JPH09290795A - 電動モータ付き乗り物 - Google Patents
電動モータ付き乗り物Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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電動モー
タ（６４）の出力を制御する電動モータ付き乗り物にお
いて、複雑な遊星歯車機構や耐久性に問題があるポテン
ショメータを用いずに、比較的簡単な構造で人力駆動ト
ルクを間欠的に検出するにもか変わらず、人力駆動トル
クの急変時におけるモータ駆動力の変化をに緩やかにし
てその時の衝撃を弱め、乗り心地を向上させる。 【解決手段】 人力駆動系に設けられ人力駆動トルク
（６４）を人力駆動系の人力手段（３６、３８）の等回
転角度ごとに検出するトルク検出手段（４０）と、この
人力駆動トルクの検出点間で人力駆動トルクの値を推定
する補間手段（８０）と、この補間手段（８０）が出力
する推定値に基づいて電気駆動系の駆動トルクの目標値
を決定する目標値設定手段（８２）と、電気モータ（６
４）の出力をこの目標値に一致させるように制御する出
力制御手段（８８）とを備える。
力による駆動力の変化に対応して電気駆動系の電動モー
タ（６４）の出力を制御する電動モータ付き乗り物にお
いて、複雑な遊星歯車機構や耐久性に問題があるポテン
ショメータを用いずに、比較的簡単な構造で人力駆動ト
ルクを間欠的に検出するにもか変わらず、人力駆動トル
クの急変時におけるモータ駆動力の変化をに緩やかにし
てその時の衝撃を弱め、乗り心地を向上させる。 【解決手段】 人力駆動系に設けられ人力駆動トルク
（６４）を人力駆動系の人力手段（３６、３８）の等回
転角度ごとに検出するトルク検出手段（４０）と、この
人力駆動トルクの検出点間で人力駆動トルクの値を推定
する補間手段（８０）と、この補間手段（８０）が出力
する推定値に基づいて電気駆動系の駆動トルクの目標値
を決定する目標値設定手段（８２）と、電気モータ（６
４）の出力をこの目標値に一致させるように制御する出
力制御手段（８８）とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、人力駆動系と電
気駆動系とを並列に設け、人力駆動力（駆動トルク）の
変化に対応して電気駆動系の出力を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。
気駆動系とを並列に設け、人力駆動力（駆動トルク）の
変化に対応して電気駆動系の出力を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から検出
し、この踏力の大小変化に対応して電動モータの出力を
制御する自転車などの乗り物が公知である（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担を減ら
し、楽に走行できるようにするものである。
し、この踏力の大小変化に対応して電動モータの出力を
制御する自転車などの乗り物が公知である（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担を減ら
し、楽に走行できるようにするものである。
【０００３】ここに人力駆動力（トルク）を検出するた
めに、遊星歯車を用いることを同一出願人は提案した
（特開平６−１０７２６６号等参照）。この既提案のも
のは、サンギヤを弾性的に保持しつつ、遊星ギヤから入
る人力駆動力をリングギヤから取出して駆動輪に伝える
ものであり、この時の駆動トルクの反力をサンギヤの回
動量によって検出するものである。
めに、遊星歯車を用いることを同一出願人は提案した
（特開平６−１０７２６６号等参照）。この既提案のも
のは、サンギヤを弾性的に保持しつつ、遊星ギヤから入
る人力駆動力をリングギヤから取出して駆動輪に伝える
ものであり、この時の駆動トルクの反力をサンギヤの回
動量によって検出するものである。
【０００４】すなわちサンギヤの回動量が駆動トルクの
増減に対応して増減することを利用する。ここにサンギ
ヤの回動量はポテンショメータなどで連続的に検出して
いた。このポテンショメータには、例えば巻線形抵抗が
用いられる。すなわち巻線間を摺動子が移動する時の抵
抗変化から回動量を連続的に検出するものである。
増減に対応して増減することを利用する。ここにサンギ
ヤの回動量はポテンショメータなどで連続的に検出して
いた。このポテンショメータには、例えば巻線形抵抗が
用いられる。すなわち巻線間を摺動子が移動する時の抵
抗変化から回動量を連続的に検出するものである。
【０００５】
【従来技術の問題点】しかしこの方式は遊星歯車機構を
用いるために構造が複雑であり、装置が大型化するとい
う問題があった。またここに用いるポテンショメータ
は、通常摺動子が巻線を擦りながら移動するものである
ため、耐久性に問題がある。
用いるために構造が複雑であり、装置が大型化するとい
う問題があった。またここに用いるポテンショメータ
は、通常摺動子が巻線を擦りながら移動するものである
ため、耐久性に問題がある。
【０００６】そこで人力駆動系に弾性材を介して回転伝
達する一対の回転体を介在させ、これらの回転体の位相
差を検出することが考えられる。この場合には、両回転
体にそれぞれ所定回転角ごとに永久磁石を固着し、車体
側に固定したセンサ（例えばホールセンサ）でこの永久
磁石の通過を検出する構造が可能である。
達する一対の回転体を介在させ、これらの回転体の位相
差を検出することが考えられる。この場合には、両回転
体にそれぞれ所定回転角ごとに永久磁石を固着し、車体
側に固定したセンサ（例えばホールセンサ）でこの永久
磁石の通過を検出する構造が可能である。
【０００７】また両回転体に所定ピッチの歯を形成し、
歯の通過を電磁ピックアップや光電式ピックアップなど
で検出する構造も可能である。これらはいずれも回転角
度を間欠的に検出し、両回転体の位相差の変化から人力
駆動トルクを間欠的に検出するものである。
歯の通過を電磁ピックアップや光電式ピックアップなど
で検出する構造も可能である。これらはいずれも回転角
度を間欠的に検出し、両回転体の位相差の変化から人力
駆動トルクを間欠的に検出するものである。
【０００８】しかしこの場合には、人力駆動トルクが急
激に変化する際に隣接する検出値の差が大きくなる。こ
のためモータ駆動力も急激に変化してその衝撃が大きく
なり、乗り心地が悪くなるという問題が生じる。
激に変化する際に隣接する検出値の差が大きくなる。こ
のためモータ駆動力も急激に変化してその衝撃が大きく
なり、乗り心地が悪くなるという問題が生じる。
【０００９】
【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、複雑な遊星歯車機構や耐久性に問題がある
ポテンショメータを用いずに、比較的簡単な構造で人力
駆動トルクを間欠的に検出するにもかかわらず、人力駆
動トルクの急変時におけるモータ駆動力の変化を緩やか
にしてその時の衝撃を弱め、乗り心地を向上させること
ができる電動モータ付き乗り物を提供することを目的と
する。
ものであり、複雑な遊星歯車機構や耐久性に問題がある
ポテンショメータを用いずに、比較的簡単な構造で人力
駆動トルクを間欠的に検出するにもかかわらず、人力駆
動トルクの急変時におけるモータ駆動力の変化を緩やか
にしてその時の衝撃を弱め、乗り心地を向上させること
ができる電動モータ付き乗り物を提供することを目的と
する。
【００１０】
【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電動モータの出力を制御す
る電動モータ付き乗り物において、前記入力駆動系に設
けられ人力駆動トルクを人力駆動系の人力手段の等回転
角度ごとに検出するトルク検出手段と、この人力駆動ト
ルクの検出点間で人力駆動トルクの値を推定する補間手
段と、この補間手段が出力する推定値に基づいて電気駆
動系の駆動トルクの目標値を決定する目標値設定手段
と、電動モータの出力を前記目標値に一致させるように
制御する出力制御手段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。
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電動モータの出力を制御す
る電動モータ付き乗り物において、前記入力駆動系に設
けられ人力駆動トルクを人力駆動系の人力手段の等回転
角度ごとに検出するトルク検出手段と、この人力駆動ト
ルクの検出点間で人力駆動トルクの値を推定する補間手
段と、この補間手段が出力する推定値に基づいて電気駆
動系の駆動トルクの目標値を決定する目標値設定手段
と、電動モータの出力を前記目標値に一致させるように
制御する出力制御手段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。
【００１１】ここに用いるトルク検出手段としては、互
いに弾性材を介して回転伝達を行う入力側と出力側の回
転体がそれぞれ等角度回転する度にそれぞれ第１および
第２の角度検出信号を出力する第１、第２の角度検出手
段を設け、これらの第１、第２の角度検出信号の位相差
の変化量から人力駆動トルクを算出するように構成する
ことができる。
いに弾性材を介して回転伝達を行う入力側と出力側の回
転体がそれぞれ等角度回転する度にそれぞれ第１および
第２の角度検出信号を出力する第１、第２の角度検出手
段を設け、これらの第１、第２の角度検出信号の位相差
の変化量から人力駆動トルクを算出するように構成する
ことができる。
【００１２】両回転体に同数の永久磁石を等角度間隔に
固着し、これらの永久磁石の通過をホール素子で検出す
るものが可能である。
固着し、これらの永久磁石の通過をホール素子で検出す
るものが可能である。
【００１３】補間手段で用いる補間方法としては、直線
近似（補間）、２次曲線近似、サイン曲線近似などが適
する。またこの補間により或る検出点間の一定領域で求
めた推定値は、この一定領域の最後の検出値とは通常一
致しない。そこで或る角度位置の推定値（または検出
値）に先行する一定数の推定値（または検出値）の平均
値を求めて、この平均値をこの角度位置の推定値に置き
換える処理（移動平均化処理）を行うのがよい。
近似（補間）、２次曲線近似、サイン曲線近似などが適
する。またこの補間により或る検出点間の一定領域で求
めた推定値は、この一定領域の最後の検出値とは通常一
致しない。そこで或る角度位置の推定値（または検出
値）に先行する一定数の推定値（または検出値）の平均
値を求めて、この平均値をこの角度位置の推定値に置き
換える処理（移動平均化処理）を行うのがよい。
【００１４】
【実施態様】図１は本発明の一実施態様である自転車の
側面図、図２はその制御系統を示す図、図３はトルク検
出部分の概念図、図４はトルク検出原理の説明図であ
る。また図５、６、７はそれぞれ異なる補間方法の説明
図、図８は移動平均化処理の説明図である。
側面図、図２はその制御系統を示す図、図３はトルク検
出部分の概念図、図４はトルク検出原理の説明図であ
る。また図５、６、７はそれぞれ異なる補間方法の説明
図、図８は移動平均化処理の説明図である。
【００１５】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、メインチューブ１４、ダウン
チューブ１６、シートチューブ１８、チェーンステー２
０、バックステー２２等を有する。ヘッドパイプ１２に
は前フォーク２４および操向ハンドルバー２６が操舵自
在に保持され、前フォーク２４に前輪２８が取付けられ
ている。
あり、ヘッドパイプ１２、メインチューブ１４、ダウン
チューブ１６、シートチューブ１８、チェーンステー２
０、バックステー２２等を有する。ヘッドパイプ１２に
は前フォーク２４および操向ハンドルバー２６が操舵自
在に保持され、前フォーク２４に前輪２８が取付けられ
ている。
【００１６】シートチューブ１８の上端にはサドル３０
が保持され、下端にはボトムブラケット３２が固着され
ている。このボトムブラケット３２にはクランク軸３４
が回転自在に水平に保持されている。このクランク軸３
４の左端および右端にはそれぞれ左クランクアーム３６
および右クランクアーム３８が固定されている。これら
のクランクアーム３６、３８は人力駆動系の入力手段と
なる。クランク軸３４の右端には図３に示すトルク検出
手段４０が取付けられている。
が保持され、下端にはボトムブラケット３２が固着され
ている。このボトムブラケット３２にはクランク軸３４
が回転自在に水平に保持されている。このクランク軸３
４の左端および右端にはそれぞれ左クランクアーム３６
および右クランクアーム３８が固定されている。これら
のクランクアーム３６、３８は人力駆動系の入力手段と
なる。クランク軸３４の右端には図３に示すトルク検出
手段４０が取付けられている。
【００１７】トルク検出手段４０は、クランク軸３４の
右端に固定され、前記右クランクアーム３８と一体化さ
れた入力側回転体４２と、クランク軸３４に僅かに回動
可能に保持された出力側回転体４４と、回転体４２から
４４への回転伝達時に圧縮される弾性材４６とを有す
る。ここに回転体４２と４４とにはこれらの回転方向に
対向する２０個の歯４２Ａ、４４Ａがそれぞれ等間隔に
突設され、これらの歯４２Ａ、４４Ａの間にそれぞれ弾
性材４６が挟まれている。従って弾性材４６は合計２０
個ある。
右端に固定され、前記右クランクアーム３８と一体化さ
れた入力側回転体４２と、クランク軸３４に僅かに回動
可能に保持された出力側回転体４４と、回転体４２から
４４への回転伝達時に圧縮される弾性材４６とを有す
る。ここに回転体４２と４４とにはこれらの回転方向に
対向する２０個の歯４２Ａ、４４Ａがそれぞれ等間隔に
突設され、これらの歯４２Ａ、４４Ａの間にそれぞれ弾
性材４６が挟まれている。従って弾性材４６は合計２０
個ある。
【００１８】出力側回転体４４の外周はチェーンスプロ
ケットとなっている。４８は後輪であり、出力側回転体
４４の回転はチェーン５０および外装式変速機５２およ
びフリーホイールクラッチ（図示せず）を介して後輪４
８に伝えられる。
ケットとなっている。４８は後輪であり、出力側回転体
４４の回転はチェーン５０および外装式変速機５２およ
びフリーホイールクラッチ（図示せず）を介して後輪４
８に伝えられる。
【００１９】従ってクランクアーム３６、３８に踏力が
加わると、入力側回転体４２は弾性材４６を圧縮しつつ
出力側回転体４４を同方向に回転し、後輪４８を駆動す
る。この時の弾性材４６の圧縮量は踏力に比例または対
応するから、両回転体４２、４４の位相差の変化量は踏
力に比例または対応する。
加わると、入力側回転体４２は弾性材４６を圧縮しつつ
出力側回転体４４を同方向に回転し、後輪４８を駆動す
る。この時の弾性材４６の圧縮量は踏力に比例または対
応するから、両回転体４２、４４の位相差の変化量は踏
力に比例または対応する。
【００２０】この実施態様ではこの位相差は、回転体４
２、４４にそれぞれ円周に沿って固着した２０個づつの
永久磁石５４、５６の通過をホール素子５８、６０で検
出することにより求めている。ホール素子５８、６０は
回転体４２、４４が３６０°／２０回転する度に永久磁
石５４、５６を検出して、それぞれパルス状の第１およ
び第２の角度検出信号５８Ａ、６０Ａ（図４）を出力す
る。
２、４４にそれぞれ円周に沿って固着した２０個づつの
永久磁石５４、５６の通過をホール素子５８、６０で検
出することにより求めている。ホール素子５８、６０は
回転体４２、４４が３６０°／２０回転する度に永久磁
石５４、５６を検出して、それぞれパルス状の第１およ
び第２の角度検出信号５８Ａ、６０Ａ（図４）を出力す
る。
【００２１】今踏力が０の時に、回転体４２、４４の位
相差すなわち永久磁石５４、５６の位相差をθ0とす
る。そして踏力Ｆ（Ｆ≠０）が加った時の位相差がθ1
になったとすれば、弾性材４６の変形量△θは（θ0−
θ1）であり、この変形量△θがすなわち位相差θの変
化量△θとなる。従ってこの△θから踏力のトルクすな
わち人力駆動トルクＴを知ることができる。なおトルク
検出手段４０の付近には、クランク軸３４の回転速度を
検出する速度検出器６２（図１参照）が取付けられてい
る。なお速度検出器６２を省き、一方のホール素子５８
または６０の出力からクランク軸３４の回転速度を検出
してもよい。
相差すなわち永久磁石５４、５６の位相差をθ0とす
る。そして踏力Ｆ（Ｆ≠０）が加った時の位相差がθ1
になったとすれば、弾性材４６の変形量△θは（θ0−
θ1）であり、この変形量△θがすなわち位相差θの変
化量△θとなる。従ってこの△θから踏力のトルクすな
わち人力駆動トルクＴを知ることができる。なおトルク
検出手段４０の付近には、クランク軸３４の回転速度を
検出する速度検出器６２（図１参照）が取付けられてい
る。なお速度検出器６２を省き、一方のホール素子５８
または６０の出力からクランク軸３４の回転速度を検出
してもよい。
【００２２】図１、２において６４は電動モータであ
り、例えば永久磁石式直流モータを用いることができ
る。このモータ６４は永久磁石による界磁内でロータが
回転し、この電機子電流を変えることにより出力駆動ト
ルクを制御することができる。また電機子電圧によりそ
の回転速度を制御することができる。このモータ６４の
回転はベルト式減速機６６を介して後輪４８に直接伝え
られる。なお図１で６８は電池や制御装置などを収容す
るケースである。
り、例えば永久磁石式直流モータを用いることができ
る。このモータ６４は永久磁石による界磁内でロータが
回転し、この電機子電流を変えることにより出力駆動ト
ルクを制御することができる。また電機子電圧によりそ
の回転速度を制御することができる。このモータ６４の
回転はベルト式減速機６６を介して後輪４８に直接伝え
られる。なお図１で６８は電池や制御装置などを収容す
るケースである。
【００２３】次に図２に基づいて制御装置７０を説明す
る。この制御装置７０はマイクロコンピュータで構成さ
れる。図２はそのソフトウェアで形成される機能をブロ
ック図で示したものである。この図２で７２、７４は入
力インターフェースであり、前記トルク検出手段４０で
検出した第１および第２の角度検出信号５８Ａ、６０Ａ
がインターフェース７２を介してトルク算出手段７６に
入力され、ここで位相差変化量△θおよび入力駆動トル
クＴが求められる。
る。この制御装置７０はマイクロコンピュータで構成さ
れる。図２はそのソフトウェアで形成される機能をブロ
ック図で示したものである。この図２で７２、７４は入
力インターフェースであり、前記トルク検出手段４０で
検出した第１および第２の角度検出信号５８Ａ、６０Ａ
がインターフェース７２を介してトルク算出手段７６に
入力され、ここで位相差変化量△θおよび入力駆動トル
クＴが求められる。
【００２４】ここにトルク検出手段４０は永久磁石５
４、５６の固定間隔（３６０°／２０＝θf）ごとにト
ルクＴを求める。従ってこの間隔θfの間では実際のト
ルクＴを知ることができない。そこでこの発明ではこの
間隔θfの間のトルクＴを後記する補間手段８０によっ
て推定し連続するトルク推定値を出力する。なお実際に
はこのトルクの推定値はコンピュータの演算周期ごとに
求められるが、間隔θfの間の時間に比べれば連続と見
なすことができる。
４、５６の固定間隔（３６０°／２０＝θf）ごとにト
ルクＴを求める。従ってこの間隔θfの間では実際のト
ルクＴを知ることができない。そこでこの発明ではこの
間隔θfの間のトルクＴを後記する補間手段８０によっ
て推定し連続するトルク推定値を出力する。なお実際に
はこのトルクの推定値はコンピュータの演算周期ごとに
求められるが、間隔θfの間の時間に比べれば連続と見
なすことができる。
【００２５】また速度検出器６２の出力はインターフェ
ース７４を介して速度算出手段７８に入力され、クラン
ク軸回転速度が求められる。なおこの速度算出手段７８
には前記変速機５２の変速段を示す信号を入力してお
き、車速を求めてもよい。
ース７４を介して速度算出手段７８に入力され、クラン
ク軸回転速度が求められる。なおこの速度算出手段７８
には前記変速機５２の変速段を示す信号を入力してお
き、車速を求めてもよい。
【００２６】補間手段８０では後記する種々の方法によ
ってトルクＴを推定し、連続したトルクＴを求める。そ
の結果は目標値設定手段８２に入力される。この目標値
設定手段８２では入力駆動トルクＴに対してモータ６４
が補助すべき駆動力である目標値を決定する。例えば人
力駆動トルクＴに対する目標値を予めマップ形式などで
メモリしておき、このマップから目標値を読出すものと
する。
ってトルクＴを推定し、連続したトルクＴを求める。そ
の結果は目標値設定手段８２に入力される。この目標値
設定手段８２では入力駆動トルクＴに対してモータ６４
が補助すべき駆動力である目標値を決定する。例えば人
力駆動トルクＴに対する目標値を予めマップ形式などで
メモリしておき、このマップから目標値を読出すものと
する。
【００２７】この目標値には補正手段８４において適宜
の補正を受ける。例えば速度算出手段７８で求めたクラ
ンク軸回転速度や車速が増大するのに伴い、モータ補助
力を次第に減少させて、車速が過大になるのを防止す
る。
の補正を受ける。例えば速度算出手段７８で求めたクラ
ンク軸回転速度や車速が増大するのに伴い、モータ補助
力を次第に減少させて、車速が過大になるのを防止す
る。
【００２８】また走行中に踏力が０になった時には、モ
ータ６４の電流を減らして無負荷回転させる電圧（無負
荷回転電圧）を印加する。すなわちモータ６４は一方向
クラッチを内蔵し、このクラッチが接続するモータ速度
付近にモータ回転を保ち、モータ補助力の目標値が再び
増加した時に速やかにモータ駆動力を後輪４８に付加で
きるようにするものである。
ータ６４の電流を減らして無負荷回転させる電圧（無負
荷回転電圧）を印加する。すなわちモータ６４は一方向
クラッチを内蔵し、このクラッチが接続するモータ速度
付近にモータ回転を保ち、モータ補助力の目標値が再び
増加した時に速やかにモータ駆動力を後輪４８に付加で
きるようにするものである。
【００２９】補正すみの目標値は比較器８６に入力さ
れ、モータ６４の電流Ｉ（実際値）との差が求められ
る。そしてこの差を０にするようにモータ６４の出力を
制御する。すなわち出力制御手段８８はこの差に対応す
る信号を出力インターフェース９０を介してモータドラ
イバ９２に出力する。このドライバ９２では、例えば電
池９４からモータ６４に供給する電流を、パルス幅制御
方式（ＰＷＭ）によって制御する。
れ、モータ６４の電流Ｉ（実際値）との差が求められ
る。そしてこの差を０にするようにモータ６４の出力を
制御する。すなわち出力制御手段８８はこの差に対応す
る信号を出力インターフェース９０を介してモータドラ
イバ９２に出力する。このドライバ９２では、例えば電
池９４からモータ６４に供給する電流を、パルス幅制御
方式（ＰＷＭ）によって制御する。
【００３０】なおモータ６４の電流Ｉの実際値は、モー
タ６４の電機子電流をシャント抵抗などを用いた電流検
出器９６で検出することにより求める。例えばこの検出
器９６の出力を入力インターフェース９８を介して電流
検出手段１００に入力し、ここで電機子電流Ｉを求め
る。
タ６４の電機子電流をシャント抵抗などを用いた電流検
出器９６で検出することにより求める。例えばこの検出
器９６の出力を入力インターフェース９８を介して電流
検出手段１００に入力し、ここで電機子電流Ｉを求め
る。
【００３１】次に補間手段８０の処理方法を説明する。
補間方法としては種々の方法が考えられる。最も簡単な
方法は図５に示す直線近似を用いるものである。この図
５で横軸ｔは時間であり、縦軸ＴはトルクＴを表す。時
間ｔ1、ｔ2…は検出時点を示し、その間隔は永久磁石５
４、５６の角度間隔に対応している。この時間ｔに代え
てクランク軸３４の回転角度θを採ってもよい。
補間方法としては種々の方法が考えられる。最も簡単な
方法は図５に示す直線近似を用いるものである。この図
５で横軸ｔは時間であり、縦軸ＴはトルクＴを表す。時
間ｔ1、ｔ2…は検出時点を示し、その間隔は永久磁石５
４、５６の角度間隔に対応している。この時間ｔに代え
てクランク軸３４の回転角度θを採ってもよい。
【００３２】この図５でｔ1、ｔ2…はトルク検出手段４
０による検出時点であり、この時の検出値（検出トル
ク）Ｔは、Ｔ1、Ｔ2…で表されている。今ｔ1とｔ2の検
出点Ａ、Ｂを結ぶ直線Ｌ1は、傾きｍ1＝（Ｔ2−Ｔ1）／
（ｔ2−ｔ1）を持つ。そこで次のｔ2とｔ3の検出点Ｂ、
Ｃの間では、トルクＴをこの傾きｍ1の直線Ｌ1で近似す
る。
０による検出時点であり、この時の検出値（検出トル
ク）Ｔは、Ｔ1、Ｔ2…で表されている。今ｔ1とｔ2の検
出点Ａ、Ｂを結ぶ直線Ｌ1は、傾きｍ1＝（Ｔ2−Ｔ1）／
（ｔ2−ｔ1）を持つ。そこで次のｔ2とｔ3の検出点Ｂ、
Ｃの間では、トルクＴをこの傾きｍ1の直線Ｌ1で近似す
る。
【００３３】すなわちｔ2＜ｔ＜ｔ3の間では、直線、Ｔ
＝Ｔ2＋ｍ1ｔにより推定する。また同様にｔ3＜ｔ＜ｔ4
の間では、直線、Ｔ＝Ｔ3＋ｍ2ｔにより推定する。この
ように順次直線を変えながら演算するものである。
＝Ｔ2＋ｍ1ｔにより推定する。また同様にｔ3＜ｔ＜ｔ4
の間では、直線、Ｔ＝Ｔ3＋ｍ2ｔにより推定する。この
ように順次直線を変えながら演算するものである。
【００３４】図６の方法は２次曲線Ｋ1（ｔ）、Ｋ
2（ｔ）、…で近似するものである。例えば、Ｔ＝ａｔ2
＋ｂｔ＋ｃ≡Ｋ（ｔ）という２次関数を設定し、検出点
Ａ（ｔ1Ｔ1）、Ｂ（ｔ2、Ｔ2）、Ｃ（ｔ3、Ｔ3）に対す
る連立方程式を解くことにより係数ａ、ｂ、ｃを求める
ことができる。このようにして関数Ｋ1（ｔ）を決定
し、ｔ3とｔ4の間ではＴ＝Ｋ1（ｔ）により推定するも
のである。
2（ｔ）、…で近似するものである。例えば、Ｔ＝ａｔ2
＋ｂｔ＋ｃ≡Ｋ（ｔ）という２次関数を設定し、検出点
Ａ（ｔ1Ｔ1）、Ｂ（ｔ2、Ｔ2）、Ｃ（ｔ3、Ｔ3）に対す
る連立方程式を解くことにより係数ａ、ｂ、ｃを求める
ことができる。このようにして関数Ｋ1（ｔ）を決定
し、ｔ3とｔ4の間ではＴ＝Ｋ1（ｔ）により推定するも
のである。
【００３５】なお検出点ＡとＢおよびＢとＣを通る２つ
の直線の傾きをそれぞれｍ1、ｍ2とすれば、２ａ＝
｛（ｍ2−ｍ1）／（ｔ3−ｔ2）｝、ｂ＝ｍ2としてもよ
い。すなわち前記図５の方法における検出点Ｃを通る傾
きｍ2の近似直線（Ｔ＝ｍ2ｔ＋Ｔ3）に、傾きの変化率
２ａ＝｛（ｍ2−ｍ1）／（ｔ3−ｔ2）｝による補正項ａ
ｔ2を付加したものと考えるものである。
の直線の傾きをそれぞれｍ1、ｍ2とすれば、２ａ＝
｛（ｍ2−ｍ1）／（ｔ3−ｔ2）｝、ｂ＝ｍ2としてもよ
い。すなわち前記図５の方法における検出点Ｃを通る傾
きｍ2の近似直線（Ｔ＝ｍ2ｔ＋Ｔ3）に、傾きの変化率
２ａ＝｛（ｍ2−ｍ1）／（ｔ3−ｔ2）｝による補正項ａ
ｔ2を付加したものと考えるものである。
【００３６】図７の方法は、サイン曲線を予めメモリし
ておき、検出点Ａ、Ｂ、Ｃ…が乗るサイン曲線を求め、
この曲線により近似値を決める。例えば検出点Ａ、Ｂ…
のうち最大値ＴMと最小値Ｔmを知ると共に、周期を知る
ことにより、サイン曲線を一義的に決めることができ
る。
ておき、検出点Ａ、Ｂ、Ｃ…が乗るサイン曲線を求め、
この曲線により近似値を決める。例えば検出点Ａ、Ｂ…
のうち最大値ＴMと最小値Ｔmを知ると共に、周期を知る
ことにより、サイン曲線を一義的に決めることができ
る。
【００３７】なお一般に車輌停止時から発進する時に
は、一方のペダルは上死点付近にある。そこで発進時の
最初の検出点ＳからはトルクＴはサイン曲線に乗って減
少すると考えられる。この時のサイン曲線の周期は、速
度検出器６２（図１）が検出するクランク軸回転速度を
用いて知ることができる。この方法によれば、発進直後
のトルクＴも高い精度で推定でき、より円滑な運転が可
能になる。
は、一方のペダルは上死点付近にある。そこで発進時の
最初の検出点ＳからはトルクＴはサイン曲線に乗って減
少すると考えられる。この時のサイン曲線の周期は、速
度検出器６２（図１）が検出するクランク軸回転速度を
用いて知ることができる。この方法によれば、発進直後
のトルクＴも高い精度で推定でき、より円滑な運転が可
能になる。
【００３８】以上説明した補間方法では、検出点Ａ、
Ｂ、Ｃ…における検出値Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3…と、この検出
点Ａ、Ｂ、Ｃ…の直前に求めた推定値とは一致しない。
この差が大きいとモータ駆動トルクの目標値が検出点
Ａ、Ｂ…で大きく変動することになり、乗り心地が悪く
なる。
Ｂ、Ｃ…における検出値Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3…と、この検出
点Ａ、Ｂ、Ｃ…の直前に求めた推定値とは一致しない。
この差が大きいとモータ駆動トルクの目標値が検出点
Ａ、Ｂ…で大きく変動することになり、乗り心地が悪く
なる。
【００３９】そこでこの差を小さくするため修正処理を
追加しておくのがよい。図８はその修正方法の一例を示
す。この方法では移動平均値を用いる。すなわち或る時
点ｔにおける推定値（近似トルク）Ｔｂ（ｔ）を、この
時点ｔより連続して先行する一定数（ｎ）の推定値Ｔｂ
（ｔ−τ）、Ｔｂ（ｔ−２τ）、…Ｔｂ（ｔ−ｎτ）の
算術平均値Ｔｃ（ｔ）を求め、この平均値Ｔｃ（ｔ）を
この時点ｔにおける推定値Ｔｂ（ｔ）に置き換えるもの
である。
追加しておくのがよい。図８はその修正方法の一例を示
す。この方法では移動平均値を用いる。すなわち或る時
点ｔにおける推定値（近似トルク）Ｔｂ（ｔ）を、この
時点ｔより連続して先行する一定数（ｎ）の推定値Ｔｂ
（ｔ−τ）、Ｔｂ（ｔ−２τ）、…Ｔｂ（ｔ−ｎτ）の
算術平均値Ｔｃ（ｔ）を求め、この平均値Ｔｃ（ｔ）を
この時点ｔにおける推定値Ｔｂ（ｔ）に置き換えるもの
である。
【００４０】ここにτは検出点Ａ、Ｂ…の時間間隔（ｔ
2−ｔ1）、（ｔ3−ｔ2）、…であり、クランク軸３４の
回転速度が一定なら（ｔ2−ｔ1）、（ｔ3−ｔ2）、…も
一定でτも定数になる。実際にはクランク軸３４の回転
速度は変化するから、τは定数ではなくなる。従ってこ
の時はτを各検出点Ａ、Ｂ…の間隔ごとに変化させる必
要がある。
2−ｔ1）、（ｔ3−ｔ2）、…であり、クランク軸３４の
回転速度が一定なら（ｔ2−ｔ1）、（ｔ3−ｔ2）、…も
一定でτも定数になる。実際にはクランク軸３４の回転
速度は変化するから、τは定数ではなくなる。従ってこ
の時はτを各検出点Ａ、Ｂ…の間隔ごとに変化させる必
要がある。
【００４１】この修正処理を行えば、例えば図８の検出
点Ａから始まった近似曲線Ｔｂ１が検出点Ｂの検出時ｔ
２でＴｂ1（ｔ2）（≠Ｔ2）となっても、その後では修
正トルクＴｃ（ｔ）に乗って次第に次の近似曲線Ｔｂ2
に接近してゆく。このため検出点Ｂ、Ｃ…におけるトル
ク推定値の変化が滑らかになる。
点Ａから始まった近似曲線Ｔｂ１が検出点Ｂの検出時ｔ
２でＴｂ1（ｔ2）（≠Ｔ2）となっても、その後では修
正トルクＴｃ（ｔ）に乗って次第に次の近似曲線Ｔｂ2
に接近してゆく。このため検出点Ｂ、Ｃ…におけるトル
ク推定値の変化が滑らかになる。
【００４２】なおこの移動平均の計算に用いる推定値
は、その一部が検出値に代わる場合があり得るのは勿論
である。
は、その一部が検出値に代わる場合があり得るのは勿論
である。
【００４３】以上説明した実施態様においては、トルク
検出手段４０に、図３に示すように多数の磁石５４、５
６を入力側および出力側回転体４２、４４に固定したも
のであった。しかしトルク検出手段は他の構成でもよ
い。
検出手段４０に、図３に示すように多数の磁石５４、５
６を入力側および出力側回転体４２、４４に固定したも
のであった。しかしトルク検出手段は他の構成でもよ
い。
【００４４】図９は他のトルク検出手段１４０を示す断
面図である。この実施態様ではクランク軸１３４に固定
した入力回転体１４２の外周縁に、軸方向へ折曲された
複数（例えば２０枚）の歯１４２Ａを等間隔に設けた。
同様にクランク軸１３４に軸受を１３４Ａを介して回動
自在に出力側回転体１４４を設け、これをスプロケット
とした。
面図である。この実施態様ではクランク軸１３４に固定
した入力回転体１４２の外周縁に、軸方向へ折曲された
複数（例えば２０枚）の歯１４２Ａを等間隔に設けた。
同様にクランク軸１３４に軸受を１３４Ａを介して回動
自在に出力側回転体１４４を設け、これをスプロケット
とした。
【００４５】この出力側回転体１４４にも軸方向へ突出
する複数（例えば２０枚）の歯１４４Ａを等間隔に設け
た。そしてこれらの回転体１４２、１４４の間に弾性材
１４６を介在させ、両回転体１４２、１４４の一方の回
転がこの弾性材１４６を圧縮させながら他方に伝達され
るようにした。
する複数（例えば２０枚）の歯１４４Ａを等間隔に設け
た。そしてこれらの回転体１４２、１４４の間に弾性材
１４６を介在させ、両回転体１４２、１４４の一方の回
転がこの弾性材１４６を圧縮させながら他方に伝達され
るようにした。
【００４６】１５８は入力側回転体１４２の歯１４２Ａ
の通過を検出するセンサであり、永久磁石１５８Ａと、
この磁石１５８Ａの両磁極から歯１４２Ａの両側へ延び
るヨーク１５８Ｂと、このヨーク１５８Ｂに固定された
ホール素子１５８Ｃとを持つ。
の通過を検出するセンサであり、永久磁石１５８Ａと、
この磁石１５８Ａの両磁極から歯１４２Ａの両側へ延び
るヨーク１５８Ｂと、このヨーク１５８Ｂに固定された
ホール素子１５８Ｃとを持つ。
【００４７】同様に１６０は出力側回転体１４４の歯１
４４Ａの通過を検出するセンサであり、永久磁石１６０
Ａと、この磁石１６０Ａの両磁極から歯１４４Ａの両側
へ延びるヨーク１６０Ｂと、このヨーク１６０Ｂに固定
されたホール素子１６０Ｃとを持つ。
４４Ａの通過を検出するセンサであり、永久磁石１６０
Ａと、この磁石１６０Ａの両磁極から歯１４４Ａの両側
へ延びるヨーク１６０Ｂと、このヨーク１６０Ｂに固定
されたホール素子１６０Ｃとを持つ。
【００４８】従って歯１４２Ａ、１４４Ａがそれぞれの
ヨーク１５８Ｂ、１６０Ｂの間隙間に入ると、磁束がこ
の歯１４２Ａ、１４４Ａを経てヨーク１５８Ｂ、１６０
Ｂ内に流れる。また歯１４２Ａ、１４４Ａがヨーク１５
８Ｂ、１６０Ｂの間隙から出ると、磁束が通る磁路の磁
気抵抗が増え、磁束は急激する。
ヨーク１５８Ｂ、１６０Ｂの間隙間に入ると、磁束がこ
の歯１４２Ａ、１４４Ａを経てヨーク１５８Ｂ、１６０
Ｂ内に流れる。また歯１４２Ａ、１４４Ａがヨーク１５
８Ｂ、１６０Ｂの間隙から出ると、磁束が通る磁路の磁
気抵抗が増え、磁束は急激する。
【００４９】この磁束の変化をホール素子１５８Ｃ、１
６０Ｃで検出することにより、それぞれの回転体１４
２、１４４の回転角度を検出することができる。この実
施態様によれば永久磁石の数が前記図３に示したものに
比べて少なくてすみ、構成が簡単になる。
６０Ｃで検出することにより、それぞれの回転体１４
２、１４４の回転角度を検出することができる。この実
施態様によれば永久磁石の数が前記図３に示したものに
比べて少なくてすみ、構成が簡単になる。
【００５０】図１０は他のトルク検出手段２４０の一部
を示す図である。この実施態様のセンサ２５８は、永久
磁石２５８Ａに固定されたヨーク２５８Ｂを入力側回転
体２４２の複数の歯２４２Ａに対向させた。２３４はク
ランク軸である。２つの歯２４２Ａがヨーク２５８Ｂの
両端に対して近接または離隔する際の磁気抵抗の変化に
よりヨーク２５８Ｂに通る磁束を変化させる。この時の
磁束の強度変化をホール素子２５８Ｃで検出するもので
ある。
を示す図である。この実施態様のセンサ２５８は、永久
磁石２５８Ａに固定されたヨーク２５８Ｂを入力側回転
体２４２の複数の歯２４２Ａに対向させた。２３４はク
ランク軸である。２つの歯２４２Ａがヨーク２５８Ｂの
両端に対して近接または離隔する際の磁気抵抗の変化に
よりヨーク２５８Ｂに通る磁束を変化させる。この時の
磁束の強度変化をホール素子２５８Ｃで検出するもので
ある。
【００５１】出力側回転体についても全く同様に構成す
ることにより２つのホール素子の出力から両回転体の位
相差を検出する。なお入力側と出力側の回転体間には弾
性材を介在させるのは前記の実施態様と同じである。こ
の実施態様によれば図９のものと同様な効果が得られ
る。
ることにより２つのホール素子の出力から両回転体の位
相差を検出する。なお入力側と出力側の回転体間には弾
性材を介在させるのは前記の実施態様と同じである。こ
の実施態様によれば図９のものと同様な効果が得られ
る。
【００５２】
【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、人力駆
動系の等回転角度ごとに人力駆動トルクを検出し、この
検出点間の人力駆動トルクを補間手段によって推定する
ものであるから、トルク検出にポテンショメータを用い
ることなく比較的簡単な構成とし耐久性を向上させるこ
とができる。
動系の等回転角度ごとに人力駆動トルクを検出し、この
検出点間の人力駆動トルクを補間手段によって推定する
ものであるから、トルク検出にポテンショメータを用い
ることなく比較的簡単な構成とし耐久性を向上させるこ
とができる。
【００５３】また間欠的に人力駆動トルクを検出するに
もかかわらずモータ駆動力の急激な変動を防ぎ乗り心地
を良好にすることができる。
もかかわらずモータ駆動力の急激な変動を防ぎ乗り心地
を良好にすることができる。
【００５４】ここに用いるトルク検出手段は、互いに弾
性材を挟んで回転伝達を行う入力側および出力側の回転
体の位相差を求め、この位相差の変化量によりトルクを
求めることができる（請求項２）。
性材を挟んで回転伝達を行う入力側および出力側の回転
体の位相差を求め、この位相差の変化量によりトルクを
求めることができる（請求項２）。
【００５５】この位相差の変化量を求めるためには、人
力側と出力側の回転体に等角度間隔ごとにそれぞれ同数
の永久磁石を固着しておき、これらの磁石の通過をホー
ル素子で検出するように構成することができる（請求項
３）。
力側と出力側の回転体に等角度間隔ごとにそれぞれ同数
の永久磁石を固着しておき、これらの磁石の通過をホー
ル素子で検出するように構成することができる（請求項
３）。
【００５６】また入力側と出力側の回転体にそれぞれ等
間隔ごとに同数の歯を設け、２つの永久磁石の両磁極か
ら延びる２つのヨークがそれぞれの回転体の歯を通る磁
路を形成するようにし、これらのヨークを通る磁界をそ
れぞれ異なるホール素子で検出する構成も可能である
（請求項４）。この場合には回転体側に多数の磁石を固
定しなくてよいから、構成が簡単である。
間隔ごとに同数の歯を設け、２つの永久磁石の両磁極か
ら延びる２つのヨークがそれぞれの回転体の歯を通る磁
路を形成するようにし、これらのヨークを通る磁界をそ
れぞれ異なるホール素子で検出する構成も可能である
（請求項４）。この場合には回転体側に多数の磁石を固
定しなくてよいから、構成が簡単である。
【００５７】補間方法としては、直線近似を用いる方法
（請求項５）、２次曲線を用いる方法（請求項６）、サ
イン曲線を用いる方法（請求項７）などが使用できる。
またこれらの補間方法により求めた推定値は、次に検出
した検出値とは一致しないから、移動平均で推定値を置
き換えるのが望ましい（請求項８）。このようにすれば
推定値と検出値との変化を小さくして滑らかにモータ出
力を変化させ、乗り心地を一層向上させることができ
る。
（請求項５）、２次曲線を用いる方法（請求項６）、サ
イン曲線を用いる方法（請求項７）などが使用できる。
またこれらの補間方法により求めた推定値は、次に検出
した検出値とは一致しないから、移動平均で推定値を置
き換えるのが望ましい（請求項８）。このようにすれば
推定値と検出値との変化を小さくして滑らかにモータ出
力を変化させ、乗り心地を一層向上させることができ
る。
【図１】本発明の一実施態様である自転車の側面図
【図２】その制御系統を示す図
【図３】トルク検出部分の概念図
【図４】トルク検出原理の説明図
【図５】補間方法（直線近似）の説明図
【図６】補間方法（２次曲線近似）の説明図
【図７】補間方法（サイン曲線近似）の説明図
【図８】移動平均化処理の説明図
【図９】トルク検出手段の他の実施態様を示す図
【図１０】トルク検出手段の他の実施態様を示す図
３４、１３４、２３４ クランク軸 ３６、３８ 人力駆動系の入力手段としてのクランクア
ーム ４０、１４０、２４０ トルク検出手段 ４２、１４２、２４２ 入力側回転体 ４４、１４４ 出力側回転体 ４６、１４６ 弾性材 ４８ 後輪 ５４、５６、１５８Ａ、１６０Ａ、２５８Ａ 永久磁石 ５８、６０，１５８Ｃ，１６０Ｃ，２５８Ｃ ホール素
子 ５８Ａ 第１の角度検出信号 ６０Ａ 第２の角度検出信号 ６４ 電動モータ ７０ 制御装置 ８０ 補間手段 ８２ 目標値設定手段 ８８ 出力制御手段 Ａ、Ｂ、Ｃ 検出点
ーム ４０、１４０、２４０ トルク検出手段 ４２、１４２、２４２ 入力側回転体 ４４、１４４ 出力側回転体 ４６、１４６ 弾性材 ４８ 後輪 ５４、５６、１５８Ａ、１６０Ａ、２５８Ａ 永久磁石 ５８、６０，１５８Ｃ，１６０Ｃ，２５８Ｃ ホール素
子 ５８Ａ 第１の角度検出信号 ６０Ａ 第２の角度検出信号 ６４ 電動モータ ７０ 制御装置 ８０ 補間手段 ８２ 目標値設定手段 ８８ 出力制御手段 Ａ、Ｂ、Ｃ 検出点
Claims (8)
- 【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
の電動モータの出力を制御する電動モータ付き乗り物に
おいて、前記人駆動系に設けられ人力駆動トルクを人力
駆動系の入力手段の等回転角度ごとに検出するトルク検
出手段と、この人力駆動トルクの検出点間で人力駆動ト
ルクの値を推定する補間手段と、この補間手段が出力す
る推定値に基づいて電気駆動系の駆動トルクの目標値を
決定する目標値設定手段と、電動モータの出力を前記目
標値に一致させるように制御する出力制御手段とを備え
ることを特徴とする電動モータ付き乗り物。 - 【請求項２】 トルク検出手段は、人力駆動系の入力手
段に連動する入力側回転体と、この入力側回転体の回転
により弾性材を介して回転駆動される出力側回転体と、
これら入力側および出力側の回転体の等回転角度ごとに
それぞれ第１および第２の角度検出信号を出力する第１
および第２の角度検出手段と、これら第１および第２の
角度検出信号の位相差の変化量に基づいて人力駆動トル
クを求めるトルク算出手段とを備えることを特徴とする
請求項１の電動モータ付き乗り物。 - 【請求項３】 入力側および出力側の回転体に等角度間
隔ごとにそれぞれ同数固着された永久磁石と、これらの
永久磁石の走行軌跡に近接配置された第１および第２の
ホール素子とを備え、これら第１および第２のホール素
子がそれぞれ入力側および出力側回転体の永久磁石の通
過を検出して第１および第２の角度検出信号を出力する
請求項２の電動モータ付き乗り物。 - 【請求項４】 入力側および出力側の回転体に等間隔ご
とにそれぞれ同数設けられた複数の２つの永久磁石の両
磁極からそれぞれ延びて入力側回転体の歯を通る磁路お
よび出力側回転体の歯を通る磁路をそれぞれ形成する２
つのヨークとこれら２つのヨークを通る磁界を検出する
２つのホース素子とを備え、これら両ホール素子の出力
を第一および第２の角度検出信号とする請求項２の電動
モータ付き乗り物。 - 【請求項５】 補間手段は、或る角度位置における人力
駆動トルクを、直前の２つの検出点を通る直線によって
推定する請求項１〜４のいずれかの電動モータ付き乗り
物。 - 【請求項６】 補間手段は、或る角度位置における人力
駆動トルクを、直前の３つの検出点を通る二次曲線によ
って推定する請求項１〜４のいずれかの電動モータ付き
乗り物。 - 【請求項７】 補間手段は、各検出点の検出値の極大値
および極小値を通るサイン曲線を用いて人力駆動トルク
を推定する請求項１〜４のいずれかの電動モータ付き乗
り物。 - 【請求項８】 補間手段は、或る角度位置における推定
値または検出値と、この角度位置に先行して連続する一
定数の推定値または検出値の平均値を求め、この平均値
を前記の或る角度位置における推定値に置き換える請求
項１〜７のいずれかの電動モータ付き乗り物。
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|---|---|---|---|
| JP12766096A JP3810131B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | 電動モータ付き乗り物 |
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