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公開番号2021166426
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2020068381
出願日20200406
発明の名称モータ制御装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人
主分類H02P 6/10 20060101AFI20210917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】モータトルクの変動を抑制可能なモータ制御装置を提供する。
【解決手段】ECU50は、回転速度演算部52、目標電流演算部53、通電指令部54、および、電流制限回路55を有する。回転速度演算部52は、モータ10の回転速度であるモータ回転速度を演算する。目標電流演算部53は、電流制御目標値Xを演算する。通電指令部54は、エンコーダ13の検出値であるエンコーダカウント値に応じた通電相を指令する。電流制限回路55は、巻線111〜113に通電される電流が電流制御目標値Xとなるようにスイッチング素子411〜413のオンオフ作動を制御する。モータ回転速度が低速回転領域である場合、モータ回転位置に応じて電流制御目標値Xを可変にする。
【選択図】 図2
特許請求の範囲【請求項1】
巻線(111〜113)を有するモータ(10)の駆動を制御するモータ制御装置であって、
前記巻線の各相に対応して設けられるスイッチング素子(411〜413)を有する駆動回路部(41)と、
前記巻線の電流を検出する電流検出部(45)と、
前記モータの回転位置であるモータ回転位置を検出する回転検出部(13)と、
前記モータの回転速度であるモータ回転速度を演算する回転速度演算部(52)、電流制御目標値を演算する目標電流演算部(53)、および、前記回転検出部の検出値に応じた通電相を指令する通電指令部(54)、および、前記巻線に通電される電流が前記電流制御目標値となるように前記スイッチング素子のオンオフ作動を制御するスイッチ制御部(55)を有する制御部(50)と、
を備え、
前記モータ回転速度が低速回転領域である場合、前記モータ回転位置に応じて前記電流制御目標値を可変にするモータ制御装置。
続きを表示(約 510 文字)【請求項2】
前記制御部は、前記モータ回転位置に応じ、前記巻線の1相に通電する1相通電と、前記巻線の2相に通電する2相通電とを切り替えることで、前記モータを回転させ、
前記目標電流演算部は、低速回転領域において、前記1相通電時の電流が前記2相通電時より小さくなるように前記電流制御目標値を設定する請求項1に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記目標電流演算部は、前記モータ回転速度が低速判定値以下の場合、前記1相通電時の前記電流制御目標値を、前記2相通電時の前記電流制御目標値に換算係数k(ただし0<k<1)を乗じた値とする請求項2に記載のモータ制御装置。
【請求項4】
前記スイッチ制御部は、前記巻線に通電される電流が前記電流制御目標値より大きい値である上限値に到達すると前記スイッチング素子をオフし、前記電流制御目標値より小さい値である下限値まで低下すると前記スイッチング素子をオンするものであって、
前記上限値と前記下限値との幅である制御幅は、前記低速回転領域において、前記1相通電時と前記2相通電時とで異なっている請求項2または3に記載のモータ制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、モータ制御装置に関する。
続きを表示(約 6,900 文字)【背景技術】
【0002】
従来、自動変速機のレンジ切替機構をモータで駆動するものが知られている。例えば特許文献1では、レンジ切替機構の可動範囲の限界位置に突き当たるまで回転させる突き当て制御を実行して基準位置を学習する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2014−100041号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1では、電流センサの出力に基づいてモータの集合部電流が一定となるように制御している。また、1相に通電するときの制御電流値を、2相に通電するときの制御電流値の1/2となるように制御することで、モータトルクが一定となるようにしている。ここで、低速回転時には、ロータとステータの位置関係により、モータトルクが変動する虞がある。本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータトルクの変動を抑制可能なモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明のモータ制御装置は、巻線(111〜113)を有するモータ(10)の駆動を制御するものであって、駆動回路部(41)と、電流検出部(45)と、回転検出部(13)と、制御部(50)と、を備える。駆動回路部は、巻線の各相に対応して設けられるスイッチング素子(411〜413)を有する。電流検出部は、巻線の電流を検出する。回転検出部は、モータの回転位置であるモータ回転位置を検出する。
【0006】
制御部は、回転速度演算部(52)、目標電流演算部(53)、通電指令部(54)、および、スイッチ制御部(55)を有する。回転速度演算部は、モータの回転速度であるモータ回転速度を演算する。目標電流演算部は、電流制御目標値を演算する。通電指令部は、回転検出部の検出値に応じた通電相を指令する。スイッチ制御部は、巻線に通電される電流が電流制御目標値となるように、スイッチング素子のオンオフ作動を制御する。モータ回転速度が低速回転領域である場合、モータ回転位置に応じて電流制御目標値を可変にする。これによりモータ回転位置によって生じるトルク変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
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る。
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る。
一実施形態によるシフトレンジ制御装置を示すブロック図である。
一実施形態による通電相番号と通電相との対応関係を説明する説明図である。
一実施形態による電流制御を説明するタイムチャートである。
一実施形態による電流制御処理を説明するフローチャートである。
一実施形態による電流制御処理を説明するタイムチャートである。
参考例による電流制御処理を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
(一実施形態)
以下、本発明によるモータ制御装置を図面に基づいて説明する。一実施形態を図1〜図7に示す。図1および図2に示すように、モータ駆動システムである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、モータ制御装置としてのシフトレンジ制御装置40等を備える。
【0009】
モータ10は、図示しない車両に搭載されるバッテリ90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。モータ10は、例えばスイッチトリラクタンスモータである。図3に示すように、モータ10は、図示しないステータの突極に巻回されるモータ巻線11を有する。モータ巻線11は、U相巻線111、V相巻線112およびW相巻線113を有する。モータ巻線11への通電を制御することで、図示しないロータを回転させる。例えば、ステータの突極数は12、ロータの突極数は8である。
【0010】
図2に示すように、回転角センサであるエンコーダ13は、モータ10のロータの回転位置を検出する。エンコーダ13は、例えば磁気式のロータリーエンコーダであって、ロータと一体に回転する磁石と、磁気検出用のホールIC等により構成される。エンコーダ13は、ロータの回転に同期して、所定角度ごとにA相およびB相のパルス信号であるエンコーダ信号を出力する。
【0011】
減速機14は、モータ10のモータ軸と出力軸15との間に設けられ、モータ10の回転を減速して出力軸15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15には、出力軸15の角度を検出する出力軸センサ16が設けられる。出力軸センサ16は、例えばポテンショメータである。
【0012】
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14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。
【0013】
ディテントプレート21は、出力軸15に固定され、モータ10により駆動される。ディテントプレート21には、出力軸15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。
【0014】
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、2つの谷部が設けられる。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が谷部間を移動する。ディテントローラ26が谷部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。
【0015】
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。ディテントローラ26がPレンジに対応する谷部に嵌まり込む方向にディテントプレート21が回転すると、円錐体32が矢印Pの方向に移動する。
【0016】
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の回転により、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、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。
【0017】
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。
【0018】
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、駆動回路部41、電流検出部45、および、ECU50等を備える。図3に示すように、駆動回路部41は、3つのスイッチング素子411、412、413を有する。本実施形態では、駆動回路部41は、各相の巻線111〜113とグランドとの間に設けられる。スイッチング素子411〜413は、各相の巻線111〜113と対応して設けられ、対応する相の通電を切り替える。本実施形態のスイッチング素子411〜413は、MOSFETであるが、IGBT等であってもよい。
【0019】
モータ巻線11の巻線111〜113は、結線部115で結線される。結線部115には、電源ライン901を経由して、バッテリ90から電力が供給される。電源ライン901には、リレー部91が設けられ、リレー部91がオンされているとき、結線部115に電力が供給される。
【0020】
電流検出部45は、電流検出素子451〜453を有し、巻線111〜113の電流を相毎に検出する。本実施形態の電流検出素子451〜453は、シャント抵抗であるが、ホール素子等、シャント抵抗以外のものを用いてもよい。電流検出素子451は、スイッチング素子411とU相巻線111との間に設けられ、U相電流Iuを検出する。電流検出素子452は、スイッチング素子412とV相巻線112との間に設けられ、V相電流Ivを検出する。電流検出素子453は、スイッチング素子413とW相巻線113との間に設けられ、W相電流Iwを検出する。電流検出素子451〜453の検出値は、電流制限回路55に出力される。以下、電流検出素子451の検出値をU相電流検出値Iu_det、電流検出素子452の検出値をV相電流検出値Iv_det、電流検出素子453の検出値をW相電流検出値Iw_detとする。
【0021】
ECU50は、マイコン51、および、電流制限回路55を有する。ECU50は、内部にいずれも図示しないCPU、ROM、RAM、I/O、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。ECU50における各処理は、ROM等の実体的なメモリ装置(すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体)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。
【0022】
図2に示すように、ECU50は、ドライバ要求シフトレンジに応じたシフト信号、ブレーキスイッチからの信号および車速等に基づいてモータ10の駆動を制御することで、シフトレンジの切り替えを制御する。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。
【0023】
マイコン51は、機能ブロックとして、回転速度演算部52、目標電流演算部53、および、通電指令部54を有する。回転速度演算部52は、エンコーダ13からのエンコーダ信号に基づき、モータ回転速度を演算する。目標電流演算部53は、電流制御目標値Xを演算する。通電指令部54は、エンコーダ13からのエンコーダ信号に基づき、通電相を指令する。本実施形態では、エンコーダ信号のパルスエッジ検出に応じた割込演算により、通電相を指令する。
【0024】
通電相の切り替えを図4に基づいて説明する。図4に示すように、通電相番号と通電相とが対応付けられており、エンコーダ信号のパルスエッジが検出されるごとに、通電相番号を1ずらし、通電相を切り替えることでモータ10を回転させる。図4の例では、通電相番号は、0〜11が1サイクルとして定義されており、各通電相番号のときに通電する相を丸印で示している。本実施形態では、モータ10の正回転時、エンコーダパルスエッジ毎に通電相番号を1増やし、通電相番号が11になると、次は0に戻る、といった具合である。また、モータ10の逆回転時、エンコーダパルスエッジ毎に通電相番号を1減らし、通電相番号が0になると、次は11に戻る、といった具合である。以下、通電相番号が2、3、6、7、10、11のときのように、通電相が1相である場合を1相通電、通電相番号が0、1、4、5、8、9のときのように、通電相が2相である場合を2相通電とする。
【0025】
電流制限回路55は、ハードウェアにて構成され、電流検出値Iu_det、Iv_dt、Iw_detに基づいてスイッチング素子411〜413のオンオフ作動を制御する。U相電流検出値Iu_detに基づくスイッチング素子411のオンオフ作動を図5に基づいて説明する。
【0026】
U相電流検出値Iu_detが上限値X_hiに到達するとスイッチング素子411をオフにし、下限値X_loまで低下するとスイッチング素子411をオンにする。上限値X_hiおよび下限値X_loは、電流制御目標値Xが中心となるように設定される。U相電流Iuの制御幅をαとすると、上限値X_hi=X+(1/2)×α、下限値X_lo=X−(1/2)×αである。これにより、U相電流Iuは、平均として電流制御目標値Xに制御される。V相およびW相については、U相と同様であるので、説明を省略する。また、電流制御手法は、例えばフィードバック制御によるデューティ変更等であってもよい。
【0027】
ところで、ディテントローラ26がディテントプレート21の壁部に当接するまでモータ10を駆動することで、モータ10の駆動限界位置を学習する場合、耐久性等の面から、低速にて行うことが好ましい。ここで、図8に示す参考例のように、低速回転領域(例えば300[rpm]以下)にてモータ10を駆動する場合、矩形波となるように電流を制御しても、ロータとステータの位置関係によるインダクタンス変化に起因するトルクリップルが発生する虞がある。具体的には、2相通電時と比較し、1相通電時のトルクが相対的に大きくなる。
【0028】
そこで本実施形態では、低速回転領域において、電流制御目標値Xを可変とすることで、トルクリップルを低減する。本実施形態の電流制御処理を図6のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、マイコン51において、電流制御中に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。
【0029】
S101では、マイコン51は、モータ回転速度を演算する。S102では、マイコン51は、低速回転領域か否か判断する。ここでは、モータ回転速度が、低速判定値(例えば300[rpm])以下の場合、低速回転領域であると判定する。低速回転領域ではないと判断された場合(S102:NO)、S104へ移行し、電流制御目標値Xを初期値Xaとする。低速回転領域であると判断された場合(S102:YES)、S103へ移行する。
【0030】
S103では、マイコン51は、通電パターンが1相通電か否か判断する。通電パターンが1相通電ではないと判断された場合(S103:NO)、すなわち通電パターンが2相通電の場合、S104へ移行し、電流制御目標値Xを初期値Xaとする。通電パターンが1相通電であると判断された場合(S103:YES)、S105へ移行する。
(【0031】以降は省略されています)

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