(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸に入力される踏力を合力軸に伝達する人力駆動系と、電動モータによる補助動力をギヤ機構を経て前記合力軸に伝達する補助動力系を併設して成る電動補助自転車において、
前記合力軸をクランク軸と同軸的に配置し、出力軸が前記クランク軸と直交する複数の電動モータをクランク軸を中心として側面視Ｖ形を成して放射状に配置するとともに、前記各出力軸の端部のベベルギヤを、合力軸に設けた共通のベベルギヤに一側から噛合させて、前記複数の電動モータを平面視でクランク軸の車幅方向ほぼ中間位置を通る平面上に配置し、補助動力と踏力との合力を前記合力軸からチェーンを介して後輪へ伝達するよう構成したことを特徴とする電動補助自転車。
【請求項２】
前記電動モータを２つ設け、一方の電動モータを略水平に前傾して配置し、他方の電動モータを略垂直に立設したことを特徴とする請求項１記載電動補助自転車。
【請求項３】
前記各電動モータの仕様を互いに異ならせたことを特徴とする請求項１又は２記載の電動補助自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗員の踏力と該踏力に応じた補助動力との合成力によって走行する電動補助自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
乗員による踏力を電動モータによる補助動力によって補う電動補助自転車が提案され、既に実用に供されているが、この電動補助自転車には、乗員の踏力を検出してその大きさに応じた補助動力を発生するパワーユニットが設けられる。
【０００３】
ところで、斯かる電動補助自転車における電動モータの出力制御方式としては、例えば車速や踏力が設定値以上になると電動モータを駆動（ＯＮ）し、設定値以下になると電動モータを停止（ＯＦＦ）するＯＮ・ＯＦＦ制御方式、電動モータの出力（補助動力）を踏力に比例して連続制御する方式等が知られている。
【０００４】
ところが、上記ＯＮ・ＯＦＦ制御方式ではＯＮ／ＯＦＦ切換時に大きな衝撃が発生するという問題があり、又、前記連続制御方式ではモータ電流を連続的に制御するためのトランジスタやサイリスタ等の高価な半導体素子が必要となる他、構造が複雑化するという問題がある。
【０００５】
そこで、共通のモータ軸上に設けた複数の回転子を共通の固定子内で同一方向に回転可能に構成して成る直流電動モータを設け、前記複数の回転子による直並列接続の組合せを切り換えることによって前記直流電動モータの出力を制御するようにした電動補助自転車が提案されている（特開平５−３１０１７６号公報参照）。
【０００６】
而して、上記提案に係る電動補助自転車での制御方式によれば、踏力に応じてモータ出力（補助動力）を増減させても、電動モータの起動・停止（ＯＮ・ＯＦＦ）に伴う衝撃を簡単な構成で小さく抑えることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記電動補助自転車においては、複数の電動モータを同一軸上に配置する構成が採用されているため、電動モータ間に特性差を設けることができず、設置スペース的に電動モータ数に制限を受ける他、単一方向に長くなるために電動モータの取付構造が限定されるとともに、取付構造に高い強度と剛性が要求されるために補助動力系が大型化及び高重量化するという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされてもので、その目的とする処は、補助動力系の小型・軽量化と電動モータの取付構造の自由度の拡大を図ることができるとともに、要求性能に応じた出力特性を得ることができる電動補助自転車を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、クランク軸に入力される踏力を合力軸に伝達する人力駆動系と、電動モータによる補助動力をギヤ機構を経て前記合力軸に伝達する補助動力系を併設して成る電動補助自転車において、前記合力軸をクランク軸と同軸的に配置し、出力軸が前記クランク軸と直交する複数の電動モータをクランク軸を中心として側面視Ｖ形を成して放射状に配置するとともに、前記各出力軸の端部のベベルギヤを、合力軸に設けた共通のベベルギヤに一側から噛合させて、前記複数の電動モータを平面視でクランク軸の車幅方向ほぼ中間位置を通る平面上に配置し、補助動力と踏力との合力を前記合力軸からチェーンを介して後輪へ伝達するよう構成したことを特徴とする。
【００１０】
又、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電動モータを２つ設け、一方の電動モータを略水平に前傾して配置し、他方の電動モータを略垂直に立設したことを特徴とする。更に、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記各電動モータの仕様を互いに異ならせたことを特徴とする
【００１１】
従って、本発明によれば、複数の電動モータからの補助動力を共通のベベルギヤを経て合力軸に伝達するようにしたため、部品の重複を避けることができるとともに、共通のベベルギヤにおける１箇所当たりの伝達力を下げて部品の小型化を図ることができる。
【００１２】
又、複数の電動モータが同一軸上に配置されないため、各電動モータの仕様を他の電動モータの性能や形状に影響されることなく自由に決定することができ、要求性能に応じた出力特性を得ることができる。
【００１３】
更に、複数の電動モータが単一方向に配置されないため、補助動力系が単一方向に長くなることがなく、該補助動力系の小型化と軽量化が図られるとともに、各電動モータの取付構造の自由度が拡大する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る電動補助自転車の側面図、図２は同電動補助自転車のパワーユニットの側面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００１６】
先ず、図１に基づいて電動補助自転車１の概略構成を説明する。
【００１７】
図１において、２は側面視において略平行四辺形を成す車体フレームであって、この車体フレーム２の車体前方に位置するヘッドパイプ３内にはハンドルステム４が回動自在に挿通している。そして、このハンドルステム４の端部にはハンドル５が結着され、同ハンドルステム４の下端にはフロントフォーク６が結着されており、該フロントフォーク６の下端には前輪７が前車軸８によって回転自在に軸支されている。
【００１８】
又、前記ヘッドパイプ３からはメインパイプ９が車体後方に向かって略水平に延出するとともに、ダウンチューブ１０が車体後方に向かって斜め下方に延出しており、ダウンチューブ１０の下端からはシートチューブ１１が車体後方に向かって斜め上方に立設されている。そして、このシートチューブ１１の上端部にはシートポスト１２を介してサドル１３が高さ調整可能に支持されている。
【００１９】
ところで、車体の略中央下部であって、前記ダウンチューブ１０とシートチューブ１１との結合部分にはパワーユニット３０が懸架されている。このパワーユニット３０は、乗員の踏力による人力駆動系と２つの電動モータ３１，３２による補助動力系を併設して構成され、これにはクランク軸１４が回転自在に支承されており、該クランク軸１４の左右両端にはクランク１５が取り付けられ、各クランク１５の端部にはペダル１６が軸支されている。
【００２０】
又、上記パワーユニット３０の近くの前記ダウンチューブ１０上にはコントローラ１７が設置されており、パワーユニット３０の上方の前記シートチューブ１１の上部前側にはバッテリボックス１８が着脱自在に取り付けられている。尚、バッテリボックス１８内には、シュリンクパックされた複数のＤセル（単１電池）で構成される不図示のバッテリが収納されている。
【００２１】
他方、パワーユニット３０からは左右一対のチェーンステー１９が車体後方に向かって延設されており、該チェーンステー１９の後端部は前記メインパイプ９の後端から車体後方に向かって斜め下方に延出する左右一対のシートステー２０の下端部に連結されている。そして、チェーンステー１９とシートステー２０との連結部には後輪２１が後車軸２２によって回転自在に軸支されており、後車軸２２には小径のホイールスプロケット２３が不図示のワンウェイクラッチを介して回転可能に支持されている。
【００２２】
ここで、前記パワーユニット３０の構成の詳細を図２及び図３に基づいて説明する。
【００２３】
図３に示すように、パワーユニット３０のケース３３には前記クランク軸１４が軸受３４，３５によって回転自在に支持されており、該クランク軸１４には遊星ギヤ機構３６と中空状の合力軸３７が設けられている。合力軸３７はケース３３によって回転自在に支承され、該合力軸３７内には軸受３８によってクランク軸１４が回転自在に支承されており、合力軸３７の内端部外周には前記遊星ギヤ機構３６の一部を構成するドラム状のリングギヤ３９とベベルギヤ４０が結着され、同合力軸３７のケース３３外へ突出する外端部外周にはドライブスプロケット２４が結着されている。そして、図１に示すように、ドライブスプロケット２４と前記ホイールスプロケット２３及びテンションローラ２５との間には無端状のチェーン２６が巻装されている。
【００２４】
ところで、前記遊星ギヤ機構３６は、クランク軸１４上に結着されたサンギヤ４１と、同クランク軸１４上にワンウェイクラッチ４２を介して支持されたリング状のキャリア４３と、該キャリア４３に軸４４によって回転自在に支持された複数（本実施の形態では、３つ）の遊星ギヤ４５及び前記リングギヤ３９で構成されており、各遊星ギヤ４５はサンギヤ４１とリングギヤ３９の間に位置して両者に噛合している。尚、本実施の形態においては、リングギヤ３９とベベルギヤ４０とは複数本のリベット４６によって結合一体化されている。
【００２５】
而して、本実施の形態においては、図２に示すように、パワーユニット３０には２つの電動モータ３１，３２がクランク軸１４を中心として側面視Ｖ形を成して放射状に配置されており、各電動モータ３１，３２の出力軸（モータ軸）３１ａ，３２ａはクランク軸１４に直交する方向に径方向内方に向かって延出している。そして、各電動モータ３１，３２の出力軸３１ａ，３２ａの端部には小径のベベルギヤ４７，４８が結着されており、両ベベルギヤ４７，４８は共に前記ベベルギヤ４０に噛合している。尚、本実施の形態においては、一方（前側）の電動モータ３１は略水平に前傾して配置され、他方（後側）の電動モータ３２は略垂直に立設するよう配置されている。
【００２６】
次に、電動補助自転車１の作用を説明する。
【００２７】
乗員が左右のペダル１６を踏んでクランク軸１４を回転駆動すると、該クランク軸１４の回転は遊星ギヤ機構３６によって増速されて合力軸３７に伝達されるが、本実施の形態では、遊星ギヤ機構３６のキャリア４３が固定されている（厳密には、不図示の反力受部のスプリングが反力によって圧縮変形する量に見合う角度だけ回動する）ため、乗員の踏力はサンギヤ４１及び遊星ギヤ４５を経てリングギヤ３９から出力されて合力軸３７に伝達される。
【００２８】
上述のように踏力が遊星ギヤ機構３６を経て合力軸３７に伝達される過程において、遊星ギヤ４５はリングギヤ３９との噛合によって反力を受けるが、この反力は不図示の反力受部に伝達され、該反力受部のスプリングによって受けられるため、スプリングは反力によって圧縮変形し、従って、キャリア４３はスプリングの圧縮変形量に見合う角度だけクランク軸１４を中心として回動する。
【００２９】
而して、遊星ギヤ４５に作用する反力は乗員の踏力の大きさに比例し、スプリングの圧縮変形量は反力の大きさに比例するため、キャリア４３の回動角は踏力の大きさに比例する。従って、キャリア４３の回動角を検出することによって踏力を検出することができ、このキャリア４３の回動角は不図示の検出手段によって検出され、その検出信号は前記コントローラ１７（図１参照）に対して出力される。すると、コントローラ１７は検出手段からの検出信号に基づいて踏力を求め、求められた踏力の大きさに応じた補助動力を発生させるよう２つの電動モータ３１，３２をそれぞれ制御する。尚、コントローラ１７と電動モータ３１，３２は、前記バッテリボックス１８（図１参照）内に収納された不図示のバッテリから電力の供給を受けて作動する。
【００３０】
而して、各電動モータ３１，３２の出力軸３１ａ，３２ａの回転はベベルギヤ４７，４８を経て共通のベベルギヤ４０に入力されて合力軸３７に伝達され、従って、各電動モータ３１，３２にて発生する補助動力は以上の経路を経て合力軸３７に伝達される。
【００３１】
以上の結果、合力軸３７は乗員の踏力と補助動力によって回転駆動され、その回転はドライブスプロケット２４、チェーン２６、ホイールスプロケット２３及び後車軸２２を経て後輪２１に伝達されるため、該後輪２１が乗員の踏力と補助動力の双方によって回転駆動されて当該電動補助自転車１が走行せしめられ、こ結果、乗員の走行に要する肉体的負担が軽減される。
【００３２】
以上において、本実施の形態によれば、各電動モータ３１，３２からの補助動力を共通のベベルギヤ４０を経て合力軸３７に伝達するようにしたため、部品の重複を避けることができるとともに、共通のベベルギヤ４０における１箇所当たりの伝達力を下げて部品の小型化を図ることができる。
【００３３】
又、２つの電動モータ３１，３２はクランク軸１４を中心として放射状に配置され、少なくとも同一軸上には配置されないため、各電動モータ３１（３２）の仕様を他の電動モータ３２（３１）の性能や形状に影響されることなく自由に決定することができ、要求性能に応じた出力特性を得ることができる。例えば、一方の電動モータ３１に高トルク・低回転型モータを用い、他方の電動モータ３２に低トルク・高回転型モータを使用し、両電動モータ３１，３２の出力比率を最適に制御することによって発進時や登坂時に高トルクを得るようにし、平坦路での一般走行時には高速度を得るようにすることができる。
【００３４】
更に、本実施の形態によれば、両電動モータ３１，３２が単一方向に配置されないため、補助動力系が単一方向に長くなることがなく、該補助動力系の小型化と軽量化が図られるとともに、各電動モータ３１，３２の取付構造の自由度が拡大する。
【００３５】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図４に基づいて説明する。尚、図４は本発明の実施の形態２に係る電動補助自転車の側面図であり、本図においては図１に示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【００３６】
本実施の形態に係る電動補助自転車１においても、パワーユニット３０には２つの電動モータ３１，３２がクランク軸１４を中心として側面視Ｖ形を成して放射状に配置されているが、本実施の形態においては、後側の電動モータ３２がシートチューブ１１に沿って配置されており、その周囲がカバー５０によって覆われている。尚、他の構成は実施の形態１に示した電動補助自転車１のそれと同一である。
【００３７】
従って、本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００３８】
尚、以上の実施の形態１，２では、２つの電動モータをクランク軸を中心として放射状に配置したが、３つ以上の電動モータを同様に配置しても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、クランク軸に入力される踏力を合力軸に伝達する人力駆動系と、電動モータによる補助動力をギヤ機構を経て前記合力軸に伝達する補助動力系を併設して成る電動補助自転車において、
前記合力軸をクランク軸と同軸的に配置し、出力軸が前記クランク軸と直交する複数の電動モータをクランク軸を中心として側面視Ｖ形を成して放射状に配置するとともに、前記各出力軸の端部のベベルギヤを、合力軸に設けた共通のベベルギヤに一側から噛合させて、前記複数の電動モータを平面視でクランク軸の車幅方向ほぼ中間位置を通る平面上に配置し、補助動力と踏力との合力を前記合力軸からチェーンを介して後輪へ伝達するよう構成したため、補助動力系の小型・軽量化と電動モータの取付構造の自由度の拡大を図ることができるとともに、要求性能に応じた出力特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電動補助自転車の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電動補助自転車のパワーユニットの側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る電動補助自転車の側面図である。
【符号の説明】
１              電動補助自転車
１４            クランク軸
３０            パワーユニット
３１，３２      電動モータ
３１ａ，３２ａ  出力軸
３７            合力軸
４０            ベベルギヤ（共通のギヤ）
【図１】
0003818462.tif 000002
【図２】
0003818462.tif 000003
【図３】
0003818462.tif 000004
【図４】
0003818462.tif 000005