JP3327750B2 - Bicycle with electric motor and motor control method therefor - Google Patents
Bicycle with electric motor and motor control method thereforInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、人力による駆動系
と電動モータによる駆動系とを並列に設け、電動モータ
による駆動力を人力による駆動力(以下踏力という)の
変化に対応して制御するようにした電動モータ付き自転
車とそのモータ制御方法とに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a drive system driven by a human power and a drive system driven by an electric motor in parallel, and controls the drive power of the electric motor in response to a change in the drive power (hereinafter referred to as "pedal force"). The present invention relates to a bicycle with an electric motor and a method for controlling the motor.
【0002】[0002]
【従来の技術】踏力を検出し、この駆動力の大小に対応
して電動モータの駆動力を制御するものが公知である
(実開昭56−76590、特開平2−74491
号)。すなわち人力が大きくなると電動モータの駆動力
も増やして人力の負荷を減らすものである。ここにモー
タの駆動系には一方向クラッチが介在され、モータの無
通電時あるいは人力走行による車速がモータの回転速度
より速い時にモータが回されるのを防止している。2. Description of the Related Art It is known that a pedaling force is detected and the driving force of an electric motor is controlled in accordance with the magnitude of the driving force (Japanese Utility Model Application Laid-Open No. Sho 56-76590, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-74491).
issue). That is, when the human power increases, the driving force of the electric motor also increases, and the load of the human power is reduced. Here, a one-way clutch is interposed in the drive system of the motor to prevent the motor from turning when the motor is not energized or when the vehicle speed due to manual driving is higher than the rotation speed of the motor.
【0003】人力の駆動力(踏力)はクランクペダルか
ら入力され車輪上に設けたフリーホイールクラッチすな
わちフリーホイール一方向クラッチを介して後輪に伝え
られるため、クランク軸の半回転の周期を持って変化す
る。クランクペダルが上死点または下死点に来る時には
踏力がほぼ零になるからである。[0003] freewheel clutch sand driving force of human power (effort) provided on the wheel is inputted from the crank pedals
That is, since the power is transmitted to the rear wheel via the freewheel one-way clutch , the speed changes with a cycle of a half rotation of the crankshaft. This is because the pedaling force becomes almost zero when the crank pedal comes to the top dead center or the bottom dead center.
【0004】図7はこの人力による駆動力すなわち踏力
FLの時間tに対する変化を示す。この踏力FLの変化周
期はクランクペダルの半回転に対応する。既提案のもの
はこのように周期的変化をする踏力FLを検出してモー
タの駆動力を増減させるものであった。[0004] Figure 7 shows a change with respect to time t of the driving force or pedaling force F L according to the human power. It changes the cycle of the pedaling force F L corresponds to a half rotation of the crank pedals. Those previously proposed were those to increase or decrease the driving force of the motor by detecting the pedaling force F L which periodically changes as this.
【0005】[0005]
【従来の技術の問題点】しかしこの場合には、モータは
この踏力FLがほぼ零になる度にその速度がほぼ零にな
るようにすなわちその駆動力FMもほぼ零になるように
制御され、その後踏力FLが正になるのに伴ってモータ
電圧VMを増加させモータを加速してモータ駆動力FMが
正になるようにしている。このようにモータの駆動力F
Mはほぼ零の状態と所望の駆動力との間で周期的に変動
することになる。In this case, [problems of the prior art, however, the motor is the pedal force F L is approximately such that the speed in the composed time zero is substantially zero i.e. the driving force F M also controlled to be substantially zero is, then pedal force F L is as motor drive force F M becomes positive to accelerate the motor by increasing the motor voltage V M with to positive. Thus, the driving force F of the motor
M will periodically fluctuate between a nearly zero state and the desired driving force.
【0006】この時モータは速度がほぼ零の状態から車
速に対応した回転速度N0に到達するまでの間は、一方
向クラッチが切れていてモータの駆動力FMは走行に寄
与しない。従ってこの間のモータの加速に要する時間
(図7のa)だけモータの駆動力FMが踏力FLに対応し
て遅れることになる。[0006] Until it reaches the rotational speed N 0 In this case the motor is the speed corresponding to the vehicle speed from a substantially zero state, the driving force F M of the motor is out one-way clutch does not contribute to driving. Thus the driving force F M of the motor for the time required to accelerate the meantime the motor (a in FIG. 7) is delayed in response to pedaling force F L.
【0007】またモータは速度零から車速に対応する速
度(図7のN0)までの加速を繰り返し、この間は走行
駆動力の増加には全く寄与できないから、この間のモー
タの加速に要するエネルギーが無駄に消費されることに
なる。Further, the motor repeatedly accelerates from zero speed to a speed corresponding to the vehicle speed (N 0 in FIG. 7). During this period, it cannot contribute to the increase in the driving force at all. It will be wasted.
【0008】[0008]
【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、モータによる駆動力FMを踏力FLに遅れる
ことなく良好に追従させることにより運転感を向上さ
せ、またエネルギーの有効利用により効率の向上が可能
な電動モータ付き自転車のモータ制御方法を提供するこ
とを第1の目的とする。またこの方法の実施に直接使用
する電動モータ付き自転車を提供することを第2の目的
とする。THE INVENTION An object of the present invention has been made in view of such circumstances, the driving force F M by the motor to improve the sense of operation by satisfactorily follow without delay the pedaling force F L, also energy effective for It is a first object of the present invention to provide a motor control method for a bicycle with an electric motor capable of improving efficiency by use. It is a second object of the present invention to provide a bicycle with an electric motor that can be used directly for implementing the method.
【0009】[0009]
【発明の構成】本発明によれば第1の目的は、車輪をこ
の車輪上に設けたフリーホイール一方向クラッチを介し
て駆動する人力駆動系と車輪を電動モータにより駆動す
る電気駆動系とを並列に設け、人力による踏力の変化に
対応して前記電気駆動系の出力を制御する電動モータ付
き自転車のモータ制御方法において、前記電気駆動系に
一方向クラッチを介在させ、前記踏力の増減に対応して
モータの駆動力を増減する一方、前記人力駆動系のフリ
ーホイール一方向クラッチより上流側の前記人力駆動系
の回転速度から車速を検出し、この車速が略零でなくか
つ前記踏力が略零の時にはモータをほぼその時の車速に
対応する無負荷回転速度で駆動し、前記車速が略零の時
にはモータの駆動を停止することを特徴とする電動モー
タ付き自転車のモータ制御方法により達成される。The first object according to the present invention DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION, this wheel
A man-powered drive system that drives through a freewheel one-way clutch provided on the wheel and an electric drive system that drives the wheels by an electric motor are provided in parallel, and the electric drive system corresponds to a change in treading force due to manpower. A motor control method for a bicycle with an electric motor for controlling an output, wherein a one-way clutch is interposed in the electric drive system to increase or decrease the driving force of the motor in response to the increase or decrease in the pedaling force, while free-wheeling the human-powered drive system. The manual drive system upstream of the one-way clutch
The vehicle speed is detected from the rotation speed of the vehicle .
This is achieved by a motor control method for a bicycle with an electric motor, wherein the motor is driven at a corresponding no-load rotation speed, and the driving of the motor is stopped when the vehicle speed is substantially zero.
【0010】第2の目的は、車輪をこの車輪上に設けた
フリーホイール一方向クラッチを介して駆動する人力駆
動系と車輪を電動モータにより駆動する電気駆動系とを
並列に設け、人力による踏力の変化に対応して前記電気
駆動系の出力を制御する電動モータ付き自転車におい
て、前記電気駆動系に介在された一方向クラッチと、踏
力を検出する踏力検出手段と、前記人力駆動系のフリー
ホイール一方向クラッチより上流側の前記人力駆動系の
回転速度から車速を検出する車速検出手段と、前記踏力
の増減に対応してモータによる駆動力を増減する一方前
記車速が略零でなくかつ前記踏力が略零の時には前記モ
ータをほぼその時の車速に対応する無負荷回転速度で駆
動させ前記車速が略零の時には前記モータの駆動を停止
させるコントローラとを備えることを特徴とする電動モ
ータ付き自転車、により達成される。A second object is to provide, in parallel, a human-powered drive system for driving wheels via a freewheel one-way clutch provided on the wheels and an electric drive system for driving the wheels by an electric motor. A bicycle with an electric motor that controls the output of the electric drive system in response to a change in the treading force due to human power, a one-way clutch interposed in the electric drive system, a treading force detecting means for detecting a treading force, Vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed from the rotational speed of the human-powered drive system upstream of the freewheel one-way clutch of the system; and increasing or decreasing the driving force by a motor in response to the increase or decrease in the pedaling force. When the pedaling force is not substantially zero and the pedaling force is substantially zero, the controller drives the motor at a no-load rotation speed substantially corresponding to the vehicle speed at that time, and stops the driving of the motor when the vehicle speed is substantially zero. A bicycle with an electric motor, comprising: a roller;
【0011】コントローラは、この車速に対応するモー
タ回転速度となる無負荷モータ電圧(VM0)を求め、こ
の電圧(VM0)以上にモータ電圧を保ちつつ踏力に対し
てモータの駆動力を制御すると共に、この車速が略零と
なる時にはモータの駆動を停止させるように構成するこ
とができる。The controller obtains a no-load motor voltage (V M0 ) corresponding to the motor speed corresponding to the vehicle speed, and controls the driving force of the motor with respect to the pedaling force while maintaining the motor voltage at or above this voltage (V M0 ). At the same time, when the vehicle speed becomes substantially zero, the driving of the motor can be stopped.
【0012】[0012]
【原理】直流モータにおいては、モータの印加電圧(V
M)、モータ電流(I)、回転速度(N)の間に次式が
成立する。 VM=I・R+k・N ここにRはアマチュア等価抵抗、kは比例定数であり、
k・Nは電機子逆起電圧を示すものである。[Principle] In a DC motor, the applied voltage (V
M ), the motor current (I), and the rotation speed (N), the following equation holds. V M = I · R + k · N where R is an amateur equivalent resistance, k is a proportionality constant,
k · N indicates the armature back electromotive voltage.
【0013】またモータトルク(TM)は、形式による
が一般にモータ電流(I)にほぼ比例する。従ってCを
定数として次式が得られる。 TM=C・I 従って(R/C)=jとおいて、次式が得られる。 VM=j・TM+k・N…(1) この(1)式において、右辺の第1項(j・TM)はト
ルクに関する項であり、第2項(k・N)は回転速度に
関する項である。The motor torque (T M ) depends on the type, but is generally almost proportional to the motor current (I). Therefore, the following equation is obtained using C as a constant. T M = C · I Therefore, assuming that (R / C) = j, the following equation is obtained. V M = j · T M + k · N (1) In the equation (1), the first term (j · T M ) on the right side is a term relating to torque, and the second term (k · N) is a rotation speed. It is a section about.
【0014】従来の装置においては踏力FL が0になっ
た時にはモータの駆動力FMを0にしてモータ回転速度
Nを0にしようとする。すなわち(1)式においてTM
=0、N=0にする。従ってモータ印加電圧VMも0と
なるように制御していた。[0014] When the pedaling force F L is 0 in the conventional apparatus to attempt to zero the motor rotational speed N and the driving force F M of the motor to zero. That is, in equation (1), T M
= 0 and N = 0. Thus the voltage applied to the motor V M was also controlled to be zero.
【0015】これに対し本発明では、車速が略零でない
時には踏力FLが0になる時にもモータ回転速度Nは車
速に対応する無負荷回転速度N0に維持するようにし
た。すなわちこの無負荷時にモータトルクTM=0で回
転速度N=N0となるようにした。この無負荷回転速度
N0はこの時の車速を発生させるために必要なモータ回
転速度であって、電気駆動系の一方向クラッチが接続開
始または切れ始める回転速度にほぼ一致する。従って
(1)式から VM=j・0+k・N0=k・N0 [0015] In the present invention contrast, the motor rotation speed N even when the pedal force F L is 0 when the vehicle speed is not substantially zero was set to maintain the idling speed N 0 corresponding to the vehicle speed. That is, at the time of no load, the motor speed T M = 0 and the rotation speed N = N 0 . The no-load rotation speed N 0 is a motor rotation speed required to generate the vehicle speed at this time, and substantially coincides with the rotation speed at which the one-way clutch of the electric drive system starts to be engaged or disengaged. Thus (1) = V M from the equation j · 0 + k · N 0 = k · N 0
【0016】この電圧VM を無負荷モータ電圧VM0と
し、モータ電圧VMがVM0以下になる時にはモータ電圧
VMをこのVM0に維持することにより、踏力FLが小さく
なった時にもモータ回転速度Nは無負荷回転速度N0に
保たれる。従って踏力FLが増大しVM≧VM0になった時
にはモータはN0から駆動力FMを発生すればよいから、
モータの加速に要する時間遅れが無くなり、その間の加
速に消費されるエネルギー(Ea)も不要になる。[0016] By maintaining the motor voltage V M to the V M0 is when this voltage V M and no-load motor voltage V M0, motor voltage V M is below V M0, even when the pedal force F L is smaller motor rotation speed N is kept at the no-load rotational speed N 0. Thus since the motor may be generating a driving force F M from N 0 when the pedal force F L becomes V M ≧ V M0 increases,
The time delay required for the acceleration of the motor is eliminated, and the energy (E a ) consumed during the acceleration is not required.
【0017】なおモータを回転速度N0に維持する無負
荷モータ電圧VM0の期間では、電流Iは極めて小さくな
るからその消費エネルギーE0は加速に要するエネルギ
ーEaよりも格段に小さい。すなわちE0≪Eaであるか
ら、効率が向上する。In [0017] Note that a period of no-load motor voltage V M0 to maintain the motor rotational speed N 0, the current I is the energy consumption E 0 from extremely small much smaller than the energy E a required for the acceleration. That is, since E 0 ≪E a , the efficiency is improved.
【0018】また車速Sは人力駆動系のフリーホイール
一方向クラッチより上流側の回転部分(クランクギヤな
ど)で検出するから、走行中にクランクペダルの回転を
停止すれば検出した車速も次第に零になる。本発明では
この時にはモータの駆動が停止される。すなわちモータ
の電圧も電流も切れることになり、電池の消費エネルギ
ーは一層少くなり、効率がさらに向上する。The vehicle speed S is a freewheel of a manual drive system.
Since the detection is performed at a rotation portion (e.g., a crank gear) upstream of the one-way clutch, if the rotation of the crank pedal is stopped during traveling, the detected vehicle speed gradually becomes zero. In the present invention, the driving of the motor is stopped at this time. That is, the voltage and current of the motor are cut off, the energy consumption of the battery is further reduced, and the efficiency is further improved.
【0019】[0019]
【実施態様】図1は本発明の一実施態様の側面図、図2
はその動力系統図、図3はその動力系の展開図、図4は
踏力の検出部を示す側面図、図5はそのV−V線断面
図、図6はモータ出力特性図である。FIG. 1 is a side view of one embodiment of the present invention, and FIG.
3 is a power system diagram, FIG. 3 is a development view of the power system, FIG. 4 is a side view showing a treading force detecting section, FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV, and FIG. 6 is a motor output characteristic diagram.
【0020】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から斜下後方へのびて後輪1
4の車軸に至る。このメインフレーム10にほぼ直交す
るようにシートチューブ16が固着され、このシートチ
ューブ16の上端にはサドル18を支持するシートポス
ト20が固定されている。In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a main frame, which extends rearward from a head pipe 12 obliquely downward and rearward.
4 axles. A seat tube 16 is fixed substantially perpendicular to the main frame 10, and a seat post 20 for supporting a saddle 18 is fixed to an upper end of the seat tube 16.
【0021】シートチューブ16の下部には下に開いた
筒部16aが形成され、この中に直流電動モータ22が
収容される。シートチューブ16の下端には動力ユニッ
ト24が固定されている。この動力ユニット24はボト
ムブラケットケース(以下BBケースという)26と、
このBBケース26から後方へのびるリヤステー28と
を備え、このリヤステー28の後端には後輪14が固定
されている。なお右側のリヤステー28(図3)には駆
動軸30が挿通される。A lower portion of the seat tube 16 is formed with a tubular portion 16a opened downward, and a DC electric motor 22 is accommodated therein. A power unit 24 is fixed to a lower end of the seat tube 16. The power unit 24 includes a bottom bracket case (hereinafter referred to as a BB case) 26,
A rear stay 28 extends rearward from the BB case 26, and the rear wheel 14 is fixed to the rear end of the rear stay 28. The drive shaft 30 is inserted through the right rear stay 28 (FIG. 3).
【0022】次に動力ユニット24を説明する。図1、
3においてBBケース26にはクランク軸32が貫挿さ
れ、その両端にクランク34が固定されている。クラン
ク34にはクランクペダル36、36が取付けられてい
る。Next, the power unit 24 will be described. Figure 1,
3, a crankshaft 32 is inserted into the BB case 26, and a crank 34 is fixed to both ends of the crankshaft 32. The crank 34 has crank pedals 36 attached thereto.
【0023】後輪14の車軸38の左端は、左のリヤス
テー28に固着したエンドプレート28aに固定され、
この車軸38の右端は右のリヤステー28に固定された
傘歯車ケース40に固定されている。車軸38にはハブ
42が回転自在に保持され、このハブ42には駆動軸3
0の回転が傘歯車機構44およびフリーホイール一方向
クラッチ43を介して伝えられる。The left end of the axle 38 of the rear wheel 14 is fixed to an end plate 28a fixed to the left rear stay 28,
The right end of the axle 38 is fixed to a bevel gear case 40 fixed to the right rear stay 28. A hub 42 is rotatably held on the axle 38, and the drive shaft 3
The rotation of 0 is transmitted via the bevel gear mechanism 44 and the freewheel one-way clutch 43.
【0024】前記電動モータ22はBBケース26に上
から図3に示すように嵌合されて固定され、そのモータ
軸22aはクランク軸32に直交しかつ車体幅方向中央
付近に位置する。BBケース26は、シートチューブ1
6の筒部16a内にこのモータ22を下から挿入するよ
うにして筒部16aに嵌合され、4本のボルト46(図
3参照)によって結合される。The electric motor 22 is fitted and fixed to the BB case 26 from above as shown in FIG. 3, and its motor shaft 22a is orthogonal to the crankshaft 32 and located near the center in the vehicle width direction. The BB case 26 is a seat tube 1
The motor 22 is fitted into the cylindrical portion 16a so as to be inserted from below into the cylindrical portion 16a, and is connected by four bolts 46 (see FIG. 3).
【0025】このモータ22の回転は図3に示すよう
に、一方向クラッチ48、遊星歯車式減速機50、小傘
歯車52、大傘歯車54を介して、クランク軸32に回
転自在に保持された筒型の合力軸56に伝えられる。こ
の合力軸56の回転はさらに傘歯車機構58によって前
記駆動軸30に伝えられる。As shown in FIG. 3, the rotation of the motor 22 is rotatably held on the crankshaft 32 via a one-way clutch 48, a planetary gear type reducer 50, a small bevel gear 52, and a large bevel gear 54. The resultant force is transmitted to a cylindrical resultant force shaft 56. The rotation of the resultant shaft 56 is further transmitted to the drive shaft 30 by a bevel gear mechanism 58.
【0026】後輪14からモータ22へ向う回転はハブ
42に内装したフリーホイール一方向クラッチ43によ
り遮断される。なお前記遊星歯車式減速機50は公知の
ものであり、モータ22により回転されるサンギヤとB
Bケース26に固定されたリングギヤとの間にあってこ
れらに噛合する遊星ギヤの公転を小傘歯車52に伝える
ものである。The rotation from the rear wheel 14 to the motor 22 is interrupted by a freewheel one-way clutch 43 provided in the hub 42. Note that the planetary gear type speed reducer 50 is a known type, and the sun gear rotated by the motor 22 and the B gear
The revolving motion of the planetary gear which is located between and meshes with the ring gear fixed to the B case 26 is transmitted to the small bevel gear 52.
【0027】一方ペダル36から人力により入力される
回転は、クランク軸32、一方向クラッチ60、遊星歯
車式増速機62を介して大傘歯車54に伝えられる。こ
のためクランク軸32から入力された回転はこの大傘歯
車54から合力軸56、傘歯車機構58を介して駆動軸
30に伝えられる。このクランク軸32の回転はモータ
22の停止中にはクラッチ48の作用によりモータ22
に伝わらない。またクランク軸32の停止中あるいは逆
転中には一方向クラッチ60の作用によりモータ22の
回転はクランク軸32に伝わらない。ここに駆動軸30
はモータ軸22aを含む車体前後方向の平面Aの右側に
位置する(図3参照)。On the other hand, the rotation input manually from the pedal 36 is transmitted to the large bevel gear 54 via the crankshaft 32, the one-way clutch 60, and the planetary gear type gearbox 62. Therefore, the rotation input from the crankshaft 32 is transmitted from the large bevel gear 54 to the drive shaft 30 via the resultant shaft 56 and the bevel gear mechanism 58. The rotation of the crankshaft 32 is controlled by the action of the clutch 48 while the motor 22 is stopped.
Does not reach. During the stop or reverse rotation of the crankshaft 32, the rotation of the motor 22 is not transmitted to the crankshaft 32 by the action of the one-way clutch 60. Here the drive shaft 30
Is located on the right side of the plane A in the vehicle longitudinal direction including the motor shaft 22a (see FIG. 3).
【0028】遊星歯車式増速機62は図3、5に示すよ
うに、大傘歯車54に固定されたリングギヤ62aと、
踏力検出レバー64に固定されたサンギヤ62bとこれ
らの間に介在する遊星ギヤ62cとを備える。クランク
軸32はこの遊星ギヤ62cを一方向クラッチ60を介
して公転させる。As shown in FIGS. 3 and 5, the planetary gear type gearbox 62 includes a ring gear 62a fixed to a large bevel gear 54,
A sun gear 62b fixed to the pedaling force detection lever 64 and a planet gear 62c interposed therebetween are provided. The crankshaft 32 revolves the planetary gear 62c via the one-way clutch 60.
【0029】なお踏力検出レバー64は、ペダル36に
よる人力駆動時の駆動力をサンギヤ62bに加わる反力
により検出する踏力検出手段65の一部を構成するもの
である。この踏力検出手段65は前記平面Aの左側に位
置する。The pedaling force detecting lever 64 constitutes a part of a pedaling force detecting means 65 for detecting a driving force at the time of manual driving by the pedal 36 by a reaction force applied to the sun gear 62b. The treading force detecting means 65 is located on the left side of the plane A.
【0030】すなわちこの踏力検出手段65のレバー6
4は、図4、5に示すように2つの突起64a、64b
を持ち、一方の突起64aはストッパ66に当接して図
4で時計方向への回転、換言すればペダル36の踏力が
加わる方向と逆方向の回転を規制する。突起64bには
他の第2のレバー68が当接し、レバー64の反時計方
向の回転によってこの第2のレバー68が時計方向に回
転する。That is, the lever 6 of the treading force detecting means 65
4 are two projections 64a, 64b as shown in FIGS.
The one protrusion 64a abuts against the stopper 66 to restrict the clockwise rotation in FIG. 4, in other words, the rotation in the direction opposite to the direction in which the pedaling force of the pedal 36 is applied. Another second lever 68 abuts on the projection 64b, and the counterclockwise rotation of the lever 64 causes the second lever 68 to rotate clockwise.
【0031】この第2のレバー68には復帰ばね70に
より復帰習性が付与され、これによりレバー64は図4
で時計方向への復帰習性が付与される。そしてこの第2
のレバー68の回転量は踏力センサとしてのポテンショ
メータ72に伝えられる。この結果ペダル36の踏力に
比例してレバー64が図4で反時計方向に回動し、第2
のレバー68が時計方向に回動するから、この踏力がポ
テンショメータ72の回転量から求められる。The second lever 68 is provided with a return behavior by a return spring 70, whereby the lever 64 is moved to the position shown in FIG.
With this, return behavior in the clockwise direction is given. And this second
Of the lever 68 is transmitted to a potentiometer 72 as a pedaling force sensor. As a result, the lever 64 rotates counterclockwise in FIG.
Of the lever 68 rotates clockwise, the pedaling force is obtained from the rotation amount of the potentiometer 72.
【0032】図1で80は鉛電池などの充電可能な電
池、82はコントローラであり、これらは前記メインフ
レーム10のヘッドパイプ12とシートチューブ16と
の間に収容されている。図3において84は大傘歯車に
対向して設けた車速検出手段であり、この大傘歯車56
の回転を電磁的にあるいは光学的に検出する公知の構造
のものが使用できる。In FIG. 1, reference numeral 80 denotes a rechargeable battery such as a lead battery, and reference numeral 82 denotes a controller, which is accommodated between the head pipe 12 and the seat tube 16 of the main frame 10. In FIG. 3, reference numeral 84 denotes a vehicle speed detecting means provided to face the large bevel gear.
Any known structure that detects the rotation electromagnetically or optically can be used.
【0033】ポテンショメータ72で検出した踏力FL
および車速検出手段84で検出した車速Sはコントロー
ラ82に入力され、このコントローラ82はこの踏力F
Lと車速Sに基づいてモータ電流を制御しモータトルク
TMを発生させる。The pedal force F L detected by the potentiometer 72
And the vehicle speed S detected by the vehicle speed detecting means 84 are input to a controller 82, and the controller 82
The motor current is controlled based on L and the vehicle speed S to generate a motor torque T M.
【0034】すなわちコントローラ82では車速Sを発
生させるために必要なモータ回転速度すなわち無負荷回
転速度N0を求め、この速度N0に対応する無負荷モータ
電圧VM0(=KN0)を求める一方、踏力FL に対応す
るモータトルクTMを求める。この演算に用いるデータ
はメモリ82a(図2)に予め記憶しておくのは勿論で
ある。That is, the controller 82 calculates the motor rotation speed required for generating the vehicle speed S, that is, the no-load rotation speed N 0, and calculates the no-load motor voltage V M0 (= KN 0 ) corresponding to the speed N 0. obtains the motor torque T M corresponding to pedaling force F L. It goes without saying that the data used for this calculation is stored in the memory 82a (FIG. 2) in advance.
【0035】さらに前記の(1)式に基づいてモータ印
加電圧VMを求める。この(1)式においてj>0、TM
≧0だから、VM≧VM0である。すなわちモータ電圧VM
がVM0以下にはならないようにする。そして検出した車
速Sが0になる時、すなわち人力駆動系の駆動を止めた
時にはモータの電圧および電流を切ってその駆動を停止
する。Furthermore seek motor application voltage V M based on the equation (1). In this equation (1), j> 0, T M
Since ≧ 0, V M ≧ V M0 . That is, the motor voltage V M
Does not fall below V M0 . When the detected vehicle speed S becomes 0, that is, when the driving of the manual drive system is stopped, the voltage and current of the motor are cut off and the driving is stopped.
【0036】次にこの時の動作を図6を用いて説明す
る。(1)式の特性は実線で示すように右下がりの傾き
−(k/j)の直線である。今ある踏力FLにより決ま
るモータのトルクTMを出力させるためのモータ電圧VM
をその時のモータ回転速度N0を用いて(1)式から求
めると、その時の動作点は図6にAで示す点となる。Next, the operation at this time will be described with reference to FIG. The characteristic of the equation (1) is a straight line with a slope of − (k / j) falling to the right as shown by the solid line. Motor voltage V M for outputting the torque T M of the motor determined by a certain depression force F L now
Is obtained from Expression (1) using the motor rotation speed N 0 at that time, the operating point at that time is a point indicated by A in FIG.
【0037】ここで踏力FL が減少する場合を考える。
実際の走行中における車速Sは慣性により変化しないと
考えられ、クランク軸32は一方向クラッチ60および
フリーホイール一方向クラッチ43が切れない速度で回
転し、車速検出手段84はその時の実際の車速を検出し
ているものとする。[0037] Consider the case that here in the pedaling force F L is reduced.
It is considered that the vehicle speed S during actual running does not change due to inertia, the crankshaft 32 rotates at a speed at which the one- way clutch 60 and the freewheel one-way clutch 43 do not disengage, and the vehicle speed detecting means 84 determines the actual vehicle speed at that time. It is assumed that it has been detected.
【0038】この時には車速検出手段84は実際の車速
Sを検出しているから、コントローラ82はモータ回転
速度はN0のままにしてVMだけを減少してゆく。すなわ
ちこの時の動作点Aは速度がN0の直線AB上を下降す
る。そして踏力FLがほぼ0になるとVM=VM0=kN0
となって、コントローラ82はモータ電圧VMをVM0に
保つ。従ってモータの動作点はB点に保たれ無負荷運転
される。[0038] Since the vehicle speed detecting means 84 when the detects the actual vehicle speed S, the controller 82 is motor speed slide into reduced only V M to leave N 0. That operating point A at this time the rate is lowered over the line AB of N 0. When it goes pedal force F L is approximately 0 V M = V M0 = kN 0
Becomes, the controller 82 maintains the motor voltage V M to V M0. Accordingly, the operating point of the motor is maintained at the point B and the motor is operated without load.
【0039】踏力FLが再び増加してVM>VM0になる
と、動作点もB点からA点に向って移動する。この時モ
ータはすでに速度N0で回転しているから、従来のよう
なモータの加速により一方向クラッチ48が接続するま
での時間遅れが発生せず、前記図7で説明した遅れaが
ほとんど無くなる。[0039] When the depressing force F L is V M> V M0 increases again, to move the operating point from point B toward the point A. At this time, since the motor has already been rotating at the speed N 0 , there is no time delay until the one-way clutch 48 is engaged due to acceleration of the motor as in the prior art, and the delay a described in FIG. .
【0040】また本発明では車速検出手段84を大傘歯
車54に対向させて設けている。すなわち人力駆動系の
クランク軸32とフリーホイール一方向クラッチ43と
の間に設けている。このため降坂時や慣性走行時などに
クランク軸32の回転を停止すれば、大傘歯車54は次
第に減速してこの車速検出手段84が出力する速度N0
は0となる。従ってこの時には車両は現実には走行中で
あるにもかかわらず無負荷モータ電圧VM0も0としてモ
ータ22の駆動を停止することになり、エネルギー消費
を一層減らすことができる。In the present invention, the vehicle speed detecting means 84 is provided to face the large bevel gear 54. That is, it is provided between the crankshaft 32 of the manual drive system and the freewheel one-way clutch 43. Therefore, if the rotation of the crankshaft 32 is stopped during a downhill or an inertia run, the large bevel gear 54 gradually decelerates and the speed N 0 output by the vehicle speed detecting means 84 is output.
Becomes 0. Accordingly, at this time, the no-load motor voltage V M0 is also set to 0 and the driving of the motor 22 is stopped even though the vehicle is actually running, so that the energy consumption can be further reduced.
【0041】なお本発明は演算に用いるFM、VM、
TM、N、N0やデータ等は、本発明の効果を得られる範
囲で増減したり変化させてもよく、本発明はこの場合を
包含する。例えば無負荷モータ電圧VM0は、(1)式で
求めたkN0より多少高くても低くてもよい。また車速
検出手段84は人力駆動系のフリーホイール一方向クラ
ッチ43の上流側に設ければよく、実際の車速を検出し
ないようにすればよい。In the present invention, F M , V M ,
T M , N, N 0 , data, and the like may be increased or decreased or changed within a range where the effects of the present invention can be obtained, and the present invention includes this case. For example, the no-load motor voltage V M0 may be slightly higher or lower than kN 0 obtained by equation (1). Further, the vehicle speed detecting means 84 may be provided on the upstream side of the freewheel one-way clutch 43 of the manual drive system, and may not detect the actual vehicle speed.
【0042】以上の実施態様は駆動軸30を用いたシャ
フトドライブ機構からなる伝動系により後輪14を駆動
するが、本発明は合力軸56にスプロケットを固定して
チェーンドライブ機構からなる伝動系により後輪14を
駆動するものであってもよい。In the above embodiment, the rear wheel 14 is driven by a transmission system comprising a shaft drive mechanism using the drive shaft 30. In the present invention, a sprocket is fixed to the resultant shaft 56 and the transmission system comprises a chain drive mechanism. It may drive the rear wheels 14.
【0043】[0043]
【発明の効果】請求項1の発明は以上のように、人力駆
動系のフリーホイール一方向クラッチより上流側の回転
速度から車速を検出し、この検出した車速が略零でなく
かつ踏力(FL)が略零になる時にモータをほぼその時
の車速に対応する無負荷回転速度で駆動するものである
から、踏力(FL)が周期的に減少してもモータは無負
荷で回転し続けることになる。As described above, according to the first aspect of the present invention, the vehicle speed is detected from the rotational speed on the upstream side of the freewheel one-way clutch of the manual drive system, and the detected vehicle speed is not substantially zero and the pedaling force (F When L ) becomes substantially zero, the motor is driven at a no-load rotation speed substantially corresponding to the vehicle speed at that time. Therefore, even if the pedaling force (F L ) periodically decreases, the motor continues to rotate with no load. Will be.
【0044】このためモータはほぼその時の車速に対応
する無負荷回転速度で駆動され続け、モータの加減速が
ほとんどなくなり、モータの駆動力(FM)の踏力
(FL)に対する遅れを小さくすることができ、運転感
が向上する。またモータの加減速がほとんどなくなるか
らエネルギーの消費が少なくなり、効率が向上する。さ
らに人力駆動系の駆動を止めて慣性走行あるいは降坂走
行に入れば、検出した車速が略零となる。この時にはモ
ータの駆動も停止するからエネルギーの消費も一層少な
くなり、効率が一層向上する。For this reason, the motor almost corresponds to the vehicle speed at that time.
It continues to be driven by the idling speed to, almost no acceleration or deceleration of the motor, the driving force of the motor (F M) delay can be reduced relative to the pedal effort (F L) of, thereby improving the sense of operation. In addition, since the acceleration and deceleration of the motor is almost eliminated, the consumption of energy is reduced and the efficiency is improved. Further, if the driving of the manual drive system is stopped and the vehicle enters the inertial running or the downhill running, the detected vehicle speed becomes substantially zero. At this time, since the driving of the motor is also stopped, the consumption of energy is further reduced, and the efficiency is further improved.
【0045】請求項2の発明によればこの方法の実施に
直接使用する電動モータ付き自転車が得られる。According to the second aspect of the present invention, there is provided a bicycle with an electric motor which is used directly for carrying out this method.
【0046】さらにコントローラは、検出した車速が略
零でない時には、実際の車速に対応するモータ回転速度
となる無負荷モータ電圧(VM0)を求め、モータ電圧
(VM)を常にこの無負荷モータ電圧(VM0)より大と
なるように保ちつつ、検出した車速が略零の時にモータ
の駆動を停止するようにモータを制御することができる
(請求項3)。この場合には、踏力が略零になったり、
逆に略零から増加する時にモータの加減速がないから、
本発明の効果は一層大きくなる。Further, the controller determines that the detected vehicle speed is substantially
When it is not zero, the no-load motor voltage (V M0 ) which becomes the motor rotation speed corresponding to the actual vehicle speed is obtained, and the motor voltage (V M ) is always kept higher than the no-load motor voltage (V M0 ). In addition, the motor can be controlled so as to stop driving the motor when the detected vehicle speed is substantially zero (claim 3). In this case, the pedaling force becomes almost zero,
Conversely, there is no acceleration or deceleration of the motor when increasing from almost zero,
The effect of the present invention is further enhanced.
【図1】本発明の一実施例の側面図FIG. 1 is a side view of one embodiment of the present invention.
【図2】その動力系統図Fig. 2 Power system diagram
【図3】その動力系の展開図FIG. 3 is a development view of the power system.
【図4】踏力の検出部を示す側面図FIG. 4 is a side view showing a treading force detection unit.
【図5】そのV−V線断面図FIG. 5 is a sectional view taken along line VV.
【図6】モータの動作特性図FIG. 6 is an operating characteristic diagram of a motor.
【図7】踏力およびモータ駆動力の周期的変動を示す図FIG. 7 is a diagram showing periodic fluctuations of pedaling force and motor driving force.
14 後輪 22 電動モータ 30 伝動系を形成する駆動軸 32 クランク軸36 クランクペダル 43 フリーホイール一方向クラッチ 48 電気駆動系の一方向クラッチ 60 人力駆動系の一方向クラッチ 65 トルク検出手段 82 コントローラ 84 車速検出手段Reference Signs List 14 rear wheel 22 electric motor 30 drive shaft forming transmission system 32 crankshaft 36 crank pedal 43 freewheel one-way clutch 48 electric drive system one-way clutch 60 manual drive system one-way clutch 65 torque detecting means 82 controller 84 vehicle speed Detection means
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62M 23/02 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B62M 23/02
Claims (3)
ル一方向クラッチを介して駆動する人力駆動系と車輪を
電動モータにより駆動する電気駆動系とを並列に設け、
人力による踏力の変化に対応して前記電気駆動系の出力
を制御する電動モータ付き自転車のモータ制御方法にお
いて、前記電気駆動系に一方向クラッチを介在させ、前
記踏力の増減に対応してモータの駆動力を増減する一
方、前記人力駆動系のフリーホイール一方向クラッチよ
り上流側の前記人力駆動系の回転速度から車速を検出
し、この車速が略零でなくかつ前記踏力が略零の時には
モータをほぼその時の車速に対応する無負荷回転速度で
駆動し、前記車速が略零の時にはモータの駆動を停止す
ることを特徴とする電動モータ付き自転車のモータ制御
方法。1. A human-powered drive system for driving wheels via a freewheel one-way clutch provided on the wheels and an electric drive system for driving wheels by an electric motor are provided in parallel.
In a motor control method for a bicycle with an electric motor that controls an output of the electric drive system in response to a change in treading force due to human power, a one-way clutch is interposed in the electric drive system, and a motor is controlled in response to an increase or decrease in the treading force. While increasing or decreasing the driving force, the vehicle speed is detected from the rotational speed of the human-powered drive system upstream of the freewheel one-way clutch of the human-powered drive system, and when the vehicle speed is not substantially zero and the pedaling force is substantially zero, the motor is detected. Is driven at a no-load rotation speed substantially corresponding to the vehicle speed at that time, and the driving of the motor is stopped when the vehicle speed is substantially zero.
ル一方向クラッチを介して駆動する人力駆動系と車輪を
電動モータにより駆動する電気駆動系とを並列に設け、
人力による踏力の変化に対応して前記電気駆動系の出力
を制御する電動モータ付き自転車において、前記電気駆
動系に介在された一方向クラッチと、踏力を検出する踏
力検出手段と、前記人力駆動系のフリーホイール一方向
クラッチより上流側の前記人力駆動系の回転速度から車
速を検出する車速検出手段と、前記踏力の増減に対応し
てモータによる駆動力を増減する一方前記車速が略零で
なくかつ前記踏力が略零の時には前記モータをほぼその
時の車速に対応する無負荷回転速度で駆動させ前記車速
が略零の時には前記モータの駆動を停止させるコントロ
ーラとを備えることを特徴とする電動モータ付き自転
車。2. A human-powered drive system for driving wheels via a freewheel one-way clutch provided on the wheels and an electric drive system for driving the wheels by an electric motor are provided in parallel.
In a bicycle with an electric motor that controls an output of the electric drive system in response to a change in treading force due to human power, a one-way clutch interposed in the electric drive system, treading force detecting means for detecting treading force, and the human-powered drive system A freewheel one direction <br/> vehicle speed detecting means for detecting a vehicle speed from a rotational speed of the human-powered driving system on the upstream side of a clutch; and A controller that drives the motor at a no-load rotation speed corresponding to the vehicle speed at the time when the pedaling force is not substantially zero and the pedaling force is substantially zero, and stops driving the motor when the vehicle speed is substantially zero. A bicycle with an electric motor.
ル一方向クラッチを介して駆動する人力駆動系と車輪を
電動モータにより駆動する電気駆動系とを並列に設け、
人力による踏力の変化に対応して前記電気駆動系の出力
を制御する電動モータ付き自転車において、前記電気駆
動系に介在された一方向クラッチと、踏力を検出する踏
力検出手段と、前記人力駆動系のフリーホイール一方向
クラッチより上流側の前記人力駆動系の回転速度から車
速を検出する車速検出手段と、前記車速が略零でない時
には前記車速に対応するモータ回転速度となる無負荷モ
ータ電圧(VM0)を求めこの無負荷モータ電圧(VM0)
以上にモータ電圧(VM)を保ちつつ前記踏力に対応し
てモータによる駆動力を制御すると共に前記車速が略零
の時にはモータの駆動を停止させるコントローラとを備
えることを特徴とする電動モータ付き自転車。3. A human-powered drive system for driving wheels via a freewheel one-way clutch provided on the wheels and an electric drive system for driving wheels by an electric motor are provided in parallel.
In a bicycle with an electric motor that controls an output of the electric drive system in response to a change in treading force due to human power, a one-way clutch interposed in the electric drive system, treading force detecting means for detecting treading force, and the human-powered drive system vehicle speed detecting means for detecting a vehicle speed from the rotational speed of the manpower drive system on the upstream side of the free wheel direction <br/> clutch, when the vehicle speed is not substantially zero
The no-load motor voltage (V M0 ) which becomes the motor rotation speed corresponding to the vehicle speed is obtained from this no-load motor voltage (V M0 ).
An electric motor, characterized in that it comprises a controller for stopping the driving of the motor when the vehicle speed is substantially zero to control the in response to the depression force while maintaining the motor voltage (V M) driving force by the motor above With bicycle.
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