(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極センサ信号の切り替わり点毎に回転子の角度位置を求め、該求めた角度位置間ではモータ回転状態に基づいて角度補正を行なうことにより上記回転子の認識角度を決定し、該決定された認識角度に基づいて励磁コイルへの励磁電流を制御するようにしたブラシレスＤＣモータの駆動制御装置において、上記磁極センサ信号の切り替わり状態に基づいて回転子の正転・逆転を判断し、逆転したと判断した場合には上記角度補正を行わずに逆転検出時の上記角度位置を固定保持することを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動制御装置。
【請求項２】
磁極センサ信号の切り替わり点毎に回転子の角度位置を求め、該求めた角度位置間ではモータ回転状態に基づいて角度補正を行なうことにより上記回転子の認識角度を決定し、該決定された認識角度に基づいて励磁コイルへの励磁電流を制御するようにしたブラシレスＤＣモータの駆動制御装置において、
上記磁極センサ信号の切り替わり状態に基づいて回転子の正転・逆転を判断し、
逆転したと判断した場合には、励磁電流値を、逆転検出時の励磁電流値に固定保持することを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記磁極センサ信号が正転の時の順番とは逆方向に切り替わった場合に上記逆転が発生したと判断することを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動制御装置。
【請求項４】
請求項３において、上記逆転が発生したと判断した後に、上記磁極センサ信号が正転方向に複数回切り替わった場合に、回転子の角度位置を磁極センサ信号に対応した値に戻すとともに上記角度補正を再開することを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動補助自転車等に採用されるブラシレスＤＣモータの駆動制御装置に関し、詳細にはペダルキックバックやペダル振動を抑制できるようにしたモータ駆動制御方法の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電動補助自転車におけるブラシレスＤＣモータの駆動制御では、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の磁極センサ信号の切り替わり点毎に回転子の角度位置を検知し、切り替わり点間（例えば電気角６０度の区間）においてはモータ回転速度に基づいて回転子の角度を推定する角度補正を行ない、もって回転子の認識角度を得るのが一般的である。このようにして求めた回転子認識角度に基づいて各励磁コイルへの励磁電流がペダル踏力に応じた補助電流指令値となるようにフィードバック制御される。
【０００３】
【発明が解決すようとする課題】
しかし上記電動補助自転車において（１）ブレーキを掛けたままペダルを強く踏み込んだ場合、（２）特に高踏力発進時、のような特別な場合には、モータが逆転することがあり、このような場合には回転子角度の認識値が実際の角度からずれる可能性がある。
【０００４】
このように回転子角度の認識値にずれが生じると、上記（１）の場合には、ペダルから振動（ペダルキックバック）が感じられ、（２）の場合には、細かいペダル振動（ゴリゴリ感）が感じられる、といった問題が発生する。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、上記ペダルキックバックやペダル振動を防止あるいは低減できるブラシレスＤＣモータの駆動制御装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、磁極センサ信号の切り替わり点毎に回転子の角度位置を求め、該求めた角度位置間ではモータ回転状態に基づいて角度補正を行なうことにより上記回転子の認識角度を決定し、該決定された認識角度に基づいて励磁コイルへの励磁電流を制御するようにしたブラシレスＤＣモータの駆動制御装置において、上記磁極センサ信号の切り替わり状態に基づいて回転子の正転・逆転を判断し、逆転したと判断した場合には上記角度補正を行わずに逆転検出時の上記角度位置を固定保持することを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１と同様のブラシレスＤＣモータの駆動制御装置において、上記磁極センサ信号の切り替わり状態に基づいて回転子の正転・逆転を判断し、逆転したと判断した場合には励磁電流値を、逆転検出時の励磁電流値に固定保持することを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記磁極センサ信号が正転の時の順番とは逆方向に切り替わった場合に上記逆転が発生したと判断することを特徴としている。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３において、上記逆転が発生したと判断した後に、上記磁極センサ信号が正転方向に複数回切り替わった場合に、回転子の角度位置を磁極センサ信号に対応した値に戻すとともに上記角度補正を再開することを特徴としている。
【００１０】
【発明の作用効果】
請求項１の発明によれば、回転子が逆転した場合には、上記磁極センサ信号から求めた角度位置間での角度補正を行わずに逆転検出時の角度位置を固定保持するようにしたので、回転子の認識角度が実際の角度からずれるのを抑制でき、そのため励磁コイルを逆転方向に励磁するのを抑制でき、例えばブレーキを掛けながらペダルを強く踏んだときのペダルからの振動（ペダルキックバック）を軽減できる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、回転子が逆転したと判断した場合には、逆転検出時の励磁電流値に固定するようにしたので、例えは高踏力発進時等において踏力が増加した場合でも励磁電流値が増加することはなく、そのためペダル踏力の増加に伴ってモータ補助力が増加することによって生じるペダル振動（ゴリゴリ感）を軽減することができる。また高踏力発進時にパウルクラッチが噛み合うときの衝撃を軽減することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、磁極センサ信号が正転の時の順番とは逆方向に切り替わった場合に上記逆転が発生したと判断するようにしたので、簡単な方法により回転子の逆転を検出できる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、逆転が発生した後に、上記磁極センサ信号が正転方向に複数回切り替わった場合に、回転子の認識角度を該磁極センサ信号に対応した値に戻すようにしたので、磁極センサ信号がある切り替わり点を往復するような場合に生じ易い上記ペダルキックバックやゴリゴリ感を抑制できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図７は本発明の一実施形態を説明するための図であり、図１は本実施形態制御装置を搭載した電動補助自転車の模式側面図、図２は駆動モータの模式断面側面図、図３は駆動モータの模式断面正面図、図４はモータ駆動回路図、図５は回転子の角度位置の認識動作を説明するための特性図、図６はモータ逆転処理ブロック図、図７はモータ逆転処理フローである。
【００１５】
図１において、１は電動補助自転車であり、これの車体フレーム２はヘッドパイプ３と、該ヘッドパイプ３から車体後方斜め下方に延びるダウンチューブ４と、該ダウンチューブ４の後端から上方に起立して延びるシートチューブ５と、上記ダウンチューブ４の後端から後方に略水平に延びる左，右一対のチェーンステー６と、該両チェーンステー６の後端部と上記シートチューブ５の上端部とを結合する左，右一対のシートステー７と、上記ヘッドパイプ３から水平に延びる水平チューブ８とを備えている。
【００１６】
上記ヘッドパイプ３にはフロントフォーク９が左右に回動可能に支持されている。このフロントフォーク９の下端には前輪１０が軸支されており、上端には操向ハンドル１１が固着されている。また上記シートチューブ５の上端にはサドル１２が装着されている。さらに上記チェーンステー６の後端には後輪１３が軸支されている。
【００１７】
上記車体フレーム２の中央下端部にはペダルユニット１４が配設されている。
このペダルユニット１４は、運転者がペダル１５ａに加えた踏力によりクランクアーム１５ｂを介してクランク軸１５ｃを回転駆動し、該クランク軸１５ｃの回転を内蔵する変速機構の変速段に応じた変速比で変速して出力し、該出力をチェーン１６により後輪１３のハブ１８に伝達するようになっている。
【００１８】
また上記ペダルユニット１４内には上記ペダル１５ａに加えられる踏力を連続的に検出する踏力センサ１７が配設されている。この踏力センサ１７は上記踏力の大きさに応じた踏力電圧を発生する。
【００１９】
上記後輪１３のハブ１８内には駆動モータ２０が配設されている。この駆動モータ２０は、ブラシレス３相ＤＣモータであり、バッテリ１９から供給されるモータ補助電流（励磁電流）値に応じた補助動力を発生する。この補助動力と上記変速機構を経た後チェーン１６を介して伝達された踏力とが合力されて上記ハブ１８ひいては後輪１３を駆動することとなる。
【００２０】
上記ペダルユニット１４内にはコントローラ２１が配設されている。このコントローラ２１は、上記駆動モータ２０の運転制御を行なうためのものであり、上記踏力センサ１７で検出されたペダル踏力に対応したモータ補助動力を発生させるためのモータ補助電流（励磁電流）指令値を求め、駆動モータ２０に実際に供給される補助電流値がこのモータ補助電流指令値と一致するようにフィードバック制御を行なう。これにより上記ペダル踏力に所定のアシスト比（通常１．０）を乗じてなるモータ補助動力を発生させ、該モータ補助動力を上記踏力と共に後輪１３に供給するように構成されている。
【００２１】
上記駆動モータ２０は、図２，図３に示すように、モータケース２２の内面に嵌合固定された固定子２３と、モータケース２２内に軸受２４ａ，２４ｂを介して回転自在に収容保持された回転子２４とを有する。なお回転子２４の回転軸２５の一端はモータケース２２の外側に突出し、この突出端がモータ出力軸となっている。
【００２２】
上記固定子２３は等角度間隔毎に径方向内方に突出する９個の界磁脚部２３ａに励磁コイル３１ａ〜３１ｃを巻回したものである。上記９個の界磁脚部２３ａに巻回された励磁コイル３１ａ〜３１ｃはＵ，Ｖ，Ｗ相励磁コイルに分割され、各相の励磁コイルに電流を流すことによって固定子２３の中心部に回転磁界を形成する。また上記回転子２４は、回転軸２５に筒状のヨーク２６を嵌合固着し、該ヨーク２６の外周面に８個の永久磁石２７を等角度間隔毎に固着したものである。
【００２３】
また、上記永久磁石２７の一端面には回転子２４の回転角度位置を検出するための磁気センサとして機能する３個のホール素子２９ａ，２９ｂ，２９ｃが回転軸２５の長手方向に対向するように、かつ１２０°間隔毎に配置されている。なおこのホール素子２９ａ〜２９ｃは、モータケース２２に固定された保持板３０によって定位置に固定支持されている。
【００２４】
上記ホール素子２９ａ〜２９ｃの検出出力は上記コントローラ２１に入力され、該コントローラ２１は以下詳述するようにして回転子２４の認識角度を求め、該認識角度に応じて各相の励磁コイルに上述のペダル踏力に対応したモータ補助電流（励磁電流）をフィードバック制御により供給する。
【００２５】
上記駆動モータ２０の回転子２４の回転に伴って上記各ホール素子２９ａ，２９ｂ，２９ｃによって検出された上記Ｕ，Ｖ，Ｗ相のセンサ出力は、図５（ａ）に示すように、電気角１８０度毎にハイ・ローに切り替わり、かつ各相の位相が１２０°ずつずれた矩形波をなしている。従ってこの３つの矩形波の組合せ状態を示す磁極センサ信号は、電気角６０度毎に切り替わることとなる。
【００２６】
上記回転子２４が正転している場合には、該回転子２４の実際の角度は図５（ｂ）に示すように、上記磁極センサ信号の切り替わり毎（エッジ毎）に０度，６０度，１２０度と変化していき、これに伴って電気角度も０度，６０度，１２０度と変化する。そして該電気角度に応じて上記磁極センサ信号が１０１，００１，０１１と変化するので、該磁極センサ信号に基づいて決定される回転子２４の認識角度は図５（ｃ）に示すように０度，６０度，１２０度と変化し、上記実際の角度と一致する。また上記認識角度は、０度〜６０度〜１２０度・・・の間ではモータ回転速度に応じて推定される角度補正により実際の角度により精度良く一致する。
【００２７】
そしてこのようにして得られた回転子２４の認識角度に応じて、図４に示すように、コントローラ２１からの制御信号により通電制御用ＦＥＴ３２がオンオフ制御され、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の励磁コイルが励磁される。なお、３３は上記励磁コイルに実際に流れる電流値を検出するフィードバック用電流検出センサである。
【００２８】
ここで上記磁極センサ信号が、１０１，００１，０１１・・・というように予め予定された通りに変化していく場合には、上述のように、回転子２４は正転していると判断され、回転子２４の回転角度の認識値は実際の０度，６０度，１２０度・・・と一致し、また上記０度〜６０度〜１２０度の検出角度間においては、上記回転子の角度位置はモータ回転速度から逆算して推定される。
【００２９】
一方、回転子２４が、例えば実際角度１２０度から１８０度側に変化する際に６０度側に逆転した場合には、上記磁極センサ信号が、０１１に切り替わった後に該０１１から０１０に変化せずに００１に変化することとなる。このように磁極センサ信号が予め予定された方向と逆に変化した場合には逆転したものと判断され、回転子２４の角度認識値は上記逆転発生時の角度（１２０度）に固定される。
【００３０】
このように逆転が発生した場合には回転子２４の角度認識値を逆転発生時の角度に固定し、該固定された角度に応じて励磁コイルへの励磁電流の制御を行なうようにしたので、ブレーキを掛けながらペダルを強く踏んだときに、励磁コイルを逆転方向に励磁するのを抑制でき、ペダルからの振動（ペダルキックバック）を軽減できる。
【００３１】
ちなみに、従来装置では、図５（ｃ）に破線で示すように、逆転が発生した場合にも角度推定が行なわれ、角度認識値と実際の角度との差が大きくなり、励磁コイルへの励磁電流の制御が実際に合わなくなり、キックバックを強く感じるといった問題があった。
【００３２】
また磁極センサ信号が予め予定された方向と逆に変化した場合に逆転したものと判断するようにしたので、簡単かつ低コストな構成により逆転の発生を検出できる。
【００３３】
そして上記回転子２４の角度認識値は、磁極センサ信号が正回転方向に複数回（本実施形態では２回）切り替わった時点で磁極センサ信号に応じた通常値に戻される。即ち、例えば磁極センサ信号が上記００１から０１１に切り替わり、さらに０１０に切り替わったときに角度認識値は１２０度から１８０度となる。
【００３４】
このように磁極センサ信号が正転方向に２回切り替わった時点で角度認識値を通常値に戻すようにしたので、磁極センサ信号がある切り替わり点を正転方向と逆転方向とに往復するような場合でも上記キックバックを確実に抑制できる。
【００３５】
上記回転子２４の角度認識値の制御を図７のフローチャートに基づいてさらに説明する。まず磁極センサ信号が変化したか否かが判断され（ステップＳ１）、変化した場合には前回のセンサ信号の変化時に逆転が発生したか否かが判断され、発生しなかった場合には、上記センサ信号の変化の順序に基づいて今回逆転が発生したか否かが判断される（ステップＳ２，Ｓ３））。そして逆転でないと判断された場合には正転したと認識され（ステップＳ４）、磁極センサ信号に基づいて回転子２４の角度が認識され（ステップＳ５）、該認識角度に推定角度が加えられて回転子角度とされ、該回転子角度に応じて上述の励磁コイル（モータコイル）が励磁される（ステップＳ６〜Ｓ７）。
【００３６】
一方、上記ステップＳ２で前回逆転と判断された場合、ステップＳ３で今回逆転と判断された場合、及び後述するステップＳ１０で逆転中と判断された場合には、回転子２４の逆転が認識され、角度位置は前回の認識角度に固定され（ステップＳ８，Ｓ９）、該固定された認識角度に応じてモータコイルが励磁される（ステップＳ７）。
【００３７】
また上記ステップＳ１で磁極センサ信号に変化がない場合、逆転中か否かが判断され、逆転中でない場合には角度推定がなされ（ステップＳ１０，Ｓ１１）、該推定角度が認識角度に加えられて回転子角度とされ、該回転子角度に応じて上述の励磁コイル（モータコイル）が励磁される（ステップＳ６〜Ｓ７）。
【００３８】
なお、上記実施形態では、逆転が発生した場合には回転子２４の認識角度を逆転発生前の角度に固定したが、これに加えてあるいは単独で、逆転発生時にはモータ補助電流指令値を逆転発生時の電流値に固定するようにしてもよい。
【００３９】
このようにした場合には、ペダル踏力が増加してもモータ補助電流（励磁電流）値が増加することはないので、励磁コイルを逆方向に強く励磁するといったことはなく、例えば高踏力発進時のペダル振動（ゴリゴリ感）を軽減することができる。また発進時の一方向クラッチが噛み合うときの衝撃を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による駆動モータ制御装置を搭載した電動補助自転車の側面図である。
【図２】上記駆動モータの模式断面側面図である。
【図３】上記駆動モータの模式断面正面図である。
【図４】上記駆動モータの駆動制御ブロック図である。
【図５】上記制御装置のモータ逆転処理を説明するためのセンサ出力，回転子の角度を示す特性図である。
【図６】上記制御装置のモータ逆転処理ブロック図である。
【図７】上記制御装置のモータ逆転処理フローである。
【符号の説明】
２０            ブラシレスＤＣモータ
２４            回転子
２９ａ〜２９ｃ  磁極センサ
３１ａ〜３１ｃ  励磁コイル
【図１】
0004643061.tif 000002
【図２】
0004643061.tif 000003
【図３】
0004643061.tif 000004
【図４】
0004643061.tif 000005
【図５】
0004643061.tif 000006
【図６】
0004643061.tif 000007
【図７】
0004643061.tif 000008