JPH08142973A - 電動機付自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】トルクを検出しなくても電動モータを制御して
駆動輪の回転を補助することができる電動機付自転車を
提供する。 【構成】一対の入力軸5a,5b に設けられた駆動歯車6a,6
b と、駆動歯車6a,6b に螺合されるピニオン7a,7b と、
ピニオン7a,7b を回転可能に支持し、かつ、車輪17を回
転させるリングギア9 とから構成される差動歯車装置4
と、一方の入力軸5aに接続され、人力により一方の入力
軸5aを回転させる踏み込みペダル1 、回転軸2 、伝達ギ
ア3 、駆動ギア10、伝達チェーン11と、他方の入力軸5a
を回転させる電動モータ15と、一対の入力軸5a,5b の回
転数をそれぞれ検出する第1,2 の回転検出センサ21,22
と、第1,2 の回転数検出センサ21,22 からの検出信号に
基づいて一対の入力軸5a,5b のそれぞれの回転数を検出
し、他方の入力軸5bの回転数が一方の入力軸5aの回転数
と等しくなるように電動モータ15を制御するモータ制御
装置23とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電動モータによって車輪
が駆動される電動機付自転車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、人が自転車のペダルを踏み込んで
車輪を回転させるとき、その車輪の回転を電動モータに
よって補助する電動機付自転車が特開平４−１００７９
０号公報に提案されている。この電動機付自転車は、人
がペダルを踏み込んで車輪を回転させるときの負荷を検
出し、検出した負荷に応じて電動モータを制御するもの
である。そのため、自転車の坂道走行や急加速等の走行
条件が変化しても、人には常に快適な乗り心地を提供す
ることが可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、人がペダル
を踏み込んで車輪を回転させるときの負荷はトルクを検
出することによって行っている。つまり、トルクを検出
するセンサからの検出信号に基づいてコントローラが電
動モータを制御して車輪の回転を補助している。

【０００４】このトルクを検出するセンサとして、歪み
ゲージや磁気と電流を利用した磁気歪み方式等がある。
即ち、この両者のセンサを回転軸に取り付け、回転軸の
変形量を検出する。しかしながら、回転軸の変形量が微
小なため、この両者のセンサを利用した場合、高精度で
測定することが難しいという問題がある。

【０００５】そのため、歪みゲージを利用することが考
えられるが、回転軸を細くして変形量を大きくしないと
有効な信号を得ることができない。そのため、小型化を
図ることはできるが、自転車の信頼性が問題になってく
る。

【０００６】又、磁気歪み方式は構造が複雑でコストが
高いという問題がある。更に、組立誤差によって出力特
性が変動するため、製造が大変面倒であるという問題が
ある。

【０００７】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、第１の目的は、トルクを検出しなく
ても電動モータを制御して駆動輪の回転を補助する電動
機付自転車を提供することにある。

【０００８】第２の目的は、簡単な構成によって電動モ
ータを制御して駆動輪の回転を補助する電動機付自転車
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１記載の発明によれば、一対の入力軸に設け
られた駆動歯車と、前記駆動歯車に噛合されるピニオン
と、前記ピニオンを回転可能に支持し、かつ、駆動輪を
回転させるリングギアとから構成される差動歯車装置
と、前記一方の入力軸に接続され、人力により一方の入
力軸を回転させる駆動機構と、前記他方の入力軸を回転
させる電動モータと、前記一対の入力軸の回転数をそれ
ぞれ検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段か
らの検出信号に基づいて一方の入力軸の回転数を検出
し、その一方の入力軸の回転数に基づいて他方の入力軸
の回転数が回転数検出手段からの検出信号に基づいて所
望の回転数となるように電動モータを制御するモータ制
御手段とを備えたことをその要旨とする。

【００１０】請求項２記載の発明によれば、一対の入力
軸に設けられた駆動歯車と、前記駆動歯車に噛合される
ピニオンと、前記ピニオンを回転可能に支持し、かつ、
駆動輪を回転させるリングギアとから構成される差動歯
車装置と、前記一方の入力軸に接続され、人力により一
方の入力軸を回転させる駆動機構と、前記他方の入力軸
を回転させる電動モータと、前記一対の入力軸の回転数
をそれぞれ検出する回転数検出手段と、前記回転数検出
手段からの検出信号に基づいて一対の入力軸のそれぞれ
の回転数を検出し、他方の入力軸の回転数が一方の入力
軸の回転数と等しくなるように電動モータを制御するモ
ータ制御手段とを備えたことをその要旨とする。

【００１１】請求項３記載の発明によれば、一対の入力
軸に設けられた駆動歯車と、前記駆動歯車に噛合される
ピニオンと、前記ピニオンを回転可能に支持し、かつ、
駆動輪を回転させるリングギアとから構成される差動歯
車装置と、前記一方の入力軸に接続され、人力により一
方の入力軸を回転させる駆動機構と、前記他方の入力軸
を回転させる電動モータと、前記電動モータを駆動させ
るバッテリと、前記電動モータと他方の入力軸とを接続
し、一方の入力軸の回転により他方の入力軸の負荷が増
加すると抵抗値が低下する通電部材とを備えた電動機付
自転車であって、前記バッテリーの一方の電極を電動モ
ータに接続し、該バッテリーの他方の電極を通電部材を
介して電動モータに接続したことをその要旨とする。

【００１２】請求項４記載の発明によれば、一対の入力
軸に設けられた駆動歯車と、前記駆動歯車に噛合される
ピニオンと、前記ピニオンを回転可能に支持し、かつ、
駆動輪を回転させるリングギアとから構成される差動歯
車装置と、前記一方の入力軸に接続され、人力により一
方の入力軸を回転させる駆動機構と、前記他方の入力軸
を回転させる電動モータと、前記駆動機構によって一方
の入力軸を回転させることにより回転する差動歯車装置
の回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出
手段からの検出信号に基づいて差動歯車装置の回転数を
検出し、差動歯車装置の回転数に基づいて一方の入力軸
の回転数を演算し、一方の入力軸の回転数に対して他方
の入力軸が所望の回転数となるように電動モータを制御
するモータ制御手段とを備えたことをその要旨とする。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明によれば、人力により駆動
機構を動作させると、差動歯車装置の一方の入力軸が回
転する。一方の入力軸の回転数を検出する回転数検出手
段からの検出信号に基づいてモータ制御手段は一方の入
力軸の回転数を演算する。モータ制御手段は他方の入力
軸が回転検出手段からの検出信号に基づいて一方の入力
軸の回転数に対して所望の回転数となるように電動モー
タを制御する。一方及び他方の入力軸が回転することに
より、差動歯車装置のリングギアが回転して駆動輪が回
転する。又、他方の入力軸の回転数を一方の入力軸の回
転数に対して変化させることにより、人力によって駆動
機構を介して一方の入力軸を回転させるフィーリングを
変化させることが可能となる。

【００１４】従って、人力によるトルク負荷を検出する
ことなく、電動モータを制御して駆動輪を回転させるこ
とが可能となる。請求項２記載の発明によれば、人力に
より駆動機構を動作させると、差動歯車装置の一方の入
力軸が回転する。一方の入力軸の回転数を検出する回転
数検出手段からの検出信号に基づいてモータ制御手段は
一方の入力軸の回転数を演算する。モータ制御手段は回
転数検出手段からの検出信号に基づいて他方の入力軸が
一方の入力軸の回転数と等しくなるように電動モータを
制御する。一方及び他方の入力軸が同じ回転数にて回転
することにより、差動歯車装置のピニオンが回転するこ
となくリングギアが回転して駆動輪が回転する。

【００１５】従って、人力によるトルク負荷を検出する
ことなく、電動モータを制御して駆動輪を回転させるこ
とが可能となる。又、他方の入力軸の回転数を一方の入
力軸の回転数と常に等しくするように電動モータを制御
するので、人は半分の力で駆動輪を回転させることが可
能となる。

【００１６】請求項３記載の発明によれば、人力により
駆動機構を動作させると、差動歯車装置を介して一方の
入力軸が回転する。この一方の入力軸の回転により他方
の入力軸の負荷が増加する。そのため、電動モータと他
方の入力軸とを接続する通電部材の抵抗値がその負荷の
大きさに応じて低下する。又、バッテリーの他方の電極
が通電部材を介して電動モータに接続されているため、
この通電部材の抵抗値の低下により電動モータに電流が
流れ始め、電動モータが回転して他方の入力軸も回転す
る。そのため、リングギアが回転して駆動輪が回転す
る。

【００１７】従って、人力により駆動機構を動作させて
一方の入力軸を回転させ、他方の入力軸の負荷が増加す
ると通電部材の抵抗値が低下して電動モータに電流が流
れ、他方の入力軸を回転させることができる。そのた
め、一方の入力軸の負荷の変化に応じて通電部材の抵抗
値が変化することにより、電動モータの回転数が変化し
て他方の入力軸の回転数を変化させることができる。

【００１８】請求項４記載の発明によれば、人力により
駆動機構を動作させると、差動歯車装置の一方の入力軸
が回転する。一方の入力軸の回転により差動歯車装置が
回転し、この回転を回転検出手段が検出する。差動歯車
装置の回転数に基づいてモータ制御手段は一方の入力軸
の回転数を演算する。モータ制御手段は一方の入力軸の
回転数に対して所望の回転数となるように電動モータを
制御する。又、他方の入力軸の回転数を一方の入力軸の
回転数に対して変化させることにより、人力によって駆
動機構を介して一方の入力軸を回転させるフィーリング
を変化させることが可能となる。

【００１９】従って、回転検出手段は１つだけで済むた
め、装置の構成を簡単にしてコンパクト化することが可
能となる。

【００２０】

【実施例】

［第１実施例］以下、本発明を具体化した第１実施例を
図１に基づいて説明する。

【００２１】自転車の踏み込みペダル１には回転軸２が
固定され、該踏み込みペダル１の踏み込みによって回転
軸２が回転する。回転軸２には伝達ギア３が設けられ、
回転軸２と一体回転する。そして、自転車には差動歯車
装置４が搭載されている。差動歯車装置４は互いに対向
する一対の入力軸５ａ，５ｂと、該一対の入力軸５ａ，
５ｂに互いに対向するように設けられた駆動歯車６ａ，
６ｂと、前記駆動歯車６ａ，６ｂに噛合され、かつ、互
いに対向するピニオン７ａ，７ｂと、前記ピニオン７
ａ，７ｂを回転可能に支持するキャリア８ａ，８ｂと、
前記キャリア８ａ，８ｂを支持するリングギア９とから
構成されている。前記一方の入力軸５ａには駆動ギア１
０が設けられ、この駆動ギア１０と伝達ギア３との間に
は伝達チェーン１１が掛けられている。従って、前記踏
み込みペダル１、回転軸２、伝達ギア３、駆動ギア１０
及び伝達チェーン１１によって駆動機構が構成されてい
る。

【００２２】そして、他方の入力軸５ｂには電動モータ
１５の回転軸１６が接続されている。尚、電動モータ１
５には複数の歯車により構成された減速機構１５ａが設
けられている。そのため、電動モータ１５が駆動すると
減速機構１５ａを介して回転軸１６が回転するようにな
っている。又、自転車の駆動輪となる車輪１７には連結
歯車１８が設けられている。この連結歯車１８とリング
ギア９との間には駆動チェーン２０が掛けられている。

【００２３】前記一方の入力軸５ａの近傍には、該一方
の入力軸５ａの回転数を検出する回転検出手段としての
第１の回転数検出センサ２１が配設されている。そし
て、他方の入力軸５ｂの近傍には、該他方の入力軸５ｂ
の回転数を検出する回転検出手段としての第２の回転数
検出センサ２２が配設されている。

【００２４】前記第１及び第２の回転数検出センサ２
１，２２はモータ制御手段としてのモータ制御装置２３
に接続されている。又、モータ制御装置２３は電動モー
タ１５を駆動制御するようになっている。モータ制御装
置２３内には電動モータ１５を駆動制御するためのバッ
テリ２５が内蔵されている。

【００２５】差動歯車装置４の一方の入力軸５ａが回転
すると、その回転数を第１の回転数検出センサ２１が検
出し、検出信号をモータ制御装置２３に出力するように
なっている。モータ制御装置２３は第１の回転数センサ
２１からの検出信号に基づいて一方の入力軸５ａの回転
数を演算する。又、第２の回転数検出センサ２２は他方
の入力軸５ｂの回転数を検出し、検出信号をモータ制御
装置２３に出力するようになっている。モータ制御装置
２３は一方の入力軸５ａの回転数と他方の入力軸５ｂの
回転数とが等しいか否かを判断するようになっている。

【００２６】一方の入力軸５ａの回転数が他方の入力軸
５ｂの回転数と等しくない場合、モータ制御装置２３は
電動モータ１５を駆動制御し、減速機構１５ａを介して
回転軸１６の回転数、即ち、他方の入力軸５ｂの回転数
を制御する。そして、第２の回転数検出センサ２２から
の検出信号に基づいて他方の入力軸５ｂの回転数を一方
の入力軸５ａの回転数と等しくなるようにモータ制御装
置２３は電動モータ１５を制御するようになっている。

【００２７】そして、一方及び他方の入力軸５ａ，５ｂ
の回転数が等しくなると、差動歯車装置４のピニオン７
ａ，７ｂは回転せず、キャリア８ａ，８ｂを介してリン
グギア９が回転するようになっている。このときの一方
及び他方の入力軸５ａ，５ｂのトルクは等しくなってお
り、リングギア９のトルクは一方及び他方の入力軸５
ａ，５ｂのトルクを加算したトルクとなるようになって
いる。又、リングギア９の回転数は一方及び他方の入力
軸５ａ，５ｂのそれぞれの回転数を加算して２で割った
値となる。この場合、一方及び他方の入力軸５ａ，５ｂ
の回転数は等しいので、リングギア９の回転数も一方及
び他方の入力軸５ａ，５ｂの回転数と等しくなるように
なっている。

【００２８】次に、上記のように構成された電動機付自
転車の作用について説明する。人が踏み込みペダル１を
踏み込んで回転軸２及び伝達ギア３を回転させると、伝
達チェーン１１が駆動ギア１０を回転させる。駆動ギア
１０の回転により差動歯車装置４の一方の入力軸５ａが
回転を開始する。第１の回転数センサ２１は一方の入力
軸５ａの回転数を検出し、その検出信号をモータ制御装
置２３に出力する。モータ制御装置２３は第１の回転数
センサ２１からの検出信号に基づいて一方の入力軸５ａ
の回転数を検出する。又、第２の回転数センサ２２から
の検出信号に基づいて他方の入力軸５ｂの回転数を検出
する。

【００２９】そして、他方の入力軸５ｂの回転数が一方
の入力軸５ａの回転数と等しいか否かを判断する。他方
の入力軸５ｂの回転数が一方の入力軸５ａの回転数と等
しくない場合、モータ制御装置２３は電動モータ１５を
駆動制御する。電動モータ１５が駆動制御されることに
より減速機構１５ａを介して回転軸１６及び他方の入力
軸５ｂの回転数が制御される。そして、第２の回転数セ
ンサ２２からの検出信号に基づいて他方の入力軸５ｂの
回転数が一方の入力軸５ａの回転数と等しくなるように
モータ制御装置２３は電動モータ１５をフィードバック
制御する。

【００３０】そして、一方の入力軸５ａの回転数と他方
の入力軸５ｂの回転数とが等しくなると、モータ制御装
置２３はその回転数を維持するように電動モータ１５を
駆動制御する。一方の入力軸５ａと他方の入力軸５ｂと
の回転数が等しくなると、ピニオン７ａ，７ｂ自身は回
転しない。又、一方及び他方の入力軸５ａ，５ｂの回転
は駆動歯車６ａ，６ｂ、ピニオン７ａ，７ｂ及びキャリ
ア８ａ，８ｂを介してリングギア９に伝達され、該リン
グギア９が回転する。前記リングギア９の回転は駆動チ
ェーン２０を介して連結歯車１８に伝達されて車輪１７
が回転する。この結果、自転車が走行することになる。

【００３１】又、人が踏み込みペダルの踏み込みを変化
させることにより、一方の入力軸５ａの回転数が変化す
る。モータ制御装置２３は第１の回転数センサ２１から
の検出信号に基づいて一方の入力軸５ａの回転数を検出
する。そして、一方の入力軸５ａの回転数と等しくなる
ようにモータ制御装置２３は電動モータ１５を駆動制御
して他方の入力軸５ｂの回転数を一方の入力軸５ａと等
しくなるようにする。つまり、一方の入力軸５ａの回転
数が上昇すれば、モータ制御装置２３は電動モータ１５
に印加する電圧を増加して電動モータ１５の回転数を上
昇させる。そして、他方の入力軸５ｂの回転数を上昇さ
せる。又、一方の入力軸５ａの回転数が下降すれば、モ
ータ制御装置２３は電動モータ１５に印加する電圧を減
少して電動モータ１５の回転数を下降させる。そして、
他方の入力軸５ｂの回転数を下降させる。

【００３２】従って、電動モータ１５によって車輪１７
の回転を補助する際、人が踏み込みペダル１を踏み込ん
だときの負荷（トルク）を検出せず、一方の入力軸５ａ
の回転数を検出している。そして、モータ制御装置２３
は一方の入力軸５ａの回転数と等しくなるように電動モ
ータ１５を駆動制御して他方の入力軸５ｂの回転数を制
御している。

【００３３】この結果、高価でしかも検出精度に問題の
あるトルクセンサによってトルクを検出することなく車
輪１７の回転を電動モータ１５によって補助することが
できる。しかも、簡単な構成によって車輪１７の回転を
補助することができる。又、入力軸５ａの回転数と他方
の入力軸５ｂの回転数とが等しくなるようになっている
ため、人は車輪１７を通常の半分の力で回転させること
ができる。

【００３４】本第１実施例においては、他方の入力軸５
ｂの回転数が一方の入力軸５ａの回転数と等しくなるよ
うにモータ制御装置２３が電動モータ１５を駆動制御し
た。この他に、一方の入力軸５ａの回転数に対して他方
の入力軸５ｂの回転数がＮ倍（Ｎは０を含まない正の係
数）となるようにモータ制御装置２３が電動モータ１５
を駆動制御するようにしてもよい。例えば、一方の入力
軸５ａの回転数に対して他方の入力軸５ｂの回転数を常
に０．５倍の回転数としたり、１．５倍、２倍等の回転
数にしたりすることも可能である。尚、他方の入力軸５
ｂの回転数が一方の入力軸５ａの回転数とを等しくない
場合、差動歯車装置４のピニオン６ａ，６ｂ自身が回転
し、互いの入力軸５ａ，５ｂのトルクが等しくなるよう
に動作する。このとき、リングギア９の回転数は互いの
入力軸５ａ，５ｂの回転数を加算して平均したものにな
る。

【００３５】従って、一方の入力軸５ａの回転数に対し
て他方の入力軸５ｂの回転数を任意の回転数に設定する
ことにより、人が踏み込みペダル１を踏み込む力を変化
させることができるので、自転車を走行させているとき
のフィーリングを変化させることができる。 ［第２実施例］次に、本発明の第２実施例を図２〜図６
に基づいて説明する。尚、前記第１実施例と同一の部材
及び同一構成については同一番号を付してその詳細な説
明を省略する。

【００３６】図２，図３に示すように、他方の入力軸５
ｂ及び電動モータ１５の回転軸１６は絶縁材料によって
形成されている。又、他方の入力軸５ａには円筒形状の
第１カップリング部材３１が設けられている。この第１
カップリング部材３１の先端には一対の連結片３２が形
成されている。同様に、回転軸１６には円筒形状の第２
カップリング部材３３が設けられている。この第２カッ
プリング部材３３の先端には一対の連結片３４が形成さ
れている。尚、第１及び第２カップリング部材３１，３
３は金属製となっている。

【００３７】そして、第１カップリング部材３１の一対
の連結片３２に対して第２カップリング部材３３の一対
の連結片３４を９０°回転させ、第１及び第２カップリ
ング部材３１，３３が電気的に接続されないように配置
されている。この状態で、各連結片３２，３４間には負
荷（トルク）が大きくなると抵抗値が低下する通電部材
３５が配設されている。そのため、第１及び第２カップ
リング部材３１，３３は連結片３２，３４及び通電部材
３５によって連結されている。又、第１及び第２カップ
リング部材３１，３３は一対の連結片３２，３４及び通
電部材３５を介して電気的に接続されている。

【００３８】又、他方の入力軸５ｂの表面には導電性の
高い金属膜３６が形成され、この金属膜３６は第１カッ
プリング部材３１と電気的に接続されている。同様に、
回転軸１６の表面には導電性の高い金属膜３７が形成さ
れ、この金属膜３７は第２カップリング部材３３と電気
的に接続されている。

【００３９】前記電動モータ１５にはバッテリー２３の
負極が接続されている。又、バッテリー２３の正極はス
イッチ３９及び接触子４０を介して金属膜３６に接続さ
れている。更に、金属膜３７は接触子４１を介して電動
モータ１５に接続されている。従って、他方の入力軸５
ｂ及び回転軸１６が回転しても接触子４０，４１は金属
膜３６，３７を介して第１及び第２カップリング部材３
１，３３に常に電気的に接続されている。

【００４０】電動モータ（直流モータ）１５の回転数特
性を図４に示す。この電動モータ１５はトルクが増加し
ていくと回転数が正比例的に減少する。又、通電部材３
５の抵抗値が変化する特性を図５に示す。通電部材３５
の抵抗値はトルクが増加していくと反比例的に減少す
る。従って、一方の入力軸５ａが回転して他方の入力軸
５ｂに負荷（トルク）反力が加わると、第１カップリン
グ部材３１の連結片３２と第２のカップリング部材３３
の連結片３４によって通電部材３５が加圧される。する
と、通電部材３５自身の抵抗値が低下して電流が流れや
すくなる。そして、スイッチ３９が閉路してバッテリー
２３の正極が接触子４０に接続されていれば、電動モー
タ１５には通電部材３５の抵抗値の変化に応じて電流が
流れる。従って、トルクに対して電動モータ１５の回転
数特性は図６に示すようになる。

【００４１】さて、踏み込みペダル１を踏み込まない状
態で、スイッチ３９を閉路してバッテリー２３の正極を
接触子４０及び導電膜３６を介して第１カップリング部
材３１に接続する。この状態では、他方の入力軸５ｂに
負荷反力が加わらないので、通電部材３５は連結片３
２，３４によって加圧されない状態となっている。その
ため、通電部材３５は殆ど電流を流さない。従って、電
動モータ１５は駆動しないので、減速機構１５ａを介し
て回転軸１６が回転しない。

【００４２】この状態で、踏み込みペダル１が踏み込ま
れ、一方の回転軸５ａが回転すると、他方の回転軸５ｂ
には負荷反力が加わる。すると、連結片３２と連結片３
４とによって通電部材３５が加圧される。そのため、通
電部材３５自身の抵抗値がその加圧に応じて低下する。
すると、電動モータ１５に電流が流れて駆動する。その
ため、減速機構１５ａを介して回転軸１６が回転する。
回転軸１６の回転により第１及び第２カップリング部材
３１，３３を介して他方の回転軸５ｂが回転する。従っ
て、差動歯車装置４のリングギア９が回転する。リング
ギア９の回転により駆動チェーン２０及び連結歯車１８
を介して車輪１７が回転する。

【００４３】従って、一方の回転軸５ａの回転による負
荷反力に応じて通電部材３５の抵抗値が変化し、その抵
抗値に応じて電動モータ１５に流れる電流を調整するこ
とができる。この結果、回転軸１６の回転数を調整して
他方の入力軸５ｂの回転数を調整することができる。

【００４４】又、通電部材３５の抵抗値の変化に基づい
て電動モータ１５の駆動制御を行うので、電動モータ１
５を制御するモータ制御装置２３が不要になる。この結
果、簡単な構成によって車輪１７の回転を補助すること
ができる。

【００４５】この第２実施例においては、連結片３２と
連結片３４との間には４つの通電部材３５がそれぞれ配
設された構成となっている。この他に、図７に示すよう
に、円筒形状の通電部材３５の一端には第１カップリン
グ部材３１の連結片３２が嵌め込まれる嵌合溝４５を形
成する。又、通電部材３５の他端には第２カップリング
部材３３の連結片３４が嵌め込まれる嵌合溝４６を前記
嵌合溝４５と９０°角度を異ならせて形成する。

【００４６】そして、第１及び第２カップリング部材３
１，３３の連結片３２，３４を通電部材３５の嵌合溝４
５，４６に嵌め込んで互いの第１及び第２カップリング
部材３１，３３を通電部材３５によって連結する。この
構成によっても、上記第２実施例と同様の作用効果を得
ることができる。

【００４７】又、通電部材３５を円筒形状にし、嵌合溝
４５，４６に第１及び第２カップリング部材３１，３３
の連結片３２，３４を嵌め込んだことにより、第１及び
２カップリング部材３１，３３を安定した状態で連結す
ることができる。

【００４８】本実施例においては、他方の回転軸５ｂと
回転軸１６とを絶縁材料によって形成した。この他に、
他方の回転軸５ｂと回転軸１６を金属製としてもよい
が、接触子４０，４１及び第１及び第２カップリング部
材３１，３３との絶縁を確保する必要がある。 ［第３実施例］次に、本発明の第３実施例を図８〜図１
０に基づいて説明する。尚、前記第１及び第２実施例と
同一の部材及び同一構成については同一番号を付してそ
の詳細な説明を省略する。

【００４９】図８に示すように、図示しない自転車のフ
レームにはハウジング５０が設けられている。このハウ
ジング５０内には前記第１実施例と同様の差動歯車装置
４が配設されている。ハウジング５０の左右両側には挿
通孔５１，５２が形成されている。挿通孔５１には他方
の入力軸５ｂが回転可能に挿通支持され、ハウジング５
０の左側外部に突出されている。

【００５０】又、挿通孔５２にはピニオン７ａ，７ｂを
回転可能に支持する円筒状に形成されたキャリア５４が
回転可能に挿通支持され、ハウジング５０の右側外部に
突出されている。この外部に突出されたキャリア５４に
はリングギア９が設けられている。キャリア５４には貫
通孔５５が形成され、この貫通孔５５には一方の入力軸
５ａが挿通され、ハウジング５０の左側外部に配設され
たリングギア９よりも右側外部に突出されている。リン
グギア９よりも外部に突出された一方の入力軸５ａには
駆動ギア１０が設けられている。

【００５１】前記ハウジング５０内において、キャリア
５４の外周面の一部には反射シール５７が設けられてい
る。そして、ハウジング５０の内側には前記反射シール
５７と対向するようにフォトインタラプタ５８が設けら
れている。このフォトインタラプタ５８はモータ制御装
置２３に接続されている。フォトインタラプタ５８は反
射シール５７を検出する毎に検出信号Ｓｋをモータ制御
装置２３に出力するようになっている。

【００５２】図９に示すように、モータ制御装置２３の
内部にはモータ１５を駆動制御するための制御部６１が
設けられている。この制御部６１には前記フォトインタ
ラプタ５８からの検出信号Ｓｋが入力されるようになっ
ている。又、制御部６１には記憶部６２が接続されてい
る。この記憶部６２にはモータ１５の駆動により回転す
る他方の入力軸５ｂの回転数Ｓｂを演算するためのモー
タ負荷特性マップが記憶されている。そして、制御部６
１はＭＯＳトンラジスタ６４のゲートに接続されてい
る。

【００５３】制御部６１はＭＯＳトランジスタ６４のゲ
ートにデューティ比が設定された信号を出力し、該ＭＯ
Ｓトランジスタ６４をＰＷＭ制御するようになってい
る。ＭＯＳトランジスタ６４のドレインは一端がバッテ
リ２５に接続されたモータ１５の他端に接続されてい
る。そして、ＭＯＳトランジスタ６４のソースは抵抗６
５を介して接地されている。

【００５４】又、ＭＯＳトランジスタ６４のソースと抵
抗６５との間の信号が平滑増幅部６６に接続されてい
る。この平滑増幅部６６はＭＯＳトランジスタ６４に流
れる電流、即ち、モータ１５に流れる（モータ）電流を
平滑増幅して制御部６１に出力するようになっている。

【００５５】図１０に示すように、前記記憶部６２には
トルクに対するモータ電流の特性を示すマップ及びＰＷ
Ｍ制御のデューティ比毎に対応したトルクに対する他方
の入力軸５ｂの回転数Ｒｂの特性を示すマップがそれぞ
れ記憶されている。又、制御部６１はＭＯＳトランジス
タ６４のデューティ比を管理している。そして、制御部
６１は検出信号Ｓｋ、そのときのＭＯＳトランジスタ６
４のデューティ比、そのときのモータ電流Ｉに基づいて
最終減速された他方の入力軸５ｂの回転数Ｒｂを演算す
るようになっている。

【００５６】又、制御部６１は検出信号Ｓｋの周期に基
づいて差動歯車装置４の回転数Ｒｋを演算するようにな
っている。この差動歯車装置４の回転数Ｓｋ、他方の入
力軸５ｂの回転数Ｒｂに基づいて一方の入力軸５ａの回
転数Ｒａを演算するようになっている。即ち、差動歯車
装置４の回転数Ｒｋと一方及び他方の入力軸５ａ，５ｂ
の回転数Ｒａ，Ｒｂとは次式の関係が成立する。

【００５７】Ｒｋ＝（Ｒａ＋Ｒｂ）／２ 上記式に基づいて制御部６１は一方の入力軸５ａの回転
数Ｒａを演算する。そして、制御部６１は一方の入力軸
５ａの回転数Ｒａに対して他方の入力軸５ｂの回転数Ｒ
ｂが所望の回転数となるようにデューティ比を設定して
ＭＯＳトランジスタ６４をＰＷＭ制御するようになって
いる。例えば、制御部６１は一方の入力軸５ａの回転数
Ｒａと他方の入力軸５ｂの回転数Ｒｂとを同じに制御す
る場合、制御部６１は回転数Ｒａ，Ｒｂの偏差を求め
る。そして、回転数Ｒａに対して回転数Ｒｂが低い場
合、制御部６１はデューティ比を上昇させてＭＯＳトラ
ンジスタ６４をＰＷＭ制御し、回転数Ｒａに対して回転
数Ｒｂが高い場合、制御部６１はデューティ比を下降さ
せてＭＯＳトランジスタ６４をＰＷＭ制御するようにな
っている。

【００５８】さて、他方の入力軸５ｂの回転数が０とな
っている状態で、ペダル１が踏み込まれて一方の入力軸
５ａが回転すると、一方の入力軸５ａの回転によってキ
ャリア５４が回転する。すると、フォトインタラプタ５
８はキャリア５４に設けられた反射シール５７を検出
し、検出する毎に検出信号Ｓｋをモータ制御装置２３に
出力する。

【００５９】モータ制御装置２３の制御部６１はフォト
インタラプタ５８から出力される検出信号Ｓｋに基づい
てキャリア５４の回転数Ｒｋ、即ち差動歯車装置４の回
転数Ｒｋを演算する。このとき、モータ１５は駆動して
いないのでモータ電流は０となり、他方の入力軸５ｂの
回転数Ｒｂも０である。そのため、一方の入力軸５ａの
回転数Ｒａは差動歯車装置４の回転数Ｒｋの２倍であ
る。従って、キャリア５４の回転数の２倍の回転数とな
るように制御部６１はデューティ比を設定してＭＯＳト
ランジスタ６４をＰＷＭ制御してモータ１５を駆動制御
する。

【００６０】そして、一方及び他方の入力軸５ａ，５ｂ
が回転している状態で、他方の入力軸５ｂの回転数Ｒｂ
を一方の入力軸５ａの回転数Ｒｂと等しくするように制
御部６１は次のように制御する。

【００６１】制御部６１はそのときのフォトインタラプ
タ５８からの検出信号Ｓｋに基づいて差動歯車装置４の
回転数Ｒｋを演算する。そして、制御部６１はそのとき
の平滑増幅部６６から入力されるモータ電流Ｉと記憶部
６２に記憶されたマップのモータ電流特性に基づいてト
ルクを演算する。このとき、モータ電流Ｉがａ１であっ
たとすると、トルクはｂ１となる。そして、そのときの
ＭＯＳトランジスタ６４のデューティ比が６０％であれ
ば、制御部６１はトルクｂ１とデューティ比６０％とに
基づいて他方の入力軸５ｂの回転数Ｒｂを演算する。従
って、このときの他方の入力軸５ｂの回転数Ｒｂはｃ１
となる。この結果、モータ１５によって回転する他方の
入力軸５ｂの回転数Ｒｂが求められる。そして、制御部
６１は差動歯車装置４の回転数Ｒｋと他方の入力軸５ｂ
の回転数Ｒｂとに基づいて一方の入力軸５ａの回転数Ｒ
ａを演算する。

【００６２】例えば、一方の入力軸５ａの回転数Ｒａと
他方の入力軸５ｂの回転数Ｒｂとを等しく制御する場
合、制御部６１は回転数Ｒａ，Ｒｂの偏差を求める。そ
して、回転数Ｒａより回転数Ｒｂの方が低い場合、その
偏差分だけデューティ比を増加させてＭＯＳトランジス
タ６４をＰＷＭ制御し、他方の入力軸５ｂの回転数Ｒｂ
を上昇させ、一方の入力軸５ａの回転数Ｒａと一致させ
るようにフィードバック制御する。

【００６３】又、回転数Ｒａより回転数Ｒｂの方が高い
場合、その偏差分だけデューティ比を下降させてＭＯＳ
トランジスタ６４をＰＷＭ制御し、他方の入力軸５ｂの
回転数Ｒｂを下降させ、一方の入力軸５ａの回転数Ｒａ
と一致させるようにフィードバック制御する。

【００６４】従って、この第３実施例においては、フォ
トインタラプタ５８と反射シール５７とにより構成され
る回転検出手段を１つだけで一方及び他方の入力軸５
ａ，５ｂの回転数を求め、他方の入力軸５ｂの回転数Ｒ
ｂを所望の回転数に制御することができる。この結果、
回路装置の構成が簡単になり、コンパクト化を図ること
ができる。

【００６５】第３実施例においては、キャリア５４（差
動歯車装置４）の回転数を検出するため、反射シール５
７、フォトインタラプタ５８を使用した。この他に、キ
ャリア５４に突起を設け、この突起を近接センサにて検
出してキャリア５４の回転数を検出してもよい。更に、
突起の代わりに磁石を設け、この磁石の磁気を検出する
磁気センサにてキャリア５４の回転数を検出してもよ
い。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の発
明によれば、人力によって回転する一方の入力軸の回転
数に基づいて他方の入力軸が所望の回転数となるように
モータ制御手段が電動モータを介して他方の入力軸を制
御する。従って、一方の入力軸の回転数に対して他方の
入力軸の回転数を小さくすれば、人が大きな力で駆動輪
を回転させることになる。又、一方の入力軸の回転数に
対して他方の入力軸の回転数を大きくすれば、人が小さ
な力で駆動輪を回転させることになる。この結果、他方
の入力軸の回転数を任意に設定することにより人が駆動
輪を回転させる力のフィーリングを変化させることがで
きる。しかも、トルクセンサを使用することなく簡単な
構成によって駆動輪の回転補助を行うことができる。

【００６７】請求項２記載の発明によれば、人力によっ
て回転する一方の入力軸の回転数と他方の入力軸の回転
数とが等しくなるようにモータ制御手段が電動モータを
介して他方の入力軸を制御する。この結果、人は駆動輪
を半分の力で回転させるできる。しかも、トルクセンサ
を使用することなく簡単な構成によって駆動輪の回転の
補助を行うことができる。

【００６８】請求項３記載の発明によれば、一方の入力
軸が回転することによる他方の入力軸の負荷の変化に応
じて通電部材の抵抗値が変化し、電動モータに流れる電
流を調整することができる。この結果、一方の入力軸の
回転に応じて他方の入力軸を回転させることができる。
しかも、特別な制御装置を用いることなく電動モータの
制御を行うことができる。

【００６９】請求項４記載の発明によれば、差動歯車装
置の回転数を検出し、一方の入力軸の回転数を演算す
る。この一方の入力軸の回転数に対して所望の回転数と
なるように他方の入力軸を制御するので、回転数を検出
する手段を１つにすることができ、装置の構成を簡単に
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の電動機付自転車の構
成を示す概略構成図。

【図２】電動機付自転車の第２実施例を示す概略構成
図。

【図３】第１及び第２カップリング部材の連結構成を示
す部分分解構成図。

【図４】電動モータの回転数特性図。

【図５】通電部材のトルクに対する抵抗値の変化を示す
特性図。

【図６】通電部材を使用したときの電動モータの回転数
特性図。

【図７】第１及び第２カップリング部材の連結構成の別
例を示す部分分解斜視図。

【図８】電動機付自転車の第３実施例を示す概略構成
図。

【図９】モータ制御装置の内部構成を示す電気ブロック
構成図。

【図１０】トルクに対するモータ電流特性、デューティ
比毎にトルクに対応した他方の入力軸の回転数特性を示
すマップ図。

【符号の説明】

１…駆動機構を構成する踏み込みペダル、２…駆動機構
を構成する回転軸、３…駆動機構を構成する伝達ギア、
４…差動歯車装置、５ａ，５ｂ…一方及び他方の入力
軸、６ａ，６ｂ…駆動歯車、７ａ，７ｂ…ピニオン、９
…リングギア、１０…駆動機構を構成する駆動ギア、１
１…駆動機構を構成する伝達チェーン、１５…電動モー
タ、２１…第 1の回転数検出手段としての回転数検出セ
ンサ、２２…第 2の回転数検出手段としての回転数検出
センサ、２３…モータ制御手段としてのモータ制御装
置、２５…バッテリー、３５…通電部材、５７…回転検
出手段を構成する反射シール、５８…回転検出手段を構
成するフォトインタラプタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の入力軸に設けられた駆動歯車と、
   前記駆動歯車に噛合されるピニオンと、前記ピニオンを
   回転可能に支持し、かつ、駆動輪を回転させるリングギ
   アとから構成される差動歯車装置と、 前記一方の入力軸に接続され、人力により一方の入力軸
   を回転させる駆動機構と、 前記他方の入力軸を回転させる電動モータと、 前記一対の入力軸の回転数をそれぞれ検出する回転数検
   出手段と、 前記回転数検出手段からの検出信号に基づいて一方の入
   力軸の回転数を検出し、その一方の入力軸の回転数に基
   づいて他方の入力軸の回転数が回転数検出手段からの検
   出信号に基づいて所望の回転数となるように電動モータ
   を制御するモータ制御手段とを備えたことを特徴とする
   電動機付自転車。
2. 【請求項２】 一対の入力軸に設けられた駆動歯車と、
   前記駆動歯車に噛合されるピニオンと、前記ピニオンを
   回転可能に支持し、かつ、駆動輪を回転させるリングギ
   アとから構成される差動歯車装置と、 前記一方の入力軸に接続され、人力により一方の入力軸
   を回転させる駆動機構と、 前記他方の入力軸を回転させる電動モータと、 前記一対の入力軸の回転数をそれぞれ検出する回転数検
   出手段と、 前記回転数検出手段からの検出信号に基づいて一対の入
   力軸のそれぞれの回転数を検出し、他方の入力軸の回転
   数が一方の入力軸の回転数と等しくなるように電動モー
   タを制御するモータ制御手段とを備えたことを特徴とす
   る電動機付自転車。
3. 【請求項３】 一対の入力軸に設けられた駆動歯車と、
   前記駆動歯車に噛合されるピニオンと、前記ピニオンを
   回転可能に支持し、かつ、駆動輪を回転させるリングギ
   アとから構成される差動歯車装置と、 前記一方の入力軸に接続され、人力により一方の入力軸
   を回転させる駆動機構と、 前記他方の入力軸を回転させる電動モータと、 前記電動モータを駆動させるバッテリと、 前記電動モータと他方の入力軸とを接続し、一方の入力
   軸の回転により他方の入力軸の負荷が増加すると抵抗値
   が低下する通電部材とを備えた電動機付自転車であっ
   て、 前記バッテリーの一方の電極を電動モータに接続し、該
   バッテリーの他方の電極を通電部材を介して電動モータ
   に接続したことを特徴とする電動機付自転車。
4. 【請求項４】 一対の入力軸に設けられた駆動歯車と、
   前記駆動歯車に噛合されるピニオンと、前記ピニオンを
   回転可能に支持し、かつ、駆動輪を回転させるリングギ
   アとから構成される差動歯車装置と、 前記一方の入力軸に接続され、人力により一方の入力軸
   を回転させる駆動機構と、 前記他方の入力軸を回転させる電動モータと、 前記駆動機構によって一方の入力軸を回転させることに
   より回転する差動歯車装置の回転数を検出する回転数検
   出手段と、 前記回転数検出手段からの検出信号に基づいて差動歯車
   装置の回転数を検出し、差動歯車装置の回転数に基づい
   て一方の入力軸の回転数を演算し、一方の入力軸の回転
   数に対して他方の入力軸が所望の回転数となるように電
   動モータを制御するモータ制御手段とを備えたことを特
   徴とする電動機付自転車。