JP7198333B2 - モータ駆動制御装置及び電動アシスト車 - Google Patents

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Description

本発明は、モータ駆動制御装置及び当該モータ駆動制御装置を有する電動アシスト車に関する。
例えば電動アシスト車である電動アシスト自転車を用いる際に、運転者はその操作パネルにおける電源スイッチを押すことなく漕ぎ出してしまい、いつもよりペダルが重いために、電源スイッチの入れ忘れに気付くということがある。
また、電動アシスト自転車のバッテリパックは、一般的に電池の状態を監視し、過放電、過充電、過電流、過熱などの異常状態を検出すると適切に出力制限保護をかける電池状態監視機能を有する。この電池状態監視機能は、オートシャットダウン機能を備えている場合がある。すなわち、ある程度の未使用期間があると、バッテリパックの出力を遮断して電池状態の監視を停止するシャットダウン状態(省電力状態とも呼ぶ)にするものである。これによって、長期にわたる未使用期間の間に、電池状態監視機能自体の自己消費による放電で電池が空になるまで放電され、再度使用する時に充電をある程度行わなければならないという事態を回避できるようになる。さらに、電池が過放電で特性劣化や回復できない異常状態になることも防止することができる。
しかしながら、バッテリパックがシャットダウン状態になってしまうと、従来では、一旦電動アシスト自転車からバッテリパックを取り外し、商用電源に接続される充電器に取り付けてシャットダウン状態から復帰させなければアシスト走行ができない。これでは、運転者の手間が掛ってしまうという問題がある。
なお、例えば電動アシスト自転車のバッテリの電池残量が無くなると、電動アシスト自転車の前照灯等の電装品にも電力供給できなくなる点を問題視して、モータの回転に伴う逆起電力を整流且つ変圧して電装品に電力供給する技術が存在している。この技術では、電池残量が無くなっている状態を想定しているため、上記のような問題点は考慮されていない。
特開2008-283786号公報 特開2014-180208号公報
従って、本発明の目的は、一側面によれば、モータ駆動制御装置を搭載した装置の動作開始時におけるユーザの利便性を向上させるための技術を提供することである。
本発明に係るモータ駆動制御装置は、(A)モータの動作を制御する第1の制御部と、(B)第1の制御部を制御する第2の制御部と、(C)モータ駆動制御装置に対する動作開始指示がなされていない状態で、第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力が所定の条件を満たすと、停止状態にある第2の制御部を起動させる補助部とを有する。
一側面によれば、モータ駆動制御装置を搭載した装置の動作開始時におけるユーザの利便性が向上する。
図1は、実施の形態に係る電動アシスト車の外観図である。 図2Aは、第1の実施の形態に係るバッテリパック及びモータ駆動制御装置の機能ブロック図である。 図2Bは、起動判断回路の回路例を示す図である。 図3は、第1の実施の形態に係る動作フローを示す図である。 図4は、第2の実施の形態に係るバッテリパック及びモータ駆動制御装置の機能ブロック図である。 図5Aは、第2の実施の形態に係る動作フローを示す図である。 図5Bは、第2の実施の形態に係る動作フローを示す図である。
[実施の形態1]
以下、本発明の実施の形態について、電動アシスト車の一例である電動アシスト自転車の例をもって説明する。しかしながら、本発明の実施の形態の適用対象は、電動アシスト自転車だけに限定されず、人力に応じて移動する移動体(例えば、台車、車いす、昇降機など)の移動を補助するモータなどに対するモータ駆動制御装置についても適用可能である。
図1に、電動アシスト自転車の外観図を示す。電動アシスト自転車1は、モータ駆動制御装置102と、バッテリパック101と、トルクセンサ103と、ペダル回転センサ104と、モータ105と、操作パネル106と、ブレーキセンサ107とを有する。なお、電動アシスト自転車1は、前照灯、フリーホイール及び変速機も有している。
バッテリパック101は、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池などを含み、モータ駆動制御装置102を介してモータ105に対して電力を供給し、回生時にはモータ駆動制御装置102を介してモータ105からの回生電力によって充電も行う。
トルクセンサ103は、クランク軸に取付けられたホイールに設けられており、運転者によるペダルの踏力を検出し、この検出結果をモータ駆動制御装置102に出力する。また、ペダル回転センサ104は、トルクセンサ103と同様に、クランク軸に取付けられたホイールに設けられており、回転に応じたパルス信号をモータ駆動制御装置102に出力する。
モータ105は、例えば周知の三相ブラシレスモータであり、例えば電動アシスト自転車1の前輪に装着されている。モータ105は、前輪を回転させるとともに、前輪の回転に応じてローターが回転するように、ローターが前輪に直接又は減速器などを介して連結されている。さらに、モータ105はホール素子等の回転センサを備えてローターの回転情報(例えばホール信号)をモータ駆動制御装置102に出力する。
モータ駆動制御装置102は、モータ105の回転センサ、トルクセンサ103及びペダル回転センサ104等からの信号に基づき所定の演算を行って、モータ105の駆動を制御し、モータ105による回生の制御も行う。
操作パネル106は、例えばアシストの有無に関する指示入力(例えば電源スイッチのオン及びオフ)、アシスト有りの場合には希望アシスト比等の入力をユーザから受け付けて、当該指示入力等をモータ駆動制御装置102に出力する。また、操作パネル106は、モータ駆動制御装置102によって演算された結果である走行距離、走行時間、消費カロリー、回生電力量等のデータを表示する機能を有する場合もある。また、操作パネル106は、LED(Light Emitting Diode)などによる表示部を有している場合もある。これによって、例えばバッテリパック101の充電レベルや、オンオフの状態、希望アシスト比に対応するモードなどを運転者に提示する。
ブレーキセンサ107は、運転者のブレーキ操作を検出して、ブレーキ操作に関する信号をモータ駆動制御装置102に出力する。
図2Aに、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置102及びバッテリパック101の構成例を示す。図2Aでは、バッテリパック101とモータ駆動制御装置102とが接続された状態を示しており、モータ駆動制御装置102には、当該モータ駆動制御装置102によって点灯及び消灯などが制御される前照灯108と、トルクセンサ103と操作パネル106とブレーキセンサ107とモータ105等が接続されている。
本実施の形態に係るバッテリパック101は、BMS(Battery Management System)と呼ばれるバッテリ管理システム1010と、電池セル1015とを有している。バッテリ管理システム1010は、センサ1011と、制御部1012とを有する。
センサ1011は、電池セル1015や図示しないスイッチの温度、電池セル1015全体の電圧や当該電池セル1015に含まれる各セルの電圧など、バッテリパック101の内部状態を観測するためのセンサである。制御部1012は、例えば所定のプログラムを実行するマイクロプロセッサにより実現され、バッテリの状態監視機能、充放電の制御機能、モータ駆動制御装置102との通信機能などを有する。
バッテリパック101は、電力供給及び充電用の接続部aと、通信用の接続部bと、接地用の接続部cとで、モータ駆動制御装置102と接続されている。なお、その他、バッテリパック101の状態出力用の接続部が設けられる場合もある。また、通信用の接続部bは、複数設けられる場合もある。
また、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置102は、FET(Field Effect Transistor)S11乃至S16を含むブリッジ回路と、FET_S17と、モータ駆動制御部1023と、ダイオードD1乃至D3と、キャパシタC1及びC2と、スイッチS1乃至S3と、FET_SW1と、DC/DCコンバータ1021と、制御システム1022と、起動判断回路1024とを有する。なお、FETもスイッチの一種である。
モータ駆動制御部1023は、制御システム1022からの指示に応じて、FET_S11乃至S17のスイッチングを制御する。例えば、モータ105を力行駆動又は回生駆動する場合には、FET_S17をオンにして、所定のパターンでFET_S11乃至S16をオン又はオフさせる。なお、モータ駆動制御部1023は、DC/DCコンバータ1021からの電力供給を受ける。
DC/DCコンバータ1021は、バッテリパック101の出力電圧を、操作パネル106、前照灯108及び制御システム1022用の電圧に変換して、操作パネル106、前照灯108及び制御システム1022等に出力する。そのため、DC/DCコンバータ1021は、電力供給及び充電用の接続部aと、FET_SW1を介して接続されている。なお、FET_SW1のドレインは、DC/DCコンバータ1021に接続されており、FET_SW1のソースは、電力供給及び充電用の接続部aと接続されており、FET_SW1のゲートは、スイッチS1乃至S3の一端に接続されている。また、接続部aに接続されるラインと接続部cに接続されるラインとの間には、キャパシタC2が接続されている。
スイッチS1乃至S3は、並列に接続されており、いずれかがオンになると、FET_SW1がオンになり、DC/DCコンバータ1021に対して、バッテリパック101からの電力が供給される。典型的には、運転者が、モータ駆動制御装置102を動作させるために、操作パネル106における電源スイッチを押すと、スイッチS1をオンにするため、バッテリパック101からの電力が、DC/DCコンバータ1021に供給され、さらに制御システム1022に対して電力供給されるようになる。これにて、制御システム1022は起動してスイッチS2をオンにする。スイッチS1は、電源スイッチが押されている間だけオンになり、その間で制御システム1022は起動する。起動中は、制御システム1022がスイッチS2をオンにし続ける。
本実施の形態では、このような構成に加えて、制御システム1022の起動を補助する構成要素として、スイッチS3と、補助部1028とを有する。補助部1028は、起動判断回路1024と、キャパシタC1と、ダイオードD1乃至D3とを有する。図2Aでは、ダイオードD1乃至D3を設ける例を示しているが、いずれか1つ又は2つであっても良い。ダイオードの数が多いほど、出力される電圧は安定し易くなる。
ダイオードD1のアノードは、FET_S11のソースとFET_S12のドレインとの接続部に接続されており、ダイオードD2のアノードは、FET_S13のソースとFET_S14のドレインとの接続部に接続されており、ダイオードD3のアノードは、FET_S15のソースとFET_S16のドレインとの接続部に接続されている。ダイオードD1乃至D3のカソードは、キャパシタC1の一端と起動判断回路1024の入力部とに接続されている。キャパシタC1の他端は接地用の接続部cに接続されている。これによって、電源スイッチがオンになっておらず、FET_S11乃至S16で力行駆動又は回生駆動を行っていない状態で、モータ105が回転することで生ずる逆起電力による電圧が整流され、整流された電圧が起動判断回路1024に入力される。
モータ105の回転数に比例した逆起電力が発生するので、ある一定以上の回転数になれば、所定の電圧以上の電圧が発生するので、起動判断回路1024は、所定電圧以上になっているか否かを判断する。
起動判断回路1024は、制御システム1022に接続されており、制御システム1022が起動していない状態において、整流された電圧が所定電圧以上になると、スイッチS3をオンにさせる。これによって、FET_SW1がオンになるので、通常であればバッテリパック101からの電力供給がDC/DCコンバータ1021に対してなされて、制御システム1022が起動される。制御システム1022は、起動すると、上で述べたように、スイッチS2をオンにする。そのため、制御システム1022は、起動判断回路1024に対して、スイッチS3をオフにするように指示する。そして、指示に応じて、起動判断回路1024は、スイッチS3をオフにする。
図2Bに、起動判断回路1024の回路例を示す。起動判断回路1024は、コンパレータ2401と、電源Vrefと、NOT回路2402と、AND回路2403とを有する。コンパレータ2401の正極入力端子は、ダイオードD1乃至D3のカソードに接続されており、負極入力端子は、電源Vrefの正極に接続されている。電源Vrefの負極は接地されている。すなわち、コンパレータ2401は、モータ105の逆起電力による電圧が、Vref以上であるか否かを判定し、モータ105の逆起電力による電圧がVref以上であればハイを出力し、モータ105の逆起電力による電圧がVref未満であればローを出力する。NOT回路2402の入力は、制御システム1022に接続されている。制御システム1022は、起動中であればハイを出力し、停止中であればローを出力する。よって、NOT回路2402は、起動中であればローを出力し、停止中であればハイを出力する。AND回路2403の第1の入力は、NOT回路2402の出力に接続され、第2の入力は、コンパレータ2401の出力に接続される。すなわち、AND回路2403は、制御システム1022が停止中で且つモータ105の逆起電力による電圧がVref以上である場合に、ハイを出力してスイッチS3をオンにする。一方、AND回路2403は、制御システム1022が起動中の場合、又は、モータ105の逆起電力による電圧がVref未満である場合には、ローを出力して、スイッチS3をオフにする。なお、コンパレータ2401、NOT回路2402及びAND回路2403を、パッシブな回路要素で構成しても良いし、モータ105の逆起電力により動作するような回路構成を採用しても良いし、バッテリパック101以外のサブ電源を用意しておき、当該サブ電源から電力供給されるような回路構成を採用しても良い。場合によっては、バッテリパック101から電力供給を受けるような回路構成でも良い。
制御システム1022は、DC/DCコンバータ1021からの電力供給を受けるようになっている。また、制御システム1022は、モータ駆動制御部1023と接続しており、モータ駆動制御部1023に所定のパターンでFET_S11乃至S16をオンオフさせたり、FET_S17のオンオフを指示する。さらに、制御システム1022は、トルクセンサ103、ペダル回転センサ104、操作パネル106、ブレーキセンサ107、モータ105の回転センサなどに接続されており、さらにバッテリパック101のバッテリ管理システム1010と通信用の接続部bを介して通信を行い、バッテリパック101の状態、操作パネル106に対する操作及び各センサによって得られたデータに基づき、モータ駆動制御装置102全体の制御を行う。
制御システム1022は、バッテリパック101におけるバッテリ管理システム1010の制御部1012と通信を行うための通信部221と、当該通信部221と連携して各種制御を行う制御部222とを有する。制御部222は、例えば所定のプログラムを実行するマイクロプロセッサ2221と、当該所定のプログラムを記録したり、処理途中のデータを格納するメモリ2222(RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)などを含む)とを有する。すなわち、マイクロプロセッサ2221が、所定のプログラムを実行することで、本実施の形態に係る制御機能が実現される。
次に、図3を用いて、図2Aに示した構成の動作フローを詳細に説明する。
例えば、運転者が操作パネル106の電源スイッチを押さずに、電動アシスト自転車1のペダルをこぎ始めた場合、前輪に装着されたモータ105は回転する。操作パネル106の電源スイッチが押されていないので、制御システム1022を含むモータ駆動制御装置102は動作していない。すなわち、FET_SW1及びS17はオフになっており、スイッチS1乃至S3もオフになっている。モータ駆動制御部1023も動作していないので、FET_S11乃至S16は、ハイインピーダンス状態に保たれる。
この状態においては、モータ105の回転に応じた逆起電力が発生して(図3:ステップS301)、ダイオードD1乃至D3及びキャパシタC1による整流回路で、逆起電力による電圧が整流される。
そうすると、起動判断回路1024は、整流後の電圧が、スイッチS3をオンにするレベルに達したか否かを判断する(ステップS303)。一定以上の回転数になれば、走行中に運転者が電源スイッチを押し忘れたとみなすことができ、マイクロプロセッサ2221を起動できるため、一定以上の回転数に応じた電圧に達したか否かを判断するものである。
整流後の電圧が、スイッチS3をオンにするレベルに達していない場合には、ステップS301に戻って、整流後の電圧がスイッチS3をオンにするレベルに達するまで、電圧をチェックし続けることになる。なお、この状態で、運転者が、操作パネル106の電源スイッチを押した場合には、通常どおり制御システム1022が起動して、起動判断回路1024によるスイッチS3のオンは抑止されるようになる。
一方、整流後の電圧が、スイッチS3をオンにすべきレベルに達した場合には、起動判断回路1024は、スイッチS3をオンにすることで、制御システム1022を起動させる(ステップS305)。より具体的には、起動判断回路1024は、スイッチS3をオンにするとFET_SW1がオンになって、バッテリパック101がシャットダウン状態でなければ、DC/DCコンバータ1021に、バッテリパック101からの電力供給がなされるようになる。DC/DCコンバータ1021は、バッテリパック101の出力電圧を制御システム1022等用の電圧に変換して制御システム1022に出力する。そうすると、制御システム1022は起動する。
なお、バッテリパック101がシャットダウン状態であれば、電力供給及び充電用の接続部aにおける電圧は低レベルに維持されているので、制御システム1022は起動できず、処理は終了する。
シャットダウン状態ではない場合には、制御システム1022は起動して、制御システム1022は、スイッチS2をオンにする。また、制御システム1022は、起動判断回路1024にスイッチS3をオフにさせる。
さらに、制御システム1022の制御部222は、通信部221を用いて通信用の接続部bを介してバッテリパック101におけるバッテリ管理システム1010の制御部1012と通信を行って、バッテリパック101の状態を確認する(ステップS307)。例えば、所定のプロトコルに従って、電池セル1015の温度、充電レベル、電池セル1015の電圧状態、使用履歴、動作モードなどのデータを取得する。なお、通信用の接続部b以外の接続部から、シャットダウン状態か否か、バッテリパック101に対して充電可能か否かの情報等をさらに得るようにしても良い。このような情報も、バッテリパック101におけるバッテリ管理システム1010の制御部1012が出力するものである。
そして、制御システム1022の制御部222は、通信等によって取得したバッテリパック101の状態に基づき、バッテリパック101からの電力供給が可能であるか否かを判断する(ステップS309)。
例えば、制御システム1022を継続的に動作させることができる充電レベルであるか否かを判断する。その他、温度などのバッテリパック101の状態からして給電できるのか否かを判断するようにしても良い。
もし、バッテリパック101からの電力供給が不可能であると判断した場合には、制御システム1022は、動作を停止させる(ステップS315)。なお、スイッチS2をオフにさせ、FET_SW1がオフになる。
一方、バッテリパック101からの電力供給が可能であると判断した場合には、制御システム1022の制御部222は、操作パネル106への給電を開始する(ステップS311)。これによって、操作パネル106においてLED等による表示がなされて、運転者は自動的に起動したことを認識できるようになる。
また、制御システム1022の制御部222は、通常の制御を実施する(ステップS313)。より具体的には、バッテリパック101の状態からして充電可能であれば、モータ駆動制御部1023に対して、適切なタイミングで適切な回生駆動を実施させる。また、バッテリパック101の状態からして力行駆動可能であれば、モータ駆動制御部1023に対して、適切なタイミングで適切な力行駆動を実施させる。
例えば、充電可能で充電レベルが低ければ、最初は回生駆動を実施させて充電レベルを上げて、ある程度の充電レベルに達すれば、力行駆動も行うようにする。一方、充電レベルがある程度以上であれば、走行状態に応じて力行駆動と回生駆動を切り替えつつ行う。
このような構成を採用することで、運転者が、モータ駆動制御装置102に対して動作開始の指示を行うのを忘れてしまって走行を開始した場合でも、自動的にモータ駆動制御装置102が動作を開始するので、運転者の利便性が向上している。
また、バッテリパック101の状態によってモータ駆動制御装置102を継続的に動作させることができなければ、操作パネル106に給電も行わないので、運転者に、制御システム1022の起動は分からない。これによって、無駄に運転者の気を煩わすことはない。なお、運転者はこのような状態を認識しており、意図的に電源スイッチを押していない場合もあるので、この点においても、操作パネル106に対する給電を行わないのは適切である。
但し、ステップS315に遷移する場合には、操作パネル106に、自動起動できないことやその理由を表示させて、運転者に注意を促すようにしても良い。また、予め自動的な起動を許可するか否かについての設定を制御システム1022にしておき、例えばステップS309で当該設定を確認するようにしても良い。そして、自動的な起動が許可されていないという設定がなされている場合にはステップS315に遷移し、自動的な起動が許可されているという設定がなされている場合にはステップS309の他の条件を判断する。なお、自動的な起動が許可されていない場合には、制御システム1022は、起動判断回路1024(図2B)にハイを出力する。そうすると、制御システム1022が起動中である場合と同様に、スイッチS3はオフにされる。よって、制御システム1022が自動的に起動して動作を継続することはない。
[実施の形態2]
本実施の形態では、バッテリパック101の様々な状況に応じて、モータ駆動制御装置102の起動、バッテリパック101の充電、モータ105の回生駆動、力行駆動等を精緻に制御する。
本実施の形態に係るモータ駆動制御装置102bとバッテリパック101の構成を図4に示す。なお、図2Aに示した第1の実施の形態に係るモータ駆動制御装置102と同じ構成要素については、同じ参照番号を付している。
本実施の形態に係るバッテリパック101の構成は、第1の実施の形態と同じであるから、説明を省略する。
本実施の形態に係るモータ駆動制御装置102bは、FET_S11乃至S16を含むブリッジ回路と、FET_S17と、モータ駆動制御部1023と、ダイオードD1乃至D4と、キャパシタC1及びC2と、スイッチS1及びS2と、FET_SW1及びSW2と、DC/DCコンバータ1021と、制御システム1022bとを有する。
整流回路であるダイオードD1乃至D3及びキャパシタC1の出力は、DC/DCコンバータ1021の入力に接続されている。FET_SW1のドレインは、第1の実施の形態ではDC/DCコンバータ1021の入力に接続されていたが、本実施の形態ではダイオードD4のアノードに接続され、ダイオードD4のカソードが、DC/DCコンバータ1021の入力に接続されている。すなわち、整流回路の出力が、FET_SW1を介してバッテリパック101に逆流しないように、ダイオードD4が設けられている。
また、制御システム1022bは、電力供給及び充電用の接続部aに接続されるラインにも接続されるようになっており、制御システム1022b自体で、バッテリパック101の出力電圧によってシャットダウン状態であるか否かを検知できるようになっている。
また、FET_SW2のソースはDC/DCコンバータ1021の出力に接続され、ドレインは電力供給及び充電用の接続部aに接続されているラインに接続されており、ゲートは制御システム1022b自体に接続されている。すなわち、DC/DCコンバータ1021の出力電力で、バッテリパック101の充電を行うか否かを、FET_SW2で制御できるようになっている。
モータ駆動制御部1023及びFET_S11乃至S17の動作は、第1の実施の形態と同様である。
制御システム1022bは、DC/DCコンバータ1021からの電力供給を受けるようになっている。また、制御システム1022bは、モータ駆動制御部1023と接続しており、モータ駆動制御部1023に所定のパターンでFET_S11乃至S16をオンオフさせたり、FET_S17のオンオフを指示する。さらに、制御システム1022bは、トルクセンサ103、ペダル回転センサ104、操作パネル106、ブレーキセンサ107、モータ105の回転センサなどに接続されており、さらにバッテリパック101のバッテリ管理システム1010と通信用の接続部bを介して通信を行い、バッテリパック101の状態、操作パネル106に対する操作及び各センサによって得られたデータに基づき、モータ駆動制御装置102b全体の制御を行う。
制御システム1022bは、バッテリパック101におけるバッテリ管理システム1010の制御部1012と通信を行うための通信部221と、当該通信部221と連携して各種制御を行う制御部222bと、制御システム1022bの起動を補助するための補助回路223とを有する。制御部222bは、例えば所定のプログラムを実行するマイクロプロセッサ2221と、当該所定のプログラムを記録したり、処理途中のデータを格納するメモリ2222(RAM及びROMなどを含む)とを有する。すなわち、マイクロプロセッサ2221が、所定のプログラムを実行することで、補助回路223と連携して本実施の形態に係る制御機能が実現される。
本実施の形態に係る制御システム1022bの起動を補助する補助部には、ダイオードD1乃至D4と、キャパシタC1と、DC/DCコンバータ1021と、制御システム1022bの補助回路223とが含まれる。
次に、図5A及び図5Bを用いて、図4に示した構成の動作フローを詳細に説明する。
第1の実施の形態と同様に、運転者が操作パネル106の電源スイッチを押さずに、電動アシスト自転車1のペダルをこぎ始めた場合、前輪に装着されたモータ105は回転する。操作パネル106の電源スイッチが押されていないので、制御システム1022bを含むモータ駆動制御装置102bは動作していない。すなわち、FET_SW1及びS17はオフになっており、スイッチS1及びS2もオフになっている。モータ駆動制御部1023も動作していないので、FET_S11乃至S16は、ハイインピーダンス状態に保たれる。なお、初期的には、FET_SW1及びSW2は、オフになっている。
この状態においては、モータ105の回転に応じた逆起電力が発生して(図5A:ステップS501)、ダイオードD1乃至D3及びキャパシタC1による整流回路で、逆起電力による電圧が整流される。
モータ105の回転数が上昇してDC/DCコンバータ1021が動作可能な電圧まで整流後の電圧が上がってくると、DC/DCコンバータ1021が動作を開始する(ステップS503)。
DC/DCコンバータ1021が動作を開始すると、制御システム1022b等用の電圧が制御システム1022bに出力される。そうすると、制御システム1022bは、起動する(ステップS505)。なお、ステップS505の前に、例えば補助回路223が、DC/DCコンバータ1021の出力電圧の安定性を確認してから、制御部222b等の起動を行わせても良い。以下の説明では、DC/DCコンバータ1021の出力電圧が安定していることを前提に説明するが、モータ105の回転数が減少してDC/DCコンバータ1021の動作が停止してしまえば、その段階で動作停止となる。また、この段階にて、補助回路223などが、適切なバッテリパック101が接続されているか否かを、例えば接続部a乃至c以外の接続部などの信号にて判断して、適切なバッテリパック101が接続されていなければ、制御システム1022bの制御部222b等の起動をさせないようにしても良い。
このように従来のモータ駆動制御装置に設けられているDC/DCコンバータを活用することで、制御システム1022bを自動的に起動させることができるようになる。
さらに、この段階で、制御部222bは、自動起動を禁止するモードが例えばメモリ2222に設定されているか否かを確認して、自動起動を禁止するモードが設定されていれば、以降の動作を行うことなく停止するようにしても良い。
端子Aを介して図5Bの説明に移行して、制御システム1022bの制御部222bは、例えば電力供給及び充電用の接続部aの電圧に基づき、バッテリパック101がシャットダウン状態であるか否かを判断する(ステップS507)。電力供給及び充電用の接続部aの電圧以外にシャットダウン状態を表す接続部などを有するバッテリパック101の場合には、そのような接続部からの信号に基づき判断するようにしても良い。
バッテリパック101がシャットダウン状態ではない場合には、ステップS511に移行する。一方、バッテリパック101がシャットダウン状態である場合には、制御部222bは、FET_SW2をオンにすることで、DC/DCコンバータ1021の出力電力をバッテリパック101に供給させ、バッテリパック101のシャットダウン状態を解除する(ステップS509)。
これによって、運転者は、バッテリパック101を電動アシスト自転車1から取り外し、商用電源に接続されている充電器にバッテリパック101を装着することで、シャットダウン状態を解除するといった手間を省くことができるようになる。
シャットダウン状態であれば、バッテリパック101におけるバッテリ管理システム1010の制御部1012も動作を停止しているため、制御システム1022bは、バッテリパック101から状態情報を取得できない。このようにシャットダウン状態が解除されれば、制御部1012は、センサ1011から各種の状態情報を収集することができ、制御システム1022bの制御部222bは、バッテリパック101の状態情報を取得できるようになる。
そこで、制御部222bは、通信部221を用いて通信用の接続部bを介してバッテリパック101の制御部1012と通信を行って、バッテリパック101の状態を確認する(ステップS511)。このステップは、第1の実施の形態におけるステップS307と同様であり、例えば、所定のプロトコルに従って、電池セル1015の温度、充電レベル、電池セル1015の電圧状態、使用履歴、動作モードなどのデータを取得する。なお、通信用の接続部b以外の接続部から、バッテリパック101に対して充電可能か否かの情報等をさらに得るようにしても良い。このような情報も、バッテリパック101におけるバッテリ管理システム1010の制御部1012が出力するものである。
そして、制御部222bは、バッテリパック101の充電レベルが、所定のレベルに達しているか否かを判断する(ステップS513)。所定のレベルは、回生駆動によるバッテリパック101の充電が可能となるレベルである。回生駆動を行う場合には、制御システム1022bも、モータ駆動制御部1023等も動作するため、モータ駆動制御装置102bの消費電力が多くなる。あまりに充電レベルが低すぎると、バッテリパック101に蓄積された電力が枯渇する場合もあるためである。
バッテリパック101の充電レベルが所定のレベルに達していない場合には、制御部222bは、DC/DCコンバータ1021の出力により、バッテリパック101の充電を行わせる(ステップS515)。なお、シャットダウン状態でなければ、FET_SW2がオンになっていないので、この段階でFET_SW2をオンにして、DC/DCコンバータ1021の出力電力を電力供給及び充電用の接続aを介してバッテリパック101に供給する。
但し、ステップS515でDC/DCコンバータ1021の出力によって充電するとしても、制御部222bは、充電継続できるか否かを判断する(ステップS517)。例えば定期的に、電力供給及び充電用の接続部aにおける電圧を計測して、一定時間経過しても電圧が上がらないような場合には、バッテリパック101に異常が発生しているものと判断して、充電継続不可と判断する。また、例えば定期的に、制御部222bは、バッテリパック101の制御部1012と通信を行って状態を確認して、何らかの異常を検出した場合も同様に充電継続不可と判断する。なお、充電電流を測定して、充電電流が流れないことを検出した場合も同様に充電不可と判断するようにしても良い。
充電継続可能と判断した場合には、ステップS513に戻る。一方、充電継続不可能と判断された場合には、そこで動作を終了させる(ステップS519)。バッテリパック101の使用が不適切であるためである。
ステップS513で、バッテリパック101の充電レベルが所定のレベルに達していると判断した場合には、制御部222bは、操作パネル106への給電を開始する(ステップS521)。これによって、操作パネル106においてLED等による表示がなされて、運転者は自動的に起動したことを認識できるようになる。
また、回生駆動を行うようになるので、制御部222bは、FET_SW2をオフにして、DC/DCコンバータ1021の出力による充電を停止させる(ステップS523)。
また、制御システム1022bの制御部222bは、スイッチS2をオンにすることでFET_SW1をオンにして、バッテリパック101からの電力供給を開始させ、通常動作を開始する(ステップS525)。
より具体的には、走行状態からして充電可能であれば、モータ駆動制御部1023に対して、適切な回生駆動を実施させる。また、走行状態及びバッテリパック101の状態からして力行駆動可能であれば、モータ駆動制御部1023に対して、適切なタイミングで適切な力行駆動を実施させる。
例えば、力行駆動を行うには充電レベルが低ければ、走行状態に応じて回生駆動を実施させて充電レベルを上げて、力行駆動を行っても良い充電レベルに達すれば、力行駆動も行うようにする。一方、充電レベルが力行駆動を行っても良い充電レベル以上であれば、走行状態に応じて力行駆動と回生駆動を切り替えつつ行う。
このような構成を採用することでも、運転者が、モータ駆動制御装置102bに対して動作開始の指示を行うのを忘れてしまって走行を開始した場合でも、自動的にモータ駆動制御装置102bが動作を開始するので、運転者の利便性が向上している。
また、回生駆動を行うには充電レベルが低い場合には、モータの逆起電力を利用した充電を行うこともできるようになり、この面においても商用電源に接続された充電器での充電を省略できるようになって、運転者の手間を削減できる。
さらに、バッテリパック101の状態によって回生による充電が可能な充電レベルになってから、操作パネル106に給電を行うようになっている。これによって、モータ駆動制御装置102bの制御がある程度できるようになったことを通知できるようになる。
また、充電継続が不可能な場合にも対処できるようになっている。
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、バッテリパック101とモータ駆動制御装置102又は102bとが別々の実施の形態を説明したが、それらが一体的になっている装置についても本実施の形態は有効な部分がある。
また、制御システム1022及び1022bの構成は一例であって、マイクロプロセッサにより所定のプログラムを実行するような形態ではなく、専用の回路にて上で述べたような機能を実現するようにしても良い。
さらに、上でも述べたが、バッテリパック101とモータ駆動制御装置102又は102bとのインタフェースには様々な形態があり、モータ駆動制御装置102又は102bが取得できるデータの種別も様々である。但し、上で述べたような判断を行うためのデータを取得できればよい。
また、上で述べた動作フローについても、様々な変更が可能である。例えば、操作パネル106に対する給電開始は、より後のタイミングにするようにしても良い。例えば、力行駆動させるようなタイミングにて給電開始させても良い。また、実施の形態1及び2に記載されている技術的な要素を任意に選択したり、任意に選択して組み合わせても良い。さらに、実施の形態1及び2に記載されている技術的な要素をその目的に応じて任意に削除しても良い。
さらに、第2の実施の形態に係る補助回路223については、制御部222bが行う機能の一部をさらに有するようにしても良い。
以上説明した本発明の実施の形態をまとめると以下のようになる。
実施の形態に係るモータ駆動制御装置は、(A)モータの動作を制御する第1の制御部と、(B)第1の制御部を制御する第2の制御部と、(C)モータ駆動制御装置に対する動作開始指示がなされていない状態(例えば動作開始指示がなされる前に)で、第1の制御部による制御に依らずに回転する(例えば外力によって回転する)モータの逆起電力が所定の条件(例えば所定レベル以上の逆起電力を検出するという条件、所定レベル以上の逆起電力を検出し且つ他の条件を満たしたという条件など)を満たすと、停止状態にある第2の制御部を起動させる補助部とを有する。
このようにすれば、ユーザが電源スイッチを押し忘れたような場合においても、自動的に起動するようになるので、ユーザの利便性が向上する。
なお、上で述べた補助部は、第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力で、又は、第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力に応じて供給されるようになる蓄電装置からの電力で、第2の制御部を起動させるようにしても良い。第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力も当該逆起電力による電圧を整流して適切な電圧に変換すれば利用可能である。
また、上で述べた第2の制御部は、(b1)モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置の状態を確認して、第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた電力供給の要否を判断し、(b2)第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた電力供給が必要であれば、蓄電装置に対して、第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた電力供給を行わせるようにしても良い。
これによって、蓄電装置が省電力状態になっていたり、蓄電装置の充電レベルが非常に低い場合にも対処できるようになる。
また、上で述べた第2の制御部は、(b3)モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置が省電力状態であるか否かを判断して、(b4)蓄電装置が省電力状態である場合には、蓄電装置に対して、第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた電力供給を行わせるようにしても良い。これによって、自動的にシャットダウン状態からの復帰(又はシャットダウン状態の解除)が自動的に行われるようになるため、ユーザの手間を削減できる。
さらに、上で述べた第2の制御部は、(b5)モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置の状態を確認して、蓄電装置の充電レベルが所定レベル以下であるか否かを判断し、(b6)蓄電装置の充電レベルが所定レベル以下である場合には、蓄電装置に対して、第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた充電を行わせるようにしても良い。このように、充電レベルが非常に低い場合にも対処できるようになる。なお、蓄電装置の状態は、通信によって確認される場合もあれば、蓄電装置の出力電圧端子の出力電圧等によって確認される場合もある。
また、上で述べた第2の制御部は、(b7)モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置に対して第1の制御部により制御される回生による充電が可能な状態であるか否かを判断し、(b8)蓄電装置に対して第1の制御部により制御される回生による充電が可能な状態である場合には、第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた充電又は電力供給を停止させるようにしても良い。例えば、第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた充電と回生による充電とを適切に切り替えることができるようになる。
さらに、上で述べた第2の制御部は、(b9)モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置に対して第1の制御部により制御される回生による充電が可能な状態であるか否かを判断し、(b10)蓄電装置に対して第1の制御部により制御される回生による充電が可能な状態である場合には、第1の制御部による回生についての制御を開始するようにしても良い。これによって、効率的な充電が行われるようになる。
また、上で述べた第2の制御部は、(b11)蓄電装置に対して第1の制御部により制御される回生による充電が可能な状態になった後、又は、第2の制御部が起動した後、モータ駆動制御装置に接続されている操作パネルへの給電を開始するようにしても良い。モータ駆動制御装置が起動してある程度の制御ができるようになった段階で操作パネルへの給電を開始することで、その段階でユーザにモータ駆動制御装置の起動を認識させることができるようになる。
さらに、上で述べた第2の制御部は、(b12)モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置の状態を確認して、蓄電装置から第2の制御部への電力供給が可能であるか否かを判断し、(b13)蓄電装置から第2の制御部への電力供給が不可能であれば、自らの動作を停止するようにしても良い。蓄電装置の状態によっては、継続的な動作が不可能な場合もあり、それに対応するためである。
さらに、上で述べた第2の制御部は、(b14)補助部による起動が許可されているか否かを確認して、(b15)補助部による起動が許可されていなければ、自らの動作を停止するようにしても良い。ユーザによっては自動起動を欲しない場合があるためである。
なお、上で述べた補助部が、(c1)第1の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力による電圧を整流する整流部と、(c2)整流部によって整流された電圧が所定電圧以上になった場合に、蓄電装置からの電力供給を第2の制御部に対して行わせるための第1のスイッチをオンにするための回路とを有するようにしても良い。
このような構成は、実施の形態に述べられた事項に限定されるものではなく、実質的に同一の効果を奏する他の構成にて実施される場合もある。
1022,1022b 制御システム
1023 モータ駆動制御部
1021 DC/DCコンバータ
1024 起動判断回路

Claims (5)

  1. モータ駆動制御装置であって、
    モータの動作を制御する第1の制御部と、
    前記第1の制御部を制御する第2の制御部と、
    前記モータ駆動制御装置に対する動作開始指示がなされていない状態で、前記第1の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力が所定の条件を満たすと、停止状態にある前記第2の制御部を起動させる補助部と、
    を有し、
    前記第2の制御部は、
    前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置の状態を確認して、前記蓄電装置から前記第2の制御部への電力供給が可能であるか否かを判断し、
    前記蓄電装置から前記第2の制御部への電力供給が不可能であれば、自らの動作を停止する
    モータ駆動制御装置。
  2. 前記補助部は、
    前記第1の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力で、又は、前記第1の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力に応じて供給されるようになる蓄電装置からの電力で、前記第2の制御部を起動させる
    請求項1記載のモータ駆動制御装置。
  3. 前記補助部が、
    前記第1の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力による電圧を整流する整流部と、
    前記整流部によって整流された電圧が所定電圧以上になった場合に、前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置からの電力供給を前記第2の制御部に対して行わせるための第1のスイッチをオンにするための回路と、
    を有する請求項1記載のモータ駆動制御装置。
  4. モータ駆動制御装置であって、
    モータの動作を制御する第1の制御部と、
    前記第1の制御部を制御する第2の制御部と、
    前記モータ駆動制御装置に対する動作開始指示がなされていない状態で、前記第1の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力が所定の条件を満たすと、停止状態にある前記第2の制御部を起動させる補助部と、
    を有し、
    前記第2の制御部は、
    前記補助部による起動が許可されているか否かを確認して、前記補助部による起動が許可されていなければ、自らの動作を停止する
    モータ駆動制御装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1つ記載のモータ駆動制御装置を有する電動アシスト車。
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