JPH10338184A - 電動補助動力装置付自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、電源電圧の変動、雑音等の影響を受
けにくく正確かつ安定した動力補助のできる電動補助動
力装置付自転車を提供することにある。 【解決手段】車体Ｂに取り付けられた電動補助動力装置
Ｃを備え踏力をトルク検出器１００で検出して踏力に応
じた動力を補助するようにした電動補助動力装置付自転
車Ａにおいて、前記トルク検出手段１００を、軸心をク
ランク軸８０と平行にして配設するとともに踏力を機械
的偏位量に変換する変換手段（駆動板９０、偏位プレー
ト９５）によって軸方向に移動可能な作動軸１３５に取
り付けられた可動コア１３６とこの可動コア１３６の近
傍に配置されたコイル１３２とによって構成し、踏力の
変化を可動コア１３６の移動によって生じるコイル１３
２のインダクタンスの変化として検出して電動機を制御
する電動補助動力装置付自転車。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人力走行におい
て人力によってクランク軸に加えられるトルクをトルク
検出器によって検出しこのトルクが所定値を超えたとき
に動力を補助する電動補助動力装置を備えた電動補助動
力装置付自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動補助動力装置付自転車においては、
人力走行つまり人力でペダルを踏んで走行中に、例えば
登り坂にさしかかった場合等ペダルを介してクランク軸
に加わるトルクが所定値を超えた際、この所定値を超え
たことをトルク検出器によって検出し、電動補助動力装
置を動作させて動力つまり回転力を補助するようになっ
ている。そして、従来は前記トルク検出器としては、ペ
ダルを踏み込むことによってクランク軸に加わるトルク
と前記チェーンを介して後輪を回転させるため中空軸に
加わるトルクとの差（以下単にペダルの踏力あるいは踏
力という）を変換手段によって機械的偏位量に変換し
て、この変換手段によって可変抵抗器の摺動子つまり可
動接点を動作させる方式のもの、あるいは、前記変換手
段による機械的偏位量をロードセル等の歪みゲージに加
えて、この歪みゲージの変化を電気的出力として取り出
す方式のものが使用されている。

【０００３】しかし、上記可変抵抗器を用いたトルク検
出器は、走行中クランク軸に加わるトルクが頻繁に変化
することから、それによって摺動する接点によって、こ
の接点および抵抗被膜が摩耗してしまい、長期に亘って
使用されるとその動作が不正確となり、クランク軸に加
わる所定のトルク値で動力装置の動作ができなくなり正
確に動力の補助ができなくなるという問題がある。

【０００４】また、歪みゲージを用いたトルク検出器
は、歪みによって取り出せる電位変化つまり出力は極め
て小さい（１ｍＶないし１０ｍＶ程度）ために、増幅率
の大きい直流増幅器が必要となるとともに、この直流増
幅器は信号に対する雑音、ドリフトの小さいものでなけ
ればならない。また、電圧値をＡ／Ｄ変換してデジタル
化して読み込む構成であるため、グランド電位の変動を
小さくしなければならないが、電動補助動力装置の電動
機にはピーク値５０Ａ程度の電流が流れ、また、走行中
には極めて頻繁つまり高速で電動機への電流のオン・オ
フの切り換えつまりスイッチングがなされ、このスイッ
チング時に雑音が発生し、さらに、配線による共通イン
ピーダンスによる電圧変動が信号電圧に比べて十分に小
さいとは言えず、配線の低インピーダンス化やシールド
対策をしいなと正確に動力の補助ができなくなるという
問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
可変抵抗器を用いたトルク検出器は、接点および抵抗被
膜が摩耗し、長期に亘って使用されるとその動作が不正
確となり、正確な動力の補助ができなくなるという問題
がある。また、歪みゲージを用いたトルク検出器は、そ
の出力が極めて小さいことから増幅率の大きい直流増幅
器が必要となるとともに、電動機のスイッチング動作時
に発生する雑音、このスイッチング動作等により配線に
よる共通インピーダンスに起因する電圧変動の影響を防
止するための対策をしないと正確に動力の補助ができな
くなる等の問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、請求項１記載の発明は、電動機
と、ケース内に配設され出力歯車を含む複数の歯車から
なり前記電動機の回転力を伝達する動力伝達手段と、軸
受を介して前記ケースに回転自在に取り付けられ一端側
を前記出力歯車に連結するとともに他端側にスプロケッ
トが取り付けられ前記動力伝達手段と連結した中空軸
と、この中空軸の内部に回転自在に軸支されるとともに
この中空軸を貫通して設けられ両端部にペダルを有する
クランクが取り付けられるクランク軸と、このクランク
軸に加わるトルクと前記中空軸に加わるトルクとの差に
応じて動作し前記差を機械的偏位量に変換する変換手段
と、この変換手段の偏位量に応じて動作するトルク検出
器と、このトルク検出器の出力に応じて前記電動機を制
御する制御手段とからなり、この制御手段の制御によっ
て前記クランク軸に加わるトルクと中空軸に加わるトル
クとの差に応じて前記電動機を駆動または停止させてこ
の電動機によって走行を補助する電動補助動力装置付自
転車において、前記トルク検出手段を、軸心を前記クラ
ンク軸と平行にして配設するとともに前記変換手段によ
って軸方向に移動する可動コアとこの可動コアの近傍に
配置されたコイルとによって構成し、前記可動コアの移
動によって生じるコイルのインダクタンスの変化を検出
して前記インダクタンスの変化に応じた電気的出力を前
記制御手段に出力するようにした電動補助動力装置付自
転車としたものである。

【０００７】このように請求項１記載の発明は、トルク
検出手段を、軸心を前記クランク軸と平行にして配設す
るとともに前記変換手段によって軸方向に移動する可動
コアとこの可動コアの近傍に配置されたコイルとによっ
て構成し、前記可動コアの移動によって生じるコイルの
インダクタンスの変化を検出して前記インダクタンスの
変化に応じた電気的出力を前記制御手段に出力するよう
にしたことから、上記従来のトルク検出器に比べ大きな
信号電圧つまり出力が得られることから、雑音の影響を
受けにくく長期に亘って正確な動力の補助ができるとい
う作用を有するものである。また、可動コアはその軸心
をクランク軸の軸心と平行に配置する構成としたことか
ら、走行中の自転車の車体の急激な振動に起因する力は
可動コアの軸方向と直交する方向に作用するため、車体
が急激に振動したとしてもこの振動によって可動コアの
軸方向への移動を防止しできるため、トルク検出器の誤
動作により所期の動力補助ができなくなるということを
防止できるという作用を有するものである。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、トルク検出器のコイルとこのコイル
に接続したコンデンサーとにより共振回路を形成し、前
記インダクタンスの変化によって変化する共振周波数を
検出し、この共振周波数の変化に応じた電気的出力を前
記制御手段に出力するようにした電動補助動力装置付自
転車としたものである。

【０００９】このように請求項２記載の発明は、請求項
１記載の発明において、トルク検出器のコイルとこのコ
イルに接続したコンデンサーとにより共振回路を形成
し、前記インダクタンスの変化によって変化する共振周
波数を検出し、この共振周波数の変化に応じた電気的出
力を前記制御手段に出力するようにしたことから、請求
項１記載の発明の作用に加えて、電源電圧の変動の影響
を受けにくく所期の動力補助ができるという作用を有す
るものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態を
図１ないし図６に基づいて説明する。図に示すように、
電動補助動力装置付自転車（以下単に自転車という）Ａ
は、車体Ｂとこの車体Ｂに取り付けられた電動補助動力
装置（以下単に動力装置という）Ｃとから構成されてい
る。そして、前記車体Ｂは一般用自転車つまり一般に市
販されている汎用自転車からなるもので、ハンガラグ１
に一端側を固定された立パイプ２および下パイプ３と、
この下パイプ３の他端側に固定されたヘッドパイプ４に
一端側を固定され他端側を前記立パイプ２の下方部に固
定された上パイプ５とからなるフレーム６、前記ハンガ
ラグ１に一端側を固定されたチェーンステー７、前記ヘ
ッドパイプ４に取り付けられた前ホーク８、この前ホー
ク８の上端に取り付けられたハンドル９、前記前ホーク
８の下端部に取り付けられた前輪１０、前記立パイプ２
の上部に一端側を固定され他端側を前記チェーンステー
７の他端側と図示しない後つめを介して固定されたバッ
クホーク１１、前記チェーンステー７の他端側に取り付
けられた後輪１２、前記立パイプ２の上方に取り付けら
れたサドル１３、前記後輪１２の上部に設けた荷受台１
４等から構成されている。なお、前記前輪１０および後
輪１２の一部はそれぞれカバー１０ａおよび１２ａによ
って覆われている。また、図２に示すように前記ハンガ
ラグ１には回動自在に後述するクランク軸８０が設けら
れ、このクランク軸８０の両端部にはそれぞれペダル８
１ａと８２ａが設けられた左クランク８１と右クランク
８２が取り付けられている。また、前記荷受台１４には
バッテリーケース１５ａが取り付けられており、このバ
ッテリーケース１５ａ内にはバッテリー１５が挿脱可能
に収納されている。また、前記立パイプ２には、内部に
マイクロコンピューターを含む制御回路等からなる制御
手段１６が収納されたコントロールボックス１６ａが取
り付けられている。前記バッテリー１５と制御手段１６
とはリード線１７ａで接続され、また、制御手段１６と
後述する電動機４０とはリード線１７ｂによって接続さ
れている。また、走行時の回転力を伝達するスプロケッ
ト１８と後輪１２の図示しないスプロケットにはチェー
ン１９が架けられている。

【００１１】また、前記コントロールボックス１６ａに
は電動機４０、制御手段１６、バッテリー１５の電気的
接続をするための図示しない駆動スイッチが設けられて
いる。

【００１２】つぎに、前記動力装置Ｃの構成を図２およ
び図３に基づいて説明する。図に示すように動力装置Ｃ
は、ケース３０に取着された電動機４０、前記ケース３
０内に配設され前記電動機４０の回転力すなわちトルク
を伝達する動力伝達手段５０とから構成されている。前
記ケース３０は、ケース本体３１とケース蓋３２とから
構成され、ケース本体３１には電動機４０を取り付ける
取付部３１ａ、第一の軸受取付部３１ｂ、中央部に貫通
孔３１ｃを有した第二の軸受取付部３１ｄがそれぞれ形
成されており、また、ケース蓋３２には前記第一の軸受
取付部３１ｂ、貫通孔３１ｃにそれぞれ対応した軸受取
付部３２ａ、貫通孔３２ａが形成されている。そして、
ケース本体３１とケース蓋３２とは動力伝達手段５０等
を収納した状態で複数の取付ねじ３３（図２では１個の
み図示）によって一体的に結合されるようになってい
る。

【００１３】つぎに、前記動力伝達手段５０は、前記電
動機４０の出力軸４１の先端部に取り付けられた歯車４
２と、噛合する径大な歯車５１、この歯車５１と同軸に
設けられた径小な歯車５２、固定軸５３ｃに回転自在に
取り付けられ前記歯車５２と噛合する径大な歯車５３ａ
とこの歯車５３ａと一体の傘歯車５３ｂとからなる歯車
５３、傘歯車５３ｂと噛合する傘歯車５４と、この傘歯
車５４の軸と同じ軸５４ａに取り付けられた歯車５５と
から構成されている。また、前記歯車５５には出力歯車
としての駆動歯車５６が噛合している。そして、前記傘
歯車５４と歯車５５とが取り付けられている軸５４ａの
両端にはボールベアリングからなる軸受５４ｃ、５４ｄ
が取り付けられ、これら軸受５４ｃ、５４ｄは前記ケー
ス本体３１およびケース蓋３２にそれぞれ設けた第一の
軸受取付部３１ｂ、３２ａに取り付けられている。ま
た、前記歯車５５は前記軸５４ａに一方向性クラッチ５
４ｂを介して取り付けられている。この一方向性クラッ
チ５４ｂは前記電動機４０の回転力すなわちトルクを自
転車が正規に走行するつまり前進方向に走行するように
前記駆動歯車５６に伝達するように前記歯車５５を回転
させるが、逆方向には空転するように機能するものであ
る。つまり一方向性クラッチ５４ｂは後述する人力走行
の際にペダル８１ａ、８２ａが取り付けられているクラ
ンク８１、８２が走行方向に回転したときは空転するよ
うに機能するものである。

【００１４】そして、前記駆動歯車５６の中央部には軸
孔５６ａが形成されており、この軸孔５６ａには凹凸条
５６ｃが形成されている。また、歯車５６のケース蓋３
２側の側面には軸孔５６ａの外周に図３に示すように同
心状に配置された複数（実施例では３個設けてあり、図
２、図３では１個のみ図示）の突起部５７が形成されて
おり、この突起部５７は図４に示す矢印方向つまり駆動
歯車５６が走行時に回転する方向に沿って同図に示すよ
うに上方に向かって次第に上昇する傾斜面５７ａが形成
されている。また、駆動歯車５６の前記ケース蓋３２側
の側面には、図３に示すように前記隣接する突起部５７
の間に位置して軸孔５６ａと同心状に配置された複数
（実施例では３個設けられており、図３では２個のみ図
示）の後述する駆動スプリング６０の一端側を規制する
Ｌ字状の規制部材５８が形成されている。

【００１５】つぎに、前記駆動歯車５６に形成された軸
孔５６ａに嵌合して、動力伝達手段５０を介して伝達さ
れる前記電動機４０の動力をスプロケット１８に伝達す
る中空軸７０について説明する。この中空軸７０は内部
に貫通孔７１を有するとともに一端側に前記軸孔５６ａ
に形成された凹凸条５６ｃと係合する凹凸条７２が形成
され、前記軸孔５６ａに嵌合した状態では両凹凸条５６
ｃ、７２の係合によって周方向に回り止めされて駆動歯
車５６と一体に回転するようになっている。また、他端
側の端部外周には凹凸条７３が形成されており、この凹
凸条７３はスプロケット１８が取り付けられる取付部材
１８ａに形成された凹凸条１８ｂに整合するように形成
されている。また、この中空軸７０は前記一端側に形成
した凹凸条７２が形成された近傍をボールベアリング７
７の内輪に圧入して取り付けられており、この中空軸７
０は前記ケース本体３１に設けた貫通孔３１ｃを貫通さ
せるとともに前記ボールベアリング７７の外輪を前記ケ
ース本体３１に設けた前記第二の軸受取付部３１ｄに圧
入することによってケース本体３１に取り付けられるよ
うになっている。

【００１６】つぎに、前記中空軸７０の貫通孔７１に貫
通して取り付けられるクランク軸８０について説明す
る。このクランク軸８０の一端側には外周を角柱状に形
成した嵌合部８３ａとこの嵌合部８３ａに突設したねじ
部８３ｂとからなる取付部８３が、また、他端側には同
様に外周を角柱状に形成した嵌合部８４ａとこの嵌合部
８４ａに突設したねじ部８４ｂとからなる取付部８４が
それぞれ形成されている。なお、前記取付部８３および
８４は前記した一般用自転車の左クランク８１および右
クランク８２の嵌合部８１ｂ、８２ｂに整合する形状お
よび寸法に形成されている。

【００１７】また、前記クランク軸８０には、前記中空
軸７０に取り付けられた駆動歯車５６に接近した部位に
一方向性クラッチ８５が取り付けられ、この一方向性ク
ラッチ８５を介してクランク軸８０には駆動板９０が取
り付けられている。前記一方向性クラッチ８５はクラン
ク軸８０が後述する人力走行の際にペダル８１ａ、８２
ａが取り付けられたクランク８１、８２によって走行方
向に回転させられる場合は前記駆動板９０を回転させ、
これとは逆にクランク軸８０が回転したときは空転する
ように機能するものである。また、前記駆動板９０の前
記ケース蓋３２側には前記駆動歯車５６の側面との間に
空間を形成するように所定距離離間して形成された円形
のフランジ部９１が形成されている。そして、このフラ
ンジ部９１の駆動歯車５６側の面には、図３に示すよう
に前記駆動スプリング６０の他端側に当接して圧縮する
圧縮部９２が形成されている。そして、前記Ｌ字状の規
制部材５８と前記圧縮部９２との間に前記駆動スプリン
グ６０が収納されている。そして、この駆動スプリング
６０の付勢力の大きさは、人力走行の際に前記クランク
軸８０、一方向性クラッチ８５を介して駆動板９０に加
えられる回転力が所定値を超えると圧縮し始める大きさ
に設定されている。すなわち、走行中に後輪１２に大き
な負荷が加わりこれに抗して踏み込むペダル８１ａ、８
２ａによる回転力がクランク８１、８２を介して前記ク
ランク軸８０に加えられることにより、クランク軸８０
と共に回転する駆動板９０が駆動スプリング６０を徐々
に圧縮して駆動歯車５６より先行して回転し相対的に移
動する大きさに設定されているものである。つまり、人
力走行の際には、前記クランク軸８０の回転に伴って一
方向性クラッチ８５とともに回転する駆動板９０の回転
力が所定値を超えると駆動歯車５６と相対移動が生じる
大きさに設定されているものである。

【００１８】したがって、前記クランク軸８０に加わる
回転力が所定値を超えない場合は、駆動板９０はほとん
ど圧縮されない状態に維持されている駆動スプリング６
０を介して駆動歯車５６と同期して回転することにな
る。

【００１９】また、駆動板９０のフランジ部９１には、
図２、図４に示すように前記駆動歯車５６の側面に形成
した突起部５７に対応する部位に貫通孔９３が３個（図
２では１個のみ図示）形成されている。

【００２０】また、前記フランジ部９１には、このフラ
ンジ部９１に対して接離可能にして偏位プレート９５が
取り付けられている。この偏位プレート９５は前記それ
ぞれの貫通孔９３に対応して一体的に取り付けられると
ともに先端部には鍔部９６ａが形成されたスライド軸９
６が設けられており、このスライド軸９６を前記貫通孔
９３に貫通させるとともに前記フランジ部９１の内面つ
まり駆動歯車５６との対向面と前記鍔部９６ａとの間に
常時は偏位プレート９５をフランジ部９１に圧接する方
向に付勢するコイルスプリング９７を介して、偏位プレ
ート９５はフランジ部９１に接離可能に取り付けられて
いるものである。

【００２１】そして、前記駆動板９０と偏位プレート９
５とでクランク軸８０のトルクつまり踏力を軸方向の力
に変換して機械的偏位量に変換する変換手段を構成して
いるものである。

【００２２】前記クランク軸８０のトルクを軸方向の力
に変換して機械的偏位量への変換はつぎのようにしてな
されるものである。つまり、ペダル８１ａ、８２ａの踏
み込むことによってクランク８１、８２を介して走行方
向のトルクが前記クランク軸８０に加わると、このトル
クはクランク軸８０に取り付けられている一方向性クラ
ッチ８５を介して駆動板９０に伝達され駆動板９０が回
転する。一方中空軸７０には後輪１２による負荷が加わ
っていることから、前記駆動板９０と駆動車５６との間
に相対移動つまり駆動板９０は駆動歯車５６に対して先
行して回動することになり、この相対移動に伴って駆動
板９０に形成した圧縮部９２と駆動歯車５６の規制部材
５８との間に配設された駆動スプリング６０は圧縮さ
れ、前記駆動板９０は駆動歯車５６より先行して回転す
る。その結果前記駆動板９０に接離可能に設けられた偏
位プレート９５のスライド軸９６の先端部は駆動歯車５
６に設けた突起部５７の傾斜面５７ａに沿って上方に移
動し、この移動に伴ってコイルスプリング９７は圧縮さ
れ、偏位プレート９５は駆動歯車５６から離反する方向
つまりクランク軸８０の軸方向に移動する。このことに
よってクランク軸８０のトルクは軸方向の力に変換さ
れ、この力の大きさによって前記スライド軸９６の偏位
量つまり偏位プレート９５の偏位量が変わるものであ。
つまりクランク軸８０の回転力は機械的偏位量に変換さ
れることになる。

【００２３】したがって、走行中に登り坂を走行する等
の状態となった場合には、それまで以上にペダル８１
ａ、８２ａを強く踏み込まなくてはならなくなり、ペダ
ル８１ａ、８２ａを強く踏み込むことは、このペダル８
１ａ、８２ａによって回転するクランク軸８０に一方向
性クラッチ８５を介して取り付けられている駆動板９０
と中空軸７０と一体に回転する駆動歯車５６との間に相
対移動が生じることになる。つまり、中空軸７０に大き
な負荷が掛かった状態でペダル８１ａ、８２ａを強く踏
み込むことにより、駆動板９０と駆動歯車５６との間に
設けた駆動スプリング６０は圧縮され、前記駆動板９０
は駆動歯車５６より先行して回転することになり、その
結果前記駆動板９０に接離可能に設けられた偏位プレー
ト９５のスライド軸９６の先端部は駆動歯車５６に設け
た突起部５７の傾斜面５７ａに沿って上方に移動し、こ
の移動に伴ってコイルスプリング９７は圧縮され、偏位
プレート９５は駆動歯車５６から離反する方向つまりク
ランク軸８０の軸方向に移動し、この偏位プレートによ
って後述するトルク検出器１００の作動軸１３５を動作
させるものである。

【００２４】なお、登り坂の走行から平坦面の走行に変
わった場合は、前記駆動スプリング６０の復元力により
所定状態に復帰し、駆動板９０と駆動歯車５６との相対
的移動はなくなり、スライド軸９６は前記突起部５７の
傾斜面５７ａから下方に移動し偏位プレート９５は、前
記駆動板９０と接触状態に保持される。

【００２５】つぎに、前記変換手段の一部を構成する偏
位プレート９５の偏位量に応じて前記クランク軸８０の
トルクつまり踏力を検出するトルク検出器１００を図
５、図６に基づいて説明する。

【００２６】図５に示すようにトルク検出器１００は、
左ケース１１０とこの左ケース１１０に取り付けられる
右ケース１２０とからなるケース本体１０１、このケー
ス本体１０１内に配設されるセンサー部１３０から構成
されている。

【００２７】そして、前記左ケース１１０は右ケース側
を開口１１１とした略有底筒状に形成され、前記開口１
１１には嵌合部１１２が形成されており、また、底壁１
１３には前記開口１１１側に嵌合段部１１４ａが設けら
れた環状凹部１１４が設けられており、この嵌合凹部１
１４の底部には外側に突出した突出部１１５が設けられ
ており、この突出部１１５の内側には軸受１１６が取り
付けられている。

【００２８】また、前記右ケース１２０は左側ケース１
１０側を開口１２１とした有底筒状に形成され、前記開
口１２１には前記左ケース１１０の開口１１１の嵌合部
１１２と嵌合する嵌合部１２３が形成されているととも
に、底壁１２４には環状リブ１２５が設けられている。

【００２９】また、前記右ケース１２０には、フランジ
部１４１とこのフランジ部１４１から前記右ケース１２
０の底壁１２４側に向けて突出して形成した環状壁部１
４２が設けられた支持板１４０が、前記環状壁部１４２
のを前記環状リブ１２５の内壁面に嵌合して取り付けら
れており、前記環状壁部１４２の内側には図５において
右側端部に軸受１４４が設けられる軸受部１４３が形成
されるとともに、この軸受部１４３の左側にはこの軸受
部１４３の直径よりも径大な直径として形成されたばね
収納部１４５が設けられており、また、前記軸受部１４
３とばね収納部１４５との境界はばね受段部１４６とな
っている。また、前記フランジ部１４１にはリード線取
付部１４７が設けられており、このリード線取付部１４
７にはリード線１４８が取り付けられている。また、前
記軸受部１４３に設けた軸１４４の軸心は前記左ケース
１１０に取り付けられた軸受１１６の軸心と一致させて
設けられるまた、前記支持板１４０のフランジ部１４１
にはコイル支持部材１３１が図示しないねじによって取
り付けられており、このコイル支持板１３１には環状に
形成されたコイル１３２がその軸心を前記左ケース１１
０に設けた軸受１１６と支持板１４０に取り付けられた
軸受１４４の軸心と一致させて取り付けられている。

【００３０】また、前記軸受１１６と軸受１４４とに軸
支されて作動軸１３５が軸方向に移動可能に配設されて
おり、この作動軸１３５は、図に示すように前記軸受１
４４に軸支される部位は径大軸部１３５ａとなってお
り、また、前記軸受１１６に軸支される部位は径小軸部
１３５ｂとなっている。また、前記径大軸部１３５ａに
は前記ばね受段部１４６と所定距離離間して設けられた
環状鍔１３５ｃが設けられており、この環状鍔１３５ｃ
と前記ばね受段部１４６との間つまり前記ばね収納部１
４５には、その両端をそれぞれ環状鍔１３５ｃと前記ば
ね受段部１４６に当接してコイルばね１４５ａが収納さ
れており、このコイルばね１４５ａは前記作動軸１３５
を図５において常時左方向に付勢しているものである。

【００３１】また、前記作動軸１３５の径小軸部１３５
ｂにはフェライトコア等の磁性材料からなるとともに円
柱状に形成された可動コア１３６が取り付けられてお
り、この可動コア１３６の外径は前記コイル１３２の内
径より僅かに小さく形成され、可動コア１３６の外周面
とコイル１３２の内周面との間には微小間隙が形成され
ているものである。そして、この可動コア１３６は前記
作動軸１３５の軸方向への移動に伴ってこの作動軸と一
体的に移動しコイル１３２に対して軸方向に相対移動が
生じるようになっている。この可動コア１３６がコイル
１３２に対して相対移動することに伴ってコイル１３２
のインダクタンスＬが変化すことになる。なお、前記、
コイル１３２と可動コア１３６とは前記センサー部１３
０を構成しているものである。

【００３２】また、前記作動軸１３５の径小軸部１３５
ｂの先端部は左ケース１１０から外側に突出していると
ともにその先端部は球面状に形成されいる。

【００３３】そして、前記ケース本体１０１内には図６
に示すように、前記コイル１３２と、このコイル１３２
に並列接続された直列接続のコンデンサーＣ１とＣ２と
によって形成された共振回路１３７を有する検出回路１
５０が設けられている。なお、前記検出回路１５０にお
ける抵抗Ｒ１ないしＲ３はそれぞれ保護抵抗であり、Ｕ
１ないしＵ３はそれぞれインバーターである。また、前
記検出回路１５０の出力は図示しない増幅器によって増
幅されるとともに周波数検出回路１５１に出力され、こ
の周波数検出回路１５１の出力は制御手段１６に送ら
れ、制御手段１６は前記周波数検出回路１５１の出力に
応じて前記前記電動機４０の出力を制御するようになっ
ている。なお、前記周波数検出回路１５１は周波数を計
数してこの計数値を制御手段１６に出力するようにして
もよく、また、周波数を電圧値に変換して制御手段１６
に出力するようにしてもよいものである。

【００３４】上記のように構成されたトルク検出器１０
０は図２に示すように、前記作動軸１３５および可動コ
ア１３６の軸心をクランク軸８０の軸心と平行にして前
記ケース３０に取り付けられている。このように作動軸
１３５および可動コア１３６を、その軸心をクランク軸
８０の軸心と平行にしてケース３０に取り付けるように
したことから、走行中に路面の凹凸部等に前輪１０ある
いは後輪１２が落ち込み、車体Ｂが急激な上下方向の振
動つまり衝撃的振動を受けたとしても、この振動は上下
方向に生じるものであることから、この振動に起因する
力は作動軸１３５および可動コア１３６の移動可能な軸
方向と直行する方向に作用するものであり、したがっ
て、前記振動によって上下方向に生じる力に起因して作
動軸１３５および可動コア１３６は軸方向に移動するこ
とはなく、コイル１３２のインダクタンスＬは変化する
ことはない。したがって、車体Ｂが上記衝撃的な振動を
受けたとしても、この衝撃的振動によってトルク検出器
１００が誤動作することがなく、この誤動作に起因する
動力装置Ｃの誤動作を防止できるものである。

【００３５】また、前記トルク検出器１００がケース３
０に取り付けられた状態では、前記作動軸１３５の径小
軸部１３５ｂの先端部は前記偏位プレート９５の外周部
に当接しているものである。そして、走行中においては
トルク検出器１００はつぎのように動作するものであ
る。つまり、走行中にペダルの踏力が大きくなり中空軸
７０対してクランク軸８０が先行して相対移動が生じる
と、上述したように駆動板９０と駆動歯車５６との間に
設けた駆動スプリング６０は圧縮され、前記駆動板９０
は駆動歯車５６より先行して回転することになり、その
結果前記駆動板９０に接離可能に設けられた偏位プレー
ト９５のスライド軸９６の先端部は駆動歯車５６に設け
た突起部５７の傾斜面５７ａに沿って上方に移動し、こ
の移動に伴ってコイルスプリング９７は圧縮され、偏位
プレート９５は駆動歯車５６から離反する方向つまりク
ランク軸８０の軸方向に移動し、この偏位プレート９５
の離反方向への移動に伴ってトルク検出器１００の作動
軸１３５はコイルばね１４５ａの付勢力により図におい
て左方向に移動し、その結果可動コア１３６も左方向に
移動しコイル１３２との間に相対移動が生じコイル１３
２のインダクタンスＬの値が変わり前記共振回路１５１
の共振周波数が変化する。そして、共振回路１３７の出
力は周波数検出回路１５１を介して制御手段１６に送ら
れ、制御手段１６は前記周波数検出回路１５１の出力に
応じて前記電動機４０の出力を制御する。

【００３６】換言すれば、前記ペダル８１ａ、８２ａの
踏力によって生じるクランク軸８０のトルクを前記変換
手段を構成する駆動板９０と偏位プレート９５によって
軸方向の機械的偏位に変換し、この偏位プレート９５の
機械的偏位動作を作動軸１３５に作用させ、この作用に
よって作動体１３５を軸方向に移動させ、前記可動コア
とコイル１３２との相対位置関係を変化させてコイル１
３２のインダクタンスＬを変化させる、つまりペダルの
踏力の変化量をインダクタンスＬの変化量として検出
（上記の場合は共振回路１３７によって共振周波数の変
化として検出）して、この検出結果に応じて電動機４０
の出力を制御するものである。

【００３７】この実施の形態においては、人力走行中に
ペダル８１ａ、８２ａの踏み込み力が所定値を超えない
状態、つまり駆動歯車５６と駆動板９０に相対移動が生
じていない状態では、偏位プレート９５が移動すること
がなく作動軸１３５は図５において最も右側に移動して
おり、可動コア１３６はコイル１３２の中に最も多く入
り込んだ状態となっており、この時のコイル１３２のイ
ンダクタンスＬによって共振する共振回路１３７からの
共振周波数が周波数検出回路１５１に送られ、周波数検
出回路１５１からは前記共振周波数つまりインダクタン
スＬに応じた出力に基づいて前記制御手段１６は前記電
動機４０を制御するものである。なお、この場合は踏力
は小さい、つまり電動機４０から動力を補助しない状態
に設定されていることから、制御手段１６は電動機４０
を停止するように制御するものである。

【００３８】また、登り坂の走行等の場合のようにペダ
ル８１ａ、８２ａの踏み込み力が大きくなり、この踏み
込み力が所定値を超えると駆動歯車５６と駆動板９０に
相対移動が生じ、偏位プレート９５が駆動歯車５６から
離反する方向移動するため、作動軸１３５はコイルばね
１４５ａの付勢力によって偏位プレート９５の移動に追
従して図において左側に移動し、この作動軸１３５とと
もに可動コア１３６も左側に移動しコイル１３２と重な
り合う部分が少なくなり、このことによってコイル１３
２のインダクタンスＬが変化する。この時のコイル１３
２のインダクタンスＬによって共振する共振回路１３７
からの共振周波数が周波数検出回路１５１に送られ、周
波数検出回路１５１からの前記共振周波数つまりインダ
クタンスＬに応じた出力に基づいて前記制御手段１６は
前記電動機４０を制御するものである。なお、この場合
は踏力が大きくなっていることから、この時のあらかじ
め定められた動力を補助するように制御手段１６は電動
機４０を制御し、電動機４０の動力が補助されて走行が
なされる。

【００３９】つぎに、前記動力装置Ｃの組み立て方につ
いて説明する。あらかじめ駆動板９０を取り付けた一方
向性クラッチ８５にクランク軸８０を取り付けた状態と
して準備する。

【００４０】そして、前記ケース本体３１に出力軸４１
に歯車４２を取り付けた電動機４０を取り付け、また、
このケース本体３１に前記動力伝達手段５０を構成する
各歯車５１ないし５５を所定位置に配設するとともに前
記トルク検出器１００を上述のように図示しない取付ね
じによって取り付ける。また、あらかじめボールベアリ
ング７７が圧入された中空軸７０を前記ボールベアリン
グ７７を第二の軸受取付部３１ｄに圧入してケース本体
３１に取り付ける。そして、前記中空軸７０に形成した
凹凸条７２に駆動歯車５６の凹凸条５６ｃを嵌合し、つ
いで前記クランク軸８０を中空軸７０の貫通孔７１内に
ニードルベアリング７３ａ、７３ｂを介して挿入する。
この挿入の際に駆動スプリング６０を駆動歯車５６に形
成した規制部材５８と駆動板９０に形成した圧縮部９２
との間に配設する。そして、この状態のケース本体３１
にケース蓋３２を貫通孔３２ｂにクランク軸８０を挿通
してケース本体３１にねじ３３によって取り付けること
によって動力装置Ｃは組み立てられる。

【００４１】つぎに、このように組み立てられた動力装
置Ｃの自転車つまり一般用自転車の車体Ｂへの取り付け
について説明する。動力装置Ｃの取り付けは、車体Ｂの
ハンガラグ１の両端開口部にニードルベアリングからな
る軸受１６１ａおよび１６２ｂを装着した取付部材１６
１および１６２をそれぞれ装着し、ついで前記組み立て
られた動力装置Ｃの前記ケース本体３１の側壁から突出
している中空軸７０を前記軸受１６１ａおよび１６２ｂ
に支持させて装着し、ついで中空軸７０に形成されてい
る凹凸条７３に取付部材１８ａを介してスプロケット１
８を取り付ける。ついで、ケース本体３１の後方に形成
した取付部３１ｄと図示しない取付板とによって前記チ
ェーンステー７を挾持するように図示しない取付ねじで
前記取付板をケース本体３１に取り付ける。このことに
よって、動力装置Ｃは、前記ハンガラグ１に装着した取
付部材１６１、１６２に支持される中空軸７０と、前記
取付板を介してチェンステー７に取り付けられるケース
本体３１の取付部３１ｄとによって車体Ｂに取り付けら
れる。そして、車体Ｂに動力装置Ｃを取り付けた後、前
記クランク軸８０の取付部８３および８４にペダル８１
ａ、８２ａが取り付けられた左クランク８１および右ク
ランク８２を取り付けることにより全ての組み立ては完
了する。

【００４２】つぎに、上記のように構成された補助動力
装置付自転車の動作について説明する。まず、前記コン
トロールボックス１６ａに設けた図示しない駆動スイッ
チを閉成状態にする。

【００４３】そして、自転車に乗り運転する。そして、
平地あるいは下り坂を走行している場合は、上述したよ
うにクランク軸８０を介して駆動歯車５６に加わる回転
力つまりトルクは所定値を超えていないため、駆動歯車
５６と駆動板９０との間に配設されている駆動スプリン
グ６０は圧縮されることがなく、したがって、駆動歯車
５６と駆動板９０とは同期して回転し、偏位プレート９
５は移動することなく駆動板９０とともに回転すること
から、作動軸１３５および可動コア１３６は移動するこ
となく、コイル１３２のインダクタンスＬも変化しない
ことから、このときのインダクタンスＬの値に応じ、制
御手段１６は電動機４０を制御つまり停止状態とするよ
うに制御する。したがって、この状態では電動機４０か
らの動力は出力されず、ペダル８１ａ、８２ａを踏み込
むことによりクランク軸８１、８２を介して付与される
クランク軸８０の回転力は駆動歯車５６、中空軸７０、
スプロケット１８、チェーン１９を介して後輪１２に伝
達され人力走行がなされる。

【００４４】また、登り坂を走行するときは大きな回転
力を要することになり、その結果ペダル８１ａ、８２ａ
を強く踏み込むことになり、前記クランク軸８０および
駆動板９０に加わる回転力が大きくなって所定値を超え
ることになる。つまり、駆動歯車５６には、チェーン１
９を介して後輪１２に伝達するスプロケット１８に回転
力を伝える中空軸７０に加わる負荷が大きくなるため、
駆動板９０は駆動歯車５６の回転より速く回転すること
になり、その結果駆動スプリング６０は圧縮され駆動板
９０は駆動歯車５６より先行して回転し、偏位プレート
９５のスライド軸９６は駆動歯車５６の突起部５７の傾
斜面５７ａに沿って上方に移動し、偏位プレート９５は
駆動板９０から離反する。偏位プレート９５が駆動板９
０から離反すると、作動軸１３５および可動コア１３６
は前記偏位プレート９５に追従して図において左方向に
移動し、このことによりコイル１３２のインダクタンス
Ｌの値が変化し、この変化に応じた周波数検出回路１５
１の出力に応じて制御手段１６は電動機４０を駆動制御
する。電動機４０が駆動するとこの駆動力つまりトルク
は動力伝達手段５０を介して駆動歯車５６に伝達され、
このトルクは駆動歯車５６を介して、中空軸７０、スプ
ロケット１８、チェーン１９を介して後輪１２に伝達さ
れる。この電動機４０からのトルクはペダル８１ａ、８
２ａの踏み込みによってクランク軸８０に伝達されるト
ルクつまり人力によるトルクに付加されるものである。
つまり人力によるトルクが所定値を超えたときに電動機
４０つまり動力装置Ｃの動力が補助されるものであり、
したがって、登り坂等の大きなトルクを要する場合も、
楽に走行がなされるものである。

【００４５】上述のように、人力走行中において、平地
あるいは下り坂を走行している場合は、電動機４０つま
り動力装置Ｃから動力は補助されず、人力のみによる走
行がなされ、また、登り坂を走行するときは電動機４０
つまり動力装置Ｃの動力が補助されるため登り坂も楽に
走行がなされるものである。

【００４６】また、走行する路面は必ずしも平坦ではな
く例えば砂利道あるいは歩道と車道との境界の段差等の
凹凸が存在し、このような凹凸のある路面を走行する場
合は、車体が上下方向に大きな衝撃を受けることにな
る。このような場合トルク検出器１００の作動軸１３５
および可動コア１３６が上下方向に移動する構成となっ
ている場合は、前記衝撃によって踏力によるトルクとは
無関係な作用力により作動軸１３５および可動コア１３
６が上下方向に移動し、コイル１３２のインダクタンス
Ｌが変化することから、トルク検出器１００が誤動作す
ることになる。しかし、上記実施の形態においては、前
記トルク検出器１００は車体Ｂに作動軸１３５および可
動コア１３６の軸心をクランク軸８０の軸心と平行とな
るようにして取り付けられているため、前記上下方向の
衝撃が加わったとしても作動軸１３５および可動コア１
３６は軸方向に移動することはなく、したがって前記ト
ルク検出器１００が誤動作することを防止できるもので
ある。

【００４７】また、トルク検出器１００は踏力の変化を
コイル１３２のインダクタンスＬの変化として検出する
ものであることから、電源電圧の変動、雑音の影響を受
けにくく、したがって、踏力に応じた正確なそして長期
に亘り安定した動力の補助ができるものである。

【００４８】なお、上記実施の形態においては、コイル
１３２のインダクタンスＬの変化を共振回路１３７によ
り共振周波数の変化として検出する構成としたが、これ
はコイル１３２のインダクタンスＬの変化を直接検出す
る構成としてもよいものである。

【００４９】

【発明の効果】上記のように構成した請求項１記載の発
明は、トルク検出手段を、軸心を前記クランク軸と平行
にして配設するとともに前記変換手段によって軸方向に
移動する可動コアとこの可動コアの近傍に配置されたコ
イルとによって構成し、前記可動コアの移動によって生
じるコイルのインダクタンスの変化を検出して前記イン
ダクタンスの変化に応じた電気的出力を前記制御手段に
出力するようにしたことから、上記従来のトルク検出器
に比べ大きな信号電圧つまり出力が得られることから、
雑音の影響を受けにくく長期に亘って正確な動力の補助
ができるという効果を有するものである。また、可動コ
アはその軸心をクランク軸の軸心と平行に配置する構成
としたことから、走行中の自転車の車体の急激な振動に
起因する力は可動コアの軸方向と直交する方向に作用す
るため、車体が急激に振動したとしてもこの振動によっ
て可動コアの軸方向への移動を防止しできるため、トル
ク検出器の誤動作により所期の動力補助ができなくなる
ということを防止できるという効果を有するものであ
る。

【００５０】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、トルク検出器のコイルとこのコイル
に接続したコンデンサーとにより共振回路を形成し、前
記インダクタンスの変化によって変化する共振周波数を
検出し、この共振周波数の変化に応じた電気的出力を前
記制御手段に出力するようにしたことから、請求項１記
載の発明の効果に加えて、さらに電源電圧の変動の影響
を受けにくく所期の動力補助ができるという効果を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の電動補助動力装置付自転
車の側面図。

【図２】上記実施の形態の自転車本体に電動補助動力装
置を取り付けた状態の断面図。

【図３】上記実施の形態の電動補助動力装置の一部を断
面した側面図。

【図４】上記実施の形態における変換手段の部分拡大
図。

【図５】上記実施の形態におけるトルク検出器の断面
図。

【図６】上記トルク検出器の回路図。

【符号の説明】

Ａ 補助動力装置付自転車 Ｂ 自転車本体（車体） １６ 制御手段 ３０ ケース ４０ 電動機 ５０ 動力伝達手段 ５６ 駆動歯車（出力歯車） ７０ 中空軸 ８０ クランク軸 ８１ 左クランク ８２ 右クランク ９０ 駆動板（変換手段の一部） ９５ 偏位プレート（変換手段の一部） １００ トルク検出器 １３２ コイル １３５ 作動軸 １３６ 可動コア

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機と、ケース内に配設され出力歯車を
   含む複数の歯車からなり前記電動機の回転力を伝達する
   動力伝達手段と、軸受を介して前記ケースに回転自在に
   取り付けられ一端側を前記出力歯車に連結するとともに
   他端側にスプロケットが取り付けられ前記動力伝達手段
   と連結した中空軸と、この中空軸の内部に回転自在に軸
   支されるとともにこの中空軸を貫通して設けられ両端部
   にペダルを有するクランクが取り付けられるクランク軸
   と、このクランク軸に加わるトルクと前記中空軸に加わ
   るトルクとの差に応じて動作し前記差を機械的偏位量に
   変換する変換手段と、この変換手段の偏位量に応じて動
   作するトルク検出器と、このトルク検出器の出力に応じ
   て前記電動機を制御する制御手段とからなり、この制御
   手段の制御によって前記クランク軸に加わるトルクと中
   空軸に加わるトルクとの差に応じて前記電動機を駆動ま
   たは停止させてこの電動機によって走行を補助する電動
   補助動力装置付自転車において、前記トルク検出手段
   を、軸心を前記クランク軸と平行にして配設するととも
   に前記変換手段によって軸方向に移動する可動コアとこ
   の可動コアの近傍に配置されたコイルとによって構成
   し、前記可動コアの移動によって生じるコイルのインダ
   クタンスの変化を検出して前記インダクタンスの変化に
   応じた電気的出力を前記制御手段に出力するようにした
   ことを特徴とする電動補助動力装置付自転車。
2. 【請求項２】前記トルク検出器のコイルとこのコイルに
   接続したコンデンサーとにより共振回路を形成し、前記
   インダクタンスの変化によって変化する共振周波数を検
   出し、この共振周波数の変化に応じた電気的出力を前記
   制御手段に出力するようにしたことを特徴とする請求項
   １記載の電動補助動力装置付自転車。