JPH0858672A - 走行トルクの制御装置を備えた電動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 手動若しくは足踏みペタルによる入力トルク
と駆動電動機による出力トルクとの比を所定の比率で自
由に選択して行うことができる電動車を得ることが目的
である。 【構成】 手動若しくは足踏みペタルによる入力トルク
の検出装置と、該検出装置の出力信号を利用して駆動電
動機の電機子電流を制御する制御装置と、該制御装置の
制御により前記した入力トルクと駆動電動機の出力トル
クの比率を所定値に保持し、又自由に変更できる手段と
より構成されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】電動の車椅子若しくは、周知の足
踏み自転車に付加して直流電動機の駆動力と人の力によ
り前進せしめる電動車に利用される。

【従来の技術】１つの例として足踏みペタルによる自転
車に直流電動機と蓄電池を載置してペタルと直流電動機
により走行する電動自転車は周知で、実施化された例が
ある。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】

第１の課題 電動自転車の足踏みペタルにより走行トル
ク及び電動の車椅子の手動回転輪による走行トルクは、
人間の自由意思により制御される。電動機による走行ト
ルクの制御を上記した自由意思に追随して行なうことが
電動車走行を安全とし、又労力を小ならしめる。かかる
手段を得ることが問題点となる。 第２の課題 電動自転車の足踏みペタル及び電動の車椅
子の手動回転輪による走行トルクと電動機による走行ト
ルクとの比率を自由に変更できる手段を得ることが問題
点となる。

【０００３】

【課題を解決するための手段】

第１の手段 入力トルクに対応した第１の電気信号が
得られるトルク検出装置と、第１の電気信号を所定の比
率で変化せしめて第２の電気信号を得る装置と、第２の
電気信号に対応した電機子電流により直流電動機を駆動
する電機子電流制御回路と、該直流電動機の出力トルク
により減速装置を介して駆動される電動車の車輪と、電
機子電流制御回路に供電する車載蓄電池とより構成され
たものである。 第２の手段 電動の車椅子において、左右の２個の駆動
車輪のそれぞれと同軸で独立に回動できる２個の手動に
より回転できる回転輪と、該回転輪が手動により回転さ
れたときの入力トルクを検出して２組の第１の電気信号
が得られるトルク検出装置と、第１の電気信号を手動に
より所定の比率で変化せしめて２組の第２の電気信号を
得る装置と、２組の第２の電気信号に対応した電機子電
流により２個の直流電動機を駆動する電機子電流制御回
路と、２個の直流電動機の出力トルクにより減速装置を
介してそれぞれ駆動される左右の２個の駆動車輪と、電
機子電流制御回路に供電する車載蓄電池とより構成され
たものである。 第３の手段 電動自転車において、足踏みペタルによる
入力トルクに対応した第１の電気信号が得られるトルク
検出装置と、第１の電気信号を手動により所定の比率で
変化せしめて第２の電気信号を得る装置と、第２の電気
信号に対応した電機子電流により直流電動機を駆動する
電機子電流制御回路と、直流電動機の出力トルクにより
減速装置を介して駆動される後車輪と、電機子電流制御
回路に供電する車載蓄電池とより構成されたものであ
る。

【０００４】

【作用】電動自転車若しくは電動の車椅子の足踏みペタ
ル若しくは手動による回転輪の人力によるトルクを検出
し、該トルクに対応した駆動電動機の出力トルクとする
とともに、人力によるトルクによる走行車輪のトルクと
駆動電動機による走行車輪のトルクの比率を人間の自由
意思により自由に変更できる作用がある。従って第１，
第２の課題を解決する作用がある。

【０００５】

【実施例】第１図以降の実施例について本発明装置の詳
細を説明する。第１図は電動自転車の実施例である。第
１図において、記号２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは
自転車本体の３角フレームを略示したものである。矢印
Ｃは走行方面を示す。帛踏みのペタル３ａ，３ｂは回転
するアーム２ａ，２ｂの端部に支軸により支持され、ア
ーム２ａは支持体により、又アーム２ｂも同じ構成の支
持体により回転軸１を介して直線状に保持される。アー
ム２ａ，２ｂの回転軸１は、フレーム２４ａ，２４ｂ，
２４ｅの結合部に軸受により回動自在に支持され、又径
の大きいスプロケット６はアーム２ａ，２ｂと同期回転
するように構成される。フレーム２４ａ，２４ｃの結合
部の支軸５には、軸受を介して後車輪１０のハブが回動
自在に支持され、又径の小さいスプロケット８は該ハブ
に装着される。ペタル３ａを矢印Ａ方向に押圧してスプ
ロケット６を矢印Ｂ方向に回転したときに、スプロケッ
ト６とスプロケット８に掛けられたチエーン４によりス
プロケット８は反時計方向に回転される。

【０００６】このときに、後車輪１０も同じ方向に駆動
されるので、矢印Ｃ方向に自転車が走行される。ペタル
３ａ，３ｂを停止して保持すると、スプロケット８に設
けた１方向クラッチにより滑動して自転車は慣性により
慣性走行をする。記号２４はサドル、記号６ａ，６ｂは
荷台である。図示していないが外筺が荷台６ｂの下方に
装着され、この内部には車載の蓄電池が収納されてい
る。

【０００７】外筺４７はフレーム２４ｃと２４ｂに固定
される。固定手段は図示していないが周知のいかなる手
段でもよい。外筺４７には直流電動機とのその通電制御
回路及び減速歯車装置が収納され、減速歯車装置の出力
回転軸４６ａは裏面に導出され、これにスプロケット４
６が装着される。外筺４７の裏面に設けた支軸１３ａに
は点線で示すレバー１３が回動自在に支持され、レバー
１３の支軸７ａにはスプロケット７が回動自在に支持さ
れ、スプロケット７はチエーン４に噛合してこれを上方
に押圧している。かかる機構は図２について詳細を後述
する。前述した蓄電池はフレーム２４ｄとフレーム２４
ｅの間の空間に装着することがよい。チエーン４は、図
示のように、大スプロケット６、スプロケット７の上
側、スプロケット４６の下側、小スプロケット８の間に
掛け渡される。

【０００８】図５は外筺４７の部分の詳細を示したもの
である。外筺４７に収納した電動機とその減速装置は図
示していないが、減速装置の出力回転軸４６ａにはスプ
ロケット４６が固定されてチエーン４と噛合する。外筺
４７の裏面に設けた支軸１３ａにはレバー１３が回動自
在に支持され、レバー１３の支軸７ａにはスプロケット
７が回動自在に支持され、チエーン４に下方より圧接し
ている。スプロケット７は円板状の回転体でもよく、矢
印Ｄ方向にレバー１３を弾撥するスプリングにより、ス
プロケット７はチエーン４を押圧している。レバー１３
の遊端部には記号１２ｄで示す部材が設けられている
が、この詳細を図６につき次に説明する。

【０００９】図６において、金属製のレバー１３の遊端
部には電気接片１４の右端が固定されている。外筺４７
には抵抗体１２を表面に設けた薄片が固着され、その左
端より端子１４ｂが導出される。レバー１３より端子１
４ａが導出される。レバー１３が矢印Ｅ方向に回転する
と、端子１４ａ，１４ｂ間の抵抗値が増大し、又その回
転の初期において電気スイッチ３１の電気接片がレバー
１３の端部に押圧されて閉じてそのまま保持される。以
上の説明より理解されるように、図１のペタル３ａ，３
ｂを足で踏んでチエーン４に張力を与えると、レバー１
３は反時計方向に回転して電気スイッチ３１が閉じ端子
１４ａ，１４ｂ間の抵抗が増大する。

【００１０】次に図３につき電動機３４の通電手段を説
明する。図３において、記号１２ａ，１２ｂは、車載蓄
電池の正負極である。電動機３４と電機子電流検出の為
の抵抗１６ｃは直列に接続され、フライホイールダイオ
ード２６が電動機３４と抵抗１６ｃの直列接続体に並列
に接続される。可変抵抗１６と抵抗４１ａ，４１ｂ，…
の１つは直列に接続され、正負極１２ａ，１２ｂより供
電される。電機子電流が増大して抵抗１６ｃの電圧降下
が、可変抵抗１６の電圧降下を越えると、比較回路とな
るオペアンプ２７の出力がローレベルとなり、トランジ
スタ２８は不導通に転化する。トランジスタ２８は他の
半導体スイッチング素子でもよい。従って、電機子コイ
ルの磁気エネルギはダイオード２６を介して放電し、電
機子電流は減少する。所定値まで減少すると、オペアン
プ２７のヒステリシス特性により、その出力がハイレベ
ルに転化するのでトランジスタ２８が導通して電機子電
流が増大する。かかるサイクルを繰返すチョッパ回路と
なるので、可変抵抗１６の電圧降下即ち基準電圧に対応
した電機子電流となる。本実施例では、抵抗１６ｃを利
用する電機子電流検出装置を利用したが、周知の手段で
もよい。電機子電流は可変抵抗１６の抵抗値を変更する
ことにより制御できるので、電動機３４の出力トルクは
可変抵抗１６により制御することができる。

【００１１】上述したように、電機子電流は可変抵抗１
６の抵抗をチェーン４の張力即ち足踏みペタルによるト
ルクに対応して変化することができる。又同時に図３の
切換スイッチの回動レバー４１を手動により切換えて端
子４１ａ，４１ｂ，…に摺接することにより、電気スイ
ッチ１２ｃを介する電源＋極１２ａよりの可変抵抗１６
の通電電流が変化するので、対応して電機子電流が変化
する。端子４１ａに回動レバー４１が当接したときに最
大電流が流れ、端子４１ｂ→４１ｃ→に順次に当接する
と対応して電流値が減少する。以上の説明より理解され
るように、足踏みペタルによるトルクが所定値のとき
に、切換スイッチの回動レバー４１による切換え動作を
手動により行なうことにより、電機子電流を変更して電
動機３４による出力トルクを増減することができる。従
って電動自転車の速度若しくは登坂力を必要に応じて自
由に制御できる作用がある。しかしかかる制御は足踏み
ペタルによるトルクが基準となる。

【００１２】図３の切換スイッチの代りに、図４に示す
手段によっても同じ目的が達成される。図４において、
端２８ａは図３のオペアンプ２７の＋端子の入力とな
る。可変抵抗４１の摺動子（矢印で示す）を上下に摺動
することにより、抵抗１６の通電電流が変化する。点線
で示す記号１／３，１／２，１，２，３に対応する部分
に摺動子を摺動することにより、端子２８ａの出力電圧
は、対応して１／３，１／２，１，２，３倍に変化する
ように調整されている。この倍数は正確にすることは困
難であるが概略の値でよい。以上の説明より理解される
ように、手動により可変抵抗４１を変更することにより
足踏みペタルによるトルクに電動機３４によるトルクを
自由に変更して付加して電動自転車の走行を行なうこと
ができる。可変抵抗４１を一定の抵抗値とし、点線Ｊで
示す装置を付加しても同じ目的を達成することができ
る。

【００１３】電子回路Ｊは、増幅回路で、端子２８ｂに
より入力される電気信号により端子２８ａの出力電圧を
自由に変更できるアナログ回路若しくはデジタル回路と
なっている。手動により端子２８ｂの入力電気信号を変
更することにより端子２８ａの出力電気信号を変更でき
るので、図３の電動機３４の出力トルクを自由に変更で
きる。従って同じ目的を達成することができる。

【００１４】上述したトルク検出装置はチェーンを媒体
としたので、図２につき後述する電動の車椅子には適用
できない。図２は電動の車椅子の後輪近傍の要部のみを
示したものである。座席のある本体３１には直線状の鉄
パイプ３０の中央部が固定され、その両端には軸受３３
ａ，３３ｂを介して手動により回転駆動される回転輪２
７ａ，２７ｂが回動自在に支持される。

【００１５】軸受３４ａ，３４ｂを介して走行の為の回
転輪２９ａ，２９ｂが回動自在に支持される。座席の下
部中央には車載蓄電池２５が装着され、その左右には直
流電動機とその減速装置を含む装置２６ａ，２６ｂが装
着される。該装置２６ａ，２６ｂによりそれぞれ回転輪
２９ａ，２９ｂが駆動されて走行する構成となってい
る。手動により回転輪２７ａを回転すると、点線で示す
装置Ｋ（この詳細は図７につき後述する。）を介して走
行の為の回転輪２９ａが装置２６ａの出力トルクにより
駆動されて走行する。回転輪２７ｂを手動で回転した場
合も同様に点線で示す装置Ｍを介して走行の為の回転輪
２９ｂが装置２６ｂの出力トルクにより駆動されて走行
する。図７，図８に示す装置はチェーンの張力を利用し
ないので、電動自転車と電動の車椅子の両者に適用でき
る手段を得ることができる。次に両者に適用できるトル
ク検出装置を説明する。図７において、駆動源１ａは図
１においては足踏みペタル３ａ，３ｂとなり、図２にお
いては手動回転輪２７ａ若しくは２７ｂとなる。

【００１６】駆動源１ａにより第１の歯車４ａを矢印Ｆ
方向に駆動すると、これと噛合する第２の歯車５ａが矢
印Ｅ方向に駆動され、これと同期回転する第３の歯車６
ａも同方向に駆動される。これと噛合する第４の歯車１
１は矢印４ｂ方向に駆動され、負荷１ｂを駆動する。こ
のときにレバー１５は時計方向に回転するトルクが発生
するので、スプリング９の弾揆力に抗して回転し、この
回転角は駆動トルクに比例するので、回転角を検出する
と駆動トルクに比例する電気信号が得られる作用があ
る。又レバー１５の回転により電気スイッチ１０ａを閉
じると駆動トルクの発生したことを検知することができ
る。直流電動機を足踏み自転車に付設した電動自転車に
本発明装置を付加すると次の作用が得られる。レバー１
５の回転角がクランクペタルの駆動トルクに比例するの
で、回転角の検出信号に対応した電流を直流変動機に通
電することにより、脚力と直流電動機の出力トルクの両
トルクを所定の比率で配分して自転車を走行することが
できる。

【００１７】図８は図７の装置を矢印Ｇ方向よりみた側
面図である。図７，図８において、回転軸１５ａは本体
に設けた軸受１６ａ，１６ｂ（点線で示す）により回転
自在に支持され、駆動源１ａにより所定方向に回転され
る。回転軸１５ａには歯車４ａが固定される。レバー１
５の下端は回転軸１５ａに遊嵌される。レバー１５ｂの
上端折曲部はレバー１５の上端部に固着され、下端は円
環１８ａに回動自在に支持されている。円環１８ａには
歯車１１が固定される。円環１８ａは回転軸１５に遊嵌
されている。従って歯車１１は回転軸１５ａに対して回
動自在に支持される構成となる。

【００１８】歯車５ａと歯車６ａは１体となり同期回転
し、ともに回転軸３ｃに固定され、回転軸３ｃはレバー
１５と１５ｂに装着した軸受９ａ，９ｂに回動自在に支
持されている。歯車４ａと５ａは噛合し、歯車６ａと１
１も噛合している。従って駆動源１ａにより回転軸１５
ａと歯車４ａが矢印Ｆ方向に駆動されると、歯車５ａ，
６ａは矢印Ｅ方向に駆動され、歯車１１は矢印４ｂ方向
即ち歯車４ａと同方向に駆動される。歯車１８は円環１
８ａに固定されているので歯車１１と同方向に駆動され
る。歯車１８は出力歯車となるもので、負荷１ｂを歯車
１１，１８のいづれかにより駆動することができる。歯
車１８をスプロケットとすると、これに掛けたチェーン
により負荷１ｂを駆動することができる。歯車１８をプ
ーリとすると、ベルトにより負荷１ｂを駆動することが
できる。図７の装置は、スターギアを利用した周知の手
段により同じくトルク検出を行なうことができる。レバ
ー１５は入力トルクにより、スプリング９の弾揆力に抗
して時計方向に回動するので、その回転角により図９に
つき後述するように、入力トルクの検出信号を得ること
ができる。記号２０ａ，２０ｂはレバー１５の左右の回
転を抑止するピンである。

【００１９】上述した機構を電動自転車に利用した場合
を次に説明する。駆動源１ａは足踏みのペタルとなり、
脚力により回転軸１５ａを駆動し、スプロケット１８に
掛けたチェーンにより後車輪のハブに設けたスプロケッ
トを駆動する。脚力が設定値を越えると、電気スイッチ
１０が閉成して後車輪を駆動する電動機が通電され、通
電電流を図３，図４で説明したように制御することによ
り、脚力に対応して電動機の出力トルクを自由に配分制
御して走行する電動自転車を構成することができる。こ
の為に図９に示す手段を付加する。図９において、記号
１９の打点部は抵抗体で、レバー１５に基部が固定され
た摺動子１５ｂが摺動する構成となっている。脚力が増
大すると、レバー１５はスプリング９の弾揆力に抗して
回動するので摺動子１５ｂも同方向に移動する。従って
端子１９ｂと１８ｂの抵抗値は増大するので、この電気
信号を利用して後車輪を駆動する電動機の出力トルクを
制御することにより、脚力に対応して電動機による駆動
トルクを制御できる。従って自転車の走行を脚力と電動
機のトルクとを自動的に調整して走行することができる
作用を得ることができる。

【００２０】端子１８ｂと端子１９ａとの間の抵抗の変
化を利用しても同じ目的を達成することができる。同じ
目的を達成する為に図１０に示す手段とすることもでき
る。図１０において、記号２１は本体に固定した円筒状
のコイルで、その端子は記号２１ａ，２１ｂで示され
る。フェライト製の円柱１７ａはコイル２１の空孔内を
左右に移動できるようになっている。円柱１７ａには金
属円環１７が設けられ、円環１７とレバー１５は針金１
７ｂで連結されている。上述した構成なので、レバー１
５の左右の回動に対応してコイル２１のインダクタンス
が変化する。図９の抵抗体１９の変化の代りに端子２１
ａ，２１ｂ間のインダクタンスの変化により後車輪を駆
動する電動機の出力トルクを変更することができるので
同じ目的が達成される。

【００２１】図９の抵抗１９を図３，図４の可変抵抗１
６とすることにより本発明を実施することができる。駆
動源となる電動機としてリラクタンス型の電動機を使用
する場合の効果を説明する。図１０はリラクタンス型電
動機のトルク特性で曲線３２で示されている。よこ軸は
通電電流、たて軸は出力トルクである。電流が増大する
と次乗曲線でトルクが増大し、次に直線的に増大し、電
機子コイルが焼損するまで増大する。周知の直流電動機
では、磁極が磁気的に飽和する点となる点線３２ａの近
傍で最大トルクとなる。リラクタンス型電動機の場合に
は上記した飽和点がないので同型のもので１０倍位の出
力トルクとなる。しかし電機子コイルが焼損するので、
次に述べる手段を採用すると有効となる。自転車を駆動
する為に図３の電気スイッチ１２ｃを閉じると、コンデ
ンサ３３の充電電流によりトランジスタ２８は導通し、
オペアンプ２７によるチョッパ回路の影響を受けること
なく最大電流が電動機３４に通電され、コンデンサの充
電とともにトランジスタ２８のベース電流は消滅し、チ
ョッパ回路の通電となる。従って、自転車を電動機によ
り急加速するときに有効な手段となる。コンデンサ３３
に並置した高抵抗は、電気スイッチ１２ｃを開いたとき
にコンデンサ３３を放電し、閉じたときに急加速する為
のものである。電動の車椅子の場合には、車輪が穴に嵌
入したり、小さい段差に当接した場合に、駆動トルクを
１時的に増大できるので有効な手段となる。以上の各実
施例の説明より判るように本発明の目的を達成すること
ができる。

【００２２】

【発明の効果】電動車において、手動若しくは足踏みペ
タルにより走行するときに、その入力トルクに対応した
所定の出力トルクに駆動電動機の出力トルクを制御で
き、更にその制御による入力トルクと出力トルクの比を
自由に選択できる。従って走行時の体調に合う選択をす
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動自転車の側面図

【図２】本発明による電動の車椅子の説明図

【図３】本発明装置の電気回路図

【図４】図３の電気回路の可変抵抗１６の他の制御手段
の電気回路図

【図５】図１の筐体４７の近傍の説明図

【図６】図５のレバー１３の詳細を示す説明図

【図７】トルク検出装置の平面図

【図８】図７の装置の側面図

【図９】レバー１５の詳細の説明図

【図１０】レバー１５の他の実施例の詳細の説明図

【図１１】駆動電動機の電流と出力トルクのグラフ

【符号の説明】

１ａ 駆動源 １ｂ 負荷 ２４ａ，２４ｂ，… フレーム ２４ サドル ２ａ，２ｂ ペタルのアーム ３ａ，３ｂ ペタル ６ａ，６ｂ 荷台 ４ チェーン ６，８，７，４６ スプロケット １０ 後車輪 ２７ａ，２７ｂ 手動により駆動される回転輪 ２９ａ，２９ｂ 電動により駆動される回転輪 ３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ 軸受 Ｋ，Ｍ トルク検出装置 ２５ 車載蓄電池 ２６ａ，２６ｂ 回転輪２９ａ，２９ｂの駆動電動機 ３４ 駆動電動機 ４１，４１ａ，４１ｂ，… 切換スイッチ Ｊ 電子回路 １３，１５，１５ｂ レバー ４ａ，１１，５ａ，５ｂ 歯車 １６ａ，１６ｂ，９ａ 軸受 １６，１９ 可変抵抗 １７ａ，２１ ソレノイド ３２ トルク曲線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力トルクに対応した第１の電気信号が得
   られるトルク検出装置と、第１の電気信号を所定の比率
   で変化せしめて第２の電気信号を得る装置と、第２の電
   気信号に対応した電機子電流により直流電動機を駆動す
   る電機子電流制御回路と、該直流電動機の出力トルクに
   より減速装置を介して駆動される電動車の車輪と、電機
   子電流制御回路に供電する車載蓄電池とより構成された
   ことを特徴とする走行トルクの制御装置を備えた電動
   車。
2. 【請求項２】電動の車椅子において、左右の２個の駆動
   車輪のそれぞれと同軸で独立に回動できる２個の手動に
   より回転できる回転輪と、該回転輪が手動により回転さ
   れたときの入力トルクを検出して２組の第１の電気信号
   が得られるトルク検出装置と、第１の電気信号を手動に
   より所定の比率で変化せしめて２組の第２の電気信号を
   得る装置と、２組の第２の電気信号に対応した電機子電
   流により２個の直流電動機を駆動する電機子電流制御回
   路と、２個の直流電動機の出力トルクにより減速装置を
   介してそれぞれ駆動される左右の２個の駆動車輪と、電
   機子電流制御回路に供電する車載蓄電池とより構成され
   たことを特徴とする走行トルクの制御装置を備えた電動
   車。
3. 【請求項３】電動自転車において、足踏みペタルによる
   入力トルクに対応した第１の電気信号が得られるトルク
   検出装置と、第１の電気信号を手動により所定の比率で
   変化せしめて第２の電気信号を得る装置と、第２の電気
   信号に対応した電機子電流により直流電動機を駆動する
   電機子電流制御回路と、直流電動機の出力トルクにより
   減速装置を介して駆動される後車輪と、電機子電流制御
   回路に供電する車載蓄電池とより構成されたことを特徴
   とする走行トルクの制御装置を備えた電動車。