JPH0733070A - 電動モータ付き乗り物 - Google Patents

電動モータ付き乗り物

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JPH0733070A
JPH0733070A JP5201954A JP20195493A JPH0733070A JP H0733070 A JPH0733070 A JP H0733070A JP 5201954 A JP5201954 A JP 5201954A JP 20195493 A JP20195493 A JP 20195493A JP H0733070 A JPH0733070 A JP H0733070A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 人力駆動系と電気駆動系とを並列に設け、人
力による駆動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乗り物において、変速機構を設け
た場合に、モータの運転速度域を適正にして効率の良い
運転を可能にし、電池のエネルギーを有効利用できるよ
うにする。 【構成】 人力駆動力を検出する人力駆動力検出手段
と、人力駆動系および電気駆動系の合力を駆動輪に伝え
る伝動系に介在された変速機構と、電動モータ出力の人
力駆動力に対する比率を変速機構の高速段で小さく低速
段で大きく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、これらの合力を
変速機構を介して駆動輪に伝える一方、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乗り物に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】人力による駆動力を例えば踏力により検
出し、この踏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（特開昭５０−１２５４３８
号、実開昭５６−７６５９０号、特開平２−７４４９１
号等）。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】一方自転車などにおいては、人力の負担を
軽くするために変速機構を設けることが望ましい。そこ
でこのような変速機構を有する場合に、前記既提案のも
ののように踏力と車速Ｓとによってモータを制御する方
式を採用することが考えられる。
【０００４】
【従来技術の問題点】しかしこのようにモータによる駆
動力が加わる場合には踏力が軽くてすむために変速機構
を十分に活用せず、変速機構を高速段に保持したまま低
速で走行する事態が生じ得る。
【０００５】図６は一般的な永久磁石直流モータの特性
図である。この図でＴはトルク（ｋｇ・ｍ）、Ｎは回転
速度（Ｒ．Ｐ．Ｍ）、Ｐは出力（ワット）、ηは効率を
示す。このようにモータの効率ηを高く保つためには、
回転速度ＮとトルクＴを共に所定範囲内に維持すること
が必要になる。
【０００６】しかし前記のように変速機構による変速段
が不適切であると、モータは例えば低速で大トルクを発
生しなければならず、図６からも明らかなように効率の
悪い条件でモータを使用しなければならなくなる。この
ため電池のエネルギーを有効活用できず、モータの補助
力を得ながら走行できる距離が短くなるという問題が生
じる。
【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、変速機構を設けた場合に、不適当な変速段
のまま走行するのを防止してモータの効率が悪い運転領
域での使用を防止し、電池エネルギーの有効利用を図れ
るようにした電動モータ付き乗り物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、人力による駆動力の変化
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
付き乗り物において、人力駆動力を検出する人力駆動力
検出手段と、前記人力駆動系および電気駆動系の合力を
駆動輪に伝える伝動系に介在された変速機構と、前記電
動モータ出力の前記人力駆動力に対する比率を前記変速
機構の高速段で小さく低速段で大きくするように前記電
動モータ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乗り物により達成される。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例の側面図、図２はそ
の動力系統の一実施例を示す図、図３は踏力Ｆとモータ
による補助力Ｍとの制御特性を示す図である。
【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。
【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、この中に永久磁石式直流電動モ
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の後端に後輪
１４が固定されている。なお右側のリヤステー２８には
駆動軸３０（図２参照）が挿通される。
【００１２】動力ユニット２４の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（図示せず）に固定されている。車軸３８
には内装式の３段手動変速機構４０が保持され、後輪１
４には駆動軸３０の回転が傘歯車機構、一方向クラッチ
４２（図２）および変速機構４０を介して伝えられる。
【００１４】動力ユニット２４には、クランク軸３２の
回転を一方向クラッチ４４（図２）を介して駆動軸３０
に伝える傘歯車（図示せず）が内装されている。またこ
のクランク軸３２と駆動軸３０との間には遊星歯車機構
が介在されている。
【００１５】この遊星歯車機構は遊星歯車からペダル踏
力が入力され、リング歯車から駆動軸３０に踏力が出力
される。そして中央のサン歯車に加わるトルクを人力駆
動力検出手段としてのポテンショメータ４６で検出する
ことにより踏力Ｆを検出するように構成されている。モ
ータ２２の回転は減速機４８および一方向クラッチ５０
を介して駆動軸３０に伝えられる。
【００１６】図１で５２は鉛電池などの充電可能な電
池、５４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。
【００１７】一方クランク軸３２の回転速度ｓは図２に
車速検出と示した速度センサ５６で検出される。また変
速機構４０は手動の変速操作器５８により変速され、そ
の変速段ｐは変速動作検出センサ６０により検出され
る。この変速段動作検出センサ６０が検出した変速段ｐ
を示す信号は、コントローラ５４の変速比決定部６２に
入力され、ここで変速比が決定される。
【００１８】コントローラ５４での補助力演算部６４で
は、まず速度センサ５６の出力信号ｓと変速段ｐを示す
信号とを用いて車両の走行速度（車速）Ｓを求める。そ
してさらにポテンショメータ４６で検出した踏力Ｆとこ
の車速Ｓとを用いてモータ２２の補助力すなわちモータ
駆動力を演算し、これに対応する制御信号ｑを出力す
る。
【００１９】ここにモータ補助力Ｍの踏力Ｆに対する比
率すなわち補助率ε（＝Ｍ／Ｆ）はメモリ６６に予め記
録された制御特性を用いて決定される。この制御特性は
マップで記録されていてもよいし、演算式で記録されて
いてもよい。
【００２０】この制御特性は例えば図３、４、５などに
示すものを使用することができる。図３の特性は踏力Ｆ
に対する補助率εを変速段ｐによって変化させるもので
ある。すなわち補助率εの値および最大値を高・中・低
速段ｐ（Ｈ）、ｐ（Ｍ）、ｐ（Ｌ）に変化するに従って
次第に小さくしたものである。
【００２１】図４の特性は、低踏力側では補助率εは一
定であるが、補助率εを急減させ始める踏力Ｆを高速段
ｐ（Ｈ）で小さくし、低速段ｐ（Ｌ）で大きくした。
【００２２】図５の特性は踏力Ｆと変速段ｐにさらに車
速Ｓを組合せて補助力Ｍを変化させるものである。すな
わち図３の特性において、さらに車速Ｓが高速時に補助
力Ｍを減少させるようにしたものである。
【００２３】コントローラ５４の補助力演算部６４で
は、以上のように予め決めた制御特性を用いて、踏力Ｆ
に対する補助率εあるいは図５に示す場合のように踏力
Ｆと車速Ｓとに対する補助率εを求め、モータ補助力Ｍ
＝ε・Ｆを求める。そしてこの補助力Ｍに対応する制御
信号ｑを出力し、モータ２２にこの補助力Ｍを出力させ
る。
【００２４】以上の実施例は本発明を自転車に適用した
ものであるが、本発明の乗り物は車椅子や運搬装置等を
含む。すなわち車椅子の場合には踏力Ｆに代えて腕の駆
動力を検出する。また本発明の乗り物は運転者が必ずし
も車両に乗る必要はなく、単に索引する運搬装置であっ
てもよい。
【００２５】
【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、電動モ
ータの人力駆動力に対する比率すなわち補助率を、変速
機構の高速段で小さく低速段で大きくするように制御す
るものであるから、変速機構を高速段にしたまま低速で
走行しようとするとモータの補助率が小さくなり人力駆
動が重くなる。
【００２６】このため走行速度に適した変速段への変速
を促すことができる。この結果モータは適切で効率の高
い運転速度域で運転することができ、電池エネルギーの
有効利用が図れる。
【００２７】ここに補助率は車速の増加に対して減少さ
せるようにすれば、車速が高速になり過ぎるのを防ぐこ
とができる（請求項２）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の側面図
【図２】その動力系統を示す図
【図３】補助力の制御特性図
【図４】補助力の制御特性図
【図５】補助力の制御特性図
【図６】一般的なモータの特性図
【符号の説明】
１４ 駆動輪としての後輪 ２２ 電動モータ ３６ クランクペダル ４０ 変速機構 ４６ 人力駆動力検出手段としてのポテンショメータ ５４ コントローラ ５６ 速度センサ Ｓ 車速 Ｆ 人力駆動力としての踏力 Ｍ 補助力 ε 補助率

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 人力駆動系と電気駆動系とを並列に設
    け、人力による駆動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乗り物において、人力
    駆動力を検出する人力駆動力検出手段と、前記人力駆動
    系および電気駆動系の合力を駆動輪に伝える伝動系に介
    在された変速機構と、前記電動モータ出力の前記人力駆
    動力に対する比率を前記変速機構の高速段で小さく低速
    段で大きくするように前記電動モータを制御するコント
    ローラとを備えることを特徴とする電動モータ付き乗り
    物。
  2. 【請求項２】 請求項１において、さらに車速検出手段
    を備え、前記コントローラは車速の増加に対応して前記
    比率を小さくするようにした電動モータ付き乗り物。
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