JP2696731B2 - 電動モータ付き自転車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人力による駆動系と電
動モータによる駆動系とを並列に設け、電動モータの駆
動力を人力による駆動力の変化に対応して制御するよう
にした電動モータ付き自転車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人力による駆動力を検出し、この駆動力
が設定値以上の時に電動モータを作動させブレーキ操作
によってモータの駆動を停止させるものが公知である
（特開昭５７−７４２８５号）。すなわち人力の負担が
大きい時には電動モータの駆動力を付加して人力の負荷
を減らすものである。

【０００３】しかしこの既提案のものでは、人力により
駆動されるクランク軸と、モータの軸（モータ軸）と、
人力およびモータの駆動力が並列的に伝えられる合力軸
とが、互いに平行でかつ別々に並設されていた。このた
め駆動装置が大型化するという問題があった。

【０００４】またモータ軸は車体幅方向に配設されてい
るため駆動装置の幅が大きくなる。このためクランク軸
の両端に取付けられるクランクペダルの間隔が広くな
り、クランクペダルの踏み動作がしにくく操作性が悪く
なるという問題もあった。

【０００５】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、駆動装置全体の小型化に適し、クランクペ
ダル間隔を小さくしてペダルの踏込み動作をし易くでき
る電動モータ付き自転車を提供することを目的とする。

【０００６】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、人力駆動系
と電気駆動系とを並列に設け、人力による駆動力の変化
に対応して前記電気駆動系の出力を制御する電動モータ
付き自転車において、前記人力駆動系を形成するクラン
クペダルにより駆動されるクランク軸と、このクランク
軸と同軸に回転自在に保持され前記クランク軸により駆
動される合力軸と、前記クランク軸に略直交しかつ車体
幅方向中央付近に位置するモータ軸によって前記合力軸
を傘歯車を介して駆動する前記電気駆動系としての電動
モータと、前記クランク軸に略直交しかつ前記モータ軸
の回転中心線を含む車体前後方向の平面の一側に配設さ
れ前記クランク軸の駆動トルクの変化に応じて連続的に
変位するトルク応動機構と、前記平面の他側に配設され
前記合力軸の回転を後輪に伝える伝動系と、前記トルク
応動機構の変位を連続的かつ電気的に検出するトルクセ
ンサと、前記トルクセンサの検出値の連続的な増減に対
応して前記電動モータの出力を電気的かつ連続的に増減
させるように制御するコントローラとを備えることを特
徴とする電動モータ付き自転車により達成される。

【０００７】ここに人力駆動系にはクランク軸と同軸に
遊星増速機を設け、トルク検出機構はこの遊星増速機の
固定輪に連結したトルク応動レバーと、踏力の反力によ
りこのトルク応動レバーが回動するのを規制する方向に
復帰習性を付与する復帰ばねとを有する構成とすること
ができる。

【０００８】この場合トルク応動レバーが復帰ばねを圧
縮しつつ回動する時の回動量をトルクセンサで検出する
ことにより踏力のトルクを検出することができる。この
遊星増速機は、前記車体前後方向の平面に対してトルク
応動機構と同側に配設するのがよい。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例の側面図、図２はそ
の動力系統図、図３はその動力系の展開図、図４は踏力
の検出部を示す側面図、図５はそのＶ−Ｖ線断面図であ
る。

【００１０】 図１において、符号１０はメインフレーム
であり、ヘッドパイプ１２から斜下後方へのびて後輪１
４の車軸に至る。このメインフレーム１０にほぼ直交す
るようにシートチューブ１６が固着され、このシートチ
ューブ１６の上端にはサドル１８を支持するシートポス
ト２０が固定されている。

【００１１】 シートチューブ１６の下部には下に開いた
筒部１６ａが形成され、この中に電動モータ２２が収容
される。シートチューブ１６の下端には動力ユニット２
４が固定されている。この動力ユニット２４はボトムブ
ラケットケース（以下ＢＢケースという）２６と、この
ＢＢケース２６から後方へのびるリヤステー２８とを備
え、このリヤステー２８の後端には後輪１４が固定され
ている。なお右側のリヤステー２８（図３）には駆動軸
３０が挿通される。

【００１２】 次に動力ユニット２４を説明する。図１、
３においてＢＢケース２６にはクランク軸３２が貫挿さ
れ、その両端にクランク３４が固定されている。クラン
ク３４にはクランクペダル３６、３６が取付けられてい
る。

【００１３】 後輪１４の車軸３８の左端は、左のリヤス
テー２８に固着したエンドプレート２８ａに固定され、
この車軸３８の右端は右のリヤステー２８に固定された
傘歯車ケース４０に固定されている。車軸３８にはハブ
４２が回転自在に保持され、このハブ４２には駆動軸３
０の回転が傘歯車機構４４を介して伝えられる。なお傘
歯車機構４４とハブ４２との間には公知のフリーホイー
ル（一方向クラッチ、図示せず）が設けられている。

【００１４】前記電動モータ２２はＢＢケース２６に上
から図３に示すように嵌合されて固定され、そのモータ
軸２２ａの回転中心線は、クランク軸３２に直交しかつ
車体幅方向中央付近を車体前後方向に通る平面Ａ上に位
置する。ＢＢケース２６は、シートチューブ１６の筒部
１６ａ内にこのモータ２２を下から挿入するようにして
筒部１６ａに嵌合され、４本のボルト４６（図３参照）
によって結合される。

【００１５】 このモータ２２の回転は図３に示すよう
に、一方向クラッチ４８、遊星歯車式減速機５０、小傘
歯車５２、大傘歯車５４を介して、クランク軸３２に回
転自在に保持された筒型の合力軸５６に伝えられる。こ
の合力軸５６の回転はさらに傘歯車機構５８によって前
記駆動軸３０に伝えられ、さらに後輪１４に伝えられ
る。

【００１６】 モータ２２を停止してペダル３６の踏込み
による人力駆動系のみで走行する時 には、合力軸５６の
回転は一方向クラッチ４８があるためモータ２２には伝
わらない。なお前記遊星歯車式減速機５０は公知のもの
であり、モータ２２により回転されるサンギヤとＢＢケ
ース２６に固定されたリングギヤとの間にあってこれら
に噛合する遊星ギヤの公転を小傘歯車５２に伝えるもの
である。

【００１７】一方ペダル３６から人力により入力される
回転は、クランク軸３２、一方向クラッチ６０、遊星増
速機６２を介して合力軸５６に伝えられ、さらに傘歯車
機構５８を介して駆動軸３０に伝えられる。走行中にペ
ダル３６を逆転させた時には一方向クラッチ６０がある
ためクランク軸３２の回転は合力軸５６に伝わらない。
ここに傘歯車機構５８および駆動軸３０、傘歯車機構４
４などは本発明における伝動系を形成するものであり、
クランク軸３２に略直交しかつモータ軸２２ａの回転中
心線を含む車体前後方向の平面Ａの右側に位置する（図
３参照）。

【００１８】 遊星増速機 ６２は図３、５に示すように、
大傘歯車５４に固定されたリングギヤ６２ａと、トルク
応動レバー６４に固定された固定輪としてのサンギヤ６
２ｂとこれらの間に介在する遊星ギヤ６２ｃとを備え
る。クランク軸３２はこの遊星ギヤ６２ｃを一方向クラ
ッチ６０を介して公転させる。

【００１９】 なおトルク応動レバー６４は、ペダル３６
による人力駆動時、駆動トルクの変化に応じて変位する
トルク応動機構６５の一部を構成するものであり、人力
駆動時サンギヤ６２ｂに加わる反力により回動する。こ
のトルク応動機構６５は前記平面Ａの左側に位置する。

【００２０】 すなわちこのトルク応動機構６５のレバー
６４は、図４、５に示すように２つの突起６４ａ、６４
ｂを持ち、一方の突起６４ａはストッパ６６に当接して
図３で時計方向への回転、換言すればペダル３６の踏力
が加わる方向と逆方向の回転を規制する。突起６４ｂに
は他の第２のレバー６８が当接し、レバー６４の反時計
方向の回転によってこの第２のレバー６８が時計方向に
回転する。

【００２１】 この第２のレバー６８には復帰ばね７０に
より復帰習性が付与され、これによりレバー６４は図４
で時計方向への復帰習性が付与される。そしてこの第２
のレバー６８の回転量はトルクセンサとしてのポテンシ
ョメータ７２に伝えられる。この結果ペダル３６の踏力
に比例してレバー６４が図４で反時計方向に回動し、第
２のレバー６８が時計方向に回動するから、この踏力す
なわち人力による駆動トルクがポテンショメータ７２の
回転量から求められる。

【００２２】 図１で８０は鉛電池などの充電可能な電
池、８２はコントローラであり、これらは前記メインフ
レーム１０のヘッドパイプ１２とシートチューブ１６と
の間に収容されている。

【００２３】 ポテンショメータ７２で検出したトルクＴ
はコントロ−ラ８２に入力され、このコントロ−ラ８２
はこの踏力によるトルクＴに基づいてモータ電流を制御
し、踏力の増減に対応して増減するモータトルクＴ_M を
発生させる。

【００２４】 以上の実施例は遊星増速機を設けたので駆
動軸３０を用いたシャフトドライブ機構からなる伝動系
の傘歯車機構５８自体でさほど増速比をかせぐ必要がな
く歯車を小径にできる。本発明は合力軸５６にスプロケ
ットを固定してチェ−ンドライブ機構からなる伝動系に
より後輪１４を駆動するものであってもよく、この場合
には合力軸に固定するスプロケットを小径化できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上のように、クランク軸上に
合力軸を設け、モータ軸をクランク軸に略直交しかつ車
体幅方向中央付近に配設し、クランク軸に略直交しかつ
モータ軸の回転中心線を含む車体前後方向の平面の一側
にトルク応動機構を、他側に後輪駆動のための伝動系を
それぞれ振り分けて配設したから、駆動系全体の小型化
が図れる。またモータ軸はクランク軸に略直交している
から、ペダルの間隔を狭くして踏込み操作性を良好にす
ることができる。

【００２６】 人力駆動系にはクランク軸と同軸に遊星増
速機を設け、トルク応動機構はこの遊星増速機の固定輪
に連結したトルク応動レバーと、このトルク応動レバー
が踏力の反力を受けて回動するのを規制する方向に復帰
習性を付与する復帰ばねとを有する構成とすることがで
きる（請求項２）。この場合には遊星増速機自身をトル
ク応動機構と兼用でき、小型化に適する。

【００２７】またこの場合には遊星増速機があるため後
輪の伝動系、特に傘歯車やスプロケットなどを小径化で
き、一層小型化に適する。さらに遊星増速機はモータ軸
の回転中心線を含む車体前後方向の平面に対してトルク
応動機構と同側に設ければ、小型化に適する（請求項
３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の側面図

【図２】その動力系統図

【図３】その動力系の展開図

【図４】踏力の検出部を示す側面図

【図５】そのＶ−Ｖ線断面図

【符号の説明】

１４ 後輪 ２２ 電動モータ ２２ａ モータ軸 ３０ 伝動系を形成する駆動軸 ３２ クランク軸 ３６ ペダル ５２ 小傘歯車 ５４ 大傘歯車 ５６ 合力軸 ６２ 遊星増速機 ６２ｂ 固定輪としてのサンギヤ ６５ トルク応動機構 ８２ コントローラ Ａ 平面

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人力駆動系と電気駆動系とを並列に設
   け、人力による駆動力の変化に対応して前記電気駆動系
   の出力を制御する電動モータ付き自転車において、前記
   人力駆動系を形成するクランクペダルにより駆動される
   クランク軸と、このクランク軸と同軸に回転自在に保持
   され前記クランク軸により駆動される合力軸と、前記ク
   ランク軸に略直交しかつ車体幅方向中央付近に位置する
   モータ軸によって前記合力軸を傘歯車を介して駆動する
   前記電気駆動系としての電動モータと、前記クランク軸
   に略直交しかつ前記モータ軸の回転中心線を含む車体前
   後方向の平面の一側に配設され前記クランク軸の駆動ト
   ルクの変化に応じて連続的に変位するトルク応動機構
   と、前記平面の他側に配設され前記合力軸の回転を後輪
   に伝える伝動系と、前記トルク応動機構の変位を連続的
   かつ電気的に検出するトルクセンサと、前記トルクセン
   サの検出値の連続的な増減に対応して前記電動モータの
   出力を電気的かつ連続的に増減させるように制御するコ
   ントローラとを備えることを特徴とする電動モータ付き
   自転車。
2. 【請求項２】 前記人力駆動系はクランク軸と同軸に配
   設された遊星増速機を持ち、クランク軸の回転をこの遊
   星増速機で増速して合力軸に伝える一方、前記トルク応
   動機構は前記遊星増速機の固定輪に連結されたトルク応
   動レバーと、このトルク応動レバーが前記クランクペダ
   ルの踏力の反力を受けて回転するのを規制する方向へ復
   帰習性を付与する復帰ばねとを有することを特徴とする
   請求項１の電動モータ付き自転車。
3. 【請求項３】 遊星増速機は、前記クランク軸に略直交
   しかつ前記モータ軸の回転中心線を含む車体前後方向の
   平面に対して前記トルク応動機構と同側に配設されてい
   る請求項２の電動モータ付き自転車。