JPH08275583A

JPH08275583A - 機械損算出機能付き電動自転車

Info

Publication number: JPH08275583A
Application number: JP7075818A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Matsumoto; 敏宏松本; Tateaki Tanaka; 建明田中; Hisahiro Kazuhara; 寿宏数原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】伝達するべきトルクの大きさを検出して機械
損を演算し、その機械損分を補正してペダルの踏力に合
ったトルクを車輪軸に発生させる。【構成】電動モータと、電動モータの電流を検出して
モータトルクを演算するモータ駆動力演算部と、電動モ
ータのトルクを車輪に伝達する伝達系と、モータ駆動力
演算部によって演算されたトルクに基づいて伝達系の機
械損を算出し、それに応じて電動モータの出力トルクを
補正するコントローラを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機によって駆動さ
れる電動自転車や、人力による人力駆動部と電動機によ
る電動駆動部との両方を兼ね備え、人力による駆動力の
大きさに応じて電動機を駆動し、人力の駆動力を電動機
の駆動力によって補助する電動自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような電動自転車としては、
特開平５−２４６３７８号公報に示されているように、
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、人力による駆動系の駆動力、つまりペダルの踏力
（ペダルを踏みつける力）を検出して、電動モータの出
力を調整するようにしたものが知られている。

【０００３】例えば、図１７に示すように、踏力検出部
２０１でペダルの踏力（指令値）を検出し、車速検出部
２０２で車速を検出し、それらのデータをコントローラ
２０３に入力して、モータ２０４に印加する電圧を調整
する。つまり、踏力と車速を検出し、それに応じて、ス
イッチング素子等でモータ２０４に印加する電圧（平均
電圧）を調整し、減速機２０５を介して車輪２０６を駆
動するするようにしたものが知られている。

【０００４】また、例えば、図１８に示すように、踏力
検出部３０１でペダルの踏力（指令値）を検出し、モー
タ電流検出部３０２でモータの電流を検出し、それらの
データをコントローラ３０３に入力して、モータ３０４
に印加する電圧を調整する。つまり、踏力とモータ電流
を検出し、それに応じて、スイッチング素子等でモータ
３０４に印加する電圧（平均電圧）を調整し、減速機３
０５を介して車輪３０６を駆動するするようにしたもの
が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな電動自転車においては、一般に、モータから車輪軸
等にトルクを伝達する際に機械損が発生する。このた
め、モータ２０４，３０４で、ペダルの踏力（指令値）
に応じたトルクを車輪軸に発生させようとしても、機械
損の分だけトルクが減少する。

【０００６】また、この機械損は、一般に大きなトルク
を伝達しようとするほど大きく、また、回転数が高いほ
ど大きい。

【０００７】この発明は、このような事情を考慮してな
されたもので、伝達するべきトルクの大きさと回転数
（車速）を検出して機械損を演算し、その機械損分を補
正してペダルの踏力（指令値）に合ったトルクを車輪軸
に発生させるようにした機械損算出機能付き電動自転車
を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１は本願の第１の発明
の構成を示すブロック図である。この図に示すように、
本願の第１の発明は、電動機１０１と、電動機１０１の
トルクを検出する電動トルク検出手段１０２と、電動機
１０１のトルクを車輪１０３に伝達する伝達手段１０４
と、電動トルク検出手段１０２によって検出されたトル
クに基づいて伝達手段１０４の機械損を算出し、それに
応じて電動機１０１の出力トルクを補正する補正手段１
０５を備えてなる機械損算出機能付き電動自転車であ
る。

【０００９】また、本願の第２の発明は、電動機と、電
動機の回転数を検出する回転数検出手段と、電動機のト
ルクを車輪に伝達する伝達手段と、回転数検出手段によ
って検出された回転数に基づいて伝達手段の機械損を算
出し、それに応じて電動機の出力トルクを補正する補正
手段を備えてなる機械損算出機能付き電動自転車であ
る。

【００１０】これらの発明において、電動機１０１とし
ては、各種の交流又は直流電動モータを用いることがで
きるが、電源としては乾電池等の直流電源を用いるのが
簡便であるので、この点を考慮した場合には、直流電動
モータを用いるのが好ましい。

【００１１】電動トルク検出手段１０２としては、電動
モータに流れる電流を電流センサで検出し、検出した電
流値から、電動モータのトルクを算出するものが適用さ
れる。伝達手段１０４としては、電動機１０１のトルク
を車輪に伝達するためのギヤ、あるいはベルトなどの伝
達系を使用することができる。

【００１２】補正手段１０５としては、ＲＯＭ，ＲＡ
Ｍ，Ｉ／Ｏポート等の周辺装置を備えたマイクロプロセ
ッサを用いることができる。回転数検出手段としては、
従来公知の、例えば電動機の回転を機械的、電磁的ある
いは光学的に検出する各種のセンサを用いることができ
る。

【００１３】上記本願の第１の発明においては、電動機
の回転数を検出する回転数検出手段をさらに設け、補正
手段を、電動トルク検出手段によって検出されたトルク
と回転数検出手段によって検出された回転数とに基づい
て伝達手段の機械損を算出し、それに応じて電動機の出
力トルクを補正する機能を併せ備えた構成とすることが
好ましい。

【００１４】また、上記各発明においては、人力によっ
て車輪を駆動する人力駆動手段と、人力駆動手段のトル
クを検出する人力検出手段と、電動トルク検出手段と人
力検出手段からの出力を受け、電動機のトルクと人力駆
動手段のトルクとが適切な比率となるように、電動機の
トルクを調整する制御手段とをさらに設けた構成とする
ことが好ましい。

【００１５】この発明において、人力駆動手段とは、人
力によって車輪を駆動するための装置を意味し、ペダル
とチェーン、あるいはペダルとギヤ及び回転軸などの各
種の駆動装置を適用することができる。人力駆動手段の
トルクとは、ペダルにかけられた踏力によって生ずるト
ルクを意味し、このため、この人力駆動手段のトルク
は、通常の自転車においては「踏力」と表現することが
できる。

【００１６】人力検出手段としては、例えばペダルを用
いた自転車であれば、ペダルの踏力を検出することがで
きるものであればよく、ポテンショメータやバネなどの
各種のトルク検出装置を用いることができる。

【００１７】

【作用】本願の第１の発明によれば、補正手段１０５に
より、電動トルク検出手段１０２によって検出されたト
ルクに基づいて伝達手段１０３の機械損が算出され、そ
れに応じて電動機１０１の出力トルクが補正されるの
で、目的通りのトルクを最終段階の車輪から出力するこ
とができる。

【００１８】また、本願の第２の発明によれば、補正手
段により、回転数検出手段によって検出された回転数に
基づいて伝達手段の機械損が算出され、それに応じて電
動機の出力トルクが補正されるので、目的通りのトルク
を最終段階の車輪から出力することができる。

【００１９】上記本願の第１の発明に、電動機の回転数
を検出する回転数検出手段をさらに設けた場合には、補
正手段により、電動トルク検出手段によって検出された
トルクと回転数検出手段によって検出された回転数とに
基づいて伝達手段の機械損が算出され、それに応じて電
動機の出力トルクが補正されるので、電動機のトルクと
回転数との双方に応じた機械損を考慮して、より正確
に、目的通りのトルクを最終段階の車輪から出力するこ
とができる。

【００２０】また、人力駆動手段と人力検出手段と制御
手段とをさらに設けた場合には、人力の駆動力を電動機
の駆動力によって補助するタイプの電動自転車におい
て、目的通りのトルクを最終段階の車輪から出力するこ
とができる。

【００２１】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。なお、これによってこの発明が限定される
ものではない。

【００２２】図２は本発明における電動自転車の一実施
例の全体を示す斜視図である。この図において、１は電
動自転車本体で、この電動自転車本体１には後述する電
動機８が備えてあり、人力によるトルクの大きさに応じ
て電動機８の駆動力を変化させ、人力による力を電動機
８の力によって補助して走行させるものである。

【００２３】２，３はメインフレーム４に設けられた前
輪及び後輪で、前輪２は回転自在に軸支されており、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。盤状ケーシング５は回転側ケーシング６と固定側
ケーシング７とから構成されており、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。
また、盤状ケーシング５には電動機８が内蔵してあり、
電動駆動が必要な時に駆動して、後述する人力駆動部１
０と共に回転側ケーシング６を回転させる。この盤状ケ
ーシング５からなる駆動部分を電動駆動部９という。

【００２４】１０はペダル１１を踏むことで、チェーン
１２を介して後輪３を回転させる人力駆動部である。本
例では、チェーン１２を伝達部材としたが、チェーン１
２の代わりにベルト、回転軸等によるものを用いても構
わない。

【００２５】１３は前輪２を操舵するハンドルである。
１４，１５は左右のブレーキレバーで、このブレーキレ
バー１４，１５を引くことでワイヤー１６，１７が引っ
張られ、このワイヤー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、このワイヤー１６，１７の途中にはブレーキ
スイッチ２０が設けてあり、ブレーキレバー１４，１５
を操作したときに電動機８への通電が停止する機構にな
っている。

【００２６】２１はサドルである。２２は電動機８の電
源となるバッテリ部で、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り付けられるバッテリケー
ス２３と、このバッテリケース２３に収納した単一型充
電式電池によって構成されている。この電源電圧は約２
４ボルトである。

【００２７】次に、図３に基づき、盤状ケーシング５に
ついて説明する。図３は盤状ケーシング５内の構成を示
す正面図である。この図において、７は電動自転車本体
１に固定される固定側ケーシングで、この固定側ケーシ
ング７には制御基板２４、放熱板２５等からなる制御部
２６、電動機８、第１プーリー２７、第２プーリー２
８、最終段プーリー２９の３つのプーリーからなる減速
機構３０、減速機構３０を連結する伝達ベルト３１が配
置されている。

【００２８】減速機構３０の最終段プーリー２９は、回
転側ケーシング６に固定されており、電動機８が回転す
ると第１から最終段プーリーまでが伝達ベルト３１によ
って回転し、減速されて最終段プーリー２９と共に回転
側ケーシング６が回転する。また、第２プーリー２８と
最終段プーリー２９とが連結される第２プーリー２８の
小さいほうのプーリーには、一方向クラッチが介入され
ており、ペダル１１からの力が加わった時に電動機８を
回さないように、即ちペダル１１が軽いようにしてあ
る。

【００２９】３２は伝達ベルト３１の張りを調節するた
めの押圧部材である。３３は伝達ベルト３１の張りを調
節する調節ネジで、第１プーリー２７の回転軸の取り付
け部分には長孔が形成してあり、第１プーリー２７を伝
達ベルト３１が張る方向に移動させるとともに、移動さ
せた状態で調節ネジ３３によってプーリーを固定するよ
うになっている。

【００３０】３７はチェーン１２からの駆動力を回転側
ケーシング６に伝達するためのチェーンスプロケット
で、このチェーンスプロケット３７と回転側ケーシング
６との間にはフリーホイール３８が設けられており、チ
ェーン１２が逆回転したときには回転側ケーシング６に
チェーン１２からの駆動力を伝達しない構成になってい
る。３９は後輪３の車軸である。

【００３１】最終段プーリー２９の構成について、図
４，図５，図６に基づき詳述する。これらの図におい
て、４０は最終段プーリー２９の内側で車軸３９に対称
に２か所に設けられた弾性体、即ちバネで、このバネ４
０は片側を最終段プーリー２９に固定し、他側を伸縮自
在に開放している。また、バネ４０は伸縮方向を車軸３
９、或いは最終段プーリー２９と同心円の略接線方向に
配置し、ペダル１１に踏力が加わったとき、後述する押
圧部材４２によって力を受けやすい方向にしている。

【００３２】４１はバネ４０の開放側に当接する受圧部
材で、この受圧部材４１はバネ４０の径より小さい部分
と大きい部分とがあり、小さい部分がバネ４０内に入り
込み、大きい部分がバネ４０を蓋するように設けられて
いる。また、受圧部材４１は、鉄やセラミックなどの滑
りやすい材質のものが使われている。

【００３３】４２はチェーンスプロケット３７の回転に
よって回動し、車軸３９の周りに設けられた回動板で、
この回動板４２には車軸３９の中心軸を点対称として、
受圧部材４１をチェーンスプロケット３７の回転によっ
て押さえる押圧部材４３が設けられている。この押圧部
材４３は、鉄やセラミック等、滑りやすい材質のもので
形成されている。

【００３４】また、回動板４２は最終段プーリー２９の
内側に同心円状に挿入されて、押圧部材４３がバネ４０
を押さえることによって最終段プーリー２９と共に回転
する。また、押圧部材４３は、受圧部材４１を押さえる
時に、押さえる位置が若干ずれるため、先端部分が曲面
になっている。

【００３５】更に、回動板４２には回動方向にむかって
形成した傾斜部４４を、車軸３９の中心軸を点対称とし
て２か所に形成しており、回動板４２の回動と共に回動
する。

【００３６】４５は回動板４２の回動により傾斜部４４
の作用で車軸３９方向に移動可能な摺動部材で、摺動部
材４５の傾斜部４４に当接する部分に突起４６を設けて
おり、また、この突起４６と反対位置には弾性部材、即
ちバネ４７が回動板４２方向に付勢して設けてある。即
ち、回動板４２の回動で摺動部材４５が押されたときの
み摺動するようになっており、回動板４２が元の位置に
戻ると摺動部材４５も元に戻るようになっている。更
に、摺動部材４５には磁性部材、本実施例ではフェライ
ト４８が設けてあり、摺動部材４５の移動とともに移動
するようになっている。

【００３７】４９は固定側ケーシング７の内側で、フェ
ライト４８の移動範囲内に設けられたコイルであり、こ
のコイル４９の巻線が巻いてあるコイルボビン５０中を
フェライト４８が移動するようになっている。

【００３８】回転側ケーシング６の回動板４２には、ボ
ス４２ａが設けられ、そのボス４２ａには、回転側ケー
シング６の回転速度を検出するためのマグネット４２ｂ
が設けられている。マグネット４２ｂの対向部分の固定
側ケーシング７には、基板７ａと、その上にリードスイ
ッチ７ｂが設けられている。

【００３９】リードスイッチ７ｂは、マグネット４２ｂ
が近づくたびに磁力によりスイッチが入る（あるいは切
れる）ようになっており、このリードスイッチ７ｂが一
度入って（あるいは切れて）、次に入る（切れる）まで
の時間をカウンターでカウントすることにより、電動自
転車の車速を検出する。

【００４０】上述の回動板４２、摺動部材４５を合わせ
て変換部材５１という。また、摺動部材４５に設けたフ
ェライト４８と、固定側ケーシング７に取り付けられた
コイル４９を合わせてトルク検出部５２という。上述の
マグネット４２ｂとリードスイッチ７ｂとを合わせて車
速センサという。

【００４１】次に、人力による駆動と、このトルク検出
部５２におけるトルクの検出について説明をする。

【００４２】電動自転車本体１が走行を始めるとき、使
用者はペダル１１に踏力を掛けて走行する。この時、後
輪３は止まろうとする力が大きく働くため、チェーンス
プロケット３７、回動板４２は回転しようとし、バネ４
０を押さえてバネ４０が最終段プーリー２９を押さえ
て、最終段プーリー２９と固定した回転側ケーシング
６、後輪３が回転して走行する。この時、走行時には大
きなトルクが生じるため、バネ４０は大きく縮むことに
なり、即ちバネ４０の縮みと共に回動板４２が回動し、
傾斜部４４も回動をする。

【００４３】傾斜部４４が回動すると、これに当接した
突起４６が車軸３９方向に押され、摺動部材４５も車軸
３９方向に移動する。摺動部材４５が車軸３９方向に移
動すると、フェライト４８がコイル４９内を移動するこ
とになり、これによってコイル４９のインダクタンスが
変化することになる。

【００４４】即ち、踏力が大きくなればなるほどコイル
４９内に挿入されるフェライト４８の体積が大きくな
り、インダクタンスが大きくなる。即ち、コイル４９に
印加される電圧が、インダクタンスの変化によって変化
し、インダクタンスが大きいほど電圧は小さくなり、イ
ンダクタンスが小さいほど電圧は大きくなるので、この
電圧の変化を検出することによって踏力の大きさを検出
することができ、この大きさに応じて電動機８を駆動制
御する。

【００４５】また、平地走行時において、使用者が踏力
を加えない状態について説明すると、回動板４２は最終
段プーリー２９と共に回転し、この状態では踏力がない
のでバネ４０は縮まず、摺動部材４５も移動しない。即
ち、コイル４９のインダクタンスの変化もないため、コ
イル４９に印加される電圧も変わらず、電動機８からの
駆動は行われない。

【００４６】更に、平地や上り坂などで使用者が加速を
する場合について説明すると、前述した走行を始めると
きと同様、踏力が加わるとバネ４０が縮み、よって回動
板４２が人力のトルクの大きさに合わせて回動し、傾斜
部４４に当接した突起４６が傾斜部４４の回動によって
押さえられて、摺動部材４５が移動し、フェライト４８
がコイル４９内を移動する。

【００４７】４７ａはバネ４０の付勢によって押される
押圧部材４３を衝撃から防ぐためのラバープレートであ
る。４８ａはバネ４０を施蓋するカバーである。

【００４８】次に、図７及び図８に基づきトルク検出部
５２の回路について説明をする。これらの図において、
４９はＣＰＵ（図示せず）から出力される交流電圧が印
加されるコイルで、この交流電圧は図８の（Ａ）に示す
ような波形が入力される。また、このコイル４９は、フ
ェライト４８を近づけたり遠ざけたりすることで、コイ
ル４９のインダクタンスが大きくなったり小さくなった
りし、図８の（Ｂ）で示すような波形になって出力され
る。出力されたパルスは、直流変換部６０でパルスの平
均値が取られて直流変換される。つまり、図８の（Ｃ）
に示す波形に変換されて、次の増幅器６１によって増幅
され、Ａ／Ｄ変換器（図示しない）でＡ／Ｄ変換されて
前記ＣＰＵに入力される。

【００４９】また、図８の（Ｂ）の波形の破線で示す部
分は、フェライト４８がコイル４９に近づいたときの波
形を示し、これが直流変換部６０で、前述する場合より
も、図８の（Ｃ）の破線で示すようにレベルが低くなっ
て、前記ＣＰＵに入力される。

【００５０】このように、踏力を車軸３９方向のフェラ
イト４８の動きに変換し、これによって変化するコイル
のインダクタンスの変化を電圧の変化に変換して電気信
号を取り出しているので、正確で細かなトルクの検出が
でき、的確な制御で人力を補助することができる。

【００５１】なお、フェライトの位置はコイル内を移動
するようにしたが、接近するだけでもコイルのインダク
タンスは変化するので、摺動部材４５の移動で接近する
だけの構成、即ちコイル近傍にフェライトを設けるよう
な構成にしても構わない。

【００５２】更に、バネ４０は使用せず、弾性部材４７
のみの弾性力で、踏力が加わったときに摺動部材４５が
弾性部材４７を押さえ、踏力がなくなると弾性部材４７
の弾性力で摺動部材４５を元に戻すようにして、トルク
を検出するようにしてもよい。

【００５３】図９は電動機の制御回路を示すブロック図
である。この図において、７１はトルク検出部５２から
なる踏力検出部、７９は車速センサからなる車速検出
部、７２はＣＰＵ、７３は回路のスイッチングを行うス
イッチング素子、７４はスイッチング素子７３を制御し
て電源のデューティ制御（ＰＷＭ制御）を行うスイッチ
ング素子コントローラ、７５は直流電源である。この直
流電源７５は、ニッカド（Ｎｉ−ｃｄ）電池の２４Ｖ、
２．５Ａｈのものを用いている。

【００５４】７６はフライホイルダイオード、７８は電
動機８に流れる電流を検出するモータ電流センサであ
る。

【００５５】モータ電流センサ７８は、４．５ｍΩの抵
抗値と１４Ａの許容容量を持つ抵抗（シャント抵抗）を
２本並列に接続したものを配置し、その電圧降下を差動
アンプで検出し、その検出値をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ７
２に入力するようにしている。ＣＰＵ７２は、モータ電
流センサ７８からの電流値に基づいて電動機８のトルク
を算出する。

【００５６】次に、ＣＰＵ７２の動作を図１０に示すフ
ローチャートに従って説明する。まず、踏力検出部７１
によって踏力を検出してＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）
変換し（ステップＳ１）、踏力を人力トルクに変換し
（ステップＳ２）、電動機８の電流、つまりモータ電流
を検出してＡ／Ｄ変換し（ステップＳ３）、モータ電流
をモータトルクに変換する（ステップＳ４）。

【００５７】次に、車速検出部７９から車速を得、車速
が時速１５Ｋｍ未満であるのか（ステップＳ５）、車速
が時速２４Ｋｍを越えているのかを判定し（ステップＳ
６）、時速１５Ｋｍ未満であれば、旧人力トルクを新人
力トルクとし（ステップＳ７）、時速１５Ｋｍ〜時速２
４Ｋｍの範囲であれば、旧人力トルクに（２４−車速）
／９（Ｋｍ／Ｓ）を乗じたものを新人力トルクとし（ス
テップＳ８）、時速２４Ｋｍ以上であれば、新人力トル
クを“０”とする。

【００５８】そして、旧デューティ＋（新人力トルク−
モータトルク）／定数を算出、つまり積分計算を行っ
て、これを新デューティとし（ステップＳ１０）、デュ
ーティを出力する（ステップＳ１１）。

【００５９】図１１はモータ電流とモータトルクとの関
係を示すグラフである。また、図１２はモータ電流とモ
ータによって駆動される駆動ユニットの駆動軸トルクと
の関係を示すグラフである。

【００６０】図１１に示すように、モータ電流とモータ
トルクとは本来比例関係にある。しかし、図１２に示す
ように、モータ電流と駆動軸トルクとの関係をみた場合
には、伝達系に機械損が発生するため、モータで発生し
たトルクを１００％駆動軸に伝達することはできない。

【００６１】このように、本実施例においても、電動機
８に流れる電流と、後輪３の車軸３９に生ずるトルクと
の関係は、比例関係にない。これは、減速機で機械損が
発生するためである。

【００６２】この機械損は、伝達するトルクが大きいほ
ど大きい。これは、図１２のモータ電流と駆動軸トルク
との関係の曲線において、損失が“０”の場合のモータ
電流とトルクとの関係（減速比１／２３．２）を直線で
示した場合、駆動軸トルクが大きくなればなるほど、モ
ータ電流と駆動軸トルクとの関係の曲線が、損失“０”
の場合の直線から離れていることからわかる。

【００６３】また、機械損は、回転数が高いほど大き
い。これは、図１２において、２５ｒｐｍと１２５ｒｐ
ｍの時のモータ電流と駆動軸トルクとの曲線を比較する
と、１２５ｒｐｍの曲線の方が、２５ｒｐｍの曲線より
も、損失が“０”の場合の直線から、より離れているこ
とからいえる。

【００６４】したがって、この機械損を考慮して、電動
機８に、踏力から計算した電流よりも多めの電流を流し
て、電動機８から、大きめのトルクが発生されるように
し、最終的にトルクが伝達される後輪３の車軸３９に、
計算上のトルクが生ずるようにする。

【００６５】すなわち、電動機８のトルクと回転数を検
出し、それに応じた機械損を演算し、その機械損により
電動機８に与える電流を補正する。

【００６６】図１３はペダルの踏力と車速を検出して機
械損を演算するようにした場合の電動自転車の制御回路
を示すブロック図である。この図において、８１はトル
ク検出部５２からなる踏力検出部、８２は車速センサか
らなる車速検出部である。

【００６７】８３は踏力検出部８２からのセンサ値に基
づいて踏力を演算する踏力演算部、８４は踏力演算部８
３によって演算された踏力に基づいて電動機８のトルク
を演算するモータ駆動力演算部、８５は機械損演算部で
ある。

【００６８】機械損演算部８５は、モータ駆動力演算部
８４によって演算された電動機８のトルクと、車速検出
部８２によって検出された車速に基づいて、減速機の機
械損を演算し、その機械損をモータ駆動力演算部８４に
よって演算された電動機８のトルクに加味する。

【００６９】８６は機械損の加味された電動機８のトル
クと車速検出部８２によって検出された車速から電動機
８に印加する電圧を演算するモータ電圧演算部である。
踏力演算部８３、モータ駆動力演算部８４、機械損演算
部８５、及びモータ電圧演算部８６は、ＣＰＵ７２から
構成される。

【００７０】８７はモータ電圧演算部８６によって演算
されたモータ電圧により電動機８のデューティ制御（Ｐ
ＷＭ制御）を行うモータ出力制御回路であり、このモー
タ出力制御回路８７は、スイッチング素子コントローラ
７４から構成される。

【００７１】８８は電動機８からなるモータ、８９は盤
状ケーシング５内に設けた減速機構３０からなる減速
機、９０は後輪３からなる車輪である。

【００７２】この制御回路においては、踏力検出部８１
で検出したセンサ値から踏力演算部８３で踏力を演算
し、その踏力に応じて、モータ駆動力演算部８４でモー
タ駆動力を演算する。

【００７３】この演算したモータ駆動力と車速検出部８
２で検出した車速から、機械損演算部８５で減速機損失
を求めて、これをモータ駆動力から減じ、この機械損を
減じたモータ駆動力と車速から、モータ電圧演算部８６
でモータ電圧を演算し、このモータ電圧に基づいて、モ
ータ出力制御回路８７でモータ８８をデューティ制御
し、モータ８８の駆動力を減速機８９を介して車輪９０
に伝達する。

【００７４】このようにして、踏力（指令値）から伝達
すべきトルクを得、車速検出部８２で車速を検出する。
そして、このトルクと車速から機械損演算部８５で機械
損の量を演算し、その情報をＣＰＵ７２が得る。ＣＰＵ
７２では、その情報をもとにモータトルクを増すこと
で、機械損分を補正し、車輪軸には指令値に合ったトル
クが発生する。ペダルの踏力と車速を検出して機械損を
演算するようにした場合の電動自転車では、このように
して機械損を演算し、電動機８をデューティ制御する。

【００７５】図１４はペダルの踏力と車速とモータ電流
を検出して機械損を演算するようにした場合の電動自転
車の制御回路を示すブロック図である。この図におい
て、図１３と同じ構成要素については同じ参照番号を付
してその説明を省略する。

【００７６】図中、９１はモータ電流センサ７８からな
るモータ電流検出部、９２は電動機８のモータ電流から
電動機８のトルクを演算するモータ駆動力演算部であ
る。９３は機械損演算部である。機械損演算部９３は、
踏力演算部８３によって演算された踏力と、車速検出部
８２によって検出された車速に基づいて、減速機の機械
損を演算し、その機械損を、モータ駆動力演算部９２に
よって演算された電動機８のトルクから減速機損失とし
て減じる。この減速機損失が減じられたトルクは、モー
タ駆動力として、踏力演算部８３によって演算された踏
力と比較され、踏力とモータ駆動力との差分が求められ
る。

【００７７】９４は積分器であり、踏力とモータ駆動力
との差分に応じたデューティを出力する。９５は積分器
９４から出力されたデューティにより電動機８のデュー
ティ制御を行うモータ出力制御回路であり、このモータ
出力制御回路９５は、スイッチング素子コントローラ７
４から構成される。

【００７８】この制御回路においては、踏力検出部８１
で検出したセンサ値から踏力演算部８３で踏力を演算
し、この踏力と車速検出部８２で検出した車速から、機
械損演算部９３で減速機損失を求める。また、モータ電
流検出部９１で検出したモータ電流からモータ駆動力演
算部９２でモータ駆動力を演算し、このモータ駆動力か
ら機械損演算部９３で演算した減速機損失を引く。

【００７９】そして、踏力とモータ駆動力との差分を求
め、その差分に応じたデューティを積分器９４で得、そ
のデューティに基づいて、モータ出力制御回路９５でモ
ータ８８をデューティ制御し、モータ８８の駆動力を減
速機８９を介して車輪９０に伝達する。

【００８０】このようにして、踏力（指令値）を検出す
るとともに、モータ電流からモータトルクを得、車速検
出部８２で車速を検出する。そして、この踏力と車速か
ら機械損演算部８５で機械損の量を演算し、その情報を
ＣＰＵ７２が得る。ＣＰＵ７２では、その情報をもとに
モータトルクを増すことで、機械損分を補正し、車輪軸
には指令値に合ったトルクが発生する。ペダルの踏力と
車速とモータ電流を検出して機械損を演算するようにし
た場合の電動自転車では、このようにして機械損を演算
し、電動機８をデューティ制御する。

【００８１】なお、上記において、車速検出部８２は車
速センサによって車速を検出するように説明したが、モ
ータ電流とデューティから車速を演算するようにしても
よい。

【００８２】図１５は機械損の演算をＣＰＵで行うよう
にした場合の電動自転車の制御回路を示すブロック図で
ある。この図において、図１３及び図１４と同じ構成要
素については同じ参照番号を付してその説明を省略す
る。

【００８３】図中、９６はＣＰＵ７２からなるコントロ
ーラである。コントローラ９６は、踏力検出部８１で踏
力を検出し、モータ電流検出部９１でモータ電流を検出
し、車速検出部８２で車速を検出して、モータ８８をデ
ューティ制御し、モータ８８のトルクを減速機８９を介
して車輪９０に伝達する。

【００８４】図１６はコントローラ９６による機械損演
算の処理内容を示すフローチャートである。この図７示
すように、機械損演算の処理においては、まず、デュー
ティを“０”に設定し（ステップＳ２１）、踏力検出部
８１で人力トルクセンサ値を検出した後（ステップＳ２
２）、そのセンサ値を人力トルクに変換し（ステップＳ
２３）、モータ電流検出部９１でモータ電流センサ値を
検出した後（ステップＳ２４）、そのセンサ値をモータ
トルクに変換し（ステップＳ２５）、車速検出部８２で
車速センサ値を検出した後（ステップＳ２６）、そのセ
ンサ値を車速に変換する（ステップＳ２５）。

【００８５】そして、減速機の損失を演算する（ステッ
プＳ２８）。この演算においては、モータトルクと車速
に応じた減速機の損失をあらかじめＲＯＭにテーブルと
して記憶しておき、モータトルクと車速からこのＲＯＭ
テーブルを参照し、減速機の損失を求める。

【００８６】減速機の損失を求めた後、モータトルクか
ら減速機の損失を減じたものを新たなモータトルクとし
（ステップＳ２９）、積分計算を行って、つまり人力ト
ルクとモータトルクとの差分を定数で除したものをデュ
ーティに加えて新たなデューティとし（ステップＳ３
０）、デューティを出力する（ステップＳ３１）。以上
のようにして、コントローラ９６により、減速機の損失
を考慮した制御を行い、目的通りのトルクを最終段階の
車輪から出力する。

【００８７】

【発明の効果】この発明によれば、目的通りのトルクを
最終段階の車輪から出力することができる。また、電動
機のトルクと回転数に基づいて伝達手段の機械損を算出
し、それに応じて電動機の出力トルクを補正するように
した場合には、電動機のトルクと回転数との双方に応じ
た機械損を考慮して、より正確に、目的通りのトルクを
最終段階の車輪から出力することができる。

【００８８】そして、人力の駆動力を電動機の駆動力に
よって補助するタイプの電動自転車に適用した場合で
も、目的通りのトルクを最終段階の車輪から出力するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の第１の発明の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明における電動自転車の一実施例の全体を
示す斜視図である。

【図３】本発明における電動自転車の盤状ケーシング内
の構成を示す正面図である。

【図４】本発明における電動自転車の最終段プーリーの
構成を示す側面断面図である。

【図５】本発明における電動自転車の最終段プーリーの
構成を示す平面構成図である。

【図６】本発明における電動自転車の最終段プーリーの
構成を示す側面断面図である。

【図７】本発明における電動自転車のトルク検出部の回
路図である。

【図８】本発明における電動自転車のトルク検出部の回
路における各部分の波形を示す説明図である。

【図９】本発明における電動機の制御回路を示すブロッ
ク図である。

【図１０】本発明におけるＣＰＵの動作を示すフローチ
ャートである。

【図１１】モータ電流とモータトルクとの関係を示すグ
ラフである。

【図１２】モータ電流とモータによって駆動される駆動
ユニットの駆動軸トルクとの関係を示すグラフである。

【図１３】本発明におけるペダルの踏力と車速を検出し
て機械損を演算するようにした場合の電動自転車の制御
回路を示すブロック図である。

【図１４】本発明におけるペダルの踏力と車速とモータ
電流を検出して機械損を演算するようにした場合の電動
自転車の制御回路を示すブロック図である。

【図１５】本発明における機械損の演算をＣＰＵで行う
ようにした場合の電動自転車の制御回路を示すブロック
図である。

【図１６】本発明のコントローラによる機械損演算の処
理内容を示すフローチャートである。

【図１７】従来の電動自転車の制御回路の一例を示すブ
ロック図である。

【図１８】従来の電動自転車の制御回路の一例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

３車輪（後輪）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７ａ基板７ｂリードスイッチ８電動機９電動駆動部１０人力駆動部１１ペダル２６制御部３９車軸４０弾性体（バネ）４２回動板４２ａボス４２ｂマグネット４４傾斜部４５摺動部材４６突起４７弾性部材（バネ）４７ａラバープレート４８磁性部材（フェライト）４８ａカバー４９コイル５１変換部材５２トルク検出部７１踏力検出部７２ＣＰＵ７３スイッチング素子７４スイッチング素子コントローラ７５直流電源７６ダイオード７８モータ電流センサ７９車速検出部８１踏力検出部８２車速検出部８３踏力演算部８４モータ駆動力演算部８５，９３機械損演算部８６モータ電圧演算部８７モータ出力制御回路８８モータ８９減速機９０車輪９１モータ電流検出部９２モータ駆動力演算部９４積分器９５モータ出力制御回路９６コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動機と、電動機のトルクを検出する電動トルク検出手段と、電動機のトルクを車輪に伝達する伝達手段と、電動トルク検出手段によって検出されたトルクに基づい
て伝達手段の機械損を算出し、それに応じて電動機の出
力トルクを補正する補正手段を備えてなる機械損算出機
能付き電動自転車。
【請求項２】電動機と、電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、電動機のトルクを車輪に伝達する伝達手段と、回転数検出手段によって検出された回転数に基づいて伝
達手段の機械損を算出し、それに応じて電動機の出力ト
ルクを補正する補正手段を備えてなる機械損算出機能付
き電動自転車。
【請求項３】電動機の回転数を検出する回転数検出手
段をさらに備え、補正手段が、電動トルク検出手段によって検出されたト
ルクと回転数検出手段によって検出された回転数とに基
づいて伝達手段の機械損を算出し、それに応じて電動機
の出力トルクを補正する機能を併せ備えたことを特徴と
する請求項１記載の機械損算出機能付き電動自転車。
【請求項４】人力によって車輪を駆動する人力駆動手
段と、人力駆動手段のトルクを検出する人力検出手段と、電動トルク検出手段と人力検出手段からの出力を受け、
電動機のトルクと人力駆動手段のトルクとが適切な比率
となるように、電動機の出力トルクを調整する制御手段
とをさらに備えたことを特徴とする請求項１，２又は３
記載の機械損算出機能付き電動自転車。