JP2009248668A

JP2009248668A - 電動アシスト自転車用動力ユニット

Info

Publication number: JP2009248668A
Application number: JP2008097022A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Furuta; 茂古田
Original assignee: CFC KK
Current assignee: CFC KK
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】動力ユニットを従来の自転車を改造することなく簡便に取り付けることができる電動アシスト自転車用動力ユニットを目的とするものである。
【解決手段】自転車のフレームＦに後付けできる電動アシスト自転車用動力ユニットであって、自転車ＹのクランクＡを回転させるクランク係止部４ａを設けたメインギア４と、該メインギア４とバッテリ式の減速機付モータ６とを連繋する歯車伝達機構５と、該歯車伝達機構５の歯車にペダル回転数と減速機付モータの回転数とに差が生じたとき減速機付モータ６の駆動力を逃がす一方向クラッチ５１とを設けるとともに、車速検知機構９により検出された車速またはブレーキ操作に基づいて歯車伝達機構５とメインギア４との噛合・非噛合を行う切換機構７と車速に基づいて減速機付モータ６とをオンオフ制御する制御回路８を設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は市販されている自転車を電動アシスト自転車とするための電動アシスト自転車用動力ユニットに関するものである。

従来、自転車に電動アシスト用の補助動力機構を取り付けるものは種々知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、これらの自転車はモータ及びモータの出力軸と噛合するギヤを新たに組み込む必要があるため、新たに設計し直して大幅な改造を施す必要があり、自転車を改造することなく簡便に動力ユニットを後付けでき、安価に提供できる電動アシスト自転車の開発が要望されていた。
特開２００７−９１１５９号公報

本発明は、動力ユニットを従来の自転車を改造することなく簡便に取り付けることができる電動アシスト自転車用動力ユニットを提供することを目的とするものである。

本発明は、自転車のフレームに後付けできる電動アシスト自転車用動力ユニットであって、自転車のクランクを回転させるクランク係止部を設けたメインギアと、該メインギアとバッテリ式の減速機付モータとを連繋する歯車伝達機構と、該歯車伝達機にペダル回転数と減速機付モータの回転数とに差が生じたとき減速機付モータの駆動力を逃がす一方向クラッチとを設けるとともに、車速検知機構により検出された車速またはブレーキ操作に基づいて歯車伝達機構とメインギアとの噛合・非噛合を行う切換機構と車速に基づいて減速機付モータとをオンオフ制御する制御回路を設けた電動アシスト自転車用動力ユニットを請求項１の発明とするものである。

本発明は、バッテリ式の減速機付モータの駆動力が歯車伝達機構を介して伝達されるメインギアに、自転車のクランクを回転させるクランク係止部を設けることにより、クランクにクランク係止部を係止させて自転車に動力ユニットを装着すればよいので、自転車の駆動機構と歯車伝達機構を連繋するために自転車の駆動機構を改造する必要がなく、安価に提供できるものとなるうえに、市販の自転車を簡単、且つ短時間に電動アシスト自転車とすることができる。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
１は自転車のフレームＦに後付けできる電動アシスト自転車用の動力ユニットであり、２は前記動力ユニット１に電力を供給する電源スイッチ付の二次電池であり、該二次電池２としてニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池を用いている。該二次電池２は自転車のフレームＦに着脱自在に装着され、充電時には取り外して室内で充電できるようになっている。１ａは動力ユニット１を自転車のフレームＦに取り付けるための取付金具である。

３は略J字形をした二つ割分離可能な動力ユニットケースであり、該動力ユニットケース３のベース側にはメインギア４と、歯車伝達機構５と、正逆回転自在な減速機付モータ６と、歯車伝達機構５をメインギア４に対してオンオフする切換機構７と、該切換機構７と減速機付モータ６とを制御する制御回路８と、車速を検出する車速検知機構９とが取り付けられている。また、動力ユニットケース３の円形部中心には動力ユニット１を自転車に装着する際、ペダルＰを挿通させるためのペダル孔３ａが貫通形成されている。

前記メインギア４はリング状の平歯車であり、該平歯車の表面側面にはクランク係止部４aが設けられている。該クランク係止部４aはクランクＡの厚みと略等しい間隙をもって植設される２本一対のピンよりなる。また、メインギア４は裏側側面に形成される環状部４０の外周面を動力ユニットケース３に軸止される６個のベアリング４１により支持させることにより回転自在に保持される。

４２はメインギア４と動力ユニットケース３とをボトムブラケットシェルＳに取付けるための取付部材であり、該取付部材４２はメインギア４をベース側の動力ユニットケース３に回転自在に保持すると同時に、動力ユニット１のメインギア４の中心軸とクランク軸の中心軸間に微妙なズレが生じても、そのズレを吸収して円滑な回転ができる構造となっている。

前記取付部材４２は図４、５、７に示されるように、メインギア４の内周縁を保持する外鍔が形成される２個の略半月形部材４２ａと、ボトムブラケットシェルＳの筒部を挟み込んでボトムブラケットＢのフランジに内周縁を係止させる略Ｕ字形部材４２ｂと、略半月形部材４２ａと略Ｕ字形部材４２ｂとを動力ユニットケース３を挟み込んでビス固定する略半月形の固定具４２ｃとからなることにより、略半月形部材４２ａの外周縁とメインギア４の内周縁との間に僅かなクリアランスをもたせることができるため、動力ユニット１を自転車に取付けた際に取付誤差が生じても、メインギア４を円滑に回転させることが可能となる。

また、４２ｄは一方の略半月形部材４２ａに形成される４つの筒状突子であり、該各筒状突子４２ｄは他方の略半月形部材４２ａに透設される各筒孔４２ｅに嵌合されて両者を一体化するので、ボトムブラケットシェルＳの筒部は略半月形部材４２ａにより強固に挟持固定されることとなる。

さらに、略Ｕ字形部材４２ｂのＵ字状の内径寸法はボトムブラケットシェルＳの筒部の外径寸法と等しいため、略Ｕ字形部材４２ｂによりボトムブラケットシェルＳの筒部を挟持すれば、略Ｕ字形部材４２ｂはボトムブラケットシェルＳと中心軸を一致させて取付けられることとなる。４２ｆはボトムブラケットシェルＳとの干渉を防ぐため一方の略Ｕ字形部材４２ｂに形成される切欠である。

また、前記歯車伝達機構５はメインギア４と減速機付モータ６とを連繋するものであり、該歯車伝達機構５は減速機付モータ６の出力軸に取り付けられた第１傘歯車５０と、該第１傘歯車５０と噛合される一方向クラッチ５１に取り付けられた第２傘歯車５２と、メインギア４と噛合・非噛合を行う揺動自在なサブギア機構５３とからなる。

前記サブギア機構５３は小平歯車５４と、該小平歯車５４と噛合する大平歯車５５と、小平歯車５４と大平歯車５５とを軸止したブラケット５６とからなるもので、該ブラケット５６は小平歯車５４の軸を枢軸として揺動し、大平歯車５５とメインギア４との接離を行ってメインギア４との噛合・非噛合動作を行うものである。

また、小平歯車５４には一方クラッチ５１を介して第２傘歯車５２の回転力が伝達されるため、ペダル回転数、即ちメインギア４からサブギア機構５３の小平歯車５４を介して第２傘歯車５２に伝えられる回転数と、減速機付モータ６から第1傘歯車５０に伝えられる回転数とに差が生じたとき、減速機付モータ６の駆動力がペダルＰに伝達されてペダル漕ぎをしている乗員の脚に不自然な駆動力が伝えられることがないようにしている。これは走行時、ペダル漕ぎ動作が減速機付モータ６より遅くなったり、ペダル漕ぎ動作を停止させたりしたとき、一方向クラッチ５１により第２傘歯車５２は空回りするので、ペダルＰに減速機付モータ６による駆動力が強制的に伝えられて乗員の脚に不用意に負荷が加えられることを防止している。

サブギア機構５３を揺動させてメインギア４と歯車伝達機構５とのオンオフを行う切換機構７は制御回路８により制御されるソレノイド７０よりなり、該ソレノイド７０はプランジャを前記ブラケット５６の遊動端に形成される長孔５６ａに枢着している。切換機構７はブレーキ操作時、ソレノイド７０をオフとしてプランジャを後退させてメインギア４と大平歯車５５とを非噛合状態とする。

また、制御回路８はブレーキ操作や車速に基づいて減速機付モータ６及びソレノイド７０を制御して電動アシスト自転車の道路交通法施行規則の要件を維持するものであり、該制御回路８には車速検知機構９からの入力に基づく車速制御回路と、モータ制御回路と、ソレノイド制御回路と、モータ制御のための演算・判定・信号発生回路とが同一基板上に集約されている。このため制御回路８はコンパクトなものとなる。

この動力ユニット１は、例えば、車速が時速４ｋｍ〜時速１４ｋｍのとき減速機付モータ６及び切換機構７のソレノイド７０はオンとなり、自転車が減速状態で時速５ｋｍまたは５ｋｍ以下、または、車速が毎時１４ｋｍを越えると減速機付モータ６はオフとする。

また、車速が毎時１０ｋｍ〜毎時１３ｋｍの自動走行モードのとき、車速が時速１０ｋｍまたは時速１０ｋｍ以上、１３ｋｍ以下のとき、減速機付モータ６は正転動作を行い、乗員のペダル漕ぎ動作をアシストするが、車速が時速１３ｋｍまたは１３ｋｍ以上となると、減速機付モータ６は逆転動作を行うようになっている。減速機付モータ６を逆転動作させることにより、第２傘歯車５２は一方向クラッチ５１により空回りして、減速機付モータ６との連繋を切るので、減速機付モータ６を停止させた場合のように、自転車が不必要に減速されることがなく円滑な走行が可能となる。

さらに、減速機付モータ６がオン駆動されていてペダル漕ぎ動作が行なわれないとき、一方向クラッチ５１により第２傘歯車５２は空回りするので乗員に脚に不自然な力がかかることはない。

また、車速が毎時１４ｋｍを越えて減速機付モータ６が停止されているとき、切換機構７のソレノイド７０をオンとしてメインギア４と大平歯車５５とを噛合させ、ペダル漕ぎを行なえば減速機付モータ６により電力が発生され二次電池２を充電できることとなり、電力アシストによる走行距離を伸ばすことができる。

前記車速検知機構９はメインギア４の歯をインデックスとし、該インデックスとして回転される歯によりホトカプラの光が間歇的に遮断されることに基づき制御回路８は車速を算出するとともに、検出される車速の検出前の車速をメモリに記憶することにより制御回路８は自転車が加速状態か減速状態かを検知することができる。

このような動力ユニット１は、動力ユニットケース３の蓋側をベース側から外して分離し、動力ユニットケース３のベース側に取付けられているメインギア４を外したうえ、ベース側の動力ユニットケース３をそのペダル孔３ａを通じて自転車のクランク軸に差し込み、図４に示されるように、ボトムブラケットＢに動力ユニットケース３を係止させる。

次いで、メインギア４の環状部４０を６個のベアリング４１に受けさせてメインギア４をベース側の動力ユニットケース３に回転自在に配置させる。

取付部材４２によるメインギア４の取り付けは、メインギア４のクランク係止部４aにクランクＡを挟み込んだうえ、図４に示されるように、２個の略Ｕ字形部材４２ｂによりボトムブラケットシェルＳの筒部を挟持させるとともに、略Ｕ字形部材４２ｂの各筒状突子４２ｄを他方の略Ｕ字形部材４２ｂの各筒孔４２ｅに嵌合して両者を一体化する。

続いて、メインギア４の内周縁を２個の略半月形部材４２ａの外鍔で押えるとともに、該略半月形部材４２ａの内鍔を固定具４２ｃの内鍔で押えさせたうえ、固定具４２ｃと前記略Ｕ字形部材４２ａとをボトムブラケットＢを挟み込んでビス止めし、ボトムブラケットシュエルＳに動力ユニットケース３とを固定する。

次いで、取付金具１ａにより動力ユニットケース３を自転車のフレームＦに固定したうえ、蓋側の動力ユニットケース３をベース側に取付ける。さらに、自転車のフレームＦに二次電池２を取り付け動力ユニット１と電気的に接続する。

このようにして電動アシスト自転車が完成したら、二次電池２に設けられた電源スイッチをオンにして、自転車に乗りペダルＰを漕げば、自転車は走行を開始することとなる。そして、車速が時速４ｋｍになったことが車速検知機構９で検出されると、制御回路８は減速機付モータ６の作動信号を出力するとともに、切換機構７のソレノイド７０をオンとしてメインギア４と大平歯車５５とを噛合させるので乗員のペダル漕ぎはアシストされることとなる。

そして、走行中ブレーキ操作を行ったり、減速状態で車速が時速５ｋｍまたはそれ以下になったりすると、制御回路８は減速機付モータ６をオフする作動信号を出力する。また、車速が時速１４ｋｍを越えると、制御回路８は減速機付モータ６にオフ信号を出力する。減速機付モータ６が停止されているときペダル漕ぎを行なえば回生電力が発生して二次電池２は充電されることとなる。

また、時速１０ｋｍ〜１３ｋｍの自動走行のとき、ソレノイド７０はオンとなり、減速機付モータ６は正回転し、ペダル漕ぎをアシストするが、車速が時速１３ｋｍを越えると、制御回路８により減速機付モータ６に逆転信号を出力することとなる。減速機付モータ６の逆回転により一方向クラッチ５１に取り付けられている第２傘歯車５２には第１傘歯車５０からの駆動力が伝達されないので、ペダルＰには減速機付モータ６の駆動力が伝達されることがない。

本発明の実施形態を示す一部切欠正面図である。同じく状態を異にして示す一部切欠正面図である。同じく一部切欠背面図である。メインギアの取付状態を示す拡大断面図である。車速検知機構を示す一部切欠正面図である。歯車伝達機構を示す一部切欠平面図である。第１傘歯車と一方向クラッチに取付けられた第２傘歯車を示す一部切欠平面図である。取付部材を分解して示す斜視図である。動力ユニットと二次電池を取り付けた自転車を示す正面図である。

符号の説明

１動力ユニット
1a 取付金具
２二次電池
３動力ユニットケース
3a ペダル孔
４メインギア
4a クランク係止部
５歯車伝達機構
６減速機付モータ
７切換機構
８制御回路
９車速検知機構
40 環状部
41 ベアリング
42 取付部材
42a 略半月形部材
42b 略Ｕ字形部材
42c 固定具
50 第1傘歯車
51 一方向クラッチ
52 第２傘歯車
53 サブギア機構
54 小平歯車
55 大平歯車
56 ブラケット
56a 長孔
70 ソレノイド
Ａクランク
Ｂボトムブラケット
Ｆフレーム
Ｐペダル
Ｓボトムブラケットシェル

Claims

自転車のフレームに後付けできる電動アシスト自転車用動力ユニットであって、自転車のクランクを回転させるクランク係止部を設けたメインギアと、該メインギアとバッテリ式の減速機付モータとを連繋する歯車伝達機構と、該歯車伝達機構にペダル回転数と減速機付モータの回転数とに差が生じたとき減速機付モータの駆動力を逃がす一方向クラッチとを設けるとともに、車速検知機構により検出された車速またはブレーキ操作に基づいて歯車伝達機構とメインギアとの噛合・非噛合を行う切換機構と車速に基づいて減速機付モータとをオンオフ制御する制御回路を設けたことを特徴とする電動アシスト自転車用動力ユニット。