JP3319262B2 - 駆動補助力付自転車の駆動補助装置 - Google Patents

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
動モータと合力装置を内蔵した駆動補助装置を搭載し、
電動モータの駆動補助力により乗員のペダル踏力をアシ
ストして登坂走行や向い風を受けながらの走行を容易に
した駆動補助力付自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような駆動補助力付自転車の駆動補
助装置に内蔵されている合力装置は、クランク軸に加わ
る乗員のペダル踏力と電動モータの駆動補助力とを合成
し、その合力を駆動輪に伝えるもので、従来から遊星ギ
ヤ装置や差動装置等が広く用いられている。

【０００３】この合力装置によりペダル踏力と駆動補助
力とを合成する際には、駆動補助力によるアシスト比、
即ちペダル踏力と駆動補助力の比率が常に一定になるよ
うに、好ましくはアシスト比が常に１対１になるように
電動モータの出力を制御し、ペダルを踏んだ感覚を自然
にして駆動補助力付自転車の走行フィーリングを良好に
保つ必要がある。その際、いかなる場合でも駆動補助力
がペダル踏力を上回ることがないよう、特に注意しなけ
ればならない。

【０００４】従来の駆動補助装置は、ペダル踏力を専用
の検出手段（トルクセンサ等）により検出して、その信
号を制御装置（小型のＣＰＵ等）に入力し、この制御装
置がペダル踏力に合わせて電動モータに流す電流を制御
し、アシスト比を１対１あるいは任意の比率に設定して
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ペダル
踏力を検出する検出手段の精度や、電流値に対する電動
モータの出力特性、あるいは合力装置のフリクションロ
ス等は、各個体毎に僅かずつ差があり、これらの小さな
差が累積されれば、アシスト比が容易に変動してしま
う。

【０００６】故に、アシスト比を正確に１対１あるいは
任意の比率に設定するには、ペダル踏力検出手段の精度
を始め、電動モータの出力特性、合力装置のフリクショ
ンロス等を厳密に全数チェックし、駆動補助装置を全部
組み立ててから再度電動モータの出力をチェックすると
いう検査工程が必要になり、これによって駆動補助装置
の生産性低下と多大なコストアップを余儀なくされる。

【０００７】しかも、仮に新車時にバッテリが正しく充
電された条件の元でアシスト比が１対１であったとして
も、万一バッテリが過充電されて電動モータの出力が向
上した場合や、慣らし運転後に合力装置のフリクション
ロスが軽減して相対的に電動モータの出力が向上した場
合には、駆動補助力がペダル踏力を上回る場合があるの
で、必ずしもアシスト比が１対１にならない。

【０００８】もし駆動補助力がペダル踏力を上回ると、
駆動補助力付自転車の走行フィーリングが不自然になる
ばかりか、乗員が予期しない加速力がもたらされるた
め、この事態を避けるために予め電動モータの出力を小
さめに設定し、バッテリが過充電されたり合力装置のフ
リクションロスが軽減した場合でも駆動補助力がペダル
踏力を上回らないようにする必要がある。

【０００９】ところが、バッテリが過充電されたり合力
装置のフリクションロスが軽減した場合に備えて予め電
動モータの出力を小さめに設定すると、バッテリが正し
く充電されている時や、合力装置のフリクションロスの
大きい新車時においては電動モータの出力が低くなり過
ぎ、やはりアシスト比を１対１に保つことができない。
なお、バッテリの電圧が低下している時には電動モータ
の出力が一段と弱まり、一層アシスト比が小さくなる。

【００１０】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、その第一の目的は、簡素な構成に
より、電動モータの駆動補助力によるアシスト比を正確
に１対１に制御することのできる駆動補助力付自転車の
駆動補助装置を提供することにある。

【００１１】また、本発明の第二の目的は、駆動補助装
置の幅方向の大きさをコンパクト化することにある。

【００１２】さらに、本発明の第三の目的は、駆動補助
装置の側面輪郭をコンパクト化することにある。

【００１３】そして、本発明の第四の目的は、駆動補助
装置内のデッドスペースの有効利用を図ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る駆動補助力付自転車の駆動補助装置
は、請求項１に記載したように、ペダル踏力により回転
駆動されるクランク軸と、駆動補助力を発生する電動モ
ータと、上記クランク軸および電動モータの回転力を合
成して駆動輪側に出力する合力装置とを備え、上記合力
装置がクランク軸に同軸的に設けられた駆動補助力付自
転車の駆動補助装置において、上記合力装置を、クラン
ク軸の回転がワンウェイクラッチを介して入力されるペ
ダル踏力回転部材と、電動モータの駆動補助力を受けて
ペダル踏力回転部材と同一方向に回転する駆動補助力回
転部材と、クランク軸回りに回転自在で、その回転が駆
動輪側に出力される合力回転部材と、ペダル踏力回転部
材の回転を合力回転部材に伝達しつつ、ペダル踏力回転
部材と合力回転部材との間の相対回動を許容するペダル
踏力伝達部材と、駆動補助力回転部材の回転を合力回転
部材に伝達しつつ、駆動補助力回転部材と合力回転部材
との間の相対回動を許容する駆動補助力伝達部材と、ペ
ダル踏力回転部材に対する駆動補助力回転部材の回転角
の進み遅れを検知する相対回転角検知部と、を備えて構
成し、ペダル踏力回転部材にはペダル踏力入力回転板
を、駆動補助力回転部材には駆動補助力入力回転板を、
合力回転部材には合力回転板を、それぞれ回転一体に設
け、これら３枚の回転板をクランク軸の軸方向に並べ重
ねて配置することにより合力装置に合力部を構成し、こ
の合力部においてペダル踏力入力回転板および駆動補助
力入力回転板の回転がペダル踏力伝達部材および駆動補
助力伝達部材を経て合力回転板に伝達されるようにし、
ペダル踏力伝達部材と駆動補助力伝達部材とを、合力回
転板の中心面に合わせて同一面上に配置するとともに、
上記相対回転角検知部からの入力に基づいて、ペダル踏
力回転部材に対する駆動補助力回転部材の回転角の進み
遅れがなくなるように電動モータの出力を制御する制御
装置を設けた。

【００１５】また、請求項２に記載したように、合力装
置の合力部をケーシング内のクランク軸長手方向一側に
配置し、クランク軸の回転を合力装置のペダル踏力回転
部材に入力するワンウェイクラッチをケーシング内の他
側に配置した。

【００１６】さらに、請求項３に記載したように、ケー
シング内のクランク軸長手方向一側に配置された合力装
置の合力部に対して、電動モータの駆動補助力を減速し
て合力装置に伝達する駆動補助力減速装置をケーシング
内のクランク軸長手方向他側に配置し、相対回転角検知
部を合力部と駆動補助力減速装置との間に配置した。

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る
駆動補助力付自転車の左側面図である。

【００１９】この駆動補助力付自転車１は、例えば金属
管製の車体フレーム２を備えており、この車体フレーム
２の前頭部には前輪３を支持するフロントフォーク４が
ハンドルバー５やバスケット６等と共に左右回動自在に
設けられる一方、車体フレーム２の後部には後輪７が軸
支され、車体フレーム２の中央上部にはサドル８が設置
されている。

【００２０】そして、車体フレーム２の中央下部には本
発明に係る駆動補助装置10が搭載されている。この駆動
補助装置10には電動モータ（図２、図３に表示）が内蔵
されるとともに、車幅方向に延びるクランク軸11が軸支
されており、このクランク軸11の両端部にクランク12Ｌ
およびクランク12Ｒ（図２に表示）が回転一体に固定さ
れ、両クランク12Ｌ，12Ｒの先端部にそれぞれペダル13
が回転自在に設けられている。

【００２１】また、クランク軸11には駆動補助装置10の
右側に位置するドライブスプロケット14が軸装されてお
り、このドライブスプロケット14と、後輪７に設けられ
たドリブンスプロケット15との間にドライブチェーン16
が巻装されている。

【００２２】クランク軸11は、サドル８に着座した乗員
が足でペダル13を漕ぐことより矢印Ａで示す方向に回転
駆動され、ドライブスプロケット14はクランク軸11の回
転と電動モータの駆動補助力とを同時に受けてクランク
軸11と同一方向に回転し、このドライブスプロケット14
の回転がドライブチェーン16を経てドリブンスプロケッ
ト15に伝達されて後輪７が駆動される。

【００２３】ところで、駆動補助装置10の上部には内蔵
された電動モータの出力を制御する制御装置18が取り付
けられている。また、合成樹脂等で形成されたフレーム
カバー19が車体フレーム２の前半部から駆動補助装置10
までを覆っており、このフレームカバー19には電動モー
タの電源となるバッテリユニット20が着脱可能に設けら
れている。このバッテリユニット20は、例えば十数個の
小型バッテリ21と図示しない充電器とが合成樹脂製のバ
ッテリケース22内に密封された構成となっている。

【００２４】図２は、本発明の一実施形態を示す駆動補
助装置10の横断面図であり、図３は図２のIII-III 矢視
による駆動補助装置10の縦断面図である。

【００２５】この駆動補助装置10の外殻をなすケーシン
グ25は、例えばアルミ合金製であり、図２に示すように
車幅方向の略中央に位置するセンターケース25Ｍと、こ
のセンターケース25Ｍの左右に固定されるサイドケース
25Ｌおよびサイドケース25Ｒからなる３分割式に構成さ
れている。これらのケース25Ｍ，25Ｌ，25Ｒは、ケーシ
ング25の右側から挿入される数本の固定ボルト26によっ
て締結固定される。なお、図３にはサイドケース25Ｌが
取り外された状態が示されている。

【００２６】ケーシング25の後部には前記クランク軸11
が軸受27,28 を用いて回転自在に軸支されており、この
クランク軸11の両端はケーシング25から左右に突出し、
この突出部に前記クランク12Ｌおよび12Ｒがボルト29で
固定される。そして、このクランク軸11には合力装置30
が同軸的に設けられている。

【００２７】一方、ケーシング25の前部には前述の電動
モータ31が設置される。この電動モータ31は、センター
ケース25Ｍの縦壁面に４本のスタッドボルト32とナット
33で固定されており、その主軸34がクランク軸11と平行
になるように設置されている。

【００２８】また、センターケース25Ｍを挟んで電動モ
ータ31の反対側には遊星ローラ減速機構35が設置されて
いる。この遊星ローラ減速機構35は、センターケース25
Ｍにボルト36で固定されたリングローラ37と、このリン
グローラ37の中心に位置する太陽ローラ38と、リングロ
ーラ37の内周面および太陽ローラ38の外周面の間に圧入
気味に介装された４個の遊星ローラ39と、太陽ローラ38
に対して同軸的かつ相対回転自在に設けられた減速キャ
リア40とを備えて構成されている。

【００２９】太陽ローラ38は電動モータ31の主軸34と同
軸線上に軸支されて主軸34に対し回転一体である。ま
た、減速キャリア40には太陽ローラ38に平行する４本の
ローラ軸41が固定されており、これらのローラ軸41に４
個の遊星ローラ39が軸受42を介して回転自在に軸支され
ている。さらに、減速キャリア40には一次ドライブギヤ
43が回転一体に設けられている。

【００３０】電動モータ31が作動して主軸34が回転する
と、太陽ローラ38も一体に回転し、固定されたリングロ
ーラ37と回転する太陽ローラ38との間で各遊星ローラ39
が自転しながら太陽ローラ38の廻りを公転し、これによ
り減速キャリア40と一次ドライブギヤ43が減速回転駆動
される。

【００３１】ところで、遊星ローラ減速機構35とクラン
ク軸11との間には中間軸45が回転自在に軸支されてお
り、この中間軸45の左寄りに回転一体に設けられた大径
な一次ドリブンギヤ46が遊星ローラ減速機構35の一次ド
ライブギヤ43に噛み合っている。また、中間軸45の右側
には小径な二次ドライブギヤ47がワンウェイクラッチ48
を介して軸支されており、この二次ドライブギヤ47は合
力装置30の左側に軸支された二次ドリブンギヤ49に噛み
合っている。

【００３２】遊星ローラ減速機構35と、一次ドライブギ
ヤ43を始めとする４枚のギヤ43,46,47,49 は駆動補助力
減速装置50を構成しており、図２から明らかなように、
この駆動補助力減速装置50はケーシング25内の左側に配
置されている。電動モータ31の主軸34の回転は、この駆
動補助力減速装置50によって３段階に減速されてから合
力装置30に伝達される。

【００３３】図２および図３中に矢印で示すように、電
動モータ31の主軸34と遊星ローラ減速機構35の太陽ロー
ラ38および減速キャリア40、一次ドライブギヤ43はＢ方
向に回転し、中間軸45および一次ドリブンギヤ46、二次
ドライブギヤ47はＣ方向に回転し、二次ドリブンギヤ49
はクランク軸11の回転方向であるＡ方向に回転する。

【００３４】図４は、クランク軸11に同軸的に設けられ
た合力装置30を、図３のIV-IV 線に沿って展開した拡大
断面図である。この合力装置30は、例えば次のように構
成されている。

【００３５】まず、合力装置30には合力回転部材53が設
けられている。この合力回転部材53は、クランク軸11の
外周を包み、クランク軸11に対して回転自在である筒状
のインナースリーブ54と、このインナースリーブ54の右
端付近に形成されたフランジ55にビス56（図２中に表
示）で回転一体に固定された合力回転板57とを主体にし
て構成されている。

【００３６】インナースリーブ54の右端はケーシング25
から右側方に突出しており、この突出部58に前記ドライ
ブスプロケット14が回転一体に固定される。一方、合力
回転板57は、図３に示すように側面視での形状が略十字
形であり、その４つの頂点付近には接線方向に延びる長
方形のスプリング孔60ａ〜60ｄが穿設されている。

【００３７】また、合力装置30にはペダル踏力回転部材
61が設けられている。このペダル踏力回転部材61は、イ
ンナースリーブ54の外周に回転自在に重なる筒状のミド
ルスリーブ62と、このミドルスリーブ62の右端に回転一
体に設けられたペダル踏力入力回転板63とを主体にして
構成されており、ペダル踏力入力回転板63は合力回転板
57の右側に隣接している。

【００３８】クランク軸11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64が設けられており、そ
の周囲を囲む筒状のクラッチハウジング65は右方に延び
てペダル踏力回転部材61のミドルスリーブ62に外周側か
ら重なり、この重なった部分66がスプライン結合等によ
り回転一体に連結されている。

【００３９】ワンウェイクラッチ64は、クランク軸11の
Ａ方向への回転のみをクラッチハウジング65を経てペダ
ル踏力回転部材61に伝え、クランク軸11が逆転した場合
や、ペダル踏力回転部材61の回転速度がクランク軸11の
回転速度を上回るような場合にはクラッチ接続を断つよ
うに構成されている。乗員のペダル踏力によってクラン
ク軸11がＡ方向へ回転した時、ペダル踏力回転部材61全
体もクランク軸11と一体にＡ方向へ回転する。

【００４０】さらに、合力装置30には駆動補助力回転部
材67が設けられている。この駆動補助力回転部材67は、
クラッチハウジング65およびミドルスリーブ62よりも外
周側に位置する太い筒状のアウタースリーブ68と、この
アウタースリーブ68の右端に回転一体に設けられた駆動
補助力入力回転板69とを有して構成されており、駆動補
助力入力回転板69は合力回転板57の左側に隣接してい
る。

【００４１】アウタースリーブ68の左端は前に述べた二
次ドリブンギヤ49にドッグ71を介して回転一体に結合さ
れているため、駆動補助力回転部材67全体が電動モータ
31の駆動補助力を受けてペダル踏力回転部材61と同じく
Ａ方向に回転する。

【００４２】前述したように、合力回転板57とペダル踏
力入力回転板63と駆動補助力入力回転板69はクランク軸
11の軸方向に並べ重ねて配置されており、図３に示すよ
うに、ペダル踏力入力回転板63と駆動補助力入力回転板
69は、その相対角度が90゜ずれている。そして、ペダル
踏力入力回転板63が合力回転板57の対向する２つのスプ
リング孔60ａおよび60ｃに右側から重なり、駆動補助力
入力回転板69が合力回転板57の残る２つのスプリング孔
60ｂおよび60ｄに左側から重るようになっている。

【００４３】さらに、図５および図６にも示すように、
ペダル踏力入力回転板63と駆動補助力入力回転板69の両
端部には、合計４個のスプリングホルダ72が、それぞれ
２本のボルト73で固定されている。これらのスプリング
ホルダ72は、ペダル踏力入力回転板63には左側に、駆動
補助力入力回転板69には右側に固定されていて、合力回
転板57の４つのスプリング孔60ａ〜60ｄの部分が、ペダ
ル踏力入力回転板63または駆動補助力入力回転板69と、
スプリングホルダ72とによって包囲される構成となって
いる。

【００４４】ペダル踏力入力回転板63および駆動補助力
入力回転板69の両端部と、各スプリングホルダ72には、
合力回転板57の４つのスプリング孔60ａ〜60ｄに重なる
位置にスプリング凹部74が形成されており（図５、図６
参照）、これらの８つのスプリング凹部74と４つのスプ
リング孔60ａ〜60ｄとによって略円柱形のスプリング室
75Ａとスプリング室75Ｂとが、それぞれ２室ずつ形成さ
れている。スプリング室75Ａは合力回転板57のスプリン
グ孔60ａと60ｃの部分に形成され、スプリング室75Ｂは
スプリング孔60ｂと60ｄの部分に形成される。

【００４５】そして、スプリング室75Ａの内部にはコイ
ルスプリング76が弾装され、スプリング室75Ｂの内部に
はコイルスプリング77が弾装される。このため、ペダル
踏力入力回転板63の回転はコイルスプリング76を介して
合力回転板57に伝達され、駆動補助力入力回転板69の回
転はコイルスプリング77を介して合力回転板57に伝達さ
れる。

【００４６】これらのコイルスプリング76,77 は伸縮可
能なため、その伸縮量だけペダル踏力入力回転板63と合
力回転板57との間、および駆動補助力入力回転板69と合
力回転板57との間における相対回動が許容される。この
相対回動は、図５および図６に示す各スプリングホルダ
72のストッパ部72ａに、合力回転板57のエッジ57ａが当
接するまでに止まる。

【００４７】このように、コイルスプリング76は、ペダ
ル踏力回転部材61の回転を合力回転部材53に伝達しつ
つ、ペダル踏力回転部材61と合力回転部材53との間の相
対回動を許容するペダル踏力伝達部材として機能し、コ
イルスプリング77は、駆動補助力回転部材67の回転を合
力回転部材53に伝達しつつ、駆動補助力回転部材67と合
力回転部材53との間の相対回動を許容する駆動補助力伝
達部材として機能する。

【００４８】なお、合力装置30の３枚の回転板57,63,69
およびスプリングホルダ72、コイルスプリング76,77 は
合力装置30の合力部78を構成しており、図２から明らか
なように、この合力部78はケーシング25内の駆動補助力
減速装置50に対して反対側、即ち右側に配置されてい
る。また、図４に示すように、各コイルスプリング76,7
7 は合力回転板57の中心面Ｄに合わせて同一面上に配置
されている。

【００４９】図７は、図４のVII-VII 線に沿う合力装置
30の縦断面図である。図４および図７に示すように、駆
動補助力回転部材67のアウタースリーブ68の外周には、
円筒状のポジションスリーブ80が、回転自在かつスラス
ト方向（クランク軸11の軸方向）に摺動自在に挿入され
ている。このポジションスリーブ80の周囲にはセンサ溝
80ａが刻設されている。

【００５０】そして、ペダル踏力回転部材61のミドルス
リーブ62の中間部には、周方向に180 ゜の間隔を隔てて
２本のスラストカムピン81が突設されている。この２本
のスラストカムピン81は円柱状に形成されており、その
基部がミドルスリーブ62に堅固に締結されている。そし
て、このスラストカムピン81はミドルスリーブ62から放
射方向に起立してアウタースリーブ68とポジションスリ
ーブ80を貫通している。

【００５１】アウタースリーブ68には、スラストカムピ
ン81が貫通する貫通孔82が穿設されている。この貫通孔
82の内径は、スラストカムピン81が干渉しないように充
分大きく設定されている。また、ポジションスリーブ80
には、クランク軸11の軸方向に沿う長円孔状のスラスト
カム孔83が穿設されている。このスラストカム孔83の幅
は、スラストカムピン81が自在に、かつ遊びを持つこと
なくスライド可能な大きさに設定されている。

【００５２】また、アウタースリーブ68には、周方向に
180 ゜の間隔を隔てて２本のラジアルカムピン85が突設
されている。このラジアルカムピン85も、スラストカム
ピン81と同じく円柱状に形成されており、その基部がア
ウタースリーブ68に締結され、アウタースリーブ68から
放射方向に起立してポジションスリーブ80を貫通してい
る。

【００５３】ポジションスリーブ80には、ラジアルカム
ピン85が貫通するラジアルカム孔87が穿設されている。
このラジアルカム孔87は、例えばクランク軸11の軸方向
に対して右ねじの傾斜方向に傾斜した長円孔状に形成さ
れており、その幅は、ラジアルカムピン85が自在に、か
つ遊びを持つことなくスライドできる大きさに定められ
ている。

【００５４】ポジションスリーブ80は、スラストカムピ
ン81とスラストカム孔83の作用により、ペダル踏力回転
部材61（ミドルスリーブ62）に対して回転一体であり、
クランク軸11の軸方向には移動可能となっている。そし
て、駆動補助力回転部材67（アウタースリーブ68）に設
けられたラジアルカムピン85がポジションスリーブ80の
傾斜したラジアルカム孔87に嵌合されているため、Ａ方
向へ回転するペダル踏力回転部材61（ミドルスリーブ6
2）に対して駆動補助力回転部材67（アウタースリーブ6
8）の回転角が遅れた場合（遅角時）にはポジションス
リーブ80が左方に移動し、駆動補助力回転部材67（アウ
タースリーブ68）の回転角が進んだ場合（進角時）には
ポジションスリーブ80が図４中で右方に移動する。

【００５５】一方、ケーシング25にはポテンショメータ
等を用いた相対回転角検知部90が設けられている。この
相対回転角検知部90は、例えば合力装置30の下方に位置
するようにケーシング25の底面に固定されており、さら
に、図２に示すように相対回転角検知部90はケーシング
25内において駆動補助力減速装置50と合力装置30の合力
部78との間に配置されている。

【００５６】図８にも示すように、相対回転角検知部90
には回動アーム91が設けられており、この回動アーム91
の先端にはミニチュアベアリング92が回転自在に軸支さ
れている。そして、このミニチュアベアリング92がポジ
ションスリーブ80のセンサ溝80ａ内に、摺動自在かつ幅
方向には遊びを持たないように嵌合されている。

【００５７】このため、ポジションスリーブ80のスラス
ト方向（クランク軸11の軸方向）への動きが相対回転角
検知部90によって検知される。このポジションスリーブ
80のスラスト方向への動きは、ペダル踏力回転部材61に
対する駆動補助力回転部材67の回転角の進み遅れを表す
ものである。

【００５８】合力装置30は以上のように構成されてお
り、図９に示すように相対回転角検知部90は制御装置18
に電気的に接続されていて、相対回転角検知部90の測定
によるポジションスリーブ80の軸方向への移動方向およ
び移動量が制御装置18に入力されるようになっている。
なお、制御装置18にはバッテリユニット20、電動モータ
31、回転速度センサ94等の機器類が電気的に接続されて
いる。

【００５９】回転速度センサ94は、図３に示すようにセ
ンターケース25Ｍの左側面にボルト95で固定されたセン
サである。また、例えば二次ドリブンギヤ49の左側には
円盤状の回転センサプレート96がクランク軸11に対して
回転一体に設けられており、この回転センサプレート96
の外周部に一定の間隔で設けられた凹凸形状97の動きを
回転速度センサ94が読み取ることによってクランク軸11
の回転速度が検出され、そのデータが制御装置18に入力
されるようになっている。

【００６０】次に、このように構成された駆動補助装置
10の作用について説明する。

【００６１】駆動補助力付自転車１の走行時には、クラ
ンク軸11がペダル踏力を受けてＡ方向に回転し、このク
ランク軸11の回転がワンウェイクラッチ64を経て合力装
置30のペダル踏力回転部材61に伝達され、ペダル踏力回
転部材61がＡ方向へ回転駆動される。一方、電動モータ
31の駆動補助力は駆動補助力減速装置50により減速され
て合力装置30の駆動補助力回転部材67に伝達され、駆動
補助力回転部材67も同じくＡ方向に回転駆動される。

【００６２】合力装置30におけるペダル踏力回転部材61
（ペダル踏力入力回転板63）と駆動補助力回転部材67
（駆動補助力入力回転板69）の回転力は、それぞれコイ
ルスプリング76と77を介して合力回転部材53（合力回転
板57）に伝達され、合力回転部材53をＡ方向に回転させ
る。この合力回転部材53の回転力はペダル踏力と駆動補
助力の合力であり、この合力がドライブスプロケット14
とチェーン16とドリブンスプロケット15によって駆動輪
である後輪７に出力される。このため、電動モータ31の
駆動補助力によりペダル踏力がアシストされ、小さなペ
ダル踏力でも楽に駆動補助力付自転車１を走行させるこ
とができる。

【００６３】なお、乗員がペダル13を漕ぐのを止めた
り、クランク軸11を逆回転させた場合には、ワンウェイ
クラッチ64の作用によりペダル踏力回転部材61の回転が
停止し、同時に電動モータ31も停止するようになってい
る。

【００６４】このように走行している時、合力装置30の
合力回転部材53には後輪７からの負荷が掛っているた
め、合力回転部材53の合力回転板57に対してペダル踏力
入力回転板63と駆動補助力入力回転板69の回転角が進む
（進角する）傾向となり、コイルスプリング76,77 が圧
縮され、合力回転板57と、ペダル踏力入力回転板63およ
び駆動補助力入力回転板69との間に相対回動が起きる。

【００６５】アシスト比が１対１である場合、つまりペ
ダル踏力と補助動力の強度が均等である場合には、合力
回転板57に対するペダル踏力入力回転板63の回転角の進
み量と、合力回転板57に対する駆動補助力入力回転板69
の回転角の進み量との比率が１対１となり、ペダル踏力
回転部材61と駆動補助力回転部材67とが同調して回転す
るため、ポジションスリーブ80がスラスト方向へ移動す
ることはない。

【００６６】しかし、アシスト比が１対１でなくなった
場合、例えばペダル踏力が駆動補助力を上回った時に
は、合力回転板57に対するペダル踏力入力回転板63の回
転角の進み量が一層大きくなる反面、合力回転板57に対
する駆動補助力入力回転板69の回転角の進み量は減少す
るため、相対的にペダル踏力回転部材61（ミドルスリー
ブ62）に対して駆動補助力回転部材67（アウタースリー
ブ68）の回転角が遅れ、スラストカムピン81とスラスト
カム孔83、ならびにラジアルカムピン85とラジアルカム
孔87の作用によってポジションスリーブ80が左方に移動
する。

【００６７】反対に、駆動補助力がペダル踏力を上回っ
た時には、合力回転板57に対するペダル踏力入力回転板
63の回転角の進み量が減少する一方、合力回転板57に対
する駆動補助力入力回転板69の回転角の進み量は大きく
なり、相対的にペダル踏力回転部材61（ミドルスリーブ
62）に対して駆動補助力回転部材67（アウタースリーブ
68）の回転角が進むため、ポジションスリーブ80は右方
へ移動する。

【００６８】そして、このポジションスリーブ80の移動
方向および移動量が相対回転角検知部90によって検知さ
れ、そのデータが制御装置18に入力される。制御装置18
は、この相対回転角検知部90からの入力に基づいて、ペ
ダル踏力回転部材61に対する駆動補助力回転部材67の回
転角の進み遅れがなくなり、両部材61,67 が常に同調回
転するように電動モータ31の出力を細かく制御する。

【００６９】即ち制御装置18は、ポジションスリーブ80
が左方へ移動した時には電動モータ31の出力を向上さ
せ、逆にポジションスリーブ80が右方に移動した時には
電動モータ31の出力を低下させる。これにより、常にペ
ダル踏力と駆動補助力との比率（アシスト比）が１対１
に保たれる。

【００７０】さらに、制御装置18は回転速度センサ94か
ら入力されるクランク軸11の回転速度から車速を判断
し、例えば車速が一定以上になった時には電動モータ31
への電力供給量を減少させるか０にして車速が過大にな
らないようにする。

【００７１】なお、この補助動力アシスト式自転車１
は、電動モータ31を作動させずにペダル踏力だけで走行
することもできる。この場合は、ペダル踏力を受けて合
力装置30全体がドライブスプロケット14とともにＡ方向
に回転し、ドライブスプロケット14の回転が後輪７に伝
達される。この時、合力装置30と共に二次ドリブンギヤ
49もＡ方向に回転し、二次ドライブギヤ47が逆駆動され
るが、ワンウェイクラッチ48の接続が断たれるので一次
ドリブンギヤ46と一次ドライブギヤ43、そして遊星ロー
ラ減速機構35と電動モータ31は逆駆動されない。このた
め、ペダル踏力が非常に軽く保たれ、普通の自転車と同
様に軽快に走行することができる。

【００７２】以上のように駆動補助装置10を構成すれ
ば、ペダル踏力と駆動補助力とが合成される合力装置30
の部分で、直接的かつ機械的にアシスト比が検出される
ので、アシスト比を誤差なく正確に割り出すことができ
る。このため、従来のようにクランク軸11に加わるペダ
ル踏力を一旦検出し、それに合わせて電動モータ31の出
力を制御するという必要性がなく、ペダル踏力を検出す
るトルクセンサ等の検出手段が不要になる。

【００７３】したがって、このペダル踏力検出手段の誤
差を考慮しなくてもよく、しかも電動モータ31の正味出
力によりアシスト比が１対１に設定されるので、電動モ
ータ31の出力特性のばらつきや、バッテリユニット20の
充電状態、あるいは慣らし運転の前後における合力装置
30のフリクションロスの変化等によるアシスト比への影
響を一切無視することができ、簡素な構成によりアシス
ト比を正確かつ容易に制御することができる。

【００７４】しかも、この合力装置30の構造によれば、
常に大きさが変動するペダル踏力に合わせて電動モータ
31の出力を小刻みに変動させても、その出力変動のショ
ックが合力装置30のコイルスプリング76,77 の伸縮によ
って吸収されるため、ペダル13を漕ぐ乗員の足にショッ
クが伝わることがなく、駆動補助力付自転車１の乗車感
が非常に良い。

【００７５】また、この駆動補助装置10では、合力装置
30の合力部78を構成している合力回転板57とペダル踏力
入力回転板63と駆動補助力入力回転板69を、クランク軸
11の軸方向に並べ重ねて配置するとともに、コイルスプ
リング76とコイルスプリング77を合力回転板57の中心面
Ｄに合わせて同一面上に配置したため、合力部78の幅を
著しく狭めることができ、これによって駆動補助装置10
の幅方向の大きさをコンパクト化することに成功してい
る。

【００７６】さらに、この駆動補助装置10では、合力装
置30の合力部78をケーシング25内の一側（例えば右側）
に配置し、クランク軸11の回転を合力装置30のペダル踏
力回転部材61に入力するワンウェイクラッチ64をケーシ
ング25内の他側（例えば左側）に配置したため、合力部
78のコイルスプリング76,77 のピッチ円直径（クランク
軸11を挟んだ対向間隔）の内周部にワンウェイクラッチ
64が位置することがなく、したがって、上記ピッチ円直
径を小さくして合力部78を小径化し、駆動補助装置10の
側面輪郭をコンパクト化することが可能となっている。

【００７７】また、この駆動補助装置10では、ケーシン
グ25内の一側（右側）に配置された合力装置30の合力部
78に対して、駆動補助力減速装置50をケーシング25内の
他側（左側）に配置し、相対回転角検知部90を合力部78
と駆動補助力減速装置50との間に配置したので、相対回
転角検知部90をクランク軸11に近付けて合力装置30全体
の側面輪郭を縮め、駆動補助装置10のさらなるコンパク
ト化を図ると同時に、本来駆動補助力減速装置50と合力
部78との間にできるデッドスペースに相対回転角検知部
90が配置されるので、駆動補助装置10内のデッドスペー
スの有効利用を図ることができる。

【００７８】なお、本実施形態では、合力部78における
ペダル踏力伝達部材および駆動補助力伝達部材としてコ
イルスプリング76,77 を用いているが、コイルスプリン
グに限らず、他の弾性部材、例えばゴムダンパのような
ものを用いてもよい。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る駆動
補助力付自転車の駆動補助装置によれば、簡素な構成に
より電動モータの駆動補助力によるアシスト比を正確か
つ容易に１対１に制御するとともに、駆動補助装置の幅
方向の大きさと側面輪郭をコンパクト化し、併せて駆動
補助装置内のデッドスペースの有効利用を図ることがで
きる。

【００８０】

【００８１】

【００８２】

【００８３】

【００８４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る駆動補助力付自転車の左側面図。

【図２】本発明の一実施形態を示す駆動補助装置の横断
面図。

【図３】図２のIII-III 矢視による駆動補助装置の縦断
面図。

【図４】図３のIV-IV 線に沿って展開した合力装置の拡
大断面図。

【図５】図４のV-V 線に沿う断面図。

【図６】図４のVI-VI 線に沿う断面図。

【図７】図４のVII-VII 線に沿う合力装置の縦断面図。

【図８】相対回転角検知部の平面図。

【図９】駆動補助装置の制御系統を示すブロック図。

【符号の説明】

１ 駆動補助力付自転車 ２ 車体フレーム ７ 駆動輪である後輪 10 駆動補助装置 11 クランク軸 18 制御装置 25 ケーシング 30 合力装置 31 電動モータ 34 電動モータの主軸 50 駆動補助力減速装置 53 合力回転部材 57 合力回転板 61 ペダル踏力回転部材 63 ペダル踏力入力回転板 64 ワンウェイクラッチ 67 駆動補助力回転部材 69 駆動補助力入力回転板 76 ペダル踏力伝達部材としてのコイルスプリング 77 駆動補助力伝達部材としてのコイルスプリング 78 合力装置の合力部 90 相対回転角検知部 Ｄ 合力回転板の中心面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 忠史 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株 式会社内 (56)参考文献 特開 平９−2368（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62M 23/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダル踏力により回転駆動されるクラン
   ク軸と、駆動補助力を発生する電動モータと、上記クラ
   ンク軸および電動モータの回転力を合成して駆動輪側に
   出力する合力装置とを備え、上記合力装置がクランク軸
   に同軸的に設けられた駆動補助力付自転車の駆動補助装
   置において、上記合力装置を、クランク軸の回転がワン
   ウェイクラッチを介して入力されるペダル踏力回転部材
   と、電動モータの駆動補助力を受けてペダル踏力回転部
   材と同一方向に回転する駆動補助力回転部材と、クラン
   ク軸回りに回転自在で、その回転が駆動輪側に出力され
   る合力回転部材と、ペダル踏力回転部材の回転を合力回
   転部材に伝達しつつ、ペダル踏力回転部材と合力回転部
   材との間の相対回動を許容するペダル踏力伝達部材と、
   駆動補助力回転部材の回転を合力回転部材に伝達しつ
   つ、駆動補助力回転部材と合力回転部材との間の相対回
   動を許容する駆動補助力伝達部材と、ペダル踏力回転部
   材に対する駆動補助力回転部材の回転角の進み遅れを検
   知する相対回転角検知部と、を備えて構成し、ペダル踏
   力回転部材にはペダル踏力入力回転板を、駆動補助力回
   転部材には駆動補助力入力回転板を、合力回転部材には
   合力回転板を、それぞれ回転一体に設け、これら３枚の
   回転板をクランク軸の軸方向に並べ重ねて配置すること
   により合力装置に合力部を構成し、この合力部において
   ペダル踏力入力回転板および駆動補助力入力回転板の回
   転がペダル踏力伝達部材および駆動補助力伝達部材を経
   て合力回転板に伝達されるようにし、ペダル踏力伝達部
   材と駆動補助力伝達部材とを、合力回転板の中心面に合
   わせて同一面上に配置するとともに、上記相対回転角検
   知部からの入力に基づいて、ペダル踏力回転部材に対す
   る駆動補助力回転部材の回転角の進み遅れがなくなるよ
   うに電動モータの出力を制御する制御装置を設けたこと
   を特徴とする駆動補助力付自転車の駆動補助装置
2. 【請求項２】 合力装置の合力部をケーシング内のクラ
   ンク軸長手方向一側に配置し、クランク軸の回転を合力
   装置のペダル踏力回転部材に入力するワンウェイクラッ
   チをケーシング内の他側に配置した請求項１に記載の駆
   動補助力付自転車の駆動補助装置。
3. 【請求項３】 ケーシング内のクランク軸長手方向一側
   に配置された合力装置の合力部に対して、電動モータの
   駆動補助力を減速して合力装置に伝達する駆動補助力減
   速装置をケーシング内のクランク軸長手方向他側に配置
   し、相対回転角検知部を合力部と駆動補助力減速装置と
   の間に配置した請求項１または請求項２に記載の駆動補
   助力付自転車の駆動補助装置。