JPH08237989A - モータ出力トルク制御装置 - Google Patents

モータ出力トルク制御装置

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JPH08237989A
JPH08237989A JP7040477A JP4047795A JPH08237989A JP H08237989 A JPH08237989 A JP H08237989A JP 7040477 A JP7040477 A JP 7040477A JP 4047795 A JP4047795 A JP 4047795A JP H08237989 A JPH08237989 A JP H08237989A
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JP
Japan
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torque
motor
rotation speed
characteristic
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP7040477A
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English (en)
Inventor
Ryoji Kaneko
良司 金子
Satoshi Yamamoto
聡 山本
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Moriyama Kogyo KK
Original Assignee
Moriyama Kogyo KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータ等のバラツキ要因が存在しても出力す
る補助トルクのばらつきを抑制することができるモータ
出力トルク制御装置を提供する。 【構成】 モータ12の固有の特性である回転数ートル
ク特性における回転数の変化率よりも大きな回転数の変
化率を有する仮想回転数ートルク特性を記憶し、この仮
想回転数ートルク特性から補助トルクの目標値と回転数
とに対応した電圧を算出または読み出す電圧設定手段1
6を備えている。電圧設定手段16が記憶する回転数ー
トルク特性における回転数の変化率が大きいため、回転
数の変化に対するトルクの変化が小さい。このため、モ
ータ12等のばらつき要因によって回転数に対する実際
の補助トルクの関係にばらつきが生じることとなって
も、補助トルクのばらつきが抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばパワーアシスト
自転車などの補助動力付き人力車両におけるモータ出力
トルク制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自転車等の人力を駆動力とする装
置において、補助的な動力を発生させるシステムを設
け、使用者にかかる負荷を軽減させる補助動力付き自転
車の開発が進められている。
【0003】補助動力付き自転車では、運転者がペダル
に加える踏力に応じた大きさの補助トルクの目標値を算
出し、目標値に見合ったトルクがモータから供給される
ように、モータの回転数と目標トルクとに応じてモータ
に印加する電圧を設定している。モータにおける回転数
等の関係はそのモータに固有のもので、一般に、回転数
ートルク特性と呼ばれている。そして、補助動力付き自
転車では、回転数ートルク特性をマップ化してメモリに
記憶しており、算出された目標トルクとモータの回転数
に対応する電圧をメモリから読み出し、そのような電圧
をモータに印加する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の補助
動力付き自転車においては、バッテリの放電特性や電気
回路の抵抗値にばらつきがあり、それらの特性等ととも
にモータ定数も温度によって変化する。このため、それ
ら特性等やばらつきによって出力される補助トルクも変
化してしまう。さらに、モータの制御方法は、回路構成
の簡易さ等を考慮して、通常、オープンループの電圧制
御方式となっている。このため、モータ等のバラツキ要
因による影響が補助トルクに大きく表れるという問題が
あった。
【0005】本発明は、上述した事情に鑑みて為された
ものであり、モータ等のバラツキ要因が存在しても補助
トルクへの影響を抑制することができるモータ出力トル
ク制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のモータ出力トル
ク制御装置は、運転者が加える回転力に対応する人力ト
ルクとこの人力トルクに基づいてモータの出力トルクを
制御して得られる補助トルクとを合成して合成トルクを
得るとともに、この合成トルクを負荷へ伝達するモータ
出力トルク制御装置であって、上記人力トルクの大きさ
を検出するトルク検出手段と、運転者が加える回転の回
転数を検出する速度検出手段と、上記人力トルクの大き
さに基づいて、上記負荷を駆動するために必要な補助ト
ルクの目標値を算出する目標値算出手段と、上記モータ
の固有の特性である回転数ートルク特性における回転数
の変化率よりも大きな回転数の変化率を有する回転数ー
トルク特性を記憶し、この仮想回転数ートルク特性から
上記補助トルクの目標値と上記回転数とに対応した電圧
を算出または読み出す電圧設定手段と、上記電流設定手
段の設定に基づいて上記モータに電圧を印加する電流供
給手段とを備えたことを特徴としている。
【0007】
【作用】上記構成のモータ出力トルク制御装置によれ
ば、電圧設定手段が記憶する回転数ートルク特性におけ
る回転数の変化率が大きいため、回転数の変化に対する
トルクの変化が小さい。このため、モータ等のばらつき
要因によって回転数に対する実際の補助トルクの関係に
ばらつきが生じることとなっても、補助トルクのばらつ
きが抑制される。
【0008】
【実施例】以下、図1ないし図4を参照して本発明の一
実施例について説明する。図1は本発明の一実施例のモ
ータ出力トルク制御装置の概略構成を示すブロック図で
ある。また、図2は上記制御装置を有するパワーアシス
トシステムを備えた補助動力付き自転車の駆動系のモデ
ルを表す図であり、図1および図2の共通する部分には
同一の符号を付してある。
【0009】図2において、符号1はペダル等の運転者
が加える力に応じた人力トルクを発生する人力トルク発
生手段、2は人力トルク発生手段1から出力される人力
トルクの大きさTi を検出し、検出結果に応じたトルク
指令信号を出力するトルクセンサ(トルク検出手段)で
ある。符号3は人力トルクとトルクセンサ2から出力さ
れるトルク信号に応じてモータ12(図1参照)が発生
する補助トルク(大きさはTm )とを合成する合成手段
であり、大きさがTo (To =Ti +Tm )の合成トル
クを出力する。4は合成手段3から出力される合成トル
クで駆動される車輪等の負荷である。
【0010】次に、図1を参照して、補助トルクを発生
するモータ12を制御する制御回路について説明する。
図において符号10はコントローラである。コントロー
ラ10は、バッテリ11からモータ12へ供給する電流
を制御するためのもので、アナログ回路、あるいは、A
/D変換器,D/A変換器,CPU、ROM、RAM、
各種I/Oインタフェース等のディジタル回路で構成さ
れている。また、符号5は自転車の速度を検出して検出
結果に応じた速度信号を出力する速度センサ(速度検出
手段)である。
【0011】速度センサ5から出力される速度信号は、
インターフェース13を介して指令値演算部14に入力
される。また、トルクセンサ2から出力されるトルク信
号も、インターフェース15を介して指令値演算部14
に入力される。指令値演算部14は、速度信号をモータ
12の回転数に相当する回転速度信号に変換するととも
に、速度信号およびトルク信号から補助トルクを演算
し、これをトルク指令値として回転速度信号とともにマ
ップ入力部(電圧設定手段)16へ出力する。
【0012】図3はマップ入力部16が記憶するマップ
の基準となるモータ12の回転数ートルク特性を示す線
図であり、図中実線が本来の回転数ートルク特性、二点
鎖線が仮想回転数ートルク特性を示している。図に示す
ように、仮想回転数ートルク特性線は、本来の回転数ー
トルク特性線よりも急な勾配を持っている。そして、実
施例のモータ出力トルク制御装置は、仮想回転数ートル
ク特性をマップ化して記憶している。回転数ートルク特
性線の傾きは、バッテリ11〜モータ12間の内部抵抗
の大きさを表しているから、実施例におけるマップ入力
部16は、実際よりも内部抵抗を大きくしたマップを記
憶していることになる。
【0013】今、モータ12の回転数速度信号がNmで
トルク指令値がTmであるとすると、従来のモータトル
ク出力制御装置では、本来の回転数ートルク特性に従っ
て電圧指令値Vmをマップに記憶しているので指令値V
mを出力する。しかしながら、実施例のモータ出力トル
ク制御装置では、仮想回転数ートルク特性に従って電圧
指令値Vm’を記憶しており、この電圧指令値Vm’が
出力される。なお、電圧指令値Vm’は、回路抵抗やト
ルクの伝達効率等の影響も加味されたものとなってい
る。
【0014】図4(A)は本来の回転数ートルク特性、
同図(B)は仮想回転数ートルク特性を示す。これらの
図に示すように、回転速度信号がばらつきδNを持って
いるとすると、ばらつきδNはトルク指令値のばらつき
δTとなって現れる。図4(A)および(B)を比較し
て明らかなように、仮想回転数ートルク特性では、トル
ク指令値のばらつきδTが小さい。すなわち、実施例の
モータ出力トルク制御装置においては、モータ12等の
ばらつき要因によって、必要な補助トルクに対する回転
速度信号の関係にばらつきが生じることとなっても、出
力するトルク指令値のばらつきを抑制することができ
る。
【0015】図3に示すように、本来の回転数ートルク
特性線図によれば、モータ12に印加し得る最高の電圧
はV0であり、これはバッテリ11の出力限界であるか
ら、仮想回転数ートルク特性によるマップを用いてもV
0を越える電圧は印加することができない。よって、仮
想回転数ートルク特性によるマップを参照した結果、電
圧指令値がV0を越える場合には、マップ入力部16は
電圧指令値としてV0を出力する。
【0016】マップ入力部16は、電圧指令値をマップ
ーPWM変換処理部17に出力する。マップーPWM変
換処理部17は、電圧指令値に基づき、モータ12へ出
力するパルス電流のデューティ比を演算し、デューティ
信号をPWMスイッチング素子(電流供給手段)18に
出力する。PWMスイッチング素子18は、例えばFE
Tやトランジスタなどで構成されており、バッテリ11
とモータ12との電流経路をデューティ信号に基づいて
断続する。これにより、モータ12に印加される実効電
圧が電圧指令値と一致するように制御される。なお、図
中符号13はバッテリ11とモータ12間の接続が切ら
れたときに、モータ12に順方向の循環電電流を流すた
めのフライホイールダイオードである。
【0017】上記構成のモータ出力トルク制御装置にあ
っては、本来の回転数ートルク特性よりも傾斜の大きな
仮想回転数ートルク特性に基づいて電圧指令値を出力す
るから、出力された電圧指令値は、モータ12等のばら
つき要因によって、必要な補助トルクに対する回転速度
信号の関係にばらつきが生じることとなっても、出力す
るトルク指令値のばらつきを抑制することができる。よ
って、モータ12等のばらつき要因が存在しても補助ト
ルクへの影響を少なくすることができる。
【0018】また、仮想回転数ートルク特性に基づいた
マップを記憶する点を除いては、従来のシステムにおけ
る制御系と同様の構成で良いため、製造コストを抑える
ことができる。さらに、モータ等の部品のバラツキが補
助トルクの大きさに与える影響を抑制できるため、特に
バラツキが発生しやすいモータなどの部品の製造コスト
を低減することができる。さらに、仮想回転数ートルク
特性線の傾きを大きくしているが、実際に回路の内部抵
抗を大きくしているわけではないので、電気的な損失が
増加するようなこともない。
【0019】なお、上述した実施例においては、仮想回
転数ートルク特性線を直線状にして説明したが、モータ
によっては回転数ートルク特性線が曲線状になることも
あるので、そのような場合には、回転数ートルク特性曲
線よりも変化率を大きくした曲線を仮想回転数ートルク
特性曲線として用いれば良い。
【0020】また、上記実施例では、仮想回転数ートル
ク特性に基づいて作成したマップを記憶しているが、電
圧指令値をコントローラ10によって演算するように構
成することもできる。たとえば、仮想回転数ートルク特
性線が直線状であれば、電圧指令値Vは、回転速度信号
の値をN、トルク指令値をT、θを正の定数としたとき
に、下記式 V=N+θT によって求めることができる。また、このような1次関
数に限らず、2次関数や3次関数などその種類は任意で
ある。さらに、上記のような補助動力付き自転車に限ら
ず、補助動力付き人力車両であれば適用対象は任意であ
る。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モータ等のバラツキ要因によりモータの補助トルクがば
らつくことがあるが、変化率の大きな仮想回転数ートル
ク特性に基づいてモータへ印加する電圧を設定するの
で、モータ等のばらつき要因によって、必要な補助トル
クに対する回転数の関係にばらつきが生じることとなっ
ても、出力する補助トルクのばらつきを抑制することが
できる。よって、モータ等のばらつき要因が存在しても
使用者に与える違和感を除去し、あるいは極めて少なく
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による補助動力付き人力車両
におけるモータ出力トルク制御装置の制御回路の概略構
成を示すブロック図である。
【図2】実施例における補助動力付き自転車の駆動系の
モデルを表す図である。
【図3】実施例においてコントローラが記憶しているマ
ップの基準となる仮想回転数ートルク特性を示す線図で
ある。
【図4】従来の装置における回転数ートルク特性と実施
例の仮想回転数ートルク特性とを比較した線図である。
【符号の説明】
2 トルクセンサ(トルク検出手段) 5 速度センサ(速度検出手段) 11 バッテリ 12 モータ 14 指令値演算部(目標値演算部) 16 マップ入力部(電圧設定手段) 18 PWMスイッチング素子(電流供給手段)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 運転者が加える回転力に対応する人力ト
    ルクとこの人力トルクに基づいてモータの出力トルクを
    制御して得られる補助トルクとを合成して合成トルクを
    得るとともに、この合成トルクを負荷へ伝達するモータ
    出力トルク制御装置であって、 上記人力トルクの大きさを検出するトルク検出手段と、 運転者が加える回転の回転数を検出する速度検出手段
    と、 上記人力トルクの大きさに基づいて、上記負荷を駆動す
    るために必要な補助トルクの目標値を算出する目標値算
    出手段と、 上記モータの固有の特性である回転数ートルク特性にお
    ける回転数の変化率よりも大きな回転数の変化率を有す
    る回転数ートルク特性を記憶し、この仮想回転数ートル
    ク特性から上記補助トルクの目標値と上記回転数とに対
    応した電圧を算出または読み出す電圧設定手段と、 上記電流設定手段の設定に基づいて上記モータに電圧を
    印加する電流供給手段とを備えたことを特徴とするモー
    タ出力トルク制御装置。
  2. 【請求項2】 前記仮想回転数ートルク特性は、前記電
    圧をV、前記回転数をN、前記補助トルクの目標値を
    T、θを正の定数としたときに、下記式 V=N+θT を満足することを特徴とする請求項1に記載のモータ出
    力トルク制御装置。
  3. 【請求項3】 前記電流設定手段は、前記仮想回転数ー
    トルク特性から算出または読み出した電圧の値が前記モ
    ータの電源であるバッテリの出力限界を越える場合に、
    モータに印加する電圧を上記出力限界とすることを特徴
    とする請求項1または2に記載のモータ出力トルク制御
    装置。
JP7040477A 1995-02-28 1995-02-28 モータ出力トルク制御装置 Pending JPH08237989A (ja)

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