(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルの踏力によって軸を中心に回動する回動板と、
前記軸を中心に回動するプーリーと、
該プーリーの回動が伝達されて回動する車輪とを備え、
前記回動板とプーリーとの間に介在され、回動板の回動を前記プーリーに伝達する弾性体と、前記軸を中心とする円周上に、前記回動板に取り付けられたギヤ部と、該ギヤ部にかみ合うギヤを有するポテンショメータとを有し、
前記回動板の回動が弾性体を介して前記プーリーに伝達され、踏力が加わったときの前記回動板と、前記プーリーとの変位を、ギヤ部及びギヤを介してポテンショメータにより取り出してトルクを検出することを特徴とする電動自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、人力による人力駆動部と電動機による電動駆動部との両方を兼ね備え、人力による駆動力の大きさに応じて電動機を駆動し、人力の駆動力を電動機の駆動力によって補助する電動自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような電動自転車は、特開平４−３５８９８７号公報（Ｂ６２Ｍ２３／０２）に示す如く、人力による駆動系と電動モータによる駆動系とを並列に設け、前記人力による駆動系の駆動力を検出して電動モータの出力を制御するようにしたものが知られている。
【０００３】
この電動自転車において、人力による駆動系の駆動力、即ちペダルの回転トルクを検出するために、人力による駆動系に遊星歯車機構を介在させ、ペダルを踏んだときの駆動反力を遊星歯車機構の途中で検出する機構になっている。
【０００４】
また上述する実施例とは別に、例えば特開平４−３２１４８２号（Ｂ６２Ｍ２３／１２）には、上述する人力による駆動系の駆動力、即ちペダルの回転トルクを検出するために、ペダルと後輪との間に設けた、駆動力を伝達するドライブ軸の途中にに駆動力を検出する負荷検出手段を設けた構成が開示されている。
【０００５】
しかしながら、先に記述した構成では駆動部分が後輪と離れた場所にあるため、駆動力が後輪に伝わるまでに力の損失が大きかったり、後輪に動力を伝えるために、ペダル及び電動モータの縦方向の回転をドライブ軸の横方向の回転に変換し、更に後輪を回転させるために縦方向の回転に変換しなければならず、構成が複雑になるほか、大型化し、更には故障が起こりやすいといった問題点が生じることになる。
【０００６】
また、後に記載の構成のドライブ軸に負荷検出手段を取り付けた場合、負荷を検出するために検出した信号を制御回路に送るために配線等が必要となり、構成が非常に複雑になり、大型化するといった問題が生じる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、簡単な構成で人力によるトルクを正確に検出し、このトルクに応じて電動機を的確に駆動させる、人力による駆動力を補助する電動自転車を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ペダルの踏力によって軸を中心に回動する回動板と、前記軸を中心に回動するプーリーと、該プーリーの回動が伝達されて回動する車輪とを備え、前記回動板とプーリーとの間に介在され、回動板の回動を前記プーリーに伝達する弾性体と、前記軸を中心とする円周上に、前記回動板に取り付けられたギヤ部と、該ギヤ部にかみ合うギヤを有するポテンショメータとを有し、前記回動板の回動が弾性体を介して前記プーリーに伝達され、踏力が加わったときの前記回動板と、前記プーリーとの変位を、ギヤ部及びギヤを介してポテンショメータにより取り出してトルクを検出することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明は、使用者がペダルを踏み込んだとき、弾性体が大きく縮み、また、一定速度で動きはじめると、弾性体は殆ど縮まなくなる。また、加速をするときには、始動時と同様、ペダルの踏み込みにより弾性体が縮む。このように、弾性体が人力トルクの大きさに応じて伸縮し、この伸縮の量をトルク検出部が検出することによって弾性体の伸縮の大きさ、即ち、人力トルクを検出することができる。人力トルクが検出されると、制御部によってトルクに応じた大きさで電動機を駆動し、人力トルクが大きくなったときには電動機の補助が大きくなり、人力による駆動と電動機による駆動とを併用して走行する。
【００１６】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
１は、電動自転車本体で、該電動自転車本体１には後述する電動機８が備えてあり、人力によるトルクの大きさに応じて電動機８の駆動力を変化させ、人力による力を電動機８の力によって補助して走行させるものである。
【００１８】
２、３は、メインフレーム４に設けられた前輪及び後輪で、該前輪２は回転自在に軸支されており、前記後輪３の回転軸の部分には盤状ケーシング５が設けられている。該盤状ケーシング５は回転側ケーシング６と固定側ケーシング７とから構成されており、回転側ケーシング６が後輪３と一体になって回転するようになっている。また、該盤状ケーシング５には電動機８が内蔵してあり、電動駆動が必要な時に駆動して、後述する人力駆動部10と共に前記回転側ケーシング６を回転させる。この盤状ケーシング５からなる駆動部分を電動駆動部９という。
【００１９】
10は、ペダル11を踏むことで、チェーン12を介して前記後輪３を回転させる人力駆動部である。本発明では、チェーン12を伝達部材としたが、チェーン12の代わりにベルト、回転軸等によるものでも構わない。
【００２０】
13は、前記前輪２を操舵するハンドルである。
【００２１】
14、15は左右のブレーキレバーで、該ブレーキレバー14、15を引くことでワイヤー16、17が引っ張られ、このワイヤー16、17によってそれぞれ前後のブレーキ装置18、19が動作するようになっている。また、このワイヤー16、17の途中にはブレーキスイッチ20が設けてあり、ブレーキレバー14、15を操作したときに電動機８への通電が停止する機構になっている。
【００２２】
21は、サドルである。
【００２３】
22は、電動機８の電源となるバッテリ部で、該バッテリ部22は、フレーム４にスライド着脱可能に取り付けられるバッテリケース23と、該バッテリケース23に収納した単一型充電式電池によって構成されている。この電源電圧は約２４ボルトである。
【００２４】
次に、図７に基づき、前記盤状ケーシング５について説明する。
【００２５】
図７に示すものは、前記盤状ケーシング５内の構成を示す図で、７は、電動自転車本体１に固定される固定側ケーシングで、該固定側ケーシング７には制御基板24、放熱板25等からなる制御部26、電動機８、第１プーリー27、第２プーリー28、最終段プーリー29の３つのプーリーからなる減速機構30、該減速機構30を連結する伝達ベルト31が配置されている。前記減速機構30の最終段プーリー29は、回転側ケーシング６に固定されており、前記電動機８が回転すると第１から最終段プーリーまでが伝達ベルト31によって回転し、減速されて最終段プーリー29と共に回転側ケーシング６が回転する。また、第２プーリー28と前記最終段プーリー29とが連結される第２プーリー28の小さいほうのプーリーには、一方向クラッチが介入されており、ペダル11からの力がかかった時に電動機８を回さないように、即ちペダル11が軽いようにしてある。
【００２６】
32は、伝達ベルト31の張りを調節するための押圧部材である。
【００２７】
33は、前記伝達ベルト31の張りを調節する調節ネジで、前記第１プーリー27の回転軸の取り付け部分には長孔が形成してあり、前記第１プーリー27を前記伝達ベルト31が張る方向に移動させるとともに、移動させた状態で前記調節ネジ33によってプーリーを固定するようになっている。
【００２８】
37は、前記チェーン12からの駆動力を前記回転側ケーシング６に伝達するためのチェーンスプロケットで、該チェーンスプロケット37と回転側ケーシング６との間にはフリーホイール38が設けられており、前記チェーン12が逆回転したときには前記回転側ケーシング６にチェーン12からの駆動力を伝達しない構成になっている。
【００２９】
39は、後輪３の車軸である。
【００３０】
前記最終段プーリー29の構成について、図１乃至図３に基づき詳述する。
【００３１】
40は、最終段プーリー29の内側で車軸39を対称に２か所に設けられた弾性体、即ちバネで、該バネ40は操作体側を最終段プーリー29に固定し、他側を伸縮自在に開放している。
【００３２】
41は、前記バネ40の開放側に当接する受圧部材で、該受圧部材41は前記バネ40の径より短い部分と長い部分とがあり、短い部分がバネ40内に入り込んで固定されている。
【００３３】
42は、前記チェーンスプロケット37の回転によって回動し、車軸39周りに設けられた回動板で、該回動板42は車軸39を対称に前記受圧部材41を前記チェーンスプロケット37の回転によって押さえる押圧部材43が設けられている。
【００３４】
また、回動板42は前記最終段プーリー29の内側に同心円状に挿入されて、前記押圧部材43がバネ40を押さえることによって前記最終段プーリー29と共に回転する。また、前記押圧部材43は、前記受圧部材41を押さえる時に、押さえる位置が若干ずれるため、曲面になっている。更に、回動板42は、２個の前記押圧部材43の間にギヤ部44が形成されており、該ギヤ部44は近傍に設けられたポテンシオメータ45の値を変える小ギヤ46に噛み合わさっている。即ち、人力の踏力によって生じるバネ40の伸縮の変位量をポテンシオメータ45の値の変化で読み取ることができる。
【００３５】
47は、前記バネ40の付勢によって押される押圧部材43を衝撃から防ぐためのラバープレートである。
【００３６】
48は、前記バネ40を施蓋するカバーである。
【００３７】
上述する最終段プーリー29に取り付けてある、前記バネ40、回動板42、ポテンシオメータ45を合わせてトルク検出部49という。
【００３８】
最終段プーリー29の動きについて説明すると、人力駆動部10から力が加わると、チェーンスプロケット37は回転する方向に押され、それと共に回動板42が回動して、回動板42に設けた押圧部材43が受圧部材41を介してバネ40を押し、その力で最終段プーリー29が回転する。最終段プーリー29と回転側ケーシング６とはネジ50によって固定してあるため、回転側ケーシング６が回転して車輪３が回ることになる。この時、発進や加速等で人力駆動部10からの踏力がかかると前記回動板42が回動してバネ40が縮むようになっている。また、通常走行の場合は、人力駆動部10による踏力が余りかからないため、バネ40の伸縮は余り起こらない。即ち、人力駆動部10からの踏力がかかったときのみバネ40が縮むようになっている。
【００３９】
51は、前記ポテンシオメータ45で検出した信号を取り出す周動子で、該周動子51は前記最終段プーリー29と共に回転する。また、周動子51は、ポテンシオメータ45に２本の端子を設けている。
【００４０】
52は、固定側ケーシング６に固定され前記周動子51からの信号を前記制御部26に送るためのスリップリングで、該スリップリング52は回転する前記周動子51と常に当接して信号を伝送する。
【００４１】
本発明では、回転側ケーシング６で検出した信号を固定側ケーシング７に送るために周動子51とスリップリング52を用いたが、ロータリートランスなどを用いてもかまわない。
【００４２】
次に他の実施例について説明する。
【００４３】
本実施例は、上述する実施例で用いたポテンシオメータ45の替わりに、可変抵抗器を設けて踏力を検出する方法で、上述する実施例と同一部品には同一符号を付して説明を省略する。
【００４４】
本実施例も上述の実施例と同様、ペダルからの踏力がかかると回動板42を回動し、バネ40を押さえて最終段プーリー29、盤状ケーシング５、後輪３を動かすようになっている。そして、走行するとき、踏力のトルクがかかったときのみ、そのトルクの大きさに応じてバネ40が縮むようになっている。
【００４５】
53は、バネ40の途中に設けられ、固い鉄板などで形成された操作体で、該操作体40はバネ40の伸縮と同時に動く。また、操作体53は前記バネ40側方に設けた可変抵抗器54の抵抗値が変わる方向に動く。本実施例では、操作体53を鉄板等で形成したが、棒状の樹脂などでも適用でき、バネ40の動きとともに可変抵抗器54を操作するものであれば何でも構わない。
【００４６】
本実施例も上述する実施例と同様、トルク検出部49は回転側ケーシング６内で、走行中は回転しているので、周動子51とスリップリング52との組み合わせやロータリートランス等によって検出した信号を送るようにしている。
【００４７】
以上のように、ペダル11と後輪３との間にバネ40を介在し前記ペダル11の踏力によってバネ40を介して前記後輪３を回転し、バネ40の伸縮を検出するトルク検出部49を盤状ケーシング５内に内蔵したので、簡単な構成で人力によるトルクを正確に検出し、このトルクに応じて電動機８を的確に駆動させる、人力による駆動力を補助することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、ペダルの踏力によって軸を中心に回動する回動板と、前記軸を中心に回動するプーリーと、該プーリーの回動が伝達されて回動する車輪とを備え、前記回動板とプーリーとの間に介在され、回動板の回動を前記プーリーに伝達する弾性体と、前記軸を中心とする円周上に、前記回動板に取り付けられたギヤ部と、該ギヤ部にかみ合うギヤを有するポテンショメータとを有し、前記回動板の回動が弾性体を介して前記プーリーに伝達され、踏力が加わったときの前記回動板と、前記プーリーとの変位を、ギヤ部及びギヤを介してポテンショメータにより取り出してトルクを検出している。従って、ギアという簡単な構造体を利用して、トルクを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す電動自転車の最終段プーリーの構成を示す平面図である。
【図２】同盤状ケーシングの側面断面図である。
【図３】同板状ケーシングの側面断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す電動自転車の最終段プーリーの構成を示す平面図である。
【図５】同板状ケーシングの一部側面断面図である。
【図６】本発明における電動自転車の全体斜視図である。
【図７】同盤状ケーシングの部品の配置を示す構成図である。
【符号の説明】
11      ペダル
３      車輪（後輪）
40      弾性体（バネ）
10      人力駆動部
８      電動機
９      電動駆動部
49      トルク検出部
26      制御部
５      盤状ケーシング
43      押圧部材
45      ポテンシオメータ
44      ギヤ部
42      回動板
46      小ギヤ
53      操作体
54      可変抵抗器
【図１】
0003706612.tif 000002
【図２】
0003706612.tif 000003
【図３】
0003706612.tif 000004
【図４】
0003706612.tif 000005
【図５】
0003706612.tif 000006
【図６】
0003706612.tif 000007
【図７】
0003706612.tif 000008