WO2018123711A1 - シフトレンジ制御装置 - Google Patents

Abstract

シフトレンジ制御装置（４０）は、モータ（１０）と、シフトレンジ切替機構（２０）と、を備えるシフトレンジ切替システム（１）におけるモータ（１０）の駆動を制御する。駆動制御部（５３）は、シフトレンジが切り替えられたとき、係合部材（２６）がシフトレンジに応じた凹部（２２）に嵌まり合うように、モータ（１０）の駆動を制御する。極性判定部（５２）は、ロータ（１３）に対向するステータ（１１）の極性を判定する。駆動制御部（５３）は、シフトレンジに応じた凹部（２２）に係合部材（２６）を移動させた後、ステータ（１１）の極性に応じ、ステータ（１１）の磁束密度を低減させる電流であるキャンセル電流をコイル（１２）に通電するキャンセル通電制御を行う。

Description

シフトレンジ制御装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１６年１２月２７日に出願された特許出願番号２０１６－２５３６４４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、シフトレンジ制御装置に関する。

　従来、運転者からのシフトレンジ切替要求に応じてモータを制御することでシフトレンジを切り替えるシフトレンジ切替装置が知られている。例えば特許文献１では、モータとして、ブラシレスモータを用いている。

特許第５９４３９５５号

　シフトレンジ切替装置において、例えばディテントスプリング等の外力によってシャフトを回転させることで停止許容範囲内に停止させる。ここで、特許文献１のように、モータとしてブラシレスモータ等の永久磁石を用いるモータを用いる場合、通電を停止しても、ロータの回転によりコギングトルクが発生する。そのため、コギングトルクと外力との関係によっては、シャフトを停止許容範囲内まで回転させらない虞がある。本開示の目的は、コギングトルクを低減可能であるシフトレンジ制御装置を提供することにある。

　本開示のシフトレンジ制御装置は、シフトレンジ切替システムにおいて、モータの駆動を制御する。シフトレンジ切替システムは、モータと、シフトレンジ切替機構と、を備える。モータは、コイルが巻回されるステータ、および、コイルへの通電により回転するロータを有する。シフトレンジ切替機構は、被駆動部材、係合部材、および、付勢部材を有する。被駆動部材は、複数の凹部が形成され、モータにより駆動される。係合部材は、モータの駆動により凹部間を移動可能であって、シフトレンジに応じた凹部に嵌まり合う。付勢部材は、係合部材を凹部に嵌まり込む方向に付勢する。シフトレンジ制御装置は、駆動制御部と、極性判定部と、を備える。駆動制御部は、シフトレンジが切り替えられたとき、係合部材がシフトレンジに応じた凹部に嵌まり合うように、モータの駆動を制御する。極性判定部は、ロータに対向するステータの極性を判定する。

　駆動制御部は、シフトレンジに応じた凹部まで係合部材を移動させた後、ステータの極性に応じ、ステータの磁束密度を低減させる電流であるキャンセル電流をコイルに通電するキャンセル通電制御を行う。ステータの磁束密度を低減させるキャンセル電流の通電により、ステータとロータとの間の磁気的吸引力が低減するので、コギングトルクを低減することができる。

　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、一実施形態によるモータおよびドライバ回路を示す回路図であり、 図４Ａは、一実施形態によるディテントトルクを説明する説明図であり、 図４Ｂは、一実施形態によるディテントトルクを説明する説明図であり、 図５は、一実施形態による出力軸角度とディテントトルクとの関係を説明する説明図であり、 図６は、一実施形態によるモータ駆動処理を説明するフローチャートであり、 図７は、一実施形態によるキャンセル通電処理を説明するフローチャートであり、 図８Ａは、一実施形態による固定相通電時のコギングトルクとディテントトルクとの関係を説明する説明図であり、 図８Ｂは、一実施形態による固定相通電時のモータの磁化状態を説明する説明図であり、 図９Ａは、一実施形態による固定相通電後のキャンセル通電処理時におけるコギングトルクとディテントトルクとの関係を説明する説明図であり、 図９Ｂは、一実施形態による固定相通電後のキャンセル通電処理時におけるモータの磁化状態を説明する説明図であり、 図１０Ａは、一実施形態による通電相を切り替えたときのコギングトルクとディテントトルクとの関係を説明する説明図であり、 図１０Ｂは、一実施形態による通電相を切り替えたときのモータの磁化状態を説明する説明図であり、 図１１は、一実施形態によるキャンセル通電制御終了時のコギングトルクとディテントトルクとの関係を説明する説明図であり、 図１２Ａは、一実施形態によるエンコーダの状態、キャンセル通電の状態を説明する説明図であり、 図１２Ｂは、一実施形態によるステータの磁化状態とスイッチング素子の状態との関係を説明する説明図であり、 図１３は、一実施形態による出力軸角度とモータ軸角度との関係を説明する説明図である。

　以下、本開示によるシフトレンジ制御装置を図面に基づいて説明する。
　　　（一実施形態）
　一実施形態によるシフトレンジ制御装置を図１～図１３に示す。図１および図２に示すように、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、シフトレンジ制御装置４０等を備える。

　図１～図３に示すように、モータ１０は、図示しない車両に搭載されるバッテリ４５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。本実施形態のモータ１０は、永久磁石式のＤＣブラシレスモータである。図３および図８Ｂ等に示すように、モータ１０は、ステータ１１、コイル１２、ロータ１３等を有する。ステータ１１には、コイル１２が巻回される。コイル１２は、Ｕ相コイル１２１、Ｖ相コイル１２２、および、Ｗ相コイル１２３を有する。ロータ１３は、コイル１２の通電により、図示しないモータ軸と一体となって回転する。図８Ｂ等に示すように、ステータ１１のスロット数は１２であり、ロータ１３の磁極数は８である。

　図２に示すように、エンコーダ１４は、モータ１０の図示しないロータの回転位置を検出する。エンコーダ１４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１３と一体に回転する磁石と、磁気検出用のホールＩＣ１４１～１４３（図８Ｂ等参照）等により構成される。ホールＩＣ１４１は、ロータ１３の磁極を検出可能な箇所であって、例えばステータ１１を保持する図示しないケーシングのロータ１３と対向する箇所に配置される。本実施形態では、ホールＩＣ１４１がＷ相に対応する箇所に設けられ、ホールＩＣ１４２がＵ相に対応する箇所に設けられ、ホールＩＣ１４３がＶ相に対応する箇所に設けられる。エンコーダ１４は、ロータ１３の回転に同期して、パルス信号を出力する。

　減速機１５は、モータ１０のモータ軸と出力軸１６との間に設けられ、モータ１０の回転を減速して出力軸１６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１６には、出力軸１６の角度を検出する出力軸センサ１７が設けられる。出力軸センサ１７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１５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１６に固定され、モータ１０により駆動される。本実施形態では、ディテントプレート２１がディテントスプリング２５の基部から離れる方向を正回転方向、基部に近づく方向を逆回転方向とする。

　ディテントプレート２１には、出力軸１６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、マニュアルバルブ２８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２２が設けられる。凹部２２は、ディテントスプリング２５の基部側から、Ｄ、Ｎ、Ｒ、Ｐの各レンジに対応している。

　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。ディテントローラ２６は、凹部２２のいずれかに嵌まり込む。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が凹部２２を移動する。ディテントローラ２６が凹部２２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。ディテントプレート２１が逆回転方向に揺動すると、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が逆回転方向に回転し、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、ディテントプレート２１が正回転方向に回転し、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、モータドライバ４１、および、ＥＣＵ５０等を有する。モータドライバ４１は、コイル１２の通電を切り替える３相インバータであって、スイッチング素子４１１～４１６がブリッジ接続される。対になるＵ相のスイッチング素子４１１、４１４の接続点には、Ｕ相コイル１２１の一端が接続される。対になるＶ相のスイッチング素子４１２、４１５の接続点には、Ｖ相コイル１２２の一端が接続される。対になるＷ相のスイッチング素子４１３、４１６の接続点には、Ｗ相コイル１２３の一端が接続される。コイル１２１～１２３の他端は、結線部１２５で結線される。すなわち本実施形態のコイル１２はＹ結線されているが、Δ結線としてもよい。本実施形態のスイッチング素子４１１～４１６は、ＭＯＳＦＥＴであるが、ＩＧＢＴ等の他の素子を用いてもよい。

　モータドライバ４１とバッテリ４５との間には、モータリレー４６が設けられる。モータリレー４６は、イグニッションスイッチ等である始動スイッチがオンされているときにオンされ、モータ１０側へ電力が供給される。また、モータリレー４６は、始動スイッチがオフされているときにオフされ、モータ１０側への電力の供給が遮断される。

　ＥＣＵ５０は、スイッチング素子４１１～４１６のオンオフ作動を制御することで、モータ１０の駆動を制御する。ＥＣＵ５０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置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。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。

　ＥＣＵ５０は、角度演算部５１、極性判定部５２、および、駆動制御部５３等を有する。角度演算部５１は、エンコーダ１４の検出値に基づき、モータ１０の回転角を演算する。極性判定部５２は、エンコーダ１４の検出値に基づき、ステータ１１の極性を判定する。駆動制御部５３は、スイッチング素子４１１～４１６のオンオフ作動を制御し、コイル１２の通電を切り替えることで、モータ１０の駆動を制御する。以下、コイル１２の通電によりステータ１１の磁極が変化することによりロータ１３が回転することを、適宜、単に「モータ１０が回転する」という。

　モータ１０の駆動制御の説明に先立ち、ディテントスプリング２５のスプリング力について、図４Ａおよび図４Ｂに基づいて説明する。上述したように、ディテントプレート２１は、出力軸１６と一体に回転するように設けられており、モータ１０の回転に伴って回転する。ディテントプレート２１が回転することで、ディテントローラ２６が要求シフトレンジに応じた凹部２２に移動する。図４Ａおよび図４Ｂ中に矢印Ｙｓで示すように、ディテントローラ２６は、ディテントスプリング２５により、ディテントプレート２１の回動中心Ｏ方向、すなわち凹部２２の最底部に向かう方向に付勢されている。そのため、ディテントローラ２６が凹部２２の最底部以外の箇所にある場合、ディテントトルクＴｄｅｔがディテントプレート２１に発生する。図４Ａおよび図４Ｂ中にて、ディテントトルクを矢印Ｙｄｅｔで示す。

　具体的には、図４Ａに示すように、ディテントローラ２６が凹部２２の最底部よりもディテントスプリング２５の基部に近い側にある場合、ディテントプレート２１を逆回転方向に回転させるディテントトルクＴｄｅｔが発生する。また、図４Ｂに示すように、ディテントローラ２６が凹部２２の最底部よりもディテントスプリング２５の基部から遠い側にある場合、ディテントプレート２１を正回転方向に回転させるディテントトルクＴｄｅｔが発生する。

　図５に示すように、ディテントトルクＴｄｅｔは、ディテントローラ２６がディテントプレート２１の凹部間のピーク位置にあるとき最大となり、ディテントローラ２６が凹部２２の最も低い位置にあるときに０となる。出力軸角度とディテントトルクＴｄｅｔとの関係は、ディテントスプリング２５のスプリング力や、ディテントプレート２１の形状等に応じる。図５では、ディテントローラ２６が凹部２２の最も低い位置にあるときの出力軸角度をＳｂ１、Ｓｂ２とし、ディテントローラ２６が凹部間のピーク位置にあるときの出力軸角度をＳｐとした。

　出力軸１６を角度Ｓｂ１から角度Ｓｂ２まで回転させることで、ディテントローラ２６を隣の凹部２２へ移動させる場合、角度ＳｐにおけるディテントトルクであるピークディテントトルクＴｄｅｔ＿ｐより大きいトルクにて、出力軸１６を駆動する必要がある。すなわち、ピークディテントトルクＴｄｅｔ＿ｐは、シフトレンジ切替時におけるモータ１０の最低駆動トルクと捉えることもできる。

　矢印Ｒｍで示すように、角度Ｓｂ１から角度Ｓｍ１までの区間において、モータ１０の駆動により出力軸１６を回転させ、角度Ｓｍ１にてモータ１０を停止させて通電を停止する。ここで、モータ１０にてコギングトルクＴｃｇｇが発生しなければ、矢印Ｒｄで示すように、ディテントトルクＴｄｅｔにより出力軸１６が停止許容範囲まで回転し、ディテントローラ２６が凹部２２の最底部に嵌まり込む。図５では、ディテントトルクＴｄｅｔにて角度Ｓｂ２まで回転するように矢印Ｒｄを示した。なお、「最底部」とは、出力軸１６の停止許容範囲に応じた範囲とする。また、停止許容範囲におけるディテントトルクの最大値を許容トルク±Ｔｄｅｔ＿ｂとする。一方、モータ１０のコギングトルクＴｃｇｇが許容トルクＴｄｅｔ＿ｂより大きいと、停止許容範囲外にてモータ１０への通電が停止された場合、ディテントローラ２６を凹部２２の最底部に嵌め込むことができない。

　本実施形態では、モータ１０としてＤＣブラシレスモータを用いている。そのため、モータ１０のコギングトルクＴｃｇｇが許容トルクＴｄｅｔ＿ｂより大きい可能性がある。また、ディテントトルクＴｄｅｔを大きくするために、ディテントスプリング２５の付勢力を大きくすると、ピークディテントトルクＴｄｅｔ＿ｐも大きくなるため、凹部２２間の山を乗り越えるための駆動トルクも大きくする必要があり、モータ１０の体格の大型化が必要となる。

　そこで本実施形態では、モータ１０を停止させた後、コギングトルクＴｃｇｇを低減するための電流を通電することで、ディテントローラ２６が凹部２２の最底部に嵌まり込むようにしている。本実施形態のモータ駆動処理を図６および図７のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、イグニッションスイッチ等である始動スイッチがオンされているとき、ＥＣＵ５０にて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。他のステップについても同様である。

　最初のＳ１０１では、ＥＣＵ５０は、要求シフトレンジが変化したか否かを判断する。要求シフトレンジが変化していないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０２以下の処理を行わない。要求シフトレンジが変化したと判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行する。Ｓ１０２では、駆動制御部５３は、要求シフトレンジに応じた目標位置まで回転し、目標位置にて停止するように、モータ１０を駆動する。ここでのモータ制御は、例えば電流フィードバック制御や、速度フィードバック制御等、どのような制御方法であってもよい。

　Ｓ１０３では、ＥＣＵ５０は、モータ１０が目標位置に到達したか否かを判断する。モータ１０が目標位置に到達していないと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、Ｓ１０２に戻り、モータ１０の駆動を継続する。モータ１０が目標位置に到達したと判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行する。Ｓ１０４では、駆動制御部５３は、モータ１０を停止させるモータ停止制御を行う。本実施形態では、モータ停止制御として、モータ１０のロータ位置に応じて選択される２相を固定相とし、固定相に通電する固定相通電制御を行う。Ｓ１０５では、駆動制御部５３は、モータ停止制御を所定時間継続した後、コギングトルクを低減するキャンセル通電処理を行う。

　キャンセル通電処理するサブフローを図７に示す。Ｓ１５１では、極性判定部５２は、エンコーダ１４の検出値に基づき、通電相を判定する。また、極性判定部５２は、現在の通電状態での磁束密度を低減する電流であるキャンセル電流の通電相を決定する。エンコーダ１４のホールＩＣ１４１～１４３の状態と、キャンセル電流の通電相との関係は、図１２Ａに示す通りである。また、通電相と、スイッチング素子４１１～４１６のスイッチング状態との関係は、図１２Ｂに示す通りである。例えば、図１２Ａの状態１では、ホールＩＣ１４１がＮ、ホールＩＣ１４２がＮ、ホールＩＣ１４３がＳであるので、Ｕ相がＮ、Ｖ相がＳとなるように、キャンセル通電を行う。Ｕ相がＮ、Ｖ相がＳとなるスイッチングパターンは、図１２Ｂに示すように、スイッチングパターン＜６＞であるので、スイッチング素子４１１、４１５をオンにする。なお図１２Ｂでは、スイッチング素子を「ＳＷ」と記載した。

　Ｓ１５２では、駆動制御部５３は、キャンセル電流をコイル１２に通電する。Ｓ１５３では、ＥＣＵ５０は、エンコーダ１４の検出値に基づき、ロータ１３が回転したか否かを判断する。ロータ１３が回転したと判断された場合（Ｓ１５３：ＹＥＳ）、Ｓ１５１へ戻り、通電相を切り替えて、キャンセル通電を行う。ロータ１３が回転していないと判断された場合（Ｓ１５３：ＮＯ）、Ｓ１５４へ移行する。

　Ｓ１５４では、ＥＣＵ５０は、ロータ１３が停止した状態にて、判定時間が経過したか否かを判断する。判定時間が経過していないと判断された場合（Ｓ１５４：ＮＯ）、Ｓ１５３へ移行する。判定時間が経過したと判断された場合（Ｓ１５４：ＹＥＳ）、キャンセル通電制御を終了し、モータ１０への通電をオフにする。

　キャンセル通電処理によるモータ１０の挙動を図８Ａ～図１１に基づいて説明する。図８Ａ、図９Ａ、図１０Ａおよび図１１では、横軸をモータ１０の機械角であるモータ角度［°］、縦軸をトルクとし、実線が現在の通電状態にて生じるコギングトルクＴｃｇｇ、破線が通電をオフしたときのコギングトルクＴｃｇｇ０、一点鎖線がディテントトルクＴｄｅｔである。現在の通電状態でのコギングトルクＴｃｇｇについては、モータ停止位置を含む一部の角度範囲について記載し、その他の角度範囲については省略した。また図８Ａ、図９Ａ、図１０Ａおよび図１１の説明において、コギングトルクＴｃｇｇ、Ｔｃｇｇ０は、いずれもギア比換算した値とする。図８Ｂ、図９Ｂおよび図１０Ｂでは、ステータ１１の磁化状態とロータ１３の位置との関係を示しており、梨地で示した相が通電相である。以下、ロータ１３に対向する側の磁極を、各相のステータ１１の磁極とする。なお、図８Ａ～図１１では、通電相の切り替えにより、モータ軸が回転していくことを示すべく、モータ角度の数値を例示的に記載しているが、この数値は、固定相通電時の通電相等に応じた値となる。

　図８Ａおよび図８Ｂは、固定相通電時の状態を示している。図８Ｂに示すように、ステータ１１のＵ相がＳ極、Ｖ相がＮ極に磁化されており、ロータ１３のＮ極がＵ相と引き合い、Ｓ極がＶ相と引き合っている。このとき、モータ１０には、実線で示すようなコギングトルクＴｃｇｇが生じている。また、図４Ａおよび図４Ｂにて説明したように、モータ１０には、減速機１５を経由して、ディテントトルクＴｄｅｔが作用する。そのため、モータ１０は、コギングトルクＴｃｇｇとディテントトルクＴｄｅｔとが釣り合う位置Ｐ１にて停止する。

　例えばＳＲモータのように、永久磁石を用いていないものであれば、通電をオフすれば、ディテントトルクＴｄｅｔにより、ディテントローラ２６を凹部２２の最底部に移動させることができる。一方、本実施形態では、モータ１０はＤＣブラシレスモータであって、ロータ１３に永久磁石が設けられているので、通電をオフしても、破線で示すコギングトルクＴｃｇｇが残る。そのため、モータ１０は、ディテントトルクＴｄｅｔとコギングトルクＴｃｇｇとが釣り合う位置Ｐ０まで移動するものの、それ以上には移動させることができず、ディテントローラ２６を凹部２２の停止許容範囲まで移動させることができない虞がある。

　そこで本実施形態では、ロータ１３の停止位置におけるコギングトルクＴｃｇｇをキャンセルするように、キャンセル通電を行う。具体的には、図９Ａ、図９Ｂおよび図１２Ａの「状態１」に示すように、固定相通電時にＳ極に磁化されていたＵ相がＮ極に磁化され、Ｎ極に磁化されていたＶ相がＳ極に磁化されるように通電する。すなわち、最初のキャンセル通電では、図８Ａおよび図８Ｂに示す固定相通電時とは、ステータ１１の極性が逆向きになるように通電する。そのため、初回のキャンセル通電については、内部的に通電相がわかっていれば、キャンセル通電相の決定に、エンコーダ１４の検出値を用いなくてもよい。

　また、コギングトルクＴｃｇｇは、モータ１０を駆動するための駆動トルクや、固定相通電にてモータ１０を停止させるためのトルクと比較して小さい。キャンセル通電制御では、コギングトルクＴｃｇｇをキャンセルできればよいので、キャンセル通電にて通電される通電量は、モータ駆動制御時および停止制御時と比較して、十分に小さい。通電量は、モータ１０の形状や特性に応じて決定される設計値である。本実施形態では、磁束密度が０となるように通電量を決定する。なお、コギングトルクＴｃｇｇが低減されればよいので、通電量は、磁束密度が０となるように設定されていなくてもよい。

　キャンセル通電により、ステータ１１とロータ１３との間での引き合う力が弱まると、ディテントトルクＴｄｅｔにより、出力軸１６およびロータ１３が回転する。ロータ１３は固定相通電時の位置Ｐ１から回転し、再びディテントトルクＴｄｅｔとコギングトルクＴｃｇｇとが釣り合う位置Ｐ２にて停止する。本実施形態では、ステータ１１のスロット数が１２、ロータ１３の磁極数が８であるので、キャンセル通電によりロータ１３が約１５°回転する。上述の通り、モータ１０は、コギングトルクＴｃｇｇとディテントトルクＴｄｅｔとが釣り合う箇所で停止するため、キャンセル通電による回転量は、厳密に１５°とはならず、トルクに応じたズレが生じる。

　図９Ｂに示すようなキャンセル通電を行うことで、ロータ１３が回転し、図１０Ｂに示す状態にて停止する。このときのエンコーダ１４は、図１２Ａの「状態２」となる。そこで、通電相を１相ずらし、Ｕ相はＮ極のままとし、Ｖ相に替えてＷ相がＳ極になるように、キャンセル通電相を切り替える。これにより、モータ１０は、位置Ｐ２から位置Ｐ３まで回転して停止する（図１０Ａ参照）。本実施形態では、状態１、状態２、状態３・・・とキャンセル通電相を切り替えていくことで、モータ１０の停止位置におけるコギングトルクＴｃｇｇを低減し、ディテントトルクＴｄｅｔにより、モータ１０を停止許容範囲内まで回転させていく。補足として、図９Ｂは出力軸１６が位置Ｐ１であって、キャンセル通電開始かつロータ回転前の状態を示しており、図１０Ｂは出力軸１６が位置Ｐ２であって、キャンセル通電開始かつロータ回転前の状態を示している。

　図１１に示すように、キャンセル通電を行ってもコギングトルクＴｃｇｇがディテントトルクＴｄｅｔ以下にならなくなると、モータ１０は、位置Ｐｅから回転しない。本実施形態では、キャンセル通電による通電相切替後に、エンコーダ１４のカウント値が変化せずに判定時間が経過した場合、キャンセル通電によりモータ１０が回転していないとみなし、スイッチング素子４１１～４１６を全てオフにして、制御を終了する。このとき、ディテントトルクＴｄｅｔは、許容トルクＴｄｅｔ＿ｂより小さいものとすれば、出力軸１６は停止許容範囲内であって、ディテントローラ２６は、要求シフトレンジに応じた凹部２２の最底部に嵌まりこんでいる。

　本実施形態では、シフトバイワイヤシステム１において、モータ１０を駆動することでディテントプレート２１を回転させ、ディテントスプリング２５の付勢力により、ディテントローラ２６をシフトレンジに応じた凹部２２に落とし込んでいる。換言すると、モータ１０の回転により駆動される被駆動部材のシャフト位置を、メカの外力（本実施形態では、ディテントスプリング２５の付勢力）にて、安定化して保持している。このような構成において、モータ１０のコギングトルクＴｃｇｇが大きいと、ディテントスプリング２５の付勢力ではディテントローラ２６を所望の凹部２２に落とし込めない虞がある。なお、ディテントトルクＴｄｅｔを大きくすべく、ディテントスプリング２５の付勢力を大きくすると、ディテントローラ２６が凹部２２間の山を乗り越えるのに必要な駆動トルクも大きくする必要があり、モータ１０の大型化が必要となる。

　そこで本実施形態では、シフトレンジが切り替わったとき、ディテントローラ２６がシフトレンジに応じた凹部２２の中心付近となる位置までモータ１０を回転させた後、停止させるように制御している。そして、モータ１０を停止させた後、モータ１０の停止位置におけるコギングトルクＴｃｇｇを低減するように、モータ駆動時と比較して微小な電流を通電するコギングキャンセル処理を行う。コギングキャンセル処理によりコギングトルクＴｃｇｇが低減すると、ディテントトルクＴｄｅｔにより、ディテントプレート２１および出力軸１６が回転するとともに、減速機１５を経由してモータ１０も回転し、ディテントトルクＴｄｅｔとコギングトルクＴｃｇｇとが釣り合う箇所にて停止する。そして、モータ１０の回転方向および回転量に応じて通電相を切り替え、再度キャンセル通電を行う。ロータ位置に応じたキャンセル通電を繰り返していくことで、ディテントトルクＴｄｅｔにより、ディテントローラ２６を凹部２２の最底部に向かって移動させていくことができる。

　また、コギングキャンセル処理を行っても、コギングトルクＴｃｇｇがディテントトルクＴｄｅｔ以下にならない場合、モータ１０は回転しない。このとき、ディテントトルクＴｄｅｔは十分に小さく、ディテントローラ２６は停止許容範囲内まで移動されている。本実施形態では、コギングキャンセル処理によりモータ１０が回転しない場合、コギングキャンセル処理を終了する。これにより、モータ１０を大型化することなく、ディテントローラ２６を所望の凹部２２に適切に移動させるとともに、出力軸１６を安定して保持することができる。

　特に、本実施形態では、モータ１０のモータ軸と出力軸１６との間に減速機１５が設けられている。図１３に示すように、例えば減速比ＤＲが６０倍とすると、出力軸１６を２°回転させるためには、モータ軸を１２０°回転させる必要がある。本実施形態では、ステータ１１のスロット数およびロータ１３の磁極数の関係性から、１回のキャンセル通電によりモータ軸およびロータ１３が約１５°回転するので、出力軸１６を２°回転させるには、通電状態を８回切り替えることになる。すなわち、減速比ＤＲが大きくなるほど、通電相の切替回数が多くなる。

　また、減速機１５が設けられている場合、ディテントトルクＴｄｅｔによりモータ軸を駆動するには、以下の式（１）の関係が成立する必要がある。
　　　Ｔｃｇｇ×ＤＲ＜Ｔｄｅｔ　　・・・（１）
　換言すると、上記式（１）を満たせなければ、ディテントトルクＴｄｅｔによりモータ軸を回転させることができず、ディテントローラ２６を所望の凹部２２に落とし込めない可能性が高い。すなわち、減速比が大きいほど、コギングトルクＴｃｇｇの影響が大きい。したがって、本実施形態のコギングキャンセル処理を行い、コギングトルクＴｃｇｇをキャンセルすることが有効である。

　以上説明したように、本実施形態のシフトレンジ制御装置４０は、シフトバイワイヤシステム１において、モータ１０の駆動を制御することで、シフトレンジを切り替える。シフトバイワイヤシステム１は、モータ１０と、シフトレンジ切替機構２０と、を備える。

　モータ１０は、コイル１２が巻回されるステータ１１、および、コイル１２への通電により回転するロータ１３を有する。ロータ１３には、永久磁石が設けられている。シフトレンジ切替機構２０は、ディテントプレート２１、ディテントローラ２６、および、ディテントスプリング２５を有する。ディテントプレート２１は、複数の凹部２２が形成され、モータ１０により駆動される。ディテントローラ２６は、モータ１０の駆動により凹部２２間を移動可能であって、シフトレンジに応じた凹部２２に嵌まり合う。ディテントスプリング２５は、ディテントローラ２６を凹部２２に嵌まり込む方向に付勢する。

　シフトレンジ制御装置４０は、駆動制御部５３と、極性判定部５２と、を備える。駆動制御部５３は、シフトレンジが切り替えられたとき、ディテントローラ２６がシフトレンジに応じた凹部２２に嵌まり合うようにモータ１０の駆動を制御する。極性判定部５２は、ロータ１３に対向するステータ１１の極性を判定する。駆動制御部５３は、シフトレンジに応じた凹部２２までディテントローラ２６を移動させた後、ステータ１１の極性に応じ、ステータ１１の磁束密度を低減させる電流であるキャンセル電流をコイル１２に通電するキャンセル通電制御を行う。ステータ１１の磁束密度を低減させるキャンセル電流の通電により、ステータ１１とロータ１３との間の磁気的吸引力が低減されるので、コギングトルクＴｃｇｇを低減することができる。

　本実施形態では、ロータ１３に永久磁石が設けられているので、モータ１０への通電を停止したとしても、コギングトルクＴｃｇｇの影響により、ディテントトルクＴｄｅｔによりディテントローラ２６を凹部２２の最底部まで落とし込めない虞がある。そこで本実施形態では、キャンセル通電制御を行うことで、コギングトルクを低減しているので、ディテントスプリング２５の付勢力により、ディテントローラ２６を凹部２２の最底部側へ適切に移動させることができる。

　特に、本実施形態のように、モータ１０とディテントプレート２１との間に減速機１５が設けられており、減速比ＤＲが大きいと、コギングトルクＴｃｇｇの影響が大きくなる。そのため、本実施形態のキャンセル通電制御を行い、コギングトルクＴｃｇｇを低減することが有効である。

　駆動制御部５３は、キャンセル電流の通電によりロータ１３が回転した場合、ロータ１３の回転方向に応じ、キャンセル電流の通電相を変更する。通電相を切り替えながらキャンセル電流の通電を繰り返していくことで、ディテントローラ２６を凹部２２の最底部側へより適切に移動させることができる。特に、本実施形態のように、モータ１０とディテントプレート２１との間に減速機１５が設けられている場合、減速比が大きいほど、１回のキャンセル通電によるディテントプレート２１の回転量が小さくなるので、キャンセル通電を繰り返していくことが、より有効である。駆動制御部５３は、キャンセル電流の通電によりロータ１３が回転しなかった場合、コイル１２への通電を終了する。これにより、キャンセル通電制御を適切に終了させることができる。

　本実施形態では、シフトバイワイヤシステム１が「シフトレンジ切替システム」に対応し、ディテントプレート２１が「被駆動部材」に対応し、ディテントローラ２６が「係合部材」に対応し、ディテントスプリング２５が「付勢部材」に対応する。

　　　（他の実施形態）
　（１）モータ
　上記実施形態では、モータは、ＤＣブラシレスモータである。他の実施形態では、モータは、永久磁石を用いるどのようなモータであってもよい。また、モータは、１組のコイルを有する。他の実施形態では、２組以上のコイルを設けてもよい。上記実施形態では、ステータのスロット数が１２であり、ロータの磁極数が８である。他の実施形態では、スロット数および磁極数は、適宜設定可能である。また、本実施形態では、１回のキャンセル通電によりロータが約１５°回転するが、１回のキャンセル通電による回転角度は、スロット数および磁極数に応じた角度となる。

　上記実施形態では、モータの回転をエンコーダにより検出する。また、エンコーダのホールＩＣの数は３つである。他の実施形態では、壁当て等により、エンコーダのカウント値とロータ位置との関係が学習されていれば、ホールＩＣの数は２つであってもよい。また、キャンセル通電制御においては、ロータ停止後の回転方向および回転量が分かれば、制御可能であるので、ホールＩＣは２つであってもよい。また、ホールＩＣを４つ以上設けてもよい。また、他の実施形態では、例えばレゾルバ等のエンコーダ以外のもので、ロータの回転を検出してもよい。

　（２）減速機
　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、モータと被駆動部材との間の減速機を省略してもよい。

　（３）シフトレンジ切替機構
　上記実施形態では、被駆動部材であるディテントプレートには、４つの凹部が形成される。他の実施形態では、凹部の数は、４つに限らず、いくつであってもよい。例えば、ディテントプレートには、Ｐレンジ、および、Ｐレンジ以外のｎｏｔＰレンジに対応する２つの凹部が形成されていてもよい。また他の実施形態では、被駆動部材、係合部材および付勢部材の形状等は、上記実施形態と異なっていてもよい。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、開示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 (3)

1. 　コイル（１２）が巻回されるステータ（１１）、および、前記コイルへの通電により回転するロータ（１３）を有するモータ（１０）と、
   　複数の凹部（２２）が形成され、前記モータにより駆動される被駆動部材（２１）、前記モータの駆動により前記凹部間を移動可能であってシフトレンジに応じた前記凹部に嵌まり合う係合部材（２６）、および、前記係合部材を前記凹部に嵌まり込む方向に付勢する付勢部材（２５）を有するシフトレンジ切替機構（２０）と、
   　を備えるシフトレンジ切替システム（１）における前記モータの駆動を制御するシフトレンジ制御装置であって、
   　シフトレンジが切り替えられたとき、前記係合部材がシフトレンジに応じた前記凹部に嵌まり合うように、前記モータの駆動を制御する駆動制御部（５３）と、
   　前記ロータに対向する前記ステータの極性を判定する極性判定部（５２）と、
   　を備え、
   　前記駆動制御部は、
   　シフトレンジに応じた前記凹部に前記係合部材を移動させた後、前記ステータの極性に応じ、前記ステータの磁束密度を低減させる電流であるキャンセル電流を前記コイルに通電するキャンセル通電制御を行うシフトレンジ制御装置。
2. 　前記駆動制御部は、前記キャンセル電流の通電により前記ロータが回転した場合、前記ロータの回転方向に応じ、前記キャンセル電流の通電相を変更する請求項１に記載のシフトレンジ制御装置。
3. 　前記駆動制御部は、前記キャンセル電流の通電により前記ロータが回転しなかった場合、前記コイルへの通電を停止する請求項１または２に記載のシフトレンジ制御装置。

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