JPH0640375A

JPH0640375A - 補助動力付き自転車

Info

Publication number: JPH0640375A
Application number: JP19408992A
Authority: JP
Inventors: Ritsuo Nishimura; 律夫西村
Original assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1994-02-15
Anticipated expiration: 2017-10-21
Also published as: JP3336038B2

Abstract

(57)【要約】【目的】人力によるペダリングとモーターによる補助
動力とを調和させて、ペダリング時の不快感や違和感を
解消すると共に、安全に走行できる補助動力付き自転車
を提供すること。【構成】補助動力用モーター11と、ペダル駆動力検出
手段と、ペダル駆動力の上限値を設定する手段と、前記
設定値内に収まるように制御する制御手段とを自転車に
備える。また前記ペダル駆動力の上限値をペダル位置に
対応して設定する手段を前記自転車に設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ペダルの駆動力に応じ
て自動的にモーターが駆動力を補助するようにした補助
動力付き自転車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自転車の車速とペダル回転数を検
知してエンジンの出力を制御するもの、つまり、車速を
運転者の希望速度に近づけるものとしては、例えば、特
公昭60−44191 号公報に開示されており、また人力の駆
動系の負荷を検出し、その負荷を変換してコントロール
するもの、つまり、人力の負荷にモーター出力の大きさ
だけが追従しているものとしては、例えば、特開平４−
100790号公報に開示されているものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た特公昭60−44191 号公報、および特開平４−100790号
公報に開示されているような車両の速度制御装置では、
人がこぐところの自転車特有のペダル駆動回転位相の最
上位置や、最下位置や、水平位置による駆動力の変化に
関係なく、エンジンやモーターの原動機で自転車を駆動
していたので、人の足が意志に反して強制的に回された
り、踏み込もうと思っても踏み遅れ、所謂すっぽぬけた
りして思うようにペダルを踏めないという現象、つま
り、ペダリングに違和感があった。また前記した装置で
は、ペダリングを止めてもそのまま自転車が原動機の力
で走り続けるから、これは自転車というより原動機付き
二輪車であり、自転車としてはきわめて危険な状態にも
なるという問題点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ため本発明においては、補助動力用モーターと、ペダル
駆動力検出手段と、ペダル駆動力の上限値を設定する手
段と、前記設定値内に収まるように制御する制御手段と
を備えて補助動力付き自転車を構成する。

【０００５】また、前記ペダル駆動力の上限値をペダル
位置に対応して設定する手段を設けて補助動力付き自転
車を構成してもよい。

【０００６】

【作用】本発明は、上述のようにペダル駆動力検出手段
により自転車特有の人の足によるペダル駆動力と、ペダ
ルの駆動回転位相から、ペダル駆動力の上限値を設定
し、それによって制御されたモーターによる補助動力を
得るようにしたので、つまり、人のペダリングと機械的
なモーターの駆動回転とを調和させたから、ペダリング
時の不快感や違和感を解消した走行ができる。また、ペ
ダリングを止めても、そのままモーターの力で走り続け
ることなく、安全に走行することができる。

【０００７】

【実施例】以下、図面について本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の補助動力であるモーター付き自転
車の側面図である。図中１は自転車のフレーム、２は前
輪、３は後輪、４はクランクシャフト、５はクランクア
ーム、６はペダル、７はクランクギヤ、８は後車軸、９
は後車軸８に設けたスプロケット、10はチェーン、11は
フレーム１のチェーンステー1aに取り付けた補助動力用
モーターで、このモーター11は図９に示すように、減速
機12および一方向クラッチ13を介してプーリー14を駆動
するようにし、このプーリー14によってチェーン10に補
助動力を伝えるようにする。

【０００８】また15は前車軸で、16はこの前車軸に設け
たハブ発電機、17は前輪２の上方に設けたバスケット、
18はバスケット17の底部に設けた二次電池で、この二次
電池18が補助動力用モーター11の電源である。また19は
自転車のハンドルで、20はこのハンドル19上に設けたモ
ード設定器で、本発明装置の制御手段の一つである。

【０００９】図２は、モード設定器20を示す斜視図であ
り、21はそのモード設定器20の補助モード表示インジケ
ーター、22は上限値表示用インジケーター、23は補助モ
ード選択スイッチ、24は上限設定スイッチである。

【００１０】図３は、補助モード選択スイッチ23の後述
する各モードの設定順序を示すもので、この補助モード
選択スイッチ23を押すことにより、OFF , Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，と、補助モードを変更することができる。

【００１１】また図４は、上限設定スイッチ24の回転目
盛を示すもので、左端では、読み込んだペダル駆動力の
50％、中間位置で100 ％、右端で150 ％を上限設定値と
するものである。そして前記数値の中間の位置では、そ
の対応した値と、読み込んだペダル駆動力との積が上限
値となる。またこの上限設定スイッチ24を操作したとき
には、上限値表示用インジケーター22が設定値を点滅表
示する。

【００１２】図５は、自転車のハンガ部を示す縦断面図
であり、図中25はハンガパイプ、26は軸受用の鋼球、27
はペダル位置を検出するためハンガパイプ25を貫通して
設けた近接スイッチであり、この近接スイッチ25と対向
するクランクシャフト４の外周面には多数の突起4aが設
けられている。図６はそのクランクシャフト４の断面を
示すもので、図中Ｐ位置が原点になっている。そしてこ
の突起4aと近接スイッチ27によってペダル位置検出セン
サーＳ₁を形成している。

【００１３】またこの近接スイッチ27の代りに、図７
(a)(b)に示すように、クランクシャフト４の外周にバー
コード状の反射テープ28を被覆すると共に、赤外線発光
ダイオード29と、このダイオード29の反射光を受光する
フオトトランジスタ30を設けてもよい。

【００１４】また図５に示すように、クランクシャフト
４の中間部に歪みゲージ31を設けると共に、その両側に
信号取り出し用のスリップリング32を設け、図８に示す
ように回路を構成して、その出力にペダル駆動力検出ア
ンプ33を接続してペダル駆動力検出センサーＳ₂を構成
する。なお図５および図８中のＶ_inは入力電圧、Ｖ_ou _t
は出力電圧を示すものである。

【００１５】図９は本発明の概念を示すブロック図であ
り、図中11は前記した補助動力用モーター、12は減速
機、13は一方向クラッチ、14はチェーン駆動用のプーリ
ーである。

【００１６】またモーター11は、モータードライバー34
を介してマイコン35に接続されており、このマイコン35
は前記モード設定器20の内部に設ければよい。そしてこ
のマイコン35には前記した補助モード表示インジケータ
ー21、および上限値表示用インジケーター22が接続され
ていると共に、補助モード選択スイッチ23、ならびに上
限設定スイッチ24が接続されている。

【００１７】また図中35a は、マイコン35のメモリ(RO
M) であり、35b は同じくマイコン35のメモリ(RAM) で
ある。そしてこのマイコン35は前記したペダル位置検出
センサーＳ₁と、ペダル駆動力検出センサーＳ₂ともそ
れぞれ接続している。

【００１８】つぎに上述のように構成した本発明装置の
作用を説明する。先ず、自転車をペダル６を介して人力
で駆動すると共に、補助動力用モーター11を駆動する
と、チェーンステー1aに固定された補助動力用モーター
11の出力は、減速機12で減速され、減速されたこのモー
ター出力は、一方向クラッチ13およびプーリー14を介し
てチェーン10に伝えられる。

【００１９】またクランクシャフト４には、ペダル位置
検出センサーＳ₁およびペダル駆動力検出センサーＳ₂
が設けられているから、ペダル６の回転位相は、ペダル
位置検出センサーＳ₁のクランクシャフト４に設けた突
起4aと近接スイッチ27によって検出される。またペダル
駆動力検出センサーＳ₂による検出は、ペダル駆動力が
予め決められている、ある値より大きいときに有効であ
るように設定されている。このことより、クランクシャ
フト４の回転方向（正転・逆転）の検出は不要となる。
すなわち、ペダル駆動力が、ある値より大きい状態と
は、ペダリングをしている状態であり、この時クランク
シャフト４は正転しているからである。

【００２０】自転車のハンドル19に設けたモード設定器
20には、補助モード選択スイッチ23、上限設定スイッチ
24、表示用ＬＣＤである補助モード表示インジケーター
21と、ペダル駆動力及び上限値表示用インジケーター22
があり、内部には、演算・制御用のマイコン35、ペダル
駆動力検出用のアンプ33 (図８参照）があり、上限設定
スイッチ24は、押しボタンスイッチ (手動操作自動復帰
接点) と回転摺動抵抗（可動接点付分圧器）によって構
成されている。

【００２１】ペダル駆動力上限値は、マイコン35のＲＯ
Ｍ35a から読み出す。又は、上限設定スイッチ24を回動
させ、押し動作をすることによって、上限設定スイッチ
24の押しボタンの接点が閉じ、マイコン35に割り込みが
生じ、その時の、上限設定スイッチ24の回動位置に対応
する設定電圧が、マイコン35に読みとられ、ＲＡＭ 35b
に書き込まれる。

【００２２】ペダル駆動力は、クランクシャフト４に設
けた歪みゲージ31の出力を、スリップリング32を介して
取りだし、ペダル駆動力検出アンプ33で増幅して検出す
る。

【００２３】補助モード選択スイッチ23が OFFでなけれ
ば、ペダル位置とペダル駆動力をマイコン35へ読み込
み、これらと上限設定値とを比較して減算処理し、その
減算値に応じてマイコン35は、デューティー比を変化さ
せ、モータードライバー34へ信号を送り、このモーター
ドライバー34では、信号に応じてスイッチングを行な
い、前記した上限値より飛び出したペダル駆動力に対応
する量だけ、モーター11を駆動する。このモーター11の
動力は、図９に示すように、減速機12で減速され、一方
向クラッチ13を介してプーリー14を回転させ、チェーン
10より人力を補助する。

【００２４】図10および図11の (a)(b)(c)は、本発明自
転車のペダル駆動力とペダル回転位置を示すもので(d)
はそのモーター電力の時間変化を示す説明図である。図
中ａはペダルの最上位置、ｂは水平位置、ｃは最下位値
である。また曲線Ｆの範囲は、通常のペダル駆動力を示
し、円弧Ｇによって囲まれた半円部分は上限設定値を示
しており、図11中の円弧Ｈによって囲まれた小さな半円
部分は、設定された小さな補助動力値を示している。

【００２５】したがって図10の (b)に示した斜線部分Ｉ
は、モーター11の駆動部分であり、図10の (c)に示した
斜線部分Ｊは、補助動力 ON 時のペダル駆動力である。
また図10の (d)は、その場合のモーター電力Ｗを縦座標
にとり、時間ｔを横座標にとって示したモーター駆動電
力の波形図である。

【００２６】また図11の(b) に示した斜線部分Ｋは、モ
ーター11の駆動部分であり、図11の(c) に示した斜線部
分Ｌは、補助動力 ON 時のペダル駆動力である。また図
11の(d) は、その場合のモーター電力Ｗを縦座標にと
り、時間ｔを横座標にとって示したモーター駆動電力の
波形図である。

【００２７】また、モード設定器20の補助モード選択ス
イッチ23を押すことにより、図３に示したように補助モ
ードを OFF，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，に変更することができ
る。

【００２８】図12の(a) 〜(e) は、本発明の補助動力パ
ターンを示す説明図であり、図中ａはペダルの最上位
置、ｂは水平位置、ｃは最下位置である。そして(a)
は、Ａタイプを示すもので、図中の斜線部分が補助動力
部分（以下同じ）である。また(b) はＢタイプであり、
(c) はＣタイプ（Ａ＋Ｂタイプ）であり、(d) はＤタイ
プ（形状設定タイプ）であり、(e) はモーター駆動部分
を内外共に限定したＤ′タイプである。すなわち、Ｄモ
ード（Ｄタイプの形状設定タイプ）では、ペダル位置に
対する補助動力値を、個々に設定可能である。

【００２９】また各種モードの設定方法としては、モー
ド設定器20の上限設定スイッチ24を押し続け、例えば、
５秒以上ペダリングを続けると、その時のペダル駆動力
とペダル位置が、ＲＡＭ35b に記憶されて上限設定値と
なる。このため、その人のペダリングに最適な補助動力
カーブを得ることができる。

【００３０】また例えば、この時に上限設定スイッチ24
を回動することにより上限設定値を、任意の設定値にす
ることができる。すなわち、図４の左端では、読み込ん
だペダル駆動力の50％となり、中間位置では 100％とな
り、右端は 150％となる。また、前記目盛の中間の位置
では、その対応した値と、読み込んだペダル駆動力との
積が上限値となる。また上限設定スイッチ24を操作した
ときには、上限値表示用インジケーター22がその設定値
を点滅表示する。

【００３１】また、補助動力用モーター11が停止してい
るときプーリー14はチェーン10により回転する。しかし
ながら、このプーリー14は、一方向クラッチ13を介して
減速機12側から駆動できるが、プーリー14側からは、減
速機12を駆動できないようになっている。従って、上記
のように補助動力用モーター11が停止していても、プー
リー14から減速機12および補助動力用モーター11を駆動
することはないのである。

【００３２】つぎに自転車特有のペダルによる駆動回転
を説明すると、直線状のクランクアーム５は、一端がク
ランクシャフト４側に固定され、他端にペダル６を装着
している関係上、ペダル６が上死点あるいは下死点近傍
位置にある時は、クランクシャフト４に回転力を有効に
伝達することは難しく、またクランクアーム５の回転力
の有効な伝達角度範囲が小さいため、ペダル６からクラ
ンクシャフト４への動力伝達を有効に行なうことは難し
かった。

【００３３】このことから、ペダル駆動回転位置に関係
なく、単純に人力の負荷を検出し、これを補助動力に変
換した従来の装置では、ペダルの回転速度にむらが生
じ、不自然な踏圧感覚を生ずるという問題点があった。
そこで本発明では、図10及び図11に示したように、上限
設定値Ｇを設定し、通常のペダル駆動力Ｆとを比較し
て、図(b) に示す斜線部分Ｉ，Ｋを、モーター11で補う
ようにしたから、これによって不自然な踏圧感覚を生ず
ることなく、また違和感のない、スムーズな回転駆動操
作を行なうことができる。

【００３４】また、図５〜12で示したように、モーター
駆動力を極めて小さく設定し、常時小さな補助動力値と
することもでき、またＤ〜Ｄ′タイプのように、人の踏
み方を記憶させて、この記憶値に対応してモーターの補
助動力値を設定することもできる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の効果は下記の通りである。（１）補助動力は、ペダル踏力対応型であるため、補助
動力のスイッチを入れても自転車が急発進することがな
く、安全である。（２）ペダルを強く踏み、設定上限値を超えた量だけモ
ーターより補助動力が得られるため、ペダリングに違和
感がなく、例え坂道でも、向かい風でも、平坦路とかわ
りなく軽々とペダルをこぐことが可能である。（３）また走行中常時、走行に必要なペダル踏力より小
さな動力を補助するようにすれば、常に軽々とペダルを
こぐことができ、また例え設定値を超えて、補助動力が
付加されたときでも、モーター駆動によるショックを小
さくすることができる。（４）ペダル位置に対応したペダル駆動力が設定可能な
ため、坂道での立ちこぎや平地走行など、状況に応じた
設定値を使用して、違和感のないペダリングができる。（５）補助動力用モーターが停止していても、実施例で
示したように、ラチェット等の一方向クラッチを設けて
おけば、ペダルの方からモーターを回転させることはな
く、またペダル踏力にロスも生じない。（６）また実施例で示した表示装置を設ければ、ペダル
駆動力が表示されるため、トレーニングの指標とするこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明自転車の側面図である。

【図２】モード設定器の斜視図である。

【図３】補助モード選択スイッチのモード設定順序を示
す説明図である。

【図４】上限設定スイッチの回転目盛を示す部分図であ
る。

【図５】クランクシャフト部を一部断面図で示す立面図
である。

【図６】図５の近接スイッチ部の部分断面図である。

【図７】(a)は、図６の変形例を示すクランクシャフト
の部分側面図であり、(b)は、その断面図である。

【図８】ペダル駆動検出センサーを構成する電気回路図
である。

【図９】本発明の概念を示すブロック図である。

【図１０】(a)〜(c) は、人力および補助動力によるペ
ダル駆動力とペダル回転位置との関係を座標に示す説明
図であり、(d)は、そのモーター駆動電力と時間との関
係を示す図表である。

【図１１】(a)〜(c) は、人力および補助動力によるペ
ダル駆動力とペダル回転位置との関係を座標に示す説明
図であり、(d)は、そのモーター駆動電力と時間との関
係を示す図表である。

【図１２】(a)〜(e) は、補助動力の各種設定パターン
を座標に示す説明図である。

【符号の説明】

１フレーム２前輪３後輪４クランクシャフト５クランクアーム６ペダル７クランクギヤ８後車軸９スプロケット 10 チェーン 11 補助動力用モーター 12 減速機 13 一方向クラッチ 14 プーリー 15 前車軸 16 ハブ発電機 17 バスケット 18 二次電池 19 ハンドル 20 モード設定器 21 補助モード表示インジケーター 22 上限値表示用インジケーター 23 補助モード選択スイッチ 24 上限設定スイッチ 25 ハンガパイプ 26 鋼球 27 近接スイッチＳ₁ペダル位置検出センサー 28 反射テープ 29 赤外線発光ダイオード 30 フオトトランジスタ 31 歪ゲージ 32 スリップリング 33 ペダル駆動力検出アンプＳ₂ペダル駆動力検出センサー 34 モータードライバー 35 マイコン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】補助動力用モーターと、ペダル駆動力検
出手段と、ペダル駆動力の上限値を設定する手段と、前
記設定値内に収まるように制御する制御手段とを備える
ことを特徴とする補助動力付き自転車。
【請求項２】前記ペダル駆動力の上限値をペダル位置
に対応して設定する手段を有することを特徴とする請求
項１記載の補助動力付き自転車。