JP3327750B2 - Bicycle with electric motor and motor control method therefor - Google Patents
Bicycle with electric motor and motor control method thereforInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、人力による駆動系
と電動モータによる駆動系とを並列に設け、電動モータ
による駆動力を人力による駆動力（以下踏力という）の
変化に対応して制御するようにした電動モータ付き自転
車とそのモータ制御方法とに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a drive system driven by a human power and a drive system driven by an electric motor in parallel, and controls the drive power of the electric motor in response to a change in the drive power (hereinafter referred to as "pedal force"). The present invention relates to a bicycle with an electric motor and a method for controlling the motor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】踏力を検出し、この駆動力の大小に対応
して電動モータの駆動力を制御するものが公知である
（実開昭５６−７６５９０、特開平２−７４４９１
号）。すなわち人力が大きくなると電動モータの駆動力
も増やして人力の負荷を減らすものである。ここにモー
タの駆動系には一方向クラッチが介在され、モータの無
通電時あるいは人力走行による車速がモータの回転速度
より速い時にモータが回されるのを防止している。2. Description of the Related Art It is known that a pedaling force is detected and the driving force of an electric motor is controlled in accordance with the magnitude of the driving force (Japanese Utility Model Application Laid-Open No. Sho 56-76590, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-74491).
issue). That is, when the human power increases, the driving force of the electric motor also increases, and the load of the human power is reduced. Here, a one-way clutch is interposed in the drive system of the motor to prevent the motor from turning when the motor is not energized or when the vehicle speed due to manual driving is higher than the rotation speed of the motor.
【０００３】人力の駆動力（踏力）はクランクペダルか
ら入力され車輪上に設けたフリーホイールクラッチすな
わちフリーホイール一方向クラッチを介して後輪に伝え
られるため、クランク軸の半回転の周期を持って変化す
る。クランクペダルが上死点または下死点に来る時には
踏力がほぼ零になるからである。[0003] freewheel clutch sand driving force of human power (effort) provided on the wheel is inputted from the crank pedals
That is, since the power is transmitted to the rear wheel via the freewheel one-way clutch , the speed changes with a cycle of a half rotation of the crankshaft. This is because the pedaling force becomes almost zero when the crank pedal comes to the top dead center or the bottom dead center.
【０００４】図７はこの人力による駆動力すなわち踏力
ＦLの時間ｔに対する変化を示す。この踏力ＦLの変化周
期はクランクペダルの半回転に対応する。既提案のもの
はこのように周期的変化をする踏力ＦLを検出してモー
タの駆動力を増減させるものであった。[0004] Figure 7 shows a change with respect to time t of the driving force or pedaling force F L according to the human power. It changes the cycle of the pedaling force F L corresponds to a half rotation of the crank pedals. Those previously proposed were those to increase or decrease the driving force of the motor by detecting the pedaling force F L which periodically changes as this.
【０００５】[0005]
【従来の技術の問題点】しかしこの場合には、モータは
この踏力ＦLがほぼ零になる度にその速度がほぼ零にな
るようにすなわちその駆動力ＦMもほぼ零になるように
制御され、その後踏力ＦLが正になるのに伴ってモータ
電圧ＶMを増加させモータを加速してモータ駆動力ＦMが
正になるようにしている。このようにモータの駆動力Ｆ
Mはほぼ零の状態と所望の駆動力との間で周期的に変動
することになる。In this case, [problems of the prior art, however, the motor is the pedal force F L is approximately such that the speed in the composed time zero is substantially zero i.e. the driving force F M also controlled to be substantially zero is, then pedal force F L is as motor drive force F M becomes positive to accelerate the motor by increasing the motor voltage V M with to positive. Thus, the driving force F of the motor
M will periodically fluctuate between a nearly zero state and the desired driving force.
【０００６】この時モータは速度がほぼ零の状態から車
速に対応した回転速度Ｎ0に到達するまでの間は、一方
向クラッチが切れていてモータの駆動力ＦMは走行に寄
与しない。従ってこの間のモータの加速に要する時間
（図７のａ）だけモータの駆動力ＦMが踏力ＦLに対応し
て遅れることになる。[0006] Until it reaches the rotational speed N 0 In this case the motor is the speed corresponding to the vehicle speed from a substantially zero state, the driving force F M of the motor is out one-way clutch does not contribute to driving. Thus the driving force F M of the motor for the time required to accelerate the meantime the motor (a in FIG. 7) is delayed in response to pedaling force F L.
【０００７】またモータは速度零から車速に対応する速
度（図７のＮ0）までの加速を繰り返し、この間は走行
駆動力の増加には全く寄与できないから、この間のモー
タの加速に要するエネルギーが無駄に消費されることに
なる。Further, the motor repeatedly accelerates from zero speed to a speed corresponding to the vehicle speed (N 0 in FIG. 7). During this period, it cannot contribute to the increase in the driving force at all. It will be wasted.
【０００８】[0008]
【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、モータによる駆動力ＦMを踏力ＦLに遅れる
ことなく良好に追従させることにより運転感を向上さ
せ、またエネルギーの有効利用により効率の向上が可能
な電動モータ付き自転車のモータ制御方法を提供するこ
とを第１の目的とする。またこの方法の実施に直接使用
する電動モータ付き自転車を提供することを第２の目的
とする。THE INVENTION An object of the present invention has been made in view of such circumstances, the driving force F M by the motor to improve the sense of operation by satisfactorily follow without delay the pedaling force F L, also energy effective for It is a first object of the present invention to provide a motor control method for a bicycle with an electric motor capable of improving efficiency by use. It is a second object of the present invention to provide a bicycle with an electric motor that can be used directly for implementing the method.
【０００９】[0009]
【発明の構成】本発明によれば第１の目的は、車輪をこ
の車輪上に設けたフリーホイール一方向クラッチを介し
て駆動する人力駆動系と車輪を電動モータにより駆動す
る電気駆動系とを並列に設け、人力による踏力の変化に
対応して前記電気駆動系の出力を制御する電動モータ付
き自転車のモータ制御方法において、前記電気駆動系に
一方向クラッチを介在させ、前記踏力の増減に対応して
モータの駆動力を増減する一方、前記人力駆動系のフリ
ーホイール一方向クラッチより上流側の前記人力駆動系
の回転速度から車速を検出し、この車速が略零でなくか
つ前記踏力が略零の時にはモータをほぼその時の車速に
対応する無負荷回転速度で駆動し、前記車速が略零の時
にはモータの駆動を停止することを特徴とする電動モー
タ付き自転車のモータ制御方法により達成される。The first object according to the present invention DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION, this wheel
A man-powered drive system that drives through a freewheel one-way clutch provided on the wheel and an electric drive system that drives the wheels by an electric motor are provided in parallel, and the electric drive system corresponds to a change in treading force due to manpower. A motor control method for a bicycle with an electric motor for controlling an output, wherein a one-way clutch is interposed in the electric drive system to increase or decrease the driving force of the motor in response to the increase or decrease in the pedaling force, while free-wheeling the human-powered drive system. The manual drive system upstream of the one-way clutch
The vehicle speed is detected from the rotation speed of the vehicle .
This is achieved by a motor control method for a bicycle with an electric motor, wherein the motor is driven at a corresponding no-load rotation speed, and the driving of the motor is stopped when the vehicle speed is substantially zero.
【００１０】第２の目的は、車輪をこの車輪上に設けた
フリーホイール一方向クラッチを介して駆動する人力駆
動系と車輪を電動モータにより駆動する電気駆動系とを
並列に設け、人力による踏力の変化に対応して前記電気
駆動系の出力を制御する電動モータ付き自転車におい
て、前記電気駆動系に介在された一方向クラッチと、踏
力を検出する踏力検出手段と、前記人力駆動系のフリー
ホイール一方向クラッチより上流側の前記人力駆動系の
回転速度から車速を検出する車速検出手段と、前記踏力
の増減に対応してモータによる駆動力を増減する一方前
記車速が略零でなくかつ前記踏力が略零の時には前記モ
ータをほぼその時の車速に対応する無負荷回転速度で駆
動させ前記車速が略零の時には前記モータの駆動を停止
させるコントローラとを備えることを特徴とする電動モ
ータ付き自転車、により達成される。A second object is to provide, in parallel, a human-powered drive system for driving wheels via a freewheel one-way clutch provided on the wheels and an electric drive system for driving the wheels by an electric motor. A bicycle with an electric motor that controls the output of the electric drive system in response to a change in the treading force due to human power, a one-way clutch interposed in the electric drive system, a treading force detecting means for detecting a treading force, Vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed from the rotational speed of the human-powered drive system upstream of the freewheel one-way clutch of the system; and increasing or decreasing the driving force by a motor in response to the increase or decrease in the pedaling force. When the pedaling force is not substantially zero and the pedaling force is substantially zero, the controller drives the motor at a no-load rotation speed substantially corresponding to the vehicle speed at that time, and stops the driving of the motor when the vehicle speed is substantially zero. A bicycle with an electric motor, comprising: a roller;
【００１１】コントローラは、この車速に対応するモー
タ回転速度となる無負荷モータ電圧（ＶM0）を求め、こ
の電圧（ＶM0）以上にモータ電圧を保ちつつ踏力に対し
てモータの駆動力を制御すると共に、この車速が略零と
なる時にはモータの駆動を停止させるように構成するこ
とができる。The controller obtains a no-load motor voltage (V M0 ) corresponding to the motor speed corresponding to the vehicle speed, and controls the driving force of the motor with respect to the pedaling force while maintaining the motor voltage at or above this voltage (V M0 ). At the same time, when the vehicle speed becomes substantially zero, the driving of the motor can be stopped.
【００１２】[0012]
【原理】直流モータにおいては、モータの印加電圧（Ｖ
M）、モータ電流（Ｉ）、回転速度（Ｎ）の間に次式が
成立する。 ＶM＝Ｉ・Ｒ＋ｋ・Ｎ ここにＲはアマチュア等価抵抗、ｋは比例定数であり、
ｋ・Ｎは電機子逆起電圧を示すものである。[Principle] In a DC motor, the applied voltage (V
M ), the motor current (I), and the rotation speed (N), the following equation holds. V M = I · R + k · N where R is an amateur equivalent resistance, k is a proportionality constant,
k · N indicates the armature back electromotive voltage.
【００１３】またモータトルク（ＴM）は、形式による
が一般にモータ電流（Ｉ）にほぼ比例する。従ってＣを
定数として次式が得られる。 ＴM＝Ｃ・Ｉ 従って（Ｒ／Ｃ）＝ｊとおいて、次式が得られる。 ＶM＝ｊ・ＴM＋ｋ・Ｎ…（１） この（１）式において、右辺の第１項（ｊ・ＴM）はト
ルクに関する項であり、第２項（ｋ・Ｎ）は回転速度に
関する項である。The motor torque (T M ) depends on the type, but is generally almost proportional to the motor current (I). Therefore, the following equation is obtained using C as a constant. T M = C · I Therefore, assuming that (R / C) = j, the following equation is obtained. V M = j · T M + k · N (1) In the equation (1), the first term (j · T M ) on the right side is a term relating to torque, and the second term (k · N) is a rotation speed. It is a section about.
【００１４】従来の装置においては踏力ＦL が０になっ
た時にはモータの駆動力ＦMを０にしてモータ回転速度
Ｎを０にしようとする。すなわち（１）式においてＴM
＝０、Ｎ＝０にする。従ってモータ印加電圧ＶMも０と
なるように制御していた。[0014] When the pedaling force F L is 0 in the conventional apparatus to attempt to zero the motor rotational speed N and the driving force F M of the motor to zero. That is, in equation (1), T M
= 0 and N = 0. Thus the voltage applied to the motor V M was also controlled to be zero.
【００１５】これに対し本発明では、車速が略零でない
時には踏力ＦLが０になる時にもモータ回転速度Ｎは車
速に対応する無負荷回転速度Ｎ0に維持するようにし
た。すなわちこの無負荷時にモータトルクＴM＝０で回
転速度Ｎ＝Ｎ0となるようにした。この無負荷回転速度
Ｎ0はこの時の車速を発生させるために必要なモータ回
転速度であって、電気駆動系の一方向クラッチが接続開
始または切れ始める回転速度にほぼ一致する。従って
（１）式から ＶM＝ｊ・０＋ｋ・Ｎ0＝ｋ・Ｎ0 [0015] In the present invention contrast, the motor rotation speed N even when the pedal force F L is 0 when the vehicle speed is not substantially zero was set to maintain the idling speed N 0 corresponding to the vehicle speed. That is, at the time of no load, the motor speed T M = 0 and the rotation speed N = N 0 . The no-load rotation speed N 0 is a motor rotation speed required to generate the vehicle speed at this time, and substantially coincides with the rotation speed at which the one-way clutch of the electric drive system starts to be engaged or disengaged. Thus (1) = V M from the equation j · 0 + k · N 0 = k · N 0
【００１６】この電圧ＶM を無負荷モータ電圧ＶM0と
し、モータ電圧ＶMがＶM0以下になる時にはモータ電圧
ＶMをこのＶM0に維持することにより、踏力ＦLが小さく
なった時にもモータ回転速度Ｎは無負荷回転速度Ｎ0に
保たれる。従って踏力ＦLが増大しＶM≧ＶM0になった時
にはモータはＮ0から駆動力ＦMを発生すればよいから、
モータの加速に要する時間遅れが無くなり、その間の加
速に消費されるエネルギー（Ｅa）も不要になる。[0016] By maintaining the motor voltage V M to the V M0 is when this voltage V M and no-load motor voltage V M0, motor voltage V M is below V M0, even when the pedal force F L is smaller motor rotation speed N is kept at the no-load rotational speed N 0. Thus since the motor may be generating a driving force F M from N 0 when the pedal force F L becomes V M ≧ V M0 increases,
The time delay required for the acceleration of the motor is eliminated, and the energy (E a ) consumed during the acceleration is not required.
【００１７】なおモータを回転速度Ｎ0に維持する無負
荷モータ電圧ＶM0の期間では、電流Ｉは極めて小さくな
るからその消費エネルギーＥ0は加速に要するエネルギ
ーＥaよりも格段に小さい。すなわちＥ0≪Ｅaであるか
ら、効率が向上する。In [0017] Note that a period of no-load motor voltage V M0 to maintain the motor rotational speed N 0, the current I is the energy consumption E 0 from extremely small much smaller than the energy E a required for the acceleration. That is, since E 0 ≪E a , the efficiency is improved.
【００１８】また車速Ｓは人力駆動系のフリーホイール
一方向クラッチより上流側の回転部分（クランクギヤな
ど）で検出するから、走行中にクランクペダルの回転を
停止すれば検出した車速も次第に零になる。本発明では
この時にはモータの駆動が停止される。すなわちモータ
の電圧も電流も切れることになり、電池の消費エネルギ
ーは一層少くなり、効率がさらに向上する。The vehicle speed S is a freewheel of a manual drive system.
Since the detection is performed at a rotation portion (e.g., a crank gear) upstream of the one-way clutch, if the rotation of the crank pedal is stopped during traveling, the detected vehicle speed gradually becomes zero. In the present invention, the driving of the motor is stopped at this time. That is, the voltage and current of the motor are cut off, the energy consumption of the battery is further reduced, and the efficiency is further improved.
【００１９】[0019]
【実施態様】図１は本発明の一実施態様の側面図、図２
はその動力系統図、図３はその動力系の展開図、図４は
踏力の検出部を示す側面図、図５はそのＶ−Ｖ線断面
図、図６はモータ出力特性図である。FIG. 1 is a side view of one embodiment of the present invention, and FIG.
3 is a power system diagram, FIG. 3 is a development view of the power system, FIG. 4 is a side view showing a treading force detecting section, FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV, and FIG. 6 is a motor output characteristic diagram.
【００２０】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。In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a main frame, which extends rearward from a head pipe 12 obliquely downward and rearward.
4 axles. A seat tube 16 is fixed substantially perpendicular to the main frame 10, and a seat post 20 for supporting a saddle 18 is fixed to an upper end of the seat tube 16.
【００２１】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の後端には後輪１４が固定
されている。なお右側のリヤステー２８（図３）には駆
動軸３０が挿通される。A lower portion of the seat tube 16 is formed with a tubular portion 16a opened downward, and a DC electric motor 22 is accommodated therein. A power unit 24 is fixed to a lower end of the seat tube 16. The power unit 24 includes a bottom bracket case (hereinafter referred to as a BB case) 26,
A rear stay 28 extends rearward from the BB case 26, and the rear wheel 14 is fixed to the rear end of the rear stay 28. The drive shaft 30 is inserted through the right rear stay 28 (FIG. 3).
【００２２】次に動力ユニット２４を説明する。図１、
３において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。Next, the power unit 24 will be described. Figure 1,
3, a crankshaft 32 is inserted into the BB case 26, and a crank 34 is fixed to both ends of the crankshaft 32. The crank 34 has crank pedals 36 attached thereto.
【００２３】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４０に固定されている。車軸３８にはハブ
４２が回転自在に保持され、このハブ４２には駆動軸３
０の回転が傘歯車機構４４およびフリーホイール一方向
クラッチ４３を介して伝えられる。The left end of the axle 38 of the rear wheel 14 is fixed to an end plate 28a fixed to the left rear stay 28,
The right end of the axle 38 is fixed to a bevel gear case 40 fixed to the right rear stay 28. A hub 42 is rotatably held on the axle 38, and the drive shaft 3
The rotation of 0 is transmitted via the bevel gear mechanism 44 and the freewheel one-way clutch 43.
【００２４】前記電動モータ２２はＢＢケース２６に上
から図３に示すように嵌合されて固定され、そのモータ
軸２２ａはクランク軸３２に直交しかつ車体幅方向中央
付近に位置する。ＢＢケース２６は、シートチューブ１
６の筒部１６ａ内にこのモータ２２を下から挿入するよ
うにして筒部１６ａに嵌合され、４本のボルト４６（図
３参照）によって結合される。The electric motor 22 is fitted and fixed to the BB case 26 from above as shown in FIG. 3, and its motor shaft 22a is orthogonal to the crankshaft 32 and located near the center in the vehicle width direction. The BB case 26 is a seat tube 1
The motor 22 is fitted into the cylindrical portion 16a so as to be inserted from below into the cylindrical portion 16a, and is connected by four bolts 46 (see FIG. 3).
【００２５】このモータ２２の回転は図３に示すよう
に、一方向クラッチ４８、遊星歯車式減速機５０、小傘
歯車５２、大傘歯車５４を介して、クランク軸３２に回
転自在に保持された筒型の合力軸５６に伝えられる。こ
の合力軸５６の回転はさらに傘歯車機構５８によって前
記駆動軸３０に伝えられる。As shown in FIG. 3, the rotation of the motor 22 is rotatably held on the crankshaft 32 via a one-way clutch 48, a planetary gear type reducer 50, a small bevel gear 52, and a large bevel gear 54. The resultant force is transmitted to a cylindrical resultant force shaft 56. The rotation of the resultant shaft 56 is further transmitted to the drive shaft 30 by a bevel gear mechanism 58.
【００２６】後輪１４からモータ２２へ向う回転はハブ
４２に内装したフリーホイール一方向クラッチ４３によ
り遮断される。なお前記遊星歯車式減速機５０は公知の
ものであり、モータ２２により回転されるサンギヤとＢ
Ｂケース２６に固定されたリングギヤとの間にあってこ
れらに噛合する遊星ギヤの公転を小傘歯車５２に伝える
ものである。The rotation from the rear wheel 14 to the motor 22 is interrupted by a freewheel one-way clutch 43 provided in the hub 42. Note that the planetary gear type speed reducer 50 is a known type, and the sun gear rotated by the motor 22 and the B gear
The revolving motion of the planetary gear which is located between and meshes with the ring gear fixed to the B case 26 is transmitted to the small bevel gear 52.
【００２７】一方ペダル３６から人力により入力される
回転は、クランク軸３２、一方向クラッチ６０、遊星歯
車式増速機６２を介して大傘歯車５４に伝えられる。こ
のためクランク軸３２から入力された回転はこの大傘歯
車５４から合力軸５６、傘歯車機構５８を介して駆動軸
３０に伝えられる。このクランク軸３２の回転はモータ
２２の停止中にはクラッチ４８の作用によりモータ２２
に伝わらない。またクランク軸３２の停止中あるいは逆
転中には一方向クラッチ６０の作用によりモータ２２の
回転はクランク軸３２に伝わらない。ここに駆動軸３０
はモータ軸２２ａを含む車体前後方向の平面Ａの右側に
位置する（図３参照）。On the other hand, the rotation input manually from the pedal 36 is transmitted to the large bevel gear 54 via the crankshaft 32, the one-way clutch 60, and the planetary gear type gearbox 62. Therefore, the rotation input from the crankshaft 32 is transmitted from the large bevel gear 54 to the drive shaft 30 via the resultant shaft 56 and the bevel gear mechanism 58. The rotation of the crankshaft 32 is controlled by the action of the clutch 48 while the motor 22 is stopped.
Does not reach. During the stop or reverse rotation of the crankshaft 32, the rotation of the motor 22 is not transmitted to the crankshaft 32 by the action of the one-way clutch 60. Here the drive shaft 30
Is located on the right side of the plane A in the vehicle longitudinal direction including the motor shaft 22a (see FIG. 3).
【００２８】遊星歯車式増速機６２は図３、５に示すよ
うに、大傘歯車５４に固定されたリングギヤ６２ａと、
踏力検出レバー６４に固定されたサンギヤ６２ｂとこれ
らの間に介在する遊星ギヤ６２ｃとを備える。クランク
軸３２はこの遊星ギヤ６２ｃを一方向クラッチ６０を介
して公転させる。As shown in FIGS. 3 and 5, the planetary gear type gearbox 62 includes a ring gear 62a fixed to a large bevel gear 54,
A sun gear 62b fixed to the pedaling force detection lever 64 and a planet gear 62c interposed therebetween are provided. The crankshaft 32 revolves the planetary gear 62c via the one-way clutch 60.
【００２９】なお踏力検出レバー６４は、ペダル３６に
よる人力駆動時の駆動力をサンギヤ６２ｂに加わる反力
により検出する踏力検出手段６５の一部を構成するもの
である。この踏力検出手段６５は前記平面Ａの左側に位
置する。The pedaling force detecting lever 64 constitutes a part of a pedaling force detecting means 65 for detecting a driving force at the time of manual driving by the pedal 36 by a reaction force applied to the sun gear 62b. The treading force detecting means 65 is located on the left side of the plane A.
【００３０】すなわちこの踏力検出手段６５のレバー６
４は、図４、５に示すように２つの突起６４ａ、６４ｂ
を持ち、一方の突起６４ａはストッパ６６に当接して図
４で時計方向への回転、換言すればペダル３６の踏力が
加わる方向と逆方向の回転を規制する。突起６４ｂには
他の第２のレバー６８が当接し、レバー６４の反時計方
向の回転によってこの第２のレバー６８が時計方向に回
転する。That is, the lever 6 of the treading force detecting means 65
4 are two projections 64a, 64b as shown in FIGS.
The one protrusion 64a abuts against the stopper 66 to restrict the clockwise rotation in FIG. 4, in other words, the rotation in the direction opposite to the direction in which the pedaling force of the pedal 36 is applied. Another second lever 68 abuts on the projection 64b, and the counterclockwise rotation of the lever 64 causes the second lever 68 to rotate clockwise.
【００３１】この第２のレバー６８には復帰ばね７０に
より復帰習性が付与され、これによりレバー６４は図４
で時計方向への復帰習性が付与される。そしてこの第２
のレバー６８の回転量は踏力センサとしてのポテンショ
メータ７２に伝えられる。この結果ペダル３６の踏力に
比例してレバー６４が図４で反時計方向に回動し、第２
のレバー６８が時計方向に回動するから、この踏力がポ
テンショメータ７２の回転量から求められる。The second lever 68 is provided with a return behavior by a return spring 70, whereby the lever 64 is moved to the position shown in FIG.
With this, return behavior in the clockwise direction is given. And this second
Of the lever 68 is transmitted to a potentiometer 72 as a pedaling force sensor. As a result, the lever 64 rotates counterclockwise in FIG.
Of the lever 68 rotates clockwise, the pedaling force is obtained from the rotation amount of the potentiometer 72.
【００３２】図１で８０は鉛電池などの充電可能な電
池、８２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３において８４は大傘歯車に
対向して設けた車速検出手段であり、この大傘歯車５６
の回転を電磁的にあるいは光学的に検出する公知の構造
のものが使用できる。In FIG. 1, reference numeral 80 denotes a rechargeable battery such as a lead battery, and reference numeral 82 denotes a controller, which is accommodated between the head pipe 12 and the seat tube 16 of the main frame 10. In FIG. 3, reference numeral 84 denotes a vehicle speed detecting means provided to face the large bevel gear.
Any known structure that detects the rotation electromagnetically or optically can be used.
【００３３】ポテンショメータ７２で検出した踏力ＦL
および車速検出手段８４で検出した車速Ｓはコントロー
ラ８２に入力され、このコントローラ８２はこの踏力Ｆ
Lと車速Ｓに基づいてモータ電流を制御しモータトルク
ＴMを発生させる。The pedal force F L detected by the potentiometer 72
And the vehicle speed S detected by the vehicle speed detecting means 84 are input to a controller 82, and the controller 82
The motor current is controlled based on L and the vehicle speed S to generate a motor torque T M.
【００３４】すなわちコントローラ８２では車速Ｓを発
生させるために必要なモータ回転速度すなわち無負荷回
転速度Ｎ0を求め、この速度Ｎ0に対応する無負荷モータ
電圧ＶM0（＝ＫＮ0）を求める一方、踏力ＦL に対応す
るモータトルクＴMを求める。この演算に用いるデータ
はメモリ８２ａ（図２）に予め記憶しておくのは勿論で
ある。That is, the controller 82 calculates the motor rotation speed required for generating the vehicle speed S, that is, the no-load rotation speed N 0, and calculates the no-load motor voltage V M0 (= KN 0 ) corresponding to the speed N 0. obtains the motor torque T M corresponding to pedaling force F L. It goes without saying that the data used for this calculation is stored in the memory 82a (FIG. 2) in advance.
【００３５】さらに前記の（１）式に基づいてモータ印
加電圧ＶMを求める。この（１）式においてｊ＞０、ＴM
≧０だから、ＶM≧ＶM0である。すなわちモータ電圧ＶM
がＶM0以下にはならないようにする。そして検出した車
速Ｓが０になる時、すなわち人力駆動系の駆動を止めた
時にはモータの電圧および電流を切ってその駆動を停止
する。Furthermore seek motor application voltage V M based on the equation (1). In this equation (1), j> 0, T M
Since ≧ 0, V M ≧ V M0 . That is, the motor voltage V M
Does not fall below V M0 . When the detected vehicle speed S becomes 0, that is, when the driving of the manual drive system is stopped, the voltage and current of the motor are cut off and the driving is stopped.
【００３６】次にこの時の動作を図６を用いて説明す
る。（１）式の特性は実線で示すように右下がりの傾き
−（ｋ／ｊ）の直線である。今ある踏力ＦLにより決ま
るモータのトルクＴMを出力させるためのモータ電圧ＶM
をその時のモータ回転速度Ｎ0を用いて（１）式から求
めると、その時の動作点は図６にＡで示す点となる。Next, the operation at this time will be described with reference to FIG. The characteristic of the equation (1) is a straight line with a slope of − (k / j) falling to the right as shown by the solid line. Motor voltage V M for outputting the torque T M of the motor determined by a certain depression force F L now
Is obtained from Expression (1) using the motor rotation speed N 0 at that time, the operating point at that time is a point indicated by A in FIG.
【００３７】ここで踏力ＦL が減少する場合を考える。
実際の走行中における車速Ｓは慣性により変化しないと
考えられ、クランク軸３２は一方向クラッチ６０および
フリーホイール一方向クラッチ４３が切れない速度で回
転し、車速検出手段８４はその時の実際の車速を検出し
ているものとする。[0037] Consider the case that here in the pedaling force F L is reduced.
It is considered that the vehicle speed S during actual running does not change due to inertia, the crankshaft 32 rotates at a speed at which the one- way clutch 60 and the freewheel one-way clutch 43 do not disengage, and the vehicle speed detecting means 84 determines the actual vehicle speed at that time. It is assumed that it has been detected.
【００３８】この時には車速検出手段８４は実際の車速
Ｓを検出しているから、コントローラ８２はモータ回転
速度はＮ0のままにしてＶMだけを減少してゆく。すなわ
ちこの時の動作点Ａは速度がＮ0の直線ＡＢ上を下降す
る。そして踏力ＦLがほぼ０になるとＶM＝ＶM0＝ｋＮ0
となって、コントローラ８２はモータ電圧ＶMをＶM0に
保つ。従ってモータの動作点はＢ点に保たれ無負荷運転
される。[0038] Since the vehicle speed detecting means 84 when the detects the actual vehicle speed S, the controller 82 is motor speed slide into reduced only V M to leave N 0. That operating point A at this time the rate is lowered over the line AB of N 0. When it goes pedal force F L is approximately 0 V M = V M0 = kN 0
Becomes, the controller 82 maintains the motor voltage V M to V M0. Accordingly, the operating point of the motor is maintained at the point B and the motor is operated without load.
【００３９】踏力ＦLが再び増加してＶM＞ＶM0になる
と、動作点もＢ点からＡ点に向って移動する。この時モ
ータはすでに速度Ｎ0で回転しているから、従来のよう
なモータの加速により一方向クラッチ４８が接続するま
での時間遅れが発生せず、前記図７で説明した遅れａが
ほとんど無くなる。[0039] When the depressing force F L is V M> V M0 increases again, to move the operating point from point B toward the point A. At this time, since the motor has already been rotating at the speed N 0 , there is no time delay until the one-way clutch 48 is engaged due to acceleration of the motor as in the prior art, and the delay a described in FIG. .
【００４０】また本発明では車速検出手段８４を大傘歯
車５４に対向させて設けている。すなわち人力駆動系の
クランク軸３２とフリーホイール一方向クラッチ４３と
の間に設けている。このため降坂時や慣性走行時などに
クランク軸３２の回転を停止すれば、大傘歯車５４は次
第に減速してこの車速検出手段８４が出力する速度Ｎ0
は０となる。従ってこの時には車両は現実には走行中で
あるにもかかわらず無負荷モータ電圧ＶM0も０としてモ
ータ２２の駆動を停止することになり、エネルギー消費
を一層減らすことができる。In the present invention, the vehicle speed detecting means 84 is provided to face the large bevel gear 54. That is, it is provided between the crankshaft 32 of the manual drive system and the freewheel one-way clutch 43. Therefore, if the rotation of the crankshaft 32 is stopped during a downhill or an inertia run, the large bevel gear 54 gradually decelerates and the speed N 0 output by the vehicle speed detecting means 84 is output.
Becomes 0. Accordingly, at this time, the no-load motor voltage V M0 is also set to 0 and the driving of the motor 22 is stopped even though the vehicle is actually running, so that the energy consumption can be further reduced.
【００４１】なお本発明は演算に用いるＦM、ＶM、
ＴM、Ｎ、Ｎ0やデータ等は、本発明の効果を得られる範
囲で増減したり変化させてもよく、本発明はこの場合を
包含する。例えば無負荷モータ電圧ＶM0は、（１）式で
求めたｋＮ0より多少高くても低くてもよい。また車速
検出手段８４は人力駆動系のフリーホイール一方向クラ
ッチ４３の上流側に設ければよく、実際の車速を検出し
ないようにすればよい。In the present invention, F M , V M ,
T M , N, N 0 , data, and the like may be increased or decreased or changed within a range where the effects of the present invention can be obtained, and the present invention includes this case. For example, the no-load motor voltage V M0 may be slightly higher or lower than kN 0 obtained by equation (1). Further, the vehicle speed detecting means 84 may be provided on the upstream side of the freewheel one-way clutch 43 of the manual drive system, and may not detect the actual vehicle speed.
【００４２】以上の実施態様は駆動軸３０を用いたシャ
フトドライブ機構からなる伝動系により後輪１４を駆動
するが、本発明は合力軸５６にスプロケットを固定して
チェーンドライブ機構からなる伝動系により後輪１４を
駆動するものであってもよい。In the above embodiment, the rear wheel 14 is driven by a transmission system comprising a shaft drive mechanism using the drive shaft 30. In the present invention, a sprocket is fixed to the resultant shaft 56 and the transmission system comprises a chain drive mechanism. It may drive the rear wheels 14.
【００４３】[0043]
【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、人力駆
動系のフリーホイール一方向クラッチより上流側の回転
速度から車速を検出し、この検出した車速が略零でなく
かつ踏力（ＦL）が略零になる時にモータをほぼその時
の車速に対応する無負荷回転速度で駆動するものである
から、踏力（ＦL）が周期的に減少してもモータは無負
荷で回転し続けることになる。As described above, according to the first aspect of the present invention, the vehicle speed is detected from the rotational speed on the upstream side of the freewheel one-way clutch of the manual drive system, and the detected vehicle speed is not substantially zero and the pedaling force (F When L ) becomes substantially zero, the motor is driven at a no-load rotation speed substantially corresponding to the vehicle speed at that time. Therefore, even if the pedaling force (F L ) periodically decreases, the motor continues to rotate with no load. Will be.
【００４４】このためモータはほぼその時の車速に対応
する無負荷回転速度で駆動され続け、モータの加減速が
ほとんどなくなり、モータの駆動力（ＦM）の踏力
（ＦL）に対する遅れを小さくすることができ、運転感
が向上する。またモータの加減速がほとんどなくなるか
らエネルギーの消費が少なくなり、効率が向上する。さ
らに人力駆動系の駆動を止めて慣性走行あるいは降坂走
行に入れば、検出した車速が略零となる。この時にはモ
ータの駆動も停止するからエネルギーの消費も一層少な
くなり、効率が一層向上する。For this reason, the motor almost corresponds to the vehicle speed at that time.
It continues to be driven by the idling speed to, almost no acceleration or deceleration of the motor, the driving force of the motor (F M) delay can be reduced relative to the pedal effort (F L) of, thereby improving the sense of operation. In addition, since the acceleration and deceleration of the motor is almost eliminated, the consumption of energy is reduced and the efficiency is improved. Further, if the driving of the manual drive system is stopped and the vehicle enters the inertial running or the downhill running, the detected vehicle speed becomes substantially zero. At this time, since the driving of the motor is also stopped, the consumption of energy is further reduced, and the efficiency is further improved.
【００４５】請求項２の発明によればこの方法の実施に
直接使用する電動モータ付き自転車が得られる。According to the second aspect of the present invention, there is provided a bicycle with an electric motor which is used directly for carrying out this method.
【００４６】さらにコントローラは、検出した車速が略
零でない時には、実際の車速に対応するモータ回転速度
となる無負荷モータ電圧（ＶM0）を求め、モータ電圧
（ＶM）を常にこの無負荷モータ電圧（ＶM0）より大と
なるように保ちつつ、検出した車速が略零の時にモータ
の駆動を停止するようにモータを制御することができる
（請求項３）。この場合には、踏力が略零になったり、
逆に略零から増加する時にモータの加減速がないから、
本発明の効果は一層大きくなる。Further, the controller determines that the detected vehicle speed is substantially
When it is not zero, the no-load motor voltage (V M0 ) which becomes the motor rotation speed corresponding to the actual vehicle speed is obtained, and the motor voltage (V M ) is always kept higher than the no-load motor voltage (V M0 ). In addition, the motor can be controlled so as to stop driving the motor when the detected vehicle speed is substantially zero (claim 3). In this case, the pedaling force becomes almost zero,
Conversely, there is no acceleration or deceleration of the motor when increasing from almost zero,
The effect of the present invention is further enhanced.
【図１】本発明の一実施例の側面図FIG. 1 is a side view of one embodiment of the present invention.
【図２】その動力系統図Fig. 2 Power system diagram
【図３】その動力系の展開図FIG. 3 is a development view of the power system.
【図４】踏力の検出部を示す側面図FIG. 4 is a side view showing a treading force detection unit.
【図５】そのＶ−Ｖ線断面図FIG. 5 is a sectional view taken along line VV.
【図６】モータの動作特性図FIG. 6 is an operating characteristic diagram of a motor.
【図７】踏力およびモータ駆動力の周期的変動を示す図FIG. 7 is a diagram showing periodic fluctuations of pedaling force and motor driving force.
１４ 後輪 ２２ 電動モータ ３０ 伝動系を形成する駆動軸 ３２ クランク軸３６ クランクペダル ４３ フリーホイール一方向クラッチ ４８ 電気駆動系の一方向クラッチ ６０ 人力駆動系の一方向クラッチ ６５ トルク検出手段 ８２ コントローラ ８４ 車速検出手段Reference Signs List 14 rear wheel 22 electric motor 30 drive shaft forming transmission system 32 crankshaft 36 crank pedal 43 freewheel one-way clutch 48 electric drive system one-way clutch 60 manual drive system one-way clutch 65 torque detecting means 82 controller 84 vehicle speed Detection means
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B62M 23/02 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B62M 23/02
Claims (3)
ル一方向クラッチを介して駆動する人力駆動系と車輪を
電動モータにより駆動する電気駆動系とを並列に設け、
人力による踏力の変化に対応して前記電気駆動系の出力
を制御する電動モータ付き自転車のモータ制御方法にお
いて、前記電気駆動系に一方向クラッチを介在させ、前
記踏力の増減に対応してモータの駆動力を増減する一
方、前記人力駆動系のフリーホイール一方向クラッチよ
り上流側の前記人力駆動系の回転速度から車速を検出
し、この車速が略零でなくかつ前記踏力が略零の時には
モータをほぼその時の車速に対応する無負荷回転速度で
駆動し、前記車速が略零の時にはモータの駆動を停止す
ることを特徴とする電動モータ付き自転車のモータ制御
方法。1. A human-powered drive system for driving wheels via a freewheel one-way clutch provided on the wheels and an electric drive system for driving wheels by an electric motor are provided in parallel.
In a motor control method for a bicycle with an electric motor that controls an output of the electric drive system in response to a change in treading force due to human power, a one-way clutch is interposed in the electric drive system, and a motor is controlled in response to an increase or decrease in the treading force. While increasing or decreasing the driving force, the vehicle speed is detected from the rotational speed of the human-powered drive system upstream of the freewheel one-way clutch of the human-powered drive system, and when the vehicle speed is not substantially zero and the pedaling force is substantially zero, the motor is detected. Is driven at a no-load rotation speed substantially corresponding to the vehicle speed at that time, and the driving of the motor is stopped when the vehicle speed is substantially zero.
ル一方向クラッチを介して駆動する人力駆動系と車輪を
電動モータにより駆動する電気駆動系とを並列に設け、
人力による踏力の変化に対応して前記電気駆動系の出力
を制御する電動モータ付き自転車において、前記電気駆
動系に介在された一方向クラッチと、踏力を検出する踏
力検出手段と、前記人力駆動系のフリーホイール一方向
クラッチより上流側の前記人力駆動系の回転速度から車
速を検出する車速検出手段と、前記踏力の増減に対応し
てモータによる駆動力を増減する一方前記車速が略零で
なくかつ前記踏力が略零の時には前記モータをほぼその
時の車速に対応する無負荷回転速度で駆動させ前記車速
が略零の時には前記モータの駆動を停止させるコントロ
ーラとを備えることを特徴とする電動モータ付き自転
車。2. A human-powered drive system for driving wheels via a freewheel one-way clutch provided on the wheels and an electric drive system for driving the wheels by an electric motor are provided in parallel.
In a bicycle with an electric motor that controls an output of the electric drive system in response to a change in treading force due to human power, a one-way clutch interposed in the electric drive system, treading force detecting means for detecting treading force, and the human-powered drive system A freewheel one direction <br/> vehicle speed detecting means for detecting a vehicle speed from a rotational speed of the human-powered driving system on the upstream side of a clutch; and A controller that drives the motor at a no-load rotation speed corresponding to the vehicle speed at the time when the pedaling force is not substantially zero and the pedaling force is substantially zero, and stops driving the motor when the vehicle speed is substantially zero. A bicycle with an electric motor.
ル一方向クラッチを介して駆動する人力駆動系と車輪を
電動モータにより駆動する電気駆動系とを並列に設け、
人力による踏力の変化に対応して前記電気駆動系の出力
を制御する電動モータ付き自転車において、前記電気駆
動系に介在された一方向クラッチと、踏力を検出する踏
力検出手段と、前記人力駆動系のフリーホイール一方向
クラッチより上流側の前記人力駆動系の回転速度から車
速を検出する車速検出手段と、前記車速が略零でない時
には前記車速に対応するモータ回転速度となる無負荷モ
ータ電圧（ＶM0）を求めこの無負荷モータ電圧（ＶM0）
以上にモータ電圧（ＶM）を保ちつつ前記踏力に対応し
てモータによる駆動力を制御すると共に前記車速が略零
の時にはモータの駆動を停止させるコントローラとを備
えることを特徴とする電動モータ付き自転車。3. A human-powered drive system for driving wheels via a freewheel one-way clutch provided on the wheels and an electric drive system for driving wheels by an electric motor are provided in parallel.
In a bicycle with an electric motor that controls an output of the electric drive system in response to a change in treading force due to human power, a one-way clutch interposed in the electric drive system, treading force detecting means for detecting treading force, and the human-powered drive system vehicle speed detecting means for detecting a vehicle speed from the rotational speed of the manpower drive system on the upstream side of the free wheel direction <br/> clutch, when the vehicle speed is not substantially zero
The no-load motor voltage (V M0 ) which becomes the motor rotation speed corresponding to the vehicle speed is obtained from this no-load motor voltage (V M0 ).
An electric motor, characterized in that it comprises a controller for stopping the driving of the motor when the vehicle speed is substantially zero to control the in response to the depression force while maintaining the motor voltage (V M) driving force by the motor above With bicycle.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP26895895A JP3327750B2 (en) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | Bicycle with electric motor and motor control method therefor |
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|---|---|---|---|
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