JP2001301683A

JP2001301683A - 電動補助自転車

Info

Publication number: JP2001301683A
Application number: JP2000123274A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Yamauchi; 幸作山内
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】自転車らしい走行フィーリングを保ちつつ良好
な走行安定性が得られるようにするとともに、バッテリ
ーの早期消耗を防止する。【解決手段】クランク軸回転速度検出手段７３および駆
動輪回転速度検出手段およびスロットル開度検出手段な
らびにペダル踏力検出手段４７からの入力を受け、クラ
ンク軸１０と駆動輪の回転速度比がペダル踏力伝達系統
Ｇの変速比に対し所定公差内にあり、かつペダル踏力検
出手段が少なくとも所定間隔でＯＮになることを条件
に、スロットル手段の開度に比例した大きさの補助駆動
力を電動モーター１８に出力させるようにプログラムさ
れた制御手段７５とを備えてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車の車体に電
動モータを搭載し、その駆動補助力で乗員のペダル踏力
をアシストすることにより、乗員の負担を軽減させて走
行を容易にした電動補助自転車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電動補助自転車におい
て、ハンドルバー等にスロットル手段を設け、このスロ
ットル手段の開度に応じて、ペダル踏力の強度に関わら
ずに電動モーターの出力を調整可能にしたものが考えら
れている。このように構成すれば、走行中にペダル踏力
がゼロに近付くクランク上死点および下死点付近におい
ても駆動補助力を有効に出力させ、発進時や登坂走行時
等における車体のふらつきを無くして良好な走行安定性
をもたらすことができる。しかも、乗員が駆動補助力の
出力を任意に調整できるので、乗員の脚力や各種の走行
条件に適合した駆動補助力が設定でき、車速の制御が容
易になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では、ペダル踏力が無くても電動モーターに駆動補助
力を出力させることが可能なので、乗員が駆動補助力に
頼りがちになってバッテリーの早期消耗を招くという不
具合がある上に、自転車らしい走行フィーリングが損な
われる懸念がある。また、例えば停車中に無意識にスロ
ットル手段が操作されると、車体に発進力が作用して乗
員が違和感を覚えるといった問題点もある。そして、こ
のような無用な発進動作がバッテリーを一段と消耗させ
ることになる。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、自転車らしい走行フィーリン
グを保ちつつ良好な走行安定性が得られ、バッテリーの
早期消耗も防止可能な電動補助自転車を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る電動補助自転車は、請求項１に記載し
たように、乗員のペダル踏力により回転駆動されるクラ
ンク軸と、上記クランク軸の回転力を駆動輪に伝達する
ペダル踏力伝達系統と、クランク軸の回転速度を検出す
るクランク軸回転速度検出手段と、上記駆動輪の回転速
度を検出する駆動輪回転速度検出手段と、乗員により任
意に操作されるスロットル手段と、上記スロットル手段
の開度を検出するスロットル開度検出手段と、上記ペダ
ル踏力をアシストする駆動補助力を出力する電動モータ
ーと、ペダル踏力が所定値以上になるとＯＮになるペダ
ル踏力検出手段と、上記クランク軸回転速度検出手段お
よび駆動輪回転速度検出手段およびスロットル開度検出
手段ならびにペダル踏力検出手段からの入力を受け、ク
ランク軸と駆動輪の回転速度比が上記ペダル踏力伝達系
統の変速比に対し所定公差内にあり、かつ上記ペダル踏
力検出手段が少なくとも所定間隔でＯＮになることを条
件に、スロットル手段の開度に比例した大きさの補助駆
動力を上記電動モーターに出力させるようにプログラム
された制御手段とを備えてなることを特徴とする。

【０００６】このように構成した場合、乗員が全くペダ
ル踏力を加えないとペダル踏力検出手段がＯＮになら
ず、電動モーターが起動しないため、乗員が駆動補助力
に頼って走行したり、停車時に無用な発進力が作用する
ようなことがなくなり、バッテリーの早期消耗が防止さ
れるとともに、電動モーターの無用な起動に伴う違和感
がなくなり、自転車らしい走行フィーリングが得られ
る。

【０００７】また、本発明に係る電動補助自転車は、請
求項２に記載したように、請求項１の構成において、前
記乗員が任意にシフト操作できる多段式変速機構を前記
ペダル踏力伝達系統に設け、上記多段式変速機構の各シ
フトポジション毎に各々公差を持った変速比を設定し、
前記クランク軸と駆動輪の回転速度比が上記各変速比の
公差内にあり、かつ前記ペダル踏力検出手段が少なくと
も所定間隔でＯＮになることを条件に、前記スロットル
手段の開度に比例した大きさの補助駆動力を前記電動モ
ーターに出力させるように前記制御手段をプログラムし
た。

【０００８】こうすれば、多段式変速機構のどのシフト
ポジションにおいても適確に駆動補助力によるアシスト
を得ることができ、バッテリーの早期消耗を防止すると
ともに自転車らしい走行フィーリングを得ることができ
る。

【０００９】さらに、本発明に係る電動補助自転車は、
請求項３に記載したように、請求項１および請求項２の
構成において、前記ペダル踏力検出手段がＯＮからＯＦ
Ｆになっても、前記クランク軸と駆動輪の回転速度比が
前記ペダル踏力伝達系統の変速比に対して所定の公差内
にあり、かつ前記クランク軸の所定回転角以内にペダル
踏力検出手段が再びＯＮになれば、前記スロットル手段
の開度に比例した大きさの補助駆動力を上記電動モータ
ーに出力させ続けるように前記制御手段をプログラムし
た。

【００１０】このようにした場合、走行中にクランクの
上死点および下死点付近にて著しく低下するペダル踏力
の影響によりペダル踏力検出手段がＯＮからＯＦＦにな
っても、このＯＮ，ＯＦＦの繰り返し間隔が通常のペダ
ル漕ぎのペースを逸脱していなければ、電動モーターは
停止せずに駆動補助力を出力し続ける。このため、走行
中に電動モーターの起動と停止が繰り返されることがな
くなり、駆動補助力の断続に伴う駆動ショックの発生が
防止されて自転車らしい走行フィーリングが確保され
る。そして、ペダル踏力が無くなると電動モーターが停
止するので、バッテリーの消耗も防止される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る電
動補助自転車の外観の一例を示す左側面図である。

【００１２】この電動補助自転車１は、例えば金属管を
組み合わせた車体フレーム２を備えており、この車体フ
レーム２の中央下部に電動パワーユニット３が搭載され
ている。車体フレーム２の前頭部には前輪４を支持する
フロントフォーク５がハンドルバー６等と共に左右回動
自在に軸支され、車体フレーム２の後部には駆動輪であ
る後輪７が軸支され、車体フレーム２の中央上部にサド
ル８が設置される。

【００１３】図２は電動パワーユニット３の右側面図で
あり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って展開した
電動パワーユニット３の断面図である。図１〜図３に示
すように、クランク軸１０が電動パワーユニット３の後
部を車幅方向に貫通する形で回転自在に軸支されてお
り、このクランク軸１０の両端部にそれぞれクランク１
１がナット１２で回転一体に固定され、左右のクランク
１１の先端にそれぞれペダル１３が回転自在に設けられ
る。

【００１４】また、クランク軸１０には電動パワーユニ
ット３の右側に位置するドライブスプロケット１５（図
３参照）が軸装され、このドライブスプロケット１５
と、後輪７のハブ（非図示）の右側に設けられた図示し
ないドリブンスプロケットとの間にチェーン１６（図１
参照）が巻装される。なお、後輪７のハブには例えば３
段式変速機構（非図示）が設けられており、図６にも示
すように、例えばハンドルバー６の左端側に設けられた
シフトグリップ１７を乗員が捻ることにより任意にシフ
ト操作し、第１速、第２速、第３速のいずれかを選定す
るようになっている。この３段式変速機構は請求項２に
記載した多段式変速機構に該当する。

【００１５】クランク軸１０はサドル８に着座した乗員
が両足でペダル１３を踏むことによりＤ方向に回転駆動
され、その際にドライブスプロケット１５がクランク軸
１０と同一方向に回転し、この回転がチェーン１６によ
りドリブンスプロケットに伝達されて後輪７が駆動され
る。なお、電動パワーユニット３の上方には、電動パワ
ーユニット３に内蔵された電動モーター１８を作動させ
るためのバッテリーユニット１９が着脱可能に設置さ
れ、電動パワーユニット３と共にフレームカバー２０で
覆われている。

【００１６】図３に示すように、電動パワーユニット３
の外殻をなすケーシング２２は、左側に位置するケース
本体２３と、その右側開口部を液密に閉塞するように固
定されるケースカバー２４とを備えて構成される。な
お、ケース本体２３の周囲に設けられた複数の取付ブラ
ケット２５が車体フレーム２にボルト２６（図２参照）
で締結固定される。

【００１７】クランク軸１０はケーシング２２の後部に
軸支され、クランク軸１０のほぼ右側半分の外周に筒状
の合力スリーブ２７がニードルベアリング２８を介して
回転自在に軸装されている。クランク軸１０の左端付近
はケース本体２３側に嵌合されたベアリング２９に軸支
され、合力スリーブ２７の左右端部がそれぞれケース本
体２３とケースカバー２４に嵌合されたベアリング３
０，３１に軸支されている。なお、合力スリーブ２７の
右端部はケースカバー２４から外部に突出し、この突出
部にドライブスプロケット１５が回転一体に固定され
る。

【００１８】図４にも示すように、合力スリーブ２７の
左端付近には例えばラチェット式のワンウェイクラッチ
３３が設けられている。このワンウェイクラッチ３３
は、合力スリーブ２７の左端に一体形成されたクラッチ
アウター３４と、その内周に設けられてクランク軸１０
に対し回転自在なクラッチインナー３５と、これら両部
材３４，３５の間に介装されたラチェット３６とを備え
て構成されており、クラッチインナー３５のＤ方向への
回転のみをクラッチアウター３４、即ち合力スリーブ２
７に伝達するようになっている。

【００１９】一方、ワンウェイクラッチ３３の左側に隣
接して筒状のスライダー３８がクランク軸１０に軸装さ
れている。このスライダー３８はクランク軸１０に対し
スプライン嵌合されており、クランク軸１０に回転一体
であるとともに、クランク軸１０に形成されたフランジ
３９とワンウェイクラッチ３３（クラッチインナー３
５）との間を軸方向にスムーズに移動することができ
る。スライダー３８は、その右端に形成されたフランジ
４０とクランク軸１０のフランジ３９との間に弾装され
たリターンスプリング４１により常にワンウェイクラッ
チ３３側（右側）に付勢されている。

【００２０】また、スライダー３８とクラッチインナー
３５との間には、図５（ａ），（ｂ）にも示すドッグク
ラッチ状の動力伝達部４３が形成されている。この動力
伝達部４３は、スライダー３８側に設けられた複数の斜
状犬歯突起４４と、クラッチインナー３５側に設けられ
て上記斜状犬歯突起４４が密に嵌合可能な切欠部４５と
から構成される。斜状犬歯突起４４と切欠部４５は、ス
ライダー３８がその軸方向ストロークの最も右側にある
時（図４の上半分および図５（ａ）に示す状態の時）に
密に噛み合い、スライダー３８がその軸方向ストローク
の最も左側にある時（図４の下半分および図５（ｂ）に
示す状態の時）に緩合するようになっている。

【００２１】また、斜状犬歯突起４４の斜面の向きは、
クランク軸１０およびスライダー３８がＤ方向に回転し
た際に、スライダー３８をクラッチインナー３５から離
反させる方向（左方）にスライドさせるスラスト力を生
む向きとされている。このため、乗員がペダル１３を踏
んでクランク軸１０をＤ方向に回転させると、リターン
スプリング４１により右方に付勢されていたスライダー
３８が動力伝達部４３の生み出すスラスト力により左方
へスライドし、図４の下半分および図５（ｂ）に示す状
態となる。なお、スライダー３８の回転力は常に動力伝
達部４３によりクラッチインナー３５に伝達される。

【００２２】さらに、スライダー３８の近傍に位置する
ようにペダル踏力検出スイッチ４７がケース本体２３に
設置されている。このペダル踏力検出スイッチ４７は請
求項１に記載したペダル踏力検出手段に該当し、そのス
イッチアーム４８の先端に設けられたスイッチローラー
４９がスライダー３８のフランジ４０左端面に押し付け
られている。このため、スライダー３８の軸方向移動に
追従してスイッチアーム４８が回動し、ペダル踏力検出
スイッチ４７はスライダー３８が最も右側にある時にＯ
ＦＦとなり、スライダー３８が最も左側にある時にＯＮ
となる。

【００２３】スライダー３８を付勢しているリターンス
プリング４１の強度は、例えば平坦路において電動補助
自転車１を走行させ続けるのに必要な最小限のペダル踏
力が加えられるとスライダー３８の左方へのスライドが
許される程度の強度に設定される。したがって、この所
定のペダル踏力（後述するペダル踏力Ｐ_１）が加わると
スライダー３８が左方へスライドしてペダル踏力検出ス
イッチ４７がＯＮになり、ペダル踏力が所定値を下回る
とペダル踏力検出スイッチ４７はＯＦＦになる。

【００２４】他方、駆動補助力を発生する電動モーター
１８はケース本体２３の前部左側に固定され、その主軸
５１が右方に突出し、ベアリング５２，５３に軸支され
た第１ギヤシャフト５４に回転一体に連結されている。
また、第１ギヤシャフト５４の後方には第２ギヤシャフ
ト５５がベアリング５６，５７に軸支され、その後方に
第３ギヤシャフト５８がベアリング５９，６０に軸支さ
れている。

【００２５】第１ギヤシャフト５４に回転一体に形成さ
れたプライマリードライブギヤ６２は、第２ギヤシャフ
ト５５に回転一体に設けられたプライマリードリブンギ
ヤ６３に噛み合い、第２ギヤシャフト５５に回転一体に
形成されたセカンダリードライブギヤ６４は、第３ギヤ
シャフト５８にワンウェイクラッチ６５を介して設けら
れたセカンダリードリブンギヤ６６に噛み合う。また、
第３ギヤシャフト５８に回転一体に形成されたファイナ
ルドライブギヤ６７は、合力スリーブ２７の外周に回転
一体に設けられたファイナルドリブンギヤ６８に噛み合
う。

【００２６】なお、ドライブスプロケット１５と、チェ
ーン１６と、合力スリーブ２７と、ワンウェイクラッチ
３３と、スライダー３８と、動力伝達部４３と、前記ド
リブンスプロケットおよび３段式変速機構とにより、請
求項１に記載したペダル踏力伝達系統Ｇが構成され、第
１〜第３ギヤシャフト５４，５５，５８と、６つのギヤ
６２，６３，６４，６６，６７，６８と、ワンウェイク
ラッチ６５とにより、駆動補助力伝達系統Ｈが構成され
る。

【００２７】ところで、クランク軸１０の左端付近には
円盤状のセンサープレート７１が回転一体に設けられて
いる。このセンサープレート７１の外周部には複数のセ
ンサー突起７２がギヤ歯状に等間隔に形成されている。
また、ケース本体２３の左側面にはクランク回転速度セ
ンサー７３が設置され、センサープレート７１のセンサ
ー突起７２に近接している。センサープレート７１とク
ランク回転速度センサー７３は請求項１に記載したクラ
ンク軸回転速度検出手段の一例として機能し、クランク
軸１０と共にセンサープレート７１が回転すると、セン
サー突起７２の動きがクランク回転速度センサー７３に
読み取られてクランク軸１０の回転速度が検出される。

【００２８】さらに、ケーシング２２の左側面の、例え
ば電動モーター１８の後方のスペースには、請求項１に
記載した制御手段に該当する制御ユニット７５が設置さ
れている。この制御ユニット７５は例えば小型のＣＰＵ
である。

【００２９】この電動パワーユニット３において、電動
モーター１８が作動すると、電動モーター１８の主軸５
１と第１ギヤシャフト５４とプライマリードライブギヤ
６２がＡ方向に回転し、第２ギヤシャフト５５とプライ
マリードリブンギヤ６３とセカンダリードライブギヤ６
４がＢ方向に回転し、第３ギヤシャフト５８とセカンダ
リードリブンギヤ６６とファイナルドライブギヤ６７が
Ｃ方向に回転し、ファイナルドリブンギヤ６８と合力ス
リーブ２７がＤ方向に回転する。このように、電動モー
ター１８から出力される駆動補助力は駆動補助力伝達系
統Ｈにより３段階に減速されてから合力スリーブ２７に
伝達される。

【００３０】また、乗員がペダル１３を漕いでクランク
軸１０をＤ方向に回転させると、その回転がスライダー
３８と動力伝達部４３を経てクラッチインナー３５に伝
えられ、前述のようにクラッチインナー３５の回転がラ
チェット３６を経てクラッチアウター３４（合力スリー
ブ２７）をＤ方向に回転させる。

【００３１】したがって、合力スリーブ２７は乗員のペ
ダル踏力と電動モーター１８の駆動補助力を両方受けて
Ｄ方向に回転し、その回転力がドライブスプロケット１
５とチェーン１６を経て後輪７に伝達され、電動補助自
転車１が前進する。このように、電動モーター１８の駆
動補助力が乗員のペダル踏力と共に後輪７に伝達され、
駆動補助力によりペダル踏力がアシストされるため、乗
員の負担が軽減されて走行が容易になる。

【００３２】なお、ワンウェイクラッチ３３はクランク
軸１０とスライダー３８のＤ方向への回転のみを合力ス
リーブ２７とドライブスプロケット１５に伝達するの
で、乗員がペダル１３を逆方向に漕いでクランク軸１０
とスライダー３８を反Ｄ方向へ回転させた場合には、ワ
ンウェイクラッチ３３の作用によりスライダー３８の回
転が合力スリーブ２７に対し遮断され、クランク軸１０
が合力スリーブ２７の中で空転する。

【００３３】一方、ワンウェイクラッチ６５はセカンダ
リードリブンギヤ６６のＣ方向への回転のみを第３ギヤ
シャフト５８に伝達するように構成されており、例えば
セカンダリードリブンギヤ６６の停止時に第３ギヤシャ
フト５８がＣ方向に回転しても、その回転はセカンダリ
ードリブンギヤ６６に対して遮断される。このため、例
えば電動モーター１８の停止時に乗員がペダル１３を漕
いでクランク軸１０と合力スリーブ２７をＤ方向に回転
させ、第３ギヤシャフト５８をＣ方向に回転させたとし
ても、その回転力はワンウェイクラッチ６５に遮断され
て電動モーター１８に伝達されることはなく、電動モー
ター１８が逆駆動されないのでペダル踏力が軽く保た
れ、電動補助自転車１を一般の自転車と同様に軽快に走
らせることができる。

【００３４】ところで、請求項１に記載した駆動輪回転
速度検出手段として、図１に示すように、後輪７のハブ
付近に後輪回転速度センサー７６が設けられる。また、
図６に示すように、例えばハンドルバー６の右端側のグ
リップ部分にはポテンショメーター等を用いたスロット
ル開度センサー７７を内蔵し、乗員の手により任意に操
作される回動式のスロットルグリップ７８が設けられて
いる。乗員がこのスロットルグリップ７８を捻って回動
させると、スロットル開度センサー７７に流れる電流の
抵抗値が変化し、その抵抗値からスロットルグリップ７
８の開度（回動角）が検出されるようになっている。

【００３５】スロットルグリップ７８は請求項１に記載
したスロットル手段に該当し、スロットル開度センサー
７７は同じく請求項１に記載したスロットル開度検出手
段に該当する。なお、ハンドルバー６のスロットルグリ
ップ７８の側にはフロントブレーキレバー８１が設けら
れ、シフトグリップ１７の側にはリヤブレーキレバー８
２が設けられる。また、ハンドルバー６の中央部にはメ
インスイッチ８３とバッテリー残量計８４等が設けられ
る。

【００３６】図７は、この電動補助自転車１の制御系統
を示したブロック図である。ここに示すように、制御ユ
ニット７５にはバッテリーユニット１９がメインスイッ
チ８３を介して接続され、電動モーター１８も接続され
る。また、制御ユニット７５には、クランク回転速度セ
ンサー７３と、後輪回転速度センサー７６と、スロット
ル開度センサー７７が接続される。

【００３７】さらに、前記バッテリー残量計８４等の表
示ランプ類やメモリー回路８６等も制御ユニット７５に
接続される。なお、メモリー回路８６は制御ユニット７
５に内蔵されてもよい。また、制御ユニット７５には、
バッテリーユニット１９の電圧を検出する電圧センサー
８７と、電動モーター１８に印加される電流を検出する
電流センサー８８が接続される。

【００３８】そして、制御ユニット７５は、バッテリー
ユニット１９が正しく充電され、メインスイッチ８３が
ＯＮにされた状況の元で、クランク回転速度センサー７
３と後輪回転速度センサー７６とスロットル開度センサ
ー７７とペダル踏力検出スイッチ４７からの入力信号を
受けながら、運転状況に応じてバッテリーユニット１９
の電流を電動モーター１８に印加し、電動モーター１８
を制御して補助駆動力を出力させるようにプログラムさ
れている。

【００３９】

【表１】

【００４０】例えば、表１の［１欄］に示すように、ク
ランク軸１０の回転も後輪７の回転も検出されず、ペダ
ル踏力検出スイッチ４７がＯＦＦである場合には、例え
スロットル開度があることが検出されても、制御ユニッ
ト７５は電動補助自転車１が停止モードにあると判断
し、電動モーター１８に駆動補助力を出力させないよう
に制御する。なお、ペダル１３に片足を載せた程度のペ
ダル踏力ではペダル踏力検出スイッチ４７がＯＮになら
ないように設定されている。

【００４１】また、表１の［２欄］のように、クランク
軸１０回転と後輪７の回転が検出されなくても、スロッ
トル開度の検出があり、かつペダル踏力検出スイッチ４
７がＯＮであれば、制御ユニット７５は電動補助自転車
１が発進モードにあると判断し、スロットル開度に比例
した大きさの駆動補助力を電動モーター１８に出力させ
る。

【００４２】さらに、表１の［３欄］のように、クラン
ク軸１０の回転と後輪７の回転が検出され、スロットル
開度の検出もあり、ペダル踏力検出スイッチ４７がＯＮ
であれば、制御ユニット７５は電動補助自転車１が通常
走行モードにあると判断し、スロットル開度に比例した
大きさの駆動補助力を電動モーター１８に出力させる。
但しこの場合、クランク軸１０と後輪７の回転速度比
が、ペダル踏力伝達系統Ｇのギヤ比により定められた変
速比に対して所定の公差内にあることが条件とされる。

【００４３】つまり、乗員がペダル１３を漕いで電動補
助自転車１を走行させる時、後輪７の回転はクランク軸
１０の回転に一定の比率で追従するため、図８に示すよ
うに、クランク軸回転速度と後輪回転速度（車速）が正
比例し、その傾きが前記変速比となる。この変速比は、
ペダル踏力伝達系統Ｇに備わる３段式変速機構の第１速
から第３速までのシフトポジション（ギヤ比）によって
異なるため、各ギヤ比毎に所定の傾きを持つ変速比ｋ
１，ｋ２，ｋ３が定められる。

【００４４】そして、図９に示すように、上記各変速比
ｋ１，ｋ２，ｋ３を中心に＋−数パーセント程度の幅で
公差ｋａ，ｋｂ，ｋｃが設定され、クランク軸１０と後
輪７の実際の回転速度比Ｚが、上記公差ｋａ，ｋｂ，ｋ
ｃのいずれかに入っていれば、制御ユニット７５は後輪
回転がクランク軸回転に追従していると判断し、スロッ
トル開度に比例した大きさの駆動補助力を電動モーター
１８に出力させる。しかし、もしペダル踏力が緩まる等
してクランク軸回転が後輪回転に対して少しでも遅れれ
ば、上記回転速度比Ｚが上記公差ｋａ，ｋｂ，ｋｃをす
ぐに逸脱するため、駆動補助力の出力が断たれる。

【００４５】なお、各シフトポジションにおける変速比
ｋ１，ｋ２，ｋ３とその公差ｋａ，ｋｂ，ｋｃは予めメ
モリー回路８６に記憶され、公差ｋａ，ｋｂ，ｋｃの範
囲はクランク回転速度センサー７３と後輪回転速度セン
サー７６に発生し得る測定誤差等を予め踏まえた上で必
要最小限の範囲に設定される。また、上記変速比やその
公差は多段式変速機構の段数分だけ設定されるが（この
実施形態のように３段式なら３種類、５段式なら５種
類）、多段式変速機構を備えない単速式の場合は１種類
のみとなる。

【００４６】また、表１の［４欄］のように、クランク
軸１０と後輪７の回転速度比Ｚが前記公差ｋａ，ｋｂ，
ｋｃ内にあり、かつスロットル開度の検出もあるのに、
ペダル踏力検出スイッチ４７がＯＦＦの場合は、制御ユ
ニット７５は電動補助自転車１が通常走行モードにある
ものの、クランク１１が上死点または下死点付近にあ
り、ペダル踏力がゼロに近付いたものと見なし、電動モ
ーター１８に駆動補助力を出力させ続ける。但しこの場
合、クランク軸１０の所定回転角以内にペダル踏力検出
スイッチ４７が再びＯＮにならなければ、駆動補助力の
出力を中止させる。

【００４７】図１０は、このような状況下での、クラン
ク軸１０の回転に伴うペダル踏力（トルク）の変動状況
と、ペダル踏力検出スイッチ４７のＯＮ，ＯＦＦ状況
と、回転速度比Ｚと、電動モーター１８の駆動補助力の
出力の関係をタイムチャートで示した図である。

【００４８】ここに示すように、ペダル踏力Ｐはクラン
クの回転位相角によってＳＩＮカーブ状に大きく変動す
る。そして、前述の如く、ペダル踏力検出スイッチ４７
がＯＮになるのは、ペダル踏力Ｐが平坦路において電動
補助自転車１を走行させ続けるのに必要な最小限のペダ
ル踏力Ｐ_１に達してスライダー３８が左方へスライドし
た時であり、ペダル踏力ＰがＰ_１を下回るとペダル踏力
検出スイッチ４７はＯＦＦになる。

【００４９】ここで、制御ユニット７５はペダル踏力検
出スイッチ４７がＯＦＦになっても直ぐには電動モータ
ー１８に駆動補助力の出力を停止させず、例えばそれか
らクランク軸１０が８分の３回転する間にペダル踏力Ｐ
が再びＰ_１に達してペダル踏力検出スイッチ４７がＯＮ
になれば駆動補助力の出力を続行させる。しかし、ペダ
ル踏力検出スイッチ４７がＯＦＦになってからクランク
軸１０が８分の３回転する間にペダル踏力検出スイッチ
４７が再びＯＮにならなければ、駆動補助力の出力を停
止させる。なお、このようにペダル踏力検出スイッチ４
７がＯＦＦになってから制御ユニット７５が駆動補助力
の出力を続行させる時間は、クランク軸１０が８分の３
回転する間のみに限らず、より長く、あるいはより短く
設定してもよい。

【００５０】一方、表１の［５欄］のように、クランク
軸１０と後輪７の回転検出はあるものの、その回転速度
比Ｚが前記公差ｋａ，ｋｂ，ｋｃから外れている場合に
は、例えスロットル開度の検出があり、ペダル踏力検出
スイッチ４７がＯＮであっても、制御ユニット７５は後
輪７のパンクまたチェーン１６の外れ等であると判断
し、電動モーター１８からの駆動補助力の出力を停止さ
せる。

【００５１】また、表１の［６欄］のように、クランク
軸１０と後輪７の回転速度比Ｚが前記公差ｋａ，ｋｂ，
ｋｃから外れており、スロットル開度の検出はあるがペ
ダル踏力検出スイッチ４７がＯＦＦである場合は、制御
ユニット７５は電動補助自転車１が惰性走行に入ってク
ランク軸１０の回転速度が降下しつつある、またはペダ
ル１３が反対方向に漕がれてクランク軸１０が反Ｄ方向
に逆転していると判断し、電動モーター１８に駆動補助
力を出力させない。

【００５２】さらに、表１の［７欄］のように、クラン
ク軸１０の回転検出がなく、後輪７の回転検出とスロッ
トル開度の検出があり、ペダル踏力検出スイッチ４７が
ＯＦＦである場合は、制御ユニット７５は電動補助自転
車１が完全な惰性走行中であると判断し、電動モーター
１８に駆動補助力を出力させない。

【００５３】また、表１の［８欄］のように、クランク
軸１０の回転検出があり、後輪７の回転検出がなく、ス
ロットル開度の検出があり、ペダル踏力検出スイッチ４
７がＯＦＦである場合は、制御ユニット７５は電動補助
自転車１が停止してクランク軸１０が逆転操作されてい
ると判断し、電動モーター１８に駆動補助力を出力させ
ない。

【００５４】さらに、表１の［９欄］のように、クラン
ク軸１０の回転検出がなく、後輪７の回転検出があり、
スロットル開度の検出があってペダル踏力検出スイッチ
４７がＯＮである場合は、何等かの異常によりクランク
軸１０がロックしたと見なして駆動補助力の出力を中止
させる。

【００５５】また、表１の［１０欄］のように、クラン
ク軸１０の回転検出があり、後輪７の回転検出がなく、
スロットル開度の検出があってペダル踏力検出スイッチ
４７がＯＮである場合は、ペダル踏力と駆動補助力の合
力部（合力スリーブ２７、ワンウェイクラッチ３３等）
以降のペダル踏力伝達系統Ｇ中に破損や異常があると見
なして駆動補助力の出力を中止させる。

【００５６】以上のように構成された電動補助自転車１
において、制御ユニット７５が電動モーター１８に駆動
補助力を出力させるのは、乗員がペダル１３を漕いでい
てペダル踏力検出スイッチ４７が少なくとも所定間隔で
ＯＮになり、かつクランク軸１０と後輪７の回転速度比
Ｚがペダル踏力伝達系統Ｇの変速比ｋ１，ｋ２，ｋ３に
対して定められた所定の公差ｋａ，ｋｂ，ｋｃ内にある
場合だけである。

【００５７】このため、乗員が全くペダル踏力を加えて
いない時は電動モーター１８が起動することがなく、し
たがって乗員が駆動補助力に頼って走行することはでき
ない。また、電動補助自転車１が惰性走行している時等
も電動モーター１８が起動しないため、電動モーター１
８の過使用に伴うバッテリーユニット１９の早期消耗を
防止することができる。

【００５８】さらに、例えば停車時に無意識にスロット
ルグリップ７８が操作されても車体に無用な発進力が作
用しないので、電動モーター１８の無用な起動に伴うバ
ッテリーユニット１９の早期消耗も防止され、違和感も
生じず、自転車らしい走行フィーリングを得ることがで
きる。

【００５９】また、走行中にクランク１１の上死点およ
び下死点付近にてペダル踏力が著しく低下し、ペダル踏
力検出スイッチ４７がＯＮからＯＦＦになっても、この
ＯＮ，ＯＦＦの繰り返し間隔が通常のペダル漕ぎペース
を逸脱していなければ、電動モーター１８は停止せずに
駆動補助力を出力し続ける。

【００６０】このため、発進時や登坂走行時等における
車体のふらつきが無くなり良好な走行安定性が得られる
とともに、走行中に電動モーター１８の起動と停止が繰
り返されることがないので駆動補助力の断続に伴う駆動
ショックの発生が防止され、この点でも自転車らしい走
行フィーリングが確保される上、バッテリーユニット１
９の消耗も防止される。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電動
補助自転車は、乗員のペダル踏力により回転駆動される
クランク軸と、上記クランク軸の回転力を駆動輪に伝達
するペダル踏力伝達系統と、クランク軸の回転速度を検
出するクランク軸回転速度検出手段と、上記駆動輪の回
転速度を検出する駆動輪回転速度検出手段と、乗員によ
り任意に操作されるスロットル手段と、上記スロットル
手段の開度を検出するスロットル開度検出手段と、上記
ペダル踏力をアシストする駆動補助力を出力する電動モ
ーターと、ペダル踏力が所定値以上になるとＯＮになる
ペダル踏力検出手段と、上記クランク軸回転速度検出手
段および駆動輪回転速度検出手段およびスロットル開度
検出手段ならびにペダル踏力検出手段からの入力を受
け、クランク軸と駆動輪の回転速度比が上記ペダル踏力
伝達系統の変速比に対し所定公差内にあり、かつ上記ペ
ダル踏力検出手段が少なくとも所定間隔でＯＮになるこ
とを条件に、スロットル手段の開度に比例した大きさの
補助駆動力を上記電動モーターに出力させるようにプロ
グラムされた制御手段とを備えてなることを特徴とする
ものであり、本構成によれば、自転車らしい走行フィー
リングを保ちつつ、良好な走行安定性を確保し、バッテ
リーの早期消耗を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動補助自転車の外観の一例を示
す左側面図。

【図２】電動パワーユニットの右側面図。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って展開した電動
パワーユニットの断面図。

【図４】図３のＩＶ部拡大図。

【図５】動力伝達部の拡大図であり、（ａ）はペダル踏
力作用時、（ｂ）ペダル踏力非作用時における状態を示
す図である。

【図６】ハンドルバー回りを後方から見た図。

【図７】電動補助自転車の制御系統を示したブロック
図。

【図８】各シフトポジションにおける変速比をグラフで
示した図。

【図９】各シフトポジションにおける変速比の公差をグ
ラフで示した図。

【図１０】クランク軸の回転に伴うペダル踏力の変動状
況と、ペダル踏力検出スイッチのＯＮ，ＯＦＦ状況と、
クランク軸および後輪の回転速度比と、電動モーターの
駆動補助力の出力の関係をタイムチャートで示した図。

【符号の説明】

１電動補助自転車３電動パワーユニット７駆動輪である後輪１０クランク軸１８電動モーター４７ペダル踏力検出手段であるペダル踏力検出スイッ
チ７１クランク軸回転速度検出手段を構成するセンサー
プレート７３クランク軸回転速度検出手段を構成するクランク
回転速度センサー７５制御手段である制御ユニット７６駆動輪回転速度検出手段である後輪回転速度セン
サー７７スロットル開度検出手段であるスロットル開度セ
ンサー７８スロットル手段であるスロットルグリップＧペダル踏力伝達系統Ｈ駆動補助力伝達系統Ｚクランク軸と後輪の回転速度比ｋ１，ｋ２，ｋ３ペダル踏力伝達系統の変速比ｋａ，ｋｂ，ｋｃペダル踏力伝達系統の変速比の公差

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】乗員のペダル踏力により回転駆動される
クランク軸と、上記クランク軸の回転力を駆動輪に伝達
するペダル踏力伝達系統と、クランク軸の回転速度を検
出するクランク軸回転速度検出手段と、上記駆動輪の回
転速度を検出する駆動輪回転速度検出手段と、乗員によ
り任意に操作されるスロットル手段と、上記スロットル
手段の開度を検出するスロットル開度検出手段と、上記
ペダル踏力をアシストする駆動補助力を出力する電動モ
ーターと、ペダル踏力が所定値以上になるとＯＮになる
ペダル踏力検出手段と、上記クランク軸回転速度検出手
段および駆動輪回転速度検出手段およびスロットル開度
検出手段ならびにペダル踏力検出手段からの入力を受
け、クランク軸と駆動輪の回転速度比が上記ペダル踏力
伝達系統の変速比に対し所定公差内にあり、かつ上記ペ
ダル踏力検出手段が少なくとも所定間隔でＯＮになるこ
とを条件に、スロットル手段の開度に比例した大きさの
補助駆動力を上記電動モーターに出力させるようにプロ
グラムされた制御手段とを備えてなることを特徴とする
電動補助自転車。
【請求項２】前記乗員が任意にシフト操作できる多段
式変速機構を前記ペダル踏力伝達系統に設け、上記多段
式変速機構の各シフトポジション毎に各々公差を持った
変速比を設定し、前記クランク軸と駆動輪の回転速度比
が上記各変速比の公差内にあり、かつ前記ペダル踏力検
出手段が少なくとも所定間隔でＯＮになることを条件
に、前記スロットル手段の開度に比例した大きさの補助
駆動力を前記電動モーターに出力させるように前記制御
手段をプログラムした請求項１に記載の電動補助自転
車。
【請求項３】前記ペダル踏力検出手段がＯＮからＯＦ
Ｆになっても、前記クランク軸と駆動輪の回転速度比が
前記ペダル踏力伝達系統の変速比に対して所定の公差内
にあり、かつ前記クランク軸の所定回転角以内にペダル
踏力検出手段が再びＯＮになれば、前記スロットル手段
の開度に比例した大きさの補助駆動力を上記電動モータ
ーに出力させ続けるように前記制御手段をプログラムし
た請求項１および請求項２に記載の電動補助自転車。