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JPH06255564A - 電動モータ付き自転車 - Google Patents

電動モータ付き自転車

Info

Publication number
JPH06255564A
JPH06255564A JP7102493A JP7102493A JPH06255564A JP H06255564 A JPH06255564 A JP H06255564A JP 7102493 A JP7102493 A JP 7102493A JP 7102493 A JP7102493 A JP 7102493A JP H06255564 A JPH06255564 A JP H06255564A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
output
pedaling force
cycle
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP7102493A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3301811B2 (ja
Inventor
Ryoji Kaneko
良司 金子
Nozomi Takada
望 高田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Motor Co Ltd
Moriyama Kogyo KK
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
Moriyama Kogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Motor Co Ltd, Moriyama Kogyo KK filed Critical Yamaha Motor Co Ltd
Priority to JP07102493A priority Critical patent/JP3301811B2/ja
Publication of JPH06255564A publication Critical patent/JPH06255564A/ja
Application granted granted Critical
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 人力駆動系と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、踏力に応じてモー
タ出力を制御する場合に、モータおよび制御装置の小型
化と小容量化とを可能にし、電池の放電可能な容量を増
大させ電池寿命も長くする。 【構成】 踏力を検出する踏力検出手段と、踏力の一周
期内の計測値に基づいて次の一周期間に亘って一定な電
動モータの出力を決定するモータ出力演算手段と、この
求めたモータ出力を発生させる出力制御手段とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】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に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】踏力を検出し、この踏力の大小に対応し
て電動モータの駆動力を制御するものが公知である(特
開昭50−125438号、実開昭56−76590
号、特開平2−74491号等)。すなわち人力の負担
が大きい時には電動モータの駆動力も増やして人力の負
荷を減らすものである。
【0003】ここに人力の駆動力(踏力)はクランクペ
ダルから入力されるため、クランク軸の半回転の周期を
もって変化する。従って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。
【0004】
【従来の技術の問題点】このように従来の制御方法で
は、踏力変化と共にモータ出力も大きく変動するから、
踏力が0になる度にモータの出力も0になり、踏力と共
にモータ出力も周期的に変動することになる。このため
モータ出力の変動幅が大きくなり、モータの最大出力も
大きくなるから、モータ容量および制御装置の容量も大
きくする必要が生じる。この結果モータおよび制御装置
が大型化するという問題が生じる。
【0005】また鉛電池などの二次電池では、放電電流
が小さく一定である方が放電可能な電力すなわち放電容
量が大きくなる。このため前記のように踏力の変動に伴
って電池の放電電流が周期的に大きく変動する場合に
は、電池の放電容量も小さくなり、電池の寿命にも悪影
響を及ぼすことになる。
【0006】
【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、踏力に応じてモータ出力を制御する場合
に、モータおよび制御装置の小型化と小容量化が可能で
あり、また電池の放電可能な容量を増大させ電池寿命も
長くすることができる電動モータ付き自転車を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【発明の構成】本発明によればこの目的は、人力駆動系
と電気駆動系とを並列に設け、人力による踏力の変化に
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、踏力を検出する踏力検出手段と、前
記踏力の一周期内の計測値に基づいて次の一周期間に亘
って一定な電動モータの出力を決定するモータ出力演算
手段と、この求めたモータ出力を発生させる出力制御手
段とを備えることを特徴とする電動モータ付き自転車に
より達成される。
【0008】
【実施例】図1は本発明の一実施例の側面図、図2はそ
の動力系統図、図3はそのコントローラの機能を示すブ
ロック図、図4は動作説明図、図5は動作流れ図であ
る。
【0009】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。
【0010】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、この中に永久磁石式直流電動モ
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の後端に後輪
14が固定されている。なお右側のリヤステー28には
駆動軸30(図2参照)が挿通される。
【0011】動力ユニット24の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。
【0012】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(図示せず)に固定されている。車軸38
にはハブ(図示せず)が回転自在に保持され、このハブ
には駆動軸30の回転が傘歯車機構および一方向クラッ
チ42(図2)を介して伝えられる。
【0013】動力ユニット24には、クランク軸32の
回転を一方向クラッチ44(図2)を介して駆動軸30
に伝える傘歯車(図示せず)が内装されている。またこ
のクランク軸32と駆動軸30との間には遊星歯車機構
が介在されている。
【0014】この遊星歯車機構は遊星歯車からペダル踏
力が入力され、リング歯車から駆動軸30に踏力が出力
される。そして中央のサン歯車に加わるトルクを踏力検
出手段としてのポテンショメータ46で検出することに
より踏力Fを検出するように構成されている。モータ2
2の回転は一方向クラッチ48および減速機50を介し
て駆動軸30に伝えられる。
【0015】図1で52は鉛電池などの充電可能な電
池、54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1において56はクランク軸
32の回転速度から車速Sを求めるための車速センサで
ある。
【0016】ポテンショメータ46で検出した踏力Fは
コントロ−ラ54に入力され、このコントロ−ラ54は
この踏力Fに基づいてモータ電流を制御しモータ出力す
なわちモータトルクTM を発生させる。
【0017】コントローラ54は図3に示すように構成
される。モータ22と電池52とは、スイッチング回路
60と共に閉回路を形成し、この閉回路が主回路62と
なる。スイッチング回路は例えばMOS−FETで構成
される。なおモータ22にはフライホイールダイオード
64が並列接続され、また電流検出用のシャント66が
主回路62に取付けられている。
【0018】68はCPU、68aはメモリである。C
PU68は踏力Fや車速Sなどに基づいてモータ22の
出力(トルク)TM の指令値iを出力する。すなわち踏
力Fの一周期内の計測値を用いて次の一周期内でモータ
22の出力(トルク)TM を一定として出力させるよう
に指令値iを出力する。またクランク軸32の回転が停
止または一定速度以下になったり、あるいは車速Sが一
定速度以上になったら、モータ出力TM を制限して車速
Sを制限するようにしてもよい。
【0019】70はゲート回路であり、CPU68から
供給される指令値iに対応してデューティ比が変化する
ゲート信号gを出力する。すなわち指令値iがモータ出
力TM を増加させる時にはゲート信号gの(オン時間)
/(オフ時間+オン時間)の値(デューティという)を
大きくする。
【0020】ゲート回路70が指令値iに基づいて出力
するゲート信号gは、スイッチング回路60のスイッチ
ング素子に送られ、スイッチング素子を選択的にオン・
オフさせる。
【0021】図3において、72は踏力増減検出手段で
あり、踏力Fの時間微分dF/dtを検出する。この踏
力増減検出手段72では、図4に示すようにポテンショ
メータ46で時間dtごとに検出した踏力Fの計測値の
差、すなわち前回検出した計測値(前回値)F(t−d
t)と、その次に検出した計測値(次回値)F(t)と
の差の符号を求めフラグを出力する。従って踏力Fの計
測値が増加する間はこの差の符号は+となり、逆に減少
する間では−になり、この差に変化が無ければ0となる
から、フラグは図4に示すように差が0から+に変化す
る時に−から+に、また差が0から−に変化する時に+
から−に変化する。
【0022】図3において74は極大値検出手段であ
り、図4に示すフラグが+から−に変化する直前に求め
た踏力Fを極大値としてしてメモリする。図4の踏力極
大値書換の欄の〇印は、この極大値を求めてメモリの書
き換えを行うタイミングを示している。
【0023】76はモータ出力(TM )演算手段であ
り、求めた踏力Fの極大値FM を用いて、この次の一周
期内でモータ22に発生させる出力TM を演算する。こ
こにモータ出力TM はこの一周期内で一定値に設定され
る。例えば極大値FM に比例するモータ出力TM とした
り、予め定めた一定の関係式を用いてモータ出力TM
求めてもよい。
【0024】78は出力制御手段であり、このモータ出
力演算手段76で求めた一定のモータ出力TM を、次の
一周期間連続してモータ22に発生させるための指令値
iを出力する。80は補助停止判別手段であり、踏力F
が踏力基準値F0 以下になる期間tを求め、この期間
(計時期間)tが予め設定した最長限界tM 以上ならク
ランク軸32は停止中であるとしてモータ22による補
助を停止する。すなわちモータ出力TM を0にする。
【0025】次に図5を用いて動作を説明する。まずC
PU68はフラグを+に設定し(ステップ100)、踏
力基準値F0 を設定し(ステップ102)、最長限界t
M を設定し(ステップ104)、踏力極大値FM を初期
化し(ステップ106)、その他の初期化処理を行う。
そして踏力計測を開始し、一定時間(計測周期)dtご
とに踏力計測値を読込む(ステップ108)。
【0026】補助停止判別手段80は踏力F(次回値)
を踏力基準値F0 と比較し(ステップ110)、F>F
0 なら計時用のカウンタを0にリセットし(ステップ1
12)、カウンタをカウントし続ける。そしてこのカウ
ンタのカウント値(計時期間tに対応する)が最長限界
M より大(t>tM )なら(ステップ114)、クラ
ンク軸32は停止中であるとしてモータ22による補助
を停止して(ステップ116)、制御を終る(ステップ
118)。
【0027】カウント値(t)が最長限界tM より小
(t<tM )なら、踏力増減検出手段72は踏力計測値
の時間dt間の差を求め(ステップ120)、この差が
増加中であればこの差がプラスであるとして(ステップ
122)、ステップ100で設定したフラグと一致する
か調べる(ステップ124)。この場合一致しているか
らステップ110に戻る。フラグが一致していなければ
フラグをプラスに書き換えて(ステップ126)、ステ
ップ110)に戻る。
【0028】踏力計測値が減少中なら計測周期dt間の
踏力の差がマイナスであるから(ステップ120、12
8)、メモリされている直前のフラグと一致するか否か
を調べる(ステップ130)。一致していればステップ
110に戻り、一致していなければ図4のフラグが+か
ら−に変化したことを意味することから、フラグをマイ
ナスに書き換えて(ステップ132)、この直前の踏力
Fを極大値とする。そしてメモリの極大値をこの新しい
極大値で書き換え(ステップ134)、ステップ11
0)に戻る。
【0029】本実施例では踏力の極大値FM によってモ
ータ出力TM を求めているが、本発明はこれに限られな
い。例えば一周期間の踏力Fの時間についての積分値を
用いたり、クランク軸32の一定回転角度における踏力
やクランク軸32の一定回転角度範囲内の踏力の平均
値、等を用いてモータ出力TM を求めてもよい。またク
ランク軸32の回転速度あるいは車速Sによってモータ
出力TM を増減してもよい。例えば車速Sが一定以上に
なるとモータ出力TM を減らすようにしてもよい。
【0030】
【発明の効果】請求項1の発明は以上のように、踏力の
一周期内の計測値に基づいて次の一周期内に亘って一定
なモータ出力を設定するものであるから、モータ出力は
踏力の一周期内では一定となりモータの小型化が可能に
なる。モータ出力が小さくなれば制御装置も小容量化で
き、小型化できる。また電池の放電電流の変動が小さく
なるので、電池の放電容量を増大させ、電池寿命を長く
することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の側面図
【図2】その動力系統図
【図3】コントローラの機能を示すブロック図
【図4】動作説明図
【図5】動作流れ図
【符号の説明】
14 後輪 22 電動モータ 36 クランクペダル 46 踏力検出手段としてのポテンショメータ 54 コントローラ 68 CPU 72 踏力増減検出手段 74 踏力極大値検出手段 76 モータ出力演算手段 78 出力制御手段 F 踏力 TM モータ出力

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 人力駆動系と電気駆動系とを並列に設
    け、人力による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、踏力を
    検出する踏力検出手段と、前記踏力の一周期内の計測値
    に基づいて次の一周期間に亘って一定な電動モータの出
    力を決定するモータ出力演算手段と、この求めたモータ
    出力を発生させる出力制御手段とを備えることを特徴と
    する電動モータ付き自転車。
JP07102493A 1993-03-05 1993-03-05 電動モータ付き自転車 Expired - Fee Related JP3301811B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10194185A (ja) * 1997-01-13 1998-07-28 Yamaha Motor Co Ltd 電動自転車
EP0926059A2 (en) 1997-12-24 1999-06-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Vehicle with power assist unit and controlling method therefor
US9120531B2 (en) 2010-12-22 2015-09-01 Microspace Corporation Motor driving control apparatus
US9162730B2 (en) 2010-12-22 2015-10-20 Microspace Corporation Motor driving control apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10194185A (ja) * 1997-01-13 1998-07-28 Yamaha Motor Co Ltd 電動自転車
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US9162730B2 (en) 2010-12-22 2015-10-20 Microspace Corporation Motor driving control apparatus

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