特開 2022-182811 電動アシスト自転車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022182811

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】電動アシスト自転車

(51)【国際特許分類】

   B62J 9/22 20200101AFI20221201BHJP

   B62M 6/55 20100101ALI20221201BHJP

   B62J 43/20 20200101ALI20221201BHJP

   B62J 45/00 20200101ALI20221201BHJP

【ＦＩ】

B62J9/22

B62M6/55

B62J43/20

B62J45/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021090549

(22)【出願日】2021-05-28

(71)【出願人】

【識別番号】521232027

【氏名又は名称】ハロースペース株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080160

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 憲一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149205

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 泰央

(72)【発明者】

【氏名】岩下 卓利

(72)【発明者】

【氏名】ラファエル ジョジョ サイモン

(57)【要約】

【課題】通常の自転車への取付けが比較的容易であるとともに、モータの修理、点検も容易であり、さらに前後輪の重量バランスを均等に保持することが容易で、しかも特に走行開始時の足による踏込力を軽減できる、電動アシスト自転車を提供する。
【解決手段】クランク軸１００Ａに軸装された主スプロケットＳ１と後輪側の後スプロケットＳ２との間に張架されるチェーンＣＨに噛合する発電用のスプロケットＳを、発電用の回転軸に軸装し、前後輪の間の自転車のフレームＦの一部に固設された発電機１と、発電機１から生成される電力の蓄電を行う蓄電器２と、発電機１から供給される電力で駆動され、クランク軸１００Ａに回動力を付与する回生機能付きモータ３と、自転車１００の走行速度を検知する速度検知手段と、速度検知手段４で検知した自転車１００の走行速度に応じて、蓄電器２からモータ３への給電量を制御する制御部５１と、前後輪の間の自転車のフレーム間の空間に設置され、蓄電器２及び制御手段を収容する収容ボックス６と、を備えた。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自転車の走行速度を検出する速度検出手段と、
前後輪の間のフレームの一部に固設され、ペダルを設けたクランク軸に軸装された主スプロケットと後輪ハブ軸に軸装された後スプロケットとの間に張設されるチェーンに噛合する発電用のスプロケットを備えた発電機と、
前記発電機から生成される電力を取り込んで蓄電を行う蓄電手段と、
前後輪の間のフレームの一部に固設されるとともに、前記発電機又は前記蓄電手段から供給される電力で駆動され、前記速度検知手段で検知した前記自転車の走行速度に応じた回動力を前記クランク軸に付与するモータと、
前記自転車の走行速度に応じて前記蓄電手段から前記モータへの給電量を制御する制御手段と、
前後輪の間のフレームどうしの隙間を利用して設置され、少なくとも前記蓄電手段と前記制御手段とを収容する収容ボックスと、
を備えた、
ことを特徴とする電動アシスト自転車。

【請求項2】

前記ペダルへの足踏力が前記主スプロケットのクランク軸に作用するときに発生するトルクを検出するトルク検出器を備え、
前記トルクの変化を検出した前記制御手段は、前記トルクの変化量に応じて、前記蓄電手段への制御を行い、前記蓄電手段からモータへの給電量を増減させるように構成した
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】

前記モータ及び前記発電機は、前記モータの出力軸と前記発電機の回転軸とが近接配置されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動アシスト自転車。

【請求項4】

前記モータの出力軸と前記主スプロケットのクランク軸との間に前記モータからの回転力を断接する電磁クラッチを備え、
前記主スプロケットのクランク軸の回転数又は自転車の速度が一定値を超えると、前記制御手段による制御によって、前記クラッチが作動して前記モータからの回転力が前記主スプロケットの前記クランク軸へ伝達するのを遮断するように構成した、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。

【請求項5】

前記モータは、回生機能付きであって、
前記制御手段は、前記速度検知手段から入力する前記自転車の速度が一定値を超えると、前記発電機又は前記蓄電手段から前記モータへの給電を停止するとともに、
前記主スプロケットの回転力が前記モータへ伝達されることで発生する前記モータの回生電力が、前記蓄電手段へ出力されるように構成した、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。

【請求項6】

前記発電機及び／又はモータは、内部に備えた永久磁石の固有配置・配列による磁気回路の形成により、固有の磁束分布が形成されている、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。

【請求項7】

前記発電機及び／又はモータの永久磁石の配置・配列は、ハルバッハ配列磁界を有するように構成された、
請求項６に記載の電動アシスト自転車。

【請求項8】

少なくとも、前記発電機は、ブラシレス及びコアレスの構造を有するものである、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。

【請求項9】

自転車本体の前側に設置され、前記発電機から前記蓄電手段への電力の供給及び休止と、前記蓄電手段から前記モータへの電力の供給及び休止とを、前記自転車の使用状況に応じて切り替え可能とするスイッチを設けた操作パネルを備えた、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、二輪車又は三輪車などの電動自転車に係り、特に、自転車の走行を利用した発電による起電力によって蓄電器へ充電を行うとともにこの蓄電器からの電力供給によりモータを駆動し、自転車ペダルによる漕ぎ力をモータの回転駆動力でアシストする電動アシスト自転車に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電動アシスト自転車が多数開発され普及している。このような電動アシスト自転車は、通常、後輪又は前輪の回転軸と直結したモータによるダイレクトドライブ方式で構成したものが一般的である。このような構成の電動アシスト自転車にあっては、ペダルを漕ぐとき足の踏込力を、モータの回転駆動力でアシストすることで自転車の走行を容易にしたものである。

【0003】

また、このような電動アシスト自転車の中には、例えば特許文献１に記載のように、自転車に、永久磁石どうしの磁力に基づいて回転する増幅回路装置を用いたものも提案されている。この特許文献１に記載のものは、ペダル側に発電装置を設けているとともに、この発電装置の内部に発電部を備えており、この発電部で発電された電力を発電装置の内部に別に設けてある二次電池に蓄電するようになっている。

【0004】

しかしながら、この特許文献１に記載のものにあっては、二次電池からの電力でペダル軸を回転させる構成となっているが、ペダル軸が回転してもクランク軸への回転力を与えるための回転伝達機構若しくは回転力連動機構を備えていない。そのため、どんなにペダル軸を回転させても、クランク軸の回転、延いてはこのクランク軸と同軸に設けたスプロケットを介して後輪側のスプロケットへ回転力を伝達することができない。即ち、自転車に対して電動のアシスト機能を備えている訳ではない。

【0005】

さらに、特許文献２に記載の磁石自転車も開示されている。この磁石自転車は、前輪側の発電機と後輪側のモータとを有している。この磁石自転車は、タイミングべルトで全誘導磁石回転車が回るようにし、モータが回ると、中央の大径電磁石車が永久磁石に近づいたときに同極面同士が対向する形で強い反発力を生じることを利用し、この力をそのまま後輪を回す力として使用し、初動のペダル漕ぎ数秒後には漕ぐ必要なく走行可能とすることを目的としたものである。

【0006】

また、さらに、特許文献３のような電動アシスト自転車も開示されている。この電動アシスト自転車では、クランク軸の回転力を受けて発電するオルタネータと、このオルタネータから出力される直流電流を蓄電する二次電池と、前輪に設けた駆動ハブモータなどと、を有する構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１７－１２８２６５号公報

【特許文献2】特開２０１１－１６０６４４号公報

【特許文献3】特願２０２０－３００７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、特許文献２に記載の電動アシスト自転車は、主磁石が後輪の回転軸である主軸と一体となるような複雑な状態で主軸に固設されている。また、モータも主軸側と機構的に一体化された状態で介装されている。このため、例えば主磁石の組付けや取外しなどが簡単には行えず、また、モータの修理や点検なども面倒である。しかも、このような構成の電動アシスト自転車は、重量が後部側に集中しているので、前輪側と後輪側の重量配分が極端にアンバランスで、例えば坂道を下るような場合の安全性や走行安定性の点などで好ましくない。

【0009】

また、特許文献３に記載の電動アシスト自転車については、モータが前輪の回転軸と一体化されているので、例えばモータの修理のための取り外しや点検などを行うのが面倒で、厄介である。

【0010】

さらに、この特許文献３では、オルタネータがフレームに直接取り付けてあるのではなく、ペダルを取り付けているクランク軸の近傍でフレームから外側に突出している配置構成である。このため、自転車の乗車者は、足でペダルを漕ぐ際に、足の脹脛などがこのオルタネータに触れたり邪魔になったりするので、操作が煩わしい。また、自転車の左右一方側にオルタネータが飛び出している分、左右のバランスが悪くなり走行安全性が阻害される虞がある。

【0011】

また、特許文献３に記載の電動アシスト自転車にあっては、重量が前方側に偏重しているので、前後輪の重量バランスが悪く、走行安定性の点でも好ましくない。

【0012】

この発明では、通常の自転車への取付けが比較的容易であるとともに、モータの修理、点検も容易であり、さらに前後輪の重量バランスを均等に構成することが容易で、しかも特に走行開始時の足による踏込力を軽減できる電動アシスト自転車を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

この発明の電動アシスト自転車は、自転車の走行速度を検出する速度検出手段と、前後輪の間のフレームの一部に固設され、ペダルを設けたクランク軸に軸装された主スプロケットと後輪ハブ軸に軸装された後スプロケットとの間に張設されるチェーンに噛合する発電用のスプロケットを備えた発電機と、前記発電機から生成される電力を取り込んで蓄電を行う蓄電手段と、前後輪の間のフレームの一部に固設されるとともに、前記発電機又は前記蓄電手段から供給される電力で駆動され、前記速度検知手段で検知した前記自転車の走行速度に応じた回動力を前記クランク軸に付与するモータと、前記自転車の走行速度に応じて前記蓄電手段から前記モータへの給電量を制御する制御手段と、前後輪の間のフレームどうしの隙間を利用して設置され、少なくとも前記蓄電手段と前記制御手段とを収容する収容ボックスと、を備えたことを特徴とするものである。

【0014】

また、この発明の電動アシスト自転車は、前記ペダルへの足踏力が前記主スプロケットのクランク軸に作用するときに発生するトルクを検出するトルク検出器を備え、前記トルクの変化を検出した前記制御手段は、前記トルクの変化量に応じて、前記蓄電器への制御を行い、前記蓄電器からモータへの給電量を増減させるように構成したものである。

【0015】

また、この発明の電動アシスト自転車は、前記モータ及び前記発電機は、前記モータの出力軸と前記発電機の回転軸とが近接配置されているものである。

【0016】

また、この発明の電動アシスト自転車は、前記モータの出力軸と前記主スプロケットのクランク軸との間に前記モータからの回転力を断接する電磁クラッチを備え、前記主スプロケットのクランク軸の回転数又は自転車の速度が一定値を超えると、前記制御手段による制御によって、前記クラッチが作動して前記モータからの回転力が前記主スプロケットの前記クランク軸へ伝達するのを遮断するように構成したものである。

【0017】

また、この発明の電動アシスト自転車は、前記モータは、回生機能付きであって、前記制御手段は、前記速度検知手段から入力する前記自転車の速度が一定値を超えると、前記発電機又は前記蓄電手段から前記モータへの給電を停止するとともに、前記主スプロケットの回転力が前記モータへ伝達されることで発生する前記モータの回生電力が、前記蓄電手段へ出力されるように構成したものである。

【0018】

前記発電機及び／又はモータは、内部に備えた永久磁石の固有配置・配列による磁気回路の形成により、固有の磁束分布が形成されているものである。

【0019】

前記発電機及び／又はモータの永久磁石の配置・配列は、ハルバッハ配列磁界を有するように構成されたものである。

【0020】

また、この発明の電動アシスト自転車は、少なくとも、前記発電機が、ブラシレス及びコアレスの構造を有するものである。

【0021】

また、この発明の電動アシスト自転車は、自転車本体の前側に設置され、前記発電機から前記蓄電手段への電力の供給及び休止と、前記蓄電手段から前記モータへの電力の供給及び休止とを、前記自転車の使用状況に応じて切り替え可能とするスイッチを設けた操作パネルを備えたものである。

【発明の効果】

【0022】

この発明の電動アシスト自転車によれば、自転車の走行速度を検出する速度検出手段と、前後輪の間のフレームの一部に固設され、ペダルを設けたクランク軸に軸装された主スプロケットと後輪ハブ軸に軸装された後スプロケットとの間に張設されるチェーンに噛合する発電用のスプロケットを備えた発電機と、前記発電機から生成される電力を取り込んで蓄電を行う蓄電手段と、前後輪の間のフレームの一部に固設されるとともに、前記発電機又は前記蓄電手段から供給される電力で駆動され、前記速度検知手段で検知した前記自転車の走行速度に応じた回動力を前記クランク軸に付与するモータと、前記自転車の走行速度に応じて前記蓄電手段から前記モータへの給電量を制御する制御手段と、前後輪の間のフレームどうしの隙間を利用して設置され、少なくとも前記蓄電手段と前記制御手段とを収容する収容ボックスと、を備えた。このように、本発明の電動アシスト自転車は、発電機、蓄電手段、モータなどの重量の大きな部品を自転車本体の中央部分に配置したので、前後輪の重量バランスを均等に保持することが可能である。また、本発明の電動アシスト自転車は、発電機、蓄電手段、モータなどの故障やメンテナンスの必要頻度の高い部品を、前後輪の回転する軸部分に軸装させる構成をとなっていないので、修理、点検、交換などの際の着脱が容易である。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車（二輪車又は三輪車）を示す正面図。

【図2】図１におけるＩＩ－ＩＩ線矢視断面図。

【図3】図１のＡに示す発電機、モータなどの配置状態を示す要部拡大図。

【図4】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車に用いる発電機及びその取付け状態を示す説明図、（Ｂ）はＩＶＢ－ＩＶＢ線矢視断面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るモータの自転車フレームへの取付け方法を示す説明図である。

【図6】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る速度検出器の取付け部位を示す

【図7】本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車の構成の一例を示すブロック図。

【図8】本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車のモータの制御を示すフローチャート。

【図9】本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車の発電機の制御を示すフローチャート。

【図10】本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車の設定モードである選択メニューを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

この発明の要旨は、ペダルを設けたクランク軸に軸装された主スプロケットと後輪ハブ軸に軸装された後スプロケットとの間に張設されるチェーンに噛合する発電用のスプロケットを、発電用の回転軸と同軸に軸装し、前後輪の間のフレームの一部に固設した発電機と、発電機から生成される電力を取り込んで蓄電を行う蓄電手段と、前後輪の間のフレームの一部に固設し、発電機から供給される電力で駆動され、自転車の走行速度に応じてクランク軸に回動力を付与するモータと、自転車の走行速度を検知する速度検知手段と、速度検知手段で検知した自転車の走行速度に応じて蓄電手段からモータへの給電量を制御する制御手段と、前後輪の間のフレーム間の隙間を利用して設置され、少なくとも、蓄電手段を収容する収容ボックスと、を備えた電動アシスト自転車に関する。

【0025】

次に、この発明の実施例について、添付図面に基づき詳細に説明する。
＜本発明の実施形態に係る電動アシスト自転車＞
（電動アシスト自転車の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車１００（以下、「自転車１００」と略す）を示す正面図である。本実施形態の電動アシスト自転車は、通常一般の自転車に備えているものと同様の基本構成要素、即ち、自転車１００の骨格を構成するフレームＦと、前輪Ｗ１及び後輪Ｗ２と、後輪Ｗ２側のスプロケット（以下、これを「後スプロケットＳ２」とよぶ）及びクランク軸１００Ａと同軸に固設した主スプロケットＳ１の間に張架されたチェーンＣＨと、サドルＳＤ及びハンドルＨと、ランプＬ及び図示外のブレーキとの他に、さらに、図６に示すように、発電機１と、蓄電手段２（以下、「蓄電器２」とよぶ）と、回生機能付きモータ３と、速度検知手段４と、制御手段５と、蓄電器２及び制御手段５を収容する収容ボックス６と、トルク検出器７と、電磁クラッチ８と、操作パネル９と、第１電磁スイッチＳＷ１～第３電磁スイッチＳＷ３と、を備えている。

【0026】

本実施形態のフレームＦは、図１において、前輪Ｗ１及びハンドルＨを取付け支持する前チューブＦ１と、サドルＳＤを支持するとともにペダルＰを設けたクランクの回転中心となるクランク軸１００Ａを設けたシートチューブＦ２と、前チューブＦ１とシートチューブＦ２との間をつなぐトップチューブＦ３及びダウンチューブＦ４と、後輪Ｗ２を支持するとともにシートチューブＦ２と連結する後トップチューブＦ５及び後ダウンチューブチューブＦ６と、を備えている。

【0027】

発電機１は、ペダルＰを設けたクランクＣの主軸であるクランク軸１００Ａに軸装された主スプロケットＳ１と後輪Ｗ１のハブ軸１００Ｃ（以下、「後ハブ軸１００Ｃ」とよぶ）に軸装された後スプロケットＳ２との間に張設されるチェーンＣＨに噛合する、発電機専用のスプロケットＳを、発電機１の回転軸１Ａと同軸的に一体に取付けたフランジ付き大軸体１Ｅにおいて、これに固設した状態で軸装されている。本実施形態の発電機１は、図２乃至図４に示すように、自転車本体のフレームＦの一部を構成するシートチューブＦ２において、これに螺着した取付プレート１Ｂのブラケット１Ｃに固設する、固定軸体１Ｄに片持ち状態で固定されており、シートチューブＦ２側に一体に固定されている。

【0028】

また、特に本実施形態の発電機１は、図４（Ｂ）に示すような磁石発電機、即ち、ロータ１Ｒ側が、後述するハルバッハ配列の永久磁石ＭＧで、ステータ１Ｓ側が不図示のコイル巻線を用いた構成のブラシレス及びコア（鉄心）レスの同期発電機で構成している。このように、発電機１は、シンプルなブラシレスの構造であるので、故障が少なく、メンテナンスが容易である。なお、この発電機１は、その出力が、図７に示す制御手段５の基板に設けた整流器１１に接続されており、ステータ１Ｓ側のコイル巻線からの交番電力（交番電流）が、図７に示す整流器１１へ送り出される。

【0029】

また、本発明に使用する発電機としては、例えば特許第４７８２３０３号に記載のような、コギングトルクと称する抵抗を受けることが殆どなく、安定した起電力を効率よく発生するので、低速での自転車走行開始時の動力源を用いて発電する場合にも、十分な発電能力を発揮することができる。

【0030】

蓄電器２は、発電機１から生成される電力を取り込んで蓄電を行うものであり、図７に示すように、入力が第３電磁スイッチＳＷ３を介して整流器１１の出力に接続されているとともに、出力が第１電磁スイッチＳＷ１を介してモータ３の入力に接続されている。

【0031】

また、この蓄電器２は、この蓄電器２での蓄電量を制御手段５で常時検知することができるようにするため、制御手段５にも接続されている。従って、制御手段５からの制御信号による第１電磁スイッチＳＷ１の開閉動作により、蓄電器２からモータ３への給電及び給電停止を適宜に切り替えることができるように構成されている。なお、本実施形態の蓄電器２には、リチウムイオン電池を用いているが、これ以外に、例えばキャパシタ、スーパーキャパシタ、その他の適宜の蓄電手段が使用可能である。

【0032】

モータ３は、ペダルＰへの足漕ぎ力で発生する自転車への推進力の他に、必要なタイミングで付加的に推進力を補充・補填するものである。本実施形態のモータ３は、発電機１のロータ１Ｒと同様、図示外のロータには、ハルバッハ配列磁界を有するように構成されており、大きなトルクを生成可能となっている。

【0033】

ここで、このハルバッハ配列について、簡単に説明する。一般に、モータや発電機のエネルギー変換効率については、磁力の強さ（磁界の強さ）に大きく依存することが知られていることから、これに着目した特有の磁極配列をなす磁石群（即ち、ハルバッハ配列）が、既に見出されている。つまり、このハルバッハ配列とは、隣接する磁石どうしのＮ極とＳ極とが９０度ずつ向きを変えたもので組み合わせるとともに、これらの組み合わせた磁石群を、連続的に、サイクリック複数群、配設した構成のものである。特に、磁石の片側に磁界を集中させ、磁力を強めることができることに大きな特徴を有する。本実施形態のモータ３には、このハルバッハ配列を有する磁石群を設けたロータを備えている。

【0034】

また、本実施形態のモータ３には、制御手段５による制御によって発電機１から適宜に供給される電力で回転駆動される出力軸３Ａを備えている。即ち、このモータ３では、図２及び図３に示すように、出力軸３Ａに取付けたモータギア３Ｂの回転力を、電磁クラッチ８を介して後述するアシストギア３Ｃに伝達させることにより、自転車１００の走行速度に応じた回転力をクランク軸１００Ａに付与するように構成されている。

【0035】

このアシストギア３Ｃは、図２及び図３に示すように、主スプロケットＳ１の裏面側に固着された全体略星形形状を有する多足プレートＬＦＰを介して、主スプロケット３Ｃ側に固定されており、主スプロケットＳ１と一体になり、同一角速度で回転する。多足プレートＬＦＰは、等角的に放射状に突出する各足部が略ドーナッツ状の主スプロケットＳ１の内周縁近傍と重畳するような配置及び大きさを有しており、この足部において主スプロケットＳ１へ螺着されている。また、このアシストギア３Ｃは、多足プレートＬＦＰの外形よりは小さいが、モータ３の出力軸３Ａに同軸的に固設されているモータギア３Ｂにちょうど噛合する外形寸法を有するギアであって、常時、主スプロケットＳ１と同一方向に回転するが、このアシストギア３Ｃに噛合するモータギア３Ｂは、常時アシストギア３Ｃとは逆方向に回転する。

【0036】

なお、ペダルＰは、これに足を載せて漕ぐためのものであるが、図２に示すペダルＰを設けているクランクＣは、通常、一般に、クランク軸１００Ａと一体になっている。従って、主スプロケットＳ１が回転するときには、そのペダルＰも同一角速度で回転を行う構成となるので、自転車速度が次第に増大すると、そのクランクＣもこれに比例して角速度が増大する。その結果、例えば下り坂などでは、自転車速度が過大になると、これに追従するようにクランクＣも過大な角速度で回転する。その結果、ペダルＰに載せている足及び下肢も忙しく上下に揺動させて追従させることが避けられない。

【0037】

そこで、このクランク軸１００Ａと一体のクランクＣでは、例えばクランク軸１００Ａとの接続部に変速ギア機構を介在させ、例えばクランク１回転でクランク軸１００Ａが２回転するような構成とすれば、ペダルＰを踏む足や下肢の動きの動作が緩和され、便宜である。さらに、所定の回転速度を超えて主スプロケットＳ１が回転するような場合には、例えば主スプロケットの回転角速度が一定値ω（rad／sec）を超え出すと、制御部がこれを検出してクランク軸とクランクとの接続を断つとともに、一定値ωまで回転角速度が低下したところで、再び双方の間を機械的に接続させるような電磁クラッチ機構を双方の間に介装させてもよい。

【0038】

従って、このような構成の自転車１００であれば、自転車１００の使用者が坂を下るような危険な状況下での使用であっても、ペダルＰに載せている足及び下肢も忙しく上下に揺動させて追従させることが回避でき、安全な自転車走行が可能となる。さらに、急坂などでの主スプロケットＳ１に過度な回転速度になると、クランク軸１００Ａの回転動作を電磁クラッチ機構が遮断することができ、従来のようなペダルから足を離して浮かせるような無理な動作を強いることもなく、さらに安全性が確保できる。

【0039】

なお、本実施形態のモータ３は、薄型で略瓢箪形などの固有形状を有する固定具３０を用いることで、このモータ３の筐体両面側を左右から挟持・挟着してシートチューブＦ２に固定してある。なお、このモータ３は、シートチューブＦ２に固定してあるが、トップチューブＦ３又はダウンチューブＦ４、あるいはこれらのチューブの間に固設させてもよい。

【0040】

また、本実施形態のモータ３は、回生機能付きタイプのモータであり、例えばブレーキを掛けて自転車速度を減速させる際には、速度検出器４からの急激な速度低下情報が制御手段５へ出力されると、この速度の急激な低下情報を受けた制御部５１は、蓄電器２からモータ３への給電を停止させるための制御信号を第１電磁スイッチＳＷ１へ出力し、直ちにモータ３への給電が停止する。さらに、本実施形態のモータ３は、ブラシレスで、しかも、鉄心と永久磁石の作用によって生じる抵抗（コギングトルク）が発生しないコアレスタイプのものを使用しているので、滑らか回転動作も実現できる。

【0041】

なお、この場合には、緊急的かつ迅速な制御であるため、制御部５１からは、電磁クラッチ８へ切状態となる制御信号を出力することがないが、給電が停止されているモータ３では強制的に回転してクランク軸１００Ａへのアシスト力を付加する虞がないので問題ない。それどころか、本実施形態では、このような速度の急速低下に関する情報を速度検出器４から入力した制御部５１では、緊急な状況にあると判断し、モータ３への給電停止状態のまま、第２電磁スイッチＳＷ２へ回路をつなぐための制御信号が出力され、モータ３と整流器１１とが緊急的に接続される。その結果、下記のような４条件が同時に満たされることなる。即ち、
（ｉ）電磁クラッチ８が作動したままの接続状態であるので、モータ３とアシストギア３Ｃとの間の回転力の伝達を可能な状態に保持したままであること、
（ｉｉ）第１電磁スイッチＳＷ１が開いた状態であるので、蓄電器２からモータ３への給電が停止状態であること、
（ｉｉｉ）第２電磁スイッチＳＷ２が閉じ状態でモータ３と整流器１１との間が接続状態となっていること、
（ｉｖ）第３電磁スイッチＳＷ３が閉じている状態を維持していること、
この４条件を満たしている状態のときには、給電が停止されているモータ３がアシストギア３Ｃからの回転力を受け、モータ３内のロータが強制的に回転され、この回転に伴って、ステータ側の巻線コイルに電磁誘導起電力が生じ、この起電力が整流器１１を介して蓄電器２へ供給される。その結果、モータ３での回生電力を蓄電器２へ蓄電させることが可能となる（回生エネルギーによる蓄電）。

【0042】

即ち、本実施形態では、各部を適宜に電気的に接続することで、蓄電器２からの給電がなくなったモータ３は、自転車１００の降下に伴う慣性力で回転中のクランク軸１００Ａからの回転力が、アシストギア３Ｃから逆にモータ３の不図示のロータへ伝達されてロータが回転駆動され、その結果、不図示のステータ側に設けたコイルへは誘導起電力が発生する。これにより、主たる発電機１からの起電力とともに、補助的なモータ３からの回生起電力も整流器１１へ出力されるので、２系統から蓄電器２への充電がなされるようになる。

【0043】

さらにまた、この回生機能付きモータ３では、回生電力の蓄電器２への電力回収が行われるのと同時に、例えば制限速度を超えるような過剰な速度で走行する自転車１００に対して、制動機能も発揮することができる。即ち、モータ３では、このモータ３のロータを駆動させるためにクランク軸１００Ａの回転力(エネルギー)が使用されるため、クランク軸１００Ａでは、ロータからの負荷がかかることにより、制動力が生じることになる。このため、モータ３は、発電作用と制動作用の２種の機能を発揮することができるようになる。なお、この場合、自転車１００の運転者の漕ぐペダルＰによる漕ぎ力は発生しておらず、単に惰性で自転車１００が走行しているものとする。

【0044】

また、本発明に使用するモータとしては、前述した発電機の場合と同様、例えば特許第４７８２３０３号に記載のような、コギングトルクと称する抵抗を受けることが殆どなく、安定した回転駆動力を効率よく発生するので、低速での自転車走行開始時の動力源として用いる場合にも、十分なアシスト力を発揮することができる。

【0045】

なお、発電機１及びモータ３から送電される電力は、蓄電器２が満充電状態であることを制御部５１で検出した場合には、制御部５１から出力される制御信号で第３電磁スイッチＳＷ３が開状態となるので、それ以上に蓄電器２への過剰な電力が供給されることがない。また、例えば蓄電器２としてリチウムイオン電池などを使用するような場合、リチウムイオン電池は電力密度が高く、過充電などにより発火・発煙が発生し、火災につながる恐れもあるので、電池への充電が満了した際に充電を停止する安全装置が組み込まれているものの場合には、上記のような構成、即ち、第３電磁スイッチＳＷ３などを設ける必要はない。

【0046】

速度検知手段４は、自転車の走行速度を検知するものであり、本実施形態では、図６に示すように、前チューブＦ１の下部側の左右に分岐したフロントフォークＦＦ部分に設けた磁気センサ４１と、この磁気センサ４１に近接した状態で、前輪Ｗ１のハブ軸１００Ｂ（以下、「前ハブ軸１００Ｂ」とよぶ）に軸装されてスポーク１１０Ｂを周設するハブ板１１０Ａに、等間隔で設けたマグネット４２と、で構成されている。なお、本実施形態では、前輪Ｗ１のハブ板１１０Ａの外縁近傍に設けたマグネット４２の単位時間当たりの通過回数を磁気センサ４１でカウントして自転車の速度（以下、これを「自転車速度」と呼ぶことがある）を検出する構成としたが、特にこの構成のものに限定するものではない。また、この検出媒体としては、特にこの磁界に限定されるものではなく、例えば超音波や特定波長の光の受信回数などであってもよい。

【0047】

制御手段５は、図７に示すように、ＣＰＵを備えた処理部（以下、「制御部５１」とよぶ）と、図示外のＲＡＭ及びＲＯＭなどを設けたメモリと、外部側の各種回路との接続を図る不図示のインターフェースなどとを備えている。本実施形態の制御部５１は、蓄電器２と電気的に接続されている以外に、入力が後述する速度検出器４、トルク検出器７、操作パネル９の各設定スボタンＣ，Ｄ，Ｓにも接続されているとともに、出力が、蓄電器２とモータ３との間の接続配線に設けた第１電磁スイッチＳＷ１、モータ３と整流器１１との間の接続配線に設けた第２電磁スイッチＳＷ２、モータ３とアシストギア３Ｃとを機械的に断接する電磁クラッチ８、操作パネル５、蓄電器２がフル充電であることを制御部５１が検知したときに整流器１１からの電力の供給を停止させる第３電磁スイッチＳＷ３などにも接続されている。

【0048】

このような構成の制御部５１は、速度検知手段４で検知した自転車１００の走行速度に応じて、蓄電器２であるリチウムイオン電池からモータ３への給電量を制御するとともに、特に検知した自転車速度が所定の設定値を超え出す場合には、電磁クラッチ８を作動・制御してモータ３からの回転駆動力が付加されないようになっている。さらに、この制御手段５では、蓄電器２を構成するリチウムイオン電池の充電量を逐次検出・監視しており、フル充電になったときには、蓄電器２であるリチウムイオン電池への電力供給を停止させるため、充電手段２からモータ３への間の電気的な通電を図る接続配線間に設けた第１電磁スイッチＳ／Ｗ１に対して、その断接動作を制御するように構成されている。

【0049】

さらに、本実施形態では、モータ３が回生機能付きのもので構成されているので、制御手段５は、モータ３から蓄電器２であるリチウムイオン電池までの電気的な接続を図るため、前述したように、モータ３から整流器１１への接続配線中に設けた第２電磁スイッチＳ／Ｗ２の断接動作も制御するように構成されている。

【0050】

収容ボックス６は、蓄電器２及び制御手段５を収容するものであり、トップチューブＦ３とダウンチューブＦ４との間の、略三角形若しくは略台形の隙間空間などに設置されている。なお、この設置空間は自転車１００の使用者の両足の動きの邪魔にならないよう、左右方向の厚さについては、極薄な形状に形成してある。この収容ボックス６には、不図示の基板が収容されており、その基板には一面側に制御手段５を構成する制御部５１の他に、いずれも不図示の、メモリ、インターフェースなどを実装している。また、この基板の裏面には、蓄電器２を構成するリチウムイオン電池が複数個設置されている。

【0051】

トルク検出器７は、ペダルＰへの足の踏込力により、主スプロケットＳ１の主軸であるクランク軸１００Ａに作用するトルクを検出する。本実施形態のトルク検出器７は、例えば自転車１００が登坂を上るときなどには、自転車１００を漕ぐペダルＰへの足の踏込力或いは漕ぎ力が増大して自転車１００の使用者に過剰な負荷が足に作用した状態となるので、このような状況を感知することができる。本実施形態のトルク検出器７は、例えばクランク軸１００Ａの近傍に設けた公知のトルクセンサで構成されており、出力が制御部５の入力に接続されており、トルク値が所定レベルを上回ったり下回ったりしたときに、蓄電器２からモータ３への給電量を増減させるよう、蓄電器２を制御することができるように構成されている。

【0052】

電磁クラッチ８は、モータ３の出力軸３Ａと主スプロケットＳ１の回転軸（即ち、クランク軸１００Ａ）との間において、モータ３からの回転力を断接するものである。即ち、主スプロケットＳ１の回転軸であるクランク軸１００Ａの回転数が一定値を超えると、制御手段５による制御によって、電磁クラッチ８が作動し、モータ３からの回転力が主スプロケットＳ１の回転軸であるクランク軸１００Ａへ伝達するのを遮断するようになっている。

【0053】

操作パネル９は、発電機１から蓄電器２への電力の供給及び休止と、蓄電器２からモータ３への電力の供給及び休止とを、自転車１００の使用状況に応じて切り替える選択スイッチを自転車本体のハンドルＨ上部に設置してある。本実施形態の操作パネル９には、充電モードのＯＮ操作を行う充電操作スイッチＣと、放電モードのＯＮ操作を行う、つまり蓄電器２からモータ３への給電などの際に行う放電操作スイッチＤと、自転車の使用を終了するための停止スイッチＳと、を備えている。なお、これらのスイッチＣ，Ｄ，Ｓは、一回押圧するとＯＮ状態となり、例えばスイッチ自体が青色に点灯する。また、もう１回押圧すると、ＯＦＦ状態となり、例えばスイッチ自体が点灯から消灯に変わる。以下、このような操作を繰り返すことで、ＯＮ及びＯＦＦを切り替えることができる。このような各スイッチのＯＮ，ＯＦＦ操作の組み合わせによって、図１０に示すような各種の使用態様に最適な４種類のモード、即ち、
１）第１モード：
これは初期モード状態であり、自転車１００の使用者が、これから使用を開始する直前や運転を終了した直後の状態、或いは信号待ちなどの自転車１００を一時的に停止させるときの状態である。なお、この第１モードについては、例えば充電操作スイッチＣ及び充電操作スイッチＤの双方について、何も操作しないときや、停止スイッチＳを操作した状態のときに、充電操作スイッチＣ及び放電操作スイッチＤがリセットされて、それぞれＯＦＦの状態に戻るように設定されている。
２）第２モード：
自転車１００の走行開始時には、まだ自転車１００自体の走行速度が遅く、加速もまだついていないので、使用者が踏んで操作するペダルＰへの踏込力が大きい状態である。即ち、自転車走行の中でも最もアシストを必要とする状況（但し、急な登坂を除く。）にあるので、充電動作は一時中断して（継続しても可能）、蓄電器２からモータ３への電力供給のみが設定されている。なお、本実施形態では、発電機１の回転軸１Ａと同軸で設け、チェーンＣＨと噛合させてある発電機側のスプロケットＳに関しては、例えば、回転軸１Ａとの間に図示外の電磁クラッチを介在させるようにし、制御出力５がこの電磁クラッチの断接制御を行うようにする構成としてもよい。このような構成とした場合には、走行開始状態での対応に好適な設定である第２モードでは、電磁クラッチによって回転軸１ＡとスプロケットＳとの間の接続状態を断っておくことで、ペダルＰへの踏込力を多少軽減することができ、便宜である。
３）第３モード：
このモードは、走行する自転車道路が坂道などである場合を除き、走行を開始してからある程度時間が経過すると、自転車１００自体に加速度がついてくるので、使用者はペダルＰに乗せた足での踏み込む力を強めなくても済む。従って、蓄電器２への蓄電モードをＯＮ状態にするのと同時に、蓄電器２からモータ３への給電を行う。そのため、自転車１００に乗っている使用者は、操作パネル９の充電操作スイッチＣをＯＮにするとともに放電操作スイッチＤもＯＮにすれば、この第３モードが設定される。なお、第２モードからの移行の場合には、すでに放電スイッチＤはＯＮ状態にあるので、放電スイッチＤは操作しなくてもよい。
４）第４モード：
このモードは、例えば平坦路での使用者のペダルＰによる足での踏込み力が過大になり、制限速度を上回りそうになったときに、蓄電器２からモータ３への給電操作を停止するような状態の場合である。また、さらに、特に運転中の自転車１００が坂道などを下る際に、過剰な速度に陥りそうな状態のときにも、この第４モードを設定させることで、給電停止状態にあるモータ３は、それまでとは逆に、慣性力で降下中の自転車１００のクランク軸１００Ａからの大きな回転力がモータ３のモータギア３Ｂに伝達されてそのモータギア３Ｂの回転と直結するロータへの回転動作として消費される。従って、その分、クランク軸１００Ａでは負荷が発生し、制動がかかることになる。これにより、過大な自転車速度での走行が抑えられるように設定される。

【0054】

従って、自転車１００の運転者は、操作パネル９を用いて、４種類のモードの中から、いずれかのモードを自由に選択・設定することができるようになっている。

【0055】

（電動アシスト自転車の作用及び効果）
従って、本実施形態の電動アシスト自転車１００によれば、自転車１００の中央部側のシートチューブＦ２に固設された発電機１と、発電機１から生成される電力の蓄電を行う蓄電器２を構成するリチウムイオン電池と、発電機１からの電力で駆動され、自転車の走行速度に応じてクランク軸１００Ａに回動力を付与する、シートチューブＦ２に固設した回生機能付きモータ３と、自転車１００の走行速度を検知する速度検知手段４と、速度検知手段４で検知した自転車の走行速度に応じて、蓄電器２からモータ３への給電量を制御する制御手段５と、自転車１００の中央部側に設置され、蓄電器２及び制御手段５を収容する収容ボックス６と、を備えた。このように、本実施形態の電動アシスト自転車１００は、発電機１、蓄電器２、モータ３などの重量の大きな部品を、自転車１００の本体の中央部分に配置したので、前後輪の重量バランスを均等に保持することが可能である。また、本実施形態の電動アシスト自転車１００は、同様に、発電機１、蓄電器２、モータ３などの故障やメンテナンスの必要頻度の高い部品を、前後輪の回転するハブ軸部分に軸装させる構成となっていないので、これらの修理、点検、交換などの際の着脱が容易である。

【0056】

（電動アシスト自転車の制御手段による各種の制御方法）
次に、本実施形態に係る電動アシスト自転車１００に備える制御手段５によるモータ3の制御方法及び発電機１の制御方法について、それぞれ、図８及び図９のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

【0057】

（１）モータの制御方法：
図８は、本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車１００の制御部５によるモータ３の制御方法を示すフローチャートであり、第１ステップＳＡ１～第９ステップＳＡ９で構成されている。

【0058】

第１ステップＳＡ１では、自転車１００の使用者が使用を開始する際に、例えばペダルＰを漕ぐために足をペダルＰに乗せた状態で、操作パネル９のスイッチのうち、図１０に示す第２モードを設定することで、電動アシストが開始する。即ち、ここでの操作は、充電操作スイッチＣをＯＦＦにするとともに、放電操作スイッチＤをＯＮにすることで、この第３モードが設定される。従って、ペダルＰに足を載せた状態でペダルＰを踏み込むと、軽い踏込力で自転車１００が走行を開始する。

【0059】

第２ステップＳＡ２は、自転車１００の走行中、自転車速度が規定の上限速度に達したか否かを、制御手段５に入力される速度検出器４からの速度信号に基づき、制御手段５の制御部５１が算出するとともに、メモリに格納されている制限速度である上限速度まで達したか否かを、逐次所定の時間間隔で判断する。この第２ステップＳＡ２にて制限速度に到達した場合には、第３ステップＳＡ３に移行する。

【0060】

第３ステップＳＡ３では、制御手段５が第１電磁スイッチＳＷ１へ制御信号を出力し、この制御信号を入力した第１電磁スイッチＳＷ１はＯＦＦ動作を行う。これにより、蓄電器２とモータ３との間の導通が切れるので、蓄電器２からモータ３への給電が停止する。

【0061】

第４ステップＳＡ４では、これにより、モータ３によるアシスト力が消滅し、足でのペダルＰの踏込力だけで自転車１００は走行するので、意識的に踏込力を高めない限り、自転車１００の走行速度が低下し、上限速度を超えないようにすることができる。以下、第２ステップＳＡ２へ戻り、同様の動作を繰り返す。

【0062】

第５ステップＳＡ５は、第２ステップＳＡ２で制限速度に到達しなかったと制御手段５が判断すると、第１電磁スイッチＳＷ１はＯＮ動作を継続するようにするため、このスイッチＯＦＦ用の制御信号の出力は行わない。これにより、蓄電器２とモータ３との間の導通状態が保持されるので、蓄電器２からモータ３への給電が引き続き行われる。

【0063】

第６ステップＳＡ６は、自転車１００の使用者が使用を終えて自転車１００の走行を停止させるか否かを判断する。そして、引き続き使用する場合には、操作パネル９のスイッチ操作を行うことなく、そのまま自転車走行するとともに、元の第２ステップＳＡ２へ戻り、同様の動作を繰り返す。即ち、引きつづき、一定時間間隔で、速度検出器４から制御手段５へ出力されてくる速度に関する情報に基づき、制御手段５が上限速度を超えたか否かの判断を毎回行う。一方、自転車１００の使用者が使用を終えると判断したときには、その後、第７ステップＳＡ７へ移行する。

【0064】

第７ステップＳＡ７では、使用者は自転車１００の使用を停止させるため、換言すれば、操作パネル９の停止スイッチＳをＯＮする。

【0065】

第８ステップＳＡ８では、操作者が停止スイッチＳをＯＮしたことによる停止信号が操作パネル９から制御出力５の制御部５１へ出力され、この停止信号を入力した制御部５１では、第１電磁スイッチＳＷ１に制御信号を出力してこれを設けている部分の接続を開状態とする。これにより、モータ３から自転車１００のクランク軸１００Ａへのアシスト力の付与が停止する。

【0066】

第９ステップＳＡ９は、走行中の自転車１００は、モータ３からのアシスト力を失った分だけ速度が低下し、自転車１００の操作者の足での踏込力だけで走行しているので、ブレーキをかければ、所望の場所で自転車１００の走行を停止できる。

【0067】

（２）発電機の制御：
図９は、本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車１００の制御部５による発電機１の制御方法を示すフローチャートであり、第１ステップＳＢ１～第７ステップＳＢ７で構成されている。

【0068】

第１ステップＳＢ１は、自転車１００の使用者が使用を開始する際に、例えばペダルＰを漕ぐために足をペダルＰに乗せた状態で、操作パネル９のスイッチのうち、図１０に示す第２モードを設定することで、電動アシスト動作が開始する。即ち、ここでの操作は、充電操作スイッチＣをＯＦＦにするとともに、放電操作スイッチＤをＯＮにすることで、この第２モードが設定される。従って、ペダルＰに足を載せた状態でペダルＰを踏み込むと、軽い踏込力で自転車１００が走行を開始する。

【0069】

第２ステップＳＢ２は、操作パネル９でのＣスイッチ操作によって、現在は充電モードがＯＮ状態であるか否か、つまり、図１０における第２モード乃至第４モードのいずれであるか、さらに、充電モードであるか否かを制御部５１が判断する。そして、
ｉ）例えば通常の安定した平坦路を自転車走行するような第３モードの場合、充電モードであると判断された場合には、第３ステップＳＢ３へ移行する。
ｉｉ）一方、例えば自転車１００の走行速度がまだ遅く、使用者が使用を開始した直後の第２モードのような場合、つまり、速度が安定した充電モードではないと判断された場合には第１ステップＳＢ１へ戻る。
ｉｉｉ）さらに、坂道などでの急激な自転車速度の上昇のような第４モードの場合には、モータ３への給電、つまりこれ以上の自転車速度の増大は避けなければならないが（同時にモータ３での制動動作を行うのが好ましいが）、蓄電器２への充電は特にこのモータ３での制動動作などには直接影響が少ないと制御部５１が判断した場合、第３ステップＳＢ３へ移行する。

【0070】

第３ステップＳＢ３では、制御部５１へ出力される速度検出器４からの速度情報から現在の自転車速度を検出し、この検出した自転車速度が制限速度を超えているか否かを、制御部５１が判断する。そして、制限速度以下の通常の安全な速度であると判断した場合には、第５ステップＳＢ５へ移行する。一方、制限速度を超えていると判断した場合には、第４ステップＳＢ４へ移行する。

【0071】

第４ステップＳＢ４では、蓄電器２からモータ３への給電を停止させるために、第１電磁スイッチＳＷ１をＯＦＦするように制御信号を出力する。また、このモータ３への給電停止の状況下で、第２電磁スイッチＳＷ２をＯＮとなるように制御信号を第２電磁スイッチＳＷ２へ出力する。さらに、制御部５１は、第３電磁スイッチＳＷ３及び電磁クラッチ８に対しては、何らの制御を行う必要がないので、それぞれ、ＯＮ状態のままである。その結果、これにより、モータ３は、給電停止の状態のまま、逆に、ペダルＰを取り付けているクランク軸１００Ａからの回転力がモータ３側のロータへ伝達され、ロータと対向・対峙するステータの巻き線に電磁誘導イ電力が発生するので、回生電力として蓄電器２への蓄電が可能となる。また、これと同時に、主スプロケットＳ１の回転力が、アシストギア３Ｃを介して伝達し、強制的にモータ３側のロータを回転させることとなるので、その回転負荷の分だけ主スプロケットＳ１に制動が掛かり、ガソリンエンジンでのエンジンブレーキと同様に機能するので、安全性が高まる。

【0072】

第５ステップＳＢ５は、発電機１で発生した起電力が整流器１１で整流され、さらに、制御部５１の制御によって、第３電磁スイッチＳＷ３がＯＮ状態となっていることにより整流器１１と蓄電器２との間が接続状態にあることから、整流後の起電力が蓄電器２へ供給される。さらに、制御部５１の制御によって、第１電磁スイッチＳＷ１がＯＮ状態となっていることにより、蓄電器２とモータ３との間が接続状態にあることから、蓄電器２からモータ３へ給電がなされる。

【0073】

第６ステップＳＢ６は、制限速度以下の通常の速度であると判断して第５ステップＳＢ５へ移行していたところで、その後、制御部５１は、自転車１００に対して、一定時間間隔で走行停止するか否か（つまり、走行動作をまだ継続するのか否か）の判断を行う。そして、これからも、自転車走行を続ける場合には、第３ステップＳＢ３へ移行し、再度同様の動作を繰り返していく。一方、自転車での走行をここで停止したいときには、第７ステップＳＢ７へ移行する。

【0074】

第７ステップＳＢ７は、自転車走行を停止して自転車から降りるのとほぼ同時に、操作パネル９のスイッチＳを押圧させる。この自転車１００の走行停止動作により、発電機１も発電が停止するとともに、蓄電器２からモータ３への給電も停止するので、モータ３も運転を停止する。

【0075】

従って、本実施形態の電動式アシスト自転車１００によれば、重量が比較的嵩む発電機１が、自転車１００のフレームＦのなかで、特に自転車１００の中央部側に配置されているシートチューブＦ２に固設されている。同じく重量が比較的嵩むモータ３を、フレームＦにおける特に自転車１００の中央部側に配置されているダウンチューブＦ４に固設させている。

【0076】

また、通常、最も重量が嵩むことが想定される蓄電器２を、本実施形態ではリチウムイオン電池で構成しているので、それほどの重量はないけれども、このリチウムイオン電池もフレームＦにおける中間側に配置されているトップチューブＦ３とダウンチューブＦ４との間の隙間空間に取付けた薄型三角形状の収容ボックス６に収めてある。従って、自転車１００全体の重心配置を自転車１００の中央部側に設定してあるので、重量バランスがよく、安定した自転車走行が行える。

【0077】

また、本実施形態によれば、発電機１、蓄電器２、モータ３のいずれもが、フレームＦのいずれかに取付けた構造であるので、定期点検、修理交換などの際には、態々タイヤを外すなどといった面倒な作業を行う必要がなく、比較的容易に作業を行うことができ、便宜である。また、本実施形態によれば、発電機１、蓄電器２、モータ３のいずれもが、フレームＦのいずれかに取付けた構造であるので、通常一般の自転車などにおいて、フレームの一部にこれらを取り付けるとともに適宜の配線を施すだけで、容易に自転車の電動化が実現できる。

【0078】

なお、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

【0079】

即ち、本発明は上述した実施形態に限られず、上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組合せを変更したりした構成、公知発明並びに上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組合せを変更したりした構成等も含まれる。

【0080】

例えば、本発明に係るモータについては、本実施形態のような回生機能付きモータには特に限定されるものではなく、各種タイプのモータが適用可能である。また、本発明の電動アシスト自転車には、例えば二輪車だけではなく、例えば、三輪車、オート三輪などのような荷物車をなど牽引するものや、ツゥクツゥクなどの後部に乗車用のボディを牽引するものなど、各種のタイプのものが含まれる。

【0081】

また、本発明では、前述したように、クランクとクランク軸との接続部に変速ギア機構を介在させることで、クランクの回転数をクランク軸の回転に比べて減速させるような構成としてもよい。さらに、所定の回転速度を超えて主スプロケットが回転するような場合には、クランク軸とクランクとの接続を断つとともに、一定値まで回転角速度が低下したところで、再び双方の間を機械的に接続させるような電磁クラッチ機構を双方の間に介装させてもよい。

【符号の説明】

【0082】

１ 発電機
１Ｂ 取付プレート
１Ｃ ブラケット
１Ｄ 固定軸体
１Ｅ フランジ付き大軸体
１Ｒ ロータ
１Ｓ ステータ
２ 蓄電手段（蓄電器）
３ 回生機能付きモータ
３Ａ 出力軸
３Ｂ モータギア
３Ｃ アシストギア
３０ 固定具
４ 速度検知手段
４１ 磁気センサ
４２ マグネット
５ 制御手段
５１ 制御部
６ 収容ボックス
７ トルク検出器
８ 電磁クラッチ
９ 操作パネル
１００ 電動アシスト自転車
１００Ａ クランク軸（スプロケットの回転軸、クランクの主軸）
１００Ｂ ハブ軸（前ハブ軸）
１００Ｃ ハブ軸（後ハブ軸）
１１０Ａ ハブ板
１１０Ｂ スポーク
ＣＨ チェーン
Ｆ フレーム
Ｆ１ 前チューブ
Ｆ２ シートチューブ
Ｆ３ トップチューブ
Ｆ４ ダウンチューブ
Ｆ５ 後トップチューブ
Ｆ６ 後ダウンチューブチューブ
ＦＦ フロントフォーク
Ｈ ハンドル
Ｌ ランプ
ＭＧ 永久磁石
Ｓ スプロケット（発電機側）
Ｓ１ 主スプロケット
Ｓ２ 後スプロケット（後輪側）
ＳＤ サドル
ＳＷ１ 第１電磁スイッチ
ＳＷ２ 第２電磁スイッチ
ＳＷ３ 第３電磁スイッチ
Ｗ１ 前輪
Ｗ２ 後輪

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】