JPH1199985A - 補助動力付き自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】人力に応じて収縮して動力を伝達する弾性
体34を設け、人力によって後輪12を駆動する人力駆動部
と、弾性体34の収縮量に応じて電動機44を駆動する制御
回路43を設けた電動駆動部とを有し、制御回路43は、弾
性体34の所定時間に対する収縮量の変化率を検出し、検
出された変化率が所定値以上である場合、またトルクセ
ンサ41の検出値が予め定めた値よりも大きくなった場
合、そして弾性体34の収縮の変化が所定の幅で所定時間
継続した場合、更には弾性体34の収縮の変化が所定時間
変化がない場合に、電動機44への通電を停止する補助動
力付き自転車。 【効果】弾性体が径年変化や破損した時に、補助力が大
きくなることが防止され、安全性が向上するという効果
がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人力駆動力と、人
力駆動力の大きさに応じた大きさで駆動する電動駆動力
の２つの駆動力によって走行する補助動力付き自転車に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の補助動力付き電動車は、
特開平９−５８５６９号公報（Ｂ６２Ｍ２３／０２）に
記載の如く、車軸に取り付けられた固定側ケーシング
と、車輪とともに回転する回転側ケーシングとによって
駆動部を構成し、この駆動部に電動機とトルクセンサと
が内蔵してある。そして、トルクセンサによってペダル
にかかる人力駆動力を検出し、この人力駆動力と同じ大
きさの電動駆動力で車輪を駆動するものが知られてい
る。

【０００３】このトルクセンサについて詳しく説明する
と、人力駆動力を入力する後スプロケットと回転側ケー
シングに取り付けたプーリーとの間には収縮して動力を
伝達するバネが設けてあり、このバネはプーリーに凹部
を形成した中に設けられている。そして、人力駆動力が
入力されると、人力駆動力の大きさに応じただけバネが
収縮してプーリーを回転させる。このように、後スプロ
ケットとプーリーとの間にバネによって回転のズレが生
じる。このズレをトルクセンサによって検出する。トル
クセンサは、後スプロケットとバネとのあいだに設けら
れた回動板と、アルミ製のリングが取り付けられ回動板
によって後スプロケットとプーリーのズレを車軸方向に
移動するリングホルダーと、リング近傍に設けられたコ
イルとによって構成されている。そして、車軸方向への
移動量をコイルのインダクタンスの変化として電気信号
に変換するものである。

【０００４】しかしながら、上述するような弾性体の収
縮によって人力トルクを検出するものにおいて、弾性体
であるバネが、径年変化や予測しない大きな力がかか
り、バネが元の長さに戻らなかったりバネが折れたりし
た場合、検出する人力トルク値が実際の値と異なってく
る。この場合、実際の人力トルクは小さいが検出値は大
きな値を検出していることになり、大きな電動駆動力が
出力されてしまい、非常に危険である。また、実際の人
力トルクは大きいが検出値が小さな場合は、補助する電
動駆動力が小さくトルク不足になり、使用者に物足りな
さを感じさせることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点に
鑑みなされたもので、人力トルクを検出する弾性体が径
年変化や破損などの状態になった時に、安全性を向上さ
せた補助動力付き自転車を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の構成
によると、ペダルからの人力駆動力を駆動輪に伝達する
人力駆動部と、電動機の駆動力を前記駆動輪に伝達する
電動駆動部とを有し、前記人力駆動部には、前記人力駆
動力を伝達する回転部材に設けられ人力に応じて収縮し
て動力を伝達する弾性体と、該弾性体の収縮量を検出す
るトルクセンサとを設け、前記電動駆動部には、前記ト
ルクセンサからの信号に応じて前記電動機を駆動する制
御手段を備え、前記制御手段は、前記弾性体の所定時間
に対する収縮量の変化率を検出し、検出された変化率が
所定値以上である場合に前記電動機への通電を停止する
ことを特徴とする。

【０００７】また、請求項２の構成によると、ペダルか
らの人力駆動力を駆動輪に伝達する人力駆動部と、電動
機の駆動力を前記駆動輪に伝達する電動駆動部とを有
し、前記人力駆動部には、前記人力駆動力を伝達する回
転部材に設けられ人力に応じて収縮して動力を伝達する
弾性体と、該弾性体の収縮量を検出するトルクセンサと
を設け、前記電動駆動部には、前記トルクセンサからの
信号に応じて前記電動機を駆動する制御手段を備え、前
記制御手段は、前記トルクセンサの検出値が予め定めた
値よりも大きくなったとき、前記電動機への通電を停止
することを特徴とする。

【０００８】更に、請求項３の構成によると、ペダルか
らの人力駆動力を駆動輪に伝達する人力駆動部と、電動
機の駆動力を前記駆動輪に伝達する電動駆動部とを有
し、前記人力駆動部には、前記人力駆動力を伝達する回
転部材に設けられ人力に応じて収縮して動力を伝達する
弾性体と、該弾性体の収縮量を検出するトルクセンサと
を設け、前記電動駆動部には、前記トルクセンサからの
信号に応じて前記電動機を駆動する制御手段を備え、前
記制御手段は、前記弾性体の収縮の変化が所定の幅で所
定時間継続したとき、前記電動機への通電を停止するこ
とを特徴とする。

【０００９】そして、前記所定の幅は、予め定めた通常
走行時の収縮の幅よりも小さいことをことを特徴とす
る。

【００１０】また、請求項５の構成によると、ペダルか
らの人力駆動力を駆動輪に伝達する人力駆動部と、電動
機の駆動力を前記駆動輪に伝達する電動駆動部とを有
し、前記人力駆動部には、前記人力駆動力を伝達する回
転部材に設けられ人力に応じて収縮して動力を伝達する
弾性体と、該弾性体の収縮量を検出するトルクセンサと
を設け、前記電動駆動部には、前記トルクセンサからの
信号に応じて前記電動機を駆動する制御手段を備え、前
記制御手段は、前記弾性体の収縮の変化が所定時間変化
しないとき、前記電動機への通電を停止することを特徴
とする。

【００１１】まず、人力駆動力は、使用者が走行を始め
ると、ペダルに加わる人力駆動力によってクランクを回
転させる。クランクが回転すると、人力駆動力の大きさ
に応じた大きさで弾性体が撓んで、前スプロケットを回
転させる。そして、駆動輪を回転させて走行する。この
時の弾性体の収縮量が人力トルクである。

【００１２】次に、電動駆動力は、前記弾性体の伸縮量
を検出し、制御手段によってその収縮量に応じた値の電
動駆動力の出力を行い、人力駆動力を補助するように動
作する。

【００１３】弾性体の伸縮を検出するとき、人力トルク
の急激な変化があった場合、例えば弾性体が折れた場合
など、通常走行時のトルクの変化とは異なり、人力トル
クは急激に変化し、所定時間での人力トルクの変化率が
大きくなる。この様な場合、弾性体が異常であると判断
して、電動機への通電を停止する。

【００１４】また、弾性体が折れた場合、弾性体の長さ
は通常の長さと比較して短くなるため、通常走行ではあ
り得ない値を決定することになる。従って、通常走行で
はあり得ない所定値を定めておき、この値を越えたとき
に電動機への通電を停止するようにする。

【００１５】更に、弾性体が径年変化などによって、力
を与えない状態で弾性体が初期の段階よりも縮んでいる
とき、同じ人力トルクを加えても弾性体の収縮幅は初期
に比べて小さい。弾性体の径年変化が更に進むと、収縮
の幅は更に短くなり、電動駆動力のトルク不足やトルク
オーバーが生じることになる。そのため、人力トルクが
小さな幅で所定時間継続したときは、弾性体の異常、若
しくは径年変化であるとして、電動機への通電を停止す
る。

【００１６】さらに、弾性体の径年変化が進み、弾性力
がなくなってしまった場合、弾性体は収縮せず、実際に
はトルクが生じていても人力トルクの変化はなくなって
しまう。この様なとき、所定時間人力トルクの変化がな
いことを検出した場合に、弾性体の異常、若しくは径年
変化と判断して、電動機の通電を停止する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面に基
づき説明する。

【００１８】まず、補助動力付き自転車、所謂電動アシ
スト自転車全体の構成について、図８に基づき説明をす
る。

【００１９】１は、前部に設けられたヘッドパイプ２、
サドル３から下方に設けられたシートチューブ４と連結
するメインフレームであり、該メインフレーム１と前記
シートチューブ４とが連結する部分に人力によって回転
することが出来るクランク５が取り付けてあり、更にそ
の先端には回動自在なペダル６が取り付けてある。

【００２０】７は、ハンドル８の動きに連動し、ハンド
ル８操作によって走行方向を定める前輪で、該前輪７は
スポーク９、リム10、タイヤ11から構成されている。

【００２１】12は、駆動輪となる後輪であり、該後輪12
も、タイヤ13、リム14、スポーク15、それと後輪12を駆
動するための駆動部16とから構成されている。

【００２２】17は、前記ペダル６の回転とともに回転す
る前スプロケットで、該前スプロケット17にはチェーン
18がかかっており前スプロケット17の回転を前記後輪12
に伝達するようになっている。前記クランク５や前スプ
ロケット17を回転部材という。

【００２３】19は、後述する電動機44の電源となるバッ
テリで、２４ボルトのニッカド電池が納められている。
また、バッテリ19は取り外し可能で充電の際は屋内で充
電をすることができる。20は、前記メインフレーム１を
囲むように取り付けられ前記バッテリ19を載置する載置
台である。

【００２４】21は、前カゴ、22は駐輪時に自転車を支え
るスタンドである。

【００２５】23は、前記ハンドル８に取り付けられたブ
レーキレバーで、該ブレーキレバー23には前後のバンド
ブレーキ24、25を動作するためのブレーキワイヤー26が
設けられており、ブレーキレバー23の操作によってブレ
ーキワイヤー26を引くことで制動力をかけることができ
る。

【００２６】次に、前記前スプロケット17の構造につい
て図５及び図６に基づき説明する。

【００２７】30は、前記クランク５のクランク軸と相対
する位置に２ヶ所に形成された凸部で、該凸部30は前記
前スプロケット17が取り付けられた側に形成されてい
る。

【００２８】31は、前記クランク５に固定して取り付け
られた円盤状のプレートで、該プレート31は前記クラン
ク５からの人力駆動力を受けて前記クランク５の回転と
ともに回転する。

【００２９】32は、前記プレート31にプレート31面と垂
直方向に取り付けられた第１ピンで、該第１ピン32は、
プレート31から延設し前記前スプロケット17と遊びを設
けて貫通している。また、33は、前記前スプロケット17
に前スプロケット17と垂直方向に取り付けられた第２ピ
ンで、該第２ピン33は、前スプロケット17から延設し前
記プレート31と遊びを設けて貫通している。

【００３０】34は、金属製で一部を切り欠いた弾性を有
するリング状の弾性体、即ちワッシャーバネで、該ワッ
シャーバネ34はプレート31側に一つと前スプロケット側
17に一つと、２本が設けてある。また、プレート31側の
ワッシャーバネ34は、一端を前記プレート31に固定した
前記第１ピン32に、他端を前記前スプロケット17に固定
した前記第２ピン33にナットによって固定している。ま
た、前スプロケット17側に固定されたワッシャーバネ34
は、一端を前記前スプロケット17に固定した第２ピン33
に、他端を前記プレート31に固定した前記第１ピン32に
ナットによって固定している。即ち、ペダル６を踏むこ
とで動力伝達する人力駆動力は、クランク５からプレー
ト31に伝わり、ワッシャーバネ34を撓ませて前スプロケ
ット17に伝達し、ワッシャーバネ34が撓んだときにプレ
ート31と前スプロケット17との回転にズレが生じるよう
に、第１ピン32と前スプロケット17との間に遊びを形成
して取り付けてある。また、第２ピン33とプレート31と
の間に遊びを形成して取り付けてあるのも、前述同様の
ズレを生じさせるためである。また、前記ワッシャーバ
ネ34は、ワッシャーバネ34のリングの中心とクランク軸
とを偏心させた位置に取り付けてあり、特に第１ピン3
2、第２ピン33はクランク軸から離れた位置に配置して
取り付けてある。更に、第１ピン32と第２ピン33は、ク
ランク５の設けてある方向と約９０度の角度をもった位
置に配置してあり、第１ピン32、第２ピン33、及びワッ
シャーバネ34等を取り付ける際にクランク５が邪魔にな
らないようにしている。

【００３１】35は、クランク軸の外周に設けられクラン
ク軸に沿って移動可能に取り付けてあるリングホルダー
で、該リングホルダー35は前記凸部30と当接する山形部
36が形成してあり、凸部30が回転したときに山形部36は
凸部30に押されてクランク軸方向に移動するようになっ
ている。また、前記リングホルダー35は、一部に導電材
料であるアルミ製のリング37が設けられており、リング
ホルダー35の移動と共に移動する。更に、リングホルダ
ー35には２本のボス38が形成してあり、該ボス38は前ス
プロケット17に嵌挿されて前記プレート31と遊びを形成
して貫通している。そして、ボス38と前スプロケット17
との間にはバネ39がそれぞれ設けられており、リングホ
ルダー35はクランク５側に付勢されている。

【００３２】40は、前記リング37よりも大きな径で形成
されリング37の移動範囲近傍で本体フレーム１に固定し
て設けられた検出手段、即ちコイルで、該コイル40は前
記リング37が移動することによるインダクタンスの変化
を電気信号として後述する制御回路43に出力する。

【００３３】上述するリングホルダー35、コイル40をト
ルクセンサ41といい、前記ワッシャーバネ34の撓みを検
出する。

【００３４】次に本実施例の動作について、図７に基づ
き説明をする。

【００３５】まず、人力駆動力について説明をする。

【００３６】ペダル６を踏むことによって得られる人力
駆動力は、クランク５を回転させ、クランク５の回転と
同時にプレート31も回転させる。プレート31が回転する
と、ワッシャーバネ34の第１ピン32側から第２ピン33側
に駆動力が伝達され、この時ワッシャーバネ34は撓みな
がら前スプロケット17に駆動力が伝達される。そして、
前スプロケット17と後スプロケット42とに連結した連結
帯、即ちチェーン18によって後輪12を駆動する。

【００３７】次に電動駆動力について説明をする。

【００３８】人力駆動力によって人力トルクの生じた分
だけ撓んだワッシャーバネ34は、プレート31と前スプロ
ケット17の回転にズレを生じさせる。この時、このズレ
の分だけ凸部30が山形部36を押さえることになり、リン
グホルダー35はクランク軸方向に移動する。リングホル
ダー35が移動すると、リング37もコイル40内を移動する
ことになり、人力トルクの大きさをコイル40のインダク
タンスの変化として制御回路43に入力することになる。
そして、制御回路43は、入力する人力駆動力と電動駆動
力の大きさが同じになるようにプログラムされており、
入力される人力駆動力と同じ大きさのトルクで電動機44
が駆動することになり、電動機44の駆動力によって後輪
12を回転させる。クランク軸に沿って移動するリングホ
ルダー35は、人力トルクが掛かっていないときは、バネ
39の付勢力によって元に位置に戻るようになっている。

【００３９】上述するように、後輪12は、人力駆動力
と、人力駆動力と同じ大きさの電動駆動力との２つの駆
動力によって駆動される。

【００４０】次に、制御回路43の動作、特にワッシャー
バネ34の異常検出について、図１及び図２乃至図４に基
づいて説明する。

【００４１】人力トルクＴ１が検出されると、その値を
元に制御回路43から電動機44を駆動するための信号が出
力され、電動機44が駆動する。この制御が繰り返されて
電動駆動力は人力駆動力の補助動力として動作する。

【００４２】ワッシャーバネ34の異常を検出する場合、
任意の人力トルクＴ１を入力し（Ｓ１）、この値を予め
定めたＡと比較する（Ｓ２）。この値Ａは、正常運転時
ではあり得ない大きな値に設定してある。

【００４３】この状態について、図２を参照すると、走
行中、人力トルクは、クランク５を回転させることによ
って、所定の範囲で周期的に上下する。しかし、ワッシ
ャーバネ34が折れた場合、検出する人力トルクは急激に
大きくなってしまい、人力トルクの検出値は元に戻らな
くなる。この時、トルクセンサ41は、通常の走行では検
出しなかった人力トルクを検出することになり、異常で
あることを判断し、ワッシャーバネ34が異常であるとい
う異常信号を出力し（Ｓ３）、電動機44の出力を停止す
る。

【００４４】また、ワッシャーバネ34が折れた場合な
ど、人力トルクの急激な変化を検出する場合について、
図３を参照しながら説明をすると、所定時間ｔ１が経過
した後（Ｓ４）、人力トルクＴ２を入力し（Ｓ５）、所
定時間ｔ１における人力トルクの変化率を計算し（Ｓ
６）、予め定めた変化率αよりも大きい場合、即ち通常
走行時の変化よりも急激な変化があった場合に、ワッシ
ャーバネ34が折れたと判断してワッシャーバネ34が異常
であるという異常信号を出力し（Ｓ３）、電動機44の出
力を停止する。この場合の所定時間ｔ１は、０．５秒、
０．８秒など、比較的短い時間に設定される。

【００４５】次に、ワッシャーバネ34の弾性力が径年変
化によって無くなり、ワッシャーバネ34の長さが元の長
さよりも短くなった場合について図４に基づいて説明す
る。

【００４６】ワッシャーバネ34の弾性力が無くなると、
人力トルクがかかってなくても人力トルクがかかった状
態と同じ値が検出される。この場合、大きな人力駆動力
がかかっても、人力駆動力の変化の幅は小さく、時間が
経過しても変化が小さい状態を維持することになる。こ
のように、所定時間ｔ１間での人力トルクの変化の幅が
所定値βよりも小さい状態を検出したとき（Ｓ７）、カ
ウンタによって１づつプラスしていき（Ｓ８）、所定時
間経過後の１０カウントをすると（Ｓ９）トルクセンサ
41が異常であると判断して、異常信号を出力する（Ｓ
３）。また、カウント中に所定の幅よりも大きな幅を検
出した場合には、ワッシャーバネ34は異常でないと判断
して、このカウントをクリアする（Ｓ１０）。

【００４７】本発明では、ワッシャーバネ34での検出を
実施例として述べたが、公知技術であるスプリングの収
縮によるトルク検出の場合でも構わない。

【００４８】

【発明の効果】本発明は、弾性体の収縮量が予め定めた
値よりも大きくなったときや、所定時間に対する収縮の
変化率が所定値以上である時、また、弾性体の収縮量が
所定の幅で所定時間継続したときに、電動機への通電を
停止するようにしたので、弾性体の径年変化や破損など
によって弾性体が折れた場合や弾性体が初期の段階より
も縮んで弾性力が無くなったときに、電動駆動力の不足
や、電動駆動力が大きくなり過ぎて危険走行になること
がなく、安全性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す異常検出のフローチャ
ートである。

【図２】同ワッシャーバネが折れた状態を示す人力トル
クの変化を示すグラフである。

【図３】同ワッシャーバネが折れた状態を示す人力トル
クの変化を示すグラフである。

【図４】同ワッシャーバネが縮んで元に戻らない状態を
示す人力トルクの変化を示すグラフである。

【図５】同トルクセンサの側面断面図である。

【図６】同前スプロケットの側面平面図である。

【図７】同動力系統図である。

【図８】同全体の構成を示す側面図である。

【符号の説明】

６ ペダル 12 駆動輪（後輪） 44 電動機 ５ クランク 17 前スプロケット 34 弾性体（ワッシャーバネ） 41 トルクセンサ 43 制御手段（制御回路）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダルからの人力駆動力を駆動輪に伝達
   する人力駆動部と、電動機の駆動力を前記駆動輪に伝達
   する電動駆動部とを有し、前記人力駆動部には、前記人
   力駆動力を伝達する回転部材に設けられ人力に応じて収
   縮して動力を伝達する弾性体と、該弾性体の収縮量を検
   出するトルクセンサとを設け、前記電動駆動部には、前
   記トルクセンサからの信号に応じて前記電動機を駆動す
   る制御手段を備え、前記制御手段は、前記弾性体の所定
   時間に対する収縮量の変化率を検出し、検出された変化
   率が所定値以上である場合に前記電動機への通電を停止
   することを特徴とする補助動力付き自転車。
2. 【請求項２】 ペダルからの人力駆動力を駆動輪に伝達
   する人力駆動部と、電動機の駆動力を前記駆動輪に伝達
   する電動駆動部とを有し、前記人力駆動部には、前記人
   力駆動力を伝達する回転部材に設けられ人力に応じて収
   縮して動力を伝達する弾性体と、該弾性体の収縮量を検
   出するトルクセンサとを設け、前記電動駆動部には、前
   記トルクセンサからの信号に応じて前記電動機を駆動す
   る制御手段を備え、前記制御手段は、前記トルクセンサ
   の検出値が予め定めた値よりも大きくなったとき、前記
   電動機への通電を停止することを特徴とする補助動力付
   き自転車。
3. 【請求項３】 ペダルからの人力駆動力を駆動輪に伝達
   する人力駆動部と、電動機の駆動力を前記駆動輪に伝達
   する電動駆動部とを有し、前記人力駆動部には、前記人
   力駆動力を伝達する回転部材に設けられ人力に応じて収
   縮して動力を伝達する弾性体と、該弾性体の収縮量を検
   出するトルクセンサとを設け、前記電動駆動部には、前
   記トルクセンサからの信号に応じて前記電動機を駆動す
   る制御手段を備え、前記制御手段は、前記弾性体の収縮
   の変化が所定の幅で所定時間継続したとき、前記電動機
   への通電を停止することを特徴とする補助動力付き自転
   車。
4. 【請求項４】 前記所定の幅は、予め定めた通常走行時
   の収縮の幅よりも小さいことをことを特徴とする請求項
   ３記載の補助動力付き自転車。
5. 【請求項５】 ペダルからの人力駆動力を駆動輪に伝達
   する人力駆動部と、電動機の駆動力を前記駆動輪に伝達
   する電動駆動部とを有し、前記人力駆動部には、前記人
   力駆動力を伝達する回転部材に設けられ人力に応じて収
   縮して動力を伝達する弾性体と、該弾性体の収縮量を検
   出するトルクセンサとを設け、前記電動駆動部には、前
   記トルクセンサからの信号に応じて前記電動機を駆動す
   る制御手段を備え、前記制御手段は、前記弾性体の収縮
   の変化が所定時間変化がないとき、前記電動機への通電
   を停止することを特徴とする補助動力付き自転車。