JPH09150779A - 補助動力付き人力車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変速機構が組み込まれた電動補助自転車等の
補助動力付き人力車両において、変速機構の何れの速比
においてもアシスト比が一定し、変速時にも円滑な補助
力を得ることができるようにする。 【解決手段】 人力駆動系Ａを構成する遊星歯車式増速
機の太陽歯車の回転を踏力のトルクとしてポテンショメ
ータ１２０で検出し、この検出値と車速データに基づき
電動駆動系Ｂのモータ７０の出力を制御する。ポテンシ
ョメータ１２０と、両駆動系Ａ、Ｂの合力機構である外
輪歯車４５と、車速センサ１３０とを、この順で変速機
構２３の下流側に配し、変速の影響を受けずに一定アシ
スト比の補助力が得られるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人力による駆動系
と電動モータ等の電動力による駆動系とを並列に設け、
場合に応じて電動力により人力を補助する形式の電動補
助自転車等の補助動力付き人力車両の駆動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の人力車両として知られる電動補
助自転車としては、運転者がペダルを踏んで駆動輪であ
る後輪に推進力を与え、たとえば登り坂等を走行するこ
とによって人力の負担が大きくなったら、電動モータの
駆動力を増大させて人力の負荷を減らす仕組みになって
いるものが公知である。その一例として、特開平５−２
４６３７７号公報に、踏力による人力駆動系とモータに
よる電動駆動系を並列に設け、踏力と車速とを検出しな
がらモータ出力を適切に制御する自転車が記載されてい
る。また、特開平６−１０７２６６号公報には、同様の
構成の自転車において、モータ出力を高速走行時に減少
させて不必要な高速走行を防止する技術が記載されてい
る。両公知例の自転車は、ペダル踏力を踏力検出機構で
検出し、その変化に応じて電動モータの出力を制御する
よう構成されている。

【０００３】ところで、このような電動補助自転車で
も、動力伝達系の速比が固定されていると、道路条件あ
るいは運転者の体力等の種々の条件によっては適切な駆
動力を与えることが難しくなってくる。これを解消する
ために、複数のギヤを組み合わせてなる一般周知の手動
変速機構を設けた電動補助自転車が、たとえば、特開昭
５８−８９４８３号や特開平６−１０５４１３号公報に
より公知となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記手動変速機構付き
電動補助自転車においては、その変速機構は、駆動伝達
経路中の踏力検出機構と、人力駆動系および電動駆動系
の合力点との間に組み込まれている。このような構成の
場合、選択した変速位置によって人力駆動系に対する電
動駆動系の補助力の割合すなわちアシスト比が変動して
しまう不具合の発生が想定される。なぜなら、補助力の
大きさは、変速前の人力の大きさに応じて決定されるた
め、合力点における人力と補助力の割合が変速位置によ
り変動してしまうからである。このような不具合は、変
速機構が合力点よりも下流、つまり駆動伝達経路中の最
下流に組み込まれれば解消されるものの、変速機構を作
動させて変速した際にモータの回転数が階段状に変化
し、過渡的に補助力過大あるいは過小といった好ましく
ない現象が生じてしまう。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、手動変速機構の何れの速比においてもアシスト比
が一定し、変速時にも円滑な補助力を得ることができる
補助動力付き人力車両の駆動装置を提供することを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するための手段として、請求項１に記載の補助動力付き
人力車両の駆動装置は、人力入力部からの踏力を駆動輪
に伝達する人力駆動系と、前記踏力を検出する踏力検出
機構と、この踏力検出機構の検出値に基づいて出力制御
される電動駆動系と、この電動駆動系の出力と前記人力
駆動系の踏力とを合成して前記駆動輪に伝達する合力機
構と、前記踏力の負荷を調節可能とする手動変速機構と
が、人力入力部から駆動輪に至る駆動伝達経路中に配さ
れた補助動力付き人力車両の駆動装置において、踏力検
出機構および合力機構の２つを、変速機構に対して、駆
動伝達経路の下流側に配したことを特徴としている。ま
た、本発明の請求項２に記載の補助動力付き人力車両の
駆動装置は、請求項１に記載の補助動力付き人力車両の
駆動装置において、前記変速機構の下流側に車速検出機
構を設け、この車速検出機構によって検出される車速デ
ータと前記踏力検出機構で検出される踏力データとに基
づき、前記電動駆動系の出力を制御することを特徴とし
ている。

【０００７】（作用）本発明の請求項１に記載の補助動
力付き人力車両の駆動装置によれば、踏力検出機構およ
び合力機構の２つを、変速機構に対して、駆動伝達経路
の上流側あるいは下流側のいずれか一方の同一側に配置
しているので、変速機構を作動させて変速しても、変速
の前後のアシスト比は変化せず一定である。本発明の請
求項２に記載の補助動力付き人力車両の駆動装置によれ
ば、変速機構の下流側に車速検出機構を設け、この車速
検出機構によって検出される車速データと踏力検出機構
で検出される踏力データとに基づき電動駆動系の出力を
制御するものである。すなわち、車速データを手動変速
機の回転部材の回転数から得るとともに、この車速デー
タを使って電動駆動系による補助力の漸減速度域（ある
速度に達するとそれから以降の補助力のアシスト比を漸
次下降させていく速度域）が設定されるので、この漸減
速度域が、変速位置によっても変化しない。

【０００８】

【発明の実施の形態】

（１）一実施形態の構成 以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態の電動補助自転車（以下単
に自転車と略称する）１の全体側面を示しており、図に
おいて右側が推進（前進）方向である。説明中、前後左
右といった方向の記載は、特に断りのない場合、この自
転車１の車体を基準とした方向と定義する。

【０００９】図１の符号２は、自転車１のフレームであ
る。このフレーム２は、メインチューブ３、メインチュ
ーブ３の前端に結合されたヘッドチューブ４、メインチ
ューブ３の後端にボトムブラケット５を介して連結され
たシートチューブ６および左右一対のチェーンステー
７、シートチューブ６の上部と各チェーンステー７の後
部とをつなぐシートステー８から構成されている。ヘッ
ドチューブ４は所定角度後傾しており、その中空内部に
は、ハンドルステム９が軸回りに回動自在に挿入されて
いる。ハンドルステム９の下端には左右一対のフロント
フォーク１０が一体に設けられており、これらフロント
フォーク１０の先端間に、前輪１１が回動自在に支持さ
れている。ハンドルステム９の上端には、ハンドルヘッ
ド１２を介してハンドル１３が固定されている。フロン
トフォーク１０には、前輪１１の泥除け１４が支持され
ている。ヘッドチューブ４の前方には、ハンドル１３と
フロントフォーク１０とに取り付けられたステー１５に
支持されて、荷カゴ１６が配設されている。

【００１０】シートチューブ６はヘッドチューブ４と略
平行で、その上端には、シートチューブ６に挿入かつ固
定されたシートポスト１７を介して、運転者（図示略）
が着座するサドル１８が装着されている。ボトムブラケ
ット５には、車幅方向に延びるクランク軸（人力入力
部）２０が回転自在に支持されている。このクランク軸
２０の両端には左右一対のクランク２１が設けられ、こ
れらクランク２１の先端に、運転者が踏むペダル２２が
回転自在に取り付けられている。クランク軸２０の右側
の端部であってクランク２１よりも車体内側の部分に
は、複数（この場合は２枚）のスプロケットホイール２
３ａ、２３ｂの組み合わせからなる変速機構（手動変速
機構）２３が設けられている。

【００１１】図２に詳しく示すように、左右のチェーン
ステー７の後端部には、車幅方向に延びる車軸３０が固
定され、この車軸３０に後輪（駆動輪）３１が回転自在
に支持されている。この後輪３１は、ディスクホイール
３２、ディスクホイール３２の外周に固定されたリム３
３、リム３３に装着されたタイヤ３４とから構成されて
いる。ディスクホイール３２は片側がへこんで凹所３２
ａが形成されており、車体に組まれた状態で、その凹所
３２ａが左側に向いている。ディスクホイール３２の軸
心にはフリーホイール２４が連結されており、このフリ
ーホイール２４と前記スプロケットホイール２３ａまた
は２３ｂとに駆動チェーン２５が巻回されている。変速
機構２３のスプロケットホイール２３ａ、２３ｂは、前
者が小径の低速用、後者が大径の高速用に設定されてい
る。この変速機構２３によれば、図示せぬ変速レバー等
の変速手段によってスプロケットホイール２３ａ、２３
ｂへの駆動チェーン２５の巻回を切り換えることによ
り、走行速度に応じたギヤ比を選択できるようになって
いる。なお、チェーンステー７およびシートステー８に
は、後輪３１の泥除け３５が支持されている。

【００１２】本実施形態の自転車１は、運転者がペダル
２２を踏んでスプロケットホイール２３ａ（２３ｂ）を
回転させ、その回転が駆動チェーン２５、フリーホイー
ル２４を経て後輪３１に伝わって走行する一般的な駆動
系統の人力駆動系Ａの他に、人力による駆動力すなわち
ペダル２２の踏力の変化に応じてその踏力を補助する電
動駆動系Ｂを、後輪３１に備えている。前記クランク軸
２０、クランク２１、ペダル２２、変速機構２３、フリ
ーホイール２４および駆動チェーン２５は、人力駆動系
Ａの一部を構成している。続いて、これら以外の人力駆
動系Ａである遊星歯車式増速機４０と、電動駆動系Ｂを
構成するパワーユニット６０について説明を進めてい
く。

【００１３】図２および図３に示すように、遊星歯車式
増速機４０およびパワーユニット６０は、車軸３０と、
車軸３０およびフレーム２に支持されたパワーユニット
ケース６１に支持され、そのほとんどがこのパワーユニ
ットケース６１内に収納されている。パワーユニットケ
ース６１は、椀状のケース本体６２と、このケース本体
６２の開口を塞いで着脱自在に装着される蓋体６３とか
ら構成され、側面から見ると円の一部を切り欠いたよう
な形状をしている。そして、図２においてケース本体６
２が左側、蓋体６３が右側に配置され、かつ前記ディス
クホイール３２の凹所３２ａ内に一部が収納されてい
る。ケース本体６２には内側に突出するボス６２ａが設
けられるとともに、蓋体６３には大きくあいた開口６３
ａが形成され、これらボス６２ａおよび開口６３ａに、
ディスクホイール３２の中心を貫通する車軸３０が通さ
れている。ケース本体６２は、車軸３０にボス６２ａで
固着されるとともに適宜箇所でフレーム２に回り止めさ
れた状態で固着されており、したがって、パワーユニッ
トケース６１は固定状態とされ、後輪３１は、パワーユ
ニットケース６１に対して相対回転するようになってい
る。

【００１４】さて、前記遊星歯車式増速機４０は、車軸
３０に軸受４１を介して回転自在に装着されたキャリア
４２と、このキャリア４２に回転自在に支持された複数
の遊星歯車４３と、これら遊星歯車４３に囲まれて全て
の遊星歯車４３の内側に噛合する太陽歯車４４と、各遊
星歯車４３を囲んで配され全ての遊星歯車４３の外側に
噛合する外輪歯車（合力機構）４５とから構成されてい
る。これらは全て、車軸３０を中心として同軸的に配置
されている。

【００１５】キャリア４２は、両端が開口する筒状体
で、右端部はディスクホイール３２よりも外側に突出
し、その突出端の外周に、前記フリーホイール２４が、
一方向クラッチ２６を介して結合されている。この一方
向クラッチ２６は、推進方向へのフリーホイール２４の
回転のみキャリア４２に伝える一般周知の構成のもので
ある。これとは反対側のキャリア４２の左側の端面に
は、車軸３０と平行な支軸４６に軸支された複数の前記
遊星歯車４３が回転自在に支持されている。全ての遊星
歯車４３には、内側において前記太陽歯車４４が噛合
し、外側において前記外輪歯車４５が噛合している。

【００１６】図３に示すように、太陽歯車４４も両端が
開口する筒状体で、その右端部の外周に、各遊星歯車４
３の内側に噛合する歯部４４ａを有しており、軸受４
７、４８を介して車軸３０に回転自在に装着されてい
る。外輪歯車４５は、内周面に各遊星歯車４３に噛合す
る内歯４９ａを有する筒部４９と、筒部４９に形成され
た鍔５０にネジ５１で固定され外周に外歯５２ａを有す
る環部５２とで構成されている。そして、筒部４９が、
軸受５３を介してキャリア４２および太陽歯車４４に回
転自在に支持され、さらに、鍔５０の外周部とパワーユ
ニットケース６１の蓋体６３との間には、オイルシール
５４が配置されている。

【００１７】そして、外輪歯車４５の環部５２には、デ
ィスクホイール３２の右側の端面から鍔５０を通された
ネジ５５がねじ込まれ、このネジ結合により、ディスク
ホイール３２と外輪歯車４５とが一対に連結されてい
る。ネジ５５による結合部分は、車軸３０を中心とした
周等分複数箇所に設けられている。

【００１８】次に、前記パワーユニット６０を説明する
と、このパワーユニット６０は、前記パワーユニットケ
ース６１に固定されたモータ７０と、パワーユニットケ
ース６１内に収納かつ支持された遊星歯車式減速機８０
とから構成されている。

【００１９】モータ７０は、その筒状のケーシング７１
が、モータ回転軸７２をパワーユニットケース６１内に
突出させる状態にしてパワーユニットケース６１のケー
ス本体６２に固定されている。モータ回転軸７２は車軸
３０と平行で、その突出端部には、太陽歯車７３が形成
されている。

【００２０】遊星歯車式減速機８０は、モータ回転軸７
２の回転速度を減速するとともに、その回転を前記遊星
歯車式増速機４０の外輪歯車４５に伝達するもので、キ
ャリア８１と、このキャリア８１に回転自在に支持され
た複数の遊星歯車８２と、これら遊星歯車８２を囲んで
配され全ての遊星歯車８２の外側に噛合する外輪歯車８
３と、キャリア８１に一方向クラッチ８４を介して結合
された出力歯車８５とから構成されている。これらは全
て、モータ回転軸７２を中心として同軸的に配置されて
いる。

【００２１】この遊星歯車式減速機８０は、パワーユニ
ットケース６１のケース本体６２に固定された環状の支
持枠６４に外輪歯車８３が支持されることにより、全体
が支持されている。その外輪歯車８３は、環状体であっ
て左側の内周面に歯部８３ａを有し、右側の外周部が軸
受９０を介して支持枠６４に回転自在に支持されてい
る。キャリア８１は、中間部８１ａの左側に大径部８１
ｂ、右側に小径部８１ｃが形成されたドラム状部材で、
大径部８１ｂが外輪歯車８３内に収納され、軸受９１を
介して外輪歯車８３に支持されている。キャリア８１の
大径部８１ｂの端面には、モータ回転軸７２と平行な支
軸８６に軸受９２を介して軸支された複数の前記遊星歯
車８２が、回転自在に支持されている。全ての遊星歯車
８２には、内側においてモータ回転軸７２の太陽歯車７
３が噛合し、外側において前記外輪歯車８３の歯部８３
ａが噛合している。モータ回転軸７２の先端面には円孔
７２ａが形成され、ここに嵌め込まれたボール８７によ
り、モータ回転軸７２がキャリア８１に直接当接しない
ようになっている。

【００２２】キャリア８１の小径部８１ｃの先端には押
さえ板８８が螺合されており、出力歯車８５は、押さえ
板８８および中間部８１ａに軸受９３を介して回転自在
に支持されている。出力歯車８５は、小径部８１ｃに前
記一方向クラッチ８４を介して装着されている。出力歯
車８５は、前記人力駆動系Ａの遊星歯車式増速機４０を
構成する外輪歯車４５の外歯５２ａに噛合しており、モ
ータ７０の駆動力が出力歯車８５から人力駆動系Ａに伝
達され、後輪３１に伝達されるようになっている。すな
わち、外輪歯車４５は、両駆動系Ａ、Ｂの合力機構を構
成している。一方向クラッチ８４は、モータ７０による
出力歯車８５の回転を後輪３１に伝える一方、後輪３１
から出力歯車８５を経てモータ７０へ伝わる回転を遮断
するよう構成されている。

【００２３】さて、図２ないし図４（図４は図２の蓋体
６３と遊星歯車式増速機４０および遊星歯車式減速機８
０の一部を省いて右側から見た図）に示すように、人力
駆動系Ａを構成する太陽歯車４４には、扇状の人力側釣
合歯車１００が太陽歯車４４と同軸的に固定されてお
り、一方、電動駆動系Ｂを構成する外輪歯車８３の外周
フランジ部には、やはり扇状のモータ側釣合歯車１１０
が外輪歯車８３と同軸的に固定されており、これら釣合
歯車１００、１１０の歯部１００ａ、１１０ａどうし
が、互いに噛合している。

【００２４】人力側釣合歯車１００は、図４における時
計方向へ回転すると、パワーユニットケース６１のケー
ス本体６２にセットされた調整ロッド１０１で逆方向
（反時計方向）に付勢されるようになっている。図５に
示すように、太陽歯車４４の左端のフランジ部の表面に
はピン１０２が突設され、このピン１０２が、調整ロッ
ド１０１の先端に当接するか、あるいは僅かに離れてい
る。人力側釣合歯車１００が時計方向に回転すると、調
整ロッド１０１が、それまで自由長状態だったばね１０
３を圧縮して退行し、このため人力側釣合歯車１００
は、ばね１０３の付勢力を調整ロッド１０１から受ける
ようになっている。ただし、ばね１０３のばね定数は、
後述するポテンショメータ１２０の微振動を防ぐ程度の
ごく弱いもので、そのばね定数にばらつきがあってもポ
テンショメータ１２０の検出精度に影響はない。

【００２５】一方、人力側釣合歯車１００の、前記調整
ロッド１０１が配置された側とは反対側の周方向端部に
は、人力側釣合歯車１００の急激な戻りを弾性的に受け
るダンパ１０４が、ケース本体６２に取り付けられてい
る。図６に示すように、太陽歯車４４の左端のフランジ
部の表面にはピン１０５が突設されている。このピン１
０５は、初期状態においてダンパ１０４のクッションロ
ッド１０４ａに当接しているか、あるいは僅かに離れて
いる。そして、人力側釣合歯車１００が、反時計方向に
戻る勢いが強いことによって不必要な範囲にまで回転し
ようとすると、その回転をダンパ１０４のクッションロ
ッド１０４ａが弾性的に受けるようになっている。

【００２６】人力側釣合歯車１００の回転量は、ケース
本体６２に取り付けられたポテンショメータ（踏力検出
機構）１２０で検出される。このポテンショメータ１２
０は、図７に示すように、人力側釣合歯車１００の歯部
１００ａに噛合する歯車部１２１と、この歯車部１２１
の回転量を検出する検出部１２２とを備えており、ゼロ
点調整が可能なものである。

【００２７】なお、パワーユニットケース６０内の、図
２において人力駆動系Ａを構成する外輪歯車４５の環部
５２の下方に当たる箇所には、外歯５２ａの数をカウン
トして環部５２の回転速度を検出する車速センサ（車速
検出機構）１３０が、蓋体６３に固定されて配置されて
いる。この車速センサ１３０は、環部５２の回転速度に
基づき、ペダル２２を踏んで駆動力を与えている状態に
おける自転車１の走行速度を検出する。

【００２８】パワーユニットケース６０内には、前記ポ
テンショメータ１２０の検出信号が入力され、その検出
信号に基づいて電動駆動系Ｂのモータ７０の出力を制御
するコントローラ１４０が収容されている。このコント
ローラ１４０に基づく制御系および前記モータ７０は、
フレーム２のメインチューブ３の直下にメインチューブ
３に沿って搭載されたバッテリ１４５を電源として作動
する。バッテリ１４５は鉛電池等の充電可能なもので、
バッテリケース１４６内に収納されており、バッテリケ
ース１４６の前部には、バッテリ１４５の電力の供給を
前記制御系およびモータ７０に入・切するメインスイッ
チ１４７およびバッテリ１４５の電力残量を警告するパ
イロットランプ１４８が設けられている。

【００２９】図８は、図２等に示した人力駆動系Ａ、電
動駆動系Ｂの動力系統図を現している。この図から明ら
かなように、ポテンショメータ１２０、両駆動系Ａ、Ｂ
の合力機構である外輪歯車４５の２つは、スプロケット
ホイール２３ａ、２３ｂで構成される変速機構２３に対
して、駆動伝達経路の下流側にともに配されている。さ
らに、車速センサ１３０は、変速機構２３の下流側に配
された人力駆動系Ａの外輪歯車４５の回転に基づき車速
検出を行うようになっている。

【００３０】（２）一実施形態の動作 続いて、前記コントローラ１４０の制御方法と併せて、
上記自転車１の作用を以下に説明する。運転者がペダル
２２を踏む踏力により前進方向（図４で時計回転方向）
にクランク軸２０が回転すると、その回転は、駆動チェ
ーン２５から一方向クラッチ２６を経て遊星歯車式増速
機４０のキャリア４２に直接伝わる。キャリア４２が回
転すると、各遊星歯車４３が太陽歯車４４の周囲を公転
し、その回転が外輪歯車４５の鍔５０からディスクホイ
ール３２に伝わり、後輪３１が回転して自転車１が走行
する。遊星歯車式増速機４０における各遊星歯車４３の
公転は、外輪歯車４５に伝わる一方、そのトルクに応じ
た反力を受ける太陽歯車４４を、ばね１０３の無視でき
るほどに弱い付勢力に抗して回転（自転）させる。この
ようにして太陽歯車４４が回転すると、これとともに人
力側釣合歯車１００が一体回転し、ポテンショメータ１
２０の歯車部１２１が回転させられる。歯車部１２１の
回転を検出部１２２が検出し、その検出信号がコントロ
ーラ１４０に入力される。また、これと同時に車速セン
サ１３０で検出された車速データがコントローラ１４０
に入力される。するとコントローラ１４０は踏力を算出
するとともに、車速に応じたモータ回転速度と踏力に応
じたモータトルクとからなる補助力を、メモリ１５０に
記憶されたデータに基づき、モータ７０に供給する電流
をＰＷＭ制御してそのＤＵＴＹの電流をモータ７０に供
給する。この電流値は、コントローラ１４０内の補助力
演算器１５１によって求められる。

【００３１】モータ７０のモータ回転軸７２の回転は、
図４において反時計回り方向であって、遊星歯車式減速
機８０を構成する太陽歯車７３から各遊星歯車８２の公
転を経てキャリア８１に伝わり、さらに、キャリア８
１、一方向クラッチ８４を介して出力歯車８５に伝わ
る。出力歯車８５が回転するとこれに噛合している人力
駆動系Ａの外輪歯車４５、ひいては後輪３１を回転させ
る。

【００３２】以上は、モータ７０を始動させる際の制御
であるが、モータ７０が始動した後には、以下に説明す
るようなモータ７０の出力制御を行う。上記のように電
動駆動系Ｂが作動すると、モータ７０のモータトルク
は、各遊星歯車８２からキャリア８１に伝わる一方、そ
のトルクに応じた反力を受ける外輪歯車８３をある角度
回転させる。このように外輪歯車８３が回転すると、モ
ータ側釣合歯車１１０が一体回転する。ところが、モー
タ側釣合歯車１１０は、踏力のトルクにより回転する人
力側釣合歯車１００と噛合しており、これら両歯車１０
０、１１０に伝達される回転力の方向は互いに逆向きで
あることから、互いの回転を規制し合う。コントローラ
１４０は、両歯車１００、１１０の回転力がほぼ釣り合
って所定の中立位置に保持され、しかも、その中立位置
が車速に応じて調整されるように、モータ７０へ供給す
る電流をＰＷＭ制御する。図９はそれを模式的に表して
いる。上記中立位置（目標値）は、車速に応じて変化す
るように制御され、図１０に示すように、予め記憶した
車速−目標値マップに基づき車速に略比例して目標値が
変化するよう制御される。

【００３３】コントローラ１４０によるその制御手順
を、図１１に基づいて以下に説明していく。まず、ステ
ップＳ１において、人力側とモータ側の各釣合歯車１０
０、１１０の回転が定められた中立位置範囲（これを目
標値と称する）で釣り合っているか否かを判定する。釣
り合っている場合には、ステップＳ１での判定結果は
「ＹＥＳ］となり、ステップＳ２に進んでモータ７０へ
供給するモータ電流値のＤＵＴＹを検出前のＤＵＴＹと
して続行する。

【００３４】ステップＳ１で各歯車１００、１１０の噛
合状態が目標値に釣り合っていない場合にはステップＳ
３へ進み、人力駆動系Ａと電動駆動系Ｂのどちらのトル
クが強いのか、つまり釣合歯車１００、１１０のどちら
の回転力が上回っているかを判定する。

【００３５】（ａ） 人力駆動系Ａが強い場合 人力駆動系Ａが強い場合にはステップＳ３での判定結果
は「ＹＥＳ］となり、ステップＳ４に進んで踏力トルク
の発生状態が目標値から離れつつあるか否かを判定す
る。離れつつある場合にはステップＳ４の判定結果は
「ＹＥＳ］となり、ステップＳ５に進む。ステップＳ５
においては、それまでの旧ＤＵＴＹに対して補正ＤＵＴ
Ｙを加えたＤＵＴＹの電流をモータ７０に供給する。
補正ＤＵＴＹは、目標値との乖離量と目標値から離れ
る速度によって変化する。

【００３６】踏力トルクの発生状態が目標値から近付き
つつある場合には、ステップＳ４での判定結果は「Ｎ
Ｏ」となり、ステップＳ６に進んでそれまでの旧ＤＵＴ
Ｙに対して補正ＤＵＴＹが引かれたＤＵＴＹの電流を
モータ７０に供給する。補正ＤＵＴＹは、目標値との
乖離量と目標値へ近付く速度によって変化するが、ＤＵ
ＴＹが最終的に負になる場合にはそれを０（ゼロ）とす
る。

【００３７】（ｂ） 電動駆動系Ｂが強い場合 電動駆動系Ｂが強い場合にはステップＳ３での判定結果
は「ＮＯ」となり、ステップＳ７に進んで電動トルクの
発生状態が目標値から離れつつあるか否かを判定する。
離れつつある場合にはステップＳ７の判定結果は「ＹＥ
Ｓ］となり、ステップＳ８に進む。ステップＳ８におい
ては、それまでの旧ＤＵＴＹに対して補正ＤＵＴＹが
引かれたＤＵＴＹの電流をモータ７０に供給する。補正
ＤＵＴＹは目標値との乖離量と目標値へ離れる速度に
よって変化するが、ＤＵＴＹが最終的に負になる場合に
はそれを０（ゼロ）とする。

【００３８】電動駆動系Ｂの電動トルクの発生状態が目
標値から近付きつつある場合は、ステップＳ７での判定
結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ９に進んでそれまで
の旧ＤＵＴＹに対して補正ＤＵＴＹを加えたＤＵＴＹ
の電流をモータ７０に供給する。補正ＤＵＴＹは、目
標値との乖離量と目標値へ近付く速度によって変化す
る。

【００３９】上記目標値は、車速に応じて変化するよう
に制御される。車速は、前記車速センサ１３０により検
出されてその検出信号がコントローラ１４０に入力さ
れ、それに基づいて、コントローラ１４０は図１０に示
すように、車速−目標値マップに基づき車速に略比例し
て目標値を変化させていく。なお、ポテンショメータ１
２０の特定変位以上では、図９に示すように、ばね定数
がばね１０３より大きな別のばね１６０を設けて領域
（イ）、（ウ）の間では、ばね反力を積極的に用い、ト
ルクセンサとして使用することで任意のアシスト力に対
応できる。すなわち、領域（イ）、（ウ）の間では、モ
ータ力とばね力の和が人力と釣り合うように制御される
ため、モータ力がその分減少し、アシスト比が漸減する
ことになる。

【００４０】以上が本実施形態の自転車１の構成および
作用である。この自転車１によれば、踏力を検出するた
めのポテンショメータ１２０、人力および電動駆動系
Ａ、Ｂの合力機構である外輪歯車４５の２つは、スプロ
ケットホイール２３ａ、２３ｂで構成される変速機構２
３に対し、駆動伝達経路の下流側に、ともにこの順で配
されている。このため、変速機構２３を作動させて変速
してもアシスト比は変化せず、変速にかかわらず常に一
定のアシスト比が得られる。また、これとともに、変速
した際にモータ７０の回転数が急変しないという作用が
得られ、その結果、過渡的な補助力過大あるいは過小と
いった現象が回避され、変速時でも円滑な補助力が得ら
れる。

【００４１】また、車速センサ１３０は、変速機構２３
の下流側に配された人力駆動系Ａの外輪歯車４５の回転
に基づき車速検出を行うので、ポテンショメータ１２０
によって検出されるトルクの変動が急変することがな
い。このため、モータ７０による補助力の漸減速度域
が、変速機構２３による変速によっても変化しないとい
った利点を有する。

【００４２】以上の効果に加え、本実施形態の自転車１
は、人力駆動系Ａの太陽歯車４４の回転が踏力のトルク
データとしてポテンショメータ１２０により検出され、
その検出信号と、車速センサ１３０による車速データに
基づき、制御装置１４０が、モータ７０へ供給される電
流をＰＷＭ制御するものである。ここで、太陽歯車４４
と一体の人力側釣合歯車１００が、モータ側釣合歯車１
１０と噛合し、その回転力の方向は互いに逆向きであっ
て、図１０にも示すように、０〜１５ｋｍ／時の範囲内
にあっては、太陽歯車４４はばね力のきわめて小さいば
ね１３０の付勢力を受けるだけで、ばね定数のばらつき
に起因して踏力のトルク検出値に誤差が生じるといった
不具合は起こらない。その結果、ポテンショメータ１２
０による踏力のトルク検出を高精度で行うことができ、
人力駆動系Ａに対する電動駆動系Ｂの補助力の割合すな
わちアシスト比が常に安定したものになる。

【００４３】また、人力駆動系Ａ、電動駆動系Ｂにおけ
るトルク検出のための変位要素である太陽歯車４４、外
輪歯車８３は、人力側およびモータ側の各釣合歯車１０
０、１１０が互いに噛合し、かつ所定の中立位置にほぼ
保持されるようモータ７０の出力が制御されることによ
り、たとえポテンショメータ１２０自体に製造誤差があ
っても、検出値に誤差が生じない。

【００４４】また、人力側およびモータ側の各釣合歯車
１００、１１０の中立位置を、車速に応じ略一定比率で
変化させることにより、車速に応じた適切なアシスト比
が得られる。

【００４５】さらに、人力駆動系Ａにおいて踏力は低速
・高トルクであり、電動駆動系Ｂにおいてモータ７０は
高速・低トルクであるから、両駆動系Ａ、Ｂの合力を得
るには、人力駆動系Ａには増速機（遊星歯車式増速機４
０）が、また、電動駆動系Ｂには減速機（遊星歯車式減
速機８０）がそれぞれ必須の構成である。これら増速機
４０および減速機８０を構成する構成要素のうち、太陽
歯車４４、外輪歯車８３がそれぞれモータ出力を制御す
るための手段として兼用されているので、部品点数の削
減ならびにコスト低減が図られる。

【００４６】なお、上記実施形態は本発明を自転車に適
用した例であるが、本発明は上記実施形態に限られるも
のではなく、たとえば、三輪車、水上乗り物等いかなる
人力車両にも適用することができる。また、遊星歯車式
増速機４０および遊星歯車式減速機８０は、遊星ローラ
式増速機および遊星ローラ式減速機を用いてもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に記載の補助動力付き人力車両の駆動装置によれば、踏
力検出機構および合力機構の２つを、変速機構に対し
て、駆動伝達経路の上流側あるいは下流側のいずれか一
方の同一側に配することにより、変速機構を作動させて
変速しても変速の前後のアシスト比は変化しない。その
結果、変速にかかわらず常に一定のアシスト比が得られ
るといった効果を奏する。本発明の請求項２に記載の補
助動力付き人力車両の駆動装置によれば、変速機構の下
流側に車速検出機構を設け、この車速検出機構によって
検出される車速データと踏力検出機構で検出される踏力
データとに基づき電動駆動系の出力を制御するので、電
動駆動系による補助力の漸減速度域が変速によっても変
化しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の電動補助自転車の全
体側面図である。

【図２】 図１のII−II線矢視断面図である。

【図３】 図２の要部拡大図である。

【図４】 人力側釣合歯車を説明するための側面図で
ある。

【図５】 図４のＶ−Ｖ線矢視断面図である。

【図６】 図４のVI−VI線矢視断面図である。

【図７】 図４のVII−VII線矢視断面図である。

【図８】 人力駆動系と電動駆動系の駆動系統図であ
る。

【図９】 人力駆動系および電動駆動系の各釣合歯車
の中立状態を表す模式図である。

【図１０】 車速と人力駆動系および電動駆動系の各釣
合歯車の中立位置との関係を表す図である。

【図１１】 制御手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…電動補助自転車（補助動力付き人力車両）、２０…
クランク軸（人力入力部）、２３…手動変速機構、３１
…後輪、４５…外輪歯車（合力機構）、１００…人力側
釣合歯車、１１０…モータ側釣合歯車、１２０…ポテン
ショメータ（踏力検出機構）、１３０…車速センサ（車
速検出機構）、Ａ…人力駆動系、Ｂ…電動駆動系。

フロントページの続き (72)発明者 高田 望 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人力入力部からの踏力を駆動輪に伝達す
   る人力駆動系と、前記踏力を検出する踏力検出機構と、
   この踏力検出機構の検出値に基づいて出力制御される電
   動駆動系と、この電動駆動系の出力と前記人力駆動系の
   踏力とを合成して前記駆動輪に伝達する合力機構と、前
   記踏力の負荷を調節可能とする手動変速機構とが、前記
   人力入力部から前記駆動輪に至る駆動伝達経路中に配さ
   れた補助動力付き人力車両の駆動装置において、 前記踏力検出機構および前記合力機構の２つが、前記手
   動変速機構に対して、前記駆動伝達経路の下流側に配さ
   れていることを特徴とする補助動力付き人力車両の駆動
   装置。
2. 【請求項２】 前記手動変速機構の下流側に車速検出機
   構が設けられ、この車速検出機構によって検出される車
   速データと前記踏力検出機構で検出される踏力データと
   に基づき、前記電動駆動系の出力が制御されることを特
   徴とする請求項１に記載の補助動力付き人力車両の駆動
   装置。