WO1997000193A1 - Dispositif de force motrice auxiliaire - Google Patents

Description

明糸田書 駆動力補助装置 技術分野

本発明は、 例えば、 自転車等の軽車両やボー ト等に用いられて 、 踏力等の人力の負荷を軽減する駆動力捕助装置に関し、 特に、 装置のコンパク ト化を図ったものである。 背景技術

近年、 人力の補助用に電動モータを用いた電動自転車が注目さ れている。 この種の電動自転車は、 通常の自転車に、 電動モータ と、 このモータに電力を供給するバッテリ電源部を搭載し、 人力 の駆動力に応じて所定のモータ補助動力を追加捕助し、 人力の負 荷を軽減させるようにしている。 また、 このモータによる補助駆 動力は、 人力の駆動力を越えることはなく、 更に、 走行速度が毎 時 1 5 K mまでの場合には、 1 0 0 %の補助を行レ、、 この毎時 1 5 K mを越えた場合には、 漸次減少し、 そして、 毎時 2 4 K m以 上では、 モータ補助が力ッ トされるように制御されている。

このよ うな電動自転車は、 図 1 7に示すよ うに、 電動自転車 1 のフレーム体の前後に前輪 4及び後輪 5を備え、 後輪 5を踏力に より駆動する通常の自転車を基本に据えて構成されている。 尚、 J I S規格では、 フレーム体のうち、 符号 2で示すものをメイン パイプ、 3を立パイプと呼んでいるので、 本明細書でも J I S規 格に従って用いている。

前記駆動力補助装置 6は、 車軸と直交し且つ車体幅方向の略中 央付近に配設された電動モータ Mと、 このモータの回転駆動力を 車軸の回転方向に変換すると ともに減速する変換減速機構 （図示 を省略） と、 この減速されたモータ駆動力を、 人力の通常駆動系 に合成するとともに、 人力単独の駆動時には、 モータ駆動系を通 常駆動系から切り離す合成機構 （図示を省略） とから構成されて レヽる。

モータ駆動系は、 電動モータを駆動源とした動力伝達装置によ り回転駆動され、 この電動モータは電気動力装置から電力が供給 されている。 すなわち、 この電気動力装置は、 複数の蓄電池を用 いたバッテリ電源部、 電力を安定化して供給する電源回路部、 走 行用の電動モータ、 このモータ回転を直接制御するモータ駆動回 路、 及び、 このモータ駆動回路に速度指令等を出力する制御回路 から構成されている。 そして、 このモータから生じるモータ駆動 力は、 従来の動力伝達装置に追加され、 この伝達装置を介して走 行輪に伝達され、 自転車を走行させている。

また、 このような人力の駆動力を検出する方法としては、 人力 の駆動力の大小を遊星齒車の歯車に加わる反力から検知する方法 が知られている （例えば特開平 4— 3 5 8 9 8 7号） 。

ところが、 一般に自転車は、 進行方向に対して左右の幅が限定 されており、 従って、 長手方向に比較的長い寸法を有する従来の 電動モータは、 車体の前後方向に沿って配置しなければならない ため、 車体の前後方向を向く回転軸を、 左右方向に向くクランク 軸の方向へ変換することが必要となる。 そのため、 変換機構を設 けて減速機構等が複雑化するとともに、 大型化する傾向にある。

また、 人力の駆動力を軸のねじれに現わしてこれを検出する前 記従来のものは、 トルクによるねじれ変位量が微小なので、 十分 な測定精度を確保するためには、 軸の長手方向にある程度の長さ が必要になり、 従って、 大型化する傾向にあって好ましくない。

更に、 前記従来のものは、 前記検出が、 人力駆動力の加わると ころで行われるため、 その人力駆動力の大きな力に耐えられる構 造を必要として、 勢い装置自体が大型化且つ大重量化する不都合 があった。 また、 人力駆動力を検出する踏力検出手段が、 車体の外部に露 出している場合には、 車体の転倒により損傷したり、 また、 損傷 しないまでも同時に大きな衝撃が加わるので、 故障の原因になつ たり して、 信頼性が低下する不都合がある。 また、 風雨等の外部 自然環境からの影響や、 車両走行時に生じる砂塵や泥土の影響を 直接に被ることになるので、 誤検出等の信頼性を損うことや装置 寿命の低下するおそれがある。 また、 踏力検出手段をケース内に 収納できれば、 これらの問題は生じないが、 ケース内のクランク 軸近傍に配置するためには、 小型化しなければならず、 そして、 踏力検出手段は、 必要な検出精度を確保しながら、 小型化するこ とが困難であるという不都合があった。

そこで、 本発明は、 小型軽量のモータを、 一体のケース内にク ランク軸と平行に収納することが可能であり、 減速機構を適正配 置化して全体のコンパク ト化を図るとともに、 踏力検出手段を駆 動力の伝達機構内に組み込むことにより、 踏力検出手段を小型化 してケース内に収納することを可能にする駆動力補助装置を得る ことを目的としている。

発明の開示

本願第 1請求項に記載した発明は、 人力駆動力とモータ駆動力 を合成する駆動力補助装置において、

人力駆動手段、 捕助動力駆動手段、 及び、 踏力検出手段を具備 し、

前記人力駆動手段は、 踏力が伝達されるクランク軸の外周に、 第 1及び第 2回転体を有する駆動力伝達機構を設けて構成され、 前記駆動力伝達機構は、 第 1の一方向クラッチと、 人力駆動力を 伝達する弾性体と、 を備え、

前記補助動力駆動手段は、 モータ及び減速機構を設けて構成さ れ、 更に、 前記モータからの駆動力を、 第 2の一方向クラッチを 介して、 前記クランク軸外周にて前記駆動力伝達機構に合成し、 前記踏力検出手段は、 前記弾性体の駆動力伝達経路の前後に介 在させた第 1及び第 2回転体の回転差をセンサで検出する構成で ある、 駆動力補助装置である。

本願第 2請求項に記載した発明は、 前記請求項 1において、 前 記補助動力駆動手段の減速機構は、 減速歯車を互い違いに配列し て構成される駆動力補助装置である。

本願第 3請求項に記載した発明は、 前記請求項 2において、 前 記減速歯車列の各歯車の中心が、 前記モータとクランク軸を結ぶ 仮想線及びモータの外径を各辺とする仮想四角形内に配置されて いる駆動力補助装置である。

本願第 4請求項に記載した発明は、 前記請求項 1において、 前 記踏力検出手段は、 差動歯車機構を設けて構成され、 この差動歯 車機構の二つの軸に前記第 1及び第 2回転体を連係するとともに 、 当該差動歯車機構の第 3軸をセンサに連係した駆動力補助装置 である。

本願第 5請求項に記載した発明は、 前記請求項 4において、 前 記第 1及び第 2回転体から前記差動歯車機構までの間と、 前記差 動歯車機構から前記センサまでの間の一方又は双方に、 回転を機 械的に増幅する機構が付加されている駆動力補助装置である。

本願第 6請求項に記載した発明は、 前記請求項 4において、 前 記差動歯車機構に遊星歯車が用いられている駆動力補助装置であ 本願第 7請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 において、 前 記踏力検出手段は、 そのセンサにエンコーダを用い、 このェンコ ーダで前記第 1及び第 2回転体の回転数をカウントし、 このカウ ント数差から人力 トルクを判定する構成の駆動力補助装置である 。

本願第 8請求項に記載した発明は、 人力駆動力とモータ駆動力 を合成する駆動力補助装置において、

人力駆動手段、 補助動力駆動手段、 及び、 踏力検出手段を具備 し、

前記人力駆動手段は、

前記クランク軸の外周に同軸状に配置され、 第 1の一方向ク ラツチを備えて前記クランク軸の順方向の回転力のみが伝達され る第 1回転体と、

前記クランク軸の外周に同軸状に遊転配置される第 2回転体 と、

前記第 1回転体と第 2回転体との間に装着され、 前記第 1回 転体の回転力を第 2回転体に伝達する弾性体と、

前記第 2回転体の回転力が伝達される出力歯車と、 を備え、 前記補助動力駆動手段は、

モータと、

前記モータの駆動力を減速する減速歯車列と、

前記クランク軸の外周に同軸状に遊転配置され、 外周歯で前 記減速歯車の最終歯車と嚙合し、 且つ、 内周に第 2の一方向クラ ツチを備えて前記最終歯車の順方向の回転力のみを前記第 2回転 体へ伝達する第 3回転体と、 を備え、

前記踏力検出手段は、

前記第 1回転体の外周に固着した第 1回転部材と、

前記第 2回転体の外周に固着した第 2回転部材と、

前記第 1及び第 2回転部材にそれぞれ連係する一対の第 1及 び第 2傘歯車と、

前記一対の第 1及び第 2傘歯車の間に嚙合装着される第 3傘 歯車と、

前記第 3傘歯車を軸支する支持軸の、 前記一対の第 1及び第 2傘歯車に対する回動変化を、 当該第 1及び第 2傘歯車の相互の 差動として取り出す出力軸と、

前記出力軸に接続するセンサと、 を備えた駆動力補助装置で あ 。

本願第 9請求項に記載した発明は、 前記請求項 8において、 人 力駆動手段、 補助動力駆動手段又は踏力検出手段のいずれかに速 度検出手段が設けられている駆動力補助装置である。

本願第 1 0請求項に記載した発明は、 前記請求項 1又は 8にお いて、 前記人力駆動手段、 補助動力駆動手段、 及び、 踏力検出手 段は、 ケース内に収納されている構成の駆動力補助装置である。

本願第 1 1請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 0において 、 前記ケースには、 進行方向に沿ったフィ ンを設けてある構成の 駆動力補助装置である。

本願第 1 2請求項に記載した発明は、 前記請求項 1又は 8にお いて、 前記弾性体がねじりコイルパネである構成の駆動力補助装 置である。

本願第 1 3請求項に記載した発明は、 前記請求項 1又は 8にお いて、 前記弾性体がねじりコイルパネであって、 このコイルバネ の端面をアール状に形成するとともに、 コイルパネの変形を規制 する部材が設けられている駆動力補助装置である。 本願第 1 4請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 3において 、 前記コイルパネの端面を受ける部位が前記第 1及ぴ第 2回転体 にそれぞれ設けられており、 更に前記コイルパネの端面を受ける 部位が曲面形状に設けられている駆動力補助装置である。

本願第 1 5請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 3において 、 前記ねじり コイルパネのねじれ角度が 2 0度以下、 好ましくは 1 0度以下であって、 このねじれ角度を越えると、 前記第 1及び 第 2回転体にそれぞれ設けられている突出部の側部同士が当接す る構成の駆動力補助装置である。

本願第 1 6請求項に記載した発明は、 前記請求項 1又は 8にお いて、 前記補助動力駆動手段のモータと前記踏力検出手段を一方 の側に、 また、 前記補助動力駆動手段の歯車列を他方の側に、 配 置した構成の駆動力補助装置である。

本願第 1 7請求項に記載した発明は、 前記請求項 1又は 8にお いて、 前記補助動力駆動手段のモータは、 そのステータ · コアの ポールの放射方向の端部をケースに固定した構成の駆動力補助装 置である。

本願第 1 8請求項に記載した発明は、 前記請求項 1又は 8にお いて、 前記踏力検出手段のセンサは、 前記第 1及ぴ第 2回転体の 外周に配置されている構成の駆動力補助装置である。

本願第 1 9請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 0において 、 前記ケースは、 少なく とも 3つの部分以上からなる分割ケース を 1つに組み合わせて形成される構成の駆動力補助装置である。

本願第 2 0請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 0において 、 前記ケースの最大幅を、 一般の自転車のペダルアームの間隔以 下に設定した構成の駆動力補助装置である。

本願第 2 1請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 0において 、 前記ケースに 1 つの配線取出口を形成し、 前記モータ及びセン サからの配線を、 前記配線取出口より引き出すよ うにした駆動力 補助装置である。

本願第 2 2請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 0において 、 前記モータ及びセンサからの配線を、 モータ駆動回路及び制御 装置の回路基板とコネクタで接続し、 前記回路基板と電源部とを コネクタで接続した構成の駆動力補助装置である。

本願第 2 3請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 0において 、 前記モータ、 前記センサ及び制御装置の回路基板をケース内に 配置するとともに、 これらからの配線を、 コネクタを介してケー ス外に配置した電源部に接続した構成の駆動力補助装置である。

本願第 2 4請求項に記載した発明は、 前記請求項 2 3において 、 前記電源部をメインパイプに配置すると ともに、 前記モータを 前記電源部に対向させて前記ケースを配置し、 前記回路基板から の配線を、 コネクタを介して前記電源部に接続した構成の駆動力 補助装置である。

本願第 2 5請求項に記載した発明は、 前記請求項 2 3において 、 前記電源部を立パイプに配置するとともに、 前記モータを前記 電源部に対向させて前記ケースを配置し、 前記回路基板からの配 線を、 コネクタを介して前記電源部に接続した構成の駆動力補助 装置である。

本願第 2 6請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 0において 、 前記モータ及び制御装置の回路基板は、 ケース設置時において 進行方向側の前面、 上面又は後面に配置した構成の駆動力補助装 置である。

本願第 2 7請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 0において 、 前記モータ駆動回路及び制御装置の回路基板は、 前記モータの 近傍で且つ、 減速機構の側部に配置した構成の駆動力補助装置で あな。

本願第 2 8請求項に記載した発明は、 前記請求項 2 7において 、 前記回路基板に面するケースに開口部を形成し、 更に、 前記回 路基板にコネクタを配置して、 前記コネクタを前記開口部に臨ま せて設けた構成の駆動力補助装置である。

本願第 2 9請求項に記載した発明は、 前記請求項 1 0において 、 メインパイプに電源を配置し、 進行方向側前方のケース又はケ —ス上方に設けたコネクタで前記電源と制御装置の回路基板とを 接続した構成の駆動力補助装置である。

本発明は、 人力駆動力とモータ駆動力を合成する駆動力補助装 置において、 人力駆動手段、 補助動力駆動手段、 及び、 踏力検出 手段を具備して構成されるものであり、 そして、 踏力によりクラ ンク軸が順方向に回転させられると、 この回転力は、 前記第 1 の 一方向クラッチと、 前記弾性体とを経由して出力歯車に伝達され る。

他方、 前記補助動力駆動手段のモータ駆動力は、 前記クランク 軸外周において第 2の一方向クラツチを介して前記人力駆動手段 に合成され、 前記出力歯車に伝達される。

また、 前記クランク軸の逆方向の回転は、 前記第 1 の一方向ク ラッチにより空転させられる。 同様に、 通常の前記人力駆動手段 における回転は、 前記第 2の一方向クラッチによりモータ側に伝 達されることはない。

前記踏力検出手段は、 前記弾性体の駆動力伝達経路の前後に介 在させた第 1及び第 2回転体の回転差をセンサで検出するもので あって、 例えば差動歯車機構を設けて構成され、 この差動歯車機 構の二つの軸に前記第 1及び第 2回転体を連係すると ともに、 当 該差動歯車機構の第 3軸をセンサに連係する。 従って、 踏力によ り クランク軸が順方向に回転させられると、 前記第 1 の一方向ク ラツチ経路の前後に配置された前記第 1及び第 2回転部材が回転 し、 これらに連係する差動歯車機構の傘歯車又は遊星歯車もそれ ぞれ回転する。 踏力が大きい場合は、 前記弾性体を弾性変形する ので、 前記第 1及び第 2回転部材は両者の間に進角差を生じる。 前記差動歯車機構は傘歯車や遊星歯車が嚙合装着されるので、 前 記進角差は、 当該差動歯車機構の第 3軸すなわち出力軸の角度に 変換される。 この出力軸の角度変化が、 該出力軸に接続するセン サにより検出され、 これにより、 前記踏力の大きさが検知されて 、 前記補助動力駆動手段のモータ駆動力にフィードバックされる このよ う に、 本発明の駆動力補助装置によれば、 各構成部が合 理的に配置されているので、 小型軽量のモータを、 一体のケース 内にクランク軸と平行に収納することが可能であり、 更に減速機 構を適正配置化して全体のコンパク ト化が図られ、 また、 踏カ検 出手段を駆動力の伝達機構内に組み込むことにより、 踏力検出手 段が小型化されてケース内に収納することが可能となる。

図面の簡単な説明

【図 1 】

本発明のパワーュニッ トを用いた電動自転車に係り、 全体概略 構成を示す側面図である。

【図 2】

本発明のパワーュニッ トを示す横断面図である。

【図 3】

本発明のパヮ一ユニッ トを示し、 ケースの一部を外して示す平 面図である。

【図 4】

本発明のパワーユニッ トを示し、 ケースの一部を外して示す正 面図である。

【図 5】

本発明のパワーユニッ トを示し、 ケースの一部を外して示す背 面図である。

【図 6】

本発明のパワーユニッ トを示し、 ケースの一部を外して示す背 面図である。

【図 7】

本発明のパワーユニッ トに用いる、 第 1回転体、 弾性体及び第 2回転体を分離して示す斜視図である。

【図 8】

本発明のパワーュニッ トに用いる、 第 1回転体及び第 2回転体 を示す組立斜視図である。

【図 9】

本発明のパワーュニッ トに用いる踏力検出手段を示す正面図で あ > o

【図 1 0】

本発明のパワーュニッ トに用いる踏力検出手段を示す底面図で ある。

【図 1 1】

本発明のパワーュニッ トに用いる踏力検出手段を示す右側面図 である。

【図 1 2】

本発明のパワーュニッ トに用いる踏力検出手段の他の実施例を 示す斜視図である。

【図 1 3】

本発明のパワーュニッ トに用いる速度検出手段を示す斜視図で ある。

【図 1 4】

本発明のパワーュニッ トを用いた電動自転車に係り、 全体概略 構成を示す側面図である。

【図 1 5】

電動自転車に本発明のパワーュニッ トを設置した状態を示す正 面図である。

【図 1 6】

電動き転車に本発明のパワーュニッ トを設置した状態を示す正 面図である。

【図 1 7】

従来の電動自転車を示す全体概略構成図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に、 本発明を図 1ないし図 1 6に示す各実施例に基づいて 説明する。

各実施例の人力駆動による軽車両としては、 図 1及び後掲の図 1 4に示すように、 自転車に用いた場合のものを示す。 尚、 ここ に示す自転車の基本的な構成は、 後述する各実施例においても共 通する。 本実施例において、 電動自転車 1 は、 従来の自転車と同様に、 フレーム体の前後に車輪 4， 5を軸架している。 また、 フレーム 体は、 フロン トフォーク側のメインパイプ 2 と、 メインパイプ 2 から上方に設けられた立パイプ 3等により構成され、 立パイプ 3 の上端には、 使用者が着座するサドルが設けられている。 また、 メインパイプ 2の下側には、 クランク軸 1 3を備えたパヮ一ュニ ッ ト 1 1が装着され、 このクランク軸 1 3に取付けられたペダル アーム 7 aの先端には、 ペダル 7が軸支されている。 また、 同様 に、 メインパイプ 2下側で且つパワーュニッ ト 1 1 の前方には、 バッテリユニッ ト 8が装着されている。

更に、 このパワーュニッ ト 1 1 には、 電動モータ、 減速機、 人 カノモータ駆動力合成機構、 踏力検出手段が収納され、 ペダル 7 が接続されたクランク軸 1 3は、 合成機構に接続され、 この合成 機構の出力は、 出力歯車 （本実施例では原動スプロケッ ト） 1 7 に接続されている。 そして、 この原動スプロケッ トと、 後輪 5に 同軸に固定された従動スプロケッ ト （図示を省略） とは、 これら の両者間に掛け渡されチェーン 9により接続されている。 尚、 図 示を省略したものもあるが、 基本的には、 ハンドルに設けられた ブレーキレバー、 そして、 ブレーキ機構、 夜間走行用のライ ト等 は、 従来の自転車と同じものが用いられている。

そして、 この前輪 4は、 フロン トフォークに設けられたハンド ルによって操向される一方、 後輪 5は、 使用者がペダル 7を漕ぐ と、 通常の自転車と同様に電動自転車が人力走行する。 すなわち 、 使用者の人力によりペダル 7が漕がれると、 原動スプロケッ ト を回転駆動し、 この原動スプロケッ トの駆動力がチェーンを介し て、 後輪の従動スプロケッ トに伝達され、 後輪 5が回転駆動され て、 電動自転車が前進する。

前記バッテリユニッ ト 8には、 電動自転車の作動を開始させる メインキースィ ッチ、 複数の蓄電池等及び付属回路等が収納され ている。

前記蓄電池は、 例えば、 モータ用の 2 4 Vのように、 所定の電 圧が得られるようにしている。 そして、 この蓄電池からの電力は 、 モータ、 及びセンサや各回路等の各種機器に供給される。

また、 モータ駆動回路は、 電力用のスイッチング素子である M O S— F E T回路を主に構成され、 この F E T回路の高速スイツ チング動作によるチヨ ツバ制御により、 走行用モータに供給する 実効電圧を増減させ、 モータ出力を制御している。 また、 このス ィツチング制御は、 検出した人力や走行速度に基づいて決定され た制御回路からの指令に基づいて、 実行されている。

この制御回路は、 パワーュニッ ト 1 1 の踏力検出手段や走行速 度センサ、 外部環境センサ等からのセンサ信号が入力され、 モー タ駆動回路に制御信号を出力するマイク口コンピュータから構成 されている。 このマイクロコンピュータは、 各入力信号をデジタ ル信号に変換する A Z D変換器、 このデジタル信号をメモリ空間 に読込み Z取出す I Ζ οポート、 読込んだデータ信号に基づいて 所定の処理 ' 決定を行う c p u、 メモリ等を備えている。 従って 、 各種センサからの検出信号に基づいて、 メモリに格納されたプ ログラムに準じて処理し、 モータ駆動回路に、 デューティ設定信 号等の適切な動作指令を出力するようになっている。

従って、 使用者が、 メインキースィ ッチをオン操作すると、 バ ッテリユニッ ト 8から各搭載機器に電力が供給され、 電動モータ による人力の補助駆動が可能となる。 すなわち、 この状態で、 使 用者がペダル 7を漕ぐと、 これに応じて踏力検出手段が人力の駆 動力を検出するとともに、 速度センサが走行速度を検出し、 これ らの検出信号に基づいて制御回路がモータ駆動回路に適切な動作 指令を出力する。 この動作指令に基づき、 モータ駆動回路が、 走 行用モータに供給される駆動電力を増減して、 走行用モータの出 力を調整する。 そして、 この生成されたモータ駆動力を減速機構 により適切なトルクに変換して、 このモータ駆動力を合成機構に より人力駆動力に追加して後輪 5に伝達され、 電動自転車がモー タ動力により補助されて、 快適な前進走行するように設けられて いる。

本実施例では、 図 2〜図 5に示すように、 パワーユニッ ト 1 1 は、 3分割されたケース 1 2 ( 1 2 a， 1 2 b， 1 2 c ) 内に、 ペダルアーム 7 aが固定されたクランク軸 1 3 と、 クランク軸 1 3の外周に配置され、 クランク軸 1 3の逆回転による後進を防止 , し、 及びモータ停止時にモータ駆動系を遊転させるラチェッ ト部 を備えた人力にモータ駆動力を追加する合成機構と、 この合成機 構の動力伝達経路の途中に配設された踏力検出手段と、 人力補助 用モータと、 モータの減速装置とを収納して構成されている。 尚 、 各所には、 各軸をスムーズに回転可能に軸支するベアリ ングを 用いた転がり軸受乃至滑り軸受を設けている。

前記ケース 1 2は、 アルミ等の熱伝導特性が良好で且つ軽量な 素材を用いて形成され、 電動モータ Mを直接収納した主ケース 1 2 a と、 これらの左右両側をカバーするケース 1 2 b， 1 2 c と から構成され、 密閉できるように設けられている。 そして、 モー タ Mが作動したときには、 電動モータ作動に伴う大量の発熱は、 このケース 1 2を介して、 空気中に効率的に放出され、 モータの 安定動作を継続できるようにしている。 更に、 好ましくは、 モー タ近傍のケースにフレーム体に対する固定部を設けるとよい。 こ れにより、 前記発熱をケースを介して自転車のフレーム体へ逃が すことができる。 また、 ケース 1 2には、 進行方向に沿ったフィ ン 1 2 dを設けて、 放熱効果を高め得るようにしている。

また、 図 6に示すように、 ケース 1 2内に収納されたモータ M 及びセンサの電源ケーブル及びセンサコード （以下、 単に配線 1 0 a と称する。 ） は、 主ケース 1 2 aに設けられた単一の開口部 1 2 eから引き出されるように構成される。 本実施例では、 回路 基板 8 aに面するケースに開口部 1 2 eを形成し、 更に、 回路基 板 8 aにコネクタ 1 0 bを配置して、 前記コネクタ 1 0 bを開口 部 1 2 eに臨ませて設けている。 これにより、 組立て性や保守整 備性を向上することができるようになされている。 更に、 これら の配線 1 0 aは、 先端に設けたコネクタ 1 0 bにより他の電源部 や制御部と結合されるので、 同様に、 組立て性や保守整備性が向 上する。

更に、 本実施例では、 ケース 1 2内のモータの近傍で且つ、 減 速機構の側部にモータ駆動回路及び制御装置の回路基板 8 aを設 置し、 ケース蓋 1 2 f を装着して外部から遮断している。

本実施例の駆動力補助装置たるパワーユニッ ト 1 1は、 ペダル 7を漕いでクランク軸 1 3を回し、 これを出力歯車 1 7たる原動 スプロケッ トへ駆動伝達する人力駆動手段と、 モータ Mの駆動に よりクランク軸 1 3の回転を助力する捕助動力駆動手段、 及び、 前記補助動力駆動手段におけるパワー付与を決定するための踏力 検出手段を備えて構成される。

まず、 前記人力駆動手段を説明する。

人力駆動手段は、 概ねクランク軸 1 3の回りに配設されるもの であって、 クランク軸 1 3の外周に同軸状に配置される第 1回転 体 1 4 と、 クランク軸 1 3の外周に同軸状に遊転配置される第 2 回転体 1 5 と、 前記第 1回転体 1 4 と第 2回転体 1 5 との間に装 着され、 前記第 1回転体の回転力を第 2回転体に伝達する弾性体 1 6 と、 前記第 2回転体 1 5の回転力が伝達される出力歯車 1 7 と、 を備える。 尚、 本実施例では、 第 2回転体 1 6 と出力歯車 1 7 との間に、 筒状のつなぎ手 1 8を連結している。

そして、 前記第 1回転体 1 4は、 第 1 の一方向クラッチを備え て前記クランク軸の順方向の回転力のみが伝達される。 この第 1 の一方向クラッチは、 クランク軸 1 3に外方に突出する送りつめ 1 3 aが設けられる一方、 第 1回転体 1 4の内周には、 逆転方向 にスロープ面を有する内周歯 1 4 a力 S、 刻設されている。 従って 、 クランク軸 1 3が順方向すなわち車両を前進させる方向に回転 する場合は、 このクランク軸 1 3の送りつめ 1 3 aは、 第 1回転 体 1 4の内周歯 1 4 aに係合して、 駆動力を伝達する。 他方、 ク ランク軸 1 3が走行用モータが逆方向すなわち車両を後進させる 方向に回転する場合は、 送りつめ 1 3 aが内周歯 1 4 aのスロー プ面を乗越えて両者が係合しないので、 クランク軸 1 3が遊転す ることになり、 第 1回転体 1 4に逆回転の駆動力が伝達されず、 後輪 5は逆回転しない。

前記第 1回転体 1 4と第 2回転体 1 5は、 前述したように、 弾 性体 1 6、 本実施例ではねじりコイルバネを介して、 接続されて いる。 このねじりコイルバネは、 予め定められた寸法及び材質に より螺旋状に形成され、 所定のパネ定数が確保されるとともに、 回転角に応じたトルクを発生するパネが用いられる。

このユイルバネの端面 1 6 aはアール状に形成され、 そして、 この端面 1 6 aに対応して、 コイルパネの端面を受ける部位 1 4 e , 1 5 eが曲面形状に設けられている。 従って、 コイルパネの 端面 1 6 aは、 このコイルパネの端面を受ける部位 1 4 e， 1 5 eに対し安定して接触することができる。

更に、 本実施例では、 ねじりコイルパネの弾性変形時にパネの 姿勢を保って、 適正量以上の変形を規制する工夫が施されている 。 すなわち、 ねじりコイルパネに力が加わり弾性変形した場合、 コイルパネが理想的な変形となるように姿勢を保つとともに、 適 正量以上の変形を規制する部材が設けられている。 本実施例では 、 これらのコイルパネの変形は、 第 1及び第 2回転体 1 4， 1 5 の内周面の螺旋状の溝 1 4 b， 1 5 b、 後述する突出部 1 4 c， 1 5 c の内周、 及びクランク軸 1 3の外周によって規制される。 つまり、 第 1回転体 1 4と第 2回転体 1 5の軸方向の内部端面に は、 このねじりコイルパネに対応する螺旋状の溝部 1 4 b， 1 5 bが形成されて、 ねじりコイルパネすなわち弾性体 1 6の側部が 前記螺旋状の溝部 1 4 b， 1 5 bにより規制され、 また、 弾性体 1 6の外周部分は突出部 1 4 c， 1 5 cの内周で規制され、 更に 弾性体の内側部分はクランク軸 1 3の外周によって規制される。

従って、 後述する人力の伝達時には、 このねじりコイルパネが 弾性変形しながら、 人力駆動力を伝達するが、 コイルパネは、 或 いは螺旋状の溝部 1 4 b， 1 5 bに接触し、 或いは突出部 1 4 c , 1 5 cの内周に接触し、 或いはクランク軸 1 3の外周に接触す -るので、 パネが軸方向に転倒したり、 異形に変形することを防止 して、 あるべき形状に保持することができ、 これにより所定のバ ネ定数を確保することができる。 尚、 本実施例においては、 ねじ りコイルパネの端面を押すようにしながら、 人力駆動力を伝達す るように構成したが、 引張りながら伝達するように構成してもよ レ、。 更に、 弾性体 1 6は、 回転角に応じたトルクを発生するバネ であれば、 ねじりコイルパネに限定されず、 任意なものが用いら れ得る。

また、 本実施例において、 このねじれパネのねじれ角度は、 使 用者に違和感を与えないように、 2 0度以下、 望ましくは 1 0度 以下に設けるとよい。

このようにして、 第 1回転体 1 4に加えられた駆動トルクに応 じて、 ねじりコイルパネがバネ定数に準じた弾性変形を行いなが ら、 第 2回転体 1 5に駆動力を伝達するようにしている。 この結 果、 このトルクに応じて、 差動する両回転体の回転角度量を、 後 述する踏力検出手段 3 0により検出して、 踏力を検出することが できる。 すなわち、 これらの第 1及び第 2回転体 1 4， 1 5の外 周には、 それぞれ、 異なる径の第 1及び第 2回転部材 3 1 , 3 2 が固着されており、 踏力検出手段 3 0の入力歯車 4 1， 4 2に嚙 合されている。 尚、 本実施例では、 第 1及び第 2回転部材 3 1， 3 2は歯車である。 また、 第 1及び第 2回転体 1 4， 1 5の対向部位には、 周状に 所定間隔を設けて、 突出部 1 4 c， 1 5 cが設けられており、 踏 力が小さくて弾性体 1 6の非トルク時には、 互いに所定のク リァ ランス Lが確保されている。 従って、 人力等 ίこよる過大な駆動力 が加わった場合には、 直接、 突出部 1 4 c， 1 5 cの側部同士が 当接して、 接続され、 ねじり コイルパネの破壊を防止するように 設けられている。

この第 2回転体 1 5は、 前述したように、 筒状のつなぎ手 1 8 と連結している。 もっとも、 第 2回転体 1 5 とつなぎ手 1 8は、 本実施例の場合別部材によ り構成されているが、 一体に形成して もよい。

尚、 本実施例では、 第 1及び第 2回転部材 3 1， 3 2は図示の ように歯車を用いている。 もっとも、 この第 1及び第 2回転部材 3 1 , 3 2は歯車に限らず、 回転を伝達できるローラ等、 任意の 回転部材が適用可能である。

次に、 前記補助動力駆動手段について説明する。

この補助動力駆動手段は、 モータ Mと、 モータの駆動力を減速 する減速歯車列と、 前記クランク軸 1 3の外周に同軸状に遊転配 置され、 その外周歯で前記減速歯車の最終歯車と嚙合し、 且つ、 内周に第 2の一方向クラツチを備えて前記最終歯車の順方向の回 転力のみを前記第 2回転体 1 5へ伝達する第 3回転体と、 を備え このモータ Mは、 モータ軸 2 1 にキーによ り固定接続される、 磁石を有するロータ ' コア 2 2 と、 この外周に配設され、 直接に ケース 1 2 aに固定されたステータ · コア 2 3 とから構成されて いる。 前記ステータ ' コア 2 3は、 図 4に示すように、 ステ一タ • コア 2 3のポール 2 3 aの放射方向の端部を、 モータ軸と平行 なボルト 2 4でケースの奥部に固定している。 つまり、 このステ —タ · コア 2 3を通る磁力線の位置を考慮し、 当該磁力線の磁束 密度が低い部分を、 ボルト 2 4でケースに結合することによって 、 ボルト孔ゃボルトを設けることにより磁束を阻害する等の悪影 響を最小限にすることができ、 これによりモータ性能が低下する ことを防止できる。 また、 専用のモータケースを不要にしている ので、 コンパク ト化を図ることができる。

前記減速歯車列は、 モータ Mのモータ軸 2 1上に固定された第 1歯車ユニッ ト 2 5 と、 この第 1歯車ユニッ トに順次、 嚙合され ている第 2， 3歯車ユニッ ト 2 6， 2 7から構成され、 それぞれ 、 小径のはすば歯車が、 大径のはすば歯車に嚙合されて駆動する ように構成され、 高速回転に対応し且つ所定の減速比が得られる ようになされている。

本実施例では、 前記減速歯車列の各歯車の中心が、 モータ Mと クランク軸を結ぶ仮想線及びモータの外径を各辺とする、 図 5に 一点鎖線で示す仮想略四角形内に配置されている。 更に、 減速歯 車を互い違いに配列して構成されている。 このように配置される 場合は、 補助動力駆動手段のコンパク ト化が図られ得る。

また、 第 3回転体 2 8は、 減速歯車の第 3歯車ュニッ ト 2 7に 嚙合し、 そして、 第 2回転体 1 5の外周に配設されるともに、 そ の内周には、 順方向にスロープ面を有する内周歯 2 8 aが刻設さ れている。

他方、 第 2回転体 1 5には、 外方に突出する送りつめ 1 5 dが 設けられており、 従って、 前記内周歯 2 8 aは、 第 3回転体 2 8 が順方向に回転した時のみ、 第 2回転体 1 5の外周の送りつめ 1 5 d と係合するように設けられている。

従って、 人力により クランク軸 1 3が順方向に回転駆動され、 走行速度条件等によりモータ駆動が停止されている場合は、 第 3 回転体 2 8が遊転して、 モータ駆動系に人力駆動力が伝達されさ れないように設けられている。

前記補助動力駆動手段は、 上述のように構成されているので、 電動モータから得られた出力を、 機械式減速機構により適切なト ルク Z回転数に変換し、 この駆動力を、 効率的に合成機構に伝達 でき、 人力を補助して後輪 5を回転駆動することができる。

次に、 踏力検出手段 3 0を図示の実施例に基づいて説明する。 本実施例において、 踏力検出手段 3 0は、 上述したねじりコィ ルバネを介して接続された第 1， 第 2回転体 1 4， 1 5の回転差 から、 人力トルクを判定するものである。 この踏力検出手段 3 0 は、 図 9乃至図 1 1に示すように、 基本的には、 差動歯車機構を 設けて構成され、 この差動歯車機構の二つの軸に前記第 1及び第 2回転体 1 4， 1 5を連係するとともに、 当該差動歯車機構の第 3軸 （出力軸 3 7 ) をセンサに連係している。 ここで、 差動歯車 機構は、 J I S規格に定められているように、 二つの軸に駆動を 与えたとき、 第 3の軸がそれらの作用を同時に受けて回転するよ うな歯車装置で、 遊星歯車装置が用いられるものであり、 差動を 目的とするものには、 太陽歯車、 遊星歯車を傘歯車にしたものが 多い、 とされている。 本実施例においても、 後述するように、 差 動歯車機構に傘歯車を用いている。

すなわち、 踏力検出手段 3 0は、 前記第 1回転体 1 4の外周に 固着した第 1回転部材 （実施例では歯車） 3 1 と、 前記第 2回転 体 1 5の外周に固着した第 2回転部材 （実施例では歯車） 3 2と 、 前記第 1及び第 2回転部材にそれぞれ連係する一対の傘歯車 3 3， 3 4と、 前記一対の傘歯車の間に嚙合装着される複数の傘歯 車 3 5， 3 5と、 前記傘歯車を軸支する支持軸 3 6が固定される 、 該支持軸と直交する出力軸 3 7 と、 前記出力軸に接続するセン サ 3 8 と、 を備えて構成される。

本実施例では、 差動歯車機構の第 3の軸たる出力軸 3 7は、 円 弧状に形成されるとともに互いに平行に配設されたフレーム 3 9 ， 3 9間に、 軸支されており、 この出力軸 3 7には、 第 1入力歯 車 4 1が回転可能に遊嵌され、 また、 支持軸 3 6は該出力軸 3 7 と同行回転する。

前記第 1及び第 2入力歯車 4 1 ， 4 2は、 それぞれ傘歯車 3 3 ， 3 4を固着し、 前述したように、 これらの傘歯車 3 3， 3 4の 間には傘歯車 3 5， 3 5を嚙合装着している _ό

また、 前記第 1及び第 2入力歯車 4 1 ， 4 2は、 それぞれ径の 異なる前記第 1回転部材 3 1及び第 2回転部材 3 2と連係してい る。 そして、 第 2入力歯車 4 2は、 直接、 第 2回転部材 3 2と嚙 合しているが、 第 1入力歯車 4 1は、 小径の逆転歯車 4 3を介し て、 第 1回転部材 3 1 と嚙合している。 これは、 傘歯車 3 3， 3 4が同一回転数で且つ異なる方向に回転することが必要であるた め、 一方で、 同方向に回転する第 1回転部材 3 1及び第 2回転部 材 3 2のどちらかを反転させ、 他方で、 このように反転させるた めに逆転歯車を介在させるので、 この逆転歯車を介在させるため のスペースを必要として、 前記第 1回転部材 3 1及び第 2回転部 材 3 2の径を異ならしめているものである。

加えて、 前記第 1回転部材 3 1及び第 2回転部材 3 2、 第 1及 び第 2入力歯車 4 1 ， 4 2と逆転歯車 4 3の歯車列において、 第 1回転部材 3 1及び第 2回転部材 3 2の回転が増幅されて第 1及 び第 2入力歯車 4 1 ， 4 2に入力されるように歯数を設定してい る。 更に、 出力軸 3 7は、 回転を増幅する歯車 4 4を介在させて 、 センサ 3 8 (本実施例ではポテンショメータ） の検出歯車 4 5 に連係させている。

このように、 第 1及び第 2回転体 1 4， 1 5から前記差動歯車 機構までの間と、 前記差動歯車機構から前記センサ 3 8までの間 の一方、 又は本実施例のような双方に、 回転を機械的に増幅する 機構が付加されている場合は、 センサにて電気信号に変換する際 、 当該センサに入力される絶対量が大きい方がより正確な電気信 号が得られる。

前記ねじれコイルバネにより生じた、 人力によるトルク分に応 じた第 1回転体 1 4及び第 2回転体 1 5の進角差は、 嚙合連係す る傘歯車 3 5が出力軸 3 7の回りを回転移動するので、 出力軸 3 7が進角差に応じた回転角度に回転することになる。 すなわち、 これらの第 1回転体 1 4及び第 2回転体 1 5の回転速度が互いに 等しい場合には、 傘歯車 3 5は、 その出力軸の角度位置のまま回 転し続けるのに対して、 異なる場合には、 相対的に一方が停止し 、 他方が回転するとみなすことができ、 この回転差に応じて傘歯 車 3 5が、 出力軸 3 7の回りを回転移動することになり、 傘歯車 3 5の支持軸 3 6が回転差分だけの角度に回転される。 そして、 この角度を、 歯車 4 4によりポテンショメータの歯車 4 5に増速 伝達し、 ポテンショメータで検出することにより、 人力による駆 動トルクを正確に計測することができる。

尚、 前記差動歯車機構には、 前述した傘歯車に代えて、 遊星歯 車を用いてよいことは勿論である。

また、 ポテンショメータの検出軸の中間には、 側方に突設され たアーム部材 4 6が設けられており、 アーム部材 4 6には、 他端 がフレームに固定された付勢スプリ ング 4 7の一端が接続される とともに、 このアーム部材 4 6に当接するス トッパ部材 4 8が設 けられている。 従って、 この付勢スプリ ング 4 7により、 常時、 ポテンショメータの検出軸は、 一方向に付勢されて、 ス トッパ部 材 4 8により掛止されているので、 ポテンショメータのゼロ点補 正を確実に確保できると ともに、 各歯車のガタツキを防止するこ とができ、 十分な人力 トルクの計測精度を確保することができる 更に、 踏力検出手段の他の実施例について説明する。 本実施例 の踏力検出手段は、 エンコーダを用いて、 第 1回転体 1 4及び第 2回転体 1 5の回転数をカウントし、 このカウント数差から人力 トルクを判定するようにしている。

すなわち、 図 1 2に示すよ うに、 第 1回転体 1 4及び第 2回転 体 1 5の外周に、 周状に所定のスリ ッ トを有する円盤状の検出円 板 （第 1及び第 2回転部材 3 1， 3 2 ) を設けるとともに、 それ ぞれの検出円板を挟んで設けられた、 発光ダイォードとフォ ト ト ランジスタを備えたフォ トィンタラプタ方式の回転検出センサ 3 8 とから構成されている。 従って、 人力駆動力を伝達して両第 1 ， 2回転体 1 4， 1 5が回転する場合に、 それぞれのエンコーダ を通過するスリ ッ トの数をカウントし、 このカウント数差から人 力 トルクを計測するようにしている。 すなわち、 各回転体 1 4， 1 5の回転に伴ない、 それぞれの検出円板が回転し、 各検出円板 のスリ ッ トを通過して、 それぞれの発光ダイオードからの発光が

、 フォ ト トランジスタに到達すると、 フォ ト トランジスタから検 出信号が出力されるので、 このカウント数の差から、 両第 1及び 第 2回転体 1 4， 1 5の回転差、 すなわち、 ねじれパネのバネ定 数を加味して人力トルクを判定することができる。

従って、 各第 1及び第 2回転体 1 4， 1 5に設けられた検出円 板の回転に伴ない、 回転移動するスリ ッ トをカウントするェンコ ーダなので、 アナログ · デジタル変換器等が不要となり、 回路構 成が簡素化できる。 また、 エンコーダのカウント差から人力 トル クを検出しているから、 停止状態からでも人力 ドルクを検出する ことができる。

また、 一般的な近接センサを用いて、 構成することもできる。 すなわち、 例えば、 周方向に、 N · S極が交互に着磁された検出 円板と、 この検出円板の近傍に、 ホール素子を用いた磁気センサ を設けた構成とすることもできる。 従って、 各第 1及び第 2回転 体 1 4， 1 5が僅かに回転しても、 回転パルス信号が得ることが でき、 回転速度をカウントすることができる。

また、 本実施例の構成を用いて、 電動自転車の走行速度を検出 する速度センサを兼用させることもできる。 すなわち、 どちらか 一方の回転体 1 4， 1 5の計測出力により、 人力駆動時の走行速 度を判定することができる。

次に、 このような電動自転車のパワーュニッ ト 1 1 における駆 動力の伝達動作を説明する。

まず、 人力による駆動力の伝達動作を説明し、 次に、 この人力 を補助するモータ駆動力の伝達動作を説明する。

使用者が、 前進方向にペダル 7を漕ぐと、 クランク軸 1 3が順 方向に回転し、 この人力による回転駆動力は、 クランク軸 1 3 と 第 1回転体 1 4間のラチエツ ト （第 1の一方向クラッチ） を介し て、 第 1回転体 1 4に伝達され、 第 1回転体 1 4が順回転する。 尚、 この際、 使用者が、 後進方向にペダル 7を漕ぐと、 クランク 軸 1 3は逆方向に回転するが、 クランク軸 1 3の送りつめ 1 3 a 力 第 1回転体 1 4に係合しないので、 第 1回転体 1 4は回転駆 動されない。

次に、 第 1回転体 1 4が回転すると、 ねじり コイルバネ （弾性 体 1 6 ) を介して、 第 2回転体 1 5が回転駆動される。 この際、 この両者間に生じる トルク分のねじれパネの弾性ねじれにより遅 れた進角差を、 踏力検出 段 3 0によ り検出し、 この踏力と走行 速度等に基づいてモータの補助駆動力を決定している。

更に、 この第 2回転体 1 5は、 結合されているつなぎ手 1 8を 回転駆動し、 このつなぎ手 1 8に結合されている原動スプロケッ ト （出力歯車 1 7 ) を回転駆動する。 この際、 第 2回転体 1 5の 外周に配設された第 3回転体 2 8は、 両者間のラチエツ ト （第 2 の一方向クラッチ） が係合しないので、 第 3回転体 2 8を介して モータ駆動系に、 人力駆動力が伝達されない。

最後に、 この原動スプロケッ ト （出力歯車 1 7 ) に接続された チェーン 9を介して後輪 5が回転駆動され、 電動自転車が前進走 行する。

そして、 このように人力が加えられると ともに、 踏力と走行速 度が規定の補助範囲内の場合には、 この走行速度及び人力駆動力 等に基づき、 制御部から所定の指令が出力され、 モータ Mが作動 して、 人力補助動作が行われる。

すなわち、 モータ Mが回転し、 このモータ駆動力が減速歯車列 を介して、 第 3回転体 2 8に伝達され、 この間、 適切な回転数 トルクに変換される。 そして、 この第 3回転体 2 8の内周歯 2 8 aが、 第 2回転体 1 5の送りつめ 1 5 dに係合して、 減速された モータ駆動力が第 2回転体 1 5に伝達され、 人力駆動力にモータ 駆動力が追加補助される。 そして、 この状態は、 人力駆動が停止 されたり、 走行速度が所定範囲を越えるまで継続される。

以下において、 本実施例における好ましい実施の態様を説明す る。

前記補助動力駆動手段のモータ Mと前記踏力検出手段 3 0を一 方の側に、 また、 前記補助動力駆動手段の減速歯車列を他方の側 に、 配置している。 更に、 前述したように、 本実施例では、 前記 減速歯車列の各歯車の中心が、 モータ Mとクランク軸を結ぶ仮想 線及びモータの外径を各辺とする仮想四角形内に配置されており 、 また、 減速歯車を互い違いに配列して構成されている。 このよ うに配置されることによ り、 部材のバランス等を考慮した適正配 置が図られ、 これにより補助動力駆動手段のコンパク ト化を図る ことができる。

前記踏力検出手段のセンサは、 ケース内の前記クランク軸 1 3 の外周に配置され、 その位置は、 装置のフレーム体への取付けに 応じて外力の加わりにくい位置とすることが好ましい。 すなわち 、 センサは精密部品であり、 自転車の転倒等、 外力が加えられて も影響のない、 例えばメインパイプや立パイプ近傍方向に配置す ることが望ましい。

また、 前述したように、 前記ケース 1 2は、 3つの部分からな る分割ケース 1 2 a， 1 2 b， 1 2 cを 1つに組み合わせて形成 されているが、 本実施例の場合は、 ケース 1 2の最大幅を、 一般 の自転車と同等なペダルアームの間隔、 すなわち 1 2 O m m以下 に設定することが可能であることを確認している。 これも、 本実 施例の駆動力補助装置がコンパク ト化できた結果である。

また、 前記ケース 1 2に 1 つの配線取出口 （開口部 1 2 e ) を 形成し、 前記モータ及びセンサからの配線 1 0 aを、 前記配線取 出口より引き出すようにしたので、 配線の管理が簡易になされ得 る。

これらのモータ側の回路群は、 バッテリュニッ トに設けられた コネクタに、 直接に接続される外部接続コネクタを介して接続さ れている。 従って、 ケ一プルレスで接続できるので、 コンパク ト 化と取扱いの容易化が図られる。

また、 図 1 4に示すように、 モータ M及び制御装置の回路基板 は、 立パイプ 3 bの上方側に向いて配置することもできる。 これ も、 本実施例のパワーュニッ ト 1 1力 コンパク ト化して長さや 幅を小さくすることができることに依るものである。

また、 図 1 5及び図 1 6に示すように、 モータ M及びセンサか らの配線 1 0 a と、 制御装置の回路基板 8 a とを、 コネクタ 1 0 bを介して接続したり、 モータ M、 前記センサ及び制御装置の回 路基板 8 aをケース内に配置するとともに、 これらからの配線 1 O aを、 コネクタ 1 0 bを介してケース外に配置した電源に接続 したり、 更には、 モータ M及ぴ制御装置の回路基板 8 aを、 ケ一 ス内の進行方向側の前面に配置し、 或いは、 メインパイプ 3 aに 電源を配置し、 進行方向側前方のケース又はケース上方に設けた コネクタ 1 O bで前記電池と制御装置の回路基板 8 a とを接続す る等、 適宜の態様を採ることができるものである。

以上説明した本実施例によれば、 電動モータは、 車体の前後方 向に沿って配置することなく、 左右方向に向く クランク軸と平行 に設けることができるので、 従来のような、 電動モータの回転を クランク軸の方向へ変換することが必要で従って変換機構を設け て減速機構等が複雑化し且つ大型化する不都合を、 回避すること ができる。

また、 人力の駆動力を軸のねじれに現わしてこれを検出する前 記従来のものは、 トルクによるねじれ変位量が微小なので、 十分 な測定精度を確保するためには、 軸の長手方向にある程度の長さ が必要になり、 従って、 大型化する傾向にあつたが、 本実施例に よれば、 第 1及び第 2回転体の内部にねじり コイルパネを装着す るものであるため、 軸の長手方向の長さが短くても、 適当なねじ れ変位量を得ることができ、 十分な測定精度を確保することがで きる。

更に、 前記従来のものは、 前記検出が、 人力駆動力の加わると ころで行われるため、 その人力駆動力の大きな力に耐えられる構 造を必要と して、 勢い装置自体が大型化且つ大重量化する不都合 があったが、 本実施例によれば、 人力駆動力の加わる箇所とは別 のところで回転差を検出する構成であるため、 例えば樹脂製で小 型軽量の歯車を使用することができる等、 装置の小型、 軽量、 低 廉化を図ることができる。

また、 人力駆動力を検出する踏力検出手段がケース内に収納さ れているので、 風雨等の外部自然環境からの影響や、 車両走行時 に生じる砂塵や泥土の影響を直接に被ることがなく、 誤検出等の 信頼性を損うことや装置寿命の低下するおそれを回避することが できる。

尚、 本実施例において、 本発明を自転車に応用した場合を例に 採って説明したが、 ボート等の他の人力を用いて駆動する軽車両 にも適宜適用することもできるものである。 産業上の利用可能性

本発明は、 電動自転車等の陸上軽車両の、 また、 ボート等の海上 軽車両の、 駆動力補助装置に適している。

Claims

請求の範囲

1 . 人力駆動力とモータ駆動力を合成する駆動力補助装置に おいて、

人力駆動手段、 補助動力駆動手段、 及び、 踏力検出手段を具備 し、

前記人力駆動手段は、 踏力が伝達されるクランク軸の外周に、 第 1及び第 2回転体を有する駆動力伝達機構を設けて構成され、 前記駆動力伝達機構は、 第 1の一方向クラッチと、 人力駆動力を 伝達する弾性体と、 を備え、

前記補助動力駆動手段は、 モータ及び減速機構を設けて構成さ れ、 更に、 前記モータからの駆動力を、 第 2の一方向クラッチを 介して、 前記クランク軸外周にて前記駆動力伝達機構に合成し、 前記踏力検出手段は、 前記弾性体の駆動力伝達経路の前後に介 在させた第 1及び第 2回転体の回転差をセンサで検出する構成で あること、

を特徴とする駆動力補助装置。

2 . 前記補助動力駆動手段の減速機構は、 減速歯車を互い違 いに配列して構成されることを特徴とする請求項 1記載の駆動力 補助装置。

3 . 前記減速歯車列の各歯車の中心が、 前記モータとクラン ク軸を結ぶ仮想線及びモータの外径を各辺とする仮想四角形内に 配置されていることを特徴とする請求項 2記載の駆動力補助装置

4 . 前記踏力検出手段は、 差動歯車機構を設けて構成され、 この差動歯車機構の二つの軸に前記第 1及び第 2回転体を連係す るとともに、 当該差動歯車機構の第 3軸をセンサに連係したこと を特徴とする請求項 1記載の駆動力補助装置。

5 . 前記第 1及び第 2回転体から前記差動歯車機構までの間 と、 前記差動歯車機構から前記センサまでの間の一方又は双方に 、 回転を機械的に増幅する機構が付加されていることを特徴とす る請求項 4記載の駆動力補助装置。

6 . 前記差動歯車機構に遊星歯車が用いられていることを特 徴とする請求項 4記載の駆動力補助装置。

7 . 前記踏力検出手段は、 そのセンサにエンコーダを用い、 このエンコーダで前記第 1及び第 2回転体の回転数をカウントし 、 このカウント数差から人力トルクを判定するものであることを 特徴とする請求項 1記載の駆動力補助装置。

8 . 人力駆動力とモータ駆動力を合成する駆動力補助装置に おいて、

人力駆動手段、 補助動力駆動手段、 及び、 踏力検出手段を具備 し、

前記人力駆動手段は、

前記クランク軸の外周に同軸状に配置され、 第 1の一方向ク ラツチを備えて前記クランク軸の順方向の回転力のみが伝達され る第 1回転体と、

前記クランク軸の外周に同軸状に遊転配置される第 2回転体 と、

前記第 1回転体と第 2回転体との間に装着され、 前記第 1回 転体の回転力を第 2回転体に伝達する弾性体と、

前記第 2回転体の回転力が伝達される出力歯車と、 を備え、 前記補助動力駆動手段は、

モータと、

前記モータの駆動力を減速する減速歯車列と、

前記クランク軸の外周に同軸状に遊転配置され、 外周歯で前 記減速歯車の最終歯車と嚙合し、 且つ、 内周に第 2の一方向クラ ツチを備えて前記最終歯車の順方向の回転力のみを前記第 2回転 体へ伝達する第 3回転体と、 を備え、

前記踏力検出手段は、

前記第 1回転体の外周に固着した第 1回転部材と、

前記第 2回転体の外周に固着した第 2回転部材と、

前記第 1及び第 2回転部材にそれぞれ連係する一対の第 1及 び第 2傘歯車と、

前記一対の第 1及び第 2傘歯車の間に嚙合装着される第 3傘 歯車と、

前記第 3傘歯車を軸支する支持軸の、 前記一対の第 1及び第 2傘歯車に対する回動変化を、 当該第 1及び第 2傘歯車の相互の 差動として取り出す出力軸と、

前記出力軸に接続するセンサと、 を備え、

たことを特徴とする駆動力補助装置。

9 . 人力駆動手段、 補助動力駆動手段又は踏力検出手段のい ずれかに速度検出手段が設けられていることを特徴とする請求項

1又は 8記載の駆動力補助装置。

1 0 . 前記人力駆動手段、 補助動力駆動手段、 及び、 踏カ検 出手段は、 ケース内に収納されていることを特徴とする請求項 1 又は 8記載の駆動力補助装置。

1 1 . 前記ケースには、 進行方向に沿ったフィ ンを設けてあ ることを特徴とする請求項 1 0記載の駆動力補助装置。

1 2 . 前記弾性体がねじりコイルバネであることを特徴とす る請求項 1又は 8記載の駆動力補助装置。

1 3 . 前記弾性体がねじり コイルパネであって、 このコイル パネの端面をアール状に形成するとともに、 コイルパネの変形を 規制する部材が設けられていることを特徴とする請求項 1又は 8 記載の駆動力補助装置。

1 4 . 前記コイルパネの端面を受ける部位が前記第 1及び第 2回転体にそれぞれ設けられており、 更に前記コイルパネの端面 を受ける部位が曲面形状に設けられていることを特徴とする請求 項 1 3記載の駆動力補助装置。

1 5 . 前記ねじりコイルパネのねじれ角度が 2 0度以下、 好 ましくは 1 0度以下であって、 このねじれ角度を越えると、 前記 第 1及び第 2回転体にそれぞれ設けられている突出部の側部同士 が当接することを特徴とする請求項 1 3記載の駆動力補助装置。

1 6 , 前記補助動力駆動手段のモータと前記踏力検出手段を 一方の側に、 また、 前記補助動力駆動手段の歯車列を他方の側に 、 配置したことを特徴とする請求項 1又は 8記載の駆動力補助装

1 7 . 前記補助動力駆動手段のモータは、 そのステータ · コ ァのポールの放射方向の端部をケースに固定したことを特徴とす る請求項 1又は 8記載の駆動力補助装置。

1 8 . 前記踏力検出手段のセンサは、 前記第 1及び第 2回転 体の外周に配置されていることを特徴とする請求項 1又は 8記載 の駆動力補助装置。

1 9 . 前記ケースは、 少なく とも 3つの部分以上からなる分 割ケースを 1つに組み合わせて形成されることを特徴とする請求 項 1 0記載の駆動力補助装置。

' 2 0 . 前記ケースの最大幅を、 一般の自転車のペダルアーム の間隔以下に設定したことを特徴とする請求項 1 0記載の駆動力 補助装置。

2 1 · 前記ケースに 1 つの配線取出口を形成し、 前記モータ 及びセンサからの配線を、 前記配線取出口より引き出すようにし たことを特徴とする請求項 1 0記載の駆動力補助装置。

2 2 . 前記モータ及びセンサからの配線を、 モータ駆動回路 及び制御装置の回路基板とコネクタで接続し、 前記回路基板と電 源部とをコネクタで接続したことを特徴とする請求項 1 0記載の 駆動力補助装置。

2 3 . 前記モータ、 前記センサ及び制御装置の回路基板をケ ース内に配置するとともに、 これらからの配線を、 コネクタを介 してケース外に配置した電源部に接続したことを特徴とする請求 項 1 0記載の駆動力補助装置。

2 4 . 前記電源部をメインパイプに配置するとともに、 前記 モータを前記電源部に対向させて前記ケースを配置し、 前記回路 基板からの配線を、 コネクタを介して前記電源部に接続したこと を特徴とする請求項 2 3記載の駆動力補助装置。

2 5 . 前記電源部を立パイプに配置するとともに、 前記モー タを前記電源部に対向させて前記ケースを配置し、 前記回路基板 からの配線を、 コネクタを介して前記電源部に接続したことを特 徴とする請求項 2 3記載の駆動力補助装置。

2 6 . 前記モータ及び制御装置の回路基板は、 ケース設置時 において進行方向側の前面、 上面又は後面に配置したことを特徴 とする請求項 1 0記載の駆動力補助装置。

2 7 . 前記モータ駆動回路及び制御装置の回路基板は、 前記 モータの近傍で且つ、 減速機構の側部に配置したことを特徴とす る請求項 1 0記載の駆動力補助装置。

2 8 . 前記回路基板に面するケースに開口部を形成し、 更に 、 前記回路基板にコネクタを配置して、 前記コネクタを前記開口 部に臨ませて設けたことを特徴とする請求項 2 7記載の駆動力補 助装置。

2 9 . メインパイプに電源を配置し、 進行方向側前方のケー ス又はケース上方に設けたコネクタで前記電源と制御装置の回路 基板とを接続したことを特徴とする請求項 1 0記載の駆動力補助