KR0172165B1

KR0172165B1 - 전동자전거

Info

Publication number: KR0172165B1
Application number: KR1019960004250A
Authority: KR
Inventors: 토시히로 마쓰모토; 타쓰야키 타나카; 토시히로 스하라
Original assignee: 다카노 야스아키; 산요덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 1999-03-30
Also published as: DE69617770T2; US5857537A; CN1056579C; TW404383U; EP0729881A1; CN1135993A; EP0729881B1; KR960031282A; ATE210577T1; DE69617770D1

Abstract

[청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야]

본 발명은 전동자전거에 관한 것이다.

[발명이 해결하고자 하는 기술적 과제]

본 발명은 답력의 변동폭이 작은 상태가 일정시간이상 계속된다고 하면 자전거를 타고 있지 않은 상태로 간주하여 모터구동을 정지하도록 하는 전동기 정지기능부착 전동자전거를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[발명의 해결방법의 요지]

전동자전거는 전동모터와 모터전류검출부와, 답력검출부, 컨트롤러를 포함하며 컨트롤러는 답력검출부에 의해서 검출되어 있는 답력의 변동폭을 검출하여 소정의 폭과 비교하여 답력의 변동폭이 작은 상태가 일정시간 이상 계속되면 모터구동을 정지한다.

[발명의 중요한 용도]

인력검출수단으로 검출된 구동력의 변동폭에 의해서 전동자전거가 실제로 운행되고 있지 않은 상태에서는 전동구동수단의 작동을 정지하여 쓸데없는 전력의 소비를 방지한다. 또한 차속센서로 전동구동수단을 확실히 제어하고 기준치 비교 및 수정수단으로 전동구동수단의 작동, 정지를 세밀히 통제하므로서 전력소비의 억제와 원활한 주행운전을 보장한다.

Description

전동자전거

제1도는 본발명의 실시예1을 나타내는 전동자전거의 전체 사시도.

제2도는 실시예1에 있어서의 원판형 케이싱 내의 구성을 나타내는 정면도.

제3도는 실시예1에 있어서의 전동자전거의 최종단 풀리의 구성을 나타내는 측면단면도.

제4도는 실시예1에 있어서의 전동자전거의 최종단 풀리의 구성을 나타내는 평면구성도.

제5도는 실시예1에 있어서의 전동자전거의 최종단 풀리의 구성을 나타내는 측면단면도.

제6도는 실시예1에 있어서의 전동자전거의 토크검출부의 회로도.

제7a, 7b, 7c도는 실시예1에 있어서의 전동자전거의 토크검출부의 회로에 있어서의 각부분의 파형을 나타내는 설명도.

제8도는 실시예1에 있어서의 전동기의 제어회로를 나타내는 블럭도.

제9도는 실시예1에 있어서의 CPU의 동작을 나타내는 플로차트.

제10도는 실시예1에 있어서의 전동기의 구동을 개시 또는 종료하기 위한 회로를 나타내는 블록도.

제11도는 실시예1에 있어서의 모터의 구동을 개시하기 위한 처리내용을 나타내는 플로차트.

제12도는 실시예1에 있어서의 모터의 구동을 종료하기 위한 처리내용을 나타내는 플로차트.

제13도는 실시예1에 있어서의 기준치(threshold)를 갱신하기 위한 처리 내용을 나타내는 플로차트.

제14도는 실시예1에 있어서의 게이트를 개ㆍ폐하기 위한 처리내용을 나타내는 플로차트.

제15도는 실시예1에 있어서의 모터를 구동하는 타이밍과 기준치 갱신의 양상을 나타내는 설명도.

제16도는 본 발명의 실시예2를 나타내는 전동자전거의 측면도.

제17도는 실시예2의 전동자전거의 구동계통의 구성설명도.

제18도는 실시예2의 제어회로도.

제19도는 실시예2의 차속(자전거속도)-보조율특성도.

제20도는 센서출력의 시간적변화를 나타내는 그래프.

제21도는 센서출력의 시간적변화를 나타내는 그래프.

제22도는 실시예2의 동작을 나타내는 플로차트.

제23도는 센서출력의 시간적변화를 나타내는 그래프.

제24도는 실시예2의 동작을 나타내는 플로차트.

제25도는 실시예2의 동작을 나타내는 플로차트.

제26도는 센서출력의 시간적변화를 나타내는 그래프.

제27도는 센서출력의 시간적변화를 나타내는 그래프.

제28도는 실시예2의 동작을 나타내는 플로차트.

제29도는 센서출력의 시간적변화를 나타내는 그래프.

제30도는 센서출력의 시간적변화를 나타내는 그래프.

제31도는 종래의 전동자전거의 제어회로를 나타내는 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전동자전거본체 3 : 후륜

4 : 메인프레임 5 : 원판형 케이싱

6 : 회전측 케이싱 7 : 고정측 케이싱

7a : 기판 7b : 리드스위치

8 : 전동기 9 : 전동구동부

10 : 인력구동부 14, 15 : 브레이크

16, 17 : 와이어 18, 19 : 브레이크장치

20 : 브레이크스위치 22 : 배터리부

24 : 제어기판 25 : 방열판

26 : 제어부 27 : 제1풀리

28 : 제2풀리 29 : 최종단 풀리

30 : 감속기구 31 : 전달벨트

32 : 가압부재 33 : 조절나사

37 : 체인 스프로킷 38 : 프리휠

39 : 후륜차축 40 : 용수철

41 : 수압부재(受壓部材) 42 : 전판

42a : 보스 42b : 마그넷

43 : 가압부재 45 : 슬라이딩부재

47 : 용수철 48 : 페라이트

49 : 코일 50 : 코일보빈(bobbin)

51 : 변환부재 52 : 토크검출부

60 : 직류교환부 61 : 증폭기

71 : 답력검출부 72 : CPU

73 : 스위칭소자 74 : 스위칭소자 컨트롤러

75 : 직류전원 76 : 프라이휠 다이오드

77 : 전원전압검출기 78 : 모터전류센서

79 : 차속검출부 81 : 모터전류검출부

82 : 컨트롤러 83 : 구동개시 검출부

84 : 기준치갱신부 85 : 구동종료검출부

86 : 게이트 87 : 모터

88 : 감속기 101 : 본체

102 : 구동륜 109 : 인력구동수단

111a : 스프로킷 111b : 1방향클러치

111c : 답력센서 112 : 전동구동수단

113 : 배터리 114 : 전동기

114a : 감속기구 114b : 1방향클러치

114c : 차속센서 121 : 스위칭소자

122 : 전류센서 122A : 앰프

117 : 마이크로 컴퓨터 201 : 답력검출부

202 : 전류검출부 203 : 차속검출부

204 : 컨트롤러 205 : 모터

206 : 감속기

본 발명은 전동자전거에 관한 것이며, 특히 인력(人力)에 의한 인력구동부와 전동기에 의한 전동구동부와의 양쪽을 겸해서 구비하되, 인력에 의한 구동력의 크기에 맞게 전동기를 구동하고, 인력의 구동력을 전동기의 구동력에 의하여 보조하는 전동자전거에 관한 것이다.

종래에 이와 같은 전동자전거로서는, 일본국 특개평 5-246378호 공보에 개시되어있는 바와 같이, 인력에 의한 구동계통과 전동모터에 의한 구동계통을 병열로 설치하여 인력에 의한 구동계의 구동력, 다시 말하면 페달의 답력(踏力 : 페달을 밟는 힘)을 검출하여 전동모터의 출력을 조정하도록 한 것이 알려져 있다.

즉, 제31도에 나타낸 바와같이, 답력검출부(201)로 답력을 검출하고, 모터전류검출부(202)로 모터의 전류를 검출하여, 차속검출부(203)에서 차속을 검출하고, 이들 데이터를 컨트롤러(204)에 입력해서 모터(205)에 인가(印加)하는 전압을 조정한다. 다시 말하면 답력을 검출하고, 그 답력에 맞는 토크를 모터(205)가 발생하도록 스위칭소자등으로 모터(205)에 인가하는 전압(평균전압)을 조정하고, 감속기(206)을 통해서 차륜(바퀴)(207)을 구동하도록 되어 있다.

그러나, 이와 같은 전동자전거에 있어서는, 노이즈등에 의해서 페달에 힘을 가하지 않는데도 답력검출부(201)에서 신호가 출력된 경우에는, 모터(205)가 오작동해 버린다. 즉, 페달을 밟고 있지 않아도 답력검출부(201)에서의 출력이 완전히 '0'이 되거나 '0'보다 조금크거나 하기 때문에 모터(205)가 작동하거나 정지하거나 해서 불안정한 상태가 계속되는 경우가 있다.

이와같은 문제점을 해결하기 위해서는 답력에 기준치(threshold)를 설정하여 답력이 이 기준치 이하인 때에는 모터를 구동하지 않도록 하면 좋다.

그러나, 모터구동을 개시한 후, 답력이 기준치 이하인 때 언제나 모터구동을 정지하도록 한 경우에는 기준치 이하의 작은 답력으로 주행하고 있을 때에는 모터에 의한 보조가 없어져 버린다.

또, 일단 기준치를 초과하여 모터구동이 개시된 후는, 답력이 기준치 이하가 되어도 모터구동이 정지하지 않도록 할 경우에는 답력을 가하지 않게 될때에 모터가 작동하거나 정지하거나 한다는 처음에 기술한 것과 같은 문제가 일어난다.

종래의 다른형의 전동자전거로서는 주구동력을 검출하는 답력센서와 보조구동력을 검출하는 전동기전류센서를 구비하고, 이들 센서의 검출치에 의거하여 전동기의 출력을 제어하도록 한것이 알려지고 있다(예를 들면 일본국 특개평4-100790호 공보참조).

그러나, 이들의 센서는 종래 그 출력에 오프셋량[입력이 없는 때에 존재하는 출력분]을 함유하고, 그 오프셋량이 온도 드리프트(drift)에 의해서 변동할 뿐아니라 동종의 센서간에 있어서도 그 오프셋량이 분산되기 때문에 이들 센서의 출력을 바르게 교정하여 정확한 검출치를 얻기 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 고려하여 이루어진것으로서, 답력의 변동폭이 작은(진폭이 작은)상태가 일정시간이상 계속된다고 하면 자전거를 타고 있지 않은 상태로 간주하여 모터구동을 정지하도록 하는 전동기정지기능부착 전동자전거를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 조건이 충족될때만이 모터구동을 정지하는 것이 아니라 이 조건에 가하여 차속도가 '0' 다시 말하면 자전거가 정지하고 있을때만 모터구동을 정지시키는 것을 목적으로 하고 있다.

또, 자전거를 정지시키고 브레티크를 걸어 놓은 상태로 페달에 발을 올려 놓거나하여 답력이 검출되었을때에도 답력의 기준치를 갱신하므로서 모터구동을 정지시키는 것을 목적으로 한다.

그리고, 일단 상방수정한 기준치를 하방수정하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 전동자전거에 있어서, 주구동력이나 보조구동력을 정밀하게 검출하고, 그것에 의하여 구동력의 제어를 적정히 행할 수 있는 전동자전거를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 인력에 의해서 차륜(바퀴)을 구동하는 인력구동수단과, 인력구동수단의 구동력을 검출하는 인력센서와, 전동기에 의해서 차륜을 구동하는 전동구동수단과, 전동구동수단의 구동력을 검출하는 전동력센서와, 인력센서와 전동력센서로부터의 신호에 의거하여 전동구동수단의 구동력을 제어하는 제어수단과, 인력센서에 의해서 검출되고 있는 구동력의 변동폭을 검출하는 변동폭검출수단과, 검출된 변동폭을 소정의 폭과 비교하여 그 변동폭이 소정의 폭보다 작은 상태가 소정시간이상 계속하고 있을 때에는 전동구동수단의 작동을 정지시키는 작동정지수단을 구비한 전동자전거.

본 발명은 인력에 의해서 차륜을 구동하는 인력구동수단과, 인력구동수단의 구동력을 검출하는 인력센서와, 전동기에 의해서 차륜을 구동하는 전동구동수단과, 전동구동수단의 구동력을 검출하는 전동센서와, 인력센서와 전동력센서로부터의 신호에 의거하여 전동구동수단의 구동력을 제어하는 제어수단을 구비하되, 상기 제어수단은 인력센서와 전동력센서의 적어도 한쪽에 대해 센서출력에서 소정의 기준치를 감산하여 얻어진 산출치를 센서의 검출치로 하는 센서교정수단과, 센서 출력이 상기 기준치보다 작을때에는 그 센서출력을 새로운 기준치로서 갱신하는 기준치갱신수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전동자전거를 제공한다.

본 발명에 있어서, 전동구동수단으로서는, 전동모터와 그 토크를 차륜에 전달하기 위한 기어 또는 벨트등의 전달계를 사용할 수 있다.

이 전동구동수단의 구동력이라함은 전동모터에 생기는 토크를 의미하며 이 토크를 검출하는 전동력검출수단으로서는 전동모터에 흐르는 전류를 전류센서로 검출하고 검출한 전류치로부터 전동모터의 토크를 산출하는 것이 적용된다.

인력구동수단이라함은 인력에 의해서 차륜을 구동하기 위한 장치를 의미하며 페달과 체인 또는 페달과 기어 및 회전축등 각종의 구동장치를 적용할 수가 있다.

인력구동수단의 구동력이라함은 페달에 걸린 답력에 의해서 일어나는 차륜의 회전력을 의미하며 그러기 때문에 이 인력구동수단의 구동력은 보통의 자전거에 있어서는 '답력'으로 표현할 수가 있다.

인력검출수단으로서는 예를들어 페달을 사용한 자전거일 경우 페달의 답력을 검출할 수 있는 것이면 좋고 포텐쇼미터(Potentiometer)나 용수철 등 각종의 토크검출장치를 사용할 수 있다.

제어수단 및 변동폭검출수단으로서는 CPU, ROM, RAM, I/O포트로 된 마이크로컴퓨터를 사용하는 것이 편리하다.

작동정지수단으로서는 전동구동수단으로 공급되는 전원을 정지시키기 위해서 전원회로를 개ㆍ폐하는 스위칭소자와, 이 스위칭소자를 컨트롤하는 스위칭소자 컨트롤러와, 이 스위칭소자컨트롤러에 지시를 부여하는 상기의 마이크로 컴퓨터와의 조합을 이용할 수 있다.

상기의 구성에 있어서는, 차속(車速)을 검출하는 차속센서를 추가 설치하는 것이 좋고, 이 경우 작동정지수단을, 검출된 변동폭을 소정의 폭과 비교하여 그 변동폭이 소정의 폭보다 작은 상태가 소정시간이상 계속되고 있으며 또한 차속센서로부터의 출력이 없을때에 전동구동수단의 작동을 정지시키는 기능을 함께 구비한 구성으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 차속센서로서는 종래에 공지된, 예를들면 차륜의 회전을 기계적 전자적(電磁的), 혹은 광학적으로 검출하는 각종 센서를 사용할 수 있다.

본 발명은 또 전동기에 의해서 차륜을 구동하는 전동구동수단과, 전동구동수단의 구동력을 검출하는 전동력검출수단과, 인력에 의해서 차륜을 구동하는 인력구동수단과, 인력구동수단의 구동력을 검출하는 인력검출수단과, 전동력검출수단과 인력검출수단으로부터의 출력을 받아 전동구동수단의 구동력과 인력구동수단의 구동력이 적정한 비율이 되도록 전동구동수단의 구동력을 조정하는 제어수단과, 사전에 설정한 기준치를 기억하고 인력검출수단에 의해서 검출되어 있는 구동력과 그 기준치를 비교하는 기준치 비교수단과, 인력검출수단으로 검출되어 있는 구동력이 기준치 이상이 되었을때에는 전동구동수단의 작동을 개시시키는 작동개시수단과, 인력검출수단으로 검출되어있는 구동력의 변동폭을 검출하는 변동폭검출수단과, 검출된 변동폭을 소정의 폭과 비교하여 그 변동폭이 소정의 폭보다 작은 상태가 소정시간이상 계속하고 있을때에는 기준치 비교수단에 기억되어 있는 기준치를 인력검출수단으로 검출되어 있는 구동력에 소정치를 더한 값으로 갱신하는 기준치 갱신수단을 구비하여 이루어진 전동기 정지기능부착 전동자전거를 제공한다.

본 발명에 있어서, 기준치 비교수단 및 기준치 갱신수단으로서는 CPU, ROM, RAM, I/O 포트로 이루어진 마이크로컴퓨터를 사용하는 것이 편리하다.

작동개시 및 정지수단으로서는 전동구동수단에 공급되는 전원을 정지시키기위해서 전원회로를 개ㆍ폐하는 스위칭소자와, 이 스위칭소자를 컨트롤하는 스위칭소자컨트롤러와, 이 스위칭소자컨트롤러에 지시를 부여하는 상기 마이크로컴퓨터와의 조합을 이용할 수 있다.

상기한 구성에 있어서는, 기준치비교수단에 기억되어 있는 기준치를 인력 검출수단으로 검출되어있는 구동력에 소정치를 더한 값과 비교하여 기준치보다 그 값이 작을때에는 기준치를 그 값의 아래쪽으로 수정해가는 기준치 하방수정수단을 추가로 구비하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 기준치 하방수정수단으로서는 CPU, ROM, RAM, I/O 포트로 구성하는 마이크로 컴퓨터를 이용하는 것이 편리하다.

본 발명의 전동자전거는 전동구동수단의 구동력만으로 구동되는 것이 아니다.

즉, 인력구동수단의 구동력이 전동자전거에 부여된 경우에만 그 구동력을 보조하도록 전동구동력이 작동되어 전동구동수단의 구동력이 전동자전거에 부여되는 것이다.

이 전동구동수단의 구동력은 차속이 시속 15Km 미만의 주행시에는 전동 구동수단의 구동력이 인력구동수단의 구동력과 동등하게 되도록(보조율 1)제어되고, 차속이 시속 15Km 이상에서 시속 24Km 미만의 주행시에는 전동구동수단의 구동력이 차속에 반비례하여 저하하도록 제어되고, 차속이 시속 24Km 이상의 주행시에는 전동구동수단의 구동력이 '0'이 되도록(보조율 0)제어되는 것이 바람직하다.

이와 같은 관점에서 인력구동수단의 구동력을 인력에 의한 주구동력이라고 표현하고, 전동구동수단의 구동력을 전동기에 의한 보조구동력이라고 표현할 수 있다.

이와 같이 표현한 경우, 인력에 의한 주구동력이라함은 보통의 자전거에서 처럼 사람이 페달을 밟아서 구동바퀴에 전달하는 힘이며, 그 전달수단에는 종래의 자전거에 있어서 공지의 것을 사용할 수 있다.

또, 전동기에 의한 보조구동력이라함은 자전거에 대해서 인력에 의한 구동력이 작동하였을때에 전동기로부터 보조적으로 주어지는 구동력을 말한다.

전동기에서 자전거의 구동바퀴에 보조구동력을 전달하는 구성으로서는 전동기의 출력을 구동바퀴의 회전축에 여러단의 기어나 벨트 또는 체인을 통해서 전달하는 수단이나 전동기의 출력축을 기어로 감속한후 구동바퀴의 타이어 또는 림(rim)에 전달하는 수단등이 사용된다.

또한, 구동바퀴의 회전속도가 전동기에 의한 구동회전속도보다 높을때에 전동기가 구동바퀴에 대하여 제동력을 주지 않도록 전동기와 구동바퀴는 1방향의 클러치를 통해서 접속하는 것이 바람직하다.

전동기에는 예를들면, 영구자석여자형의 직류브러시모터를 사용할 수 있으며 니켈카드뮴의 전지와 같은 베터리에서 스위칭트랜지스터나 사이리스터(thryistor)와 같은 스위칭소자를 통해서 전력이 공급된다.

답력센서는 인력에 의한 주구동력을 검출하는 센서이며, 이것에는 페달에서 구동바퀴까지의 주구동력의 전달계에 개재하여 주구동력에 맞게 기계적인 왜곡이나 변형을 일으키는 요소와, 그 왜곡이나 변형량을 전기신호로 변환하는 센서(예를들면 스트레인게이지, 포텐쇼미터, 또는 차동트랜스 등)를 짜맞춘 것이 사용된다.

보조력센서는 전동기에 의한 보조구동력을 검출하는 센서이며 여기에는 전동기에서 구동륜(바퀴)가지의 보조구동력의 전달계에 개재하여 왜곡이나 변형을 검출하는 센서를 사용하여도 좋으나 전동기 토크가 전동기전류에 비례하기 때문에 전동기 전류를 검출하는 전류센서를 사용하는 것이 간편하고 바람직하다.

또한, 전류센서에는 션트(shunt)저항이나 홀소자를 사용할 수 있다.

또 이들 센서의 출력은 그 값이 미소한 경우에는 연산증폭기와 같은 증폭기로 증폭하는 것이 바람직하다.

제어수단은 일정주기의 펄스신호를 출력하여 스위칭소자를 ON, OFF 하고 각종센서로부터의 출력신호를 처리해서 그 듀티비(duty ratio)를 변화시켜 주구동력에 대한 보조구동력의 비율, 다시 말하면 보조율이 사전에 프로그램 한 값이 되도록 전동기를 PWM 제어하는 것이며 여기에는 상술한 바와 같이 CPU, ROM, 및 RAM 으로 되는 마이크로 컴퓨터를 사용할 수 있다.

이 전동자전거는 차속을 검출하는 차속센서를 또 구비하여 기준치갱신수단은 차속이 '0'일때에 상기 갱신처리를 행하는 전동자전거로 하여도 좋다.

또한 차속센서는 전동자전거의 주행속도를 검출하는 센서이며 이것에는 차륜의 회전속도를 측정하는 로타리엔코더 또는 타코제너레이터(tacho-generator)가 사용된다

기준치갱신수단은 센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서의 센서출력의 최대치와 최소치의 차이가 소정범위내에 있으면 그 최대치 또는 최소치를 새로운 기준치로서 갱신하는 것이라도 좋다.

기준치갱신수단은 센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서의 센서출력의 최대치와 현재의 기준치와의 차이가 소정치 이하일 경우는 상기 소정기간에 있어서의 최대치 또는 최소치를 새로운 기준치로서 갱신하는 것이라도 좋다.

기준치 갱신수단은 센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서 센서출력의 최대치와 최소치와의 차이가 소정범위내에 있고, 또한 그 최대치와 현재의 기준치의 차이가 소정의 값 이하인 경우는 그 최대치 또는 최소치를 새로운 기준치로서 갱신하는 것이라도 좋다.

[실시예1]

제1도는 본 발명의 실시예1의 전동자전거 전체를 나타내는 사시도이다. 이 도면에 있어서, (1)은 전동자전거 본체인바, 이 전동자전거본체(1)에는 후술하는 전동기(8)이 구비되어 있으며 인력에 의한 토크의 크기에 맞게 전동기(8)의 구동력을 변화시켜 인력에 의한 힘을 전동기(8)의 힘으로 보조하여 주행시키는 것이다.

(2), (3)은 메인프레임(4)에 설치된 전륜 및 후륜으로서, 전륜(2)는 회전이 자유롭게 축지지되어 있으며 후륜(3)의 회전축부분에는 원판형케이싱(5)가 설치되어 있다. 원판형 케이싱(5)는 회전측케이싱(6)과 고정측케이싱(7)로 구성되어 있으며 회전측케이싱(6)은 후륜(3)과 일체로 되어 회전하도록 되어 있다. 또 원판형케이싱(5)에는 전동기(8)이 내장되어 있으며 전동구동이 필요할때 구동하여 후술하는 인력구동부(10)과 함께 회전측케이싱(6)을 회전시킨다. 이 원판형케이싱(5)로 구성되는 구동부분을 전동구동부(9)라고 한다.

(10)은 페달(11)을 밟아서 체인(12)를 통해서 후륜(3)을 회전시키는 인력 구동부이다. 본 실시예에서는 체인(12)를 전달부재로 하였으나, 체인(12) 대용으로 벨트, 회전축등에 의한 것을 사용하여도 무방하다.

(13)은 전륜(2)를 조종하는 핸들이다. (14), (15)는 좌ㆍ우 브레이크레버로서 이 브레이크레버(14), (15)를 당기므로서 와이어(16), (17)이 끌려서 이 와이어 (16), (17)에 의해서 각각 앞ㆍ뒤의 브레이크장치(18), (19)가 동작하도록 되어 있다. 또 이 와이어(16), (17)의 중간에는 브레이크스위치(20)이 설치되어 있으며 브레이크레버(14), (15)를 조작하였을때에 전동기(8)로의 통전이 정지하는 기구로 되어 있다.

(21)은 안장이다. (22)는 전동기(8)의 전원이 되는 배터리부로서 이 배터리부(22)는 프레임(4)에 슬라이드 착탈가능하게 설치되어 있는 배터리케이스(23)과 이 배터리케이스(23)에 수납한 단일형 충전식전지에 의하여 구성되어 있다. 이 전원전압은 약 24볼트이다.

다음은 제2도에 의거하여 원판케이싱(5)에 대하여 설명한다.

제2도는 원판형케이싱(5)내의 구성을 나타내는 정면도이다.

이 도면에 있어서, (7)은 전동자전거본체(1)에 고정되는 고정측케이싱으로서, 이 고정측케이싱(7)에는 제어기판(24), 방열판(25)등으로 되는 제어부(26), 전동기(8), 제1풀리(27), 제2풀리(28), 최종단풀리(29)의 3개의 풀리로 되는 감속기구(30), 감속기구(30)을 연결하는 전달벨트(31)이 배치되어 있다.

감속기구(30)의 최종단풀리(29)는 회전측케이싱(6)에 고정되어 있고 전동기(8)이 회전하면 제1에서 최종단풀리까지가 전달벨트(31)에 의해서 회전하고 감속되어서 최종단풀리(29)와 함께 회전측케이싱(6)이 회전한다. 또 제2풀리(28)과 최종단풀리(29)가 연결되는 제2풀리(28)의 작은축의 풀리에는 1방향 클러치가 삽입되어 있으며 페달(11)에서 힘이 가해졌을때에 전동기(8)을 회전시키지 않도록, 즉 페달(11)이 가볍도록 하고 있다.

(32)는 전달벨트(31)의 인장(印張)을 조절하기 위한 가압부재이다. (33)은 전달벨트(31)의 인장을 조절하는 조절나사로서 제1풀리(27)의 회전축의 설치 부분에는 긴구멍이 형성되어 있으며 제1풀리(27)을 전달벨트(31)이 인장하는 방향으로 이동시킴과 동시에 이동된 상태로 조절나사(33)에 의해서 풀리를 고정하도록 되어 있다.

(37)은 체인(12)로부터의 구동력을 회전측케이싱(6)에 전달하기 위한 체인스프로킷(Chain sprocket)로서 이 체인 스프로킷(37)과 회전측케이싱(6)사이에는 프라이휠(38)이 설치되어 있으며 체인(12)가 역회전하였을 때에는 회전측케이싱(6)에 체인(12)로부터의 구동력을 전달하지 않는 구성으로 되어 있다. (39)는 후륜(3)의 차축이다.

최종단 풀리(29)의 구성에 대하여 제3도 및 제4, 5도를 의거하여 상세히 설명한다.

이들 도면에 있어서, (40)은 최종단풀리(29)의 내부측으로서 차축(39)에 대칭으로 2개소에 설치된 탄성체, 즉 용수철로서 이 용수철(40)은 한쪽을 최종단풀리(29)에 고정하고 다른쪽을 신축자재하게 개방하고 있다. 또 용수철(40)은 신축방향을 차축(39) 혹은 최종단풀리(29)와 동심원(同心圓)의 접선방향에 배치하여 페달(11)에 답력이 가해질때 후술하는 가압부재(42)에 의해서 힘을 받기 쉬운 방향으로 하고 있다.

(41)은 용수철(40)의 개방측에 접하는 수압부재(受壓部材)로서 이 수압부재(41)은 용수철(40)의 지름보다 작은부분과 큰부분이 있어서 작은부분은 용수철(40)안에 들어가고 큰부분은 용수철(40)을 덮도록 설치되어 있다. 또 수압부재(41)은 철이나 세라믹등 미끄러지기 쉬운 재질을 사용하고 있다.

(42)는 체인스프로킷(37)의 회전에 의해 회동하고 차축(39)의 둘레에 설치된 회전판으로서 이 회전판(42)에는 차축(39)의 중심축을 점대칭으로 하여 수압부재(41)을 체인스프로킷(37)의 회전에 의해서 누르는 가압부재(43)이 설치되어 있다. 이 가압부재(43)은 철 또는 세라믹등 미끄러지기 쉬운 재질로 형성되어 있다.

또 회동판(42)는 최종단풀리(29)의 내부측에 동심원형으로 삽입되어서 가압부재(43)이 용수철(40)을 누르게 되므로서 최종단풀리(29)와 함께 회전한다.

또 가압부재(43)은 수압부재(41)을 누를때에 누르는 위치가 약간 어긋나기 때문에 선단부분이 곡면으로 되어 있다.

또한 회동판(42)에는 회전방향을 향해서 형성한 경사부(44)를, 차축(39)의 중심축을 점대칭으로 하여 2개소에 형성하고 있으며 회동판과 함께 회동한다.

(45)는 회동판(42)의 회동에 의해서 경사부(44)의 작용으로 차축(39)방향으로 이동가능한 슬라이딩부재로서 슬라이딩부재(45)의 경사부(44)에 접하는 부분에 돌기(46)을 설치하고 있으며 또, 이 돌기부(46)과 반대위치에는 탄성부재, 즉 용수철(47)이 회동판(42)방향으로 가세하여 설치되어 있다. 즉, 회동판(42)의 회동을 슬라이딩부재(45)가 밀렸을때에만 슬라이드하게 되어 있으므로 회동판(42)가 원위치로 돌아오면 슬라이딩부재(45)도 원래대로 돌아오도록 되어 있다. 또한 슬라이딩부재(45)에는 자성부재, 본실시예에서는 페라이트(48)이 설치되어 있으며 슬라이딩부재(45)의 이동과 함께 이동하도록 되어 있다.

(49)는 고정측케이싱(7)의 내측에 페라이트(48)의 이동범위내에 설치된 코일이며 이 코일(49)의 권선이 감아져 있는 코일보빈(Coil bobbin)(50)가운데를 페라이트(48)이 이동하도록 되어 잇다.

회전측케이싱(6)의 회동판(42)에는 보스(boss)(42a)가 설치되고 그 보스(42a)에는 회전측케이싱(6)의 회전속도를 검출하기 위한 마그넷(42b)가 설치되어 있다. 마그넷(42b)의 대향부분의 고정측케이싱(7)에는 기판(7a)와 그 위에 리드스위치(7b)가 설치되어 있다.

리드스위치(7b)는 마그넷(42b)가 접근할때마다 자력에 의해서 스위치가 ON, OFF 하도록 되어 있고 이 리드스위치(7b)가 한번 들어오고(혹은 끊어지고), 다음에 들어올때 혹은(끊어질때)까지의 시간을 카운터로 카운트함으로서 전동자전거의 차속을 검출한다.

상술한 회동판(42), 슬라이드부재(45)를 합쳐서 변환부재(51)이라고 한다. 도 슬라이드부재(45)에 설치한 페라이트(48)과 고정측케이싱(7)에 설치된 코일(49)를 합쳐서 토크검출부(52)라고 한다. 상술한 마그넷(42b)와 리드스위치(7b)를 합쳐서 차속센서라고 한다.

다음은 인력에 의한 구동과 이 토크검출부(52)에 있어서의 토크의 검출에 대하여 설명한다.

전동자전거본체(1)이 주행을 시작할때 사용자는 페달(11)에 답력을 걸어 주행한다. 이때 후륜(3)은 정지하려고하는 힘이 크게 작용하기 때문에 체인스프로킷(37), 회동판(42)는 회전하려고하여 용수철(40)을 누르고 용수철(40)은 최종단풀리(29)를 눌러서 최종단풀리(29)와 고정한 회전측케이싱(6), 후륜(3)이 회전하여 주행한다. 이때 주행시에는 큰 토크가 발생하기 때문에 용수철(40)은 크게수축하게 되어, 즉 용수철(40)의 수축과 함께 회동판(42)가 회동하여 경사부(44)도 회동한다.

경사부(44)가 회동하면 이에 접하고 있는 돌기부(46)이 차축(39)방향으로 밀려서 슬라이드부재(45)도 차축(39)방향으로 이동한다. 슬라이드부재(45)가 차축(39)방향을 이동하면 페라이트(48)이 코일(49)내를 이동하게 되고 이에 따라서 코일(49)의 인덕턴스가 변화하게 된다.

즉, 답력이 커지면 커질수록 코일(49)내로 삽입되는 페라이트(48)의 체적이 커지고 인덕턴스가 커진다. 즉, 코일(49)에 인가되는 전압이 인덕턴스의 변화에 따라서 변화하여 인덕턴스가 클수록 전압은 작아지고 인덕턴스가 작을수록 전압은 커지므로 이 전압의 변화를 검출하므로서 답력의 크기를 검출할 수 있고 이 크기에 맞게 전동기(8)의 구동을 제어한다.

또 평지를 주행할때에 있어서, 사용자가 답력을 가하지 않는 상태에 대하여 설명하면, 회동판(42)는 최종단풀리(29)와 함께 회전하여 이 상태에서는 답력이 없으므로 용수철(40)은 수축하지 않고 슬라이드부재(45)도 이동하지 않는다. 즉, 코일(49)의 인덕턴스의 변화도 없으므로 코일(49)에 인가되는 전압도 변화가 없어서 전동기(8)로 부터의 구동을 일어나지 않는다.

또, 평지나 오르막길 등에서 사용자가 가속을 할 경우에 대하여 설명하면, 상기와 같은 주행을 시작할때와 같이 답력이 가해지면 용수철(40)이 수축하고 따라서 회동판(42)가 인력의 토크의 크기에 맞춰서 회동하고 경사부(44)에 접해있는 돌기(46)이 경사부(44)의 회동에 의해서 눌려지고, 슬라이드 부재(45)가 이동하여 페라이트(48)이 코일내를 이동한다.

(47a)는 용수철(40)의 가세에 의해서 눌려지는 가압부재(43)을 충격으로 부터 보호하기 위한 고무판이다. (48a)는 용수철(40)을 덮어씌우는 커버이다. 다음은 제6도 및 7도에 의거하여 토크검출부(52)의 회로에 대하여 설명한다.

이들 도면에 있어서, (49)는 CPU(도시 생략)에서 출력되는 교류전압이 인가되는 코일로서 이 교류전압은 제7a도에 나타낸 바와 같은 파형이 입력된다.

또 이 코일(49)는 페라이트(48)를 가까이하게 하고 멀리하게 하므로서 코일(49)의 인덕턴스가 크게도 되고 작게도 되어 제7b도에 나타내는 바와 같은 파형으로 되어 출력된다. 출력된 펄스는 직류변환부(60)에서 펄스의 평균치가 잡혀서 직류교환된다. 다시 말하면, 제7c도에 나타낸 파형으로 변화되어 다음의 증폭기(61)에 의해서 증폭되고 A/D변환기(도시하지 않음)로 A/D 변환되어서 상기 CPU 에 입력된다.

또, 제7b도의 파형중 점선으로 표시하는 부분은 페라이트(48)이 코일(49)에 접근하였을때의 파형을 나타내고 이것이 직류변환부(60)에서 상기한 경우보다 제7c도의 점선으로 나타낸 바와 같이 레벨이 낮게 되어 상기 CPU 에 입력된다.

이와 같이 답력을 차축(39)방향의 페라이트(48)의 움직임으로 변환하여 이에 따라서 변환하는 코일의 인덕턴스의 변화를 전압의 변화로 변환하여 전기신호를 끌어내고 있으므로 정확하고도 세밀한 토크의 검출이 가능하고 정확한 제어기능으로 인력을 보조할 수 있게 된다.

또한 페라이트의 위치는 코일내를 이동하도록 하였으나 접근하는 것만으로도 코일의 인덕턴스는 변화하기 때문에 슬라이딩부재(45)의 이동으로 접근만하게하는 구성, 즉 코일근방에 페라이트를 설치하는 구성으로 하여도 좋다.

또 용수철(40)은 사용하지 않고 탄성부재(47)만의 탄성력으로 답력이 가해질때에 슬라이딩부재(45)가 탄성부재(47)을 누르고 답력이 없어지면 탄성부재(47)의 탄성력으로 슬라이딩부재(45)를 원상회복하도록 하여 토크를 검출하도록 하여도 좋다.

제8도는 전동기의 제어회로를 나타내는 블록도이다.

이 도면에 있어서, (71)은 토크검출부(52)로 구성되는 답력검출부, (79)는 차속센서로 구성되는 차속검출부, (72)는 CPU, (73)은 회로의 스위칭을 행하는 스위칭소자, (74)는 스위칭소자(73)을 제어하여 전원의 듀티제어(PWM제어)를 하는 스위칭소자컨트롤러, (75)는 직류전원이다. 이 직류전원(75)는 니켈카드뮴(Ni-cd)전지의 24V, 2.5Ah의 것을 사용하고 있다.

(76)은 프라이휠다이오드, (77)은 전원전압검출기, (78)은 전동기(8)에 흐르는 전류를 검출하는 모터전류센서이다.

모터전류센서(78)은 4.5mΩ의 저항치와 14A 의 허용용량을 갖는 저항(션트저항)을 2본병열로 접속한것을 배치하여 그 전압강하를 차동앰프로 검출하여 그 검출치를 A/D변환하고 CPU(72)에 입력하도록 하고 있다. CPU(72)는 모터전류센서(78)에서의 전류값에 의거하여 전동기(8)의 토크를 산출한다.

다음에 CPU(72)의 동작을 제9도에 나타내는 흐름도에 의하여 설명한다.

CPU(72)는 우선, 답력검출부(71)에 의해서 답력을 검출하여 A/D(아나로그/디지털)변환하고(스텝S1), 답력을 인력토크로 변환하여(스텝S2), 전동기(8)의 전류 다시 말하면 모터전류를 검출하여 A/D변환하고(스탭 S3), 모터전류를 모터 토크로 변환한다(스텝 S4).

다음에 차속검출부(79)로부터 차속을 얻어내고 차속이 시속 15Km미만인지(스텝 S5), 차속이 시속 24Km를 초과하고 있는지를 판정하고(스텝 S6), 시속 15Km 미만이라면 그전의 인력토크를 새인력토크로하여(스텝 S7), 시속15Km∼시속24Km의 범위내라면 그전 인력토크에 (24-차속)/9(Km/h)를 곱해서 나온 수치를 새인력토크로 하며, 시속 24Km 이상인 경우는 신인력토크를 '0'으로 한다.

그리고 구(舊)듀티+(신인력토크-모터토크)/정수를 산출하고, 다시 말하면 적분계산을 하고 이것을 신(新)듀티로하여(스텝 S10), 듀티를 출력한다(스텝 S11).

제10도는 전동기의 구동을 개시 또는 종료하기 위한 회로를 나타내는 블록도이다.

이 도면에 있어서, (81)은 모터전류센서(78)로 구성되는 모터전류검출부, (82)는 CPU(72)로 구성되는컨트롤러이다.

구동개시검출부(83), 기준치 갱신부(84) 및 구동종료 검출부(85)도 CPU(25)로서 구성되어 있다.

(86)은 스위칭소자로 구성되는 게이트이다. 이 게이트는 본실시예에서는 전원의 듀티제어를 행하는 스위칭소자(73)을 겸용하고 있으나 이 스위칭소자(73)과는 별도로 단순히 전원의 ON, OFF만을 하기 위한 스위칭소자를 스위칭소자(73)에 직렬로 설치한 것이라도 좋다.

(87)은 전동기(8)로 구성되는 모터, (88)은 원판형케이싱내에 설치한 감속기구(30)으로 구성되는 감속기, (89)는 후륜(3)으로 구성되는 차륜이다.

다음에 본실시예의 동작을 흐름도에 의하여 설명한다.

제11도는 모터(87)의 구동을 개시하기 위한 처리내용을 나타내는 흐름도이다. 이 처리는 구동개시검출부(83)에서 행한다.

이 처리에 있어서는, 답력검출부(71)로부터 얻어지는 답력의 값(센서값)이 미리 메모리에 기억한 기준치 이상인지 아닌지 여부를 판정한다. 즉, 소정시간(30m초)의 사이, 센서값의 답력의 최소를 보고 그것을 기준치와 비교한다(스텝 S21). 30m초간 센서값의 최소를 보는 것은 노이즈에 의한 오작동을 방지하기 위한 것이다. 그리고 모터(87)의 구동개시신호를 출력한다(스텝 S22).

제12도는 모터(87)의 구동을 종료하기 위한 처리내용을 나타내는 흐름도이다. 이 처리는 구동종료검출부(85)에서 행한다.

이 처리에 있어서는 답력검출부(71)로부터 얻어지는 답력의 값(센서값)의 변동폭을 검출하여 검출한 변동폭을 미리 메모리에 기억한 소정의 폭과 비교한다. 즉, 소정시간(4초)의 사이 센서값의 최대와 최소의 차이를 보고 그것을 이 소정치와 비교한다(스텝 S31).

소정시간을 4초로한것은 페달을 밟는 주기가 보통의 경우 약4초정도이기 때문이다. 소정의 폭으로서는 가장 약한 답력으로 페달이 밟히는 경우에 생기는 답력의 최대치와 최소치의 차이를 기억시켜 놓으면 된다.

스텝(S31)의 비교에 있어서 4초사이에서의 센서값의 최대치와 최소치와의 차이가 소정치보다 작을때에는 모터(87)의 구동종료신호를 출력한다(스텝 S32). 또 4초사이에 있어서의 센서값의 최대치와 최소치와의 차이가 소정치 이상일때에는 자전거가 주행하고 있는 것으로 간주하고 소정시간(4초간)의 센서값의 최대를 출력한다(스텝 S33). 이 데이터는 기준치갱신부(84)에 입력된다.

제13도는 기준치를 갱신하기 위한 처리내용을 나타내는 흐름도이다. 이 처리는 기준치갱신부(84)에서 행한다.

이 처리에 있어서는, 우선 답력검출부(71)로부터 얻어지는 답력의 값(센서값)의 소정시간(30m초)에 있어서의 평균치를 구하여 여기에 소정치(5Kg)를 가한것을 기준치로 하여 메모리에 기억한다(스텝 S41). 소정치를 5Kg로 한것은 보통 이 정도의 답력의 증가를 검출하도록 해 두면 노이즈에 의한 답력의 증가와 구별할 수 있기 때문이다.

그 다음에 소정시간(30초간)의 센서의 최대에 소정치(5Kg)를 가한것이 기준치보다 작은지 아닌지 여부를 검사한다(스텝 S42). 상기 2개의 소정시간을 30m초로 한것은 노이즈에 의한 오작동을 방지하기 위한 것이다.

여기서 30초간의 센서값의 최대에 5Kg 을 더한것이 기준치보다 작으면 그 30초간의 센서값의 최대에 5Kg을 더한것을 새로운 기준치로서 메모리에 기억하고(스텝 S43)이에 의해서 기준치의 하방수정을 행한다.

그리고 구동종료검출부(85)에서 구동종료 신호가 출력되고 있으면(스텝 S44) 소정시간(4초간)의 센서값의 최대에 소정치(5Kg)을 가한것을 새로운 기준치로서 메모리에 기억하고(스텝 S45), 이에 의해서 기준치를 갱신한다.

여기서 센서값의 최대의 데이터는 구동종료검출부(85)에서의 출력을 잡아서 소정시간(4초간)의 센서값의 최대 데이터를 얻는다.

스텝 S44에 있어서 구동종료신호가 출력되지 않고 있으면 기준치를 출력한다(스텝 S46). 이 기준치는 구동개시검출부(83)에 입력된다.

제14도는 게이트(86)을 개ㆍ폐하기 위한 처리내용을 나타내는 흐름도이다.

이 처리에 있어서는, 우선 게이트를 닫아놓고(스텝 S51), 구동개시검출부(83)으로부터 구동개시신호가 출력되면 게이트를 열고(스텝 S53), 구동종료검출부(85)로부터 구동종료신호가 출력되면 게이트를 닫는다(스텝 S55).

제15도는 모터(87)을 구동하는 타이망과 기준치 갱신의 양상을 나타내는 설명도이다.

우선, 도면의 좌측으로부터 설명하면, 시간(a)에 있어서 답력이 커지기 시작하지만 기준치를 초과하지 않고 있기 때문에 모터(87)의 구동은 개시되지 않는다. 그리고 시간(b)에 있어서 기준치를 넘기 때문에 모터(87)의 구동이 개시된다. 답력은 도시하는 바와 같이 산모양으로 변화한다.

시간(C)에 있어서 답력은 '0'이 되지만 답력의 변동이 작은 ('0' 부근에서 거의 일정)상태가 소정시간 계속된 시간(d)에서 모터(87)의 구동이 종료된다. 시간(c)에서 시간(d)사이는 답력 '0'이라는 검출치에 기준하여 모터(87)이 제어된다.

시간(e)에 있어서는 모터(87)의 구동이 개시되지만 페달에 발을 얹어놓고 있는 상태등으로 답력이 일정하므로(시간 f∼시간 g 사이) 모터(87)의 구동이 종료되고 이때에 기준치도 갱신된다.

시간(g) 이후는 답력이 가해지고 있지만 그 이상으로 기준치가 높게 잡혀 있으므로 모터(87)의 구동은 개시되지 않는다. 그리고 시간(h)에 있어서 새로운 기준치 이상으로 답력이 가해졌을때에 구동이 개시된다.

시간(i)∼시간(j)사이에서는(현재의 답력 + 소정치)가 현재의 기준치보다 작기 때문에 답력의 저하에 의거하여 기준치가 차례로 하방갱신되고 있다. 그리고 시간(j)에서 부터는 기준치가 최초의 값으로 복귀한다.

이와 같이 하여 모터(87)의 구동을 개시 또는 종료시키면서 기준치를 갱신하므로서 쓸데없는 전력소비를 방지하여 전동자전거를 보다 양호한 상태로 운전할 수 있게 된다.

본 실시예에 의하면 변동폭 검출수단에 의해서 인력검출수단으로 검출되어 있는 구동력의 변동폭이 검출되며 작동정지수단에 의해서 그 검출되어 있는 변동폭이 소정의 폭과 비교되어 그 변동폭이 소정의 폭 보다 작은 상태가 소정시간 이상 계속되고 있을때에는 전동구동수단의 작동이 정지된다.

따라서 예를 들면 답력에 기준치를 설정하고 있는 경우 한차례 기준치를 넘어서 모터 구동을 개시한 후에는 답력이 기준치 이하가 되어도 모터구동이 정지하지 않고 답력의 변동폭이 소정의 폭보다 작은 상태가 소정시간이상 계속하고 있는 상태가 되었을때에 모터의 구동을 정지하므로 기준치이하의 작은 답력으로 주행하고 있을 때에도 모터에 의한 보조를 계속할 수가 있으며 또한 답력을 가하지 않게 되었을때에 모터가 작동하였다. 정지하였다 하는 동작을 방지할 수 있게 된다. 또, 자전거를 정지시킨채 기준치 이상의 힘으로 페달을 밟고 있을 때에도 모터구동을 정지할 수 있게 된다.

또 차속센서를 설치하여 답력이 변동하지 않고 차속센서에서의 출력이 없을때에만 전동구동수단의 작동을 정지하도록 한 경우에는 페달을 밟고 타고 있지 않을때 또는 자전거가 정지하고 있을때에만 전동수단의 작동이 정지되므로 전동구동수단에 의한 확실한 제어가 가능하게 된다.

또 본실시예에 의하면 기준치비교수단에 의해서 인력검출수단으로 검출되어 있는 구동력과 기준치가 비교되고 인력검출수단으로 검출되어 있는 구동력이 기준치이상이 되었을때에는 작동개시수단으로 전동구동수단의 작동이 개시된다.

이와 같은 상태로 한차례 기준치를 넘어서 전동구동수단의 작동을 개시한 후에는, 변동검출수단에 의해서 인력검출수단으로 검출되어 있는 변동검출수단에 의해서 인력검출수단으로 검출되어 있는 구동력의 변동폭이 상시 검출되어 그 변동폭이 소정의 폭보다 작은 상태가 소정시간 이상으로 계속되고 있을 때에는 기준치갱신수단에 의해서 기준치 비교수단에 기억되어 있는 기준치가 인력검출수단으로 검출되어 있는 구동력에 소정치를 더한 값으로 갱신된다.

더 구체적으로 말하면, 가령 자전거를 정지시키고 브레이크를 걸어놓은 상태로 페달에 발을 올려놓고 있는 경우에는 답력이 검출되고 이 답력이 기준치 이상이면 자전거가 정지하고 있는데도 불구하고 전동구동수단에 의해서 자전거가 구동된다.

그러나 이 상태는 페달이 저어지고 있는 것이 아니고 단순히 페달에 발이 얹혀있는 상태일 뿐이다. 따라서 답력은 변화하지 않고 답력의 변동폭이 소정의 폭보다 작은 상태가 소정시간이상 계속하는 것이므로 전동구동수단의 작동은 정지된다. 그러나 이 작동이 정지한 상태의 답력은 기준치를 초과하고 있기 때문에 재차 전동구동수단의 구동이 개시된다. 결국 이와 같은 상태를 반복하기 때문에 결과적으로 전동구동수단은 페달에 발이 올려져 있는 동안 구동이 계속되는 것이 되어 쓸데없는 전력을 소비하게 되는 것이다.

따라서 본실시예에서는 답력의 변동폭이 소정의 폭보다 작은 상태가 소정시간 이상 계속되어 전동구동수단의 작동이 정지된때에는 기준치비교수단에 기억되어 있는 기준치를 인력검출수단으로 검출되어 있는 구동력에 소정치를 더한 값, 가령 모터구동을 정지한때의 답력에 일정한 값을 더한 값을 새로운 기준치로 하여 이와같이 전동구동수단이 정지한 시점에서 기준치를 갱신하게 하므로서 계속적으로 재차 전동구동수단이 작동하지 않도록 하고 있다.

또 기준치의 하방수정수단을 다시 설치한 경우에는 기준치 비교수단에 기억되어 있는 값을 인력검출수단으로 검출되어 있는 구동력에 소정치를 더한 값과 비교하여 기준치보다 그 값 쪽이 작을때에는 기준치를 그 값으로 하방 수정해 갈 수 있게 된다.

다라서 높은 값으로 갱신되어 있는 상태로 있는 값을 낮은 값으로 수정할 수가 있다.

구체적으로는 가령 자전거를 정지시키고 브레이크를 걸어놓은 상태로 페달에 발을 얹어 놓고 있을때에 기준치가 갱신되었을 경우에는 다음에 통상적 상태로 페달을 밟더라도 기준치가 높은 값으로 되어 있기 때문에 전동구동을 개시할 수 없게 된다.

이것을 방지하기 위하여 본실시예에서는 현재의 답력에 소정치를 더한 것이 현재의 기준치보다 작을때에는 이를 새로운 기준치로하여 기준치를 하방수정하도록 하고 있다.

[실시예2]

제16도는 실시예2의 전동자전거의 측면도이고, 제17도는 이 전동자전거의 구동계통의 구성설명도이다.

이들 도면에 있어서 전동자전거본체(101)은 인력구동수단(109) 및 전동구동수단(112)에 의해서 구동하는 구동륜(102)와 주행방향을 결정하는 전륜(103)을 구비한다. 또 본체(101)은 입파이프(104), 상파이프(105), 하파이프(106)로 구성된 프레임을 구비하고 임파이프의 상단에는 안장(107)이 설치되어 있다. 그리고 상파이프와 하파이프가 교차되는 부분의 상방에는 전륜(103)의 방향을 정하는 핸들(108)이 설치되어 있다.

구동륜(102)를 구동하는 인력구동수단(109)는 일반자전거와 마찬가지로 페달(110)이 있으며 사용자가 페달(110)을 발로 밟아서 회전시키므로서 체인(111)에 구동력(답력이라고도함)이 전달되어 그 구동력이 스프로킷(11a)와 1방향클러치(116)와 답력센서(11C)를 통해서 구동륜(102)에 전달되어 구동륜(102)가 구동하도록 되어 있다.

또, 답력센서(111C)에는 스프로킷(111a)의 회전축과 구동륜(102)의 회전륜을 탄성체로 접속하여 탄성체의 왜곡으로 변위하는 자석을 검출코일로 검출하는 구성으로 한 것을 사용하고 있다.

또 1방향클러치(111b)는 답력이 구동륜(102)에 부여하려는 회전속도보다 실제의 구동륜(102)의 회전속도가 높을때에 구동륜(102)에서 체인(111)에 구동력이 전달되지 않도록 작용한다.

인력구동수단(109)과 병용해서 구동륜(102)를 구동하는 전동구동수단(112)는 구동륜(102)상부에 배설한 충전가능한 배터리(113)을 전원으로 하고 배터리(113)으로부터 구동륜(102)의 허브(hub)에 설치한 전동기(114)에 전력을 공급한다.

전동구동수단(112)에서는 전동기(114)로부터의 출력이 기어와 벨트로 구성되는 감속기구(114a)에 의해서 감속되어 1방향클러치(114b)와 차속센서(114c)를 통해서 구동륜(102)로 전달된다. 1방향클러치(114b)는 전동기(114)가 구동륜(102)에 부여하는 회전속도보다 구동륜(102)의 실제 회전속도 쪽이 높을때에 구동륜(102)에서 전동기(114)에 구동력이 역전달되지 않도록 작용한다.

차속센서(114c)는 구동륜(102)의 회전축에 설치되어 구동륜(102)의 회전 속도에 비례한 주파수의 펄스를 출력하는 로타리 엔코더이다.

다음은 이 전동자전거의 제어회로를 제18도에 의하여 설명한다.

제18도에 나타낸 바와 같이 전동기(114)와 전동기 전류센서(이하 전류센서라고 함)와의 직류회로에 스위칭소자(121)과 전원스위치(119)를 통해서 배터리(113)의 전압이 인가되고 이 직열회로에 프라이휠 다이오드(120)이 접속되어 있다.

(117)은 CPU, ROM 및 RAM으로 구성되는 마이크로컴퓨터(이하 마이컴이라고함)이다. 마이컴(117)은 차속센서(114C)와 전류센서(122)와 답력센서(111C)로부터의 출력을 받아서 신호처리하고 펄스신호를 스위칭소자(121)로 출력한다. 단, 전류센서(122)의 출력전압은 앰프(122A)에 의해서 증폭되어 마이컴(117)에 입력된다.

또한 본실시예에 있어서 전동기(114)에는 영구여자식직류브러시모터(최고 출력 300W)를, 배터리에는 24V, 5Ah의 니켈카드늄전지를, 전류센서(122)에는 2.2mΩ의 션트저항을 각각 사용하고 있다.

또, 마이컴(117)은 스위칭소자(121)을 244Hz의 주파수로 ON, OFF하여 전동기(114)를 PWM제어하도록 되어 있다.

이와같은 구성에 있어서 전원스위치(119)가 ON 되어 전동자전거의 페달(110)이 사용자에 의해서 밟아지면 그 답력이 체인(111)을 통해서 구동륜(102)로 전달된다.

그래서 마이컴(117)은 답력센서(111C)의 출력신호 U 및 앰프(122a)의 출력신호에서 오프셋 몫을 제거하여 Ur, Vr로 하고 각각 증폭율 A 와 B로 증폭하여 그들의 차이(AㆍUr - BㆍVr)에 의해서 스위칭소자(121)의 듀티비를 변화시켜 AㆍUr = BㆍVr 가 되도록 전동기(114)의 출력을 제어한다. 그리고 증폭률 A 또는 B를 차속센서(114C)의 출력신호 W에 맞게 변화시킨다.

이에 의해서 제19도의 차속-보조율 특성에 나타낸 바와 같이 차속이 15Km/시 이하에서는 주구동력 = 보조구동력(보조율=1), 15Km/시 이상에서는 보조력을 직선적으로 저하시켜 24Km/시 이상에서는 '0'이 되는 특성이 얻어진다.

다음에 마이컴(117)에 있어서 실행되는 센서의 출력교정처리에 대하여 상세히 설명한다.

(1) 전류센서의 출력교정

제18도에 나타낸 것처럼 전류센서(션트저항)(122)의 출력은 앰프(122a)에서 증폭되어 마이컴(117)로 입력되기 때문에 앰프(122a)의 출력전압V는 제20도에 표시한 바와 같이 전동기전류에 대응하는 실제의(정미)검출전압 Vr과 오프셋 전압 Vos를 포함한다.

그래서 전원스위치(119)의 투입직후에(다시말하면, 정지중이라고 생각되는때) 앰프(122a)의 출력전압을 오프셋전압에 대응하는 기준치 Vth로 간주하여 판독하고

에서 진가의 검출전압 Vr을 구하는 방법이 고려된다.

그러나 운전자가 전동자전거본체(101)을 자력으로 후퇴시키는 도중에 만일 전원스위치(119)를 투입하게 되면 전동기(114)는 역전하여 기전력을 생기게 하고 있기 때문에 스위칭소자(121)이 OFF상태로 있더라도 프라이휠다이오드(120)를 통해서 전류센서(122)에 전류가 흐른다. 따라서 제21도에 나타낸 바와 같이 실제의 오프셋전압 Vos 보다 높은 전압이 기준치 Vth로 결정되어 식(1)로부터 진가의 검출전압 Vr을 얻을 수 없다.

그래서 마이컴(117)은 제22도의 흐름도에 나타내는 공정을 실행한다.

제22도에 있어서 앰프(122a)의 출력 V를 소정시간(예를들어 수초간)검출하여 그 평균치 Vave를 기준치 Vth 로한다(스텝 S101), 그 다음에 출력 V가 기준치 Vth 보다 작을때에는(스텝 S102), 기준치 Vth 를 그 출력 V로 갱신하고(스텝 S103), 식(1)에서 검출치 Vr를 구한다. 또한 스텝(S102), (S103)에 있어서의 출력 V는 짧은 시간, 예를들면 30msec 사이에 있어서의 최대치로하는 것이 바람직하다.

왜냐하면 앰프(122a)의 출력은 노이즈를 포함할 수 있기 때문에 30msec 사이의 출력 V 의 최대치가 기준치 Vth 보다 작을때 다시 말하면 30msec 사이의 출력 V 의 모든 값이 기준치보다 작을때에 기준치를 갱신하게 되므로 기준치의 정밀도가 높아지기 때문이다.

이와 같이 하여 기준치 Vth 는 언제나 최소치로 갱신되므로 제23도와 같이 전동기 전류가 '0'이 되는 기간에 정확한 값으로 갱신되게 된다.

따라서 마이컴(117)은 식(1)에 의해서 정확한 전동기전류(보조구동력)을 검출할 수 있게 된다.

제24도는 제22도에 흐름도의 스텝(S102)와 (S103)사이에 스텝(S104)의 공정을 삽입한 것이며 스텝(S104)에서는 차속센서(114C)의 출력에 의거하여 차속이 '0'이라는 것이 확인된다. 따라서 다음의 스텝(S103)에 있어서의 기준치 Vth 가 더욱 정확한 진가로 갱신되는 것이다.

(2) 답력센서의 출력교정

답력센서(111C)의 출력도 오프셋전압을 갖는바 그것은 상기한 전류센서와 마찬가지로 제25도의 스텝(S111)∼(S113)과 같이 기준치를 센서출력의 최소치로 바꾸어주므로서 교정할 수 있게 된다.

그러나 오프셋전압이 온도 드리프트에 의해서 증대하는 경우에는 대응할 수가 없다.

그래서 이 경우에 마이컴(117)은 제25도의 스템(S114)이하의 공정을 실행한다.

다시 말하면, 스텝(S112)에 있어서 센서(111C)의 출력(U)가 스텝(S111)에서 결정한 기준치 Uth이상인 경우에는 소정기간 T(주행중의 답력의 변동주기의 최대값 : 약 4sec)에 있어서의 출력의 최대치 Umax 와 최소치 Umin 과의 차이를 연산하여 그 차이 ΔV가 소정치 C보다 작은경우에는(스텝 S114) 최대치 Umax 를 또는 최소치 Umin 을 새로운 기준치 Uth 로 한다(스텝 S115).

그리고 이 새로운 기준치에 의거하여 검출치 Ur를

에서 구한다.

다시 말하면 제25도의 흐름도에 의하면

(1) 출력 U가 감소할때에는 제26도에 나타낸 바와 같이 최초에 기준치 Uth 가 실제의 값보다 크게 설정되었다해도 기간 T1에 있어서 제25도의 스텝(S111)∼(S113)에 표시한 바와 같이 기준치 Uth 가 출력 U의 최소치로 갱신되어 기준치 Uth 는 바른값에 도달한다.

(2) 출력 U가 증대할때에는 그 원인이 드리프트에 의한 것인지 혹은 답력에 의한것인지가 판별할 수 없다. 그래서 스텝(S114), (S115)에 나타낸 바와 같이 소정기간 T(약 4sec사이)에 있어서의 출력의 변동폭, 다시말하면, 최대치 Umax 와 최소치 Umin의 차이가 보통주행시의 답력의 변동폭보다 작은 경우(진폭이 C보다 작은경우)에는 답력이 작용하고 있지 않은 것으로 하여 제27도에 나타낸 바와 같이 기간 T에 있어서의 최대치 Umax 를 새로운 기준치 Vth 로 하는 것이다.

제28도는 제25도에 나타낸 흐름도의 스텝(S114)와 스텝(S115)사이에 스텝(S116)의 공정을 삽입한 것이며 스텝(S116)에서는 스텝(S114)에 있어서의 출력의 최대치 Umax와 현재의 기준치 Uth 와의 차이가 α(기준치 갱신가능폭)보다 작은지 여부를 판별하여 작은 경우에는 그 최대치 Umax(또는 최소치 Umin)가 새로운 기준치 Uth 로 된다.

이것은 센서출력이 일정하거나 혹은 그 변동폭이 작더라도 정지중에 운전자가 페달에 발을 올려놓은 상태에 있음을 생각할 수 있으므로 제29도에 나타낸바와같이 센서출력 U의 변동폭 ΔU는 작더라도 센서출력 U가 현재의 기준치 Uth 보다 너무 커버린(α이상) 경우에는 갱신하지 않도록 한 것이다. 이에 의해서 더욱 정확한 기준치 Uth 가 얻어진다.

또 정지중에 운전자가 페달에 가볍게 발을 올려놓은 상태로 있는(작은 답력이 작용하고 있는)경우에 오인으로 인해서 그때의 센서출력으로 기준치 Uth 를 갱신하였다 하더라도 스텝(S111)∼(S113)의 공정에 의해서 제30도에 나타낸 바와 같이 주행개시직후의 기간 T2 에 있어서 바른기준치 Uth 로 갱신된다.

또한 제25도 및 제28도의 스텝(S112) 및 (S113)에 있어서의 센서출력 U 는 제22도나 제24도의 스텝(S102) 및 (S103)에 있어서와 같이 30msec 사이에 있어서의 센서출력의 최대치가 되는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 마이컴(117)은 얻어진 기준치 Uth 에 의거하여 정확한 검출치 Ur 를 식(2)에서 산출할 수가 있다.

본실시예에 있어서는 센서교정수단은 답력 및 보조센서의 적어도 어느 한쪽에 대하여 센서출력에서 소정의 기준치를 감산하여 그 감산치를 검출치로 하고, 기준치 갱신수단은 센서출력이 기준치보다 작을때에는 그 센서출력을 새로운 기준치로서 갱신한다. 제어수단은 그것으로 얻어진 검출치에 의거하여 전동기의 출력을 제어한다.

기준치 갱신수단은 차속이 '0'일때 상기의 갱신처리를 행한다.

기준치 갱신수단은 바람직하게는 센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서의 센서출력의 최대치와 최소치의 차이가 소정범위이내에 있으면 그 최대치 또는 최소치를 새로운 기준치로 하여 갱신한다.

기준치갱신수단은 더욱 바람직하게는 센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서의 센서출력의 최대치와 현재의 기준치와의 차이가 소정의 값이하라면 상기 소정기간에 있어서의 최대치 또는 최소치를 새로운 기준치로 하여 갱신한다.

기준치 갱신수단은 가장 바람직하게는 센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서 센서출력의 최대치와 최소치와의 차이가 소정범위이내에 있고 또한 그 최대치와 현재의 기준치와의 차이가 소정치 이하이면 그 최대치 또는 최소치를 새로운 기준치로 하여 갱신한다.

본 발명에 의하면 인력검출수단으로 검출되어 있는 구동력의 변동폭이 소정의 폭보다 작은상태가 소정시간이상 계속하고 있을때에는 전동구동수단을 정지하도록 하였기 때문에 페달을 젓고 있지 않은 상태에 있을때에는 전동수단의 작동을 정지할 수 가 있으므로 쓸데없는 전력소비를 방지할 수 있다.

또 차속센서를 설치하여 답력이 변하지 않고 또 차속센서로 부터의 출력이 없을때만 전동수단의 작동을 정지하도록 하는 경우에는 페달을 젓지않고 또한 자전거가 정지하고 있을때에만 전동구동수단의 작동을 정지할 수 있게 되므로 전동구동수단의 더 확실한 제어가 가능하게 된다.

또 답력의 변동폭이 소정의 폭보다 작은 상태가 소정시간이상 계속되어 전동구동수단의 작동이 정지되었을때에는 기준치 비교수단에 기억되어 있는 기준치를 인력검출수단으로 검출되어 있는 구동력에 소정치를 더한 새로운 기준치로 하고, 이와같이 전동구동수단이 정지한 시점에서 기준치를 갱신하도록 한 경우에는 계속해서 재차 전동구동수단이 작동하지 않도록 할 수 있게 된다.

또 기준치의 하방수정수단을 설치한 경우에는 기준치를 하방수정할 수 있으므로 높은 값으로 갱신되어 있는 기준치를 낮은 값으로 수정할 수 있게 된다.

그리고 기준치가 센서출력의 최소치로 갱신되므로 답력 또는 보조력이 '0'이 되는 기간에 있어서 기준치가 바르게 갱신되어 그에 의해서 답력 또는 보조력을 정확히 검출할 수 있게 된다.

이 경우 차속이 '0'일때 다시 말하면, 답력 또는 보조력이 '0'이라고 생각되는 때에 기준치가 갱신되므로 기준치는 더욱 바르게 갱신된다.

센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서의 센서출력의 최대치와 최소치와의 차이가 소정범위 이내에 있으면 그 최대치 또는 최소치를 새로운 기준치로 하도록 기준치가 갱신되는 경우에는 센서출력의 오프셋 몫이 드리프트에 의해서 증대되더라도 기준치가 바르게 갱신된다.

센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서의 센서출력의 최대치와 기준치와의 차이가 소정치 이하이면 상기의 소정기간에 있어서의 최대치 또는 치소치를 새로운 기준치로 하도록 기준치가 갱신되는 경우에는 센서출력의 오프셋 몫이 드리프트에 의해서 증대되더라도 기준치가 바르게 갱신된다.

센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서 센서출력의 최대치와 최소치와의 차이가 소정범위내에 있고 또 그 최대치나 현재의 기준치와의 차이가 소정치 이하이면 그 최대치 또는 최소치를 새로운 기준치로 하도록 기준치가 갱신되는 경우에는 센서출력의오프셋 몫이 드리프트에 의해서 증대되더라도 기준치가 바르게 갱신된다.

Claims

인력에 의해서 차륜을 구동하는 인력구동수단과, 인력구동수단의 구동력을 검출하는 인력센서와 전동기에 의해서 차륜을 구동하는 전동구동수단과 전동구동수단의 구동력을 검출하는 전동력센서와, 인력센서와 전동력센서로부터의 신호에 의거하여 전동구동수단의 구동력을 제어하는 제어수단과, 인력센서에 의해서 검출되어 있는 구동력의 변동폭을 검출하는 변동폭 검출수단과, 검출된 변동폭을 소정의 폭과 비교하여 그 변동폭이 소정의 폭보다 작은 상태가 소정시간이상 계속되고 있을 때에는 전동구동수단의 작동을 정지시키는 작동정지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동자전거.
제1항에 있어서, 차속을 검출하는 차속센서를 다시 구비하여 작동정지수단이 검출되 변동폭을 소정의 폭과 비교하여 그 변동폭이 소정의 폭보다 작은 상태가 소정시간 이상 계속되고 있고 또 차속센서로부터의 출력이 없을때에 전동구동수단의 작동을 정지시키는 기능을 겸비하는 것을 특징으로 하는 전동자전거.
인력에 의해서 차륜을 구동하는 인력구동수단과, 인력구동수단의 구동력을 검출하는 인력센서와, 전동기에 의해서 차륜을 구동하는 전동구동수단과, 전동구동수단의 구동력을 검출하는 전동력센서와, 인력센서와 전동력 센서로부터의 신호에 의거하여 전동구동수단의 구동력을 제어하는 제어수단과, 미리 설정한 기준치를 기억하고 인력센서로 검출되어 있는 구동력과 그 기준치를 비교하는 기준치비교수단과 인력센서에 의해서 검출되어 있는 구동력이 기준치 이상이 되었을때에는 전동구동수단의 작동을 개시하게 하는 작동개시수단과, 인력센서에 의해서 검출되어 있는 구동력의 변동폭을 검출하는 변동폭검출수단과, 검출된 변동폭을 소정의 폭과 비교하여 그 변동폭이 소정의 폭보다 작은 상태가 소정시간이상 계속되고 있을때에는 기준치 비교수단에 기억되어 있는 기준치를 인력센서로 검출되어 있는 구동력에 소정치를 더한 값으로 갱신하는 기준치 갱신수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동 자전거.
제3항에 있어서, 기준치 비교수단에 기억되어 있는 기준치를 인력센서로 검출되어 있는 구동력에 소정치를 더한 값과 비교하여 구동력에 소정치를 더한 값이 기준치보다 작을때에는 구동력에 소정치를 더한 값으로 기준치를 하방수정해가는 기준치하방수정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동자전거.
인력에 의해서 차륜을 구동하는 인력구동수단과, 인력구동수단의구동력을 검출하는 인력센서와, 전동기에 의해서 차륜을 구동하는 전동구동수단과, 전동구동수단의 구동력을 검출하는 전동력센서와, 인력센서와 전동력 센서로부터의 신호에 의거하여 전동구동수단의 구동력을 제어하는 제어수단을 구비하고 상기의 제어수단은 인력센서와 전동력센서의 적어도 어느 한쪽에 대해 센서출력에서 소정의 기준차를 감산하여 얻어진 산출치를 센서의 검출치로 하는 센서교정수단과, 센서출력이 상기의 기준치보다 작을때에는 그 센서출력을 새로운 기준치로서 갱신하는 기준치갱신수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전동자전거.
제5항에 있어서, 차속을 검출하는 차속센서를 다시 갖추어 상기의 기준치 갱신수단은 차속이 영(0)일때에 상기의 갱신처리를 행하는 것을 특징으로 하는 전동자전거.
제5항에 있어서, 상기 기준치 갱신수단은 센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서의 센서출력의 최대치와 최소치와의 차이가 소정범위 이내에 있으면 그 최대치 또는 최소치를 새로운 기준치로서 갱신하는 것을 특징으로 하는 전동 자전거.
제5항에 있어서, 상기 기준치 갱신수단은 센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서의 센서출력의 최대치와 현재의 기준치와의 차이가 소정치 이하이면 상기 소정기간에 있어서의 최대치 또는 최소치를 새로운 기준치로서 갱신하는 것을 특징으로 하는 전동자전거.
제5항에 있어서, 상기 기준치갱신수단은 센서출력이 현재의 기준치보다 클때에는 소정기간에 있어서 센서출력의 최대치와 최소치의 차이가 소정범위 이내에 있고, 또 그 최대치와 현재의 기준치의 차이가 소정치 이하이면 그 최대치 또는 최소치를 새로운 기준치로서 갱신하는 것을 특징으로 하는 전동자전거.