JP2001018882A - 電動補助自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】クランク軸からの入力トルクと後車輪からの負
荷トルクとを正確に検出する。 【解決手段】原動側カムプレート２２と従動側カムプレ
ート２５とは、原動側カムプレート２２側の隆起部２３
と従動側カムプレート２５側の凹陥部２６とが回転方向
への摺動を自在に嵌合し、かつ、後車輪からの負荷トル
クが増大するにつれて隆起部２３の側が摺動して回転方
向に生ずる位置ずれを相互間の離間距離として検出し、
該検出値との関係で作動制御される電動モータの出力に
より後車輪への駆動補助トルクの付与を自在とするとと
もに、従動側カムプレート２５に対する原動側カムプレ
ート２２の位置ずれは、隆起部２３の上面に凹陥掛合部
２４を設け、該凹陥掛合部２４との対面部位に位置する
従動側カムプレート２５の凹陥部２６の始端２６ａ側に
掛止ピン２７を立設し、該掛止ピン２７を凹陥掛合部２
４の始端２４ａから終端２４ｂに至るストロークを限度
に移動規制した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペダル踏力により
クランク軸に付与される入力トルクと後車輪から加えら
れる負荷トルクとの力関係のもとで電動モータの作動を
制御し、その際に電動モータから得られる補助駆動トル
クを後車輪に正確に付与できるようにした電動補助自転
車に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動補助自転車は、電動モータの支援の
もとで運転者の負担を軽減して走行できることから、近
年、多くの人々に利用されるようになってきている。こ
の場合、電動モータの作動は、クランク軸に加えられる
入力トルクと後車輪から加えられる負荷トルクとの力関
係のもとで正確に制御する必要がある。

【０００３】このため、通常、電動補助自転車には、ペ
ダル踏力によってクランク軸に加えられる入力トルクを
検出できるトルク検出機構が設けられており、その代表
例としては、クランク軸の回転力によりトーションバー
にねじり変形を加え、該トーションバーの先端における
軸方向での移動量やクランク軸との相対回転角度を検出
する構造のものが採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記トーショ
ンバーのねじり変形によって入力トルクを検出しようと
する場合には、該入力トルク検出機構と、クランク軸か
ら後車輪に入力トルクを伝える動力伝達機構とが別系統
となって各別に配設する必要があり、その全体構造が複
雑化してコスト高を招いてしまうのみならず、全体の大
型化や重量化をも招く不都合があった。

【０００５】本発明は、従来技術の上記課題に鑑み、ク
ランク軸から後車輪に入力トルクを伝達する動力伝達機
構のもとで、クランク軸からの入力トルクと後車輪から
の負荷トルクとを正確に検出できるようにして、低コス
ト化と軽量小型化とを同時に実現できる電動補助自転車
を提供することにその目的がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成すべくなされたものであり、その構成上の特徴は、ペ
ダル踏力が入力トルクとなって強制回転されるクランク
軸に固定される原動側カムプレートと、該原動側カムプ
レート側への軸方向での押圧力が付勢されて前記クラン
ク軸の側に回転と軸方向での移動とが自在に軸支される
チェーン大歯車に一体的に固定されている従動側カムプ
レートとは、原動側カムプレートに設けられている隆起
部と従動側カムプレートに設けられている凹陥部とが複
数箇所にて回転方向への摺動を自在に嵌合して対面合致
し、かつ、後車輪から加えられる負荷トルクが増大する
につれて隆起部の側が摺動して回転方向に生ずる位置ず
れを相互間の離間距離として合成トルク検出用磁気セン
サによる検出を自在に配設し、その際の検出値との関係
で作動制御される電動モータの出力により後車輪への駆
動補助トルクの付与を自在とするとともに、従動側カム
プレートに対する原動側カムプレートの位置ずれは、前
記隆起部の上面に凹陥掛合部を設け、該凹陥掛合部との
対面部位に位置する従動側カムプレートの凹陥部の始端
側に掛止ピンを立設し、該掛止ピンを前記凹陥掛合部の
始端から終端に至るストロークを限度に移動規制したこ
とにある。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の概略構成例を模
式的に示す説明図であり、電動補助自転車１１は、ペダ
ル１３を踏み込んで得られる踏力Ｆによりハンガラック
１６に回転自在に挿通支持されているクランク軸１７を
クランク１４，１５を介して強制回転させる入力トルク
が生成され、該クランク軸１７に固定されているチェー
ン大歯車１８からチェーン４１とチェーン小歯車４２と
を経て伝達される入力トルクにより後車輪４３を強制回
転させて、平坦な路面Ｒを人力走行できるようになって
いる。

【０００８】また、走行開始時や坂道などの斜面を走行
する際においては、フレーム１２に着脱自在に支持させ
たバッテリーユニット４４からの給電を受けて後車輪４
３のチェーン小歯車４２と同軸状となって配設されてい
るハウジング４５内の図示しない電動モータが作動し、
該電動モータの回転力により後車輪４３に駆動補助トル
クが付加され、その支援のもとで容易に走行できるよう
になっている。なお、図中の符号４６は、電動モータの
作動制御や必要な演算を行わせるために別途配設されて
いる制御手段を示す。

【０００９】図２は、図１におけるクランク軸１７を含
む動力伝達機構の詳細を一部を切り欠いて示す要部構成
図であり、図１に示すように先端にペダル１３を取り付
けたクランク１４，１５は、それぞれの基端にボス部１
４ａ，１５ａが設けられており、これらボス部１４ａ，
１５ａを介してクランク軸１７の両端部に固定されてい
る。したがって、ペダル１３に加えられた踏力Ｆは、入
力トルクとなってクランク軸１７に伝達され、該クラン
ク軸１７を強制回転させる。

【００１０】しかも、一方のクランク１４のボス部１４
ａは、クランク軸１７の軸方向への長さを比較的長くし
て確保されており、該ボス部１４ａの内端側に原動側カ
ムプレート２２が一体的となって回転できるように軸着
されている。また、ボス部１４ａの中間部分の外周に
は、原動側カムプレート２２の一側面２２ａとその一側
面２５ａが対面合致する配置関係のもとで従動側カムプ
レート２５が遊挿されている。さらに、従動側カムプレ
ート２５の適宜位置には、螺孔２８が配設されており、
該螺孔２８との対面部位に位置するチェーン大歯車１８
に穿設された通孔１９を介して螺着されたビス３１によ
り従動側カムプレート２５とチェーン大歯車１８とが一
体化されている。このため、従動側カムプレート２５と
チェーン大歯車１８とは、クランク軸１７に対し一体と
なっての軸方向での移動が可能で、かつ、回転自在とな
って軸支されることになる。

【００１１】図３は、上記動力伝達機構を構成している
原動側カムプレート２２と従動側カムプレート２５とを
その対向面である一側面２２ａ，２５ａ相互を見開き状
に引き離した状態のもとで示す斜視図である。同図によ
れば、原動側カムプレート２２の一側面２２ａの側に
は、その周方向に等間距離をおいて計３個の隆起部２３
が設けられている。しかも、該隆起部２３のそれぞれ
は、原動側カムプレート２２の回転方向に沿って次第に
前上りに傾斜する斜面２３ａと、該斜面２３ａの終端に
稜線２３ｂを形成して前下がりに傾斜する斜面２３ｃと
を備えた山形を呈して形成されている。

【００１２】さらに、いずれかひとつの隆起部２３にお
ける斜面２３ａから稜線２３ｂにかけては、原動側カム
プレート２２の回転方向に沿ってやや湾曲させた略長円
形状を呈する有底長穴からなる凹陥掛合部２４が形成さ
れている。なお、該凹陥掛合部２４は、有底長穴と略同
じ形状に穿設された長孔や、外周部や内周部に削成され
た切欠部により形成することもできる。

【００１３】一方、原動側カムプレート２２の一側面２
２ａとの対面側である従動側カムプレート２５の一側面
２５ａには、原動側カムプレート２２の各隆起部２３と
相互に対面合致する断面形状を呈する谷形となった計３
個の凹陥部２６が設けられている。

【００１４】また、凹陥掛合部２４が設けられている隆
起部２３と対面する位置関係にある凹陥部２６の始端２
６ａ側には、凹陥掛合部２４内に納まる長さと太さとを
有する掛止ピン２７が立設されている。

【００１５】さらに、図２に示すようにクランク１４の
ボス部１４ａの外端側に設けられたフランジ２０とチェ
ーン大歯車１８との間には、一対のさらばね２９，２９
がその凹陥面相互を向き合わせた配置関係のもとで介挿
されており、これにより、チェーン大歯車１８と従動側
カムプレート２５とを常に駆動側カムプレート２２側へ
と押圧付勢できるようになっている。なお、さらばね２
９，２９は、フランジ２０の周端とチェーン大歯車１８
の外側面との間に取り付けられた防塵ゴムカバー３０で
覆われている。

【００１６】また、チェーン大歯車１８の内側面には、
駆動側カムプレート２２と従動側カムプレート２５とを
その外周側から覆うように配設された磁石や磁性体から
なる磁性リング３２が固着されている。さらに、該磁性
リング３２の内端面３２ａと対面する適宜の位置には、
例えばセンサカバー３４に支持させるなどして合成トル
ク検出用磁気センサ３３が設置されており、磁性リング
３２の内端面３２ａとの間の離間距離を別途用意される
磁気回路を介して検出できるようになっている。

【００１７】しかも、チェーン大歯車１８がその外周に
備える歯部１８ａとの適宜の対面位置には、チェーン大
歯車１８が回転時に通過する磁性体としての歯部１８ａ
の個数を検出する速度検出用磁気センサ３５が設置され
ており、該速度検出用磁気センサ３５により車速を検出
できるようになっている。

【００１８】この場合、合成トルク検出用磁気センサ３
３と速度検出用磁気センサ３５とから得られる検出信号
は、制御手段４６へと各別に送られ、該制御手段４６に
て演算され、クランク軸１７に加えられる入力トルクと
後車輪４３から加えられる負荷トルクとの間に生成され
る合成トルクや車速を算出するためのデータとして利用
されることになる。

【００１９】次に、上記構成からなる本発明につき、そ
の作用を説明すれば、ペダル１３を交互に踏み込むこと
により得られる踏力Ｆは、クランク１４，１５を介する
ことにより入力トルクとなってクランク軸１７に伝達さ
れ、ボス部１４ａ，１５ａと駆動側カムプレート２２と
に一体化されているクランク軸１７を強制回転させるに
至る。

【００２０】このとき、従動側カムプレート２５は、さ
らばね２９，２９によりチェーン大歯車１８共々駆動側
カムプレート２２方向に押圧付勢されているので、チェ
ーン大歯車１８にかかる負荷がさらばね２９，２９の押
圧力より小である場合には、図４（イ）に示されている
ように駆動側カムプレート２２と従動側カムプレート２
５とが隆起部２３と凹陥部２６とを相互に嵌合させた状
態のもとで密着して対面合致している。

【００２１】この状態のもとでは、駆動側カムプレート
２２と従動側カムプレート２５との間に生成される摩擦
力により、駆動側カムプレート２２の回転運動はそのま
ま従動側カムプレート２５へと伝達され、該従動側カム
プレート２５に直結されているチェーン大歯車１８を強
制回転させることにより、チェーン４１とチェーン小歯
車４２とを介して後車輪４３に回転力を付与することが
できる。

【００２２】一方、電動補助自転車１１の走行を開始す
る際や、坂道にさしかかった場合などのように後車輪４
３に負荷がかかる場合には、その際に生ずる負荷トルク
がチェーン小歯車４２とチェーン４１とを介してチェー
ン大歯車１８から従動側カムプレート２５へと伝達され
る。

【００２３】つまり、従動側カムプレート２５には、上
記負荷トルクによりその回転を停止させようとするブレ
ーキがかかることから、ペダル１３から得られる入力ト
ルクにより依然として回転しようとしている駆動側カム
プレート２２との間に反対方向に働く力が生じて相互に
位置ずれを生じさせる。

【００２４】このように駆動側カムプレート２２と従動
側カムプレート２５との間に生ずる位置ずれは、駆動側
カムプレート２２の隆起部２３が従動側カムプレート２
５の凹陥部２６から脱出しようとする力として作用する
ことになり、斜面２３ａの傾斜方向へと凹陥部２６を押
圧する結果、遊挿されている従動側カムプレート２５
は、さらばね２９，２９の押圧力に抗しながらクランク
１４のボス部１４ａの軸方向に沿って外側方向へと押し
出されるに至る。

【００２５】しかも、駆動側カムプレート２２と従動側
カムプレート２５との間に生ずる位置ずれは、ペダル１
３側からの入力トルクと後車輪４３側からの負荷トルク
との均衡点にてその動きを止めることになる。したがっ
て、その際の従動側カムプレート２５のボス部１４ａの
軸方向に沿った移動量を計測することにより、クランク
軸１７に加えられる入力トルクと後車輪４３から加えら
れる負荷トルクとの間に生成される合成トルクの大きさ
が求められることになる。

【００２６】具体的には、合成トルク検出用磁気センサ
３３によりチェーン大歯車１８に固定されている磁性リ
ング３２の内端面３２ａとの間の離間距離を磁気回路に
より検出できる。このため、負荷トルクがゼロのとき
は、図４（イ）に示すように離間距離ｔ₁ で、負荷トル
クが発生したときは、図４（ロ）に示すように離間距離
ｔ₂ であるとすれば、従動側カムプレート２５（チェー
ン大歯車１８）の軸方向での移動量はｔ₂ −ｔ₁ とな
り、合成トルクもこれに比例することになる。したがっ
て、合成トルク検出用磁気センサ３３から得られる検出
値を制御手段４６を介して演算させることにより、合成
トルクの大きさを算出できることになる。

【００２７】また、従動側カムプレート２５は、さらば
ね２９，２９を介して駆動側カムプレート２２の側に常
に押し付けられているので、該駆動側カムプレート２２
に加えられる入力トルクと従動側カムプレート２５にか
かる負荷トルクとが均衡した状態で、駆動側カムプレー
ト２２の回転が従動側カムプレート２５へと伝達され
る。したがって、従動側カムプレート２５に固定されて
いるチェーン大歯車１８も回転し、チェーン４１を介し
て後車輪４３が回転駆動されるに至る。

【００２８】しかも、チェーン大歯車１８が回転する
と、速度検出用磁気センサ３５のセンサ面を該チェーン
大歯車１８の歯部１８ａが順次通過することになる。し
たがって、速度検出用磁気センサ３５は、あらかじめ設
定されている一定の時間内に通過する歯部１８ａの個数
に対応する検出信号を制御手段３６に送出できる。該制
御手段４６では、通過した歯部１８ａの個数からチェー
ン大歯車１８の回転速度を演算し、ギヤ比と後車輪４３
の直径とから電動補助自転車１１の車速を算出する。

【００２９】制御手段４６は、このようにして算出した
合成トルクと車速とから、あらかじめ定められている許
容アシスト比が最大となるための駆動補助トルクを算出
し、電動モータの出力を作動制御しながら所定の駆動補
助トルクを後車輪４３に付加する。このため、後車輪４
３は、ペダル１３を踏んで得られる入力トルクと電動モ
ータから得られる駆動補助トルクとにより駆動される結
果、軽快な走行ができることになる。

【００３０】しかも、原動側カムプレート２２には、そ
の一側面２２ａに設けられている隆起部２３のうちのい
ずれかひとつに凹陥掛合部２４が、従動側カムプレート
２５には、その一側面２５ａに設けられている凹陥部２
６のうちのいずれかひとつに掛止ピン２７がそれぞれ設
けられている。

【００３１】したがって、原動側カムプレート２２と従
動側カムプレート２５とを凹陥掛合部２４内に掛止ピン
２７を位置させて相互に対面合致させることにより、原
動側カムプレート２２の摺動を掛止ピン２７が凹陥掛合
部２４の始端２４ａから終端２４ｂに至るストロークを
限度に移動規制することができる。

【００３２】このため、例えば予想を越えた負荷トルク
がかかることがあっても、凹陥部２６を隆起部２３が乗
り越えることをなくすことができるほか、下り坂などで
チェーン大歯車１８を逆回転させても負荷トルクの発生
を阻止できる。また、電動補助自転車１１の停車時に不
用意にチェーン大歯車１８を逆回転させた際に負荷トル
クが発生して電動モータを駆動させ、その際の駆動補助
トルクにより後車輪４３が自然回転したり、電動補助自
転車１１を暴走させるといった不慮の事故の発生も未然
に防止できる。

【００３３】さらに、本発明に係る電動補助自転車１１
においては、クランク軸１７に加えられる入力トルクと
後車輪４３から加えられる負荷トルクとを合成トルクと
して検出できる。したがって、合成トルクの検出と後車
輪４３への動力の伝達とを同一の動力伝達機構を介して
行うことができるので、全体構造を簡素化してコスト低
減と軽量小型化とを実現できる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、原動
側カムプレートの隆起部と従動側カムプレートの凹陥部
とが回転方向への摺動を自在に嵌合して対面合致し、か
つ、後車輪から加えられる負荷トルクが増大するにつれ
て隆起部の側が摺動して回転方向に位置ずれを検出する
合成トルク検出用磁気センサを備えているので、入力ト
ルクの後車輪への伝達と合成トルクの検出とを同時に行
う簡素化された動力伝達機構を備えた電動補助自転車を
提供できる。したがって、該電動補助自転車の製品コス
トを低減できるばかりでなく、軽量小型化も実現でき
る。

【００３５】しかも、相互に対面合致する原動側カムプ
レートと従動側カムプレートとは、隆起部に設けた凹陥
掛合部内に凹陥部に立設した係止ピンが入り込むように
して配設されているので、原動側カムプレートが摺動し
ても凹陥係合部の始端から終端に至るストロークを限度
に移動規制できる。このため、予想を越えた負荷トルク
がかかったり、下り坂などでチェーン大歯車を逆回転さ
せたり、その停車時に不用意にチェーン大歯車を逆回転
させることがあっても、電動補助自転車の暴走をなくし
て不慮の事故の発生を未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概略構成例を模式的に示す説明図。

【図２】図１におけるクランク軸を含む動力伝達機構の
詳細を一部を切り欠いて示す要部構成図。

【図３】図２において動力伝達機構を構成している原動
側カムプレートと従動側カムプレートとを相互を見開き
状にに引き離した状態のもとで示す斜視図。

【図４】図２における動力伝達機構の無負荷状態を
（イ）として、従動側に負荷が発生したときの状態を
（ロ）として示す説明図。

【符号の説明】 １１ 電動補助自転車 １２ フレーム １３ ペダル １４，１５ クランク １４ａ，１５ａ ボス部 １６ ハンガーラック １７ クランク軸 １８ チェーン歯車 １８ａ 歯部 １９ 通孔 ２０ フランジ ２２ 原動側カムプレート ２２ａ 一側面 ２３ 隆起部 ２３ａ 斜面 ２３ｂ 稜線 ２３ｃ 斜面 ２４ 凹陥掛合部 ２４ａ 始端 ２４ｂ 終端 ２５ 従動側カムプレート ２５ａ 一側面 ２６ 凹陥部 ２６ａ 始端 ２７ 掛止ピン ２８ 螺孔 ２９ さらばね ３０ 防塵ゴムカバー ３１ ビス ３２ 磁性リング ３２ａ 内端面 ３３ 合成トルク検出用磁気センサ ３４ センサカバー ３５ 車速検出用磁気センサ ４１ チェーン ４２ チェーン小歯車 ４３ 後車輪 ４４ バッテリーユニット ４５ ハウジング ４６ 制御手段 Ｆ 踏力 Ｒ 路面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダル踏力が入力トルクとなって強制回
   転されるクランク軸に固定される原動側カムプレート
   と、該原動側カムプレート側への軸方向での押圧力が付
   勢されて前記クランク軸の側に回転と軸方向での移動と
   が自在に軸支されるチェーン大歯車に一体的に固定され
   ている従動側カムプレートとは、原動側カムプレートに
   設けられている隆起部と従動側カムプレートに設けられ
   ている凹陥部とが複数箇所にて回転方向への摺動を自在
   に嵌合して対面合致し、かつ、後車輪から加えられる負
   荷トルクが増大するにつれて隆起部の側が摺動して回転
   方向に生ずる位置ずれを相互間の離間距離として合成ト
   ルク検出用磁気センサによる検出を自在に配設し、その
   際の検出値との関係で作動制御される電動モータの出力
   により後車輪への駆動補助トルクの付与を自在とすると
   ともに、従動側カムプレートに対する原動側カムプレー
   トの位置ずれは、前記隆起部の上面に凹陥掛合部を設
   け、該凹陥掛合部との対面部位に位置する従動側カムプ
   レートの凹陥部の始端側に掛止ピンを立設し、該掛止ピ
   ンを前記凹陥掛合部の始端から終端に至るストロークを
   限度に移動規制したことを特徴とする電動補助自転車。
2. 【請求項２】 走行速度は、チェーン大歯車の歯部との
   対面部位に設置した速度検出用磁気センサを介して検出
   自在としたことを特徴とする請求項１記載の電動補助自
   転車。