JPH11150811A - モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置を搭載した小型電動移動体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各種のモータに対して高回転までの広い速度範
囲を得ると共に始動時及び低回転時に高トルクを得るこ
とで、小型モータを高効率に制御する。 【解決手段】電力源である蓄電池１０からの電力を推進
力を発生するモータ２に供給して駆動するモータ駆動手
段３１と、このモータ駆動手段３１を介してモータ２を
駆動制御する制御手段３４とを備えたモータ駆動制御装
置３０において、モータ駆動手段３１と蓄電池１０との
間に配置され、制御手段３４によって制御される電圧可
変回路３２をモータ駆動制御装置３０に設けると共に、
制御手段３４は、モータ２の作動指令値を示す作動指令
値検出手段とモータの駆動状態を示すモータ駆動状態検
出手段を備え、さらに各検出手段によって得られる検出
値に基づいて、電圧可変回路３２のモータ駆動手段３１
への出力電圧を蓄電池電圧よりも高い値に昇圧し、モー
タ駆動手段３１に供給するように電圧可変回路３２を制
御する昇圧制御手段３４７を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電力源である蓄
電池から動力源であるモータヘの電力供給を制御して、
モータのトルク、出力回転数を可変制御するためのモー
タ駆動制御装置に関する。さらに、このモータ駆動装置
を搭載した、例えば電動２輪車、電動自動車、電動推進
機付き小型船舶、さらに他動力源を利用した例えば電動
補助付自転車、電動補助付車椅子、エンジン及び電動モ
ータ搭載のハイブリット自動車等の小型電動移動体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】モータの使い勝手をよくするためには、
例えば小さなモータで大きな出力を得ると共にモータの
出力回転数を広い速度範囲で可変するような小型で高効
率であることが要求される。従来、モータの固定子巻線
に電力を供給し電機子反作用を利用して回転出力を得る
方法があり、固定子巻線にトルク分電流とは別に、磁束
分電流を供給して永久磁石の磁束を打ち消す磁束を発生
させる方法で、モータ端子間電圧を駆動回路が供給でき
る最大電圧以下に抑制することよりモータの駆動に余裕
を持たせて速度範囲を広げようとする方法が提案されて
いる。

【０００３】一方、モータ駆動制御装置を搭載する小型
電動移動体では、電力源として蓄電池、動力源としてモ
ータ、そしてモータ出力を受けて小型電動移動体を移動
させるための車輪やプロペラ等の推進装置が搭載され、
加速性や低速から高速までの広い範囲での移動性等が要
求されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
モータ制御方法を備えたモータ駆動制御装置と、このモ
ータ駆動制御装置を塔載した小型電動移動体には次のよ
うな問題がある。すなわち、前述した固定子巻線にトル
ク分電流と磁束分電流を供給してモータを駆動する方法
は、供給する磁束分電流に限界があり、より広い速度範
囲を得るにはモータ端子間電圧を大きくするしかなく、
モータの速度範囲は蓄電池電圧の電圧値によって制限さ
れ、結果として広い速度範囲が得られないという問題が
あった。

【０００５】また、前述した小型電動移動体において
は、高速時には広い速度範囲が要求されており、従来の
モータ駆動装置を搭載した小型電動移動体はモータの速
度範囲が制限されるので移動速度範囲が小さいという問
題があった。

【０００６】この発明は上記課題を解決するためのもの
であり、その目的とするところは、各種のモータに対し
て高回転までの広い速度範囲を得ると共に始動時及び低
回転時に高トルクを得ることで、小型モータを高効率に
制御するモータ駆動制御装置を提供することにある。ま
た、高速までの広い移動速度範囲を得ることを可能と
し、始動時及び低速運転時の高出力を得ると共に総合効
率を向上させた小型電動移動体を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記のモータの速度範囲
に限りがあるという課題を解決するために、請求項１記
載の発明は、電力源である蓄電池からの電力を推進力を
発生するモータに供給して駆動するモータ駆動手段と、
このモータ駆動手段を介してモータを駆動制御する制御
手段とを備えたモータ駆動制御装置において、前記モー
タ駆動手段と前記蓄電池との間に配置され、前記制御手
段によって制御される電圧可変回路を前記モータ駆動制
御装置に設けると共に、前記制御手段は、モータの作動
指令値を示す作動指令値検出手段とモータの駆動状態を
示すモータ駆動状態検出手段を備え、さらに前記各検出
手段によって得られる検出値に基づいて、前記電圧可変
回路の前記モータ駆動手段への出力電圧を蓄電池電圧よ
りも高い値に昇圧し、前記モータ駆動手段に供給するよ
うに前記電圧可変回路を制御する昇圧制御手段を備えた
ことを特徴としている。

【０００８】請求項２記載の発明では、請求項１の発明
による効果に加え、さらにモータ制御の総合効率を向上
させるためのものであり、電圧可変回路によって昇圧さ
れたモータ駆動手段への出力電圧を降圧して蓄電池に充
電するために、前記制御手段は、前記各検出手段により
得られる検出値に基づいて、前記電圧可変回路の蓄電池
への出力電圧を蓄電池電圧と等しくなるまで降圧し、前
記蓄電池に充電するように前記電圧可変回路を制御する
降圧制御手段を備えたことを特徴としている。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２の発明による効果に加え、さらにモータの始動時
や低回転時に高トルクを得るためのものであり、前記モ
ータ駆動制御装置は、前記モータ駆動手段に供給する電
圧を、前記蓄電池の電圧と前記電圧可変回路により昇圧
された出力電圧の何れか一方に切り換えるための、前記
制御手段によって制御される切換手段を備えると共に、
前記制御手段は、前記各検出手段により得られる検出値
に基づいて前記切換手段を制御する切換制御手段を備え
たことを特徴としている。

【００１０】請求項４記載の発明は、請求項１から請求
項３記載のいずれかモータ駆動制御装置を搭載すると共
に、制御手段への入力信号を発生するアクセル手段を備
えた小型電動移動体において、前記蓄電池と前記モータ
駆動手段との間に配置され、前記制御手段によって制御
される電圧可変回路を設けると共に、前記アクセル手段
からの入力信号を含むモータの作動指令値を検出する作
動指令値検出手段と前記モータ駆動状態検出手段によっ
て得られる検出値に基づいて前記モータ及び小型電動移
動体の運転状態を判断し、少なくとも高速走行時は前記
電圧可変回路の前記モータ駆動手段への出力電圧を前記
蓄電池電圧よりも高い値に昇圧するモータ駆動制御装置
を搭載したことを特徴としている。

【００１１】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明の効果に加え、さらにモータ制御、および小型電動移
動体の総合効率を向上させるために、前記各検出手段に
よって得られる検出値に基づいて、前記モータ及び小型
電動移動体の運転状態を判断し、減速時は前記電圧可変
回路の前記蓄電池への出力電圧を蓄電池電圧と等しくな
るまで降圧するようにしたモータ駆動制御装置を搭載し
たことを特徴としている。

【００１２】請求項６記載の発明は、請求項４または請
求項５記載の発明の効果に加え、さらに小型電動移動体
の始動時や低速運転時に高出力を得るためのものであ
り、前記各検出手段より得られる検出値に基づいて前記
モータ及び小型電動移動体の運転状態を判断し、始動時
または低速運転時等の高負荷時には前記モータ駆動手段
に供給する電圧を蓄電池電圧とするように切り換え、高
速運転時等の低負荷時には前記電圧可変回路によって昇
圧された電圧に切り換えるように制御するモータ駆動制
御装置を搭載したことを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下にこの発明に係るモータ駆動
制御装置と小型電動移動体の実施形態を添付図に基づい
て説明する。図１はこの発明に係るモータ駆動制御装置
の制御ブロック図、図２は同モータ駆動制御装置内に備
えられた制御手段の内部制御ブロック図である。

【００１４】図１中の点線で囲まれた３０はモータ駆動
制御装置であり、電力源である蓄電池１０の電力を制御
してモータ２を駆動するものである。このモータ駆動制
御装置３０は制御手段３４、電圧可変回路３２、切換手
段３３、モータ駆動手段３１から構成されている。制御
手段３４は作動指令信号とモータ駆動状態信号が入力さ
れる。制御手段３４には、モータ２の作動指令値を示す
作動指令値検出手段３４１と、モータ２の駆動状態を示
すモータ駆動状態検出手段３４２を備え、各検出手段３
４１，３４２によって得られた検出値に基づいて、切換
制御手段３４６、昇圧制御手段３４７、降圧制御手段３
４８及びモータ駆動制御手段３４９により、モータ駆動
手段３１、電圧可変回路３２、及び切換手段３３をそれ
ぞれ制御する。

【００１５】また、図中の破線部分は精度の高い制御を
行う場合など、必要に応じてモータ運転状態信号を取り
込み、モータ運転状態検出手段３４３でモータ２の運転
状態を判断し、これに基づいて駆動制御するものであ
る。

【００１６】電圧可変回路３２は、蓄電池１０とモータ
駆動手段３１の間であり点線で示したモータ駆動制御装
置３０内に設けられており、請求項１に記載した電力源
である蓄電池１０の電圧を昇圧してモータ駆動手段３１
を介してモータ２に供給する機能と、請求項２に記載し
た昇圧された電圧をモータ回生時に降圧して蓄電池１０
に充電する機能を有している。

【００１７】切換手段３３は、請求項３に記載したよう
にモータ駆動手段３１を介してモータ２に供給する電圧
を、電圧可変回路３２の出力電圧、もしくは蓄電池１０
からの電圧のどちらか一方に切り換えるためのものであ
る。

【００１８】モータ駆動手段３１は蓄電池１０からの電
圧をモータ２に供給し駆動するもので、例えばＦＥＴや
トランジスタのようなパワーエレクトロニクス半導体を
主要部品とする基盤に搭載された駆動回路であり、制御
手段３４により制御される。

【００１９】次に、図２により制御手段３４の内部につ
いて、さらに詳細に説明する。制御手段３４は、モータ
２の作動指令値を検出する作動指令値検出手段３４１
と、モータ２を駆動制御したときの駆動状態（例えば電
流や電圧）を検出するモータ駆動状態検出手段３４２を
備えており、また図中の破線部分のモータ回転信号であ
るモータ運転状態信号を検出するモータ運転状態検出手
段３４３は、精度の高い制御を行う場合など、モータ運
転状態信号を取り込みモータ２の運転状態を判断し駆動
制御するために必要に応じて備えるようにしてもよい。

【００２０】ところで、モータ２の作動指令値とはモー
タ駆動制御装置３０に電源を供給するメインスイッチ、
モータ２の回転数を可変させる回転数可変装置（図は省
略するが例えばポテンショメータ等のセンサーを搭載し
た操作手段）、モータ２が駆動対象としている対象物を
強制的に制動させる制動装置（図は省略するが例えば安
全装置等であり駆動対象物を機械的に制動させる制動手
段）が備えたスイッチやセンサー信号のことである。

【００２１】演算部であるＣＰＵ３４５では、各検出手
段により検出された各検出値が入力され、記憶部である
メモリー３４４に予め書き込まれた制御プログラムに従
って計算された値に基づいて、切換制御手段３４６、昇
圧制御手段３４７、降圧制御手段３４８、及びモータ駆
動制御手段３４９に信号を与え制御するものである。

【００２２】各制御の概略の動作を、図３の概略制御フ
ローチャートに従って説明すると、Ｓ１０１では、作動
指令値であるメインスイッチ信号、ブレーキスイッチ信
号、回転数可変信号（後に説明する小型電動移動体の実
施例ではアクセル開度検出値やトルク検出値がそれに当
たる）や、モータ運転状態であるモータ回転数、小型電
動移動体の例では車速や、モータ駆動状態であるモータ
端子間電圧、モータ駆動電流、電圧可変回路出力電圧、
蓄電池電圧、充電電流等の各検出手段により、演算に必
要な各検出値を求める。Ｓ１０２ではＳ１０１で得られ
た各検出値より、先ずモータ端子間電圧推定値を演算
し、その結果より電圧可変回路出力電圧指示値であるＶ
４指示値を演算する。

【００２３】このときモータ運転状態検出手段は精度の
高い制御を行う場合など必要に応じて備え演算を行うも
のである。すなわち各検出値によりモータ端子間電圧推
定値及び電圧可変回路出力電圧指示値を演算するため
に、モータ運転状態検出手段を備えた制御手段は比較的
簡単に求めることが可能であるが、検出するためのセン
サーや検出回路をも備えなければならない。そこでセン
サー数及び検出回路を縮小することによりコスト面で有
利となる。この場合の制御は、モータが持つ固有の機器
定数等による演算やフィードバック制御、フィードフォ
ワード制御等により可能であり、モータ駆動制御装置の
規模や性能の要求によりモータ運転状態検出手段を選択
的に備えるようにしている。

【００２４】次に、Ｓｌ０３ではＳ１０１で求めた検出
値より、モータの運転状態を判断し、モータ回転速度が
高回転高速運転状態の時はＳｌ０４へ、減速運転状態の
時はＳ１１１へと進む。

【００２５】Ｓ１０４の高回転高速運転状態では、電圧
可変回路出力電圧指示値であるＶ４指示値と蓄電池電圧
とを比較し、Ｖ４指示値が蓄電池電圧より大きいときＳ
１０５へと進み切換信号を０ＦＦする。またＶ４指示値
が蓄電池電圧と等しいかそれ以下のとき、Ｓ１０６へ進
み切換信号をＯＮしその後Ｓ１０１へ戻る。

【００２６】Ｓ１０５の切換信号ＯＦＦ後はＳ１０７に
より、モータヘの供給電流にリミッタを掛けるために駆
動電流のリミッタ値であり駆動電流指示値であるＩ４指
示値と実際の駆動電流検出値であるＩ４検出値とを比較
し、Ｉ４検出値がリミッタ値であるＩ４指示値よりも小
さいときはＳ１０８に、Ｉ４検出値がリミッタ値である
Ｉ４指示値と等しいか超えたときＳ１１０へと進み昇圧
制御信号をＯＦＦしてＳ１０１へ戻る。

【００２７】Ｓ１０８ではＶ４指示値と電圧可変回路出
力電圧検出値であるＶ４検出値とを比較し、Ｖ４検出値
がＶ４指示値と等しいかまたは超えたときＳ１１０で昇
圧制御信号をＯＦＦしＳ１０１へ戻るが、Ｖ４検出値が
Ｖ４指示値よりも小さいときはＳ１０９で昇圧制御信号
をＯＮし、その後Ｓ１０１へ戻る。

【００２８】次に、Ｓ１０３の運転状態判断で減速運転
と判断されてＳ１１１へと進んだときは、Ｓ１１１で切
換信号をＯＦＦし、Ｓ１１２で降圧制御による充電電流
のリミッタを掛けるために充電電流のリミッタ値であり
充電電流指示値であるＩ４指示値と充電電流検出値であ
るＩ４検出値とを比較し、Ｉ４検出値がリミッタ値であ
るＩ４指示値よりも小さいときはＳ１１３に、Ｉ４検出
値がリミッタ値であるＩ４指示値と等しいか超えたとき
Ｓ１１５へと進み降圧制御信号をＯＦＦしてＳ１０１へ
戻る。

【００２９】Ｓ１１３では電圧可変回路出力電圧指示値
であるＶ４指示値と電圧可変回路出力電圧検出値である
Ｖ４検出値とを比較し、Ｖ４検出値がＶ４指示値と等し
いかまたは超えたときＳ１１５で昇圧制御信号をＯＦＦ
しＳ１０１へ戻るが、Ｖ４検出値がＶ４指示値よりも小
さいときはＳ１１４で降圧制御信号をＯＮし、その後Ｓ
１０１へ戻る。

【００３０】なお、図３の制御フローチャート中に各制
御信号のＯＮまたはＯＦＦを示すＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、
次に図４、５、６で説明する各駆動素子に対応しｏｎ／
ｏｆｆすることで各制御を実施する。

【００３１】次に、電圧可変回路、及びモータ駆動回路
の実施例を図４、５、６を基に説明する。図中（ａ）は
電圧可変回路、（ｂ）はモータ駆動手段であるモータ駆
動回路である。以下、図４に基づいて説明すると、
（ａ）の電圧可変回路中のＳ１は切換手段である切換ス
イッチであり、低回転、低速運転時はＯＮして蓄電池１
０から直接モータ駆動手段であるモータ駆動回路（ｂ）
に電圧を供給し、高回転、高速運転時はＯＦＦして電圧
可変回路（ａ）からの昇圧された電圧をモータ駆動手段
に供給するように切換制御される。Ｓ２は降圧するため
の素子であり、制御手段３４からのＯＮ／ＯＦＦ信号に
よって降圧してリアクトルを介して回生時の電圧を蓄電
池１０に充電する。Ｓ３は昇圧するための素子であり、
制御手段３４からのＯＮ／ＯＦＦ信号によって蓄電池電
圧から受けた電圧を昇圧しモータ駆動回路（ｂ）に供給
する。

【００３２】また、電圧可変回路（ａ）の出力電圧Ｖ４
と、モータ駆動もしくは充電時に流れる電流値１４が検
出される。

【００３３】次に（ｂ）のモータ駆動手段であるモータ
駆動回路について説明する。Ｓ４〜Ｓ９の駆動素子によ
りモータ２のコイルに正方向の電流を与えてモータ２を
正転させ、負方向の電流によってモータ２を逆転するよ
う制御手段３４によって制御される。また、モータ駆動
回路（ｂ）にはモータ２の端子間にかかるモータ端子間
電圧Ｖ１〜Ｖ３と、モータ２の各コイルに流れるモータ
駆動電流Ｉ１〜Ｉ３が検出される。

【００３４】なお、モータ２の形態とそのモータ２を駆
動するモータ駆動回路（ｂ）の駆動素子Ｓ４〜Ｓ９の形
態によって回路構成が変わる。図４は３相交流モータを
使用しての駆動回路であり、図５は１相交流モータを使
用した駆動回路の場合である。

【００３５】また、図６のようにモータは図４と同様の
３相交流モータを使用しているが、モータ２の回転信号
及びその検出手段であるモータ運転状態検出手段を持た
ず、さらにモータ端子間電圧のＶ１、Ｖ２、Ｖ３及びモ
ータ駆動電流のＩ２を検出することなく、他の相のモー
タ駆動電流であるＩ１、Ｉ３及び電圧可変回路出力電圧
検出値Ｖ４とモータ駆動手段への供給電流Ｉ４を検出
し、そしてさらにモータ２が固有に持っている機器定数
により計算して電圧可変回路出力電圧指示値を求めてモ
ータ２を駆動制御することも可能であり、制御手段３４
での演算は複雑となるが、電流または電圧の検出手段や
回路規模が縮小されコスト面で有利である。このように
電圧可変回路、モータ駆動回路等のモータ駆動制御装置
３０内の各回路は、図４、図５、図６の実施例に示した
ようにモータの種類や、回路規模、またコストによって
も選択が可能である。

【００３６】ここで、モータ２について、図７のモータ
断面図を用いて説明する。モータ２はその中心に出力軸
２１を有し、永久磁石２２を固着したロータ２３の中心
に出力軸２１が取り付けられ、コイル２４を巻き付けた
ステータ２５により構成されている。そしてコイル２４
に与えられる駆動電流により、ロータ２３が回転し、出
力軸２１を介して回転力が伝達されるようになってい
る。ここで、この実施例ではモータ２を三相永久磁石同
期モータとしているが、永久磁石を有した他のモータと
してもよいし、永久磁石を持たないモータ例えば誘導型
モータとしてもよい。

【００３７】以上の説明から解るように、この発明のモ
ータ駆動制御装置３０によれば、作動指令値やモータ駆
動状態、さらにモータ運転状態に応じて、高回転域では
電圧可変回路３２によって蓄電池１０からの電圧を昇圧
することで、より広い速度範囲を得ることが可能とな
り、また大トルクが必要な低回転域では切換手段３３に
よって大電流を供給するため十分なトルクが得られる。
このように低回転から高回転までの広い速度範囲で作動
可能となる。また、モータ２を高回転から減速して制動
させる際、昇圧制御によって昇圧された電圧は蓄電池電
圧を越えているため、モータの回生によるエネルギーを
電圧可変回路３２を介して降圧させることにより、蓄電
池１０への充電電流の制御が可能となり、モータ２やモ
ータ駆動手段３１に負担をかけることなく充電しモータ
駆動制御の総合効率を向上させることができる。

【００３８】また、モータ２の例として永久磁石モータ
について示したが、永久磁石を持たないモータについて
も、効率低下、モータおよび駆動回路の負担の増大等の
問題があるため、この発明を実施することにより永久磁
石を持たない他のモータにおいても同様の効果を得るこ
とができる。

【００３９】次に、請求項４以降のこの発明に係るモー
タ駆動制御装置を搭載した小型電動移動体について図８
に基づいて説明する。図８はスクータ型の自動２輪車の
側面図である。図中１は動力ユニットであり、モータ２
と伝動ケース３とを一体とし、伝動ケース３の後端に駆
動輪である後輪４を保持したものである。この伝動ケー
ス３は前部が車体フレーム５に上下揺動自在に軸支さ
れ、後部は緩衝器６により弾性支持されている。また伝
動ケース３内に動力伝達装置７が内蔵され、モータ２の
回転出力は、動力伝達装置７を介して後輪４に伝えられ
る。８は運転シート、３０はこの運転シート８の下方に
配設されたモータ駆動制御装置、１０は足置台の下に収
容された蓄電池である。１１は前輪、１２は操向ハンド
ルである。この操向ハンドル１２の右端にはアクセルグ
リップ１３、左端には固定式のグリップが取り付けられ
ている。前記アクセルグリップｌ３内には運転者の操作
情報を示すポテンショ等であるアクセル開度センサーが
組み込まれている。１４はメインスイッチであり、この
車両及びモータ駆動制御装置３０の電源をＯＮする。１
５は車輪を制動可能とさせる車輪制動装置である前輪制
動装置、１６は後輪制動装置であり、操向ハンドル１２
は、前輪制動装置１５のブレーキレバーである右レバー
を有し、また後輪制動装置１６のブレーキレバーである
左レバーを有している。それぞれのレバーは、左右のグ
リップに対応するように操向ハンドル１２に設けられて
いる。なお、操向ハンドル１２には、左右のブレーキレ
バーに連動したブレーキスイッチが組み付けられてい
る。

【００４０】次に、図９を基に前記小型電動移動体にモ
ータ駆動制御装置を搭載した場合の制御の概要を説明す
る。図９に示す制御手段３４は作動指令値であるメイン
スイッチ信号、ブレーキスイッチ信号、アクセル開度信
号と、モータ運転状態であるモータ回転信号及び車速信
号と、モータ駆動状態であるモータ端子間電圧、モータ
駆動電流、電圧可変回路出力電圧、蓄電池電圧、及び充
電電流を示す各信号の入力を受け、各検出手段によって
得られた検出値に基づいて、モータ駆動手段３１、電圧
可変回路３２、及び切換手段３３をそれぞれ制御する。
ここで説明したアクセル開度信号とは、請求項１から３
の発明で構成されている回転数可変信号のことである。

【００４１】モータ２はモータ駆動手段３１を介して回
転制御されて推進力を発生し、動力伝達装置７を介して
車輪７０を回転させて車両の移動速度を得ることができ
る。図９中の破線は後に説明する他の実施例で使用され
る信号である。また図中負荷を車輪７０としたが図示し
ていない他の実施例として、例えば小型船舶であればプ
ロペラがそれに当たる。

【００４２】以上の説明から解るように、この発明の小
型電動移動体によれば、運転者が操作して得られる作動
指令値やモータの駆動状態、さらにモータ運転状態に応
じて高回転、高速運転域では電圧可変回路３２によって
蓄電池１０からの電圧を昇圧し、より広い移動速度範囲
を得ることができ、また、大出力が必要な低回転、低速
運転域では切換手段３３によって大電流を供給するため
十分な出力を得ることができ、低回転、低速運転域から
高回転、高速運転域までの広い移動速度範囲で運転可能
となる。また、高速運転からアクセル手段であるアクセ
ルグリップを戻して減速する際、昇圧制御によって昇圧
された電圧は蓄電池電圧を越えており、モータ２の回生
によるエネルギーを電圧可変回路３２を介して降圧させ
ることにより、蓄電池１０への充電電流の制御が可能と
なり、モータ２や駆動回路に負担をかけることなく充電
しモータ駆動制御及び型電動移動体の総合効率を向上さ
せることができる。

【００４３】ところで、この発明によるモータ駆動制御
装置を搭載した小型電動移動体は次に示す他の実施例に
よっても実現できる。すなわち、ペダルからの人力によ
るトルクとモータからのトルクを合成して推進力を得る
電動補助付自転車を例にして図１０、１１を基に説明す
る。

【００４４】図１０は電動補助付自転車の側面図、図１
１は動力ユニット部の拡大図を示す。図中９１は電力源
である蓄電池であり、サドル９２の下方に配設されてい
る。また、サドル９２は中央フレーム９３により支えら
れ、メインフレーム９４と連結されており、車体を構成
している。さらに、メインフレーム９４はフロントアー
ム９５に連結され、フロントアーム９５上方に操向ハン
ドル９６が取り付けられている。前輪９７はフロントア
ーム９５の先端で回転自在に支えられている。９８は電
動補助付自転車の電源をＯＮするメインスイッチであ
る。また、１００は動力ユニットであり、モータ１０１
が内部に搭載されている。このモータ１０１からの回転
力をチェーンを介して後輪９９に伝えている。１０２は
ペダル、１０３はペダルを回転自在に支えるペダルシャ
フトであり、人力によるトルクをペダル１０２、ペダル
シャフト１０３を介して動力ユニット１００内に配設し
ているトルク合成ユニット１０４に伝達する。１０５は
人力によるトルクを検出するトルクセンサーであり、ト
ルクセンサー１０５から出力される信号が図９の破線で
示したトルク検出信号である。請求項１から３の発明で
構成されている回転数可変信号は、この実施例のトルク
検出値のことであり、図８の実施例で説明したアクセル
開度検出信号を、このトルク検出信号に置き換えること
で、モータとモータを駆動する駆動手段及びモータ駆動
手段を制御する制御手段は同じ構成で、この実施例の電
動補助付自転車に搭載されるモータ駆動制御装置が実現
できる。なお、図９に示すモータ駆動制御装置３０を構
成する図１１に示すモータ駆動制御装置１１０は動力ユ
ニット１００内に搭載されている。

【００４５】このような電動補助付自転車である小型電
動移動体の制御の概要について図９により説明する。図
９の破線で示すように、他の動力源である人力（他には
エンジンも含む）とモータ２からのトルクを合成して動
力伝達装置７を介して負荷である車輪７０を回転させて
推進させるものである。モータ２の回転数可変信号とし
てはアクセル開度信号に代えてトルク検出信号によりモ
ータ回転速度を制御し、車両の移動速度を制御する。

【００４６】すなわち、この小型電動移動体を制御する
モータ駆動制御装置３０内の制御手段３４は作動指令値
であるメインスイッチ信号、ブレーキスイッチ信号、ア
クセル開度信号に代えてトルク検出信号と、モータ運転
状態であるモータ回転信号及び車速信号と、モータ駆動
状態であるモータ端子間電圧、モータ駆動電流、電圧可
変回路出力電圧、蓄電池電圧、及び充電電流を示す各信
号の入力を受け、各検出手段によって得られた検出値に
基づいて、モータ駆動手段３１、電圧可変回路３２、及
び切換手段３３をそれぞれ制御する。そしてモータ２
は、モータ駆動手段３１を介して回転制御されて推進力
を発生し、動力伝達装置７を介して車輪７０を回転させ
て車両の移動速度を得ることができる。動力伝達装置７
は、図１０に示すチェーン等で構成され、車輪７０は図
１０に示す後輪９９である。

【００４７】以上説明した電動補助付自転車のような小
型電動移動体では、図１０及び図１１に示すようにモー
タ１０１のみならずモータ駆動制御装置１１０や蓄電池
９１も小型のものが望まれる。そのため小さなモータで
大きな出力と広い速度範囲がより一層要求されており、
この発明による電圧可変回路及びその制御手段を備えた
モータ駆動制御装置１１０を搭載することでその要求を
確実に満たすことができる。また、前述のように蓄電池
９１も小さな物が望まれているためエネルギー効率のよ
い制御が必要であり、電圧可変回路と降圧制御手段によ
って蓄電池９１への充電制御を行うことにより効率のよ
い制御が実現できる。さらに、始動時や坂道等における
高負荷時においては大きな出力が必要なため、この発明
による切換手段及び切換制御手段によって高出力を得る
ことも可能となる。

【００４８】また、この実施例では小型電動移動体をス
クータ型自動２輪車、及び電動補助付自転車としたが、
他の小型電動移動体、例えば電動自動車、電動推進機付
き小型船舶、さらに他動力源を利用した例えば電動補助
付自転車、電動補助付車椅子、エンジン及び電動モータ
搭載のハイブリット自動車等の小型電動移動体としても
よい。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明に係
るモータ駆動制御装置によれば、作動指令値やモータ運
転状態、さらにモータの駆動状態に応じて、高回転域で
は電圧可変回路によって蓄電池からの電圧を昇圧するこ
とで、より広い速度範囲が得られるという効果がある。

【００５０】請求項２の発明では、モータを高回転から
減速して制動させる際、昇圧制御によって昇圧された電
圧は蓄電池電圧を越えているため、モータの回生による
エネルギーを電圧可変回路を介して降圧させることによ
り、蓄電池への充電電流の制御が可能となり、モータや
駆動回路に負担をかけることなく充電しモータ駆動制御
の総合効率を向上させるという効果がある。

【００５１】請求項３の発明では、大トルクが必要な低
回転域では切換手段によって大電流を供給するため十分
なトルクが得られるという効果がある。また、請求項１
から３の発明で共通して得られる効果としては、モータ
の例として永久磁石モータについて示したが、永久磁石
を持たないモータについても、効率低下、モータ及び駆
動回路の負担の増大等の問題があるため、本発明を実施
することにより永久磁石を持たない他のモータにおいて
も同様の効果を得ることができる。

【００５２】請求項４の発明に係る小型電動移動体で
は、運転者が操作して得られる作動指令値やモータ運転
状態、さらにモータの駆動状態に応じて高回転、高速運
転域では電圧可変回路によって蓄電池からの電圧を昇圧
し、より広い移動速度範囲を得られるという効果があ
る。

【００５３】請求項５の発明では、高速運転からアクセ
ルグリップを戻して減速する際、昇圧制御によって昇圧
された電圧は蓄電池電圧を越えており、モータの回生に
よるエネルギーを電圧可変回路を介して降圧させること
により、蓄電池への充電電流の制御が可能となり、モー
タや駆動回路に負担をかけることなく充電しモータ駆動
制御及び小型電動移動体の総合効率を向上させることが
できるという効果がある。

【００５４】請求項６の発明では、大出力が必要な低回
転、低速運転域では切換手段によって大電流を供給する
ため十分な出力を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るモータ駆動制御装置の制御ブロ
ック図である。

【図２】同モータ駆動制御装置内に備えられた制御手段
の内部制御ブロック図である。

【図３】制御手段により実施される概略制御フローチャ
ートである。

【図４】この発明に係る電圧可変制御回路及びモータ駆
動回路の概略図である。

【図５】この発明の他の実施形態による電圧可変制御回
路及びモータ駆動回路の概略図である。

【図６】この発明の他の実施形態による電圧可変制御回
路及びモータ駆動回路の概略図である。

【図７】この発明に係るモータの構造を示すモータ断面
図である。

【図８】この発明に係る小型電動移動体であるスクータ
型の自動２輪車の側面図である。

【図９】同小型電動移動体に搭載したモータ駆動制御装
置の制御ブロック図である。

【図１０】この発明に係る小型電動移動体である電動補
助付自転車の側面図である。

【図１１】同小型電動移動体の動力ユニット部の拡大図
である。

【符号の説明】

１、１００ 動力ユニット ２、１０１ モータ ４、９９ 後輪 ７ 動力伝達装置 ９ モータ駆動制御装置 １４、９８ メインスイッチ ３０ モータ駆動制御装置 ３１ モータ駆動手段 ３２ 電圧可変回路 ３３ 切換手段 ３４ 制御手段 ３４１ 作動指令値検出手段 ３４２ モータ駆動状態検出手段 ３４３ モータ運転状態検出手段 ３４５ ＣＰＵ ３４６ 切換制御手段 ３４７ 昇圧制御手段 ３４８ 降圧制御手段 ３４９ モータ駆動制御手段 １０４ トルク合成ユニット １０５ トルク検出手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電力源である蓄電池からの電力を推進力を
   発生するモータに供給して駆動するモータ駆動手段と、
   このモータ駆動手段を介してモータを駆動制御する制御
   手段とを備えたモータ駆動制御装置において、前記モー
   タ駆動手段と前記蓄電池との間に配置され、前記制御手
   段によって制御される電圧可変回路を前記モータ駆動制
   御装置に設けると共に、前記制御手段は、モータの作動
   指令値を示す作動指令値検出手段とモータの駆動状態を
   示すモータ駆動状態検出手段を備え、さらに前記各検出
   手段によって得られる検出値に基づいて、前記電圧可変
   回路の前記モータ駆動手段への出力電圧を蓄電池電圧よ
   りも高い値に昇圧し、前記モータ駆動手段に供給するよ
   うに前記電圧可変回路を制御する昇圧制御手段を備えた
   ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、前記各検出手段により得
   られる検出値に基づいて、前記電圧可変回路の蓄電池へ
   の出力電圧を蓄電池電圧と等しくなるまで降圧し、前記
   蓄電池に充電するように前記電圧可変回路を制御する降
   圧制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のモ
   ータ駆動制御装置。
3. 【請求項３】前記モータ駆動制御装置は、前記モータ駆
   動手段に供給する電圧を、前記蓄電池の電圧と前記電圧
   可変回路により昇圧された出力電圧の何れか一方に切り
   換えるための、前記制御手段によって制御される切換手
   段を備えると共に、前記制御手段は、前記各検出手段に
   より得られる検出値に基づいて前記切換手段を制御する
   切換制御手段を備えたことを特徴とする請求項１または
   請求項２記載のモータ駆動制御装置。
4. 【請求項４】電力源である蓄電池からの電力を推進力を
   発生するモータに供給するモータ駆動手段と、このモー
   タ駆動手段を介してモータを駆動制御する制御手段と、
   を備えたモータ駆動制御装置を搭載すると共に、前記制
   御手段への入力信号を発生するアクセル手段を備えた小
   型電動移動体において、前記蓄電池と前記モータ駆動手
   段との間に配置され、前記制御手段によって制御される
   電圧可変回路を設けると共に、前記アクセル手段からの
   入力信号を含むモータの作動指令値を検出する作動指令
   値検出手段と前記モータ駆動状態検出手段によって得ら
   れる検出値に基づいて前記モータ及び小型電動移動体の
   運転状態を判断し、少なくとも高速走行時は前記電圧可
   変回路の前記モータ駆動手段への出力電圧を前記蓄電池
   電圧よりも高い値に昇圧するモータ駆動制御装置を搭載
   したことを特徴とする小型電動移動体。
5. 【請求項５】前記各検出手段によって得られる検出値に
   基づいて、前記モータ及び小型電動移動体の運転状態を
   判断し、減速時は前記電圧可変回路の前記蓄電池への出
   力電圧を蓄電池電圧と等しくなるまで降圧するようにし
   たモータ駆動制御装置を搭載したことを特徴とする請求
   項４記載の小型電動移動体。
6. 【請求項６】前記切換手段と、前記切換制御手段を有す
   る前記制御手段を備えたモータ駆動制御装置を搭載した
   小型電動移動体であって、前記各検出手段より得られる
   検出値に基づいて前記モータ及び小型電動移動体の運転
   状態を判断し、始動時または低速運転時等の高負荷時に
   は前記モータ駆動手段に供給する電圧を蓄電池電圧とす
   るように切り換え、高速運転時等の低負荷時には前記電
   圧可変回路によって昇圧された電圧に切り換えるように
   制御するモータ駆動制御装置を搭載したことを特徴とす
   る請求項４または請求項５記載の小型電動移動体。