(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁を有するロータとｎ相（ｎは２以上の整数）の電機子コイルを有するステータとを備えて前記ロータの回転軸が車両の駆動輪の軸にクラッチを介することなく結合されたブラシレス直流電動機と、前記電動機の出力を調節する際に操作されるアクセル操作部材の開度を検出するアクセルセンサと、前記ステータの各相の電機子コイルに対して前記ロータの回転角度位置を検出する位置センサと、直流電源と前記ｎ相の電機子コイルとの間に設けられたブリッジ形のインバータ回路と、前記ロータを回転させるべく前記直流電源から前記位置センサの出力に応じて決定した相の電機子コイルに駆動電流を流すためにオン状態にする必要がある前記インバータ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ駆動手段と、前記アクセルセンサにより検出されたアクセル開度に対して前記電機子コイルに供給する駆動電流のデューティ比を演算するデューティ比演算手段と、前記直流電源からインバータ回路を通して前記電機子コイルに供給される駆動電流の波形を前記デューティ比演算手段により演算されたデューティ比で断続するＰＷＭ波形とするために前記インバータ回路のブリッジの上段のスイッチ素子に与える駆動信号または下段のスイッチ素子に与える駆動信号をＰＷＭ変調するＰＷＭ制御手段とを備えた電動車両の制御装置において、
前記デューティ比が零であるか否かを判定する零デューティ判定手段と、
前記車両の速度が設定された手押し判定速度以下であるか否かを判定する手押し速度判定手段と、
前記零デューティ判定手段により前記デューティ比が零であると判定され、かつ前記手押し速度判定手段により車両の速度が手押し判定速度以下であると判定されているときに前記スイッチ駆動手段による前記駆動信号の供給を停止させ、前記零デューティ判定手段により前記デューティ比が零であると判定されている状態で前記手押し速度判定手段により前記車両の走行速度が手押し判定速度を超えていると判定されたときに前記スイッチ駆動手段による前記駆動信号の供給を回復させるように前記零デューティ判定手段及び前記手押し速度判定手段の判定結果に応じて前記インバータ回路のスイッチ素子への駆動信号の供給を制御する手押し走行時スイッチ制御手段と、
を具備したことを特徴とする電動車両の制御装置。
【請求項２】
界磁を有するロータとｎ相（ｎは２以上の整数）の電機子コイルを有するステータとを備えて前記ロータの回転軸が車両の駆動輪の軸にクラッチを介することなく結合されたブラシレス直流電動機と、前記電動機の出力を調節する際に操作されるアクセル操作部材の開度を検出するアクセルセンサと、前記ステータの各相の電機子コイルに対して前記ロータの回転角度位置を検出する位置センサと、直流電源と前記ｎ相の電機子コイルとの間に設けられたブリッジ形のインバータ回路と、前記ロータを回転させるべく前記直流電源から前記位置センサの出力に応じて決定した相の電機子コイルに駆動電流を流すためにオン状態にする必要がある前記インバータ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ駆動手段と、前記アクセルセンサにより検出されたアクセル開度に対して前記電機子コイルに供給する駆動電流のデューティ比を演算するデューティ比演算手段と、前記直流電源からインバータ回路を通して前記電機子コイルに供給される駆動電流の波形を前記デューティ比演算手段により演算されたデューティ比で断続するＰＷＭ波形とするために前記インバータ回路のブリッジの上段のスイッチ素子に与える駆動信号または下段のスイッチ素子に与える駆動信号をＰＷＭ変調するＰＷＭ制御手段とを備えた電動車両の制御装置において、
前記アクセルセンサにより検出されるアクセル開度が零であるか否かを判定する零アクセル開度判定手段と、
前記車両の速度が設定された手押し判定速度以下であるか否かを判定する手押し速度判定手段と、
前記零アクセル開度判定手段により前記アクセル開度が零であると判定され、かつ前記手押し速度判定手段により車両の速度が手押し判定速度以下であると判定されているときに前記スイッチ駆動手段による前記駆動信号の供給を停止させ、前記零アクセル開度判定手段により前記アクセル開度が零であると判定されている状態で前記手押し速度判定手段により前記車両の走行速度が手押し判定速度を超えていると判定されたときに前記スイッチ駆動手段による前記駆動信号の供給を回復させるように前記零アクセル開度判定手段及び前記手押し速度判定手段の判定結果に応じて前記インバータ回路のスイッチ素子への駆動信号の供給を制御する手押し走行時スイッチ制御手段と、
を具備したことを特徴とする電動車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレス直流電動機を駆動源とする電動スクータや、電気自動車等の電動車両を制御する制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にブラシレス直流電動機は、界磁を有するロータとｎ相（ｎは２以上の整数）の電機子コイルを有するステータとを備えていて、各相の電機子コイルに対して検出したロータの回転角度位置に応じてｎ相の電機子コイルに駆動電流を転流させることにより、ロータを回転させるようにしている。
【０００３】
この種の電動機により車両を駆動する場合、一般には電動機のロータの回転軸をクラッチを介することなく、車両の駆動輪の軸に直接または減速機を介して結合して、電動機のロータの回転を駆動輪に伝達するようにしている。
【０００４】
ブラシレス直流電動機により駆動される電動車両を制御する制御装置は、電動機の出力を調整する際に操作されるアクセルグリップやアクセルペダル等のアクセル操作部材の変位量をアクセル開度として検出するアクセルセンサと、ステータの各相の電機子コイルに対してロータの回転角度位置を検出する位置センサと、スイッチ素子と該スイッチ素子に逆並列接続された帰還用ダイオードとによりブリッジの各辺が構成されて直流電源と前記ｎ相の電機子コイルとの間に設けられたブリッジ形のインバータ回路と、ロータを回転させるべく位置センサの出力に応じて決定した相の電機子コイルに直流電源から駆動電流を流すためにオン状態にする必要があるインバータ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ駆動手段と、電機子コイルに供給する駆動電流の波形をＰＷＭ波形とする際のデューティ比を少なくともアクセルセンサにより検出されたアクセル開度に対して演算するデューティ比演算手段と、直流電源からインバータ回路を通して電機子コイルに供給する駆動電流の波形をデューティ比演算手段により演算されたデューティ比で断続するＰＷＭ波形とするために、インバータ回路のスイッチ素子に与える駆動信号をＰＷＭ変調するＰＷＭ制御手段とを備えている。
【０００５】
駆動電流のデューティ比ＤＦは、駆動電流のオンオフの周期に対するオン時間の割合を示すもので、駆動電流が流れる時間をｔon、駆動電流が零になる時間をｔoff 、オンオフの周期をＴ（＝ｔon＋ｔoff ）とした場合、デューティ比ＤＦは、ＤＦ＝（ｔon／Ｔ）×１００［％］で定義される。
【０００６】
上記デューティ比演算手段は、少なくともアクセル開度を変数として駆動電流のデューティ比を演算するが、アクセル開度の外に更に電動機の回転速度をも変数としてデューティ比を演算する場合もある。
【０００７】
即ち、電動車両において、運転感覚を良好にし、スムースな運転を行わせるためには、アクセル開度θａに対してのみ駆動電流のデューティ比ＤＦを制御するのではなく、アクセル開度に対するデューティ比ＤＦの変化率を電動機の回転速度Ｎ［ｒ／ｍｉｎ］に応じて変化させるように、デューティ比ＤＦをアクセル開度θａと回転速度Ｎとの双方に対して制御することが望ましい。このような制御を行う場合には、アクセル開度と電動機の回転速度との双方を変数としてデューティ比を演算するようにデューティ比演算手段が構成される。
【０００８】
いずれにしても、デューティ比演算手段は、０〜１００％のアクセル開度の変化に対して、デューティ比を０から１００％まで変化させるように、アクセル開度に対してデューティ比を演算する。
【０００９】
上記のように、電機子コイルに供給する駆動電流をＰＷＭ制御する場合、ブリッジ回路の上段のスイッチ素子及び下段のスイッチ素子のいずれか一方に供給する駆動信号を、デューティ比演算手段により演算されたデューティ比で断続するＰＷＭ変調波形の信号として、該一方のスイッチ素子を演算されたデューティ比でオンオフさせ、他方のスイッチ素子に与える駆動信号は直流波形の信号として、該他方のスイッチ素子を駆動期間の間オン状態に保つようにしている。
【００１０】
ＰＷＭ変調波形の駆動信号を与えるスイッチ素子は、インバータ回路のブリッジの上段のスイッチ素子でも、下段のスイッチ素子でもよいが、以下の説明では、インバータ回路の下段のスイッチ素子にＰＷＭ変調された駆動信号を与えるものとする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような制御を行う電動スクータ等の車両において、運転者が車両を停止させるために、アクセル操作部材を操作してその開度を零にすると、デューティ比演算手段が演算するデューティ比が零になり、インバータ回路の下段のスイッチ素子に与えられる駆動信号がすべて零になるため、直流電源から電機子コイルに与えられ駆動電流が零になって、電動機が停止する。この状態で、運転者が電源スイッチ（キースイッチ）をオフにすることなく、車両を手で押して走行させたとすると、電動機のロータの回転角度位置に応じて、所定の相の電機子コイルにつながる上段のスイッチ素子に駆動信号が与えられてそのスイッチ素子がオン状態になり、ロータの回転に伴って生じる電機子コイルの誘起電圧により、オフ状態にある上段のスイッチ素子に逆並列接続された帰還用ダイオードとオン状態になったスイッチ素子とを通して短絡電流が流れる。このように短絡電流が流れると、電動機のロータに大きな制動トルクが働いて、手押しによる車両の走行を妨げるため、手押しにより車両を移動させる際に運転者にかかる負荷が車両の質量によりかかる負荷以上に大きくなり、車両を押すために大きな力を必要とするという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、車両を手押しにより移動させる際に運転者にかかる負担を軽くすることができるようにした電動車両の制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、界磁を有するロータとｎ相（ｎは２以上の整数）の電機子コイルを有するステータとを備えてロータの回転軸が車両の駆動輪の軸にクラッチを介することなく結合されたブラシレス直流電動機と、電動機の出力を調節する際に操作されるアクセル操作部材の開度を検出するアクセルセンサと、ステータの各相の電機子コイルに対してロータの回転角度位置を検出する位置センサと、スイッチ素子と該スイッチ素子に逆並列接続された帰還用ダイオードとによりブリッジの各上辺及び各下辺が構成されて直流電源とｎ相の電機子コイルとの間に設けられた周知の構成を有するブリッジ形のインバータ回路と、ロータを回転させるべく直流電源から位置センサの出力に応じて決定した相の電機子コイルに駆動電流を流すためにオン状態にする必要があるインバータ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ駆動手段と、アクセルセンサにより検出されたアクセル開度に対して電機子コイルに供給する駆動電流のデューティ比を演算するデューティ比演算手段と、直流電源からインバータ回路を通して電機子コイルに供給される駆動電流の波形をデューティ比演算手段により演算されたデューティ比で断続するＰＷＭ波形とするためにインバータ回路のブリッジの上段のスイッチ素子に与える駆動信号または下段のスイッチ素子に与える駆動信号をＰＷＭ変調するＰＷＭ制御手段とを備えた電動車両の制御装置を対象とする。
【００１４】
本発明においては、デューティ比が零であるか否かを判定する零デューティ判定手段と、車両の速度が設定された手押し判定速度以下であるか否かを判定する手押し速度判定手段と、零デューティ判定手段によりデューティ比が零であると判定され、かつ手押し速度判定手段により車両の速度が手押し判定速度以下であると判定されているときにスイッチ駆動手段による駆動信号の供給を停止させ、零デューティ判定手段によりデューティ比が零であると判定されている状態で手押し速度判定手段により車両の走行速度が手押し判定速度を超えていると判定されたときにスイッチ駆動手段による駆動信号の供給を回復させるように零デューティ判定手段及び手押し速度判定手段の判定結果に応じてインバータ回路のスイッチ素子への駆動信号の供給を制御する手押し走行時スイッチ制御手段とを設けた。
【００１５】
上記手押し判定速度は例えば、人間が比較的ゆっくり歩く際の速度に近い速度に等しく設定する。
【００１６】
上記のように、デューティ比が零であると判定され、かつ車両の走行速度が手押し判定速度以下であると判定さているときに、スイッチ駆動手段による駆動信号の供給を停止させると、電機子コイルに短絡電流が流れなくなるので、電動機のロータに大きな制動トルクが作用することがなくなる。したがって、運転者は、制動トルクに妨げられることなく、車両を楽に手押し走行させることができる。
【００１７】
また上記のように、デューティ比が零であると判定されている状態で車両の走行速度が手押し判定速度を超えていると判定されたときにスイッチ駆動手段による駆動信号の供給を回復させるようにすると、手押し走行中に車両が下り坂にかかって運転者よりも車両が先行しようとした時に、車両に制動をかけることができるため、下り坂等で運転者の意に反して車両が先行するのを防ぐことができ、安全性を高めることができる。
【００１８】
上記の構成では、運転者が手押し走行をする状態を検出するために、駆動電流のデューティ比が０％であるか否かを判定する零デューティ比判定手段を設けるようにしたが、この零デューティ比判定手段に代えて、アクセル開度が零であるか否かを判定する零アクセル開度判定手段を設けるようにしてもよい。この場合手押し走行時スイッチ制御手段は、零アクセル開度判定手段によりアクセル開度が零であると判定され、かつ手押し速度判定手段により車両の速度が手押し判定速度以下であると判定されているときにスイッチ駆動手段による駆動信号の供給を停止させ、零アクセル開度判定手段によりアクセル開度が零であると判定されている状態で手押し速度判定手段により車両の走行速度が手押し判定速度を超えていると判定されたときにスイッチ駆動手段による駆動信号の供給を回復させるように構成する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図３を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００２０】
図１は本発明に係わる制御装置のハードウェアの構成例を示したもので、同図において、１はロータ２とステータ３とからなるアウタロータ型のブラシレス直流電動機である。ロータ２は、鉄等の強磁性材料によりほぼカップ状に形成されたヨーク２０１と、ヨーク２０１の周壁部の内周に取り付けられた永久磁石２０２とからなっていて、永久磁石２０２が径方向に着磁されて、２極の磁石界磁２０３が構成されている。
【００２１】
なお磁石界磁は、２極に限られるものではなく、一般には２ｍ極（ｍは１以上の整数）に構成することができる。
【００２２】
図示の例では、ロータ２の正規の回転方向を図示の矢印ＣＣＬ方向（図１において反時計方向）としている。
【００２３】
ステータ３は、環状の継鉄部から３個の歯部Ｐｕ〜Ｐｗを放射状に突出させたステータ鉄心３０１と、該ステータ鉄心の歯部Ｐｕ〜Ｐｗにそれぞれ巻回された３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗとからなっており、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗは３相星形結線されている。ステータ鉄心３０１の歯部Ｐｕ〜Ｐｗのそれぞれの先端の外周部がステータ磁極３０２となっていて、これらのステータ磁極が磁石界磁２０３に所定のギャップを介して対向させられている。
【００２４】
なお図示の例ではステータ鉄心を３極に構成しているが、ステータに設ける電機子コイルの相数ｎを３とする場合、一般にはステータ鉄心に３ｋ（ｋは１以上の整数）個の歯部を設けて、該３ｋ個の歯部に３相の電機子コイルを巻回する構成をとることができる。
【００２５】
ヨーク２０１は、その底壁部の中央にボス（図示せず。）を備えていて、該ボスが電動車両の駆動輪の車軸に直接取り付けられるか、または該ボスに締結された回転軸が電動車両の駆動輪の車軸に減速機を介して結合される。
【００２６】
ロータ２のステータ３に対する回転角度位置を検出するため、ステータ鉄心３０１に、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相の位置センサｈｕ，ｈｖ及びｈｗが取り付けられている。これらの位置センサとしては、例えば、検出している磁極がＮ極であるときとＳ極であるときとで異なるレベルの電圧信号を出力するホールＩＣを用いることができる。
【００２７】
各位置センサは、各相の電機子コイルに流す駆動電流の通電角（電気角）やロータの回転方向に応じて適宜の位置に配置される。例えば、図示の例で、ロータの回転方向を反時計方向とし、ロータ２の回転に伴って電機子コイルＬｕ〜Ｌｗにそれぞれ誘起する無負荷誘起電圧がピークに達する位置（磁石界磁２０３から各相の電機子コイルが巻回された歯部を通してながれる磁束が零点を通過する位置）の前後９０度（電気角）の区間各相の電機子コイルに駆動電流を流す「１８０度スイッチング制御」を行って電動機を回転させる場合には、３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗがそれぞれ巻回されている歯部Ｐｕ，Ｐｖ及びＰｗの先端の磁極部の中心位置がロータ２の磁石界磁の各磁極の中心位置に一致するときのロータの回転角度位置を検出するように（該回転角度位置で位置センサのレベルを変化させるように）、各相の位置センサが取り付けられる。図示の例では、ステータ鉄心３０１の歯部Ｐｖ，Ｐｗ及びＰｕにそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ３相の位置センサｈｕ，ｈｖ及びｈｗを取付けることにより、歯部Ｐｕ，Ｐｖ及びＰｗの先端の磁極部の中心位置がロータ２の磁石界磁の各磁極の中心位置に一致するときのロータの回転角度位置を検出するようにしている。
【００２８】
図示のように、３つの歯部Ｐｕ〜Ｐｗにそれぞれ電機子コイルＬｕ〜Ｌｗが巻回されていて、位置センサｈｕ〜ｈｗとしてホールＩＣが用いられる場合には、歯部Ｐｕ〜Ｐｗのそれぞれの磁極の中心に対して電気角で９０度位相が進んだ位置に位置センサｈｕ〜ｈｗを配置して、これらの位置センサの出力により決まる駆動相（駆動電流を流す電機子コイルの相）の切換角度を基準の切換角度とし、この基準の切換角度に対して実際の切換角度を進角または遅角させるように制御進み角を決定する。位置センサｈｕ〜ｈｗとしてホールＩＣを用いた場合にそれぞれのセンサから得られる出力信号（位置検出信号）Ｈｕ〜Ｈｗは、例えば図２（Ａ）ないし（Ｃ）のようになる。これらの信号は高レベル（Ｈレベル）の状態と低レベル（Ｌレベル）の状態とのいずれかの状態をとり得る２値信号であり、各瞬時における位置センサの出力は「１」または「０」で表すことができる。
【００２９】
図１において、１０は電機子コイルＬｕ〜Ｌｗと直流電源１１との間に設けられて電機子コイルの励磁相を切り換えるブリッジ形のインバータ回路である。
【００３０】
ブリッジ形のインバータ回路は、オンオフ制御が可能なスイッチ素子と、該スイッチ素子に逆並列接続された帰還用ダイオードとにより、ブリッジの各上辺及び各下辺を構成した周知の構成を有するものである。
【００３１】
図示のインバータ回路は、一端が共通に接続された３個の上段のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗと、該３個の上段のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗの他端にそれぞれ一端が接続され、他端が共通に接続された３個の下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚと、３個の上段のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗにそれぞれ逆並列接続された３個の上段の帰還用ダイオードＤｕ〜Ｄｗと、３個の下段のスイッチ素子にそれぞれ逆並列接続された３個の下段の帰還用ダイオードＤｕ〜Ｄｗとを備えた周知の回路で、３個の上段のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗの他端と３個の下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚの一端との３個の接続点がそれぞれ３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗから引き出された３個の電源端子に接続されている。上段のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗの一端の共通接続点は直流電源（図示の例ではバッテリ）Ｂの正極側出力端子に接続され、下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚの他端の共通接続点は、シャント抵抗器ｒs と接地回路とを通して直流電源Ｂの負極端子に接続されている。このインバータ回路１０において、対のスイッチ素子（Ｆｕ，Ｆｘ），（Ｆｖ，Ｆｙ）及び（Ｆｗ，Ｆｚ）のそれぞれの直列回路を第１のスイッチアームないし第３のスイッチアームと呼ぶことにする。
【００３２】
インバータ回路１０を構成するスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚとしては、ＭＯＳＦＥＴ、電力用トランジスタ，ＩＧＢＴ等のオンオフ制御が可能な任意のスイッチ素子を用いることができるが、図示の例では、各スイッチ素子がＭＯＳＦＥＴからなっている。
【００３３】
図示のように各スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、帰還用ダイオードＤｕ〜Ｄｗ及びＤｘ〜ＤｚとしてＦＥＴのドレインソース間に形成されている寄生ダイオードを用いることができる。
【００３４】
インバータ回路１０を制御するため、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ及びタイマ等を有して、図示しない直流電源から電源電圧が与えられて動作するマイクロコンピュータ１１と、図示しないアクセル操作部材の変位量を検出してアクセル開度に比例した大きさを有する電圧信号からなるアクセル開度検出信号Ｖａを出力するアクセルセンサ１２と、位置センサｈｕ〜ｈｗがそれぞれ出力する位置検出信号Ｈｕ〜Ｈｗの立上り及び立下がりが検出される毎に割込み信号ＩＮ1 及びＩＮ2 を発生する割込み信号発生回路１３と、バッファ回路１４とを備えたコントローラ１５が設けられている。
【００３５】
またバッファ回路１４の出力が入力されたバッファ回路１６と、マイクロコンピュータ１１からバッファ回路１４及び１６とを通して与えられる駆動指令信号（ｕ，ｘ），（ｖ，ｙ）及び（ｗ，ｚ）に応じて、インバータ回路１０の第１ないし第３のスイッチアームの対のスイッチ素子（Ｆｕ，Ｆｘ），（Ｆｖ，Ｆｙ）及び（Ｆｗ，Ｆｚ）にそれぞれ駆動信号を与える第１ないし第３のスイッチアーム用ドライブ回路１７Ａないし１７Ｃと、ＰＷＭ変調回路１８と、シャント抵抗ｒs の両端に得られる駆動電流検出信号Ｖｉを駆動電流の許容上限値を与える設定信号Ｖｆと比較する比較回路１９とが設けられ、これらバッファ回路１６、ドライブ回路１７Ａ〜１７Ｃ、ＰＷＭ変調回路１８及び比較回路１９がインバータ回路１０とともにユニット化されてドライバユニット２０が構成されている。
【００３６】
図１に示した例では、アクセルセンサ１２が、アクセル操作部材に可動接触子１２ａが連結されたポテンショメータからなっている。アクセルセンサ１２を構成するポテンショメータの両端には、図示しない定電圧直流電源回路から得られる直流定電圧Ｅが印加され、該ポテンショメータの可動接触子１２ａと接地間にアクセル開度θａに比例したアクセル信号Ｖａが得られるようになっている。このアクセル信号Ｖａは、マイクロコンピュータ１１に設けられた図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル値に変換されてＣＰＵに読み込まれる。
【００３７】
割込み信号発生回路１３は、位置センサｈｕ〜ｈｗがそれぞれ発生する矩形波状の出力信号Ｈｕ〜Ｈｗの立上りのエッジを検出したときに割込み信号ＩＮ1 を発生し、信号Ｈｕ〜Ｈｗの立下がりのエッジを検出したときに割込み信号ＩＮ2 を発生する。この割込信号発生回路は、例えば、位置センサｈｕ〜ｈｗの出力の立下がりのエッジ及び立上りのエッジを微分する微分回路により構成することができる。
【００３８】
マイクロコンピュータ１１は、これらの割込み信号を読み込んで、前回の割込み信号ＩＮ1 （またはＩＮ2 ）が発生してから今回の割込み信号ＩＮ1 （またはＩＮ2 ）が発生するまでの時間を、電動機の回転速度を示す時間データとして計測し、この時間データと、アクセルセンサ１２により検出されたアクセル開度とに基づいてブラシレス直流電動機１の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗに供給する駆動電流のデューティ比ＤＦと、制御進み角（駆動電流を流す電機子コイルの相を切り換える実際の切換角度と位置センサの配置により決まる基準の切換角度との位相差）γとを演算する。
【００３９】
デューティ比ＤＦ及び制御進み角γの演算は、それぞれ回転速度Ｎとアクセル開度とデューティ比ＤＦとの間の関係を与えるデューティ比演算用３次元マップ及び回転速度Ｎとアクセル開度と制御進み角γとの間の関係を与える制御進み角演算用３次元マップ（いずれのマップもＲＯＭに記憶されている）を用いて行われる。
【００４０】
マイクロコンピュータ１１が実行するプログラムのうち、上記回転速度を与える時間データを計測する過程により電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段が実現される。また上記デューティ比演算用マップを用いてデューティ比を演算する過程により、アクセル信号の値と回転速度とに対して駆動電流のデューティ比を演算するデューティ比演算手段が構成され、上記制御進み角演算用マップを用いてアクセル信号に対して制御進み角を演算する過程により、制御進み角演算手段が構成される。
【００４１】
マイクロコンピュータ１１はまた、ロータ２を所定の方向に回転させるべく、位置センサｈｕ〜ｈｗの出力パターンに応じて駆動電流を流す相を決定し、信号Ｈｕ〜Ｈｗのパターンにより決る相の切換え角度に対して、制御進み角演算手段により演算された制御進み角だけ進角（または遅角）した切換え角度で駆動電流を流す相を切り換えながら、所定の相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗに駆動電流を流すべく、インバータ回路１０のスイッチ素子Ｆｕ，Ｆｘ，Ｆｖ，Ｆｙ，Ｆｗ及びＦｚをそれぞれ所定のタイミングでオン状態にすることを指令する駆動指令信号ｕ，ｘ，ｖ，ｙ，ｗ及びｚを出力する。またこの例では、マイクロコンピュータ１１が、デューティ比演算手段により演算されたデューティ比で断続するパルス波形のＰＷＭ信号Ｖpwm をＰＷＭ変調回路１８に与える。
【００４２】
マイクロコンピュータ１１が出力した第１ないし第３のスイッチアーム用の駆動指令信号（ｕ，ｘ），（ｖ，ｙ）及び（ｗ，ｚ）は、それぞれバッファ回路１４及び１６を通してドライブ回路１７Ａないし１７Ｃに与えられる。ドライブ回路１７Ａは、インバータ回路１０のスイッチ素子Ｆｕを構成するＭＯＳＦＥＴのゲート及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａu 及びａu ´と、スイッチ素子Ｆｘを構成するＭＯＳＦＥＴのゲート及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａx 及びａx ´とを有し、出力端子ａu ，ａu ´間及び出力端子ａx ，ａx ´間からそれぞれスイッチ素子Ｆｕ及びＦｘに与える駆動信号Ｓｕ及びＳｘを出力する。
【００４３】
またドライブ回路１７Ｂは、インバータ回路１０のスイッチ素子Ｆｖを構成するＭＯＳＦＥＴのゲート及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａv 及びａv ´と、スイッチ素子Ｆｙを構成するＭＯＳＦＥＴのゲート及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａy 及びａy ´とを有し、出力端子ａv ，ａv ´間及び出力端子ａy ，ａy ´間からそれぞれスイッチ素子Ｆｖ及びＦｙに与える駆動信号Ｓｖ及びＳｙを出力する。
【００４４】
更にドライブ回路１７Ｃは、インバータ回路１０のスイッチ素子Ｆｗを構成するＭＯＳＦＥＴのゲート及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａw 及びａw ´と、スイッチ素子Ｆｚを構成するＭＯＳＦＥＴのゲート及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａz 及びａz ´とを有し、出力端子ａw ，ａw ´間及び出力端子ａz ，ａz ´間からそれぞれスイッチ素子Ｆｗ及びＦｚに与える駆動信号Ｓｗ及びＳｚを出力する。
【００４５】
インバータ回路１０を構成する各スイッチ素子は、ドライブ回路から駆動信号が与えられている間オン状態になってそれぞれが接続されている電機子コイルに駆動電流を流す。
【００４６】
図２（Ａ）ないし（Ｉ）は、図１に示したブラシレス直流電動機を、１８０度スイッチング制御を行って駆動する場合の位置センサ（ホールＩＣ）の出力波形と、インバータ回路１０の各スイッチ素子のオンオフ動作波形とを示した波形図である。
【００４７】
図２（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ位置センサｈｕ〜ｈｗの出力信号Ｈｕ〜Ｈｗを示し、図２（Ｄ）ないし（Ｆ）はそれぞれ、駆動電流を流す電機子コイルの相を切り換える角度を基準の切換角度とした場合（制御進み角を零とした場合）の、インバータ回路１０の上段のスイッチ素子ＦｕないしＦｗのオンオフ動作を示している。また図２（Ｇ）ないし（Ｉ）はそれぞれインバータ回路１０の下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚのオンオフ動作を示している。
【００４８】
マイクロコンピュータ１１は、図２（Ａ）ないし（Ｃ）に示された位置センサの出力信号Ｈｕ〜Ｈｗに論理演算を施すことにより、インバータ回路１０の各スイッチ素子をオン状態にする区間とオフ状態にする区間とを決定し、各スイッチ素子をオン状態にする区間そのスイッチ素子に駆動信号を与える。
【００４９】
マイクロコンピュータはまた、駆動電流をＰＷＭ制御するために、アクセル開度及び回転速度に対して演算したデューティ比で断続するパルス波形のＰＷＭ信号Ｖpwm をＰＷＭ変調回路１８に与える。
【００５０】
図示のＰＷＭ変調回路１８は、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ1 と、カソードがトランジスタＴＲ1 のコレクタに共通接続され、アノードがインバータ回路の下段のスイッチ素子をオン状態にすることを指令する駆動指令信号ｘ，ｙ及びｚを出力するバッファ回路１６の出力端子にそれぞれ接続されたダイオードＤ1 ないしＤ3 と、マイクロコンピュータが出力するＰＷＭ信号Ｖpwm がセット信号として与えられ、比較回路１９の出力がリセット信号として与えられたセット優先のＲＳフリップフロップ回路Ｆ／Ｆとからなっていて、フリップフロップ回路Ｆ／Ｆの正論理出力がトランジスタＴＲ1 のベースに与えられている。
【００５１】
比較回路１９は、シャント抵抗ｒs の両端に得られる駆動電流検出信号Ｖｉと、駆動電流の許容上限値を与える設定信号Ｖｆとを比較して、駆動電流検出信号Ｖｉにより検出される駆動電流が許容上限値以下のときに高レベル（Ｈレベル）の信号を出力し、駆動電流が許容上限値を超えたときに低レベル（Ｌレベル）の信号を出力する。
【００５２】
電機子コイルＬｕ〜Ｌｗを流れる駆動電流が許容上限値以下で、比較回路１９からフリップフロップ回路Ｆ／Ｆのリセット端子にＨレベルのリセット信号が与えられている状態では、マイクロコンピュータ１１からフリップフロップ回路Ｆ／Ｆのセット端子に与えられるＰＷＭ信号Ｖpwm がＨレベル及びＬレベルになったときにその正論理出力がＨレベル及びＬレベルとなってトランジスタＴＲ1 をオンオフさせる。これにより、インバータ回路１０の下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚに与えられる駆動信号Ｓｘ〜Ｓｚの波形がＰＷＭ信号Ｖpwm に同期して断続する波形となり、図２（Ｇ）ないし（Ｉ）に示すように下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚがオンオフさせられて、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗに与えられる駆動電流がＰＷＭ変調された波形になる。
【００５３】
比較回路１９の出力がＬレベルになったときには、フリップフロップ回路Ｆ／Ｆの否定論理出力がＨレベルに保たれるため、トランジスタＴＲ1 がオン状態に保たれ、インバータ回路の下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚへの駆動信号の供給が阻止される。これにより直流電源Ｂから電機子コイルＬｕ〜Ｌｗへの駆動電流の供給が停止され、電機子コイルが過電流から保護される。
【００５４】
図１に示した例では、マイクロコンピュータ１１が実行するプログラムのうち、演算したデューティ比で断続するＰＷＭ信号Ｖpwm を発生させる過程と、ＰＷＭ変調回路１８とにより、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗに流す駆動電流をアクセル開度及び回転速度に対して演算されたデューティ比を有するＰＷＭ波形の電流とするようにインバータ回路１０を制御するＰＷＭ制御手段が構成されている。
【００５５】
ブラシレス直流電動機においては、制御進み角γによって最大発生トルク及び最高回転速度が変化する。一般には、電動機の用途や要求されるトルク特性、或いは必要とされる最高回転速度等に応じて制御進み角の大きさを設定している。電動車両を駆動するブラシレス直流電動機の場合は、電動機の回転速度が設定値以下であるときに制御進み角γを正規の制御進み角γo に固定し、電動機の回転速度が設定された進角開始回転速度を超える範囲で制御進み角γを回転速度の上昇に伴って正規の制御進み角γo よりも進角させ、電動機の回転速度が設定された進角終了回転速度以上になる範囲では制御進み角の進角量を設定された最大値に固定するように、制御進み角γを制御することが多い。
【００５６】
制御進み角γを制御する場合には、駆動電流を流す相を切り換える切換角度をアクセル開度に対して演算された制御進み角だけ位置センサの出力により決まる基準の切換角度に対してシフトさせるように制御する制御進み角制御手段を設ける。この制御進み角制御手段は、マイクロコンピュータ１１が実行するプログラムの一連の過程のうち、制御進み角演算手段により演算された制御進み角と位置センサの出力により決定される基準の切換角度とから、駆動電流を流す相を切り換えるタイミングを決定する過程により構成される。
【００５７】
正規の制御進み角γo をどのように設定するかは任意であるが、一般には、電動車両の発進時のトルクを大きくするために、最大トルクが得られる制御進み角を正規の制御進み角γo とする。
【００５８】
図１に示した制御装置により制御される電動スクータ等の車両において、運転者が車両を停止させるために、アクセル操作部材を操作してその開度を零にすると、デューティ比演算手段が演算するデューティ比が零になる。このときマイクロコンピュータ１１は、ＨレベルのＰＷＭ信号Ｖpwm をＰＷＭ変調回路１８のフリップフロップ回路Ｆ／Ｆに与えるため、該ＰＷＭ変調回路のトランジスタＴＲ1 がオン状態に保持される。そのため、インバータ回路１０の下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚに与えられる駆動信号がすべて零になり、直流電源Ｂから電機子コイルに与えられ駆動電流が零になって、電動機が停止する。
【００５９】
この状態で、運転者が電源スイッチ（キースイッチ）をオフにすることなく、車両を手で押して走行させたとすると、電動機のロータの回転角度位置に応じて、所定の相の電機子コイルにつながる上段のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗに駆動信号が与えられてそのスイッチ素子がオン状態になり、ロータの回転に伴って生じる電機子コイルの誘起電圧により、オフ状態にある上段のスイッチ素子に逆並列接続された帰還用ダイオードとオン状態になったスイッチ素子とを通して電機子コイルに大きな短絡電流が流れる。例えば、図２の左端に示すように、位置センサの出力Ｈｕ及びＨｗがＨレベルになっていて、スイッチ素子Ｆｖがオン状態にあるときには、電機子コイルＬｕ−ダイオードＤｕ−スイッチ素子Ｆｖ−電機子コイルＬｖ−電機子コイルＬｕの経路または電機子コイルＬｗ−ダイオードＤｗ−スイッチ素子Ｆｖ−電機子コイルＬｖ−電機子コイルＬｗの経路で短絡電流が流れる。このように短絡電流が流れると、電動機のロータに大きな制動トルクが働いて、手押しによる車両の走行を妨げるため、手押しにより車両を移動させる際に運転者にかかる負荷が車両の質量によりかかる負荷以上に大きくなり、車両を押すために大きな力を必要とすることになる。
【００６０】
このような問題を解決するため、本発明においては、デューティ比が零であるか否かを判定する零デューティ判定手段と、車両の速度が設定された手押し判定速度以下であるか否かを判定する手押し速度判定手段と、零デューティ判定手段によりデューティ比が零であると判定され、かつ手押し速度判定手段により車両の速度が手押し判定速度以下であると判定されているときにスイッチ駆動手段による駆動信号の供給を停止させ、零デューティ判定手段によりデューティ比が零であると判定されている状態で手押し速度判定手段により車両の走行速度が手押し判定速度を超えていると判定されたときにスイッチ駆動手段による駆動信号の供給を回復させるように零デューティ判定手段及び手押し速度判定手段の判定結果に応じてインバータ回路のスイッチ素子への駆動信号の供給を制御する手押し走行時スイッチ制御手段とをマイクロコンピュータ１１とこのマイクロコンピュータに実行させるプログラムとにより実現する。
【００６１】
図３は、上記の各手段を実現するためにマイクロコンピュータ１１が一定時間毎に実行するタスクのアルゴリズムの一例を示したものである。このタスクが開始されると、先ずステップ１でアクセル開度に対して演算されているデューティ比が０％であるか否かを判定する。この過程により、デューティ比が零であるか否かを判定する零デューティ判定手段が構成される。
【００６２】
ステップ１でデューティ比が０％であると判定されたときには、次いで、ステップ２を実行して車速が手押し判定速度以下であるか否かを判定する。この過程により、手押し速度判定手段が構成される。手押し判定速度の値は例えば、人間が比較的ゆっくり歩く際の速度付近の値に設定する。
【００６３】
ステップ２において車速が手押し判定速度以下であると判定されたときには、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相のスイッチ素子をすべてオフ状態にする処理を行い、次のタスクに移行する。このときマイクロコンピュータ１１からスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚに対して与える駆動指令信号の出力をすべて停止させて、ドライブ回路１７Ａないし１７Ｃの出力をすべて零にするようにしてもよいが、今デューティ比は０％になっていて、ＰＷＭ変調回路１８のトランジスタＴＲ1 がオン状態に保持され、マイクロコンピュータから出力される駆動指令信号の如何に係わりなくインバータ回路の下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚの駆動信号はすべて零に保持されているめ、３相のすべてのスイッチ素子をオフ状態にするには、マイクロコンピュータ１１からの上段のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ用の駆動指令信号の出力を停止させて、ドライブ回路１７Ａないし１７Ｃから上段のスイッチ素子に与える駆動信号Ｓｕ〜Ｓｗのみを零にするようにしてもよい。
【００６４】
ステップ１においてＰＷＭデューティ比が０％でないと判定されたとき、及びステップ２において車速が手押し判定速度を超えていると判定されたときには、ステップ４に進んで位置センサの出力により決まる通常の駆動パターンでスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚをオンオフさせるように、マイクロコンピュータから駆動指令信号を発生させる。
【００６５】
アクセル開度を零にして車体を手押し走行させている状態で、車両が下り坂にかかった場合には、ステップ２において車速が手押し判定速度を超えていると判定される。このときマイクロコンピュータは位置センサの出力に応じて所定のスイッチ素子に駆動信号を与えるため、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗから駆動信号が与えられていない上段のスイッチ素子に逆並列接続されたダイオードと、駆動信号が与えられている上段のスイッチ素子とを通して短絡電流が流れ、ロータに制動力が作用する。したがって、手押し走行時に下り坂にかかって車速が増大しようとしたときには車両に制動をかけることができる。
【００６６】
図３に示した例では、上記ステップ３及び４により、手押し走行時スイッチ制御手段が構成される。
【００６７】
上記のように、デューティ比が零であると判定され、かつ車両の走行速度が手押し判定速度以下であると判定さているときに、スイッチ駆動手段による駆動信号の供給を停止させるようにすると、電機子コイルに短絡電流が流れなくなるので、電動機のロータに大きな制動トルクが作用することがなくなる。したがって、運転者は、制動トルクに妨げられることなく、車両を楽に手押し走行させることができる。
【００６８】
また上記のように、デューティ比が零であると判定されている状態で車両の走行速度が手押し判定速度を超えていると判定されたときにスイッチ駆動手段による駆動信号の供給を回復させるようにすると、手押し走行中に車両が下り坂にかかって運転者よりも車両が先行しようとした時に、車両に制動をかけることができるため、下り坂等で運転者の意に反して車両が先行するのを防ぐことができる。
【００６９】
上記の例では、図３のステップ１において、駆動電流のデューティ比が０％であるか否かを判定することにより、運転者が手押し走行を行う状態であるか否かを検出しているが、アクセル開度が零になっているか否かを判定することにより、運転者が手押し走行を行う状態を検出するようにしてもよい。即ち、図３のステップ１において、アクセルセンサ１２により検出されているアクセル開度が零になっているか否かを判定するようにしてもよい。この場合には、同ステップ１により、零アクセル開度判定手段が構成される。
【００７０】
上記の例では、位置センサを構成するホールＩＣを各相の電機子コイルが巻回された歯部の中心に対して電気角で９０°進んだ位置に配置したが、位置センサは各相の電機子コイルに対してロータの磁極のステータに対する回転角度位置を検出すれば良く、その配設位置は上記の例に限定されない。
【００７１】
上記の例では、１８０度スイッチング制御を行わせているが、ブラシレス直流電動機の駆動の仕方は上記の例に限られるものではなく、例えば各相の電機子コイルが巻回された歯部を通して流れる磁束が零点を通過する位置の前後６０度（電気角）の区間各相の電機子コイルに駆動電流を流す「１２０度スイッチング制御」を行って電動機を回転させる場合にも本発明を適用することができる。
【００７２】
また上記の例では、位置センサとしてホールＩＣを用いて、該ホールＩＣによりロータの磁極を直接検出するようにしているが、リング状等に形成されてロータの磁極と同じように着磁された回転角度位置検出用磁石をロータに別途取り付けて、該回転角度位置検出用磁石の磁極をホールＩＣにより検出することにより、ロータの磁極を間接的に検出するようにしてもよい。またホールＩＣに代えて、フォトエンコーダ等の位置センサを用いるようにしてもよい。
【００７３】
本発明を適用する電動車両は、電動機の出力を車両の駆動輪に直接伝達する構造のものでもよく、電動機の出力を減速機を介して駆動輪に伝達するようにしたものでもよい。
【００７４】
上記の例では、３相のブラシレス電動機を例にとったが、本発明において電機子コイルの相数ｎは２以上であればよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、デューティ比が零で、かつ車両の走行速度が手押し判定速度以下であるときに、スイッチ駆動手段による駆動信号の供給を停止させて、電機子コイルに短絡電流が流れないようにしたので、手押し走行時に電動機のロータに大きな制動トルクが作用するのを防いで、車両を楽に走行させることができる利点がある。
【００７６】
また本発明によれば、デューティ比が零であると判定されている状態で車両の走行速度が手押し判定速度を超えていると判定されたときにスイッチ駆動手段による駆動信号の供給を回復させるようにしたので、手押し走行中に車両が下り坂にかかったときに車両に制動をかけて、運転者の意に反して車両が先行するのを防ぐことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のハードウェアの構成例を示した構成図である。
【図２】図１に示した電動機における位置検出信号の波形と、インバータ回路の各スイッチ素子のオンオフ動作波形とを示した波形図である。
【図３】本発明に係わる制御装置において、零デューティ判定手段と、手押し速度判定手段と、手押し走行時スイッチ制御手段とを構成するために制御装置のコンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１…ブラシレス直流電動機、２…ロータ、３…ステータ、Ｌｕ〜Ｌｗ…電機子コイル、ｈｕ〜ｈｗ…位置センサ、１０…インバータ回路、１１…マイクロコンピュータ、１２…アクセルセンサ、１５…コントローラ。
【図１】
0003778001.tif 000002
【図２】
0003778001.tif 000003
【図３】
0003778001.tif 000004