JPH09150778A - 補助動力付き人力車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動補助自転車等の補助動力付き人力車両に
おいて、踏力のトルク検出を行うにあたって検出誤差の
発生を防ぎ、常に一定のアシスト比を得る。 【解決手段】 人力駆動系Ａを構成する遊星歯車式増速
機４０の太陽歯車４４の回転を踏力のトルクとしてポテ
ンショメータ１２０で検出し、この検出値と車速に基づ
き電動駆動系Ｂのモータ７０の出力を制御する。電動駆
動系Ｂを構成する遊星歯車式減速機の外輪歯車８３がモ
ータ７０のトルクを受け、この外輪歯車８３と人力駆動
系Ａの太陽歯車４４とを、人力側、モータ側の各釣合歯
車１００、１１０を介して変位方向が互いに逆方向に向
かい合うよう結合し、双方の変位により互いの変位が打
ち消されて中立位置が保持されるよう、モータ出力を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人力による駆動系
と電動モータ等の電動力による駆動系とを並列に設け、
場合に応じてモータの電動力で人力を補助する形式の電
動補助自転車等の補助動力付き人力車両の駆動装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の人力車両として知られる電動補
助自転車としては、運転者がペダルを踏んで駆動輪であ
る後輪に推進力を与え、たとえば登り坂等を走行するこ
とによって人力の負担が大きくなったら、電動モータの
駆動力を増大させて人力の負荷を減らす仕組みになって
いるものが公知である。特開平５−５８３７９号公報に
はそのような自転車の一例が記載されており、同公報の
自転車は、ペダルの踏力すなわち人力による駆動トルク
をトルク検出機構で検出し、その駆動トルクの変化に応
じて電動モータの出力を制御するよう構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記トルク検出機構
は、ペダルの踏力に応じて回転するレバーと、このレバ
ーにより回転させられる第２のレバーと、この第２のレ
バーの回転力を受けるとともに第２のレバーを初期位置
に常に復帰させるばねとを備え、ばねの弾性力に抗して
回転した第２のレバーの回転量を、トルクセンサである
ポテンショメータで検出する構成となっている。このよ
うな構成のトルク検出機構では、回転量を検出する第２
のレバーの回転はばねで規制されることから、検出精度
はそのばねの弾性力すなわちばね定数に依存される割合
が高くなってくる。したがって、ばね定数のばらつきに
起因して検出誤差が生じる場合が考えられ、その結果、
高い検出精度が得られず、人力駆動系に対する電動駆動
系の補助力の割合すなわちアシスト比が不安定になって
しまう不具合が想定される。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、踏力のトルク検出を行うにあたって検出誤差の発
生を防ぎ、常に一定のアシスト比が得られる補助動力付
き人力車両の駆動装置を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するための手段として、請求項１に記載の補助動力付き
人力車両の駆動装置は、人力駆動系と電動駆動系とを並
列に設け、人力による駆動力の変化に応じて前記電動駆
動系の出力を制御する補助動力付き人力車両の駆動装置
であって、人力駆動系に、人力が入力されることにより
変位する人力変位要素と、この人力変位要素の変位量を
検出する変位量検出手段とを設け、この変位量検出手段
から発せられる検出信号に基づき電動駆動系の電動力の
大きさを制御し、一方、電動駆動系に、電動力の大きさ
に応じて変位する電動力変位要素を設け、この電動力変
位要素と人力変位要素とを、その変位方向が互いに逆方
向に向かい合うよう結合させたことを特徴としている。
また、本発明の請求項２に記載の補助動力付き人力車両
の駆動装置は、請求項１に記載の補助動力付き人力車両
の駆動装置において、変位方向が互いに逆方向に向かい
合うよう結合された前記人力変位要素と前記電動力変位
要素とが、双方の変位により互いの変位が打ち消されて
中立位置が保持されるよう、前記電動力の大きさを制御
する制御手段を設けたことを特徴としている。また、本
発明の請求項３に記載の補助動力付き人力車両の駆動装
置は、請求項２に記載の補助動力付き人力車両の駆動装
置において、前記制御手段が、前記人力変位要素と前記
電動力変位要素との前記中立位置を、車速に応じ略一定
比率で変化させることを特徴としている。そして、本発
明の請求項４に記載の補助動力付き人力車両の駆動装置
は、請求項１ないし３のいずれかに記載の補助動力付き
人力車両の駆動装置において、前記人力駆動系は、人力
が入力される駆動部と、この駆動部によって回転させら
れる従動部と、この従動部の回転の反力を受ける固定部
とを有する遊星増速機を備え、一方、前記電動駆動系
は、電動力が入力される駆動部と、この駆動部によって
回転させられる従動部と、この従動部の回転の反力を受
ける固定部とを有する遊星減速機を備え、人力駆動系の
固定部が前記人力変位要素として、また、電動駆動系の
固定部が前記電動力変位要素としてそれぞれ設定されて
いることを特徴としている。

【０００６】（作用）本発明の請求項１に記載の補助動
力付き人力車両の駆動装置によれば、変位量検出手段で
変位量が検出される人力駆動系の人力変位要素は、弾性
部材で付勢されてはおらず、電動駆動系の電動力変位要
素と変位方向が互いに逆方向に向かい合うよう結合され
ている。その結果、従来のようにばね定数のばらつきに
起因して踏力の検出値に誤差は生じない。本発明の請求
項２に記載の補助動力付き人力車両の駆動装置によれ
ば、電動力変位要素と人力変位要素とを、その変位方向
が互いに逆方向に向かい合うよう結合させ、双方の変位
により互いの変位が打ち消されて中立位置が保持される
ように電動力の大きさを制御する。変位量検出手段自体
に製造誤差があっても、変位量の検出値に誤差が生じな
い。本発明の請求項３に記載の補助動力付き人力車両の
駆動装置によれば、人力変位要素と電動力変位要素との
中立位置を、車速に応じ略一定比率で変化させるもの
で、車速に応じた適切なアシスト比が得られる。本発明
の請求項４に記載の補助動力付き人力車両の駆動装置に
よれば、人力駆動系の固定部が人力変位要素として、ま
た、電動駆動系の固定部が電動力変位要素としてそれぞ
れ設定され、これらはモータ出力を制御するための手段
として兼用される。

【０００７】

【発明の実施の形態】

（１）一実施形態の構成 以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態の電動補助自転車（以下単
に自転車と略称する）１の全体側面を示しており、図に
おいて右側が推進（前進）方向である。説明中、前後左
右といった方向の記載は、特に断りのない場合、この自
転車１の車体を基準とした方向と定義する。

【０００８】図１の符号２は、自転車１のフレームであ
る。このフレーム２は、メインチューブ３、メインチュ
ーブ３の前端に結合されたヘッドチューブ４、メインチ
ューブ３の後端にボトムブラケット５を介して連結され
たシートチューブ６および左右一対のチェーンステー
７、シートチューブ６の上部と各チェーンステー７の後
部とをつなぐシートステー８から構成されている。ヘッ
ドチューブ４は所定角度後傾しており、その中空内部に
は、ハンドルステム９が軸回りに回動自在に挿入されて
いる。ハンドルステム９の下端には左右一対のフロント
フォーク１０が一体に設けられており、これらフロント
フォーク１０の先端間に、前輪１１が回動自在に支持さ
れている。ハンドルステム９の上端には、ハンドルヘッ
ド１２を介してハンドル１３が固定されている。フロン
トフォーク１０には、前輪１１の泥除け１４が支持され
ている。ヘッドチューブ４の前方には、ハンドル１３と
フロントフォーク１０とに取り付けられたステー１５に
支持されて、荷カゴ１６が配設されている。

【０００９】シートチューブ６はヘッドチューブ４と略
平行で、その上端には、シートチューブ６に挿入かつ固
定されたシートポスト１７を介して、運転者（図示略）
が着座するサドル１８が装着されている。ボトムブラケ
ット５には、車幅方向に延びるクランク軸２０が回転自
在に支持されている。このクランク軸２０の両端には左
右一対のクランク２１が設けられ、これらクランク２１
の先端に、運転者が踏むペダル２２が回転自在に取り付
けられている。クランク軸２０の右側の端部であってク
ランク２１よりも車体内側の部分には、複数（この場合
は２枚）のスプロケットホイール２３ａ、２３ｂの組み
合わせからなる変速機構２３が設けられている。

【００１０】図２に詳しく示すように、左右のチェーン
ステー７の後端部には、車幅方向に延びる車軸３０が固
定され、この車軸３０に、後輪３１が回転自在に支持さ
れている。この後輪３１は、ディスクホイール３２、デ
ィスクホイール３２の外周に固定されたリム３３、リム
３３に装着されたタイヤ３４とから構成されている。デ
ィスクホイール３２は片側がへこんで凹所３２ａが形成
されており、車体に組まれた状態で、その凹所３２ａが
左側に向いている。ディスクホイール３２の軸心にはフ
リーホイール２４が連結されており、このフリーホイー
ル２４と前記スプロケットホイール２３ａまたは２３ｂ
とに、駆動チェーン２５が巻回されている。変速機構２
３のスプロケットホイール２３ａ、２３ｂは、前者が小
径の低速用、後者が大径の高速用に設定されている。こ
の変速機構２３によれば、図示せぬ変速レバー等の変速
手段によってスプロケットホイール２３ａ、２３ｂへの
駆動チェーン２５の巻回を切り換えることにより、走行
速度に応じたギヤ比を選択できるようになっている。な
お、チェーンステー７およびシートステー８には、後輪
３１の泥除け３５が支持されている。

【００１１】本実施形態の自転車１は、運転者がペダル
２２を踏んでスプロケットホイール２３ａ（２３ｂ）を
回転させ、その回転が駆動チェーン２５、フリーホイー
ル２４を経て後輪３１に伝わって走行する一般的な駆動
系統の人力駆動系Ａの他に、人力による駆動力すなわち
ペダル２２の踏力の変化に応じてその踏力を補助する電
動駆動系Ｂを、後輪３１に備えている。前記クランク軸
２０、クランク２１、ペダル２２、変速機構２３、フリ
ーホイール２４および駆動チェーン２５は、人力駆動系
Ａの一部を構成している。続いて、これら以外の人力駆
動系Ａである遊星歯車式増速機４０と、電動駆動系Ｂを
構成するパワーユニット６０について説明を進めてい
く。

【００１２】図２および図３に示すように、遊星歯車式
増速機４０およびパワーユニット６０は、車軸３０と、
車軸３０およびフレーム２に支持されたパワーユニット
ケース６１に支持され、そのほとんどがこのパワーユニ
ットケース６１内に収納されている。パワーユニットケ
ース６１は、椀状のケース本体６２と、このケース本体
６２の開口を塞いで着脱自在に装着される蓋体６３とか
ら構成され、側面から見ると円の一部を切り欠いたよう
な形状をしている。そして、図２においてケース本体６
２が左側、蓋体６３が右側に配置され、かつ前記ディス
クホイール３２の凹所３２ａ内に一部が収納されてい
る。ケース本体６２には内側に突出するボス６２ａが設
けられるとともに、蓋体６３には大きくあいた開口６３
ａが形成され、これらボス６２ａおよび開口６３ａに、
ディスクホイール３２の中心を貫通する車軸３０が通さ
れている。ケース本体６２は、車軸３０にボス６２ａで
固着されるとともに適宜箇所でフレーム２に回り止めさ
れた状態で固着されており、したがって、パワーユニッ
トケース６１は固定状態とされ、後輪３１は、パワーユ
ニットケース６１に対して相対回転するようになってい
る。

【００１３】さて、前記遊星歯車式増速機４０は、車軸
３０に軸受４１を介して回転自在に装着されたキャリア
４２と、このキャリア４２に回転自在に支持された複数
の遊星歯車４３と、これら遊星歯車４３に囲まれて全て
の遊星歯車４３の内側に噛合する太陽歯車４４と、各遊
星歯車４３を囲んで配され全ての遊星歯車４３の外側に
噛合する外輪歯車４５とから構成されている。これらは
全て、車軸３０を中心として同軸的に配置されている。

【００１４】キャリア４２は、両端が開口する筒状体
で、右端部はディスクホイール３２よりも外側に突出
し、その突出端の外周に、前記フリーホイール２４が、
一方向クラッチ２６を介して結合されている。この一方
向クラッチ２６は、推進方向へのフリーホイール２４の
回転のみキャリア４２に伝える一般周知の構成のもので
ある。これとは反対側のキャリア４２の左側の端面に
は、車軸３０と平行な支軸４６に軸支された複数の前記
遊星歯車４３が回転自在に支持されている。全ての遊星
歯車４３には、内側において前記太陽歯車４４が噛合
し、外側において前記外輪歯車４５が噛合している。

【００１５】図３に示すように、太陽歯車４４も両端が
開口する筒状体で、その右端部の外周に、各遊星歯車４
３の内側に噛合する歯部４４ａを有しており、軸受４
７、４８を介して車軸３０に回転自在に装着されてい
る。外輪歯車４５は、内周面に各遊星歯車４３に噛合す
る内歯４９ａを有する筒部４９と、筒部４９に形成され
た鍔５０にネジ５１で固定され外周に外歯５２ａを有す
る環部５２とで構成されている。そして、筒部４９が、
軸受５３を介してキャリア４２および太陽歯車４４に回
転自在に支持され、さらに、鍔５０の外周部とパワーユ
ニットケース６１の蓋体６３との間には、オイルシール
５４が配置されている。

【００１６】そして、外輪歯車４５の環部５２には、デ
ィスクホイール３２の右側の端面から鍔５０を通された
ネジ５５がねじ込まれ、このネジ結合により、ディスク
ホイール３２と外輪歯車４５とが一対に連結されてい
る。ネジ５５による結合部分は、車軸３０を中心とした
周等分複数箇所に設けられている。

【００１７】次に、前記パワーユニット６０を説明する
と、このパワーユニット６０は、前記パワーユニットケ
ース６１に固定されたモータ７０と、パワーユニットケ
ース６１内に収納かつ支持された遊星歯車式減速機８０
とから構成されている。

【００１８】モータ７０は、その筒状のケーシング７１
が、モータ回転軸７２をパワーユニットケース６１内に
突出させる状態にしてパワーユニットケース６１のケー
ス本体６２に固定されている。モータ回転軸７２は車軸
３０と平行で、その突出端部には、太陽歯車７３が形成
されている。

【００１９】遊星歯車式減速機８０は、モータ回転軸７
２の回転速度を減速するとともに、その回転を前記遊星
歯車式増速機４０の外輪歯車４５に伝達するもので、キ
ャリア８１と、このキャリア８１に回転自在に支持され
た複数の遊星歯車８２と、これら遊星歯車８２を囲んで
配され全ての遊星歯車８２の外側に噛合する外輪歯車８
３と、キャリア８１に一方向クラッチ８４を介して結合
された出力歯車８５とから構成されている。これらは全
て、モータ回転軸７２を中心として同軸的に配置されて
いる。

【００２０】この遊星歯車式減速機８０は、パワーユニ
ットケース６１のケース本体６２に固定された環状の支
持枠６４に外輪歯車８３が支持されることにより、全体
が支持されている。その外輪歯車８３は、環状体であっ
て左側の内周面に歯部８３ａを有し、右側の外周部が軸
受９０を介して支持枠６４に回転自在に支持されてい
る。キャリア８１は、中間部８１ａの左側に大径部８１
ｂ、右側に小径部８１ｃが形成されたドラム状部材で、
大径部８１ｂが外輪歯車８３内に収納され、軸受９１を
介して外輪歯車８３に支持されている。キャリア８１の
大径部８１ｂの端面には、モータ回転軸７２と平行な支
軸８６に軸受９２を介して軸支された複数の前記遊星歯
車８２が、回転自在に支持されている。全ての遊星歯車
８２には、内側においてモータ回転軸７２の太陽歯車７
３が噛合し、外側において前記外輪歯車８３の歯部８３
ａが噛合している。モータ回転軸７２の先端面には円孔
７２ａが形成され、ここに嵌め込まれたボール８７によ
り、モータ回転軸７２がキャリア８１に直接当接しない
ようになっている。

【００２１】キャリア８１の小径部８１ｃの先端には押
さえ板８８が螺合されており、出力歯車８５は、押さえ
板８８および中間部８１ａに軸受９３を介して回転自在
に支持されている。出力歯車８５は、小径部８１ｃに前
記一方向クラッチ８４を介して結合されている。出力歯
車８５は、前記人力駆動系Ａの遊星歯車式増速機４０を
構成する外輪歯車４５の外歯５２ａに噛合しており、モ
ータ７０の駆動力が出力歯車８５から人力駆動系Ａに伝
達され、後輪３１に伝達されるようになっている。すな
わち、外輪歯車４５は、両駆動系Ａ、Ｂの合力機構を構
成している。一方向クラッチ８４は、モータ７０による
出力歯車８５の回転を後輪３１に伝える一方、後輪３１
から出力歯車８５を経てモータ７０へ伝わる回転を遮断
するよう構成されている。

【００２２】さて、図２ないし図４（図４は図２の蓋体
６３と遊星歯車式増速機４０および遊星歯車式減速機８
０の一部を省いて右側から見た図）に示すように、人力
駆動系Ａを構成する太陽歯車４４には、扇状の人力側釣
合歯車１００が太陽歯車４４と同軸的に固定されてお
り、一方、電動駆動系Ｂを構成する外輪歯車８３の外周
フランジ部には、やはり扇状のモータ側釣合歯車１１０
が外輪歯車８３と同軸的に固定されており、これら釣合
歯車１００、１１０の歯部１００ａ、１１０ａどうし
が、互いに噛合している。

【００２３】人力側釣合歯車１００は、図４における時
計方向へ回転すると、パワーユニットケース６１のケー
ス本体６２にセットされた調整ロッド１０１で逆方向
（反時計方向）に付勢されるようになっている。図５に
示すように、太陽歯車４４の左端のフランジ部の表面に
はピン１０２が突設され、このピン１０２が、調整ロッ
ド１０１の先端に当接するか、あるいは僅かに離れてい
る。人力側釣合歯車１００が時計方向に回転すると、調
整ロッド１０１が、それまで自由長状態だったばね１０
３を圧縮して退行し、このため人力側釣合歯車１００
は、ばね１０３の付勢力を調整ロッド１０１から受ける
ようになっている。ただし、ばね１０３のばね定数は、
後述するポテンショメータ１２０の微振動を防ぐ程度の
ごく弱いもので、そのばね定数にばらつきがあってもポ
テンショメータ１２０の検出精度に影響はない。

【００２４】一方、人力側釣合歯車１００の、前記調整
ロッド１０１が配置された側とは反対側の周方向端部に
は、人力側釣合歯車１００の急激な戻りを弾性的に受け
るダンパ１０４が、ケース本体６２に取り付けられてい
る。図６に示すように、太陽歯車４４の左端のフランジ
部の表面にはピン１０５が突設されている。このピン１
０５は、初期状態においてダンパ１０４のクッションロ
ッド１０４ａに当接しているか、あるいは僅かに離れて
いる。そして、人力側釣合歯車１００が、反時計方向に
戻る勢いが強いことによって不必要な範囲にまで回転し
ようとすると、その回転をダンパ１０４のクッションロ
ッド１０４ａが弾性的に受けるようになっている。

【００２５】人力側釣合歯車１００の回転量は、ケース
本体６２に取り付けられたポテンショメータ１２０で検
出される。このポテンショメータ１２０は、図７に示す
ように、人力側釣合歯車１００の歯部１００ａに噛合す
る歯車部１２１と、この歯車部１２１の回転量を検出す
る検出部１２２とを備えており、ゼロ点調整が可能なも
のである。

【００２６】なお、パワーユニットケース６０内の、図
２において人力駆動系Ａを構成する外輪歯車４５の環部
５２の下方に当たる箇所には、外歯５２ａの数をカウン
トして環部５２の回転速度を検出する車速センサ１３０
が、蓋体６３に固定されて配置されている。この車速セ
ンサ１３０は、環部５２の回転速度に基づき、ペダル２
２を踏んで駆動力を与えている状態における自転車１の
走行速度を検出する。

【００２７】パワーユニットケース６０内には、前記ポ
テンショメータ１２０の検出信号が入力され、その検出
信号に基づいて電動駆動系Ｂのモータ７０の出力を制御
するコントローラ（制御手段）１４０が収容されてい
る。このコントローラ１４０に基づく制御系および前記
モータ７０は、フレーム２のメインチューブ３の直下に
メインチューブ３に沿って搭載されたバッテリ１４５を
電源として作動する。バッテリ１４５は鉛電池等の充電
可能なもので、バッテリケース１４６内に収納されてお
り、バッテリケース１４６の前部には、バッテリ１４５
の電力の供給を前記制御系およびモータ７０に入・切す
るメインスイッチ１４７およびバッテリ１４５の電力残
量を警告するパイロットランプ１４８が設けられてい
る。

【００２８】図８は、図２等に示した人力駆動系Ａ、電
動駆動系Ｂの動力系統図を現している。この図から明ら
かなように、ポテンショメータ１２０、両駆動系Ａ、Ｂ
の合力機構である外輪歯車４５の２つは、スプロケット
ホイール２３ａ、２３ｂで構成される変速機構２３に対
して、駆動伝達経路の下流側にともに配されている。さ
らに、車速センサ１３０は、変速機構２３の下流側に配
された人力駆動系Ａの外輪歯車４５の回転に基づき車速
検出を行うようになっている。

【００２９】（２）一実施形態の動作 続いて、前記コントローラ１４０の制御方法と併せて、
上記自転車１の作用を以下に説明する。運転者がペダル
２２を踏む踏力により前進方向（図４で時計回転方向）
にクランク軸２０が回転すると、その回転は、駆動チェ
ーン２５から一方向クラッチ２６を経て遊星歯車式増速
機４０のキャリア４２に直接伝わる。キャリア４２が回
転すると、各遊星歯車４３が太陽歯車４４の周囲を公転
し、その回転が外輪歯車４５の鍔５０からディスクホイ
ール３２に伝わり、後輪３１が回転して自転車１が走行
する。遊星歯車式増速機４０における各遊星歯車４３の
公転は、外輪歯車４５に伝わる一方、そのトルクに応じ
た反力を受ける太陽歯車４４を、ばね１０３の無視でき
るほどに弱い付勢力に抗して回転（自転）させる。この
ようにして太陽歯車４４が回転すると、これとともに人
力側釣合歯車１００が一体回転し、ポテンショメータ１
２０の歯車部１２１が回転させられる。歯車部１２１の
回転を検出部１２２が検出し、その検出信号がコントロ
ーラ１４０に入力される。また、これと同時に車速セン
サ１３０で検出された車速データがコントローラ１４０
に入力される。するとコントローラ１４０は踏力を算出
するとともに、車速に応じたモータ回転速度と踏力に応
じたモータトルクとからなる補助力を、メモリ１５０に
記憶されたデータに基づき、モータ７０に供給する電流
をＰＷＭ制御してそのＤＵＴＹ（比）の電流をモータ７
０に供給する。この電流値は、コントローラ１４０内の
補助力演算器１５１によって求められる。

【００３０】モータ７０のモータ回転軸７２の回転は、
図４において反時計回り方向であって、遊星歯車式減速
機８０を構成する太陽歯車７３から各遊星歯車８２の公
転を経てキャリア８１に伝わり、さらに、キャリア８
１、一方向クラッチ８４を介して出力歯車８５に伝わ
る。出力歯車８５が回転するとこれに噛合している人力
駆動系Ａの外輪歯車４５、ひいては後輪３１を回転させ
る。

【００３１】以上は、モータ７０を始動させる際の制御
であるが、モータ７０が始動した後には、以下に説明す
るようなモータ７０の出力制御を行う。上記のように電
動駆動系Ｂが作動すると、モータ７０のモータトルク
は、各遊星歯車８２からキャリア８１に伝わる一方、そ
のトルクに応じた反力を受ける外輪歯車８３をある角度
回転させる。このように外輪歯車８３が回転すると、モ
ータ側釣合歯車１１０が一体回転する。ところが、モー
タ側釣合歯車１１０は、踏力のトルクにより回転する人
力側釣合歯車１００と噛合しており、これら両歯車１０
０、１１０に伝達される回転力の方向は互いに逆向きで
あることから、互いの回転を規制し合う。コントローラ
１４０は、両歯車１００、１１０の回転力がほぼ釣り合
って所定の中立位置に保持され、しかも、その中立位置
が車速に応じて調整されるように、モータ７０へ供給す
る電流をＰＷＭ制御する。図９はそれを模式的に表して
いる。上記中立位置（目標値）は、車速に応じて変化す
るように制御され、図１０に示すように、予め記憶した
車速−目標値マップに基づき車速に略比例して目標値が
変化するよう制御される。

【００３２】コントローラ１４０によるその制御手順
を、図１１に基づいて以下に説明していく。まず、ステ
ップＳ１において、人力側とモータ側の各釣合歯車１０
０、１１０の回転が定められた中立位置範囲（これを目
標値と称する）で釣り合っているか否かを判定する。釣
り合っている場合には、ステップＳ１での判定結果は
「ＹＥＳ］となり、ステップＳ２に進んでモータ７０へ
供給するモータ電流値のＤＵＴＹ（比）を検出前のＤＵ
ＴＹとして続行する。

【００３３】ステップＳ１で各歯車１００、１１０の噛
合状態が目標値に釣り合っていない場合にはステップＳ
３へ進み、人力駆動系Ａと電動駆動系Ｂのどちらのトル
クが強いのか、つまり釣合歯車１００、１１０のどちら
の回転力が上回っているかを判定する。

【００３４】（ａ） 人力駆動系Ａが強い場合 人力駆動系Ａが強い場合にはステップＳ３での判定結果
は「ＹＥＳ］となり、ステップＳ４に進んで踏力トルク
の発生状態が目標値から離れつつあるか否かを判定す
る。離れつつある場合にはステップＳ４の判定結果は
「ＹＥＳ］となり、ステップＳ５に進む。ステップＳ５
においては、それまでの旧ＤＵＴＹに対して補正ＤＵＴ
Ｙを加えたＤＵＴＹの電流をモータ７０に供給する。
補正ＤＵＴＹは、目標値との乖離量と目標値から離れ
る速度によって変化する。

【００３５】ステップＳ４での判定結果が「ＮＯ」とな
ったらステップＳ６に進む。ステップＳ６では、それま
での旧ＤＵＴＹに対して補正ＤＵＴＹが引かれたＤＵ
ＴＹの電流をモータ７０に供給する。補正ＤＵＴＹ
は、目標値との乖離量と目標値へ近付く速度によって変
化するが、ＤＵＴＹが最終的に負になる場合にはそれを
０（ゼロ）とする。

【００３６】（ｂ） 電動駆動系Ｂが強い場合 電動駆動系Ｂが強い場合にはステップＳ３での判定結果
は「ＮＯ」となり、ステップＳ７に進んで電動トルクの
発生状態が目標値から離れつつあるか否かを判定する。
離れつつある場合にはステップＳ７の判定結果は「ＹＥ
Ｓ］となり、ステップＳ８に進む。ステップＳ８におい
ては、それまでの旧ＤＵＴＹに対して補正ＤＵＴＹが
引かれたＤＵＴＹの電流をモータ７０に供給する。補正
ＤＵＴＹは目標値との乖離量と目標値へ離れる速度に
よって変化するが、ＤＵＴＹが最終的に負になる場合に
はそれを０（ゼロ）とする。

【００３７】電動駆動系Ｂの電動トルクの発生状態が目
標値から離れつつあるのではなく近付きつつある場合
は、ステップＳ７での判定結果は「ＮＯ」となり、ステ
ップＳ９に進む。ステップＳ９においては、それまでの
旧ＤＵＴＹに対して補正ＤＵＴＹを加えたＤＵＴＹの
電流をモータ７０に供給する。補正ＤＵＴＹは、目標
値との乖離量と目標値へ近付く速度によって変化する。

【００３８】上記目標値は、車速に応じて変化するよう
に制御される。車速は、前記車速センサ１３０により検
出されてその検出信号がコントローラ１４０に入力さ
れ、それに基づいて、コントローラ１４０は図１０に示
すように、車速−目標値マップに基づき車速に略比例し
て目標値を変化させていく。なお、ポテンショメータ１
２０の特定変位以上では、図９に示すように、ばね定数
がばね１０３より大きな別のばね１６０を設けて領域
（イ）、（ウ）の間では、ばね反力を積極的に用い、ト
ルクセンサとして使用することで任意のアシスト力に対
応できる。すなわち、領域（イ）、（ウ）の間では、モ
ータ力とばね力の和が人力と釣り合うように制御される
ため、モータ力がその分減少し、アシスト比が漸減する
ことになる。

【００３９】以上が本実施形態の自転車１の構成および
作用である。この自転車１によれば、人力駆動系Ａの太
陽歯車４４の回転が踏力のトルクデータとしてポテンシ
ョメータ１２０により検出され、その検出信号と、車速
センサ１３０による車速データに基づき、制御装置１４
０が、モータ７０へ供給される電流をＰＷＭ制御する。
ここで、太陽歯車４４と一体の人力側釣合歯車１００が
モータ側釣合歯車１１０と噛合し、その回転力の方向は
互いに逆向きであって、図１０にも示すように、０〜１
５ｋｍ／時の範囲内にあっては、太陽歯車４４はばね力
のきわめて小さいばね１３０の付勢力を受けるだけで、
ばね定数のばらつきに起因して踏力のトルク検出値に誤
差が生じるといった不具合は起こらない。その結果、ポ
テンショメータ１２０による踏力のトルク検出を高精度
で行うことができ、人力駆動系Ａに対する電動駆動系Ｂ
の補助力の割合すなわちアシスト比が常に安定したもの
になる。

【００４０】また、人力駆動系Ａ、電動駆動系Ｂにおけ
るトルク検出のための変位要素である太陽歯車４４、外
輪歯車８３は、人力側およびモータ側の各釣合歯車１０
０、１１０が互いに噛合し、かつ所定の中立位置にほぼ
保持されるようモータ７０の出力が制御されることによ
り、たとえポテンショメータ１２０自体に製造誤差があ
っても、検出値に誤差が生じない。

【００４１】また、人力側およびモータ側の各釣合歯車
１００、１１０の中立位置を、車速に応じ略一定比率で
変化させることにより、車速に応じた適切なアシスト比
が得られる。

【００４２】人力駆動系Ａにおいて踏力は低速・高トル
クであり、電動駆動系Ｂにおいてモータ７０は高速・低
トルクであるから、両駆動系Ａ、Ｂの合力を得るには、
人力駆動系Ａには増速機（遊星歯車式増速機４０）が、
また、電動駆動系Ｂには減速機（遊星歯車式減速機８
０）がそれぞれ必須の構成である。これら増速機４０お
よび減速機８０を構成する構成要素のうち、太陽歯車４
４、外輪歯車８３がそれぞれモータ出力を制御するため
の手段として兼用されているので、部品点数の削減なら
びにコスト低減が図られる。

【００４３】ポテンショメータ１２０、両駆動系Ａ、Ｂ
の合力機構である外輪歯車４５の２つは、スプロケット
ホイール２３ａ、２３ｂで構成される変速機構２３に対
し、駆動伝達経路の下流側に、ともにこの順で配されて
いる。このため、変速機構２３を作動させて変速しても
アシスト比は変化せず、変速にかかわらず常に一定のア
シスト比が得られる。また、これとともに、変速した際
にモータ７０の回転数が急変しないという作用が得ら
れ、その結果、過渡的な補助力過大あるいは過小といっ
た現象が回避される。

【００４４】さらに、車速センサ１３０は、変速機構２
３の下流側に配された人力駆動系Ａの外輪歯車４５の回
転に基づき車速検出を行うようになっているので、モー
タ７０による補助力の漸減速度域が、変速機構２３によ
る変速によっても変化しないといった利点を有する。

【００４５】なお、上記実施形態は本発明を自転車に適
用した例であるが、本発明は上記実施形態に限られるも
のではなく、たとえば、三輪車、水上乗り物等いかなる
人力車両に適用できるものである。また、遊星歯車式増
速機４０および遊星歯車式減速機８０は、遊星ローラ式
増速機および遊星ローラ式減速機を用いてもよい。

【００４６】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の補助動力付き
人力車両の駆動装置によれば、変位量検出手段で変位量
が検出される人力駆動系の人力変位要素は、弾性部材で
付勢されてはおらず、電動駆動系の電動力変位要素と変
位方向が互いに逆方向に向かい合うよう結合されてい
る。その結果、ばね定数のばらつきに起因して踏力のト
ルク検出値に誤差は生じない。このため、変位量検出手
段による踏力のトルク検出が高精度で行え、アシスト比
が常に安定するといった効果を奏する。本発明の請求項
２に記載の補助動力付き人力車両の駆動装置によれば、
電動力変位要素と人力変位要素とを、その変位方向が互
いに逆方向に向かい合うよう結合させ、双方の変位によ
り互いの変位が打ち消されて中立位置が保持されるよう
に電動力の大きさを制御するので、変位量検出手段自体
に製造誤差があっても、変位量の検出値に誤差が生じな
い。本発明の請求項３に記載の補助動力付き人力車両の
駆動装置によれば、人力変位要素と電動力変位要素との
中立位置を、車速に応じ略一定比率で変化させるもの
で、車速に応じた適切なアシスト比が得られる。本発明
の請求項４に記載の補助動力付き人力車両の駆動装置に
よれば、人力駆動系の固定部が人力変位要素として、ま
た、電動駆動系の固定部が電動力変位要素としてそれぞ
れ設定され、これらはモータ出力を制御するための手段
として兼用されるので、部品点数の削減ならびにコスト
低減が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の電動補助自転車の全体
側面図である。

【図２】 図１のII−II線矢視断面図である。

【図３】 図２の要部拡大図である。

【図４】 人力側釣合歯車を説明するための側面図であ
る。

【図５】 図４のＶ−Ｖ線矢視断面図である。

【図６】 図４のVI−VI線矢視断面図である。

【図７】 図４のVII−VII線矢視断面図である。

【図８】 人力駆動系と電動駆動系の駆動系統図であ
る。

【図９】 人力駆動系および電動駆動系の各釣合歯車の
中立状態を表す模式図である。

【図１０】車速と人力駆動系および電動駆動系の各釣合
歯車の中立位置との関係を表す図である。

【図１１】制御手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…電動補助自転車（補助動力付き人力車両）、３１…
後輪、４０…遊星歯車式増速機、４２…人力駆動系のキ
ャリア（駆動部）、４４…人力駆動系の太陽歯車（人力
変位要素、固定部）、４５…人力駆動系の外輪歯車（従
動部）、７３…電動駆動系の太陽歯車（駆動部）、８０
…遊星歯車式減速機、８１…電動駆動系のキャリア（従
動部）、８３…電動駆動系の外輪歯車（電動力変位要
素、固定部）、１００…人力側釣合歯車、１１０モータ
側釣合歯車、１２０…ポテンショメータ（変位量検出手
段）、１４０…コントローラ（制御手段）、Ａ…人力駆
動系、Ｂ…電動駆動系。

フロントページの続き (72)発明者 高田 望 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人力駆動系と電動駆動系とを並列に設
   け、人力による駆動力の変化に応じて前記電動駆動系の
   出力を制御する補助動力付き人力車両の駆動装置であっ
   て、 前記人力駆動系に、人力が入力されることにより変位す
   る人力変位要素と、この人力変位要素の変位量を検出す
   る変位量検出手段とを設け、この変位量検出手段から発
   せられる検出信号に基づき前記電動駆動系の電動力の大
   きさを制御し、 一方、前記電動駆動系に、電動力の大きさに応じて変位
   する電動力変位要素を設け、この電動力変位要素と前記
   人力変位要素とを、その変位方向が互いに逆方向に向か
   い合うよう結合させたことを特徴とする補助動力付き人
   力車両の駆動装置。
2. 【請求項２】 前記人力変位要素と前記電動力変位要素
   とが、双方の変位により互いの変位が打ち消されて中立
   位置が保持されるよう、前記電動力の大きさを制御する
   制御手段が設けられたことを特徴とする請求項１記載の
   補助動力付き人力車両の駆動装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記人力変位要素と前
   記電動力変位要素との前記中立位置を、車速に応じ略一
   定比率で変化させることを特徴とする請求項２記載の補
   助動力付き人力車両の駆動装置。
4. 【請求項４】 前記人力駆動系は、人力が入力される駆
   動部と、この駆動部によって回転させられる従動部と、
   この従動部の回転の反力を受ける固定部とを有する遊星
   増速機を備え、 一方、前記電動駆動系は、電動力が入力される駆動部
   と、この駆動部によって回転させられる従動部と、この
   従動部の回転の反力を受ける固定部とを有する遊星減速
   機を備え、 前記人力駆動系の前記固定部が前記人力変位要素とし
   て、また、前記電動駆動系の前記固定部が前記電動力変
   位要素としてそれぞれ設定されていることを特徴とする
   請求項１ないし３のいずれかに記載の補助動力付き人力
   車両の駆動装置。