JPH06107266A - 電動モータ付き自転車 - Google Patents

電動モータ付き自転車

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JPH06107266A
JPH06107266A JP4285432A JP28543292A JPH06107266A JP H06107266 A JPH06107266 A JP H06107266A JP 4285432 A JP4285432 A JP 4285432A JP 28543292 A JP28543292 A JP 28543292A JP H06107266 A JPH06107266 A JP H06107266A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 人力駆動系と電気駆動系とを並列に設け、人
力による踏力の変化に対応して電気駆動系の電動モータ
の出力を制御する電動モータ付き自転車において、モー
タの駆動力ＦM を少くとも高速時に減少させて自転車に
適した車速に保った走行を可能にし、また無駄な電池の
消耗を防止する。 【構成】 踏力を検出する踏力検出手段と、車速を検出
する車速検出手段と、踏力に対する電動モータの出力の
比を少くとも高速域で車速の増加に対して漸減させるよ
うに電動モ−タによる駆動力を制御するコントロ−ラと
を備える。

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、電動モータによ
る駆動力を人力による駆動力（以下踏力という）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】踏力を検出し、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
（実開昭５６−７６５９０、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】ここに人力の駆動力（踏力）はクランクペ
ダルから入力されるため、クランク軸の半回転の周期を
持って変化する。クランクペダルが上死点または下死点
に来る時には踏力がほぼ零になるからである。
【０００４】図７にはこの人力による駆動力すなわち踏
力ＦL の時間ｔに対する変化が示されている。この踏力
ＦL の変化周期はクランクペダルの半回転に対応する。
既提案のものはこのように周期的変化をする踏力ＦL を
検出してモ−タの駆動力を増減させるものであるが、踏
力ＦL とモータ駆動力ＦM との関係は一義的に設定され
ていた。すなわち両者の比ＦM ／ＦL を補助率ηと定義
して補助率ηを一定に設定していた。
【０００５】
【従来の技術の問題点】このように補助率ηが一定であ
るから、踏力ＦL に対して一義的に決まるモータ駆動力
ＦM ＝η・ＦL が出力されることになる。ここに低速走
行時において十分に大きなモータ駆動力ＦM を発生させ
て楽に走行できるようにするためには、補助率ηを大き
く設定することが必要である。しかしこの補助率ηが大
きいと、高速走行時にもモータが不必要に大きい駆動力
を発生することになり、自転車としては過大な車速にな
ったり電池の無駄な消耗を招くことになる。
【０００６】
【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、モータの駆動力ＦM を少くとも高速時に減
少させて自転車に適した車速に保った走行を可能にし、
また無駄な電池の消耗を防止するようにした電動モータ
付き自転車を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明の構成】本発明によればこの目的は、人力駆動系
と電気駆動系とを並列に設け、人力による踏力の変化に
対応して前記電気駆動系の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、踏力を検出する踏力検
出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記踏力に
対する前記電動モータの出力の比を少くとも高速域で車
速の増加に対して漸減させるように前記電動モ−タによ
る駆動力を制御するコントロ−ラ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。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の一実施例の側面図、図２はそ
の動力系統図、図３はその動力系の展開図、図４は踏力
の検出部を示す側面図、図５はそのＶ−Ｖ線断面図、図
６は補助率ηの特性図、図７は駆動力Ｆの周期的変動を
示す図である。
【０００９】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。
【００１０】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、この中に直流電動モータ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２４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３）には駆
動軸３０が挿通される。
【００１１】次に動力ユニット２４を説明する。図１、
３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にはクランクペダル３６、３６が取付けられてい
る。
【００１２】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３
０の回転が傘歯車機構４４を介して伝えられる。
【００１３】前記電動モータ２２はＢＢケース２６に上
から図３に示すように嵌合されて固定され、そのモ−タ
軸２２ａはクランク軸３２に直交しかつ車体幅方向中央
付近に位置する。ＢＢケース２６は、シートチューブ１
６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
３参照）によって結合される。
【００１４】このモータ２２の回転は図３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の合力軸５６に伝えられる。こ
の合力軸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。
【００１５】後輪１４からモータ２２へ向う回転はハブ
４２に内装した一方向クラッチ４３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。
【００１６】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から合力軸５６、傘歯車機構５８を介して駆動軸
３０に伝えられる。このクランク軸３２の回転はモ−タ
２２の停止中にはクラッチ４８の作用によりモ−タ２２
に伝わらない。またクランク軸３２の停止中あるいは逆
転中にはクラッチ６０の作用によりモ−タ２２の回転は
クランク軸３２に伝わらない。ここに駆動軸３０はモ−
タ軸２２ａを含む車体前後方向の平面Ａの右側に位置す
る（図３参照）。
【００１７】遊星歯車式増速機６２は図３、５に示すよ
うに、大傘歯車５４に固定されたリングギヤ６２ａと、
踏力検出レバー６４に固定されたサンギヤ６２ｂとこれ
らの間に介在する遊星ギヤ６２ｃとを備える。クランク
軸３２はこの遊星ギヤ６２ｃを一方向クラッチ６０を介
して公転させる。
【００１８】なお踏力検出レバー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
により検出する踏力検出手段６５の一部を構成するもの
である。この踏力検出手段６５は前記平面Ａの左側に位
置する。
【００１９】すなわちこの踏力検出手段６５のレバー６
４は、図４、５に示すように２つの突起６４ａ、６４ｂ
を持ち、一方の突起６４ａはストッパ６６に当接して図
４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。
【００２０】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４
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の回転量は踏力センサとしてのポテンショ
メータ７２に伝えられる。この結果ペダル３６の踏力に
比例してレバー６４が図４で時計方向に回動し、第２の
レバー６８が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。
【００２１】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８４は大傘歯車に
対向して設けた車速検出手段であり、この大傘歯車５６
の回転を電磁的にあるいは光学的に検出する公知の構造
のものが使用できる。
【００２２】ポテンショメータ７２で検出した踏力ＦL
および車速検出手段８４で検出した車速Ｓはコントロ−
ラ８２に入力され、このコントロ−ラ８２はこの踏力Ｆ
L と車速Ｓに基づいてモータ電流を制御しモータトルク
ＴM を発生させる。
【００２３】８２ａはメモリであり、車速Ｓに対して変
化する補助率ηを記憶する。この補助率ηは踏力ＦL に
対するモータ駆動力ＦM の比（ＦM ／ＦL ）で定義さ
れ、例えば図６（Ａ）、（Ｂ）に示すような特性に設定
される。図６（Ａ）の実線の特性ａは、車速ＳがＳF 以
下で一定値η0 となり、ＳF ＜Ｓ＜ＳE では直線的に漸
減し、式［（ＳF −Ｓ）／（ＳF −ＦE ）＋ａ］…
（１）で求められ、さらにＳE ＜Ｓでは０になる。
【００２４】コントローラ８２では、まず車速Ｓに対す
る補助率ηをこのメモリ８２ａに記憶した特性を用いて
決定する。そしてこの時モータ２２が出力すべき駆動力
ＦMを［ＦM ＝η・ＦL ］により求める。
【００２５】図７はこの時の合計駆動力Ｆ＝ＦL ＋ＦM
の変化を示すものであり、（Ａ）は車速ＳがＳF 以下の
低速時を、（Ｂ）はＳF ＜Ｓ＜ＳE の中速時を、（Ｃ）
はＳE ＜Ｓの高速時を示す。これらの図からも明らかな
ように、Ｓ＜ＳF の低速域（Ａ）ではη＝η0 （一定）
であるから、モータ２２による補助力である駆動力ＦM
は、ＦM ＝η0 ・ＦL で求められ、踏力ＦL の周期的変
化に対応して合計駆動力Ｆも変化する。
【００２６】ＳF ＜Ｓ＜ＳE の中速域（Ｂ）では、ηは
前記（１）式により求められ、η0よりも小さくなる。
さらにＳE ＜Ｓの高速域（Ｃ）では、ηは０になり合計
駆動力Ｆは踏力ＦL だけになる。
【００２７】以上の実施例では補助率ηは図６（Ａ）の
特性（ａ）を用いているが、用いる特性は種々に変更可
能である。例えば図６（Ａ）に（ａ´）で示すように、
特性（ａ）を高速側へ平行移動させた特性としてもよ
い。この場合には補助率η0 の車速範囲を高速側へ拡大
することになるから、高速走行に適する自転車となる。
【００２８】図６（Ｂ）は補助率ηのさらに他の特性例
を示すものである。同図中の特性（ｃ）はＳE ＜Ｓの高
速域でη＝０にならず一定値ηL を保持するようにした
ものである。特性（ｄ）はＳ＜ＳF の低速域を含む全車
速域でηが漸減するようにしたものである。特性（ｅ）
はＳ＜ＳL の超低速域でηが漸増し、その後一定値η0
にした後再び高速域で漸減するようにしたものである。
この特性（ｅ）によれば発進時における補助率ηを小さ
くして通常のモータ無しの自転車に近い走行感を持たせ
ることができる。
【００２９】また前記メモリ８２ａには補助率ηの複数
種の特性を記憶しておき、選択用スイッチ８２ｂ（図２
参照）によりいずれかの特性を選択できるようにしても
よい。特性をスイッチ８２ｂにより図６（Ａ）に示すよ
うに車速Ｓに対して平行移動させたりして任意の特性に
不連続にあるいは連続に変更できるようにしてもよい。
【００３０】以上の実施例では大傘歯車５４に対向させ
て車速検出手段８４を設けているが、これを図１に８４
Ａで示すように前輪８６に設けてもよい。しかし実施例
のようにクランク軸３２と一方向クラッチ４３との間に
設けた場合には降坂時などにクランク軸３２を停止すれ
ば速度Ｓ＝０となり、エネルギ−消費を一層減らすこと
ができる。
【００３１】以上の実施例は駆動軸３０を用いたシャフ
トドライブ機構からなる伝動系により後輪１４を駆動す
るが、本発明は合力軸５６にスプロケットを固定してチ
ェ−ンドライブ機構からなる伝動系により後輪１４を駆
動するものであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】本発明は以上のように、踏力（ＦL ）に
対するモータ（２２）の駆動力（ＦM）の比すなわち補
助率η（＝ＦM ／ＦL ）を、少くとも高速域で車速Ｓの
増加に対して漸減するようにしたものであるから、少く
とも高速域では補助率ηを十分に小さくして自転車に適
した車速での走行を可能にしつつ電池の消耗を抑制する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の側面図
【図２】その動力系統図
【図３】その動力系の展開図
【図４】踏力の検出部を示す側面図
【図５】そのＶ−Ｖ線断面図
【図６】補助率の特性図
【図７】踏力およびモ−タ駆動力の周期的変動を示す図
【符号の説明】
１４ 後輪 ２２ 電動モータ ３２ クランク軸 ６５ 踏力検出手段 ８２ コントロ−ラ ８４ 車速検出手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 人力駆動系と電気駆動系とを並列に設
    け、人力による踏力の変化に対応して前記電気駆動系の
    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、踏力を検出する踏力検出手段と、車速を検出する
    車速検出手段と、前記踏力に対する前記電動モータの出
    力の比を少くとも高速域で車速の増加に対して漸減させ
    るように前記電動モ−タによる駆動力を制御するコント
    ロ−ラとを備えることを特徴とする電動モータ付き自転
    車。
JP4285432A 1992-09-30 1992-09-30 電動モータ付き自転車 Expired - Lifetime JP2623419B2 (ja)

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