JP2023091408A - 電動自転車のバッテリー装置および電動折り畳み自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】荒い運転操作や路面の凹凸があっても、バッテリーケースが変位しないようにし、電気接続部での通電及びモータ駆動部へ給電を安定させる。【解決手段】バッテリー装置は、ハンドル上に固定される取付ベースと、取付ベース上に取外し可能に定置されるバッテリーケース８とを含む。取付ベースとバッテリーケース８との対向位置にモータ駆動部とバッテリーとの間を電気接続する電気接続部６０が設けられる。取付ベース上には外側及び上下に案内面を有する左右のガイド部と、取付ベースの上面より突出するように付勢されるラッチボルトとが設けられる。バッテリーケース８の下面にはガイド部の外側及び上下の各案内面に係合し各案内面に沿って摺動が可能な摺動面８１～８３を有する左右のスライド部８０と、ラッチボルトが嵌合するラッチ穴１０４とが設けられる。【選択図】図４

Description

この発明は、電動自転車に搭載されたモータ駆動部に電源を供給するための電動自転車のバッテリー装置に関し、この発明は特に、折り畳むことが可能な電動自転車（以下「電動折り畳み自転車」という。）に好適なバッテリー装置と、そのバッテリー装置が搭載された電動折り畳み自転車とに関する。

電動自転車には、リチウムイオン電池のような充電が可能なバッテリーが用いられたバッテリー装置が搭載されている。従来、その種のバッテリー装置は、大容量のバッテリーが用いられるため、重量が嵩み、車体のバランスを考慮して、電動自転車の重心位置の近傍、例えば、電動自転車の上ポストと下ポストとで挟まれる空間などに設置されている。

出願人は、先般、電動折り畳み自転車に好適であり、必要最小限の距離を走行できる小型のバッテリー装置を提案した。このバッテリー装置は、ハンドル上に固定した取付ベースと、取付ベース上に取り外しが可能に取り付けられるバッテリーケースとを有し、取付ベースとバッテリーケースとの間には、モータ駆動部とバッテリーとの間を電気的に接続する電気接続部と、取付ベース上にバッテリーケースを定位させて電気接続部が接続された状態に保持する保持機構部とが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

電気接続部は、取付ベースの上面に設けられる第１の接続端子と、バッテリーケースの下面に設けられる第２の接続端子とを含み、第１、第２の接続端子が接触することでモータ駆動部とバッテリーとの間が電気的に接続される。
保持機構部は、取付ベースの電気接続部の周辺位置に設けられる第１の永久磁石と、バッテリーケースの電気接続部の周辺位置に設けられる第２の永久磁石とからなり、第１の永久磁石と第２の永久磁石との間で磁気吸引力が作用することで、取付ベース上にバッテリーケースが定位し、電気接続部が接続された状態に保持されるものである。

特開２０１９―９３９０８号公報

上記した構成の電動折り畳み自転車では、走行中に急ハンドルや急ブレーキが頻発すると、バッテリーケースが取付ベース上で左右、前後の各方向に変位するおそれがある。
また、路面に大きな凹凸があると、走行中、車体が上下にがたつき、バッテリーケースが取付ベース上で上下に振動するおそれがある。
バッテリーケースが左右、前後、上下の各方向へ変位すると、第１、第２の接続端子間の接触が不安定となり、電気接続部での通電が断続的となり、モータ駆動部への給電が安定しないという問題が生じる。

この発明は、上記の問題に着目してなされたもので、荒い運転操作や路面の凹凸があっても、バッテリーケースが左右、前後、上下の各方向へ変位せず、電気接続部での通電及びモータ駆動部への給電が安定する電動自転車のバッテリー装置、及びそのバッテリー装置が搭載された電動折り畳み自転車を提供することを目的とする。

この発明による電動自転車のバッテリー装置は、電動自転車のハンドル上に固定される取付ベースと、取付ベース上に取外し可能に定置されバッテリーの収納部及びバッテリーの充電端子を備えるバッテリーケースとを含む。取付ベースとバッテリーケースとが対向する位置に電動自転車のモータ駆動部とバッテリーとの間を電気的に接続する電気接続部が設けられる。取付ベースには、外側及び上下の案内面を有する左右のガイド部と、取付ベースの上面より突出するように上方へ付勢されかつ下方への押下げが可能なラッチボルトとが設けられる。バッテリーケースの下面には、左右の各ガイド部の外側及び上下の各案内面に係合し各案内面に沿って前後方向に摺動が可能な摺動面を有する左右のスライド部と、ラッチボルトが嵌合するラッチ穴とが設けられる。

電動自転車の走行に先立ち、バッテリーケースの充電端子に外部電源を接続してバッテリーを充電した後、ハンドル上に固定された取付ベース上にバッテリーケースを定置する。これにより、電動自転車のモータ駆動部とバッテリーとが電気接続部を介して電気的に接続され、モータ駆動部へバッテリーケース内のバッテリーより駆動電力が供給される。走行を終えたとき、取付ベースよりバッテリーケースを取り外すことで、電気接続部の接続が切れ、モータ駆動部への電力供給が止まる。取外し後は、バッテリーケースを携行するので、バッテリー装置が盗難に遭うことはない。

バッテリーケースを取付ベース上に取り付けるには、取付ベース上の左右のガイド部にバッテリーケースの下面の左右のスライド部を外側より係合させ、ガイド部の案内面に沿ってスライド部の摺動面を摺動させる。スライド部は、ガイド部の外側及び上下の各案内面に係合するので、荒い運転操作や路面の凹凸に対して、バッテリーケースの左右、上下の各方向への変位が阻止される。
また、バッテリーケースを摺動させるとき、取付ベース上に突出するラッチボルトがバッテリーケースの下面のラッチ穴に嵌合するので、バッテリーケースの前後方向への変位が阻止される。
走行中、バッテリーケースが左右、上下、前後の各方向へ変位しないので、電気接続部での通電及びモータ駆動部への給電が安定する。

好ましい実施形態においては、電気接続部は、取付ベースの左右のガイド部間に前方へ突き出るように設けられる接続端子と、バッテリーケースの左右のスライド部間に接続端子の抜差しが可能なように設けられる差込み孔と、差込み孔内に配置される端子板とで構成される。

この実施形態によると、取付ベース上でバッテリーケースを前後方向へ移動させるとき、差込み孔に対して接続端子が挿脱し、これにより接続端子と端子板とが接続されたり接続が切れたりする。

好ましい実施形態においては、ラッチボルトは、取付ベース上の前端部に配置されており、取付ベースの一方の側面には、ラッチボルトを押し下げてラッチ穴との嵌合を解除するための操作レバーが設けられている。

ラッチボルトがラッチ穴に嵌合した状態では、バッテリーケースは取付ベース上に定位する。操作レバーを操作することで、ラッチボルトのラッチ穴との嵌合が解除されるので、バッテリーケースを取付ベース上で移動させて取り外すことができる。

好ましい実施形態においては、スライド部には、複数本の補強用のリブが間隔をあけて縦方向に一体形成されている。

この実施形態によると、スライド部は補強用のリブにより強度が高められているので、摺動や係合によるスライド部の変形や破損が防止される。

この発明の範囲は、上記のバッテリー装置に加えて、上記のバッテリー装置が搭載された電動折り畳み自転車を含むものである。
ハンドル上に固定された取付ベース上にバッテリーケースが取り付けられるので、電動折り畳み自転車の見栄えは良好であり、バッテリーケースの取付や取外しも容易である。

この発明によれば、荒い運転操作や路面の凹凸に対して、バッテリーケースが左右、上下、前後の各方向へ変位することがなく、電気接続部での通電及びモータ駆動部への給電が安定する。

バッテリー装置が取り付けられた電動折り畳み自転車の外観を示す正面図である。 バッテリー装置の固定台を示す斜視図である。 バッテリーケースを上方から見た平面図である。 バッテリーケースの下面を示す斜視図である。 バッテリー装置の一方の側面図である。 バッテリー装置の他方の側面図である。 取付ベース上にバッテリーケースが定置された状態を示す背面図である。 取付ベース上にバッテリーケースが定置された状態を示す正面図である。 取付ベースのガイド部とバッテリーケースのスライド部との係合状態を示す断面図である。

図１は、電動折り畳み自転車１の一実施形態を示す。なお、この発明は、折り畳み構造を有する電動折り畳み自転車に限らず、折り畳み構造を有しない電動自転車にも適用できる。電動折り畳み自転車１は、補助駆動装置であるモータ駆動部５と、モータ駆動部５へ駆動電力を供給するバッテリー装置６とが搭載されたものである。車体フレーム１０の中心をなすトップチューブ１１は、ほぼ長さ中央部が二つ折り可能な構造になっている。二つ折り部分はジョイント部２により結合される。ジョイント部２の結合状態は、レバー２０の操作により固定したり解除したりすることが可能である。

トップチューブ１１の後端部には、上下方向を向くシートチューブ１２を介して左右対をなすバックフォーク１３Ｌ，１３Ｒが設けられている。トップチューブ１１とシートチューブ１２との間およびシートチューブ１２と左右のバックフォーク１３Ｌ，１３Ｒとの間は溶接により一体に連結されている。トップチューブ１１の前端部には、上下方向を向くヘッドチューブ１４を介して左右対をなすフロントフォーク１５Ｌ，１５Ｒが設けられている。ヘッドチューブ１４も二つ折り可能な構造になっており、二つ折り部分はレバー２２を有するジョイント部２１により結合されている。トップチューブ１１とヘッドチューブ１４との間およびヘッドチューブ１４と左右のフロントフォーク１５Ｌ，１５Ｒとの間は溶接により一体に連結されている。

シートチューブ１２にはシートポスト１６が高さ調節可能に支持されている。シートポスト１６の上端部にはサドル１６ａが取り付けられている。ヘッドチューブ１４にはステム１７が高さ調節可能に支持されている。ステム１７の上端部にはハンドル１９が設けられている。左右のバックフォーク１３Ｌ，１３Ｒは斜め下方へ延びており、後端部間に後車輪３が回転自由に支持されている。左右のフロントフォーク１５Ｌ，１５Ｒはほぼ真下へ延びており、下端部間に前車輪３０が回転自由に支持されている。

シートチューブ１２は、下方へ延びる延長部１２ａを一連に備えている。トップチューブ１１の後部の下面には支持パイプ１８が溶着され、延長部１２ａの下端部と支持パイプ１８の下端部との間に軸受筒４０が溶接により取り付けられている。軸受筒４０は駆動軸４を回転自由に支持する。駆動軸４の両端部にはクランクアーム４１がそれぞれ取り付けられている。各クランクアーム４１の先端にはペダル４２が装着されている。駆動軸４にはモータ駆動部５より回転駆動力が伝達される。駆動軸４およびクランクアーム４１の回転はチェン４３を介して後車輪３に伝えられる。

トップチューブ１１、シートチューブ１２、バックフォーク１３Ｌ，１３Ｒ、ヘッドチューブ１４、およびフロントフォーク１５Ｌ，１５Ｒは電動折り畳み自転車１の骨格をなす車体フレーム１０を構成する。車体フレーム１０を構成する各部材はアルミニウム合金の展伸材により構成される。なお、トップチューブ１１およびバックフォーク４Ｌ，４Ｒ、或いは、車体フレーム１０の全ての構成部材をマグネシウム合金の展伸材により構成することも可能である。

電動折り畳み自転車１のハンドル１９の中央部上には、バッテリー装置６が取り付けられている。図示例のバッテリー装置６は、バッテリー容量が小さく、小型かつ軽量であるので、電動折り畳み自転車１の重心位置から離れたハンドル１９上に設置できるものである。

バッテリー装置６は、ハンドル１９に固定されるアルミニウムなどの金属製の固定台７と、固定台７上に取外しが可能に取り付けられる合成樹脂製のバッテリーケース８とを含む。固定台７に組み付けられた接続端子６１，６１（詳細は後述）は、コード線５１を介してモータ駆動部５に電気的に接続されている。コード線５１は、ステム１７およびヘッドチューブ１４の内部を通り、一旦、外部に引き出された後、トップチューブ１１および支持パイプ１８の内部を通ってモータ駆動部５に接続されている。

固定台７は、図２及び図５～図７に示すように、固定基板７１と、固定基板７１の上面の後部側にねじ止めされる押さえ板７２と、固定基板７１の上面の前部側にネジ止めや接着により取り付けられる取付ベース７０とを備えている。固定基板７１の後部上面には凹曲面状の支持溝７３が左右方向に形成されるとともに、図示しない貫通孔が上下方向に設けられ、この貫通孔をステム１７が貫通している。ステム１７の外周面と固定基板７１の下面との間が溶接されて一体化されている。支持溝７３上にハンドル１９が水平に支持され、ハンドル１９上に押さえ板７２が被せられている。押さえ板７２と固定基板７１との間は４隅でねじ止めされている。

押さえ板７２及び取付ベース７０の上面にバッテリーケース８が設置されて支持される。取付ベース７０は、固定基板７１上に固定される本体部７０Ａを有する。本体部７０Ａの上面には支持板部７０Ｂが一体に設けられている。支持板部７０Ｂは固定基板７１とほぼ同じ幅を有し、前端が固定基板７１の前端とほぼ同じ位置まで延びている。本体部７０Ａ及び支持板部７０Ｂの後端面は押さえ板７２の前端面に当接する。支持板部７０Ｂの上面は押さえ板７２の上面と連続する。

取付ベース７０は、固定基板７１の前端より前方へ突き出るラッチ取付部７０Ｃを有する。ラッチ取付部７０Ｃは、固定基板７１の前端面に沿って下方へ突出し、その突出部分は固定基板７１の前端面に当接している。このラッチ取付部７０Ｃには、ラッチボルト１００を上下動自由に支持するためのラッチ取付穴７４が上下方向に設けられている。ラッチ取付穴７４はラッチ取付部７０Ｃの上面に開口する。

ラッチ取付穴７４には、ラッチボルト１００と、ラッチボルト１００をラッチ取付部７０Ｃの上面より突出するように上方へ付勢しかつ下方へ押し下げが可能なように支持する圧縮バネ（図示せず）が挿入されている。ラッチボルト１００の上端部は、前側が傾斜面１０１に、後側が垂直面１０２に、それぞれ形成されている。傾斜面１０１が押されたときはラッチボルト１００は押し下げられるが、垂直面１０２が押されたときはラッチボルト１００は押し下げられず突出状態を維持する。ラッチ取付部７０Ｃの一方の側面には、ラッチボルト１００に連結されラッチボルト１００を強制的に押し下げるための操作レバー１０３が設けられている。

取付ベース７０の支持板部７０Ｂの両側端面には、左右の対称位置に帯板状をなす左右のガイド部７５が形成されている。各ガイド部７５は、前端側が前方へ突出しており、外側の垂直な面が第１の案内面７６、上下の水平な面が第２，第３の案内面７７，７８になっている。各ガイド部７５の第１～第３の各案内面７６，７７，７８には、図９に示すように、後述するバッテリーケース８の左右のスライド部８０が外側より前後方向へ摺動自由に係合する。

取付ベース７０と後述するバッテリーケース８とが対向する位置には、電動折り畳み自転車１のモータ駆動部５とバッテリーとの間をコード線５１を介して電気的に接続するための電気接続部６０が設けられている。この実施例の電気接続部６０は、支持板部７０Ｂの左右のガイド部７５，７５間に前方へ突き出るように設けられる複数本の接続端子６１と、後述するバッテリーケース８の下面に設けられる差込み孔６２と、差込み孔６２内に配置される接続用の端子板６３とで構成されるもので、接続端子６１にはコード線５１が接続されている。

バッテリーケース８は、図３に示されるように、平面形状が長方形状をなし、縦横の長さに対して厚みが小さく、扁平状である。バッテリーケース８の内部空間には、図示していないが、バッテリー収納部が設けられている。バッテリー収納部には複数本のリチウムイオン電池よりなるバッテリーが収納される。

バッテリーケース８の内部には、バッテリー充放電回路、ＬＥＤ点灯回路、ＬＥＤ表示回路、電源供給回路、スイッチ切替回路などが実装された回路基板（図示せず）が収納されている。バッテリー充放電回路は、バッテリーの充電および放電を制御する。ＬＥＤ点灯回路は、後述する照明用のＬＥＤ８５（図８に示す。）の点灯動作を制御する。ＬＥＤ表示回路は、後述するＬＥＤ表示部８９を構成するＬＥＤの点灯動作を制御する。電源供給回路は、後述する電源供給用のＵＳＢ端子８４へバッテリーより電源電圧を出力する。スイッチ切替回路は、後述するスイッチ８６の操作に応じて上記した回路のいずれかを動作可能とする。

バッテリーケース８の下面の両側端部には、図４及び図９に示すように、左右のスライド部８０が所定の間隔をあけて平行に設けられている。各スライド部８０は、長さ方向と直交する断面の形状がコ字状に形成されており、垂直な内側の面を第１の摺動面８１、上下の略水平な内側の面を第２，第３の摺動面８２，８３となす。左右のスライド部８０は、取付ベース７０の支持板部７０Ｂの両側端面に形成された各ガイド部７５に外側より係合するもので、第１の摺動面８１はガイド部７５の外側の第１の案内面７６に沿って、第２，第３の各摺動面８２，８３はガイド部７５の上下の第２，第３の各案内面７７，７８に沿って、それぞれ前後方向へ摺動が可能である。

左右のスライド部８０の第１の摺動面８１，８１間の距離Ｄ１は左右のガイド部７５の第１の案内面７６，７６間の距離ｄ１とほぼ一致する。また、左右のスライド部８０の第２，第３の摺動面８２，８３間の間隔Ｄ２は左右のガイド部７５の第２，第３の案内面７７，７８間の距離ｄ２にほぼ一致する。これにより左右のスライド部８０は左右のガイド部７５に外側より緊密に係合し、バッテリーケース８の左右、上下の各方向の変位が規制される。
各スライド部８０の外面には、図４～図６に示されるように、複数本の補強用のリブ８７が間隔をあけて縦方向に一体形成されている。

バッテリーケース８の下面の左右のスライド部８０，８０間には、スライド部８０の高さとほぼ一致する厚みの端子板組付部８８が一体形成されている。端子板組付部８８には、前端面から下面にかけて開口する複数の差込み孔６２が形成されている。各差込み孔６２は、取付ベース７０の上面の左右のガイド部７５，７５間に設けられた複数の接続端子６１の抜差しが可能である。各差込み孔６２には、接続端子６１との接触によって導通する端子板６３が配置されており、接続端子６１と端子板６３との接触によってモータ駆動部５とバッテリーとの間が電気的に接続される。なお、電気接続部６０は、この実施例のようなプラグ、ソケット方式のもの限定されず、例えば、端子板同士を面接触させるような方式のものでもよい。

端子板組込部８８の後部側には、ラッチボルト１００が緊密に嵌合するラッチ穴１０４が設けられている。左右のスライド部８０を左右のガイド部７５に沿ってガイド部７５の終端位置まで摺動させたとき、ラッチ穴１０４にラッチボルト１００が篏合するもので、これによりバッテリーケース８が取付ベース７０上に定位し、バッテリーケース８の前後方向の変位が規制される。

バッテリーケース８の一方の側面には、図３に示されるように、バッテリー充放電回路に接続された充電端子６４が設けられている。この充電端子６４に充電器具を接続することにより外部電源からの充電が行われる。バッテリーケース８の他方の側面にはスマートフォンなどへ電源を供給することが可能な電源供給用のＵＳＢ端子８４が設けられている。なお、各充電端子６４およびＵＳＢ端子８４にはゴム製の蓋６４ａ，８４ａが被せてある。バッテリーケース８の前端面には、図８に示すように、照明用のＬＥＤ８５が設けられている。このＬＥＤ８５はＬＥＤ点灯回路により点灯動作が制御される。

バッテリーケース８の上面には、図３に示すように、スイッチ８６及びＬＥＤ表示部８９が設けられている。このスイッチ８６は切替回路を構成するもので、スイッチ８６が１回押されると、バッテリー充放電回路、電源供給回路、ＬＥＤ表示回路がオン状態となり、続けてスイッチ８６が押されると、ＬＥＤ点灯回路がオン状態になり、図８に示される照明用のＬＥＤ８５が点灯する。スイッチ８６を長押しすると、全ての回路がオフ状態となる。ＬＥＤ表示部８９はスイッチ８６によりオン状態になったとき、バッテリー８１の充電残量に応じた個数のＬＥＤが点灯する。

電動折り畳み自転車１の走行に先立ち、バッテリーケース８に設けられた充電端子６４に充電器具を接続してバッテリーを充電する。充電器具は一般に、一端にコンセントに差し込まれるプラグ、他端に充電端子６４に差し込まれるプラグ、中間にＡＣ／ＤＣコンバーターを備えたものである。

バッテリーに充電した後、バッテリーケース８を取付ベース７０上に定置する。まず、取付ベース７０の上面の左右のガイド部７５にバッテリーケース８の下面の左右のスライド部８０を外側より係合させ、ガイド部７５の第１～第３の各案内面７６，７７，７８に沿ってスライド部８０の第１～第３の各摺動面８１，８２，８３を摺動させる。取付ベース７０に対するバッテリーケース８の移動によって、差込み孔６２に接続端子６１が差し込まれ、接続端子６１が端子板６３に接触して電気接続される。

スライド部８０は、ガイド部７５の外側の第１の案内面７６及び上下の第２，第３の各案内面７７，７８に緊密に係合するので、荒い運転操作や路面の凹凸に対して、バッテリーケース８の左右、上下の各方向への変位が阻止される。
また、バッテリーケース８を摺動させるとき、取付ベース７０上に突出するラッチボルトが１００バッテリーケース８の下面のラッチ穴１０４に緊密に嵌合するので、バッテリーケース８の前後方向への変位が阻止される。
走行中、バッテリーケース８は左右、上下、前後の各方向へ変位しないので、電気接続部６０での通電及びモータ駆動部５への給電が安定する。

電動折り畳み自転車１の走行を終えたとき、取付ベース７０に対してバッテリーケース８を取付時と反対方向へ移動させることにより、バッテリーケース８を取付ベース７０より取り外すことができる。これにより、電気接続部６０の接続端子６１が端子板６３から離れて非導通の状態となり、モータ駆動部５へのバッテリーからの電力供給が止まる。取り外したバッテリーケース８を携行することで、バッテリーケース８が盗難に遭うことはない。

１ 電動折り畳み自転車
５ モータ駆動部
６ バッテリー装置
８ バッテリーケース
１９ ハンドル
６０ 電気接続部
６１ 接続端子
６２ 差込み穴
６３ 端子板
６４ 充電端子
７０ 取付ベース
７５ ガイド部
７６．７７．７８ 案内面
８０ スライド部
８１，８２，８３ 摺動面
１００ ラッチボルト
１０３ 操作レバー
１０４ ラッチ穴

Claims (5)

1. 電動自転車のハンドル上に固定される取付ベースと、前記取付ベース上に取外し可能に定置されバッテリーの収納部及びバッテリーの充電端子を備えるバッテリーケースとを含む電動自転車のバッテリー装置であって、
   前記取付ベースと前記バッテリーケースとが対向する位置に電動自転車のモータ駆動部と前記バッテリーとの間を電気的に接続する電気接続部が設けられ、前記取付ベースには、外側及び上下に案内面を有する左右のガイド部と、前記取付ベースの上面より突出するように上方へ付勢されかつ下方への押下げが可能なラッチボルトとが設けられ、前記バッテリーケースの下面には、前記左右の各ガイド部の外側及び上下の各案内面に係合し各案内面に沿って前後方向に摺動が可能な摺動面を有する左右のスライド部と、前記ラッチボルトが嵌合するラッチ穴とが設けられてなる電動自転車のバッテリー装置。
2. 前記電気接続部は、前記取付ベースの左右のガイド部間に前方へ突き出るように設けられる接続端子と、前記バッテリーケースの左右のスライド部間に前記接続端子と抜差しが可能なように設けられる差込み孔と、前記差込み孔内に配置される端子板とで構成される請求項１に記載の電動自転車のバッテリー装置。
3. 前記ラッチボルトは、前記取付ベース上の前端部に配置されており、前記取付ベースの一方の側面には、前記ラッチボルトを押し下げてラッチ穴との嵌合を解除するための操作レバーが設けられている請求項１に記載の電動自転車のバッテリー装置。
4. 前記スライド部には、複数本の補強用のリブが間隔をあけて縦方向に一体形成されている請求項１に記載の電動自転車のバッテリー装置。
5. 請求項１～４のいずれかに記載のバッテリー装置が搭載された電動折り畳み自転車。

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