JPH0885491A

JPH0885491A - 電動自転車

Info

Publication number: JPH0885491A
Application number: JP6230024A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Hirose; 康夫広瀬; Katsumi Inui; 克己乾; Seiji Yamaguchi; 征史山口; Tateaki Tanaka; 建明田中; Hisahiro Kazuhara; 寿宏数原; Toshihiro Matsumoto; 敏宏松本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で人力によるトルクを正確に検出
し、このトルクに応じて電動機を的確に駆動させる電動
自転車を提供する。【構成】ペダルと車輪との間にバネ40を介在し、バネ
40の伸縮で踏力の大きさを検出し、その大きさに応じて
電動駆動部によって人力駆動の補助を行う電動自転車
で、バネ40の伸縮を検出するために、変換部材51によっ
てバネ40の伸縮を車軸39方向の移動に変換し、この移動
量をフェライト48がコイル49内を移動することによるイ
ンダクタンスの変化を検出してトルクの大きさを検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人力による人力駆動部
と電動機による電動駆動部との両方を兼ね備え、人力に
よる駆動力の大きさに応じて電動機を駆動し、人力の駆
動力を電動機の駆動力によって補助する電動自転車に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような電動自転車は、特開平
４−３５８９８７号公報（Ｂ６２Ｍ２３／０２）に示す
如く、人力による駆動系と電動モータによる駆動系とを
並列に設け、前記人力による駆動系の駆動力を検出して
電動モータの出力を制御するようにしたものが知られて
いる。

【０００３】この電動自転車において、人力による駆動
系の駆動力、即ちペダルの回転トルクを検出するため
に、ペダルのクランク軸には筒型軸が外嵌してあり、ペ
ダルの踏力は筒型軸から一方向クラッチを介して遊星歯
車機構に伝えられ、更に該遊星歯車機構に歯合したドラ
イブ軸によって後輪に伝えられるようになっている。前
記遊星歯車機構にはトルク検出レバーの一端が介装して
あり、他端はポテンショメータに連結した第２レバーに
当接してある。第２検出レバーは復帰バネによって復帰
されるようになっており、トルク検出レバーを介して第
２レバーがペダルの踏力に応じた角度だけ回転し、その
回転量をポテンショメータによって測定することによっ
てクランク軸に加えられたトルクを検出する。

【０００４】また、前記筒型軸には、一方向クラッチ及
び遊星歯車機構を介して電動モータからの回転駆動力も
伝えられるようになっており、検出されたトルクに応じ
て電動モータの駆動力を増加させ、人力の負担を減らす
ようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では駆動部分が後輪と離れた場所にあるため、
駆動力が後輪に伝わるまでに力の損失が大きかったり、
後輪に動力を伝えるために、ペダル及び電動モータの縦
方向の回転をドライブ軸の横方向の回転に変換し、更に
後輪を回転させるために縦方向の回転に変換しなければ
ならず、構成が複雑になるほか、大型化し、更には故障
が起こりやすいといった問題点が生じる。

【０００６】一方、クランク軸に加えられるトルクを検
出しているため、前述した如く、駆動力が後輪に伝わる
までに力の損失が大きいと、必要とされる電動モータの
回転駆動力より低く駆動制御され、人力の補助力が小さ
くなるという問題があった。更に、トルクはトルク検出
レバー及び第２レバーを介してポテンショメータによっ
て検出するようになっているため、振動によって検出誤
差が発生する虞があった。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは車輪に生じたトルクを車
軸方向の移動に変換し、その移動量を検出することによ
って、簡単な構成で人力によるトルクを正確に検出し、
このトルクに応じて電動機を的確に駆動させる、人力に
よる駆動力を補助する電動自転車を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る電動自転
車は、ペダルの踏力によって車輪を回転する人力駆動部
と、電動機の駆動によって前記車輪を回転する電動駆動
部とを備え、前記踏力によって車輪に生じたトルクを検
出し、検出されたトルクに基づいて前記電動駆動部の回
転駆動を制御する電動自転車において、前記車輪に取付
けた盤状ケーシングと、前記ペダルの踏力によって伸縮
すると共に該踏力を前記盤状ケーシングに伝える弾性体
と、該弾性体の伸縮を前記車輪の車軸方向の移動に変換
する変換部材と、該変換部材の移動量を検出するトルク
検出部とを備えることを特徴とする。

【０００９】第２発明に係る電動自転車は、第１発明に
おいて、前記変換部材は、前記弾性体の伸縮によって回
動する回動板と、該回動板に突設され、その端部が傾斜
している傾斜部と、前記車軸方向に摺動可能に設けた摺
動部材と、該摺動部材に前記傾斜部に当接するように形
成した突部と、前記摺動部材を前記回動板方向に付勢す
る弾性体とを備えることを特徴とする。

【００１０】第３発明に係る電動自転車は、第１発明に
おいて、前記変換部材は、前記車輪の車軸周りに形成し
たネジ歯車と、前記弾性体の伸縮によって回動すると共
に車軸方向に移動可能な回動板と、該回動板に形成され
前記ネジ歯車に螺合したネジ部とを備えることを特徴と
する。

【００１１】第４発明に係る電動自転車は、第１発明に
おいて、前記トルク検出部は、磁性部材又は導電部材
と、該磁性部材又は導電部材の近傍に配したコイルとを
備え、その一方は前記変換部材によって車軸方向に移動
されるようになしてあることを特徴とする。

【００１２】第５発明に係る電動自転車は、第１発明に
おいて、前記トルク検出部は、所要距離を隔てて対向し
て配置した電極対と、該電極対の間隙に挿入可能に配置
した誘電体とを備え、その一方は前記変換部材によって
車軸方向に移動されるようになしてあることを特徴とす
る。

【００１３】第６発明に係る電動自転車は、第１発明に
おいて、前記トルク検出部は、磁性体と、該磁性体と対
向して配置した磁気検出器とを備え、その一方は前記変
換部材によって車軸方向に移動されるようになしてある
ことを特徴とする。

【００１４】第７発明に係る電動自転車は、第１発明に
おいて、前記トルク検出部は、光を反射する反射板と、
該反射板に光を出射する発光部，及び前記反射板からの
反射光を受光してその受光位置を検出する受光部を具備
する光学部とを備え、前記反射板又は光学部は前記変換
部材によって車軸方向に移動されるようになしてあるこ
とを特徴とする。

【００１５】

【作用】第１発明の電動自転車にあっては、使用者がペ
ダルを踏むことで、踏力はペダルから弾性体を介して盤
状ケーシング、車輪へと伝達する。始動の際、使用者が
ペダルを踏み込んだとき、弾性体が大きく縮み、また、
一定速度で動きはじめると、弾性体は殆ど縮まなくな
る。また、加速をするときには、始動時と同様、ペダル
の踏み込みにより弾性体が縮み、その弾性体が盤状ケー
シングを押さえることで車輪が回転して走行する。この
ように、弾性体が人力トルクの大きさに応じて伸縮し、
この伸縮を変換部材により車軸方向に変換し、この変移
をトルク検出部が検出することによって人力トルクが検
出される。そして、検出された人力トルクに応じた大き
さで電動機が駆動されるので、人力トルクが大きくなっ
たときには電動機による補助が大きくなり、人力による
駆動と電動機による駆動とを併用して走行する。

【００１６】第２発明の電動自転車にあっては、人力ト
ルクの増加によって弾性体が縮むと共に回動板が回動
し、該回動板に突設された傾斜部が回動して、これに当
接した突部の当接位置が移動し、車軸方向に付勢する弾
性材が縮む，又は伸長して摺動部材が車軸方向に移動す
る。また、人力トルクが減少すると、人力トルクの増加
によって縮んだ弾性体が伸長することによって回動板が
逆方向に回動し、摺動部材はこの回動に係る力，又は車
軸方向に付勢する弾性材の伸長力によって元に戻され
る。これによって、人力トルクは摺動部材の車軸方向へ
の移動量として検出される。

【００１７】第３発明の電動自転車にあっては、人力ト
ルクの増加すると、それに応じて弾性体が縮むと共に回
動板が回動され、該回動板に形成したネジ部は車軸周り
に形成されたネジ歯車に倣って車軸方向に螺進し、回動
板が車軸方向に移動する。また、人力トルクが減少する
と、それに応じて収縮した弾性体が伸長し、前記ネジ部
がネジ歯車に倣って逆進し、回動板は車軸方向に元の位
置まで移動する。これによって前同様、人力トルクは摺
動部材の車軸方向への移動量として検出される。

【００１８】第４発明の電動自転車にあっては、磁性部
材又は導電部材，或いはコイルの一方は摺動部材によっ
て車軸方向に移動されるようになしてあるため、磁性部
材とコイルとの相対位置が接近する又はコイル内への磁
性部材の挿入体積が増加すると、コイルのインダクタン
スが大きくなり、コイルに印加した電圧が小さくなる。
また、その逆の場合は、コイルのインダクタンスが小さ
くなり、コイルに印加した電圧が大きくなる。このとき
の電圧変化を踏力の変化として検出し、この変化に応じ
て電動機を駆動して車輪を回転させる。また、導電部材
がコイル近傍を移動した場合、磁性部材と逆の作用とな
る。つまり、導電部材がコイルに近づくと、コイルのイ
ンクタンスが小さくなってこれに印加した電圧が大きく
なり、コイルから遠ざかると、コイルのインダクタンス
が大きくなってこれに印加した電圧が小さくなる。

【００１９】第５発明の電動自転車にあっては、トルク
検出部は、所要距離を隔てて対向して配置した電極対
と、該電極対の間隙に挿入可能に配置した誘電体との何
れか一方は、変換部材によって車軸方向に移動されるよ
うになしてあるため、トルクに応じて変換部材が車軸方
向に移動して、誘電体が電極対の間隙に対して入出し、
電極対の静電容量が変化する。従って、電極に交流電圧
を印加すると、トルクに応じた静電容量の変化に伴って
その電圧が変化するため、この変化量を検出することに
よってトルクを検出する。

【００２０】第６発明の電動自転車にあっては、トルク
検出部は、磁性体と、該磁性体と対向して配置された磁
気検出器との何れか一方は、摺動部材によって車軸方向
に移動されるようになしてあるため、トルクに応じて磁
性体と磁気検出器との間の距離が変化する。従って、磁
気検出器においてはトルクに応じて検出される磁束密度
が変化するため、この変化量を検出することによってト
ルクを検出する。

【００２１】第７発明の電動自転車にあっては、光学部
の発光部からの出射光は、反射板によって反射され、そ
の反射光は受光部で受光される。また、発光部及び受光
部と、これらに対向して配した反射板との何れか一方
は、摺動部材によって車軸方向に移動されるようになし
てあるため、移動量に応じて受光部における反射光の受
光位置が変化する。受光部は、この変化量を検出するこ
とによってトルクを検出する。

【００２２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００２３】図７は本発明に係る電動自転車の全体斜視
図であり、図中１は電動自転車本体である。電動自転車
本体１には後述する電動機８が備えられており、人力に
よるトルクの大きさに応じて電動機８の駆動力を変化さ
せ、人力による力を電動機８の力によって補助して走行
させるようになっている。

【００２４】電動自転車本体１のフレーム４には前輪
２，後輪３，ハンドル13及びサドル21が取付けてあり、
前輪２はハンドル13によって操舵されるようになってい
る。後輪３の回転軸の部分には盤状ケーシング５が設け
られている。盤状ケーシング５は回転側ケーシング６と
電動自転車本体１に固定される固定側ケーシング７とを
備えており、回転側ケーシング６が後輪３と一体になっ
て回転するようになっている。また、盤状ケーシング５
には電動機８が内蔵されており、電動駆動が必要なとき
に駆動して、後述する人力駆動部10と共に前記回転側ケ
ーシング６を回転させる。この盤状ケーシング５を備え
る駆動部分が電動駆動部９である。

【００２５】人力駆動部10はペダル11及びチェーン12を
備えており、使用者がペダル11を踏むことで、チェーン
12を介して前記後輪３を回転させる。本実施例ではチェ
ーン12を人力の伝達部材としたが、本発明はこれに限ら
ず、チェーン12の代わりにベルト、回転軸等によるもの
でも構わない。

【００２６】前輪２の操舵をするハンドル13の左右両端
にはブレーキレバ14，15が取付けてあり、また前輪２及
び後輪３にはブレーキ装置18，19が設けてあり、ブレー
キレバ14，15とブレーキ装置18，18とはワイヤ16，17に
よって連結されている。そして、ブレーキレバ14，15を
引くことでワイヤ16，17が引っ張られ、このワイヤ16，
17によってそれぞれ前後のブレーキ装置18，19が動作す
るようになっている。また、ワイヤ16，17の途中にはブ
レーキスイッチ20が設けてあり、ブレーキレバ14，15を
操作したときに電動機８への通電が停止する機構になっ
ている。

【００２７】後輪３上のフレーム４には電動機８の電源
となるバッテリ部22が取付けてある。このバッテリ部22
は、フレーム４にスライド着脱可能に取付けられるバッ
テリケース23と、該バッテリケース23に収納した単一型
充電式電池によって構成されており、電源電圧は略２４
ボルトである。

【００２８】次に、図８に基づき、前記盤状ケーシング
５について説明する。

【００２９】図８は、図７に示した盤状ケーシング５の
構成を示す正面図であり、図中７は電動自転車本体に固
定される固定側ケーシングである。固定側ケーシング７
には制御基板24，放熱板25等からなる制御部26、電動機
８、第１プーリ27、第２プーリ28、最終段プーリ29の３
つのプーリからなる減速機構30、該減速機構30の各プー
リ間及び減速機構30と電動機８とを連結する伝達ベルト
31が配置されている。前記最終段プーリ29は回転側ケー
シング６に固定されており、前記電動機８が回転すると
第１プーリから最終段プーリ27〜29までが伝達ベルト31
によって回転し、減速されて最終段プーリ29と共に回転
側ケーシング６が回転する。また、最終段プーリ29に連
結される第２プーリ28の小さいほうのプーリには、一方
向クラッチ（図示せず）が介入されており、ペダルから
の力がかかったときに電動機８を回さないように、即ち
ペダルが軽いようにしてある。

【００３０】第１プーリ27と第２プーリ28との間には両
者を連結するベルト31の張りを調節するための押圧部材
32が設けてあり、該押圧部材32の回転ヘッドがベルト31
の内側に転接しそれを外側に押すことによってベルト31
を展張させている。

【００３１】第１プーリ27の回転軸の取付け部分には長
孔が形成してあり、該長孔には調節ネジ33が螺着してあ
る。そして、第１プーリ27は前記伝達ベルト31が張る方
向に移動され、その状態で前記調節ネジ33によって固定
されるようになっている。

【００３２】後輪の車軸39にはフリーホイール38を介し
て、前記チェーンからの駆動力を回転側ケーシングに伝
達するためのチェーンスプロケット37が取付けてあり、
チェーンが逆回転したとき、前記フリーホイール38によ
ってチェーンからの駆動力が回転側ケーシングに伝達し
ない構成になっている。

【００３３】次に、最終段プーリ29の構成について、図
１乃至図３に基づき詳述する。

【００３４】図１，図２及び図３はそれぞれ、最終段プ
ーリの構成を示す側面断面図，正面図，他の側面断面図
である。最終段プーリ29の車軸39への取付け部分には、
車軸39に対称に該車軸39の略接線方向となるように弾性
体であるバネ40，40が設けてある。バネ40，40は片側を
最終段プーリ29に固定してあり、他側を伸縮自在に開放
してある。また、バネ40は最終段プーリ29に取付けたカ
バー34によって施蓋してある。これによって、後輪に踏
力が加わったとき、後述する押圧部材43によって力を受
けやすいようになっている。

【００３５】バネ40の開放側には側面視が凸状の受圧部
材41が当接してある。受圧部材41はバネ40の径より小さ
い部分と大きい部分とを有しており、小さい部分がバネ
40内に入り込み、大きい部分がバネ40を蓋するように取
付けてある。また、受圧部材41は、鉄又はセラミックス
等の滑りやすい材質のものが使われている。

【００３６】車軸39周りには前記チェーンスプロケット
37の回転により回動する回動板42が設けてあり、該回動
板42には車軸39と対称に前記受圧部材41をチェーンスプ
ロケット37の回転によって押さえる押圧部材43が設けら
れている。この押圧部材43も前同様、鉄又はセラミック
ス等の滑りやすい材質のもので形成されている。また最
終段プーリ29には、前記押圧部材43の受圧部材41に当接
する面の背面と対向する部分に、バネ40の付勢によって
押される押圧部材43を衝撃から防ぐためのラバープレー
ト35が取付けてある。

【００３７】回動板42は最終段プーリ29の内側に同心円
状に挿入されており、押圧部材43がバネ40を押さえるこ
とによって最終段プーリ29と共に回転する。また、押圧
部材43は、受圧部材41を押さえるときに、押さえる位置
が若干ずれるため、受圧部材41に当接する部分が曲面に
なっている。

【００３８】更に、回動板42には回動方向にむかって形
成した傾斜部44を車軸39と対称に２ヵ所形成してあり、
該傾斜部44は回動板42の回動と共に回動する。

【００３９】車軸39の回動板42より固定側ケーシング７
側の周りには摺動部材45が車軸39方向に摺動可能に設け
てあり、該摺動部材45の回動板42に対向する部分には該
回動板42の傾斜部44に当接するように突起46が設けてあ
る。摺動部材45は突起46の反対側から弾性部材、即ちバ
ネ47によって回動板42方向へ付勢されるようになってい
る。従って、回動板42が回動すると、摺動部材45の突起
46はバネ47の付勢によって傾斜部44の斜面に沿って回動
板42側へ押され、摺動部材45は回動板42の回動量に相応
した距離だけ回動板42側に移動する。そして回動板42が
元の位置に戻ると、回動板42の傾斜部44によって突起46
が固定側ケーシング７側に押され、バネ47が縮むと共に
摺動部材45は固定側ケーシング７側の元の位置に戻る。
なお、前述した回動板42及び摺動部材45等を変換部材と
いう。

【００４０】なお、回動板42が回動した場合、該回動板
42の傾斜部44によって突起46を固定側ケーシング７側に
押し、回動板42が元の位置に戻ると、突起46への押圧が
無くなり、バネ47の作用によって摺動部材45が回動板42
側の元の位置に戻る構成にしてもよい。

【００４１】前記摺動部材45の固定側ケーシング７側に
は、トルク検出部51に備えられた磁性部材であるフェラ
イト48が設けてあり、摺動部材45の移動と共に移動する
ようになっている。一方、固定側ケーシング７内には前
記フェライト48の移動範囲内に、該フェライト48と対向
するようにコイルボビン50が取付けてあり、コイルボビ
ン50にはコイル49が巻回してある。

【００４２】次に、人力による駆動と、この駆動に係る
トルクの検出について説明する。

【００４３】電動自転車本体１が走行を始めるとき、使
用者はペダル11に力を掛けて走行する。このとき、後輪
３は止まろうとする力が大きく働くが、チェーンスプロ
ケット37及び回動板42は回転しようとする。そのため、
回動板42は押圧部材43及び受圧部材41を介してバネ40を
押さえ、バネ40が最終段プーリ29を押さえて該最終段プ
ーリ29に固定した回転側ケーシング６及び後輪３が回転
することによって電動自転車本体１が走行する。このと
き、回動板42に大きなトルクが与えられるため、バネ40
は大きく縮み、それに伴って回動板42が回動し、傾斜部
44も回動する。回動板42が回動すると、摺動部材45の突
起46はバネ47の付勢によって傾斜部44の斜面に沿って回
動板42方向へ押され、摺動部材45は回動板42の回動量に
相応した距離だけ回動板42側に移動する。

【００４４】摺動部材45が回動板42側に移動すると、フ
ェライト48がコイル49内を移動し、これによってコイル
49のインダクタンスが変化する。即ち、回転板42に生じ
るトルクが大きくなればなるほどコイル49内に挿入され
るフェライト48の体積が大きくなり、コイル49のインダ
クタンスが大きくなる。コイル49に印加された電圧は、
インダクタンスが大きいほど小さくなり、逆にインダク
タンスが小さいほど大きくなるため、制御部26はこの電
圧の変化を検出することによってトルクの大きさを検出
し、その検出結果に基づいて電動機８の駆動制御を行
う。

【００４５】一方、平地走行時において使用者がトルク
を加えない場合、回動板42は最終段プーリ29と共に回転
し、この状態ではトルクがないのでバネ40は縮まず、摺
動部材45は移動しない。従って、コイル49のインダクタ
ンスの変化もないため、コイル49に印加される電圧も変
わらず、電動機８からの駆動は行われない。

【００４６】また、平地及び上り坂などにおいて使用者
が加速をする場合は、前述した走行を始めるときと同
様、加速によるトルクが加わるとバネ40が縮み、よって
回動板42がそのトルクに応じて回動し、傾斜部44に当接
した突起46及び摺動部材45が移動して、フェライト48が
コイル49内に挿入されることによって、コイル49に印加
される電圧が小さくなり、それに応じて制御部26は電動
機８の駆動制御を行う。

【００４７】次に、図４に基づき、トルク検出部51の回
路について説明する。

【００４８】図４は本発明に係るトルク検出部の回路図
である。前述したコイル49には制御部26（図８参照）に
備えられたマイクロコンピュータ（以下マイコンとい
う）から後述するパルス波形の交流電圧が印加されるよ
うになっており、コイル49は該コイル49とフェライト48
との相対距離に相応する高さのパルスを出力する。コイ
ル49から出力されたパルスは、ＤＣ変換変換部60で平均
化された信号に変換されて増幅部61に与えられ、ここで
増幅されてマイコンに入力される。

【００４９】図５は図４に示した回路中の各点における
波形図であり、（Ａ）はコイルの入側の点Ａで、（Ｂ）
はコイルの出側の点Ｂで、（Ｃ）はＤＣ変換変換部の出
側の点Ｃ（共に図４参照）でのパルスの波形をそれぞれ
示している。コイルには、図５（Ａ）の如き、矩形状の
パルス電圧が印加されている。このようなコイルにフェ
ライトが接近すると、コイルのインダクタンスが大きく
なるため、コイルから出力されるパルスは、図５（Ｂ）
の如くそのパルス高さが、実線で示された鋸歯状波より
低い鋸歯状波（破線）となる。そして、ＤＣ変換変換部
によってパルス高さが平均化されると、図５（Ｃ）の如
く、実線で示された信号のレベルより、コイルへのフェ
ライトの接近量に相応する分だけ低いレベルの信号（破
線）が得られる。

【００５０】このように、トルクを車軸39方向のフェラ
イト48の動きに変換し、これによって変化するコイルの
インダクタンスの変化を電圧の変化に変換して電気信号
を取り出しているので、正確で細かなトルクの検出がで
き、的確な制御で人力を補助することができる。

【００５１】図６は、本発明に係る電動自転車の他の最
終段プーリの構成を示す側面断面図であり、図１に示し
た摺動部材を具備しない構成にしてある。

【００５２】本実施例は、前述した実施例と回動板が異
なるだけなので、同一部分については説明を省略し、回
動板についてのみ説明をする。

【００５３】車軸39周りには変換部材57の回動板53が設
けてあり、該回動板53は前同様に、チェーンスプロケッ
ト37の回転によって回動し、バネ40を介して最終段プー
リ29を押さえ、最終段プーリ29と固定した回転側ケーシ
ング６，後輪を回転するようになっている。車軸39周り
にはネジ歯車59が形成してあり、前記回動板53にはネジ
歯車59に螺合するネジ54が形成してある。そして、回動
板53はチェーンスプロケット37の回転によって回動する
と共に、ネジ歯車59に倣って固定側ケーシング７方向へ
螺進移動する。

【００５４】また、回動板53のネジ54とバネ47との間に
はトルク検出部58のフェライト55が介装してあり、回動
板53の固定側ケーシング７方向への移動によって、フェ
ライト55がコイル56内に挿入される。そして、回動板53
が回転側ケーシング６方向へ移動すると、フェライト55
はバネ47の付勢によって回動板53と共に回転側ケーシン
グ６方向へ移動する。

【００５５】本実施例にあっても前述した実施例と同
様、人力によるトルクが生じると、回動板53が回動する
と共に、フェライト55がコイル56内に挿入され、コイル
56のインダクタンスが大きくなる。これによってコイル
56に印加された電圧が小さくなり、この変化を検出する
ことで、電圧のレベルの大きさに応じて電動機を駆動制
御する。

【００５６】前述した実施例にあっては、コイル内に磁
性材料であるフェライトを挿入するようにしてあるが、
本発明おいてはこれに限らず、銅及びアルミニウム等の
導電性の材料でもよい。

【００５７】この場合、導電部材とコイルとの組み合わ
せを一つのトランスとみなすことができ、一次側を複数
ターンのコイル、二次側を１ターンのコイルとして、二
次側のコイルの距離の変化によって磁気結合の変化と
し、１ターンのコイルが近づくと一次側のコイルのイン
ダクタンスが小さくなって、コイルにかかる電圧が増加
し、１ターンのコイルが遠ざかると一次側のコイルのイ
ンダクタンスが大きくなって、コイルにかかる電圧が減
少する。このことを利用して、トルクのの変化を電圧の
変化に変換して、電動機の駆動を制御することができ
る。

【００５８】また、フェライトの位置はコイル内を移動
するようにしたが、コイルのインダクタンスはフェライ
トが接近するだけでも変化するため、摺動部材又は回動
板の移動によってフェライトがコイルに接近し、コイル
内に挿入されない構成にしてのよいことはいうまでもな
い。

【００５９】更に、前述した実施例にあっては、コイル
内に磁性材料であるフェライトを挿入するようにしてあ
るが、本発明おいてはこれに限らず、コイルを摺動部材
に取付け、フェライトに外嵌するようにしてもよいこと
はいうまでもない。

【００６０】以上のように、ペダルへの踏力によって生
じるトルクを変換部材によって車輪の車軸方向に変換
し、変換部材の移動の変位をトルク検出部で検出して変
位の大きさに応じて電動機を駆動制御し、また、電動駆
動部，トルク検出部，及び制御部を盤状ケーシングに内
蔵したので、コンパクトな構成にでき、回転側ケーシン
グにかかる全ての重量を考慮してトルクを検出でき、微
妙な変化をする人力トルクを正確に検出することができ
る。また、車軸方向の移動によってトルクを検出するの
で、変位の量を大きくとることができ、正確で細かなト
ルクの検出ができ、的確な制御によって人力を補助する
ことができる。

【００６１】また、人力トルクに応じて磁性部材又は電
動導電部材が、盤状ケーシング内に固定されたコイル内
又は近傍を移動することでトルクをインダクタンスの変
化による電圧の変化として検出できるので、正確で細か
なトルクの検出ができ、的確な制御によって人力を補助
することができる。

【００６２】図９及び図10は、本発明に係る他のトルク
検出部の構成を示す側面断面図であり、誘電率の変化に
よってトルクを検出するようにしてある。なお両図９，
10において、図１，３と対応する部分には同じ符号を付
してその説明を省略する。摺動部材45のバネ47と対向す
る端部には、筒状の誘電体70が取付けてある。誘電体70
の内径は、摺動部材45側は該摺動部材45と略同じであ
り、他側はそれより大きい所要の内径にしてある。誘電
体70は回動板42の回動によって摺動部材45が固定側ケー
シング７側に移動するのに伴って同方向へ移動し、回動
板42が元に戻るとバネ47の付勢によって回動板42側へ移
動する。また、誘電体70の移動域には電極71，71が車軸
39と同心円状に所定距離を隔てて配置してあり、誘電体
70は電極71，71の間隙内を進退するようになっている。

【００６３】図11は図９に示したトルク検出部の回路図
である。前述した電極71，71の一方には制御部26（図８
参照）に備えられたマイコンから所定電圧のパルスが印
加されるようになっており、他方は接地してある。そし
て回動板の回動によって摺動部材が固定側ケーシング側
に摺動し、誘電体70が移動すると、誘電体70が電極71，
71の間隙内に挿入されるため、この移動量に相応して電
極71，71の静電容量が増加するため、マイコンから印加
されたパルスはその高さが低い鋸歯状のパルスになる。
このパルスはＤＣ変換変換部60に与えられ、そこで平均
化された信号に変換された後に増幅部61に与えられる。
そして増幅信号がマイコンに入力されると、マイコンは
入力された増幅信号と基準信号とを比較して誘電体70の
移動量を算出し、算出した移動量に応じて電動機の駆動
制御を行う。

【００６４】なお、本実施例では摺動部材によって誘電
体が移動されるようになっているが、本発明はこれに限
らず、摺動部材によって電極が移動されるようにしても
よいことはいうまでもない。

【００６５】図12は更に他のトルク検出部の構成を示す
側面断面図であり、磁束密度の変化によってトルクを検
出するようにしてある。摺動部材45の回動板42と逆の端
には環状の磁石74が設けてあり、固定側ケーシング６に
はホール素子又は磁気抵抗素子等の磁気検出器75が磁石
74と対向して取付けてある。このようなトルク検出部に
あっては、トルクが加えられると回動板42が回動し、摺
動部材45が固定側ケーシング７側に摺動するのに伴って
磁石74が移動して磁気検出器75に接近する。そして、磁
石74が磁気検出器75に接近すると、磁気検出器75におけ
る磁束密度が増大して磁気検出器75の出力が大きくなる
ことによって加えられたトルクの大きさを検出すること
ができる。

【００６６】なお、本実施例では摺動部材に磁石が設け
てあるが、本発明はこれに限らず、摺動部材に磁気検出
器を設け、固定側ケーシング６に磁石を設けるようにし
てもよいことはいうまでもない。

【００６７】図13は本発明に係る更に他のトルク検出部
の構成を示す側面断面図であり、反射光の受光位置の変
化によってトルクを検出するようにしてある。摺動部材
45の回動板42と逆の端には環状の反射板77が設けてあ
り、固定側ケーシング７にはレンズ及びＬＥＤ（発光ダ
イオード）を具備する発光部78と、ＰＳＤ（半導体位置
検出素子又は光学式位置検出素子）又はリニア型ＣＣＤ
（電荷転送デバイス）等を具備する受光部79とを備える
光学部80が前記反射板77に対向して取付けてある。

【００６８】図14は図13に示した光学部80及び反射板77
の部分拡大図である。ＬＥＤ78b から出射された光はレ
ンズ78a で集束されて所定の入射角度で反射板77に入射
され、該反射板77で反射される。この反射光の進路に
は、受光部79が反射光を略直角に受光するように配置し
てある。

【００６９】このようなトルク検出部にあっては、トル
クが加えられると回動板42が回動し、摺動部材45が固定
側ケーシング７側に摺動するのに伴って反射板77が移動
して発光器78に接近する。そして反射板77が、図14の破
線で示した如く、発光器78に接近すると、それに相応し
て、図14の一点破線で示した如く、反射光の進路が平行
移動するため、受光部79における受光位置が平行移動す
る。従って、受光位置の変化を求めることによって加え
られたトルクの大きさを検出することができる。

【００７０】なお、本実施例では摺動部材に反射板を設
けてあるが、本発明はこれに限らず、摺動部材に光学部
を設けるようにしてもよいことはいうまでもない。

【００７１】

【発明の効果】以上詳述した如く第１発明にかかる電動
自転車にあっては、コンパクトな構成で、盤状ケーシン
グにかかる全ての重量を考慮してトルクを検出でき、微
妙な変化をする人力トルクを正確に検出することができ
る。また、車軸方向の移動によってトルクを検出するた
め、変位の量を大きくとることができ、正確で細かなト
ルクの検出ができ、的確な制御によって人力を補助する
ことができる。

【００７２】第２及び第３発明に係る電動自転車にあっ
ては、人力トルクの変化を比較的簡単な構成で正確に車
軸方向の移動に変換し得、故障が発生し難い。

【００７３】第４，第５，第６及び第７発明に係る電動
自転車にあっては、車軸方向に変換された移動量を正確
で細かく検出し得る等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】最終段プーリの構成を示す側面断面図である。

【図２】最終段プーリの構成を示す正面図である。

【図３】最終段プーリの構成を示す他の側面断面図であ
る。

【図４】本発明に係るトルク検出部の回路図である。

【図５】図４に示した回路中の各点における波形図であ
る。

【図６】本発明に係る電動自転車の他の最終段プーリの
構成を示す側面断面図である。

【図７】本発明に係る電動自転車の全体斜視図である。

【図８】図７に示した盤状ケーシングの構成を示す正面
図である。

【図９】本発明に係る他のトルク検出部の構成を示す側
面断面図である。

【図１０】本発明に係る他のトルク検出部の構成を示す
側面断面図である。

【図１１】図９に示したトルク検出部の回路図である。

【図１２】更に他のトルク検出部の構成を示す側面断面
図である。

【図１３】本発明に係る更に他のトルク検出部の構成を
示す側面断面図である。

【図１４】図13に示した光学部及び反射板の部分拡大図
である。

【符号の説明】

３車輪（後輪）５盤状ケーシング８電動機９電動駆動部 10 人力駆動部 11 ペダル 26 制御部 39 車軸 40 弾性体（バネ） 42 回動板 44 傾斜部 45 摺動部材 46 突起 47 弾性体（バネ） 48 磁性部材（フェライト） 49 コイル 51 変換部材 52 トルク検出部 53 回動板 54 ネジ歯車 55 磁性部材（フェライト） 56 コイル 57 変換部材 58 トルク検出部 70 誘電体 71 電極 74 磁石 75 磁気検出器 77 反射板 78 発光部 79 受光部 80 光学部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中建明大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者数原寿宏大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者松本敏宏大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ペダルの踏力によって車輪を回転する人
力駆動部と、電動機の駆動によって前記車輪を回転する
電動駆動部とを備え、前記踏力によって車輪に生じたト
ルクを検出し、検出されたトルクに基づいて前記電動駆
動部の回転駆動を制御する電動自転車において、前記車輪に取付けた盤状ケーシングと、前記ペダルの踏
力によって伸縮すると共に該踏力を前記盤状ケーシング
に伝える弾性体と、該弾性体の伸縮を前記車輪の車軸方
向の移動に変換する変換部材と、該変換部材の移動量を
検出するトルク検出部とを備えることを特徴とする電動
自転車。
【請求項２】前記変換部材は、前記弾性体の伸縮によ
って回動する回動板と、該回動板に突設され、その端部
が傾斜している傾斜部と、前記車軸方向に摺動可能に設
けた摺動部材と、該摺動部材に前記傾斜部に当接するよ
うに形成した突部と、前記摺動部材を前記回動板方向に
付勢する弾性体とを備える請求項１記載の電動自転車。
【請求項３】前記変換部材は、前記車輪の車軸周りに
形成したネジ歯車と、前記弾性体の伸縮によって回動す
ると共に車軸方向に移動可能な回動板と、該回動板に形
成され前記ネジ歯車に螺合したネジ部とを備える請求項
１記載の電動自転車。
【請求項４】前記トルク検出部は、磁性部材又は導電
部材と、該磁性部材又は導電部材の近傍に配したコイル
とを備え、その一方は前記変換部材によって車軸方向に
移動されるようになしてある請求項１記載の電動自転
車。
【請求項５】前記トルク検出部は、所要距離を隔てて
対向して配置した電極対と、該電極対の間隙に挿入可能
に配置した誘電体とを備え、その一方は前記変換部材に
よって車軸方向に移動されるようになしてある請求項１
記載の電動自転車。
【請求項６】前記トルク検出部は、磁性体と、該磁性
体と対向して配置した磁気検出器とを備え、その一方は
前記変換部材によって車軸方向に移動されるようになし
てある請求項１記載の電動自転車。
【請求項７】前記トルク検出部は、光を反射する反射
板と、該反射板に光を出射する発光部，及び前記反射板
からの反射光を受光してその受光位置を検出する受光部
を具備する光学部とを備え、前記反射板又は光学部は前
記変換部材によって車軸方向に移動されるようになして
ある請求項１記載の電動自転車。