JP2003054480A - 電動モータ付き自転車の制御方法 - Google Patents
電動モータ付き自転車の制御方法Info
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- JP2003054480A JP2003054480A JP2002227819A JP2002227819A JP2003054480A JP 2003054480 A JP2003054480 A JP 2003054480A JP 2002227819 A JP2002227819 A JP 2002227819A JP 2002227819 A JP2002227819 A JP 2002227819A JP 2003054480 A JP2003054480 A JP 2003054480A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 人力駆動系と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、踏力ＦLと車速Ｓ
とを用いてモータの駆動力ＦMを設定する場合に、車速
を検出するための専用のセンサを設ける必要を無くし、
装置の小型化を図り、機械的構造を単純にして信頼性を
向上させる。 【解決手段】 踏力を検出する踏力検出手段と、踏力検
出手段が出力する踏力の振幅内に設定された基準値が踏
力に一致する１つおきの一致点間の時間を計測して車速
を求める車速検出手段と、踏力と車速とを用いて電動モ
ータによる駆動力を制御するコントローラとを備える。
力による踏力の変化に対応して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、踏力ＦLと車速Ｓ
とを用いてモータの駆動力ＦMを設定する場合に、車速
を検出するための専用のセンサを設ける必要を無くし、
装置の小型化を図り、機械的構造を単純にして信頼性を
向上させる。 【解決手段】 踏力を検出する踏力検出手段と、踏力検
出手段が出力する踏力の振幅内に設定された基準値が踏
力に一致する１つおきの一致点間の時間を計測して車速
を求める車速検出手段と、踏力と車速とを用いて電動モ
ータによる駆動力を制御するコントローラとを備える。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】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）と車速
と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）。すなわち人力の負担が大きい時には電動モータの
駆動力も増やして人力の負荷を減らすものである。 【０００３】ここに従来は踏力ＦLに対してモータ駆動
力ＦMを一定の比率で設定していた。すなわち両者の比
ＦM／ＦLを補助率ηと定義し、この補助率ηを一定にし
ていた。 【０００４】 【従来の技術の問題点】しかし低速時と高速時では必要
とするモータ駆動力ＦMも変わるからこの補助率ηも車
速Ｓにより変化させることが考えられる。 【０００５】またペダルを踏まず隋性走行あるいは降坂
走行している時には踏力が０であり、モータ駆動力も０
になる。この状態からペダルを再び踏み始めるとモータ
はほぼ速度０の状態から車速Ｓに一致する速度に達する
まで急速に加速しなければならず、この間に時間遅れが
発生する。この時間遅れを無くすために車速Ｓを検出し
ておき、踏力０の状態でもこの車速Ｓに対応する電圧を
モータに印加しておくことが考えられている（特願平４
−８２９１７号参照）。 【０００６】これらのように踏力ＦLだけでなく車速Ｓ
も検出して両者に基づいてモータ駆動力ＦMを決める場
合には、車速Ｓを検出するためのセンサが必要になる。
従来はこの車速Ｓのセンサをクランクペダルや車輪また
はこれらと同期して回転する位置に設けていた。 【０００７】このためセンサの設置空間を確保する必要
があり、装置の小型化の障害となるばかりでなく、防
塵、防水等の対策が必要になるために機械的構造が複雑
で信頼性が低下するという問題があった。 【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、踏力ＦLと車速Ｓとを用いてモータの駆動
力ＦMを設定する場合に、車速を検出するための専用の
センサを設ける必要が無くなり、装置の小型化に適し、
機械的構造を単純にして信頼性を向上させることができ
る電動モータ付き自転車を提供することを目的とする。 【０００９】 【発明の構成】本発明によればこの目的は、人力駆動系
と電気駆動系とを並列に設け、人力による踏力と車速と
の変化に対応して前記電気駆動系の電動モータの出力を
制御する電動モータ付き自転車において、踏力を検出す
る踏力検出手段と、前記踏力検出手段が出力する踏力の
振幅内に設定された基準値が前記踏力に一致する１つお
きの一致点間の時間を計測して車速を求める車速検出手
段と、前記踏力と車速とを用いて前記電動モータによる
駆動力を制御す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。 【００１０】 【実施例】図１は本発明の一実施例の側面図、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は本発明に係る車速検出手段のブロック図、図７はそ
の各部出力波形図、図８は加速時の動作説明図、図９は
定速走行時の動作説明図である。 【００１１】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。 【００１２】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。 【００１３】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。 【００１４】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を介して伝えられる。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】後輪１４からモータ２２へ向う回転はハブ
４２に内装した一方向クラッチ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ＢＢ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。 【００１８】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）。 【００１９】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。 【００２０】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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】図１で８０は鉛酸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。 【００２４】次に車速検出手段８４を説明する。この車
速検出手段８４は図６に示す構成を持つ。すなわち踏力
検出手段７２で検出した踏力ＦLを基準値Ｆ0と比較器８
６で比較し、この比較結果から矩形波発生回路８８は図
７に示す矩形波ａを出力する。この矩形波ａの立上りに
基づいてモノマルチ９０はパルスｂを出力する。 【００２５】ここに基準値Ｆ0は、通常の走行時に出力
される踏力ＦLの振幅内に入るように設定される。従っ
て比較器８６はクランクの半周期内に必ず正負に１回だ
け反転する信号を出力することになり、モノマルチ９０
が出力するパルスｂは踏力ＦLが基準値Ｆ0に一致する一
致点のうち１つおきの一致点で出力されることになる。 【００２６】このパルスｂの周期ｔiはタイマ９２で積
算される。この周期ｔiはクランクの回転速度に反比例
する。すなわち周期ｔiにおける車速ＳiはＡを比例定数
としてＳi＝Ａ／ｔiで求められる。車速演算部９４はこ
の演算を行う。 【００２７】以上の演算により、加速時の車速Ｓは図８
に示すように半周期遅れで求められる。またこの求めた
車速Ｓは半周期前の周期における平均車速になる。図９
は実際の車速ＳRが細かく変動しているのに対し演算さ
れた車速Ｓは一定になっていることを示す。 【００２８】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。以下車速Ｓに対応して補助率ηを変
化させる実施例について説明する。図１０はこの補助率
ηの特性図、図１１はＦLとＦMの周期的変動を示す図で
ある。 【００２９】図１で８２ａはメモリであり、車速Ｓに対
して変化する補助率ηを記憶する。この補助率ηは踏力
ＦLに対するモータ駆動力ＦMの比（ＦM／ＦL）で定義さ
れ、例えば図１０に示すような特性に設定される。図１
０の特性は、車速ＳがＳF以下で一定値η0、ＳF＜Ｓ＜
ＳEでは直線的に漸減し、［（ＳF−Ｓ）／（ＳF−ＦE）
＋ａ］…（１）で求められ、さらにＳE＜Ｓでは０にな
る。 【００３０】コントローラ８２では、まず車速Ｓに対す
る補助率ηをこのメモリ８２ａに記憶した特性を用いて
決定する。そしてこの時モータ２２が出力すべき駆動力
ＦMを［ＦM＝η・ＦL］により求める。 【００３１】図１１はこの時の合計駆動力Ｆ＝ＦL＋ＦM
の変化を示すものであり、（Ａ）は車速ＳがＳF以下の
低速時を、（Ｂ）はＳF＜Ｓ＜ＳEの中速時を、（Ｃ）は
ＳE＜Ｓの高速時を示す。これらの図からも明らかなよ
うに、Ｓ＜ＳFの低速域（Ａ）ではη＝η0（一定）であ
るから、モータ２２による補助力である駆動力ＦMは、
ＦM＝η0・ＦLで求められ、踏力ＦLの周期的変化に対応
して合計駆動力Ｆも変化する。 【００３２】ＳF＜Ｓ＜ＳEの中速域（Ｂ）では、ηは前
記（１）式により求められ、η0よりも小さくなる。さ
らにＳE＜Ｓの高速域（Ｃ）では、ηは０になり合計駆
動力Ｆは踏力ＦLだけになる。 【００３３】以上の実施例は補助率ηを車速Ｓにより変
化させるものであるが、本発明はこれに限られるもので
はない。例えば前記したように、走行中に踏力ＦLが０
あるいは非常に小さくなった時にはこの車速Ｓに対応し
たモータ速度となるようにモータ電圧を印加しておき、
踏力ＦLが急増してペダルからの踏力ＦLが走行駆動力に
寄与し始めた時にモータの駆動力ＦMが即座に車輪に加
わるようにしたものなどであってもよい。 【００３４】 【発明の効果】本発明は以上のように、踏力（ＦL）を
基準値（Ｆ0）と比較し、両者の一致点のうち１つおき
の一致点間の経過時間（ｔi）を求めて車速Ｓを演算に
より求めるものである。従って車速検出用に別途センサ
を設ける必要がなくなり、装置の小型化に適する。また
電気的に車速Ｓを演算するから防塵・防水などの対策が
簡単になり、機械的構造が非常に簡単で信頼性が向上す
る。
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）と車速
と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）。すなわち人力の負担が大きい時には電動モータの
駆動力も増やして人力の負荷を減らすものである。 【０００３】ここに従来は踏力ＦLに対してモータ駆動
力ＦMを一定の比率で設定していた。すなわち両者の比
ＦM／ＦLを補助率ηと定義し、この補助率ηを一定にし
ていた。 【０００４】 【従来の技術の問題点】しかし低速時と高速時では必要
とするモータ駆動力ＦMも変わるからこの補助率ηも車
速Ｓにより変化させることが考えられる。 【０００５】またペダルを踏まず隋性走行あるいは降坂
走行している時には踏力が０であり、モータ駆動力も０
になる。この状態からペダルを再び踏み始めるとモータ
はほぼ速度０の状態から車速Ｓに一致する速度に達する
まで急速に加速しなければならず、この間に時間遅れが
発生する。この時間遅れを無くすために車速Ｓを検出し
ておき、踏力０の状態でもこの車速Ｓに対応する電圧を
モータに印加しておくことが考えられている（特願平４
−８２９１７号参照）。 【０００６】これらのように踏力ＦLだけでなく車速Ｓ
も検出して両者に基づいてモータ駆動力ＦMを決める場
合には、車速Ｓを検出するためのセンサが必要になる。
従来はこの車速Ｓのセンサをクランクペダルや車輪また
はこれらと同期して回転する位置に設けていた。 【０００７】このためセンサの設置空間を確保する必要
があり、装置の小型化の障害となるばかりでなく、防
塵、防水等の対策が必要になるために機械的構造が複雑
で信頼性が低下するという問題があった。 【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、踏力ＦLと車速Ｓとを用いてモータの駆動
力ＦMを設定する場合に、車速を検出するための専用の
センサを設ける必要が無くなり、装置の小型化に適し、
機械的構造を単純にして信頼性を向上させることができ
る電動モータ付き自転車を提供することを目的とする。 【０００９】 【発明の構成】本発明によればこの目的は、人力駆動系
と電気駆動系とを並列に設け、人力による踏力と車速と
の変化に対応して前記電気駆動系の電動モータの出力を
制御する電動モータ付き自転車において、踏力を検出す
る踏力検出手段と、前記踏力検出手段が出力する踏力の
振幅内に設定された基準値が前記踏力に一致する１つお
きの一致点間の時間を計測して車速を求める車速検出手
段と、前記踏力と車速とを用いて前記電動モータによる
駆動力を制御す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。 【００１０】 【実施例】図１は本発明の一実施例の側面図、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は本発明に係る車速検出手段のブロック図、図７はそ
の各部出力波形図、図８は加速時の動作説明図、図９は
定速走行時の動作説明図である。 【００１１】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。 【００１２】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。 【００１３】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。 【００１４】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を介して伝えられる。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】後輪１４からモータ２２へ向う回転はハブ
４２に内装した一方向クラッチ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ＢＢ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。 【００１８】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）。 【００１９】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。 【００２０】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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】図１で８０は鉛酸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。 【００２４】次に車速検出手段８４を説明する。この車
速検出手段８４は図６に示す構成を持つ。すなわち踏力
検出手段７２で検出した踏力ＦLを基準値Ｆ0と比較器８
６で比較し、この比較結果から矩形波発生回路８８は図
７に示す矩形波ａを出力する。この矩形波ａの立上りに
基づいてモノマルチ９０はパルスｂを出力する。 【００２５】ここに基準値Ｆ0は、通常の走行時に出力
される踏力ＦLの振幅内に入るように設定される。従っ
て比較器８６はクランクの半周期内に必ず正負に１回だ
け反転する信号を出力することになり、モノマルチ９０
が出力するパルスｂは踏力ＦLが基準値Ｆ0に一致する一
致点のうち１つおきの一致点で出力されることになる。 【００２６】このパルスｂの周期ｔiはタイマ９２で積
算される。この周期ｔiはクランクの回転速度に反比例
する。すなわち周期ｔiにおける車速ＳiはＡを比例定数
としてＳi＝Ａ／ｔiで求められる。車速演算部９４はこ
の演算を行う。 【００２７】以上の演算により、加速時の車速Ｓは図８
に示すように半周期遅れで求められる。またこの求めた
車速Ｓは半周期前の周期における平均車速になる。図９
は実際の車速ＳRが細かく変動しているのに対し演算さ
れた車速Ｓは一定になっていることを示す。 【００２８】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。以下車速Ｓに対応して補助率ηを変
化させる実施例について説明する。図１０はこの補助率
ηの特性図、図１１はＦLとＦMの周期的変動を示す図で
ある。 【００２９】図１で８２ａはメモリであり、車速Ｓに対
して変化する補助率ηを記憶する。この補助率ηは踏力
ＦLに対するモータ駆動力ＦMの比（ＦM／ＦL）で定義さ
れ、例えば図１０に示すような特性に設定される。図１
０の特性は、車速ＳがＳF以下で一定値η0、ＳF＜Ｓ＜
ＳEでは直線的に漸減し、［（ＳF−Ｓ）／（ＳF−ＦE）
＋ａ］…（１）で求められ、さらにＳE＜Ｓでは０にな
る。 【００３０】コントローラ８２では、まず車速Ｓに対す
る補助率ηをこのメモリ８２ａに記憶した特性を用いて
決定する。そしてこの時モータ２２が出力すべき駆動力
ＦMを［ＦM＝η・ＦL］により求める。 【００３１】図１１はこの時の合計駆動力Ｆ＝ＦL＋ＦM
の変化を示すものであり、（Ａ）は車速ＳがＳF以下の
低速時を、（Ｂ）はＳF＜Ｓ＜ＳEの中速時を、（Ｃ）は
ＳE＜Ｓの高速時を示す。これらの図からも明らかなよ
うに、Ｓ＜ＳFの低速域（Ａ）ではη＝η0（一定）であ
るから、モータ２２による補助力である駆動力ＦMは、
ＦM＝η0・ＦLで求められ、踏力ＦLの周期的変化に対応
して合計駆動力Ｆも変化する。 【００３２】ＳF＜Ｓ＜ＳEの中速域（Ｂ）では、ηは前
記（１）式により求められ、η0よりも小さくなる。さ
らにＳE＜Ｓの高速域（Ｃ）では、ηは０になり合計駆
動力Ｆは踏力ＦLだけになる。 【００３３】以上の実施例は補助率ηを車速Ｓにより変
化させるものであるが、本発明はこれに限られるもので
はない。例えば前記したように、走行中に踏力ＦLが０
あるいは非常に小さくなった時にはこの車速Ｓに対応し
たモータ速度となるようにモータ電圧を印加しておき、
踏力ＦLが急増してペダルからの踏力ＦLが走行駆動力に
寄与し始めた時にモータの駆動力ＦMが即座に車輪に加
わるようにしたものなどであってもよい。 【００３４】 【発明の効果】本発明は以上のように、踏力（ＦL）を
基準値（Ｆ0）と比較し、両者の一致点のうち１つおき
の一致点間の経過時間（ｔi）を求めて車速Ｓを演算に
より求めるものである。従って車速検出用に別途センサ
を設ける必要がなくなり、装置の小型化に適する。また
電気的に車速Ｓを演算するから防塵・防水などの対策が
簡単になり、機械的構造が非常に簡単で信頼性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【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】速度検出手段のブロック図
【図７】その各部出力波形図
【図８】加速時の動作説明図
【図９】定速走行時の動作説明図
【図１０】補助率ηの特性図
【図１１】踏力およびモータ駆動力の周期的変動を示す
図 【符号の説明】 １４ 後輪 ２２ 電動モータ ７２ 踏力検出手段 ８２ コントローラ ８４ 車速検出手段
図 【符号の説明】 １４ 後輪 ２２ 電動モータ ７２ 踏力検出手段 ８２ コントローラ ８４ 車速検出手段
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】 【提出日】平成１４年９月４日（２００２．９．４） 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】全文 【補正方法】変更 【補正内容】 【書類名】 明細書 【発明の名称】 電動モータ付き自転車の制御方法 【特許請求の範囲】 【請求項１】 人力により駆動されるクランク軸の回転
を後輪に伝える人力駆動系と電動モータの出力を前記後
輪に伝える電気駆動系とを並列に設け、人力による踏力
の増減変化に対応して前記電気駆動系の電動モータの出
力を増減させるように制御する電動モータ付き自転車の
制御方法であって、前記人力駆動系に加わる踏力を検出
し、前記踏力に対する電動モータの出力の比が車速の増
加に対して漸減するように前記電動モータを制御するこ
とを特徴とする電動モータ付き自転車の制御方法。 【請求項２】 人力による踏力が略０になると、その時
の車速に対応するモータ速度となるように電動モータを
制御する請求項１の電動モータ付き自転車の制御方法。 【請求項３】 クランク軸の半回転に対して１回変化す
る踏力の変動周期から車速を検出し、走行中に踏力が略
０になるとその時の車速に対応するモータ速度となるよ
うに電動モータを制御する請求項２の電動モータ付き自
転車の制御方法。 【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】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）に対応
して制御するようにした電動モータ付き自転車の制御方
法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）。すなわち人力の負担が大きい時には電動モータの
駆動力も増やして人力の負荷を減らすものである。 【０００３】ここに従来は踏力ＦLに対してモータ駆動
力ＦMを一定の比率で設定していた。すなわち両者の比
ＦM／ＦLを補助率ηと定義し、この補助率ηを一定にし
ていた。 【０００４】 【従来の技術の問題点】しかし低速時と高速時では必要
とするモータ駆動力ＦMも変わるからこの補助率ηを一
定にすると、全ての車速域で常に適切な駆動力が得るこ
とができなくなる。 【０００５】またペダルを踏まず隋性走行あるいは降坂
走行している時には踏力が０であり、モータ駆動力も０
になる。この状態からペダルを再び踏み始めるとモータ
はほぼ速度０の状態から車速Ｓに一致する速度に達する
まで急速に加速しなければならず、この間に時間遅れが
発生する。 【０００６】この場合には踏力ＦLだけでなく車速Ｓも
検出して両者に基づいてモータを制御する必要があるか
ら、車速Ｓを検出するためのセンサも必要になる。 【０００７】このためセンサの設置空間を確保する必要
があり、装置の小型化の障害となるばかりでなく、防
塵、防水等の対策が必要になるために機械的構造が複雑
で信頼性が低下するという問題がある。 【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、低速でペダルを強く踏んで走行する時など
には十分なモータ駆動による補助力を発生させ、反対に
高速時などのモータによる補助をあまり必要としない時
にはモータによる補助力を減らして適切な制御をするこ
とができる電動モータ付き自転車の制御方法を提供する
ことを第１の目的とする。また踏力が０から再びペダル
を踏み始める時にモータ速度がその時の車速に対応する
速度になるまでの時間遅れが発生するのを防ぐようにし
た電動モータ付き自転車の制御方法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、人力によ
り駆動されるクランク軸の回転を後輪に伝える人力駆動
系と電動モータの出力を前記後輪に伝える電気駆動系と
を並列に設け、人力による踏力の増減変化に対応して前
記電気駆動系の電動モータの出力を増減させるように制
御する電動モータ付き自転車の制御方法であって、前記
人力駆動系に加わる踏力を検出し、前記踏力に対する電
動モータの出力の比が車速の増加に対して漸減するよう
に前記電動モータを制御することを特徴とする電動モー
タ付き自転車の制御方法により達成される。 【００１０】第２の目的は、人力による踏力が略０にな
ると、その時の車速に対応するモータ速度となるように
電動モータを制御する請求項１の電動モータ付き自転車
の制御方法、により達成される。 【００１１】 【実施例】図１は本発明の好適な一実施例の側面図、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は本発明に係る車速検出手段のブロック図、図
７はその各部出力波形図、図８は加速時の動作説明図、
図９は定速走行時の動作説明図である。 【００１２】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。 【００１３】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。 【００１４】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。 【００１５】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を介して伝えられる。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】後輪１４からモータ２２へ向う回転はハブ
４２に内装した一方向クラッチ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ＢＢ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。 【００１９】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）。 【００２０】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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】次に車速検出手段８４を説明する。この車
速検出手段８４は図６に示す構成を持つ。すなわち踏力
検出手段７２で検出した踏力ＦLを基準値Ｆ0と比較器８
６で比較し、この比較結果から矩形波発生回路８８は図
７に示す矩形波ａを出力する。この矩形波ａの立上りに
基づいてモノマルチ９０はパルスｂを出力する。 【００２６】ここに基準値Ｆ0は、通常の走行時に出力
される踏力ＦLの振幅内に入るように設定される。従っ
て比較器８６はクランクの半周期内に必ず正負に１回だ
け反転する信号を出力することになり、モノマルチ９０
が出力するパルスｂは踏力ＦLが基準値Ｆ0に一致する一
致点のうち１つおきの一致点で出力されることになる。 【００２７】このパルスｂの周期ｔiはタイマ９２で積
算される。この周期ｔiはクランクの回転速度に反比例
する。すなわち周期ｔiにおける車速ＳiはＡを比例定数
としてＳi＝Ａ／ｔiで求められる。車速演算部９４はこ
の演算を行う。 【００２８】以上の演算により、加速時の車速Ｓは図８
に示すように踏力変化の半周期遅れで求められる。また
この求めた車速Ｓは踏力変化の半周期前の周期における
平均車速になる。定速走行時の車速Ｓは、図９に示すよ
うに実際の車速ＳRが細かく変動しているのに対し演算
された車速Ｓは一定になっている。 【００２９】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。以下車速Ｓに対応して補助率ηを変
化させる実施例について説明する。図１０はこの補助率
ηの特性図、図１１はＦLとＦMの周期的変動を示す図で
ある。 【００３０】図３で８２ａはメモリであり、車速Ｓに対
して変化する補助率ηを記憶する。この補助率ηは踏力
ＦLに対するモータ駆動力ＦMの比（ＦM／ＦL）で定義さ
れ、例えば図１０に示すような特性に設定される。図１
０の特性は、車速ＳがＳF以下の低中速域で一定値η0、
ＳF＜Ｓ＜ＳE の高車速域では直線的に漸減し、［η＝η
0×（ＳF−Ｓ）／（ＳF−ＦE ）］…（１）で求められ、
さらにＳE＜Ｓの高車速域では０になる。 【００３１】コントローラ８２では、まず車速Ｓに対す
る補助率ηをこのメモリ８２ａに記憶した特性を用いて
決定する。そしてこの時モータ２２が出力すべき駆動力
ＦMを［ＦM＝η・ＦL］により求める。 【００３２】図１１はこの時の合計駆動力Ｆ＝ＦL＋ＦM
の変化を示すものであり、（Ａ）は車速ＳがＳF以下の
低中車速時を、（Ｂ）はＳF＜Ｓ＜ＳEの高車速時を、
（Ｃ）はＳE＜Ｓの超高車速時を示す。これらの図から
も明らかなように、Ｓ＜ＳFの低中車速域（Ａ）ではη
＝η0（一定）であるから、モータ２２による補助力で
ある駆動力ＦMは、ＦM＝η0・ＦLで求められ、踏力ＦL
の周期的変化に対応して合計駆動力Ｆも変化する。 【００３３】ＳF＜Ｓ＜ＳEの高車速域（Ｂ）では、ηは
前記（１）式により求められ、η0よりも小さくなる。
さらにＳE＜Ｓの超高車速域（Ｃ）では、ηは０になり
合計駆動力Ｆは踏力ＦLだけになる。 【００３４】以上の実施例は補助率ηを車速Ｓにより変
化させるものであるが、本発明はこれに限られるもので
はない。例えば前記したように、走行中に踏力ＦLが０
あるいは非常に小さくなった時にはこの車速Ｓに対応し
たモータ速度となるようにモータ電圧を印加しておき、
踏力ＦLが急増してペダルからの踏力ＦLが走行駆動力に
寄与し始めた時にモータの駆動力ＦMが即座に車輪に加
わるようにしたものなどであってもよい。 【００３５】 【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、人力駆
動系に加わる踏力を検出し、踏力に対する電動モータの
出力の比を車速の増加に対して漸減するようにしたか
ら、低速でペダルを強く踏んで走行する時などでは十分
なモータの補助力を発生させ、高速時などではモータに
よる補助力を減らすことができ、全ての速度域で適切な
制御をすることができる。 【００３６】請求項２の発明は、踏力が０になってから
再びペダルを踏む時にモータはその時の車速に対応する
モータ速度に保たれるから、モータの加速の遅れが発生
しない。この場合にクランク軸の半回転に対して１回変
化する踏力の変動周期から車速を検出し踏力が０の時に
モータがその時の車速に対応するモータ速度となるよう
に制御するから、車速検出用に別途センサを設ける必要
がなくなり、装置の小型化に適する。また電気的に車速
Ｓを演算するから防塵・防水などの対策が簡単になり、
機械的構造が非常に簡単で信頼性が向上する。 【図面の簡単な説明】 【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】速度検出手段のブロック図 【図７】その各部出力波形図 【図８】加速時の動作説明図 【図９】定速走行時の動作説明図 【図１０】補助率ηの特性図 【図１１】踏力およびモータ駆動力の周期的変動を示す
図 【符号の説明】 １４ 後輪 ２２ 電動モータ ７２ 踏力検出手段 ８２ コントローラ ８４ 車速検出手段
【手続補正書】 【提出日】平成１４年９月４日（２００２．９．４） 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】全文 【補正方法】変更 【補正内容】 【書類名】 明細書 【発明の名称】 電動モータ付き自転車の制御方法 【特許請求の範囲】 【請求項１】 人力により駆動されるクランク軸の回転
を後輪に伝える人力駆動系と電動モータの出力を前記後
輪に伝える電気駆動系とを並列に設け、人力による踏力
の増減変化に対応して前記電気駆動系の電動モータの出
力を増減させるように制御する電動モータ付き自転車の
制御方法であって、前記人力駆動系に加わる踏力を検出
し、前記踏力に対する電動モータの出力の比が車速の増
加に対して漸減するように前記電動モータを制御するこ
とを特徴とする電動モータ付き自転車の制御方法。 【請求項２】 人力による踏力が略０になると、その時
の車速に対応するモータ速度となるように電動モータを
制御する請求項１の電動モータ付き自転車の制御方法。 【請求項３】 クランク軸の半回転に対して１回変化す
る踏力の変動周期から車速を検出し、走行中に踏力が略
０になるとその時の車速に対応するモータ速度となるよ
うに電動モータを制御する請求項２の電動モータ付き自
転車の制御方法。 【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】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）に対応
して制御するようにした電動モータ付き自転車の制御方
法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）。すなわち人力の負担が大きい時には電動モータの
駆動力も増やして人力の負荷を減らすものである。 【０００３】ここに従来は踏力ＦLに対してモータ駆動
力ＦMを一定の比率で設定していた。すなわち両者の比
ＦM／ＦLを補助率ηと定義し、この補助率ηを一定にし
ていた。 【０００４】 【従来の技術の問題点】しかし低速時と高速時では必要
とするモータ駆動力ＦMも変わるからこの補助率ηを一
定にすると、全ての車速域で常に適切な駆動力が得るこ
とができなくなる。 【０００５】またペダルを踏まず隋性走行あるいは降坂
走行している時には踏力が０であり、モータ駆動力も０
になる。この状態からペダルを再び踏み始めるとモータ
はほぼ速度０の状態から車速Ｓに一致する速度に達する
まで急速に加速しなければならず、この間に時間遅れが
発生する。 【０００６】この場合には踏力ＦLだけでなく車速Ｓも
検出して両者に基づいてモータを制御する必要があるか
ら、車速Ｓを検出するためのセンサも必要になる。 【０００７】このためセンサの設置空間を確保する必要
があり、装置の小型化の障害となるばかりでなく、防
塵、防水等の対策が必要になるために機械的構造が複雑
で信頼性が低下するという問題がある。 【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、低速でペダルを強く踏んで走行する時など
には十分なモータ駆動による補助力を発生させ、反対に
高速時などのモータによる補助をあまり必要としない時
にはモータによる補助力を減らして適切な制御をするこ
とができる電動モータ付き自転車の制御方法を提供する
ことを第１の目的とする。また踏力が０から再びペダル
を踏み始める時にモータ速度がその時の車速に対応する
速度になるまでの時間遅れが発生するのを防ぐようにし
た電動モータ付き自転車の制御方法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、人力によ
り駆動されるクランク軸の回転を後輪に伝える人力駆動
系と電動モータの出力を前記後輪に伝える電気駆動系と
を並列に設け、人力による踏力の増減変化に対応して前
記電気駆動系の電動モータの出力を増減させるように制
御する電動モータ付き自転車の制御方法であって、前記
人力駆動系に加わる踏力を検出し、前記踏力に対する電
動モータの出力の比が車速の増加に対して漸減するよう
に前記電動モータを制御することを特徴とする電動モー
タ付き自転車の制御方法により達成される。 【００１０】第２の目的は、人力による踏力が略０にな
ると、その時の車速に対応するモータ速度となるように
電動モータを制御する請求項１の電動モータ付き自転車
の制御方法、により達成される。 【００１１】 【実施例】図１は本発明の好適な一実施例の側面図、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は本発明に係る車速検出手段のブロック図、図
７はその各部出力波形図、図８は加速時の動作説明図、
図９は定速走行時の動作説明図である。 【００１２】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。 【００１３】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。 【００１４】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。 【００１５】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を介して伝えられる。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】後輪１４からモータ２２へ向う回転はハブ
４２に内装した一方向クラッチ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ＢＢ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。 【００１９】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）。 【００２０】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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】次に車速検出手段８４を説明する。この車
速検出手段８４は図６に示す構成を持つ。すなわち踏力
検出手段７２で検出した踏力ＦLを基準値Ｆ0と比較器８
６で比較し、この比較結果から矩形波発生回路８８は図
７に示す矩形波ａを出力する。この矩形波ａの立上りに
基づいてモノマルチ９０はパルスｂを出力する。 【００２６】ここに基準値Ｆ0は、通常の走行時に出力
される踏力ＦLの振幅内に入るように設定される。従っ
て比較器８６はクランクの半周期内に必ず正負に１回だ
け反転する信号を出力することになり、モノマルチ９０
が出力するパルスｂは踏力ＦLが基準値Ｆ0に一致する一
致点のうち１つおきの一致点で出力されることになる。 【００２７】このパルスｂの周期ｔiはタイマ９２で積
算される。この周期ｔiはクランクの回転速度に反比例
する。すなわち周期ｔiにおける車速ＳiはＡを比例定数
としてＳi＝Ａ／ｔiで求められる。車速演算部９４はこ
の演算を行う。 【００２８】以上の演算により、加速時の車速Ｓは図８
に示すように踏力変化の半周期遅れで求められる。また
この求めた車速Ｓは踏力変化の半周期前の周期における
平均車速になる。定速走行時の車速Ｓは、図９に示すよ
うに実際の車速ＳRが細かく変動しているのに対し演算
された車速Ｓは一定になっている。 【００２９】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。以下車速Ｓに対応して補助率ηを変
化させる実施例について説明する。図１０はこの補助率
ηの特性図、図１１はＦLとＦMの周期的変動を示す図で
ある。 【００３０】図３で８２ａはメモリであり、車速Ｓに対
して変化する補助率ηを記憶する。この補助率ηは踏力
ＦLに対するモータ駆動力ＦMの比（ＦM／ＦL）で定義さ
れ、例えば図１０に示すような特性に設定される。図１
０の特性は、車速ＳがＳF以下の低中速域で一定値η0、
ＳF＜Ｓ＜ＳE の高車速域では直線的に漸減し、［η＝η
0×（ＳF−Ｓ）／（ＳF−ＦE ）］…（１）で求められ、
さらにＳE＜Ｓの高車速域では０になる。 【００３１】コントローラ８２では、まず車速Ｓに対す
る補助率ηをこのメモリ８２ａに記憶した特性を用いて
決定する。そしてこの時モータ２２が出力すべき駆動力
ＦMを［ＦM＝η・ＦL］により求める。 【００３２】図１１はこの時の合計駆動力Ｆ＝ＦL＋ＦM
の変化を示すものであり、（Ａ）は車速ＳがＳF以下の
低中車速時を、（Ｂ）はＳF＜Ｓ＜ＳEの高車速時を、
（Ｃ）はＳE＜Ｓの超高車速時を示す。これらの図から
も明らかなように、Ｓ＜ＳFの低中車速域（Ａ）ではη
＝η0（一定）であるから、モータ２２による補助力で
ある駆動力ＦMは、ＦM＝η0・ＦLで求められ、踏力ＦL
の周期的変化に対応して合計駆動力Ｆも変化する。 【００３３】ＳF＜Ｓ＜ＳEの高車速域（Ｂ）では、ηは
前記（１）式により求められ、η0よりも小さくなる。
さらにＳE＜Ｓの超高車速域（Ｃ）では、ηは０になり
合計駆動力Ｆは踏力ＦLだけになる。 【００３４】以上の実施例は補助率ηを車速Ｓにより変
化させるものであるが、本発明はこれに限られるもので
はない。例えば前記したように、走行中に踏力ＦLが０
あるいは非常に小さくなった時にはこの車速Ｓに対応し
たモータ速度となるようにモータ電圧を印加しておき、
踏力ＦLが急増してペダルからの踏力ＦLが走行駆動力に
寄与し始めた時にモータの駆動力ＦMが即座に車輪に加
わるようにしたものなどであってもよい。 【００３５】 【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、人力駆
動系に加わる踏力を検出し、踏力に対する電動モータの
出力の比を車速の増加に対して漸減するようにしたか
ら、低速でペダルを強く踏んで走行する時などでは十分
なモータの補助力を発生させ、高速時などではモータに
よる補助力を減らすことができ、全ての速度域で適切な
制御をすることができる。 【００３６】請求項２の発明は、踏力が０になってから
再びペダルを踏む時にモータはその時の車速に対応する
モータ速度に保たれるから、モータの加速の遅れが発生
しない。この場合にクランク軸の半回転に対して１回変
化する踏力の変動周期から車速を検出し踏力が０の時に
モータがその時の車速に対応するモータ速度となるよう
に制御するから、車速検出用に別途センサを設ける必要
がなくなり、装置の小型化に適する。また電気的に車速
Ｓを演算するから防塵・防水などの対策が簡単になり、
機械的構造が非常に簡単で信頼性が向上する。 【図面の簡単な説明】 【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】速度検出手段のブロック図 【図７】その各部出力波形図 【図８】加速時の動作説明図 【図９】定速走行時の動作説明図 【図１０】補助率ηの特性図 【図１１】踏力およびモータ駆動力の周期的変動を示す
図 【符号の説明】 １４ 後輪 ２２ 電動モータ ７２ 踏力検出手段 ８２ コントローラ ８４ 車速検出手段
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 人力駆動系と電気駆動系とを並列に設
け、人力による踏力と車速との変化に対応して前記電気
駆動系の電動モータの出力を制御する電動モータ付き自
転車において、踏力を検出する踏力検出手段と、前記踏
力検出手段が出力する踏力の振幅内に設定された基準値
が前記踏力に一致する１つおきの一致点間の時間を計測
して車速を求める車速検出手段と、前記踏力と車速とを
用いて前記電動モータによる駆動力を制御するコントロ
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 |
|---|---|---|---|
| JP2002227819A JP3558221B2 (ja) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | 電動モータ付き自転車の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002227819A JP3558221B2 (ja) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | 電動モータ付き自転車の制御方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28543492A Division JP3720852B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 電動モータ付き自転車 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003054480A true JP2003054480A (ja) | 2003-02-26 |
| JP3558221B2 JP3558221B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=19196220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002227819A Expired - Lifetime JP3558221B2 (ja) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | 電動モータ付き自転車の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3558221B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2840017A1 (de) * | 2013-08-22 | 2015-02-25 | Robert Bosch Gmbh | Mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbares Fahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs |
-
2002
- 2002-08-05 JP JP2002227819A patent/JP3558221B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2840017A1 (de) * | 2013-08-22 | 2015-02-25 | Robert Bosch Gmbh | Mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbares Fahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs |
| US9522713B2 (en) | 2013-08-22 | 2016-12-20 | Robert Bosch Gmbh | Vehicle operable with muscle power and/or motor power, and method for operating the vehicle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3558221B2 (ja) | 2004-08-25 |
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