JP4110784B2 - 電動車両駆動用ブラシレス直流電動機の駆動装置 - Google Patents

Description

【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電動車両用ブラシレス直流電動機の駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ブラシレス直流電動機は、磁石界磁を有するロータと、３相以上の多相の電機子コイルを有するステータとを備えていて、ロータのステータに対する回転角度位置に応じて電機子コイルの励磁相を切り換えていくことにより、ロータを回転させる。
【０００３】
この種の電動機を駆動する駆動装置は、ロータのステータに対する回転角度位置を検出する位置検出器と、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、電動機の回転速度を調節する際に操作される速度調節部材と、速度調節部材の変位量をスロットル開度として検出して該スロットル開度に相応した大きさのスロットル信号を出力するスロットルセンサと、ロータを回転させるべく位置検出器の出力に応じて駆動電流を流す相を切り換えるようにスイッチ回路を制御するコントローラとにより構成される。コントローラは、駆動電流をスロットル信号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を制御するＰＷＭ制御手段と、駆動電流を流す相の切換角度をスロットル信号に対して演算された制御進み角だけ位置検出器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とを備えている。
【０００４】
ここで駆動電流のデューティ比は、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、アクセルグリップやアクセルペダル等の速度調節部材を変位させることにより電動機の回転速度を調節するが、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は、速度調節部材の変位量（スロットル開度）α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、速度調節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をスロットル開度αと回転速度Ｎとの双方に対して制御している。
【０００６】
上記のようにデューティ比ＤＦをスロットル開度αと回転速度Ｎとに対して制御する場合には、スロットル開度αと回転速度Ｎと駆動電流のデューティ比ＤＦとの間の関係を与える３次元マップをＲＯＭに記憶させておいて、このマップを用いて、ＣＰＵにより回転速度Ｎ及びスロットル開度αに対してデューティ比ＤＦを演算し、演算されたデューティ比ＤＦで駆動電流を断続させるように、スイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する手法がとられる。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
上記のような、制御進み角制御を行う場合には、速度調節部材の変位量（スロットル開度）αと回転速度Ｎと制御進み角γとの間の関係を与える３次元マップをＲＯＭに記憶させておいて、このマップを用いてスロットル開度の検出値と回転速度の検出値とに対して制御進み角γを演算し、電動機の制御進み角を演算された制御進み角に等しくするように制御する。
【００１１】
上記のように、回転速度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、上り坂等で速度調節部材の増速側への変位量を最大にした状態（フルスロットルの状態）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。このような状態が長時間続くと、電機子コイルやスイッチ回路の半導体スイッチ素子の温度が上昇して許容値を超え、これらが破損するおそれがある。
【００１２】
そのため、駆動装置や電機子コイルの温度を検出する温度センサを設けて、該温度センサにより異常な温度上昇が検出されたときに、駆動電流のデューティ比の上限値を減少させて駆動電流を制限することにより、温度上昇を抑制する温度上昇抑制制御を行なわせている。
【００１３】
ところが、温度上昇時に駆動電流を制限しても、制御進み角が進角したままであると、無効電流が多く流れるため回転速度が大幅に低下し、走行速度が制限されるという問題が生じる。実用上、温度上昇抑制制御を行なう際の回転速度の落ち込みはできるだけ小さくすることが望ましい。
【００１４】
そこで、特開平８−２６５９１９号に示されているように、電機子コイルの温度や、電機子コイルに流す駆動電流をオンオフするスイッチ回路の構成素子の温度を検出して、温度の異常上昇が検出されたときに制御進み角を遅角させる制御と駆動電流のデューティ比を減少させる制御とを行うことが提案されている。
【００１５】
異常な温度上昇が生じたときに制御進み角を遅角させると、駆動電流が減少するため、電機子コイルやスイッチ回路のスイッチ素子の温度上昇を抑制することができる。また制御進み角を遅角させることにより駆動電流を減少させる方法をとると、制御進み角を遅角させることなく、駆動電流のデューティ比のみを減少させる方法をとった場合に比べて、回転速度の落ち込みを少なくすることができるため、温度抑制制御時に運転のフィーリングが悪くなるのを防ぐことができる。
【００１６】
また制御進み角の遅角量が余り大きくなると、無効電流が過大になって好ましくないが、制御進み角を遅角させる制御と、駆動電流のデューティ比を減少させる制御とを併用するようにすると、制御進み角の遅角量をそれほど大きくする必要がないため、無効電流が過大になるのを防ぐことができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、電動車両用のブラシレス直流電動機においては、電機子コイルの温度や、電機子コイルの励磁相を切り換えるスイッチ回路のスイッチ素子の温度が異常に上昇するのを防ぐために、温度の異常上昇が検出されたときに制御進み角を遅角させるとともに、駆動電流のデューティ比を減少させる制御を行うのが好ましい。
【００１８】
このような制御を行うには、電機子コイルやスイッチ回路のスイッチ素子の温度の検出値と、スロットル開度と、電動機の回転速度との３つの変数に対してデューティ比及び制御進み角を定める必要がある。この場合、温度の検出値と、スロットル開度と、電動機の回転速度と、デューティ比との間の関係を与える４次元マップ、及び温度の検出値と、スロットル開度と、電動機の回転速度と、制御進み角との間の関係を与える４次元マップを用いて、デューティ比及び制御進み角を演算することが考えられるが、４次元マップを用いたのでは演算に時間がかかり、応答性がよい制御を行うことは困難である。
【００１９】
本発明の目的は、電機子コイルやスイッチ素子の温度上昇を抑制する制御を容易に行うことができる実用性が高い電動車両用ブラシレス直流電動機の駆動装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁石界磁を有するロータと多相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ロータのステータに対する回転角度位置を検出する位置検出器と、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、電動機の回転速度を調節する際に操作される速度調節部材と、速度調節部材の変位量をスロットル開度として検出して該スロットル開度に相応した大きさのスロットル信号を出力するスロットルセンサと、ロータを回転させるべく位置検出器の出力に応じて駆動電流を流す相を切り換えるようにスイッチ回路を制御するコントローラとを備えた電動車両駆動用ブラシレス直流電動機の駆動装置を対象とする。
【００２１】
上記コントローラは、駆動電流をスロットル信号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を制御するＰＷＭ制御手段と、駆動電流を流す相の切換角度を、スロットル信号に対して演算された制御進み角だけ位置検出器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とを備えている。
【００２２】
本発明においては、駆動電流が流れることにより発熱が生じる部品の中から選定された要監視部品の温度を検出する温度検出器と、温度検出器により検出された温度が設定値未満のときにはスロットルセンサが出力するスロットル信号の値をそのままとし、検出された温度が設定値以上になったときには、検出された温度が高い場合程スロットルセンサから得られるスロットル信号の値を小さい値に修正するように、検出された温度に応じてスロットル信号の値を修正するスロットル信号修正手段とを設ける。
【００２３】
上記ＰＷＭ制御手段及び制御進み角制御手段はそれぞれスロットル信号修正手段により修正されたスロットル信号の値に対してデューティ比及び制御進み角を演算するように構成する。
【００２４】
また上記スロットル信号修正手は、スロットルセンサが出力するスロットル信号の値Ｖ ht と、直流電動機の始動を開始する際のスロットル信号の値Ｖ min と、修正率ｄ（＜１００）［％］とを用いて、スロットル信号の修正値Ｖ th ´を演算式Ｖ th ´＝（Ｖ th −Ｖ min ）×ｄ／１００＋Ｖ min により演算するように構成する。
【００２５】
この場合修正率ｄは、検出された温度が設定値未満の値を示す範囲では該修正率ｄを１００［％］とし、検出された温度が設定値以上になる範囲では該修正率ｄを温度の上昇に伴って減少させるように温度と修正率との間の関係を定めた修正率演算用マップを用いて演算する。
【００２６】
上記のようにスロットル信号の値を温度検出器により検出された温度に対して修正して、修正後のスロットル信号を用いてＰＷＭ制御におけるデューティ比の演算と制御進み角制御における制御進み角の演算とを行うようにすると、きわめて簡単な演算を行うだけで検出された温度に対してデューティ比と制御進み角とを制御することができるため、温度抑制制御を容易に行うことができる。
【００２７】
上記要監視部品が複数個ある場合には、複数の要監視部品の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出器を設けて、該複数の温度検出器により検出された複数の要監視部品の温度のすべてが複数の要監視部品のそれぞれに対して設定された設定値よりも低いときにはスロットルセンサから得られるスロットル信号の値をそのままとし、いずれかの要監視部品の温度がその要監視部品に対して設定された設定値以上になったことが検出されたときには検出された温度が高い場合程スロットル信号の値を小さい値に修正するようにスロットル信号修正手段を構成するのが好ましい。
【００２８】
上記要監視部品としては、少なくとも電機子コイルとスイッチ回路とを選定するのが好ましい。
【００２９】
電機子コイルとスイッチ回路とを要監視部品として選定する場合には、電機子コイルの温度を検出する電機子コイル用温度検出器と、スイッチ回路の温度を検出するスイッチ回路用温度検出器とを設ける。この場合スロットル信号修正手段は、電機子コイル用温度検出器により検出された温度が電機子コイルに対して設定された設定値よりも低く、かつスイッチ回路用温度検出器により検出された温度がスイッチ回路に対して設定された設定値よりも低いときにはスロットルセンサから得られるスロットル信号の値をそのままとし、電機子コイル用温度検出器により検出された温度が電機子コイルに対して設定された設定値以上になったとき、またはスイッチ回路用温度検出器により検出された温度がスイッチ回路に対して設定された設定値以上になったときに、検出された温度が高い場合程スロットル信号の値を小さい値に修正するように構成するのが好ましい。
【００３０】
この場合、電機子コイル用温度検出器は、各相の電機子コイルの温度を検出するように設けられた相数分の感温抵抗素子を並列に接続した構成として、該相数分の感温抵抗素子の並列合成抵抗値から多相の電機子コイルの平均温度を検出するようにしておくのが好ましい。
【００３１】
特定の相の電機子コイルの温度のみを検出するように電機子コイル用温度検出器を構成した場合には、電動機がロック状態になって特定の電機子コイルの温度が異常に上昇する状態になったときに、その温度の異常上昇を検出することができないおそれがあるが、上記のように、相数分の感温抵抗素子を設けて、該相数分の感温抵抗素子の並列合成抵抗値から多相の電機子コイルの平均温度を検出するようにすると、特定の電機子コイルの温度が異常に上昇した場合でも、その温度の異常上昇が反映した温度検出信号を得ることができるので、電機子コイルの保護を適確に図ることができる。
【００３２】
スイッチ回路の温度を検出するには、スイッチ回路を構成するスイッチ素子が取り付けられているヒートシンクの温度を検出すればよい。スイッチ回路用温度検出器も感温抵抗素子により構成することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図５を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００３４】
図１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フライホイール２０１と、フライホイール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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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を３とする場合、一般にはステータ鉄心に３ｎ（ｎは１以上の整数）個の歯部を設けて、該３ｎ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。
【００３９】
フライホイール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に直接または減速機を介して結合される。
【００４０】
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３相の位置検出器ｈｕ〜ｈｗが取り付けられている。
【００４１】
各位置検出器は、各相の電機子コイルに流す駆動電流の通電角（電気角）に応じて適宜の位置に配置される。例えば、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〜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、各相の位置検出器が取り付けられる。
【００４２】
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、位置検出器ｈｕ〜ｈｗとしてホールＩＣが用いられる場合には、歯部Ｐｕ，Ｐｖ及び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検出器ｈｗ，ｈｕ及びｈｖを配置して、これらの位置検出器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演算する。
【００４３】
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１０ｕないし１０ｗ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１０ｘ〜１０ｚ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１０ｕ〜１０ｗの一端の共通接続点及び下段のスイッチ素子１０ｘ〜１０ｗの他端の共通接続点がそれぞれ直流電源１１の正極端子及び負極端子に接続されている。
【００４４】
スイッチ回路を構成するスイッチ素子としては、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。
【００４５】
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１０ｕ〜１０ｗ及び下段のスイッチ素子１０ｘ〜１０ｚにそれぞれ帰還用ダイオード１２ｕ〜１２ｗ及び１２ｘ〜１２ｚが接続される。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。
【００４６】
図示の直流電源１１は、バッテリＢと、該バッテリの両端に接続されたコンデンサＣ1 とからなっている。
【００４７】
スイッチ回路１０を制御するため、マイクロコンピュータと入出力インターフェースとを備えたコントローラ１３と、コントローラ１３から与えられる信号に応じてスイッチ回路のスイッチ素子１０ｕ〜１０ｗ及び１０ｘ〜１０ｚにそれぞれ駆動信号（スイッチ素子をオン状態にするための信号）Ｓｕ〜Ｓｗ及びＳｘ〜Ｓｚを与えるドライバ回路１４とが設けられ、位置検出器ｈｕ〜ｈｗからそれぞれ得られる位置検出信号Ｈｕ〜Ｈｗがコントローラ１３に入力されている。
【００４８】
１５は電動車両の速度を調節するアクセルグリップやアグセルペタル等の速度調節部材の変位量をスロットル開度αとして検出するスロットルセンサである。図示のスロットルセンサ１５は、速度調節部材に可動接触子１５ａが連結されたポテンショメータからなっている。スロットルセンサ１５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が印加されていて、該ポテンショメータの可動接触子１５ａと接地間にスロットル開度αに比例したスロットル信号Ｖαが得られるようになっている。スロットルセンサ１５から得られるスロットル信号はコントローラ１３に入力されている。スロットル信号はコントローラ１３内に設けられたＡ／Ｄ変換器によりデジタル値Ｖthに変換されてマイクロコンピュータのＣＰＵに読み込まれる。
【００４９】
本発明においてはまた、駆動電流が流れることにより発熱が生じる部品の中から選定された要監視部品の温度を検出するために温度検出器が設けられる。通常は、要監視部品として、少くとも電機子コイルとスイッチ回路１０の構成部品（スイッチ素子）とを選定する。図示の例では、３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗのそれぞれの温度を検出するように負の温度係数または正の温度係数を有する感温抵抗素子Ｒtu〜Ｒtwがそれぞれの相の電機子コイルに熱的に結合されている。感温抵抗素子Ｒtu〜Ｒtwは互いに並列に接続され、これらの感温抵抗素子により電機子コイル用温度検出器が構成されている。
【００５０】
またスイッチ回路１０の温度（スイッチ素子の温度）を検出するため、スイッチ回路１０の構成素子が取り付けられているヒートシンクに感温抵抗素子Ｒtsが熱的に結合され、この感温抵抗素子Ｒtsによりスイッチ回路用温度検出器が構成されている。スイッチ回路用温度検出器から得られる検出信号（この例では抵抗値の変化）は、電機子コイル用温度検出器から得られる検出信号とともにコントローラ１３に入力されている。
【００５１】
コントローラ１３には、電機子コイル用温度検出器を構成する感温抵抗素子Ｒtu〜Ｒtwの並列回路の両端に定電圧を印加する電圧印加回路が設けられていて、感温抵抗素子Ｒtu〜Ｒtwの並列回路の両端の電圧（感温抵抗素子Ｒtu〜Ｒtwの並列合成値に比例した電圧）が温度検出信号としてＡ／Ｄ変換器を通してマイクロコンピュータのＣＰＵに読み込まれる。
【００５２】
同様に、スイッチ回路の温度を検出する感温抵抗素子Ｒtsの両端に定電圧を印加する電圧印加回路がコントローラ内に設けられていて、感温抵抗素子Ｒtsの両端の電圧が温度検出信号としてＡ／Ｄ変換器を通してＣＰＵに読み込まれる。
【００５３】
コントローラ１３は、マイクロコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより、電動機を制御するために必要な各種の手段を構成する。コントローラ１３がマイクロコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより実現する各種の機能実現手段の構成を含めた図１の実施形態の全体的な構成を図２に示した。
【００５４】
コントローラ１３は、例えば、位置検出器ｈｕ〜ｈｗがそれぞれ発生する矩形波状の位置検出信号の発生間隔を計測することにより電動機の回転速度Ｎを演算し、この回転速度Ｎと、スロットル信号の値（デジタル値）Ｖthから得られるスロットル開度情報とに基づいてブラシレス直流電動機１の電機子コイル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検出器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。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とスロット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とスロット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）を用いて補間法により行われる。
【００５５】
コントローラ１３を構成するマイクロコンピュータが実行するプログラムのうち、上記回転速度を演算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１３ａ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、スロット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１３ｂが構成される。
【００５６】
更に、上記制御進み角演算用マップを用いてスロット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１３ｃが構成される。
【００５７】
コントローラ１３はまた、位置検出器ｈｕ〜ｈｗの出力信号に基づいて駆動電流を流す相を決定する励磁相決定手段１３ｄを有している。この励磁相決定手段１３ｄは、決定した相の電機子コイルに、制御進み角演算手段１３ｃにより演算された制御進み角を有するタイミングで、スイッチ回路１０の所定のスイッチ素子に駆動信号を与えることを指令する指令信号をドライバ回路１４に与える。ドライバ回路１４は、この指令信号に応じて所定のスイッチ素子に駆動信号を与える。
【００５８】
また電動機１に供給される駆動電流の波形を、デューティ比演算手段１３ｂにより演算されたデューティ比で断続するＰＷＭ波形とするために、ドライバ回路１４からスイッチ回路１０のスイッチ素子に与える駆動信号をＰＷＭ変調する変調手段１３ｅが設けられている。
【００５９】
図３（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検出信号の波形と、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。図３（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ位置検出器ｈｕ〜ｈｗが発生する位置検出信号Ｈｕ〜Ｈｗの一例を示し、図３（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の、スイッチ回路１０の上段のスイッチ素子１０ｕないし１０ｗのオンオフ動作を示している。また図３（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１０ｘ〜１０ｚのオンオフ動作を示している。
【００６０】
励磁相決定手段１３ｄは、図３（Ａ）ないし（Ｃ）に示された位置検出信号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。
【００６１】
変調手段１３ｅは、駆動電流をＰＷＭ制御するため、図示の例では、ドライバ回路１４から下段のスイッチ素子１０ｘ〜１０ｚに与える駆動信号を、デューティ比演算手段１３ｂにより演算されたデューティ比で断続するＰＷ波形に変調して、下段のスイッチ素子を所定のデューティ比でオンオフさせる。
【００６２】
図３に示した例では、コントローラのＣＰＵが実行するプログラムのうち、前記デューティ比演算手段１３ｂを実現する過程と、スイッチ素子１０ｘ〜１０ｚに与える駆動信号を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させる変調手段１３ｅを実現する過程とにより、駆動電流をスロットル信号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る。
【００６３】
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。
【００６４】
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スロットル信号に対して演算された制御進み角だけ位置検出器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がコントローラ１３に設けられる。
【００６５】
この制御進み角制御手段は、コントローラ１３のＣＰＵが実行するプログラムの一連の過程のうち、前記制御進み角演算手段１３ｃを実現する過程と、制御進み角演算手段１３ｃにより演算された制御進み角と励磁相決定手段１３ｄ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換えるタイミングを決定する過程とにより構成される。
【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】
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、上り坂等で速度調節部材の増速側への変位量を最大にした状態（フルスロットルの状態）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。このような状態が長時間続くと、電機子コイルやスイッチ回路のスイッチ素子の温度が上昇して許容値を超え、これらが破損するおそれがある。
【００６８】
そこで、本発明においては、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗの温度を検出する電機子コイル用温度検出器（図示の例では感温抵抗素子Ｒtu〜Ｒtwにより構成される。）と、スイッチ回路１０の温度を検出するスイッチ回路用温度検出器（感温抵抗素子Ｒtsにより構成される。）とを設けて、電機子コイル用温度検出器により検出された温度及びスイッチ回路用温度検出器により検出された温度のうちのいずれかが設定値を超えたとき（温度の異常上昇時）に、スロットル信号の値を実際の値よりも小さい値に修正して、温度の異常上昇時にコントローラに与えるスロットル開度情報を見掛上小さくすることにより電機子コイルに流す駆動電流を制限して、電機子コイル及びスイッチ回路の温度上昇を抑制する。
【００６９】
上記の制御を行わせるため、本発明においては、電機子コイル用温度検出器（Ｒtu〜Ｒtw）から検出された温度が電機子コイルに対して設定された設定値よりも低く、かつスイッチ回路用温度検出器Ｒtsにより検出された温度がスイッチ回路に対して設定された設定値よりも低いときにスロットルセンサから得られるスロットル信号の値Ｖthをそのままとし、電機子コイル用温度検出器により検出された温度が電機子コイルに対して設定された設定値以上になったとき、またはスイッチ回路用温度検出器により検出された温度がスイッチ回路に対して設定された設定値以上になったときに、検出された温度が高い場合程スロットル信号の値を小さい値に修正するように、検出された温度に応じてスロットル信号の値を修正するスロットル信号修正手段１３ｆを設けて、このスロットル信号修正手段１３ｆにより修正されたスロットル信号の値に対してデューティ比及び制御進み角を演算するようにＰＷＭ制御手段のデューティ比演算手段１３ｂ及び制御進み角制御手段の制御進み角演算手段１３ｃを構成する。
【００７０】
上記スロットル信号修正手段１３ｆは、例えば、スロットルセンサが出力するスロットル信号のデジタル変換値をＶth、直流電動機の始動を開始する際のスロットル信号のデジタル変換値をＶmin 、修正率をｄ（＜１００）［％］として、下記の式によりスロットル信号の修正値Ｖth´を演算するように構成される。
【００７１】
Ｖth´＝（Ｖth−Ｖmin ）×ｄ／１００＋Ｖmin …（１）
上記修正率ｄは、検出された温度に対して例えば図５に示すように変化させる。即ち、検出された温度が設定値（温度上昇抑制制御開始温度）未満の値を示す範囲では修正率ｄを１００［％］とし、検出された温度が設定値以上になる範囲では修正率ｄを温度の上昇に伴って減少させて、検出された温度が限界値ｔmax に達したときに零にする。
【００７２】
修正率ｄの演算は、検出された温度と修正率ｄとの間に図５に示すような関係を与える修正率演算用マップを用いて行う。この修正率演算用マップは、電機子コイル及びスイッチ回路のそれぞれに対して設けておき、温度上昇抑制制御開始温度は、電機子コイルの場合とスイッチ回路の場合とで異ならせておく。そして電機子コイルの温度が電機子コイルに対して設定された設定値（温度上昇抑制制御開始温度）以上になったことが検出されたときには、電機子コイルに対して設けた修正率演算用マップを用いて、修正率ｄを演算して（１）式によりスロットル信号の修正値Ｖth´を演算し、スイッチ回路の温度がスイッチ回路に対して設定された設定値（温度上昇抑制制御開始温度）以上になったことが検出されたときには、スイッチ回路に対して設けた修正率演算用マップを用いて、修正率ｄを演算して（１）式によりスロットル信号の修正値Ｖth´を演算する。
【００７３】
図４はスロットル信号（デジタル変換値）の修正値Ｖth´と、修正前のスロットル信号（デジタル変換値）Ｖthとの関係の一例を示したもので、同図のａ，ｂ，ｃ及びｄはそれぞれ検出された温度がｔ1 ℃、ｔ2 ℃，ｔ3 ℃及びｔ4 ℃（ｔ1 ＜ｔ2 ＜ｔ3 ＜ｔ4 ）の場合を示している。
【００７４】
上記のようにスロットル信号の値を温度検出器により検出された温度に対して修正して、修正後のスロットル信号を用いてＰＷＭ制御におけるデューティ比の演算と制御進み角制御における制御進み角の演算とを行うようにすると、温度上昇時には、検出されるスロットル開度を見掛上小さくして駆動電流の大きさを抑えることができるため、電機子コイルやスイッチ回路の温度上昇を抑制することができる。
【００７５】
スロットル信号の修正演算は、きわめて簡単な演算であるので、複雑なマップ演算を行うことなく、温度抑制制御を容易に行うことができる。
【００７６】
上記の例では、温度検出器を感温抵抗素子により構成しているが、熱電対等の他の温度センサを用いて温度検出器を構成することもできる。
【００７７】
上記の例では、スイッチ回路の下段のスイッチ素子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いるが、スイッチ回路の上段のスイッチ素子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と下段のスイッチ素子との双方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い。
【００７８】
上記の例では、位置検出器を構成するホール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機角で９０度進んだ位置に配置したが、位置検出器はロータ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。
【００７９】
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なが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。
【００８０】
また上記の例では、位置検出器としてホールＩＣを用いているが、ホールＩＣに代えて、フォトエンコーダ等の位置検出器を用いるようにしてもよい。
【００８１】
上記の例では、３相の電機子コイルのそれぞれに対して感温抵抗素子Ｒtu〜Ｒtw（温度センサ）を熱的に結合して、これらの感温抵抗素子を並列に接続することにより電機子コイル用温度検出器を構成したが、このように電機子コイル用温度検出器を構成すると、その並列合成抵抗値から３相の電機子コイルの温度の平均値を検出することができるため、電動機がロック状態になったときのように、特定の相の電機子コイルの温度が異常に上昇した場合でも、その温度の異常上昇が反映した温度検出信号を得ることができるため、電機子コイルの保護を適確に図ることができる。
【００８２】
また上記のように３相の電機子コイルにそれぞれ取り付けた感温抵抗素子を並列に接続して、その並列合成抵抗値から３相の電機子コイルの温度の平均値に相当する温度を検出するようにすると、電機子コイルの温度を読み込むために割り当てるコントローラ１３のＣＰＵの入力ポートが一つだけで済むため、ポート数が少いＣＰＵを用いてコストの低減を図ることができる。
【００８３】
しかしながら、本発明は、このように３相の電機子コイルにそれぞれ取り付けた感温抵抗素子を並列に接続する場合に限定されるものではなく、３相の電機子コイルにそれぞれ取り付けた感温抵抗素子から得られる温度検出信号をそれぞれ個別にコントローラ１３のＣＰＵに入力するようにしてもよい。このように構成する場合には、ＣＰＵにより３相の電機子コイルの温度を個別に監視して、いずれかの相の電機子コイルの温度が設定値以上になったときにスロットル信号の値の修正を行わせるようにしてもよい。
【００８４】
また本発明は、すべての相の電機子コイルに温度センサを取り付ける場合に限定されるものではなく、電動機がロック状態になるおそれがなく、特定の相の電機子コイルの温度が異常上昇するおそれがない場合には、いずれか１相の電機子コイルの温度のみを検出するように温度検出器を構成してもよい。
【００８５】
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。
【００８６】
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は任意である。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、スロットル信号の値を温度検出器により検出された温度に対して修正して、修正後のスロットル信号を用いてＰＷＭ制御におけるデューティ比の演算と制御進み角制御における制御進み角の演算とを行うようにしたので、きわめて簡単な演算を行うだけで検出された温度に対してデューティ比と制御進み角とを制御して、温度抑制制御を容易に行うことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の構成を示す構成図である。
【図２】 コントローラがマイクロコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより実現する各種の機能実現手段の構成を含めた図１の実施形態の全体的な構成を示したブロック図である。
【図３】 図１のブラシレス直流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４】 スロットル信号の修正値と修正前のスロットル信号との関係を示した線図である。
【図５】 スロットル信号の修正値を演算するために用いる修正率と温度との関係の一例を示した線図である。
【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…位置検出器、１０…スイッチ回路、１３…コントローラ、１５…スロットルセンサ、Ｒtu〜Ｒtw，Ｒts…感温抵抗素子。

Claims (3)

1. 磁石界磁を有するロータと多相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ロータのステータに対する回転角度位置を検出する位置検出器と、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、電動機の回転速度を調節する際に操作される速度調節部材と、前記速度調節部材の変位量をスロットル開度として検出して該スロットル開度に相応した大きさのスロットル信号を出力するスロットルセンサと、前記ロータを回転させるべく前記位置検出器の出力に応じて前記駆動電流を流す相を切り換えるように前記スイッチ回路を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記駆動電流をスロットル信号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前記スイッチ回路を制御するＰＷＭ制御手段と、前記駆動電流を流す相の切換角度を前記スロットル信号に対して演算された制御進み角だけ前記位置検出器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とを備えている電動車両駆動用ブラシレス直流電動機の駆動装置において、
   前記駆動電流が流れることにより発熱が生じる部品の中から選定された要監視部品の温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器により検出された温度が設定値未満のときには前記スロットルセンサが出力するスロットル信号の値をそのままとし、前記検出された温度が設定値以上になったときには、該温度が高い場合程前記スロットルセンサから得られるスロットル信号の値を小さい値に修正するように、検出された温度に応じて前記スロットル信号の値を修正するスロットル信号修正手段とを具備し、
   前記ＰＷＭ制御手段及び制御進み角制御手段はそれぞれ前記スロットル信号修正手段により修正されたスロットル信号の値に対して前記デューティ比及び制御進み角を演算するように構成され、
   前記スロットル信号修正手段は、前記スロットルセンサが出力するスロットル信号の値Ｖ th と、前記直流電動機の始動を開始する際の前記スロットル信号の値Ｖ min と、修正率ｄ（＜１００）［％］とを用いて、演算式Ｖ th ´＝（Ｖ th −Ｖ min ）×ｄ／１００＋Ｖ min によりスロットル信号の修正値Ｖ th ´を演算するように構成され、
   前記修正率ｄは、検出された温度が前記設定値未満の値を示す範囲では前記修正率ｄを１００［％］とし、検出された温度が前記設定値以上になる範囲では前記修正率ｄを温度の上昇に伴って減少させるように温度と修正率との間の関係を定めた修正率演算用マップを用いて演算されること、
   を特徴とする電動車両駆動用ブラシレス直流電動機の駆動装置。
2. 磁石界磁を有するロータと多相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ロータのステータに対する回転角度位置を検出する位置検出器と、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、電動機の回転速度を調節する際に操作される速度調節部材と、前記速度調節部材の変位量をスロットル開度として検出して該スロットル開度に相応した大きさのスロットル信号を出力するスロットルセンサと、前記ロータを回転させるべく前記位置検出器の出力に応じて前記駆動電流を流す相を切り換えるように前記スイッチ回路を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記駆動電流をスロットル信号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前記スイッチ回路を制御するＰＷＭ制御手段と、前記駆動電流を流す相の切換角度を前記スロットル信号に対して演算された制御進み角だけ前記位置検出器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とを備えている電動車両駆動用ブラシレス直流電動機の駆動装置において、
   前記駆動電流が流れることにより発熱が生じる部品の中から選定された複数の要監視部品の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出器と、
   前記複数の温度検出器により検出された複数の要監視部品の温度のすべてが前記複数の要監視部品のそれぞれに対して設定された設定値よりも低いときには前記スロットルセンサから得られるスロットル信号の値をそのままとし、いずれかの要監視部品の温度がその要監視部品に対して設定された設定値以上になったことが検出されたときには検出された温度が高い場合程前記スロットル信号の値を小さい値に修正するように、検出された温度に応じて前記スロットル信号の値を修正するスロットル信号修正手段とを具備し、
   前記ＰＷＭ制御手段及び制御進み角制御手段はそれぞれ前記スロットル信号修正手段により修正されたスロットル信号の値に対して前記デューティ比及び制御進み角を演算するように構成され、
   前記スロットル信号修正手段は、前記スロットルセンサが出力するスロットル信号の値Ｖ th と、前記直流電動機の始動を開始する際の前記スロットル信号の値Ｖ min と、修正率ｄ（＜１００）［％］とを用いて、演算式Ｖ th ´＝（Ｖ th −Ｖ min ）×ｄ／１００＋Ｖ min によりスロットル信号の修正値Ｖ th ´を演算するように構成され、
   前記修正率ｄは、検出された温度が前記設定値未満の値を示す範囲では前記修正率ｄを１００［％］とし、検出された温度が前記設定値以上になる範囲では前記修正率ｄを温度の上昇に伴って減少させるように温度と修正率との間の関係を定めた修正率演算用マップを用いて演算されること、
   を特徴とする電動車両駆動用ブラシレス直流電動機の駆動装置。
3. 磁石界磁を有するロータと多相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ロータのステータに対する回転角度位置を検出する位置検出器と、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、電動機の回転速度を調節する際に操作される速度調節部材と、前記速度調節部材の変位量をスロットル開度として検出して該スロットル開度に相応した大きさのスロットル信号を出力するスロットルセンサと、前記ロータを回転させるべく前記位置検出器の出力に応じて前記駆動電流を流す相を切り換えるように前記スイッチ回路を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記駆動電流をスロットル信号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前記スイッチ回路を制御するＰＷＭ制御手段と、前記駆動電流を流す相の切換角度を前記スロットル信号に対して演算された制御進み角だけ前記位置検出器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とを備えている電動車両駆動用ブラシレス直流電動機の駆動装置において、
   前記多相の電機子コイルの温度を検出するように設けられた電機子コイル用温度検出器と、
   前記スイッチ回路の温度を検出するスイッチ回路用温度検出器と、
   前記電機子コイル用温度検出器により検出された温度が前記電機子コイルに対して設定された設定値よりも低く、かつ前記スイッチ回路用温度検出器により検出された温度が前記スイッチ回路に対して設定された設定値よりも低いときには前記スロットルセンサから得られるスロットル信号の値をそのままとし、前記電機子コイル用温度検出器により検出された温度が前記電機子コイルに対して設定された設定値以上になったとき、または前記スイッチ回路用温度検出器により検出された温度が前記スイッチ回路に対して設定された設定値以上になったときに、検出された温度が高い場合程前記スロットル信号の値を小さい値に修正するように、検出された温度に応じて前記スロットル信号の値を修正するスロットル信号修正手段とを具備し、
   前記ＰＷＭ制御手段及び制御進み角制御手段はそれぞれ前記スロットル信号修正手段により修正されたスロットル信号の値に対して前記デューティ比及び制御進み角を演算するように構成され、
   前記スロットル信号修正手段は、前記スロットルセンサが出力するスロットル信号の値Ｖ th と、前記直流電動機の始動を開始する際の前記スロットル信号の値Ｖ min と、修正率 ｄ（＜１００）［％］とを用いて、演算式Ｖ th ´＝（Ｖ th −Ｖ min ）×ｄ／１００＋Ｖ min によりスロットル信号の修正値Ｖ th ´を演算するように構成され、
   前記修正率ｄは、検出された温度が前記設定値未満の値を示す範囲では前記修正率ｄを１００［％］とし、検出された温度が前記設定値以上になる範囲では前記修正率ｄを温度の上昇に伴って減少させるように温度と修正率との間の関係を定めた修正率演算用マップを用いて演算されること、
   を特徴とする電動車両駆動用ブラシレス直流電動機の駆動装置。

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