JPH09123981A - 駆動補助力付自転車の駆動補助装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】電動モータの駆動補助力によるアシスト比を１
対１または任意の比率に制御可能にするとともに、合力
装置のコンパクト化を実現する。 【解決手段】駆動補助装置１は、ペダル踏力と駆動補助
力とを合成する合力装置31を有し、合力装置は合力回転
部材65にペダル踏力および駆動補助力を伝達すると同時
にペダル踏力および駆動補助力に比例する強度を持つ２
つのスラスト分力を作用させるトルクカム75,76 と、合
力回転部材65を軸方向移動範囲の中立位置Ｃに保つ一対
のコイルスプリング81,82 と、合力回転部材65の中立位
置Ｃからの移動方向および移動量を検出するポジション
センサ84と、上記２つのスラスト分力ｐ，ｍの強度差を
検知し、０および任意の強度差にするべく電動モータ10
の出力を制御する制御装置100とを備えて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車の車体に電
動モータと合力装置を内蔵する駆動補助装置を搭載し、
上記電動モータの駆動補助力によりペダル踏力をアシス
トし、登坂走行や向い風を受けながらの走行を容易にし
た駆動補助力付自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記駆動補助装置に内蔵されている合力
装置は、クランク軸に加わる乗員のペダル踏力と電動モ
ータの駆動補助力とを合成し、その合力を駆動輪に伝え
るもので、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】この合力装置によりペダル踏力と駆動補助
力とを合成する際には、駆動補助力によるアシスト比、
即ちペダル踏力と駆動補助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
にして駆動補助力付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、いかなる場合でも駆動補助力
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】従来の駆動補助装置は、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
号を制御装置（小型のＣＰＵ等）に入力し、この制御装
置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、駆動補助装置を全部
組み立ててから再度電動モータの出力をチェックすると
いう検査工程が必要になり、これによって駆動補助装置
の生産性低下と多大なコストアップを余儀なくされる。

【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、慣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、駆動補助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】もし駆動補助力がペダル踏力を上回ると、
駆動補助力付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駆動補助力がペダル
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は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】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、電動モータの駆動補助力によるア
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
とができ、しかも生産性の向上とコストダウンを図れ、
併せて合力装置のフリクションロス低減と車幅方向のコ
ンパクト化を実現することのできる駆動補助力付自転車
の駆動補助装置を提供することを目的とする。

【００１１】また、本発明のもう一つの目的は、クラン
ク軸に軸装された合力装置の構成部品がクランク軸の軸
方向にガタつくことを防止し、アシスト比を一層正確に
制御することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る駆動補助力付自転車の駆動補助装置
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、駆動補助力を発生する電動モ
ータと、上記ペダル踏力および駆動補助力を合成し、そ
の合力を駆動輪側に出力する合力装置とを備えた駆動補
助力付自転車の駆動補助装置において、上記合力装置
を、クランク軸に回転自在に、かつ軸方向には不動に軸
支されてその一端にクラッチハウジングが形成された略
円筒状のペダル踏力伝達部材と、上記クラッチハウジン
グ内に設けられてクランク軸の正転方向への回転のみを
ペダル踏力伝達部材に伝えるワンウェイクラッチと、上
記ペダル踏力伝達部材の反クラッチハウジング側の端部
外周に回転自在に、かつ軸方向には不動に軸支され、電
動モータからの駆動補助力を受ける駆動補助力伝達部材
と、クランク軸に回転自在に、かつ軸方向には不動に軸
支されて駆動輪側にペダル踏力および駆動補助力の合力
を伝達する出力回転部材と、上記出力回転部材に軸方向
移動手段を介して回転一体に、かつ軸方向には移動自在
に設けられた合力回転部材と、上記合力回転部材にペダ
ル踏力および駆動補助力を伝達すると同時にペダル踏力
および駆動補助力に比例する強度を持つ２つのスラスト
分力をクランク軸の軸方向に沿って合力回転部材の両側
から作用させるトルクカムと、合力回転部材の付勢部を
クランク軸の軸方向両側から付勢することによって合力
回転部材を軸方向移動範囲の中立位置に保つ一対のコイ
ルスプリングと、上記２つのスラスト分力を受けて軸方
向に移動する合力回転部材の中立位置からの移動方向お
よび移動量を検出するポジションセンサとを備えて構成
し、上記一対のコイルスプリングを上記ペダル踏力伝達
部材のクラッチハウジングと上記駆動補助力伝達部材と
の間に弾装して２つのコイルスプリングの間に合力回転
部材の付勢部を配置するとともに、上記ポジションセン
サからの入力に基づいて上記２つのスラスト分力の強度
差を検知し、この強度差を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装置とを備えて構
成したことを特徴とする。

【００１３】また、本発明に係る駆動補助力付自転車の
駆動補助装置は、請求項２に記載したように、前記出力
回転部材を前記ペダル踏力伝達部材に隣接させてクラン
ク軸に軸支し、この出力回転部材にペダル踏力伝達部材
を相対回転自在に、かつ軸方向に離間しないように連結
している。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は、駆動補助力付
自転車の車体フレームに搭載され、その内部に設けられ
た電動モータの駆動補助力によって乗員のペダル踏力を
アシストするように構成された駆動補助装置の横断面図
であり、図２は図１のII-II 線に沿う駆動補助装置の縦
断面図である。また、図３は駆動補助装置の右側面図で
ある。なお、図１は図２のI-I線に沿って展開した図で
ある。

【００１５】この駆動補助装置１の外殻をなすケーシン
グ２は、例えばアルミ合金製であり、図１に示すように
左側に位置するレフトケース２Ｌと、中央に位置するミ
ドルケース２Ｍと、右側に位置するライトケース２Ｒと
が、車幅方向に延びる数本のボルト３で一体に固定され
た構造となっている。なお、図２にはレフトケース２Ｌ
が取り外された状態が示されている。

【００１６】ケーシング２の後部には車幅方向に延びる
クランク軸４が軸受５，６を用いて回転自在に軸支され
ており、ケーシング２から左右に突出するクランク軸４
の両端部にクランク７Ｌおよび７Ｒがボルト８で固定さ
れる。クランク軸４は、クランク７Ｌおよび７Ｒの先端
に設けられる図示しないペダルを乗員が足で踏むことに
よって矢印Ａで示す方向に回転駆動される。

【００１７】一方、ケーシング２内の前部には電動モー
タ10が設置されている。この電動モータ10は駆動補助力
を発生するもので、その外ケース11が前記ボルト３およ
びボルト12でミドルケース２Ｍ側に固定されており、電
動モータ10の主軸13はクランク軸４に平行している。こ
の主軸13は矢印Ｂで示す方向に回転する。

【００１８】そして、電動モータ10の左側にはローラ式
の遊星減速機構14が設けられている。この遊星減速機構
14は、電動モータ10の主軸13と同軸的かつ回転一体に設
けられた太陽ローラ15と、この太陽ローラ15を取り巻く
形でミドルケース２Ｍ側に固定されたリングローラ16と
の間に４個の遊星ローラ17が圧入され、これら４個の遊
星ローラ17を軸支する減速キャリア18に一次ドライブギ
ヤ21が回転一体に設けられた構成となっている。

【００１９】電動モータ10の主軸13が回転すると、遊星
減速機構14の太陽ローラ15も一体に回転し、固定された
リングローラ16と回転する太陽ローラ15との間で各遊星
ローラ17が自転しながら太陽ローラ15の廻りを公転し、
これにより減速キャリア18と一次ドライブギヤ21が減速
回転駆動される。なお、電動モータ10の主軸13と太陽ロ
ーラ15は矢印Ｂで示す方向に回転し、減速キャリア18と
一次ドライブギヤ21も同じ方向に回転する。

【００２０】ところで、本実施例では遊星減速機構14が
ローラ式に構成されているが、例えば太陽ローラ15の外
周にピニオンギヤを設けるとともにリングローラ16をリ
ングギヤ（内歯ギヤ）に変更し、各遊星ローラ17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14をギヤ式に構成して
もよい。

【００２１】一方、太陽ローラ15とクランク軸４との間
には中間軸22が回転自在に軸支されている。この中間軸
22はクランク軸４に平行に架設され、その左端部には前
記一次ドライブギヤ21に噛み合う大径な一次ドリブンギ
ヤ23が回転一体に設けられ、この一次ドリブンギヤ23の
右側には小径な二次ドライブギヤ24が設けられている。
二次ドライブギヤ24はワンウェイクラッチ25の作用によ
り電動モータ10の作動時にのみ一次ドリブンギヤ23に回
転一体となる。

【００２２】さらに、クランク軸４の左端部付近には、
二次ドライブギヤ24に噛み合う二次ドリブンギヤ26が回
転自在に軸装されている。この二次ドリブンギヤ26のボ
ス27はメタル軸受28を介してクランク軸４に回転自在に
軸支されており、ボス27の外周に前記軸受５と軸受29が
設けられている。

【００２３】電動モータ10が発生する駆動補助力は、遊
星減速機構14により一段減速された後に前述した４個の
ギヤ21,23,24,26 により二段階に減速され、合せて三段
階に減速されてから後述する合力装置31に伝達される。

【００２４】そして、クランク軸４の中間部に合力装置
31が軸装されている。図３は合力装置31の拡大縦断面図
である。この合力装置31は例えば次のように構成されて
いる。

【００２５】まず、クランク軸４の中間部分の外周には
略円筒形状のペダル踏力伝達部材32が一対のメタル軸受
33,34 を介して回転自在に、かつ軸方向には不動に軸支
されている。このペダル踏力伝達部材32の一端、例えば
右端は径が拡大されてクラッチハウジング35が形成さ
れ、その内部にはワンウェイクラッチ36が設けられてい
る。このワンウェイクラッチ36はクランク軸４の正転方
向Ａへの回転のみをペダル踏力伝達部材32に伝え、クラ
ンク軸４が逆転した場合やペダル踏力伝達部材32の回転
速度がクランク軸４の回転速度を上回るような場合には
クラッチ接続を断つように構成されている。

【００２６】また、このペダル踏力伝達部材32の反クラ
ッチハウジング35側の端部、即ち左端部の外周には環状
の駆動補助力伝達部材37が回転自在に、かつサークリッ
プ38で軸方向には不動に軸装されている。この駆動補助
力伝達部材37の左側面には環状のジョイントプレート39
がビス40で回転一体に固定されており、このジョイント
プレート39の内周部には内周歯状のセレーション42が刻
設され、このセレーション42が前記二次ドリブンギヤ26
のボス27の右端部外周に刻設された外周歯状のセレーシ
ョン43に噛み合っている。このため、二次ドリブンギヤ
26の回転、つまり電動モータ10の駆動補助力が減速され
た回転がそのまま駆動補助力伝達部材37に伝達されるよ
うになっている。

【００２７】一方、ペダル踏力伝達部材32のクラッチハ
ウジング35の右側に隣接して出力回転部材44が設けられ
ている。この出力回転部材44は軸受45を用いてクランク
軸４に回転自在に軸支されている。この出力回転部材44
は、右側に位置する出力ハウジング46と、左側に位置す
る出力スリーブ47とを有して構成されており、この両部
品46,47 の接合部に形成された接合フランジ48,49 が数
本のボルト50で締結されて組み立てられている。

【００２８】出力ハウジング46の右端部にはスプロケッ
トボス52が形成されており、このスプロケットボス52は
ケーシング２の右側面から外部に突出していて、この部
分にドライブスプロケット53がスプラインやねじ込み等
の結合手段54により回転一体に固定されている。このド
ライブスプロケット53と出力ハウジング46との間にはラ
イトケース２Ｒに固定された軸受６が挟まれるため、出
力回転部材44がクランク軸４の軸方向に移動することは
できない。なお、ドライブスプロケット53と駆動補助力
付自転車の後輪（非図示）に設けられたドリブンスプロ
ケットとの間にはドライブチェーン55が巻装される。

【００２９】出力ハウジング46の内側には環状のホルダ
リング56がビス57で回転一体に固定されており、このホ
ルダリング56がペダル踏力伝達部材32（クラッチハウジ
ング35）の右端部に形成されたスラストフランジ58を回
転自在に、かつ軸方向にガタなく保持している。したが
って、ペダル踏力伝達部材32と出力回転部材44との間は
相対回転自在に、しかし軸方向には離間できないように
連結される。そして、出力回転部材44がクランク軸４の
軸方向には不動であることから、ペダル踏力伝達部材32
の軸方向への動きも規制され、両部材32,44 がクランク
軸４上の定位置に位置決めされる。

【００３０】図２にも示すように、出力スリーブ47の内
周面には軸方向に延びる複数の内周スプライン溝61が刻
設されている。また、出力ハウジング46と出力スリーブ
47との間には鋼板製のストッパプレート62が挟まれる一
方、出力スリーブ47は鋼板プレス製のストッパカバー63
で覆われており、このストッパプレート62とストッパカ
バー63はボルト50で接合フランジ48,49 に共締めされて
いる。

【００３１】さらに、出力回転部材44に隣接して合力回
転部材65が設けられている。この合力回転部材65は、出
力回転部材44の出力スリーブ47の内側に位置する筒状の
合力スリーブ66と、この合力スリーブ66の左端部に固定
された合力フランジ67とを備えて構成されている。合力
フランジ67は合力回転部材65の付勢部となるドーナツ形
の板で、その内径部にペダル踏力伝達部材32の中間部が
緩く挿通される。

【００３２】合力スリーブ66の外周面には軸方向に延び
る複数の外周スプライン68溝が刻設されており、この外
周スプライン溝68と、出力スリーブ47の内周スプライン
溝61との間に鋼球69が配列されてボールスプライン70が
構成されている。鋼球69の列は、その両端がストッパプ
レート62とストッパカバー63とに形成された爪62,63に
保持され、これにより内外周のスプライン溝61,68 から
の鋼球69の抜脱が防止されている。このボールスプライ
ン70によって合力回転部材65は出力回転部材44に対し回
転一体となり、しかも軸方向には相対移動自在に保たれ
る。このボールスプライン70は請求項１に記載した軸方
向移動手段となるものである。

【００３３】さらに、合力回転部材65の合力フランジ67
とペダル踏力伝達部材32のクラッチハウジング35との間
にはトルクカム75が設けられ、合力フランジ67と駆動補
助力伝達部材37との間にはトルクカム76が設けられてい
る。これらのトルクカム75,76 は前述したボールスプラ
イン70の内周側に設けられている。

【００３４】図４に示すように、右側のトルクカム75は
合力フランジ67の右側面に形成された斜面カム状のイン
ナーカム77と、クラッチハウジング35の左側面に形成さ
れて上記インナーカム77に噛み合うアウターカム78とか
ら構成されている。また、左側のトルクカム76は、合力
フランジ67の左側面に形成された斜面カム状のインナー
カム79と、駆動補助力伝達部材37の右側面に形成されて
上記インナーカム79に噛み合うアウターカム80とから構
成されている。

【００３５】右側のトルクカム75と左側のトルクカム76
のカム形状は合力フランジ67を挟んで対称である。トル
クカム75のカム形状は、ペダル踏力伝達部材32がクラン
ク軸４の回転（ペダル踏力）を受けてＡ方向に回動した
際に、ベクトルで示すようにペダル踏力Ｐを合力回転部
材65の合力フランジ67に伝達すると同時に、ペダル踏力
Ｐに比例する強度を持つスラスト分力ｐを発生させ、こ
のスラスト分力ｐにより合力フランジ67を左方に押圧す
るような形状とされている。

【００３６】一方、左側のトルクカム76のカム形状は、
駆動補助力伝達部材37が電動モータ10からの駆動補助力
Ｍを受けてＡ方向に回動した際に、駆動補助力Ｍを合力
フランジ67に伝達すると同時に、駆動補助力Ｍに比例す
る強度を持つスラスト分力ｍを発生させ、このスラスト
分力ｍにより合力フランジ67を右方に押圧するような形
状とされている。

【００３７】さらに、合力装置31の内部には左右一対の
コイルスプリング81,82 が設けられている。これらのコ
イルスプリング81,82 は、請求項１に記載した付勢手段
となるものであり、それぞれトルクカム75,76 の内周側
に設けられている。右側のコイルスプリング81は合力回
転部材65の合力フランジ67とペダル踏力伝達部材32のク
ラッチハウジング35との間に弾装され、左側のコイルス
プリング82は合力フランジ67と駆動補助力伝達部材37と
の間に弾装されている。

【００３８】したがって、この２つのコイルスプリング
81,82 は、ペダル踏力伝達部材32のクラッチハウジング
35と駆動補助力伝達部材37との間に弾装され、２つのコ
イルスプリング81,82 の間に合力回転部材65の付勢部で
ある合力フランジ67が配置されることになる。なお、左
右のコイルスプリング81,82 の形状寸法およびバネ定数
は同一に設定されている。

【００３９】ペダル踏力伝達部材32（のクラッチハウジ
ング35）と駆動補助力伝達部材37はクランク軸４の軸方
向には不動であり、その間にある合力フランジ67はボー
ルスプライン70の働きによりクランク軸４の軸方向に移
動自在であるため、均等な付勢力を持った２個のコイル
スプリング81,82 により合力フランジ67が両側から押圧
されると、コイルスプリング81,82 の長さが等しくなる
位置Ｃでコイルスプリング81,82 の付勢力が釣り合い、
合力フランジ67が停止する。この位置Ｃは合力回転部材
65の中立位置となるもので、合力回転部材65がクランク
軸４の軸方向に移動できる範囲の中間点となるように定
められている。

【００４０】一方、合力フランジ67の外周部の例えば左
方にはポジションセンサ84が設けられている。このポジ
ションセンサ84は、例えばミドルケース２Ｍにビス85等
で固定されたセンサホルダ86と、このセンサホルダ86内
に保持されたセンサ本体87と、センサホルダ86から合力
フランジ67の外周部に向かって出没自在に保持された測
定子88と、この測定子88の先端を合力フランジ67の左側
面に押し付けるスプリング89とを備えて構成されてお
り、センサ本体87から延びる測定針90が測定子88の尾部
に押し当てられた状態に組み立てられている。

【００４１】合力回転部材65がクランク軸４の軸方向に
移動した場合、合力フランジ67の動きに応じてポジショ
ンセンサ84の測定子88がセンサホルダ86から出没し、そ
の動きがセンサ本体87に読み取られて合力回転部材65の
中立位置Ｃからの移動方向および移動量が検出される。

【００４２】合力装置31は以上のように構成されてお
り、さらに駆動補助装置１には制御装置100 が設けられ
ている（図５以外の図には非図示）。図５に示すよう
に、この制御装置100 にはポジションセンサ84が電気的
に接続されており、ポジションセンサ84の測定による合
力回転部材65の移動方向および移動量のデータが制御装
置100 に入力されるようになっている。また、制御装置
100 には電動モータ10および電動モータ10の電源となる
バッテリユニット101 、回転速度センサ102 等の機器類
が電気的に接続されている。

【００４３】上記回転速度センサ102 は、図２に示すよ
うに、例えば遊星減速機構14の近傍でボルト103 を用い
てミドルケース２Ｍに固定されており、電動モータ10が
作動して遊星減速機構14の減速キャリア18が回転した際
に、減速キャリア18の外周面に等間隔で刻設された凹部
104 の動きを読み取ることによって電動モータ10の回転
速度を検出し、そのデータを制御装置100 に入力する。

【００４４】次に、このように構成された駆動補助装置
１の作用について説明する。

【００４５】駆動補助力付自転車の走行時には、クラン
ク軸４が乗員のペダル踏力を受けてＡ方向に回転し、こ
のクランク軸４の回転が合力装置31のワンウェイクラッ
チ36を経てペダル踏力伝達部材32に伝達され、ペダル踏
力伝達部材32はＡ方向へ回転する。一方、電動モータ10
の駆動補助力は遊星減速機構14および４枚のギヤ21,23,
24,26 により減速されて駆動補助力伝達部材37に伝達さ
れ、駆動補助力伝達部材37も同じくＡ方向に回転する。
ペダル踏力伝達部材32と駆動補助力伝達部材37の回転力
は、トルクカム75,76 を経て合力回転部材65の合力フラ
ンジ67に伝達され、合力回転部材65はボールスプライン
70を介して出力回転部材44をＡ方向に回転させる。

【００４６】この出力回転部材44の回転力は、乗員のペ
ダル踏力と電動モータ10の駆動補助力とが合成された合
力であり、この合力がドライブスプロケット53から出力
され、ドライブチェーン55を介して駆動補助力付自転車
の駆動輪（後輪）に出力される。このため、電動モータ
10の駆動補助力によりペダル踏力がアシストされること
になり、小さなペダル踏力でも楽に駆動補助力付自転車
を走行させることができる。

【００４７】トルクカム75,76 は、ペダル踏力伝達部材
32と駆動補助力伝達部材37の回転力を合力回転部材65に
伝達すると同時に、図４にベクトルで示すようにペダル
踏力Ｐおよび駆動補助力Ｍに比例する強度を持つ２つの
スラスト分力ｐ，ｍを合力回転部材65の合力フランジ67
に左右両側から作用させるので、合力フランジ67はスラ
スト分力ｐ，ｍにより左右両側から押圧される。

【００４８】ペダル踏力Ｐと駆動補助力Ｍの比率、即ち
アシスト比が１対１である場合には、合力フランジ67の
両側に作用する２つのスラスト分力ｐ，ｍの強度も均等
になって互いに相殺されるため、図３、図４および図６
(B) 、図７(B) に示すように合力回転部材65の位置は中
立位置Ｃに保たれる。

【００４９】しかし、アシスト比が１対１でなくなる
と、２つのスラスト分力ｐ，ｍの強度が不均等になるた
め、合力回転部材65は強度の強い方のスラスト分力ｐま
たはｍに押圧されてクランク軸４の軸方向に移動する。
例えば、ペダル踏力Ｐが駆動補助力Ｍよりも強ければ、
ペダル踏力Ｐのスラスト分力ｐが駆動補助力Ｍのスラス
ト分力ｍよりも強くなるので、合力回転部材65はスラス
ト分力ｐに押圧され、図６(A) および図７(A) に示すよ
うに中立位置Ｃよりも左方へ移動する。

【００５０】また、駆動補助力Ｍがペダル踏力Ｐよりも
強ければ、駆動補助力Ｍのスラスト分力ｍがペダル踏力
Ｐのスラスト分力ｐよりも強くなるので、合力回転部材
65はスラスト分力ｍに押圧され、図６(C) および図７
(C) に示すように中立位置Ｃよりも右方へ移動する。

【００５１】そして、この合力回転部材65の中立位置Ｃ
からの移動方向および移動量がポジションセンサ84に読
み取られ、そのデータが制御装置100 に入力される。制
御装置100 は、ポジションセンサ84からの入力に基づい
て２つのスラスト分力ｐ，ｍの強度差を検知し、この差
が０になるように電動モータ10の出力を制御する。つま
り、図６(A) および図７(A) のように合力回転部材65が
中立位置Ｃよりも左方へ移動した場合には電動モータ10
の出力を向上させ、図６(C) および図７(C) のように合
力回転部材65が中立位置Ｃよりも右方へ移動した場合に
は電動モータ10の出力を低下させるように制御する。

【００５２】これにより、合力装置31は図６(B) および
図７(B) のように合力回転部材65が中立位置Ｃに置かれ
た状態に維持され、アシスト比が常に１対１に保たれ
る。なお、制御装置100 に２つのスラスト分力ｐ，ｍの
強度差を任意に設定させることにより、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つのスラスト分力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駆動補助力が半分にな
る。

【００５３】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。例えば駆動補助力付自転車
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10の消費電力を大幅に
省くことができ、バッテリユニット101 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。

【００５４】さらに、制御装置100 は回転速度センサ10
2 から入力される電動モータ10の回転速度から車速を判
断し、例えば車速が一定以上になった時には電動モータ
10への電力供給量を減少させるか０にして車速が過大に
ならないようにする。

【００５５】以上のように駆動補助装置１を構成すれ
ば、ペダル踏力と駆動補助力とが合成される合力装置31
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４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10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
るトルクセンサ等の検出手段が不要になる。

【００５６】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10の正味出
力に基づいてアシスト比が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10の出力特性のばらつき
や、バッテリユニット101 の充電状態、あるいは慣らし
運転の前後における合力装置31のフリクションロスの変
化等がアシスト比に影響を与えることがなく、アシスト
比を正確かつ容易に制御することができる。

【００５７】その上、ペダル踏力と駆動補助力の絶対値
よりも大幅に小さいスラスト分力ｐ，ｍ間の強度差だけ
をポジションセンサ84で読み取ればよいので、ポジショ
ンセンサ84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。

【００５８】そして、従来のように電動モータ10の出力
特性や合力装置31のフリクションロス等を厳密に全数チ
ェックして駆動補助装置１を全部組み立ててから再度電
動モータ10の出力をチェックするといった検査工程を省
くことができるので、駆動補助装置１の飛躍的な生産性
向上とコストダウンを図ることができる。

【００５９】なお、例えば合力装置31の左右のトルクカ
ム75,76 の作動性に差が生じたり、左右のコイルスプリ
ング81,82 のバネ定数に差が生じた場合には、合力回転
部材65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
に合わせてポジションセンサ84の中立読取り値をリセッ
ト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が良い。

【００６０】そして、この駆動補助装置１では、前に述
べたように合力装置31のコイルスプリング81,82 をペダ
ル踏力伝達部材32のクラッチハウジング35と駆動補助力
伝達部材37との間に弾装し、これら２つのコイルスプリ
ング81,82 の間に合力回転部材65の付勢部である合力フ
ランジ67を配置したので、コイルスプリング81,82 の反
力がクラッチハウジング35と駆動補助力伝達部材37との
間を車幅方向に押し拡げる形で作用する。

【００６１】しかし、駆動補助力伝達部材37はサークリ
ップ38でペダル踏力伝達部材32に位置決めされているの
で、コイルスプリング81,82 の反力が合力装置31の他の
回転部材に及ぶことはなく、このため合力装置31のフリ
クションロスを大幅に低減させることができる。なお、
アシスト比が１対１である時に駆動補助力伝達部材37は
常にペダル踏力伝達部材32と一体に回転するので、コイ
ルスプリング81,82 の反力による悪影響はない。

【００６２】また、合力装置31に弾装された状態でのコ
イルスプリング81,82 の長さはペダル踏力伝達部材32と
駆動補助力伝達部材37のみによって定められるので、コ
イルスプリング81,82 の長さのばらつきを非常に少くす
ることができる。このため、コイルスプリング81,82 の
長さのばらつきによる付勢力の誤差をカバーするために
コイルスプリング81,82 を長くする必要がなく、コイル
スプリング81,82 を短く構成することによって合力装置
31を車幅方向にコンパクト化することができる。

【００６３】さらに、この合力装置31は、クランク軸４
に回転自在に、かつ軸方向には不動に軸支された出力回
転部材44にペダル踏力伝達部材32を隣接させ、ペダル踏
力伝達部材32と出力回転部材44とを相対回転自在に、か
つ軸方向に離間しないように連結したので、ペダル踏力
伝達部材32がクランク軸４の軸方向にガタつくことが防
止され、これによって合力回転部材65の合力フランジ67
の軸方向へのガタもなくなるので、一層正確なアシスト
比制御が可能になる。

【００６４】なお、本実施形態では合力装置31のトルク
カム75,76 がスライド式の斜面カムに構成されている
が、これに限らず、例えばローラ式の斜面カムや、外周
はす歯ギヤ状に形成されたインナーカムに内周はす歯ギ
ヤ状に形成されたアウターカムが係合するトルクカムに
構成してもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る駆動
補助力付自転車の駆動補助装置は、乗員のペダル踏力と
電動モータからの駆動補助力と合成し、その合力を駆動
輪側に出力する合力装置を、クランク軸に回転自在に、
かつ軸方向には不動に軸支されてその一端にクラッチハ
ウジングが形成された略円筒状のペダル踏力伝達部材
と、上記クラッチハウジング内に設けられてクランク軸
の正転方向への回転のみをペダル踏力伝達部材に伝える
ワンウェイクラッチと、上記ペダル踏力伝達部材の反ク
ラッチハウジング側の端部外周に回転自在に、かつ軸方
向には不動に軸支され、電動モータからの駆動補助力を
受ける駆動補助力伝達部材と、クランク軸に回転自在
に、かつ軸方向には不動に軸支されて駆動輪側にペダル
踏力および駆動補助力の合力を伝達する出力回転部材
と、上記出力回転部材に軸方向移動手段を介して回転一
体に、かつ軸方向には移動自在に設けられた合力回転部
材と、上記合力回転部材にペダル踏力および駆動補助力
を伝達すると同時にペダル踏力および駆動補助力に比例
する強度を持つ２つのスラスト分力をクランク軸の軸方
向に沿って合力回転部材の両側から作用させるトルクカ
ムと、合力回転部材の付勢部をクランク軸の軸方向両側
から付勢することによって合力回転部材を軸方向移動範
囲の中立位置に保つ一対のコイルスプリングと、上記２
つのスラスト分力を受けて軸方向に移動する合力回転部
材の中立位置からの移動方向および移動量を検出するポ
ジションセンサとを備えて構成し、上記一対のコイルス
プリングを上記ペダル踏力伝達部材のクラッチハウジン
グと上記駆動補助力伝達部材との間に弾装して２つのコ
イルスプリングの間に合力回転部材の付勢部を配置する
とともに、上記ポジションセンサからの入力に基づいて
上記２つのスラスト分力の強度差を検知し、この強度差
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
制御する制御装置とを備えて構成したことを特徴とする
ものである。

【００６６】このように構成すれば、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基づいてアシスト比が１対１あるい
は任意の比率に設定されるので、電動モータの出力特性
のばらつきや、バッテリユニットの充電状態、あるいは
慣らし運転の前後における合力装置のフリクションロス
の変化等がアシスト比に影響を与えることがなく、アシ
スト比を正確かつ容易に制御することができる。

【００６７】しかも、ペダル踏力と駆動補助力の絶対値
よりも大幅に小さい２つのスラスト分力間の強度差だけ
をポジションセンサで読み取ればよいので、ポジション
センサ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することができ
る。

【００６８】また、従来のように電動モータの出力特性
や合力装置のフリクションロス等を厳密に全数チェック
して駆動補助装置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といった検査工程を省くことがで
きるので、駆動補助装置の生産性向上とコストダウンを
図ることができる。

【００６９】さらに、合力装置のコイルスプリングをペ
ダル踏力伝達部材のクラッチハウジングと駆動補助力伝
達部材との間に弾装し、これら２つのコイルスプリング
の間に合力回転部材の付勢部を配置したので、コイルス
プリングの反力が合力装置の他の回転部材に及ぶことが
なく、このため合力装置のフリクションロスを大幅に低
減させることができる。

【００７０】また、本発明に係る駆動補助力付自転車の
駆動補助装置は、合力装置の出力回転部材をペダル踏力
伝達部材に隣接させてクランク軸に軸支し、この出力回
転部材にペダル踏力伝達部材を相対回転自在に、かつ軸
方向に離間しないように連結したので、ペダル踏力伝達
部材がクランク軸の軸方向にガタつくことが防止され、
これによって合力回転部材の合力フランジの軸方向への
ガタもなくなるので、一層正確なアシスト比制御が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】駆動補助装置の横断面図。

【図２】図１のII-II 線に沿う駆動補助装置の縦断面
図。

【図３】本発明の一実施形態を示す合力装置の拡大縦断
面図。

【図４】合力装置のトルクカムの構造を示した部分断面
図。

【図５】補助動力アシスト装置の制御系統を示すブロッ
ク図。

【図６】合力装置の作動状態を示す縦断面図で、(A) は
ペダル踏力が駆動補助力よりも強い場合を示し、(B) は
ペダル踏力と駆動補助力が等しい場合を示し、(C) は駆
動補助力がペダル踏力よりも強い場合を示している。

【図７】合力装置の作動状態を示す部分断面図で、(A)
はペダル踏力が駆動補助力よりも強い場合を示し、(B)
はペダル踏力と駆動補助力が等しい場合を示し、(C) は
駆動補助力がペダル踏力よりも強い場合を示している。

【符号の説明】

１ 駆動補助装置 ４ クランク軸 10 電動モータ 31 合力装置 32 ペダル踏力伝達部材 35 クラッチハウジング 36 ワンウェイクラッチ 37 駆動補助力伝達部材 44 出力回転部材 53 ドライブスプロケット 65 合力回転部材 67 合力回転部材の付勢部である合力フランジ 70 軸方向移動手段としてのボールスプライン 75,76 トルクカム 81,82 コイルスプリング 84 ポジションセンサ 100 制御装置 Ｃ 合力回転部材の中立位置 Ｐ ペダル踏力を示すベクトル Ｍ 駆動補助力を示すベクトル ｐ ペダル踏力に比例する強度を持つスラスト分力を示
すベクトル ｍ 駆動補助力に比例する強度を持つスラスト分力を示
すベクトル

Claims (2)

【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４と、駆動補助力を発生する電動モータ10と、上記
   ペダル踏力および駆動補助力を合成し、その合力を駆動
   輪側に出力する合力装置31とを備えた駆動補助力付自転
   車の駆動補助装置１において、上記合力装置31を、クラ
   ンク軸４に回転自在に、かつ軸方向には不動に軸支され
   てその一端にクラッチハウジング35が形成された略円筒
   状のペダル踏力伝達部材32と、上記クラッチハウジング
   35内に設けられてクランク軸４の正転方向への回転のみ
   をペダル踏力伝達部材32に伝えるワンウェイクラッチ36
   と、上記ペダル踏力伝達部材32の反クラッチハウジング
   35側の端部外周に回転自在に、かつ軸方向には不動に軸
   支され、電動モータ10からの駆動補助力を受ける駆動補
   助力伝達部材37と、クランク軸４に回転自在に、かつ軸
   方向には不動に軸支されて駆動輪側にペダル踏力および
   駆動補助力の合力を伝達する出力回転部材44と、上記出
   力回転部材44に軸方向移動手段（ボールスプライン70）
   を介して回転一体に、かつ軸方向には移動自在に設けら
   れた合力回転部材65と、上記合力回転部材65にペダル踏
   力および駆動補助力を伝達すると同時にペダル踏力Ｐお
   よび駆動補助力Ｍに比例する強度を持つ２つのスラスト
   分力ｐ，ｍをクランク軸４の軸方向に沿って合力回転部
   材65の両側から作用させるトルクカム75,76 と、合力回
   転部材65の付勢部（合力フランジ67）をクランク軸４の
   軸方向両側から付勢することによって合力回転部材65を
   軸方向移動範囲の中立位置Ｃに保つ一対のコイルスプリ
   ング81,82 と、上記２つのスラスト分力ｐ，ｍを受けて
   軸方向に移動する合力回転部材65の中立位置Ｃからの移
   動方向および移動量を検出するポジションセンサ84とを
   備えて構成し、上記一対のコイルスプリング81,82 を上
   記ペダル踏力伝達部材32のクラッチハウジング35と駆動
   補助力伝達部材37との間に弾装して２つのコイルスプリ
   ング81,82 の間に合力回転部材65の付勢部を配置すると
   ともに、上記ポジションセンサ84からの入力に基づいて
   上記２つのスラスト分力ｐ，ｍの強度差を検知し、この
   強度差を０および任意の強度差にするべく電動モータ10
   の出力を制御する制御装置100 とを備えて構成したこと
   を特徴とする駆動補助力付自転車の駆動補助装置１。
2. 【請求項２】 前記出力回転部材44を前記ペダル踏力伝
   達部材32に隣接させてクランク軸４に軸支し、この出力
   回転部材44にペダル踏力伝達部材32を相対回転自在に、
   かつ軸方向に離間しないように連結した請求項１に記載
   の駆動補助力付自転車の駆動補助装置１。