JP2006060959A

JP2006060959A - 分巻きモータの電流異常検出システム

Info

Publication number: JP2006060959A
Application number: JP2004242217A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hirano; 浩史平野
Original assignee: Moric Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2006-03-02
Also published as: US20070285117A1

Abstract

【課題】分巻きモータの電機子コイルの電流検出量に対して、予め設定した適正量の界磁電流が流れているかどうかを常時チェックする電流異常検出システムを提供する。
【解決手段】バッテリを電源として、コントローラ内に形成された電機子駆動回路および界磁駆動回路によってそれぞれ制御されるとともに、それぞれに電流センサを備えた電機子コイルおよび界磁コイルを有する直流分巻きモータにおいて、電機子コイルに流れる電流量に対して予め設定された界磁コイルの電流指令値と、電流センサによって検出される界磁コイルの電流検出値との偏差が、所定の許容範囲を超えた状態が所定時間以上経過したときに、異常であると判定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、ゴルフカー等の電動車両の駆動源として用いられる直流分巻きモータにおいて、モータの電機子電流および界磁電流を制御する電流センサ等の電流制御機構の異常を検出する分巻きモータの電流異常検出システムに関するものである。

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において、バッテリを電源とし、その電源に、電機子コイルと界磁コイルとを有する直流分巻き式のモータが駆動装置として接続されたものが知られている。

分巻きモータは、通常、モータ特性に応じて設定されるマップに従って、電機子コイルおよび界磁コイルに供給する電流量をそれぞれ独立して制御する。図３および図４は、後述の本発明に適用される電機子電流および界磁電流の説明図である。図３は、アクセルペダルの踏み込みによるアクセル開度に応じて、電機子コイルへ供給される適正量の電流指令値を示す。また、図４は、電機子電流（Ｉａ）−界磁電流（Ｉｆ）マップであり、電機子コイルに流れる電流量に応じて、最も消費電力が少なくモータが最大効率で稼働するための界磁コイルの電流量を示す。このように、予め設定されたＩａ−Ｉｆマップに従って、電機子コイルの電流に応じて界磁コイルへ所定の電流が供給され、モータに所定のトルクが発生し、電動車両のさまざまな運転状態に合わせて動作を制御することができる。

上記の電流制御を行うために、コントローラに、電機子コイルを制御する電機子駆動回路および界磁コイルを制御する界磁駆動回路が設けられ、電機子コイルと電機子駆動回路との間、および界磁コイルと界磁駆動回路との間に、それぞれ電流センサが設けられる。

図７は、従来の分巻きモータにおける電流制御を示すフローチャートである。

ステップＵ１：アクセルペダルの踏み込み量に応じて、電機子コイルへの電流指令値を算出する。
ステップＵ２：電機子コイルおよび界磁コイルの電流値を、それぞれの電流センサによって検出する。
ステップＵ３：ステップＵ２で検出された電機子コイルの電流値に応じて、Ｉａ−Ｉｆマップに従って、界磁コイルへの電流指令値を算出する。
ステップＵ４：ステップＵ１およびステップＵ３で算出されたそれぞれの電流指令値（アンペア単位）を、ＰＷＭ制御によるＤｕｔｙ比の値に変換する計算を行う。
ステップＵ５：電機子側および界磁側の電流センサから検出される電流値に基づいて、ステップＵ４の指令値を目標値としてフィードバック制御を行う。従って、電流の検出値と指令値との差に応じて、更に指令値が更新される。

上記の処理は、所定時間毎のサイクルで連続的に繰り返される。従って、電機子側および界磁側に設けられた電流センサによって、常に電流値が検出される。尚、１回目のサイクルにおいては、ステップＵ２の電流検出値はゼロである。

このような従来の電流制御では、コントローラ等の熱的破壊を防ぐために、電機子コイルおよび界磁コイルに流れる電流値が所定の数値を超えて過電流となったとき、例えば電機子電流が３００アンペア以上、界磁電流が２０アンペア以上となったときに、異常と判断し、通電を停止する。即ち、界磁電流や電機子電流は、各々それ自体の電流値を検出してその電流値が上記所定の過電流以上のときに、異常と判定する。

ところが、界磁電流が所定の過電流以下であっても、Ｉａ−Ｉｆマップに従った適正な界磁電流以上の場合、即ち図４の斜線部（Ａ領域）の場合は、界磁電流がＩａ−Ｉｆマップの線上よりも上側に外れているため、モータの運転効率が悪くなる。このような斜線部Ａの領域は、異常と判定される過電流となる電流値（界磁電流２０アンペア）以下であるため、従来はそのまま運転が続けられ、これを異常と判定する手段がなかった。このような状態は、電流センサまたはコントローラの故障時や結線の異常、或いは、モータ特性の異なるモータに交換したとき等に起こりうる。この場合、界磁電流が指令値よりも多い状態で運転され、モータの運転効率が低下し、バッテリの無駄な消費を招く。
特開平１０−３０９００５号公報

本発明は、上記従来技術を考慮してなされたものであり、分巻きモータの電機子コイルの電流検出量に対して、予め設定した適正量の界磁電流が流れているかどうかを常時チェックする分巻きモータの電流異常検出システムの提供を目的とする。

請求項１の発明は、バッテリを電源として、コントローラ内に形成された電機子駆動回路および界磁駆動回路によってそれぞれ制御されるとともに、それぞれに電流センサを備えた電機子コイルおよび界磁コイルを有する直流分巻きモータにおいて、電機子コイルに流れる電流量に対して予め設定された界磁コイルの電流指令値と、電流センサによって検出される界磁コイルの電流検出値との偏差が、所定の許容範囲を超えた状態が所定時間以上経過したときに、異常であると判定することを特徴とする分巻きモータの電流以上検出システムを提供する。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、異常が判定されると、直ちに異常処理が行われることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、異常処理が行われるときに、前記コントローラに異常履歴を記録することを特徴とする。

請求項１の発明によると、界磁電流が、それ自体で異常と判定される所定の過電流以下であっても、予め設定された電機子電流に対応した適正な界磁電流を超えている場合に、この状態を異常と判別できる。従って、予め設定した最大効率のＩａ−Ｉｆマップから外れた運転状態を的確に判別できる。また、既存の電流センサおよびコントローラ内のＣＰＵを用いて、ＣＰＵのプログラムを追加することによって実施できるので、新たな装置等を設けることなく、容易且つ安価に実施することができる。

請求項２の発明によると、通電停止や警告等の異常処理が行われることにより、ユーザが異常に気付かなくても、界磁電流量が予め設定された最大効率の電流値から外れたままで運転を続けることがなくなる。

請求項３の発明によると、端末機等でコントローラの内容を読み取って、異常履歴を確認することができ、異常時に過去の異常状態を考慮した適切な対処方法をとることができる。

図１は、本発明に係る電動車両の一例として、電動ゴルフカーの構成を示す。

このゴルフカー１は、左右一対の前輪３及び後輪４を有し、運転者が座席（不図示）への着座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、ステアリング９、メインスイッチ１１、前後進の方向切替スイッチ１３が取り付けられている。ブレーキペダル８の操作により前輪３が制動され、ステアリング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および方向切替スイッチ１３は、コントローラ２に接続されている。アクセルペダル７の踏み込み操作は、コントローラ２に接続されたペダルスイッチ１２およびアクセル開度センサ１４へ伝えられ、アクセルのオンオフおよび踏み込み量の検出信号がコントローラ２へ送られ、これに応じてモータ出力が制御される。

電源として、複数個のバッテリ１０が搭載される。バッテリ１０は例えば合計４８Ｖであり、リレー１５を介してコントローラ２に接続される。後輪４のシャフト４ａには、モータ５の出力側に連結されたギヤボックス６が装着される。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のゴルフカー１のブロック回路図である。

ゴルフカー１を駆動する分巻き式のモータ５およびコントローラ２の電源電圧は、バッテリ１０から供給される。バッテリ１０から送られた電源電圧は、リレー１５を介してモータ５の駆動電源（４８Ｖ）として用いられるとともに、電源回路１９を介してメモリや制御回路を有するＣＰＵ２１に供給される。

バッテリ１０の電源電圧は、ヒューズ１６、トーランスイッチ１７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１７は、例えば牽引走行時等に自動ブレーキ回路の動作を停止するように、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の例えば４８Ｖの電源電圧は、降圧レギュレータ１８および電源回路１９によって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、ペダルスイッチ１２、方向切替スイッチ１３、およびアクセル開度センサ１４等からの信号は、ＣＰＵ２１に入力される。ＣＰＵ２１は、これらの信号に基づいて、モータ５を駆動制御する。

分巻き式のモータ５は、電機子コイル５２および界磁コイル５３を有し、それぞれ電機子駆動回路２２および界磁駆動回路２３と接続される。電機子駆動回路２２および界磁駆動回路２３は、いずれも複数のＦＥＴから形成される。電機子コイル５２および界磁コイル５３には、それぞれ電機子駆動回路２２および界磁駆動回路２３を介して、ＣＰＵ２１内の電機子ＰＷＭ演算回路および界磁ＰＷＭ演算回路（不図示）で演算された指令電流が印加される。電機子電流および界磁電流は、駆動パルス幅の割合を指示するＰＷＭ信号による指令に従って通電される。

電機子駆動回路２２および界磁駆動回路２３とモータ５の電機子コイル５２および界磁コイル５３との間には、それぞれ電流センサ２４，２５が設けられる。そして、実際に電機子コイル５２および界磁コイル５３に流れる電流を検出し、この検出電流によって、ＣＰＵ２１からのモータ５の駆動指令信号がフィードバック制御される。これにより、モータ５の電機子コイル５２および界磁コイル５３に流れる電流が的確に制御され、アクセルペダルの踏み込み量に応じたトルクをモータ５に発生させる。

前述の図３で説明したように、アクセル開度に応じて電機子電流の指令値が演算され、この電機子電流に応じて、図４のＩａ−Ｉｆマップにより界磁電流が演算される。このＩａ−Ｉｆマップは、個々のモータ毎のモータ特性に応じて予めプログラムし、ＣＰＵ２１内のメモリ（不図示）に記憶させておく。ＣＰＵ２１内では、このマップに基づいて、電機子電流に応じた界磁電流指令値が算出される。尚、電機子電流を算出するためのアクセル−電機子電流マップを予め図３の特性に基づいて作成し、メモリに格納してもよい。

図３に示すように、アクセル開度に応じて、電機子コイル５２へ供給される電流の適正量である電流指令値が設定される。運転者がアクセルペダルを踏み込んだときに、この特性に応じて、所定の車速を得るために必要な電機子電流量が算出される。

図４はＩａ−Ｉｆマップであり、電機子コイル５２の電流値に対して、最も消費電力が少なく最大効率でモータ５が稼働されるときの界磁コイル５３の電流量を示す。このとき、電機子電流の値は、実際に電機子側の電流計２４で検出される検出値による。そのため、図３の特性に応じて算出された電流指令値に比べると、通常、車両や走行条件などの負荷による減少分だけ少なくなる。

ＣＰＵ２１内での演算結果に基づき、電機子コイル５２および界磁コイル５３へ所定の電流が供給される。これにより、モータ５に所定のトルクが発生し、電動車両のさまざまな運転状態に合わせて動作を制御することができる。

図５は、本発明に係る電流制御手順を示すフローチャートであり、ＣＰＵ２１によって処理される。ステップＳ１〜Ｓ５の処理内容は、前述の従来例のステップＵ１〜Ｕ５と同様である。

ステップＳ１：アクセルペダル７の踏み込み量に応じて、図３の特性に従って、電機子コイル５２への電流指令値を算出する。
ステップＳ２：電機子コイル５２および界磁コイル５３の電流値を電流センサ２４，２５によって検出する。
ステップＳ３：ステップＳ２で検出された電機子コイル５２の電流値に応じて、図４のＩａ−Ｉｆマップに従って、界磁コイル５３への電流指令値を算出する。
ステップＳ４：ステップＳ１およびステップＳ３で算出されたそれぞれの電流指令値（アンペア単位）を、ＰＷＭ制御によるＤｕｔｙ比の値に変換する計算を行う。
ステップＳ５：電機子コイル５２および界磁コイル５３から検出される電流値に基づいて、ステップＳ４の指令値を目標値としてフィードバック制御を行う。従って、電流の検出値と指令値との差に応じて、更に指令値が更新される。
ステップＳ６：後述する電流異常判定処理を行う。
ステップＳ７：ステップＳ６で異常と判定されたときに、異常処理を行う。通常は、通電を停止して電動車両を停止させる。これとともに、警告音や警告灯などによって警報を発してもよい。異常処理が行われたときには、コントローラ内に異常履歴データを記録する。尚、ステップＳ６で異常が検出されなかったときには、ステップＳ７は省略される。

上記の処理は、通電中、所定時間毎のサイクルで連続的に繰り返される。

図６は、本発明の異常判定処理の手順を示すフローチャートであり、図５のステップＳ６の詳細な処理内容を示す。

ステップＴ１：Ｉａ−Ｉｆマップによる界磁電流の指令値と、電流センサ２５による界磁電流の検出値とから、偏差を算出する。
ステップＴ２：ステップＴ１の偏差が、予め定めた許容値よりも大きいかどうかを判定する。この許容値は、図４のＩａ−Ｉｆマップに従って予め設定する。
ステップＴ３：偏差が許容値を超えている場合には、超えた状態での経過時間を計測する。これは、電流指令値を算出してから、実際に通電し、その電流が検出されるまでに遅れが生じるためであり、これにより、急激な電流指令値の変動があった場合（加減速時など）に、瞬間的に偏差が大きくなり異常と誤判定されることを防ぐ。
ステップＴ４：偏差が許容値を超えていない場合には、正常と判断され、タイマをリセットして経過時間をクリアする。これは、現在までの経過時間をクリアしておかなければ、次のフローで異常が検出されたときに、既に経過時間がカウントされ、異常検出からの経過時間を正確に計測できなくなるためである。
ステップＴ５：ステップＴ３で計測した経過時間が規定時間よりも長いかどうかを判定する。この規定時間は、電動車両の応答性等に応じて、予め設定する。偏差が許容値を超えた時間が、規定時間よりも短い場合には、異常とは判定しない。
ステップＴ６：規定時間よりも長い時間が計測されると、異常判定となり、その後、図５のステップＳ７の異常処理を行う。

以上のように、界磁電流の検出値とＩａ−Ｉｆマップによる指令値との偏差を連続的にチェックすることにより、常に、電機子電流に応じた適正な量の界磁電流が保持される。従って、従来は異常判定されなかった図４のＡ領域の異常も、正確に判定することができる。

本発明は、前述のようなゴルフカーの他、各種電動車両に用いられる分巻きモータに適用できる。

本発明に係るゴルフカーの構成を示す平面図。本発明を実現する回路ブロック図。モータの電機子電流指令値を制御する際に用いられるグラフ。モータの界磁電流を設定したＩａ−Ｉｆマップ。本発明に係る電流制御の処理手順を示す流れ図。本発明の処理手順を示す流れ図。従来の電流制御の処理手順を示す流れ図。

符号の説明

１：ゴルフカー、２：コントローラ、３：前輪、４：後輪、４ａ：シャフト、５：モータ、６：ギヤボックス、７：アクセルペダル、８：ブレーキペダル、９：ステアリング、１０：バッテリ、１１：メインスイッチ、１２：ペダルスイッチ、１３：方向切替スイッチ、１４：アクセル開度センサ、１５：リレー、１６：ヒューズ、１７：トーランスイッチ、１８：降圧レギュレータ、１９：電源回路、２１：ＣＰＵ、２２：電機子駆動回路、２３：界磁駆動回路、２４，２５：電流センサ、５２：電機子コイル、５３：界磁コイル。

Claims

バッテリを電源として、コントローラ内に形成された電機子駆動回路および界磁駆動回路によってそれぞれ制御されるとともに、それぞれに電流センサを備えた電機子コイルおよび界磁コイルを有する直流分巻きモータにおいて、前記電機子コイルに流れる電流量に対して予め設定された前記界磁コイルの電流指令値と、前記電流センサによって検出される前記界磁コイルの電流検出値との偏差が、所定の許容範囲を超えた状態が所定時間以上経過したときに、異常であると判定することを特徴とする分巻きモータの電流異常検出システム。
請求項１に記載の異常検出システムによって異常が判定されると、直ちに異常処理が行われることを特徴とする分巻きモータの電流異常検出システム。
前記異常処理が行われるときに、前記コントローラに異常履歴を記録することを特徴とする請求項２に記載の分巻きモータの電流異常検出システム。