JPH07143787A - 電動車両用ブラシレス直流電動機の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両の高速性能及び加速性能を高めて、しか
も電動機の効率を高めることができる電動車両用ブラシ
レス直流電動機の駆動方法を提供する。 【構成】 電動車両用のブラシレス直流電動機１に供給
する励磁電流のデューティ比をアクセルグリップ３６の
変位量と電動機１の回転数とに応じて制御する。電動機
１の制御進み角をアクセルグリップの変位量と回転数と
に応じて変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動車両用ブラシレス
直流電動機の駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動スクータや電気自動車等の電動車両
の駆動源としてブラシレス直流電動機が用いられてい
る。周知のように、ブラシレス直流電動機は、３相以上
の多相の電機子コイルを有するステータと、回転自在に
支持されたヨークに磁石界磁を取り付けてなるロータ
と、ステータの各相に対してロータの回転角度位置を検
出する位置検出器とを備えていて、位置検出器により検
出されたロータの位置に応じて励磁電流（駆動電流）を
流す相（励磁相）を切り替えることによりロータを回転
させるようになっている。固定子の励磁相を切り換える
位相角（電気角）は制御進み角γと呼ばれており、この
制御進み角γは一般には、理論的な切換位相角よりも進
み側に設定されている。

【０００３】電動車両においては、電動機により車軸を
直接駆動するダイレクトドライブ方式を採用するか、ま
たは電動機の回転を変速比が一定値に固定された変速機
を介して車軸に伝達する方式を採用する場合が多いが、
これらの場合には、電動機の駆動回転領域を広くとる必
要がある。

【０００４】ブラシレス直流電動機においては、制御進
み角γにより発生トルク及び最高回転数が変化し、トル
クを大きくするように制御進み角γを設定すると最高回
転数が低くなり、制御進み角γを進角させていくと最高
回転数が高くなるが発生トルクは小さくなっていく。

【０００５】そのため駆動回転領域を広くとる必要があ
るダイレクトドライブ式の電動車両にブラシレス直流電
動機を用いる場合には、低速時に十分に大きなトルクを
得ることができる制御進み角γを正規の制御進み角γo
として設定して、回転数に応じて制御進み角γを正規の
制御進み角γo に対して進角させるようにしている。ま
た固定子の各相のコイルに流す励磁電流をパルス幅変調
された波形として、該励磁電流のデューティ比を速度調
節部材の変位量に応じて変化させることにより、電動機
の回転数を調整するようにしている。

【０００６】図１０は従来の電動車両における制御進み
角γと回転数Ｎとの関係を示したもので、一般には同図
に実線で示したように回転数がＮ1 からＮ4 まで上昇す
る過程で、制御進み角γを最大トルクが得られるように
設定された正規の制御進み角γo から設定された制御進
み角γ3 まで変化させている。γ1 〜γ3 は正規の制御
進み角γo よりも更に進角した制御進み角を示してお
り、その進角量はγ1 →γ2 →γ3 の順に大きくなって
いる。

【０００７】図１１は従来の電動車両におけるブラシレ
ス直流電動機の励磁電流のデューティ比ＤＦとスロット
ル開度（スロットルレバーやアクセルグリップ等の速度
調整部材の変位量）αとの関係を示したもので、一般に
は同図に実線で示したようにスロットル開度に対してデ
ューティ比ＤＦを直線的に変化させている。

【０００８】図１２の曲線Ｐ（γo ）〜Ｐ（γ3 ）は、
励磁電流のデューティ比を１００％とした場合（スロッ
トル開度を１００％附近に設定した場合）のブラシレス
直流電動機の出力Ｐと回転数Ｎとの間の関係を、制御進
み角γo 〜γ3 をパラメータにとって示したものであ
る。図１２の曲線Ｒ（θo ）〜Ｒ（θ4 ）はそれぞれ道
路の傾斜角がθo 〜θ4 の時の走行抵抗を示す負荷曲線
で、θo は道路が平坦で傾斜角がほぼ零の場合を示し、
θ1 〜θ4 （θ1 ＜θ2 ＜θ3 ＜θ4 ）は上り坂を示し
ている。一般に道路の傾斜角がθx の時の走行抵抗Ｒ
（θx)は次式で与えられる。

【０００９】 Ｒ（θx)＝Ｖ×｛（μr ＋sin θ）Ｗ＋μe ・Ａ・Ｖ² ｝ …（１） ここでＶは走行速度、Ｗは車両重量、μr はころがり抵
抗、μe ・Ａは空気抵抗を示している。

【００１０】図１２から明らかなように、制御進み角γ
を正規の制御進み角γo より進角させていくことによ
り、最高回転数を高くすることができ、出力を高くする
ことができる。デューティ比を１００％とした場合、電
動機は、走行抵抗を示す曲線Ｒ（θo ）〜Ｒ（θ4 ）と
出力Ｐ対回転数Ｎ特性を示す曲線Ｐ（γo)〜Ｐ（γ3)と
の交点で動作することになる。

【００１１】出力特性が図１２のような場合、励磁電流
Ｉと回転数Ｎとの関係は図１３のようになる。図１３に
おいてＩ（γo)〜Ｉ（γ3)はそれぞれ制御進み角をγo
〜γ3 とした場合に流れる励磁電流Ｉと回転数Ｎとの関
係を示している。

【００１２】また図１４の曲線Ｐm(γo ）〜Ｐm(γ3 ）
はそれぞれ、図１２の曲線Ｐ（γo）〜Ｐ（γ3 ）の最
高出力が得られる点を結ぶことにより得られた曲線であ
り、図１５の曲線Ｐ（γo)1/4 〜Ｐ（γo)4/4 は、制御
進み角がγo である場合（進角量が零である場合）に励
磁電流のデューティ比を１／４（２５％）から４／４
（１００％）まで変化させた場合の出力対回転数特性を
示す曲線である。

【００１３】一例として、傾斜角がθ1 の坂道を走行す
る場合に、図１０及び図１１に示すように制御進み角γ
とデューティ比ＤＦとをそれぞれ回転数Ｎとスロットル
開度αとに対して変化させた場合の動作を示すと次の通
りである。

【００１４】発進時に運転者が所定の速度を得ようとし
てスロットル開度を最大にしたとする。このとき電動機
にはデューティ比が１００％の励磁電流が供給されるた
め、電動機の出力は図１４の実線の曲線に沿って推移す
る。回転速度が進角開始回転数Ｎ1 よりも低い間は、制
御進み角γがγo （進角量が零）に等しいが、回転数が
制御進み角の進角開始回転数Ｎ1 以上になると制御進み
角γが進角し始め、回転数がＮ4 以上になると制御進み
角γの進角量が最大（＝γ3 ）となる。電動機の回転数
がＮr に達し、車両の速度が所望の速度（図１２及び図
１４のＰ2 点）に達すると、運転者はスロットル開度を
絞るため、制御進み角は最大値γ3 を維持したままでデ
ューティ比が減少して励磁電流が減少していく。制御進
み角がγ3 を維持したままで励磁電流が減少していく
と、図１２の出力特性曲線Ｐ（γ3)が下降していき、制
御進み角がγ3 の時の出力特性曲線が図１４の曲線Ｐ
（γ3)´のように負荷曲線Ｒ（θ1)と交わる位置まで下
降したところで電動機が回転を続ける。すなわち、回転
数Ｎr で電動機の運転を継続する場合の動作点はＰ1 と
なる。

【００１５】一方、制御進み角γを正規の制御進み角γ
o に等しくしたままで、スロットル開度を増加させて回
転数をＮr とした場合には、電動機の出力が図１２の出
力特性曲線Ｐ（γo)に沿って推移し、出力特性曲線Ｐ
（γo)が負荷曲線Ｒ（θ1)と交わる動作点Ｐ1 で電動機
が回転する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のブラシレス電動
機において、制御進み角γを正規の制御進み角γo に固
定したままで、回転数をＮr とするように傾斜角θ1 の
坂道で運転した場合、図１３に示したように動作点Ｐ1
で励磁電流Ｉ1 が流れる。これに対し、図１０及び図１
１に示したように、制御進み角をγ3 まで進角させた状
態でデューティ比を減少させて回転数をＮr とした場合
には、無効電流が多く流れるため、同じ動作点Ｐ1 でＩ
1 よりも大きな電流Ｉ2 ´が流れる。

【００１７】このように、従来の駆動方法のように、回
転数のみに応じて制御進み角γを進角させた場合には、
制御進み角が正規の制御進み角よりも進角した状態で運
転が行われる領域で、同じ出力に対して、制御進み角を
進角させない場合に流れる励磁電流Ｉ1 よりも大きな励
磁電流Ｉ2 ´を必要とするため、電動機の効率が悪くな
り、バッテリの消耗が激しくなるという問題があった。

【００１８】また効率を高めるために、図１０の制御を
止めて、制御進み角γを固定し、スロットル開度に対し
てデューティ比を変化させる制御のみを行わせることが
考えられるが、この場合には、車両の運転感覚を良好に
するための設定が難しく、スムースな運転を行わせるた
めの調整が難しいという問題が生じる。例えば、平地で
の発進時に速度調節部材をデューティ比が５０％となる
位置まで変位させてその位置に保持したとすると、電動
機の出力は、図１５の曲線Ｐ（γo)2/4 に沿って上昇し
てピークに達した後、直ちに出力特性曲線Ｐ（γo)2/4
に沿って該曲線と負荷曲線Ｒ（θo)との交点まで下降し
ていくため、十分な加速感を得ることができない。また
出力特性曲線Ｐ（γo)2/4 と負荷曲線Ｒ（θo)との交点
で車両の速度が不足している場合、運転者は速度調節部
材を更に増速側に変位させることになるが、その場合も
電動機の出力はピークに達した後直ちに下降するので、
良好な加速感を得ることができない。

【００１９】このように、制御進み角を固定して速度調
整部材の変位量に対してのみデューティ比のみを変化さ
せた場合には、電動機の出力がピークに達した後直ちに
負荷と釣り合う動作点に向かって下降していくため、加
速性能が悪くなり、スムースな運転を行わせるための設
定が難しいという問題が生じる。

【００２０】本発明の１つの目的は、運転感覚を良好に
するための設定を容易にすることができる電動車両用ブ
ラシレス直流電動機の駆動方法を提供することにある。

【００２１】本発明の他の目的は、車両の最高速度を高
くすることができる上に、通常走行時の効率を高めて電
力の消費量を少なくすることができる電動車両用ブラシ
レス直流電動機の駆動方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、電動車両を駆
動するブラシレス直流電動機に、速度調節部材が増速側
及び減速側にそれぞれ変位したときにデューティ比が増
加及び減少するようにパルス幅変調された励磁電流を供
給して該電動機を駆動する電動車両用ブラシレス直流電
動機の駆動方法に関するものである。

【００２３】請求項１に記載された発明においては、速
度調節部材の変位量に対する前記デューティ比の変化率
を電動機の回転数に応じて変化させるように速度調節部
材の変位量と回転数と励磁電流のデューティ比との間の
関係を与えるデューティ比特性を予め定めておき、速度
調節部材の変位量と回転数とを検出して、速度調節部材
の変位量の検出値と回転数の検出値とに対するデューテ
ィ比の大きさを上記デューティ比特性から求め、励磁電
流のデューティ比を求められた大きさに等しくするよう
に制御する。

【００２４】請求項２に記載した発明においては、電動
機の回転数が設定値以下であるときには速度調節部材の
変位量の如何に拘らず電動機の制御進み角を正規の制御
進み角に固定し、電動機の回転数が設定値を超える範囲
では、速度調節部材の増速側への変位量が回転数に応じ
て設定された進角開始変位量を超える範囲で制御進み角
を速度調節部材の増速側への変位量に対して正規の制御
進み角よりも進角させるように速度調節部材の変位量と
回転数と制御進み角との間の関係を与える制御進み角特
性を予め定めておき、該制御進み角特性から、速度調節
部材の変位量の検出値と回転数の検出値とに対する制御
進み角γの大きさを求め、電動機の制御進み角を求めら
れた大きさに等しくするように制御する。

【００２５】請求項３に記載した発明においては、上記
デューティ比特性と、制御進み角特性との双方を予め定
めておいて、電動機に流す励磁電流のデューティ比を、
速度調節部材の変位量の検出値と回転数の検出値とに対
してデューティ比特性から求めたデューティ比に等しく
するように制御し、電動機の制御進み角を、速度調節部
材の変位量の検出値と回転数の検出値とに対して制御進
み角特性から求めた位相角に等しくするように制御す
る。

【００２６】

【作用】請求項１に記載した発明のように、速度調節部
材の変位量に対するデューティ比の変化率を電動機の回
転数に応じて変化させるように速度調節部材の変位量と
回転数と励磁電流のデューティ比との間の関係を与える
デューティ比特性を予め定めておいて、励磁電流のデュ
ーティ比を、上記デューティ比特性から速度調節部材の
変位量の検出値と回転数の検出値とに対して求めた大き
さに等しくするように制御すると、車両の運転感覚を良
好にするための設定を容易にすることができる。例えば
速度調節部材の変位量を所定の値に保った状態で発進し
た場合に、電動機の出力がその速度調節部材の変位量に
対応したデューティ比で得られる最大値に達した後、該
最大出力を維持したままの状態で回転数を上昇させて、
最終的に所望の回転数に落ち着かせることができるた
め、加速をスムースに行わせることができる。

【００２７】請求項２に記載した発明のように制御進み
角特性を定めておいて、電動機の制御進み角γを該特性
から求めた制御進み角に等しくするように制御すると、
制御進み角を一定としてデューティ比を１００％とした
場合に得られる電動機の最高回転数よりも高い回転数ま
で電動機を回転させることが可能になるため、電動機の
最大出力及び車両の最高速度を高くすることができ、車
両の高速性能を高めることができる。また所定の巡航速
度で定常走行する際には、制御進み角の進角量を零にす
るか、または必要最小限の大きさとすることができるた
め、無効電流を低減させて電動機の効率を高めることが
できる。

【００２８】更に請求項３に記載された発明のように、
請求項１及び２に記載された発明の制御を併用するよう
にすると、高速性能及び加速性能を高めて、しかも電動
機の効率を高めることができる。

【００２９】

【実施例】図１は、本発明を適用する電動車両の一例と
して、電動スクータの要部の構成例を示したもので、同
図において、１は固定子２と回転子３とからなるアウタ
ロータ構造のブラシレス直流電動機、４はケーシング５
とカバー６とからなっていて電動機１を収容するモータ
ハウジング、７は回転子３の回転軸、８は回転軸７をケ
ーシング５に支持する軸受、９は回転軸７に直結された
車輪である。

【００３０】図示のブラシレス直流電動機１の固定子２
は環状の継鉄部から３ｎ個（ｎは整数で例えば４）の突
極部を放射状に突出させた固定子鉄心１１と、該固定子
鉄心の各突極部に巻回されたコイルを３相星形結線して
構成された電機子コイル１２ｕ〜１２ｗとからなり、各
突極部の外周側端部が固定子磁極１３となっている。電
機子コイル１２の３相出力端子は後述の駆動回路の出力
端子に接続されている。

【００３１】回転子３は、ほぼカップ状のフライホイー
ル１４の周壁部内周に永久磁石１５を取り付けたものか
らなっている。永久磁石１５は径方向に着磁されて、固
定子磁極１３と径方向に対向する２ｎ極の回転子磁極１
６を構成している。

【００３２】フライホイール１４の底壁部中央にはボス
１７が設けられ、該ボス１７が回転軸７の一端に嵌着さ
れて、回転子３が回転軸７に取り付けられている。

【００３３】ケーシング５は軽合金等からなっていて、
カップ状部１８と軸受支持部１９とを有し、軸受支持部
１９に嵌装された軸受８により回転軸７が支持されてい
る。ケーシング５は図示しない車両の車体に固定されて
いる。

【００３４】カバー６は軽合金等からなっていて、カッ
プ状部２０と該カップ状部の底壁中央部に設けられた固
定子取付部２１とを有し、固定子取付部２１に、ねじ２
２により固定子鉄心１１が取り付けられている。ケーシ
ング５とカバー６とは、それぞれのカップ状部１８及び
２０の開口側を突き合せた状態でねじ（図示せず）によ
り互いに結合され、両カップ状部１８及び２０によりブ
ラシレス直流電動機１が覆われた状態になっている。

【００３５】回転子３の磁極の回転角度位置を検出する
ため、回転子３のボス１７の外周に固着された回転子位
置検出用磁石２３と、これを取り囲むように、固定子鉄
心１１の環状部に１２０度間隔で取り付けられたホール
素子からなる３個の回転子位置センサ２４ｕ〜２４ｗ
（図１には１個だけを図示してある。）とが設けられて
いる。

【００３６】軸受８は、軸線方向に間隔をあけて配置さ
れた２個のボールベアリング２５，２５からなってい
て、回転軸７を回転自在に支持している。

【００３７】車輪９は、リム２７と該リムの外周に装着
されたタイヤ２８とからなっている。リム２７の中央部
には円筒部２９が固定され、円筒部２９がスプライン３
０を介して回転軸７に嵌合されて回転軸７と車輪９とが
互いに結合されている。リム２７の軸受８側の面には、
円筒部２９を取り囲む状態でほぼカップ状に形成された
泥よけ３１が固定されている。

【００３８】図２はブラシレス直流電動機１を駆動する
駆動制御系の構成を示したもので、この制御系としては
公知のものを使用できる。同図において、３６は電動ス
クータのハンドルに設けられたアクセルグリップ（速度
調節部材）、３７はアクセルグリップ３６に可動接触子
３７ａが連結されて両端に直流電圧が印加されたポテン
ショメータで、ポテンショメータ３７の可動接触子と接
地間に得られる信号（速度調節部材の変位量検出信号）
と、回転子位置センサ２４により検出された回転子３の
位置信号とがコントローラ３８に入力されている。

【００３９】コントローラ３８はマイクロコンピュータ
を備えていて、ポテンショメータ３７から得られる速度
調節部材の変位量検出信号と図示しない回転センサから
得られる回転数検出信号とに基づいてブラシレス直流電
動機１に通電する電流のデューティ比と励磁相の切換位
相角とを決定する。コントローラ３８はまた、回転子位
置センサ２４ｕ〜２４ｗの出力信号に基づいて電機子コ
イル１２に鎖交させる交番磁界の位相を決定して、各相
の電機子コイル１２に流す励磁電流のデューティ比と位
相角とを定めるためのスイッチング信号を駆動回路３９
に与える。

【００４０】駆動回路３９はゲートドライブ回路４０と
スイッチング回路４１とを備え、ゲートドライブ回路４
０はコントローラ３８に、またスイッチング回路４１は
３相星形結線されたＵ，Ｖ，Ｗ３相の電機子コイル１２
ｕ〜１２ｗにそれぞれ接続されている。

【００４１】スイッチング回路４１は、直列に結線され
た３対のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）（４２ｕ，４
２ｚ），（４２ｖ，４２ｙ）及び（４２ｗ，４２ｘ）を
バッテリ４３の両端に並列接続したもので、各ＦＥＴの
ソース・ドレン間にはそれぞれダイオード４４が接続さ
れている。ＦＥＴ４２ｕ〜４２ｗ及び４２ｘ〜４２ｚの
ゲートはそれぞれゲートドライブ回路４０の出力端子Ｕ
〜Ｗ及びＸ〜Ｚに接続され、ＦＥＴ４２ｕ〜４２ｗのソ
ースがＵ，Ｖ，Ｗ３相の電機子コイル１２ｕ〜１２ｗの
入力端子に接続されている。

【００４２】駆動回路３９は、コントローラ３８が出力
するスイッチンク信号に基づいて各ＦＥＴ４２ｕ〜４２
ｗ及び４２ｘ〜４２ｗにそれぞれパルス波形のトリガ信
号Ｓu 〜Ｓw 及びＳx 〜Ｓz を供給してこれらのＦＥＴ
をオン・オフ制御することにより、各相の電機子コイル
に励磁電流を流すとともに、各相の励磁電流のデューテ
ィ比をアクセルグリップ３６の回動量（速度調節部材の
変位量）に応じて変化させる。

【００４３】図３（Ａ）〜（Ｌ）は３相ブラシレス直流
電動機の各部の信号波形と励磁電流波形とを回転角θに
対して模式的に示したもので、図３（Ａ）〜（Ｃ）はそ
れぞれ回転子位置センサ２４ｕ〜２４ｗが発生する位置
検出信号ｅu 〜ｅw の一例を示している。コントロール
回路３８はこれらの位置検出信号に論理演算を施すこと
により、図３（Ｄ）〜（Ｆ）及び（Ｇ）〜（Ｉ）に示す
ようなトリガ信号Ｓu〜Ｓw 及びＳx 〜Ｓz を作り出
す。トリガ信号Ｓu 〜Ｓw 及びＳx 〜Ｓz がそれぞれ発
生している期間ＦＥＴ４２ｕ〜４２ｗ及び４２ｘ〜４２
ｚが導通するため、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相の電機子コイル１２
ｕ，１２ｖ及び１２ｗにはそれぞれ、図３（Ｊ），
（Ｋ）及び（Ｌ）に示すように励磁電流が流れる。この
例では、図３（Ｄ）ないし（Ｉ）において、トリガ信号
Ｓu 〜Ｓw 及びＳx 〜Ｓz のそれぞれの立上り及び立下
りの位相角がそれぞれ、励磁相の理論的な切換位相角よ
りも一定の角度だけ進角した状態にある。なお図３にお
いては励磁電流のデューティ比を１００％としている。
デューティ比を１００％未満とした場合には、信号Ｓu
〜Ｓw ，Ｓx 〜Ｓz 及び各励磁電流の波形が所定のデュ
ーティ比で断続する波形となる。

【００４４】前述のように、ブラシレス直流電動機にお
いては、制御進み角γによって最大発生トルク及び最高
回転数が変化する。一般には、電動機の用途や要求され
るトルク特性、或いは必要とされる最高回転数等に応じ
て制御進み角の大きさを設定している。

【００４５】本発明において、制御進み角を許容される
範囲でどのように設定するかは任意であるが、本実施例
では、電動車両の発進時のトルクを大きくするために、
最大トルクが得られる制御進み角を正規の制御進み角γ
o とする。

【００４６】本実施例の駆動方法においては、図４に示
したように、電動機の回転数が高い場合ほど速度調節部
材の変位量に対する励磁電流のデューティ比の変化率を
大きくするように、速度調節部材（本実施例ではアクセ
ルグリップ３６）の変位量（スロットル開度）αと、電
動機の回転数Ｎと励磁電流のデューティ比ＤＦとの間の
関係を与えるデューティ比特性を予め定めておく。図４
に示したデューティ比特性では、回転数がＮ6 以下の領
域で、スロットル開度αが０からほぼ１００％まで変化
したときにデューティ比も０から１００％まで変化する
ように、スロットル開度とデューティ比ＤＦとの関係を
定めている。また回転数が設定値Ｎ6 を超える領域で
は、図示のＮ7 ，Ｎ8 及びＮ9 のように、回転数が高い
場合ほどスロットル開度の増加量に対するデューティ比
の増加割合が大きくなって、デューティ比が早く（スロ
ットル開度が１００％になる前に）１００％に達するよ
うにしている。

【００４７】そして本発明の駆動方法では、速度調節部
材の変位量と電動機の回転数とを検出して、上記デュー
ティ比特性から速度調節部材の変位量の検出値と回転数
の検出値とに対するデューティ比を求め、励磁電流のデ
ューティ比を、デューティ比特性から求められたデュー
ティ比に等しくするように制御する。

【００４８】コントローラ３８をマイクロコンピュータ
により実現する場合には、図４に示したようなデューテ
ィ比特性を与えるスロットル開度αと回転数Ｎとデュー
ティ比ＤＦとの間の関係をテーブル化して３次元マップ
としてマイクロコンピュータのＲＯＭまたはＥＥＰＲＯ
Ｍに記憶させておき、該マップを用いて補間法により検
出されたスロットル開度と回転数とに対するデューティ
比を演算するようにすればよい。図４のデューティ比特
性を与える３次元マップの構造をグラフ化すると例えば
図５に示すようになる。

【００４９】本実施例ではまた、図６に一例を示したよ
うに、電動機の回転数が設定値Ｎ6以下であるときには
速度調節部材の変位量（スロットル開度）の如何に拘ら
ず電動機の制御進み角γを正規の制御進み角γo に固定
して該制御進み角の進角量を零とし、電動機の回転数が
設定値Ｎ6 を超える範囲では、速度調節部材の増速側へ
の変位量αが回転数Ｎ7 ，Ｎ8 及びＮ9 に対してそれぞ
れ設定された進角開始変位量α7 ，α8 ，α9 を超える
範囲で制御進み角γを速度調節部材の増速側への変位量
に対して、γo →γ1 →γ2 →γ3 のように正規の制御
進み角γo よりも進角させ、速度調節部材の進角開始変
位量α7 ，α8 及びα9 を回転数の上昇に応じて小さく
し、かつ速度調節部材の増速側への変位量に対する制御
進み角の進角量の増加割合を回転数の上昇に応じて小さ
くするように、速度調節部材の変位量と回転数と制御進
み角との間の関係を与える制御進み角特性を予め定めて
おく。

【００５０】そして、上記制御進み角特性から、速度調
節部材の変位量の検出値と回転数の検出値とに対する制
御進み角γを求め、電動機の制御進み角を求められた制
御進み角に等しくするように制御する。

【００５１】コントローラ３８をマイクロコンピュータ
により実現する場合には、スロットル開度αと回転数Ｎ
と切換位相角γとの間の関係を与える３次元マップを作
成して記憶させておくことにより、デューティ比と同様
に演算することができる。図７の切換位相角特性を与え
る３次元マップの構造をグラフ化して示すと図７のよう
になる。

【００５２】図７の３次元マップは、図５の３次元マッ
プで各スロットル開度においてデューティ比が１００％
となる回転数を超える範囲で、スロットル開度の増加に
応じて制御進み角γを正規の制御進み角γo から進角さ
せるように作成されている。即ち、図５のマップの斜線
を施した領域の輪郭と、図７のマップの斜線を施した領
域の輪郭とがほぼ同じになるように、図５及び図７に示
したマップが作成されている。

【００５３】次に上記の駆動方法を採用した場合の電動
機の動作を図８及び図９を参照して説明する。なお図８
に示した曲線は図１５に示したものと同様であり、図９
に示した曲線は図１４に示したものと同様である。

【００５４】今平地（傾斜角＝θo ）を走行する際に、
車速が零の状態から、アクセルグリップを一気にフルス
ロットルの状態（スロットル開度が１００％の状態）に
したとすると、最初は回転数が低く、傾斜が大きい坂道
を登るのと同じ状態であるので、電動機の出力Ｐは図８
の原点ＯからＡ点へと移行する。回転数の上昇の過程で
回転数が設定値Ｎ6 を超えると、制御進み角がスロット
ル開度αの増大に伴ってγ3 まで進角していき、出力Ｐ
はＢ点まで移行する。更にフルスロットルの状態が維持
されていると、出力Ｐは平地走行時の負荷曲線Ｒ（θo)
と交差するＣ点に移行し、回転数が最大になる。その後
アクセルグリップを戻していくと、スロットル開度の減
少に伴って制御進み角が遅角していき、制御進み角が正
規の制御進み角γo に等しくなる（進角量が零になる）
と出力Ｐは負荷曲線Ｒ（θo)と交差するＤ点に達して出
力と負荷とが釣り合う。このとき電動機は回転数Ｎs で
回転する。この状態では、従来の駆動方法による場合と
異なり、制御進み角の正規の制御進み角からの進角量が
零（γ＝γo)であるので、励磁電流は図１３に示したＩ
1 となり、平地走行時の電力消費量が最小になる。即ち
電動機が回転数Ｎsで回転している状態が平地走行時の
経済速度となり、バッテリの消耗が最小になる。この回
転数Ｎs に対応する車両の走行速度を法定速度に等しく
しておけば、交通安全上も好ましいことになる。

【００５５】図８のＤ点で運転している状態で、スロッ
トル開度を徐々に小さくしていくと、今度はデューティ
比ＤＦが１００％から徐々に減少していき、動作点はＤ
→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｏのように移動して、車両が停止する。

【００５６】また例えば平地走行時に、スロットル開度
を零から徐々に増大させていったとすると、制御進み角
が進角しないままの状態でスロットル開度の増大に伴っ
てデューティ比が増加して動作点がＯ→Ｇ→Ｆ→Ｅ→Ｄ
のように移動してＤ点に達する。このような操作を行っ
た場合には、加速感は得られないが、消費電流が少ない
ので経済的な運転を行わせることができる。

【００５７】更に、例えば平地走行時に、車速が零の状
態からスロットル開度を一定値（例えば５０％）に保持
したとすると、回転数が設定値Ｎ6 を超えた後、デュー
ティ比が回転数の上昇に伴って増加していくため、電動
機の出力を低下させることなく、回転数を上昇させるこ
とができ、加速感を良好にすることができる。またデュ
ーティ比が１００％を超えた後は制御進み角が正規の制
御進み角よりも進角して、回転数を上昇させるため、最
大回転数を高くすることができる。

【００５８】また車速が零の状態から一気にフルスロッ
トルにし、図９に示したように動作点がＢ点に達して回
転数がＮs に近くなった時にスロットル開度を絞った場
合には、スロットル開度の減少に伴って制御進み角の進
角量が減少していき、動作点がＤ点に移行する。この場
合は、出力Ｐが最大出力点を通って動作点Ｄに達するた
め、大きな加速力が得られる。

【００５９】更に登坂時も同様であり、例えば傾斜角が
θ3 のときには、発進時にフルスロットルにすると、図
８において動作点がＯ→Ａ→Ｂと移行する。ここでスロ
ットル開度を絞ると、制御進み角が遅角し、動作点はＢ
からＨへと移行する。更にスロットル開度を絞ると、動
作点はＨ→Ｉ→Ｊ→Ｋのように移動して車両が停止す
る。

【００６０】上記のように、図４及び図６に示した制御
を行って、ブラシレス直流電動機を駆動すると、加速性
能を向上させてスムースな加速を行わせることができる
上に、図６の制御進み角の制御を行わせることにより最
大回転数を従来よりも高くすることができ、最大回転数
を高くすることができる分だけ最大出力を高くすること
ができる。

【００６１】上記の実施例では、図４のデューティ比特
性による制御と図６の制御進み角特性による制御とを併
用しているが、図４の制御だけを行わせたり、従来と同
様なスロットル開度に応じたデューティ比の制御と図６
の制御進み角の制御とを併用したりすることもできる。

【００６２】図４のデューティ比特性に基く制御のみを
行わせた場合には、スロットル開度を所定の大きさに設
定して運転を開始したと場合に、そのスロットル開度に
おける最大出力を維持しつつ回転数を所望の回転数まで
上昇させることができるので、加速感を良好にすること
ができ、加速をスムースに行わせることができる。例え
ば、図８において、回転数の設定値Ｎ6 （図４参照）を
曲線Ｐ（γo)2/4 のピーク位置付近に設定して、スロッ
トル開度と回転数とに応じてデューティ比を変化させる
図４の制御のみを行わせるものとする。平地を走行する
に当って、車速が零の状態でスロットル開度を５０％と
すると、動作点は原点Ｏから曲線Ｐ（γo)2/4 に沿って
移動し、動作点が曲線Ｐ（γo)2/4 の最大出力点ａに達
した後はその出力を維持したままで曲線Ｐ（γo)4/4 と
交わる位置ｂまで回転数が上昇し、その後曲線Ｐ（γo)
4/4 に沿って回転数がＮs まで低下して回転数Ｎs に落
ち着く。このように、図４の制御のみを行わせた場合に
は、回転数の設定値Ｎ6 を適当に定めておくことによ
り、電動機の出力を維持しつつ回転数を上昇させること
ができるため、加速感を良好にすることができる。

【００６３】上記の実施例では、各スロットル開度に対
してデューティ比が１００％になる回転数を超える領域
で励磁相の制御進み角を進角させる制御を行わせるよう
に、図５及び図７の３次元マップを作成しているが、各
スロットル開度に対してデューティ比が１００％になる
回転数よりも僅かに低い回転数から制御進み角を進角さ
せる制御を行わせるようにしてもよい。

【００６４】上記の実施例では、図４に示したように、
回転数が大きい場合ほど、速度調節部材の変位量に対す
るデューティ比の変化率を大きくするようにデューティ
比特性を定めているが、必ずしもこのように設定しなく
ても良い。例えば、車両の速度が過大になるのを防ぐた
めに、回転数が設定値を超える領域で、回転数の上昇に
伴ってデューティ比を小さくするようにしてもよい。

【００６５】また上記の実施例では、図６に示したよう
に、速度調節部材の進角開始変位量を回転数の上昇に伴
って小さくしていき、速度調節部材の増速側への変位量
に対する制御進み角γの進角量の増加割合を回転数の上
昇に伴って小さくするように制御進み角特性を定めてい
るが、これらはあくまでも一例を示したものであって、
速度調節部材の進角開始変位量と回転数との関係、及び
制御進み角の進角量の増加割合と回転数との関係は、必
要とされる運転フィーリング等に応じて、ケースバイケ
ースで適宜に設定することができる。

【００６６】上記の実施例では、電動スクータに用いる
ブラシレス直流電動機に本発明を適用したが、他の電気
自動車に用いるブラシレス直流電動機にも本発明を適用
することができるのはもちろんである。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載した発明
によれば、速度調節部材の変位量に対するデューティ比
の変化率を電動機の回転数に応じて変化させるように速
度調節部材の変位量と回転数と励磁電流のデューティ比
との間の関係を与えるデューティ比特性を予め定めてお
き、励磁電流のデューティ比を、上記デューティ比特性
から速度調節部材の変位量の検出値と回転数の検出値と
の双方に対して求めたデューティ比に等しくするように
制御するようにしたので、運転感覚を良好にするための
設定を容易にすることができる利点がある。

【００６８】また請求項２に記載した発明によれば、制
御進み角特性を定めておいて、電動機の制御進み角を速
度調整部材の変位量と回転数の変化とに応じて変化させ
ることにより、制御進み角を一定としてデューティ比を
１００％とした場合に得られる電動機の最高回転数より
も高い回転数まで電動機を回転させることを可能にした
ので、電動機の最大出力及び車両の最高速度を高くする
ことができ、車両の高速性能を高めることができる。ま
た所定の巡航速度で定常走行する際には、制御進み角の
進角量を零にするか、または必要最小限の大きさとする
ことができるため、無効電流を低減させて電動機の効率
を高めることができる。

【００６９】更に請求項３に記載した発明によれば、請
求項１及び２に記載された発明の制御を併用するので、
高速性能及び加速性能を高めて、しかも電動機の効率を
高めることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の要部を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例の駆動制御系の電気的な構成を
示す回路図である。

【図３】図２の各部の信号波形を示す波形図である。

【図４】本発明の駆動方法で用いるデューティ比特性を
説明するための線図である。

【図５】図４のデューティ比特性を用いて制御を行う場
合に用いる３次元マップの構造を示すグラフである。

【図６】本発明の駆動方法で用いる制御進み角特性を説
明するための線図である。

【図７】図６の特性を用いて制御進み角を制御する場合
に用いる３次元マップの構造を示したグラフである。

【図８】本発明の実施例の動作を説明する線図である。

【図９】本発明の実施例の動作を説明する線図である。

【図１０】従来の駆動方法における制御進み角の制御を
説明するための線図である。

【図１１】従来の駆動方法におけるデューティ比の制御
を説明するための線図である。

【図１２】従来の駆動方法による場合の電動機の動作を
説明する出力特性曲線図である。

【図１３】図１２の出力特性を有する電動機の励磁電流
対回転数特性を示した線図である。

【図１４】従来の駆動方法による場合の電動機の動作を
説明するための線図である。

【図１５】従来の駆動方法による場合の電動機の動作を
説明するための線図である。

【符号の説明】

１ ブラシレス直流電動機 １２ｕ〜１２ｗ 電機子巻線 ３６ アクセルグリップ ３７ ポテンショメータ ３８ コントローラ ４０ ゲートドライブ回路 ４２u 〜４２w ＦＥＴ ４２x 〜４２z ＦＥＴ

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【手続補正書】

【提出日】平成７年１月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】電動スクータや電気自動車等の電動車両
の駆動源としてブラシレス直流電動機が用いられてい
る。周知のように、ブラシレス直流電動機は、３相以上
の多相の電機子コイルを有する固定子と、回転自在に支
持されたヨークに磁石界磁を取り付けてなる回転子と、
固定子の各相に対して回転子の回転角度位置を検出する
位置検出器とを備えていて、位置検出器により検出され
た回転子の位置に応じて励磁電流（駆動電流）を流す相
（励磁相）を切り替えることにより回転子を回転させる
ようになっている。固定子の励磁相を切り換える位相角
（電気角）は制御進み角γと呼ばれており、この制御進
み角γは一般には、理論的な切換位相角よりも進み側に
設定されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】このように、制御進み角を固定して速度調
整部材の変位量に対してのみデューティ比を変化させた
場合には、電動機の出力がピークに達した後直ちに負荷
と釣り合う動作点に向かって下降していくため、加速性
能が悪くなり、スムースな運転を行わせるための設定が
難しいという問題が生じる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５１】コントローラ３８をマイクロコンピュータ
により実現する場合には、スロットル開度αと回転数Ｎ
と切換位相角γとの間の関係を与える３次元マップを作
成して記憶させておくことにより、デューティ比と同様
に演算することができる。図６の切換位相角特性を与え
る３次元マップの構造をグラフ化して示すと図７のよう
になる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動車両を駆動するブラシレス直流電動
   機に、速度調節部材が増速側及び減速側にそれぞれ変位
   したときにデューティ比が増加及び減少するように速度
   調節部材の変位量に応じてパルス幅変調された励磁電流
   を供給して該電動機を駆動する電動車両用ブラシレス直
   流電動機の駆動方法において、 前記速度調節部材の変位量に対する前記デューティ比の
   変化率を電動機の回転数に応じて変化させるように前記
   速度調節部材の変位量と回転数と励磁電流のデューティ
   比との間の関係を与えるデューティ比特性を予め定めて
   おき、 前記速度調節部材の変位量と電動機の回転数とを検出
   し、 前記デューティ比特性から前記速度調節部材の変位量の
   検出値と回転数の検出値とに対するデューティ比の大き
   さを求め、 前記励磁電流のデューティ比を求められた大きさに等し
   くするように制御することを特徴とする電動車両用ブラ
   シレス直流電動機の駆動方法。
2. 【請求項２】 電動車両を駆動するブラシレス直流電動
   機に、速度調節部材が増速側及び減速側にそれぞれ変位
   したときにデューティ比が増加及び減少するように速度
   調節部材の変位量に応じてパルス幅変調された励磁電流
   を供給して該電動機を駆動する電動車両用ブラシレス直
   流電動機の駆動方法において、 前記電動機の回転数が設定値以下であるときには速度調
   節部材の変位量の如何に拘らず前記電動機の制御進み角
   を正規の制御進み角に固定し、前記電動機の回転数が設
   定値を超える範囲では、速度調節部材の増速側への変位
   量が回転数に応じて設定された進角開始変位量を超える
   範囲で前記制御進み角を速度調節部材の増速側への変位
   量に対して正規の制御進み角よりも進角させるように速
   度調節部材の変位量と回転数と制御進み角との間の関係
   を与える制御進み角特性を予め定めておき、 前記速度調節部材の変位量と電動機の回転数とを検出
   し、 前記制御進み角特性から、前記速度調節部材の変位量の
   検出値と回転数の検出値とに対する制御進み角の大きさ
   を求め、 電動機の制御進み角を求められた大きさに等しくするよ
   うに制御することを特徴とする電動車両用ブラシレス直
   流電動機の駆動方法。
3. 【請求項３】 電動車両を駆動するブラシレス直流電動
   機に、速度調節部材が増速側及び減速側にそれぞれ変位
   したときにデューティ比が増加及び減少するように速度
   調節部材の変位量に応じてパルス幅変調された励磁電流
   を供給して該電動機を駆動する電動車両用ブラシレス直
   流電動機の駆動方法において、 前記電動機の回転数に応じて速度調節部材の変位量に対
   する前記デューティ比の変化率を変化させるように前記
   速度調節部材の変位量と回転数と励磁電流のデューティ
   比との間の関係を与えるデューティ比特性と、前記電動
   機の回転数が設定値以下であるときには速度調節部材の
   変位量の如何に拘らず前記電動機の制御進み角を正規の
   制御進み角に固定し、前記電動機の回転数が設定値を超
   える範囲では、速度調節部材の増速側への変位量が回転
   数に応じて設定された進角開始変位量を超える範囲で前
   記制御進み角を速度調節部材の増速側への変位量に対し
   て正規の制御進み角より進角させるように前記速度調節
   部材の変位量と回転数と制御進み角との間の関係を与え
   る制御進み角特性とを予め定めておき、 前記速度調節部材の変位量と電動機の回転数とを検出し
   て、前記速度調節部材の変位量の検出値と回転数の検出
   値とに対するデューティ比の大きさと制御進み角の大き
   さとをそれぞれ前記デューティ比特性及び制御進み角特
   性から求め、 前記励磁電流のデューティ比及び電動機の制御進み角の
   大きさをそれぞれ求められた大きさに等しくするように
   制御することを特徴とする電動車両用ブラシレス直流電
   動機の駆動方法。