JP2004173444A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【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
Description
【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
Claims (12)
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
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