JP3860716B2 - 直流電動機の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴルフカーのような電動車等の駆動源となる分巻型の直流電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流電動機を駆動源とする装置は多々あるが、これらの直流電動機の制御は、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う方法が通常用いられている。そして直流電動機が停止中であっても駆動負荷の自重等により直流電動機が自由回転し、駆動負荷が停止位置より動く恐れがあるため電磁ブレーキ等により機械的にロックして直流電動機の自由回転を規制している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、駆動源として直流電動機を採用したゴルフカー等の電動車が提供されているが、これらの電動車には上述したような方法で速度制御を行うものがある。特にゴルフカーでは自動運転する場合があり、この自動運転では発進指令があると、停止状態から発進を開始するに当たって、まず後輪の車軸を電磁ブレーキでロックしている状態、つまり直流電動機の自由な回転を機械的にロックしている状態から電磁ブレーキのロックを開放し、しかる後に検出される車速が徐々に指令速度に到達するように直流電動機の電機子巻線及び界磁巻線に流す電流を設定しながら直流電動機を駆動開始させる制御が上述の方法により行われている。
【０００４】
ところで坂道上で停止したゴルフカーを登り方向に発進する場合、上記のように発進指令の入力と同時に電磁ブレーキを開放すると、直流電動機に充分なトルクが得られていないないため、発進開始当初では自重で坂道を電動車がずり下がると言う問題があった。また一方界磁電流が不足していると、電機子巻線に過大に流れると言う問題があった。
【０００５】
更に界磁電流が少なく、トルクが充分得られない状態の発進当初から速度制御を開始すると、坂道発進時のずり下がり時に対して登り方向の速度応答が悪く、ずり下がりを抑えるのが難しいと言う問題があった。
【０００６】
また従来のこの種の直流電動機の制御装置では、界磁巻線、電機子巻線に対して各巻線の通電路に挿入したスイッチング素子を備えた駆動回路が設けられ、各スイッチング素子を夫々に対応したＰＷＭ信号によってオンオフすることで、夫々の巻線に流れる電流を制御する構成が広く採用されているが、ＰＷＭ信号を発生させる回路にトラブルが発生し、電機子巻線側の駆動回路に対応するＰＷＭ信号を発生させるものの、界磁巻線側の駆動回路に対応するＰＷＭ信号を発生しない場合、界磁巻線の電流がゼロであるため、電機子巻線に流れる電流を増加させるために対応する駆動回路のスイッチング素子へのＰＷＭ信号のオンデュティを大きくする制御が為され、結果スイッチング素子の破壊につながる恐れがあった。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的は、分巻型の直流電動機の駆動開始時の課題を解消し、良好な駆動開始ができる直流電動機の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、直流電動機の界磁巻線に流れる電流が所定電流値以上になってから直流電動機の回転を機械的に規制する電磁ブレーキを開放する制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明では、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、界磁巻線に流れる電流が所定値以上となってから、電機子巻線への通電を開始させる制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明では、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、直流電動機の界磁巻線に流す電流が所定値以上となってから、速度制御を開始する制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明では、請求項１乃至３の何れかの発明において、電機子巻線の駆動回路が、直列に接続した対のスイッチング素子を電源に接続し、一方のスイッチング素子に並列に電機子巻線を接続したものであり、電機子巻線への通電を止める手段が、界磁巻線に流す指令電流値に応じた電圧を印加させるためにデュティ比を設定したＰＷＭ信号が出力されなくなることで、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が、ＰＷＭ信号の一周期分以上に設定された所定時間入力しなくなると、所定時間をカウントし、所定時間が経過するとローレベルの出力信号を出力するタイマ回路を備え、タイマ回路の出力信号がローレベルになると、一方のスイッチング素子がオン状態になり、他方のスイッチング素子がオフ状態になって、電機子巻線の駆動回路の動作が停止することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、本実施形態の直流電動機の制御装置を採用したゴルフカーの全体構成を図２に示すブロック図に基づいて概説する。
【００１３】
本実施形態を採用したゴルフカーは、所定の誘導経路に沿う自動走行と乗員の手動操作による手動走行が可能となっている。このゴルフカーには駆動源としての分巻型直流電動機（以下、「メインモータ」という）１並びにメインモータ１の電源としてメインバッテリ２が搭載されており、メインモータ１から供給される駆動力を駆動輪である後輪３ａ，３ｂに伝達するためのトランスミッション４、操舵輪である前輪３ｃ，３ｄを操舵するためのハンドル５、本発明に係る制御装置を構成するコントローラ１１、人が操作して車速を変えるためのアクセルペダル７、人が操作して車両に制動力を加えるためのブレーキペダル８とドラムブレーキ９、車両の前後進を人の操作で切り換えるためのシフトレバー１０、コントローラ１１やメインモータ１以外の各種モータ等に電源を供給する補機バッテリ６、外部電源によりメインバッテリ２並びに補機バッテリ６を充電する充電器２８と、メインモータ１の出力軸をロックするための電磁ブレーキ１８とが設けられている。
【００１４】
また、ゴルフカーには、自動走行のためのステアリングモータ１３、ブレーキモータ１６、誘導線センサ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ、定点センサ２０、左右のバンパスイッチ２１、追突防止センサ受信機２２ａ並びに追突防止センサ送信機２２ｂ、左右の障害物センサ２３等の各種センサ群、自動制動と手動制動を切り換えるための切換機構２４、リモコン送信器２５からの信号を受信してコントローラ１１に入力するためのリモコン受信器２６、追突防止センサ受信機２２ａが前方のゴルフカーから受信する追突防止信号のコントローラ１１への入力並びに追突防止センサ送信機２２ｂから後方への追突防止信号へ送信する際の制御を行う追突防止コントローラ２７等が設けられている。
【００１５】
コントローラ１１はＣＰＵやメモリ、入出力のインタフェース等で構成される制御部４８を有し、制御部４８にて所定の制御プログラムを実行することで速度制御やメインモータ１の発進時の制御等を行う。また、コントローラ１１はステアリングドライバ１２を備え、このステアリングドライバ１２は、自動走行時にコントローラ１１から出力される操舵指示信号に応じた駆動電流をステアリングモータ１３に供給するものであって、ステアリングモータ１３の回転はギヤ２９，３０を介してステアリング軸３１に伝達され、ステアリング軸３１が回動することによって所望のステアリング操作がなされる。なお、自動走行時には、コントローラ１１からの信号によってクラッチモータリレー３２ａを介してクラッチモータ３２ｂが駆動されてステアリングクラッチ３２がオフされ、ハンドル５はステアリング軸３１から切り離されて手動によるステアリング操作が不能となる。
【００１６】
また、コントローラ１１にはアクセルペダル７の操作をアクセルスイッチ３４によって検知した検知信号と、アクセルペダル７の踏み込み度合をアクセルポテンショメータ３５によって検出した検出信号がそれぞれ入力される。
【００１７】
さらに、コントローラ１１はブレーキモータ出力部１５を備えており、自動走行時にコントローラ１１から出力される制御指示信号に応じた駆動電流をブレーキモータ出力部１５からブレーキモータ１６に供給させ、ブレーキモータ１６によりギヤ３７及び切換機構２４を介して後輪３ａ，３ｂ及び前輪３ｃ，３ｄの各々に設けられたドラムブレーキ９を駆動して車両に制動力を加える。そして、自動走行時においても、ブレーキペダル８は切換機構２４を介してドラムブレーキ９に接続されており、ブレーキペダル８の踏み込み操作による制動も可能である。但し、ブレーキペダル８の踏み込み操作はブレーキスイッチ３８によって検出され、その検出信号はコントローラ１１に入力される。
【００１８】
電磁ブレーキ１８は、コントローラ１１によってオン／オフ制御され、メインモータ１の回転をトランスミッション４に伝達する回動軸（図示せず）にスプライン嵌合されたディスク１８ａと、回動軸と非接触で、かつディスク１８ａに対向するようトランスミッション４の外壁等に固定された固定盤１８ｂとで構成されている。ディスク１８ａは、回動軸にスプライン嵌合されていることから、回動軸と一体となって回転する一方、回動軸の軸方向に移動可能となっている。また、固定盤１８ｂは、ディスク１８ａを吸引する磁界を発生する永久磁石と、この永久磁石の磁界を打ち消すようコントローラ１１によって励磁される電磁石とで構成されている。すなわち、この電磁ブレーキ１８は、走行中において電磁石に対する励磁がオンとされ、この磁界によって永久磁石の磁界が打ち消されることによりディスク１８ａに対する吸引力が無くなり、結果的に回動軸に対し制動がかからない状態（開放状態）となる。一方、電磁石に対する励磁がオフとされると、ディスク１８ａが永久磁石の磁力によって固定盤１８ｂに吸着され、回動軸に対し制動がかかる状態（ロック状態）、つまりメインモータ１をロックする状態となる。
【００１９】
誘導線センサ１９ａ〜１９ｃは、車両の前端部に水平方向に回動自在に取り付けられたＴ字状アーム３９の中央と左右に地面と対向するように配置され、ゴルフ場のコースに沿って埋設され且つ交流電圧が印加された誘導線（図示せず）を磁気的に検出し、誘導線との距離に応じた検出信号を誘導線センサ用アンプ１４で増幅してコントローラ１１の制御部４８に入力する。すなわち、コントローラ１１の制御部４８は誘導線センサ１９ａ〜１９ｃからの検出信号に基づいて車両位置の誘導線からの偏差量を算出し、この偏差量を「０」とするような操舵指示信号をステアリングドライバ１２に対して出力することによって車両を誘導線に沿って自動走行させる。
【００２０】
また、定点センサ２０は、地面と対向するよう車両の所定位置に取り付けられており、ゴルフ場のコース等に所定間隔を置いて埋設された複数の永久磁石からなる定点を磁気的に検出し、その並びのパターンに対応した検出信号を定点センサ用アンプ１７で増幅してコントローラ１１の制御部４８に対して出力することによって車両の停止／発進、加速等の速度制御を行うための情報をコントローラ１１に提供するものである。
【００２１】
追突防止センサ受信機２２ａは車両の前端部に設けられており、前方を走行するゴルフカーの追突防止センサ送信機２２ｂから送信される電波を受信する。追突防止コントローラ２７では追突防止センサ受信機２２ａで受信した電波の強度に応じた検出信号をコントローラ１１へ出力する。コントローラ１１は、この追突防止コントローラ２７からの検出信号に基づき、前方車両との距離が所定の設定値以下であるか否かを判断し、設定値以下であると判断した場合には、追突を防止すべく車両を停止させる。
【００２２】
障害物センサ２３は、車両の前端部の左右２箇所にそれぞれ設けられた光反射型の赤外線センサであり、車両前方に存在する障害物（人、動物等の生物を含む）との距離に応じた検出信号を出力する（但し、この検出信号のレベルは障害物との距離が短くなるにつれて大きくなる）。コントローラ１１は、各々の障害物センサ２３の出力をそれぞれ第１及び第２の設定値と比較し、何れか一方のセンサ出力（障害物との距離）が第１の設定値以上である場合には車両を減速させ、第１の設定値よりさらに大きい第２の設定値以上である場合には車両を停止させる。これにより、障害物との接触が回避される。
【００２３】
バンパスイッチ２１は、フロントバンパと車両本体との隙間の左右２箇所に設けられ、通常時はオフ状態となっているが、フロントバンパが何らかの障害物によって押圧されるとオン状態になる。コントローラ１１は何れかのバンパスイッチ２１がオン状態になると車両を停止させる。
【００２４】
また、走行路の勾配を検出する傾斜検出部（図示せず）が車両に取り付けられており、平地をゼロとし、上りにプラス、下りにマイナスの符号を付けて勾配が急なほど大きな値となる検出信号をコントローラ１１に出力する。
【００２５】
その他、車両の走行状態を検出するセンサ群として、トランスミッション４には車速を検出するためのエンコーダからなる２つの車速センサ４１，４２、ギヤ３７にはドラムブレーキ９及び制動力伝達経路を含むブレーキ系のストロークが大きくなったためにブレーキモータ１６の回転角が一定の限界値を超えたか否かを検出するブレーキリミットスイッチ４４がそれぞれ設けられており、これらの検出信号はコントローラ１１に入力される。尚車速センサ４１，４２を２つ設けている理由は、一方が故障した場合でも速度制御を可能とするためと、コントローラ１１にて２つの車速センサ４１，４２の検出信号の位相差で走行方向を検出するためである。
【００２６】
また、シフトレバー１０の近傍には、シフトレバー１０の操作位置（前進位置及び後進位置）を検出する前進検出スイッチ４５と後進検出スイッチ４６が設けられるとともに、後進時に警報を発するための警報ブザー４７が設けられており、前進検出スイッチ４５並びに後進検出スイッチ４６の検出信号がコントローラ１１に入力されている。
【００２７】
ところで、運転席の近傍には操作盤４０が設置されており、この操作盤４０には、メインバッテリ２からメインモータ１への給電経路に挿入されたメインリレー３６をオン／オフするためのメインスイッチ４０ａの他、手動走行と自動走行の切換を指示する自動／手動切換スイッチ４０ｂ、発進と停止を指示する発進／停止スイッチ４０ｃ等の各種スイッチ、警告表示等を行う警告灯４０ｄや走行状態等の各種情報が表示される表示灯４０ｅ並びにメインバッテリ２の残容量を表示する残量計４０ｆが設けられている。而して、操作盤４０の自動／手動切換スイッチ４０ｂにて自動走行が選択されると、コントローラ１１は車両の走行モードを手動走行から自動走行に切り換え、後述するような自動走行のための制御を行う。
【００２８】
また、リモコン送信器２５は操作盤４０の発進／停止スイッチ４０ｃと同様の機能を有しており、リモコン送信器２５から無線信号で送信される発進／停止の指示をリモコン受信器２６で受信してコントローラ１１に送ることにより、ゴルフカーの遠隔操作が可能となっている。
【００２９】
さらに、車両故障やメインバッテリ２の残容量不足等によって車両が自力走行不能となった場合のために牽引スイッチ４９が設けてある。すなわち、この牽引スイッチ４９をオンするとコントローラ１１により電磁ブレーキ１８に通電されて開放状態となり、他のゴルフカー等によって牽引が可能になる。
【００３０】
次に、ゴルフカーの動作を概略的に説明する。まず、メインスイッチ４０ａがオンされると、コントローラ１１の制御部４８が所定の制御プログラムを実行し、自動／手動切換スイッチ４０ｂが「自動走行」と「手動走行」の何れに切り換えられているかを判断する。仮に自動／手動切換スイッチ４０ｂが自動走行に切り換えられているとすると、制御部４８は自動走行用のルーチンを実行して、以下の自動走行制御を行う。
【００３１】
制御部４８はシフトレバー１０が前進位置に操作されているか否か、すなわち、前進スイッチ４５からオン状態を示す検出信号が入力されているか否かを判断し、前進スイッチ４５がオン状態でなければ車両の停止状態を維持し、前進スイッチ４５がオン状態であれば、操作盤４０あるいはリモコン送信器２５から発進指示があったか否かを判断する。ここで、操作盤４０の発進／停止スイッチ４０ｃあるいはリモコン送信器２５の発進／停止スイッチ（図示せず）が操作されて発進指示がなされると、制御部４８がクラッチモータリレー３２ａをオン・オフしてステアリングクラッチ３２がオフする位置にクラッチモータ３２ｂを停止させて、ハンドル５をステアリング軸３１から切り離す。これにより、ハンドル５の操作による手動操舵が不能になるとともに、自動操舵に伴うハンドル４の回動が防止される。
【００３２】
そして、制御部４８はメインリレー３６をオンしてメインバッテリ２からの給電経路を閉成するとともに、メインモータ１の界磁巻線及び電機子巻線（図示せず）に電圧を印加するメインモータ出力部５０を制御してメインモータ１を起動する。メインモータ１の起動後、制御部４８が電磁ブレーキ１８に通電して開放状態とすることで駆動輪（後輪３ａ，３ｂ）が回動して車両が前方へ走行する。走行開始後は、制御部４８が車速センサ４２の車速検出値等の各種センサ出力に基づいてメインモータ出力部５０、ブレーキモータ出力部１５並びに電磁ブレーキ１８を制御し、車両の速度制御を行う。同時に、制御部４８では誘導線センサ１９ａ〜１９ｃからの検出信号に基づいて車両位置の誘導線からの偏差量を算出し、この偏差量を「０」とするような操舵指示信号をステアリングドライバ１２に対して出力し、ステアリングドライバ１２を介してステアリングモータ１３を駆動することで操舵制御を行う。このような速度制御と操舵制御により自動走行が行われる。
【００３３】
一方、自動／手動切換スイッチ４０ｂが手動走行に切り換えられている場合、制御部４８が手動走行用のルーチンを実行し、クラッチモータリレー３２ａをオン・オフしてステアリングクラッチモータ３２ｂがオフする位置にクラッチモータ３２ｂを停止させる。これにより、ハンドル５がステアリング軸３１に接続されて、ハンドル５の操作による手動操舵が可能になる。そして、アクセルスイッチ３４並びにアクセルポテンショメータ３５によって検出されるアクセルペダル７の踏み込み量に応じて、制御部４８がメインモータ１への通電を制御して車両の速度制御を行う。なお、手動走行中にアクセルペダル７から足を離す、すなわちアクセルペダル７の踏み込み量をゼロにすれば、メインモータ１に回生電流が流れて制動（回生制動）がかかる。
【００３４】
次にコントローラ１１の操舵制御を除く,本発明の主要な構成であるメインモータ１の制御に関わる部分について、さらに詳しく説明する。図１は本実施形態の制御装置（コントローラ１１の制御に関わる部分）の概略構成を示すブロック図である。なお、図１に示す入力処理部６０、指令速度演算部６１、速度制御処理部６２、電流制御処理部６３、ブレーキモータ制御処理部６４、電磁ブレーキ出力部６５の各部は、制御部４８のＣＰＵにて制御プログラムを実行することで実現される。
【００３５】
入力処理部６０には、アクセルペダル７の操作をアクセルスイッチ３４によって検知した検知信号、アクセルペダル７の踏み込み度合をアクセルポテンショメータ３５によって検出した検出信号、定点センサ２０からの検出信号、操作盤４０に設けられた発進／停止スイッチ４０ｃ等の各種スイッチの操作状態を示す信号、追突防止コントローラ２７からの検出信号、リモコン送信器２５の受信信号、傾斜検出部３３の検出信号等の各種信号源から入力する信号処理を行い、これらの信号に応じて車両の設定速度を決定する。
【００３６】
ここで、手動走行時には主にアクセルポテンショメータ３５の検出信号、すなわちアクセルペダル７の踏み込み度合に応じて設定速度が決まり、自動走行時には主に定点センサ２０からの検出信号、操作盤４０に設けられた発進／停止スイッチ４０ｃ等の各種スイッチの操作状態を示す信号、リモコン送信器２５の受信信号、傾斜検出部３３の検出信号に応じて設定速度が決まり、各信号に応じた設定速度の値が手動走行及び自動走行毎に予め制御部４８のメモリに格納されている。入力処理部６０では各信号に応じた設定速度をメモリから読み出して指令速度演算部６１に出力する。
【００３７】
指令速度演算部６１は、入力処理部６０から与えられる設定速度に基づいて車両の実際の走行速度を決める指令速度を演算するものであって、例えば、停止又は一定速度で走行中に設定速度が現在の値よりも高い値（あるいは低い値）に変更された場合、現在の設定速度から変更後の設定速度に徐々に且つ滑らかに加速（あるいは減速）するように指令速度を変化させる。
【００３８】
速度制御処理部６２は、指令速度演算部６１から与えられる指令速度と車速センサ４１，４２の検出信号（検出速度）とを一致させるためにメインモータ１に流す必要がある電流値を演算し、この電流値に応じたメインモータ指令電流値を電流制限部６６を介して電流制御処理部６３、並びにブレーキモータ制御処理部６４に出力する。
【００３９】
電流制御処理部６３は、速度制御処理部６２から与えられるメインモータ指令電流と電流検出部５１で検出されるメインモータ１の電流（検出電流）とを一致させるために必要となるメインモータ１への印加電圧を演算し、この印加電圧に応じた指令電圧値をメインモータ出力部５０に出力する。
【００４０】
ここで、本実施形態においてはメインモータ１として分巻型直流電動機を用いているが、この直流電動機では一般に回転速度と電機子電圧とが比例し且つ回転速度と界磁電流とが反比例することから、電機子電圧（電機子電流）及び界磁電流を調整することでメインモータ１の回転速度を制御することができる。
【００４１】
すなわち、電機子電流を増大するとともに界磁電流を減少させることでメインモータ１の回転数を上昇させて車両を加速し、電機子電流を減少するとともに界磁電流を増大させることでメインモータ１の回転数を下降させて車両を減速する、つまり制動（回生制動）をかけることができる。また分巻型電動機ではトルクが電機子電流と磁束（界磁電流）の相乗積に比例するため、登板時のように速度をできるだけ落とさずに大きなトルクを得たい場合には、電機子電流と界磁電流の両方を増大させる必要がある。
【００４２】
而して、速度制御処理部６２からは指令速度と検出速度を一致させるためにメインモータ１の電機子巻線及び界磁巻線（何れも図示せず）にそれぞれ流す必要がある電機子電流及び界磁電流の指令値がメインモータ指令電流として出力されており、電流制御処理部６３では、電流検出部５１で各々検出される電機子電流の検出値及び界磁電流の検出値とメインモータ指令電流の電機子電流及び界磁電流の各指令値とを一致させるために必要となる電機子巻線への印加電圧及び界磁巻線への印加電圧に応じた指令電圧値をメインモータ出力部５０に出力する。メインモータ出力部５０は、メインバッテリ２からメインモータ１の電機子巻線１ｂ及び界磁巻線１ａへの印加電圧を電流制御処理部６３から与えられる指令電圧値に応じて調整する。
【００４３】
一方、ブレーキモータ制御処理部６４は、速度制御処理部６２から与えられるメインモータ指令電流と電流検出部５１で検出される検出電流とを比較し、検出電流とメインモータ指令電流との差分に応じたブレーキモータ指令電流値を演算してブレーキモータ出力部１５に出力する。そして、ブレーキモータ出力部１５では、ブレーキモータ制御処理部６４から与えられるブレーキモータ指令電流値に対応する電流を流すのに必要な電圧を補機バッテリ６からブレーキモータ１６へ印加する。ここで、ブレーキモータ制御処理部６４による演算では検出電流とメインモータ指令電流との差分が大きいほどブレーキモータ指令電流の値が大きな値となり、ブレーキモータ指令電流の値が大きいほど、すなわちブレーキモータ１６への印加電圧が高いほどドラムブレーキ９の駆動力が増大して大きな制動がかかるようになっている。
【００４４】
また、指令速度演算部６１から出力する指令速度と車速センサ４１，４２の検出速度及び界磁電流を検出する電流検出部５１の界磁電流検出部５１ａの検出出力が電磁ブレーキ出力部６５に与えられる。
【００４５】
電磁ブレーキ出力部６５では、図３に示すフローチャートにより制御される。
【００４６】
つまり発進指示があり且つ速度センサ４１，４２の検出速度をチェックして、指令速度及び検出速度と、予め定めたロック速度Ａとを比較し（１）（２）、指令速度及び検出速度がロック速度Ａ以下の場合には電磁ブレーキ１８のロック状態を維持する（７）。そして速度制御処理部６２は、電機子巻線１ｂに対する電流指令値をゼロのままとする（８）。
【００４７】
一方発進指示がある場合には、指令速度演算部６１から設定速度に到達するように指令速度が一致するように滑らかに指令速度値を変化させながら速度制御処理部６２に出力するが、速度制御処理部６２は所定の界磁電流指令値と電機子電流指令値を電流制御処理部６３に出力する。電流制御処理部６３は、電機子電流指令値から、予め電機子電流と界磁電流との関係を設定してしてあるマップから界磁電流指令値を設定し、電機子電流指令値と電機子巻線１ｂに流れる電流を検出する電機子電流検出部５１ｂの検出値及び界磁電流指令値と界磁巻線１ａに流れる電流を検出する界磁電流検出部５１ａの検出値が夫々一致するように演算して電機子巻線１ｂ、界磁巻線１ａに印加する電圧指令値を求めるが、界磁電流検出部５１ａが検出する界磁電流と所定電流ＩＡとを比較し（３）、界磁電流が所定電流ＩＡ以上となるまで電機子巻線１ｂに対する電圧指令値をメインモータ出力部５０に出力せず、界磁巻線１ａに対する電圧指令値のみをメインモータ出力部５０に出力する。
【００４８】
従ってメインモータ出力部５０は界磁巻線１ａにのみ指令電圧値に応じた電圧を界磁電流検出部５１ａを介して印加する。これにより界磁巻線１ａに流れる電流は上昇を開始し、界磁電流検出部５１ａで検出する電流がやがて所定電流値ＩＡを越えることになる。
【００４９】
ここで、検出電流の値が所定電流値ＩＡを越えると、電磁ブレーキ出力部６５は電磁ブレーキ１８を開放するように電磁石をオンさせる（４）。一方速度制御処理部６２も速度制御演算を開始し（５）、また電機子電流指令値を求める制御演算（６）を行い、電流制御処理部６３は電機子電流指令値に基づいて電機子電流検出部５１ｂの検出値とが一致するように電機子巻線１ｂに印加する電圧指令値をメインモータ出力部５０に与え、メインモータ出力部５０は、この電圧指令値に応じた電圧を電機子電流検出部５１ｂを介して電機子巻線１ｂに印加する。
【００５０】
このように電磁ブレーキ１８及びメインモータ１を制御することで、発進時に電機子電流に対応したトルクが素早く出せ、例えば車両が坂道を上る方向に発進する場合、電磁ブレーキ１８が開放されても坂道をずり下がることなく発進ができることになる。また界磁電流が不足している時における電機子電流の過大を防ぐことができる。更に発進時の速度応答性が向上し、坂道発進時のずり下がりを抑えることができる。
【００５１】
また発進後、速度センサ４１，４２の検出速度がロック速度Ａを越えると、速度制御処理部６２は、指令速度演算部６１からの、指令速度値が上述のロック速度Ａを越えているか否かを判断し（９）、越えている場合には、速度制御演算（１０）を行うとともに、電機子電流制御演算（１１）を行う。一方電磁ブレーキ出力部６５は電磁ブレーキ１８の開放状態を維持する。
【００５２】
一方ここでの判断が否の場合には車両は停止する状態にあると判断されると、電磁ブレーキ出力部６５は電磁石をオフして電磁ブレーキ１８をロックさせる▲７▼。また速度制御処理部６２は電機子電流指令値をゼロにする（８）。
【００５３】
ところで図４は本実施形態のメインモータ出力部５０の具体的な構成を示しており、この図示する回路例は、直列に接続した対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をメインバッテリ２に並列接続するとともにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の接続点とスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４の接続点との間に界磁巻線１ａを界磁電流検出部５１ａを介して接続してある駆動回路と、直列に接続した対のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６をメインバッテリ２に接続し、一方のスイッチング素子Ｑ６に並列に電機子巻線１ｂを接続した駆動回路と、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート（ベース）にＰＷＭ信号からなる駆動信号を与えるゲート駆動回路７１〜７６と、界磁巻線１ａ側のゲート駆動回路７１〜７４に回転方向信号Ｚに応じた駆動信号と、ＰＷＭ制御により印加電圧を制御するＰＷＭ信号Ｘとを分配する分配回路８１と、電機子巻線１ｂ側のゲート駆動回路７５，７６にＰＷＭ信号Ｙを分配する分配回路８２と、ＰＷＭ信号Ｘの分配回路８１に入力に連携する形でＰＷＭ信号Ｙの分配回路８２への入力を制御するためのタイマ回路９１及びアンド回路９２と、上記電流制御処理部６３からの界磁電流指令値及び電機子電流指令値に応じた電圧を印加させるためにデュティ比を設定したＰＷＭ信号Ｘ，Ｙを出力するとともに、車両の走行方向指令に応じた回転方向信号Ｚを出力する信号生成回路９３とで構成されている。尚図中ａ〜ｄはゲート駆動回路７１〜７４の入力と分配回路８１の出力との接続関係を示す。
【００５４】
まず界磁巻線１ａ側では図５（ａ）に示すように界磁巻線１ａ側に対応するようにＰＷＭ信号Ｘが分配回路８１に入力すると、最初のパルス信号が立ち下がってから次のパルス信号が立ち下がるタイミングでタイマ回路９１はそのタイマ出力ＩＮＨを図５（ｂ）のように”Ｈ”とする。このタイマ出力ＩＮＨと、ＰＷＭ信号Ｙとの論理積をとるアンド回路９２は、タイマ出力ＩＮＨが”Ｈ”となれば、ＰＷＭ信号Ｙを分配回路８２へ出力することができる状態となる。
【００５５】
ここで上述したように駆動開始時に界磁電流が所定値ＩＡ以上となって初めて電機子電流を流すように制御するのであるが、図４の回路動作を分かり易くするために、ＰＷＭ信号Ｘが信号生成回路９３から出力される前から図５（ｃ）に示すようにＰＷＭ信号Ｙが出力されているものとすると、上記のタイマ出力ＩＮＨが”Ｈ”となると同時にＰＷＭ信号Ｙは分配回路８２に入力することになる。分配回路８２は入力したＰＷＭ信号Ｙと、それを反転したＰＷＭ信号Ｙ’を図５（ｄ），（ｅ）に示すように夫々出力する。つまり電機子巻線１ｂにメインバッテリ２から電機子電流を流すために設けたスイッチング素子Ｑ５のゲート駆動回路７５にＰＷＭ信号Ｙ、電機子巻線１ｂに並列に接続しているスイッチング素子Ｑ６のゲート駆動回路７６に反転したＰＷＭ信号Ｙ’を出力する。これによりスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６は交互にオン、オフすることになる。ここでＰＷＭ信号Ｙが”Ｈ”でＰＷＭ信号Ｙ’が”Ｌ”の時、スイッチング素子Ｑ５がオンし、スイッチング素子Ｑ６がオフする。そしてこのスイッチング素子Ｑ５のオン期間には電機子巻線１ｂにメインバッテリ２→スイッチング素子Ｑ５→電機子巻線１ｂ→メインバッテリ２の経路で電機子電流が流れる。そしてＰＷＭ信号Ｙが”Ｌ”、ＰＷＭ信号Ｙ’が”Ｈ”となってスイッチング素子Ｑ５がオフし、スイッチング素子Ｑ６がオンすると、電機子巻線１ｂ→スイッチング素子Ｑ６に逆並列接続しているダイオードＤ６→電機子巻線１ｂの経路でフライホイール電流が環流する。以後スイッチング素子Ｑ５がオンする度に上記の動作を繰り返すことになる。
【００５６】
一方分配回路８１は図５（ｆ）に示す回転方向信号Ｚが”Ｌ”か”Ｈ”かを見てメインモータ１の回転方向を識別し、”Ｌ”であれば、スイッチング素子Ｑ１と対角位置にあるスイッチング素子Ｑ４を連続的にオンさせるようにゲート駆動回路７４に図５（ｊ）に示すように”Ｈ”信号を出力するとともに、図５（ｉ）に示すようにスイッチング素子Ｑ３のゲート駆動回路７３に”Ｌ”信号を出力する。一方これに対応してＰＷＭ信号Ｘを図５（ｇ）に示すようにスイッチング素子Ｑ１のゲート駆動回路７１に出力するとともに、図５（ｈ）に示すようにＰＷＭ信号Ｘを反転させたＰＷＭ信号Ｘ’をスイッチング素子Ｑ２のゲート駆動回路７２に出力する。これによりスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は交互にオンオフし、スイッチング素子Ｑ３は連続的にオフし、スイッチング素子Ｑ４は連続的にオンする。ここでＰＷＭ信号Ｘが”Ｈ”でＰＷＭ信号Ｘ’が”Ｌ”の時、スイッチング素子Ｑ１がオンし、スイッチング素子Ｑ２がオフする。そしてこのスイッチング素子Ｑ１のオン期間には界磁巻線１ａにメインバッテリ２→スイッチング素子Ｑ１→界磁巻線１ａ→スイッチング素子Ｑ４→メインバッテリ２の経路で界磁電流が流れる。そしてＰＷＭ信号Ｘが”Ｌ”、ＰＷＭ信号Ｘ’が”Ｈ”に反転してスイッチング素子Ｑ１がオフし、スイッチング素子Ｑ２がオンすると、界磁巻線１ａ→スイッチング素子Ｑ４→スイッチング素子Ｑ２に逆並列接続しているダイオードＤ２→界磁巻線１ａの経路でフライホイール電流が環流する。以後スイッチング素子Ｑ１がオンする度に上記の動作を繰り返すことになる。
【００５７】
また回転方向信号Ｚが”Ｌ”から”Ｈ”に切り替わると、分配回路８１は、スイッチング素子Ｑ３と対角位置にあるスイッチング素子Ｑ２を連続的にオンさせるようにゲート駆動回路７２に図５（ｈ）に示すように”Ｈ”信号を出力するとともに、図５（ｇ）に示すようにスイッチング素子Ｑ１のゲート駆動回路７１に”Ｌ”信号を出力する。一方これに対応してＰＷＭ信号Ｘを図５（ｉ）に示すようにスイッチング素子Ｑ３のゲート駆動回路７３に出力するとともに、図５（ｊ）に示すようにＰＷＭ信号Ｘを反転させたＰＷＭ信号Ｘ’をスイッチング素子Ｑ４のゲート駆動回路７４に出力する。これによりスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４は交互にオン、オフし、スイッチング素子Ｑ１は連続的にオフし、スイッチング素子Ｑ２は連続的にオンする。ここでＰＷＭ信号Ｘが”Ｈ”でＰＷＭ信号Ｘ’が”Ｌ”の時、スイッチング素子Ｑ３がオンし、スイッチング素子Ｑ４がオフする。そしてこのスイッチング素子Ｑ３のオン期間には界磁巻線１ａにメインバッテリ２→スイッチング素子Ｑ３→界磁巻線１ａ→スイッチング素子Ｑ２→メインバッテリ２の経路で界磁電流が流れる。そしてＰＷＭ信号Ｘが”Ｌ”、ＰＷＭ信号Ｘ’が”Ｈ”に反転してスイッチング素子Ｑ３がオフし、スイッチング素子Ｑ４がオンすると、界磁巻線１ａ→スイッチング素子Ｑ２→スイッチング素子Ｑ４に逆並列接続しているダイオードＤ４→界磁巻線１ａの経路でフライホイール電流が環流する。以後スイッチング素子Ｑ３がオンする度に上記の動作を繰り返すことになる。
【００５８】
このようにして回転方向に応じた方向の界磁電流が界磁巻線１ａに流れることになる。
【００５９】
ところで界磁巻線１ａ側のＰＷＭ信号Ｘが信号発生回路９３より出力されなくなると、タイマ回路９１は、ＰＷＭ信号Ｘの一周期分以上に設定された時間Ｔをカウントし、時間Ｔが経過すると、その出力を”Ｌ”とする。これによりアンド回路９２の出力は”Ｌ”となり分配回路８２から各ゲート駆動回路７５，７６へのＰＷＭ信号Ｙが”Ｌ”、Ｙ’が”Ｈ”となり、その結果電機子巻線１ｂ側の駆動回路はオフ状態となり電機子電流が流れなくなる。
【００６０】
これにより信号発生回路９３を構成するＣＰＵが暴走しても電機子巻線１ｂ側の駆動回路のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の破壊を防止することができることになる。尚スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はバイポーラトランジスタで図示されているが、ＭＯＳＦＥＴで構成しても良く、この場合夫々に逆並列接続されているダイオードＤ１〜Ｄ６は寄生ダイオードにより構成される。尚図５中Ｔ１はＰＷＭ信号Ｙの一周期を示す。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、直流電動機の界磁巻線に流れる電流が所定電流値以上になってから直流電動機の回転を機械的に規制する電磁ブレーキを開放する制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたので、直流電動機の駆動開始時にトルクを素早く出せて、大きなトルクを駆動開始時に必要な場合に良好な駆動開始ができるという効果があり、電動車の駆動源として用いる直流電動機の制御に用いた場合、坂道発進時のずり下がり時にスムーズに登り方向に発進することができるという効果がある。また、界磁巻線への駆動回路の信号源にトラブルが発生した場合、電機子巻線への電流増大による電機子巻線の駆動回路の破壊を防止することができるという効果がある。
【００６２】
請求項２の発明は、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、界磁巻線に流れる電流が所定値以上となってから、電機子巻線への通電を開始させる制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたので、界磁電流不足による電機子電流の過大を防止することができ、直流電動機の良好な駆動開始ができるという効果がある。また、界磁巻線への駆動回路の信号源にトラブルが発生した場合、電機子巻線への電流増大による電機子巻線の駆動回路の破壊を防止することができるという効果がある。
【００６３】
請求項３の発明は、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、直流電動機の界磁巻線に流す電流が所定値以上となってから、速度制御を開始する制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたので、直流電動機の駆動開始時の速度応答性を向上させて良好な駆動開始ができるという効果があり、電動車の駆動源として用いる直流電動機の制御に用いた場合、坂道発進時のずり下がりを抑えることができる。また、界磁巻線への駆動回路の信号源にトラブルが発生した場合、電機子巻線への電流増大による電機子巻線の駆動回路の破壊を防止することができるという効果がある。
【００６４】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかの発明において、電機子巻線の駆動回路が、直列に接続した対のスイッチング素子を電源に接続し、一方のスイッチング素子に並列に電機子巻線を接続したものであり、電機子巻線への通電を止める手段が、界磁巻線に流す指令電流値に応じた電圧を印加させるためにデュティ比を設定したＰＷＭ信号が出力されなくなることで、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が、ＰＷＭ信号の一周期分以上に設定された所定時間入力しなくなると、所定時間をカウントし、所定時間が経過するとローレベルの出力信号を出力するタイマ回路を備え、タイマ回路の出力信号がローレベルになると、一方のスイッチング素子がオン状態になり、他方のスイッチング素子がオフ状態になって、電機子巻線の駆動回路の動作が停止するので、界磁巻線への駆動回路の信号源にトラブルが発生した場合、電機子巻線への電流増大による電機子巻線の駆動回路の対のスイッチング素子の破壊を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概念的な構成図である。
【図２】同上を用いたゴルフカーの全体構成図である。
【図３】同上の図１の回路の動作説明用フローチャートである。
【図４】同上に用いるメインモータ出力部の具体回路である。
【図５】同上のメインモータ出力部の動作説明用タイミングチャートである。
【符号の説明】
１ メインモータ
１ａ 界磁巻線
１ｂ 電機子巻線
１５ ブレーキモータ出力部
１６ ブレーキモータ
１８ 電磁ブレーキ
４０ 操作部
４１，４２ 速度センサ
５０ メインモータ出力部
５１ 電流検出部
５１ａ 界磁電流検出部
５１ｂ 電機子電流検出部
６０ 入力処理部
６１ 指令速度演算部
６２ 速度制御処理部
６３ 電流制御処理部
６４ ブレーキモータ制御処理部
６６ 電磁ブレーキ出力部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴルフカーのような電動車等の駆動源となる分巻型の直流電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流電動機を駆動源とする装置は多々あるが、これらの直流電動機の制御は、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う方法が通常用いられている。そして直流電動機が停止中であっても駆動負荷の自重等により直流電動機が自由回転し、駆動負荷が停止位置より動く恐れがあるため電磁ブレーキ等により機械的にロックして直流電動機の自由回転を規制している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、駆動源として直流電動機を採用したゴルフカー等の電動車が提供されているが、これらの電動車には上述したような方法で速度制御を行うものがある。特にゴルフカーでは自動運転する場合があり、この自動運転では発進指令があると、停止状態から発進を開始するに当たって、まず後輪の車軸を電磁ブレーキでロックしている状態、つまり直流電動機の自由な回転を機械的にロックしている状態から電磁ブレーキのロックを開放し、しかる後に検出される車速が徐々に指令速度に到達するように直流電動機の電機子巻線及び界磁巻線に流す電流を設定しながら直流電動機を駆動開始させる制御が上述の方法により行われている。
【０００４】
ところで坂道上で停止したゴルフカーを登り方向に発進する場合、上記のように発進指令の入力と同時に電磁ブレーキを開放すると、直流電動機に充分なトルクが得られていないないため、発進開始当初では自重で坂道を電動車がずり下がると言う問題があった。また一方界磁電流が不足していると、電機子巻線に過大に流れると言う問題があった。
【０００５】
更に界磁電流が少なく、トルクが充分得られない状態の発進当初から速度制御を開始すると、坂道発進時のずり下がり時に対して登り方向の速度応答が悪く、ずり下がりを抑えるのが難しいと言う問題があった。
【０００６】
また従来のこの種の直流電動機の制御装置では、界磁巻線、電機子巻線に対して各巻線の通電路に挿入したスイッチング素子を備えた駆動回路が設けられ、各スイッチング素子を夫々に対応したＰＷＭ信号によってオンオフすることで、夫々の巻線に流れる電流を制御する構成が広く採用されているが、ＰＷＭ信号を発生させる回路にトラブルが発生し、電機子巻線側の駆動回路に対応するＰＷＭ信号を発生させるものの、界磁巻線側の駆動回路に対応するＰＷＭ信号を発生しない場合、界磁巻線の電流がゼロであるため、電機子巻線に流れる電流を増加させるために対応する駆動回路のスイッチング素子へのＰＷＭ信号のオンデュティを大きくする制御が為され、結果スイッチング素子の破壊につながる恐れがあった。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的は、分巻型の直流電動機の駆動開始時の課題を解消し、良好な駆動開始ができる直流電動機の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、直流電動機の界磁巻線に流れる電流が所定電流値以上になってから直流電動機の回転を機械的に規制する電磁ブレーキを開放する制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明では、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、界磁巻線に流れる電流が所定値以上となってから、電機子巻線への通電を開始させる制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明では、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、直流電動機の界磁巻線に流す電流が所定値以上となってから、速度制御を開始する制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明では、請求項１乃至３の何れかの発明において、電機子巻線の駆動回路が、直列に接続した対のスイッチング素子を電源に接続し、一方のスイッチング素子に並列に電機子巻線を接続したものであり、電機子巻線への通電を止める手段が、界磁巻線に流す指令電流値に応じた電圧を印加させるためにデュティ比を設定したＰＷＭ信号が出力されなくなることで、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が、ＰＷＭ信号の一周期分以上に設定された所定時間入力しなくなると、所定時間をカウントし、所定時間が経過するとローレベルの出力信号を出力するタイマ回路を備え、タイマ回路の出力信号がローレベルになると、一方のスイッチング素子がオン状態になり、他方のスイッチング素子がオフ状態になって、電機子巻線の駆動回路の動作が停止することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、本実施形態の直流電動機の制御装置を採用したゴルフカーの全体構成を図２に示すブロック図に基づいて概説する。
【００１３】
本実施形態を採用したゴルフカーは、所定の誘導経路に沿う自動走行と乗員の手動操作による手動走行が可能となっている。このゴルフカーには駆動源としての分巻型直流電動機（以下、「メインモータ」という）１並びにメインモータ１の電源としてメインバッテリ２が搭載されており、メインモータ１から供給される駆動力を駆動輪である後輪３ａ，３ｂに伝達するためのトランスミッション４、操舵輪である前輪３ｃ，３ｄを操舵するためのハンドル５、本発明に係る制御装置を構成するコントローラ１１、人が操作して車速を変えるためのアクセルペダル７、人が操作して車両に制動力を加えるためのブレーキペダル８とドラムブレーキ９、車両の前後進を人の操作で切り換えるためのシフトレバー１０、コントローラ１１やメインモータ１以外の各種モータ等に電源を供給する補機バッテリ６、外部電源によりメインバッテリ２並びに補機バッテリ６を充電する充電器２８と、メインモータ１の出力軸をロックするための電磁ブレーキ１８とが設けられている。
【００１４】
また、ゴルフカーには、自動走行のためのステアリングモータ１３、ブレーキモータ１６、誘導線センサ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ、定点センサ２０、左右のバンパスイッチ２１、追突防止センサ受信機２２ａ並びに追突防止センサ送信機２２ｂ、左右の障害物センサ２３等の各種センサ群、自動制動と手動制動を切り換えるための切換機構２４、リモコン送信器２５からの信号を受信してコントローラ１１に入力するためのリモコン受信器２６、追突防止センサ受信機２２ａが前方のゴルフカーから受信する追突防止信号のコントローラ１１への入力並びに追突防止センサ送信機２２ｂから後方への追突防止信号へ送信する際の制御を行う追突防止コントローラ２７等が設けられている。
【００１５】
コントローラ１１はＣＰＵやメモリ、入出力のインタフェース等で構成される制御部４８を有し、制御部４８にて所定の制御プログラムを実行することで速度制御やメインモータ１の発進時の制御等を行う。また、コントローラ１１はステアリングドライバ１２を備え、このステアリングドライバ１２は、自動走行時にコントローラ１１から出力される操舵指示信号に応じた駆動電流をステアリングモータ１３に供給するものであって、ステアリングモータ１３の回転はギヤ２９，３０を介してステアリング軸３１に伝達され、ステアリング軸３１が回動することによって所望のステアリング操作がなされる。なお、自動走行時には、コントローラ１１からの信号によってクラッチモータリレー３２ａを介してクラッチモータ３２ｂが駆動されてステアリングクラッチ３２がオフされ、ハンドル５はステアリング軸３１から切り離されて手動によるステアリング操作が不能となる。
【００１６】
また、コントローラ１１にはアクセルペダル７の操作をアクセルスイッチ３４によって検知した検知信号と、アクセルペダル７の踏み込み度合をアクセルポテンショメータ３５によって検出した検出信号がそれぞれ入力される。
【００１７】
さらに、コントローラ１１はブレーキモータ出力部１５を備えており、自動走行時にコントローラ１１から出力される制御指示信号に応じた駆動電流をブレーキモータ出力部１５からブレーキモータ１６に供給させ、ブレーキモータ１６によりギヤ３７及び切換機構２４を介して後輪３ａ，３ｂ及び前輪３ｃ，３ｄの各々に設けられたドラムブレーキ９を駆動して車両に制動力を加える。そして、自動走行時においても、ブレーキペダル８は切換機構２４を介してドラムブレーキ９に接続されており、ブレーキペダル８の踏み込み操作による制動も可能である。但し、ブレーキペダル８の踏み込み操作はブレーキスイッチ３８によって検出され、その検出信号はコントローラ１１に入力される。
【００１８】
電磁ブレーキ１８は、コントローラ１１によってオン／オフ制御され、メインモータ１の回転をトランスミッション４に伝達する回動軸（図示せず）にスプライン嵌合されたディスク１８ａと、回動軸と非接触で、かつディスク１８ａに対向するようトランスミッション４の外壁等に固定された固定盤１８ｂとで構成されている。ディスク１８ａは、回動軸にスプライン嵌合されていることから、回動軸と一体となって回転する一方、回動軸の軸方向に移動可能となっている。また、固定盤１８ｂは、ディスク１８ａを吸引する磁界を発生する永久磁石と、この永久磁石の磁界を打ち消すようコントローラ１１によって励磁される電磁石とで構成されている。すなわち、この電磁ブレーキ１８は、走行中において電磁石に対する励磁がオンとされ、この磁界によって永久磁石の磁界が打ち消されることによりディスク１８ａに対する吸引力が無くなり、結果的に回動軸に対し制動がかからない状態（開放状態）となる。一方、電磁石に対する励磁がオフとされると、ディスク１８ａが永久磁石の磁力によって固定盤１８ｂに吸着され、回動軸に対し制動がかかる状態（ロック状態）、つまりメインモータ１をロックする状態となる。
【００１９】
誘導線センサ１９ａ〜１９ｃは、車両の前端部に水平方向に回動自在に取り付けられたＴ字状アーム３９の中央と左右に地面と対向するように配置され、ゴルフ場のコースに沿って埋設され且つ交流電圧が印加された誘導線（図示せず）を磁気的に検出し、誘導線との距離に応じた検出信号を誘導線センサ用アンプ１４で増幅してコントローラ１１の制御部４８に入力する。すなわち、コントローラ１１の制御部４８は誘導線センサ１９ａ〜１９ｃからの検出信号に基づいて車両位置の誘導線からの偏差量を算出し、この偏差量を「０」とするような操舵指示信号をステアリングドライバ１２に対して出力することによって車両を誘導線に沿って自動走行させる。
【００２０】
また、定点センサ２０は、地面と対向するよう車両の所定位置に取り付けられており、ゴルフ場のコース等に所定間隔を置いて埋設された複数の永久磁石からなる定点を磁気的に検出し、その並びのパターンに対応した検出信号を定点センサ用アンプ１７で増幅してコントローラ１１の制御部４８に対して出力することによって車両の停止／発進、加速等の速度制御を行うための情報をコントローラ１１に提供するものである。
【００２１】
追突防止センサ受信機２２ａは車両の前端部に設けられており、前方を走行するゴルフカーの追突防止センサ送信機２２ｂから送信される電波を受信する。追突防止コントローラ２７では追突防止センサ受信機２２ａで受信した電波の強度に応じた検出信号をコントローラ１１へ出力する。コントローラ１１は、この追突防止コントローラ２７からの検出信号に基づき、前方車両との距離が所定の設定値以下であるか否かを判断し、設定値以下であると判断した場合には、追突を防止すべく車両を停止させる。
【００２２】
障害物センサ２３は、車両の前端部の左右２箇所にそれぞれ設けられた光反射型の赤外線センサであり、車両前方に存在する障害物（人、動物等の生物を含む）との距離に応じた検出信号を出力する（但し、この検出信号のレベルは障害物との距離が短くなるにつれて大きくなる）。コントローラ１１は、各々の障害物センサ２３の出力をそれぞれ第１及び第２の設定値と比較し、何れか一方のセンサ出力（障害物との距離）が第１の設定値以上である場合には車両を減速させ、第１の設定値よりさらに大きい第２の設定値以上である場合には車両を停止させる。これにより、障害物との接触が回避される。
【００２３】
バンパスイッチ２１は、フロントバンパと車両本体との隙間の左右２箇所に設けられ、通常時はオフ状態となっているが、フロントバンパが何らかの障害物によって押圧されるとオン状態になる。コントローラ１１は何れかのバンパスイッチ２１がオン状態になると車両を停止させる。
【００２４】
また、走行路の勾配を検出する傾斜検出部（図示せず）が車両に取り付けられており、平地をゼロとし、上りにプラス、下りにマイナスの符号を付けて勾配が急なほど大きな値となる検出信号をコントローラ１１に出力する。
【００２５】
その他、車両の走行状態を検出するセンサ群として、トランスミッション４には車速を検出するためのエンコーダからなる２つの車速センサ４１，４２、ギヤ３７にはドラムブレーキ９及び制動力伝達経路を含むブレーキ系のストロークが大きくなったためにブレーキモータ１６の回転角が一定の限界値を超えたか否かを検出するブレーキリミットスイッチ４４がそれぞれ設けられており、これらの検出信号はコントローラ１１に入力される。尚車速センサ４１，４２を２つ設けている理由は、一方が故障した場合でも速度制御を可能とするためと、コントローラ１１にて２つの車速センサ４１，４２の検出信号の位相差で走行方向を検出するためである。
【００２６】
また、シフトレバー１０の近傍には、シフトレバー１０の操作位置（前進位置及び後進位置）を検出する前進検出スイッチ４５と後進検出スイッチ４６が設けられるとともに、後進時に警報を発するための警報ブザー４７が設けられており、前進検出スイッチ４５並びに後進検出スイッチ４６の検出信号がコントローラ１１に入力されている。
【００２７】
ところで、運転席の近傍には操作盤４０が設置されており、この操作盤４０には、メインバッテリ２からメインモータ１への給電経路に挿入されたメインリレー３６をオン／オフするためのメインスイッチ４０ａの他、手動走行と自動走行の切換を指示する自動／手動切換スイッチ４０ｂ、発進と停止を指示する発進／停止スイッチ４０ｃ等の各種スイッチ、警告表示等を行う警告灯４０ｄや走行状態等の各種情報が表示される表示灯４０ｅ並びにメインバッテリ２の残容量を表示する残量計４０ｆが設けられている。而して、操作盤４０の自動／手動切換スイッチ４０ｂにて自動走行が選択されると、コントローラ１１は車両の走行モードを手動走行から自動走行に切り換え、後述するような自動走行のための制御を行う。
【００２８】
また、リモコン送信器２５は操作盤４０の発進／停止スイッチ４０ｃと同様の機能を有しており、リモコン送信器２５から無線信号で送信される発進／停止の指示をリモコン受信器２６で受信してコントローラ１１に送ることにより、ゴルフカーの遠隔操作が可能となっている。
【００２９】
さらに、車両故障やメインバッテリ２の残容量不足等によって車両が自力走行不能となった場合のために牽引スイッチ４９が設けてある。すなわち、この牽引スイッチ４９をオンするとコントローラ１１により電磁ブレーキ１８に通電されて開放状態となり、他のゴルフカー等によって牽引が可能になる。
【００３０】
次に、ゴルフカーの動作を概略的に説明する。まず、メインスイッチ４０ａがオンされると、コントローラ１１の制御部４８が所定の制御プログラムを実行し、自動／手動切換スイッチ４０ｂが「自動走行」と「手動走行」の何れに切り換えられているかを判断する。仮に自動／手動切換スイッチ４０ｂが自動走行に切り換えられているとすると、制御部４８は自動走行用のルーチンを実行して、以下の自動走行制御を行う。
【００３１】
制御部４８はシフトレバー１０が前進位置に操作されているか否か、すなわち、前進スイッチ４５からオン状態を示す検出信号が入力されているか否かを判断し、前進スイッチ４５がオン状態でなければ車両の停止状態を維持し、前進スイッチ４５がオン状態であれば、操作盤４０あるいはリモコン送信器２５から発進指示があったか否かを判断する。ここで、操作盤４０の発進／停止スイッチ４０ｃあるいはリモコン送信器２５の発進／停止スイッチ（図示せず）が操作されて発進指示がなされると、制御部４８がクラッチモータリレー３２ａをオン・オフしてステアリングクラッチ３２がオフする位置にクラッチモータ３２ｂを停止させて、ハンドル５をステアリング軸３１から切り離す。これにより、ハンドル５の操作による手動操舵が不能になるとともに、自動操舵に伴うハンドル４の回動が防止される。
【００３２】
そして、制御部４８はメインリレー３６をオンしてメインバッテリ２からの給電経路を閉成するとともに、メインモータ１の界磁巻線及び電機子巻線（図示せず）に電圧を印加するメインモータ出力部５０を制御してメインモータ１を起動する。メインモータ１の起動後、制御部４８が電磁ブレーキ１８に通電して開放状態とすることで駆動輪（後輪３ａ，３ｂ）が回動して車両が前方へ走行する。走行開始後は、制御部４８が車速センサ４２の車速検出値等の各種センサ出力に基づいてメインモータ出力部５０、ブレーキモータ出力部１５並びに電磁ブレーキ１８を制御し、車両の速度制御を行う。同時に、制御部４８では誘導線センサ１９ａ〜１９ｃからの検出信号に基づいて車両位置の誘導線からの偏差量を算出し、この偏差量を「０」とするような操舵指示信号をステアリングドライバ１２に対して出力し、ステアリングドライバ１２を介してステアリングモータ１３を駆動することで操舵制御を行う。このような速度制御と操舵制御により自動走行が行われる。
【００３３】
一方、自動／手動切換スイッチ４０ｂが手動走行に切り換えられている場合、制御部４８が手動走行用のルーチンを実行し、クラッチモータリレー３２ａをオン・オフしてステアリングクラッチモータ３２ｂがオフする位置にクラッチモータ３２ｂを停止させる。これにより、ハンドル５がステアリング軸３１に接続されて、ハンドル５の操作による手動操舵が可能になる。そして、アクセルスイッチ３４並びにアクセルポテンショメータ３５によって検出されるアクセルペダル７の踏み込み量に応じて、制御部４８がメインモータ１への通電を制御して車両の速度制御を行う。なお、手動走行中にアクセルペダル７から足を離す、すなわちアクセルペダル７の踏み込み量をゼロにすれば、メインモータ１に回生電流が流れて制動（回生制動）がかかる。
【００３４】
次にコントローラ１１の操舵制御を除く,本発明の主要な構成であるメインモータ１の制御に関わる部分について、さらに詳しく説明する。図１は本実施形態の制御装置（コントローラ１１の制御に関わる部分）の概略構成を示すブロック図である。なお、図１に示す入力処理部６０、指令速度演算部６１、速度制御処理部６２、電流制御処理部６３、ブレーキモータ制御処理部６４、電磁ブレーキ出力部６５の各部は、制御部４８のＣＰＵにて制御プログラムを実行することで実現される。
【００３５】
入力処理部６０には、アクセルペダル７の操作をアクセルスイッチ３４によって検知した検知信号、アクセルペダル７の踏み込み度合をアクセルポテンショメータ３５によって検出した検出信号、定点センサ２０からの検出信号、操作盤４０に設けられた発進／停止スイッチ４０ｃ等の各種スイッチの操作状態を示す信号、追突防止コントローラ２７からの検出信号、リモコン送信器２５の受信信号、傾斜検出部３３の検出信号等の各種信号源から入力する信号処理を行い、これらの信号に応じて車両の設定速度を決定する。
【００３６】
ここで、手動走行時には主にアクセルポテンショメータ３５の検出信号、すなわちアクセルペダル７の踏み込み度合に応じて設定速度が決まり、自動走行時には主に定点センサ２０からの検出信号、操作盤４０に設けられた発進／停止スイッチ４０ｃ等の各種スイッチの操作状態を示す信号、リモコン送信器２５の受信信号、傾斜検出部３３の検出信号に応じて設定速度が決まり、各信号に応じた設定速度の値が手動走行及び自動走行毎に予め制御部４８のメモリに格納されている。入力処理部６０では各信号に応じた設定速度をメモリから読み出して指令速度演算部６１に出力する。
【００３７】
指令速度演算部６１は、入力処理部６０から与えられる設定速度に基づいて車両の実際の走行速度を決める指令速度を演算するものであって、例えば、停止又は一定速度で走行中に設定速度が現在の値よりも高い値（あるいは低い値）に変更された場合、現在の設定速度から変更後の設定速度に徐々に且つ滑らかに加速（あるいは減速）するように指令速度を変化させる。
【００３８】
速度制御処理部６２は、指令速度演算部６１から与えられる指令速度と車速センサ４１，４２の検出信号（検出速度）とを一致させるためにメインモータ１に流す必要がある電流値を演算し、この電流値に応じたメインモータ指令電流値を電流制限部６６を介して電流制御処理部６３、並びにブレーキモータ制御処理部６４に出力する。
【００３９】
電流制御処理部６３は、速度制御処理部６２から与えられるメインモータ指令電流と電流検出部５１で検出されるメインモータ１の電流（検出電流）とを一致させるために必要となるメインモータ１への印加電圧を演算し、この印加電圧に応じた指令電圧値をメインモータ出力部５０に出力する。
【００４０】
ここで、本実施形態においてはメインモータ１として分巻型直流電動機を用いているが、この直流電動機では一般に回転速度と電機子電圧とが比例し且つ回転速度と界磁電流とが反比例することから、電機子電圧（電機子電流）及び界磁電流を調整することでメインモータ１の回転速度を制御することができる。
【００４１】
すなわち、電機子電流を増大するとともに界磁電流を減少させることでメインモータ１の回転数を上昇させて車両を加速し、電機子電流を減少するとともに界磁電流を増大させることでメインモータ１の回転数を下降させて車両を減速する、つまり制動（回生制動）をかけることができる。また分巻型電動機ではトルクが電機子電流と磁束（界磁電流）の相乗積に比例するため、登板時のように速度をできるだけ落とさずに大きなトルクを得たい場合には、電機子電流と界磁電流の両方を増大させる必要がある。
【００４２】
而して、速度制御処理部６２からは指令速度と検出速度を一致させるためにメインモータ１の電機子巻線及び界磁巻線（何れも図示せず）にそれぞれ流す必要がある電機子電流及び界磁電流の指令値がメインモータ指令電流として出力されており、電流制御処理部６３では、電流検出部５１で各々検出される電機子電流の検出値及び界磁電流の検出値とメインモータ指令電流の電機子電流及び界磁電流の各指令値とを一致させるために必要となる電機子巻線への印加電圧及び界磁巻線への印加電圧に応じた指令電圧値をメインモータ出力部５０に出力する。メインモータ出力部５０は、メインバッテリ２からメインモータ１の電機子巻線１ｂ及び界磁巻線１ａへの印加電圧を電流制御処理部６３から与えられる指令電圧値に応じて調整する。
【００４３】
一方、ブレーキモータ制御処理部６４は、速度制御処理部６２から与えられるメインモータ指令電流と電流検出部５１で検出される検出電流とを比較し、検出電流とメインモータ指令電流との差分に応じたブレーキモータ指令電流値を演算してブレーキモータ出力部１５に出力する。そして、ブレーキモータ出力部１５では、ブレーキモータ制御処理部６４から与えられるブレーキモータ指令電流値に対応する電流を流すのに必要な電圧を補機バッテリ６からブレーキモータ１６へ印加する。ここで、ブレーキモータ制御処理部６４による演算では検出電流とメインモータ指令電流との差分が大きいほどブレーキモータ指令電流の値が大きな値となり、ブレーキモータ指令電流の値が大きいほど、すなわちブレーキモータ１６への印加電圧が高いほどドラムブレーキ９の駆動力が増大して大きな制動がかかるようになっている。
【００４４】
また、指令速度演算部６１から出力する指令速度と車速センサ４１，４２の検出速度及び界磁電流を検出する電流検出部５１の界磁電流検出部５１ａの検出出力が電磁ブレーキ出力部６５に与えられる。
【００４５】
電磁ブレーキ出力部６５では、図３に示すフローチャートにより制御される。
【００４６】
つまり発進指示があり且つ速度センサ４１，４２の検出速度をチェックして、指令速度及び検出速度と、予め定めたロック速度Ａとを比較し（１）（２）、指令速度及び検出速度がロック速度Ａ以下の場合には電磁ブレーキ１８のロック状態を維持する（７）。そして速度制御処理部６２は、電機子巻線１ｂに対する電流指令値をゼロのままとする（８）。
【００４７】
一方発進指示がある場合には、指令速度演算部６１から設定速度に到達するように指令速度が一致するように滑らかに指令速度値を変化させながら速度制御処理部６２に出力するが、速度制御処理部６２は所定の界磁電流指令値と電機子電流指令値を電流制御処理部６３に出力する。電流制御処理部６３は、電機子電流指令値から、予め電機子電流と界磁電流との関係を設定してしてあるマップから界磁電流指令値を設定し、電機子電流指令値と電機子巻線１ｂに流れる電流を検出する電機子電流検出部５１ｂの検出値及び界磁電流指令値と界磁巻線１ａに流れる電流を検出する界磁電流検出部５１ａの検出値が夫々一致するように演算して電機子巻線１ｂ、界磁巻線１ａに印加する電圧指令値を求めるが、界磁電流検出部５１ａが検出する界磁電流と所定電流ＩＡとを比較し（３）、界磁電流が所定電流ＩＡ以上となるまで電機子巻線１ｂに対する電圧指令値をメインモータ出力部５０に出力せず、界磁巻線１ａに対する電圧指令値のみをメインモータ出力部５０に出力する。
【００４８】
従ってメインモータ出力部５０は界磁巻線１ａにのみ指令電圧値に応じた電圧を界磁電流検出部５１ａを介して印加する。これにより界磁巻線１ａに流れる電流は上昇を開始し、界磁電流検出部５１ａで検出する電流がやがて所定電流値ＩＡを越えることになる。
【００４９】
ここで、検出電流の値が所定電流値ＩＡを越えると、電磁ブレーキ出力部６５は電磁ブレーキ１８を開放するように電磁石をオンさせる（４）。一方速度制御処理部６２も速度制御演算を開始し（５）、また電機子電流指令値を求める制御演算（６）を行い、電流制御処理部６３は電機子電流指令値に基づいて電機子電流検出部５１ｂの検出値とが一致するように電機子巻線１ｂに印加する電圧指令値をメインモータ出力部５０に与え、メインモータ出力部５０は、この電圧指令値に応じた電圧を電機子電流検出部５１ｂを介して電機子巻線１ｂに印加する。
【００５０】
このように電磁ブレーキ１８及びメインモータ１を制御することで、発進時に電機子電流に対応したトルクが素早く出せ、例えば車両が坂道を上る方向に発進する場合、電磁ブレーキ１８が開放されても坂道をずり下がることなく発進ができることになる。また界磁電流が不足している時における電機子電流の過大を防ぐことができる。更に発進時の速度応答性が向上し、坂道発進時のずり下がりを抑えることができる。
【００５１】
また発進後、速度センサ４１，４２の検出速度がロック速度Ａを越えると、速度制御処理部６２は、指令速度演算部６１からの、指令速度値が上述のロック速度Ａを越えているか否かを判断し（９）、越えている場合には、速度制御演算（１０）を行うとともに、電機子電流制御演算（１１）を行う。一方電磁ブレーキ出力部６５は電磁ブレーキ１８の開放状態を維持する。
【００５２】
一方ここでの判断が否の場合には車両は停止する状態にあると判断されると、電磁ブレーキ出力部６５は電磁石をオフして電磁ブレーキ１８をロックさせる▲７▼。また速度制御処理部６２は電機子電流指令値をゼロにする（８）。
【００５３】
ところで図４は本実施形態のメインモータ出力部５０の具体的な構成を示しており、この図示する回路例は、直列に接続した対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をメインバッテリ２に並列接続するとともにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の接続点とスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４の接続点との間に界磁巻線１ａを界磁電流検出部５１ａを介して接続してある駆動回路と、直列に接続した対のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６をメインバッテリ２に接続し、一方のスイッチング素子Ｑ６に並列に電機子巻線１ｂを接続した駆動回路と、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート（ベース）にＰＷＭ信号からなる駆動信号を与えるゲート駆動回路７１〜７６と、界磁巻線１ａ側のゲート駆動回路７１〜７４に回転方向信号Ｚに応じた駆動信号と、ＰＷＭ制御により印加電圧を制御するＰＷＭ信号Ｘとを分配する分配回路８１と、電機子巻線１ｂ側のゲート駆動回路７５，７６にＰＷＭ信号Ｙを分配する分配回路８２と、ＰＷＭ信号Ｘの分配回路８１に入力に連携する形でＰＷＭ信号Ｙの分配回路８２への入力を制御するためのタイマ回路９１及びアンド回路９２と、上記電流制御処理部６３からの界磁電流指令値及び電機子電流指令値に応じた電圧を印加させるためにデュティ比を設定したＰＷＭ信号Ｘ，Ｙを出力するとともに、車両の走行方向指令に応じた回転方向信号Ｚを出力する信号生成回路９３とで構成されている。尚図中ａ〜ｄはゲート駆動回路７１〜７４の入力と分配回路８１の出力との接続関係を示す。
【００５４】
まず界磁巻線１ａ側では図５（ａ）に示すように界磁巻線１ａ側に対応するようにＰＷＭ信号Ｘが分配回路８１に入力すると、最初のパルス信号が立ち下がってから次のパルス信号が立ち下がるタイミングでタイマ回路９１はそのタイマ出力ＩＮＨを図５（ｂ）のように”Ｈ”とする。このタイマ出力ＩＮＨと、ＰＷＭ信号Ｙとの論理積をとるアンド回路９２は、タイマ出力ＩＮＨが”Ｈ”となれば、ＰＷＭ信号Ｙを分配回路８２へ出力することができる状態となる。
【００５５】
ここで上述したように駆動開始時に界磁電流が所定値ＩＡ以上となって初めて電機子電流を流すように制御するのであるが、図４の回路動作を分かり易くするために、ＰＷＭ信号Ｘが信号生成回路９３から出力される前から図５（ｃ）に示すようにＰＷＭ信号Ｙが出力されているものとすると、上記のタイマ出力ＩＮＨが”Ｈ”となると同時にＰＷＭ信号Ｙは分配回路８２に入力することになる。分配回路８２は入力したＰＷＭ信号Ｙと、それを反転したＰＷＭ信号Ｙ’を図５（ｄ），（ｅ）に示すように夫々出力する。つまり電機子巻線１ｂにメインバッテリ２から電機子電流を流すために設けたスイッチング素子Ｑ５のゲート駆動回路７５にＰＷＭ信号Ｙ、電機子巻線１ｂに並列に接続しているスイッチング素子Ｑ６のゲート駆動回路７６に反転したＰＷＭ信号Ｙ’を出力する。これによりスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６は交互にオン、オフすることになる。ここでＰＷＭ信号Ｙが”Ｈ”でＰＷＭ信号Ｙ’が”Ｌ”の時、スイッチング素子Ｑ５がオンし、スイッチング素子Ｑ６がオフする。そしてこのスイッチング素子Ｑ５のオン期間には電機子巻線１ｂにメインバッテリ２→スイッチング素子Ｑ５→電機子巻線１ｂ→メインバッテリ２の経路で電機子電流が流れる。そしてＰＷＭ信号Ｙが”Ｌ”、ＰＷＭ信号Ｙ’が”Ｈ”となってスイッチング素子Ｑ５がオフし、スイッチング素子Ｑ６がオンすると、電機子巻線１ｂ→スイッチング素子Ｑ６に逆並列接続しているダイオードＤ６→電機子巻線１ｂの経路でフライホイール電流が環流する。以後スイッチング素子Ｑ５がオンする度に上記の動作を繰り返すことになる。
【００５６】
一方分配回路８１は図５（ｆ）に示す回転方向信号Ｚが”Ｌ”か”Ｈ”かを見てメインモータ１の回転方向を識別し、”Ｌ”であれば、スイッチング素子Ｑ１と対角位置にあるスイッチング素子Ｑ４を連続的にオンさせるようにゲート駆動回路７４に図５（ｊ）に示すように”Ｈ”信号を出力するとともに、図５（ｉ）に示すようにスイッチング素子Ｑ３のゲート駆動回路７３に”Ｌ”信号を出力する。一方これに対応してＰＷＭ信号Ｘを図５（ｇ）に示すようにスイッチング素子Ｑ１のゲート駆動回路７１に出力するとともに、図５（ｈ）に示すようにＰＷＭ信号Ｘを反転させたＰＷＭ信号Ｘ’をスイッチング素子Ｑ２のゲート駆動回路７２に出力する。これによりスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は交互にオンオフし、スイッチング素子Ｑ３は連続的にオフし、スイッチング素子Ｑ４は連続的にオンする。ここでＰＷＭ信号Ｘが”Ｈ”でＰＷＭ信号Ｘ’が”Ｌ”の時、スイッチング素子Ｑ１がオンし、スイッチング素子Ｑ２がオフする。そしてこのスイッチング素子Ｑ１のオン期間には界磁巻線１ａにメインバッテリ２→スイッチング素子Ｑ１→界磁巻線１ａ→スイッチング素子Ｑ４→メインバッテリ２の経路で界磁電流が流れる。そしてＰＷＭ信号Ｘが”Ｌ”、ＰＷＭ信号Ｘ’が”Ｈ”に反転してスイッチング素子Ｑ１がオフし、スイッチング素子Ｑ２がオンすると、界磁巻線１ａ→スイッチング素子Ｑ４→スイッチング素子Ｑ２に逆並列接続しているダイオードＤ２→界磁巻線１ａの経路でフライホイール電流が環流する。以後スイッチング素子Ｑ１がオンする度に上記の動作を繰り返すことになる。
【００５７】
また回転方向信号Ｚが”Ｌ”から”Ｈ”に切り替わると、分配回路８１は、スイッチング素子Ｑ３と対角位置にあるスイッチング素子Ｑ２を連続的にオンさせるようにゲート駆動回路７２に図５（ｈ）に示すように”Ｈ”信号を出力するとともに、図５（ｇ）に示すようにスイッチング素子Ｑ１のゲート駆動回路７１に”Ｌ”信号を出力する。一方これに対応してＰＷＭ信号Ｘを図５（ｉ）に示すようにスイッチング素子Ｑ３のゲート駆動回路７３に出力するとともに、図５（ｊ）に示すようにＰＷＭ信号Ｘを反転させたＰＷＭ信号Ｘ’をスイッチング素子Ｑ４のゲート駆動回路７４に出力する。これによりスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４は交互にオン、オフし、スイッチング素子Ｑ１は連続的にオフし、スイッチング素子Ｑ２は連続的にオンする。ここでＰＷＭ信号Ｘが”Ｈ”でＰＷＭ信号Ｘ’が”Ｌ”の時、スイッチング素子Ｑ３がオンし、スイッチング素子Ｑ４がオフする。そしてこのスイッチング素子Ｑ３のオン期間には界磁巻線１ａにメインバッテリ２→スイッチング素子Ｑ３→界磁巻線１ａ→スイッチング素子Ｑ２→メインバッテリ２の経路で界磁電流が流れる。そしてＰＷＭ信号Ｘが”Ｌ”、ＰＷＭ信号Ｘ’が”Ｈ”に反転してスイッチング素子Ｑ３がオフし、スイッチング素子Ｑ４がオンすると、界磁巻線１ａ→スイッチング素子Ｑ２→スイッチング素子Ｑ４に逆並列接続しているダイオードＤ４→界磁巻線１ａの経路でフライホイール電流が環流する。以後スイッチング素子Ｑ３がオンする度に上記の動作を繰り返すことになる。
【００５８】
このようにして回転方向に応じた方向の界磁電流が界磁巻線１ａに流れることになる。
【００５９】
ところで界磁巻線１ａ側のＰＷＭ信号Ｘが信号発生回路９３より出力されなくなると、タイマ回路９１は、ＰＷＭ信号Ｘの一周期分以上に設定された時間Ｔをカウントし、時間Ｔが経過すると、その出力を”Ｌ”とする。これによりアンド回路９２の出力は”Ｌ”となり分配回路８２から各ゲート駆動回路７５，７６へのＰＷＭ信号Ｙが”Ｌ”、Ｙ’が”Ｈ”となり、その結果電機子巻線１ｂ側の駆動回路はオフ状態となり電機子電流が流れなくなる。
【００６０】
これにより信号発生回路９３を構成するＣＰＵが暴走しても電機子巻線１ｂ側の駆動回路のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の破壊を防止することができることになる。尚スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はバイポーラトランジスタで図示されているが、ＭＯＳＦＥＴで構成しても良く、この場合夫々に逆並列接続されているダイオードＤ１〜Ｄ６は寄生ダイオードにより構成される。尚図５中Ｔ１はＰＷＭ信号Ｙの一周期を示す。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、直流電動機の界磁巻線に流れる電流が所定電流値以上になってから直流電動機の回転を機械的に規制する電磁ブレーキを開放する制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたので、直流電動機の駆動開始時にトルクを素早く出せて、大きなトルクを駆動開始時に必要な場合に良好な駆動開始ができるという効果があり、電動車の駆動源として用いる直流電動機の制御に用いた場合、坂道発進時のずり下がり時にスムーズに登り方向に発進することができるという効果がある。また、界磁巻線への駆動回路の信号源にトラブルが発生した場合、電機子巻線への電流増大による電機子巻線の駆動回路の破壊を防止することができるという効果がある。
【００６２】
請求項２の発明は、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、界磁巻線に流れる電流が所定値以上となってから、電機子巻線への通電を開始させる制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたので、界磁電流不足による電機子電流の過大を防止することができ、直流電動機の良好な駆動開始ができるという効果がある。また、界磁巻線への駆動回路の信号源にトラブルが発生した場合、電機子巻線への電流増大による電機子巻線の駆動回路の破壊を防止することができるという効果がある。
【００６３】
請求項３の発明は、指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、直流電動機の駆動開始時に、直流電動機の界磁巻線に流す電流が所定値以上となってから、速度制御を開始する制御手段を備え、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたので、直流電動機の駆動開始時の速度応答性を向上させて良好な駆動開始ができるという効果があり、電動車の駆動源として用いる直流電動機の制御に用いた場合、坂道発進時のずり下がりを抑えることができる。また、界磁巻線への駆動回路の信号源にトラブルが発生した場合、電機子巻線への電流増大による電機子巻線の駆動回路の破壊を防止することができるという効果がある。
【００６４】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかの発明において、電機子巻線の駆動回路が、直列に接続した対のスイッチング素子を電源に接続し、一方のスイッチング素子に並列に電機子巻線を接続したものであり、電機子巻線への通電を止める手段が、界磁巻線に流す指令電流値に応じた電圧を印加させるためにデュティ比を設定したＰＷＭ信号が出力されなくなることで、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が、ＰＷＭ信号の一周期分以上に設定された所定時間入力しなくなると、所定時間をカウントし、所定時間が経過するとローレベルの出力信号を出力するタイマ回路を備え、タイマ回路の出力信号がローレベルになると、一方のスイッチング素子がオン状態になり、他方のスイッチング素子がオフ状態になって、電機子巻線の駆動回路の動作が停止するので、界磁巻線への駆動回路の信号源にトラブルが発生した場合、電機子巻線への電流増大による電機子巻線の駆動回路の対のスイッチング素子の破壊を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概念的な構成図である。
【図２】同上を用いたゴルフカーの全体構成図である。
【図３】同上の図１の回路の動作説明用フローチャートである。
【図４】同上に用いるメインモータ出力部の具体回路である。
【図５】同上のメインモータ出力部の動作説明用タイミングチャートである。
【符号の説明】
１ メインモータ
１ａ 界磁巻線
１ｂ 電機子巻線
１５ ブレーキモータ出力部
１６ ブレーキモータ
１８ 電磁ブレーキ
４０ 操作部
４１，４２ 速度センサ
５０ メインモータ出力部
５１ 電流検出部
５１ａ 界磁電流検出部
５１ｂ 電機子電流検出部
６０ 入力処理部
６１ 指令速度演算部
６２ 速度制御処理部
６３ 電流制御処理部
６４ ブレーキモータ制御処理部
６６ 電磁ブレーキ出力部
Claims (4)
- 指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、
直流電動機の駆動開始時に、直流電動機の界磁巻線に流れる電流が所定電流値以上になってから直流電動機の回転を機械的に規制する電磁ブレーキを開放する制御手段を備え、
界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたことを特徴とする直流電動機の制御装置。 - 指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、
直流電動機の駆動開始時に、界磁巻線に流れる電流が所定値以上となってから、電機子巻線への通電を開始させる制御手段を備え、
界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたことを特徴とする直流電動機の制御装置。 - 指令速度と、検出速度とが一致するように分巻型の直流電動機の電機子巻線に流す指令電流値を演算し、この演算した指令電流値に基づいて界磁巻線に流す界磁電流の指令電流値を設定し、各指令電流値と夫々の巻線に流れる電流の検出値とが一致するように制御を行う直流電動機の制御装置において、
直流電動機の駆動開始時に、直流電動機の界磁巻線に流す電流が所定値以上となってから、速度制御を開始する制御手段を備え、
界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が所定時間入力しなければ、電機子巻線の駆動回路の動作を停止させて電機子巻線への通電を止める手段を設けたことを特徴とする直流電動機の制御装置。 - 電機子巻線の駆動回路が、直列に接続した対のスイッチング素子を電源に接続し、一方のスイッチング素子に並列に電機子巻線を接続したものであり、
電機子巻線への通電を止める手段が、界磁巻線に流す指令電流値に応じた電圧を印加させるためにデュティ比を設定したＰＷＭ信号が出力されなくなることで、界磁巻線に電流を流す駆動回路への駆動信号が、ＰＷＭ信号の一周期分以上に設定された所定時間入力しなくなると、所定時間をカウントし、所定時間が経過するとローレベルの出力信号を出力するタイマ回路を備え、
タイマ回路の出力信号がローレベルになると、一方のスイッチング素子がオン状態になり、他方のスイッチング素子がオフ状態になって、電機子巻線の駆動回路の動作が停止することを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の直流電動機の制御装置。
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