JP3155313B2 - 電動式車両の回生制動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バッテリの電力により
走行する電動式車両の回生制動制御装置に係り、特に、
回生時におけるバッテリへの充電電流および制動力を別
々に制御できるようにした電動式車両の回生制動制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回生制動は、直流モータを駆動手段とす
る電動式車両の省エネルギ手段の一つとして広く用いら
れており、制動時に電力供給を断ち、直流モータの運動
エネルギを電気エネルギに変換して電源側に返す技術で
ある。

【０００３】図５は、電動式車両のモータ制御系の主要
部のブロック図、図６は、回生制動時の制御方法を示し
たタイミングチャートである。

【０００４】図５において、ステータ３７には駆動コイ
ルＵ、Ｖ、Ｗが巻回され、ステータ３７の中心部には、
回転軸１９を中心にしてロータ５１およびマグネットロ
ータ４８が回転自在に支持されている。

【０００５】マグネットロータ４８の周囲には、ロータ
５１の回転位置を非接触で検出するためのホール素子Ｕ
Ｈ、ＶＨ、ＷＨが配置され、各ホール素子の検出信号は
位置検出手段４６に入力される。位置検出手段４６は、
前記検出信号に基づいてロータ５１の回転位置を判定
し、位置信号を転流／整流制御手段４５に出力する。

【０００６】転流／整流制御手段４５は、通常の走行状
態で作動する走行時転流制御手段４５ａ、回生時に作動
する回生時整流制御手段４５ｂ、および両者を切り換え
る切換手段４５ｃを有している。

【０００７】前記駆動コイルＵ、Ｖ、Ｗは転流／整流手
段９０に接続されている。転流／整流手段９０は、トラ
ンジスタとダイオードとを組み合わせてなるスイッチン
グ部９０ａおよびプリドライバ部９０ｂによって構成さ
れ、各駆動コイルＵ、Ｖ、ＷへのバッテリＢＡからの給
電、あるいは各駆動コイルからバッテリＢＡへの充電を
制御する。

【０００８】このような構成において、通常の走行状態
では切換手段４５ｃによって走行時転流制御手段４５ａ
が選択され、転流／整流制御手段４５は走行モードで動
作する。

【０００９】走行時転流制御手段４５ａは、位置検出手
段４６の検出信号に応じて、所定のタイミングで各駆動
コイルＵ、Ｖ、ＷへバッテリＢＡから給電されるよう
に、スイッチング手段９０ａの各トランジスタのオン／
オフを制御する。

【００１０】この結果、バッテリＢＡからの給電によっ
て直流モータＭが回転し、バッテリＢＡによる走行が可
能になる。

【００１１】一方、回生制動時には、モータＭへの電力
供給を制御するパルス信号のデューティー比（以下、駆
動デューティー比と略する）が０になるので、制動検出
手段７９がこれを検出して検出信号を切換手段４５ｃに
出力し、切換手段４５ｃは回生時整流制御手段４５ｂを
選択する。

【００１２】回生時整流制御手段４５ｂは、モータＭで
発生する回生電力が転流／整流手段９０および各駆動コ
イルＵ、Ｖ、Ｗで消費されて制動がかかるように、以下
の通り各トランジスタをオン／オフ制御する。

【００１３】回生制動時の各駆動コイルＵ、Ｖ、Ｗに
は、図６(a) に示したような３相交流電圧が発生する。
このとき、回生時整流制御手段４５ｂは、トランジスタ
ＵＴr1、ＶＴr1、ＷＴr1に対しては、これらをオフ状態
とするための“Ｌ”レベルの信号を出力し、トランジス
タＵＴr2、ＶＴr2、ＷＴr2に対しては、同図(b) に示し
たように、これらを同時かつ周期的にオン／オフさせる
パルス信号を出力する。

【００１４】各トランジスタＵＴr2、ＶＴr2、ＷＴr2を
オン状態からオフ状態とすると、各駆動コイルに流れて
いた誘導電流はそのまま流れ続けようとするため、各コ
イルの両端子間には高電圧が発生し、これによってバッ
テリＢＡが充電される。

【００１５】また、回生制動力は各トランジスタＵＴr
2、ＶＴr2、ＷＴr2がオン状態の時に、各トランジス
タ、各ダイオード、および各駆動コイルで消費されるエ
ネルギに比例するので、制動力はパルス信号のパルス幅
に比例する。

【００１６】したがって、従来技術においては、大きな
制動力を必要とする場合にはパルス幅を長くし、小さな
制動力を必要とする場合には、同図(c) に示したように
パルス幅を短くするような制御が行われていた。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術で
は、パルス信号のパルス幅を調整することによって制動
力を制御することはできるが、充電電流となる誘導電流
は、各トランジスタがオン状態からオフ状態となったと
きの各コイルの起電力に依存するので、パルス幅が短く
て起電力が過渡状態にあるような場合を除いて、充電量
はパルス信号のパルス幅にかかわらずほぼ一定となる。

【００１８】したがって、制動力と充電量とを別々に制
御することができず、制動力の制御を優先させた場合に
は、例えば、バッテリが満充電状態のときは充電量を減
じ、バッテリが充電不足状態のときは充電量を増すとい
った制御ができなかった。

【００１９】このため、回生制動によってバッテリに過
充電が生じたり、あるいは充電不足がなかなか解消され
ないという問題があった。

【００２０】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決して、回生制動時の制動力と充電量とを別々に
制御できるようにした電動式車両の回生制動制御装置を
提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では、モータに生じたエネルギの一部を
消費して制動をかけ、残りのエネルギの一部を回生して
バッテリを充電する電動式車両の回生制動制御装置にお
いて、以下のような手段を講じた点に特徴がある。 (1) コイルに生じた交流電圧の半周期内で開始して終了
する制動期間を決定する手段と、前記制動期間終了時に
コイルに蓄積されているエネルギに応じた誘導電流をバ
ッテリへ回生する手段と、前記制動期間に生じたエネル
ギを消費する手段とを具備した。 (2) コイルに生じた交流電圧の半周期内において、その
開始タイミングから始まる第１の期間を決定する手段
と、前記交流電圧の半周期内において、その終了タイミ
ングで終わる第２の期間を決定する手段と、前記第１の
期間終了時にコイルに蓄積されているエネルギに応じた
誘導電流をバッテリへ回生する手段と、第１の期間に生
じた残りのエネルギおよび第２の期間に生じたエネルギ
を消費する手段とを具備した。 (3) 前記制動期間をチョッピング制御する手段をさらに
具備し、前記制動期間を、断続的な短い制動期間の列で
構成するようにした。

【００２２】

【作用】上記した構成(1) によれば、制動力は前記制動
期間内に消費された交流電力の積分値に比例し、充電量
は制動期間終了時の起電力に依存する。したがって、制
動期間の開始タイミングおよび終了タイミングを適宜に
設定すれば、回生制動時の制動力と充電量とを別々に設
定できるようになる。

【００２３】上記した構成(2) によれば、制動力は前記
第１および第２の制動期間内に消費された交流電力の積
分値に比例し、充電量は第１の制動期間終了時の起電力
に依存する。したがって、第１および第２の制動期間を
別々に設定すれば、回生制動時の制動力と充電量とを別
々に設定できるようになる。

【００２４】上記した構成(3) によれば、断続的な短い
制動期間が終了する度に誘導電流が生じるので、充電量
を増やすことができるようになる。

【００２５】

【実施例】図１は、本発明を適用した電動２輪車Ｘの全
体側面図であり、その車体フレームＦは鋼管よりなる前
部フレームＦ1 、中央フレームＦ2 , および後部フレー
ムＦ3 から構成され、その外側はレッグシールドＢ1 、
ステップフロアＢ2 、後部カバーＢ3 、およびアンダカ
バーＢ4 によって覆われている。

【００２６】前部フレームＦ1 に固着したヘッドパイプ
１には、上端に操向ハンドル２を備えると共に、下端に
フロントショック３を介して前輪Ｗf を軸架したフロン
トフォーク４が枢支される。中央フレームＦ2 の後部に
は、後端に後輪Ｗr を軸架したスイング式のパワーユニ
ットＰの前端がピボット５で上下揺動自在に枢支され、
そのパワーユニットＰの後部上面と後部フレームＦ3 と
はリアクッション６を介して連結されている。

【００２７】中央フレームＦ2 に設けられたスタンド７
は、図示した格納位置において前記パワーユニットＰの
前部下面を覆い、その内部に収容した後述の駆動用モー
タの保護部材を兼ねている。パワーユニットＰとシート
８の間にはヘルメット等を収容するための物入れ９が設
けられている。この物入れ９は前記モータＭが発生する
磁気によりフロッピディスク等の収容物が影響を受けな
いように、導電性樹脂等の磁気をジールドする材料で形
成されている。

【００２８】中央フレームＦ2 には前記モータの駆動用
電源としてのバッテリを収容するバッテリボックス１０
が設けられている。また、前記ヘッドパイプ１の前方に
はモータＭの駆動を制御するコントローラ１１と前記バ
ッテリを充電するための充電器１２が設けられている。

【００２９】次に、図２、図３、図４に基づいて前記パ
ワーユニットＰの構造を詳述する。なお、図２、図３は
図中一点鎖線部で合体されるものとする。

【００３０】パワーユニットＰは前端に前記ピボット５
が左右に貫通する伝動ケース１３を備えており、その前
部に設けられたモータＭと後部に設けられた減速機１４
がベルト式無段階変速機１５を介して接続されている。

【００３１】伝動ケース１３は隔壁１３a により左側の
ベルト式無段階変速機収納部１３bと右側のモータ収納
部１３c に仕切られ、そのモータ収納部１３c には内部
にモータＭを収納するモータハウジング１６が装着され
ている。モータハウジング１６に右側面には、前記伝動
ケース１３の一部を構成して内部に後述のドライバ２５
を収納するドライバ収納ハウジング１３d が装着され、
前記モータハウジング１６と共にボルト１８で結合され
る。

【００３２】モータＭの回転軸１９は前記モータハウジ
ング１６に設けられたボールベアリング２０と伝動ケー
ス１３の内壁に設けられたボールベアリング２１とによ
って支持され、その回転軸１９の右端にはモータハウジ
ング１６の内部に位置するように冷却ファン２２が設け
られている。伝動ケース１３の上面における前記モータ
Ｍとベルト式無段階変速機１５の中間位置には、モータ
収納部１３c に冷却風を導入するための伸縮自在なダク
ト２３の下端が接続され、そのダクト２３の上端は前記
物入れ９の内部に連通する（図１参照）。

【００３３】図２、図３および図４に示すように、ドラ
イバ収納ハウジング１３d の内部に前記回転軸１９と同
軸に配設されてボルト２４で固定されたドライバ２５は
概略６角型をなし、その各辺の内面には多数の冷却フィ
ン２６が突設されている。ドライバ２５外面には後述の
電界効果とトランジスタ（以下、ＦＥＴと略する）２７
が取り付けられると共に、そのドライバ２５の中心部に
形成された空間には、後述する大容量コンデンサ２８が
嵌合して固定されている。そして、モータハウジング１
６の右端の開口部はルーバ状の排気口２９a を有するカ
バー２９で閉塞される。

【００３４】モータＭは直流ブラシレスモータであっ
て、回転軸１９に固着した鉄心３１の外周に永久磁石３
２を配設した回転子３３と、モータハウジング１６の内
部にボルト３４で固着した鉄心３５の回りに巻回したコ
イル３６とよりなるステータ３７を備えると共に、回転
軸１９に固着したマグネットロータ４８とその外周に対
向して配設した３個のホール素子３９（ＵＨ、ＶＨ、Ｗ
Ｈ）よりなる回転子位置センサ４０を備えている。

【００３５】前記冷却ファン２２により物入れ９からダ
クト２３を介して導入された冷却風は、モータ収納部１
３c 内のモータＭを冷却した後、モータハウジング１６
に形成した通孔１６a を介してドライバ収納ハウジング
１３d 内に達し、ＦＥＴ２７および大容量コンデンサ２
８を冷却して前記カバー２９の排風口２９a から排出さ
れる。

【００３６】次いで、図２、図３を参照して伝動ケース
１３内部に突出する回転軸１９に設けられた駆動プーリ
６１と、伝動ケース１３の後部に支持された減速機入力
軸６２に設けた従動プーリ６３とを備え、両プーリ６
１、６３には無端ベルト６４が巻き掛けられている。

【００３７】駆動プーリ６１は、回転軸１９に固着され
た固定側プーリ６１a と、この回転軸１９に軸方向摺動
自在に支持された可動側プーリ半体６１b とからなり、
この可動側プーリ半体６１b と回転軸１９に固着された
ランププレート６５との間には遠心ウエイト６６が半径
方向に移動自在に配設されている。

【００３８】一方、従動プーリ６３は減速機入力軸６２
にニードルベアリング６７を介して相対回転自在に嵌合
するカラー６８に支持された固定側プーリ半体６３a と
可動側プーリ半体６３b とからなり、この従動プーリ６
３に伝達された駆動力は自動遠心クラッチ６９を介して
前記減速機入力軸６２に伝達され、逆に減速機入力軸６
２から伝達された駆動力は他の自動遠心クラッチ７０を
介して従動プーリ６３側に伝達される。

【００３９】減速機入力軸６２は伝動ケース１３に設け
られた一対のボールベアリング７１、７２によって支持
され、同じく伝動ケース１３に設けられた一対のボール
ベアリング７３、７４によって支持された後輪Ｗr の車
軸７５との間には中間軸７６が支持されている。減速機
入力軸６２の入力ギア７７の回転は中間軸７６の２個の
中間ギア７８、７９を介して車軸７５の出力ギア８０に
伝達される。

【００４０】このような構成において、モータＭの回転
速度が小さいとき、自動遠心クラッチ６９は切断された
状態にあり、前記モータＭの駆動力は後輪Ｗｒに伝達さ
れない。この状態からモータＭの回転速度を増加させる
と、その回転軸１９に固着したランププレート６５に沿
って遠心ウエイト６６が半径方向外側に移動し、駆動プ
ーリ６１の可動側プーリ半体６１b を固定側プーリ半体
６１a に接近する方向に移動させる。

【００４１】これにより、駆動プーリ６１の有効半径が
増加すると共に、無端ベルト６４を介して従動プーリ６
３の可動側プーリ半体６３b が固定側プーリ半体６３a
から離間する方向に駆動され、その有効半径が減少す
る。

【００４２】この結果、ベルト式無段階変速機１５の減
速比が減少して前記従動プーリ６３と共に回転するカラ
ー６８の回転速度が増加し、やがて自動遠心クラッチ６
９が接続してモータＭの駆動力が減速機入力軸６２に伝
達されると、減速機１４を介して後輪Ｗr が駆動され
る。

【００４３】モータＭの駆動により回転軸１９に設けら
れた冷却ファン２２が回転すると、物入れ９の内部の比
較的清浄な空気はダクト２３を介して伝動ケース１３の
モータ収納部１３c に導入される。冷却風はモータＭの
発熱したコイル３６を冷却した後、モータハウジング１
６の通孔１６a を通ってドライバ収納ハウジング１３d
の内部に導入され、その内部に収納したドライバ２５の
外周および冷却フィン２６間を通過することにより、Ｆ
ＥＴ２７や大容量コンデンサ２８等の発熱部材を冷却
し、カバー２９に形成された排風口２９a から大気中に
排気される。

【００４４】そして、前記冷却風を伝動ケース１３の内
部に導入するダクト２３が、前記伝動ケース１３上面に
おけるモータＭとベルト式無段階変速機１５の中間位置
に接続されるため、そのダクト２３が左右方向に突出し
て伝動ケース１３の全幅が増大する不都合が回避される
だけでなく、モータＭとベルト式無段階変速機１５間の
デッドスペースを有効利用することが可能となる。

【００４５】図７、図８、図９は、本発明の基本概念を
説明するための図である。

【００４６】なお、以下の説明では、コイルＵに生じる
交流起電力の１周期を電気角０〜３６０゜、機械角０〜
１８０゜と表現し、電気角０〜９０゜の間で電気角０゜
を開始タイミングとした各トランジスタのオン期間を角
度θ1 ，電気角９０〜１８０゜の間で、電気角１８０゜
を終了タイミングとした各トランジスタのオン期間を角
度θ2 と表現する。

【００４７】バッテリＢＡへの充電電流は、トランジス
タをオン状態からオフ状態としたときに各コイルに生じ
る誘導電流なので、充電電流Ｉの大きさは、トランジス
タがオフ状態となる直前のコイルの起電力に比例する。
したがって、充電電流Ｉを大きくしたい場合には、図７
に示したように、角度θ1 は９０゜に近い方がよい。

【００４８】一方、回生トルク（制動力）は、トランジ
スタがオン状態にあるときに各トランジスタ、ダイオー
ド、およびコイルで消費されるエネルギ量、すなわちト
ランジスタがオン状態のときにコイルに誘起される起電
力の積分値Ｓ1 に比例する。したがって、制動力を大き
くしたい場合には、図８に示したように、角度θ1 は大
きくした方がよい。

【００４９】ところが、上記した原理から明らかなよう
に、充電電流および制動力を角度θ1 だけで制御しよう
とすると、充電電流を小さくして制動力を大きくした
り、その反対に、充電電流を大きくして制動力を小さく
するといった制御ができない。そこで、本発明では角度
θ2 に着目し、角度θ2 を制御することによって充電電
流と制動力とを別々に制御できるようにした。

【００５０】電気角９０〜１８０゜の範囲を考えると、
トランジスタを常に電気角１８０゜でオフするようにす
れば、誘導電流はゼロなので充電電流Ｉの大きさは常に
ゼロとなるが、図９に示したように、制動力は起電力の
積分値Ｓ2 で決まるので角度θ2 に依存することにな
る。

【００５１】そこで、本発明では、各コイルごとに角度
θ1 、角度θ2 を別々に制御することにより、充電電流
と制動力とを別々に制御するようにした。

【００５２】図１０は、角度θ1 および角度θ2 を別々
に制御することにより、充電電流と制動力とを別々に制
御する制御パターンを示した図である。 (a) 充電電流および制動力を共に大きくする場合には、
角度θ1 、θ2 を共に大きくする。 (b) 充電電流は大きくして制動力は小さくする場合に
は、角度θ1 を大きくして角度θ2 を小さくする。 (c) 充電電流は小さくして制動力は大きくする場合に
は、角度θ1 を小さくして角度θ2 を大きくする。 (d) 充電電流および制動力を共に小さくする場合には、
角度θ1 、θ2 を共に小さくする。

【００５３】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。

【００５４】図１１、図１２は、前記図５に関して説明
したモータ制御系の主要部の回路図、図１３はその制御
パターンを示したタイミングチャートであり、前記と同
一の符号は同一または同等部分を表している。図１３に
おいて、ＵＨ、ＶＨ、ＷＨは、それぞれ前記ホール素子
ＵＨ、ＶＨ、ＷＨの出力信号を示している。

【００５５】なお、当該直流モータは駆動コイルＵ、
Ｖ、Ｗを備えた３相構造であるが、各相の構成は同様な
ので、ここでは主にコイルＵを参照して説明する。

【００５６】コイルＵに生じる起電力に着目すると、角
度θ1 の期間においては、トランジスタＵＴr1、ＶＴr
1、ＷＴr1をオフ状態とすると共にトランジスタＵＴr2
をオン状態とするので、図１１に示したように、コイル
Ｕ−トランジスタＵＴr2−ダイオードＶＤ−コイルＶに
よって構成される閉回路と、コイルＷ−トランジスタＷ
Ｔr2−ダイオードＶＤ−コイルＶによって構成される閉
回路の２つの閉回路が形成される。

【００５７】したがって、このとき各コイルに生じた起
電力は、各コイル、トランジスタ、およびダイオードで
熱として消費されるので制動がかかる。

【００５８】一方、角度θ1 の終了タイミングにおいて
トランジスタＵＴr2をオン状態からオフ状態とすると、
各コイルに流れていた誘導電流はそのまま流れ続けよう
とするため、コイルの両端子間には高電圧が発生する。

【００５９】この電圧がバッテリ電圧よりも高いと、図
１２に示したように、コイルＵ−ダイオードＵＤ1 −バ
ッテリＢＡ−ダイオードＶＤ2 −コイルＶによって構成
される閉回路が形成されてバッテリＢＡに誘導電流が充
電される。

【００６０】その後、角度θ2 の開始タイミングまでは
充電電流および制動力のいずれも生じず、角度θ2 の開
始タイミングとなって再びトランジスタＵＴr2がオン状
態となると、前記と同様に閉回路が形成されて制動がか
かる。

【００６１】一方、角度θ2 の終了タイミングにおいて
トランジスタＵＴr2をオン状態からオフ状態としても、
コイルＵには起電力が生じていないので、充電電流は生
じない。

【００６２】したがって、角度θ1 によって充電電流を
優先的に制御すると共に、角度θ1で得られた制動力の
不足分を補うように角度θ2 を設定すれば、充電電流と
制動力とを独立的に制御できるようになる。

【００６３】ところで、フル回生時における減速トルク
は、図１４に実線で示したように、モータ回転数Ｎe が
ある回転数Ｎe1に達するまでは回転数Ｎe に応じて上昇
し、回転数Ｎe1を超えると、その後は徐々に減少する特
性を示す。ところが、実使用における減速トルクは、同
図に点線で示したように、回転数Ｎe に応じて連続的に
上昇し、その上昇率が回転数Ｎe の上昇に応じて徐々に
低下することが望ましい。

【００６４】そこで、本実施例では、図１４に点線で示
した特性を得るために、角度（θ1＋θ2 ）を、図１５
に示したように、モータ回転数Ｎe がＮe1に達するまで
は回転数Ｎe の上昇に応じて減少させ、回転数Ｎe1を超
えると、その後は徐々に増加させるようにしている［関
数ｆ( Ｎe)］。

【００６５】このような構成によれば、減速トルクと回
転数Ｎe との関係に関して理想的な特性が得られるの
で、ドライバビリティが向上する。

【００６６】このとき角度θ1 は、回生制動時のバッテ
リ電圧が一定となるように、図１６に示したように回転
数Ｎe の上昇に応じて徐々に減少するようにすることが
望ましい［関数ｇ( Ｎe)］。

【００６７】図１７は、上記した回生制動を行うメイン
プログラムのフローチャートであり、図１８、１９は、
メインプログラムの実行中に予定のタイミングで割り込
み処理されるサブプログラムのフローチャートである。

【００６８】電源がオンされると、ステップＳ１０で
は、スロットル開度θthが取り込まれる。ステップＳ１
１では、スロットル開度θth、モータ回転数Ｎe に基づ
いて駆動デューティ比が決定される。

【００６９】ステップＳ１２では、前記駆動デューティ
比が０よりも大きいか否かが判定され、駆動デューティ
比が０よりも大きければ走行中であると判断してステッ
プＳ１７へ進み、駆動デューティ比が０であれば回生制
動を行うためにステップＳ１３へ進む。

【００７０】ステップＳ１７では、前記トランジスタＵ
Ｔr1、ＶＴr1、ＷＴr1、ＵＴr2、ＶＴr2、ＷＴr2を適宜
にオン／オフ制御してモータを駆動し、その後ステップ
Ｓ１０へ戻る。

【００７１】ステップＳ１３では、前記トランジスタＵ
Ｔr1、ＶＴr1、ＷＴr1がオフ状態とされる。ステップＳ
１４ではバッテリ電圧が検出され、バッテリが満充電状
態であればステップＳ１５へ進み、満充電状態でなけれ
ばステップＳ１６へ進む。

【００７２】ステップＳ１５では、角度θ1 にはゼロが
セットされ、角度θ2 には、前記図１５に示した関数ｆ
(Ｎe)に応じた角度がセットされる。

【００７３】一方、ステップＳ１６では、角度θ1 には
前記図１６に示した関数ｇ（Ｎe)に応じた角度がセット
される。このとき、角度θ1 の期間では制動力が得られ
るので、角度θ2 には、前記図１５に示した関数ｆ (Ｎ
e)から角度θ1 を減じた角度がセットされる。

【００７４】一方、ホール素子ＵＨの出力信号の立下り
が検出されると、割込処理により、ステップＳ２０では
回転数Ｎe が取り込まれ、ステップＳ２１では、トラン
ジスタＵＴr2がオフされる。

【００７５】ステップＳ２２では、前記メインプログラ
ムのステップＳ１５またはＳ１６で求められた角度θ1
を設定するためのタイマ値Ｔ1 が算出され、ステップＳ
２３では、角度θ2 を設定するためのタイマ値Ｔ2 が算
出される。

【００７６】なお、図１３に示したように、タイマ値Ｔ
1 は角度θ1 を時間換算した値に設定され、タイマ値Ｔ
2 は信号ＵＨの立上りから角度θ2 の開始タイミングま
でを時間換算した値に設定される。

【００７７】一方、ホール素子ＵＨの出力信号の立上が
検出されると、割込処理により、ステップＳ３０ではト
ランジスタＵＴr2がオンされて角度θ1 の期間が開始す
る。ステップＳ３１では、前記タイマ値Ｔ1 がダウンカ
ウントを開始し、ステップＳ３２ではタイマ値Ｔ2 がダ
ウンカウントを開始する。

【００７８】以後、タイマ値Ｔ1 に基づいて角度θ1 の
終了タイミングが検出されるとトランジスタＵＴr2がオ
フにされ、タイマ値Ｔ2 に基づいて角度θ2 の開始タイ
ミングが検出されるとトランジスタＵＴr2が再びオンに
されて角度θ2 の期間が開始する。

【００７９】なお、上記した実施例では、角度θ1 が回
転数Ｎe のみの関数として決定されるものとして説明し
たが、本発明はこれのみに限定されず、例えば以下に説
明するように、回転数Ｎe およびバッテリ電圧ＶBAの関
数として決定されるようにしても良い。

【００８０】図２０は、本発明の他の実施例である角度
θ1 の制御方法を示した図である。

【００８１】本実施例では、バッテリ電圧ＶBAを検出
し、バッテリ電圧が高くなるにしたがって角度θ1 を徐
々に小さくするようにしている。

【００８２】このようにすれば、バッテリ電圧が低く充
電不足の場合には大きな充電電流が得られ、バッテリ電
圧が高く満充電状態にある場合には充電電流が小さくな
るので、最適な充電電流が得られるようになる。

【００８３】このとき角度θ2 には、前記同様、図１５
に関して説明した関数ｆ (Ｎe)から角度θ1 を減じた角
度がセットされるようにする。このようにすれば、最適
な制動力および充電電流が得られるようになる。

【００８４】なお、上記した実施例では、角度θ1 はコ
イルに生じた交流電圧の半周期の前半（電気角９０゜ま
で）に終了し、角度θ2 は半周期の後半（電気角９０゜
以降）に開始するものとして説明したが、本発明はこれ
のみに限定されるものではなく、角度θ1 、θ2 が共に
電気角０〜１８０゜の範囲で適宜に終了あるいは開始す
るようにしても良い。

【００８５】さらには、角度θ1 、θ2 を別々に設定す
ることなく、例えば以下に説明するように、交流電圧の
半周期内（電気角０〜１８０゜）で開始して終了する唯
一の期間を角度θ3 とし、角度θ3 の開始および終了タ
イミングを適宜に設定することにより、制動力と充電量
とを別々に制御するようにしても良い。

【００８６】図２１は、角度θ3 を適宜に設定すること
により、充電電流と制動力とを別々に制御する制御パタ
ーンを示した図である。 (a) 制動力は大きくして充電電流は小さくする場合に
は、角度θ3 の開始タイミングを電気角９０゜付近と
し、終了タイミングを１８０゜付近とする。 (b) 制動力および充電電流を共に大きくする場合には、
角度θ3 の開始タイミングを電気角０゜付近とし、終了
タイミングを９０゜付近とする。 (c) 制動力は小さくして充電電流は大きくする場合に
は、角度θ3 の終了タイミングを電気角９０゜付近と
し、その開始タイミングを終了タイミングの直前とす
る。 (d) 制動力および充電電流を共に小さくする場合には、
角度θ3 の終了タイミングを電気角１８０゜付近とし、
その開始タイミングを終了タイミングの直前とする。

【００８７】このように、本実施例では、角度θ3 の開
始タイミングを制御することによって制動力を制御し、
角度θ3 の終了タイミングを制御することによって充電
電流を制御するようにしたので、回生制動時の制動力と
充電量とを別々に設定できるようになる。

【００８８】なお、角度θ3 の大きさも、前記図１５に
関して説明したように、モータ回転数Ｎe がＮe1に達す
るまでは回転数Ｎe の上昇に応じて減少し、回転数Ｎe1
を超えると、その後は徐々に増加するように制御するこ
とが望ましい。

【００８９】ところで、上記した各実施例では、角度θ
1 、θ2 、θ3 に対応した各制動期間中、トランジスタ
ＵＴr2，ＶＴr2、ＷＴr2を導通状態のまま保持するもの
として説明したが、このようにすると、バッテリＢＡへ
の充電電流となる誘導電流が、交流電圧の半周期内にお
いて、角度θ1 （またはθ3 ）の終了タイミングの１回
だけしか生じないので、大きな充電電流を得ることがで
きない。

【００９０】そこで、以下に説明する実施例では、角度
θ1 （または角度θ2 、θ3 ）の期間中、トランジスタ
ＵＴr2，ＶＴr2、ＷＴr2をチョッピング制御して、各制
動期間を断続的な短い制動期間の列で構成することによ
り、誘導電流の発生回数を増やして大きな充電電流が得
られるようにしている。

【００９１】図２８は、角度θ1 の期間中、トランジス
タＵＴr2，ＶＴr2、ＷＴr2をチョッピング制御する実施
例のタイミングチャートであり、前記と同一の符号は同
一または同等部分を表している。

【００９２】本実施例では、角度θ1 に対応した制動期
間中、トランジスタＵＴr2，ＶＴr2、ＷＴr2をチョッピ
ング制御することにより、角度θ1 の期間中における誘
導電流の発生回数を増やし、実質的に充電電流を大きく
した点に特徴がある。

【００９３】また、同様に角度θ3 に対応した制動期間
中、トランジスタＵＴr2，ＶＴr2、ＷＴr2をチョッピン
グ制御すれば、角度θ3 の期間中における誘導電流の発
生回数が増えるので、実質的に充電電流を大きくするこ
とができる。

【００９４】なお、本実施例においても、角度θ1 、θ
3 の期間中、常にチョッピング制御を行うのではなく、
図１０(a) 、(b) および図２１(b) 、(c) に関して説明
したように、充電電流を大きくしたい場合のみチョッピ
ング制御を行い、図１０(c)、(d) および図２１(a) 、
(d) に関して説明したように、充電電流を小さくしたい
場合はチョッピング制御を行わないようにすることが望
ましい。

【００９５】また、さらに大きな充電電流を必要とする
場合には、角度θ1 の期間中だけではなく、角度θ2 の
期間中にもチョッピング制御を行うようにしても良い。

【００９６】次いで、バッテリＢＡに蓄えられた電力に
よって走行する場合の制御系について説明する。なお、
以後の説明では、モータＭへの電力供給を制御するパル
ス信号のデューティ比（駆動デューティ比）を単にデュ
ーティ比と表現する。

【００９７】図２２はモータ駆動系の機能ブロック図で
あり、ここでは、特にバッテリによる走行に必要な機能
のみが示されている。

【００９８】同図において、回転数Ｎe 検出手段１０１
は、モータＭの回転数を検出する。スロットル開度θth
検出手段１０２はスロットル開度θthを検出する。バッ
テリ電圧検出手段１０３はバッテリの電圧を検出する。

【００９９】デューティ比マップ記憶手段１０６には、
図２３に示したような、回転数Ｎeおよびスロットル開
度θthをパラメータとしたモータのデューティ比を示す
データＤ（X,Y ）が記憶されている。

【０１００】デューティ比算出手段１０４は、検出され
た回転数Ｎe およびスロットル開度θthに対応したデュ
ーティ比データＤ（X,Y ）を、前記デューティ比マップ
記憶手段１０６から選択する。

【０１０１】なお、検出された回転数Ｎe およびスロッ
トル開度θthと合致した値がデューティ比マップ上で規
定されていない場合には、補間処理によって最適なデー
タＤ（X,Y ）が算出される。

【０１０２】電圧補正手段１０５は、バッテリ電圧ＶBA
にかかわらず常に予定のモータ出力が得られるようにデ
ューティ比を補正する。

【０１０３】すなわち、パルス信号のデューティ比を可
変制御してモータの出力を制御する制御系においては、
バッテリ電圧ＶBAが本来の電圧ＶREF より低下するとデ
ューティ比が同一であってもモータの出力が低下してし
まう。

【０１０４】そこで、本実施例ではバッテリ電圧ＶBAに
かかわらず予定のモータ出力が得られるようにするため
に、次式(1) にしたがってデューティ比を補正し、バッ
テリ電圧ＶBAが低い場合にはデューティ比を大きくし、
バッテリ電圧ＶBAが高い場合にはデューティ比を小さく
するようにしている。

【０１０５】補正デューティ比＝算出デューティ比×Ｖ
REF ／ＶBA…(1) このようにすれば、バッテリ電圧ＶBAの変動にかかわら
ず、予定のモータ出力が得られるようになる。

【０１０６】そして、本実施例では回転数Ｎe およびス
ロットル開度θthをパラメータとしてデューティ比を決
定するようにしているので、以下に詳述するように、各
種の制御が可能になる。

【０１０７】図２４は、デューティ比マップ記憶手段１
０６に記憶されたデューティ比データの一実施例を示し
た図である。

【０１０８】本実施例では、起動時および低回転時のデ
ューティ比をスロットル開度θthにかかわらず小さくし
た点に特徴がある。

【０１０９】モータ駆動においては、その起動時にはロ
ータの慣性重量によってロック電流に相当する大電流が
流れるが、本実施例によれば、起動時および低回転時の
デューティ比を小さくしたので、起動時等であっても大
電流が流れてしまうことがない。

【０１１０】次いで、モータの効率を考慮したデューテ
ィ比の設定について説明する。

【０１１１】モータ回転数Ｎe 、モータ出力Ｐ、および
効率ηは、一般的に図２５(a) に示したような関係を示
す。

【０１１２】電動車両は発進時に大トルクを要するた
め、これまでは図２５(a) に示したモータ出力Ｐの特性
をそのまま用いていた。すなわち、回転数Ｎe が低いほ
どトルクが大きいといった特性を利用して十分な加速性
能を確保していた。しかしながら、このようにすると発
進時のモータ効率ηが著しく悪くなってしまう。

【０１１３】そこで、本実施例では、モータ効率ηが７
０％以上の状態を活用できるようにするため、同図(b)
に示したように、スロットル開度θthが全開でモータ効
率ηが７０％のときの回転数Ｎe とデューティ比との関
係を求め、これを前記デューティ比マップ記憶手段１０
６に記憶し、回転数Ｎｅに応じてデューティ比を設定す
るようにした。

【０１１４】なお、スロットル開度が全開以外のときに
は全開時よりもデューティ比が小さくなるように制御さ
れる、すなわち同図(b) における効率η＝７０％の曲線
よりも下側の関係が適用されることになるので、スロッ
トル開度が全開のときの関係を求めておけば、全開以外
では、いかなるスロットル開度においても常に７０％以
上の効率が保たれることは明らかである。

【０１１５】次いで、加速時の車速コントロールのし易
さを考慮したデューティ比の設定方法について説明す
る。

【０１１６】図２６は、中間スロットル開度での回転数
Ｎe 、モータ出力Ｐ、デューティ比Ｋ、および走行抵抗
Ｒとの関係を示した図である。

【０１１７】前記したデューティ比マップを用いれば、
中間スロットル開度でのデューティ比は、効率が７０％
を上回る範囲内で比較的自由に設定できるが、モータ出
力Ｐと回転数Ｎe との関係を曲線のようにすると、加
速度すなわち曲線と走行抵抗Ｒとの差（−Ｒ）は、
加速初期には小さいのでスムーズな加速感が得られる
が、その後は加速度が徐々に大きくなるので車速をコン
トロールするうえで好ましくない。

【０１１８】そこで本実施例では、中間スロットル開度
でのモータ出力Ｐと回転数Ｎe との関係を曲線のよう
にし、加速度（−Ｒ）を、加速初期には大きくし、速
度が増すにしたがって小さくなるようにデューティ比マ
ップを設定している。

【０１１９】次いで、発進時におけるスロットル開度θ
thと発進タイミングとのずれによる違和感を解消したデ
ューティ比の設定方法について説明する。

【０１２０】遠心クラッチを採用した電動車両におい
て、スロットル開度θthとデューティ比とを図２７に点
線で示した関係にすると、スロットル開度θthを徐々
に開いても、デューティ比Ｋが遠心クラッチによる動力
伝達に必要なモータ回転数に応答した下限値Ｋ（Ｌ）に
達するまでは発進しなかった。したがって、スロットル
を開いてモータが回転し始めてから、デューティ比が下
限値Ｋ（Ｌ）に達するまでの遊び範囲ｄ1 が大きく、違
和感があった。

【０１２１】一方、従来のエンジン車においては、スロ
ットル全閉、車両停止時でもエンジンはアイドリング回
転しており、クラッチが動力伝達しうるエンジン回転数
まで上昇させるのに必要なスロットル開度の遊びはさほ
ど大きくなく、違和感は生じない。

【０１２２】電動車両において違和感を解消するために
は、スロットル全閉時でもモータをアイドリング回転さ
せれば良いが、電力消費量が大きくなって航続距離が短
くなってしまうという新たな問題が生じる。

【０１２３】そこで、本実施例では、スロットル開度θ
thとデューティ比とを実線のような関係とし、スロッ
トル開度θthがモータの回り始めに相当する開度に達す
ると、デューティ比Ｋが前記下限値Ｋ（Ｌ）より僅かに
低い下限値Ｋ（Ｓ）まで一気に上昇するようにした。

【０１２４】このようにすれば、モータの回り始めから
発進までの遊び範囲ｄ2 が小さくなって違和感がなくな
る。

【０１２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、以下のような効果が達成される。 (1) 角度θ1 の終了タイミングを制御することによって
充電電流を優先的に制御し、角度θ1 で得られた制動力
の不足分を補うように角度θ2 の開始タイミングを制御
するようにしたので、回生制動時の制動力と充電量とを
別々に設定できるようになる。 (2) 角度θ3 の終了タイミングを制御することによって
充電電流を制御し、開始タイミングを制御することによ
って制動力を制御するようにしたので、回生制動時の制
動力と充電量とを別々に設定できるようになる。 (3) 角度θ1 、θ2 、θ3 の期間中、トランジスタをチ
ョッピング制御して、制動期間を断続的な短い制動期間
の列で構成するようにすれば、誘導電流の発生回数が増
えるので、さらに大きな充電電流が得られるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した電動２輪車の全体側面図で
ある。

【図２】 パワーユニットＰの構造を示した断面図であ
る。

【図３】 パワーユニットＰの構造を示した断面図であ
る。

【図４】 パワーユニットＰの構造を示した断面図であ
る。

【図５】 電動式車両のモータ制御系の主要部のブロッ
ク図である。

【図６】 従来の回生制動時の制御方法を示したタイミ
ングチャートである。

【図７】 本発明の基本概念を説明するための図であ
る。

【図８】 本発明の基本概念を説明するための図であ
る。

【図９】 本発明の基本概念を説明するための図であ
る。

【図１０】 本発明による制御パターンを示した図であ
る。

【図１１】 本発明を適用したモータ制御系の主要部の
回路図である。

【図１２】 本発明を適用したモータ制御系の主要部の
回路図である。

【図１３】 図１１、１２の動作を示したタイミングチ
ャートである。

【図１４】 モータ回転数Ｎe と減速トルクとの関係を
示した図である。

【図１５】 回転数Ｎe と角度（θ1 ＋θ2 ）との関係
を示した図である。

【図１６】 回転数Ｎe と角度θ1 との関係を示した図
である。

【図１７】 本発明の一実施例のメインプログラムのフ
ローチャートである。

【図１８】 本発明の一実施例の割込処理のフローチャ
ートである。

【図１９】 本発明の一実施例の割込処理のフローチャ
ートである。

【図２０】 角度θ1 の設定方法を説明するための図で
ある。

【図２１】 本発明の他の実施例による制御パターンを
示した図である。

【図２２】 本発明を適用した電動車両のモ―タ制御系
のブロック図である。

【図２３】 デューティ比マップの一実施例を示した図
である。

【図２４】 デューティ比マップの設定方法を説明する
ための図である。

【図２５】 デューティ比マップの設定方法を説明する
ための図である。

【図２６】 デューティ比マップの設定方法を説明する
ための図である。

【図２７】 デューティ比マップの設定方法を説明する
ための図である。

【図２８】 チョッピング制御を採用した制御パターン
を示した図である。

【符号の説明】

Ｕ、Ｖ、Ｗ…駆動コイル、ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ…ホール素
子、ＵＴr1、ＶＴr1、ＷＴr1、ＵＴr2、ＶＴr2、ＷＴr2
…トランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本舘 尚司 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式 会社 本田技術研究所内 (72)発明者 藤井 隆彰 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式 会社 本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭55−166404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−22026（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−15262（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 7/16 B60L 7/12

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制動操作時のモータのコイルに生じたエ
   ネルギの一部を消費して制動をかけ、残りのエネルギの
   一部を回生してバッテリを充電する電動式車両の回生制
   動制御装置において、 コイルに生じた交流電圧の各半周期内で実行される制動
   期間を、所望の制動力に応じて設定する制動期間設定手
   段と、 前記制動期間の終了タイミングを、所望の充電量に応じ
   て設定する終了タイミング設定手段と、 前記制動期間に生じたエネルギを消費する手段と、 前記制動期間終了時にコイルに誘起される充電電流をバ
   ッテリへ回生する回生手段とを含むことを特徴とする電
   動式車両の回生制動制御装置。
2. 【請求項２】 前記制動期間の開始タイミングは、当該
   制動期間が、モータの回転数が予定の値に達するまで
   は、その上昇に応じて徐々に短くされ、予定の値に達し
   た後は、その上昇に応じて徐々に長くされるように設定
   されることを特徴とする請求項１記載の電動式車両の回
   生制動制御装置。
3. 【請求項３】 前記制動期間の終了タイミングは、コイ
   ルに生じた交流電圧がゼロとなるタイミングであること
   を特徴とする請求項１に記載に電動式車両の回生制動制
   御装置。
4. 【請求項４】 前記制動期間をチョッピング制御する手
   段をさらに具備し、前記制動期間を、断続的な短い制動
   期間の列で構成したことを特徴とする請求項１ないし請
   求項３のいずれかに記載の電動式車両の回生制動制御装
   置。
5. 【請求項５】 制動操作時のモータのコイルに生じたエ
   ネルギの一部を消費して制動をかけ、残りのエネルギの
   一部を回生してバッテリを充電する電動式車両の回生制
   動制御装置において、 コイルに生じた交流電圧の半周期内において、その開始
   タイミングから始まる第１の制動期間を決定する手段
   と、 前記交流電圧の半周期内において、その終了タイミング
   で終わる第２の制動期間を決定する手段と、 前記第１の制動期間終了時にコイルに蓄積されているエ
   ネルギに応じた誘導電流をバッテリへ回生する手段と、前記 第１の制動期間に生じた残りのエネルギおよび第２
   の制動期間に生じたエネルギを消費する手段とを具備し
   たことを特徴とする電動式車両の回生制動制御装置。
6. 【請求項６】 前記第１および第２の制動期間の和は、
   モータの回転数が予定の値に達するまでは、その上昇に
   応じて徐々に短くされ、予定の値に達した後は、その上
   昇に応じて徐々に長くされることを特徴とする請求項５
   記載の電動式車両の回生制動制御装置。
7. 【請求項７】 前記第２の制動期間の開始タイミング
   は、必要な制動力に応じて設定されることを特徴とする
   請求項５または請求項６記載の電動式車両の回生制動制
   御装置。
8. 【請求項８】 前記第１の制動期間の終了タイミング
   は、必要な充電量に応じて設定されることを特徴とする
   請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の電動式車両
   の回生制動制御装置。
9. 【請求項９】 前記第１の制動期間は、前記交流電圧の
   半周期の前半期間内で終わり、前記第２の制動期間は、
   前記交流電圧の半周期の後半期間内から始まることを特
   徴とする請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の電
   動式車両の回生制動制御装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の制動期間は、モータの回転
    数の上昇に応じて徐々に短くされることを特徴とする請
    求項５ないし請求項９のいずれかに記載の電動式車両の
    回生制動制御装置。
11. 【請求項１１】 前記第１の制動期間は、バッテリ電圧
    が高くなるにしたがって短くされることを特徴とする請
    求項５ないし請求項１０のいずれかに記載の電動式車両
    の回生制動制御装置。
12. 【請求項１２】 前記第２の制動期間は、バッテリ電圧
    が高くなるにしたがって長くされることを特徴とする請
    求項５ないし請求項１１のいずれかに記載の電動式車両
    の回生制動制御装置。
13. 【請求項１３】 前記第１および第２の制動期間のう
    ち、少なくとも第１の制動期間をチョッピング制御する
    手段をさらに具備し、前記制動期間を、断続的な短い制
    動期間の列で構成したことを特徴とする請求項５ないし
    請求項１２のいずれかに記載の電動式車両の回生制動制
    御装置。