KR20030020891A - 구동 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동체를 이동시키기 위한 전동 회전 구동부를 제어하는 구동 제어 장치에 있어서, 기준 비교 신호 발생 회로와, 상기 구동부의 속도를 검출하여, 이것을 검출 신호로서 출력하는 검출 회로와, 상기 구동부의 속도 지시 회로와, 상기 구동부의 회전 제어 회로와, 상기 기준 비교 신호의 위상과 상기 검출 신호의 위상을 비교하여, 비교 결과를 상기 회전 제어 회로에 출력하는 위상 비교 회로를 구비하고, 상기 회전 제어 회로는 상기 위상 비교 결과에 따라서 상기 구동부의 속도를 상기 속도 지시에 일치하도록 제어한다.

Description

구동 제어 장치{DRIVE CONTROL}

전동 주행 차륜은 구동 제어 수단이 전동 모터를 회전제어함으로써 주행한다. 구동 제어 수단은 이 전동 모터의 속도(회전 속도)를 조정하여 전동 차량의 속도를 조정하고 있다. 속도 조정은 전동 모터에 공급되는 공급 전압을 가변하게 하여 전동 모터에로의 공급 전력을 제어함으로써 행해진다. 예컨대, 승무원이 가속 페달이나 레버를 조작하여, 그 조작량에 따라서 가속도가 구동 제어 수단에 설정되면, 전동 차량은 설정된 가속도하에서 주행한다. 차량이 소망 속도에 이르러, 승무원이 가속 페달 또는 가속 레버를 소정 레벨로 되돌리면, 전동 차량의 속도가 소정값으로 유지된다.

한편, 차량을 감속하는 경우에는, 승무원은 가속 페달 또는 가속 레버를 차량이 감속되는 위치에 세트한다. 이것에 의해, 구동 제어 수단은 전동 모터를 소정의 속도까지 감속하는 제동 제어를 행한다. 가속 페달 또는 가속 레버의 조작 상태가 유지되면 차량 속도는 소정값으로 유지된다.

그렇지만, 차량 속도의 조정은 운전자에 의해 행해지고 있기 때문에, 주행로의 상태, 예컨대 주행로의 경사나 노면의 마찰 상태에 따라서 차량 속도가 일정하지 않고, 승무원은 빈번히 차량 속도의 조정을 위해 액셀 조작을 행하지 않을 수 없었다.

그래서, 크루즈 컨트롤로 칭하는 기술이 제공되어 있다. 이 기술은 차량의 속도에 외란이 생기더라도, 차량 속도가 지정 속도로 유지되도록 한 것이다.

스테핑 모터 등 회전 속도의 제어 정밀도가 높은 전동 모터의 경우는 이러한 속도 제어를 바람직하게 실현할 수 있지만, 일반적인 AC 모터나 DC 모터에서는 전원의 온에서 회전하고, 전원의 오프에서 회전이 정지한다는 조잡한 회전 제어가 행해지는 것에 지나지 않고, 모터의 회전 속도를 미세하고 또한 정확하게 제어하는 기술은 아직 확립하고 있지 않다.

또한, 무단계 변속기 등의 변속 수단을 이용하면, 모터의 회전 속도를 일정하게 해도 말단의 차륜의 회전수를 정밀도가 양호하게 변경할 수 있지만, 부품수가 증대하여, 중량도 무거워지기 때문에, 경량으로 작은 회전이 요구되는 소형 전기 자동차나 전동 휠체어, 승용 카트에는 맞지 않았다.

또한, 구동 제어 수단은 마이크로컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 전동 모터가고속 회전 상태에 있는 경우, 전동 모터로부터의 검출 신호의 주파수가 높아서, 컴퓨터 내의 구동 제어 처리가 충분하지 않다. 따라서, 미세하고 신속한 제어를 고속 전동 모터에 대하여 충분히 실행할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 전력 제어에서의 손실을 열로서 방출하기 때문에, 전력 에너지를 전동 구동체의 구동 에너지로 변환하는 데에 있어서의 변환 효율이 양호하지 않았다.

그래서, 본 발명의 목적은 전동 구동부의 고속 동작에 충분히 대응한 제어를 실행할 수 있는 구동 제어 기술을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 지정된 동작 상태에서 구동부를 확실하게 운전할 수 있는 구동 제어 기술을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 구동부의 제동 제어시에 발생하는 제동 전력을 유효하게 이용 가능한 구동 제어 기술을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 구동 제어 기술로서 PLL 제어를 이용하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 PLL 제어에다가, 전동 구동부의 운전 상태에 따라서 전동 구동부의 전력을 제어하는 구동 제어 기술을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 전동 구동부에로의 공급 전압의 듀티, 또는 전압을 변화시켜 전동 구동부의 동작을 제어하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 제동 전력을 제어하여 구동부의 제동 특성을 변화시키는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 이 구동 제어 기술을 구비한 구동 제어 장치, 및 구동 제어 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또한 다른 목적은 이 구동 제어 기술에 의해 제어되는 구동체, 특히 전동 차량을 제공하는 것이다.

본 발명은 전동 구동부를 구비하는 구동체에 적용되는 구동 제어 기술에 관한 것이다. 이 구동체로서, 특히 전동 모터를 구동부로서 구비하는, 예컨대 전기 자동차, 전동 휠체어, 전동 카트 등의 전동 주행 차량이 있다. 본 발명의 구동 제어 기술은 전동 건설 기계, 전동 복지 기구, 전동 로봇, 전동 완구, 전동 비행기, 카메라나 프로젝터 등의 전동 광학기기 등을 구성하는 구동체에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명은 에어 컨디셔너, 팬 모터용 스토브 등의 가정 전화 제품에 응용할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 관한 차량의 평면도이다.

도 2는 본 실시형태에 관한 PLL 회로를 이용한 자동 속도 제어의 블록도이다.

도 3은 차량의 계기판의 정면도이다.

도 4는 본 실시형태에 관한 PLL 제어에 의한 차량 속도 제어 흐름도이다.

도 5는 지정 속도를 변화시킨 경우의 PLL 제어에 의한 속도 변화 상태를 나타내는 타임 챠트이다.

도 6은 상기 구동륜(후륜)을 전진제어하기 위한 블록도이다.

도 7은 위상 비교기로부터 출력되는 위상차 신호의 듀티를 변화시키기 위한블록도이다.

도 8(1)은 구동 제어 회로의 모터 구동 전압 인가 회로의 제 1 실시형태이고, (2)는 그 제 2 실시형태이다.

도 9는 구동 전압 인가 제어의 타이밍도이다.

도 10은 제동 제어 회로의 블록도 및 그 제어 특성을 나타내는 것이다.

도 11은 구동 제어 및 제동 제어시의 위상차 제어의 타이밍도이다.

도 12는 모터 구동ㆍ제동 제어 타이밍의 파형도이다.

도 13은 모터 구동 제어시의 듀티 제어를 설명하는 타이밍도이다.

도 14는 차량(모터)의 가속도와 한계 듀티비의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 15는 구동부 제동 제어시의 듀티 제어를 설명하는 타이밍도이다.

도 16은 한계 듀티비와 감속도의 특성도이다.

도 17은 모터에 인가되는 구동 전압의 한계 전압비를 제어하는 경우의 타이밍도이다.

도 18은 한계 전압비와 차량(모터)의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 19는 모터의 부하 전압의 제동 부하 한계 전압비를 제어하는 경우의 타이밍도이다.

도 20은 제동 부하 전압비와 차량(모터)의 감속도의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 21은 차량 속도-기준 비교 주파수 특성의 관계를 나타낸다.

도 22는 기준 비교 주파수가 변경되는 경우의 모터의 가속/제동의 타이밍도이다.

도 23은 상술한 듀티와 전압 제어의 조합에 의해 구동부 전력을 제어하는 경우의 제어 특성의 패턴도를 나타내는 것이다.

도 24는 도 6의 블록도의 일부에 대한 다른 실시형태를 상세히 나타내는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 구동체를 이동시키기 위한 전동 회전구동부를 제어하는 구동 제어 장치에 있어서, 기준 비교 신호 발생 회로와, 상기 구동부의 속도를 검출하여, 이것을 검출 신호로서 출력하는 검출 회로와, 상기 구동부의 속도 지시 회로와, 상기 구동부의 회전 제어 회로와, 상기 기준 비교 신호의 위상과 상기 검출 신호의 위상을 비교하여, 비교 결과를 상기 회전 제어 회로로 출력하는 위상 비교 회로를 구비하고, 상기 회전 제어 회로는 상기 위상 비교 결과에 따라서 상기 구동부의 속도를 상기 속도 지시에 일치하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에 있어서, 구동 제어 장치는 다음과 같이 구성되어 있다. 상기 기준 비교 신호 발생 회로와 상기 검출 회로와 상기 위상 비교 회로가 PLL 제어 블록을 구성하고 있다. 상기 위상 비교 회로는 위상차 신호를 상기 회전 제어 회로에 출력하고, 이 회전 제어 회로는 이 위상차 신호를 상기 구동부에 출력한다.

상기 회전 제어 회로는 상기 위상차 신호로부터 상기 구동부가 가속 운전 상태에 있는지, 제동 운전 상태에 있는지를 구별하여, 이 결과에 따라서 상기 구동부를 운전제어한다.

상기 회전 제어 회로는 상기 구동부를 가속시키는 구동 제어 회로와, 상기 구동부를 제동시키는 제동 제어 회로로 이루어진다. 회전 제어 회로는 상기 구동부의 전력 특성을 변화시키는 특성 변화 수단을 구비한다. 특성 변화 수단은 상기 구동부 전력의 듀티를 변화시킨다. 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부 전력의 한계값을 변화시킨다. 상기 특성 변화 수단은 상기 위상차 신호의 듀티에 맞춰 상기 구동부 전력의 듀티를 변화시킨다.

상기 특성 변화 수단은 상기 듀티의 한계 변화비를 설정한다. 상기 제동 제어 회로의 부하로서 상기 구동부의 제동 전력을 축전가능한 축전부가 형성된다. 제동 제어 회로는 상기 위상차 신호에 따라서 상기 축전부와 상기 구동부를 단속제어한다. 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부의 부하 전력의 듀티를 변화시킨다.

상기 특성 변화 수단은 상기 구동부의 부하 전력의 전력 한계값을 변화시킨다. 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부의 공급 전력의 듀티를 변화시킨다. 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부의 공급 전력의 한계값을 변화시킨다. 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부 전력의 듀티 및 그 한계값을 변화시킨다. 상기 구동 제어 회로는 상기 위상차 신호의 듀티에 따라서 상기 구동부로 공급되는 구동 전압을 단속제어한다. 기준 비교 신호 발생 회로는 기본 주파수를 분주(分周)하여 기준 비교 신호를 출력하고, 상기 회전 제어 회로는 상기 속도 지시 회로의 지시값에 따라서 상기 분주비를 변화시킨다.

상기 검출 회로는 상기 구동부의 회전 센서로부터의 검출값을 분주하여, 이것을 상기 검출 신호로서 출력하고, 상기 회전 제어 회로는 상기 속도 지시 회로의 지시값에 따라서 상기 분주비를 변화시킨다. 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부의 운전 상태에 따라서 상기 전력 특성을 변화시킨다. 상기 특성 변화 수단은 상기 구동체의 운전 상태에 따라서 상기 전력 특성을 변화시킨다. 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부가 가속 또는 제동의 천이 영역에 있는 경우에 상기 전력 특성을 변화시킨다.

본 발명은 또한 구동 제어 장치와, 이 구동 제어 장치에 의해 구동제어되는 전동 구동부를 구비한 구동체로 이루어진다. 본 발명은 또한 구동 제어 장치와, 이 구동 제어 장치에 의해 구동제어되는 전동 구동부를 구비한 전기 주행 차량으로 이루어진다.

본 발명의 구동 제어 방법은 구동체를 이동시키기 위한 전동 회전 구동부를 제어하는 구동 제어 방법에 있어서, 기준 비교 신호 발생 공정과, 상기 구동부의 속도를 검출하여, 이것을 검출 신호로서 출력하는 검출 공정과, 상기 구동부의 속도 지시 공정과, 상기 구동부의 회전 제어 공정과, 상기 기준 비교 신호의 위상과 상기 검출 신호의 위상을 비교하는 위상 비교 공정을 구비하여, 상기 위상 비교 결과에 따라서 상기 구동부의 속도를 상기 속도 지시에 일치하도록 제어한다.

도 1에는 전동 차량(10)이 도시되어 있다. 도면 상방이 전동 차량의 전진측이다. 이 차량(10)은 전동 모터(스테핑 모터; 12)로 구동된다. 차체(14)에는 전후에 각 2개의 차륜(16)이 설치되어 있다. 16A는 2개의 전륜이고, 16B는 2개의 후륜이다. 이 4개의 차륜(16)에 의해 차량(10)이 노면에 대하여 접지지지되어 있다.

전륜(16A)은 승무원에 의해 조타되는 조타륜이고, 이 실시형태에서는 승무원의 조타 조작에 따라서, 조타 제어부(18)는 전륜(16A)를 좌우로 회전시킬 수 있다. 또한, 전륜을 모터 등으로 전기적으로 회전제어해도 되고, 승무원의 조타 조작을 기계적으로 전륜에 전달시키도록 구성해도 된다. 또한, 각 후륜(구동륜)의 회전속도를 변화시킴으로써 차량을 전타(轉舵)하도록 해도 된다.

한편, 후륜(16B)의 각각이 모터 구동 기구(20)에 접속되어 있다. 이 구동 기구는 모터 구동 제 1 제어 블록(22; 도 2 참조)의 지배를 받고 있다. 모터 구동 기구(20)는 펄스 모터(12)의 구동을 제어하는 제 2 제어 블록(24), 모터의 구동력을 차축(16B)에 전달하는 전달 기구(26)를 구비하고 있다. 구동 기구(20)는 제어 블록(22)의 제어 신호에 따라서, 펄스 모터(12)를 회전구동시킨다.

도 2에 제어 블록(22)의 기능도를 도시한다. 속도 블록(22)은 PLL 제어를 이용하여, 기준 비교 주파수 신호와 전동 모터의 검출 주파수 신호의 위상을 비교하여 전동 모터(12)의 동작을 제어하고 있다.

부호(28)는 기준 속도 설정부(28)로, 수정 발진기(30)를 구비하고 있다. 수정 발진기로부터 발진된 기본 주파수 신호를 분주하여 기준 비교 주파수 신호가 얻어진다. 기준 속도 설정부(28)는 상기 기본 주파수 신호를 분주하여 비교 신호를 만들어낸다. 분주비(율)는 모터에 대한 지시 속도에 의해 변경된다. 이렇게 하여 얻어진 기준 주파수 신호(M)가 PLL 제어 블록의 일부를 구성하는 위상 비교부(32)에 입력된다. 차량(모터)의 지시 속도는 후술하는 속도 지시부에서 설정된다.

위상 비교부(32)에는 주파수 신호(N)가 지정 속도 설정부(34)로부터 입력되어 있고, 위상 비교부(32)는 주파수 신호(M)와 주파수 신호(N)를 비교하여, 양자의 위상차를 위상차 신호로서 LPF(low pass filter; 36)에 출력한다.

LPF(36)는 위상차 신호를 적분하여 노이즈 등의 고주파 성분을 제거하여 얻은 제어 전압 신호를 VCO(전압 제어 발진 회로; 38)에 출력한다. VCO(38)로부터의 클럭(주파수) 신호는 상기 제어 블록(24)의 펄스 모터 구동용 드라이버(40)로 출력된다. 따라서, 펄스 모터 드라이버(40)는 위상 비교부(32)의 위상차에 따라서 펄스 모터(12)를 구동시킨다.

펄스 모터(12)에는 회전 스피드 인코더(42; 회전 속도 검출기)가 설치되어 있다. 이 스피드 인코더(42)는 각 후륜의 회전에 대응한 주파수의 펄스 신호를 출력한다. 이 인코드 신호는 실측값 설정부(44)에서 후륜 구동용 모터의주파수신호(S)로서 기억된다.

이 주파수 신호(S)는 비교부(46)에 입력된다. 비교부(46)에 있어서는 후륜의 지시 회전 속도에 대응하는 주파수 신호와 상기 실측 주파수 신호(S)가 비교되어 양자의 차가 연산되어, 후륜의 회전을 증속해야 하는지, 감속해야 하는지, 또한 어느 정도의 가속도로 회전을 증속 또는 감속하는지를 판단하여 N값(분주값)을 결정한다.

비교부(46) 또는 지정 속도 설정부(34)는 상기 주파수 신호(S)를 N분주하여 이것을 지정 속도 주파수 신호로서 지정 속도 설정부(34)에 설정한다. 지정 속도 주파수 신호(N)는 지정 속도 설정부(34)로부터 상기 위상 비교부(32)에 출력된다.

따라서, 주파수 신호(M)와 주파수 신호(N)의 위상이 일치하도록 제어가 상술한 대로 실행됨으로써, 차량의 속도가 지시 속도에 수렴제어되도록 후륜의 회전이 제어된다. 상술한 제어 구성에 의하면, 후륜의 회전 속도의 제어가 PLL 제어 방식에 의해 정확하고, 또한 간단, 신속하게 행해진다.

도 3에는 차량(10)의 승무원이 승차하는 운전석에 형성된 계기판(50)이 도시되어 있다. 이 계기판(50)에는 이그니션키 실린더(52)가 설치되어 있고, 승무원은 이 이그니션키 실린더(52)에 키를 삽입하여, 온 위치로 키를 돌림으로써, 구동계의 제어가 개시된다.

또한, 계기판(50)에는 모터의 지시 속도를 표시하는 지시 속도 표시부(54)와, 현재의 속도를 표시하는 현재 속도 표시부(56)가 형성되고, 승무원은 지시 속도 표시부(54)에 표시되는 지시 속도와, 현재 속도 표시부(56)에 표시되는 현재 속도를 육안으로 비교할 수 있다. 또한, 도 3에서는 각각의 표시부(54, 56)를 7개의 세그먼트 표시로 하였지만, 도트 매트릭스 표시나, 아날로그 표시이어도 된다.

또한, 이 계기판(50)에는 속도를 지시하는 속도 지시부(48)가 형성되어 있다. 이 속도 지시부(48)는 증속 키(58)와, 감속 키(60)와, 정지 키(62)로 나뉘어져 있다. 증속 키(58)를 계속 조작함으로써, 차량의 목적 지시 속도를 일정한 비율로 증속시킬 수 있고, 그 결과는 지시 속도 표시부(54)에 순차적으로 표시된다.

또한, 감속 키(60)를 계속 조작함으로써, 속도를 일정한 비율로 감속시킬 수 있고, 그 결과는 순차적으로 지시 속도 표시부(54)에 표시된다. 정지 키(62)는 차륜의 목적 속도를 순간적으로 0으로 하기 위한 것으로, 이 정지 키(62)의 조작에 의해서, 차량은 소정의 가속도로 감속되어 정지한다. 또한, 차량을 정지, 특히 급제동의 목적으로 별도로 이를 위한 키 또는 페달을 설치하는 것도 가능하다. 또한, 도 1 및 2의 부호(28 및 30)의 부재가 기준 비교 신호 발생 회로에 상당하고, 부호(42, 44, 46, 및 34)의 각 부재가 검출 회로에 상당하며, 부호(48)의 부재가 회전 속도 지시 회로에 상당하고, 부호(32, 36 및 38)의 각 부재가 위상 비교 회로에 상당한다. 또한, 본 발명에 관한 구동 제어 장치는 도시하지 않은 마이크로컴퓨터에 의해 제어된다.

이하에 모터의 구동 제어를 위한 플로를 도 4의 흐름도 및 도 5의 타임 챠트에 따라서 설명한다.

우선, 도 4(a)에 나타내는 속도 제어 루틴의 스텝(100)에서는 이그니션키 실린더(52)에 키가 삽입되어, 온 상태로 되어 있는지 아닌지가 판단되어, 긍정 판정되면, 스텝(102)으로 이행한다.

스텝(102)에서는 지시 속도가 0인지 아닌지가 판단되어, 긍정 판정의 경우에는 지시 속도가 O이기 때문에, 스텝(100)으로 되돌아간다. 또한, 이 스텝(102)에서, 부정 판정되면 속도 지시가 있는 것으로 판단되어 스텝(104)으로 이행한다.

스텝(104)에서는 후륜의 회전 속도가 스피드 인코더(42)에 의해 측정되어 그 실측값(S)이 판독된다. 다음 스텝(106)에서는 차량(모터)의 지시 속도와 실속도가 비교되어, 이들에 속도차가 있는 경우, 속도 조정을 해야 하기 때문에, 스텝(108)에서 속도 조정이 필요한지 아닌지가 판단된다.

스텝(108)에서, 속도 조정이 불필요하다고 판정(부정 판정)된 경우에는, 현재의 속도가 지시 속도에서 안정하다고 판단되어, 스텝(100)으로 되돌아간다. 또한, 스텝(108)에서, 속도 조정이 필요하다고 판정된 경우는, PLL 제어에 의한 속도 제어를 행하도록 스텝(110)으로 이행한다. 스텝(110)에서는 상술한 대로, 위상 비교부(32)에서 주파수 신호의 위상을 비교하여, 위상차에 따라서 구동륜(후륜)의 구동을 제어한다. 즉, 스텝(112)에 있는 바와 같이, 후륜의 현재의 회전 속도가 지시된 회전 속도의 주파수(N)가 되도록, 기준이 되는 주파수(M)을 PLL 회로에 공급하여, 각 구동륜의 전동 모터(12)를 구동제어한다.

다음 스텝(114)에서는 지시 속도에 변경이 있는지 없는지가 판단된다. 즉, 계기판(50)의 지시부(48)가 조작되었는지 아닌지가 판단되어, 지시 속도에 변경이 없는 경우에는, 스텝(100)으로 되돌아가, 현재의 지시 속도 및 주행 방향으로 차량(10)이 주행제어된다.

여기서, 스텝(114)에서 지시 속도에 변경이 있는 경우에는, 비교부(46)에서의 속도차의 연산 결과가 변하기 때문에, 스텝(116)으로 이행하여 지시 속도에 대응하는 주파수 신호(N)의 설정이 이루어지고, 이후, 이 변경후의 주파수 신호(N)에 의해서 속도가 제어된다.

상술한 제어 루틴 중에, 정지 키(62)가 조작되면, 도 4(b)의 제동 할입() 루틴이 기동되어, 스텝(120)에서 모터 회전의 실측값(S)이 판독됨과 동시에, 스텝(122)에서 실측값(S)에 따라서 소정의 가속도(마이너스)로 감속이 개시된다. 이 결과, 차량 속도는 O에 수렴하기 때문에, 후에 차량(10)은 정지한다.

다음에, 위상 제어부(32)로부터 VCO(38)를 거쳐 드라이버(40)에 이르는 제어를 도 5의 타임 챠트에 따라서, 실제로 차량(10)을 증속, 감속을 반복하여 주행시킨 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 이 도 5에 있어서, 제어 파라미터로서, 속도 지시값, 설정 주파수 신호(N), PLL 제어 주파수 신호(M), 및 주파수의 증감을 나타내는 벡터값이 설명되어 있다.

차량(10)이 직진하고 있는 형태를 예로 들었지만, 차량의 조타시에는 각 후륜(16B)에 회전 속도차가 생기도록 각 후륜이 다른 속도 지시값으로 제어된다. 시간축에 대하여 속도 지시값 변화가 나타나 있고, 세로축의 지면 상방향이 고속이고, 지면 하방향이 저속인 것을 나타낸다. 또한, 주파수 증감에 대응하는 벡터 표시는 벡터가 지면 상방향을 향하고 있을 때에는, 모터의 회전 속도를 높이기 때문에, 설정 주파수 신호(N)의 주파수를 높이는(증속) 것을 의미하고, 반대로 하향의 경우에는 그 주파수를 낮게 하는(감속) 것을 의미한다. 또한, 벡터가 시간축으로대하여 평행하게 되어 있는 부분은 설정 주파수 신호(N)의 주파수를 일정하게 하여 차량을 정속도 상태로 유지하는 경우인 것을 의미한다.

속도 지시값을 올리면, 이것에 따라 우선 설정 주파수(N)가 높아지고, 이것에 추종하도록 PLL 제어 주파수(M)가 높아진다(주파수 벡터가 상향으로 되는 영역). 또한, 차량의 속도 지시값을 내리면, 이것에 따라, 우선 설정 주파수(N)가 낮아지고, 이것에 추종하도록 PLL 제어 주파수(M)가 낮아진다(주파수 벡터가 하향 영역). 또한, 속도를 유지하는 경우는 설정 주파수(N)와 PLL 제어 주파수(M)가 일치한다(주파수 벡터가 수평 영역). 주파수 신호(N, M)의 위상차에 따라서, 상술한 제어가 상기 PLL 제어 방식에 의해 실현된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는 PLL 회로에 의한 주파수 위상 비교 제어를 차량(10)의 속도 제어에 이용하여, 이 PLL 회로에 의해서 펄스 모터(12)의 구동 상태를 제어하도록 했기 때문에, 미리 지시한 속도로 차량 속도가 자동적으로 증속 또는 감속되고, 또한 차량 속도가 지시 속도가 되면, 차량은 이 속도에서 안정하게 주행하기 때문에, 승무원의 부담을 경감할 수 있다. 이러한 속도 제어는 전동 휠체어의 제어에는 알맞다. 또한, 상술한 속도 제어에 의하면, 승무원이 불필요하게 차량 속도를 증속할 필요가 없기 때문에, 전동 모터의 소비 전력을 필요 최소한으로 할 수 있어서, 장래의 솔라 카 등, 전력이 한정되어 있는 차량에 바람직하다.

본 실시형태에서는 속도 검출 수단으로서 스피드 인코더(42)를 이용하여, 펄스 모터(12)의 회전을 감시함으로써, 차량(10)의 속도를 얻도록 하였지만, 노면을향해 발광 소자로부터 레이저 빔이나 적외선을 발광하여, 그 반사광을 검출하여 AC 성분 해석한다는 비접촉형 센서를 적용하여, 속도를 검출하도록 해도 된다.

이러한 비접촉형 속도 계측 기기로는 퍼스널 컴퓨터의 마우스의 이동 속도나, 야구나 골프에 있어서 타구의 속도를 검출하는 기술에 적용되고 있는 공지의 것을 널리 적용할 수 있다(예컨대, 일본국 특개평 6-313749 공보, 7-134139 공보를 참조).

이러한 비접촉형 센서를 이용함으로써, 예컨대 본 실시형태에 기재한 바와 같이 구동부(펄스 모터(12))에 스피드 인코더(42)를 설치한 경우에 있어서의 공전시의 속도 오검출을 방지할 수 있다.

또한, 보조륜 등, 구동력을 갖지 않은 차륜에 스피드 인코더(42)를 설치한 경우에는 외부 물체에 의한 보조륜 록 현상에 의한 회전 록 속도를 검출하게 된다. 이러한 불량도 비접촉형 센서를 이용하면 해소할 수 있다.

다음에 본 발명에 관한 구동 제어 장치의 다른 실시형태에 관해서 설명한다. 도 6은 상기 구동륜(후륜)을 전진제어하기 위한 블록도이다. (1)은 모터를 가속시키는 경우의 제어 블록도이고, (2)는 모터를 제동제어하는 경우의 블록도이다. 부호(60A)는 전체 제어를 담당하는 마이크로컴퓨터를 나타낸다. 이 마이크로컴퓨터에는 구동륜의 회전 센서(42)로부터의 검출값과 차량 속도의 지시값, 또는 전진 또는 후진의 시프트 상태를 포함하는 차량 운전을 위한 각종 데이터가 입력되어 있다.

부호(62A)는 기본 주파수를 발진하는 수정 발진기이다. 기본 발진 주파수는 M 분주기 또는 PLL 회로로 이루어지는 기준 비교 주파수 신호 형성 회로(64)에 입력되어, 여기서 분주된 소정의 기준 비교 주파수 신호(66)를 생성한다. 기준 비교 주파수 신호는 위상 비교 회로(68)에 입력된다. 마이크로컴퓨터(60A)는 구동부의 운전 상태(속도)에 의해서 기본 주파수를 분주하는 분주 특성(분주비)을 변화시키는 제어 신호를 기준 비교 주파수 형성 회로(64)에 보낸다.

위상 비교 회로(68)에는 또한 전동 모터(M; 직류 모터)의 회전에 따라서 펄스를 발생하는 회전 센서(42)로부터의 검출 신호가 입력된다. 부호(70)는 이 검출 신호를 N 분주하는 N 분주기이다. N 분주된 검출 신호는 위상 비교부(68)에 입력되어, 위상 비교부에서 2개의 주파수 신호의 위상이 비교된다.

부호(72)는 모터를 구동시키는 구동 전압을 인가하여, 구동 전류(I-up)를 모터에 공급하기 위한 구동 제어 회로이다. 구동 제어 회로는 구동 전류(전압)의 극성을 차량의 전진 또는 후진에 맞춰서 전환한다. 부호(74)는 모니터를 감속하기 위한 제동 제어 회로이다.

부호(76)는 제동 제어 회로에 접속되는 부하(축전부)이다. I-down(도 6(2) 참조)는 제동 제어 회로를 흐르는 제동 전류이다. 모터의 감속시, 모터는 전원으로부터 분리되어 발전기(G)로서 기능하고, 제동 제어 회로에 제동 전류가 흘러 모터가 제동된다. 위상 비교기(68)에서의 위상 비교 결과에 따라서, 구동 제어 회로(72)와 제동 제어 회로(74)가 전환되어 모터에 접속된다.

또한, 모터의 회전 방향이 차량을 후퇴시키는 방향인 경우에는, 구동 전류 및 제동 전류의 극성이 다른 것을 제외하고 도 6의 제어 블록과 동일하다.

위상 비교 회로(68)에서 2개의 주파수 신호의 위상차를 구하여, 모터의 실속도가 지시 속도보다 느리게 모터를 가속시키는 경우에는, (1)에 도시하는 바와 같이, 제어 신호(UP)를 구동 제어 회로(72)에 보내어, 모터(M)에 구동 전압이 인가되도록 모터(M)와 구동 제어 회로(72)를 접속한다. 이 때, 제동 제어 회로(74)는 모터(M)와 접속되어 있지 않다. 한편, 모터를 제동시키는 경우에는, (2)에 도시하는 바와 같이, 모터를 감속시키는 제어 신호(DOWN)를 제동 제어 회로(74)에 보내어, 모터(G; 이 경우는 발전기로 된다.)를 구동 전력 공급 전원으로부터 분리함과 동시에, 부하(축전부(76))에 접속시킨다. 이 때, 모터(G)는 구동 제어 회로(72)에 접속되어 있지 않다.

상술한 바와 같이, 컴퓨터(60A)는 도 6에 관한 구동 제어 장치 전체를 총괄제어하는 것으로, 기준 비교 주파수 형성 회로(64), 위상 비교 회로(68), 구동 제어 회로(72), N 분주기(70), 및 제동 제어 회로(74)를 제어하고 있다. 마이크로컴퓨터는 모터(M; G)의 회전 속도 등의 운전 상태나 차량의 상태를 센서에 의해 검출하여, 모터나 차량의 운전 상태를 판정하고, 이 판정 결과에 따라서 모터의 구동 전력이나 제동 전력의 특성값을 변화시켜 모터의 운전 상태를 제어한다.

전력 특성값을 변화시키는 하나의 방식은 구동 전력ㆍ제동 전력의 듀티(단위시간당 온ㆍ오프 타임 비)를 변화하기 위해, 위상 비교 회로(68)로부터 출력되는 위상차 신호(UP/DOWN)의 듀티에 대한 한계비를 정하는 것이다. 예컨대, 한계 듀티비가 100%란 위상차 신호의 듀티가 그대로 구동 제어 회로(72) 또는 제동 제어 회로(74)로 출력된다. 한계 듀티비가 50%란 위상차 신호의 듀티가 50% 이하로 제한된다. 즉, 한계 듀티비가 X%이면, 위상차 신호의 듀티는 이의 X/100으로 제한된다.따라서, 듀티가 100%인 경우와 동일한 양의 모터의 속도 제어(가속ㆍ감속 제어)를 달성하는데, (100/X)배 시간을 요하는 것으로 된다. 따라서, 한계 듀티비를 저하시킬수록 모터의 속도 변화를 완만하게 한다.

도 7은 위상 비교기(68)로부터 출력되는 위상차 신호의 듀티를 변화시키기 위한 블록도이다. 마이크로컴퓨터(60A)는 한계 듀티비 설정부(61)에 차량이나 모터의 운전 상태에 적합한 한계 듀티비를 설정한다. 위상 비교 회로(68)는 위상차 신호를 출력하는데 있어서, 이 설정 듀티비를 참조하여 위상차 신호의 듀티를 변화시킨다.

도 8(1)은 구동 제어 회로(72)의 모터 구동 전압 인가 회로의 제 1 실시형태이고, (2)는 그 제 2 실시형태이다. (1)에 도시하는 회로는 컴퓨터(60A)로부터의 제어 신호를 아날로그로 변환하여 DC 출력 전압을 설정하는 DC 출력 전압 설정부(회로; 82)와, DC 출력 전압을 승압하는 DC-DC 변환부(회로; 84)와, 직류 전압의 극성을 변화시키는 극성 제어부(회로; 86)를 포함하여 구성된다. 마이크로컴퓨터(60A)는 전동 모터(M)가 차량을 전진하는 운전 상태에 있는지, 또는 후퇴하는 운전 상태에 있는지를 판단하여, 극성 제어부(86)로부터 모터(M)에 인가되는 구동 전압의 극성을 상술한 바와 같이 전환하는 제어 신호를 극성 제어부(86)에 출력한다.

위상 비교 회로(68)로부터 위상차 신호(UP)가 극성 제어부(86)에 입력된다. 상술한 바와 같이 위상차 신호(UP)가 구동 제어 회로(72)에 출력되면, 구동 제어 회로(72)는 모터에 접속된다. 위상차 신호(UP)의 H 레벨(온 타임)이 극성제어부(86)에 입력되면 모터 구동용 전압이 모터(M)에 인가된다.

DC/DC 변환부(84)는 소위 인버터를 주 구성으로 하고 있고, 직류를 교류로 변환하며, 또한 이 교류를 직류로 변환하는 기능을 갖고 있다. 즉, 소정값의 직류 전압이 입력되면, 이 직류 전압에 따라서 교류 전압이 생성된다. 교류 전압의 주파수는 DC/DC 변환부에 갖춰지는 전압 검출부에서 검출된 전압에 따라서 변경된다. 주파수의 변경은 교류 전압의 실효값의 변경으로 이루어진다. 주파수가 변경(전압이 변경)된 교류는 다시 직류로 변환되어, DC/DC 변환부의 출력부에서 출력된다. 극성 제어부(86)의 구동 전압은 DC/DC 변환부의 전압 검출부에 귀환되기 때문에, DC/DC로부터는 전압이 안정한 구동 전압이 극성 제어부에 출력된다.

마이크컴퓨터(60A)는 모터에 인가하는 구동 전압의 전압을 변경하기 위한 제어 신호를 DC 출력 설정부(82)에 설정한다. 이 전압 변경은 구동부의 전력 특성을 변화시키는 상술한 제 2 형태에 상당한다. 전압 변경의 형태는 변화후의 전압과 변화전의 전압의 비로서 설정된다. 예컨대, 한계 전압비가 50%란 전압의 최대값의 50%를 상한으로 하여 전압이 감소되는 것을 의미한다. 한계 전압비가 낮을수록 모터의 가속ㆍ감속도가 작아져서 차량의 속도 변화가 완화된 것으로 된다.

도 8(2)는 구동 전압 제어 회로의 제 2 예이다. 이 제어 회로는 모터의 회전 센서(42)로부터의 검출 주파수 신호를 분주하는 분주기(72A)와, 상술한 M 분주기 또는 PLL부(64)로부터 출력되는 기준 비교 주파수 신호가 입력되는 위상 비교부(72B)와, 위상 비교부의 위상차 신호가 입력되는 로 패스 필터(72C)와, 로 패스 필터로부터의 출력 신호를 아날로그 변환하여 증폭하는 증폭기(72D)와, 상술한 DC-DC 변환부(84)와, 이 변환부에서 출력된 전압 신호의 극성을 제어하는 극성제어부(86)를 구비하고 있다.

분주기(72A)에서 분주된 회전 센서로부터의 검출 신호는 상기 위상 비교부(72B)에 입력되어, 2개의 신호의 위상차 신호를 로 패스 필터(72C)에 출력한다. 회전 센서(42)로부터의 검출 신호를 위상 비교부(72B)에 입력하여 위상차 신호를 형성하고, 이 위상차 신호에 따라서 모터에 인가되는 전압 신호를 형성하고 있기 때문에, 모터의 회전 상태가 전압 신호의 변화에 즉시 반영되는 이점이 있다. 따라서, 모터에 인가되는 구동 전압값이 안정하는 효과가 있다.

부호(72E)는 증폭부(72D)에서 증폭되는 전압 신호의 한계 전압비를 마이크로컴퓨터(60)로부터의 제어 신호에 의해서 설정가능한 한계 전압비 설정부이다. 마이크로컴퓨터는 모터의 속도가 변경되는 경우, 모터의 회전 속도나 모터에로의 지시 속도 등으로부터 적절한 분주값을 선정하여, 이것을 M 분주기 또는 PLL 회로(64)에, N 분주기(72A)에 각각 설정한다.

도 9는 도 8(2)에서 설명된 구동 전압 인가 제어의 타이밍도이다. (1)은 수정 발진기로부터의 기본 주파수 신호의 파형이다. (2)는 회전 센서(42)로부터의 출력 펄스의 파형이다. (3)은 기본 주파수 신호를 M 분주하여 얻어진 기준 비교 주파수 신호의 파형이다. (4)는 회전 센서로부터의 펄스 신호를 N 분주하여 얻어진 검출 주파수 신호의 파형이다. (5)는 위상 비교부(72B)에서의 위상 비교의 결과출력된 2개의 검출 주파수 신호의 위상차에 따르는 위상차 신호의 파형이다. (6)은 위상차 신호가 아날로그 변환되어 증폭된 전압 신호의 특성이다. (5)에 나타내는 바와 같이, 2개의 신호에 위상차가 발생하면, (6)에 나타내는 바와 같이 한계 전압값이 얻어져, 이것이 DC-DC 변환부(84)에서 증폭되어 극성 제어부(86)에 공급된다. (6)에 있어서, 최대 전압값과 한계 전압값의 차가 한계 전압비이다.

도 10의 (1)는 제동 제어 회로(74)의 블록도를 도시하는 것이다. 제동 제어 회로는 부하로서, 모터(G)의 제동 전력을 충전가능한 축전지(100A)와, 충전 제어 회로(101)를 구비하고 있다. 부호(102A)는 모터(발전기)와 충전 제어 회로를 단속하는 스위치 회로이다. 모터가 충전 회로와 접속되어 있지 않을 때에는 모터는 무부하의 상태가 되어 공전한다. 모터가 충전 제어 회로와 접속된 상태에서는 모터에 제동 전류가 흐르기 때문에 모터는 발전 제동기로서 기능한다.

스위치 회로(102A)에는 위상 비교 회로(68)로부터 상술한 DOWN 신호가 입력된다. DOWN의 H 레벨이 인가되면 모터와 충전제어 회로가 접속된다. 102B는 교류-직류 변환 회로이다. 102C는 상술한 DC-DC 변환부에 상당하는 전력 변환 회로이다. 102D는 축전지에 충전하는 충전 전압을 제어하는 충전 전력 제어 회로이다. 충전 전력 제어 회로(102D)는 축전지(100A)의 전압을 감시하여, 전력 변환 회로(102C)에 소정의 전압 신호(T)를 출력하여 전력 변환 회로(102C)의 출력 전압을 충전 전압 이상으로 제어한다.

도 10(2)는 모터의 회전수와 전력 변환부에서 발생하는 전력의 관계를 나타내는 특성도이다. 모터의 회전 속도가 오름에 따라서 전력 변환부의 전력 출력값이 커진다. (3)은 모터의 회전수와 전력 변환부의 출력 전압값의 관계를 나타내는 특성도로, 충전 전력 제어부(102D)는 모터의 회전 속도가 오름에 따라서 전력변환부(102C)에서의 출력을 축전압 이상이 되도록 증가시킨다.

제동 제어 회로의 부하 전력(제동 전력)의 전력 특성은 부하 전력의 듀티를 변화시키는 것, 또는 부하 전력의 전압(충전 전압)을 변화함으로써 바꿀 수 있다. 스위치 회로(102A)에 공급되는 위상차 신호(DOWN)의 듀티에 의해서 부하 전력의 듀티가 변화된다. 또한, 부하 전력의 전압값을 변경함으로써 제동 전류값을 변화할 수 있다. 한계 듀티비는 상술한 대로, 한계 듀티비 설정 회로(61)에 설정된다. 한계 전압값은 마이크로컴퓨터(60A)가 충전 전력 제어부(102D)에 충전 전압 변경 제어 신호(T)를 출력함으로써 달성된다.

도 11은 구동 제어 및 제동 제어시의 위상차 제어의 타이밍도이다. (A)는 기본 주파수 발진 회로(62)로부터 발진되는 기준 주파수 신호이고, (B)는 회전 센서(42)로부터 출력되는 검출 신호이며, (C)는 기준 비교 신호 형성 회로(64)로부터 출력되는 기준 비교 신호이고, (D)는 N 분주기(70)로부터 출력되는 샘플링 신호이다. (E)는 (D)의 샘플링 신호와 기준 비교 신호의 위상차이고, 기준 비교 신호는 샘플링 신호보다 위상이 빠른 경우를 나타내고 있다. 이 경우는 모터를 구동시키기 위한 위상차 신호(UP)가 구동 제어 회로(72)에 출력된다. (F)는 기준 비교 신호는 샘플링 신호보다 위상이 늦는 경우를 나타내고 있다. 이 경우는 모터를 감속시키기 위한 위상차 신호(DOWN)가 제동 제어 회로(74)에 출력된다.

(G)는 구동 제어 회로로부터 모터에 인가되는 전압(차량 전진측)의 타이밍이고, (H)는 구동 제어 회로로부터 모터에 인가되는 전압(차량 후진측)의 타이밍이다.

도 12(1)은 도 11을 더욱 상세히 설명한다, 모터 구동 제어 타이밍의 파형도이고, (2)는 제동 제어 타이밍의 파형도이다. (1)에 있어서, 위상 비교 회로(68)에 서 기준 비교 신호와 검출 신호의 위상이 비교되어, 모터의 속도를 증가시키는 측으로 위상차가 발하면, 위상차가 존재하는 기간 위상차 신호(UP)가 구동 제어 회로(72)에 공급된다. 구동 제어 회로(72)는 위상차 신호(UP)가 출력되고 있는 사이에 모터에 구동 전압을 공급하는 구동 제어를 실행한다.

모터의 가속이 시작되어 모터가 지시 속도에까지 이르는 천이 영역(가속 기간)에서는 위상차 신호가 길게 출력되어, 모터의 실속도가 지시 속도에 이르는 단계에서 위상차 신호 출력 기간이 감소하고, 가속 안정 기간에 이르면 모터는 지시 속도에 도달한다. 가속 안정 기간에서는 모터의 속도가 지시 속도를 넘으면, 위상차 신호(DOWN)가 제동 제어 회로(74)에 공급되어 모터 속도는 지시 속도로 제동제어된다.

(2)가 (1)과 다른 점은 모터에 감속 지시가 공급되는 점이다. 감속 기간은 모터를 지시 속도까지 감속시키는 기간이고, 이 기간 모터의 감속 방향의 위상차 신호(DOWN)가 제동 제어 회로(74)에 공급된다. 감속 안정 기간에서는 위상차 신호의 출력 기간이 감소하여, 모터를 증속시키는 측으로 위상차 신호(UP)가 출력되는 경우도 있다.

도 13은 모터 구동 제어시의 듀티 제어를 설명하는 타이밍도이다. (A)는 한계 듀티비 설정부(61)에서 설정되는 한계 듀티비가 100%이고, (B)는 설정된 한계 듀티비가 70%이며, (C)는 한계 듀티비가 50%인 경우의 파형도이다. 위상 비교회로(68)로부터 출력된 위상차 신호의 듀티는 (B) 및 (C)와 같이 제한되어, 극성 제어 회로(86)에 입력된다. 따라서, 극성 제어 회로에서, 구동 전압은 듀티에 맞춰서 단속되어, (B)와 같이 구동 전압의 듀티가 70%가 되고, (C)와 같이 구동 전압의 듀티가 50%가 된다.

도 14에는 차량(모터)의 가속도와 한계 듀티비의 관계가 나타나 있고, 한계 듀티비가 낮아지면 가속도도 저하한다. 즉, 구동 전압의 듀티가 (C)와 같이 50%인 경우, 가속도는 한계 듀티비가 100%에 비하여 거의 1/2이 되고, (A)의 경우에 비교하여 (B)의 경우는 차량 속도(모터의 회전 속도)가 소망의 지시 속도까지 이르는데 거의 배의 시간이 된다.

다음에, 차량(구동부)의 운전 상태와 한계 듀티비의 관계에 관해서 설명한다. 첫 번째는 고 듀티비 모드이다. 예컨대, (1) 전동 차량이 저속 주행 상태에 있을 때, (2) 전동 차량이 직선 주행 상태에 있을 때, (3) 전동 차량이 공도를 주행하고 있는 상태에 있을 때, (4) 노면 상태가 고 마찰 상태에 있을 때 등 모터에 급가속을 허용하고 양호한 상태이다. 이 때, 위상 비교부의 위상차 신호의 듀티에 고 듀티비를 곱한 값의 듀티(구동 전압)를 구동 회로에 출력한다. 이 결과, 모터에로의 가속 지시가 거의 그대로 모터에 전해진다.

두 번째는 중 듀티비 모드이다. 예컨대, 전동 차량이 (1) R이 비교적 큰 선회 상태에 있을 때, (2) 전동 차량이 속도 제한이 있는 부지내를 주행하고 있을 때, (3) 노면 상태가 약간 습한 상태에 있을 때 등 모터에 대한 가속 지시를 제한해야 하는 경우의 모드이다.

세 번째는 저 듀티비 모드이다. 예컨대, (1) 전동 차량이 고속 상태에 있을 때, (2) 전동 차량이 R이 작은 선회 상태에 있을 때, (3) 전동 차량이 건물 내를 주행하고 있을 때, (4) 노면이 습한 상태에 있을 때 등 모터에 대한 가속 지시를 크게 제한해야 하는 경우의 모드이다.

듀티비는 승무원에 의해 세트되어도 되고, 마이크로컴퓨터(60)가 각종 센서로부터의 검출 신호에 따라서 한계 듀티비를 선택하여 이것을 설정 회로(61)에 설정해도 된다. 상술한 설명에서는 가속 기간 중 한계 듀티비가 유지되도록 설명하였지만, 가속 기간 중 한계 듀티비를 연속적으로 변화시켜도 된다. 차량(구동부)와 듀티의 특성 관계는 기억 테이블의 형식으로 마이크로컴퓨터의 메모리의 소정 영역에 기억되어 있다.

도 15는 구동부 제동 제어시의 듀티 제어를 설명하는 타이밍도이다. 구동부를 제동제어할 때, 위상 비교 회로(68)로부터 모터를 감속시키는 방향의 위상차 신호(DOWN)가 제동 제어 회로(74)에 출력된다. (A)는 한계 듀티비가 100%, (B)는 한계 듀티비가 70%, (C)는 한계 듀티비가 50%인 경우를 나타낸다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 한계 듀티비가 저하함으로써 감속도가 감소한다. 이것은 제동 제어 회로(74)가 위상차 신호의 듀티에 맞춰서 모터에 대하여 단속되기 때문이며, 모터가 제동 제어 회로(74)에 접속되어 있는 동안에만 모터에 제동력이 발생한다. 따라서, 한계 듀티비가 50%인 경우 소정의 속도까지 감속되는데 거의 배의 시간이 된다.

전동 차량의 조작계를 예컨대 다음과 같이 구성하는 것으로 한다. 승무원이 가속 페달로부터 다리를 떼는 경우는, 컴퓨터는 감속 지시가 있는 것으로 판단하여, 소정의 감속 지시 속도를 결정한다. 이어서, 한계 듀티비를 설정 회로(61)에 설정한다. 이 때 한계 듀티비를 전동 차량의 감속도가 승무원에게 있어서 위화감이 없는 범위로 낮게 설정한다. 이어서, 차량의 감속이 진행함에 따라서 한계 듀티비를 높게 한다. 이와 같이 하면, 승무원이 가속 페달로부터 다리를 뗀 후 시간이 경과함에 따라서 차량의 감속측의 가속도가 더욱더 상승된다. 그 사이에, 위상차 신호는 제동 제어 회로(74)에 인가되기 때문에 충전이 행해진다.

차량에 또한 브레이크 페달을 설치한다. 승무원이 브레이크 페달을 밟으면, 컴퓨터는 브레이크 페달의 밟는 양에 따라서 차량을 제동해야 할 형태를 판정한다. 급제동의 경우에는 고 듀티비가 설정된다. 드럼 브레이크나 디스크 브레이크를 병용하여, 브레이크의 밟는 양이 큰 경우에는 이들 기계식 브레이크를 동작시켜 전기발전 브레이크를 보조해도 된다.

다음에 한계 전압비의 제어에 관해서 설명한다. 도 17은 모터에 인가되는 구동 전압의 한계 전압비를 제어하는 경우의 타이밍도이다. 마이크로컴퓨터(60)는 한계 전압비를 DC 출력 전압 설정 회로(82) 또는 한계 전압값 설정 회로(72E)에 설정한다. 이 한계 전압비가 설정되면, 구동 제어 회로(72)의 극성 제어부(86)로부터 모터에 설정되는 구동 전압의 전압비가 한계 전압비에 따라서 제한된다. 도 17의 (A)는 한계 전압비가 100%인 경우이고, (B)는 한계 전압비가 70%인 경우이며, (C)는 한계 전압비가 50%인 경우이다. (B) 및 (C)의 경우는 모터에 공급되는 구동 전력이 제한되기 때문에, 모터의 구동 가속도가 저하한다. 도 18은 한계 전압비와 차량(모터)의 관계를 나타내는 특성도이다. 모터의 구동 가속도가 저하하기 때문에,소정의 주행 속도에 이를 때까지 가속 기간은 그 정도로 길어진다.

도 19는 모터의 부하 전압의 제동 부하 한계 전압비를 제어하는 경우의 타이밍도이다. 상술한 바와 같이 부하 전압의 변경은 충전 전력 제어부(102D)에 의한 전력 변환부의 전압 제어에 의해서 달성된다. (A)는 한계 전압비가 100%인 경우이고, (B)는 한계 전압비가 70%인 경우이며, (C)는 제동 한계 전압비가 50%인 경우이다. 한계 전압비가 낮아짐에 따라서, 부하 전압이 내려가서 제동 전류가 작아져 모터의 제동력은 저감된다. 도 20은 제동 부하 전압비와 차량(모터)의 감속도의 관계를 나타내는 특성도이다.

다음에, 도 21에 차량 속도-기준 비교 주파수 특성의 관계를 나타낸다. 속도가 높아짐에 따라서 기준 비교 주파수가 증가하고 있다. 기준 비교 주파수의 증가는, 예컨대 M 분주기의 M값을 변화시킴에 따라 가능하다. 기준 비교 신호의 주파수가 커지면, 검출 신호와의 위상차가 발생하는 빈도가 높아져서, 고 속도 영역에서 속도 제어를 더욱더 미세하게 행할 수 있다.

도 22(1)의 (A)는 모터를 가속제어하는 경우의 파형도이고, 모터의 회전 속도가 오름에 따라서 기준 비교 주파수가 커지는 것을 나타내고 있다. (B)는 구동 제어 회로(72)에 출력되는 위상차 신호이고, (C)는 제동 제어 회로(74)에 출력되는 위상차 신호이다. (D)는 가속 기간 중 모터에 구동 전압이 인가되어, 가속 안정 기간에서는 모터에 구동 전력 또는 제동 전력이 인가되는 것을 나타내고 있다. (2)는 모터를 감속시키는 경우의 파형도이다. 모터가 감속됨에 따라서 기준 비교 주파수가 작아지는 것을 나타내고 있다.

도 23은 상술한 듀티와 전압 제어의 조합에 의해서 구동부 전력을 제어하는 경우의 제어 특성의 패턴도를 나타내는 것이다. (1)은 모터를 가속제어하는 경우이고, 모터의 지시 속도와 실속도 사이에 소정의 속도차가 있는 경우, 한계 듀티비 및 한계 가속비가 동시에 50% 이상으로 급가속이 이뤄질 수 있는 영역이 되고, 어느 것이나 50% 미만인 경우 중가속이 될 수 있는 영역으로 됨과 동시에, 50% 미만인 경우는 저가속으로 될 수 있는 영역이 된다. A-C는 도시하는 변화 특성에 의해서 한계 듀티비와 가속 전압비를 변화시켜, 모터(차량)를 저가속 영역-중가속 영역-고가속 영역의 범위로 변화시킬 수 있다. D는 한계 듀티비를 100%로 고정하여 가속 한계 전압비를 변화한 경우의 모드이고, E는 가상 한계 전압비를 100%로 하여 가속 한계 듀티비를 변화한 경우의 모드이다. (2)는 모터를 감속시키는 경우의 특성이다.

도 24는 도 6의 블록도의 일부에 대한 다른 실시형태를 상세히 나타내는 것이다. 수정 발진 회로(62A)에서 기준 비교 주파수 형성 회로(64), 그리고 위상 비교기(68)에 이르는 제어 블록과, 회전 센서(42)로부터 위상 비교기(68)에 이르는 제어 블록의 상세 블록이 도시되어 있다.

회전 속도 센서(42)로부터의 신호는 PLL 제어 회로(714)에 의해서 후술하는 기준 주파수 신호와 비교되는 샘플링 신호로 변환된다. 즉, 로터리 인코더(42)의 신호는 위상 비교기(716)에 입력되어, 전압 제어 발진기(718)로부터의 주파수 신호가 분주기(720)에서 1/FrN 분주된 주파수 신호의 위상과 비교된다. 위상 비교기(716)로부터의 위상차 검출 신호는 로 패스 필터(717)를 통해 상술한 전압제어 발진기(718)에 공급된다. 전압 제어 발진기(718)로부터의 주파수 신호는 N 분주기(70)에서 분주된다. 이 결과, 로터리 인코더로부터의 샘플링 신호로부터, 후술하는 기준 주파수 신호와 비교되는 샘플링 주파수 신호가 만들어진다.

한편, 수정 발진기(62A)로부터의 발진 주파수는 M 분주기(722)에서 1/M 분주되어 위상 비교기(724)에 공급되고, 이후 로 패스 필터(726), 전압 제어 발진기(728)를 거쳐 N 분주기(730)를 지나서 상기 위상 비교기(724)에 귀환된다. PLL 제어 회로(732)에 의해서 주파수가 일정하게 된 기준 주파수 신호가 위상 비교기(734)에 공급된다.

상술한 로터리 인코더의 샘플링 신호(F1)와 기준 주파수 신호(F2)의 위상차가 상기 위상 비교기(734)에서 비교되어, 이 위상차에 따라서, 후륜을 구동시키는 스테핑 모터(12)의 구동 제어 장치(가감속 제어 장치)에 제어 신호가 공급된다.

마이크로컴퓨터(60)는 차량 속도, 또는 구동륜의 회전 속도 등 여러가지의 운전 상황을 나타내는 값으로부터 상기 M 분주기(722)의 M값, N 분주기(70, 720)의 N값을 설정한다. 즉, 예컨대 차량의 각 속도에 있어서, 기준 주파수와 샘플링 주파수와 위상을 일치시키는 M값 및 N값을 미리 시뮬레이트해 놓고, 이것을 마이크로컴퓨터의 메모리의 소정 영역에 메모리 테이블의 형으로 기억시켜 놓고, 차량의 속도(목적 속도 또는 검출 속도 등)로부터 이 M, N값을 판독하여, 상기 PLL 회로의 분주기(70, 720, 722, 730)의 M 또는 N값으로서 지정한다. 이 실시형태에 의하면, 로터리 인코더의 검출 주파수를 720에서 분주하여 증가시켜, 이것을 PLL 블록(714)에서 안정시킬 수 있고, 이 주파수를 위상 비교기(68)에 공급하기 위해, 위상차 신호를 미세하게 얻는 것이 가능해진다.

PLL(Phase Locked Loop) 회로는 위상을 동기시키는 피드백 제어 회로로, 펄스나 교류 신호 등의 주파수를 갖는 신호를 기준 신호와 동일 위상이 되도록 출력의 위상을 제어하기 위해 이용된다. 이 기술은 정보 처리 기기의 하드 디스크를 회전시키기 위한 스핀들 모터나, 비디오 덱 헤드를 회전시키기 위한 모터, 레이저 주사하기 위한 폴리곤 미러를 회전시키기 위한 모터 등에 다용되고 있고, 대상 모터는 스테핑 모터 등이 대부분이었다. 본 발명에서는 일정 전압으로 구동하는 AC 모터나 DC 모터에 대해서도, 인버터 제어를 함으로써 모터의 회전 속도를 제어가능하게 하고, 또한 PLL 기술을 응용함으로써, 정밀도가 양호한 회전 각도 제어가 가능해진다. 특히, 피구동체의 이동에 대하여 부하가 변화하는 것 같은 경우, 토크 제어가 필요하지만, 피구동체의 현속도를 실측함으로써, 토크 부하를 가미한 상태에서의 속도 제어가 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 온ㆍ오프 제어로만 구동시킬 수 없던 모터의 회전 속도를 제어가능하게 하고, 또한 지정된 속도로 구동을 보정할 수 있고, 속도 제어를 PLL 회로에 의해서 달성하여, 안정한 가속, 감속이 가능해진다.

또한, 수정 발진기(62A)에서의 주파수도 PLL 회로에 출력되어 있기 때문에, 수정 발진기의 기본 주파수를 증가시키고, 또한 안정한 주파수를 발생하는 것이 가능해진다.

Claims (29)

1. 구동체를 이동시키기 위한 전동 회전 구동부를 제어하는 구동 제어 장치에 있어서, 기준 비교 신호 발생 회로와, 상기 구동부의 속도를 검출하여, 이것을 검출 신호로서 출력하는 검출 회로와, 상기 구동부의 속도 지시 회로와, 상기 구동부의 회전 제어 회로와, 상기 기준 비교 신호의 위상과 상기 검출 신호의 위상을 비교하여, 비교 결과를 상기 회전 제어 회로에 출력하는 위상 비교 회로를 구비하고,

   상기 회전 제어 회로는 상기 위상 비교 결과에 따라서 상기 구동부의 속도를 상기 속도 지시에 일치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 비교 신호 발생 회로와 상기 검출 회로와 상기 위상 비교 회로가 PLL 제어 블록을 구성하는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 위상 비교 회로는 위상차 신호를 상기 회전 제어 회로에 출력하고, 이 회전 제어 회로는 이 위상차 신호를 상기 구동부에 출력하는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 회전 제어 회로는 상기 위상차 신호로부터 상기 구동부가 가속 운전 상태에 있는지, 제동 운전 상태에 있는지를 구별하여, 이 결과에 따라서 상기 구동부를 운전제어하는 것을 특징으로 하는 구동 제어장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 회전 제어 회로는 상기 구동부를 가속시키는 구동 제어 회로와, 상기 구동부를 제동시키는 제동 제어 회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 제어 회로는 상기 구동부의 전력 특성을 변화시키는 특성 변화 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부 전력의 듀티를 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부 전력의 한계값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 위상차 신호의 듀티에 맞춰서 상기 구동부 전력의 듀티를 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 듀티의 한계 변화비를 설정하는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
11. 제 5 항에 있어서, 상기 제동 제어 회로의 부하로서 상기 구동부의 제동 전력을 축전가능한 축전부가 형성된 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제동 제어 회로는 상기 위상차 신호에 따라서 상기축전부와 상기 구동부를 단속제어하는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부의 부하 전력의 듀티를 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
14. 제 11 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부의 부하 전력의 전력한계값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
15. 제 7 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부의 공급 전력의 듀티를 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
16. 제 8 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부의 공급 전력의 한계값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
17. 제 6 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부 전력의 듀티 및 그 한계값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
18. 제 5 항에 있어서, 상기 구동 제어 회로는 상기 위상차 신호의 듀티에 따라서 상기 구동부로 공급되는 구동 전압을 단속제어하는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
19. 제 2 항에 있어서, 상기 기준 비교 신호 발생 회로는 기본 주파수를 분주하여 기준 비교 신호를 출력하고, 상기 회전 제어 회로는 상기 속도 지시 회로의 지시값에 따라서 상기 분주비를 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
20. 제 2 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 검출 회로는 상기 구동부의 회전 센서로부터의 검출값을 분주하여, 이것을 상기 검출 신호로서 출력하고, 상기 회전 제어 회로는 상기 속도 지시 회로의 지시값에 따라서 상기 분주비를 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
21. 제 6 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부의 운전 상태에 따라서 상기 전력 특성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
22. 제 6 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 구동체의 운전 상태에 따라서 상기 전력 특성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
23. 제 21 항에 있어서, 상기 특성 변화 수단은 상기 구동부가 가속 또는 제동의 천이 영역에 있는 경우에 상기 전력 특성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항의 구동 제어 장치와, 이 구동 제어 장치에 의해서 구동제어되는 전동 구동부를 구비한 것을 특징으로 하는 구동체.
25. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항의 구동 제어 장치와, 이 구동 제어 장치에 의해서 구동제어되는 전동 구동부를 구비한 것을 특징으로 하는 전기 주행 차량.
26. 구동체를 이동시키기 위한 전동 회전 구동부를 제어하는 구동 제어 방법에 있어서, 기준 비교 신호 발생 공정과, 상기 구동부의 속도를 검출하여, 이것을 검출 신호로서 출력하는 검출 공정과, 상기 구동부의 속도 지시 공정과, 상기 구동부의 회전 제어 공정과, 상기 기준 비교 신호의 위상과 상기 검출 신호의 위상을 비교하는 위상 비교 공정을 구비하고,

    상기 위상 비교 결과에 따라서 상기 구동부의 속도를 상기 속도 지시에 일치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 구동 제어 방법.
27. 구동체의 속도 검출 신호와 기준 비교 신호를 위상 비교기에 공급하여, 이 위상 비교기로부터의 위상차 신호를 상기 구동체의 제어 신호로서 이용하는 구동체의 구동 제어 장치에 있어서, 상기 검출 신호를 PLL 제어 블록에 공급하여, 이 PLL 제어 블록에 의해서 안정하게 된 주파수 신호를 상기 검출 신호로서 상기 위상 비교기에 공급하는 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
28. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 제어 회로는 상기 구동체를 가속시키는 가속 제어 신호를 이 구동체에 출력하는 구동 제어 회로와, 상기 구동체를 제동제어하는 제동 제어 신호를 출력하는 제동 제어 회로를 구비하고,

    상기 구동체를 지시 속도까지 가속할 때, 및 상기 구동체를 지시 속도까지 감속할 때, 각각 상기 가속 제어 신호의 출력과 상기 제동 제어 신호의 출력을 전환하여 행하도록 한 것을 특징으로 하는 구동 제어 장치.
29. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 제어 회로는 상기 구동체를 가속시키는 가속 제어 신호를 이 구동체에 출력하는 구동 제어 회로와, 상기 구동체를 제동제어하는 제동 제어 신호를 출력하는 제동 제어 회로를 구비하고,

    상기 구동체를 지시 속도까지 가속하여 속도가 안정하였을 때, 및 상기 구동체를 지시 속도까지 감속하여 속도가 안정하였을 때, 각각 상기 가속 제어 신호의 출력과 상기 제동 제어 신호의 출력을 전환하여 행하도록 한 것을 특징으로 하는구동 제어 장치.