JPH01314685A - 駆動・負荷制御機構付自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はペダルの回転に連動させて駆動輪を駆動する自
転車に関し、特に、ギアとチェーンによる物理的な連動
に換えて、予め設定した走行モードに基づいてペダルの
負荷と駆動輪の駆動を制御するようにした駆動・負荷制
御機構イ」自転車に関する。

〔背景技術〕

ペダルの回転をギヤとチェーンで駆動輪（後輪）に伝え
る形の自転車は、１８８０年頃に登場し、現在までほと
んどその姿を変えていない。自転車が変わらない、もし
くは著しい進歩がないのは、それが工学的にほぼ完全で
あるためと考えられている。この自転車は、自重の数倍
も積めること、人間の体力で数倍の速度および行動半径
が得られること、および、危険の少ない安全性の高い構
造であること等の大きな利便性を有している。しかし、
当初、上流の社交乗り物に始まった自転車は、業務運搬
の実用期をへて、レクリエーション等にも広く使用され
るようになり、今日ではスポーツ用、家庭用、サイクリ
ング等のレクリエーション用とその用途、目的も様々な
ものになっている。一方、科学技術の発達によって、自
転車を基礎にして、これに動力を装備した二輪車（オー
）・ハイ、および、原動機伺自転車等）が発明された。

オートハイ等は自転車に比較して、より高速で、かつ、
広い行動半径を得られることから新たな恩恵を与えてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の自転車は、その歴史的な背景から当然の
ことであり、かつ、そのもの自身の最大の特徴を成して
いる人間の体力のみを動力源としていることから、利用
者の体力。

体調、あるいは疲労度により走行に関して、次のような
制限を受ける。例えば、行動半径および連続走行時間が
制限される。乗りごこち等の使用感が状態により大きく
影啓される。

常に一定以上の運動量が要求される。ペダルをごくこと
をやめると停止する等がある。さらに、従来の自転車は
ギアとチェーンを用いて、回転比の調整、および回転比
を利用したトルク比（力の比率）の調整を行っているた
め、ギア等の物理的な制限により回転比およびトルク比
の割合に限界があると言う不都合がある。例えば、トル
ク比を大きくするためにはギア比を大にしてペダルの回
転速度を大きくしなければならないため、走行には不便
で実用的でない。一方、オートハイ等の動ノコを装備し
た二輪車によれば、これらの不都合は大きく改善される
が、機械的な力のみを動力源とし体力を使用しないため
、自転車の持つ適度な運動性、および、身体を動かずた
のしさが得られないと言う欠点がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、利用者の体力２体調、あるいは疲労度に
よる影害を少なくし、より快適な走行ができるようにし
た駆動・負荷制御機構付自転車を提供することである。

本発明の他の目的は、ペダルと駆動輪の回転速度比、お
よびトルク比を任意に設定でき、かつ、容易に走行でき
る駆動・負荷制御機構付自転車を提供することである。

本発明の他の目的は、ペダルにかかる負荷を制御するこ
とにより、自転車の持つ運動性および楽しさを保てるよ
うにした駆動・負荷制御機構付自転車を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は以上に述べた目的を実現するため、ペダルと駆
動輪の物理的な連動（ギアとチェーンによる動力伝達）
に換えて、ペダル側に配置した負荷用モーフと駆動輪側
に配置した駆動用モーフを予め設定した走行モードによ
って連動させ、ペダルと駆動輪の回転速度比。

および、トルクの大きさの比率を自由に制御するように
した駆動・負荷制御機構付自転車を提供する。

即ち、本発明の駆動・負荷制御機構（−１自転車によれ
ば、ギア比によるペダルと駆動輪の回転速度比の設定に
換えて、ペダルと駆動輪の回転速度をエンコーダにより
検出し、制御部で駆動輪の回転を制御することにより駆
動輪の回転速度の設定を行うようにしたものであり、ま
た、チェーンによる駆動力および反力（駆動力に対する
反作用であり、駆動輪が静止しようとする力）の伝達に
換えて、ペダルに加えられた回転力の大きさに応しであ
る関係により駆動用モータを回転させ、駆動輪の反力に
応じである関係によりペダルに負荷を与えるようにした
ものであり、以下の手段を備えている。

（１）第１のエンコーダ ペダルの回転速度に応じたペダル回転速度信号を出力す
る。

（２）第１のトルクセンサー ペダルに加えられた回転力に応したペダル回転力信号を
出力する。

（３）負荷用モータ 駆動輪が静止しようとする力の大きさに応しである関係
のもとで、ペダルに負荷を与えるためのモータ。即ち、
ペダルに回転制動力を与えるためのモータである。

ペダルを回転させる場合、乗った人はペダルの負荷より
大きな力でペダルをこ（必要がある。従って、乗った人
の動力の大きさを規定するものとなる。

（４）第２のエンコーダ 駆動輪の回転速度に応した駆動輪回転速度信号を出力す
る。

（５）第２のトルクセンサー 駆動輪を回転させるのに必要なトルクに応した駆動力信
号を出力する。

（６）駆動用モータ 駆動輪を駆動させるモータ、即ち、自転車の動力部とな
る。

（７）設定部 負荷用モータおよび駆動用モータの駆動を制御する。例
えば、次のパラメータを設定する。

（イ）ペダルの回転速度と駆動輪の回転速度との回転速
度比を定める。例えば、ペダル−回転に対して、駆動輪
３回転、あるいは、５回転等任意に設定できる。

（＋１）ペダルに加えられた力と駆動用モータとの関係
（トルク比）、を定める。

（イ）のパラメータは回転速度比により駆動輪とペダル
の回転を決定し、（ロ）のパラメータはペダルと駆動輪
のトルク比によりペダルの負荷を決定するものである。

設定部において、パラメータ選択スイッチ等を設けて希
望する走行モードを設定する。この場合、複数の走行モ
ードを設定し、数種類の中から選択するようにしても良
い。

（８）制御部 ペダル回転速度信号、ペダル回転力信号。

駆動輪回転速度信号、および、駆動力信号を入力し、　
（イ）あるいは（ＴＩ）のパラメータ等に応じて、負荷
用モータおよび駆動用モータを市■卸する。

〔作用〕

以上の構成により、希望する走行モードに応じたパラメ
ータを設定し、ペダルを回転させる。ペダルが回転する
と、第１のエンコーダによってペダルの回転速度が検出
され、第１のトルクセンサーによりペダルに加えられる
負荷力に応したペダル回転力信号が検出され、制御部に
入力される。駆動輪が回転すると第２のエンコーダによ
って駆動輪の回転速度が検出され、第２のトルクセンサ
ーにより駆動輪のトルクに応じた駆動力信号が検出され
、制御部に入力される。制御部は、これら入力された信
号に基づいて、負荷用モータおよび駆動用モータを制御
する。

以上の制御により、ペダルの負荷を軽減した定負荷走行
、道路状況に応した負荷を与える実負荷走行、ペダルに
全く負荷を与えない無負荷走行等の各種の走行モードを
実施することができる。

以下本発明の駆動・負荷制御機構イ」自転車について詳
細に説明する。

〔実施例〕

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す。駆動・
負荷制御機構付自転車の構成は、ペダル１．駆動輪５等
を備えた自転車本体Ａ（詳細は省略）と駆動・負荷制御
機構Ｂとに大別され、駆動・負荷制御機構Ｂば以下の構
成よりなる。ペダル１の回転速度を検出しペダル回転速
度信号を出力するエンコーダ２と、ペダル１の回転力を
検出しペダル回転力信号を出力するトルクセンナ−３と
、ペダル１に負荷を与える負荷用モータ４と、駆動輪５
の回転速度を検出し駆動輪回転速度信号を出力するエン
コーダ６と、駆動輪５の回転力を検出し駆動力信号を出
力するトルクセンサー７と、駆動輪５を回転させる駆動
用モータ８と、ペダル１と駆動輪５の回転速度比、ペダ
ル１の回転力と駆動用モータ８の駆動力のトルク比、お
よび、走行路面の状況とペダル回転力の関係等を設定す
る設定部９と、ペダル回転速度信号、ペダル回転力信号
、駆動輪回転速度信号、および、駆動力信号を入力し、
設定した走行条件に基づいて、駆動用モータ８および負
荷用モータ４を制御する制御部１０から成る。設定部９
は予め複数の走行条件を設定しておき、必要に応じて１
つの走行条件を選択できるように選択スイッチ（図示せ
ず）有する。

以下、本発明の詳細な説明する。

■ペダル１と駆動輪５の回転速度比に基づいた制御部。

予め設定部９に回転速度比として、例えば、１　：　　
０．５　（ペダル１の回転：駆動輪５の回転）１：１．
１：２．　　・・・・等、複数の値を設定する。ここて
負荷用モーフ４および駆動用モータ８を作動させるため
に、例えば、設定部９の選択スイッチで回転速度比１：
１を選択する。設定部９よりこの指令が制御部１０に渡
されると、制御部１０は駆動用モータ８を作動可能状態
とし、同時に負荷用モーフ４を駆動し、ペダル１に初期
負荷（ペダル１が回転していない時、無条件で一定の負
荷を与える）を与える。次に、ペダル１を回転させると
、回転速度に応じてエンコーダ２よりペダル回転速度信
号が出力され、トルクセンサー３よりペダル１の回転力
に応じたペダル回転力信号か出力される。制御部１０は
これらの信号および設定された回転速度比を入力し、駆
動用モーフ８および負荷用モーフ４の回転を制御する。

ここでは、設定部９より入力した回転速度比は１：１で
あるため、該回転速度比に基づき、エンコーダ２のペダ
ル回転速度信号とエンコーダ６の駆動輪回転速度信号が
に１になるように駆動用モーフ８を制御する。このとき
、トルクセンサー７の駆動力信号に基づいて、負荷用モ
ータ４を回転させペダル１にかかる負荷を制御しても良
い。例えば、トルクセンサー７の検出した力が１００ｋ
ｇ重ならばその１／５の２Ｑｋｇ重の負荷を与える。こ
のようにして、ペダル１を１回転させる毎に、駆動輪５
が１回転し、同時にトルクセンサー７の検出した力の１
１５の負荷がペダル１に与えられる。−方、ペダル１の
負荷が一定になるように、負荷用モータ４を制御しても
良い。

以上説明したように、ペダル１と駆動輪５との回転速度
比による制御によれば、ペダル１を回転させることによ
りその回転速度比に基づいて駆動輪５を回転させること
ができ、ペダル１の回転がそのままアクセルの機能を果
たす。即ち、ペダル１の回転を速くすることで駆動輪５
を速く回転させ速度を上げることができる。例えば、制
御部１０において、ペダル１の負荷を常に一定に制御す
る場合を想定する。走行中に坂道等が出現すると、従来
の自転車ならばペダル１が重くなり、速度が低下する。

しかし、該制御によれば、ペダル１を一定の速さで回転
させていれば、制御部１０の制御により駆動輪５の回転
速度が維持される。換言すれば、坂道等の負荷の増大を
駆動用モータ８の制御部により調整するため、ペダル１
が重くなることなく、かつ、速度の低下もなく走行する
ことができる。

■ペダル１と駆動輪５のトルク比に基づいた制御 即ち、ペダル１の回転力と駆動輪５の駆動力のトルク比
による制御である。予め 設定部９にトルク比として、例えば、１．５（ペダル１
の回転カニ駆動輪５の駆動力）。

１　：１０．　１：２０．　・・・・等、複数個設定す
る。

ここで負荷用モータ４および駆動用モータ８を作動させ
るために、例えば、設定部９の選択スイッチでトルク比
１：１０を選択する。設定部９よりトルク比が制御部１
０に渡されると、制御部１０は駆動用モータ８を作動可
能状態とし、同時に負荷用モータ４を駆動し、ペダル１
に初期負荷（ペダル１が回転していない時、無条件で一
定の負荷を与える）を与える。次に、ペダル１を回転さ
せると、回転に応じてエンコーダ２よりペダル回転速度
信号が出力され、トルクセンサー３よりペダル１の回転
力に応したペダル回転力信号が出力される。

制御部１０はこれらの信号および設定されたトルク比を
入力し、駆動用モーフ８および負荷用モーフ４の回転を
制御する。ここでは、設定部９より入力したトルク比１
：１０であるため、該トルク比に基づき、トルクセンサ
ー３のペダル回転力信号と駆動輪の回転力がに１０にな
るように駆動用モータ８を制御する。

Ｉ・ルクセンザ−７の駆動力信号に基づいて、負荷用モ
ーフ４を回転させペダル１にかかる負荷を制御する。こ
のため、トルクセンサー７によって検出された駆動力の
１／１０のトルクに相当した力でペダル１を回転させれ
ば良い。

以上説明したように、ペダル１の回転力と駆動輪５の回
転力のトルク比による制御によれば、駆動輪５にｎの回
転力が必要であっても、ペダル１にｎ／１０の力を加え
れば良いことになる。

■走行路面の状況とペダル回転力の関係に基づいた制御 設定部９より制御部１０へ、この制？ｆｌｌモードの実
行を入力する。ペダル１を回転すると駆動用モータ８が
駆動して駆動輪５が回転を開始する。走行開始時は大き
なトルクをトルクセンサー７によって検出するため負荷
用モータ４の制動力は大きい。従って、ペダル１に与え
る回転力は大きくする必要がある。所定の速度の走行に
なるとトルクセンサー７によって検出されるトルクは減
少するため、９Ｌ荷用モータ４の制動力は減少するので
ペダル１に与える力は少なくて済む。自転車が上り坂に
さしかかると、トルクセンサー 検出されるトルクは増加するので負荷用モーフ４の制動
力は増加する。このためペダル１に坂道の勾配に応じた
回転力を与えなければならない。下り坂はこの逆になる
。従って、この制御は通常の自転車の走行モードを再現
する制御と言える。

以上の■、■２■の説明から理解できるように、ペダル
１例のトルクセンサー３および負荷用モータ４の機能を
停止させることで、ペダル１の負荷がゼロで、かつ、ペ
ダル１を回転させる速度に応じて駆動輪５を回転させる
自転車とすることができる。さらに、エンコーダ２の機
能を停止すると、設定部９より駆動輪５の回転速度のみ
を指令する制御になり自動二輪車として使用することも
できる。

ペダル１と駆動輪５の関係を従来の自転車と対比した場
合、制御部１０は従来の自転車におけるギアとチェーン
の役目をし、前述したように、あたかも普通の自転車を
こくのと同しになる。例えば、ペダル１の負荷は平地で
は軽く、上り坂では重くなる。

また、回転速度比を設定部９で変更することにより変速
レバー等の変更機と同様に使用することができる。

また、ペダル１と駆動輪５の回転比を変えずにトルク比
を変えることにより、駆動輪５から加わる反力を１／ｎ
にし、ペダル１をこ（力を軽減することができる。

このように設定部９のパラメータを設定し制御部１０で
駆動用モータ８および負荷用モータ４を制御することで
、回転比、トルク比等を任意に動的にも変えることがで
き、種々の効果を得ることができる。

尚、実施例として、２輪自転車を挙げて説明したが、例
えば、３輪自転車あるいは４輪自転車に駆動・負荷制御
機構を適用することも本発明の範囲に含まれることは言
うまでもない。モータ４，８の電源としてバッテリを内
蔵することになるが、ペダル１の回転によって負荷用モ
ータ４を発電機として使用し、それによってバッテリを
充電するようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明の駆動・負荷制御機構付自転
車によれば、ペダルと駆動輪の物理的な連動（ギアとチ
ェーンによる動力伝達）に換えて、ペダル側に配置した
負荷用モータと駆動輪側に配置した駆動用モータを予め
定めた走行条件に基づいて連動させ、ペダルと駆動輪の
回転比、および、１〜ルクの大きさの比率を自由に制御
するようにしたため、利用者の体力１体調、あるいは疲
労度による影響を少なくし、より快適な走行を行うこと
ができる。また、ペダルにかかる負荷を制御することに
より、自転車の持つ運動性および楽しさを保つことがで
きる。さらに、二次的な効果として、定負荷走行、実負
荷走行、無負荷走行等の各種の走行モードを実施するこ
とができるため、従来の運搬用、スポーツ用。

レクリエーション用等の他に、例えば、脚力の弱い人の
トレーニング用あるいはリハビリ用等、新たな用途、目
的に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す説明図。第２図は本発明
の実施例を示すブロック図。 符号の説明 １−−−−−ペダル ２−−−−−−−−−−エンコーダ ３−−−−−−一−−−−）ルクセンサー４−−−−−
−−−−−−負荷用モータ５−−−−−−−−−駆動輸 ６−−−−−−−−一エンコーダ ７−−−−−−−−１−ルクセンサー ８−−−−−−−−駆動用モータ ９−−−−−−−一般定部 １０−−−−−−−−−一制御部 Ａ−−−−−−−−−一自転車本体 Ｂ−−−−−−−−−−駆動・負荷制御機構特許出願人
　ジャパン・イー・エム株式会社代理人　弁理士　　平
　１）忠　雄

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ペダルの回転に連動させて駆動輪を駆動する自転
   車において、 前記ペダルに負荷をあたえる負荷付与手段と、 前記ペダルの回転速度および回転トルクを検出する検出
   手段と、 前記駆動輪に駆動力を与える駆動手段と、 予め設定した走行モードと前記検出手段の検出信号に基
   づいて前記負荷および前記駆動力を演算して前記負荷付
   与手段および前記駆動手段へ出力する制御手段を有する
   駆動・負荷制御機構付自転車。
2. （２）ペダルの回転に連動させて駆動輪を駆動する自転
   車において、 前記ペダルの回転速度に応じたペダル回転速度信号を出
   力する第１のエンコーダと、 前記ペダルに加えられた回転力に応じたペダル回転力信
   号を出力する第１のトルクセンサーと、 前記ペダルに回転負荷を与える負荷用モータと、 前記駆動輪の回転速度に応じた駆動輪回転速度信号を出
   力する第２のエンコーダと、 前記駆動輪のトルクに応じた駆動力信号を出力する第２
   のトルクセンサーと、 前記駆動輪を駆動させる駆動用モータと、 前記ペダルと前記駆動輪の回転速度比、および前記ペダ
   ルと前記駆動用モータのトルク比を設定する設定部と、 前記回転速度比および前記トルク比を入力し、前記負荷
   用モータおよび前記駆動用モータを制御する制御部を備
   えたことを特徴とする駆動・負荷制御機構付自転車。