電動アシスト車両とその制御方法
【課題】加齢者あるいは、下肢の運動能力が低下した軽度の障害者が、自らの筋力を使用することで、筋力維持・向上を期待できる自立促進リハビリ用移動車両としての、新しいコンセプトの電動アシスト車両を提供する。
【解決手段】人力駆動部２０を用いて、ペダル１８に加えられた人力踏力は、クランクアーム２１から一方向動力伝達手段２２を介することで常に一方向の回転力としてクランク軸２３に伝えられて、このクランク軸２３に設けた主スプロケット２６から動力伝達手段２７へと人力駆動力が出力されるとともに、変化量読取り手段３０にて読み取ったクランク軸の変化量に基づいて、補助駆動力演算部３８に人力駆動力を伝えるというものである。
【解決手段】人力駆動部２０を用いて、ペダル１８に加えられた人力踏力は、クランクアーム２１から一方向動力伝達手段２２を介することで常に一方向の回転力としてクランク軸２３に伝えられて、このクランク軸２３に設けた主スプロケット２６から動力伝達手段２７へと人力駆動力が出力されるとともに、変化量読取り手段３０にて読み取ったクランク軸の変化量に基づいて、補助駆動力演算部３８に人力駆動力を伝えるというものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気動力を利用して人力をアシストする電動アシスト車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加齢者や足に障害を有する方（以下、「加齢者等」と記す。）の運動能力、特にバランス感覚が衰え、二輪車に乗ることが困難となってきた場合、加齢者等が屋内や屋外を移動するための手段のひとつとして電動アシスト三輪車が用いられている。
【０００３】
さらに、運動能力が低下した場合には、電動シニアカートが用いられている。
【０００４】
一方、運転者が供給する人力を、円運動ではなく死点が短い交互往復運動を用いて運転者が搭乗した車両の推進力に変換する人力走行車なども提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
また、同様に、死点が短い交互往復運動を実現するために、レバー（本願でいう「クランクアーム」）と駆動軸（本願でいう「クランク軸」）との接続部にフリーホイルを設けたものもある（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開平６−１３５３６６号公報
【特許文献２】特許第３１６３４９４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、加齢者等、特に膝の機能が低下してきた方にとって、電動アシスト三輪車のように、人力をクランクアームの回転力を用いて車両の駆動力として伝える乗り物は、膝の大きなストロークを要する屈伸運動が必要となるため、膝への負担が大きくなり、体力的に使用できる期間に限界があった。
【０００７】
一方、電動アシスト三輪車を使用することができなくなった場合、次の移動手段として用いられるものは電動シニアカートとなる。
【０００８】
この電動シニアカートは、バッテリーなどの電力を用いてモータを回転させることにより駆動力を得るというものであり、搭乗者は駆動源としての人力を提供する必要がなくなる。
【０００９】
つまり、電動シニアカートは、下肢に障害を有する方や、加齢により足腰の機能が乏しくなった方にとっては有用な移動手段ではあるが、電動アシスト三輪車には乗れなくなった程度で、かつ、自分の足でゆっくりとではあるが歩くことができる程度の運動能力を有している方にとっては、残された運動能力を活用する機会が失われることになるため、急速な足腰の機能の低下を招く要因となっていた。
【００１０】
言い換えれば、少しでも自立できる運動量力を有する方の運動機能の維持、または、なんらかの要因により、下肢の運動機能に障害を負い、リハビリをされている方などが移動するための手段として、電動アシスト三輪車と電動シニアカートとの間に位置する移動手段が存在しないという課題があった。
【００１１】
次に、人力を効率よく自転車の駆動力として伝達する、という観点から、交互往復運動を駆動力に変換する人力車が特許文献１、２をはじめ、いろいろと提案されている。
【００１２】
そこで、電動アシスト三輪車の人力供給手段として交互往復運動を用いたものを組み合わせるという発想に至るものの、実際には、クランク軸に与える力の向きが回転方向から交互往復運動と異なる方向に作用しているため、さまざまな工夫をしなければならない。
【００１３】
特に、下肢の運動能力が低下している方が供給する人力駆動力をいかに精度よく検出するのか、という課題があった。
【００１４】
本発明は、クランクアームの運動方向が異なる技術を融合させることで、これから高齢化社会を迎えるにあたって、確実に増加する足腰の弱った加齢者あるいは、下肢の運動能力が低下した軽度の障害者が、自らの筋力を使用することで、筋力維持・向上を期待できる自立促進リハビリ用移動車両としての、新しいコンセプトの電動アシスト車両を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の電動アシスト車両は、上記目的を達成するために、
一対のペダル各々と接続するクランクアームと、この一対のクランクアームの一方の動きに対し連動して、他方のクランクアームが常に反対方向に移動することでペダルが交互往復運動を行うクランクアーム位置復元手段と、クランクアームが行う交互往復運動の回転中心となるとともに、クランクアームとは所定の回転方向にのみ回転力を伝える一方向動力伝達手段を介して接続するクランク軸と、このクランク軸と同心に設けられた主駆動力伝達部と、クランク軸を支持する軸受け部と、この軸受け部内にクランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段とを有する人力駆動部を具備し、ペダルに加えられた人力踏力は、クランクアームから一方向動力伝達手段を介することで常に一方向の回転力としてクランク軸に伝えられて、このクランク軸に設けた主駆動力伝達部から動力伝達手段へと人力駆動力が出力されるとともに、変化量読取り手段にて読み取ったクランク軸の変化量に基づいて、補助駆動力演算部に人力駆動力を伝えるというものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電動アシスト車両は、上述した構成により、搭乗者がペダルを介して供給する人力踏力の大きさ、いわゆる人力トルクを、人力トルクの供給源であるペダルに少しでも近い場所で、複雑な構造やソフト的な検出を行うことなく、検出することが可能となる。
【００１７】
その結果、下肢の弱い高齢者あるいは障害者でも転倒の心配がなく、かつクランク回転式のような、ヒザに屈伸ストロークの過大な負担をかけることなく、安心して安全・容易に乗ることができ、適度な運動をしながら自力で移動することができ、小回りの利く、心身のリハビリ効果もかねた手軽で経済的な.自立支援電動アシスト車両を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１の発明は、一対のペダル各々と接続するクランクアームと、この一対のクランクアームの一方の動きに対し連動して、他方のクランクアームが常に反対方向に移動することでペダルが交互往復運動を行うクランクアーム位置復元手段と、クランクアームが行う交互往復運動の回転中心となるとともに、クランクアームとは所定の回転方向にのみ回転力を伝える一方向動力伝達手段を介して接続するクランク軸と、このクランク軸と同心に設けられた主駆動力伝達部と、クランク軸を支持する軸受け部と、この軸受け部内にクランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段とを有する人力駆動部を用いて、ペダルに加えられた人力踏力は、クランクアームから一方向動力伝達手段を介することで常に一方向の回転力としてクランク軸に伝えられて、このクランク軸に設けた主スプロケットから動力伝達手段へと人力駆動力が出力されるとともに、変化量読取り手段にて読み取ったクランク軸の変化量に基づいて、補助駆動力演算部に人力駆動力を伝えるというものである。
【００１９】
よって、搭乗者がペダルを介して供給する人力踏力の大きさ、いわゆる人力トルクを、人力トルクの供給源であるペダルに少しでも近い場所で、複雑な構造やソフト的な検出を行うことなく、検出することが可能となる。
【００２０】
その結果、下肢の弱い高齢者あるいは障害者でも転倒の心配がなく、かつクランク回転式のような、ヒザに屈伸ストロークの過大な負担をかけることなく、安心して安全・容易に乗ることができ、適度な運動をしながら自力で移動することができ、小回りの利く、心身のリハビリ効果もかねた手軽で経済的な.自立支援電動アシスト車両を提供することができる。
【００２１】
第２の発明は、一対のペダル各々と接続するクランクアームと、一対のクランクアームの反ペダル接続端を連絡するクランク軸と、一対のクランクアームを連絡するベルトと、クランク軸よりも上方で、かつ、フレームに対して回動自在に軸支されたペダルプーリとを有し、ベルトがペダルプーリ上を移動することによりペダルがクランク軸を回転中心とした交互往復運動を行い、かつ、クランクアームとクランク軸との接続部に一方向動力伝達手段を設けることでクランク軸が所定の回転方向のみの回転力を得るとともに、クランク軸を支持する軸受け部と、この軸受け部内にクランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段とを設け、この変化量読取り手段にて読み取ったクランク軸の変化量に基づいて、補助駆動力演算部に人力駆動力を伝える人力駆動力検出部と、ペダルプーリを一端に、他端に入力側傘歯車を設けた入力軸と、一端に入力側傘歯車と対向する出力側傘歯車を有し、他端に駆動輪を連絡する車軸へと人力駆動力を伝達する出力軸と、入力側傘歯車と出力側傘歯車との間に各々の歯が噛み合うように取り付けた差動歯車と、この差動歯車の軸心に差動歯車の回転を支持する差動歯車軸と、入力側傘歯車と出力側傘歯車と差動歯車とを内蔵するように差動歯車箱とを設け、差動歯車箱に対して入力軸と出力軸と差動歯車軸とを各々一方向動力伝達手段を介して支持する差動歯車部とを備えた人力駆動部を具備し、ペダルに加えられた人力踏力は、差動歯車部を介して変換された人力駆動力として副駆動力伝達部へと伝達されるとともに、変化量読取り手段にて読み取ったクランク軸の変化量に基づいて、補助駆動力演算部に人力駆動力を伝えるというものである。
【００２２】
よって、人力駆動力の伝達経路をより直接的なものとすることができる。
【００２３】
すなわち、ペダルに加えられた人力踏力は、クランクアームからベルトを介してペダルプーリへと伝えられ、そのペダルプーリから差動歯車部を介して駆動輪である後輪の車軸に設けられた副駆動力伝達部へ伝達できるので、より効率的な人力駆動力の伝達が可能となる。
【００２４】
第３の発明は、変化量読取り手段にて検出した検出値に、メカ的に人力トルクを減少させるように作用する力を考慮して、補正係数設ける、というものである。
【００２５】
すなわち、搭乗者が加齢者や下肢に障害を持つ方など、供給できる人力踏力が少ない方が使用される場合、従来の電動アシスト自転車では、考慮する必要がなかった人力踏力を減少させる方向に作用する力の存在が大きいものとなる。
【００２６】
よって、搭乗者が本来供給した人力踏力に対する規制値一杯の補助駆動力を供給するためには、このような補正係数を設ける必要がある。
【００２７】
その結果、充分な補助駆動力を得た電動アシスト車両を提供できるので、快適な走行が可能となる。
【００２８】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施例によって本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における電動アシスト車両の概念図を示すものである。
【００３０】
また図２は、本発明の実施例１における電動アシスト車両の斜視図を示すものである。
【００３１】
まず、図１、２において、１はフレームであり、前から順にヘッドチューブ２、メインパイプ３、チェーンステイ４、シートステイ５、立てパイプ６、プーリパイプ７から構成されている。
【００３２】
そして、ヘッドチューブ２には、ハンドルステム８を経由してハンドル９が構成されている。
【００３３】
本実施例では、Ｕ字型のハンドルを設けて、Ｕ字部近傍に載置台（図示せず）を設けて、バスケット１０を載置している。
【００３４】
このように、少しでも車両の低い位置にバスケット１０を配置すれば、加齢者にとっては荷物の積み下ろし作業が行い易くなる。
【００３５】
次に図２中、１１は、前輪・後輪各々用のブレーキであり、１２は、アシスト機能を選択（オン／オフ）することができるアシスト選択スイッチである。
【００３６】
このアシスト選択スイッチ１２は、補助駆動力演算部３８と電気的に接続されている。
【００３７】
他方、ヘッドチューブ２の下方には、フロントフォーク１３が設けられ、本実施例における方向陀輪である前輪１４を保持している。
【００３８】
次に、立てパイプ６の上方からはシートポスト１５が挿入されており、搭乗者１６が腰掛ける着座シート１７の高さを調節できるようになっている。
【００３９】
なお、着座シート１７は、搭乗者１６がゆったりと座れるように、座部１７ａを大きくしたほうがよい。望ましくは、搭乗者でん部の投影面積の５０％以上、具体的には、前後方向の寸法を４０ｃｍ程度、幅方向の寸法を５０ｃｍ程度とすれば、体力の衰えた加齢者が長時間座ったとしても、疲労を感じることは少ない。
【００４０】
また、図に示すように、着座シート１７に背もたれ部１７ｂを設けておけば、搭乗者１６にとって家庭用の椅子に腰掛けた場合と同様のリラックス感を得ることができ、長時間座ってもあまり疲れることがない。
【００４１】
このようなリラックスした姿勢で搭乗者１６が着座シート１７に自然体で腰を下ろす。
【００４２】
その足元にペダル１８が位置するように着座シート１７の高さを調整する。図のように、自然な姿勢で運転できれば、加齢による運動能力の劣化が生じたとしても、従来の自転車（二輪車や三輪車）に比べて、より日常生活に近い姿勢で運転することができるので、心理的にも安心して使用できる。
【００４３】
次に、チェーンステイ４とシートステイ５の合うところを軸心として、後輪１９が設けられている。
【００４４】
なお、本実施例においては、電動アシスト車両を安定させるために前輪１４を１つ、後輪１９を左右２つとしている。
【００４５】
そして、駆動輪を左右の後輪１９と位置付けている。
【００４６】
本発明は、この実施例に囚われることなく、前輪１４を２つにしてもよいし、駆動輪を前輪１４としてもよい。
【００４７】
つぎに、入力駆動部２０から駆動輪に動力が伝わる流れについて、図３〜図６を用いて説明する。
【００４８】
ペダル１８（１８ａ、１８ｂ）はクランクアーム２１（２１ａ、２１ｂ）、一方向動力伝達手段の一つであるクラッチ２２を介してクランク軸２３に接続されている。
【００４９】
左右のクランクアーム２１ａ、２１ｂは、クランクアーム位置復元手段４６を構成するペダルプーリ２４を介してベルト２５で連絡してあり、ペダル１８ａ、１８ｂの位置を復元するように働いている。
【００５０】
そして、クランク軸２３に設けた主駆動力伝達部である主スプロケット２６から動力伝達手段であるチェーン２７を介して駆動輪である後輪１９を接続する車軸２８に設けた副駆動力伝達手段である副スプロケット２９に人力駆動力が伝えられる。
【００５１】
前述したように、左右のクランクアーム２１ａ、２１ｂは、その回転中心となるクランク軸２３との接続部に、各々一方向のみに回転力を伝達するフリーホイル、ラチェット機構などを用いたクラッチ２２が内挿された状態でクランク軸２３に設けられている。
【００５２】
また、クランク軸２３には、ペダル１８、クランクアーム２１を通して供給された人力駆動力を回転動力として後輪１９に伝達するための主スプロケット２６と、クランク軸２３の変化量を測定して搭乗者１６から供給された人力駆動力をトルクとして検出するトルク検出部３０が軸受け部４２に内装されている。
【００５３】
主スプロケット２６は、左右の後輪１９を両端に設けた車軸２８に固定された副スプロケット２９にチェーン２７を介して連結されている。
【００５４】
上記チェーン２７の一部には、別途詳細説明をするモータを主要部品とする補助動力部３１にて生成された補助駆動力を伝達する補助駆動力伝達部である駆動スプロケット３２が設けられている。
【００５５】
ここで、交互往復運動を行う人力駆動部２０について、説明する。
【００５６】
図５、図６に示すように、左右のクランクアーム２１ａ、２１ｂをベルト２５で連結し、このベルト２５を両クランクアーム２１ａ、２１ｂの中間に位置するプーリパイプ７の先端に設けたペダルプーリ２４に係合するようにしてクランクアーム２１ａ、２１ｂの反復動作を支えている。
【００５７】
具体的には、ベルト２５をベダルプーリ２４に掛け、ペダル１８ａ（１８ｂ）の踏み込みに合わせて反踏み込み側のペダル１８ｂ（１８ａ）がツルベのように左右自由に動作する。よって、一方のペダル１８ａ（１８ｂ）を踏み込めば、他方のペダル１８ｂ（１８ａ）は踏み込み開始位置まで引き上げられる。そして、引き上がっている他方のペダル１８ｂ（１８ａ）を踏み込めば、一方のペダル１８ａ（１８ｂ）が踏み込み開始位置まで引き上げられる。
【００５８】
なお、図５（ｂ）に示すように、プーリパイプ７に長穴４１を設け、ペダルプーリ２４をネジ止めする構造にしておけば、ペダルプーリ２４の取り付け高さを調整可能とすることができる。
【００５９】
また、図に示すように、ベルト２５とクランクアーム２１の接合部を、ベルト２５に設けた複数の穴（図７中３３）からネジ４３で任意に選ぶようにすれば、ベルト２５の長さを可変して固定できるようになる。
【００６０】
次に、図８に示すようにアシスト選択スイッチ１２はアシスト運転ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３４と、アシストモード切替部３５を設け、アシスト力の比率を搭乗者１６の体力に合わせて、切替できるように設定してある。なお、本実施例以外に、２段階といわず、他段階あるいは無段階に切替設定できるように設定することも可能である。
【００６１】
以上のように構成された電動アシスト車両について、図４〜６を用いて、その動作、作用を説明する。
【００６２】
まず、最適高さに調整した着座シート１７に搭乗者が座る。
【００６３】
そして、搭乗者１６が太い矢印３６ａで示したように右ペダル１８ａを踏み込むと、右クランクアーム２１ａの回転中心に装着したクラッチ２２ａの外輪３７ａに前方向回転力が作用する。クラッチ２２ａは前方向回転力に対しては外輪３７ａと内部に嵌合するクランク軸２３は拘束状態となるように設定しているため、クランク軸２３に係止した主スプロケット２６も前方向に回転する。
【００６４】
主スプロケット２６の前方向回転はチェーン２７を介して後輪１９同士を結ぶ車軸２８の副スプロケット２９に伝達され、車軸２８を介して後輪１９に前方向回転力を与える。
【００６５】
次に、細い矢印３７ｂに示すように、左ペダル１８ｂを踏み込むと、左クランクアーム２１ｂの回転中心に装着したクラッチ２２ｂの外輪３７ｂに前向き回転力が生じ、右側の場合と同様にクラッチ２２ｂは前方向回転力に対しては外輪３７ｂと内部に嵌合するクランク軸２３は拘束状態となるため、クランク軸２３に係止した主スプロケット２６も前方向に回転し、副スプロケット２９に前方向回転力を生じる。
【００６６】
このとき、右クランクアーム２１ａは上側に移動するため、クランクアーム２１ａの回転中心となるクラッチ２２ａの外輪３７ａに反前方向回転力が生じようとする。しかしながら、クランク軸２３とクラッチ２２ａの外輪３７ａは非拘束状態となっているため、クランク軸２３が前方向の回転力を生じることに悪影響は生じない。
【００６７】
以上のように左右のペダル１８ａ、１８ｂを交互に繰返して踏み込むことにより、クランク軸２３には常に前方向回転力が加えられることになり、この回転力は主スプロケット２６からチェーン２７を介して後輪１９の車軸２８の副スプロケット２９に伝達され、後輪１９を駆動するように作用する。
【００６８】
ところで、チェーン２７の一部に噛合して設けた補助動力部３１は、搭乗者１６の踏込み力を図４に示すトルク検出部３０にて検出し、アシスト選択スイッチ１２にて設定した内容に応じて、補助駆動力演算部３８にて必要な補助駆動力を演算する。その算出値に基づいて補助動力部３１が制御され、補助駆動力伝達部である駆動スプロケット３２を介してチェーン２７に伝達される。
【００６９】
その結果、搭乗者１６の踏み込み力をアシストすることとなる。
【００７０】
すなわち、従来の電動アシスト自転車のように、一方向の円運動を行うクランクアームの動きとは異なり、本構成のように、常に左右が逆方向に動作する、交互往復運動を行うクランクアーム２１を用いたとしても、クランクアーム２１とクランク軸２３との接続箇所にクラッチ２２を介することで、クランク軸２３に出力される回転力は一定の方向となる。
【００７１】
したがって、本実施例１を用いれば、搭乗者１６がペダル１８を介して供給する人力踏力の大きさ、いわゆる人力トルクを、人力トルクの供給源であるペダル１８に少しでも近い場所で、複雑な構造やソフト的な検出を行うことなく、検出することが可能となる。
【００７２】
なお、上記トルク検出部３０は、磁気歪検出センサや、歪ゲージを用いたもの、あるいはトーションバーを用いたもの、その他、回動板と弾性体を用い、弾性体の変化量からトルクを検知する方法などでもよい。
【００７３】
また、図７などに示すように、ストローク可変調節部となる複数の穴３３を設けて、左右のクランクアーム２１ａ、２１ｂ間を連結するベルト２５の長さを調整することにより、ペダル踏込みストロークが可変できるようになり、搭乗者１６の脚力に合わせた調節が可能となる。
【００７４】
また、ペダルプーリ２４を、プーリパイプ７に対して一端にネジ切りを施した支持軸３９とナット４０にて固定する構成としておけば、プーリパイプ７に設ける支持軸３９を通す穴を長穴４１とすることで、ペダルプーリ２４の取付位置を任意に調整することができる。
【００７５】
その結果、搭乗者１６個々の体格や運動能力、特に脚力に応じたペダル１８の踏込み開始位置とストロークが可変できる。
【００７６】
以上のように、本実施例においては、後輪１９を左右に２輪設けることにより、転倒の心配がなく、加齢者であっても安全に乗ることができる。
【００７７】
また、人力駆動部２０は両脚の交互直線踏込み運動による人力駆動力を発生する構成とすることにより、搭乗者１６の膝部に大きな負担をかけることなく電動アシスト車両の前進運動を行うことができる。
【００７８】
なお、本実施例では一方向クラッチ２２を用いた例を示したが、フリーホイル、ラチェットを用いても同様の効果を得ることができる。
【００７９】
また、動作方向反転機構はベルト２５とペダルプーリ２４を用いた例を示したが、チェーンとガイドスプロケットを用いても同様の効果を得ることができる。
【００８０】
また、本実施例では後輪１９は前輪１４より大径とし、着座シート１７の下部に収納するように配置しているので、前後方向長さがコンパクトに構成され、狭い通路でも方向転換がより容易で操縦性および保管性も向上する。
【００８１】
また、着座シート１７は人体でん部および背部を保持できる大きさとし、かつ膝部が自然曲げ着座状態で、ペダル１８を作動できるようにシートパイプ１５により座面高さを調節できるので、長時間座っていても、安定した姿勢が保て、疲れの少ない電動アシスト車両を得ることができる。
【００８２】
また、図２に示すようにハンドル９の中心部をＵ字状に下げ、Ｕ字部にバスケット１０を載置しているので、バスケット１０への荷物の出し入れが楽となり、車両の重心位置が低くなるため、車両としての安定性もよく、かつ走行時の良好な前方視界を得ることができる。
【００８３】
なお、バスケット１０を着座シート１７の下に配置することにより、さらに重心が下方に移動することで走行安定性を増すことも可能である。
【００８４】
なお、本実施例において電動アシスト車両は後二輪の三輪車とした例を挙げたが、前二輪の三輪車、あるいは四輪車にしても同様の効果が得られるものである。
【００８５】
（実施例２）
図９は、本発明の実施例２における電動アシスト車両の斜視図である。
【００８６】
図９において、補助動力部４５は駆動輪を構成する左右の後輪１９のハブ部分に各々一体に設けた構成としている。
【００８７】
なお、本実施例２において、上述した実施例１と同様の機能を有するものについては、同一の符号を付与し、実施例１の説明を援用する。
【００８８】
本実施例２と上記実施例１との違いは、人力駆動部２０からの人力駆動力と補助駆動力の伝達経路を別々の経路としたことにある。
【００８９】
その結果、各動力の伝達経路が簡素となるとともに、左右の駆動輪である後輪１９の独立駆動が図れ、路面の凹凸や傾斜、あるいは段差などに対しても細かな制御を施すことで、より安全、快適な走行感を得ることが可能となる。
【００９０】
最後に、本実施例２においても実施例１と同様、従来の電動アシスト自転車のように、一方向の円運動を行うクランクアームの動きとは異なり、本構成のように、常に左右が逆方向に動作する、交互往復運動を行うクランクアーム２１を用いたとしても、クランクアーム２１とクランク軸２３との接続箇所にクラッチ２２を介することで、クランク軸２３に出力される回転力は一定の方向となる。
【００９１】
したがって、本人力駆動部２０を用いれば、搭乗者１６がペダル１８を介して供給する人力踏力の大きさ、いわゆる人力トルクを、人力トルクの供給源であるペダル１８に少しでも近い場所で、複雑な構造やソフト的な検出を行うことなく、検出することが可能となる。
【００９２】
よって、人力駆動部２０は両脚の交互直線踏込み運動による人力駆動力を発生する構成とすることにより、搭乗者１６の膝部に大きな負担をかけることなく電動アシスト車両の前進運動を行うことができる。
【００９３】
（実施例３）
図１０は、本発明の実施例３における電動アシスト車両の斜視図を示すものである。
【００９４】
また図１１は、本発明の実施例３における差動歯車部による人力駆動力の伝わり表す電動アシスト車両の概念図を示すものである。
【００９５】
なお、実施例２と同様、本実施例３において、上述した実施例１と同様の機能を有するものについては、同一の符号を付与し、実施例１の説明を援用する。
【００９６】
本実施例３と上述した実施例２との違いは、人力駆動力の伝達経路をより直接的なものとしたことにある。
【００９７】
すなわち、実施例２は、ペダル１８に加えられた人力踏力を、クランク軸２１や主スプロケット２６、チェーン２７などを介して駆動輪である後輪１９の車軸２８に設けられた副スプロケット２９へ伝達していた。
【００９８】
一方、本実施例３では、ペダル１８に加えられた人力踏力は、クランクアーム２１からベルト２５を介してペダルプーリ２４へと伝えられ、そのペダルプーリ２４から差動歯車部７０を介して駆動輪である後輪１９の車軸２８に設けられた副スプロケット２９ａへ伝達できる。
【００９９】
この差動歯車部７０による人力駆動力の伝達について、図１１を用いて説明する。
【０１００】
図中、６０は差動歯車箱であり、一端にペダルプーリ２４、他端に入力側傘歯車６１を設けた入力軸６２と、この入力軸６２に対向して設けられた出力軸６３が設けられている。
【０１０１】
出力軸６３は、入力側傘歯車６１と対向する位置に出力側傘歯車６４を設けており、他端には、本実施例での駆動輪である後輪１９を備えた車軸２８に設けた副傘歯車２９ａと噛み合う出力端傘歯車６５が設けられている。
【０１０２】
そして、入力側傘歯車６１と出力側傘歯車６４との間には、図に示すように、２つの傘歯車が差動歯車６５ａ、６５ｂとして、各々歯を噛み合わせた状態で設けられている。
【０１０３】
さらに、差動歯車６５ａ、６５ｂは、軸心となる差動歯車軸６６ａ、６６ｂが一方向動力伝達手段である一方向クラッチベアリング６７ａ、６７ｂを介して、差動歯車箱６０に保持されている。
【０１０４】
なお、６８ａ〜６８ｄは各々保持する各軸６２、６３の動きを円滑にするためのベアリングであり、６９は差動歯車部７０を外部からの異物などから保護するための保護ケースである。
【０１０５】
上述した構成について、以下に作用、効果を記載する。
【０１０６】
はじめに、図１１（ａ）に記載したものを正方向回転と位置付けて説明する。
【０１０７】
まず、搭乗者が右側のペダル（図１１中１８ａ、以下同じ）を踏み込んだ場合、クランクアーム２１ａやクランクアーム２１ａに施したベルト２５により、ペダルプーリ２４は、矢印７１の方向に回転する。
【０１０８】
このとき、入力側傘歯車６１は、矢印７１と同じ方向に回転しようとする。
【０１０９】
その回転しようとする力は、差動歯車６５ａ、６５ｂを通して各々差動歯車軸６６ａ、６６ｂに伝えられるが、この差動歯車軸６６ａ、６６ｂを差動歯車箱６０に保持する一方向クラッチ６７ａ、６７ｂは、拘束する状態に作動するため、差動歯車６５ａ、６５ｂは回転できない。
【０１１０】
その結果、差動歯車箱６０の内部は、擬似的にひとつの固まりとなり、ベアリング６８ａ、６８ｂの作用により差動歯車箱６０は、矢印７２の方向に回転する。
【０１１１】
よって、出力端傘歯車６５が出力する人力駆動力の回転方向は、矢印７３の方向となり、この出力端傘歯車６５と噛み合う副傘歯車２９ａには、矢印７４の方向の回転力としての人力駆動力が加えられる。
【０１１２】
この人力駆動力は、車軸２８を介して後輪１９に伝えられ、後輪１９は、車両の進行方向（図中、太い矢印）へと進むことになる。
【０１１３】
次に、図１１（ｂ）に記載したものを逆方向回転と位置付けて説明する。
【０１１４】
今回、搭乗者は左側のペダル１８ｂを踏み込むため、クランクアーム２１ｂやクランクアーム２１ｂに施したベルト２５により、ペダルプーリ２４は、矢印７５の方向に回転する。
【０１１５】
そして、入力側傘歯車６１は、矢印７５と同じ方向の矢印７６の方向に回転する。
【０１１６】
このとき、差動歯車軸６６ａ、６６ｂを差動歯車箱６０に保持する一方向クラッチは、非拘束状態とように作動するため、各歯車６４、６５ａ、６５ｂは矢印７６に対応した方向（７６ａ〜７６ｃ）に回転する。
【０１１７】
その結果、差動歯車箱６０は回転せず、出力端傘歯車６５が矢印７３の方向に回転する。
【０１１８】
よって、出力端傘歯車６５が出力する人力駆動力の回転方向は、前述した正方向回転と同様に、矢印７３の方向となり、この出力端傘歯車６５と噛み合う副傘歯車２９ａには、矢印７４の方向の回転力としての人力駆動力が加えられる。
【０１１９】
この人力駆動力は、車軸２８を介して後輪１９に伝えられ、後輪１９は、車両の進行方向（図中、太い矢印）へと進むことになる。
【０１２０】
その後は、搭乗者が右、左、右と交互にペダルを踏み込むに従い、順次、正方向回転、逆方向回転、正方向回転と交互に保護ケース６９内の動作が変わるものの、出力端傘歯車６５以降の動作は変わらず、車両を図中、太い矢印の方向に進めることが可能となる。
【０１２１】
このような人力踏力から人力駆動力へと変換する動力経路を用いた場合、実施例２に比べて個性要素が少ないために変換損失を抑制することができる。
【０１２２】
すなわち、体力のある青年、壮年に比べて、体力の劣る加齢者や、下肢に障害を持つ方々にとって、乏しい体力を少しでも損失なく動力に活用できることは極めて重要な効果であり、このように高効率で乏しい体力を活用できる電動アシスト自転車を活用することで、残された体力の維持、向上を図ることが可能となる。
【０１２３】
（実施例４）
次に、図１３を用いて、制御について説明する。
【０１２４】
図１３は、本実施例の制御概念を示すブロック図である。
【０１２５】
まず、図１３中８０は、バッテリーであり、図１中、シートポスト近傍に設けられている。このバッテリー８０の電源を駆動源として、各部の制御を行っている。
【０１２６】
次に、磁気歪検出センサ８１は、クランク軸２３に加えられた人力踏力のトルク値を測定するクランク軸変化量検出部であり、他の検出方法としては、歪ゲージを用いたものや、トーションバーを用いたもの、その他、回動板と弾性体を用い、弾性体の変化量からトルクを検知する方法などがある。
【０１２７】
この磁気歪検出センサ８１で検出された値は、電動アシスト車両の制御部８２（補助駆動力演算部３８含む）に設けられた人力駆動力検出部であるクランク軸変化量入力部８３に入力される。
【０１２８】
入力されたクランク軸２３の変化量に基づいて、補助動力部３１ａで出力すべき値を補助動力演算部３８ａにて演算する。
【０１２９】
その一例について、図１４を用いて説明する。
【０１３０】
図１４は、本実施例の制御における各部での波形を示す特性図である。
【０１３１】
上から、（ａ）搭乗者がペダル１８に加えた人力踏力、（ｂ）磁気歪検出センサ３０にて検出した検出値、（ｃ）考慮すべき減少値、（ｄ）（ｂ）と（ｃ）の合算値、（ｅ）補助動力部３１ａが出力する補助動力の特性図である。
【０１３２】
まず、本電動アシスト車両を使用する搭乗者１６は、加齢者や下肢に障害を持つなど、脚力の弱い方を中心としていることから、（ａ）で得られる人力踏力は、現在、普及している電動アシスト自転車の検出値よりも低い値となることが予想される。
【０１３３】
この人力踏力は、クランクアーム２１とクランク軸２３との接続点に設けられたクラッチ２２により、実施例１に詳細説明したごとく、常に一方向の回転に変換される。
【０１３４】
ところが、このとき、電動アシスト自転車では起こらない課題がある。
【０１３５】
すなわち、クラッチ２２が拘束状態となることの摩擦力の考慮である。
【０１３６】
つまり、磁気歪検出センサ８１にて実際に測定される値は、上記摩擦力が加えられることによって、やや減少した人力踏力が検出されていることになる。よって、この減少値を考慮した合算値を算出する必要がある。
【０１３７】
具体的には、（ｂ）の検出値に（ｃ）で考慮すべきとされた現象値を引く（絶対値を足し合わせる）ことにより、真の人力踏力と考えられる合算値を導き出す。
【０１３８】
この補正した合算値に基づいて、補助動力にて出力すべき補助動力値を設定する必要がある。
【０１３９】
つまり、従来の電動アシスト自転車では、クランクアーム２１とクランク軸２３とは固定されていたこと、および、搭乗者が比較的体力がある方を中心としていたため、このような補正値を考慮する必要がなかった。
【０１４０】
しかしながら、本発明の電動アシスト車両の搭乗者１６は、加齢者など、脚力が乏しい方を中心としている。
【０１４１】
従って、元々供給される人力踏力が小さな値である上に、人力駆動部２０が従来とは異なる交互往復運動を行うために加えた工夫、つまりクランクアーム２１とクランク軸２３との接合部にクラッチ２２を設けるという工夫が、上述した少ない人力踏力をさらに減少させる方向に作用することになる。
【０１４２】
この状態で、補助駆動力を演算すると、本来規制されたアシスト比率に余裕を持った補助駆動力の提供にしかならない。
【０１４３】
よって、本来規制されているアシスト比率の枠を充分使い切り、少しでも快適な乗り物となるように、減少した人力踏力を補正して補助駆動力を算出する必要があるというものである。
【０１４４】
なお、図１２に示すように、磁気歪検出センサ３０ａを差動歯車箱６０の出力軸３０近傍に設けても同様の効果を得ることが可能であるが、本構成の場合、上述したように軸受け部４２に磁気歪検出センサ３０が配された場合よりも、経由する部材が多いため、考慮すべき減少値を大きくする必要がある。
【０１４５】
なお、少ない人力踏力から少しでも大きなクランク軸の変化量を得る方法としては、図１５に示すような、長いクランクアーム２１ｃを用いるという方法がある。
【０１４６】
（実施例５）
図１６は、本発明の実施例５の電動アシスト車両の人力駆動部の動作状態概念図である。
【０１４７】
図１６に示すように回転出力体および動力中継部は溝幅Ｂ１を調節できる一対の可変プーリ２６ａ、２９ａとし、動力伝達手段は前述の溝に係合する回転ベルト２７ａとした無段変速機構を用いることにより、可変プーリ２６ａ、２９ａの溝幅Ｂ１を可変して回転ベルト２７ａの可変プーリ２６ａ、２９ａとの接触回転半径Ｒ（Ｒ１、Ｒ２）、ｒ（ｒ１、ｒ２）を変化することにより回転比率Ｒ／ｒが変化し、搭乗者１６の体力に応じて、より軽い力で車両を駆動したり、あるいは踏込み力を重くして移動速度を早くしたりすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
以上のように、本発明にかかる電動アシスト車両は、搭乗者が自ら有する筋力を利用したうえで、補助的に駆動力を得る電動アシスト車両とすることで、安全に、無理なく移動することができるため、自らの筋力の維持向上という意識向上を促しことができる。その利用分野は、三輪車、四輪車あるいは車椅子などの自立促進リハビリ用移動車両としての用途にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の実施例１における電動アシスト車両の概念図
【図２】本発明の実施例１における電動アシスト車両の斜視図
【図３】本発明の実施例１における電動アシスト車両の人力駆動部を説明する斜視図
【図４】本発明の実施例１における電動アシスト車両の人力駆動部のクランク軸近傍の構造説明図
【図５】（ａ）は本発明の実施例１におけるクランクアーム位置復元手段の正面図、（ｂ）は同クランクアーム位置復元手段の側面図
【図６】本発明の実施例１における人力駆動部の動作概念図
【図７】本発明の実施例１における電動アシスト車両の他の人力駆動部を説明する斜視図
【図８】本発明の実施例1におけるアシスト選択スイッチの平面図
【図９】本発明の実施例２における電動アシスト車両の斜視図
【図１０】本発明の実施例３における電動アシスト車両の斜視図
【図１１】本発明の実施例３における電動アシスト車両の人力駆動部の動作を説明する説明図
【図１２】本発明の実施例４における電動アシスト車両の人力駆動部の動作を説明する説明図
【図１３】本発明の実施例４における補助駆動力の制御概念を示すブロック図
【図１４】本発明の実施例４における補助動力を算出するための各部における波形の特性図
【図１５】本発明の実施例４における他の電動アシスト車両の概念図
【図１６】本発明の実施例５における人力駆動部の動作状態を示す概念図
【符号の説明】
【０１５０】
１ フレーム
９ ハンドル
１４ 前輪
１６ 搭乗者
１７ 着座シート
１８，１８ａ，１８ｂ ペダル
１９ 後輪
２０，２０ａ 人力駆動部
２１，２１ａ，２１ｂ クランクアーム
２２，２２ａ，２２ｂ クラッチ（一方向動力伝達手段）
２３ クランク軸
２４ ペダルプーリ
２５ ベルト
２６ 主スプロケット（主駆動力伝達部）
２７ チェーン（動力伝達手段）
２８ 車軸
２９ 副スプロケット（副駆動力伝達部）
２９ａ 副傘歯車（副駆動力伝達部）
３０，３０ａ，８１ 磁気歪検出センサ（変化量読取り手段）
３１ 補助動力部
３２ 駆動スプロケット（補助駆動力伝達部）
３８，３８ａ 補助駆動力演算部
４２ 軸受け部
４６ クランクアーム位置復元手段
６０ 差動歯車箱
６１ 入力側傘歯車
６２ 入力軸
６３ 出力軸
６４ 出力側傘歯車
６５ａ，６５ｂ 差動歯車
６６ａ，６６ｂ 差動歯車軸
７０ 差動歯車部
８３ クランク軸変化量入力部（人力駆動力検出部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気動力を利用して人力をアシストする電動アシスト車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加齢者や足に障害を有する方（以下、「加齢者等」と記す。）の運動能力、特にバランス感覚が衰え、二輪車に乗ることが困難となってきた場合、加齢者等が屋内や屋外を移動するための手段のひとつとして電動アシスト三輪車が用いられている。
【０００３】
さらに、運動能力が低下した場合には、電動シニアカートが用いられている。
【０００４】
一方、運転者が供給する人力を、円運動ではなく死点が短い交互往復運動を用いて運転者が搭乗した車両の推進力に変換する人力走行車なども提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
また、同様に、死点が短い交互往復運動を実現するために、レバー（本願でいう「クランクアーム」）と駆動軸（本願でいう「クランク軸」）との接続部にフリーホイルを設けたものもある（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開平６−１３５３６６号公報
【特許文献２】特許第３１６３４９４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、加齢者等、特に膝の機能が低下してきた方にとって、電動アシスト三輪車のように、人力をクランクアームの回転力を用いて車両の駆動力として伝える乗り物は、膝の大きなストロークを要する屈伸運動が必要となるため、膝への負担が大きくなり、体力的に使用できる期間に限界があった。
【０００７】
一方、電動アシスト三輪車を使用することができなくなった場合、次の移動手段として用いられるものは電動シニアカートとなる。
【０００８】
この電動シニアカートは、バッテリーなどの電力を用いてモータを回転させることにより駆動力を得るというものであり、搭乗者は駆動源としての人力を提供する必要がなくなる。
【０００９】
つまり、電動シニアカートは、下肢に障害を有する方や、加齢により足腰の機能が乏しくなった方にとっては有用な移動手段ではあるが、電動アシスト三輪車には乗れなくなった程度で、かつ、自分の足でゆっくりとではあるが歩くことができる程度の運動能力を有している方にとっては、残された運動能力を活用する機会が失われることになるため、急速な足腰の機能の低下を招く要因となっていた。
【００１０】
言い換えれば、少しでも自立できる運動量力を有する方の運動機能の維持、または、なんらかの要因により、下肢の運動機能に障害を負い、リハビリをされている方などが移動するための手段として、電動アシスト三輪車と電動シニアカートとの間に位置する移動手段が存在しないという課題があった。
【００１１】
次に、人力を効率よく自転車の駆動力として伝達する、という観点から、交互往復運動を駆動力に変換する人力車が特許文献１、２をはじめ、いろいろと提案されている。
【００１２】
そこで、電動アシスト三輪車の人力供給手段として交互往復運動を用いたものを組み合わせるという発想に至るものの、実際には、クランク軸に与える力の向きが回転方向から交互往復運動と異なる方向に作用しているため、さまざまな工夫をしなければならない。
【００１３】
特に、下肢の運動能力が低下している方が供給する人力駆動力をいかに精度よく検出するのか、という課題があった。
【００１４】
本発明は、クランクアームの運動方向が異なる技術を融合させることで、これから高齢化社会を迎えるにあたって、確実に増加する足腰の弱った加齢者あるいは、下肢の運動能力が低下した軽度の障害者が、自らの筋力を使用することで、筋力維持・向上を期待できる自立促進リハビリ用移動車両としての、新しいコンセプトの電動アシスト車両を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の電動アシスト車両は、上記目的を達成するために、
一対のペダル各々と接続するクランクアームと、この一対のクランクアームの一方の動きに対し連動して、他方のクランクアームが常に反対方向に移動することでペダルが交互往復運動を行うクランクアーム位置復元手段と、クランクアームが行う交互往復運動の回転中心となるとともに、クランクアームとは所定の回転方向にのみ回転力を伝える一方向動力伝達手段を介して接続するクランク軸と、このクランク軸と同心に設けられた主駆動力伝達部と、クランク軸を支持する軸受け部と、この軸受け部内にクランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段とを有する人力駆動部を具備し、ペダルに加えられた人力踏力は、クランクアームから一方向動力伝達手段を介することで常に一方向の回転力としてクランク軸に伝えられて、このクランク軸に設けた主駆動力伝達部から動力伝達手段へと人力駆動力が出力されるとともに、変化量読取り手段にて読み取ったクランク軸の変化量に基づいて、補助駆動力演算部に人力駆動力を伝えるというものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電動アシスト車両は、上述した構成により、搭乗者がペダルを介して供給する人力踏力の大きさ、いわゆる人力トルクを、人力トルクの供給源であるペダルに少しでも近い場所で、複雑な構造やソフト的な検出を行うことなく、検出することが可能となる。
【００１７】
その結果、下肢の弱い高齢者あるいは障害者でも転倒の心配がなく、かつクランク回転式のような、ヒザに屈伸ストロークの過大な負担をかけることなく、安心して安全・容易に乗ることができ、適度な運動をしながら自力で移動することができ、小回りの利く、心身のリハビリ効果もかねた手軽で経済的な.自立支援電動アシスト車両を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１の発明は、一対のペダル各々と接続するクランクアームと、この一対のクランクアームの一方の動きに対し連動して、他方のクランクアームが常に反対方向に移動することでペダルが交互往復運動を行うクランクアーム位置復元手段と、クランクアームが行う交互往復運動の回転中心となるとともに、クランクアームとは所定の回転方向にのみ回転力を伝える一方向動力伝達手段を介して接続するクランク軸と、このクランク軸と同心に設けられた主駆動力伝達部と、クランク軸を支持する軸受け部と、この軸受け部内にクランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段とを有する人力駆動部を用いて、ペダルに加えられた人力踏力は、クランクアームから一方向動力伝達手段を介することで常に一方向の回転力としてクランク軸に伝えられて、このクランク軸に設けた主スプロケットから動力伝達手段へと人力駆動力が出力されるとともに、変化量読取り手段にて読み取ったクランク軸の変化量に基づいて、補助駆動力演算部に人力駆動力を伝えるというものである。
【００１９】
よって、搭乗者がペダルを介して供給する人力踏力の大きさ、いわゆる人力トルクを、人力トルクの供給源であるペダルに少しでも近い場所で、複雑な構造やソフト的な検出を行うことなく、検出することが可能となる。
【００２０】
その結果、下肢の弱い高齢者あるいは障害者でも転倒の心配がなく、かつクランク回転式のような、ヒザに屈伸ストロークの過大な負担をかけることなく、安心して安全・容易に乗ることができ、適度な運動をしながら自力で移動することができ、小回りの利く、心身のリハビリ効果もかねた手軽で経済的な.自立支援電動アシスト車両を提供することができる。
【００２１】
第２の発明は、一対のペダル各々と接続するクランクアームと、一対のクランクアームの反ペダル接続端を連絡するクランク軸と、一対のクランクアームを連絡するベルトと、クランク軸よりも上方で、かつ、フレームに対して回動自在に軸支されたペダルプーリとを有し、ベルトがペダルプーリ上を移動することによりペダルがクランク軸を回転中心とした交互往復運動を行い、かつ、クランクアームとクランク軸との接続部に一方向動力伝達手段を設けることでクランク軸が所定の回転方向のみの回転力を得るとともに、クランク軸を支持する軸受け部と、この軸受け部内にクランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段とを設け、この変化量読取り手段にて読み取ったクランク軸の変化量に基づいて、補助駆動力演算部に人力駆動力を伝える人力駆動力検出部と、ペダルプーリを一端に、他端に入力側傘歯車を設けた入力軸と、一端に入力側傘歯車と対向する出力側傘歯車を有し、他端に駆動輪を連絡する車軸へと人力駆動力を伝達する出力軸と、入力側傘歯車と出力側傘歯車との間に各々の歯が噛み合うように取り付けた差動歯車と、この差動歯車の軸心に差動歯車の回転を支持する差動歯車軸と、入力側傘歯車と出力側傘歯車と差動歯車とを内蔵するように差動歯車箱とを設け、差動歯車箱に対して入力軸と出力軸と差動歯車軸とを各々一方向動力伝達手段を介して支持する差動歯車部とを備えた人力駆動部を具備し、ペダルに加えられた人力踏力は、差動歯車部を介して変換された人力駆動力として副駆動力伝達部へと伝達されるとともに、変化量読取り手段にて読み取ったクランク軸の変化量に基づいて、補助駆動力演算部に人力駆動力を伝えるというものである。
【００２２】
よって、人力駆動力の伝達経路をより直接的なものとすることができる。
【００２３】
すなわち、ペダルに加えられた人力踏力は、クランクアームからベルトを介してペダルプーリへと伝えられ、そのペダルプーリから差動歯車部を介して駆動輪である後輪の車軸に設けられた副駆動力伝達部へ伝達できるので、より効率的な人力駆動力の伝達が可能となる。
【００２４】
第３の発明は、変化量読取り手段にて検出した検出値に、メカ的に人力トルクを減少させるように作用する力を考慮して、補正係数設ける、というものである。
【００２５】
すなわち、搭乗者が加齢者や下肢に障害を持つ方など、供給できる人力踏力が少ない方が使用される場合、従来の電動アシスト自転車では、考慮する必要がなかった人力踏力を減少させる方向に作用する力の存在が大きいものとなる。
【００２６】
よって、搭乗者が本来供給した人力踏力に対する規制値一杯の補助駆動力を供給するためには、このような補正係数を設ける必要がある。
【００２７】
その結果、充分な補助駆動力を得た電動アシスト車両を提供できるので、快適な走行が可能となる。
【００２８】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施例によって本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における電動アシスト車両の概念図を示すものである。
【００３０】
また図２は、本発明の実施例１における電動アシスト車両の斜視図を示すものである。
【００３１】
まず、図１、２において、１はフレームであり、前から順にヘッドチューブ２、メインパイプ３、チェーンステイ４、シートステイ５、立てパイプ６、プーリパイプ７から構成されている。
【００３２】
そして、ヘッドチューブ２には、ハンドルステム８を経由してハンドル９が構成されている。
【００３３】
本実施例では、Ｕ字型のハンドルを設けて、Ｕ字部近傍に載置台（図示せず）を設けて、バスケット１０を載置している。
【００３４】
このように、少しでも車両の低い位置にバスケット１０を配置すれば、加齢者にとっては荷物の積み下ろし作業が行い易くなる。
【００３５】
次に図２中、１１は、前輪・後輪各々用のブレーキであり、１２は、アシスト機能を選択（オン／オフ）することができるアシスト選択スイッチである。
【００３６】
このアシスト選択スイッチ１２は、補助駆動力演算部３８と電気的に接続されている。
【００３７】
他方、ヘッドチューブ２の下方には、フロントフォーク１３が設けられ、本実施例における方向陀輪である前輪１４を保持している。
【００３８】
次に、立てパイプ６の上方からはシートポスト１５が挿入されており、搭乗者１６が腰掛ける着座シート１７の高さを調節できるようになっている。
【００３９】
なお、着座シート１７は、搭乗者１６がゆったりと座れるように、座部１７ａを大きくしたほうがよい。望ましくは、搭乗者でん部の投影面積の５０％以上、具体的には、前後方向の寸法を４０ｃｍ程度、幅方向の寸法を５０ｃｍ程度とすれば、体力の衰えた加齢者が長時間座ったとしても、疲労を感じることは少ない。
【００４０】
また、図に示すように、着座シート１７に背もたれ部１７ｂを設けておけば、搭乗者１６にとって家庭用の椅子に腰掛けた場合と同様のリラックス感を得ることができ、長時間座ってもあまり疲れることがない。
【００４１】
このようなリラックスした姿勢で搭乗者１６が着座シート１７に自然体で腰を下ろす。
【００４２】
その足元にペダル１８が位置するように着座シート１７の高さを調整する。図のように、自然な姿勢で運転できれば、加齢による運動能力の劣化が生じたとしても、従来の自転車（二輪車や三輪車）に比べて、より日常生活に近い姿勢で運転することができるので、心理的にも安心して使用できる。
【００４３】
次に、チェーンステイ４とシートステイ５の合うところを軸心として、後輪１９が設けられている。
【００４４】
なお、本実施例においては、電動アシスト車両を安定させるために前輪１４を１つ、後輪１９を左右２つとしている。
【００４５】
そして、駆動輪を左右の後輪１９と位置付けている。
【００４６】
本発明は、この実施例に囚われることなく、前輪１４を２つにしてもよいし、駆動輪を前輪１４としてもよい。
【００４７】
つぎに、入力駆動部２０から駆動輪に動力が伝わる流れについて、図３〜図６を用いて説明する。
【００４８】
ペダル１８（１８ａ、１８ｂ）はクランクアーム２１（２１ａ、２１ｂ）、一方向動力伝達手段の一つであるクラッチ２２を介してクランク軸２３に接続されている。
【００４９】
左右のクランクアーム２１ａ、２１ｂは、クランクアーム位置復元手段４６を構成するペダルプーリ２４を介してベルト２５で連絡してあり、ペダル１８ａ、１８ｂの位置を復元するように働いている。
【００５０】
そして、クランク軸２３に設けた主駆動力伝達部である主スプロケット２６から動力伝達手段であるチェーン２７を介して駆動輪である後輪１９を接続する車軸２８に設けた副駆動力伝達手段である副スプロケット２９に人力駆動力が伝えられる。
【００５１】
前述したように、左右のクランクアーム２１ａ、２１ｂは、その回転中心となるクランク軸２３との接続部に、各々一方向のみに回転力を伝達するフリーホイル、ラチェット機構などを用いたクラッチ２２が内挿された状態でクランク軸２３に設けられている。
【００５２】
また、クランク軸２３には、ペダル１８、クランクアーム２１を通して供給された人力駆動力を回転動力として後輪１９に伝達するための主スプロケット２６と、クランク軸２３の変化量を測定して搭乗者１６から供給された人力駆動力をトルクとして検出するトルク検出部３０が軸受け部４２に内装されている。
【００５３】
主スプロケット２６は、左右の後輪１９を両端に設けた車軸２８に固定された副スプロケット２９にチェーン２７を介して連結されている。
【００５４】
上記チェーン２７の一部には、別途詳細説明をするモータを主要部品とする補助動力部３１にて生成された補助駆動力を伝達する補助駆動力伝達部である駆動スプロケット３２が設けられている。
【００５５】
ここで、交互往復運動を行う人力駆動部２０について、説明する。
【００５６】
図５、図６に示すように、左右のクランクアーム２１ａ、２１ｂをベルト２５で連結し、このベルト２５を両クランクアーム２１ａ、２１ｂの中間に位置するプーリパイプ７の先端に設けたペダルプーリ２４に係合するようにしてクランクアーム２１ａ、２１ｂの反復動作を支えている。
【００５７】
具体的には、ベルト２５をベダルプーリ２４に掛け、ペダル１８ａ（１８ｂ）の踏み込みに合わせて反踏み込み側のペダル１８ｂ（１８ａ）がツルベのように左右自由に動作する。よって、一方のペダル１８ａ（１８ｂ）を踏み込めば、他方のペダル１８ｂ（１８ａ）は踏み込み開始位置まで引き上げられる。そして、引き上がっている他方のペダル１８ｂ（１８ａ）を踏み込めば、一方のペダル１８ａ（１８ｂ）が踏み込み開始位置まで引き上げられる。
【００５８】
なお、図５（ｂ）に示すように、プーリパイプ７に長穴４１を設け、ペダルプーリ２４をネジ止めする構造にしておけば、ペダルプーリ２４の取り付け高さを調整可能とすることができる。
【００５９】
また、図に示すように、ベルト２５とクランクアーム２１の接合部を、ベルト２５に設けた複数の穴（図７中３３）からネジ４３で任意に選ぶようにすれば、ベルト２５の長さを可変して固定できるようになる。
【００６０】
次に、図８に示すようにアシスト選択スイッチ１２はアシスト運転ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３４と、アシストモード切替部３５を設け、アシスト力の比率を搭乗者１６の体力に合わせて、切替できるように設定してある。なお、本実施例以外に、２段階といわず、他段階あるいは無段階に切替設定できるように設定することも可能である。
【００６１】
以上のように構成された電動アシスト車両について、図４〜６を用いて、その動作、作用を説明する。
【００６２】
まず、最適高さに調整した着座シート１７に搭乗者が座る。
【００６３】
そして、搭乗者１６が太い矢印３６ａで示したように右ペダル１８ａを踏み込むと、右クランクアーム２１ａの回転中心に装着したクラッチ２２ａの外輪３７ａに前方向回転力が作用する。クラッチ２２ａは前方向回転力に対しては外輪３７ａと内部に嵌合するクランク軸２３は拘束状態となるように設定しているため、クランク軸２３に係止した主スプロケット２６も前方向に回転する。
【００６４】
主スプロケット２６の前方向回転はチェーン２７を介して後輪１９同士を結ぶ車軸２８の副スプロケット２９に伝達され、車軸２８を介して後輪１９に前方向回転力を与える。
【００６５】
次に、細い矢印３７ｂに示すように、左ペダル１８ｂを踏み込むと、左クランクアーム２１ｂの回転中心に装着したクラッチ２２ｂの外輪３７ｂに前向き回転力が生じ、右側の場合と同様にクラッチ２２ｂは前方向回転力に対しては外輪３７ｂと内部に嵌合するクランク軸２３は拘束状態となるため、クランク軸２３に係止した主スプロケット２６も前方向に回転し、副スプロケット２９に前方向回転力を生じる。
【００６６】
このとき、右クランクアーム２１ａは上側に移動するため、クランクアーム２１ａの回転中心となるクラッチ２２ａの外輪３７ａに反前方向回転力が生じようとする。しかしながら、クランク軸２３とクラッチ２２ａの外輪３７ａは非拘束状態となっているため、クランク軸２３が前方向の回転力を生じることに悪影響は生じない。
【００６７】
以上のように左右のペダル１８ａ、１８ｂを交互に繰返して踏み込むことにより、クランク軸２３には常に前方向回転力が加えられることになり、この回転力は主スプロケット２６からチェーン２７を介して後輪１９の車軸２８の副スプロケット２９に伝達され、後輪１９を駆動するように作用する。
【００６８】
ところで、チェーン２７の一部に噛合して設けた補助動力部３１は、搭乗者１６の踏込み力を図４に示すトルク検出部３０にて検出し、アシスト選択スイッチ１２にて設定した内容に応じて、補助駆動力演算部３８にて必要な補助駆動力を演算する。その算出値に基づいて補助動力部３１が制御され、補助駆動力伝達部である駆動スプロケット３２を介してチェーン２７に伝達される。
【００６９】
その結果、搭乗者１６の踏み込み力をアシストすることとなる。
【００７０】
すなわち、従来の電動アシスト自転車のように、一方向の円運動を行うクランクアームの動きとは異なり、本構成のように、常に左右が逆方向に動作する、交互往復運動を行うクランクアーム２１を用いたとしても、クランクアーム２１とクランク軸２３との接続箇所にクラッチ２２を介することで、クランク軸２３に出力される回転力は一定の方向となる。
【００７１】
したがって、本実施例１を用いれば、搭乗者１６がペダル１８を介して供給する人力踏力の大きさ、いわゆる人力トルクを、人力トルクの供給源であるペダル１８に少しでも近い場所で、複雑な構造やソフト的な検出を行うことなく、検出することが可能となる。
【００７２】
なお、上記トルク検出部３０は、磁気歪検出センサや、歪ゲージを用いたもの、あるいはトーションバーを用いたもの、その他、回動板と弾性体を用い、弾性体の変化量からトルクを検知する方法などでもよい。
【００７３】
また、図７などに示すように、ストローク可変調節部となる複数の穴３３を設けて、左右のクランクアーム２１ａ、２１ｂ間を連結するベルト２５の長さを調整することにより、ペダル踏込みストロークが可変できるようになり、搭乗者１６の脚力に合わせた調節が可能となる。
【００７４】
また、ペダルプーリ２４を、プーリパイプ７に対して一端にネジ切りを施した支持軸３９とナット４０にて固定する構成としておけば、プーリパイプ７に設ける支持軸３９を通す穴を長穴４１とすることで、ペダルプーリ２４の取付位置を任意に調整することができる。
【００７５】
その結果、搭乗者１６個々の体格や運動能力、特に脚力に応じたペダル１８の踏込み開始位置とストロークが可変できる。
【００７６】
以上のように、本実施例においては、後輪１９を左右に２輪設けることにより、転倒の心配がなく、加齢者であっても安全に乗ることができる。
【００７７】
また、人力駆動部２０は両脚の交互直線踏込み運動による人力駆動力を発生する構成とすることにより、搭乗者１６の膝部に大きな負担をかけることなく電動アシスト車両の前進運動を行うことができる。
【００７８】
なお、本実施例では一方向クラッチ２２を用いた例を示したが、フリーホイル、ラチェットを用いても同様の効果を得ることができる。
【００７９】
また、動作方向反転機構はベルト２５とペダルプーリ２４を用いた例を示したが、チェーンとガイドスプロケットを用いても同様の効果を得ることができる。
【００８０】
また、本実施例では後輪１９は前輪１４より大径とし、着座シート１７の下部に収納するように配置しているので、前後方向長さがコンパクトに構成され、狭い通路でも方向転換がより容易で操縦性および保管性も向上する。
【００８１】
また、着座シート１７は人体でん部および背部を保持できる大きさとし、かつ膝部が自然曲げ着座状態で、ペダル１８を作動できるようにシートパイプ１５により座面高さを調節できるので、長時間座っていても、安定した姿勢が保て、疲れの少ない電動アシスト車両を得ることができる。
【００８２】
また、図２に示すようにハンドル９の中心部をＵ字状に下げ、Ｕ字部にバスケット１０を載置しているので、バスケット１０への荷物の出し入れが楽となり、車両の重心位置が低くなるため、車両としての安定性もよく、かつ走行時の良好な前方視界を得ることができる。
【００８３】
なお、バスケット１０を着座シート１７の下に配置することにより、さらに重心が下方に移動することで走行安定性を増すことも可能である。
【００８４】
なお、本実施例において電動アシスト車両は後二輪の三輪車とした例を挙げたが、前二輪の三輪車、あるいは四輪車にしても同様の効果が得られるものである。
【００８５】
（実施例２）
図９は、本発明の実施例２における電動アシスト車両の斜視図である。
【００８６】
図９において、補助動力部４５は駆動輪を構成する左右の後輪１９のハブ部分に各々一体に設けた構成としている。
【００８７】
なお、本実施例２において、上述した実施例１と同様の機能を有するものについては、同一の符号を付与し、実施例１の説明を援用する。
【００８８】
本実施例２と上記実施例１との違いは、人力駆動部２０からの人力駆動力と補助駆動力の伝達経路を別々の経路としたことにある。
【００８９】
その結果、各動力の伝達経路が簡素となるとともに、左右の駆動輪である後輪１９の独立駆動が図れ、路面の凹凸や傾斜、あるいは段差などに対しても細かな制御を施すことで、より安全、快適な走行感を得ることが可能となる。
【００９０】
最後に、本実施例２においても実施例１と同様、従来の電動アシスト自転車のように、一方向の円運動を行うクランクアームの動きとは異なり、本構成のように、常に左右が逆方向に動作する、交互往復運動を行うクランクアーム２１を用いたとしても、クランクアーム２１とクランク軸２３との接続箇所にクラッチ２２を介することで、クランク軸２３に出力される回転力は一定の方向となる。
【００９１】
したがって、本人力駆動部２０を用いれば、搭乗者１６がペダル１８を介して供給する人力踏力の大きさ、いわゆる人力トルクを、人力トルクの供給源であるペダル１８に少しでも近い場所で、複雑な構造やソフト的な検出を行うことなく、検出することが可能となる。
【００９２】
よって、人力駆動部２０は両脚の交互直線踏込み運動による人力駆動力を発生する構成とすることにより、搭乗者１６の膝部に大きな負担をかけることなく電動アシスト車両の前進運動を行うことができる。
【００９３】
（実施例３）
図１０は、本発明の実施例３における電動アシスト車両の斜視図を示すものである。
【００９４】
また図１１は、本発明の実施例３における差動歯車部による人力駆動力の伝わり表す電動アシスト車両の概念図を示すものである。
【００９５】
なお、実施例２と同様、本実施例３において、上述した実施例１と同様の機能を有するものについては、同一の符号を付与し、実施例１の説明を援用する。
【００９６】
本実施例３と上述した実施例２との違いは、人力駆動力の伝達経路をより直接的なものとしたことにある。
【００９７】
すなわち、実施例２は、ペダル１８に加えられた人力踏力を、クランク軸２１や主スプロケット２６、チェーン２７などを介して駆動輪である後輪１９の車軸２８に設けられた副スプロケット２９へ伝達していた。
【００９８】
一方、本実施例３では、ペダル１８に加えられた人力踏力は、クランクアーム２１からベルト２５を介してペダルプーリ２４へと伝えられ、そのペダルプーリ２４から差動歯車部７０を介して駆動輪である後輪１９の車軸２８に設けられた副スプロケット２９ａへ伝達できる。
【００９９】
この差動歯車部７０による人力駆動力の伝達について、図１１を用いて説明する。
【０１００】
図中、６０は差動歯車箱であり、一端にペダルプーリ２４、他端に入力側傘歯車６１を設けた入力軸６２と、この入力軸６２に対向して設けられた出力軸６３が設けられている。
【０１０１】
出力軸６３は、入力側傘歯車６１と対向する位置に出力側傘歯車６４を設けており、他端には、本実施例での駆動輪である後輪１９を備えた車軸２８に設けた副傘歯車２９ａと噛み合う出力端傘歯車６５が設けられている。
【０１０２】
そして、入力側傘歯車６１と出力側傘歯車６４との間には、図に示すように、２つの傘歯車が差動歯車６５ａ、６５ｂとして、各々歯を噛み合わせた状態で設けられている。
【０１０３】
さらに、差動歯車６５ａ、６５ｂは、軸心となる差動歯車軸６６ａ、６６ｂが一方向動力伝達手段である一方向クラッチベアリング６７ａ、６７ｂを介して、差動歯車箱６０に保持されている。
【０１０４】
なお、６８ａ〜６８ｄは各々保持する各軸６２、６３の動きを円滑にするためのベアリングであり、６９は差動歯車部７０を外部からの異物などから保護するための保護ケースである。
【０１０５】
上述した構成について、以下に作用、効果を記載する。
【０１０６】
はじめに、図１１（ａ）に記載したものを正方向回転と位置付けて説明する。
【０１０７】
まず、搭乗者が右側のペダル（図１１中１８ａ、以下同じ）を踏み込んだ場合、クランクアーム２１ａやクランクアーム２１ａに施したベルト２５により、ペダルプーリ２４は、矢印７１の方向に回転する。
【０１０８】
このとき、入力側傘歯車６１は、矢印７１と同じ方向に回転しようとする。
【０１０９】
その回転しようとする力は、差動歯車６５ａ、６５ｂを通して各々差動歯車軸６６ａ、６６ｂに伝えられるが、この差動歯車軸６６ａ、６６ｂを差動歯車箱６０に保持する一方向クラッチ６７ａ、６７ｂは、拘束する状態に作動するため、差動歯車６５ａ、６５ｂは回転できない。
【０１１０】
その結果、差動歯車箱６０の内部は、擬似的にひとつの固まりとなり、ベアリング６８ａ、６８ｂの作用により差動歯車箱６０は、矢印７２の方向に回転する。
【０１１１】
よって、出力端傘歯車６５が出力する人力駆動力の回転方向は、矢印７３の方向となり、この出力端傘歯車６５と噛み合う副傘歯車２９ａには、矢印７４の方向の回転力としての人力駆動力が加えられる。
【０１１２】
この人力駆動力は、車軸２８を介して後輪１９に伝えられ、後輪１９は、車両の進行方向（図中、太い矢印）へと進むことになる。
【０１１３】
次に、図１１（ｂ）に記載したものを逆方向回転と位置付けて説明する。
【０１１４】
今回、搭乗者は左側のペダル１８ｂを踏み込むため、クランクアーム２１ｂやクランクアーム２１ｂに施したベルト２５により、ペダルプーリ２４は、矢印７５の方向に回転する。
【０１１５】
そして、入力側傘歯車６１は、矢印７５と同じ方向の矢印７６の方向に回転する。
【０１１６】
このとき、差動歯車軸６６ａ、６６ｂを差動歯車箱６０に保持する一方向クラッチは、非拘束状態とように作動するため、各歯車６４、６５ａ、６５ｂは矢印７６に対応した方向（７６ａ〜７６ｃ）に回転する。
【０１１７】
その結果、差動歯車箱６０は回転せず、出力端傘歯車６５が矢印７３の方向に回転する。
【０１１８】
よって、出力端傘歯車６５が出力する人力駆動力の回転方向は、前述した正方向回転と同様に、矢印７３の方向となり、この出力端傘歯車６５と噛み合う副傘歯車２９ａには、矢印７４の方向の回転力としての人力駆動力が加えられる。
【０１１９】
この人力駆動力は、車軸２８を介して後輪１９に伝えられ、後輪１９は、車両の進行方向（図中、太い矢印）へと進むことになる。
【０１２０】
その後は、搭乗者が右、左、右と交互にペダルを踏み込むに従い、順次、正方向回転、逆方向回転、正方向回転と交互に保護ケース６９内の動作が変わるものの、出力端傘歯車６５以降の動作は変わらず、車両を図中、太い矢印の方向に進めることが可能となる。
【０１２１】
このような人力踏力から人力駆動力へと変換する動力経路を用いた場合、実施例２に比べて個性要素が少ないために変換損失を抑制することができる。
【０１２２】
すなわち、体力のある青年、壮年に比べて、体力の劣る加齢者や、下肢に障害を持つ方々にとって、乏しい体力を少しでも損失なく動力に活用できることは極めて重要な効果であり、このように高効率で乏しい体力を活用できる電動アシスト自転車を活用することで、残された体力の維持、向上を図ることが可能となる。
【０１２３】
（実施例４）
次に、図１３を用いて、制御について説明する。
【０１２４】
図１３は、本実施例の制御概念を示すブロック図である。
【０１２５】
まず、図１３中８０は、バッテリーであり、図１中、シートポスト近傍に設けられている。このバッテリー８０の電源を駆動源として、各部の制御を行っている。
【０１２６】
次に、磁気歪検出センサ８１は、クランク軸２３に加えられた人力踏力のトルク値を測定するクランク軸変化量検出部であり、他の検出方法としては、歪ゲージを用いたものや、トーションバーを用いたもの、その他、回動板と弾性体を用い、弾性体の変化量からトルクを検知する方法などがある。
【０１２７】
この磁気歪検出センサ８１で検出された値は、電動アシスト車両の制御部８２（補助駆動力演算部３８含む）に設けられた人力駆動力検出部であるクランク軸変化量入力部８３に入力される。
【０１２８】
入力されたクランク軸２３の変化量に基づいて、補助動力部３１ａで出力すべき値を補助動力演算部３８ａにて演算する。
【０１２９】
その一例について、図１４を用いて説明する。
【０１３０】
図１４は、本実施例の制御における各部での波形を示す特性図である。
【０１３１】
上から、（ａ）搭乗者がペダル１８に加えた人力踏力、（ｂ）磁気歪検出センサ３０にて検出した検出値、（ｃ）考慮すべき減少値、（ｄ）（ｂ）と（ｃ）の合算値、（ｅ）補助動力部３１ａが出力する補助動力の特性図である。
【０１３２】
まず、本電動アシスト車両を使用する搭乗者１６は、加齢者や下肢に障害を持つなど、脚力の弱い方を中心としていることから、（ａ）で得られる人力踏力は、現在、普及している電動アシスト自転車の検出値よりも低い値となることが予想される。
【０１３３】
この人力踏力は、クランクアーム２１とクランク軸２３との接続点に設けられたクラッチ２２により、実施例１に詳細説明したごとく、常に一方向の回転に変換される。
【０１３４】
ところが、このとき、電動アシスト自転車では起こらない課題がある。
【０１３５】
すなわち、クラッチ２２が拘束状態となることの摩擦力の考慮である。
【０１３６】
つまり、磁気歪検出センサ８１にて実際に測定される値は、上記摩擦力が加えられることによって、やや減少した人力踏力が検出されていることになる。よって、この減少値を考慮した合算値を算出する必要がある。
【０１３７】
具体的には、（ｂ）の検出値に（ｃ）で考慮すべきとされた現象値を引く（絶対値を足し合わせる）ことにより、真の人力踏力と考えられる合算値を導き出す。
【０１３８】
この補正した合算値に基づいて、補助動力にて出力すべき補助動力値を設定する必要がある。
【０１３９】
つまり、従来の電動アシスト自転車では、クランクアーム２１とクランク軸２３とは固定されていたこと、および、搭乗者が比較的体力がある方を中心としていたため、このような補正値を考慮する必要がなかった。
【０１４０】
しかしながら、本発明の電動アシスト車両の搭乗者１６は、加齢者など、脚力が乏しい方を中心としている。
【０１４１】
従って、元々供給される人力踏力が小さな値である上に、人力駆動部２０が従来とは異なる交互往復運動を行うために加えた工夫、つまりクランクアーム２１とクランク軸２３との接合部にクラッチ２２を設けるという工夫が、上述した少ない人力踏力をさらに減少させる方向に作用することになる。
【０１４２】
この状態で、補助駆動力を演算すると、本来規制されたアシスト比率に余裕を持った補助駆動力の提供にしかならない。
【０１４３】
よって、本来規制されているアシスト比率の枠を充分使い切り、少しでも快適な乗り物となるように、減少した人力踏力を補正して補助駆動力を算出する必要があるというものである。
【０１４４】
なお、図１２に示すように、磁気歪検出センサ３０ａを差動歯車箱６０の出力軸３０近傍に設けても同様の効果を得ることが可能であるが、本構成の場合、上述したように軸受け部４２に磁気歪検出センサ３０が配された場合よりも、経由する部材が多いため、考慮すべき減少値を大きくする必要がある。
【０１４５】
なお、少ない人力踏力から少しでも大きなクランク軸の変化量を得る方法としては、図１５に示すような、長いクランクアーム２１ｃを用いるという方法がある。
【０１４６】
（実施例５）
図１６は、本発明の実施例５の電動アシスト車両の人力駆動部の動作状態概念図である。
【０１４７】
図１６に示すように回転出力体および動力中継部は溝幅Ｂ１を調節できる一対の可変プーリ２６ａ、２９ａとし、動力伝達手段は前述の溝に係合する回転ベルト２７ａとした無段変速機構を用いることにより、可変プーリ２６ａ、２９ａの溝幅Ｂ１を可変して回転ベルト２７ａの可変プーリ２６ａ、２９ａとの接触回転半径Ｒ（Ｒ１、Ｒ２）、ｒ（ｒ１、ｒ２）を変化することにより回転比率Ｒ／ｒが変化し、搭乗者１６の体力に応じて、より軽い力で車両を駆動したり、あるいは踏込み力を重くして移動速度を早くしたりすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
以上のように、本発明にかかる電動アシスト車両は、搭乗者が自ら有する筋力を利用したうえで、補助的に駆動力を得る電動アシスト車両とすることで、安全に、無理なく移動することができるため、自らの筋力の維持向上という意識向上を促しことができる。その利用分野は、三輪車、四輪車あるいは車椅子などの自立促進リハビリ用移動車両としての用途にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の実施例１における電動アシスト車両の概念図
【図２】本発明の実施例１における電動アシスト車両の斜視図
【図３】本発明の実施例１における電動アシスト車両の人力駆動部を説明する斜視図
【図４】本発明の実施例１における電動アシスト車両の人力駆動部のクランク軸近傍の構造説明図
【図５】（ａ）は本発明の実施例１におけるクランクアーム位置復元手段の正面図、（ｂ）は同クランクアーム位置復元手段の側面図
【図６】本発明の実施例１における人力駆動部の動作概念図
【図７】本発明の実施例１における電動アシスト車両の他の人力駆動部を説明する斜視図
【図８】本発明の実施例1におけるアシスト選択スイッチの平面図
【図９】本発明の実施例２における電動アシスト車両の斜視図
【図１０】本発明の実施例３における電動アシスト車両の斜視図
【図１１】本発明の実施例３における電動アシスト車両の人力駆動部の動作を説明する説明図
【図１２】本発明の実施例４における電動アシスト車両の人力駆動部の動作を説明する説明図
【図１３】本発明の実施例４における補助駆動力の制御概念を示すブロック図
【図１４】本発明の実施例４における補助動力を算出するための各部における波形の特性図
【図１５】本発明の実施例４における他の電動アシスト車両の概念図
【図１６】本発明の実施例５における人力駆動部の動作状態を示す概念図
【符号の説明】
【０１５０】
１ フレーム
９ ハンドル
１４ 前輪
１６ 搭乗者
１７ 着座シート
１８，１８ａ，１８ｂ ペダル
１９ 後輪
２０，２０ａ 人力駆動部
２１，２１ａ，２１ｂ クランクアーム
２２，２２ａ，２２ｂ クラッチ（一方向動力伝達手段）
２３ クランク軸
２４ ペダルプーリ
２５ ベルト
２６ 主スプロケット（主駆動力伝達部）
２７ チェーン（動力伝達手段）
２８ 車軸
２９ 副スプロケット（副駆動力伝達部）
２９ａ 副傘歯車（副駆動力伝達部）
３０，３０ａ，８１ 磁気歪検出センサ（変化量読取り手段）
３１ 補助動力部
３２ 駆動スプロケット（補助駆動力伝達部）
３８，３８ａ 補助駆動力演算部
４２ 軸受け部
４６ クランクアーム位置復元手段
６０ 差動歯車箱
６１ 入力側傘歯車
６２ 入力軸
６３ 出力軸
６４ 出力側傘歯車
６５ａ，６５ｂ 差動歯車
６６ａ，６６ｂ 差動歯車軸
７０ 差動歯車部
８３ クランク軸変化量入力部（人力駆動力検出部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともいずれか一方が一対であるとともに、一方を方向陀輪、他方を駆動輪とする前輪および後輪と、
搭乗者が意図する進行方向を前記方向陀輪となる前輪または後輪のいずれかへ伝えるハンドルと、
前記搭乗者が乗る着座シートと、
前記搭乗者が左右各々の足で交互に踏み込むことで人力踏力を入力する一対のペダルと、
この一対のペダルから入力した前記人力踏力を人力駆動力へと変換し、変換した人力駆動力を動力伝達手段へと出力する人力駆動部と、
前記動力伝達手段を介して得た前記人力駆動力を前記駆動輪へと伝える副駆動力伝達部と、
前記人力駆動部で得た人力駆動力から補助できる補助駆動力を演算する補助駆動力演算部と、
前記演算結果に基づき補助駆動力を発生させる補助動力部と、
この補助動力部で発生した補助駆動力を駆動輪に伝達する補助駆動力伝達部と、
少なくとも前記前輪および後輪と、前記ハンドルと、前記着座シートと、前記人力駆動部とを支持するフレームとを具備し、
前記人力駆動部は、前記一対のペダル各々と接続するクランクアームと、
この一対のクランクアームの一方の動きに対し連動して、他方のクランクアームが常に反対方向に移動することで前記ペダルが交互往復運動を行うクランクアーム位置復元手段と、
前記クランクアームが行う交互往復運動の回転中心となるとともに、前記クランクアームとは所定の回転方向にのみ回転力を伝える一方向動力伝達手段を介して接続するクランク軸と、
このクランク軸と同心に設けられた主駆動力伝達部と、
前記クランク軸を支持する軸受け部と、
この軸受け部内に前記クランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段とを有し、
前記ペダルに加えられた人力踏力は、前記クランクアームから前記一方向動力伝達手段を介することで常に一方向の回転力として前記クランク軸に伝えられて、このクランク軸に設けた主駆動力伝達部から前記動力伝達手段へと人力駆動力が出力されるとともに、
前記変化量読取り手段にて読み取った前記クランク軸の変化量に基づいて、前記補助駆動力演算部に人力駆動力を伝えることを特徴とする電動アシスト車両。
【請求項２】
前記クランクアーム位置復元手段は、前記回転中心よりも鉛直上方で、かつ、前記フレームに対して回動自在に軸支されたペダルプーリと、
前記一対のクランクアームを連絡するベルトとを具備し、
このベルトが前記ペダルプーリ上を移動することで前記ペダルが交互往復運動を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト車両。
【請求項３】
少なくともいずれか一方が一対であるとともに、一方を方向陀輪、他方を駆動輪とする前輪および後輪と、
搭乗者が意図する進行方向を前記方向陀輪となる前輪または後輪のいずれかへ伝えるハンドルと、
前記搭乗者が乗る着座シートと、
前記搭乗者が左右各々の足で交互に踏み込むことで人力踏力を入力する一対のペダルと、
この一対のペダルから入力した前記人力踏力を人力駆動力へと変換し、変換した人力駆動力を前記駆動輪へと伝える副駆動力伝達部へと出力する人力駆動部と、
前記人力駆動部で得た人力駆動力から補助できる補助駆動力を演算する補助駆動力演算部と、
前記演算結果に基づき発生させた補助駆動力を直接前記駆動輪に伝達する補助動力部と、
少なくとも前記前輪および後輪と、前記ハンドルと、前記着座シートと、前記人力駆動部とを支持するフレームを具備し、
前記人力駆動部は、
前記一対のペダル各々と接続するクランクアームと、
前記一対のクランクアームの反ペダル接続端を連絡するクランク軸と、
前記一対のクランクアームを連絡するベルトと、
前記クランク軸よりも上方で、かつ、前記フレームに対して回動自在に軸支されたペダルプーリとを有し、
前記ベルトが前記ペダルプーリ上を移動することにより前記ペダルが前記クランク軸を回転中心とした交互往復運動を行い、かつ、前記クランクアームと前記クランク軸との接続部に一方向動力伝達手段を設けることで前記クランク軸が所定の回転方向のみの回転力を得るとともに、
前記クランク軸を支持する軸受け部と、
この軸受け部内に前記クランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段とを設け、
この変化量読取り手段にて読み取った前記クランク軸の変化量に基づいて、前記補助駆動力演算部に人力駆動力を伝える人力駆動力検出部と、
前記ペダルプーリを一端に、他端に入力側傘歯車を設けた入力軸と、
一端に前記入力側傘歯車と対向する出力側傘歯車を有し、他端に前記駆動輪を連絡する車軸へと前記人力駆動力を伝達する出力軸と、
前記入力側傘歯車と前記出力側傘歯車との間に各々の歯が噛み合うように取り付けた差動歯車と、
この差動歯車の軸心に前記差動歯車の回転を支持する差動歯車軸と、
前記入力側傘歯車と前記出力側傘歯車と前記差動歯車とを内蔵するように差動歯車箱とを設け、
前記差動歯車箱に対して前記入力軸と前記出力軸と前記差動歯車軸とを各々一方向動力伝達手段を介して支持する差動歯車部とを備え、
前記ペダルに加えられた人力踏力は、前記差動歯車部を介して変換された人力駆動力として前記副駆動力伝達部へと伝達されるとともに、
前記変化量読取り手段にて読み取った前記クランク軸の変化量に基づいて、前記補助駆動力演算部に人力駆動力を伝えることを特徴とする電動アシスト車両。
【請求項４】
前記変化量読取り手段を、前記軸受け部内に換えて前記差動歯車箱内に設け、かつ、前記クランク軸に換えて前記出力軸の変化量を読み取り、この出力軸の変化量に基づいて、前記補助駆動力演算部に人力駆動力を伝達することを特徴とする請求項３に記載の電動アシスト車両。
【請求項５】
前記クランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段にて読み取った検出値に基づいて、前記補助駆動力演算部で補助駆動力を算出する際、前記一方向動力伝達手段で減衰した人力駆動力を補う補正係数を加えて補正補助駆動力を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電動アシスト車両の制御方法。
【請求項６】
前記出力軸の変化量を検出する変化量読取り手段にて読み取った検出値に基づいて、前記補助駆動力演算部で補助駆動力を算出する際、差動歯車部で減衰した人力駆動力を補う補正係数を加えて補正補助駆動力を算出することを特徴とする請求項４に記載の電動アシスト車両の制御方法。
【請求項１】
少なくともいずれか一方が一対であるとともに、一方を方向陀輪、他方を駆動輪とする前輪および後輪と、
搭乗者が意図する進行方向を前記方向陀輪となる前輪または後輪のいずれかへ伝えるハンドルと、
前記搭乗者が乗る着座シートと、
前記搭乗者が左右各々の足で交互に踏み込むことで人力踏力を入力する一対のペダルと、
この一対のペダルから入力した前記人力踏力を人力駆動力へと変換し、変換した人力駆動力を動力伝達手段へと出力する人力駆動部と、
前記動力伝達手段を介して得た前記人力駆動力を前記駆動輪へと伝える副駆動力伝達部と、
前記人力駆動部で得た人力駆動力から補助できる補助駆動力を演算する補助駆動力演算部と、
前記演算結果に基づき補助駆動力を発生させる補助動力部と、
この補助動力部で発生した補助駆動力を駆動輪に伝達する補助駆動力伝達部と、
少なくとも前記前輪および後輪と、前記ハンドルと、前記着座シートと、前記人力駆動部とを支持するフレームとを具備し、
前記人力駆動部は、前記一対のペダル各々と接続するクランクアームと、
この一対のクランクアームの一方の動きに対し連動して、他方のクランクアームが常に反対方向に移動することで前記ペダルが交互往復運動を行うクランクアーム位置復元手段と、
前記クランクアームが行う交互往復運動の回転中心となるとともに、前記クランクアームとは所定の回転方向にのみ回転力を伝える一方向動力伝達手段を介して接続するクランク軸と、
このクランク軸と同心に設けられた主駆動力伝達部と、
前記クランク軸を支持する軸受け部と、
この軸受け部内に前記クランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段とを有し、
前記ペダルに加えられた人力踏力は、前記クランクアームから前記一方向動力伝達手段を介することで常に一方向の回転力として前記クランク軸に伝えられて、このクランク軸に設けた主駆動力伝達部から前記動力伝達手段へと人力駆動力が出力されるとともに、
前記変化量読取り手段にて読み取った前記クランク軸の変化量に基づいて、前記補助駆動力演算部に人力駆動力を伝えることを特徴とする電動アシスト車両。
【請求項２】
前記クランクアーム位置復元手段は、前記回転中心よりも鉛直上方で、かつ、前記フレームに対して回動自在に軸支されたペダルプーリと、
前記一対のクランクアームを連絡するベルトとを具備し、
このベルトが前記ペダルプーリ上を移動することで前記ペダルが交互往復運動を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト車両。
【請求項３】
少なくともいずれか一方が一対であるとともに、一方を方向陀輪、他方を駆動輪とする前輪および後輪と、
搭乗者が意図する進行方向を前記方向陀輪となる前輪または後輪のいずれかへ伝えるハンドルと、
前記搭乗者が乗る着座シートと、
前記搭乗者が左右各々の足で交互に踏み込むことで人力踏力を入力する一対のペダルと、
この一対のペダルから入力した前記人力踏力を人力駆動力へと変換し、変換した人力駆動力を前記駆動輪へと伝える副駆動力伝達部へと出力する人力駆動部と、
前記人力駆動部で得た人力駆動力から補助できる補助駆動力を演算する補助駆動力演算部と、
前記演算結果に基づき発生させた補助駆動力を直接前記駆動輪に伝達する補助動力部と、
少なくとも前記前輪および後輪と、前記ハンドルと、前記着座シートと、前記人力駆動部とを支持するフレームを具備し、
前記人力駆動部は、
前記一対のペダル各々と接続するクランクアームと、
前記一対のクランクアームの反ペダル接続端を連絡するクランク軸と、
前記一対のクランクアームを連絡するベルトと、
前記クランク軸よりも上方で、かつ、前記フレームに対して回動自在に軸支されたペダルプーリとを有し、
前記ベルトが前記ペダルプーリ上を移動することにより前記ペダルが前記クランク軸を回転中心とした交互往復運動を行い、かつ、前記クランクアームと前記クランク軸との接続部に一方向動力伝達手段を設けることで前記クランク軸が所定の回転方向のみの回転力を得るとともに、
前記クランク軸を支持する軸受け部と、
この軸受け部内に前記クランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段とを設け、
この変化量読取り手段にて読み取った前記クランク軸の変化量に基づいて、前記補助駆動力演算部に人力駆動力を伝える人力駆動力検出部と、
前記ペダルプーリを一端に、他端に入力側傘歯車を設けた入力軸と、
一端に前記入力側傘歯車と対向する出力側傘歯車を有し、他端に前記駆動輪を連絡する車軸へと前記人力駆動力を伝達する出力軸と、
前記入力側傘歯車と前記出力側傘歯車との間に各々の歯が噛み合うように取り付けた差動歯車と、
この差動歯車の軸心に前記差動歯車の回転を支持する差動歯車軸と、
前記入力側傘歯車と前記出力側傘歯車と前記差動歯車とを内蔵するように差動歯車箱とを設け、
前記差動歯車箱に対して前記入力軸と前記出力軸と前記差動歯車軸とを各々一方向動力伝達手段を介して支持する差動歯車部とを備え、
前記ペダルに加えられた人力踏力は、前記差動歯車部を介して変換された人力駆動力として前記副駆動力伝達部へと伝達されるとともに、
前記変化量読取り手段にて読み取った前記クランク軸の変化量に基づいて、前記補助駆動力演算部に人力駆動力を伝えることを特徴とする電動アシスト車両。
【請求項４】
前記変化量読取り手段を、前記軸受け部内に換えて前記差動歯車箱内に設け、かつ、前記クランク軸に換えて前記出力軸の変化量を読み取り、この出力軸の変化量に基づいて、前記補助駆動力演算部に人力駆動力を伝達することを特徴とする請求項３に記載の電動アシスト車両。
【請求項５】
前記クランク軸の変化量を検出する変化量読取り手段にて読み取った検出値に基づいて、前記補助駆動力演算部で補助駆動力を算出する際、前記一方向動力伝達手段で減衰した人力駆動力を補う補正係数を加えて補正補助駆動力を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電動アシスト車両の制御方法。
【請求項６】
前記出力軸の変化量を検出する変化量読取り手段にて読み取った検出値に基づいて、前記補助駆動力演算部で補助駆動力を算出する際、差動歯車部で減衰した人力駆動力を補う補正係数を加えて補正補助駆動力を算出することを特徴とする請求項４に記載の電動アシスト車両の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−１８８８５（Ｐ２００８−１８８８５Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９３８３２（Ｐ２００６−１９３８３２）
【出願日】平成１８年７月１４日（２００６．７．１４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１４日（２００６．７．１４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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