JPH08276885A - 補助動力アシスト式自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電動モータの補助動力によるアシスト比を正確
に１対１または任意の比率に制御可能にする。 【構成】ペダル踏力により回転駆動されるクランク軸33
と、補助動力を発生する電動モータ55と、上記ペダル踏
力および補助動力を合成し、その合力を駆動輪側に出力
すると同時に、ペダル踏力および補助動力に比例する強
度を持つ２つの分力を発生させる合力装置80Ａと、上記
２つの分力の強度差を検出する分力強度差検出手段（位
置センサ100 ）と、この分力強度差検出手段からの入力
に基づき、２つの分力の強度差を０および任意の強度差
にするべく電動モータ55の出力を制御する制御手段とを
備えて構成した。

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がないよう、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
流す電流を制御し、アシスト比を１対１あるいは任意の
比率に設定していた。

【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動してしま
う。

【０００６】故に、アシスト比を正確に１対１あるいは
任意の比率に設定するには、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場合があるの
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】このような問題点に加えて、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
スト比を正確に１対１または任意の比率に制御すること
のできる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、合力装
置の構造を簡素にして生産性を良くし、同時に合力装置
の小型、軽量化を図ることにある。

【００１３】さらに、本発明のもう一つの目的は、人力
のみによる走行時にペダル踏力を極力軽減させることに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、補助動力アシスト式自転車を、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、上記ペ
ダル踏力および補助動力を合成し、その合力を駆動輪側
に出力すると同時に、ペダル踏力および補助動力に比例
する強度を持つ２つの分力を発生させる合力装置と、上
記２つの分力の強度差を検出する分力強度差検出手段
と、この分力強度差検出手段からの入力に基づき上記２
つの分力の強度差を０および任意の強度差にするべく電
動モータの出力を制御する制御手段とを備えて構成し
た。

【００１５】また、請求項２に記載したように、前記合
力装置を、駆動輪側に出力を伝達する出力軸と、この出
力軸に対して回転一体で軸方向には移動自在に設けられ
た合力部材と、この合力部材の両側に軸支され、各々が
ペダル踏力と補助動力とを受けて同一方向に回転するペ
ダル踏力伝達部材および補助動力伝達部材と、このペダ
ル踏力伝達部材および補助動力伝達部材の回転力を合力
部材に伝達すると同時に、ペダル踏力および補助動力に
比例する強度を持つ分力をスラスト荷重として合力部材
の両側から合力部材に加えるトルクカムと、合力部材を
出力軸上の中立位置に付勢する付勢部材とを備えて構成
し、前記分力強度差検出手段を、上記中立位置からの合
力部材の移動方向および移動量を検出して前記制御手段
に入力する位置センサとした。

【００１６】さらに、請求項３に記載したように、上記
出力軸を上記クランク軸の外周に回転自在に軸装される
筒状に構成した。

【００１７】

【作用】請求項１のように構成した場合、クランク軸か
らのペダル踏力と電動モータの補助動力とが合力装置に
よって合成され、その合力が駆動輪側に出力される。ペ
ダル踏力と補助動力の合成時には、ペダル踏力と補助動
力に比例する強度を持つ２つの分力が発生する。この２
つの分力の強度差は、ペダル踏力と補助動力の強度差、
即ちペダル踏力に対する補助動力のアシスト比を表す。
分力強度差検出手段は、２つの分力の強度差を検出して
制御手段に入力し、制御手段がこの強度差を０または任
意の強度差にするべく電動モータの出力を制御する。そ
して、２つの分力の強度差が０または任意の強度差にな
ると、アシスト比が１対１もしくは任意の比率に設定さ
れる。

【００１８】また、請求項２の構成によれば、合力部材
の両側に軸支されたペダル踏力伝達部材と補助動力伝達
部材とが、それぞれペダル踏力と補助動力とを受けて同
一方向に回転し、その回転力がトルクカムを介して合力
部材に伝達される。このため、合力部材が出力軸と共に
回転し、この出力軸の回転力がペダル踏力と補助動力の
合力となって駆動輪側に出力される。

【００１９】停車時において、合力部材は付勢部材の付
勢力により出力軸上の中立位置に位置している。そし
て、ペダル踏力と補助動力が伝達されると同時に、トル
クカムによってペダル踏力と補助動力に比例する強度を
持つ２つの分力が合力部材の両側からスラスト荷重とし
て合力部材に加えられる。

【００２０】アシスト比が１対１である場合、つまりペ
ダル踏力と補助動力の強度が均等である場合には、合力
部材の両側から加わる２つの分力の強度も均等であって
互いに相殺されるため、合力部材の位置は中立位置に保
たれる。しかし、アシスト比が１対１でないと、２つの
分力の強度が不均等になるため、合力部材は強度の強い
方の分力により出力軸の軸方向に移動する。

【００２１】そして、合力部材の位置センサである分力
強度差検出手段が、合力部材の中立位置からの移動方向
および移動量を検出して制御手段に入力し、この入力に
基づいて制御手段が２つの分力の差を算出し、この差が
０または任意の強度差になるように電動モータの出力を
制御する。

【００２２】一方、請求項３のように構成すれば、出力
軸がクランク軸と同軸的に配置されるので、合力装置全
体がクランク軸と同軸的に配置され、合力装置が非常に
コンパクトになる。また、人力のみによる走行時には出
力軸がクランク軸と一体に回転するため、出力軸を別軸
に構成した場合に比べてペダル踏力が大幅に軽減され
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が後斜め下方に延ばされてい
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を介して接合されている。

【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が回転一体に固定され、両クラン
ク34Ｌ，34Ｒ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41と図示しない充電器とが合
成樹脂製のバッテリケース42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43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、車幅方向の内側に位置する左ケース半身46および
右ケース半身47と、左ケース半身46の左側全面に被装さ
れる左ケースカバー48と、右ケース半身47の右側に固定
される右ケースカバー49等の部材より構成されている。
なお、図３には左ケースカバー48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の前部には電動モータ室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
シング45の右側から挿入される数本のボルト57が、右ケ
ースカバー49と電動モータ55の外ケース58とを貫通して
左ケース半身46に締結され、このボルト57により右ケー
スカバー49と電動モータ55が左ケース半身46に共締めさ
れる。

【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48側に設けられた軸受62に軸支され、右
端が左ケース半身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、左ケース半身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71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71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71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とクランク軸33との間
には中間軸73が軸受74,75 により回転自在に軸支されて
いる。この中間軸73はクランク軸33に平行しており、そ
の左端部には前記一次ドライブギヤ71に噛み合う大径な
一次ドリブンギヤ76がワンウェイクラッチ77を介して軸
装され、右端部には小径な二次ドライブギヤ78が回転一
体に設けられている。一次ドリブンギヤ76は矢印Ｒで示
すように後転し、ワンウェイクラッチ77は一次ドリブン
ギヤ76のＲ方向への回転のみを中間軸73に伝達する。

【００４４】そして、クランク軸33と同軸的に合力装置
が設けられている。図４は、合力装置の第一実施例を示
す拡大断面図である。この合力装置80Ａは、例えば次の
ように構成されている。

【００４５】まず、クランク軸33の外周には筒状の出力
軸81がメタル軸受82を介して回転自在に軸支されてい
る。この出力軸81の右端部はケーシング45から外部に突
出しており、この突出部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。

【００４６】また、出力軸81の外周には短い筒状の合力
部材83が軸装されている。この合力部材83と出力軸81と
の間にはボールスプライン84が設けられており、合力部
材83は出力軸81に対し回転一体、かつ軸方向には移動自
在である。なお、合力部材83の中間部には径方向に拡が
る平坦な円盤体85が一体に形成されている。

【００４７】一方、合力部材83の左側にはペダル踏力伝
達部材87が設けられている。このペダル踏力伝達部材87
は、ワンウェイクラッチ88を介してクランク軸33に軸支
されており、合力部材83を周りから包むスリーブ部89
と、径方向に延びる外フランジ90とが一体に形成されて
いる。ワンウェイクラッチ88は、クランク軸33のＦ１方
向への回転をペダル踏力伝達部材87に伝達するが、クラ
ンク軸33が逆転した場合にはクランク軸33とペダル踏力
伝達部材87との接続を断ち、クランク軸33を空転させ
る。

【００４８】さらに、合力部材83の右側には補助動力伝
達部材91が設けられている。この補助動力伝達部材91
は、出力軸81の外周に回転自在に軸支されており、合力
部材83を周りから包むスリーブ部92と、大径な二次ドリ
ブンギヤ93とが一体に形成されている。二次ドリブンギ
ヤ93は、中間軸73の二次ドライブギヤ78に噛み合ってい
るため、補助動力伝達部材91は電動モータ55の補助動力
を受けてペダル踏力伝達部材87と同じくＦ１方向に回転
する。

【００４９】そして、合力部材83とペダル踏力伝達部材
87との間にトルクカム95が設けられ、合力部材83と補助
動力伝達部材91との間にトルクカム96が設けられてい
る。例えばこれらのトルクカム95,96 は、図６にも示す
ように合力部材83の外周面に刻設された山歯ギヤ状のイ
ンナーカム95a,96a と、ペダル踏力伝達部材87および補
助動力伝達部材91のスリーブ部89,92 の内周面に刻設さ
れて上記インナーカム95a,96a に係合するアウターカム
95b,96b とから構成されている。なお、トルクカム95と
トルクカム96のカム傾斜方向は円盤体85を挟んで対称で
あり、その傾斜角度αとβは同一角度に設定されてい
る。

【００５０】一方、合力部材83の円盤体85とペダル踏力
伝達部材87の外フランジ90との間には付勢部材97が弾装
され、円盤体85と補助動力伝達部材91の二次ドリブンギ
ヤ93との間には付勢部材98が弾装されている。これら２
個の付勢部材97,98 は、例えばコイルスプリングであ
り、同一の寸法、付勢力を持っている。

【００５１】ペダル踏力伝達部材87と補助動力伝達部材
91は、クランク軸33および出力軸81の軸方向には不動で
あり、その間にある合力部材83は軸方向に移動自在であ
るため、均等な付勢力を持つ２個の付勢部材97,98 の付
勢力により合力部材83の円盤体85が両側から押圧された
場合、円盤体85がペダル踏力伝達部材87と補助動力伝達
部材91との中間点Ｃに位置した時に２個の付勢部材97,9
8 の付勢力が釣り合い、合力部材83が停止する。この位
置Ｃは合力部材83の中立位置となる。

【００５２】以上のように合力装置80Ａは構成されてお
り、その一方でケーシング45に位置センサ100 が設けら
れている。この位置センサ100 は、例えば弾性伸縮可能
な測定子101 を被測定物に押し当てることによって被測
定物の移動量を検出するセンサであり、この測定子101
は被測定物である円盤体85の一側（例えば左側）に軽く
押し当てられている。

【００５３】位置センサ100 は、図８に示すように前記
制御手段43に電気的に接続されており、位置センサ100
の測定による合力部材83の軸方向への移動量が制御手段
43に入力されるようになっている。なお、制御手段43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
102 が電気的に接続されている。

【００５４】車速センサ102 はケーシング45に固定され
ており、この車速センサ102 がファイナルドライブスプ
ロケット36の内側面（左側面）に固定されたリング状の
センサプレート103 の突起104 の動きを読み取ることに
よってファイナルドライブスプロケット36の回転速度、
即ち補助動力アシスト式自転車１の車速が検出されるよ
うになっている。

【００５５】補助動力アシスト式自転車１の走行時に
は、ペダル踏力を受けてクランク軸33がペダル踏力伝達
部材87と共にＦ１方向へ回転し、補助動力伝達部材91も
電動モータ55の補助動力を受けてＦ１方向へ回転する。
ペダル踏力伝達部材87と補助動力伝達部材91の回転力
は、トルクカム95,96 を介して合力部材83に伝達され、
合力部材83は出力軸81をＦ１方向に回転駆動させる。

【００５６】出力軸81の回転力は、ペダル踏力と補助動
力の合力であり、この合力がファイナルドライブスプロ
ケット36とチェーン38とファイナルドリブンスプロケッ
ト37により駆動輪である後輪26に出力される。このよう
に、電動モータ55の補助動力でペダル踏力がアシストさ
れるため、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。

【００５７】トルクカム95,96 は山歯ギヤ状に構成され
ているため、ペダル踏力伝達部材87と補助動力伝達部材
91の回転力を合力部材83に伝達すると同時に、図６中に
ベクトルで示すように、ペダル踏力Ｐおよび補助動力Ｍ
に比例する強度を持つ分力ｐ，ｍをスラスト荷重として
合力部材83に両側から加える。このため、ペダル踏力と
補助動力が伝達されると同時に合力部材83は上記分力
ｐ，ｍにより両側から押圧される。

【００５８】アシスト比が１対１である場合、つまりペ
ダル踏力と補助動力の強度が均等である場合には、合力
部材83の両側から加わる２つの分力ｐ，ｍの強度も均等
になって互いに相殺されるため、合力部材83の位置は中
立位置Ｃに保たれる。しかし、アシスト比が１対１でな
い場合には、２つの分力ｐ，ｍの強度が不均等になるた
め、合力部材83は強度の強い方の分力ｐまたはｍにより
出力軸81の軸方向に移動する。例えば、ペダル踏力が補
助動力よりも強ければ、ペダル踏力の分力ｐが補助動力
の分力ｍよりも強くなるので、合力部材83（円盤体85）
は分力ｐに押されて中立位置Ｃよりも右方へ移動する。

【００５９】そして、この合力部材83の中立位置Ｃから
の移動方向および移動量が位置センサ100 により検出さ
れて制御手段43に入力される。制御手段43は、この入力
に基づいて２つの分力ｐ，ｍの強度差を算出し、この差
が０になるように電動モータ55の出力を制御する。そし
て、２つの分力ｐ，ｍの強度差が０になった時、アシス
ト比が１対１となる。このように、位置センサ100 は２
つの分力ｐ，ｍの強度差を検出する分力強度差検出手段
として機能する。

【００６０】制御手段43は、２つの分力ｐ，ｍの強度差
を任意に設定することにより、アシスト比を１対１に限
らず任意の比率に設定することもできる。例えば、２つ
の分力ｐとｍの強度差を１対0.5 に設定した場合、ペダ
ル踏力に対して補助動力が半分になる。

【００６１】この強度差の比率は、走行中に連続的に変
化させることも可能である。例えば、前記車速センサ10
2 から入力される車速信号に基づき、補助動力アシスト
式自転車１の発進時にはアシスト比を最大比率の１対１
に設定し、車速が高まるにつれてアシスト比を低くして
行けば、人力の負担を低減しつつ電動モータ55の消費電
力を大幅に省くことができ、バッテリユニット40の放電
量を抑えて走行距離を大きく伸ばすことができる。

【００６２】さらに、制御手段43は、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。

【００６３】ところで、図５は合力装置の第二実施例を
示す拡大断面図である。この合力装置80Ｂは、そのトル
クカム107,108 以外の部分の構成および作用が第一実施
例の合力装置80Ａと同一であるため、これらの部分につ
いては同一符号を付して説明を省略する。

【００６４】この合力装置80Ｂのトルクカム107,108
は、図７にも示すように、合力部材83の外周面に刻設さ
れた斜面カム状の内側カム107a,108a と、ペダル踏力伝
達部材87および補助動力伝達部材91に刻設されて上記内
側カム107a,108a に噛み合う外側カム107b,108b とから
構成されている。なお、トルクカム107 とトルクカム10
8 のカム傾斜方向は円盤体85を挟んで対称であり、その
傾斜角度αとβは同一角度に設定されている。

【００６５】ペダル踏力伝達部材87と補助動力伝達部材
91の回転力が合力部材83に伝達される際、外側カム107
b,108b は内側カム107a,108a にペダル踏力Ｐと補助動
力Ｍを伝達すると同時に、ペダル踏力Ｐと補助動力Ｍに
比例する強度を持つ分力ｐ，ｍをスラスト荷重として合
力部材83に両側から加える。この分力ｐ，ｍにより、合
力部材83が出力軸81の軸方向に移動し、第一実施例の場
合と同様に位置センサ100 および制御手段43によりアシ
スト比が検出される。

【００６６】なお、第一および第二実施例の合力装置80
Ａ，80Ｂは、共に分力ｐ，ｍが合力部材83を両側から押
圧するように構成されているが、例えば分力ｐ，ｍが合
力部材83を両側から引っ張るように構成しても構わな
い。

【００６７】以上のように補助動力アシスト式自転車１
を構成すれば、ペダル踏力と補助動力とが合成される合
力装置80Ａ，80Ｂの部分で、直接かつ機械的にアシスト
比が検出されるので、アシスト比を誤差なく正確に割り
出すことができる。このため、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。

【００６８】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
力によりアシスト比が１対１あるいは任意の比率に設定
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
後における合力装置80Ａ，80Ｂ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、アシスト比を正確に制御することができる。

【００６９】しかも、ペダル踏力と補助動力の絶対値よ
りも大幅に小さい分力ｐ，ｍ間の強度差だけを位置セン
サ100 で読み取ればよいので、位置センサ100 の読み取
り誤差を非常に小さくすることができ、このことからも
アシスト比を正確に制御し易くなる。

【００７０】また、合力装置80Ａ，80Ｂの構造が非常に
簡素になるので、合力装置80Ａ，80Ｂの生産性を向上さ
せ、併せて合力装置80Ａ，80Ｂの小型、軽量化を図るこ
とができる。しかも、出力軸81がクランク軸33の外周に
回転自在に軸装された筒状であるため、合力装置80Ａ，
80Ｂ全体がクランク軸33と同軸的に配置され、これによ
っても合力装置80Ａ，80Ｂの小型、軽量化が達成され
る。

【００７１】なお、合力装置80Ａ，80Ｂの左側のトルク
カム95,107と右側のトルクカム96,108の作動性に差が生
じたり、左右の付勢部材97,98 の付勢力に差が生じる
と、合力部材83の中立位置Ｃが少しずれてアシスト比が
変化することが考えられるが、その場合には、ずれた中
立位置Ｃに合わせて位置センサ100 の読取り値を０に補
正するだけでアシスト比を正確に１対１に戻すことがで
きるので、非常にメンテナンス性に優れている。

【００７２】ところで、電動モータ55を作動させずに人
力のみで走行する場合は、ペダル踏力によりクランク軸
33がＦ１方向に回転し、合力装置80Ａまたは80Ｂとファ
イナルドライブスプロケット36もクランク軸33と一体に
回転し、ファイナルドライブスプロケット36の回転が後
輪26に伝達される。その際、出力軸81がクランク軸33と
一体に回転するので、出力軸81をクランク軸33に対して
別軸に構成した場合に比べて回転抵抗が少なく、ペダル
踏力が大幅に軽減される。

【００７３】

【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、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、上記ペダル踏力および補助
動力を合成し、その合力を駆動輪側に出力すると同時
に、ペダル踏力および補助動力に比例する強度を持つ２
つの分力を発生させる合力装置と、上記２つの分力の強
度差を検出する分力強度差検出手段と、この分力強度差
検出手段からの入力に基づき上記２つの分力の強度差を
０および任意の強度差にするべく電動モータの出力を制
御する制御手段とを備えて構成したことを特徴とするも
のである。

【００７４】このように構成すれば、ペダル踏力と補助
動力とが合成される合力装置の部分で直接かつ機械的に
アシスト比が検出されるので、アシスト比を誤差なく正
確に割り出すことができ、しかも電動モータの正味出力
によりアシスト比が１対１あるいは任意の強度差に設定
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、アシスト比を正確に制御するこ
とができる。

【００７５】また、本発明に係る補助動力アシスト式自
転車は、請求項２に記載したように、前記合力装置を、
駆動輪側に出力を伝達する出力軸と、この出力軸に対し
て回転一体で軸方向には移動自在に設けられた合力部材
と、この合力部材の両側に軸支され、各々がペダル踏力
と補助動力とを受けて同一方向に回転するペダル踏力伝
達部材および補助動力伝達部材と、このペダル踏力伝達
部材および補助動力伝達部材の回転力を合力部材に伝達
すると同時に、ペダル踏力および補助動力に比例する強
度を持つ分力をスラスト荷重として合力部材の両側から
合力部材に加えるトルクカムと、合力部材を出力軸上の
中立位置に付勢する付勢部材とを備えて構成し、前記分
力強度差検出手段を、上記中立位置からの合力部材の移
動方向および移動量を検出して前記制御手段に入力する
位置センサとしたものである。

【００７６】このようにすれば、合力装置が非常に簡素
な構成になるため、合力装置の生産性を向上させると同
時に、合力装置の小型、軽量化を図ることができる。

【００７７】さらに、本発明に係る補助動力アシスト式
自転車は、請求項３に記載したように、上記出力軸を上
記クランク軸の外周に回転自在に軸装される筒状に構成
したため、合力装置全体がクランク軸と同軸的に配置さ
れ、これによって合力装置が非常にコンパクト化され
る。しかも、電動モータを作動させずに人力のみで走行
する場合には、出力軸がクランク軸と一体に回転するの
で、出力軸をクランク軸に対して別軸に構成した場合に
比べて回転抵抗が少なく、ペダル踏力を大幅に軽減する
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】合力装置の第一実施例を示す拡大断面図。

【図５】合力装置の第二実施例を示す拡大断面図。

【図６】図４のVI矢視図。

【図７】図５のVII 矢視図。

【図８】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。

【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 33 クランク軸 43 制御手段 55 電動モータ 80Ａ，80Ｂ 合力装置 81 出力軸 83 合力部材 87 ペダル踏力伝達部材 91 補助動力伝達部材 95,96,107,108 トルクカム 97,98 付勢部材 100 分力差検出手段としての位置センサ Ｃ 中立位置 Ｐ ペダル踏力 Ｍ 補助動力 ｐ ペダル踏力に比例する強度を持つ分力 ｍ 補助動力に比例する強度を持つ分力

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、上記ペダル
   踏力および補助動力を合成し、その合力を駆動輪側に出
   力すると同時に、ペダル踏力および補助動力に比例する
   強度を持つ２つの分力を発生させる合力装置と、上記２
   つの分力の強度差を検出する分力強度差検出手段と、こ
   の分力強度差検出手段からの入力に基づき上記２つの分
   力の強度差を０および任意の強度差にするべく電動モー
   タの出力を制御する制御手段とを備えて構成したことを
   特徴とする補助動力アシスト式自転車。
2. 【請求項２】 前記合力装置を、駆動輪側に出力を伝達
   する出力軸と、この出力軸に対して回転一体で軸方向に
   は移動自在に設けられた合力部材と、この合力部材の両
   側に軸支され、各々がペダル踏力と補助動力とを受けて
   同一方向に回転するペダル踏力伝達部材および補助動力
   伝達部材と、このペダル踏力伝達部材および補助動力伝
   達部材の回転力を合力部材に伝達すると同時に、ペダル
   踏力および補助動力に比例する強度を持つ分力をスラス
   ト荷重として合力部材の両側から合力部材に加えるトル
   クカムと、合力部材を出力軸上の中立位置に付勢する付
   勢部材とを備えて構成し、前記分力強度差検出手段を、
   上記中立位置からの合力部材の移動方向および移動量を
   検出して前記制御手段に入力する位置センサとした請求
   項１に記載の補助動力アシスト式自転車。
3. 【請求項３】 上記出力軸を上記クランク軸の外周に回
   転自在に軸装される筒状に構成した請求項２に記載の補
   助動力アシスト式自転車。