JP3067098B2 - 電動モータ付き自転車 - Google Patents

電動モータ付き自転車

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JP3067098B2
JP3067098B2 JP9166588A JP16658897A JP3067098B2 JP 3067098 B2 JP3067098 B2 JP 3067098B2 JP 9166588 A JP9166588 A JP 9166588A JP 16658897 A JP16658897 A JP 16658897A JP 3067098 B2 JP3067098 B2 JP 3067098B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人力による駆動系と電
動モータによる駆動系とを並列に設け、電動モータの駆
動力を人力による駆動力の変化に対応して制御するよう
にした電動モータ付き自転車に関するものである。
【0002】
【従来の技術】人力による駆動力を検出し、この駆動力
が設定値以上になった時に電動モータを作動させるもの
が公知である(特開昭57−74285号)。すなわち
人力の負担が大きい時には電動モータの駆動力を付加す
ることにより人力の負荷を減らすものである。
【0003】しかしこの既提案のものでは、人力により
駆動されるクランク軸と、モータの軸(モータ軸)と、
人力およびモータの駆動力が並列的に伝えられる合力軸
とが、互いに平行でかつ車体前後に分離して別々に並設
されていた。このため駆動装置が車体前後方向に大型化
するという問題があった。
【0004】またクランク軸の回転を合力軸に伝える人
力駆動系の一方向クラッチと、モータの回転を合力軸に
伝える電気駆動系用の一方向クラッチとを合力軸と同軸
上に並設していた。このため駆動装置の軸方向の幅が大
きくなる。この結果クランク軸の両端に取付けられるク
ランクペダルの間隔が広くなり、クランクペダルの踏み
動作がしにくく操作性が悪くなるという問題もあった。
【0005】
【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、駆動装置全体の小型化に適し、クランクペ
ダル間隔を小さくしてペダルの踏込み動作をし易くでき
る電動モータ付き自転車を提供することを目的とする。
【0006】
【発明の構成】本発明によればこの目的は、人力駆動系
と電気駆動系とを並列に設け、人力による駆動力の変化
に対応して前記電気駆動系の出力を制御する電動モータ
付き自転車において、前記人力駆動系のクランクペダル
により駆動されるクランク軸と、このクランク軸に同軸
かつ回転自在に保持され後輪の伝動系に連結された合力
軸と、前記クランク軸に同軸に配設されクランク軸の駆
動トルクの変化に応じて変位するトルク応動機構と、ク
ランク軸の径方向外側に近接して配設されこのトルク応
動機構の変位を検出するセンサと、前記クランク軸に同
軸に配設され前記クランク軸の回転を前記合力軸に伝え
る人力駆動系の一方向クラッチと、前記電気駆動系のモ
ータ出力を前記合力軸に伝えるモータ側の駆動歯車およ
びこれに噛合する前記合力軸側の従動歯車と、前記駆動
歯車より上流のモータ側に配設されモータの回転をこの
駆動歯車に伝える電気駆動系の一方向クラッチとを備え
ることを特徴とする電動モータ付き自転車により達成さ
れる。
【0007】ここに人力駆動系の一方向クラッチをトル
ク応動機構より上流側すなわちクランク軸側に配設すれ
ば、クランクペダルを逆転させる時にトルク応動機構や
モータに逆転方向の力が伝わらず、ペダルの逆転操作が
軽くなって望ましい。また人力駆動系の一方向クラッチ
や電動駆動系の合力軸側の従動歯車を挟んで、これらの
車体幅方向の一側にトルク応動機構を配設し、これらの
車体幅方向の他側に後輪の伝動系を配設するのが望まし
い。
【0008】
【実施態様】図1は本発明の一実施態様の側面図、図2
はその動力系統図、図3はその動力系の展開図、図4は
踏力の検出部を示す側面図、図5はそのV−V線断面図
である。
【0009】図1において、符号10はメインフレーム
であり、ヘッドパイプ12から斜下後方へのびて後輪1
4の車軸に至る。このメインフレーム10にほぼ直交す
るようにシートチューブ16が固着され、このシートチ
ューブ16の上端にはサドル18を支持するシートポス
ト20が固定されている。
【0010】シートチューブ16の下部には下に開いた
筒部16aが形成され、この中に電動モータ22が収容
される。シートチューブ16の下端には動力ユニット2
4が固定されている。この動力ユニット24はボトムブ
ラケットケース(以下BBケースという)26と、この
BBケース26から後方へのびるリヤステー28とを備
え、このリヤステー28の後端には後輪14が固定され
ている。なお右側のリヤステー28(図3)には駆動軸
30が挿通される。
【0011】次に動力ユニット24を説明する。図1、
3においてBBケース26にはクランク軸32が貫挿さ
れ、その両端にクランク34が固定されている。クラン
ク34にはクランクペダル36、36が取付けられてい
る。
【0012】後輪14の車軸38の左端は、左のリヤス
テー28に固着したエンドプレート28aに固定され、
この車軸38の右端は右のリヤステー28に固定された
傘歯車ケース40に固定されている。車軸38にはハブ
42が回転自在に保持され、このハブ42には駆動軸3
0の回転が傘歯車機構44を介して伝えられる。なお傘
歯車機構44とハブ42との間には公知のフリーホイー
ル(一方向クラッチ、図示せず)が設けられている。
【0013】前記電動モータ22はBBケース26に上
から図3に示すように嵌合されて固定され、そのモータ
軸22aはクランク軸32に直交しかつ車体幅方向中央
付近に位置する。BBケース26は、シートチューブ1
6の筒部16a内にこのモータ22を下から挿入するよ
うにして筒部16aに嵌合され、4本のボルト46(図
3参照)によって結合される。
【0014】このモータ22の回転は図3に示すよう
に、一方向クラッチ48、遊星減速機50、駆動歯車で
ある小傘歯車52、従動歯車である大傘歯車54を介し
て、クランク軸32に同軸かつ回転自在に保持された筒
型の合力軸56に伝えられる。この合力軸56の回転は
さらに傘歯車機構58によって前記駆動軸30に伝えら
れ、さらに後輪14に伝えられる。ここに一方向クラッ
チ48はモータ22内に設けられている。これら傘歯車
機構58、駆動軸30、傘歯車機構44などは、後輪の
伝動系を形成する。
【0015】モータ22を停止してペダル36の踏込み
による人力駆動系のみで走行する時には、合力軸56の
回転は一方向クラッチ48があるためモータ22へ伝わ
らない。なお前記遊星減速機50は公知のものであり、
モータ22により回転される太陽輪(サンギヤ)とBB
ケース26に固定された外輪(リングギヤ)との間にあ
ってこれらに噛合する遊星輪(遊星ギヤ)の公転を小傘
歯車52に伝えるものである。
【0016】一方ペダル36から人力により入力される
回転は、クランク軸32、一方向クラッチ60、遊星増
速機62を介して、合力軸56に伝えられ、さらに傘歯
車機構58や駆動軸30などからなる後輪の伝動系を介
して後輪14に伝えられる。ここに一方向クラッチ60
および前記した従動歯車としての大傘歯車54はクラン
ク軸32の中間付近に位置する。
【0017】またこの一方向クラッチ60は、後記する
トルク応動機構65よりも上流側すなわちクランク軸3
2側に設けられている。従って走行中にペダル36を逆
転させた時には、一方向クラッチ60があるためクラン
ク軸32の回転はトルク応動機構65および合力軸56
に伝わらない。ここに傘歯車機構58、駆動軸30およ
び傘歯車機構44などからなる後輪の伝動系は、モータ
軸22aを通る車体前後方向の平面Aの右側に位置する
(図3参照)。
【0018】遊星増速機62は図3、5に示すように、
合力軸56側に固定された外輪(リングギヤ)62a
と、トルク応動レバー64に固定された太陽輪(サンギ
ヤ)62bとこれらの間に介在する遊星輪(遊星ギヤ)
62cとを備える。クランク軸32はこの遊星輪62c
を一方向クラッチ60を介して公転させる。なおこの一
方向クラッチ60は遊星輪62とクランク軸32との間
に設けられている。
【0019】トルク応動レバー64は、クランク軸32
に同軸に配設されクランク軸32の駆動トルクの変化に
応じて変位するトルク応動機構65の一部を構成するも
のであり、人力駆動時に太陽輪62bに加わる反力によ
り回動する。なおこのトルク応動機構65は、前記外輪
62aと、太陽輪62bと、遊星輪62cと、トルク応
動レバー64とで構成され、前記平面Aの左側に位置す
る。またこのトルク応動機構65は、人力駆動系の一方
向クラッチ60および従動歯車である大傘歯車54を挟
んでその車体幅方向の一側に位置し、その車体幅方向の
他側には後輪の伝動系が位置する。
【0020】このトルク応動機構65のレバー64は、
図4、5に示すように2つの突起64a、64bを持
ち、一方の突起64aはストッパ66に当接して図3で
時計方向への回転、換言すればペダル36の踏力が加わ
る方向と逆方向の回転を規制する。突起64bには他の
第2のレバー68が当接し、レバー64の反時計方向の
回転によってこの第2のレバー68が時計方向に回転す
る。
【0021】この第2のレバー68には復帰ばね70に
より復帰習性が付与され、これによりレバー64は図4
で時計方向への復帰習性が付与される。そしてこの第2
のレバー68の回転量は、クランク軸56の径方向外側
に近接したセンサとしてのポテンショメータ72に伝え
られる。この結果ペダル36の踏力に比例してレバー6
4が図4で反時計方向に回動し、第2のレバー68が時
計方向に回動するから、この踏力すなわち人力による駆
動トルクがポテンショメータ72の回転量から求められ
る。
【0022】図1で80は鉛電池などの充電可能な電
池、82はコントローラであり、これらは前記メインフ
レーム10のヘッドパイプ12とシートチューブ16と
の間に収容されている。
【0023】ポテンショメータ72で検出したトルクT
はコントロ−ラ82に入力され、このコントロ−ラ82
はこの踏力によるトルクTに基づいてモータ電流を制御
しモータトルクTM を発生させる。
【0024】以上の実施態様は駆動軸30を用いたシャ
フトドライブ機構からなる後輪の伝動系により後輪14
を駆動するが、本発明は合力軸56にスプロケットを固
定してチェ−ンドライブ機構からなる後輪駆動系により
後輪14を駆動するものであってもよい。
【0025】
【発明の効果】請求項1の発明は以上のように、クラン
ク軸に合力軸を同軸に設けたから、これらが車体の前後
方向に分かれることがなく、人力駆動系と電気駆動系を
このクランク軸の周囲に配置できる。このため駆動装置
全体を車体前後方向に小型化できる。また人力駆動系の
一方向クラッチをクランク軸に同軸に配置し、電気駆動
系の一方向クラッチをモータ側に配置し、両一方向クラ
ッチを分散して配置したから、従来のようにクランク軸
の長さ方向にこれらの一方向クラッチを並設したものに
比べて、車体幅方向の小型化が図れる。このためクラン
クペダル間隔を小さくして、ペダル踏込み動作をし易く
することができる。さらに合力軸だけでなくトルク応動
機構もクランク軸に同軸に配設したので、クランク軸と
合力軸の両方にこのトルク応動機構を近接させることが
でき、人力駆動系の小型化に適する。
【0026】人力駆動系の一方向クラッチをトルク応動
機構の上流側配設すれば、クランク軸を逆転させた時
にトルク応動機構およびモータに人力が伝わらず、ペダ
ルの逆転操作が軽くなり、発進時にこぎ出し易い位置に
ペダル位置を調整するのが容易になる(請求項2)。
【0027】ここにクランク軸上に設ける人力駆動系の
一方向クラッチを挟んで、その車体幅方向の一側にトル
ク応動機構を、その車体幅方向の他側に後輪の伝動系を
それぞれ左右に振り分けて配設することができる。この
トルク応動機構はその変位をクランク軸の径方向外側付
近に配設されたセンサに伝えることが必要であるから半
径方向に大きくなるのに対して、一方向クラッチは一般
に小径化が容易である。このため一方向クラッチをこの
トルク応動機構と後輪の伝動系との間に配設した場合に
は、小径の一方向クラッチをトルク応動機構の内径側や
従動歯車などの内径側に収納することが容易となり、ク
ランク軸方向の小型化が図れる(請求項3)。
【0028】また電気駆動系の合力軸周りの従動歯車を
挟んでその車体幅方向の一側にトルク応動機構を、その
車体幅方向の他側に後輪の伝動系をそれぞれ振り分けて
配設したから駆動系全体の小型化に適する。またこの場
合この従動歯車に噛合する駆動歯車などの電気駆動系が
クランク軸の半径方向に突出しても、駆動装置のケース
がクランク軸両端付近で大径化することがなくなり、ケ
ースを小型化でき、また運転者の足にケースが当たりに
くくなる(請求項4)。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の側面図
【図2】その動力系統図
【図3】その動力系の展開図
【図4】踏力の検出部を示す側面図
【図5】そのV−V線断面図
【符号の説明】
14 後輪 22 電動モータ 22a モータ軸 30 後輪駆動系を形成する駆動軸 32 クランク軸 36 ペダル 48 電気駆動系の一方向クラッチ 54 従動歯車としての大傘歯車 56 合力軸 58 後輪駆動系を形成する傘歯車機構 60 人力駆動系の一方向クラッチ 64 トルク応動レバー 65 トルク応動機構 72 センサとしてのポテンショメータ(トルクセン
サ)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−74285(JP,A) 特開 昭56−39980(JP,A) 特開 昭51−100553(JP,A) 特開 昭54−151241(JP,A) 特開 昭61−89192(JP,A) 特開 平1−186487(JP,A) 特公 昭56−15356(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62J 39/00 B62M 23/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 人力駆動系と電気駆動系とを並列に設
    け、人力による駆動力の変化に対応して前記電気駆動系
    の出力を制御する電動モータ付き自転車において、前記
    人力駆動系のクランクペダルにより駆動されるクランク
    軸と、このクランク軸に同軸かつ回転自在に保持され後
    輪の伝動系に連結された合力軸と、前記クランク軸に同
    軸に配設されクランク軸の駆動トルクの変化に応じて変
    位するトルク応動機構と、クランク軸の径方向外側に近
    接して配設されこのトルク応動機構の変位を検出するセ
    ンサと、前記クランク軸に同軸に配設され前記クランク
    軸の回転を前記合力軸に伝える人力駆動系の一方向クラ
    ッチと、前記電気駆動系のモータ出力を前記合力軸に伝
    えるモータ側の駆動歯車およびこれに噛合する前記合力
    軸側の従動歯車と、前記駆動歯車より上流のモータ側に
    配設されモータの回転をこの駆動歯車に伝える電気駆動
    系の一方向クラッチとを備えることを特徴とする電動モ
    ータ付き自転車。
  2. 【請求項2】 人力駆動系の一方向クラッチがトルク応
    動機構より上流側に配設されている請求項1の電動モー
    タ付き自転車。
  3. 【請求項3】 人力駆動系の一方向クラッチを挟んでそ
    の車体幅方向の一側にトルク応動機構が配設され、その
    車体幅方向の他側に後輪の伝動系が配設されている請求
    項1の電動モータ付き自転車。
  4. 【請求項4】 電気駆動系の合力軸側の従動歯車を挟ん
    でその車体幅方向の一側にトルク応動機構が配設され、
    その車体幅方向の他側に後輪の伝動系が配設されている
    請求項1の電動モータ付き自転車。
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