JP3001353U - 補助力パック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】ペタル漕ぐ力を差動型センサーで検出し、この
出力電圧にモータ電流が追従するようモータ電圧を制御
すること、または、モータ直結の軽い一方向ローラーで
タイヤ近傍を直接駆動することを特徴とするとともに、
センサーを安価に、確実にし、また、補助しない時は軽
く空回転し、補助時には確実にモータ軸にロックする安
価、確実なローラを備えた補助力パックを提供する。 【構成】差動式センサー、処理装置３、モータ５、ロー
ラー６、（プーリ）を備える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

搬送車。自転車、三輪車、車椅子。カート。

【０００２】

【従来の技術】

自転車等人力車にバッテリー、モータなど補助力供給装置を付け、坂道などを人 力の強さに応じて補助力を供給すれば効果的であることは既に知られている。問 題は、いかに安全で、小型かつ効率良い構成にするかにある。 従来の方法では、人間の漕ぐ力の強さの検出器が、まず安価で確実とは言いがた い。次に車輪を駆動するローラ（またはスプロケット）が空回りのとき、抵抗が 大きく、平坦路でも（通常の自転車より）ペタル力を必要とした。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

本考案では、まず、安価で確実に動作するペタル力検出機構を提供し、つぎに空 回り時には軽く、駆動時には確実にチャックする簡単な構造の一方向ローラを提 供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

【図１】は従来の補助力パックの全体構成の斜視概要を示しており、１はペタル に加わる力をチェーンの上下により位置の変化に変えるレバーである。 ２は本考案による２組の巻線（コイル）である。 ３は処理装置である。４はバッテリー、５はモータである。 ２、３、４、はそれぞれ処理装置３と電気接続されている。 ６はモータ５の先端に付き、自転車等人力車の車輪７に押し付けられている一方 向（ワンウェイ）ローラである。 ８は従来の自転車のチェーン、９はレバー１の支点である。 ５０は太陽パネルである。

【０００５】 動作を簡単に説明すると、自転車のペダルに加わる力が強くなると、レバー１が 支点を９として傾き、バネ１０が伸び、コイル２の内部のレバーと連動のコアを 移動する。 このコイルの電圧差が入力（ペダル力）となる。 処理装置３は、この入力電圧と別途設けられたモータ電流（出力電流）検出器の 電圧とを比較し、その差が大きいほど幅の広いパルス幅の電圧でモータを駆動し 、ローラで車輪７に補助力を与える。 そのときの電圧エネルギーは、バッテリー４より供給される。 バッテリーは取り外し、充電を外部で行なうが、もちろん充電器を内臓し、半固 定にしてもよい。 ５０は太陽パネルよりなる風雨よけ兼用の電源で、晴天時にはバッテリー４に充 電する。 コイル２は、本図のような処理装置３と離して設置してもよいし、内臓してもよ い。

【０００６】

【図２】は本考案による２組の巻線（コイル）の詳細である。 １１は２組の巻線（コイル）で、その中心線上にレバー１と連動した磁性体（コ ア）１２がコイル１１に一部づつかかるように設置されている。 １３は２組の共振用コンデンサーである。 １４は発振器、１５は比較増幅器である。 今、コアー１２が同じ長さづつコイル１１に入っていると、２組のコイルのイン ダクタンスはほぼ同じ値になり、それぞれにつながる並列共振用コンデンサー１ ３とでほぼ同じの大きな電圧が得られる。 発振器１４より交流電圧を与えると、比較増幅器１５の出力はほぼ０になる。

【０００７】

【図３】は電気的特性図であり、横軸１９は周波数、縦軸２０はインピーダンス （しいては電圧）を示す。１６は一組の並列共振コイル１１の特性、１７は他の 組の特性を示す。 今、動作周波数を２１の点にすると、１６と１７の差はわずかであり、差動増幅 器１５の出力を０にすることは容易である。 ここで、コアー１２が移動すると特性曲線１６と１７は互いに離れ、信号電圧が 得られる。（インダクタンスが一方のは増加し、他方のは減少するため）。 ところが、温度変化、電圧変動など環境の変化には特性曲線１６と１７は同じよ うに左右に移動するため、電圧差は少ない。（いわゆる同相除去）つまり、安価 、確実で安定なセンサーになる。 共振素子１６、１７の代わりに光−電気素子（フォトセンサー）、変位−パルス 変換素子、ロードセルなどの圧力−電気変換素子を用いてもよい。 また、コアー１２をトランスの一次コイルのようにしてもよい。

【０００８】

【図４】は処理装置の構成を示している。 ２２は比較増幅器、２３は比較器、２４は電流検出器、２５はモータ、２６はバ ッテリー、２７は比較器、２８は間欠とりだし器、２９は表示ランプ、３０はパ ルス幅変調器（ＰＷＭ）、３１は半導体電力スイッチである。 比較増幅器１５の出力はペダル力に比例した電圧であり、２２の比較増幅器の一 方（正側）に与えられる。他方（負側）には、モータ電流検出器２４からの電圧 が与えられる。従って、比較増幅器２２の出力はこの差の電圧となり、２３の正 側に与えられる。 一方、発振器１４から三角波が比較器２３の負側に与えられる。 結果的に３０のパルス幅は、ペダル力と出力電流の差に比例したものとなる。 出力電流を入力ペダルに合わせるようにモータ電圧を変える、ともいえるし、出 力電流が増えたらモータ電圧を下る、と表現してもよい。

【０００９】 ２８は検出器（１１、１２）の電力をつくるものであり（たとえば、発振器１４ からの交流電圧より、一部の波形のみを取りだし消費電力の低減を計る）、２７ はバッテリー電圧の低下を検出する比較器であり、その場合ランプ２９を点灯し て運転者に知らせる。

【図５】は入力ペダル力に対する各部の特性図である。 ３１の横幅は入力ペダル力、縦軸３２は電圧、３３は比較増幅器１５の出力電圧 である。 モータ電流が大きいとき、３４は電流検出器２４の出力電圧、３７はそのときの 比較増幅器２２の出力電圧を示す。 一方、モータ電流が小さいとき、３５は２４の出力電圧、３６は２２の出力電圧 である。 入力電圧３３はペダル力が大きくなるに従いどんどん大きくなるが、出力電圧３ ６、３７は比較的小さなペダル力で最大電圧になる。（飽和する）。 しかも、３６、３７はモータ電流の大小により、３４、３５の動くのに伴ない変 化する。 したがって、異常に大きな電流がモータに流れると、出力電圧３７を０にするこ とが出来る。 この処理装置は、一般的に指令信号に比例したモータ電力を出す装置にも利用で きる。 また、処理装置はハードウェアーでもよいが、マイクロコンピュータによるソフ トウェアーで実現してもよい。

【００１０】

【図６】は車輪を２組のモータで駆動する部分の構成例である。 ローラ６は、１方向（ワンウエイ）でタイヤ（まとは介在するスペーサ）を押し 付けて回転させる。 ローラ６の表面は金属またはゴム類で凹凸があるのが望ましい。 また、モータ回転軸を４０、車輪の中心軸を４１、互いの軸間角度をθ、車輪の 半径をｒ、タイヤとローラの接続部長さをｄとすると、車輪の回転に伴なう距離 が、おおよそつぎの比率で異なつてくる。 これを補正するため、ローラをラッパにし（テーパ）、モータ側の回転に伴なう 距離差からくる捻れを防止し、しいてはローラからタイヤへの伝達効率を上昇さ せる。 軸４０、４１に角度があるときは、テーパ比率はおおよ以下のよにする

【００１１】

【図７】は一方向（ワンウエイ）ローラ６のやや詳細の構成例である。 ４２は固定部、４３はローラ部、４４は階段部、４５はピン、４６は止めネジ、 ４７は回転軸、４８はストッパー、４９はネック部である。 本図では、わかりやすくするため、固定部を半分に切り（断面を表示）回転部と 少し離し、斜視図としてある。 まず、固定部４２はネジ４６で回転軸４７に固定され、４２の一部にあけられた １〜２個の穴には、自由に移動できるピン４５が入っている。

【００１２】 一方、ローラ部４３は回転軸４７にたいしてフリーであり、中心部にはストッパ ー４８の近くには回転軸の径、それ以外はより大きな径の円筒状の穴があけられ ている。 実際には固定部４２は下げて固定され、そのネック部４９が、ちょうどローラ部 ４３にはまりこむようになっている。 また、ローラ部４３のストッパー４８とは反対の切口は平面でなく、１〜２個の 階段４４が設けられてあり、円周方向になだらかに減少して、次の階段にぶつか るようになっている。

【００１３】 かりに、回転軸４７が時計方向に回転すると、ピン４５は階段４４を乗り越え穴 の中を移動するだけであり、したがって、ローラ部４３は空回りする。 逆に、反時計方向に回転するとピン４５は階段４４でひっかかり、ローラ部４３ は固定部４６と一体になり、回転する。 つまり、一方向（ワンウエイ）ローラになる。 なお、ローラ部４３は磁化しておいて、ピン４５を常時引っ張っていてもよい。 ローラ部４３の両端のみ回転軸４７と面接触（さらにこの部分にベアリングを追 加してもよい）しているため、空回り時のトルクが少なくてよい。

【００１４】 以上のように、このローラは簡単な構造で軽く空回りするため、本装置以外の一 般的ワンウエイローラとして利用できる。

【実施例】

【図１】

【考案の効果】

本考案によれば、センサーが簡単・確実になり、故障の少ない装置となる。 また、駆動ローラを軽く空回り、確実に駆動回転出来る構造にし、テーパーを付 けることにより、爽快感と伝達効率を高めることができる。 従来、自転車等に雨よけフードなど付けることは、ペダルが重くなり実現しなか ったが、本考案によると雨よけフード取り付け（半固定にし、乗らないときは車 体に近ずき、雨から守る）が可能になる。 大言すれば、坂道の多い町の歩行者文化の発展と環境保護に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】：全体構成図

【図２】：コイル詳細図

【図３】：電気的特性図

【図４】：処理装置の構成図

【図５】：入力ペダル力に対する各部電圧図

【図６】：２組のモータで駆動する場合の構成図

【図７】：ローラの詳細構成図

【符号の説明】

１：レバー ２６：４と同じバッテ
リー ２：コイル ２７：比較器 ３：処理装置 ２８：間欠取り出し器 ４：バッテリー ２９：表示ランプ ５：モータ ３０：パルス幅変調器
（ＰＷＭ） ６：ローラー ３１：半導体電力スイ
ッチ ７：タイヤ ３２：縦軸（電圧） ８：チェーン ３３：比較増幅器１５
の出力（入力電圧） ９：支点 ３４：電流大の時の検
出器電圧 １０：バネ ３５：電流小の時の
検出器電圧 １１：コイル（巻線） ３６：電流小時の出
力電圧 １２：コアー ３７：電流大時の出
力電圧 １３：共振コンデンサー ３８：ローラ上部 １４：発振器 ３９：ローラ下部 １５：比較増幅器 ４０：モータ回転軸 １６：一組の並列共振特性 ４１：車輪中心軸 １７：他組の並列共振特性 ４２：固定部 １８：入力ペダル力 ４３：ローラ部 １９：横軸（周波数） ４４：階段部 ２０：縦軸（インピーダンス） ４５：ピン ２１：動作周波数 ４６：止めネジ ２２：比較増幅器 ４７：回転軸 ２３：発電機駆動半導体 ４８：ストッパー ２４：（モータ）電流検出器 ４９：ネック部 ２５：５と同じモータ ５０：太陽パネル

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】差動型センサーからなるチェーンの張力検
   出器と、モータ電流検出器と、それぞれの検出器からの
   電気信号の差に応じたパルス幅でモータを駆動する装
   置、とからなる補助力供給装置。