JPH08230757A - 移動機器駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量かつ小型で、しかも安価な移動機器駆動
装置を提供する。 【構成】 チェーン１２の移動速度を検出する速度検出
機構１３と、チェーン１２に作用する張力を検出する張
力検出機構１４と、車輪１６の外周部１７に原動機１５
が発生する動力を回転駆動力として伝達する駆動機構１
９と、これら速度検出機構１３と張力検出機構１４と駆
動機構１９とに接続され、速度検出機構１３と張力検出
機構１４とから発信された検出信号に基づいて駆動機構
１９に出力信号を発信する制御ユニット２０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、自転車等の移動機器に
装着された状態で、当該移動機器の車輪を駆動する移動
機器駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自転車等の移動機器にあっては、一般に
登坂時の走行付加が大きいため、減速手段等を設けて走
行時の付加を軽減するようにしている。また、近年で
は、走行駆動力を補助する機構によって登坂時の付加を
軽減することが提案されている。例えば自転車の場合、
図１０に示すように、フレーム１中央部のクランク室２
に設けられた駆動力補助機構３によって駆動力を補助す
るものが提供されている。この駆動力補助機構３は、電
動モーターの駆動力を利用したもので、ペダル４の踏み
込み力（踏力）をセンシングして電動モーターの出力を
自動的に変化させ、適切な大きさの駆動力を発生するよ
うにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記自転車
には、駆動力補助機構３をクランク室２内に組み込む形
態であることに起因して以下のような問題があった。す
なわち、十分なトルクを得るためには、駆動力補助機構
３が大型化して重量が増大して走行性や操縦性等が低下
するとともに、コストが上昇する。また、構成が特殊で
あるため、完成車への後付けができず、普及しにくい。
さらに、電動モーターの駆動用バッテリーは一般に自転
車に組み込まれていて取り外しが困難であるので、充電
時には充電場所に自転車ごと移動する必要があり、不便
であるといった問題もあった。

【０００４】一方、前記自転車における踏力のセンシン
グとしては、クランク室２内に設置した圧電素子等の利
用が多用されているが、センシングの機構全体が高価に
なる上、センシング信号を処理して駆動力補助機構３の
駆動力を制御する制御機構が複雑化して、駆動力補助機
構３の一層の大型化やコストの上昇の原因となってい
た。

【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、軽量かつ小型で、しかも安価な移動機器駆動装置
を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下の構成を採用した。すなわち、請求項
１記載の移動機器駆動装置では、ドライブギアとドリブ
ンギアの間に無端状に卷装されたチェーンの移動速度を
検出する速度検出機構と、チェーンに作用する張力を検
出する張力検出機構と、車輪の外周部に原動機が発生す
る動力を回転駆動力として伝達する駆動機構と、これら
張力検出機構と速度検出機構と駆動機構とに接続され、
張力検出機構と速度検出機構とから発信された検出信号
に基づいて駆動機構に出力信号を発信する制御ユニット
とを備えることを前記課題の解決手段とした。

【０００７】請求項２記載の移動機器駆動装置では、請
求項１記載の移動機器駆動装置において、張力検出機構
と、速度検出機構と、駆動機構とが、自転車のフレーム
に着脱可能な検出駆動ユニットとして一体化されている
ことを前記課題の解決手段とした。

【０００８】請求項３記載の移動機器駆動装置では、請
求項１または２記載の移動機器駆動装置において、前記
駆動機構の原動機が電動モーターであり、この電動モー
ターの駆動力によって回転駆動され、自転車の車輪の外
周部に圧接されることにより車輪に駆動力を伝達可能な
駆動シャフトを備えてなり、駆動機構と、前記電動モー
ターに電力を供給するバッテリーとが、自転車のフレー
ムに対して着脱可能な駆動力補助ユニットとして一体化
されていることを前記課題の解決手段とした。

【０００９】請求項４記載の移動機器駆動装置では、請
求項３記載の移動機器駆動装置において、電動モーター
の駆動軸と駆動シャフトとの間に、電動モーターの駆動
力を駆動シャフトに伝達する駆動力伝達ベルトが卷装さ
れていることを前記課題の解決手段とした。

【００１０】請求項５記載の移動機器駆動装置では、請
求項１から４のいづれかに記載の移動機器駆動装置にお
いて、前記張力検出機構が、前記チェーンの駆動力伝達
側に接触され、該駆動力伝達側に作用する張力に応じて
チェーンの卷装の内外方向に移動可能な可動部材と、該
可動部材の移動方向に伴って相対的にスライドする一対
のスライド部材と、これらスライド部材の相対位置を検
出する相対位置検出手段とを備えてなることを前記課題
の解決手段とした。

【００１１】請求項６記載の移動機器駆動装置では、請
求項１から４のいづれかに記載の移動機器駆動装置にお
いて、前記張力検出機構が、前記チェーンの駆動力伝達
側に接触され、該駆動力伝達側に作用する張力に応じて
チェーンの卷装の内外方向に移動可能な可動部材と、該
可動部材の移動に伴って支点を中心として回転するアー
ムと、該アームの回転量を検出する回転量検出手段とを
備えてなることを前記課題の解決手段とした。

【００１２】

【作用】請求項１記載の移動機器駆動装置によれば、張
力検出機構で検出したチェーンの張力と、速度検出機構
で検出したチェーンの移動速度に応じて、駆動機構が車
輪に伝達する回転駆動力を制御ユニットが制御する。本
発明の移動機器駆動装置によって車輪に駆動補助力が与
えられる自転車（いわゆるハイブリッド自転車）におい
ては、駆動機構が車輪に伝達する回転駆動力に自転車の
走行速度等に対する相対的な制限があるため、チェーン
の張力および移動速度から判明する自転車の走行速度等
が限界値になった場合には、制御ユニットが作動して車
輪への回転駆動力の伝達を調整あるいは停止する。

【００１３】請求項２記載の移動機器駆動装置によれ
ば、張力検出機構と速度検出機構と駆動機構とをコンパ
クトにまとめることが出来、装置全体の小型化、軽量化
が可能である。検出駆動ユニットの設置位置は、張力検
出機構と速度検出機構の機能上チェーンの近傍が好まし
く、駆動機構の機能上車輪の外周部近傍が好ましいた
め、自転車のクランク室近傍とすることが適切である
が、この場合、小型化によって自転車の運転の障害にな
ることを回避できる。

【００１４】請求項３記載の移動機器駆動装置によれ
ば、駆動力補助ユニットは、自転車のフレームに対し
て、駆動機構の駆動シャフトを車輪の外周部に圧接可能
な位置に取り付ける必要があるが、駆動機構とバッテリ
ーの一体化によってコンパクト化が可能であるので、自
転車の運転の障害にならない上、移動機器駆動装置全体
の軽量化を可能にする。また、駆動力補助ユニットの交
換によって駆動機構とバッテリーとを同時に交換するこ
とになるので、特に、駆動機構とバッテリーの寿命が略
同程度である場合には、交換の作業性が大幅に向上す
る。

【００１５】請求項４記載の移動機器駆動装置によれ
ば、駆動力伝達ベルトと電動モーターの駆動軸との接触
面積、駆動力伝達ベルトと駆動シャフトとの接触面積を
確保しやすいので、駆動力伝達ベルトの使用によって、
電動モーターの駆動力が確実に駆動シャフトに伝達され
る。また、このことにより、駆動機構の単純化や、小型
の電動モーターの使用が可能である。

【００１６】請求項５記載の移動機器駆動装置によれ
ば、可動部材のチェーンの卷装の内外方向への移動に伴
ってスライド部材の対が相対にスライド移動して全体と
して伸縮する。可動部材の卷装内外方向への移動は、チ
ェーンの張力との相関性を有しているので、これらスラ
イド部材の相対位置を相対位置検出手段によって検出す
ることにより、チェーンの張力を検出することができ
る。

【００１７】請求項６記載の移動機器駆動装置によれ
ば、可動部材のチェーンの卷装の内外方向への移動に伴
ってアームが支点を中心として回転する。可動部材の卷
装内外方向への移動は、チェーンの張力との相関性を有
しているので、アームの回転量を回転量検出手段によっ
て検出することにより、チェーンの張力を検出すること
ができる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の移動機器駆動装置の第１実施例
を、図１から図３を参照して説明する。図中符号１０
は、本実施例の移動機器駆動装置である。移動機器駆動
装置１０は、図１に示すように、移動機器としての自転
車のフレーム１１に装着されている。移動機器駆動装置
１０は、前記自転車のドライブギア１２ａと図示しない
ドリブンギアの間に無端状に卷装されたチェーン１２の
移動速度を検出する速度検出機構１３と、チェーン１２
に作用する張力を検出する張力検出機構１４と、原動機
として電動モーター１５が搭載され、自転車の車輪１６
のゴムタイヤ１７の外周面１８に電動モーター１５が発
生する動力を回転駆動力として伝達する駆動機構１９
と、これら速度検出機構１３と張力検出機構１４と駆動
機構１９とに接続され、張力検出機構１４と速度検出機
構１３とから発信された検出信号に基づいて駆動機構１
９に出力信号を発信する制御ユニット２０とを備えてい
る。

【００１９】前記速度検出機構１３と張力検出機構１４
と駆動機構１９とは、図１および図２に示すように、検
出駆動ユニット２１として一体化され、自転車のフレー
ム１１に取付金具２２を介して着脱可能に装着されてい
る。前記取付金具２２は、自転車の図示しないサドルを
支持するピラが挿入固定される固定部２３のクランク室
１１ａに近い部分に固定されている。取付金具２２に
は、前記速度検出機構１３と張力検出機構１４と駆動機
構１９とを支持する一対の回動プレート２４が、ピン２
５を介して上下方向に回動自在に軸支されている。

【００２０】前記回動プレート２４の一方は、前記ドラ
イブギア１２ａの上方に設置されている。この回動プレ
ート２４の前記ピン２５寄りの部分には、前記電動モー
ター１５の前面が固定され、この電動モーター１５の駆
動軸２６が回動プレート２４に開口された挿通孔２７か
ら回動プレート２４の外面側に突設されている。この回
動プレート２４の電動モーター１５より回動半径方向外
側には、前記電動モーター１５の駆動力によって回転駆
動され、自転車の車輪１６のゴムタイヤ１７の外周面１
８に圧接されることにより車輪１６に駆動力を伝達可能
な駆動シャフト２８が、その軸線を前記電動モーター１
５の駆動軸２６と平行として軸支されている。

【００２１】この駆動シャフト２８は、シャフト本体２
８ａと、このシャフト本体２８ａの外側にブッシュ２８
ｂを介して回転自在に配置された駆動力伝達体２８ｃと
で構成されている。駆動シャフト２８ｃの一端部２９は
回動プレート２４の外面側に突出され、他端部３０は該
回動プレート２４と対を形成する他方の回動プレート２
４に軸支されている。他方の回動プレート２４の中央部
には、前記電動モーター１５のモーター本体３１が固定
されている。

【００２２】駆動シャフト２８の一端部２９の先端に
は、回動プレート２４の回動方向外端部に移動自在に設
けられた回動軸受Ｋが軸支されている。前記電動モータ
ー１５の駆動軸２６と駆動力伝達体２８ｃの一端部２９
との間には、電動モーター１５の駆動力を駆動力伝達体
２８ｃに伝達する駆動力伝達ベルト３２が卷装されてい
る。なお、前記回動軸受Ｋは、回動プレート２４および
回動プレート２４の外面を覆うように装着されたカバー
３３の外側において、図示しない支持手段によってこれ
ら回動プレート２４およびカバー３３から離脱不可能、
かつ、駆動シャフト２８と同軸に回動自在に支持されて
いる。前記電動モーター１５と駆動シャフト２８と駆動
力伝達ベルト３２とは、本実施例の駆動機構１９を構成
している。

【００２３】前記カバー３３は、一方の回動プレート２
４の回動半径方向外側に突出された突出部３４先端から
ピン２５近傍に到る外面の略全体を覆い、かつ、回動プ
レート２４との間に、前記突出部３４に開口された空気
孔３５と回動プレート２４の挿通孔２７における駆動軸
２６の挿入クリアランスとの間の空気流路３６を形成し
ている。前記電動モーター１５は、ファン付きモーター
であり、駆動時に前記挿通孔２７におけるクリアランス
を介して空気流路３６内の空気を吸引するため、駆動時
には空気流路３６内を空気孔３５から前記挿通孔２７に
向かって空気が流れ、駆動力伝達ベルト３２の回転によ
って生じる摩擦熱が冷却されるようになっている。

【００２４】なお、電動モーター１５のモーター本体３
１の後端部（図２上側）には、吸引した空気を路面方向
に向かって排出する排出孔（図示せず）を有し、かつ、
モーター本体３１の後部を保護する排気カバー３７が装
着されている。この排気カバー３７によって、電動モー
ター１５の駆動音および駆動力伝達ベルト３２の回転に
伴う摩擦音等の騒音の影響が低減されるようになってい
る。

【００２５】前記回動軸受Ｋには、前記速度検出機構１
３が設けられている。この速度検出機構１３は、回動軸
受Ｋの外面から突出する軸部３８に、前記回動プレート
２４と平行な回動軸線を以て軸支され、前記チェーン１
２の駆動力伝達側１２ｂ（図１上側）上に載置されてこ
のチェーン１２と噛み合う速度検出ギア３９（可動部
材）と、前記軸部３８の軸線方向に発光側素子４０と受
光側素子４１とが離間して対向配置されてなるフォトセ
ンサと、これら発光、受光側素子の間に配置されて前記
速度検出ギア３９と一体的に回転する円盤状の回転板４
２と、前記発光、受光側素子４０、４１と、回転板４２
の設置領域を覆う遮光カバー４３とを備えている。

【００２６】前記回転板４２の半径方向中央部の自身の
回転軸線を中心とする円周上には、複数の透孔４４が等
間隔で穿設されている。速度検出機構１３は、速度検出
ギア３９の回転に伴う回転板４２の回転によって、前記
透孔４４を通った発光側素子４０の発光を受光側素子４
１において受光した際に、この受光側素子４１から前記
制御ユニット２０に受光信号をディジタル信号として発
信するエンコーダーとして機能する。

【００２７】また、速度検出機構１３は、回動プレート
２４に対して回動自在な回動軸受Ｋに設けられているの
で、全体が駆動シャフト２８の軸線を中心として回動す
るようになっている。また、駆動シャフト２８の中心軸
線の近傍に軸部３８の端部が位置しているので、速度検
出機構１３は、概略駆動シャフト２８の周囲を回動する
ようになっている。

【００２８】回動プレート２４の中央部下部には、前記
張力検出機構１４の一部を構成するバネ４５の一端部が
取り付けられている。張力検出機構１４は、バネ４５
と、このバネ４５を内装する外筒４６と、この外筒４６
の下部において、該外筒４６の軸方向にスライド自在と
してその内部に挿入され、かつ、自転車のフレーム１１
に固定されたブラケット４７に下端が軸支された内筒４
８とを備えている。前記外筒４６の上端部は、回動プレ
ート２４の中央部下部に設けられ、前記バネ４５の一端
部を支持するピン４９に回動可能に吊止されている。外
筒４６の下端部には、軸方向に延在する長穴５０が開口
されている。この長穴５０には、前記ブラケット４７に
固定されたピン５１が挿入されている。このピン５１に
は、前記バネ４５の他端部が取り付けられている。

【００２９】内筒４８の下部は、前記ピン５１を介して
ブラケット４７に軸支されている。内筒４８の中央部に
は、図１および図３に示すように、基板５２に支持され
た反射型フォトセンサ５３が設けられている。該反射型
フォトセンサ５３は、内筒４８の内側に取り付けられ、
基板５２に形成された透孔５４を介して外筒４６の内壁
面に取り付けられた反射ピース５５に向けて光を発光し
かつ反射ピース５５で反射された光を受光可能とされて
いる。前記反射ピース５５は、外筒４６の長手方向複数
箇所に互いに離間して取り付けられている。これら反射
ピース５５は、それぞれ異なる反射特性を有している。

【００３０】前記張力検出機構１４は、チェーン１２の
駆動力伝達側１２ｂ（図１中上側）の張力が変化した場
合、速度検出ギア３９が昇降して可動部材として機能す
るとともに、この速度検出ギア３９の昇降に伴い前記外
筒４６が内筒４８に対して相対的に上下動するスライド
部材として機能する。ここで、対向する反射型フォトセ
ンサ５３と反射ピース５５の対の組み合わせが変化し、
反射ピース５５の反射特性の違いによって、反射型フォ
トセンサ５３が制御ユニット２０に発信する受光信号が
変化する。これら反射型フォトセンサ５３と反射ピース
５５とは、外筒４６と内筒４８の相対位置を検出する相
対位置検出手段として機能する。

【００３１】駆動力伝達側１２ｂの張力が変動して速度
検出ギア３９が上下動する場合には、バネ４５の弾性力
で検出駆動ユニット２１全体がピン２５を中心として上
下に振り子運動することにより速度検出ギア３９がチェ
ーン１２の駆動力伝達側１２ｂに押しつけられて、常に
速度検出ギア３９の駆動力伝達側１２ｂへの噛み合い状
態が維持されているので、張力検出機構１４によるチェ
ーン１２の張力の検出が安定になされるとともに、チェ
ーン１２における走行速度の検出も安定に行なわれるよ
うになっている。なお、前記外筒４６の上下動は、前記
長穴５０の範囲に規制されている。

【００３２】フレーム１１の前記固定部２３の中央部に
は、バッテリーＢと、このバッテリーＢの電力を前記制
御ユニット２０の信号に基づいて電動モーター１５に出
力する可変出力機構Ｂ1とが取り付けられている。な
お、本実施例において、このバッテリーＢおよび可変出
力機構Ｂ1の設置位置は、例えば自転車の荷台等、他の
場所であってもよい。また、可変出力機構Ｂ1は、バッ
テリーＢと分離して配置して、例えば制御ユニット２０
と一体としてもよい。

【００３３】前記制御ユニット２０は、フレーム１１の
前部に図示しない固定金具を介して固定されている。こ
の制御ユニット２０は、受光側素子４１の受光信号から
自転車の速度を算出し、反射型フォトセンサ５３の受光
信号の種類からペダルに作用する踏力を判定し、これら
のデータから前記可変出力機構Ｂ1の出力電力を調整し
て電動モーター１５の駆動を制御するようになってい
る。

【００３４】本実施例の移動機器駆動装置１０は、検出
駆動ユニット２１を、駆動シャフト２８が車輪１６のゴ
ムタイヤ１７の自転車の最も前側に位置する部分よりや
や下側の外周面１８に当接するようにセットすることに
より、自転車の走行速度とペダルの踏力とに応じて、自
転車の車輪１６に適切な回転駆動力を与えて駆動力を補
助する。

【００３５】自転車の走行速度は、前記速度検出機構１
３における受光側素子４１の受光信号に基づいて制御ユ
ニット２０が算出する。この際、制御ユニット２０は、
車輪１６の外径や、ドライブギア１２ａとドリブンギア
とのギア比および離間距離等のデータを予め設定してお
き、これらのデータと、前記受光側素子４１からディジ
タル信号として送られてくる受光信号とから走行速度を
リアルタイムで算出する。

【００３６】ペダルの踏力は、反射型フォトセンサ５３
の受光信号に基づいて制御ユニット２０が判定する。す
なわち、反射型フォトセンサ５３の受光信号の種類は外
筒４６への内筒４８の挿入深度を示すので、バネ４５の
弾性係数やドライブギア１２ａとドリブンギアとのギア
比等の設定の下において、受光信号の種類に応じて踏力
の大きさが特定される。また、異種の反射ピース５５を
さらに多段に配置すれば、踏力の判定を一層精度良く行
なうことができる。

【００３７】自転車の速度が低い場合には、ゴムタイヤ
１７の外周面１８に対して駆動シャフト２８の回転が相
対的に高速になっているので、検出駆動ユニット２１全
体がピン２５を中心として図１中時計回りに回動するこ
とにより、駆動シャフト２８がゴムタイヤ１７に食い込
んで摩擦力を高めた状態で回転駆動力を与える。また、
自転車の初動時や登板時といった踏力が大きくなる場合
には、チェーン１２の張力が大きくなって速度検出ギア
３９が押し上げられるので、ゴムタイヤ１７への駆動シ
ャフト２８の食い込みが一層顕著になる。したがって、
移動機器駆動装置１０の駆動力の補助をより必要とする
時には、駆動力の伝達効率が向上する

【００３８】前記駆動シャフト２８の食い込みはチェー
ン１２の張力の上昇によって検出駆動ユニット２１全体
がピン２５を中心として回動して駆動シャフト２８が上
方に変位することによりなされるが、駆動シャフト２８
がゴムタイヤ１７と接触するまでは、回動プレート２４
と速度検出機構１３と駆動シャフト２８とが互いに連動
して昇降可能になっている。また、駆動シャフト２８が
ゴムタイヤ１７に食い込んだ状態においては、食い込み
力によって検出駆動ユニット２１全体がさらに上方に回
動するとともに、速度検出機構１３が回動軸受Ｋととも
に駆動シャフト２８の軸回りに回動して前方（図１、図
２右側）に引き込まれる。したがって、速度検出機構１
３の駆動ユニット２１後方への突出が抑制され、検出駆
動ユニット２１全体の回動領域を縮小することができ
る。

【００３９】なお、駆動シャフト２８の食い込みは、検
出駆動ユニット２１の上方への回動を伴うが、この回転
量は僅かであり、速度検出ギア３９のチェーン１２との
噛み合いに影響を与えない。また、速度検出機構１３の
前方への引き込みは、速度検出機構１３自体の重量と、
後方から前方に向かって移動するチェーン１２の駆動力
伝達側１２ｂに噛み合う速度検出ギア３９から伝達され
る前方への変位力とによって安定になされる。

【００４０】自転車の走行速度が上昇して、ゴムタイヤ
１７の外周面１８に対して駆動シャフト２８の回転が低
速になってくると、駆動シャフト２８がゴムタイヤ１７
の回転方向に押し出され、接触が解除される。

【００４１】本実施例の移動機器駆動装置１０によれ
ば、自転車の走行速度をチェーン１２と直接噛み合わさ
れた速度検出ギア３９を有する速度検出機構１３で行な
い、しかも、チェーン１２に作用する張力に関係無く常
時速度検出ギア３９とチェーン１２との噛み合いを維持
して検出の安定が図られているので、速度検出の精度が
向上する。また、速度検出機構１３は、制御ユニット２
０に発信する信号がディジタルであることに起因して、
構造が単純になっているので小型かつ軽量に構成するこ
とができ、しかも、センシング用素子や検出信号の発信
機構に特殊品を使用する必要が無く、安価に構成するこ
とができる。張力検出機構１４も、速度検出機構１３と
同様の理由から、小型かつ軽量、しかも安価に構成する
ことができる。一方、制御ユニット２０も、速度検出機
構１３からの信号をディジタル信号として処理する構造
なので、小型かつ安価な装置を採用することができる。

【００４２】また、検出駆動ユニット２１に駆動機構１
９と速度検出機構１３とが一体的に取り付けられている
ので、これら駆動機構１９や速度検出機構１３の設置ス
ペースが極めて省スペース化されるとともに、フレーム
１１への取付金具２２等を共用したことにより大幅に軽
量化されている。駆動機構１９と速度検出機構１３の一
体化によって、フレーム１１への着脱時や位置決め時に
おける作業性が向上する。

【００４３】駆動機構１９は、電動モーター１５の駆動
力が駆動力伝達ベルト３２によって駆動シャフト２８に
伝達される構造であるので、構成が単純で摩擦損失が少
ないとともに、小型に構成することができる。しかも、
駆動機構１９は、車輪１６のゴムタイヤ１７の外周面１
８に駆動力を作用させる構造であるので、車輪１６への
回転トルクの付与に有利であり、電動モーター１５およ
び駆動機構１９を小型化することができる。また、駆動
力伝達ベルト３２の使用によって、駆動力の伝達効率が
向上し、しかも、駆動力伝達ベルト３２と駆動シャフト
２８や駆動軸２６との滑り等が防止されるので、その駆
動安定性が向上する。

【００４４】前記の結果、移動機器駆動装置１０は、全
体が小型かつ軽量であって、しかも安価で製造すること
ができる。したがって、走行性や操縦性が良好であると
ともに、軽量化による走行時の運動エネルギーの低減に
よって、自転車のブレーキ性能を確保しやすく、安全性
も向上する。また、軽量化と、それに伴う電動モーター
１５の小型化や駆動力伝達効率の向上によって、バッテ
リーＢの寿命が延長するので、充電サイクルが延長し
て、長期にわたって安定した使用が可能である。

【００４５】なお、本実施例の移動機器駆動装置１０に
基づく試作車の重量は、１６ｋｇ前後であり、従来の駆
動力補助機構を用いた自転車に比して半分程度である。
また、この試作車は、同程度の充電による走行距離比較
が従来品に比して２倍程度であった。

【００４６】以下、本発明の移動機器駆動装置の第２実
施例を図４から図８を参照して説明する。図中符号１０
０は、本実施例の移動機器駆動装置である。なお、図
中、図１から図３と同一の構成部分には同一の符号を付
し、その説明を簡略化する。本実施例の移動機器駆動装
置１００は、図４に示すように、自転車のフレーム１１
のクランク室１１ａの近傍に設けられ、自転車の走行速
度を検出するための速度検出機構１０１およびチェーン
１２の張力を検出するための張力検出機構１０２を備え
る検出ユニット１０３と、自転車のサドル１１ｂの後部
下方に取り付けられて車輪１６に駆動力を付与させる駆
動機構１０４と、この駆動機構１０４の電動モーター１
０５に電力を供給するバッテリー１０６と、前記速度検
出機構１０１および張力検出機構１０２からの信号に基
づいて電動モーター１０５の出力を調整する制御ユニッ
ト１０７とを備えている。

【００４７】前記検出ユニット１０３は、図５および図
６に示すように、ブラケット１０８を介してフレーム１
１の固定部２３に支持されている。前記ブラケット１０
８の後部（図５左側）側部には、固定軸１０９が突設さ
れている。この固定軸１０９には、チェーン１２の駆動
力伝達側１２ｂに噛み合わされる速度検出ギア１１０
（可動部材）を先端において支持するアーム１１１の基
端が、自転車のフレーム１１に沿った平面内で回動自在
に軸支されている。速度検出ギア１１０は、駆動力伝達
側１２ｂの張力の変動に応じてアーム１１１の回動によ
って昇降する可動部材として機能する。このアーム１１
１の基端には、前記固定軸１０９の中央部においてその
半径方向外側にフランジ状に突設された基板１１２を覆
うセンサケース１１３が設けられている。

【００４８】センサケース１１３は、アーム１１１とと
もに固定軸１０９を中心として回動するようになってい
る。このセンサケース１１３の内面には、基板１１２に
固定された反射型フォトセンサ１１４の発光を反射する
反射ピース１１５が複数貼着されている。これら反射ピ
ース１１５は、互いに反射特性が異なり、それぞれセン
サケース１１３の回動角度に応じて反射型フォトセンサ
１１４と対向可能な位置に設けられている。ここで、反
射型フォトセンサ１１４と反射ピース１１５とは、アー
ム１１１の回転量を検出する回転量検出出段として機能
する。反射型フォトセンサ１１４は、反射ピース１１５
からの反射光を受光した際に、受光信号を制御ユニット
１０７に発信するようになっている。前記速度検出ギア
１１０と、アーム１１１と、基板１１２と、センサケー
ス１１３と、反射型フォトセンサ１１４と、反射ピース
１１５とは、前記張力検出機構１０２を構成している。

【００４９】前記アーム１１１の先端部には、アーム１
１１を駆動力伝達側１２ｂ上面に向けて押しつけるため
のスプリング１１６の一端部が取り付けられている。こ
のスプリング１１６の他端部は、フレーム１１に固定さ
れたスプリングブラケット１１７に取り付けられてい
る。スプリングブラケット１１７には、アーム１１１の
昇降の上下限位置を設定しする昇降量調整バー１１８の
一端部が昇降自在に取り付けられている。この昇降量調
整バー１１８の他端部は、前記速度検出ギア１１０の回
動軸１１９に回動自在に取り付けられている。昇降量調
整バー１１８の中央部には、ネジ部１２０が設けられ、
このネジ部１２０にナット状の二つのストッパー１２１
が螺着されている。これらストッパー１２１は、昇降量
調整バー１１８をスプリングブラケット１１７に対して
昇降自在に支持する支持金具１２２の上下に対向配置さ
れ、これらストッパー１２１の離間間隔の範囲で昇降量
調整バー１１８を昇降可能にしている。また、これらス
トッパー１２１は、ネジ部１２０における螺着位置を調
整することにより、昇降量調整バー１１８の昇降量を容
易に調整することができる。

【００５０】前記速度検出機構１０１は、アーム１１１
の先端に回動自在に取り付けられた前記速度検出ギア１
１０と、速度検出ギア１１０の回動軸１１９の軸線方向
に発光側素子１２３と受光側素子１２４とが離間して対
向配置されてなるフォトセンサと、これら発光、受光側
素子の間に配置されて前記速度検出ギア１１０と一体的
に回転する円盤状の回転板１２５と、前記発光側、受光
側素子１２３、１２４と、回転板１２５の設置領域を覆
う遮光カバー１２６とを備えている。前記回転板１２５
の半径方向中央部の自身の回転軸線を中心とする円周上
には、複数の透孔１２７が等間隔で穿設されている。速
度検出機構１０１は、回転板１２５の回転によって、前
記透孔１２７を通った発光側素子１２３の発光を受光側
素子１２４において受光した際に、この受光側素子１２
３から前記制御ユニット１０７に受光信号をディジタル
信号として発信するエンコーダーとして機能する。

【００５１】前記駆動機構１０４は、図７および図８に
示すように、図示しない固定金具を介してサドル１１ｂ
の下部からドリブンギア１１ｃに向かって延びるステー
１１ｃに固定されている。この駆動機構１０４は、前記
固定金具に固定された支持プレート１２８と、この支持
プレート１２８に固定された前記電動モーター１０５
と、この電動モーター１０５によって回転駆動されるマ
グネットホイール１２９と、電動モーター１０５の駆動
軸１３０を中心とする円周上に移動可能に支持され、マ
グネットホイール１２９に同軸状に連結された駆動シャ
フト１３１とで概略構成されている。

【００５２】前記電動モーター１０５の駆動軸１３０の
先端には、該駆動軸１３０と同軸に配置され、かつ駆動
軸１３０に対して相対回動自在なシャフト支持部材１３
２が設けられている。駆動軸１３０は、同一直線上とし
て配置された円柱状の回動力伝達体１３３の一端部に一
体回動自在に取り付けられている。この、回動力伝達体
１３３の他端部には、これら回動力伝達体１３３および
駆動軸１３０と同一の軸線を中心と回動する鉄製のロー
ラー１３４が取り付けられている。回動力伝達体１３３
は、支持プレート１２８に固定された回動ブラケット１
３５にその両端が軸支されている。回動力伝達体１３３
の中央部には、前記シャフト支持部材１３２のリング部
１３６が回動力伝達体１３３の軸回りに回動自在に軸支
されている。

【００５３】前記シャフト支持部材１３２は、前記駆動
軸１３０の先端に回動自在に設けられた前記リング部１
３６と、このリング部１３６の径方向外側において二股
に分岐して突出され、前記駆動シャフト１３１を前記リ
ング部１３６の回動軸線と平行な軸線を以て軸支する対
を構成するブラケット板１３７とで構成されている。シ
ャフト支持部材１３２は、前記リング部１３６を中心と
して駆動軸１３０の軸回りに振り子運動するようになっ
ている。このシャフト支持部材１３２の振り子運動は、
支持プレート１２８の後端（図８左側）に螺着されたネ
ジ１２８ａによってその範囲が設定されている。

【００５４】駆動シャフト１３１の前記ローラー１３４
側先端には、前記マグネットホイール１２９が取り付け
られている。このマグネットホイール１２９は、外周面
が前記ローラー１３４と一定の押圧力を以て接触されて
いる。マグネットホイール１２９の外周部には、図示し
ないゴム層が形成され、駆動力の伝達効率が高められて
いる。また、マグネットホイール１２９とローラー１３
４との接触は、前記シャフト支持部材１３２が駆動軸１
３０の軸回りに回動した際にも、マグネットホイール１
２９がローラー１３４の外周を軸回りに回動して維持さ
れる。

【００５５】前記駆動機構１０４は、車輪１６の頂部よ
りやや前部よりにおいて駆動シャフト１３１がゴムタイ
ヤ１７の外周面１８に当接するように装着されている。
車輪１６の停止時あるいは低速回転時には、シャフト支
持部材１３２が、自重やマグネットホイール１２９や駆
動シャフト１３１の重量およびマグネットホイール１２
９の吸着力によって駆動軸１３０とローラー１３４とを
結ぶ軸線を中心として回転して、ゴムタイヤ１７の外周
面１８に当接するようになっている。また、この場合、
駆動シャフト１３１が回動駆動されていれば、ゴムタイ
ヤ１７の外周面１８との摩擦力によって駆動シャフト１
３１が駆動軸１３０とローラー１３４とを結ぶ軸線を中
心として図８中時計回りに回転して、ゴムタイヤ１７に
食い込んで圧接状態になるので、駆動力の伝達効率が向
上する。一方、車輪１６の高速回転時には、駆動シャフ
ト１３１が車輪１６の回転方向に送り出されて、回転駆
動力の付与が解除されるようになっている。

【００５６】バッテリー１０６は、フレーム１１の固定
部２３の上部前側に固定されている。このバッテリー１
０６には、制御ユニット１０７からの信号にしたがって
電動モーター１０５に電力を供給する可変出力機構Ｂ1
が設けられている。

【００５７】前記制御ユニット１０７は、図示しない固
定金具を介してフレーム１１の前部に取り付けられてい
る。この制御ユニット１０７は、前記速度検出機構１０
１の受光側素子１２４と、張力検出機構１０２の反射型
フォトセンサ１１４とからの受光信号を解析して、前記
可変出力機構Ｂ1に出力信号を発信し、電動モーター１
０５を適切な駆動力で駆動するようになっている。

【００５８】本実施例の移動機器駆動装置１００によれ
ば、検出ユニット１０３と駆動機構１０４とが別体にな
っているので、修理やメンテナンス時における部品同士
の干渉が少なくこれらの作業能率が向上する。特に、速
度検出機構１０１や張力検出機構１０２に比して駆動機
構１０４は、電動モーター１０５の交換やメンテナンス
のサイクルが短いので、駆動機構１０４が独立して設け
られていることにより、交換やメンテナンスの作業能率
が向上する。

【００５９】以下、本発明の第３実施例を図９を参照し
て説明する。本実施例の移動機器駆動装置は、前記第２
実施例記載の移動機器駆動装置１００において、バッテ
リー１０６を自転車の荷台１１ｄに設置し、さらに、駆
動機構１０４も荷台１１ｄに取り付けてバッテリー１０
６と一体化した駆動補助ユニット１３８を構成してい
る。こうすることにより、例えばバッテリー１０６と電
動モーター１０５の寿命が略等しい場合には、これらを
まとめて一回で交換することができ、作業能率が向上す
る。（出願人らの試作車では、バッテリー１０６と電動
モーター１０５の寿命が略等しい）また、電動モーター
１０５が自転車のサドル１１ｂから離間するので、運転
車の足等との接触が回避されて、運転性が向上する。

【００６０】なお、本発明の第１実施例の検出駆動ユニ
ット２１や第２実施例の検出ユニット１０３は、ともに
フレーム１１の固定部２３に対して回動する構造になっ
ているが、固定部２３に対して上下方向に移動可能な構
造であれば、例えば固定部２３に沿ってスライド移動す
る構造であっても構わない。また、前記各実施例におい
ては、本発明の移動機器駆動装置を自転車に適用した例
を示したが、ドライブギアとドリブンギアとの間に卷装
されたチェーンを介して駆動力を伝達する構成の機構で
あれば、自転車以外、例えば車椅子等に適用してもよ
い。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の移
動機器駆動装置によれば、ドライブギアとドリブンギア
の間に無端状に卷装されたチェーンの移動速度を検出す
る速度検出機構と、チェーンに作用する張力を検出する
張力検出機構と、車輪の外周部に原動機が発生する動力
を回転駆動力として伝達する駆動機構と、これら張力検
出機構と速度検出機構と駆動機構とに接続され、張力検
出機構と速度検出機構とから発信された検出信号に基づ
いて駆動機構に出力信号を発信する制御ユニットとを備
え、制御ユニットが張力検出機構からのチェーンの張力
を示す信号からペダルの踏力を検出し、速度検出機構か
らのチェーンの移動速度を示す信号から自転車の走行速
度を検出し、これらのデータに基づいて駆動機構の駆動
力の出力を制御するので、前記踏力および走行速度をよ
り高精度に検出でき、駆動力の制御を正確に行なうこと
ができ、駆動力の補助を無駄無く効率良く行なうことが
できる。

【００６２】請求項２記載の移動機器駆動装置では、張
力検出機構と、速度検出機構と、駆動機構とが、自転車
のフレームに着脱可能な検出駆動ユニットとして一体化
されているので、これら駆動機構や速度検出機構の設置
スペースが極めて省スペース化されるとともに大幅な軽
量化も可能である。この結果、操作性が向上し、転倒時
等の安全性が向上する。また、駆動機構と速度検出機構
の一体化によって、フレームへの着脱時や位置決め時に
おける作業性が向上する。

【００６３】請求項３記載の移動機器駆動装置では、駆
動機構の原動機が電動モーターであり、この電動モータ
ーの駆動力によって回転駆動され、自転車の車輪の外周
部に圧接されることにより車輪に駆動力を伝達可能な駆
動シャフトを備えてなり、駆動機構と、前記電動モータ
ーに電力を供給するバッテリーとが、自転車のフレーム
に対して着脱可能な駆動力補助ユニットとして一体化さ
れているので、バッテリーと電動モーターをまとめて着
脱することができ、交換やメンテナンスの作業能率が向
上するとともに、電動モーターの設置位置が自転車のサ
ドルから離間するので、運転者の足等との接触が回避さ
れて、運転性が向上する。

【００６４】請求項４記載の移動機器駆動装置では、電
動モーターの駆動軸と駆動シャフトとの間に、電動モー
ターの駆動力を駆動シャフトに伝達する駆動力伝達ベル
トが卷装され、この駆動力伝達ベルトを介して駆動力が
直接駆動シャフトに伝達されるので、駆動機構の構成が
単純で摩擦損失が少ないとともに、小型に構成すること
ができ、しかも、駆動機構は車輪の外周部に駆動力を作
用させる構造であるので車輪への回転トルクの付与に有
利であり、電動モーターを小型化することができる。ま
た、駆動力伝達ベルトの使用によって駆動力の伝達効率
が向上し、しかも、駆動力伝達ベルトと駆動シャフトや
電動モーターの駆動軸との滑り等が防止されるので、そ
の駆動安定性が向上する。これらの結果、駆動機構全体
が、小型かつ軽量、しかも安価で製造することができ
る。前記小型化および軽量化は、自転車の走行性や操縦
性に有利であるとともに、軽量化による走行時の運動エ
ネルギーの低減によって自転車のブレーキ性能を確保し
やすく、安全性も向上する。また、軽量化と、それに伴
う電動モーターの小型化や駆動力伝達効率の向上によっ
て、バッテリーの寿命が延長するので、充電サイクルが
延長して、長期にわたって安定した使用が可能である。

【００６５】請求項５記載の移動機器駆動装置では、張
力検出機構が、前記チェーンの駆動力伝達側に接触さ
れ、該駆動力伝達側に作用する張力に応じてチェーンの
卷装の内外方向に移動可能な可動部材と、該可動部材の
移動方向に伴って相対的にスライドする一対のスライド
部材と、これらスライド部材の相対位置を検出する相対
位置検出手段とを備えてなるので、簡便かつ安価な構成
によってチェーンに作用する張力を高精度に検出でき
る。

【００６６】請求項６記載の移動機器駆動装置では、前
記張力検出機構が、前記チェーンの駆動力伝達側に接触
され、該駆動力伝達側に作用する張力に応じてチェーン
の卷装の内外方向に移動可能な可動部材と、該可動部材
の移動に伴って支点を中心として回転するアームと、該
アームの回転量を検出する回転量検出手段とを備えてな
るので、簡便かつ安価な構成によってチェーンに作用す
る張力を高精度に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動機器駆動装置の第１実施例を示す
図であって、検出駆動ユニット近傍を示す側面図であ
る。

【図２】本発明の移動機器駆動装置の第１実施例を示す
図であって、図１の検出駆動ユニットを示す平面図であ
る。

【図３】本発明の移動機器駆動装置の第１実施例を示す
図であって、外筒および内筒と、これらに設けられて相
対位置検出手段を構成する反射型フォトセンサと、反射
ピースとを示す断面図である。

【図４】本発明の移動機器駆動装置の第２実施例を示す
図であって、移動機器駆動装置を構成する各部品の取り
付け位置を示す全体側面図である。

【図５】本発明の移動機器駆動装置の第２実施例を示す
図であって、検出ユニット近傍を示す側面図である。

【図６】本発明の移動機器駆動装置の第２実施例を示す
図であって、図５の検出駆動ユニットを示す平面図であ
る。

【図７】本発明の移動機器駆動装置の第２実施例を示す
図であって、駆動機構を示す正面図である。

【図８】本発明の移動機器駆動装置の第２実施例を示す
図であって、駆動機構を示す平面図である。

【図９】本発明の移動機器駆動装置の第３実施例を示す
図であって、移動機器駆動装置を構成する各部品の取り
付け位置を示す全体側面図である。

【図１０】従来の駆動力補助機構を示す全体側面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 移動機器駆動装置 １１ フレーム １２ チェーン １２ａ ドライブギア １２ｂ 駆動力伝達側 １２ｃ ドリブンギア １３ 速度検出機構 １４ 張力検出機構 １５ 原動機（電動モーター） １６ 車輪 １７ 外周部（ゴムタイヤ） １９ 駆動機構 ２０ 制御ユニット ２１ 検出駆動ユニット ２６ 駆動軸 ２８ 駆動シャフト ３２ 駆動力伝達ベルト ３９ 可動部材（速度検出ギア） ４６ スライド部材（外筒） ４８ スライド部材（内筒） ５３ 相対位置検出手段（反射型フォトセンサ） ５５ 相対位置検出手段（反射ピース） １００ 移動機器駆動装置 １０１ 速度検出機構 １０２ 張力検出機構 １０４ 駆動機構 １０５ 電動モーター １０６ バッテリー １０７ 制御ユニット １０９ 支点（ピン） １１０ 可動部材（速度検出ギア） １１１ アーム １１４ 回転量検出手段（反射型フォトセンサ） １１５ 回転量検出手段（反射ピース） １３１ 駆動シャフト １３８ 駆動力補助ユニット Ｂ バッテリー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 正昭 東京都台東区小島１−７−９ アルムエレ クトロニクス株式会社内 (72)発明者 寺垣 武 東京都大田区矢口１−23−20−402

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自転車等の移動機器に装着された状態
   で、当該移動機器の車輪を駆動する移動機器駆動装置
   （１０、１００）であって、 ドライブギア（１２ａ）とドリブンギア（１２ｃ）の間
   に無端状に卷装されたチェーン（１２）の移動速度を検
   出する速度検出機構（１３、１０１）と、チェーンに作
   用する張力を検出する張力検出機構（１４、１０２）
   と、車輪（１６）の外周部（１７）に原動機（１５、１
   ０５）が発生する動力を回転駆動力として伝達する駆動
   機構（１９、１０４）と、これら張力検出機構と速度検
   出機構と駆動機構とに接続され、張力検出機構と速度検
   出機構とから発信された検出信号に基づいて駆動機構に
   出力信号を発信する制御ユニット（２０、１０７）とを
   備えることを特徴とする移動機器駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の移動機器駆動装置におい
   て、張力検出機構と、速度検出機構と、駆動機構とが、
   自転車のフレーム（１１）に着脱可能な検出駆動ユニッ
   ト（２１）として一体化されていることを特徴とする移
   動機器駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の移動機器駆動装
   置において、前記駆動機構の原動機が電動モーター（１
   ５）であり、この電動モーターの駆動力によって回転駆
   動され、自転車の車輪の外周部に圧接されることにより
   車輪に駆動力を伝達可能な駆動シャフト（２８、１３
   １）を備えてなり、駆動機構と、前記電動モーターに電
   力を供給するバッテリー（Ｂ、１０６）とが、自転車の
   フレームに対して着脱可能な駆動力補助ユニット（１３
   ８）として一体化されていることを特徴とする移動機器
   駆動装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の移動機器駆動装置におい
   て、電動モーターの駆動軸（２６）と駆動シャフトとの
   間に、電動モーターの駆動力を駆動シャフトに伝達する
   駆動力伝達ベルト（３２）が卷装されていることを特徴
   とする移動機器駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいづれかに記載の移動
   機器駆動装置において、前記張力検出機構が、前記チェ
   ーンの駆動力伝達側（１２ｂ）に接触され、該駆動力伝
   達側に作用する張力に応じてチェーンの卷装の内外方向
   に移動可能な可動部材（３９）と、該可動部材の移動方
   向に伴って相対的にスライドする一対のスライド部材
   （４６、４８）と、これらスライド部材の相対位置を検
   出する相対位置検出手段（５３、５５）とを備えてなる
   ことを特徴とする移動機器駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項１から４のいづれかに記載の移動
   機器駆動装置において、前記張力検出機構が、前記チェ
   ーンの駆動力伝達側に接触され、該駆動力伝達側に作用
   する張力に応じてチェーンの卷装の内外方向に移動可能
   な可動部材（１１０）と、該可動部材の移動に伴って支
   点（１０９）を中心として回転するアーム（１１１）
   と、該アームの回転量を検出する回転量検出手段（１１
   ４、１１５）とを備えてなることを特徴とする移動機器
   駆動装置。