JPH0891280A

JPH0891280A - 電動自転車およびその動力制御方法

Info

Publication number: JPH0891280A
Application number: JP25874694A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Matsuura; 忠史松浦
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 1996-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】電動自転車の運転時において、ペダルの急激
な負荷感をなくすと共に異常振動をなくす。また、部品
の耐久性を向上させ、かつ、トルクが零のとき、モータ
の逆回転を防止する。【構成】電動自転車の後輪の軸部に設けた差動歯車機
構部３の軸芯部一側にペダルからの踏力を伝達する踏力
伝達手段を備えた右側補助駆動軸11を設け、軸芯部他側
にモータ５の出力軸5aの回転を減速する動力減速手段を
備えた左側補助駆動軸18を設ける。この補助駆動軸18の
端部に駆動軸18の逆転を防止するワンウエイクラッチ31
を取付ける。そして両補助駆動軸11，18の回転数を検出
するための回転センサ15，20をコントローラに接続して
モータ５の出力を制御する。さらに車速が設定速度以上
のときに、モータ５のトルクが零となるように設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車速が設定速度以上の
ときにトルクが零になるように構成した電動自転車およ
びその動力制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動自転車の基本原理について簡
単に述べる。電動自転車は、差動歯車機構（デイファレ
ンシャルギヤ）を利用し、回転数制御により補助動力と
ペダル踏力の配分を可変にしたものである。

【０００３】自動車の差動歯車機構はエンジンの回転力
をプロペラシャフトを介して受け、この回転力を１：１
の比率で左右の車輪に振り分けている。電動自転車はこ
の原理を利用したもので、車輪の両側よりペダルからの
踏力とモータからの動力（補助動力）を入れ、シャフト
（差動歯車機構部のケース）側より車輪に力を伝えるよ
うにしている。たとえば、両側すなわちペダルとモータ
の回転数が同じであれば、踏力：補助動力：車輪の回転
数は、１：１：２となる。

【０００４】図14は上記電動自転車１の外観を示したも
ので、後輪軸を動力伝達機構２としており、これには差
動歯車機構部３（図15参照）、ペダル４およびモータ５
等が組合わされている。この場合、モータ５は後輪軸に
略直交に取付けられている。

【０００５】図15は動力伝達機構２の詳細を示すもので
あり、ペダル４からの踏力およびモータ５からの動力の
二つの力が差動歯車機構部３を介して合力され後輪６を
駆動している。図中、ペダル４の装着側が自転車１の前
側である。

【０００６】上記動力伝達機構４について説明する。ま
ず、ペダル４の踏力に関する部分を説明する。運転者が
ペダル４を踏むことにより、クランク軸７が回転し、ク
ランク軸７に固定されたチェーンリング８と、チェーン
９と、フリーホイール10とからなる踏力伝達手段が駆動
する。これにより右側補助駆動軸11が回転する（踏力伝
達手段はチェーン９等の代わりにドライブシャフトにし
てもよい）。右側補助駆動軸11の外側の右端部はプレー
ト12に取付けたベアリング13によって保持されている。
なお、プレート12はフレーム14に固定されている。

【０００７】また、プレート12にはペダル側回転センサ
15が取付けられ、右側補助駆動軸11の回転数を検出して
いる。また、右側補助駆動軸11の左端は傘歯車16となっ
ており、差動歯車機構部３の一部になっている。

【０００８】次に、モータ５の動力に関する部分を説明
する。モータ５の回転は、モータ５の駆動軸5aの先端に
取付けたウォームギヤ17を介して左側補助駆動軸18に伝
達される。すなわち、左側補助駆動軸18は、モータ５の
回転をウォームギヤ17とウォームホイールギヤ19とから
なる動力減速手段により減速されて回転される。左側補
助駆動軸18の左端はプレート12に取付けたベアリング13
によって保持されている。

【０００９】また、プレート12にはモータ側回転センサ
20が取付けられ、左側補助駆動軸18の回転数を検出して
いる。また、左側補助駆動軸18の右端は傘歯車21となっ
ており、差動歯車機構部３の一部になっている。

【００１０】そして、差動歯車機構部３は、ケース22内
に設けたケース軸22a に回転自在に取付けた二つの傘歯
車23，24と、これに噛合する右側補助駆動軸11の傘歯車
16および左側補助駆動軸18の傘歯車21を持つ機構であ
る。

【００１１】ここで、この右側補助駆動軸11の傘歯車16
および左側補助駆動軸18の傘歯車21が同一方向に同じ回
転数で回転すると、ケース22の軸22a に設けた傘歯車2
3，24は回転しないで、ケース22が回転することにな
る。このときは、左右側補助駆動軸11，18からは同じ比
率の力が伝達されていることになる。

【００１２】そして、後輪６のスポーク25は差動歯車機
構部３のケース22に直接あるいはプレートを介して取付
けられているので、ケース22の回転により後輪６が駆動
することになる。なお、図15において、符号26で示すも
のはサドルである。

【００１３】図16は上記動力伝達機構２、すなわち、差
動歯車機構部３のシステム図を示したものである。ペダ
ル側回転センサ15およびモータ側回転センサ20が接続す
るコントローラ27は、図に示すように、ペダル４側の回
転数とモータ５側の回転数を入力し、一定の力配分にな
るようにモータ５の回転数を制御している。

【００１４】このような電動自転車１においては、スピ
ードが出過ぎることがある。このため電動自転車１があ
る設定速度（電動自転車１には交通法規上の規定はない
が製作者が適宜認定する速度）を越えた場合には、電源
を切って、モータを停止させる必要がある。

【００１５】これを図17に示すタイミングチャートによ
って説明する。電動自転車１はペダル４を下に踏み込ん
だときに最も大きな踏力を伝えることができる。この踏
力に比例して、車速は図17(a) に示すように変化するこ
とになる。しかし、図に示すように、車速が設定速度に
近い場合には、車速が設定速度を越えてしまうことが何
度か繰り返えされる。そこで、従来は設定速度以上にな
った場合、図17(b) に示すように、モータ５の電源を切
ってその回転を停止させ、動力が出力しないようにして
いた。そして、速度が設定以下になった場合、再び電源
が入って、モータ５より駆動するようになっている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来技術
においては、車速が設定速度を越えたとき、電源を切っ
てモータを停止させていたので、車速が設定速度を越え
たところで、図17(b) に示すように、モータの動力が急
になくなることになり、ペダルが急激に重くなる問題が
あった。

【００１７】また、このように、モータのオン・オフが
常時、繰返されると、異常振動が発生し、運転者に違和
感を与えるばかりか、部品全体の耐久性が低下する問題
があった。

【００１８】なお、特開平５−２４５７５号公報に開示
されている自動自転車は、設定速度以下のとき補助動力
手段を動作させるものであるので、本発明の課題を解決
しているものではない。

【００１９】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたもので、モータの特性である、回転数とトル
クとが反比例することを利用し、車速が設定速度以上に
なった場合でも、ペダルの急激な負荷感をなくし、ま
た、異常振動を回避させて搭乗者に違和感を与えないよ
うにすると共に、部品の耐久性を保持させ、かつ、トル
クが零の状態のときモータが逆回転しないようにした電
動自転車およびその動力制御方法を提供することを目的
とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ペダルからの踏力と、モータからの動力とを合力し
て車輪に伝達し、該車輪を駆動する電動自転車におい
て、前記車輪の軸部に設けた差動歯車機構部の軸芯部一
側にペダルからの踏力を伝達する踏力伝達手段を備えた
一側補助駆動軸を設け、該一側補助駆動軸の回転数を検
出する一側検出手段を設けると共に、軸芯部他側にモー
タの出力軸の回転を減速する動力減速手段を備えた他側
補助駆動軸を設け、該他側補助駆動軸に該軸の逆回転を
防止するワンウエイクラッチを取付け、該他側補助駆動
軸の回転数を検出する他側検出手段を設け、該他側検出
手段と前記一側検出手段とを前記モータの出力を制御す
る制御手段に接続し、かつ、車速が設定速度以上となる
前記モータの回転時にモータのトルクが零になるように
設定したことを特徴とするものである。

【００２１】請求項２に記載の発明は、トルクがゼロの
とき、回転数Ｎ＝印加電圧Ｖ／コイルの巻数ｎ×磁束密
度Ｂ×コイルの長さＬb の関係にあるモータを備えたも
のである。

【００２２】請求項３に記載の発明は、電動自転車に設
けた制御手段からの制御信号に基づいてモータの出力を
制御し、該モータの出力による動力と、ペダルによる踏
力とを合力して車輪に伝達し、該車輪を駆動するように
した電動自転車の動力制御方法において、車速に応じて
モータに印加する電圧を算出し、この後、ペダルの回転
数とモータの回転数よりモータの出力電圧を算出し、し
かる後、該算出した出力電圧と前記モータに印加する電
圧とに基づいて、モータを駆動する電圧を出力すること
を特徴とするものである。

【００２３】

【作用】請求項１に記載の発明においては、運転者が自
転車のペダルを踏んで発生する踏力を踏力伝達手段を介
して一側補助駆動軸に伝達してこれを回転させる。この
時の一側補助駆動軸の回転数が一側検出手段によって検
出されて、制御手段に入力される。この制御手段への入
力信号によってモータの出力軸の回転が制御され、この
回転が動力減速手段を介して他側補助駆動軸に伝達して
これを一側補助駆動軸と同じ回転数で回転させる。

【００２４】さらに、他側補助駆動軸の回転が他側検出
手段によって検出され、これを前記制御手段に入力させ
て、他側補助駆動軸の回転が確認される。これによって
差動歯車機構部に一側補助駆動軸と他側補助駆動軸と同
じ比率の力が伝達されるので、差動歯車機構部はケース
の部分が回転することになり、車輪がペダルによる踏力
とモータによる動力との合力により回転することにな
る。

【００２５】しかし、車速が設定速度以上になったとき
には、モータのトルクが零になるように設定してあるの
で、モータの出力軸は回転を続けてもトルクは出力され
ないようになる。すなわち、車速が設定速度以上でも電
源が切れず、モータの出力軸は回転を続け、しかもトル
クが出力されないので、ペダルに急激に負荷がかかるよ
うな感じが回避される。

【００２６】また、請求項２に記載の発明では、トルク
が零のときの回転数Ｎを電圧Ｖ、コイル巻数ｎ、磁束密
度（磁石の磁力）Ｂ、コイルの長さＬb により決定す
る。すなわち、モータは回転数がコイル巻数ｎ，磁束密
度Ｂ、コイルの長さＬb により設定回転数Ｎmax となる
ような構造とする。この場合、モータの回転数が設定速
度Ｎmax 以上とならないようにモータの特性を合わせ
る。

【００２７】請求項３に記載の発明では、車速に対応し
てモータに印加する電圧を可変にして、モータの特性を
変えるようにする。すなわち、低速領域では大トルクが
必要になるため、印加する電圧が上げられ、高速領域で
は車速が上がらないように一定速以下にするため、印加
する電圧が下げられる。しかし、車速が設定速度以上に
なり、トルクが零になって、モータがペダルを補助して
いないときにも、それにあった電圧が供給されてモータ
が回転する。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１にもとづき図
14ないし図17と同一の部材には同一の符号を付して説明
する。図１は本発明の電動自転車１（図14参照）の要部
を示したもので、後輪６の軸部の動力伝達機構２を拡大
して示したものである。なお、矢印Ｘ方向が電動自転車
１（図２参照）の前側になる。

【００２９】上記動力伝達機構２について簡単に説明す
る。動力伝達機構２は差動歯車機構部３と、ペダル４か
らの踏力を伝達する踏力伝達手段28（図16参照）と、該
踏力伝達手段28と接続する右側補助駆動軸11と、さら
に、モータ５の動力を減速する動力減速手段29（図16参
照）と、該動力減速手段29と接続する左側補助駆動軸18
とから概略構成されている。

【００３０】また、上記踏力伝達手段28はチェーンリン
グ８（図15参照）と、チェーン９と、フリーホイール10
とから概略構成されている。

【００３１】また、動力減速手段29は、モータ５の出力
軸5aが噛合するウォームギヤ17と、ウォームホイールギ
ヤ19とから概略構成されている。

【００３２】差動歯車機構部３はケース22の内部のケー
ス軸30に回転自在に取付けた二つの傘歯車23，24に右側
補助駆動軸11の内側端部に設けた傘歯車16と、左側補助
駆動軸18の内側端部に設けた傘歯車21を相互に噛合させ
たのものである。この差動歯車機構部３は車輪すなわち
後輪（図15参照）６の軸部に取付けられている。

【００３３】また、右側補助駆動軸11の外側端部近傍に
は該駆動軸11の回転数を検出する一側検出手段であるペ
ダル側回転センサ15が設けられている。さらに、右側補
助駆動軸11の外側端部はプレート12（図15参照）に取付
けたベアリング13（図15参照）によって保持されてい
る。

【００３４】さらに、左側補助駆動軸18の外側端部近傍
には該駆動軸18の回転数を検出する他側検出手段である
モータ側回転センサ20が設けられている。また、左側補
助駆動軸18の外側端部にはワンウエイクラッチ31が設け
られている。ワンウエイクラッチ31の出力軸はフレーム
14に固定されている。ワンウエイクラッチ31については
後述する。なお、図１において、符号25で示すものは後
輪６のスポークである。

【００３５】上記モータ側回転センサ20とペダル側回転
センサ15は共にコントローラ27に連結されている（図16
参照）。コントローラ27はペダル側回転センサ15および
モータ側回転センサ20の検出回転数に基づいてモータ５
の回転出力を制御する。

【００３６】次に、動力伝達機構２の一部を構成するモ
ータ５について説明する。本発明に係る電動自転車１
は、モータ５の特性である、出力軸5aの回転数Ｎとトル
クＴとが反比例することを利用したもので、モータ５
は、後輪６の車速が設定速度以上となっても、停止させ
ないで常時駆動するようにしてある。また、モータ５の
回転数ＮとトルクＴとの関係は、後輪６の速度が設定速
度以上になるモータ５の回転数Ｎのときに、モータ５の
トルクＴが零になるように構成してある。なお、モータ
５の特性については後述する。

【００３７】モータ５は、図２に示すように、コイル32
を巻いたアーマチャ部33と永久磁石34とから概略構成さ
れるもので、回転数ＮとトルクＴとの関係は下記のよう
になる。

【００３８】モータのトルクＴは、図３および図４に示
すように、導体の長さＬa ，Ｌb 、磁束密度Ｂ、電流
ｉ、コイル32の巻数ｎとすると、その力Ｆおよびトルク
ＴはＦ＝ｎＢｉＬb の関係よりＴ＝２ＦＬa ＝２ｎＢｉＬa Ｌb ‥‥‥‥(1) となる。

【００３９】また、モータ５は、軸側よりアーマチャ部
33が回転すると、フレミングの右手の法則により磁界と
回転運動により起電力Ｅが発生する（図３参照）。この
起電力Ｅによりモータ５の電流ｉが制限され、回転も制
限される。

【００４０】そして、コイル32の巻数ｎ、回転数Ｎ、磁
束密度Ｂ、導体の長さＬb 、起電力Ｅとすると、Ｅ＝ｎ
ＮＢＬb の関係となる。そして、図５に示すような回路
では、抵抗Ｒ、電流ｉとすれば電圧Ｖ＝ＲＩ＋Ｅにな
り、∴Ｖ＝Ｒｉ＋ｎＮＢＬb となる。これにより回転数
Ｎ＝（Ｖ−Ｒｉ）／ｎＢＬb となり、電流ｉ＝（Ｖ−ｎＮＢＬb ）／Ｒ‥‥‥‥(2) となる。

【００４１】上記 (1)と(2) の式によりトルクＴと回転
数Ｎの関係は、Ｔ＝２ｎＢＬa Ｌb （Ｖ−ｎＮＢＬb ）／Ｒ‥‥‥‥
(3) の関係になり、トルクＴ＝０のときの回転数はＮ＝Ｖ／ｎＢＬb ‥‥‥‥(4) となる。

【００４２】これにより、回転数Ｎは、コイル巻数ｎ、
磁束密度Ｂ、コイルの長さＬb 、電圧Ｖにより決定され
る。すなわち、モータ５は回転数がコイル巻数ｎ、磁束
密度（磁石の磁力）Ｂ、コイルの長さＬb より設定回転
数Ｎmax となるような構造とする。この場合、モータ５
が設定速度Ｎmax 以上とならないようにモータ５の特性
を合わせるようにする。

【００４３】また、モータ５の回転数ＮとトルクＴの特
性は図７（後述）に示すように反比例しているので、回
転数Ｎmax ではトルクＴは０となる。そこで、車輪円周
Ｃ、モータ５の減速比Ｋとすると、設定速度Ｓmax 以上
でモータ５のトルクＴが出力されないようにするには、
Ｓmax ＝Ｃ×Ｋ×Ｎmax という関係からＮmax ＝Ｓmax ／Ｃ×Ｋ‥‥‥‥(5) となるように構成
する。すなわち、(4) と(5) よりＮ＝Ｎmax となり、Ｖ
／ｎＢＬb ＝Ｓmax ／Ｃ×Ｋとなるものを構成する。

【００４４】しかしながら、このように構成すると、車
速が設定速度以上（Ｓmax ）のときには、モータ５のト
ルクＴが零となり、ペダル４からの踏力が後輪に伝達さ
れず、左側補助駆動軸18が図１の矢印Ａのように逆方向
に回転し、モータ５の出力軸5aを矢印Ｂのように逆方向
に回転させるトルクが発生する。

【００４５】これは差動歯車機構部３が入力した回転を
負荷の少ない軸から出力するように働くため、モータ５
のトルクＴが零のときは後輪６よりモータ５の方が負荷
は小さいので、後輪６の回転がモータ５側に伝達される
からである。

【００４６】すなわち、車速が設定速度Ｓmax 以上のと
きは、前述した通りモータ５のトルクＴが零となり、ペ
ダル４からの踏力が後輪に伝達されない状態で後輪６が
回転を続ける。このとき後輪６の回転と共に、後輪６に
スポーク25を介して固定した、差動歯車機構部３のケー
ス22およびケース軸30も後輪６と一体で回転する。

【００４７】すると、ケース軸30に回転自在に設けられ
た傘歯車23，24と、左側補助駆動軸18の傘歯車21とが噛
合している関係から傘歯車21および左側補助駆動軸18が
逆方向（Ａ方向）に回転する力を受け、また、モータ５
の回転軸5aも逆方向（Ｂ方向）に回転する力を受ける。
この場合、傘歯車23，24と噛合している傘歯車16および
右側補助駆動軸11は正常の回転を続ける。

【００４８】そこで、左側補助駆動軸18が逆回転しない
ように左側補助駆動軸18の端部には、前述したように、
ワンウエイクラッチ31が取付けられている。ワンウエイ
クラッチ31は、左側補助駆動軸18の矢印Ｃ方向への回転
は可能にするが、矢印Ａ方向に回転するトルクがかかる
と、左側補助駆動軸18とフレーム14とを連結し、左側補
助駆動軸18が逆回転しないようにしている。

【００４９】このようにワンウエイクラッチ31を取付け
れば、車速が設定以上になってトルクが零となっても、
ペダル４による踏力はモータ５の出力軸5aを逆方向に連
れ回りさせず、踏力のすべてを後輪６の駆動に回すこと
ができるようになる。

【００５０】なお、図６に示すように、車輪軸35と、モ
ータ36またはペダル（チェーン37）間を弾性体38（トー
ションバー）を介して直結した構造の電動自転車（本出
願人の出願である特願平６−８５３５２号参照）の場合
は、モータ36のトルク伝達機構39中にワンウエイクラッ
チ31を取付ける。

【００５１】また、モータ５の特性は、上記(3) 式によ
り図７に示すグラフのようになる。このグラフによれ
ば、回転数ＮとトルクＴは反比例し、回転数Ｎが上がれ
ば、トルクＴが減少し、設定回転数Ｎmax ではトルクＴ
は零になっている。

【００５２】このモータ５の回転数ＮとトルクＴは、図
８に示すように、モータ５に印加される電圧Ｖにより可
変することが可能になる。

【００５３】電動自転車１では車速の低速領域において
は、大トルクが必要であり、図８に示す、印加電圧Ｖの
大きいモータ５の特性が必要であるが、車速の高速領域
においては、スピードが出過ぎない、一定速以下のモー
タ５の特性（印加電圧が小さいＶmax ）で十分である。

【００５４】この場合のモータ５の制御回路は、図９に
示すように、モータ５の印加電圧Ｖを制御する電圧回路
40と、モータ５の電流を制御するモータ駆動回路41とを
モータ５に直列に接続させたものである。

【００５５】このような制御回路によりモータ５を駆動
させ、電圧回路40の電圧Ｖ（モータ５の印加電圧）を、
図10に示すように、車速に対応させて可変し、省電力化
を図るようにしている。すなわち、車速が上がるにつれ
て印加電圧Ｖを少なくし、設定速度Ｓmax で、印加電圧
Ｖmax （この印加電圧Ｖmax のとき、モータ５の回転数
がＮmax でトルクＴは零である。図８参照）にすれば、
モータ５が補助していないときには（トルクＴが零のた
め）、電池の消耗を少なくすることができる。図12はこ
のモータ印加電圧制御のフローチャートである。

【００５６】なお、図11に示すように、複数のバッテリ
42，43を使用するシステムにおいては、モータ５に接続
するバッテリ42，43の数をリレー44で切り換え、バッテ
リ42，43の印加電圧Ｖを変えるようにしてもよい。

【００５７】以下、図12にもとづいてモータ印加電圧制
御のフローチャートを説明する。ステップS1ではコント
ローラ27に車速値が入力される。ステップS2では、この
入力した車速値と図10とにより、車速Ｓmax に応じたモ
ータ５の印加電圧Ｖmax （基準電圧）を算出する。

【００５８】ステップS3ではペダル４の回転数Ｎp とモ
ータ５の回転数Ｎm をコントローラに入力する。ステッ
プS4ではペダル４とモータ５の回転差Ｎp −Ｎm よりモ
ータ５への出力電圧Ｖm を算出する。このときＶm ＝Ｖ
m-1 ＋（Ｎp −Ｎm ）×ｋである。なお、Ｖm-1 ：前回
のモータ５への出力電圧、ｋ：増幅率である。

【００５９】ステップS5では計算したＶm がＶmax を越
えているか否かが判別される。Ｖm がＶmax を越えてい
れば、すなわち、Ｖm ＞Ｖmax でありＹＥＳであるな
ら、ステップS6に進み、出力するＶmax をＶm として出
力し、S7に進んでＶmaxでモータ５が駆動される。モー
タ５が駆動されたら、S1に戻る。

【００６０】また、Ｖm がＶmax を越えていなければ、
すなわち、Ｖm ≦Ｖmax でありＮＯであるなら、Ｖm が
出力され、ステップS7に進んでモータ５が駆動される。
モータ５が駆動されたら、S1に戻る。

【００６１】本実施例は、以上説明したように構成した
ので、運転者が電動自転車１のペダル４を踏むと、チェ
ーン９とフリーホイール10等からなる踏力伝達手段28よ
り右側補助駆動軸11が回転する。このときの右側補助駆
動軸11の回転数をペダル側回転センサ15によって検出
し、コントローラ27に入力する。

【００６２】このコントローラ27への入力信号によって
モータ５の出力軸5aの回転が制御され、ウォームギヤー
17およびウォームホイールギヤー19からなる動力減速手
段29を介して左側補助駆動軸18が右側補助駆動軸11と同
じ方向に同じ回転数で回転する。

【００６３】これによって、右側補助駆動軸11の傘歯車
16と、左側補助駆動軸18の傘歯車21からは差動歯車機構
部３の傘歯車23，24に同じ比率の力が伝達されるので、
ケース軸30の傘歯車23，24は回転しないで、差動歯車機
構部３のケース22が回転することになり、このケース22
とスポーク25を介して連結する後輪６がペダル４による
踏力とモータ５による動力との合力により回転する。す
なわち、車速の遅いときは、ペダル４の踏力と略同じト
ルクがモータ５より出力されるので、後輪６はペダル４
の踏力とモータ５の動力の合力により回転されることに
なる。

【００６４】しかし、車速が設定速度Ｓmax を越えたと
き、すなわち、後輪６が設定速度Ｓmax を越えるモータ
５の回転数のときに、モータ５のトルクＴが零となるよ
うに設定されているので、モータ５の出力軸5aは回転を
続けてもトルクＴが出力されないことになる。

【００６５】換言すれば、車速が設定速度Ｓmax を越え
ても電源が切れず、モータ５の出力軸5aは回転を続け、
しかも、トルクＴが出力されないので、ペダル４に急激
に負荷がかかるような感じはなくなる。

【００６６】これを図13によって説明する。車速が図13
(a) に示すように時間と共に変化するとき、踏力も図13
(b) に示すように略同様の変化をするが、モータ５のト
ルクＴは、図13(c) に示すように、車速が遅い領域では
踏力と略同じようにトルクＴが出力されるが、高速にな
るに従いモータ５のトルクＴは少なくなり、車速の設定
速度Ｓmax 以上のところではほとんどトルクＴの出力は
なくなることになる。

【００６７】しかし、車速が設定速度Ｓmax 以上のとき
は、モータ５のトルクＴが零になり、また、ペダル４か
らの踏力も後輪に伝達されなくなるので、左側補助駆動
軸18には該駆動軸18を逆方向に回転させるトルクＴが発
生する。このため左側補助駆動軸18にはワンウエイクラ
ッチ31が設けてあり、これによってモータ５の逆回転は
阻止されることになる。

【００６８】また、このように車速に対応してモータ５
に印加する電圧Ｖを可変にしたので、これによりモータ
５の特性を変化させることができる。したがって、低速
領域では大トルクが必要なので、印加電圧Ｖが上げら
れ、高速領域ではモータ５の回転数が上って、スピード
が出過ぎないように、スピードを一定速以下に抑えるた
めに、印加電圧Ｖが下げられる。しかし、車速が設定速
度Ｓmax 以上になり、トルクＴが零になって、モータ５
がペダル４を補助していないときには、それにあった電
圧が供給されて、モータ５だけが回転する。

【００６９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように車輪が設
定速度以上のモータの回転数のときに、モータのトルク
が零となるように設定したので、車速が設定速度以上に
なってもモータは回転を続けるが、トルクは出力されな
くなる。これにより、ペダルが急激に重たくなるような
感じがなくなって軽快にペダルを踏むことができる。ま
た、モータをオン・オフしないので、異常振動の発生が
なくなり、違和感を回避することができると共に、部品
の耐久性を向上させることができる。

【００７０】さらに、他側補助駆動軸にワンウエイクラ
ッチを装着したので、車速が設定速度以上になり、モー
タのトルクが零になっても、車輪からのトルクがモータ
側に入力することがない。

【００７１】また、車速に応じて電圧制御を行うように
したので、車速が設定速度以上でモータがペダルを補助
していないときには、バッテリの消耗を減少させること
ができる。すなわち、無駄な消費電力を減少させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の要部を示す一部断面上面図である。

【図２】モータの構成を示す模式図である。

【図３】図２のものの上面図である。

【図４】図３に示すものの側面図である。

【図５】モータの接続を示す回路図である。

【図６】電動自転車の他の例の要部を示す一部断面上面
図である。

【図７】モータの回転数とトルクとの関係を示す特性図
である。

【図８】印加される電圧により変化するモータの特性図
である。

【図９】モータの電圧制御の回路図である。

【図１０】車速に対するモータの印加電圧の特性図であ
る。

【図１１】モータの電圧制御の他の回路図である。

【図１２】モータの電圧制御のフローチャートである。

【図１３】本発明の電動自転車の車速、踏力、モータト
ルクの特性図である。

【図１４】電動自転車を説明するための側面図である。

【図１５】電動自転車の動力伝達機構を説明するための
模式図である。

【図１６】電動自転車の動力伝達機構のシステム図であ
る。

【図１７】車速と補助動力とのタイミングチャートであ
る。

【符号の説明】

１電動自転車３差動歯車機構部４ペダル５モータ 5a 出力軸６後輪 11 右側補助駆動軸 15 ペダル側回転センサ 18 左側補助駆動軸 20 モータ側回転センサ 27 コントローラ 28 踏力伝達手段 29 動力伝達手段 31 ワンウエイクラッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ペダルからの踏力と、モータからの動力
とを合力して車輪に伝達し、該車輪を駆動する電動自転
車において、前記車輪の軸部に設けた差動歯車機構部の軸芯部一側に
ペダルからの踏力を伝達する踏力伝達手段を備えた一側
補助駆動軸を設け、該一側補助駆動軸の回転数を検出す
る一側検出手段を設けると共に、軸芯部他側にモータの
出力軸の回転を減速する動力減速手段を備えた他側補助
駆動軸を設け、該他側補助駆動軸に該軸の逆回転を防止
するワンウエイクラッチを取付け、該他側補助駆動軸の
回転数を検出する他側検出手段を設け、該他側検出手段
と前記一側検出手段とを前記モータの出力を制御する制
御手段に接続し、かつ、車速が設定速度以上となる前記
モータの回転時にモータのトルクが零になるように設定
したことを特徴とする電動自転車。
【請求項２】トルクが零のとき、回転数Ｎ＝印加電圧
Ｖ／コイルの巻数ｎ×磁束密度Ｂ×コイルの長さＬb の
関係にあるモータを備えた請求項１記載の電動自転車。
【請求項３】電動自転車に設けた制御手段からの制御
信号に基づいてモータの出力を制御し、該モータの出力
による動力と、ペダルによる踏力とを合力して車輪に伝
達し、該車輪を駆動するようにした電動自転車の動力制
御方法において、車速に応じてモータに印加する電圧を
算出し、この後、ペダルの回転数とモータの回転数より
モータの出力電圧を算出し、しかる後、該算出した出力
電圧と前記モータに印加する電圧とに基づいて、モータ
を駆動する電圧を出力することを特徴とする電動自転車
の動力制御方法。