JPH1016871A

JPH1016871A - 電動車

Info

Publication number: JPH1016871A
Application number: JP16742596A
Authority: JP
Inventors: Masaru Tanaka; 優田中; Tateaki Tanaka; 建明田中; Hisahiro Kazuhara; 寿宏数原; Hiroaki Sagara; 弘明相良; Toshihiro Matsumoto; 敏宏松本; Yoshihiko Maeda; 好彦前田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-20
Anticipated expiration: 2016-06-27
Also published as: JP3306302B2

Abstract

(57)【要約】【構成】モータ25の温度を検出する温度センサ69からの
信号を入力し、モータ25の温度が予め定めた第１所定値
以上になったとき、モータ25の駆動力を下げ、第１所定
値よりも小さい第２所定値に温度が下がると、モータ25
の駆動力を元に戻すことを特徴とする電動車。【効果】モータ温度が高くなったときに電動駆動力を抑
えるので、急激に駆動力がなくなることがなく、ふらつ
き、転倒が防止でき、安全である等の効果がある。ま
た、第１所定値から第２所定値にモータ温度が下がる
と、モータの駆動力を元に戻すので、一つの温度を境に
デューティの変更を頻繁に繰り返すようなことはなく、
安定した走行制御が行えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人力駆動力と電動
駆動力とによって走行する電動車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電動車は、人力駆動力と
電動駆動力とによって車輪を回転させ、いづれかの駆動
力、若しくは両方の駆動力を併用して走行するものが一
般的に知られているが、例えば、きつい登り坂など、大
きな負荷がかかった状態が長時間続くと、電動駆動力の
駆動源となるモータ温度が上がり、モータが焼損する可
能性があった。これを防止するために、モータ温度を検
出する温度センサをモータ近傍に設け、モータ温度が所
定値以上になると、モータの焼損防止のためにモータへ
の通電を停止し、温度が下がるまで通電を行わず、その
間は人力駆動力のみによる走行を行っていた。

【０００３】しかしながら、上記構成の電動車であれ
ば、モータ温度が高くなったときに電動駆動力がなくな
るため、電動駆動力のみで走行している場合には駆動力
がなくなり、また併用して走行している場合には人力駆
動力のみになるため、急激に駆動力がなくなり、ふらつ
き、転倒の恐れがあり、非常に危険であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点に
鑑みなされたもので、ふらつき、転倒を防止して、安全
な電動車を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、人力によって
車輪を回転する人力駆動力と、制御回路からの駆動信号
によりモータを駆動して車輪を回転する電動駆動力とを
備え、前記モータの温度を検出する温度センサを設け、
前記制御回路は、前記温度センサからの信号を入力し、
モータ温度が予め定めた第１所定値以上になったとき、
モータの駆動力を下げることを特徴とする。

【０００６】また、前記制御回路は、モータ温度に複数
の所定値を設け、各々の所定値に応じて電動駆動力の大
きさを変えることを特徴とする。

【０００７】そして、前記制御回路は、モータ温度に前
記第１所定値よりも小さい第２所定値を設け、第１所定
値から第２所定値にモータ温度が下がると、モータの駆
動力を元に戻すことを特徴とする。

【０００８】更に、前記電動駆動力を下げるための制御
はＰＷＭデューティの最大値を制限することによって行
うことを特徴とする。

【０００９】電動駆動力と人力駆動力とを併用、あるい
は電動駆動力だけで走行しているとき、モータ温度が上
昇し、第１所定温度に達すると、モータの駆動力を例え
ば７０％、５０％などに下げて出力し、モータ温度の上
昇を抑えるとともに、急激に電動駆動力がなくならない
ようにする。

【００１０】また、モータ温度に複数個の所定値を設
け、所定値の値が小さい、即ち温度が低いときは、例え
ば１００％の電動駆動力を８０％に、また、次に大きい
値の所定値、即ち温度が少し高くなったときは電動駆動
力を７０％に、更に温度が高くなると電動駆動力を６０
％にする。このように、モータ温度が高くなる程、電動
駆動力を小さくする制御を行い、モータ温度の上昇を抑
えると共に、急激に電動駆動力がなくならないように制
御する。

【００１１】そして、電動駆動力を停止する第１所定値
と、再び電動駆動力を動作する第２所定値とを設け、こ
れらの所定値にヒステリシスを持たせることで所定値を
境に電動駆動力の変更を頻繁に繰り返すということがな
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１乃至
図８に基づいて以下に詳述する。

【００１３】まず、電動自転車の全体構成について、図
７に基づき説明をする。

【００１４】１は、前部に設けられたヘッドパイプ２、
サドル３から下方に設けられたシートチューブ４と連結
するメインフレームであり、該メインフレーム１は前記
シートチューブ４とが連結する部分に人力によって回転
することができるペダル５が取り付けられている。

【００１５】６は、ハンドル７の動きに連動し、ハンド
ル７操作によって走行方向を定める前輪で、該前輪６は
スポーク８、リム９、タイヤ10から構成されている。

【００１６】11は、駆動輪となる後輪であり、該後輪11
も、タイヤ12、リム13、スポーク14、それと後輪11を駆
動するための駆動部15とから構成されている。

【００１７】16は、前記ペダル５の回転とともに回転す
る前スプロケットで、該前スプロケット16にはチェーン
17がかかっており前スプロケット16の回転を前記駆動部
15の車軸に設けた後スプロケット50に動力を伝達するよ
うになっている。

【００１８】18は、後述するモータ24の電源となるバッ
テリで、２４ボルトのニッカド電池が収められている。
また、バッテリ18は取り外し可能で充電の際は屋内で充
電をすることができる。

【００１９】19は、前カゴ、20は、停車時に自転車を支
えるスタンドである。

【００２０】21は、前照灯である。

【００２１】前述した駆動部15について、図４及び図５
に具体的構成を示す。

【００２２】22は、メインフレーム１に固定して取り付
けられた円盤状の固定側ケーシングで、23は、前記固定
側ケーシング22と同軸で固定側ケーシング22外側を回転
する回転側ケーシングである。これらの固定側ケーシン
グ22と回転側ケーシング23とを合わせてハブを構成して
いる。前記固定側ケーシング22は、２ミリの厚さを持っ
た軽合金によって形成されている。

【００２３】24は、前記回転側ケーシング23の外周に設
けられたＵ字状の環状リブで、該環状リブ24は前記回転
側ケーシング23に複数個所で固定されており、環状リブ
24からはタイヤ12が取り付けられているリム13に向かっ
てスポーク14が張設されている。また、環状リブ24は、
鋼板によって形成されており、２．３ミリの厚さを持っ
て構成されている。該環状リブ24は、前記回転側ケーシ
ング23と別の構成部品にし、スポーク14からの力がかか
り強度が必要な環状リブ24には強い材料で厚くしてあ
り、比較的力のかからない回転側ケーシング23には、環
状リブ24よりも弱い材料で、薄く構成し、材質、材厚を
互いに変えている。このように構成することで、駆動部
15全体を軽量にすることができ、また、材料を変えるこ
とでコストダウンすることができる。

【００２４】25は、駆動源となるモータで、26がロー
タ、27がステータである。該モータ25は、前記固定側ケ
ーシング22に装着してあり、該モータ25の回転側ケーシ
ング23から突出した部分にはモータカバー28によって施
蓋し、モータ25の出力軸29をベアリング30によって支持
している。

【００２５】31は、前記固定側ケーシング22にネジ止め
され、保持部32に嵌合された遊星ローラ減速機構で、該
遊星ローラ減速機構31は出力軸29と同一軸を中心として
配置されている。

【００２６】前記遊星ローラ減速機構31の構成について
説明をする。

【００２７】33は、前記保持部32にネジ止め固定された
固定輪で、該固定輪33の内円には遊星ローラ34が４個設
けられてあり、該遊星ローラ34の外周が、外側では前記
固定輪33の内周に接し、内側ではモータ25の出力軸29に
接するように配置している。また、遊星ローラ34の中心
には出力ピン35が設けてあり、出力ピン35と遊星ローラ
34との間にはニードルベアリング36が設けてある。

【００２８】該遊星ローラ減速機構31は、モータ25の出
力軸29が回転すると、接している遊星ローラ34は出力ピ
ン35を中心に自転を始めると共に固定輪33に接している
ため、出力軸29を中心に公転を始める。この出力ピン35
からの回転する出力を取り出すことでモータ25の出力を
減速して取り出すことができる。

【００２９】37は、底面を前記出力ピン35に軸支し、出
力軸29を貫通する円筒状の支持具で、該支持具37は出力
軸29との間に軸受38を介して設けられ、更に先端側には
ベアリング39を介して設けられている。

【００３０】40は、前記支持具37外周に装着された一方
向クラッチで、該一方向クラッチ40は前記ペダル５から
の力をモータ25に伝わらないようにし、モータ25の駆動
力を回転側ケーシング23に伝える働きをする。

【００３１】41は、前記出力軸29に２つのベアリングを
介し、更に前記一方向クラッチ40を介して出力軸29と同
軸に装着された第１プーリーで、該第１プーリー41には
ゴム製のベルト42が掛けられている。

【００３２】43は、前記ベルト42の他端が掛けられてい
る第２プーリーで、該第２プーリー43は回転側ケーシン
グ23にボルト44によって固定されている。また、第２プ
ーリー43は中が空洞になっており、この中に後述するト
ルク検出部57が設けられている。

【００３３】45は、前記ベルト42の張りを調節するため
のテンションプーリーで、該テンションプーリー45は支
持体46の一端にローラ47が取り付けてあり、他端には固
定側ケーシング22に取り付けるためのネジ48が設けてあ
り、ネジ48を取りつけてある部分を中心に支持体46が揺
動可能であり、もう一方のネジ49を締め付けることでテ
ンションプーリー45を固定し、前記ベルト42を押さえ、
ベルト42の張りを調整することができる。

【００３４】50は、固定側ケーシング23に内蔵された制
御基板であリ、該制御基板50は、プーリーのない部分に
内蔵される。そして、制御基板50は後述するトルク検出
部57からの出力結果に応じたモータ25の回転を制御する
マイコン以外に、モータ25をＰＷＭ制御する駆動回路や
マイコンに起動電圧を入力するための定電圧回路、トル
ク検出回路などが装備されている。

【００３５】51は、前記チェーン17が掛けられている後
スプロケットであり、該後スプロケット51は車軸52に対
してベアリング53を介して設けられ、一方向クラッチ54
を介して後述する回動板58に取り付けられている。

【００３６】55は、車軸52にベアリング56を介して設け
られている回動筒で、該回動筒55は回転側ケーシング23
の回転とともに回転する。

【００３７】57は、第２プーリー43と車軸52近傍に取り
付けられたトルク検出部であり、該トルク検出部57はチ
ェーン17を介して動力伝達される人力駆動力、即ち人力
トルクを検出するために設けられている。

【００３８】69は、前記モータ25近傍に取り付けられ、
モータ25温度を検出する温度センサで、該温度センサ69
はサーミスタ、ポジスタなどを用いる。

【００３９】まず、前記トルク検出部57について、図６
に基づき説明をする。図６はトルク検出部57の略図であ
り、それぞれについて説明をする。

【００４０】回動板58は、車軸52と同心円状で、相対す
る２ケ所には、軸方向に押圧棒59と、変換棒60とが一体
成形されている。前記押圧棒59は、釣鐘型の面をもって
柱状に形成されており、釣鐘型の曲面部分で弾性体、即
ちバネ61を押さえるようになっている。そして、回動板
58は、バネ61を伸縮させ、バネ61の他端が第２プーリー
43の内壁を押さえながら第２プーリー43が回転する。ま
た、前記変換棒60は、車軸29方向に伸びる長方体で、先
端部分が回転方向に向かって短くなるように斜めに形成
してある。

【００４１】前記押圧棒59によって押さえられるバネ61
は、他端を回転側ケーシング23の一部に接触させてお
り、人力駆動力の伝達の順序として回動板58から押圧棒
59、バネ61を伸縮させて回転側ケーシング23を回転させ
る。この時、伸縮されたバネ61の伸縮大きさに応じて回
転側ケーシング23と少しの歪みを生じながら回動板58は
回転する。そしてこの回動板58は、人力による歪みに応
じて回動することになる。この時、同時に回動板58の少
しの回動によって変換棒60も回動し、変換棒60先端に形
成した傾斜部分62によって傾斜部分62と接する山形部63
が押されて車軸29方向に移動する。この山形部63には磁
性部材、即ちフェライトのリング64が取り付けられてお
り、山形部63の移動によってリング64も移動するように
なっている。このリング64の先端にはリング64を回動板
58側に付勢するためのＣリング65とバネ66が設けられて
いる。よって回転側ケーシング23と回動板36が歪んだ分
だけリング64が車軸29方向に移動するようになってい
る。

【００４２】67は、前記固定側ケーシング22で前記リン
グ64近傍に設けられた磁気検出部材、即ちコイルで、該
コイル67は前記リング64の接近によるインダクタンスの
変化を電気的な信号に変換することができ、この出力を
利用して人力のトルクを検出することができる。

【００４３】以上、図６に示す部材をまとめてトルク検
出部57という。また、ここで変換棒60、山形部63、リン
グ64、コイル67を検出部といい、これらによって弾性体
の伸縮度合いを検出することができる。また、変換棒6
0、山形部63とを合わせて変換部材68と言い、回転方向
の弾性体61の伸縮を車軸29方向の移動に変換する。

【００４４】上記構成において、リング64にフェライト
を用いたが、アルミなどの導電性材料でリングを構成し
てもよい。また、弾性体をバネ61としたが、ゴムなどを
弾性体とし、検出部としてこのゴムの伸縮を検出できる
ようなスケールを用いて構成しても良い。更に、弾性体
を感圧ゴムとして、伸縮する圧力を電気的信号として取
り出しても構わない。

【００４５】次に、以上の構成で、動力系統図につい
て、図３に基づき説明をする。

【００４６】まず、人力駆動系について説明すると、ペ
ダル５によって与えられた人力は、チェーン17によって
後スプロケット51に伝達され、回動板58、バネ61を介し
て後輪11を回転させる。次に電動駆動系について説明す
ると、バネ61の伸縮の大きさ、即ち回動板58の回転移動
距離を変換部材68によって車軸29方向の移動に変換し、
その移動とともにリング64が移動するようにする。この
リング64の移動をコイル67のインダクタンスの変化に変
換し、電気信号として制御基板50に入力する。制御基板
50は、固定側ケーシング22内に内蔵されている。そし
て、制御基板50にコイル67からの信号と温度センサ69か
らの信号とを入力して、これに基づいたモータ25の回転
となるように駆動信号を出力する。そして、モータ25の
出力は遊星ローラ減速機構31によって減速され、第１プ
ーリー41を介して後輪11が回転する。

【００４７】次に制御回路について、図１に基づき説明
をする。

【００４８】この図１は、本発明の第１実施例を示し、
本実施例では人力トルクに応じてモータを駆動する実施
例にしているが、人力駆動力と電動駆動力とが独立して
与えられ、走行するものでも構わない。

【００４９】70は、前記モータ25を駆動用スイッチング
素子71によってＰＷＭ制御する制御回路で、該制御回路
70は前記トルク検出部57で検出したトルクに応じた出力
で駆動する。例えば、人力駆動力に対してモータ駆動力
が１対１になるようにしてある。このとき、制御回路70
には温度センサ69からの信号が常時入力されており、モ
ータ25温度が高くなるとＰＷＭデューティを下げて駆動
力を下げ、温度が上昇しないように制御している。

【００５０】72は、モータ25に並列に接続してあるフラ
イホイールダイオードである。

【００５１】73は、前記制御回路70と電池18との間に接
続された駆動用スイッチで、該駆動用スイッチ73は使用
者が操作しやすい場所に取りつけられ、モータ25の駆動
力が必要なときにＯＮすることによってモータ25による
補助が可能になる。

【００５２】次に制御回路の動作について説明をする。

【００５３】駆動用スイッチ73がＯＮすると、トルク検
出部57の検出するトルクと、温度センサ69の温度に応じ
て制御回路70が動作し、制御回路70から出力される信号
によって駆動用スイッチング素子71がＯＮ−ＯＦＦし、
モータ25の回転数が制御される。

【００５４】次に、モータ25の温度とデューティの変化
について図２に基づき説明をする。

【００５５】この図において、上図、下図共、横軸を時
間軸とし、上図はモータ温度の変化、下図は最大デュー
ティの変化を示し、モータ温度の変化によるデューティ
の制御について示してある。

【００５６】まず、平地で走行を始めた場合、モータ25
の温度は徐々に上昇してある一定温度で上昇は停止す
る。この時のデューティの最大値は１００％に設定して
あるが、平地のため電動駆動力を余り必要としないので
約３０％程度のデューティでモータ25を駆動している。
次にきつい登り坂に差しかかったとき、最大値とほぼ同
じ１００％のデューティでモータ25を駆動するため、モ
ータ25の温度は上昇していく。そして登り坂が続くとモ
ータ25の温度は上昇し、予め定めたＴ１、Ｔ２の設定温
度のうち、Ｔ２温度を越えて上昇していく。そして、更
にモータ25の温度が上昇し、Ｔ１に達するとモータ25を
駆動するデューティの最大値を５０％に低下させ、これ
以上温度が上がらないように制御する。この時の実際の
駆動デューティは５０％であり、デューティの最大値を
下げることによってモータ25の温度は下がることにな
る。やがて平地になり電動駆動力も余り必要なくなり、
実際には３０％の駆動デューティになったとき、更にモ
ータ25温度が下がっていく。そしてもう一つの所定値Ｔ
２に達したときに再びデューティの最大値を１００％に
戻して駆動する。この時、実際の駆動デューティはその
ままの３０％を継続している。そして、モータ25の温度
は下がり、所定の温度で継続する。

【００５７】このように、予め定めた所定温度Ｔ１、Ｔ
２にヒステリシスをもたせ、Ｔ１から温度が下がってき
てＴ２になったときだけデューティの最大値を１００％
に上げるようにしたので、一つの温度を境にデューティ
の変更を頻繁に繰り返すようなことはなく、安定した走
行と制御が行えるものである。

【００５８】上述する実施例は、モータの温度上昇に応
じて電動駆動力の出力を下げる制御を行い、具体的には
ＰＷＭデューティの最大値を下げているが、全体的に電
動駆動力が下がればよく、アシスト式の自転車であれ
ば、設定するアシスト比を減少させても構わない。

【００５９】次に第２実施例の制御について図８に基づ
き説明する。

【００６０】第２実施例は第１実施例と回路は同じであ
るので説明を省略し、モータ25温度とデューティの変化
について図８に基づき説明をする。

【００６１】この図において、第１実施例と同様、上
図、下図共、横軸を時間軸とし、上図はモータ温度の変
化、下図は最大デューティの変化を示し、モータ温度の
変化によるデューティの制御について示してある。

【００６２】この制御回路において、予めＴ１、Ｔ２、
Ｔ３、Ｔ４と複数個の設定温度を定めておく。そして、
これらの所定温度によってデューティの最大値が例えば
１００％、９０％、８０％、７０％、６０％と変化する
ように制御回路に予め設定しておく。

【００６３】走行を開始して登り坂が継続するとモータ
25温度は上昇し、予め定めた設定温度Ｔ４に近づく。こ
の時のデューティは最大の駆動力が必要な時に１００％
になるように設定している。そして、登り坂の場合、ほ
ぼ１００％のデューティが必要となるためモータ25の温
度が上昇し、温度がＴ４に達するとモータ25を駆動する
デューティの最大値を９０％に低下させる。それでも登
り坂が続き、温度が下がらずＴ３の温度に達するとデュ
ーティを８０％、Ｔ２に達すると７０％、Ｔ１で６０％
と、温度が上がれば上がるほどデューティの最大値を下
げて温度の上昇を防ぐように制御している。走行中に電
動駆動力をあまり必要としなくなれば、モータ温度は低
下していくため、電動駆動力の出力する時のデューティ
の最大値を温度とともに６０％から１００％へと元に戻
していく。実施例では段階的に６０％から１００％へと
デューティを戻したが、Ｔ１からＴ４の温度になるまで
は６０％を継続し、温度がＴ４になったときに１００％
に一気に戻してもよい。

【００６４】本実施例も第１実施例と同様、所定温度に
達したとき、モータ駆動のためのデューティの最大値を
変化させるようにしたが、アシスト自転車であれば、ア
シスト比を減少させても良い。

【００６５】以上のように、モータ温度が予め定めた第
１所定値以上になったとき、モータの駆動力を下げるの
で、モータ温度が上がり電動駆動力を低下させても、電
動駆動力はゼロにはならないので、ふらつきがなく、安
定した走行ができる。

【００６６】また、モータ温度に複数の所定値を設け、
所定値に応じて電動駆動力の大きさを変えるので、上述
した効果に加え、細かな駆動力が変えられ、モータを温
度上昇から防ぐとともに、駆動力が下がっても違和感な
く走行ができる。

【００６７】更に、第１所定値よりも小さい第２所定値
を設け、第１所定値から第２所定値にモータ温度が下が
ると、モータの駆動力を元に戻すので、一つの温度を境
にデューティの変更を頻繁に繰り返すようなことはな
く、安定した走行制御が行えるものである。

【００６８】

【発明の効果】本発明は、モータ温度が予め定めた第１
所定値以上になったとき、モータの駆動力を下げるの
で、モータ温度が上がり電動駆動力を低下させても、電
動駆動力はゼロにはならないので、ふらつきがなく、安
定した走行ができる。

【００６９】また、モータ温度に複数の所定値を設け、
所定値に応じて電動駆動力の大きさを変えるので、上述
した効果に加え、細かに駆動力が変えられ、モータを温
度上昇から防ぐとともに、駆動力が下がっても違和感な
く走行ができる。

【００７０】更に、第１所定値よりも小さい第２所定値
を設け、第１所定値から第２所定値にモータ温度が下が
ると、モータの駆動力を元に戻すので、一つの温度を境
にデューティの変更を頻繁に繰り返すようなことはな
く、安定した走行制御が行えるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である制御回路である。

【図２】同モータ温度とモータ制御の関係を示す図であ
る。

【図３】同動力系統図である。

【図４】同駆動部の側面断面図である。

【図５】同駆動部の平面構成図である。

【図６】同トルク検出部の動作の略図である。

【図７】同全体構成図である。

【図８】本発明の第２実施例であるモータ温度とモータ
制御の関係を示す図である。

【符号の説明】

11 車輪 70 制御回路 25 モータ 69 温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者相良弘明大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者松本敏宏大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者前田好彦大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】人力によって車輪を回転する人力駆動力
と、制御回路からの駆動信号によりモータを駆動して車
輪を回転する電動駆動力とを備え、前記モータの温度を
検出する温度センサを設け、前記制御回路は、前記温度
センサからの信号を入力し、モータ温度が予め定めた第
１所定値以上になったとき、モータの駆動力を下げるこ
とを特徴とする電動車。
【請求項２】前記制御回路は、モータ温度に複数の所
定値を設け、所定値に応じて電動駆動力の大きさを変え
ることを特徴とする請求項１記載の電動車。
【請求項３】前記制御回路は、モータ温度に前記第１
所定値よりも小さい第２所定値を設け、第１所定値から
第２所定値にモータ温度が下がると、モータの駆動力を
元に戻すことを特徴とする請求項１または２記載の電動
車。
【請求項４】前記電動駆動力の制御はＰＷＭデューテ
ィの最大値によって行うことを特徴とする請求項１また
は２記載の電動車。