JPH0986477A - 電動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ブレーキやフレームなどの耐久性を向上させた
電動車の提供を課題とする。 【解決手段】人力によって車輪11を回転する人力駆動部
と、人力駆動部の駆動力の変化に対応して電動機49の出
力を制御する制御部65を備えた電動駆動部とを有し、更
にブレーキ手段71を備えた電動車で、ブレーキ手段71の
操作に応じて電動駆動部の人力駆動力に対応する出力を
減少させ、制動がかかったときに電動駆動部の出力を減
らすことで、フレームの歪みを減少させるとともにブレ
ーキの摩耗も押さえることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人力駆動力のトル
クの大きさに応じて電動駆動力を駆動し、人力駆動力を
電動駆動力が補助して走行することのできる電動車に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、ヤマハ発動機製補助電動
自転車「パス」等において、人力トルクの大きさを検出
し、その大きさに応じて電動機によって電動駆動力を出
力し、人力駆動力に加えて電動駆動力を付加して走行す
るという補助電動自転車が一般的に知られている。この
ような補助電動自転車のブレーキ機構は、前輪を制動す
るためにサイドプル式キャリパーブレーキ、後輪を制動
するためにローラブレーキを用い、両輪ともに補助力の
制御とは全く関係無く制動をかける機械式ブレーキが使
用されている。

【０００３】しかしながら、上記構成であれば、人力駆
動力と電動駆動力との合力が自転車にかかっていると
き、駆動力がかかった状態で制動を掛けると自転車のフ
レームや車輪などに駆動力と制動力とが共にかかってし
まい、フレームや車輪に歪みが生じやすく、耐久性等に
問題があった。

【０００４】補助力を有しない通常の自転車の場合、ブ
レーキ手段動作による制動力がかかった時、駆動力は人
力の駆動力のみであるので、駆動力は小さく、フレーム
や車輪の歪みは余り問題にはならないが、人力駆動力に
電動駆動力が加わった状態、即ち人力の２倍の駆動力が
かかった状態では、制動力がかかるとフレームなどに歪
みが大きくなるという問題がある。

【０００５】そして、電動駆動力が加わった状態でブレ
ーキを掛けるとブレーキの消耗も大きくなるという問題
が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点に
鑑みなされたもので、耐久性を向上させた電動車を提供
することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の構成
によると、人力によって車輪を回転する人力駆動部と、
人力駆動部の駆動力の変化に対応して電動機の出力を制
御する制御部を設けた電動駆動部とを並列に備え、車輪
の回転を制動するブレーキ手段を設け、制御部は、ブレ
ーキ手段の操作に応じて電動駆動部の人力駆動力に対応
した出力を減少させるという制御にし、人力による駆動
力を検出し、その駆動力に応じて電動機の出力を制御し
て、人力駆動力に電動駆動力を加えて走行し、その時、
ブレーキ手段が操作されたときに電動機の出力を減少さ
せる。

【０００８】本発明の請求項２の構成によると、制御部
は、ブレーキ手段が操作されたときに出力を停止し、人
力駆動力に電動駆動力が加えられて走行しているときに
ブレーキ手段が働くと、人力駆動力がかかっていても電
動駆動力の出力は停止し、人力駆動力に対してのみ制動
力が働くことになる。

【０００９】更に、請求項３の構成によると、制御部
は、ブレーキの操作量の増加に応じて人力駆動力に対す
る出力を減少させ、人力駆動力の大きさに応じて電動駆
動力で補助し、その補助率をブレーキの操作量に応じて
減少させるようにし、例えばブレーキ手段が０％のとき
は、人力と電動の比率を１対１にし、ブレーキ手段の操
作量が大きくなると徐々に比率を減少させ、１００％ブ
レーキ手段が操作されると電動機の出力をゼロにすると
いう制御を行うものである。このことで、フレームなど
への歪みを軽減し、且つ十分な電動駆動力による補助が
できるようになる。

【００１０】そして、請求項４の構成によると、ブレー
キ手段の操作量に応じて動作するブレーキ操作量検出部
を設け、検出部の動作量を電気的信号に変換して検出す
るので、ブレーキ手段の操作量に応じて電動駆動力の比
率を変える場合、ブレーキ手段の操作量が電気的信号に
変換されるので制御しやすくなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を電動自転車
を例に図１乃至図７に基づいて以下に詳述する。

【００１２】まず、電動自転車の全体構成について、図
７に基づき説明をする。

【００１３】１は、前部に設けられたヘッドパイプ２、
サドル３から下方に設けられたシートチューブ４と連結
するメインフレームであり、該メインフレーム１は前記
シートチューブ４とが連結する部分に人力によって回転
することができるペダル５が取り付けられている。

【００１４】６は、ハンドル７の動きに連動し、ハンド
ル７操作によって走行方向を定める前輪で、該前輪６は
スポーク８、リム９、タイヤ10から構成されている。

【００１５】11は、駆動輪となる後輪であり、該後輪11
も、タイヤ12、リム13、スポーク14、それと後輪11を駆
動するための駆動部15とから構成されている。

【００１６】16は、前記ペダル５の回転とともに回転す
る前スプロケットで、該前スプロケット16にはチェーン
17がかかっており前スプロケット16の回転を前記駆動部
15の車軸に設けた後スプロケット27に動力を伝達するよ
うになっている。

【００１７】18は、後述する電動機49の電源となるバッ
テリで、２４ボルトのニッカド電池が収められている。
また、バッテリ18は取り外し可能で充電の際は屋内で充
電をすることができる。

【００１８】19は、前カゴ、20は、停車時に自転車を支
えるスタンドである。

【００１９】前述した駆動部15について、図２及び図３
に具体的構成を示す。

【００２０】21は、メインフレーム１に固定して取り付
けられた円盤状の固定側ケーシングで、22は、前記固定
側ケーシング21と同軸で固定側ケーシング21外側を回転
する回転側ケーシングである。これらの固定側ケーシン
グ21と回転側ケーシング22とを合わせてハブを構成して
いる。前記回転側ケーシング22の外周には２本の環状リ
ブ24が形成されており、環状リブ24からはタイヤ12が取
り付けられているリム13に向かってスポーク14が張設さ
れている。

【００２１】25は、車軸に設けられたハブ軸内装型の変
速機（例えばシマノ製ＳＧ−３５３１など）で、該変速
機25はラチェット26を介して後スプロケット27に接合し
ている。即ち、ラチェット26によりチェーン17からの人
力が一方向にしかかからないようになっており、逆回転
に力がかかったときには駆動力が遮断されるようになっ
ている。そして、該変速機25は円筒状の容器33内に収ま
っており、容器33の片側全周には鍔部28を形成してい
る。また、この変速機25は、車軸29の中空部に変速棒30
が外側に付勢された状態で摺動自在に挿入されており、
変速棒30を左右に移動させることで、変速機25中のギヤ
（図示せず）が切り替わるようになっている。そして、
変速棒30を押さえるための押具31が変速棒30に圧接して
設けてあり、該押具31を操作するための操作具（図示せ
ず）がワイヤー32によって連結してハンドル７付近に設
けてある。要するに、手元の操作具によってワイヤー32
を引っ張ると、押具31が移動し、変速棒30を移動させる
ことで変速段が変わるようになっている。

【００２２】34は、前記変速機25の容器33に圧入して容
器33外周を囲む筒状のスリーブで、該スリーブ34は前記
鍔部28にネジ止めしてある。

【００２３】35は、前記スリーブ34、鍔部28と一体に回
転する回動板である。回動板35については、図４に示
す、動作の略図に基づいて説明をする。

【００２４】前記回動板35は、変速機25の容器33の外周
径よりも大きく、変速機25と同心円状で、相対する２ケ
所には、軸方向に押圧棒36と、変換棒37とが一体成形さ
れている。前記押圧棒36は、釣鐘型の面をもって柱状に
形成されており、釣鐘型の曲面部分で弾性体、即ちバネ
38を押さえるようになっている。そして、回動板35は、
変速機25外周をバネ38を伸縮させながら回動し、変速機
25と同心円で容器33外周をガイドとして回動する。ま
た、前記変換棒37は、車軸29方向に伸びる長方体で、先
端部分が回転方向に向かって短くなるように斜めに形成
してある。

【００２５】前記押圧棒36によって押さえられるバネ38
は、他端を回転側ケーシング22の一部に接触させてお
り、人力駆動力の伝達の順序として回動板35から押圧棒
36、バネ38を伸縮させて回転側ケーシング22を回転させ
る。この時、伸縮されたバネ38の伸縮大きさに応じて回
転側ケーシング22と少しの歪みを生じながら回動板35は
回転する。そしてこの回動板35は、変速機25の周囲を人
力による歪みに応じて回動することになる。この時、同
時に回動板35の少しの回動によって変換棒37も回動し、
変換棒37先端に形成した傾斜部分39によって傾斜部分39
と接する山形部40が押されて車軸29方向に移動する。こ
の山形部40には磁性部材、即ちフェライト41のリングが
取り付けられており、山形部40の移動によってフェライ
ト41も移動するようになっている。このフェライト41の
先端にはフェライト41を回動板35側に付勢するためのＣ
リング42とバネ43が設けられている。よって回転側ケー
シング22と回動板35が歪んだ分だけフェライト41が車軸
29方向に移動するようになっている。

【００２６】44は、前記固定側ケーシング21で前記フェ
ライト41近傍に設けられたコイルで、該コイル44は前記
フェライト41の接近によるインダクタンスの変化を電気
的な信号に変換することができ、この出力を利用して人
力のトルクを検出することができる。

【００２７】以上、図４に示す部材をまとめてトルク検
出部45という。また、ここで変換棒37、山形部40、磁性
部材41、磁気検出部材44を検出部といい、これらによっ
て弾性体の伸縮度合いを検出することができる。また、
変換棒37、山形部40とを合わせて変換部材と言い、回転
方向の弾性体38の伸縮を車軸29方向の移動に変換する。

【００２８】上記構成において、磁性部材にフェライト
を用いたが、アルミなどの導電性材料でリングを構成し
てもよい。また、弾性体をバネとしたが、ゴムなどを弾
性体とし、検出部としてこのゴムの伸縮を検出できるよ
うなスケールを用いて構成しても良い。更に、弾性体を
感圧ゴムとして、伸縮する圧力を電気的信号として取り
出しても構わない。

【００２９】46は、前記回転側ケーシング22にボルトに
よってネジ止めされたインナーギヤで、該インナーギヤ
46は内側に形成される歯の部分を強化プラスチック、例
えばポリアセタール樹脂などで形成している。そして、
外側の部分を金属製のケーシングとし、前記インナーギ
ヤ46を強化するように外周を覆っている。

【００３０】47は、前記インナーギヤ46に一体成形され
た軸筒で、該軸筒47は前記スリーブ34との間に回動板35
が回動したときにスムーズに回動するようにベアリング
48が介入してある。

【００３１】49は、固定側ケーシング21に内蔵した電動
機で、該電動機49の出力軸50にはベルト51が取り付けら
れ、該ベルト51は第１プーリー52に接続されている。こ
の第１プーリー52は、固定側ケーシング21に対しベアリ
ング53を介して回転自在に取り付けられている。また、
第１プーリー52と同軸でワンウェイクラッチ54とベアリ
ング55を介して第２プーリー56が設けられており、一方
向にのみ第１プーリー52からの動力を伝達するようにな
っている。そして、第２プーリー56にはギヤ57が形成し
てあり、このギヤ57と前記インナーギヤ46とが噛み合っ
て電動機49の駆動力で回転側ケーシング22を回転させ
る。このワンウェイクラッチ54は、電動機49からの駆動
力と人力の駆動力とを独立させるために設けてあり、例
えば自転車を手押ししているときに後輪11とともに電動
機49を回転させてしまうことがなく、発電制動によって
使用者に余計な負荷がかからないために設けてある。

【００３２】58は、前記変速機25の容器33と共に回転す
るブレーキ片で、該ブレーキ片58はブレーキケース59内
を後輪11とともに回転し、前記ハンドル７に設けられた
ブレーキレバー（図示せず）によって前記ブレーキケー
ス59内に設けられたブレーキシュー60を広げることでブ
レーキ片58に圧接し、後輪11の回転に制動をかけるよう
にしている。該ブレーキシュー60は、車軸29と同心円に
設けられ、ブレーキレバーの操作で回動するリング68が
設けられており、リング68の回転によってブレーキシュ
ー60を広げるようになっている。前記リング68には、リ
ング68の回転とともに回転する回転体69が取り付けられ
ており、回転体69の回動と共に抵抗値が変化するボリウ
ム70が前記固定側ケーシング21とブレーキケース59との
間に介在している。これらの自転車を制動させるための
装置をまとめてブレーキ手段71といい、ボリウム70をブ
レーキ操作量検出部という。

【００３３】また、回転側ケーシング22にはこのケーシ
ングの回転とともに回転するマグネット（図示せず）が
取りつけてあり、固定側ケーシング21には前記マグネッ
トを検知するリードスイッチ（図示せず）が設けられて
いる。このリードスイッチの入力回数により後輪11の回
転数、即ち走行速度を検知することができる。

【００３４】61は、電動機49と第１プーリー52とをつな
ぐベルト51の張りを押圧することで調節できるテンショ
ンプーリーで、該テンションプーリー61はローラー62と
基台63とからなっており、基台63片側を固定する長穴64
によってベルト51に対して押さえる力を調節するように
なっている。

【００３５】以上、電動機49の駆動力を制御部65の制御
により伝達する部分、具体的には電動機49、減速機構4
6、制御部65等を電動駆動部といい、ペダル５の踏力を
チェーン17を介して車輪11に伝達する部分、具体的には
ペダル５、チェーン17、後スプロケット27、変速機25等
を人力駆動部という。

【００３６】次に、以上の構成で、動作について、図１
に基づき説明をする。

【００３７】まず、人力駆動部について説明すると、ペ
ダル５によって与えられた人力は、チェーン17によって
後スプロケット27に伝達され、変速機25で変速された
後、回動板35、バネ38を介して減速機構46に伝達されて
後輪11を回転させる。次に電動駆動部について説明する
と、バネ38の伸縮の大きさ、即ち回動板35の移動距離を
変換部材37によって車軸29方向の移動に変換し、その移
動とともにフェライト41が移動するようにする。このフ
ェライト41の移動をコイル44のインダクタンスの変化に
変換し、電気信号として制御部65に入力する。制御部65
は、固定側ケーシング21内に内蔵されている。そして、
制御部65によりコイル44からの信号と速度センサ66から
の走行速度信号とを入力し、これに基づいた電動機49の
回転となるように駆動信号を出力する。そして、電動機
49の出力は第１プーリー52、第２プーリー56などの減速
機構67で減速されて後輪11が回転する。この時、ブレー
キ手段71によって制動力がかけられると、前記回転体69
の回転によりボリウム値がブレーキ手段71の操作量とと
もに変化し、その値が制御部65に入力される。そして、
前記コイル44からの信号と速度センサ66からの信号、そ
してブレーキ操作量検出部70からの信号に基づいて、電
動機49を駆動することになる。ここで、後スプロケット
27から減速機構46、後輪11、また変換部材37、フェライ
ト41までは回転側ケーシング22に内蔵されており、制御
部65、コイル44、速度センサ66、電動機49、減速機構6
7、ブレーキ手段71、ブレーキ操作量検出部70は固定側
ケーシング21に内蔵されている。

【００３８】次に制御部65の動作について、第１実施例
を図５に基づき説明をする。

【００３９】図５は、横軸に速度、縦軸にアシスト比
率、即ち人力駆動力に対する電動駆動力の比率を示した
もので、Ａは、ブレーキ手段71が全く操作されていない
状態で、あらかじめ定めた所定速度Ｈに達するまでは人
力駆動力と同じ駆動力で電動機49からの出力がされ、常
に１対１の比率でアシストする。そして速度Ｈを越える
と、速度が出過ぎないようにアシスト比率が徐々に小さ
くなるように制御している。そして最終的には電気的駆
動力はゼロになり、これ以上の速度においては人力のみ
で走行することになる。

【００４０】次に、前記ブレーキ手段71の操作量が半分
のときのアシスト比率をＢに示すと、アシスト比率は速
度Ｈまでは０．５の比率で人力を補助することになり、
速度Ｈを越えると徐々にアシスト比率を下げるようにな
っている。

【００４１】また、ブレーキ手段71の操作量が１００％
かかった時には、Ｃに示す如く、速度に関係なくアシス
ト比率をゼロにし、このときの駆動力は人力のみが動作
するように制御している。

【００４２】以上、ブレーキ手段71の操作量が０から１
００％までをＡ、Ｂ、Ｃの３段階で示したが、このよう
にデジタル的に制御してもよいが、破線矢印で示すよう
に、ボリウム70からの電気的信号に応じてアナログ的に
アシスト比率を変化させてもよい。

【００４３】次に、第２実施例について、制御部65の動
作について、図６に基づき説明をする。

【００４４】このグラフも第１実施例同様、横軸に速
度、縦軸にアシスト比率を示したもので、Ａは、ブレー
キ手段71が全く操作されていない状態で、あらかじめ定
めた所定速度Ｈに達するまでは人力駆動力と同じ駆動力
で電動機49からの出力がされ、常に１対１の比率でアシ
ストする。そして速度Ｈを越えると、速度が出過ぎない
ようにアシスト比率が徐々に小さくなるように制御して
いる。

【００４５】以上のような制御において、ブレーキ手段
71が操作され、前記ボリウム70からブレーキが操作され
たという信号が入力されたとき、制御部65によってアシ
スト比率をゼロにし、その時の駆動力は人力のみで行わ
れるように制御している。

【００４６】これらの実施例では、ブレーキの操作量を
ボリウムによって検出するようにしたが、この方式に係
わらず、第１実施例ではブレーキワイヤーの移動量を検
出してもよく、第２実施例ではブレーキが操作されると
スイッチが切れるように構成してもよい。

【００４７】

【発明の効果】本発明の請求項１の構成によると、人力
によって車輪を回転する人力駆動部と、人力駆動部の駆
動力の変化に対応して電動機の出力を制御する制御部を
設けた電動駆動部とを並列に備え、車輪の回転を制動す
るブレーキ手段を設け、制御部は、ブレーキ手段の操作
に応じて電動駆動部の人力駆動力に対応した出力を減少
させるという制御にしたので、制動力がかかった時、通
常走行、即ち人力駆動力と電動駆動力がかかった状態よ
りも電動駆動力の減少分だけ駆動力は小さいため、電動
車本体への歪みなどの負担を軽減することができる。ま
た、駆動力が小さくなるので、制動がかかりやすく安全
性が向上する等の効果を奏する。

【００４８】本発明の請求項２の構成によると、制御部
は、ブレーキ手段が操作されたときに出力を停止すると
いう制御にしたので、制動がかかったときの駆動力は人
力のみになり、制動がかかりやすく安全性が向上する。
また、このような制御にしたので、特別性動力がかかる
ブレーキ機構を用いなくてもよく、汎用の自転車用ブレ
ーキを使用することで十分性動力が得られる等の効果を
奏する。

【００４９】更に、請求項３の構成によると、制御部
は、ブレーキの操作量の増加に応じて人力駆動力に対す
る出力を減少させるという構成にしたので、フレームな
どへの歪みを軽減し、且つブレーキ手段の操作量に応じ
て電動駆動力が減少し、徐々に補助力の比率が減少する
ので、乗り心地のよい電動車を実現できる等の項かを奏
する。

【００５０】そして、請求項４の構成によると、ブレー
キ手段の操作量に応じて動作するブレーキ操作量検出部
を設け、検出部の動作量を電気的信号に変換して検出す
るので、ブレーキ手段の操作量に応じて電動駆動力の比
率を変える場合、ブレーキ手段の操作量が電気的信号に
変換されるので制御しやすくなる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である動力系統図である。

【図２】同駆動部の図３におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】同駆動部の平面構成図である。

【図４】同トルク検出部の動作の略図である。

【図５】本発明の第１実施例である人力駆動力に対する
電動駆動力の速度との関係を示すグラフである。

【図６】本発明の第２実施例である人力駆動力に対する
電動駆動力の速度との関係を示すグラフである。

【図７】同全体構成図である。

【符号の説明】

11 車輪 ５ ペダル 17 チェーン 27 後スプロケット 25 変速機 49 電動機 46 減速機構 65 制御部 58 ブレーキ片 59 ブレーキケース 60 ブレーキシュー 68 リング 71 ブレーキ手段 70 ボリウム（ブレーキ操作量検出部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 裕康 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 和久 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人力によって車輪を回転する人力駆動部
   と、該人力駆動部の駆動力の変化に対応して電動機の出
   力を制御する制御部を設けた電動駆動部とを並列に備
   え、前記車輪の回転を制動するブレーキ手段を設け、前
   記制御部は、前記ブレーキ手段の操作に応じて前記電動
   駆動部の人力駆動力に対応した出力を減少させることを
   特徴とした電動車。
2. 【請求項２】 前記制御部は、前記ブレーキ手段が操作
   されたときに出力を停止することを特徴とする請求項１
   記載の電動車。
3. 【請求項３】 前記制御部は、前記ブレーキ手段の操作
   量の増加に応じて人力駆動力に対する出力を減少させる
   ことを特徴とする請求項１記載の電動車。
4. 【請求項４】 前記ブレーキ手段の操作量に応じて動作
   するブレーキ操作量検出部を設け、該検出部の動作量を
   電気的信号に変換して検出することを特徴とする請求項
   ３記載の電動車。