JP3127687U - Wheel drive system using a saddle-shaped variable diameter pulley - Google Patents

Abstract

【課題】肥満、片や汚れた空気を吸いながらジョギング、と言う車社会の矛盾。今や人力活用を復活すべき時である。自転車や車椅子など人力で動く軽車両が苦手とする登坂性能などを補うため、人力を補助する、簡単で、極めて軽量な「車輪駆動装置」を提供する。
【解決手段】「篭形可変径鼓車」と呼ぶ無段変速機能を有する特殊な摩擦車を直接、車輪に圧接して駆動する構成で、抜群に軽量である。その上、着脱容易で、例えば自転車の荷台などに簡単に取り付けて、軽便な「電動アシスト自転車」に早変わりし、取り外せばただの自転車に戻る。勾配６％位の坂道では、平地並のスピード、少しスピードを落とせば８％位の坂までは、腰を浮かせなくても登坂出来る。
【選択図】図１[PROBLEMS] A contradiction in the car society of obesity, jogging while sucking pieces and dirty air. Now is the time to restore human power. In order to compensate for the climbing performance, which is difficult for light vehicles that move manually, such as bicycles and wheelchairs, we provide a simple and extremely lightweight “wheel drive device” that assists human power.
A special friction wheel having a continuously variable transmission function called a “篭 -shaped variable diameter pulley” is driven directly against a wheel, and is extremely lightweight. In addition, it is easy to attach and detach. For example, it can be easily attached to a bicycle carrier, etc. to quickly turn into a “electrically assisted bicycle”, and when it is removed, it returns to a simple bicycle. On a slope with a slope of about 6%, you can climb up to a slope of about 8% if you slow down slightly, without lifting your waist.
[Selection] Figure 1

Description

考案の詳細な説明Detailed description of the invention

自転車など軽車両の補助動力装置、及び人に優しさを求められる回転扉など。  Auxiliary power devices for light vehicles such as bicycles, and revolving doors that require gentleness.

例えば、電動アシスト自転車に於いて、補助動力の注入点は、人の脚力が作用するクランクや、それによって廻される後輪に電磁力の形で作用させるのが主流である。
又、自転車の車輪に直接、鼓形の摩擦車（プーリー）を圧接し、電動機やエンジンで駆動するものも種々発表されている。しかし、あまり実用されていない。
前者の場合、補助動力機構の重量が増える。何故ならば、「動力は回転速度とトルクの積」であるから、回転速度が一番低いクランク部のトルクが一番大きい。発生トルクの大なる動力源はそれだけ丈夫に作らなければならぬから重くなる。事実、前者の多くは、自転車の軽便性を阻害している。
後者は接動させる前輪の径対プーリーの径の比が大なるほど高速回転の動力源を採用出来るから、軽くなる可能性はあるが、此の様な固定径のプーリーによる圧接駆動方式の欠点は、プーリー側と被駆動側の周速度が一致するように常に注意を払い出力調節しなければ、接動面に滑りを起こし、摩擦熱でタイヤを焼損すること、もう一つは、接動面の接線方向に伝導すべき有効回転力の２倍以上数倍の力で、軸心方向に圧着力を加える必要がある。絶対に滑らない程強固に圧接すると伝導機械効率は極めて悪化し、遊転が重く、軽便性を重視するこの用途には使えない。即ち後者は人力との協調性に問題がある上、伝導機械効率が悪い。
回転扉の事故は記憶に新しい。原因は機力優先し、人との調和が無かった。For example, in an electrically assisted bicycle, the injection point of auxiliary power is mainly applied in the form of electromagnetic force to a crank on which a person's leg force acts and a rear wheel rotated by the crank.
In addition, various types have been announced in which a drum-shaped friction wheel (pulley) is in direct contact with a bicycle wheel and driven by an electric motor or an engine. However, it is not so practical.
In the former case, the weight of the auxiliary power mechanism increases. This is because “the power is the product of the rotational speed and the torque”, and therefore the torque of the crank portion having the lowest rotational speed is the largest. The power source that generates a large amount of torque is heavy because it must be made so strong. In fact, many of the former obstruct the convenience of bicycles.
The latter can adopt a high-speed rotation power source as the ratio of the diameter of the front wheel to contact and the diameter of the pulley increases, so there is a possibility of lightening, but the disadvantage of the pressure contact drive system with such a fixed diameter pulley is If the output is not adjusted so that the peripheral speeds of the pulley side and driven side are consistent, the sliding surface will slip and the tire will be burned by frictional heat. It is necessary to apply a crimping force in the axial direction with a force that is two to several times the effective rotational force to be conducted in the tangential direction. If the pressure contact is so strong that it never slips, the efficiency of the conduction machine will be extremely deteriorated. In other words, the latter has a problem in cooperation with human power and has a poor conduction mechanical efficiency.
The revolving door accident is new to memory. The cause was priority in mobility, and there was no harmony with people.

考案が解決しようとする課題Problems that the device tries to solve

代表例を自転車とし、後は応用問題とする。自転車はシンプルな機械で、比較的軽いから、平地に於いては極めて少ない人力で軽快に走行し、楽しく軽便な乗り物である。しかし唯一の難点は、登坂時に自分の体重相当分だけでなく、自転車と荷物の合計重量を坂の上まで押し上げる余分なエネルギー（これを機力限界と呼ぶことにする。）を放出し、自転車に注入しなければならないことである。
人間は元来、自分で歩き、走り、普通の坂なら登る様に創られており、これを止めれば、肥満になり、不健康になる。故に、自分の体重分は自分で登坂させるべきであり、この登坂エネルギーを機力限界に対応させて人力限界と呼ぶことにする。A typical example is a bicycle, and the rest is an application problem. Bicycles are simple machines that are relatively light, so they run lightly with very little human power on flat ground and are fun and light vehicles. However, the only difficulty is not only the amount equivalent to your weight when climbing, but also releasing extra energy that pushes the total weight of the bicycle and luggage up the hill (this is called the maneuver limit). That must be injected into.
Humans are originally created to walk and run on their own, and to climb on a normal slope. If you stop this, you will become obese and unhealthy. Therefore, you should climb your own weight by yourself, and this climbing energy will be referred to as the human limit, corresponding to the mobility limit.

人力限界は人それぞれであり、スポーツ医学では、年齢、性別、体表面積などから決まる平均的基礎代謝量に、生活活動の種類別エネルギー代謝率（ＲＭＲ）、（例、快適なサイクリングのＲＭＲ＝２．６）と、類別活動指数（例、１９才の男性は０．５）を乗じ求める。
例示の男性の場合、エネルギー代謝量の１／２は彼の内部で消費されるから、外界に為した人力限界は残１／２を熱換算して約１００ワットと算出する。女性は９０ワットに、老人は７０〜６０ワットに低下する。これら数値は運動の種別が「快適なサイクリング」であるが、人間はいざと言う時、極短時間であればこの数倍、持続的には約２倍まで出せると言われる。以下、登坂に必要な補助動力の計算にこれらを参照する。The human power limit is individual, and in sports medicine, the average basal metabolism determined by age, sex, body surface area, etc., energy metabolism rate (RMR) by type of life activity (for example, RMR = 2 for comfortable cycling) .6) and the category activity index (for example, 0.5 for a 19-year-old man).
In the case of an example male, ½ of the energy metabolism is consumed inside him, so the human power limit for the outside world is calculated as about 100 watts by converting the remaining ½ to heat. Women fall to 90 watts and elderly people fall to 70-60 watts. These figures are “comfortable cycling” as the type of exercise, but it is said that human beings can give up to several times this in a very short time, and about twice as long as possible. In the following, these are referred to in calculating the auxiliary power required for climbing.

生活道路の坂の勾配は１０％までのものが多い。角度にして６°（まで）である。この坂を荷物を積んだ総重量３５ｋｇ、転動摩擦係数３％の自転車で、体重６５ｋｇの老人が速度６ｋｍ／ｈで登る時、彼が外界に働きかけるべき絶対的仕事率は、約２１３ワットになる。彼が持続的に出せる人力限界は前記例示の、約１４０ワットであるから、不足分の７３ワットが最小限必要な補助動力となる。  Most of the slopes of the streets are up to 10%. The angle is 6 ° (up to). When a 65 kg old man climbs at a speed of 6 km / h on a bicycle with a total weight of 35 kg and a rolling friction coefficient of 3% loaded with luggage on this hill, the absolute work rate that he should work on the outside world is about 213 watts. . Since the human power limit he can continuously output is about 140 watts as exemplified above, the shortage of 73 watts is the minimum required auxiliary power.

この様に本考案は、スポーツ医学に基づく、各個人の人力限界を活用し、最小限の補助動力を協業させることにより、自転車の「健康的スポーツ性」及び「軽便性」を阻害することなく、唯一の難点である登坂性能を改善せんとするものであり、原則として、補助動力は登坂時のみ集中的に使用することにより、省エネ、地球温暖化防止、肥満防止と健康の増進に寄与せんとする。
この様な目的的用途に最適な、極めて小型軽量で如何なる時も人力を妨げず、人力との協調性に優れ、その上、着脱容易で、何時でも元の自転車の姿に戻れる車輪駆動装置を提供する。なお、他の機構では実現し難い「人力との協調性に優れた点」を「人に優しい安全な回転扉」の開発に活用することを提案したい。In this way, the present invention utilizes the human power limit of each individual based on sports medicine and collaborates with the minimum auxiliary power without interfering with “healthy sports” and “lightness” of the bicycle. The only difficulty is to improve the climbing performance. In principle, the auxiliary power is used only when climbing, so it does not contribute to energy saving, global warming prevention, obesity prevention and health promotion. And
A wheel drive device that is ideal for such purposes, is extremely small and light, does not interfere with human power at any time, has excellent cooperation with human power, and is easy to attach and detach, allowing you to return to the original bicycle at any time. provide. In addition, we would like to propose the utilization of “the superior point of cooperation with human power”, which is difficult to achieve with other mechanisms, in the development of a “human-friendly safe revolving door”.

課題を解決するための手段Means for solving the problem

本案の特徴は、前記「後者」の殆どの考案が、被駆動輪に圧接するプーリーに鼓形の固定径の摩擦車を用いているのに対して、本案では軸の回りに捩られるとその中央部の直径が自在に変化する篭形の可変径の「鼓車」を用いる点である。
この「鼓車」は特許第５５８５２６号として本案考案者によって昭和４４年に最初に登録された装置の主要部の呼称である。The feature of this proposal is that most of the ideas of the “latter” use a drum-shaped fixed-diameter friction wheel for the pulley that presses against the driven wheel. This is the point of using a saddle-shaped variable-diameter “drum” whose diameter at the center can be freely changed.
This “Drum” is the name of the main part of the device first registered in 1969 by the inventor as Japanese Patent No. 558526.

「篭形可変径鼓車」は、「図３（ａ）」の様に軸に固定された円板▲２１▼と軸上を旋回摺動出来る円板▲２２▼の間に各円板の円周に沿ってピアノ線を加工した多数の「線素」▲２３▼を配し、各線素の一端を可動円板に繋留し、他端は固定円板を貫通させ、線素上に設けた「抜け止めカラー」▲２４▼によって固定円板に対する相対位置を保持する。
この様に構成した円筒篭形の鼓車は可動円板が軸の回りに捩られるに連れ、中央部に行くほど直径を減じて次第に深い鼓形を形成する。此の時、線素のスパンの長さが円板の直径に対して適当であれば、「図３（ｂ）」の様に当接すべき車輪のタイヤの断面形状に丁度良い形で当接するようになる。
軸の一端に設けたプーリーに電動機から回転力が与えられると、各線素には遠心力が発生し鼓車は円筒状に戻らうとする。此の時、鼓車の軸をベアリングを介して保持している保持腕枠に全線素の遠心力に等しい力で被駆動輪（以下単に車輪と呼ぶ。）の軸心に向け、バネなどにより、圧着力を加えると、車輪に回転力が伝導される。ここで重要なことは、もし、全線素の遠心力と、バネの圧着力が接動面上に於いてバランスしていれば、理論的には、圧着力が回転軸の軸受迄達しないので伝導機械効率は全く悪化しない。これが本案の顕著な特徴である。As shown in FIG. 3 (a), the “篭 -shaped variable diameter pulley” has a disc ２１21 that is fixed to the shaft and a disc that can be slid on the shaft ２２22 ▼. A large number of “line elements” (23), which are processed piano wires along the circumference, are arranged, one end of each line element is anchored to a movable disk, and the other end passes through a fixed disk and is provided on the line element. In addition, the “relaxation collar” (24) holds the relative position with respect to the fixed disk.
The cylindrical saddle-shaped impeller configured in this manner gradually decreases in diameter toward the center as the movable disk is twisted around its axis, and gradually forms a deeper hourglass. At this time, if the length of the span of the wire element is appropriate for the diameter of the disk, the shape of the wheel tire to be contacted should be just as good as shown in FIG. 3 (b). Get in touch.
When a rotational force is applied from a motor to a pulley provided at one end of the shaft, a centrifugal force is generated in each wire element, and the impeller attempts to return to a cylindrical shape. At this time, the holding arm frame that holds the shaft of the pulley through the bearing is directed to the axis of the driven wheel (hereinafter simply referred to as the wheel) with a force equal to the centrifugal force of all the wire elements, by a spring or the like. When a crimping force is applied, a rotational force is transmitted to the wheel. The important thing here is that if the centrifugal force of all the wire elements and the crimping force of the spring are balanced on the contact surface, theoretically, the crimping force does not reach the bearing of the rotating shaft. The conduction mechanical efficiency does not deteriorate at all. This is a prominent feature of this plan.

考案実施の前提として、勾配３％までの緩い坂は勿論、５％（角度３°）迄の坂はかなりハードであるが我慢して人力のみで登坂し、例えば６％を超える時だけ補助動力を注入するという使い方が合理的かつ健康的と思われる。
補助動力は勾配１０％（約６°）の坂までを対象に設定し、これを超える急な坂では、特別仕様の物としても良いが、降車して、歩行状態で補助動力を掛ければ、犬に引かれる感覚で登坂出来る。As a precondition for the implementation, the slope up to 5% (angle 3 °) as well as the gentle slope up to 3% of the slope is quite hard, but endured only by human power, for example, auxiliary power only when it exceeds 6% It seems that the usage of injecting is reasonable and healthy.
Auxiliary power is set up to a slope with a slope of 10% (about 6 °), and on a steep slope exceeding this, it may be a special specification, but if you get off and apply auxiliary power in walking state, You can climb up as if you were pulled by a dog.

「軽便性」を第一とするため、動力源としては、高電圧、高速回転で、回転力の均一な電動機とし、電池も放電率を出来るだけ上げて補助動力機構の重量は２ｋｇ以下、電池３ｋｇ以下、総重量計５ｋｇ以下を目標とする。
又、補助動力の注入点は、前輪タイヤとし、上記の様に、人力との調和的協業性に優れ、高い機械効率の「篭形可変径鼓車」による「前輪駆動方式」とする。In order to put “lightness” first, the power source is an electric motor with high voltage, high speed rotation, and uniform rotational force. The battery also has a discharge rate as high as possible, and the auxiliary power mechanism weighs 2 kg or less. The target is 3 kg or less and total weight is 5 kg or less.
In addition, the auxiliary power injection point is the front tire, and as described above, the “front wheel drive system” is based on the “shaft-shaped variable diameter pulley” which is excellent in harmonious cooperation with human power and has high mechanical efficiency.

実施形態の外観を「図１」に示した。「図１」は自転車用で、「篭形可変径鼓車」（以下単に鼓車と呼ぶ。）は前輪に、上方やや前方に於いて、接する位置にあり、鼓車の軸の両端はボールベアリングが填め込まれた保持腕枠によって支持されている。保持腕枠の上端は鼓車の軸に平行なもう一本の「支点軸」に嵌合し、鼓車▲２▼と保持腕枠▲９▼のブロック（以下鼓車ブロックと呼ぶ。）は支点軸▲７▼を中心に、前輪の中心に向け、圧着可能に配置されている。 電動機▲１▼、鼓車ブロックとその支点軸▲７▼、及び支点軸の軸受支柱▲６▼を組み込んだ台座▲１１▼が、自転車の前篭を取り付ける荷台の枠▲１７▼に、取り外し可能に取り付けられている。  The appearance of the embodiment is shown in FIG. "Fig. 1" is for bicycles, and "篭 -shaped variable diameter pulleys" (hereinafter simply referred to as "wheels") are in contact with the front wheels, slightly above and in front, and both ends of the shaft of the drum are balls. It is supported by a holding arm frame in which a bearing is inserted. The upper end of the holding arm frame is fitted to another “fulcrum shaft” parallel to the axis of the pulley, and the block (2) and the holding arm frame (9) block (hereinafter referred to as the “drum block”) are used. Centering on the fulcrum shaft (7), it is arranged so that it can be crimped toward the center of the front wheel. The pedestal (11) incorporating the electric motor (1), the impeller block and its fulcrum shaft (7), and the bearing support shaft (6) of the fulcrum shaft is removable to the frame (17) of the loading platform for mounting the bicycle front Is attached.

支点軸の一端には、鼓車ブロックを前輪のタイヤに圧着させたり離したりする為に把手▲１４▼を有する「三角形操作板」と引バネを組み合わせた「跳ね上げ装置」が、三角形操作板▲１３▼の一端の穴を貫通し、操作し易い方法で取り付けられている。引バネ▲１６▼は鼓車ブロックの片方の保持腕枠▲９▼の先端金具と、三角形操作板▲１３▼との間に、鼓車ブロックを前輪に接動させた時、適正な圧着力が加わるように掛けられている。
この跳ね上げ装置は、自転車の一般的起立スタンドの跳ね上げ機構と同じである。At one end of the fulcrum shaft, there is a “triangulation device” that combines a pulling spring with a “triangular operation plate” having a handle ▲ 14 ▼ for crimping and separating the pulley block from the front wheel tire. It is attached in a manner that is easy to operate through the hole at one end of (13). The tension spring (16) is the appropriate crimping force when the drum block is moved to the front wheel between the tip bracket of one holding arm frame (9) and the triangular operation plate (13). It is hung to add.
This flip-up device is the same as the flip-up mechanism of a general standing stand of a bicycle.

「図２」に把手付き「三角形操作板」を倒して「鼓車ブロック」を前輪に接動させた時、自転車が ｂ．最高速度 ｃ．巡航速度 ｄ．登坂最低速度にある時の鼓車の駆動径の大きさの変化に伴う接動関係位置と、アーム角（鼓車の保持腕枠が鼓車と車輪の接動面の接線との為す角）の変化する様子を表わした図であり、ａ．は鼓車ブロックを跳ね上げて接動状態から離脱した時の鼓車の関係位置である。 此の様に「篭形可変径鼓車」は自動無段変速機能を有し、把手を手前に倒すと電動機のスイッチが入り、鼓車はその時の自転車の前輪の周速に合致すべき駆動径に、自動的に瞬時に整定する上、篭形鼓車の特徴として抜群の冷却機能があり、タイヤを焼損する心配がなく、何の調節も不要。これがもう一つの、本案の特徴である。  When the “triangular operation plate” with handle is pushed down on “Fig. 2” and the “drum block” is moved to the front wheel, the bicycle is b. Maximum speed c. Cruise speed d. Position and relationship of the contact with the change in the drive diameter of the impeller when the speed is at the minimum climbing speed, and the arm angle (the angle formed by the holding arm frame of the impeller and the tangent to the contact surface of the impeller and the wheel) Is a diagram showing a change of a. Is the position of the impeller when the impeller block jumps up and leaves the contact state. In this way, the “Variable type variable wheel” has an automatic continuously variable transmission function. When the handle is tilted forward, the motor is switched on, and the wheel must be driven to match the peripheral speed of the front wheel of the bicycle at that time. In addition to automatically setting the diameter instantaneously, the saddle-shaped impeller has an excellent cooling function, so there is no fear of burning the tires and no adjustment is required. This is another feature of this plan.

然し、接動部に滑りが起き易い取り扱いは止めるべきで、特に車輪が停止中、鼓車ブロックをタイヤに当てたまま動力を入れることは厳禁である。あくまで人力を先行させ、後までカバーする。即ち、「アシストは、後入れ先切り」が原則である。
回転扉では、場合に依り、起動時の初動のみ応急ハンドル▲２６▼で加勢した方がよい。However, handling that tends to cause slippage in the contact portion should be stopped, and it is strictly prohibited to turn on the power while the wheel block is in contact with the tire, particularly when the wheel is stopped. We will end up with human power to the last and cover it up to the end. That is, “assist is last-in first-out” is the principle.
In the case of a revolving door, it is better to energize with an emergency handle (26) only for the initial movement at the time of activation.

電池は自転車の重量バランスを崩さない位置に搭載し、この電池から、２本の電線がハンドル前の電動機まで配線される。途中に電動機発停用のスイッチ▲２０▼が取り付けられる。発停スイッチは、前項の把手付き「三角形操作板」の「鼓車ブロック跳ね上げ装置」に連動させ、鼓車ブロックを前輪に接動させた時「ＯＮ」跳ね上げた時「ＯＦＦ」とする。電動機は定格電圧が高く比較的高い回転数の直流単極プリントモーターなどを用いる。モーターの軸端と鼓車軸々端には、一対の軽量なプーリー又はスプロケット▲３▼が適正な減速比をもって設置され、鼓車を駆動するベルト又はチエン▲５▼が巻き掛けられる。  The battery is mounted at a position where the weight balance of the bicycle is not lost, and two electric wires are routed from this battery to the electric motor in front of the steering wheel. A switch (20) for starting and stopping the motor is attached on the way. The start / stop switch is linked to the “Drum block jumping device” of the “Triangle operation plate” with the handle described in the previous section, and is turned “ON” when the drum block is moved to the front wheel and turned “OFF”. . The motor uses a DC single-pole print motor with a high rated voltage and a relatively high rotational speed. A pair of lightweight pulleys or sprockets {circle around (3)} is installed at an appropriate speed reduction ratio around the shaft end and the wheel shaft end of the motor, and a belt or chain {circle around (5)} that drives the wheel is wound around.

「図４」は回転扉の計画図である。「図１」の電動機▲１▼から自転車の前輪タイヤ▲１２▼に相当する中間駆動輪▲２６▼までは全く同じ構成となる。相違点は、据付け方法が、水平でなく垂直となり、中間駆動輪は軸に固定し、延長し、回転扉付被駆動輪のラック又はチェーン▲２８▼に噛合うべき、ピニオンギア又はスプロケット▲２７▼を設けなければならない。  “FIG. 4” is a plan view of the revolving door. The configuration from the electric motor (1) in FIG. 1 to the intermediate drive wheel (26) corresponding to the front wheel tire (12) of the bicycle is exactly the same. The difference is that the installation method is vertical rather than horizontal, the intermediate drive wheel is fixed to the shaft, extended, and meshed with the rack or chain (28) of the driven wheel with rotary door (27). ▼ must be provided.

名称：２６吋自転車アシスト装置
要目：▲１▼電動機の出力７５Ｗ．・回転数３６００ｒｐｍ・電圧２４Ｖ．・電流５Ａ．型式ＰＭＥＥ−１２−ＴＣ２２プリントモーター・メーカー 安川電機
▲２▼電池 電圧２４Ｖ．・容量５．５ＡＨ・重量３．５Ｋｇ
▲３▼鼓車寸法（ｍｍ）基本直径７２・円板の直径８５・線素の太さ１．６・線素の数３２・スパン長９０・線素の突出長１５・軸径６・軸長１５０・最大駆動径７４・最小駆動径３０・回転数１８５０ｒｐｍ略一定
▲４▼鼓車ブロックの木製保持腕枠の心距１２０・全長１５５／１６８・幅３０／６０・厚１０／１０・軸受６２６ＺＺ／６００２ＺＺ・アクリル泥除けカバー付き全幅１３０・支点軸の寸法（ｍｍ）軸径６・軸長１４０・
▲５▼プーリーの外径（ｍｍ）電動機軸付３８・鼓車軸付７４・アイドルローラー４０
▲６▼Ｖベルトの規格Ｍ２５
▲７▼装置の重量２．５Ｋｇ（電池を除く）６Ｋｇ（電池共）
▲８▼自転車：２６インチ１８段変速スポーツ車・重量１８Ｋｇ・転動摩擦係数０．０３
アシスト性能
１０％の登坂性能の事例
１）．伝導機械効率０．８・アシストパワー６０ワット・人力限界１６０ワット（ＲＭＲ５．９）・機力限界６０ワット／７ｋｍ／ｈの速度で、体重６５Ｋｇの老人乗車時の絶対仕事率＝２２０ワット
２）．人力限界１３８ワット（ＲＭＲ５．１）・機力限界５１ワット／６ｋｍ／ｈの時の絶対仕事率１８９ワット
平坦路走行性能の事例 アシストＯＮ／アシストＯＦＦ
１）．伝導機械効率０．９・アシストパワー６８ワット・人力限界６３（ＲＭＲ２．３）／１３１（ＲＫＲ４．９）ワット・機力限界３５ワット／１８Ｋｍ／ｈ（マラソンの速度）での走行時の絶対仕事率＝１３１ワット「注」ＲＭＲの公認値：普通の自転車＝２．６・速度１０ｋｍ／ｈのサイクリング＝３．４
２）．伝導機械効率０．８・アシストパワー６０ワット・人力限界１５８ワット（ＲＨＲ５．９）・機力限界５９ワット／３０Ｋｍ／ｈ（１００ｍ１２秒の競走速度）時の絶対仕事率＝２１８ワット
３）．伝導機械効率０．８５・アシストパワー６４ワット・人力限界１１８ワット（ＲＭＲ４．４）・機力限界４９ワット／２５Ｋｍ／ｈ（１００ｍ１４秒の競走速度）時の絶対仕事率＝１８２ワットName: 26 吋 Bicycle Assist Device Summary: (1) Motor output 75W.・ Rotation speed 3600rpm ・ Voltage 24V. -Current 5A. Model PMEE-12-TC22 Print motor manufacturer Yaskawa Electric (2) Battery Voltage 24V.・ Capacity 5.5AH ・ Weight 3.5Kg
(3) Drum size (mm) Basic diameter 72, disc diameter 85, line element thickness 1.6, number of line elements 32, span length 90, line element protrusion length 15, shaft diameter 6, shaft Length 150 · Maximum drive diameter 74 · Minimum drive diameter 30 · Rotation speed 1850 rpm substantially constant ④ 4 Center distance of wooden holding arm frame 120 · Length 155/168 · Width 30/60 · Thickness 10/10 · Bearing 626ZZ / 6002ZZ · Full width 130 with acrylic mudguard • Dimensions of fulcrum shaft (mm) Shaft diameter 6 · Shaft length 140 ·
(5) Outer diameter of pulley (mm) 38 with motor shaft, 74 with drum wheel shaft, idle roller 40
▲ 6 ▼ V-belt standard M25
(7) Device weight 2.5 kg (excluding battery) 6 kg (both batteries)
(8) Bicycle: 26-inch 18-speed sports car, weight 18Kg, rolling friction coefficient 0.03
Assist performance 10% climbing performance example 1). Conductive mechanical efficiency 0.8, assist power 60 watts, manpower limit 160 watts (RMR 5.9), manpower limit 60 watts / 7 km / h, absolute work rate when riding an elderly person weighing 65 kg = 220 watts 2) . Example of absolute power 189 watt flat road running performance when manpower limit is 138 watts (RMR5.1) and manpower limit is 51 watts / 6 km / h Assist ON / Assist OFF
1). Conductive machine efficiency 0.9, assist power 68 watts, manpower limit 63 (RMR2.3) / 131 (RKR4.9) watts, manpower limit 35 watts / 18 km / h (marathon speed) Rate = 131 watts “Note” RMR homologated value: normal bicycle = 2.6, speed 10 km / h cycling = 3.4
2). Conductive mechanical efficiency 0.8, assist power 60 watts, manpower limit 158 watts (RHR 5.9), manpower limit 59 watts / 30 Km / h (100 m12 sec race speed) absolute work rate = 218 watts 3). Conductive machine efficiency 0.85, assist power 64 watts, manpower limit 118 watts (RMR 4.4), manpower limit 49 watts / 25 Km / h (100 m14 sec race speed) absolute work rate = 182 watts

考案の効果Effect of device

「実施例」に見られる様に、普通の坂をこのアシスト自転車で登坂する時、人力限界を、ＲＭＲが６．０迄とされる「普通の運動」の範囲内に納めることが出来た。
「篭形可変径鼓車」は、線素の重量即ち遠心力を適正にし、可動円板に作用させるバネ▲１５▼の釣合い力、鼓車ブロックを車輪に圧着させるバネ▲１６▼の強さなどを適正にすることにより、「図２」のｂ，ｃ，ｄ間の如何なる速度に対しても、電動機の出力、回転数を略一定にすることが出来る。従って、このアシスト装置は登坂専用ではなく、例えば人力だけで高速走行中、もう少し速度を上げたい時、操作板を倒すだけで、実施例の場合、６０ワット以上追加され、速度は上昇し２５ｋｍ／ｈ超に達した後、次第に電動機の電流が減り、３０Ｋｍ／ｈでは遂にエンジンブレーキ（発電制動）となる。
又、固定径プーリーにない利点は、接動状態のまま自転車が遊転に這入る時、固定径プーリーでは即時エンジンブレーキとなり、速度が減殺されるが、本案の可変径鼓車では、線素が回転方向になびき、釣合バネ▲１５▼の押力で駆動径が縮小するので、自転車の遊転を妨げることはない。これも本案の特徴の一つである。As can be seen from the “Examples”, when climbing a normal hill with this assist bicycle, the human power limit could be kept within the range of “normal exercise” where the RMR is 6.0.
“Shaft-shaped variable-diameter wheel” is the balance of the spring (15) that acts on the movable disk, and the strength of the spring (16) that presses the wheel block against the wheel, making the weight of the wire element, that is, the centrifugal force appropriate. By making the above and the like appropriate, the output and rotation speed of the motor can be made substantially constant at any speed between b, c, and d in FIG. Therefore, this assist device is not exclusively for climbing. For example, if you want to increase the speed a little while driving at high speed only by human power, just push down the operation panel. In the case of the embodiment, 60 watts or more is added, and the speed increases to 25 km / After reaching over h, the electric current of the electric motor gradually decreases, and at 30 km / h, engine braking (power generation braking) is finally achieved.
The advantage that the fixed diameter pulley does not have is that when the bicycle enters the idle state in the contact state, the fixed diameter pulley provides an immediate engine brake and the speed is reduced. The driving diameter is reduced by the pressing force of the balancing spring {circle over (15)}, which does not hinder the bicycle from spinning. This is also one of the features of this plan.

軽量で、着脱容易であるから、雨天の時など取り外すのが苦にならない。（接動部の摩擦力が低下するので、路面が濡れている時は使用出来ない。）
簡単な操作で、何時でも、平坦路の速度が上がるので、他車との相対速度の差が減少し、車道を走り易くなった。
実施例のように、「篭形可変径鼓車」を用いた効果として、圧着接動型でありながら、伝導機械効率、８０％以上が期待できる。このことは軽量で着脱容易、取り扱い容易、人力との協調性抜群、「後入れ先切り」の原則を守る限り、どんな使い方も出来るから、スポーツ目的への最適性などを醸成した。反面、接動部の圧着力を控え目に設定してあるので、余り強力な動力の伝達は出来ず、急坂の登坂や重量物の運搬など重負荷の用途には不向きである。It is lightweight and easy to put on and take off, so it doesn't bother you to remove it when it rains. (Because the frictional force of the contact part decreases, it cannot be used when the road surface is wet.)
With simple operation, the speed of the flat road increases at any time, so the difference in relative speed with other cars decreases, making it easier to drive on the road.
As in the embodiment, as an effect of using the “篭 -shaped variable diameter pulley”, a conduction mechanical efficiency of 80% or more can be expected while being a crimping contact type. This is lightweight, easy to put on and take off, easy to handle, excellent cooperation with human power, and as long as the principle of “last-in first-out” can be observed, it can be used in any way, so it fosters optimality for sports purposes. On the other hand, the pressure-bonding force of the contact part is set conservatively, so that it cannot transmit a very strong power and is not suitable for heavy load applications such as steep climbing and heavy object transportation.

従来の回転扉は人力との協調性皆無、ラッシュ時と有閑時の速度調節出来ず、ラッシュ時の速すぎる速度に設定していて、子供や老人を巻き込んだ。本案では、動力を最少限に抑え、無人の時は予備的にゆっくりと回転させておき、ラッシュになれば人力が必然的比例的に作用して速くなり、有閑時に戻れば、速度も自然に低下する。
中間駆動輪はブラックアウトなどの応急時、手回しハンドルとなり、回転扉を作動する。
なお、集合的人力や突風などへの対応として、逆転防止（ラチェット機構）と、過速度防止（ブレーキ）の手段が別途必要である。The conventional revolving door has no cooperation with human power, the speed cannot be adjusted during rush hours and during leisure time, and it is set to a speed that is too fast during rush hours, involving children and the elderly. In this plan, power is kept to a minimum, and when it is unmanned, it is rotated slowly in a preliminary manner. descend.
The intermediate drive wheel acts as a handwheel during emergency such as blackout and operates the revolving door.
In order to cope with collective manpower, gusts, etc., means for preventing reverse rotation (ratchet mechanism) and preventing overspeed (brake) are required separately.

（ａ）は自転車に「篭形可変径鼓車による補助動力装置」を取り付けた時のの外観図である。（泥除けカバー▲１９▼を取り外している。） （ｂ）は補助動力機構を左手側から見た側面図である。（泥除け▲１９▼は取り付けた。）(A) is an external view at the time of attaching "the auxiliary power device by a saddle-shaped variable diameter pulley" to the bicycle. (The mudguard cover (19) is removed.) (B) is a side view of the auxiliary power mechanism as viewed from the left hand side. (The mudguard (19) was attached.) 自転車の前輪に「篭形可変径鼓車」を接動させた時の３様（ｂ，ｃ，ｄ）の接動速度別の鼓車径と、「鼓車ブロック」の支持腕枠が接動面の接線とのなす角（アーム角）が、それ等に従って変化する様子を表わし、又「鼓車ブロック」を「跳ね上げ装置」によって、接動状態から離脱した時の位置関係（ａ）を示す右手側側面図である。The three different (b, c, d) driving wheel speeds when the “篭 -shaped variable diameter wheel” is moved to the front wheel of the bicycle and the support arm frame of the “wheel block” are connected. The angle (arm angle) formed with the tangent to the moving surface represents a change in accordance with them, and the positional relationship when the “drum block” is separated from the contacted state by the “bounce-up device” (a) FIG. （ａ）は「篭形可変径鼓車」が最大駆動径の時の平面図である。 （ｂ）は「篭形可変径鼓車」が最小駆動径の時の平面図で、接動した車輪のタイヤの断面を仮想線で表わしている。(A) is a top view when a "篭 -shaped variable diameter pulley" is a maximum drive diameter. (B) is a plan view when the “篭 -shaped variable diameter pulley” has the minimum driving diameter, and represents a cross section of the tire of the wheel in contact with an imaginary line. （ａ）は回転扉に応用する計画の平面配置図である。 （ｂ）は同中間駆動輪（応急ハンドル兼用）付近の約５分の１の側面図である。(A) is a plane arrangement plan of a plan applied to a revolving door. (B) is a side view of about 1/5 near the intermediate drive wheel (also used as an emergency handle).

符号の説明Explanation of symbols

▲１▼電動機▲２▼鼓車▲３▼プーリー▲４▼ベルト緊ローラー▲５▼ベルト▲６▼支点軸の軸受支柱▲７▼支点軸▲８▼鼓車軸▲９▼保持腕枠▲１０▼ボールベアリング▲１１▼電動機取り付け兼用台座▲１２▼車輪（タイヤ）▲１３▼三角形操作板▲１４▼把手▲１５▼釣合バネ▲１６▼引バネ▲１７▼自転車の前荷台の枠▲１８▼台座固定金具▲１９▼泥除けカバー▲２０▼発停スイッチ▲２１▼固定円板▲２２▼可動円板▲２３▼線素▲２４▼抜け止めカラー▲２５▼回転扉▲２６▼中間駆動輪（応急ハンドル兼用）▲２７▼中間駆動輪付きピニオンギア又はスプロケット▲２８▼回転扉の被駆動輪▲２９▼被駆動輪付きラック又はチエーン▲３０▼スラスト軸受  (1) Electric motor (2) Drum (3) Pulley (4) Belt tension roller (5) Belt (6) Support shaft of supporting shaft (7) Support shaft (8) Drum shaft (9) Holding arm frame (10) Ball bearing ▲ 11 ▼ Motor mount for electric motor use ▲ 12 ▼ Wheel (tire) ▲ 13 ▼ Triangle operation plate ▲ 14 ▼ Handle ▲ 15 ▼ Balance spring ▲ 16 Fixing bracket ▲ 19 Mudguard cover ▲ 20 ▼ Start / stop switch ▲ 21 ▼ Fixed disc ▲ 22 ▼ Moving disc ▲ 23 ▼ Linear ▲ 24 ▼ Retaining collar ▲ 25 ▼ Rotating door ▲ 26 ▼ Intermediate drive wheel (27) Pinion gear or sprocket with intermediate driving wheel (28) Driven wheel of rotary door (29) Rack or chain with driven wheel (30) Thrust bearing

「篭形可変径鼓車」は、「図３（ａ）」の様に軸に固定された円板▲２１▼と軸上を旋回摺動出来る円板▲２２▼の間に各円板の円周に沿ってピアノ線を加工した多数の「線素」▲２３▼を配し、各線素の一端を可動円板に繋留し、他端は固定円板を貫通させ、線素上に設けた「抜け止めカラー」▲２４▼によって固定円板に対する相対位置を保持する。
この様に構成した円筒篭形の鼓車は可動円板が軸の回りに捩られるに連れ、中央部に行くほど直径を減じて次第に深い鼓形を形成する。此の時、線素のスパンの長さが円板の直径に対して適当であれば、「図３（ｂ）」の様に当接すべき車輪のタイヤの断面形状に丁度良い形で当接するようになる。
軸の一端に設けたプーリーに電動機から回転力が与えられると、各線素には遠心力が発生し鼓車は円筒状に戻らうとする。此の時、鼓車の軸をベアリングを介して保持している保持腕枠に全線素の遠心力に等しい力で被駆動輪（以下単に車輪と呼ぶ。）の軸心に向け、バネなどにより、圧着力を加えると、車輪に回転力が伝導される。ここで重要なことは、もし、全線素の遠心力と、バネの圧着力が接動面上に於いてバランスしていれば、理論的には、圧着力が鼓車軸▲８▼の軸受▲１０▼迄達しないので鼓車の伝導機械効率は悪化 しない。これが本案の顕著な特徴である。As shown in FIG. 3 (a), the “篭 -shaped variable diameter pulley” has a disc ２１21 that is fixed to the shaft and a disc that can be slid on the shaft ２２22 ▼. A large number of “line elements” (23), which are processed piano wires along the circumference, are arranged, one end of each line element is anchored to a movable disk, and the other end passes through a fixed disk and is provided on the line element. In addition, the “relaxation collar” (24) holds the relative position with respect to the fixed disk.
The cylindrical saddle-shaped impeller configured in this manner gradually decreases in diameter toward the center as the movable disk is twisted around its axis, and gradually forms a deeper hourglass. At this time, if the length of the span of the wire element is appropriate for the diameter of the disk, the shape of the wheel tire to be contacted should be just as good as shown in FIG. 3 (b). Get in touch.
When a rotational force is applied from a motor to a pulley provided at one end of the shaft, a centrifugal force is generated in each wire element, and the impeller attempts to return to a cylindrical shape. At this time, the holding arm frame that holds the shaft of the pulley through the bearing is directed to the axis of the driven wheel (hereinafter simply referred to as the wheel) with a force equal to the centrifugal force of all the wire elements, by a spring or the like. When a crimping force is applied, a rotational force is transmitted to the wheel. What is important here is that if the centrifugal force of all the wire elements and the crimping force of the spring are balanced on the contact surface, theoretically, the crimping force is the bearing of the impeller shaft ( 8). Since it does not reach 10 ▼, the transmission mechanical efficiency of the impeller does not deteriorate . This is a prominent feature of this plan.

「図４」は回転扉の計画図である。電動機▲１▼から自転車の前輪タイヤ▲１２▼に相当する中間駆動輪▲２６▼までは「図１」と全く同じ構成となる。相違点は、据付け方法が、水平でなく垂直、中間駆動輪は軸に固定し、軸を延長し、回転扉付被駆動輪のラック又はチェーン▲２９▼に噛合うべき、ピニオンギア又はスプロケット▲２７▼を設ける。 電動機は、屋内設備用交流誘導電動機とし、スプロケットとチェーンにより「図４」（ｂ ）符号▲３▼に繋合させる。“FIG. 4” is a plan view of the revolving door. The structure from the electric motor (1) to the intermediate drive wheel (26) corresponding to the front tire (12) of the bicycle is exactly the same as that shown in FIG. The difference is that the installation method is not horizontal but vertical, the intermediate driving wheel is fixed to the shaft, the shaft is extended, and the rack or chain of the driven wheel with rotating doors 29 should be engaged with the pinion gear or sprocket ▲ 27 ▼ is provided. The electric motor is an AC induction motor for indoor equipment, and is connected to the symbol ( 3) in FIG. 4 (b ) by a sprocket and a chain .

▲１▼電動機 ▲２▼鼓車 ▲３▼プーリー ▲４▼ベルト締めローラー ▲５▼ベルト又はチェーン ▲６▼支点軸々受支柱 ▲７▼支点軸 ▲８▼鼓車軸 ▲９▼保持腕枠
▲１０▼ボールベアリング ▲１１▼電動機取付け兼用台座 ▲１２▼車輪（タイヤ）
▲１３▼三角形操作板 ▲１４▼把手 ▲１５▼釣合バネ ▲１６▼引バネ ▲１７▼自転車の荷台の枠 ▲１８▼台座固定金具 ▲１９▼泥除けカバー ▲２０▼発停スイッチ ▲２１▼固定円板 ▲２２▼可動円板 ▲２３▼線素 ▲２４▼抜止めカラー ▲２５▼回転扉 ▲２６▼中間駆動輪（応急ハンドル） ▲２７▼中間駆動輪付ピニオンギア又はスプロケット▲２８▼中間駆動輪のケーシング ▲２９▼回転扉の被駆動輪付ラッタ 又はチェーン ▲３０▼回転扉のスラスト軸受(1) Electric motor (2) Drum (3) Pulley (4) Belt tightening roller (5) Belt or chain (6) Support shaft and supporting column (7) Support shaft (8) Drum shaft (9) Holding arm frame (7) 10 ▼ Ball bearings ▲ 11 ▼ Motor mounting combined pedestal ▲ 12 ▼ Wheels (tires)
▲ 13 ▼ Triangle control plate ▲ 14 ▼ Handle ▲ 15 ▼ Balancing spring ▲ 16 ▼ Trip spring ▲ 17 ▼ Bicycle carrier frame ▲ 18 ▼ Base fixing bracket ▲ 19 ▼ Mud protection cover ▲ 20 ▼ Start / stop switch ▲ 21 ▼ Fix Disc ▲ 22 ▼ Moving disc ▲ 23 ▼ Line element ▲ 24 ▼ Retaining collar ▲ 25 ▼ Rotating door ▲ 26 ▼ Intermediate drive wheel (emergency handle) ▲ 27 ▼ Pinion gear or sprocket with intermediate drive wheel ▲ 28 ▼ Intermediate drive Ring casing (29) Rutter or chain with driven wheel for revolving door (30) Thrust bearing for revolving door

Claims (1)

「鼓車自動変速機」の出力側の鼓車と同様な「篭形可変径鼓車」を直接、被駆動輪のタイヤなどに圧接し、接動させる車輪駆動装置A wheel drive device that directly presses and drives the "wheel-shaped variable-diameter pulley", similar to the output-side drum of the "Drum Automatic Transmission", to the tire of the driven wheel.

Images