JP3001676U - 太陽電池駆動部付き自転車用車輪 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 既存の自転車に大幅な改造を加えず太陽電動
で駆動する電動機付き自転車に改造することができ、経
済的な太陽電池駆動部付き自転車用車輪の提供。 【構成】 自転車フレームのつめ同士に着脱自在に固定
されるハブ軸１と；ひとつの鍔部１５が円盤状に拡大形
成されると共に該鍔部先端に設けたリム３を自転車フレ
ームの中央部に配置させるハブ２と；前記ハブの円盤状
鍔部１５に対向した状態でハブ軸１に軸支され該円盤状
鍔部１５と共に前記つめ同士の間に装着される台板４
と；前記台板４等に固定された太陽電池８ａと；前記太
陽電池８ａを電源としハブ２を駆動する電動機５と；前
記太陽電池８ａの起電力の余分を充電し不足分を放電す
る畜電池８ｂと；前記台板４をフレームに固定する回り
止め材６と；を備えている構成。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、太陽電池で駆動する電動機付き自転車を形成する車輪に関し、更に 詳しくいえば、人の体力のみで走行する自転車の車輪と取替えるだけで、自転車 に太陽電池を電源とする駆動部と、それによって駆動される車輪とを取付けた状 態に改造することができる太陽電池駆動部付き自転車用車輪に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、既存の自転車を原動機付き自転車に改造する場合、例えば、エンジンを フレームに固定し、車輪にはスプロケットやＶプーリを取付けてから、このエン ジンと車輪とをチェンやＶベルト等で連結する作業が必要であった。 また、電動機で車輪を駆動するものがあり、この場合、その電源には、一般商 用電源から充電する蓄電池が使用されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、この従来の方法では、エンジンを取付けるために自転車のフレ ームを改造し、車輪にはスプロケットやＶプーリ等を回転中心を同じくして取付 けなければならないから、現場での組立て作業が大変であり、作業時間も長くか かるため改造費も高くなるという問題があった。 また、畜電池を電源とする場合、充電状態が悪いと使用できないし、充電のた めの手間や費用も余分にかかるという問題があった。尚、この場合もフレーム等 の改造も必要である。

【０００４】 本考案は、従来の上述のような問題点を鑑みて考案したものであり、その目的 とするところは、既存の自転車に大幅な改造を加えることなく、どこでも極めて 簡単に太陽電池で駆動する電動機付き自転車に改造することができ、また経済的 な太陽電池駆動部付き自転車用車輪を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

前記目的を達成するために本考案請求項１記載の太陽電池駆動部付き自転車用 車輪では、自転車フレームのつめ同士に着脱自在に固定されるハブ軸と；ひとつ の鍔部が円盤状に拡大形成されると共に該鍔部先端に設けたリムを自転車フレー ムの中央部に配置させるハブと；前記ハブの円盤状鍔部に対向した状態でハブ軸 に軸支され該円盤状鍔部と共に前記つめ同士の間に装着される台板と；前記台板 等に固定された太陽電池と；前記太陽電池を電源としハブを駆動する電動機と； 前記太陽電池の起電力の余分を充電し不足分を放電する２次電池と；前記台板を フレームに固定する回り止め材と；を備えている構成とした。

【０００６】 請求項２記載の太陽電池駆動部付き自転車用車輪では、請求項１記載の太陽電 池駆動部付き自転車用車輪において、前記ハブを人の踏力で駆動するときのトル クを検出するトルクセンサと；前記ハブの回転数を検出する速度センサと；前記 トルクセンサの信号を受けて電動機への供給電源の調整を行い、速度センサの信 号を受けて電動機の発停を行う制御器と；を設けた構成とした。

【０００７】 請求項３記載の太陽電池駆動部付き自転車用車輪では、前記電動機の固定子が ハブ軸と同心にして台板に固定され、かつ回転子がハブ軸と同心にしてハブに固 定されている構成とした。

【０００８】 請求項４記載の太陽電池駆動部付き自転車用車輪では、請求項１，２または３ 記載の太陽電池付き自転車用車輪にエンジン付き発電機と、２次電池の電圧低下 時に前記エンジン付き発電機の始動と２次電池への充電を行わせる充電制御器と 、を有する構成とした。

【０００９】

【作用】

本考案請求項１記載の太陽電池駆動部付き自転車用車輪では、前記のように構 成したので、既存の自転車の車輪をハブ軸ごと自転車フレームのつめから取外し 、このハブ軸を取外したつめ同士に太陽電池駆動部付き自転車用車輪のハブ軸を 固定すると共に、電動機を装着した台板を回り止め材でフレームに固定するだけ で、既存の自転車に太陽電池および電動機と、その電動機で駆動される車輪とを 取付けた状態に改造することができる。 そして、電動機に太陽電池から電源を供給することにより、ハブを駆動して自 転車を動力で走行させるようにすることができる。また、太陽電池の起電力に余 力があると２次電池に充電させて太陽電池の起電力が不足した場合に放電させる ことにより、効率的に使用することができる。

【００１０】 請求項２記載の太陽電池駆動部付き自転車用車輪では、人の踏力をトルクセン サで検知させ、踏力の大きさに比例して供給電源を増減することにより踏力を軽 減させて常に楽に走行させ、踏力のみでも楽に走行できる場合は踏力のみによる 経済走行をさせることができる。 また、走行速度を速度センサで検知させ、過大または過小な速度のときは電動 機による駆動を停止させ、人力のみによる安全走行を行うことができる。

【００１１】 請求項３記載の太陽電池駆動部付き自転車用車輪では、固定子と回転子をハブ 軸まわりに収め、車輪をこの回転子で直接回すから、駆動部廻りを簡単な構造と しコンパクトに形成することができる。

【００１２】 請求項４記載の太陽電池駆動部付き自転車用車輪では、太陽電池の充電量が少 ないときや充電ができず２次電池の電圧が降下したとき、充電制御器がエンジン 付き発電機を始動させ２次電池に充電させる。このため、天候や時間帯に左右さ れず常時使用が可能となり、業務用に最適である。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 図１は第１実施例の太陽電池駆動部付き自転車用車輪を示す断面図、図２は同 上の側面図、図３は同上の取付状態を示す全体図、図４はトルクセンサの取付状 態を示す説明図、図５は同上の電気回路を示すブロック図である。

【００１４】 まず、第１実施例の構成を説明する。 本実施例の太陽電池駆動部付き自転車用車輪Ａは、ハブ軸１と、ハブ２と、リ ム３と、台板４と、電動機５と、回り止め材６と、トルクセンサ７ａと、速度セ ンサ７ｂと、太陽電池８ａと、畜電池８ｂと、制御装置９と、を主要な構成とし ている。尚、図中１０は自転車１１のフレームである。

【００１５】 前記ハブ軸１は、フレーム１０の後車側つめ１２，１２同士に装着した従来車 輪のハブ軸と同一の締付け長さを有すると共に、その両側に同一直径の締付けね じ部１３が設けられている。

【００１６】 前記ハブ２は、ハブ体１４が従来車輪のハブ体より短く形成され、そのハブ体 １４の一端側に、後述するリム３の内径まで拡大した鍔部１５が設けられている 。図中１６はハブ体１４の該鍔部１５側に設けられたフリーホイルである。

【００１７】 前記リム３は、前記鍔部１５と一体に形成されており、ハブ軸１を後輪側つめ １２，１２同士に装着したとき、このリム３はフレーム１０の中心に配置される 。図中３ａはリム３に取付けたタイヤである。

【００１８】 前記台板４は、前記鍔部１５と対向状態に配置されてその間に後述する電動機 ５や畜電池８ｂ、制御装置９等の収納空間を作るものであって、鍔部１５と略同 一直径を有し、その外周縁部１５ａは、前記リム３の一端内面側を覆うように全 周が略Ｌ字状に折曲げられている。 そして、この台板４は、その中心に前記ハブ軸１を貫通させて保持する軸支部 １７を有しており、前記リム３とは近接状態となるようにハブ軸１に回転自在に 装着される。図中２ａ，４ａは、それぞれハブ２と台板４とを所定位置に保持す るナットであって、このナット２ａ，４ａの両外側同士の間隔が後車輪側つめ１ ２，１２同士の内幅と略同一となるように設定されている。

【００１９】 前記電動機５は、ビルトイン型の直流電動機であって、リング状の固定子５ａ が前記ハブ軸１を同心にして台板４の内面側に固定されている。また、内径が前 記固定子５ａより大径のリング状の回転子５ｂが、ハブ軸１を同心にして鍔部１ ５の内面側に固定されている。

【００２０】 前記回り止め材６は、電動機５を駆動中に、そのトルクによって台板４が回転 しないように係止するものであって、フレーム１０にバンド部を係止して台板４ にボルトで固定するものである。 尚、図中１８はギアクランク１９の大スプロケットホイルに連設されたチェン 、２０はブレーキレバーである。

【００２１】 前記トルクセンサ７ａは、走行中にどの程度の踏力が作用しているかを検出す るものであって、図４に示すように、チェン１８の引張り側を小スプロケット２ １で係止し、この小スプロケット２１をフレーム１０に上下回動自在に保持した レバー２３をスプリング２４で上方に押上げ、その変動幅をセンサ２２（ストレ ィンゲージ、ロードセル、可変抵抗器等）で検出するようにしている。

【００２２】 前記速度センサ７ｂは電動機５の発停を行わせるために自転車の現在速度を検 出するものであって、ハブ体１４の回転を取出して計測する発電型のものを使用 している。

【００２３】 前記太陽電池８ａは、電動機５の通常の電源となるものであって、前記台板４ と鍔部１５の外面にそれぞれ貼付けられており、鍔部１５側のものは、ハブ体１ ４に設けたスリップリング２５で台板４側に電気的に接続される。

【００２４】 前記畜電池８ｂは、太陽電池８ａの余分の電力を充電し不足時の電力を放電（ 給電）するものであって、台板４の内面側に固定されている。図中２６ａ，２６ ｂは端子である。

【００２５】 前記制御装置９は、電動機５の制御や畜電池８ｂの充放電等を行うものであっ て、図５に示すように、第１制御部２７と第２制御部２８とを有している。 前記第１制御部２７は、後述する第２制御部２８の指示に従って太陽電池８ａ のみ使用したり、余力が有った場合は畜電池８ｂに充電させて電力の安定供給を 行うようにしたものである。 前記第２制御部２８は、電動機５に通電してその駆動力を補助させようとする 自転車の速度範囲（例えば５ｋｍ／ｈから２０ｋｍ／ｈまで）を設定しておく速 度範囲設定部２９と、その速度範囲設定部２９のデータを取込み、速度センサ７ ｂの検出信号と比例してその結果を出力する比例判断部３０と、この比例判断部 ３０の信号により太陽電池８ａまたは畜電池８ｂの回路を開閉するスイッチ部３ １とを有している。

【００２６】 また、踏力の範囲を設定しておくトルク設定部３２と、そのトルク設定部３２ のデータを取込み、トルクセンサ７ａの検出信号と比較してその結果を出力する 比較判断部３３と、この比較判断部３３の信号により前記スイッチ部３１からの 電源（電圧または電流）を調整する電源調整部３４とを有している。図中３５は この制御装置９用に台板４に設けた点検蓋、３６はメインスイッチである。

【００２７】 前記部品は、トルクセンサ７ａを別にして図１，図２に示すように太陽電池駆 動部付き自転車用車輪Ａとして一体に組立てられている。 従って、本実施例の太陽電池駆動部付き自転車用車輪Ａは、まず、チェン１８ を後車輪のフリーホイルから取外した後、この後車輪をそのハブ軸と共につめ１ ２，１２から取外す。

【００２８】 この後、太陽電池駆動部付き自転車用車輪Ａのハブ軸１を前記つめ１２，１２ 同士に装着し、チェン１８をフリーホイル１６に連結してその張り具合を調整し ナット３７を締付けて固定する。 前記ハブ軸１を固定後、回り止め材６をフレーム１０に係止しボルトで台板４ に固定する。

【００２９】 トルクセンサ７ａのレバー２３をフレーム１０に固定し、小スプロケット２１ をチェン１８の引張側に係止しスプリング２４で上方に押圧させる。そして、そ のセンサ２２の出力ケーブルを前記制御装置９と接続する。 以上の作業により、従来の自転車を太陽電池で駆動する電動機付き自転車に改 造することができる。

【００３０】 次に本実施例の作用を説明する。 まず、メインスイッチ３６を閉じ自転車に乗ってペダルを踏む。 自転車の速度が０ｋｍ／ｈから５ｋｍ／ｈ未満のときは、スイッチ部３１が比 較判断部の信号によって開いた状態となっており、踏力のみで走行させる。この とき太陽電池８ａの起電力は電源調整部３４の信号により、第１制御部２７が畜 電池８ｂに充電させる。 自転車の速度が５ｋｍ／ｈ以上で２０ｋｍ／ｈ以下となったとき、スイッチ部 ３１が閉じる。また、トルクセンサ７ａで検出した踏力が設定値の範囲内にある とき、比較判断部３３がその大小に比例した信号を出し、電源調整部３４はこれ に比例して電力を増減させる。 従って、自転車の速度が設定値範囲内であって、しかも踏力が設定値範囲内に あるとき、電動機５を駆動して走行時の補助をし、その踏力に比例して電動機５ の駆動力を調整する。この場合、最低速と高速の場合は電動機の駆動を停止して 踏力のみによる安全走行を行わせ、中低速から中高速の範囲内のみ電動機の駆動 を行うと共に、踏力のきつさの度合いに応じて電動機の駆動力を調整し楽な走行 をさせる。 また、このとき、調整部３４の信号によって太陽電池の起電力に余力が有ると 畜電池８ｂに充電させ、不足の場合は放電（給電）させる。

【００３１】 次に第２実施例を説明する。尚、本実施例において前記第１実施例と同一の構 成部分には第１実施例と同一の符号を付してその説明は省略する。 図６は本実施例の太陽電池駆動部付き自転車用車輪Ｂを示す断面図であり、図 中４０はエンジン付き発電機である。 前記エンジン付き発電機４０は、小型軽量の単気筒エンジン４１の出力軸４２ にセルフスタータダイナモ４３を連結したものであり、該セルフスタータダイナ モ４３を内部に収納した状態でエンジン部分が台板４の外面側に固定されている 。図中４４は燃料タンクである。

【００３２】 このセルフスタータダイナモ４３の充電制御器４５は、図７に示すように、電 動機の制御や蓄電池の充放電を行う制御装置９内に設けられている。この充電制 御器４５は、蓄電池８ｂにおいて下方設定電圧より電圧降下があったとき、該蓄 電池によって前記セルフスタータダイナモ４３に給電しエンジン４１を始動させ るものである。そして、エンジン４１が始動した後はセルフスタータダイナモ４ ３を発電側に切換えることにより蓄電池８ｂに充電させ、該蓄電池の上方設定電 圧に達したとき、エンジン４１の電気回路を切ってエンジンを停止させ充電を終 了させる。

【００３３】 以上、説明してきたように、本実施例では、充電制御器４５が蓄電池の電圧を 監視し適宜エンジン４１を駆動して充電させるから、太陽電池のみによる充電に 対し、天候や昼夜の時間帯に拘らず常に使用できるようになる。このため、使用 頻度は高く走行距離の長い業務用等にも使用することができる。

【００３４】 以上、本考案の実施例を説明してきたが、本考案の具体的な構成は本実施例で 限定させるものではなく、考案の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても 本考案に含まれる。

【００３５】 例えば、実施例では、トルクセンサ７ａはチェン１８の張力を利用する構造の ものとしたが、これに限らず、フリーホイル１６とハブ体１４との間に設定して もよい。

【００３６】 速度センサ７ｂの構造や取付位置も任意である。

【００３７】 電動機５はハブ軸１を同心にビルトインされるもので説明したが、鍔部１５に 大ギヤを取付け、これに回転軸を有する直流電動機にピニオンを取付け噛合させ るようにしてもよい。この場合、電動機は台板の外面側に取付けることもできる 。また、減速機付きの電動機を使用してもよい。

【００３８】 制御装置９の構成や作用も任意である。また、速度制御にインバータ等を使用 してもよい。

【００３９】 畜電池８ｂの形状は任意であり、また、台板の外面側に取付けてもよい。

【００４０】 電動機と鍔部との間に遊星歯車装置５０を設け、これによって高速型電動機の 回転を減速させて使用するようにしてもよい（図８参照）。

【００４１】 エンジン付き発電機の構造は任意であり、エンジン４１に発電機とスタータと を別途に設けてもよいし、回転機としてのスタータは設けず車輪の回転側とエン ジンとを電磁クラッチを介しＶベルトやＶプーリ、ギヤ、チェン等で連結し、蓄 電池が電圧降下した時点で電磁クラッチを継いでエンジンを始動させ充電するよ うにしてもよい。また、エンジンの始動は、別途に始動専用畜電池を設けてそれ によって行うようにしても良い。

【００４２】 太陽電池は車輪側に取付けるとしたが、図９に示すように追加の太陽電池５１ を車体側に別途設けてもよい。

【００４３】 回生電流制御部を設けて、使用時に回生制動を行なえるようにしても良い。

【００４４】

【考案の効果】

以上、説明してきたように本考案請求項１記載の太陽電池駆動部付き自転車用 車輪にあっては、前記構成としたため、既存の自転車を太陽電池で駆動する電動 機付き自転車に簡単に改造することができる。 また、太陽電池により経済走行ができるし、畜電池との組合せで安定的に走行 することができる等の効果が得られる。

【００４５】 請求項２記載の太陽電池駆動部付き自転車用車輪では、前記構成としたため、 踏力を軽減させて楽に走行することができ、速度によって電動機の発停を行って 安全走行させることができる等の効果が得られる。

【００４６】 請求項３記載の太陽電池駆動部付き自転車用車輪では、前記構成としたため、 駆動部廻りを簡単な構造とし、コンパクトに形成することができる等の効果が得 られる。

【００４７】 請求項４記載の太陽電池駆動部付き自転車用車輪では、前記構成としたため、 太陽電池のみによる充電に対し、天候の良否や昼夜の時間帯等に拘らず常に使用 することができる。このため、使用頻度が高く、走行距離が長く要求される業務 用等にも使用することができる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案第１実施例の太陽電池駆動部付き自転車
用車輪を示す断面図である。

【図２】第１実施例の太陽電池駆動部付き自転車用車輪
を示す側面図である。

【図３】第１実施例の太陽電池駆動部付き自転車用車輪
の取付状態を示す全体図である。

【図４】第１実施例のトルクセンサの取付状態を示す説
明図である。

【図５】第１実施例の電気回路を示すブロック図であ
る。

【図６】第２実施例の太陽電池駆動部付き自転車用車輪
を示す断面図である。

【図７】第２実施例の太陽電池駆動部付き自転車用車輪
を示す側面図である。

【図８】他の実施例の減速部回りを示す説明図である。

【図９】他の実施例の太陽電池の取付状態を示す説明図
である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ 太陽電池駆動部付き自転車用車輪 １ ハブ軸 ２ ハブ ３ リム ４ 台板 ５ 電動機 ５ａ 固定子 ５ｂ 回転子 ６ 回り止め材 ７ａ トルクセンサ ７ｂ 速度センサ ８ａ 太陽電池 ８ｂ 畜電池（２次電池） ９ 制御装置 １０ フレーム １１ 自転車 １２ フレームつめ １５ 鍔部 ２７ 電力の安定供給を行う第１制御部 ２８ 自転車の速度によって電動機を発停させる第２制
御部 ４０ エンジン付き発電機 ４１ エンジン ４２ セルフスタータダイナモ ４５ 充電制御器 ５１ 追加の太陽電池

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 自転車フレームのつめ同士に着脱自在に
   固定されるハブ軸と；ひとつの鍔部が円盤状に拡大形成
   されると共に該鍔部先端に設けたリムを自転車フレーム
   の中央部に配置させるハブと；前記ハブの円盤状鍔部に
   対向した状態でハブ軸に軸支され該円盤状鍔部と共に前
   記つめ同士の間に装着される台板と；前記台板等に固定
   された太陽電池と；前記太陽電池を電源としハブを駆動
   する電動機と；前記太陽電池の起電力の余分を充電し不
   足分を放電する２次電池と；前記台板をフレームに固定
   する回り止め材と；を備えていることを特徴とした太陽
   電池駆動部付き自転車用車輪。
2. 【請求項２】 請求項１記載の太陽電池駆動部付き自転
   車用車輪において、 前記ハブを人の踏力で駆動するときのトルクを検出する
   トルクセンサと；前記ハブの回転数を検出する速度セン
   サと；前記トルクセンサの信号を受けて電動機への供給
   電源の調整を行い、速度センサの信号を受けて電動機の
   発停を行う制御器と；を設けたことを特徴とする太陽電
   池駆動部付き自転車用車輪。
3. 【請求項３】 前記電動機の固定子がハブ軸と同心にし
   て台板に固定され、かつ回転子がハブ軸と同心にしてハ
   ブに固定されている請求項１または２記載の太陽電池駆
   動部付き自転車用車輪。
4. 【請求項４】 エンジン付き発電機と、２次電池の電圧
   低下時に前記エンジン付き発電機の始動と２次電池への
   充電を行わせる充電制御器と、を有する請求項１，２ま
   たは３記載の太陽電池駆動部付き自転車用車輪。