JP2007216907A - パワーアシスト自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡単な構成で高コストにならずに実現可能であり、かつ、開発途上国に輸出した場合でも、修理調整が容易なパワーアシスト自転車の提供。
【解決手段】 少なくとも、エンジン２の動力を伝える原動車輪３と、この原動車輪３の動力が伝達される後輪であるところの従動車輪（タイヤ）４と、エンジン２と原動車輪３の間に配置されクラッチレバー６の所定の操作によりエンジン２の動力を原動車輪３に伝えるクラッチ５と、ブレーキレバー７と、従動車輪（タイヤ）４の回転を検知する従動車輪センサ８と、ペダルの回転又はペダルと従動車輪（タイヤ）４をつなぐチェーン２１の動きによってペダルの回転の状態を検知するペダル回転センサ９と、から構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自転車の運行において人の力を助ける小型のエンジンを備え、そのエンジンを坂道や重い荷物を載せた時に働かせて力の弱い人でも軽く運転できるようにしたパワーアシスト自転車に関する。

一般に自転車は、前輪及び後輪と、この前輪及び後輪を支持する支持枠体と、前輪に方向制御機能を付与するハンドルと、前輪又は後輪に回転力を付与するクランク軸を有するペダルとから構成されており、ペダルの回転に基づく前輪又は後輪への回転力の付与及びハンドルの操作とによって平坦な道路を自在に走行させることができる。

しかし、自転車を走行させる際には、平坦な道路に比べて、ペダルを回転させるのに大きなトルクが必要になる。このため、ペダル部分のギヤと後輪のギヤのギヤ比が複数段階にわたって変更可能にすることにより比較的に小さなトルク（回転力）で、坂道などのような傾斜のある道路でも運転が可能な自転車が実用化されている。

しかしながら、このようなギヤ比が変更可能な自転車であっても、傾斜の有る坂道を登坂するには、それに応じたトルクは必要であり、特に、ある程度の距離にわたって傾斜が続く場合には、体力の弱い人、例えば、年配者等の場合、肉体的疲労により自転車の運転そのものができなくなり、結局は、自転車から降りて、自転車を押しながら登坂しなければならないなどの問題があった。

このような問題を解決するために、例えば、特許文献１に示すように、人力（パワー）をアシストして人力と電動力とを組み合わせて自転車を協調運転することが可能なパワーアシスト自転車が提案されている。このパワーアシスト自転車は、人力によって車輪を駆動するためのペダル、スプロケット、チェーンなどからなる人力駆動装置のほかに、電動機と、この電動機を人力による駆動トルクに応じて駆動するように制御するパワーアシスト制御器と、この電動機およびパワーアシスト制御器の電源として充電可能な蓄電池と、を自転車に載置し、この蓄電池とパワーアシスト制御器とをコネクタを介して接続し、ペダルを介して得られる人力による駆動トルクと電動機のトルクを合成した駆動力で自転車を駆動するようにしたものである。この電動機付き自転車によれば、人力による駆動トルクに応じて駆動するように制御されるので、体力の弱い人でも、道路状態に関係なく安全かつ容易に自転車を運転することができる。

特開平４−１００７９０号

しかしながら、従来のパワーアシスト自転車によれば、以下のような問題があった。
（１）従来のパワーアシスト自転車は、蓄電池を駆動源としているため、蓄電池に蓄積された電気エネルギーが消費しつく前に充電しなければならない。もし、消費しつくした場合はその蓄電池によるパワーアシストなしで自転車を使わなければならないという問題があった。
（２）もちろん、交換用の予備の蓄電池を用意しておき、蓄電池に蓄積された電気エネルギーが消費しつくされた際に、予備の蓄電池に交換してパワーアシスト自転車として使用することはできるが、交換用の蓄電池が高価のため全体に高コストとなるという問題があった。
（３）また、電動機（モータ）を制御する電子回路が複雑なため、故障した際に修理が難しくユニット毎交換しなければならず、高コストとなるという問題があった。
（４）更に、例えば、開発途上国に輸出しようとしても、電気のない地域では使えず、電気のある地域に輸出できたとしても、修理技術のレベルが低いため、修理予備ユニットを相当数持ち込んだとしても、修理調整が困難であると言う問題があった。のみならず、開発途上国としては、完成品輸入となるので、高い関税が課されるなどの障害もある。

したがって、本発明の目的は、比較的簡単な構成で高コストにならずに実現可能であり、かつ、開発途上国に輸出した場合でも、修理調整が容易なパワーアシスト自転車を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、前輪及び後輪と、前記前輪及び後輪を支持する支持枠体と、前記前輪に方向制御機能を付与するハンドルと、前記前輪又は後輪に回転力を付与するクランク軸を有するペダルと、前記後輪に駆動力を伝達する駆動力伝達手段と、から構成されることを特徴とするパワーアシスト自転車を提供するものである。

以上の構成において、前記駆動力伝達手段は、エンジンと、該エンジンの動力をクラッチを介して後輪に伝達する原動車輪とから構成されていることが望ましい。

この場合、前記原動車輪は、その軸が前記後輪の軸と直角になるように配置されるとともに、前記後輪と常時接触していることが望ましい。そして、前記エンジンは、前記クラッチが入ると前記後輪の回転力で始動し、前記クラッチが離れると停止することが望ましい。

また、前記原動車輪は、その軸が前記後輪の軸と平行になるように配置されるとともに、前記後輪と必要なときのみ接触するように構成されていることが望ましい。そして、前記エンジンは、前記原動車輪の接触時にクラッチ機能となって始動し、非接触時に停止することが望ましい。

また、前記クラッチ及びクラッチ機能の入り切りは、クラッチレバーによって手動で行うことが望ましく、前記エンジンの停止は、ブレーキと連動したクラッチ及びクラッチ機能を切ることによって行うことが望ましい。

また、前記駆動力伝達手段は、前記後輪の回転速度を検知する後輪回転速度検知手段を備えていることが望ましく、また、チェーンの動作によって前記ペダルの回転の有無の状態を検知するペダル回転検知手段を備えていることが望ましい。この場合、前記エンジンは、前記後輪回転速度検知手段が低速であることを検知し、前記ペダル回転検知手段が回転有りを検知したとき、前記クラッチ又はクラッチ機能が入って始動することが望ましい。

以上説明したとおり、本発明のパワーアシスト自転車によれば、エンジンと、該エンジンの動力をクラッチを介して後輪に伝達する原動車輪とから構成される駆動力伝達手段を備える構成としたため、比較的簡単な構成で高コストにならずに実現可能であり、かつ、開発途上国に輸出した場合でも、修理調整が容易なパワーアシスト自転車を提供することができる。換言すると、電気を使わないため低コストを実現でき、また、簡単な機構なので、開発途上国に輸出した場合でも、修理調整がし易くなる。また、エンジンがパーツの１つとして扱えるので途上国での自転車への組み立ても容易になる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係るパワーアシスト自転車を詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第1の実施の形態に係るパワーアシスト自転車の概略を示す図である。
図に示すように、このパワーアシスト自転車は、自転車本体１の後輪側の支持フレーム２０にエンジン２を配置した構成となっている。

即ち、このパワーアシスト自転車は、エンジン２の動力を伝える原動車輪３と、この原動車輪３の動力が伝達される後輪であるところの従動車輪（タイヤ）４と、エンジン２と原動車輪３の間に配置されクラッチレバー６の所定の操作によりエンジン２の動力を原動車輪３に伝えるクラッチ５と、自転車にすでに装着されているブレーキレバー７と、従動車輪（タイヤ）４の回転を検知する従動車輪センサ８と、ペダルの回転又はペダルと従動車輪（タイヤ）４をつなぐチェーン２１の動きによってペダルの回転の状態を検知するペダル回転センサ９と、エンジン２を駆動させるための燃料が収容される燃料タンクと、マフラー１１と、エンジン２を取り付けるためにフレーム２０に固定されるエンジン取付板１２と、前輪２２側のブレーキシュー１３と、から構成される。

以上の構成において、エンジン２、クラッチ５、従動車輪センサ８、原動車輪３は直列に接続されており、原動車輪３は従動車輪（タイヤ）４のタイヤ側面で常時接触している。そして、エンジン取付板１２を介して原動車輪３の軸と従動車輪（タイヤ）４の軸が直角になるように配置された状態となっている。

クラッチ５は、クラッチ「入る」の指示で原動車輪３が従動車輪（タイヤ）４に動力を伝えて従動車輪（タイヤ）４の力でエンジンが始動し、クラッチ「離す」の指示で従動車輪（タイヤ）４に伝える動力を切ってエンジンが停止する。

また、クラッチレバー６は、手動でクラッチ５を入り切りする機能を備えており、操作しやすいようにハンドルの取っ手近くに設けられている。その操作はクラッチ接続ワイヤー２４によってクラッチ５の駆動部に接続されている。

ブレーキレバー７には、ブレーキワイヤー２５に接続した新たなワイヤー２３がクラッチレバー６のクラッチ離し側につながって連動している。換言すると、ブレーキレバー７は、クラッチレバー６と連動してクラッチ５を切りエンジン２を停止する機能を備えている。

従動車輪センサ８は、従動車輪（タイヤ）４の回転の「低速」と「高速」の情報を取っている。

ペダルセンサ９は、エンジン取付板１２の裏に設けられており、チェーン２１の動きを検知しペダル回転の、「踏む」「止まる」の二位置の情報を取っている。

＜第２の実施の形態＞
図２および図３は、本発明の第２の実施の形態に係るパワーアシスト自転車の部分図であり、図２は部分拡大図、図３は図２のＡ−Ａ視図である。
第1の実施の形態と異なるのは、原動車輪３の軸と従動車輪（タイヤ）４の軸が平行に配置された点である。第1の実施の形態では、エンジン２につながる原動車輪３の軸と従動車輪（タイヤ）の軸が直角に配置され、クラッチは独立したパーツでエンジンと原動車輪の間にあったが、本実施の形態では、原動車輪３の軸と従動車輪（タイヤ）４の軸は、平行に配置され、クラッチ５の動作は、それらの車輪が接離することによって行われる。そして、その動力を受けて走行する従動車輪（タイヤ）４が必要なときのみ接触してその部分がクラッチ機能となってエンジン２が始動したり、停止するようになっている。

エンジン２はクラッチ軸１４を介してエンジン取付板１２に取り付けられるが、クラッチ軸１４を中心に左右可動なようにとめられている。

この原動車輪３の軸は従動車輪（タイヤ）４の軸と平行なため、原動車輪３は従動車輪（タイヤ）４のタイヤ接地面に接して動力を伝えるようになっている。

このクラッチ動作は、クラッチ「入る」の指示で原動車輪３がクラッチ軸１４を中心に従動車輪（タイヤ）４に倒れるようにして接続する。また、クラッチ「離す」の指示でクラッチ軸１４を中心に起きるようにして従動車輪（タイヤ）４から離れ動力を切る。

＜実施の形態の動作＞
図４は、以上に説明した本発明の実施の形態に係るパワーアシスト自転車の動作をマトリクスにして表した図である。
以下、マトリクスに従い、始動時・等速走行時・上り坂走行時・下り坂走行時・減速時・エンジン走行時・減速停止時の各場面に分けて説明する。

（１）始動時
クラッチレバー６を入れていない状態で、ペダルセンサ９による検知で、自転車を最初に動かすペダルを「踏む」動作を検知し、かつ、従動車輪センサ８による検知で、タイヤが「低速」であるということを検知すると、クラッチ５が入りエンジン２が始動し、自転車の走行をアシストする。

（２）等速走行時
始動後に、クラッチレバー６を入れていない状態で、従動車輪センサ８による検知で、従動車輪（タイヤ）４が一定の「高速」になったことを検知し、かつ、ペダルセンサ９が「踏む」の状態を検知すると、クラッチ５が離れてエンジン２が停止し、ペダルのみによる走行となる。

（３）上り坂走行時
クラッチレバー６を入れていない状態で、ペダルセンサ９による検知で、ペダルを「踏む」動作を検知し、従動車輪センサ８による検知で、従動車輪（タイヤ）４が「低速」であるということを検知すると、クラッチ５が入りエンジン２が始動し、自転車の上り坂走行をアシストする。

（４）下り坂走行時
クラッチレバー６を入れていない状態で、ペダルセンサ９による検知で、ペダルの「止まる」動作を検知し、従動車輪センサ８による検知で、従動車輪（タイヤ）４が「高速」であるということを検知すると、クラッチ５が離れてエンジン２が停止し、ブレーキレバー７を使用しながらのペダル走行となる。

（５）減速時
クラッチレバー６を入れていない状態で、ペダルセンサ９による検知で、ペダルの「止まる」動作を検知し、従動車輪センサ８による検知で、従動車輪（タイヤ）４が「低速」であるということを検知すると、クラッチ５が離れてエンジン２が停止する。そのままペダルを漕ぐのを止める状態が続くとやがて自転車も停止する。

（６）及び（７）エンジン走行時
エンジン走行時は、常に、クラッチレバー６を通してクラッチ５が入った状態で走行する。したがって、ペダルを踏んでいるときも、ペダルを漕ぐのを止めているときであってもエンジン２は常に動作していることになる。即ち、クラッチレバー６を通してクラッチ５を入れると、従動車輪センサ８およびペダルセンサ９に関係なくクラッチが入ったままになり、エンジン２は始動したままで自転車の走行をアシストする。したがって、重い荷物や子供を同乗させたとき、その効果をより発揮させることができる。

（８）減速停止時
ブレーキレバー７によってブレーキをかけると、これに連動してクラッチレバー６を切ってクラッチ５が離れ、ペダルセンサ９がペダルの「止まる」動作を検知すると、エンジン２は停止し、やがて自転車も停止する。

＜実施の形態のまとめ＞
以上のように、本発明のパワーアシスト自転車によれば、少なくとも、ペダルセンサ９による検知でペダルを「踏む」動作を検知され、従動車輪センサ８による検知で従動車輪（タイヤ）４が「低速」であるということが検知されると、クラッチ５が入りエンジン２が始動するので、比較的簡単な構成でパワーアシスト機能を発揮することができる。

また、本発明のパワーアシスト自転車では、エンジンによってパワーアシストする構成となっており、そのエンジンの動力を伝えたり切ったりする制御はクラッチ操作による機械的駆動によって全て行い電気制御を行なわないので、小型ガソリンエンジンを自転車に装着するだけで、簡単にアシスト機能を付加させることが可能となる。燃料はタンクに注入するだけですぐ始動可能であり、天然ガスで駆動するエンジンであってもガスボンベで充分に対応することができる。また、開発途上国の電気のない村でも使用可能である。修理技術もエンジン及びその周辺機器は普及しているので、修理調整がしやすくなる。また、エンジンがパーツの１つとして扱えるので関税も低くおさえることができ、その結果、開発途上国での自転車への組み立ても容易になる。

本発明の第1の実施の形態に係るパワーアシスト自転車の概略を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るパワーアシスト自転車の部分拡大図である。 図２のＡ−Ａ視図である。 本発明の実施の形態に係るパワーアシスト自転車の動作をマトリクスにして表した図である。

符号の説明

１ 自転車
２ エンジン
３ 原動車輪
４ 後輪である従動車輪（タイヤ）
５ クラッチ
６ クラッチレバー
７ ブレーキレバー
８ 従動車輪回転センサ
９ ペダルセンサ
１０ 燃料タンク
１１ マフラー
１２ エンジン取付板
１３ ブレーキシュー
１４ クラッチ軸
２０ 支持フレーム
２１ チェーン
２２ 前輪
２３ ワイヤー
２４ クラッチ接続ワイヤー
２５ ブレーキワイヤー

Claims (11)

1. 前輪及び後輪と、
   前記前輪及び後輪を支持する支持枠体と、
   前記前輪に方向制御機能を付与するハンドルと、
   前記前輪又は後輪に回転力を付与するクランク軸を有するペダルと、
   前記後輪に駆動力を伝達する駆動力伝達手段と、
   から構成されることを特徴とするパワーアシスト自転車。
2. 前記駆動力伝達手段は、エンジンと、該エンジンの動力をクラッチを介して後輪に伝達する原動車輪とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーアシスト自転車。
3. 前記原動車輪は、その軸が前記後輪の軸と直角になるように配置されるとともに、前記後輪と常時接触していることを特徴とする請求項２に記載のパワーアシスト自転車。
4. 前記エンジンは、前記クラッチが入ると前記後輪の回転力で始動し、前記クラッチが離れると停止することを特徴とする請求項２または３に記載のパワーアシスト自転車。
5. 前記原動車輪は、その軸が前記後輪の軸と平行になるように配置されるとともに、前記後輪と必要なときのみ接触するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のパワーアシスト自転車。
6. 前記エンジンは、前記原動車輪の接触時にクラッチ機能となって始動し、非接触時に停止することを特徴とする請求項２または４に記載のパワーアシスト自転車。
7. 前記クラッチ及びクラッチ機能の入り切りは、クラッチレバーによって手動で行うことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のパワーアシスト自転車。
8. 前記エンジンの停止は、ブレーキと連動したクラッチ及びクラッチ機能を切ることによって行うことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のパワーアシスト自転車。
9. 前記駆動力伝達手段は、前記後輪の回転速度を検知する後輪回転速度検知手段を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のパワーアシスト自転車。
10. 前記駆動力伝達手段は、チェーンの動作によって前記ペダルの回転の有無の状態を検知するペダル回転検知手段を備えていることを特徴とする１〜９のいずれかに記載のパワーアシスト自転車。
11. 前記エンジンは、前記後輪回転速度検知手段が低速であることを検知し、前記ペダル回転検知手段が回転有りを検知したとき、前記クラッチ又はクラッチ機能が入って始動することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のパワーアシスト自転車。
    

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