JP4028578B2 - 補助動力装置付き車輌 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (4)
- 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、
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、
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、前輪と後輪の間に前記磁歪式センサと前記補助動力装置とを設けたことを特徴とする補助動力装置付き車輌。 - 前輪と後輪の間に補助動力装置用電池を設け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。
- 補助動力装置用電池が着脱可能であることを特徴とする請求項2に記載の補助動力装置付き車輌。
- ヘッドパイプからドライブスプロケットまでの、車体フレームの一部をさらに備え、
この車体フレームの一部が前記ドライブスプロケット近傍で下側に湾曲していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の補助動力装置付き車輌。
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