JPH1067377A - アシスト式電動車 - Google Patents
アシスト式電動車Info
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Abstract
い、人力トルクに基づいてモータ25を駆動し、この制御
回路67には、人力駆動力に対する電動駆動力のアシスト
比率を複数種類設け、複数種類のアシスト比率をスイッ
チ72によって切り換えることを特徴とするアシスト式電
動車。また、スイッチ72で切り換える他に、走行距離が
走行開始から所定距離に達した時や、人力トルクの平均
値が所定値より大きい時などにアシスト比率を切り換え
ることを特徴とするアシスト式電動車。 【効果】使用者の要望や場所に応じてアシスト比率を切
り換えることで、バッテリの消費を抑えてバッテリを長
持ちさせ、且つ電動駆動力による補助が必要な場所では
充分補助する等の効果を奏する。
Description
タによる電動駆動部とを有し、人力トルクの大きさに応
じた電動駆動力によって補助して走行するアシスト式電
動車に関する。
般にアシスト式電気自転車が知られており、ペダルによ
る人力駆動力と、モータの駆動力による電動駆動力とを
1対1の比率で、ペダルにかかる力を従来の自転車の半
分にするものである。
常アシスト比率は1種類しか設けておらず、例えば図6
に示す如く、人力駆動力に対する電動駆動力の比率を予
め定めておいて、この比率に基づいて電動駆動力を出力
している。この図は、横軸に人力トルク、縦軸に電動駆
動力の比率を示しており、人力トルクの値が入力された
ときにどれだけの比率で電動駆動力を出力するかを示し
ており、人力トルクが小さいとき、例えば平地での走行
時には、あまり電動駆動力を必要としないので、アシス
ト比率を低く、徐々に大きくなるように設定してある。
また、人力トルクが大きいとき、例えば発進時や登り坂
走行時には、大きな電動駆動力が必要となるので所定ト
ルク以上では人力トルクと同じ大きさの出力を出力する
ように設定してある。
スト比率を小さくすることによって、バッテリの消費を
抑え、バッテリの消費を長持ちさせるように制御するよ
うにしている。
消費を抑えるためにはこのような制御は良いが、例えば
登り坂や発進時において、ペダルを回転させた場合、問
題点が生じる。
ルク、横軸に時間を設けており、実線で示すカーブはペ
ダルにかかる力の変化、即ち人力トルクの変化を示し、
破線で示すカーブは電動駆動力の出力トルクの変化を示
している。また、実線の直線で示すものは、上述する人
力トルクの平均値、破線の直線で示すものは、上述する
電動駆動力の出力トルクの平均値を示す。この図で分か
るように、人力トルクに対するアシスト比率を予め図6
に示す設定にしているため、人力トルクの小さいときは
電動駆動力の出力も小さくなり、即ちそれぞれの平均値
においても差が生じることが分かる。即ち、登り坂など
においてアシスト比率の小さい小さいトルクの部分にお
いて、使用者にとってトルク不足を感じるといった問題
が生じていた。
鑑みなされたもので、バッテリの消費を抑えてバッテリ
を長持ちさせ、且つ電動駆動力による補助が必要な場所
では充分補助するアシスト式電動車を提供することを課
題とする。
動を行う人力駆動部と、モータによる駆動を行う電動駆
動部とを有し、人力トルクを検出するトルク検出部と、
該トルク検出部の信号に基づいてモータ駆動信号を出力
する制御回路とを備え、前記制御回路には、人力駆動力
に対する電動駆動力のアシスト比率を複数種類設け、前
記複数種類のアシスト比率を切り換えるスイッチ手段を
設けたことを特徴とする。
と、モータによる駆動を行う電動駆動部とを有し、人力
トルクを検出するトルク検出部と、該トルク検出部の信
号に基づいてモータ駆動信号を出力する制御回路とを備
え、走行距離を算出する走行距離算出手段を設け、前記
制御回路には、人力駆動力に対する電動駆動力のアシス
ト比率を複数種類設け、前記走行距離算出手段からの走
行距離が走行開始から所定距離に達した時、前記アシス
ト比率を切り換えることを特徴とする。
と、モータによる駆動を行う電動駆動部とを有し、人力
トルクを検出するトルク検出部と、該トルク検出部の信
号に基づいてモータ駆動信号を出力する制御回路とを備
え、前記人力トルクの平均値を算出する人力トルク算出
手段を設け、前記制御回路には、人力駆動力に対する電
動駆動力のアシスト比率を複数種類設け、前記人力トル
ク算出手段からの人力トルクの平均値が所定値より大き
いとき前記アシスト比率を切り換えることを特徴とす
る。
力トルクの平均値は、所定期間内の算出値であることを
特徴とする。
て切り換えられるアシスト比率は、小さい値から大きい
値に切り換えられることを特徴とする。
図11に基づいて以下に詳述する。
5に基づき説明をする。
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。
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。
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。
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50に動力を伝達するよ
うになっている。
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。
に具体的構成を示す。
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。前記固定側ケーシング21は、2ミリの厚さを持っ
た軽合金によって形成されている。
けられたL字状の環状リブで、該環状リブ23は前記回転
側ケーシング22に複数個所で固定されており、環状リブ
23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。また、環状リブ23は、
鋼板によって形成されており、2.3ミリの厚さを持っ
て構成されている。該環状リブ23は、前記回転側ケーシ
ング22と別の構成部品にし、スポーク14からの力がかか
り強度が必要な環状リブ23には強い材料で厚くしてあ
り、比較的力のかからない回転側ケーシング22には、環
状リブ23よりも弱い材料で、薄く構成し、材質、材厚を
互いに変えている。このように構成することで、駆動部
15全体を軽量にすることができ、また、材料を変えるこ
とでコストダウンすることができる。
タ、27がステータである。該モータ25は、前記固定側ケ
ーシング21に装着してあり、該モータ25の回転側ケーシ
ング22から突出した部分にはモータカバー27によって施
蓋し、モータ25の出力軸28をベアリング29によって支持
している。
され、保持部31に嵌合された遊星ローラ減速機構で、該
遊星ローラ減速機構30は出力軸28と同一軸を中心として
配置されている。
説明をする。
固定輪で、該固定輪32の内円には遊星ローラ33が4個設
けられてあり、該遊星ローラ33の外周が、外側では前記
固定輪32の内周に接し、内側ではモータ25の出力軸28に
接するように配置している。また、遊星ローラ33の中心
には出力ピン34が設けてあり、出力ピン34と遊星ローラ
33との間にはニードルベアリング35が設けてある。
力軸28が回転すると、接している遊星ローラ33が出力ピ
ン34を中心に自転を始めると共に固定輪32に接している
ため、出力軸28を中心に公転を始める。この出力ピン34
からの回転する出力を取り出すことでモータ25の出力を
減速して取り出すことができる。
力軸28を貫通する円筒状の支持具で、該支持具36は出力
軸28との間に軸受37を介して設けられ、更に先端側には
ベアリング38を介して設けられている。
向クラッチで、該一方向クラッチ39は前記ペダル5から
の力をモータ25に伝わらないようにし、モータ25の駆動
力を回転側ケーシング22に伝える働きをする。
介し、更に前記一方向クラッチ39を介して出力軸28と同
軸に装着された第1プーリーで、該第1プーリー40には
ゴム製のベルト41が掛けられている。
る第2プーリーで、該第2プーリー42は回転側ケーシン
グ22にボルト43によって固定されている。また、第2プ
ーリー42は中が空洞になっており、この中に後述するト
ルク検出部56が設けられている。
のテンションプーリーで、該テンションプーリー44は支
持体45の一端にローラ46が取り付けてあり、他端には固
定側ケーシング21に取り付けるためのネジ47が設けてあ
り、ネジ47を取りつけてある部分を中心に支持体45が揺
動可能であり、もう一方のネジ48を締め付けることでテ
ンションプーリー44を固定し、前記ベルト41を押さえ、
ベルト41の張りを調整することができる。
御基板であリ、該制御基板49は、プーリーのない部分に
内蔵される。そして、制御基板49は後述するトルク検出
部56からの出力結果に応じたモータ24の回転を制御する
マイコン以外に、モータ25をPWM制御する駆動回路や
マイコンに起動電圧を入力するための定電圧回路、トル
ク検出回路などが装備されている。
スプロケットであり、該後スプロケット50は車軸51に対
してベアリング52を介して設けられ、一方向クラッチ53
を介して後述する回動板57に取り付けられている。
られている回動筒で、該回動筒54は回転側ケーシング22
の回転とともに回転する。
付けられたトルク検出部であり、該トルク検出部56はチ
ェーン17を介して動力伝達される人力駆動力、即ち人力
トルクを検出するために設けられている。
に基づき説明をする。図4はトルク検出部56の略図であ
り、それぞれについて説明をする。
る2ケ所には、軸方向に押圧棒58と、変換棒59とが一体
成形されている。前記押圧棒58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60を押さえるようになっている。そして、回動板
57は、バネ60を伸縮させ、バネ60の他端が第2プーリー
42の内壁を押さえながら第2プーリー42が回転する。ま
た、前記変換棒59は、車軸51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。
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58から押圧棒
59、バネ60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60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57は
回転する。そしてこの回動板57は、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57の少
しの回動によって変換棒59も回動し、変換棒59先端に形
成した傾斜部分61によって傾斜部分61と接する山形部62
が押されて車軸51方向に移動する。この山形部62にはア
ルミのリング63が取り付けられており、山形部62の移動
によってリング63も移動するようになっている。このリ
ング63の先端にはリング63を回動板57側に付勢するため
のCリング64とバネ65が設けられている。よって回転側
ケーシング22と回動板57が歪んだ分だけリング63が車軸
51方向に移動するようになっている。
グ63外周近傍に設けられたコイルで、該コイル66は前記
リング63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。以上、図4に示す部材
をまとめてトルク検出部56という。前記変換棒59、山形
部62等の、回転方向の動きを車軸51方向の動きに変換す
る部材を変換部材という。
明をする。
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50に伝達され、回動板57、バネ60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60の伸縮の大きさ、即ち回動板57の回転移動
距離を変換部材によって車軸51方向の移動に変換し、そ
の移動とともにリング63が移動するようにする。このリ
ング63の移動をコイル66のインダクタンスの変化に変換
し、電気信号として制御基板49に入力する。制御基板49
は、固定側ケーシング21内に内蔵されている。そして、
制御基板49にコイル66からの信号を信号を入力して、こ
れに基づいたモータ25の回転となるように駆動信号を出
力する。そして、モータ25の出力は遊星ローラ減速機構
30によって減速され、第1プーリー40を介して後輪11が
回転する。
をする。
素子68によってPWM制御する制御回路で、該制御回路
67は前記トルク検出部56で検出したトルクに応じた出力
で駆動する。
スイッチング素子で、該スイッチング素子68は、制御回
路67からの信号に基づき出力されるモータ駆動回路69に
よってON、OFF制御される。
イホイールダイオードである。
路67を動作させる電圧を作るための定電圧回路である。
モードを切り換えるためのスイッチ手段、即ちスイッチ
で、パワーモードとエコノミーモードの2つを切り換え
る。図6及び図7に示すグラフは、人力トルクに対する
電動駆動部の出力トルクの比率の設定値を示しており、
前記スイッチ72をエコノミーモードにしたときは図6の
グラフに基づき、また前記スイッチ72をパワーモードに
したときは図7のグラフに基づき電動駆動力を出力す
る。これらの、図6及び図7に示すグラフの設定値はテ
ーブルデータとして、制御回路67に予め設定している。
明すると、横軸に人力トルク、縦軸を人力トルクに対す
る電動駆動出力のアシスト比率を設定し、人力トルクが
小さいときは電動駆動力を少なくし、人力トルクが増加
するに従ってその比率を上げるようにし、そして、所定
値以上になると比率を一定にしている。例えば、人力ト
ルクが所定値以上のときは、アシスト比率を1に設定
し、人力トルクと同じ大きさの出力しかしないように設
定している。
力トルクがどんな値であろうと、アシスト比率を1に設
定しており、エコノミーモードに比べ、人力トルクが小
さいときでも大きな電動駆動力が得られるようになって
いる。
モードに合わせて制御回路67内のアシスト比率が設定さ
れる。
検出部56から制御回路67にトルク信号が入力される。こ
の信号を元に、制御回路67において設定されたモードに
従ってモータ25が駆動するようにモータ駆動回路69に駆
動信号が出力されて、スイッチング素子68のスイッチン
グによってモータ25がPWM制御される。
るとすると、人力トルクが小さいとき、即ち平地などを
走行しているときはあまり補助力を必要としていないの
で、アシスト比率は小さくてもよく、また、人力トルク
が大きいとき、即ち発進時や登り坂のときには大きな補
助力を必要とするので、アシスト比率が大きくなるよう
に設定してある。このように設定することでバッテリ18
の消費を抑え、バッテリ18を長持ちするようにしてい
る。
力トルクが小さくても同じトルク電動駆動の出力をする
ため、大きな補助力を得ることができる。
ードとをスイッチ72によって切り換えるため、急な登り
坂など、大きな補助力を必要とするときには使用者自身
が切り換えることで補助力を調節することができ、使用
者が選択して走行することができる。
じであるので省略する。
明をする。制御回路についても第1実施例と同一部分に
ついては同一符号を付して説明を省略する。
で、該速度センサ73は、前記回転側ケーシング22に設け
られたマグネットと、固定側ケーシング23に設けられた
リードスイッチとによって構成され、これらを合わせて
速度センサを構成している。そして、検出される回転数
を制御回路67に入力することによって走行距離も演算す
ることができる。この速度センサ73は、制御回路67によ
って走行距離も算出することができるので、走行距離算
出手段という。
動作について、図9を基に説明をする。
ら速度入力を行い、停止状態であることを確認して速度
センサ73からの信号入力に基づいて走行距離の算出を開
始する。このとき、走行する設定モードを図7に示すパ
ワーモードに設定し、10メートル走行するまではアシ
スト比率の高いパワーモードでアシスト走行する。10
メートル走行すると、走行する設定モードを図6に示す
エコノミーモードに設定し、その後、停止するまでエコ
ノミーモードで走行する。このフローチャートでは、速
度入力を常に行っており、速度がゼロになった地点から
10メートル走行するまでは、パワーモード走行、その
後は停止するまでエコノミーモードで走行する制御にな
っている。
の間の、こぎ始めの大きなトルクの必要な時にパワーモ
ードに設定されてアシスト走行し、10メートルを越え
るとエコノミーモードに設定されて走行するため、こぎ
始めのアシスト力を必要とするときには充分なアシスト
力が得られ、走行を始めたときにはバッテリの消費を軽
減するためにエコノミーモードにきり変わるので、使い
勝手が向上する。
と同じであるので省略する。
説明をする。制御回路についても第1、2実施例と同一
部分については同一符号を付して説明を省略する。ここ
で、トルク検出部56を人力トルク算出手段という。
動作について、図11を基に説明をする。
トルクを前記トルク検出部56から入力し、その値を制御
回路67で演算して平均値を算出する。そしてその値が1
50Kg・cm以上かどうかを判断し、150Kg・cm以上であ
れば制御回路67内に設定してある図7に示す、パワーモ
ードに設定して走行する。即ち、150Kg・cm以上であ
るということは、登り坂や走行開始時など、大きな補助
力を必要とするときであり、アシスト比率の高いパワー
モードでアシスト走行する。次に、人力トルクの平均値
が150Kg・cm以下である場合については、制御回路67
内に設定した図6に示す、エコノミーモードに設定して
走行する。即ち、150Kg・cm以下であるということ
は、平地走行時など、余り大きな補助力を必要としない
時であり、小さい人力トルクの時はアシスト比率の小さ
い、エコノミーモードでアシスト走行する。このよう
に、人力トルクの平均値によって、パワーモード、エコ
ノミーモードの設定を切り換えるようにしたので、自動
的にアシスト比率が切り換わり、使用者が補助力を必要
とするときには充分な補助が得られ、余り必要でないと
きにはバッテリの消費を抑えるように制御される。
は、設定モードを図6と図7の2種類について記載した
が、この限りではなく、比率の小さいものから大きいも
のまで複数個設定しても構わない。
動部と、モータによる駆動を行う電動駆動部とを有し、
人力トルクを検出するトルク検出部と、トルク検出部の
信号に基づいてモータ駆動信号を出力する制御回路とを
備え、制御回路には、人力駆動力に対する電動駆動力の
アシスト比率を複数種類設け、複数種類のアシスト比率
を切り換えるスイッチ手段を設けた構成にしたので、ス
イッチ手段の切り換えにより、バッテリの消費を抑えて
バッテリを長持ちさせ、且つ電動駆動力による補助が必
要な場所では充分補助する等の効果を奏する。
る駆動を行う人力駆動部と、モータによる駆動を行う電
動駆動部とを有し、人力トルクを検出するトルク検出部
と、トルク検出部の信号に基づいてモータ駆動信号を出
力する制御回路とを備え、走行距離を算出する走行距離
算出手段を設け、制御回路には、人力駆動力に対する電
動駆動力のアシスト比率を複数種類設け、走行距離算出
手段からの走行距離が走行開始から所定距離に達した
時、アシスト比率を切り換える構成にしたので、自動的
にアシスト比率が切り換えられ、バッテリの消費を抑え
てバッテリを長持ちさせ、且つ電動駆動力による補助が
必要な場所では充分補助する等の効果を奏する。
る駆動を行う人力駆動部と、モータによる駆動を行う電
動駆動部とを有し、人力トルクを検出するトルク検出部
と、トルク検出部の信号に基づいてモータ駆動信号を出
力する制御回路とを備え、人力トルクの平均値を算出す
る人力トルク算出手段を設け、制御回路には、人力駆動
力に対する電動駆動力のアシスト比率を複数種類設け、
人力トルク算出手段からの人力トルクの平均値が所定値
より大きいときアシスト比率を切り換える構成にしたの
で、自動的にアシスト比率が切り換えられ、バッテリの
消費を抑えてバッテリを長持ちさせ、且つ電動駆動力に
よる補助が必要な場所では充分補助する等の効果を奏す
る。
ク図を示す図である。
す図である。
である。
ク図を示す図である。
る。
ック図を示す図である。
る。
の出力波形を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 人力による駆動を行う人力駆動部と、モ
ータによる駆動を行う電動駆動部とを有し、人力トルク
を検出するトルク検出部と、該トルク検出部の信号に基
づいてモータ駆動信号を出力する制御回路とを備え、前
記制御回路には、人力駆動力に対する電動駆動力のアシ
スト比率を複数種類設け、前記複数種類のアシスト比率
を切り換えるスイッチ手段を設けたことを特徴とするア
シスト式電動車。 - 【請求項2】 人力による駆動を行う人力駆動部と、モ
ータによる駆動を行う電動駆動部とを有し、人力トルク
を検出するトルク検出部と、該トルク検出部の信号に基
づいてモータ駆動信号を出力する制御回路とを備え、走
行距離を算出する走行距離算出手段を設け、前記制御回
路には、人力駆動力に対する電動駆動力のアシスト比率
を複数種類設け、前記走行距離算出手段からの走行距離
が走行開始から所定距離に達した時、前記アシスト比率
を切り換えることを特徴とするアシスト式電動車。 - 【請求項3】 人力による駆動を行う人力駆動部と、モ
ータによる駆動を行う電動駆動部とを有し、人力トルク
を検出するトルク検出部と、該トルク検出部の信号に基
づいてモータ駆動信号を出力する制御回路とを備え、前
記人力トルクの平均値を算出する人力トルク算出手段を
設け、前記制御回路には、人力駆動力に対する電動駆動
力のアシスト比率を複数種類設け、前記人力トルク算出
手段からの人力トルクの平均値が所定値より大きいとき
前記アシスト比率を切り換えることを特徴とするアシス
ト式電動車。 - 【請求項4】 前記人力トルク算出手段が算出する人力
トルクの平均値は、所定期間内の算出値であることを特
徴とする請求項3記載のアシスト式電動車。 - 【請求項5】 前記制御回路によって切り換えられるア
シスト比率は、小さい値から大きい値に切り換えられる
ことを特徴とする請求項1乃至4記載のアシスト式電動
車。
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