JP2008189136A - 電動補助自転車の電動補助装置及び電動補助自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】一般的な自転車の車体フレームを流用することができる電動補助自転車の電動補助装置、及び電動補助自転車を提供する。
【解決手段】電動補助装置１００は、クランクペダル５２Ｌ，５２Ｒと連結されるクランク軸１４０と、電動補助自転車に動力を伝えるチェーン６０と係合し、チェーン６０を所定の軌道に沿って回転させるスプロケット１３０と、クランク軸１４０に固着されるセンサ側ギア１２５と、スプロケット１３０に固着されるとともに、電気モータ１１０と係合するモータ側ギア１１５とを備える。トルクセンサ１２０は、センサ側ギア１２５及びモータ側ギア１１５と係合し、センサ側ギア１２５とモータ側ギア１１５とのトルク差を検出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電気モータを用いて、所望の走行速度で走行するために必要となるクランクペダルの踏力を低減させる電動補助自転車の電動補助装置、及び電動補助自転車に関する。

従来、電気モータを用いて、所望の走行速度で走行するために必要となるクランクペダルの踏力を低減させる電動補助装置を備える電動補助自転車では、乗り手がクランクペダルを漕ぐことによって発生させたクランク軸のトルクを検出するため、クランク軸にトルクセンサを一体的に設ける構造が広く用いられている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−１０５７７７号公報（第３−４頁、第２図）

しかしながら、上述した従来の電動補助自転車には、次のような問題があった。すなわち、クランク軸にトルクセンサが一体的に設けられるため、クランク軸周囲の構造が一般的な自転車とは異なり複雑となる。このため、一般的な自転車に用いられる車体フレームに電動補助装置を搭載することができず、電動補助自転車専用の車体フレームを用いなければならないといった問題があった。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、一般的な自転車の車体フレームを流用することができる電動補助自転車の電動補助装置、及び電動補助自転車を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、電気モータ（電気モータ１１０）とトルクセンサ（トルクセンサ１２０）とを用いて、所望の走行速度で走行するために必要となるクランクペダル（クランクペダル５２Ｌ，５２Ｒ）の踏力を低減させる電動補助自転車（電動補助自転車１０）の電動補助装置（電動補助装置１００）であって、前記クランクペダルと連結されるクランク軸（クランク軸１４０）と、前記電動補助自転車の車輪（後輪４０）に動力を伝える無端伝達帯（チェーン６０）と係合し、前記無端伝達帯を所定の軌道に沿って回転させる輪状体（スプロケット１３０）と、前記クランク軸に固着されるセンサ側ギア（センサ側ギア１２５）と、前記輪状体に固着されるとともに、前記電気モータと係合するモータ側ギア（モータ側ギア１１５）とを備え、前記トルクセンサは、前記センサ側ギア及び前記モータ側ギアと係合し、前記センサ側ギアと前記モータ側ギアとのトルク差を検出することを要旨とする。

このような電動補助装置によれば、トルクセンサは、クランク軸に固着されるセンサ側ギアと係合するため、トルクセンサをクランク軸から離隔して配設することができる。すなわち、このような電動補助装置によれば、クランク軸周囲における電動補助装置の構造が簡素化されるため、一般的な自転車の車体フレームに電動補助装置を搭載することができる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記トルクセンサは、前記クランク軸の軸線（軸線Ｌ１）を基準として区画される一側方に配設され、前記電気モータは、前記軸線を基準として区画され、前記一側方と反対側に位置する他側方に配設されることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第２の特徴に係り、前記無端伝達帯は、前記電動補助自転車の後輪に前記動力を伝え、前記電気モータは、前記トルクセンサよりも前方に配設されることを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記クランク軸は、前記クランク軸を回転可能に支持するクランク軸支持部（クランク軸支持部２１）を有する車体フレーム（車体フレーム２０）によって支持され、前記モータ側ギアの直径は、前記クランク軸支持部の直径よりも大きいことを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記トルクセンサは、磁場を印加することによって物体の長さが変化する磁歪を利用する磁歪式であることを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、本発明の第１乃至第５の特徴の何れかの電動補助装置を備える電動補助自転車であることを要旨とする。

本発明の特徴によれば、一般的な自転車の車体フレームを流用することができる電動補助自転車の電動補助装置、及び電動補助自転車を提供することができる。

次に、本発明に係る電動補助自転車の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（電動補助自転車の構成）
図１は、本実施形態に係る電動補助自転車１０の右側面図である。図１に示すように、電動補助自転車１０は、車体フレーム２０を備えるとともに、前輪３０及び後輪４０を備える二輪自転車である。

電動補助自転車１０には、電気モータ１１０を用いて、所望の走行速度で走行するために必要となるクランクペダル５２Ｌ，５２Ｒ（クランクペダル５２Ｌは、図１において不図示）の踏力を低減させる電動補助装置１００が搭載される。なお、車体フレーム２０は、電動補助装置を搭載しない一般的な自転車の車体フレームと同様の形状を有する。

電動補助装置１００は、電動補助自転車１０の乗り手がクランクペダル５２Ｌ，５２Ｒを漕ぐ力、つまり、クランクペダル５２Ｌ，５２Ｒの踏力に応じて、電気モータ１１０が発生する動力を調整する。具体的には、電動補助装置１００は、電気モータ１１０とトルクセンサ１２０とを有し、電動補助自転車１０が所望の走行速度で走行するために必要となるクランクペダル５２Ｌ，５２Ｒの踏力を低減させる。なお、電動補助装置１００のより具体的な構成については、後述する。

クランクペダル５２Ｒ（５２Ｌ）は、クランク５１Ｒ（５１Ｌ）と連結される。クランク５１Ｒ（５１Ｌ）は、クランク軸１４０（図１において不図示、図２〜図５参照）と連結される。

電動補助装置１００と後輪４０との間には、後輪４０に動力を伝えるチェーン６０が架け渡される。本実施形態において、チェーン６０は、無端伝達帯を構成する。

また、電動補助装置１００は、バッテリ９０と接続される。バッテリ９０は、電動補助装置１００において必要となる電力を蓄える。

（電動補助装置の構成）
次に、電動補助装置１００の構成について説明する。具体的には、電動補助装置１００の全体概略構成、詳細構成及び機能ブロック構成について説明する。

（１）全体概略構成
図２は、電動補助装置１００の左斜め前方からの概略斜視図である。図３は、電動補助装置１００の右斜め後方からの概略斜視図である。なお、図２及び図３では、電動補助装置１００を収容する収容ケース１５０（図４参照）の図示は省略されている。

図２及び図３に示すように、電動補助装置１００は、電気モータ１１０、トルクセンサ１２０、スプロケット１３０及びクランク軸１４０を備える。

電気モータ１１０は、クランク軸１４０の前方に配設される。トルクセンサ１２０は、クランク軸１４０の後方に配設される。

スプロケット１３０は、チェーン６０（図１参照）と係合する。スプロケット１３０は、チェーン６０を図１に示す所定の軌道に沿って、つまり、電動補助自転車１０の側面視において、スプロケット１３０と後輪４０とに架け渡された環状の軌道に沿って回転させる。本実施形態において、スプロケット１３０は、輪状体を構成する。

クランク軸１４０は、クランク軸支持部２１（図３参照）によって回転可能に支持される。クランク軸支持部２１は、車体フレーム２０の一部を構成する。

クランク軸１４０の左端には、クランク５１Ｌが連結される。具体的には、クランク軸１４０の左端には、クランク５１Ｌの一端部が連結される。クランク５１Ｌの他端部には、クランクペダル５２Ｌが回動可能に軸支される。つまり、クランク軸１４０は、クランク５１Ｌを介してクランクペダル５２Ｌと連結される。

同様に、クランク軸１４０の右端には、クランク５１Ｒの一端部が連結される。クランク５１Ｒの他端部には、クランクペダル５２Ｒが回動可能に軸支される。

（２）詳細構成
図４は、電動補助装置１００の平面図である。図５は、電動補助装置１００を収容する収容ケース１５０の図示を省略した電動補助装置１００の平面図である。

上述したように、クランク軸１４０の左端には、クランク５１Ｌの一端部が連結される。クランク５１Ｌの他端部には、クランクペダル５２Ｌが軸支される。また、クランク軸１４０の右端には、クランク５１Ｒの一端部が連結される。クランク５１Ｒの他端部には、クランクペダル５２Ｒが軸支される。

電気モータ１１０は、回転軸１１１（図５参照）を有する。回転軸１１１には、ギア１１２が取り付けられる。ギア１１２は、モータ側ギア１１５と係合する。つまり、モータ側ギア１１５は、ギア１１２を介して電気モータ１１０と係合する。

モータ側ギア１１５は、スプロケット１３０に固着される。モータ側ギア１１５の直径は、クランク軸支持部２１の直径よりも大きい。

モータ側ギア１１５及びスプロケット１３０には、クランク軸１４０が挿通されるが、モータ側ギア１１５及びスプロケット１３０は、クランク軸１４０のみを回転可能に支持する。つまり、乗り手がクランクペダル５２Ｌ，５２Ｒを漕ぐことによってクランク軸１４０が回転しても、モータ側ギア１１５及びスプロケット１３０は、クランク軸１４０とともには回転しない。

また、モータ側ギア１１５は、ギア１２２と係合する。ギア１２２は、トルクセンサ１２０のセンサ軸１２１に取り付けられる。一方、センサ軸１２１が設けられている側と逆側のトルクセンサ１２０の端部には、ギア１２３が取り付けられる。

ギア１２３は、センサ側ギア１２５と係合する。センサ側ギア１２５は、クランク軸１４０に固着される。つまり、乗り手がクランクペダル５２Ｌ，５２Ｒを漕ぐことによってクランク軸１４０が回転すると、センサ側ギア１２５も回転する。

トルクセンサ１２０は、ギア１２３を介してセンサ側ギア１２５と係合する。また、トルクセンサ１２０は、ギア１２２を介してモータ側ギア１１５と係合する。トルクセンサ１２０は、センサ側ギア１２５のトルクと、モータ側ギア１１５のトルクとのトルク差を検出する。トルクセンサ１２０は、検出したトルク差に基づいて、電気モータ１１０が発生する動力、具体的には、回転速度を調整する。本実施形態では、電気モータ１１０が発生する動力は、クランクペダル５２Ｌ，５２Ｒの踏力によって発生する動力を超えない範囲に調整される。

なお、クランクペダル５２Ｌ，５２Ｒの踏力は、センサ側ギア１２５、トルクセンサ１２０（ギア１２２，１２３を含む）及びモータ側ギア１１５を介してスプロケット１３０に動力として伝達される。スプロケット１３０に伝達された当該動力は、チェーン６０を介して後輪４０を駆動する。

本実施形態では、トルクセンサ１２０は、磁場を印加することによって物体の長さが変化する磁歪を利用する磁歪式である。

また、本実施形態では、トルクセンサ１２０は、クランク軸１４０の軸線Ｌ１（図５参照）を基準として区画される後方（一側方）側に配設される。一方、電気モータ１１０は、軸線Ｌ１を基準として区画される前方（他側方）側、つまり、トルクセンサ１２０が配設される後方側とは反対側に配設される。

（３）機能ブロック構成
図６は、電動補助装置１００の概略機能ブロック図である。具体的には、図６は、電気モータ１１０及びトルクセンサ１２０に関連する電動補助装置１００の機能ブロックを示す。

図６に示すように、トルクセンサ１２０は、制御部１６０と接続される。なお、制御部１６０は、図１〜図５において図示されていないが、収容ケース１５０内に収容してもよいし、バッテリ９０の近傍に配設してもよい。

制御部１６０は、電気モータ１１０と接続される。制御部１６０は、ＣＰＵなどによって構成され、トルクセンサ１２０から出力された信号に基づいて電気モータ１１０の回転速度を調整する。具体的には、制御部１６０は、センサ側ギア１２５のトルクと、モータ側ギア１１５のトルクとのトルク差を示す信号に基づいて、電気モータ１１０の回転速度を調整する。

電気モータ１１０は、制御部１６０から出力される制御信号に基づいて回転する。電気モータ１１０及び制御部１６０には、バッテリ９０が接続される。電気モータ１１０及び制御部１６０は、バッテリ９０から供給される電力によって動作する。

（電動補助装置の動作）
次に、電動補助装置１００の動作について説明する。具体的には、電動補助装置１００が電気モータ１１０の回転速度を調整する動作について説明する。図７は、電気モータ１１０の回転速度の調整動作フローである。

図７に示すように、電動補助自転車１０の乗り手が電動補助自転車１０に乗り、クランクペダル５２Ｌ，５２Ｒを漕ぐ（ステップＳ１０）。

電動補助自転車１０の乗り手がクランクペダル５２Ｌ，５２Ｒを漕ぐと、クランク軸１４０及びセンサ側ギア１２５が回転する（ステップＳ２０）。

センサ側ギア１２５が回転すると、トルクセンサ１２０のセンサ軸１２１が回転する（ステップＳ３０）。

センサ軸１２１が回転すると、ギア１２２を介してモータ側ギア１１５が回転する（ステップＳ４０）。

センサ側ギア１２５及びモータ側ギア１１５が回転すると、トルクセンサ１２０は、センサ側ギア１２５のトルクと、モータ側ギア１１５のトルクとのトルク差を検出する（ステップＳ５０）。

制御部１６０は、トルクセンサ１２０が検出したセンサ側ギア１２５と、モータ側ギア１１５とのトルク差に基づいて、電気モータ１１０の回転速度を調整する（ステップＳ６０）。例えば、制御部１６０は、センサ側ギア１２５のトルクがモータ側ギア１１５のトルクよりも大きい場合、電気モータ１１０の回転速度を上昇させる。

（作用・効果）
電動補助装置１００によれば、トルクセンサ１２０は、クランク軸１４０に固着されるセンサ側ギア１２５と係合するため、トルクセンサ１２０をクランク軸１４０から離隔して配設することができる。すなわち、電動補助装置１００によれば、クランク軸１４０周囲における電動補助装置１００の構造が簡素化されるため、一般的な自転車と同様の形状を有する車体フレーム２０に電動補助装置１００を搭載することができる。

本実施形態では、トルクセンサ１２０は、クランク軸１４０の軸線Ｌ１を基準として区画される後方側に配設される。一方、電気モータ１１０は、軸線Ｌ１を基準として区画される前方側に配設される。このため、軸線Ｌ１を基準として区画される何れか一方側に電気モータ１１０及びトルクセンサ１２０を集中して配設する場合と比較して、電動補助装置１００の上下方向のサイズを小さくできる。

さらに、本実施形態では、トルクセンサ１２０よりもサイズが大きい電気モータ１１０が前方側に配設されるため、後輪４０と電動補助装置１００との間に設けるべき空隙を容易に確保することができる。

本実施形態では、モータ側ギア１１５の直径は、クランク軸支持部２１の直径よりも大きい。このため、ギア１２２を介してモータ側ギア１１５と係合するトルクセンサ１２０が、クランク軸１４０からさらに離隔する。トルクセンサ１２０がクランク軸１４０からさらに離隔することによって、クランク軸１４０近傍にトルクセンサ１２０やギア１２２が配設されることが避けられるため、電動補助装置１００の搭載に流用することができる一般的な自転車の車体フレームの種類が増大する。

（その他の実施形態）
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、本発明の実施形態は、次のように変更することができる。上述した実施形態では、磁歪式のトルクセンサが用いられていたが、トルクセンサは、必ずしも磁歪式でなくても構わない。

上述した実施形態では、モータ側ギア１１５の直径は、クランク軸支持部２１の直径よりも大きく設定されていたが、モータ側ギア１１５の直径は、必ずしもクランク軸支持部２１の直径よりも大きく設定されていなくてもよい。

また、電気モータ１１０及びトルクセンサ１２０の配設位置は、上述した実施形態に限定されない。例えば、軸線Ｌ１を基準として区画される後方側に電気モータ１１０を配設してもよい。

上述した実施形態では、チェーン６０及びスプロケット１３０が用いられていたが、チェーン６０及びスプロケット１３０に代えて、コッグドベルト及びプーリーを用いても構わない。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施形態に係る電動補助自転車の右側面図である。 本発明の実施形態に係る電動補助装置の左斜め前方からの概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る電動補助装置の右斜め後方からの概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る電動補助装置の平面図である。 本発明の実施形態に係る電動補助装置を収容する収容ケースの図示を省略した電動補助装置の平面図である。 本発明の実施形態に係る電動補助装置の概略機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る電動補助装置の動作フローである。

符号の説明

１０…電動補助自転車、２０…車体フレーム、２１…クランク軸支持部、３０…前輪、４０…後輪、５１Ｌ，５１Ｒ…クランク、５２Ｌ，５２Ｒ…クランクペダル、６０…チェーン、９０…バッテリ、１００…電動補助装置、１１０…電気モータ、１１１…回転軸、１１２…ギア、１１５…モータ側ギア、１２０…トルクセンサ、１２１…センサ軸、１２２，１２３…ギア、１２５…センサ側ギア、１３０…スプロケット、１４０…クランク軸、１５０…収容ケース、１６０…制御部、Ｌ１…軸線

Claims (6)

1. 電気モータとトルクセンサとを用いて、所望の走行速度で走行するために必要となるクランクペダルの踏力を低減させる電動補助自転車の電動補助装置であって、
   前記クランクペダルと連結されるクランク軸と、
   前記電動補助自転車の車輪に動力を伝える無端伝達帯と係合し、前記無端伝達帯を所定の軌道に沿って回転させる輪状体と、
   前記クランク軸に固着されるセンサ側ギアと、
   前記輪状体に固着されるとともに、前記電気モータと係合するモータ側ギアと
   を備え、
   前記トルクセンサは、前記センサ側ギア及び前記モータ側ギアと係合し、前記センサ側ギアと前記モータ側ギアとのトルク差を検出する電動補助装置。
2. 前記トルクセンサは、前記クランク軸の軸線を基準として区画される一側方に配設され、
   前記電気モータは、前記軸線を基準として区画され、前記一側方と反対側に位置する他側方に配設される請求項１に記載の電動補助装置。
3. 前記無端伝達帯は、前記電動補助自転車の後輪に前記動力を伝え、
   前記電気モータは、前記トルクセンサよりも前方に配設される請求項２に記載の電動補助装置。
4. 前記クランク軸は、前記クランク軸を回転可能に支持するクランク軸支持部を有する車体フレームによって支持され、
   前記モータ側ギアの直径は、前記クランク軸支持部の直径よりも大きい請求項１に記載の電動補助装置。
5. 前記トルクセンサは、磁場を印加することによって物体の長さが変化する磁歪を利用する磁歪式である請求項１に記載の電動補助装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかの電動補助装置を備える電動補助自転車。

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