JPH04358987A - 電動モータ付き自転車 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人力による駆動系と電
動モータによる駆動系とを並列に設け、電動モータの駆
動力を人力による駆動力の変化に対応して制御するよう
にした電動モータ付き自転車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人力による駆動力を検出し、この駆動力
の大小に対応して電動モータの駆動力を制御するものが
公知である（特開平２−７４４９１号）。すなわち人力
の負担が大きい時には電動モータの駆動力も増やして人
力の負荷を減らすものである。

【０００３】しかし自転車では片足をペダルに載せ、他
方の足で地面を蹴りながら車速を上げ、車体を自立させ
て発進することがある。この場合この発進時には人力に
よる駆動力すなわち踏力が不規則に変化し、極めて大き
い踏力が突然加わることがある。このような場合、この
踏力に基づいて電動モータの駆動力を制御する前記の自
転車では、電動モータの駆動力が激しく増減することに
なる。このため走行感が悪くなったり、円滑な発進が困
難になるという問題があった。

【０００４】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、人力による駆動力に基づいて電動モータの
駆動力を制御する場合に、発進時の走行感が良好となり
円滑な発進が可能となる電動モータ付き自転車を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、人力による
駆動系と電動モータによる駆動系とを並列に設け、前記
人力による駆動系の負荷を検出し、この検出した負荷に
対し所定の変換特性をもって前記電動モータの出力を制
御する電動モータ付き自転車において、前記自転車の発
進を検出する発進検出手段と、前記自転車の発進時の所
定期間前記電動モータによる駆動系を不作動にする発進
制御手段とを備えることを特徴とする電動モータ付き自
転車により達成される。

【０００６】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例の概念図、図２
はその動力系の展開図、図３は踏力の検出部を示す側面
図、図４はそのＩＶ−ＩＶ線断面図、図５はディレイタ
イマの動作説明図、図６はこの実施例の動作説明図であ
る。

【０００７】図１において、符号１０はメインフレーム
であり、ヘッドパイプ１２から斜下後方へのびて後輪１
４の車軸に至る。このメインフレーム１０にほぼ直交す
るようにシートチューブ１６が固着され、このシートチ
ューブ１６の上端にはサドル１８を支持するシートポス
ト２０が固定されている。

【０００８】シートチューブ１６の下部には下に開いた
筒部１６ａが形成され、この中に電動モータ２２が収容
される。シートチューブ１６の下端には動力ユニット２
４が固定されている。この動力ユニット２４はボトムブ
ラケットケース（以下ＢＢケースという）２６と、この
ＢＢケース２６から後方へのびるリヤステー２８とを備
え、このリヤステー２８の後端には後輪１４が固定され
ている。なお右側のリヤステー２８（図２）には駆動軸
３０が挿通される。

【０００９】次に動力ユニット２４を説明する。図１、
２においてＢＢケース２６にはクランク軸３２が貫挿さ
れ、その両端にクランク３４が固定されている。クラン
ク３４には足踏みペダル３６、３６が取付けられている
。

【００１０】両リヤステー２８、２８の後端には後輪１
４が保持されている。この後輪１４の車軸３８の左端は
、左のリヤステー２８に固着したエンドプレート２８ａ
に固定され、この車軸３８の右端は右のリヤステー２８
に固定された傘歯車ケース４０に固定されている。車軸
３８にはハブ４２が回転自在に保持され、このハブ４２
には駆動軸３０の回転が傘歯車機構４４を介して伝えら
れる。

【００１１】前記電動モータ２２はＢＢケース２６に上
から図２に示すように嵌合されて固定される。ＢＢケー
ス２６は、シートチューブ１６の筒部１６ａ内にこのモ
ータ２２を下から挿入するようにして筒部１６ａに嵌合
され、４本のボルト４６（図２参照）によって結合され
る。

【００１２】このモータ２２の回転は図２に示すように
、一方向クラッチ４８、遊星歯車式減速機５０、小傘歯
車５２、大傘歯車５４を介して、クランク軸３２に回転
自在に保持された筒型軸５６に伝えられる。この筒型軸
５６の回転はさらに傘歯車機構５８によって前記駆動軸
３０に伝えられる。

【００１３】この結果モータ２２の回転は後輪１４に伝
えられる一方、後輪１４からモータ２２へ向って伝わる
回転は一方向クラッチ４８により遮断される。なお前記
遊星歯車式減速機５０は公知のものであり、モータ２２
により回転されるサンギヤとＢＢケース２６に固定され
たリングギヤとの間にあってこれらに噛合する遊星ギヤ
の公転を小傘歯車５２に伝えるものである。

【００１４】一方ペダル３６から人力により入力される
回転は、クランク軸３２、一方向クラッチ６０、遊星歯
車式増速機６２を介して大傘歯車５４に伝えられる。こ
のためクランク軸３２から入力された回転はこの大傘歯
車５４から筒型軸５６、傘歯車機構５８を介して駆動軸
３０に伝えられる。しかし後輪１４からクランク軸３２
に向って伝わる回転は一方向クラッチ６０により遮断さ
れる。

【００１５】ここに遊星歯車式増速機６２は図２、４に
示すように、大傘歯車５４に固定されたリングギヤ６２
ａと、トルク検出レバー６４に固定されたサンギヤ６２
ｂとこれらの間に介在する遊星ギヤ６２ｃとを備える。 そしてこの遊星ギヤ６２ｃをクランク軸３２は一方向ク
ラッチ６０を介して公転させるものである。なおトルク
検出レバー６４はペダル３６による人力駆動時の駆動力
をサンギヤ６２ｂに加わる反力により検出するものであ
る。

【００１６】すなわちこのレバー６４は図３、４に示す
ように２つの突起６４ａ、６４ｂを持ち、一方の突起６
４ａはストッパ６６に当接して図３で時計方向への回転
、換言すればペダル３６の踏力が加わる方向と逆方向の
回転を規制する。突起６４ｂには他の第２のレバー６８
が当接し、レバー６４の反時計方向の回転によってこの
第２のレバー６８が時計方向に回転する。

【００１７】この第２のレバー６８には復帰ばね７０に
より復帰習性が付与され、これによりレバー６４は図３
で時計方向への復帰習性が付与される。そしてこの第２
のレバー６８の回転量はポテンショメータ７２によって
検出される。この結果ペダル３６の踏力に比例してレバ
ー６４が図３で時計方向に回動し、第２のレバー６８が
反時計方向に回動するから、この踏力がポテンショメー
タ７２の回転量から求められる。

【００１８】図１で８０は鉛酸電池などの充電可能な電
池、８２はコントローラであり、これらは前記メインフ
レーム１０のヘッドパイプ１２とシートチューブ１６と
の間に収容されている。図１において符号１００は発進
検出手段であり、踏力すなわちペダル３６によるクラン
ク軸３２の駆動トルクＴと車速ｖとに基づいて発進か否
かを判別する。

【００１９】すなわちポテンショメータ７２で検出した
トルクＴを設定器１０２の設定値Ｔ０　と比較器１０４
で比較し、また前輪１０６の回転センサ１０８または後
輪１４に設けた回転センサから検出した車速ｖを設定器
１１０の設定値ｖ０　と比較器１１２で比較する。そし
てＴ＞Ｔ０　かつｖ＞ｖ０　の時にアンド回路１１４は
オン信号ａ（図５）を出力する。このオン信号ａは発進
検出手段１００が発進を検出する間オン（“１”）とな
る信号であり、前記の条件のいずれかが成立しなくなる
とオフ（“０”）になる。

【００２０】１１６は発進制御手段であり、信号ａがオ
ンとなり発進が検出された後、タイマ１１８による設定
時間ｔ０　の間モータ駆動系を不作動にする。この実施
例ではコントローラ８２は踏力に対応してモータ出力を
制御するから、コントローラ８２に入力されるトルクＴ
をスイッチ１２０で遮断することによりモータ２２を停
止させる。

【００２１】タイマ１１８は図５に示すように積分コン
デンサ１１８ａと比較器１１８ｂとを備え、オン信号ａ
が入力されてからこのコンデンサ１１８ａの充電電圧ｖ
ｃ　が所定値に達すると比較器１１８ｂの出力がオンに
なる。またオン信号ａがオフになるとコンデンサ１１８
ａはほぼ瞬時に放電するから比較器１１８ｂの出力は直
ちにオフになる。

【００２２】なお実際には走行中にペダル踏力は０にな
ることがあるから、発進後はスイッチ１２０は閉状態に
自己保持され、停車した状態から再び発進する時にだけ
タイマ１１８が作用するように構成する必要がある。そ
こでこの実施例では自己保持回路１２２を設け、この回
路１２２は車速ｖが設定値ｖ１　以下になった時に自己
保持を解除するようにした。

【００２３】すなわちこの自己保持回路１２２は直流電
源に接続された常閉接点１２４、常開接点１２６、コイ
ル１２８、１３０の直列回路を備え、コイル１２８は常
開接点１２６に並列接続された自己保持用の常開接点１
３２を閉路し、コイル１３０はスイッチ１２０を閉路す
るようにした。そして常閉接点１２４は、車速Ｖが設定
値ｖ１　以下になったことを比較器１３４で検出した時
にモノマルチ１３６から出力されるパルス信号により開
路される。なおこの図１において１３８は電池８０、コ
ントローラ８２、モータ２２の主回路に介在されたメイ
ンキースイッチである。

【００２４】この実施例によれば図６に示すように踏力
によるトルクＴがＴ０　以上でかつ車速ｖがｖ０　以上
となった時に発進と判別され、この時から所定時間ｔ０
　経過後にコントローラ８２にトルクＴが入力され始め
る。その後このトルクＴに基づいてモータ電流が制御さ
れモータトルクＴＭ　が発生する。

【００２５】この実施例の発進判別手段１００では踏力
によるトルクＴと車速ｖとを用いて発進の判別をしてい
るが、本発明はいずれが一方だけを用いて判別してもよ
いのは勿論である。例えばＴ０　＝０として車速ｖのみ
から判断することができ、この場合タイマ１１８の設定
時間ｔ０　は０．５〜１ｓｅｃ　、設定速度ｖ０　は３
〜６ｋｍ／ｈに設定するのが望ましい。またｖ０　＝０
としてトルクＴのみから判別してもよい。この場合タイ
マ１１８の設定時間ｔｏ　は２〜３ｓｅｃ　とするのが
望ましい。

【００２６】図７はこの場合の概略構成図、図８はその
動作説明図である。図７で１００Ａは発進検出手段、１
１６Ａは発進制御手段である。図９はさらに他の実施例
の概略構成図である。この実施例は、踏力によるトルク
Ｔはクランク軸３２の回転に周期して周期的に変化する
ことを利用し、このトルクの極大値あるいは極小値が所
定回数ｎ０　以上発生したことから発進を判別する。す
なわち発進検出手段１００Ｂは、トルクＴの極大（ある
いは極小）を検出する手段１５０と、極大（小）の検出
回数ｎを積算するカウンタ１５２と、このカウント値ｎ
を設定回数ｎ０　と比較し、ｎ＞ｎ０　の時に発進と判
別する比較器１５４とを備える。また発進制御手段１１
６Ｂはこの比較器１５４とスイッチ１２０Ｂとで構成さ
れる。 この実施例では、比較器１５４は発進の検出と同時に発
進時のモータの起動を規制する所定時間を決めることに
もなるから、両手段１００Ｂ、１１６Ｂに重複して含ま
れることになる。

【００２７】図１０はこの実施例の動作説明図であり、
この図は実線矢印で示す極小が２回発生することからモ
ータを起動させている。破線矢印で示す極大の回数をカ
ウントしてもよいのは勿論である。なお図７、９の実施
例では省いているが、図１の実施例と同様に自己保持回
路１２２やそのリセットのための比較器１３４、モノマ
ルチ１３６等を設けてもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上のように、自転車の発進か
ら所定期間電動モータによる駆動系を不作動にしたもの
であるから、発進時にペダルに大きな踏力が不規則に加
わってもモータ出力は０であるから自転車と全く同じ走
行感が得られ円滑な発進が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の側面図

【図２】その動力系の展開図

【図３】踏力の検出部を示す側面図

【図４】そのＩＶ−ＩＶ線断面図

【図５】ディレイタイマの動作説明図

【図６】この実施例の動作説明図

【図７】他の実施例の概略構成図

【図８】その動作説明図

【図９】さらに他の実施例の概略構成図

【図１０】その
動作説明図

【符号の説明】

２２　　電動モータ ３６　　ペダル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　人力による駆動系と電動モータによる
   駆動系とを並列に設け、前記人力による駆動系の負荷を
   検出し、この検出した負荷に対し所定の変換特性をもっ
   て前記電動モータの出力を制御する電動モータ付き自転
   車において、前記自転車の発進を検出する発進検出手段
   と、前記自転車の発進時の所定期間前記電動モータによ
   る駆動系を不作動にする発進制御手段とを備えることを
   特徴とする電動モータ付き自転車。