JP2011230664A - 電動アシスト自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】運転途中でハンドルを大きく切る必要が生じた場合でも安全に乗りこなすことができる電動アシスト自転車を提供する。
【解決手段】電動アシスト自転車は、電池４１を電源として駆動されるモータ４０によりペダルを踏み込む力をアシストする。フレームのヘッドチューブにはハンドル切れ角検出装置６０が取り付けられている。モータ４０を制御する制御装置５０は、ハンドル切れ角検出装置６０が検出したハンドル切れ角が所定値を超えたときは、モータ４０によるアシスト力を弱める制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は電動アシスト自転車に関する。

電池駆動のモータでペダルを踏み込む力をアシストする電動アシスト自転車は、重い荷物を載せていたり、坂道を登ったりするときに楽であることから、それを選択して購入する消費者が多くなっている。特許文献１に電動アシスト自転車の例を見ることができる。

特開平６−１０７２６６号公報（国際特許分類：Ｂ６２Ｍ２３／０２、Ｂ６２Ｋ１１／００、Ｂ６２Ｍ１７／００）

電動アシスト自転車は、搭乗者がペダルを踏み込む力（以下「ペダル踏力」と称する）をトルクセンサで検出し、ペダル踏力が所定値を超えたらモータで車輪回転をアシストする仕組みを備えている。この時、Ｕターンなどを意図してハンドルが大きく切られると、モータの力が加わった状態で車体が急に切れ込むからハンドルコントロールが難しくなり、転倒や暴走の危険が生じる。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、運転途中でハンドルを大きく切る必要が生じた場合でも安全に乗りこなすことができる電動アシスト自転車を提供することを目的とする。

本発明の好ましい実施形態によれば、電動アシスト自転車は、電池駆動のモータでペダル踏力をアシストするものであって、ハンドル切れ角検出装置を備え、前記モータの制御装置は、前記ハンドル切れ角検出装置が検出したハンドル切れ角に基づきアシスト力を加減する制御を行う。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の電動アシスト自転車において、前記制御装置は、ハンドル切れ角が所定値を超えたとき、アシスト力を弱める制御を行う。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の電動アシスト自転車において、前記ハンドル切れ角検出装置は、ヘッドチューブに対するハンドルステムの角度変化を検出する。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の電動アシスト自転車において、前記ハンドル切れ角検出装置は、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの一方に固定されたスイッチと、他方に固定されたスイッチ操作体を含み、前記スイッチと前記スイッチ操作体の位置関係が、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの相対角度によって変化する。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の電動アシスト自転車において、前記ハンドル切れ角検出装置は、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの一方に固定されたフォトセンサと、他方に固定された干渉板を含み、前記フォトセンサに対する前記干渉板の関係が、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの相対角度によって変化する。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の電動アシスト自転車において、前記ハンドル切れ角検出装置は、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの一方に固定された磁気センサと、他方に固定された磁性体を含み、前記磁気センサと前記磁性体の位置関係が、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの相対角度によって変化する
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の電動アシスト自転車において、前記ハンドル切れ角検出装置は、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの一方に固定された可変抵抗と、他方に固定された摺動接点を含み、前記可変抵抗に対する前記摺動接点の接触位置が、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの相対角度によって変化する。

本発明によると、ハンドルの切れ角が大きいときはアシスト力を弱める制御を行うことができるから、アシスト力がハンドルコントロールを難しくするようなことがなく、転倒や暴走の危険を低減することができる。

電動アシスト自転車の側面図である。 本発明の実施形態に係る電動アシスト自転車のブロック構成図である。 ハンドル切れ角検出装置の第１実施形態を示す断面図である。 図３のハンドル切れ角検出装置に含まれるスイッチ操作体の平面図である。 ハンドル切れ角検出装置の第２実施形態を示す断面図である。 図５のハンドル切れ角検出装置に含まれる干渉板の平面図である。 ハンドル切れ角検出装置の第３実施形態を示す断面図である。 図７のハンドル切れ角検出装置に含まれる磁性体の平面図である。 ハンドル切れ角検出装置の第４実施形態を示す断面図である。 図９のハンドル切れ角検出装置に含まれる可変抵抗の平面図である。

以下、図１から図４までの図に基づき本発明の実施形態に係る電動アシスト自転車の構造を説明する。
電動アシスト自転車１のフレーム１０は、前端のヘッドチューブ１１と、搭乗者の騎乗位置に配置されるシートチューブ１２をダウンチューブ１３で連結した構造を有する。シートチューブ１２には上端にサドル１４を有するシートポスト１５が上下位置調整可能に挿入される。ヘッドチューブ１１はハンドル１６のハンドルステム１７を回転自在に保持する。
前輪１８は、ハンドルステム１７に回転不能に連結するフロントフォーク１９に支持される。後輪２０は、シートチューブ１２の上端から後方に延び出すシートステー２１と、シートチューブ１２の下端から後方に延び出すチェーンステー２２によって支持される。
シートチューブ１２、ダウンチューブ１３、及びチェーンステー２２が集合する箇所に、ペダル２３を備えたクランク２４が配置される。クランク２４の回転力はチェーン２５により後輪２０に伝達される。
前輪１８に対しては、そのリムに制動をかける前ブレーキ２６が設けられる。前ブレーキ２６はフロントフォーク１９に支持されている。後輪２０に対しては、そのハブに対し制動をかける後ブレーキ（図示せず）が設けられる。
フロントフォーク１９にはヘッドランプ２７が取り付けられ、シートステー２１にはブレーキランプ２８が取り付けられる。フロントフォーク１９には前かご２９も取り付けられる。シートステー２１とチェーンステー２２は荷台３０を支持する。チェーンステー２２にはスタンド３１が取り付けられる。
電動アシスト自転車１の要であるモータ４０（図２参照）は、前輪１８のハブの中にダイレクトドライブ方式のものが組み込まれている。モータ４０に電力を供給する電池４１は、シートチューブ１２の後面に着脱可能に取り付けられる電池ケース４２に収納されている。電池４１は充電可能な二次電池である。電動アシスト自転車１の制御を司る制御装置５０には、ハンドル１６に取り付けられた手元操作部５１より操作指示が伝えられる。
制御装置５０の主要構成要素はマイクロコンピュータ５２である。制御装置５０はインバータ５３を介してモータ４０を制御する。モータ４０は、ペダル２３を踏んでいるときは前輪１８を駆動する力を発生し、前進する電動アシスト自転車１の持つ慣性により前輪１８が回っているときは回生制動を行うものであり、回生制動時に発生する電力は電池４１の補助充電に利用される。
制御装置５０にはトルクセンサ５４からペダル踏力に関する情報が伝えられる。トルクセンサ５４はクランク２４の設置箇所に設けられている。
手元操作部５１には、電動アシスト走行を選択する電源スイッチや、電動アシスト走行の際の走行モードを選択するモードスイッチ、ヘッドランプ２７の点灯／消灯を選択するヘッドランプスイッチなどが配置されている。ハンドル１６に設けられた後ブレーキ用のブレーキレバー３２にはブレーキスイッチ５５が設けられており、ブレーキレバー３２を握りしめると後ブレーキがかかると共にブレーキランプ２８が点灯する。
ヘッドチューブ１１とハンドルステム１７の間にハンドル切れ角検出装置６０が配置される。以下、その構造を説明する。
図３及び図４に示すのはハンドル切れ角検出装置６０の第１実施形態である。第１実施形態のハンドル切れ角検出装置６０は、ヘッドチューブ１１を囲むドーナツ形の筐体６１を有する。筐体６１は上ケース６１Ｕと下ケース６１Ｄからなり、防滴対策のため、上ケース６１Ｕは下ケース６１Ｄに外側から被さる形になっている。上ケース６１Ｕはハンドルステム１７に固定され、下ケース６１Ｄはヘッドチューブ１１に固定される。上ケース６１Ｕの天井面にはアクチュエータ６２ａを下向きに突き出したスイッチ６２が固定され、下ケース６１Ｄの床面にはアクチュエータ６２ａに組み合わせられるスイッチ操作体６３が固定される。スイッチ６２とスイッチ操作体６３の位置関係は、ヘッドチューブ１１とハンドルステム１７の相対角度によって変化する。スイッチ操作体６３は、アクチュエータ６２ａの移動軌跡の一部に円弧状のスリット６４ａを形成したディスク６４からなる。
ハンドル切れ角検出装置６０の機能について説明する。ハンドル１６が中立角度にあるときは、すなわち前輪１８が真っ直ぐ前方に向けられているときは、スイッチ６２のアクチュエータ６２ａとスイッチ操作体６３は図４に示す位置関係にある。この時はアクチュエータ６２ａがスイッチ操作体６３で押し込まれている。この状態であれば、制御装置５０は通常の電動アシスト制御を行う。
ハンドル１６を切って行くと、アクチュエータ６２ａとスリット６４ａが接近する。ハンドル１６の切れ角が所定の大きさになると、アクチュエータ６２ａがスリット６４に落ち込み、スイッチ６２のＯＮ／ＯＦＦ状態が反転する。これを受けて制御装置５０は、モータ４０によるアシスト力を弱める。これにより、ハンドル１６が大きく切られているところへ強力なアシスト力が加わってハンドルコントロールが難しくなり、転倒や暴走を招くといった事態を防ぐことができる。ハンドル１６を切れ角大の状態から切れ角小の状態に戻し、アクチュエータ６２ａをスイッチ操作体６３に乗り上げさせれば、元のアシスト力に復帰する。
アシスト力をどの程度まで弱めるか、場合によってはアシスト力ゼロとするかは実験に基づき定めるとよい。電動アシスト自転車１の速度があるレベル以上に達しているときにスイッチ６２のＯＮ／ＯＦＦ状態が反転したときには、モータ４０で回生ブレーキをかけて減速するようにしてもよい。
ハンドル切れ角検出装置６０には、スイッチとスイッチ操作体の組み合わせの他、以下の実施形態に示す様々な動作原理の検出手段を用いることができる。なお、第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態で用いたのと同じ符号を附し、説明は省略する。
図５及び図６に示す第２実施形態では、フォトセンサ６５と干渉板６６の組み合わせが用いられている。発光部６５ａと受光部６５ｂを備えたフォトセンサ６５は上ケース６１Ｕの天井面に固定され、ディスク状の干渉板６６は発光部６５ａと受光部６５ｂの間を遮る形で下ケース６１Ｄに固定されている。フォトセンサ６５と干渉板６６の位置関係は、ヘッドチューブ１１とハンドルステム１７の相対角度によって変化する。干渉板６６には、フォトセンサ６５の移動軌跡の一部に円弧状のスリット６６ａが形成されている。
ハンドル１６が中立角度にあるときは、すなわち前輪１８が真っ直ぐ前方に向けられているときは、フォトセンサ６５と干渉板６６は図６に示す位置関係にある。すなわちフォトセンサ６５の光路は干渉板６６で遮られている。この状態であれば、制御装置５０は通常の電動アシスト制御を行う。
ハンドル１６を切って行くと、フォトセンサ６５とスリット６６ａが接近する。ハンドル１６の切れ角が所定の大きさになると、スリット６６ａがフォトセンサ６５の光路に重なって発光部６５ａからの光が受光部６５ｂに届き、フォトセンサ６５のＯＮ／ＯＦＦ状態が反転する。これを受けて制御装置５０は、モータ４０によるアシスト力を弱める。ハンドル１６を切れ角大の状態から切れ角小の状態に戻し、干渉板６６をフォトセンサ６５の光路に干渉させれば、元のアシスト力に復帰する。
図７及び図８に示す第３実施形態では、磁気センサ６７と磁性体６８の組み合わせが用いられている。磁気センサ６７としては例えばホールＩＣを用いることができる。磁気センサ６７は基板６９に実装され、上ケース６１Ｕの天井面に固定されている。磁性体６８は下ケース６１Ｄに固定された磁性金属のディスクであって、その一部には磁気センサ６７との距離が近くなる突出部６８ａが形成されている。磁気センサ６７と磁性体６８の位置関係は、ヘッドチューブ１１とハンドルステム１７の相対角度によって変化する。
ハンドル１６が中立角度にあるときは、すなわち前輪１８が真っ直ぐ前方に向けられているときは、磁気センサ６７と磁性体６８は図８に示す位置関係にある。すなわち磁性体６８の突出部６８ａが磁気センサ６７に接近し、磁気センサ６７は磁性体６８を検出している。この状態であれば、制御装置５０は通常の電動アシスト制御を行う。
ハンドル１６を切って行くと、磁気センサ６７から磁性体６８の突出部６８ａが離れる。ハンドル１６の切れ角が所定の大きさになると、磁気センサ６７は磁性体６８を検出しなくなる。これを受けて制御装置５０は、モータ４０によるアシスト力を弱める。ハンドル１６を切れ角大の状態から切れ角小の状態に戻し、磁気センサ６７による磁性体６８の検出を復活させれば、元のアシスト力に復帰する。
図９及び図１０に示す第４実施形態では、可変抵抗７０と摺動接点７１の組み合わせが用いられている。可変抵抗７０は、下ケース６１Ｄの床面に固定されたドーナツ形の絶縁基板７２の上面に、円環の一部が切れた形の抵抗体７３を形成したものである。摺動接点７１は、上ケース６１Ｕの天井面に固定された絶縁基板７４から垂下して抵抗体７３に接触する。抵抗体７３の両端は接点７５、７６に接続され、摺動接点７１は接点７７に接続される。制御装置５０には、接点７５、７７間の抵抗値のデータと接点７６、７７間の抵抗値のデータが伝えられる。可変抵抗７０と摺動接点７１の位置関係は、ヘッドチューブ１１とハンドルステム１７の相対角度によって変化する。
ハンドル１６が中立角度にあるときは、すなわち前輪１８が真っ直ぐ前方に向けられているときは、可変抵抗７０と摺動接点７１は図１０に示す位置関係にある。すなわち摺動接点７１は抵抗体７３の両端から等距離の位置にあり、接点７５、７７間の抵抗値と、接点７６、７７間の抵抗値は等しい。ハンドル１６を切ると、接点７５、７７間の抵抗値と接点７６、７７間の抵抗値が等しくなくなる。制御装置５０は、それらの抵抗値の比率からハンドル１６の切れ角を判定する。ハンドル１６の切れ角が所定の範囲内であれば、制御装置５０は通常の電動アシスト制御を行う。ハンドル１６の切れ角が所定の範囲を超えて大きくなったときは、制御装置５０は、モータ４０によるアシスト力を弱める。ハンドル１６を切れ角大の状態から切れ角小の状態に戻し、接点７５、７７間の抵抗値と接点７６、７７間の抵抗値の比率が所定範囲内に戻れば、元のアシスト力に復帰する。
第４実施形態では、ハンドル１６の切れ角の変化を連続的な数値で把握することができる。そのため、アシスト力を単に強弱に切り替えるのでなく、ハンドル１６の切れ角が大きくなるにつれアシスト力を段階的に、あるいは連続的に弱めるといった制御も可能である。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は電動アシスト自転車に広く利用可能である。

１ 電動アシスト自転車
１０ フレーム
１１ ヘッドチューブ
１６ ハンドル
１７ ハンドルステム
１８ 前輪
２０ 後輪
４０ モータ
４１ 電池
５０ 制御装置
６０ ハンドル切れ角検出装置
６２ スイッチ
６３ スイッチ操作体
６５ フォトセンサ
６６ 干渉板
６７ 磁気センサ
６８ 磁性体
７０ 可変抵抗
７１ 摺動接点

Claims (7)

1. 電池駆動のモータでペダル踏力をアシストする電動アシスト自転車において、
   ハンドル切れ角検出装置を備え、前記モータの制御装置は、前記ハンドル切れ角検出装置が検出したハンドル切れ角に基づきアシスト力を加減する制御を行うことを特徴とする電動アシスト自転車。
2. 前記制御装置は、ハンドル切れ角が所定値を超えたとき、アシスト力を弱める制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
3. 前記ハンドル切れ角検出装置は、ヘッドチューブに対するハンドルステムの角度変化を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の電動アシスト自転車。
4. 前記ハンドル切れ角検出装置は、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの一方に固定されたスイッチと、他方に固定されたスイッチ操作体を含み、前記スイッチと前記スイッチ操作体の位置関係が、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの相対角度によって変化することを特徴とする請求項３に記載の電動アシスト自転車。
5. 前記ハンドル切れ角検出装置は、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの一方に固定されたフォトセンサと、他方に固定された干渉板を含み、前記フォトセンサに対する前記干渉板の関係が、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの相対角度によって変化することを特徴とする請求項３に記載の電動アシスト自転車。
6. 前記ハンドル切れ角検出装置は、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの一方に固定された磁気センサと、他方に固定された磁性体を含み、前記磁気センサと前記磁性体の位置関係が、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの相対角度によって変化することを特徴とする請求項３に記載の電動アシスト自転車。
7. 前記ハンドル切れ角検出装置は、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの一方に固定された可変抵抗と、他方に固定された摺動接点を含み、前記可変抵抗に対する前記摺動接点の接触位置が、前記ヘッドチューブと前記ハンドルステムの相対角度によって変化することを特徴とする請求項３に記載の電動アシスト自転車。