通電用スイッチング素子と還流用スイッチング素子を共にオフ状態で保持する。これにより、駆動電流立ち下げ時においては、通電相のコイルへの通電を停止することで発生する還流電流を還流用スイッチング素子ではなく、ダイオードを通じて還流経路を流すようになり、エネルギー消弧を促進して迅速に電流をほぼゼロの状態にすることができる。

ここで、このようなモータ駆動装置をＳＢＷ制御に用いる場合には、１回の駆動におけるモータの回転角度の小ささと、駆動毎のインターバルの長さが動作の特徴として挙げられる。これにより、ＳＢＷ制御では、シフト位置の移動に実施する１回の駆動において還流用スイッチング素子と並列に接続されるダイオードによってエネルギー消弧する回数が他のモータ製品よりも少なくて済む。また、駆動毎のインターバルも長い為、スイッチング素子が発熱していても次回駆動までに放熱することができるという効果をもたらす。

第１実施形態を示す電気的構成図 ＳＢＷシステムの概略構成図 タイミングチャート モータ駆動制御の流れ図 第２実施形態を示すモータ駆動制御の流れ図 タイミングチャート 第３実施形態を示す電気的構成図 モータ駆動制御の流れ図 第４実施形態を示す電気的構成図 第５実施形態を示す電気的構成図

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１～図４を参照して説明する。
図１において、モータ駆動装置１００は、モータ部２０およびモータ制御部３０を備えている。モータ駆動装置１００は、車両電源１から給電を受けて、モータ部２０の三相モータ２１を駆動制御し、これによって、駆動力伝達部２によりＳＢＷシステムを駆動制御している。駆動力伝達部２は、三相モータ２１から出力軸であるシャフト３を介してシフトレンジ切替機構（以下、単に「切替機構」と称する）４に伝えられた駆動力により回転力が伝達される。

モータ部２０は、三相モータ２１、エンコーダセンサ２２を備え、三相モータ２１からギアを組み合わせた減速機構２３によりシャフト３に回転力が伝達される。三相モータ２１は、ＳＲＭにより構成されるもので、ロータは所定個数の突極部を有する磁性体から構成される。三相モータ２１には、ステータとしてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相に対応したコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃが設けられ、これらコイル２１ａ～２１ｃへの直流通電により吸引力でロータが回転する構成である。コイル２１ａ～２１ｃの一端側は共通に接続され電源ラインＬ１に接続される。コイル２１ａ～２１ｃの他端側は、それぞれモータ制御部３０から選択的に通電される。

エンコーダセンサ２２は、三相モータ２１のロータの回転位置を検出するように設けられ、モータ制御部３０により回転位置信号が取り込まれる。また、三相モータ２１の回転軸による回転力は、減速機構２３により減速した状態でシャフト３に伝達される構成である。

モータ制御部３０は、６個のｎチャンネル型のＭＯＳトランジスタ３１～３６を備えるとともに制御回路４０を備える。６個のＭＯＳトランジスタ３１～３６は、それぞれボディダイオード（以下、単にダイオードと称する）３１ａ～３６ａを有する。また、６個のＭＯＳトランジスタ３１～３６は、通電用スイッチング素子として機能する各相の通電用ＭＯＳトランジスタ（以下、通電用ＭＯＳと称する）３１～３３、および還流用スイッチング素子として機能する還流用ＭＯＳトランジスタ（以下、還流用ＭＯＳと称する）３４～３６からなる。

モータ制御部３０は、端子Ａ、Ｂ間に車両電源１の正負の端子が接続され、直流電圧が給電される。端子Ａは電源線Ｌ１に接続され、端子Ｂは電流検出抵抗３７を介して電源線Ｌ２に接続される。なお、車両電源１にリレーや上位ＥＣＵなどが接続される構成の場合には、モータ制御部３０は、車両電源１の正負の端子がこれらリレーや上位ＥＣＵを介した状態で端子Ａ、Ｂ間に接続される。

通電用ＭＯＳ３１および還流用ＭＯＳ３４、通電用ＭＯＳ３２および還流用ＭＯＳ３５、通電用ＭＯＳ３３および還流用ＭＯＳ３６は、それぞれ直列にして電源線Ｌ１およびＬ２の間に接続されている。通電用ＭＯＳ３１～３３はローサイド側であり、還流用ＭＯＳ３４～３６はハイサイド側である。電源線Ｌ１は、三相モータ本体２１の共通に接続したコイル２１ａ～２１ｃの一端側に接続される。還流用ＭＯＳ３４～３６と通電用ＭＯＳ３１～３３のそれぞれの共通接続点は、三相モータ２１のコイル２１ａ～２１ｃの他端側に接続される。

制御回路４０は、演算回路４１と駆動回路４２を備えるもので、具体的にはマイコンにより構成される。ＭＯＳトランジスタ３１～３６の各ゲートは駆動回路４２からゲート駆動信号が与えられる。演算回路４１は駆動回路４２を介して通電用ＭＯＳ３１～３３および還流用ＭＯＳ３４～３６を駆動制御するとともに、電流検出抵抗３７の端子電圧を取り込んで、モータ駆動電流Ｉｍを検出する。

図２は、モータ駆動装置１００を用いて制御するＳＢＷシステムのシフトレンジの切替機構４およびパーキングロックの駆動力伝達部２の概略的な構成を示している。モータ２０は、モータ制御部３０により駆動制御されるもので、切替機構４の駆動源として機能する。

切替機構４は、シャフト３に固定されたディテントプレート５およびディテントスプリング６などを備え、減速機２３から出力されたシャフト３の回転駆動力を駆動力伝達部２のマニュアルバルブ７およびパーキングロック部８へ伝達する。ディテントプレート５には、シャフト３の方向に突出するピン５ａが設けられ、マニュアルバルブ７の先端部の溝部で係合されている。

マニュアルバルブ７は、ディテントプレート５がモータ２０によって回転駆動されることでピン５ａが回転移動し、マニュアルバルブ７のピン５ａに係合する部分を介して伝わる駆動力により軸方向に往復移動される。マニュアルバルブ７は、バルブボディ９に設けられ、マニュアルバルブ７が軸方向に往復移動す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５の外周側のディテントスプリング６と接触する位置には、マニュアルバルブ７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５ｂが設けられる。ディテントプレート５の回動位置は、ディテントスプリング６の付勢力によりいずれかの凹部５ｂの位置に保持される。

凹部５ｂは、ディテントスプリング６の基部側から、Ｄ（ドライブ）、Ｎ（ニュートラル）、Ｒ（リア）、Ｐ（パーキング）の各レンジに対応している。すなわち、ディテントプレート５が最も正回転方向に回転した位置がＤ位置であり、最も逆回転方向に回転した位置がＰ位置である。

パーキングロック部８は、パーキングロッド１０、円錐体１１、パーキングロックポール１２、軸部１３およびパーキングギア１４を有する。パーキングロッド１０は、ディテントプレート５が逆回転方向（図中の「正回転方向」と逆の回転方向）に揺動すると、円錐体１１を矢印Ｐの方向に移動させる。これにより、パーキングロックポール１２が矢印Ｌ方向に押し上げられ、凸部１２ａとパーキングギア１４とが噛み合う状態となってパーキングギア１４をロック状態にする。

次に、上記構成の作用について、図３および図４も参照して説明する。
本実施形態で使用している三相モータ２１は、ＵＶＷの各相のコイル２１ａ～２１ｃに所定の通電パターンで順次切り替えて通電することにより磁力を発生させる。これにより、ロータを構成する磁性体の突部が次々と磁気吸引されて回転され、これによって回転トルクを発生させるものである。

すなわち、各相のコイル２１ａ～２１ｃに対して、立ち上げ期間Ｔｒでモータ駆動電流Ｉｍを所定レベルに設定された目標電流値Ｉａまで立ち上げ、この後電流維持期間Ｔｋでは目標電流値Ｉａを保持するように制御し、電流維持期間Ｔｋが終了すると、立ち下げ期間Ｔｄで電流をゼロレベルまで落とす。このとき、三相モータ２１のコイル２１ａ～２１ｃへの通電は、各相に対応して設けられた通電用ＭＯＳ３１～３３および還流用ＭＯＳ３４～３６を制御回路４０により駆動制御することで行われる。

図３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル２１ａ～２１ｃに対する通電パターンを示している。ここでは、Ｕ相のコイル２１ａを例にとって説明する。制御回路４０は、通電経路に設けられた通電用ＭＯＳ３１および還流用ＭＯＳ３４を駆動制御してＵ相のコイル２１ａにモータ駆動電流Ｉｍを流す。

まず、電流の立ち上げ期間Ｔｒでは、制御回路４０は、時刻ｔ０で、還流用ＭＯＳ３４をオフ状態に保持し、通電用ＭＯＳ３１をオン駆動し、立ち上げ期間Ｔｒ中オン状態を保持する。通電用ＭＯＳ３１がオンされると、車両電源１からコイル２１ａ、通電用ＭＯＳ３１を通じてコイル２１ａに車両電源１の電圧が印加される。これによりコイル２１ａにモータ駆動電流Ｉｍが流れ、その電流値は立ち上げ期間Ｔｒ中上昇していく。電流検出抵抗３７により検出される電流値が時刻ｔ１で目標電流値Ｉａに達すると、制御回路４０は、立ち上げ期間Ｔｒを終了し、電流維持期間Ｔｋに移行する。

電流維持期間Ｔｋでは、制御回路４０は、通電用ＭＯＳ３１と還流用ＭＯＳ３４をＰＷＭ制御にて時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３…と交互にオン駆動し、モータ駆動電流Ｉｍが目標電流値Ｉａを維持させる。つまり、この電流維持期間Ｔｋにおいては、通電用ＭＯＳ３１のオン・オフパターンと還流用ＭＯＳ３４のオン・オフパターンとが逆位相で実施され、これによって交互にオン駆動された状態となる。

この後、制御回路４０は、エンコーダセンサ２２からの検出信号の切り替わる時刻ｔ４のタイミングで、通電用ＭＯＳ３１および還流用ＭＯＳ３４の両者をオフにしてＵ相のコイル２１ａへの通電を終了させる。この場合、コイル２１ａに蓄積されたエネルギーは、還流用ＭＯＳ３４のボディダイオード３４ａを介して形成される還流経路を流れる過程で消弧され、時刻ｔ５でゼロになる。

ここで、図３中に示すように、電流維持期間Ｔｋおよび立ち下げ期間Ｔｄにおけるコイル２１ａの電流の還流経路での電位差をみると、本実施形態では、電流維持期間Ｔｋにおいては、還流用ＭＯＳ３４をオンさせるので、電位差を生じていない。一方、比較例として示す従来方式のものでは、ボディダイオードを介して還流経路を形成しているので、ダイオードの順方向電圧Ｖｆに相当する電位差が生じている。

すなわち、電流維持期間Ｔｋにおいては、還流用ＭＯＳ３４のボディダイオード３４ａを通じてエネルギー消弧を行う必要が無いため、コイル２１ａのモータ駆動電流Ｉｍを還流する際は、還流用ＭＯＳ３４をオン駆動させて、還流経路に生じる電位差をほぼゼロにすることができる。

図４は、制御回路４０によるモータ駆動制御の流れについて示している。
制御回路４０は、上位ＥＣＵ等からのシフトレンジ切替要求に応じて、モータ駆動の制御を開始する。制御回路４０は、まずステップＳ１００で、電流モニタを開始する。ここでは、制御回路４０は、電流検出抵抗３７の端子電圧からモータ駆動電流Ｉｍをモニタする。通電用ＭＯＳ３１～３３のいずれかがオン駆動されると、各相のコイル２１ａ～２１ｃのいずれかに流れるモータ駆動電流Ｉｍが電流検出抵抗３７を通じて流れるので、この両端にかかる電圧を制御回路４１に取り込んでモータ駆動電流Ｉｍを検出する。

制御回路４０は、この後、ステップＳ１１０で、通電用ＭＯＳ３１～３３のうちから、例えばＵ相のコイル２１ａに通電するために通電用ＭＯＳ３１をオン駆動し、このオン状態を維持する。この時、通電を開始する相は単独でも良いし、複数であっても良い。そして、制御回路４０は、続くステップＳ１２０で、Ｕ相のコイル２１ａに流れるモータ駆動電流Ｉｍが所定レベルである目標値に達するまでこの状態を保持しており、目標値に達した時点でＹＥＳと判断してステップＳ１３０に移行する。

制御回路４０は、ステップＳ１３０で、Ｕ相の通電用ＭＯＳ３１と還流用ＭＯＳ３４をＰＷＭ制御にて交互にオン駆動制御することで、Ｕ相のコイル２１ａに流れるモータ駆動電流Ｉｍが一定レベルになるように維持する。この後、制御回路４０は、ステップＳ１３０、Ｓ１４０を繰り返し実行し、モータ２０が回転しエンコーダセンサ２２の出力が切り替わると、ステップＳ１４０でＹＥＳと判断してステップＳ１５０に移行する。

制御回路４０は、ステップＳ１５０で、モータ回転量が目標値に達しているかどうかすなわち、切替機構４が目標角度の位置まで回転駆動できているかどうかを確認し、ＮＯの場合で、回転量が足りない場合は、ステップＳ１６０に移行する。制御回路４０は、ステップＳ１６０で、Ｕ相の通電用ＭＯＳ３２および還流用ＭＯＳ３４を共にオフに維持することでモータ駆動電流Ｉｍの立ち下げを開始し、この後ステップＳ１１０に戻る。

制御回路４０は、ステップＳ１１０に戻ると、モータ駆動電流Ｉｍの立ち下げ期間Ｔｄとオーバーラップさせながら、次の通電ステップとして、三相のコイル２１ａ～２１ｃのうち、次に通電すべき相に対応してステップＳ１１０を実施して上記の通電制御を実施する。なお、ステップＳ１６０で、通電用ＭＯＳおよび還流用ＭＯＳをオフに維持する相は、通電している全ての相でなくても良い。なお、ステップＳ１１０では、モータ駆動電流Ｉｍの立ち下げ期間Ｔｄが終了した後に次の通電ステップを実施することもできる。

この後、制御回路４０は、上記したステップＳ１１０～Ｓ１６０を繰り返してモータ回転量が目標値に達すると、ステップＳ１５０でＹＥＳと判断し、ステップＳ１７０に進み、全ての通電相の通電用ＭＯＳ３１～３３および還流用ＭＯＳ３４～３６をオフに維持する。これにより、モータ２０の駆動が停止されると、シフトレンジ切替が終了する。

このような本実施形態によれば、制御回路４０により、通電コイル２１ａ～２１ｃへの通電時において、電流維持期間Ｔｋでは通電用ＭＯＳ３１～３３の通電相に対応するものをオフし、還流用ＭＯＳ３４～３６の通電相に対応するものをオンするようにした。これにより、還流経路に還流電流を流すときにダイオード３４ａ～３６ａを用いないことで発熱を抑制することができる。

そして、電流の立ち下げ期間Ｔｄでは、制御回路４０により、通電用ＭＯＳ３１～３３および還流用ＭＯＳ３４～３６の通電相に対応するものをいずれもオフするようにした。これにより、還流経路に還流電流を流すときにダイオード３４ａ～３６ａを用いることで、エネルギー消弧を行って短時間で電流をゼロレベルに戻すことができる。

また、本実施形態によれば、三相モータ２１への通電を行う駆動回路として、３個の通電用ＭＯＳ３１～３３および３個の還流用ＭＯＳ３４～３６により構成するので、従来構成のように三相の各コイルの端子毎にＨブリッジ回路を設ける構成に比べて用いるスイッチング素子の個数を半減させることができる。

なお、制御回路４０は、マイコンにより構成される場合として示したが、これに限らず、ロジック回路を用いたＩＣなどから構成することもできるし、マイコンとＩＣを混在させた構成とすることもできる。

（第２実施形態）
図５および図６は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、電気的構成は第１実施形態と同様であり、第１実施形態において行った制御回路４０によるモータ駆動制御で、コイル２１ａ～２１ｃへの通電停止時の制御を部分的に異なる動作を行うものである。

すなわち、図５に示すように、この実施形態では、制御回路４０は、モータ駆動制御を開始時点のステップＳ１００からステップＳ１６０までは、第１実施形態と同様の制御を実施し、この後、ステップＳ１７０ａで、モータ駆動停止時において異なる制御を実施する。

制御回路４０は、ステップＳ１５０で、モータ回転量が目標値に達してＹＥＳと判断した後、次のステップＳ１７０ａで、通電相の通電用ＭＯＳをオフに維持し、且つ還流用ＭＯＳをオンに維持する。これにより、三相モータ２１のロータにブレーキ作用が働き、モータ駆動が停止され、シフトレンジの切り替えが終了する。

図６は、三相モータ２１の三相のコイル２１ａ～２１ｃのそれぞれに対する制御回路４０による制御動作のシーケンスを概略的に示すタイムチャートである。
この制御では、制御回路４０は、三相モータ２１への通電開始時点ｔ１０で、例えばＵ相のコイル２１ａおよびＶ相のコイル２１ｂの双方に同時に通電を行う。このときの各通電相への通電方法は、第１実施形態と同様である。また、時刻ｔ１１になると、制御回路４０は、Ｕ相のコイル１２ａへの通電停止とＷ相のコイル２１ｃへの通電開始を行い、時刻ｔ１２になるとＷ相のコイル２１ｃのモータ駆動電流Ｉｍｗは目標電流Ｉａに達する。

このとき、制御回路４０は、前述同様にＵ相のコイル２１ａに対して、通電用ＭＯＳ３１および還流用ＭＯＳ３４のいずれもオフ状態にすることで、コイル２１ａの還流電流Ｉｍｕを、ダイオード３４ａを介して流すようにする。これにより、還流経路はダイオード３４ａによる電位差Ｖｆが生じ、還流電流Ｉｍｕは時刻ｔ１２でほぼゼロとなるように消弧される。

この後、制御回路４０は、時刻ｔ１３で通電中のＶ相のコイル２１ｂおよびＷ相のコイル２１ｃの双方を通電停止すべく、通電用ＭＯＳ３２、３３および還流用ＭＯＳ３５、３６をオフ状態にすることで、コイル２１ｂ、２１ｃの還流電流Ｉｍｖ、Ｉｍｗを、それぞれダイオード３５ａ、３６ａを介して流すようにする。また、時刻ｔ１３では、制御回路４０は、Ｕ相のコイル２１ａへの通電開始を行っている。これにより、２つの還流経路はダイオード３５ａ、３６ａによる電位差Ｖｆが生じ、還流電流Ｉｍｖ、Ｉｍｗは時刻ｔ１４でほぼゼロとなるように消弧され、Ｕ相のコイル２１ａに通電される。

このようにして、三相のコイル２１ａ～２１ｃへの通電で三相モータ２１のロータの回転量が目標値に達すると、制御回路４０は、通電していたＷ相のコイル２１ｃへの通電を時刻ｔ２１で停止する。このとき、制御回路４０は、通電用ＭＯＳ３３をオフさせるとともに、還流用ＭＯＳ３６をオン駆動することで、モータ駆動電流Ｉｍｗを敢えて時刻ｔ２２よりも長く残留させる状態とする。時刻ｔ２２は、図中点線で示しているように、還流用ＭＯＳ３６をオフ状態にした場合のコイル２１ｃの電流Ｉｍｗがゼロレベルになる時刻である。

この実施形態では、時刻ｔ２１で還流用ＭＯＳをオンさせるので、図中太実線で示しているように、時刻ｔ２２よりも後の時刻ｔ２３で還流経路の電位差Ｖｗがほぼゼロとなり、エネルギー消弧時間が延長され、ブレーキ効果を発揮させるようにしている。この結果、三相モータ２１のロータは所定位置で停止されるようになる。なお、この時、ロータをより確実に停止させる為、モータ回転方向と逆方向にトルクが発生するような別の相に更に通電を行うこともできる。

したがって、このような第２実施形態によれば、第１実施形態と同様のモータ駆動制御を実施することで第１実施形態と同様の作用効果を得るとともに、三相モータ２１が所定の回転量に達して駆動停止をさせる場合に限り、還流用ＭＯＳをオン駆動するようにしたので、ブレーキ効果を働かせることでロータを迅速に停止させることができる。

（第３実施形態）
図７および図８は第３実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、還流用ＭＯＳ３４～３６のダイオード３４ａ～３６ａを用いて還流電流を流す場合に、過熱状態とならないように制御する構成を備えた構成としている。

すなわち、モータ制御部５０において、還流用ＭＯＳ３４～３６のそれぞれの近傍に、温度を検出する温度検出素子５１～５３が配置されている。温度検出素子５１～５３は例えばサーミスタなどを用いたもので、制御回路４０の演算回路４１内に温度検出信号が取り込まれる。還流用ＭＯＳ３４～３６は、内部にダイオード３４ａ～３６ａが内蔵された構成であるので、温度検出素子５１～５３によって、還流用ＭＯＳ３４～３６およびダイオード３４ａ～３６ａの温度を検出することができる。

制御回路４０は、温度検出素子５１～５３により検出された還流用ＭＯＳ３４～３６の温度に応じて、モータ駆動制御のパターンを切り替える。図８はモータ駆動制御の流れを示しており、制御回路４０は、モータ駆動制御を開始すると、ステップＳ１００ａで、電流モニタおよび温度モニタを開始する。電流モニタでは、モータ駆動電流Ｉｍを電流検出抵抗３７の端子電圧を取り込んで検出している。温度モニタでは、還流用ＭＯＳ３４～３６の各温度を温度検出素子５１～５３の検出信号を取り込んで検出している。

制御回路４０は、ステップＳ１１０～Ｓ１５０およびステップＳ１７０の処理においては、第１実施形態と同様の制御を実施している。そして、制御回路４０は、ステップＳ１５０で、モータ回転量が目標値に達していない場合でＮＯと判断すると、ステップＳ１８０に移行する。制御回路４０は、ステップＳ１８０で、温度検出素子５１～５３のうちの通電相に対応するものの検出温度が所定温度以上であるか否かを判断する。

制御回路４０は、このステップＳ１８０でＮＯの場合、すなわち、例えば通電相であるＵ相の温度検出素子５１により検出される還流用ＭＯＳ３４およびダイオード３４ａの温度が所定以上に上昇していない場合には、第１実施形態と同様にしてステップＳ１６０を実行する。したがって、制御回路４０は、通電相の通電用ＭＯＳ３１および還流用ＭＯＳ３４をともにオフ状態にする。これにより、前述同様に通電相であるＵ相のコイル２１ａの還流電流は、ダイオード３４ａを介して流して消弧されることで立ち下げられる。

一方、制御回路４０は、ステップＳ１８０でＹＥＳになる場合、すなわち、例えば通電相であるＵ相の温度検出素子５１により検出される還流用ＭＯＳ３４の温度が所定以上に達している場合には、ステップＳ１９０に移行する。ここでは、制御回路４０は、通電相の通電用ＭＯＳ３１をオフ状態にするとともに還流用ＭＯＳ３４をオン状態にする。

これにより、通電相であるＵ相のコイル２１ａの還流電流は、ダイオード３４ａではなく還流用ＭＯＳ３４を通じて流れることになり、立ち下がり時間は長くなるが、還流用ＭＯＳ３４にかかる電圧がほぼゼロになることで、ダイオード３４ａに流れる場合に比べて発熱は抑制される。

この後、制御回路４０は、再びステップＳ１１０に戻り、次の相の通電ステップに移行する。制御回路４０は、次の通電ステップとして、三相のコイル２１ａ～２１ｃのうち、次に通電すべき相に対応してステップＳ１１０を実施して上記の通電制御を実施する。制御回路４０は、上記したステップＳ１１０～Ｓ１６０を繰り返してモータ回転量が目標値に達すると、ステップＳ１５０でＹＥＳと判断し、ステップＳ１７０に進み、全ての通電相の通電用ＭＯＳ３２、３４、３６および還流用ＭＯＳ３１、３３、３５をオフに維持する。これにより、モータ２０の駆動が停止されると、シフトレンジ切替が終了する。

このような第３実施形態では、還流用ＭＯＳ３４～３６の近傍に温度検出素子５１～５３をそれぞれに対応して配置した。そして、制御回路４０により、三相モータ２１の回転量が目標値に達していない場合で、通電相のコイルへの通電を停止するときに、通電相に対応した温度検出素子５１～５３の検出温度が所定以上の場合に限り、通電用ＭＯＳをオフし、還流用ＭＯＳをオン動作させるようにした。

これにより、還流用ＭＯＳ３４～３６に並列に接続されたダイオード３４ａ～３６ａに還流電流を流して短時間で消弧させる動作について、過熱状態が予想される場合には還流電流を還流用ＭＯＳ３４～３６に流すことで発熱を抑制することができ、還流用ＭＯＳ３４～３６を熱破壊から保護することができる。

なお、本実施形態を採用するか否かについては、三相モータ２１の仕様、特性や使用条件などと関係しており、また、還流用ＭＯＳ３４～３６の素子特性などに関係しているので、これらの関係に応じて適用することで大きい効果を得ることができるものである。
なお、上記実施形態は、第２実施形態に適用することもできる。

（第４実施形態）
図９は第４実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、モータ制御部６０は、電流検出抵抗３７に代えて、電流検出抵抗６１～６３を設ける構成としている。

すなわち、第１実施形態において電流検出抵抗３７は、モータ駆動電流Ｉｍを、通電相を問わず一括して検出する構成であったのに対して、この実施形態では、ＵＶＷの各相に対応して通電用ＭＯＳ３１～３３と電源線Ｌ２との間に電流検出抵抗６１～６３をそれぞれ設ける構成としている。また、電流検出抵抗６１～６３の検出電圧は演算回路４１に取り込まれる構成である。

したがって、このような第４実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を得る事ができる、さらに、モータ駆動電流Ｉｍについて、通電相毎に独立して検出することができるようになる。

（第５実施形態）
図１０は第５実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、モータ駆動装置１０１のモータ制御部７０は、１２個のＭＯＳトランジスタ７１～８２を設ける構成としている。また、各ＭＯＳトランジスタ７１～８２はボディダイオード７１ａ～８２ａを有する構成である。

ＭＯＳトランジスタ７２、７４、７６、７８、８０、８２は通電用ＭＯＳであり、ＭＯＳトランジスタ７１、７３、７５、７７、７９、８１は還流用ＭＯＳとして機能する。また、ＭＯＳトランジスタ７１～７４、ＭＯＳトランジスタ７５～７８、ＭＯＳトランジスタ７９～８２はそれぞれＨブリッジ回路として構成され、三相モータ２１の各相のコイル２１ａ～２１ｃに対応して設けられる。

制御回路９０は、演算回路９１および駆動回路９２から構成され、前述の制御回路４０と同様にＭＯＳトランジスタ７１～８２を駆動制御する。電流検出抵抗３７の検出信号は演算回路９１に取り込まれる。

この構成では、従来方式と同様の構成を採用しており、制御回路９０は、この構成において、第１実施形態と同様のモータ駆動制御を行う。この場合、各相のコイル２１ａ～２１ｃへの通電は、制御回路９０により、次のように実施される。

例えばＵ相のコイル２１ａについて説明すると、制御回路９０は、立ち上り期間Ｔｕには、Ｈブリッジを構成する還流用ＭＯＳ７１と通電用ＭＯＳ７４をオン駆動することで通電する。このとき、ＳＲＭはコイル２１ａへの通電方向に依らず動作するので、制御回路９０は、還流用ＭＯＳ７３と通電用ＭＯＳ７２をオン駆動することで通電することもできる。

続いて、電流維持期間Ｔｋでは、制御回路９０は、ＰＷＭ制御により交互にオン制御をする通電期間として、還流用ＭＯＳ７１と通電用ＭＯＳ７４をオン駆動する状態と、通電用ＭＯＳ７４をオフし、還流用ＭＯＳ７１および７３をオン駆動して還流経路を形成して還流電流を流す状態とを交互に繰り返し実行する。なお、還流経路の形成は、還流用ＭＯＳ７１をオフし、通電用ＭＯＳ７２および７４をオン駆動することでも形成することができる。

そして、立ち下がり期間Ｔｄでは、制御回路９０は、還流用ＭＯＳ７１と通電用ＭＯＳ７４をともにオフ状態にすることで、Ｈブリッジを構成する全てのＭＯＳ７１～７４をオフ状態にする。これにより、Ｕ相のコイル２１ａの還流電流は、ダイオード７２ａおよび７３ａを通じて流れるようになる。これによって、還流経路に電位差が生ずるので、エネルギー消弧がなされるようになる。

したがって、このような第５実施形態によっても、第１実施形態と同様にして、電位差をほぼゼロにした還流経路で還流電流を流す状態と、ダイオード７２ａ、７３ａに還流電流を流す還流経路でエネルギー消弧を行う状態とを使い分けることで、還流用ＭＯＳ７１、７３の発熱を抑制した動作を実施することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。

三相モータ２１を用いたが、４相以上の多相モータに適用することもできる。
通電用ＭＯＳをハイサイド側、還流用ＭＯＳをローサイド側に配置した構成とすることもできる。この場合には、コイル２１ａ～２１ｃは、共通に接続した一端側をグランド側に接続する構成とする。

通電用スイッチング素子および還流用スイッチング素子は、ＭＯＳトランジスタ以外に例えばＩＧＢＴなどのスイッチング素子を用いることができる。
また、還流経路を形成するダイオードは、ボディダイオードを用いているが、外付けのダイオードを用いることもでき、この場合には少なくとも還流用スイッチング素子に並列に接続されていれば良い。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、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や形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１は車両電源、２は駆動力伝達部、４はシフトレンジ切替機構、５ディテントプレート、７はマニュアルバルブ、２０はモータ部、２１は三相モータ（多相モータ）、２１ａ～２１ｃはコイル、２３は減速機構、３０、５０、６０、７０はモータ制御部、３１～３３、７２、７４、７６、７８、８０、８２は通電用ＭＯＳトランジスタ（通電用スイッチング素子）、３４～３６、７１、７３、７５、７７、７９、８１は還流用ＭＯＳトランジスタ（還流用スイッチング素子）、３１ａ～３６ａ、７１ａ～８２ａはダイオード、３７、６１～６３は電流検出抵抗、４０、９０は制御回路、５１～５３は温度センサ、１００、１０１はモータ駆動装置である。

Claims (4)

1. シフトバイワイヤ制御において三相以上の多相モータ（２１）を駆動させるモータ駆動装置であって、
   前記多相モータの各相のコイル（２１ａ～２１ｃ）への通電経路に設けられた通電用スイッチング素子（３１～３３、７２、７４、７６、７８、８０、８２）と、
   前記各相のコイルの還流経路に設けられた還流用スイッチング素子（３４～３６、７１、７３、７５、７７、７９、８１）と、
   前記還流用スイッチング素子のそれぞれに並列接続されたダイオード（３４ａ、３５ａ、３６ａ、７１ａ、７３ａ、７５ａ、７７ａ、７９ａ、８１ａ）と、
   前記多相モータの各相のコイルへの駆動電流の通電制御を行う制御回路（４０、９０）とを備え、
   前記制御回路は、前記多相モータの駆動中での前記各相のコイルへの駆動電流の通電では、
   駆動電流立ち上げ時において通電経路の前記通電用スイッチング素子を連続的にオンに維持し、
   駆動電流維持時において前記通電用スイッチング素子と前記還流用スイッチング素子とをＰＷＭ制御にて交互にオン駆動し、
   駆動電流立ち下げ時において前記通電用スイッチング素子と前記還流用スイッチング素子とを共にオフ状態で保持するモータ駆動装置。
2. 前記制御回路は、前記多相モータの駆動停止時での前記各相のコイルへの駆動電流の通電では、駆動電流立ち下げ時において前記還流用スイッチング素子はオン状態に保持する請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記還流用スイッチング素子の温度を検出する温度検出素子（５１、５２、５３）を設け、
   前記制御回路（５０）は、前記温度検出素子により検出される温度が所定温度以上の場合には、駆動電流立ち下げ時において前記還流用スイッチング素子をオン駆動する請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記多相モータは、スイッチト・リラクタンス・モータ（ＳＲＭ）であり、全相のコイルの一端側が共通に駆動用電源の一端子に接続される請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

Images