電動機の通電制御方法
【課題】 電動機の通電直後に流れる突入電流を抑えるとともに電動機を確実に作動することが可能な通電制御方法を提供すること。
【解決手段】 モータ３１に流れる実電流値Ｉａと予め設定されている所定電流値Ｉ３とを比較して、実電流値Ｉａが所定電流値Ｉ３より大きいときにはモータ３１への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ小さくし、実電流値Ｉａが所定電流値Ｉ３より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしてもデューティ比が１００％を超えないときにはモータ３１への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ大きくし、実電流値Ｉａが所定電流値Ｉ３より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしたときのデューティ比が１００％を超えるとモータ３１を常時通電するようにする通電制御方法。
【解決手段】 モータ３１に流れる実電流値Ｉａと予め設定されている所定電流値Ｉ３とを比較して、実電流値Ｉａが所定電流値Ｉ３より大きいときにはモータ３１への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ小さくし、実電流値Ｉａが所定電流値Ｉ３より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしてもデューティ比が１００％を超えないときにはモータ３１への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ大きくし、実電流値Ｉａが所定電流値Ｉ３より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしたときのデューティ比が１００％を超えるとモータ３１を常時通電するようにする通電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機に流れる電流を制御する通電制御方法に関するものであり、特に通電開始直後に流れる突入電流を制御するための通電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の通電制御方法としては、特開平８−２２３９８３号公報に開示される技術がある。この技術には、負荷電流に応じた出力トルクを発生するモータと、軸方向に往復動するロッドと、モータの出力トルクを軸方向の推力に変換してロッドに伝達し、モータへの通電が停止するとロッドに掛る負荷によってモータを逆回転させる動力伝達機構と、モータへの通電を所定時間（１秒）に設定するとともに、モータに所定値以上の電流が流れると電流をＰＷＭ制御して所定トルク以上の出力トルクとならないように負荷電流を制限するモータ駆動回路とを備える車両の駆動状態を切換える駆動切換機構が開示されている。
【０００３】この技術に開示される通電制御方法によると、ＰＷＭ制御によりモータに流れる負荷電流が制限されてモータの出力トルクが抑えられるので、ロッドや動力伝達機構に大きな負荷が掛らなくなって、動力伝達機構や構成部品の小型化が可能になるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記公報に開示される技術では、モータへの通電時且つアクチュエータの非作動時では電流をＰＷＭ制御によって電流値を制限している。しかしながら、モータへの通電開始直後にモータに流れる突入電流を制限することに関しては何ら述べられておらず、モータに大電流である突入電流が流れるとモータが過剰発熱し、モータ駆動回路が劣化したり耐久性が低下する、という問題がある。
【０００５】そこで本発明は、上記の実情に鑑みて、電動機の通電直後に流れる突入電流を抑えるとともに電動機を確実に作動することが可能な通電制御方法を提供することを技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために請求項１の発明は、通電電流に応じて駆動する電動機への通電開始直後から行われる通電制御方法であって、電動機に流れる実電流値と予め設定されている所定電流値とを比較して、実電流値が所定電流値より大きいときには電動機への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ小さくし、実電流値が所定電流値より小く且つデューティ比を所定比率だけ大きくしてもデューティ比が１００％を超えないときには電動機への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ大きくし、実電流値が所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしたときのデューティ比が１００％を超えるときにはデューティ比を１００％に設定するようにした。
【０００７】請求項１によると、通電開始直後に電動機に流れ込む突入電流が予め設定された所定電流値より大きくなると電動機への通電デューティ比を所定比率だけ小さくするので、電動機に流れる電流はデューティ比を小さくする前より小さくなる。実電流値が所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしてもデューティ比が１００％を超えないときにはデューティ比を所定比率だけ大きくして、電動機に流れる電流を所定電流値付近に確保する。これにより電動機の耐久性が大幅に低減することがなくなる。また、実電流値が所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしたときのデューティ比が１００％を超えたときには、電動機に流れる電流が安定して定常状態となっていると考えられるので、電動機へのデューティ比を１００％に設定する。このような通電制御によって、請求項１の発明では所定電流値付近で電流値が安定する。したがって、電動機には通電開始直後に流れる突入電流等の大電流が流れず、電動機が過剰発熱することがなくなるとともに、電動機には所定電流値付近の電流値が流れるため、電動機は確実に作動することができ、電動機の応答性も確保される。
【０００８】
【実施の形態】本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に、本実施の形態の通電制御方法が行われる電動機を備える装置である自動車の２輪駆動−４輪駆動切替装置１０の断面図を示す。図１では各構成が見難くならないように一部の構成を除いてハッチングを省略している。
【０００９】駆動切替装置１０は変速機（図示せず）の出力である入力軸２４と車両の前輪駆動軸１２と後輪駆動軸１１との間に配設されており、駆動切替装置用アクチュエータ３０の作動によって車両の駆動状態を２輪駆動、４輪駆動（センターデフロック）及び４輪駆動（センターデフフリー）の３つの状態に切替える装置である。後輪駆動軸１１には入力軸２４を介して回転駆動力が伝達され、後輪駆動軸１１の回転駆動力はセンターデフユニット１３からサイレントチェーン１９を介して前輪駆動軸１２に伝達可能に構成されている。センターデフユニット１３は前輪駆動軸１２と後輪駆動軸１１との間の回転数の差を吸収する装置であり、遊星歯車機構によって構成されている。
【００１０】駆動切替装置１０による駆動状態の切替について説明する。本実施の形態で用いられる駆動切替装置は、ロッド３３の位置に応じて車両の駆動状態を２輪駆動、４輪駆動（センターデフロック）及び４輪駆動（センターデフフリー）の３つの状態に切替え、ロッド３３の位置に応じて第１シャフト１４が軸方向に移動されることで各シャフト１４、１５に配設される２駆−４駆切替シフトフォーク１６及びセンターデフロックシフトフォーク１７が軸方向に移動して、各シフトフォーク１６、１７の端部に設けられたスリーブ１６Ａ、１７Ａが軸方向に移動される。これによって車両の駆動状態が切替えられる。４輪駆動（センターデフフリー）状態では、前輪駆動軸１２側の部材とセンターデフユニット１３とが連結されて、遊星歯車機構の遊星歯車作用によって両駆動軸１１、１２の回転数の差を吸収しながら後輪駆動軸１１の回転駆動力がサイレントチェーン１９を介して前輪駆動軸１２に伝達される。４輪駆動（センターデフロック）状態ではスリーブ１７Ａが図面上側の位置となってセンターデフユニット１３の遊星歯車機構がロックされ、前輪駆動軸１２と後輪駆動軸１１とが直結状態となり、両駆動軸１１、１２は同じ回転数で回転駆動する。また、２輪駆動の状態では前輪駆動軸１２側の部材とセンターデフユニット１３が連結されずに、後輪駆動軸１１のみに入力軸２４の回転駆動力が伝達される。
【００１１】次に、駆動切替装置用アクチュエータ３０について説明する。図２は本実施の形態における駆動切替装置用アクチュエータ３０の断面図、図３は図２のＡ視図である。駆動切替装置用アクチュエータ３０は、負荷電流に応じて回転駆動する電動機であるモータ３１と、モータ３１の出力軸３１Ａの回転トルクを軸方向の推力に変換して出力する出力機構３２と、出力機構３２を介してモータ３１の回転トルクに応じた推力が伝達され、伝達された推力に応じて位置が変位するロッド３３と、モータ３１の出力軸３１Ａと出力機構３２との間に配設されロッド３３側から出力軸３１Ａ側へ伝達される動力により出力軸３１Ａが回転するのを禁止するサイクロイドギヤ３４と、サイクロイドギヤ３４と出力機構３２との間に配設され、モータ３１の回転時且つロッド３３の往復動不可時におけるモータ３１の回転を吸収する回転吸収機構３５と、回転吸収機構３５と出力軸３１Ａとの間に配設され、出力軸３１Ａの回転角度を検出するリミットスイッチ３６とをハウジング３７内に配設している。更に駆動切替装置要アクチュエータ３０は、外部からの信号を入力して車両の駆動状態を選択し、選択された駆動状態となるべくモータ３１への通電を出力する制御機構４０をハウジング３７の外部に備えている。制御機構４０の回路構成を図４に示す。
【００１２】回転吸収機構３５は、サイクロイドギヤ３４を介してモータ３１の出力軸３１Ａの回転を伝達可能なモータ側回転部材３５Ａと、モータ側回転部材３５Ａの回転方向に弾縮可能なスパイラルスプリング３５Ｂと、出力機構３２に回転力を伝達可能な出力側回転部材３５Ｃと、モータ側回転部材３５Ａと出力側回転部材３５Ｃとの間に配設されるプレート３５Ｄとを備えている。
【００１３】制御機構４０について説明する。制御機構４０は、外部からの信号であるバッテリー（図示せず）から供給される電源、車速、手動スイッチ５０のオン・オフ、リミットスイッチ３６の複数の端子の接触・非接触、及びモータ３１に流れる電流を入力して、これら入力された信号に応じた駆動状態となるようにモータ３１への通電電流を算出し、この算出された電流値を出力すべくリレー４２、４３及びＦＥＴ４４、４５のオン・オフを出力するＣＰＵ４１により構成される。モータ３１に流れる電流は、抵抗４７に流れる電流をコンパレータ４６にて予め設定されている複数の所定電流値と比較することで、モータ３１に流れる電流が所定の電流値に達しているか否かを検知している。
【００１４】駆動切替装置用アクチュエータ３０の作動について、図５〜図７のタイムチャートを用いて説明する。本実施の形態では４輪駆動（センターデフフリー）から４輪駆動（センターデフロック）へ切替わるときの各構成の作動について説明する。図５はモータ３１に流れる実電流値Ｉａ、図６は回転吸収機構３５のスパイラルスプリング３５Ｂによりロッド３３に作用する推力、図７はロッド３３のストロークをそれぞれ示している。先ず、時間ｔ０〜ｔ１での各状態について説明する。４輪駆動（センターデフフリー）の状態から手動スイッチ５０のセンターデフロックのスイッチがオンされると、ＣＰＵ４１がリレー４２、４３及びＦＥＴ４４、４５のオン・オフ信号を出力し、モータ３１への通電が開始される（時間ｔ０）。ここで、通電開始直後にはモータ３１に突入電流が流れようとするが、後述する第１デューティ制御にてモータ３１に流れる突入電流を抑えることで、モータ３１には第１所定電流値Ｉ１程度の電流しか流れない。尚、第１デューティ制御は本発明の請求の範囲で述べられている通電制御に対応するものであり、また、第１所定電流値Ｉ１は本発明の請求の範囲で述べられている所定電流値に対応するものである。通電開始から時間ｔ０’を経過して突入電流が流れなくなってからは定常電流Ｉ２がモータ３１に流れる。このように時間ｔ０〜ｔ１ではモータ３１に電流が流れて出力軸３１Ａが回転駆動し、出力機構３２を介してロッド３３が軸方向に変位する。このときにはロッド３３の軸方向変位は規制されずに、時間に比例してロッド３３がストロークし、スパイラルスプリング３５Ｂには各部材の摺動抵抗のみが作用するだけである。
【００１５】次に、ロッド３３のストロークに伴うセンターデフロックシフトフォーク１７の軸方向の変位に際して、スリーブ１７Ａの内外周に形成されたスプラインとセンターデフユニット１３に形成されたスプラインとが噛み合うと、センターデフユニット１３の遊星歯車機構が作用しないようにスリーブ１７Ａが遊星歯車機構を一体回転させてセンターデフロック状態となるが、スリーブ１７Ａが軸方向に変位しても、センターデフフリーの状態では遊星歯車機構が作用しているためにスリーブ１７Ａの内外周に形成されたスプラインとセンターデフユニット１３に形成されたスプラインとは直ぐには噛み合わず、スリーブ１７Ａのスプラインとセンターデフユニット１３のスプラインとが噛み合うまでは、時間ｔ１〜ｔ３で示されるスパイラルスプリング３５Ｂが弾縮した状態（以下、待ち状態と称す）を保持している。この待ち状態ではロッド３３が軸方向に変位できず、それに伴って実電流値Ｉａは徐々に大きくなる。実電流値Ｉａがコンパレータ４６にて検出される第２所定電流値Ｉ３に達する（時間ｔ２）と、ＰＷＭ制御にてモータ３１に流れる電流を第２所定電流値Ｉ３に保持するとともにＯＮ・ＯＦＦ制御にてモータ３１への通電・非通電を行う第２デューティ制御を行い（時間ｔ２〜ｔ３）、過電流によるモータ３１の発熱を抑える。時間ｔ２〜ｔ３で行われる第２デューティ制御のＰＷＭ制御の周期は数百μｓｅｃ、ＯＮ・ＯＦＦ制御の周期は数百ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃに設定されている。尚、出力軸３１Ａはサイクロイドギヤ３４を介して回転吸収機構３５に連結されているので、モータ３１が非通電になっても出力軸３１Ａが逆方向に回転することはなく、電流のＯＮ・ＯＦＦ制御が可能になる。時間ｔ１〜ｔ３でのスパイラルスプリング３５Ｂの弾縮について説明する。時間ｔ１〜ｔ２まではスパイラルスプリング３５Ｂを弾縮させながらモータ３１が回転することでスパイラルスプリング３５Ｂに作用する荷重が徐々に大きくなり、時間ｔ２でモータ３１の回転が停止する。第２デューティ制御が行われる時間ｔ２〜ｔ３ではモータ３１が回転することなくスパイラルスプリング３５Ｂに略一定の荷重が作用してロッド３３に略一定の推力が蓄えられる。
【００１６】第２デューティ制御はスリーブ１７Ａのスプラインとセンターデフユニット１３のスプラインとが噛み合うまで行われ、スリーブ１７Ａがセンターデフユニット１３のスプラインに噛み合う（時間ｔ３）と、スリーブ１７Ａがスプラインに沿って軸方向に変位する。
【００１７】時間ｔ３〜ｔ４ではスパイラルスプリング３５Ｂが弾縮状態から非弾縮状態に移行して、スパイラルスプリング３５Ｂの荷重が０となる（時間ｔ４）。このときにはスパイラルスプリング３５Ｂの弾性力によりロッド３３は軸方向に素早く変位する。
【００１８】時間ｔ４〜ｔ５ではモータ３１への通電が連続して行われる。スリーブ１７Ａがセンターデフユニット１３のスプラインに沿って軸方向に変位するので、ロッド３３は時間に比例してストロークし、モータ３１には待ち状態に達するまでの電流と略同じ定常電流Ｉ２が流れる。
【００１９】時間ｔ５〜ｔ６ではスリーブ１７Ａがスプラインに沿って駆動状態の切替え完了の位置まで変位し、ロッド３３の軸方向の変位が規制されてからモータ３１への通電が停止するまでを示している。時間ｔ５を経過してから実電流値Ｉａが徐々に大きくなり、実電流値Ｉａがコンパレータ４６にて検出される第３所定電流値Ｉ４に達する（時間ｔ６）と、モータ３１を非通電として４輪駆動（センターデフフリー）から４輪駆動（センターデフロック）への切替えが完了する。
【００２０】本発明の主旨である図５の時間ｔ０〜ｔ０’における第１デューティ制御について説明する。図８R>８は図５の時間ｔ０〜ｔ０’における通電・非通電のデューティ比、実電流値Ｉａ及び第１所定電流値Ｉ１を示すタイムチャートである。また、図９はモータ３１への通電に係るフローチャートである。
【００２１】本実施の形態では、突入電流が流れる時間ｔ０〜ｔ０’は数〜数十ｍｓｅｃであり、第１デューティ制御は周期Ｔが数百μｓｅｃに設定されるＰＷＭ制御である。
【００２２】図９のフローチャートにしたがってモータ３１への通電を説明する。ステップ１０にて車両の駆動状態の切換要求があるか否かが判断され、切換要求有の場合にはステップ１１に進み、モータ３１への通電を開始する。次に、ステップ１２にて予め設定された比率Ｄ０（０＜Ｄ０＜１００）と周期Ｔとを乗した時間だけスイッチをＯＮしてモータ３１へ通電し、ステップ１３にて１００とＤ０の差と周期Ｔとを乗した時間スイッチをＯＦＦしてモータ３１への通電を停止する。次に、ステップ１４に進んでモータ３１に流れる実電流値Ｉａと第１所定電流値Ｉ１とを比較して、実電流値Ｉａが第１所定電流値Ｉ１以下のときにはモータ３１への通電比率を大きくする必要があると判断して、ステップ１５に進んで比率Ｄｎ−１（ｎは正の整数）に所定比率ｈ（０＜ｈ＜１００）を加えた値が１００％以上か否かを判定し、１００％より小さい場合にはステップ１６にてＤｎ−１にｈを加えた値をＤｎとする。これによりモータ３１への通電・非通電のデューティ比が所定比率だけ大きくなる。ステップ１４で実電流値Ｉａが第１所定電流値Ｉ１より大きいときにはステップ１７に進んで比率Ｄｎ−１から所定比率ｈを差し引いた値をＤｎとする。これによりモータ３１への通電・非通電のデューティ比が所定比率だけ小さくなる。ステップ１５でＤｎ−１に所定比率ｈを加えた値が１００％以上の場合にはステップ２０に進み、周期Ｔに対する通電比率が１００％であっても第１所定電流Ｉ１以上とはならないと判断してモータ３１を常時通電する。ステップ１６、１７からステップ１８に進み、周期Ｔにステップ１６或いはステップ１７で求めた値Ｄｎを乗した時間だけスイッチをＯＮとしてモータ３１へ通電し、ステップ１９にて１００％とＤｎの差と周期Ｔとを乗した時間だけスイッチをＯＦＦしてモータ３１への通電を停止する。ここで、ステップ１２とステップ１３及びステップ１８とステップ１９で行われる周期Ｔは非常に短い時間（数百μｓｅｃ）であるので、周期Ｔ内ではモータ３１に流れる電流は完全に零にはならない。したがって、モータ３１に流れている実電流は、図８に示すように完全に零にならずに第１所定電流値Ｉ１付近を保持する。上述したステップ１４からステップ１９は、ステップ１５にてＤｎ−１に所定比率ｈを加えた値が１００％以上となるまで、即ちモータ３１に流れる実電流値Ｉａが安定するまで繰り返し行われる。尚、図９のステップ１１からステップ２０までが第１デューティ制御に対応するステップである。また、ステップ１６とステップ１７で用いられる所定比率ｈは、ステップ１６とステップ１７で異なる比率に設定してもよい。
【００２３】第１デューティ制御が終了すると、ステップ２０からステップ２１に進んで実電流値Ｉａが第２所定電流値Ｉ３以上か否かを判断する。ステップ２１にて実電流値Ｉａが第２所定電流値Ｉ３より小さいときには、ステップ２３に進んで駆動状態の切替が完了したか否かを判断する。切替が完了していないときにはステップ２０に戻ってモータ３１へ常時通電し、ロッド３３が軸方向に変位できずにモータ３１に流れる電流値が徐々に大きくなり、ステップ２１にて実電流値Ｉａが第２所定電流値Ｉ３に達したと判断すると、ステップ２２に進んで前述した第２デューティ制御を行う。第２デューティ制御は、実電流値Ｉａが第２所定電流値Ｉ３より小さくなるまで行われ、ステップ２３にて車両の駆動状態の切換が完了したと判断すると、ステップ２４にてモータ３１への通電を停止する。
【００２４】以上説明したように、本実施の形態によると第１デューティ制御によってモータ３１への通電開始直後に流れる突入電流を第１所定電流値Ｉ１付近に抑えることができるので、モータ３１には大電流が流れなくなり、モータ３１が過剰発熱することがなくなるとともに、モータ３１は確実に作動することができ、応答性も確保される。
【００２５】上述した実施の形態では、モータ３１への通電開始直後からモータ３１に流れる電流の大きさに応じて電流を第１デューティ制御し、電流が安定したことを検出すると第１デューティ制御を終了して、第１所定電流値Ｉ１に達するまでは常時通電するようにしたが、これ以外の方法として、予め突入電流が流れる時間を実験的に求めておき、その時間に達すると第１デューティ制御を終了するようにしてもよい。
【００２６】以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定される意図はなく、本発明の主旨に沿った形態のものであればどのようなものであってもよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明によると、所定電流値付近で電流値が安定するので、電動機には通電開始直後に流れる突入電流等の大電流が流れず、電動機が過剰発熱することがなくなるとともに、電動機には所定電流値付近の電流値が流れるため、電動機は確実に作動することができ、電動機の応答性も確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における駆動切換装置の断面図である。
【図２】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータの断面図である。
【図３】図２のＡ視図である。
【図４】本実施の形態における制御機構の回路図である。
【図５】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータに係るタイムチャートである。
【図６】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータに係るタイムチャートである。
【図７】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータに係るタイムチャートである。
【図８】時間ｔ０〜ｔ０’におけるデューティ比及び実電流Ｉａを示すタイムチャートである。
【図９】モータ３１への通電に係るフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・・駆動切替装置 １１・・・後輪駆動軸
１２・・・前輪駆動軸 １３・・・センターデフユニット
１４・・・第１シャフト １５・・・第２シャフト
１６・・・２駆−４駆切替シフトフォーク
１７・・・センターデフロックシフトフォーク
１９・・・サイレントチェーン
２３・・・減速機 ２４・・・入力軸
３０・・・駆動切替装置用アクチュエータ ３１・・・モータ（電動機）
３２・・・出力機構 ３３・・・ロッド（出力部材）
３４・・・サイクロイドギヤ（逆転禁止機構）
３５・・・回転吸収機構
３６・・・リミットスイッチ（検出機構） ３７・・・ハウジング
４０・・・制御機構 ５０・・・手動スイッチ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機に流れる電流を制御する通電制御方法に関するものであり、特に通電開始直後に流れる突入電流を制御するための通電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の通電制御方法としては、特開平８−２２３９８３号公報に開示される技術がある。この技術には、負荷電流に応じた出力トルクを発生するモータと、軸方向に往復動するロッドと、モータの出力トルクを軸方向の推力に変換してロッドに伝達し、モータへの通電が停止するとロッドに掛る負荷によってモータを逆回転させる動力伝達機構と、モータへの通電を所定時間（１秒）に設定するとともに、モータに所定値以上の電流が流れると電流をＰＷＭ制御して所定トルク以上の出力トルクとならないように負荷電流を制限するモータ駆動回路とを備える車両の駆動状態を切換える駆動切換機構が開示されている。
【０００３】この技術に開示される通電制御方法によると、ＰＷＭ制御によりモータに流れる負荷電流が制限されてモータの出力トルクが抑えられるので、ロッドや動力伝達機構に大きな負荷が掛らなくなって、動力伝達機構や構成部品の小型化が可能になるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記公報に開示される技術では、モータへの通電時且つアクチュエータの非作動時では電流をＰＷＭ制御によって電流値を制限している。しかしながら、モータへの通電開始直後にモータに流れる突入電流を制限することに関しては何ら述べられておらず、モータに大電流である突入電流が流れるとモータが過剰発熱し、モータ駆動回路が劣化したり耐久性が低下する、という問題がある。
【０００５】そこで本発明は、上記の実情に鑑みて、電動機の通電直後に流れる突入電流を抑えるとともに電動機を確実に作動することが可能な通電制御方法を提供することを技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために請求項１の発明は、通電電流に応じて駆動する電動機への通電開始直後から行われる通電制御方法であって、電動機に流れる実電流値と予め設定されている所定電流値とを比較して、実電流値が所定電流値より大きいときには電動機への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ小さくし、実電流値が所定電流値より小く且つデューティ比を所定比率だけ大きくしてもデューティ比が１００％を超えないときには電動機への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ大きくし、実電流値が所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしたときのデューティ比が１００％を超えるときにはデューティ比を１００％に設定するようにした。
【０００７】請求項１によると、通電開始直後に電動機に流れ込む突入電流が予め設定された所定電流値より大きくなると電動機への通電デューティ比を所定比率だけ小さくするので、電動機に流れる電流はデューティ比を小さくする前より小さくなる。実電流値が所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしてもデューティ比が１００％を超えないときにはデューティ比を所定比率だけ大きくして、電動機に流れる電流を所定電流値付近に確保する。これにより電動機の耐久性が大幅に低減することがなくなる。また、実電流値が所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしたときのデューティ比が１００％を超えたときには、電動機に流れる電流が安定して定常状態となっていると考えられるので、電動機へのデューティ比を１００％に設定する。このような通電制御によって、請求項１の発明では所定電流値付近で電流値が安定する。したがって、電動機には通電開始直後に流れる突入電流等の大電流が流れず、電動機が過剰発熱することがなくなるとともに、電動機には所定電流値付近の電流値が流れるため、電動機は確実に作動することができ、電動機の応答性も確保される。
【０００８】
【実施の形態】本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に、本実施の形態の通電制御方法が行われる電動機を備える装置である自動車の２輪駆動−４輪駆動切替装置１０の断面図を示す。図１では各構成が見難くならないように一部の構成を除いてハッチングを省略している。
【０００９】駆動切替装置１０は変速機（図示せず）の出力である入力軸２４と車両の前輪駆動軸１２と後輪駆動軸１１との間に配設されており、駆動切替装置用アクチュエータ３０の作動によって車両の駆動状態を２輪駆動、４輪駆動（センターデフロック）及び４輪駆動（センターデフフリー）の３つの状態に切替える装置である。後輪駆動軸１１には入力軸２４を介して回転駆動力が伝達され、後輪駆動軸１１の回転駆動力はセンターデフユニット１３からサイレントチェーン１９を介して前輪駆動軸１２に伝達可能に構成されている。センターデフユニット１３は前輪駆動軸１２と後輪駆動軸１１との間の回転数の差を吸収する装置であり、遊星歯車機構によって構成されている。
【００１０】駆動切替装置１０による駆動状態の切替について説明する。本実施の形態で用いられる駆動切替装置は、ロッド３３の位置に応じて車両の駆動状態を２輪駆動、４輪駆動（センターデフロック）及び４輪駆動（センターデフフリー）の３つの状態に切替え、ロッド３３の位置に応じて第１シャフト１４が軸方向に移動されることで各シャフト１４、１５に配設される２駆−４駆切替シフトフォーク１６及びセンターデフロックシフトフォーク１７が軸方向に移動して、各シフトフォーク１６、１７の端部に設けられたスリーブ１６Ａ、１７Ａが軸方向に移動される。これによって車両の駆動状態が切替えられる。４輪駆動（センターデフフリー）状態では、前輪駆動軸１２側の部材とセンターデフユニット１３とが連結されて、遊星歯車機構の遊星歯車作用によって両駆動軸１１、１２の回転数の差を吸収しながら後輪駆動軸１１の回転駆動力がサイレントチェーン１９を介して前輪駆動軸１２に伝達される。４輪駆動（センターデフロック）状態ではスリーブ１７Ａが図面上側の位置となってセンターデフユニット１３の遊星歯車機構がロックされ、前輪駆動軸１２と後輪駆動軸１１とが直結状態となり、両駆動軸１１、１２は同じ回転数で回転駆動する。また、２輪駆動の状態では前輪駆動軸１２側の部材とセンターデフユニット１３が連結されずに、後輪駆動軸１１のみに入力軸２４の回転駆動力が伝達される。
【００１１】次に、駆動切替装置用アクチュエータ３０について説明する。図２は本実施の形態における駆動切替装置用アクチュエータ３０の断面図、図３は図２のＡ視図である。駆動切替装置用アクチュエータ３０は、負荷電流に応じて回転駆動する電動機であるモータ３１と、モータ３１の出力軸３１Ａの回転トルクを軸方向の推力に変換して出力する出力機構３２と、出力機構３２を介してモータ３１の回転トルクに応じた推力が伝達され、伝達された推力に応じて位置が変位するロッド３３と、モータ３１の出力軸３１Ａと出力機構３２との間に配設されロッド３３側から出力軸３１Ａ側へ伝達される動力により出力軸３１Ａが回転するのを禁止するサイクロイドギヤ３４と、サイクロイドギヤ３４と出力機構３２との間に配設され、モータ３１の回転時且つロッド３３の往復動不可時におけるモータ３１の回転を吸収する回転吸収機構３５と、回転吸収機構３５と出力軸３１Ａとの間に配設され、出力軸３１Ａの回転角度を検出するリミットスイッチ３６とをハウジング３７内に配設している。更に駆動切替装置要アクチュエータ３０は、外部からの信号を入力して車両の駆動状態を選択し、選択された駆動状態となるべくモータ３１への通電を出力する制御機構４０をハウジング３７の外部に備えている。制御機構４０の回路構成を図４に示す。
【００１２】回転吸収機構３５は、サイクロイドギヤ３４を介してモータ３１の出力軸３１Ａの回転を伝達可能なモータ側回転部材３５Ａと、モータ側回転部材３５Ａの回転方向に弾縮可能なスパイラルスプリング３５Ｂと、出力機構３２に回転力を伝達可能な出力側回転部材３５Ｃと、モータ側回転部材３５Ａと出力側回転部材３５Ｃとの間に配設されるプレート３５Ｄとを備えている。
【００１３】制御機構４０について説明する。制御機構４０は、外部からの信号であるバッテリー（図示せず）から供給される電源、車速、手動スイッチ５０のオン・オフ、リミットスイッチ３６の複数の端子の接触・非接触、及びモータ３１に流れる電流を入力して、これら入力された信号に応じた駆動状態となるようにモータ３１への通電電流を算出し、この算出された電流値を出力すべくリレー４２、４３及びＦＥＴ４４、４５のオン・オフを出力するＣＰＵ４１により構成される。モータ３１に流れる電流は、抵抗４７に流れる電流をコンパレータ４６にて予め設定されている複数の所定電流値と比較することで、モータ３１に流れる電流が所定の電流値に達しているか否かを検知している。
【００１４】駆動切替装置用アクチュエータ３０の作動について、図５〜図７のタイムチャートを用いて説明する。本実施の形態では４輪駆動（センターデフフリー）から４輪駆動（センターデフロック）へ切替わるときの各構成の作動について説明する。図５はモータ３１に流れる実電流値Ｉａ、図６は回転吸収機構３５のスパイラルスプリング３５Ｂによりロッド３３に作用する推力、図７はロッド３３のストロークをそれぞれ示している。先ず、時間ｔ０〜ｔ１での各状態について説明する。４輪駆動（センターデフフリー）の状態から手動スイッチ５０のセンターデフロックのスイッチがオンされると、ＣＰＵ４１がリレー４２、４３及びＦＥＴ４４、４５のオン・オフ信号を出力し、モータ３１への通電が開始される（時間ｔ０）。ここで、通電開始直後にはモータ３１に突入電流が流れようとするが、後述する第１デューティ制御にてモータ３１に流れる突入電流を抑えることで、モータ３１には第１所定電流値Ｉ１程度の電流しか流れない。尚、第１デューティ制御は本発明の請求の範囲で述べられている通電制御に対応するものであり、また、第１所定電流値Ｉ１は本発明の請求の範囲で述べられている所定電流値に対応するものである。通電開始から時間ｔ０’を経過して突入電流が流れなくなってからは定常電流Ｉ２がモータ３１に流れる。このように時間ｔ０〜ｔ１ではモータ３１に電流が流れて出力軸３１Ａが回転駆動し、出力機構３２を介してロッド３３が軸方向に変位する。このときにはロッド３３の軸方向変位は規制されずに、時間に比例してロッド３３がストロークし、スパイラルスプリング３５Ｂには各部材の摺動抵抗のみが作用するだけである。
【００１５】次に、ロッド３３のストロークに伴うセンターデフロックシフトフォーク１７の軸方向の変位に際して、スリーブ１７Ａの内外周に形成されたスプラインとセンターデフユニット１３に形成されたスプラインとが噛み合うと、センターデフユニット１３の遊星歯車機構が作用しないようにスリーブ１７Ａが遊星歯車機構を一体回転させてセンターデフロック状態となるが、スリーブ１７Ａが軸方向に変位しても、センターデフフリーの状態では遊星歯車機構が作用しているためにスリーブ１７Ａの内外周に形成されたスプラインとセンターデフユニット１３に形成されたスプラインとは直ぐには噛み合わず、スリーブ１７Ａのスプラインとセンターデフユニット１３のスプラインとが噛み合うまでは、時間ｔ１〜ｔ３で示されるスパイラルスプリング３５Ｂが弾縮した状態（以下、待ち状態と称す）を保持している。この待ち状態ではロッド３３が軸方向に変位できず、それに伴って実電流値Ｉａは徐々に大きくなる。実電流値Ｉａがコンパレータ４６にて検出される第２所定電流値Ｉ３に達する（時間ｔ２）と、ＰＷＭ制御にてモータ３１に流れる電流を第２所定電流値Ｉ３に保持するとともにＯＮ・ＯＦＦ制御にてモータ３１への通電・非通電を行う第２デューティ制御を行い（時間ｔ２〜ｔ３）、過電流によるモータ３１の発熱を抑える。時間ｔ２〜ｔ３で行われる第２デューティ制御のＰＷＭ制御の周期は数百μｓｅｃ、ＯＮ・ＯＦＦ制御の周期は数百ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃに設定されている。尚、出力軸３１Ａはサイクロイドギヤ３４を介して回転吸収機構３５に連結されているので、モータ３１が非通電になっても出力軸３１Ａが逆方向に回転することはなく、電流のＯＮ・ＯＦＦ制御が可能になる。時間ｔ１〜ｔ３でのスパイラルスプリング３５Ｂの弾縮について説明する。時間ｔ１〜ｔ２まではスパイラルスプリング３５Ｂを弾縮させながらモータ３１が回転することでスパイラルスプリング３５Ｂに作用する荷重が徐々に大きくなり、時間ｔ２でモータ３１の回転が停止する。第２デューティ制御が行われる時間ｔ２〜ｔ３ではモータ３１が回転することなくスパイラルスプリング３５Ｂに略一定の荷重が作用してロッド３３に略一定の推力が蓄えられる。
【００１６】第２デューティ制御はスリーブ１７Ａのスプラインとセンターデフユニット１３のスプラインとが噛み合うまで行われ、スリーブ１７Ａがセンターデフユニット１３のスプラインに噛み合う（時間ｔ３）と、スリーブ１７Ａがスプラインに沿って軸方向に変位する。
【００１７】時間ｔ３〜ｔ４ではスパイラルスプリング３５Ｂが弾縮状態から非弾縮状態に移行して、スパイラルスプリング３５Ｂの荷重が０となる（時間ｔ４）。このときにはスパイラルスプリング３５Ｂの弾性力によりロッド３３は軸方向に素早く変位する。
【００１８】時間ｔ４〜ｔ５ではモータ３１への通電が連続して行われる。スリーブ１７Ａがセンターデフユニット１３のスプラインに沿って軸方向に変位するので、ロッド３３は時間に比例してストロークし、モータ３１には待ち状態に達するまでの電流と略同じ定常電流Ｉ２が流れる。
【００１９】時間ｔ５〜ｔ６ではスリーブ１７Ａがスプラインに沿って駆動状態の切替え完了の位置まで変位し、ロッド３３の軸方向の変位が規制されてからモータ３１への通電が停止するまでを示している。時間ｔ５を経過してから実電流値Ｉａが徐々に大きくなり、実電流値Ｉａがコンパレータ４６にて検出される第３所定電流値Ｉ４に達する（時間ｔ６）と、モータ３１を非通電として４輪駆動（センターデフフリー）から４輪駆動（センターデフロック）への切替えが完了する。
【００２０】本発明の主旨である図５の時間ｔ０〜ｔ０’における第１デューティ制御について説明する。図８R>８は図５の時間ｔ０〜ｔ０’における通電・非通電のデューティ比、実電流値Ｉａ及び第１所定電流値Ｉ１を示すタイムチャートである。また、図９はモータ３１への通電に係るフローチャートである。
【００２１】本実施の形態では、突入電流が流れる時間ｔ０〜ｔ０’は数〜数十ｍｓｅｃであり、第１デューティ制御は周期Ｔが数百μｓｅｃに設定されるＰＷＭ制御である。
【００２２】図９のフローチャートにしたがってモータ３１への通電を説明する。ステップ１０にて車両の駆動状態の切換要求があるか否かが判断され、切換要求有の場合にはステップ１１に進み、モータ３１への通電を開始する。次に、ステップ１２にて予め設定された比率Ｄ０（０＜Ｄ０＜１００）と周期Ｔとを乗した時間だけスイッチをＯＮしてモータ３１へ通電し、ステップ１３にて１００とＤ０の差と周期Ｔとを乗した時間スイッチをＯＦＦしてモータ３１への通電を停止する。次に、ステップ１４に進んでモータ３１に流れる実電流値Ｉａと第１所定電流値Ｉ１とを比較して、実電流値Ｉａが第１所定電流値Ｉ１以下のときにはモータ３１への通電比率を大きくする必要があると判断して、ステップ１５に進んで比率Ｄｎ−１（ｎは正の整数）に所定比率ｈ（０＜ｈ＜１００）を加えた値が１００％以上か否かを判定し、１００％より小さい場合にはステップ１６にてＤｎ−１にｈを加えた値をＤｎとする。これによりモータ３１への通電・非通電のデューティ比が所定比率だけ大きくなる。ステップ１４で実電流値Ｉａが第１所定電流値Ｉ１より大きいときにはステップ１７に進んで比率Ｄｎ−１から所定比率ｈを差し引いた値をＤｎとする。これによりモータ３１への通電・非通電のデューティ比が所定比率だけ小さくなる。ステップ１５でＤｎ−１に所定比率ｈを加えた値が１００％以上の場合にはステップ２０に進み、周期Ｔに対する通電比率が１００％であっても第１所定電流Ｉ１以上とはならないと判断してモータ３１を常時通電する。ステップ１６、１７からステップ１８に進み、周期Ｔにステップ１６或いはステップ１７で求めた値Ｄｎを乗した時間だけスイッチをＯＮとしてモータ３１へ通電し、ステップ１９にて１００％とＤｎの差と周期Ｔとを乗した時間だけスイッチをＯＦＦしてモータ３１への通電を停止する。ここで、ステップ１２とステップ１３及びステップ１８とステップ１９で行われる周期Ｔは非常に短い時間（数百μｓｅｃ）であるので、周期Ｔ内ではモータ３１に流れる電流は完全に零にはならない。したがって、モータ３１に流れている実電流は、図８に示すように完全に零にならずに第１所定電流値Ｉ１付近を保持する。上述したステップ１４からステップ１９は、ステップ１５にてＤｎ−１に所定比率ｈを加えた値が１００％以上となるまで、即ちモータ３１に流れる実電流値Ｉａが安定するまで繰り返し行われる。尚、図９のステップ１１からステップ２０までが第１デューティ制御に対応するステップである。また、ステップ１６とステップ１７で用いられる所定比率ｈは、ステップ１６とステップ１７で異なる比率に設定してもよい。
【００２３】第１デューティ制御が終了すると、ステップ２０からステップ２１に進んで実電流値Ｉａが第２所定電流値Ｉ３以上か否かを判断する。ステップ２１にて実電流値Ｉａが第２所定電流値Ｉ３より小さいときには、ステップ２３に進んで駆動状態の切替が完了したか否かを判断する。切替が完了していないときにはステップ２０に戻ってモータ３１へ常時通電し、ロッド３３が軸方向に変位できずにモータ３１に流れる電流値が徐々に大きくなり、ステップ２１にて実電流値Ｉａが第２所定電流値Ｉ３に達したと判断すると、ステップ２２に進んで前述した第２デューティ制御を行う。第２デューティ制御は、実電流値Ｉａが第２所定電流値Ｉ３より小さくなるまで行われ、ステップ２３にて車両の駆動状態の切換が完了したと判断すると、ステップ２４にてモータ３１への通電を停止する。
【００２４】以上説明したように、本実施の形態によると第１デューティ制御によってモータ３１への通電開始直後に流れる突入電流を第１所定電流値Ｉ１付近に抑えることができるので、モータ３１には大電流が流れなくなり、モータ３１が過剰発熱することがなくなるとともに、モータ３１は確実に作動することができ、応答性も確保される。
【００２５】上述した実施の形態では、モータ３１への通電開始直後からモータ３１に流れる電流の大きさに応じて電流を第１デューティ制御し、電流が安定したことを検出すると第１デューティ制御を終了して、第１所定電流値Ｉ１に達するまでは常時通電するようにしたが、これ以外の方法として、予め突入電流が流れる時間を実験的に求めておき、その時間に達すると第１デューティ制御を終了するようにしてもよい。
【００２６】以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定される意図はなく、本発明の主旨に沿った形態のものであればどのようなものであってもよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明によると、所定電流値付近で電流値が安定するので、電動機には通電開始直後に流れる突入電流等の大電流が流れず、電動機が過剰発熱することがなくなるとともに、電動機には所定電流値付近の電流値が流れるため、電動機は確実に作動することができ、電動機の応答性も確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における駆動切換装置の断面図である。
【図２】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータの断面図である。
【図３】図２のＡ視図である。
【図４】本実施の形態における制御機構の回路図である。
【図５】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータに係るタイムチャートである。
【図６】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータに係るタイムチャートである。
【図７】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータに係るタイムチャートである。
【図８】時間ｔ０〜ｔ０’におけるデューティ比及び実電流Ｉａを示すタイムチャートである。
【図９】モータ３１への通電に係るフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・・駆動切替装置 １１・・・後輪駆動軸
１２・・・前輪駆動軸 １３・・・センターデフユニット
１４・・・第１シャフト １５・・・第２シャフト
１６・・・２駆−４駆切替シフトフォーク
１７・・・センターデフロックシフトフォーク
１９・・・サイレントチェーン
２３・・・減速機 ２４・・・入力軸
３０・・・駆動切替装置用アクチュエータ ３１・・・モータ（電動機）
３２・・・出力機構 ３３・・・ロッド（出力部材）
３４・・・サイクロイドギヤ（逆転禁止機構）
３５・・・回転吸収機構
３６・・・リミットスイッチ（検出機構） ３７・・・ハウジング
４０・・・制御機構 ５０・・・手動スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 通電電流に応じて駆動する電動機への通電開始直後から行われる通電制御方法であって、前記電動機に流れる実電流値と予め設定されている所定電流値とを比較して、前記実電流値が前記所定電流値より大きいときには前記電動機への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ小さくし、前記実電流値が前記所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしてもデューティ比が１００％を超えないときには前記電動機への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ大きくし、前記実電流値が前記所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしたときのデューティ比が１００％を超えると前記電動機への通電・非通電のデューティ比を１００％に設定することを特徴とする、電動機の通電制御方法。
【請求項２】 請求項１の通電制御方法における通電制御の制御周期は、前記電動機への通電開始直後から電流が安定するまでの時間よりも短い時間であることを特徴とする、電動機の通電制御方法。
【請求項３】 前記所定電流値は、前記電動機を駆動させるのに必要最小限の電流値より大きく且つ電動機への通電開始直後に流れる突入電流の最大値より小さい値に設定されることを特徴とする、請求項１の電動機の通電制御方法。
【請求項４】 請求項１の通電制御方法における通電制御は、前記電動機への通電開始直後から前記実電流値が前記所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしたときのデューティ比が１００％を超えるまで行われることを特徴とする、電動機の通電制御方法。
【請求項５】 請求項１の通電制御方法における通電制御は、前記電動機への通電開始直後から電流が安定して定常状態になると想定される所定の時間が経過するまで行われることを特徴とする、電動機の通電制御方法。
【請求項１】 通電電流に応じて駆動する電動機への通電開始直後から行われる通電制御方法であって、前記電動機に流れる実電流値と予め設定されている所定電流値とを比較して、前記実電流値が前記所定電流値より大きいときには前記電動機への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ小さくし、前記実電流値が前記所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしてもデューティ比が１００％を超えないときには前記電動機への通電・非通電のデューティ比を所定比率だけ大きくし、前記実電流値が前記所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしたときのデューティ比が１００％を超えると前記電動機への通電・非通電のデューティ比を１００％に設定することを特徴とする、電動機の通電制御方法。
【請求項２】 請求項１の通電制御方法における通電制御の制御周期は、前記電動機への通電開始直後から電流が安定するまでの時間よりも短い時間であることを特徴とする、電動機の通電制御方法。
【請求項３】 前記所定電流値は、前記電動機を駆動させるのに必要最小限の電流値より大きく且つ電動機への通電開始直後に流れる突入電流の最大値より小さい値に設定されることを特徴とする、請求項１の電動機の通電制御方法。
【請求項４】 請求項１の通電制御方法における通電制御は、前記電動機への通電開始直後から前記実電流値が前記所定電流値より小さく且つデューティ比を所定比率だけ大きくしたときのデューティ比が１００％を超えるまで行われることを特徴とする、電動機の通電制御方法。
【請求項５】 請求項１の通電制御方法における通電制御は、前記電動機への通電開始直後から電流が安定して定常状態になると想定される所定の時間が経過するまで行われることを特徴とする、電動機の通電制御方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００１−３３９９７０（Ｐ２００１−３３９９７０Ａ）
【公開日】平成１３年１２月７日（２００１．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−１５６９５０（Ｐ２０００−１５６９５０）
【出願日】平成１２年５月２６日（２０００．５．２６）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年１２月７日（２００１．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年５月２６日（２０００．５．２６）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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