JP2022012639A - 駆動ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】適切にモータの出力トルクを制御することのできる駆動ユニットを提供する。【解決手段】駆動ユニット１００は、モータ３、第１検出部４、及び制御部６を備える。第１検出部４は、移動体の車速に関する車速情報を検出する。制御部６は、モータ３をＰＷＭ制御する。制御部６は、第１検出部４によって検出された車速情報に応じて、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動ユニットに関するものである。
ハンドリフト、台車、又は車椅子などの移動体に駆動ユニットを取り付けて、移動体の性能を高めることが提案されている。駆動ユニットは、車輪を回転駆動するためのモータを有している（特許文献１参照）。モータは、回転速度が高くなると最大出力トルクが低くなり、回転速度が低くなると最大出力トルクが高くなるという特性を有している。
特表２０１４－５１２３０７号公報
上述した駆動ユニットは、最大能力でモータを駆動すると始動時に高トルクを出力するため、始動時に急加速したり駆動輪がスリップしてしまったりするおそれがある。これらを防ぐために、駆動電圧値（又はその結果としての電流値）を一律に制限してモータのトルクを抑えると、モータの回転速度の最大値も低下してしまうという問題が発生する。このため、より適切にモータの出力トルクを制御することが要望されている。
本発明の課題は、適切にモータの出力トルクを制御することのできる駆動ユニットを提供することにある。
本発明のある側面に係る駆動ユニットは、移動体に取り付けられる駆動ユニットであって、モータと、第１検出部と、制御部とを備える。第１検出部は、移動体の車速に関する車速情報を検出する。制御部は、モータをＰＷＭ制御する。制御部は、第１検出部によって検出された車速情報に応じて、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御する。
この構成によれば、車速情報に応じて制御部がＰＷＭ信号のデューティ比を制御するため、例えば、モータの回転速度が高くなるにつれてデューティ比が大きくなるようにデューティ比を制御することができる。このため、モータの回転速度が低いときにデューティ比は小さくなるため、出力トルクも小さくなる。したがって、始動時の急加速や駆動輪がスリップするという問題を抑制することができる。また、モータの回転速度が高いときにデューティ比は大きくなるため、モータの回転速度の最大値の低下を抑制することもできる。以上のように、上述した駆動ユニットは、適切にモータの出力トルクを制御することができる。
好ましくは、制御部は、モータの回転速度の増加に伴い、デューティ比を増加させる。
好ましくは、第１検出部は、車速情報としてモータの回転速度を検出する。
好ましくは、制御部は、第１モード及び第２モードを選択的に実行する。制御部は、第１モードにおいて、車速情報に応じてデューティ比が増減するように制御する。また、制御部は、第２モードにおいて、車速情報に関わらずデューティ比が一定となるように制御する。
好ましくは、駆動ユニットは、第２検出部をさらに備える。第２検出部は、モータの電流を検出するように構成される。制御部は、第２検出部によって検出されたモータの電流に応じて、デューティ比を補正する。
好ましくは、駆動ユニットは、第３検出部をさらに備える。第３検出部は、モータの温度を検出するように構成される。制御部は、第３検出部によって検出されたモータの温度に応じて、デューティ比を補正する。
好ましくは、駆動ユニットは、第４検出部をさらに備える。第４検出部は、移動体上に載置される物体の重量を検出するように構成される。制御部は、第４検出部によって検出された重量に応じて、デューティ比を補正する。
好ましくは、駆動ユニットは、補正値入力装置をさらに備える。補正値入力装置は、使用者によって操作される。制御部は、補正値入力装置の操作量に応じて、デューティ比を補正する。
好ましくは、駆動ユニットは、モータドライバをさらに備える。制御部は、モータドライバを介して、モータを制御する。
本発明によれば、適切にモータの出力トルクを制御することができる。
駆動ユニットのブロック図。 回転速度とデューティ比との関係を示すグラフ。 制御部の処理の一例を示すフローチャート。 制御部の処理の一例を示すフローチャート。 回転速度とトルクとの関係を示すグラフ。 変形例に係る制御部の処理の一例を示すフローチャート。 変形例に係る駆動ユニットのブロック図。 変形例に係る駆動ユニットのブロック図。 変形例に係る駆動ユニットのブロック図。 変形例に係る駆動ユニットのブロック図。
以下、本実施形態に係る駆動ユニット１００について図面を参照しつつ説明する。駆動ユニット１００は、移動体に取り付けられる。移動体として、ハンドリフト、台車、無人搬送車、車椅子、又はキックボードなどを例示することができる。移動体は、物体を運搬するように構成されている。なお、物体とは人物なども含む概念である。移動体は、例えば、車輪を含んでいる。
＜駆動ユニット＞
図１に示すように、駆動ユニット１００は、入力装置２、モータ３、第１検出部４、モータドライバ５、及び制御部６を備えている。また、駆動ユニット１００は、バッテリ７、及び駆動輪（図示省略）を有している。
＜入力装置＞
入力装置２は、例えばオンオフスイッチである。使用者が入力装置２を操作することによって、入力装置２が制御部６にオンオフ信号を出力する。この結果、モータ３が駆動したり停止したりする。
＜モータ＞
モータ３は、駆動ユニット１００の駆動輪を回転駆動するように構成されている。モータ３は、モータドライバ５を介してバッテリ７から電力が供給される。モータ３は、モータドライバ５から出力される電圧及び電流に応じて駆動する。
＜第１検出部＞
第１検出部４は、移動体の車速に関する車速情報を検出するように構成されている。第１検出部４は、例えば、モータ３の回転速度を検出する。第１検出部４は、例えば、ロータリエンコーダなどによって構成される。第１検出部４は、制御部６に車速情報を出力する。なお、第１検出部４は、モータドライバ５を介して制御部６に車速情報を出力してもよい。第１検出部４はモータ３に内蔵されていてもよい。
＜モータドライバ＞
モータドライバ５は、モータ３、制御部６、及びバッテリ７と電気的に接続されている。モータドライバ５は、バッテリ７からの電流及び電圧をモータ３に出力する。モータドライバ５は、制御部６からの指示信号に基づき、モータ３を駆動する。詳細には、モータドライバ５は、制御部６から指示信号を受信し、その指示信号に応じた電圧及び電流をモータ３に出力する。
＜制御部＞
制御部６は、モータ３をＰＷＭ制御する。制御部６は、第１検出部４によって検出された車速情報に応じて、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御する。具体的には、制御部６は、モータ３の回転速度の増加に伴い、デューティ比を増加させる。
制御部６は、入力装置２からオン信号を取得した場合、制御部６は、第１モードを実行する。第１モードにおいて、制御部６は車速情報に応じてデューティ比が増減するように制御する。
制御部６は、車速情報に基づきＰＷＭ信号のデューティ比を演算する。なお、制御部６は、例えば、図２に示すように、モータ３の回転速度が高くなるにつれて大きくなるようにデューティ比を設定することができる。デューティ比の増加率は、例えば、一定である。すなわち、デューティ比は、直線的に増加する。なお、デューティ比の増加率は一定でなくてもよい。例えば、デューティ比の増加率は、回転速度が高くなるにつれて大きくなってもよいし、回転速度が高くなるにつれて小さくなってもよい。
図１に示すように、制御部６は、上記のようにデューティ比を演算し、その演算結果を指示信号としてモータドライバ５に出力する。モータドライバ５は、制御部６によって算出されたデューティ比に基づき、モータ３に電圧及び電流を出力する。
制御部６は、入力装置２からのオフ信号を取得した場合、モータ３の電気駆動を停止する。すなわち、制御部６は、モータドライバ５からモータ３への電圧及び電流の出力を停止する。
制御部６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＲＯＭ(Read Only Memory)等を備えるコンピュータ（例えばマイクロコンピュータ）によって構成されている。ＲＯＭには、ＰＷＭ信号のデューティ比を演算するためのプログラムが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行する。
＜制御部の動作＞
次に、図３及び図４のフローチャートを参照しつつ、制御部６により実行される処理の一例を説明する。
まず、制御部６は、入力装置２からオンオフ信号を取得する（ステップＳ１）。そして、制御部６は、入力装置２からの信号がオン信号か否か判定する（ステップＳ２）。
制御部６は、入力装置２からの信号がオン信号ではない、すなわち、入力装置２からの信号がオフ信号であると判定すると（ステップＳ２のＮｏ）、モータ３の電気駆動を停止する（ステップＳ３）。詳細には、制御部６は、モータドライバ５からモータ３への電圧及び電流の出力を停止する。なお、モータ３が既に停止している場合は、制御部６はその停止を継続させる。
一方、制御部６は、入力装置２からの信号がオン信号であると判定すると（ステップＳ２のＹｅｓ）、第１モードを実行する（ステップＳ４）。
図４に示すように、第１モードにおいて、制御部６は、以下の処理を実行する。まず、制御部６は、第１検出部４によって検出された車速情報を取得する（ステップＳ４１）。制御部６は、第１検出部４から直接、車速情報を取得してもよいし、モータドライバ５を介して車速情報を取得してもよい。
次に、制御部６は、取得した車速情報に基づき、デューティ比を演算する（ステップＳ４２）。具体的には、制御部６は、モータ３の回転速度とデューティ比との関係を表す関数又はテーブルなどにしたがって、デューティ比を演算する。
そして、算出されたデューティ比に基づいてモータドライバ５が電圧及び電流をモータ３に出力するように、制御部６はモータドライバ５に指示信号を出力する（ステップＳ４３）。
以上のように構成された駆動ユニット１００によると、図５に示すように、以下のような効果を得ることができる。なお、図５は、モータ３の回転速度とモータ３の出力トルクとの関係を示すグラフである。
図５の点線は、デューティ比を制御せずにデューティ比を一定として（例えばデューティ比１００％）モータ３を駆動させた場合の回転速度とトルクとの関係を示している。回転速度が低いとき、すなわち始動時に最大トルクでモータが回転する。このため、急加速やスリップなどの問題が生じるおそれがある。
そこで、デューティ比を一律に低下させると（例えばデューティ比５０％）、回転速度とトルクとの関係は図５の二点鎖線のようになる。このようにデューティ比を小さくすることで始動時のトルクも小さくすることができるため、始動時の急加速やスリップを防ぐことができる。一方で、回転速度の最大値も低下してしまうという問題が生じる。
これに対して、本実施形態に係る駆動ユニット１００では、制御部６が、モータ３の回転速度に応じてデューティ比を制御している。このため、モータ３の回転速度が低いときはデューティ比を小さくすることで出力トルクを小さくして、始動時の急加速及び駆動輪のスリップなどを抑制することができる。また、モータ３の回転速度が高くなるにつれてデューティ比を大きくすることができるため、モータ３の回転速度の最大値の低下を防止することもできる。すなわち、本実施形態に係る駆動ユニット１００では、モータ３の回転速度とモータ３の出力トルクとの関係は、図５の実線で示すようになる。
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、以下の各変形例を適宜組み合わせてもよい。
変形例１
制御部６は、第１モードと第２モードとを選択的に実行してもよい。使用者は、入力装置２を介して、モードを選択する。例えば、使用者は、オフモード、第１モード、及び第２モードを選択する。使用者が入力装置２を操作することによって、入力装置２が制御部６にモード選択信号を出力する。なお、オフモードが選択された場合、モータ３の電気駆動は停止する。
使用者が第１モードを選択した場合、制御部６は、上記実施形態と同様に、第１モードを実行する。
一方、使用者が第２モードを選択した場合、制御部６は、第２モードを実行する。第２モードでは、制御部６は、車速情報に関わらずデューティ比が一定とするように制御する。すなわち、制御部６は、第１モードのようなデューティ比の演算を実行しない。制御部６は、車速情報に関わらず一定のデューティ比となるように、モータドライバ５に指示信号を出力する。モータドライバ５は、制御部６からの指示に基づき、一定のデューティ比（例えば１００％）でモータ３に電圧及び電流を出力する。
図６は、変形例１における制御部６の処理の一例を示すフローチャートである。図６に示すように、制御部６は、入力装置２からのモード選択信号を取得する(ステップＳ１１)。
制御部６は、モード選択信号がオフモードを示しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。制御部６は、モード選択信号がオフモードを示していると判定した場合（ステップＳ１２のＹｅｓ）、モータ３を停止する（ステップＳ１３）。
制御部６は、モード選択信号がオフモードを示していないと判定した場合（ステップＳ１２のＮｏ）、モード選択信号が第１モードを示しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。
制御部６は、モード選択信号が第１モードを示していると判定した場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、第１モードを実行する（ステップＳ１５）。
一方、制御部６は、モード選択信号が第１モードを示していないと判定した場合（ステップＳ１４のＮｏ）、第２モードを実行する（ステップＳ１６）。すなわち、制御部６は、演算することなく所定のデューティ比で電圧及び電流を出力するようにモータドライバ５に指示信号を出力する。
なお、制御部６は、第１モード及び第２モードに加えて、第３モードを選択的に実行してもよい。第３モードにおいて、制御部６は、第２モードのときと同様に処理を実行する。なお、第３モードでは、第２モードよりもデューティ比が小さい。
変形例２
上記実施形態では、制御部６は、モータ３の回転速度にのみ基づいてデューティ比を制御しているが、駆動ユニット１００の構成はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、駆動ユニット１００は、第２検出部８をさらに備えていてもよい。第２検出部８は、モータ３の電流を検出するように構成されている。第３検出部９は、検出したモータ３の電流に関する情報を制御部６に出力する。
制御部６は、第２検出部８によって検出されたモータ３の電流に応じて、デューティ比を補正する。詳細には、制御部６は、まず、モータ３の回転速度に応じたデューティ比を演算する。そして、制御部６は、その算出したデューティ比を、モータ３の電流に応じて補正する。
例えば、制御部６は、モータ３の電流が低いほど、デューティ比が大きくなるようにデューティ比を補正することができる。他にも、制御部６は、モータ３の電流が所定の閾値以下の場合にのみ、デューティ比を補正して大きくしてもよい。
変形例３
図８に示すように、駆動ユニット１００は、第３検出部９をさらに備えていてもよい。第３検出部９は、モータ３の温度を検出するように構成されている。第３検出部９は、検出したモータ３の温度に関する情報を制御部６に出力する。
制御部６は、第３検出部９によって検出されたモータ３の温度に応じて、デューティ比を補正する。詳細には、制御部６は、まず、モータ３の回転速度に応じたデューティ比を演算する。そして、制御部６は、その算出したデューティ比を、モータ３の温度に応じて補正する。
例えば、制御部６は、モータ３の温度が低いほど、デューティ比が小さくなるようにデューティ比を補正することができる。また、制御部６は、モータ３の温度が低いほど、デューティ比が大きくなるようにデューティ比を補正してもよい。
他にも、制御部６は、モータ３の温度が所定の閾値以上の場合にのみ、デューティ比を補正して小さくしてもよい。また、制御部６は、モータ３の温度が所定の閾値以下の場合にのみ、デューティ比を補正して大きくしてもよい。
変形例４
図９に示すように、駆動ユニット１００は、第４検出部１０をさらに備えていてもよい。第４検出部１０は、移動体上に載置される物体の重量を検出するように構成されている。第４検出部１０は、検出した物体の重量に関する情報を制御部６に出力する。なお、移動体上に載置される物体としては、ハンドリフトや台車によって搬送される搬送物だけでなく、車椅子やキックボードに乗車する人物も含む概念である。
制御部６は、第４検出部１０によって検出された物体の重量に応じて、デューティ比を補正する。詳細には、制御部６は、まず、モータ３の回転速度に応じたデューティ比を演算する。そして、制御部６は、その算出したデューティ比を、物体の重量に応じて補正する。
例えば、制御部６は、物体の重量が重いほど、デューティ比が大きくなるようにデューティ比を補正することができる。
変形例５
図１０に示すように、駆動ユニット１００は、さらに、補正値入力装置１１を有していてもよい。補正値入力装置１１は、例えば、レバーとすることができる。使用者がこの補正値入力装置１１を操作し、その操作量を調整することによって、デューティ比を補正することができる。
詳細には、制御部６は、まず、モータ３の回転速度に応じたデューティ比を演算する。そして、制御部６は、補正値入力装置１１の操作量に応じて、デューティ比を補正する。例えば、補正値入力装置１１の操作量が大きい場合は、制御部６は、デューティ比が大きくなるようにデューティ比を補正する。なお、補正値入力装置１１は、連続的に操作量が増減するような構成であってもよいし、段階的に操作量が増減するような構成であってもよい。
変形例６
第１検出部４が検出する車速情報は、モータ３の回転速度でなくてもよい。例えば、第１検出部４は、加速度センサであってもよい。制御部６は、この加速度センサによって検出された移動体の加速度に基づき車速を演算し、その算出された車速に応じてデューティ比を制御してもよい。
２ 入力装置
３ モータ
４ 第１検出部
５ モータドライバ
６ 制御部
８ 第２検出部
９ 第３検出部
１０ 第４検出部
１１ 補正値入力装置
１００ 駆動ユニット

Claims (9)

  1. 移動体に取り付けられる駆動ユニットであって、
    モータと、
    前記移動体の車速に関する車速情報を検出する第１検出部と、
    前記モータをＰＷＭ制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記第１検出部によって検出された車速情報に応じて、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御する、
    駆動ユニット。
  2. 前記制御部は、前記モータの回転速度の増加に伴い、前記デューティ比を増加させる、
    請求項１に記載の駆動ユニット。
  3. 前記第１検出部は、前記車速情報として前記モータの回転速度を検出する、
    請求項１又は２に記載の駆動ユニット。
  4. 前記制御部は、第１モード及び第２モードを選択的に実行し、
    前記制御部は、前記第１モードにおいて前記車速情報に応じて前記デューティ比が増減するように制御し、前記第２モードにおいて前記車速情報に関わらず前記デューティ比が一定となるように制御する、
    請求項１から３のいずれかに記載の駆動ユニット。
  5. 前記モータの電流を検出する第２検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記第２検出部によって検出された前記モータの電流に応じて、前記デューティ比を補正する、
    請求項１から４のいずれかに記載の駆動ユニット。
  6. 前記モータの温度を検出する第３検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記第３検出部によって検出された前記モータの温度に応じて、前記デューティ比を補正する、
    請求項１から５のいずれかに記載の駆動ユニット。
  7. 前記移動体上に載置される物体の重量を検出する第４検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記第４検出部によって検出された重量に応じて、前記デューティ比を補正する、
    請求項１から６のいずれかに記載の駆動ユニット。
  8. 使用者によって操作される補正値入力装置をさらに備え、
    前記制御部は、前記補正値入力装置の操作量に応じて、前記デューティ比を補正する、
    請求項１から７のいずれかに記載の駆動ユニット。
  9. モータドライバをさらに備え、
    前記制御部は、前記モータドライバを介して、前記モータを制御する、
    請求項１から８のいずれかに記載の駆動ユニット。


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