JP3417147B2 - 駆動力補助装置 - Google Patents

駆動力補助装置

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JP3417147B2
JP3417147B2 JP14792195A JP14792195A JP3417147B2 JP 3417147 B2 JP3417147 B2 JP 3417147B2 JP 14792195 A JP14792195 A JP 14792195A JP 14792195 A JP14792195 A JP 14792195A JP 3417147 B2 JP3417147 B2 JP 3417147B2
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、自転車等の軽
車両やボート等に用いられて、踏力等の人力の負荷を軽
減する駆動力補助装置に関し、特に、コンパクト化を図
ったものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、人力の補助用に電動モータを用い
た電動自転車が注目されている。この種の電動自転車
は、通常の自転車に、電動モータと、このモータに電力
を供給するバッテリ電源部を搭載し、人力の駆動力に応
じて所定のモータ補助動力を追加補助し、人力の負荷を
軽減させるようにしている。また、このモータによる補
助駆動力は、人力の駆動力を越えることはなく、更に、
走行速度が毎時１５Ｋｍまでの場合には、１００％の補
助を行い、この毎時１５Ｋｍを越えた場合には、漸次減
少し、そして、毎時２４Ｋｍ以上では、モータ補助がカ
ットされるように制御されている。
【０００３】このような電動自転車は、図１７に示すよ
うに、電動自転車１のフレーム体の前後に前輪４及び後
輪５を備え、後輪５を踏力により駆動する通常の自転車
を基本に据えて構成されている。尚、ＪＩＳ規格では、
フレーム体のうち、符号２で示すものをメインパイプ、
３を立パイプと呼んでいるので、本明細書でもＪＩＳ規
格に従って用いている。
【０００４】前記駆動力補助装置６は、車軸と直交し且
つ車体幅方向の略中央付近に配設された電動モータＭ
と、このモータの回転駆動力を車軸の回転方向に変換す
るとともに減速する変換減速機構（図示を省略）と、こ
の減速されたモータ駆動力を、人力の通常駆動系に合成
するとともに、人力単独の駆動時には、モータ駆動系を
通常駆動系から切り離す合成機構（図示を省略）とから
構成されている。
【０００５】モータ駆動系は、電動モータを駆動源とし
た動力伝達装置により回転駆動され、この電動モータは
電気動力装置から電力が供給されている。すなわち、こ
の電気動力装置は、複数の蓄電池を用いたバッテリ電源
部、電力を安定化して供給する電源回路部、走行用の電
動モータ、このモータ回転を直接制御するモータ駆動回
路、及び、このモータ駆動回路に速度指令等を出力する
制御回路から構成されている。そして、このモータから
生じるモータ駆動力は、従来の動力伝達装置に追加さ
れ、この伝達装置を介して走行輪に伝達され、自転車を
走行させている。
【０００６】また、このような人力の駆動力を検出する
方法としては、人力の駆動力の大小を遊星歯車の歯車に
加わる反力から検知する方法が知られている（例えば特
開平４−３５８９８７号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、一般に自転
車は、進行方向に対して左右の幅が限定されており、従
って、長手方向に比較的長い寸法を有する従来の電動モ
ータは、車体の前後方向に沿って配置しなければならな
いため、車体の前後方向を向く回転軸を、左右方向に向
くクランク軸の方向へ変換することが必要となる。その
ため、変換機構を設けて減速機構等が複雑化するととも
に、大型化する傾向にある。
【０００８】また、人力の駆動力を軸のねじれに現わし
てこれを検出する前記従来のものは、トルクによるねじ
れ変位量が微小なので、十分な測定精度を確保するため
には、軸の長手方向にある程度の長さが必要になり、従
って、大型化する傾向にあって好ましくない。
【０００９】更に、前記従来のものは、前記検出が、人
力駆動力の加わるところで行われるため、その人力駆動
力の大きな力に耐えられる構造を必要として、勢い装置
自体が大型化且つ大重量化する不都合があった。
【００１０】また、人力駆動力を検出する踏力検出手段
が、車体の外部に露出している場合には、車体の転倒に
より損傷したり、また、損傷しないまでも同時に大きな
衝撃が加わるので、故障の原因になったりして、信頼性
が低下する不都合がある。また、風雨等の外部自然環境
からの影響や、車両走行時に生じる砂塵や泥土の影響を
直接に被ることになるので、誤検出等の信頼性を損うこ
とや装置寿命の低下するおそれがある。また、踏力検出
手段をケース内に収納できれば、これらの問題は生じな
いが、ケース内のクランク軸近傍に配置するためには、
小型化しなければならず、そして、踏力検出手段は、必
要な検出精度を確保しながら、小型化することが困難で
あるという不都合があった。
【００１１】そこで、本発明は、小型軽量のモータを、
一体のケース内にクランク軸と平行に収納することが可
能であり、減速機構を適正配置化して全体のコンパクト
化を図るとともに、踏力検出手段を駆動力の伝達機構内
に組み込むことにより、踏力検出手段を小型化してケー
ス内に収納することを可能にする駆動力補助装置を得る
ことを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本願第１請求項に記載し
た発明は、人力駆動力とモータ駆動力を合成する駆動力
補助装置において、人力駆動手段、補助動力駆動手段、
及び、踏力検出手段を具備し、前記人力駆動手段は、踏
力が伝達されるクランク軸の外周に、第１及び第２回転
体を有する駆動力伝達機構を設けて構成され、前記駆動
力伝達機構は、第１の一方向クラッチと、人力駆動力を
伝達する弾性体と、を備え、前記補助動力駆動手段は、
モータ及び減速機構を設けて構成され、更に、前記モー
タからの駆動力を、第２の一方向クラッチを介して、前
記クランク軸外周にて前記駆動力伝達機構に合成し、前
記踏力検出手段は、前記弾性体の駆動力伝達経路の前後
に介在させた第１及び第２回転体の回転差をセンサで検
出する構成である、駆動力補助装置である。
【００１３】本願第２請求項に記載した発明は、前記請
求項１において、前記補助動力駆動手段の減速機構は、
減速歯車を互い違いに配列して構成される駆動力補助装
置である。
【００１４】本願第３請求項に記載した発明は、前記請
求項２において、前記減速歯車列の各歯車の中心が、前
記モータとクランク軸を結ぶ仮想線及びモータの外径を
各辺とする仮想四角形内に配置されている駆動力補助装
置である。
【００１５】本願第４請求項に記載した発明は、前記請
求項１において、前記踏力検出手段は、差動歯車機構を
設けて構成され、この差動歯車機構の二つの軸に前記第
１及び第２回転体を連係するとともに、当該差動歯車機
構の第３軸をセンサに連係した駆動力補助装置である。
【００１６】本願第５請求項に記載した発明は、前記請
求項４において、前記第１及び第２回転体から前記差動
歯車機構までの間と、前記差動歯車機構から前記センサ
までの間の一方又は双方に、回転を機械的に増幅する機
構が付加されている駆動力補助装置である。
【００１７】本願第６請求項に記載した発明は、前記請
求項４において、前記差動歯車機構に遊星歯車が用いら
れている駆動力補助装置である。
【００１８】本願第７請求項に記載した発明は、前記請
求項１において、前記踏力検出手段は、そのセンサにエ
ンコーダを用い、このエンコーダで前記第１及び第２回
転体の回転数をカウントし、このカウント数差から人力
トルクを判定する構成の駆動力補助装置である。
【００１９】本願第８請求項に記載した発明は、人力駆
動力とモータ駆動力を合成する駆動力補助装置におい
て、人力駆動手段、補助動力駆動手段、及び、踏力検出
手段を具備し、前記人力駆動手段は、前記クランク軸の
外周に同軸状に配置され、第１の一方向クラッチを備え
て前記クランク軸の順方向の回転力のみが伝達される第
１回転体と、前記クランク軸の外周に同軸状に遊転配置
される第２回転体と、前記第１回転体と第２回転体との
間に装着され、前記第１回転体の回転力を第２回転体に
伝達する弾性体と、前記第２回転体の回転力が伝達され
る出力歯車と、を備え、前記補助動力駆動手段は、モー
タと、前記モータの駆動力を減速する減速歯車列と、前
記クランク軸の外周に同軸状に遊転配置され、外周歯で
前記減速歯車の最終歯車と噛合し、且つ、内周に第２の
一方向クラッチを備えて前記最終歯車の順方向の回転力
のみを前記第２回転体へ伝達する第３回転体と、を備
え、前記踏力検出手段は、前記第１回転体の外周に固着
した第１回転部材と、前記第２回転体の外周に固着した
第２回転部材と、前記第１及び第２回転部材にそれぞれ
連係する一対の第１及び第２傘歯車と、前記一対の第１
及び第２傘歯車の間に噛合装着される第３傘歯車と、前
記第３傘歯車を軸支する支持軸の、前記一対の第１及び
第２傘歯車に対する回動変化を、当該第１及び第２傘歯
車の相互の差動として取り出す出力軸と、前記出力軸に
接続するセンサと、を備えた駆動力補助装置である。
【００２０】本願第９請求項に記載した発明は、前記請
求項８において、人力駆動手段、補助動力駆動手段又は
踏力検出手段のいずれかに速度検出手段が設けられてい
る駆動力補助装置である。
【００２１】本願第１０請求項に記載した発明は、前記
請求項１又は８において、前記人力駆動手段、補助動力
駆動手段、及び、踏力検出手段は、ケース内に収納され
ている構成の駆動力補助装置である。
【００２２】本願第１１請求項に記載した発明は、前記
請求項１０において、前記ケースには、進行方向に沿っ
たフィンを設けてある構成の駆動力補助装置である。
【００２３】本願第１２請求項に記載した発明は、前記
請求項１又は８において、前記弾性体がねじりコイルバ
ネである構成の駆動力補助装置である。
【００２４】本願第１３請求項に記載した発明は、前記
請求項１又は８において、前記弾性体がねじりコイルバ
ネであって、このコイルバネの端面をアール状に形成す
るとともに、コイルバネの変形を規制する部材が設けら
れている駆動力補助装置である。
【００２５】本願第１４請求項に記載した発明は、前記
請求項１３において、前記コイルバネの端面を受ける部
位が前記第１及び第２回転体にそれぞれ設けられてお
り、更に前記コイルバネの端面を受ける部位が曲面形状
に設けられている駆動力補助装置である。
【００２６】本願第１５請求項に記載した発明は、前記
請求項１３において、前記ねじりコイルバネのねじれ角
度が２０度以下、好ましくは１０度以下であって、この
ねじれ角度を越えると、前記第１及び第２回転体にそれ
ぞれ設けられている突出部の側部同士が当接する構成の
駆動力補助装置である。
【００２７】本願第１６請求項に記載した発明は、前記
請求項１又は８において、前記補助動力駆動手段のモー
タと前記踏力検出手段を一方の側に、また、前記補助動
力駆動手段の歯車列を他方の側に、配置した構成の駆動
力補助装置である。
【００２８】本願第１７請求項に記載した発明は、前記
請求項１又は８において、前記補助動力駆動手段のモー
タは、そのステータ・コアのポールの放射方向の端部を
ケースに固定した構成の駆動力補助装置である。
【００２９】本願第１８請求項に記載した発明は、前記
請求項１又は８において、前記踏力検出手段のセンサ
は、前記第１及び第２回転体の外周に配置されている構
成の駆動力補助装置である。
【００３０】本願第１９請求項に記載した発明は、前記
請求項１０において、前記ケースは、少なくとも３つの
部分以上からなる分割ケースを１つに組み合わせて形成
される構成の駆動力補助装置である。
【００３１】本願第２０請求項に記載した発明は、前記
請求項１０において、前記ケースの最大幅を、一般の自
転車のペダルアームの間隔以下に設定した構成の駆動力
補助装置である。
【００３２】本願第２１請求項に記載した発明は、前記
請求項１０において、前記ケースに１つの配線取出口を
形成し、前記モータ及びセンサからの配線を、前記配線
取出口より引き出すようにした駆動力補助装置である。
【００３３】本願第２２請求項に記載した発明は、前記
請求項１０において、前記モータ及びセンサからの配線
を、モータ駆動回路及び制御装置の回路基板とコネクタ
で接続し、前記回路基板と電源部とをコネクタで接続し
た構成の駆動力補助装置である。
【００３４】本願第２３請求項に記載した発明は、前記
請求項１０において、前記モータ、前記センサ及び制御
装置の回路基板をケース内に配置するとともに、これら
からの配線を、コネクタを介してケース外に配置した電
源部に接続した構成の駆動力補助装置である。
【００３５】本願第２４請求項に記載した発明は、前記
請求項２３において、前記電源部をメインパイプに配置
するとともに、前記モータを前記電源部に対向させて前
記ケースを配置し、前記回路基板からの配線を、コネク
タを介して前記電源部に接続した構成の駆動力補助装置
である。
【００３６】本願第２５請求項に記載した発明は、前記
請求項２３において、前記電源部を立パイプに配置する
とともに、前記モータを前記電源部に対向させて前記ケ
ースを配置し、前記回路基板からの配線を、コネクタを
介して前記電源部に接続した構成の駆動力補助装置であ
る。
【００３７】本願第２６請求項に記載した発明は、前記
請求項１０において、前記モータ及び制御装置の回路基
板は、ケース設置時において進行方向側の前面、上面又
は後面に配置した構成の駆動力補助装置である。
【００３８】本願第２７請求項に記載した発明は、前記
請求項１０において、前記モータ駆動回路及び制御装置
の回路基板は、前記モータの近傍で且つ、減速機構の側
部に配置した構成の駆動力補助装置である。
【００３９】本願第２８請求項に記載した発明は、前記
請求項２７において、前記回路基板に面するケースに開
口部を形成し、更に、前記回路基板にコネクタを配置し
て、前記コネクタを前記開口部に臨ませて設けた構成の
駆動力補助装置である。
【００４０】本願第２９請求項に記載した発明は、前記
請求項１０において、メインパイプに電源を配置し、進
行方向側前方のケース又はケース上方に設けたコネクタ
で前記電源と制御装置の回路基板とを接続した構成の駆
動力補助装置である。
【００４１】
【作用】本発明は、人力駆動力とモータ駆動力を合成す
る駆動力補助装置において、人力駆動手段、補助動力駆
動手段、及び、踏力検出手段を具備して構成されるもの
であり、そして、踏力によりクランク軸が順方向に回転
させられると、この回転力は、前記第１の一方向クラッ
チと、前記弾性体とを経由して出力歯車に伝達される。
【００４２】他方、前記補助動力駆動手段のモータ駆動
力は、前記クランク軸外周において第２の一方向クラッ
チを介して前記人力駆動手段に合成され、前記出力歯車
に伝達される。
【００４３】また、前記クランク軸の逆方向の回転は、
前記第１の一方向クラッチにより空転させられる。同様
に、通常の前記人力駆動手段における回転は、前記第２
の一方向クラッチによりモータ側に伝達されることはな
い。
【００４４】前記踏力検出手段は、前記弾性体の駆動力
伝達経路の前後に介在させた第１及び第２回転体の回転
差をセンサで検出するものであって、例えば差動歯車機
構を設けて構成され、この差動歯車機構の二つの軸に前
記第１及び第２回転体を連係するとともに、当該差動歯
車機構の第３軸をセンサに連係する。従って、踏力によ
りクランク軸が順方向に回転させられると、前記第１の
一方向クラッチ経路の前後に配置された前記第１及び第
２回転部材が回転し、これらに連係する差動歯車機構の
傘歯車又は遊星歯車もそれぞれ回転する。踏力が大きい
場合は、前記弾性体を弾性変形するので、前記第１及び
第２回転部材は両者の間に進角差を生じる。前記差動歯
車機構は傘歯車や遊星歯車が噛合装着されるので、前記
進角差は、当該差動歯車機構の第３軸すなわち出力軸の
角度に変換される。この出力軸の角度変化が、該出力軸
に接続するセンサにより検出され、これにより、前記踏
力の大きさが検知されて、前記補助動力駆動手段のモー
タ駆動力にフィードバックされる。
【００４５】このように、本発明の駆動力補助装置によ
れば、各構成部が合理的に配置されているので、小型軽
量のモータを、一体のケース内にクランク軸と平行に収
納することが可能であり、更に減速機構を適正配置化し
て全体のコンパクト化が図られ、また、踏力検出手段を
駆動力の伝達機構内に組み込むことにより、踏力検出手
段が小型化されてケース内に収納することが可能とな
る。
【００４６】
【実施例】以下に、本発明を図１ないし図１６に示す各
実施例に基づいて説明する。
【００４７】各実施例の人力駆動による軽車両として
は、図１及び後掲の図１４に示すように、自転車に用い
た場合のものを示す。尚、ここに示す自転車の基本的な
構成は、後述する各実施例においても共通する。
【００４８】本実施例において、電動自転車１は、従来
の自転車と同様に、フレーム体の前後に車輪４，５を軸
架している。また、フレーム体は、フロントフォーク側
のメインパイプ２と、メインパイプ２から上方に設けら
れた立パイプ３等により構成され、立パイプ３の上端に
は、使用者が着座するサドルが設けられている。また、
メインパイプ２の下側には、クランク軸１３を備えたパ
ワーユニット１１が装着され、このクランク軸１３に取
付けられたペダルアーム７ａの先端には、ペダル７が軸
支されている。また、同様に、メインパイプ２下側で且
つパワーユニット１１の前方には、バッテリユニット８
が装着されている。
【００４９】更に、このパワーユニット１１には、電動
モータ、減速機、人力／モータ駆動力合成機構、踏力検
出手段が収納され、ペダル７が接続されたクランク軸１
３は、合成機構に接続され、この合成機構の出力は、出
力歯車（本実施例では原動スプロケット）１７に接続さ
れている。そして、この原動スプロケットと、後輪５に
同軸に固定された従動スプロケット（図示を省略）と
は、これらの両者間に掛け渡されチェーン９により接続
されている。尚、図示を省略したものもあるが、基本的
には、ハンドルに設けられたブレーキレバー、そして、
ブレーキ機構、夜間走行用のライト等は、従来の自転車
と同じものが用いられている。
【００５０】そして、この前輪４は、フロントフォーク
に設けられたハンドルによって操向される一方、後輪５
は、使用者がペダル７を漕ぐと、通常の自転車と同様に
電動自転車が人力走行する。すなわち、使用者の人力に
よりペダル７が漕がれると、原動スプロケットを回転駆
動し、この原動スプロケットの駆動力がチェーンを介し
て、後輪の従動スプロケットに伝達され、後輪５が回転
駆動されて、電動自転車が前進する。
【００５１】前記バッテリユニット８には、電動自転車
の作動を開始させるメインキースイッチ、複数の蓄電池
等及び付属回路等が収納されている。
【００５２】前記蓄電池は、例えば、モータ用の２４Ｖ
のように、所定の電圧が得られるようにしている。そし
て、この蓄電池からの電力は、モータ、及びセンサや各
回路等の各種機器に供給される。
【００５３】また、モータ駆動回路は、電力用のスイッ
チング素子であるＭＯＳ−ＦＥＴ回路を主に構成され、
このＦＥＴ回路の高速スイッチング動作によるチョッパ
制御により、走行用モータに供給する実効電圧を増減さ
せ、モータ出力を制御している。また、このスイッチン
グ制御は、検出した人力や走行速度に基づいて決定され
た制御回路からの指令に基づいて、実行されている。
【００５４】この制御回路は、パワーユニット１１の踏
力検出手段や走行速度センサ、外部環境センサ等からの
センサ信号が入力され、モータ駆動回路に制御信号を出
力するマイクロコンピュータから構成されている。この
マイクロコンピュータは、各入力信号をデジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器、このデジタル信号をメモリ空間
に読込み／取出すＩ／Ｏポート、読込んだデータ信号に
基づいて所定の処理・決定を行うＣＰＵ、メモリ等を備
えている。従って、各種センサからの検出信号に基づい
て、メモリに格納されたプログラムに準じて処理し、モ
ータ駆動回路に、デューテイ設定信号等の適切な動作指
令を出力するようになっている。
【００５５】従って、使用者が、メインキースイッチを
オン操作すると、バッテリユニット８から各搭載機器に
電力が供給され、電動モータによる人力の補助駆動が可
能となる。すなわち、この状態で、使用者がペダル７を
漕ぐと、これに応じて踏力検出手段が人力の駆動力を検
出するとともに、速度センサが走行速度を検出し、これ
らの検出信号に基づいて制御回路がモータ駆動回路に適
切な動作指令を出力する。この動作指令に基づき、モー
タ駆動回路が、走行用モータに供給される駆動電力を増
減して、走行用モータの出力を調整する。そして、この
生成されたモータ駆動力を減速機構により適切なトルク
に変換して、このモータ駆動力を合成機構により人力駆
動力に追加して後輪５に伝達され、電動自転車がモータ
動力により補助されて、快適な前進走行するように設け
られている。
【００５６】本実施例では、図２〜図５に示すように、
パワーユニット１１は、３分割されたケース１２（１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ）内に、ペダルアーム７ａが固定さ
れたクランク軸１３と、クランク軸１３の外周に配置さ
れ、クランク軸１３の逆回転による後進を防止し、及び
モータ停止時にモータ駆動系を遊転させるラチェット部
を備えた人力にモータ駆動力を追加する合成機構と、こ
の合成機構の動力伝達経路の途中に配設された踏力検出
手段と、人力補助用モータと、モータの減速装置とを収
納して構成されている。尚、各所には、各軸をスムーズ
に回転可能に軸支するベアリングを用いた転がり軸受乃
至滑り軸受を設けている。
【００５７】前記ケース１２は、アルミ等の熱伝導特性
が良好で且つ軽量な素材を用いて形成され、電動モータ
Ｍを直接収納した主ケース１２ａと、これらの左右両側
をカバーするケース１２ｂ，１２ｃとから構成され、密
閉できるように設けられている。そして、モータＭが作
動したときには、電動モータ作動に伴う大量の発熱は、
このケース１２を介して、空気中に効率的に放出され、
モータの安定動作を継続できるようにしている。更に、
好ましくは、モータ近傍のケースにフレーム体に対する
固定部を設けるとよい。これにより、前記発熱をケース
を介して自転車のフレーム体へ逃がすことができる。ま
た、ケース１２には、進行方向に沿ったフィン１２ｄを
設けて、放熱効果を高め得るようにしている。
【００５８】また、図６に示すように、ケース１２内に
収納されたモータＭ及びセンサの電源ケーブル及びセン
サコード（以下、単に配線１０ａと称する。）は、主ケ
ース１２ａに設けられた単一の開口部１２ｅから引き出
されるように構成される。本実施例では、回路基板８ａ
に面するケースに開口部１２ｅを形成し、更に、回路基
板８ａにコネクタ１０ｂを配置して、前記コネクタ１０
ｂを開口部１２ｅに臨ませて設けている。これにより、
組立て性や保守整備性を向上することができるようにな
されている。更に、これらの配線１０ａは、先端に設け
たコネクタ１０ｂにより他の電源部や制御部と結合され
るので、同様に、組立て性や保守整備性が向上する。
【００５９】更に、本実施例では、ケース１２内のモー
タの近傍で且つ、減速機構の側部にモータ駆動回路及び
制御装置の回路基板８ａを設置し、ケース蓋１２ｆを装
着して外部から遮断している。
【００６０】本実施例の駆動力補助装置たるパワーユニ
ット１１は、ペダル７を漕いでクランク軸１３を回し、
これを出力歯車１７たる原動スプロケットへ駆動伝達す
る人力駆動手段と、モータＭの駆動によりクランク軸１
３の回転を助力する補助動力駆動手段、及び、前記補助
動力駆動手段におけるパワー付与を決定するための踏力
検出手段を備えて構成される。
【００６１】まず、前記人力駆動手段を説明する。
【００６２】人力駆動手段は、概ねクランク軸１３の回
りに配設されるものであって、クランク軸１３の外周に
同軸状に配置される第１回転体１４と、クランク軸１３
の外周に同軸状に遊転配置される第２回転体１５と、前
記第１回転体１４と第２回転体１５との間に装着され、
前記第１回転体の回転力を第２回転体に伝達する弾性体
１６と、前記第２回転体１５の回転力が伝達される出力
歯車１７と、を備える。尚、本実施例では、第２回転体
１６と出力歯車１７との間に、筒状のつなぎ手１８を連
結している。
【００６３】そして、前記第１回転体１４は、第１の一
方向クラッチを備えて前記クランク軸の順方向の回転力
のみが伝達される。この第１の一方向クラッチは、クラ
ンク軸１３に外方に突出する送りつめ１３ａが設けられ
る一方、第１回転体１４の内周には、逆転方向にスロー
プ面を有する内周歯１４ａが、刻設されている。従っ
て、クランク軸１３が順方向すなわち車両を前進させる
方向に回転する場合は、このクランク軸１３の送りつめ
１３ａは、第１回転体１４の内周歯１４ａに係合して、
駆動力を伝達する。他方、クランク軸１３が走行用モー
タが逆方向すなわち車両を後進させる方向に回転する場
合は、送りつめ１３ａが内周歯１４ａのスロープ面を乗
越えて両者が係合しないので、クランク軸１３が遊転す
ることになり、第１回転体１４に逆回転の駆動力が伝達
されず、後輪５は逆回転しない。
【００６４】前記第１回転体１４と第２回転体１５は、
前述したように、弾性体１６、本実施例ではねじりコイ
ルバネを介して、接続されている。このねじりコイルバ
ネは、予め定められた寸法及び材質により螺旋状に形成
され、所定のバネ定数が確保されるとともに、回転角に
応じたトルクを発生するバネが用いられる。
【００６５】このコイルバネの端面１６ａはアール状に
形成され、そして、この端面１６ａに対応して、コイル
バネの端面を受ける部位１４ｅ，１５ｅが曲面形状に設
けられている。従って、コイルバネの端面１６ａは、こ
のコイルバネの端面を受ける部位１４ｅ，１５ｅに対し
安定して接触することができる。
【００６６】更に、本実施例では、ねじりコイルバネの
弾性変形時にバネの姿勢を保って、適正量以上の変形を
規制する工夫が施されている。すなわち、ねじりコイル
バネに力が加わり弾性変形した場合、コイルバネが理想
的な変形となるように姿勢を保つとともに、適正量以上
の変形を規制する部材が設けられている。本実施例で
は、これらのコイルバネの変形は、第１及び第２回転体
１４，１５の内周面の螺旋状の溝１４ｂ，１５ｂ、後述
する突出部１４ｃ，１５ｃの内周、及びクランク軸１３
の外周によって規制される。つまり、第１回転体１４と
第２回転体１５の軸方向の内部端面には、このねじりコ
イルバネに対応する螺旋状の溝部１４ｂ，１５ｂが形成
されて、ねじりコイルバネすなわち弾性体１６の側部が
前記螺旋状の溝部１４ｂ，１５ｂにより規制され、ま
た、弾性体１６の外周部分は突出部１４ｃ，１５ｃの内
周で規制され、更に弾性体の内側部分はクランク軸１３
の外周によって規制される。
【００６７】従って、後述する人力の伝達時には、この
ねじりコイルバネが弾性変形しながら、人力駆動力を伝
達するが、コイルバネは、或いは螺旋状の溝部１４ｂ，
１５ｂに接触し、或いは突出部１４ｃ，１５ｃの内周に
接触し、或いはクランク軸１３の外周に接触するので、
バネが軸方向に転倒したり、異形に変形することを防止
して、あるべき形状に保持することができ、これにより
所定のバネ定数を確保することができる。尚、本実施例
においては、ねじりコイルバネの端面を押すようにしな
がら、人力駆動力を伝達するように構成したが、引張り
ながら伝達するように構成してもよい。更に、弾性体１
６は、回転角に応じたトルクを発生するバネであれば、
ねじりコイルバネに限定されず、任意なものが用いられ
得る。
【００６８】また、本実施例において、このねじれバネ
のねじれ角度は、使用者に違和感を与えないように、２
０度以下、望ましくは１０度以下に設けるとよい。
【００６９】このようにして、第１回転体１４に加えら
れた駆動トルクに応じて、ねじりコイルバネがバネ定数
に準じた弾性変形を行いながら、第２回転体１５に駆動
力を伝達するようにしている。この結果、このトルクに
応じて、差動する両回転体の回転角度量を、後述する踏
力検出手段３０により検出して、踏力を検出することが
できる。すなわち、これらの第１及び第２回転体１４，
１５の外周には、それぞれ、異なる径の第１及び第２回
転部材３１，３２が固着されており、踏力検出手段３０
の入力歯車４１，４２に噛合されている。尚、本実施例
では、第１及び第２回転部材３１，３２は歯車である。
【００７０】また、第１及び第２回転体１４，１５の対
向部位には、周状に所定間隔を設けて、突出部１４ｃ，
１５ｃが設けられており、踏力が小さくて弾性体１６の
非トルク時には、互いに所定のクリアランスＬが確保さ
れている。従って、人力等による過大な駆動力が加わっ
た場合には、直接、突出部１４ｃ，１５ｃの側部同士が
当接して、接続され、ねじりコイルバネの破壊を防止す
るように設けられている。
【００７１】この第２回転体１５は、前述したように、
筒状のつなぎ手１８と連結している。もっとも、第２回
転体１５とつなぎ手１８は、本実施例の場合別部材によ
り構成されているが、一体に形成してもよい。
【００７２】尚、本実施例では、第１及び第２回転部材
３１，３２は図示のように歯車を用いている。もっと
も、この第１及び第２回転部材３１，３２は歯車に限ら
ず、回転を伝達できるローラ等、任意の回転部材が適用
可能である。
【００７３】次に、前記補助動力駆動手段について説明
する。
【００７４】この補助動力駆動手段は、モータＭと、モ
ータの駆動力を減速する減速歯車列と、前記クランク軸
１３の外周に同軸状に遊転配置され、その外周歯で前記
減速歯車の最終歯車と噛合し、且つ、内周に第２の一方
向クラッチを備えて前記最終歯車の順方向の回転力のみ
を前記第２回転体１５へ伝達する第３回転体と、を備え
る。
【００７５】このモータＭは、モータ軸２１にキーによ
り固定接続される、磁石を有するロータ・コア２２と、
この外周に配設され、直接にケース１２ａに固定された
ステータ・コア２３とから構成されている。前記ステー
タ・コア２３は、図４に示すように、ステータ・コア２
３のポール２３ａの放射方向の端部を、モータ軸と平行
なボルト２４でケースの奥部に固定している。つまり、
このステータ・コア２３を通る磁力線の位置を考慮し、
当該磁力線の磁束密度が低い部分を、ボルト２４でケー
スに結合することによって、ボルト孔やボルトを設ける
ことにより磁束を阻害する等の悪影響を最小限にするこ
とができ、これによりモータ性能が低下することを防止
できる。また、専用のモータケースを不要にしているの
で、コンパクト化を図ることができる。
【００７６】前記減速歯車列は、モータＭのモータ軸２
１上に固定された第１歯車ユニット２５と、この第１歯
車ユニットに順次、噛合されている第２，３歯車ユニッ
ト２６，２７から構成され、それぞれ、小径のはすば歯
車が、大径のはすば歯車に噛合されて駆動するように構
成され、高速回転に対応し且つ所定の減速比が得られる
ようになされている。
【００７７】本実施例では、前記減速歯車列の各歯車の
中心が、モータＭとクランク軸を結ぶ仮想線及びモータ
の外径を各辺とする、図５に一点鎖線で示す仮想略四角
形内に配置されている。更に、減速歯車を互い違いに配
列して構成されている。このように配置される場合は、
補助動力駆動手段のコンパクト化が図られ得る。
【００７８】また、第３回転体２８は、減速歯車の第３
歯車ユニット２７に噛合し、そして、第２回転体１５の
外周に配設されるともに、その内周には、順方向にスロ
ープ面を有する内周歯２８ａが刻設されている。
【００７９】他方、第２回転体１５には、外方に突出す
る送りつめ１５ｄが設けられており、従って、前記内周
歯２８ａは、第３回転体２８が順方向に回転した時の
み、第２回転体１５の外周の送りつめ１５ｄと係合する
ように設けられている。
【００８０】従って、人力によりクランク軸１３が順方
向に回転駆動され、走行速度条件等によりモータ駆動が
停止されている場合は、第３回転体２８が遊転して、モ
ータ駆動系に人力駆動力が伝達されされないように設け
られている。
【００８１】前記補助動力駆動手段は、上述のように構
成されているので、電動モータから得られた出力を、機
械式減速機構により適切なトルク／回転数に変換し、こ
の駆動力を、効率的に合成機構に伝達でき、人力を補助
して後輪５を回転駆動することができる。
【００８２】次に、踏力検出手段３０を図示の実施例に
基づいて説明する。
【００８３】本実施例において、踏力検出手段３０は、
上述したねじりコイルバネを介して接続された第１，第
２回転体１４，１５の回転差から、人力トルクを判定す
るものである。この踏力検出手段３０は、図９乃至図１
１に示すように、基本的には、差動歯車機構を設けて構
成され、この差動歯車機構の二つの軸に前記第１及び第
２回転体１４，１５を連係するとともに、当該差動歯車
機構の第３軸（出力軸３７）をセンサに連係している。
ここで、差動歯車機構は、ＪＩＳ規格に定められている
ように、二つの軸に駆動を与えたとき、第３の軸がそれ
らの作用を同時に受けて回転するような歯車装置で、遊
星歯車装置が用いられるものであり、差動を目的とする
ものには、太陽歯車、遊星歯車を傘歯車にしたものが多
い、とされている。本実施例においても、後述するよう
に、差動歯車機構に傘歯車を用いている。
【００８４】すなわち、踏力検出手段３０は、前記第１
回転体１４の外周に固着した第１回転部材（実施例では
歯車）３１と、前記第２回転体１５の外周に固着した第
２回転部材（実施例では歯車）３２と、前記第１及び第
２回転部材にそれぞれ連係する一対の傘歯車３３，３４
と、前記一対の傘歯車の間に噛合装着される複数の傘歯
車３５，３５と、前記傘歯車を軸支する支持軸３６が固
定される、該支持軸と直交する出力軸３７と、前記出力
軸に接続するセンサ３８と、を備えて構成される。
【００８５】本実施例では、差動歯車機構の第３の軸た
る出力軸３７は、円弧状に形成されるとともに互いに平
行に配設されたフレーム３９，３９間に、軸支されてお
り、この出力軸３７には、第１入力歯車４１が回転可能
に遊嵌され、また、支持軸３６は該出力軸３７と同行回
転する。
【００８６】前記第１及び第２入力歯車４１，４２は、
それぞれ傘歯車３３，３４を固着し、前述したように、
これらの傘歯車３３，３４の間には傘歯車３５，３５を
噛合装着している。
【００８７】また、前記第１及び第２入力歯車４１，４
２は、それぞれ径の異なる前記第１回転部材３１及び第
２回転部材３２と連係している。そして、第２入力歯車
４２は、直接、第２回転部材３２と噛合しているが、第
１入力歯車４１は、小径の逆転歯車４３を介して、第１
回転部材３１と噛合している。これは、傘歯車３３，３
４が同一回転数で且つ異なる方向に回転することが必要
であるため、一方で、同方向に回転する第１回転部材３
１及び第２回転部材３２のどちらかを反転させ、他方
で、このように反転させるために逆転歯車を介在させる
ので、この逆転歯車を介在させるためのスペースを必要
として、前記第１回転部材３１及び第２回転部材３２の
径を異ならしめているものである。
【００８８】加えて、前記第１回転部材３１及び第２回
転部材３２、第１及び第２入力歯車４１，４２と逆転歯
車４３の歯車列において、第１回転部材３１及び第２回
転部材３２の回転が増幅されて第１及び第２入力歯車４
１，４２に入力されるように歯数を設定している。更
に、出力軸３７は、回転を増幅する歯車４４を介在させ
て、センサ３８（本実施例ではポテンショメータ）の検
出歯車４５に連係させている。
【００８９】このように、第１及び第２回転体１４，１
５から前記差動歯車機構までの間と、前記差動歯車機構
から前記センサ３８までの間の一方、又は本実施例のよ
うな双方に、回転を機械的に増幅する機構が付加されて
いる場合は、センサにて電気信号に変換する際、当該セ
ンサに入力される絶対量が大きい方がより正確な電気信
号が得られる。
【００９０】前記ねじれコイルバネにより生じた、人力
によるトルク分に応じた第１回転体１４及び第２回転体
１５の進角差は、噛合連係する傘歯車３５が出力軸３７
の回りを回転移動するので、出力軸３７が進角差に応じ
た回転角度に回転することになる。すなわち、これらの
第１回転体１４及び第２回転体１５の回転速度が互いに
等しい場合には、傘歯車３５は、その出力軸の角度位置
のまま回転し続けるのに対して、異なる場合には、相対
的に一方が停止し、他方が回転するとみなすことがで
き、この回転差に応じて傘歯車３５が、出力軸３７の回
りを回転移動することになり、傘歯車３５の支持軸３６
が回転差分だけの角度に回転される。そして、この角度
を、歯車４４によりポテンショメータの歯車４５に増速
伝達し、ポテンショメータで検出することにより、人力
による駆動トルクを正確に計測することができる。
【００９１】尚、前記差動歯車機構には、前述した傘歯
車に代えて、遊星歯車を用いてよいことは勿論である。
【００９２】また、ポテンショメータの検出軸の中間に
は、側方に突設されたアーム部材４６が設けられてお
り、アーム部材４６には、他端がフレームに固定された
付勢スプリング４７の一端が接続されるとともに、この
アーム部材４６に当接するストッパ部材４８が設けられ
ている。従って、この付勢スプリング４７により、常
時、ポテンショメータの検出軸は、一方向に付勢され
て、ストッパ部材４８により掛止されているので、ポテ
ンショメータのゼロ点補正を確実に確保できるととも
に、各歯車のガタツキを防止することができ、十分な人
力トルクの計測精度を確保することができる。
【００９３】更に、踏力検出手段の他の実施例について
説明する。本実施例の踏力検出手段は、エンコーダを用
いて、第１回転体１４及び第２回転体１５の回転数をカ
ウントし、このカウント数差から人力トルクを判定する
ようにしている。
【００９４】すなわち、図１２に示すように、第１回転
体１４及び第２回転体１５の外周に、周状に所定のスリ
ットを有する円盤状の検出円板（第１及び第２回転部材
３１，３２）を設けるとともに、それぞれの検出円板を
挟んで設けられた、発光ダイオードとフォトトランジス
タを備えたフォトインタラプタ方式の回転検出センサ３
８とから構成されている。従って、人力駆動力を伝達し
て両第１，２回転体１４，１５が回転する場合に、それ
ぞれのエンコーダを通過するスリットの数をカウント
し、このカウント数差から人力トルクを計測するように
している。すなわち、各回転体１４，１５の回転に伴な
い、それぞれの検出円板が回転し、各検出円板のスリッ
トを通過して、それぞれの発光ダイオードからの発光
が、フォトトランジスタに到達すると、フォトトランジ
スタから検出信号が出力されるので、このカウント数の
差から、両第１及び第２回転体１４，１５の回転差、す
なわち、ねじれバネのバネ定数を加味して人力トルクを
判定することができる。
【００９５】従って、各第１及び第２回転体１４，１５
に設けられた検出円板の回転に伴ない、回転移動するス
リットをカウントするエンコーダなので、アナログ・デ
ジタル変換器等が不要となり、回路構成が簡素化でき
る。また、エンコーダのカウント差から人力トルクを検
出しているから、停止状態からでも人力トルクを検出す
ることができる。
【００９６】また、一般的な近接センサを用いて、構成
することもできる。すなわち、例えば、周方向に、Ｎ・
Ｓ極が交互に着磁された検出円板と、この検出円板の近
傍に、ホール素子を用いた磁気センサを設けた構成とす
ることもできる。従って、各第１及び第２回転体１４，
１５が僅かに回転しても、回転パルス信号が得ることが
でき、回転速度をカウントすることができる。
【００９７】また、本実施例の構成を用いて、電動自転
車の走行速度を検出する速度センサを兼用させることも
できる。すなわち、どちらか一方の回転体１４，１５の
計測出力により、人力駆動時の走行速度を判定すること
ができる。
【００９８】次に、このような電動自転車のパワーユニ
ット１１における駆動力の伝達動作を説明する。
【００９９】まず、人力による駆動力の伝達動作を説明
し、次に、この人力を補助するモータ駆動力の伝達動作
を説明する。
【０１００】使用者が、前進方向にペダル７を漕ぐと、
クランク軸１３が順方向に回転し、この人力による回転
駆動力は、クランク軸１３と第１回転体１４間のラチェ
ット（第１の一方向クラッチ）を介して、第１回転体１
４に伝達され、第１回転体１４が順回転する。尚、この
際、使用者が、後進方向にペダル７を漕ぐと、クランク
軸１３は逆方向に回転するが、クランク軸１３の送りつ
め１３ａが、第１回転体１４に係合しないので、第１回
転体１４は回転駆動されない。
【０１０１】次に、第１回転体１４が回転すると、ねじ
りコイルバネ（弾性体１６）を介して、第２回転体１５
が回転駆動される。この際、この両者間に生じるトルク
分のねじれバネの弾性ねじれにより遅れた進角差を、踏
力検出手段３０により検出し、この踏力と走行速度等に
基づいてモータの補助駆動力を決定している。
【０１０２】更に、この第２回転体１５は、結合されて
いるつなぎ手１８を回転駆動し、このつなぎ手１８に結
合されている原動スプロケット（出力歯車１７）を回転
駆動する。この際、第２回転体１５の外周に配設された
第３回転体２８は、両者間のラチェット（第２の一方向
クラッチ）が係合しないので、第３回転体２８を介して
モータ駆動系に、人力駆動力が伝達されない。
【０１０３】最後に、この原動スプロケット（出力歯車
１７）に接続されたチェーン９を介して後輪５が回転駆
動され、電動自転車が前進走行する。
【０１０４】そして、このように人力が加えられるとと
もに、踏力と走行速度が規定の補助範囲内の場合には、
この走行速度及び人力駆動力等に基づき、制御部から所
定の指令が出力され、モータＭが作動して、人力補助動
作が行われる。
【０１０５】すなわち、モータＭが回転し、このモータ
駆動力が減速歯車列を介して、第３回転体２８に伝達さ
れ、この間、適切な回転数／トルクに変換される。そし
て、この第３回転体２８の内周歯２８ａが、第２回転体
１５の送りつめ１５ｄに係合して、減速されたモータ駆
動力が第２回転体１５に伝達され、人力駆動力にモータ
駆動力が追加補助される。そして、この状態は、人力駆
動が停止されたり、走行速度が所定範囲を越えるまで継
続される。
【０１０６】以下において、本実施例における好ましい
実施の態様を説明する。
【０１０７】前記補助動力駆動手段のモータＭと前記踏
力検出手段３０を一方の側に、また、前記補助動力駆動
手段の減速歯車列を他方の側に、配置している。更に、
前述したように、本実施例では、前記減速歯車列の各歯
車の中心が、モータＭとクランク軸を結ぶ仮想線及びモ
ータの外径を各辺とする仮想四角形内に配置されてお
り、また、減速歯車を互い違いに配列して構成されてい
る。このように配置されることにより、部材のバランス
等を考慮した適正配置が図られ、これにより補助動力駆
動手段のコンパクト化を図ることができる。
【０１０８】前記踏力検出手段のセンサは、ケース内の
前記クランク軸１３の外周に配置され、その位置は、装
置のフレーム体への取付けに応じて外力の加わりにくい
位置とすることが好ましい。すなわち、センサは精密部
品であり、自転車の転倒等、外力が加えられても影響の
ない、例えばメインパイプや立パイプ近傍方向に配置す
ることが望ましい。
【０１０９】また、前述したように、前記ケース１２
は、３つの部分からなる分割ケース１２ａ，１２ｂ，１
２ｃを１つに組み合わせて形成されているが、本実施例
の場合は、ケース１２の最大幅を、一般の自転車と同等
なペダルアームの間隔、すなわち１２０ｍｍ以下に設定
することが可能であることを確認している。これも、本
実施例の駆動力補助装置がコンパクト化できた結果であ
る。
【０１１０】また、前記ケース１２に１つの配線取出口
（開口部１２ｅ）を形成し、前記モータ及びセンサから
の配線１０ａを、前記配線取出口より引き出すようにし
たので、配線の管理が簡易になされ得る。
【０１１１】これらのモータ側の回路群は、バッテリユ
ニットに設けられたコネクタに、直接に接続される外部
接続コネクタを介して接続されている。従って、ケーブ
ルレスで接続できるので、コンパクト化と取扱いの容易
化が図られる。
【０１１２】また、図１４に示すように、モータＭ及び
制御装置の回路基板は、立パイプ３ｂの上方側に向いて
配置することもできる。これも、本実施例のパワーユニ
ット１１が、コンパクト化して長さや幅を小さくするこ
とができることに依るものである。
【０１１３】また、図１５及び図１６に示すように、モ
ータＭ及びセンサからの配線１０ａと、制御装置の回路
基板８ａとを、コネクタ１０ｂを介して接続したり、モ
ータＭ、前記センサ及び制御装置の回路基板８ａをケー
ス内に配置するとともに、これらからの配線１０ａを、
コネクタ１０ｂを介してケース外に配置した電源に接続
したり、更には、モータＭ及び制御装置の回路基板８ａ
を、ケース内の進行方向側の前面に配置し、或いは、メ
インパイプ３ａに電源を配置し、進行方向側前方のケー
ス又はケース上方に設けたコネクタ１０ｂで前記電池と
制御装置の回路基板８ａとを接続する等、適宜の態様を
採ることができるものである。
【０１１４】以上説明した本実施例によれば、電動モー
タは、車体の前後方向に沿って配置することなく、左右
方向に向くクランク軸と平行に設けることができるの
で、従来のような、電動モータの回転をクランク軸の方
向へ変換することが必要で従って変換機構を設けて減速
機構等が複雑化し且つ大型化する不都合を、回避するこ
とができる。
【０１１５】また、人力の駆動力を軸のねじれに現わし
てこれを検出する前記従来のものは、トルクによるねじ
れ変位量が微小なので、十分な測定精度を確保するため
には、軸の長手方向にある程度の長さが必要になり、従
って、大型化する傾向にあったが、本実施例によれば、
第１及び第２回転体の内部にねじりコイルバネを装着す
るものであるため、軸の長手方向の長さが短くても、適
当なねじれ変位量を得ることができ、十分な測定精度を
確保することができる。
【０１１６】更に、前記従来のものは、前記検出が、人
力駆動力の加わるところで行われるため、その人力駆動
力の大きな力に耐えられる構造を必要として、勢い装置
自体が大型化且つ大重量化する不都合があったが、本実
施例によれば、人力駆動力の加わる箇所とは別のところ
で回転差を検出する構成であるため、例えば樹脂製で小
型軽量の歯車を使用することができる等、装置の小型、
軽量、低廉化を図ることができる。
【０１１７】また、人力駆動力を検出する踏力検出手段
がケース内に収納されているので、風雨等の外部自然環
境からの影響や、車両走行時に生じる砂塵や泥土の影響
を直接に被ることがなく、誤検出等の信頼性を損うこと
や装置寿命の低下するおそれを回避することができる。
【０１１８】尚、本実施例において、本発明を自転車に
応用した場合を例に採って説明したが、ボート等の他の
人力を用いて駆動する軽車両にも適宜適用することもで
きるものである。
【０１１９】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成さ
れ、各構成部が合理的に配置されているので、小型軽量
のモータを、一体のケース内にクランク軸と平行に収納
することが可能であり、更に減速機構を適正配置化して
全体のコンパクト化が図られ、また、踏力検出手段を駆
動力の伝達機構内に組み込むことにより、踏力検出手段
が小型化されてケース内に収納することが可能となるも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパワーユニットを用いた電動自転車に
係り、全体概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明のパワーユニットを示す横断面図であ
る。
【図３】本発明のパワーユニットを示し、ケースの一部
を外して示す平面図である。
【図４】本発明のパワーユニットを示し、ケースの一部
を外して示す正面図である。
【図５】本発明のパワーユニットを示し、ケースの一部
を外して示す背面図である。
【図６】本発明のパワーユニットを示し、ケースの一部
を外して示す背面図である。
【図７】本発明のパワーユニットに用いる、第１回転
体、弾性体及び第２回転体を分離して示す斜視図であ
る。
【図８】本発明のパワーユニットに用いる、第１回転体
及び第２回転体を示す組立斜視図である。
【図９】本発明のパワーユニットに用いる踏力検出手段
を示す正面図である。
【図１０】本発明のパワーユニットに用いる踏力検出手
段を示す底面図である。
【図１１】本発明のパワーユニットに用いる踏力検出手
段を示す右側面図である。
【図１２】本発明のパワーユニットに用いる踏力検出手
段の他の実施例を示す斜視図である。
【図１３】本発明のパワーユニットに用いる速度検出手
段を示す斜視図である。
【図１４】本発明のパワーユニットを用いた電動自転車
に係り、全体概略構成を示す側面図である。
【図１５】電動自転車に本発明のパワーユニットを設置
した状態を示す正面図である。
【図１６】電動自転車に本発明のパワーユニットを設置
した状態を示す正面図である。
【図１７】従来の電動自転車を示す全体概略構成図であ
る。
【符号の説明】
１ 電動自転車 ２ メインパイプ ３ 立パイプ ４ 前輪 ５ 後輪 ６ 駆動力補助装置 ７ ペダル ７ａ ペダルアーム ８ バッテリユニット ８ａ 回路基板 ９ チェーン １０ａ 配線 １０ｂ コネクタ １１ パワーユニット １２ ケース １２ａ ケース １２ｂ ケース １２ｃ ケース １２ｄ フィン １２ｅ 開口部 １２ｆ ケース蓋 １３ クランク軸 １３ａ 送りつめ １４ 第１回転体 １４ａ 内周歯 １４ｂ 段差部 １４ｃ 突出部 １５ 第２回転体 １５ｂ 段差部 １５ｃ 突出部 １５ｄ 送りつめ １６ 弾性体 １７ 出力歯車 １８ つなぎ手 ２１ モータ軸 ２２ ロータ・コア ２３ ステータ・コア ２４ ボルト ２５ 第１歯車ユニット ２６ 第２歯車ユニット ２７ 第３歯車ユニット ２８ 第３回転体 ２８ａ 内周歯 ３０ 踏力検出手段 ３１ 第１回転部材 ３２ 第２回転部材 ３３ 傘歯車 ３４ 傘歯車 ３５ 傘歯車 ３６ 支持軸 ３７ 出力軸 ３８ センサ ３９ フレーム ４１ 第１入力歯車 ４２ 第２入力歯車 ４３ 逆転歯車 ４４ 歯車 ４５ 歯車 ４６ アーム部材 ４７ 付勢スプリング ４８ ストッパ部材
フロントページの続き (72)発明者 中里 博 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 宮澤 弘 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 篠崎 順一郎 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−358987（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−95744（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−276885（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−178769（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−175471（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B62M 23/02

Claims (29)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 人力駆動力とモータ駆動力を合成する駆
    動力補助装置において、 人力駆動手段、補助動力駆動手段、及び、踏力検出手段
    を具備し、 前記人力駆動手段は、踏力が伝達されるクランク軸の外
    周に、第１及び第２回転体を有する駆動力伝達機構を設
    けて構成され、前記駆動力伝達機構は、第１の一方向ク
    ラッチと、人力駆動力を伝達する弾性体と、を備え、 前記補助動力駆動手段は、モータ及び減速機構を設けて
    構成され、更に、前記モータからの駆動力を、第２の一
    方向クラッチを介して、前記クランク軸外周にて前記駆
    動力伝達機構に合成し、 前記踏力検出手段は、前記弾性体の駆動力伝達経路の前
    後に介在させた第１及び第２回転体の回転差をセンサで
    検出する構成であること、を特徴とする駆動力補助装
    置。
  2. 【請求項２】 前記補助動力駆動手段の減速機構は、減
    速歯車を互い違いに配列して構成されることを特徴とす
    る請求項１記載の駆動力補助装置。
  3. 【請求項３】 前記減速歯車列の各歯車の中心が、前記
    モータとクランク軸を結ぶ仮想線及びモータの外径を各
    辺とする仮想四角形内に配置されていることを特徴とす
    る請求項２記載の駆動力補助装置。
  4. 【請求項４】 前記踏力検出手段は、差動歯車機構を設
    けて構成され、この差動歯車機構の二つの軸に前記第１
    及び第２回転体を連係するとともに、当該差動歯車機構
    の第３軸をセンサに連係したことを特徴とする請求項１
    記載の駆動力補助装置。
  5. 【請求項５】 前記第１及び第２回転体から前記差動歯
    車機構までの間と、前記差動歯車機構から前記センサま
    での間の一方又は双方に、回転を機械的に増幅する機構
    が付加されていることを特徴とする請求項４記載の駆動
    力補助装置。
  6. 【請求項６】 前記差動歯車機構に遊星歯車が用いられ
    ていることを特徴とする請求項４記載の駆動力補助装
    置。
  7. 【請求項７】 前記踏力検出手段は、そのセンサにエン
    コーダを用い、このエンコーダで前記第１及び第２回転
    体の回転数をカウントし、このカウント数差から人力ト
    ルクを判定するものであることを特徴とする請求項１記
    載の駆動力補助装置。
  8. 【請求項８】 人力駆動力とモータ駆動力を合成する駆
    動力補助装置において、 人力駆動手段、補助動力駆動手段、及び、踏力検出手段
    を具備し、 前記人力駆動手段は、 前記クランク軸の外周に同軸状に配置され、第１の一方
    向クラッチを備えて前記クランク軸の順方向の回転力の
    みが伝達される第１回転体と、 前記クランク軸の外周に同軸状に遊転配置される第２回
    転体と、 前記第１回転体と第２回転体との間に装着され、前記第
    １回転体の回転力を第２回転体に伝達する弾性体と、 前記第２回転体の回転力が伝達される出力歯車と、を備
    え、 前記補助動力駆動手段は、 モータと、 前記モータの駆動力を減速する減速歯車列と、 前記クランク軸の外周に同軸状に遊転配置され、外周歯
    で前記減速歯車の最終歯車と噛合し、且つ、内周に第２
    の一方向クラッチを備えて前記最終歯車の順方向の回転
    力のみを前記第２回転体へ伝達する第３回転体と、を備
    え、 前記踏力検出手段は、 前記第１回転体の外周に固着した第１回転部材と、 前記第２回転体の外周に固着した第２回転部材と、 前記第１及び第２回転部材にそれぞれ連係する一対の第
    １及び第２傘歯車と、 前記一対の第１及び第２傘歯車の間に噛合装着される第
    ３傘歯車と、 前記第３傘歯車を軸支する支持軸の、前記一対の第１及
    び第２傘歯車に対する回動変化を、当該第１及び第２傘
    歯車の相互の差動として取り出す出力軸と、 前記出力軸に接続するセンサと、を備え、たことを特徴
    とする駆動力補助装置。
  9. 【請求項９】 人力駆動手段、補助動力駆動手段又は踏
    力検出手段のいずれかに速度検出手段が設けられている
    ことを特徴とする請求項１又は８記載の駆動力補助装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記人力駆動手段、補助動力駆動手
    段、及び、踏力検出手段は、ケース内に収納されている
    ことを特徴とする請求項１又は８記載の駆動力補助装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記ケースには、進行方向に沿ったフ
    ィンを設けてあることを特徴とする請求項１０記載の駆
    動力補助装置。
  12. 【請求項１２】 前記弾性体がねじりコイルバネである
    ことを特徴とする請求項１又は８記載の駆動力補助装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記弾性体がねじりコイルバネであっ
    て、このコイルバネの端面をアール状に形成するととも
    に、コイルバネの変形を規制する部材が設けられている
    ことを特徴とする請求項１又は８記載の駆動力補助装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記コイルバネの端面を受ける部位が
    前記第１及び第２回転体にそれぞれ設けられており、更
    に前記コイルバネの端面を受ける部位が曲面形状に設け
    られていることを特徴とする請求項１３記載の駆動力補
    助装置。
  15. 【請求項１５】 前記ねじりコイルバネのねじれ角度が
    ２０度以下、好ましくは１０度以下であって、このねじ
    れ角度を越えると、前記第１及び第２回転体にそれぞれ
    設けられている突出部の側部同士が当接することを特徴
    とする請求項１３記載の駆動力補助装置。
  16. 【請求項１６】 前記補助動力駆動手段のモータと前記
    踏力検出手段を一方の側に、また、前記補助動力駆動手
    段の歯車列を他方の側に、配置したことを特徴とする請
    求項１又は８記載の駆動力補助装置。
  17. 【請求項１７】 前記補助動力駆動手段のモータは、そ
    のステータ・コアのポールの放射方向の端部をケースに
    固定したことを特徴とする請求項１又は８記載の駆動力
    補助装置。
  18. 【請求項１８】 前記踏力検出手段のセンサは、前記第
    １及び第２回転体の外周に配置されていることを特徴と
    する請求項１又は８記載の駆動力補助装置。
  19. 【請求項１９】 前記ケースは、少なくとも３つの部分
    以上からなる分割ケースを１つに組み合わせて形成され
    ることを特徴とする請求項１０記載の駆動力補助装置。
  20. 【請求項２０】 前記ケースの最大幅を、一般の自転車
    のペダルアームの間隔以下に設定したことを特徴とする
    請求項１０記載の駆動力補助装置。
  21. 【請求項２１】 前記ケースに１つの配線取出口を形成
    し、前記モータ及びセンサからの配線を、前記配線取出
    口より引き出すようにしたことを特徴とする請求項１０
    記載の駆動力補助装置。
  22. 【請求項２２】 前記モータ及びセンサからの配線を、
    モータ駆動回路及び制御装置の回路基板とコネクタで接
    続し、前記回路基板と電源部とをコネクタで接続したこ
    とを特徴とする請求項１０記載の駆動力補助装置。
  23. 【請求項２３】 前記モータ、前記センサ及び制御装置
    の回路基板をケース内に配置するとともに、これらから
    の配線を、コネクタを介してケース外に配置した電源部
    に接続したことを特徴とする請求項１０記載の駆動力補
    助装置。
  24. 【請求項２４】 前記電源部をメインパイプに配置する
    とともに、前記モータを前記電源部に対向させて前記ケ
    ースを配置し、前記回路基板からの配線を、コネクタを
    介して前記電源部に接続したことを特徴とする請求項２
    ３記載の駆動力補助装置。
  25. 【請求項２５】 前記電源部を立パイプに配置するとと
    もに、前記モータを前記電源部に対向させて前記ケース
    を配置し、前記回路基板からの配線を、コネクタを介し
    て前記電源部に接続したことを特徴とする請求項２３記
    載の駆動力補助装置。
  26. 【請求項２６】 前記モータ及び制御装置の回路基板
    は、ケース設置時において進行方向側の前面、上面又は
    後面に配置したことを特徴とする請求項１０記載の駆動
    力補助装置。
  27. 【請求項２７】 前記モータ駆動回路及び制御装置の回
    路基板は、前記モータの近傍で且つ、減速機構の側部に
    配置したことを特徴とする請求項１０記載の駆動力補助
    装置。
  28. 【請求項２８】 前記回路基板に面するケースに開口部
    を形成し、更に、前記回路基板にコネクタを配置して、
    前記コネクタを前記開口部に臨ませて設けたことを特徴
    とする請求項２７記載の駆動力補助装置。
  29. 【請求項２９】 メインパイプに電源を配置し、進行方
    向側前方のケース又はケース上方に設けたコネクタで前
    記電源と制御装置の回路基板とを接続したことを特徴と
    する請求項１０記載の駆動力補助装置。
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