JPH076079U - 補助力パック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 坂道で狭い道の多い日本等ての人力車に、補
助パックを付けけ静だが有効な乗り物にする。 【構成】 センサースプロケット、センサー円板、処理
装置６、モータ３、出力スプロケット４（ローラー、プ
ーリ）、ベルトから成り、チェーンの張力と速度を検出
し、車輪外周を直結モータで補助する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

搬送車。人力車の電気補助力装置。カート

【０００２】

【従来の技術】

自転車等人力車にバッテリー、モータなど補助力を付け、坂道など人力に補助す れば良いことは既に知られている。 問題は、いかに小型で効率が良く、実用的構成にするかにある。 従来は、車軸やチェーンをモータで駆動していた。 一般的モータの回転数は車軸やチェーンより速く、ギアなど設けて速度を落し、 トルクを稼いで駆動していた。 つまり、相性が合っていない。ギアなど設けることは２０％以上の損失を引き起 こしている。 また、広いトルク・回転数を得るため、自動変速器など設けたものもあるが複雑 さ、切り替えの不確実さが目立った。 ＤＣサーボモータは性能はよいが、現在の所、価格が高い。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

できるだけトルクの小さい場所を駆動し、ギアが少なくなる構成にし、効率をあ げる。 自動変速器などもできるだけ省くか、小型・確実にする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

図１は本考案による実施概要図例であり、１は車輪タイヤ、２はチェーン、で、 従来の自転車のものである。 ３はモータ、４は駆動プーリ、５はチェーン張力検出レバー、６は処理装置、７ はバッテリー、８はチェーン張力検出スプロケットである。 同図に基ずいて動作を説明すると、自転車のペタルに強めの力が加わるとチェー ン２が張ってきて、レバー５が右回転する。このレバー５の位置や圧力を別途の 光−電気、または圧力−電気のセンサーにより電気信号に変え、処理装置６に送 る。

【０００５】 処理装置６は、送られた信号が設定値以上だと、バッテリー７からのエネルギー でモータ３に電圧を加え、（一方向）回転プーリ４に回転力を与える。チェーン 圧力が設定以下だと、モータに電力供給停止したり、逆電圧を加える。 モータに加わる電圧はペダルに加わる力を軽減するように処理装置６で決められ るので、人間が扱い易い乗り物になる。

【０００６】 さて、普及型自転車で、人力の１／２を車輪外周で補助するには、最大、６〜７ Ｋｇの張力が必要であり、もし、半径１ｃｍのプーリと直結のモータ３で駆動す ると、モータ３の出力は、６〜７Ｋｇ−Ｃｍのトルクと１０００ｒｐｍの回転力 が必要である。（最大張力時の速度＝３．８ｋｍとして）しかし、チェーンで補 助する場合に比較すると、約１０分の１のトルクで済み、しかも、市販のＤＣモ ータ出力がこのオーダのトルクなので、減速器（トルク変換）など不用になり、 効率のよい乗り物になる。

【０００７】 図２は１方向回転スプロケット４の簡単な例である。 スプロケット４は車輪外周を直接駆動する場合は、スプロケットは金属からなる プーリやローラとしてもよい（図３のような付属物無しの時）。 モータ軸と固定のチャック１１は、一方向回転チャックであり、駆動時にはスプ ロケット側のチャック１０と咬んで、４はモータ３の軸と一体となり回転する。 一方、車輪外周速度がスプロケットの速度より早い（もしくは、モータ停止のと き）ときは、４は空回りする。（一般にモータは、安価なＤＣモータを使用する ため、保持トルクが負担になり、自転車の軽走を妨げるのとブラシュ摩耗による モータ寿命を下げるのを防ぐ）。

【０００８】 図３は、車輪外周に凹凸のあるベルト１２を取り付けた例である。 図３の左図はゴム、スポンジで構成され、主にリムとの接触で摩擦抵抗を稼ぎ、 右図はタイヤに直に凹凸物質を吹き付け接着するか、ネットを被ぶせてタイヤで 耐えさせる。 もちろん、このような付属物なしでスプロケットをローラやプーリとしてリムや タイヤを駆動してもよい。 （６ｋｇ−ｃｍ前後でロス少なく駆動できれば良い） しかしながら、ローラやプーリの直径は自転車の性格上、あまり大きく出来ない 。（３０ｃｍ前後が適当である。）すると、タイヤやリムに付属物を付けずに一 つのローラやプーリで駆動しても、接触面積が小いさいため、たとえ挟み付けて も６ｋｇ−ｃｍ前後での駆動は難しい。

【０００９】 図４は２５のモータと２つのローラで駆動する例である。 タイヤとの接触面積が２倍になり、それぞれ３ｋｇ前後で駆動すればよいので、 効果は４倍近くになる。 ２つのモータ３の出力軸は、それぞれ１方向回転プーリまたはローラ４に直結さ れ、バネ材１１によりモータの出力軸側が締め付けられている。 このため、２つのローラ４は車輪外周を挟み込み、スリップがすくない車輪駆動 が可能になる。

【００１０】 前述のように、図４のリム・スポーク・タイヤ等に付属物を付けて、さらにスリ ップ防止を施してもよい。 また、モータを１個にして出力軸をギア・ベルト等で２軸に分け車輪を駆動して もよい。（ただし、効率は落ちる。） 図５はモータの特性図であり、１５はトルクを示す横軸、１６は回転数、電流値 を示す縦軸である。１７は電流値直線、１８・１９・２０はそれぞれ、電圧の大 ・中・小の時の回転数を示す直線である。

【００１１】 このモータをどのように処理装置６が動かすのか説明する。 まず、チェーン２の速度は、（補助力を加えるときは）車輪の速度に比例し、チ ェーン２の張力（以下張力と呼ぶ）はペタルを漕ぐ力に比例する。 張力が決まると補助するトルクも決まり、図５からその時の回転数（速度）直線 に相当する電圧が決定され、この電圧をモータに加えればよい。たとえば、同図 で同じ補助力を要求されても、そのときの車輪速度が速ければ直線２０から１６ に移るので、大きな電圧をモータ６に加えればよい。 もちろん、このときのトルク、電圧点は最大効率点とは限らないので、補助する トルクを理想点からずらし、効率優先の電圧にしてもよい。 また、ＤＣモータをＤＣサーボモータとしてもよい。

【００１２】 図６はチェーンの張力や速度を検出するもう一つ（別の）の機構図である。 ８はチェーンスプロケット、２２は帯（白・黒または磁気の仕切り）の入ったセ ンサー用円板、２３はバネ、２４はセンサー（光、磁気等）である。 同図に従って動作を説明すると、スプロケット８はバネ２３によりチェーン２を たわませながら回転している。 いま、ペダルに力が加わると８は支点Ａを中心に上がり、反対にスプロケット８ に直結して回転するセンサー用円板２２は下がる。２２の帯をセンサー２４で電 気信号に変換すると（帯の幅一定の場合）、帯があるとする時間と帯がないとす る時間の比率が（ペダルに加わる力により）変化する。 ２２の帯が外周に向かうに従って細くなっているのは、帯があるとする時間幅（ ＨＩＧＨパルス幅）を０から滑らかに増加できるようにするためである。

【００１３】 図７はチェーンの張力および速度が変化したときのセンサー２４の出力波形を示 したものである。 同図では、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つ例を示し、それぞれ横軸は時間、縦軸は電圧を 示す。 チェーン２の張力が増すと、Ａ→Ｃ，Ｂ→Ｄに移行し、（つまり、周期は変化し ないが、ＨＩＧＨ電圧が増し）、速度が増すとＡ→Ｂ，Ｃ→Ｄに移行する。（つ まり、ＨＩＧＨ・ＬＯＷ電圧比率は変化しないが、周期が早くなる。） このように、センサー円板に帯を設けるだけで、チェーン圧力と速度を計測でき 、しかも、センサー出力波形はすでにモータ駆動のいわゆるＰＷＭ波形になって いるので、処理装置は簡単になる。

【実施例】

図４

【考案の効果】

【００１５】 本考案によれば、チェーン張力と速度をディジタルで確実に検出でき、この信号 によりモータ直結の安価な補助力パックが実現できる。 自転車、三輪車、カート、車椅子など人力車に適用でき、おおげさに言えば、坂 道の多い街の歩行者文化を発展できる。

【図面の簡単な説明】

図１：助力パック 概要図 図２：１方向回転チャック付きスプロケット（プーリ） 図３：車輪外周の付属物 図４：２モータ方式助力パック例 図５：モータ特性図 図６：チェーン張力・速度検出機構 図７：センサー出力波形

【記号の説明】

１：車輪外周 ２：チェーン ３：モータ ４：スプロケット（ローラ、プーリ） ５：センサーレバー ６：処理装置 ７：バッテリー ８；センサースプロケット ９：チャック（モータ側） １０：チャック４ １１：押えバネ １２：凹凸ベルト １３；爪 １４：フック １５：横軸（トルク） １６：縦軸（回転数・電流・効率） １７：電流直線 １８：回転数（電圧：大） １９：回転数（電圧：中） ２０：回転数（電圧：小） ２２：帯 ２３：バネ ２４：センサー Ａ：支点

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気力により人力を補助する装置におい
   て、チェーンの張力でと速度を検出する装置とスプロケ
   ット（ローラ）を直結したモータで車輪外周を駆動する
   装置からなる補助力パック。