JPH08268374A - 自転車用動力補助装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】普通自転車に簡単に取付けることができ、しか
も坂を上る時に適切な動力補助を行う。 【構成】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た第
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、各トルク伝達板に圧接するギヤ円盤部材３４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及び車体の後傾
に伴なう物理的変位量を変位量センサで検出し、回転速
度が一定値以上で、かつ変位量が一定量以上になったと
き電動機を起動し減速器２３を介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
免許証なしで使用できる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、しかも平地走行時は勿論、坂を登る時にも適
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２〜４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、しかも平地走行時は勿論、坂を登る時に
もペダルの踏み込み動作により適切な動力補助ができ、
さらに坂を下る時やブレーキ操作時には電動機による動
力補助を停止して電力消費を極力抑えることができる自
転車用動力補助装置を提供する。

【０００６】

【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、自転車の加速度及び車体の後傾に伴なう物理的変位
量を検出する変位量検出手段とを設け、回転速度検出手
段が予め設定した一定値以上の回転速度を検出し、かつ
変位量検出手段が予め設定した一定量以上の物理的変位
量を検出したとき電動機を起動させるものである。

【０００７】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、自転車の加速度及び車体の後傾に伴なう物
理的変位量を検出する変位量検出手段とを設け、回転速
度検出手段が予め設定した一定値以上の回転速度を検出
し、かつ変位量検出手段が予め設定した一定量以上の物
理的変位量を検出したとき電動機を起動させ、かつ変位
量検出手段が検出する物理的変位量が一定量未満になっ
たとき電動機を停止させるものである。

【０００８】請求項３対応の発明は、請求項１又は２記
載の自転車用動力補助装置において、変位量検出手段
は、加速度の大きさ及び車体の後傾角度の大きさに比例
して物理的変位量を可変するものである。

【０００９】請求項４対応の発明は、請求項１、２又は
３記載の自転車用動力補助装置において、変位量検出手
段は、板状部材又は棒状部材の一端を回動自在に支持
し、この板状部材又は棒状部材の他端側が加速度及び車
体の後傾角度に応じて物理的変位量を可変し、この変位
量が一定量以上となるのをセンサで検出するものであ
る。

【００１０】

【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
の加速度及び車体の後傾に伴なう物理的変位量が一定量
以上になると、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。従って、自転車が登り坂を登るときには坂の傾きに
より物理的変位量が変化しているので、比較的小さい加
速度でも物理的変位量が一定量以上になる。

【００１１】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、自転車の加速度
及び車体の後傾に伴なう物理的変位量が一定量以上にな
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。また、下り坂を
下る時やブレーキをかけたときには自転車の加速度及び
車体の後傾に伴なう物理的変位量が一定量未満となって
電動機が停止する。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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変位量検出手段で
ある変位量センサを組み込んだ回路ボックス１９を取り
付けている。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】前記回路ボックス１９には図９に示す変位
量センサセンサ４９が組み込まれている。この変位量セ
ンサ４９は、(a) に側面図、(b) にＡ−Ａ線に沿う断面
図を示すように、ケース５０内の上部の一方に片寄った
側に回転自在な外輪を有するミニチュアベアリング５１
の内輪を軸支し、このミニチュアベアリング５１の外輪
に例えば板状部材５２の一端を一体的に固定し、この板
状部材５２の他端をケース５０の底部近傍まで延出して
若干幅広にし自由端にしている。そして前記ケース５０
の底部の他方に片寄った端にホトセンサ５３を配置して
いる。前記ホトセンサ５３は発光ダイオードとホトトラ
ンジスタを所定の間隔を隔てて対向配置している。

【００２８】この変位量センサ４９は、板状部材５２を
取り付けた一方の側が自転車の前方となるようにして前
記ケース５０の背面５０ａを前記回路ボックス１９の内
壁にに垂直に固定する。この変位量センサ４９は、自転
車が平坦な地面上に停止しているときには板状部材５２
の他端が垂直に下がり、このときには前記ホトセンサ５
３は板状部材５２により発光ダイオードからホトトラン
ジスタへの光が遮光されない。

【００２９】そして、自転車が走行して加速度が生じた
り、坂を登るときには板状部材５２が後方に回動し、そ
の物理的変位量が一定量以上になると板状部材５２の他
端が発光ダイオードからホトトランジスタへの光を遮光
するようになっている。すなわち、ホトセンサ５３は板
状部材５２が一定量以上に変位したことを検出すること
になる。また、走行中にブレーキがかかったり、坂を下
る時には板状部材５２は前方に回動し、発光ダイオード
からホトトランジスタへの光の遮光を解除するようにな
る。

【００３０】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
共に前記変位量センサ４９を含む変位量センサ回路５７
から変位量検出信号を取込み、回転速度が予め設定した
一定値以上で、かつ変位量が予め設定した一定量以上の
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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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の力のみによりギヤ円
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。

【００３９】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３５
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。

【００４０】一方、第１のトルク伝達板３５が回転する
とマグネット４８も回転し、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
転し自転車は前進して加速度を生じる。これにより変位
量センサ４９の板状部材５２の他端が後方に回動する。
そして板状部材５２の物理的変位量が一定量以上になる
とホトセンサ５３が板状部材５２を検出する。

【００４１】こうして、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変位量センサ回路５
７からの変位量検出信号を取込み、回転速度が一定値以
上で、かつ変位量が一定量以上になると、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５
８は電動機１７を起動する。

【００４２】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。

【００４３】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適切な動力補助が
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。また、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いので、傾斜係
合部においてペダルクランク軸２７の軸方向の分力が加
算されていき、人力によるペダル踏み込み力に応じて補
助量が増加して動力補助が行われる。

【００４４】このため、左側のペダル１５ｂ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１７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３
４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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】また、上り坂で自転車を発進させるときに
は、このときには坂の勾配により変位量センサ４９の板
状部材５２の他端がすでに後方にある量変位している。
従って、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、それほど大きな加速度が生
じなくても板状部材５２の物理的変位量が一定量以上に
なってホトセンサ５３が板状部材５２を検出するように
なる。例えば、ペダル１５ａ，１５ｂが２〜３ｋｍ／ｈ
相当の低速で回転し始めるのみで電動機１７が起動する
ようになる。このように上り坂においては小さな加速度
でも電動機１７を起動させて動力補助が得られるので、
ペダルを踏み込む力が小さくてよく、上り坂に対する適
切な動力補助ができる。

【００４８】また、走行中に下り坂になったり、ブレー
キを掛けたときには変位量センサ４９の板状部材５２の
他端は前方に変位してホトセンサａ５３の検出範囲から
外れる。これにより、ＣＰＵ５４はモータコントロール
回路５８へのモータ駆動信号の供給を停止する。これに
よりモータコントロール回路５８は電動機１７の動作を
停止させる。従って、ペダル１５ａ，１５ｂを高速で回
転している場合であっても電動機１７の動作が停止する
ので、第１のトクル伝達板３５及び第２のトクル伝達板
２８とギヤ円盤部材３４との圧接はスプリング３９によ
る圧接力のみとなって電動機１７からのトルクは加わら
ないので極めて安全である。また、電動機１７の動作が
直ちに停止するので、電池の電力消費を極力抑えること
ができる。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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、オフ信号を回路速度セ
ンサ回路５６で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
設けた変位量センサ４９が板状部材５２の物理的変位量
が一定量以上になったことをホトセンサ５３が検出し、
このホトセンサ５３の出力を変位量センサ回路５７が処
理することで変位量検出信号を出力する。

【００５３】そこでＣＰＵ５４は、回転速度検出信号と
変位量検出信号を取り込み、回転速度が一定値以上にな
り、かつ変位量が一定量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。

【００５４】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。

【００５５】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。また、上
り坂では小さな加速度で電動機が起動され、上り坂に対
して適切な動力補助ができる。従って、前記実施例と同
様の効果が得られる。

【００５６】なお、前記各実施例では加速度変化や坂の
勾配に応じて変位する変位量センサの部材として板状部
材を使用したが、これは棒状部材であってもよい。

【００５７】また、前記各実施例では変位量検出手段と
して、ミニチュアベアリングの回転自在な外輪に板状部
材の一端を固定し、この板状部材の他端を自由端にして
加速度変化や坂の勾配に応じて回動量、すなわち物理的
変位量を変化させ、その変位量が一定量以上になったと
きホトセンサで検出する構成の変位量センサを使用した
が必ずしもこれに限定するものではなく、例えば図１４
に示す構成の変位量センサ７０を使用してもよい。

【００５８】この変位量センサ７０は、(a) に平面図を
示し、(b) にＢ−Ｂ線に沿った断面図を示すように、傾
斜底面７１を有する略中空直方体ケース７２の中に鋼球
７３を揺動自在に封入し、自転車の加速度や上り坂の勾
配に応じて鋼球７３が図中矢印で示す方向に、すなわ
ち、傾斜底面７１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７３の移動方向におけるケー
ス７２の側壁の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７４ａ，７４ｂ，７４ｃを配置し、前記鋼球７３が
どの位置まで移動しているかをこの各ホトセンサ７４
ａ，７４ｂ，７４ｃで検出することで加速度の大きさや
上り坂の勾配に応じた物理的変位量を検出するようにな
っている。

【００５９】このような変位量センサ７０を使用しても
加速度の大きさ及び上り坂の勾配ににより物理的変位量
が一定量以上となるか否かを検出できる。

【００６０】

【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、しかも平地走行時は勿論、坂を登る
時にも適切な動力補助ができる。

【００６１】また、請求項２〜４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、しかも平地走行時は勿論、坂を登
る時にもペダルの踏み込み動作により適切な動力補助が
でき、さらに坂を下る時やブレーキ操作時には電動機に
よる動力補助を停止して電力消費を極力抑えることがで
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】同実施例の変位量センサの構成を示す図で、
(a) は側面図、(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。

【図１４】変位量センサの他の実施例を示す図で、(a)
は平面図、(b) は(a) のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【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 ３３，３８…傾斜突起 ３４…ギヤ円盤部材 ３５…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…変位量センサ ５４…ＣＰＵ ５８…モータコントロール回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、自転車の加速度及び車体の後傾に伴なう物理的変位
   量を検出する変位量検出手段とを設け、前記回転速度検
   出手段が予め設定した一定値以上の回転速度を検出し、
   かつ前記変位量検出手段が予め設定した一定量以上の物
   理的変位量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。
2. 【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、
   自転車の加速度及び車体の後傾に伴なう物理的変位量を
   検出する変位量検出手段とを設け、前記回転速度検出手
   段が予め設定した一定値以上の回転速度を検出し、かつ
   前記変位量検出手段が予め設定した一定量以上の物理的
   変位量を検出したとき前記電動機を起動させ、かつ前記
   変位量検出手段が検出する物理的変位量が一定量未満に
   なったとき前記電動機を停止させることを特徴とする自
   転車用動力補助装置。
3. 【請求項３】 変位量検出手段は、加速度の大きさ及び
   車体の後傾角度の大きさに比例して物理的変位量を可変
   することを特徴とする請求項１又は２記載の自転車用動
   力補助装置。
4. 【請求項４】 変位量検出手段は、板状部材又は棒状部
   材の一端を回動自在に支持し、この板状部材又は棒状部
   材の他端側が加速度及び車体の後傾角度に応じて物理的
   変位量を可変し、この変位量が一定量以上となるのをセ
   ンサで検出することを特徴とする請求項１、２又は３記
   載の自転車用動力補助装置。