JP3222120B2 - 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
が設定値以上になった時に電動モータを作動させるもの
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す
ることにより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、クランク軸
の回転を合力軸に伝える人力駆動系の一方向クラッチ
と、モータの回転を合力軸に伝える電気駆動系の一方向
クラッチとを合力軸と同軸上に並設していた。このため
駆動装置の軸方向の幅が大きくなる。この結果クランク
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。

【０００４】一方この種の自転車では走行開始時にペダ
ルの位置を踏み込み易い位置に調節する必要がある。こ
のためペダルは軽い力で楽に逆転できることが望まし
い。

【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、さらに走行開始時にペダルを軽い力で逆転させてペ
ダル位置を踏み込み開始し易い位置に調節できるように
した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、前記人力駆動系のクランクペダル
により駆動されるクランク軸と、後輪の伝動系に連結さ
れた合力軸と、前記クランク軸に同軸に配設され前記ク
ランク軸の回転を前記合力軸に伝える人力駆動系の一方
向クラッチと、前記電気駆動系のモータ出力を前記合力
軸に伝える電気駆動系歯車列と、前記電気駆動系歯車列
の途中であってかつ前記クランク軸とは非同軸に配設さ
れた電気駆動系の一方向クラッチと、前記人力駆動系の
一方向クラッチの下流側で前記合力軸に同軸に配設され
かつクランク軸の駆動トルクの変化に応じて変位するト
ルク応動機構と、合力軸の径方向外側に近接して配設さ
れこのトルク応動機構の変位を検出するセンサと、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】ここに人力駆動系の一方向クラッチや電動
駆動系歯車列の合力軸側の従動歯車を挟んで、その車体
幅方向の一側にトルク応動機構を配設し、これらの車体
幅方向の他側に後輪の伝動系を配設するのが望ましい。

【０００８】

【実施態様】図１は本発明の一実施態様の側面図、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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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はクランク軸３２に直交しかつ車体幅方向中央
付近に位置する。ＢＢケース２６は、シートチューブ１
６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。

【００１４】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と、遊星減速機５０、駆動歯車
である小傘歯車５２、従動歯車である大傘歯車５４から
なる電気駆動系歯車列とを介して筒型の合力軸５６に伝
えられる。この実施例では合力軸５６は、クランク軸３
２に同軸かつ回転自在に保持されている。この合力軸５
６の回転はさらに傘歯車機構５８によって前記駆動軸３
０に伝えられ、さらに後輪１４に伝えられる。ここに一
方向クラッチ４８はモータ２２内に設けられている。す
なわちこの一方向クラッチ４８は電気駆動系歯車列の途
中であってかつクランク軸３２とは非同軸に配設されて
いる。傘歯車機構５８、駆動軸３０、傘歯車機構４４な
どは、後輪の伝動系を形成する。

【００１５】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へ伝わ
らない。なお前記遊星減速機５０は公知のものであり、
モータ２２により回転される太陽輪（サンギヤ）とＢＢ
ケース２６に固定された外輪（リングギヤ）との間にあ
ってこれらに噛合する遊星輪（遊星ギヤ）の公転を小傘
歯車５２に伝えるものである。

【００１６】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や駆動軸３０などからなる後輪の伝動系を介
して後輪１４に伝えられる。ここに一方向クラッチ６０
および前記した従動歯車としての大傘歯車５４はクラン
ク軸３２の中間付近に位置する。

【００１７】またこの一方向クラッチ６０は、後記する
トルク応動機構６５よりも上流側であってクランク軸３
２上に同軸に設けられている。従って走行中にペダル３
６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の回転はトルク応動機構６５および合力
軸５６に伝わらない。ここに傘歯車機構５８、駆動軸３
０および傘歯車機構４４などからなる後輪の伝動系は、
モータ軸２２ａを通る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、
合力軸５６側に固定された外輪（リングギヤ）６２ａ
と、トルク応動レバー６４に固定された太陽輪（サンギ
ヤ）６２ｂとこれらの間に介在する遊星輪（遊星ギヤ）
６２ｃとを備える。クランク軸３２はこの遊星輪６２ｃ
を一方向クラッチ６０を介して公転させる。なおこの一
方向クラッチ６０は遊星輪６２とクランク軸３２との間
に設けられている。

【００１９】トルク応動レバー６４は、合力軸５６に同
軸に配設されクランク軸３２の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、人力駆動時に太陽輪６２ｂに加わる反力により回
動する。なおこのトルク応動機構６５は、前記外輪６２
ａと、太陽輪６２ｂと、遊星輪６２ｃと、トルク応動レ
バー６４で構成され、前記平面Ａの左側に位置する。ま
たこのトルク応動機構６５は、人力駆動系の一方向クラ
ッチ６０の下流側で合力軸５６に同軸に配設される。さ
らにこのトルク応動機構６５は、従動歯車である大傘歯
車５４を挟んでその車体幅方向の一側に位置し、その車
体幅方向の他側には後輪の伝動系が位置する。

【００２０】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、６４ｂ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、クランク軸５６の径方向外側
に近接した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６
４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
しモータトルクＴ_M を発生させる。

【００２４】以上の実施態様は駆動軸３０を用いたシャ
フトドライブ機構からなる後輪の伝動系により後輪１４
を駆動するが、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後輪駆動系により
後輪１４を駆動するものであってもよい。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、人力駆
動系の一方向クラッチをクランク軸に同軸に配置し、電
気駆動系の一方向クラッチを電気駆動系歯車列の途中で
あってかつクランク軸と非同軸に配設し、両一方向クラ
ッチを径方向に分散して配置したから、従来のように合
力軸と同軸にその長さ方向にこれらの一方向クラッチを
並設したものに比べて、車体幅方向の小型化が図れる。

【００２６】このためクランクペダル間隔を小さくし
て、ペダル踏込み動作をし易くすることができる。さら
に人力駆動系の一方向クラッチの下流側に合力軸に同軸
にトルク応動機構を配設したので、クランク軸を逆転さ
せる時にトルク応動機構や電気モータに回転が伝わら
ず、ペダルを軽い力で逆転させることができる。このた
め発進時にこぎ出し易い位置にペダル位置を調整するの
が容易になる。

【００２７】このトルク応動機構はその変位を合力軸の
径方向外側に近接させて配設したセンサに伝えるから半
径方向に大きくなるのに対して、合力軸の軸方向の寸法
を小さくでき、車体幅方向の小型化が図れる。

【００２８】また電気駆動系歯車列の合力軸側の従動歯
車を挟んでその車体幅方向の一側にトルク応動機構を、
その車体幅方向の他側に後輪の伝動系をそれぞれ振り分
けて配設すれば、駆動系全体の小型化に適する（請求項
２）。特にトルク応動機構は従動歯車を横断して合力軸
の長さ方向に長く配列した場合には合力軸や従動歯車が
大きくなり、駆動系の大型化を招くことになるが、この
発明によればそのようなこともない。

【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 後輪駆動系を形成する駆動軸 ３２ クランク軸 ３６ ペダル ４８ 電気駆動系の一方向クラッチ ５４ 従動歯車としての大傘歯車 ５６ 合力軸 ５８ 後輪駆動系を形成する傘歯車機構 ６０ 人力駆動系の一方向クラッチ ６４ トルク応動レバー ６５ トルク応動機構 ７２ センサとしてのポテンショメータ（トルクセン
サ）

Claims (2)

(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
   人力駆動系のクランクペダルにより駆動されるクランク
   軸と、後輪の伝動系に連結された合力軸と、前記クラン
   ク軸に同軸に配設され前記クランク軸の回転を前記合力
   軸に伝える人力駆動系の一方向クラッチと、前記電気駆
   動系のモータ出力を前記合力軸に伝える電気駆動系歯車
   列と、前記電気駆動系歯車列の途中であってかつ前記ク
   ランク軸とは非同軸に配設された電気駆動系の一方向ク
   ラッチと、前記人力駆動系の一方向クラッチの下流側で
   前記合力軸に同軸に配設されかつクランク軸の駆動トル
   クの変化に応じて変位するトルク応動機構と、合力軸の
   径方向外側に近接して配設されこのトルク応動機構の変
   位を検出するセンサと、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】 電気駆動系歯車列の合力軸側の従動歯車
   を挟んでその車体幅方向の一側にトルク応動機構が配設
   され、その車体幅方向の他側に後輪の伝動系が配設され
   ている請求項１の電動モータ付き自転車。