JP2005323434A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 車速を検出するためのエンコーダやスピードセンサを用いることなく車速を演算して車速制御が可能で、構造を簡素化しコストの低減を図ることができる電動車両を提供する。
【解決手段】 動力駆動源となる直流分巻モータ５と、この分巻モータ５の電機子コイル６５及び界磁コイル６６の各々にモータ駆動電流を出力する制御装置（ＣＰＵ２１）と、前記電機子コイル６５及び界磁コイル６６に流れる電流をそれぞれ検出してモータ駆動電流をフィードバック制御するための電流センサ７３，７４とを備えた電動車両において、前記電流センサ７３，７４で検出した電流値に基づいて車速を演算する車速演算回路７２を備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、分巻モータを動力駆動源とする電動車両に関する。

従来より、特許文献１に示すように、ゴルフカー等の電動車両の動力駆動源として、共通の電源に電機子コイルと界磁コイルとが並列に接続された直流分巻モータが用いられている。

分巻モータは、電機子コイルと界磁コイルをそれぞれ独立して作動させることが可能であり、アクセルペダルの踏込み量や車速等に基づいて電機子コイルに供給される電流が制御される。この電機子コイルの電流量に対して、一定の又はモータ特性に応じて予め定められた界磁マップにしたがって、界磁コイルに所定の電流が供給される。これにより、モータに所定のトルクが発生し、さまざまな運転状態に応じてモータを駆動制御することができる。

このような電動車両において、ゴルフカーなどでは、コース内を所定の制限速度以下で走行するために車速を検出して制限速度を越えたら回生制動を行うようにモータの駆動電流を制御したり、車速に応じて電機子コイルの電流に対する界磁コイルの電流を定めたマップを変えて車速に対応した最適なモータ制御を行うようにモータ駆動電流を制御している。

このような車速制御を行う場合、従来は車速を計測するために、モータにエンコーダを設けてモータ回転数を検出し、この回転数から車速を演算して求めたり、あるいはモータ軸又は車軸に突起あるいはマグネット等の検出部を設け、これをスピードセンサにより検出し、その検出パルスから車速を演算して求めている。

しかしながら、車速を検出するためにモータにエンコーダを取付けたり、あるいはスピードセンサを設けると、構造が複雑になるとともにコスト的な負担が大きくなる。

特開平１０−３０９００５号公報

本発明は上記従来技術を考慮したものであって、車速を検出するためのエンコーダやスピードセンサを用いることなく車速を演算して車速制御が可能で、構造を簡素化しコストの低減を図ることができる電動車両の提供を目的とする。

請求項１の発明では、動力駆動源となる直流分巻モータと、この分巻モータの電機子コイル及び界磁コイルの各々にモータ駆動電流を出力する制御装置と、前記電機子コイル及び界磁コイルに流れる電流をそれぞれ検出してモータ駆動電流をフィードバック制御するための電流センサとを備えた電動車両において、前記電流センサで検出した電流値に基づいて車速を演算する車速演算回路を備えたことを特徴とする電動車両を提供する。

請求項２の発明では、前記車速演算回路は、モータの逆起電圧に基づいてモータの角速度を演算することを特徴とする請求項１に記載の電動車両を提供する。

請求項３の発明では、モータの逆起電圧をＶ_ｒ、角速度をω、逆起電圧常数をＫ_ｖとすると、
ω＝Ｖ_ｒ／Ｋ_ｖ
＝（Ｖ_Ｂ＊DUTY−Ｒ_ｍ＊Ｉ_ｍ）／Ｋ_ｖ
（ただし、Ｖ_Ｂはバッテリ電圧、DUTYはモータ電流のＰＭＷ指示値、Ｉ_ｍはモータの電機子コイルの電流値、Ｒ_ｍはモータ等価抵抗）に基づいて角速度を演算することを特徴とする請求項２に記載の電動車両を提供する。

請求項１の発明によれば、分巻モータをフィードバック制御するための電流センサを利用して、電流センサの検出値から車速を演算して車速制御ができるため、エンコーダやスピードセンサが不要になって、部品点数の削減が可能になり構成が簡素化するとともにコストの低減が図られる。

請求項２の発明によれば、モータ角速度は、逆起電力に比例することを利用して、モータの逆起電力を算出してこれに基づいて角速度を算出し、角速度から車速を演算することができる。

請求項３の発明によれば、モータ特性に応じて予め分かっている逆起電圧常数Ｋ_ｖ及びモータ等価抵抗Ｒ_ｍを用い、バッテリ電圧Ｖ_Ｂを検出し、モータへのＰＷＭ指示値をであるDUTY値を制御回路から求め、電機子コイルの電流値I_ｍを電流センサで検出し、これらの値を用いてモータの角速度を演算することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る電動ゴルフカーの構成図である。
このゴルフカー１は、左右一対の前輪３及び後輪４を有する。運転者が座席（不図示）に座った姿勢で操作可能な位置に、アクセルペダル７、ブレーキペダル８、ハンドル９、メインスイッチ１１及び方向切替スイッチ１３が備わる。ブレーキペダル８の操作により、前輪３が制動される。ハンドル９の操作により前輪３の方向が変わる。メインスイッチ１１及び方向切替用シフトスイッチ１３は、コントローラ２に接続される。アクセルペダル７の踏込み操作により、アクセルペダルスイッチ１２及びアクセル開度センサ１４が連動して、アクセルのオン・オフ信号及びスロットル開度信号がコントローラ２に送られる。

電源として複数個のバッテリ１０（例えば合計４８Ｖ）が搭載される。バッテリ１０は、リレー１５を介してコントローラ２に接続される。後輪４の車軸４ａには、分巻モータ５の出力側に連結された減速ギヤボックス６が装着される。分巻モータ５は、コントローラ２によって駆動制御される。

図２は、図１の電動ゴルフカーのブロック回路図である。
車両を駆動する分巻モータ５及びこれを駆動制御するコントローラ２の電源電圧はバッテリ１０から供給される。このバッテリ１０からの電源電圧（４８Ｖ）は、リレー１５を介して分巻モータ５に供給されるとともに、ヒューズ６１、トーランスイッチ６２を介してコントローラ２に供給される。トーランスイッチ６２は、例えば牽引走行時などでの自動ブレーキ回路の動作を停止するときのように、必要に応じてコントローラ２への電源供給を停止するためのものである。コントローラ２内で、バッテリ１０の電源電圧は、降圧レギュレータ６３及び電源回路６４により５Ｖに変換され、コントローラ２内の各演算回路や駆動回路に供給される。

メインスイッチ１１、アクセルペダルスイッチ１２、方向切替用シフトスイッチ１３及びアクセル開度センサ１４からの信号は、ＣＰＵ２１に入力される。ＣＰＵ２１は、これらの信号に基づいて分巻モータ５を駆動制御する。

分巻モータ５は、電機子コイル６５及び界磁コイル６６を有する。電機子コイル６５には、電機子駆動回路６７を介してＣＰＵ２１の電機子ＰＷＭ演算回路６９で演算された指令電流が印加される。この場合、指令信号は駆動パルス幅の割合（％）を指示するＰＷＭ信号であり、このＰＷＭ（％）の指令にしたがって、電機子コイル６５に駆動電流が通電される。

電機子駆動回路６７は、例えば８個ずつのＦＥＴを２列に設けたバイポーラ回路からなり、各列のＦＥＴを交互にオン又はオフに切換えて電機子コイル６５に駆動電流を印加する。

界磁駆動回路６８は、例えば４個のＦＥＴからなるＨブリッジ回路からなり、斜め方向に対になるＦＥＴ同士を同時にオン又はオフに切換えることにより、電流の向きを変えることができる。

界磁コイル６６には、界磁駆動回路６８を介してＣＰＵ２１の界磁ＰＷＭ演算回路７０で演算された指令電流が印加される。界磁コイル６６の指令信号は、予めメモリ７１に格納された、図３に示すような、Ｉａ−Ｉｆマップに基づいて算出される。このＩａ−Ｉｆマップは、モータ特性にしたがって、最大効率でモータが駆動される電機子電流（Ｉａ）に対する界磁電流（Ｉｆ）を示すマップである。

この界磁電流の指令信号は、電機子電流の場合と同様に、駆動パルス幅の割合（％）を指示するＰＷＭ信号であり、このＰＷＭ（％）の指令にしたがって、界磁コイル６６に駆動電流が通電される。

電機子コイル６５に実際に流れる電流は、電流センサ７３により検出され、電機子コイルの指令信号がフィードバック制御される。また、界磁コイル６６に実際に流れる電流は、電流センサ７４により検出され、界磁コイルの指令信号がフィードバック制御される。

ＣＰＵ２１は、車速演算回路７２を有する。この車速演算回路７２は、以下のように、電機子コイルの電流センサ７３の検出値に基づいて車速を演算する。

これは、モータ角速度が逆起電圧に比例するという原理に基づく。比例常数は、逆起電圧常数である。モータ角速度ωは、以下の式に基づいて算出される。
Ｖ_ｒ＝Ｋ_ｖ＊ω
ｅ^０＝Ｖ_Ｂ＊DUTY
ｅ^０＝Ｒ_ｍ＊Ｉ_ｍ＋Ｋ_ｖ＊ω
したがって、
ω＝Ｖ_ｒ／Ｋ_ｖ＝（Ｖ_Ｂ＊DUTY−Ｒ_ｍ＊Ｉ_ｍ）／Ｋ_ｖ
ただし、Ｖ_ｒ：逆起電圧（Ｖ）
ｅ^０：モータ印加電圧（Ｖ）
Ｒ_ｍ：モータ等価抵抗（Ω）
Ｉ_ｍ：モータ電流（電機子コイル電流）（Ａ）
Ｋ_ｖ：逆起電圧常数（Ｖ／ｒａｄ／ｓ） Ｋ_ｖは界磁電流Ｉｆに比例
ω：モータ角速度（ｒａｄ／ｓ）
Ｖ_Ｂ：バッテリ電圧（Ｖ）
DUTY：ＰＷＭ指示値（％）
である。

モータ角速度が求まると、予め分かっているモータから車軸への機械的伝達特性に応じて一義的に車速が算出される。

本発明は、電動ゴルフカーなどの電動車両に適用可能である。

本発明の実施形態に係る電動ゴルフカーの構成図。 図１の電動ゴルフカーの分巻モータのブロック回路図。 Ｉａ−Ｉｆマップの例を示す図。

符号の説明

１：電動ゴルフカー、２：コントローラ、３：前輪、４：後輪、
４ａ：車軸、５：分巻モータ、６：減速ギヤボックス、
７：アクセルペダル、８：ブレーキペダル、９：ハンドル、
１０：バッテリ、１１：メインスイッチ、
１２：アクセルペダルスイッチ、１３：方向切替用シフトスイッチ、
１４：アクセル開度センサ、２１：CPU、６１：ヒューズ、
６２：トーランスイッチ、６３：降圧レギュレータ、６４：電源回路、６５：電機子コイル、６６：界磁コイル、６７：電機子駆動回路、
６８：界磁駆動回路、６９：電機子ＰＷＭ演算回路、
７０：界磁ＰＷＭ演算回路、７１：メモリ、７２：車速演算回路。

Claims (3)

1. 動力駆動源となる直流分巻モータと、
   この分巻モータの電機子コイル及び界磁コイルの各々にモータ駆動電流を出力する制御装置と、
   前記電機子コイル及び界磁コイルに流れる電流をそれぞれ検出してモータ駆動電流をフィードバック制御するための電流センサとを備えた電動車両において、
   前記電流センサで検出した電流値に基づいて車速を演算する車速演算回路を備えたことを特徴とする電動車両。
2. 前記車速演算回路は、モータの逆起電圧に基づいてモータの角速度を演算することを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
3. モータの逆起電圧をＶ_ｒ、角速度をω、逆起電圧常数をＫ_ｖとすると、
   ω＝Ｖ_ｒ／Ｋ_ｖ
   ＝（Ｖ_Ｂ＊DUTY−Ｒ_ｍ＊Ｉ_ｍ）／Ｋ_ｖ
   （ただし、Ｖ_Ｂはバッテリ電圧、DUTYはモータ電流のＰＭＷ指示値、Ｉ_ｍはモータの電機子コイルの電流値、Ｒ_ｍはモータ等価抵抗）に基づいて角速度を演算することを特徴とする請求項２に記載の電動車両。
   

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