(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルからの人力を伝達手段によりスプロケットを介して変速機に伝達して車輪を駆動する人力駆動部と、電動機を駆動源として車輪を回転する電動駆動部とを有し、前記伝達手段と変速機との間に弾性体を設け、該弾性体の伸縮量に応じて電動駆動部を駆動制御する電動車において、
前記弾性体は、前記スプロケットをチェーン側のスプロケットベースAと変速機側のスプロケットベースBとに分割し、その間に介在させ、前記スプロケットベースAには押圧部と傾斜部Aとを形成し、スプロケットベースBには、前記押圧部に弾性体を介して連結して人力を伝達する凹部を形成し、前記傾斜部Aに当接する傾斜部Bを形成したスライダを設け、スライダは、前記傾斜部Aの移動を車軸方向の移動に変換して、その移動量に応じて電動駆動部を駆動制御することを特徴とする電動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力駆動部の人力トルクに応じて電動駆動部を駆動し、変速機によって変速することができる電動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動車は特開平７−２１６４号（B62M 23/02）公報に示す如く、人力駆動部と電動駆動部とを並列に設け、人力による駆動力の変化に対応して電動駆動部の出力を制御するもので、この電動車の駆動輪のハブ軸に内装型の変速機構を設け、電動駆動部で人力を補助しながら、更に変速機を設けたものが知られている。この種の電動車の場合、クランク軸近傍に設けたポテンシオメータで検出された検出値を検出し、それに応じた出力で電動機を駆動し、人力駆動力と電動駆動力によって駆動輪を回転する。更に、駆動輪のハブ軸に変速機構を設けておき、手元の操作によって変速段を切り替えることによって、路面の状況に応じて使用者の負担を軽減する。
【０００３】
しかしながら、上述する構成であればポテンシオメータを取り付ける位置がクランク軸近傍であるため、人力駆動力がペダルの回転に応じて増減すると、それに応じた電動駆動力が人力駆動力に与えられ、ペダルを漕ぐ周期的な人力駆動と同時に電動駆動力が与えられることになる。従って、人力駆動力に対してほとんどタイムラグがない状態で電動駆動力が与えられることになり、ペダルの回転によって周期的に人力トルクが減少する部分においては電動駆動力も小さくなるため、走行に滑らかさがなく、人力トルクの小さい部分ではトルク不足を感じることがあった。また、クランク軸付近の構成が大型化したり、ポテンシオメータとは別の部分に変速機が取り付けられているので、部品点数も増えるほか、構成が複雑になるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、滑らかな走行が実現でき、部品点数が少なく、小型の電動車を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ペダルからの人力を伝達手段によりスプロケットを介して変速機に伝達して車輪を駆動する人力駆動部と、電動機を駆動源として車輪を回転する電動駆動部とを有し、前記伝達手段と変速機との間に弾性体を設け、該弾性体の伸縮量に応じて電動駆動部を駆動制御する電動車において、前記弾性体は、前記スプロケットをチェーン側のスプロケットベースAと変速機側のスプロケットベースBとに分割し、その間に介在させ、前記スプロケットベースAには押圧部と傾斜部Aとを形成し、スプロケットベースBには、前記押圧部に弾性体を介して連結して人力を伝達する凹部を形成し、前記傾斜部Aに当接する傾斜部Bを形成したスライダを設け、スライダは、前記傾斜部Aの移動を車軸方向の移動に変換して、その移動量に応じて電動駆動部を駆動制御することを特徴とする。
【０００８】
人力駆動部からの力が加わると、スプロケットが回転すると共に人力トルクの大きさに応じて弾性体を縮ませながら変速機に人力を伝える。変速機に加わった人力は変速機の変速段によって所定の変速率で車輪を回転させる。このとき、弾性体の縮んだ量を検出し、この量に応じた電動駆動力を電動駆動部から出力することで車輪を回転する。人力トルクが無くなると弾性体はその弾性体の復元力によって元に戻る。
【０００９】
この時の人力トルクの出力と電動駆動力の出力について説明すると、人力トルクが加わると、伝達手段、スプロケットと力が伝達され、弾性体に伝わったときに人力トルクを検出して電動駆動力を出力する。この時、伝達手段、スプロケットに伝わる時間分だけ人力トルクは遅れて検出され、そして電動駆動力を出力する。即ち、人力駆動部にタイムラグをもって電動駆動部が動作を行う。よって、人力トルクが小さくなったときでも電動駆動部からの出力はある程度大きく、人力トルクの不足を電動駆動部からの出力が補うようになる。
【００１０】
次に、上述する人力の車輪への伝わり方について詳しく説明すると、チェーン側に設けられたスプロケットベースＡに人力が伝わると弾性体を縮ませながら変速機側に設けられたスプロケットベースＢに力が伝わる。そして変速機から車輪に伝わり、車輪を回転する。人力トルクが無くなると弾性体はその弾性体の復元力によって元に戻る。
【００１１】
次に人力トルクの検出について説明をすると、人力がスプロケットベースＡに伝わると、押圧部が弾性体を縮ませて凹部を押さえ、スプロケットベースＢに人力を伝達する。そして、変速機に伝達して車輪を回転する。スプロケットベースＡに人力が伝わるとき、押圧部が動くのに連動して傾斜部Ａも同時に動き、スライダに形成した傾斜部Ｂを押さえることで、スライダは移動し、弾性体の伸縮が車輪の軸方向の動きに変換される。この動きの大きさに応じて人力のトルクを検出して電動駆動部の出力を制御し、人力駆動力に加え電動駆動力を出力して車輪を回転する。人力トルクが無くなると弾性体はその弾性体の復元力によって元に戻る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、第１実施例について図１乃至図５に基づいて以下に詳述する。
【００１３】
まず、電動自転車の全体構成について、図４に基づき説明をする。
【００１４】
１は、前部に設けられたヘッドパイプ２、サドル３から下方に設けられたシートチューブ４と連結するメインフレームであり、該メインフレーム１は前記シートチューブ４とが連結する部分に人力によって回転することができるペダル５が取り付けられている。
【００１５】
６は、ハンドル７の動きに連動し、ハンドル７操作によって走行方向を定める前輪で、該前輪６はスポーク８、リム９、タイヤ10から構成されている。
【００１６】
11は、駆動輪となる後輪であり、該後輪11も、タイヤ12、リム13、スポーク14、それと後輪11を駆動するための駆動部15とから構成されている。前記駆動部15は、メインフレーム１に載置してある制御部16からの信号によって駆動制御される。前記駆動部15と制御部16とはケーブル17によって接続されている。
【００１７】
18は、前記ペダル５の回転とともに回転する前スプロケットで、該前スプロケット18にはチェーン19がかかっており前スプロケット18の回転を前記後輪11の車軸に設けた後スプロケット30に動力を伝達するようになっている。
【００１８】
20は、後述する電動機23の電源となるバッテリで、２４ボルトのニッカド電池が収められている。また、バッテリ20は、前記メインフレーム１に載置され、取り外し可能で充電の際は屋内で充電をすることができる。
【００１９】
21は、前カゴ、22は、停車時に自転車を支えるスタンドである。
【００２０】
次に、前述した駆動部15について説明をする。
【００２１】
23は、後述する制御部16からの信号によって駆動される電動機で、該電動機23の出力軸は減速機24の入力ギヤに連結され減速されて出力軸25に出力される。そして減速機24の出力軸25には、ベルト26が取り付けられており、後輪11の車軸27に設けたプーリー28とをベルト26によって連結し、伝達された電動機23からの駆動力は後輪11を回転させる。
【００２２】
次に後輪11の細部について、図１に基づき説明をする。
【００２３】
29は、車軸27に設けられた内装型の変速機（例えばシマノ製ＳＧ−３５３１など）で、該変速機29の入力は後スプロケット30を介してカムコネクタ31が接続され、ギヤ（図示せず）によって変速された後、リングコネクタ32に出力してラチェット33を介して変速機外枠34を回転する。該ラチェット33は、外部からの駆動方向とは逆の、例えば押し歩きの状態のときにギヤ、カムコネクタ31まで回転しないように、動力を遮断する働きをする。この変速機29は、車軸27の中空部に変速棒35が外側に付勢された状態で摺動自在に挿入されており、変速棒35を左右に移動させることで、カムコネクタ31が車軸27方向に動き、噛み合うギヤが変わることで変速段が切り替わるようになっている。そして、変速棒35は、ハンドル７に取り付けた操作具（図示せず）を操作することでワイヤー（図示せず）によって移動させることができ、変速段を切り替えることができる。
【００２４】
36は、チェーン19の回転により回転するスプロケットベースＡで、37は、スプロケットベースＡ36に連結連動して回転するスプロケットベースＢであり、スプロケットベースＡ36とスプロケットベースＢ37とによって後スプロケット30を構成している。
【００２５】
前記スプロケットベースＡ36は、円盤状で前記チェーン19が掛かるギヤ部38が周囲に形成されており、スプロケットベースＡ36の変速機29側には、車軸27から同距離に２つの突出した傾斜部Ａ39を設けており、該傾斜部Ａ39は車軸27に対して点対称で先端がそれぞれ傾斜に形成してある。また、該傾斜部Ａ39よりも車軸27側で同半径位置に車軸27に対して点対称の２つの突出した押圧部40を形成している。
【００２６】
また、前記スプロケットベースＢ37には、前記押圧部40が余裕をもって嵌合する凹部41が形成してあり、スプロケットベースＢ37は前記変速機29のカムコネクタ31に連結している。
【００２７】
42は、前記スプロケットベースＡ36の押圧部40とスプロケットベースＢ37の凹部41との間に介在して設けた弾性体、本実施例ではバネで、チェーン19から伝達される人力が大きければ大きいほど大きく縮み、人力が弱まると元に戻るようになっている。
【００２８】
43は、前記スプロケットベ−スＢ37の外周で車軸27方向に摺動可能に設けられたスライダで、該スライダ43は前記スプロケットベースＢ37の外周に設けられたバネ44によって、図１で示す右方向に付勢されている。また、45は、スライダ43の円周に設けられたアルミ製のリングである。更に、該スライダ43は、前記傾斜部Ａ39に当接する傾斜部Ｂ46を形成し、傾斜部Ａ39の回転によって傾斜部Ｂ46が押され、車軸27方向に移動するようになっている。
【００２９】
47は、前記リング45の外周で自転車本体に固定されたコイルであり、リング45の摺動によってコイル47のインダクタンスが変化するようになっている。
【００３０】
以上の、スプロケットベースＡ36、スプロケットベースＢ37、バネ42、スライダ43、リング45、コイル47をトルク検出部という。
【００３１】
次に、前記トルク検出部の動作について、図２に基づき説明をする。
【００３２】
前記スプロケットベースＡ36は、変速機29と同心円状で、車軸27を中心に相対する２ケ所には、車軸27方向に押圧部40と、それより内周に２個の傾斜部Ａ39とが一体成形されている。前記押圧部40は、人力トルクがかかったときに弾性体、即ちバネ42を押さえるようになっている。そして、スプロケットベースＡ36は、押圧部40によってバネ42を縮ませながら凹部41を押し、スプロケットベースＢ37を回転させる。そして、バネ42が縮むことでスプロケットベースＡ36がスプロケットベースＢ37に対して擦れが生じ、擦れの分だけスプロケットベースＡ36が余計に回動する。このことで、傾斜部Ａ39が回動して傾斜部Ｂ46を押さえることでスライダ43を車軸27方向に移動させ、リング45が移動することによってコイル47のインダクタンスが変化する。
【００３３】
上記構成において、リング45に導電性材料としてアルミニウムを用いたが、磁性部材で構成してもよく、フェライトなどが使用できる。また、弾性体をバネ42としたが、ゴムなどを弾性体とし、検出部としてこのゴムの伸縮を検出できるようなスケールを用いて構成しても良い。更に、弾性体を感圧ゴムとして、伸縮する圧力を電気的信号として取り出しても構わない。
【００３４】
次に、以上の構成で、動力系統図について、図３に基づき説明をする。
【００３５】
まず、人力駆動部について説明すると、ペダル５によって与えられた人力は、前スプロケット18からチェーン19によって後スプロケット30を構成するスプロケットベースＡ36に伝達され、人力トルクによるスプロケットベースＢ37との擦れにより押圧部40がバネ42を縮ませてバネ42によって凹部41を押し、スプロケットベースＢ37を回転させる。その後、変速機29を介して後輪11を駆動する。
【００３６】
更に、電動駆動部について説明すると、バネ42の作用によりスプロケットベースＡ36とスプロケットベースＢ37との擦れが生じたとき、スプロケットベースＡ36に形成された傾斜部Ａ39がスライダ43に形成した傾斜部Ｂ46を押さえ、リング45を車軸27方向に移動させる。この車軸27方向の移動は、バネ42の縮み量、即ち人力トルクの大きさに応じた量だけ移動することになる。そしてリング45が移動すると、近傍に設けたコイル47にインダクタンスの変化が生じ、これを電気信号として制御部16に入力し、この信号の大きさに応じた大きさで電動機23を駆動し、減速機24、ベルト26、プーリー28を介して後輪11を駆動する。本実施例では、人力トルクに対する駆動部15の出力は１体１の割合で出力するものとする。
【００３７】
また、この出力状態を図５に示すと、横軸を時間、縦軸をトルクとすると、ペダル５の回転によって人力駆動力は周期的に増減し、連続した山形形状のグラフで示すことができる。そして、人力トルクの検出時と電動機23の出力とは人力トルクのスプロケットＡ36に伝わるまでの時間の遅れが生じるため、使用者がペダル５に掛ける力とは少し遅れた出力、図５で示す、Ｔ時間だけ遅れて電動駆動力が出力される。このため、図で示すように、人力駆動力のトルクが小さいときでも少しの電動駆動力が出力されるため、トルク不足を生じること無く走行することができる。
【００３８】
以上のように、チェーン19と変速機29との間にバネ42を設け、バネ42の伸縮量に応じて電動機23を駆動制御するので、人力を検出する検出部が小型化でき、更に、自転車などペダルをこぐ時に生じる周期的な人力トルクの変化があっても、電動駆動力は人力トルクに遅れて作用するので、人力トルクがほとんど無くなったときにも遅れて出力された電動駆動力が残っているので走行時のトルク不足を生じることがない。
【００３９】
また、後スプロケット18をスプロケットベースＡ36とスプロケットベースＢ37とに分割し、その間にバネ42を介在させているので、小型化でき、構成も簡単である。
【００４０】
更に、スプロケットベースＡ36には押圧部40と傾斜部Ａ39とを形成し、押圧部40にはスプロケットベースＢ37に形成した凹部41が、傾斜部Ａ39には車軸27方向に移動するスライダ43の傾斜部Ｂ46が当接して、バネ42の伸縮によって移動するようにしたので、伸縮量、即ち人力トルクを簡単な構成で、正確に検出することができる。
【００４１】
本実施例では、駆動部15をサドル３後方で後輪11の上方に載置したが、図６のように、メインフレーム１下に駆動部15を取り付け、減速機などで出力を減速させ、ベルト26によって前スプロケット18を回転させるようにしても構わない。この場合も、人力トルクは後輪11に設けられた変速機29近傍で検出され、電気信号に変換して制御部16へ入力される。そして、人力トルクに対して電動駆動力の割合を１対１にして補助駆動力が付加される。図６において、前述の実施例と同一の部分については同一符号を付している。
【００４２】
また、図７においては、人力トルクを後輪11に設けた変速機29近傍で検出し、その信号をクランク軸近傍でメインフレーム１に取り付けた制御部16に入力し、その値に基づいて前輪６のハブ軸に配置した電動機23によって駆動する様にしたものである。補助の比率については前述同様である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、ペダルからの人力を伝達手段によりスプロケットを介して変速機に伝達し変速して車輪を駆動する人力駆動部と、電動機を駆動源として車輪を回転する電動駆動部とを有し、変速機は内装型でスプロケットと変速機との間に弾性体を設け、弾性体の伸縮量に応じて電動駆動部を駆動制御するので、人力を検出する検出部が小型化でき、更に、自転車などペダルをこぐ時に生じる周期的な人力トルクの変化があっても、電動駆動力は人力トルクに遅れて作用するので、人力トルクがほとんど無くなったときにも遅れて出力された電動駆動力が残っているので走行時のトルク不足を生じることがない。
【００４４】
また、弾性体は、前記スプロケットをチェーン側のスプロケットＡと変速機側のスプロケットＢとに分割し、その間に介在させているので、小型化でき、構成も簡単である。
【００４５】
更に、スプロケットベースＡには押圧部と傾斜部Ａとを形成し、前記スプロケットベースＢには凹部と傾斜部Ｂとを形成し、押圧部には凹部が弾性体を介して連結して人力を伝達し、傾斜部Ａには傾斜部Ｂが当接するので、弾性体の伸縮量、即ち人力トルクを簡単な構成で、正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であるトルク検出部の一部を切り欠いた側面断面図である。
【図２】同トルク検出部の動作の略図である。
【図３】同動力系統図である。
【図４】同全体構成図である。
【図５】同人力駆動力と電動駆動力の出力状態を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例である全体構成図である。
【図７】本発明の第３実施例である全体構成図である。
【符号の説明】
５        ペダル
19        伝達手段（チェーン）
30        スプロケット
29        変速機
11        車輪（後輪）
23        電動機
42        弾性体（バネ）
36        スプロケットベースＡ
37        スプロケットベースＢ
40        押圧部
39        傾斜部Ａ
41        凹部
46        傾斜部Ｂ
【図１】
0003675929.tif 000002
【図２】
0003675929.tif 000003
【図３】
0003675929.tif 000004
【図４】
0003675929.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003675929.tif 000008