JP2000280972A - 自転車用電動補助駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】法律の規定に適合するとともに、使用者の使い
勝手に優れた自転車用駆動補助装置及びこれを備えた自
転車を提供する 【解決手段】車輪と、この車輪と連結されこの車輪を回
転して駆動するペダルとを有する自転車に装着され、電
動機と、この電動機の回転軸上に配置され前記車輪と接
触して前記回転軸とともに回転する回転子とを有する自
転車用電動補助駆動装置において、前記車輪を間に挟持
する一対の回転子１９ａ，１９ｂと、前記ペダルが回転
する方向を検出する回転検出手段３８と、前記自転車が
走行する速度を検出する速度検出器１６と、前記回転検
出手段または前記速度検出手段の検出結果に応じて前記
回転子が前記車輪に押圧される力の大きさ、または方向
を調節する調節手段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、足踏みペダル等の
人力による駆動と共に、電動モータによる駆動を可能と
した自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電動モータを自転車に搭載
し、この電動モータの駆動力を自転車の足踏みペダルの
クランク軸に伝達して、自転車の駆動の補助とすること
が行われていた。特に、自転車に後付けで電動モータに
よる駆動力補助装置を取り付けて、人力及び電動モータ
の両方の駆動力を用いて走行可能とする自転車用補助駆
動装置及びこれを搭載した自転車が提案されており、こ
のような技術は、例えば、特開平７−２２８２８６号公
報に開示されている。

【０００３】この従来技術は、補助駆動装置とは別体に
分離可能な自転車に取り付け可能であり、取り付け後に
使用者が必要に応じて手動で電動機による駆動力を駆動
ローラ経由でリムやタイヤに伝えて自転車に駆動力を与
える補助駆動装置を開示している。本従来技術は、電動
機による駆動力を電動機と連動する駆動ローラをリムや
タイヤの側面に転接させることにより得るとともに、電
動機の駆動力を使用するか否かは、使用者が必要に応じ
て、手動レバーを操作して駆動ローラのリムやタイヤへ
押圧する、若しくは離隔するようにして選択する点を特
徴とするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には以下に述べる問題点について考慮されていな
かった。上記従来技術においては、駆動ローラのタイヤ
への押圧や離隔が手動で行われるものであると同時に、
電動モータの駆動力の大きさや量の制御は行っていな
い。このことから、道路交通法で安全性を考慮して規定
された「人の力を補うため原動機を用いる自転車の基
準」を満たすことがが考慮されていなかった。

【０００５】道路交通法によれば無免許で運転できる電
動補助自転車はその速度に応じて、人に力に対する原動
機を用いて補う力の比率は、図２に示す比率以下でなけ
ればならないことになっている。しかしながら、上記の
従来技術は、装置による補助力が制御されていないの
で、道路交通法上免許を必要としない自転車として認め
られない場合が有る点については考慮されていなかっ
た。

【０００６】また、上記従来技術では、駆動ローラへの
タイヤやリムへの押圧、離隔を運転中に運転者が手動で
行う方式であったため運転者にとっては操作がわずらわ
しい点、あるいは運転中に操作を行う場合に安全上の問
題があった点についても考慮されていなかった。

【０００７】さらに、駆動ローラのローラ表面とリムや
タイヤのローラ押圧部との転接部にはスリップが発生す
る。このスリップが発生した場合には、駆動ローラやタ
イヤ側面のローラ押圧部の摩耗が促進されて、これらの
部品の、ひいては補助駆動装置の寿命を短縮する原因と
なる点については、何ら考慮されていなかった。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、法律の規定に適合すると
ともに、使用者の使い勝手に優れた自転車用駆動補助装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、車輪と、こ
の車輪と連結されこの車輪を回転して駆動するペダルと
を有する自転車に装着され、電動機と、この電動機の回
転軸上に配置され前記車輪と接触して前記回転軸ととも
に回転する回転子とを有する自転車用電動補助駆動装置
において、前記車輪を間に挟持する一対の回転子と、前
記ペダルが回転する方向を検出する回転検出手段と、前
記自転車が走行する速度を検出する速度検出器と、前記
回転検出手段または前記速度検出手段の検出結果に応じ
て前記回転子が前記車輪に押圧される力の大きさ、また
は方向を調節する調節手段とを備えることにより達成さ
れる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて、本発明の一実
施例を説明する。図１は本発明に係る補助駆動装置を装
着した自転車の一実施例を示す側面図である。図２は道
路交通法で規定された人の力に対する電動機による補助
力の比率を示すグラフである。図３は図１に示す補助駆
動装置を装着した自転車の補助駆動装置の要部を示す断
面図である。図４は図１に示す補助駆動装置を装着した
自転車のペダル回転検出部の概略を示す模式図である。
図５は図４に示すペダル回転検出部による検出データの
時間推移を表すグラフである。図６は、図１に示す補助
駆動装置の駆動ローラの離隔及び押圧の状態を説明する
模式図である。図７は、図１に示す補助駆動装置に係る
制御手段の構成を示すブロック図である。図８は、図７
に示す制御手段であるマイクロコンピュータの処理の流
れを示す流れ図である。

【００１１】図１において、１は自転車本体、２はサド
ル、３はハンドル、４は前輪、５は後輪、６、７はペダ
ル、１２はクランクである。普通の自転車は、主に前記
各部から構成されている。この自転車を電動補助付きと
するため、以下の部品を取り付ける。これらの部品はす
べて自転車に着脱可能な構造となっている。８はモータ
部カバー、９は電池・回路収納箱、１０、１０‘、１
１、１１’はペダルに取り付けられた踏力検出器で、一
部に踏力送信器（図示せず）を含んでいる。１３は前記
踏力送信器の情報を受信する踏力受信機、１４は走行速
度検出のため後輪９のスポークの適宜の位置に取り付け
られた磁石部、２４は後述するペダル回転検出器であ
る。

【００１２】図３において、１６は走行速度検出用磁気
検知器で、前記磁石部１４が通るインターバルから走行
速度を計算するようにしている。１７は電動モータや制
御回路等の電源となる電池で、１８は制御回路である。
１５は電動モータで、１９は電動モータ１５の回転軸に
取り付けられた駆動ローラである。本実施例では電動モ
ータを１対使用し、駆動ローラ毎に専用の電動モータで
駆動している。電動モータと駆動ローラはタイヤの左右
両側面に、タイヤを挟持するよう取り付けられている。

【００１３】図４において、１２は前記自転車のクラン
ク、２６はクランク回転部にクランクと一緒に回転する
よう取り付けられた歯車形状で磁性体で作成された回転
体で、２７、２８は磁石とホール素子等で構成された磁
性体検出器である。図のように、磁性体検出器２７、２
８は回転体２６の突起部が近づいた時に、磁性体を検出
し、突起部ではない部分では磁性体を検出できない位置
に取り付けられている。また、磁性体検出器２７、２８
は、回転体２６の突起部が移動するとき磁性体２７、２
８での検出時間に差ができる位置に取り付けてある。

【００１４】図５は、図４の構成における磁性体検出器
２７、２８の検出データの時間推移を表している。ペダ
ルの正転時の磁性体検出器２７，２８の検出結果が図５
（ａ）で、ペダルの逆転時の磁性体検出器２７，２８の
検出結果が、図５（ｂ）である。これらの図で上方の線
が磁性体検出器２７の、下方の線が２８の検出した結果
のデータを示している。

【００１５】図６において、１５ａ、１５ｂは電動モー
タ、１９ａ，１９ｂはその回転軸に取り付けられた駆動
ローラ、５は後輪タイヤ、２１はリム、２０はスポー
ク、２５は駆動ローラがタイヤ側面から離隔する方向に
作用するばね部、２３ａ、２３ｂはモータを固定し、回
転軸２２を中心に回転する構造となっているモータ固定
レバー、２４はたとえばソレノイド等で構成される駆動
ローラ押圧器である。ここで、回転軸２２は自転車の一
部に固定されている。

【００１６】図７において、１７は電池、１５ａ，１５
ｂは電動モータ、３３は全体の制御を行うマイクロコン
ピュータである。３４はマイクロコンピュータ３３から
の出力で、電動モータ１５ａ、１５ｂへの電源供給状態
を変えることによりモータの回転速度、出力を制御する
電動モータ制御器、３５は駆動ローラを押圧状態にする
駆動ローラ押圧器２４を制御する駆動ローラ押圧制御器
である。３９、４０はモータ近傍に設けられモータの回
転軸の反射光等を利用して電動モータの回転数を検出す
る電動モータ回転数検知器、１６は前記した走行速度検
出用磁気検知器で、前記磁石部１４が近傍を通過する度
に、マイクロコンピュータへ信号を出力する。

【００１７】１０，１０’，１１，１１’は前記ペダル
に取り付けた踏力検出器で、圧力センサや歪みセンサ等
を利用して、人がペダルを踏む力が検出できるようにし
ている。３６は、踏力検出器の出力を本体部へ送信する
ための踏力送信器で、無線を利用する方法などで本体踏
力受信器１３へ踏力データを送信する。３７は、踏力送
信器３６や踏力検出器１０，１０’，１１，１１’の動
作のための電源を供給するペダル電源部である。具体的
には、電池の利用が考えられるほか、本体側に無線によ
る電力送信器（図示せず）を設け、その電波を受信する
ことにより必要な電力をペダル電源部で作る方法も利用
できる。１３は自転車本体側に取り付けられた踏力受信
器で踏力送信器３６からの信号を受信して、マイクロコ
ンピュータ３３へ伝えている。

【００１８】３８は前記図４で説明した磁性体検出器２
７、２８が接続され、ペダルが推進方向に回転している
ことを検知するペダル回転検出器である。なお、マイク
ロコンピュータ３３には、走行速度検出器１６からの信
号で走行速度を計算するとともに、踏力受信器からの信
号と合わせて図２に示す補助力以下となるような必要補
助力を計算する補助力演算部も含んでいる。この補助力
演算部の計算結果で電動モータ制御器３４の制御内容を
決定している。

【００１９】次に各部の動作について説明する。最初
に、図４、図５によりペダル回転検出方法について説明
する。前記図４の説明で述べたように、クランクの中心
部には回転体２６が取り付けられ、その突起部を、磁性
体検出器２７、２８で検出している。ペダルが自転車を
推進する方向（図４の矢印方向）に回転しているとき
は、図５の（ａ），（ｂ）のように磁性体検出器２７、
２８は磁性体を検出する。この場合、図に示すように磁
性体検出器２７より磁性体検出器２８の検出は、Δｔの
時間だけ必ず遅れる。この事より、ペダルが自転車の前
方への推進方向に回転されていることが検出できる。

【００２０】一方、何らかの理由でペダルが逆方向に回
転されているときは、図５に示すように磁性体検出器２
７の検出は、磁性体検出器２８の検出より遅れることに
なる。これによりペダルが逆方向に回転されていること
が判断できる。また、ペダルが回転されていないことは
磁性体検出信号が発生しないことで判断できる。図７の
回路構成でのペダル回転検出器はこのような判定をし
て、自転車の推進方向にペダルが回転していることをマ
イクロコンピュータ３３へ出力するようにしている。

【００２１】次に、図３により走行速度の検出方法を説
明する。後輪５のスポークに取り付けられた磁石部１４
が、走行速度検出用磁気検知器１６近傍を通るたびに、
走行速度検出用磁気検知器１６より信号が発生される。
この信号の時間インターバルとあらかじめわかっている
後輪の外周より走行速度の計算ができる。この計算は、
図７のマイクロコンピュータ３３が行う。この方法によ
り、自転車の走行速度を求める。

【００２２】次に、図６により駆動ローラの離隔、押圧
の制御状態について説明する。図６左側の図は、離隔状
態を示し、右側の図は、押圧状態を示す。離隔状態で
は、駆動ローラ押圧器には通電されておらず、ばね部２
５の作用により、電動モータ１５ａ、１５ｂはタイヤか
ら離れる方向になり、駆動ローラ１９ａ、１９ｂもタイ
ヤから離隔している。タイヤに押圧する場合は、駆動ロ
ーラ押圧器２４に通電され、モータ固定レバー２３ａ、
２３ｂ先端は矢印方向に吸引される。これによりモータ
固定レバー２３ａ、２３ｂは回転軸２２を中心に回転
し、電動モータ１５ａ、１５ｂはタイヤ側へ引き寄せら
れる。これにより、駆動ローラ１９ａ、１９ｂはタイヤ
側面へ押圧状態となる。

【００２３】次に図８により、図７の制御回路ブロック
図のマイクロコンピュータ３３の処理の流れを説明す
る。４１でペダル回転検出器３８の出力があるかを判定
する。この出力がある時はペダルは推進方向に回転され
ていることを示しており、４２で走行速度検出器１６の
信号を読み込む。走行速度検知器からくる信号のインタ
ーバルとあらかじめわかっているタイヤの外周長より走
行速度を計算する。

【００２４】次に、４３により走行速度Ｖが０ｋｍ／ｈ
＜Ｖ≦２４ｋｍ／ｈの範囲内であるかを判定する。前記
範囲内であれば４４で駆動ローラ押圧制御器３５を押圧
側へ制御し、駆動ローラをタイヤへ押圧させる。次に４
５により踏力受信器１３から踏力データを読み込んだ
後、４６で必要な補助力を演算する。この演算は、４２
で求めた走行速度と４５で読み込んだ踏力より、図２に
示す道路交通法の規定以下の補助力となるよう電動モー
タの制御内容を決定する。その結果で、４７により電動
モータ制御器を制御する。

【００２５】次に４８でモータ回転数検出器３９、４０
の信号を読み取り、回転数を求める。４９により、４８
でわかったモータ回転数と駆動ローラ１９の外周より駆
動ローラタイヤ転接面の移動速度ＶＲを計算する。５０
で前記４３で求めた走行速度とあらかじめわかっている
タイヤの駆動ローラ転接面の外周より、タイヤの駆動ロ
ーラ転接面の移動速度ＶＴを計算する。５１でＶＲとＶ
Ｔを比較し、ＶＲ＞ＶＴであれば駆動ローラがスリップ
していると判断し、５４で電動モータ回転数を一定値下
げる電動モータ回転数低減制御をおこなう。５１の判定
が否であれば、４１の処理に戻る。前記４１、４４の判
定が否であれば５２で駆動ローラ押圧制御器の制御を離
隔側へ制御し、５３により電動モータへの電圧印可を停
止制御した後４１の処理へ戻る。

【００２６】以上のように、上記の実施例では、ペダル
が推進方向に回転され、かつ速度が一定速度範囲内の場
合に駆動ローラをタイヤまたはリム両側面へ押圧する力
を調節する、あるいは押圧する力の方向を切替えるもの
である。また、人が踏む力を検出する踏力検出部をペダ
ルに設け、その検知力に応じて電動モータの出力を制御
し、予め設定した大きさの補助力を発生するようにした
ものである。この際に、道路交通法に規定された大きさ
の補助力に設定することもできるものである。

【００２７】さらに、駆動ローラ押圧状態で駆動ローラ
のタイヤ転接面の移動速度が、タイヤの駆動ローラ転接
面の移動速度より速い場合は、駆動ローラがスリップし
ている状態であるので、モータの回転数を下げるように
制御し駆動ローラの回転数を下げる等して電動モータの
回転を調節するようにした。このようにして、スリップ
状態から抜け出すことができるものである。

【００２８】なお、前記実施例では、一対の駆動ローラ
を一対の電動モータで駆動する例を記述したが、電動モ
ータは１個で歯車やベルト等の組み合わせにより一対の
駆動ローラを駆動してもよい。

【００２９】また、駆動ローラはタイヤの両側面を転接
する例を記述したが、リム側面を転接させてもよい。さ
らに、タイヤ側面、リム側面の両方を転接するような構
成としてもよい。

【００３０】また、上記のような構成にすることで、別
途購入等して入手した自転車に取り付けて動作させるこ
とができ、かつ道路交通法で規定される安全で免許のい
らない補助駆動力がえられる電動補助駆動装置付の自転
車とすることができる。また、このような補助装置と自
転車とが一体の装置とされた電動補助駆動装置付自転車
を提供できる。

【００３１】また、駆動ローラのタイヤへの押圧、離隔
制御を自動的に行うようにしたので、運転者の操作は不
要で、運転者のわずらわしさも解消され、安全性も向上
することができる。

【００３２】さらに、駆動ローラがリムやタイヤ押圧部
でスリップしない制御をおこなうため、駆動ローラやタ
イヤの摩耗を防ぐことができ、部品の寿命を長くして信
頼性を向上することができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明では、法律の規定に適合し、かつ
使用者の使い勝手の優れた自転車用駆動補助装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る補助駆動装置を装着した自転車の
一実施例を示す側面図である。

【図２】道路交通法で規定された人の力に対する電動機
による補助力の比率を示すグラフである。

【図３】図１に示す補助駆動装置を装着した自転車の補
助駆動装置の要部を示す断面図である。

【図４】図１に示す補助駆動装置を装着した自転車のペ
ダル回転検出部の概略を示す模式図である。

【図５】図４に示すペダル回転検出部による検出データ
の時間推移を表すグラフである。

【図６】図１に示す補助駆動装置の駆動ローラの離隔及
び押圧の状態を説明する模式図である。

【図７】図１に示す補助駆動装置に係る制御手段の構成
を示すブロック図である。

【図８】図７に示す制御手段のマイクロコンピュータの
処理の流れを示す流れ図である。

【符号の説明】

１…自転車本体、１０，１０‘，１１、１１’…踏力検
出器、１５ａ、１５ｂ…電動モータ、１９ａ，１９ｂ…
駆動ローラ、１７…電池、２４…駆動ローラ押圧器、３
９、４０…回転数検知器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車輪と、この車輪と連結されこの車輪を回
   転して駆動するペダルとを有する自転車に装着され、電
   動機と、この電動機の回転軸上に配置され前記車輪と接
   触して前記回転軸とともに回転する回転子とを有する自
   転車用電動補助駆動装置において、 前記車輪を間に挟持する一対の回転子と、前記ペダルが
   回転する方向を検出する回転検出手段と、前記自転車が
   走行する速度を検出する速度検出器と、前記回転検出手
   段または前記速度検出手段の検出結果に応じて前記回転
   子が前記車輪に押圧される力の大きさ、または方向を調
   節する調節手段とを備えた自転車用電動補助駆動装置。