JP5506407B2 - Control device for three-phase brushless motor - Google Patents

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Description

本発明は、三相ブラシレスモータの制御装置、特に、180度通電方式の利点を最大限生かすことができる三相ブラシレスモータの制御装置に関する。
また本発明は、電動アシスト自転車のアシスト制御において、180度通電方式の利点を最大限生かすことができる三相ブラシレスモータの制御装置に関する。
The present invention relates to a control device for a three-phase brushless motor, and more particularly to a control device for a three-phase brushless motor that can make the most of the advantages of the 180-degree energization method.
The present invention also relates to a control device for a three-phase brushless motor that can maximize the advantages of the 180-degree energization method in assist control of an electrically assisted bicycle.

三相ブラシレスモータの制御方法としては、120度通電方式と180度通電駆動方式(正弦波駆動)が一般的である。120度通電方式は、制御が簡易であり、汎用ICも多数市場に出ているという長所があるが、120度通電方式は180度通電方式に比較して、騒音や振動が発生し易く、効率の面で180度通電方式に劣るという問題がある。一方、180度通電方式では、120度通電方式と比較して効率が良く、静音性及び振動特性に優れるという長所があるが、過渡的な負荷変動に弱く、位置ずれが起こると制御不能となり、120度通電方式に比較して制御が複雑であるという欠点がある。   As a control method of a three-phase brushless motor, a 120-degree energization method and a 180-degree energization drive method (sine wave drive) are generally used. The 120-degree energization method has the advantage that it is easy to control and many general-purpose ICs are on the market. However, the 120-degree energization method is easier to generate noise and vibration than the 180-degree energization method, and it is efficient. There is a problem that it is inferior to the 180-degree energization method. On the other hand, the 180-degree energization method is more efficient than the 120-degree energization method and has the advantages of excellent silence and vibration characteristics. However, the 180-degree energization method is weak against transient load fluctuations and becomes uncontrollable when misalignment occurs. There is a drawback that the control is more complicated than the 120-degree energization method.

120度通電方式及び180度通電方式ともに、モータに取り付けたホールIC等のセンサによりロータの位相を検出して制御を行うが、180度通電方式では、60度ごとに磁極位置を予測して制御を行うため、モータ回転中の過渡的な負荷変動等によって位置ずれが生じた場合、磁極位置を予測できなくなり、動作を停止しなければならない可能性がある。一方、120度通電方式では、センサで検出したロータ位置に基づいて相電流の切り換え制御を行い、予測して制御を行わないので、位置ずれが発生しても、センサからの位置情報に基づいて動作を継続することができる。また、180度通電方式では、トルク余裕が小さく瞬間的な負荷変動に対して位置ずれを起こし易いため、トルクを大きくせざるを得ずモータの小型化が困難である。
このように、180度通電方式及び120度通電方式には、それぞれ長所及び短所があるため、各通電方式を組み合わせて各々の長所を生かす制御方法が例えば、特許文献1及び2に提案されている。
In both the 120-degree energization method and the 180-degree energization method, control is performed by detecting the phase of the rotor by a sensor such as a Hall IC attached to the motor. In the 180-degree energization method, the magnetic pole position is predicted and controlled every 60 degrees. Therefore, if a positional deviation occurs due to a transient load fluctuation during motor rotation, the magnetic pole position cannot be predicted and the operation may have to be stopped. On the other hand, in the 120-degree energization method, phase current switching control is performed based on the rotor position detected by the sensor, and control is not performed by prediction, so even if a positional deviation occurs, it is based on the position information from the sensor. The operation can be continued. Further, in the 180-degree energization method, the torque margin is small and the position is likely to be shifted with respect to an instantaneous load fluctuation, so that the torque must be increased and it is difficult to reduce the size of the motor.
As described above, the 180-degree energization method and the 120-degree energization method have advantages and disadvantages, respectively. Therefore, for example, Patent Documents 1 and 2 have proposed control methods that combine the respective energization methods to take advantage of each advantage. .

特許文献1には、180度通電駆動手段10と120度通電駆動手段11とを備え、必要に応じて180度通電駆動手段10と120度通電駆動手段11とを切換えて同期電動機1の駆動制御を行う電気自動車用制御装置が記載されている。この制御装置では、回転パルス発生手段9からの出力パルスに基づいて磁極位置θencを演算し、この磁極位置θencに基づいて180度通電駆動を行うが、回転パルス発生手段9が使用できない状態になると、相電圧V1に基づいて磁極位置θvを演算して120度通電駆動を行う。特許文献1記載の制御装置では、モータ回転数に基づいて180度通電方式から120度通電方式に切り換えるが、負荷状態によっては180度通電駆動において位置ずれが大きくなり、制御が不可能になる可能性がある。   Patent Document 1 includes a 180-degree energization drive means 10 and a 120-degree energization drive means 11, and switches the 180-degree energization drive means 10 and the 120-degree energization drive means 11 as necessary to control the drive of the synchronous motor 1. A control device for an electric vehicle is described. In this control device, the magnetic pole position θenc is calculated based on the output pulse from the rotation pulse generator 9 and the 180-degree energization drive is performed based on the magnetic pole position θenc. However, when the rotation pulse generator 9 cannot be used. The magnetic pole position θv is calculated on the basis of the phase voltage V1, and 120-degree energization driving is performed. The control device described in Patent Document 1 switches from the 180-degree energization method to the 120-degree energization method based on the motor rotation speed. However, depending on the load state, the position shift may increase in the 180-degree energization drive, and control may become impossible. There is sex.

特許文献2には、間欠通電駆動部(120度通電駆動部)8と180度通電駆動部9とを備え、定常状態では180度通電駆動を実行し、電源電圧や負荷トルクの変動による外乱を検出した場合には、間欠通電駆動(例えば、120度通電駆動)を実行する同期モータの制御装置が記載されている。この制御装置では、例えば、外乱信号として直流電源電圧、同期モータの回転数、同期モータに発生する負荷トルク及びこれらに付随して変化するモータ電流、駆動電圧とモータ電流との位相差などを検出し、この外乱信号が閾値を超えた場合に、180度通電駆動から間欠通電駆動に切換える構成である。しかし、位置ずれの発生前に駆動方式を切換えることを前提としており、このように外乱信号を閾値と比較して駆動方式を切換える場合、制御対象が遅い場合には有効であるが、制御対象が速い場合には、外乱の有無を判断している間に位置ずれが発生して制御が不可能になる。従って、特許文献2の制御方法では、過渡的に急激な負荷変動が発生した場合にはモータの停止を回避できない。また、駆動電圧とモータ電流との位相差を検出するため、高性能マイコンが必要であり、コストダウンが困難である。   Patent Document 2 includes an intermittent energization drive unit (120-degree energization drive unit) 8 and a 180-degree energization drive unit 9, which performs 180-degree energization drive in a steady state to prevent disturbance due to fluctuations in power supply voltage and load torque. When detected, a synchronous motor control device that executes intermittent energization drive (for example, 120-degree energization drive) is described. In this control device, for example, a DC power supply voltage, the number of rotations of the synchronous motor, a load torque generated in the synchronous motor, a motor current that changes accompanying these, and a phase difference between the drive voltage and the motor current are detected as disturbance signals. When the disturbance signal exceeds a threshold value, the 180-degree energization drive is switched to the intermittent energization drive. However, it is assumed that the drive system is switched before the occurrence of misalignment.Thus, when switching the drive system by comparing the disturbance signal with the threshold value, it is effective when the controlled object is slow, but the controlled object is When the speed is high, a position shift occurs while determining the presence or absence of disturbance, and control becomes impossible. Therefore, the control method of Patent Document 2 cannot avoid stopping the motor when a transient and sudden load change occurs. Moreover, since a phase difference between the drive voltage and the motor current is detected, a high-performance microcomputer is necessary, and it is difficult to reduce the cost.

特開平10−341594号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-341594 特開2001−245487号公報JP 2001-245487 A

本発明の目的は、過渡的な負荷変動によるモータの停止をより確実に防止することができる三相ブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
本発明の目的は、180度通電方式の利点を最大限に生かすことができる三相ブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
The objective of this invention is providing the control apparatus of the three-phase brushless motor which can prevent the stop of the motor by a transient load fluctuation more reliably.
An object of the present invention is to provide a control device for a three-phase brushless motor that can take full advantage of the 180-degree energization method.

本発明の一態様は、三相ブラシレスモータの制御装置に関し、前記三相ブラシレスモータ(37)の各相(U,V,W)に駆動電圧を供給する三相ブリッジインバータ回路(15)と、前記インバータ回路(15)のトランジスタ(UH,UL,VH,VL,WH,WL)に180度未満の導通角のPWM信号を印加して、前記三相ブラシレスモータを相補間欠通電駆動方式により駆動する相補間欠通電駆動手段(32)とを備える。相補間欠通電駆動手段(32)は、3相のうち2相において各相の上下トランジスタに互いに異なるデューティ比のPWM信号を印加して当該2相のコイルを介して電流を流すとともに、3相のうち1相において上下トランジスタに互いに同一のデューティ比のPWM信号を印加して該1相のコイルに蓄積されたエネルギーによって上下トランジスタの何れかを介して電流を流し、これにより、各相において全電気角で電流を流して、前記三相ブラシレスモータを相補間欠通電駆動する。相補間欠通電駆動方式は、例えば、相補120度通電駆動方式である。
この制御装置は、例えば、起動運転状態又は過渡負荷状態の少なくとも一方において相補間欠通電駆動方式により前記三相ブラシレスモータを制御する。
ここで、過渡負荷状態とは、モータの負荷が急激に増加する過負荷状態であり、例えば過負荷状態を意味する。
過渡負荷対応に優れた相補間欠通電駆動方式による三相ブラシレスモータの制御によれば、過渡的な負荷変動によりモータが停止することを確実に防止できる。つまり、180度通電駆動方式によるモータ制御では、先を予測して制御するため、過渡的な負荷変動によって位置ずれを起こすとモータを停止する必要があるが、相補間欠通電駆動方式によるモータ制御では、センサからの情報のみに基づいて制御するため、過渡的な負荷変動によるモータ停止を回避することができる。また、相補間欠通電駆動方式によれば、静音性及び振動特性に優れたモータの運転を行うことができる。更に、相補間欠通電駆動方式により過渡的な負荷変動によるモータの停止を防止することにより、位置ずれを防止する目的でトルクを過度に大きくする必要がなくなり、モータ及びその駆動装置の小型化を図ることも可能である。
One aspect of the present invention relates to a control device for a three-phase brushless motor, and a three-phase bridge inverter circuit (15) for supplying a drive voltage to each phase (U, V, W) of the three-phase brushless motor (37); A PWM signal having a conduction angle of less than 180 degrees is applied to the transistors (UH, UL, VH, VL, WH, WL) of the inverter circuit (15) to drive the three-phase brushless motor by a complementary intermittent energization driving method. Complementary intermittent energization drive means (32). Complementary intermittent energization drive means (32) applies PWM signals having different duty ratios to the upper and lower transistors of each phase in two of the three phases to flow current through the two-phase coil and In one phase, PWM signals having the same duty ratio are applied to the upper and lower transistors in one phase, and a current is caused to flow through any of the upper and lower transistors by the energy accumulated in the one-phase coil. A current is passed through the corner to drive the three-phase brushless motor in complementary intermittent energization. The complementary intermittent energization drive method is, for example, a complementary 120-degree energization drive method.
For example, the control device controls the three-phase brushless motor by a complementary intermittent energization driving method in at least one of a startup operation state and a transient load state.
Here, the transient load state is an overload state in which the motor load increases rapidly, and means, for example, an overload state.
According to the control of the three-phase brushless motor by the complementary intermittent energization driving method excellent in handling transient loads, it is possible to reliably prevent the motor from being stopped due to transient load fluctuations. In other words, in the motor control by the 180-degree energization driving method, since the control is performed by predicting the destination, it is necessary to stop the motor when a positional deviation occurs due to a transient load fluctuation, but in the motor control by the complementary intermittent energization driving method, Since the control is performed only based on information from the sensor, it is possible to avoid a motor stop due to a transient load fluctuation. In addition, according to the complementary intermittent energization driving method, it is possible to operate a motor having excellent silence and vibration characteristics. Further, by preventing the motor from being stopped due to a transient load fluctuation by the complementary intermittent energization driving method, it is not necessary to excessively increase the torque for the purpose of preventing the displacement, and the motor and its driving device can be downsized. It is also possible.

本発明の一態様では、前記三相ブラシレスモータの起動運転状態又は過渡負荷状態の少なくとも何れか一方において相補間欠通電駆動方式により前記三相ブラシレスモータを制御する。
起動運転状態において相補間欠通電駆動方式によりモータを制御する場合、モータ起動時に過渡的な負荷変動があった場合にもモータの停止を確実に回避することができる。また、モータを確実に起動させた後には、例えば、180度通電駆動方式により通常運転を行うことにより、静音性、振動特性及び効率に優れたモータ制御を行うことができる。
また、過渡負荷状態において相補間欠通電駆動方式によりモータを制御する場合には、例えば、180度通電駆動方式でモータを始動し、過渡的な負荷変動があった場合に相補間欠通電駆動方式によるモータ制御に切換え、過渡負荷状態が解除されれば、180度通電駆動方式に復帰させる。また、例えば、モータ起動後の通常運転時に180度通電駆動方式でモータを制御し、過渡的な負荷変動があった場合に相補間欠通電方式に切り換え、過渡負荷状態が解除されれば、180度通電駆動方式に復帰させる。この場合、過渡的な負荷変動によるモータの停止を回避して効率良く制御することが可能であり、回転ムラを抑制し、振動特性及び静音性を高めることができる。更に、相補間欠通電駆動方式により起動運転状態又は過渡負荷状態におけるモータの停止を防止することにより、モータ及びその駆動装置の小型化を図ることも可能である。
In one aspect of the present invention, the three-phase brushless motor is controlled by a complementary intermittent energization driving method in at least one of a startup operation state and a transient load state of the three-phase brushless motor.
When the motor is controlled by the complementary intermittent energization driving method in the start-up operation state, it is possible to reliably avoid stopping the motor even when there is a transient load fluctuation at the time of motor start-up. In addition, after the motor is reliably started, for example, by performing normal operation by a 180-degree energization drive method, it is possible to perform motor control with excellent silence, vibration characteristics, and efficiency.
In addition, when controlling a motor by a complementary intermittent energization driving method in a transient load state, for example, the motor is started by a 180 degree energization driving method, and when there is a transient load change, a motor by a complementary intermittent energization driving method When the control is switched and the transient load state is released, the 180-degree energization drive system is restored. In addition, for example, the motor is controlled by the 180-degree energization drive method during normal operation after the motor is started, and when there is a transient load change, the motor is switched to the complementary intermittent energization method. Return to the energization drive system. In this case, it is possible to control the motor efficiently by avoiding the stop of the motor due to the transient load fluctuation, and it is possible to suppress the rotation unevenness and improve the vibration characteristic and the quietness. Further, the motor and its driving device can be reduced in size by preventing the motor from being stopped in the starting operation state or the transient load state by the complementary intermittent energization driving method.

本発明の一態様では、前記インバータ回路(15)に導通角180度のPWM信号を印加して、前記三相ブラシレスモータ(37)を180度通電駆動方式で駆動する180度通電駆動手段(33)と、前記三相ブラシレスモータ(37)の起動運転状態において相補間欠通電駆動方式を選択し、前記三相ブラシレスモータ(37)の運転状態が通常運転状態となった場合に180度通電駆動方式を選択する駆動方式選択手段(31)と、を更に備える。
この場合、相補間欠通電駆動方式によりモータを確実に起動し、モータが通常運転状態となった場合には、180度通電駆動方式でモータを制御することで、静音性、振動特性及び効率に優れたモータの運転を行うことができる。
In one aspect of the present invention, a 180-degree conduction drive means (33) that applies a PWM signal having a conduction angle of 180 degrees to the inverter circuit (15) and drives the three-phase brushless motor (37) by a 180-degree conduction drive system. ) And a complementary intermittent energization drive method in the start-up operation state of the three-phase brushless motor (37), and when the operation state of the three-phase brushless motor (37) becomes a normal operation state, the 180-degree energization drive method Drive system selection means (31) for selecting
In this case, the motor is reliably started by the complementary intermittent energization drive method, and when the motor is in a normal operation state, the motor is controlled by the 180-degree energization drive method, so that silence, vibration characteristics and efficiency are excellent. The motor can be operated.

本発明の一態様では、前記インバータ回路(15)に180度未満の導通角のPWM信号を印加して、前記三相ブラシレスモータ(37)を間欠通電駆動方式で駆動する間欠通電駆動手段(34)を更に備え、前記駆動方式選択手段(31)は、前記三相ブラシレスモータ(37)の過渡負荷状態が検出された場合に、間欠通電駆動方式を選択する。間欠通電駆動方式は、例えば、120度通電駆動方式である。
この場合、三相ブラシレスモータの通常運転時において、過渡的な負荷状態が検出された場合には、過渡負荷対応性に優れた間欠通電駆動方式によりモータを制御することにより、モータの停止を防止することができる。間欠通電駆動方式は、相補間欠通電駆動方式に比較して効率が良いため、過渡的な負荷状態が長時間継続する場合にも、効率の低下を抑制しつつモータ運転を継続することができる。
In one aspect of the present invention, intermittent energization drive means (34) for applying a PWM signal having a conduction angle of less than 180 degrees to the inverter circuit (15) to drive the three-phase brushless motor (37) by an intermittent energization drive system. The drive method selection means (31) selects the intermittent energization drive method when a transient load state of the three-phase brushless motor (37) is detected. The intermittent energization driving method is, for example, a 120-degree energization driving method.
In this case, when a transient load condition is detected during normal operation of the three-phase brushless motor, the motor is prevented from stopping by controlling the motor with an intermittent energization drive system with excellent transient load compatibility. can do. Since the intermittent energization drive method is more efficient than the complementary intermittent energization drive method, even when a transient load state continues for a long time, the motor operation can be continued while suppressing a decrease in efficiency.

本発明の一態様では、前記駆動方式選択手段(31)は、過渡負荷状態が検出されて間欠通電駆動方式を選択した後、前記過渡負荷状態の解除が検出された場合に180度通電駆動方式に復帰させる。
この場合、過渡負荷状態が解除された場合に、間欠通電駆動方式から180度通電駆動方式に制御を切換えることによって、静音性、振動特性及び効率に優れた180度通電駆動方式を最大限に利用することができる。
In one aspect of the present invention, the drive method selection means (31) selects the intermittent energization drive method after detecting the transient load state, and then detects the 180 degree energization drive method when the release of the transient load state is detected. Return to.
In this case, when the transient load state is canceled, the control is switched from the intermittent energization drive method to the 180 ° energization drive method, so that the 180 ° energization drive method excellent in quietness, vibration characteristics and efficiency is utilized to the maximum. can do.

本発明の一態様では、前記駆動方式選択手段(31)は、前記三相ブラシレスモータ(37)の回転速度が所定値以上となり、かつ、前記三相ブラシレスモータ(37)の正回転方向の回転回数が連続して所定回数以上検出された場合に、起動運転状態から通常運転状態に移行したと判断する。   In one aspect of the present invention, the drive method selection means (31) is configured such that the rotational speed of the three-phase brushless motor (37) is equal to or higher than a predetermined value and the three-phase brushless motor (37) is rotated in the positive rotation direction. When the number of times is continuously detected a predetermined number of times or more, it is determined that the startup operation state has shifted to the normal operation state.

本発明の一態様では、前記駆動方式選択手段(31)は、前記三相ブラシレスモータ(37)の逆方向の回転が検出された場合に、過渡負荷状態にあると判断することを特徴とする。この場合、モータの逆方向回転を示すパルスエッジが1回でも検出された場合に過渡負荷状態にあると判断するので、過渡負荷状態を迅速に検出し、180度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えることができ、モータの停止を確実に防止することができる。   In one aspect of the present invention, the driving method selection means (31) determines that the three-phase brushless motor (37) is in a transient load state when rotation in the reverse direction is detected. . In this case, when a pulse edge indicating reverse rotation of the motor is detected even once, it is determined that a transient load state exists, so the transient load state is detected quickly, and the intermittent energization drive method is changed from the 180-degree energization drive method. The motor can be reliably prevented from stopping.

本発明の一態様では、前記三相ブラシレスモータ(37)は、電動アシスト自転車のアシスト制御に使用され、前記駆動方式選択手段(31)は、前記三相ブラシレスモータ(37)の回転速度が所定値以上となり、かつ、前記三相ブラシレスモータ(37)の正回転方向の回転回数が連続して所定回数以上検出され、かつ、前記電動アシスト自転車の踏力範囲が所定値以下となった場合に、過渡負荷状態が解除されたと判断する。   In one aspect of the present invention, the three-phase brushless motor (37) is used for assist control of an electrically assisted bicycle, and the drive method selection means (31) has a predetermined rotational speed of the three-phase brushless motor (37). When the number of rotations in the positive rotation direction of the three-phase brushless motor (37) is continuously detected a predetermined number of times or more and the pedaling force range of the electrically assisted bicycle is a predetermined value or less. It is determined that the transient load state has been released.

本発明の一態様では、前記三相ブラシレスモータ(37)は、電動アシスト自転車のアシスト制御に使用され、前記駆動方式選択手段(31)は、前記三相ブラシレスモータ(37)の回転速度が所定値以上となり、かつ、前記電動アシスト自転車の車速が所定値以上となった場合に、過渡負荷状態が解除されたと判断する。   In one aspect of the present invention, the three-phase brushless motor (37) is used for assist control of an electrically assisted bicycle, and the drive method selection means (31) has a predetermined rotational speed of the three-phase brushless motor (37). It is determined that the transient load state has been released when the vehicle speed of the electrically assisted bicycle is equal to or greater than a predetermined value.

本発明の一態様は、三相ブラシレスモータの制御装置であって、前記三相ブラシレスモータ(37)の各相(U,V,W)に駆動電圧を供給する三相ブリッジインバータ回路(15)と、前記インバータ回路(15)のトランジスタ(UH,UL,VH,VL,WH,WL)に導通角120度のPWM信号を印加して、前記三相ブラシレスモータを相補120度通電駆動方式により駆動する相補120度通電駆動手段(32)とを備える。相補120度通電駆動手段(32)は、3相のうち2相において各相の上下トランジスタに互いに異なるデューティ比のPWM信号を印加して当該2相のコイルを介して電流を流すとともに、3相のうち1相において上下トランジスタに互いに同一のデューティ比のPWM信号を印加して該1相のコイルに蓄積されたエネルギーによって上下トランジスタの何れかを介して電流を流し、これにより、各相において全電気角で電流を流して、前記三相ブラシレスモータを相補120度通電駆動する。   One aspect of the present invention is a control device for a three-phase brushless motor, which is a three-phase bridge inverter circuit (15) for supplying a drive voltage to each phase (U, V, W) of the three-phase brushless motor (37). And a PWM signal having a conduction angle of 120 degrees is applied to the transistors (UH, UL, VH, VL, WH, WL) of the inverter circuit (15), and the three-phase brushless motor is driven by a complementary 120-degree conduction drive system. Complementary 120 degree conduction drive means (32). The complementary 120-degree energization driving means (32) applies PWM signals having different duty ratios to the upper and lower transistors of each phase in two phases out of the three phases to flow current through the two-phase coils and In one phase, PWM signals having the same duty ratio are applied to the upper and lower transistors in one phase, and a current is caused to flow through either of the upper and lower transistors by the energy accumulated in the one-phase coil. A current is passed at an electrical angle to drive the three-phase brushless motor through a complementary 120-degree conduction.

本発明に係る三相ブラシレスモータの制御装置は、相補120度通電駆動方式に限定されず、180度未満の導通角で駆動する任意の相補間欠駆動方式に適用可能である。   The control device for a three-phase brushless motor according to the present invention is not limited to the complementary 120-degree energization drive system, and can be applied to any complementary intermittent drive system that drives at a conduction angle of less than 180 degrees.

本発明に係る三相ブラシレスモータの制御装置は、電動アシスト自転車の電動アシストユニットに適用可能である。   The control device for a three-phase brushless motor according to the present invention can be applied to an electric assist unit of an electric assist bicycle.

図1は、本発明の実施形態に係る電動アシスト自転車の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of an electrically assisted bicycle according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に示す電動アシスト自転車の制御系を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a control system of the electrically assisted bicycle shown in FIG. 図3は、図1に示す電動アシスト自転車で使用される、本発明の実施形態に係るトルク検出機構を組み込んだ一方向クラッチの側面図である。FIG. 3 is a side view of a one-way clutch used in the electrically assisted bicycle shown in FIG. 1 and incorporating a torque detection mechanism according to an embodiment of the present invention. 図4は、一方向クラッチの駒部及び該駒部で使用されるバネ棒の構成を示す図であって、(a)は、バネ棒が取り付けられた状態の駒部の斜視図、(b)は、バネ棒を取り外した状態の駒部の斜視図、(c)は、バネ棒の側面図である。FIG. 4 is a view showing the configuration of the one-way clutch piece and the spring bar used in the piece part, wherein (a) is a perspective view of the piece part with the spring bar attached, ) Is a perspective view of the piece part with the spring bar removed, and FIG. 5C is a side view of the spring bar. 図5は、図1に示す電動アシスト自転車の踏力検出の原理を説明するため一方向クラッチ(ラチェットギア)の歯及び駒の嵌合状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a fitting state of teeth and pieces of a one-way clutch (ratchet gear) in order to explain the principle of pedaling force detection of the electrically assisted bicycle shown in FIG. 図6は、ドライブシャフトに対する駒部の相対回転を防止する回転防止手段の例を示す図であり、(a)はボールスプライン、(b)はスプラインキー、(c)はキー溝の概略構成を示す上面図である。FIG. 6 is a view showing an example of rotation preventing means for preventing relative rotation of the piece portion with respect to the drive shaft. (A) is a ball spline, (b) is a spline key, and (c) is a schematic configuration of a key groove. FIG. 図7は、本発明の実施例に係る合力機構で用いられる動力伝達ギアの正面図及び側面図である。FIG. 7 is a front view and a side view of a power transmission gear used in the resultant force mechanism according to the embodiment of the present invention. 図8は、180度通電駆動方式における各相の電流波形図である。FIG. 8 is a current waveform diagram of each phase in the 180-degree energization driving method. 図9は、120度通電駆動方式における各相の電流波形図である。FIG. 9 is a current waveform diagram of each phase in the 120-degree energization driving method. 図10は、120度通電駆動方式におけるPWM信号のデューティ比及び電流経路を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the duty ratio and current path of the PWM signal in the 120-degree energization drive method. 図11は、相補120度通電駆動方式における各相の電流波形図である。FIG. 11 is a current waveform diagram of each phase in the complementary 120-degree conduction drive method. 図12は、相補120度通電駆動方式におけるPWM信号のデューティ比及び電流経路を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating the duty ratio and current path of the PWM signal in the complementary 120-degree energization drive method. 図13は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置による制御の流れを示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing a flow of control by the motor control device according to the embodiment of the present invention. 図14は、120度通電駆動方式と相補120度通電方式の制御互換を説明する図である。FIG. 14 is a diagram for explaining control compatibility between the 120-degree conduction drive method and the complementary 120-degree conduction method.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
〔第1実施形態〕
図1には、電動アシスト自転車1の概略が示されている。同図に示すように、この電動アシスト自転車1の主要な骨格部分は、通常の自転車と同様に、金属管製の車体フレーム3から構成され、該車体フレーム3には、前輪20、後輪22、ハンドル16、及びサドル18などが周知の態様で取り付けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 shows an outline of the electrically assisted bicycle 1. As shown in the figure, the main skeleton portion of the electrically assisted bicycle 1 is composed of a body frame 3 made of metal pipe, as in a normal bicycle. The body frame 3 includes a front wheel 20 and a rear wheel 22. , Handle 16 and saddle 18 are attached in a known manner.

また、車体フレーム3の中央下部には、ドライブシャフト4が回転自在に軸支され、その左右両端部には、ペダルクランク6L、6Rを介してペダル8L、8Rが各々取り付けられている。このドライブシャフト4には、車体の前進方向に相当するR方向の回転のみを伝達するための一方向クラッチ(後述する図3の99)を介して、スプロケット2が同軸に取り付けられている。このスプロケット2と、後輪22の中央部に設けられた後輪動力機構10との間には無端回動のチェーン12が張設されている。   A drive shaft 4 is rotatably supported at the lower center of the vehicle body frame 3, and pedals 8L and 8R are attached to left and right ends thereof via pedal cranks 6L and 6R, respectively. A sprocket 2 is coaxially attached to the drive shaft 4 via a one-way clutch (99 in FIG. 3 described later) for transmitting only rotation in the R direction corresponding to the forward direction of the vehicle body. An endless rotating chain 12 is stretched between the sprocket 2 and a rear wheel power mechanism 10 provided at the center of the rear wheel 22.

電動アシスト自転車1には、補助電動力を発生する電動アシストユニット11が取り付けられている。発生した補助電動力は、後述する合力機構を用いて駆動輪(後輪)22に伝達される。   An electric assist unit 11 that generates an auxiliary electric force is attached to the electric assist bicycle 1. The generated auxiliary electric force is transmitted to the drive wheel (rear wheel) 22 using a resultant force mechanism described later.

電動アシストユニット11に収容された電動アシスト自転車1の制御系の概略が図2に示されている。電動アシスト自転車1の制御系は、該自転車全体の電子的処理を一括して制御する1個のマイクロコンピュータ14と、PWM制御可能な電動モータ37と、マイクロコンピュータ14からの制御信号によって直流電圧を所定の電圧波形に変換してモータ37に供給するインバータ回路15と、を備える。インバータ回路15には、電動モータ37に電源供給するバッテリ17(電動アシストユニット11の外部)が接続されている。また、電動アシストユニット11には、モータの回転速度を減速するための減速ギア等が収容されている。   An outline of the control system of the electric assist bicycle 1 housed in the electric assist unit 11 is shown in FIG. The control system of the electric assist bicycle 1 includes a microcomputer 14 that collectively controls electronic processing of the entire bicycle, an electric motor 37 capable of PWM control, and a DC voltage based on a control signal from the microcomputer 14. And an inverter circuit 15 that converts the voltage waveform into a predetermined voltage and supplies it to the motor 37. A battery 17 (external to the electric assist unit 11) for supplying power to the electric motor 37 is connected to the inverter circuit 15. Further, the electric assist unit 11 accommodates a reduction gear or the like for reducing the rotational speed of the motor.

電動モータ37は、例えば、三相ブラシレスモータである。電動モータ37には、磁極位置(ロータ位相)、モータ回転速度等を検出するために、例えば複数個のホールIC371が設けられている。ホールIC371は、電動モータ37に設けられた永久磁石が生成する磁場に対応するパルス信号を出力する。ホールIC371は、電動モータ37の回転軸周りに等間隔に例えば3個設けられるが、図2では1つのホールIC371のみを示す。マイクロコンピュータ14は、ホールIC371からのパルス信号に基づいて、磁極位置、モータ回転速度、モータ回転回数、モータ回転方向を検出する。   The electric motor 37 is, for example, a three-phase brushless motor. The electric motor 37 is provided with, for example, a plurality of Hall ICs 371 in order to detect the magnetic pole position (rotor phase), the motor rotation speed, and the like. The Hall IC 371 outputs a pulse signal corresponding to a magnetic field generated by a permanent magnet provided in the electric motor 37. For example, three Hall ICs 371 are provided at equal intervals around the rotation axis of the electric motor 37, but only one Hall IC 371 is shown in FIG. The microcomputer 14 detects the magnetic pole position, the motor rotation speed, the number of motor rotations, and the motor rotation direction based on the pulse signal from the Hall IC 371.

インバータ回路15は、3相ブリッジインバータであり、6個の半導体スイッチング素子であるトランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WUが3相ブリッジ状に結線されている回路である。これらのトランジスタは、マイクロコンピュータ14から供給されるPWM信号によって駆動され、バッテリ17から供給される直流電圧を変換して駆動電圧を生成し、電動モータ37の各相に供給する。   The inverter circuit 15 is a three-phase bridge inverter, and is a circuit in which transistors UH, UL, VH, VL, WH, and WU, which are six semiconductor switching elements, are connected in a three-phase bridge shape. These transistors are driven by a PWM signal supplied from the microcomputer 14, convert a DC voltage supplied from the battery 17 to generate a drive voltage, and supply it to each phase of the electric motor 37.

マイクロコンピュータ14には、また、回転角センサ(後述)から、車体フレーム3に対してペダルクランク6R(6L)がなすクランク角度を検出するための磁場パルス信号が入力されるとともに、一方向クラッチの変形を検出するためのホールIC162(後述)から、踏力を演算するための磁場信号1、2、3が入力される。これらの入力信号を発生する手段については後述する。なお、電動アシストモード(例えばノーマルモード、ターボモード、エコモード等)を指定するための信号も入力されてよい。マイクロコンピュータ14(後述の駆動方式選択部31)は、これらの入力信号から走行速度(車速)、クランク角度及び踏力を演算し、所定のアルゴリズムに基づいてアシスト比(アシスト力/踏力)を決定する電子的処理を行う。次に、マイクロコンピュータ14は、決定されたアシスト比に対応するアシスト力を発生させるよう電動モータ37を指令するため、該アシスト力に応じたPWM指令を順次出力する。本実施形態に係るマイクロコンピュータ14によるモータ制御の詳細については後述する。   The microcomputer 14 also receives a magnetic field pulse signal for detecting the crank angle formed by the pedal crank 6R (6L) with respect to the vehicle body frame 3 from a rotation angle sensor (described later), and the one-way clutch. Magnetic field signals 1, 2, and 3 for calculating a pedaling force are input from a Hall IC 162 (described later) for detecting deformation. Means for generating these input signals will be described later. A signal for designating an electric assist mode (for example, normal mode, turbo mode, eco mode, etc.) may also be input. The microcomputer 14 (a driving method selection unit 31 described later) calculates a traveling speed (vehicle speed), a crank angle, and a pedaling force from these input signals, and determines an assist ratio (an assisting force / a pedaling force) based on a predetermined algorithm. Perform electronic processing. Next, in order to instruct the electric motor 37 to generate an assist force corresponding to the determined assist ratio, the microcomputer 14 sequentially outputs PWM commands corresponding to the assist force. Details of motor control by the microcomputer 14 according to the present embodiment will be described later.

以下、本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車の踏力検出機構、合力機構、並びに、クランク角度及び車速の検出機構について各々説明する。   Hereinafter, a pedal force detection mechanism, a resultant force mechanism, and a crank angle and vehicle speed detection mechanism of an electrically assisted bicycle according to an embodiment of the present invention will be described.

(踏力検出機構)
マイクロコンピュータ14に入力される磁場信号1、2、3を出力する踏力検出機構を、図3乃至図7を用いて説明する。この踏力検出機構は、踏力に応じた一方向クラッチ99の変形によって変化する磁場を検出する。
(Treading force detection mechanism)
A pedaling force detection mechanism that outputs magnetic field signals 1, 2, and 3 input to the microcomputer 14 will be described with reference to FIGS. The pedaling force detection mechanism detects a magnetic field that changes due to the deformation of the one-way clutch 99 according to the pedaling force.

図3に示すように、一方向クラッチ99は、駒部100及び歯部112を備える。   As shown in FIG. 3, the one-way clutch 99 includes a piece part 100 and a tooth part 112.

駒部100は、図4(a)に示すように、ドライブシャフト4を受け入れるための駒部ボア106が中央部に形成された略円盤形状を有し、その周方向に沿って等角度毎に3つの剛性のラチェット駒102が、歯部112と相対する第2の係合面110側に配置されている。駒部100は、ラチェット駒102を各々収容するため、図4(b)に示すように、周方向に沿って3つの凹部170が形成される。かくして、ラチェット駒102は、凹部170にその回転軸部が収容された状態で回動し、この回転に応じてラチェット駒102は、第2の係合面110に対する角度を変える。   As shown in FIG. 4A, the piece portion 100 has a substantially disk shape in which a piece portion bore 106 for receiving the drive shaft 4 is formed in the central portion, and is equiangular along its circumferential direction. Three rigid ratchet pieces 102 are arranged on the second engagement surface 110 side facing the tooth portion 112. Since the piece part 100 accommodates each ratchet piece 102, as shown in FIG.4 (b), the three recessed parts 170 are formed along the circumferential direction. Thus, the ratchet piece 102 rotates in a state where the rotation shaft portion is accommodated in the concave portion 170, and the ratchet piece 102 changes the angle with respect to the second engagement surface 110 in accordance with this rotation.

再び図4(b)を参照すると、駒部100には、各々の凹部170に隣接して、バネ棒104を収容可能な直線溝171が各々形成されており、3つの直線溝171の両端部は、駒部100の外周エッジまで延在している。図4(c)に示すように、バネ棒104は、一方の端部Aが略垂直に折り曲げられ、他方の端部Bがコ字状に曲げられている。バネ棒104を駒部100の直線溝171内に取り付ける場合、図4(b)に示すように、バネ棒104を直線溝内を摺動させながら、コ字状のB部が駒部100をクリップ状に挟み止めさせるようにするだけで、バネ棒104を駒部100に容易に装着することができる。しかし、このままだと、B部から引っ張る力によりバネ棒104が抜け落ちる可能性があるので、垂直に折れ曲がったA部が駒部の側壁と係合することにより、バネ棒の脱落を防止している。   Referring to FIG. 4B again, the piece portion 100 is formed with linear grooves 171 that can accommodate the spring bars 104 adjacent to the respective concave portions 170, and both end portions of the three linear grooves 171. Extends to the outer peripheral edge of the piece 100. As shown in FIG. 4C, the spring bar 104 has one end A bent substantially vertically and the other end B bent in a U shape. When the spring bar 104 is mounted in the straight groove 171 of the piece part 100, as shown in FIG. 4 (b), the U-shaped B part ties the piece part 100 while sliding the spring bar 104 in the straight groove. The spring bar 104 can be easily attached to the piece part 100 simply by being clamped. However, if this is left, the spring bar 104 may fall off due to the pulling force from the B part. Therefore, the A part bent vertically is engaged with the side wall of the piece part to prevent the spring bar from falling off. .

バネ棒104を駒部100の直線溝171に取り付けた場合、ラチェット駒102は、外力が作用していないとき、その長さ方向が第2の係合面110に対して所定の角度をなす(図5の平衡方向160)ように立ち上がる。図5に示すように、ラチェット駒102が平衡方向160から上昇方向a又は下降方向bに偏倚するとき、バネ棒104は、その偏倚を平衡方向160に戻すようにラチェット駒102に僅かな弾力性を及ぼす。   When the spring bar 104 is attached to the straight groove 171 of the piece part 100, the length direction of the ratchet piece 102 makes a predetermined angle with respect to the second engagement surface 110 when no external force is applied ( It rises in the direction of equilibrium 160) in FIG. As shown in FIG. 5, when the ratchet piece 102 is biased from the equilibrium direction 160 in the ascending direction a or the descending direction b, the spring bar 104 is slightly elastic to the ratchet piece 102 so as to return the bias to the equilibrium direction 160. Effect.

駒部ボア106の内壁には、軸方向5に延びる第1の回転防止用溝108が4個所に形成されている。駒部ボア106の内壁と摺接するドライブシャフト4の外壁部分にも、第1の回転防止用溝108と対面するように軸方向5に延びる第2の回転防止用溝140が4個所に形成されている。図6(a)に示すように、第1の回転防止用溝108及びこれに対面する第2の回転防止用溝140は、軸方向に沿って延びる円柱溝を形成し、各々の円柱溝の中には、これを埋めるように多数の鋼球150が収容される。これによって、駒部100は、軸方向に沿って摩擦係数最小で移動できると共に、ドライブシャフト4に対する相対回転が防止される。これは、一種のボールスプラインであるが、他の形式のボールスプライン、例えば無端回動のボールスプラインなどを、このような摺動可能な回転防止手段として適用することができる。   Four first anti-rotation grooves 108 extending in the axial direction 5 are formed in the inner wall of the piece bore 106. Four second anti-rotation grooves 140 extending in the axial direction 5 so as to face the first anti-rotation groove 108 are also formed on the outer wall portion of the drive shaft 4 that is in sliding contact with the inner wall of the piece bore 106. ing. As shown in FIG. 6A, the first antirotation groove 108 and the second antirotation groove 140 facing the first antirotation groove form a cylindrical groove extending along the axial direction. Inside, a large number of steel balls 150 are accommodated so as to fill them. Thereby, the piece part 100 can move along the axial direction with the minimum friction coefficient, and the relative rotation with respect to the drive shaft 4 is prevented. This is a kind of ball spline, but other types of ball splines, such as an endless rotating ball spline, can be applied as such a slidable rotation preventing means.

また、駒部100のドライブシャフト4への取り付け方法として、図6(a)のボールスプライン以外の手段を用いることも可能である。例えば、図6(b)に示すように、軸方向に延びる突起部140aをドライブシャフト4に設け、該突起部140aを収容する第3の回転防止用溝108aを駒部100に形成する、いわゆるキースプライン形式も回転防止手段として適用可能である。なお、図6(b)において、突起部140aを駒部100側に、第3の回転防止用溝108aをドライブシャフト4側に設けても良い。更に、図6(c)に示すように、軸方向に延びる第4の回転防止用溝108b及びこれに対面する第5の回転防止用溝140bを駒部100及びドライブシャフト4に夫々設け、これらの溝が形成する直方体状の溝の中にキープレートを収容する、いわゆるキー溝形式も回転防止手段として適用可能である。   Further, as a method of attaching the piece portion 100 to the drive shaft 4, it is possible to use means other than the ball spline of FIG. For example, as shown in FIG. 6B, a protrusion 140a extending in the axial direction is provided on the drive shaft 4, and a third anti-rotation groove 108a that accommodates the protrusion 140a is formed in the piece 100. A key spline type is also applicable as a rotation prevention means. In FIG. 6B, the protrusion 140a may be provided on the piece 100 side and the third rotation preventing groove 108a may be provided on the drive shaft 4 side. Further, as shown in FIG. 6C, a fourth rotation prevention groove 108b extending in the axial direction and a fifth rotation prevention groove 140b facing the groove are provided in the piece portion 100 and the drive shaft 4, respectively. A so-called key groove type in which the key plate is accommodated in a rectangular parallelepiped groove formed by the groove is also applicable as the rotation preventing means.

図3に示されるように、皿バネ137が、駒部100と、ドライブシャフト4に固定された支持ディスク151との間に介在されている。皿バネ137の両端部は、各々、駒部100の裏面と支持ディスク151とに当接している。従って、皿バネ137は、駒部100の軸方向内側への摺動に対して弾性力で対向する。   As shown in FIG. 3, a disc spring 137 is interposed between the piece portion 100 and a support disk 151 fixed to the drive shaft 4. Both end portions of the disc spring 137 are in contact with the back surface of the piece portion 100 and the support disk 151, respectively. Accordingly, the disc spring 137 is opposed to the sliding of the piece portion 100 inward in the axial direction by an elastic force.

一方、歯部112は、図7に示されるように、動力伝達ギア200の表面である第1の係合面121上に形成されている。歯部112は、ラチェット駒102と係合するための複数のラチェット駒114を有する。ラチェット歯114は、図5に示されるように、歯部の周方向に沿って互い違いに周期的に形成された、第1の係合面121に対してより急な傾斜118と、より緩やかな斜面116と、から構成される。歯部112は、その第1の係合面121を駒部100の第2の係合面110に対面させ、ラチェット駒102とラチェット歯114とを係合させた状態(図5)で、ドライブシャフト4に摺接可能に軸支される。即ち、ドライブシャフト4は、ラチェット駒102とラチェット歯114との係合部分を介してのみ歯部112と作動的に連結される。   On the other hand, as shown in FIG. 7, the tooth portion 112 is formed on a first engagement surface 121 that is a surface of the power transmission gear 200. The tooth part 112 has a plurality of ratchet pieces 114 for engaging with the ratchet piece 102. As shown in FIG. 5, the ratchet teeth 114 are formed periodically in a staggered manner along the circumferential direction of the tooth portion, and have a steeper inclination 118 with respect to the first engagement surface 121 and a gentler shape. And a slope 116. The tooth portion 112 is driven in a state where the first engagement surface 121 faces the second engagement surface 110 of the piece portion 100 and the ratchet piece 102 and the ratchet teeth 114 are engaged (FIG. 5). The shaft 4 is pivotally supported so as to be slidable. That is, the drive shaft 4 is operatively connected to the tooth portion 112 only through the engagement portion between the ratchet piece 102 and the ratchet teeth 114.

図3に示されるように、歯部112を備える動力伝達ギア200は、固定ピン206を用いてスプロケット2と同軸に固定され、更に、ドライブシャフト4の先端にはペダル軸が取り付けられる。かくして、車体前進方向のペダル踏力による回転のみをスプロケット2に伝達するようにドライブシャフト4とスプロケット2とを連結する一方向クラッチ(ラチェットギア)99が完成する。   As shown in FIG. 3, the power transmission gear 200 including the tooth portion 112 is fixed coaxially with the sprocket 2 using a fixing pin 206, and a pedal shaft is attached to the tip of the drive shaft 4. Thus, a one-way clutch (ratchet gear) 99 for connecting the drive shaft 4 and the sprocket 2 so as to transmit only the rotation by the pedal depression force in the vehicle body forward direction to the sprocket 2 is completed.

更に、ラチェットギア99の駒部100には、ドライブシャフト4及び駒部100と同心に、リング状に形成された永久磁石161が取り付けられている。リング状の永久磁石161は、好ましくは、リングの一方の表面がN極、反対側の表面がS極となるように構成され、永久磁石161のリング軸方向とラチェットギア99の軸方向とが整列するように配列される。   Further, a permanent magnet 161 formed in a ring shape is attached to the piece portion 100 of the ratchet gear 99 concentrically with the drive shaft 4 and the piece portion 100. The ring-shaped permanent magnet 161 is preferably configured so that one surface of the ring is N-pole and the opposite surface is S-pole, and the ring axial direction of the permanent magnet 161 and the axial direction of the ratchet gear 99 are Arranged to align.

また、磁場を検出するための複数(本実施例では3個)のホールIC162が、ドライブシャフト4の軸線に対して垂直な平面内で、3箇所の所定位置に各々配置されている。好ましくは、ホールICが配置される3箇所の所定位置は、該軸線を中心として径方向に略等距離で周方向に略等角度毎の位置である。更に、ホールIC162が配置される所定位置は、リング状永久磁石161に近接した車体フレーム3の固定位置に相当する。これらのホールIC162は、マイクロコンピュータ14(図2)に接続される。3個のホールIC162から各々出力された磁場信号(磁場検出信号)1、2、3は、上述したように、マイクロコンピュータ14(図2)に入力される。   Further, a plurality (three in this embodiment) of Hall ICs 162 for detecting the magnetic field are respectively arranged at three predetermined positions in a plane perpendicular to the axis of the drive shaft 4. Preferably, the three predetermined positions at which the Hall ICs are arranged are positions approximately equidistant in the radial direction and approximately equiangular in the circumferential direction around the axis. Further, the predetermined position where the Hall IC 162 is disposed corresponds to a fixed position of the vehicle body frame 3 in the vicinity of the ring-shaped permanent magnet 161. These Hall ICs 162 are connected to the microcomputer 14 (FIG. 2). As described above, the magnetic field signals (magnetic field detection signals) 1, 2, and 3 output from the three Hall ICs 162 are input to the microcomputer 14 (FIG. 2).

代替実施例として、リング状永久磁石161の代わりに、鉄等の磁性体からなるリング部材163を用いることができる。この場合、磁石164を駒部100上のホールIC162に近接した位置に固定する。なお、リング部材163の材料は、磁石164の磁場を変化させることができる任意の材料、例えば反磁性体から作ることもできる。   As an alternative embodiment, a ring member 163 made of a magnetic material such as iron can be used instead of the ring-shaped permanent magnet 161. In this case, the magnet 164 is fixed at a position close to the Hall IC 162 on the piece unit 100. The material of the ring member 163 can also be made of any material that can change the magnetic field of the magnet 164, for example, a diamagnetic material.

搭乗者がペダル8R、8L(図1)にペダル踏力を与え、ドライブシャフト4を車体前進方向に回転させると、この回転力は、ドライブシャフト4に対し回転不可能且つ摺動可能に軸支された駒部100に伝達される。このとき、図5に示すように、ラチェット駒102は、駒部100からペダル踏力に対応する力Fdを与えられるので、その先端部は歯部112のラチェット歯のより急な斜面118に当接し、この力をラチェット歯に伝達しようとする。ラチェット歯部112は、スプロケット2に連結されているので、ラチェット駒102の先端部は、駆動のための負荷による力Fpをより急な斜面118から受ける。その両端部から互いに反対向きの力Fp及びFdを与えられたラチェット駒102は、a方向に回転して立ち上がる。このとき駒部100は、ラチェット駒102の立ち上がりによって軸方向内側に移動し、駒部100と支持ディスク151との間に介在する皿バネ137を押し込む。皿バネ137は、これに対抗して弾性力Frを駒部100に作用する。この力Frと、駒部100を軸方向に移動させるペダル踏力を反映した力とは短時間で釣り合う。かくして、駒部100の軸方向位置はペダル踏力を反映する物理量となる。   When the rider applies a pedaling force to the pedals 8R and 8L (FIG. 1) and rotates the drive shaft 4 in the vehicle body forward direction, the rotational force is pivotally supported with respect to the drive shaft 4 so that it cannot rotate and can slide. Is transmitted to the frame unit 100. At this time, as shown in FIG. 5, the ratchet piece 102 is given a force Fd corresponding to the pedal depression force from the piece portion 100, so that its tip portion comes into contact with the steep slope 118 of the ratchet teeth of the tooth portion 112. Try to transmit this force to the ratchet teeth. Since the ratchet teeth 112 are connected to the sprocket 2, the tip of the ratchet piece 102 receives a force Fp due to a load for driving from a steeper slope 118. The ratchet piece 102 to which opposite forces Fp and Fd are applied from both ends thereof rotates in the direction a and rises. At this time, the piece part 100 moves inward in the axial direction by the rising of the ratchet piece 102 and pushes the disc spring 137 interposed between the piece part 100 and the support disk 151. The disc spring 137 counteracts this and applies an elastic force Fr to the piece portion 100. This force Fr and the force reflecting the pedal depression force that moves the piece part 100 in the axial direction are balanced in a short time. Thus, the axial position of the piece 100 is a physical quantity that reflects the pedal effort.

リング状永久磁石161を使用した実施例の場合、駒部100の軸方向位置に応じて、ホールIC162により検出される磁場強度は異なっている。即ち、ペダル踏力が増大すると、駒部100は軸方向内側に摺動し、永久磁石161がホールIC162に近接するため、ホールIC162により検出される磁場強度は増大する。逆に、ペダル踏力が減少すると、駒部100は軸方向外側に摺動し、永久磁石161がホールIC162から遠ざかるため、ホールIC162により検出される磁場強度は減少する。   In the case of the embodiment using the ring-shaped permanent magnet 161, the magnetic field strength detected by the Hall IC 162 differs depending on the position of the piece portion 100 in the axial direction. That is, when the pedal depression force increases, the piece portion 100 slides inward in the axial direction, and the permanent magnet 161 approaches the Hall IC 162, so that the magnetic field strength detected by the Hall IC 162 increases. On the contrary, when the pedal depression force decreases, the piece portion 100 slides outward in the axial direction, and the permanent magnet 161 moves away from the Hall IC 162, so that the magnetic field strength detected by the Hall IC 162 decreases.

マイクロコンピュータ14の踏力範囲検出部40(図2参照)は、3個のホールIC162により検出された磁場信号1、2、3を平均演算(単なる加算を含む)して平均磁場強度を求め、平均磁場強度に基づいて踏力範囲を求める。本実施形態では、磁場強度の値を予め複数の範囲(踏力範囲)に区切り、踏力範囲に応じてアシスト比を設定する。つまり、磁場強度が属する踏力範囲に基づいてアシスト比を設定する。   The treading force range detection unit 40 (see FIG. 2) of the microcomputer 14 calculates the average magnetic field strength by averaging (including simple addition) the magnetic field signals 1, 2, and 3 detected by the three Hall ICs 162, and calculates the average The pedaling force range is obtained based on the magnetic field strength. In the present embodiment, the value of the magnetic field strength is divided into a plurality of ranges (stepping force ranges) in advance, and the assist ratio is set according to the pedaling force range. That is, the assist ratio is set based on the pedaling force range to which the magnetic field strength belongs.

このように複数箇所の軸方向の磁場を平均化しているため、SN比を改善することができるだけでなく、駒部100の振れに起因する磁場強度のばらつきを相殺することにより、より正確にペダル踏力T(踏力範囲)を求めることができる。   As described above, since the magnetic fields in the axial direction at a plurality of locations are averaged, not only can the SN ratio be improved, but also the pedal can be more accurately corrected by offsetting the variation in the magnetic field strength caused by the shake of the piece 100. The pedaling force T (the pedaling force range) can be obtained.

なお、磁性体又は反磁性体のリング部材163を使用した代替実施例の場合、リング部材163の軸方向位置に応じて、磁性体又は反磁性体の影響の変化により磁石164の磁場分布は変化する。従って、代替実施例においても、検出された磁場強度に基づいて、上述のようにペダル踏力T(踏力範囲)を求めることができる。   In the case of an alternative embodiment using a magnetic or diamagnetic ring member 163, the magnetic field distribution of the magnet 164 changes depending on the influence of the magnetic body or diamagnetic body depending on the axial position of the ring member 163. To do. Therefore, also in the alternative embodiment, the pedal depression force T (the depression force range) can be obtained as described above based on the detected magnetic field strength.

上記では、駒部100(一方向クラッチ99)の軸方向変位をホールIC162によりを検出することにより踏力を検出したが、皿バネ137に歪ゲージを配置して、皿バネ137の歪を検出することにより、駒部100(一方向クラッチ99)の軸方向変位、ひいては踏力(踏力範囲)を検出するように構成しても良い。この場合、歪ゲージの値を予め複数の範囲(踏力範囲)に区切り、踏力範囲に応じてアシスト比を設定する。   In the above description, the pedal force is detected by detecting the axial displacement of the piece 100 (one-way clutch 99) by the Hall IC 162. However, a strain gauge is disposed on the disc spring 137 to detect the strain of the disc spring 137. Thus, the axial displacement of the piece portion 100 (one-way clutch 99), and thus the pedaling force (the pedaling force range) may be detected. In this case, the value of the strain gauge is divided into a plurality of ranges (stepping force ranges) in advance, and the assist ratio is set according to the pedaling force range.

(合力機構)
図3には、上述されたように固定ピン206を用いてスプロケット2に同軸に固定された動力伝達ギア200が示されている。動力伝達ギア200は、図7に示すように、外周部に複数の歯204が形成されている。
(Force mechanism)
FIG. 3 shows the power transmission gear 200 fixed coaxially to the sprocket 2 using the fixing pin 206 as described above. As shown in FIG. 7, the power transmission gear 200 has a plurality of teeth 204 formed on the outer periphery.

動力伝達ギア200の歯204は、図3に示されるように、電動アシストユニット11のアシスト力出力シャフト222の先端に設けられたギア220と嵌合する。従って、電動アシストユニット11から出力されたアシスト力は、シャフト222、ギア220を介して動力伝達ギア200に伝達され、該動力伝達ギア200からスプロケット2、チェーン12を介して駆動輪(後輪)22に伝達される。かくして、踏力とアシスト力との合力が達成される。動力伝達ギア200の歯204の数は、ギア220の歯数よりも多いので、動力伝達ギア200は、減速ギアとしても機能する。なお、アシスト力出力シャフト222は、上述した電動モータ37(図2)によって駆動される。   As shown in FIG. 3, the teeth 204 of the power transmission gear 200 are engaged with a gear 220 provided at the tip of the assist force output shaft 222 of the electric assist unit 11. Therefore, the assist force output from the electric assist unit 11 is transmitted to the power transmission gear 200 via the shaft 222 and the gear 220, and the driving wheel (rear wheel) is transmitted from the power transmission gear 200 via the sprocket 2 and the chain 12. 22 is transmitted. Thus, the resultant force of the pedaling force and the assist force is achieved. Since the number of teeth 204 of the power transmission gear 200 is larger than the number of teeth of the gear 220, the power transmission gear 200 also functions as a reduction gear. The assist force output shaft 222 is driven by the above-described electric motor 37 (FIG. 2).

(クランク角度及び車速の検出機構)
電動アシスト自転車1のクランク角度検出機構を、図3及び図7を用いて説明する。
図7に示すように、動力伝達ギア200の一方の板面側には、12個の永久磁石202が円周12等分に配置されている。これらの永久磁石202は、一方の磁極(N極又はS極)を当該板面の表面に出し、他方の磁極を該表面と反対側に向け、両磁極を結ぶ方向が、ドライブシャフト4の軸方向に整列するように配置されている。板面の表面に出ている磁極は、全て同一に揃えるのが好ましいが、隣接する磁石202の磁極が互い違いになるように配置することもできる。
(Crank angle and vehicle speed detection mechanism)
A crank angle detection mechanism of the electrically assisted bicycle 1 will be described with reference to FIGS. 3 and 7.
As shown in FIG. 7, twelve permanent magnets 202 are equally divided into a circumference 12 on one plate surface side of the power transmission gear 200. These permanent magnets 202 emit one magnetic pole (N pole or S pole) to the surface of the plate surface, the other magnetic pole is directed to the opposite side of the surface, and the direction connecting both magnetic poles is the axis of the drive shaft 4. It is arranged to align in the direction. It is preferable that all the magnetic poles appearing on the surface of the plate surface are the same, but the magnetic poles of adjacent magnets 202 may be arranged alternately.

図3を参照すると、永久磁石202が配置された動力伝達ギア200の板面に隣接して、車体フレーム3に対して固定された位置にホールIC210が配置されている。このホールIC210のドライブシャフト4からの径方向距離は、永久磁石202のドライブシャフト4からの径方向距離と実質的に同一に設定されている。永久磁石202及びホールIC210が、クランク回転角センサを構成する。動力伝達ギア200は、ペダルの回転と共に回転し、一方、ホールIC210は車体に対して静止しているので、ペダルクランク回転によって、ホールIC210の検出範囲に永久磁石202の磁場が次々横切っていく。従って、ホールIC210は、ペダルクランク回転数に応じたパルス数の検出信号を出力する。この磁場パルス信号は、マイクロコンピュータ14(図2)の車速検出部41へと入力される。   Referring to FIG. 3, the Hall IC 210 is disposed at a position fixed to the vehicle body frame 3 adjacent to the plate surface of the power transmission gear 200 where the permanent magnet 202 is disposed. The radial distance of the Hall IC 210 from the drive shaft 4 is set to be substantially the same as the radial distance of the permanent magnet 202 from the drive shaft 4. The permanent magnet 202 and the Hall IC 210 constitute a crank rotation angle sensor. The power transmission gear 200 rotates with the rotation of the pedal, while the Hall IC 210 is stationary with respect to the vehicle body, so that the magnetic field of the permanent magnet 202 crosses the detection range of the Hall IC 210 one after another by the pedal crank rotation. Accordingly, the Hall IC 210 outputs a detection signal with the number of pulses corresponding to the pedal crank rotation speed. This magnetic field pulse signal is input to the vehicle speed detector 41 of the microcomputer 14 (FIG. 2).

動力伝達ギア200は、ペダルクランク及びスプロケット2と一緒に回転するため、動力伝達ギア200の回転速度は、車速及びクランク角速度を反映している。かくして、車速検出部41は、単位時間当たりの磁場パルス信号のカウント数から、車速と、クランク角度とを演算することができる。   Since the power transmission gear 200 rotates together with the pedal crank and the sprocket 2, the rotational speed of the power transmission gear 200 reflects the vehicle speed and the crank angular speed. Thus, the vehicle speed detector 41 can calculate the vehicle speed and the crank angle from the number of magnetic field pulse signals counted per unit time.

(モータ制御装置)
次に、電動アシストユニット11の補助電動力を発生させる電動モータ37の制御装置について、図2、及び図8乃至図14を参照して説明する。
(Motor control device)
Next, a control device for the electric motor 37 that generates the auxiliary electric force of the electric assist unit 11 will be described with reference to FIG. 2 and FIGS. 8 to 14.

図2に係るモータ制御装置は、前述したように、三相ブラシレス電動モータ37に駆動電圧を供給するインバータ回路15と、マイクロコンピュータ14と、3つのホールIC371(図2では1つのみ図示)とを備えている。3つのホールIC371は、電動モータ37において120度の間隔で等間隔に配置されており、検出する磁界強度に応じて図8、図9及び図11の上段に示すパルス信号Hu,Hv、Hwを出力する。   As described above, the motor control device according to FIG. 2 includes the inverter circuit 15 that supplies a driving voltage to the three-phase brushless electric motor 37, the microcomputer 14, and three Hall ICs 371 (only one is shown in FIG. 2). It has. The three Hall ICs 371 are arranged at equal intervals of 120 degrees in the electric motor 37, and the pulse signals Hu, Hv, Hw shown in the upper part of FIGS. Output.

以下では、説明の都合上、電動モータ37のU、V、W相に接続されるインバータ回路15のトランジスタをそれぞれU相のトランジスタ、V相のトランジスタ、W相のトランジスタと言及し、各相のトランジスタのうち、高電位側のものを上トランジスタ、低電位側のものを下トランジスタと言及する場合がある。   Hereinafter, for convenience of explanation, the transistors of the inverter circuit 15 connected to the U, V, and W phases of the electric motor 37 are referred to as a U phase transistor, a V phase transistor, and a W phase transistor, respectively. Among transistors, a transistor on the high potential side may be referred to as an upper transistor, and a transistor on the low potential side may be referred to as a lower transistor.

マイクロコンピュータ14において、過渡負荷状態検出部36は、3つのホールIC371から出力されるパルス信号Hu,Hv,Hwを受け取り、このパルス信号Hu,Hv,Hwが、モータ回転が正方向(CW方向)の場合のパルス信号パターンと一致するか否かを常時監視する。過渡負荷状態検出部36は、受け取ったパルス信号Hu,Hv,Hwが正方向のパルス信号パターンと異なる場合、つまり、逆方向(CCW方向)のモータ回転を示すパルスエッジを検出した場合に、電動モータ37がハンチング運転状態(過渡負荷運転状態)であると判定し、過渡負荷状態検出信号を出力する。   In the microcomputer 14, the transient load state detection unit 36 receives the pulse signals Hu, Hv, Hw output from the three Hall ICs 371, and the pulse signals Hu, Hv, Hw indicate that the motor rotation is in the positive direction (CW direction). Whether or not it matches the pulse signal pattern in this case is constantly monitored. The transient load state detection unit 36 is electrically operated when the received pulse signals Hu, Hv, Hw are different from the forward pulse signal pattern, that is, when the pulse edge indicating the motor rotation in the reverse direction (CCW direction) is detected. It is determined that the motor 37 is in the hunting operation state (transient load operation state), and a transient load state detection signal is output.

表1は、ホールIC371から出力されるパルス信号Hu,Hv,Hwの真理値表である。
表1に示すように、磁極位置が現在0−60度の範囲内の位置にあり、ホールIC371によってパルス信号がHu,Hv,Hw=0,1,0が検出されたと仮定すると、次の60−120度の範囲で来るべき信号パターンは、Hu、Hv,Hw=0,1,1である。従って、マイクロコンピュータ14は、Hu,Hv,Hw=0,1,0の次に、Hu、Hv,Hw=0,1,1以外の信号パターンを受け取った場合には、即座に、モータの逆回転または位置ズレと判断する。
Table 1 is a truth table of the pulse signals Hu, Hv, Hw output from the Hall IC 371.
As shown in Table 1, assuming that the magnetic pole position is currently in the range of 0-60 degrees and the pulse signal is detected by the Hall IC 371 as Hu, Hv, Hw = 0, 1, 0, the following 60 The signal pattern that should come in the range of −120 degrees is Hu, Hv, Hw = 0, 1, 1. Therefore, if the microcomputer 14 receives a signal pattern other than Hu, Hv, Hw = 0, 1, 1 after Hu, Hv, Hw = 0, 1, 0, the microcomputer 14 immediately reverses the motor. Judged as rotation or misalignment.

モータ回転速度検出部38は、ホールIC371から出力されるパルス信号のパターンの切り換わり回数(パルスエッジの数)をカウントし、1分間当たりの電動モータ37の回転数(モータ回転速度rpm)を算出する。   The motor rotation speed detector 38 counts the number of switching of the pulse signal pattern (number of pulse edges) output from the Hall IC 371 and calculates the rotation speed (motor rotation speed rpm) of the electric motor 37 per minute. To do.

モータ回転回数検出部39は、3つのホールIC371から出力されるパルス信号のパターンの変化を監視し、モータ回転が正方向か逆方向かを検出(正方向又は逆方向のパルスエッジを検出)するとともに、パルス信号パターンの切り換わり回数をカウントすることにより、モータの正方向及び逆方向の回転回数を算出する。   The motor rotation number detection unit 39 monitors the change in the pattern of the pulse signals output from the three Hall ICs 371 and detects whether the motor rotation is in the forward direction or the reverse direction (detects a pulse edge in the forward direction or the reverse direction). At the same time, the number of rotations of the motor in the forward direction and the reverse direction is calculated by counting the number of switching of the pulse signal pattern.

踏力範囲検出部40(図2参照)は、上述したように、3個のホールIC162により検出された磁場信号1、2、3を平均演算(単なる加算を含む)して平均磁場強度を求め、ルックアップテーブルを参照することにより、平均磁場強度から踏力範囲を求める。なお、アシストユニット11によるアシスト比は、踏力範囲を考慮して決定されるが、踏力Tに対応する磁場信号1,2,3の平均値が所定値未満である踏力範囲(踏力範囲=0)は、内部パラメータで無負荷を表し、この踏力範囲では、アシスト力を発生させない(アシスト比0)ように設定されている。   As described above, the treading force range detection unit 40 (see FIG. 2) calculates the average magnetic field strength by averaging (including simple addition) the magnetic field signals 1, 2, and 3 detected by the three Hall ICs 162, By referring to the look-up table, the pedaling force range is obtained from the average magnetic field strength. The assist ratio by the assist unit 11 is determined in consideration of the pedaling force range, but the pedaling force range in which the average value of the magnetic field signals 1, 2, and 3 corresponding to the pedaling force T is less than a predetermined value (the pedaling force range = 0). Represents no load as an internal parameter, and is set so that the assist force is not generated (assist ratio 0) in this pedaling force range.

車速検出部41は、ホールIC210から出力されるペダルクランク回転数に応じたパルス数の検出信号(磁場パルス信号)を受け取り、単位時間当たりの磁場パルス信号のカウント数から、車速と、クランク角度とを演算する。   The vehicle speed detection unit 41 receives a detection signal (magnetic pulse signal) of the number of pulses corresponding to the pedal crank rotation speed output from the Hall IC 210, and calculates the vehicle speed, the crank angle, and the number of magnetic field pulse signals per unit time. Is calculated.

通電駆動方式選択部31は、モータ回転速度、モータ回転回数、モータ回転方向、踏力範囲、車速、及び過渡負荷状態検出信号に基づいて、180度通電駆動方式、120度通電駆動方式、及び相補120度通電駆動方式の何れかを選択し、通電駆動方式の選択信号を出力する。具体的には、通電駆動方式選択部31は、電動モータ37の始動時(起動運転状態)において相補120度通電駆動選択信号を出力し、電動モータ37の通常運転時(通常運転状態)において180度通電駆動選択信号を出力し、電動モータ37が過渡負荷運転状態にある場合(ハンチング運転状態)において120度通電駆動信号を出力する。   The energization drive method selection unit 31 is based on the motor rotation speed, the number of motor rotations, the motor rotation direction, the treading force range, the vehicle speed, and the transient load state detection signal, and the 180 ° energization drive method, the 120 ° energization drive method, and the complementary 120. One of the current drive methods is selected, and a selection signal for the current drive method is output. Specifically, the energization drive method selection unit 31 outputs a complementary 120-degree energization drive selection signal when the electric motor 37 is started (starting operation state), and 180 when the electric motor 37 is normally operated (normal operation state). When the electric motor 37 is in a transient load operation state (hunting operation state), a 120 degree energization drive signal is output.

各運転状態の検出は、一例として以下のように行う。「モータ回転速度が50rpm以上」かつ「正方向のモータ回転回数を連続して60回検出」の両方の条件を満たすまでを起動運転状態と判定し、両方の条件を満たした場合に通常運転状態になったと判定する。   The detection of each operation state is performed as follows as an example. It is determined that the start-up operation state satisfies both the conditions of “motor rotation speed of 50 rpm or more” and “detecting the number of positive motor rotations 60 times continuously”, and the normal operation state is satisfied when both conditions are satisfied. It is determined that

また、通常運転状態を検出した後、「逆方向のモータ回転回数を1回でも検出」すると、ハンチング運転状態(過渡負荷運転状態)にあると判定する。   Further, after detecting the normal operation state, if “the number of reverse rotations of the motor is detected even once”, it is determined that the state is the hunting operation state (transient load operation state).

また、「モータ回転速度が126rpm以上」かつ「正方向のモータ回転回数を連続して240回検出」かつ「踏力範囲が0(内部パラメータで無負荷を表す)」の3つの条件を満たすと、ハンチング運転状態(過渡負荷運転状態)から通常運転状態になったと判定する。ここでは、「踏力範囲が0」を1つの条件とするが、「踏力範囲が所定値以下」としても良い。なお、ハンチング運転状態(過渡負荷運転状態)の解除の検出は、「モータ回転速度が126rpm以上」かつ「車速(内部速度)が6km/h以上」の2つの条件を満たす場合に、ハンチング運転状態(過渡負荷運転状態)から通常運転状態になったと判定しても良い。   Further, when the three conditions of “the motor rotation speed is 126 rpm or more”, “the motor rotation number in the positive direction is continuously detected 240 times”, and “the pedal force range is 0 (internal parameter indicates no load)” are satisfied, It is determined that the normal operation state has been reached from the hunting operation state (transient load operation state). Here, “the pedaling force range is 0” is one condition, but “the pedaling force range is a predetermined value or less” may be used. The detection of the release of the hunting operation state (transient load operation state) is detected when the two conditions “motor rotational speed is 126 rpm or more” and “vehicle speed (internal speed) is 6 km / h or more” are satisfied. It may be determined that the normal operation state is reached from (transient load operation state).

180度通電駆動部33は、電動モータ37に設置された3つのホールIC371から受け取ったパルス信号に基づいて磁極位置を算出し、算出された磁極位置に基づいて、図8に示すような駆動電流波形で電動モータ37を180度通電駆動する。具体的には、180度通電駆動部33は、通電駆動方式選択部31から180度通電駆動選択信号を受け取った場合に、車速、クランク角度及び踏力範囲から所定のアルゴリズムに基づいてアシスト比(アシスト力/踏力)を決定する電子的処理を行う。また、180度通電駆動部33は、決定されたアシスト比に対応するアシスト力を発生させるよう電動モータ37を180度通電駆動するため、ホールIC371による検出値に基づいて磁極位置を予測して通電タイミングを設定すると共に、アシスト比に応じてPWM信号のデューティ比の設定を行う。   The 180-degree energization drive unit 33 calculates the magnetic pole position based on the pulse signals received from the three Hall ICs 371 installed in the electric motor 37, and based on the calculated magnetic pole position, the drive current as shown in FIG. The electric motor 37 is energized and driven 180 degrees with a waveform. Specifically, when the 180-degree energization drive unit 33 receives the 180-degree energization drive selection signal from the energization drive method selection unit 31, the assist ratio (assist value) is determined based on a predetermined algorithm from the vehicle speed, the crank angle, and the pedaling force range. Electronic processing to determine (force / pedal force). Further, the 180-degree energization drive unit 33 energizes the electric motor 37 by predicting the magnetic pole position based on the detection value of the Hall IC 371 in order to drive the electric motor 37 by 180 degrees so as to generate an assist force corresponding to the determined assist ratio. The timing is set, and the duty ratio of the PWM signal is set according to the assist ratio.

120度通電駆動部34は、電動モータ37に設置された3つのホールIC371から受け取ったパルス信号に基づいて磁極位置を算出し、算出された磁極位置に基づいて、図9に示すような駆動電流波形で電動モータ37を120度通電駆動する。具体的には、120度通電駆動部34は、通電駆動方式選択部31から120度通電駆動選択信号を受け取った場合に、車速、クランク角度及び踏力範囲から所定のアルゴリズムに基づいてアシスト比(アシスト力/踏力)を決定する電子的処理を行う。また、120度通電駆動部34は、決定されたアシスト比に対応するアシスト力を発生させるよう電動モータ37を120度通電駆動するため、ホールIC371により検出した磁極位置に基づいて通電タイミングを設定すると共に、アシスト比に基づいてPWM信号のデューティ比の設定を行う。   The 120-degree energization drive unit 34 calculates the magnetic pole position based on the pulse signals received from the three Hall ICs 371 installed in the electric motor 37, and based on the calculated magnetic pole position, the drive current as shown in FIG. The electric motor 37 is energized and driven by 120 degrees with a waveform. Specifically, when the 120-degree energization drive unit 34 receives the 120-degree energization drive selection signal from the energization drive method selection unit 31, the assist ratio (assist value) is determined based on a predetermined algorithm from the vehicle speed, the crank angle, and the pedaling force range. Electronic processing to determine (force / pedal force). The 120-degree energization drive unit 34 sets the energization timing based on the magnetic pole position detected by the Hall IC 371 in order to drive the electric motor 37 by 120 degrees so as to generate an assist force corresponding to the determined assist ratio. At the same time, the duty ratio of the PWM signal is set based on the assist ratio.

相補120度通電駆動部32は、電動モータ37に設置された3つのホールIC371から受け取ったパルス信号に基づいて磁極位置を算出し、算出された磁極位置に基づいて、図11に示すような駆動電流波形で電動モータ37を相補120度通電駆動する。具体的には、相補120度通電駆動部32は、通電駆動方式選択部31から相補120度通電駆動選択信号を受け取った場合に、車速、クランク角度及び踏力範囲から所定のアルゴリズムに基づいてアシスト比(アシスト力/踏力)を決定する電子的処理を行う。また、相補120度通電駆動部32は、決定されたアシスト比に対応するアシスト力を発生させるよう電動モータ37を相補120度通電駆動するため、ホールIC371により検出した磁極位置に基づいて通電タイミングを設定すると共に、PWM信号のデューティ比の設定を行う。   The complementary 120-degree energization drive unit 32 calculates the magnetic pole position based on the pulse signals received from the three Hall ICs 371 installed in the electric motor 37, and drives as shown in FIG. 11 based on the calculated magnetic pole position. The electric motor 37 is energized and driven by a complementary 120 degree with a current waveform. Specifically, when the complementary 120-degree energization drive unit 32 receives the complementary 120-degree energization drive selection signal from the energization drive method selection unit 31, the assist ratio is determined based on a predetermined algorithm from the vehicle speed, the crank angle, and the pedaling force range. Electronic processing for determining (assist force / stepping force) is performed. In addition, the complementary 120-degree energization drive unit 32 drives the electric motor 37 in a complementary 120-degree energization manner so as to generate an assist force corresponding to the determined assist ratio, so that the energization timing is determined based on the magnetic pole position detected by the Hall IC 371. In addition to setting, the duty ratio of the PWM signal is set.

PWM作成部35は、180度通電駆動部33、120度通電駆動部34及び相補120度通電駆動部32による通電タイミング及びデューティ比の設定に基づいて、インバータ回路15のトランジスタ(UH,UL,VH,VL,WH,WL)を駆動するためのPWM信号を各トランジスタごとに作成し、出力する。   The PWM generator 35 is configured to set the transistors (UH, UL, VH) of the inverter circuit 15 based on the energization timing and the duty ratio set by the 180-degree energization drive 33, the 120-degree energization drive 34, and the complementary 120-degree energization drive 32. , VL, WH, WL) is generated and output for each transistor.

インバータ回路15は、マイクロコンピュータ14から出力される180度通電駆動用、120度通電駆動用又は相補120度通電駆動用のPWM信号によって各トランジスタをスイッチングし、電動モータ37の各相に駆動電圧(駆動電流)を印加する。   The inverter circuit 15 switches each transistor according to a PWM signal output from the microcomputer 14 for 180-degree conduction drive, 120-degree conduction drive, or complementary 120-degree conduction drive, and applies a drive voltage ( Drive current).

以下、相補120度通電駆動方式を120度通電駆動方式と比較しつつ説明する。
[120度通電駆動方式]
図9は、120度駆動方式において通電電気角(横軸)に対してモータ各相の電流波形(縦軸)を表す図である。図10は、120度通電駆動方式における各トランジスタに印加されるPWM信号のデューティ比及びモータの各相に流れる電流の経路を説明するための図である。これらの図において、<1>は電気角0〜60度、<2>は電気角60〜120度、<3>は電気角120〜180度、<4>は電気角180〜240度、<5>は電気角240〜300度、<6>は電気角300〜360度の各状態を示す。
Hereinafter, the complementary 120-degree conduction drive method will be described in comparison with the 120-degree conduction drive method.
[120 degree energization drive system]
FIG. 9 is a diagram showing the current waveform (vertical axis) of each phase of the motor with respect to the energized electrical angle (horizontal axis) in the 120-degree driving method. FIG. 10 is a diagram for explaining a duty ratio of a PWM signal applied to each transistor and a path of a current flowing in each phase of the motor in the 120-degree energization driving method. In these figures, <1> is an electrical angle of 0 to 60 degrees, <2> is an electrical angle of 60 to 120 degrees, <3> is an electrical angle of 120 to 180 degrees, <4> is an electrical angle of 180 to 240 degrees, <5> indicates an electrical angle of 240 to 300 degrees, and <6> indicates an electrical angle of 300 to 360 degrees.

図10において、区間<1>では、U相の上トランジスタUH及びV相の下トランジスタVLに例えばデューティ比25%のPWM信号が印加され、他のトランジスタにはデューティ比0%のPWM信号が印加されて閉じられる。このとき、バッテリ17から出力される電流は、U相の上トランジスタUHを通って電動モータ37のU相のコイルに流れ込み、V相のコイルから流れ出てV相の下トランジスタVLを通ってバッテリ17に戻る。このとき、W相のコイルには電流が流れない。   In FIG. 10, in section <1>, for example, a PWM signal with a duty ratio of 25% is applied to the upper transistor UH and the lower transistor VL of the V phase, and a PWM signal with a duty ratio of 0% is applied to the other transistors. And closed. At this time, the current output from the battery 17 flows into the U-phase coil of the electric motor 37 through the U-phase upper transistor UH, flows out from the V-phase coil, passes through the V-phase lower transistor VL, and passes through the battery 17. Return to. At this time, no current flows through the W-phase coil.

区間<2>では、U相の上トランジスタUH及びW相の下トランジスタWLにデューティ比25%のPWM信号が印加され、他のトランジスタにはデューティ比0%のPWM信号が印加されて閉じられる。このとき、バッテリ17から出力される電流は、U相の上トランジスタUHを通って電動モータ37のU相のコイルに流れ込み、W相のコイルから流れ出てW相の下トランジスタWLを通ってバッテリ17に戻る。このとき、V相のコイルには電流が流れない。   In the interval <2>, a PWM signal with a duty ratio of 25% is applied to the upper transistor UH of the U phase and the lower transistor WL of the W phase, and a PWM signal with a duty ratio of 0% is applied to the other transistors and closed. At this time, the current output from the battery 17 flows into the U-phase coil of the electric motor 37 through the U-phase upper transistor UH, flows out of the W-phase coil, passes through the W-phase lower transistor WL, and passes through the battery 17. Return to. At this time, no current flows through the V-phase coil.

区間<3>では、V相の上トランジスタVH及びW相の下トランジスタWLにデューティ比25%のPWM信号が印加され、他のトランジスタにはデューティ比0%のPWM信号が印加されて閉じられる。このとき、バッテリ17から出力される電流は、V相の上トランジスタVHを通って電動モータ37のV相のコイルに流れ込み、W相のコイルから電流が流れ出てW相の下トランジスタWLを通ってバッテリ17に戻る。このとき、U相のコイルには電流が流れない。   In the section <3>, a PWM signal with a duty ratio of 25% is applied to the upper transistor VH of the V phase and the lower transistor WL of the W phase, and a PWM signal with a duty ratio of 0% is applied to the other transistors and closed. At this time, the current output from the battery 17 flows into the V-phase coil of the electric motor 37 through the V-phase upper transistor VH, and current flows from the W-phase coil through the W-phase lower transistor WL. Return to battery 17. At this time, no current flows through the U-phase coil.

区間<4>では、V相の上トランジスタVH及びU相の下トランジスタULにデューティ比25%のPWM信号が印加され、他のトランジスタにはデューティ比0%のPWM信号が印加されて閉じられる。このとき、バッテリ17から出力される電流は、V相の上トランジスタVHを通って電動モータ37のV相のコイルに流れ込み、U相のコイルから流れ出てU相の下トランジスタULを通ってバッテリ17に戻る。このとき、W相のコイルには電流が流れない。   In the section <4>, a PWM signal with a duty ratio of 25% is applied to the upper transistor VH of the V phase and the lower transistor UL of the U phase, and a PWM signal with a duty ratio of 0% is applied to the other transistors and closed. At this time, the current output from the battery 17 flows into the V-phase coil of the electric motor 37 through the V-phase upper transistor VH, flows out from the U-phase coil, passes through the U-phase lower transistor UL, and passes through the battery 17. Return to. At this time, no current flows through the W-phase coil.

区間<5>では、W相の上トランジスタWH及びU相の下トランジスタULにデューティ比25%のPWM信号が印加され、他のトランジスタにはデューティ比0%のPWM信号が印加されて閉じられる。このとき、バッテリ17から出力される電流は、W相の上トランジスタWHを通って電動モータ37のW相のコイルに流れ込み、U相のコイルから電流が流れ出てU相の下トランジスタULを通ってバッテリ17に戻る。このとき、V相のコイルには電流が流れない。   In the section <5>, a PWM signal with a duty ratio of 25% is applied to the upper transistor WH of the W phase and the lower transistor UL of the U phase, and a PWM signal with a duty ratio of 0% is applied to the other transistors and closed. At this time, the current output from the battery 17 flows into the W-phase coil of the electric motor 37 through the W-phase upper transistor WH, and current flows from the U-phase coil through the U-phase lower transistor UL. Return to battery 17. At this time, no current flows through the V-phase coil.

区間<6>では、W相の上トランジスタWH及びV相の下トランジスタVLにデューティ比25%のPWM信号が印加され、他のトランジスタにはデューティ比0%のPWM信号が印加されて閉じられる。このとき、バッテリ17から出力される電流は、W相の上トランジスタWHを通って電動モータ37のW相のコイルに流れ込み、V相のコイルから電流が流れ出てV相の下トランジスタVLを通ってバッテリ17に戻る。このとき、U相のコイルには電流が流れない。   In a section <6>, a PWM signal with a duty ratio of 25% is applied to the upper transistor WH of the W phase and the lower transistor VL of the V phase, and a PWM signal with a duty ratio of 0% is applied to the other transistors and closed. At this time, the current output from the battery 17 flows into the W-phase coil of the electric motor 37 through the W-phase upper transistor WH, and the current flows out from the V-phase coil through the V-phase lower transistor VL. Return to battery 17. At this time, no current flows through the U-phase coil.

なお、上記では、導通させるトランジスタにデューティ比25%のPWM信号を印加する場合を例に挙げて説明しているが、デューティ比の値はアシスト比に応じて変更される。   In the above description, a case where a PWM signal having a duty ratio of 25% is applied to the transistor to be conducted is described as an example, but the value of the duty ratio is changed according to the assist ratio.

図9及び図10から分かるように、120度通電駆動方式では、U,V,Wの各相において、電気角120度の通電区間の間に電気角60度の範囲で電流が流れない区間(非通電区間)がある。   As can be seen from FIGS. 9 and 10, in the 120-degree conduction drive method, in each phase of U, V, and W, a section in which current does not flow in an electrical angle range of 60 degrees between the conduction sections of an electrical angle of 120 degrees ( Non-energized section).

[相補120度通電駆動]
相補120度通電駆動方式は、図14に示すように、120度通電駆動方式のPWM信号のデューティ比を理論上制御互換する通電駆動方式である。図14に示すように、120度通電駆動方式では、電流経路として選択しない上下トランジスタUH,ULともにデューティ比0%のPWM信号を印加するが、相補120度通電では上下トランジスタUH,ULにデューティ比50%ずつのPWM信号を印加することにより、モータに流れる電流をゼロとする。この原理を利用し、上下トランジスタUH,ULのうちデューティ比が大きい方によって導通するトランジスタが決定される。例えば、図14中段に示すように、上トランジスタUHのデューティ比を75%、下トランジスタULのデューティ比を25%とすれば、上トランジスタUHからモータに電流が流れ込む。逆に、上トランジスタUHのデューティ比を25%、下トランジスタULのデューティ比を75%とすれば、下トランジスタUHにモータから電流が流れ込む。相補120度通電駆動方式では、このような原理を利用し、電流経路として選択する2相の上下トランジスタでは、上下一方のトランジスタのデューティ比を他方のトランジスタのデューティ比よりも大きくし、電流経路として選択しない相では、上下トランジスタのデューティ比を同一とする。
[Complementary 120-degree conduction drive]
As shown in FIG. 14, the complementary 120-degree energization drive method is an energization drive method that theoretically controls compatibility of the duty ratio of the PWM signal of the 120-degree energization drive method. As shown in FIG. 14, in the 120-degree energization driving method, a PWM signal having a duty ratio of 0% is applied to both the upper and lower transistors UH and UL that are not selected as current paths. By applying a PWM signal of 50% each, the current flowing through the motor is made zero. Using this principle, the transistor that is turned on is determined by the higher one of the upper and lower transistors UH, UL. For example, as shown in the middle stage of FIG. 14, if the duty ratio of the upper transistor UH is 75% and the duty ratio of the lower transistor UL is 25%, current flows from the upper transistor UH to the motor. Conversely, if the duty ratio of the upper transistor UH is 25% and the duty ratio of the lower transistor UL is 75%, current flows from the motor into the lower transistor UH. In the complementary 120-degree energization drive method, using this principle, in the two-phase upper and lower transistors selected as the current path, the duty ratio of one of the upper and lower transistors is made larger than the duty ratio of the other transistor, In the phase not selected, the upper and lower transistors have the same duty ratio.

図11は、相補120度駆動方式において通電電気角(横軸)に対してモータ各相の電流波形(縦軸)を示す図である。図12は、相補120度通電駆動方式における各トランジスタに印加されるPWM信号のデューティ比及びモータの各相に流れる電流の経路を説明するための図である。これらの図において、区間<1>〜<6>は、図9及び図10と同様の通電電気角の区間を示す。ここでも、特定のデューティ比を例に挙げて説明するが、デューティ比の値はアシスト比に応じて変更される。   FIG. 11 is a diagram showing a current waveform (vertical axis) of each phase of the motor with respect to the energized electrical angle (horizontal axis) in the complementary 120-degree driving method. FIG. 12 is a diagram for explaining a duty ratio of a PWM signal applied to each transistor and a path of a current flowing in each phase of the motor in the complementary 120-degree energization driving method. In these drawings, sections <1> to <6> indicate sections of energized electrical angles similar to those in FIGS. 9 and 10. Here, a specific duty ratio will be described as an example, but the value of the duty ratio is changed according to the assist ratio.

相補120度通電駆動方式では、図12の区間<1>に示すように、120度通電駆動方式で電流経路として選択する2相U,V相(図10の区間<1>に対応)において、トランジスタUH、VLにデューティ比75%のPWM信号を、トランジスタUL、VHにデューティ比25%のPWM信号を印加することにより、120度通電駆動方式と同様に、トランジスタUH、VLを介して電流が流れる(実線矢印)。また、電流経路として選択しないW相の上下トランジスタWH,WLにはともにデューティ比50%のPWM信号を印加して理論上W相に流れる電流をゼロとしている。但し、相補120度通電駆動方式では、電流経路として選択しないW相において、モータのW相コイルに蓄積されていたエネルギーが、トランジスタWLがオンするタイミングで放電される(破線矢印)。これは、区間<1>の直前まで、先行する区間<5>〜<6>において、電動モータ37のW相コイルに電流が流れ込んでおり(実線矢印)、W相コイルにおいてインバータ回路15側が中性点より高電位になるようにエネルギーが蓄積されているためであり、そのエネルギーによって区間<1>で下トランジスタWLがオンしたタイミングでW相コイルから下トランジスタWLを通って、バッテリ17の低電位側に電流が流れ出る(破線矢印)。   In the complementary 120-degree conduction drive method, as shown in section <1> of FIG. 12, in the two-phase U and V phases (corresponding to section <1> in FIG. 10) selected as the current path in the 120-degree conduction drive system, By applying a PWM signal with a duty ratio of 75% to the transistors UH and VL, and applying a PWM signal with a duty ratio of 25% to the transistors UL and VH, the current is passed through the transistors UH and VL as in the 120-degree conduction drive method. Flowing (solid arrow). In addition, a PWM signal with a duty ratio of 50% is applied to both the W-phase upper and lower transistors WH and WL that are not selected as current paths so that the current flowing in the W-phase is theoretically zero. However, in the complementary 120-degree energization drive method, in the W phase that is not selected as the current path, the energy accumulated in the W phase coil of the motor is discharged at the timing when the transistor WL is turned on (broken arrow). This is because the current flows into the W-phase coil of the electric motor 37 in the preceding sections <5> to <6> until immediately before the section <1> (solid arrow), and the inverter circuit 15 side in the W-phase coil is in the middle. This is because energy is accumulated so that the potential is higher than the sex point. With the energy, the lower transistor WL passes through the lower transistor WL from the W-phase coil at the timing when the lower transistor WL is turned on in the section <1>. Current flows out to the potential side (dashed arrow).

区間<1>以外の区間<2>〜<6>についても同様であり、区間<2>において、U相及びW相では、図10の区間<2>と同様に電流が流れる。一方、V相の上下トランジスタVH,VLには同一デューティ比(50%)のPWM信号が印加されるが、区間<2>の直前まで、先行する区間<6>、<1>においてモータのV相コイルからは電流が流れ出て、V相コイルには、中性点側がインバータ回路15側よりも高電位になる状態でエネルギーが蓄積されている。従って、区間<2>において、V相の上下トランジスタVH,VLにデューティ比50%のPWM信号が印加されると、上トランジスタVHにパルスが印加されるタイミングで上トランジスタVHがオンし、バッテリ17の高電位側から上トランジスタVHを介してV相コイルに電流が流れ込む(破線矢印)。   The same applies to the sections <2> to <6> other than the section <1>. In the section <2>, a current flows in the U phase and the W phase as in the section <2> of FIG. On the other hand, PWM signals having the same duty ratio (50%) are applied to the V-phase upper and lower transistors VH and VL, but the motor V in the preceding sections <6> and <1> immediately before section <2>. A current flows out of the phase coil, and energy is stored in the V-phase coil in a state where the neutral point side is at a higher potential than the inverter circuit 15 side. Therefore, when a PWM signal with a duty ratio of 50% is applied to the V-phase upper and lower transistors VH and VL in the section <2>, the upper transistor VH is turned on at the timing when a pulse is applied to the upper transistor VH, and the battery 17 Current flows into the V-phase coil from the high potential side of the first through the upper transistor VH (broken line arrow).

区間<3>において、V相及びW相では、図10の区間<3>と同様に電流が流れる。U相の上下トランジスタUH,ULには同一デューティ比(50%)のPWM信号が印加されるが、区間<3>の直前まで、先行する区間<1>、<2>においてモータのU相コイルに電流が流れ込んで、U相コイルには、インバータ回路15側が中性点側よりも高電位になる状態でエネルギーが蓄積されている。従って、区間<3>において、U相の上下トランジスタUH,ULにデューティ比50%のPWM信号が印加されると、下トランジスタULにパルスが印加されるタイミングで下トランジスタULがオンし、U相コイルから下トランジスタULを介してバッテリ17の低電位側に電流が流れ出る(破線矢印)。   In the section <3>, a current flows in the V phase and the W phase as in the section <3> of FIG. A PWM signal having the same duty ratio (50%) is applied to the U-phase upper and lower transistors UH and UL, but the U-phase coil of the motor in the preceding sections <1> and <2> until immediately before section <3>. In the U-phase coil, energy is stored in a state where the inverter circuit 15 side is at a higher potential than the neutral point side. Accordingly, when a PWM signal with a duty ratio of 50% is applied to the U-phase upper and lower transistors UH and UL in the section <3>, the lower transistor UL is turned on at the timing when a pulse is applied to the lower transistor UL, and the U-phase A current flows from the coil to the low potential side of the battery 17 via the lower transistor UL (broken arrow).

区間<4>において、U相及びV相では、図10の区間<4>と同様に電流が流れる。W相の上下トランジスタWH,WLには同一デューティ比(50%)のPWM信号が印加されるが、区間<4>の直前まで、先行する区間<2>、<3>においてモータのW相コイルからは電流が流れ出て、W相コイルには、中性点側がインバータ回路15側よりも高電位になる状態でエネルギーが蓄積されている。従って、区間<4>において、W相の上下トランジスタWH,WLにデューティ比50%のPWM信号が印加されると、上トランジスタWHにパルスが印加されるタイミングで上トランジスタWHがオンし、バッテリ17の高電位側から上トランジスタWHを介してW相コイルに電流が流れ込む(破線矢印)。   In the section <4>, a current flows in the U phase and the V phase as in the section <4> of FIG. PWM signals having the same duty ratio (50%) are applied to the W-phase upper and lower transistors WH and WL, but in the preceding sections <2> and <3> until immediately before section <4>, the W-phase coil of the motor As a result, current flows out, and energy is stored in the W-phase coil in a state where the neutral point side is at a higher potential than the inverter circuit 15 side. Therefore, in the section <4>, when a PWM signal with a duty ratio of 50% is applied to the W-phase upper and lower transistors WH and WL, the upper transistor WH is turned on at the timing when a pulse is applied to the upper transistor WH, and the battery 17 Current flows into the W-phase coil from the higher potential side of the first through the upper transistor WH (broken arrow).

区間<5>において、U相及びW相では、図10の区間<5>と同様に電流が流れる。V相の上下トランジスタVH,VLには同一デューティ比(50%)のPWM信号が印加されるが、区間<5>の直前まで、先行する区間<3>、<4>においてモータのV相コイルに電流が流れ込んで、V相コイルには、インバータ回路15側が中性点よりも高電位になる状態でエネルギーが蓄積されている。従って、区間<5>において、V相の上下トランジスタVH,VLにデューティ比50%のPWM信号が印加されると、下トランジスタVLにパルスが印加されるタイミングで下トランジスタVLがオンし、V相コイルから下トランジスタVLを介してバッテリ17の低電位側に電流が流れ出る(破線矢印)。   In the section <5>, a current flows in the U phase and the W phase as in the section <5> in FIG. A PWM signal having the same duty ratio (50%) is applied to the V-phase upper and lower transistors VH and VL. The V-phase coil of the motor in the preceding sections <3> and <4> until immediately before section <5>. In the V phase coil, energy is stored in a state where the inverter circuit 15 side is at a higher potential than the neutral point. Therefore, when a PWM signal with a duty ratio of 50% is applied to the V-phase upper and lower transistors VH and VL in the section <5>, the lower transistor VL is turned on at the timing when the pulse is applied to the lower transistor VL, and the V-phase Current flows from the coil to the low potential side of the battery 17 via the lower transistor VL (broken line arrow).

区間<6>において、V相及びW相では、図10の区間<6>と同様に電流が流れる。U相の上下トランジスタUH,ULには同一デューティ比(50%)のPWM信号が印加されるが、区間<6>の直前まで、先行する区間<4>、<5>においてモータのU相コイルからは電流が流れ出て、U相コイルには、中性点側がインバータ回路15側よりも高電位になる状態でエネルギーが蓄積されている。従って、区間<6>において、U相の上下トランジスタUH,ULにデューティ比50%のPWM信号が印加されると、上トランジスタULにパルスが印加されるタイミングで上トランジスタULがオンし、バッテリ17の高電位側から上トランジスタULを介してU相コイルに電流が流れ込む(破線矢印)。   In the section <6>, current flows in the V phase and the W phase as in the section <6> of FIG. A PWM signal having the same duty ratio (50%) is applied to the U-phase upper and lower transistors UH and UL, but the U-phase coil of the motor in the preceding sections <4> and <5> until immediately before section <6>. A current flows out from the coil, and energy is stored in the U-phase coil in a state where the neutral point side is at a higher potential than the inverter circuit 15 side. Therefore, when a PWM signal with a duty ratio of 50% is applied to the U-phase upper and lower transistors UH and UL in the section <6>, the upper transistor UL is turned on at the timing when a pulse is applied to the upper transistor UL, and the battery 17 Current flows into the U-phase coil from the high potential side of the first through the upper transistor UL (broken arrow).

以上のように、相補120度通電駆動では、U、V、W相の何れの相にも全区間<1>〜<6>で電流が流れ、何れの相においても非導通区間が存在しない。このため、図11に示すように、各相の電流は電気角360度を通じて連続して変化することになり、120度通電駆動方式で発生し得る相切換え時の電気振動を抑制することができる。   As described above, in the complementary 120-degree energization drive, current flows in all the sections <1> to <6> in any of the U, V, and W phases, and there is no non-conduction section in any phase. For this reason, as shown in FIG. 11, the electric current of each phase changes continuously through an electrical angle of 360 degrees, and the electric vibration at the time of phase switching that can occur in the 120-degree conduction drive system can be suppressed. .

[制御フロー]
以下、図13のフローチャートを参照して、本実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ制御の一例を説明する。
[Control flow]
Hereinafter, an example of motor control using the motor control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS11では、電動モータ37を相補120度通電駆動で起動する。   In step S11, the electric motor 37 is activated by complementary 120-degree energization drive.

ステップS12では、電動モータ37の回転速度が50rpm以上となり且つ電動モータ37の正方向(CW方向)の回転回数を連続して60回検出したか否かを判別する。何れかの条件を満たさない場合にはステップS11に移行して、相補120度通電駆動による起動運転を継続する。   In step S12, it is determined whether or not the rotation speed of the electric motor 37 is 50 rpm or more and the number of rotations of the electric motor 37 in the positive direction (CW direction) is continuously detected 60 times. If any of the conditions is not satisfied, the process proceeds to step S11, and the startup operation by the complementary 120-degree energization drive is continued.

ステップS12の両方の条件を満たした場合にはステップS13に移行して、180度通電駆動方式によるモータ制御に切換える。   When both conditions of step S12 are satisfy | filled, it transfers to step S13 and switches to the motor control by a 180 degree | times energization drive system.

ステップS14では、過渡的な負荷変動を検出したか否かを判別する。具体的には、「逆方向(CCW方向)のモータ回転を1回でも検出」したか否かを判別し、逆方向のモータ回転を検出しない場合にはステップS13に移行して、180度通電駆動方式によるモータ制御を継続する。   In step S14, it is determined whether or not a transient load fluctuation is detected. Specifically, it is determined whether or not “motor rotation in the reverse direction (CCW direction) has been detected even once”. If the motor rotation in the reverse direction is not detected, the process proceeds to step S13 and 180 ° energization is performed. Continue motor control by drive system.

一方、ステップS14において逆方向のモータ回転を検出した場合にはステップS15に移行して、120度通電駆動方式によるモータ制御に切換える。   On the other hand, when the motor rotation in the reverse direction is detected in step S14, the process proceeds to step S15 to switch to motor control by the 120-degree energization drive method.

ステップS16では、過渡負荷状態が解除されたか否かを判別する。具体的には、「モータ回転速度が126rpm以上」かつ「正方向のモータ回転を連続して240回検出」かつ「踏力範囲が0」の3つの条件を満たす場合に、過負荷状態の解除を検出する。なお、「モータ回転速度が126rpm以上」かつ「車速(内部速度)が6km/h以上」の2つの条件を満たす場合に、過負荷状態の解除を検出しても良い。   In step S16, it is determined whether or not the transient load state is released. Specifically, when the three conditions of “motor rotation speed is 126 rpm or more”, “positive motor rotation is continuously detected 240 times” and “stepping force range is 0” are satisfied, the overload state is released. To detect. The release of the overload state may be detected when the two conditions “the motor rotation speed is 126 rpm or more” and “the vehicle speed (internal speed) is 6 km / h or more” are satisfied.

ステップS16において過渡負荷状態の解除を検出しない場合にはステップS15に移行して、120度通電駆動方式によるモータ制御を継続する。   If the release of the transient load state is not detected in step S16, the process proceeds to step S15, and the motor control by the 120-degree energization drive method is continued.

一方、ステップS16において過渡負荷状態の解除を検出した場合にはステップS13に移行して、180度通電駆動方式によるモータ制御に復帰させる。   On the other hand, when the release of the transient load state is detected in step S16, the process proceeds to step S13 to return to the motor control by the 180-degree energization drive method.

[通電駆動方式の比較]
表2は、180度通電駆動方式、120度通電駆動方式、相補120度通電駆動方式の各通電駆動方式の特性を示す。表中、二重丸の表記は3つの通電駆動方式の中で特に当該特性が良いことを示し、一重丸の表記は当該特性が良好であることを、三角の表記は当該性能にやや劣ることを示し、バツ印の表記は当該性能が劣ることを示す。
[Comparison of energization drive systems]
Table 2 shows the characteristics of each energization drive method of the 180 degree energization drive method, the 120 degree energization drive method, and the complementary 120 degree energization drive method. In the table, the double circle notation indicates that the characteristics are particularly good among the three energization drive systems, the single circle notation indicates that the characteristics are good, and the triangle notation is slightly inferior to the performance. The cross indicates that the performance is inferior.

表2に示すように、180度通電駆動方式は、静音性、振動特性及び効率が特に良好である。一方、180度通電駆動方式では、先を予測して制御するため過渡負荷対応性に弱く、過渡的な負荷により位置ずれが起こると制御不能になる可能性がある。また、180度通電駆動方式は、120度通電駆動方式に比較して制御が複雑である。   As shown in Table 2, the 180 degree energization driving method has particularly good silence, vibration characteristics, and efficiency. On the other hand, the 180-degree energization driving method is weak in adaptability to transient loads because it is controlled by predicting the tip, and there is a possibility that control becomes impossible if a position shift occurs due to a transient load. Further, the 180-degree energization drive method is more complicated to control than the 120-degree energization drive method.

120度通電駆動方式は、モータのホールICで検出する磁極位置のみに基づいて制御し、予測して制御しないので、過渡負荷対応特性が特に優れている。このため、急激な負荷変動による過負荷状態の運転時にも制御を継続することが可能であり、モータの停止を回避することが可能である。また、制御が簡易であり、効率も良好である。但し、振動特性がやや劣り、静音性が劣る欠点がある。   The 120-degree energization drive method is controlled based only on the magnetic pole position detected by the Hall IC of the motor, and is not predicted and controlled, so that the transient load response characteristic is particularly excellent. For this reason, it is possible to continue the control even during operation in an overload state due to a sudden load fluctuation, and it is possible to avoid stopping the motor. Moreover, the control is simple and the efficiency is good. However, the vibration characteristics are slightly inferior, and there are disadvantages that the quietness is inferior.

相補120度通電駆動方式は、モータのホールICで検出する磁極位置のみに基づいて制御し、予測して制御しないので、過渡負荷対応特性が特に優れている。過渡負荷対応特性が良好である。このため、急激な負荷変動による過負荷状態の運転時にも制御を継続することが可能であり、モータの停止を回避することが可能である。また、静音性、振動特性が特に良好である。一方、制御が複雑であり、効率が3方式中最も劣る欠点がある。   The complementary 120-degree energization drive method is controlled based only on the magnetic pole position detected by the Hall IC of the motor, and is not predicted and controlled, so that the transient load response characteristic is particularly excellent. Excellent transient load response characteristics. For this reason, it is possible to continue the control even during operation in an overload state due to a sudden load fluctuation, and it is possible to avoid stopping the motor. In addition, silence and vibration characteristics are particularly good. On the other hand, the control is complicated and the efficiency is the worst among the three systems.

上述した実施形態では、過渡負荷状態の生じ得る可能性があり且つ良好な静音性及び振動特性が要求されるモータ起動運転時には、相補120度通電駆動方式によりモータを制御することにより、モータ起動運転中に過渡的な負荷変動が生じた場合にもモータの停止を確実に回避して運転を継続し、騒音及び振動の少ない起動運転を可能としている。   In the above-described embodiment, during the motor start-up operation that may cause a transient load condition and that requires good silence and vibration characteristics, the motor start-up operation is performed by controlling the motor by the complementary 120-degree conduction drive method. Even when a transient load fluctuation occurs during the operation, the operation is continued while reliably avoiding the stop of the motor, thereby enabling a start-up operation with less noise and vibration.

また、モータの回転速度及び回転回数が所定の値に達した通常運転時には、モータ制御を180度通電駆動方式に切換えて、騒音及び振動の少ない快適な運転を可能にするとともに、効率を高めて電力消費を抑制することを可能にしている。   Also, during normal operation when the motor rotation speed and number of rotations have reached a predetermined value, the motor control is switched to the 180-degree energization drive system to enable comfortable operation with less noise and vibration, and to improve efficiency. This makes it possible to reduce power consumption.

また、通常運転時に過渡的な負荷変動があった場合には、モータ制御を120度通電駆動方式に切換えて、効率の低下を抑制しつつモータの停止を確実に回避して運転を継続可能としている。   Also, if there is a transient load fluctuation during normal operation, the motor control can be switched to the 120-degree energization drive system to prevent the motor from being stopped and to continue the operation while suppressing the decrease in efficiency. Yes.

また、120度通電駆動方式に切換えた後、過渡負荷状態が解除された場合には、180度通電駆動方式に復帰させることにより、静音性、振動特性及び効率に優れた運転を最大限に利用可能である。   In addition, when the transient load state is canceled after switching to the 120-degree conduction drive system, the operation with excellent silence, vibration characteristics and efficiency is utilized to the maximum by returning to the 180-degree conduction drive system. Is possible.

以上述べたように、本実施形態によれば、モータの起動運転時において相補120度通電駆動方式により騒音及び振動を抑制しつつモータの停止を確実に回避し、通常運転に移行後は、180度通電駆動方式により騒音及び振動が少なく効率の良い運転を最大限利用可能とするとともに、過渡的な負荷変動があった場合には、120度通電駆動方式により効率の低下を抑制しつつモータの停止を確実に回避することができる。   As described above, according to the present embodiment, during the start-up operation of the motor, the motor is surely avoided from stopping while suppressing noise and vibration by the complementary 120-degree energization drive method. The degree-of-drive drive system makes it possible to maximize the use of efficient operation with less noise and vibration, and in the event of transient load fluctuations, the 120-degree conduction drive system suppresses the decrease in efficiency while maintaining the efficiency of the motor. Stops can be avoided reliably.

[他の実施形態]
なお、上記実施形態では、通常運転に移行後に過渡負荷状態を検出した場合には、120度通電駆動方式に切換える制御を行ったが、効率の低下を許容可能である場合には、通常運転に移行後に過渡負荷状態を検出した場合に、相補120度通電駆動方式に切換えても良い。この場合、過渡負荷運転時においも騒音及び振動の少ない運転が可能になり、電動アシスト自転車の運転をより快適にすることができる。
[Other embodiments]
In the above embodiment, when a transient load state is detected after shifting to the normal operation, control is performed to switch to the 120-degree energization drive method, but if the efficiency reduction is allowable, the normal operation is performed. When a transient load state is detected after the transition, it may be switched to the complementary 120-degree conduction drive method. In this case, driving with less noise and vibration is possible during transient load driving, and driving of the electrically assisted bicycle can be made more comfortable.

また、上記実施形態では、相補120度通電駆動方式によりモータの起動運転を行ったが、騒音及び振動を許容できる場合には、120度通電駆動方式によりモータの起動運転を行っても良い。この場合、モータの起動運転時の効率を向上させることができる。   In the above embodiment, the motor is started by the complementary 120-degree energization drive method. However, if noise and vibration can be allowed, the motor start-up operation may be performed by the 120-degree energization drive method. In this case, the efficiency at the start-up operation of the motor can be improved.

また、モータが通常運転状態になるまで相補120度通電駆動方式(又は120度通電駆動方式)を継続するモータ起動制御に代えて、モータを180度通電駆動方式でモータを起動し、過渡負荷状態を検出した場合に、相補120度通電駆動方式(又は120度通電駆動方式)に切換え、過渡負荷状態の解除を検出した場合に、180度通電駆動方式に復帰させるように構成しても良い。   Also, instead of the motor start control that continues the complementary 120-degree energization drive method (or 120-degree energization drive method) until the motor enters the normal operation state, the motor is started by the 180-degree energization drive method, and the transient load state It is also possible to switch to the complementary 120-degree energization drive method (or 120-degree energization drive method) and detect the release of the transient load state to return to the 180-degree energization drive method.

また、上記実施形態では、120度通電駆動方式及び相補120度通電駆動方式を例に挙げて説明したが、本発明は、180度未満でかつ120度以外の導通角で間欠通電する他の間欠通電駆動方式及び相補間欠通電方式に適用可能である。   In the above embodiment, the 120-degree energization driving method and the complementary 120-degree energization driving method have been described as examples. However, the present invention is not limited to 180 degrees and other intermittent operations that intermittently energize at a conduction angle other than 120 degrees. The present invention can be applied to an energization driving method and a complementary intermittent energization method.

14:マイクロコンピュータ
15:インバータ回路
17:バッテリ
37:モータ
371:ホールIC
14: Microcomputer 15: Inverter circuit 17: Battery 37: Motor 371: Hall IC

Claims (10)

三相ブラシレスモータの制御装置であって、
前記三相ブラシレスモータ(37)の各相(U,V,W)に駆動電圧を供給する三相ブリッジインバータ回路(15)と、
前記インバータ回路(15)のトランジスタ(UH,UL,VH,VL,WH,WL)に180度未満の導通角のPWM信号を印加して、前記三相ブラシレスモータを相補間欠通電駆動方式により駆動する相補間欠通電駆動手段(32)であって、3相のうち2相において各相の上下トランジスタに互いに異なるデューティ比のPWM信号を印加して当該2相のコイルを介して電流を流すとともに、3相のうち1相において上下トランジスタにともに50%のデューティ比のPWM信号を印加して該1相のコイルに蓄積されたエネルギーによって上下トランジスタの何れかを介して電流を流し、これにより、各相において全電気角で電流を流して、前記三相ブラシレスモータを相補間欠通電駆動する相補間欠通電駆動手段(32)と、
を備えることを特徴とする三相ブラシレスモータの制御装置。
A control device for a three-phase brushless motor,
A three-phase bridge inverter circuit (15) for supplying a driving voltage to each phase (U, V, W) of the three-phase brushless motor (37);
A PWM signal having a conduction angle of less than 180 degrees is applied to the transistors (UH, UL, VH, VL, WH, WL) of the inverter circuit (15) to drive the three-phase brushless motor by a complementary intermittent energization driving method. Complementary intermittent energization drive means (32) for applying PWM signals having different duty ratios to the upper and lower transistors of each phase in two out of the three phases to pass a current through the two-phase coil, and 3 In one of the phases, a PWM signal with a duty ratio of 50% is applied to both the upper and lower transistors, and a current is caused to flow through either of the upper and lower transistors by the energy accumulated in the one-phase coil. A complementary intermittent energization drive means (32) for supplying a current at all electrical angles and driving the three-phase brushless motor with complementary intermittent energization;
A control device for a three-phase brushless motor, comprising:
請求項1に記載の三相ブラシレスモータの制御装置において、
前記三相ブラシレスモータの起動運転状態又は過渡負荷状態の少なくとも何れか一方において相補間欠通電駆動方式により前記三相ブラシレスモータを制御することを特徴とする、三相ブラシレスモータの制御装置。
In the control apparatus of the three-phase brushless motor according to claim 1,
A control device for a three-phase brushless motor, wherein the three-phase brushless motor is controlled by a complementary intermittent energization driving method in at least one of a startup operation state and a transient load state of the three-phase brushless motor.
請求項2に記載の三相ブラシレスモータの制御装置において、
前記インバータ回路(15)に導通角180度のPWM信号を印加して、前記三相ブラシレスモータ(37)を180度通電駆動方式で駆動する180度通電駆動手段(33)と、
前記三相ブラシレスモータ(37)の起動運転状態において相補間欠通電駆動方式を選択し、前記三相ブラシレスモータ(37)の運転状態が通常運転状態となった場合に180度通電駆動方式を選択する駆動方式選択手段(31)と、
を更に備えることを特徴とする三相ブラシレスモータの制御装置。
In the control apparatus of the three-phase brushless motor according to claim 2,
180 degree conduction drive means (33) for applying a PWM signal having a conduction angle of 180 degrees to the inverter circuit (15) and driving the three-phase brushless motor (37) by a 180 degree conduction drive system;
When the three-phase brushless motor (37) is in the starting operation state, the complementary intermittent energization driving method is selected, and when the three-phase brushless motor (37) is in the normal operation state, the 180-degree energization driving method is selected. Drive system selection means (31);
A control device for a three-phase brushless motor, further comprising:
請求項3に記載の三相ブラシレスモータの制御装置において、
前記インバータ回路(15)に180度未満の導通角のPWM信号を印加して、前記三相ブラシレスモータ(37)を間欠通電駆動方式で駆動する間欠通電駆動手段(34)を更に備え、
前記駆動方式選択手段(31)は、前記三相ブラシレスモータ(37)の過渡負荷状態が検出された場合に、間欠通電駆動方式を選択することを特徴とする、三相ブラシレスモータの制御装置。
In the control device of the three-phase brushless motor according to claim 3,
An intermittent energization drive means (34) for applying a PWM signal having a conduction angle of less than 180 degrees to the inverter circuit (15) and driving the three-phase brushless motor (37) in an intermittent energization drive system;
The three-phase brushless motor control device, wherein the driving method selection means (31) selects an intermittent energization driving method when a transient load state of the three-phase brushless motor (37) is detected.
請求項4に記載の三相ブラシレスモータの制御装置において、
前記駆動方式選択手段(31)は、過渡負荷状態が検出されて間欠通電駆動方式を選択した後、前記過渡負荷状態の解除が検出された場合に180度通電駆動方式に復帰させることを特徴とする、三相ブラシレスモータの制御装置。
In the control device of the three-phase brushless motor according to claim 4,
The drive system selection means (31) is characterized in that after the transient load state is detected and the intermittent energization drive system is selected, when the release of the transient load state is detected, the drive system selection means (31) returns to the 180-degree energization drive system. A control device for a three-phase brushless motor.
請求項3に記載の三相ブラシレスモータの制御装置において、
前記駆動方式選択手段(31)は、前記三相ブラシレスモータ(37)の回転速度が所定値以上となり、かつ、前記三相ブラシレスモータ(37)の正回転方向の回転回数が連続して所定回数以上検出された場合に、起動運転状態から通常運転状態に移行したと判断することを特徴とする、三相ブラシレスモータの制御装置。
In the control device of the three-phase brushless motor according to claim 3,
The drive method selection means (31) has a rotational speed of the three-phase brushless motor (37) equal to or greater than a predetermined value, and the number of rotations of the three-phase brushless motor (37) in the positive rotation direction is continuously a predetermined number of times. A control device for a three-phase brushless motor, characterized in that, when detected as described above, it is determined that the startup operation state has shifted to the normal operation state.
請求項4に記載の三相ブラシレスモータの制御装置において、
前記駆動方式選択手段(31)は、前記三相ブラシレスモータ(37)の逆方向の回転が検出された場合に、過渡負荷状態にあると判断することを特徴とする、三相ブラシレスモータの制御装置。
In the control device of the three-phase brushless motor according to claim 4,
The drive system selection means (31) determines that the three-phase brushless motor (37) is in a transient load state when rotation in the reverse direction of the three-phase brushless motor (37) is detected. apparatus.
請求項5に記載の三相ブラシレスモータの制御装置において、
前記三相ブラシレスモータ(37)は、電動アシスト自転車のアシスト制御に使用され、
前記駆動方式選択手段(31)は、前記三相ブラシレスモータ(37)の回転速度が所定値以上となり、かつ、前記三相ブラシレスモータ(37)の正回転方向の回転回数が連続して所定回数以上検出され、かつ、前記電動アシスト自転車の踏力範囲が所定値以下となった場合に、過渡負荷状態が解除されたと判断することを特徴とする、三相ブラシレスモータの制御装置。
In the control device of the three-phase brushless motor according to claim 5,
The three-phase brushless motor (37) is used for assist control of an electrically assisted bicycle,
The drive method selection means (31) has a rotational speed of the three-phase brushless motor (37) equal to or greater than a predetermined value, and the number of rotations of the three-phase brushless motor (37) in the positive rotation direction is continuously a predetermined number of times. A control device for a three-phase brushless motor, characterized in that it is determined that the transient load state has been released when the pedaling force range of the electrically assisted bicycle is below a predetermined value.
請求項5に記載の三相ブラシレスモータの制御装置において、
前記三相ブラシレスモータ(37)は、電動アシスト自転車のアシスト制御に使用され、
前記駆動方式選択手段(31)は、前記三相ブラシレスモータ(37)の回転速度が所定値以上となり、かつ、前記電動アシスト自転車の車速が所定値以上となった場合に、過渡負荷状態が解除されたと判断することを特徴とする、三相ブラシレスモータの制御装置。
In the control device of the three-phase brushless motor according to claim 5,
The three-phase brushless motor (37) is used for assist control of an electrically assisted bicycle,
The drive system selection means (31) cancels the transient load state when the rotational speed of the three-phase brushless motor (37) exceeds a predetermined value and the vehicle speed of the electric assist bicycle exceeds a predetermined value. A control device for a three-phase brushless motor, characterized in that it has been determined.
請求項1乃至9の何れかに記載の三相ブラシレスモータの制御装置を備える、電動アシスト自転車の電動アシストユニット。   An electric assist unit for an electric assist bicycle, comprising the control device for a three-phase brushless motor according to any one of claims 1 to 9.
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