JP3508733B2 - 電動車両駆動用ブラシレス直流電動機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動スクータや、
電気自動車等の電動車両の駆動源として用いるブラシレ
ス直流電動機を制御する制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にブラシレス直流電動機は、界磁を
有するロータとｎ相（ｎは２以上の整数）の電機子コイ
ルを有するステータとを備えていて、各相の電機子コイ
ルに対して検出したロータの回転角度位置に応じてｎ相
の電機子コイルに駆動電流を転流させることにより、ロ
ータを回転させるようにしている。

【０００３】この種の電動機を制御する制御装置は、ス
テータのｎ相の電機子コイルのそれぞれに対してロータ
の磁極を直接または間接的に検出して検出している磁極
の極性が変る毎にレベルが変化する出力を発生するｎ個
の位置センサと、電動機の出力を調整する際に操作され
るアクセルグリップやアクセルペダル等のアクセル操作
部材の変位量をアクセル開度として検出するアクセルセ
ンサと、位置センサの出力の各立上りのエッジ（または
立下がりのエッジ）から次の立上りのエッジ（または次
の立下がりのエッジ）までの時間を電動機の回転速度を
示す時間データ（回転速度に反比例する）として検出す
る回転速度検出手段と、直流電源から電機子コイルに駆
動電流を流す相を切り換えるために直流電源と電機子コ
イルとの間に設けられたスイッチ回路と、ロータを回転
させるべく位置センサの出力に応じて決定した相の電機
子コイルにアクセル開度及び回転速度に対して演算され
たデューティ比ＤＦを有するＰＷＭ波形の駆動電流を、
アクセル開度や回転速度等に対して決定した制御進み角
を持たせて流すようにスイッチ回路を制御するスイッチ
制御部とを備えた構成を有している。

【０００４】なお駆動電流のデューティ比ＤＦは、駆動
電流のオンオフの周期に対するオン時間の割合を示すも
ので、駆動電流が流れる時間をｔon、駆動電流が零にな
る時間をｔoff 、オンオフの周期をＴ（＝ｔon＋ｔoff
）とした場合、デューティ比ＤＦは、ＤＦ＝（ｔon／
Ｔ）×１００［％］で定義される。

【０００５】電動車両においては、車両の運転感覚を良
好にし、スムースな運転を行わせるために、アクセル開
度θａに対してのみ駆動電流のデューティ比ＤＦを制御
するのではなく、アクセル操作部材に対するデューティ
比ＤＦの変化率を電動機の回転速度Ｎ［ｒｐｍ］に応じ
て変化させるように、デューティ比ＤＦをアクセル開度
θａと回転速度Ｎとの双方に対して制御している。

【０００６】またブラシレス直流電動機においては、駆
動電流を流す電機子コイルの相を切り換える切換角度
（電気角）を、電動機の機械的な構成により決まる理論
的な切換角度に対して所定の角度だけシフトさせてい
る。駆動電流を流す相の切換角度と理論的な切換角度と
の位相差を制御進み角γと呼んでおり、この制御進み角
γは一般には進み側に設定される。

【０００７】ブラシレス直流電動機においては、上記制
御進み角γにより発生トルク及び最高回転速度が変化
し、トルクを大きくするように制御進み角γを設定する
と最高回転速度が低くなり、制御進み角γを進角させて
いくと最高回転速度が高くなるが発生トルクは小さくな
っていく。

【０００８】通常、電動車両の駆動源としてブラシレス
直流電動機を用いる場合には、低速時に十分に大きなト
ルクを得ることができる制御進み角γを正規の制御進み
角γo として設定しておいて、回転速度が設定値を超え
る領域で回転速度の上昇に応じて制御進み角γを正規の
制御進み角γo に対して進角させ、回転速度が設定され
た進角終了回転速度を超える領域では制御進み角の進角
量を最大値に保持するようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ブラシレス直流電動機
を駆動源とした電動車両において、アクセルを全開にし
て上り坂を走行している時に負荷が過大になると、電動
機が停止するおそれがある。ブラシレス直流電動機にお
いて、アクセルを全開にした状態で電動機が過負荷によ
り停止した場合には、駆動電流の転流が行われなくなる
ため、特定の相の電機子コイルに他の相の電機子コイル
よりも大きな電流が流れる状態が継続してその温度が上
昇し、コイルが焼損する。

【００１０】また電動機が停止しないまでも、その回転
速度が非常に低くなって停止間際の状態になり、駆動電
流の転流に要する時間が長くなったときには、特定の相
の電機子コイルに大きな駆動電流が流れる時間が長くな
るため、停止状態と同じような状態になって特定の相の
電機子コイルが過熱し、焼損する恐れがある。

【００１１】したがって、アクセル操作部材を全開状態
または全開に近い状態で運転中に電動機が停止または停
止に近い状態になったときには、電動機に供給する駆動
電流を制限して、電機子コイルの焼損を防ぐ必要があ
る。

【００１２】そこで本出願人は、先に、アクセル開度が
大きい状態で電動機が停止または停止寸前の状態になる
状態をロック状態として検出する手段を設けて、このロ
ック状態が検出されたときに電動機の出力を制限して
（電機子コイルに供給する駆動電流を制限して）電機子
コイルの焼損を防止することを提案した。

【００１３】即ち、先の提案では、アクセル開度が所定
のロック判定開度以上になっている状態で電動機の回転
速度が設定されたロック開始判定速度以下になっている
状態が所定の時間継続したときに、電動機がロック状態
にあると判定するロック状態判定手段を設け、このロッ
ク状態判定手段により電動機がロック状態にあると判定
されたときに、電動機の出力を制限して電機子コイルの
温度上昇を抑制する制御を行うようにしていた。

【００１４】ところで、電動車両においては、アクセル
を全開にして急な上り坂を走行している状態で登りきれ
ない状況が生じたときに、路面の状況の変化等により電
動機の過負荷状態が変動すると、電動機が極低速状態で
正回転と逆回転とを繰り返す、いわゆるハンチングが生
じることがある。このような現象が生じた場合にも停止
状態と同じように特定の相の電機子コイルに大きな駆動
電流が流れる時間が長くなって、電機子コイルの温度が
急上昇するおそれがある。したがって、電動機に極低速
状態でのハンチングが生じている状態もロック状態とし
て扱って、温度上昇抑制制御を行うことが望ましい。

【００１５】ところが、マイクロコンピュータを用いた
ブラシレス直流電動機の制御装置において、前述のよう
に、位置センサの出力の立上りのエッジまたは立下がり
のエッジの時間間隔を示す時間データから回転速度を検
出するようにした場合には、電動機がハンチングを起こ
したときに、回転方向が反転した際に計測される時間デ
ータが実際の電動機の回転速度を示す時間データよりも
短くなって、電動機の回転速度がロック判定開始速度よ
りも高いと誤判定されることがあるため、アクセル開度
がロック判定開度以上で回転速度がロック判定開始速度
以下になっている状態が所定の判定時間の間継続したか
否かを検出するだけでは、ハンチングが生じている状態
を正しくロック状態と判定することができないという問
題があった。

【００１６】本発明の目的は、アクセル開度が大きい状
態で電動機の回転速度が極端に低下した状態及び電動機
が停止した状態をロック状態として検出するだけでな
く、極低速状態でハンチングが生じている状態をもロッ
ク状態として検出することができるようにして、特定の
相の電機子コイルに大きな駆動電流が流れる状態が長い
時間の間継続する極低速状態での電機子コイルの保護を
適確に図ることができるようにした電動車両駆動用ブラ
シレス直流電動機の制御装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、界磁を有する
ロータとｎ相（ｎは２以上の整数）の電機子コイルを有
するステータとを備えた電動車両駆動用ブラシレス直流
電動機のステータのｎ相の電機子コイルのそれぞれに対
してロータの磁極を直接または間接的に検出して検出し
ている磁極の極性が変る毎にレベルが変化する出力を発
生するｎ個の位置センサと、電動機の出力を調整する際
に操作されるアクセル操作部材の変位量をアクセル開度
として検出するアクセルセンサと、電動機の回転速度を
検出する回転速度検出手段と、直流電源から電機子コイ
ルに駆動電流を流す相を切り換えるために直流電源と電
機子コイルとの間に設けられたスイッチ回路と、ロータ
を回転させるべく位置センサの出力に応じて決定した相
の電機子コイルにアクセル開度に対して演算されたデュ
ーティ比を有するＰＷＭ波形の駆動電流を流すようにス
イッチ回路を構成するスイッチ素子を制御するスイッチ
制御部とを備えた電動車両駆動用ブラシレス直流電動機
の制御装置を対象とする。

【００１８】本発明においては、上記ｎ個の位置センサ
の出力の状態の組み合わせ（ｎ個の位置センサの出力パ
ターン）の変化が電動機の正回転時と逆回転時とで異な
ることを利用して電動機が正回転しているか否かを判定
する回転状態判定手段と、アクセル開度がロック判定開
度以上で回転状態判定手段により電動機が正回転してい
ると判定され、かつ回転速度が設定されたロック開始判
定回転速度以下の状態が設定されたロック開始判定時間
の間継続したとき、及びアクセル開度がロック判定開度
以上で電動機が正回転していないと判定されている状態
が設定されたロック開始判定時間の間継続したときに電
動機がロックモードにあると判定し、アクセル開度がロ
ック判定開度未満になったとき、または回転速度がロッ
ク開始回転速度よりも高く設定されたロック解除回転速
度以上になっている状態が設定されたロック解除判定時
間の間継続したときにロックモードが解除されたと判定
する判定過程を一定の時間毎に行うロック・非ロック判
定手段と、電動機がロックモードにあると判定されてい
るときに、駆動電流の最大値をロック時制限値以下に制
限する駆動電流制限制御を行い、ロック状態が解除され
たと判定されたときに駆動電流制限制御を解除するロッ
ク時駆動電流制御手段とを設けた。

【００１９】上記のように、電動機が正回転しているか
否かを判定する回転状態判定手段を設けるとともに、ア
クセル開度がロック判定開度以上で電動機が正回転して
いないと判定されている状態が設定されたロック開始判
定時間の間継続したときに電動機がロックモードにある
との判定を行うようにロック・非ロック判定手段を構成
すると、電動機の極低速時にハンチングが生じて回転方
向が反転したときに、その時の時間データの如何に係わ
りなくロック状態と判定して、駆動電流を制限すること
ができるため、特定の相の電機子コイルに大きな駆動電
流が流れる状態が継続したときに電機子コイルの保護を
適確に図ることができる。

【００２０】ブラシレス直流電動機において、ｎ個の位
置センサの出力パターンは、各相の位置検出センサの出
力のレベルが変化する毎に変化し、その変化の順序は電
動機が正回転しているときと逆回転しているときとで相
違する。回転方向の判定を行うに当っては、位置センサ
の出力の立上り時のパターンと次の立下がり時のパター
ンとを比較する方法と、位置センサの出力の各立上り時
（または立下がり時）のパターンと次の立上り時（また
は立下がり時）のパターンとを比較する方法とが考えら
れるが、位置センサの出力の立上り時のパターンと次の
立下がり時のパターンとを比較する方法により回転方向
の判定を行おうとすると、回転状態の判定を行うタスク
を短い時間間隔で繰り返す必要があるため、実行すべき
タスクが多い場合に判定が困難になるおそれがある。

【００２１】したがって、上記回転状態判定手段は、各
位置センサの出力の立上がりまたは立下がりが検出され
る毎に電動機が正回転しているか否かの判定を行うよう
に構成するのが好ましい。

【００２２】上記回転状態判定手段は例えば、各位置セ
ンサの出力の立上がりまたは立下がりが検出される毎に
ｎ個の位置センサのそれぞれの出力を１または０で表し
てｎ個の位置センサの出力の組み合わせを位置センサ出
力パターンとして記憶する位置センサ出力パターン記憶
手段と、各位置センサの出力の立上がりまたは立下がり
が検出される毎に位置センサ出力パターン記憶手段に前
回記憶された位置センサ出力パターンと今回記憶された
位置センサ出力パターンとを比較して位置センサ出力パ
ターンの変化が正回転時の変化であるか否かを判定する
位置センサ出力パターン判定手段と、この位置センサ出
力パターン判定手段により位置センサ出力パターンの変
化が正回転時の変化であるとの判定が続けてｍ回（ｍは
２以上の整数）行われたときに電動機が正回転している
と判定し、回転方向判定手段により位置センサ出力パタ
ーンの変化が正回転時の変化でないとの判定が行われた
とき、及び正回転時の変化であるとの判定が続けて行わ
れた回数がｍ回未満のときに電動機が正回転していない
と判定する回転方向判定手段とにより構成することがで
きる。

【００２３】またロック・非ロック判定手段は、アクセ
ル開度がロック判定開度以上であるか否かを判定するア
クセル開度判定手段と、アクセル開度判定手段によりア
クセル開度がロック判定開度以上であると判定されたと
きに既にロックモードの判定が行われているか否かを確
認するロックモード確認手段と、ロックモード確認手段
により未だロックモードの判定が行われていないと判定
された時に回転状態判定手段により電動機が正回転して
いると判定されているか否かを確認する非ロックモード
時回転方向確認手段と、非ロックモード時回転方向確認
手段により電動機が正回転しているとの判定が行われて
いることが確認されたときに電動機の回転速度がロック
開始回転速度以下であるか否かを判定する非ロック時回
転速度判定手段と、非ロック時回転速度判定手段により
回転速度がロック開始回転速度以下であると判定される
状態または第１の回転方向確認手段により電動機が正回
転していないと判定される状態が生じてから設定された
ロック開始判定時間が経過したか否かを判定するロック
開始時経過時間判定手段と、ロックモード確認手段によ
り既にロックモードの判定が行われていることが確認さ
れたときに、回転状態判定手段により前記電動機が正回
転していると判定されているか否かを確認するロックモ
ード時回転方向確認手段と、ロックモード時回転方向確
認手段により電動機が正回転しているとの判定が行われ
ていることが確認されたときに電動機の回転速度がロッ
ク開始回転速度よりも高く設定されたロック解除回転速
度以上であるか否かを判定するロック時回転速度判定手
段と、ロック時回転方向確認手段により電動機が正回転
していないとの判定がされていることが確認される状態
またはロック時回転速度判定手段により回転速度がロッ
ク解除回転速度以上であると判定される状態が生じてか
ら設定されたロック解除判定時間が経過したか否かを判
定するロック解除時経過時間判定手段と、ロック開始時
経過時間判定手段によりロック開始判定時間が経過した
と判定されたときにロックモードであると判定する第１
のロックモード判定手段と、ロック時回転速度判定手段
により回転速度がロック解除回転速度未満であると判定
されたとき、及びロック解除時経過時間判定手段により
前記ロック解除判定時間が経過していないと判定された
ときに依然としてロックモードであると判定する第２の
ロックモード判定手段と、アクセル開度判定手段により
アクセル開度がロック判定開度未満であると判定された
ときにロックモードを解除する判定を行う第１のロック
モード解除手段と、非ロック時回転速度判定手段により
回転速度がロック開始回転速度を超えていると判定され
たとき、及びロック開始時経過時間判定手段によりロッ
ク開始判定時間が経過していないと判定されたときにロ
ックモードを解除する判定を行う第２のロックモード解
除手段と、ロック解除時経過時間判定手段によりロック
解除判定時間が経過したと判定されたときにロックモー
ドを解除する判定を行う第３のロックモード解除手段と
により構成することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし図６を参照して
本発明の一実施形態を説明する。

【００２５】図１は本発明に係わる制御装置のハードウ
ェアの構成例を示したもので、同図において、１はロー
タ２とステータ３とからなるアウタロータ型のブラシレ
ス直流電動機である。ロータ２は、強磁性材料によりほ
ぼカップ状に形成されたヨーク２０１と、ヨーク２０１
の周壁部の内周に取り付けられた永久磁石２０２とから
なっていて、永久磁石２０２が径方向に着磁されて、２
極の磁石界磁２０３が構成されている。

【００２６】なお磁石界磁は、２極に限られるものでは
なく、一般には２ｍ極（ｍは１以上の整数）に構成する
ことができる。

【００２７】図示の例では、ロータ２の正規の回転方向
を図示の矢印ＣＣＬ方向（図１において反時計方向）と
している。

【００２８】ステータ３は、環状の継鉄部から３個の歯
部Ｐｕ〜Ｐｗを放射状に突出させたステータ鉄心３０１
と、該ステータ鉄心の歯部Ｐｕ〜Ｐｗにそれぞれ巻回さ
れた３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗとからなっており、
電機子コイルＬｕ〜Ｌｗは３相星形結線されている。ス
テータ鉄心３０１の歯部Ｐｕ〜Ｐｗのそれぞれの先端の
外周部がステータ磁極３０２となっていて、これらのス
テータ磁極が磁石界磁２０３に所定のギャップを介して
対向させられている。

【００２９】なお図示の例ではステータ鉄心を３極に構
成しているが、ステータに設ける電機子コイルの相数ｎ
を３とする場合、一般にはステータ鉄心に３ｋ（ｋは１
以上の整数）個の歯部を設けて、該３ｋ個の歯部に３相
の電機子コイルを巻回する構成をとることができる。

【００３０】ヨーク２０１は、その底壁部の中央にボス
（図示せず。）を備えていて、該ボスが電動車両の駆動
輪の車軸に直接取り付けられるか、または該ボスに締結
された回転軸が電動車両の駆動輪の車軸に減速機を介し
て結合される。

【００３１】ロータ２のステータ３に対する回転角度位
置を検出するため、ステータ鉄心３０１に、Ｕ，Ｖ，Ｗ
３相の位置センサｈｕ，ｈｖ及びｈｗが取り付けられて
いる。これらの位置センサとしては、例えば、検出して
いる磁極がＮ極であるときとＳ極であるときとで異なる
レベルの電圧信号を出力するホールＩＣを用いることが
できる。

【００３２】各位置センサは、各相の電機子コイルに流
す駆動電流の通電角（電気角）やロータの回転方向に応
じて適宜の位置に配置される。例えば、図示の例で、ロ
ータの回転方向を反時計方向とし、ロータ２の回転に伴
って電機子コイルＬｕ〜Ｌｗにそれぞれ誘起する無負荷
誘起電圧がピークに達する位置（磁石界磁２０３から各
相の電機子コイルが巻回された歯部を通してながれる磁
束が零点を通過する位置）の前後９０度（電気角）の区
間各相の電機子コイルに駆動電流を流す「１８０度スイ
ッチング制御」を行って電動機を回転させる場合には、
３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗがそれぞれ巻回されてい
る歯部Ｐｕ，Ｐｖ及びＰｗの先端の磁極部の中心位置が
ロータ２の磁石界磁の各磁極の中心位置に一致するとき
のロータの回転角度位置を検出するように（該回転角度
位置で位置センサのレベルを変化させるように）、各相
の位置センサが取り付けられる。図示の例では、ステー
タ鉄心３０１の歯部Ｐｖ，Ｐｗ及びＰｕにそれぞれＵ，
Ｖ，Ｗ３相の位置センサｈｕ，ｈｖ及びｈｗを取付ける
ことにより、歯部Ｐｕ，Ｐｖ及びＰｗの先端の磁極部の
中心位置がロータ２の磁石界磁の各磁極の中心位置に一
致するときのロータの回転角度位置を検出するようにし
ている。

【００３３】図示のように、３つの歯部Ｐｕ〜Ｐｗにそ
れぞれ電機子コイルＬｕ〜Ｌｗが巻回されていて、位置
センサｈｕ〜ｈｗとしてホールＩＣが用いられる場合に
は、歯部Ｐｕ〜Ｐｗのそれぞれの磁極の中心に対して電
気角で９０度位相が進んだ位置に位置センサｈｕ〜ｈｗ
を配置して、これらの位置センサの出力により決まる駆
動相（駆動電流を流す電機子コイルの相）の切換角度を
基準の切換角度とし、この基準の切換角度に対して実際
の切換角度を進角または遅角させるように制御進み角を
決定する。位置センサｈｕ〜ｈｗとしてホールＩＣを用
いた場合にそれぞれのセンサから得られる出力信号（位
置検出信号）Ｈｕ〜Ｈｗは例えば図２（Ａ）ないし
（Ｃ）のようになる。これらの信号は高レベル（Ｈレベ
ル）の状態と低レベル（Ｌレベル）の状態とのいずれか
の状態をとり得る２値信号であり、各瞬時における位置
センサの出力は「１」または「０」で表すことができ
る。

【００３４】本明細書では、位置センサｈｕ〜ｈｗの出
力Ｈｕ〜Ｈｗのレベルをそれぞれ「１」及び「０」で表
した場合のレベルの組み合わせを位置センサの出力パタ
ーンまたは位置センサ出力パターンと呼んでいる。

【００３５】図３はロータが正方向（図１の例では反時
計方向）に回転する際の位置センサ出力パターンの変化
を説明するための線図で、同図（Ａ）ないし（Ｃ）はそ
れぞれ位置センサｈｕ〜ｈｗの出力信号Ｈｕ〜Ｈｗを時
間ｔに対して示し、（Ｄ）及び（Ｅ）はそれぞれ信号Ｈ
ｕ〜Ｈｗの立上りが検出されるタイミング及び信号Ｈｕ
〜Ｈｗの立下がりが検出されるタイミングを示してい
る。また図３（Ｆ）は位置センサ出力パターンの変化を
示している。

【００３６】図３から明らかなように、ロータが正方向
に回転する際には、位置センサの出力Ｈｕ〜ＨｗのＨレ
ベル及びＬレベルをそれぞれ「１」及び「０」で表した
場合に、位置センサ出力パターンは、ロータが電気角で
６０°回転する毎に、（１０１），（１００），（１１
０），（０１０），（０１１），（００１），（１０
１），…のように変化する。

【００３７】また図４はロータが逆方向に回転した際の
位置センサｈｕ〜ｈｗの出力パターンの変化を説明する
ための線図で、同図（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ逆回
転時に位置センサｈｕ〜ｈｗが出力する信号Ｈｕ〜Ｈｗ
を示し、（Ｄ）及び（Ｅ）はそれぞれ信号Ｈｕ〜Ｈｗの
立上りが検出されるタイミング及び立下がりが検出され
るタイミングを示している。また図４（Ｆ）は逆回転時
の位置センサ出力パターンの変化を示している。

【００３８】図４から明らかなように、ロータが逆方向
に回転する場合には、ロータが電気角で６０°回転する
毎に位置センサの出力パターンが、（１１０），（１０
０），（１０１），（００１），（０１１），（０１
０），（１１０），…のように変化する。

【００３９】上記のように、位置センサｈｕ〜ｈｗの出
力パターンが変化する順序は決っており、しかも位置セ
ンサの出力パターンの変化の順序はロータが正方向に回
転しているときと逆方向に回転しているときとで異なる
ため、位置センサｈｕ〜ｈｗのそれぞれのレベル変化が
検出される毎に、今回検出された位置センサ出力パター
ンと前回検出された位置センサ出力パターンとを比較す
ることにより、ロータの回転方向を検出することができ
る。

【００４０】図１において、１０は電機子コイルＬｕ〜
Ｌｗと直流電源１１との間に設けられて電機子コイルの
励磁相を切り換えるスイッチ回路である。このスイッチ
回路は、一端が共通接続された上段のスイッチ素子Ｆｕ
ないしＦｗと、これらの上段のスイッチ素子の他端にそ
れぞれ一端が接続され、他端が共通接続された下段のス
イッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚとからなるスイッチ素子のブリッ
ジ回路からなっていて、上段のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ
の一端の共通接続点が直流電源（図示の例ではバッテ
リ）Ｂの正極端子に接続され、下段のスイッチ素子Ｆｘ
〜Ｆｗの他端の共通接続点が駆動電流を検出するために
設けられたシャント抵抗ｒs を通して直流電源Ｂの負極
が接続された接地回路に接続されている。このスイッチ
回路において、対のスイッチ素子（Ｆｕ，Ｆｘ），（Ｆ
ｖ，Ｆｙ）及び（Ｆｗ，Ｆｚ）のそれぞれの直列回路を
第１のスイッチアームないし第３のスイッチアームと呼
ぶことにする。

【００４１】スイッチ回路１０を構成するスイッチ素子
Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚとしては、ＭＯＳＦＥＴ、電
力用トランジスタ，ＩＧＢＴ等のオンオフ制御が可能な
任意のスイッチ素子を用いることができるが、図示の例
では、各スイッチ素子がＭＯＳＦＥＴからなっている。

【００４２】電動車両の制動時に回生電流を流すため、
上段のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及び下段のスイッチ素子
Ｆｘ〜Ｆｚにそれぞれ帰還用ダイオードＤｕ〜Ｄｗ及び
Ｄｘ〜Ｄｚが並列接続されている。図示のように各スイ
ッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、これら
の帰還用ダイオードとしてＦＥＴのドレインソース間に
形成されている寄生ダイオードを用いることができる。

【００４３】スイッチ回路１０を制御するため、ＣＰ
Ｕ，ＲＡＭ，ＲＯＭ及びタイマ等を有して、図示しない
直流電源から電源電圧が与えられて動作するマイクロコ
ンピュータ１１と、図示しないアクセル操作部材の変位
量を検出してアクセル開度に比例した大きさを有する電
圧信号からなるアクセル開度検出信号Ｖａを出力するア
クセルセンサ１２と、位置センサｈｕ〜ｈｗがそれぞれ
出力する位置検出信号Ｈｕ〜Ｈｗの立上り及び立下がり
が検出される毎に割込み信号ＩＮ1 及びＩＮ2 を発生す
る割込み信号発生回路１３と、バッファ回路１４とを備
えたコントローラ１５が設けられている。

【００４４】またバッファ回路１４の出力が入力された
バッファ回路１６と、マイクロコンピュータ１１からバ
ッファ回路１４及び１６とを通して与えられる駆動指令
信号（ｕ，ｘ），（ｖ，ｙ）及び（ｗ，ｚ）に応じて、
スイッチ回路１０の第１ないし第３のスイッチアームの
対のスイッチ素子（Ｆｕ，Ｆｘ），（Ｆｖ，Ｆｙ）及び
（Ｆｗ，Ｆｚ）にそれぞれ駆動信号を与える第１ないし
第３のスイッチアーム用ドライブ回路１７Ａないし１７
Ｃと、ＰＷＭ変調回路１８と、シャント抵抗ｒs の両端
に得られる駆動電流検出信号Ｖｉを駆動電流の許容上限
値を与える設定信号Ｖｆと比較する比較回路１９とが設
けられ、これらバッファ回路１６、ドライブ回路１７Ａ
〜１７Ｃ、ＰＷＭ変調回路１８及び比較回路１９がスイ
ッチ回路１０とともにユニット化されてドライバユニッ
ト２０が構成されている。

【００４５】図１に示した例では、アクセルセンサ１２
が、アクセル操作部材に可動接触子１２ａが連結された
ポテンショメータからなっている。アクセルセンサ１２
を構成するポテンショメータの両端には、図示しない定
電圧直流電源回路から得られる直流定電圧Ｅが印加さ
れ、該ポテンショメータの可動接触子１２ａと接地間に
アクセル開度θａに比例したアクセル信号Ｖａが得られ
るようになっている。このアクセル信号Ｖａは、マイク
ロコンピュータ１１に設けられた図示しないＡ／Ｄ変換
器によりデジタル値に変換されてＣＰＵに読み込まれ
る。

【００４６】割込み信号発生回路１３は、位置センサｈ
ｕ〜ｈｗがそれぞれ発生する矩形波状の出力信号Ｈｕ〜
Ｈｗの立上りのエッジを検出したときに割込み信号ＩＮ
1 を発生し、信号Ｈｕ〜Ｈｗの立下がりのエッジを検出
したときに割込み信号ＩＮ2を発生する。この割込信号
発生回路は、例えば、位置センサｈｕ〜ｈｗの出力の立
下がりのエッジ及び立上りのエッジを微分する微分回路
により構成することができる。

【００４７】マイクロコンピュータ１１は、これらの割
込み信号を読み込んで、前回の割込み信号ＩＮ1 （また
はＩＮ2 ）が発生してから今回の割込み信号ＩＮ1 （ま
たはＩＮ2 ）が発生するまでの時間を、電動機の回転速
度を示す時間データとして計測し、この時間データと、
アクセルセンサ１２により検出されたアクセル開度とに
基づいてブラシレス直流電動機１の電機子コイルＬｕ〜
Ｌｗに供給する駆動電流のデューティ比ＤＦと、制御進
み角（駆動電流を流す電機子コイルの相を切り換える実
際の切換角度と位置センサの配置により決まる基準の切
換角度との位相差）γとを演算する。

【００４８】デューティ比ＤＦ及び制御進み角γの演算
は、それぞれ回転速度Ｎとアクセル開度とデューティ比
ＤＦとの間の関係を与えるデューティ比演算用３次元マ
ップ及び回転速度Ｎとアクセル開度と制御進み角γとの
間の関係を与える制御進み角演算用３次元マップ（いず
れのマップもＲＯＭに記憶されている）を用いて行われ
る。

【００４９】マイクロコンピュータ１１が実行するプロ
グラムのうち、上記回転速度を与える時間データを計測
する過程により電動機の回転速度を検出する回転速度検
出手段が実現される。また上記デューティ比演算用マッ
プを用いてデューティ比を演算する過程により、アクセ
ル信号の値と回転速度とに対して駆動電流のデューティ
比を演算するデューティ比演算手段が構成され、上記制
御進み角演算用マップを用いてアクセル信号に対して制
御進み角を演算する過程により、制御進み角演算手段が
構成される。

【００５０】マイクロコンピュータ１１はまた、ロータ
２を所定の方向に回転させるべく、位置センサｈｕ〜ｈ
ｗの出力パターンに応じて駆動電流を流す相を決定し、
信号Ｈｕ〜Ｈｗのパターンにより決る相の切換え角度に
対して、制御進み角演算手段により演算された制御進み
角だけ進角（または遅角）した切換え角度で駆動電流を
流す相を切り換えながら、所定の相の電機子コイルＬｕ
〜Ｌｗに駆動電流を流すべく、スイッチ回路１０のスイ
ッチ素子Ｆｕ，Ｆｘ，Ｆｖ，Ｆｙ，Ｆｗ及びＦｚをそれ
ぞれ所定のタイミングでオン状態にすることを指令する
駆動指令信号ｕ，ｘ，ｖ，ｙ，ｗ及びｚを出力する。ま
たこの例では、マイクロコンピュータ１１が、デューテ
ィ比演算手段により演算されたデューティ比で断続する
パルス波形のＰＷＭ信号Ｖpwm をＰＷＭ変調回路１８に
与える。

【００５１】マイクロコンピュータ１１が出力した第１
ないし第３のスイッチアーム用の駆動指令信号（ｕ，
ｘ），（ｖ，ｙ）及び（ｗ，ｚ）は、それぞれバッファ
回路１４及び１６を通してドライバ回路１７Ａないし１
７Ｃに与えられる。ドライバ回路１７Ａは、スイッチ回
路１０のスイッチ素子Ｆｕを構成するＭＯＳＦＥＴのゲ
ート及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａu 及び
ａu ´と、スイッチ素子Ｆｘを構成するＭＯＳＦＥＴの
ゲート及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａx 及
びａx ´とを有し、出力端子ａu ，ａu ´間及び出力端
子ａx ，ａx ´間からそれぞれスイッチ素子Ｆｕ及びＦ
ｘに与える駆動信号Ｓｕ及びＳｘを出力する。

【００５２】またドライバ回路１７Ｂは、スイッチ回路
１０のスイッチ素子Ｆｖを構成するＭＯＳＦＥＴのゲー
ト及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａv 及びａ
v ´と、スイッチ素子Ｆｙを構成するＭＯＳＦＥＴのゲ
ート及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａy 及び
ａy ´とを有し、出力端子ａv ，ａv ´間及び出力端子
ａy ，ａy ´間からそれぞれスイッチ素子Ｆｖ及びＦｙ
に与える駆動信号Ｓｖ及びＳｙを出力する。

【００５３】更にドライバ回路１７Ｃは、スイッチ回路
１０のスイッチ素子Ｆｗを構成するＭＯＳＦＥＴのゲー
ト及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａw 及びａ
w ´と、スイッチ素子Ｆｚを構成するＭＯＳＦＥＴのゲ
ート及びソースにそれぞれ接続される出力端子ａz 及び
ａz ´とを有し、出力端子ａw ，ａw ´間及び出力端子
ａz ，ａz ´間からそれぞれスイッチ素子Ｆｗ及びＦｚ
に与える駆動信号Ｓｗ及びＳｚを出力する。

【００５４】スイッチ回路１０を構成する各スイッチ素
子は、ドライバ回路から駆動信号が与えられている間オ
ン状態になってそれぞれが接続されている電機子コイル
に駆動電流を流す。

【００５５】図２（Ａ）ないし（Ｉ）は、図１に示した
ブラシレス直流電動機を、１８０度スイッチング制御を
行って駆動する場合の位置センサ（ホールＩＣ）の出力
波形と、スイッチ回路１０の各スイッチ素子のオンオフ
動作波形とを示した波形図である。

【００５６】図２（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ位置セ
ンサｈｕ〜ｈｗの出力信号Ｈｕ〜Ｈｗを示し、図２
（Ｄ）ないし（Ｆ）はそれぞれ、駆動電流を流す電機子
コイルの相を切り換える角度を基準の切換角度とした場
合（制御進み角を零とした場合）の、スイッチ回路１０
の上段のスイッチ素子ＦｕないしＦｗのオンオフ動作を
示している。また図２（Ｇ）ないし（Ｉ）はそれぞれス
イッチ回路１０の下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚのオン
オフ動作を示している。

【００５７】マイクロコンピュータ１１は、図２（Ａ）
ないし（Ｃ）に示された位置センサの出力信号Ｈｕ〜Ｈ
ｗに論理演算を施すことにより、スイッチ回路１０の各
スイッチ素子をオン状態にする区間とオフ状態にする区
間とを決定し、各スイッチ素子をオン状態にする区間そ
のスイッチ素子に駆動信号を与える。

【００５８】マイクロコンピュータはまた、駆動電流を
ＰＷＭ制御するために、アクセル開度及び回転速度に対
して演算したデューティ比で断続するパルス波形のＰＷ
Ｍ信号Ｖpwm をＰＷＭ変調回路１８に与える。

【００５９】図示のＰＷＭ変調回路１８は、エミッタが
接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ1 と、カソードがト
ランジスタＴＲ1 のコレクタに共通接続され、アノード
がスイッチ回路の下段のスイッチ素子をオン状態にする
ことを指令する駆動指令信号ｘ，ｙ及びｚを出力するバ
ッファ回路１６の出力端子にそれぞれ接続されたダイオ
ードＤ1 ないしＤ3 と、マイクロコンピュータが出力す
るＰＷＭ信号Ｖpwm がセット信号として与えられ、比較
回路１９の出力がリセット信号として与えられたセット
優先のＲＳフリップフロップ回路Ｆ／Ｆとからなってい
て、フリップフロップ回路Ｆ／Ｆの正論理出力がトラン
ジスタＴＲ1 のベースに与えられている。

【００６０】比較回路１９は、シャント抵抗ｒs の両端
に得られる駆動電流検出信号Ｖｉと、駆動電流の許容上
限値を与える設定信号Ｖｆとを比較して、駆動電流検出
信号Ｖｉにより検出される駆動電流が許容上限値以下の
ときに高レベル（Ｈレベル）の信号を出力し、駆動電流
が許容上限値を超えたときに低レベル（Ｌレベル）の信
号を出力する。

【００６１】電機子コイルＬｕ〜Ｌｗを流れる駆動電流
が許容上限値以下で、比較回路１９からフリップフロッ
プ回路Ｆ／Ｆのリセット端子にＨレベルのリセット信号
が与えられている状態では、マイクロコンピュータ１１
からフリップフロップ回路Ｆ／Ｆのセット端子に与えら
れるＰＷＭ信号Ｖpwm がＨレベル及びＬレベルになった
ときにその正論理出力がＨレベル及びＬレベルとなって
トランジスタＴＲ1 をオンオフさせる。これにより、ス
イッチ回路１０の下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚに与え
られる駆動信号Ｓｘ〜Ｓｚの波形がＰＷＭ信号Ｖpwm に
同期して断続する波形となり、図２（Ｇ）ないし（Ｉ）
に示すように下段のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚがオンオフ
させられて、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗに与えられる駆動
電流がＰＷＭ変調された波形になる。

【００６２】比較回路１９の出力がＬレベルになったと
きには、フリップフロップ回路Ｆ／Ｆの否定論理出力が
Ｈレベルに保たれるため、トランジスタＴＲ1 がオン状
態に保たれ、スイッチ回路の下段のスイッチ素子Ｆｘ〜
Ｆｚへの駆動信号の供給が阻止される。これにより直流
電源Ｂから電機子コイルＬｕ〜Ｌｗへの駆動電流の供給
が停止され、電機子コイルが過電流から保護される。

【００６３】図２に示した例では、マイクロコンピュー
タ１１が実行するプログラムのうち、演算したデューテ
ィ比で断続するＰＷＭ信号Ｖpwm を発生させる過程と、
ＰＷＭ変調回路１８とにより、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗ
に流す駆動電流をアクセル開度及び回転速度に対して演
算されたデューティ比を有するＰＷＭ波形の電流とする
ようにスイッチ回路１０を制御するＰＷＭ制御手段が構
成されている。

【００６４】ブラシレス直流電動機においては、制御進
み角γによって最大発生トルク及び最高回転速度が変化
する。一般には、電動機の用途や要求されるトルク特
性、或いは必要とされる最高回転速度等に応じて制御進
み角の大きさを設定している。電動車両を駆動するブラ
シレス直流電動機の場合は、電動機の回転速度が設定値
以下であるときに制御進み角γを正規の制御進み角γo
に固定し、電動機の回転速度が設定された進角開始回転
速度を超える範囲で制御進み角γを回転速度の上昇に伴
って正規の制御進み角γo よりも進角させ、電動機の回
転速度が設定された進角終了回転速度以上になる範囲で
は制御進み角の進角量を設定された最大値に固定するよ
うに、制御進み角γを制御することが多い。

【００６５】制御進み角γを制御する場合には、駆動電
流を流す相を切り換える切換角度をアクセル開度に対し
て演算された制御進み角だけ位置センサの出力により決
まる基準の切換角度に対してシフトさせるように制御す
る制御進み角制御手段を設ける。この制御進み角制御手
段は、マイクロコンピュータ１１が実行するプログラム
の一連の過程のうち、制御進み角演算手段により演算さ
れた制御進み角と位置センサの出力により決定される基
準の切換角度とから、駆動電流を流す相を切り換えるタ
イミングを決定する過程により構成される。

【００６６】正規の制御進み角γo をどのように設定す
るかは任意であるが、一般には、電動車両の発進時のト
ルクを大きくするために、最大トルクが得られる制御進
み角を正規の制御進み角γo とする。

【００６７】電動機を駆動源とした車両においては、急
な上り坂を登り切れなくなったときに、その回転速度が
極端に低下して停止寸前の状態になったり、停止したり
すると、特定の相の電機子コイルに過大な駆動電流が流
れ続ける状態が長い時間継続する状態になるため、その
特定の相の電機子コイルの温度が急上昇して焼損する恐
れがある。

【００６８】特に、前述のように、回転速度Ｎが設定値
を超える領域で制御進み角γを正規の制御進み角γo よ
りも進角させる制御を行う場合に、上り坂等でアクセル
操作部材の増速側への変位量を最大にした状態（アクセ
ル開度が最大の状態）で運転しているときに、制御進み
角γの進角量が最大値に保たれた状態になり、電動機の
駆動電流は定格値を超えた状態になる。このような状態
で、電動機の回転速度が極端に低下し、各相の電機子コ
イルに駆動電流が流れ続ける状態が長い時間の間継続す
るようになると、電機子コイルの温度が上昇して許容値
を超えるおそれがある。

【００６９】また電動車両が急な上り坂を走行している
ときに、路面の状況によっては、電動機の回転方向が正
方向から逆方向に反転したり、再び正方向に反転したり
するハンチング現象が生じることがある。このように極
低速状態でハンチングが生じた場合にも、各相の電機子
コイルに大きな駆動電流が流れる時間が長くなるため、
電機子コイルの温度が上昇して焼損するおそれがある。

【００７０】そこで、本発明においては、アクセル開度
が大きい状態で電動機の回転速度が極端に低下した状態
または停止した状態だけでなく、アクセル開度が大きい
状態でハンチングが生じた状態をもロック状態として、
このロック状態が検出された時に電機子コイルに与える
駆動電流を制限する制御を行わせる。

【００７１】そのため、本発明においては、電動機が正
回転しているか否かを判定する回転状態判定手段と、電
動機がロックモードにあるかロックモードが解除された
状態にあるかを一定時間毎に判定するロック・非ロック
判定手段と、このロック・非ロック判定手段により電動
機がロックモードであると判定されたときに電動機の駆
動電流を制限するロック時駆動電流制限手段とを設け
る。

【００７２】本実施形態で設ける回転状態判定手段は、
３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗのそれぞれに対してロー
タの磁極の回転角度位置を検出する３個の位置センサｈ
ｕ〜ｈｗの出力の状態の組み合わせ（位置センサの出力
パターン）の変化が電動機の正回転時（図３Ｅ）と逆回
転時（図４Ｅ）とで異なることを利用して電動機が正回
転しているか否かを判定する手段で、各位置センサの出
力の立上り（または立下がり）が検出された際の位置セ
ンサｈｕ〜ｈｗの出力パターンを前回の位置センサの出
力の立上り（または立下がり）で検出された出力パター
ンと比較して、電動機が正回転しているか否かを判定す
る。

【００７３】マイクロコンピュータ１１は、上記回転状
態判定手段を実現するために、割込信号発生回路１３が
位置センサｈｕ〜ｈｗの出力の立下がりのエッジを検出
して割込信号ＩＮ2 を発生する毎に図５に示すルーチン
を実行する。

【００７４】位置センサｈｕ〜ｈｗの出力の立下がりの
エッジで割込信号ＩＮ2 が発生すると、先ず図５のステ
ップ１を実行して位置センサの出力の今回の立下がりの
エッジが検出されたときの位置センサの出力パターンを
データ処理用メモリにロードする。次いでステップ２に
移行して前回の位置センサの出力の立下がりのエッジが
検出された時に検出されて位置センサパターンメモリに
記憶されている位置センサの出力パターンをデータ処理
用メモリにロードし、ステップ３で今回検出された位置
センサの出力パターンを位置センサパターンメモリに記
憶する。

【００７５】次いでステップ４において前回の割込信号
ＩＮ2 発生時に検出された位置センサ出力パターンと今
回の割込信号ＩＮ2 発生時に検出された位置センサ出力
パターンとを比較する。電動機が正回転している時に
は、図３（Ｅ）に示すように、割込み信号ＩＮ2 発生す
る（位置センサｈｕ〜ｈｗの出力の立下がりエッジが検
出される）毎に、位置センサ出力パターンが（１０
０），（０１０），（００１），（１００），…のよう
に変化し、これらの位置センサ出力パターンの変化の順
序は決っているため、前回の割込信号ＩＮ2 発生時に検
出された位置センサ出力パターンと今回の割込信号ＩＮ
2 発生時に検出された位置センサ出力パターンとを比較
することにより電動機が正回転しているか否かを判定す
ることができる。

【００７６】ステップ４で電動機が正回転しているか否
かを判定した結果、正回転していると判定されたときに
はステップ５に移行して電動機が正回転していると３回
続けて判定されたか否かを判定する。その結果、電動機
が正回転していると３回続けて判定されているときに
は、次いでステップ６に移行して電動機が正方向に回転
しているとの判定が行われたことを示す正回転フラグを
セットした後、メインルーチンに復帰する。

【００７７】ステップ４において電動機が正回転してい
ないと判定されたとき、及びステップ５で未だ電動機が
正回転していると３回続けて判定されていないと判定さ
れたときには、ステップ７に移行して電動機が正回転し
ていないとの結論を出し、正回転フラグをクリアする。

【００７８】図５に示したアルゴリズムによる場合に
は、ステップ１及び３により、各位置センサの出力の立
上がりまたは立下がりが検出される毎にｎ個の位置セン
サのそれぞれの出力を１または０で表してｎ個の位置セ
ンサの出力の組み合わせを位置センサ出力パターンとし
て記憶する位置センサ出力パターン記憶手段が実現され
る。

【００７９】またステップ１，２及び４により、各位置
センサの出力の立上がりまたは立下がりが検出される毎
に位置センサ出力パターン記憶手段に前回記憶された位
置センサ出力パターンと今回記憶された位置センサ出力
パターンとを比較して位置センサ出力パターンの変化が
正回転時の変化であるか否かを判定する位置センサ出力
パターン判定手段が実現される。

【００８０】更に、ステップ５ないし７により、上記位
置センサ出力パターン判定手段により位置センサ出力パ
ターンの変化が正回転時の変化であるとの判定が続けて
ｍ回（ｍは２以上の整数）行われたときに電動機が正回
転していると判定し、上記位置センサ出力パターン判定
手段により位置センサ出力パターンの変化が正回転時の
変化でないとの判定が行われたとき、及び正回転時の変
化であるとの判定が続けて行われた回数がｍ回未満のと
きに電動機が正回転していないと判定する回転方向判定
手段が実現される。

【００８１】またロック・非ロック判定手段は、以下に
示す条件ａ及びｂが成立したときに電動機がロックモー
ドにあると判定する。

【００８２】ａ．アクセルセンサ１２により検出される
アクセル開度が設定されたロック判定開度以上で、上記
回転状態判定手段により電動機１が正回転していると判
定され（正回転フラグがセットされ）、かつ位置センサ
ｈｕ〜ｈｗの出力の各立上り（または立下がり）から次
の立上り（または立下がり）までの時間データにより検
出される回転速度が設定されたロック開始判定回転速度
以下の状態が設定されたロック開始判定時間の間継続し
たとき。

【００８３】ｂ．アクセル開度がロック判定開度以上
で、上記回転状態判定手段により電動機が正回転してい
ないと判定されている状態が設定されたロック開始判定
時間の間継続したとき。

【００８４】またロック・非ロック判定手段は、以下に
示す条件ｃ及びｄが成立した時にロックモードが解除さ
れていると判定する。

【００８５】ｃ．アクセル開度がロック判定開度未満に
なったとき。

【００８６】ｄ．回転速度がロック開始回転速度よりも
高く設定されたロック解除回転速度以上になっている状
態が設定されたロック解除判定時間の間継続したとき。

【００８７】上記ロック・非ロック判定手段を実現する
ために、マイクロコンピュータ１１が一定の時間毎に実
行するルーチンのアルゴリズムを示すフローチャートの
一例を図６に示した。

【００８８】図６に示したアルゴリズムによる場合に
は、先ずステップ１でアクセルセンサ１２により検出さ
れているアクセル開度θａがロック判定開度θL 以上で
あるか否かを判定する。ステップ１においてアクセル開
度θａがロック判定開度θL 以上であると判定された場
合には、ステップ２に進んで今の状態がロック状態と判
定されている状態であるか否かを判定し、ロック状態で
ないと判定された場合には、次いでステップ３に進んで
正回転フラグがセットされているか否かを判定する。そ
の結果、正回転フラグがセットされていない場合には、
ステップ４に進んで現在の電動機の回転速度Ｎがロック
開始回転速度ＮLS以下であるか否かを判定し、回転速度
Ｎがロック開始回転速度ＮLS以下である場合には、次い
でステップ５に進んで、アクセル開度θａがロック判定
角度θL 以上で、かつ回転速度Ｎがロック開始回転速度
ＮLS以下である状態がロック開始判定時間ｔLSの間が継
続しているか否かを判定する。この判定の結果、アクセ
ル開度θａがロック判定角度θL 以上で、かつ回転速度
Ｎがロック開始回転速度ＮLS以下である状態がロック開
始判定時間ｔLSの間が継続していると判定されたときに
は、ステップ６に進んでロックモードであるとの判定の
結論を出し、メインルーチンに戻る。ステップ３におい
て正回転フラグがセットされていないと判定されたとき
（図５のルーチンにより実現される回転状態判定手段に
より電動機が正回転していないと判定されているとき）
には、ステップ５に飛んで、アクセル開度θａが設定さ
れたロック判定開度θL 以上で、かつ電動機が正回転し
ていないと判定されている時間がロック開始判定時間ｔ
LSの間継続しているか否かを判定する。この判定の結
果、アクセル開度θａが設定されたロック判定開度θL
以上で、かつ電動機が正回転していないと判定されてい
る時間がロック開始判定時間ｔLSの間継続していると判
定されたときには、ステップ６に進んで現在はロックモ
ードであると判定し、メインルーチンに戻る。

【００８９】ステップ１においてアクセル開度θａがロ
ック判定開度θL よりも小さいと判定されたときには、
ステップ７に進んでロックモードを解除した後メインル
ーチンに戻る。またステップ４において、回転速度Ｎが
ロック開始回転速度ＮLSよりも高いと判定されたとき、
及びステップ５においてアクセル開度θａが設定された
ロック判定開度θL 以上で、かつ電動機が正回転してい
ないと判定されている時間がロック開始判定時間ｔLSの
間継続していないと判定されたときにはステップ８に進
んでロックモードを解除する。

【００９０】更にステップ２において、今はロック状態
と判定されたときには、ステップ９に進んで正回転フラ
グがセットされているか否かを判定する。その結果正回
転フラグがセットされていると判定された場合には、ス
テップ１０に進んで回転速度Ｎがロック開始回転速度Ｎ
LSよりも高く設定されたロック解除回転速度ＮLC以上で
あるか否かを判定し、この判定の結果、回転速度Ｎがロ
ック解除回転速度ＮLC以上であると判定されたときには
ステップ１１に進んで、ロック状態であると判定されて
いる状態で電動機が正回転していると判定され、かつ回
転速度がロック解除回転速度ＮLC以上であると判定され
る状態が、ロック開始判定時間ｔLSよりも長く設定され
たロック解除判定時間ｔLCの間継続しているか否かを判
定する。その結果、ロック状態であると判定されている
状態で電動機が正回転していると判定され、かつ回転速
度がロック解除回転速度ＮLC以上であると判定される状
態がロック解除判定時間ｔLCの間継続していると判定さ
れたときにはステップ１２に進んでロックモードを解除
する。

【００９１】ステップ２で今はロックモードであると判
定され、ステップ９で電動機が正回転していると判定さ
れている状態で、ステップ１０において回転速度Ｎがロ
ック解除回転速度ＮLCよりも低いと判定されたとき、及
びステップ２で今はロックモードであると判定され、ス
テップ９で電動機が正回転していると判定されている状
態で、回転速度Ｎがロック解除回転速度ＮLC以上になっ
た後、ステップ１１で時間ｔLCが経過していないと判定
されたときには、ステップ１３でロックモードを維持し
てメインルーチンに戻る。

【００９２】またロックモードであると判定されている
状態で、ステップ９において正回転フラグがセットされ
ていないと判定されたときには、ステップ１１に飛ん
で、正回転フラグがセットされていないと判定されてか
ら（電動機が逆回転していると判定されてから）ロック
解除判定時間ｔLCが経過したか否かを判定する。その結
果、正回転フラグがセットされていないと判定されてか
らロック解除判定時間ｔLCが経過したと判定されたとき
（ロック状態と判定されている状態で、電動機が逆回転
していると判定されている状態がロック解除判定時間の
間継続したとき）には、ステップ１２に進んでロックモ
ードを解除する。

【００９３】即ち、電動機が逆回転している状態が所定
の時間継続している状態では、各相の電機子コイルに平
均的に電流が流れる状態になっており、特定の相の電機
子コイルのみに電流が流れ続ける状態は解消されている
ため、ロックモードを解除する。

【００９４】図６に示したアルゴリズムに従う場合に
は、ステップ１により、アクセル開度θａがロック判定
開度θL 以上であるか否かを判定するアクセル開度判定
手段が実現され、ステップ２により、アクセル開度判定
手段によってアクセル開度がロック判定開度以上である
と判定されたときに既にロックモードの判定が行われて
いるか否かを確認するロックモード確認手段が実現され
る。

【００９５】またステップ３により、ロックモード確認
手段によって未だロックモードの判定が行われていない
と判定された時に回転状態判定手段により電動機が正回
転していると判定されているか否かを確認する非ロック
モード時回転方向確認手段が実現され、ステップ４によ
り、非ロックモード時回転方向確認手段によって電動機
が正回転しているとの判定が行われていることが確認さ
れたときに電動機の回転速度がロック開始回転速度以下
であるか否かを判定する非ロック時回転速度判定手段が
実現される。

【００９６】更にステップ５により、非ロック時回転速
度判定手段によって回転速度がロック開始回転速度以下
であると判定される状態または第１の回転方向確認手段
によって電動機が正回転していないと判定される状態が
生じてから設定されたロック開始判定時間が経過したか
否かを判定するロック開始時経過時間判定手段が実現さ
れ、ステップ９により、ロックモード確認手段によって
既にロックモードの判定が行われていることが確認され
たときに、回転状態判定手段により電動機が正回転して
いると判定されているか否かを確認するロックモード時
回転方向確認手段が実現される。

【００９７】またステップ１０により、ロックモード時
回転方向確認手段（ステップ９）によって電動機が正回
転しているとの判定が行われていることが確認されたと
きに電動機の回転速度がロック開始回転速度よりも高く
設定されたロック解除回転速度以上であるか否かを判定
するロック時回転速度判定手段が実現され、ステップ１
１により、ロック時回転方向確認手段によって電動機が
正回転していないとの判定がされていることが確認され
る状態またはロック時回転速度判定手段により回転速度
がロック解除回転速度以上であると判定される状態が生
じてから設定されたロック解除判定時間が経過したか否
かを判定するロック解除時経過時間判定手段が実現され
る。

【００９８】更にステップ６により、ロック開始時経過
時間判定手段によってロック開始判定時間が経過したと
判定されたときにロックモードであると判定する第１の
ロックモード判定手段が実現され、ステップ１３によ
り、ロック時回転速度判定手段によって回転速度がロッ
ク解除回転速度未満であると判定されたとき、及びロッ
ク解除時経過時間判定手段によりロック解除判定時間が
経過していないと判定されたときに依然としてロックモ
ードであると判定する第２のロックモード判定手段が実
現される。

【００９９】またステップ７により、アクセル開度判定
手段によってアクセル開度がロック判定開度未満である
と判定されたときにロックモードを解除する判定を行う
第１のロックモード解除手段が実現され、ステップ８に
より、非ロック時回転速度判定手段によって回転速度が
ロック開始回転速度を超えていると判定されたとき、及
びロック開始時経過時間判定手段によってロック開始判
定時間が経過していないと判定されたときにロックモー
ドを解除する判定を行う第２のロックモード解除手段が
実現される。

【０１００】更にステップ１２により、ロック解除時経
過時間判定手段によってロック解除判定時間が経過した
と判定されたときにロックモードを解除する判定を行う
第３のロックモード解除手段が実現され、上記アクセル
開度判定手段と、ロックモード確認手段と、非ロックモ
ード時回転方向確認手段と、非ロック時回転速度判定手
段と、ロック開始時経過時間判定手段と、ロックモード
時回転方向確認手段と、ロック時回転速度判定手段と、
ロック解除時経過時間判定手段と、第１及び第２のロッ
クモード判定手段と、第１ないし第３のロックモード解
除手段とによりロック・非ロック判定手段が構成され
る。

【０１０１】ロック時駆動電流制御手段は、上記ロック
・非ロック判定手段により、電動機がロックモードにあ
ると判定されているときに、ＰＷＭ信号Ｖpwm のデュー
ティ比を小さい値に制限して、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗ
に供給する駆動電流の最大値をロック時制限値以下に制
限する駆動電流制限制御を行い、ロック状態が解除され
たと判定されたときに上記駆動電流制限制御を解除し
て、駆動電流の制御モードを、アクセル開度及び回転速
度に応じてデューティ比を制御する定常時の制御モード
に復帰させる。

【０１０２】上記の例においては、駆動電流の増減によ
り無用のショックが生じるのを防ぐために、駆動電流制
限制御を行う際には、駆動電流を定常時の値からロック
時制限値まで時間をかけて暫減させて駆動電流を制限
し、駆動電流制限制御を解除する際には、駆動電流を時
間をかけてロック時制限値から定常時の値まで暫増させ
て制限を解除するようにするのが好ましい。

【０１０３】上記の例では、スイッチ回路１０の下段の
スイッチ素子Ｆｘ〜ＦｚをオンオフさせることによりＰ
ＷＭ波形の駆動電流を得るようにしているが、スイッチ
回路の上段のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗをオンオフさせる
ことによりＰＷＭ波形の駆動電流を得るようにしてもよ
く、上段のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗと下段のスイッチ素
子Ｆｘ〜Ｆｚとの双方をオンオフさせることによりＰＷ
Ｍ波形の駆動電流を得るようにしてもよい。

【０１０４】上記の例では、位置センサを構成するホー
ルＩＣを各相の電機子コイルが巻回された歯部の中心に
対して電気角で９０°進んだ位置に配置したが、位置セ
ンサは各相の電機子コイルに対してロータの磁極のステ
ータに対する回転角度位置を検出すれば良く、その配設
位置は上記の例に限定されない。

【０１０５】上記の例では、１８０度スイッチング制御
を行わせているが、ブラシレス直流電動機の駆動の仕方
は上記の例に限られるものではなく、例えば各相の電機
子コイルが巻回された歯部を通して流れる磁束が零点を
通過する位置の前後６０度（電気角）の区間各相の電機
子コイルに駆動電流を流す「１２０度スイッチング制
御」を行って電動機を回転させる場合にも本発明を適用
することができる。

【０１０６】また上記の例では、位置センサとしてホー
ルＩＣを用いて、該ホールＩＣによりロータの磁極を直
接検出するようにしているが、リング状等に形成されて
ロータの磁極と同じように着磁された回転角度位置検出
用磁石をロータに別途取り付けて、該回転角度位置検出
用磁石の磁極をホールＩＣにより検出することにより、
ロータの磁極を間接的に検出するようにしてもよい。ま
たホールＩＣに代えて、フォトエンコーダ等の位置セン
サを用いるようにしてもよい。

【０１０７】本発明を適用する電動車両は、電動機の出
力を車両の駆動輪に直接伝達する構造のものでもよく、
電動機の出力を減速機を介して駆動輪に伝達するように
したものでもよい。

【０１０８】上記の例では、３相のブラシレス電動機を
例にとったが、本発明において電機子コイルの相数ｎは
２以上であればよい。また電動車両駆動用電動機とし
て、ブラシレス直流電動機以外の電動機が用いられる場
合にも本発明を適用することができる。

【０１０９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電動機
が正回転しているか否かを判定する回転状態判定手段
と、アクセル開度がロック判定開度以上で回転状態判定
手段により電動機が正回転していないと判定されている
状態が設定されたロック開始判定時間の間継続したと
き、及びアクセル開度がロック判定開度以上で、電動機
が正回転していないと判定される状態がロック開始判定
時間の間継続したときに、電動機がロックモードにある
との判定を行うロック・非ロック判定手段とを設けたの
で、電動機の極低速時にハンチングが生じて回転方向が
反転したときに、その時の時間データの如何に係わりな
くロック状態と判定して、駆動電流を制限することがで
きるため、特定の相の電機子コイルに大きな駆動電流が
流れる状態が継続したときに電機子コイルの保護を適確
に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のハードウェアの構成例を示
した構成図である。

【図２】図１に示した電動機における位置検出信号の波
形と、スイッチ回路の各スイッチ素子のオンオフ動作波
形とを示した波形図である。

【図３】ロータが正方向に回転する際の位置センサ出力
パターンの変化を説明するための線図である。

【図４】ロータが逆方向に回転する際の位置センサ出力
パターンの変化を説明するための線図である。

【図５】本発明に係わる制御装置に設ける回転状態判定
手段を構成するために制御装置のコンピュータに実行さ
せるプログラムのアルゴリズムの一例を示したフローチ
ャートである。

【図６】本発明に係わる制御装置に設けるロック・非ロ
ック判定手段を構成するために制御装置のコンピュータ
に実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示した
フローチャートである。

【符号の説明】

１…ブラシレス直流電動機、２…ロータ、３…ステー
タ、Ｌｕ〜Ｌｗ…電機子コイル、ｈｕ〜ｈｗ…位置セン
サ、１０…スイッチ回路、１１…マイクロコンピュー
タ、１２…アクセルセンサ、１５…コントローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/12 B60L 3/04 B60L 3/06 B60L 15/28

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 界磁を有するロータとｎ相（ｎは２以上
   の整数）の電機子コイルを有するステータとを備えた電
   動車両駆動用ブラシレス直流電動機の前記ステータのｎ
   相の電機子コイルのそれぞれに対して前記ロータの磁極
   を直接または間接的に検出して検出している磁極の極性
   が変る毎にレベルが変化する出力を発生するｎ個の位置
   センサと、前記電動機の出力を調整する際に操作される
   アクセル操作部材の変位量をアクセル開度として検出す
   るアクセルセンサと、前記電動機の回転速度を検出する
   回転速度検出手段と、直流電源から前記電機子コイルに
   駆動電流を流す相を切り換えるために前記直流電源と電
   機子コイルとの間に設けられたスイッチ回路と、前記ロ
   ータを回転させるべく前記位置センサの出力に応じて決
   定した相の電機子コイルに前記アクセル開度に対して演
   算されたデューティ比を有するＰＷＭ波形の駆動電流を
   流すように前記スイッチ回路を構成するスイッチ素子を
   制御するスイッチ制御部とを備えた電動車両駆動用ブラ
   シレス直流電動機の制御装置において、 前記ｎ個の位置センサの出力の状態の組み合わせの変化
   が前記電動機の正回転時と逆回転時とで異なることを利
   用して前記電動機が正回転しているか否かを判定する回
   転状態判定手段と、 前記アクセル開度がロック判定開度以上で前記回転状態
   判定手段により前記電動機が正回転していると判定さ
   れ、かつ前記回転速度が設定されたロック開始判定回転
   速度以下の状態が設定されたロック開始判定時間の間継
   続したとき、及び前記アクセル開度がロック判定開度以
   上で前記電動機が正回転していないと判定されている状
   態が設定されたロック開始判定時間の間継続したときに
   前記電動機がロックモードにあると判定し、前記アクセ
   ル開度が前記ロック判定開度未満になったとき、または
   前記回転速度が前記ロック開始回転速度よりも高く設定
   されたロック解除回転速度以上になっている状態が設定
   されたロック解除判定時間の間継続したときに前記ロッ
   クモードが解除されたと判定する判定過程を一定の時間
   毎に行うロック・非ロック判定手段と、 前記電動機がロックモードにあると判定されているとき
   に、前記駆動電流の最大値をロック時制限値以下に制限
   する駆動電流制限制御を行い、前記ロック状態が解除さ
   れたと判定されたときに前記駆動電流制限制御を解除す
   るロック時駆動電流制御手段と、 を具備したことを特徴とする電動車両駆動用ブラシレス
   直流電動機の制御装置。
2. 【請求項２】 前記回転状態判定手段は、前記電動機が
   正回転しているか否かの判定を、各位置センサの出力の
   立上がりまたは立下がりが検出される毎に行うことを特
   徴とする請求項１に記載の電動車両駆動用ブラシレス直
   流電動機の制御装置。
3. 【請求項３】 前記回転状態判定手段は、 各位置センサの出力の立上がりまたは立下がりが検出さ
   れる毎に前記ｎ個の位置センサのそれぞれの出力を１ま
   たは０で表してｎ個の位置センサの出力の組み合わせを
   位置センサ出力パターンとして記憶する位置センサ出力
   パターン記憶手段と、 各位置センサの出力の立上がりまたは立下がりが検出さ
   れる毎に前記位置センサ出力パターン記憶手段に前回記
   憶された位置センサ出力パターンと今回記憶された位置
   センサ出力パターンとを比較して前記位置センサ出力パ
   ターンの変化が正回転時の変化であるか否かを判定する
   位置センサ出力パターン判定手段と、 前記位置センサ出力パターン判定手段により位置センサ
   出力パターンの変化が正回転時の変化であるとの判定が
   続けてｍ回（ｍは２以上の整数）行われたときに前記電
   動機が正回転していると判定し、前記位置センサ出力パ
   ターンにより位置センサ出力パターンの変化が正回転時
   の変化でないとの判定が行われたとき、及び正回転時の
   変化であるとの判定が続けて行われた回数がｍ回未満の
   ときに前記電動機が正回転していないと判定する回転方
   向判定手段と、 を備えている請求項１に記載の電動車両駆動用ブラシレ
   ス直流電動機の制御装置。
4. 【請求項４】 ロック・非ロック判定手段は、 前記アクセル開度がロック判定開度以上であるか否かを
   判定するアクセル開度判定手段と、 前記アクセル開度判定手段によりアクセル開度がロック
   判定開度以上であると判定されたときに既にロックモー
   ドの判定が行われているか否かを確認するロックモード
   確認手段と、 前記ロックモード確認手段により未だロックモードの判
   定が行われていないと判定された時に前記回転状態判定
   手段により前記電動機が正回転していると判定されてい
   るか否かを確認する非ロックモード時回転方向確認手段
   と、 前記非ロックモード時回転方向確認手段により電動機が
   正回転しているとの判定が行われていることが確認され
   たときに前記電動機の回転速度がロック開始回転速度以
   下であるか否かを判定する非ロック時回転速度判定手段
   と、 前記非ロック時回転速度判定手段により回転速度がロッ
   ク開始回転速度以下であると判定される状態または前記
   第１の回転方向確認手段により電動機が正回転していな
   いと判定される状態が生じてから設定されたロック開始
   判定時間が経過したか否かを判定するロック開始時経過
   時間判定手段と、 前記ロックモード確認手段により既にロックモードの判
   定が行われていることが確認されたときに、前記回転状
   態判定手段により前記電動機が正回転していると判定さ
   れているか否かを確認するロックモード時回転方向確認
   手段と、 前記ロックモード時回転方向確認手段により電動機が正
   回転しているとの判定が行われていることが確認された
   ときに前記電動機の回転速度が前記ロック開始回転速度
   よりも高く設定されたロック解除回転速度以上であるか
   否かを判定するロック時回転速度判定手段と、 前記ロック時回転方向確認手段により電動機が正回転し
   ていないとの判定がされていることが確認される状態ま
   たは前記ロック時回転速度判定手段により回転速度がロ
   ック解除回転速度以上であると判定される状態が生じて
   から設定されたロック解除判定時間が経過したか否かを
   判定するロック解除時経過時間判定手段と、 前記ロック開始時経過時間判定手段によりロック開始判
   定時間が経過したと判定されたときにロックモードであ
   ると判定する第１のロックモード判定手段と、 前記ロック時回転速度判定手段により回転速度がロック
   解除回転速度未満であると判定されたとき、及び前記ロ
   ック解除時経過時間判定手段により前記ロック解除判定
   時間が経過していないと判定されたときに依然としてロ
   ックモードであると判定する第２のロックモード判定手
   段と、 前記アクセル開度判定手段によりアクセル開度がロック
   判定開度未満であると判定されたときにロックモードを
   解除する判定を行う第１のロックモード解除手段と、 前記非ロック時回転速度判定手段により回転速度がロッ
   ク開始回転速度を超えていると判定されたとき、及び前
   記ロック開始時経過時間判定手段により前記ロック開始
   判定時間が経過していないと判定されたときにロックモ
   ードを解除する判定を行う第２のロックモード解除手段
   と、 前記ロック解除時経過時間判定手段により前記ロック解
   除判定時間が経過したと判定されたときにロックモード
   を解除する判定を行う第３のロックモード解除手段と、 を備えていることを特徴とする請求項１または３に記載
   の電動車両駆動用ブラシレス直流電動機の制御装置。