JP3460903B2

JP3460903B2 - 動力付き自転車の制動方法及びその制御装置

Info

Publication number: JP3460903B2
Application number: JP04042596A
Authority: JP
Inventors: 良樹木村; 信幸松尾
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 2003-10-27
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: CN1491849A; CN1238216C; CN1114542C; JPH09207867A; CN100347036C; CN1683206A; CN1289702A; TW438697B; CN1162548A; CN1070126C

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力付き自転車の
制動方法及びその制御装置に関する。更に詳しくは、自
転車の後輪又は前輪を駆動する電動モータのロータを駆
動して発電制動するためのクラッチ機構を備えた動力付
き自転車の制動方法及びその制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バッテリーを積み込み動力に電動モータ
を搭載した動力付き自転車が知られている。自転車はあ
くまでも人がペダルを漕ぐ力を動力とするものであり、
動力付き自転車は人が漕ぐ力を助けるための駆動機構を
備えた自転車である。この動力付き自転車の駆動装置は
種々提案されている。この中でハブに直流電動機を組み
込んだものも知られている（特開昭５３−９３５１５
号、特表平６−５０６８９１号等）。

【０００３】一方、チェーン伝動の自転車のリアハブ
は、ペダルで駆動する場合のみ回転力が駆動車輪に正回
転だけ伝達させ、反対に駆動車輪の正回転力はペダルに
伝わらないようにしたフリーホイールを備えている。フ
リーホイールは、一方向の回転力のみを伝える機能、す
なわちワンウェイクラッチ機構を備えている。

【０００４】通常フロントハブはこのフリーホイール機
構を備えていないので、フロントハブに電動モータを組
み込み、又は前フォーク等に電動モータを搭載して前輪
を駆動すると電動モータが作動していないとき、電動モ
ータのロータまでもペダル駆動することになりペダル操
作が重くなるという問題がある。

【０００５】更に、動力付き自転車は、電動モータ、バ
ッテリーを搭載するので通常の自転車に比して車体が重
い。このため通常自転車で採用されている制動装置を搭
載すると、動力付き自転車はブレーキ性能がマッチング
しない問題がある。また、自転車の坂道等で下ると加速
度が付いて速度が大きくなることがある。従って、所望
の速度で安定して走ることができれば望ましい。

【０００６】また、自転車を安定した状態で停止させる
には、一定の加速度で減速しながら停止するものが良
い。従来の動力付き自転車の構造、機能ではこれを実現
すること困難である。制動時の動力をバッテリーに戻す
回生制動制御を行うもの（特開昭５７−１１４７２１
号）、危険な速度になると回生制動するものは提案され
ている（特開昭４８−６７９３４号）。しかしながら、
例えば坂道での走行下でもライダーの望む一定走行速度
に制御するものではない。本発明はこれらの問題を解決
するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達
成する。

【０００８】本発明の目的は、自転車を駆動する電動モ
ータの発電制動機能を利用して自転車を制動するための
動力付き自転車の制動方法及びその制動制御装置を提供
することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、動力付き自転車の制
動を円滑にするための自転車の制動方法及びその制動制
御装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は次の手段を採る。

【００１１】本発明の動力付き自転車の制動方法は、電
動モータの出力軸の回転出力が自転車の車輪のハブ体に
伝達されて前記車輪を駆動する動力付き自転車の制動方
法であって、制動開始を指示する信号によって、前記電
動モータの前記出力軸を前記自転車の現時点での走行速
度に対応する回転速度となるように駆動する同期駆動手
順と、前記同期駆動手順の後に、前記車輪の回転を前記
電動モータの前記出力軸に伝達して得られる発電電流を
流すことにより発電制動を行う手順とを有するものであ
る。

【００１２】また、本発明の動力付き自転車の制動方法
は、電動モータの出力軸の回転出力が自転車の車輪のハ
ブ体に伝達されて前記車輪を駆動する動力付き自転車の
制動方法であって、前記車輪の回転を前記電動モータの
前記出力軸に伝達して得られる発電電流を流すことによ
り発電制動を行う手順と、前記自転車の制動時の走行速
度が一定となるように前記発電電流を流す量を制御する
手順とを有するものである。

【００１３】また、本発明の動力付き自転車の制動方法
は、電動モータの出力軸の回転出力が自転車の車輪のハ
ブ体に伝達されて前記車輪を駆動する動力付き自転車の
制動方法であって、前記車輪の回転を前記電動モータの
前記出力軸に伝達して得られる発電電流を流すことによ
り発電制動を行う手順と、前記自転車を一定の制動トル
クで制動するように前記発電電流の制御を行う手順とを
有するものである。

【００１４】また、本発明の動力付き自転車の制動制御
装置は、電動モータの出力軸の回転出力が自転車の車輪
のハブ体に伝達されて前記車輪を駆動する動力付き自転
車の制動制御装置であって、前記自転車の走行速度を検
出するための走行速度計測手段と、前記電動モータの駆
動電流および発電電流の制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、制動開始を指示する信号によって、前
記電動モータの前記出力軸を前記自転車の走行速度に対
応する回転速度となるように駆動する同期駆動手順と、
前記同期駆動手順の後に、前記車輪の回転を前記電動モ
ータの前記出力軸に伝達して得られる発電電流を流すこ
とにより発電制動を行う手順とを実行するものである。

【００１５】また、本発明の動力付き自転車の制動制御
装置は、電動モータの出力軸の回転出力が自転車の車輪
のハブ体に伝達されて前記車輪を駆動する動力付き自転
車の制動制御装置であって、前記自転車の走行速度を検
出するための走行速度計測手段と、前記電動モータの駆
動電流および発電電流の制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記車輪の回転を前記電動モータの前
記出力軸に伝達して得られる発電電流を流すことにより
発電制動を行う手順と、前記自転車の走行速度が一定と
なるように前記発電電流を流す量を制御する手順とを実
行するものである。

【００１６】また、本発明の動力付き自転車の制動制御
装置は、電動モータの出力軸の回転出力が自転車の車輪
のハブ体に伝達されて前記車輪を駆動する動力付き自転
車の制動制御装置であって、前記電動モータの制動トル
クを検出する制動トルク検出手段と、前記電動モータの
駆動電流および発電電流の制御を行う制御手段とを有
し、前記制御手段は、前記車輪の回転を前記電動モータ
の前記出力軸に伝達して得られる発電電流を流すことに
より発電制動を行う手順と、前記自転車を一定の制動ト
ルクで制動するように前記発電電流の制御を行う手順と
を実行するものである。

【００１７】また、上記の動力付き自転車の制動制御装
置において、前記自転車の後輪をチェーンを介して駆動
する前ギヤ板と、前記前ギヤ板を駆動するペダルのトル
クを受け止め変位する受圧バネ機構と、前記受圧バネ機
構の変位を検出するセンサーとを備え、前記ペダルの踏
力トルクを検出する踏力トルク検出手段を有することが
好ましい。

【００１８】また、上記の動力付き自転車の制動制御装
置において、前記踏力トルク検出手段は、前記受圧バネ
機構の変位を前記前ギヤ板の軸線方向の変位に変換する
軸線方向変位変換機構を備えたものであることが好まし
い。

【００１９】

【本発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図
面に従って説明する。図１は、本発明の自転車の制動装
置を搭載した自転車の正面図である。図２は自転車の前
ハブの断面図である。自転車のフレームであるシートパ
イプ１にバッテリー２が搭載されている。バッテリー２
は後記する電動モータ１５に電力を供給するための蓄電
池である。バッテリー２の下部位置にはコントローラー
３が配置されている。コントローラ３は、電動モータ１
５を制御するためのものである。

【００２０】前ハブ４内には電動モータ１５が内蔵さ
れ、前車輪５を駆動する。チェーンを駆動する前ギヤ板
６には右クランク７が固定されている。前ギヤ板６と右
クランク７との間には、後記するトルクセンサー８が介
在されている。トルクセンサー８はペダルを踏む力であ
るトルクを検知するための機構である。後ハブ９の構造
は従来の構造と変わることはないのでここでは詳記しな
い。以下、前ハブ４内の詳細な構造について詳記する。

【００２１】ハブ軸１０は、中空のシャフトであり、両
端にはオネジ１１，１２が形成されている。オネジ１
１，１２には、ナット１３がねじ込まれており、ナット
１３は前ホーク１４の爪を挿入して爪をハブ軸１０に固
定する。前ハブ４の中心部には電動モータ１５が配置さ
れている。ハブ軸１０の外周には中空の出力軸１６が配
置されている。出力軸１６の両端は、軸受１７，１７に
より電動モータ１５のケーシング１８に回転自在に支持
されている。

【００２２】出力軸１６の外周には電機子１９が固定さ
れている。電機子１９は電機子鉄心２０及び電機子巻線
２１から構成されている。電機子１９の外周には界磁極
２２である永久磁石（フェライトマグネット）が配置さ
れ、固定されている。界磁極２２は、ケーシング１８の
内周面２５に固定されている。ケーシング１８の一端面
は、円板状の蓋部材２６が固定されている。蓋部材２６
には更に固定部材２７がボルト２８で固定されている。

【００２３】固定部材２７は、ハブ軸１０に前ホーク１
４の爪と共にナット（図示せず）で固定されている。結
局、ケーシング１８はハブ軸１０に固定されていること
になる。出力軸１６の他端には、第１ピニオン３０が一
体に形成されている。第１ピニオン３０は、遊星ギヤ３
１に噛み合っている。ケーシング１８の外周には、鋼球
３５が転動する内輪３４が機械的な固定方法により固定
されている。ケーシング１８の外周には鋼球３５を介し
てハブ体３６が回転自在に支持されている。

【００２４】遊星ギヤ３１は、第１ピニオン３０の外周
等角度位置に３個配置されている。遊星ギヤ３１の軸３
２はギヤ枠３３の軸受部３４に回転自在に支持されてい
る。

【００２５】従って、ギヤ枠３３は概略環状の形をした
ものであり、３個の遊星ギヤ３１を支持するための空間
を有し、ハブ軸１０の周りを回転可能に配置されている
ことになる。３個の遊星ギヤ３１の外周には、第１リン
グギヤ４０が配置されている。第１リングギヤ４０の最
外周面には、スプライン４１が形成されている。スプラ
イン４１は、ケーシング１８にボルト４３で固定された
環状のスプライン孔４２に噛み合っている。結局、第１
リングギヤ４０は、ケーシング１８に固定され、かつハ
ブ軸１０に相対回転不能に連結固定されていることにな
る。

【００２６】ハブ体３６のハブ軸１０に近い他端には転
動面４５が形成されている。転動面４５には、鋼球４６
が転動している。鋼球４６は、玉押し４７の転動面４８
にも同時に転動しているので、結局これらは軸受を構成
していることになる。ハブ体３６には、２枚のつば４８
が平行に一体に設けられている。つば４８は、スポーク
（図示せず）の一端がスポーク穴４９に引っかけられて
固定される。

【００２７】結局、鋼球３５，４６は、ハブ体３６をハ
ブ軸１０に回転自在に支持していることになる。遊星ギ
ヤ３１は、第１リングギヤ４０に形成された環状の内歯
歯車である第１内周歯４４に噛み合っている。第１リン
グギヤ４０には、３個の第２ピニオン５１が配置されて
いる。第２ピニオン５１の軸５２は、第１リングギヤ４
０に支持され、軸５２には第２ピニオン５１が回転自在
に支持されている。

【００２８】第２ピニオン５１は、ギヤ枠３３に設けら
れた外周歯５３に噛み合っている。同時に、第２ピニオ
ン５１は、第２リングギヤ５５の第２内周歯５４に噛み
合っている。第２ピニオン５１は、公転しないのでギヤ
枠３３の公転により、外周歯５３により回転駆動される
ことになる。第２ピニオン５１の回転により第２内周歯
５４を介して第２リングギヤ５５が回転駆動される。

【００２９】図３にその詳細を示したように、第２リン
グギヤ５５の外周には、一方向クラッチ６０、すなわち
ラチェット機構が配置されている。図４に一方向クラッ
チの噛み合いを示す詳細な断面図を示す。一方向クラッ
チ６０の爪６１は、ハブ体３６の内周面に形成されたラ
チェット歯６２に噛み合っている。

【００３０】爪６１は、バネ係止部６４が形成されてい
る。このバネ係止部６４には円形のバネ６３が係合さ
れ、外周から中心方向にバネ力で爪６３を締め付けてい
る。この締め付けにより、爪６１は常時起き上がる方向
に付勢されることになるのでラチェット歯６２に噛み合
うことになる。爪６１は、合計２種類のものが用意され
ている。他の１種類はバネ係止部６４が爪６１の反対側
面に配置された勝手違いのものである（図３参照）。

【００３１】他の種類の爪６１は角度を置いて配置され
ている。この２種類の爪６１と１８０度角度を置いて、
同一方向同一位相に同種の爪６１が２個配置されてい
る。結局、合計４個の爪６１が配置されている。これ
は、電動モータ１５の動力を伝達する関係で伝達トルク
が増大しても強度が不足しないようにするためである。

【００３２】一方向クラッチ６０は一方向の回転力のみ
を伝える機能、すなわちワンウェイクラッチ機構である
ので、電動モータ１５の動力のみを車輪に伝えることが
できる。一方向クラッチ６０を備えていないと、電動モ
ータ１５を止めたとき電動モータ１５の電機子１９も駆
動することになりペダルが重くなる。また、制動時に電
機子１９の慣性モーメントを遮断できる利点がある。

【００３３】前記一方向クラッチ６０は、作動の停止又
は解除はできない。本実施の形態では更にクラッチ７０
を備えている。クラッチ７０の爪７１は、第２リングギ
ヤ５５に１８０度間隔で２ヶ所に配置されたスリット７
２に配置されている（図３参照）。爪７１には、軸孔７
５が形成されている。軸孔７５には爪ピン７４が挿入さ
れている。爪ピン７４は、第２リングギヤ５５に形成さ
れた爪ピン孔７５に挿入されている。

【００３４】爪ピン７４は、爪ピン孔７５から抜けない
ように円環状の爪ピン止めバネ７６により止められてい
る（図１参照）。爪７１はコイルバネである爪バネ７７
で付勢され、ハブ体３６の内周面に形成されたラチェッ
ト歯６２に常時噛み合っている。一方、ハブ軸１０のス
プライン軸８６には、クラッチ解除カム８０が軸線方向
に移動自在に設けられている。クラッチ解除カム８０
は、コイルスプリング８１により常時ハブ軸１の軸線方
向に付勢されている。

【００３５】図６に示すようにクラッチ解除カム８０の
側面には角度θ、本例では約角度４０度（接触面Ｃ）の
角度位置に爪接触面８２が形成されている。爪接触面８
２は、３つの接触面Ａ，Ｂ，Ｃが形成されている。接触
面Ａ，Ｂ，Ｃは、外周角度位置により角度θが異なる。
接触面Ａ，Ｂ，Ｃの傾斜角度θが異なるので、クラッチ
解除カム８０を駆動し爪７１に接触すると接触位置によ
り楔力が異なる。

【００３６】このためベルクランク機構９０（後述す
る。）により、レバー操作されるときレバー操作が滑ら
かになる。また、爪７１は傾斜した接触面７８を有して
おり、この接触面７８にクラッチ解除カム８０が接触す
ると、爪７１が爪ピン７４を中心に揺動されて、爪７１
とラチェット歯６２との噛み合いが解除される。

【００３７】クラッチ解除カム８０は、半円弧のピン孔
８３が形成されており、この中にピン８５がハブ軸１０
を貫通して挿入されているので、クラッチ解除カム８０
とハブ軸１０とが一体に連結されている。ピン８５はハ
ブ軸１０内に直径方向に穿孔されたキー孔８４に挿入さ
れており、このキー孔８４内を一定距離だけ移動可能で
ある。ハブ軸１０の中心穴にはプッシュロッド８６が軸
線方向に移動自在に設けられている。結局、プッシュロ
ッド８６はクラッチ解除カム８０に連結されていること
になる。

【００３８】プッシュロッド８６の他端はベルクランク
機構９０に連結されている。ベルクランクの機構９０
は、クラッチコントロールワイヤ９３で駆動される。ク
ラッチコントロールワイヤ９３のインナ９２により、ベ
ルクランク９１を駆動してプッシュロッド８６を駆動す
るものである。このベルクランク機構９０の構造は周知
でありその説明は省略する。結局、クラッチコントロー
ルワイヤ９３でプッシュロッド８６が駆動されると、プ
ッシュロッド８６が軸線方向に駆動されてクラッチ爪解
除カム８０を駆動し、その爪接触面８２が爪７１の接触
面７８に接触して爪７１とラチェット歯６２との係合を
解除する。

【００３９】この解除により、電動モータ１５の駆動系
と切り離すことができるので通常の自転車のような運転
が可能になる。逆に、この爪７１とラチェット歯６２と
が係合しているとハブ体３６の駆動がラチェット歯６２
から爪７１に伝達されて、最終的に電動モータ１５の電
機子１９を駆動することになる。

【００４０】前記説明から理解されるように、電動モー
タ１５の出力である第１ピニオン３０の回転は、遊星ギ
ヤ５１、公転されるギヤ枠３３及び固定されたリングギ
ヤである第１内周歯４４は、遊星歯車機構を構成し、差
動歯車機構を成す。言い換えると、この差動歯車機構は
電動モータ１５の出力回転である第１ピニオン３０の回
転を減速する第１減速機構を構成することになる。

【００４１】第１減速機構の出力は、ギヤ枠３３の外周
歯５３の回転として出力される。減速された電動モータ
１５の出力は、第２ピニオン５１を回転駆動する。第２
ピニオン５１は、リングギヤである第２内周歯５４を回
転駆動することになる。第２ピニオン５１の歯数は第２
内周歯５４の歯数より少ないのでここで更に減速される
ことになる。この遊星歯車機構は、差動歯車機構を構成
しないが第２減速機構を構成することになる。減速され
た回転は、一方向クラッチ６０を介してハブ体３６を回
転駆動することになる。

【００４２】（機構部分の作動）次に、前記実施の形態
の動作を説明する。前記説明から理解されるように、電
動モータ１５である出力軸１６の第１ピニオン３０、遊
星ギヤ３１、公転される回転腕３３及び固定された第１
内周歯４４は、遊星歯車機構を構成し、差動歯車機構を
成す。言い換えると、この差動歯車機構は、電動モータ
１５の出力回転である第１ピニオン３０の回転を減速す
るための第１減速機構を構成することになる。

【００４３】第１減速機構の出力は、回転腕３３の外周
歯５３の回転として出力される。減速された電動モータ
１５の出力は、第２ピニオン５１を回転駆動する。第２
ピニオン５１は、第２内周歯５４を回転駆動することに
なる。第２ピニオン５１の歯数は第２内周歯５４の歯数
より少ないので、ここで更に電動モータ１５の回転が減
速されることになる。

【００４４】この遊星歯車機構は差動歯車機構を構成し
ないが第２減速機構を構成することになる。減速された
回転は、一方向クラッチ６０を介してハブ体３６を回転
駆動することになる。一方向クラッチ６０は、ペダルを
停止させても電動モータ１５の動力のみを車輪に伝える
ことができる。クラッチコントロールワイヤ９３でプッ
シュロッド８６が駆動されると、プッシュロッド８６が
軸線方向に移動しクラッチ爪解除カム８０を駆動し、そ
の爪接触面８２が爪７１の接触面７８に接触して爪７１
とラチェット歯６２との係合を解除する。

【００４５】この解除により、電動モータ１５の駆動系
と切り離すことができるので通常の自転車のようなペダ
ル操作による運転が可能になる。逆に、この爪７１とラ
チェット歯６２とが係合しているとハブ体３６の駆動が
ラチェット歯６２から爪７１に伝達されて、最終的に電
動モータ１５の電機子１９を駆動することになり発電制
動する。

【００４６】（トルクセンサー８）図７、８、９は、ト
ルクセンサー８の詳細を示す図であり、図７は前ギヤ板
に組み込んだトルクセンサーの正面図、図８（ａ）は図
７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断した断面図、図８
（ｂ）は図７のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線で切断した断
面図、図９（ａ）は図７のＩＸａ−ＩＸａ線で切断した
断面図、図９（ｂ）は図７の矢印ＩＸｂで見たときの図
である。

【００４７】前ギヤ板６には、トルクセンサー８が取り
付けられている。前ギヤ板６は、中心部に位置された中
心ギヤ板６ａと、この外周に環状に配置された外周ギヤ
板６ｂとからなる。中心ギヤ板６ａの中心には、クラン
ク軸１０１を挿入し固定するクランク取付孔１０２が設
けられている。中心ギヤ板６ａの外周には、両側から環
状の内輪外側軌道溝板１０３及び内輪内側軌道溝板１３
０がボルト１０４で挟んで固定されている。

【００４８】一方、外周ギヤ板６ｂの最内周の両側面に
は、環状の外輪外側軌道溝板１０５及び外輪内側軌道溝
板１０６がボルト１０７で固定されている。中心ギヤ板
６ａの内輪内側軌道溝板１３０及び内輪外側軌道溝板１
０３の外周には鋼球が転動する軌道溝が形成され、ま
た、外周ギヤ板６ｂの外輪外側軌道溝板１０５の内孔の
周面にも鋼球１０８が転動する軌道溝が形成されており
鋼球１０８を転動させる。

【００４９】結局、中心ギヤ板６ａの内輪内側軌道溝板
１３０及び内輪外側軌道溝板１０３が内輪を構成し、外
周ギヤ板６ｂの外輪外側軌道溝板１０５及び外輪内側軌
道溝板１０６が外輪を構成し、鋼球１０８が転動体を構
成して、全体でボールベアリングを構成することにな
る。

【００５０】中心ギヤ板６の外周の３ヶ所の等角度位置
には、半径方向に延長部１１０が一体に形成されてい
る。３ヶ所の第１延長部１１０には、Ｌ字状の押圧部材
１１１がボルト１１２で固定されている。第１延長部１
１０にはこれに連続するように３ヶ所のそれぞれに第２
延長部１３１が設けられている。第１延長部１１０及び
第２延長部１３１は、外周ギヤ板６ｂに開けられた開口
１３２に位置している。

【００５１】（受圧バネ機構１１３）第２延長部１３１
は、外周ギヤ板６ｂに開けられた開口１３２を貫通して
右クランク７側に突き出されている。押圧部材１１１に
対向し、かつ前記外周ギヤ板６ａの等角度位置には受圧
バネ機構１１３が配置されている。受圧バネ機構１１３
は、右クランク７及び左クランク（図示せず）で駆動さ
れる内輪外側軌道溝板１０３と一体の押圧部材１１１の
トルクを受け止めるものである。

【００５２】図９に示すように、外周ギヤ板６ｂにはバ
ネ受け１１５の固定部１１６がボルト１１７で固定され
ている。バネ受け１１５の円筒部１１８の外周には円筒
状のコイルバネ１１９が配置されている。バネ受け１１
５の中心には、止まり穴である円孔のガイド穴１２０が
形成されている。ガイド穴１２０には可動バネ受け１２
１のガイド軸１２２が挿入され、摺動自在に案内されて
いる。

【００５３】結局、受圧バネ機構１１３は、中心ギヤ板
６ａと外周ギヤ板６ｂとの間にトルクが生じると、押圧
部材１１１が可動バネ受け１２１をし、コイルバネ１１
９が圧縮され相対回転運動を生じさせる機構、言い換え
るとトルクを前ギヤ板６の接線方向の変位に置き換える
機構を構成することになる。

【００５４】（軸線方向変位変換機構１５０）この接線
方向の変位は更に、次の軸線方向変位変換機構１５０で
軸線方向の変位に変換される。第２延長部１３１は、外
周ギヤ板６ｂに開けられた開口１３２を貫通して右クラ
ンク７側に突き出されている。第２延長部１３１には、
斜面１３３が形成されている。斜面１３３は、中心ギヤ
板６ａを含む面と角度θを成している。一方、外輪内側
軌道溝板１０６の外周には、後記するようにスライド板
１４０がその軸線方向に移動自在に設けられている。

【００５５】外輪内側軌道溝板１０６は、概略環状の形
をしており、鍔１３６とこれより小径の円筒部１３７を
備えている。鍔１３６の外周には半径方向で等角度位置
の３ヶ所に切欠き１３８が形成されている。また、鍔１
３６にはボルト１０７をねじ込むためのネジ穴が９個形
成されている（図７参照）。外輪内側軌道溝板１０６の
円筒部１３７には、スライド板１４０がその軸線方向に
移動自在に挿入されている。

【００５６】スライド板１４０は、軸線方向に移動して
ペダルのトルクを検知するためのものである。スライド
板１４０は概略環状の形をしたものであり、半径方向等
角度位置の３ヶ所には延長部１４１及び円筒部１４３を
備えている。円筒部１４３から延長部１４１は軸線方向
に若干突起している。延長部１４１は、外輪内側軌道溝
板１０６の切欠き１３８にその軸線方向にのみ移動自在
に挿入されている。３ヶ所の延長部１４１には、ボルト
１４２がねじ込まれている。

【００５７】ボルト１４２の先端は、中心ギヤ板６ａの
斜面１３３に接している。外輪内側軌道溝板１０６の円
筒部１３７にはコイルスプリング１４４が巻かれてい
る。コイルスプリング１４４は、一端がバネ止１４５で
止められているので、その他端でスライド板１４０を外
輪内側軌道溝板１０６上で軸線方向に押していることに
なる。

【００５８】したがって、ボルト１４２の先端は、中心
ギヤ板６ａの斜面１３３にコイルスプリング１４４の力
で押されていることになる。スライド板１４０の円筒部
１４３の外周には、測定板１４６（図７で省略した。）
がボルト１４８で固定されている。測定板１４６の側面
１４７でその移動量を測定するためのものである。この
測定板１４６の移動量は、センサー１４９で検知され
る。この移動量は、ペダルで踏まれるトルクに比例す
る。

【００５９】（モータ駆動及び制動制御回路１５０）図
１０は、電動モータ１５の駆動と発電制動のためのモー
タ駆動及び制動制御回路１５０を示す。マイクロコンピ
ュータ及びインターフェイス（以下、マイコンとい
う。）１５１は、プリント基板上に中央演算処理装置、
メモリ、インターフェイス等のチップが搭載されたもの
である。この詳細な構造、機能は公知であり、その説明
は省略する。三角波発生回路１５２は、周波数１５〜２
０ＫＨZの三角波を発生させるためのものである。

【００６０】発生された三角波は、コンパレータ１５３
に入力される。他方コンパレータ１５３にはマイコン１
５１からアナログ信号であるデューティ出力信号１６８
が出されている。コンパレータ１５３は、デューティ比
に応じてパルスをＡＮＤゲイト１５４に出力する。ＡＮ
Ｄゲイト１５４にはマイコン１５１から回生制動のため
の回生指令信号１５５が入力される。

【００６１】ＡＮＤゲイト１５４にコンパレータ１５３
からのパルスの出力と、マイコン１５１からの回生指令
信号１５５が出力されるとＦＥＴ（電界効果トランジス
タ）ドライバ１５６にパルスを出力する。このパルス出
力をＦＥＴ１５７のゲートとソース間に逆バイアス電圧
として印加すれば、ドレイン電流ＩDが制御される。ド
レイン電流ＩDは、電流検出用の抵抗１５８の端子Ａ，
Ｂ間で検出される。

【００６２】回生制動の指令が出されると、ドレン電流
が流れデューティ比に応じて内部抵抗で熱として消費さ
れることになる。ＦＥＴ１５７がＯＦＦのとき、電動モ
ータ１５はその電流をバッテリー２にダイオード１５８
を介して戻すことになる。電動モータ１５を回転駆動さ
せるときはモータ駆動指令信号１５９がＡＮＤゲイト１
６０に出力される。

【００６３】他方ＡＮＤゲイト１６０には、コンパレー
タ１５３からデューティ比に応じてパルスが出力されて
いる。ＡＮＤゲイト１６０にコンパレータ１５３からの
パルスの出力と、マイコン１５１からの電動モータ１５
を駆動するための力行信号１５９が出力されるとＦＥＴ
（電界効果トランジスタ）ドライバ１６１にパルスを出
力する。このパルス出力をＦＥＴ１６２のゲートとソー
ス間に逆バイアス電圧として印加すれば、ドレイン電流
１６３が制御される。

【００６４】モータ駆動指令信号１５９が出力される
と、バッテリー２から電動モータ１５にドレイン電流１
６３が流れて電動モータ１５を回転駆動させる。マイコ
ン１５１に接続されたソレノイド１６５は、回生制動を
かけるときベルクランク機構９０を作動させるクラッチ
コントロールワイヤ９３のインナ９２を引っ張ってＯ
Ｎ、ＯＦＦの作動をさせるためのものである。

【００６５】オペアンプ１６６は、電動モータ１５に流
れる電流検出のためのものである。前記した抵抗の端子
Ａ，Ｂの出力電圧はオペアンプ１６６に接続されてお
り、この電圧は増幅されてモータ電流１６７としてマイ
コン１５１に入力され、デジタル変換されその大きさは
読みとられる。ブレーキセレクトスイッチ１７０は、ブ
レーキ制動するときのスイッチであり、ブレーキ力を
高、低を選択するときに手動でＯＮされる。

【００６６】近接スイッチ１７１は車速をもとめるため
のものであり、車輪等に設けられたドッグを検知し、単
位時間当たりのパルスとして検出するものである。ポテ
ンションメータ１７２は、前記したトルクセンサー８で
検知されたトルク、すなわちペダル７を踏むトルクを検
知するものである。

【００６７】（回生制動動作）以下、前記したモータ駆
動及び制動制御回路１５０の制動時の制御動作の概略に
ついて述べる。ブレーキセレクトスイッチ１７０がＯＮ
（Ｓ１）は、発電制動を行う指示である。単位時間に近
接スイッチ１７１から発せられるパルス数をカウント
し、現在の車速を求める（Ｓ２）。求められた車速が、
予め決められた設定最高速度Ｓmax（例えば２５Km/H）
であるか否かを判断する。最高速度以上であれば、電動
モータ１５の設計速度を越えているのでこれ以上のステ
ップに進むことなく回生ブレーキを作動させない。

【００６８】設定最高速度以下であれば、現在の車速と
電動モータ１５の回転駆動による速度とが同期する速度
を求め、これに対応するデューティ比Ｄを求める（Ｓ
４）。この後、力行信号１５９が出力される（Ｓ５）。
このためＦＥＴドライバ１６１が出力しＦＥＴ１６２を
駆動することになる。次に、デューティ比Ｄに対応した
デューティ出力信号１６８がマイコン１５１から出力さ
れる（Ｓ６）。

【００６９】この結果、バッテリー２から電動モータ１
５にドレイン電流１６３が流れて電動モータ１５を０．
５秒間だけ設定速度になるように待つ（Ｓ７）。次にソ
レノイド１６５をオン、すなわちソレノイド１６５に電
流を遮断する。この電流の遮断により、プッシュロッド
８６がコイルスプリング８１により軸線方向に押されて
いるので、爪７１とラチェット歯６２とが係合してい
る。

【００７０】この爪７１とラチェット歯６２との係合に
より、前輪の駆動が電動モータ１５の駆動系とが連結さ
れている状態となる。すなわち、爪７１とラチェット歯
６２とが係合しているとハブ体３６の駆動がラチェット
歯６２から爪７１に伝達されて、最終的に電動モータ１
５の電機子１９を駆動することになり発電制動できる状
態となる（Ｓ８）。

【００７１】この指令の後、前記した各機構が指令され
た状態になるように暫く待つ（Ｓ９）。この時間が経過
すると、電動モータ１５の回転速度をリニアーになるよ
うに一定時間（本例では０．５秒間）だけ制御して減速
する。この減速は後記する回生制動による急な減速に伴
う加速度を小さくするためである。次に、力行信号１５
９をＯＦＦに、電動モータ１５の駆動を止める（Ｓ１
１）。

【００７２】次に、回生制動信号１５５が出力される
と、電動モータ１５の電機子１９が回転駆動されている
速度に応じたデューティ比Ｄで回生制動される。回転駆
動される電動モータ１５は、電気を発電しダイオード１
５８を通ってバッテリー２に電流を流し、充電すること
になる。以上のように、回生制動を行う前に一端電動モ
ータ１５を起動して、現在の車速まで電動モータ１５の
回転速度を上げてから回生制動動作を行うので、急激な
ブレーキによるショック、すなわちマイナスの加速を防
ぐことができる。

【００７３】（定速ブレーキ動作）前記した回生制動は
単に発電して制動するための動作であった。次に説明す
るものは、自転車の走行速度が一定速度になるように回
生制動するためのものである。図１３及び図１４は定速
回生制動のフロー図である。前記した回生制動（図１２
のＳ１２）で坂道の下り坂等を走行するとき、定速回生
制動が選択されると最初にタイマーｔが起動される（Ｓ
１）。

【００７４】自転車の現在の車速と電動モータ１５の回
転速度が一致するためのデューティ比を求めこれをデュ
ーティ出力信号１６８として出力し、０．５秒間待つ
（Ｓ２，Ｓ３）。０．５秒経過すると、回生制動信号１
５５が出力される（Ｓ４）。次に、ブレーキセレクトス
イッチ１７０のスイッチの状態、すなわちＨか又はＬの
何れかの状態であるか否かを読む（Ｓ５）。

【００７５】ブレーキセレクトスイッチ１７０が状態Ｈ
を選択していれば、常に設定速度１０Ｋm／Ｈになるよ
うに回生制動する。ブレーキセレクトスイッチ１７０が
状態Ｌを選択していれば、常に設定速度７Ｋm／Ｈを所
定のメモリに記憶する。次に、現在の自転車の車速Ｓを
求める（Ｓ９）。車速Ｓが設定速度の１．２倍以下（＝
も含む）で、かつ０．９５以上（＝も含む）のときは
（Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１３）、前回のデューティ比を
０．８パーセント増加させる（Ｓ１３）。

【００７６】車速Ｓが設定速度の１．２倍以上（＝も含
む）の場合、前回のデューティ比を１．７パーセント増
加させる。車速Ｓが設定速度の１．２倍以下（＝も含
む）の場合で、かつ０．８以下（＝も含む）のときは
（Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１４）、前回のデューティ比を
１．７パーセント減少させる。すなわち、車体の速度Ｓ
が設定された速度より低いので回生制動を緩和する（Ｓ
１６）。

【００７７】車速Ｓが設定速度の１．２倍以下（＝も含
む）の場合で、かつ０．９５以下（＝も含む）のときは
（Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１４，Ｓ１５）、前回のデューテ
ィ比を０．８パーセント減少させる。すなわち、車体の
速度Ｓが設定された速度より低いので回生制動を緩和す
る（Ｓ１７）。以上のステップが終了すると、デューテ
ィ比を０．２から９９の範囲になるように制限する。

【００７８】結局、車速Ｓを限りなく設定速度７又は１
０Ｋm／Ｈを定速になるように速度制御することにな
る。この定速制御は坂道の下り等の場合に良い。

【００７９】（定ブレーキ力制御）図１５は、定力ブレ
ーキ制御動作の概要を示すフロー図である。ステップＳ
６まで前記定速ブレーキ動作と同一であるから、その詳
細は省略する。ブレーキセレクトスイッチ１７０が状態
Ｈを選択していれば、電動モータ１５が発電する電流１
５アンペアになるように回生制動する。ブレーキセレク
トスイッチ１７０が状態Ｌを選択していれば、２０アン
ペアを所定のメモリに記憶する。

【００８０】次に、現在の電動モータ（この状態は発電
機）１５の電流Ｉを求める（Ｓ９）。電流Ｉが設定速度
の１．２倍以下（＝も含む）で、かつ１．０５以上（＝
も含む）のときは（Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１３）、前回の
デューティ比を０．８パーセント増加させる（Ｓ１
３）。すなわち、電動モータ１５の電流Ｉを０．８パー
セント減少させることになるので、制動力が減少するこ
とになる。

【００８１】電流Ｉが設定速度の１．２倍以上（＝も含
む）の場合、前回のデューティ比を１．７パーセント増
加させる。電流Ｉが設定速度の１．２倍以下（＝も含
む）の場合で、かつ０．８以下（＝も含む）のときは
（Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１４）、前回のデューティ比を
１．７パーセント減少させる。すなわち、電動モータ１
５の発電する電流Ｉが設定された電流より低いので回生
制動を緩和する（Ｓ１６）。

【００８２】電流Ｉが設定速度の１．２倍以下（＝も含
む）の場合で、かつ０．９５以下（＝も含む）のときは
（Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１４，Ｓ１５）、前回のデューテ
ィ比を０．８パーセント減少させる。すなわち、電流Ｉ
が設定された速度より低いので回生制動を緩和する（Ｓ
１７）。以上のステップが終了すると、デューティ比を
０．２から９９の範囲になるように制限する。

【００８３】結局、電動モータ１５の電流を限りなく２
０アンペア又は１５アンペアになるように定ブレーキ力
で制御することになる。この定ブレーキ制御は、加速度
を一定にして制動して停止させたいときに良い。加速度
が一定であるから、円滑に停止できる。なお、手動ブレ
ーキを併用すると、所望の位置に正確に止めることもで
きる。

【００８４】（その他の実施の形態）前記実施の形態
は、ハブ内に電動モータ１５を組み込んだものであった
が、ハンドルステム、前フォーク等に搭載しベルト駆動
により動力を伝達するものであっても良く、更に公知の
技術のように前記以外の他の位置に配置しても良い。

【００８５】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明は電動モー
タにより発電制動するので効果的に制動できた。また、
クラッチ機構を組み込んだので、発電制動の解除もでき
る。更に電動モータの動力をペダルの操作と関係なく車
輪に伝達出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の動力付き自転車の制動制御装
置を装備した自転車の正面図である。

【図２】図２は、本発明の実施の形態を示すハブの断面
図である。

【図３】図３（ａ），（ｂ）は、第２リングギヤの詳細
を示す断面図である。

【図４】図４は、爪とラチェット爪との噛み合いを示す
断面図である。

【図５】図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、クラッチの爪
の詳細を示す図である。

【図６】図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、クラッチ解除
カムの詳細を示す図である。

【図７】図７は、前ギヤ板に組み込んだトルクセンサー
の正面図である。

【図８】図８（ａ）は図７のVIII−VIII線で切断した断
面図、図８（ｂ）は図７のVIIIb−VIIIb線で切断した断
面図である。

【図９】図９（ａ）は図７のIXa−IXa線で切断した断面
図、図９（ｂ）は図７の矢印IXbで見たときの図であ
る。

【図１０】図１０は、電動モータ１５の駆動と発電制動
のためのモータ駆動及び制動制御回路１５０を示す。

【図１１】図１１は、モータ駆動及び制動制御回路によ
る回生制動動作の概要を示す図である。

【図１２】図１２は、モータ駆動及び制動制御回路によ
る回生制動動作の概要を示す図である。

【図１３】図１３は、モータ駆動及び制動制御回路によ
る定速回生制動動作の概要を示す図である。

【図１４】図１４は、モータ駆動及び制動制御回路によ
る定速回生制動動作の概要を示す図である。

【図１５】図１５は、モータ駆動及び制動制御回路によ
る定力回生制動動作の概要を示す図である。

【符号の説明】１０ …ハブ軸１５…電動モータ１６…出力軸３１…遊星ギヤ３３…ギヤ枠３６…ハブ体４０…第１リングギヤ４１…第２ピニオン６０ …一方向クラッチ６１ …爪８０ …クラッチ解除カム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＢ６２Ｌ 3/00 Ｂ６２Ｌ 3/00 ＺＦ１６Ｄ 65/34 Ｆ１６Ｄ 65/34 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62M 23/02 B60K 7/00 B60L 3/08 B60L 7/04 B60T 7/12 B62L 3/00 F16D 65/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電動モータ（１５）の出力軸（１６）の回
転出力が自転車の車輪のハブ体（３６）に伝達されて前
記車輪を駆動する動力付き自転車の制動方法であって、制動開始を指示する信号によって、前記電動モータ（１
５）の前記出力軸（１６）を前記自転車の現時点での走
行速度に対応する回転速度となるように駆動する同期駆
動手順と、前記同期駆動手順の後に、前記車輪の回転を前記電動モ
ータ（１５）の前記出力軸（１６）に伝達して得られる
発電電流を流すことにより発電制動を行う手順とを有す
る動力付き自転車の制動方法。
【請求項２】電動モータ（１５）の出力軸（１６）の回
転出力が自転車の車輪のハブ体（３６）に伝達されて前
記車輪を駆動する動力付き自転車の制動方法であって、前記車輪の回転を前記電動モータ（１５）の前記出力軸
（１６）に伝達して得られる発電電流を流すことにより
発電制動を行う手順と、前記自転車の制動時の走行速度が一定となるように前記
発電電流を流す量を制御する手順とを有する動力付き自
転車の制動方法。
【請求項３】電動モータ（１５）の出力軸（１６）の回
転出力が自転車の車輪のハブ体（３６）に伝達されて前
記車輪を駆動する動力付き自転車の制動方法であって、前記車輪の回転を前記電動モータ（１５）の前記出力軸
（１６）に伝達して得られる発電電流を流すことにより
発電制動を行う手順と、前記自転車を一定の制動トルクで制動するように前記発
電電流の制御を行う手順とを有する動力付き自転車の制
動方法。
【請求項４】電動モータ（１５）の出力軸（１６）の回
転出力が自転車の車輪のハブ体（３６）に伝達されて前
記車輪を駆動する動力付き自転車の制動制御装置であっ
て、前記自転車の走行速度を検出するための走行速度計測手
段と、前記電動モータ（１５）の駆動電流および発電電流の制
御を行う制御手段（１５０）とを有し、前記制御手段（１５０）は、制動開始を指示する信号によって、前記電動モータ（１
５）の前記出力軸（１６）を前記自転車の走行速度に対
応する回転速度となるように駆動する同期駆動手順と、前記同期駆動手順の後に、前記車輪の回転を前記電動モ
ータ（１５）の前記出力軸（１６）に伝達して得られる
発電電流を流すことにより発電制動を行う手順とを実行
するものである動力付き自転車の制動制御装置。
【請求項５】電動モータ（１５）の出力軸（１６）の回
転出力が自転車の車輪のハブ体（３６）に伝達されて前
記車輪を駆動する動力付き自転車の制動制御装置であっ
て、前記自転車の走行速度を検出するための走行速度計測手
段と、前記電動モータ（１５）の駆動電流および発電電流の制
御を行う制御手段（１５０）とを有し、前記制御手段（１５０）は、前記車輪の回転を前記電動モータ（１５）の前記出力軸
（１６）に伝達して得られる発電電流を流すことにより
発電制動を行う手順と、前記自転車の走行速度が一定となるように前記発電電流
を流す量を制御する手順とを実行するものである動力付
き自転車の制動制御装置。
【請求項６】電動モータ（１５）の出力軸（１６）の回
転出力が自転車の車輪のハブ体（３６）に伝達されて前
記車輪を駆動する動力付き自転車の制動制御装置であっ
て、前記電動モータ（１５）の制動トルクを検出する制動ト
ルク検出手段と、前記電動モータ（１５）の駆動電流および発電電流の制
御を行う制御手段（１５０）とを有し、前記制御手段（１５０）は、前記車輪の回転を前記電動モータ（１５）の前記出力軸
（１６）に伝達して得られる発電電流を流すことにより
発電制動を行う手順と、前記自転車を一定の制動トルクで制動するように前記発
電電流の制御を行う手順とを実行するものである動力付
き自転車の制動制御装置。
【請求項７】請求項４〜６のいずれか１項に記載した動
力付き自転車の制動制御装置であって、前記自転車の後輪をチェーンを介して駆動する前ギヤ板
（６）と、前記前ギヤ板（６）を駆動するペダルのトル
クを受け止め変位する受圧バネ機構（１１３）と、前記
受圧バネ機構（１１３）の変位を検出するセンサー（１
４９）とを備え、前記ペダルの踏力トルクを検出する踏
力トルク検出手段（８）を有する動力付き自転車の制動
制御装置。
【請求項８】請求項７に記載した動力付き自転車の制動
制御装置であって、前記踏力トルク検出手段（８）は、前記受圧バネ機構
（１１３）の変位を前記前ギヤ板（６）の軸線方向の変
位に変換する軸線方向変位変換機構を備えたものである
動力付き自転車の制動制御装置。