JPH06276790A - パルス幅制御装置の出力監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 指令値に基づいてデューティ比が変化する制
御パルスを発生する制御パルス発生器と、前記制御パル
スに基づいてゲート信号を出力するゲート回路と、この
ゲート信号に基づいて負荷電流をオン・オフ制御するス
イッチング回路と、前記負荷電流により異常の有無を監
視する監視手段とを備えるパルス幅制御装置の出力監視
装置において、負荷電流を正確に検出する。 【構成】 パルス幅と周期が一定な固定パルスを出力す
る固定パルス発生器と、前記固定パルスおよび制御パル
スのいずれか一方を選択して前記ゲート回路に導くスイ
ッチ回路と、前記スイッチの切換えタイミングと前記監
視手段が前記負荷電流を検出するタイミングとを制御す
る監視制御手段とを備える。ここにスイッチング回路お
よびゲート回路を除く各部をＣＰＵの制御ソフトウェア
により同じ機能を持たせることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルス幅制御装置にお
いて負荷電流を監視する出力監視装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】直流モータなどでパルス幅制御（ＰＷ
Ｍ）方式の制御装置が周知である。この方式は指令値に
基づいてデューティ比が変化する制御パルスによって、
負荷電流をオン・オフさせるものである。

【０００３】ここにモータなどの負荷が正常に作動して
いるか否かの作動状態を監視するために、負荷電流を検
出し、異常があれば警告を発すると共に負荷電流を切る
ことが考えられている。この負荷電流を検出するため、
従来は通常負荷回路にシャント（分流抵抗）を介在さ
せ、このシャントによる電圧降下を検出している。

【０００４】

【従来の技術の問題点】ここの負荷電流はデューティ比
が変化する制御パルスによりオン・オフされるから、こ
のオン・オフのタイミングと電流を検出するタイミング
とによって検出する負荷電流の値が変動する。このため
負荷電流を正確に検出することが困難であった。

【０００５】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、負荷電流がオン・オフ制御されるパルス幅
制御装置において、負荷電流を正確に検出することがで
きる出力監視装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、指令値に基
づいてデューティ比が変化する制御パルスを発生する制
御パルス発生器と、前記制御パルスに基づいてゲート信
号を出力するゲート回路と、このゲート信号に基づいて
負荷電流をオン・オフ制御するスイッチング回路と、前
記負荷電流により異常の有無を監視する監視手段とを備
えるパルス幅制御装置の出力監視装置において、パルス
幅と周期が一定な固定パルスを出力する固定パルス発生
器と、前記固定パルスおよび制御パルスのいずれか一方
を選択して前記ゲート回路に導くスイッチ回路と、前記
スイッチの切換えタイミングと前記監視手段が前記負荷
電流を検出するタイミングとを制御する監視制御手段と
を備えることを特徴とするパルス幅制御装置の出力監視
装置により達成される。

【０００７】ここにＣＰＵを用いる場合には、スイッチ
ング回路およびゲート回路を除く各部をＣＰＵの制御ソ
フトウェアにより同じ機能を持たせることができる。す
なわち制御パルス発生器、監視手段、固定パルス発生
器、スイッチ回路、監視制御手段をＣＰＵのソフトウェ
ア上の機能で構成できる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例を適用した電動モー
タ付き自転車の側面図、図２はその動力系統図、図３は
そのモータ制御系統図、図４は固定パルスとモータ電流
の検出タイミングの説明図、図５は動作流れ図である。

【０００９】図１において、符号１０はメインフレーム
であり、ヘッドパイプ１２から斜下後方へのびて後輪１
４の車軸に至る。このメインフレーム１０にほぼ直交す
るようにシートチューブ１６が固着され、このシートチ
ューブ１６の上端にはサドル１８を支持するシートポス
ト２０が固定されている。

【００１０】シートチューブ１６の下部には下に開いた
筒部１６ａが形成され、この中に永久磁石式直流電動モ
ータ２２が収容される。シートチューブ１６の下端には
動力ユニット２４が固定されている。この動力ユニット
２４はボトムブラケットケース（以下ＢＢケースとい
う）２６と、このＢＢケース２６から後方へのびるリヤ
ステー２８とを備え、このリヤステー２８の後端に後輪
１４が固定されている。なお右側のリヤステー２８には
駆動軸３０（図２参照）が挿通される。

【００１１】動力ユニット２４のＢＢケース２６にはク
ランク軸３２が貫挿され、その両端にクランク３４が固
定されている。クランク３４にはクランクペダル３６、
３６が取付けられている。

【００１２】後輪１４の車軸３８の左端は、左のリヤス
テー２８に固着したエンドプレート２８ａに固定され、
この車軸３８の右端は右のリヤステー２８に固定された
傘歯車ケース（図示せず）に固定されている。車軸３８
にはハブ（図示せず）が回転自在に保持され、このハブ
には駆動軸３０の回転が傘歯車機構および一方向クラッ
チ４２（図２）を介して伝えられる。

【００１３】動力ユニット２４には、クランク軸３２の
回転を一方向クラッチ４４（図２）を介して駆動軸３０
に伝える傘歯車（図示せず）が内装されている。またこ
のクランク軸３２と駆動軸３０との間には遊星歯車機構
が介在されている。

【００１４】この遊星歯車機構は遊星歯車からペダル踏
力が入力され、リング歯車から駆動軸３０に踏力が出力
される。そして中央のサン歯車に加わるトルクをポテン
ショメータ４６で検出することにより踏力Ｆを検出する
ように構成されている。モータ２２の回転は一方向クラ
ッチ４８および減速機５０を介して駆動軸３０に伝えら
れる。

【００１５】図１で５２は鉛電池などの充電可能な電
池、５４はコントローラであり、これらは前記メインフ
レーム１０のヘッドパイプ１２とシートチューブ１６と
の間に収容されている。図１において５６は前輪５８の
回転速度から車速Ｓを求めるための車速センサである。

【００１６】ポテンショメータ４６で検出した踏力Ｆは
コントロ−ラ５４に入力され、このコントロ−ラ５４は
この踏力Ｆに基づいてモータ電流を制御しモータ出力す
なわちモータトルクＴ_M を発生させる。

【００１７】コントローラ５４は図３に示すように構成
される。モータ２２と電池５２とは、スイッチング回路
６０と共に閉回路を形成し、この閉回路が主回路６２と
なる。スイッチング回路はＭＯＳ−ＦＥＴやトランジス
タで構成される。なおモータ３２にはフライホイールダ
イオード６４が並列接続され、また電流検出用のシャン
ト６６が主回路６２に取付けられている。

【００１８】６８は制御部であり、踏力Ｆや車速Ｓなど
に基づいてモータ２２の出力（トルク）Ｔ_M の指令値ｉ
を出力する。すなわち踏力Ｆの周期的増減に同期してモ
ータ２２の出力（トルク）Ｔ_M を周期的に増減させるよ
うに指令値ｉを出力する。また一定の車速Ｓになったら
モータ出力Ｔ_M を制限してモータ駆動力を制限するよう
にしてもよい。

【００１９】７０は制御パルス発生器であり、制御部６
８から供給されるデューティ比の指令値ｉに対応して変
化する走行用の制御パルスｐ₁ を出力する。すなわち指
令値ｉがモータ出力Ｔ_M を増加させる時には制御パルス
ｐ₁ の（オン時間）／（オフ時間＋オン時間）の値（デ
ューティという）を大きくする。

【００２０】７２は固定パルス発生器であり、図４の
（Ａ）に示すようにデューティ比および周期が一定のパ
ルス（固定パルスという）ｐ₂ を出力する。例えばデュ
ーティ比が５０％すなわち１周期の１／２のパルス幅を
持つ固定パルスｐ₂ を出力する。７４は切換スイッチで
あり、制御パルスｐ₁ と固定パルスｐ₂ のいずれかを選
択してゲート回路７６に入力する。この選択は制御部６
８が持つ機能の１つである監視制御手段７８から出力さ
れる切換信号ｑにより行われる。

【００２１】ゲート回路７６は制御パルスｐ₁ あるいは
固定パルスｐ₂ に基づいて、スイッチング回路６０の各
スイッチング素子に送るゲートパルス群を作り、各スイ
ッチング素子を選択的にオン・オフさせる。監視制御手
段７８は、切換スイッチ７４の切換えタイミングを指示
する切換信号ｑと共に、主回路６２の負荷電流Ｉを検出
するタイミングを示すタイミング信号ｔ₁ 、ｔ₂ を出力
する。

【００２２】このタイミング信号ｔ₁ 、ｔ₂ はシャント
６６から負荷電流Ｉの異常を監視する監視手段８０に入
力される。このタイミング信号ｔ₁ 、ｔ₂ は切換信号ｑ
が固定パルスｐ₂ を選択的にした時に図４の（Ｂ）に示
すタイミングｔ₁ 、ｔ₂ で出力される。すなわち固定パ
ルスｐ₂ のオン時間幅の中心でｔ₁ が出力され、オフ時
間幅の中心でｔ₂ が出力される。

【００２３】監視手段８０はこのタイミング信号ｔ₁ 、
ｔ₂ に基づいてシャント６６から負荷電流Ｉを検出す
る。固定パルスｐ₂ はデューティ比と周期が一定である
から、この時の負荷電流Ｉもほぼ一定となり、タイミン
グｔ₁ 、ｔ₂ における負荷電流Ｉ₁ 、Ｉ₂ もほぼ一定と
なる。監視手段８０はこの時の電流Ｉ₁ 、Ｉ₂ によって
異常の有無を判定する。制御部６８はこの判定結果から
異常の内容に対応した対策を行う。例えばモータ２２の
運転を停止させたり、異常表示手段８２に表示させる。

【００２４】次に図５を用いて動作例を説明する。まず
メインスイッチをオンにすると、制御部６８はメモリを
初期化し、自己診断を行う。例えば電池５２の電圧をチ
ェックし、制御回路が正常であることを確認する。自己
診断の結果各部に異常が無ければ監視タイミングが来る
までの間は（ステップ１００）、通常の運転が行われる
（ステップ１０２）。この時には制御部６８は切換スイ
ッチ７４が制御パルスｐ₁ を選択するように切換信号ｑ
を選出し、またペダル３６の踏力Ｆに対応してモータ電
流すなわち負荷電流Ｉを制御させる。

【００２５】ここに監視タイミングは、通常走行の制御
パルスが２５０パルス出力される度に１度訪れる。例え
ば１６ＫＨ_Z の処理速度を持つＣＰＵにより制御部６８
を構成した時には、２５０／１６０００＝１／６４秒に
１度この監視タイミングが訪れる。この監視タイミング
が訪れると（ステップ１００）、制御部６８は切換スイ
ッチ７４によるパルス切換を行い（ステップ１０４）、
固定パルスｐ₂ を選択させる（ステップ１０６）。そし
て図４（Ｂ）に示したタイミングｔ₁ が来ると（ステッ
プ１０８）、監視手段８０は負荷電流Ｉの検出を行う
（ステップ１１０）。

【００２６】この時の負荷電流Ｉ₁ が一定値Ｉ₁₀にほぼ
一致していれば正常であり、次のタイミングｔ₂ を待つ
（ステップ１１４）。そしてこのタイミングｔ₂ におい
て再び負荷電流Ｉを検出し、この時の電流Ｉ₂ が一定値
Ｉ₂₀にほぼ一致していれば正常であるとする（ステップ
１１６）。このように負荷電流Ｉに異常が無ければ、モ
ータ２２やコントローラ５４等には異常なしとして切換
スイッチ７４を制御パルスｐ₁ に切換える（ステップ１
１８）。そして通常の踏力Ｆに対応したモータ出力Ｔ_M
の制御（走行制御）が行われる（ステップ１２０）。

【００２７】タイミングｔ₁ 、ｔ₂ で検出した負荷電流
Ｉ₁ 、Ｉ₂ がそれぞれ一定値Ｉ₁₀、Ｉ₂₀と一致していな
ければ（ステップ１１２、１１６）、何らかの異常有り
として（ステップ１２２）、モータ２２を停止させたり
異常表示をさせる。

【００２８】以上の実施例ではコントローラ５４は多数
の回路を含むように説明したが、実際には主回路以外の
回路はＣＰＵで構成することができる。すなわち制御部
６８、制御パルス発生器７０、固定パルス発生器７２、
スイッチ回路７４、監視手段８０などはＣＰＵのソフト
ウェアで構成される機能で形成することができる。

【００２９】以上の説明ではパルス幅制御方式（ＰＷ
Ｍ）として説明しているが、本発明ではパルス周期は必
ずしも一定であることは必要でない。従ってパルス幅と
共にパルス周期も多少変動するものも本発明にいうＰＷ
Ｍ方式に含む。また負荷はモータ２２に限られるもので
はなく、電磁ソレノイド、ヒータ、照明装置など種々な
負荷に適用可能である。

【００３０】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、ＰＷＭ
方式で一定のタイミングに固定パルスで駆動し、この時
の負荷電流を検出するから、常に一定のデューティ比の
時に負荷電流を検出して異常の有無を判定できる。この
ため出力監視が正確になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の側面図

【図２】その動力系統図

【図３】モータ制御系統図

【図４】固定パルスとモータ電流の検出タイミングとの
関係を示す図

【図５】動作流れ図

【符号の説明】

２２ 電動モータ ５４ コントローラ ７０ 制御パルス発生器 ７２ 固定パルス発生器 ７４ 切換スイッチ ７８ 監視制御手段 ８０ 監視手段 ｐ₁ 制御パルス ｐ₂ 固定パルス Ｉ 負荷電流

フロントページの続き (72)発明者 菅沼 泰夫 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内 (72)発明者 宮田 彰一郎 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指令値に基づいてデューティ比が変化す
   る制御パルスを発生する制御パルス発生器と、前記制御
   パルスに基づいてゲート信号を出力するゲート回路と、
   このゲート信号に基づいて負荷電流をオン・オフ制御す
   るスイッチング回路と、前記負荷電流により異常の有無
   を監視する監視手段とを備えるパルス幅制御装置の出力
   監視装置において、パルス幅と周期が一定な固定パルス
   を出力する固定パルス発生器と、前記固定パルスおよび
   制御パルスのいずれか一方を選択して前記ゲート回路に
   導くスイッチ回路と、前記スイッチの切換えタイミング
   と前記監視手段が前記負荷電流を検出するタイミングと
   を制御する監視制御手段とを備えることを特徴とするパ
   ルス幅制御装置の出力監視装置。