JP3054268B2 - 電動モータ付き自転車 - Google Patents
電動モータ付き自転車Info
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- JP3054268B2 JP3054268B2 JP4143739A JP14373992A JP3054268B2 JP 3054268 B2 JP3054268 B2 JP 3054268B2 JP 4143739 A JP4143739 A JP 4143739A JP 14373992 A JP14373992 A JP 14373992A JP 3054268 B2 JP3054268 B2 JP 3054268B2
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- torque
- motor
- force
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- electric
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Description
【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)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。
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に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】踏力を検出し、この踏力の大きさに比例
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特には電動モータの
駆動力も増やして人力の負荷を減らすものである。
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特には電動モータの
駆動力も増やして人力の負荷を減らすものである。
【0003】図7はこれら従来の装置における制御系統
図であり、クランク軸1から踏力が入力されると、その
トルクTP がトルクセンサ2により検出される。コント
ローラ3はこのトルクTP に対して所定のマップあるい
は演算によりモータ4が出力すべきトルクTM を求め、
このモータ4をそのトルクがTM となるように制御す
る。そしてこのモータ4のトルクTM はトルクセンサ2
より下流側の合力点5で踏力に加算され、この合力TP
+TM =Tが後輪6に加えられるものである。
図であり、クランク軸1から踏力が入力されると、その
トルクTP がトルクセンサ2により検出される。コント
ローラ3はこのトルクTP に対して所定のマップあるい
は演算によりモータ4が出力すべきトルクTM を求め、
このモータ4をそのトルクがTM となるように制御す
る。そしてこのモータ4のトルクTM はトルクセンサ2
より下流側の合力点5で踏力に加算され、この合力TP
+TM =Tが後輪6に加えられるものである。
【0004】このように従来の装置は踏力のトルクTP
を求める位置よりも下流側すなわち後輪側に電動モータ
の駆動力を加えていた。すなわち踏力とモータとの駆動
力が加算される位置(合力点)よりも足踏みペダル側に
踏力のセンサを設けていた。
を求める位置よりも下流側すなわち後輪側に電動モータ
の駆動力を加えていた。すなわち踏力とモータとの駆動
力が加算される位置(合力点)よりも足踏みペダル側に
踏力のセンサを設けていた。
【0005】例えば前記実開昭56−76590号に示
されたものでは、クランク軸の回転を差動機構を介して
後輪伝動系に伝える一方、この差動機構においてクラン
ク軸の駆動反力をポテンショメータにより検出する。ま
た特開平2−74491号に示されたものでは、後輪の
ハブやリムからモータ駆動力を伝える一方、踏力を後輪
に伝えるチェーンにテンショナを設けこのチェーンテン
ショナの変位から踏力を検出している。
されたものでは、クランク軸の回転を差動機構を介して
後輪伝動系に伝える一方、この差動機構においてクラン
ク軸の駆動反力をポテンショメータにより検出する。ま
た特開平2−74491号に示されたものでは、後輪の
ハブやリムからモータ駆動力を伝える一方、踏力を後輪
に伝えるチェーンにテンショナを設けこのチェーンテン
ショナの変位から踏力を検出している。
【0006】
【従来の技術の問題点】しかしクランク軸に設けた差動
機構から踏力を検出する場合には回転角から踏力を求め
ることになり、またチェーンテンショナを用いる場合に
はテンショナの変位から踏力を求めることになるため、
使用可能なセンサの形式が制限されるという問題があ
る。また差動機構をクランク軸に設けるものではクラン
ク軸付近が大型化し、後輪のハブやリムからモータで駆
動する場合にはモータの設計自由度が著しく制限され
る、等の問題もあった。
機構から踏力を検出する場合には回転角から踏力を求め
ることになり、またチェーンテンショナを用いる場合に
はテンショナの変位から踏力を求めることになるため、
使用可能なセンサの形式が制限されるという問題があ
る。また差動機構をクランク軸に設けるものではクラン
ク軸付近が大型化し、後輪のハブやリムからモータで駆
動する場合にはモータの設計自由度が著しく制限され
る、等の問題もあった。
【0007】
【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、踏力のトルクを検出するために使用可能な
センサ形式の選択範囲を広げることができ、センサやモ
ータの設置位置選定の自由度も大きくすることができる
電動モータ付き自転車を提供することを目的とする。
ものであり、踏力のトルクを検出するために使用可能な
センサ形式の選択範囲を広げることができ、センサやモ
ータの設置位置選定の自由度も大きくすることができる
電動モータ付き自転車を提供することを目的とする。
【0008】
【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、前記人力駆動系と電気駆動系との合
力を駆動輪に伝える合力伝動系と、この合力伝動系に設
けられ前記合力のトルクを検出する合力トルク検出手段
と、前記電気駆動系の駆動トルクを電動モータの駆動電
流を用いて求めるモータトルク演算手段と、前記合力ト
ルクと前記モータトルクとの差に基づいて前記踏力を求
める踏力検出手段と、この求めた踏力に基づきモータト
ルクを制御するモータ制御手段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。
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、前記人力駆動系と電気駆動系との合
力を駆動輪に伝える合力伝動系と、この合力伝動系に設
けられ前記合力のトルクを検出する合力トルク検出手段
と、前記電気駆動系の駆動トルクを電動モータの駆動電
流を用いて求めるモータトルク演算手段と、前記合力ト
ルクと前記モータトルクとの差に基づいて前記踏力を求
める踏力検出手段と、この求めた踏力に基づきモータト
ルクを制御するモータ制御手段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。
【0009】
【実施例】図1は本発明の一実施例の側面図、図2はそ
の制御系統図、図3はその動力系の展開図、図4は合力
トルク検出手段を示す一部断面図、図5は合力トルク検
出手段の他の実施例を示す図である。
の制御系統図、図3はその動力系の展開図、図4は合力
トルク検出手段を示す一部断面図、図5は合力トルク検
出手段の他の実施例を示す図である。
【0010】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。
【0011】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)には合
力伝動系としての駆動軸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)には合
力伝動系としての駆動軸30が挿通される。
【0012】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。
【0013】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および一方向クラッチ43を
介して伝えられる。
【0014】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−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−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。
【0015】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。
【0016】後輪14から駆動軸30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。
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。
【0017】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。
回転は、クランク軸32、一方向クラッチ60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。
【0018】次に駆動軸30に設けた合力トルク検出手
段62を説明する。この合力トルク検出手段62は図4
に示すように、クランク軸32側の軸半体30aと後輪
14側の軸半体30bとに両端が接続された捩り棒ばね
64と、両軸半体30a、30b間の相対角度変化を求
めるポテンショメータ(例えば回転摺動抵抗)66とで
構成される。また図5のように駆動軸30Aの途中を小
径にし、この小径部30Bの捩れを歪みゲージ68で検
出する構造の合力トルク検出手段62Aであってもよ
い。これらポテンショメータ66や歪みゲージ68の信
号は、例えばスリップリング(図示せず)を介して取出
される。
段62を説明する。この合力トルク検出手段62は図4
に示すように、クランク軸32側の軸半体30aと後輪
14側の軸半体30bとに両端が接続された捩り棒ばね
64と、両軸半体30a、30b間の相対角度変化を求
めるポテンショメータ(例えば回転摺動抵抗)66とで
構成される。また図5のように駆動軸30Aの途中を小
径にし、この小径部30Bの捩れを歪みゲージ68で検
出する構造の合力トルク検出手段62Aであってもよ
い。これらポテンショメータ66や歪みゲージ68の信
号は、例えばスリップリング(図示せず)を介して取出
される。
【0019】図1で70は鉛酸電池などの充電可能な電
池、72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74は大傘歯車5
4に対向して設けた車速検出手段であり、この大傘歯車
54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、72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74は大傘歯車5
4に対向して設けた車速検出手段であり、この大傘歯車
54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。
【0020】コントローラ70は、マイクロコンピュー
タで構成され、メモリ76に記憶された動作プログラム
に従って種々の動作を行う。まず合力トルク検出手段6
2(62A)が出力する合力トルクTから踏力のトルク
TP を踏力検出手段78により求める。すなわちモータ
のトルクをTM として、T−TM =TP により踏力のト
ルクTP を求める。
タで構成され、メモリ76に記憶された動作プログラム
に従って種々の動作を行う。まず合力トルク検出手段6
2(62A)が出力する合力トルクTから踏力のトルク
TP を踏力検出手段78により求める。すなわちモータ
のトルクをTM として、T−TM =TP により踏力のト
ルクTP を求める。
【0021】ここにモータトルクTM はモータ電流Iな
どを用いてモータトルク演算手段80において演算によ
り求める。例えば永久磁石式直流モータではトルクTM
はモータ電流Iに比例するから、モータ電流Iをモータ
制御手段82から読込むことにより容易にモータトルク
TM を求めることができる。
どを用いてモータトルク演算手段80において演算によ
り求める。例えば永久磁石式直流モータではトルクTM
はモータ電流Iに比例するから、モータ電流Iをモータ
制御手段82から読込むことにより容易にモータトルク
TM を求めることができる。
【0022】モータ制御手段82はこの求めた踏力のト
ルクTP に基づき、メモリ76に記憶したマップや演算
式を用いてモータ22に要求される出力を求め、この出
力となるようにモータ22の電流・電圧を制御する。こ
の時のモータ電流Iがモータトルク演算手段80に送ら
れてモータトルクTM が演算されるものである。
ルクTP に基づき、メモリ76に記憶したマップや演算
式を用いてモータ22に要求される出力を求め、この出
力となるようにモータ22の電流・電圧を制御する。こ
の時のモータ電流Iがモータトルク演算手段80に送ら
れてモータトルクTM が演算されるものである。
【0023】以上の説明からも明らかなように、モータ
制御手段82ではこの一連の動作が1回終るのに要する
時間(サンプリング周期)だけ前の合力トルクTやモー
タトルクTM を用いて踏力のトルクTP を求め、この踏
力のトルクTP を用いてモータ出力の演算を行うことに
なる。しかしこの時間の遅れはクランク軸32の回転速
度に比べて無視できる位僅かであるから問題ない。
制御手段82ではこの一連の動作が1回終るのに要する
時間(サンプリング周期)だけ前の合力トルクTやモー
タトルクTM を用いて踏力のトルクTP を求め、この踏
力のトルクTP を用いてモータ出力の演算を行うことに
なる。しかしこの時間の遅れはクランク軸32の回転速
度に比べて無視できる位僅かであるから問題ない。
【0024】また前記の説明ではモータ電流Iがモータ
制御手段82から直ちに得られるとして説明したが、モ
ータの特性方程式を用いて演算してもよい。例えば直流
モータでは、電池電圧をE、その内部抵抗をrとし、ま
たモータ22の逆起電力をkN(Nは回転速度、kは定
数)、電機子抵抗をRとすれば、E=kN+I(r+
R)が成立するから、この式を用いてモータ電流Iを求
めてもよい。
制御手段82から直ちに得られるとして説明したが、モ
ータの特性方程式を用いて演算してもよい。例えば直流
モータでは、電池電圧をE、その内部抵抗をrとし、ま
たモータ22の逆起電力をkN(Nは回転速度、kは定
数)、電機子抵抗をRとすれば、E=kN+I(r+
R)が成立するから、この式を用いてモータ電流Iを求
めてもよい。
【0025】図6はさらに他の実施例である合力トルク
検出手段62Cを示す図である。この実施例はクランク
軸32Aにモータ(図示せず)の回転を加える一方、モ
ータトルクTM と踏力トルクTP の合力Tは合力伝動系
としてのチェーン84によって後輪のハブ42Aに伝え
る。そしてこのチェーン84の張り側にはチェーンテン
ショナ86が押圧されている。このチェーンテンショナ
86はレバー88の回動端に保持され、ばね90により
チェーン86を押圧する方向への復帰習性が付与されて
いる。そしてこのレバー88の回動量がポテンショメー
タ92により検出される。この回動量は合力トルクTに
対応して変化するから、合力トルクTは演算により求め
られる。
検出手段62Cを示す図である。この実施例はクランク
軸32Aにモータ(図示せず)の回転を加える一方、モ
ータトルクTM と踏力トルクTP の合力Tは合力伝動系
としてのチェーン84によって後輪のハブ42Aに伝え
る。そしてこのチェーン84の張り側にはチェーンテン
ショナ86が押圧されている。このチェーンテンショナ
86はレバー88の回動端に保持され、ばね90により
チェーン86を押圧する方向への復帰習性が付与されて
いる。そしてこのレバー88の回動量がポテンショメー
タ92により検出される。この回動量は合力トルクTに
対応して変化するから、合力トルクTは演算により求め
られる。
【0026】
【発明の効果】本発明は以上のように、合力トルク
(T)をセンサを用いて検出する一方、モータ電流から
モータトルク(TM )を演算により求め、両トルクの差
(T−TM)の演算により踏力のトルク(TP )を求
め、この踏力のトルク(TP )に基づいてモータの出力
を制御するものであるから、合力トルク検出手段は駆動
軸に加わる捩れ力やチェーンテンショナの変位など合力
伝動系の形式に対応して種々の形式のセンサにより構成
することが可能になる。
(T)をセンサを用いて検出する一方、モータ電流から
モータトルク(TM )を演算により求め、両トルクの差
(T−TM)の演算により踏力のトルク(TP )を求
め、この踏力のトルク(TP )に基づいてモータの出力
を制御するものであるから、合力トルク検出手段は駆動
軸に加わる捩れ力やチェーンテンショナの変位など合力
伝動系の形式に対応して種々の形式のセンサにより構成
することが可能になる。
【0027】すなわち踏力のトルク(TP )を直接検出
するのに代えて、合力トルク(T)を検出して踏力のト
ルク(TP )を演算により間接的に求めるから、選択可
能なセンサ形式の範囲が広がる。またセンサの設置位置
は、合力伝動系の途中であればどこでもよいから、セン
サの設定位置の選定自由度も大きくなる。
するのに代えて、合力トルク(T)を検出して踏力のト
ルク(TP )を演算により間接的に求めるから、選択可
能なセンサ形式の範囲が広がる。またセンサの設置位置
は、合力伝動系の途中であればどこでもよいから、セン
サの設定位置の選定自由度も大きくなる。
【図1】本発明の一実施例の側面図
【図2】その制御系統図
【図3】その動力系の展開図
【図4】合力トルク検出手段の一部断面図
【図5】合力トルク検出手段の他の実施例を示す図
【図6】合力トルク検出手段の他の実施例を示す図
【図7】従来装置の制御系統図
14 後輪 22 電動モータ 30 合力伝動系としての駆動軸 32 クランク軸 62、62A、62C 合力トルク検出手段 70 コントロ−ラ 78 踏力検出手段 80 モータトルク演算手段 82 モータ制御手段 84 合力伝動系としてのチェーン
───────────────────────────────────────────────────── 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 B62K 11/00 B62M 17/00
Claims (1)
- 【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、前記人
力駆動系と電気駆動系との合力を駆動輪に伝える合力伝
動系と、この合力伝動系に設けられ前記合力のトルクを
検出する合力トルク検出手段と、前記電気駆動系の駆動
トルクを電動モータの駆動電流を用いて求めるモータト
ルク演算手段と、前記合力トルクと前記モータトルクと
の差に基づいて前記踏力を求める踏力検出手段と、この
求めた踏力に基づきモータトルクを制御するモータ制御
手段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 |
---|---|---|---|
JP4143739A JP3054268B2 (ja) | 1992-05-11 | 1992-05-11 | 電動モータ付き自転車 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4143739A JP3054268B2 (ja) | 1992-05-11 | 1992-05-11 | 電動モータ付き自転車 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05310175A JPH05310175A (ja) | 1993-11-22 |
JP3054268B2 true JP3054268B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=15345893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4143739A Expired - Fee Related JP3054268B2 (ja) | 1992-05-11 | 1992-05-11 | 電動モータ付き自転車 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3054268B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08276886A (ja) * | 1995-04-03 | 1996-10-22 | Nakahara Seisakusho:Kk | 自転車の補助動力供給装置 |
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JPH0939877A (ja) * | 1995-07-31 | 1997-02-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 車いす |
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