JPH0848279A - 動力自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 足踏みペダルに加える搭乗者の踏力に補助動
力としてモータの回転力を与える動力自転車において、
乗車感と動力機構の効率向上を図る。 【構成】 車輪に、この車輪を駆動するためのモータ１
７を取付けると共に、このモータ１７とその電源となる
バッテリ２０との間にコントローラ２１を接続し、ペダ
ル１５で駆動される発電機１６の出力側をコントローラ
２１の入力端子２１ａならびにバッテリ２０に接続し
た。ペダル１５を踏むことによって発電される電力がコ
ントローラ２１の制御信号になるので乗車感が向上する
とともに、構造が簡単になるので、動力機構の効率も向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、補助動力機構としての
モータとその電源となるバッテリを搭載した、動力自転
車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に広く使用されている通常の自転車
は、足踏みペダルでスプロケットを回転させ、その回転
力をチェーンを介して後輪に取り付けたスプロケットに
伝達し、後輪を回転させるようになっている。すなわ
ち、走行に使用する力はあくまで自転車に乗った人の踏
力である。

【０００３】自転車は、ペダルを踏んで走行するとき、
歩行者の速度よりは速く走行できなければ意味がない。
なぜなら、歩行速度より速く走行できるのが、自転車の
一つの大きな特徴であるからである。このため、足踏み
ペダルが取付けられた駆動側のスプロケットの歯数が車
輪（後車輪）に取付けられたスプロケットの歯数よりも
はるかに多くなっており、足踏みを１回転行うときに車
輪は数回転することになる。

【０００４】このようにスプロケットの回転比を大きく
とると、速い速度で走行ができることにはなるが、坂道
を登るときなどにおいては搭乗者に大きな力を要求する
ことになる。このためスプロケットの比を切り換えて走
行を容易にした、変速機構付きの自転車が開発され実用
されているが、操作が煩雑となる等の問題がある。

【０００５】そこで開発されたものとして、いわゆる動
力自転車がある。これは、搭乗者の足踏み力と同等ある
いは僅かに小さい力をモータによって発生させ、補助動
力として必要に応じて車輪に供給するのである。動力自
転車の先行技術としては、特開平４−１００７９０号公
報に開示されたものがある。この公報のものは、踏力負
荷を検出し、その検出値に対して所定の変換特性をもっ
て電動モータの出力を制御するコントローラを設けたも
のであって、変速装置やスロットルレバー等の機構を必
要とせずに、踏力に補助動力を加えることができるもの
である。

【０００６】図６に示すものは、上記公報に記載された
ものを含む従来の動力自転車の制御システムを示す回路
である。これを説明する。１はペダル入力であり、搭乗
者がペダルを踏むことによって発生する力である。この
力は、トルク検出機構２と回転数検出機構３によって、
それぞれトルクと回転数（ペダルを取付けたスプロケッ
トの回転数）として検出され、電気信号としてコントロ
ーラ４に入力される。

【０００７】コントローラ４は、これらの検出値から自
転車を所定の速度で走行させるにはトルクあるいは回転
数のいずれか、あるいは双方が不足であり、補助動力が
必要であると判断したときにその信号をモータ５に送
り、モータ５を回転させる。モータ５の回転出力は減速
機６によって適当な減速比で減速され、その力は合力機
構７によってペダル入力１の力と合力され、チェーン等
の伝達機構８を介して車輪（後車輪）９に供給される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記システムによれ
ば、登坂時等において搭乗者がペダル入力をする力が不
足になったときに自動的に補助動力が作用するので、楽
に走行できる大きな効果を得ることができるが、一般の
自転車と同様の構造を有するペダル入力機構と、モータ
５および減速機６からなるモータ入力機構とを独立して
設け、さらにこれらの発生力を合力する合力機構７を設
ける必要があることから、構造が複雑となり、車体重量
が大きくなる問題があった。重量が大きくなると、道路
が走行不能のとき、あるいは駐輪するとき自転車の持ち
上げが困難となる。また構造が複雑になれば故障の発生
率も高くなる。

【０００９】本発明はこの点に鑑みてなされたものであ
り、上記問題点を除去した動力自転車を提供しようとす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、車輪に、該車輪を駆動するためのモータを取付け
ると共に、該モータとその電源となるバッテリとの間に
コントローラを接続し、足踏みペダルで駆動される発電
機の出力側を前記コントローラの入力端子ならびにバッ
テリに接続したことを特徴とする動力自転車である。

【００１１】請求項２に記載された発明は、請求項１に
記載のものにおいて、足踏みペダルのクランク軸に発電
機の回転軸を結合したことを特徴とする動力自転車であ
る。

【００１２】

【作用】請求項１に記載された発明によれば、足踏みペ
ダルによって発生するトルクや回転数を検出することな
く、踏力で発電される電圧を制御信号としてモータを制
御することになる。これにより、通常の自転車の感覚で
動力自転車を運転することができることになる。発電機
がバッテリにも接続されているので、その充電ができ
る。

【００１３】請求項２に記載された発明によれば、足踏
み力をそのまま発電機の駆動力とすることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３に
基いて説明する。図１に示すものは動力自転車１０であ
る。この動力自転車１０は、車体フレーム１１に前輪１
２と後輪１３とを支持し、ほぼ中央の上部にサドル１４
を、下部にペダル１５を設けた、一般の自転車とほぼ同
様の形状をしているものである。ただし、ペダル（本明
細書中においては、ペダル入力と称することもある）１
５によって駆動されるものがスプロケットではなく、こ
のクランク部分に回転軸を直接結合した発電機１６であ
り、後輪１３の軸部にモータ１７と減速機１８が設けら
れている点が相違するものである。車体フレーム１１の
サドル１４の後部には箱１９が取付けられており、その
内部にはバッテリとコントローラが収容されている。

【００１５】図２は制御システムを示す回路である。こ
れを図１と符号を合わせて説明すると、ペダル１５を踏
むことによって回転する軸の力で発電機１６が駆動さ
れ、その発生電力はバッテリ２０とコントローラ２１に
供給される。バッテリ２０の発生電力とコントローラ２
１の制御信号はモータ１７に供給され、モータ１７はこ
れらによって決められた回転数で回転する。モータ１７
の回転は減速機１８で減速され、後車輪１３に供給され
る。

【００１６】図３は、図２のうちのコントローラ２１の
部分をより具体的な回路にして示したものである。発電
機１６の出力側は抵抗器２２を介してバッテリ２０と電
源の正ライン２３に接続されている。この正ライン２３
と接地ライン２４との間には、バッテリ２０および発電
機１６によって、所定電圧（一例として２４ボルト）の
電圧が加えられ、図示しない灯火類や警報器などに給電
するようになっている。

【００１７】コントローラ２１はマイクロコンピュータ
２５を中心に構成されており、入力端子２１ａ、出力端
子２１ｂと、正側の電源端子２１ｃ、負側の電源端子２
１ｄを有するものである。構成はマイクロコンピュータ
２５のほか、インターフェィス２６、電源回路２７、電
流検出回路２８、ドライバ回路２９、ＦＥＴ（フィール
ド・エフェクト・トランジスタ）３０および抵抗器３１
を有する。

【００１８】コントローラ２１の入力端子２１ａには、
インターフェィス２６を介してマイクロコンピュータ２
５の入力端子２５ａが接続されており、出力端子２１ｂ
と正ライン２３の間にはモータ１７が接続されている。

【００１９】発電機１６の出力側はコントローラ２１の
入力端子２１ａに接続されている。またバッテリ２０は
正側の電源端子２１ｃに接続されている。接地端子２１
ｄは接地されている。

【００２０】コントローラ２１の正側の電源端子２１ｃ
には、電源回路２７を介してマイクロコンピュータ２７
の電源端子２５ｄが接続されている。マイクロコンピュ
ータ２７の接地端子２５ｅは接地されている。電源回路
２７は、電源端子２１ｃと接地端子２１ｄ間に与えられ
る電圧を安定化させ、マイクロコンピュータ２５に供給
する。

【００２１】マイクロコンピュータ２７には、さらに一
つの入力端子２５ｂと出力端子２５ｃがあり、入力端子
２５ｂには電流検出回路２８の出力端子２８ｃが接続さ
れている。電流検出回路２８には二つの入力端子２８
ａ，２８ｂがあり、この間に接続された抵抗器（シャン
ト抵抗）３１の両端間電圧から、モータ１７に流れる電
流を検出する。入力端子２８ｂと接地回路との間には、
増幅素子としてのＦＥＴ３０のソース、ドレィン側が接
続されている。ＦＥＴ３０のゲートは、ドライバ回路２
９を介してマイクロコンピュータ２５の出力端子２５ｃ
に接続されている。

【００２２】このように構成された回路を備えた動力自
転車において、搭乗者がペダル１５を踏むと発電機１６
がその力に応じた電力を発電する。この電力は抵抗器２
２を介してバッテリ２０を充電し、同時に電源の正ライ
ン２３に接続された図示しない灯火類や警報器などに給
電する。

【００２３】発電機１６の出力電圧は、インターフェィ
ス２６を介してマイクロコンピュータ２５の入力端子２
５ａにも与えられる。マイクロコンピュータ２５は、こ
の電圧と抵抗器３１の両端間電圧により演算し、その結
果に応じてドライバ回路２９を作動させる。ドライバ回
路２９の作動によってＦＥＴ３０が機能し、モータ１７
への通電制御をする。モータ１７が回転すれば、その発
生力はペダル入力に加算されるので、搭乗者は楽にな
る。

【００２４】図４は、ペダル入力による発電電力と、
この発電電力にバッテリ２０からの補助電力を加えてモ
ータ１７に供給される電力が変化する様子を、時間と
の関係で示したものである。この図からわかるように、
電力増減の周期は一致しているが、モータ１７に供給さ
れる電力がペダル入力による発電電力より大きくな
る。

【００２５】図５は、図示しないメインスイッチをオン
した時点から、モータ１７に電力が供給されるまでのス
テップを示したフローチャート図である。すなわち、モ
ータ１７への電力供給は、人力（踏力）により発電され
た電力Ｗ_h を測定し、この電力Ｗ_h に補助比率定数Ｋを
乗じて電力Ｗ_m を得、この電力Ｗ_m をモータ１７に供給
するのである。なお、この場合において定数Ｋの値は、
Ｋ≧１とする。

【００２６】以上説明した実施例においては、モータ１
７に流れる電流を制御する素子としてＦＥＴ３０を使用
したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の半
導体素子を使用することもできる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
た動力自転車であるから、搭乗者の踏力により発電され
る電力に応じて、モータへの電力供給が行われることに
なる。したがって、従来モータの制御回路に制御信号を
送るために設けていた回路と、ハンドルに設けていたス
イッチが不要となり、構成簡単、軽量化が図れることに
なる上に、通常の自転車の感覚で動力自転車を運転する
ことができることになる。そして発電機がバッテリにも
接続されているので、踏力により得た電力でバッテリの
充電をすることができる。さらにペダルのクランク軸に
発電機の回転軸を結合したことにより、踏力がそのまま
発電機の駆動力になるので、効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した自転車の側面図である。

【図２】本発明の実施例の回路の概略を示したブロック
図である。

【図３】図２のうちのコントローラ部分をより具体的な
回路として示した回路図である。

【図４】ペダル入力による発電電力と、モータに供給さ
れる電力が変化する様子を示したグラフである。

【図５】図３の回路の作動を示すフローチャート図であ
る。

【図６】従来の制御回路の概略を示したブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０ 動力自転車 １５ ペダル １６ 発電機 １７ モータ ２０ バッテリ ２１ コントローラ ２１ａ 入力端子 ２５ マイクロコンピュータ ２８ 電流検出回路 ３０ ＦＥＴ ３１ 抵抗器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪に、該車輪を駆動するためのモータ
   を取付けると共に、該モータとその電源となるバッテリ
   との間にコントローラを接続し、足踏みペダルで駆動さ
   れる発電機の出力側を前記コントローラの入力端子なら
   びにバッテリに接続したことを特徴とする動力自転車。
2. 【請求項２】 足踏みペダルのクランク軸に発電機の回
   転軸を結合したことを特徴とする請求項１に記載の動力
   自転車。