JP2001119985A - 直流無整流子モータの駆動制御方法および装置 - Google Patents
直流無整流子モータの駆動制御方法および装置Info
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ロータリーエンコーダを用いずに安価なホー
ルＩＣなどの回転位置検出器を用いて、モータ駆動電流
を正弦波制御することを可能にすると共に、回転子の起
動時における電流指令値（またはトルク指令値）の微妙
な変動に伴って出力トルクの不快な変動が発生するのを
防ぎ、このモータを車両に適用した場合には発進前の待
機時に不快な振動（キックバック）の発生を防ぐ。 【構成】 電機子コイルの各相ごとに設けた回転子位置
検出器が回転子の所定回転角ごとに出力する位置信号の
変化に基づいて回転子の回転速度を検出し、位置信号と
回転速度とから回転子の回転角を推定し、この回転角の
推定値に基づいて電機子コイル電流を正弦波制御する直
流無整流子モータの駆動制御方法であって、モータ起動
時に位置信号の変化の態様に基づいて回転子が連続的に
回転しない起動不可状態を判別し、この起動不可状態時
に電機子コイル電流の変動を抑制する。
ルＩＣなどの回転位置検出器を用いて、モータ駆動電流
を正弦波制御することを可能にすると共に、回転子の起
動時における電流指令値（またはトルク指令値）の微妙
な変動に伴って出力トルクの不快な変動が発生するのを
防ぎ、このモータを車両に適用した場合には発進前の待
機時に不快な振動（キックバック）の発生を防ぐ。 【構成】 電機子コイルの各相ごとに設けた回転子位置
検出器が回転子の所定回転角ごとに出力する位置信号の
変化に基づいて回転子の回転速度を検出し、位置信号と
回転速度とから回転子の回転角を推定し、この回転角の
推定値に基づいて電機子コイル電流を正弦波制御する直
流無整流子モータの駆動制御方法であって、モータ起動
時に位置信号の変化の態様に基づいて回転子が連続的に
回転しない起動不可状態を判別し、この起動不可状態時
に電機子コイル電流の変動を抑制する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ロータリーエン
コーダなどを用いずに回転子の位置を検出し、電機子コ
イル電流を正弦波制御する直流無整流子モータの駆動制
御方法および装置に関するものである。
コーダなどを用いずに回転子の位置を検出し、電機子コ
イル電流を正弦波制御する直流無整流子モータの駆動制
御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】直流無整流子モータ（ブラシレスＤＣモ
ータ）においては、回転子（ロータ）の回転位置を検出
し、この回転位置に対応して電機子（ステータ）のコイ
ルを励磁する。回転子の回転位置はロータリーエンコー
ダを用いれば検出できる。しかし高分解能のロータリー
エンコーダは非常に高価である。
ータ）においては、回転子（ロータ）の回転位置を検出
し、この回転位置に対応して電機子（ステータ）のコイ
ルを励磁する。回転子の回転位置はロータリーエンコー
ダを用いれば検出できる。しかし高分解能のロータリー
エンコーダは非常に高価である。
【０００３】そこでロータリーエンコーダを用いないで
回転位置を検出する次のような方法が提案されている。
第１の方法は、回転子の回転位置変化に伴って出力がオ
ン・オフ変化するデジタル出力のホールＩＣを用いる方
法である。この場合は矩形波状の位置データにより、電
機子コイル電流を矩形波状に制御する。
回転位置を検出する次のような方法が提案されている。
第１の方法は、回転子の回転位置変化に伴って出力がオ
ン・オフ変化するデジタル出力のホールＩＣを用いる方
法である。この場合は矩形波状の位置データにより、電
機子コイル電流を矩形波状に制御する。
【０００４】第２の方法は、回転子の回転位置変化に伴
って出力が連続的（リニア）に変化するホール素子を用
いる方法である。この場合はホールＩＣのアナログ的に
変化する位置データにより、電機子コイル電流を連続的
に制御する。第３の方法は回転子の回転に伴って電機子
コイルに誘起される逆起電圧（誘起電圧）を検出し、こ
の電圧の変化から回転子の磁極位置（回転位置）を検出
し、またこの電圧値を位置データとする方法である。
って出力が連続的（リニア）に変化するホール素子を用
いる方法である。この場合はホールＩＣのアナログ的に
変化する位置データにより、電機子コイル電流を連続的
に制御する。第３の方法は回転子の回転に伴って電機子
コイルに誘起される逆起電圧（誘起電圧）を検出し、こ
の電圧の変化から回転子の磁極位置（回転位置）を検出
し、またこの電圧値を位置データとする方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記第１の方法には、
ホールＩＣが安価に入手可能である利点があるが、回転
位置の検出分解能が悪い（例えば電気角６０°ごと）と
いう問題がある。従って電機子コイル電流はステップ状
に変化するため、特に車両駆動用に用いた場合には発進
時や低速登坂時などにモータ駆動力が滑らかに変化せ
ず、モータ駆動力のトルク変動がゴツゴツした感じとな
って車体に伝わり、走行感が悪くなる。
ホールＩＣが安価に入手可能である利点があるが、回転
位置の検出分解能が悪い（例えば電気角６０°ごと）と
いう問題がある。従って電機子コイル電流はステップ状
に変化するため、特に車両駆動用に用いた場合には発進
時や低速登坂時などにモータ駆動力が滑らかに変化せ
ず、モータ駆動力のトルク変動がゴツゴツした感じとな
って車体に伝わり、走行感が悪くなる。
【０００６】第２の方法には、回転子の絶対位置を検出
できる利点があるが、ここで用いるホール素子は前記ホ
ールＩＣに比べて高価であるという問題がある。また第
３の方法には中・高速回転速度域では不都合が生じない
が、発進時には所定の回転速度になるまでは誘起電圧が
発生せず回転位置を検出することができない。このため
このモータを車両駆動用に用いることができないという
問題がある。
できる利点があるが、ここで用いるホール素子は前記ホ
ールＩＣに比べて高価であるという問題がある。また第
３の方法には中・高速回転速度域では不都合が生じない
が、発進時には所定の回転速度になるまでは誘起電圧が
発生せず回転位置を検出することができない。このため
このモータを車両駆動用に用いることができないという
問題がある。
【０００７】そこでこのような第１〜３の方法に代え
て、第１の方法における分解能が悪いという問題を、次
のように解決する方法（第４の方法という）が考えられ
る。すなわちホールＩＣが検出する位置の間では、回転
速度を用いて細かい回転位置を推定する方法である。
て、第１の方法における分解能が悪いという問題を、次
のように解決する方法（第４の方法という）が考えられ
る。すなわちホールＩＣが検出する位置の間では、回転
速度を用いて細かい回転位置を推定する方法である。
【０００８】この第４の方法によれば、ホールＩＣの検
出位置の間の回転角の推定値から、電機子コイル電流を
正弦波制御することが可能になる。このため低価格なホ
ールＩＣを用いて低速時の回転を円滑にすることがで
き、このモータを車両に用いた場合には運転感が向上す
る。
出位置の間の回転角の推定値から、電機子コイル電流を
正弦波制御することが可能になる。このため低価格なホ
ールＩＣを用いて低速時の回転を円滑にすることがで
き、このモータを車両に用いた場合には運転感が向上す
る。
【０００９】しかしこの第４の方法では、回転子の起動
時、すなわち停止状態から電源投入して回転を開始する
時には、回転角と回転速度が不明であるために正しい回
転角を推定することができない。このためホールＩＣが
最初の２つの磁極を検出するまでの間は前記第１の方法
と同様にステップ状（段階状、デジタル状）の位置信号
に基づいて電流指令値を出力する必要が生じる。この結
果モータの起動時の出力トルクがステップ状に変化する
ことになり、このモータを車両駆動に用いると車体にシ
ョック（キックバックという）が加わることになる。
時、すなわち停止状態から電源投入して回転を開始する
時には、回転角と回転速度が不明であるために正しい回
転角を推定することができない。このためホールＩＣが
最初の２つの磁極を検出するまでの間は前記第１の方法
と同様にステップ状（段階状、デジタル状）の位置信号
に基づいて電流指令値を出力する必要が生じる。この結
果モータの起動時の出力トルクがステップ状に変化する
ことになり、このモータを車両駆動に用いると車体にシ
ョック（キックバックという）が加わることになる。
【００１０】一方、人力駆動系と電動駆動系とを並列に
設け、人力駆動系の駆動力（踏力）の大小変化に対応し
て電動駆動系のモータ出力を制御する車両（電動補助自
転車）が公知である。このような車両に前記第４の方法
により制御するモータを用いた場合には次のような問題
が発生することが解った。
設け、人力駆動系の駆動力（踏力）の大小変化に対応し
て電動駆動系のモータ出力を制御する車両（電動補助自
転車）が公知である。このような車両に前記第４の方法
により制御するモータを用いた場合には次のような問題
が発生することが解った。
【００１１】すなわち停車中に電源投入し、ペダルに足
を載せた状態で待機する場合に、検出した踏力によって
モータの電流指令値が発生しモータが駆動される。この
時にはペダルに載せた足は微妙にペダルに大きな踏力が
加わらないように力を抜いているので、ペダルに載せた
足の踏力と、踏力検出機構との機械的な反応により、モ
ータ駆動電流のオン・オフが繰り返される。このため前
記のショック（キックバック）が車体に繰り返し加わる
ことになり、運転者に不快感を与えるという問題が発生
する。
を載せた状態で待機する場合に、検出した踏力によって
モータの電流指令値が発生しモータが駆動される。この
時にはペダルに載せた足は微妙にペダルに大きな踏力が
加わらないように力を抜いているので、ペダルに載せた
足の踏力と、踏力検出機構との機械的な反応により、モ
ータ駆動電流のオン・オフが繰り返される。このため前
記のショック（キックバック）が車体に繰り返し加わる
ことになり、運転者に不快感を与えるという問題が発生
する。
【００１２】図６は、３相モータを用いた従来装置にお
いてこのような現象が発生する理由を説明するための各
部出力波形図である。この図において、横軸は経過時間
ｔである。ｔ＝ｔ０で電源投入し制御を開始すると、３
つのホールＩＣが回転子の磁極位置を検出し、１つまた
は２つのホールＩＣがオン、他の２つまたは１つのホー
ルＩＣがオフとなる。図６ではＵ相とＷ相のホールＩＣ
出力がオン、Ｖ相のホールＩＣ出力がオフとなってい
る。この時の回転子の電気角を３０°とする。この状態
で足をペダルに載せれば、ペダル踏力から検出したトル
ク指令値は踏力と共に増加する。この状態は図６にＴ０
からｔ１までの間ので示す状態に対応する。
いてこのような現象が発生する理由を説明するための各
部出力波形図である。この図において、横軸は経過時間
ｔである。ｔ＝ｔ０で電源投入し制御を開始すると、３
つのホールＩＣが回転子の磁極位置を検出し、１つまた
は２つのホールＩＣがオン、他の２つまたは１つのホー
ルＩＣがオフとなる。図６ではＵ相とＷ相のホールＩＣ
出力がオン、Ｖ相のホールＩＣ出力がオフとなってい
る。この時の回転子の電気角を３０°とする。この状態
で足をペダルに載せれば、ペダル踏力から検出したトル
ク指令値は踏力と共に増加する。この状態は図６にＴ０
からｔ１までの間ので示す状態に対応する。
【００１３】するとＵ相の電機子コイル電流（モータ電
流）は踏力と共に増大する。回転子は回転伝動系の僅か
な遊びなどによって僅かに回転し、次の回転角検出位置
（ｔ＝ｔ１）でＷ相のホールＩＣがオフになるとその時
（ｔ１）のトルク指令値によりＵ相モータ電流を増加さ
せる。この時にトルクの急変が発生し、キックバックが
生じる。このトルク急増に伴って踏力が一瞬減ると回転
子は僅かに逆転しｔ＝ｔ２で再び状態に戻る。ｔ２と
ｔ１の間の状態をで示す。この時点ｔ２では新しい小
さい踏力に基づいてＵ相モータ電流を設定するため、Ｕ
相モータ電流は急減する。以上の動作を繰り返し続ける
から、状態との変化時にモータ電流がステップ状に
変化することになり、これがキックバックを継続させる
原因となると考えられる。
流）は踏力と共に増大する。回転子は回転伝動系の僅か
な遊びなどによって僅かに回転し、次の回転角検出位置
（ｔ＝ｔ１）でＷ相のホールＩＣがオフになるとその時
（ｔ１）のトルク指令値によりＵ相モータ電流を増加さ
せる。この時にトルクの急変が発生し、キックバックが
生じる。このトルク急増に伴って踏力が一瞬減ると回転
子は僅かに逆転しｔ＝ｔ２で再び状態に戻る。ｔ２と
ｔ１の間の状態をで示す。この時点ｔ２では新しい小
さい踏力に基づいてＵ相モータ電流を設定するため、Ｕ
相モータ電流は急減する。以上の動作を繰り返し続ける
から、状態との変化時にモータ電流がステップ状に
変化することになり、これがキックバックを継続させる
原因となると考えられる。
【００１４】
【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、ロータリーエンコーダを用いずに安価なホ
ールＩＣなどの回転位置検出器を用いて、モータ駆動電
流を正弦波制御することを可能にすると共に、回転子の
起動時における電流指令値（またはトルク指令値）の微
妙な変動に伴って出力トルクの不快な変動が発生するの
を防ぐことができ、このモータを車両に適用した場合に
は発進前の待機時に不快な振動（キックバック）の発生
を防ぐことができる直流無整流子モータの駆動制御方法
を提供することを目的とする。 またこの発明はこの方
法の実施に直接使用する装置を提供することを目的とす
る。
ものであり、ロータリーエンコーダを用いずに安価なホ
ールＩＣなどの回転位置検出器を用いて、モータ駆動電
流を正弦波制御することを可能にすると共に、回転子の
起動時における電流指令値（またはトルク指令値）の微
妙な変動に伴って出力トルクの不快な変動が発生するの
を防ぐことができ、このモータを車両に適用した場合に
は発進前の待機時に不快な振動（キックバック）の発生
を防ぐことができる直流無整流子モータの駆動制御方法
を提供することを目的とする。 またこの発明はこの方
法の実施に直接使用する装置を提供することを目的とす
る。
【００１５】
【発明の構成】本発明によればこの目的は、電機子コイ
ルの各相ごとに設けた回転子位置検出器が回転子の所定
回転角ごとに出力する位置信号の変化に基づいて回転子
の回転速度を検出し、前記位置信号と回転速度とから回
転子の回転角を推定し、この回転角の推定値に基づいて
電機子コイル電流を正弦波制御する直流無整流子モータ
の駆動制御方法であって、モータ起動時に前記位置信号
の変化の態様に基づいて回転子が連続的に回転しない起
動不可状態を判別し、この起動不可状態時に電機子コイ
ル電流の変動を抑制することを特徴とする直流無整流子
モータの駆動制御方法、により達成される。
ルの各相ごとに設けた回転子位置検出器が回転子の所定
回転角ごとに出力する位置信号の変化に基づいて回転子
の回転速度を検出し、前記位置信号と回転速度とから回
転子の回転角を推定し、この回転角の推定値に基づいて
電機子コイル電流を正弦波制御する直流無整流子モータ
の駆動制御方法であって、モータ起動時に前記位置信号
の変化の態様に基づいて回転子が連続的に回転しない起
動不可状態を判別し、この起動不可状態時に電機子コイ
ル電流の変動を抑制することを特徴とする直流無整流子
モータの駆動制御方法、により達成される。
【００１６】起動不可状態は種々の方法で検出できる。
例えば、位置信号が２つの状態間で繰り返し変化する場
合に、この繰り返し回数や繰り返し時間が所定値以上に
なったことから検出できる。繰り返し回数と繰り返し時
間との両方を監視して、いずれか一方が設定値を超えた
時に起動不可状態と判定してもよい。
例えば、位置信号が２つの状態間で繰り返し変化する場
合に、この繰り返し回数や繰り返し時間が所定値以上に
なったことから検出できる。繰り返し回数と繰り返し時
間との両方を監視して、いずれか一方が設定値を超えた
時に起動不可状態と判定してもよい。
【００１７】起動不可状態の時に電機子コイル電流の変
動を抑制する方法も種々考え得る。例えば電流制御系の
ゲインを下げて電流指令値を下げたり、電流指令値を強
制的に下げたり、位置信号を固定してその変化が生じな
いようにしたり、制御系や動力源の電源をオフにするこ
とが可能である。
動を抑制する方法も種々考え得る。例えば電流制御系の
ゲインを下げて電流指令値を下げたり、電流指令値を強
制的に下げたり、位置信号を固定してその変化が生じな
いようにしたり、制御系や動力源の電源をオフにするこ
とが可能である。
【００１８】起動不可状態を検出してモータ電流を制限
した後、元の制御状態に戻すためには、位置信号の変化
の態様を監視して判定すればよい。
した後、元の制御状態に戻すためには、位置信号の変化
の態様を監視して判定すればよい。
【００１９】第２の目的は、電機子コイルの各相ごとに
設けた回転子位置検出器が回転子の所定回転角ごとに出
力する位置信号の変化に基づいて回転子の回転速度を検
出し、前記位置信号と回転速度とから回転子の回転角を
推定し、この回転角の推定値に基づいて電機子コイル電
流を正弦波制御する直流無整流子モータの駆動制御装置
であって、モータ起動時に前記位置信号の変化の態様か
ら回転子が連続的に回転しない起動不可状態を判別する
起動不可状態判別部と、この起動不可状態の時に電機子
コイル電流の変動を抑制する変動抑制手段とを備えるこ
とを特徴とする直流無整流子モータの駆動制御装置、に
より達成される。
設けた回転子位置検出器が回転子の所定回転角ごとに出
力する位置信号の変化に基づいて回転子の回転速度を検
出し、前記位置信号と回転速度とから回転子の回転角を
推定し、この回転角の推定値に基づいて電機子コイル電
流を正弦波制御する直流無整流子モータの駆動制御装置
であって、モータ起動時に前記位置信号の変化の態様か
ら回転子が連続的に回転しない起動不可状態を判別する
起動不可状態判別部と、この起動不可状態の時に電機子
コイル電流の変動を抑制する変動抑制手段とを備えるこ
とを特徴とする直流無整流子モータの駆動制御装置、に
より達成される。
【００２０】この装置は、人力駆動系と電動駆動系とを
並列に設け、人力駆動系の駆動力によって電動駆動系の
モータの電流指令値を決めるようにした電動補助自転車
に適用することができる。
並列に設け、人力駆動系の駆動力によって電動駆動系の
モータの電流指令値を決めるようにした電動補助自転車
に適用することができる。
【００２１】
【実施態様】図１は本発明を電動補助自転車に適用した
場合の動力伝達系統を示す図、図２はモータの制御装置
の説明図、図３はインバータの構成を説明する図、図４
は制御装置の構成を説明するブロック図、図５は各部の
出力波形図である。
場合の動力伝達系統を示す図、図２はモータの制御装置
の説明図、図３はインバータの構成を説明する図、図４
は制御装置の構成を説明するブロック図、図５は各部の
出力波形図である。
【００２２】図１において、運転者の踏力は、ペダル
（図示せず）により駆動されるクランク軸１と一方向ク
ラッチ２とを介して合力軸３に伝えられる。また３相直
流無整流子モータ４の出力は、減速部５および一方向ク
ラッチ６を介して合力軸３に伝えられる。合力軸３の回
転はフリーホイールクラッチ７を介して駆動輪である後
輪８に伝えられる。
（図示せず）により駆動されるクランク軸１と一方向ク
ラッチ２とを介して合力軸３に伝えられる。また３相直
流無整流子モータ４の出力は、減速部５および一方向ク
ラッチ６を介して合力軸３に伝えられる。合力軸３の回
転はフリーホイールクラッチ７を介して駆動輪である後
輪８に伝えられる。
【００２３】人力駆動系はクランク軸１から後輪８に至
る伝動系であり、電動駆動系はモータ４から後輪８に至
る伝動系である。人力駆動系の駆動力すなわち踏力ＴP
は一方向クラッチ２と合力軸３の間から踏力センサ９に
より検出される。
る伝動系であり、電動駆動系はモータ４から後輪８に至
る伝動系である。人力駆動系の駆動力すなわち踏力ＴP
は一方向クラッチ２と合力軸３の間から踏力センサ９に
より検出される。
【００２４】１０はモータ４の制御装置である。この制
御装置１０は踏力センサ９が検出する踏力ＴPと、車速
センサ１１が検出する車速ＶSPとに基づいてモータ４の
出力トルクＴMすなわちモータ電流を制御する。１２は
電池などの直流電源である。ここに車速センサ１１は、
後輪８や前輪（図示せず）や駆動系の回転部分などの回
転速度を検出するセンサ（図示せず）で形成することが
できる。また車速センサ１１は、モータ４の電機子コイ
ルに誘起される逆起電圧により回転速度を検出する回路
で構成したり、後記する推定部１７で検出する回転速度
ｖと減速比とを用いて計算により求めるものとすること
もできる。
御装置１０は踏力センサ９が検出する踏力ＴPと、車速
センサ１１が検出する車速ＶSPとに基づいてモータ４の
出力トルクＴMすなわちモータ電流を制御する。１２は
電池などの直流電源である。ここに車速センサ１１は、
後輪８や前輪（図示せず）や駆動系の回転部分などの回
転速度を検出するセンサ（図示せず）で形成することが
できる。また車速センサ１１は、モータ４の電機子コイ
ルに誘起される逆起電圧により回転速度を検出する回路
で構成したり、後記する推定部１７で検出する回転速度
ｖと減速比とを用いて計算により求めるものとすること
もできる。
【００２５】この制御装置１０は図２，４に示すように
インバータ部１３とゲート駆動部１４と演算処理部１５
とを有する。インバータ部１３は図３に示すように公知
の３相ブリッジ回路で構成される。すなわちＭＯＳ−Ｆ
ＥＴやサイリスタなどのスイッチング素子Ｑ1〜Ｑ6を２
個ずつ直列接続した各組を電源１２に並列接続する一
方、各組のスイッチング素子Ｑ1とＱ2、Ｑ3とＱ4、Ｑ5
とＱ6の間をモータ４の各相の電機子コイルに接続した
ものである。ゲート駆動部１４はスイッチング素子Ｑ1
〜Ｑ6を選択的にオン・オフするためのゲート信号を各
スイッチング素子Ｑ1〜Ｑ6のゲートに送る。
インバータ部１３とゲート駆動部１４と演算処理部１５
とを有する。インバータ部１３は図３に示すように公知
の３相ブリッジ回路で構成される。すなわちＭＯＳ−Ｆ
ＥＴやサイリスタなどのスイッチング素子Ｑ1〜Ｑ6を２
個ずつ直列接続した各組を電源１２に並列接続する一
方、各組のスイッチング素子Ｑ1とＱ2、Ｑ3とＱ4、Ｑ5
とＱ6の間をモータ４の各相の電機子コイルに接続した
ものである。ゲート駆動部１４はスイッチング素子Ｑ1
〜Ｑ6を選択的にオン・オフするためのゲート信号を各
スイッチング素子Ｑ1〜Ｑ6のゲートに送る。
【００２６】演算処理部１５は図４に示すように構成さ
れ、マイクロコンピュータ（MicroProcessor Unit ,MP
U）や種々のメモリなどによって構成される。この実施
態様では、モータ４の回転子（ロータ）Ｒの回転角θと
回転速度ｖとに基づいて、電機子（ステータ）ＳＴに供
給する電機子電流ｉU、ｉV、ｉWの大きさと位相とを示
す電流指令値ｉ*を計算で求める。すなわちベクトル制
御を行うものである。
れ、マイクロコンピュータ（MicroProcessor Unit ,MP
U）や種々のメモリなどによって構成される。この実施
態様では、モータ４の回転子（ロータ）Ｒの回転角θと
回転速度ｖとに基づいて、電機子（ステータ）ＳＴに供
給する電機子電流ｉU、ｉV、ｉWの大きさと位相とを示
す電流指令値ｉ*を計算で求める。すなわちベクトル制
御を行うものである。
【００２７】回転子Ｒの回転角θと速度ｖは、電機子Ｓ
Ｔの３つの相についてそれぞれ設けた回転位置検出器と
してのホールＩＣ１６（１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗ）が出
力する位置信号Ｐ（ＰU、ＰV、ＰW）に基づいて、推定
部１７で推定する。すなわちホールＩＣ１６は電気角で
６０°ごとに設けられ、回転子Ｒが６０°回転する度に
いずれかの位置信号Ｐがオン・オフ変化する。
Ｔの３つの相についてそれぞれ設けた回転位置検出器と
してのホールＩＣ１６（１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗ）が出
力する位置信号Ｐ（ＰU、ＰV、ＰW）に基づいて、推定
部１７で推定する。すなわちホールＩＣ１６は電気角で
６０°ごとに設けられ、回転子Ｒが６０°回転する度に
いずれかの位置信号Ｐがオン・オフ変化する。
【００２８】推定部１７では、この位置信号Ｐの変化か
ら回転子Ｒが電気角６０°回ったことを検出し、位置信
号Ｐが変化せずに一定に保たれる時間間隔から回転速度
ｖを検出する。またこの回転速度ｖを用いて位置信号Ｐ
が変化しない時間間隔内における回転角θを演算により
求める。この結果回転子Ｒの回転中における回転角θを
高い分解能で求めることができる。
ら回転子Ｒが電気角６０°回ったことを検出し、位置信
号Ｐが変化せずに一定に保たれる時間間隔から回転速度
ｖを検出する。またこの回転速度ｖを用いて位置信号Ｐ
が変化しない時間間隔内における回転角θを演算により
求める。この結果回転子Ｒの回転中における回転角θを
高い分解能で求めることができる。
【００２９】この推定部１７で求めた回転角θと回転速
度ｖの推定値は電流計算部１８に入力される。この電流
計算部１８は目標トルク演算部１９で求めたトルク目標
値Ｔ Mと、回転角θおよび回転速度ｖとに基づいて、電
流指令値ｉ*の大きさと位相とを計算する。
度ｖの推定値は電流計算部１８に入力される。この電流
計算部１８は目標トルク演算部１９で求めたトルク目標
値Ｔ Mと、回転角θおよび回転速度ｖとに基づいて、電
流指令値ｉ*の大きさと位相とを計算する。
【００３０】目標トルク演算部１９は、車速ＶSPと踏力
ＴPとに基づいて目標とするモータトルクＴMを求める。
例えば高速域で車速ＶSPの増加に伴ってモータ補助率η
（＝ＴM／ＴP）が漸減する補助特性に従って、モータト
ルクＴMの目標値をＴM＝Ｔ P・ηとして求める。このモ
ータ４ではトルクＴMは実際の電機子電流ｉR（ｉU、
ｉV、ｉW）に対応する。電流計算部１８はこの目標トル
ク値ＴMを発生させるために必要となる電機子電流ｉRの
大きさと位相とをベクトル計算により求め、電流指令値
ｉ*として出力する。
ＴPとに基づいて目標とするモータトルクＴMを求める。
例えば高速域で車速ＶSPの増加に伴ってモータ補助率η
（＝ＴM／ＴP）が漸減する補助特性に従って、モータト
ルクＴMの目標値をＴM＝Ｔ P・ηとして求める。このモ
ータ４ではトルクＴMは実際の電機子電流ｉR（ｉU、
ｉV、ｉW）に対応する。電流計算部１８はこの目標トル
ク値ＴMを発生させるために必要となる電機子電流ｉRの
大きさと位相とをベクトル計算により求め、電流指令値
ｉ*として出力する。
【００３１】なおこの電流指令値ｉ*は、実際にはＵ、
Ｖ、Ｗの各相に対して別々に出力される。すなわち電流
計算部１８は、メモリ２０に記憶した正弦波パターンデ
ータを用いて各相の互いに電気角で１２０°位相がずれ
た電流指令値ｉ*を出力する。各相の電流指令値ｉ*は目
標トルク値ＴMの大きさによって振幅が変化する正弦波
であり、その振幅と位相は回転角θと回転速度ｖと回転
部の慣性などに基づいて演算されたものである。
Ｖ、Ｗの各相に対して別々に出力される。すなわち電流
計算部１８は、メモリ２０に記憶した正弦波パターンデ
ータを用いて各相の互いに電気角で１２０°位相がずれ
た電流指令値ｉ*を出力する。各相の電流指令値ｉ*は目
標トルク値ＴMの大きさによって振幅が変化する正弦波
であり、その振幅と位相は回転角θと回転速度ｖと回転
部の慣性などに基づいて演算されたものである。
【００３２】この電流指令値ｉ*は減算器２１で、電機
子ＳＴの実際の電流値ｉRとの差（ｉ *−ｉR）が各相ご
とに別々に求められる。この電流値ｉRは、電機子ＳＴ
のＵＶ相巻線の電流（ｉU、ｉV）をホールＣＴ（Curren
t Transformer、変流器）（ＣＴU、ＣＴV）などで検出
し、Ｗ相の電流を計算で求めることができる。この差
（ｉ*−ｉR）は電機子電流誤差信号となり、電流制御部
２２に入力される。電流制御部２２ではインバータ１３
のゲートを駆動するゲート駆動信号が作られ、ゲート駆
動部１４に送られる。この結果モータ４が目標トルク値
ＴMを発生し、このモータ出力ＴMと踏力ＴPとによって
自転車は走行することができる。
子ＳＴの実際の電流値ｉRとの差（ｉ *−ｉR）が各相ご
とに別々に求められる。この電流値ｉRは、電機子ＳＴ
のＵＶ相巻線の電流（ｉU、ｉV）をホールＣＴ（Curren
t Transformer、変流器）（ＣＴU、ＣＴV）などで検出
し、Ｗ相の電流を計算で求めることができる。この差
（ｉ*−ｉR）は電機子電流誤差信号となり、電流制御部
２２に入力される。電流制御部２２ではインバータ１３
のゲートを駆動するゲート駆動信号が作られ、ゲート駆
動部１４に送られる。この結果モータ４が目標トルク値
ＴMを発生し、このモータ出力ＴMと踏力ＴPとによって
自転車は走行することができる。
【００３３】この演算処理部１５はまた、起動不可状態
判別部２４と、復帰判別部２５とを有する。起動不可状
態判別部２４は、前記ホールＩＣ１６（１６Ｕ、１６
Ｖ、１６Ｗ）が出力する位置信号Ｐ（ＰU、ＰV、ＰW）
の変化の態様から、回転子Ｒが起動していないことを判
定して電機子電流ｉRの変動を抑制させる抑制信号Ａを
出力するものである。例えばペダルに足を載せたままの
状態で位置信号Ｐが２つの状態間で繰り返し変化する時
である。
判別部２４と、復帰判別部２５とを有する。起動不可状
態判別部２４は、前記ホールＩＣ１６（１６Ｕ、１６
Ｖ、１６Ｗ）が出力する位置信号Ｐ（ＰU、ＰV、ＰW）
の変化の態様から、回転子Ｒが起動していないことを判
定して電機子電流ｉRの変動を抑制させる抑制信号Ａを
出力するものである。例えばペダルに足を載せたままの
状態で位置信号Ｐが２つの状態間で繰り返し変化する時
である。
【００３４】この状態は図５に示すように、Ｕ、Ｖ、Ｗ
相の位置信号ＰU、ＰV、ＰWのオン・オフに応じて２進
３桁の信号［ＰW、ＰV、ＰU］を形成すれば、の状態
で［１０１］となり、の状態で［００１］となる。こ
の時との状態変化を所定回数以上繰り返した時に抑
制信号Ａを出力する。図５ではＵ相の電機子電流（Ｕ相
モータ電流波形）ｉUが示されているが、ここでは状態
との間の変化回数が４回になると抑制信号Ａを出力
し、電流ｉVの変動が抑制されている。なお他相の電流
ｉV、ｉWも同様に抑制される。
相の位置信号ＰU、ＰV、ＰWのオン・オフに応じて２進
３桁の信号［ＰW、ＰV、ＰU］を形成すれば、の状態
で［１０１］となり、の状態で［００１］となる。こ
の時との状態変化を所定回数以上繰り返した時に抑
制信号Ａを出力する。図５ではＵ相の電機子電流（Ｕ相
モータ電流波形）ｉUが示されているが、ここでは状態
との間の変化回数が４回になると抑制信号Ａを出力
し、電流ｉVの変動が抑制されている。なお他相の電流
ｉV、ｉWも同様に抑制される。
【００３５】抑制信号Ａはまた、２つの状態、の繰
り返し時間が所定時間以上になったら抑制信号Ａを出力
してもよい。さらにこの２つの状態、の繰り返し回
数および繰り返し時間の両方を監視して、いずれか一方
が設定値を超えたことから抑制信号Ａを出力してもよ
い。
り返し時間が所定時間以上になったら抑制信号Ａを出力
してもよい。さらにこの２つの状態、の繰り返し回
数および繰り返し時間の両方を監視して、いずれか一方
が設定値を超えたことから抑制信号Ａを出力してもよ
い。
【００３６】この抑制信号Ａが出力された時には、電機
子電流ｉRの変動を抑制して電流ｉRの変動によるショッ
ク（キックバック）を抑制する。この方法としては種々
考え得る。例えば電流制御系のゲインを下げたり、電流
計算部１８で電流指令値ｉ*の大きさを目標トルク値ＴM
に対応する値よりも小さくする。また目標トルク演算部
１９で一時的に補助率ηを０にしたり、ゲート駆動部１
４がゲート信号の発生を停止して電機子電流を遮断した
り、制御系の電源を遮断してもよい。さらに位置信号Ｐ
の状態、が変化しないように強制的に固定すること
により、、の状態間の変化を防ぎ、起動不可状態と
判定するのを防いでもよい。
子電流ｉRの変動を抑制して電流ｉRの変動によるショッ
ク（キックバック）を抑制する。この方法としては種々
考え得る。例えば電流制御系のゲインを下げたり、電流
計算部１８で電流指令値ｉ*の大きさを目標トルク値ＴM
に対応する値よりも小さくする。また目標トルク演算部
１９で一時的に補助率ηを０にしたり、ゲート駆動部１
４がゲート信号の発生を停止して電機子電流を遮断した
り、制御系の電源を遮断してもよい。さらに位置信号Ｐ
の状態、が変化しないように強制的に固定すること
により、、の状態間の変化を防ぎ、起動不可状態と
判定するのを防いでもよい。
【００３７】このような起動不可状態と一度判定された
後、この状態から復帰させる際には、復帰判別部２５が
作用する。すなわちこの復帰判別部２５は、例えば位置
信号Ｐから回転子Ｒの正常な回転開始を判別すると、起
動不可状態判別部２４を復帰させ、抑制信号Ａを消去し
て正常な運転状態に戻す。
後、この状態から復帰させる際には、復帰判別部２５が
作用する。すなわちこの復帰判別部２５は、例えば位置
信号Ｐから回転子Ｒの正常な回転開始を判別すると、起
動不可状態判別部２４を復帰させ、抑制信号Ａを消去し
て正常な運転状態に戻す。
【００３８】
【発明の効果】本発明は以上のように、電機子コイルの
相ごとに設けた回転子位置検出器が回転子の所定角ごと
に出力する位置信号に基づいて回転速度を求め、位置信
号と回転速度から回転子の回転角を高い分解能で推定し
ながら電機子電流を正弦波制御する場合に、モータ起動
時に位置信号の変化の態様から、回転子が連続的に回転
しない状態すなわち起動不可状態を判別して電機子電流
の変動を抑制するものである。
相ごとに設けた回転子位置検出器が回転子の所定角ごと
に出力する位置信号に基づいて回転速度を求め、位置信
号と回転速度から回転子の回転角を高い分解能で推定し
ながら電機子電流を正弦波制御する場合に、モータ起動
時に位置信号の変化の態様から、回転子が連続的に回転
しない状態すなわち起動不可状態を判別して電機子電流
の変動を抑制するものである。
【００３９】従ってロータリーエンコーダや高分解能の
センサを用いることなくモータを正弦波制御でき、円滑
な運転が可能になる。また回転子の起動時における電流
指令値（あるいはトルク指令値）の微妙な変動に伴って
出力トルクの不快な変動が発生するのを防ぐことができ
る。このためこのモータを車両に適用した場合には発進
前の待機時に不快な振動（キックバック）が発生せず、
乗り心地を向上させることができる。請求項７の発明に
よれば請求項１の方法の実施に直接使用する装置が得ら
れる。
センサを用いることなくモータを正弦波制御でき、円滑
な運転が可能になる。また回転子の起動時における電流
指令値（あるいはトルク指令値）の微妙な変動に伴って
出力トルクの不快な変動が発生するのを防ぐことができ
る。このためこのモータを車両に適用した場合には発進
前の待機時に不快な振動（キックバック）が発生せず、
乗り心地を向上させることができる。請求項７の発明に
よれば請求項１の方法の実施に直接使用する装置が得ら
れる。
【図１】本発明の電動補助自転車に適用した動力伝達系
統を示す図
統を示す図
【図２】モータの制御装置の説明図
【図３】インバータを示す図
【図４】制御装置の構成を示す図
【図５】各部の出力波形図
【図６】従来装置における各部の出力波形図
１ クランク軸 ４ ３相直流無整流子モータ ８ 後輪（駆動輪） １０ 制御装置 １３ インバータ部 １４ ゲート駆動部 １５ 演算処理部 １６ ホールＩＣ（回転子位置検出器） １７ 推定部 ２４ 起動不可状態判別部 ２５ 復帰判別部 ｉR（ｉU、ｉV、ｉW） 電機子電流 Ｐ（ＰU、ＰV、ＰW） 位置信号 θ 回転角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H115 PA01 PG10 PI13 PU08 PU11 PV24 PV28 QN03 QN06 QN09 QN12 RB26 SE03 TB06 TO12 TO30 5H560 AA08 BB04 BB12 DA03 DA19 DC12 EB01 GG04 HA07 JJ02 JJ19 RR01 SS02 TT11 TT15 UA05 XA02 XA04 XA08
Claims (8)
- 【請求項１】 電機子コイルの各相ごとに設けた回転子
位置検出器が回転子の所定回転角ごとに出力する位置信
号の変化に基づいて回転子の回転速度を検出し、前記位
置信号と回転速度とから回転子の回転角を推定し、この
回転角の推定値に基づいて電機子コイル電流を正弦波制
御する直流無整流子モータの駆動制御方法であって、モ
ータ起動時に前記位置信号の変化の態様に基づいて回転
子が連続的に回転しない起動不可状態を判別し、この起
動不可状態時に電機子コイル電流の変動を抑制すること
を特徴とする直流無整流子モータの駆動制御方法。 - 【請求項２】 位置信号が２つの状態間で繰り返し変化
する時に、その繰り返し回数が所定回数以上になったこ
とから起動不可状態を判別する請求項１の直流無整流子
モータの駆動制御方法。 - 【請求項３】 位置信号が２つの状態間で繰り返し変化
する時に、この繰り返し時間が所定時間以上になったこ
とから起動不可状態を判別する請求項１の直流無整流子
モータの駆動制御方法。 - 【請求項４】 位置信号が２つの状態間で繰り返し変化
する時に、その繰り返し回数と繰り返し時間とを監視
し、これらのいずれか一方が設定値を超えたことから起
動不可状態を判別する請求項１の直流無整流子モータの
駆動制御方法。 - 【請求項５】 起動不可状態の時に、電流制御系のゲイ
ンを下げることにより電機子コイル電流の変動を抑制す
る請求項１〜４のいずれかの直流無整流子モータの駆動
制御方法。 - 【請求項６】 起動不可状態の時に、電流指令値を下げ
ることにより電機子コイル電流を抑制する請求項１〜４
のいずれかの直流無整流子モータの駆動制御方法。 - 【請求項７】 電機子コイルの各相ごとに設けた回転子
位置検出器が回転子の所定回転角ごとに出力する位置信
号の変化に基づいて回転子の回転速度を検出し、前記位
置信号と回転速度とから回転子の回転角を推定し、この
回転角の推定値に基づいて電機子コイル電流を正弦波制
御する直流無整流子モータの駆動制御装置であって、モ
ータ起動時に前記位置信号の変化の態様から回転子が連
続的に回転しない起動不可状態を判別する起動不可状態
判別部と、この起動不可状態の時に電機子コイル電流の
変動を抑制する変動抑制手段とを備えることを特徴とす
る直流無整流子モータの駆動制御装置。 - 【請求項８】 人力駆動系と電動駆動系とを並列に備
え、前記人力駆動系の駆動力に基づいて前記電動駆動系
のモータの電流指令値を制御する電動補助自転車に適用
される請求項７の直流無整流子モータの駆動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29494199A JP2001119985A (ja) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | 直流無整流子モータの駆動制御方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29494199A JP2001119985A (ja) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | 直流無整流子モータの駆動制御方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001119985A true JP2001119985A (ja) | 2001-04-27 |
Family
ID=17814270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29494199A Pending JP2001119985A (ja) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | 直流無整流子モータの駆動制御方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001119985A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013009580A (ja) * | 2011-05-23 | 2013-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | ブラシレスｄｃモータおよび換気送風機 |
| CN109849688A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-06-07 | 常州猛犸电动科技有限公司 | 电动自行车的电机控制方法、装置及控制器、存储介质 |
-
1999
- 1999-10-18 JP JP29494199A patent/JP2001119985A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013009580A (ja) * | 2011-05-23 | 2013-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | ブラシレスｄｃモータおよび換気送風機 |
| CN109849688A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-06-07 | 常州猛犸电动科技有限公司 | 电动自行车的电机控制方法、装置及控制器、存储介质 |
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