JPH11227669A

JPH11227669A - 電動補助動力装置付自転車

Info

Publication number: JPH11227669A
Application number: JP10032757A
Authority: JP
Inventors: Sakuo Fukumoto; 茶伯夫福本
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、走行中常に電動機を略最大効率で駆
動し電池の電力の無駄な消費を防止した電動補助動力装
置付自転車を提供することにある。【解決手段】前輪および後輪が設けられた車体Ｂと、電
動機４０と減速比調節機構３５０を有する減速装置３０
０とからなり前記車体Ｂに取り付けられた電動補助動力
装置Ｃと、前記電動機４０の入力を調節する電動機駆動
回路と、減速比を調節する調節機構駆動手段（ステッピ
ングモータ３３０等）と、車速を検出する車速検出手段
と、ペダルの踏力を検出する踏力検出手段（トルク検出
器１００）とを備え、走行中に変化する車速および踏力
に応じて電動機４０の効率が略最大となるように前記電
動機駆動回路と調節機構駆動手段によって電動機４０の
入力と減速装置３００の減速比を調節するようにし、電
動機４０を常に最大効率で駆動し蓄電池の無駄な電力の
消費を防止した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、ペダルの踏力に
応じて電動機の回転力つまり動力を補助して楽な走行が
できるようにした電動補助動力装置付自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、ペダルの踏力に応じて電動機の回
転力つまり動力を補助して楽な走行ができるようにした
電動補助動力装置付自転車（以下単に自転車という）が
開発され使用されている。そして、この種の自転車は、
クランク軸の両端に設けられたクランクのペダルの踏力
を、前記クランク軸の回転力と、このクランク軸の回転
力および減速装置を介して電動機の回転力（動力）が伝
達される中空軸の回転力との差を機械的な変化量に変換
する手段（以下単に変換手段という）によって機械的な
変化量に変換し、この変化量をトルク検出手段つまり踏
力検出手段に伝達して前記ペダルの踏力に応じた出力値
を出力するとともに、制御手段によって前記踏力検出手
段の出力に応じて前記電動機の出力を制御し、走行中に
踏み込まれるペダルの踏力に応じた回転力を補助して楽
な走行ができるようになっているものである。

【０００３】そして、電動補助動力装置（以下単に動力
装置という）は、電動機と複数の歯車等からなる減速装
置とから構成されているものであり、また、前記減速装
置の減速比は一定つまり固定とされているものである。
一方、自転車の走行中には登り坂、下り坂、平坦面等の
走行路面の状況等によって走行速度およびペダルを踏み
込む力つまり踏力が変化することから、電動機の負荷は
軽負荷あるいは過負荷状態で駆動つまり運転されること
から効率の悪い状態で駆動される場合が多くなる。

【０００４】このように効率の悪い状態で駆動される
と、電動機に電力を供給する蓄電池（以下電池という）
の電力が無駄に消費されることになり、また、電力消費
が大きくなるという問題がある。このことは、１回の充
電で走行時間が短くなるとともに頻繁に充電をしなけれ
ばならないことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
自転車においては減速装置の減速比が一定に設定されて
いることから、走行路面の状況等によって走行速度およ
び踏力が変化し、電動機の負荷は軽負荷あるいは過負荷
状態つまり効率の悪い状態で駆動されることになるた
め、電池の電力が無駄に消費されることになり、また、
電力消費が大きくなるため、１回の充電での走行時間が
短くなりとともに頻繁に充電をしなければならないとい
う問題がある。

【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、前輪およ
び後輪が設けられた車体と、蓄電池からの電力の供給に
より駆動する電動機と減速比調節機構を有し前記車体に
取り付けられた減速装置と、前記減速比調節機構の減速
比を調節する調節機構駆動手段と、前記電動機の入力を
調節して電動機を制御する電動機駆動回路と、車速を検
出する車速検出手段と、ペダルの踏力を検出する踏力検
出手段と、制御手段とを備え、前記制御手段により走行
中に変化する車速および踏力に応じて前記電動機駆動回
路と調節機構駆動手段とを制御して電動機の効率を最大
とするように前記電動機の入力と減速装置の減速比を調
節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、減速装
置に減速比調節機構を設け、この減速比調節機構の減速
比を調節する調節機構駆動手段を設けるとともに、電動
機の入力を調節して電動機を制御する電動機駆動回路を
設け、走行中に変化する車速検出手段と踏力検出手段に
よって検出された車速と踏力に応じて、電動機の効率を
最大とするように前記電動機駆動回路および調節機構駆
動手段によって電動機の入力と減速装置の減速比を調節
するようにしたことから、走行中電動機を常に略最大効
率で駆動させることが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、前輪および
後輪が設けられた車体と、蓄電池からの電力の供給によ
り駆動する電動機と減速比調節機構を有し前記車体に取
り付けられた減速装置と、前記減速比調節機構の減速比
を調節する調節機構駆動手段と、前記電動機の入力を調
節して電動機を制御する電動機駆動回路と、車速を検出
する車速検出手段と、ペダルの踏力を検出する踏力検出
手段と、前記車速検出手段および踏力検出手段のそれぞ
れの車速と踏力に対応してあらかじめ求められた前記電
動機の効率が最大となる減速比データを格納した第一の
格納手段と、前記車速検出手段および踏力検出手段のそ
れぞれの車速と踏力に対応してあらかじめ求められた前
記電動機の効率が最大となる電動機の入力データを格納
する第二の格納手段と、制御手段とを備え、前記制御手
段によって走行中の車速検出手段からの車速と踏力検出
手段からの踏力に対応する前記第一の格納手段に格納さ
れた減速比データを前記調節機構駆動手段に路出力し、
第二の格納手段に格納された入力データを電動機駆動回
路に出力することにより、減速比調節機構の減速比と電
動機の入力を調節するして変化する走行中の車速および
踏力に応じて電動機の効率を常に略最大とするようにし
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、減速装
置に減速比可変機構を設け、この減速比調節機構の減速
比を調節する調節機構駆動手段を設けるとともに、電動
機の入力を調節して電動機を制御する電動機駆動回路を
設け、車速検出手段および踏力検出手段のそれぞれの車
速と踏力に対応して求められた前記電動機の効率が最大
となる減速比データを第一の格納に手段格納に格納し、
電動機の入力データを第二の格納手段に格納し、制御手
段により車速検出手段からの車速と踏力検出手段からの
踏力に基づいてこれら車速と踏力とに対応する前記第一
の格納手段に格納された減速比データを調節機構駆動手
段に出力し、前記第二の格納手段に格納された入力デー
タを電動機駆動回路に出力し、減速比調節機構の減速比
と電動機の入力を調節するようにしたことから、走行中
電動機を常に略最大の効率で駆動させることができると
いう作用を有するものである。

【００１０】また、請求項３記載の発明は、前輪および
後輪が設けられた車体と、蓄電池からの電力の供給によ
り駆動する電動機と減速比調節機構を有し前記車体に取
り付けられた減速装置と、前記減速比調節機構の減速比
を調節する調節機構駆動手段と、前記電動機の入力を調
節して電動機を制御する電動機駆動回路と、車速を検出
する車速検出手段と、ペダルの踏力を検出する踏力検出
手段と、変化する車速と踏力に基づいてつぎの式を演算
して電動機の入力データと減速比データとを求める演算
手段とを備え、

【数４】

【００１１】

【数５】

【００１２】

【数６】

【００１３】この演算手段の演算によって求められた減
速比を前記調節機構駆動手段に出力し、入力データを前
記電動機駆動回路に出力することにより減速比調節機構
の減速比と電動機の入力を調節して、変化する走行中の
車速および踏力に応じて電動機の効率を常に略最大とす
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。

【００１４】このように請求項３記載の発明は、減速装
置に減速比調節機構を設け、この減速比調節機構の減速
比を調節する調節機構駆動手段を設けるとともに、電動
機の入力を調節して電動機を制御する電動機駆動回路を
設け、演算手段により変化する車速と踏力に基づいて電
動機の入力データと減速比データを求め、この求めた入
力データと減速比をそれぞれ電動機駆動路回と調節機構
駆動手段に出力し電動機の入力と減速比調節機構の減速
比データを調節するようにしたことから、走行中電動機
を常に略最大効率で駆動させることができるという作用
を有するものである。

【００１５】

【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１１に基づいて説明する。図１に示すよう
に、自転車Ａは、車体Ｂとこの車体Ｂに取り付けられた
動力装置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、このヘッドパイプ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１４
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中空軸７０およびこの中空
軸７０を貫通したクランク軸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８１ａと８２ａ
（図１参照）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
電池ケース１５ａが取り付けられており、この蓄電池ケ
ース１５ａ内には電池（以下電池という）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４００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。前記電池１５と制御手段４００
とはリード線１７ａで接続され、また、制御手段４００
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。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４００、電池ー
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。

【００１６】つぎに、前記動力装置Ｃの構成について説
明する。

【００１７】この動力装置Ｃは図２および図３に示すよ
うに、筐体としてのケース３０に取着された電動機４
０、前記ケース３０内に配設され前記電動機４０の回転
力を伝達する減速機構５０と減速比調節機構３５０から
なる減速装置３００と、この減速装置３００の前記減速
機構５０の最終段の歯車と噛合する第一の駆動歯車５
６、一端側を前記第一の駆動歯車５６に取り付けられる
中空軸７０、この中空軸７０を貫通して設けらたクラン
ク軸８０、このクランク軸８０の一端側に取り付けられ
る第二の駆動歯車９０等から構成されている。

【００１８】そして、前記ケース３０は、ケース本体３
１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、軸受取付部３１
ｂ、中央部に貫通孔３１ｃを有した軸受取付部３１ｄ、
軸受取付部３１ｇがそれぞれ設けられており、また、ケ
ース蓋３２には前記軸受取付部３１ｂ、貫通孔３１ｃ、
軸受取付部３１ｇにそれぞれ対応した軸受取付部３２
ａ、貫通孔３２ｂ、軸受取付部３２ｇが設けられてい
る。そして、ケース本体３１とケース蓋３２とは減速機
構５０、減速比調節機構３５０等を収納した状態で複数
の取付ねじ３３によって一体的に結合されるようになっ
ている。また、前記ケース本体３１には軸受取付部３１
ｄの側方に位置して後述する踏力検出手段としての回転
力検出器１００を収納して取り付ける収納部３５が設け
られ、この収納部３５は蓋ケース３２側を開口部３５ａ
とした有底凹状に形成されており、この収納部３５の前
記開口部３５ａには軸受３６が取り付けられている。ま
た、この軸受３６はその軸心を、前記中空軸７０および
クランク軸８０の軸心と平行にして前記軸受部３５ａに
取り付けられているものである。

【００１９】つぎに、前記減速比調節機構３５０につい
て説明する。この減速比調節機構３５０は駆動プーリ３
５１、従動プーリ３５５および駆動プーリ３５１と従動
プーリ３５５の架けられたＶベルト３２５から構成され
ている。

【００２０】そして、前記駆動プーリ３５１は前記電動
機４０の出力軸つまり回転軸４１に一体（別体にとする
構成としてもよい）に形成した固定プーリ３５２と、こ
の固定プーリ３５２に対して接離する可動プーリ３５３
とから構成されている。そして、前記固定プーリ３５２
には軸芯つまり前記回転軸４１の軸心と一致するととも
に外周に軸方向に沿って形成された凹凸条３５２ｂが形
成された軸３５２ａが形成されている。また、前記可動
プーリ３５３には、前記固定プーリ３５２側と反対側に
突出して軸３５４が形成されており、また、可動プーリ
３５３には、この可動プーリ３５３と前記軸３５４とに
亘って前記固定プーリ３５２側を開口した軸穴３５４ａ
が形成されており、この軸穴３５４ａの内壁には軸方向
に沿って形成され前記軸３５２ａに形成した凹凸条３５
２ｂと軸方向に沿って摺動可能に嵌合する凹凸条３５４
ｂが形成されている。

【００２１】また、前記固定プーリ３５２および可動プ
ーリ３５３の互いに対向する面は中心方向に向かうにし
たがって接近させて両対向面によってＶ字条のベルト溝
３５１ａが形成されるようになっている。

【００２２】そして、前記可動プーリ３５３は、その軸
穴３５４ａを前記軸３５２ａの軸方向に沿って摺動する
ことによって、固定プーリ３５２に対して接近・離反す
るものであり、この接近・離反によって固定プーリ３５
２および可動プーリ３５３の互いに対向する両対向面に
よって形成される前記ベルト溝３５１ａの溝幅は可変つ
まり調節されるようになっている。

【００２３】また、前記軸３５４の底壁には取付軸３５
４ｄが設けられており、この取付軸３５４ｄにはボール
ベアリング３１０の内輪が圧入されており、このボール
ベアリング３１０は取付軸３５４ｄの先端部に取り付け
られたねじ３３１によって抜け止めされている。

【００２４】また、前記ボールベアリング３１０の外輪
は、一端側つまり可動プーリ３５３側を開口した有底筒
状に形成した軸受ケース３２０の前記開の内周に圧入さ
れている。また、この軸受ケース３２０の底壁外周部に
は被検知片３２２が形成されており、この被検知片３２
２は後述するステッピングモータ３３０が回転してホー
ムポジションに位置したとき、つまり可動プーリ３５３
が固定プーリ３５２から最も離れ、ベルト溝が３５１ａ
の溝幅が最も大きくなったとき、図２において最も右側
の位置（図２に二点鎖線で示す位置）に位置するように
なっている。

【００２５】また、ケース蓋３２には支持突起３２ｄが
設けられ、この支持突起３２ｄの先端には位置センサー
２６０が設けられており、この位置センサー２６０は前
記被検知片３２２が図２において最も右側に位置したと
き、つまりステッピングモータ３３０がホームポジショ
ンに位置したことを検知して検知信号を後述するＣＰＵ
４０１に出力するようになっている。

【００２６】つぎに、前記従動プーリ３５５は、軸３５
７に一体（別体にとする構成としてもよい）に形成した
固定プーリ３５６と、この固定プーリ３５６に対して接
近・離反する可動プーリ３５８とから構成されている。

【００２７】そして、前記軸３５７の一端側には歯車３
５７ａが設けられるとともに、その端部にはボールベア
リング３１２の内輪が圧入されている。

【００２８】また、前記軸３５７の他端側で固定プーリ
３５６側の部分には、軸方向に沿って形成されて複数の
凹凸条３５７ｂが形成され、また、この他端側端部には
ボールベアリング３１３の内輪が圧入されている。

【００２９】また、前記可動プーリ３５８は中心部には
前記軸３５７に形成した凹凸条３５７ｂに摺動可能に嵌
合する凹凸条３５８ａが形成された貫通孔３５８ｃが形
成されており、また、前記固定プーリ３５６および可動
プーリ３５８の互いに対向する面は中心方向に向かうに
したがって接近させて両対向面によってＶ字条のベルト
溝３５５ａが形成されるようになっている。

【００３０】そして、前記可動プーリ３５８はその貫通
孔３５８ｃに形成された凹凸状３５８ａが軸３５７に形
成した凹凸条３５７ｂと軸方向に摺動することから、固
定プーリ３５８に対して接近・離反可能となっているも
のであり、この接近・離反によって固定プーリ３５６お
よび可動プーリ３５８の互いに対向する両対向面によっ
て形成される前記ベルト溝３５５ａの溝幅は可変するよ
うになっている。

【００３１】そして、この従動プーリ３５５は、前記軸
３５７の一端側端部に圧入したボールべリング３１２の
外輪をケース本体３１に設けた前記軸受取付部３１ｇに
圧入するとともに、他端側端部に圧入したボールベアリ
ング３１３の外輪を前記ケース蓋３２をケース本体３１
と結合する際に軸受取付部３２ｇ圧入することによって
ケース３０内にとり付けられるものである。なお、前記
軸３５７にボールベアリング３１３を圧入する際に、貫
通孔３５８ｃに軸３５７を貫通して可動プーリ３５８を
固定プーリ３６に対向させて配置するとともに、可動プ
ーリ３５８と前記他端側端部に圧入したボールベアリン
グ３１３との間に、可動プーリ３５８を固定プーリ３５
６側に常時付勢するコイルばね３５９を配置するもので
ある。

【００３２】そして、前記駆動プーリ３５１のベルト溝
３５１ａと従動プーリ３５５のベルト溝３５５ａにはＶ
ベルト３２５が架けられ、駆動プーリ３５１の回転力は
Ｖベルト３２５を介して従動プーリ３５５に伝達される
ものである。

【００３３】そして、前記駆動プーリ３５１のベルト溝
３５１ａの前記Ｖベルト３２５が架けられる直径は、前
記可動プーリ３５３が固定プーリ３５２に対して接近・
離反する量つまり可動プーリ３５３の固定プーリ３５２
側への移動量によって変化し、この固定プーリ３５１の
ベルト溝３５１ａの直径が定まると、この直径で回転さ
せられるＶベルト３２５の張力が変化し、このＶベルト
３２５の張力の変化によってコイルスプリング３５９に
よって付勢されている可動プーリ３５８が固定プーリ３
５６に対して接近・離反するように移動しベルト溝３５
５ａの溝幅が変化しベルト溝３５５ａのＶベルト３２５
が架けられる直径も変化し、減速比も変化するものであ
る。

【００３４】つぎに、減速装置の一つを構成している前
記減速機構５０は、前記従動プーリ３５５の軸３５７に
設けられた歯車３５７ａと噛合する歯車５４と、この歯
車５４と同じ軸５４ａに取り付けられた歯車５５とから
構成されており、この歯車５５には前記第一の駆動歯車
５６が噛合している。そして、前記歯車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５４ｃ、５４ｄが取り付けられ、これら軸受５４
ｃ、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５４ｂ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
すなわち回転力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第一の駆動歯車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。

【００３５】つぎに、減速比調節機構３５０の減速比を
調節する調節機構駆動手段について説明する。

【００３６】この調節機構駆動手段は、ステッピングモ
ータ３３０、減速機３３１、ジャッキ３４０および前記
軸受ケース３２０等から構成されている。

【００３７】そして、前記ステッピングモータ３３０は
ケース蓋３２に取り付けられており、このステッピング
モーター３３０は減速機３３１を介してジャッキ３４０
の回転軸３４１を回転させるようになっている。この回
転軸３４１の基部および先端部はケース蓋３２に設けた
軸受支柱３２ｈおよび３２ｉの先端部に設けた図示しな
い軸受に回転自在に軸支されている。そして、ジャッキ
３４０の回転軸３４１の外周には、中央部から基部まで
は右ねじ３４１ａが、また、先端部までは左ねじ３４１
ｂが形成されてており、また、この回転軸３４１には右
ねじ３４１ａと左ねじ３４ｂに螺合する雌ねじが形成さ
れた移動体３４３と３４４とが所定距離離間して設けら
れている。

【００３８】そして、回転軸３４１が時計方向に回転し
たときは、移動体３４３と３４４とは互いに離反する方
向に回転軸３４１に沿って移動し、また、回転軸３４１
が反時計方向に回転したときは、移動体３４３と３４４
とは互いに接近する方向に回転軸３４１に沿って移動す
るようになっている。

【００３９】また、前記移動体３４３と３４４には作動
杆３４５および３４６の一端側が回動自在にして取り付
けられており、また、作動杆３４５および３４６の他端
側の両端は結合板３４８に設けた軸３４７に回動可能に
取り付けられており、この結合板３４８は前記軸受ケー
ス３２０の底壁に固定されて取り付けられている。

【００４０】そして、前記ステッピングモーター３３０
が時計方向に回転したときは減速機３３１を介してジャ
ッキ３４０の回転軸３４１も時計方向に回転し、このと
きはジャッキ３４０の前記両移動体３４３および３４４
は互いに離反するように、また、ステッピングモーター
３３０が反時計方向に回転したときはジャッキ３４０の
回転軸３４１も反時計方向に回転し、前記両移動体３４
３および３４４は互いに接近するようになっている。

【００４１】したがって、ステッピングモーター３３０
が時計方向に回転したときは両移動体３４３および３４
４は互いに離反するため、前記結合板３４８は作動杆３
４５および３４６を介して回転軸３４１に接近する方向
に移動し、このことにより、軸受ケース３２０は前記回
転軸３４１に接近する方向に移動するため前記可動プー
リ３５３は固定プーリ３５２から離反する方向に移動
し、この結果駆動プーリ３５１のベルト溝３５１は広く
なり、また、逆にステッピングモーター３３０が反時計
方向に回転したときは両回移動体３４３および３４４は
互いに接近する方向に移動することから、前記結合板３
４８は作動杆３４５および３４６を介して回転軸３４１
から離れる方向に移動し、この結合板３４８の移動にと
もなって軸受ケース３２０も回転軸３４１から離れる方
向に移動し、前記可動プーリ３５３は固定プーリ３５２
側に移動し、この結果駆動プーリ３５１のベルト溝３５
１は狭くなるようになっている。

【００４２】つぎに、調節機構駆動手段によって前記減
速比調節機構３５０の減速比を調節する動作について説
明する。

【００４３】今前記ステッピングモーター３３０を、時
計方向に所定のステップ数回転したとすると、ジャッキ
３４０の移動体３４３および３４４は互いに所定距離離
反する。このことによって前記結合板３４８は作動杆３
４５および３４６を介して所定距離回転軸３４１側に移
動し、前記可動プーリ３５３も固定プーリ３５２から所
定距離離れ、ベルト溝３５１ａの溝幅は広くなりＶベル
ト３２５が架けられる直径は小さくなる。この結果Ｖベ
ルト３２５に加わる張力は小さくなり、従動プーリ３５
５つまり固定プーリ３５６と可動プーリの対向面に加わ
る作用力は小さいくなり、コイルばね３５９の付勢力に
よって可動プーリ３５８は固定プーリ３５６側に接近し
ベルト溝３５５ａのＶベルト３２５が架けられる直径は
大きくなる。この結果、減速比率は小さくなる。

【００４４】また、逆に前記ステッピングモーター３３
０を、反時計方向に所定のステップ数回転したとする
と、ジャッキ３４０の移動体３４３および３４４は互い
に所定距離接近する。このことによって前記結合板３４
８は作動杆３４５および３４６を介して所定距離回転軸
３４１から離れる方向に移動し、前記可動プーリ３５３
も固定プーリ３５２側に所定距離移動し、ベルト溝３５
１ａの幅は狭くなりＶベルト３２５が架けられる直径は
大きくなる。この結果Ｖベルト３２５に加わる張力は大
きくなり、従動プーリ３５５の固定プーリ３５６と可動
プーリの対向面に加わる作用力は大きくなり、コイルば
ね３５９の付勢力に抗して可動プーリ３５８は固定プー
リ３５６から離れる方向に移動し、ベルト溝３５５ａの
Ｖベルト３５９が架けられる直径は小さくなる。この結
果、減速比率は大きくなる。

【００４５】つまり、前記ステッピングモーター３３０
の回転方向と回転ステップを制御することにより、駆動
プーリ３５１と従動プーリ３５６とＶベルト３２５が架
けられる直径を変化ささせることができ、このことによ
って減速比を変化つまり調節できるものである。

【００４６】また、前記減速機構５０の歯車５５と噛合
する前記第一の駆動歯車５６の中央部には軸孔５６ａが
形成されており、この軸孔５６ａには軸方向に沿った凹
凸条５６ｃが形成されている。また、第一の駆動歯車５
６の前記ケース蓋３２側の側面には、図３に示すように
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。

【００４７】つぎに、前記第一の駆動歯車５６に形成さ
れた軸孔５６ａに嵌合して取り付けられ、減速比調節機
構３５０および減速機構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に伝達する前記中空
軸７０について説明する。

【００４８】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５６
ａに嵌合した状態では両凹凸条５６ｃ、７２の係合によ
って周方向に回り止めされて第一の駆動歯車５６と一体
に回転するようになっている。

【００４９】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１８
ｂ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７７の内輪に圧入して取り付けら
れており、この中空軸７０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。

【００５０】つぎに、前記中空軸７０の貫通孔７１に貫
通するとともに軸受７３ａおよび７３ｂを介して取り付
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８
３ａ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。

【００５１】また、前記クランク軸８０には、前記中空
軸７０に取り付けられた第一の駆動歯車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、その外
周に前記第一の駆動歯車５６と同数の歯を有する第二の
駆動歯車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、８２ａが取り付けられたクランク８１、８
２を介して走行方向に回転する場合は前記第二の駆動歯
車９０を回転させ、これとは逆方向にクランク軸８０が
回転したときは空転させるように機能するものである。

【００５２】また、前記第二の駆動歯車９０には前記第
一の駆動歯車５６の側面との間に空間を形成するように
環状凹部９１が形成されている。そして、この環状凹部
９１の第一の駆動歯車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。

【００５３】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を介して第二の駆動歯車９０に加えら
れる踏力に基づく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１
２に大きな負荷が加わりこれに抗して踏み込むペダル８
１ａ、８２ａによる回転力つまり踏力がクランク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、一方向性クラッチ８５を介してクランク軸８０と共
に回転する第二の駆動歯車９０が駆動スプリング６０を
徐々に圧縮して第一の駆動歯車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。

【００５４】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
転する第二の駆動歯車９０の回転力が所定値を超えると
第一の駆動歯車５６と相対移動が生じる大きさに設定さ
れているものであり、このことによって、第二の駆動歯
車９０は第一の駆動歯車５６と相対移動しつつ同期して
回転するようになっている。また、第二の駆動歯車９０
に加わる回転力が除かれると第二の駆動歯車９０は駆動
スプリング６０の付勢力によって初期状態に戻される。

【００５５】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、第二の駆動歯車９０
はほとんど圧縮されない状態に維持つまり相対移動が生
じない状態で駆動スプリング６０を介して第一の駆動歯
車５６と同期して回転することになる。

【００５６】つぎに、前記ペダル８１ａ、８２ａの踏力
を機械的な変化量に変換する変換手段２００について説
明する。

【００５７】この変換手段２００は、前記第一の駆動歯
車５６に噛合する第一の従動歯車２１０、前記第二の駆
動歯車９０と噛合する第二の従動歯車２２０、踏力の大
きさに応じ前記第二の従動歯車２２０が第一の従動歯車
２１０に対して先行しあるいは復帰することによって相
対的に移動するにつれて第一の従動歯車２１０と第二の
従動歯車２２０とを接近・離反させる接離手段から構成
されている。つぎに、前記各構成要素について説明す
る。

【００５８】まず、第一の従動歯車２１０は、歯車部２
１１とこの歯車部２１１の中心に設けられた回動軸２１
２からなり、この回動軸２１２を前記ケース本体３１に
取り付けた軸受３６に軸方向に摺動しつつ回転可能に軸
支され取り付けられている。また、前記回動軸２１２に
はこの回動軸２１２の軸方向に沿ったガイド孔２１３が
設けられており、また、前記歯車部２１１の蓋ケース３
２側の面にはガイド孔２１３の軸心を中心として同心状
に配置された複数（実施例では３個設けてあり、図２で
は１個のみ図示）の突起部２１５が形成されており、こ
の突起部２１５には図４に示すように後に詳述する第二
の駆動歯車９０が走行時に回転する方向に回転した際に
この第二の駆動軸９０に噛合して第二の従動歯車２２０
が図４の矢印の方向に回転する方向に沿って同図に示す
ように左側下方に向かって次第に下降する傾斜面２１５
ａが形成されている。また、この回動軸２１２の先端は
凸球面２１３ａに形成されるとともに、この凸球面２１
３ａは後述する回転力検出器１００の作動体１４０の先
端面に当接し、この作動体１４０を突出方向に付勢して
いるコイルスプリング１５０ａによって図２においてケ
ース蓋３２側に向けて付勢されている。

【００５９】つぎに、第二の従動歯車２２０は、第一の
従動歯車２１０と同数の歯が形成された歯車部２２１と
この歯車部２２１の中心に突設した回動軸２２２からな
り、この回動軸２２２は前記回動軸２１２に形成したガ
イド孔２１３に軸方向に沿ってスライド可能にかつ回動
可能に嵌合して取り付けられている。

【００６０】また、前記歯車部２２１の前記第一の従動
歯車２１０の歯車部２１１と対向する面には、前記第一
の従動歯車２１０に形成した前記突起部２１５と対応す
るとともに突起部２１５に形成した傾斜面２１５ａに摺
接する傾斜面２２５ａを有する突起部２２５が３個形成
されている。

【００６１】なお、この傾斜面２２５ａを有する突起部
２２５、前記傾斜面２１５ａが形成されている突起部２
１５、前記駆動スプリング６０および前記第一の従動歯
車２１０の回転軸２１２を後述する作動体１４０を介し
て付勢するコイルスプリング１５０ａとで接離手段を構
成しているものである。

【００６２】また、前記第二の従動歯車２２０のケース
蓋３２側には軸２２６が設けられこの軸２２６をケース
蓋３２に取り付けられた軸受２２７に回転可能かつケー
ス蓋３２側への移動を規制されて軸支されている。ま
た、この第二の従動歯車２２０に設けた突起部２２５の
傾斜面２２５ａは、前記コイルスプリング１５０ａによ
って第二の従動歯車２２０側に向けて付勢されている第
一の従動歯車２１０に設けた突起部２１５の傾斜面２１
５ａと傾斜面同志で当接しており、このことにより第一
の従動歯車２１０と第二の従動歯車２２０とが静止状態
つまり駆動スプリング６０が圧縮されることなく両者間
に相対移動が生じていない状態では第一の従動歯車２１
０と第二の従動歯車２２０とは互いに傾斜面２１５ａと
２２５ａの中間位置で当接するようになっている。

【００６３】そして、ペダル８１ａ、８２ａの踏力が大
きくなると駆動スプリング６０が圧縮され前記クランク
軸８０に一方向性クラッチ８５を介して設けられた第二
の駆動歯車９０と中空軸７０に設けた第一の駆動歯車５
６とに相対移動が生じ、第一の駆動歯車５６に噛合して
いる第一の従動歯車２１０に対して第二の駆動歯車９０
と噛合している第二の従動歯車２２０との間に相対移動
が生じることになる。つまり第二の従動歯車２２０は第
一の従動歯車２１０に対して先行して回転することにな
り、この相対移動が生じると第二の従動歯車２２０に設
けた突起部２２５の傾斜面２２５ａは第一の従動歯車２
１０に設けた突起部２１５の傾斜面２１５ａに先行する
こととなり、この結果コイルスプリング１５０ａによっ
て第二の従動歯車２２０側に付勢されている第一の従動
歯車２１０は、図４に二点鎖線で示すように前記踏力に
応じた移動量であるＬだけ第二の従動歯車２２０側に近
接する方向に移動することになる。

【００６４】この移動に伴って第一の従動歯車２１０の
回動軸２１２は軸受３６内を回動しつつ第二の従動歯車
２２０側に移動し、この移動に伴って回動軸２１２の前
記軸受３６からの突出量が減少する。また、逆にペダル
８１ａ、８２ａの踏力が減少したときは駆動スプリング
６０の復元により上記とは逆に第二の駆動歯車９０は初
期つまり位相差がない状態に戻され、第一の従動歯車２
１０は第二の従動歯車２２０から離反し、回動軸２１２
の軸受３６からの突出量は増大する。

【００６５】上述のように構成された変換手段２００の
自転車の走行中における動作つまりペダル８１ａ、８２
ａの踏力が機械的な変化量に変換される動作について説
明する。

【００６６】まず、自転車の走行中に、平地等において
等加速状態で走行がされているときは、ペダル８１ａ、
８２ａの踏力は極めて小さいため、前記クランク軸８０
に加わる回転力が所定値を超えることはなく、第二の駆
動歯車９０はほとんど圧縮されない状態に維持それてい
る駆動スプリング６０を介して第一の駆動歯車５６と同
期して回転している、この状態から例えば登り坂への走
行あるいは加速する走行になり、ペダル８１ａ、８２ａ
を強く踏み込むことペダル８１ａ、８２ａに加わる踏力
が大きくなり、この大きな踏力によって回転するクラン
ク軸８０の回転力と後輪１２から負荷を受けつつ回転し
ている中空軸７０の回転力とに差が生じ、この差の大き
さに応じて駆動スプリング６０が圧縮され第二の駆動歯
車９０は第一の駆動歯車５６に対して相対移動つまり先
行することから位相差が生じる。そして、この位相差が
生じるとこの位相差に正比例した位相差が第二の従動歯
車２２０と第一の従動歯車２１０との間に生じ、この第
二の従動歯車２２０と第一の従動歯車２１０との位相差
に応じて第一の従動歯車２１０は第二の従動歯車２２０
に対して軸方向に接近するように移動することになる。
すなわち前記ペダル８１ａ、８２ａの踏力の大きさは、
第一の従動軸２１０の軸方向への移動とともに移動する
回動軸２１２の軸方向への移動量つまり機械的な変化量
に変換されることになる。

【００６７】なお、登り坂の走行から平坦面の走行つま
りペダル８１ａ、８２ａに踏力が加えられなくなると、
前記駆動スプリング６０の復元力により初期状態に復帰
し、第二の駆動歯車９０と第一の駆動歯車５６および第
二の従動歯車２２０と第一の従動歯車２１０との相対移
動はなくなり、第一の駆動歯車２１０は第二の従動歯車
２２０と離反した初期の状態に保持されつつ回転する。

【００６８】つぎに、前記第一の従動歯車２１０の回動
軸２１２の軸方向への移動に応じて前記クランク軸８０
の回転力つまりペダル８１ａ、８２ａの踏力を検出する
回転力検出器１００を図５、図６に基づいて説明する。

【００６９】図５に示すように回転力検出器１００は、
下部ケース１１０とこの下部ケース１１０に取り付けら
れる上部ケース１２０とからなるケース本体１０１、こ
のケース本体１０１内に配設される検出部としての歪み
ゲージ１３０、前記第一の従動歯車２１０の回動軸２１
２の作用力を受ける作動体１４０およびこの作動体１４
０が受けた作用力を歪みゲージ１３０に伝達するととも
に作動体１４０を介して前記回動軸２１２を押圧して第
一の従動歯車２１０を第二の従動歯車２２０に向けて付
勢するコイルスプリング１５０等から構成されている。

【００７０】そして、前記下部ケース１１０は、外周部
に設けられた外周壁１１１によって囲まれたプリント配
線基板１１２を配設する凹状の基板配設部１１２ａが形
成されるとともに、前記外周壁１１１には取付用の貫通
孔１１３が複数個（図５では２個のみ図示）設けられて
いる。また、前記貫通孔１１３の図において上部開口の
外周には環状の位置決部１１４が形成されている。ま
た、下部ケース１１０にはリード線１３５ａないし１３
５ｄを引き出す図示しない引出孔が形成されている。

【００７１】つぎに、前記上部ケース１２０は、底壁１
２１の外周に外周壁１２２を形成した有底箱状に形成さ
れ、また、前記外周壁１２２の外縁にはフランジ部１２
３が形成され、このフランジ部１２３の外周には前記下
部ケース１１０の外周壁１１１の外周に嵌合する嵌合壁
１２４が形成されている。そして、前記底壁１２１には
筒部１２５が形成され、この筒部１２５の一部はそれぞ
れ底壁１２１の内側および外側に突出して形成されてい
る。

【００７２】そして、この筒部１２５には外側端部から
略中間部までの部位にはガイド孔１２６が形成されると
ともに、前記中間部から内側端部までの部位にはガイド
孔１２６より径大な孔１２７が形成されている。この径
大な孔１２７は前記コイルスプリング１５０が伸縮する
際に孔１２７の周壁に干渉しないように径大としている
ものである。

【００７３】また、前記フランジ部１２３には前記下部
ケース１１０の外周壁１１１に設けた位置決部１１４に
嵌合する嵌合孔１２８が形成されている。

【００７４】つぎに、前記歪みゲージ１３０は、例えば
アルミニウム等からなる起歪体１３１の表面に絶縁被膜
を介して薄膜からなる４個の抵抗体Ｒ１ないしＲ４を貼
着あるいはいわゆる半導体技術等により配設するととも
に、これら４個の抵抗体Ｒ１ないしＲ４をプリント配線
された導体によって、図６に示すようにブリッジＷを構
成するように接続して構成されている。

【００７５】そして、前記ブリッジＷの抵抗体Ｒ１とＲ
３との接続点および抵抗体Ｒ４とＲ２との接続点はリー
ド線１３２ａおよび１３２ｂを介して電源に接続され、
また、抵抗体Ｒ１とＲ４との接続点はおよび抵抗体Ｒ２
とＲ３との接続点は出力端部となっており、この出力端
部からの出力つまり踏力の大きさに応じた電気的出力す
なわち踏力はリード線１３３ａおよび１３３ｂを介して
増幅器１３６に送られ、この増幅器１３６からの増幅さ
て、前記制御手段４００に送られる。

【００７６】また、前記起歪体１３１の自由端１３１ａ
は前記筒部１２５の内側端部の下方に位置するとともに
ガイド孔１２６に対応するように延出されており、この
先端部にはガイド孔１２６の軸心と一致する軸心を有す
るピン１３４が取り付けられ、このピン１３４にはコイ
ルスプリング１５０の他端部を受ける環状鍔１３４ａが
形成されている。

【００７７】また、前記作動体１４０の先端は平坦面１
４１に形成され、この平坦面１４１の中心部は前記第一
の従動歯車２１０の回動軸２１２の先端部つまり凸球面
２１３ａの先端が前記コイルスプリング１５０の付勢力
によって圧接状態で当接している。

【００７８】また、作動体１４０の先端部には前記コイ
ルスプリング１５０の端部を受ける段部１４５が形成さ
れ、この段部１４５と前記ピン１３４の環状鍔１３４ａ
との間に、コイルスプリング１５０が所定量圧縮された
状態つまり前記起歪体１３１に所定の曲げ力を加えると
ともに前記作動体１４０、前記回動軸２１２を介して第
一の従動歯車２１０を第二の従動歯車２２０側に付勢す
る状態に圧縮されて配設される。

【００７９】そして、このように構成された回転力検出
器１００は貫通孔１１３を介して図示しない取付ねじに
よって、前記ケース本体３１に設け収納部３５内に取り
付けられる。

【００８０】つぎに、前記回転力検出器１００の動作に
ついて説明する。この回転力検出器１００は従来周知の
歪みゲージを用いた回転力検出器と同一の原理で動作す
るものである。すなわち、ペダル８１ａ、８２ａの踏力
が前記変換手段２００によってつまり第一の従動歯車２
１０の回動軸２１２の軸方向の移動量に変換され、この
移動する回動軸２１２によって作動体１４０を動作つま
り軸方向に作動体１４０を移動させて起歪体１３１に曲
げ力の伝達つまり付与または解除をして、前記抵抗体Ｒ
１ないしＲ４の抵抗値を変化させて、この抵抗値の変化
に伴うブリッジＷからの電気的出力すなわち踏力を取り
出すものである。

【００８１】なお、この実施の形態においては、起歪体
１３１に最大曲げ力が加えられたときのブリッジＷから
の出力を基準値とし、この最大曲げ力から次第に減少す
ることによって変化するブリッジＷから出力される電気
的出力に応じて、制御手段１６によって電動機４０を制
御するように構成している。具体的には人力走行中にペ
ダル８１ａ、８２ａの踏み込み力が所定値を超えない状
態、すなわち第一の駆動歯車５６と第二の駆動歯車９０
に相対移動が生じていない状態つまり、第一の従動歯車
２１０と第二の従動歯車２２０に相対移動が生じていな
い状態では、第一の従動歯車２１０は第二の従動歯車２
２０側に移動することなく初期状態に位置しこの状態で
は回動軸２１２、作動体１４０およびコイルスプリング
１５０を介して起歪体１３１には最大曲げ力が加えら
れ、このときブリッジＷから出力される電気的出力が基
準値とされ、この基準値では前記電動機４０は停止状態
となるように制御手段４００および後述する電動機駆動
回路４０４によって制御されるようになっている。

【００８２】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
込み力つまり踏力が所定値を超えると第一の駆動歯車５
６と第二の駆動歯車９０に相対移動が生じ、このことに
よって第一の従動歯車２１０と第二の従動歯車２２０に
相対移動が生じ、第一の従動歯車２１０は第二の従動歯
車２２０に接近しこれとともに回動軸２１２が作動体１
４０から遠ざかるように移動し、作動体１４０、コイル
スプリング１５０を介して加えられていた起歪体１３１
の曲げ力が減少し、この曲げ力の減少に伴って起歪体１
３１が復元し、その結果ブリッジＷの抵抗体Ｒ１ないし
Ｒ４の抵抗値が変化し、この変化に応じた電気的出力が
ブリッジＷから出力され、この出力は増幅器１３６で増
幅されて制御手段４００に送られるものである。

【００８３】また、前記動力装置Ｃには図３に示すよう
に、車速検出手段としてのスピード検出器２５０が設け
られており、このスピード検出器２５０は周知の磁気セ
ンサーが用いられ、このスピード検出器２５０の図示し
ない検出部は前記駆動歯車５６の歯部に近接して配置さ
れ、前記駆動歯車５６の回転によりその歯部が検出部に
近接する毎に発生するパルス信号の単位時間当たりのパ
ルス数に基づいて車速を検出し、その出力すなわち車速
値を制御部４００に出力するようになっている。

【００８４】つぎに、前記トルク検出器１００からの踏
力とスピード検出器２５０からの車速とに基づいて電動
機４０の制御および減速比調節機構３５０の減速比を調
節して、電動機４０を常に効率の最もよい状態で制御す
る制御構成について説明する。

【００８５】まず、図１１は自転車Ａの制御構成を示す
ブロック図であり、図において４００は制御手段であ
り、この制御手段４００はＣＰＵ（中央演算処理装置）
４０１と、各種制御プログラムが格納されたＲＯＭ（リ
ード・オンリー・メモリー）４０２、各種データ等を格
納するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリー）４０３
等から構成されている。

【００８６】なお、この実施の形態における電動機４０
は、入力をそのパルス幅を制御することによって、入力
電流を制御してその出力を制御する形式（以下ＰＷＭ制
御という）のもので、１０ＫＨｚの周波数のパルスのパ
ルス幅を可変して入力電流を可変して出力を制御してい
る。

【００８７】そして、前記ＲＡＭ４０３には、第一の格
納手段としての第一のファイル４１０、第二の格納手段
としての第二のファイル４２０および第三の格納手段と
しての第三のファイル４３０が設けられており、前記第
一のファイル４１０は、表１に示すように各車速（Ｋｍ
／ｈ）の値２Ｋｍ／ｈないし１２Ｋｍ／ｈと、ペダルの
踏力（Ｋｇ）の値９．４Ｋｇないし３１．３Ｋｇとのそ
れぞれに対応する電動機４０に供給する入力を決定する
入力データとしてのパルス幅０．２１ないし１．００
（例えば、車速６Ｋｍ／ｈと踏力３１．３Ｋｇとに対応
するパルス幅は０．７４）が設定されている。

【００８８】

【表１】

【００８９】また、前記第二のファイル４２０には、表
２に示すように各車速（Ｋｍ／ｈ）の値２Ｋｍ／ｈない
し１２Ｋｍ／ｈと、ペダルの踏力（Ｋｇ）の値９．４Ｋ
ｇないし３１．３Ｋｇとのそれぞれに対応する減速装置
３００の減速比データとしての減速比の値１１１ないし
１６５の値（例えば、車速６Ｋｍ／ｈと踏力３１．３Ｋ
ｇとに対応する減速比は１９１）が設定されているもの
である。

【００９０】

【表２】

【００９１】なお、表１のパルス幅および表２の減速比
の値は、使用する電動機が表１、表２の車速および踏力
のときにそれぞれに対応するパルス幅の値および減速比
の値としたとき、電動機は略大効率で動作する値であ
り、同一特性を有する電動機について実際に求めて設定
されるものである。

【００９２】ここで、上記パルス幅とおよび減速比の求
め方を説明する。

【００９３】まず、ＰＷＭ制御される電動機における、
トルクと回転数との関係を入力電流のパルス幅毎に示し
たのが図７である。図７は横軸をトルク（Ｋｇ−ｃ
ｍ）、縦軸を回転数として、パルス幅を２０％（１パレ
ス幅において通電を２０％ととした場合）、４０％、６
０％、８０％および１００％ととした場合の曲線であ
り、曲線ａはパルス幅を２０％、曲線ｂはパルス幅を４
０％、曲線ｃはパルス幅を６０％、曲線ｄはパルス幅を
８０％、曲線ｅはパルス幅を１００％ととした場合の曲
線である。

【００９４】そして、パルス幅２０％の曲線ａないしパ
ルス幅１００％の曲線ｅのそれぞれの近似式を求める
と、それぞれ、Ｎ＝−１４９．６Ｔ＋７３０．９、Ｎ＝
−１６５．４１Ｔ＋１７７９．３、Ｎ＝−１８６．１３
Ｔ＋２８９８．６、Ｎ＝−２１４．７Ｔ＋３６７０．
３、Ｎ＝−２３３．１３Ｔ＋５１７８．４である。

【００９５】また、パルス幅による電動機のトルクに対
する効率の特性を求めたのが図８であり、曲線ａは入力
電流のパルス幅を２０％とした場合の曲線であり、曲線
ｂはパルス幅を４０％、曲線ｃはパルス幅を６０％、曲
線ｄはパルス幅を８０％、曲線ｅはパルス幅を１００％
の場合の曲線である。

【００９６】そして、図８より各パルス幅での最大効率
の点の電動機のトルクを求め、パルス幅とトルクとの関
係を示すと図９の曲線ａに示すようになり、この場合の
近似式を求めると下記の式（１）となり、この近似曲線
が同図の曲線ｂである。なお、式（１）において、Ｐは
パルス幅、Ｔはトルク（Ｋｇ−ｃｍ）である。

【００９７】

【数７】

【００９８】また、図８で求めた最大効率のときのトル
クを図７で求めた上記各近似式に代入して電動機の最大
効率の点のトルクとその回転数を求め、この関係をトル
クを横軸とし回転数を縦軸としてプロットをすると図１
０に示す曲線ａのようになるり、この曲線の近似式はつ
ぎの式（２）となり、この近似曲線が同図の曲線ｂであ
る。なお、式（２）において、Ｎは回転数（ｒｐｍ）、
Ｔはトルク（Ｋｍ−ｃｍ）である。

【００９９】

【数８】

【０１００】そして、今人によるペダルの踏力と電動機
による補助力を１：１に設定すると、電動機の必要出力
Ｗ（ワット）はつぎの式（３）で表される。なお、式
（３）のおいて、Ｎは回転数（ｒｐｍ）、Ｔはトルク
（Ｋｍ−ｃｍ）でありηは機械効率である。

【０１０１】

【数９】

【０１０２】ここで、前記機械効率ηを０．８３と仮定
すると、上記式（３）はつぎの式（３−１）のようにな
る。

【０１０３】

【数１０】

【０１０４】また、自転車の車速Ｓ（Ｋｍ／ｈ）は、電
動機の回転数をＮ（ｒｐｍ）、減速比をＫ、自転車の車
輪の径、スプロケットと後輪のギヤーとの比で定まる定
数をαとするとつぎの式（４）で表せる。

【０１０５】

【数１１】

【０１０６】また、人のペダルの踏力Ｆ（Ｋｇ）は、電
動機のトルクをＴ（Ｋｍ−ｃｍ）、減速比をＫ、自転車
のクランクの長さをβとするとつぎの式（５）で表せ
る。

【０１０７】

【数１２】

【０１０８】そして、前記αの値を０．３７８（車輪の
径２６インチ、スプロケットの歯数を３２、後輪のギヤ
ーの歯数を１４とした場合）、βの値を１６．５ｃｍと
し、前記式（３−１）、式（４）、式（５）から、電動
機の前記必要出力Ｗ、車速Ｓおよび踏力Ｆの関係はつぎ
の式（６）のように表せる。

【０１０９】

【数１３】

【０１１０】つぎに、前記式（６）によりそれぞれの車
速Ｓと踏力Ｆによって求めた電動機の前記必要出力Ｗと
を示したのが表３である。

【０１１１】

【表３】

【０１１２】この表３から例えば、踏力を３１．３Ｋ
ｇ、車速６Ｋｍ／ｈのときに必要な電動機の出力は、１
０１．８ワットである。そして、前記電動機の出力を１
０１．８ワットに一定とした場合のトルクと回転数の関
係を示したのが図１０の曲線ｃである。そして、この曲
線ｃの近似式は、つぎの式（７）で表せ、この近似式
（７）の曲線は同図の曲線ｄである。

【０１１３】

【数１４】

【０１１４】また、上述したように電動機の最大効率の
近似曲線は図１０の曲線ｂであるから、曲線ｂと曲線ｄ
の交点つまり座標から、または、上記式（２）と式
（７）とが等しいと置くことにより、踏力を３１．３Ｋ
ｇ、車速６Ｋｍ／ｈのときに必要な出力をする場合の電
動機の最大効率のときのトルクＴは２．７（Ｋｇ−ｃ
ｍ）、回転数Ｎは３０３０（ｒｐｍ）として求められ
る。

【０１１５】また、前記トルクＴは２．７（Ｋｇ−ｃ
ｍ）の値を上記式（１）に代入することによりこのとき
のパルス幅０．７４を求めることができ、また、式
（４）の回転数Ｎに３０３０（ｒｐｍ）を代入するか、
または、式（５）のトルクＴに２．７（Ｋｇ−ｃｍ）を
代入することにより減速比１９１を求めることができ
る。

【０１１６】同様にそれぞれの踏力Ｆと車速Ｓであると
きの電動機の必要出力Ｗを求め、それぞれの車速Ｓと踏
力Ｆとに対応したパルス幅を示したのが前記表１であ
り、また減速比を示したのが表２である。

【０１１７】つまり、自転車Ａの走行中に車速検出器２
５０で検出された車速と、トルク検出器１００で検出さ
れた踏力とにより、これら車速と踏力とに対応する電動
機４０の最大効率のパルス幅は表１から、減速比は表２
から決定できるものである。

【０１１８】そして、前記第一のファイル４１０には上
記表１の内容つまりそれぞれの車速Ｓと踏力Ｆとの値に
対応して、このときの電動機４０のを効率を最大効率と
する入力を決定するパルス幅の値が設定されているもの
であり、また第二のファイル４２０には上記表２の内容
つまりそれぞれの車速Ｓと踏力Ｆとの値に対応して、こ
のときの電動機４０の効率を最大効率とする入力を決定
する減速比の値が設定されているものである。

【０１１９】また、前記ＣＰＵ４０１には、前記トルク
検出器１００、スピード検出器２５０および位置センサ
ー２６０からそれぞれの検出値が送られるようになって
いる。この位置センサー２６０は、前述したように被検
知片３２２を検知することにより、ステッピングモータ
３３０のホームポジションの位置を検知し前記ＣＰＵ４
０１に送るようになっており、電動機４０に何等かの事
情により電力の供給が停止した際に、ステッピングモー
タ３３０がホームポジションに復帰していないとき、つ
まり可動プーリ３５３が固定プーリ３５２から最も離れ
た位置となっていなとき、ＣＰＵ４０１は前記ステッピ
ングモーター３３０をホームポジションの位置に復帰さ
せて、前記駆動プーリ３５１の可動プーリ３５３を固定
プーリ３５２から最も離れた位置にさせて減速比が最も
小さい状態（駆動プーリ３５１のＶベルト３２５を架け
る径が最も小さく、従動プーリ３５５のＶベルト３２５
を架ける径が最も大きい状態）とするように制御するも
のである。このことによって走行中に電動機４０への給
電が停止された後、再び給電された際に急速発進をする
ことが防止できるものである。

【０１２０】また、前記第三のファイル４３０には、前
記第二のファイル４２０に設定されている減速比の値と
対応させて、ステッピングモーター３３０のステップ数
が設定されており、このステップ数は、走行中等におけ
る前記スピード検出器２５０と踏力検出器１００からの
それぞれの車速値および踏力値に対応して設定されてい
る減速比つまり駆動プーリ３５１と従動プーリ３５５と
の減速比とするために、駆動プーリ３５１の可動プーリ
３５３を固定プーリ３５２に対して接近あるいは離反さ
せる移動距離となるように設定されているものである。
つまり、ＣＰＵ４０１で前記第二のファイル４２０に設
定されている減速比を読み出し、第三のファイル４３０
から、前記読み出した減速比に対応せて設定されステッ
プ数を読み出し、このステップ数から現在のステッピン
グモータ３３０のホームポジションから現在回転してい
るステップ数を加減演算してその数だけ時計方向あるい
は反時計方向に回転させることにより、駆動プーリ３５
１と従動プーリ３５５の減速比を前記読み出された減速
比とするものである。

【０１２１】そして、この減速比は電動機４０が最大効
率で駆動される減速比となっているものである。

【０１２２】また、前記ＣＰＵ４０１は図示しない周知
のＰＷＭ制御回路によって構成された電動機駆動回路４
０４に前記第一のファイル４１０から読み出したパルス
幅つまり入力データを出力し、電動機駆動回路４０４は
前記パルス幅の電流により電動機４０を制御するように
なっている。

【０１２３】また、前記ＣＰＵ４０１は図示しない周知
のステッピングモーター駆動回路からなる調節機構駆動
手段の一部を構成するステッピングモータ駆動回路４０
５に減速比に応じたステップ数を出力し、ステッピング
モータ駆動回路４０５は前記ステップ数に基づいてステ
ッピングモータ３３０を制御するようになっている。

【０１２４】つぎに、上記自転車Ａの動作に付いて説明
する。

【０１２５】自転車Ａの走行中には道路の状況によっ
て、ペダル８１ａ、８２ａに加わる踏力および車速は刻
々変化する。そして、刻々変化する踏力は前記トルク検
出器１００によって検出され、また、車速は車速検出器
２５０によって検出され、これら検出された踏力および
車速は、前記制御手段４００のＣＰＵ４０１に送られ
る。ＣＰＵ４０１は踏力および車速を受けると、第一の
ファイル４１０から前記踏力および車速に対応して設定
されているパルス幅を読み出すつまり入力データを決定
するとともに、前記電動機駆動回路４０４に出力する。
そして、電動機駆動回路４０４は前記読み出したパルス
幅の入力電流を供給して電動機４０を駆動させる。そし
て、このときの入力電流は電動機４０が最大効率で駆動
する値となっている。

【０１２６】また、ＣＰＵ４０１は前記踏力および車速
を受けると、第二のファイル４２０から前記踏力および
車速に対応して設定されている減速比の値つまり減速比
データを読み出し、この読み出した減速比データに対応
するステップ数を前記第三のファイルから読み出す。そ
して、このステップ数にステッピングモーター３３０の
ホームポジションから現在位置までのステップ数を加減
演算し、ステッピングモータ駆動回路４０５に出力し、
このステッピングモータ駆動回路４０５は前記数だけス
テッピングモーター３３０を時計方向あるいは反時計方
向の回転させることにより、可動プーリ３５３を固定プ
ーリ３５２に対して接近あるいは離反させ駆動プーリ３
５１の径を変化させる。このことにより従動プーリ３５
５との減速比は前記読み出された減速比となる。また、
この減速比は電動機４０が最大効率で駆動される減速比
となっているものである。

【０１２７】すなわち、走行中に道路状況および運転者
の運転状況によって刻々と変化するそれぞれの車速およ
び踏力は、前記スピード検出器２５０およびトルク検出
器１００で検出されてＣＰＵ４０１に送られ、ＣＰＵ４
０１はこれらそれぞれの車速および踏力に対応した電動
機４０が最大効率で駆動されるパルス幅を第一のファイ
ル４１０から読み出して、このパルス幅の入力で電動機
４０を駆動させ、また、ＣＰＵ４０１は前記車速および
踏力に対応した減速比を第二のファイル４２０から読み
出し、この減速比に対応するステッピングモーター３３
０を駆動させるステップ数を読み出し、このステップ数
にステッピングモーター３３０のホームポジションから
現在回転しているステップ数を加減演算して得たステッ
プ数だけ、時計方向あるいは反時計方向に回転させるこ
とにより電動機４０が最大効率で駆動される減速比とし
て、電動機４０の出力つまり動力が減速装置３００を介
して補助されるものである。

【０１２８】そして、電動機４０からの動力の補助は、
常に電動機４０が最大効率で駆動している状態でなされ
るものであることから、電池１５の電力は無駄に消費さ
れることがなく、したがって、１回の充電によって長時
間の運転が可能であり頻繁な充電を要しないものであ
る。

【０１２９】なお、上記実施の形態では、車速および踏
力に対応して電動機４０の最大効率となる入力とするパ
ルス幅および減速比をあらかじめ求め、第一のファイル
４１０および第二のファイル４２０に設定つまり格納
し、走行中に変化する車速および踏力に対応したパルス
幅および減速比を読み出して、電動機４０の入力と減速
装置３００の減速比調節機構３５０の減速比を決定する
ようにしたが、これは車速および踏力に応じてＣＰＵ４
０１でパルス幅および減速比を計算により求め、このパ
ルス幅および減速比に基づいて電動機４０および減速比
調節機構３５０の減速比調節するようにしてもよいもの
である。

【０１３０】この場合は、まず、上記式（３−１）と式
（６）とからつぎの式（８）を求める。

【０１３１】

【数１５】

【０１３２】また、式（８）と式（２）とから式（９）
を求める。

【０１３３】

【数１６】

【０１３４】そして、この式（９）、上記パルス幅をト
ルクの関数として表した式（１）、式（２）および回転
数をトルクの関数として表した式（５）を演算する演算
プログラムをＲＯＭ４０１またはＲＡＭ４０３に格納し
ておく。

【０１３５】そして、スピード検出器２５０およびトル
ク検出器１００から車速および踏力をＣＰＵ４０１が受
けたとき演算手段として機能するＣＰＵ４０１により、
まず、式（９）に前記車速および踏力の値を代入して演
算し、この車速と踏力の場合におけるトルク値を求め、
つぎに、このトルク値に基づいて式（１）を演算してパ
ルス幅を求める。また、前記トルク値と踏力の値を代入
して式（５）を演算し、この車速と踏力の場合における
減速比を求める。

【０１３６】そして、前記求めたパルス幅と減速比に基
づいて、電動機４０およびステッピングモーター３３０
を制御することにより、走行中に車速と踏力とが変化し
ても常に電動機４０を最大効率の状態で駆動できるもの
である。このようにパルス幅と減速比を演算で求めるよ
うにした場合は、上記実施の形態の場合に比べ、ＲＡＭ
４０３のメモリー容量を少なくできるという利点があ
る。

【０１３７】なお、上記実施の形態のようにパルス幅と
減速比をファイルに格納するようにした場合において
は、パルス幅と減速比を入力手段によって設定つまり書
き替え可能とするように構成できるものであり、このこ
のようにした場合は異なる特性の電動機に対しても前記
パルス幅と減速比を設定することにより対応できるとい
う利点がある。

【０１３８】なお、上記実施の形態においては、電動機
に入力電流を決める入力データはパルス幅としたがこれ
は、これはパルス幅を調節するものに限定されるもので
はなく、例えば位相制御によってなしてもよく、この場
合の入力データは位相角となるものである。

【０１３９】

【発明の効果】上記の請求項１記載の発明は、減速装置
に減速比調節機構を設け、この減速比調節機構の減速比
を調節する調節機構駆動手段を設けるとともに、電動機
の入力を調節して電動機を制御する電動機駆動回路を設
け、走行中に変化する車速検出手段と踏力検出手段によ
って検出された車速と踏力に応じて、電動機の効率を最
大とするように前記電動機駆動回路および調節機構駆動
手段によって電動機の入力と減速装置の減速比を調節す
るようにしたことから、走行中電動機を常に略最大効率
で駆動させることができるという効果を有するものであ
る。

【０１４０】また、請求項２記載の発明は、減速装置に
減速比可変機構を設け、この減速比調節機構の減速比を
調節する調節機構駆動手段を設けるとともに、電動機の
入力を調節して電動機を制御する電動機駆動回路を設
け、車速検出手段および踏力検出手段のそれぞれの車速
と踏力に対応して求められた前記電動機の効率が最大と
なる減速比データを第一の格納に手段格納に格納し、電
動機の入力データを第二の格納手段に格納し、制御手段
により車速検出手段からの車速と踏力検出手段からの踏
力に基づいてこれら車速と踏力とに対応する前記第一の
格納手段に格納された減速比データを調節機構駆動手段
に出力し、前記第二の格納手段に格納された入力データ
を電動機駆動回路に出力し、減速比調節機構の減速比と
電動機の入力を調節するようにしたことから、走行中電
動機を常に略最大の効率で駆動させることができるとい
う効果を有するものである。

【０１４１】また、請求項３記載の発明は、減速装置に
減速比調節機構を設け、この減速比調節機構の減速比を
調節すると調節機構駆動手段を設けるとともに、電動機
の入力を調節して電動機を制御する電動機駆動回路を設
け、演算手段により変化する車速と踏力に基づいて電動
機の入力データと減速比データを求め、この求めた入力
データと減速比データをそれぞれ電動機駆動路回と調節
機構駆動手段に出力し電動機の入力と減速比調節機構の
減速比を調節するようにしたことから、走行中電動機を
常に略最大効率で駆動させること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一部である
従動歯車の部分拡大図。

【図５】本発明の踏力検出手段としての回転力検出器の
断面図。

【図６】上記回転力検出器の電気回路を示す図。

【図７】上記実施の形態の電動機の出力特性曲線を示す
図。

【図８】上記実施の形態の電動機の効率特性曲線を示す
図。

【図９】上記実施の形態の電動機の最大効率に対するト
ルクと入力データ（パルス幅）の関係を示す図。

【図１０】上記実施の形態の電動機の最大効率と出力特
性との関係を示す図。

【図１１】上記実施の形態の自転車の制御構成を示す制
御ブロック図

【符号の説明】

Ａ補助動力装置付自転車Ｂ自転車本体（車体）３０ケース（筐体）４０電動機５０減速機構（減速装置の一部）１００回転力検出器（踏力検出手段）２５０スピード検出器（車速検出手段）３００減速装置３３０ステッピングモーター（調節機構駆動手段の
一部）３３１減速機３４０ジャッキ（調節機構駆動手段の一部）３５０減速比調節機構３５１駆動プーリ（減速比調節機構の一部）３２５Ｖベルト（減速比調節機構の一部）３５５従動プーリ（減速比調節機構の一部）４００制御手段４０１ＣＰＵ（制御手段、演算手段）４１０第一のファイル（第一の格納手段）４２０第二のファイル（第二の格納手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前輪および後輪が設けられた車体と、蓄
電池からの電力の供給により駆動する電動機と減速比調
節機構を有し前記車体に取り付けられた減速装置と、前
記減速比調節機構の減速比を調節する調節機構駆動手段
と、前記電動機の入力を調節して電動機を制御する電動
機駆動回路と、車速を検出する車速検出手段と、ペダル
の踏力を検出する踏力検出手段と、制御手段とを備え、
前記制御手段により走行中に変化する車速および踏力に
応じて前記電動機駆動回路と調節機構駆動手段とを制御
して電動機の効率を最大とするように前記電動機の入力
と減速装置の減速比を調節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。
【請求項２】前輪および後輪が設けられた車体と、蓄
電池からの電力の供給により駆動する電動機と減速比調
節機構を有し前記車体に取り付けられた減速装置と、前
記減速比調節機構の減速比を調節する調節機構駆動手段
と、前記電動機の入力を調節して電動機を制御する電動
機駆動回路と、車速を検出する車速検出手段と、ペダル
の踏力を検出する踏力検出手段と、前記車速検出手段お
よび踏力検出手段のそれぞれの車速と踏力に対応してあ
らかじめ求められた前記電動機の効率が最大となる減速
比データを格納した第一の格納手段と、前記車速検出手
段および踏力検出手段のそれぞれの車速と踏力に対応し
てあらかじめ求められた前記電動機の効率が最大となる
電動機の入力データを格納する第二の格納手段と、制御
手段とを備え、前記制御手段によって走行中の車速検出
手段からの車速と踏力検出手段からの踏力に対応する前
記第一の格納手段に格納された減速比データを前記調節
機構駆動手段に路出力し、第二の格納手段に格納された
入力データを電動機駆動回路に出力することにより、減
速比調節機構の減速比と電動機の入力を調節して変化す
る走行中の車速および踏力に応じて電動機の効率を常に
略最大とするようにしたことを特徴とした電動補助動力
装置付自転車。
【請求項３】前輪および後輪が設けられた車体と、蓄
電池からの電力の供給により駆動する電動機と減速比調
節機構を有し前記車体に取り付けられた減速装置と、前
記減速比調節機構の減速比を調節する調節機構駆動手段
と、前記電動機の入力を調節して電動機を制御する電動
機駆動回路と、車速を検出する車速検出手段と、ペダル
の踏力を検出する踏力検出手段と、変化する車速と踏力
に基づいてつぎの式を演算して電動機の入力データと減
速比データとを求める演算手段とを備え、【数１】【数２】【数３】この演算手段の演算によって求められた減速比データを
前記調節機構駆動手段に出力し、入力データを前記電動
機駆動回路に出力することにより減速比調節機構の減速
比と電動機の入力を調節して、変化する走行中の車速お
よび踏力に応じて電動機の効率を常に略最大とするよう
にしたことを特徴とした電動補助動力装置付自転車。