JP3327750B2 - 電動モータ付き自転車およびそのモータ制御方法 - Google Patents
電動モータ付き自転車およびそのモータ制御方法Info
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Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
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
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
直接使用する電動モータ付き自転車が得られる。
【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。
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。
【図１】本発明の一実施例の側面図
【図２】その動力系統図
【図３】その動力系の展開図
【図４】踏力の検出部を示す側面図
【図５】そのＶ−Ｖ線断面図
【図６】モータの動作特性図
【図７】踏力およびモータ駆動力の周期的変動を示す図
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
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
Claims (3)
- 【請求項１】 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。 - 【請求項２】 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。 - 【請求項３】 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26895895A JP3327750B2 (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 電動モータ付き自転車およびそのモータ制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26895895A JP3327750B2 (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 電動モータ付き自転車およびそのモータ制御方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4082917A Division JP2634121B2 (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 電動モータ付き自転車およびそのモータ制御方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24933399A Division JP3327874B2 (ja) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | 電動モータ付き自転車およびそのモータ制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08198175A JPH08198175A (ja) | 1996-08-06 |
| JP3327750B2 true JP3327750B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=17465668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26895895A Expired - Lifetime JP3327750B2 (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 電動モータ付き自転車およびそのモータ制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3327750B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10147284A (ja) * | 1996-09-20 | 1998-06-02 | J N T:Kk | 乗り物用の駆動装置 |
-
1995
- 1995-09-25 JP JP26895895A patent/JP3327750B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08198175A (ja) | 1996-08-06 |
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