JPH1059260A - 電動車用モータのトルク制限装置 - Google Patents

電動車用モータのトルク制限装置

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JPH1059260A
JPH1059260A JP8237191A JP23719196A JPH1059260A JP H1059260 A JPH1059260 A JP H1059260A JP 8237191 A JP8237191 A JP 8237191A JP 23719196 A JP23719196 A JP 23719196A JP H1059260 A JPH1059260 A JP H1059260A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 速度センサを用いることなく、電動車の駆動
用モータの出力トルクを指定の範囲に制限するトルク制
限装置を得る。 【解決手段】 アシストトルク設定器３１には、人力ト
ルクとアシスト比の関係が入力されており、人力トルク
が入力されるとアシストモータ８に要求されるアシスト
トルク指令信号を出力する。比較器３２は入力されるア
シストトルク指令とモータ８のトルクを比較し、その偏
差を比例回路３３、積分器３４を介して比例・積分して
次段のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御装置３５に入力さ
れ、所定のデューティで制御され、デューティに応じた
駆動電流がモータ８に供給されて人力トルクとアシスト
比の関係を満足するアシストトルクが出力される。デュ
ーティ上限設定器３６は、モータトルクがデューティの
上限値になると、その上限値のデューティに固定してパ
ルス幅変調制御装置３５を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動車等において
動力源のモータが所定速度以上回転しないようにするト
ルク制限に適した、特に人力の駆動力をモータの駆動力
によって補助する、所謂、アシスト型自転車とも呼ばれ
る電気自転車に用いるに適した電動車用モータのトルク
制限装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、電気自動車が注目され、また人力
による人力駆動部とモータによる電動駆動部との両方を
兼ね備え、人力による駆動力の大きさに応じてモータを
駆動し、人力の駆動力をモータの駆動力によって補助す
る電気自転車が人気を呼んでいる。
【０００３】ここで、本出願人が提供してきた電動モー
タで後輪を直接回転させるタイプの電気自転車、所謂、
後輪直接駆動タイプの電気自転車の例を図面に基づいて
説明する。
【０００４】図１は後輪直接駆動タイプの電気自転車の
全体斜視図であり、図中、１は電動自転車本体である。
電気自転車本体１には後述するモータ８が備えられてお
り、人力によるトルクの大きさに応じてモータ８の駆動
力を変化させ、人力による力をモータ８の力によって補
助して走行させるようになっている。
【０００５】電気自転車本体１のフレーム４には前輪
２、後輪３、ハンドル１３及びサドル２１が取付けてあ
り、前輪２はハンドル１３によって操舵されるようにな
っている。後輪３の回転軸の部分には盤状ケーシング５
が設けられている。
【０００６】盤状ケーシング５は回転側ケーシング６と
電気自転車本体１に固定される固定側ケーシング７とを
備えており、回転側ケーシング６が後輪３と一体になっ
て回転するようになっている。
【０００７】また、盤状ケーシング５にはモータ８が内
蔵されており、電動駆動が必要なときに駆動して、後述
する人力駆動部１０と共に前記回転側ケーシング６を回
転させる。この盤状ケーシング５を備える駆動部分が電
動駆動部９である。
【０００８】人力駆動部１０はペダル１１及びチェーン
１２を備えており、使用者がペダル１１を踏むことで、
チェーン１２を介して前記後輪３を回転させる。この例
ではチェーン１２を人力の伝達部材としたが、これに限
らずチェーン１２の代わりにベルト、回転軸等によるも
のでも構わない。
【０００９】前輪２の操舵をするハンドル１３の左右両
端にはブレーキレバ１４，１５が取付けてあり、また前
輪２及び後輪３にはブレーキ装置１８，１９が設けてあ
り、ブレーキレバ１４，１５とブレーキ装置１８，１９
とはワイヤ１６，１７によって連結されている。
【００１０】そして、ブレーキレバ１４，１５を引くこ
とでワイヤ１６，１７が引っ張られ、このワイヤ１６，
１７によってそれぞれ前後のブレーキ装置１８，１９が
動作するようになっている。また、ワイヤ１６，１７の
途中にはブレーキスイッチ２０が設けてあり、ブレーキ
レバ１４，１５を操作したときにモータ８への通電が停
止する機構になっている。
【００１１】後輪３上のフレーム４にはモータ８の電源
となるバッテリ部２２が取付けてある。このバッテリ部
２２は、フレーム４にスライド着脱可能に取付けられる
バッテリケース２３と、該バッテリケース２３に収納し
た単一型充電式電池によって構成されており、電源電圧
は略２４ボルトである。尚、バッテリケース２３はフレ
ーム４の他の場所に設けてもよい。
【００１２】次に、図２、図３に基づき、前記盤状ケー
シング５について説明する。図２は、図１に示した盤状
ケーシング５の構成を示す正面図であり、図中、７は電
気自転車本体に固定される固定側ケーシングである。
【００１３】固定側ケーシング７には制御基板、放熱板
からなる制御部（図示せず）、モータ８、モータ８の出
力軸２４の出力を伝達する第１プーリ、第２プーリのプ
ーリ組２５と最終段プーリ２８の３つのプーリ群からな
る減速機構２６、該減速機構２６の各プーリ間及び最終
段プーリ２８とを連結する伝達ベルト２７が配置されて
いる。
【００１４】前記最終段プーリ２８は回転側ケーシング
６に固定されており、前記モータ８が回転するとモータ
８の出力軸２４から最終段プーリ２８までが伝達ベルト
２７によって回転し、減速されて最終段プーリ２８と共
に回転側ケーシング６が回転する。
【００１５】また、最終段プーリ２８に連結される第２
プーリの小さいほうのプーリには、一方向クラッチ（図
示せず）が介入されており、ペダルからの力がかかった
ときにモータ８を回さないように、即ちペダルが軽いよ
うにしてある。２９は後輪の車軸である。
【００１６】図３は前記盤状ケーシング５内のモータ８
の配置状態を示す正面図であり、３０はステータ、４０
はマグネットである。
【００１７】このような電気自転車においては、警察庁
からの通達によって、図４の走行概念図のように人力に
対するモータ駆動力の比率、所謂、アシスト比を速度１
５Ｋｍ／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、２
４Ｋｍ／ｈ以上ではモータ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。その関係を
グラフで表わしたものが図５である。
【００１８】そのため、通常は人力駆動用のトルクを検
出するセンサと、走行速度を検出する速度センサと、モ
ータ駆動力をいくらにするかを演算するマイコンとを備
えて、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アシスト
比率を変える手法をとっている。
【００１９】例えば、１００ｋｇ・ｃｍの人力駆動にト
ルクが掛かったとすると、走行速度が１０ｋｍ／ｈであ
れば、モータ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のモータ駆動力の出力をマイコン内で演算して出力
していた。
【００２０】しかしながら、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
力が通達違反になることがあったり、通達の枠より小さ
すぎてアシスト不足が生じることがあった。
【００２１】また、速度検出をするための速度センサ
は、回転体である車輪等から検出しなければならないた
め、配線が必要となり構成が複雑となったり、配線その
ものが邪魔になったりしていた。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、速度センサ
を用いることなく、電動車の駆動用モータの出力トルク
を指定の範囲に制限するトルク制限装置を得ることを目
的とし、特に、電気自転車のアシストモータのトルクを
通達規定の範囲に収めるためのトルク制限装置を提供す
ることを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電動車用モータのトルク制限装置は、モータと、モー
タ出力信号によりデューティが制御されるパルス幅変調
制御装置と、該パルス幅変調制御装置の出力により該モ
ータを駆動制御するものにおいて、モータ出力信号が入
力されるデューティ上限設定器を設け、該デューティ上
限設定器の出力に従って該パルス幅変調制御装置のデュ
ーティ上限を規制するように構成したことを特徴とす
る。
【００２４】これらのモータ出力信号は、バッテリ電
流、モータ電流、モータトルク信号などが入力される。
これにより、速度センサを用いることなく、電動車の駆
動用モータの出力トルクを指定の範囲に制限することが
できる。
【００２５】この発明の請求項２に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、バッテリ電流信号が入力されるデュー
ティ上限設定器を設け、バッテリ電流信号によって定め
られる該デューティ上限設定器の出力に従って該パルス
幅変調制御装置のデューティ上限を規制するように構成
したことを特徴とする。
【００２６】これにより、モータ出力はバッテリ電流の
大きさに略比例するので、速度センサを用いることな
く、電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に
制限することができる。
【００２７】この発明の請求項３に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、モータ電流信号が入力されるデューテ
ィ上限設定器を設け、モータ電流信号によって定められ
る該デューティ上限設定器の出力に従って該パルス幅変
調制御装置のデューティ上限を規制するように構成した
ことを特徴とする。
【００２８】これにより、モータ出力はモータ電流の大
きさに比例するので、速度センサを用いることなく、電
動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に制限す
ることができる。
【００２９】この発明の請求項４に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、モータトルク信号が入力されるデュー
ティ上限設定器を設け、モータトルク信号によって定め
られる該デューティ上限設定器の出力に従って該パルス
幅変調制御装置のデューティ上限を規制するように構成
したことを特徴とする。
【００３０】これにより、速度センサを用いることな
く、電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に
制限することができる。
【００３１】この発明の請求項５に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、モータ出力信号が入力されるデューテ
ィ上限設定器を設け、該デューティ上限設定器はモータ
出力信号と電源電圧指定信号、またはモータ出力信号と
モータ特性指定信号とによってそのデューティ上限値を
決定し、該パルス幅変調制御装置のデューティ上限を規
制するように構成したことを特徴とする。
【００３２】これにより、速度センサを用いることな
く、特定のモータ特性と特定の電源電圧を用いた場合に
おける、電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範
囲に制限することができること勿論のこと、モータ特性
が異なる多種類のモータを互換的に用いる場合、あるい
は１種類のモータに対して電圧の異なる多種類の電源
（例えば、バッテリ）を互換的に用いた場合にも電動車
の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に制限するこ
とができる。
【００３３】この発明の請求項６に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、モータ出力信号が入力されデューティ
上限設定器を設け、該デューティ上限設定器はモータ出
力信号のみ、またはモータ出力信号と電源電圧指定信
号、またはモータ出力信号とモータ特性指定信号とによ
ってそのデューティ上限値を決定し、該パルス幅変調制
御装置のデューティ上限を規制するように構成した電動
車用モータのトルク制限装置を、アシスト型電気自転車
のトルク制限装置に適用したこと特徴とする。
【００３４】これにより、アシスト型電気自転車におい
て速度センサを用いることなく、電動車の駆動用モータ
の出力トルクを指定の範囲に制限することができ、ま
た、モータ特性が異なる多種類のモータを互換的に用い
る場合、あるいは１種類のモータに対して電圧の異なる
多種類の電源（例えば、バッテリ）を互換的に用いた場
合にも電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲
に制限することができるので、アシスト型電気自転車の
モータの特性合わせや電源（バッテリ）の選択に裕度を
持たせることができる。
【００３５】この発明の請求項７に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、モータ出力信号が入力されるデューテ
ィ上限設定器を設け、該デューティ上限設定器はモータ
出力信号のみ、またはモータ出力信号と電源電圧指定信
号、またはモータ出力信号とモータ特性指定信号とによ
って電気自転車のアシスト比が規制範囲内になるように
そのデューティ上限値を決定し、該パルス幅変調制御装
置のデューティ上限を規制するように構成したことを特
徴とする。
【００３６】これにより、アシスト型電気自転車におい
て速度センサを用いることなく、電動車の駆動用モータ
の出力トルクを指定の範囲に制限することができるの
で、従来の速度センサを用いるもののように、速度が実
際とは異なって、実際の出力が通達違反になることがあ
ったり、通達の枠より小さすぎてアシスト不足が生じる
ことを防止できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】次に、本発明を図を参照しながら
実施例にもとづいて説明する。再び、図５を参照して検
討すると、車速Ｓ（ｋｍ／ｈ）に対するアシスト比Ａｓ
（％）の関係は Ａｓ＝（２４−Ｓ）／９ （但し、１５≦Ｓ≦２４） （１）
【００３８】また、人力トルクＴｃ（ｋｇ・ｃｍ）に対
するアシスト比Ａｔ（％）の関係は図６に示すように Ａｔ＝Ｔｃ／２００ （但し、０≦Ｔｃ≦２００） （２）
【００３９】人力トルクＴｃ（ｋｇ・ｃｍ）に対するア
シストモータトルクＴｍ（ｋｇ・ｃｍ）の関係は Ｔｍ≦Ｔｃ２／２００ （３）
【００４０】ここで、アシストモータトルクＴｍ（ｋｇ
・ｃｍ）に対するアシスト比Ａｔ（％）の関係は
（２）、（３）式より ２００Ａｔ≧（２００Ｔｍ）１／２ Ａｔ≧（Ｔｍ／２００）１／２ （４）
【００４１】モータに対するアシスト比Ａｔ（％）は車
速に対するアシスト比Ａｓ（％）を絶対越えてはいけな
いので Ａｓ≧Ａｔの関係となる。従って、車速Ｓ（ｋ
ｍ／ｈ）に対するアシストモータトルクＴｍ（ｋｇ・ｃ
ｍ）の関係は（１）、（４）式より （２４−Ｓ）／９＝Ａｓ≧Ａｔ≧（Ｔｍ／２００）１／２ （２４−Ｓ）／９≧（Ｔｍ／２００）１／２ Ｔｍ≦２００｛（２４−Ｓ）／９｝２ （５）
【００４２】式（５）の結果より、図６に示す、人力ト
ルクＴｃ（ｋｇ・ｃｍ）に対するアシスト比Ａｔ（％）
の設定では、図５の通達規定に基づく電気自転車の速度
とアシスト比の関係を満足させるためには、車速に応じ
たモータトルク特性は図７の破線で示すところよりも左
側の領域にトルクカーブが存在するものでなければなら
ない。
【００４３】ところが、図８の実線に示すような、車速
に対するモータトルクの関係を有するアシストモータを
用いると、上記（５）式の条件である破線の限界ライン
を越えたものとなる。
【００４４】そこで、アシストモータの駆動制御をパル
ス幅制御（ＰＷＭ制御）による電流制御で行う場合、モ
ータトルクに対するパルス幅制御のデューティ上限の関
係を図９に示すように設定すると、図８の実線に示すよ
うな、車速に対するモータトルクの関係を有するアシス
トモータを用いても、図１０のような、車速に対するモ
ータトルクの関係が得られ、車速１５ｋｍ／ｈ以上での
モータトルクが抑えられ、（５）式の条件である破線の
限界ラインよりも左側の領域にトルクカーブが存在する
ようになる。
【００４５】以上のようなトルク制限制御を行う本発明
の電動車トルク制限装置を、電気自転車に適用した実施
例を図１１を用いて説明する。図１１において、８はア
シスト用のモータ、３１はアシストトルク設定器、３２
は比較器、３３は比例回路、３４は積分器、３５はパル
ス幅変調（ＰＷＭ）制御装置、３６はデューティ上限設
定器である。
【００４６】次に、上記装置のトルク制限動作について
説明する。アシストトルク設定器３１には図６の人力ト
ルクとアシスト比の関係が入力されており、人力トルク
が入力されるとアシストモータ８に要求されるアシスト
トルク指令信号を出力する。
【００４７】比較器３２は入力されるアシストトルク指
令とモータ８のトルクを比較し、その偏差を比例回路３
３、積分器３４を介して比例・積分して次段のパルス幅
変調（ＰＷＭ）制御装置３５に入力され、所定のデュー
ティで制御され、デューティに応じた駆動電流がモータ
８に供給されて図６の人力トルクとアシスト比の関係を
満足するアシストトルクが出力される。
【００４８】ここで、デューティ上限設定器３６には、
図９に示すモータトルクに対するパルス幅制御のデュー
ティ上限の関係をテーブルに有しており、モータトルク
信号に対応したデューティでパルス幅変調制御装置３５
のデューティを制御している。そしてデューティの上限
値に至るまでは、上記説明のような制御動作を行うが、
図９の関係から、モータトルクがデューティの上限値に
なると、その上限値のデューティに固定してパルス幅変
調制御装置３５を制御する。
【００４９】また、この例ではデューティ上限設定器３
６には、パルス幅制御のデューティ上限の関係を求める
ためにモータトルク信号を入力したが、モータトルク信
号に限定することなく、モータトルクと比例するモータ
電流等のモータ出力信号であれば良いのであり、更には
モータトルク、モータ出力と相関関係があるバッテリ電
流信号であっても良い。
【００５０】この結果、アシストモータ８には、図１０
に示すような、車速に対するモータトルクの関係になる
ようにモータトルクが抑えられ、（５）式の条件である
破線の限界ラインよりも左側の領域にトルクカーブが存
在するようになり、モータの回転数を検出することなく
モータトルク信号に基づいて、通達規定に合致した運転
制御が達成される。
【００５１】上述の実施例では、特定の特性のモータと
特定の電源電圧を用いる場合について述べたが、図１２
に示すように、実線Ａ、Ｂ、Ｃのように、モータ特性が
異なる３種類のモータを互換的に用いる場合、あるいは
１種類のモータに対して電圧の異なる３種類の電源（例
えば、バッテリイ）を互換的に用いた時のモータ特性の
場合に、車速に対するモータトルクの関係は、その一部
分においてそれぞれ上記（５）式の条件である破線の限
界ラインを越えたものとなる。
【００５２】そこで、アシストモータの駆動制御をパル
ス幅制御による電流制御で行う場合、モータトルクに対
するパルス幅制御のデューティ上限の関係を、それぞれ
図１３のＡ、Ｂ、Ｃに示すように設定すると、図１２の
実線に示すような、車速に対するモータトルクの関係を
有するアシストモータを用いても、図１４のような、車
速に対するモータトルクの関係が得られ、車速１５ｋｍ
／ｈ近傍以上でのモータトルクが抑えられ、（５）式の
条件である破線の限界ラインよりも左側の領域にトルク
カーブが存在するようになる。
【００５３】次に、特性が異なるモータを互換的に用い
る場合、あるいは電圧の異なる電源（例えば、バッテリ
イ）を互換的に用いた場合の本発明の他の実施例を図１
５を参照して説明する。
【００５４】図１５において、図１１の実施例のものと
同一の機能を有する部材には同じ番号を付している。デ
ューティ上限設定器３６には、図１３に示す複数のモー
タトルクに対するパルス幅制御のデューティ上限の関係
をテーブルに有しており、モータトルク信号に対応した
デューティでパルス幅変調制御装置３５のデューティを
制御している。３７はモータ特性指定手段、３８は電源
電圧指定手段であり、３９は両指定手段の選択手段であ
る。
【００５５】この実施例のトルク制限動作は図１３のも
のと基本的には同じであるが、特性が異なるモータを互
換的に用いる場合は、選択手段３９をモータ特性指定手
段３７側に接続する。このことにより、デューティ上限
設定器３６に格納されているモータトルクに対するパル
ス幅制御のデューティ上限の関係Ａ、Ｂ、Ｃの複数のテ
ーブルから所定のテーブルを選択する。
【００５６】また、１種類のモータに対して異なる電圧
の電源を互換的に用いる場合は、選択手段３９を電源電
圧指定手段３８側に接続する。このことにより、デュー
ティ上限設定器３６に格納されているモータトルクに対
するパルス幅制御のデューティ上限の関係Ａ、Ｂ、Ｃの
複数のテーブルから電源電圧に対応する所定のテーブル
を選択する。
【００５７】そしてデューティの上限値に至るまでは、
上記説明のような制御動作を行うが、図１３の関係か
ら、モータトルクがデューティの上限値になると、その
上限値のデューティに固定してパルス幅変調制御装置３
５を制御する。
【００５８】この結果、アシストモータ８には、図１４
に示すような、車速に対するモータトルクの関係になる
ようにモータトルクが抑えられ、（５）式の条件である
破線の限界ラインよりも左側の領域にトルクカーブが存
在するようになり、モータの回転数を検出することなく
モータトルク信号に基づいて、条件に合致した運転制御
が達成される。
【００５９】これらの実施例は電気自転車のアシストモ
ータのトルク制限を例にして説明したが、本発明は電気
自転車に限らず、電気自動車等が所定速度以上になった
ら、モータが回転しないようにする設定する、即ち速度
リミッタ等にも適用できるものである。その場合は、上
記図１１及び図１５の実施例における人力トルクは通常
の指令トルクに替えばよく、アシストトルク設定器は不
要となる。その他の動作は同じである。
【００６０】
【発明の効果】以上のように、本発明は、速度センサを
用いることなく、特定のモータ特性と特定の電源電圧を
用いた場合における、電動車の駆動用モータの出力トル
クを指定の範囲に制限することができること勿論のこ
と、モータ特性が異なる多種類のモータを互換的に用い
る場合、あるいは１種類のモータに対して電圧の異なる
多種類の電源（例えば、バッテリ）を互換的に用いた場
合にも電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲
に制限することができる。
【００６１】また、アシスト型電気自転車において速度
センサを用いることなく、電動車の駆動用モータの出力
トルクを指定の範囲に制限することができので、従来の
速度センサを用いるもののように、速度が実際とは異な
って、実際の出力が通達違反になることがあったり、通
達の枠より小さすぎてアシスト不足が生じることを防止
できる。
【００６２】そして、モータ特性が異なる多種類のモー
タを互換的に用いる場合、あるいは１種類のモータに対
して電圧の異なる多種類の電源（例えば、バッテリ）を
互換的に用いた場合にも電動車の駆動用モータの出力ト
ルクを指定の範囲に制限することができるので、アシス
ト型電気自転車のモータの特性合わせや電源（バッテ
リ）の選択に裕度を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気自転車の全体斜視図。
【図２】盤状ケーシングの構成を示す正面図および側面
図。
【図３】盤状ケーシング上でのモータの配置図。
【図４】アシスト型電気自転車の走行概念図。
【図５】通達規定の車速に対するアシスト比の関係図。
【図６】人力トルクに対するアシスト比の設定関係図。
【図７】規定を満足する車速に応じたモータトルク特性
領域図。
【図８】トルク制限制御前の車速に対するモータトルク
の特性図。
【図９】モータトルクに対するパルス幅制御のデューテ
ィ上限の関係図。
【図１０】トルク制限制御後の車速に対するモータトル
クの特性図。
【図１１】本発明の電動車トルク制限装置の実施例。
【図１２】トルク制限制御前の３種類の車速に対するモ
ータトルクの特性図。
【図１３】モータトルクに対するパルス幅制御のデュー
ティ上限の関係図。
【図１４】トルク制限制御後の３種類の車速に対するモ
ータトルクの特性図。
【図１５】本発明の電動車トルク制限装置の他の実施
例。
【符号の説明】
１ 電気自転車本体 ２ 前輪３ ３ 後輪 ４ フレーム ５ 盤状ケーシング ６ 回転側ケーシング ７ 固定側ケーシング ８ モータ ９ 電動駆動部 １０ 人力駆動部 １１ ペダル １２ チェーン １３ ハンドル １４，１５ ブレーキレバ １６，１７ ワイヤ １８，１９ ブレーキ装置 ２０ ブレーキスイッチ ２１ サドル ２２ バッテリ部 ２３ バッテリケース ２４ モータ出力軸 ２５ プーリ組 ２６ 減速機構 ２７ 伝達ベルト ２８ 最終段プーリ ２９ 後輪の車軸 ３０ ステータ ３１ アシストトルク設定器 ３２ 比較器 ３３ 比例回路 ３４ 積分器 ３５ パルス幅変調（ＰＷＭ）制御装置 ３６ デューティ上限設定器 ３７ モータ特性指定手段 ３８ 電源電圧指定手段 ３９ 選択手段
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年１１月１１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動車等において
動力源のモータが所定速度以上回転しないようにするト
ルク制限に適した、特に人力の駆動力をモータの駆動力
によって補助する、所謂、アシスト型自転車とも呼ばれ
る電気自転車に用いるに適した電動車用モータのトルク
制限装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、電気自動車が注目され、また人力
による人力駆動部とモータによる電動駆動部との両方を
兼ね備え、人力による駆動力の大きさに応じてモータを
駆動し、人力の駆動力をモータの駆動力によって補助す
る電気自転車が人気を呼んでいる。
【０００３】ここで、本出願人が提供してきた電動モー
タで後輪を直接回転させるタイプの電気自転車、所謂、
後輪直接駆動タイプの電気自転車の例を図面に基づいて
説明する。
【０００４】図１は後輪直接駆動タイプの電気自転車の
全体斜視図であり、図中、１は電動自転車本体である。
電気自転車本体１には後述するモータ８が備えられてお
り、人力によるトルクの大きさに応じてモータ８の駆動
力を変化させ、人力による力をモータ８の力によって補
助して走行させるようになっている。
【０００５】電気自転車本体１のフレーム４には前輪
２、後輪３、ハンドル１３及びサドル２１が取付けてあ
り、前輪２はハンドル１３によって操舵されるようにな
っている。後輪３の回転軸の部分には盤状ケーシング５
が設けられている。
【０００６】盤状ケーシング５は回転側ケーシング６と
電気自転車本体１に固定される固定側ケーシング７とを
備えており、回転側ケーシング６が後輪３と一体になっ
て回転するようになっている。
【０００７】また、盤状ケーシング５にはモータ８が内
蔵されており、電動駆動が必要なときに駆動して、後述
する人力駆動部１０と共に前記回転側ケーシング６を回
転させる。この盤状ケーシング５を備える駆動部分が電
動駆動部９である。
【０００８】人力駆動部１０はペダル１１及びチェーン
１２を備えており、使用者がペダル１１を踏むことで、
チェーン１２を介して前記後輪３を回転させる。この例
ではチェーン１２を人力の伝達部材としたが、これに限
らずチェーン１２の代わりにベルト、回転軸等によるも
のでも構わない。
【０００９】前輪２の操舵をするハンドル１３の左右両
端にはブレーキレバ１４，１５が取付けてあり、また前
輪２及び後輪３にはブレーキ装置１８，１９が設けてあ
り、ブレーキレバ１４，１５とブレーキ装置１８，１９
とはワイヤ１６，１７によって連結されている。
【００１０】そして、ブレーキレバ１４，１５を引くこ
とでワイヤ１６，１７が引っ張られ、このワイヤ１６，
１７によってそれぞれ前後のブレーキ装置１８，１９が
動作するようになっている。また、ワイヤ１６，１７の
途中にはブレーキスイッチ２０が設けてあり、ブレーキ
レバ１４，１５を操作したときにモータ８への通電が停
止する機構になっている。
【００１１】後輪３上のフレーム４にはモータ８の電源
となるバッテリ部２２が取付けてある。このバッテリ部
２２は、フレーム４にスライド着脱可能に取付けられる
バッテリケース２３と、該バッテリケース２３に収納し
た単一型充電式電池によって構成されており、電源電圧
は略２４ボルトである。尚、バッテリケース２３はフレ
ーム４の他の場所に設けてもよい。
【００１２】次に、図２、図３に基づき、前記盤状ケー
シング５について説明する。図２は、図１に示した盤状
ケーシング５の構成を示す正面図であり、図中、７は電
気自転車本体に固定される固定側ケーシングである。
【００１３】固定側ケーシング７には制御基板、放熱板
からなる制御部（図示せず）、モータ８、モータ８の出
力軸２４の出力を伝達する第１プーリ、第２プーリのプ
ーリ組２５と最終段プーリ２８の３つのプーリ群からな
る減速機構２６、該減速機構２６の各プーリ間及び最終
段プーリ２８とを連結する伝達ベルト２７が配置されて
いる。
【００１４】前記最終段プーリ２８は回転側ケーシング
６に固定されており、前記モータ８が回転するとモータ
８の出力軸２４から最終段プーリ２８までが伝達ベルト
２７によって回転し、減速されて最終段プーリ２８と共
に回転側ケーシング６が回転する。
【００１５】また、最終段プーリ２８に連結される第２
プーリの小さいほうのプーリには、一方向クラッチ（図
示せず）が介入されており、ペダルからの力がかかった
ときにモータ８を回さないように、即ちペダルが軽いよ
うにしてある。２９は後輪の車軸である。
【００１６】図３は前記盤状ケーシング５内のモータ８
の配置状態を示す正面図であり、３０はステータ、４０
はマグネットである。
【００１７】このような電気自転車においては、警察庁
からの通達によって、図４の走行概念図のように人力に
対するモータ駆動力の比率、所謂、アシスト比を速度１
５Ｋｍ／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、２
４Ｋｍ／ｈ以上ではモータ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。その関係を
グラフで表わしたものが図５である。
【００１８】そのため、通常は人力駆動用のトルクを検
出するセンサと、走行速度を検出する速度センサと、モ
ータ駆動力をいくらにするかを演算するマイコンとを備
えて、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アシスト
比率を変える手法をとっている。
【００１９】例えば、１００ｋｇ・ｃｍの人力駆動にト
ルクが掛かったとすると、走行速度が１０ｋｍ／ｈであ
れば、モータ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のモータ駆動力の出力をマイコン内で演算して出力
していた。
【００２０】しかしながら、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
力が通達違反になることがあったり、通達の枠より小さ
すぎてアシスト不足が生じることがあった。
【００２１】また、速度検出をするための速度センサ
は、回転体である車輪等から検出しなければならないた
め、配線が必要となり構成が複雑となったり、配線その
ものが邪魔になったりしていた。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、速度センサ
を用いることなく、電動車の駆動用モータの出力トルク
を指定の範囲に制限するトルク制限装置を得ることを目
的とし、特に、電気自転車のアシストモータのトルクを
通達規定の範囲に収めるためのトルク制限装置を提供す
ることを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電動車用モータのトルク制限装置は、モータと、モー
タ出力信号によりデューティが制御されるパルス幅変調
制御装置と、該パルス幅変調制御装置の出力により該モ
ータを駆動制御するものにおいて、モータ出力信号が入
力されるデューティ上限設定器を設け、該デューティ上
限設定器の出力に従って該パルス幅変調制御装置のデュ
ーティ上限を規制するように構成したことを特徴とす
る。
【００２４】これらのモータ出力信号は、バッテリ電
流、モータ電流、モータトルク信号などが入力される。
これにより、速度センサを用いることなく、電動車の駆
動用モータの出力トルクを指定の範囲に制限することが
できる。
【００２５】この発明の請求項２に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、バッテリ電流信号が入力されるデュー
ティ上限設定器を設け、バッテリ電流信号によって定め
られる該デューティ上限設定器の出力に従って該パルス
幅変調制御装置のデューティ上限を規制するように構成
したことを特徴とする。
【００２６】これにより、モータ出力はバッテリ電流の
大きさに略比例するので、速度センサを用いることな
く、電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に
制限することができる。
【００２７】この発明の請求項３に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、モータ電流信号が入力されるデューテ
ィ上限設定器を設け、モータ電流信号によって定められ
る該デューティ上限設定器の出力に従って該パルス幅変
調制御装置のデューティ上限を規制するように構成した
ことを特徴とする。
【００２８】これにより、モータ出力はモータ電流の大
きさに比例するので、速度センサを用いることなく、電
動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に制限す
ることができる。
【００２９】この発明の請求項４に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、モータトルク信号が入力されるデュー
ティ上限設定器を設け、モータトルク信号によって定め
られる該デューティ上限設定器の出力に従って該パルス
幅変調制御装置のデューティ上限を規制するように構成
したことを特徴とする。
【００３０】これにより、速度センサを用いることな
く、電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に
制限することができる。
【００３１】この発明の請求項５に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、モータ出力信号が入力されるデューテ
ィ上限設定器を設け、該デューティ上限設定器はモータ
出力信号と電源電圧指定信号、またはモータ出力信号と
モータ特性指定信号とによってそのデューティ上限値を
決定し、該パルス幅変調制御装置のデューティ上限を規
制するように構成したことを特徴とする。
【００３２】これにより、速度センサを用いることな
く、特定のモータ特性と特定の電源電圧を用いた場合に
おける、電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範
囲に制限することができること勿論のこと、モータ特性
が異なる多種類のモータを互換的に用いる場合、あるい
は１種類のモータに対して電圧の異なる多種類の電源
（例えば、バッテリ）を互換的に用いた場合にも電動車
の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に制限するこ
とができる。
【００３３】この発明の請求項６に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、モータ出力信号が入力されデューティ
上限設定器を設け、該デューティ上限設定器はモータ出
力信号のみ、またはモータ出力信号と電源電圧指定信
号、またはモータ出力信号とモータ特性指定信号とによ
ってそのデューティ上限値を決定し、該パルス幅変調制
御装置のデューティ上限を規制するように構成した電動
車用モータのトルク制限装置を、アシスト型電気自転車
のトルク制限装置に適用したこと特徴とする。
【００３４】これにより、アシスト型電気自転車におい
て速度センサを用いることなく、電動車の駆動用モータ
の出力トルクを指定の範囲に制限することができ、ま
た、モータ特性が異なる多種類のモータを互換的に用い
る場合、あるいは１種類のモータに対して電圧の異なる
多種類の電源（例えば、バッテリ）を互換的に用いた場
合にも電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲
に制限することができるので、アシスト型電気自転車の
モータの特性合わせや電源（バッテリ）の選択に裕度を
持たせることができる。
【００３５】この発明の請求項７に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータ出力信号により
デューティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パ
ルス幅変調制御装置の出力により該モータを駆動制御す
るものにおいて、モータ出力信号が入力されるデューテ
ィ上限設定器を設け、該デューティ上限設定器はモータ
出力信号のみ、またはモータ出力信号と電源電圧指定信
号、またはモータ出力信号とモータ特性指定信号とによ
って電気自転車のアシスト比が規制範囲内になるように
そのデューティ上限値を決定し、該パルス幅変調制御装
置のデューティ上限を規制するように構成したことを特
徴とする。
【００３６】これにより、アシスト型電気自転車におい
て速度センサを用いることなく、電動車の駆動用モータ
の出力トルクを指定の範囲に制限することができるの
で、従来の速度センサを用いるもののように、速度が実
際とは異なって、実際の出力が通達違反になることがあ
ったり、通達の枠より小さすぎてアシスト不足が生じる
ことを防止できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】次に、本発明を図を参照しながら
実施例にもとづいて説明する。再び、図５を参照して検
討すると、車速Ｓ（ｋｍ／ｈ）に対するアシスト比Ａｓ
（％）の関係は
【００３８】
【数１】 Ａｓ＝（２４−Ｓ）／９ （但し、１５≦Ｓ≦２４） （１）
【００３９】また、人力トルクＴｃ（ｋｇ・ｃｍ）に対
するアシスト比Ａｔ（％）の関係は図６に示すように
【００４０】
【数２】 Ａｔ＝Ｔｃ／２００ （但し、０≦Ｔｃ≦２００） （２）
【００４１】人力トルクＴｃ（ｋｇ・ｃｍ）に対するア
シストモータトルクＴｍ（ｋｇ・ｃｍ）の関係は
【００４２】
【数３】 Ｔｍ≦Ｔｃ2／２００ （３）
【００４３】ここで、アシストモータトルクＴｍ（ｋｇ
・ｃｍ）に対するアシスト比Ａｔ（％）の関係は
（２）、（３）式より
【００４４】
【数４】 ２００Ａｔ≧（２００Ｔｍ）1/2 Ａｔ≧（Ｔｍ／２００）1/2 （４）
【００４５】モータに対するアシスト比Ａｔ（％）は車
速に対するアシスト比Ａｓ（％）を絶対越えてはいけな
いので Ａｓ≧Ａｔの関係となる。従って、車速Ｓ（ｋ
ｍ／ｈ）に対するアシストモータトルクＴｍ（ｋｇ・ｃ
ｍ）の関係は（１）、（４）式より
【００４６】
【数５】 （２４−Ｓ）／９＝Ａｓ≧Ａｔ≧（Ｔｍ／２００）1/2 （２４−Ｓ）／９≧（Ｔｍ／２００）1/2 Ｔｍ≦２００｛（２４−Ｓ）／９｝2 （５）
【００４７】式（５）の結果より、図６に示す、人力ト
ルクＴｃ（ｋｇ・ｃｍ）に対するアシスト比Ａｔ（％）
の設定では、図５の通達規定に基づく電気自転車の速度
とアシスト比の関係を満足させるためには、車速に応じ
たモータトルク特性は図７の破線で示すところよりも左
側の領域にトルクカーブが存在するものでなければなら
ない。
【００４８】ところが、図８の実線に示すような、車速
に対するモータトルクの関係を有するアシストモータを
用いると、上記（５）式の条件である破線の限界ライン
を越えたものとなる。
【００４９】そこで、アシストモータの駆動制御をパル
ス幅制御（ＰＷＭ制御）による電流制御で行う場合、モ
ータトルクに対するパルス幅制御のデューティ上限の関
係を図９に示すように設定すると、図８の実線に示すよ
うな、車速に対するモータトルクの関係を有するアシス
トモータを用いても、図１０のような、車速に対するモ
ータトルクの関係が得られ、車速１５ｋｍ／ｈ以上での
モータトルクが抑えられ、（５）式の条件である破線の
限界ラインよりも左側の領域にトルクカーブが存在する
ようになる。
【００５０】以上のようなトルク制限制御を行う本発明
の電動車トルク制限装置を、電気自転車に適用した実施
例を図１１を用いて説明する。図１１において、８はア
シスト用のモータ、３１はアシストトルク設定器、３２
は比較器、３３は比例回路、３４は積分器、３５はパル
ス幅変調（ＰＷＭ）制御装置、３６はデューティ上限設
定器である。
【００５１】次に、上記装置のトルク制限動作について
説明する。アシストトルク設定器３１には図６の人力ト
ルクとアシスト比の関係が入力されており、人力トルク
が入力されるとアシストモータ８に要求されるアシスト
トルク指令信号を出力する。
【００５２】比較器３２は入力されるアシストトルク指
令とモータ８のトルクを比較し、その偏差を比例回路３
３、積分器３４を介して比例・積分して次段のパルス幅
変調（ＰＷＭ）制御装置３５に入力され、所定のデュー
ティで制御され、デューティに応じた駆動電流がモータ
８に供給されて図６の人力トルクとアシスト比の関係を
満足するアシストトルクが出力される。
【００５３】ここで、デューティ上限設定器３６には、
図９に示すモータトルクに対するパルス幅制御のデュー
ティ上限の関係をテーブルに有しており、モータトルク
信号に対応したデューティでパルス幅変調制御装置３５
のデューティを制御している。そしてデューティの上限
値に至るまでは、上記説明のような制御動作を行うが、
図９の関係から、モータトルクがデューティの上限値に
なると、その上限値のデューティに固定してパルス幅変
調制御装置３５を制御する。
【００５４】また、この例ではデューティ上限設定器３
６には、パルス幅制御のデューティ上限の関係を求める
ためにモータトルク信号を入力したが、モータトルク信
号に限定することなく、モータトルクと比例するモータ
電流等のモータ出力信号であれば良いのであり、更には
モータトルク、モータ出力と相関関係があるバッテリ電
流信号であっても良い。
【００５５】この結果、アシストモータ８には、図１０
に示すような、車速に対するモータトルクの関係になる
ようにモータトルクが抑えられ、（５）式の条件である
破線の限界ラインよりも左側の領域にトルクカーブが存
在するようになり、モータの回転数を検出することなく
モータトルク信号に基づいて、通達規定に合致した運転
制御が達成される。
【００５６】上述の実施例では、特定の特性のモータと
特定の電源電圧を用いる場合について述べたが、図１２
に示すように、実線Ａ、Ｂ、Ｃのように、モータ特性が
異なる３種類のモータを互換的に用いる場合、あるいは
１種類のモータに対して電圧の異なる３種類の電源（例
えば、バッテリイ）を互換的に用いた時のモータ特性の
場合に、車速に対するモータトルクの関係は、その一部
分においてそれぞれ上記（５）式の条件である破線の限
界ラインを越えたものとなる。
【００５７】そこで、アシストモータの駆動制御をパル
ス幅制御による電流制御で行う場合、モータトルクに対
するパルス幅制御のデューティ上限の関係を、それぞれ
図１３のＡ、Ｂ、Ｃに示すように設定すると、図１２の
実線に示すような、車速に対するモータトルクの関係を
有するアシストモータを用いても、図１４のような、車
速に対するモータトルクの関係が得られ、車速１５ｋｍ
／ｈ近傍以上でのモータトルクが抑えられ、（５）式の
条件である破線の限界ラインよりも左側の領域にトルク
カーブが存在するようになる。
【００５８】次に、特性が異なるモータを互換的に用い
る場合、あるいは電圧の異なる電源（例えば、バッテリ
イ）を互換的に用いた場合の本発明の他の実施例を図１
５を参照して説明する。
【００５９】図１５において、図１１の実施例のものと
同一の機能を有する部材には同じ番号を付している。デ
ューティ上限設定器３６には、図１３に示す複数のモー
タトルクに対するパルス幅制御のデューティ上限の関係
をテーブルに有しており、モータトルク信号に対応した
デューティでパルス幅変調制御装置３５のデューティを
制御している。３７はモータ特性指定手段、３８は電源
電圧指定手段であり、３９は両指定手段の選択手段であ
る。
【００６０】この実施例のトルク制限動作は図１３のも
のと基本的には同じであるが、特性が異なるモータを互
換的に用いる場合は、選択手段３９をモータ特性指定手
段３７側に接続する。このことにより、デューティ上限
設定器３６に格納されているモータトルクに対するパル
ス幅制御のデューティ上限の関係Ａ、Ｂ、Ｃの複数のテ
ーブルから所定のテーブルを選択する。
【００６１】また、１種類のモータに対して異なる電圧
の電源を互換的に用いる場合は、選択手段３９を電源電
圧指定手段３８側に接続する。このことにより、デュー
ティ上限設定器３６に格納されているモータトルクに対
するパルス幅制御のデューティ上限の関係Ａ、Ｂ、Ｃの
複数のテーブルから電源電圧に対応する所定のテーブル
を選択する。
【００６２】そしてデューティの上限値に至るまでは、
上記説明のような制御動作を行うが、図１３の関係か
ら、モータトルクがデューティの上限値になると、その
上限値のデューティに固定してパルス幅変調制御装置３
５を制御する。
【００６３】この結果、アシストモータ８には、図１４
に示すような、車速に対するモータトルクの関係になる
ようにモータトルクが抑えられ、（５）式の条件である
破線の限界ラインよりも左側の領域にトルクカーブが存
在するようになり、モータの回転数を検出することなく
モータトルク信号に基づいて、条件に合致した運転制御
が達成される。
【００６４】これらの実施例は電気自転車のアシストモ
ータのトルク制限を例にして説明したが、本発明は電気
自転車に限らず、電気自動車等が所定速度以上になった
ら、モータが回転しないようにする設定する、即ち速度
リミッタ等にも適用できるものである。その場合は、上
記図１１及び図１５の実施例における人力トルクは通常
の指令トルクに替えばよく、アシストトルク設定器は不
要となる。その他の動作は同じである。
【００６５】
【発明の効果】以上のように、本発明は、速度センサを
用いることなく、特定のモータ特性と特定の電源電圧を
用いた場合における、電動車の駆動用モータの出力トル
クを指定の範囲に制限することができること勿論のこ
と、モータ特性が異なる多種類のモータを互換的に用い
る場合、あるいは１種類のモータに対して電圧の異なる
多種類の電源（例えば、バッテリ）を互換的に用いた場
合にも電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲
に制限することができる。
【００６６】また、アシスト型電気自転車において速度
センサを用いることなく、電動車の駆動用モータの出力
トルクを指定の範囲に制限することができので、従来の
速度センサを用いるもののように、速度が実際とは異な
って、実際の出力が通達違反になることがあったり、通
達の枠より小さすぎてアシスト不足が生じることを防止
できる。
【００６７】そして、モータ特性が異なる多種類のモー
タを互換的に用いる場合、あるいは１種類のモータに対
して電圧の異なる多種類の電源（例えば、バッテリ）を
互換的に用いた場合にも電動車の駆動用モータの出力ト
ルクを指定の範囲に制限することができるので、アシス
ト型電気自転車のモータの特性合わせや電源（バッテ
リ）の選択に裕度を持たせることができる。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年８月９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 電動車用モータのトルク制限装置
【特許請求の範囲】
【請求項４】 前記モータ出力信号は、バッテリ電流に
よって定められることを特徴とする請求項１記載の電動
車用モータのトルク制限装置。
【請求項５】 前記モータ出力信号は、モータ電流によ
って定められることを特徴とする請求項１記載の電動車
用モータのトルク制限装置。
【請求項６】 前記モータ出力信号は、モータトルクに
よって定められることを特徴とする請求項１記載の電動
車用モータのトルク制限装置。
【請求項７】 前記駆動電力上限設定器はモータ出力信
号と電源電圧指定信号、またはモータ出力信号とモータ
特性指定信号とによってその駆動電力上限値を決定する
ことを特徴とする請求項１記載の電動車用モータのトル
ク制限装置。
【請求項８】 電動車はアシスト型電気自転車であるこ
とを特徴とする請求項１または請求項７記載の電動車用
モータのトルク制限装置。
【請求項９】 前記駆動電力上限設定器は電気自転車の
アシスト比が規制範囲内になるようにその駆動電力上限
値を決定することを特徴とする請求項８記載の電動車用
モータのトルク制限装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動車等において
動力源のモータが所定速度以上回転しないようにするト
ルク制限に適した、特に人力の駆動力をモータの駆動力
によって補助する、所謂、アシスト型自転車とも呼ばれ
る電気自転車に用いるに適した電動車用モータのトルク
制限装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、電気自動車が注目され、また人力
による人力駆動部とモータによる電動駆動部との両方を
兼ね備え、人力による駆動力の大きさに応じてモータを
駆動し、人力の駆動力をモータの駆動力によって補助す
る電気自転車が人気を呼んでいる。
【０００３】ここで、本出願人が提供してきた電動モー
タで後輪を直接回転させるタイプの電気自転車、所謂、
後輪直接駆動タイプの電気自転車の例を図面に基づいて
説明する。
【０００４】図１は後輪直接駆動タイプの電気自転車の
全体斜視図であり、図中、１は電動自転車本体である。
電気自転車本体１には後述するモータ８が備えられてお
り、人力によるトルクの大きさに応じてモータ８の駆動
力を変化させ、人力による力をモータ８の力によって補
助して走行させるようになっている。
【０００５】電気自転車本体１のフレーム４には前輪
２、後輪３、ハンドル１３及びサドル２１が取付けてあ
り、前輪２はハンドル１３によって操舵されるようにな
っている。後輪３の回転軸の部分には盤状ケーシング５
が設けられている。
【０００６】盤状ケーシング５は回転側ケーシング６と
電気自転車本体１に固定される固定側ケーシング７とを
備えており、回転側ケーシング６が後輪３と一体になっ
て回転するようになっている。
【０００７】また、盤状ケーシング５にはモータ８が内
蔵されており、電動駆動が必要なときに駆動して、後述
する人力駆動部１０と共に前記回転側ケーシング６を回
転させる。この盤状ケーシング５を備える駆動部分が電
動駆動部９である。
【０００８】人力駆動部１０はペダル１１及びチェーン
１２を備えており、使用者がペダル１１を踏むことで、
チェーン１２を介して前記後輪３を回転させる。この例
ではチェーン１２を人力の伝達部材としたが、これに限
らずチェーン１２の代わりにベルト、回転軸等によるも
のでも構わない。
【０００９】前輪２の操舵をするハンドル１３の左右両
端にはブレーキレバ１４，１５が取付けてあり、また前
輪２及び後輪３にはブレーキ装置１８，１９が設けてあ
り、ブレーキレバ１４，１５とブレーキ装置１８，１９
とはワイヤ１６，１７によって連結されている。
【００１０】そして、ブレーキレバ１４，１５を引くこ
とでワイヤ１６，１７が引っ張られ、このワイヤ１６，
１７によってそれぞれ前後のブレーキ装置１８，１９が
動作するようになっている。また、ワイヤ１６，１７の
途中にはブレーキスイッチ２０が設けてあり、ブレーキ
レバ１４，１５を操作したときにモータ８への通電が停
止する機構になっている。
【００１１】後輪３上のフレーム４にはモータ８の電源
となるバッテリ部２２が取付けてある。このバッテリ部
２２は、フレーム４にスライド着脱可能に取付けられる
バッテリケース２３と、該バッテリケース２３に収納し
た単一型充電式電池によって構成されており、電源電圧
は略２４ボルトである。尚、バッテリケース２３はフレ
ーム４の他の場所に設けてもよい。
【００１２】次に、図２、図３に基づき、前記盤状ケー
シング５について説明する。図２は、図１に示した盤状
ケーシング５の構成を示す正面図であり、図中、７は電
気自転車本体に固定される固定側ケーシングである。
【００１３】固定側ケーシング７には制御基板、放熱板
からなる制御部（図示せず）、モータ８、モータ８の出
力軸２４の出力を伝達する第１プーリ、第２プーリのプ
ーリ組２５と最終段プーリ２８の３つのプーリ群からな
る減速機構２６、該減速機構２６の各プーリ間及び最終
段プーリ２８とを連結する伝達ベルト２７が配置されて
いる。
【００１４】前記最終段プーリ２８は回転側ケーシング
６に固定されており、前記モータ８が回転するとモータ
８の出力軸２４から最終段プーリ２８までが伝達ベルト
２７によって回転し、減速されて最終段プーリ２８と共
に回転側ケーシング６が回転する。
【００１５】また、最終段プーリ２８に連結される第２
プーリの小さいほうのプーリには、一方向クラッチ（図
示せず）が介入されており、ペダルからの力がかかった
ときにモータ８を回さないように、即ちペダルが軽いよ
うにしてある。２９は後輪の車軸である。図３は前記盤
状ケーシング５内のモータ８の配置状態を示す正面図で
あり、３０はステータ、４０はマグネットである。
【００１６】このような電気自転車においては、警察庁
からの通達によって、図４の走行概念図のように人力に
対するモータ駆動力の比率、所謂、アシスト比を速度１
５Ｋｍ／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、２
４Ｋｍ／ｈ以上ではモータ駆動力による駆動を停止さ
せ、この範囲内に収まるようにしている。その関係をグ
ラフで表わしたものが図５である。
【００１７】そのため、通常は人力駆動用のトルクを検
出するセンサと、走行速度を検出する速度センサと、モ
ータ駆動力をいくらにするかを演算するマイコンとを備
えて、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アシスト
比率を変える手法をとっている。
【００１８】例えば、１００ｋｇ・ｃｍの人力駆動にト
ルクが掛かったとすると、走行速度が１０ｋｍ／ｈであ
れば、モータ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のモータ駆動力の出力をマイコン内で演算して出力
していた。
【００１９】しかしながら、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
力が予め定めた値を越えることがあったり、予め定めた
枠より小さすぎてアシスト不足が生じることがあった。
【００２０】また、速度検出をするための速度センサ
は、回転体である車輪等から検出しなければならないた
め、配線が必要となり構成が複雑となったり、配線その
ものが邪魔になったりしていた。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、速度センサ
を用いることなく、電動車の駆動用モータの出力トルク
を指定の範囲に制限するトルク制限装置を得ることを目
的とし、特に、従来利用されている電気自転車のアシス
トモータのトルクを安全な範囲に収めるためのトルク制
限装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電動車用モータのトルク制限装置は、モータと、モー
タトルク設定器に基づき前記モータを駆動制御する制御
装置とを備え、モータ出力信号が入力される駆動電力上
限設定器を設け、該駆動電力上限設定器の出力に従って
前記制御装置の駆動電力上限を規制するように構成した
ことを特徴とする。
【００２３】上記の構成でモータの駆動制御を行うとき
には、まずモータトルク設定器によってモータの目標駆
動トルク信号が定められ、この目標駆動トルク信号に基
づいてモータを駆動する駆動電力、例えばデューティが
作られる。この時、モータの駆動状態を示すモータ出力
信号は、バッテリ電流、モータ電流、モータトルク信号
などが用いられ、このモータ出力信号は、駆動電力上限
設定器に入力され、駆動電力であるデューティの上限が
定められる。
【００２４】従って、モータの回転数が小さいときは、
モータ出力信号がモータトルク設定器によって定めた目
標駆動トルク信号に等しくなるように比較的小さな駆動
信号、即ち比較的小さなデューティで制御されるが、モ
ータの回転数が増加してきた場合に、モータ出力信号を
モータトルク設定器で定めた目標駆動トルク信号に等し
くするためには駆動電力、即ちデューティを増加させな
いといけなくなる。
【００２５】この時、駆動電力上限設定器によって上限
のデューティが定められ、駆動電力上限設定器の出力に
従って制御装置で作られるパルス幅変調のデューティの
上限が規制されるので、回転数が大きくなったときに増
加するモータを駆動するデューティが抑えられる。これ
により、速度センサを用いることなく、電動車の駆動用
モータの出力トルクを指定の範囲に制限することができ
る。
【００２６】この発明の請求項２に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータトルク設定器に
基づき前記モータを駆動制御する制御装置とを備え、モ
ータ出力信号が入力される駆動電力上限設定器を設け、
該駆動電力上限設定器の出力に従って前記制御装置の駆
動電力上限を規制するように構成し、前記制御装置は、
パルス幅変調制御装置であることを特徴とする。
【００２７】モータ駆動信号は、モータへの駆動信号の
パルス幅変調制御を行うことで制御でき、これにより、
速度センサを用いることなく、電動車の駆動用モータの
出力トルクを指定の範囲に制限することができる。
【００２８】この発明の請求項３に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータトルク設定器に
基づき前記モータを駆動制御する制御装置とを備え、モ
ータ出力信号が入力される駆動電力上限設定器を設け、
該駆動電力上限設定器の出力に従って前記制御装置の駆
動電力上限を規制するように構成し、前記制御装置は、
パルス幅変調制御装置であり、前記駆動電力上限設定器
は、前記パルス幅変調制御装置から出力される前記モー
タへのデューティ比を規制することを特徴とする。
【００２９】この駆動信号は、モータへのデューティを
変えることによってモータを制御でき、これにより、速
度センサを用いることなく、電動車の駆動用モータの出
力トルクを指定の範囲に制限することができる。
【００３０】この発明の請求項４に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータトルク設定器に
基づき前記モータを駆動制御する制御装置とを備え、バ
ッテリ電流信号が入力される駆動電力上限設定器を設
け、該駆動電力上限設定器の出力に従って前記制御装置
の駆動電力上限を規制するように構成したことを特徴と
する。
【００３１】これにより、モータ出力はバッテリ電流の
大きさに略比例するので、速度センサを用いることな
く、電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に
制限することができる。
【００３２】この発明の請求項５に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータトルク設定器に
基づき前記モータを駆動制御する制御装置とを備え、モ
ータ電流信号が入力される駆動電力上限設定器を設け、
該駆動電力上限設定器の出力に従って前記制御装置の駆
動電力上限を規制するように構成したことを特徴とす
る。
【００３３】これにより、モータ出力はモータ電流の大
きさに比例するので、速度センサを用いることなく、電
動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に制限す
ることができる。
【００３４】この発明の請求項６に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータトルク設定器に
基づき前記モータを駆動制御する制御装置とを備え、モ
ータトルク信号が入力される駆動電力上限設定器を設
け、該駆動電力上限設定器の出力に従って前記制御装置
の駆動電力上限を規制するように構成したことを特徴と
する。
【００３５】これにより、速度センサを用いることな
く、電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に
制限することができる。
【００３６】この発明の請求項７に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータトルク設定器に
基づき前記モータを駆動制御する制御装置とを備え、モ
ータ出力信号と電源電圧指定信号、またはモータ出力信
号とモータ特性指定信号とが入力される駆動電力上限設
定器を設け、該駆動電力上限設定器の出力に従って前記
制御装置の駆動電力上限を規制するように構成したこと
を特徴とする。
【００３７】これにより、速度センサを用いることな
く、特定のモータ特性と特定の電源電圧を用いた場合に
おける、電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範
囲に制限することができることは勿論のこと、モータ特
性が異なる多種類のモータを互換的に用いる場合、ある
いは１種類のモータに対して電圧の異なる多種類の電源
（例えば、バッテリ）を互換的に用いた場合にも電動車
の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲に制限するこ
とができる。
【００３８】この発明の請求項８に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、モータと、モータトルク設定器に
基づき前記モータを駆動制御する制御装置とを備え、モ
ータ出力信号のみ、またはモータ出力信号と電源電圧指
定信号、またはモータ出力信号とモータ特性指定信号と
が入力される駆動電力上限設定器を設け、該駆動電力上
限設定器の出力に従って前記制御装置の駆動電力上限を
規制するように構成した電動車用モータのトルク制限装
置を、アシスト型電気自転車のトルク制限装置に適用し
たことを特徴とする。
【００３９】これにより、アシスト型電気自転車におい
て速度センサを用いることなく、電動車の駆動用モータ
の出力トルクを指定の範囲に制限することができ、ま
た、モータ特性が異なる多種類のモータを互換的に用い
る場合、あるいは１種類のモータに対して電圧の異なる
多種類の電源（例えば、バッテリ）を互換的に用いた場
合にも電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲
に制限することができるので、アシスト型電気自転車の
モータの特性合わせや電源（バッテリ）の選択に裕度を
持たせることができる。
【００４０】この発明の請求項９に係る電動車用モータ
のトルク制限装置は、アシスト型電気自転車のトルク制
限装置に適用され、モータと、モータトルク設定器に基
づき前記モータを駆動制御する制御装置とを備え、モー
タ出力信号のみ、またはモータ出力信号と電源電圧指定
信号、またはモータ出力信号とモータ特性指定信号とが
入力される駆動電力上限設定器を設け、該駆動電力上限
設定器の出力に従って電気自転車のアシスト比が規制範
囲内になるように前記制御装置の駆動電力上限を規制す
るように構成されたことを特徴とする。
【００４１】これにより、アシスト型電気自転車におい
て速度センサを用いることなく、電動車の駆動用モータ
の出力トルクを指定の範囲に制限することができるの
で、従来の速度センサを用いるもののように、速度が実
際とは異なって、実際の出力が通達違反になることがあ
ったり、通達の枠より小さすぎてアシスト不足が生じる
ことを防止できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】次に、本発明を図を参照しながら
実施例にもとづいて説明する。再び、図５を参照して検
討すると、車速Ｓ（ｋｍ／ｈ）に対するアシスト比Ａｓ
（％）の関係は
【００４３】
【数１】 Ａｓ＝（２４−Ｓ）／９ （但し、１５≦Ｓ≦２４） （１）
【００４４】また、人力トルクＴｃ（ｋｇ・ｃｍ）に対
するアシスト比Ａｔ（％）の関係は図６に示すように
【００４５】
【数２】 Ａｔ＝Ｔｃ／２００ （但し、０≦Ｔｃ≦２００） （２）
【００４６】人力トルクＴｃ（ｋｇ・ｃｍ）に対するア
シストモータトルクＴｍ（ｋｇ・ｃｍ）の関係は
【００４７】
【数３】 Ｔｍ≦Ｔｃ2／２００ （３）
【００４８】ここで、アシストモータトルクＴｍ（ｋｇ
・ｃｍ）に対するアシスト比Ａｔ（％）の関係は
（２）、（３）式より
【００４９】
【数４】 ２００Ａｔ≧（２００Ｔｍ）1/2 Ａｔ≧（Ｔｍ／２００）1/2 （４）
【００５０】モータに対するアシスト比Ａｔ（％）は車
速に対するアシスト比Ａｓ（％）を絶対越えてはいけな
いので Ａｓ≧Ａｔの関係となる。従って、車速Ｓ（ｋ
ｍ／ｈ）に対するアシストモータトルクＴｍ（ｋｇ・ｃ
ｍ）の関係は（１）、（４）式より
【００５１】
【数５】 （２４−Ｓ）／９＝Ａｓ≧Ａｔ≧（Ｔｍ／２００）1/2 （２４−Ｓ）／９≧（Ｔｍ／２００）1/2 Ｔｍ≦２００｛（２４−Ｓ）／９｝2 （５）
【００５２】式（５）の結果より、図６に示す、人力ト
ルクＴｃ（ｋｇ・ｃｍ）に対するアシスト比Ａｔ（％）
の設定では、図５の通達規定に基づく電気自転車の速度
とアシスト比の関係を満足させるためには、車速に応じ
たモータトルク特性は図７の破線で示すところよりも左
側の領域にトルクカーブが存在するものでなければなら
ない。
【００５３】ところが、図８の実線に示すような、車速
に対するモータトルクの関係を有するアシストモータを
用いると、上記（５）式の条件である破線の限界ライン
を越えたものとなる。
【００５４】そこで、アシストモータの駆動制御をパル
ス幅制御（ＰＷＭ制御）による電流制御で行う場合、モ
ータトルクに対するパルス幅制御のデューティ上限の関
係を図９に示すように設定すると、図８の実線に示すよ
うな、車速に対するモータトルクの関係を有するアシス
トモータを用いても、図１０のような、車速に対するモ
ータトルクの関係が得られ、車速１５ｋｍ／ｈ以上での
モータトルクが抑えられ、（５）式の条件である破線の
限界ラインよりも左側の領域にトルクカーブが存在する
ようになる。
【００５５】以上のようなトルク制限制御を行う本発明
の電動車トルク制限装置を、電気自転車に適用した実施
例を図１１を用いて説明する。図１１において、８はア
シスト用のモータ、３１は人力駆動のトルクを検出する
センサからの人力トルクに基づきモータ８の駆動トルク
が設定されるモータトルク設定器、即ちアシストトルク
設定器、３２はモータ８の回転状態信号としてのモータ
トルク信号と、アシストトルク設定器３１で設定した値
とを比較する比較器、３３は比例回路、３４は積分器、
３５はモータ８を駆動するために作られたトルク信号を
パルス信号に変換する制御装置、即ちパルス幅変調（Ｐ
ＷＭ）制御装置、３６は前記パルス幅変調制御装置から
モータ８に出力される駆動信号の上限を制限する駆動信
号上限設定器、即ちデューティ上限設定器である。
【００５６】次に、上記装置のトルク制限動作について
説明する。アシストトルク設定器３１には図６のトルク
センサからの人力トルクに対する目標のモータトルク信
号のアシスト比が入力されており、人力トルクが入力さ
れるとその値に応じた大きさのアシストトルク指令信号
を出力される。
【００５７】比較器３２は入力されるアシストトルク指
令信号と、実際に駆動されるモータ８の駆動トルク信号
を比較し、その偏差を比例回路３３、積分器３４を介し
て比例・積分して次段のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御装
置３５に入力し、所定のデューティで制御され、デュー
ティに応じた駆動電流がモータ８に供給されて図６の人
力トルクとアシスト比の関係を満足するアシストトルク
が出力される。
【００５８】例えば、アシストトルクを１００Ｋｇ・ｃ
ｍで出力しようとした場合、実際に駆動するモータのモ
ータ出力信号が９０Ｋｇ・ｃｍであった場合は、モータ
出力信号がアシストトルク設定器３１で定めた１００Ｋ
ｇ・ｃｍになるようにアシストトルク指令信号を作り出
し、パルス幅変調制御装置３５でデューティとして出力
して得ようとする希望のトルクに近づける制御が行われ
る。
【００５９】ここで、デューティ上限設定器３６には、
図９に示すモータトルクに対するパルス幅制御のデュー
ティ上限の関係をテーブルに有している。そして、アシ
ストトルク設定器３１からの信号に基づきパルス幅変調
制御装置３５でデューティを作るときに、デューティ上
限設定器３６によってモータトルクに対応したデューテ
ィでパルス幅変調制御装置３５のデューティが制限され
る。
【００６０】そしてデューティの上限値に至るまでは、
人力トルクに対応したアシストトルク設定器３１からの
信号に基づいてパルス幅変調によって制御され、図９の
関係に示す、モータトルク信号がデューティの上限値に
なると、その上限値をデューティの最大値としてパルス
幅変調制御装置３５に入力してモータ８に出力するデュ
ーティを規制して制御することになる。
【００６１】詳しく説明すると、上記の構成でモータ８
の駆動制御を行うときには、まず、アシストトルク設定
器３１によってモータ８の目標駆動トルク信号が定めら
れ、この目標駆動トルク信号に基づいてモータ８を駆動
するデューティが作られる。この時、モータ８の駆動状
態を示すモータ信号は、モータトルク信号が用いられ、
このモータ出力信号は、デューティ上限設定器３６に入
力され、駆動信号であるデューティの上限が定められ
る。
【００６２】従って、モータ８の回転数が小さいとき
は、モータ出力信号がアシストトルク設定器３１によっ
て定めた目標駆動トルク信号に等しくなるように比較的
小さなデューティで制御されるが、モータ８の回転数が
増加してきた場合に、モータ出力信号をアシストトルク
設定器３１によって定めた目標駆動トルク信号に等しく
するためにはデューティを増加させなければならなくな
る。
【００６３】この時、デューティ上限設定器３６によっ
て上限のデューティが定められ、デューティ上限設定器
３６の出力に従ってパルス幅変調制御装置３５で作られ
るパルス幅変調のデューティの上限が規制されるので、
回転数が大きくなったときに増加するモータ８を駆動す
るデューティが抑えられる。これにより、速度センサを
用いることなく、電動車のアシストモータ８の出力トル
クを指定の範囲に制限することができる。
【００６４】また、この例ではデューティ上限設定器３
６には、パルス幅制御のデューティ上限の関係を求める
ためにモータトルク信号を入力したが、モータトルク信
号に限定することなく、モータトルクと比例するモータ
電流等のモータ出力信号であれば良いのであり、更には
モータトルク、モータ出力と相関関係があるバッテリ電
流信号であっても良い。
【００６５】この結果、アシストモータ８には、図１０
に示すような、車速に対するモータトルクの関係になる
ようにモータトルクが抑えられ、（５）式の条件である
破線の限界ラインよりも左側の領域にトルクカーブが存
在するようになり、モータの回転数を検出することなく
モータトルク信号に基づいて、適切なモータ出力の運転
制御が達成される。
【００６６】上述の実施例では、特定の特性のモータと
特定の電源電圧を用いる場合について述べたが、図１２
に示すように、実線Ａ、Ｂ、Ｃのように、モータ特性が
異なる３種類のモータを互換的に用いる場合、あるいは
１種類のモータに対して電圧の異なる３種類の電源（例
えば、バッテリイ）を互換的に用いた時のモータ特性の
場合に、車速に対するモータトルクの関係は、その一部
分においてそれぞれ上記（５）式の条件である破線の限
界ラインを越えたものとなる。
【００６７】そこで、アシストモータの駆動制御をパル
ス幅制御による電流制御で行う場合、モータトルクに対
するパルス幅制御のデューティ上限の関係を、それぞれ
図１３のＡ、Ｂ、Ｃに示すように設定すると、図１２の
実線に示すような、車速に対するモータトルクの関係を
有するアシストモータを用いても、図１４のような、車
速に対するモータトルクの関係が得られ、車速１５ｋｍ
／ｈ近傍以上でのモータトルクが抑えられ、（５）式の
条件である破線の限界ラインよりも左側の領域にトルク
カーブが存在するようになる。
【００６８】次に、特性が異なるモータを互換的に用い
る場合、あるいは電圧の異なる電源（例えば、バッテリ
イ）を互換的に用いた場合の本発明の他の実施例を図１
５を参照して説明する。
【００６９】図１５において、図１１の実施例のものと
同一の機能を有する部材には同じ番号を付している。デ
ューティ上限設定器３６には、図１３に示す複数のモー
タトルクに対するパルス幅制御のデューティ上限の関係
をテーブルに有しており、モータトルク信号に対応した
デューティでパルス幅変調制御装置３５のデューティを
制御している。３７はモータ特性指定手段、３８は電源
電圧指定手段であり、３９は両指定手段の選択手段であ
る。
【００７０】この実施例のトルク制限動作は図１３のも
のと基本的には同じであるが、特性が異なるモータを互
換的に用いる場合は、選択手段３９をモータ特性指定手
段３７側に接続する。このことにより、デューティ上限
設定器３６に格納されているモータトルクに対するパル
ス幅制御のデューティ上限の関係Ａ、Ｂ、Ｃの複数のテ
ーブルから所定のテーブルを選択する。
【００７１】また、１種類のモータに対して異なる電圧
の電源を互換的に用いる場合は、選択手段３９を電源電
圧指定手段３８側に接続する。このことにより、デュー
ティ上限設定器３６に格納されているモータトルクに対
するパルス幅制御のデューティ上限の関係Ａ、Ｂ、Ｃの
複数のテーブルから電源電圧に対応する所定のテーブル
を選択する。
【００７２】そしてデューティの上限値に至るまでは、
上記説明のような制御動作を行うが、図１３の関係か
ら、モータトルクがデューティの上限値になると、その
上限値のデューティを最大値としてパルス幅変調制御装
置３５を規制して制御する。
【００７３】この結果、アシストモータ８には、図１４
に示すような、車速に対するモータトルクの関係になる
ようにモータトルクが抑えられ、（５）式の条件である
破線の限界ラインよりも左側の領域にトルクカーブが存
在するようになり、モータの回転数を検出することなく
モータトルク信号に基づいて、条件に合致した運転制御
が達成される。
【００７４】これらの実施例は従来利用されている電気
自転車のアシストモータのトルク制限を例にして説明し
たが、本発明は電気自転車に限らず、電気自動車等が所
定速度以上になったら、モータが回転しないように設定
する、即ち速度リミッタ等にも適用できるものである。
その場合は、上記図１１及び図１５の実施例における人
力トルクは通常の指令トルクに替えればよく、アシスト
トルク設定器は不要となる。その他の動作は同じであ
る。
【００７５】
【発明の効果】以上のように、本発明は、速度センサを
用いることなく、特定のモータ特性と特定の電源電圧を
用いた場合における、電動車の駆動用モータの出力トル
クを指定の範囲に制限することができることは勿論のこ
と、モータ特性が異なる多種類のモータを互換的に用い
る場合、あるいは１種類のモータに対して電圧の異なる
多種類の電源（例えば、バッテリ）を互換的に用いた場
合にも電動車の駆動用モータの出力トルクを指定の範囲
に制限することができる。
【００７６】特にアシスト型電気自転車においては、速
度センサを用いることなく、電動車の駆動用モータの出
力トルクを、警察庁からの通達の範囲の安全な範囲に制
限することができるので、従来の速度センサを用いるも
ののように、速度が実際とは異なって、実際の出力が通
達違反になることがあったり、小さすぎてアシスト不足
が生じることを防止できる。
【００７７】そして、モータ特性が異なる多種類のモー
タを互換的に用いる場合、あるいは１種類のモータに対
して電圧の異なる多種類の電源（例えば、バッテリ）を
互換的に用いた場合にも電動車の駆動用モータの出力ト
ルクを指定の範囲に制限することができるので、アシス
ト型電気自転車のモータの特性合わせや電源（バッテ
リ）の選択に裕度を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気自転車の全体斜視図。
【図２】盤状ケーシングの構成を示す正面図および側面
図。
【図３】盤状ケーシング上でのモータの配置図。
【図４】アシスト型電気自転車の走行概念図。
【図５】通達規定の車速に対するアシスト比の関係図。
【図６】人力トルクに対するアシスト比の設定関係図。
【図７】規定を満足する車速に応じたモータトルク特性
領域図。
【図８】トルク制限制御前の車速に対するモータトルク
の特性図。
【図９】モータトルクに対するパルス幅制御のデューテ
ィ上限の関係図。
【図１０】トルク制限制御後の車速に対するモータトル
クの特性図。
【図１１】本発明の電動車トルク制限装置の実施例。
【図１２】トルク制限制御前の３種類の車速に対するモ
ータトルクの特性図。
【図１３】モータトルクに対するパルス幅制御のデュー
ティ上限の関係図。
【図１４】トルク制限制御後の３種類の車速に対するモ
ータトルクの特性図。
【図１５】本発明の電動車トルク制限装置の他の実施
例。
【符号の説明】 １ 電気自転車本体 ２ 前輪３ ３ 後輪 ４ フレーム ５ 盤状ケーシング ６ 回転側ケーシング ７ 固定側ケーシング ８ モータ ９ 電動駆動部 １０ 人力駆動部 １１ ペダル １２ チェーン １３ ハンドル １４，１５ ブレーキレバ １６，１７ ワイヤ １８，１９ ブレーキ装置 ２０ ブレーキスイッチ ２１ サドル ２２ バッテリ部 ２３ バッテリケース ２４ モータ出力軸 ２５ プーリ組 ２６ 減速機構 ２７ 伝達ベルト ２８ 最終段プーリ ２９ 後輪の車軸 ３０ ステータ ３１ アシストトルク設定器 ３２ 比較器 ３３ 比例回路 ３４ 積分器 ３５ パルス幅変調（ＰＷＭ）制御装置 ３６ デューティ上限設定器 ３７ モータ特性指定手段 ３８ 電源電圧指定手段 ３９ 選択手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 敏宏 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 前田 好彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モータと、モータ出力信号によりデュー
    ティが制御されるパルス幅変調制御装置と、該パルス幅
    変調制御装置の出力により該モータを駆動制御するもの
    において、モータ出力信号が入力されるデューティ上限
    設定器を設け、該デューティ上限設定器の出力に従って
    該パルス幅変調制御装置のデューティ上限を規制するこ
    とを特徴とする電動車用モータのトルク制限装置。
  2. 【請求項２】 前記モータ出力信号は、バッテリ電流に
    よって定められることを特徴とする請求項１記載の電動
    車用モータのトルク制限装置。
  3. 【請求項３】 前記モータ出力信号は、モータ電流によ
    って定められることを特徴とする請求項１記載の電動車
    用モータのトルク制限装置。
  4. 【請求項４】 前記モータ出力信号は、モータトルクに
    よって定められることを特徴とする請求項１記載の電動
    車用モータのトルク制限装置。
  5. 【請求項５】 前記デューティ上限設定器はモータ出力
    信号と電源電圧指定信号、またはモータ出力信号とモー
    タ特性指定信号とによってそのデューティ上限値を決定
    することを特徴とする請求項１記載の電動車用モータの
    トルク制限装置。
  6. 【請求項６】 電動車はアシスト型電気自転車であるこ
    とを特徴とする請求項１または請求項５記載の電動車用
    モータのトルク制限装置。
  7. 【請求項７】 前記デューティ上限設定器は電気自転車
    のアシスト比が規制範囲内になるようにそのデューティ
    上限値を決定することを特徴とする請求項６記載の電動
    車用モータのトルク制限装置。
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