JPH09207868A - 電動モータ付き自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷に応じてペダル踏力をモータ動力で補助
するものにおいて、負荷検出機構の構造を簡略化し、部
品点数の削減、コストの低減等を計る。 【解決手段】 後輪車軸１４上に、ペダル踏力の負荷に
応じて捻れ変形するトーションバー２４を設けると共
に、トーションバー２４の両端側に、それぞれトーショ
ンバー２４の回転に応じたパルスを発生するホールＩＣ
２９を設け、両ホールＩＣ２９が発生するパルスの位相
差に基づいて負荷を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペダル踏力伝動経
路の検出負荷に基づいて電動モータを駆動制御する電動
モータ付き自転車の技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種電動モータ付き自転車の
なかには、ペダルの踏力を後輪車軸に伝動するペダル踏
力伝動経路と、電動モータの動力を後輪車軸に伝動する
モータ動力伝動経路とを並列状に設けると共に、ペダル
踏力伝動経路の検出負荷に基づいて電動モータを駆動制
御するようにしたものがある。つまり、負荷が大きい場
合には、電動モータの動力でペダル踏力を補助するた
め、上り坂等を軽快に走行することが可能になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに従来では、前
記負荷を検出するにあたり、専用の踏力検出装置をわざ
わざ製造し、これをペダル軸近傍等に配設していたた
め、部品点数の増加、構造の複雑化、コストの増大等を
招く許りでなく、踏力検出装置がペダル操作の邪魔にな
る可能性もあった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑みこれらの課題を解決することができる電動モー
タ付き自転車を提供することを目的として創作されたも
のであって、前輪および後輪を有する車体に、ペダルの
踏力を後輪車軸に伝動するペダル踏力伝動経路と、電動
モータの動力を後輪車軸に伝動するモータ動力伝動経路
と、ペダル踏力伝動経路の検出負荷に基づいて電動モー
タを駆動制御する駆動制御装置とを備える電動モータ付
き自転車において、前記後輪車軸にトーションバーを介
してペダル踏力を伝動すると共に、トーションバーの両
端側に、それぞれトーションバーの回転に応じたパルス
を発生するパルス発生手段を設け、さらに、駆動制御装
置には、両パルス発生手段が発生するパルスの位相差に
基づいてペダル踏力伝動経路の負荷を検出する負荷検出
手段を設けたものである。つまり、ペダル踏力伝動経路
にトーションバーを設け、該トーションバーの捻れ量
（パルス位相差）に基づいて負荷検出を行うため、最小
限の部品点数で負荷検出装置を構成して構造の簡略化や
コストの低減を計ることができる。

【０００５】また、単一の前輪および左右一対の後輪を
有する車体に、ペダルの踏力を後輪車軸に伝動するペダ
ル踏力伝動経路と、電動モータの動力を後輪車軸に伝動
するモータ動力伝動経路と、ペダル踏力伝動経路の検出
負荷に基づいて電動モータを駆動制御する駆動制御装置
とを備える電動モータ付き三輪自転車において、前記後
輪車軸にトーションバーを一体的に連結し、該トーショ
ンバーを介してペダル踏力を後輪車軸に伝動すると共
に、トーションバーの両端側に、それぞれトーションバ
ーの回転に応じたパルスを発生するパルス発生手段を設
け、さらに、駆動制御装置には、両パルス発生手段が発
生するパルスの位相差に基づいてペダル踏力伝動経路の
負荷を検出する負荷検出手段を設けたものである。つま
り、上記のものと同様に最小限の部品点数で負荷検出装
置を構成して構造の簡略化やコストの低減を計ることが
でき、しかも、トーションバーは後輪車軸に一体的に連
結されるため、ペダル操作の邪魔になったり、外観を損
なうような不都合もない。

【０００６】また、上記の駆動制御装置に、パルス発生
手段が発生するパルスの周期に基づいて車速を検出する
車速検出手段を設けたものである。つまり、トーション
バーとパルス発生手段で構成される負荷検出機構を利用
して車速を検出するため、専用の車速センサを別途設け
る必要がない。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態の一つ
を図面に基づいて説明する。図面において、１は電動モ
ータ付き三輪自転車の車体であって、該車体１のフレー
ムは、前フレーム２と後フレーム３とに分割されてい
る。そして、前フレーム２には、ハンドル４と一体的に
回動するフォーク５、該フォーク５に回転自在に支持さ
れる単一の前輪６、左右一対のペダル７を有するペダル
軸８、該ペダル軸８に一体的に設けられるペダル用前側
スプロケット９、上下位置調整自在なサドルＳ等が組付
けられている。

【０００８】一方、後フレーム３には、モータブラケッ
ト１０を介して取付けられる電動モータ１１、該電動モ
ータ１１の動力を出力するモータ用前側スプロケット１
２、独立状に回動自在に支持される左右一対の後輪１
３、左側後輪車軸１４に一方向クラッチ１５を介して連
結されるモータ用後側スプロケット１６、左側後輪車軸
１４に後述のトルク検出機構１７および一方向クラッチ
１８を介して連結されるペダル用後側スプロケット１９
等が組付けられている。つまり、ペダル７の踏力を、ペ
ダル軸８、ペダル用前側スプロケット９、ペダル用伝動
チェン２０、ペダル用後側スプロケット１９、一方向ク
ラッチ１８、トルク検出機構１７等を経由して後輪１３
に伝動するペダル踏力伝動経路と、電動モータ１１の動
力を、モータ用前側スプロケット１２、モータ用伝動チ
ェン２１、モータ用後側スプロケット１６、一方向クラ
ッチ１５等を経由して後輪１３に伝動するモータ動力伝
動経路とが並列状に構成されており、何れの動力でも後
輪１３を駆動させることができるようになっている。

【０００９】２２は後フレーム３から前方に突設される
連結軸であって、該連結軸２２には、前フレーム２の後
端部に固設されるボス２３が回動自在に嵌合している。
即ち、単一の前輪６を有する前フレーム２を、左右一対
の後輪１３を有する後フレーム３に左右傾斜自在に連結
することで、コーナーリング時における良好な走行性能
を確保するようになっている。

【００１０】２４は前記トルク検出機構１７を構成する
トーションバー（作用トルクに応じて弾性的に捻れ変形
する棒状バネ部材）であって、該トーションバー２４
は、後フレーム３に左右方向を向いて固設される筒状の
ケース体２５に左右一対の軸受２６を介して支持される
が、その一端側は、左側後輪車軸１４に一体的に連結さ
れる一方、他端側には、一方向クラッチ１８を介してペ
ダル用後側スプロケット１９が取付けられている。即
ち、トーションバー２４は、ペダル踏力伝動経路中に介
在し、ペダル踏力の負荷に応じて捻れ変形するようにな
っている。

【００１１】２７は前記トーションバー２４の左右両端
側にそれぞれ外嵌状に固設される左右一対の過負荷防止
ストッパであって、該過負荷防止ストッパ２７は、周方
向に所定間隔を存して互いに噛合する噛合歯２７ａを有
している。そして、トーションバー２４の捻れ量が所定
量以下の状態では、過負荷防止ストッパ２７同志は噛合
しないが、トーションバー２４の捻れ量が所定量に達し
た場合には、過負荷防止ストッパ２７同志の噛合に基づ
いてトーションバー２４のそれ以上の捻れ変形を規制
し、過負荷によるトーションバー２４の破損を防止する
ようになっている。

【００１２】２８はトーションバー２４（過負荷防止ス
トッパ２７）の左右両端側に外嵌状に取付けられる左右
一対の多極着磁リングであって、該多極着磁リング２８
は、複数の永久磁石を所定間隔を存して周方向に並設し
て形成されている。一方、２９はケース体２５の左右両
端側に取付けられるホールＩＣ（ホール素子）であっ
て、該ホールＩＣ２９は、左右の多極着磁リング２８の
対向位置に近接配置されており、そして、トーションバ
ー２４の回転時においては、多極着磁リング２８の磁界
が通過する毎にホール効果に基づく起電力を発生し、そ
の繰り返しによって回転に応じたパルス信号を出力する
ようになっている。

【００１３】３０は所謂マイクロコンピュータを用いて
構成される制御部であって、該制御部３０は、前述した
左右のホールＩＣ２９からのパルス信号をアンド回路３
１を介して合成パルス信号として入力すると共に、入力
信号に基づく判断で電動モータ１１を駆動制御するよう
になっている。即ち、制御部３０は、ホールＩＣ２９の
合成パルス信号に基づいて負荷および車速を検出する負
荷・車速検出制御、車体１を所定速度で自走させるべく
検出車速に基づいて電動モータ１１を駆動制御する自走
モード制御、上り坂等において動力を補助すべく検出負
荷に基づいて電動モータ１１を駆動制御するアシストモ
ード制御等の制御ルーチンを具備しているが、以下、本
発明が要旨とする負荷・車速検出制御の制御手順を図５
に基づいて説明する。

【００１４】さて、左右のホールＩＣ２９がそれぞれ発
生するパルス波形は略同一形状であり、無負荷状態で位
相差が略「０」となるように予め設定されるため、無負
荷時（もしくは負荷が小さい場合）の合成パルス波形
は、各ホールＩＣ２９のパルス波形と略同一になる。一
方、負荷状態（負荷が大きい場合）では、トーションバ
ー２４が捻れ変形するため、伝動経路下手側に位置する
左側ホールＩＣ２９のパルスが遅延され、各ホールＩＣ
２９のパルス間には負荷に応じた位相差が生じる。この
ため、アンド回路３１による合成パルスは、位相差分だ
けＯＮ時間Ａが減少し、かつＯＦＦ時間Ｂが増加した波
形となる。そこで、負荷・車速検出制御では、合成パル
スのＯＮ時間ＡとＯＦＦ時間Ｂとの比率（デューティ
比）に基づいて負荷を演算すると共に、負荷に影響を受
けないパルス周期Ｔに基づいて車速を演算するようにな
っている。

【００１５】叙述の如く構成されたものにおいて、後輪
車軸１４上に、ペダル踏力の負荷に応じて捻れ変形する
トーションバー２４を設けると共に、トーションバー２
４の両端側に、それぞれトーションバー２４の回転に応
じたパルスを発生するホールＩＣ２９を設け、そして、
両ホールＩＣ２９のパルスをアンド回路３１で合成した
後、制御部３０に入力する。そして制御部３０では、合
成パルスのＯＮ時間ＡとＯＦＦ時間Ｂとの比率に基づい
て負荷を演算すると共に、負荷に影響を受けないパルス
周期Ｔに基づいて車速を演算することになる。

【００１６】この様に上記のものにあっては、ペダル踏
力伝動経路に介設したトーションバー２４の捻れ量（パ
ルス位相差）に基づいて負荷検出を行うため、専用の踏
力検出装置を別途製造していた従来に比して少ない部品
点数で負荷検出装置を構成することが可能になり、この
結果、構造の簡略化を計れる許りか、コストも低減する
ことができる。

【００１７】しかも、前記トーションバー２４は、後輪
車軸１４上に設けられるため、踏力検出装置をペダル軸
近傍に配置していた従来の如く、ペダル操作の邪魔にな
ったり、外観を損なうような不都合も解消することがで
きる。

【００１８】また、パルス発生手段は、多極着磁リング
２８とホールＩＣ２９を用いた非接触式であるため、耐
久性の向上を計れる許りでなく、高い信頼性を備えるこ
とができる。

【００１９】また、トーションバー２４とパルス発生手
段で構成されるトルク検出機構１７を利用して車速の検
出も行うため、専用の車速センサを設ける場合に比して
部品点数の削減、構造の簡略化、コストの低減等が計れ
るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】電動モータ付き三輪自転車の平面図である。

【図２】同上要部平面図である。

【図３】トルク検出機構の断面図である。

【図４】制御部の入出力を示すブロック図である。

【図５】負荷検出および車速検出の概念を示す波形図で
ある。

【符号の説明】

１ 車体 ２ 前フレーム ３ 後フレーム ６ 前輪 １１ 電動モータ １３ 後輪 １７ トルク検出機構 ２４ トーションバー ２８ 多極着磁リング ２９ ホールＩＣ ３０ 制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前輪および後輪を有する車体に、ペダル
   の踏力を後輪車軸に伝動するペダル踏力伝動経路と、電
   動モータの動力を後輪車軸に伝動するモータ動力伝動経
   路と、ペダル踏力伝動経路の検出負荷に基づいて電動モ
   ータを駆動制御する駆動制御装置とを備える電動モータ
   付き自転車において、前記後輪車軸にトーションバーを
   介してペダル踏力を伝動すると共に、トーションバーの
   両端側に、それぞれトーションバーの回転に応じたパル
   スを発生するパルス発生手段を設け、さらに、駆動制御
   装置には、両パルス発生手段が発生するパルスの位相差
   に基づいてペダル踏力伝動経路の負荷を検出する負荷検
   出手段を設けた電動モータ付き自転車。
2. 【請求項２】 単一の前輪および左右一対の後輪を有す
   る車体に、ペダルの踏力を後輪車軸に伝動するペダル踏
   力伝動経路と、電動モータの動力を後輪車軸に伝動する
   モータ動力伝動経路と、ペダル踏力伝動経路の検出負荷
   に基づいて電動モータを駆動制御する駆動制御装置とを
   備える電動モータ付き自転車において、前記後輪車軸に
   トーションバーを一体的に連結し、該トーションバーを
   介してペダル踏力を後輪車軸に伝動すると共に、トーシ
   ョンバーの両端側に、それぞれトーションバーの回転に
   応じたパルスを発生するパルス発生手段を設け、さら
   に、駆動制御装置には、両パルス発生手段が発生するパ
   ルスの位相差に基づいてペダル踏力伝動経路の負荷を検
   出する負荷検出手段を設けた電動モータ付き自転車。
3. 【請求項３】 請求項１もしくは請求項２の駆動制御装
   置に、パルス発生手段が発生するパルスの周期に基づい
   て車速を検出する車速検出手段を設けた電動モータ付き
   自転車。