JPH0880892A - 補助動力付き人力車両 - Google Patents
補助動力付き人力車両Info
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- JPH0880892A JPH0880892A JP22041794A JP22041794A JPH0880892A JP H0880892 A JPH0880892 A JP H0880892A JP 22041794 A JP22041794 A JP 22041794A JP 22041794 A JP22041794 A JP 22041794A JP H0880892 A JPH0880892 A JP H0880892A
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- torque
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 補助動力付き人力車両において、人力による
トルクに正確に対応したトルクをモータによって発生さ
せ、また、人力によるトルクの増加に遅れることなくモ
ータによるトルクを追従させる。 【構成】 CPU250aは、シャント抵抗を介してモ
ータ44の電流を検知し、この電流が人力によるトルク
に対応した目標電流値となるようにモータ44の通電制
御を行う。また、人力によるトルクが0となった場合に
は、メモリ251に記憶された無負荷損失電流値を目標
電流値としたモータ44の通電制御を行い、その時点に
おける車速に対応した無負荷回転速度でモータ44を回
転させる。そして、人力によるトルクが0から増加した
場合にはこの増加分に応じた分だけ目標電流値を増加さ
せ、人力によるトルクの増加に遅れることなく、モータ
によるトルクを発生させる。
トルクに正確に対応したトルクをモータによって発生さ
せ、また、人力によるトルクの増加に遅れることなくモ
ータによるトルクを追従させる。 【構成】 CPU250aは、シャント抵抗を介してモ
ータ44の電流を検知し、この電流が人力によるトルク
に対応した目標電流値となるようにモータ44の通電制
御を行う。また、人力によるトルクが0となった場合に
は、メモリ251に記憶された無負荷損失電流値を目標
電流値としたモータ44の通電制御を行い、その時点に
おける車速に対応した無負荷回転速度でモータ44を回
転させる。そして、人力によるトルクが0から増加した
場合にはこの増加分に応じた分だけ目標電流値を増加さ
せ、人力によるトルクの増加に遅れることなく、モータ
によるトルクを発生させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人力により与えられる
トルクに見合った補助トルクを電気駆動系によって発生
し、この補助トルクと人力によるトルクとを合せたトル
クにより車両を駆動する補助動力付き人力車両に関す
る。
トルクに見合った補助トルクを電気駆動系によって発生
し、この補助トルクと人力によるトルクとを合せたトル
クにより車両を駆動する補助動力付き人力車両に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ペダルに与えられる踏力を検出し、この
踏力の大小に対応して電動モータのトルクを制御するよ
うにした補助動力付き人力車両が知られている。従来の
補助動力付き人力車両においては、モータへの供給電
圧、モータの回転速度およびトルクの間に一定の関係が
成立することを利用することにより、踏力に見合った補
助トルクをモータによって発生させていた。すなわち、
モータの回転速度を検出し、この回転速度において踏力
に見合った補助トルクを得るのに必要なモータへの供給
電圧を上記一定の関係に基づいて求める。そして、この
ようにして求めた電圧をモータに供給することによりト
ルクを発生させる。また、この種の補助動力付き人力車
両においては、モータによる駆動系には一方向クラッチ
が介在しており、これにより、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。
踏力の大小に対応して電動モータのトルクを制御するよ
うにした補助動力付き人力車両が知られている。従来の
補助動力付き人力車両においては、モータへの供給電
圧、モータの回転速度およびトルクの間に一定の関係が
成立することを利用することにより、踏力に見合った補
助トルクをモータによって発生させていた。すなわち、
モータの回転速度を検出し、この回転速度において踏力
に見合った補助トルクを得るのに必要なモータへの供給
電圧を上記一定の関係に基づいて求める。そして、この
ようにして求めた電圧をモータに供給することによりト
ルクを発生させる。また、この種の補助動力付き人力車
両においては、モータによる駆動系には一方向クラッチ
が介在しており、これにより、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。
【0003】さて、人力によるトルク(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。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0になるからである。図8
はこの人力によるトルクすなわち踏力FLの時間tに対
する変化を示すものである。モータは、踏力FLがほぼ
0になる度にその速度がほぼ0になるようにすなわちそ
のトルクFMもほぼ0になるように制御され、その後、
踏力FLが正方向に増加するのに伴い、モータの電圧を
増加させてモータを加速し、モータトルクFMが正にな
るようにしている。このようにモータのトルクFMはほ
ぼ0の状態と所望のトルクとの間で周期的に変動するこ
ととなる。
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。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0になるからである。図8
はこの人力によるトルクすなわち踏力FLの時間tに対
する変化を示すものである。モータは、踏力FLがほぼ
0になる度にその速度がほぼ0になるようにすなわちそ
のトルクFMもほぼ0になるように制御され、その後、
踏力FLが正方向に増加するのに伴い、モータの電圧を
増加させてモータを加速し、モータトルクFMが正にな
るようにしている。このようにモータのトルクFMはほ
ぼ0の状態と所望のトルクとの間で周期的に変動するこ
ととなる。
【0004】ここで、モータの速度がほぼ0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トルク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
だけモータのトルクFMが踏力FLよりも遅れることとな
り、操縦性が良くないという問題があった。また、モー
タは速度が0の状態から車速に対応する回転速度N0ま
での加速を繰り返すが、この間のモータの動作は走行の
ためのトルクの増加に全く寄与しないから、この間のモ
ータの加速に要するエネルギーが無駄であるという問題
があった。
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トルク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
だけモータのトルクFMが踏力FLよりも遅れることとな
り、操縦性が良くないという問題があった。また、モー
タは速度が0の状態から車速に対応する回転速度N0ま
での加速を繰り返すが、この間のモータの動作は走行の
ためのトルクの増加に全く寄与しないから、この間のモ
ータの加速に要するエネルギーが無駄であるという問題
があった。
【0005】かかる問題を解決するため、車速に対応し
たモータ回転速度N0となる無負荷モータ電圧を求め、
踏力FLが0となった場合においても、この無負荷モー
タ電圧をモータに与えるようにした補助動力付き人力車
両が提案されるに至った。この補助動力付き人力車両に
よれば、踏力FLが0である期間においてもモータが車
速に対応した回転速度N0で回転しているので、踏力FL
が正方向に増加する場合にモータは回転速度N0から加
速されることとなり、踏力FLの増加よりモータのトル
クFMが増加を開始する。なお、この補助動力付き人力
車両については特開平5−246377号公報に開示さ
れている。
たモータ回転速度N0となる無負荷モータ電圧を求め、
踏力FLが0となった場合においても、この無負荷モー
タ電圧をモータに与えるようにした補助動力付き人力車
両が提案されるに至った。この補助動力付き人力車両に
よれば、踏力FLが0である期間においてもモータが車
速に対応した回転速度N0で回転しているので、踏力FL
が正方向に増加する場合にモータは回転速度N0から加
速されることとなり、踏力FLの増加よりモータのトル
クFMが増加を開始する。なお、この補助動力付き人力
車両については特開平5−246377号公報に開示さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、補助動力源
たるモータは、動作時においてブラシの抵抗、電機子巻
線の抵抗等による損失が発生し、これにより特性が左右
される。この種の損失は、同一仕様・機種のものであっ
ても各モータ間でばらつきがあるため、一定の条件(回
転速度、電圧)下で発生するトルクもモータ間でばらつ
きがある。しかしながら、上述した従来の補助動力付き
人力車両は、車速と踏力FLに対応した所望のトルクに
基づいてモータへの供給電圧を決定するものであったた
め、モータによって発生するトルクにモータの特性に起
因したばらつきが生じやすいという問題があった。ま
た、上記特開平5−246377号公報に開示の補助動
力付き人力車両も、供給電圧の制御によりモータのトル
クを制御する方式のものであるため、モータのトルクを
踏力の増加に追従させる際の応答性が良くないという問
題があった。
たるモータは、動作時においてブラシの抵抗、電機子巻
線の抵抗等による損失が発生し、これにより特性が左右
される。この種の損失は、同一仕様・機種のものであっ
ても各モータ間でばらつきがあるため、一定の条件(回
転速度、電圧)下で発生するトルクもモータ間でばらつ
きがある。しかしながら、上述した従来の補助動力付き
人力車両は、車速と踏力FLに対応した所望のトルクに
基づいてモータへの供給電圧を決定するものであったた
め、モータによって発生するトルクにモータの特性に起
因したばらつきが生じやすいという問題があった。ま
た、上記特開平5−246377号公報に開示の補助動
力付き人力車両も、供給電圧の制御によりモータのトル
クを制御する方式のものであるため、モータのトルクを
踏力の増加に追従させる際の応答性が良くないという問
題があった。
【0007】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たものであり、補助動力源たるモータにより人力による
トルクに正確に対応したトルクを発生させることがで
き、また、人力によるトルクの増加に遅れることなくモ
ータによるトルクを追従させることができる補助動力付
き人力車両を提供することを目的とする。
たものであり、補助動力源たるモータにより人力による
トルクに正確に対応したトルクを発生させることがで
き、また、人力によるトルクの増加に遅れることなくモ
ータによるトルクを追従させることができる補助動力付
き人力車両を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
人力によるトルクに従って駆動されると共に該トルクを
伝達する人力トルク伝達手段と、バッテリおよび該バッ
テリからの給電によりトルクを発生するモータにより構
成された補助動力源とを有し、前記人力トルク伝達手段
を介して伝達されるトルクおよび前記補助動力源により
発生されるトルクの合力により車両を駆動するようにし
た補助動力付き人力車両において、前記人力トルク伝達
手段を介して伝達されるトルクおよび該人力トルク伝達
手段の駆動速度を検出する駆動状態検出手段と、前記モ
ータの電流を前記人力トルク伝達手段を介して伝達され
るトルクに応じた目標電流値に追従させる閉ループ制御
を行う手段であって、該トルクが0である場合には前記
モータの回転速度が前記人力トルク伝達手段の駆動速度
に対応した回転速度となる無負荷損失電流を目標電流値
とする制御手段を具備することを特徴とする補助動力付
き人力車両を要旨とする。また、請求項2に係る発明
は、前記制御手段は、前記人力トルク伝達手段の駆動速
度が所定の速度を越えたときに、前記目標電流値を略0
とすることを特徴とする請求項1記載の補助動力付き人
力車両を要旨とする。
人力によるトルクに従って駆動されると共に該トルクを
伝達する人力トルク伝達手段と、バッテリおよび該バッ
テリからの給電によりトルクを発生するモータにより構
成された補助動力源とを有し、前記人力トルク伝達手段
を介して伝達されるトルクおよび前記補助動力源により
発生されるトルクの合力により車両を駆動するようにし
た補助動力付き人力車両において、前記人力トルク伝達
手段を介して伝達されるトルクおよび該人力トルク伝達
手段の駆動速度を検出する駆動状態検出手段と、前記モ
ータの電流を前記人力トルク伝達手段を介して伝達され
るトルクに応じた目標電流値に追従させる閉ループ制御
を行う手段であって、該トルクが0である場合には前記
モータの回転速度が前記人力トルク伝達手段の駆動速度
に対応した回転速度となる無負荷損失電流を目標電流値
とする制御手段を具備することを特徴とする補助動力付
き人力車両を要旨とする。また、請求項2に係る発明
は、前記制御手段は、前記人力トルク伝達手段の駆動速
度が所定の速度を越えたときに、前記目標電流値を略0
とすることを特徴とする請求項1記載の補助動力付き人
力車両を要旨とする。
【0009】
【作用】上記請求項1に係る発明によれば、モータに流
す電流を制御することによりモータのトルクを制御する
ので、人力によるトルクに正確に対応したトルクがモー
タから得られる。また、人力によるトルクが0の場合で
あっても、上記無負荷損失電流の通電によりモータの回
転速度は人力トルク伝達手段の駆動速度に対応した無負
荷回転速度に維持されるため、人力によるトルクが0か
ら増加した場合にこの増加に遅れることなくモータによ
るトルクが発生される。また、請求項2に係る発明によ
れば、人力トルク伝達手段の駆動速度が所定の速度を越
えたときには、モータによるトルクの発生が停止される
ため、補助動力付き人力車両として適切な走行が行われ
る。
す電流を制御することによりモータのトルクを制御する
ので、人力によるトルクに正確に対応したトルクがモー
タから得られる。また、人力によるトルクが0の場合で
あっても、上記無負荷損失電流の通電によりモータの回
転速度は人力トルク伝達手段の駆動速度に対応した無負
荷回転速度に維持されるため、人力によるトルクが0か
ら増加した場合にこの増加に遅れることなくモータによ
るトルクが発生される。また、請求項2に係る発明によ
れば、人力トルク伝達手段の駆動速度が所定の速度を越
えたときには、モータによるトルクの発生が停止される
ため、補助動力付き人力車両として適切な走行が行われ
る。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照し、本発明の一実施例につ
いて説明する。図1はこの発明の一実施例による補助動
力付き人力車両の全体構成を示す側面図、図2は同実施
例の動力系の展開図、図3は同実施例の踏力検出部を示
す側面図、図4はそのV−V線断面図、図5は同実施例
の動力系統図である。図1において、符号10は車体フ
レームであり、ヘッドパイプ12と、このヘッドパイプ
12から斜下後方へ延びるダウンチューブ14と、この
ダウンチューブ14の後部から上方へ起立するシートチ
ューブ16およびその後方で 平行に起立する補助シー
トチューブ18と、ダウンチューブ14の後端に固着さ
れたクロスパイプ15と、このクロスパイプ15から後
方へ延びる左右一対のチェーンステー20,20(図2
参照)と、シートチューブ14の上端および補助シート
チューブ18をチェーンステー20の後端に結合するシ
ートステー22とを備えている。
いて説明する。図1はこの発明の一実施例による補助動
力付き人力車両の全体構成を示す側面図、図2は同実施
例の動力系の展開図、図3は同実施例の踏力検出部を示
す側面図、図4はそのV−V線断面図、図5は同実施例
の動力系統図である。図1において、符号10は車体フ
レームであり、ヘッドパイプ12と、このヘッドパイプ
12から斜下後方へ延びるダウンチューブ14と、この
ダウンチューブ14の後部から上方へ起立するシートチ
ューブ16およびその後方で 平行に起立する補助シー
トチューブ18と、ダウンチューブ14の後端に固着さ
れたクロスパイプ15と、このクロスパイプ15から後
方へ延びる左右一対のチェーンステー20,20(図2
参照)と、シートチューブ14の上端および補助シート
チューブ18をチェーンステー20の後端に結合するシ
ートステー22とを備えている。
【0011】ヘッドパイプ12には前フォーク24およ
び操向ハンドルバー26が左右へ回動自在に保持されて
いる。前フォーク24の下端には前輪28が取り付けら
れている。シートチューブ16の上端にはサドルシート
30が取り付けられている。チェーンステー20,20
の後端には後輪32が取り付けられている。この後輪3
2のハブ34は内装式変速機を内蔵している。
び操向ハンドルバー26が左右へ回動自在に保持されて
いる。前フォーク24の下端には前輪28が取り付けら
れている。シートチューブ16の上端にはサドルシート
30が取り付けられている。チェーンステー20,20
の後端には後輪32が取り付けられている。この後輪3
2のハブ34は内装式変速機を内蔵している。
【0012】40は本実施例の動力源となる動力ユニッ
トである。この動力ユニット40は、ケース42と、こ
のケースに斜前上方へ突出するように固定された永久磁
石式直流電動モータ44とを有する。ケース42はダウ
ンチューブ14の後部下方に取り付けられ、この状態で
モータ44はダウンチューブ14と平行となる。図1お
よび図2に示すように、ケース42にはクランク軸46
が貫挿され、その両端にクランクアーム48,48が固
定されている。クランクアーム48にはクランクペダル
50,50が取り付けられている。
トである。この動力ユニット40は、ケース42と、こ
のケースに斜前上方へ突出するように固定された永久磁
石式直流電動モータ44とを有する。ケース42はダウ
ンチューブ14の後部下方に取り付けられ、この状態で
モータ44はダウンチューブ14と平行となる。図1お
よび図2に示すように、ケース42にはクランク軸46
が貫挿され、その両端にクランクアーム48,48が固
定されている。クランクアーム48にはクランクペダル
50,50が取り付けられている。
【0013】モータ44の回転は、図2および図3に示
す遊星ローラ式減速機52、一方向クラッチ54、小傘
歯車56、大傘歯車58を介して、クランク軸46に回
動自在に保持された筒型の合力軸60に伝えられる(図
5参照)。この合力軸60にはチェーンスプロケット6
2が固着され、このスプロケット62の回転はさらにチ
ェーン64によって前記ハブ34に設けたスプロケット
66に伝えられる。このスプロケット66の回転は一方
向クラッチ68を介してハブ34に伝えられる。
す遊星ローラ式減速機52、一方向クラッチ54、小傘
歯車56、大傘歯車58を介して、クランク軸46に回
動自在に保持された筒型の合力軸60に伝えられる(図
5参照)。この合力軸60にはチェーンスプロケット6
2が固着され、このスプロケット62の回転はさらにチ
ェーン64によって前記ハブ34に設けたスプロケット
66に伝えられる。このスプロケット66の回転は一方
向クラッチ68を介してハブ34に伝えられる。
【0014】後輪32からモータ44へ向う回転はハブ
34に内蔵された一方向クラッチ68により遮断され
る。なお、前記遊星ローラ式減速機52は公知のもので
あり、モータ軸44aに設けたサンローラとモータ出力
検出レバー70に保持されたリングローラとの間に遊星
ローラを挟み、この遊星ローラの公転を一方向クラッチ
54を介して小傘歯車56に伝えるものである。
34に内蔵された一方向クラッチ68により遮断され
る。なお、前記遊星ローラ式減速機52は公知のもので
あり、モータ軸44aに設けたサンローラとモータ出力
検出レバー70に保持されたリングローラとの間に遊星
ローラを挟み、この遊星ローラの公転を一方向クラッチ
54を介して小傘歯車56に伝えるものである。
【0015】なお、リングローラを保持するモータ出力
検出レバー70は、モータ44のトルクをリングローラ
に加わる反力により検出するモータ出力検出手段72
(図4参照)の一部を構成するものである。このレバー
70にはリングローラの反力方向と反対方向への復帰習
性がばね(図示略)により付与され、このレバー70の
回動量がモータ出力センサであるポテンショメータ74
により検出される。
検出レバー70は、モータ44のトルクをリングローラ
に加わる反力により検出するモータ出力検出手段72
(図4参照)の一部を構成するものである。このレバー
70にはリングローラの反力方向と反対方向への復帰習
性がばね(図示略)により付与され、このレバー70の
回動量がモータ出力センサであるポテンショメータ74
により検出される。
【0016】一方、ペダル50から人力により入力され
る回転は、クランク軸46、一方向クラッチ76および
遊星歯車式増速機78からなる人力トルク伝達手段を介
して合力軸60に伝えられ、さらにこの合力軸60から
チェーン64を介して後輪32に伝えられる(図5参
照)。このクランク軸46の回転はモータ44の停止中
にはクラッチ54の作用によりモータ44に伝わらな
い。また、クランク軸46の停止中あるいは逆転中には
クラッチ76の作用によりモータ44の回転はクランク
軸46に伝わらない。ここにチェーン64はモータ軸4
4aを含む車体前後方向の平面Aの右側に位置する(図
2および図4参照)。
る回転は、クランク軸46、一方向クラッチ76および
遊星歯車式増速機78からなる人力トルク伝達手段を介
して合力軸60に伝えられ、さらにこの合力軸60から
チェーン64を介して後輪32に伝えられる(図5参
照)。このクランク軸46の回転はモータ44の停止中
にはクラッチ54の作用によりモータ44に伝わらな
い。また、クランク軸46の停止中あるいは逆転中には
クラッチ76の作用によりモータ44の回転はクランク
軸46に伝わらない。ここにチェーン64はモータ軸4
4aを含む車体前後方向の平面Aの右側に位置する(図
2および図4参照)。
【0017】遊星歯車式増速機78は、図2および図4
に示すように、合力軸60に固定されたリングギヤ80
と、踏力検出レバー82に固定されたサンギヤ84と、
これらの間に介在する遊星ギヤ86とを備えている。ク
ランク軸46は、この遊星ギヤ86を一方向クラッチ7
6を介して公転させる。
に示すように、合力軸60に固定されたリングギヤ80
と、踏力検出レバー82に固定されたサンギヤ84と、
これらの間に介在する遊星ギヤ86とを備えている。ク
ランク軸46は、この遊星ギヤ86を一方向クラッチ7
6を介して公転させる。
【0018】なお、踏力検出レバー82は、ペダル50
による人力駆動時のトルクをサンギヤ84に加わる反力
により検出する踏力検出手段88の一部を構成するもの
である。この踏力検出手段88は前記平面Aの左側に位
置する。
による人力駆動時のトルクをサンギヤ84に加わる反力
により検出する踏力検出手段88の一部を構成するもの
である。この踏力検出手段88は前記平面Aの左側に位
置する。
【0019】すなわち、この踏力検出手段88のレバー
82は、図3および図4に示すように1つの突起88a
を持ち、この突起88aはストッパ90に当接して図3
で時計方向への回転、換言すればペダル50の踏力が加
わる方向と逆方向の回転を規制する。この突起88aに
はまた他の第2のレバー92が当接し、レバー82の反
時計方向の回転によってこの第2のレバー92が時計方
向に回転する。
82は、図3および図4に示すように1つの突起88a
を持ち、この突起88aはストッパ90に当接して図3
で時計方向への回転、換言すればペダル50の踏力が加
わる方向と逆方向の回転を規制する。この突起88aに
はまた他の第2のレバー92が当接し、レバー82の反
時計方向の回転によってこの第2のレバー92が時計方
向に回転する。
【0020】この第2のレバー92には復帰ばね94に
より復帰習性が付与され、これによりレバー82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92の回転量は踏力センサとしてのポテンシ
ョメータ96に伝えられる。この結果、ペダル50の踏
力に比例してレバー82が図5で反時計方向に回動し、
第2のレバー92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96の回動量から求められる。
より復帰習性が付与され、これによりレバー82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92の回転量は踏力センサとしてのポテンシ
ョメータ96に伝えられる。この結果、ペダル50の踏
力に比例してレバー82が図5で反時計方向に回動し、
第2のレバー92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96の回動量から求められる。
【0021】図2において、98は車速検出手段として
の車速センサであり、合力軸60と一体に回転する遊星
歯車式増速機78のリングギヤ80の外周面に近接して
設けられる。このセンサ98は、例えば背面に磁石を持
った磁気検出素子で構成され、これをリングギヤ80の
外周面に歯車形に形成したヨークに対向させたものとす
る。この磁気検出素子としては、リードスイッチ、電磁
ピックアップコイル、磁気抵抗素子、ホール素子などが
使用できる。このセンサ98としては、静電容量式、光
学式など種々の公知のものが使用できる。
の車速センサであり、合力軸60と一体に回転する遊星
歯車式増速機78のリングギヤ80の外周面に近接して
設けられる。このセンサ98は、例えば背面に磁石を持
った磁気検出素子で構成され、これをリングギヤ80の
外周面に歯車形に形成したヨークに対向させたものとす
る。この磁気検出素子としては、リードスイッチ、電磁
ピックアップコイル、磁気抵抗素子、ホール素子などが
使用できる。このセンサ98としては、静電容量式、光
学式など種々の公知のものが使用できる。
【0022】図1において、100は鉛電池などの充電
可能な電池であり、2個の電池100が電池ケース10
2に収納されている。この電池ケース102は、シート
チューブ16と補助シートチューブ18との間に搭載さ
れている。104はコントローラ、106はメインスイ
ッチであり、これらは前記ダウンチューブ14の下でモ
ータ44の前方に収容されている。
可能な電池であり、2個の電池100が電池ケース10
2に収納されている。この電池ケース102は、シート
チューブ16と補助シートチューブ18との間に搭載さ
れている。104はコントローラ、106はメインスイ
ッチであり、これらは前記ダウンチューブ14の下でモ
ータ44の前方に収容されている。
【0023】踏力検出手段88で検出した踏力FLおよ
び車速検出手段98で検出した車速Sはコントローラ1
04に入力され、このコントローラ104はこの踏力F
Lと車速Sに基づいてモータ44の電流を制御し、モー
タ出力FMを発生させる。
び車速検出手段98で検出した車速Sはコントローラ1
04に入力され、このコントローラ104はこの踏力F
Lと車速Sに基づいてモータ44の電流を制御し、モー
タ出力FMを発生させる。
【0024】図6にコントローラ104の回路構成を示
す。図6に示すように、電池100の正負両極間にモー
タ44への通電を制御するNチャネルFET206、モ
ータ44およびシャント抵抗203aが直列に接続され
ている。また、FET206がOFF状態の場合におけ
るモータ44の電流の経路を形成すべく、モータ44お
よびシャント抵抗203aに対して並列にフライホイー
ルダイオード201aが接続されている。
す。図6に示すように、電池100の正負両極間にモー
タ44への通電を制御するNチャネルFET206、モ
ータ44およびシャント抵抗203aが直列に接続され
ている。また、FET206がOFF状態の場合におけ
るモータ44の電流の経路を形成すべく、モータ44お
よびシャント抵抗203aに対して並列にフライホイー
ルダイオード201aが接続されている。
【0025】シャント抵抗203a、差動増幅器203
bおよびフィルタ203cは、モータに流れる電流を検
出する電流検出手段としての役割を果すものである。ま
ず、シャント抵抗203aは、モータ44と接地線との
間に介挿されており、この抵抗には、FET206を介
してモータ44に流れる電流と、FET206がOFF
状態のときにフライホイールダイオード201aを介し
てモータに流れる電流の総和が流れる。このシャント抵
抗203aの両端の電圧は差動増幅器203bによって
増幅され、フィルタ203cによって平滑化される。こ
のようにしてモータ44に流れる電流の平均値相当の電
圧信号がフィルタ203cから得られ、CPU250a
のA/D変換ポートに入力される。本実施例において
は、上述の通り、モータ44と接地線との間にシャント
抵抗203aを配したので、差動増幅器203bに入力
される同相雑音が少なくなり、モータ44の電流値を正
確に反映した信号がフィルタ203cから得られる。
bおよびフィルタ203cは、モータに流れる電流を検
出する電流検出手段としての役割を果すものである。ま
ず、シャント抵抗203aは、モータ44と接地線との
間に介挿されており、この抵抗には、FET206を介
してモータ44に流れる電流と、FET206がOFF
状態のときにフライホイールダイオード201aを介し
てモータに流れる電流の総和が流れる。このシャント抵
抗203aの両端の電圧は差動増幅器203bによって
増幅され、フィルタ203cによって平滑化される。こ
のようにしてモータ44に流れる電流の平均値相当の電
圧信号がフィルタ203cから得られ、CPU250a
のA/D変換ポートに入力される。本実施例において
は、上述の通り、モータ44と接地線との間にシャント
抵抗203aを配したので、差動増幅器203bに入力
される同相雑音が少なくなり、モータ44の電流値を正
確に反映した信号がフィルタ203cから得られる。
【0026】CPU250aは、所定のプログラムを繰
り返し実行することにより、モータに流れる電流の制御
を行う制御サイクルを繰り返す。さらに詳述すると、各
制御サイクルにおいて、CPU250aは、次の演算を
行う。
り返し実行することにより、モータに流れる電流の制御
を行う制御サイクルを繰り返す。さらに詳述すると、各
制御サイクルにおいて、CPU250aは、次の演算を
行う。
【0027】a.補助トルクの目標値の演算 まず、CPU250aは、所定の補助率ηを踏力検出手
段88により検出された踏力FLに乗じ、モータ44が
発生すべき補助トルクの目標値を求める。
段88により検出された踏力FLに乗じ、モータ44が
発生すべき補助トルクの目標値を求める。
【0028】b.モータ44の目標電流値の演算 次に上記補助トルクを得るのに必要な目標電流値を演算
する。ここで補助トルクの目標値が0である場合には、
この補助トルクに対応した電流値自体は0である。しか
しながら、本実施例は、踏力FLが0である場合におい
てもモータ44を車速Sに対応した回転速度で回転させ
るための制御を行うものであり、CPU250aはこの
回転制御を可能にするための目標電流値の設定を以下の
ようにして行う。
する。ここで補助トルクの目標値が0である場合には、
この補助トルクに対応した電流値自体は0である。しか
しながら、本実施例は、踏力FLが0である場合におい
てもモータ44を車速Sに対応した回転速度で回転させ
るための制御を行うものであり、CPU250aはこの
回転制御を可能にするための目標電流値の設定を以下の
ようにして行う。
【0029】まず、図7のグラフは、無負荷状態の場合
にモータに流れる無負荷損失電流の代表値を例示するも
のである。同図に示すように、無負荷損失電流は、モー
タの回転速度に依存して変化する。図6において、メモ
リ251にはモータ44の各回転速度に対応した無負荷
損失電流の値のマップが記憶されている。
にモータに流れる無負荷損失電流の代表値を例示するも
のである。同図に示すように、無負荷損失電流は、モー
タの回転速度に依存して変化する。図6において、メモ
リ251にはモータ44の各回転速度に対応した無負荷
損失電流の値のマップが記憶されている。
【0030】CPU250aは、車速Sに対応したモー
タ44の回転速度を求め、この回転速度に対応した無負
荷損失電流の値をメモリ251から読み出す。そして、
踏力FLが0である場合はこの無負荷損失電流値を目標
電流値として設定する。また、踏力FLが0より大きい
場合は無負荷損失電流値に対し上記補助トルクの目標値
に対応した電流値を加えたものをモータ44の目標電流
値として設定する。
タ44の回転速度を求め、この回転速度に対応した無負
荷損失電流の値をメモリ251から読み出す。そして、
踏力FLが0である場合はこの無負荷損失電流値を目標
電流値として設定する。また、踏力FLが0より大きい
場合は無負荷損失電流値に対し上記補助トルクの目標値
に対応した電流値を加えたものをモータ44の目標電流
値として設定する。
【0031】さて、車速Sが高くなるとこれに対応した
モータ44の回転速度も高くなる。しかし、車速Sがあ
る限度を越えた場合にはモータ44による加速を停止す
る必要がある。そこで、本実施例においては、車速Sに
対応したモータ44の回転速度が電池100の電圧をす
べてモータ44に印加した場合のモータ44の無負荷回
転速度を越えた場合には、モータ44の目標電流値をほ
ぼ0に設定する。
モータ44の回転速度も高くなる。しかし、車速Sがあ
る限度を越えた場合にはモータ44による加速を停止す
る必要がある。そこで、本実施例においては、車速Sに
対応したモータ44の回転速度が電池100の電圧をす
べてモータ44に印加した場合のモータ44の無負荷回
転速度を越えた場合には、モータ44の目標電流値をほ
ぼ0に設定する。
【0032】c.モータ44の電流の制御 上記目標電流値とフィルタ203cを介して得られるモ
ータ44の電流値との差分を求め、この差分を0にすべ
くPWM信号のデューティの補正量を演算する。そし
て、このようにして求めた補正量に基づいてデューティ
の調整されたPWMパルスを発生し、ゲートドライブ2
05へ出力する。
ータ44の電流値との差分を求め、この差分を0にすべ
くPWM信号のデューティの補正量を演算する。そし
て、このようにして求めた補正量に基づいてデューティ
の調整されたPWMパルスを発生し、ゲートドライブ2
05へ出力する。
【0033】ゲートドライブ205およびブートストラ
ップ回路204は、CPU250aから与えられるPW
Mパルスに従ってFET206のON/OFF状態の切
換え制御を行う。これらの回路を設けたのは、次の理由
によるものである。すなわち、本実施例においては、シ
ャント抵抗203aをモータ44からみて低電位側に設
けたことにより、スイッチング用のFET206をモー
タ44と電池100の正極との間に介挿した構成として
いる。また、FET206は、モータ44への通電に耐
える駆動能力の大きな(ON抵抗の低い)ものでなけれ
ばならないため、NチャネルのFETを使用している。
しかしながら、図6に示すようにFET206のソース
を接地しないでモータ44に接続した場合、FET20
6のソース電位がモータ44の動作によって変動するこ
ととなる。かかる状況において、FET206のON抵
抗を安定化させるためには、FET206をON状態と
する際にFET206のソース電位の変動に拘らず常に
一定のゲート−ソース間バイアス電圧を与える必要があ
る。この目的を達成すべく図6に示す構成においては、
ゲートドライブ205とブートストラップ回路204が
設けられている。
ップ回路204は、CPU250aから与えられるPW
Mパルスに従ってFET206のON/OFF状態の切
換え制御を行う。これらの回路を設けたのは、次の理由
によるものである。すなわち、本実施例においては、シ
ャント抵抗203aをモータ44からみて低電位側に設
けたことにより、スイッチング用のFET206をモー
タ44と電池100の正極との間に介挿した構成として
いる。また、FET206は、モータ44への通電に耐
える駆動能力の大きな(ON抵抗の低い)ものでなけれ
ばならないため、NチャネルのFETを使用している。
しかしながら、図6に示すようにFET206のソース
を接地しないでモータ44に接続した場合、FET20
6のソース電位がモータ44の動作によって変動するこ
ととなる。かかる状況において、FET206のON抵
抗を安定化させるためには、FET206をON状態と
する際にFET206のソース電位の変動に拘らず常に
一定のゲート−ソース間バイアス電圧を与える必要があ
る。この目的を達成すべく図6に示す構成においては、
ゲートドライブ205とブートストラップ回路204が
設けられている。
【0034】ブートストラップ回路204は、電池10
0から与えられる24Vの直流電圧を降圧して12Vの
直流電圧を出力する降圧回路204aと、この降圧回路
204aの出力端にアノードが接続され、ゲートドライ
ブ205にカソードが接続されたダイオード204b
と、一端がダイオード204bのカソードに接続され、
他端がFET206のソースに接続されたコンデンサ2
04cとによって構成されている。かかる構成によれ
ば、降圧回路204aによりダイオード204bを介し
てコンデンサ204cの充電が行われるが、コンデンサ
204cは、蓄積した電荷を放電する経路を有していな
いため、常時、一定の電圧に充電されることとなる。ゲ
ートドライブ205は、CPU250aからPWM信号
が与えられることにより、ダイオード204bのカソー
ドの電圧(コンデンサ204cの一端の電圧)をFET
206のゲートに印加する。このような構成により、F
ET206のゲート−ソース間には、ソース電位とは無
関係に常に一定の電圧が印加されることとなる。
0から与えられる24Vの直流電圧を降圧して12Vの
直流電圧を出力する降圧回路204aと、この降圧回路
204aの出力端にアノードが接続され、ゲートドライ
ブ205にカソードが接続されたダイオード204b
と、一端がダイオード204bのカソードに接続され、
他端がFET206のソースに接続されたコンデンサ2
04cとによって構成されている。かかる構成によれ
ば、降圧回路204aによりダイオード204bを介し
てコンデンサ204cの充電が行われるが、コンデンサ
204cは、蓄積した電荷を放電する経路を有していな
いため、常時、一定の電圧に充電されることとなる。ゲ
ートドライブ205は、CPU250aからPWM信号
が与えられることにより、ダイオード204bのカソー
ドの電圧(コンデンサ204cの一端の電圧)をFET
206のゲートに印加する。このような構成により、F
ET206のゲート−ソース間には、ソース電位とは無
関係に常に一定の電圧が印加されることとなる。
【0035】以上説明した構成によれば、各制御サイク
ルにおいて、CPU250aにより踏力FL、車速S、
モータ44に流れている実際の電流が検知される。そし
て、踏力FLに応じた補助トルクの目標値が演算され、
この補助トルクに対応した目標電流値が演算される。そ
して、モータ44に実際に流れている電流と目標電流値
との差を0にするためのPWMパルスのデューティの補
正が行われる。このような閉ループ制御が行われる結
果、モータ44に流れる電流は目標電流値に追従するこ
ととなる。
ルにおいて、CPU250aにより踏力FL、車速S、
モータ44に流れている実際の電流が検知される。そし
て、踏力FLに応じた補助トルクの目標値が演算され、
この補助トルクに対応した目標電流値が演算される。そ
して、モータ44に実際に流れている電流と目標電流値
との差を0にするためのPWMパルスのデューティの補
正が行われる。このような閉ループ制御が行われる結
果、モータ44に流れる電流は目標電流値に追従するこ
ととなる。
【0036】ここで、補助トルクの目標値は、踏力FL
の周期変動に連動する。しかし、上述した通り、踏力F
Lが0の場合であっても、その時点における車速Sに対
応した回転速度がCPU250aにより求められ、この
回転速度に対応した無負荷損失電流を目標電流値として
上記閉ループ制御が行われる。このため、踏力FLが0
の場合であってもモータ44は車速Sに対応した無負荷
回転速度で回転することとなる。そして、踏力FLが0
から増加したときには、この踏力FLに対応した補助ト
ルクを得るのに必要な電流値が目標電流値に加味され
る。この結果、モータ44の回転速度は上記無負荷回転
速度から上昇を開始する。このように本実施例によれ
ば、踏力FLが0から増加するときモータ44の回転速
度は上記無負荷回転速度から加速してゆくので、踏力F
Lの増加に遅れることなく一方向クラッチ54が接続さ
れ、踏力FLに対応した補助トルクが合力軸60に伝達
される。
の周期変動に連動する。しかし、上述した通り、踏力F
Lが0の場合であっても、その時点における車速Sに対
応した回転速度がCPU250aにより求められ、この
回転速度に対応した無負荷損失電流を目標電流値として
上記閉ループ制御が行われる。このため、踏力FLが0
の場合であってもモータ44は車速Sに対応した無負荷
回転速度で回転することとなる。そして、踏力FLが0
から増加したときには、この踏力FLに対応した補助ト
ルクを得るのに必要な電流値が目標電流値に加味され
る。この結果、モータ44の回転速度は上記無負荷回転
速度から上昇を開始する。このように本実施例によれ
ば、踏力FLが0から増加するときモータ44の回転速
度は上記無負荷回転速度から加速してゆくので、踏力F
Lの増加に遅れることなく一方向クラッチ54が接続さ
れ、踏力FLに対応した補助トルクが合力軸60に伝達
される。
【0037】また、本実施例の場合、モータ44に流す
電流を制御することにより、踏力FLに対応した補助ト
ルクを発生するようにしているので、モータ44の特性
に拘らず踏力FLに正確に対応した補助トルクが発生さ
れる。
電流を制御することにより、踏力FLに対応した補助ト
ルクを発生するようにしているので、モータ44の特性
に拘らず踏力FLに正確に対応した補助トルクが発生さ
れる。
【0038】さて、運転者がペダルを踏む速度を増して
ゆくと、これに応じて車速Sが大きくなってゆく。しか
し、車速Sに対応したモータ44の回転速度が電池10
0の電圧をすべてモータ44に印加した場合のモータ4
4の無負荷回転速度を越えた場合には、CPU250a
によりモータ44の目標電流値がほぼ0に設定される。
この結果、モータ44による補助トルクの発生は停止さ
れる。このように車速Sがある限度を越えた場合にはモ
ータ44による補助トルクの発生が停止されるので、補
助動力付き人力車両にとって適切な走行が行われる。
ゆくと、これに応じて車速Sが大きくなってゆく。しか
し、車速Sに対応したモータ44の回転速度が電池10
0の電圧をすべてモータ44に印加した場合のモータ4
4の無負荷回転速度を越えた場合には、CPU250a
によりモータ44の目標電流値がほぼ0に設定される。
この結果、モータ44による補助トルクの発生は停止さ
れる。このように車速Sがある限度を越えた場合にはモ
ータ44による補助トルクの発生が停止されるので、補
助動力付き人力車両にとって適切な走行が行われる。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、人力によるトルクに正確に対応したトルクをモータ
によって発生させることができ、また、人力によるトル
クの増加に遅れることなくモータによるトルクを追従さ
せることができるので優れた操縦性が得られる。
ば、人力によるトルクに正確に対応したトルクをモータ
によって発生させることができ、また、人力によるトル
クの増加に遅れることなくモータによるトルクを追従さ
せることができるので優れた操縦性が得られる。
【図1】 この発明の一実施例による補助動力付き人力
車両の全体構成を示す側面図である。
車両の全体構成を示す側面図である。
【図2】 図2は同実施例の動力系の展開図である。
【図3】 同実施例の踏力検出部を示す側面図である。
【図4】 図3のV−V線断面図である。
【図5】 同実施例の動力系統図である。
【図6】 同実施例のコントローラ104の構成を示す
回路図である。
回路図である。
【図7】 同実施例におけるメモリ251の記憶内容を
説明する図である。
説明する図である。
【図8】 補助動力付き人力車両において生じるモータ
によるトルクの発生の遅れを説明する図である。
によるトルクの発生の遅れを説明する図である。
104……コントローラ、250a……CPU、251
……メモリ、44……モータ、203a……シャント抵
抗、203b……差動増幅器、203c……フィルタ、
206……FET、204……ブートストラップ回路、
100……電池。
……メモリ、44……モータ、203a……シャント抵
抗、203b……差動増幅器、203c……フィルタ、
206……FET、204……ブートストラップ回路、
100……電池。
Claims (2)
- 【請求項1】 人力によるトルクに従って駆動されると
共に該トルクを伝達する人力トルク伝達手段と、バッテ
リおよび該バッテリからの給電によりトルクを発生する
モータにより構成された補助動力源とを有し、前記人力
トルク伝達手段を介して伝達されるトルクおよび前記補
助動力源により発生されるトルクの合力により車両を駆
動するようにした補助動力付き人力車両において、 前記人力トルク伝達手段を介して伝達されるトルクおよ
び該人力トルク伝達手段の駆動速度を検出する駆動状態
検出手段と、 前記モータの電流を前記人力トルク伝達手段を介して伝
達されるトルクに応じた目標電流値に追従させる閉ルー
プ制御を行う手段であって、該トルクが0である場合に
は前記モータの回転速度が前記人力トルク伝達手段の駆
動速度に対応した回転速度となる無負荷損失電流を目標
電流値とする制御手段を具備することを特徴とする補助
動力付き人力車両。 - 【請求項2】 前記制御手段は、前記人力トルク伝達手
段の駆動速度が所定の速度を越えたときに、前記目標電
流値を略0とすることを特徴とする請求項1記載の補助
動力付き人力車両。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22041794A JPH0880892A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 補助動力付き人力車両 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22041794A JPH0880892A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 補助動力付き人力車両 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0880892A true JPH0880892A (ja) | 1996-03-26 |
Family
ID=16750787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22041794A Pending JPH0880892A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 補助動力付き人力車両 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0880892A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11171081A (ja) * | 1997-12-12 | 1999-06-29 | Miyata Ind Co Ltd | 電動補助動力自転車 |
| JP2024004744A (ja) * | 2022-06-29 | 2024-01-17 | 株式会社シマノ | 人力駆動車用の制御装置 |
-
1994
- 1994-09-14 JP JP22041794A patent/JPH0880892A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11171081A (ja) * | 1997-12-12 | 1999-06-29 | Miyata Ind Co Ltd | 電動補助動力自転車 |
| JP2024004744A (ja) * | 2022-06-29 | 2024-01-17 | 株式会社シマノ | 人力駆動車用の制御装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040413 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |