JPH0796881A - 駆動力補助装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ペダル側の負荷要素と車速要素とを合成した
形で検出可能で別途車速検出手段を設ける必要のない駆
動力補助装置を供する。 【構成】 ペダル人力駆動手段の駆動力を駆動輪に伝達
する駆動伝達手段にモータ22の駆動力を伝え人力を補助
する駆動力補助装置において、駆動輪の回転に対応して
回転する駆動伝達部材35に嵌合して同駆動伝達部材35と
ともに回転する可動片38と、前記ペダル人力駆動手段に
よるペダル側の負荷に応じて可動片38を変位させる変位
手段36ｄ，39と、可動片38の動きを検出する検出手段42
と、検出手段42の検出信号に基づきモータ22の駆動力を
制御する制御手段とを備えたことを特徴とする駆動力補
助装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人力で駆動される乗物
にモータを備えて人力の補助に供する駆動力補助装置に
関する。

【０００２】

【従来技術】この種の駆動力補助装置には、人力駆動系
のペダル側の負荷を検出して電動モータの出力を制御す
る例（特開平４−100790号公報）があるが、同例におい
てはペダル軸に設けられた捩じり棒ばねの両端の相対角
度変化をポテンショメータで検出したりあるいは歪みゲ
ージを用いたりしてペダル側の負荷を検出していた。

【０００３】

【解決しようとする課題】人力補助のモータの制御は、
ペダル側の負荷ばかりでなく車速によっても制御され、
例えば一定車速を越えるとモータによる補助を停止する
等の制御がなされる。

【０００４】したがって車速を検出する装置が必要であ
り、前記負荷検出のポテンショメータ等では車速検出に
利用することはできず、別途車速検出手段を設ける必要
がある。

【０００５】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、その目的とする処は、ペダル側の負荷要素と回転速
度要素とを１箇所に集中して検出可能で別途車速検出手
段を設ける必要のない駆動力補助装置を供する点にあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明は、ペダル人力駆動手段の駆動力
を駆動輪に伝達する駆動伝達手段にモータの駆動力を伝
え人力を補助する駆動力補助装置において、駆動輪の回
転に対応して回転する駆動伝達部材に嵌合して同駆動伝
達部材とともに回転する可動片と、前記ペダル人力駆動
手段によるペダル側の負荷に応じて前記可動片を変位さ
せる変位手段と、前記可動片の動きを検出する検出手段
と、前記検出手段の検出信号に基づき前記モータの駆動
力を制御する制御手段とを備えた駆動力補助装置とし
た。

【０００７】前記可動片は駆動輪に対応して回転し、か
つペダル側の負荷に応じて変位するので、この可動片の
動きを検出手段により検出することでペダル側の負荷要
素と回転速度要素の両方を１箇所に集中して検出するこ
とが可能で、別途車速検出手段を設ける必要がなく部品
点数を少なくし組付作業を簡略化することができる。

【０００８】

【実 施 例】以下図１ないし図９に図示した本発明の
一実施例について説明する。図１は本実施例の駆動力補
助装置を用いた二輪車１の側面図である。

【０００９】車体フレームは、ヘッドパイプ２から後輪
10の軸支部にかけて斜め下方に略直線状にメインフレー
ム３が延出し、メインフレーム３の途中から上方にシー
トポスト５が立設されている。

【００１０】ヘッドパイプ２に回転自在に支持されたフ
ロントフォーク８の下端に前輪９が軸支され、メインフ
レーム３の後端に取付ボルト25により取付けられた車軸
ケース21に後輪10が軸支されている。フロントフォーク
８の上方はハンドル11に連結され、シートポスト５の上
端にシート12が設けられている。

【００１１】メインフレーム３のシートポスト５との連
結部にはブラケット13を介してクランク軸ケース14が吊
設されてクランク軸ケース14より左右へ突出したクラン
ク軸15の両端にペダルアーム16が基端を嵌着して直角に
取付けられ、ペダルアーム16の先端にペダル17が左右方
向に突設されて全体でペダルクランクを構成している。

【００１２】クランク軸ケース14の後方のギアケース18
よりドライブシャフト19が円筒カバー20を貫通して後方
へ延出して後輪10の車軸ケース21に嵌入している。ギア
ケース18に沿ってペダルクランクの間にモータ22が設け
られている。メインフレーム３の内部は空洞が形成さ
れ、該空洞内にはバッテリ23およびコントロールユニッ
ト24が内蔵されている。

【００１３】ペダル17による人力駆動系およびモータ22
によるモータ駆動系の構成を図２および図３に基づき説
明する。クランク軸ケース14にベアリング15a を介して
回転自在に支持されたクランク軸15には、左右中央位置
にポールラチェット式のワンウェイクラッチ30を介して
センターボス35がクランク軸15に対し回動自在に嵌合さ
れている。

【００１４】センターボス35はクランク軸15に回動自在
に嵌合する嵌合円筒部35a の左端部が大径円板部35b を
なし、同大径円板部35b の左側にラチェット円筒部35c
、右側に等間隔に５つのスプリング収納用の凹部35d
が形成されている。

【００１５】前記ラチェット円筒部35c の内周面にはラ
チェット歯35e が形成されていて、その内側のクランク
軸15に形成されたポールラチェットケース15b との間に
図４に示すようにラチェットポール31およびラチェット
ポール31を付勢する付勢手段32が介装されている。

【００１６】図４においてクランク軸15の反時計回り
（ペダル17の前進方向の回転）に対しては、ラチェット
ポール31がラチェット歯35e に係合してセンターボス35
を同方向に一体に回転させるが、クランク軸15の時計回
りに対しては、ラチェットポール31が付勢手段32に抗し
て内側に変位してラチェット歯35e を乗り越えて係合せ
ずクランク軸15は空回りしてセンターボス35に駆動力が
伝達されない。以上のようなワンウェイクラッチ30が構
成されている。

【００１７】一方センターボス35の嵌合円筒部35a の外
周にはドライブベベルギア36がセンターボス35に対して
回動自在に嵌合しており、同ドライブベベルギア36の周
縁部に右側に向いて歯36a が形成され、同ドライブベベ
ルギア36の円板部には前記センターボス35の５つの凹部
35d に対応してスプリング収納用の５つの凹部36b が形
成されている。図５に示すようにセンターボス35の凹部
35d とドライブベベルギア36の凹部36b とは合わされて
１つの円柱空間をなし、形成された５つの空間にスプリ
ング37がそれぞれ介装されている。

【００１８】したがってセンターボス35の回転はスプリ
ング37を介してドライブベベルギア36に伝達され、セン
ターボス35とドライブベベルギア36の負荷状態に応じて
スプリング37が弾性的に縮小して両者は相対的に回動変
位する。

【００１９】センターボス35のラチェット円筒部35c の
外周面には、軸方向に指向して複数の突条35f が形成さ
れていて、かかるラチェット円筒部35c の外周に円筒状
の可動片たるセンサーリング38が、その内周の溝条に前
記センターボス35側の突条35f を噛み合わせて軸方向に
摺動自在に嵌合されている。

【００２０】したがってセンサーリング38はセンターボ
ス35と一体に回転するとともに軸方向に変位可能であ
る。

【００２１】一方ドライブベベルギア36の円板部の所定
半径位置から５個の突片36c が左軸方向に突出してお
り、この５個の突片36c の内側に前記センサーリング38
が同軸に近接している。

【００２２】この突片36c には図６に図示するように斜
めに長孔状に溝カム36d が穿設されており、前記センサ
ーリング38より外側へ突設されたピン39がこの溝カム36
d に移動自在に嵌合している。

【００２３】したがってセンターボス35とドライブベベ
ルギア36に相対的な回動変位があると、ピン39はセンタ
ーボス35と一体に回転するので溝カム36d により案内さ
れて軸方向に移動してセンサーリング38を軸方向に変位
させる。

【００２４】図２および図６は全くペダル側の負荷がな
い場合を実線で図示しており、センサーリング38および
ピン39は最も右端に位置しているが、ペダル側に負荷が
加わり、ワンウェイクラッチ30を介してセンターボス35
がスプリング37を圧縮してドライブベベルギア36より先
行変位すると、図６においてピン39が突片36c より先行
（左側へ相対的に変位）するので、ピン39は溝カム36d
に沿って移動し、すなわち図６に仮想線で示すように軸
方向左側に移動し、図２に仮想線で示すようにセンサー
リング38を左側へせり出させる。

【００２５】ペダル側の負荷が大きい程センターボス35
はドライブベベルギア36に対してより大きく先行しよう
とするので増々センサーリング38は左側へ変位すること
になる。

【００２６】センサーリング38は、センターボス35のラ
チェット円筒部35c への嵌合部38aから左側へ先端を山
形に形成した突起38b が複数連続して環状に突出されて
いる。図７に示すように複数の突起38b は互いに所定間
隔を存し先端が三角形状をなしている。

【００２７】センサーリング38は、嵌合部38a が突起38
b より内側へ厚く、この段部と、クランク軸15に一体に
嵌着された円板状の押え金具40との間に圧縮スプリング
41が介装されている。この圧縮スプリング41によりセン
サーリング38が常に右側に付勢されセンサーリング38と
一体のピン39と溝カム36d とのクリアランスによるヒス
テリシスをなくしている。

【００２８】前記センサーリング38の突起38b が変位す
る軸方向所定位置に検出点42a を位置させたホールセン
サー42がクランク軸ケース14の前部に固着されている。

【００２９】検出点42a は、センサーリング38が右端に
位置するときは突起38b の先端より僅かに左側にあり、
センサーリング38が左側へ変位するにしたがい突起38b
の三角形状の山を裾の方に相対的に移行することにな
る。したがってホールセンサー42が回転するセンサーリ
ング38の突起38b を検出する割合は、ペダル側の負荷が
大きくなってセンサーリング38が左側へ変位するにした
がい大きくなる。

【００３０】ホールセンサー42が検出し、出力する電圧
信号波形を図８に示す。図７に示すようにセンサーリン
グ38の突起38b に対するホールセンサー42の検出点42a
の相対位置をａ，ｂ，ｃ，ｄの各位置において検出した
場合のホールセンサー42の出力波形を図８に各位置につ
いて対応して示している。

【００３１】ａ位置ではホールセンサー42は突起38b を
全く検出していないので、検出を示す高レベル部分がな
く、その割合は０％であり、センサーリング38がいくら
か変位したｂ位置では突起38b の先端部分が検出されて
高レベル部分の割合は約10％となり、さらにセンサーリ
ング38が変位したｃ位置では、その割合は約45％とな
り、センサーリング38がある程度以上変位して突起38b
の裾部分にホールセンサー42の検出点42a が位置するｄ
位置であると、高レベル部分の割合は90％となる。

【００３２】この出力信号はそのままモータ22を制御す
るデューティ信号として使用される。

【００３３】次にドライブベベルギア36より下流側の駆
動伝達手段について説明する。ドライブベベルギア36に
は直角に噛合するドリブンベベルギア45がベアリング46
で支持されてドライブシャフト19の前端に嵌着されてい
る。

【００３４】図３に示すようにドライブシャフト19は円
筒カバー20内を通って車軸ケース21内に嵌入して端部に
ベベルギア46が嵌着され、ベベルギア46はベアリング47
によって回動自在に支持されている。車軸ケース21内に
ベアリング48によって回転自在に支持される回転円筒軸
49は内部を枢軸50によって貫通されニードルベアリング
51を介して支持されていて、回転円筒軸49に嵌着された
ベベルギア52が前記ドライブシャフト19に嵌着されたベ
ベルギア46と噛合している。

【００３５】ベベルギア52の右外側に回転円筒軸49を支
持するベアリング48が嵌入されさらにその外側を蓋部材
53が被せられ、蓋部材53より外側に突出した枢軸50の右
端ねじ部にナット54を螺合してベアリング48の抜けを防
止している。回転円筒軸49の左半部のスプライン溝に後
輪10のホイールハブ55が嵌合されてナット56によって固
定されている。ホイールハブ55にはスポーク57を介して
後輪10が支持される。

【００３６】なおメインフレーム３の後部は左右のフレ
ーム3a，3bに分かれており、右側フレーム3bは車軸ケー
ス21に取付ボルト25により取り付けられ、左側フレーム
3aは後端3cがフォーク状に分岐して枢軸50の左端を嵌合
し枢軸50に形成されたフランジ50a と枢軸50の左端螺子
部に嵌合されたナット58とによってフレーム3aの後端3c
を挟着している。

【００３７】以上が人力駆動系であり、運転者がペダル
17を踏んでクランク軸15を回転駆動するとワンウェイク
ラッチ30、スプリング37、ベベルギア36，45を介してド
ライブシャフト19を回動してベベルギア46，52を介して
回転円筒軸49を後輪10とともに回転させ自転車として走
行させることができる。

【００３８】その際坂道などを登る時や走行開始時等負
荷が大きいときは、ホールセンサー42の出力波形はその
高レベル部分の割合が増大する。また、走行中ペダルを
踏み込まないときは、後輪10の回転はドライブシャフト
19を伝わって前方のベベルギア45およびセンターボス35
にまで伝達されるが、ワンウェイクラッチ30によってク
ランク軸15およびペダル17には伝達されず、通常の自転
車走行時と同じ感覚で走行できる。

【００３９】一方でホールセンサー42はセンターボス35
の回転（すなわち後輪10の回転）を検出していることに
もなり、出力波形の高レベル部分の表われる周期は車速
に対応しているので、この出力波形にはペダルの負荷要
素と車速要素とがともに含まれている。

【００４０】次にクランク軸15より後方で左右のペダル
クランク間に設けられたモータ22による駆動系について
説明する。ギアケース18は、ドライブシャフト19の上流
側を収納する部分から左側へ膨出しており、その膨出部
前面開口にモータ22が前方から嵌合されている。

【００４１】モータ22の後方へ突出した駆動軸の端部に
ギア60が形成されており、同ギア60にギア61が噛合し、
ギア61を一体に支持する回転軸62にはギア62a が形成さ
れ、このギア62a にギア63が噛合し、ギア63と一体の回
転軸64にギア64a が形成されて減速ギア群が構成されて
いる。

【００４２】一方ドライブシャフト19にワンウェイクラ
ッチ66を介して嵌合されたギア65が前記回転軸64のギア
64a と噛合している。

【００４３】したがってモータ22が駆動すると、減速ギ
ア群の噛合により減速されてギア65を回転させ、さらに
ワンウェイクラッチ66を介してドライブシャフト19に伝
達されて人力による後輪10の回転駆動の補助をすること
ができる。

【００４４】そしてワンウェイクラッチ66により後輪10
の回転はギア65へ伝達されることはなく慣性で走行中等
に減速ギア群およびモータ22が抵抗となることはない。

【００４５】以上のモータ22による人力アシスト制御
は、前記ホールセンサー42の出力信号に基づきなされ、
このモータ駆動回路を図９に示す。

【００４６】ホールセンサー42の出力はアンプ70を介し
てエミッタ接地のパワートランジスタ71のベース端子に
入力され、同パワートランジスタ71のコレクタ端子はモ
ータ22の一方の端子に接続され、他方の端子はバッテリ
23に接続されている。

【００４７】ホールセンサー42の出力波形は図８に示す
ようであり、高レベル部分でパワートランジスタ71が導
通するので、このホールセンサー42の出力信号がそのま
まモータ22をデューティ制御する。したがって電気的な
チョッピング制御回路等を別途備える必要がない。

【００４８】モータ22のデューティ制御は、ペダル側の
負荷が大きくなる程ホールセンサー42の高レベル部分の
割合が増して（デューティ比が大きくなって）モータ22
への電力供給時間が長くなりモータ22の駆動力が増しモ
ータ22による補助が大きくなり運転者の負担が軽減され
る。

【００４９】また本実施例では、モータ22の駆動力がス
プリング37による駆動伝達位置より下流側のドライブシ
ャフト19に伝達される位置にモータ22が配設されセルフ
フィードバックが可能である。すなわちモータ出力が人
間の踏力を越えるとモータ22がセンターボス35とドライ
ブベベルギア36の相対的な変位を戻す方向に作用し、結
果的にモータ出力を低下させることになる。

【００５０】一方でモータ22は、コントロールユニット
24によっても制御されており、図示されないがホールセ
ンサー42の出力信号から車速が測定され、車速に基づい
てモータ22は制御されている。例えば車速が一定値以下
の低速時および一定値以上の高速時にはモータ22を停止
して、モータ22に大きな負担をかけたり、無駄な稼働を
避けるようにしている。

【００５１】本実施例ではこのような制御に用いられる
車速検出もセンサーリング38やホールセンサー42等の機
構により同時に検出できるので、別途車速検出装置を設
ける必要がなく、部品点数を少なくし組付作業を簡単に
するとともに車体の軽量化、コストの低減化を図ること
ができる。

【００５２】本実施例のセンサーリング38の突起部38ｂ
は先端部が三角形状をなし先端にいくにしたがい山部分
の割合は直線的に変化するとともに、センサーリング38
の移動を案内する溝カム36ｄは直線的な長孔であるの
で、図10に実線Ａで示すようにペダル踏力に対するホー
ルセンサー42の出力は直線的に変化する。

【００５３】ここで図11(1) に示すようにセンサーリン
グ138 の突起部先端の形状を前記三角形状の２辺を外側
へ膨出させた形状Ｉａとすると、ホールセンサー42の出
力特性は図10に一点鎖線Ｉで示すように上に凸の曲線を
示しペダル踏力が小さいうちにモータ22の補助力が大き
く作用するようにすることができる。

【００５４】また逆に図11(2) に示すようにセンサーリ
ング238 の突起部先端の形状を三角形の２辺を内側へ凹
ませた形状IIａとすると、ホールセンサー42の出力特性
は図10に二点鎖線IIで示すように下へ凸の曲線を示し、
ペダル踏力が大きくなる程モータ22の補助力が大きく作
用するようにすることができる。

【００５５】このようにセンターリングの突起部先端の
形状を変えることで、ホールセンサー42の出力特性を変
えモータ22の補助力の作用の仕方を簡単に変えることが
できる。

【００５６】さらにドライブベベルギア36の突片36ｃに
設けられた溝カム36ｄの形状を変えることでもホールセ
ンサー42の出力特性を変えることができる。

【００５７】すなわち本実施例では溝カム36ｄは図６に
示すように斜め直線状に形成されていたので、前記図10
に実線で示すようにホールセンサー42の出力特性も直線
となっているが、図12(1) に示すように溝カム136 を傾
き方向は同じくして下に凸の湾曲した形状136dとするこ
とで、踏力の小さいうちのセンサーリング38の変位を大
きくして図10に一点鎖線Ｉで示す上に凸の曲線の特性を
示し、逆に図12(2) に示すように溝カム236 を上に凸の
湾曲形状236dとすることで、踏力が大きくなる程センサ
ーリング38の変位を大きくして図10に二点鎖線IIで示す
下に凸の曲線の特性を得ることができる。

【００５８】このように溝カムの形状を変えることでモ
ータ22の補助力の作用の仕方を簡単に変えることができ
る。

【００５９】以上の実施例は、ドライブシャフト19によ
り伝達駆動されるシャフトドライブ駆動の二輪車であっ
たが、本発明はチェーンによる伝達駆動方式の二輪車に
も適用可能である。

【００６０】例えば前記実施例のドライブベベルギア36
とベベルギア52をチェーンスプロケットとして両者間に
チェーンを架渡し、モータ22からの駆動力は減速後ワン
ウェイクラッチを介してチェーンに噛み合うスプロケッ
トに伝達される機構とすれば、ドライブベベルギア36よ
り上流側のペダル負荷および車速の検知機構はそのまま
利用することができる。

【００６１】

【発明の効果】本発明の請求項１，２によれば、可動片
を駆動輪に対応して回転させるとともにペダル側の負荷
に応じて変位可能としたので、この可動片の動きを検出
手段によりペダル側の負荷要素と回転速度要素の両方を
１箇所に集中して検出することが可能となり、部品点数
を少なくし組付作業を簡略化するとともに駆動力補助装
置の軽量化を図ることができる。

【００６２】また請求項３によれば可動片を複数の山形
部で形成し、この山形部を山形部に直交する所定位置で
検出することで、モータを直接制御するデューティ信号
を作ることができ、制御回路等の電気的回路を簡素化す
ることができる。

【００６３】また可動片の山形の形状を変えることで簡
単に検出手段のデューティ信号の踏力に対する特性を変
えることができ、モータの補助力の作用の仕方を容易に
変更できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の駆動力補助装置を適用した
二輪車の側面図である。

【図２】駆動系の前半部の構成を示す断面図である。

【図３】駆動系の後半部の構成を示す断面図である。

【図４】ポールラチェット式のワンウェイクラッチ部を
示す断面図である。

【図５】スプリングによる駆動伝達部分を示す断面図で
ある。

【図６】ベベルギアの突片に設けられた溝カムおよびピ
ンを示す図である。

【図７】センサーリングの突起先端の形状を示す図であ
る。

【図８】ホールセンサーの出力波形を示す図である。

【図９】モータの駆動制御系の回路図である。

【図１０】ペダル踏力に対するホールセンサーの出力特
性を示す図である。

【図１１】センサーリングの突起先端の形状の変形例を
示す図である。

【図１２】溝カムの形状の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１…二輪車、２…ヘッドパイプ、３…メインフレーム、
５…シートポスト、８…フロントフォーク、９…前輪、
10…後輪、13…ブラケット、14…クランク軸ケース、15
…クランク軸、16…ペダルアーム、17…ペダル、18…ギ
アケース、19…ドライブシャフト、20…円筒カバー、21
…車軸ケース、22…モータ、23…バッテリ、24…コント
ロールユニット、25…取付ボルト、30…ワンウェテクラ
ッチ、31…ラチェットポール、32…付勢手段、35…セン
ターボス、36…ドライブベベルギア、37…スプリング、
38…センサーリング、39…ピン、40…押え金具、41…圧
縮スプリング、42…ホールセンサー、45，46…ベベルギ
ア、47，48…ベアリング、49…回転円筒軸、50…枢軸、
51…ニードルベアリング、52…ベベルギア、53…蓋部
材、54…ナット、55…ホイールハブ、56…ナット、57…
スポーク、58…ナット、60，61…ギア、62…回転軸、63
…ギア、64…回転軸、65…ギア、66…ワンウェイクラッ
チ、70…アンプ、71…パワートランジスタ、136 …溝カ
ム、138 …センサーリング、236 …溝カム、238 …セン
サーリング。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダル人力駆動手段の駆動力を駆動輪に
   伝達する駆動伝達手段にモータの駆動力を伝え人力を補
   助する駆動力補助装置において、 駆動輪の回転に対応して回転する駆動伝達部材に嵌合し
   て同駆動伝達部材とともに回転する可動片と、 前記ペダル人力駆動手段によるペダル側の負荷に応じて
   前記可動片を変位させる変位手段と、 前記可動片の動きを検出する検出手段と、 前記検出手段の検出信号に基づき前記モータの駆動力を
   制御する制御手段とを備えたことを特徴とする駆動力補
   助装置。
2. 【請求項２】 ペダルに連結されるクランク軸の外周に
   配設した一方向クラッチの下流側の駆動伝達手段に前記
   可動片をクランク軸方向に変位させる前記変位手段を配
   設したことを特徴とする請求項１記載の駆動力補助装
   置。
3. 【請求項３】 前記可動片に環状に連続する複数の山形
   部を形成し、前記検出手段は該可動片の回転する環状山
   形部を山形部に直交する所定位置で検出し、回転軸方向
   の変位量を該可動片の山形部の山部分と谷部分の割合の
   デューティ信号として検出し、前記制御手段に出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の駆動力補助装置。