JP3691132B2 - アシスト式乗り物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力駆動力による人力駆動系と、人力駆動系の人力トルクに応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを有するアシスト式乗り物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のアシスト式乗り物は、警察庁からの取り決めがあり、図７に示す如く、人力駆動力に対する電動駆動力の比率、所謂、アシスト比を速度１５Ｋｍ／ｈまでは１とし、１５Ｋｍ／ｈ以上２４Ｋｍ／ｈ以下では直線的に漸減するように比率を変化させ、２４Ｋｍ／ｈ以上では電動駆動力による駆動を停止させ、この範囲内に収まらなければならないといったものになっている。
【０００３】
そのため、通常は人力駆動力のトルクを検出するセンサと、走行速度を検出する速度センサと、電動駆動力をいくらにするかを演算するマイコンとを備え、人力駆動力によるトルクと走行速度とを入力し、マイコンが持っているテーブルデータによって比率を変えるという方法をとっていた。例えば、１００ｋｇ・ｃｍの人力駆動力によるトルクがかかったとすると、走行速度が１０ｋｍ／ｈであれば、電動駆動力によるトルクを１００ｋｇ・ｃｍ以下にし、走行速度が２０ｋｍ／ｈであればアシスト比は約０．４４に減少させなければならないので４４ｋｇ・ｃｍの電動駆動力の出力をマイコン内で演算して出力するという方法をとっていた。
【０００４】
しかしながら、上記のような構成であれば、速度センサに誤差があるときや、故障した場合、マイコンでは通常の演算を行っているのであるが、速度が実際とは異なるため、実際の出力が警察庁の提示する取り決めの枠を越えることがあったり、取り決めの枠よりも小さすぎてアシスト不足が生じることがあった。
【０００５】
また、速度検出をするための速度センサは、回転物である車輪などから速度を検出しないといけないため、配線が必要となり、構成が複雑になったり、配線が邪魔になったりするという問題が生じていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、簡単な構成で、法律内に収められ、充分なアシストができるアシスト式乗り物を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、人力駆動力に対する電動駆動力の比が漸減を始める速度である第１所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用いたことを特徴とする。
【０００８】
トルク検出部によって検出された人力トルクの大きさに応じて電動機を駆動して、人力駆動力と電動駆動力の２つの駆動力で走行する。このとき、法律で定められている、漸減を始める速度である１５Ｋｍ／ｈ以上においてはトルク出力しない電動駆動系を用いることによって、走行速度とは無関係に１対１で制御しても法律で定めるアシスト比を越えることがない。
【０００９】
また、請求項２の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、人力駆動力に対する電動駆動力の比が零になるときの速度である第２所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用い、電動駆動系のトルク特性に応じて人力駆動力に対する電動駆動力の比率を変化させることを特徴とする。
【００１０】
トルク検出部によって検出された人力トルクの大きさに応じて電動機を駆動して、人力駆動力と電動駆動力の２つの駆動力で走行する。このとき、法律で定められている、アシストを停止しなければならない速度である２４Ｋｍ／ｈ以上においてはトルク出力しない電動駆動系を用いることによって、走行速度とは無関係に１対１で制御しても、法律で定めるアシストを停止させなければならない速度以上においては必ずトルク出力しないようになる。更に、電動駆動系のトルク特性に応じて、小さい人力トルクがかかった時におけるアシスト比を変化、例えば小さくしているので、法律で定める速度１５Ｋｍ／ｈから２４Ｋｍ／ｈにおけるアシスト比を漸減させる部分において、法律の範囲を越えることがない。
【００１１】
また、請求項３の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、第２所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用い、電動駆動系のトルク特性に応じて人力駆動力に対する電動駆動力の比率を変化させ、人力駆動力に対する電動駆動力の比率を、人力駆動力が大きくなるにつれて漸増させるので、高速域で速度を検出しなくても法律の範囲を超えることがない。また、補助をあまり必要としない低トルク域ではバッテリの消費を抑えることができる。
【００１２】
更に、人力駆動力に対する電動駆動力の比率を、人力駆動力が大きくなるにつれて変化の比率を変えたので、バッテリの消費を抑え、法律範囲内で大きな電動駆動力によるアシストを与えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を電動自転車を例に、第１実施例について図１乃至図６に基づいて以下に詳述する。
【００１４】
まず、電動自転車の全体構成について、図６に基づき説明をする。
【００１５】
１は、前部に設けられたヘッドパイプ２、サドル３から下方に設けられたシートチューブ４と連結するメインフレームであり、該メインフレーム１は前記シートチューブ４とが連結する部分に人力によって回転することができるペダル５が取り付けられている。
【００１６】
６は、ハンドル７の動きに連動し、ハンドル７操作によって走行方向を定める前輪で、該前輪６はスポーク８、リム９、タイヤ10から構成されている。
【００１７】
11は、駆動輪となる後輪であり、該後輪11も、タイヤ12、リム13、スポーク14、それと後輪11を駆動するための駆動部15とから構成されている。
【００１８】
16は、前記ペダル５の回転とともに回転する前スプロケットで、該前スプロケット16にはチェーン17がかかっており前スプロケット16の回転を前記駆動部15の車軸に設けた後スプロケット27に動力を伝達するようになっている。
【００１９】
18は、後述する電動機49の電源となるバッテリで、２４ボルトのニッカド電池が収められている。また、バッテリ18は取り外し可能で充電の際は屋内で充電をすることができる。
【００２０】
19は、前カゴ、20は、停車時に自転車を支えるスタンドである。
【００２１】
前述した駆動部15について、図３及び図４に具体的構成を示す。
【００２２】
21は、メインフレーム１に固定して取り付けられた円盤状の固定側ケーシングで、22は、前記固定側ケーシング21と同軸で固定側ケーシング21外側を回転する回転側ケーシングである。これらの固定側ケーシング21と回転側ケーシング22とを合わせてハブを構成している。前記回転側ケーシング22の外周には２本の環状リブ24が形成されており、環状リブ24からはタイヤ12が取り付けられているリム13に向かってスポーク14が張設されている。
【００２３】
25は、車軸に設けられたハブ軸内装型の変速機（例えばシマノ製ＳＧ−３５３１など）で、該変速機25はラチェット26を介して後スプロケット27に接合している。即ち、ラチェット26によりチェーン17からの人力が一方向にしかかからないようになっており、逆回転に力がかかったときには駆動力が遮断されるようになっている。そして、該変速機25は円筒状の容器33内に収まっており、容器33の片側全周には鍔部28を形成している。また、この変速機25は、車軸29の中空部に変速棒30が外側に付勢された状態で摺動自在に挿入されており、変速棒30を左右に移動させることで、変速機25中のギヤ（図示せず）が切り替わるようになっている。そして、変速棒30を押さえるための押具31が変速棒30に圧接して設けてあり、該押具31を操作するための操作具（図示せず）がワイヤー32によって連結してハンドル７付近に設けてある。要するに、手元の操作具によってワイヤー32を引っ張ると、押具31が移動し、変速棒30を移動させることで変速段が変わるようになっている。
【００２４】
34は、前記変速機25の容器33に圧入して容器33外周を囲む筒状のスリーブで、該スリーブ34は前記鍔部28にネジ止めしてある。
【００２５】
35は、前記スリーブ34、鍔部28と一体に回転する回動板である。回動板35については、図５に示す、動作の略図に基づいて説明をする。
【００２６】
前記回動板35は、変速機25の容器33の外周径よりも大きく、変速機25と同心円状で、相対する２ケ所には、軸方向に押圧棒36と、変換棒37とが一体成形されている。前記押圧棒36は、釣鐘型の面をもって柱状に形成されており、釣鐘型の曲面部分で弾性体、即ちバネ38を押さえるようになっている。そして、回動板35は、変速機25外周をバネ38を伸縮させながら回動し、変速機25と同心円で容器33外周をガイドとして回動する。また、前記変換棒37は、車軸29方向に伸びる長方体で、先端部分が回転方向に向かって短くなるように斜めに形成してある。
【００２７】
前記押圧棒36によって押さえられるバネ38は、他端を回転側ケーシング22の一部に接触させており、人力駆動力の伝達の順序として回動板35から押圧棒36、バネ38を伸縮させて回転側ケーシング22を回転させる。この時、伸縮されたバネ38の伸縮大きさに応じて回転側ケーシング22と少しの歪みを生じながら回動板35は回転する。そしてこの回動板35は、変速機25の周囲を人力による歪みに応じて回動することになる。この時、同時に回動板35の少しの回動によって変換棒37も回動し、変換棒37先端に形成した傾斜部分39によって傾斜部分39と接する山形部40が押されて車軸29方向に移動する。この山形部40には磁性部材、即ちフェライト41のリングが取り付けられており、山形部40の移動によってフェライト41も移動するようになっている。このフェライト41の先端にはフェライト41を回動板35側に付勢するためのＣリング42とバネ43が設けられている。よって回転側ケーシング22と回動板35が歪んだ分だけフェライト41が車軸29方向に移動するようになっている。
【００２８】
44は、前記固定側ケーシング21で前記フェライト41近傍に設けられたコイルで、該コイル44は前記フェライト41の接近によるインダクタンスの変化を電気的な信号に変換することができ、この出力を利用して人力のトルクを検出することができる。
【００２９】
以上、図５に示す部材をまとめてトルク検出部45という。また、ここで変換棒37、山形部40、磁性部材41、磁気検出部材44を検出部といい、これらによって弾性体の伸縮度合いを検出することができる。また、変換棒37、山形部40とを合わせて変換部材と言い、回転方向の弾性体38の伸縮を車軸29方向の移動に変換する。
【００３０】
上記構成において、磁性部材にフェライトを用いたが、アルミなどの導電性材料でリングを構成してもよい。また、弾性体をバネとしたが、ゴムなどを弾性体とし、検出部としてこのゴムの伸縮を検出できるようなスケールを用いて構成しても良い。更に、弾性体を感圧ゴムとして、伸縮する圧力を電気的信号として取り出しても構わない。
【００３１】
46は、前記回転側ケーシング22にボルトによってネジ止めされたインナーギヤで、該インナーギヤ46は内側に形成される歯の部分を強化プラスチック、例えばポリアセタール樹脂などで形成している。そして、外側の部分を金属製のケーシングとし、前記インナーギヤ46を強化するように外周を覆っている。
【００３２】
47は、前記インナーギヤ46に一体成形された軸筒で、該軸筒47は前記スリーブ34との間に回動板35が回動したときにスムーズに回動するようにベアリング48が介入してある。
【００３３】
49は、固定側ケーシング21に内蔵した電動機で、該電動機49の出力軸50にはベルト51が取り付けられ、該ベルト51は第１プーリー52に接続されている。この第１プーリー52は、固定側ケーシング21に対しベアリング53を介して回転自在に取り付けられている。また、第１プーリー52と同軸でワンウェイクラッチ54とベアリング55を介して第２プーリー56が設けられており、一方向にのみ第１プーリー52からの動力を伝達するようになっている。そして、第２プーリー56にはギヤ57が形成してあり、このギヤ57と前記インナーギヤ46とが噛み合って電動機49の駆動力で回転側ケーシング22を回転させる。このワンウェイクラッチ54は、電動機49からの駆動力と人力の駆動力とを独立させるために設けてあり、例えば自転車を手押ししているときに後輪11とともに電動機49を回転させてしまうことがなく、発電制動によって使用者に余計な負荷がかからないために設けてある。
【００３４】
58は、前記変速機25の容器33と共に回転するブレーキ片で、該ブレーキ片58はブレーキケース59内を後輪11とともに回転し、前記ハンドル７に設けられたブレーキレバー（図示せず）によって前記ブレーキケース59内に設けられたブレーキシュー60を広げることでブレーキ片58に圧接し、後輪11の回転に制動をかけるようにしている。
【００３５】
61は、電動機49と第１プーリー52とをつなぐベルト51の張りを押圧することで調節できるテンションプーリーで、該テンションプーリー61はローラー62と基台63とからなっており、基台63片側を固定する長穴64によってベルト51に対して押さえる力を調節するようになっている。
【００３６】
次に、以上の構成で、動力系統図について、図２に基づき説明をする。
【００３７】
まず、人力駆動系について説明すると、ペダル５によって与えられた人力は、チェーン17によって後スプロケット27に伝達され、変速機25で変速された後、回動板35、バネ38を介して後輪11を回転させる。次に電動駆動系について説明すると、バネ38の伸縮の大きさ、即ち回動板35の移動距離を変換部材37によって車軸29方向の移動に変換し、その移動とともにフェライト41が移動するようにする。このフェライト41の移動をコイル44のインダクタンスの変化に変換し、電気信号として制御部65に入力する。制御部65は、固定側ケーシング21内に内蔵されている。そして、制御部65によりコイル44からの信号を入力し、これに基づいた電動機49の回転となるように駆動信号を出力する。そして、電動機49の出力は第１プーリー52、第２プーリー56などの減速機構67で減速されて後輪11が回転する。ここで、後スプロケット27から減速機構46、後輪11、また変換部材37、フェライト41までは回転側ケーシング22に内蔵されており、制御部65、コイル44、電動機49、減速機構67は固定側ケーシング21に内蔵されている。
【００３８】
次に制御部65の動作について、図１に基づき説明する。
【００３９】
法律で定められた人力駆動力に対する電動駆動力の出力比、即ちアシスト比は、図１右下のグラフ中Ｈで示すように、走行速度との関係は時速１５ｋｍ／ｈまでは１対１で出力されるが、それ以上の速度では時速１５ｋｍ／ｈから２４ｋｍ／ｈでアシスト比が０になるように直線的に漸減させていく。
【００４０】
この場合の電動駆動系が出力するトルク特性は、図１右上グラフで示す如く、アシスト比１対１の速度領域である１５ｋｍ／ｈ以下でしかトルクを出力しないようにしている。電動駆動系のトルク特性は、電動機49から駆動力が出力され、最終的に後輪11に動力が伝わるときの出力である。
【００４１】
例えば、図１左下グラフで示すように、人力駆動力がいくらであってもアシスト比を１対１とした場合、必要とする電動駆動力は左上グラフに示すように人力駆動力と対応して同じ駆動力だけ必要とする。この時に実際にはどれだけの出力をするか電動駆動系のトルク特性を考慮して検討してみると、例えば人力トルクが１００Ｋｇ・ｃｍの場合、設定されたアシスト比（左下グラフ）より１００Ｋｇ・ｃｍの電動駆動力が必要となる（左上グラフ）。しかし、電動駆動系のトルク特性（右上グラフ）をみると、速度約１３Ｋｍ／ｈ以上はトルクを１００Ｋｇ・ｃｍ以上は出力しないので、実際のアシスト比は右下グラフの線Ａのようになる。また、人力トルクが１５０Ｋｇ・ｃｍの場合、電動駆動系のトルクは１５０Ｋｇ・ｃｍ必要となるが、電動駆動系のトルク特性は、走行速度が速度約１２Ｋｍ／ｈ以上では１５０Ｋｇ・ｃｍ以上は出力できないので、右下のグラフに当てはめると線Ｂで示すようなアシスト比になる。同様に、人力トルクが２００Ｋｇ・ｃｍの時は、線Ｃのようになり、また、人力トルクが２５０Ｋｇ・ｃｍの時は、線Ｄのようになる。そしてそれぞれの結果より、各速度での最大アシスト比を算出すると、破線で示すような直線になる。このように、電動駆動系のトルク特性が速度１５Ｋｍ／ｈ以上ではトルク出力しない電動駆動系を用いることによって、アシスト比を常に１対１に設定し、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を越えることなく制御できる。
【００４２】
次に第２実施例について、図８に基き説明をする。
【００４３】
法律で定められた人力駆動力に対する電動駆動力の出力比、即ちアシスト比は、第１実施例同様、図８右下のグラフ中Ｈで示すように、時速１５ｋｍ／ｈまでは１対１で出力され、それ以上の速度では直線的に漸減させていく。
【００４４】
この場合の電動駆動系が出力するトルク特性は、右上のグラフに示す如く、アシスト比が０になる時速２４ｋｍ／ｈ以下、ここでは時速２０ｋｍ／ｈ以下でしかトルクを出力しないものを用いている。電動駆動系のトルク特性は、電動機49から駆動力が出力され、最終的に後輪11に動力が伝わるときの出力である。
【００４５】
例えば、図８左下グラフで示すように、人力駆動力が２００ｋｇ・ｃｍ以下であるときはゼロになるまで直線的に比率を下げるように設定する。これは、少ない人力駆動力に対しては電動駆動力に対する比率は小さくし、大きい人力駆動力に対しては充分な電動駆動力を与えることで、余り必要でない部分では電動駆動力を抑えることによってバッテリの消費を抑えてバッテリを長くもたせようとするものである。この場合、必要とする電動駆動力は左上グラフに示すように人力駆動力と対応して人力駆動力２００ｋｇ・ｃｍまでは比率を徐々に上げているため、必要とする電動駆動力は曲線を描くようになる。この時に実際にはどれだけの出力をするか電動駆動系のトルク特性と比較してみると、例えば人力トルクが１００ｋｇ・ｃｍの場合、設定されたアシスト比からは５０ｋｇ・ｃｍの電動駆動力が必要となるが、時速約１８ｋｍ／ｈ以上ではトルクが５０ｋｇ・ｃｍ以上は出力しないので、走行速度に対するアシスト比は、右下グラフの線Ａのようになる。また、人力トルクが１５０ｋｇ・ｃｍの場合、設定されたアシスト比から、電動駆動系のトルクは１１２．５ｋｇ・ｃｍが必要となるが、電動駆動系のトルク特性は、速度が時速１７ｋｍ／ｈ以上ではトルクが１１２．５ｋｇ・ｃｍ以上は出力しないので、右下のグラフに当てはめると線Ｂで示すようになる。同様に、人力トルクが２００ｋｇ・ｃｍの時は、線Ｃのようになり、また、人力トルクが２５０ｋｇ・ｃｍの時は線Ｄのようになる。そしてそれぞれの結果より、各速度での最大アシスト比を算出すると、破線で示すような曲線になる。
【００４６】
このように、電動駆動系のトルク特性が時速２４ｋｍ／ｈ以下ではトルク出力しない電動駆動系、例えば時速２０ｋｍ／ｈ以下ではトルク出力しない電動駆動系を用い、更にアシスト比を人力駆動力が増えるに従い増加させるようにしたので、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を越えることなく制御でき、法での規制内で最大限にアシストすることができる。
【００４７】
次に第３実施例について、図９に基づき説明をする。
【００４８】
法律で定められた人力駆動力に対する電動駆動力の出力比、即ちアシスト比は、第１、第２実施例同様、図９右下のグラフ中Ｈで示すように、時速１５ｋｍ／ｈまでは１対１で出力され、それ以上の速度では直線的に漸減させていく。
【００４９】
この場合の電動駆動系が出力するトルク特性は、第２実施例同様、アシスト比が０になる時速２４ｋｍ／ｈ以下、ここでは時速２０ｋｍ／ｈ以下でしかトルクを出力しないものを用いている。電動駆動系のトルク特性は、電動機49から駆動力が出力され、最終的に後輪11に動力が伝わるときの出力である。
【００５０】
例えば、図９左下グラフで示すように、人力駆動力が２００ｋｇ・ｃｍ以下であるときはゼロになるまで二乗の曲線で人力駆動力が小さいときから大きいときになるにつれて変化率を大きくするように設定する。これは、少ない人力駆動力に対しては電動駆動力に対する比率は小さくし、大きい人力駆動力に対しては充分な電動駆動力を与えることで余り必要でない部分では電動駆動力を抑えることによってバッテリの消費を抑えてバッテリを長くもたせようとしている。この場合の電動駆動系の出力について、電動駆動系のトルク特性を考慮して検討してみると、例えば人力トルクが１００ｋｇ・ｃｍの場合、設定されたアシスト比は約０．２５で、電動駆動力による出力は約２５ｋｇ・ｃｍ必要になる。しかし、電動駆動系の特性は時速約１９ｋｍ／ｈ以上は２５ｋｇ・ｃｍのトルク以上は出力しないので、走行速度に対する実際のアシスト比は右下グラフの線Ａのようになる。また、人力トルクが１５０ｋｇ・ｃｍの場合、設定されたアシスト比は０．５６で、電動駆動系のトルクは８４ｋｇ・ｃｍ必要となるが、電動駆動系のトルク特性は、速度が時速約１７ｋｍ／ｈ以上では８４ｋｇ・ｃｍ以上は出力できないので、右下のグラフに当てはめるとアシスト比は、線Ｂのようになる。同様に、人力トルクが２００ｋｇ・ｃｍの時は線Ｃ、２５０ｋｇ・ｃｍの時は線Ｄのようになる。そしてそれぞれの結果より、各速度での最大アシスト比を算出すると、破線で示すような曲線になる。このように、電動駆動系のトルク特性が時速２４ｋｍ／ｈ以下ではトルク出力しない電動駆動系、例えば時速２０ｋｍ／ｈ以下ではトルク出力しない電動駆動系を用い、更にアシスト比を低トルク域では人力駆動力が増えるに従い増加させるようにしたので、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を越えることなく制御でき、法での規制内でアシストをすることができる。
【００５１】
次に、第４の実施例について図１０に基づき説明をする。
【００５２】
法律で定めるアシスト比の走行速度に対する比率は、図１０右下のグラフ中Ｈに示すとおり、時速１５ｋｍ／ｈまでは１で、それ以上では２４ｋｍ／ｈになるまで直線的に下がるようになっている。
【００５３】
例えば、図１０右上のグラフに示すようなトルク特性を持つ電動駆動系を用い、実施例２と同様のアシスト比に設定した場合について考えてみる。
【００５４】
前述する実施例と同様、人力トルクが１００、１５０、２００、２５０ｋｇ・ｃｍの場合について、右下のグラフにそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを記入してある。そしてそれぞれの結果より、各速度での最大アシスト比を算出すると、破線で示すような曲線になる。この場合、約１７ｋｍ／ｈから２１ｋｍ／ｈの間で法律で定めた比率を越えてしまうことになる。
【００５５】
このようなとき、図１１左下のグラフで示すように設定アシスト比にカーブを付けることによって、図１１右下のグラフに示す如く、人力トルクが１００、１５０、２００、２５０ｋｇ・ｃｍの場合は各線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのようになり、最大のアシスト比は破線で示すように、法律で定める値を越えることはなくなる。
【００５６】
このように、電動駆動系の出力トルク特性が変わったとしても、設定するアシスト比を変えることによって、速度センサを用いなくても法律で定める範囲内に出力を越えることなく制御することができる。
【００５７】
上述する第３、及び第４実施例では、予め設定するアシスト比を二次曲線にし、人力トルクが大きくなるにつれてアシスト比の変化率が大きくなるようにしたが、人力トルクが小さいときにアシスト比の変化率を大きくし、大きくなるにつれて変化率が小さくなるようにしても構わない。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の請求項１の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、人力駆動力に対する電動駆動力の比が漸減を始める速度である第１所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用いたので、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を超えることなく制御できる。
【００５９】
本発明の請求項２の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、人力駆動力に対する電動駆動力の比が零になるときの速度である第２所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用い、電動駆動系のトルク特性に応じて人力駆動力に対する電動駆動力の比率を変化させるので、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を超えることなく制御でき、法での規制内でアシストすることができる。
【００６０】
本発明の請求項３の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、第２所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用い、電動駆動系のトルク特性に応じて人力駆動力に対する電動駆動力の比率を変化させ、人力駆動力に対する電動駆動力の比率を、人力駆動力が大きくなるにつれて漸増させるので、バッテリの消費を抑えることができ、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を超えることなく制御でき、法での規制内で最大限にアシストすることができる。
【００６１】
更に、人力駆動力に対する電動駆動力の比率を、人力駆動力が大きくなるにつれて変化の比率を変えたので、乗り心地が良く、バッテリの消費を抑えることができ、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を越えることなく制御でき、法での規制内で最大限にアシストをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である設定アシスト比と電動駆動系のトルク特性から出力のアシスト比を求めたグラフである。
【図２】同動力系統図である。
【図３】同駆動部の図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】同駆動部の平面構成図である。
【図５】同トルク検出部の動作の略図である。
【図６】同全体構成図である。
【図７】法で定められた人力駆動力に対する電動駆動力の速度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施例である設定アシスト比と電動駆動系のトルク特性から出力のアシスト比を求めたグラフである。
【図９】本発明の第３実施例である設定アシスト比と電動駆動系のトルク特性から出力のアシスト比を求めたグラフである。
【図１０】本発明の第４実施例である設定アシスト比と電動駆動系のトルク特性から出力のアシスト比を求めたグラフである。
【図１１】本発明の第４実施例である設定アシスト比と電動駆動系のトルク特性から出力のアシスト比を求めたグラフである。
【符号の説明】
49 電動機
35 回動板
37 変換部材
41 磁性材料
44 磁気検出部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力駆動力による人力駆動系と、人力駆動系の人力トルクに応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを有するアシスト式乗り物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のアシスト式乗り物は、警察庁からの取り決めがあり、図７に示す如く、人力駆動力に対する電動駆動力の比率、所謂、アシスト比を速度１５Ｋｍ／ｈまでは１とし、１５Ｋｍ／ｈ以上２４Ｋｍ／ｈ以下では直線的に漸減するように比率を変化させ、２４Ｋｍ／ｈ以上では電動駆動力による駆動を停止させ、この範囲内に収まらなければならないといったものになっている。
【０００３】
そのため、通常は人力駆動力のトルクを検出するセンサと、走行速度を検出する速度センサと、電動駆動力をいくらにするかを演算するマイコンとを備え、人力駆動力によるトルクと走行速度とを入力し、マイコンが持っているテーブルデータによって比率を変えるという方法をとっていた。例えば、１００ｋｇ・ｃｍの人力駆動力によるトルクがかかったとすると、走行速度が１０ｋｍ／ｈであれば、電動駆動力によるトルクを１００ｋｇ・ｃｍ以下にし、走行速度が２０ｋｍ／ｈであればアシスト比は約０．４４に減少させなければならないので４４ｋｇ・ｃｍの電動駆動力の出力をマイコン内で演算して出力するという方法をとっていた。
【０００４】
しかしながら、上記のような構成であれば、速度センサに誤差があるときや、故障した場合、マイコンでは通常の演算を行っているのであるが、速度が実際とは異なるため、実際の出力が警察庁の提示する取り決めの枠を越えることがあったり、取り決めの枠よりも小さすぎてアシスト不足が生じることがあった。
【０００５】
また、速度検出をするための速度センサは、回転物である車輪などから速度を検出しないといけないため、配線が必要となり、構成が複雑になったり、配線が邪魔になったりするという問題が生じていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、簡単な構成で、法律内に収められ、充分なアシストができるアシスト式乗り物を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、人力駆動力に対する電動駆動力の比が漸減を始める速度である第１所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用いたことを特徴とする。
【０００８】
トルク検出部によって検出された人力トルクの大きさに応じて電動機を駆動して、人力駆動力と電動駆動力の２つの駆動力で走行する。このとき、法律で定められている、漸減を始める速度である１５Ｋｍ／ｈ以上においてはトルク出力しない電動駆動系を用いることによって、走行速度とは無関係に１対１で制御しても法律で定めるアシスト比を越えることがない。
【０００９】
また、請求項２の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、人力駆動力に対する電動駆動力の比が零になるときの速度である第２所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用い、電動駆動系のトルク特性に応じて人力駆動力に対する電動駆動力の比率を変化させることを特徴とする。
【００１０】
トルク検出部によって検出された人力トルクの大きさに応じて電動機を駆動して、人力駆動力と電動駆動力の２つの駆動力で走行する。このとき、法律で定められている、アシストを停止しなければならない速度である２４Ｋｍ／ｈ以上においてはトルク出力しない電動駆動系を用いることによって、走行速度とは無関係に１対１で制御しても、法律で定めるアシストを停止させなければならない速度以上においては必ずトルク出力しないようになる。更に、電動駆動系のトルク特性に応じて、小さい人力トルクがかかった時におけるアシスト比を変化、例えば小さくしているので、法律で定める速度１５Ｋｍ／ｈから２４Ｋｍ／ｈにおけるアシスト比を漸減させる部分において、法律の範囲を越えることがない。
【００１１】
また、請求項３の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、第２所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用い、電動駆動系のトルク特性に応じて人力駆動力に対する電動駆動力の比率を変化させ、人力駆動力に対する電動駆動力の比率を、人力駆動力が大きくなるにつれて漸増させるので、高速域で速度を検出しなくても法律の範囲を超えることがない。また、補助をあまり必要としない低トルク域ではバッテリの消費を抑えることができる。
【００１２】
更に、人力駆動力に対する電動駆動力の比率を、人力駆動力が大きくなるにつれて変化の比率を変えたので、バッテリの消費を抑え、法律範囲内で大きな電動駆動力によるアシストを与えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を電動自転車を例に、第１実施例について図１乃至図６に基づいて以下に詳述する。
【００１４】
まず、電動自転車の全体構成について、図６に基づき説明をする。
【００１５】
１は、前部に設けられたヘッドパイプ２、サドル３から下方に設けられたシートチューブ４と連結するメインフレームであり、該メインフレーム１は前記シートチューブ４とが連結する部分に人力によって回転することができるペダル５が取り付けられている。
【００１６】
６は、ハンドル７の動きに連動し、ハンドル７操作によって走行方向を定める前輪で、該前輪６はスポーク８、リム９、タイヤ10から構成されている。
【００１７】
11は、駆動輪となる後輪であり、該後輪11も、タイヤ12、リム13、スポーク14、それと後輪11を駆動するための駆動部15とから構成されている。
【００１８】
16は、前記ペダル５の回転とともに回転する前スプロケットで、該前スプロケット16にはチェーン17がかかっており前スプロケット16の回転を前記駆動部15の車軸に設けた後スプロケット27に動力を伝達するようになっている。
【００１９】
18は、後述する電動機49の電源となるバッテリで、２４ボルトのニッカド電池が収められている。また、バッテリ18は取り外し可能で充電の際は屋内で充電をすることができる。
【００２０】
19は、前カゴ、20は、停車時に自転車を支えるスタンドである。
【００２１】
前述した駆動部15について、図３及び図４に具体的構成を示す。
【００２２】
21は、メインフレーム１に固定して取り付けられた円盤状の固定側ケーシングで、22は、前記固定側ケーシング21と同軸で固定側ケーシング21外側を回転する回転側ケーシングである。これらの固定側ケーシング21と回転側ケーシング22とを合わせてハブを構成している。前記回転側ケーシング22の外周には２本の環状リブ24が形成されており、環状リブ24からはタイヤ12が取り付けられているリム13に向かってスポーク14が張設されている。
【００２３】
25は、車軸に設けられたハブ軸内装型の変速機（例えばシマノ製ＳＧ−３５３１など）で、該変速機25はラチェット26を介して後スプロケット27に接合している。即ち、ラチェット26によりチェーン17からの人力が一方向にしかかからないようになっており、逆回転に力がかかったときには駆動力が遮断されるようになっている。そして、該変速機25は円筒状の容器33内に収まっており、容器33の片側全周には鍔部28を形成している。また、この変速機25は、車軸29の中空部に変速棒30が外側に付勢された状態で摺動自在に挿入されており、変速棒30を左右に移動させることで、変速機25中のギヤ（図示せず）が切り替わるようになっている。そして、変速棒30を押さえるための押具31が変速棒30に圧接して設けてあり、該押具31を操作するための操作具（図示せず）がワイヤー32によって連結してハンドル７付近に設けてある。要するに、手元の操作具によってワイヤー32を引っ張ると、押具31が移動し、変速棒30を移動させることで変速段が変わるようになっている。
【００２４】
34は、前記変速機25の容器33に圧入して容器33外周を囲む筒状のスリーブで、該スリーブ34は前記鍔部28にネジ止めしてある。
【００２５】
35は、前記スリーブ34、鍔部28と一体に回転する回動板である。回動板35については、図５に示す、動作の略図に基づいて説明をする。
【００２６】
前記回動板35は、変速機25の容器33の外周径よりも大きく、変速機25と同心円状で、相対する２ケ所には、軸方向に押圧棒36と、変換棒37とが一体成形されている。前記押圧棒36は、釣鐘型の面をもって柱状に形成されており、釣鐘型の曲面部分で弾性体、即ちバネ38を押さえるようになっている。そして、回動板35は、変速機25外周をバネ38を伸縮させながら回動し、変速機25と同心円で容器33外周をガイドとして回動する。また、前記変換棒37は、車軸29方向に伸びる長方体で、先端部分が回転方向に向かって短くなるように斜めに形成してある。
【００２７】
前記押圧棒36によって押さえられるバネ38は、他端を回転側ケーシング22の一部に接触させており、人力駆動力の伝達の順序として回動板35から押圧棒36、バネ38を伸縮させて回転側ケーシング22を回転させる。この時、伸縮されたバネ38の伸縮大きさに応じて回転側ケーシング22と少しの歪みを生じながら回動板35は回転する。そしてこの回動板35は、変速機25の周囲を人力による歪みに応じて回動することになる。この時、同時に回動板35の少しの回動によって変換棒37も回動し、変換棒37先端に形成した傾斜部分39によって傾斜部分39と接する山形部40が押されて車軸29方向に移動する。この山形部40には磁性部材、即ちフェライト41のリングが取り付けられており、山形部40の移動によってフェライト41も移動するようになっている。このフェライト41の先端にはフェライト41を回動板35側に付勢するためのＣリング42とバネ43が設けられている。よって回転側ケーシング22と回動板35が歪んだ分だけフェライト41が車軸29方向に移動するようになっている。
【００２８】
44は、前記固定側ケーシング21で前記フェライト41近傍に設けられたコイルで、該コイル44は前記フェライト41の接近によるインダクタンスの変化を電気的な信号に変換することができ、この出力を利用して人力のトルクを検出することができる。
【００２９】
以上、図５に示す部材をまとめてトルク検出部45という。また、ここで変換棒37、山形部40、磁性部材41、磁気検出部材44を検出部といい、これらによって弾性体の伸縮度合いを検出することができる。また、変換棒37、山形部40とを合わせて変換部材と言い、回転方向の弾性体38の伸縮を車軸29方向の移動に変換する。
【００３０】
上記構成において、磁性部材にフェライトを用いたが、アルミなどの導電性材料でリングを構成してもよい。また、弾性体をバネとしたが、ゴムなどを弾性体とし、検出部としてこのゴムの伸縮を検出できるようなスケールを用いて構成しても良い。更に、弾性体を感圧ゴムとして、伸縮する圧力を電気的信号として取り出しても構わない。
【００３１】
46は、前記回転側ケーシング22にボルトによってネジ止めされたインナーギヤで、該インナーギヤ46は内側に形成される歯の部分を強化プラスチック、例えばポリアセタール樹脂などで形成している。そして、外側の部分を金属製のケーシングとし、前記インナーギヤ46を強化するように外周を覆っている。
【００３２】
47は、前記インナーギヤ46に一体成形された軸筒で、該軸筒47は前記スリーブ34との間に回動板35が回動したときにスムーズに回動するようにベアリング48が介入してある。
【００３３】
49は、固定側ケーシング21に内蔵した電動機で、該電動機49の出力軸50にはベルト51が取り付けられ、該ベルト51は第１プーリー52に接続されている。この第１プーリー52は、固定側ケーシング21に対しベアリング53を介して回転自在に取り付けられている。また、第１プーリー52と同軸でワンウェイクラッチ54とベアリング55を介して第２プーリー56が設けられており、一方向にのみ第１プーリー52からの動力を伝達するようになっている。そして、第２プーリー56にはギヤ57が形成してあり、このギヤ57と前記インナーギヤ46とが噛み合って電動機49の駆動力で回転側ケーシング22を回転させる。このワンウェイクラッチ54は、電動機49からの駆動力と人力の駆動力とを独立させるために設けてあり、例えば自転車を手押ししているときに後輪11とともに電動機49を回転させてしまうことがなく、発電制動によって使用者に余計な負荷がかからないために設けてある。
【００３４】
58は、前記変速機25の容器33と共に回転するブレーキ片で、該ブレーキ片58はブレーキケース59内を後輪11とともに回転し、前記ハンドル７に設けられたブレーキレバー（図示せず）によって前記ブレーキケース59内に設けられたブレーキシュー60を広げることでブレーキ片58に圧接し、後輪11の回転に制動をかけるようにしている。
【００３５】
61は、電動機49と第１プーリー52とをつなぐベルト51の張りを押圧することで調節できるテンションプーリーで、該テンションプーリー61はローラー62と基台63とからなっており、基台63片側を固定する長穴64によってベルト51に対して押さえる力を調節するようになっている。
【００３６】
次に、以上の構成で、動力系統図について、図２に基づき説明をする。
【００３７】
まず、人力駆動系について説明すると、ペダル５によって与えられた人力は、チェーン17によって後スプロケット27に伝達され、変速機25で変速された後、回動板35、バネ38を介して後輪11を回転させる。次に電動駆動系について説明すると、バネ38の伸縮の大きさ、即ち回動板35の移動距離を変換部材37によって車軸29方向の移動に変換し、その移動とともにフェライト41が移動するようにする。このフェライト41の移動をコイル44のインダクタンスの変化に変換し、電気信号として制御部65に入力する。制御部65は、固定側ケーシング21内に内蔵されている。そして、制御部65によりコイル44からの信号を入力し、これに基づいた電動機49の回転となるように駆動信号を出力する。そして、電動機49の出力は第１プーリー52、第２プーリー56などの減速機構67で減速されて後輪11が回転する。ここで、後スプロケット27から減速機構46、後輪11、また変換部材37、フェライト41までは回転側ケーシング22に内蔵されており、制御部65、コイル44、電動機49、減速機構67は固定側ケーシング21に内蔵されている。
【００３８】
次に制御部65の動作について、図１に基づき説明する。
【００３９】
法律で定められた人力駆動力に対する電動駆動力の出力比、即ちアシスト比は、図１右下のグラフ中Ｈで示すように、走行速度との関係は時速１５ｋｍ／ｈまでは１対１で出力されるが、それ以上の速度では時速１５ｋｍ／ｈから２４ｋｍ／ｈでアシスト比が０になるように直線的に漸減させていく。
【００４０】
この場合の電動駆動系が出力するトルク特性は、図１右上グラフで示す如く、アシスト比１対１の速度領域である１５ｋｍ／ｈ以下でしかトルクを出力しないようにしている。電動駆動系のトルク特性は、電動機49から駆動力が出力され、最終的に後輪11に動力が伝わるときの出力である。
【００４１】
例えば、図１左下グラフで示すように、人力駆動力がいくらであってもアシスト比を１対１とした場合、必要とする電動駆動力は左上グラフに示すように人力駆動力と対応して同じ駆動力だけ必要とする。この時に実際にはどれだけの出力をするか電動駆動系のトルク特性を考慮して検討してみると、例えば人力トルクが１００Ｋｇ・ｃｍの場合、設定されたアシスト比（左下グラフ）より１００Ｋｇ・ｃｍの電動駆動力が必要となる（左上グラフ）。しかし、電動駆動系のトルク特性（右上グラフ）をみると、速度約１３Ｋｍ／ｈ以上はトルクを１００Ｋｇ・ｃｍ以上は出力しないので、実際のアシスト比は右下グラフの線Ａのようになる。また、人力トルクが１５０Ｋｇ・ｃｍの場合、電動駆動系のトルクは１５０Ｋｇ・ｃｍ必要となるが、電動駆動系のトルク特性は、走行速度が速度約１２Ｋｍ／ｈ以上では１５０Ｋｇ・ｃｍ以上は出力できないので、右下のグラフに当てはめると線Ｂで示すようなアシスト比になる。同様に、人力トルクが２００Ｋｇ・ｃｍの時は、線Ｃのようになり、また、人力トルクが２５０Ｋｇ・ｃｍの時は、線Ｄのようになる。そしてそれぞれの結果より、各速度での最大アシスト比を算出すると、破線で示すような直線になる。このように、電動駆動系のトルク特性が速度１５Ｋｍ／ｈ以上ではトルク出力しない電動駆動系を用いることによって、アシスト比を常に１対１に設定し、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を越えることなく制御できる。
【００４２】
次に第２実施例について、図８に基き説明をする。
【００４３】
法律で定められた人力駆動力に対する電動駆動力の出力比、即ちアシスト比は、第１実施例同様、図８右下のグラフ中Ｈで示すように、時速１５ｋｍ／ｈまでは１対１で出力され、それ以上の速度では直線的に漸減させていく。
【００４４】
この場合の電動駆動系が出力するトルク特性は、右上のグラフに示す如く、アシスト比が０になる時速２４ｋｍ／ｈ以下、ここでは時速２０ｋｍ／ｈ以下でしかトルクを出力しないものを用いている。電動駆動系のトルク特性は、電動機49から駆動力が出力され、最終的に後輪11に動力が伝わるときの出力である。
【００４５】
例えば、図８左下グラフで示すように、人力駆動力が２００ｋｇ・ｃｍ以下であるときはゼロになるまで直線的に比率を下げるように設定する。これは、少ない人力駆動力に対しては電動駆動力に対する比率は小さくし、大きい人力駆動力に対しては充分な電動駆動力を与えることで、余り必要でない部分では電動駆動力を抑えることによってバッテリの消費を抑えてバッテリを長くもたせようとするものである。この場合、必要とする電動駆動力は左上グラフに示すように人力駆動力と対応して人力駆動力２００ｋｇ・ｃｍまでは比率を徐々に上げているため、必要とする電動駆動力は曲線を描くようになる。この時に実際にはどれだけの出力をするか電動駆動系のトルク特性と比較してみると、例えば人力トルクが１００ｋｇ・ｃｍの場合、設定されたアシスト比からは５０ｋｇ・ｃｍの電動駆動力が必要となるが、時速約１８ｋｍ／ｈ以上ではトルクが５０ｋｇ・ｃｍ以上は出力しないので、走行速度に対するアシスト比は、右下グラフの線Ａのようになる。また、人力トルクが１５０ｋｇ・ｃｍの場合、設定されたアシスト比から、電動駆動系のトルクは１１２．５ｋｇ・ｃｍが必要となるが、電動駆動系のトルク特性は、速度が時速１７ｋｍ／ｈ以上ではトルクが１１２．５ｋｇ・ｃｍ以上は出力しないので、右下のグラフに当てはめると線Ｂで示すようになる。同様に、人力トルクが２００ｋｇ・ｃｍの時は、線Ｃのようになり、また、人力トルクが２５０ｋｇ・ｃｍの時は線Ｄのようになる。そしてそれぞれの結果より、各速度での最大アシスト比を算出すると、破線で示すような曲線になる。
【００４６】
このように、電動駆動系のトルク特性が時速２４ｋｍ／ｈ以下ではトルク出力しない電動駆動系、例えば時速２０ｋｍ／ｈ以下ではトルク出力しない電動駆動系を用い、更にアシスト比を人力駆動力が増えるに従い増加させるようにしたので、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を越えることなく制御でき、法での規制内で最大限にアシストすることができる。
【００４７】
次に第３実施例について、図９に基づき説明をする。
【００４８】
法律で定められた人力駆動力に対する電動駆動力の出力比、即ちアシスト比は、第１、第２実施例同様、図９右下のグラフ中Ｈで示すように、時速１５ｋｍ／ｈまでは１対１で出力され、それ以上の速度では直線的に漸減させていく。
【００４９】
この場合の電動駆動系が出力するトルク特性は、第２実施例同様、アシスト比が０になる時速２４ｋｍ／ｈ以下、ここでは時速２０ｋｍ／ｈ以下でしかトルクを出力しないものを用いている。電動駆動系のトルク特性は、電動機49から駆動力が出力され、最終的に後輪11に動力が伝わるときの出力である。
【００５０】
例えば、図９左下グラフで示すように、人力駆動力が２００ｋｇ・ｃｍ以下であるときはゼロになるまで二乗の曲線で人力駆動力が小さいときから大きいときになるにつれて変化率を大きくするように設定する。これは、少ない人力駆動力に対しては電動駆動力に対する比率は小さくし、大きい人力駆動力に対しては充分な電動駆動力を与えることで余り必要でない部分では電動駆動力を抑えることによってバッテリの消費を抑えてバッテリを長くもたせようとしている。この場合の電動駆動系の出力について、電動駆動系のトルク特性を考慮して検討してみると、例えば人力トルクが１００ｋｇ・ｃｍの場合、設定されたアシスト比は約０．２５で、電動駆動力による出力は約２５ｋｇ・ｃｍ必要になる。しかし、電動駆動系の特性は時速約１９ｋｍ／ｈ以上は２５ｋｇ・ｃｍのトルク以上は出力しないので、走行速度に対する実際のアシスト比は右下グラフの線Ａのようになる。また、人力トルクが１５０ｋｇ・ｃｍの場合、設定されたアシスト比は０．５６で、電動駆動系のトルクは８４ｋｇ・ｃｍ必要となるが、電動駆動系のトルク特性は、速度が時速約１７ｋｍ／ｈ以上では８４ｋｇ・ｃｍ以上は出力できないので、右下のグラフに当てはめるとアシスト比は、線Ｂのようになる。同様に、人力トルクが２００ｋｇ・ｃｍの時は線Ｃ、２５０ｋｇ・ｃｍの時は線Ｄのようになる。そしてそれぞれの結果より、各速度での最大アシスト比を算出すると、破線で示すような曲線になる。このように、電動駆動系のトルク特性が時速２４ｋｍ／ｈ以下ではトルク出力しない電動駆動系、例えば時速２０ｋｍ／ｈ以下ではトルク出力しない電動駆動系を用い、更にアシスト比を低トルク域では人力駆動力が増えるに従い増加させるようにしたので、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を越えることなく制御でき、法での規制内でアシストをすることができる。
【００５１】
次に、第４の実施例について図１０に基づき説明をする。
【００５２】
法律で定めるアシスト比の走行速度に対する比率は、図１０右下のグラフ中Ｈに示すとおり、時速１５ｋｍ／ｈまでは１で、それ以上では２４ｋｍ／ｈになるまで直線的に下がるようになっている。
【００５３】
例えば、図１０右上のグラフに示すようなトルク特性を持つ電動駆動系を用い、実施例２と同様のアシスト比に設定した場合について考えてみる。
【００５４】
前述する実施例と同様、人力トルクが１００、１５０、２００、２５０ｋｇ・ｃｍの場合について、右下のグラフにそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを記入してある。そしてそれぞれの結果より、各速度での最大アシスト比を算出すると、破線で示すような曲線になる。この場合、約１７ｋｍ／ｈから２１ｋｍ／ｈの間で法律で定めた比率を越えてしまうことになる。
【００５５】
このようなとき、図１１左下のグラフで示すように設定アシスト比にカーブを付けることによって、図１１右下のグラフに示す如く、人力トルクが１００、１５０、２００、２５０ｋｇ・ｃｍの場合は各線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのようになり、最大のアシスト比は破線で示すように、法律で定める値を越えることはなくなる。
【００５６】
このように、電動駆動系の出力トルク特性が変わったとしても、設定するアシスト比を変えることによって、速度センサを用いなくても法律で定める範囲内に出力を越えることなく制御することができる。
【００５７】
上述する第３、及び第４実施例では、予め設定するアシスト比を二次曲線にし、人力トルクが大きくなるにつれてアシスト比の変化率が大きくなるようにしたが、人力トルクが小さいときにアシスト比の変化率を大きくし、大きくなるにつれて変化率が小さくなるようにしても構わない。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の請求項１の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、人力駆動力に対する電動駆動力の比が漸減を始める速度である第１所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用いたので、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を超えることなく制御できる。
【００５９】
本発明の請求項２の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、人力駆動力に対する電動駆動力の比が零になるときの速度である第２所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用い、電動駆動系のトルク特性に応じて人力駆動力に対する電動駆動力の比率を変化させるので、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を超えることなく制御でき、法での規制内でアシストすることができる。
【００６０】
本発明の請求項３の構成によると、人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、第２所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用い、電動駆動系のトルク特性に応じて人力駆動力に対する電動駆動力の比率を変化させ、人力駆動力に対する電動駆動力の比率を、人力駆動力が大きくなるにつれて漸増させるので、バッテリの消費を抑えることができ、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を超えることなく制御でき、法での規制内で最大限にアシストすることができる。
【００６１】
更に、人力駆動力に対する電動駆動力の比率を、人力駆動力が大きくなるにつれて変化の比率を変えたので、乗り心地が良く、バッテリの消費を抑えることができ、速度センサを設けて速度による制御を行わなくても規定のアシスト比を越えることなく制御でき、法での規制内で最大限にアシストをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である設定アシスト比と電動駆動系のトルク特性から出力のアシスト比を求めたグラフである。
【図２】同動力系統図である。
【図３】同駆動部の図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】同駆動部の平面構成図である。
【図５】同トルク検出部の動作の略図である。
【図６】同全体構成図である。
【図７】法で定められた人力駆動力に対する電動駆動力の速度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施例である設定アシスト比と電動駆動系のトルク特性から出力のアシスト比を求めたグラフである。
【図９】本発明の第３実施例である設定アシスト比と電動駆動系のトルク特性から出力のアシスト比を求めたグラフである。
【図１０】本発明の第４実施例である設定アシスト比と電動駆動系のトルク特性から出力のアシスト比を求めたグラフである。
【図１１】本発明の第４実施例である設定アシスト比と電動駆動系のトルク特性から出力のアシスト比を求めたグラフである。
【符号の説明】
49 電動機
35 回動板
37 変換部材
41 磁性材料
44 磁気検出部材
Claims (4)
- 人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、人力駆動力に対する電動駆動力の比が漸減を始める速度である第１所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用いたことを特徴とするアシスト式乗り物。
- 人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、人力駆動力に対する電動駆動力の比が零になるときの速度である第２所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用い、電動駆動系のトルク特性に応じて人力駆動力に対する電動駆動力の比率を変化させることを特徴とするアシスト式乗り物。
- 人力駆動力による人力駆動系と、該人力駆動系の人力トルクを検出するトルク検出部の検出値に応じた駆動力で電動機を駆動する電動駆動系とを備え、前記電動駆動系は、第２所定速度以上でトルク出力しないトルク特性の電動駆動系を用い、電動駆動系のトルク特性に応じて人力駆動力に対する電動駆動力の比率を変化させ、人力駆動力に対する電動駆動力の比率を、人力駆動力が大きくなるにつれて漸増させることを特徴とするアシスト式乗り物。
- 人力駆動力に対する電動駆動力の比率を、人力駆動力が大きくなるにつれて変化の比率を変えることを特徴とする請求項３記載のアシスト式乗り物。
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