(57)【要約】【課題】電動モータの回生制動を制御することが可能なモータ制御装置において、従来よりも高い回生効率を得る。【解決手段】本発明に係るモータ制御装置は、電動モータ２から発生した電力を該モータ２の電源となるバッテリー３に供給するインバータ４２と、インバータ４２をＰＷＭ制御する制御回路４１と、電動モータ２の回転数を検出する回転数／回転位置検出回路４３とを具えている。制御回路４１は、回転数／回転位置検出回路４３の出力値に基づいて、ＰＷＭデューティをバッテリー３に供給される回生電力がピークとなる点での値或いはその近傍値以下に制限する。【選択図】      図２
2004173444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの回生制動を制御することが可能であって、電動モータから発生した電力を該モータの電源となるバッテリーに供給するインバータと、インバータを制御するＰＷＭ制御回路とを具えたモータ制御装置において、電動モータの回転速度を検出する速度検出手段を具え、前記ＰＷＭ制御回路は、電動モータの回転速度に基づいて、ＰＷＭデューティをバッテリーに供給される回生電力がピークとなる点での値或いはその近傍値以下に制限することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
電動モータの出力電流の大きさを検出するモータ電流検出手段を具え、前記ＰＷＭ制御回路は、電動モータの出力電流の目標値を表わすモータ電流指令値を算出して、該モータ電流指令値と前記モータ電流検出手段による検出結果とに基づいてＰＷＭデューティを変化させる処理を実行するものであって、
電動モータの回転速度に基づいて、バッテリーに供給される回生電力がピークとなる点でのモータ電流指令値或いはその近傍値を、電流指令上限値として導出する上限値導出手段と、
算出されたモータ電流指令値が前記導出された電流指令上限値を超えているか否かを判断し、電流指令上限値を超えている場合に、モータ電流指令値を該上限値に設定する電流指令値設定手段
とを具えている請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記ＰＷＭ制御回路は、モータ電流検出手段による検出結果に基づいて、ＰＷＭデューティを変化させる際のステップ幅を変化させる請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
バッテリーに流れ込む回生電流の大きさを検出する回生電流検出手段を具え、前記ＰＷＭ制御回路は、バッテリーに流れ込む回生電流の目標値を表わす回生電流指令値を算出して、該回生電流指令値と前記回生電流検出手段による検出結果とに基づいてＰＷＭデューティを変化させる処理を実行するものであって、
電動モータの回転速度に基づいて、バッテリーに供給される回生電力がピークとなる点での回生電流指令値或いはその近傍値を、電流指令上限値として導出する上限値導出手段と、
算出された回生電流指令値が前記導出された電流指令上限値を超えているか否かを判断し、電流指令上限値を超えている場合に、回生電流指令値を該上限値に設定する電流指令値設定手段
とを具えている請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭ制御回路は、回生電流検出手段による検出結果に基づいて、ＰＷＭデューティを変化させる際のステップ幅を変化させる請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記ＰＷＭ制御回路は、
電動モータの回転速度に基づいて、バッテリーに供給される回生電力がピークとなる点でのＰＷＭデューティ或いはその近傍値を、ＰＷＭデューティ上限値として導出する上限値導出手段と、
ＰＷＭデューティが前記導出されたＰＷＭデューティ上限値を超えているか否かを判断し、ＰＷＭデューティ上限値を超えている場合に、ＰＷＭデューティを該上限値に設定するデューティ上限値設定手段
とを具えている請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
電動モータの出力電流の大きさを検出するモータ電流検出手段を具え、前記ＰＷＭ制御回路は、電動モータの出力電流の目標値を表わすモータ電流指令値を算出して、該モータ電流指令値と前記モータ電流検出手段による検出結果とに基づいてＰＷＭデューティを変化させる処理を実行するものであって、モータ電流検出手段による検出結果に基づいて、ＰＷＭデューティを変化させる際のステップ幅を変化させる請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
バッテリーに流れ込む回生電流の大きさを検出する回生電流検出手段を具え、前記ＰＷＭ制御回路は、バッテリーに流れ込む回生電流の目標値を表わす回生電流指令値を算出して、該回生電流指令値と前記回生電流検出手段による検出結果とに基づいてＰＷＭデューティを変化させる処理を実行するものであって、回生電流検出手段による検出結果に基づいて、ＰＷＭデューティを変化させる際のステップ幅を変化させる請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記ＰＷＭ制御回路は、
電動モータの回転速度に基づいて、ＰＷＭデューティの下限値を導出する下限値導出手段と、
ＰＷＭデューティが前記導出されたＰＷＭデューティ下限値を下回るか否かを判断し、ＰＷＭデューティ下限値を下回っている場合に、ＰＷＭデューティを該下限値に設定するデューティ下限値設定手段
とを具えている請求項１乃至請求項８の何れかに記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
電動モータの回生制動を制御することが可能であって、電動モータから発生した電力を該モータの電源となるバッテリーに供給するインバータと、インバータを制御するＰＷＭ制御回路とを具えたモータ制御装置において、バッテリーに流れ込む回生電流の大きさを検出する回生電流検出手段を具え、前記ＰＷＭ制御回路は、前記回生電流検出手段による検出結果に基づいて、ＰＷＭデューティをバッテリーに供給される回生電力がピークとなる点での値或いはその近傍値以下に制限することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１１】
前記ＰＷＭ制御回路は、
前記回生電流検出手段による検出結果に基づいて、バッテリーに供給される電力がピークとなる点でのＰＷＭデューティ或いはその近傍値を、ＰＷＭデューティ上限値として導出する上限値導出手段と、
ＰＷＭデューティが前記導出されたＰＷＭデューティ上限値を超えているか否かを判断し、ＰＷＭデューティ上限値を超えている場合に、ＰＷＭデューティを該上限値に設定するデューティ上限値設定手段
とを具えている請求項１０に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記ＰＷＭ制御回路は、バッテリーに流れ込む回生電流の目標値を表わす回生電流指令値を算出して、該回生電流指令値と前記回生電流検出手段による検出結果とに基づいてＰＷＭデューティを変化させる処理を実行するものであって、回生電流検出手段による検出結果に基づいて、ＰＷＭデューティを変化させる際のステップ幅を変化させる請求項１１に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータの回生制動を制御することが可能なモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、人力により駆動可能な自転車本体に電動モータと電動モータの電源となるバッテリーとを搭載して、人力による駆動力を補助する電動モータ付自転車が知られている。
図２４は、電動モータ付自転車の概略構成を表わしており、図示の如く、電動モータ（２）と該モータの電源となるバッテリー（３）が自転車本体（１）に搭載されている。自転車本体（１）のペダルを踏むことによって発生するトルクはトルクセンサ（１１）により検出され、該検出信号はコントローラ（７）に入力される。コントローラ（７）では、入力されたトルク検出信号に応じたトルク指令が作成され、電動モータ（２）へ供給される。この結果、自転車本体（１）には、人力に加え、該人力トルク値に応じた大きさのモータ出力トルクが供給され、人力による駆動力が補助される。
【０００３】
近年、電動モータ付自転車として、電動モータを回生制動状態とする回生走行モードの設定が可能な電動モータ付自転車の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
回生走行モードは下り坂の走行時に設定され、該モードが設定されている状態では、自転車本体に電動モータによる回生制動力が付与されることによって自転車本体が減速すると共に、電動モータが発電機として動作を行なうことによって電動モータから発生した電力がバッテリーに供給される。この様にして、電力の有効利用が図られている。
【０００４】
図２５は、回生走行モードの設定が可能な電動モータ付自転車の電気的構成例を表わしている。
平坦地や上り坂の走行時に設定される通常のアシスト走行モードにおいては、バッテリー（３）からの直流電力がインバータ（７２）によって交流電力に変換され、該交流電力が電動モータ（２）に供給されて、モータ（２）の駆動が行なわれる。
電動モータ（２）としては、例えばブラシレスモータが採用され、電動モータ（２）に設けられた３つのホール素子（図示省略）から得られる３つの位置信号は回転数／回転位置検出回路（７３）に供給される。回転数／回転位置検出回路（７３）では、前記３つの位置信号に基づいて電動モータ（２）の回転数及び回転位置が検出され、それらの結果が制御回路（７１）に供給される。
又、ペダルを踏むことにより発生するトルクが人力トルクセンサ（１１）によって検出されると共に、電動モータ（２）の出力電流の大きさがモータ電流検出回路（５）によって検出され、これらの検出結果が制御回路（７１）に供給される。
制御回路（７１）では、上述の如く供給される回転数検出信号、人力トルク検出信号及びモータ電流検出信号に基づいてＰＷＭ制御信号が作成され、該ＰＷＭ制御信号はインバータ（７２）に供給される。
【０００５】
一方、回生走行モードにおいては、電動モータ（２）から発生した交流電力はインバータ（７２）に供給され、インバータ（７２）にて直流電力に変換されると共に昇圧されてバッテリー（３）に供給される。
バッテリー（３）に流れ込む電流の大きさが回生電流検出回路（５０）によって検出され、この結果が制御回路（７１）に供給されると共に、回転数／回転位置検出回路（７３）の検出結果が制御回路（７１）に供給される。
制御回路（７１）では、上述の如く供給される回生電流検出信号、回転数検出信号及び回転位置検出信号に基づいてＰＷＭ制御信号が作成され、該ＰＷＭ制御信号はインバータ（７２）に供給される。
【０００６】
又、制御回路（７１）には、ブレーキレバー（１２）が接続されると共に入出力装置（１３）が接続されている。入出力装置（１３）は、種々の操作スイッチ（図示省略）やバッテリー（３）の残量を表示するための表示部（図示省略）を具えている。
【０００７】
上記インバータ（７２）は、バッテリー（３）の両端に接続された正負一対の直列線路（７２ａ）（７２ａ）を具え、これらの直列線路（７２ａ）（７２ａ）は、４本の並列線路（７２ｂ）（７２ｂ）（７２ｂ）（７２ｂ）によって互いに連結されている。３本の並列線路にはそれぞれ、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子が介在すると共に、１本の並列線路には１つのコンデンサＣが介在している。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、ダイオードとトランジスタから構成されており、上記制御回路（７１）からのＰＷＭ制御信号によってオン／オフ制御される。
スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２の連結点、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４の連結点、及びスイッチング素子Ｓ５とスイッチング素子Ｓ６の連結点には３本の電流線路（７２ｃ）（７２ｃ）（７２ｃ）が接続されており、これらの電流線路の終端は、電動モータ（２）のＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線に接続されている。スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２の連結点から伸びる電流線路（７２ｃ）には、上述のモータ電流検出回路（５）が介在している。
【０００８】
図２６（ａ）は、回生走行モードにおける電動モータ（２）の３相巻線の電圧波形を表わしており、各電圧波形は、３６０度を１周期として正弦波状に変化し、３つの電圧波形は互いに１２０度の位相差を有している。
又、同図（ｂ）は、回生走行モードにおけるスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のＰＷＭ制御のオン／オフ状態を表わしており、各スイッチング素子は、図示の如く互いにタイミングをずらしてＰＷＭ制御がオンに設定される。尚、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６は、常にオフに設定される。
【０００９】
例えば、スイッチング素子Ｓ１がＰＷＭ制御される同図（ｂ）に示す区間Ｔ１では、Ｕ相巻線の電圧が最も低く、Ｗ相巻線の電圧が最も高いため、スイッチング素子Ｓ１、スイッチング素子Ｓ２のダイオードＤ２、Ｕ相巻線、Ｗ相巻線及びコンデンサＣによって図２７に示す昇圧チョッパ回路が構成される。かかる区間においては、スイッチング素子Ｓ１がオンのとき、Ｕ相巻線とＷ相巻線との間の電位差ＥｕｗによりＷ相巻線からＵ相巻線に電流が流れて両巻線にエネルギーが蓄えられる一方、スイッチング素子Ｓ１がオフのときには、Ｕ相巻線及びＷ相巻線に蓄えられたエネルギーがバッテリー（３）に供給される。
図２８は、スイッチング素子Ｓ１のオン／オフ状態と、Ｕ相巻線を流れる電流の波形を表わしており、スイッチング素子Ｓ１がオンに設定されている状態では、上述の如くＵ相巻線にエネルギーが蓄えられるため、Ｕ相巻線を流れる電流は同図（ｂ）の如く徐々に増大する。一方、スイッチング素子Ｓ１がオフに設定されている状態では、Ｕ相巻線に蓄えられたエネルギーがバッテリーに供給されるため、Ｕ相巻線を流れる電流は同図（ｂ）の如く徐々に減小する。
【００１０】
次に、図２６（ｂ）に示す区間Ｔ２では、Ｕ相巻線の電圧が最も低く、Ｖ相巻線の電圧が最も高いため、スイッチング素子Ｓ１、スイッチング素子Ｓ２のダイオード、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びコンデンサＣによって昇圧チョッパ回路が構成される。かかる区間においては、スイッチング素子Ｓ１がオンのとき、Ｖ相巻線とＵ相巻線との間の電位差によりＶ相巻線からＵ相巻線に電流が流れて両巻線にエネルギーが蓄えられる一方、スイッチング素子Ｓ１がオフのときには、Ｕ相巻線及びＶ相巻線に蓄えられたエネルギーがバッテリー（３）に供給される。
その後、スイッチング素子Ｓ３がＰＷＭ制御される区間Ｔ３では、Ｗ相巻線の電圧が最も低く、Ｖ相巻線の電圧が最も高いため、スイッチング素子Ｓ３、スイッチング素子Ｓ４のダイオード、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線及びコンデンサＣによって昇圧チョッパ回路が構成される。かかる区間においては、スイッチング素子Ｓ３がオンのとき、Ｖ相巻線とＷ相巻線との間の電位差によりＶ相巻線からＷ相巻線に電流が流れて両巻線にエネルギーが蓄えられる一方、スイッチング素子Ｓ３がオフのときには、Ｖ相巻線及びＷ相巻線に蓄えられたエネルギーがバッテリー（３）に供給される。
【００１１】
図２５に示すインバータ（７２）を有する電動モータ付自転車においては、上述の如く、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５をＰＷＭ制御することによって電動モータの各巻線にエネルギーを蓄える動作と各巻線に蓄えられたエネルギーをバッテリーに供給する動作とが繰り返され、これによってバッテリー（３）が充電されることになる。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−６８７８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９６８５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、出願人の研究によれば、回生走行モードの設定が可能な従来の電動モータ付自転車においては、充分に高い回生効率が得られないことが判明した。
本発明の目的は、従来よりも高い回生効率を得ることが出来るモータ制御装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決する為の手段】
出願人は、従来の電動モータ付自転車において充分に高い回生効率が得られない原因を次のように究明した。
スイッチング周期Ｔに対するオン期間Ｔｏｎの比率（ＰＷＭデューティ）が過大になると、オフ期間Ｔｏｆｆがオン期間Ｔｏｎに比べ極めて短くなるため、オフ期間Ｔｏｆｆに巻線から放出されるエネルギーがオン期間Ｔｏｎに電動モータから発生するエネルギーに比べ極めて小さな値となって、オン期間Ｔｏｎに電動モータから発生するエネルギーの内、巻線に蓄えられずに消費される損失エネルギーが増大する。
図２９は、ＰＷＭデューティと電動モータから発生する電力及びバッテリーに供給される回生電力との関係を表わしており、電動モータから発生する電力は、一点鎖線で示す如く、ＰＷＭデューティが増大するにつれて増大している。これに対し、バッテリーに供給される回生電力は、実線で示す如く、ＰＷＭデューティが増大するにつれて増大し、ピークに達した後、急激に減小しており、損失エネルギーが増大している。
従来の電動モータ付自転車においては、上述の如くＰＷＭデューティが回生電力のピーク点での値を超えると損失エネルギーが増大するにも拘わらず、ＰＷＭデューティを０〜１００％の全範囲で変化させるため、充分に高い回生効率が得られないのである。
【００１５】
本発明に係るモータ制御装置は、電動モータの回生制動を制御することが可能であって、電動モータから発生した電力を該モータの電源となるバッテリーに供給するインバータと、インバータを制御するＰＷＭ制御回路とを具えている。そして該モータ制御装置は、電動モータの回転速度を検出する速度検出手段を具え、前記ＰＷＭ制御回路は、電動モータの回転速度に基づいて、ＰＷＭデューティをバッテリーに供給される回生電力がピークとなる点での値或いはその近傍値以下に制限する。
【００１６】
上述の如く、バッテリーに供給される回生電力は、ＰＷＭデューティが増大するにつれて増大し、ピークに達した後、急激に減小する。ここで、回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティと電動モータの回転速度との間には、電動モータの回転速度が増大するにつれて回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティが減小する一定の関係が成立する。
そこで、上記本発明に係るモータ制御装置においては、電動モータの回転速度に基づいて、ＰＷＭデューティが回生電力のピーク点での値或いはその近傍値以下に制限される。この様に、ＰＷＭデューティを回生電力のピーク点、即ち損失エネルギーが増大し始める点での値或いはその近傍値以下に制限することによって、ＰＷＭデューティを全範囲で変化させる従来の構成に比べて損失エネルギーを低減させることが出来る。
【００１７】
第１の具体的構成を有するモータ制御装置は、電動モータの出力電流の大きさを検出するモータ電流検出手段を具えている。そして、前記ＰＷＭ制御回路は、電動モータの出力電流の目標値を表わすモータ電流指令値を算出して、該モータ電流指令値と前記モータ電流検出手段による検出結果とに基づいてＰＷＭデューティを変化させる処理を実行するものであって、
電動モータの回転速度に基づいて、バッテリーに供給される回生電力がピークとなる点でのモータ電流指令値或いはその近傍値を、電流指令上限値として導出する上限値導出手段と、
算出されたモータ電流指令値が前記導出された電流指令上限値を超えているか否かを判断し、電流指令上限値を超えている場合に、モータ電流指令値を該上限値に設定する電流指令値設定手段
とを具えている。
【００１８】
ＰＷＭデューティは、モータ電流指令値が増大するにつれて増大する。従って、モータ電流指令値を回生電力のピーク点での値或いはその近傍値以下に抑えることによって、ＰＷＭデューティを該ピーク点での値或いはその近傍値以下に抑えることが出来る。又、回生電力のピーク点でのモータ電流指令値と電動モータの回転速度との間には、電動モータの回転速度が増大するにつれて回生電力のピーク点でのモータ電流指令値が増大する一定の関係が成立する。
そこで、上記具体的構成においては、電動モータの回転速度に基づいて、回生電力のピーク点でのモータ電流指令値或いはその近傍値が電流指令上限値として導出される。例えば、電動モータの回転速度と回生電力のピーク点でのモータ電流指令値或いはその近傍値との関係を表わすテーブル或いは関数式が前記上限値導出手段に格納されており、電流指令上限値は、これらのテーブル或いは関数式に基づいて電動モータの回転速度から導出される。
その後、算出されたモータ電流指令値が上述の如く導出された電流指令上限値を超えている場合に、モータ電流指令値が該上限値に設定され、設定されたモータ電流指令値とモータ電流検出手段によって検出されたモータ電流値とに基づいてＰＷＭデューティが設定される。この様にして、ＰＷＭデューティが回生電力のピーク点での値或いはその近傍値以下に制限されることになる。
【００１９】
具体的には、前記ＰＷＭ制御回路は、モータ電流検出手段による検出結果に基づいて、ＰＷＭデューティを変化させる際のステップ幅を変化させる。
【００２０】
例えば、インバータが電動モータから発生した電力を昇圧してバッテリーに供給する構成においては、バッテリーに供給される回生電力は、ＰＷＭデューティが増大するにつれて徐々に増大し、ＰＷＭデューティの増大に伴いインバータの昇圧比が増大してインバータの出力電圧がバッテリーの両端電圧を超えた点から急激に増大する。又、電動モータの出力電流値は、ＰＷＭデューティが増大するにつれて増大する。
そこで、上記具体的構成においては、例えば回生電力の変化が急激に大きくなる点での電動モータの出力電流値を閾値として、モータ電流検出手段によって検出されたモータ電流値が閾値よりも小さい場合には、ＰＷＭデューティを大きなステップ幅で変化させる一方、モータ電流値が閾値よりも大きい場合には、ＰＷＭデューティを小さなステップ幅で変化させる。
この様にして、回生電力の変化が緩やかな範囲ではＰＷＭデューティを大きなステップ幅で変化させるので、ＰＷＭデューティを全範囲に亘って小さなステップ幅で変化させる構成に比べて、回生制動力が効き始めるまでの時間を短縮することが出来る。
【００２１】
第２の具体的構成を有するモータ制御装置は、バッテリーに流れ込む回生電流の大きさを検出する回生電流検出手段を具えている。そして、前記ＰＷＭ制御回路は、バッテリーに流れ込む回生電流の目標値を表わす回生電流指令値を算出して、該回生電流指令値と前記回生電流検出手段による検出結果とに基づいてＰＷＭデューティを変化させる処理を実行するものであって、
電動モータの回転速度に基づいて、バッテリーに供給される回生電力がピークとなる点での回生電流指令値或いはその近傍値を、電流指令上限値として導出する上限値導出手段と、
算出された回生電流指令値が前記導出された電流指令上限値を超えているか否かを判断し、電流指令上限値を超えている場合に、回生電流指令値を該上限値に設定する電流指令値設定手段
とを具えている。
【００２２】
ＰＷＭデューティは、回生電流指令値が増大するにつれて増大する。従って、回生電流指令値を回生電力のピーク点での値或いはその近傍値以下に抑えることによって、ＰＷＭデューティを該ピーク点での値或いはその近傍値以下に抑えることが出来る。又、回生電力のピーク点での回生電流指令値と電動モータの回転速度との間には、電動モータの回転速度が増大するにつれて回生電力のピーク点での回生電流指令値が増大する一定の関係が成立する。
そこで、上記具体的構成においては、電動モータの回転速度に基づいて、回生電力のピーク点での回生電流指令値或いはその近傍値が電流指令上限値として導出される。例えば、電動モータの回転速度と回生電力のピーク点での回生電流指令値或いはその近傍値との関係を表わすテーブル或いは関数式が前記上限値導出手段に格納されており、電流指令上限値は、これらのテーブル或いは関数式に基づいて電動モータの回転速度から導出される。
その後、算出された回生電流指令値が上述の如く導出された電流指令上限値を超えている場合に、回生電流指令値が該上限値に設定され、設定された回生電流指令値と回生電流検出手段によって検出された回生電流値とに基づいてＰＷＭデューティが設定される。この様にして、ＰＷＭデューティが回生電力のピーク点での値或いはその近傍値以下に制限されることになる。
【００２３】
具体的には、前記ＰＷＭ制御回路は、回生電流検出手段による検出結果に基づいて、ＰＷＭデューティを変化させる際のステップ幅を変化させる。
【００２４】
上述の如く、インバータが電動モータから発生した電力を昇圧してバッテリーに供給する構成においては、バッテリーに供給される回生電力は、ＰＷＭデューティが増大するにつれて徐々に増大し、インバータの昇圧比が増大してインバータの出力電圧がバッテリーの両端電圧を超えた点から急激に増大する。又、バッテリーに供給される回生電力はバッテリーに流れ込む回生電流の大きさに比例するため、回生電流値は、回生電力と同様に、ＰＷＭデューティが増大するにつれて徐々に増大し、インバータの昇圧比が増大してインバータの出力電圧がバッテリーの両端電圧を超えた点から急激に増大する。
そこで、上記具体的構成においては、例えば回生電力の変化が急激に大きくなる点での回生電流値を閾値として、回生電流検出手段によって検出された回生電流値が閾値よりも小さい場合には、ＰＷＭデューティを大きなステップ幅で変化させる一方、回生電流値が閾値よりも大きい場合には、ＰＷＭデューティを小さなステップ幅で変化させる。
この様にして、回生電力の変化が緩やかな範囲ではＰＷＭデューティを大きなステップ幅で変化させるので、ＰＷＭデューティを全範囲に亘って小さなステップ幅で変化させる構成に比べて、回生制動力が効き始めるまでの時間を短縮することが出来る。
【００２５】
第３の具体的構成を有するモータ制御装置においては、前記ＰＷＭ制御回路は、
電動モータの回転速度に基づいて、バッテリーに供給される回生電力がピークとなる点でのＰＷＭデューティ或いはその近傍値を、ＰＷＭデューティ上限値として導出する上限値導出手段と、
ＰＷＭデューティが前記導出されたＰＷＭデューティ上限値を超えているか否かを判断し、ＰＷＭデューティ上限値を超えている場合に、ＰＷＭデューティを該上限値に設定するデューティ上限値設定手段
とを具えている。
【００２６】
上述の如く、回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティと電動モータの回転速度との間には一定の関係が成立する。
そこで、上記具体的構成においては、電動モータの回転速度に基づいて、回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティ或いはその近傍値がＰＷＭデューティ上限値として導出される。例えば、電動モータの回転速度と回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティ或いはその近傍値との関係を表わすテーブル或いは関数式が前記上限値導出手段に格納されており、ＰＷＭデューティ上限値は、これらのテーブル或いは関数式に基づいて電動モータの回転速度から導出される。
その後、ＰＷＭデューティが上述の如く導出されたデューティ上限値を超えている場合に、ＰＷＭデューティが該上限値に設定される。この様にして、ＰＷＭデューティが回生電力のピーク点での値或いはその近傍値以下に設定されることになる。
【００２７】
又、具体的には、前記ＰＷＭ制御回路は、
電動モータの回転速度に基づいて、ＰＷＭデューティの下限値を導出する下限値導出手段と、
ＰＷＭデューティが前記導出されたＰＷＭデューティ下限値を下回るか否かを判断し、ＰＷＭデューティ下限値を下回っている場合に、ＰＷＭデューティを該下限値に設定するデューティ下限値設定手段
とを具えている。
【００２８】
上述の如く、インバータが電動モータから発生した電力を昇圧してバッテリーに供給する構成においては、バッテリーに供給される回生電力は、ＰＷＭデューティが増大するにつれて徐々に増大し、インバータの昇圧比が増大してインバータの出力電圧がバッテリーの両端電圧を超えた点から急激に増大する。又、バッテリーに供給される回生電力の変化が急激に大きくなる点でのＰＷＭデューティと電動モータの回転速度との間には、電動モータの回転速度が増大するにつれて回生電力の変化が急激に大きくなる点でのＰＷＭデューティが減小する一定の関係が成立する。
そこで、上記具体的構成においては、例えば回生電力の変化が急激に大きくなる点でのＰＷＭデューティよりも所定の大きさだけ小さな値をＰＷＭデューティ下限値として、該下限値と電動モータの回転速度との関係を表わすテーブル或いは関数式が前記下限値導出手段に格納されており、ＰＷＭデューティ下限値は、これらのテーブル或いは関数式に基づいて電動モータの回転速度から導出される。
その後、ＰＷＭデューティが上述の如く導出されたＰＷＭデューティ下限値を下回っている場合に、ＰＷＭデューティが該下限値に設定される。この様にして、ＰＷＭデューティは、導出されたＰＷＭデューティ下限値から増大することになる。従って、ＰＷＭデューティをゼロから増大させる構成に比べて、回生制動力が効き始めるまでの時間を短縮することが出来る。
【００２９】
又、本発明に係るモータ制御装置は、電動モータの回生制動を制御することが可能であって、電動モータから発生した電力を該モータの電源となるバッテリーに供給するインバータと、インバータを制御するＰＷＭ制御回路とを具えている。そして該モータ制御装置は、バッテリーに流れ込む回生電流の大きさを検出する回生電流検出手段を具え、前記ＰＷＭ制御回路は、前記回生電流検出手段による検出結果に基づいて、ＰＷＭデューティをバッテリーに供給される回生電力がピークとなる点での値或いはその近傍値以下に制限する。
【００３０】
回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティとバッテリーに流れ込む回生電流の大きさとの間には、回生電流が増大するにつれて回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティが減小する一定の関係が成立する。
そこで、上記本発明に係るモータ制御装置においては、回生電流検出手段によって検出された回生電流値に基づいて、ＰＷＭデューティが回生電力のピーク点での値或いはその近傍値以下に制限される。この様に、ＰＷＭデューティを回生電力のピーク点、即ち損失エネルギーが増大し始める点での値或いはその近傍値以下に制限することによって、ＰＷＭデューティを全範囲で変化させる従来の構成に比べて損失エネルギーを低減させることが出来る。
【００３１】
具体的には、前記ＰＷＭ制御回路は、
前記回生電流検出手段による検出結果に基づいて、バッテリーに供給される電力がピークとなる点でのＰＷＭデューティ或いはその近傍値を、ＰＷＭデューティ上限値として導出する上限値導出手段と、
ＰＷＭデューティが前記導出されたＰＷＭデューティ上限値を超えているか否かを判断し、ＰＷＭデューティ上限値を超えている場合に、ＰＷＭデューティを該上限値に設定するデューティ上限値設定手段
とを具えている。
【００３２】
上述の如く、回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティとバッテリーに流れ込む回生電流の大きさとの間には一定の関係が成立する。
そこで、上記具体的構成においては、回生電流検出手段によって検出された回生電流値に基づいて、回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティ或いはその近傍値がＰＷＭデューティ上限値として導出される。例えば、回生電流値と回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティとの関係を表わすテーブル或いは関数式が上限値導出手段に格納されており、ＰＷＭデューティ上限値は、これらのテーブル或いは関数式に基づいて回生電流検出手段による検出結果から導出される。
その後、ＰＷＭデューティが上述の如く導出されたＰＷＭデューティ上限値を超えている場合に、ＰＷＭデューティが該上限値に設定される。この様にして、ＰＷＭデューティが回生電力のピーク点での値或いはその近傍値以下に制限されることになる。
上記モータ制御装置においては、回生電流値からＰＷＭデューティ上限値が導出されるので、電動モータの回転速度からＰＷＭデューティ上限値を導出するために回転速度検出手段を装備する必要はない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係るモータ制御装置によれば、ＰＷＭデューティを回生電力のピーク点での値或いはその近傍値以下に制限することによって、従来よりも高い回生効率を得ることが出来る。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電動モータ付自転車に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
第１実施例
図１は、本発明に係る電動モータ付自転車の概略構成を表わしており、自転車本体（１）には、電動モータ（２）と該モータの電源となるバッテリー（３）が搭載されている。
該電動モータ付自転車は、通常のアシスト走行モードと電動モータ（２）を回生制動状態に設定する回生走行モードとの間で走行モードを切り換えることが可能であって、アシスト走行モードにおいては、自転車本体（１）のペダルを踏むことによって発生するトルクは人力トルクセンサ（１１）により検出され、該検出信号はコントローラ（４）に入力される。コントローラ（４）では、入力されたトルク検出信号に応じたトルク指令が作成され、電動モータ（２）へ供給される。この結果、自転車本体（１）には、人力に加え、該人力トルク値に応じた大きさのモータ出力トルクが供給され、人力による駆動力が補助される。
一方、回生走行モードにおいては、自転車本体（１）に電動モータ（２）による回生制動力が付与されることによって自転車本体（１）が減速すると共に、電動モータ（２）が発電機として動作を行なうことによって電動モータ（２）から発生した電力がバッテリー（３）に供給される。
【００３５】
図２は、上記電動モータ付自転車の電気的構成を表わしている。
アシスト走行モードにおいては、バッテリー（３）からの直流電力がインバータ（４２）によって交流電力に変換され、該交流電力が電動モータ（２）に供給されて、モータ（２）の駆動が行なわれる。
電動モータ（２）としてはブラシレスモータが採用されており、該モータ（２）に設けられた３つのホール素子（図示省略）から得られる３つの位置信号は回転数／回転位置検出回路（４３）に供給される。回転数／回転位置検出回路（４３）では、前記３つの位置信号に基づいて電動モータ（２）の回転数及び回転位置が検出され、それらの結果が制御回路（４１）に供給される。
又、ペダルを踏むことにより発生するトルクが人力トルクセンサ（１１）によって検出されると共に、電動モータ（２）の出力電流の大きさがモータ電流検出回路（５）によって検出され、それらの検出結果が制御回路（４１）に供給される。
制御回路（４１）では、上述の如く供給される回転数検出信号、人力トルク検出信号及びモータ電流検出信号に基づいてＰＷＭ制御信号が作成され、該ＰＷＭ制御信号はインバータ（４２）に供給される。
【００３６】
一方、回生走行モードにおいては、電動モータ（２）から発生した交流電力はインバータ（４２）に供給され、インバータ（４２）にて直流電力に変換されると共に昇圧されてバッテリー（３）に供給される。
制御回路（４１）には、モータ電流検出回路（５）による検出結果、及び回転数／回転位置検出回路（４３）の検出結果が供給され、これらの検出結果に基づいてＰＷＭ制御信号が作成されてインバータ（４２）に供給される。
【００３７】
又、制御回路（４１）には、ブレーキレバー（１２）が接続されており、ブレーキレバー（１２）に対して操作が行なわれていない状態ではアシスト走行モードが設定される一方、ブレーキレバー（１２）に対して操作が行なわれている状態では回生走行モードが設定される。
更に、制御回路（４１）には、入出力装置（１３）が接続されており、該入出力装置（１３）は、種々の操作スイッチ（図示省略）やバッテリー（３）の残量を表示するための表示部（図示省略）を具えている。
【００３８】
上記インバータ（４２）は、図２５に示す従来のインバータ（７２）と全く同一の構成を有しており、ダイオードとトランジスタから構成される６つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６とコンデンサＣとから構成されている。これら６つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、制御回路（４１）からのＰＷＭ制御信号によってオン／オフ制御される。
【００３９】
図３は、走行時に上記制御回路（４１）によって実行される制御手続きを表わしている。
自転車本体の電源がオンに設定されると、先ずステップＳ１にて、走行モードをアシスト走行モードに設定する共に、電動モータの出力電流の目標値を表わすモータ電流指令値及びＰＷＭデューティをゼロに設定する。
次にステップＳ２にて走行を開始すると、ステップＳ３では、ブレーキレバー（１２）に対し操作が行なわれているか否かを判断する。ここで、ブレーキレバー（１２）に対して操作が行なわれていない場合には、ノーと判断されてステップＳ４に移行し、人力トルクセンサ（１１）の出力値がゼロであるか否かを判断する。ここで、ノーと判断された場合は、ステップＳ５にて人力トルクセンサ（１１）の出力値及び回転数／回転位置検出回路（４３）の出力値に基づいてモータ電流指令値を算出した後、該モータ電流指令値とモータ電流検出回路（５）の出力値とを比較してＰＷＭデューティを増大或いは減小させる。一方、ステップＳ４にてイエスと判断された場合は、ステップＳ６にてモータ電流指令値をゼロに設定した後、該モータ電流指令値とモータ電流検出回路（５）の出力値とを比較してＰＷＭデューティを減小させる。
続いてステップＳ７では、ステップＳ５或いはステップＳ６にて得られたＰＷＭデューティに応じたＰＷＭ制御信号を作成し、該ＰＷＭ制御信号をインバータ（４２）に供給する。その後、ステップＳ８では、回転数／回転位置検出回路（４３）によって検出された回転数がゼロであるか否かを判断し、ノーと判断された場合はステップＳ３に戻る。
【００４０】
ブレーキレバー（１２）に対し操作が行なわれている場合には、ステップＳ３にてイエスと判断されて、走行モードを回生走行モードに設定した後、ステップＳ９に移行し、後述の手続きによってＰＷＭデューティを増大或いは減小させる。続いてステップＳ１０では、ステップＳ９にて得られたＰＷＭデューティに応じたＰＷＭ制御信号を作成し、該ＰＷＭ制御信号をインバータ（４２）に供給する。
その後、回転数がゼロになると、ステップＳ８にてイエスと判断され、ステップＳ１１にて走行を停止して手続きを終了する。
上記手続きによって、ブレーキレバー（１２）が操作されていない場合にはアシスト走行モードが設定され、人力トルク値に応じた大きさの駆動力が自転車本体に付与されて人力による駆動力が補助される一方、ブレーキレバー（１２）が操作されている場合には、回生走行モードが設定され、回生制動力が自転車本体に付与されて自転車本体が減速することになる。
【００４１】
ところで、バッテリーに供給される回生電力は、図４に実線で示す如く、ＰＷＭデューティが増大するにつれて徐々に増大し、ピークに達した後、急激に減小する。
そこで、本発明に係る電動モータ付自転車においては、回生走行モードが設定されている場合に、ＰＷＭデューティが回生電力のピーク点Ｐでの値以下に制限される。
又、ＰＷＭデューティは、図４に一点鎖線で示す如く、モータ電流指令値が増大するにつれて増大する。ここで、電動モータの回転数がω２であるとき、回生電力のピーク点Ｐでのモータ電流指令値Ｉｍ２は、回転数がω１（ω１＜ω２）であるときの値Ｉｍ１に比べて大きな値となっており、電動モータの回転数と回生電力のピーク点Ｐでのモータ電流指令値との間には、図５に示す如く電動モータの回転数が増大するにつれて回生電力のピーク点でのモータ電流指令値が増大する一定の関係が成立する。
そこで、回生電力のピーク点でのモータ電流指令値を上限値として、電動モータの回転数と該上限値との関係を表わすモータ電流指令上限値テーブルが上記制御回路（４１）の内蔵メモリ（図示省略）に格納されている。そして、該テーブル基づいて電動モータの回転数からモータ電流指令値の上限値が導出され、モータ電流指令値が該上限値以下の値に制限される。図４に示す例では、電動モータの回転数がω１であるときには、モータ電流指令値をＩｍ１以下に抑えることによってＰＷＭデューティをα１以下に抑えることが出来、回転数がω２であるときには、モータ電流指令値をＩｍ２以下に抑えることによってＰＷＭデューティをα２以下に抑えることが出来る。
この様にして、ＰＷＭデューティを回生電力のピーク点Ｐでの値以下に制限することによって損失エネルギーを低減させることが出来、この結果、高い回生効率を得ることが出来る。
【００４２】
又、本発明に係る電動モータ付自転車においては、電動モータの出力電流値に基づいて、ＰＷＭデューティを増大させる際のステップ幅が設定される。
バッテリーに供給される回生電力は、図４に実線で示す如くＰＷＭデューティが増大するにつれて徐々に増大し、インバータの昇圧比が増大してインバータの出力電圧がバッテリーの両端電圧を超えた点、同図の例ではＰＷＭデューティが約７０％となった点Ｔから急激に増大する。又、電動モータの出力電流値は、ＰＷＭデューティが増大するにつれて増大する。
そこで、ＰＷＭデューティが約７０％であるときの電動モータの出力電流値を閾値として、該閾値と大きさの異なる２つの値Δ１、Δ２とが上記制御回路（４１）の内蔵メモリ（図示省略）に格納されている。そして、電動モータの出力電流値が閾値以下である場合に、ステップ幅Δが前記２つの値の内、大きい方の値Δ１に設定される一方、電動モータの出力電流値が閾値を上回っている場合に、ステップΔが小さい方の値Δ２に設定される。
この様にして、回生電力の変化が緩やかな範囲ではステップ幅Δを大きな値Δ１に設定することによって、ステップ幅Δを常に小さな値Δ２に設定する構成に比べて回生制動力が効き始めるまでの時間を短縮することが出来る。
【００４３】
更に、本発明に係る電動モータ付自転車においては、電動モータの回転数に基づいてＰＷＭデューティの下限値が導出され、ＰＷＭデューティが該下限値以上の値に設定される。
図４に実線で示す如く、電動モータの回転数がω２であるとき、回生電力の変化が急激に大きくなる点ＴでのＰＷＭデューティβ２は、回転数ω１（ω１＜ω２）であるときの値β１に比べて小さな値となっており、電動モータの回転数と回生電力の変化が急激に大きくなる点でのＰＷＭデューティとの間には、図６に示す如く電動モータの回転数が増大するにつれて回生電力の変化が急激に大きくなる点でのＰＷＭデューティが増大する一定の関係が成立する。
そこで、回生電力の変化が急激に大きくなる点でのＰＷＭデューティよりも所定の大きさだけ小さな値を下限値として、電動モータの回転数と該下限値との関係を表わすＰＷＭデューティ下限値テーブルが上記制御回路（４１）の内蔵メモリ（図示省略）に格納されている。そして、該テーブルに基づいて電動モータの回転数からＰＷＭデューティの下限値が導出され、ＰＷＭデューティを該下限値から増大させる。これによって、ＰＷＭデューティを０％から増大させる構成に比べて回生制動力が効き始めるまでの時間を短縮することが出来る。
【００４４】
図７は、回生走行モードにて実行される図３のステップＳ９のＰＷＭデューティ変更手続きを表わしている。
先ずステップＳ２１にて、回転数／回転位置検出回路（４３）の出力値、及びモータ電流検出回路（５）の出力値に基づいてモータ電流指令値を算出した後、ステップＳ２２にて、回転数／回転位置検出回路（４３）の出力値とモータ電流検出回路（５）の出力値を取得し、ステップＳ２３では、モータ電流指令値を回生電力のピーク点での値以下に制限する後述の手続きを実行する。
【００４５】
続いてステップＳ２４では、ステップＳ２２にて取得したモータ電流値がモータ電流指令値以上であるか否かを判断し、ノーと判断された場合は、ステップＳ２５に移行して、ＰＷＭデューティを増大させる際のステップ幅を設定する。その後、ステップＳ２６では、ＰＷＭデューティを電動モータの回転数に応じた下限値以上の値に設定するための手続きを実行し、ステップＳ２７では、ＰＷＭデューティを前記設定したステップ幅だけ増大させて手続きを終了する。ステップＳ２５及びステップＳ２６の具体的手続きについては後述する。
これに対し、ステップＳ２２にて取得したモータ電流値がモータ電流指令値以上であってステップＳ２４にてイエスと判断された場合は、ステップＳ２８に移行して、ＰＷＭデューティを所定のステップ幅だけ減小させて手続きを終了する。
【００４６】
図８は、上記ステップＳ２３のモータ電流指令値制限手続きを表わしている。
先ずステップＳ３１では、内蔵メモリに格納されているモータ電流指令上限値テーブルに基づいて、図７のステップＳ２２にて取得した回転数からモータ電流指令値の上限値を導出する。次にステップＳ３２では、図７のステップＳ２１にて算出したモータ電流指令値が前記導出された上限値以上であるか否かを判断し、ノーと判断された場合は手続きを終了する。
これに対し、モータ電流指令値が前記導出された上限値以上であってステップＳ３２にてイエスと判断された場合は、ステップＳ３３に移行して、モータ電流指令値を該上限値に設定して手続きを終了する。
上記手続きによって、モータ電流指令値が回生電力のピーク点での値以下の値に設定されることになる。
【００４７】
図９は、図７の上記ステップＳ２５のＰＷＭデューティステップ幅設定手続きを表わしている。
先ずステップＳ３４では、図７のステップＳ２２にて取得したモータ電流値が内蔵メモリに格納されている閾値以上であるか否かを判断し、ノーと判断された場合は、ステップＳ３５に移行して、ＰＷＭデューティを増大させる際のステップ幅Δを、内蔵メモリに格納されている２つの値Δ１、Δ２の内、大きい方の値Δ１に設定して手続きを終了する。
これに対し、図７のステップＳ２２にて取得したモータ電流値が閾値以上であってステップＳ３４にてイエスと判断された場合には、ステップＳ３６に移行して、前記２つの値Δ１、Δ２の内、小さい方の値Δ２に設定して手続きを終了する。
上記手続きによって、電動モータの出力電流値が閾値を下回っている場合には、ＰＷＭデューティのステップ幅が大きな値に設定される一方、電動モータの出力電流値が閾値以上である場合に、ＰＷＭデューティのステップ幅が小さな値に設定されることになる。
【００４８】
図１０は、図７の上記ステップＳ２６のＰＷＭデューティ下限値設定手続きを表わしている。
先ずステップＳ３７では、内蔵メモリに格納されているＰＷＭデューティ下限値テーブルに基づいて、図７のステップＳ２２にて取得した回転数からＰＷＭデューティの下限値を導出する。次にステップＳ３８では、現時点でのＰＷＭデューティが前記導出された下限値を下回るか否かを判断し、ノーと判断された場合は手続きを終了する。
これに対し、ＰＷＭデューティが前記導出された下限値を下回る値であってステップＳ３８にてイエスと判断された場合は、ステップＳ３９に移行して、ＰＷＭデューティを該下限値に設定して手続きを終了する。
上記手続きによって、ＰＷＭデューティが電動モータの回転数に応じた下限値から増大することになる。
【００４９】
本実施例の電動モータ付自転車においては、上述の如くＰＷＭデューティが回生電力のピーク点での値以下に制限されるので、損失エネルギーが低減し、この結果、高い回生効率を得ることが出来る。
又、回生電力の変化が緩やかな範囲ではＰＷＭデューティを変化させる際のステップ幅Δが大きな値Δ１に設定されるので、ステップ幅Δを常に小さな値Δ２に設定する構成に比べて回生制動力が効き始めるまでの時間が短縮される。
更に、ＰＷＭデューティを電動モータの回転数に応じた下限値から増大させるので、ＰＷＭデューティを０％から増大させる構成に比べて回生制動力が効き始めるまでの時間が短縮される。
【００５０】
第２実施例
第１実施例の電動モータ付電動自転車は、回生走行モードが設定されている場合にモータ電流指令値と電動モータの出力電流値とを比較してＰＷＭデューティを変化させるものであるのに対し、本実施例の電動モータ付自転車は、バッテリー（３）に流れ込む回生電流の目標値を表わす回生電流指令値とバッテリーに入力される回生電流の大きさとを比較してＰＷＭデューティを変化させるものであって、図１１に示す如く、バッテリー（３）とインバータ（４２）との間に、バッテリー（３）に流れ込む回生電流の大きさを検出する回生電流検出回路（５０）を具えている。
【００５１】
図１２の実線は、ＰＷＭデューティと回生電力との関係を表わし、同図の一点鎖線は、回生電流指令値とＰＷＭデューティとの関係を表わしている。
ＰＷＭデューティは、同図に一点鎖線で示す如く、回生電流指令値が増大するにつれて増大し、回生電力のピーク点で不連続となって１００％に達する。この様に、ＰＷＭデューティが回生電力のピーク点で１００％に達する理由は、回生電力がピークに達すると、バッテリーに入力される回生電流の大きさが回生電流指令値に達しないためにＰＷＭデューティが増大し続けるからである。図示の如く、電動モータの回転数がω２であるとき、回生電力のピーク点Ｐでの回生電流指令値Ｉｂ２は、回転数がω１（ω１＜ω２）であるときの値Ｉｂ１に比べて大きな値となっており、電動モータの回転数と回生電力のピーク点Ｐでの回生電流指令値との間には、図１３に示す如く電動モータの回転数が増大するにつれて回生電力のピーク点での回生電流指令値が増大する一定の関係が成立する。
そこで、本実施例の電動モータ付自転車においては、回生電力のピーク点での回生電流指令値を上限値として、電動モータの回転数と該上限値との関係を表わす回生電流指令上限値テーブルが制御回路（６１）の内蔵メモリ（図示省略）に格納されている。そして、該テーブル基づいて電動モータの回転数から回生電流指令値の上限値が導出され、回生電流指令値が該上限値以下の値に設定される。図１２に示す例では、回転数がω１であるときには、回生電流指令値をＩｂ１以下に抑えることによってＰＷＭデューティをα１以下に抑えることが出来、回転数がω２であるときには、回生電流指令値をＩｂ２以下に抑えることによってＰＷＭデューティをα２以下に抑えることが出来る。
【００５２】
又、バッテリーに供給される回生電力は、図１２に実線で示す如くＰＷＭデューティが増大するにつれて徐々に増大し、ＰＷＭデューティが約７０％となった点から急激に増大する。又、バッテリーに供給される回生電力はバッテリーに流れ込む回生電流の大きさに比例するため、回生電流値は、回生電力の変化と同様に、ＰＷＭデューティが増大するにつれて徐々に増大し、ＰＷＭデューティが約７０％となった点から急激に増大する。
そこで、本実施例の電動モータ付自転車においては、ＰＷＭデューティが約７０％であるときの回生電流値を閾値として、該閾値と大きさの異なる２つの値Δ１、Δ２とが制御回路（６１）の内蔵メモリ（図示省略）に格納されている。そして、回生電流値が閾値以下である場合に、ステップ幅Δが前記２つの値の内、大きい方の値Δ１に設定される一方、回生電流値が閾値を上回っている場合に、ステップΔが小さい方の値Δ２に設定される。
【００５３】
本実施例の電動モータ付自転車においては、走行時に上記制御回路（６１）によって図３と同様の制御手続きが実行される。ここで、上記制御回路（６１）によって実行される制御手続きは、ステップＳ９のＰＷＭデューティ変更手続きを除いて同一であるので全体の説明は省略する。
【００５４】
図１４は、本実施例の制御回路（６１）によって実行されるＰＷＭデューティ変更手続きを表わしている。
先ずステップＳ４１にて、回転数／回転位置検出回路（４３）の出力値、及び回生電流検出回路（５０）の出力値に基づいて回生電流指令値を算出した後、ステップＳ４２にて、回転数／回転位置検出回路（４３）の出力値と回生電流検出回路（５０）の出力値を取得し、ステップＳ４３では、回生電流指令値を回生電力のピーク点での値以下に制限する後述の手続きを実行する。
【００５５】
続いてステップＳ４４では、上記ステップＳ４２にて取得した回生電流値が回生電流指令値以上であるか否かを判断し、ノーと判断された場合は、ステップＳ４５に移行して、ＰＷＭデューティを増大させる際のステップ幅を設定するための後述の手続きを実行する。その後、ステップＳ４６では、ＰＷＭデューティを電動モータの回転数に応じた下限値以上の値に設定するための手続きを実行し、ステップＳ４７では、ＰＷＭデューティを前記設定したステップ幅だけ増大させて手続きを終了する。尚、ステップＳ４６の手続きは、図１０に示す手続きと同一である。
これに対し、回生電流値が回生電流指令値以上であってステップＳ４４にてイエスと判断された場合は、ステップＳ４８に移行して、ＰＷＭデューティを所定のステップ幅だけ減小させて手続きを終了する。
【００５６】
図１５は、上記ステップＳ４３の回生電流指令値制限手続きを表わしている。先ずステップＳ５１では、内蔵メモリに格納されている回生電流指令上限値テーブルに基づいて、図１４のステップＳ４２にて取得した回転数から回生電流指令値の上限値を導出する。次にステップＳ５２では、図１４のステップＳ４１にて算出した回生電流指令値が前記導出された上限値以上であるか否かを判断し、ノーと判断された場合は手続きを終了する。
これに対し、回生電流指令値が前記導出された上限値以上であってステップＳ５２にてイエスと判断された場合は、ステップＳ５３に移行して、回生電流指令値を該上限値に設定して手続きを終了する。
上記手続きによって、回生電流指令値が回生電力のピーク点での値以下の値に設定されることになる。
【００５７】
図１６は、図１４のステップＳ４５のＰＷＭデューティステップ幅設定手続きを表わしている。
先ずステップＳ５４では、図１４のステップＳ４２にて取得した回生電流値が内蔵メモリに格納されている閾値以上であるか否かを判断し、ノーと判断された場合は、ステップＳ５５に移行して、ＰＷＭデューティを増大させる際のステップ幅Δを、内蔵メモリに格納されている２つの値Δ１、Δ２の内、大きい方の値Δ１に設定して手続きを終了する。
これに対し、回生電流値が閾値以上であってステップＳ５４にてイエスと判断された場合には、ステップＳ５６に移行して、前記２つの値Δ１、Δ２の内、小さい方の値Δ２に設定して手続きを終了する。
上記手続きによって、回生電流値が閾値を下回っている場合には、ＰＷＭデューティのステップ幅が大きな値に設定される一方、回生電流値が閾値以上である場合に、ＰＷＭデューティのステップ幅が小さな値に設定されることになる。
【００５８】
第３実施例
第１実施例の電動モータ付自転車は、モータ電流指令値を回生電力のピーク点での値以下に抑えることによってＰＷＭデューティを回生電力のピーク点での値以下に間接的に抑えるものであるのに対し、本実施例の電動モータ付自転車は、ＰＷＭデューティを回生電力のピーク点での値以下に直接的に抑えるものであって、その電気的構成は、制御回路を除いて、図２に示す第１実施例の電動モータ付自転車と同一である。
【００５９】
図４に実線で示す如く、電動モータの回転数がω２であるとき、回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティα２は、回転数がω１（ω１＜ω２）であるときの値α１に比べて小さな値となっており、電動モータの回転数と回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティとの間には、図１７に示す如く電動モータの回転数が増大するにつれて回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティが減小する一定の関係が成立する。
そこで、本実施例の電動モータ付自転車においては、回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティを上限値として、電動モータの回転数と該上限値との関係を表わすＰＷＭデューティ上限値テーブルが制御回路の内蔵メモリに格納されている。そして、該テーブル基づいて電動モータの回転数からＰＷＭデューティの上限値が導出され、ＰＷＭデューティが該上限値以下の値に設定される。
【００６０】
本実施例の電動モータ付自転車においては、走行時に制御回路によって図３と同様の制御手続きが実行される。ここで、制御回路によって実行される制御手続きは、ステップＳ９のＰＷＭデューティ変更手続きを除いて同一であるので全体の説明は省略する。
【００６１】
図１８は、本実施例の制御回路によって実行されるＰＷＭデューティ変更手続きを表わしている。
先ずステップＳ６１にて、回転数／回転位置検出回路の出力値、及びモータ電流検出回路の出力値に基づいてモータ電流指令値を算出した後、ステップＳ６２にて、回転数／回転位置検出回路の出力値とモータ電流検出回路の出力値を取得する。
続いてステップＳ６３では、ステップＳ６２にて取得したモータ電流値がモータ電流指令値以上であるか否かを判断し、ノーと判断された場合は、ステップＳ６４に移行して、ＰＷＭデューティを増大させる際のステップ幅を設定する。その後、ＰＷＭデューティを電動モータの回転数に応じた下限値以上に設定するための手続きを実行し、ステップＳ６６では、ＰＷＭデューティを前記設定したステップ幅だけ増大させた後、ステップＳ６８に移行する。尚、ステップＳ６４及びステップＳ６５の手続きはそれぞれ、図９に示す手続き及び図１０に示す手続きと同一である。
これに対し、モータ電流値がモータ電流指令値以上であってステップＳ６３にてイエスと判断された場合は、ステップＳ６７に移行して、ＰＷＭデューティを所定のステップ幅だけ減小させた後、ステップＳ６８に移行する。
ステップＳ６８では、ＰＷＭデューティを回生電力のピーク点での値以下に制限する後述の手続きを実行する。
【００６２】
図１９は、上記ステップＳ６８のＰＷＭデューティ制限手続きを表わしている。
先ずステップＳ７１では、内蔵メモリに格納されているＰＷＭデューティ上限値テーブルに基づいて、図１８のステップＳ６２にて取得した回転数からＰＷＭデューティの上限値を導出する。次にステップＳ７２では、現時点でのＰＷＭデューティが前記導出された上限値以上であるか否かを判断し、ノーと判断された場合は手続きを終了する。
これに対し、ＰＷＭデューティが前記導出された上限値以上であってステップＳ７２にてイエスと判断された場合は、ステップＳ７３に移行して、ＰＷＭデューティを該上限値に設定して手続きを終了する。
上記手続きによって、ＰＷＭデューティが回生電力のピーク点での値以下の値に設定されることになる。
【００６３】
第４実施例
本実施例の電動モータ付自転車は、回生電流指令値と回生電流値とを比較してＰＷＭデューティを変化させる点でのみ、モータ電流指令値とモータ電流値とを比較してＰＷＭデューティを変化させる第３実施例の電動モータ付自転車と相違するものであって、ＰＷＭデューティを回生電力のピーク点での値以下に直接的に抑えるものである。本実施例の電動モータ付自転車の電気的構成は、制御回路を除いて、図１１に示す第２実施例の電動モータ付自転車と同一である。
【００６４】
本実施例の電動モータ付自転車においては、走行時に制御回路によって図３と同様の制御手続きが実行される。ここで、制御回路によって実行される該制御手続きは、ステップＳ９のＰＷＭデューティ変更手続きを除いて同一であるので全体の説明は省略する。
【００６５】
図２０は、本実施例の制御回路によって実行されるＰＷＭデューティ変更手続きを表わしている。尚、本実施例の制御回路の内蔵メモリには、第３実施例と同一のＰＷＭデューティ上限値テーブルが格納されている。
先ずステップＳ８１にて、回転数／回転位置検出回路の出力値、及び回生電流検出回路の出力値に基づいて回生電流指令値を算出した後、ステップＳ８２にて、回転数／回転位置検出回路の出力値と回生電流検出回路の出力値を取得する。
続いてステップＳ８３では、ステップＳ８２にて取得した回生電流値が回生電流指令値以上であるか否かを判断し、ノーと判断された場合は、ステップＳ８４に移行して、ＰＷＭデューティを増大させる際のステップ幅を設定する。その後、ＰＷＭデューティを電動モータの回転数に応じた下限値以上に設定するための手続きを実行し、ステップＳ８６では、ＰＷＭデューティを前記設定したステップ幅だけ増大させた後、ステップＳ８８に移行する。尚、ステップＳ８４及びステップＳ８５の手続きはそれぞれ、図１６に示す手続き及び図１０に示す手続きと同一である。
これに対し、回生電流値が回生電流指令値以上であってステップＳ８３にてイエスと判断された場合は、ステップＳ８７に移行して、ＰＷＭデューティを所定のステップ幅だけ減小させた後、ステップＳ８８に移行する。
ステップＳ８８では、ＰＷＭデューティを回生電力のピーク点での値以下に制限する手続きを実行して上記手続きを終了する。尚、ステップＳ８８の手続きは、図１９に示す手続きと同一である。
【００６６】
第５実施例
第３実施例及び第４実施例の電動モータ付自転車は、電動モータの回転数に基づいてＰＷＭデューティを回生電力のピーク点での値以下に制限するものであるのに対し、本実施例の電動モータ付自転車は、バッテリー流れ込む回生電流の大きさに基づいてＰＷＭデューティを回生電力のピーク点での値以下に制限するものである。本実施例の電動モータ付自転車の電気的構成は、制御回路を除いて、図１１に示す第２実施例の電動モータ付自転車と同一である。
【００６７】
図２１に示す如く、バッテリーに流れ込む回生電流の大きさと回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティとの間には、回生電流の大きさが増大するにつれて回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティが減小する一定の関係が成立する。
そこで、本実施例の電動モータ付自転車においては、回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティを上限値として、回生電流値と該上限値との関係を表わすＰＷＭデューティ上限値テーブルが制御回路の内蔵メモリに格納されている。そして、該テーブル基づいて回生電流値からＰＷＭデューティの上限値が導出され、ＰＷＭデューティが該上限値以下の値に設定される。
【００６８】
本実施例の電動モータ付自転車においては、走行時に制御回路によって図３と同様の制御手続きが実行される。ここで、制御回路によって実行される該制御手続きは、ステップＳ９のＰＷＭデューティ変更手続きを除いて同一であるので全体の説明は省略する。
【００６９】
図２２は、本実施例の制御回路によって実行されるＰＷＭデューティ変更手続きを表わしている。
先ずステップＳ９１にて、回転数／回転位置検出回路の出力値、及び回生電流検出回路の出力値に基づいて回生電流指令値を算出した後、ステップＳ９２にて回生電流検出回路の出力値を取得する。
続いてステップＳ９３では、ステップＳ９２にて取得した回生電流値が回生電流指令値以上であるか否かを判断し、ノーと判断された場合は、ステップＳ９４に移行して、ＰＷＭデューティを増大させる際のステップ幅を設定し、ステップＳ９５では、ＰＷＭデューティを前記設定したステップ幅だけ増大させた後、ステップＳ９７に移行する。尚、ステップＳ９４の手続きは、図１６に示す手続きと同一である。
これに対し、回生電流値が回生電流指令値以上であってステップＳ９３にてイエスと判断された場合は、ステップＳ９６に移行して、ＰＷＭデューティを所定のステップ幅だけ減小させた後、ステップＳ９７に移行する。
ステップＳ９７では、ＰＷＭデューティを回生電力のピーク点での値以下に制限する後述の手続きを実行して、上記手続きを終了する。
【００７０】
図２３は、上記ステップＳ９７のＰＷＭデューティ制限手続きを表わしている。
先ずステップＳ１０１では、内蔵メモリに格納されているＰＷＭデューティ上限値テーブルに基づいて、図２２のステップＳ９２にて取得した回生電流値からＰＷＭデューティの上限値を導出する。次にステップＳ１０２では、現時点でのＰＷＭデューティが前記導出された上限値以上であるか否かを判断し、ノーと判断された場合は手続きを終了する。
これに対し、ＰＷＭデューティが前記導出された上限値以上であってステップＳ１０２にてイエスと判断された場合は、ステップＳ１０３に移行して、ＰＷＭデューティを該上限値に設定して手続きを終了する。
上記手続きによって、ＰＷＭデューティが回生電力のピーク点での値以下の値に設定されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動モータ付自転車の全体構成を表わす概略図である。
【図２】第１実施例の電動モータ付自転車の電気的構成を表わすブロック図である。
【図３】本発明に係る電動モータ付自転車において走行時に実行される制御手続きを表わすフローチャートである。
【図４】ＰＷＭデューティと回生電力との関係、及びＰＷＭデューティとモータ電流指令値との関係を表わすグラフである。
【図５】電動モータの回転数と回生電力のピーク点でのモータ電流指令値との関係を表わすグラフである。
【図６】電動モータの回転数と回生電力が急激に増大する点でのＰＷＭデューティとの関係を表わすグラフである。
【図７】第１実施例の電動モータ付自転車において実行されるＰＷＭデューティ変更手続きを表わすフローチャートである。
【図８】上記ＰＷＭデューティ変更手続きにおいて実行されるモータ電流指令値制限手続きの具体的手続きを表わすフローチャートである。
【図９】上記ＰＷＭデューティ変更手続きにおいて実行されるＰＷＭデューティステップ幅設定手続きの具体的手続きを表わすフローチャートである。
【図１０】上記ＰＷＭデューティ変更手続きにおいて実行されるＰＷＭデューティ下限値設定手続きの具体的手続きを表わすフローチャートである。
【図１１】第２実施例の電動モータ付自転車の電気的構成を表わすブロック図である。
【図１２】ＰＷＭデューティと回生電力との関係、及びＰＷＭデューティと回生電流指令値との関係を表わすグラフである。
【図１３】電動モータの回転数と回生電力のピーク点での回生電流指令値との関係を表わすグラフである。
【図１４】上記電動モータ付自転車において実行されるＰＷＭデューティ変更手続きを表わすフローチャートである。
【図１５】上記ＰＷＭデューティ変更手続きにおいて実行される回生電流指令値制限手続きの具体的手続きを表わすフローチャートである。
【図１６】上記ＰＷＭデューティ変更手続きにおいて実行されるＰＷＭデューティステップ幅設定手続きの具体的手続きを表わすフローチャートである。
【図１７】電動モータの回転数と回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティとの関係を表わすグラフである。
【図１８】第３実施例の電動モータ付自転車において実行されるＰＷＭデューティ変更手続きを表わすフローチャートである。
【図１９】上記ＰＷＭデューティ変更手続きにおいて実行されるＰＷＭデューティ制限手続きを表わすフローチャートである。
【図２０】第４実施例の電動モータ付自転車において実行されるＰＷＭデューティ変更手続きを表わすフローチャートである。
【図２１】回生電流値と回生電力のピーク点でのＰＷＭデューティとの関係を表わすグラフである。
【図２２】第５実施例の電動モータ付自転車において実行されるＰＷＭデューティ変更手続きを表わすフローチャートである。
【図２３】上記ＰＷＭデューティ変更手続きにおいて実行されるＰＷＭデューティ制限手続きを表わすフローチャートである。
【図２４】従来の電動モータ付自転車の全体構成を表わす概略図である。
【図２５】上記電動モータ付自転車の電気的構成を表わすブロック図である。
【図２６】回生走行モードにおける電動モータの３相巻線の電圧波形と、インバータを構成するスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のＰＷＭ制御のオン／オフ状態を表わす図である。
【図２７】回生走行モードが設定されている場合にインバータによって構成される昇圧チョッパ回路を表わす回路図である。
【図２８】インバータを構成するスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ状態と、Ｕ相巻線を流れる電流の波形を表わす図である。
【図２９】ＰＷＭデューティと電動モータからの発生電力との関係、及びＰＷＭデューティと回生電力との関係を表わすグラフである。
【符号の説明】
（１）  自転車本体
（１１）  人力トルクセンサ
（２）  電動モータ
（３）  バッテリー
（４）  コントローラ
（４１）  制御回路
（４２）  インバータ
（４３）  回転数／回転位置検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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