(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、供給電力決定装置の出力に基づき前記モータを駆動制御する供給電力制御装置とを備え、上限速度が規制されたモータ回転数とモータ出力トルクとの関係を満たすモータ出力トルクに対する供給電力上限値のデータが入力されると共にモータ出力信号が入力される供給電力上限決定装置を設け、前記供給電力決定装置は、供給電力上限決定装置の出力にしたがって決定した供給電力値をモータに供給することを特徴とする速度制限装置。
【請求項２】
前記供給電力制御装置は、パルス幅変調制御装置であることを特徴とする請求項１記載の速度制限装置。
【請求項３】
前記供給電力上限決定装置は、前記供給電力制御装置から出力される前記モータへのデューティ比を規制することを特徴とする請求項２記載の速度制限装置。
【請求項４】
前記供給電力上限決定装置はモータ出力信号と速度リミット指令値によってその供給電力上限値を決定することを特徴とする請求項１記載の速度制限装置。
【請求項５】
前記速度リミット指令値は、複数の指令値から選択可能にしたことを特徴とする請求項４記載の速度制限装置。
【請求項６】
前記モータ出力信号は、モータ電流又はモータトルクによって定められることを特徴とする請求項１乃至請求項５記載の速度制限装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータが所定の上限速度以上で運転しないようにした、例えば電気自転車、電動車の速度制限装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータの回転数が所定値を超えないようにする速度制限装置は、エンコーダ等でモータ回転数を検出し、その速度が所定値より大きい場合は、モータへの供給電力を減少させることで、オーバーした速度を抑制するものが知られている。その１例を図８のブロック図に示す。
【０００３】
図において、１は電源、２はモータ、３は供給電力決定装置、４は供給電力制御装置、５は速度比較装置であり、速度比較装置５には上限速度指令値とモータ回転数が入力され、供給電力決定装置３は出力指令値と速度比較装置からの信号を入力される。
【０００４】
次に、上記装置の動作を図９のタイムチャートにより説明する。時間ｔ１に出力指令値が出力されると、供給電力決定装置３で決定される目標の供給電力値に基づいて、供給電力制御装置４の出力は立上り、時間ｔ２のピーク値までオーバーシュートし振動しながら目標の供給電力値に達する。
【０００５】
モータ２は供給電力制御装置４から供給される電力により加速を開始し、供給電力制御装置４の出力電力のピーク値に幾分か遅れて振動しながら目標の速度に到達する。この時のモータの回転数はエンコーダ等の速度検出装置により検出され、速度比較装置５に入力されて上限速度指令値と比較されその偏差が供給電力決定装置３に出力される。
【０００６】
供給電力決定装置３では、出力指令値と速度比較装置５からの信号に基づいて、供給電力制御装置４の出力電圧を決定するように目標の供給電力値を出力する。このように、フィードバック制御を行なってモータ２の速度を所定値に制限しながら目標の出力指令値に制御する。
【０００７】
しかしながら、このような制御装置では、エンコーダ等の速度検出装置が必要で、エンコーダが故障した場合は制御不能となる。また、モータ回転数がオーバーシュートを起こしてリミット値を超えるような場合があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エンコーダ等の速度検出装置を用いることなく、モータの速度を指定の範囲に制限する速度制限装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係わる速度制限装置は、モータと、供給電力決定装置の出力に基づき前記モータを駆動制御する供給電力制御装置とを備え、上限速度が規制されたモータ回転数とモータ出力トルクとの関係を満たすモータ出力トルクに対する供給電力上限値のデータが入力されると共にモータ出力信号が入力される供給電力上限決定装置を設け、前記供給電力決定装置は、供給電力上限決定装置の出力にしたがって決定した供給電力値をモータに供給するように構成した。
【００１０】
これにより、モータの駆動制御を行うときには、モータ出力指令値とモータ出力信号が供給電力上限決定装置に入力されて決定される供給電力の上限値とにより供給電力値が決定される。この供給電力値に基づいてモータを駆動する供給電力が得られ、エンコーダ等の速度検出装置を用いることなく、モータ速度を所定の上限値に制限する。
【００１１】
この発明の請求項２に係る速度制限装置は、モータと、供給電力決定装置の出力に基づき前記モータを駆動制御するパルス幅変調制御装置でなる供給電力制御装置とを備え、モータ出力信号が入力される供給電力上限決定装置を設け、該供給電力上限決定装置の出力にしたがって前記制御装置の供給電力上限を規制するように構成した。
【００１２】
これにより、供給電力上限決定装置によって定められる上限値にしたがって、供給電力制御装置で作られるパルス幅変調されたパルス幅が規制されるので、回転数が大きくなったときモータを駆動するパルス幅が抑えられ、モータの速度を指定の範囲に制限することができる。
【００１３】
この発明の請求項３に係る速度制限装置は、モータと、供給電力決定装置の出力に基づき前記モータを駆動制御するパルス幅変調制御装置でなる供給電力制御装置とを備え、モータ出力信号が入力される供給電力上限決定装置を設け、該供給電力上限決定装置の出力にしたがって前記制御装置のデューティ比を規制することにより供給電力上限を規制するように構成した。
【００１４】
これにより、供給電力上限決定装置によって上限のデューティが定められ、供給電力制御装置で作られるパルス幅変調のデューティの上限が規制されるので、回転数が大きくなったときに増加するモータを駆動するデューティが抑えられ、モータの速度を指定の範囲に制限することができる。
【００１５】
この発明の請求項４に係る速度制限装置は、モータと、供給電力決定装置の出力に基づき前記モータを駆動制御する供給電力制御装置とを備え、モータ出力信号と速度リミット指令値によってその電力上限値を決定する供給電力上限決定装置を設け、該供給電力上限決定装置の出力にしたがって前記制御装置の供給電力上限を規制するように構成した。
【００１６】
これにより、供給電力上限決定装置によって速度リミット指令値に定められる上限値にしたがって、供給電力制御装置で作られる供給電力の出力が規制されるので、回転数が大きくなったときモータを駆動する供給電力が抑えられ、モータの速度を指定の範囲に制限することができる。
【００１７】
この発明の請求項５に係る速度制限装置は、モータと、供給電力決定装置の出力に基づき前記モータを駆動制御する供給電力制御装置とを備え、モータ出力信号と速度リミット指令値によってその電力上限値を決定する供給電力上限決定器を設け、該供給電力上限決定器の出力にしたがって前記制御装置の供給電力上限を規制し、前記速度リミット指令値は、複数の指令値から選択可能に構成した。
【００１８】
これにより、供給電力上限決定装置によって複数の速度リミット指令値のうちから所望の速度リミット指令値が選択された上限値にしたがって、供給電力制御装置で作られる供給電力の出力が規制されるので、回転数が大きくなったときモータを駆動する供給電力が抑えられ、モータの速度を任意の指定の範囲に制限することができる。
【００１９】
この発明の請求項６に係る速度制限装置は、上記請求項１乃至請求項５記載の速度制限装置において、前記モータ出力信号は、モータ電流又はモータトルクによって定められる構成とした。
【００２０】
これにより、モータ出力はモータ電流の大きさに比例するので、モータトルクを直接検出するか、またはモータ電流を検出することにより、速度センサを用いることなくモータの速度を指定の範囲に制限することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明が制御の対象とするモータは、図２に示すような、一般的なモータ回転数（速度）−出力トルク特性を有するものである。この特性図より明らかなように、破線より左の領域で運転したい場合、即ち上限速度を所望の速度ｎに制限したい場合であっても、速度ｎ以上でもモータはトルクを発生するため、負荷が小さい領域ではモータは依然として加速される。例えば運転中に急激に軽減する負荷や電気自転車、電動車のように速度が上がり過ぎた時には、益々加速されて運転上の危険を伴うなど、他の種類の負荷においても同様の事態が起こりうる可能性がある。
【００２２】
そのような事態を未然に防止するために、所望の速度ｎを上限速度とし、図２のモータ回転数−出力トルク特性において、破線より右の領域には出力トルクを生じさせないようにしなければならない。そのため、図４に示すモータ出力トルクとモータへの供給電力上限の関係を満たすように制御を行うと、図３のように実線のモータ回転数−出力トルク特性が得られ、結果として、モータの回転数は上限速度ｎを超えることはない。
【００２３】
次に、このような制御を行う本発明の速度制限装置について図面を参照して以下に説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。図において、１は電源、２はモータ、３は供給電力決定装置、４は供給電力制御装置、６は供給電力上限設定装置であり、供給電力上限設定装置６のメモリには上限速度が規制されたモータ回転数とモータ出力トルクとの関係を満たす、モータ出力トルクに対する供給電力上限値のテーブルが入力されている。そして、供給電力決定装置３は出力トルク指令値と供給電力上限設定装置６からの供給電力上限値信号が入力される。
【００２４】
次に、上記装置の動作を説明する。まず、出力指令値が出力されると、供給電力上限決定装置６は、図４に示す供給電力上限決定装置６のメモリから供給電力上限値信号を供給電力決定装置３に出力する。供給電力決定装置３は、出力される供給電力上限値信号の関係を加味して、目標の供給電力値で決定し、その供給電力値に基づいて、供給電力制御装置４は出力を立上げてモータを所望の速度まで加速する。
【００２５】
上限速度ｎ内で運転中にモータ１の出力トルクを変更する場合は、出力指令値を所望の値に設定変更することにより、供給電力上限設定装６がモータ１のモータ出力トルクに対応して、メモリのテーブルから得られる、図４に示す、供給電力上限値信号を供給電力決定装置３に出力する。
【００２６】
供給電力決定装置３では供給電力上限値信号の関係を加味して、目標の供給電力値を決定し、その供給電力値に基づいて、供給電力制御装置４は供給電力値をモータ１に出力する。その結果、モータ１は所望の出力トルクを発生し、上限速度ｎ内で負荷トルクとバランスする回転速度で安定に運転が継続される。
【００２７】
ここで、モータ１の出力トルクの変更が上限速度ｎを超える運転領域（図２の破線より右側）になされた場合、出力指令値を所望の値に設定変更することにより、供給電力上限設定装６がモータ１のモータ出力トルクに対応して、メモリのテーブルから出力される図４の供給電力上限値信号を供給電力決定装置３に出力する。
【００２８】
供給電力決定装置３では供給電力上限値信号の関係を加味して、目標の供給電力値を小さい値に決定し、その供給電力値に基づいて、供給電力制御装置４はモータの速度を上限速度ｎ内に制限するように供給電力値をモータ１に出力する。その結果、モータ１は上限速度ｎを超えて運転することはない。
【００２９】
この上限速度ｎへの速度制限制御は、上記のように、出力指令値を設定変更することによる場合に限ることなく、通常運転中に急激な負荷の軽減等のように、何らかのアクシデントが生じた場合にも自動的に速度制限制御は行われるものである。
【００３０】
以上は通常の供給電力制御装置を用いて速度制限装置を構成する場合について述べたが、モータの供給電力制御をパルス幅制御（ＰＷＭ制御）による電流制御で行う場合には、図１の制御ブロックをパルス幅制御に対応した装置で構成し、モータ出力トルクに対する供給電力上限（パルス幅制御のデューティ上限）の関係を図４に示すように設定すると、パルス幅制御装置は供給電力上限値に対応したデューティの出力パルスをモータ１に供給する。
【００３１】
その結果、図２の実線に示すような、モータ回転数（速度）に対するモータ出力トルクの関係を有するモータを用いても、図３のようなモータ回転数に対するモータ出力トルクの運転特性が得られ、速度ｎ以上でのモータ出力トルクが抑えられ、破線の限界ラインよりも左側の領域に出力トルクカーブが存在するように運転制御がなされる。
【００３２】
上述の実施形態では、特定のモータ出力トルクと特定の制限速度について述べたが、図６に示すように、実線ａ、ｂ、ｃの異なる３種類の上限速度に制御する場合には、本発明の第２の実施形態として図５の制御ブロック図に示す速度制限装置が提案される。
【００３３】
図５において、図１に示す速度制限装置のブロック図のものと相違する点は、図１の供給電力上限設定装置６のメモリには、特定の上限速度に規制されたモータ回転数とモータ出力トルクとの関係を満たす、モータ出力トルクに対する供給電力上限値がテーブルとして入力されているが、図５の供給電力上限設定装置６のメモリには、図７に示す、複数の上限速度（この例では速度ａ、ｂ、ｃ）に規制されたモータ回転数とモータ出力トルクとの関係を満たす、複数種類のモータ出力トルクに対する供給電力上限値Ａ、Ｂ、Ｃのテーブルが入力されていて、速度リミット指令値により任意に選択できるような構成としたことである。
【００３４】
従って、図５の速度制限装置を運転するに際しては、速度リミット指令値により供給電力上限設定装置６のメモリの中の複数種類のモータ出力トルクに対する供給電力上限値Ａ、Ｂ、Ｃのいずれかのテーブルを選択することにより、制限速度の制御条件が決定されることになる。その他の制御動作の態様は図１の実施形態で述べた通りであるので省略する。また、この実施形態でもパルス幅制御が適用できることは勿論のことである。。
【００３５】
図５の本発明の第２の実施形態の供給電力上限設定装置のメモリに記憶される速度リミット指令値のパターン設定はａ、ｂ、ｃの３段階で説明したが、これに限ることなく、図７のモータ出力トルクに対する供給電力上限値を、モータ出力トルクと速度リミット指令値との連続的な関数（３次元のグラフ）にすれば、連続した無段階の速度リミット値の設定を行うことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明の速度制限装置は、速度センサを用いることなくモータトルクを直接検出するか、またはモータ電流を検出することによりモータ出力トルクを検出し、供給電力上限決定装置によってモータ出力トルクと速度リミット値により決定される上限値にしたがって、供給電力制御装置で得られる供給電力の出力が規制されるので、回転数が制限値まで高くなったときモータの供給電力が抑制されて、モータの速度を指定の範囲に制限することができる。
【００３７】
また、供給電力上限決定装置によって複数の速度リミット指令値のうちから所望の速度リミット指令値が選択された上限値にしたがって、供給電力制御装置で作られる供給電力の出力が規制されるので、回転数が制限値まで高くなったときモータを駆動する供給電力が抑制されて、モータの速度を任意の指定の範囲に制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の速度制限装置ブロック図。
【図２】モータの回転速度−出力トルク特性。
【図３】速度制限時のモータの回転速度−出力トルク特性図。
【図４】速度制限時のモータの出力トルク−供給電力上限値関係図。
【図５】本発明の第２の実施形態の速度制限装置ブロック図。
【図６】複数速度制限時のモータの回転速度−出力トルク特性図。
【図７】複数速度制限時のモータの出力トルク−供給電力上限値関係図。
【図８】従来の速度制限装置ブロック図。
【図９】動作タイミングチャート。
【符号の説明】
１          電源
２          モータ
３          供給電力決定装置
４          供給電力制御装置
５          速度比較装置
６          供給電力上限決定装置
【図１】
0003710925.tif 000002
【図５】
0003710925.tif 000003
【図２】
0003710925.tif 000004
【図３】
0003710925.tif 000005
【図４】
0003710925.tif 000006
【図６】
0003710925.tif 000007
【図７】
0003710925.tif 000008
【図８】
0003710925.tif 000009
【図９】
0003710925.tif 000010