JPH11240481A - 電動補助自転車における駆動補助装置 - Google Patents

電動補助自転車における駆動補助装置

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JPH11240481A
JPH11240481A JP10165758A JP16575898A JPH11240481A JP H11240481 A JPH11240481 A JP H11240481A JP 10165758 A JP10165758 A JP 10165758A JP 16575898 A JP16575898 A JP 16575898A JP H11240481 A JPH11240481 A JP H11240481A
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英博 吉田
Yasuo Enomoto
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    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 後輪に変速機を設けなくても坂道を登る場合
などにペダルの踏み込み力を低減させることができる電
動補助自転車における駆動補助装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 ペダル３で駆動されるクランク軸４の仕
事量に応じてモータ１４の電力制御を実行し、モータ１
４の回転を減速機構２１を介して車輪駆動軸１３に伝達
してクランク軸４の回転を補助する電動補助自転車であ
って、クランク軸４と車輪駆動軸１３の間に変速機構２
２を設けたため、坂道を登る場合などにペダルの踏み込
み力を低減させることができ、この位置に変速機構２２
を介装した場合には、実際の走行速度が規定速度に達し
た場合に補助力がオフする適正なアシスト走行を実現で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電動補助自転車にお
ける駆動補助装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般の自転車は発進の際に大きな力でペ
ダルを踏み込むことが必要であったり、坂道を登る場合
には特に大きなペダルの踏み込みが必要である。そこで
ペダルの踏み込み力を低減できるように電動補助自転車
が開発された。
【０００３】電動補助自転車は図２４に示すように、自
転車フレームに形成されたブラケット１にモータと減速
装置を組み込んだ駆動補助装置２が取り付けられてい
る。ペダル３でクランク軸４を駆動してチェーン５を介
して後輪６を駆動する際に、駆動補助装置２が前記駆動
を補助するように構成されている。７は駆動補助装置２
を駆動する電源としてのバッテリーが格納されたバッテ
リーボックスである。
【０００４】駆動補助装置２の構成と後輪６との関係は
図２５に示すように構成されている。ペダル３を踏み込
んでクランク軸４を回転させると、一方向性クラッチ８
を介して歯車９が回転し、歯車１０，１１，１２を介し
て車輪駆動軸１３を回転させ、チェーン５を介して後輪
６が駆動される。
【０００５】この駆動補助装置２にはモータ１４が内蔵
されており、このモータ１４の出力軸の回転は遊星歯車
機構１５を介して減速されている。この減速出力は一方
向性クラッチ１６を介して前記歯車１０の回転軸１７に
連結されて前記クランク軸４の回転を補助している。モ
ータ１４は、クランク軸４の回転速度と回転トルクに応
じて制御部１８によって電力制御されている。
【０００６】なお、この種の電動補助自転車の駆動補助
装置２は特開平８−２８２５７５号公報などに開示され
ている。この駆動補助装置２を使用することによって、
発進の際や、坂道を登る場合のペダルの踏み込み力を一
般の自転車に比べて低減できて比較的に乗りやすくなっ
たが、坂道を登る場合のペダルの踏み込み力の更なる低
減が期待されている。
【０００７】そこで、図２６に示すように後輪６に変速
機１９を設けて、坂道を登る場合のペダルの踏み込み力
を低減させた電動補助自転車も存在している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図２６に示すように後
輪６に設けた変速機１９は、利用者が手動操作で切り換
える構造のものであるため操作性が悪い。
【０００９】また、電動機自転車を原動機付き自転車と
区別するために、電動機自転車では走行速度が規定速度
（例えば、２４Ｋｍ／時）に達するまでは駆動補助装置
２から補助力を発生するが、規定速度を越えると補助力
をオフするように構成されている。この場合に、図２６
に示した従来例の場合の駆動補助装置２は変速機１９の
減速比が１：１の状態での走行速度が規定速度になる回
転数に車輪駆動軸１３が達したことを検出してモータ１
４への通電をオフして補助力がオフされるように構成さ
れているので、変速機１９を使用して走行中には実際の
走行速度が前記の規定速度に達していないにも係わらず
補助力がオフされてしまって、適正なアシスト走行がで
きない問題がある。
【００１０】この問題を解決するためには、後輪６の実
際の回転数から走行速度を計算して規定速度に達した時
点で補助力をオフするように構成することが考えられる
が、この場合には、後輪６の回転数を計数するセンサ
（図示せず）の増設とこのセンサの実装の手間が発生す
る問題がある。
【００１１】本発明は、後輪に変速機を設けなくても坂
道を登る場合などにペダルの踏み込み力を低減させるこ
とができる電動補助自転車における駆動補助装置を提供
することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の電動補助自転車
における駆動補助装置は、ペダルで駆動されるクランク
軸と車輪駆動軸の間に変速機構を設けたことを特徴とす
る。
【００１３】この構成によると、後輪に変速機を設けな
くてもペダルの踏み込み力を低減させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】請求項１記載の電動補助自転車に
おける駆動補助装置は、ペダルで駆動されるクランク軸
の仕事量に応じてモータの電力制御を実行し、前記モー
タの回転を減速機構を介して車輪駆動軸に伝達して前記
クランク軸の回転を補助する電動補助自転車であって、
前記クランク軸と前記車輪駆動軸の間に変速機構を設け
たことを特徴とする。
【００１５】請求項２記載の電動補助自転車における駆
動補助装置は、請求項１において、クランク軸と車輪駆
動軸の間に設けた変速機構を前記クランク軸の仕事量に
応じて切り換える制御部を設けたことを特徴とする。
【００１６】請求項３記載の電動補助自転車における駆
動補助装置は、請求項１において、クランク軸と車輪駆
動軸の間に設けた変速機構を走行開始からの時間経過に
応じて切り換える制御部を設けたことを特徴とする。
【００１７】請求項４記載の電動補助自転車における駆
動補助装置は、請求項１において、クランク軸と車輪駆
動軸の間に設けた変速機構を前記クランク軸の仕事量と
走行開始からの時間経過に応じて切り換える制御部を設
けたことを特徴とする。
【００１８】請求項５記載の電動補助自転車における駆
動補助装置は、請求項１において、モータの回転を車輪
駆動軸に伝達する減速機構を前記クランク軸の軸心と並
行に配設し、前記クランク軸と前記車輪駆動軸の間に設
けた変速機構を前記クランク軸の軸心と同一の軸心上に
配設したことを特徴とする。
【００１９】請求項６記載の電動補助自転車における駆
動補助装置は、請求項５において、クランク軸の回転を
車輪駆動軸に伝達する変速機構を、クランク軸に被せら
れて前記クランク軸と一体に回転する中空軸と、前記中
空軸の外側にこの中空軸に対して回転自在で前記クラン
ク軸の長さ方向に配列された複数枚の変速歯と、前記中
空軸と前記変速歯とを選択的に連結するクラッチ部とで
構成したことを特徴とする。
【００２０】請求項７記載の電動補助自転車における駆
動補助装置は、請求項５において、クランク軸の回転を
車輪駆動軸に伝達する変速機構を、クランク軸に被せら
れて前記クランク軸と一体に回転する中空軸と、前記中
空軸の外側にこの中空軸に対して回転自在の変速歯と、
前記中空軸と前記変速歯とを選択的に連結するクラッチ
部とで構成したことを特徴とする。
【００２１】請求項８記載の電動補助自転車における駆
動補助装置は、請求項６または請求項７において、クラ
ッチ部を、クランク軸とこのクランク軸に被せられた中
空軸との間に配設されてクランク軸に対してスライド自
在で前記中空軸に穿設された貫通孔から変速歯の内周面
に係合する位置に係合体を押し出すクラッチ切換体と、
クランク軸の内側にこのクランク軸の軸芯方向にスライ
ド自在に設けられ一端が前記クラッチ切換体に連結され
た連動軸と、中空軸の外側に被せられて前記クラッチの
軸心方向にスライド自在で前記中空軸と前記クラッチに
穿設された孔を介して前記連動軸の他端に連結された案
内体と、前記クランク軸と中空軸の回転に伴って回転す
る前記案内体の回転を許すように前記案内体に係合し変
速比の切り換えに際して前記クランク軸の軸芯方向にス
ライド駆動される作動体とで構成したことを特徴とす
る。
【００２２】請求項９記載の電動補助自転車における駆
動補助装置は、請求項８において、クランク軸に対する
作動体の位置を変更するアクチュエータと、前記クラン
ク軸の仕事量に応じて前記アクチュエータを駆動して変
速装置の変速率を切り換える制御部を設けたことを特徴
とする。
【００２３】請求項１０記載の電動補助自転車における
駆動補助装置は、請求項８において、クランク軸に対す
る作動体の位置を変更するアクチュエータと、走行開始
からの時間経過に応じて前記アクチュエータを駆動して
変速機構の変速率を切り換える制御部を設けたことを特
徴とする。
【００２４】請求項１１記載の電動補助自転車における
駆動補助装置は、請求項８において、クランク軸に対す
る作動体の位置を変更するアクチュエータと、前記クラ
ンク軸の仕事量と走行開始からの時間経過に応じて前記
アクチュエータを駆動して変速装置の変速率を切り換え
る制御部を設けたことを特徴とする。
【００２５】以下、本発明における各実施の形態を図１
〜図２３に基づいて説明する。なお、従来例を示す図２
４と同様の作用を成すものには同一の符号を付けて説明
する。
【００２６】（実施の形態１）図１は本発明の駆動補助
装置の動力伝達図を示し、図２は断面図を示す。図２に
基づいて図１を説明する。
【００２７】自転車フレームに形成されたブラケット１
に取り付けられる本発明の駆動補助装置２の外装ケース
２０には、ペダル３で駆動されるクランク軸４と、モー
タ１４と、モータ１４の回転を減速して車輪駆動軸１３
に伝達する減速機構２１と、クランク軸４と車輪駆動軸
１３の間に設けた変速機構２２などが内蔵されている。
【００２８】クランク軸４の回転を補助する補助力は、
次のように伝達される。外装ケース２０には、モータ１
４の出力軸１４ａと同軸上に軸２３が植設されている。
軸２３にはベアリング２４を介してカップ状の従動体２
５が回転自在に取り付けられている。
【００２９】基端部がベアリング２４を介して支持され
たこの従動体２５の先端側の外周には、一方向性クラッ
チ２６，２７を介して歯車２８，２９が取り付けられて
いる。歯車２９には、周方向に所定角度ごとに軸３０，
３０，・・・が植設されており、軸３０，３０，・・・
には前記モータ１４の出力軸１４ａに噛合する歯車３１
がベアリング３２を介して回転自在に取り付けられてい
る。なお、歯車３１の歯は外装ケース２０の内周面に形
成された歯３３に噛合している。
【００３０】このように構成したため、従動体２５はモ
ータ１４の回転を遊星歯車機構で減速した速度で回転す
る。外装ケース２０には、車輪駆動軸１３がベアリング
３４を介して回転自在に支持されている。車輪駆動軸１
３の基端部には前記従動体２５の基端部（外装ケース２
０の内側）の外周に形成された歯３５に噛合する歯車３
６が形成されている。
【００３１】クランク軸４は、一端がベアリング３７を
介して外装ケース２０に支持され、他端は車輪駆動軸１
３の中央の貫通孔１３ａに挿通されてベアリング３８を
介在させて回転自在に支持されている。
【００３２】このクランク軸４の外側には、図３に示す
中空軸３９が被せられ、中空軸３９の基端部はクランク
軸４の鍔部４ａに係合して中空軸３９はクランク軸４と
一体に回転する。中空軸３９の先端側には、クランク軸
４の外径よりも内径が大きな大径部４０と大径部４０の
基端の外周に支持鍔部４１が形成されている。支持鍔部
４１の外周には一方向性クラッチ４２を介して小径変速
歯４３が取り付けられている。歯４３は前記歯車２９に
噛合している。
【００３３】中空軸３９に形成された大径部４０の外側
には、変速機構２２を形成する大径変速歯車４４と中径
変速歯車４５が回動自在に挿入されている。大径変速歯
車４４は、大径中央部４４ａとこの外周に一方向性クラ
ッチ４６を介して取り付けられた歯４４ｂとで形成され
ている。大径変速歯車４４の歯４４ｂは前記従動体２５
の基端部に形成された歯３５に噛合している。
【００３４】中径変速歯車４５は、従動体２５の先端部
に一方向性クラッチ２６を介して取り付けられた前記歯
２８に噛合している。この大径変速歯車４４と中径変速
歯車４５の内周面には、中空軸３９に形成された大径部
４０に穿設された貫通孔４０ａ，４０ｂに対応して凹部
４７が形成されており、中空軸３９の貫通孔４０ａ，４
０ｂには鋼球４８が配置されている。
【００３５】中空軸３９の貫通孔４０ａ，４０ｂからの
鋼球４８の突出状態を切り換えるために、クランク軸４
には、クランク軸４に対してスライド自在の筒状のクラ
ッチ切換体４９が中空軸３９との間に配設されており、
このクラッチ切換体４９の外周面には凸部４９ａが形成
されている。
【００３６】このクラッチ切換体４９は、次のようにし
てクラッチ切換モータ５０によって駆動されている。図
４に示すように、クランク軸４には中心に内部通路４ｂ
が穿設されており、この内部通路４ｂには連動軸５１が
挿入されている。クラッチ切換体４９とこの連動軸５１
の先端との連結は、クラッチ切換体４９に穿設された孔
４９ｂからクランク軸４に穿設された第１の長孔４ｃに
向かって連結ピン５２ａを挿入して連動軸５１と連結さ
れている。
【００３７】クランク軸４には第１の長孔４ｃとは別に
第２の長孔４ｄも穿設されており、中空軸３９にはこの
クランク軸４の第２の長孔４ｄに対応して長孔３９ａが
穿設されている。中空軸３９の長孔３９ａの外側にはス
ライド自在に環状の案内体５３が被せられており、案内
体５３に穿設された孔５３ｂから中空軸３９の長孔３９
ａとクランク軸４の第２の長孔４ｄに向かって連結ピン
５２ｂを挿入して、前記連動軸５１と案内体５３とが連
結されている。
【００３８】なお、連結ピン５２ａが挿入されたクラッ
チ切換体４９の孔４９ｂならびに連結ピン５２ｂが挿入
された案内体５３の孔５３ｂは、図４では穴埋め処理し
て閉塞された状態が示されている。
【００３９】このようにクラッチ切換体４９と案内体５
３が連動軸５１を介して連結されており、案内体５３を
クランク軸４の長手方向にスライドさせることによって
中空軸３９の内側でクラッチ切換体４９がスライドす
る。
【００４０】回転側であるクランク軸４に設けられた案
内体５３は、固定側（外装ケース２０の側）に設けられ
たアクチュエータとしての切換用モータ５０によって次
のようにしてスライド駆動されている。
【００４１】切換用モータ５０の出力軸に形成された送
りネジ５０ａに作動体５４の基端部が噛合しており、切
換用モータ５０を回転させるとその回転方向に応じてこ
の作動体５４がクランク軸４の軸芯方向に移動する。こ
の作動体５４の先端には凹部５４ａが形成されており、
この凹部５４ａは前記案内体５３の外周に形成された凸
部５３ａに、案内体５３の回転を許すように係合してい
る。
【００４２】したがって、クラッチ切換体４９を図４に
示すように前進させ、中空軸３９の貫通孔４０ａに位置
する鋼球４８をクラッチ切換体４９の凸部４９ａで外側
に押し出して、この鋼球４８を介して中空軸３９と大径
変速歯車４４とを連結している。また、この状態では中
空軸３９と中径変速歯車４５とは連結されていない。
【００４３】この図４に示すクラッチ切り換え状態で
は、ペダル３を踏み込むことによって発生するクランク
軸４の回転は、大径変速歯車４４を介して従動体２５を
駆動する。
【００４４】図１に示す制御部１８は、車輪駆動軸１３
の回転数と中空軸３９に作用しているトルクとに基づい
てクランク軸４の仕事量を計算してモータ１４の電力制
御を実行して、モータ１４による補助力の大きさを調整
している。具体的には、車輪駆動軸１３の歯に近接して
配置した磁気センサ（図示せず）によって単位時間当た
りに通過する歯数から回転速度を検出し、中空軸３９に
作用しているトルクは、この中空軸３９の周面に非晶質
磁性合金の薄帯を貼り付けておき、これに磁気センサ５
５を近接して配置してトルクの大きさを読み取る。
【００４５】さらに、この制御部１８は走行開始からの
経過時間と中空軸３９に作用しているトルクと車輪駆動
軸１３の回転数に応じて切換用モータ５０を運転して変
速機構２２の変速率の切り換え制御を実行している。
【００４６】具体的には、制御部１８は図６の（ａ）
（ｂ）のプログラムテーブルに基づいて変速率の切り換
え制御を実行している。発進時の速度がゼロの状態で
は、変速機構の変速率は図４に示したように大径変速歯
車４４を中空軸３９に連結して従動体２５を駆動するギ
ャー比が大きい低速ポジションに切り換えられている。
【００４７】発進の直後で速度が遅くてトルクが大きな
状態では図６の（ａ）のテーブルのＰ１で示す前記の低
速ポジションに維持されて楽なペダルの踏み込みで発進
が開始することができる。
【００４８】そして速度が遅くてトルクが中ぐらいに減
少すると、制御部１８は図６の（ａ）のテーブルのＰ２
で示す中速ポジション（ギャー比：中）に切り換える。
この中ポジションは、クラッチ切換体４９が図４に示す
状態から右側に移動して、クラッチ切換体４９の凸部４
９ａが中空軸３９の貫通孔４０ａにセットされている鋼
球４８の押し出しを解除して、クラッチ切換体４９の凸
部４９ａが中空軸３９の貫通孔４０ｂにセットされてい
る鋼球４８の押し出しを実施する。これによって、中径
変速歯車４５と中空軸３９とが図５に示すように鋼球４
８で連結されて、クランク軸４の回転は中径変速歯車４
５を介して従動体２５を駆動する。
【００４９】そして速度が中ぐらいに早くなってトルク
が更に減少して小さくなると、制御部１８は図６の
（ａ）のテーブルのＰ３で示す高速ポジション（ギャー
比：小）に切り換える。この高速ポジションは、クラッ
チ切換体４９が中速ポジションの場合よりもさらにクラ
ッチ切換体４９が右側に移動して図２に示す位置に移動
する。これによって、クラッチ切換体４９の凸部４９ａ
は中空軸３９の貫通孔４０ａ，４０ｂの何れにセットさ
れている鋼球４８も押し出さない状態になって、クラン
ク軸４の回転は中空軸３９の支持鍔部４１の外周に一方
向性クラッチ４２を介して取り付けられた小径変速歯４
３を介して従動体２５を駆動する。このように高速ポジ
ション，中速ポジション，低速ポジションが自動的に適
正に切り換えられて快適な走行性を実現している。
【００５０】さらに、この実施の形態では連続走行中に
は、例えば、発進から所定時間（約３０分）が経過する
と、制御部１８は図６の（ｂ）テーブルにしたがって切
換用モータ５０が運転されて、クランク軸４に作用して
いる仕事量に応じて変速機構２２のクラッチ部が切り換
えられて高速ポジション，中速ポジション，低速ポジシ
ョンが自動的に適正に切り換えられて、使用者の疲れを
低減するように構成されている。
【００５１】このようにクランク軸４と車輪駆動軸１３
の間に変速機構２２を設けたため、坂道を登る場合など
にペダルの踏み込み力を低減させることができ、また、
この位置に変速機構２２を介装した場合には、実際の走
行速度が前記の規定速度に達した場合に補助力がオフす
る適正なアシスト走行を実現できる。
【００５２】上記の実施の形態の制御部１８は、クラン
ク軸４の仕事量と走行開始からの時間経過に応じて変速
機構２２の変速率を切り換えるように構成したが、これ
はクランク軸４の仕事量または走行開始からの時間経過
に応じて変速機構２２の変速率を切り換えるように構成
した場合であっても従来例に比べて効果があり有効であ
る。
【００５３】上記の実施の形態の変速機構は、大径変速
歯車４４と中径変速歯車４５と小径変速歯４３の何れか
を介して従動体２５を駆動する３段階の切り換えで説明
したが、大径変速歯車４４と小径変速歯４３の何れかを
介して従動体２５を駆動する２段階の切り換えの場合
や、中径変速歯車４５と小径変速歯４３の何れかを介し
て従動体２５を駆動する２段階の切り換えの場合や、３
段階以上に切り換える場合などの場合も同様である。
【００５４】（実施の形態２）図７は（実施の形態２）
の駆動補助装置の動力伝達図を示し、図８〜図１０はそ
の構成を示す。
【００５５】図８〜図１０に基づいて図７を説明する。
モータ１４の回転の補助力は、モータ軸１４ａより平歯
車５６へ伝達し、平歯車５６から平歯車５７、中空軸３
９の外周にワンウエイクラッチ５９を介して中空軸３９
に設けられた平歯車６０へ平歯車５７から伝達されて３
段減速される。
【００５６】中空軸３９にはペダル３の回転力がクラン
ク軸４を介して加えられており、３段減速された補助力
が人力に合力される。バッテリーの放電などでモータ１
４が回転しないときには、ワンウエイクラッチ５９が空
転して平歯車５７，５６が回転しないので人力だけの場
合に利用者がペダル３を小さな力で漕ぐことができる。
【００５７】低速時には、中空軸３９の歯６１よりアイ
ドル歯車６２の回転体６３にワンウエイクラッチ６４を
介して伝達する。回転体６３の歯６５は前歯車６６を嵌
合させた伝達体６７の歯６８と噛合している。
【００５８】トルク検出・変速機構は（実施の形態１）
と同じであって、クラッチ切換体４９が図１１に示すよ
うに前ギヤ６６から離間する方向に切り換えられた状態
では、鋼球４８が中空軸３９の貫通孔４０ａから押し出
されて、歯７０を外周に有し内周面で通常は中空軸３９
の外周を空転している変速平ギヤ７１の球状窪みに押し
出された鋼球４８が係合して中空軸３９と変速平ギヤ７
１とが一体回転する。ここで歯７０の径は歯６１の径よ
り大きく増速となる。なお、歯６１はクラッチ６４によ
り噛み合っていても回転しない。
【００５９】この（実施の形態２）では、モータ軸１４
ａ，クランク軸４と平行に、切り換えギヤを有してお
り、前ギヤ６６へ回転力を伝達する合力軸を配置されて
おり、（実施の形態１）では減速機構が遊星歯車機構で
あったが、この（実施の形態２）のように減速機構が平
ギヤの場合には構造が簡単で、安価に製造できる。
【００６０】（実施の形態３）図１１は（実施の形態
３）の駆動補助装置の動力伝達図を示し、図１２と図１
３はその構成を示す。
【００６１】図１２と図１３に基づいて図１１を説明す
る。この（実施の形態３）はモータ軸とクランク軸は直
交し、クランク軸と平行に切り換えギヤを有し、前ギヤ
へ回転力を伝達する合力軸を配置している。
【００６２】モータ軸１４ａの補助力は、平ギヤ７２
（ワンウェイクラッチ内蔵）、平ギヤ７３、平ギヤ７
４、傘歯７５と伝達される。傘歯７５より中空軸３９の
傘歯７６に伝達される。
【００６３】ペダル３の回転力はクランク軸４よりワン
ウェイクラッチ７７を介して中空軸３９へ伝達される。
従って、停止時のペダル３は逆転は軽く、容易に踏込み
位置に回転させやすい。
【００６４】中空軸３９に形成された歯７８は平ギヤ７
９に噛合している。電動補助力と合力後、変速機構を経
由して前ギヤ６６に駆動力を伝達している。
【００６５】トルク検出・変速機構は（実施の形態１）
と同じである。平ギヤ７９は外装ケース２０に固定され
たアイドル軸８０とベアリング８１により回転自在に軸
支されている回転体８２に、ワンウエイクラッチ８３を
介して回転を伝達する。この回転は歯車８４と噛合して
いる伝達体６７の歯６８に伝えられる。
【００６６】鋼球４８が係合して中空軸３９と変速平ギ
ヤ７１が一体回転した場合、回転体８２の歯８５に回転
は伝達され、ワンウエイクラッチ８３により平ギヤ７９
は空転する。
【００６７】（実施の形態４）図１４は（実施の形態
４）の駆動補助装置の動力伝達図を示し、図１５と図１
６はその構成を示す。
【００６８】図１５と図１６に基づいて図１４を説明す
る。この（実施の形態４）はクランク軸４と前ギヤ６６
の合力軸９１が別に構成されており、クランク軸４，合
力軸９１，モータ軸１４ａ，アイドル軸１００がそれぞ
れ平行に配置されている。モータの回転力は変速機構を
介さずに直接に合力軸９１に伝達されている。
【００６９】補助力は、モータ軸１４ａ，平ギヤ９２，
平ギヤ９３，平ギヤ９４，ワンウェイクラッチ９５，合
力軸９１，前ギヤ６６へと伝達される。合力軸９１はク
ランク軸４と平行で、モータ軸１４ａと同軸に配置され
ている。
【００７０】ペダル３の回転力はクランク軸４よりワン
ウェイクラッチ９６を介して中空軸３９へ伝達される。
磁歪式センサ９７により測定された人力トルクを一つの
制御因子として位置制御したクラッチ切換体４９により
押し上げられた鋼球４８により、平歯車９８，９９のい
ずれかが中空軸３９と供回りする。
【００７１】アイドル軸１００は径の異なる２組の歯１
０１，１０２を有し平歯車９９と噛み合う。アイドル軸
１００はケース２に固定され内歯体１０３の対応歯と噛
み合っているので内歯体は増速回転し、回転速度の遅い
側にワンウェイクラッチ１０４を取り付け、増速側シフ
ト時は空回りする。
【００７２】内歯体１０３の外周の歯１０５は合力軸９
の外周にワンウェイクラッチ１０６を介して歯車の歯１
０７と連結している。トルク検出・変速機構は（実施の
形態１）と同じである。
【００７３】（実施の形態５）図１７は（実施の形態
５）の駆動補助装置の動力伝達図を示し、図１８と図１
９はその構成を示す。
【００７４】図１８と図１９に基づいて図１７を説明す
る。モータの回転力は（実施の形態４）と同じように変
速機構を介さずに直接に合力軸９１に伝達されている。
【００７５】補助力はモータ軸１４ａ，平ギヤ１１６，
平ギヤ１１７，平ギヤ１１８，ワンウェイクラッチ１１
９，合力軸９１，歯１２１，伝達体６７，前ギヤ６６と
伝達される。合力軸９１に変速後の人力が合力される。
【００７６】ペダル３の回転力はクランク軸４よりワン
ウェイクラッチ１２２を介して中空軸３９へ伝達され
る。磁歪式センサ９７により測定された人力トルクを一
つの制御因子として位置移動したクラッチ切換体４９に
より押し上げられた鋼球４８により変速歯１２３が供回
りする。
【００７７】変速歯１２３で回転させられる中空軸３９
の回転面には、図１９に示すように８個所の鋼球４８の
収納球状窪み及び案内溝となる凹部４７が形成されてお
り、高速時には変速歯１２３，歯１２４，合力軸９１，
伝達体６７，前ギヤ６６と伝達される。
【００７８】トルク検出・変速機構は（実施の形態１）
と同じである。歯１２６は中空軸３９と一体回転し、低
速時にはワンウェイクラッチ１２７を介して合力軸９１
に伝達する。
【００７９】（実施の形態６）図２０は（実施の形態
６）の駆動補助装置の動力伝達図を示し、図２１と図２
２はその構成を示す。
【００８０】図２１と図２２に基づいて図２０を説明す
る。この（実施の形態６）ではクランク軸４の外周に筒
１３６を同軸に設け、磁歪式トルクセンサを配置し、前
記筒１３６は変速機構部を兼ねている。
【００８１】モータの回転力はモータ軸１４ａよりサイ
クロ減速機（Ｋ−Ｈ−Ｖ型遊星歯車装置・・ハイポサイ
クロイド減速装置）１３７を経由し約１／４０に減速さ
れ、ワンウェイクラッチ１３８を介して合力軸１３９，
前ギヤ６６に伝達される。合力軸１３９のサイクロ減速
機１３７と前ギヤ６６の間に人力合力部を配設してい
る。
【００８２】ペダル３の回転力はクランク軸４，ワンウ
ェイクラッチ１４０，案内体１４１，連動ピン１４２，
平ギヤ１４３ａ，平ギヤ１４３ｂ，ワンウェイクラッチ
１４３ｃを経由し、合力軸１３９に伝達される。
【００８３】案内体１４１は、クランク軸４に沿って矢
印Ａ方向に回転力を伝達しつつ移動可能な構造であり、
モータ５０により駆動されて前記矢印Ａ方向に移動する
作動体５４が案内体１４１に係合して、この案内体１４
１を摺動させる。
【００８４】３枚の平ギヤ１４３ａ，１４４ａ，１４５
ａはベアリング１４６を介してクランク軸４に回転自在
に装着されており、案内体１４１に固定された連動ピン
１４２が各平ギヤの孔１４７に挿入されて一体に回転す
る。
【００８５】連動ピン１４２は低速、中速、高速の順に
ワンウェイクラッチ１４３ｃ、１４４ｃによりそれまで
の伝達歯車は順次空転していく。 （実施の形態７）図２３は（実施の形態７）の駆動補助
装置の動力伝達図を示す。
【００８６】この（実施の形態７）では前ギヤ軸，変速
ギヤ軸，モータ減速軸，モータ軸が同軸配置され、さら
にこれらがクランク軸４と平行に配置されている。切換
部はクランク軸部と変速ギヤ軸部に配置されている。
【００８７】モータ減速機構（平ギヤ減速）及びトルク
検出機構（太陽固定遊星機構）で遊星歯車を２段とし変
速機構で連結歯を切り替えて変速している。補助力はモ
ータ軸１４ａ，平ギヤ１５５，ワンウェイクラッチ１５
６，平ギヤ１５７，外歯１５８，内歯体１５９，前ギヤ
６６へと伝達される。
【００８８】ペダル３の回転力はクランク軸４，ワンウ
ェイクラッチ１６０，遊星軸１６１，遊星歯１６２また
は１６３，内歯体１５９，前ギヤ６６へと伝達される。
太陽軸１６４はアーム１６５，ポテンショメータ１６
６，ばね１６７を介して固定し反力でトルクが測定され
る。
【００８９】遊星低速側はワンウェイクラッチ１６８，
歯１６３で遊星回転ガイドしている。高速側は機械式ま
たは電気式の変速機構１６９，歯１６２でガイドしてい
る。
【００９０】
【発明の効果】請求項１記載の電動補助自転車における
駆動補助装置は、ペダルで駆動されるクランク軸の仕事
量に応じてモータの電力制御を実行し、前記モータの回
転を減速機構を介して車輪駆動軸に伝達して前記クラン
ク軸の回転を補助する電動補助自転車であって、前記ク
ランク軸と前記車輪駆動軸の間に変速機構を設けたた
め、坂道を登る場合などにペダルの踏み込み力を低減さ
せることができ、この位置に変速機構を介装した場合に
は、実際の走行速度が規定速度に達した場合に補助力が
オフする適正なアシスト走行を実現できる。
【００９１】上記の制御部は、具体的には、請求項２ま
たは請求項３または請求項４に記載のように、クランク
軸と車輪駆動軸の間に設けた変速機構を前記クランク軸
の仕事量に応じて切り換えるように構成するか、クラン
ク軸と車輪駆動軸の間に設けた変速機構を走行開始から
の時間経過に応じて切り換えるように構成するか、クラ
ンク軸と車輪駆動軸の間に設けた変速機構を前記クラン
ク軸の仕事量と走行開始からの時間経過に応じて切り換
えるように構成して、適正な自動切り換えを実現できる
ため、操作性も良好である。
【００９２】請求項５記載の電動補助自転車における駆
動補助装置は、請求項１において、モータの回転を車輪
駆動軸に伝達する減速機構を前記クランク軸の軸心と並
行に配設し、前記クランク軸と前記車輪駆動軸の間に設
けた変速機構を前記クランク軸の軸心と同一の軸心上に
配設したため、コンパクト化することができる。
【００９３】上記の変速機構は、具体的には請求項６ま
たは請求項７に記載のように、クランク軸に被せられて
前記クランク軸と一体に回転する中空軸と、前記中空軸
の外側にこの中空軸に対して回転自在で前記クランク軸
の長さ方向に配列された複数枚の変速歯と、前記中空軸
と前記変速歯とを選択的に連結するクラッチ部とで構成
するか、またはクランク軸に被せられて前記クランク軸
と一体に回転する中空軸と、前記中空軸の外側にこの中
空軸に対して回転自在の変速歯と、前記中空軸と前記変
速歯とを選択的に連結するクラッチ部とで構成する。
【００９４】さらに具体的には、請求項６または請求項
７におけるクラッチ部を、クランク軸とこのクランク軸
に被せられた中空軸との間に配設されてクランク軸に対
してスライド自在で前記中空軸に穿設された貫通孔から
変速歯の内周面に係合する位置に係合体を押し出すクラ
ッチ切換体と、クランク軸の内側にこのクランク軸の軸
芯方向にスライド自在に設けられ一端が前記クラッチ切
換体に連結された連動軸と、中空軸の外側に被せられて
前記クラッチの軸心方向にスライド自在で前記中空軸と
前記クラッチに穿設された孔を介して前記連動軸の他端
に連結された案内体と、前記クランク軸と中空軸の回転
に伴って回転する前記案内体の回転を許すように前記案
内体に係合し変速比の切換に際して前記クランク軸の軸
芯方向にスライド駆動される作動体とで構成する。
【００９５】請求項９記載の電動補助自転車における駆
動補助装置は、請求項８において、クランク軸に対する
作動体の位置を変更するアクチュエータと、前記クラン
ク軸の仕事量に応じて前記アクチュエータを駆動して変
速装置の変速率を切り換える制御部を設けたことを特徴
とする。
【００９６】請求項１０記載の電動補助自転車における
駆動補助装置は、請求項８において、クランク軸に対す
る作動体の位置を変更するアクチュエータと、走行開始
からの時間経過に応じて前記アクチュエータを駆動して
変速機構の変速率を切り換える制御部を設けたことを特
徴とする。
【００９７】請求項１１記載の電動補助自転車における
駆動補助装置は、請求項８において、クランク軸に対す
る作動体の位置を変更するアクチュエータと、前記クラ
ンク軸の仕事量と走行開始からの時間経過に応じて前記
アクチュエータを駆動して変速装置の変速率を切り換え
る制御部を設けたことを特徴とする。
【００９８】このように本発明によると、快適なアシス
ト走行性能を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の駆動補助装置とその周辺
の動力伝達図
【図２】同実施の形態の駆動補助装置の断面図
【図３】同実施の形態の変速機構部とクラッチ部の分解
斜視図
【図４】同実施の形態の変速機構部とクラッチ部の全断
面図
【図５】同実施の形態の中径変速歯とクラッチ部の断面
図
【図６】同実施の形態の変速機構を切り換える制御部の
テーブル図
【図７】（実施の形態２）の駆動補助装置の動力伝達図
【図８】（実施の形態２）の駆動補助装置の平面断面図
【図９】（実施の形態２）の駆動補助装置の要部の側面
断面図
【図１０】（実施の形態２）の駆動補助装置の要部の分
解斜視図
【図１１】（実施の形態３）の駆動補助装置の動力伝達
図
【図１２】（実施の形態３）の駆動補助装置の平面断面
図
【図１３】（実施の形態３）の駆動補助装置の要部の側
面断面図
【図１４】（実施の形態４）の駆動補助装置の動力伝達
図
【図１５】（実施の形態４）の駆動補助装置の平面断面
図
【図１６】（実施の形態４）の駆動補助装置の要部の側
面断面図
【図１７】（実施の形態５）の駆動補助装置の動力伝達
図
【図１８】（実施の形態５）の駆動補助装置の平面断面
図
【図１９】（実施の形態５）の駆動補助装置の要部の側
面断面図
【図２０】（実施の形態６）の駆動補助装置の動力伝達
図
【図２１】（実施の形態６）の駆動補助装置の平面断面
図
【図２２】（実施の形態６）の駆動補助装置の要部の側
面断面図
【図２３】（実施の形態７）の駆動補助装置の動力伝達
図
【図２４】電動補助自転車の正面図
【図２５】従来の駆動補助装置とその周辺の動力伝達図
【図２６】別の従来例の駆動補助装置とその周辺の動力
伝達図
【符号の説明】
１ ブラケット ２ 駆動補助装置 ３ ペダル ４ クランク軸 ４ｂ クランク軸４の内部通路 ４ｃ クランク軸４の第１の長孔 ４ｄ クランク軸４の第２の長孔 １３ 車輪駆動軸 １３ａ 車輪駆動軸１３の貫通孔 １４ モータ １４ａ モータ１４の出力軸 １８ 制御部 ２０ 外装ケース ２１ 減速機構 ２２ 変速機構 ２３ 軸 ２４ ベアリング ２５ 従動体 ２６，２７ 一方向性クラッチ ２８，２９ 歯車 ３０，３０，・・・ 軸 ３１ 歯車 ３２ ベアリング ３３ 歯 ３４ ベアリング ３５ 歯 ３６ 歯車 ３７ ベアリング ３８ ベアリング ３９ 中空軸 ３９ａ 中空軸３９の長孔 ４ａ クランク軸４の鍔部 ４０ 中空軸３９の大径部 ４０ａ，４０ｂ 中空軸３９に形成された貫通孔 ４１ 中空軸３９の支持鍔部 ４２ 一方向性クラッチ ４３ 小径変速歯 ４４ 変速機構２２を形成する大径変速歯車 ４４ａ 大径変速歯車４４の大径中央部 ４４ｂ 大径変速歯車４４の歯 ４５ 変速機構２２を形成する中径変速歯車 ４６ 一方向性クラッチ ４７ 凹部 ４８ 鋼球 ４９ クラッチ切換体 ４９ａ クラッチ切換体４９の凸部 ４９ｂ クラッチ切換体４９の孔 ５０ クラッチ切換用モータ ５０ａ 切換用モータ５０の出力軸に形成された送り
ネジ ５１ 連動軸 ５２ａ 連結ピン ５２ｂ 連結ピン ５３ 案内体 ５３ｂ 案内体５３の孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷田 正人 大阪府柏原市片山町13番13号 ナショナル 自転車工業株式会社内 (72)発明者 吉田 英博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 榎本 康男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ペダルで駆動されるクランク軸の仕事量に
    応じてモータの電力制御を実行し、 前記モータの回転を減速機構を介して車輪駆動軸に伝達
    して前記クランク軸の回転を補助する電動補助自転車で
    あって、 前記クランク軸と前記車輪駆動軸の間に変速機構を設け
    た電動補助自転車における駆動補助装置。
  2. 【請求項２】クランク軸と車輪駆動軸の間に設けた変速
    機構を前記クランク軸の仕事量に応じて切り換える制御
    部を設けた請求項１記載の電動補助自転車における駆動
    補助装置。
  3. 【請求項３】クランク軸と車輪駆動軸の間に設けた変速
    機構を走行開始からの時間経過に応じて切り換える制御
    部を設けた請求項１記載の電動補助自転車における駆動
    補助装置。
  4. 【請求項４】クランク軸と車輪駆動軸の間に設けた変速
    機構を前記クランク軸の仕事量と走行開始時間に応じて
    切り換える制御部を設けた請求項１記載の電動補助自転
    車における駆動補助装置。
  5. 【請求項５】モータの回転を車輪駆動軸に伝達する減速
    機構を前記クランク軸の軸心と並行に配設し、 前記クランク軸と前記車輪駆動軸の間に設けた変速機構
    を前記クランク軸の軸心と同一の軸心上に配設した請求
    項１記載の電動補助自転車における駆動補助装置。
  6. 【請求項６】クランク軸の回転を車輪駆動軸に伝達する
    変速機構を、 クランク軸に被せられて前記クランク軸と一体に回転す
    る中空軸と、 前記中空軸の外側にこの中空軸に対して回転自在で前記
    クランク軸の長さ方向に配列された複数枚の変速歯と、 前記中空軸と前記変速歯とを選択的に連結するクラッチ
    部とで構成した請求項５記載の電動補助自転車における
    駆動補助装置。
  7. 【請求項７】クランク軸の回転を車輪駆動軸に伝達する
    変速機構を、 クランク軸に被せられて前記クランク軸と一体に回転す
    る中空軸と、 前記中空軸の外側にこの中空軸に対して回転自在の変速
    歯と、 前記中空軸と前記変速歯とを選択的に連結するクラッチ
    部とで構成した請求項５記載の電動補助自転車における
    駆動補助装置。
  8. 【請求項８】クラッチ部を、 クランク軸とこのクランク軸に被せられた中空軸との間
    に配設されてクランク軸に対してスライド自在で前記中
    空軸に穿設された貫通孔から変速歯の内周面に係合する
    位置に係合体を押し出すクラッチ切換体と、 クランク軸の内側にこのクランク軸の軸芯方向にスライ
    ド自在に設けられ一端が前記クラッチ切換体に連結され
    た連動軸と、 中空軸の外側に被せられて前記クラッチの軸心方向にス
    ライド自在で前記中空軸と前記クラッチに穿設された孔
    を介して前記連動軸の他端に連結された案内体と、 前記クランク軸と中空軸の回転に伴って回転する前記案
    内体の回転を許すように前記案内体に係合し変速比の切
    り換えに際して前記クランク軸の軸芯方向にスライド駆
    動される作動体とで構成した請求項６または請求項７記
    載の電動補助自転車における駆動補助装置。
  9. 【請求項９】クランク軸に対する作動体の位置を変更す
    るアクチュエータと、 前記クランク軸の仕事量に応じて前記アクチュエータを
    駆動して変速装置の変速率を切り換える制御部を設けた
    請求項８記載の電動補助自転車における駆動補助装置。
  10. 【請求項１０】クランク軸に対する作動体の位置を変更
    するアクチュエータと、 走行開始からの時間経過に応じて前記アクチュエータを
    駆動して変速機構の変速率を切り換える制御部を設けた
    請求項８記載の電動補助自転車における駆動補助装置。
  11. 【請求項１１】クランク軸に対する作動体の位置を変更
    するアクチュエータと、 前記クランク軸の仕事量と走行開始からの時間経過に応
    じて前記アクチュエータを駆動して変速装置の変速率を
    切り換える制御部を設けた請求項８記載の電動補助自転
    車における駆動補助装置。
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