JPH0899685A - 電動自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ペダルと車輪との間にバネ40を介在し、バネ40
の伸縮で踏力の大きさを検出してその大きさに応じて電
動機駆動部によって駆動の補助を行う電動自転車で、バ
ネ40の伸縮を検出するために、変換部材51によってバネ
40の伸縮を車軸39方向の移動に変換し、この変位をガイ
ド51に保持されたフェライト48がコイル49内を移動する
ことで磁束の変化を検出してトルクの大きさを検出す
る。 【効果】コンパクトな構成にでき、微妙な変化をする人
力トルクを正確に検出することができる。そして、ガイ
ドを設けることによってフェライトがブレることなく移
動し、正確なトルクの検出ができ、的確に人力を補助す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人力による人力駆動部
と電動機による電動駆動部との両方を兼ね備え、人力に
よる駆動力の大きさに応じて電動機を駆動し、人力の駆
動力を電動機の駆動力によって補助する電動自転車に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような電動自転車は、特開平
４−３５８９８７号公報（Ｂ６２Ｍ２３／０２）に示す
如く、人力による駆動系と電動モータによる駆動系とを
並列に設け、前記人力による駆動系の駆動力を検出して
電動モータの出力を制御するようにしたものが知られて
いる。

【０００３】この電動自転車において、人力による駆動
系の駆動力、即ちペダルの回転トルクを検出するため
に、人力による駆動系に遊星歯車機構を介在させ、ペダ
ルを踏んだときの駆動反力を遊星歯車機構の途中で検出
する機構になっている。

【０００４】しかしながら、このような構成では駆動部
分が後輪と離れた場所にあるため、駆動力が後輪に伝わ
るまでに力の損失が大きかったり、後輪に動力を伝える
ために、ペダル及び電動モータの縦方向の回転をドライ
ブ軸の横方向の回転に変換し、更に後輪を回転させるた
めに縦方向の回転に変換しなければならず、構成が複雑
になるほか、大型化し、更には故障が起こりやすいとい
った問題点が生じることになる。

【０００５】また上述する実施例とは別に、例えば特開
平４−３２１４８２号（Ｂ６２Ｍ２３／１２）には、上
述する人力による駆動系の駆動力、即ちペダルの回転ト
ルクを検出するために、ペダルと後輪との間に設けた、
駆動力を伝達するドライブ軸の途中に駆動力を検出する
負荷検出手段を設けた構成が開示されている。

【０００６】しかしながらこのような構成のドライブ軸
に負荷検出手段を取り付けた場合、負荷を検出するため
に検出した信号を制御回路に送るために配線等が必要と
なり、構成が非常に複雑になり、大型化するといった問
題が生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑みなされたもので、簡単な構成で人力によるトルクを
正確に検出し、このトルクに応じて電動機を的確に駆動
させる、人力による駆動力を補助する電動自転車を提供
することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ペダルと車輪
との間に弾性体を介在し前記ペダルの踏力によって弾性
体を介して前記車輪を回転する人力駆動部と、電動機の
駆動によって前記車輪を回転する電動駆動部と、前記弾
性体の伸縮を前記車輪の車軸方向の移動に変換する変換
部材と、該変換部材に設けられ磁性部材或いは導電部材
からなる被検出部を保持するガイドと、該被検出部の移
動量をコイルによって検出するトルク検出部と、該トル
ク検出部の検出に基づき前記電動機を駆動制御する制御
部とを備えたことを特徴とする。

【０００９】また、前記被検出部は、前記ガイドの外周
と略同一で、コイル内に移動することで挿通されること
を特徴とする。

【００１０】更に、前記ガイドは、コイル内を挿通して
移動可能に設けられており、前記被検出部は、前記ガイ
ドの先端に円板状に設けられていることを特徴とする。

【００１１】そして、前記ガイドは、コイル内の途中ま
で挿通して移動可能に設けられており、前記被検出部
は、前記ガイドの先端にコイル内の一部から連続してコ
イル外に円板状に設けられていることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明は、使用者がペダルを踏むことで、踏力
はペダルから弾性体を介して車輪に伝達する。始動の
際、使用者がペダルを踏み込んだとき、弾性体が大きく
変位し、また、一定速度で動きはじめると、弾性体の変
位は殆どなくなる。また、加速をするときには、始動時
と同様、ペダルの踏み込みにより弾性体の変位が大きく
なる。このように、人力駆動部と車輪との間に介在した
弾性体が人力トルクの大きさに応じて変位し、この変位
を変換部材により車軸方向の変位に変換することでガイ
ドが移動し、この移動量をトルク検出部のコイルが磁束
の変化を検出することによって人力トルクを検出するこ
とができる。人力トルクが検出されると、制御部によっ
てトルクに応じた大きさで電動機を駆動し、人力トルク
が大きくなったときには電動機の補助が大きくなり、人
力による駆動と電動機による駆動とを併用して走行す
る。

【００１３】また、被検出部は、コイル内に挿入され、
移動することでコイルの磁束が変化して人力のトルク、
即ち踏力を検出することができる。

【００１４】更に、円板状の被検出部は、ガイドの動き
により、コイルの外側で近づいたり遠ざかったりし、コ
イルの磁束が変化することで人力のトルク、即ち踏力を
検出することができる。

【００１５】そして、被検出部は、一部がコイル内に挿
入されその他の部分がコイルの外側で円板状に形成され
ており、ガイドの動きとともに移動し、コイルの磁束が
変化することで、人力のトルク、即ち踏力を検出するこ
とができる。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１７】まず、本発明における電動自転車の全体の
構成について、図６に基づき説明する。

【００１８】１は、電動自転車本体で、該電動自転車本
体１には後述する電動機８が備えてあり、人力によるト
ルクの大きさに応じて電動機８の駆動力を変化させ、人
力による力を電動機８の力によって補助して走行させる
ものである。

【００１９】２、３は、メインフレーム４に設けられた
前輪及び後輪で、該前輪２は回転自在に軸支されてお
り、前記後輪３の回転軸の部分には盤状ケーシング５が
設けられている。該盤状ケーシング５は回転側ケーシン
グ６と固定側ケーシング７とから構成されており、回転
側ケーシング６が後輪３と一体になって回転するように
なっている。また、該盤状ケーシング５には電動機８が
内蔵してあり、電動駆動が必要な時に駆動して、後述す
る人力駆動部10と共に前記回転側ケーシング６を回転さ
せる。この盤状ケーシング５からなる駆動部分を電動駆
動部９という。

【００２０】10は、ペダル11を踏むことで、チェーン12
を介して前記後輪３を回転させる人力駆動部である。本
発明では、チェーン12を伝達部材としたが、チェーン12
の代わりにベルト、ギヤ等によるものでも構わない。

【００２１】13は、前記前輪２を操舵するハンドルであ
る。

【００２２】14、15は左右のブレーキレバーで、該ブレ
ーキレバー14、15を引くことでワイヤー16、17が引っ張
られ、このワイヤー16、17によってそれぞれ前後のブレ
ーキ装置18、19が動作するようになっている。また、こ
のワイヤー16、17の途中にはブレーキスイッチ20が設け
てあり、ブレーキレバー14、15を操作したときに電動機
８への通電が停止する機構になっている。

【００２３】21は、サドルである。

【００２４】22は、電動機８の電源となるバッテリ部
で、該バッテリ部22は、フレーム４にスライド着脱可能
に取り付けられるバッテリケース23と、該バッテリケー
ス23に収納した単一型充電式電池によって構成されてい
る。この電源電圧は約２４ボルトである。

【００２５】次に、図７に基づき、前記電動駆動部９に
ついて説明する。

【００２６】図７に示すものは、前記盤状ケーシング５
内の構成を示す図で、７は、電動自転車本体１に固定さ
れる固定側ケーシングで、該固定側ケーシング７には制
御基板24、放熱板25等からなる制御部26、電動機８、第
１プーリー27、第２プーリー28、最終段プーリー29の３
つのプーリーからなる減速機構30、該減速機構30を連結
する伝達ベルト31が配置されている。前記減速機構30の
最終段プーリー29は、回転側ケーシング６に固定されて
おり、前記電動機８が回転すると第１から最終段プーリ
ーまでが伝達ベルト31によって回転し、減速されて最終
段プーリー29と共に回転側ケーシング６が回転する。ま
た、第２プーリー28と前記最終段プーリー29とが連結さ
れる第２プーリー28の小さいほうのプーリーには、一方
向クラッチが介入されており、ペダル11からの力がかか
った時に電動機８を回さないように、即ちペダル11が軽
いようにしてある。

【００２７】32は、伝達ベルト31の張りを調節するため
の押圧部材である。

【００２８】33は、前記伝達ベルト31の張りを調節する
調節ネジで、前記第１プーリー27の回転軸の取り付け部
分には長孔が形成してあり、前記第１プーリー27を前記
伝達ベルト31が張る方向に移動させるとともに、移動さ
せた状態で前記調節ネジ33によって第１プーリー27を固
定するようになっている。

【００２９】37は、前記チェーン12からの駆動力を前記
回転側ケーシング６に伝達するためのチェーンスプロケ
ットで、該チェーンスプロケット37と回転側ケーシング
６との間にはフリーホイール38が設けられており、前記
チェーン12が逆回転したときには前記回転側ケーシング
６にチェーン12からの駆動力を伝達しない構成になって
いる。

【００３０】39は、後輪３の車軸である。

【００３１】前記最終段プーリー29の構成について、図
１乃至図３に基づき詳述する。

【００３２】40は、最終段プーリー29の内側で車軸39に
対称に２か所に設けられた弾性体、即ちバネで、該バネ
40は片側を最終段プーリー29に固定し、他側を伸縮自在
に開放している。また、バネ40は伸縮方向を車軸39、或
いは最終段プーリー29と同心円の略接線方向に配置し、
踏力が加わったとき、後述する押圧部材42によって力を
受けやすい方向にしている。

【００３３】41は、前記バネ40の開放側に当接する受圧
部材で、該受圧部材41は前記バネ40の径より小さい部分
と大きい部分とがあり、小さい部分がバネ40内に入り込
み、大きい部分がバネ40を蓋するように設けられてい
る。また、該受圧部材41は、鉄やセラミックなどの滑り
やすい材質のものが使われている。

【００３４】42は、車軸42にベアリングを介して車軸39
回りに取り付けられ、前記チェーンスプロケット37の回
転によって車軸39を中心に回動する回動板で、該回動板
42には車軸39に対して対称に前記受圧部材41を前記チェ
ーンスプロケット37の回転によって押さえる押圧部材43
が設けられている。該押圧部材43は鉄やセラミック等、
滑りやすい材質のもので形成されている。

【００３５】また、回動板42は前記最終段プーリー29の
内側に同心円状に挿入されて、前記押圧部材43がバネ40
を押さえることによって前記最終段プーリー29と共に回
転する。また、前記押圧部材43は、前記受圧部材41を押
さえる時に、押さえる位置が若干ずれるため、先端部分
が曲面になっている。

【００３６】更に、前記回動板42には回動方向にむかっ
て形成した傾斜部44を車軸39に対して対称に２か所に形
成しており、前記回動板42の回動と共に回動する。

【００３７】45は、前記回動板42の回動により前記傾斜
部44の作用で車軸39方向に移動可能な摺動部材で、該摺
動部材45の傾斜部44に当接する部分に突起46を設けてお
り、また、該突起46と反対位置には弾性部材、即ちバネ
47が前記回動板42方向に付勢して設けてある。即ち、回
動板42の回動で摺動部材45が押されたときのみ摺動する
ようになっており、回動板42が元の位置に戻ると摺動部
材45も元に戻るようになっている。更に、前記摺動部材
45には磁性部材或いは導電部材、本実施例ではフェライ
ト48からなる被検出部が設けてあり、摺動部材45の移動
とともに移動するようになっている。本実施例では、磁
性部材としてフェライトを用いているが、導電部材であ
る銅やアルミを用いても構わない。

【００３８】47は、前記バネ40の付勢によって押される
押圧部材43を衝撃から防ぐためのラバープレートであ
る。

【００３９】53は、前記バネ40を施蓋するカバーであ
る。

【００４０】49は、前記固定側ケーシング７の内側で、
前記フェライト48の移動範囲内に設けられたコイルで、
該コイル49の巻線が巻いてあるコイルボビン50中を前記
フェライト48が移動するようになっている。

【００４１】51は、前記フェライト48を移動させるため
のガイドで、該ガイド51は前記フェライト48を位置決め
するようにフェライト48の外周よりも少しばかり大きい
外周の鍔部52を形成してずれないように固定してある。

【００４２】図１及び図２において、トルクが生じない
ときには破線で示す位置にフェライト48があり、トルク
が生じると傾斜部44と突起46の動きによってガイド51が
移動し、トルクの大きさに応じて実線で示す部分に移動
する。

【００４３】上述する、回動板42、摺動部材45を合わせ
て変換部材53という。

【００４４】また、前記摺動部材45に設けたフェライト
48と、固定側ケーシング７に取り付けられたコイル49を
合わせてトルク検出部54という。

【００４５】人力による駆動と、このトルクの検出につ
いて、図１及び図２に基づき説明をする。

【００４６】電動自転車本体１が走行を始めるとき、使
用者はペダル11に力を掛けて走行する。この時、後輪３
は止まろうとする力が大きく働のに対し、チェーンスプ
ロケット37、回動板42は回転しようとするため、バネ40
を押さえてバネ40が最終段プーリー29を押さえて、最終
段プーリー29と固定した回転側ケーシング６、後輪３が
回転して走行する。この時、走行時には大きなトルクが
生じるため、バネ40は大きく縮むことになり、即ちバネ
40の縮みと共に回動板42が回動し、傾斜部44も回動をす
る。傾斜部44が回動すると、これに当接した突起46が車
軸39方向に押され、摺動部材45も車軸39方向に移動す
る。摺動部材45が車軸39方向に移動すると、フェライト
48がガイド51の移動によってコイル49内を移動すること
になり、これによってコイル49の磁束が変化することに
なる。即ち、踏力が大きくなればなるほどコイル49内に
挿入されるフェライト48の体積が大きくなり、コイル49
のインダクタンスが大きくなる。

【００４７】また、下り坂や停止時、或いは平地走行時
の惰性走行などにおいて、使用者が踏力を加えない状態
について説明すると、回動板42は最終段プーリー29と共
に回転し、この状態では踏力がないのでバネ40は縮ま
ず、摺動部材45も移動しない。即ち、コイル49の磁束も
変化せず、電動機８からの駆動は行われない。

【００４８】更に、平地や上り坂などで使用者が加速を
する場合について説明すると、前述した走行を始めると
きと同様、踏力が加わるとバネ40が縮み、よって回動板
42が人力のトルクの大きさに合わせて回動し、傾斜部44
に当接した突起46が傾斜部44の回動によって押さえられ
て、摺動部材45が移動し、フェライト48がガイド51の移
動によってコイル49内を移動することになる。

【００４９】次に、図４及び図５に基づき、トルク検出
部52の制御回路について説明をする。

【００５０】49は、マイコン（図示せず）から出力され
る交流電圧が印加されるコイルで、この交流電流は図５
の（Ａ）に示すような波形が入力される。また、このコ
イル49は、前記フェライト48を近づけたり遠ざけたりす
ることで、コイル49のインダクタンスが大きくなったり
小さくなったりし、図５の（Ｂ）で示すような波形にな
って出力される。このについて説明すると、コイル49に
フェライト48を近づけた場合、コイル49の磁路が閉ざさ
れて磁気抵抗が小さくなり、インダクタンスは大きくな
る。また、コイル49にフェライト48を遠ざけた場合につ
いては、前述と逆になり、インダクタンスは小さくな
る。そして出力されたパルスはＤＣ変換部60でパルスの
平均値が取られ、図５の（Ｃ）で示す波形に変換され
て、次の増幅器61によって増幅されて前記マイコンに入
力される。

【００５１】このように、踏力を車軸39方向のフェライ
ト48の動きに変換し、これによって変化するコイル49の
インダクタンスの変化を電圧の変化に変換して電気信号
を取り出しているので、正確で細かなトルクの検出がで
き、的確な制御で人力を補助することができる。

【００５２】次に第２の実施例について、図８に基づき
説明をする。

【００５３】本実施例は、上述する実施例とガイド51と
フェライト48の形状が異なるだけなので、同一部分につ
いては説明を省略し、ガイド51とフェライト48について
のみ説明をする。

【００５４】本実施例における、ガイド51は、コイル49
内を挿通して回動板42の移動と共に車軸39方向に移動可
能に設けられており、フェライト48は、ガイド51の先端
に円板状に設けられ、トルクが生じるとともにコイル49
の一側面を車軸39方向に移動する。このように、コイル
49近傍をフェライト48が移動することで、前述した実施
例同様、コイル49のインダクタンスが変化し、この大き
さによって踏力、即ちトルクを検出することができる。

【００５５】次に第３の実施例について、図９に基づき
説明をする。

【００５６】本実施例も、上述する実施例とガイド51と
フェライト48の形状が異なるだけなので、同一部分につ
いては説明を省略し、ガイド51とフェライト48について
のみ説明をする。

【００５７】本実施例におけるガイド51は、コイル49内
途中まで挿通して、車軸39方向に移動可能に設けられて
おり、前記ガイド51に連続して、コイル49外側でコイル
49一側面を覆うように形成したフェライト48が設けられ
ており、踏力の大きさに応じてコイル49近傍をフェライ
ト48が移動するようになっている。

【００５８】上述する第２及び第３実施例は、コイル49
内に磁性材料であるフェライト48を挿入したが、導電性
の材料でもよく、銅やアルミ板などでも構わない。

【００５９】以上のように、トルクの大きさに応じて移
動する変換部材53、即ち回動板42、摺動部材45にガイド
51を設け、このガイド51にフェライト48を取り付け、こ
のフェライト48がコイル49内を移動することでトルクを
検出するようにしたので、簡単な構成で人力によるトル
クを正確に検出して電動機８による補助ができるととも
に、ガイド51によってフェライト48を保持しているの
で、フェライト48の移動にブレがなく、正確にトルクを
検出することができる。

【００６０】

【効果】本発明は、ペダルと車輪との間に弾性体を介在
し前記ペダルの踏力によって弾性体を介して前記車輪を
回転する人力駆動部と、電動機の駆動によって前記車輪
を回転する電動駆動部と、前記弾性体の伸縮を前記車輪
の車軸方向の移動に変換する変換部材と、該変換部材に
設けられ磁性部材或いは導電部材からなる被検出部を保
持するガイドと、該被検出部の移動量をコイルによって
検出するトルク検出部と、該トルク検出部の検出に基づ
き前記電動機を駆動制御する制御部とを備えたので、簡
単な構成で人力によるトルクを正確に検出して電動機に
よる補助ができるとともに、ガイドによって被検出部を
保持しているので、磁性部材或いは導電部材の移動にブ
レがなく、正確にトルクを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電動自転車の最終段プ
ーリーの構成を示す側面断面図である。

【図２】同最終段プーリーの構成を示す平面構成図であ
る。

【図３】同最終段プーリーの構成を示す側面断面図であ
る。

【図４】同トルク検出部の回路図である。

【図５】同回路における各部分の波形を示す図である。

【図６】本発明における電動自転車の全体斜視図であ
る。

【図７】同盤状ケーシングの部品の配置を示す構成図で
ある。

【図８】本発明の第２の実施例を示す電動自転車の最終
段プーリーの構成を示す側面断面図である。

【図９】本発明の第３の実施例を示す電動自転車の最終
段プーリーの構成を示す側面断面図である。

【符号の説明】

11 ペダル ３ 車輪（後輪） 40 弾性体（バネ） 10 人力駆動部 ８ 電動機 ９ 電動駆動部 39 車軸 53 変換部材 48 フェライト 51 ガイド 49 コイル 54 トルク検出部 26 制御部 ５ 盤状ケーシング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダルと車輪との間に弾性体を介在し前
   記ペダルの踏力によって弾性体を介して前記車輪を回転
   する人力駆動部と、電動機の駆動によって前記車輪を回
   転する電動駆動部と、前記弾性体の伸縮を前記車輪の車
   軸方向の移動に変換する変換部材と、該変換部材に設け
   られ磁性部材或いは導電部材からなる被検出部を保持す
   るガイドと、該被検出部の移動量をコイルによって検出
   するトルク検出部と、該トルク検出部の検出に基づき前
   記電動機を駆動制御する制御部とを備えたことを特徴と
   する電動自転車。
2. 【請求項２】 前記被検出部は、前記ガイドの外周と略
   同一で、コイル内に移動することで挿入されることを特
   徴とする請求項１記載の電動自転車。
3. 【請求項３】 前記ガイドは、コイル内を挿通して移動
   可能に設けられており、前記被検出部は、前記ガイドの
   先端に円板状に設けられていることを特徴とする請求項
   １記載の電動自転車。
4. 【請求項４】 前記ガイドは、コイル内の途中まで挿通
   して移動可能に設けられており、前記被検出部は、前記
   ガイドの先端に連続してコイル外まで円板状に設けられ
   ていることを特徴とする請求項１記載の電動自転車。