JP4028446B2 - 補助動力装置付き車輌 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力と補助動力装置による補助動力とを用いて駆動する、補助動力装置付き車輌及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モータ（電動機）などの既知の駆動装置を補助動力装置として装備し当該補助動力装置による補助動力を操作者や使用者などの人力に基づく（以下、”人力駆動力”という）に加えて走行駆動する補助動力装置付き車輌が知られている。具体的に言えば、例えば操作者がペダルを踏むことにより生じるペダル踏力（回転力）、あるいはハンドリムを回すことにより生じる回転力の上に、モータを駆動することにより生じる補助動力を加えて、車輪を回転し走行するモータ付き自転車、モータ付き車椅子または荷物搬送車等がある。このような補助動力装置付き車輌では、人力駆動力を検出して、検出した人力駆動力に基づきモータを制御することが一般的である。
【０００３】
第１の従来例の補助動力装置付き車輌としては、特開平９−９５２８９号公報に開示された補助動力装置付き自転車がある。この第１の従来例の補助動力装置付き車輌は、ペダルアームを両端に装着したクランク軸、前記クランク軸の外周に設けられ、一端が踏力ワンウェイクラッチを介して上記クランク軸に連結された管状または筒状の中空トルク伝達部材、及び前記中空トルク伝達部材の他端に嵌合され、チェーンを介して駆動輪に動力を与えるためのドライブスプロケットを備えている。さらに、第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力を検出するために、磁歪式トルクセンサを中空トルク伝達部材の外周に配設している。このように、第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、チェーンを用いて駆動輪に動力を伝達するよう構成することにより、ドライブシャフトを用いて駆動輪に動力を伝達していた以前の補助動力装置付き車輌に比べて、車輌の重量を軽減していた。
【０００４】
また、第２の従来例の補助動力装置付き車輌としては、特開平８−２９７０５９号公報に開示された自転車用トルク検出装置を用いたものがある。この第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、一端部がクランク軸に連結され、他端部がドライブスプロケットに固着された中空円筒状のドライブシェル、前記ドライブシェルの外周面上に取り付けた磁性材料、及び前記磁性材料を外包したコイルユニットを有するトルク検出装置をフレーム（車体）のハンガー内に設けている。これにより、第２の従来例の補助動力装置付き車輌は、在来の機械式トルク検出装置に比べて、小型軽量化したトルク検出装置によって人力駆動力を検出していた。さらに、第２の従来例の補助動力装置付き車輌は、モータを駆動輪（後輪）に装着することにより、モータからの補助動力を駆動輪に直接的に伝達して、車輌の構成を簡略化していた。
【０００５】
また、第３の従来例の補助動力装置付き車輌としては、特開平１０−８１２９２号公報に開示された駆動装置を用いたものがある。この第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、ドライブスプロケットの後下方に小径の駆動スプロケットを設けて、この駆動スプロケットにモータからの補助動力をチェーンに伝達している。これにより、第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、減速ギヤ比を小さくすることができ、減速機構での減速段数を減らしていた。さらに、この第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、駆動スプロケットをチェーンの緩み側に巻き付けることにより、その駆動スプロケットに対するチェーンの十分な巻付角度を得ていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、磁歪式トルクセンサがモータの近くに設けられ、さらに磁歪式トルクセンサはモータのシャフトの先端部とともに補助動力装置ケーシング内に収納されていた。このため、この第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、磁歪式トルクセンサがモータからの磁気の影響を受けやすく、人力駆動力を正確に検出することができないという問題点があった。さらに、第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、補助動力装置ケーシング内にモータワンウェイクラッチや減速機構等の力伝達機構を配置して、モータのシャフトと中空トルク伝達部材を連結していた。このため、第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、力伝達機構の構成が複雑、かつ大型なものとなり、さらに補助動力装置ケーシングもまた大型化して、当該車輌を小型軽量化することができなかった。また、第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、モータワンウェイクラッチは中空トルク伝達部材の踏力ワンウェイクラッチと反対側の端部に取り付けられていたので、磁歪式トルクセンサの取り付け箇所が制限され、その磁性膜の幅も小さなものとなった。その結果、この第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、磁歪式トルクセンサの検出感度を向上することが困難なものであった。
【０００７】
また、第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、ドライブシェルの一端部がクランク軸に連結され、他端部がドライブスプロケットに固着されていた。このため、第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、クランク軸の回転がドライブシェルを経てそのままドライブスプロケットに伝達された。それゆえ、第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、操作者が走行中にクランク軸を逆回転したとき、その逆回転がドライブシェル及びドライブスプロケットに伝達され、さらにチェーンを介してモータに伝えられてモータを逆回転することがあった。その結果、第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、操作者が例えば惰性走行を楽しめずに、車輌としての使用感が快適でなかった。さらに、第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、モータを駆動輪に装着しているため、駆動輪の構造が複雑なものとなり、さらに車輌の重量バランスを調整することが必要であった。また、モータ用のバッテリーやコントローラはクランク軸の近傍に設けられているため、それらの部材とモータとを接続する配線が長くなり、配線の配置箇所等を考慮する必要があった。
【０００８】
また、第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力を検出するトルク検出部が変位センサーやコイルバネ等を用いた機械式トルクセンサによって構成されていた。このため、この第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、トルク検出部の構造が大きく、かつそのトルク検出部の軽量化が困難なものであった。
さらに、第３の従来例の補助動力装置付き車輌は、上記トルク検出部、ドライブスプロケットに連結された人力駆動部、及び駆動スプロケットに連結された補助動力駆動部をケース内に収容していた。このため、第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、ケースの構造もまた大きくなり、車輌の重量も増加した。また、第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、チェーンラインの変更やチェーンテンションを調整することが困難なものであった。それというのは、チェーンラインやチェーンテンションを変更、調整するためには、ドライブスプロケットと駆動スプロケットの位置関係を変更する必要がある。しかしながら、これらのスプロケットはケース内に一体的に収容された人力駆動部と補助動力駆動部に連結されている。このため、上記位置関係を変更するためには、ケースもまた変更することが要求されたからである。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、使用感の低下を生じることなく、人力駆動部及び補助動力駆動部の構成を簡略化して、小型軽量化を容易に行える補助動力装置付き車輌及びその制御方法を提供することを目的とする。
また、この発明は、人力駆動力を正確に検出することができる補助動力装置付き車輌及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の補助動力装置付き車輌は、人力駆動力を検出する磁歪式センサと、走行を行うための車輌走行部と、前記人力駆動力をこの車輌走行部に伝達するドライブスプロケットと、前記人力駆動力をこのドライブスプロケットに伝達する一方向力伝達部材と、前記人力駆動力をこの一方向力伝達部材に伝達する中空部材と、補助動力を出力する補助動力装置と、この補助動力装置の出力を減速する減速機構と、検出した前記人力駆動力の値に基いて前記補助動力装置の制御を行う制御部と、減速された前記補助動力を前記車輌走行部に伝達する補助スプロケットと、この補助スプロケットと前記ドライブスプロケットとそれぞれ独立に係合しそれらの駆動力を前記車輌走行部に伝達するチェーンと、前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とをそれぞれ覆う非磁性体材料からなるケーシングとを備え、前記磁歪式センサは前記中空部材に伝達する前記人力駆動力を検出し、前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とを前記ケーシングで隔てている補助動力装置付き車輌であって、前記補助動力装置付き車輌は、前記中空部材は前記ケーシングに対して回転自在に支持されたことを特徴とする。
【００１１】
別の観点による発明の補助動力装置付き車輌は、前記磁歪式センサは前記中空部材の外周上に設けられたことを特徴とする。
【００１２】
別の観点による発明の補助動力装置付き車輌は、前記ドライブスプロケットは前記ケーシングに対して回転自在に支持されたことを特徴とする。
【００１３】
別の観点による発明の補助動力装置付き車輌は、人力駆動力を検出する磁歪式センサと、走行を行うための車輌走行部と、前記人力駆動力をこの車輌走行部に伝達するドライブスプロケットと、前記人力駆動力をこのドライブスプロケットに伝達する一方向力伝達部材と、前記人力駆動力をこの一方向力伝達部材に伝達する中空部材と、補助動力を出力する補助動力装置と、この補助動力装置の出力を減速する減速機構と、検出した前記人力駆動力の値に基いて前記補助動力装置の制御を行う制御部と、減速された前記補助動力を前記車輌走行部に伝達する補助スプロケットと、この補助スプロケットと前記ドライブスプロケットとそれぞれ独立に係合しそれらの駆動力を前記車輌走行部に伝達するチェーンと、前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とをそれぞれ覆う非磁性体材料からなるケーシングとを備え、前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とを前記ケーシングで隔てている補助動力装置付き車輌であって、前記磁歪式センサは前記中空部材に伝達する前記人力駆動力を検出し、非接触式であることを特徴とする。
【００１４】
別の観点による発明の補助動力装置付き車輌は、前記補助動力装置付き車輌は、前記中空部材は前記ケーシングに対して回転自在に支持されたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法を示す実施例について図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、本発明の補助動力装置付き車輌の一つの好ましい実施例として、脚力（ペダル踏力）と補助動力とを組み合わせて走行する自転車を構成した例について説明する。また、他の実施例としては、ホイールチェア（車椅子）あるいは荷物搬送車であってもよい。
【００２１】
《第１の実施例》
図１は本発明の第１の実施例である補助動力装置付き車輌の概略構成を示す構造図であり、図２は図１に示した補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図である。
図１、及び図２に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌は、当該車輌を走行するための車輌走行部１、前記車輌走行部１を駆動するための人力駆動部２及び補助動力駆動部３、及び補助動力駆動部３の制御を行う制御部４を具備している。制御部４は、人力駆動部２から車輌走行部１に伝達された人力に基づく力、すなわち人力駆動力を検出する人力駆動力検出部５、及び前記人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータに基づいて、当該車輌の補助動力を算出する補助動力算出部６を備えている。人力駆動力検出部５は、人力駆動力を所定のサンプリング周期（例えば、１msec）で検出して、検出した人力駆動力のデータを補助動力算出部６に出力する。
【００２２】
車輌走行部１は、路面と接して車輌を走行するための前輪１ａと後輪１ｂ、前輪１ａと後輪１ｂを回転自在にそれぞれ支持する支持機構１ｃ，１ｄ、及び前記支持機構１ｃ，１ｄを含んだ車体フレーム１ｅを備えている。車輌走行部１には、人力駆動部２からの人力駆動力と補助動力駆動部３からの補助動力が駆動輪である後輪１ｂに供給され、これにより前輪１ａと後輪１ｂが回転して車輌が走行する。
人力駆動部２は、クランク軸７、前記クランク軸７の両端に装着された一対のペダルクランク８、及び各ペダルクランク８に取り付けられ、操作者や使用者などの人力を受け取るためのペダル９を備えている。さらに、人力駆動部２には、クランク軸７から後輪１ｂに人力駆動力を伝達するために、後述の人力駆動力伝達機構部１０（図３）、前記人力駆動力伝達機構部１０を介してクランク軸７に連結されたドライブスプロケット１１、及び前記ドライブスプロケット１１に係合したチェーン１２が設けられている。
【００２３】
ここで、人力駆動力伝達機構部１０とその人力駆動力伝達機構部１０に設けられた人力駆動力検出部５について、図３を参照して詳細に説明する。
図３は、図１のIII−III線で断面をとった人力駆動力伝達機構部及び人力駆動力検出部の構成を示す断面図である。
図３に示すように、円筒状の第１のケーシング１３の内部には、クランク軸７、前記クランク軸７からドライブスプロケット１１に人力駆動力を伝達する人力駆動力伝達機構部１０、及び人力駆動力検出部５が収納されている。上述の人力駆動力伝達機構部１０は、クランク軸７の外周に設けられ、一端部が前記クランク軸７に連結された円筒状の中空部材１４、前記中空部材１４の他端部に固定されたラチェット１５、及び一端部が前記ラチェット１５を介して中空部材１４の他端部に連結され、他端部がドライブスプロケット１１に一体的に嵌合された動力伝達部材１６を具備している。
【００２４】
クランク軸７は、鉄を含む金属部材により構成され、第１のケーシング１３に回転自在に装着されている。クランク軸７の両端部には、ペダルクランク８がフィキシングナット１７によって固定されている。これにより、操作者などからペダル９（図１）に与えられた人力（踏力）は、ペダルクランク８を経て回転力に変換され、人力駆動力としてクランク軸７に伝達される。
第１のケーシング１３は、アルミニウム、ステンレスあるいは類似の非磁性体材料により構成され、円筒状部１３ａ及び前記円筒状部１３ａの両端に設けられた第１、第２の端部１３ｂ，１３ｃを備えている。第１のケーシング１３を非磁性体材料により構成することにより、当該車輌の軽量化、及び内部に収納した人力駆動力検出部５への外部磁気の誘導による影響を避けることが可能となる。円筒状部１３ａは、車体フレーム１ｅ（図１）に設けられた孔部（図示せず）に嵌合され、その車体フレーム１ｅに固定される。第１の端部１３ｂの内側には、ボールベアリング１８が設けられ、クランク軸７を回転自在に支持している。
【００２５】
中空部材１４は、鉄等の金属部材により構成され、クランク軸７と一体的に回転運動を行う。詳細にいえば、中空部材１４の一端部の内側にはクランク軸７の外周上に設けられた複数の刃部７ａとかみ合う溝部が設けられ、中空部材１４はクランク軸７に連結されてともに回転する。中空部材１４の一端部の外側には、ボールベアリング１９が円筒状部１３ａとの間に設けられている。これにより、中空部材１４は、第１のケーシング１３に対して回転自在に支持される。
ラチェット１５は、中空部材１４から動力伝達部材１６への一方向に力（人力駆動力）を伝達する一方向力伝達部材であり、鉄等の強度の大きい金属部材により構成されている。このラチェット１５を設けることにより、動力伝達部材１６から中空部材１４への逆方向の回転力（反力）の伝達が阻止され、例えばチェーン１２（図１）のゆるみや路面の状態による振動などで生じた外乱の影響が中空部材１４に伝わることを防止することができる。
動力伝達部材１６は、鉄等の強度の大きい金属部材により構成され、その一端部の内側部分がラチェット１５と嵌合して中空部材１４に連結されている。動力伝達部材１６の一端部の外側部分にはボールベアリング２０が円筒状部１３ａとの間に設けられ、動力伝達部材１６の他端部の外側部分にはボールベアリング２１が第２の端部１３ｃとの間に設けられている。これにより、動力伝達部材１６は、第１のケーシング１３に対して回転自在に支持される。さらに、他端部の内側部分には、ニードルベアリング２２がクランク軸７との間に設けられ、クランク軸７と動力伝達部材１６を相互に回転自在に支持している。
【００２６】
人力駆動力検出部５は、非接触式トルクセンサ、例えば磁歪式トルクセンサにより構成され、中空部材１４の外周面上に設けられている。尚、ここでいう、非接触式トルクセンサとは、クランク軸７や人力駆動力伝達機構部１０等の人力駆動部２（図１）の構成部材と機械的な部材や導線などにより連結されずに、あるいは摺動接触せずに、人力駆動部２からの人力駆動力をトルクとして検出できるものをいう。
具体的にいえば、人力駆動力検出部５は、中空部材１４の外周面上に固着されたアモルファス合金製の磁性膜２３、前記磁性膜２３から所定のギャップをおいて磁性膜２３に相対的に回転可能に設けられた樹脂製の円筒状のボビン２４、及び前記ボビン２４に巻装された一対のトルク検出用コイル２５を備えている。磁性膜２３には、例えば文字「ハハーーー」状のパターンの形状をもつスリット（図示せず）が設けられている。一対のトルク検出用コイル２５は、上記スリットに対向して配置されている。これにより、クランク軸７が回転するとき、ペダルクランク８にかかる人力駆動力の変化に応じてこの磁性膜２３の各部にねじれ歪みを生じ、それによりさらに透磁率の変化を生じる。トルク検出用コイル２５がその透磁率の変化を検出して補助動力算出部６（図２）に出力する。
【００２７】
図１に戻って、補助動力駆動部３は、チェーン１２と係合して補助動力を加えるための補助動力スプロケット２６、前記補助動力スプロケット２６に連結された後述の補助動力伝達機構部２７（図４）を収納した第２のケーシング２８、及び前記第２のケーシング２８に取り付けられ、チェーン１２と当接するアイドラー２９を備えている。また、補助動力装置であるモータは、補助動力スプロケット２６の反対側で第２のケーシング２８に一体的に取り付けられている（詳細は後述）。上記モータの電源を構成する二次電池等の電池３０が、車体フレーム１ｅに着脱可能に取り付けられている。
アイドラー２９は、ローラー部材（回転体）により構成され、補助動力スプロケット２６に近接して第２のケーシング２８に固定されている。このアイドラー２９の位置は、チェーン１２がアイドラー２９の周囲を実質的に１２０度以上周回してアイドラー２９の表面と当接するような位置に設けられている。これにより、補助動力は、補助動力スプロケット２６からチェーン１２に効率よく与えられる。さらに、第２のケーシング２７は、第１のケーシング１３（図３）とは別体に構成されて車体フレーム１ｅに取り付けられている。このように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、ドライブスプロケット１１に対する補助動力スプロケット２６及びアイドラー２９の設置箇所を容易に変更することができる。その結果、本実施例の補助動力装置付き車輌では、チェーンラインの変更、及びチェーンテンションの調整を容易に行うことができる。尚、図１においては、ドライブスプロケット１１及び補助動力スプロケット２６の各刃部を明瞭なものとするために、それらの刃部を拡大して図示している。このため、図１においては、それらの刃部が互いにかみ合うよう図示されているが、実際は図７に示すように、ドライブスプロケット１１及び補助動力スプロケット２６はチェーン１２にのみ係合するように互いに所定の距離をおいて配置されている。
【００２８】
ここで、補助動力駆動部３の詳細な構成について、図４を参照して説明する。図４は、図１のIV−IV線で断面をとった補助動力駆動部の構成を示す断面図である。
図４において、補助動力駆動部３は、モータ３１、及び第２のケーシング２８内に収納され、モータ３１からの補助動力を補助動力スプロケット２６に伝達する補助動力伝達機構部２７を備えている。
第２のケーシング２８は、アルミニウム、ステンレスあるいは類似の非磁性体材料により構成された補助動力スプロケット２６側の第１の容器２８ａと、同じく非磁性体材料により構成され、モータ３１の外容器３１ａに取り付けられた第２の容器２８ｂからなる。
補助動力伝達機構部２７は、モータ３１のシャフト３１ｂに連結され、第２の容器２８ｂに回転自在に装着された摩擦式遊星減速機構３２、前記摩擦式遊星減速機構３２に連結され、第１の容器２８ａに回転自在に装着された第１の補助動力伝達部材３３、及び前記第１の補助動力伝達部材３３に連結され、ワンウェイクラッチ３５を介して出力軸３６に連結された第２の補助動力伝達部材３４を備えている。出力軸３６は、第１、第２の容器２８ａ，２８ｂに回転自在に装着されたものであり、その一端部には補助動力スプロケット２６が嵌合されている。
【００２９】
補助動力スプロケット２６は、図１に示したドライブスプロケット１１に比べて小径なもの、例えば３０〜４０％程度のものを用いている。このように構成することにより、補助動力伝達機構部２７での減速段数、すなわち補助動力伝達部材の設置数を減らすことが可能である。その結果、補助動力駆動部３を小型軽量化することが可能となる。
ワンウェイクラッチ３５は、第２の補助動力伝達部材３４から出力軸３６への一方向に力（補助動力）を伝達する一方向力伝達部材であり、鉄等の金属部材により構成されている。このワンウェイクラッチ３５を設けることにより、出力軸３６から第２の補助動力伝達部材３４への逆方向の回転力（反力）の伝達が阻止される。その結果、例えばチェーン１２（図１）に生じた外乱の影響が補助動力伝達部材２７を経てモータ３１に伝わることを防止することができる。
尚、上述の説明では、摩擦式遊星減速機構３２を用いることにより、モータ３１の回転速度を減速して所望のトルク（補助動力）を得る場合について説明した。しかし、実施例はこれに限定されるものではなく、上述の回転速度をギアのみで減速しても、あるいは既知のハイポイドギアを用いて減速する構成でもよい。
【００３０】
モータ３１は、通電電流などの補助動力の大きさを示すための情報を制御部４の補助動力算出部６（図２）に逐次出力して、その補助動力算出部６からの指示信号に基づいて作動（回転）する。また、第２のケーシング２８には、上述の補助動力算出部６を収納した第３のケーシング３７が固定されている。
補助動力駆動部３の電源スイッチ（図示せず）がオンされたとき、補助動力駆動部３は後輪（駆動輪）１ｂ（図１）を回転しない程度の補助動力を予め出力するよう構成されている。このように構成することにより、ドライブスプロケット１１及び補助動力スプロケット２６から人力駆動力及び補助動力をそれぞれチェーン１２に与えるよう構成したときに生じる補助動力の出力制御での応答性の悪化を防止することが可能となる。
【００３１】
以上のように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力伝達機構部１０が、クランク軸７の外周部に設けられ、一端部がクランク軸７に連結された中空部材１４、及び一端部が中空部材１４の他端部にラチェット１５を介して連結され、他端部がチェーン１２と係合するドライブスプロケット１１に一体的に嵌合された動力伝達部材１６により構成されている。これにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動部２の構成を簡略化することができ、当該車輌を小型軽量化することができる。さらに、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力検出部５を中空部材１４の外周面上に設け、人力駆動力伝達機構部１０とともに第１のケーシング１３内に収納している。これにより、人力駆動力検出部５に作用する外部磁気の影響を防止することができ、人力駆動力を正確に検出することができる。
さらに、本実施例の補助動力装置付き車輌では、補助動力駆動部３が、ドライブスプロケット１１から独立して構成され、補助動力を与える補助動力スプロケット２６、及び第１のケーシング１３と別体に構成され、補助動力伝達機構部２７とモータ３１のシャフト３１ｂを収納した第２のケーシング２８を備えている。このように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、補助動力駆動部３の構成を簡略化することができ、当該車輌を小型軽量化することができる。さらに、モータ３１からの磁気の影響を抑制することができる。
【００３２】
《第２の実施例》
図５は、本発明の第２の実施例である補助動力装置付車輌での人力駆動力伝達機構部の構成を示す断面図である。この実施例では、補助動力装置付き車輌の構成において、一方向力伝達部材を介して中空部材の一端部とクランク軸を連結し、かつ動力伝達部材を設けることなく、中空部材の他端部をドライブスプロケットに連結した。それ以外の各部は、第１の実施例に示すものと同様であるのでそれらの重複した説明は省略する。
図５に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、円筒状の第１のケーシング３８の内部には、クランク軸７、前記クランク軸７からドライブスプロケット１１に人力駆動力を伝達する人力駆動力伝達機構部４０、及び人力駆動力検出部５が収納されている。
第１のケーシング３８は、第１の実施例のものと同様に、アルミニウム、ステンレスあるいは類似の非磁性体材料により構成されている。第１のケーシング３８は、円筒状部３８ａ、前記円筒状部３８ａの一端部に設けられた第１の端部３８ｂを備えている。第１のケーシング３８を非磁性体材料により構成することにより、当該車輌の軽量化、及び内部に収納した人力駆動力検出部５への外部磁気の影響を抑制することが可能となる。円筒状部３８ａは、車体フレーム１ｅ（図１）に設けられた孔部（図示せず）に嵌合され、その車体フレーム１ｅに固定される。第１の端部３８ｂの内側には、ボールベアリング３９ａが設けられ、クランク軸７を回転自在に支持している。
【００３３】
人力駆動力伝達機構部４０は、クランク軸７の外周に設けられ、一端部がラチェット４１を介してクランク軸７に連結され、他端部がドライブスプロケット１１に一体的に嵌合した円筒状の中空部材４２により構成されている。
ラチェット４１は、鉄等の強度の大きい金属部材により構成され、クランク軸７の刃部７ａと中空部材４２の一端部の内側部分の間に設けられている。ラチェット４１は、クランク軸７から中空部材４２への一方向に力（人力駆動力）を伝達する一方向力伝達部材であり、中空部材４２からクランク軸７への逆方向の回転力（反力）の伝達が阻止される。その結果、例えばチェーン１２（図１）に生じた外乱の影響がクランク軸７に伝わることを防止することができる。
中空部材４２は、鉄等の金属部材により構成され、クランク軸７と一体的に回転運動を行う。詳細にいえば、中空部材４２の内側部分には、クランク軸７の外周との間にニードルベアリング４３ａ，４３ｂが設けられている。これにより、クランク軸７と中空部材４２は相互に回転自在に支持されている。中空部材４２の他端部の外側部分には、ボールベアリング３９ｂが円筒状部３８ａとの間に設けられている。これにより、中空部材４２は、第１のケーシング３８に対して回転自在に支持される。
【００３４】
以上のように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、第１の実施例のものに比べて、人力駆動力伝達機構部４０の構成を簡略化することができ、当該車輌の小型軽量化を容易に達成することができる。さらに、本実施例の補助動力装置付き車輌では、第１の実施例のものに比べて、部品点数を減らしているので、当該車輌の組立作業を容易なものとすることができる。また、第１の実施例のものに比べて、中空部材４２の外周面の長さ寸法（軸方向寸法）を大きくすることが可能であるので、中空部材４２上に固着されたアモルファス合金製の磁性膜２３の寸法を長くして、人力駆動力検出部５の検出精度を容易に向上することができる。
【００３５】
《第３の実施例》
図６は、本発明の第３の実施例である補助動力装置付車輌での人力駆動力伝達機構部の構成を示す断面図である。この実施例では、補助動力装置付き車輌の構成において、動力伝達部材を設けることなく、中空部材を一方向力伝達部材を介してドライブスプロケットに連結した。それ以外の各部は、第１の実施例に示すものと同様であるのでそれらの重複した説明は省略する。
図６に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、円筒状の第１のケーシング４４の内部には、クランク軸７、前記クランク軸７からドライブスプロケット１１’に人力駆動力を伝達する人力駆動力伝達機構部４６、及び人力駆動力検出部５が収納されている。ドライブスプロケット１１’は、同図に示すように、第１のケーシング４４内に配置される円筒部１１ａ’を備えている。
第１のケーシング４４は、第２の実施例のものと同様に、アルミニウム、ステンレスあるいは類似の非磁性体材料により構成され、円筒状部４４ａ、前記円筒状部４４ａの一端部に設けられた第１の端部４４ｂを備えている。第１のケーシング４４を非磁性体材料により構成することにより、当該車輌の軽量化、及び内部に収納した人力駆動力検出部５への外部磁気の影響を抑制することが可能となる。円筒状部４４ａは、車体フレーム１ｅ（図１）に設けられた孔部（図示せず）に嵌合され、その車体フレーム１ｅに固定される。第１の端部４４ｂの内側には、ボールベアリング４５ａが設けられ、クランク軸７を回転自在に支持している。
【００３６】
人力駆動力伝達機構部４６は、クランク軸７の外周に設けられ、一端部がクランク軸７に連結され、他端部がワンウェイクラッチ４８を介してドライブスプロケット１１’に連結した円筒状の中空部材４７により構成されている。
中空部材４７は、鉄等の金属部材により構成され、クランク軸７と一体的に回転運動を行う。詳細にいえば、中空部材４７の一端部の外側には、ボールベアリング４９が円筒状部４４ａとの間に設けられている。これにより、中空部材４７は、第１のケーシング４４に対して回転自在に支持される。また、中空部材４７の一端部の内側にはクランク軸７の外周上に設けられた複数の刃部７ａとかみ合う溝部が設けられ、他端部の内側にはニードルベアリング５０がクランク軸７との間に設けられている。これにより、中空部材４７はクランク軸７に連結されともに回転する。
ワンウェイクラッチ４８は、鉄等の強度の大きい金属部材により構成され、ドライブスプロケット１１’の円筒部１１ａ’と中空部材４７の他端部の外側部分の間に設けられている。ワンウェイクラッチ４８は、中空部材４７からドライブスプロケット１１’への一方向に力（人力駆動力）を伝達する一方向力伝達部材であり、ドライブスプロケット１１’から中空部材４７への逆方向の回転力（反力）の伝達が阻止される。その結果、例えばチェーン１２（図１）に生じた外乱の影響がクランク軸７に伝わることを防止することができる。
【００３７】
以上のように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、第１の実施例のものに比べて、人力駆動力伝達機構部４０の構成を簡略化することができ、当該車輌の小型軽量化を容易に達成することができる。さらに、本実施例の補助動力装置付き車輌では、第１の実施例のものに比べて、部品点数を減らしているので、当該車輌の組立作業を容易なものとすることができる。
【００３８】
尚、上述の第１乃至第３の実施例の説明以外に、アルミニウム、ステンレスあるいは類似の非磁性体材料により、クランク軸７を構成してもよい。このように構成することにより、クランク軸７を伝わる外部磁気の人力駆動力検出部５への影響を抑えることができる。また、クランク軸７を非磁性体材料によって構成する代わりに、ペダルクランク８やフィキシングナット１７を非磁性体材料により構成してもよい。
また、ドライブスプロケット１１，１１’及び補助動力スプロケット２６のうち、少なくともドライブスプロケット１１，１１’を上記の非磁性体材料により構成してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力伝達機構部が、クランク軸の外周部に設けられ、一端部がクランク軸に連結された中空部材、及び一端部が中空部材の他端部にラチェットを介して連結され、他端部がチェーンと係合するドライブスプロケットに一体的に嵌合された動力伝達部材により構成されている。これにより、本発明の補助動力装置付き車輌では、人力駆動部の構成を簡略化することができ、当該車輌を小型軽量化することができる。さらに、本発明の補助動力装置付き車輌では、例えば磁歪式トルクセンサにより構成した人力駆動力検出部を中空部材の外周面上に設け、人力駆動力伝達機構部とともに非磁性体材料の第１のケーシング内に収納している。これにより、人力駆動力検出部に作用する外部磁気の影響を避けることができ、人力駆動力を正確に検出することができる。
さらに、本発明の補助動力装置付き車輌では、補助動力駆動部が、ドライブスプロケットから独立して構成され、補助動力を与える補助動力スプロケット、及び第１のケーシングと別体に構成され、補助動力伝達機構部とモータのシャフトを収納した第２のケーシングを備えている。このように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、補助動力駆動部の構成を簡略化することができ、当該車輌を小型軽量化することができる。さらに、モータからの磁気の影響を抑制することができる。
【００４０】
また、別の観点による発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法では、補助動力駆動部が駆動輪を回転しない程度の補助動力を予め出力するよう構成している。このように構成することにより、ドライブスプロケット及び補助動力スプロケットから人力駆動力及び補助動力をそれぞれチェーンに与えるよう構成したときに生じる補助動力の出力制御での応答性の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である補助動力装置付き車輌の概略構成を示す構造図
【図２】図１に示した補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図
【図３】図１のIII−III線で断面をとった人力駆動力伝達機構部及び人力駆動力検出部の構成を示す断面図
【図４】図１のIV−IV線で断面をとった補助動力駆動部の構成を示す断面図
【図５】本発明の第２の実施例である補助動力装置付車輌での人力駆動力伝達機構部の構成を示す断面図
【図６】本発明の第３の実施例である補助動力装置付車輌での人力駆動力伝達機構部の構成を示す断面図
【図７】図１に示したドライブスプロケット及び補助動力スプロケットの構成を示す拡大図
【符号の説明】
１ 車輌走行部
２ 人力駆動部
３ 補助動力駆動部
５ 人力駆動力検出部
７ クランク軸
８ ペダルクランク
１１，１１’ ドライブスプロケット
１２ チェーン
１４，４２，４７ 中空部材
１５，４１，４８ 一方向力伝達部材
１６ 動力伝達部材
１７ フィキシングナット
２６ 補助動力スプロケット
３１ モータ
３５ 第２の一方向力伝達部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力と補助動力装置による補助動力とを用いて駆動する、補助動力装置付き車輌及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モータ（電動機）などの既知の駆動装置を補助動力装置として装備し当該補助動力装置による補助動力を操作者や使用者などの人力に基づく（以下、”人力駆動力”という）に加えて走行駆動する補助動力装置付き車輌が知られている。具体的に言えば、例えば操作者がペダルを踏むことにより生じるペダル踏力（回転力）、あるいはハンドリムを回すことにより生じる回転力の上に、モータを駆動することにより生じる補助動力を加えて、車輪を回転し走行するモータ付き自転車、モータ付き車椅子または荷物搬送車等がある。このような補助動力装置付き車輌では、人力駆動力を検出して、検出した人力駆動力に基づきモータを制御することが一般的である。
【０００３】
第１の従来例の補助動力装置付き車輌としては、特開平９−９５２８９号公報に開示された補助動力装置付き自転車がある。この第１の従来例の補助動力装置付き車輌は、ペダルアームを両端に装着したクランク軸、前記クランク軸の外周に設けられ、一端が踏力ワンウェイクラッチを介して上記クランク軸に連結された管状または筒状の中空トルク伝達部材、及び前記中空トルク伝達部材の他端に嵌合され、チェーンを介して駆動輪に動力を与えるためのドライブスプロケットを備えている。さらに、第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力を検出するために、磁歪式トルクセンサを中空トルク伝達部材の外周に配設している。このように、第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、チェーンを用いて駆動輪に動力を伝達するよう構成することにより、ドライブシャフトを用いて駆動輪に動力を伝達していた以前の補助動力装置付き車輌に比べて、車輌の重量を軽減していた。
【０００４】
また、第２の従来例の補助動力装置付き車輌としては、特開平８−２９７０５９号公報に開示された自転車用トルク検出装置を用いたものがある。この第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、一端部がクランク軸に連結され、他端部がドライブスプロケットに固着された中空円筒状のドライブシェル、前記ドライブシェルの外周面上に取り付けた磁性材料、及び前記磁性材料を外包したコイルユニットを有するトルク検出装置をフレーム（車体）のハンガー内に設けている。これにより、第２の従来例の補助動力装置付き車輌は、在来の機械式トルク検出装置に比べて、小型軽量化したトルク検出装置によって人力駆動力を検出していた。さらに、第２の従来例の補助動力装置付き車輌は、モータを駆動輪（後輪）に装着することにより、モータからの補助動力を駆動輪に直接的に伝達して、車輌の構成を簡略化していた。
【０００５】
また、第３の従来例の補助動力装置付き車輌としては、特開平１０−８１２９２号公報に開示された駆動装置を用いたものがある。この第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、ドライブスプロケットの後下方に小径の駆動スプロケットを設けて、この駆動スプロケットにモータからの補助動力をチェーンに伝達している。これにより、第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、減速ギヤ比を小さくすることができ、減速機構での減速段数を減らしていた。さらに、この第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、駆動スプロケットをチェーンの緩み側に巻き付けることにより、その駆動スプロケットに対するチェーンの十分な巻付角度を得ていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、磁歪式トルクセンサがモータの近くに設けられ、さらに磁歪式トルクセンサはモータのシャフトの先端部とともに補助動力装置ケーシング内に収納されていた。このため、この第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、磁歪式トルクセンサがモータからの磁気の影響を受けやすく、人力駆動力を正確に検出することができないという問題点があった。さらに、第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、補助動力装置ケーシング内にモータワンウェイクラッチや減速機構等の力伝達機構を配置して、モータのシャフトと中空トルク伝達部材を連結していた。このため、第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、力伝達機構の構成が複雑、かつ大型なものとなり、さらに補助動力装置ケーシングもまた大型化して、当該車輌を小型軽量化することができなかった。また、第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、モータワンウェイクラッチは中空トルク伝達部材の踏力ワンウェイクラッチと反対側の端部に取り付けられていたので、磁歪式トルクセンサの取り付け箇所が制限され、その磁性膜の幅も小さなものとなった。その結果、この第１の従来例の補助動力装置付き車輌では、磁歪式トルクセンサの検出感度を向上することが困難なものであった。
【０００７】
また、第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、ドライブシェルの一端部がクランク軸に連結され、他端部がドライブスプロケットに固着されていた。このため、第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、クランク軸の回転がドライブシェルを経てそのままドライブスプロケットに伝達された。それゆえ、第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、操作者が走行中にクランク軸を逆回転したとき、その逆回転がドライブシェル及びドライブスプロケットに伝達され、さらにチェーンを介してモータに伝えられてモータを逆回転することがあった。その結果、第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、操作者が例えば惰性走行を楽しめずに、車輌としての使用感が快適でなかった。さらに、第２の従来例の補助動力装置付き車輌では、モータを駆動輪に装着しているため、駆動輪の構造が複雑なものとなり、さらに車輌の重量バランスを調整することが必要であった。また、モータ用のバッテリーやコントローラはクランク軸の近傍に設けられているため、それらの部材とモータとを接続する配線が長くなり、配線の配置箇所等を考慮する必要があった。
【０００８】
また、第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力を検出するトルク検出部が変位センサーやコイルバネ等を用いた機械式トルクセンサによって構成されていた。このため、この第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、トルク検出部の構造が大きく、かつそのトルク検出部の軽量化が困難なものであった。
さらに、第３の従来例の補助動力装置付き車輌は、上記トルク検出部、ドライブスプロケットに連結された人力駆動部、及び駆動スプロケットに連結された補助動力駆動部をケース内に収容していた。このため、第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、ケースの構造もまた大きくなり、車輌の重量も増加した。また、第３の従来例の補助動力装置付き車輌では、チェーンラインの変更やチェーンテンションを調整することが困難なものであった。それというのは、チェーンラインやチェーンテンションを変更、調整するためには、ドライブスプロケットと駆動スプロケットの位置関係を変更する必要がある。しかしながら、これらのスプロケットはケース内に一体的に収容された人力駆動部と補助動力駆動部に連結されている。このため、上記位置関係を変更するためには、ケースもまた変更することが要求されたからである。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、使用感の低下を生じることなく、人力駆動部及び補助動力駆動部の構成を簡略化して、小型軽量化を容易に行える補助動力装置付き車輌及びその制御方法を提供することを目的とする。
また、この発明は、人力駆動力を正確に検出することができる補助動力装置付き車輌及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の補助動力装置付き車輌は、人力駆動力を検出する磁歪式センサと、走行を行うための車輌走行部と、前記人力駆動力をこの車輌走行部に伝達するドライブスプロケットと、前記人力駆動力をこのドライブスプロケットに伝達する一方向力伝達部材と、前記人力駆動力をこの一方向力伝達部材に伝達する中空部材と、補助動力を出力する補助動力装置と、この補助動力装置の出力を減速する減速機構と、検出した前記人力駆動力の値に基いて前記補助動力装置の制御を行う制御部と、減速された前記補助動力を前記車輌走行部に伝達する補助スプロケットと、この補助スプロケットと前記ドライブスプロケットとそれぞれ独立に係合しそれらの駆動力を前記車輌走行部に伝達するチェーンと、前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とをそれぞれ覆う非磁性体材料からなるケーシングとを備え、前記磁歪式センサは前記中空部材に伝達する前記人力駆動力を検出し、前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とを前記ケーシングで隔てている補助動力装置付き車輌であって、前記補助動力装置付き車輌は、前記中空部材は前記ケーシングに対して回転自在に支持されたことを特徴とする。
【００１１】
別の観点による発明の補助動力装置付き車輌は、前記磁歪式センサは前記中空部材の外周上に設けられたことを特徴とする。
【００１２】
別の観点による発明の補助動力装置付き車輌は、前記ドライブスプロケットは前記ケーシングに対して回転自在に支持されたことを特徴とする。
【００１３】
別の観点による発明の補助動力装置付き車輌は、人力駆動力を検出する磁歪式センサと、走行を行うための車輌走行部と、前記人力駆動力をこの車輌走行部に伝達するドライブスプロケットと、前記人力駆動力をこのドライブスプロケットに伝達する一方向力伝達部材と、前記人力駆動力をこの一方向力伝達部材に伝達する中空部材と、補助動力を出力する補助動力装置と、この補助動力装置の出力を減速する減速機構と、検出した前記人力駆動力の値に基いて前記補助動力装置の制御を行う制御部と、減速された前記補助動力を前記車輌走行部に伝達する補助スプロケットと、この補助スプロケットと前記ドライブスプロケットとそれぞれ独立に係合しそれらの駆動力を前記車輌走行部に伝達するチェーンと、前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とをそれぞれ覆う非磁性体材料からなるケーシングとを備え、前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とを前記ケーシングで隔てている補助動力装置付き車輌であって、前記磁歪式センサは前記中空部材に伝達する前記人力駆動力を検出し、非接触式であることを特徴とする。
【００１４】
別の観点による発明の補助動力装置付き車輌は、前記補助動力装置付き車輌は、前記中空部材は前記ケーシングに対して回転自在に支持されたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法を示す実施例について図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、本発明の補助動力装置付き車輌の一つの好ましい実施例として、脚力（ペダル踏力）と補助動力とを組み合わせて走行する自転車を構成した例について説明する。また、他の実施例としては、ホイールチェア（車椅子）あるいは荷物搬送車であってもよい。
【００２１】
《第１の実施例》
図１は本発明の第１の実施例である補助動力装置付き車輌の概略構成を示す構造図であり、図２は図１に示した補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図である。
図１、及び図２に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌は、当該車輌を走行するための車輌走行部１、前記車輌走行部１を駆動するための人力駆動部２及び補助動力駆動部３、及び補助動力駆動部３の制御を行う制御部４を具備している。制御部４は、人力駆動部２から車輌走行部１に伝達された人力に基づく力、すなわち人力駆動力を検出する人力駆動力検出部５、及び前記人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータに基づいて、当該車輌の補助動力を算出する補助動力算出部６を備えている。人力駆動力検出部５は、人力駆動力を所定のサンプリング周期（例えば、１msec）で検出して、検出した人力駆動力のデータを補助動力算出部６に出力する。
【００２２】
車輌走行部１は、路面と接して車輌を走行するための前輪１ａと後輪１ｂ、前輪１ａと後輪１ｂを回転自在にそれぞれ支持する支持機構１ｃ，１ｄ、及び前記支持機構１ｃ，１ｄを含んだ車体フレーム１ｅを備えている。車輌走行部１には、人力駆動部２からの人力駆動力と補助動力駆動部３からの補助動力が駆動輪である後輪１ｂに供給され、これにより前輪１ａと後輪１ｂが回転して車輌が走行する。
人力駆動部２は、クランク軸７、前記クランク軸７の両端に装着された一対のペダルクランク８、及び各ペダルクランク８に取り付けられ、操作者や使用者などの人力を受け取るためのペダル９を備えている。さらに、人力駆動部２には、クランク軸７から後輪１ｂに人力駆動力を伝達するために、後述の人力駆動力伝達機構部１０（図３）、前記人力駆動力伝達機構部１０を介してクランク軸７に連結されたドライブスプロケット１１、及び前記ドライブスプロケット１１に係合したチェーン１２が設けられている。
【００２３】
ここで、人力駆動力伝達機構部１０とその人力駆動力伝達機構部１０に設けられた人力駆動力検出部５について、図３を参照して詳細に説明する。
図３は、図１のIII−III線で断面をとった人力駆動力伝達機構部及び人力駆動力検出部の構成を示す断面図である。
図３に示すように、円筒状の第１のケーシング１３の内部には、クランク軸７、前記クランク軸７からドライブスプロケット１１に人力駆動力を伝達する人力駆動力伝達機構部１０、及び人力駆動力検出部５が収納されている。上述の人力駆動力伝達機構部１０は、クランク軸７の外周に設けられ、一端部が前記クランク軸７に連結された円筒状の中空部材１４、前記中空部材１４の他端部に固定されたラチェット１５、及び一端部が前記ラチェット１５を介して中空部材１４の他端部に連結され、他端部がドライブスプロケット１１に一体的に嵌合された動力伝達部材１６を具備している。
【００２４】
クランク軸７は、鉄を含む金属部材により構成され、第１のケーシング１３に回転自在に装着されている。クランク軸７の両端部には、ペダルクランク８がフィキシングナット１７によって固定されている。これにより、操作者などからペダル９（図１）に与えられた人力（踏力）は、ペダルクランク８を経て回転力に変換され、人力駆動力としてクランク軸７に伝達される。
第１のケーシング１３は、アルミニウム、ステンレスあるいは類似の非磁性体材料により構成され、円筒状部１３ａ及び前記円筒状部１３ａの両端に設けられた第１、第２の端部１３ｂ，１３ｃを備えている。第１のケーシング１３を非磁性体材料により構成することにより、当該車輌の軽量化、及び内部に収納した人力駆動力検出部５への外部磁気の誘導による影響を避けることが可能となる。円筒状部１３ａは、車体フレーム１ｅ（図１）に設けられた孔部（図示せず）に嵌合され、その車体フレーム１ｅに固定される。第１の端部１３ｂの内側には、ボールベアリング１８が設けられ、クランク軸７を回転自在に支持している。
【００２５】
中空部材１４は、鉄等の金属部材により構成され、クランク軸７と一体的に回転運動を行う。詳細にいえば、中空部材１４の一端部の内側にはクランク軸７の外周上に設けられた複数の刃部７ａとかみ合う溝部が設けられ、中空部材１４はクランク軸７に連結されてともに回転する。中空部材１４の一端部の外側には、ボールベアリング１９が円筒状部１３ａとの間に設けられている。これにより、中空部材１４は、第１のケーシング１３に対して回転自在に支持される。
ラチェット１５は、中空部材１４から動力伝達部材１６への一方向に力（人力駆動力）を伝達する一方向力伝達部材であり、鉄等の強度の大きい金属部材により構成されている。このラチェット１５を設けることにより、動力伝達部材１６から中空部材１４への逆方向の回転力（反力）の伝達が阻止され、例えばチェーン１２（図１）のゆるみや路面の状態による振動などで生じた外乱の影響が中空部材１４に伝わることを防止することができる。
動力伝達部材１６は、鉄等の強度の大きい金属部材により構成され、その一端部の内側部分がラチェット１５と嵌合して中空部材１４に連結されている。動力伝達部材１６の一端部の外側部分にはボールベアリング２０が円筒状部１３ａとの間に設けられ、動力伝達部材１６の他端部の外側部分にはボールベアリング２１が第２の端部１３ｃとの間に設けられている。これにより、動力伝達部材１６は、第１のケーシング１３に対して回転自在に支持される。さらに、他端部の内側部分には、ニードルベアリング２２がクランク軸７との間に設けられ、クランク軸７と動力伝達部材１６を相互に回転自在に支持している。
【００２６】
人力駆動力検出部５は、非接触式トルクセンサ、例えば磁歪式トルクセンサにより構成され、中空部材１４の外周面上に設けられている。尚、ここでいう、非接触式トルクセンサとは、クランク軸７や人力駆動力伝達機構部１０等の人力駆動部２（図１）の構成部材と機械的な部材や導線などにより連結されずに、あるいは摺動接触せずに、人力駆動部２からの人力駆動力をトルクとして検出できるものをいう。
具体的にいえば、人力駆動力検出部５は、中空部材１４の外周面上に固着されたアモルファス合金製の磁性膜２３、前記磁性膜２３から所定のギャップをおいて磁性膜２３に相対的に回転可能に設けられた樹脂製の円筒状のボビン２４、及び前記ボビン２４に巻装された一対のトルク検出用コイル２５を備えている。磁性膜２３には、例えば文字「ハハーーー」状のパターンの形状をもつスリット（図示せず）が設けられている。一対のトルク検出用コイル２５は、上記スリットに対向して配置されている。これにより、クランク軸７が回転するとき、ペダルクランク８にかかる人力駆動力の変化に応じてこの磁性膜２３の各部にねじれ歪みを生じ、それによりさらに透磁率の変化を生じる。トルク検出用コイル２５がその透磁率の変化を検出して補助動力算出部６（図２）に出力する。
【００２７】
図１に戻って、補助動力駆動部３は、チェーン１２と係合して補助動力を加えるための補助動力スプロケット２６、前記補助動力スプロケット２６に連結された後述の補助動力伝達機構部２７（図４）を収納した第２のケーシング２８、及び前記第２のケーシング２８に取り付けられ、チェーン１２と当接するアイドラー２９を備えている。また、補助動力装置であるモータは、補助動力スプロケット２６の反対側で第２のケーシング２８に一体的に取り付けられている（詳細は後述）。上記モータの電源を構成する二次電池等の電池３０が、車体フレーム１ｅに着脱可能に取り付けられている。
アイドラー２９は、ローラー部材（回転体）により構成され、補助動力スプロケット２６に近接して第２のケーシング２８に固定されている。このアイドラー２９の位置は、チェーン１２がアイドラー２９の周囲を実質的に１２０度以上周回してアイドラー２９の表面と当接するような位置に設けられている。これにより、補助動力は、補助動力スプロケット２６からチェーン１２に効率よく与えられる。さらに、第２のケーシング２７は、第１のケーシング１３（図３）とは別体に構成されて車体フレーム１ｅに取り付けられている。このように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、ドライブスプロケット１１に対する補助動力スプロケット２６及びアイドラー２９の設置箇所を容易に変更することができる。その結果、本実施例の補助動力装置付き車輌では、チェーンラインの変更、及びチェーンテンションの調整を容易に行うことができる。尚、図１においては、ドライブスプロケット１１及び補助動力スプロケット２６の各刃部を明瞭なものとするために、それらの刃部を拡大して図示している。このため、図１においては、それらの刃部が互いにかみ合うよう図示されているが、実際は図７に示すように、ドライブスプロケット１１及び補助動力スプロケット２６はチェーン１２にのみ係合するように互いに所定の距離をおいて配置されている。
【００２８】
ここで、補助動力駆動部３の詳細な構成について、図４を参照して説明する。図４は、図１のIV−IV線で断面をとった補助動力駆動部の構成を示す断面図である。
図４において、補助動力駆動部３は、モータ３１、及び第２のケーシング２８内に収納され、モータ３１からの補助動力を補助動力スプロケット２６に伝達する補助動力伝達機構部２７を備えている。
第２のケーシング２８は、アルミニウム、ステンレスあるいは類似の非磁性体材料により構成された補助動力スプロケット２６側の第１の容器２８ａと、同じく非磁性体材料により構成され、モータ３１の外容器３１ａに取り付けられた第２の容器２８ｂからなる。
補助動力伝達機構部２７は、モータ３１のシャフト３１ｂに連結され、第２の容器２８ｂに回転自在に装着された摩擦式遊星減速機構３２、前記摩擦式遊星減速機構３２に連結され、第１の容器２８ａに回転自在に装着された第１の補助動力伝達部材３３、及び前記第１の補助動力伝達部材３３に連結され、ワンウェイクラッチ３５を介して出力軸３６に連結された第２の補助動力伝達部材３４を備えている。出力軸３６は、第１、第２の容器２８ａ，２８ｂに回転自在に装着されたものであり、その一端部には補助動力スプロケット２６が嵌合されている。
【００２９】
補助動力スプロケット２６は、図１に示したドライブスプロケット１１に比べて小径なもの、例えば３０〜４０％程度のものを用いている。このように構成することにより、補助動力伝達機構部２７での減速段数、すなわち補助動力伝達部材の設置数を減らすことが可能である。その結果、補助動力駆動部３を小型軽量化することが可能となる。
ワンウェイクラッチ３５は、第２の補助動力伝達部材３４から出力軸３６への一方向に力（補助動力）を伝達する一方向力伝達部材であり、鉄等の金属部材により構成されている。このワンウェイクラッチ３５を設けることにより、出力軸３６から第２の補助動力伝達部材３４への逆方向の回転力（反力）の伝達が阻止される。その結果、例えばチェーン１２（図１）に生じた外乱の影響が補助動力伝達部材２７を経てモータ３１に伝わることを防止することができる。
尚、上述の説明では、摩擦式遊星減速機構３２を用いることにより、モータ３１の回転速度を減速して所望のトルク（補助動力）を得る場合について説明した。しかし、実施例はこれに限定されるものではなく、上述の回転速度をギアのみで減速しても、あるいは既知のハイポイドギアを用いて減速する構成でもよい。
【００３０】
モータ３１は、通電電流などの補助動力の大きさを示すための情報を制御部４の補助動力算出部６（図２）に逐次出力して、その補助動力算出部６からの指示信号に基づいて作動（回転）する。また、第２のケーシング２８には、上述の補助動力算出部６を収納した第３のケーシング３７が固定されている。
補助動力駆動部３の電源スイッチ（図示せず）がオンされたとき、補助動力駆動部３は後輪（駆動輪）１ｂ（図１）を回転しない程度の補助動力を予め出力するよう構成されている。このように構成することにより、ドライブスプロケット１１及び補助動力スプロケット２６から人力駆動力及び補助動力をそれぞれチェーン１２に与えるよう構成したときに生じる補助動力の出力制御での応答性の悪化を防止することが可能となる。
【００３１】
以上のように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力伝達機構部１０が、クランク軸７の外周部に設けられ、一端部がクランク軸７に連結された中空部材１４、及び一端部が中空部材１４の他端部にラチェット１５を介して連結され、他端部がチェーン１２と係合するドライブスプロケット１１に一体的に嵌合された動力伝達部材１６により構成されている。これにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動部２の構成を簡略化することができ、当該車輌を小型軽量化することができる。さらに、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力検出部５を中空部材１４の外周面上に設け、人力駆動力伝達機構部１０とともに第１のケーシング１３内に収納している。これにより、人力駆動力検出部５に作用する外部磁気の影響を防止することができ、人力駆動力を正確に検出することができる。
さらに、本実施例の補助動力装置付き車輌では、補助動力駆動部３が、ドライブスプロケット１１から独立して構成され、補助動力を与える補助動力スプロケット２６、及び第１のケーシング１３と別体に構成され、補助動力伝達機構部２７とモータ３１のシャフト３１ｂを収納した第２のケーシング２８を備えている。このように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、補助動力駆動部３の構成を簡略化することができ、当該車輌を小型軽量化することができる。さらに、モータ３１からの磁気の影響を抑制することができる。
【００３２】
《第２の実施例》
図５は、本発明の第２の実施例である補助動力装置付車輌での人力駆動力伝達機構部の構成を示す断面図である。この実施例では、補助動力装置付き車輌の構成において、一方向力伝達部材を介して中空部材の一端部とクランク軸を連結し、かつ動力伝達部材を設けることなく、中空部材の他端部をドライブスプロケットに連結した。それ以外の各部は、第１の実施例に示すものと同様であるのでそれらの重複した説明は省略する。
図５に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、円筒状の第１のケーシング３８の内部には、クランク軸７、前記クランク軸７からドライブスプロケット１１に人力駆動力を伝達する人力駆動力伝達機構部４０、及び人力駆動力検出部５が収納されている。
第１のケーシング３８は、第１の実施例のものと同様に、アルミニウム、ステンレスあるいは類似の非磁性体材料により構成されている。第１のケーシング３８は、円筒状部３８ａ、前記円筒状部３８ａの一端部に設けられた第１の端部３８ｂを備えている。第１のケーシング３８を非磁性体材料により構成することにより、当該車輌の軽量化、及び内部に収納した人力駆動力検出部５への外部磁気の影響を抑制することが可能となる。円筒状部３８ａは、車体フレーム１ｅ（図１）に設けられた孔部（図示せず）に嵌合され、その車体フレーム１ｅに固定される。第１の端部３８ｂの内側には、ボールベアリング３９ａが設けられ、クランク軸７を回転自在に支持している。
【００３３】
人力駆動力伝達機構部４０は、クランク軸７の外周に設けられ、一端部がラチェット４１を介してクランク軸７に連結され、他端部がドライブスプロケット１１に一体的に嵌合した円筒状の中空部材４２により構成されている。
ラチェット４１は、鉄等の強度の大きい金属部材により構成され、クランク軸７の刃部７ａと中空部材４２の一端部の内側部分の間に設けられている。ラチェット４１は、クランク軸７から中空部材４２への一方向に力（人力駆動力）を伝達する一方向力伝達部材であり、中空部材４２からクランク軸７への逆方向の回転力（反力）の伝達が阻止される。その結果、例えばチェーン１２（図１）に生じた外乱の影響がクランク軸７に伝わることを防止することができる。
中空部材４２は、鉄等の金属部材により構成され、クランク軸７と一体的に回転運動を行う。詳細にいえば、中空部材４２の内側部分には、クランク軸７の外周との間にニードルベアリング４３ａ，４３ｂが設けられている。これにより、クランク軸７と中空部材４２は相互に回転自在に支持されている。中空部材４２の他端部の外側部分には、ボールベアリング３９ｂが円筒状部３８ａとの間に設けられている。これにより、中空部材４２は、第１のケーシング３８に対して回転自在に支持される。
【００３４】
以上のように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、第１の実施例のものに比べて、人力駆動力伝達機構部４０の構成を簡略化することができ、当該車輌の小型軽量化を容易に達成することができる。さらに、本実施例の補助動力装置付き車輌では、第１の実施例のものに比べて、部品点数を減らしているので、当該車輌の組立作業を容易なものとすることができる。また、第１の実施例のものに比べて、中空部材４２の外周面の長さ寸法（軸方向寸法）を大きくすることが可能であるので、中空部材４２上に固着されたアモルファス合金製の磁性膜２３の寸法を長くして、人力駆動力検出部５の検出精度を容易に向上することができる。
【００３５】
《第３の実施例》
図６は、本発明の第３の実施例である補助動力装置付車輌での人力駆動力伝達機構部の構成を示す断面図である。この実施例では、補助動力装置付き車輌の構成において、動力伝達部材を設けることなく、中空部材を一方向力伝達部材を介してドライブスプロケットに連結した。それ以外の各部は、第１の実施例に示すものと同様であるのでそれらの重複した説明は省略する。
図６に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、円筒状の第１のケーシング４４の内部には、クランク軸７、前記クランク軸７からドライブスプロケット１１’に人力駆動力を伝達する人力駆動力伝達機構部４６、及び人力駆動力検出部５が収納されている。ドライブスプロケット１１’は、同図に示すように、第１のケーシング４４内に配置される円筒部１１ａ’を備えている。
第１のケーシング４４は、第２の実施例のものと同様に、アルミニウム、ステンレスあるいは類似の非磁性体材料により構成され、円筒状部４４ａ、前記円筒状部４４ａの一端部に設けられた第１の端部４４ｂを備えている。第１のケーシング４４を非磁性体材料により構成することにより、当該車輌の軽量化、及び内部に収納した人力駆動力検出部５への外部磁気の影響を抑制することが可能となる。円筒状部４４ａは、車体フレーム１ｅ（図１）に設けられた孔部（図示せず）に嵌合され、その車体フレーム１ｅに固定される。第１の端部４４ｂの内側には、ボールベアリング４５ａが設けられ、クランク軸７を回転自在に支持している。
【００３６】
人力駆動力伝達機構部４６は、クランク軸７の外周に設けられ、一端部がクランク軸７に連結され、他端部がワンウェイクラッチ４８を介してドライブスプロケット１１’に連結した円筒状の中空部材４７により構成されている。
中空部材４７は、鉄等の金属部材により構成され、クランク軸７と一体的に回転運動を行う。詳細にいえば、中空部材４７の一端部の外側には、ボールベアリング４９が円筒状部４４ａとの間に設けられている。これにより、中空部材４７は、第１のケーシング４４に対して回転自在に支持される。また、中空部材４７の一端部の内側にはクランク軸７の外周上に設けられた複数の刃部７ａとかみ合う溝部が設けられ、他端部の内側にはニードルベアリング５０がクランク軸７との間に設けられている。これにより、中空部材４７はクランク軸７に連結されともに回転する。
ワンウェイクラッチ４８は、鉄等の強度の大きい金属部材により構成され、ドライブスプロケット１１’の円筒部１１ａ’と中空部材４７の他端部の外側部分の間に設けられている。ワンウェイクラッチ４８は、中空部材４７からドライブスプロケット１１’への一方向に力（人力駆動力）を伝達する一方向力伝達部材であり、ドライブスプロケット１１’から中空部材４７への逆方向の回転力（反力）の伝達が阻止される。その結果、例えばチェーン１２（図１）に生じた外乱の影響がクランク軸７に伝わることを防止することができる。
【００３７】
以上のように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、第１の実施例のものに比べて、人力駆動力伝達機構部４０の構成を簡略化することができ、当該車輌の小型軽量化を容易に達成することができる。さらに、本実施例の補助動力装置付き車輌では、第１の実施例のものに比べて、部品点数を減らしているので、当該車輌の組立作業を容易なものとすることができる。
【００３８】
尚、上述の第１乃至第３の実施例の説明以外に、アルミニウム、ステンレスあるいは類似の非磁性体材料により、クランク軸７を構成してもよい。このように構成することにより、クランク軸７を伝わる外部磁気の人力駆動力検出部５への影響を抑えることができる。また、クランク軸７を非磁性体材料によって構成する代わりに、ペダルクランク８やフィキシングナット１７を非磁性体材料により構成してもよい。
また、ドライブスプロケット１１，１１’及び補助動力スプロケット２６のうち、少なくともドライブスプロケット１１，１１’を上記の非磁性体材料により構成してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力伝達機構部が、クランク軸の外周部に設けられ、一端部がクランク軸に連結された中空部材、及び一端部が中空部材の他端部にラチェットを介して連結され、他端部がチェーンと係合するドライブスプロケットに一体的に嵌合された動力伝達部材により構成されている。これにより、本発明の補助動力装置付き車輌では、人力駆動部の構成を簡略化することができ、当該車輌を小型軽量化することができる。さらに、本発明の補助動力装置付き車輌では、例えば磁歪式トルクセンサにより構成した人力駆動力検出部を中空部材の外周面上に設け、人力駆動力伝達機構部とともに非磁性体材料の第１のケーシング内に収納している。これにより、人力駆動力検出部に作用する外部磁気の影響を避けることができ、人力駆動力を正確に検出することができる。
さらに、本発明の補助動力装置付き車輌では、補助動力駆動部が、ドライブスプロケットから独立して構成され、補助動力を与える補助動力スプロケット、及び第１のケーシングと別体に構成され、補助動力伝達機構部とモータのシャフトを収納した第２のケーシングを備えている。このように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、補助動力駆動部の構成を簡略化することができ、当該車輌を小型軽量化することができる。さらに、モータからの磁気の影響を抑制することができる。
【００４０】
また、別の観点による発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法では、補助動力駆動部が駆動輪を回転しない程度の補助動力を予め出力するよう構成している。このように構成することにより、ドライブスプロケット及び補助動力スプロケットから人力駆動力及び補助動力をそれぞれチェーンに与えるよう構成したときに生じる補助動力の出力制御での応答性の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である補助動力装置付き車輌の概略構成を示す構造図
【図２】図１に示した補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図
【図３】図１のIII−III線で断面をとった人力駆動力伝達機構部及び人力駆動力検出部の構成を示す断面図
【図４】図１のIV−IV線で断面をとった補助動力駆動部の構成を示す断面図
【図５】本発明の第２の実施例である補助動力装置付車輌での人力駆動力伝達機構部の構成を示す断面図
【図６】本発明の第３の実施例である補助動力装置付車輌での人力駆動力伝達機構部の構成を示す断面図
【図７】図１に示したドライブスプロケット及び補助動力スプロケットの構成を示す拡大図
【符号の説明】
１ 車輌走行部
２ 人力駆動部
３ 補助動力駆動部
５ 人力駆動力検出部
７ クランク軸
８ ペダルクランク
１１，１１’ ドライブスプロケット
１２ チェーン
１４，４２，４７ 中空部材
１５，４１，４８ 一方向力伝達部材
１６ 動力伝達部材
１７ フィキシングナット
２６ 補助動力スプロケット
３１ モータ
３５ 第２の一方向力伝達部材
Claims (5)
- 人力駆動力を検出する磁歪式センサと、
走行を行うための車輌走行部と、
前記人力駆動力をこの車輌走行部に伝達するドライブスプロケットと、
前記人力駆動力をこのドライブスプロケットに伝達する一方向力伝達部材と、
前記人力駆動力をこの一方向力伝達部材に伝達する中空部材と、
補助動力を出力する補助動力装置と、
この補助動力装置の出力を減速する減速機構と、
検出した前記人力駆動力の値に基いて前記補助動力装置の制御を行う制御部と、
減速された前記補助動力を前記車輌走行部に伝達する補助スプロケットと、
この補助スプロケットと前記ドライブスプロケットとそれぞれ独立に係合しそれらの駆動力を前記車輌走行部に伝達するチェーンと、
前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とをそれぞれ覆う非磁性体材料からなるケーシングとを備え、
前記磁歪式センサは前記中空部材に伝達する前記人力駆動力を検出し、前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とを前記ケーシングで隔てている補助動力装置付き車輌であって、
前記補助動力装置付き車輌は、前記中空部材は前記ケーシングに対して回転自在に支持されたことを特徴とする補助動力装置付き車輌。 - 前記磁歪式センサは前記中空部材の外周上に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の補助動力装置付き車輌。
- 前記ドライブスプロケットは前記ケーシングに対して回転自在に支持されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の補助動力装置付き車輌。
- 人力駆動力を検出する磁歪式センサと、
走行を行うための車輌走行部と、
前記人力駆動力をこの車輌走行部に伝達するドライブスプロケットと、
前記人力駆動力をこのドライブスプロケットに伝達する一方向力伝達部材と、
前記人力駆動力をこの一方向力伝達部材に伝達する中空部材と、
補助動力を出力する補助動力装置と、
この補助動力装置の出力を減速する減速機構と、
検出した前記人力駆動力の値に基いて前記補助動力装置の制御を行う制御部と、
減速された前記補助動力を前記車輌走行部に伝達する補助スプロケットと、
この補助スプロケットと前記ドライブスプロケットとそれぞれ独立に係合しそれらの駆動力を前記車輌走行部に伝達するチェーンと、
前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とをそれぞれ覆う非磁性体材料からなるケーシングとを備え、
前記磁歪式センサと前記補助動力装置及び前記減速機構とを前記ケーシングで隔てている補助動力装置付き車輌であって、
前記磁歪式センサは前記中空部材に伝達する前記人力駆動力を検出し、非接触式であることを特徴とする補助動力装置付き車輌。 - 前記補助動力装置付き車輌は、前記中空部材は前記ケーシングに対して回転自在に支持されたことを特徴とする請求項４に記載の補助動力装置付き車輌。
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