JPH08207875A - 自転車用補助動力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】周知の足踏み自転車に後付けで簡単に取り付け
て、電動機の駆動力により足踏み駆動力を補助すること
のできる簡便安価な補助動力装置を得ることである。 【構成】蓄電池と、電動機に結合されていて一方向クラ
ッチを備えた円筒状動輪と、踏力検出手段と、電流制御
部及び速度制限部を含む制御回路と、取り付け架台と、
電池等収納筐体とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】周知の足踏み自転車に後付けで簡
単に取り付けて、電動機の駆動力により足踏み駆動力を
補助せしめる補助動力装置である。

【０００２】

【従来の技術】足踏みペダルによる自転車に電動機と蓄
電池を載置して走行する電動自転車若しくは補助動力装
置は周知で、実用化された例がある。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】

（イ）平地を走行するときと坂道を走行するときとでは
所要トルクに大きい差があるので変速装置が必要である
が、自転車に利用できる簡便安価な装置がないという問
題点がある。 （ロ）従来の方式では電動機の動力を車輪に伝える駆動
力伝達手段、トルクを変更するための機械的変速手段、
及び速度変更手段等がそれぞれ複雑であり、在来型自転
車に大幅な設計変更若しくは改造を加える必要があった
ため、全体の最終価格は在来型自転車に比べ大幅に高価
になるという問題点があったので、在来型自転車に特別
な設計変更や改造を加えることなく、後付けで簡単に装
着できる、簡便安価な補助動力装置を実現する必要があ
る。 （ハ）踏力のみによる踏力走行と、踏力に補助動力を加
えた併用走行のいずれかを容易に選択できる必要があ
る。 （ニ）踏力走行のとき、電動機とその周辺装置が負荷と
なって無駄な労力を費やすことを防止する必要がある。 （ホ）併用走行のとき、加えた踏力その他の条件に応じ
て補助動力の出力を増減して、常に楽な踏力で、自然の
走行感覚で走行できるようにすると共に、必要動力が一
定値以下のときには補助動力の出力を消滅せしめて無駄
な電力消費を防止する必要がある。 （ヘ）走行運転にあたって、特別の運転免許等を必要と
しないようにするため、併用走行のとき、電動機の回転
速度に上限を設けると共に、それ以上の走行速度は踏力
のみによって得るようにする必要がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

（イ）蓄電池と、この蓄電池からの供給電流を制御して
次段に接続された電動機に電流を供給する制御回路と、
補助動力を発生する電動機と、その回転駆動力により１
方向クラッチを介して回転駆動される円筒状の駆動輪と
を基本構成要素とし、この駆動輪によって後輪若しくは
前輪のタイヤを直接摩擦回転する方式を採用することに
より簡便安価な装置を実現する手段が得られる。 （ロ）踏力に補助動力を加えた併用走行のとき、前項に
説明した１方向クラッチを備えること、車体の適宜の位
置に備えれた踏力検出手段及びその検出結果を伝達する
伝達手段を備えること、この伝達手段からの信号を基に
電動機に供給される電流を制御して電動機の回転駆動力
を適宜増減する電流制御手段を前記制御回路内に備える
ことにより機械的変速手段や人手による速度変更手段を
不要とすると共に、踏力若しくは電力の浪費を防止する
ことのできる簡便安価な手段が得られる。 （ハ）併用走行のとき、必要動力が一定値以下の場合
は、電動機への供給電流を遮断する電気回路を前記制御
回路内に設けることにより、電力の浪費を防止する手段
が得られる。 （ニ）電動機の回転速度を検出する速度検出手段を備
え、この出力を利用して電動機の回転速度が一定値を越
えないよう電動機への供給電流に制限を加える電気回路
を前記制御回路内に設けることにより、併用走行のとき
の走行速度を一定値以下に制限する手段が得られる。 （ホ）支柱及びネジ穴等を備えることにより、在来の自
転車車体へ簡便に取付けできる手段を備えた架台を用意
し、この架台に蓄電池、制御回路及びその他の所要部品
等を収納する筐体を固定的に備え、この架台の他の部位
に、架台に対して一定の角度範囲内の角度修正ができる
ヒンジ等を介して接続されると共にスプリング等の押圧
力若しくは引張力により一方向に押圧若しくは引張する
手段を備えた駆動部取付構造体を備え、この駆動部取付
構造体に電動機、１方向クラッチ及び円筒状駆動輪を一
体的に構成した駆動部を備え、以上説明のように構成さ
れた架台を自転車の後輪若しくは前輪の近傍に位置する
よう自転車の車体に４点程度のネジ止めで簡単に固定装
着して前記駆動輪の側腹部をタイヤの外周面若しくは側
面に対して前記スプリング等の押圧力により押圧して摩
擦接触するようにすることにより、補助動力を在来自転
車に容易に装着できる簡便安価な手段、及び補助動力を
車輪に簡便安価に伝達する手段が得られる。 （ヘ）駆動部取付構造体のヒンジ部と対向する適宜の部
位に把手腕及び把手を備えると共に、架台に把手保持板
を備え、この把手保持板に備えられた例えばコの字型の
把手腕貫通穴に前記把手腕を貫通摺動することにより、
前記駆動輪の側腹部をタイヤに対して接触させるかまた
は非接触にするかを容易に選択できるようにして、補助
動力を使用しないときの消費電力を節約する手段が得ら
れる。

【０００５】

【作用】前記課題は、前記手段により総て解決されるの
で、次の種々の作用が生ずる。 （イ）構造が簡単なので、従来の装置に比べて極めて安
価な補助動力装置が実現できる。 （ロ）既存自転車に何ら設計変更や改造が不要で、小量
の取付け作業で容易に装着できる補助動力装置が得られ
る。従って、既存自転車の有効活用ができる。 （ハ）平地や坂道共に小さな踏力でも補助動力の力を借
りて楽に走行できる。 （ニ）特別な運転操作の必要なしに極めて容易な運転が
できると共に、労力及び消費電力の無駄の少ない装置が
得られる。 （ホ）足踏みのみによる踏力走行と、踏力に補助動力を
加えた併用走行のいずれかが極めて簡単な操作で選択で
きる。 （ヘ）併用走行のとき、一定走行速度以上になると電動
機への給電が消滅するので、原動機付き自転車の取扱か
ら除外されることができ、運転免許の取得を必要としな
いと共に、ヘルメットの着用が不要となる。

【０００６】

【実施例】図１乃至図３はそれぞれ、本発明の実施例を
既存の自転車に付加した場合の左側全体側面図、全体後
面図及び右側部分側面図であり、他の周知の部分は省略
して図示していない。図１における第１の取付例は、架
台２は支柱２ａを備え、該架台２及び該支柱２ａの各先
端部にはそれぞれ取付ネジ孔２ｃ及び２ｄを備えてお
り、これらのネジ孔を介して該架台２は自転車１の車体
に固定されると共に、後輪上辺部に位置するようになさ
れている。図１における第２の取付例は、第１の取付例
と同様の構造をなすの支柱２ｂとその先端に備えられた
ネジ孔と、架台２の延長部２ｆに備えられた取付環２ｇ
を利用して架台２は自転車１の車体に固定されると共
に、前輪上辺部に位置するようになされてもよい。な
お、図１中の１ｃは通常の自転車に使用されている物入
れ籠を示す。図中において、蓄電池等収納筐体３は該架
台２の適宜の位置に固定装着されており、該架台２には
また、略コの字型をなす動力部取付構造体４が角度調節
自在に備えられており、該動力取付構造体４は電動機取
付け板４ａと、架橋板４ｂと、動輪軸受板４ｃとからな
り、動力部９が備設されている。また、該動力取付構造
体４に備えられた把手４ｆの腕４ｇは、前記架台２に備
えられた把手保持板２ｈに貫通されたのコの字型の把手
保持孔２ｉを貫通して適宜のレベルに保持されるように
なされている。

【０００７】図４は動力部９及びその周辺部を自転車の
後方からみた部分説明図であり、動力取付構造体４は、
電動機取付板４ａ、架橋板４ｂ及び動輪軸受板４ｃの３
つの部材からなっていて、ほぼコの字状をなし、ヒンジ
４ｄを介して前記架台２の側部に角度調節自在に結合さ
れていると共に、スプリング４ｅが該架台２と架橋板４
ｂとの間に備えられ、所要に応じ、両者間に開力若しく
は閉力を生じるようになされている。動力取付構造体４
の一部をなす電動機取付板４ａには、電動機９ａが固定
されており、該電動機９ａの出力回転軸により回転駆動
される１方向クラッチ９ｂを介して動輪９ｃが回転駆動
される。動輪９ｃの側腹面即ち摩擦面９ｄは凹凸のある
ゴム質の材料からなる摩擦体９ｆからなり、自転車１の
後輪タイヤ１ａ若しくは前輪タイヤ１ｂの外周面若しく
は側面に摩擦接触するようになされている。以上説明し
たような構成において、補助動力源である電動機９ａの
回転駆動力は動輪９ｃに伝えられるが、前記スプリング
４ｅの作用により適宜の押圧力でタイヤに接触される。
別に設定された電動機の回転速度の上限を越える走行速
度で走行する場合、あるいは平地や下り坂を惰力により
走行する場合は、前記１方向クラッチが作用して、電動
機９ａ及びその周辺装置が踏力の負荷とならない。把手
４ｆを把手保持孔２ｉの作用により上方に保持すること
により、動輪９ｃとタイヤ１ａ若しくは１ｂとの接触を
切り離すと、踏力のみの「踏力走行」となる。電動機９
ａ、一方向クラッチ９ｂ及び動輪９ｃの組合せの構造は
図４の例に限定されず、例えば図５及び６に示すように
電動機９ａの回転動力をプーリー９ｄ及びベルト９ｅを
介して１方向クラッチ９ｂ及び動輪９ｃに伝えるように
してもよい。

【０００８】次に図７及び図８につき、電動機９ａの通
電手段を説明する。図において、記号５ａ及び５ｂはそ
れぞれ電池５の正極及び負極である。周知の三角波発生
回路２４からの出力電圧２４ａと、所要動力検出手段１
０の一部をなす受信機１０ｆの出力電圧である１０ｈと
は比較回路であるオペアンプ１７で比較され、トランジ
スタ１８の作動時間幅を決定するので、いわゆるパルス
幅変調（ＰＷＭ）のパルス幅が決められ、これに従って
電動機９ａに供給される電流が制御される。したがっ
て、後に詳述する所要動力検出手段１０の出力電圧１０
ｈを増減することにより、電動機９ａに供給される電流
が制御される。

【０００９】次に、所要動力検出手段１０につき説明す
る。踏力センサーをなす歪ゲージ１０ａ、踏力スイッチ
１０ｂ、単独電池１０ｃ、及び送信機１０ｄがペダル１
３に備えられている。踏力スイッチ１０ｂにある程度以
上の踏力が加わると、これが導通状態となって送信機１
０ｄに電源１０ｃが接続されて送信機１０ｄが作動状態
になる。このとき、歪ゲージ１０ａは踏力に応じた抵抗
値を呈する。この歪ゲージ抵抗値を発振定数の一剖とす
るような発振回路を内蔵する送信機１０ｄから、踏力に
対応した周波数の電波が発射される。ここで、最小踏力
設定装置１０ｅは、踏力スイッチ１０ｂが道通状態とな
る踏力の最小値を設定するための、バネ力を調節自在と
した簡単な装置であり、この装置１０ｅの作用により、
電池１０ｃの無駄な消耗を防止することができる。装置
の細部については、説明を省略する。本実施例では、踏
力を検出する手段として、歪みゲージ１０ａと踏力スイ
ッチ１０ｂを利用したが、その他の周知の手段でもよ
く、又設置位置もペダル１３の位置に限定されない。自
転車１の車体側に備えられた受信機１０ｆは、送信機１
０ｄからの電波１０ｋを受信して受信周波数に応じた電
圧発生する手段であり、前述の電圧１０ｈを発生する。
以上説明したような構成により、足踏みの踏力に応じた
電流が決定されて、この電流が電動機９ａに供給される
ことになる。踏力と供給電流との最適の対応関係は、三
角波発生回路２４の出力電圧２４ａの周期や波形、踏力
検出手段である歪ゲージの特性、あるいは可変抵抗１０
ｇを適宜に選定することにより得ることができる。ま
た、最適の対応関係を算出する専用の回路を別に設けて
もよい。

【００１０】次に、走行速度の制限方法である速度制御
部について説明する。抵抗１４ａと１４ｂ、及び電動機
９ａと抵抗１４ｃとはそれぞれ直列に接続され、これら
の接続体は相互に並列に接続され、フライホイールダイ
オード１５は電動機９ａに並列に接続される。このよう
な接続において、抵抗１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び電動
機９ａはブリッジ回路を構或し、抵抗１４ａと１４ｂの
接続点であるＡ点と、電動機９ａと抵抗１４ｃの接続点
であるＢ点との間には電動機９ａの回転数に比例した逆
起電力が生起される。この逆起電力すなわち電動機９ａ
の回転速度が可変抵抗１６ａで設定された値を越えると
比較回路であるオペアンプ１６の力がローレベルとな
り、ホトインタラプタ２１が導通して抵抗２２の端子に
電圧Ｃが発生し、この電圧Ｃと、前述のオペアンプ１７
の出力電圧Ｄとが比較回路であるオペアンプ２３で比較
され、ＣがＤを越えるとオペアンプ２３の出力はローレ
ベルとなり、トランジスタ１８は非導通となるので、電
動機９ａに対する電流の供給は遮断される。

【００１１】次に、蓄電池５の電圧監視回路２６につき
説明する。手動スイッチである主スイッチ２５が導通と
なって、蓄電池５が接続されると、発光ダイオド２６ａ
及び２６ｂは点灯するが、例えば、発光ダイオード２６
ａを赤色、２６ｂを緑色とし、抵抗２６ｃ及び２６ｄの
値を適宜に選定することにより、蓄電池５の電圧がある
値以上のときは緑色が点灯して走行可能状態を示し、あ
る値以下のときは赤色は点灯して充電の必要なことを警
告するようにすることができる。

【００１２】図９は蓄電器等収容筐体３の実施例におけ
る構造を説明する図である。外部筐体３の内部には、引
出し自在とされた内部筐体３ａが備えられている。これ
らの筐体の上面覆いは省略して図示していない。外部筐
体３の最奥部及びこれと接する内部筐体の最奥部には電
動機９ａに電流を供給するための凸状接栓３ｂ及び凹状
接栓３ｃがそれぞれ備えられ、これらは相互に接離自在
とされている。また、内部筐体３ａは制御回路８の収納
部８ａ、蓄電池５の収納部５ｃ、電源コード収納部６
ａ、及び充電回路７の収納部７ａとに分割されている。
更に、内部筐体３ａの手前面には引出し把手３ｄと、電
源コード取出し用開閉扉３ｅが備えられている。以上説
明のような構成により、内部筐体３ａを自由に引出して
内部筐体３ａのみを任意の場所に移設して、蓄電池５に
例えば家庭用電源から充電することができる利便性が得
られる。また、内部筐体３ａを引出して他に保管するこ
とにより盗難等を防止することもできる。内部筐体３ａ
を挿入したままの状態においても、開閉扉３ｅを開けて
電源コードを引出せば、充電が可能である。

【００１３】図１０及び図１１は、踏力検出手段にポテ
ンショメータを利用した場合の実施例を示す説明図であ
り、クランク条腕２７の一端には補助スプロケット２８
が回転自在に備えられており、該クランク条腕２７の他
の一端にはポテンショメータ２９が回転自在に備えられ
ていると共に、このポテンショメータ２９は車体の一部
に固着されている。また、該ポテンショメータ若しくは
車体に固着されたスプリング支え腕３０及び該クランク
条腕２７はそれぞれの適宜の位置においてスプリング３
１の各端が連結されており、両者を相互に引張してい
て、該補助スプロケット２８がチェーン１３ｅに押圧し
つつ噛み合うようになされている。以上説明したような
構成において、ペダルを踏むことにより踏力を増滅する
ときチェーン１３ｅの撓みが上下に変位してポテンショ
メータ２９の軸を回転してポテンショメータ２９の内部
に備えられた抵抗の値を変化させる。したがって、たと
えばこの抵抗の一端を接地しておき、他の一端を図８に
示す１０ｈ点に接続すれば踏力検出手段として利用でき
る。この方式によれば踏力検出手段を車体側のみに設置
できるので、専用電池が不要となる利点が生じる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、ペダルによる踏力
のみを使用して走行する手段と、踏力に補助動力として
の電動機による駆動力を付加して走行する手段を得るこ
とができ、又それぞれの手段を停止すると慣性により走
行することができる。慣性走行を含み踏力が一定値以下
のとき、及び走行速度が一定値以上のときは補助動力を
発生しないので、走行距離が大幅に増大できると共に、
運転免許の取得を不要にし、またヘルメットの着用義務
の免除等の効果がある。人力と補助動力の併用走行のと
き、加えた踏力に応じて自動的に最適な補助動力を発生
するので平地、上り坂共に少ない踏力で走行でき、また
速度制御等の運転走行上の人手操作が不要なので、運転
が楽となる効果がある。既存の足踏み自転車に後付けで
簡単に取付けて使用できる簡便安価な補助動力装置が得
られる効果がある。

【００１５】

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明装置の左側面全体説明図

【図２】は本発明装置の後面説明図

【図３】は本発明装置の右側面部分説明図

【図４】は動力部分及びその近傍の説明図

【図５】及び

【図６】は動力部分の他の実施例の説明図

【図７】は電気系統の説明図

【図８】は制御回路の回路図

【図９】は蓄電池等収納筐体の説明図

【図１０】、

【図１１】は踏力検出手段の他の実施例の説明図

【符号の説明】

（１）は在来自転車 （１ａ）、（１ｂ）は後輪タイヤ及び前輪タイヤ （１ｃ）は物入れ籠 （２）は架台 （２ａ）、（２ｂ）は支柱 （２ｃ）、（２ｄ）はネジ孔 （２ｆ）は架台延長部 （２ｇ）は取付環 （２ｈ）把手保持板 （２ｉ）把手保持孔 （３）は蓄電池等収納外部筐体 （３ａ）は同内部筐体 （３ｂ）、（３ｃ）は接栓 （３ｄ）は引出し把手 （３ｅ）は開閉扉 （４）は動力部支持構造体 （４ａ）は電動機取付板 （４ｂ）は架橋板 （４ｃ）は動輪軸受板 （４ｄ）はヒンジ （４ｅ）はスプリング （４ｆ）は把手 （４ｇ）は把手腕 （５）は蓄電池 （５ａ）は蓄電池の正電極 （５ｂ）は蓄電池の負電極 （５ｃ）は蓄電池収納部 （６）は電源コード （６ａ）電源コード収納部 （７）は充電回路 （７ａ）は充電回路収納部 （８）は制御回路 （８ａ）は制御回路収納部 （９）は動力部 （９ａ）は電動機 （９ｂ）は１方向クラッチ （９ｃ）は動輪 （９ｄ）は動輪摩擦面 （９ｅ）は１方向クラッチ機構部 （９ｆ）は動輪摩擦体 （９ｈ）は電動機駆動軸 （９ｉ）は動輪軸 （９ｋ）はベアリング （１０）は所要動力検出部 （１０ａ）は踏力検出手段（歪みゲージ） （１０ｂ）は踏力スイッチ （１０ｃ）は電池 （１０ｄ）は送信機 （１０ｅ）は最小踏力設定装置 （１０ｆ）は受信機 （１０ｇ）、（１６ａ）は可変抵抗器 （１１）電流制御部 （１２）は速度制御部 （１３）はペダル （１３ａ）はペダル軸 （１３ｂ）はペダルアーム （１３ｃ）は大スプロケット軸 （１３ｄ）は大スプロケット （１３ｅ）はチェーン （１３ｆ）は小スプロケット （１４ａ）、（１４ｂ）、（１４ｃ）は抵抗 （１５）はフライホイールダイオード （１６）、（１７）、（２３）はオペアンプ （１８）はトランジスタ （２１）はホトカプラ （２４）は三角波発生装置 （２５）は手動主スイッチ （２６）は蓄電池監視回路 （２６ａ）、（２６ｂ）は発光ダイオード （２７）はクランク状腕 （２８）は補助スプロケット （２９）はポテンショメータ （３０）はスプリング支え腕 （３１）はスプリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】足踏みペダルで駆動される大スプロケット
   と、後車輪軸を１方向クラッチを介して駆動する小スプ
   ロケットと、前記大小２つのスプロケットの間に掛けら
   れたチェーンとを備えた周知の自転車に対し、後付けで
   簡単に付加して使用される補助動力装置において、前記
   自転車の車体にネジ止め等の適宜の手段で簡便に付加固
   定されて後輪若しくは前輪の近傍に配置するようになさ
   れた架台に固定設置された蓄電池等収納筐体と、該架台
   にヒンジ等を介して角度調節自在に取り付けられた駆動
   部支持構造体とが備えられ、該蓄電池等収納筐体には蓄
   電池と、該蓄電池から負荷に対して供給される電流を制
   御する制御回路及びその他の付属品が収納され、該駆動
   部支持構造体には補助動力源をなす電動機と、その出力
   回転軸により回転駆動される１方向クラッチを介して回
   転駆動されると共にその円筒状側面を該自転車の前輪タ
   イヤ若しくは後輪タイヤの外周面若しくは側面に対して
   スプリングの押圧力等により押圧して摩擦接触される円
   筒状の動輪とからなる動力部が備えられ、前記制御回路
   は足踏み力に起囚する押圧力、撓み、捻れ、若しくは回
   転トルクを検出する踏力検出手段と、この踏力検出手段
   によって検出された結果の出力を前記制御回路に伝達す
   る伝達手段とを備え、該制御回路は該伝達手段から伝達
   導入された信号を基に前記電動機に対する供給電流を変
   更若しくは遮断する電流制御部と、該電動機の最高回転
   速度を制限する速度制限部とを備えたことを特長とする
   自転車用補助動力装置。
2. 【請求項２】前記踏力検出手段は、この踏力検出手段の
   出力を電磁波の形式で空中に送信する送信手段並びに乾
   電池等からなる独立電源と共に前記自転車の可動部分の
   一部をなすペダル、ペダル軸、ペダル腕、若しくはペダ
   ル腕と該車体とを回転自在に連結するペダル腕軸の適宜
   の部位に備えられると共に、該送信電磁波を受信して前
   記制御回路に伝達する受信手段を車体若しくは前記架台
   の適宜の部位に備えられたことを特長とする請求項１記
   載の自転車用補助動力装置。
3. 【請求項３】前記踏力検出手段はクランク状腕と、この
   クランク状腕の一端に回転自在に備えられると共に自転
   車のチェーンに適宜の位置において噛み合うようになさ
   れた補助スプロケットと、該クランク状腕の他の一端に
   回転自在に備えられると共に車体に固着されたポテンシ
   ョメータと、その一端を車体若しくは該ポテンショメー
   タに固着されると共に他の一端を該クランク状腕の適宜
   の位置に固着されて、該補助スプロケットを該チェーン
   に押圧するように作用するスプリングとを備えたことを
   特長とする請求項１記載の自転車用補助動力装置。