JPH08268373A

JPH08268373A - 自転車用動力補助装置

Info

Publication number: JPH08268373A
Application number: JP7008795A
Authority: JP
Inventors: Toshiyasu Takura; 敏靖田倉
Original assignee: TEC CORP
Current assignee: TEC CORP
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1995-03-28
Publication date: 1996-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】普通自転車に簡単に取付けることができ汎用性
を向上する。【構成】減速機２３の出力をペダルクランク軸２７に伝
達して動力を補助する自転車用動力補助装置において、
ペダルクランク１４ｂを連結した軸継手４４に固定し、
ペダルクランクの回転力を受けて回転する第１のトルク
伝達板３５と、ペダルクランク軸に固定し、このクラン
ク軸と一体に回転する第２のトルク伝達板２８と、第１
のトルク伝達板が回転したとき、この各トルク伝達板に
圧接するギヤ円盤部材３５とを設け、第１のトルク伝達
板の回転速度を回転速度センサ４７で検出すると共に自
転車の加速度を加速度センサで検出し、回転速度及び加
速度が一定値以上になるったとき電動機を起動してギヤ
円盤部材を回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自転車に取付けて動力
補助を行う自転車用動力補助装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自転車用動力補助装置は２つのタ
イプに大別することができる。１つは、駆動スイッチ又
は制御アクセルをハンドル部に設け、モータ動力はアク
セルにより任意の大きさに制御できるもので、原動機付
き自転車と呼ばれ免許証が必要となる。もう１つは、人
力のペダル駆動トルクを検出して人力エネルギーに等し
い動力を補助するもので、免許証なしで使用できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
自転車用動力補助装置は、特別な専用の構造の自転車に
予め組み込んだものであって普通の市販されている自転
車に取り付けることはできなかった。すなわち、従来、
普通の自転車に簡単に取り付けることができる動力補助
装置は無かった。

【０００４】そこで請求項１対応の発明は、市販されて
いる普通自転車に簡単に取付けることができて汎用性を
向上でき、しかも適切な動力補助ができる自転車用動力
補助装置を提供する。

【０００５】また、請求項２対応の発明は、市販されて
いる普通自転車に簡単に取付けることができて汎用性を
向上でき、しかもペダルの踏み込み動作により適切な動
力補助ができる自転車用動力補助装置を提供する。

【０００６】また、請求項３対応の発明は、市販されて
いる普通自転車に簡単に取付けることができて汎用性を
向上でき、しかも左右いずれのペダルの踏み込み動作に
よっても適切な動力補助ができる自転車用動力補助装置
を提供する。

【０００７】さらに、請求項４対応の発明は、市販され
ている普通自転車に簡単に取付けることができて汎用性
を向上でき、しかもペダルの踏み込み動作によりさらに
適切な動力補助ができる自転車用動力補助装置を提供す
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１対応の発明は、
電動機の回転を減速機を介してクランク軸又は車輪に伝
達して動力を補助する自転車用動力補助装置において、
ペダルクランクの回転速度を検出する回転速度検出手段
と、自転車の加速度を検出する加速度検出手段とを設
け、各検出手段が予め設定した一定値以上の回転速度及
び加速度を検出したとき電動機を起動させるものであ
る。

【０００９】請求項２対応の発明は、電池を電源として
駆動する電動機及びこの電動機の回転を減速ギアを介し
て伝達する減速機を備え、この減速機の出力をペダルク
ランク軸に伝達して動力を補助する自転車用動力補助装
置において、ペダルクランクを連結したペダル連結軸に
固定し、ペダルクランクの回転力を受けて回転する第１
のトルク伝達板と、ペダルクランク軸に固定し、このペ
ダルクランク軸と一体に回転する第２のトルク伝達板
と、第１のトルク伝達板がペダルクランクの回転力を受
けて回転したとき、この第１のトルク伝達板を第２のト
ルク伝達板に係合するとともにペダルクランク軸の軸方
向に移動させ、減速機の出力を外部に伝達する最終段ギ
ヤの板面に各トルク伝達板を圧接させる斜傾係合部と、
最終段ギヤの板面に各トルク伝達板が圧接したとき、減
速機の駆動トルクを各トルク伝達板に伝達する摩擦摺動
部材と、ペダルクランクの回転速度を検出する回転速度
検出手段と、自転車の加速度を検出する加速度検出手段
とを設け、各検出手段が予め設定した一定値以上の回転
速度及び加速度を検出したとき電動機を起動させるもの
である。

【００１０】請求項３対応の発明は、請求項２記載の自
転車用動力補助装置において、摩擦摺動部材による第１
のトルク伝達板への伝達トルクを第２のトルク伝達板へ
の伝達トルクよりも大きく設定したものである。

【００１１】請求項４対応の発明は、電池を電源として
駆動する電動機及びこの電動機の回転を減速ギアを介し
て伝達する減速機を備え、この減速機の出力をペダルク
ランク軸に伝達して動力を補助する自転車用動力補助装
置において、ペダルクランクを連結したペダル連結軸に
固定し、ペダルクランクの回転力を受けて回転する第１
のトルク伝達板と、ペダルクランク軸に固定し、このペ
ダルクランク軸と一体に回転する第２のトルク伝達板
と、第１のトルク伝達板がペダルクランクの回転力を受
けて回転したとき、この第１のトルク伝達板を第２のト
ルク伝達板に係合するとともにペダルクランク軸の軸方
向に移動させ、減速機の出力を外部に伝達する最終段ギ
ヤの板面に各トルク伝達板を圧接させる斜傾係合部と、
最終段ギヤの板面を第１のトルク伝達板に押圧するバネ
部材と、最終段ギヤの板面に各トルク伝達板が圧接した
とき、減速機の駆動トルクを各トルク伝達板に伝達する
摩擦摺動部材と、ペダルクランクの回転速度を検出する
回転速度検出手段と、自転車の加速度を検出する加速度
検出手段とを設け、各検出手段が予め設定した一定値以
上の回転速度及び加速度を検出したとき電動機を起動さ
せるものである。

【００１２】

【作用】請求項１対応の本発明においては、ペダルの踏
込みによりペダルクランクが回転する。そして、ペダル
クランクの回転速度が一定値以上になり、かつ、自転車
が一定値以上の加速度になると、電動機が起動し、この
電動機の回転を減速機を介してクランク軸又は車輪に伝
達し動力を補助する。

【００１３】請求項２対応の本発明においては、ペダル
の踏込みによりペダルクランクが回転すると第１のトル
ク伝達板が回転し、この回転により第１のトルク伝達板
が斜傾係合部により第２のトルク伝達板に係合する。そ
して第１のトルク伝達板はペダルクランク軸の軸方向に
移動し、各トルク伝達板が減速機の最終段ギヤの板面に
設けた摩擦摺動部材に圧接する。一方、ペダルクランク
の回転速度が一定値以上になり、かつ、自転車が一定値
以上の加速度になると、電動機が起動する。こうして、
電動機の回転が減速機の最終段ギヤから摩擦摺動部材を
介して各トルク伝達板に伝達され、動力補助が行われ
る。

【００１４】請求項３対応の本発明においては、最終段
ギヤから摩擦摺動部材を介して第１のトルク伝達板に伝
達される伝達トルクが、第２のトルク伝達板に伝達され
る伝達トルクよりも大きくなる。

【００１５】請求項４対応の本発明においては、バネ部
材により常に最終段ギヤの板面が第１のトルク伝達板に
押圧されている。これにより左右いずれのペダルから踏
み込み動作が行われても最終段ギヤから第１のトルク伝
達板へのトルクの伝達が確実に行われ、動力補助が行わ
れる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１７】汎用自転車のペダルクランク軸は四角形に
カットした軸にネジボスの付いたタイプと、菊形溝のあ
る軸の中心にネジ穴を設けてペダルクランクを取付ける
タイプの２種類に統一されている。また、車体の右側に
はチェーンホイールが取付けられているが、左側は空間
になっている。さらに、チェーンホイールと前輪との間
には空間がある。そこで、本実施例では汎用自転車の空
間部を利用して動力補助装置を取付ける。

【００１８】図１は自転車の全体構成を示す斜視図で、
１は車体フレームである。この車体フレーム１は、ヘッ
ドパイプ２と、このヘッドパイプ２から後方に延出した
トップチューブ３と、このトップチューブ３からボトム
ブラケット（図示せず）に延出したシートチューブ４
と、前記ヘッドパイプ２からボトムブラケットに延出し
たダウンチューブ５と、ボトムブラケットから後方に延
出した左右一対のリヤーステー（図示せず）と、前記シ
ートチューブ４の上端とリヤーステーの後端とを接続す
る左右一対のシートステー６とで構成している。

【００１９】前記ヘッドパイプ２に前フォーク７とハン
ドルバー８を左右回動自在に保持し、前記前フォーク７
に前輪９を回転自在に取付け、前記ハンドルバー８にハ
ンドル１０を固定している。前記リヤステーの後端に後
輪１１を回転自在に取付けている。前記シートチューブ
４の上端にサドル１２を上下動自在に取付けている。

【００２０】また、前記ボトムブラケットの部位の右側
には、チェーンホイール（図示せず）を取付け、このチ
ェーンホイールをチェーンホイールカバー１３で覆って
いる。そして前記チェーンホイールカバー１３の外側に
右側のペダルクランク１４ａとペダル１５ａを設けてい
る。

【００２１】前記ボトムブラケットの部位の左側には、
ギアケース１６を取付け、このギアケース１６の先端側
の内側面に電動機１７を固定している。前記チェーンホ
イールカバー１３の上に電源である電池ケース１８を着
脱可能に取付けている。そして前記ギアケース１６の外
側に左側のペダルクランク１４ｂとペダル１５ｂを設け
ている。前記電池ケース１８のギアケース側の側面に前
記電動機１７を駆動する駆動回路及び加速度センサを組
み込んだ回路ボックス１９を取り付けている。

【００２２】図２は車体フレーム１を省略して自転車を
上から見た図で、ギアケース１６、電池ケース１８及び
回路ボックス１９の配置を示している。前記電池ケース
１８には、複数の電池、例えば３個の１２Ｖの密閉鉛蓄
電池を直列に接続して収納し、この各電池から前記電動
機１７に駆動電力を供給するようになっている。

【００２３】前記ギアケース１６は、図３に示すよう
に、最終段ギア２１を含む複数の減速ギア２２，…から
なる減速機２３を収納している。前記減速ギア２２はケ
ース１６内に固定した軸２４にボールベアリング２５に
よって回転自在に取付けている。そしてボトムブラケッ
ト２６に回転自在に取り付けたペダルクランク軸２７に
第２のトルク伝達板２８を取り付け、締め付けナット２
９によりペダルクランク軸２７に固定している。

【００２４】前記第２のトルク伝達板２８は図５及び図
７に示すように、中央部の一端側を突出させ、この突出
部３０の中央に四角形状の孔３１を開け、この孔３１に
ペダルクランク軸２７を貫通させるようにしている。ま
た、中央部の他端側も突出させ、この突出部３２の内側
を円筒状に形成し、この突出部３２の内面壁の対向した
位置に斜傾係合部の一方の部材を構成する斜傾突起３
３，３３を設けている。

【００２５】そして前記第２のトルク伝達板２８の突出
部３２に周縁部にリング状の前記最終段ギヤ２１をねじ
止めしたリング状のギヤ円盤部材３４を嵌合している。
また、前記第２のトルク伝達板２８の突出部３２の内側
に第１のトルク伝達板３５を嵌合している。

【００２６】前記第１のトルク伝達板３５は図４及び図
６に示すように、中央部の一端側を突出させ、この突出
部３６の中央に円形の孔３７を開け、この孔３７内に前
記締め付けナット２９が収納されるようになっている。
前記突出部３６の外周面の対向した位置に斜傾係合部の
他方の部材を構成する斜傾突起３８，３８を設けてい
る。前記第１のトルク伝達板３５は前記第２のトルク伝
達板２８に嵌合したとき斜傾突起３８，３８の傾斜面が
前記第２のトルク伝達板２８の斜傾突起３３，３３の傾
斜面と対向する構成になっていて、第１のトルク伝達板
３５の突出部３６は、ギヤ円盤部材３４を挟持した状態
で第２のトルク伝達板２８の突出部３２の内側に挿入さ
れ、傾斜突起３３，３３及び３８，３８が対向するよう
に左回転させた後、第２のトルク伝達板２８の底面から
ストッパネジを押入して第１のトルク伝達板３５の逆回
転を阻止して一体化されている。

【００２７】前記最終段ギヤ２１を固定したリング状の
ギヤ円盤部材３４は、図８の(a) に示すように、前記第
２のトルク伝達板２８と対向する面の最内周部にバネ部
材であるスプリング３９の一端側を固定し、このスプリ
ング３９の他端側に小径リング部材４０を固定してい
る。そして、この小径リング部材４０の端面に円形の複
数の第１の摩擦摺動部材４１，４１，…を一定の間隔を
隔てて取り付けている。また、前記ギヤ円盤部材３４
は、図８の(b) に示すように、前記第１のトルク伝達板
３６と対向する面の最外周部に第２の摩擦摺動部材４２
を固定している。

【００２８】前記第１のトルク伝達板３６の他端側の中
央部を突出させ、この突出部４３にペダル連結軸である
軸継手４４をねじ止めし、この軸継手４４に左側ペダル
１５ｂを取り付けた前記ペダルクランク１４ｂを締め付
けナット４５によって固定している。そして前記ペダル
クランク１４ｂに締め付けナット４５が外部に露出しな
いように保護するキャップ４６を螺着している。

【００２９】前記ギアケース１６の内側の前記第１のト
ルク伝達板３５の他端側と対向する位置にペダル１５
ａ，１５ｂ、すなわち、ペダルクランク１４ｂの回転速
度を検出する回転速度検出手段としての回転速度センサ
４７を配置するとともに、前記第１のトルク伝達板３５
の突出部４３の外周部に多極着磁したマグネット４８を
接着固定している。前記回転速度センサ４７は、例えば
ホール素子からなり、ペダルクランク１４ｂの回転に伴
なう第１のトルク伝達板３５の回転によって前記マグネ
ット４８の磁極の変化を前記センサ４７で検出すること
によってペダルクランク１４ｂの回転速度を検出するよ
うになっている。なお、前記ペダル１５ａ，１５ｂが上
及び下の位置にある時、前記センサ４７と対向する位置
にはマグネット４８が存在しないようにマグネット４８
を部分的にカットしてある。

【００３０】前記減速機２３は、例えば４段の減速ギヤ
を備え、４段目を最終段ギヤ２１としている。そして、
例えば電動機１７の回転速度を７，０００ｒｐｍとし、
これを１段目の減速ギヤ２２で１，５００ｒｐｍに減速
し、次の２段目の減速ギヤ２２で４６０ｒｐｍに減速
し、さらに３段目の減速ギヤ２２で２００ｒｐｍに減速
し、これを４段目の最終段ギヤ２１で５４．８ｒｐｍに
減速する。

【００３１】前記回路ボックス１９には図９に示す加速
度センサ４９が組み込まれている。すなわち、(a) に平
面図を示し、(b) にＡ−Ａ線に沿った断面図を示すよう
に、この加速度センサ４９は、傾斜底面５０を有する略
中空直方体ケース５１の中に鋼球５２を揺動自在に封入
し、自転車の加速度に応じて鋼球５２が図中矢印で示す
方向に、すなわち、傾斜底面５０の傾斜面を上る方向に
移動するようになっている。そして、鋼球５２の移動方
向のケース５１の側壁に所定位置に一定の間隔を隔てて
発光ダイオードとホトトランジスタからなる例えば３個
のホトセンサ５３ａ，５３ｂ，５３ｃを配置し、前記鋼
球がどの位置まで移動しているかをこの各ホトセンサ５
３ａ，５３ｂ，５３ｃで検出することで自転車の加速度
を検出するようになっている。

【００３２】図１０は前記回路ボックス１９内に組み込
まれた制御回路のブロック図で、制御部本体を構成する
ＣＰＵ５４及びＩ／Ｏポート５５を設けている。そし
て、前記ＣＰＵ５４はＩ／Ｏポート５５を介して前記回
転速度センサ４７を含む回転速度センサ回路５６から前
記ペダルクランク１４ｂの回転速度検出信号を取込むと
共に前記加速度センサ４９を含む加速度センサ回路５７
から自転車の加速度検出信号を取込み、回転速度が予め
設定した一定値以上で、かつ加速度が予め設定した一定
値以上のとき、前記Ｉ／Ｏポート５５を介してモータコ
ントロール回路５８にモータ駆動信号を供給するように
なっている。前記モータコントロール回路５８はモータ
駆動信号を取込んで前記電動機１７を駆動制御する。

【００３３】前記モータコントロール回路５８は、具体
的には図１１に示すように、＋ｅ1端子と接地間に抵抗
Ｒ1 を介してＮＰＮ形トランジスタＴr1を接続し、この
トランジスタＴr1のコレクタを抵抗Ｒ2 を介して差動増
幅器ＡＭの反転入力端子(-)に接続している。前記差動
増幅器ＡＭの非反転入力端子(+) は抵抗Ｒ3 及び抵抗Ｒ
4 を直列に介して接地すると共に抵抗Ｒ5 及び抵抗Ｒ6
を直列に介して接地している。前記抵抗Ｒ3 ，Ｒ4 の接
続点を抵抗Ｒ7 を介して＋ｅ2 端子に接続している。

【００３４】前記差動増幅器ＡＭは出力端子を抵抗Ｒ8
を介してＮＰＮ形トランジスタＴr2のベースに接続する
と共に前記抵抗Ｒ8 及び抵抗Ｒ9 を介して自己の非反転
入力端子(+) に接続している。前記トランジスタＴr2
は、コレクタを前記電動機１７を介して＋Ｅ端子に接続
し、エミッタを抵抗Ｒ10を介して接地すると共に抵抗Ｒ
11を介してコンパレータＣＭの反転入力端子(-) に接続
している。

【００３５】前記コンパレータＣＭは、非反転入力端子
(+) を抵抗Ｒ12及び抵抗Ｒ13を直列に介して接地してい
る。前記抵抗Ｒ12，Ｒ13の接続点を抵抗Ｒ14を介して＋
ｅ2端子に接続している。前記コンパレータＣＭは、出
力端子を抵抗Ｒ15及び抵抗Ｒ16を直列に介して自己の反
転入力端子(-) に接続すると共に前記抵抗Ｒ15及び抵抗
Ｒ17を直列に介して前記抵抗Ｒ5 ，Ｒ6 の接続点に接続
している。

【００３６】前記電動機１７としては、例えば自転車の
起動時にも滑らかなトルク補助が行え、高速運転となる
に従って動力補助できるトルクを減少させて行くよう
な、トルクの垂下特性を有するユニバーサルモータを使
用している。

【００３７】前記モータコントロール回路５８は急発進
の危険防止と電池の保護のため起動電流を検出し制限す
るようになっている。すなわち、前記トランジスタＴr2
に直列に接続した抵抗Ｒ10及びコンパレータＣＭは起動
時に過電流が流れないように電流を制御する。具体的に
は、電流の増加により抵抗Ｒ10の端子電圧が上昇し過ぎ
ると、コンパレータＣＭの出力がローレベルとなり、こ
れにより差動増幅器ＡＭの出力がローレベルとなってト
ランジスタＴr2がオフし、抵抗Ｒ10の端子電圧が低下す
るとコンパレータＣＭの出力がハイレベルとなり、これ
により差動増幅器ＡＭの出力がハイレベルとなってトラ
ンジスタＴr2がオンするようになっている。これによ
り、起動時に過大な加速度が作用することと電池２３に
過電流が流れるのを防止している。

【００３８】前記モータコントロール回路５８は、モー
タ駆動信号によりトランジスタＴr1がオンすると、差動
増幅器ＡＭの出力レベルがハイレベルとなってトランジ
スタＴr2がオン動作し、これにより電動機１７を回転動
作させる。また、モータ駆動信号が停止してトランジス
タＴr1がオフすると、差動増幅器ＡＭの出力レベルがロ
ーレベルとなってトランジスタＴr2がオフ動作し、これ
により電動機１７の回転動作を停止させる。

【００３９】このような構成の動力補助装置は、既存の
自転車の左側ペダルクランク１４ｂ及び軸継手４４を取
り外し、ペダルクランク軸２７に第２のトルク伝達板２
８を固定すると共にギヤケース１６を車体に固定した
後、軸継手４４を第１のトルク伝達板３５に固定し、さ
らに左側ペダルクランク１４ｂを軸継手４４に締付けナ
ット４５で固定する。このように既存の自転車に簡単に
取り付けることができる。

【００４０】ペダルの踏み込み動作を行わない自転車の
運転前の状態ではスプリング３９の力によりギヤ円盤部
材３４に固定した第２の摩擦摺動部材４２は第１のトル
ク伝達板３５に圧接し、小径リング部材４０に固定した
第１の摩擦摺動部材４１は第２のトルク伝達板２８に圧
接している。

【００４１】この状態でペダル１５ａ，１５ｂを踏み込
み、自転車の運転を開始すると、第１のトルク伝達板３
５がペダルクランク１４ｂの回転により回転し、第１の
トルク伝達板３５の斜傾突起３８の傾斜面が第２のトル
ク伝達板２８の斜傾突起３３の傾斜面に接触し、第１の
トルク伝達板３５は回転しながらペダルクランク軸２７
の軸方向へ移動する。これによりギヤ円盤部材３４の第
２の摩擦摺動部材４２は第１のトルク伝達板３５に強く
圧接し、小径リング部材４０の第１の摩擦摺動部材４１
も第２のトルク伝達板２８に強く圧接する。

【００４２】一方、第１のトルク伝達板３５が回転する
と回転速度センサ４７がペダルクランク１４ｂの回転速
度を検出する。また、ペダルクランク１４ｂの回転によ
りペダルクランク軸２７が回転し自転車は前進する。こ
れにより加速度センサ４９が自転車の加速度を検出す
る。なお、ペダル１５ｂが１０度前後回転すると回転速
度が一定値以上になるように設定されている。

【００４３】ＣＰＵ５４は回転速度センサ回路５６から
の回転速度検出信号及び加速度センサ回路５７からの加
速度検出信号を取込み、回転速度が一定値以上で、かつ
加速度が一定値以上になると、Ｉ／Ｏポート５５を介し
てモータコントロール回路５８にモータ駆動信号を供給
する。これによりモータコントロール回路５８は電動機
１７を起動する。

【００４４】電動機１７が起動すると電動機１７の回転
トルクが減速機２３を介して最終段ギア２１、すなわ
ち、ギヤ円盤部材３４に伝達され、さらに第１の摩擦摺
動部材４１を介して第２のトルク伝達板２８に伝達され
ると共に第２の摩擦摺動部材４２を介して第１のトルク
伝達板３５に伝達される。このとき各トルク伝達板２
８，３５に伝達されるトルクの大きさは、スプリング３
９による摩擦摺動部材４１，４２の圧接力と摩擦摺動部
材４１，４２の摩擦係数と摩擦摺動部材４１，４２の摩
擦面の平均半径との積によって定められる。摩擦摺動部
材４２の摩擦面の平均半径は摩擦摺動部材４１の摩擦面
の平均半径よりも大きいので、第１のトルク伝達板３５
に伝達されるトルクは第２のトルク伝達板２８に伝達さ
れるトルクよりも大きくなる。こうして、人力によるペ
ダルトルクが小さくても電動機１７からのトルクによる
動力補助が行われ、これによりペダルクランク軸２７は
十分な回転トルクを得て自転車を動かすことになる。

【００４５】また、第１のトルク伝達板３５には人力に
よるペダルトルクに加えて電動機１７からの動力による
トルクが加わって傾斜係合部の作用力が増加する。従っ
て、各トルク伝達板２８，３５によりギヤ円盤部材３４
を挟持する圧接力も増加し、電動機１７から伝達される
トルクはさらに増加する。このため、左側のペダル１５
ｂからの人力によるトルクが減少しても、また、右側の
ペダル１５ａを踏み込むサイクルになっても、電動機１
７からの伝達トルクにより各トルク伝達板２８，３５と
円盤部材３４との圧接力を十分に維持できる。従って、
減速機２３が左側にのみ取り付けられているにも拘ら
ず、左右どちらのペダルから漕ぎ出しても十分な動力補
助ができる。しかも、左側のペダル１５ｂを漕ぐ時には
その踏み込み力に比例して各トルク伝達板２８，３５と
ギヤ円盤部材３４との圧接力が増加して補助動力を増大
させることができる。

【００４６】また、ペダル１５ａ又は１５ｂが下の位置
に達した時には回転速度センサ４７によるペダルクラン
ク１４ｂの回転速度検出が中断される。このときには、
スプリング３９の圧力のみによる接触圧でのトルク伝達
可能状態となる。また、これはペダルの回転を停止させ
た時も同様である。このときのトルクは１０ｋｇ・ｃｍ
程度あればよいので、ほとんど違和感のない軽い力でペ
ダルを逆回転させることができる。

【００４７】さらに、電動機１７として垂下トルク特性
を有するモータを使用し、このモータの起動トルクを一
定値以下に制限しているので、発進時や低速時に最終段
ギヤの回転速度が人力によるペダルの回転速度よりも大
きくなり、摩擦摺動部材の摩擦力による動力補助を十分
に行うことができる。

【００４８】次に本発明の他の実施例を図面を参照して
説明する。なお、前記実施例と同一の部分には同一の符
号を付して詳細な説明は省略する。これは図１２に示す
ように、ヘッドパイプ２に電動機及び減速機を備えたギ
ヤケース６１を固定し、このギヤケース６１の減速機の
出力ピニオンを前輪９のリムに当接し、電動機の回転力
を減速機を介して直接前輪９に伝達する構成になってい
る。

【００４９】そして図１３に示すように、ペダルクラン
ク軸２７に、内部に多局着磁したリング状マグネット６
２を固定した回転部材６３を取り付けている。また、ボ
トムブラケット２６にリング部材６４を固定し、このリ
ング部材６４に支持部材６５を介して回路基板６６を固
定し、この回路基板６６の先端に回転速度センサを構成
するホール素子６７を取り付けている。そして、このホ
ール素子６７を前記マグネット６２の内側に対向配置し
ている。

【００５０】前記回転部材６３の外側に軸継手４４をね
じ止めし、この軸継手４４に左側のペダルクランク１４
ｂを締め付けナット４５によって固定している。

【００５１】前記ペダルクランク軸２７が回転すると、
回転部材６３が回転し、それに伴ないマグネット６２が
回転する。前記ホール素子６７はマグネット６２の回転
速度、すなわち、ペダルクランク軸２７の回転速度に比
例したパルス間隔を持ったオン、オフ信号を出力する。
このホール素子６７からのオン、オフ信号を処理するこ
とで回転速度検出信号を出力する。また、自転車が前進
すると回路ボックス１９内に設けた加速度センサが加速
度を検出して加速度検出信号を出力する。

【００５２】そこでＣＰＵ５４は、回転速度検出信号と
加速度検出信号を取り込み、回転速度が一定値以上にな
り、かつ加速度が一定値以上になるとモータコントロー
ル回路５８にモータ駆動信号を供給する。これにより、
モータコントロール回路５８は、前記ギヤケース６１内
の電動機を起動する。

【００５３】電動機は加速度が小さい場合には主電流が
チョッパ制御されて電流が小さく押さえられる。これに
よりペダル踏み込み力以上の動力補助が行われるのが防
止される。また、ペダル踏み込み力が大きくなると加速
度もその力に比例して大きくなるので、そのときの人力
に相当した動力補助が行われるように電動機の主電流が
定められる。

【００５４】この実施例においてもギヤケース６１や回
転部材６３やホール素子６７などは既存の自転車に簡単
に取り付けることができる。そして、ペダルを踏み込む
人力に相当した動力補助を行うことができる。従って、
前記実施例と同様の効果が得られる。

【００５５】なお、前記実施例では加速度検出手段とし
て加速度センサを設けたものについて述べたが必ずしも
これに限定するものではなく、回転速度センサの出力を
微分回路を通すことによって加速度を検出するものであ
ってもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上、請求項１対応の発明によれば、市
販されている普通自転車に簡単に取付けることができて
汎用性を向上でき、しかも適切な動力補助ができる。

【００５７】また、請求項２対応の発明によれば、市販
されている普通自転車に簡単に取付けることができて汎
用性を向上でき、しかも、ペダルクランクを連結したペ
ダル連結軸に第１のトルク伝達板を固定し、第２のトル
ク伝達板をペダルクランク軸に固定し、第１のトルク伝
達板がペダルクランクの回転力を受けて回転したとき、
第１のトルク伝達板を第２のトルク伝達板に斜傾係合部
により係合して減速機の駆動トルクを最終段ギヤから摩
擦摺動部材を介して各トルク伝達板に伝達する構成とし
ているので、ペダルの踏み込み動作により適切な動力補
助ができる。

【００５８】また、請求項３対応の発明によれば、市販
されている普通自転車に簡単に取付けることができて汎
用性を向上でき、しかも摩擦摺動部材による第１のトル
ク伝達板への伝達トルクを第２のトルク伝達板への伝達
トルクよりも大きく設定しているので、左右いずれのペ
ダルの踏み込み動作によっても適切な動力補助ができ
る。

【００５９】さらに、請求項４対応の発明によれば、市
販されている普通自転車に簡単に取付けることができて
汎用性を向上でき、しかもペダルクランクを連結したペ
ダル連結軸に第１のトルク伝達板を固定し、第２のトル
ク伝達板をペダルクランク軸に固定し、かつ、最終段ギ
ヤの板面をバネ部材により第１のトルク伝達板に押圧す
る構成とし、第１のトルク伝達板がペダルクランクの回
転力を受けて回転したとき、第１のトルク伝達板を第２
のトルク伝達板に斜傾係合部により係合して減速機の駆
動トルクを最終段ギヤから摩擦摺動部材を介して各トル
ク伝達板に伝達する構成としているので、ペダルの踏み
込み動作によりさらに適切な動力補助ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す自転車の斜視図。

【図２】同実施例の自転車を車体フレームを省略して上
から見た図。

【図３】同実施例の左側ペダルクランク軸部の部分断面
図。

【図４】同実施例の第１のトルク伝達板の斜視図。

【図５】同実施例の第２のトルク伝達板の斜視図。

【図６】同実施例の第１のトルク伝達板の左右の側面図
及び断面図。

【図７】同実施例の第２のトルク伝達板の左右の側面図
及び断面図。

【図８】同実施例の最終段ギヤ及びギヤ円盤部材の構成
を示す図で、(a) は第２のトルク伝達板と対向する面の
斜視図、(b) は第１のトルク伝達板と対向する面の側面
図。

【図９】同実施例の加速度センサの構成を示す図で、
(a) は平面図、(b) は(a) のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図１０】同実施例の制御回路を示すブロック図。

【図１１】図１０のモータコントロール回路の具体回路
構成を示す回路図。

【図１２】本発明の他の実施例を示す自転車の斜視図。

【図１３】同実施例の左側ペダルクランク軸部の一部断
面した図。

【符号の説明】

１６…ギヤケース１７…電動機２１…最終段ギヤ２３…減速機２７…ペダルクランク軸２８…第２のトルク伝達板３３，３９…傾斜突起３５…ギヤ円盤部材３６…第１のトルク伝達板４１，４２…摩擦摺動部材４７…回転速度センサ４８…マグネット４９…加速度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動機の回転を減速機を介してクランク
軸又は車輪に伝達して動力を補助する自転車用動力補助
装置において、ペダルクランクの回転速度を検出する回転速度検出手段
と、自転車の加速度を検出する加速度検出手段とを設
け、前記各検出手段が予め設定した一定値以上の回転速
度及び加速度を検出したとき前記電動機を起動させるこ
とを特徴とする自転車用動力補助装置。
【請求項２】電池を電源として駆動する電動機及びこ
の電動機の回転を減速ギアを介して伝達する減速機を備
え、この減速機の出力をペダルクランク軸に伝達して動
力を補助する自転車用動力補助装置において、ペダルクランクを連結したペダル連結軸に固定し、前記
ペダルクランクの回転力を受けて回転する第１のトルク
伝達板と、前記ペダルクランク軸に固定し、このペダル
クランク軸と一体に回転する第２のトルク伝達板と、前
記第１のトルク伝達板が前記ペダルクランクの回転力を
受けて回転したとき、この第１のトルク伝達板を前記第
２のトルク伝達板に係合するとともに前記ペダルクラン
ク軸の軸方向に移動させ、前記減速機の出力を外部に伝
達する最終段ギヤの板面に前記各トルク伝達板を圧接さ
せる斜傾係合部と、前記最終段ギヤの板面に前記各トル
ク伝達板が圧接したとき、前記減速機の駆動トルクを前
記各トルク伝達板に伝達する摩擦摺動部材と、前記ペダ
ルクランクの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
自転車の加速度を検出する加速度検出手段とを設け、前
記各検出手段が予め設定した一定値以上の回転速度及び
加速度を検出したとき前記電動機を起動させることを特
徴とする自転車用動力補助装置。
【請求項３】摩擦摺動部材による第１のトルク伝達板
への伝達トルクを第２のトルク伝達板への伝達トルクよ
りも大きく設定したことを特徴とする請求項２記載の自
転車用動力補助装置。
【請求項４】電池を電源として駆動する電動機及びこ
の電動機の回転を減速ギアを介して伝達する減速機を備
え、この減速機の出力をペダルクランク軸に伝達して動
力を補助する自転車用動力補助装置において、ペダルクランクを連結したペダル連結軸に固定し、前記
ペダルクランクの回転力を受けて回転する第１のトルク
伝達板と、前記ペダルクランク軸に固定し、このペダル
クランク軸と一体に回転する第２のトルク伝達板と、前
記第１のトルク伝達板が前記ペダルクランクの回転力を
受けて回転したとき、この第１のトルク伝達板を前記第
２のトルク伝達板に係合するとともに前記ペダルクラン
ク軸の軸方向に移動させ、前記減速機の出力を外部に伝
達する最終段ギヤの板面に前記各トルク伝達板を圧接さ
せる斜傾係合部と、前記最終段ギヤの板面を前記第１の
トルク伝達板に押圧するバネ部材と、前記最終段ギヤの
板面に前記各トルク伝達板が圧接したとき、前記減速機
の駆動トルクを前記各トルク伝達板に伝達する摩擦摺動
部材と、前記ペダルクランクの回転速度を検出する回転
速度検出手段と、自転車の加速度を検出する加速度検出
手段とを設け、前記各検出手段が予め設定した一定値以
上の回転速度及び加速度を検出したとき前記電動機を起
動させることを特徴とする自転車用動力補助装置。