電動アシスト自転車
【課題】後輪周りやペダル周りに補助動力用機器が配置されておらず、小型や折畳み式として好適な電動アシスト自転車を提供する。
【解決手段】ステータ及び該ステータの外側で回転するロータを有するアウトロータ型の電動モータ１２と、該電動モータ１２外からの人動力によって前記ロータを回転させる人動力駆動機構１３と、該人動力駆動機構１３に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置１４と、前記電動モータ１２に内蔵され、前記人動力検出装置１３の検出に応じて前記電動モータ１２を作動させるモータ制御装置１５とを具備するアシストモータユニット１０によって駆動輪（後輪５）を構成する。
【解決手段】ステータ及び該ステータの外側で回転するロータを有するアウトロータ型の電動モータ１２と、該電動モータ１２外からの人動力によって前記ロータを回転させる人動力駆動機構１３と、該人動力駆動機構１３に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置１４と、前記電動モータ１２に内蔵され、前記人動力検出装置１３の検出に応じて前記電動モータ１２を作動させるモータ制御装置１５とを具備するアシストモータユニット１０によって駆動輪（後輪５）を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペダルを漕ぐ人の力（以下「人動力」という）を補助する電動モータを備えた電動アシスト自転車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自転車は、人動力によって走行するものであるが、近年においては、登り坂等を軽い力で走行できるように人動力を補助する電動モータを備えた電動アシスト自転車が種々、案出されている。
【０００３】
ここで、電動アシスト自転車は、通常の自転車と同様に人がペダルを漕いで後輪を回転させて走行するものであるが、人が所定以上の力でペダルを漕ぐと、補助動力が必要であるとして電動モータを作動させて後輪に動力を加えるものであり、電動モータ、電動モータの動力を後輪に伝達する機器、ペダルを漕ぐ力を検出する機器、電動モータを制御する機器等、人動力に補助動力を与えるために必要な様々な機器（以下「補助動力用機器」という）を備えたものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電動アシスト自転車は、上述した電動モータ等の様々な補助動力用機器がフレームの要所要所に個別に取付けられたものである。よって、従来の電動アシスト自転車は、後輪周りやペダル周りに補助動力用機器が配置された雑多な構造ものであり、小型の電動アシスト自転車や折畳み式の電動アシスト自転車を実現することが困難であった。
【０００５】
ところで、電動アシスト自転車の中には、ステータの外周でロータが回転するアウトロータ型の電動モータによって後輪を構成したものがある。しかしながら、電動モータによって後輪を単に構成しただけでは、電動モータ以外の補助動力用機器を後輪周りやペダル周りに配置せざるを得ず、やはり雑多な構造となってしまう。
【０００６】
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、後輪周りやペダル周りに補助動力用機器が配置されておらず、小型や折畳み式として好適な電動アシスト自転車の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の採った主要な手段は、
「ステータ及び該ステータの外側で回転するロータを有するアウトロータ型の電動モータと、
該電動モータ外からの人動力によって前記ロータを回転させる人動力駆動機構と、
該人動力駆動機構に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置と、
前記電動モータに内蔵され、前記人動力検出装置の検出に応じて前記電動モータを作動させるモータ制御装置と
を具備するアシストモータユニットによって駆動輪が構成されていることを特徴とする電動アシスト自転車」
である。
【０００８】
上記構成の電動アシスト自転車は、ロータがステータの外側で回転するアウトロータ型の電動モータを用いたものであり、この電動モータをアシストモータユニットとして、電動アシスト自転車の駆動輪を構成したものである。よって、電動モータを車輪以外の部位に取付ける必要がなく、また、電動モータの駆動力を車輪に伝達させるための機器も必要としない。
【０００９】
また、アシストモータユニットは、電動アシスト自転車において、人動力が所定以上となった場合に補助が必要であるとして補助動力を与えるものであるが、人動力が所定以上であるか否かの判定を行う機器や電動モータを制御する機器が、人動力検出装置やモータ制御装置としてアシストモータユニット自体に設けられており、様々な補助動力用機器がアシストモータユニットとして一つの機器にユニット化されている。よって、人動力が所定以上であるか否かの判定を行う機器や電動モータを制御する機器をアシストモータユニットとは別途に設ける必要が無い。
【００１０】
従って、上記構成の電動アシスト自転車は、様々な補助動力用機器がアシストモータユニットとして一つのユニット化された機器としてまとめられたものであり、小型の電動アシスト自転車や折畳み式の電動アシスト自転車として好適である。
【００１１】
上述した手段において、
「前記人動力駆動機構は、
前記支持軸及び前記ロータに対して回動自在に組付けられ、前記電動モータの外部から人動力による回転駆動力が与えられるスリーブと、
該スリーブを前記ロータと一体となるように連結して前記スリーブに与えられた回転駆動力を前記ロータに伝達すると共に、前記スリーブに前記所定以上の回転駆動力が与えられると前記ロータに対する前記スリーブの回動を許容する連結部材と
を用いて構成されており、
前記人動力検出装置は、
前記ロータに対して前記スリーブが回動したことを検出することで前記人動力駆動機構に前記所定以上の人動力が与えられたことを検出するものである
ことを特徴とする電動アシスト自転車」
とするのが好適である。
【００１２】
上記構成の電動アシスト自転車は、人動力駆動機構を、支持軸及びロータに回動自在であるスリーブと、スリーブに与えられる人動力による回転駆動力をロータに伝達する連結部材とを具備するものとして限定し、人動力検出装置を、ロータに対してスリーブが回動したことを検出することで人動力駆動機構に所定以上の人動力が与えられたことを検出するものとして限定したものである。よって、上記構成によれば、人動力が所定以上であるか否かの判定を行うための人動力検出装置を、簡単な構成でもって実現することができる。
【００１３】
上述した手段において、
「前記連結部材は、
前記スリーブの周囲に配設されると共に、一端側が前記スリーブに固定され、他端側が前記ロータに固定されて、前記スリーブに対して前記ロータを、前記スリーブに与えられる回転駆動力の回転方向に付勢するＣ字状のバネ部材である
ことを特徴とする電動アシスト自転車」
とするのが好適である。
【００１４】
上記構成の電動アシスト自転車は、人動力駆動機構の連結部材を、スリーブの周囲に配設されたＣ字状のバネ部材としてさらに限定したものである。よって、上記構成によれば、人動力によってロータを回転させる人動力駆動機構を、簡単な構成でもって実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述した通り、本発明によれば、後輪周りやペダル周りに補助動力用機器が配置されておらず、小型や折畳み式として好適な電動アシスト自転車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る電動アシスト自転車の一例を示す概略図である。
【図２】アシストモータユニットを示す断面図である。
【図３】電動モータの概略図である。
【図４】人動力駆動機構の分解斜視図である。
【図５】人動力検出装置の概略図である。
【図６】アシストモータユニットの電気的構成を示すロック図である。
【図７】電動モータの作動状態を説明するチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る電動アシスト自転車の実施形態としての一例を、以下、図面に従って詳細に説明する。
【００１８】
図１に、本発明に係る電動アシスト自転車１００の一例を示す。
【００１９】
この電動アシスト自転車１００は、フレーム１、ハンドル２、サドル３、前輪４、後輪５等を具備する周知の自転車である。また、この電動アシスト自転車１００は、使用者がペダル６を漕ぐことによって、ペダル６のスプロケット７からチェーン８を介して後輪５のスプロケット９に回転駆動力が与えられて後輪５が人動力によって回転駆動されるものである。そして、この電動アシスト自転車１００では、駆動輪である後輪５が、アウトロータ型の電動モータ１２を用いたアシストモータユニット１０によって構成されている。また、電動アシスト自転車１００の後側には、荷台を用いて、アシストモータユニット１０の電源となるバッテリ１１が搭載されている。
【００２０】
なお、本例の電動アシスト自転車１００では、タイヤを装着するリムを電動モータ１２のロータ自体によって構成してあるが、これに限らず、ロータにスポークやリブを介してリムを組付け、このリムにタイヤを装着するようにしてもよい。特に、本例では、ロータのリム部分に、スポークを取付け可能な多数のスポーク取付孔が周設してあり、ロータの外側にスポークを介して別途のリムを組付けて一体化して、アシストモータユニット１０よりも大径の車輪を簡便に形成することができるようにしてある。
【００２１】
次に、アシストモータユニット１０の詳細を図２に基づいて説明する。
【００２２】
アシストモータユニット１０の電動モータ１２は、電磁コイルによって形成された多数の電磁石２２を有するステータ２９と、永久磁石６２を有し、ステータ２９の外側で回転するロータ６９と備えたブラシレスのアウトロータ型の電動モータ１２として構成されている。
【００２３】
ステータ２９は、電動アシスト自転車１００のフレーム１に取付けられる支持軸２０と、周面に多数の電磁石２２が所定間隔で配設され、支持軸２０に一体的に固定された円盤状のステータ本体２１と、ステータ本体２１の一方の側に配設され、支持軸２０に一体的に固定されたブッシュ２３とを備えている。
【００２４】
また、ステータ本体２１の他方の側には、スリーブ４０が支持軸２０にベアリング３０，３１を介して回動自在に組み付けられている。そして、このスリーブ４０には、ワンウエイクラッチ９ａを介して後輪５のスプロケット９が組み付けられており、電動アシスト自転車１００のペダル６を漕ぐことで、前進方向のみの回転駆動力がスリーブ４０に与えられる。
【００２５】
一方、ロータ６９は、タイヤＴを装着するリム部６０ｂが外周面に一体的に形成され、内周面に多数の永久磁石６２が所定間隔で配設されたロータ本体６０と、このロータ本体６０に一体的に固定されたキャップ６１とを備えている。ここで、ロータ本体６０は、ステータ本体２１のスリーブ４０側の面を被覆するものであり、キャップ６１は、ステータ本体２１のブッシュ２３側の面を被覆するものである。また、このロータ６９においては、ロータ本体６０がスリーブ４０にベアリング５０を介して回動自在に組み付けられており、キャップ６１がブッシュ２３にベアリング３２を介して回動自在に組み付けられている。よって、ロータ６９全体は、ステータ２９に対して回動自在となっている。
【００２６】
次に、電動モータ１２の詳細について説明する。
【００２７】
本例の電動モータ１２では、ロータ本体６０の内周面に２０個の永久磁石６２が配設されている一方で、図３に示すように、ステータ本体２１の外周縁に１８個の電磁石２２（図３における三角印、丸印及び四角印の部材）が配設されている。そして、隣合う３個の電磁石２２によって一つの電磁石ユニットが形成されており、ステータ２９は、六つの電磁石ユニットを有するものとなっている。
【００２８】
また、この電動モータ１２では、ロータ６９の回転が、対向する二つの電磁石ユニットを一つの相として、Ｉｗの電流が流れるＷ相、Ｉｖの電流が流れるＶ相、Ｉｕの電流が流れるＵ相の三相の電流によって制御される。
【００２９】
なお、図３では、Ｗ相の電磁石２２を三角印で示し、Ｖ相の電磁石２２を丸印で示し、Ｕ相の電磁石２２を四角印で示してある。また、各印の黒塗り及び白抜きは、電磁石２２を構成する電磁コイルの巻き方向が逆であることを示すものである。
【００３０】
ところで、アシストモータユニット１０は、電動モータ１２の外部から与えられる人動力によってロータ６９を回転させる人動力駆動機構１３と、この人動力駆動機構１３に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置１４と、この人動力検出装置１４の検出に応じて電動モータ１２を作動させるモータ制御装置１５とを備えており、電動アシスト自転車１００のペダル６を漕ぐ力が所定以上になると電動モータ１２による補助動力が後輪５に加わるようにしてある。
【００３１】
次に、人動力駆動機構１３、人動力検出装置１４及びモータ制御装置１５の詳細について説明する。
【００３２】
図４に示すように、人動力駆動機構１３は、ステータ２９の支持軸２０とロータ６９のロータ本体６０との間に回動自在に組み付けられたスリーブ４０を用いて構成されている。そして、スリーブ４０は、連結部材４１によってロータ本体６０と一体的に連結されており、この連結部材４１を通じて、電動アシスト自転車１００のペダル６を漕ぐことで与えられた前進方向のみの回転駆動力がロータ本体６０に伝達される。ここで、本例では、連結部材４１として、Ｃ字状のバネ部材４１を採用している。
【００３３】
Ｃ字状のバネ部材４１の両端には、当接部材４２，４３が設けられており、一方の当接部材４２が止めネジ４４によってロータ本体６０に固定され、他方の当接部材４３が止めネジ４４によってスリーブ４０に固定されている。そして、バネ部材４１は、鋼板によって形成された十分な剛性を有するものとなっており、スリーブ４０に回転駆動力が加わると（図５の矢印Ａ参照）、この回転駆動力をそのままロータ本体６０に伝達する（図５の矢印Ｂ参照）。
【００３４】
また、バネ部材４１は、周方向に所定以上の力が加わると変形するものとなっており、スリーブ４０に所定以上の回転駆動力が加わることで両端が近接するように変形する（図５の矢印Ｃ参照）。ここで、バネ部材４１の両端には、当接部材４２，４３が設けられていることから、各当接部材４２，４３が互いに当接することでバネ部材４１のそれ以上の変形が規制され、スリーブ４０の回転駆動力は、当接部材４２，４３の当接によってロータ本体６０にそのまま伝達される。なお、スリーブ４０に加わる回転駆動力が所定未満となると、バネ部材４１は、近接した両端が離間して元の形状に復帰する。
【００３５】
両端が近接するようにバネ部材４１が変形した状態では、ロータ本体６０に対してスリーブ４０が回動した状態、換言すれば、スリーブ４０の位相とロータ本体６０の位相とにズレが生じた状態となる。そして、本例のアシストモータユニット１０では、人動力検出装置１４が、スリーブ４０とロータ本体６０との位相ズレを検出することで、人動力駆動機構１３に所定以上の人動力が与えられたことを検出するものとなっている。人動力検出装置１４の具体的な構成は、以下の通りである。
【００３６】
図２、図４及び図５に示すように、スリーブ４０及びロータ本体６０には、ステータ本体２１に対向する面において、ステータ２９の支持軸２０の周囲に多数の永久磁石４０ａ、６０ａが所定間隔で配設されており、ステータ本体２１のスリーブ４０側の面には、スリーブ４０及びロータ本体６０の夫々の永久磁石４０ａ，６０ａと対向するセンサ７３，７４を有するセンサ基板７２が設けられている。
【００３７】
ここで、スリーブ４０の永久磁石４０ａとロータ本体６０の永久磁石６０ａとは、同数であり、バネ部材４１が変形しない状態、すなわちスリーブ４０とロータ本体６０とに位相ズレが生じていない状態において、互いに位相が合致するように配置されている。また、センサ７３，７４は、磁性体によって形成されたもの、所謂「磁気センサ」であり、表面近傍を磁石が通過することで起電力を生じさせるものである。よって、スリーブ４０側のセンサ７４及びロータ本体６０側のセンサ７３に生じる夫々の起電力の電圧を監視することで、スリーブ４０とロータ本体６０とに位相ズレが生じたか否かを判定することができる。
【００３８】
また、ロータ本体６０側のセンサ７３の起電力を監視することで、ロータ本体６０の回転速度を計測することができ、もって、電動アシスト自転車１００の走行速度を計測することができる。特に本例では、ロータ本体６０側のセンサ７３の前後にもセンサ７３ａ，７３ｂを設けてあり、電動アシスト自転車１００の後輪５の回転方向も検出できるようにしてある。
【００３９】
ところで、スリーブ４０とロータ本体６０とに位相ズレが生じた状態では、スリーブ４０に所定状の回転駆動力が加わっている状態、すなわち、所定以上の力でペダル６が漕がれている状態であり、後輪５に電動モータ１２による補助動力を与える必要がある。よって、この状態では、電動モータ１２を制御するモータ制御装置１５によって、バッテリ１１からの電源によって電動モータ１２を作動させる。ここで、本例では、図２及び図６に示すように、モータ制御装置１５が、ステータ本体２１におけるスリーブ４０側とは反対の面に設けられたモータ制御基板７０によって構成されており、電動モータ１２に内蔵されたものとなっている。また、モータ制御基板７０は、上述したセンサ基板７２と電気的に接続されており、センサ基板７２からの信号によって電動モータ１２の駆動を制御する。
【００４０】
なお、モータ制御装置１５を構成するモータ制御基板７０は、電動モータ１２に内蔵されたものであるが、このモータ制御基板７０は、電動アシスト自転車１００のフレーム１に固定的なステータ２９に設けられていることから、電動アシスト自転車１００の走行に際してロータ６９が回転しても支障は生じない。また、モータ制御基板７０とバッテリ１１とを接続する配線７１やモータ制御基板７０と詳細は後述するスイッチパネル１６とを接続する配線７１は、フレーム１に固定的な部材であるブッシュ２３に設けられた配線通路２３ａを通じてアシストモータユニット１０の外側に引き出されていることから、電動アシスト自転車１００の走行に際してロータ６９が回転しても支障は生じない。
【００４１】
ところで、本例では、ロータ６９のキャップ６１にブレーキドラム６１ａが一体的に設けられている。ここで、このブレーキドラム６１ａは、一般的な自転車の後輪のブレーキ装置に適用可能な形状・寸法に形成されており、ブッシュ２３にブレーキ装置のカバー２４やブレーキ部材２５（帯ブレーキ装置の場合はブレーキバンド）を組付けることで、ブレーキ装置を簡単に形成できるようにしてある。なお、ブレーキドラム６１ａは、ロータ６０のキャップ６１に一体成形してもよいし、別部材として形成してボルトや溶接等によってキャップ６１に一体化できるようにしてもよい。
【００４２】
次に、本例の電動アシスト自転車１００の使用態様を説明する。
【００４３】
電動アシスト自転車１００には、ハンドル２等の操作し易い部位に、図２に示すような操作パネル１６が取付けられており、この操作パネル１６でのスイッチ操作によってアシストモータユニット１０の作動が操作される。また、本例では、電動モータ１２が回生ブレーキ（発電機）として機能するように構成されている。
【００４４】
操作パネル１６は、３つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を備えている。
【００４５】
まず、スイッチＳＷ１は、アシストモータユニット１０の電源をＯＮ・ＯＦＦさせるスイッチであり、スイッチＳＷ１を押すことで電源がＯＮとなり、再びスイッチＳＷ１を押すことで、電源がＯＦＦとなる。また、電源がＯＮとなった状態では、バッテリ１１の充電量に応じてＬＥＤ１〜３が点灯する。ここで、ＬＥＤ１〜３が全て点灯する状態は、バッテリ１１の充電量が十分であることを示し、ＬＥＤ１，２しか点灯しない状態は、バッテリ１１の充電量がやや不足することを示し、ＬＥＤ１しか点灯しない状態は、バッテリ１１の充電量が残り僅かであり、充電を必要とすることを示すものである。
【００４６】
アシストモータユニット１０の電源がＯＮとなった状態で電動アシスト自転車１００を走行させると、登り坂等において補助動力が必要な場合には電動モータ１２が作動して人動力を補助する。また、下り坂等において、電動アシスト自転車１００が所定以上の速度になると、モータ制御基板７０によって電動モータ１２を制御して、電動モータ１２を回生ブレーキとして機能させる。ここで、本例では、電動アシスト自転車１００が第一速度以上となると、電動モータ１２が第一回生ブレーキとして機能し、電動アシスト自転車１００が前記第一速度よりも速い第二速度となると、電動モータ１２が前記第一回生ブレーキよりもブレーキ力が大きい第二回生ブレーキとして機能するように、モータ制御基板７０によって電動モータ１２が制御される。
【００４７】
具体的に、電動アシスト自転車１００の速度は、センサ基板７２によって計測できることは前述の通りであり、また、電動モータ１２では、Ｗ相、Ｖ相及びＵ相といったような複数相の電流によって複数の電磁石２２が夫々制御されるのも前述の通りである。そこで、モータ制御基板７０では、センサ基板７２からの信号（電動アシスト自転車１００の速度）に応じて、例えば、第一回生ブレーキでは二つの相の電磁石２２を回生ブレーキとして機能させ、第二回生ブレーキでは三つの相の電磁石２２を回生ブレーキとして機能させるといったように、回生ブレーキとして機能させる相数を異ならせることで、ブレーキ力が異なる回生ブレーキを段階的に生じさせる。
【００４８】
なお、電動モータ１２が回生ブレーキとして機能する状態は、電動モータ１２が発電機となる状態である。よって、電動モータ１２からの電気をバッテリ１１に充電させる充電回路を開くことで、電動モータ１２を発電機として機能させてバッテリ１１に充電を行うことができる。
【００４９】
次に、スイッチＳＷ２は、アシストモータユニット１０の電動モータ１２を強制的に発電機として機能させてバッテリ１１に充電を行う「充電モード」のスイッチであり、例えば２秒間といったように、スイッチＳＷ２を長押しすることで、充電モードがＯＮとなり、ＬＥＤ４が点灯する。なお、このスイッチＳＷ２のＯＮ側のスイッチ操作については、電動アシスト自転車１００が停止時や所定の安全速度未満のときに操作の受付けを許容するように構成されている。
【００５０】
一方、充電モードがＯＮとなっている状態で、再びスイッチＳＷ２を押すことで、充電モードはＯＦＦとなるのであるが、このＯＦＦ側のスイッチ操作については、スイッチＳＷ２を押しさえすれば、短い時間でもＯＦＦとなる。また、アシスト自転車１００が停車中であっても、走行中であっても、ＯＦＦ操作については、その受付けを許容するように構成されている。
【００５１】
充電モードでは、電動モータ１２を発電機として機能させてバッテリ１１に充電を行うものであり、ブレーキ力が生じるのであるが、平坦地等において走行の大きな抵抗とならないように、この充電モードでは、前述の第一回生ブレーキよりも小さなブレーキ力しか生じないようにしてあり、走行の支障になり難いようにしてある。具体的には、回生ブレーキとして機能させる電磁石２２の相数を前述の第一回生ブレーキの相数よりも少なくして、大きなブレーキ力が発生しないようにしてある。
【００５２】
最後に、スイッチＳＷ３は、アシストモータユニット１０に直接関わるものではないが、アシストモータユニット１０とは別途に設けられると共にバッテリ１１に接続され、電動アシスト自転車１００の前側等に取付けられたライト（図示省略）を点灯・消灯させるためのスイッチであり、一度押すことでライトが点灯し、再び押すことでライトが消灯する。
【００５３】
このように構成された電動アシスト自転車１００では、電動モータ１２が、図７に示すように作動する。ここで、図７では、電動アシスト自転車１００が走行する路面の傾斜を「走行路」として模式的に示し、電動モータ１２の作動状態を、補助動力として作動する側を「アシスト」として横方向の基準線よりも上向きグラフとし、発電機として作動する側を「回生」として横方向の基準線よりも下向きのグラフとして示す。
【００５４】
まず、アシストモータユニット１０の電源をＯＮとした状態として、走行を開始する。平坦な走行路ａを走行する場合には、電動モータ１２は作動せず、電動アシスト自転車１００は、電動モータ１２のロータ６９が人動力のみによって回転駆動されて走行する。次に、登り坂の走行路ｂでは、ベダル６を漕ぐ力が大きくなり、ロータ６９に人動力による所定以上の回転駆動力が与えられると電動モータ１２が作動して、坂道を登る人動力を補助する。次に、再び平坦な走行路ｃでは、補助動力を必要としなくなるため、電動モータ１２は作動を停止して、電動アシスト自転車１００は、ロータ６９が人動力のみによって回転駆動されて走行する。次に、下り坂の走行路ｄでは、補助動力を必要としないばかりか、ペダル６を漕がなくても速度が増すため、第一速度以上となったら電動モータ１２が第一回生ブレーキとして機能し、ブレーキ力を生じさせると共にバッテリ１１への充電を行う。次に、さらに傾斜角度のきつい走行路ｅでは、第一速度よりも速い第二速度以上となる場合がある。この場合には、第一回生ブレーキのブレーキ力では制動が不十分であるとして、電動モータ１２が第一回生ブレーキよりもブレーキ力の大きな第二回生ブレーキとして機能し、より大きなブレーキ力を生じさせると共により多くの電力をバッテリ１１に充電する。
【００５５】
最後に、坂道を下った後の平坦な走行路ｆでは、ブレーキ力を必要とせず、また、補助動力も必要としないため、電動モータ１２は回生ブレーキとして機能せず、また、作動もせず、電動アシスト自転車１００は、ロータ６９が人動力のみによって回転駆動されて走行する。ここで、バッテリ１１の充電量が不十分である場合には、操作パネル１６を操作してアシストモータユニット１０を「充電モード」とすることで、電動モータ１２を、第一回生ブレーキよりも小さなブレーキ力しか生じない発電機として機能させて（図７における斜線部分）、不足した電力を補うことができる。
【００５６】
以上、本発明に係る電動アシスト自転車１００の一例を示したが、本発明に係る電動アシスト自転車１００は、電動モータ１２、人動力によってロータ６９を回転させる人動力駆動機構１３、人動力駆動機構１３に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置１４、及び、人動力検出装置１４の検出に応じて電動モータ１２を作動させるモータ制御装置１５といった補助動力を与えるための様々な機器をコンパクトにまとめてアシストモータユニット１０といった一つの機器にユニット化し、このアシストモータユニット１０を用いて駆動輪である後輪５を構成したものである。
【００５７】
よって、後輪５の周りやペダル６の周りに補助動力用機器を配置する必要がなく、後輪周りやペダル周りを、電動モータを有しない普通の自転車と同様にすっきりと収めることができ、小型の電動アシスト自転車や折畳み式の電動アシスト自転車を実現する場合に、好適である。
【符号の説明】
【００５８】
Ｔ タイヤ
１ フレーム
２ ハンドル
３ サドル
４ 前輪
５ 後輪
６ ペダル
７ スプロケット
８ チェーン
９ スプロケット
９ａ ワンウエイクラッチ
１０ アシストモータユニット
１１ バッテリ
１２ 電動モータ
１３ 人動力駆動機構
１４ 人動力検出装置
１５ モータ制御装置
１６ 操作パネル
２０ 支持軸
２１ ステータ本体
２２ 電磁石
２３ ブッシュ
２３ａ 配線通路
２４ カバー
２５ ブレーキ部材
２９ ステータ
３０ ベアリング
３１ ベアリング
３２ ベアリング
４０ スリーブ
４０ａ 永久磁石
４１ バネ部材（連結部材）
４２ 当接部材
４３ 当接部材
４４ 止めネジ
５０ ベアリング
６０ ロータ本体
６０ａ 永久磁石
６０ｂ リム部
６１ キャップ
６１ａ ブレーキドラム
６２ 永久磁石
６９ ロータ
７０ モータ制御基板
７１ 配線
７２ センサ基板
７３ センサ
７４ センサ
１００ 電動アシスト自転車
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペダルを漕ぐ人の力（以下「人動力」という）を補助する電動モータを備えた電動アシスト自転車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自転車は、人動力によって走行するものであるが、近年においては、登り坂等を軽い力で走行できるように人動力を補助する電動モータを備えた電動アシスト自転車が種々、案出されている。
【０００３】
ここで、電動アシスト自転車は、通常の自転車と同様に人がペダルを漕いで後輪を回転させて走行するものであるが、人が所定以上の力でペダルを漕ぐと、補助動力が必要であるとして電動モータを作動させて後輪に動力を加えるものであり、電動モータ、電動モータの動力を後輪に伝達する機器、ペダルを漕ぐ力を検出する機器、電動モータを制御する機器等、人動力に補助動力を与えるために必要な様々な機器（以下「補助動力用機器」という）を備えたものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電動アシスト自転車は、上述した電動モータ等の様々な補助動力用機器がフレームの要所要所に個別に取付けられたものである。よって、従来の電動アシスト自転車は、後輪周りやペダル周りに補助動力用機器が配置された雑多な構造ものであり、小型の電動アシスト自転車や折畳み式の電動アシスト自転車を実現することが困難であった。
【０００５】
ところで、電動アシスト自転車の中には、ステータの外周でロータが回転するアウトロータ型の電動モータによって後輪を構成したものがある。しかしながら、電動モータによって後輪を単に構成しただけでは、電動モータ以外の補助動力用機器を後輪周りやペダル周りに配置せざるを得ず、やはり雑多な構造となってしまう。
【０００６】
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、後輪周りやペダル周りに補助動力用機器が配置されておらず、小型や折畳み式として好適な電動アシスト自転車の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の採った主要な手段は、
「ステータ及び該ステータの外側で回転するロータを有するアウトロータ型の電動モータと、
該電動モータ外からの人動力によって前記ロータを回転させる人動力駆動機構と、
該人動力駆動機構に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置と、
前記電動モータに内蔵され、前記人動力検出装置の検出に応じて前記電動モータを作動させるモータ制御装置と
を具備するアシストモータユニットによって駆動輪が構成されていることを特徴とする電動アシスト自転車」
である。
【０００８】
上記構成の電動アシスト自転車は、ロータがステータの外側で回転するアウトロータ型の電動モータを用いたものであり、この電動モータをアシストモータユニットとして、電動アシスト自転車の駆動輪を構成したものである。よって、電動モータを車輪以外の部位に取付ける必要がなく、また、電動モータの駆動力を車輪に伝達させるための機器も必要としない。
【０００９】
また、アシストモータユニットは、電動アシスト自転車において、人動力が所定以上となった場合に補助が必要であるとして補助動力を与えるものであるが、人動力が所定以上であるか否かの判定を行う機器や電動モータを制御する機器が、人動力検出装置やモータ制御装置としてアシストモータユニット自体に設けられており、様々な補助動力用機器がアシストモータユニットとして一つの機器にユニット化されている。よって、人動力が所定以上であるか否かの判定を行う機器や電動モータを制御する機器をアシストモータユニットとは別途に設ける必要が無い。
【００１０】
従って、上記構成の電動アシスト自転車は、様々な補助動力用機器がアシストモータユニットとして一つのユニット化された機器としてまとめられたものであり、小型の電動アシスト自転車や折畳み式の電動アシスト自転車として好適である。
【００１１】
上述した手段において、
「前記人動力駆動機構は、
前記支持軸及び前記ロータに対して回動自在に組付けられ、前記電動モータの外部から人動力による回転駆動力が与えられるスリーブと、
該スリーブを前記ロータと一体となるように連結して前記スリーブに与えられた回転駆動力を前記ロータに伝達すると共に、前記スリーブに前記所定以上の回転駆動力が与えられると前記ロータに対する前記スリーブの回動を許容する連結部材と
を用いて構成されており、
前記人動力検出装置は、
前記ロータに対して前記スリーブが回動したことを検出することで前記人動力駆動機構に前記所定以上の人動力が与えられたことを検出するものである
ことを特徴とする電動アシスト自転車」
とするのが好適である。
【００１２】
上記構成の電動アシスト自転車は、人動力駆動機構を、支持軸及びロータに回動自在であるスリーブと、スリーブに与えられる人動力による回転駆動力をロータに伝達する連結部材とを具備するものとして限定し、人動力検出装置を、ロータに対してスリーブが回動したことを検出することで人動力駆動機構に所定以上の人動力が与えられたことを検出するものとして限定したものである。よって、上記構成によれば、人動力が所定以上であるか否かの判定を行うための人動力検出装置を、簡単な構成でもって実現することができる。
【００１３】
上述した手段において、
「前記連結部材は、
前記スリーブの周囲に配設されると共に、一端側が前記スリーブに固定され、他端側が前記ロータに固定されて、前記スリーブに対して前記ロータを、前記スリーブに与えられる回転駆動力の回転方向に付勢するＣ字状のバネ部材である
ことを特徴とする電動アシスト自転車」
とするのが好適である。
【００１４】
上記構成の電動アシスト自転車は、人動力駆動機構の連結部材を、スリーブの周囲に配設されたＣ字状のバネ部材としてさらに限定したものである。よって、上記構成によれば、人動力によってロータを回転させる人動力駆動機構を、簡単な構成でもって実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述した通り、本発明によれば、後輪周りやペダル周りに補助動力用機器が配置されておらず、小型や折畳み式として好適な電動アシスト自転車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る電動アシスト自転車の一例を示す概略図である。
【図２】アシストモータユニットを示す断面図である。
【図３】電動モータの概略図である。
【図４】人動力駆動機構の分解斜視図である。
【図５】人動力検出装置の概略図である。
【図６】アシストモータユニットの電気的構成を示すロック図である。
【図７】電動モータの作動状態を説明するチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る電動アシスト自転車の実施形態としての一例を、以下、図面に従って詳細に説明する。
【００１８】
図１に、本発明に係る電動アシスト自転車１００の一例を示す。
【００１９】
この電動アシスト自転車１００は、フレーム１、ハンドル２、サドル３、前輪４、後輪５等を具備する周知の自転車である。また、この電動アシスト自転車１００は、使用者がペダル６を漕ぐことによって、ペダル６のスプロケット７からチェーン８を介して後輪５のスプロケット９に回転駆動力が与えられて後輪５が人動力によって回転駆動されるものである。そして、この電動アシスト自転車１００では、駆動輪である後輪５が、アウトロータ型の電動モータ１２を用いたアシストモータユニット１０によって構成されている。また、電動アシスト自転車１００の後側には、荷台を用いて、アシストモータユニット１０の電源となるバッテリ１１が搭載されている。
【００２０】
なお、本例の電動アシスト自転車１００では、タイヤを装着するリムを電動モータ１２のロータ自体によって構成してあるが、これに限らず、ロータにスポークやリブを介してリムを組付け、このリムにタイヤを装着するようにしてもよい。特に、本例では、ロータのリム部分に、スポークを取付け可能な多数のスポーク取付孔が周設してあり、ロータの外側にスポークを介して別途のリムを組付けて一体化して、アシストモータユニット１０よりも大径の車輪を簡便に形成することができるようにしてある。
【００２１】
次に、アシストモータユニット１０の詳細を図２に基づいて説明する。
【００２２】
アシストモータユニット１０の電動モータ１２は、電磁コイルによって形成された多数の電磁石２２を有するステータ２９と、永久磁石６２を有し、ステータ２９の外側で回転するロータ６９と備えたブラシレスのアウトロータ型の電動モータ１２として構成されている。
【００２３】
ステータ２９は、電動アシスト自転車１００のフレーム１に取付けられる支持軸２０と、周面に多数の電磁石２２が所定間隔で配設され、支持軸２０に一体的に固定された円盤状のステータ本体２１と、ステータ本体２１の一方の側に配設され、支持軸２０に一体的に固定されたブッシュ２３とを備えている。
【００２４】
また、ステータ本体２１の他方の側には、スリーブ４０が支持軸２０にベアリング３０，３１を介して回動自在に組み付けられている。そして、このスリーブ４０には、ワンウエイクラッチ９ａを介して後輪５のスプロケット９が組み付けられており、電動アシスト自転車１００のペダル６を漕ぐことで、前進方向のみの回転駆動力がスリーブ４０に与えられる。
【００２５】
一方、ロータ６９は、タイヤＴを装着するリム部６０ｂが外周面に一体的に形成され、内周面に多数の永久磁石６２が所定間隔で配設されたロータ本体６０と、このロータ本体６０に一体的に固定されたキャップ６１とを備えている。ここで、ロータ本体６０は、ステータ本体２１のスリーブ４０側の面を被覆するものであり、キャップ６１は、ステータ本体２１のブッシュ２３側の面を被覆するものである。また、このロータ６９においては、ロータ本体６０がスリーブ４０にベアリング５０を介して回動自在に組み付けられており、キャップ６１がブッシュ２３にベアリング３２を介して回動自在に組み付けられている。よって、ロータ６９全体は、ステータ２９に対して回動自在となっている。
【００２６】
次に、電動モータ１２の詳細について説明する。
【００２７】
本例の電動モータ１２では、ロータ本体６０の内周面に２０個の永久磁石６２が配設されている一方で、図３に示すように、ステータ本体２１の外周縁に１８個の電磁石２２（図３における三角印、丸印及び四角印の部材）が配設されている。そして、隣合う３個の電磁石２２によって一つの電磁石ユニットが形成されており、ステータ２９は、六つの電磁石ユニットを有するものとなっている。
【００２８】
また、この電動モータ１２では、ロータ６９の回転が、対向する二つの電磁石ユニットを一つの相として、Ｉｗの電流が流れるＷ相、Ｉｖの電流が流れるＶ相、Ｉｕの電流が流れるＵ相の三相の電流によって制御される。
【００２９】
なお、図３では、Ｗ相の電磁石２２を三角印で示し、Ｖ相の電磁石２２を丸印で示し、Ｕ相の電磁石２２を四角印で示してある。また、各印の黒塗り及び白抜きは、電磁石２２を構成する電磁コイルの巻き方向が逆であることを示すものである。
【００３０】
ところで、アシストモータユニット１０は、電動モータ１２の外部から与えられる人動力によってロータ６９を回転させる人動力駆動機構１３と、この人動力駆動機構１３に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置１４と、この人動力検出装置１４の検出に応じて電動モータ１２を作動させるモータ制御装置１５とを備えており、電動アシスト自転車１００のペダル６を漕ぐ力が所定以上になると電動モータ１２による補助動力が後輪５に加わるようにしてある。
【００３１】
次に、人動力駆動機構１３、人動力検出装置１４及びモータ制御装置１５の詳細について説明する。
【００３２】
図４に示すように、人動力駆動機構１３は、ステータ２９の支持軸２０とロータ６９のロータ本体６０との間に回動自在に組み付けられたスリーブ４０を用いて構成されている。そして、スリーブ４０は、連結部材４１によってロータ本体６０と一体的に連結されており、この連結部材４１を通じて、電動アシスト自転車１００のペダル６を漕ぐことで与えられた前進方向のみの回転駆動力がロータ本体６０に伝達される。ここで、本例では、連結部材４１として、Ｃ字状のバネ部材４１を採用している。
【００３３】
Ｃ字状のバネ部材４１の両端には、当接部材４２，４３が設けられており、一方の当接部材４２が止めネジ４４によってロータ本体６０に固定され、他方の当接部材４３が止めネジ４４によってスリーブ４０に固定されている。そして、バネ部材４１は、鋼板によって形成された十分な剛性を有するものとなっており、スリーブ４０に回転駆動力が加わると（図５の矢印Ａ参照）、この回転駆動力をそのままロータ本体６０に伝達する（図５の矢印Ｂ参照）。
【００３４】
また、バネ部材４１は、周方向に所定以上の力が加わると変形するものとなっており、スリーブ４０に所定以上の回転駆動力が加わることで両端が近接するように変形する（図５の矢印Ｃ参照）。ここで、バネ部材４１の両端には、当接部材４２，４３が設けられていることから、各当接部材４２，４３が互いに当接することでバネ部材４１のそれ以上の変形が規制され、スリーブ４０の回転駆動力は、当接部材４２，４３の当接によってロータ本体６０にそのまま伝達される。なお、スリーブ４０に加わる回転駆動力が所定未満となると、バネ部材４１は、近接した両端が離間して元の形状に復帰する。
【００３５】
両端が近接するようにバネ部材４１が変形した状態では、ロータ本体６０に対してスリーブ４０が回動した状態、換言すれば、スリーブ４０の位相とロータ本体６０の位相とにズレが生じた状態となる。そして、本例のアシストモータユニット１０では、人動力検出装置１４が、スリーブ４０とロータ本体６０との位相ズレを検出することで、人動力駆動機構１３に所定以上の人動力が与えられたことを検出するものとなっている。人動力検出装置１４の具体的な構成は、以下の通りである。
【００３６】
図２、図４及び図５に示すように、スリーブ４０及びロータ本体６０には、ステータ本体２１に対向する面において、ステータ２９の支持軸２０の周囲に多数の永久磁石４０ａ、６０ａが所定間隔で配設されており、ステータ本体２１のスリーブ４０側の面には、スリーブ４０及びロータ本体６０の夫々の永久磁石４０ａ，６０ａと対向するセンサ７３，７４を有するセンサ基板７２が設けられている。
【００３７】
ここで、スリーブ４０の永久磁石４０ａとロータ本体６０の永久磁石６０ａとは、同数であり、バネ部材４１が変形しない状態、すなわちスリーブ４０とロータ本体６０とに位相ズレが生じていない状態において、互いに位相が合致するように配置されている。また、センサ７３，７４は、磁性体によって形成されたもの、所謂「磁気センサ」であり、表面近傍を磁石が通過することで起電力を生じさせるものである。よって、スリーブ４０側のセンサ７４及びロータ本体６０側のセンサ７３に生じる夫々の起電力の電圧を監視することで、スリーブ４０とロータ本体６０とに位相ズレが生じたか否かを判定することができる。
【００３８】
また、ロータ本体６０側のセンサ７３の起電力を監視することで、ロータ本体６０の回転速度を計測することができ、もって、電動アシスト自転車１００の走行速度を計測することができる。特に本例では、ロータ本体６０側のセンサ７３の前後にもセンサ７３ａ，７３ｂを設けてあり、電動アシスト自転車１００の後輪５の回転方向も検出できるようにしてある。
【００３９】
ところで、スリーブ４０とロータ本体６０とに位相ズレが生じた状態では、スリーブ４０に所定状の回転駆動力が加わっている状態、すなわち、所定以上の力でペダル６が漕がれている状態であり、後輪５に電動モータ１２による補助動力を与える必要がある。よって、この状態では、電動モータ１２を制御するモータ制御装置１５によって、バッテリ１１からの電源によって電動モータ１２を作動させる。ここで、本例では、図２及び図６に示すように、モータ制御装置１５が、ステータ本体２１におけるスリーブ４０側とは反対の面に設けられたモータ制御基板７０によって構成されており、電動モータ１２に内蔵されたものとなっている。また、モータ制御基板７０は、上述したセンサ基板７２と電気的に接続されており、センサ基板７２からの信号によって電動モータ１２の駆動を制御する。
【００４０】
なお、モータ制御装置１５を構成するモータ制御基板７０は、電動モータ１２に内蔵されたものであるが、このモータ制御基板７０は、電動アシスト自転車１００のフレーム１に固定的なステータ２９に設けられていることから、電動アシスト自転車１００の走行に際してロータ６９が回転しても支障は生じない。また、モータ制御基板７０とバッテリ１１とを接続する配線７１やモータ制御基板７０と詳細は後述するスイッチパネル１６とを接続する配線７１は、フレーム１に固定的な部材であるブッシュ２３に設けられた配線通路２３ａを通じてアシストモータユニット１０の外側に引き出されていることから、電動アシスト自転車１００の走行に際してロータ６９が回転しても支障は生じない。
【００４１】
ところで、本例では、ロータ６９のキャップ６１にブレーキドラム６１ａが一体的に設けられている。ここで、このブレーキドラム６１ａは、一般的な自転車の後輪のブレーキ装置に適用可能な形状・寸法に形成されており、ブッシュ２３にブレーキ装置のカバー２４やブレーキ部材２５（帯ブレーキ装置の場合はブレーキバンド）を組付けることで、ブレーキ装置を簡単に形成できるようにしてある。なお、ブレーキドラム６１ａは、ロータ６０のキャップ６１に一体成形してもよいし、別部材として形成してボルトや溶接等によってキャップ６１に一体化できるようにしてもよい。
【００４２】
次に、本例の電動アシスト自転車１００の使用態様を説明する。
【００４３】
電動アシスト自転車１００には、ハンドル２等の操作し易い部位に、図２に示すような操作パネル１６が取付けられており、この操作パネル１６でのスイッチ操作によってアシストモータユニット１０の作動が操作される。また、本例では、電動モータ１２が回生ブレーキ（発電機）として機能するように構成されている。
【００４４】
操作パネル１６は、３つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を備えている。
【００４５】
まず、スイッチＳＷ１は、アシストモータユニット１０の電源をＯＮ・ＯＦＦさせるスイッチであり、スイッチＳＷ１を押すことで電源がＯＮとなり、再びスイッチＳＷ１を押すことで、電源がＯＦＦとなる。また、電源がＯＮとなった状態では、バッテリ１１の充電量に応じてＬＥＤ１〜３が点灯する。ここで、ＬＥＤ１〜３が全て点灯する状態は、バッテリ１１の充電量が十分であることを示し、ＬＥＤ１，２しか点灯しない状態は、バッテリ１１の充電量がやや不足することを示し、ＬＥＤ１しか点灯しない状態は、バッテリ１１の充電量が残り僅かであり、充電を必要とすることを示すものである。
【００４６】
アシストモータユニット１０の電源がＯＮとなった状態で電動アシスト自転車１００を走行させると、登り坂等において補助動力が必要な場合には電動モータ１２が作動して人動力を補助する。また、下り坂等において、電動アシスト自転車１００が所定以上の速度になると、モータ制御基板７０によって電動モータ１２を制御して、電動モータ１２を回生ブレーキとして機能させる。ここで、本例では、電動アシスト自転車１００が第一速度以上となると、電動モータ１２が第一回生ブレーキとして機能し、電動アシスト自転車１００が前記第一速度よりも速い第二速度となると、電動モータ１２が前記第一回生ブレーキよりもブレーキ力が大きい第二回生ブレーキとして機能するように、モータ制御基板７０によって電動モータ１２が制御される。
【００４７】
具体的に、電動アシスト自転車１００の速度は、センサ基板７２によって計測できることは前述の通りであり、また、電動モータ１２では、Ｗ相、Ｖ相及びＵ相といったような複数相の電流によって複数の電磁石２２が夫々制御されるのも前述の通りである。そこで、モータ制御基板７０では、センサ基板７２からの信号（電動アシスト自転車１００の速度）に応じて、例えば、第一回生ブレーキでは二つの相の電磁石２２を回生ブレーキとして機能させ、第二回生ブレーキでは三つの相の電磁石２２を回生ブレーキとして機能させるといったように、回生ブレーキとして機能させる相数を異ならせることで、ブレーキ力が異なる回生ブレーキを段階的に生じさせる。
【００４８】
なお、電動モータ１２が回生ブレーキとして機能する状態は、電動モータ１２が発電機となる状態である。よって、電動モータ１２からの電気をバッテリ１１に充電させる充電回路を開くことで、電動モータ１２を発電機として機能させてバッテリ１１に充電を行うことができる。
【００４９】
次に、スイッチＳＷ２は、アシストモータユニット１０の電動モータ１２を強制的に発電機として機能させてバッテリ１１に充電を行う「充電モード」のスイッチであり、例えば２秒間といったように、スイッチＳＷ２を長押しすることで、充電モードがＯＮとなり、ＬＥＤ４が点灯する。なお、このスイッチＳＷ２のＯＮ側のスイッチ操作については、電動アシスト自転車１００が停止時や所定の安全速度未満のときに操作の受付けを許容するように構成されている。
【００５０】
一方、充電モードがＯＮとなっている状態で、再びスイッチＳＷ２を押すことで、充電モードはＯＦＦとなるのであるが、このＯＦＦ側のスイッチ操作については、スイッチＳＷ２を押しさえすれば、短い時間でもＯＦＦとなる。また、アシスト自転車１００が停車中であっても、走行中であっても、ＯＦＦ操作については、その受付けを許容するように構成されている。
【００５１】
充電モードでは、電動モータ１２を発電機として機能させてバッテリ１１に充電を行うものであり、ブレーキ力が生じるのであるが、平坦地等において走行の大きな抵抗とならないように、この充電モードでは、前述の第一回生ブレーキよりも小さなブレーキ力しか生じないようにしてあり、走行の支障になり難いようにしてある。具体的には、回生ブレーキとして機能させる電磁石２２の相数を前述の第一回生ブレーキの相数よりも少なくして、大きなブレーキ力が発生しないようにしてある。
【００５２】
最後に、スイッチＳＷ３は、アシストモータユニット１０に直接関わるものではないが、アシストモータユニット１０とは別途に設けられると共にバッテリ１１に接続され、電動アシスト自転車１００の前側等に取付けられたライト（図示省略）を点灯・消灯させるためのスイッチであり、一度押すことでライトが点灯し、再び押すことでライトが消灯する。
【００５３】
このように構成された電動アシスト自転車１００では、電動モータ１２が、図７に示すように作動する。ここで、図７では、電動アシスト自転車１００が走行する路面の傾斜を「走行路」として模式的に示し、電動モータ１２の作動状態を、補助動力として作動する側を「アシスト」として横方向の基準線よりも上向きグラフとし、発電機として作動する側を「回生」として横方向の基準線よりも下向きのグラフとして示す。
【００５４】
まず、アシストモータユニット１０の電源をＯＮとした状態として、走行を開始する。平坦な走行路ａを走行する場合には、電動モータ１２は作動せず、電動アシスト自転車１００は、電動モータ１２のロータ６９が人動力のみによって回転駆動されて走行する。次に、登り坂の走行路ｂでは、ベダル６を漕ぐ力が大きくなり、ロータ６９に人動力による所定以上の回転駆動力が与えられると電動モータ１２が作動して、坂道を登る人動力を補助する。次に、再び平坦な走行路ｃでは、補助動力を必要としなくなるため、電動モータ１２は作動を停止して、電動アシスト自転車１００は、ロータ６９が人動力のみによって回転駆動されて走行する。次に、下り坂の走行路ｄでは、補助動力を必要としないばかりか、ペダル６を漕がなくても速度が増すため、第一速度以上となったら電動モータ１２が第一回生ブレーキとして機能し、ブレーキ力を生じさせると共にバッテリ１１への充電を行う。次に、さらに傾斜角度のきつい走行路ｅでは、第一速度よりも速い第二速度以上となる場合がある。この場合には、第一回生ブレーキのブレーキ力では制動が不十分であるとして、電動モータ１２が第一回生ブレーキよりもブレーキ力の大きな第二回生ブレーキとして機能し、より大きなブレーキ力を生じさせると共により多くの電力をバッテリ１１に充電する。
【００５５】
最後に、坂道を下った後の平坦な走行路ｆでは、ブレーキ力を必要とせず、また、補助動力も必要としないため、電動モータ１２は回生ブレーキとして機能せず、また、作動もせず、電動アシスト自転車１００は、ロータ６９が人動力のみによって回転駆動されて走行する。ここで、バッテリ１１の充電量が不十分である場合には、操作パネル１６を操作してアシストモータユニット１０を「充電モード」とすることで、電動モータ１２を、第一回生ブレーキよりも小さなブレーキ力しか生じない発電機として機能させて（図７における斜線部分）、不足した電力を補うことができる。
【００５６】
以上、本発明に係る電動アシスト自転車１００の一例を示したが、本発明に係る電動アシスト自転車１００は、電動モータ１２、人動力によってロータ６９を回転させる人動力駆動機構１３、人動力駆動機構１３に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置１４、及び、人動力検出装置１４の検出に応じて電動モータ１２を作動させるモータ制御装置１５といった補助動力を与えるための様々な機器をコンパクトにまとめてアシストモータユニット１０といった一つの機器にユニット化し、このアシストモータユニット１０を用いて駆動輪である後輪５を構成したものである。
【００５７】
よって、後輪５の周りやペダル６の周りに補助動力用機器を配置する必要がなく、後輪周りやペダル周りを、電動モータを有しない普通の自転車と同様にすっきりと収めることができ、小型の電動アシスト自転車や折畳み式の電動アシスト自転車を実現する場合に、好適である。
【符号の説明】
【００５８】
Ｔ タイヤ
１ フレーム
２ ハンドル
３ サドル
４ 前輪
５ 後輪
６ ペダル
７ スプロケット
８ チェーン
９ スプロケット
９ａ ワンウエイクラッチ
１０ アシストモータユニット
１１ バッテリ
１２ 電動モータ
１３ 人動力駆動機構
１４ 人動力検出装置
１５ モータ制御装置
１６ 操作パネル
２０ 支持軸
２１ ステータ本体
２２ 電磁石
２３ ブッシュ
２３ａ 配線通路
２４ カバー
２５ ブレーキ部材
２９ ステータ
３０ ベアリング
３１ ベアリング
３２ ベアリング
４０ スリーブ
４０ａ 永久磁石
４１ バネ部材（連結部材）
４２ 当接部材
４３ 当接部材
４４ 止めネジ
５０ ベアリング
６０ ロータ本体
６０ａ 永久磁石
６０ｂ リム部
６１ キャップ
６１ａ ブレーキドラム
６２ 永久磁石
６９ ロータ
７０ モータ制御基板
７１ 配線
７２ センサ基板
７３ センサ
７４ センサ
１００ 電動アシスト自転車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ及び該ステータの外側で回転するロータを有するアウトロータ型の電動モータと、
該電動モータ外からの人動力によって前記ロータを回転させる人動力駆動機構と、
該人動力駆動機構に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置と、
前記電動モータに内蔵され、前記人動力検出装置の検出に応じて前記電動モータを作動させるモータ制御装置と
を具備するアシストモータユニットによって駆動輪が構成されていることを特徴とする電動アシスト自転車。
【請求項２】
前記人動力駆動機構は、
前記支持軸及び前記ロータに対して回動自在に組付けられ、前記電動モータの外部から人動力による回転駆動力が与えられるスリーブと、
該スリーブを前記ロータと一体となるように連結して前記スリーブに与えられた回転駆動力を前記ロータに伝達すると共に、前記スリーブに前記所定以上の回転駆動力が与えられると前記ロータに対する前記スリーブの回動を許容する連結部材と
を用いて構成されており、
前記人動力検出装置は、
前記ロータに対して前記スリーブが回動したことを検出することで前記人動力駆動機構に前記所定以上の人動力が与えられたことを検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
【請求項３】
前記連結部材は、
前記スリーブの周囲に配設されると共に、一端側が前記スリーブに固定され、他端側が前記ロータに固定されて、前記スリーブに対して前記ロータを、前記スリーブに与えられる回転駆動力の回転方向に付勢するＣ字状のバネ部材である
ことを特徴とする請求項２に記載の電動アシスト自転車。
【請求項１】
ステータ及び該ステータの外側で回転するロータを有するアウトロータ型の電動モータと、
該電動モータ外からの人動力によって前記ロータを回転させる人動力駆動機構と、
該人動力駆動機構に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置と、
前記電動モータに内蔵され、前記人動力検出装置の検出に応じて前記電動モータを作動させるモータ制御装置と
を具備するアシストモータユニットによって駆動輪が構成されていることを特徴とする電動アシスト自転車。
【請求項２】
前記人動力駆動機構は、
前記支持軸及び前記ロータに対して回動自在に組付けられ、前記電動モータの外部から人動力による回転駆動力が与えられるスリーブと、
該スリーブを前記ロータと一体となるように連結して前記スリーブに与えられた回転駆動力を前記ロータに伝達すると共に、前記スリーブに前記所定以上の回転駆動力が与えられると前記ロータに対する前記スリーブの回動を許容する連結部材と
を用いて構成されており、
前記人動力検出装置は、
前記ロータに対して前記スリーブが回動したことを検出することで前記人動力駆動機構に前記所定以上の人動力が与えられたことを検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
【請求項３】
前記連結部材は、
前記スリーブの周囲に配設されると共に、一端側が前記スリーブに固定され、他端側が前記ロータに固定されて、前記スリーブに対して前記ロータを、前記スリーブに与えられる回転駆動力の回転方向に付勢するＣ字状のバネ部材である
ことを特徴とする請求項２に記載の電動アシスト自転車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４３７５０（Ｐ２０１１−１４３７５０Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４１２９（Ｐ２０１０−４１２９）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（３９９０２８６３２）株式会社中央物産 (5)
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（３９９０２８６３２）株式会社中央物産 (5)
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