JP2008168881A

JP2008168881A - 電動自転車の駆動構造

Info

Publication number: JP2008168881A
Application number: JP2007026142A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ishii; 清石井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】従来の自転車に、シンプルな構造で改造を要することなく、安全かつ容易に電動自動車としての機能を後付けで付与することができ、必要に応じて電動駆動と足踏み駆動の切り替えも簡単に行える電動自転車の駆動構造を提供する。
【解決手段】回転速度可変な電動ギヤモータ１３を、シートチューブ８の中間部位に着脱自在に取り付け、かつ当該電動ギヤモータ１３の出力軸１３ａに、噛合面ａを周設した駆動輪体１５を軸支すると共に、後輪３を形成するリム１６の一側周面１６ａに、噛合面ｂを周方向に配列してなる薄板状の円環体１７を貼着し、前記電動ギヤモータ１３の駆動輪体１５と円環体１７との噛合で、後輪３を回転駆動するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動自転車に係り、詳しくは、新規の改造を施すことなく、従来の足踏み式自転車に簡単に後付けすることができる電動自転車の駆動構造に関するものである。

従来、足踏み力による駆動力に、電動モータなどを備えた補助駆動ユニットの駆動力を付加することで、坂道などでも楽に走行できる電動自転車は既に実用化されている。そして、この種の電動自転車の構成としては、クランクペダルを設けたチェンホイールと後輪のスプロケットとの間に巻回されるチェンに、電動モータを介した駆動機構を別途に併設する特開平１１−２０８５６５や特開２００１−１３０４７６の構成、あるいは後輪タイヤの接地面に押し当てた駆動ローラにより後輪を回転駆動する特開２００１−２１９８８６の構成、等が提案されている。

しかしながら、上述の各提案は、補助駆動ユニットを取付けるために通常の自転車の構造が大幅に変更されて、重量が重くかつ複雑でコストも高価になったり、また、通常の自転車構造を極力変更しないで後付け可能ではあるものの複雑な構成であるが故に、取り付け、取り外しに高度な調整技術を要する、などの改善の余地を残すものであった。

特開平１１−２０８５６５号公報特開２００１−１３０４７６号公報特開２００１−２１９８８６号公報

本発明は、上記のような実状に鑑み従来の電動自転車における使い勝手の向上および機能性の向上を追求する研究、開発の課程で創案されたものであって、その目的とするところは、工作機械やその他の機械技術分野で広く知られている「ラック＆ピニオン」の動力伝達機構が、自転車の後輪駆動に利用できることを知見し、足踏み操作によるクランクの回転駆動で走行する従来の自転車に、シンプルな構造で改造を要することなく、安全かつ容易に電動自動車としての機能を後付けで付与することができ、必要に応じて電動駆動と足踏み駆動の切り替えも簡単に行える電動自転車の駆動構造を提供しようとするものである。

課題を解決するため本発明が採用した技術手段は、回転速度可変な電動ギヤモータを、シートチューブの中間部位に着脱自在に取り付け、かつ当該電動ギヤモータの出力軸に、噛合面を周設した駆動輪体を軸支すると共に、後輪を形成するリムの一側周面に、噛合面を周方向に配列してなる薄板状の円環体を貼着し、前記電動ギヤモータの駆動輪体と円環体との噛合で、後輪を回転駆動するように構成したことを特徴とするものである。

したがって本発明によれば、通常仕様の自転車本体を改造することなく、また自転車本体の基本的な部品を取り換えることなく、後輪リムの一側周面に噛合面を有する円環体（ラックギヤに相当）を貼着し、かつシートチューブの中間部位に取り付けた電動ギヤモータの駆動輪体（ピニオンギヤに相当）を、上記円環体に噛合させるという極めて簡単な後付けの取付け作業で、足踏み操作の自転車を電動自転車として機能させることができると共に、取付部品の点数が極めて少ないので、コンパクト化と軽量化を図りつつ、コストの低減と信頼性の向上をも達成することができ、もって多くの需用者に電動自転車を安価に提供することが可能となる。

回転速度可変な電動ギヤモータの出力軸に軸支した駆動輪体を、後輪を形成するリムの一側周面に貼着した噛合面を周方向に配列してなる薄板状の円環体に噛合させて後輪を回転駆動するようにした。

本発明の構成を、図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）において、１は足踏み操作によるクランク２の回転駆動で後輪３を図示しないチェンを介して駆動する街乗りタイプの自転車であって、該自転卓１は、前輪４を操向するハンドル５をヘッドチューブ６の頂部に設けると共に、サドル７を上部に設けたシートチューブ８の下部には、図示しないチェンリングをクランク２とともに備えたチェンホイールが軸支されており、チェンケース９に包覆された上記チェンリングと後輪３のスプロケットとの間に巻回したチェンを、左右のペダル１０の足踏み操作で回転駆動させて走行する従来の自転車構成を有している。１１は荷台、１２はハンドル５の前部に設けた買い物かごである。

ここで同図（ｂ）は、上述の従来構成における自転車１に、本発明の電動自転車の駆動構造を採用した場合を示すものであり、図示のとおり従来の自転車１構成に対して、改造、変更等を要することなく、簡単な取り付けで電動自転車として機能するようになっている。
すなわち、上記シートチューブ８には、図２〜図６に示すように、回転速度可変な電動ギヤモータ１３がアタッチメント１４を介して着脱自在に取り付けられており、かつ噛合面ａを周設した駆動輪体１５が、該電動ギヤモータ１３の出力軸１３ａに軸支されていると共に、上記後輪３を形成するリム１６の一側周面１６ａには、噛合面ｂを周方向に配列してなる薄板状の樹脂製円環体１７が貼着されており、上記駆動輪体１５と円環体１７を噛合させた状態で、トップチューブ１８に取り付けたバッテリパック１９からの電力供給で電動ギヤモータ１３を回転駆動することにより、後輪３に回転力を与える構成となっている。

上記電動ギヤモータ１３は、図４（ａ）に示すように、ケース本体１３ｂ内に、電動モータ２０、電磁クラッチ２１および減速ギヤ機構２２を同軸状に配置して構成され、かつ制御部２３からの制御信号により電動モータ２０と電磁クラッチ２１を制御すると共に、上記減速ギヤ機構２２と出力軸１３ａとの間には、当該出力軸１３ａに係る回転負荷変動を検出するトルクセンサ２４が介装されており、自転車１の走行時において後輪３から駆動輪体１５が受ける回転負荷を逐次検出し、その検出信号を上記制御部２３に送出して電動モータ２０の回転速度を微調整制御するように構成されている。また、上記制御部２３には、アーム状の調節子２５が併設されており、その頭部２５ａに先端を接続したワイヤケーブル２６の他端を、後述する速度可変レバー２７に接続してそのレバー操作により電動モータ２０の回転速度を増減調節する構成となっている。２８はケース本体１３ｂの外面に設けられた起動スイッチであり、この起動スイッチ２８をオンすると、電磁クラッチ２１が「接」となって電動モータ２０の回転駆動力が電磁クラッチ２１、減速ギヤ機構２２を経て出力軸１３ａに出力可能な待機状態となると同時に、上記制御部２３がオンとなって速度可変レバー２７の操作に連動する制御動作が可能となる。１５ａは固定ナット、１５ｂはキャップカバーである。

また前記アタッチメント１４は、図３に示すように、本体２９とチューブ固定ブラケット３０およびモータ固定ブラケット３１で構成されており、その取り付けに際しては、まず本体２９に形成した固定凹部２９ａとチューブ固定ブラケット３０の固定凹部３０ａを、シートチューブ８を挟んで固定ボルト３２、３２により対向状に固定し、次いで本体２９に形成した固定凹部２９ｂとモータ固定ブラケット３１の固定凹部３１ａを、電動ギヤモータ１３を挟んで固定ボルト３３、３３により対向状に固定することにより、シートチューブ８に対して電動モータ１３を交差状に取り付けるようになっている。

一方、上記後輪３を支持するシートスティ３４およびチェンスティ３５間には、シートチューブ８に固定した電動ギヤモータ１３の他側に位置してローラ取付ブラケット３６が装着されており、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ブラケット本体３６ａの両端部に、シートステイ３４を掴持する固定部３７と、チェンスティ３５を掴持する固定部３８を、それぞれ折返し構造を有して一体形成すると共に、上記ブラケット本体３６ａに離間平行状に一体形成した両側壁３６ｂ、３６ｂ間には、リム１６を挟んで前記駆動輪体１５と対向する押圧ローラ３９が軸支されており、当該押圧ローラ３９をリム１６の他側周面１６ｂの周方向に沿って当接させることにより、上記駆動輪体１５との間でリム１６を挟持しながら、噛合外れを一掃した円滑で確実な後輪３の回転駆動が行えるように構成されている。

本発明は叙上のように構成されているから、従来の足踏み式の自転車１に、電動自転車の駆動構造を組み込む場合は、まず後輪１を取り外して樹脂製円環体１７を、噛合面ｂを表側にしてリム１６の一側周面１６ａに貼着する。このとき、貼着に使用する接着剤は樹脂と金属の双方に接着力を有する性状のものが望ましく、また貼着に際してはリム１６に対して真円であることが重要である。

次いで、アタッチメント１４を介して電動ギヤモータ１３をシートチューブ８に取り付けた後に、その出力軸１３ａに軸支した駆動輪体１５の噛合面ａを、リム１６の一側周面１６ａに貼着した円環体１７の噛合面ｂに面接させた状態で、アタッチメント１４の本体２９に対するモータ固定ブラケット３１の取付けを仮止め状態とし、電動ギヤモータ１３の取付位置調整をする。そして、調整完了後に、電動ギヤモータ１３のケース本体１３ｂ内に接続したワイヤケーブル２６のアウタ２６ａを、トップチューブ１８の上面に沿ってハンドル５の右側グリップ５ａ位置まで導き、適宜にプラスティックバンドでアウタ２６ａを固定すると共に、上記右側グリップ５ａに予め固定しておいた速度可変レバー２７にワイヤケーブル２６の先端を接続する。なお、この速度可変レバー２７の固定位置に、変速ギアの切り替えレバー等がすでに取り付けられている場合は、図示しない左側グリップの近傍に速度可変レバー２７を配置するようにしてもよい。

また上述のようにシートチューブ８に固定した電動ギヤモータ１３の他側に、ローラ取付ブラケット３６をシートスティ３４とチェンスティ３５との間に取り付け、リム１６を挟んで駆動輪体１５と押圧ローラ３９が対向するように上記ローラ取付ブラケット３６の固定位置を調整する。そして、然る後に、バッテリパック１９をトップチューブ１８に取付け固定し、その電力供給線１９ａを電動ギヤモータ１３に接続すれば、電動自転車としての駆動構造の組み込みが完了することになる。

次に、上記のように電動自転車として使用可能となった自転車１の実際の運転操作方法について以下に説明する。
まず運転操作に先立って、電動ギヤモータ１３の起動スイッチ２８をオンすると、該電動ギヤモータ１３内の電磁クラッチ２１が「接」となり、電動モータ２０の回転駆動力が電磁クラッチ２１、減速ギヤ機構２２を経て出力軸１３ａに出力可能な待機状態となるとともに、制御部２３がオンとなって速度可変レバー２７の操作に連動する制御動作が可能な状態となる。そして、自転車１の搭乗者がハンドル５のグリップ５ａに固定された速度可変レバー２７を、図６（ａ）に示す仮想線位置方向に回動操作すると、その回動量に応じてワイヤケーブル２６が引張され、同図（ｂ）に示すように、ワイヤケーブル２６に接続された調節子２６が傾倒されることになる。この調節子２５の傾倒変化を制御部２３が検出することにより電動モータ２０の回転速度の可変制御が行われ、出力軸１３ａの回転速度変化となって後輪３に回転駆動力が伝達されると共に、上記速度可変レバー２７の操作位置を維持すれば、その操作量に応じた電動ギヤモータ１３の回転速度が一定に継続されて自転車１は定速で走行することになる。

ここで、上記速度可変レバー２７をリリースすると、ワイヤケーブル２６の引張が解除されて電動モータ２０は回転速度を下げながら回転停止まで自動的に復帰し、自転車１は慣性力で緩やかに低速走行に移行するが、必要に応じて自転車１の搭乗者がペダル１０、１０の足踏み操作を行えば、通常の自転車と同様に走行が可能となる。

上述のような通常の自転車と同様の走行時には、電動ギヤモータ１３の電動モータ２０は電磁クラッチ２１を介して出力軸１３ａに連結された状態にあり、かつ駆動輪体１５を介して後輪３の円環体１７に噛合したままの状態を保持しているので、ペダル１０、１０の足踏み操作力は若干増加するものの、この場合には、後輪３の回転力が上記電動モータ２０に逆に伝達されることになり、当該電動モータ２０がバッテリパック１９への充電動作が可能な発電機として機能し、その電力消耗が低減される、という利点を有することになる。

なお、図１に示す買い物かご１２や荷台１１に重量のある荷物を積載した場合には、自転車１の使用者は無理に自転車１に搭乗せずに、いわゆる押し歩きで自転車１を走行させることが交通安全上望ましい。この場合にも、速度可変レバー２７を適宜に操作して、使用者の歩行速度と同速度で自転車１を押し歩きすることにより使用者の体力的負担を大幅に軽減することが可能となる。

また、図７に示すように、マウンテンバイクの構成を有するスポーツタイプの自転車４０に、本発明の電動自転車の駆動構造を適用する際にも、前記実施の形態と同様に簡単な取り付け作業で電動自転車として使用することが可能となるが、この種の自転車においては、後輪のブレーキ構造がリムの両側を挟み込んで制動するキャリバーブレーキ、あるいはカンチブレーキをシートスティ３４、３４間に装着するようになっているため、後輪３のリム１６の一側周面１６ａに円環体１７を貼着すると、上記構成のブレーキが使用できなくなる。この場合には元のブレーキ構成を取り外した後に、図８に示すように、押圧ローラ３９にバンドブレーキ機構４２を同軸状に内装したローラ取付ブラケット４１をシートスティ３４とチェンスティ３５の間に取り付けると共に、上記シートスティ３４の位置まで配設されていた元ブレーキのブレーキワイヤ４３をバンドブレーキ機構４２に接続すれば、図示しないブレーキレバーのブレーキ操作で上記押圧ローラ３９の回転を停止することにより、当該押圧ローラ３９が圧着するリム１６の回転を制動するブレーキ構成とすることができ、通常の自転車と同様に安全な走行を確保することができる。

手動の車椅子の両輪に、本発明の電動自転車の駆動構造をそれぞれ取り付けることにより、簡単に電動車椅子に変更することができるようになる。

（ａ）は従来の自転車構成を示す全体側面図、（ｂ）は本発明を適用した自転車構成を示す全体側面図である。（ａ）は自転車の進行方向右側の要部拡大側面図、（ｂ）は自転車の進行方向左側の要部拡大側面図である。要部拡大斜視図である。（ａ）は電動ギヤモータの内部構造を示す説明図、（ｂ）は駆動輪体の正面図、（ｃ）は同断面図、（ｄ）は同背面図、（ｅ）は駆動輪体と電動ギヤモータの取り付けを示す説明図である。（ａ）はローラ取付ブラケットの平面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は円環体の平面図、（ｄ）は同側面図である。（ａ）は速度可変レバーの取り付けを示す説明図、（ｂ）は電動ギヤモータの内部を示す一部切欠拡大図である。（ａ）は従来の自転車構成を示す全体側面図、（ｂ）は本発明を適用した自転車構成を示す全体側面図である。自転車の進行方向左側の要部拡大側面図である。

符号の説明

１自転車
３後輪
８シートチューブ
１３電動ギヤモータ
１３ａ出力軸
１５駆動輪体
１６リム
１６ａ一側周面
１７円環体
ａ噛合面
ｂ噛合面

Claims

回転速度可変な電動ギヤモータを、シートチューブの中間部位に着脱自在に取り付け、かつ当該電動ギヤモータの出力軸に、噛合面を周設した駆動輪体を軸支すると共に、後輪を形成するリムの一側周面に、噛合面を周方向に配列してなる薄板状の円環体を貼着し、前記電動ギヤモータの駆動輪体と円環体との噛合で、後輪を回転駆動するように構成したことを特徴とする電動自転車の駆動構造。