JPH08268375A - 補助動力アシスト式自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】アシスト比を常に一定の比率で正確に制御し、
構造を簡素にして生産性を良くするとともに小型、軽量
化を図る。 【構成】クランク軸33と、補助動力を発生する電動モー
タ55と、クランク軸33に平行して回転自在に軸支された
合力軸84と、ペダル踏力を合力軸84の軸方向に対し直角
方向から伝達するペダル踏力伝達機構102 と、補助動力
をペダル踏力に対して対向方向から伝達する補助動力伝
達機構101 と、合力軸84の回転力を駆動輪側に出力する
合力出力機構103 と、ペダル踏力および補助動力の伝達
により逆方向から作用する２つのモーメントの差を検出
するモーメント検出手段106 から入力されるモーメント
差の大きさおよび方向からペダル踏力に対する補助動力
のアシスト比を算出し、電動モータ55の出力を制御する
制御手段41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、自転車の車体に電動モ
ータを搭載し、その補助動力でペダル踏力をアシストす
ることにより、登坂走行や向い風を受けながらの走行を
容易にした補助動力アシスト式自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような補助動力アシスト式自転車に
は、クランク軸に加わるペダル踏力と電動モータの補助
動力を合成し、その合力を駆動輪に伝える合力装置が設
けられている。この合力装置としては、従来から遊星ギ
ヤ装置や差動装置等が広く用いられている。

【０００３】合力装置によりペダル踏力と補助動力とを
合成する際には、補助動力によるアシスト比、即ちペダ
ル踏力と補助動力の比率が常に一定になるように、好ま
しくはアシスト比が常に１対１になるように電動モータ
の出力を制御し、ペダルを踏んだ感覚を自然にして補助
動力アシスト式自転車の走行フィーリングを良好に保つ
必要がある。その際、いかなる場合でも補助動力がペダ
ル踏力を上回ることのないよう、特に注意しなければな
らない。

【０００４】従来の補助動力アシスト式自転車は、ペダ
ル踏力を専用の検出手段（トルクセンサ等）により検出
して、その信号を制御手段（小型のＣＰＵ等）に入力
し、この制御手段がペダル踏力に合わせて電動モータに
流す電流を設定し、これによりアシスト比が常に１対１
となるように電動モータの出力制御がなされていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ペダル
踏力を検出する検出手段の精度や、電流値に対する電動
モータの出力特性、あるいは合力装置のフリクションロ
ス等は、各個体毎に僅かずつ差があり、これらの小さな
差が累積されればアシスト比が容易に変化してしまう。

【０００６】故に、正確にアシスト比を１対１に設定す
るには、ペダル踏力検出手段の精度を始め、電動モータ
の出力特性、合力装置のフリクションロス等を厳密に全
数チェックし、これらを全部組み立ててから再度電動モ
ータの出力をチェックする必要があり、このような組立
方法を採ることにより多大なコストアップと生産性の低
下を余儀なくされる。

【０００７】しかも、仮に新車時にバッテリが正しく充
電された条件の元でアシスト比が１対１であったとして
も、万一バッテリが過充電されて電動モータの出力が向
上した場合や、ならし運転後に合力装置のフリクション
ロスが軽減して相対的に電動モータの出力が向上した場
合には、補助動力がペダル踏力を上回るので、必ずしも
アシスト比が１対１にならない。

【０００８】もし補助動力がペダル踏力を上回ると、補
助動力アシスト式自転車の走行フィーリングが不自然に
なるばかりか、乗員が予期しない加速力がもたらされる
ため、この事態を避けるために予め電動モータの出力を
小さめに設定し、バッテリが過充電されたり合力装置の
フリクションロスが軽減した場合でも補助動力がペダル
踏力を上回らないようにする必要がある。

【０００９】ところが、バッテリが過充電されたり合力
装置のフリクションロスが軽減した場合に備えて予め電
動モータの出力を小さめに設定すると、バッテリが正し
く充電されている時や、合力装置のフリクションロスの
大きい新車時において電動モータの出力が低くなり過
ぎ、やはりアシスト比を１対１に保つことができない。
なお、バッテリの電圧が低下している時には電動モータ
の出力が一段と弱まり、一層アシスト比が小さくなる。

【００１０】このような問題点で加えて、従来の補助動
力アシスト式自転車の合力装置は遊星ギヤ装置や差動装
置を利用した複雑で高価な構造であったため、補助動力
アシスト式自転車が大型かつ高重量化するとともに、製
造コストも高くつくという欠点があった。

【００１１】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、電動モータの補助動力によるアシ
スト比を常に一定の比率に正確に制御することができ、
しかも合力装置の構造が簡素で生産性が良く、小型、軽
量な補助動力アシスト式自転車を提供することを目的と
する。

【００１２】また、本発明のもう一つの目的は、補助動
力によるアシスト比を容易に希望比率に制御できるよう
にすることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る補助動力アシスト式自転車は、請求項
１に記載したように、ペダル踏力により回転駆動される
クランク軸と、補助動力を発生する電動モータと、上記
クランク軸に平行して回転自在に軸支された合力軸と、
上記ペダル踏力を上記合力軸の軸方向に対し直角方向か
ら合力軸に伝達するペダル踏力伝達機構と、上記補助動
力を合力軸の軸方向に対し直角方向から、かつペダル踏
力に対して対向方向から合力軸に伝達する補助動力伝達
機構と、合力軸の回転力を駆動輪側に出力する合力出力
機構と、ペダル踏力および補助動力の伝達により合力軸
に逆方向から作用する２つのモーメントの差を検出する
モーメント検出手段と、このモーメント検出手段から入
力されるモーメント差の大きさおよび方向からペダル踏
力に対する補助動力のアシスト比を算出し、このアシス
ト比が常に一定の比率となるように電動モータの出力を
制御する制御手段とを備えて構成されている。

【００１４】また、請求項２に記載したように、上記モ
ーメント差が０になった時にアシスト比が希望の比率に
なるように、合力軸に対するペダル踏力伝達機構と補助
動力伝達機構と合力出力機構の位置関係が設定されてい
る。

【００１５】さらに、請求項３に記載したように、上記
モーメント検出手段は、合力軸の一端に加わる荷重を測
定することにより合力軸に作用するモーメント差を検出
するように構成されている。

【００１６】

【作用】請求項１のように構成した場合、クランク軸の
ペダル踏力がペダル踏力伝達機構により合力軸に伝達さ
れる一方、電動モータの補助動力が補助動力伝達機構に
より合力軸に伝達され、合力軸が回転駆動される。合力
軸の回転力はペダル踏力と補助動力の合力であり、この
合力が合力出力機構により駆動輪側に出力されて駆動輪
が駆動される。

【００１７】ペダル踏力伝達機構および補助動力伝達機
構は、それぞれペダル踏力と補助動力とを合力軸の軸方
向に対し直角方向から、かつ合力軸を挟んで反対方向か
ら合力軸に伝達するため、対向する２方向からの力が合
力軸に加わる。

【００１８】モーメント検出手段は、このように合力軸
に加わる２方向の力をモーメントとして検出し、この２
方向のモーメントの差を制御手段に入力する。そして制
御手段は、このモーメント差の方向および大きさからペ
ダル踏力に対する補助動力のアシスト比を算出し、アシ
スト比が常に一定の比率になるように電動モータの出力
を制御する。

【００１９】このように構成すれば、合力軸に２方向か
ら作用するモーメントの差を検出することによって補助
動力によるアシスト比を誤差なく正確に割り出すことが
できるので、従来のようにクランク軸に加わるペダル踏
力を一旦検出し、それに合わせて電動モータの出力を制
御するという必要性がなく、ペダル踏力を検出する検出
手段が不要になる。

【００２０】したがって、このペダル踏力検出手段の誤
差を考慮しなくてもよく、しかも電動モータの正味出力
のみによりアシスト比が決定されるので、電動モータの
出力特性のばらつきや、バッテリの充電状態、あるいは
ならし運転の前後における合力装置のフリクションロス
変化等によるアシスト比への影響を一切無視することが
でき、アシスト比を常に一定の比率に正確に制御するこ
とができる。また、この構成によれば、合力装置の構造
が非常に簡素になる。

【００２１】さらに、請求項２のように構成した場合、
制御手段はペダル踏力および補助動力の伝達により合力
軸に作用する２方向のモーメントの差が常に０になるよ
うに電動モータの出力を制御し、この状態においてアシ
スト比が希望する比率（例えば１対１）に保たれる。こ
のように、合力軸に作用するモーメント差が０になるよ
うに電動モータの出力を制御するだけでよいので、補助
動力によるアシスト比を容易に希望比率に制御すること
ができる。

【００２２】また、請求項３のように構成した場合、合
力軸の一端に加わる荷重をモーメント検出手段で測定す
るだけで、合力軸に作用するモーメント差が検出される
ので、モーメント検出手段を非常に簡素な構造にでき、
合力軸に作用するモーメント差を精度良く検出すること
ができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は、本発明に係る補助動力アシ
スト式自転車の左側面図である。

【００２４】この補助動力アシスト式自転車１は、例え
ば金属管製の車体フレーム２を備えており、この車体フ
レーム２の下部に補助動力アシスト装置３が搭載されて
いる。

【００２５】車体フレーム２は、その前頭部にヘッドパ
イプ４が位置し、このヘッドパイプ４からアッパーチュ
ーブ５とロアーチューブ６が後斜め下方に延びている。
アッパーチューブ５の中間部とロアーチューブ６の後端
部付近はブリッジ部材７により連結され、アッパーチュ
ーブ５の後端部は急角度に設けられたシートチューブ８
の下端部にシートラグ９を介して接合される。

【００２６】シートラグ９からは左右一対のジョイント
チューブ11が下方に向かって延びており、このジョイン
トチューブ11の下端部は左右に開かれ、車幅方向に延び
るパイプ状のチェーンラグ12が固着されている。そし
て、チェーンラグ12からは左右一対のチェーンステー13
が後方に向かって延びている。

【００２７】一方、前記シートチューブ８の上端部付近
からは左右一対のシートステー14が後斜め下方に延びて
おり、これらのシートステー14の下端部がリヤエンド15
を介して前記チェーンステー13の後端部に接合されてい
る。

【００２８】前記ロアーチューブ６の後端部とジョイン
トチューブ11の中間部とチェーンラグ12の下部には、そ
れぞれ取付ブラケット16,17,18が固着されており、これ
らの取付ブラケット16,17,18に前記補助動力アシスト装
置３がボルトで固定される。このため、ロアーチューブ
６の後端部は補助動力アシスト装置３を介してチェーン
ラグ12に連結され、補助動力アシスト装置３が車体フレ
ーム２の構造部材を兼ねている。

【００２９】ヘッドパイプ４にはフロントフォーク19が
左右回動自在に軸支され、このフロントフォーク19の下
端部に前輪20が支持される。フロントフォーク19の上部
にはハンドルポスト21を介してハンドルバー22が固定さ
れ、さらにフロントフォーク19には前輪20を覆うフロン
トフェンダ23と、前輪制動用のフロントブレーキ24、そ
して荷物積載用のバスケット25等が回動一体に設けられ
る。

【００３０】また、車体フレーム２の後端部に位置する
前記リヤエンド15には後輪26が軸支され、この後輪26を
覆うリヤフェンダ27がチェーンステー13とシートステー
14およびリヤエンド15に固定され、後輪制動用のリヤブ
レーキ28がシートステー14に設けられる。なお、リヤエ
ンド15には駐輪時に車体を立てるためのスタンド装置29
が設けられている。

【００３１】前記シートチューブ８には上方からシート
ポスト31が差し込まれて固定され、このシートポスト31
の上端部にサドル32が取り付けられる。一方、補助動力
アシスト装置３には車幅方向に延びるクランク軸33が軸
支されており、このクランク軸33の両端部にクランク34
Ｌおよびクランク34Ｒが固定され、両クランク34Ｌ，34
Ｒの先端部にそれぞれペダル35が回転自在に設けられて
いる。

【００３２】また、クランク軸33には補助動力アシスト
装置３の右側に位置するファイナルドライブスプロケッ
ト36が軸装されており、このファイナルドライブスプロ
ケット36と、後輪26に設けられたファイナルドリブンス
プロケット37との間にチェーン38が巻装されている。

【００３３】クランク軸33は、サドル32に着座した乗員
が足でペダル35を踏むことにより矢印Ｆ１で示す前転方
向に回転駆動され、その際にファイナルドライブスプロ
ケット36がクランク軸33と同一方向に回転し、この回転
がチェーン38によりファイナルドリブンスプロケット37
に伝達されて後輪26が駆動される。

【００３４】車体フレーム２のアッパーチューブ５とロ
アーチューブ６との間には、補助動力アシスト装置３に
内蔵された電動モータを作動させるためのバッテリユニ
ット40が固定されている。このバッテリユニット40は、
例えば数個の小型バッテリと充電器とが合成樹脂製のバ
ッテリケースの中に密封された構成となっている。な
お、補助動力アシスト装置３の上部には上記電動モータ
の出力を制御する制御装置41が取り付けられている。

【００３５】図２は、本発明の一実施例を示す補助動力
アシスト装置３の横断面図であり、図３は図２のIII-II
I 矢視による補助動力アシスト装置３の左側面図であ
る。なお、図２は図３のII-II 線に沿って展開されてい
る。

【００３６】補助動力アシスト装置３の外殻をなすケー
シング45は、例えばアルミ合金製であり、図２に示すよ
うにケース本体46を主体とし、このケース本体46の左側
全面に左ケースカバー47が固定され、ケース本体46の右
側の前上部に右ケースカバー48が固定された構造となっ
ている。前記制御装置41は、ケース本体46の上部に２本
のボルト49で固定されている。なお、図３には左ケース
カバー47が取り外された状態が示されている。

【００３７】前記クランク軸33はケーシング45の後部に
軸受51,52 を用いて回転自在に軸支されており、ケーシ
ング45から左右に突出するクランク軸33の両端部に前記
クランク34Ｌおよび34Ｒがボルト53で固定される。

【００３８】ケーシング45のケース本体46と右ケースカ
バー48との間には電動モータ室54が画成され、その内部
に前述の電動モータ55が設置されている。この電動モー
タ55は補助動力を発生するもので、その主軸56がクラン
ク軸33に平行している。なお、ケース本体46の左側から
挿入される数本のボルト57が電動モータ55の外ケース58
を貫通して右ケースカバー48に締結されており、このボ
ルト57により右ケースカバー48と電動モータ55がケース
本体46に共締めされている。

【００３９】そして、電動モータ55の左側にはローラ式
の遊星減速機構60が設けられている。この遊星減速機構
60の太陽ローラ61は軸状に形成されており、その左端が
左ケースカバー47側に設けられた軸受62に軸支され、右
端がケース本体46側に設けられた軸受63に軸支されると
ともに電動モータ55の主軸56左端にスプライン嵌合され
て回転一体に連結されている。

【００４０】また、ケース本体46には環状のリングロー
ラ64がボルト65で固定され、このリングローラ64の左側
には減速キャリア66が軸受67を介して太陽ローラ61廻り
に回転自在に軸支されている。減速キャリア66には太陽
ローラ61に平行する４本のローラ軸68が架設されてお
り、これらのローラ軸68にそれぞれ遊星ローラ69が回転
自在に軸支されている。これら４個の遊星ローラ69の外
周面は、リングローラ64の内周面と太陽ローラ61の外周
面とに接している。また、減速キャリア66の左側面には
一次ドライブギヤ70が回転一体に設けられている。

【００４１】電動モータ55の主軸56が回転すると、遊星
減速機構60の太陽ローラ61も一体に回転し、固定された
リングローラ64と回転する太陽ローラ61との間で各遊星
ローラ69が自転しながら太陽ローラ61の廻りを公転し、
これにより減速キャリア66と一次ドライブギヤ70が減速
回転駆動される。なお、主軸56と太陽ローラ61は矢印Ｆ
２で示すように前転し、減速キャリア66と一次ドライブ
ギヤ70も同一方向に回転する。

【００４２】ところで、本実施例では遊星減速機構60が
ローラ式に構成されているが、例えば太陽ローラ61の外
周にピニオンギヤを設け、リングローラ64をリングギヤ
（内歯ギヤ）に変更し、各遊星ローラ69を上記ピニオン
ギヤおよびリングギヤに噛み合う遊星ギヤに変更するこ
とにより、遊星減速機構60をギヤ式に構成してもよい。

【００４３】一方、太陽ローラ61の前斜め下方には減速
軸71が軸受72,73 により回転自在に軸支されている。こ
の減速軸71の中心軸線はクランク軸33に平行しており、
減速軸71には一次ドライブギヤ70に噛み合う大径な一次
ドリブンギヤ74と、この一次ドリブンギヤ74の内側に位
置する小径な二次ドライブギヤ75とが回転一体に設けら
れている。減速軸71と一次ドリブンギヤ74および二次ド
ライブギヤ75は、図３中に矢印Ｒ１で示すように後転す
る。

【００４４】また、減速軸71の後斜め下方には中間軸77
が軸受78,79 により回転自在に軸支されている。この中
間軸77もクランク軸33に平行に架設されており、減速軸
71の二次ドライブギヤ75に噛み合う大径な二次ドリブン
ギヤ80と、この二次ドリブンギヤ80の内側に位置する補
助動力ドライブスプロケット81が回転一体に設けられ
る。中間軸77は矢印Ｆ３で示すように前転する。なお、
これまでに述べた各ギヤ70,74,75,80 により減速ギヤ列
82が構成される。

【００４５】さらに、クランク軸33と中間軸77との間に
は、両軸33,77 に平行して合力軸84が架設されている。
この合力軸84は軸受85,86 により回転自在に軸支されて
おり、その軸上の左寄りの部分に補助動力ドリブンスプ
ロケット87がワンウェイクラッチ88を介して軸装され、
中間部にペダル踏力ドリブンスプロケット89が回転一体
に設けられ、右寄りの部分に合力ドライブスプロケット
90が回転一体に設けられる。なお、図３に示すように、
中間軸77と合力軸84とクランク軸33は前後方向に一直線
に配列されている。

【００４６】補助動力ドライブスプロケット81と補助動
力ドリブンスプロケット87との間にはチェーン92が巻き
掛けられ、補助動力ドリブンスプロケット87は矢印Ｆ４
で示すように前転する。ワンウェイクラッチ88は、補助
動力ドリブンスプロケット87の回転を合力軸84に伝える
が、合力軸84の回転速度が補助動力ドリブンスプロケッ
ト87を上回る場合には補助動力ドリブンスプロケット87
との接続を断ち、合力軸84を補助動力ドリブンスプロケ
ット87に対して空転させる。

【００４７】そして、クランク軸33の中間部にはペダル
踏力ドライブスプロケット93がワンウェイクラッチ94を
介して軸支され、クランク軸33の右寄りの部分には合力
ドリブンスプロケット95がクランク軸33に対して回転自
在に設けられる。ペダル踏力ドリブンスプロケット89と
ペダル踏力ドライブスプロケット93との間にはチェーン
96が巻き掛けられ、合力ドライブスプロケット90と合力
ドリブンスプロケット95との間にはチェーン97が巻き掛
けられる。

【００４８】ワンウェイクラッチ94は、クランク軸33の
Ｆ１方向への回転をペダル踏力ドライブスプロケット93
に伝えるが、クランク軸33が逆転した場合や、ペダル踏
力ドライブスプロケット93の回転速度がクランク軸33を
上回る場合には、クランク軸33とペダル踏力ドライブス
プロケット93との接続を断ち、ペダル踏力ドライブスプ
ロケット93をクランク軸33に対して空転させる。

【００４９】合力ドリブンスプロケット95にはケーシン
グ45の右側面に突出するボス95a が一体に形成されてお
り、このボス95a に前記ファイナルドライブスプロケッ
ト36が回転一体に固定されている。このファイナルドラ
イブスプロケット36の内側面（左側面）にはリング状の
センサプレート98が回転一体に設けられる一方、ケーシ
ング45には車速センサ99が固定されており、この車速セ
ンサ99がセンサプレート98の全周に亘って等間隔で突設
された突起100 の動きを読み取ることによりファイナル
ドライブスプロケット36の回転速度、即ち車速が検出さ
れるようになっている。

【００５０】補助動力ドライブスプロケット81と補助動
力ドリブンスプロケット87とチェーン92は補助動力伝達
機構101 を構成しており、ペダル踏力ドリブンスプロケ
ット89とペダル踏力ドライブスプロケット93とチェーン
96はペダル踏力伝達機構102を構成している。また、合
力ドライブスプロケット90と合力ドリブンスプロケット
95とチェーン97とファイナルドライブスプロケット36と
により合力出力機構103 が構成されている。なお、本実
施例では各スプロケット81,87,89,90,93,95の歯数が全
て同一に設定されている。

【００５１】電動モータの55の補助動力は、遊星減速機
構60および減速ギヤ列82により減速された後、補助動力
伝達機構101 により合力軸84に伝達される。また、クラ
ンク軸33に加わるペダル踏力はペダル踏力伝達機構102
により合力軸84に伝達される。この合力軸84の回転力は
補助動力とペダル踏力の合力であり、この合力が合力出
力機構103 により駆動輪である後輪26側に出力される。
このため、小さなペダル踏力で楽に補助動力アシスト式
自転車１を走行させることができる。

【００５２】ところで、補助動力伝達機構101 とペダル
踏力伝達機構102 は、チェーン92，96を用いた巻き掛け
式の伝達機構であるため、補助動力とペダル踏力とが合
力軸84の軸方向に対し直角方向から合力軸84に伝達され
る。また、この両機構101 ，102 は合力軸84を間に挟ん
で反対側に設置されているので、補助動力とペダル踏力
が対向方向から合力軸84に伝達される。

【００５３】このため、補助動力とペダル踏力の伝達時
には、合力軸84が対向方向（前後方向）に引っ張られる
ことになる。例えば補助動力だけが伝達された場合には
合力軸84が前方に引かれ、ペダル踏力だけが伝達された
場合には合力軸84が後方に引かれる。

【００５４】そして、このように合力軸84に作用する前
後方向への張力を、それぞれ合力軸84に作用するモーメ
ントとして検出するモーメント検出手段106 が設けられ
ている。このモーメント検出手段106 は、合力軸84の左
端を支持する軸受85の部分に設けられている。図４およ
び図５は、このモーメント検出手段106 を拡大した縦断
面図である。モーメント検出手段106 は、例えば次のよ
うに構成されている。

【００５５】まず、左ケースカバー47の内側にはスライ
ダハウジング107 が固定される。このスライダハウジン
グ107 は、上下２本のノックピン108 により正確に位置
決めされ、その４隅が４本のボルト109 で左ケースカバ
ー47に締結されている。

【００５６】スライダハウジング107 には、四角い内周
形状を持つスライダ孔111 が穿設されており、このスラ
イダ孔111 の中にスライダブロック112 が嵌め込まれて
いる。このスライダブロック112 はスライダ孔111 に対
して上下方向にはガタ無く、前後方向には微動可能に嵌
め込まれる。

【００５７】スライダ孔111 の前縁および後縁には切り
欠き113 が設けられており、この２つの切り欠き113 に
は荷重センサ114Fと114Rが嵌合されている。これら前後
の荷重センサ114F,114R はスライダブロック112 にも当
接しているため、スライダブロック112 が前後方向にガ
タつくことはない。

【００５８】そして、スライダブロック112 に穿設され
た円孔115 に、合力軸84の左端を支持する軸受85が密に
嵌合される。なお、スライダハウジング107 の両側面に
は２枚のスラスト板116,117 が４本のビス118 で締着さ
れており、このスラスト板116,117 によってスライダブ
ロック112 および荷重センサ114F,114R の横方向への移
動が阻止されている。

【００５９】このように構成されたモーメント検出手段
106 の荷重センサ114F,114R は、図６に示すように前記
制御手段41に電気的に接続されており、荷重センサ114
F,114R の測定する荷重の値が制御手段41に入力される
ようになっている。なお、制御手段41には前記バッテリ
ユニット40と電動モータ55と車速センサ99が電気的に接
続されている。

【００６０】合力軸84に補助動力とペダル踏力が伝達さ
れると、前述したように合力軸84が前後方向に引っ張ら
れる。その際、合力軸84の右端は軸受86により前後方向
への動きを阻止されており、合力軸84の左端は軸受85お
よびスライダブロック112 と共に前後方向へ微動可能で
あるため、右側の軸受86を中心に合力軸84の左端を前方
および後方に回動させようとする２種類のモーメントが
働く。

【００６１】この２種類のモーメントの内、大きい方の
モーメントから小さい方のモーメントを差し引いた分、
即ちモーメント差によって合力軸84の左端が軸受85およ
びスライダブロック112 と共に前方または後方に押圧さ
れ、スライダブロック112 とスライダ孔111 との間で荷
重センサ114Fまたは114Rに圧縮荷重が加わる。したがっ
て、荷重センサ114F,114R が測定した荷重値が、そのま
ま合力軸84に作用するモーメント差を表すことになる。

【００６２】小型のＣＰＵである制御手段41は、このよ
うにモーメント検出手段106 が検出したモーメント差の
大きさおよび方向から、ペダル踏力に対する補助動力の
比率、つまりアシスト比を算出し、このアシスト比が常
に一定の比率になるようにバッテリユニット40の電圧を
調整して電動モータ55に印加し、電動モータ55の出力を
制御する。

【００６３】例えば、前側の荷重センサ114Fに加わる荷
重が大きくなった場合、制御手段41はアシスト比が高く
なったと判断して電動モータ55の出力を低下させ、逆に
後側の荷重センサ114Rに加わる荷重が大きくなった場
合、制御手段41はアシスト比が低くなったと判断して電
動モータ55の出力を向上させ、アシスト比を常に一定の
比率に保つ。

【００６４】なお、制御手段41は車速センサ99からの入
力信号により車速やファイナルドライブスプロケット36
の回転状況を判断し、例えば車速が一定以上になった時
には電動モータ55への電力供給を停止して車速が過大に
ならないようにする。

【００６５】このように、ペダル踏力と補助動力の伝達
により合力軸84に作用するの２方向のモーメントの差を
モーメント検出手段106 で検出することによって補助動
力によるアシスト比を正確に割り出せるので、従来のよ
うにクランク軸33に加わるペダル踏力を一旦検出し、そ
れに合わせて電動モータ55の出力を制御するという必要
性がなく、ペダル踏力を検出する検出手段が不要にな
る。

【００６６】したがって、このペダル踏力検出手段の誤
差を考慮しなくてもよく、しかも電動モータ55の正味出
力のみによりアシスト比が決定されるので、電動モータ
55の出力特性のばらつきや、バッテリユニット40の充電
状態、あるいはならし運転の前後における各部のフリク
ションロスの変化等によるアシスト比への影響を一切無
視することができ、アシスト比を常に一定の比率に正確
に制御することができる。

【００６７】また、ペダル踏力検出手段の精度、電動モ
ータ55の出力特性、各部のフリクションロス等を厳密に
全数チェックしたり、これらを全部組み立ててから再度
電動モータ55の出力をチェックするといった手間が掛か
らず、しかも合力装置を構成する合力軸84、補助動力伝
達機構101 、ペダル踏力伝達機構102 、ならびに合力出
力機構103 の構造が非常に簡素であるため、補助動力ア
シスト式自転車１の生産性を飛躍的に向上させるととも
に、補助動力アシスト式自転車１の小型、軽量化を図る
ことができる。

【００６８】なお、合力軸84に作用するモーメント差、
即ちアシスト比は、合力軸84の一端に加わる荷重を測定
するだけで検出することができるので、モーメント検出
手段106 も非常に簡素な構造にでき、しかも合力軸84に
作用するモーメント差を精度良く検出することができ
る。

【００６９】ところで、本実施例では、合力軸84に作用
するモーメント差が０になった時、つまり荷重センサ11
4F,114R の測定荷重が０になった時にアシスト比が希望
する比率、例えば理想比率である１対１となるように、
合力軸84に対する補助動力伝達機構101 とペダル踏力伝
達機構102 と合力出力機構103 の位置関係が設定されて
いる。

【００７０】図７は、合力軸84に対する補助動力伝達機
構101 とペダル踏力伝達機構102 と合力出力機構103 の
位置関係を示す平面図である。合力軸84の両端を支持す
る軸受85と86の間隔はＳＬであり、補助動力伝達機構10
1 とペダル踏力伝達機構102と合力出力機構103 の各中
心線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、それぞれ右側の軸受86からＭ
Ｌ，ＰＬ，ＯＬの位置に設定されている。本実施例で
は、補助動力伝達機構101 の中心線Ｃ１の位置ＭＬが、

【数１】ＭＬ＝ＰＬ＋２ＯＬ に設定されている。

【００７１】今、ペダル踏力のみで合力軸84が駆動され
ている状態を考えた場合、合力軸84に作用するモーメン
ト（モーメント差）の大きさ、即ちモーメント検出手段
106の荷重センサ114F,114R が検出した荷重値Ｗに合力
軸84の軸受間隔ＳＬを乗じた値は、

【数２】Ｗ×ＳＬ＝Ｐ×ＰＬ＋ＰＯ×ＯＬ である。ここで、Ｐはペダル踏力伝達機構102 のチェー
ン96に加わる張力であり、ＰＯはペダル踏力の伝達によ
り合力出力機構103 のチェーン97に加わる張力である。
各スプロケット89,90,93,95 の歯数は同一に設定されて
いるので、Ｐ＝ＰＯであり、荷重値Ｗは、

【数３】Ｗ＝Ｐ（ＰＬ＋ＯＬ）／ＳＬ として算出される。

【００７２】そして、補助動力とペダル踏力との併用に
より合力軸84が駆動されている状態を考えた場合、合力
軸84に作用するモーメントの大きさＷ×ＳＬは、

【数４】 となる。ここで、Ｍは補助動力伝達機構101 のチェーン
92加わる張力であり、ＭＯは補助動力の伝達により合力
出力機構103 のチェーン97に加わる張力である。各スプ
ロケット81,87,89,90,93,95 の歯数は全て同一に設定さ
れているため、Ｐ＝ＰＯ、Ｍ＝ＭＯであり、荷重値Ｗ
は、

【数５】 として算出される。

【００７３】補助動力によるアシスト比が理想比率の１
対１である時には、Ｐ＝Ｍとなるので、上式のＭをＰに
置き換えて整理すると、

【数６】Ｗ＝Ｐ（ＰＬ−ＭＬ＋２ＯＬ）／ＳＬ となる。したがって、本実施例のように、補助動力伝達
機構101 の中心線Ｃ１の位置ＭＬを、

【数７】ＭＬ＝ＰＬ＋２ＯＬ に設定すれば、Ｗ＝０の時にアシスト比が１対１とな
る。

【００７４】このように設定した場合、制御手段41は、
ペダル踏力および補助動力の伝達により合力軸84に作用
する２方向のモーメントの差が常に０になるように、即
ちモーメント検出手段106 の荷重センサ114Fと114Rが検
出する荷重Ｗが常に０になるように電動モータ55の出力
を制御するだけで、アシスト比を容易に希望比率である
１対１に保つことができ、補助動力アシスト式自転車１
の走行フィーリングを良好にすることができる。

【００７５】なお、本実施例では補助動力伝達機構101
とペダル踏力伝達機構102 と合力出力機構103 がスプロ
ケットとチェーンによる巻き掛け伝達式に構成されてい
るが、例えばギヤ伝達式に構成してもよい。この場合
も、補助動力とペダル踏力とが合力軸84の軸方向に対し
直角方向から、かつ対向方向から合力軸84に伝達される
ようにする必要がある。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る補助
動力アシスト式自転車は、ペダル踏力により回転駆動さ
れるクランク軸と、補助動力を発生する電動モータと、
上記クランク軸に平行して回転自在に軸支された合力軸
と、上記ペダル踏力を上記合力軸の軸方向に対し直角方
向から合力軸に伝達するペダル踏力伝達機構と、上記補
助動力を合力軸の軸方向に対し直角方向から、かつペダ
ル踏力に対して対向方向から合力軸に伝達する補助動力
伝達機構と、合力軸の回転力を駆動輪側に出力する合力
出力機構と、ペダル踏力および補助動力の伝達により合
力軸に逆方向から作用する２つのモーメントの差を検出
するモーメント検出手段と、このモーメント検出手段か
ら入力されるモーメント差の大きさおよび方向からペダ
ル踏力に対する補助動力のアシスト比を算出し、このア
シスト比が常に一定の比率となるように電動モータの出
力を制御する制御手段とを備えたことを特徴している。

【００７７】このように構成すれば、ペダル踏力と補助
動力の伝達により合力軸に２方向から作用するモーメン
トの差を検出することで補助動力によるアシスト比を誤
差なく正確に割り出すことができるので、従来のように
クランク軸に加わるペダル踏力を一旦検出し、それに合
わせて電動モータの出力を制御するという必要性がな
く、ペダル踏力を検出する検出手段が不要になる。

【００７８】したがって、このペダル踏力検出手段の誤
差を考慮しなくてもよく、しかも電動モータの正味出力
のみによりアシスト比が決定されるので、電動モータの
出力特性のばらつきや、バッテリの充電状態、あるいは
ならし運転の前後におけるフリクションロスの変化等に
よるアシスト比への影響を一切無視することができ、ア
シスト比を常に一定の比率で正確に制御することができ
る。

【００７９】さらに、合力装置を構成する合力軸、補助
動力伝達機構、ペダル踏力伝達機構、合力出力機構の構
造が非常に簡素であるため、補助動力アシスト式自転車
の生産性を飛躍的に向上させることができるとともに、
補助動力アシスト式自転車の小型、軽量化を図ることが
できる。

【００８０】また、本発明に係る補助動力アシスト式自
転車は、上記モーメント差が０になった時にアシスト比
が希望の比率になるように、合力軸に対するペダル踏力
伝達機構と補助動力伝達機構と出力機構の位置関係を設
定したので、制御手段は合力軸に作用するモーメント差
が０になるように電動モータの出力を制御するだけでよ
く、補助動力によるアシスト比を容易に希望比率に制御
することができる。

【００８１】さらに、本発明に係る補助動力アシスト式
自転車は、上記モーメント検出手段を、合力軸の一端に
加わる荷重を測定することにより合力軸に作用するモー
メント差を検出するように構成したため、モーメント検
出手段を非常に簡素な構造にでき、合力軸に作用するモ
ーメント差を精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る補助動力アシスト式自転車の左側
面図。

【図２】本発明の一実施例を示す補助動力アシスト装置
の横断面図。

【図３】図２のIII-III 矢視による補助動力アシスト装
置の左側面図。

【図４】図２のIV-IV 線に沿うモーメント検出手段の拡
大縦断面図。

【図５】図４のV-V 線に沿うモーメント検出手段の拡大
縦断面図。

【図６】補助動力アシスト式自転車の制御系統を示すブ
ロック図。

【図７】合力軸に対する補助動力伝達機構とペダル踏力
伝達機構と合力出力機構の位置関係を示す平面図。

【符号の説明】

１ 補助動力アシスト式自転車 ２ 車体フレーム ３ 補助動力アシスト装置 26 駆動輪である後輪 33 クランク軸 40 バッテリユニット 41 制御手段 45 ケーシング 55 電動モータ 60 遊星減速機構 71 減速軸 77 中間軸 82 減速ギヤ列 84 合力軸 101 補助動力伝達機構 102 ペダル踏力伝達機構 103 合力出力機構 106 モーメント検出手段 114F,114R 荷重センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダル踏力により回転駆動されるクラン
   ク軸と、補助動力を発生する電動モータと、上記クラン
   ク軸に平行して回転自在に軸支された合力軸と、上記ペ
   ダル踏力を上記合力軸の軸方向に対し直角方向から合力
   軸に伝達するペダル踏力伝達機構と、上記補助動力を合
   力軸の軸方向に対し直角方向から、かつペダル踏力に対
   して対向方向から合力軸に伝達する補助動力伝達機構
   と、合力軸の回転力を駆動輪側に出力する合力出力機構
   と、ペダル踏力および補助動力の伝達により合力軸に逆
   方向から作用する２つのモーメントの差を検出するモー
   メント検出手段と、このモーメント検出手段から入力さ
   れるモーメント差の大きさおよび方向からペダル踏力に
   対する補助動力のアシスト比を算出し、このアシスト比
   が常に一定の比率となるように電動モータの出力を制御
   する制御手段とを備えたことを特徴とする補助動力アシ
   スト式自転車。
2. 【請求項２】 上記モーメント差が０になった時にアシ
   スト比が希望の比率になるように、合力軸に対するペダ
   ル踏力伝達機構と補助動力伝達機構と合力出力機構の位
   置関係を設定した請求項１に記載の補助動力アシスト式
   自転車。
3. 【請求項３】 上記モーメント検出手段を、合力軸の一
   端に加わる荷重を測定することにより合力軸に作用する
   モーメント差を検出するように構成した請求項１および
   ２に記載の補助動力アシスト式自転車。