KR100260596B1

KR100260596B1 - 전동 보조식 승용물

Info

Publication number: KR100260596B1
Application number: KR1019960046178A
Authority: KR
Inventors: 타쓰아키 타나카; 토시히로 수하라; 토시히로 마쓰모토; 히로아키 사가라; 요시히코 마에다
Original assignee: 이우에 사또시; 산요오덴끼 가부시키가이샤
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 2000-07-01
Also published as: US5860487A; JP3691132B2; KR970020886A; CN1090582C; ATE202525T1; DE69613535D1; CN1157245A; TW347374B; JPH09123984A; DE69613535T2; EP0771721B1; CA2189203C; EP0771721A1; CA2189203A1

Abstract

1.청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 인력구동력으로 구동되는 인력구동계와 이 인력구동계의 인력구동력에 따라서 전동기로 보조적으로 구동하는 전동구동계를 구비한 전동어시스트식 자전거 또는 자동의자 등 전동어시스트식 승용물에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 간단한 구성으로 주행시의 안전성의 확보와 동시에 전동구동력에 의한 충분한 보조구동이 가능한 전동보조식 승용물을 제공한다.

3. 발명의 해결방법의 요지

인력파 전동력으로 구동되는 구동륜을 구비한 승용물본체와, 구동륜을 구동시키기 위한 인력구동력이 부여되는 구동력부여부와, 이 구동력부여부에 부여된 인력구동력을 검출하는 토오크검출부를 갖는 인력구동계와, 구동륜을 구동시키기 위한 전동기(49)와, 이 전동기(49)를 구동시키기 위한 제어부와, 전원용 배터리를 갖는 전동구동계를 구비하며, 상기 전동구동계의 전동기(49)가 소정의 속도보다 작은 속도만을 출력하는 전동구동력 특성을 갖고, 상기 전동구동계의 제어부가 인력구동계의 토오크검출부에서의 검출결과에 따라서 상기 전동기를 소정의 비율로 제어하는 전동보조식 승용물.

4. 발명의 중요한 용도

전동기에 의한 인력구동력을 보조하는 전동어시스트식 자전거 또는 의자식 승용물의 전동어시스트(보조구동)를, 간단한 구성으로 주행의 안전성 범위이내에서 충분한 보조구동력을 얻을 수 있다.

Description

전동 보조식 승용물

본 발명은 인력구동력을 부여하여 구동륜을 구동하기 위한 인력구동계와, 이 인력구동계의 인력구동력에 대응하여 전동기를 구동시켜 구동륜을 보조적으로 구동하는 전동구동계를 구비한 전동 보조식 자전거나, 전동 보조식 승용의자 등의 전동 보조식 승용물에 관한 것이다.

종래에, 이와 같은 종류의 전동 보조식 승용물로서는 인력구동력을 전동기에 의한 전동구동력으로 보조하여, 부여할 인력구동력을 경감시키도록 한 승용물이 알려져 있다.

그리고, 이와 같은 전동 보조식 승용물에서는, 고속주행시의 안전성을 확보하기 위해서, 예를 들면 제7도에 도시하는 바와 같은 제어를 행하고 있다.

즉, 인력구동력에 대한 전동구동력의 비율, 이른바 어시스트비(比)를 주행속도 0∼15km/h에서는 1.0으로 하고, 15∼24km/h에서는 속도 상승에 대응하여 1.0에서 0까지 직선적으로 점점 감소하도록 변화시켜, 24kn/h 이상에서는 0으로서, 전동구동력에 의한 보조 구동을 정지시키도록 제어를 하고 있다.

그러기 위해서, 보통, 구동륜에 부여되는 인력구동력의 크기를 검출하는 구동력 센서와 주행속도를 검출하는 속도센서와, 전동구동력을 얼마로 할 것인가를 연산하는 마이크로컴퓨터를 구비하여 인력구동력의 크기와 주행속도를 입력해서, 마이크로컴퓨터가 보유하고 있는 테이블데이터에 의해서 어시스트비를 변화시키는 방법을 채택하고 있다.

예를 들면, 구동력센서에 100kg·cm의 인력구동력이 걸려있다고 할 때, 제7도에 의하면, 주행속도가 10km/h일 경우에 전동구동력에 의한 보조적 부가출력을 최대 100kg·cm로서 출력하고, 주행속도가 20km/h일 경우에는 어시스트비는 약 0.44로 감소시키지 않으면 안되므로 마이크로컴퓨터 내에서 연산하여 44kg·cm의 전동구동력의 출력을 한다는 방법을 채택하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 구성으로서는 속도센서에 오차가 있거나 속도센서가 고장인 경우에 마이크로컴퓨터에서는 통상적으로 연산하고 있는데, 속도센서에 나타나는 속도가 실제의 주행속도와 다르기 때문에 제7도에 도시하는 제어의 범위를 넘어서 위험한 주행이 되는 경우가 있거나, 그 범위보다 너무 작아서 전동구동력의 어시스트 부족이 생기는 일이 있다.

또한, 속도센서는 회전물체인 차륜 등으로부터 속도를 검출하기 때문에, 배선이 필요하게 되어 구성이 복잡해지거나, 배선이 장애가 되는 문제들이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 간단한 구성으로, 주행시 안전성을 높이고. 전동구동력에 의한 충분한 어시스트(보조구동)가 가능한 전동 보조식 승용물을 제공하는 것을 과제로 한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에서 설정된 어시스트비와 전동구동계의 구동력특성으로부터 출력토크 비를 구한 그래프.

제2도는 제1실시예에 있어서의 동력 계통도.

제3도는 구동부의 평면구성도.

제4도는 제3도의 구동부에 있어서의 A-A단면도.

제5도는 구동력검출부의 동작 개략도.

제6도는 전동 보조식 승용물(전동 자전거)의 전체구성도.

제7도는 안전성 확보를 위한 어시스트비와 속도의 관계를 나타내는 그래프.

제8도는 본 발명의 제2실시예인 설정된 어시스트비와 속도의 관계를 나타내는 그래프.

제9도는 본 발명의 제3실시예인 설정된 어시스트비와 전동 구동계의 구동력특성으로부터 출력되는 어시스트비를 구한 그래프.

제10도는 본 발명의 제4실시예를 얻기 위해 설정된 어시스트비와 전동구동계의 구동력 특성으로부터 출력되는 어시스트비를 구한 그래프.

제11도는 본 발명의 제4실시예인 설정된 어시스트키와 전동구동계의 구동력특성으로부터 출력되는 어시스트비를 구한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

49 : 전동기 35 : 회전판

37 : 변환 로드 41 : 페라이트 링

44 : 코일

본 발명은, 인력과 전동력으로 구동되는 구동륜을 구비한 승용물본체와, 구동륜을 구동시키기 위한 인력구동력이 부여되는 구동력부여부와 이 구동력부여부에 부여된 인력구동력을 검출하는 토크검출부를 갖는 인력구동계와, 구동륜을 구동시키기 위한 전동기와 이 전동기를 인력구동계의 토크검출부에서의 검출결과에 기초해서 미리 정한 비율로 해서 구동시키기 위한 제어부와 전원용 배터리를 갖는 전동구동계를 구비하며, 상기 전동구동계의 전동기는 미리 정한 안전 주행속도의 상한값, 혹은 위험 주행속도의 하한값보다도 작은 속도로만 출력하는 전동구동력특성을 갖는 것을 특징으로 하는 전동 보조식 승용물을 제공한다.

상기와 같은 구성에 의하면, 제어부가 인력구동계의 토크검출부에서의 검출결과에 따라서 전동구동계를 소정의 비율로 제어할 수 있게 된다.

따라서, 종래와 같이 속도센서를 설치하여 속도에 따른 제어를 하지 않아도 소정의 어시스트비(인력구동력에 대한 전동구동력의 비율)를 초과하지 않고 전동구동계를 제어할 수 있으며, 안전성을 유지하면서 어시스트할 수 있게 된다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 있어서, 「토크」란 구동력의 크기 또는 강도를 나타내는 것이다.

본 발명에 따른 전동 보조식 승용물에서, 위험 주행속도 범위의 하한값으로 정해져 있는 제1소정속도(예를 들면, 24km/h) 이상에서는 출력하지 않는 전동구동력 특성을 갖는 전동구동계를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의하면, 실제의 주행속도와는 관계없이 인력구동력대 전동구동력을 1대 1로 제어해도 어시스트를 정지하지 않으면 안 되는 제1소정속도 이상에서는 반드시 전동기의 출력을 하지 않게 된다.

또, 본 발명의 전동 보조식 승용물은, 안전 주행속도 범위의 상한값으로 정해져 있는 제2소정속도(예를 들면, 15km/h) 이상에서는 출력하지 않는 전동구동력 특성을 갖는 전동구동계를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의하면, 상기 전동구동계에 의한 전동구동력은, 예를 들어 어시스트를 감소시키기 시작하지 않으면 안 되는 제2소정속도 이하에서만 출력하도록 한다.

따라서, 속도센서를 설치하여 속도에 따른 제어를 하지 않아도 소정의 어시스트비를 초과하지 않고 제어가능하고, 안전성을 유지하여 어시스트할 수 있다.

본 발명에 있어서의 전동 보조식 승용물이, 상기 제1소정속도 또는 상기 제2소정속도 이상에서는 출력하지 않는 전동구동력 특성을 갖는 전동구동계를 사용한 경우에 있어서 제어부는 이들 전동구동력 특성을 미리 기억하고, 또 그 특성을 참조하여 전동기의 출력 토크를 산출할 수 있게 하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 전동 보조식 승용물은, 어시스트비가 0∼1의 범위에 있는 것이 바람직하다.

이 경우에, 어시스트비가 0인 때를 제외하고, 인력구동계의 구동력검출부에 의해서 검출된 인력구동력의 크기에 따라서 제어부가 전동구동계의 전동기를 작동시키고, 인력구동력과 0∼1의 범위에 있는 일정한 비율로 보조적으로 부가된 전동구동력의 2개의 구동력으로 주행한다.

어시스트비는, 인력구동력이 증가하여 소정값(예를 들면, 200kg·cm)이 될 때까지, 0∼1의 범위에서 직선 상태(1차 함수로 표시되는 바와 같이) 또는 곡선 상태(2차 함수 또는 3차 함수 등으로 표시되는 바와 같이)로 변화하고, 그 소정치 이상에서는 일정하게 되도록 하는 것이 바람직하다.

여기서, 전동구동계의 구동력특성에 따라서, 구동륜에 작은 인력구동력이 걸렸을 경우에 있어서 어시스트비를 변화, 예를 들어 작게되도록 설정해두면, 위험 주행속도 범위보다 저속도의 범위로 정해져 있는 주의 주행속도 범위(예를 들어, 15∼24km/h)에 있어서 어시스트비를 1에서 0까지 점차 감소시키는 부분에서 안전성의 범위를 넘지 않는다.

상기 구성에 있어서, 어시스트비를 인력구동력이 커짐에 따라서 일정한 범위 내에서 점차 증가하도록 설정하면, 고속 영역에서 실제 주행속도를 검출하지 않아도 안전성의 범위를 넘지 않는다.

또, 전동구동력의 보조를 그다지 필요로 하지 않은, 낮은 인력구동력영역에서는 전원용 배터리의 소비를 억제할 수 있다.

또한, 어시스트비를 인력구동력이 커짐에 따른 변화율을 크게 하도록 설정하면 작은 인력구동력에 대해서는 작은 전동구동력을 부가하고, 큰 인력구동력에 대해서는 큰 전동구동력을 부가할 수가 있다.

이에 따라서 , 배터리의 과도한 소비를 억제하고 안전성의 범위 내에서 큰 전동구동력에 의한 어시스트를 부여할 수 있게 된다.

또한, 안전 주행속도 범위란, 상기 주의 주행속도 범위보다 저속도의 범위로 정해져 있는 속도범위이다.

[실시예]

본 발명의 실시 형태는 전동 보조식 자전거를 예로 하고, 제1실시예에 대하여 제1도 내지 제6도를 따라서 다음에 상세히 설명한다.

도면 번호 1은 메인프레임이고, 전방부에 설치된 헤드 파이프(2)와, 안장(3)으로부터 아래쪽으로 설치된 시이트파이프(4)를 연결하고 있다.

상기 메인프레임 (1)이 상기 시이트파이프(4)와 연결되는 부분에, 인력으로 회전 가능한 구동력부여부로서 페달(5)이 설치되어 있다.

도면 번호 6은 전륜(앞바퀴)이며, 핸들(7)의 움직임에 연동하여, 핸들(7) 조작에 의해서 주행방향을 정한다.

상기 전륜(6)은 스포크(Spoke)(8), 림(9), 타이어(10)로 구성되어있다.

도면 번호 11은 구동륜이 되는 후륜(뒷바퀴)이며, 이 후륜(11)은 타이어(12), 림(13), 스포크(14), 구동부(15)로 구성되어 있다.

도면 번호 16은 상기 페달(5)의 회전과 함께 회전하는 전방 스프로킷(Sprocket)이다.

상기 전방 스프로킷(16)에는 체인(17)이 걸려있으며, 전방 스프로킷(16)의 회전 동력을 상기 구동부(15)의 차축에 설치된 후방 스프로킷(27)(제4도에 도시함)에 전달하도록 되어 있다.

도면 번호 18은 후에 설명하게 될 전동기(49)의 전원이 되는 배터리이고, 24볼트의 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery)가 수납되어 있다.

또, 배터리(18)는 분리 가능하여 옥내에서의 충전도 가능하다.

도면 번호 19는 전방 상자이고, 도면 번호 20은 정지 시에 자전거를 지탱하는 스탠드이다.

상기 구동부(15)에 대하여, 제3도 및 제4도에 구체적 구성을 도시한다.

도면 번호 21은 메인프레임(1)에 고정되어 설치된 원반형의 고정 케이싱이고, 도면 번호 22는 상기 고정 케이싱 (21)과 동축으로 고정 케이싱(21)의 외측을 회전하는 회전 케이싱이다.

이들 고정 케이싱(21)과 회전 케이싱(22)을 합쳐서 허브(hub)를 구성하고 있다.

상기 회전 케이싱(22)의 외부 둘레에는 2개의 환상 리브(24)가 형성되어 있으며, 이들 환상 리브(24)로부터는 타이어(12)가 설치되어 있는 림(13)을 향해서 스포크(Spoke)(14)가 팽팽하게 설치되어 있다.

도면 번호 25는 차륜에 설치된 허브축 내장형의 변속기로서, 상기 변속기(25)는 랫치(ratchet)(26)를 끼고 후방 스프로킷(27)에 접합되어 있다.

즉, 랫치(26)에 의해서 체인(17)으로부터의 인력이 일방향으로만 걸리지 않도록 되어 있으며, 역회전으로 힘이 걸렸을 때에는 구동력이 차단되도록 되어 있다.

그리고, 상기 변속기(25)는 원통 형상의 용기(33) 내에 수납되어 있다.

용기(33)의 한쪽 전체 둘레에는 테두리부(28)가 형성되어 있다.

또, 상기 변속기(25)에 있어서는 차축(29)의 중공부에, 변속부재(30)가 외측으로 힘을 가하는 상태에서 슬라이딩이 자유롭게 삽입되어 있다.

그리고, 변속부재(30)를 좌우로 이동시킴으로서 변속기(25) 가운데의 기어(도시하지 않음)가 변환되도록 되어 있다.

그리고, 변속부재(30)를 누르기 위한 누름 기구(31)가 변속부재(30)에 압접(押接) 상태로 설치되어 있으며, 상기 누름 기구(31)를 조작하기 위한 조작 기구(도시하지 않음)가, 와이어(32)를 통해서 핸들(7) 부근에 설치되어 있다.

필요하다면, 손잡이의 조작기구에 의해서 와이어(32)를 인장시키면 누름 기구(31)가 회동하고, 변속부재(30)를 이동시킴으로서 변속단이 바뀌도록 되어 있다.

도면 번호 34는 슬리브이며 상기 변속기(25)의 용기(33)에 압입(壓入)되어서 용기(33)의 외부 둘레를 에워싸고 있다.

이 슬리브(34)는 상기 테두리부(28)에 나사 고정되어 있다.

도면 번호 35는 상기 슬리브(34) 및 테두리부(28)와 일체로 회전하는 회전판이다.

회전판(35)에 대해서는 제5도에 도시하는 동작의 개략도에 기초해서 설명한다.

상기 회전판(35)은, 변속기(25)의 용기(33)의 외부 둘레 지름보다도 크고, 변속기(25)와 동심원형이고, 서로 대응하는 2개 위치에는 축방향으로 뻗는 푸시 로드(Push rod, 36)와, 변환 로드(37)가 일체로 형성되어있다.

상기 푸시 로드(36)는 조종 형태의 면을 갖는 기둥 형태로 형성되어 있으며, 상기 조종 형태의 곡면 부분에서 탄성체, 즉, 스프링(38)을 누르도록 되어 있다.

그리고, 회전판(35)은 변속기(25) 외부 둘레를 스프링(38)을 신축시키면서 회동하고, 변속기(25)와 동심원으로 용기(33)의 외부 둘레를 가이드로서 회동한다.

또, 상기 변환 로드(37)는 차축(29)방향으로 뻗는 직방체이고, 그 선단부가 회전 방향을 향해서 짧게 되는 경사면 형상으로 형성되어 있다.

상기 푸시 로드(36)에 의해서 눌리는 스프링(38)은 타단을 회전 케이싱(22)의 일부에 접촉시키고 있다.

인력구동력의 전달순서로서, 회전판(35)으로부터 푸시 로드(36)에 의해 스프링(38)을 신축시켜서 회전 케이싱(22)을 회전시킨다.

이때, 신축된 스프링(38)의 신축 크기에 따라서 회전 케이싱(22)과 약간의 뒤틀림을 일으키면서 회전판(35)은 회전한다.

그리고, 이 회전간(35)은 변속기(25)의 둘레를 인력에 의한 뒤틀림에 대응하여 회전하게 된다.

이때, 동시에 회전판(35)의 약간의 회전에 의해서 변환 로드(37)도 회전하고, 이 변환 로드(37)의 선단에 형성한 경사 부분(39)에 의해서 경사 부분(39)과 접하는 볼록 부재(40)가 눌려져 차축(29) 방향으로 이동한다.

상기 볼록 부재(40)에는 자성부재 즉, 페라이트 링(ring; 41)이 설치되어 있다.

상기 볼록 부재(40)의 이동에 따라서 페라이트 링(41)도 이동하도록 되어 있다.

이 페라이트 링(41)의 선단에는 페라이트 링(41)을 회전판(35) 측으로 힘을 가하기 위한 C형 링(42)과 스프링(43)이 설치되어 있다.

따라서, 회전 케이싱(22)과 회전판(35)이 비틀린 만큼 페라이트 링(41)이 차축(29) 방향으로 이동하게 되어 있다.

도면 번호 44는 코일이며 상기 고정 케이닝(21)에서 상기 페라이트 링(41)의 근방에 설치되어 있고, 상기 코일(44)이 상기 페라이트 링(41)의 접근에 의한 인덕턴스(inductance)의 변화를 전기적 신호로 변환할 수 있고, 이 신호로부터의 출력을 이용하여 인력의 토크[페달(5)을 회전시키는 힘]를 검출할 수 있다.

이상 제5도에 도시하는 부재를 일괄하여 구동력검출부(45)라고 한다.

또한, 여기에서 변환 로드(37), 볼록 부재(40), 자성 부재(41), 자성검출부재인 코일(44)을 묶어서 검출부라고 하며, 이들에 의해서 탄성체인스프링(38)의 신축 정도를 검출할 수 있다.

또, 변환 로드(37)와 볼록 부재(40)를 묶어서 변환 부재라고 한다.

이 변환 부재는 회전방향으로의 스프링(38)의 신축을 차축(29) 방향의 이동으로 변환시킨다.

이와 같은 자전거에 있어서, 페달(5), 전방 스프로킷(16), 체인(17), 후방 스프로킷(27), 변속기(25), 랫치(26), 구동력검출부(45) 등을 묶어서 인력구동계라고 한다.

상기의 구성에 있어서, 링(41)으로서 자성부재인 페라이트를 사용하였으나, 알루미늄 등의 도전성 재료로 링을 구성해도 좋다.

또, 탄성체를 스프링(38)으로 하였으나, 고무 등을 탄성체로 하고, 검출부로서 이 고무의 신축을 검출할 수 있도록 하는 스케일(Scale)을 사용하여 구성해도 좋다.

또, 탄성체를 감압(感壓) 고무(Pressure sensitive gum)로 하여 신축하는 압력을 전기적신호로 끌어내는 방법도 좋다.

도면 번호 46은 상기 회전 케이싱(22)에 볼트에 의해서 나사 고정되어 있는 인너 기어(inner gear)로서, 상기 인너 기어(46)는 내부측에 형성되는 이(齒)부분을 강화 플라스틱, 예를 들면 폴리아세탈 수지 등으로 형성하고 있다.

그리고, 외측부분을 금속제의 케이싱으로 하고, 상기 이(齒)부분을 강화하도록 외부 둘레를 덮고 있다.

도면 번호 47은 상기 인너 기어(46)에 일체로 형성된 축 파이프이다.

상기 축 파이프(47)에는, 상기 슬리브(34)와의 사이에서, 회전판(35)이 회전하였을 때에 원활하게 회전하도록 베어링(48)이 끼워져있다.

도면 번호 49는 고정 케이싱(21)에 내장한 전동기로서, 상기 전동기(49)의 출력축(50)에는 벨트(51)가 설치되어 있다.

상기 벨트(51)는 제1 풀리(52)에 접속되어 있다.

이 제1풀리(52)는 고정 케이싱(21)에 대해서 베어링(53)을 끼고 회전이 자유롭게 설치되어 있다.

또, 제1풀리(52)와 동축으로, 일방향 클러치(54)와 베어링(55)을 끼우고, 제2풀리(56)가 설치되어 있다.

상기 제2풀리(56)에는 일방향으로만 제1풀리(52)로부터의 동력이 전달되도록 되어 있다.

그리고, 제2풀리(56)에는 기어(57)가 형성되어 있으며 이 기어(57)와 상기 인너 기어(46)가 치합하여 전동기(49)의 구동력으로 회전 케이싱(22)을 회전시킨다.

일방향 클러치(54)는 전동기(49)로부터의 구동력과 인력구동력을 독립시키기 위해서 설치되어 있다.

예를 들어, 자전거를 손으로 밀고 있을 때에, 후륜(11)과 함께 전동기(49)를 회전시켜 버리는 일이 없고, 발전 제동에 의해서 사용자에게 필요없는 부하가 걸리지 않도록 설치되어 있는 것이다.

이와 같은 자전거에 있어서, 전동기(49), 출력축(50), 벨트(51), 제1풀리(52), 베어링(53), 일방향 클러치(54), 베어링(55), 제2풀리(56), 기어(57)등을 묶어서 전동구동계라 한다.

도면 번호 58은 상기 변속기(25)의 용기(33)와 함께 회전하는 브레이크 부재이다.

이 브레이크 부재(58)는 브레이크 케이스(59) 내를 후륜(11)과 함께 회전한다.

그리고, 상기 핸들(7)에 설치되어 있는 브레이크 레버(도시하지 않음)에 의해서 브레이크 케이스(59) 내에 설치된 브레이크 슈(brake shoe)(60)를 넓혀줌으로서 브레이크 슈(60)가 브레이크 부재(58)에 눌려 접촉하게 되어, 후륜(11)의 회전에 제동을 걸게되어 있다.

도면 번호 61은 인장 풀리(tension pully)이며 전동기(49)와 제1풀리(52)를 연결하는 벨트(51)의 인장을 조절할 수 있다.

상기 인장 풀리(61)는 롤러(62)와 기틀(63)로 되어 있으며 기틀(63) 측을 고정하기 위한 나사용 긴 구멍(64)에 의해서 벨트(51)에 대한 누르는 힘을 조절하도록 되어 있다.

다음은, 이상과 같은 구성으로서, 동력 계통도인 제2도를 따라서 설명한다.

먼저 인력구동계에 대하여 설명하면, 페달(5)에 의해서 부여된 인력은, 전방 스프로킷(16) 및 체인(17)에 의해서 후방 스프로킷(27)에 전달되고, 변속기(25)에서 변속된 후, 회전판(35) 및 스프링(38)을 통해서 후륜(11)을 회전시킨다.

다음에 전동구동계에 대하여 설명하면, 스프링(38)의 신축의 크기, 즉 회전판(35)의 회전거리를 변환 로드(37)에 의해서 차축(29) 방향의 이동량으로 변환하고, 그 이동과 함께 페라이트 링(41)이 이동하도록 한다.

이 페라이트 링(41)의 이동을 코일(44)의 인덕턴스의 변화로 전환하여 전기 신호로서 제어부(65)에 입력한다.

제어부(65)는 마이크로컴퓨터를 갖는 전자회로기판, 방열판, 스위칭소자 등으로 구성되며, 고정 케이싱(21) 내에 내장되어 있다.

그리고, 제어부(65)에 의해서 코일(44)로부터의 신호를 입력하고, 이에 따른 전동기(49)의 회전이 이루어지도록 구동신호를 출력한다.

그리고, 전동기(49)의 출력은 제1풀리(52), 제2풀리(56) 등의 감속기구(67)에서 감속되고, 후륜(11)이 회전한다.

여기에서, 후방 스프로킷(27)으로부터 감속기구(46)까지와, 후륜(11), 변환 로드(37) 및 페라이트 링(41)은 회전 케이싱(22)에 설치되어있으며, 제어부(65), 코일(44) 전동기(49) 감속기구(67)는 고정 케이싱(31)에 설치되어 있다.

제1실시예에 사용되는 전동구동계에 대하여 설명한다.

제1도의 우측 상단 그래프에 도시한 것이 전동구동계의 구동력(부가되는 보조적 구동력)의 특성을 나타내고 있고, 가로축에 주행속도, 세로축에 출력토크(구동륜에 전달된 전동구동력의 크기)를 잡고 있다.

본 실시예에서는 이와 같은 구동력 특성을 가진 전동구동계를 사용하였다.

이와 같은 구동력 특성은 전동구동계 자체에 미리 설정해 놓은 능력이며, 이 능력은 전동기의 권선수, 회전자의 지름, 자극 수 등으로 결정되는 것이다.

상기의 전동구동계의 구동력 특성에 대하여 설명하면 속도가 0km/h일 때는 최대 출력토크가 450kg·cm이며, 전동구의 회전이 개시되어 속도가 상승함과 동시에 최대 출력토크가 감소해간다.

그리고, 속도가 15km/h로 될 때는, 전동기는 그 속도로 회전을 하지만, 출력토크는 없어지게 된다.

다시 말하면, 그 이상의 속도, 회전수로는 구동륜에 보조적으로 가해지는 출력 토크는 없다.

예를 들어, 이 전동구동계에서, 속도가 0km/h일 때에 300kg·cm의 토크로 보조 구동하려고 하면, 충분히 구동할 수 있게 된다.

그러나, 속도가 13km/h일 때에 300kg·cm의 토크로 출력하려고 하면, 이 전동구동계에서는 속도가 13km/h일 때에 최대 100kg·cm의 토크밖에 출력할 수 없기 때문에, 제어회로로부터의 지시는 300kg·cm의 토크일지라도 실제 100kg·cm의 토크밖에 출력할 수 없다.

또, 예를 들어, 150kg·cm의 토크로 출력하려고 하면, 12km/h보다 낮은 속도에서는 토크출력이 가능하지만, 속도가 12km/h 이상이 되면 150kg·cm 이상의 토크 출력을 할 수 없게 된다.

그리고, 속도가 크게 됨에 따라서 출력하는 토크는 작아지고, 속도 15km/h에서는 출력토크가 0이 된다.

제1도의 좌측 하단 그래프는 가로축에 인력구동력, 세로축에 어시스트비를 잡고, 미리 정해진 어시스트비를 나타내고 있다.

이 경우의 실시예에 대하여 설명하면, 예를 들어, 인력구동력이 150kg·cm일 때, 어시스트비가 1.0이므로 전동구동력은 150kg·cm를 필요하게 된다.

다음에, 인력구동력에 대한 전동구동력의 어시스트비에 대하여 설명한다.

어시스트비는 제어부(65)의 제어회로 내에 정해져 있으며, 본 실시예에 있어서는 인력구동력대 전동구동력을 1:1로 설정하고 있다.

이것을 도면으로 설명하면, 제1도의 좌측 상단 그래프는 가로축에 인력구동력, 세로축에 전동구동력을 잡고, 검출되는 인력구동력에 대해 필요로 하는 전동구동력을 그래프화한 것이다.

그리고, 가령 150kg·cm의 전동구동력에 의한 토크를 필요로 하는 경우, 제1도의 우측 상단의 그래프에 기재한 토크 특성의 전동구동계를 사용한 경우, 속도가 0∼12km/h까지는 150kg·cm의 토크 출력이 가능하다.

그러나, 12km/h 이상의 속도일 때, 150kg·cm의 출력을 하려고 해도 전동구동계의 능력 관계상, 이 이상의 토크출력이 안되기 때문에 12km/h 이상은 전동구동계의 능력에 의한 최대 토크밖에 출력할 수 없게 되는 것이다.

그 때문에, 이 전동구동계를 사용함에 의한 어시스트비는 제1도의 우측 하단 그래프의 B에 나타내는 바와 같이, 가로축에 주행속도, 세로축에 실제의 어시스트비를 잡으면, 속도 12km/h까지는 어시스트비는 1이지만, 그 이상의 속도가 되면 전동구동계의 특성에 의해서 서서히 비율이 내려가고, 결국 15km/h에서의 토크 출력은 0이 된다.

또, 인력토크가 100kg·cm인 경우에 대하여 설명하려면, 미리 설정된 어시스트비는 1.0이므로, 제1도 좌측 상단 그래프에서도 알 수 있듯이 전동구동력도 100kg·cm를 필요로 하게 된다.

여기에서, 제1도의 우측 상단 그래프에 보이는 특성을 가진 전동구동계로 구동시키면, 속도가 0∼13kg/h까지는 100kg·cm의 출력이 가능하다.

그러나, 13km/h 이상의 속도일 때에, 100kg·cm의 토크를 출력하려고 해도, 전동구동계의 능력 관계상, 이 이상의 토크 출력이 가능하지 않기 때문에, 13km/h 이상은 전동구동계의 능력에 의한 최대 토크밖에 출력할 수 없게 되는 것이다.

그 때문에, 이 전동구동계를 사용하였을 때의 어시스트비는 제1도 우측 하단 A에 보이는 바와 같이 가로축에 주행속도, 세로축에 실제의 어시스트비를 잡으면, 속도 13km/h까지는 어시스트비가 1이지만, 그 이상의 속도로 되면 전동구동계의 특성에 의해 서서히 비율이 내려가고, 결국 15km/h에서 출력은 0이 되게 되는 것이다.

마찬가지로, 인력구동력이 200kg·cm, 250kg·cm일 때를 고려해 보면, 필요하게 되는 전동구동력은 마찬가지로 200kg·cm, 250kg·cm이고, 제1도의 우측 상단 그래프의 특성을 가진 이 전동구동계를 사용한 경우, 전동구동계의 특성에 의해서 실제의 어시스트비는 200kg·cm일 때에 0∼11km/h, 250kg·cm일 때에 0∼8km/h까지 어시스트비 1로 출력하게 된다.

각각 그 이상의 속도에 있어서는 전동구동계의 토크특성에 의해서 출력토크는 내려가고, 실제의 출력토크의 어시스트비는 제1도의 우측 하단 그래프의 C, D에 나타내는 바와 같은 출력이 된다.

제1도의 우측 하단 그래프에서 나타내는 H는 고속 주행시에 있어서의 안전성의 확보를 위해서 규제한 속도에 대한 어시스트비의 변화를 표시한 것으로서, 어떠한 크기의 출력이 있어도, 이 특성을 갖는 전동구동계를 사용하였을 때의 실제의 출력 어시스트비는 H의 범위 내에 수렴하게 된다.

이와 같이, 전동구동계의 토크특성이 속도 15km/h 이상에서는 출력하지 않는 전동구동계를 사용하고, 또한 미리 설정한 어시스트비가 1이라 하더라도 실제 출력되는 어시스트비가 제1도에서의 H, 즉 규정된 어시스트비를 초과하지 않고, 속도 센서를 설치하여 속도제어를 하지 않아도, 안전하게 속도제어가 가능하다.

다음에 제2실시예에 대하여, 제8도를 기초하여 설명한다.

고속 주행시 안전성 확보를 위한 인력구동력에 대한 전동구동력의 출력비, 즉 어시스트비는 제1실시예와 같이, 제8도 우측 하단 그래프에서 H로 표시한 바와 같이 시속 15km/h까지는 1.0이며, 그 이상의 속도에서는 1.0에서 0까지 직선적으로 점차 감소되도록 설정되어 있다.

이 경우의 전동구동계에 있어서, 전동기(49)는 제8도 우측 상단 그래프에 나타내는 바와 같이, 규제되는 어시스트비가 0이 될 때의 속도인 24km/h 이하, 여기서는 20km/h 이상에서만 토크를 출력하지 않은 것을 사용하고 있다.

전동구동계의 출력토크란, 전동기(49)로부터 보조 구동력이 출력되어, 최종적으로 후륜(11)에 동력이 전달될 때의 출력이다.

제2실시예에서는 전동구동계의 출력토크를 제8도 좌측 하단 그래프로 보이는 바와 같이 설정한다.

즉, 인력구동력이 200kg·cm 이하일 때에는, 1에서 0으로 될 때까지 직선적으로 어시스트비를 감소하도록 어시스트비를 설정한다.

이는, 작은 인력구동력에 대해서는 전동구동력의 비율을 작게 하고, 큰 인력구동력에 대해서는 충분한 전동구동력을 부여함으로써, 그다지 필요하지 않은 부분에서는 전동구동력을 억제하는 것에 의해 배터리의 소비를 억제하여 배터리를 오래 쓸 수 있게 한 것이다.

설정된 어시스트비에 있어서 필요한 전동구동력의 커브를 제8도의 좌측 상단 그래프로 표시한다.

인력구동력이 200kg·cm일 때까지 필요로 하는 전동구동력은 서서히 상승하기 때문에 커브를 그리면서 상승하고, 200kg·cm 이상에서는 인력구동력과 같은 양의 전동구동력을 필요로 하기 때문에 직선이 된다.

여기서, 실제로는 어느 만큼의 출력을 하는지, 전동구동계의 토크특성과 비교해 보면, 예를 들어, 인력구동력이 100kg·cm인 경우, 설정된 어시스트비로부터는 50kg·cm의 전동구동력이 필요하게 된다.

이 때에, 속도가 0∼18km/h까지는 전동구동력으로서 50kg·cm의 토크를 출력하지만, 시속 약 18kg·cm 이상에서는 토크가 50kg·cm이상은 출력할 수 없으므로, 주행속도에 대한 어시스트비는 우측 하단 그래프의 직선 A와 같이 0∼18km/h까지는 1이며, 18km/h 이상은 전동구동계의 출력특성에 의해서 서서히 감소한다.

또, 인력토크가 150kg·cm인 경우, 설정된 어시스트비로부터, 전동구동계의 토크는 100kg·cm을 필요로 하지만, 전동구동계의 토크 특성은 속도가 17km/h 이상에서는 토크가 100kg·cm 이상은 출력할 수 없으므로 우측 하단 그래프에 적용시키면, 직선 B로 표시하는 것과 같이 된다.

마찬가지로 인력토크가 200kg·cm일 때는, 직선 C와 같이 되고, 또 인력 토크가 250kg·cm일 때는 선 D와 같이 된다.

그리고, 이들 각각의 결과로부터, 각각의 속도에서의 최대 어시스트비를 산출하여 도시하면, 파선으로 나타내는 바와 같은 곡선이 된다.

이 곡선은 직선 H와 교차하지 않는다.

이와 같이, 전동구동계의 토크 특성이 시속 24km/h 이하에서는 토크출력하지 않은 전동구동계, 예를 들어 시속 20km/h 이상에서는 토크출력하지 않은 전동구동계를 사용하고, 다시 어시스트비를 인력구동력이 증가함에 따라서 증가시키도록 한 것이므로, 속도센서를 설치하여 속도에 의한 제어를 하지 않아도 규정된 어시스트비를 초과하지 않고 제어할 수 있고, 고속영역에서의 안전을 확보하면서 최대한으로 어시스트가 가능하게 된다.

다음은 제3실시예에 대하여 제9도를 기초하여 설명한다.

고속영역에서의 안전성을 확보하기 위해, 인력구동력에 대한 전동구동력의 출력비, 즉 어시스트비는 제1 및 제2실시예와 같이 제9도 우측 하단의 그래프 중 H로 표시하는 바와 같이, 시속 15km/h까지는 1.0이고, 그 이상의 속도에서는 1.0에서 0까지 직선적으로 점차 감소하도록 되어 있다.

이 경우의 전동구동계에서 전동기(49)는, 제2실시예와 마찬가지로, 어시스트비가 0이 되는 시속 24km/h 이하, 여기서는 시속 20km/h 이상에서만 토크 출력하지 않는 것을 사용하고 있다.

전동구동계의 출력토크란, 전동기(49)로부터 구동력이 출력되고, 최종적으로 후륜(11)에 동력이 전달될 때의 출력이다.

제3실시예에서는 전동구동계의 출력토크를 제9도 좌측 하단의 그래프에 표시하는바와 같이 설정한다.

즉, 인력구동력이 200kg·cm 이하일 때는 1에서부터 0이 되는 2차 곡선으로 있고, 인력구동력이 작은 값에서부터 크게 됨에 따라서 그 곡선상의 점에 있어서 변화율을 크게 하도록 설정한다.

이것은, 작은 인력구동력에 대해서는 작은 전동구동력을 부여하고, 큰 인력구동력에 대해서는 충분한 전동구동력을 부여하는 것으로, 그다지 필요하지 않는 부분에서는 전동구동력을 억제함으로서 배터리의 소비를 억제하여 배터리의 수명을 길게하기 위해서이다.

이 경우의 전동구동계의 출력에 대해서, 전동구동계의 토크특성을 고려하여 검토해 보면, 예를 들어, 토크가 100kg·cm인 경우, 설정된 어시스트비는 약 0.25로서, 전동구동력에 의한 출력은 약 25kg·cm가 필요하게 된다.

그러나, 전동구동계의 특성은 시속 약 19km/h 이상에서는 25kg·cm 이상의 토크는 출력할 수 없으므로 설정한 어시스트비로는 되지 않고, 실제의 어시스트비는 우측 하단 그래프의 A와 같이 된다.

또, 인력토크가 150kg·cm인 경우 설정된 어시스트비는 0.56으로서 전동구동계의 토크는 84kg·cm을 필요로 하게 되지만, 전동구동계의 토크특성은, 속도가 시속 약 17km/h 이상에서는 84kg·cm 이상은 출력할 수 없으므로, 우측 하단 그래프에 적용시키면 실제의 어시스트비는 직선 B와 같이 된다.

마찬가지로, 인력토크가 200kg·cm일 때는 직선 C, 250kg·cm일 때는 직선 D와 같이 된다.

그리고, 각각의 결과에 의해서, 각각의 속도에서의 최대 어시스트비를 산출하여 도시하면, 파선으로 나타내는 바와 같은 곡선이 된다.

이 곡선은 직선 H와 교차하지 않는다.

이와 같이, 전동구동계의 토크특성이 시속 24km/h 이하에서는 토크출력을 하지 않는 전동구동계, 예를 들어 시속 20km/h 이상에서는 토크 출력하지 않는 전동구동계를 사용하며, 다시 어시스트비를 낮은 토크 영역에서는 인력구동력이 증대함에 따라서 증가하도록 하므로, 속도센서를 설치해서 속도에 의한 제어를 하지 않아도 규정된 어시스트비를 초과함이 없이 억제할 수 있으며, 고속영역에서의 안전을 확보한다.

다음은 제4실시예에 대하여 제10도를 참조하여 설명한다.

안전성 확보를 위한 주행속도에 대한 어시스트비는, 제10도의 우측하단 그래프에서 직선 H로 표시한 바와 같이, 시속 15km/h까지는 1.0이며, 그 이상의 시속에서는 24km/h가 될 때까지는 1.0에서 0으로 직선적으로 내려가게 되어 있다.

예를 들면, 제10도 우측 상단 그래프에 나타내는 바와 같은 토크특성을 갖는 전동구동계를 사용하여 제10도 좌측 하단의 그래프에 표시한 바와 같이, 제2실시예와 마찬가지의 어시스트비에 설정한 경우에 대하여 고찰을 본다.

상기에서 설명한 실시예와 같이, 인력토크가 100, 150, 200, 250kg·cm인 경우에 대해서, 우측 하단의 그래프 각각의 경우가 실제 어시스트비 A, B, C, D로 표시되어 있다.

그리고, 각각의 결과로부터, 각각의 속도에서의 최대 어시스트비를 산출하여 도시하면 파선으로 나타내는 곡선이 된다.

이 경우, 속도가 약 17km/h로부터 21km/h의 사이에서 제10도 우측 하단 그래프의 직선 H의 범위로 정해진 비율을 초과해 버리는 것이 된다.

그래서, 제4실시예에서는 제11도 좌측 하단 그래프로 나타내는 바와 같이 설정된 어시스트비에 제3실시예와 같은 2차 곡선의 커브를 붙여서 200kg·cm까지는 어시스트비를 서서히 올라가게 설정한다.

이에 의해서, 제11도 우측 하단의 그래프에 표시한 바와 같이, 인력토크가 100, 150, 200, 250kg·cm의 경우는 각각의 선 A, B, C, D와 같이 되며, 최대 어시스트비는 파선으로 나타내는 바와 같이 미리 설정한 값 H를 초과하지 않게 된다.

이와 같이, 전동구동계의 출력토크 특성이 변한다 해도, 설정한 어시스트비를 변경시킴으로서, 속도센서를 사용하지 않고도 안전한 범위 내에서 출력을 초과하지 않고 제어할 수 있다.

상술한 제3 및 제4실시예에서는, 미리 설정한 어시스트비를 2차 곡선으로 하고, 인력토크가 크게됨에 따라서 어시스트비의 변화율이 커지도록 하지만, 인력토크가 작은 때는 어시스트비의 변화율을 크게하고, 크게됨에 따라서 변화율이 작게 되도록 해도 나쁘지 않다.

또, 제1 내지 제4실시예에서 설정하는 어시스트비를 제어회로 내에 복수 종류로 설정해 놓고, 그것들을 사용자의 의사에 따라서 스위치에 의해서 전환되도록 하여도 좋다.

또, 오르막길이나 발진 시와 같이, 큰 전동구동력이 필요한 때에는 어시스트비가 커지도록 자동으로 전환되게 하는 것도 나쁘지 않다.

본 발명의 청구항 1의 구성에 의하면, 인력구동력에 의한 인력구동계와, 그 인력구동계의 인력토크를 검출하는 토크검출부의 검출 값에 따른 구동력으로 전동기를 구동하는 전동구동계를 구비하여, 상기 전동구동계에 의한 출력은 제1소정속도 이하로 토크출력하고, 전동구동계의 토크특성에 따라서 인력구동력에 대한 전동구동력의 비율을 변화시키므로, 속도센서를 설치해서 속도에 의한 제어를 하지 않아도 규정된 어시스트비를 초과하지 않게 제어할 수 있고, 안전성을 보유하는 규제 내에서 어시스트할 수 있다.

이때, 제1소정속도는 인력구동력에 대한 전동구동력의 비가 0이 되는 속도로 설정한다.

또, 인력구동력에 대한 전동구동력의 비율을, 인력구동력이 커짐에 따라서 점차 증가하게 되므로, 배터리의 소비를 억제할 수 있고, 속도센서를 설치해서 속도에 의한 제어를 하지 않아도 규정의 어시스트비를 초과함이 없이 제어할 수 있으며, 안전한 범위 내에서 최대한으로 어시스트할 수 있게 된다.

또한, 인력구동력에 대한 전동구동력의 비율을, 인력구동력이 커짐에 따라서 변화의 비율을 변경하므로 승차감이 좋고, 배터리의 소비를 억제할 수 있으며, 속도센서를 설치하여 속도에 의한 제어를 하지 않아도 규정의 어스트비를 초과하지 않게 제어할 수 있고, 안전한 범위 내에서 최대한의 어시스트가 가능하게 된다.

Claims

인력과 전동력으로 구동되는 구동륜을 구비한 승용물본체와, 구동륜을 구동시키기 위한 인력구동력이 부여되는 구동력부여부와 이 구동력부여부에 부여된 인력구동력을 검출하는 토크검출부를 갖는 인력구동계와, 구동륜을 구동시키기 위한 전동기와 이 전동기를 인력구동계의 토크검출부에서의 검출 결과에 기초로 해서 미리 정한 비율로 구동시키기 위한 제어부와 전원용 배터리를 갖는 전동구동계를 구비하며, 상기 전동구동계의 전동기는, 미리 정한 안전 주행속도의 상한값, 혹은 위험 주행속도의 하한값보다도 작은 속도로만 출력하는 전동구동력특성을 갖는 것을 특징으로 보조식 승용물.
제1항에 있어서, 상기 소정의 비율이 인력구동력에 대한 전동구동력의 비율로, 0∼1의 범위에 있는 전동 보조식 승용물.
인력과 전동력으로 구동되는 구동륜을 갖는 보조식 승용물에 있어서, 구동륜을 구동시키기 위한 인력구동력이 부여되는 구동력부여부와, 구동륜을 구동시키기 위한 전동기와 이 전동기를 구동시키기 위한 제어부와 전원용 배터리를 갖는 전동구동계와, 구동력부여부에 부여된 인력구동력을 검출하는 토크검출부를 갖는 인력구동계와, 인력구동계의 토크검출부에서의 검출결과에 기초해서 미리 정한 비율로 상기 전동기를 제어하는 제어부를 구비하며, 상기 인력구동력에 대한 전동구동력의 비율을, 인력구동력의 소정값까지 0부터 1의 범위에서 직선상으로 변화하며, 인력구동력이 소정값 이상으로 클 때에는 1로 일정하게 되도록 미리 설정한 것을 특징으로 하는 전동보조식 승용물.
인력과 전동력으로 구동되는 구동륜을 갖는 보조식 승용물에 있어서, 구동륜을 구동시키기 위한 인력구동력이 부여되는 구동력부여부와, 구동륜을 구동시키기 위한 전동기와 이 전동기를 구동시키기 위한 제어부와 전원용 배터리를 갖는 전동구동계와, 구동력부여부에 부여된 인력구동력을 검출하는 토크검출부를 갖는 인력구동계와, 인력구동계의 토크검출부에서의 검출결과에 기초해서 미리 정한 비율로 상기 전동기를 제어하는 제어부를 구비하며, 상기 인력구동력에 대한 전동구동력의 비율을, 인력구동력의 소정값까지 0부터 1의 범위에서 곡선상으로 변화하며, 인력구동력이 소정값 이상으로 클 때에는 1로 일정하게 되도록 미리 설정한 것을 특징으로 하는 전동보조식 승용물.
제1항에 있어서 상기 위험 주행속도의 하한값은, 24km/h인 것을 특징으로 하는 전동 보조식 승용물.
제3항에 있어서, 인력구동력의 소정값은 200kg·cm인 것을 특징으로 하는 전동 보조식 승용물.
제4항에 있어서, 인력구동력의 소정값은, 200kg·cm인 것을 특징으로 하는 전동 보조식 승용물.
제1항에 있어서, 인력구동계의 토크검출부는, 구동륜의 회전방향으로의 코일 스프링의 신축량을 구동륜의 축방향으로의 이동량으로 변환하며, 그 이동량을 유도코일에 의해 전기적 신호로서 검출하는 전동 보조식 승용물.
제3항에 있어서, 인력구동계의 토크검출부는, 구동륜의 회전방향으로의 코일 스프링의 신축량을 구동륜의 축방향으로의 이동량으로 변환하며, 그 이동량을 유도코일에 의해 전기적 신호로서 검출하는 전동 보조식 승용물.
제4항에 있어서, 인력구동계의 토크검출부는, 구동륜의 회전방향으로의 코일 스프링의 신축량을 구동륜의 축방향으로의 이동량으로 변환하며, 그 이동량을 유도코일에 의해 전기적 신호로서 검출하는 전동 보조식 승용물.
제1항에 있어서, 승용물 본체가 자전차 본체 또는 차 의자인 전동 보조식 승용물.
제3항에 있어서, 승용물 본체가 자전차 본체 또는 차 의자인 전동 보조식 승용물.
제4항에 있어서, 승용물 본체가 자전차 본체 또는 차 의자인 전동 보조식 승용물.
제1항에 있어서, 상기 안전 주행속도의 상한값은, 15km/h인 것을 특징으로 하는 전동 보조식 승용물.