(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力による踏力を検出する踏力検出手段（ＳT ）と、該踏力検出手段（ＳT ）の検出値に応じて補助動力を発揮し得る電動モータ（１５）とを備え、人力による踏力に対する電動モータ（１５）による補助動力の比であるアシスト比を変化させ得る電動補助自転車において、走行路面の傾斜角を検出する傾斜角検出手段（ＳA ）と、該傾斜角検出手段（ＳA ）の検出値が設定値以上であるときには１よりも大きな前記アシスト比を前記傾斜角が大となるのに応じて大きくし、前記傾斜角検出手段（ＳA ）の検出値が設定値未満であるときには前記アシスト比を１とするようにして電動モータ（１５）の作動を制御するコントローラ（３１）とを含むことを特徴とする、電動補助自転車における補助動力制御装置。
【請求項２】
人力による踏力を検出する踏力検出手段（ＳT ）と、該踏力検出手段（ＳT ）の検出値に応じて補助動力を発揮し得る電動モータ（１５）とを備え、人力による踏力に対する電動モータ（１５）による補助動力の比であるアシスト比を変化させ得る電動補助自転車において、走行路面の傾斜角を検出する傾斜角検出手段（ＳA ）と、車速検出手段（ＳV ）と、該車速検出手段（ＳV ）の検出値が設定速度以下であって前記傾斜角検出手段（ＳA ）の検出値が設定傾斜角以上である第１の状態で前記アシスト比を１よりも大きな値とするとともに前記第１の状態以外のときに前記アシスト比を１以下とするようにして電動モータ（１５）の作動を制御するコントローラ（３１）とを含むことを特徴とする電動補助自転車における補助動力制御装置。
【請求項３】
人力による踏力を検出する踏力検出手段（ＳT ）と、該踏力検出手段（ＳT ）の検出値に応じて補助動力を発揮し得る電動モータ（１５）とを備え、人力による踏力に対する電動モータ（１５）による補助動力の比であるアシスト比を変化させ得る電動補助自転車において、車速検出手段（ＳV ）と、該車速検出手段（ＳV ）の検出値が設定速度以下であって前記踏力検出手段（ＳT ）の検出値が設定踏力以上である第１の状態で前記アシスト比を１よりも大きな値とするとともに前記第１の状態以外のときに前記アシスト比を１以下とするようにして電動モータ（１５）の作動を制御するコントローラ（３１）とを含むことを特徴とする電動補助自転車における補助動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力による踏力を検出する踏力検出手段と、該踏力検出手段の検出値に応じて補助動力を発揮し得る電動モータとを備え、人力による踏力に対する電動モータによる補助動力の比であるアシスト比を変化させ得る電動補助自転車において、電動モータによる補助動力を制御するための補助動力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、かかる電動補助自転車は、たとえば特開平７−３０９２８３号公報で既に知られており、この電動補助自転車では、人力による踏力に対する電動モータによる補助動力の比であるアシスト比を、たとえば６ｋｍ／ｈ以下の低速域では１よりも大きな値（たとえば３）に定めて電動モータの作動を制御し、たとえば６ｋｍ／ｈを超える中速域では前記アシスト比がたとえば１となるようにして電動モータの作動を制御するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のものでは、坂道の登坂時に踏力の弱い人では車速が必然的に低下し、たとえば６ｋｍ／ｈ以下の低速域で補助動力が急激に増加するために乗員が違和感を感じることがある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、踏力の弱い人でも違和感なく容易に坂道を登れるようにした電動補助自転車における補助動力制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、人力による踏力を検出する踏力検出手段と、該踏力検出手段の検出値に応じて補助動力を発揮し得る電動モータとを備え、人力による踏力に対する電動モータによる補助動力の比であるアシスト比を変化させ得る電動補助自転車において、走行路面の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、該傾斜角検出手段の検出値が設定値以上であるときには１よりも大きな前記アシスト比を前記傾斜角が大となるのに応じて大きくし、前記傾斜角検出手段の検出値が設定値未満であるときには前記アシスト比を１とするようにして電動モータの作動を制御するコントローラとを含むことを特徴とする。
【０００５】
このような請求項１記載の発明の構成によれば、走行路面が設定値以上の傾斜角度の坂道となったときに、アシスト比が傾斜角に応じて増大するので、補助動力を踏力に応じて増大させて走行速度とは無関係に得ることができ、踏力の弱い人でも違和感なく坂道を容易に登ることができる。また平坦路を走行するときには、アシスト比が１となる。
【０００６】
また請求項２記載の発明は、人力による踏力を検出する踏力検出手段と、該踏力検出手段の検出値に応じて補助動力を発揮し得る電動モータとを備え、人力による踏力に対する電動モータによる補助動力の比であるアシスト比を変化させ得る電動補助自転車において、走行路面の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、車速検出手段と、該車速検出手段の検出値が設定速度以下であって前記傾斜角検出手段の検出値が設定傾斜角以上である第１の状態で前記アシスト比を１よりも大きな値とするとともに前記第１の状態以外のときに前記アシスト比を１以下とするようにして電動モータの作動を制御するコントローラ（３１）とを含むことを特徴とする。
【０００７】
このような請求項２記載の発明の構成によれば、坂道の登坂時に車速が設定車速以下となるとともに傾斜角が設定傾斜角以上となったときにアシスト比を１よりも大きくするので、踏力の弱い人でも違和感なく坂道を登ることが可能となり、また平坦路を走行するときには、アシスト比が１以下となるので、不必要に電動モータの負荷を増大することを回避してバッテリ寿命の延長を図ることができるとともに平坦路において無闇に加速されることもない。
【０００８】
さらに請求項３記載の発明は、人力による踏力を検出する踏力検出手段と、該踏力検出手段の検出値に応じて補助動力を発揮し得る電動モータとを備え、人力による踏力に対する電動モータによる補助動力の比であるアシスト比を変化させ得る電動補助自転車において、車速検出手段と、該車速検出手段の検出値が設定速度以下であって前記踏力検出手段の検出値が設定踏力以上である第１の状態で前記アシスト比を１よりも大きな値とするとともに前記第１の状態以外のときに前記アシスト比を１以下とするようにして電動モータの作動を制御するコントローラとを含むことを特徴とする。
【０００９】
このような請求項３記載の発明の構成によれば、坂道の登坂時に車速が設定車速以下となるとともに踏力が設定踏力以上となったときにアシスト比を１よりも大きくするので、踏力の弱い人でも違和感なく坂道を登ることが可能となり、また平坦路を走行するときには、アシスト比が１以下となるので、不必要に電動モータの負荷を増大することを回避してバッテリ寿命の延長を図ることができるとともに平坦路において無闇に加速されることもない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１１】
図１ないし図５は本発明の第１実施例を示すものであり、図１は電動補助自転車の側面図、図２はモータユニットの縦断側面図であって図３の２−２線断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は電動モータの制御装置の構成を示すブロック図、図５は傾斜角に応じたアシスト比を示す図である。
【００１２】
先ず図１において、この電動補助自転車が備える車体フレーム１１の前端のヘッドパイプ１２にフロントフォーク１３が操向可能に支承され、該フロントフォーク１３の下端に前輪ＷF が軸支され、フロントフォーク１３の上端にバーハンドル１４が設けられる。また車体フレーム１１の下部には、電動モータ１５を有するモータユニット１６が設けられており、該モータユニット１６の後部上方で車体フレーム１１から後下がりに延びるとともにモータユニット１６の後方では略水平に延出される左、右一対のリヤフォーク１７…間に後輪ＷR が軸支され、両リヤフォーク１７…および車体フレーム１１の後部間には左、右一対のステー１８…が設けられる。さらに車体フレーム１１の後部には、シート１９が上下位置を調整可能として装着されており、シート１９の後方側にはキャリア２０が固定配置される。
【００１３】
両端にクランクペダル２１，２１をそれぞれ有するクランク軸２２がモータユニット１６で回転自在に支承され、該クランク軸２２から動力を伝達可能であるとともに前記電動モータ１５からの補助動力をも作用させ得る駆動スプロケット２４と、後輪ＷR の車軸に設けられた被動スプロケット２５とに無端状のチェーン２６が巻掛けられる。
【００１４】
ヘッドパイプ１２にはブラケット２７を介してフロントバスケット２８が取付けられる。しかも該フロントバスケット２８の背面部に配置されるバッテリ収納ケース２９も前記ブラケット２７に取付けられており、電動モータ１５に電力を供給するためのバッテリ３０がバッテリ収納ケース２９に挿脱可能に収納される。
【００１５】
電動モータ１５の作動は、モータユニット１６の前方側で車体フレーム１１の下部に固定的に支持されたコントローラ３１で制御されるものであり、該コントローラ３１は、乗員による踏力および車速に基づいて電動モータ１５の作動を制御する。
【００１６】
車体フレーム１１の大部分はカバー３２で覆われており、該カバー３２の上部に、バッテリ３０からコントローラ３１および電動モータ１５に電力を供給するためのメインスイッチ３３が配設される。
【００１７】
図２および図３を併せて参照して、モータユニット１６のケーシング３５は、車体フレーム１１の下部に固定的に支持される。このケーシング３５の右側（図３の上方側）には、駆動スプロケット２４に結合される回転筒体３６がボールベアリング３７を介して回転自在に支承されており、クランク軸２２の右端部は、該回転筒体３６に、ニードルベアリング３８を介して支承され、クランク軸２２の左端部はボールベアリング３９を介してケーシング３５の左側（図３の下方側）に支承される。
【００１８】
クランク軸２２の左右両端のクランクペダル２１，２１による踏力は、踏力伝達系４０を介してクランク軸２２から駆動スプロケット２４に伝達される。またケーシング３５に取付けられている電動モータ１５の出力は、クランクペダル２１，２１による踏力をアシストすべく補助動力伝達系４１を介して駆動スプロケット２４に伝達される。
【００１９】
クランク軸２２の動力を駆動スプロケット２４に伝達するための踏力伝達系４０は、クランク軸２２に連結されるトーションバー４２と、回転筒体３６およびトーションバー４２間に設けられる第１一方向クラッチ４３とで構成される。
【００２０】
クランク軸２２には、その軸線に沿って延びるスリット４４が設けられており、トーションバー４２は、前記スリット４４内に回転自在に嵌合する円柱状の軸部４２ａと、該軸部４２の左端（図３の上端）から両側方に突出する腕部４２ｂと、前記軸部４２ａの右端（図３の下端）から両側方に突出する腕部４２ｃとを有して、前記スリット４４に装着されるものであり、クランク軸２２から一方の腕部４２ｂに入力される踏力に応じて軸部４２ａをねじれ変形せしめつつ他方の腕部４２ｃ側に踏力を伝達することができる。
【００２１】
第１一方向クラッチ４３は、従来周知のものであり、クランクペダル２１，２１を踏んでクランク軸２２を正転させると、そのクランク軸２２からの踏力がトーションバー４２、第１一方向クラッチ４３および回転筒体３６を介して駆動スプロケット２４に伝達されるが、クランクペダル２１，２１を踏んでクランク軸２２を逆転させたときには、第１一方向クラッチ４３がスリップしてクランク軸２２の逆転が許容される。
【００２２】
クランク軸２２の外周には、スライダインナー４５が相対回転不能かつ軸方向相対移動可能に支持されており、このスライダインナー４５の外周には、複数のボール４７…を介してスライダアウター４６が相対回転自在に支持される。
【００２３】
スライダインナー４５は、第１一方向クラッチ４３におけるクラッチ内輪にカム係合されるものであり、ケーシング３５に揺動可能に支承された検出レバー４８の中間部が、前記クラッチ内輪とは反対側からスライダアウター４６に当接される。一方、前記検出レバー４８とともに踏力検出手段ＳT を構成するストロークセンサ４９がケーシング３５に取付けられており、該ストロークセンサ４９の検出子４９ａに前記検出レバー４８の先端が当接される。さらに検出レバー４８およびケーシング３５間にはばね５０が縮設されており、検出レバー４８が該ばね５０のばね力によりスライダアウター４６に弾発的に当接され、スライダアウター４６およびスライダインナー４５は、第１一方向クラッチ４３のクラッチ内輪側に向けて付勢される。
【００２４】
クランクペダル２１，２１からクランク軸２２への踏力入力に応じて、トーションバー４２に捩れが生じると、スライダインナー４５がばね５０のばね力に抗してクランク軸２２の軸線に沿って図３の下方に摺動し、スライダインナー４５とともに移動するスライダアウター４６で押された検出レバー４８が揺動することにより、ストロークセンサ４９の検出子４９ａが押圧される。この検出子４９ａのストロークは、トーションバー４２の捩れ量、すなわちクランクペダル２１，２１から入力される踏力に比例するものであり、踏力検出手段ＳT で踏力が検出されることになる。
【００２５】
電動モータ１５の動力を駆動スプロケット２４に伝達するための補助動力伝達系４１は、電動モータ１５の回転軸１５ａに固着された駆動ギヤ５２と、回転軸１５ａと平行な第１アイドル軸５３の一端に固着されて前記駆動ギヤ５２に噛合される第１中間ギヤ５４と、第１アイドル軸５３に一体に設けられる第２中間ギヤ５５と、第２中間ギヤ５５に噛合される第３中間ギヤ５６と、第３中間ギヤ５６と同軸に配置される第２アイドル軸５７と、第３中間ギヤ５６および第２アイドル軸５７間に設けられる第２一方向クラッチ５８と、第２アイドル軸５７に一体に設けられる第４中間ギヤ５９と、駆動スプロケット２４が結合されている回転筒体３６に一体に設けられるとともに第４中間ギヤ５９に噛合される被動ギヤ６０とを備える。
【００２６】
このような補助動力伝達系４１では、電動モータ１５の作動に伴なうトルクが減速されて駆動スプロケット２４に伝達されるが、電動モータ１５の作動が停止したときには、第２一方向クラッチ５８の働きにより第２アイドル軸５７の空転が許容され、クランクペダル２１，２１の踏力による駆動スプロケット２４の回転が妨げられることはない。
【００２７】
図４において、電動モータ１５を駆動するモータ駆動回路６２は、コントローラ３１により制御されるものであり、該コントローラ３１には、踏力検出手段ＳT 、車速検出手段ＳV および傾斜角検出手段ＳA の検出値が入力され、コントローラ３１は、各検出手段ＳT ，ＳV ，ＳA の検出値に基づいて電動モータ１５の作動を制御するための信号を出力する。
【００２８】
ところで、車速検出手段ＳV は、電動モータ１５による動力アシスト状態での自転車速度を代表するものとして電動モータ１５の回転速度を検出するものであり、図２および図３で示すように、リラクタ６３と、電磁ピックアップコイル式のセンサ６４とで構成される。而して外周に突部６３ａを有するリラクタ６３が、電動モータ１５の回転軸１５ａに固定され、センサ６４は、前記突部６３ａに近接、対向可能な検出部６４ａを有してケーシング３５に固定される。
【００２９】
また傾斜角検出手段ＳA は、走行路面の傾斜角を検出するものであり、車体の挙動に余り影響を受けないようにするためにはクランク軸２２付近で車体フレーム１１に取付けられることが望ましく、また傾斜角の変化を速やかに検出するためにはヘッドパイプ１２の近傍で車体フレーム１１に取付けられることが望ましい。
【００３０】
コントローラ３１では、車速検出手段ＳV による検出値が低・中速域に対応する値であるときに、人力による踏力に対する電動モータ１５による補助動力の比（補助動力／踏力）であるアシスト比が、図５で示すように、傾斜角検出手段ＳA の検出値すなわち傾斜角に応じて予め設定されている。すなわち傾斜角検出手段ＳA で検出される傾斜角が第１設定値θ1 たとえば２度以下であるときにはアシスト比が「１」に設定され、傾斜角検出手段ＳA で検出される傾斜角が第１設定傾斜角θ1 よりも大きな第２設定傾斜角θ2 を超えるときにはアシスト比が「３」に設定され、傾斜角検出手段ＳA で検出される傾斜角が第１設定傾斜角θ1 を超えて第２設定傾斜角θ2 未満であるときには傾斜角が大きくなるにつれてアシスト比が「１」から「３」までリニアに増大するように設定される。
【００３１】
次にこの第１実施例の作用について説明すると、傾斜角検出手段ＳA で検出される傾斜角が第１設定値θ1 以上である坂道の登坂時には、アシスト比が傾斜角に応じて「１」から次第に増大するので、補助動力を踏力に応じて増大させて走行速度とは無関係に得ることができ、踏力の弱い人でも違和感なく坂道を容易に登ることができる。
【００３２】
しかも傾斜角検出手段ＳA で検出される傾斜角が第１設定値θ1 よりも大きな第２設定値θ2 以上となったときには、アシスト比が「３」に設定されるので、傾斜角が大きくなってもアシスト比が無闇に大きくなることはなく、バッテリの消耗を回避し、必要とされるだけの補助動力を踏力に加算するようにして無理なく坂道を登坂することができる。
【００３３】
図６は本発明の第２実施例を示すものであり、アシスト比が車速検出手段ＳV で検出される車速ならびに傾斜角検出手段ＳA で検出される傾斜角に応じて設定される。すなわち車速検出手段ＳV で検出される車速がたとえば１０ｋｍ／ｈと定められる設定速度以下であって傾斜角検出手段ＳA の検出値が第１設定傾斜角θ1 以上であるときには、車速の減少および傾斜角の増大に応じて「１」から次第に大きくなるとともに第２設定傾斜角θ2 以上であって車速がたとえば５ｋｍ／ｈ以下のときに「３」となるようにアシスト比が設定される。また車速がたとえば１０ｋｍ／ｈを超えてたとえば１５ｋｍ／ｈまでの車速領域ならびに車速が１０ｋｍ／ｈ以下であっても傾斜角が第１設定傾斜角θ1 未満であるときにはアシスト比が「１」に設定され、さらに車速がたとえば１５ｋｍ／ｈを超える高速域では、アシスト比が「１」から次第に減少し、たとえば２４ｋｍ／ｈに車速が達したときに電動モータ１５による動力補助を停止するように設定される。
【００３４】
この第２実施例によれば、平坦路の走行時には、アシスト比を「１」以下として不必要に電動モータ１５の負荷を増大することを回避し、バッテリ寿命の延長を図ることができるとともに平坦路で無闇に加速されることがないようにした上で、たとえば１０ｋｍ／ｈ以下の低速で坂道を登坂する際には、アシスト比を「１」よりも大きくすることにより、踏力の弱い人でも違和感なく坂道を登ることが可能となる。
【００３５】
本発明の第３実施例として、図７で示すように、車速の増大に応じたアシスト比の低下割合を図６の第２実施例に比べて小さくするようにしてもよく、この第３実施例によっても上記第２実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
図８は本発明の第４実施例を示すものであり、アシスト比が車速検出手段ＳV で検出される車速ならびに踏力検出手段ＳT で検出される傾斜角に応じて設定される。すなわち車速検出手段ＳV で検出される車速がたとえば１０ｋｍ／ｈと定められる設定速度以下であって踏力検出手段ＳT の検出値が第１設定踏力Ｔ1 以上であるときには、車速の減少および傾斜角の増大に応じて「１」から次第に大きくなるとともに第１設定踏力Ｔ1 よりも大きな第２設定踏力Ｔ2 以上であって車速がたとえば５ｋｍ／ｈ以下のときに「３」となるようにアシスト比が設定される。また車速がたとえば１０ｋｍ／ｈを超えてたとえば１５ｋｍ／ｈまでの車速領域ならびに車速が１０ｋｍ／ｈ以下であっても踏力が第１設定踏力Ｔ1 未満であるときにはアシスト比が「１」に設定され、さらに車速がたとえば１５ｋｍ／ｈを超える高速域では、アシスト比が「１」から次第に減少し、たとえば２４ｋｍ／ｈに車速が達したときに電動モータ１５による動力補助を停止するように設定される。
【００３７】
この第４実施例によれば、平坦路の走行時には、アシスト比を「１」以下として不必要に電動モータ１５の負荷を増大することを回避し、バッテリ寿命の延長を図ることができるとともに平坦路で無闇に加速されることがないようにした上で、たとえば１０ｋｍ／ｈ以下の低速で踏力が第１設定値Ｔ1 以上となる坂道を登坂する際には、アシスト比を「１」よりも大きくすることにより、踏力の弱い人でも違和感なく坂道を登ることが可能となる。
【００３８】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、補助動力を踏力に応じて増大させて走行速度とは無関係に得ることができ、踏力の弱い人でも違和感なく坂道を容易に登ることができる。また平坦路を走行するときには、アシスト比が１となる。
【００４０】
また請求項２記載の発明によれば、車速が設定車速以下となるとともに傾斜角が設定傾斜角以上となった坂道の登坂時にアシスト比を１よりも大きくすることにより、踏力の弱い人でも違和感なく坂道を登ることが可能となり、また平坦路の走行時には不必要に電動モータの負荷を増大することを回避してバッテリ寿命の延長を図ることができ、平坦路において無闇に加速されることもない。
【００４１】
さらに請求項３記載の発明によれば、車速が設定車速以下となるとともに踏力が設定踏力以上となった坂道の登坂時にアシスト比を１よりも大きくすることにより、踏力の弱い人でも違和感なく坂道を登ることが可能となり、また平坦路の走行時には不必要に電動モータの負荷を増大することを回避してバッテリ寿命の延長を図ることができ、平坦路において無闇に加速されることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の電動補助自転車の側面図である。
【図２】モータユニットの縦断側面図であって図３の２−２線断面図である。
【図３】図２の３−３線断面図である。
【図４】電動モータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】傾斜角に応じたアシスト比を示す図である。
【図６】第２実施例の傾斜角および車速に応じたアシスト比を示す図である。
【図７】第３実施例の傾斜角および車速に応じたアシスト比を示す図である。
【図８】第４実施例の踏力および車速に応じたアシスト比を示す図である。
【符号の説明】
１５・・・電動モータ
３１・・・コントローラ
ＳA ・・・傾斜角検出手段
ＳT ・・・踏力検出手段
ＳV ・・・車速検出手段
【図１】
0003974974.tif 000002
【図２】
0003974974.tif 000003
【図３】
0003974974.tif 000004
【図４】
0003974974.tif 000005
【図５】
0003974974.tif 000006
【図６】
0003974974.tif 000007
【図７】
0003974974.tif 000008
【図８】
0003974974.tif 000009