JP4643061B2 - Drive control device for brushless DC motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動補助自転車等に採用されるブラシレスDCモータの駆動制御装置に関し、詳細にはペダルキックバックやペダル振動を抑制できるようにしたモータ駆動制御方法の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、電動補助自転車におけるブラシレスDCモータの駆動制御では、U,V,W各相の磁極センサ信号の切り替わり点毎に回転子の角度位置を検知し、切り替わり点間(例えば電気角60度の区間)においてはモータ回転速度に基づいて回転子の角度を推定する角度補正を行ない、もって回転子の認識角度を得るのが一般的である。このようにして求めた回転子認識角度に基づいて各励磁コイルへの励磁電流がペダル踏力に応じた補助電流指令値となるようにフィードバック制御される。
【0003】
【発明が解決すようとする課題】
しかし上記電動補助自転車において(1)ブレーキを掛けたままペダルを強く踏み込んだ場合、(2)特に高踏力発進時、のような特別な場合には、モータが逆転することがあり、このような場合には回転子角度の認識値が実際の角度からずれる可能性がある。
【0004】
このように回転子角度の認識値にずれが生じると、上記(1)の場合には、ペダルから振動(ペダルキックバック)が感じられ、(2)の場合には、細かいペダル振動(ゴリゴリ感)が感じられる、といった問題が発生する。
【0005】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、上記ペダルキックバックやペダル振動を防止あるいは低減できるブラシレスDCモータの駆動制御装置を提供することを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、磁極センサ信号の切り替わり点毎に回転子の角度位置を求め、該求めた角度位置間ではモータ回転状態に基づいて角度補正を行なうことにより上記回転子の認識角度を決定し、該決定された認識角度に基づいて励磁コイルへの励磁電流を制御するようにしたブラシレスDCモータの駆動制御装置において、上記磁極センサ信号の切り替わり状態に基づいて回転子の正転・逆転を判断し、逆転したと判断した場合には上記角度補正を行わずに逆転検出時の上記角度位置を固定保持することを特徴としている。
【0007】
請求項2の発明は、請求項1と同様のブラシレスDCモータの駆動制御装置において、上記磁極センサ信号の切り替わり状態に基づいて回転子の正転・逆転を判断し、逆転したと判断した場合には励磁電流値を、逆転検出時の励磁電流値に固定保持することを特徴としている。
【0008】
請求項3の発明は、請求項1又は2において、上記磁極センサ信号が正転の時の順番とは逆方向に切り替わった場合に上記逆転が発生したと判断することを特徴としている。
【0009】
請求項4の発明は、請求項3において、上記逆転が発生したと判断した後に、上記磁極センサ信号が正転方向に複数回切り替わった場合に、回転子の角度位置を磁極センサ信号に対応した値に戻すとともに上記角度補正を再開することを特徴としている。
【0010】
【発明の作用効果】
請求項1の発明によれば、回転子が逆転した場合には、上記磁極センサ信号から求めた角度位置間での角度補正を行わずに逆転検出時の角度位置を固定保持するようにしたので、回転子の認識角度が実際の角度からずれるのを抑制でき、そのため励磁コイルを逆転方向に励磁するのを抑制でき、例えばブレーキを掛けながらペダルを強く踏んだときのペダルからの振動(ペダルキックバック)を軽減できる。
【0011】
請求項2の発明によれば、回転子が逆転したと判断した場合には、逆転検出時の励磁電流値に固定するようにしたので、例えは高踏力発進時等において踏力が増加した場合でも励磁電流値が増加することはなく、そのためペダル踏力の増加に伴ってモータ補助力が増加することによって生じるペダル振動(ゴリゴリ感)を軽減することができる。また高踏力発進時にパウルクラッチが噛み合うときの衝撃を軽減することができる。
【0012】
請求項3の発明によれば、磁極センサ信号が正転の時の順番とは逆方向に切り替わった場合に上記逆転が発生したと判断するようにしたので、簡単な方法により回転子の逆転を検出できる。
【0013】
請求項4の発明によれば、逆転が発生した後に、上記磁極センサ信号が正転方向に複数回切り替わった場合に、回転子の認識角度を該磁極センサ信号に対応した値に戻すようにしたので、磁極センサ信号がある切り替わり点を往復するような場合に生じ易い上記ペダルキックバックやゴリゴリ感を抑制できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1〜図7は本発明の一実施形態を説明するための図であり、図1は本実施形態制御装置を搭載した電動補助自転車の模式側面図、図2は駆動モータの模式断面側面図、図3は駆動モータの模式断面正面図、図4はモータ駆動回路図、図5は回転子の角度位置の認識動作を説明するための特性図、図6はモータ逆転処理ブロック図、図7はモータ逆転処理フローである。
【0015】
図1において、1は電動補助自転車であり、これの車体フレーム2はヘッドパイプ3と、該ヘッドパイプ3から車体後方斜め下方に延びるダウンチューブ4と、該ダウンチューブ4の後端から上方に起立して延びるシートチューブ5と、上記ダウンチューブ4の後端から後方に略水平に延びる左,右一対のチェーンステー6と、該両チェーンステー6の後端部と上記シートチューブ5の上端部とを結合する左,右一対のシートステー7と、上記ヘッドパイプ3から水平に延びる水平チューブ8とを備えている。
【0016】
上記ヘッドパイプ3にはフロントフォーク9が左右に回動可能に支持されている。このフロントフォーク9の下端には前輪10が軸支されており、上端には操向ハンドル11が固着されている。また上記シートチューブ5の上端にはサドル12が装着されている。さらに上記チェーンステー6の後端には後輪13が軸支されている。
【0017】
上記車体フレーム2の中央下端部にはペダルユニット14が配設されている。
このペダルユニット14は、運転者がペダル15aに加えた踏力によりクランクアーム15bを介してクランク軸15cを回転駆動し、該クランク軸15cの回転を内蔵する変速機構の変速段に応じた変速比で変速して出力し、該出力をチェーン16により後輪13のハブ18に伝達するようになっている。
【0018】
また上記ペダルユニット14内には上記ペダル15aに加えられる踏力を連続的に検出する踏力センサ17が配設されている。この踏力センサ17は上記踏力の大きさに応じた踏力電圧を発生する。
【0019】
上記後輪13のハブ18内には駆動モータ20が配設されている。この駆動モータ20は、ブラシレス3相DCモータであり、バッテリ19から供給されるモータ補助電流(励磁電流)値に応じた補助動力を発生する。この補助動力と上記変速機構を経た後チェーン16を介して伝達された踏力とが合力されて上記ハブ18ひいては後輪13を駆動することとなる。
【0020】
上記ペダルユニット14内にはコントローラ21が配設されている。このコントローラ21は、上記駆動モータ20の運転制御を行なうためのものであり、上記踏力センサ17で検出されたペダル踏力に対応したモータ補助動力を発生させるためのモータ補助電流(励磁電流)指令値を求め、駆動モータ20に実際に供給される補助電流値がこのモータ補助電流指令値と一致するようにフィードバック制御を行なう。これにより上記ペダル踏力に所定のアシスト比(通常1.0)を乗じてなるモータ補助動力を発生させ、該モータ補助動力を上記踏力と共に後輪13に供給するように構成されている。
【0021】
上記駆動モータ20は、図2,図3に示すように、モータケース22の内面に嵌合固定された固定子23と、モータケース22内に軸受24a,24bを介して回転自在に収容保持された回転子24とを有する。なお回転子24の回転軸25の一端はモータケース22の外側に突出し、この突出端がモータ出力軸となっている。
【0022】
上記固定子23は等角度間隔毎に径方向内方に突出する9個の界磁脚部23aに励磁コイル31a〜31cを巻回したものである。上記9個の界磁脚部23aに巻回された励磁コイル31a〜31cはU,V,W相励磁コイルに分割され、各相の励磁コイルに電流を流すことによって固定子23の中心部に回転磁界を形成する。また上記回転子24は、回転軸25に筒状のヨーク26を嵌合固着し、該ヨーク26の外周面に8個の永久磁石27を等角度間隔毎に固着したものである。
【0023】
また、上記永久磁石27の一端面には回転子24の回転角度位置を検出するための磁気センサとして機能する3個のホール素子29a,29b,29cが回転軸25の長手方向に対向するように、かつ120°間隔毎に配置されている。なおこのホール素子29a〜29cは、モータケース22に固定された保持板30によって定位置に固定支持されている。
【0024】
上記ホール素子29a〜29cの検出出力は上記コントローラ21に入力され、該コントローラ21は以下詳述するようにして回転子24の認識角度を求め、該認識角度に応じて各相の励磁コイルに上述のペダル踏力に対応したモータ補助電流(励磁電流)をフィードバック制御により供給する。
【0025】
上記駆動モータ20の回転子24の回転に伴って上記各ホール素子29a,29b,29cによって検出された上記U,V,W相のセンサ出力は、図5(a)に示すように、電気角180度毎にハイ・ローに切り替わり、かつ各相の位相が120°ずつずれた矩形波をなしている。従ってこの3つの矩形波の組合せ状態を示す磁極センサ信号は、電気角60度毎に切り替わることとなる。
【0026】
上記回転子24が正転している場合には、該回転子24の実際の角度は図5(b)に示すように、上記磁極センサ信号の切り替わり毎(エッジ毎)に0度,60度,120度と変化していき、これに伴って電気角度も0度,60度,120度と変化する。そして該電気角度に応じて上記磁極センサ信号が101,001,011と変化するので、該磁極センサ信号に基づいて決定される回転子24の認識角度は図5(c)に示すように0度,60度,120度と変化し、上記実際の角度と一致する。また上記認識角度は、0度〜60度〜120度・・・の間ではモータ回転速度に応じて推定される角度補正により実際の角度により精度良く一致する。
【0027】
そしてこのようにして得られた回転子24の認識角度に応じて、図4に示すように、コントローラ21からの制御信号により通電制御用FET32がオンオフ制御され、U,V,W相の励磁コイルが励磁される。なお、33は上記励磁コイルに実際に流れる電流値を検出するフィードバック用電流検出センサである。
【0028】
ここで上記磁極センサ信号が、101,001,011・・・というように予め予定された通りに変化していく場合には、上述のように、回転子24は正転していると判断され、回転子24の回転角度の認識値は実際の0度,60度,120度・・・と一致し、また上記0度〜60度〜120度の検出角度間においては、上記回転子の角度位置はモータ回転速度から逆算して推定される。
【0029】
一方、回転子24が、例えば実際角度120度から180度側に変化する際に60度側に逆転した場合には、上記磁極センサ信号が、011に切り替わった後に該011から010に変化せずに001に変化することとなる。このように磁極センサ信号が予め予定された方向と逆に変化した場合には逆転したものと判断され、回転子24の角度認識値は上記逆転発生時の角度(120度)に固定される。
【0030】
このように逆転が発生した場合には回転子24の角度認識値を逆転発生時の角度に固定し、該固定された角度に応じて励磁コイルへの励磁電流の制御を行なうようにしたので、ブレーキを掛けながらペダルを強く踏んだときに、励磁コイルを逆転方向に励磁するのを抑制でき、ペダルからの振動(ペダルキックバック)を軽減できる。
【0031】
ちなみに、従来装置では、図5(c)に破線で示すように、逆転が発生した場合にも角度推定が行なわれ、角度認識値と実際の角度との差が大きくなり、励磁コイルへの励磁電流の制御が実際に合わなくなり、キックバックを強く感じるといった問題があった。
【0032】
また磁極センサ信号が予め予定された方向と逆に変化した場合に逆転したものと判断するようにしたので、簡単かつ低コストな構成により逆転の発生を検出できる。
【0033】
そして上記回転子24の角度認識値は、磁極センサ信号が正回転方向に複数回(本実施形態では2回)切り替わった時点で磁極センサ信号に応じた通常値に戻される。即ち、例えば磁極センサ信号が上記001から011に切り替わり、さらに010に切り替わったときに角度認識値は120度から180度となる。
【0034】
このように磁極センサ信号が正転方向に2回切り替わった時点で角度認識値を通常値に戻すようにしたので、磁極センサ信号がある切り替わり点を正転方向と逆転方向とに往復するような場合でも上記キックバックを確実に抑制できる。
【0035】
上記回転子24の角度認識値の制御を図7のフローチャートに基づいてさらに説明する。まず磁極センサ信号が変化したか否かが判断され(ステップS1)、変化した場合には前回のセンサ信号の変化時に逆転が発生したか否かが判断され、発生しなかった場合には、上記センサ信号の変化の順序に基づいて今回逆転が発生したか否かが判断される(ステップS2,S3))。そして逆転でないと判断された場合には正転したと認識され(ステップS4)、磁極センサ信号に基づいて回転子24の角度が認識され(ステップS5)、該認識角度に推定角度が加えられて回転子角度とされ、該回転子角度に応じて上述の励磁コイル(モータコイル)が励磁される(ステップS6〜S7)。
【0036】
一方、上記ステップS2で前回逆転と判断された場合、ステップS3で今回逆転と判断された場合、及び後述するステップS10で逆転中と判断された場合には、回転子24の逆転が認識され、角度位置は前回の認識角度に固定され(ステップS8,S9)、該固定された認識角度に応じてモータコイルが励磁される(ステップS7)。
【0037】
また上記ステップS1で磁極センサ信号に変化がない場合、逆転中か否かが判断され、逆転中でない場合には角度推定がなされ(ステップS10,S11)、該推定角度が認識角度に加えられて回転子角度とされ、該回転子角度に応じて上述の励磁コイル(モータコイル)が励磁される(ステップS6〜S7)。
【0038】
なお、上記実施形態では、逆転が発生した場合には回転子24の認識角度を逆転発生前の角度に固定したが、これに加えてあるいは単独で、逆転発生時にはモータ補助電流指令値を逆転発生時の電流値に固定するようにしてもよい。
【0039】
このようにした場合には、ペダル踏力が増加してもモータ補助電流(励磁電流)値が増加することはないので、励磁コイルを逆方向に強く励磁するといったことはなく、例えば高踏力発進時のペダル振動(ゴリゴリ感)を軽減することができる。また発進時の一方向クラッチが噛み合うときの衝撃を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による駆動モータ制御装置を搭載した電動補助自転車の側面図である。
【図2】上記駆動モータの模式断面側面図である。
【図3】上記駆動モータの模式断面正面図である。
【図4】上記駆動モータの駆動制御ブロック図である。
【図5】上記制御装置のモータ逆転処理を説明するためのセンサ出力,回転子の角度を示す特性図である。
【図6】上記制御装置のモータ逆転処理ブロック図である。
【図7】上記制御装置のモータ逆転処理フローである。
【符号の説明】
20 ブラシレスDCモータ
24 回転子
29a〜29c 磁極センサ
31a〜31c 励磁コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive control device for a brushless DC motor employed in a battery-assisted bicycle or the like, and more particularly, to an improvement in a motor drive control method that can suppress pedal kickback and pedal vibration.
[0002]
[Prior art]
For example, in the drive control of a brushless DC motor in a battery-assisted bicycle, the angular position of the rotor is detected at each switching point of the magnetic pole sensor signal of each phase of U, V, and W, and between the switching points (for example, an interval of 60 degrees electrical angle) In general, the angle correction for estimating the rotor angle is performed based on the motor rotation speed to obtain the rotor recognition angle. Based on the rotor recognition angle thus determined, feedback control is performed so that the excitation current to each excitation coil becomes an auxiliary current command value corresponding to the pedal effort.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned battery-assisted bicycle (1) when the pedal is strongly depressed with the brake applied, (2) the motor may reverse in a special case such as when the high pedal force starts. In some cases, the rotor angle recognition value may deviate from the actual angle.
[0004]
When the rotor angle recognition value deviates as described above, in the case (1), vibration (pedal kickback) is felt from the pedal, and in the case (2), fine pedal vibration (grinding feeling). ) Is felt.
[0005]
The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object of the present invention is to provide a drive control device for a brushless DC motor that can prevent or reduce the pedal kickback and pedal vibration.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the angular position of the rotor is obtained for each switching point of the magnetic pole sensor signal, and the recognized angle of the rotor is determined by performing angle correction based on the motor rotation state between the obtained angular positions. In the drive control device for a brushless DC motor that controls the exciting current to the exciting coil based on the determined recognition angle, the rotor is rotated forward / reversely based on the switching state of the magnetic pole sensor signal. If it is determined that the rotation is reversed, the angle position at the time of detection of the reverse rotation is fixedly held without performing the angle correction.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the same brushless DC motor drive control apparatus as in the first aspect, when the forward / reverse rotation of the rotor is determined based on the switching state of the magnetic pole sensor signal, and the reverse rotation is determined. It is characterized in that fixing and holding the excitation current value, the excitation current value of the reverse rotation detection.
[0008]
A third aspect of the invention is characterized in that, in the first or second aspect, it is determined that the reverse rotation has occurred when the magnetic pole sensor signal is switched in the reverse direction to the order of forward rotation.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, when the magnetic pole sensor signal is switched a plurality of times in the normal rotation direction after determining that the reverse rotation has occurred in the third aspect, the angular position of the rotor corresponds to the magnetic pole sensor signal. The angle correction is resumed and the angle correction is restarted.
[0010]
[Effects of the invention]
According to the first aspect of the present invention, when the rotor is reversed, the angular position at the time of reverse rotation is fixedly held without performing the angle correction between the angular positions obtained from the magnetic pole sensor signal. , It is possible to suppress the rotor recognition angle from deviating from the actual angle, so that it is possible to suppress the excitation coil from being excited in the reverse direction. For example, vibration from the pedal when the pedal is strongly pressed while applying the brake (pedal kick Back) can be reduced.
[0011]
According to the second aspect of the present invention, when it is determined that the rotor is reversely rotated, the excitation current value is fixed at the time of reverse rotation detection. The excitation current value does not increase, and therefore, pedal vibration (crimping feeling) caused by an increase in the motor assisting force accompanying an increase in the pedaling force can be reduced. Further, it is possible to reduce an impact when the pawl clutch is engaged when the high pedaling force starts.
[0012]
According to the invention of
[0013]
According to the fourth aspect of the present invention, when the magnetic pole sensor signal is switched in the forward rotation direction a plurality of times after the reverse rotation occurs, the rotor recognition angle is returned to a value corresponding to the magnetic pole sensor signal. Therefore, it is possible to suppress the pedal kickback and the harsh feeling that are likely to occur when the magnetic pole sensor signal reciprocates a certain switching point.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 to 7 are diagrams for explaining an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic side view of a battery-assisted bicycle equipped with the control device of the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of a drive motor. 3 is a schematic sectional front view of the drive motor, FIG. 4 is a motor drive circuit diagram, FIG. 5 is a characteristic diagram for explaining the recognition operation of the angular position of the rotor, FIG. 6 is a motor reverse rotation processing block diagram, FIG. Is a motor reverse rotation processing flow.
[0015]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a battery-assisted bicycle, and a
[0016]
A
[0017]
A
The
[0018]
A pedaling
[0019]
A
[0020]
A
[0021]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
[0022]
The
[0023]
Further, three
[0024]
The detection outputs of the
[0025]
The U, V, and W phase sensor outputs detected by the
[0026]
When the
[0027]
Then, according to the recognition angle of the
[0028]
Here, when the magnetic pole sensor signal changes as previously planned, such as 101,001,011,..., It is determined that the
[0029]
On the other hand, when the
[0030]
When reverse rotation occurs in this way, the angle recognition value of the
[0031]
Incidentally, in the conventional apparatus, as shown by the broken line in FIG. 5C, the angle is estimated even when the reverse rotation occurs, and the difference between the angle recognition value and the actual angle becomes large, and the excitation to the excitation coil is increased. There was a problem that the current control was actually not suitable and the kickback felt strong.
[0032]
In addition, since it is determined that the magnetic pole sensor signal is reversed when it changes in the direction opposite to the predetermined direction, the occurrence of reverse rotation can be detected with a simple and low-cost configuration.
[0033]
The angle recognition value of the
[0034]
Since the angle recognition value is returned to the normal value when the magnetic pole sensor signal is switched twice in the forward direction in this way, the magnetic sensor signal reciprocates in the forward direction and the reverse direction. Even in this case, the kickback can be reliably suppressed.
[0035]
The control of the angle recognition value of the
[0036]
On the other hand, if it is determined in step S2 that the rotation has been reversed last time, if it is determined that the rotation has been reversed in step S3, and if it is determined in step S10 that will be described later that the rotation is being reversed, the rotation of the
[0037]
If there is no change in the magnetic pole sensor signal in step S1, it is determined whether or not reverse rotation is being performed. If not, angle estimation is performed (steps S10 and S11), and the estimated angle is added to the recognition angle. The rotor angle is set, and the above-described excitation coil (motor coil) is excited according to the rotor angle (steps S6 to S7).
[0038]
In the above embodiment, when the reverse rotation occurs, the recognition angle of the
[0039]
In this case, since the motor auxiliary current (excitation current) value does not increase even if the pedal depression force is increased, the excitation coil is not strongly excited in the reverse direction. This can reduce the pedal vibration (crimping feeling). Further, it is possible to reduce an impact when the one-way clutch is engaged when starting.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a battery-assisted bicycle equipped with a drive motor control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of the drive motor.
FIG. 3 is a schematic sectional front view of the drive motor.
FIG. 4 is a drive control block diagram of the drive motor.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing sensor output and rotor angle for explaining motor reverse rotation processing of the control device.
FIG. 6 is a block diagram of motor reverse rotation processing of the control device.
FIG. 7 is a motor reverse rotation process flow of the control device.
[Explanation of symbols]
20
Claims (4)
上記磁極センサ信号の切り替わり状態に基づいて回転子の正転・逆転を判断し、
逆転したと判断した場合には、励磁電流値を、逆転検出時の励磁電流値に固定保持することを特徴とするブラシレスDCモータの駆動制御装置。An angle position of the rotor is obtained for each switching point of the magnetic pole sensor signal, and an angle correction based on the motor rotation state is performed between the obtained angle positions to determine the recognition angle of the rotor, and the determined recognition In a brushless DC motor drive control device that controls the excitation current to the excitation coil based on the angle,
Based on the switching state of the magnetic pole sensor signal, the forward / reverse rotation of the rotor is determined,
A drive control device for a brushless DC motor, characterized in that when it is determined that the motor is reversely rotated, the exciting current value is fixedly held at the exciting current value at the time of detecting the reverse rotation.
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