JP3086475B2 - 電動モータ付き人力駆動装置 - Google Patents
電動モータ付き人力駆動装置Info
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- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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- B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
- B62M6/45—Control or actuating devices therefor
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
- B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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Description
【発明の詳細な説明】 （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
系とを並列に設けた電動モータ付き人力駆動装置に関す
るものである。
系とを並列に設けた電動モータ付き人力駆動装置に関す
るものである。
（発明の背景） 自転車などの人力により駆動する装置においては、登
坂時などの負荷の増大時に変則装置により変速比を変え
ペダルを漕ぐ力を軽減してやるものがあるが、この場合
には変速機の操作が面倒であったり、登坂中に車速が低
下してしまうなどの問題が生じる。
坂時などの負荷の増大時に変則装置により変速比を変え
ペダルを漕ぐ力を軽減してやるものがあるが、この場合
には変速機の操作が面倒であったり、登坂中に車速が低
下してしまうなどの問題が生じる。
また人力による駆動系とエンジンによるアシスト駆動
系とを並列に設け、エンジン出力を手動のスロットルレ
バーにより操作するようにしたいわゆるエンジン付き自
転車も公知である。しかしこの場合にはペダルとは無関
係に常時エンジン駆動力が付与されるため、ペダル走行
という感覚はなくなってしまい、自転車を楽しみたいと
いう人にとって味気ないものになってしまう。
系とを並列に設け、エンジン出力を手動のスロットルレ
バーにより操作するようにしたいわゆるエンジン付き自
転車も公知である。しかしこの場合にはペダルとは無関
係に常時エンジン駆動力が付与されるため、ペダル走行
という感覚はなくなってしまい、自転車を楽しみたいと
いう人にとって味気ないものになってしまう。
さらに自転車を体力増進のために用いる場合には、逆
に負荷を増やしたいこともあった。
に負荷を増やしたいこともあった。
（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、変速装置を操作したりスロットルレバーなどを操作
する煩わしさがなく、人力を加えたとき、その力に応じ
て自動的にアシスト力を付与して自転車の運転感覚を損
うことなく人力を軽減することができ、また必要に応じ
て負荷を増やして体力増強を図れるようにした電動モー
タによるアシスト駆動系を有する人力駆動装置を提供す
ることを目的とするものである。
り、変速装置を操作したりスロットルレバーなどを操作
する煩わしさがなく、人力を加えたとき、その力に応じ
て自動的にアシスト力を付与して自転車の運転感覚を損
うことなく人力を軽減することができ、また必要に応じ
て負荷を増やして体力増強を図れるようにした電動モー
タによるアシスト駆動系を有する人力駆動装置を提供す
ることを目的とするものである。
（発明の構成） 本発明によればこの目的は、人力駆動系と電動モータ
による駆動系とを並列に設けた電動モータ付き人力駆動
装置において、前記人力駆動系の負荷を検出する負荷検
出手段と；人力駆動系の負荷に対して発生させるべきモ
ータ駆動力を示す複数の変換特性をメモリに記憶してお
き、人力駆動系の負荷に対して必要に応じて発生させる
べきモータ駆動力をメモリから読出して所定の変換特性
を持って前記電動モータの出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人力駆動
装置、により達成される。
による駆動系とを並列に設けた電動モータ付き人力駆動
装置において、前記人力駆動系の負荷を検出する負荷検
出手段と；人力駆動系の負荷に対して発生させるべきモ
ータ駆動力を示す複数の変換特性をメモリに記憶してお
き、人力駆動系の負荷に対して必要に応じて発生させる
べきモータ駆動力をメモリから読出して所定の変換特性
を持って前記電動モータの出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人力駆動
装置、により達成される。
（実施例） 第１図は本発明の概念を示すブロック図、第２図は人
力Fhに対するモータ駆動力Fmの制御特性を示す図、第3
A、3B図は合力Ｆ（＝Fh＋Fm）の時間変化を示す図、第
４図はモータの制御回路図、第５図は自転車への適用例
を示す図、第６図はその駆動系の展開図、第7A、7B図は
その負荷検出手段の例を示す図である。
力Fhに対するモータ駆動力Fmの制御特性を示す図、第3
A、3B図は合力Ｆ（＝Fh＋Fm）の時間変化を示す図、第
４図はモータの制御回路図、第５図は自転車への適用例
を示す図、第６図はその駆動系の展開図、第7A、7B図は
その負荷検出手段の例を示す図である。
第５図において符号10は駆動輪である後輪、12は操向
前輪、14は操向ハンドル、16はシート、18は足踏みペダ
ルである。ペダル18から後輪10に至る入力駆動系20（第
１図）は、このペダル18を保持するペダル軸22と、傘歯
車24と、ドライブ軸26と、傘歯車28とで形成される。ド
ライブ軸26の途中にはこの人力による駆動力Fhを検出す
る負荷検出手段30が介在されている。この負荷検出手段
30は、例えば第7A図に示すように、ペダル軸22側の軸半
体26aと後輪10側の軸半体26bに接続された捩り棒ばね32
と、両軸半体26a、26bの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）34とで構成され
る。また第7B図のようにドライブ軸26の途中を小径に
し、この小径部26cの捩れを歪みゲージ36で検出する構
造であってもよい。これらポテンショメータ34や歪みゲ
ージ36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。
前輪、14は操向ハンドル、16はシート、18は足踏みペダ
ルである。ペダル18から後輪10に至る入力駆動系20（第
１図）は、このペダル18を保持するペダル軸22と、傘歯
車24と、ドライブ軸26と、傘歯車28とで形成される。ド
ライブ軸26の途中にはこの人力による駆動力Fhを検出す
る負荷検出手段30が介在されている。この負荷検出手段
30は、例えば第7A図に示すように、ペダル軸22側の軸半
体26aと後輪10側の軸半体26bに接続された捩り棒ばね32
と、両軸半体26a、26bの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）34とで構成され
る。また第7B図のようにドライブ軸26の途中を小径に
し、この小径部26cの捩れを歪みゲージ36で検出する構
造であってもよい。これらポテンショメータ34や歪みゲ
ージ36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。
ドライブ軸26には、負荷検出手段30と後輪10との間に
モータ駆動手段40が設けられている。このモータ駆動手
段40は例えば直流直巻あるいは分巻モータ42と、このモ
ータ42の回転を減速してドライブ軸26に伝えるウォーム
歯車機構44と、モータ42とウォーム歯車機構44との間に
介在する電磁クラッチ46とを有する。
モータ駆動手段40が設けられている。このモータ駆動手
段40は例えば直流直巻あるいは分巻モータ42と、このモ
ータ42の回転を減速してドライブ軸26に伝えるウォーム
歯車機構44と、モータ42とウォーム歯車機構44との間に
介在する電磁クラッチ46とを有する。
負荷検出手段30により検出された人力による駆動系20
に加わる負荷の大きさFhは、信号ａによってコントロー
ラ50に送られ、このコントローラ50は負荷の大きさFhに
対して所定の関係をもってモータ出力Fmを制御するもの
である。例えば第２図にＡで示すように、直線関係を持
たせたり、Ｂ、Ｃのように増加率に漸減、漸増特性を持
たせることができる。Ａの直線特性を持たせる場合に
は、第４図に示す回路を用いることができる。
に加わる負荷の大きさFhは、信号ａによってコントロー
ラ50に送られ、このコントローラ50は負荷の大きさFhに
対して所定の関係をもってモータ出力Fmを制御するもの
である。例えば第２図にＡで示すように、直線関係を持
たせたり、Ｂ、Ｃのように増加率に漸減、漸増特性を持
たせることができる。Ａの直線特性を持たせる場合に
は、第４図に示す回路を用いることができる。
この第４図において52は電池、54はトランジスタなど
の主スイッチング素子であり、これらはモータ42と共に
閉じた主回路を形成する。電池52は第５図に示すように
シート16の下に搭載され、また主スイッチング素子54お
よびコントローラ50は制御箱56に収容される。
の主スイッチング素子であり、これらはモータ42と共に
閉じた主回路を形成する。電池52は第５図に示すように
シート16の下に搭載され、また主スイッチング素子54お
よびコントローラ50は制御箱56に収容される。
この第４図で、人力駆動系20の負荷Fhを示す信号ａ
は、比較器58で設定器60の設定電圧υ０と比較され、設
定電圧υ０以下の時にはクラッチ46を切り、υ０以上に
なるとこのクラッチ46を接続する。すなわち増幅器62を
介して、クラッチ46の励磁電流を断続するスイッチ64に
より接続する。またこの信号ａは増幅器66を通り減算器
68に入る。減算器68には、主回路に設けたシャフト70で
検出した主回路電流を示す信号ｂが増幅器72を通って負
帰還され、両信号ａ、ｂの差が求められる。この差（ａ
−ｂ）を示す信号が増幅器74を通りゲート回路76に入
る。ゲート回路76は差（ａ−ｂ）の大小に応じてデュー
ティ比が変化するゲート信号をスイッチング素子54に送
り、これを断続する。この結果モータ42には信号ａすな
わち人力Fhの大きさに対応した電流が流れ、第２図Ａに
示す特性のモータ駆動力Fmが得られる。
は、比較器58で設定器60の設定電圧υ０と比較され、設
定電圧υ０以下の時にはクラッチ46を切り、υ０以上に
なるとこのクラッチ46を接続する。すなわち増幅器62を
介して、クラッチ46の励磁電流を断続するスイッチ64に
より接続する。またこの信号ａは増幅器66を通り減算器
68に入る。減算器68には、主回路に設けたシャフト70で
検出した主回路電流を示す信号ｂが増幅器72を通って負
帰還され、両信号ａ、ｂの差が求められる。この差（ａ
−ｂ）を示す信号が増幅器74を通りゲート回路76に入
る。ゲート回路76は差（ａ−ｂ）の大小に応じてデュー
ティ比が変化するゲート信号をスイッチング素子54に送
り、これを断続する。この結果モータ42には信号ａすな
わち人力Fhの大きさに対応した電流が流れ、第２図Ａに
示す特性のモータ駆動力Fmが得られる。
第２図Ｂ、Ｃの特性を得る場合には、例えば第５図に
示すようにコントローラ50をCPU80とROM82で形成するこ
とができる。この場合には、ROM82にこの特性Ｂ、Ｃを
メモリしておき、人力駆動力Fhの時に発生させるべきモ
ータ駆動力FMをROM82から読出し、この駆動力Fmを発生
するモータ電流を供給するようにゲート信号を出力させ
る。
示すようにコントローラ50をCPU80とROM82で形成するこ
とができる。この場合には、ROM82にこの特性Ｂ、Ｃを
メモリしておき、人力駆動力Fhの時に発生させるべきモ
ータ駆動力FMをROM82から読出し、この駆動力Fmを発生
するモータ電流を供給するようにゲート信号を出力させ
る。
人力駆動力Fhに対してモータ駆動力Fmを発生させるタ
イミングを同時にすれば、その合力Ｆは第3A図のように
なり、またモータ駆動力FmをΔｔだけ遅らせればその合
力Ｆは第3B図のようになる。なお合力Ｆを第3A図のよう
に最大FMに制限するようにしてもよい。
イミングを同時にすれば、その合力Ｆは第3A図のように
なり、またモータ駆動力FmをΔｔだけ遅らせればその合
力Ｆは第3B図のようになる。なお合力Ｆを第3A図のよう
に最大FMに制限するようにしてもよい。
第８図は自転車への他の適用例を示す図、第９図はそ
の駆動系の展開図である。
の駆動系の展開図である。
この実施例では電池52A、52Bを２ケ所に分散する一
方、モータ駆動系40Aに同軸モータ42Aを用いたものであ
る。すなわちドライブ軸26に同軸にモータ42Aを設け、
またクラッチ46Aの可動ディスク46aをドライブ軸26上に
スプラインで軸方向にスライド可能に設けたものであ
る。
方、モータ駆動系40Aに同軸モータ42Aを用いたものであ
る。すなわちドライブ軸26に同軸にモータ42Aを設け、
またクラッチ46Aの可動ディスク46aをドライブ軸26上に
スプラインで軸方向にスライド可能に設けたものであ
る。
第10図は自転車へのさらに他の適用例を示す図であ
る。この実施例は人力駆動系20Aをチェーン駆動とし、
ペダル18の踏力をクランクに設けた歪みゲージ90で検出
する。またモータ駆動系のモータ42Bをクランク内ある
いは後輪10のハブ内に設けるようにした。
る。この実施例は人力駆動系20Aをチェーン駆動とし、
ペダル18の踏力をクランクに設けた歪みゲージ90で検出
する。またモータ駆動系のモータ42Bをクランク内ある
いは後輪10のハブ内に設けるようにした。
以上の各実施例では人力駆動系の負荷を駆動力Fhによ
って求めている。しかし本発明はこれに代えてまたはこ
れに加えて、トルクセンサ、車速センサ、あるいは運転
者の心拍数や呼吸回数等から負荷を求めてもよい。例え
ば第５図に示すようにハンドル14に計器箱92を設け、こ
こに運転者の耳たぶなどを挟んで脈拍を検出するセンサ
94や、マスク状の呼吸センサ96などを設けることができ
る。
って求めている。しかし本発明はこれに代えてまたはこ
れに加えて、トルクセンサ、車速センサ、あるいは運転
者の心拍数や呼吸回数等から負荷を求めてもよい。例え
ば第５図に示すようにハンドル14に計器箱92を設け、こ
こに運転者の耳たぶなどを挟んで脈拍を検出するセンサ
94や、マスク状の呼吸センサ96などを設けることができ
る。
またモータ42、42A、42Bは、人力駆動を軽減するだけ
でなく、制動力を発生して人力駆動力を増加させるよう
にしてもよい。この場合には人力の負荷が増えるから体
力増進に適すると共に、降坂時などに一種のエンジンブ
レーキの作用を持たせることができる。ブレーキセンサ
によりブレーキをかけたことを検出してモータにブレー
キ力を発生させるようにしてもよい。
でなく、制動力を発生して人力駆動力を増加させるよう
にしてもよい。この場合には人力の負荷が増えるから体
力増進に適すると共に、降坂時などに一種のエンジンブ
レーキの作用を持たせることができる。ブレーキセンサ
によりブレーキをかけたことを検出してモータにブレー
キ力を発生させるようにしてもよい。
この発明は自転車だけでなく、人力駆動の３、４輪
車、身障者用の車、リハビリ用機器、遊具、フィットネ
ス機器、ロボットなどにも適用でき、これらを包含す
る。
車、身障者用の車、リハビリ用機器、遊具、フィットネ
ス機器、ロボットなどにも適用でき、これらを包含す
る。
（発明の効果） 本発明は以上のように、人力駆動系の負荷に対して発
生させるべきモータ駆動力を示す複数の変換特性をメモ
リに記憶しておく一方、人力駆動系の負荷を検出し、こ
の負荷に対し所定の変換特性をもって電動モータによる
モータ駆動力を制御するものであるから、変速装置やス
ロットルレバーなどを全く操作することなく自動的にモ
ータのアシスト力を制御することができ、自転車感覚を
全く損うことなく人力を軽減しつつ円滑な走行が可能に
なる。またモータによりブレーキ力を発生させれば、体
力増強に適するものとなる。
生させるべきモータ駆動力を示す複数の変換特性をメモ
リに記憶しておく一方、人力駆動系の負荷を検出し、こ
の負荷に対し所定の変換特性をもって電動モータによる
モータ駆動力を制御するものであるから、変速装置やス
ロットルレバーなどを全く操作することなく自動的にモ
ータのアシスト力を制御することができ、自転車感覚を
全く損うことなく人力を軽減しつつ円滑な走行が可能に
なる。またモータによりブレーキ力を発生させれば、体
力増強に適するものとなる。
負荷検出手段は、人力駆動系の駆動力、トルク、車
速、運転者の心拍数、呼吸回数の１または複数を検出す
ることにより人力駆動系の負荷を求めるようにしてもよ
い（請求項２）。
速、運転者の心拍数、呼吸回数の１または複数を検出す
ることにより人力駆動系の負荷を求めるようにしてもよ
い（請求項２）。
この装置は自転車に適用することができ、この場合人
力駆動系は足踏みペダルから後輪に至る伝動系で形成さ
れる。この場合、負荷検出手段はこの人力駆動系の途中
に設けられる（請求項３）。電動モータはその駆動力が
負荷検出手段よりも下流側の人力駆動系に加わるように
するのがよい（請求項４）。この発明を自転車に適用し
た場合には、後輪のハブ内に電動モータを設けることが
できる（請求項５）。
力駆動系は足踏みペダルから後輪に至る伝動系で形成さ
れる。この場合、負荷検出手段はこの人力駆動系の途中
に設けられる（請求項３）。電動モータはその駆動力が
負荷検出手段よりも下流側の人力駆動系に加わるように
するのがよい（請求項４）。この発明を自転車に適用し
た場合には、後輪のハブ内に電動モータを設けることが
できる（請求項５）。
第１図は本発明の概念を示すブロック図、第２図は人力
Fhに対するモータ駆動力Fmの制御特性を示す図、第3A、
3B図は合力Ｆの時間変化を示す図、第４図はモータの制
御回路図、第５図は自転車への適用例を示す図、第６図
はその駆動系の展開図、第7A、7Bはその負荷検出手段の
例を示す図である。 第８図は自転車への他の適用例を示す図、第９図はその
駆動系の展開図である。第10図は自転車へのさらに他の
適用例を示す図である。 10……駆動輪、20、20A……人力駆動系、 30……負荷検出手段、 40、40A……モータ駆動系、 42、42A……モータ、 50……コントローラ。
Fhに対するモータ駆動力Fmの制御特性を示す図、第3A、
3B図は合力Ｆの時間変化を示す図、第４図はモータの制
御回路図、第５図は自転車への適用例を示す図、第６図
はその駆動系の展開図、第7A、7Bはその負荷検出手段の
例を示す図である。 第８図は自転車への他の適用例を示す図、第９図はその
駆動系の展開図である。第10図は自転車へのさらに他の
適用例を示す図である。 10……駆動輪、20、20A……人力駆動系、 30……負荷検出手段、 40、40A……モータ駆動系、 42、42A……モータ、 50……コントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−74491（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B62M 23/02
Claims (5)
- 【請求項１】人力駆動系と電動モータによる駆動系とを
並列に設けた電動モータ付き人力駆動装置において、 前記人力駆動系の負荷を検出する負荷検出手段と； 人力駆動系の負荷に対して発生させるべきモータ駆動力
を示す複数の変換特性をメモリに記憶しておき、人力駆
動系の負荷に対して必要に応じて発生させるべきモータ
駆動力をメモリから読出して所定の変換特性を持って前
記電動モータの出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人力駆動装
置。 - 【請求項２】負荷検出手段は、人力駆動系の駆動力やト
ルク、車速、運転者の心拍数、呼吸回数のうち１または
複数を検出することにより入力駆動系の負荷を求める請
求項１の電動モータ付き人力駆動装置。 - 【請求項３】人力駆動装置が自転車であり、人力駆動系
は足踏みペダルから後輪に至る伝動系で形成され、負荷
検出手段は前記人力駆動系の途中に設けられている請求
項１の電動モータ付き人力駆動装置。 - 【請求項４】電動モータの駆動力は、負荷検出手段より
下流側の人力駆動系に伝達される請求項１〜３のいずれ
かの電動モータ付き人力駆動装置。 - 【請求項５】電動モータは後輪のハブ内に設けられてい
る請求項３の電動モータ付き人力駆動装置。
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