JP3640359B2 - 電動自転車 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、自転車の踏力を補助する動力補助装置を備えた電動自転車に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本出願人が生産、販売している電動自転車(動力補助自転車)は、特開平6−237535にも開示されているように、人間が足でペダルを踏む力とそのときの走行速度に基づいて、踏力に比例した補助動力を算出し、必要な電流をバッテリーからモータに供給して補助動力を発生させる。この補助動力を合力機構を介して踏力と合体させ所定の速度条件で踏力を補助する。合力機構は、遊星ローラ式減速機とワンウェイクラッチを介してモータからの補助動力を合力軸に伝達するとともに、ワンウェイクラッチと遊星ギヤ式増速機を介して踏力を合力軸に伝達することにより、踏力に対し補助動力を融合させ、この合力をスプロケットを介してチェーンにより後輪に伝達する。
【0003】
このような動力補助自転車は、前述の補助動力と人間の踏力とを合体させるための合力機構およびモータを一体的に組込んだ長体形状のパワーユニットをクランク軸に連結させて装着し、その電源となる通常直方体形状のバッテリーを2個備えている。
【0004】
この動力補助自転車においては、パワーユニットは、クランク軸部分と前輪上部のハンドルを支持するステム部分との間に斜めに延在するダウンチューブの下側にこのダウンチューブに沿うように、クランク軸から斜め前方に傾斜させて取付けられ、2個の直方体バッテリーはサドル下側のシートチューブと後輪との間に、傾斜したシートチューブに沿ってデザイン上横幅が狭くなる方向で上下に同じ方向に揃えて重ねて配置されていた。
【0005】
このような構造により、外観上の違和感を生ずることなく構成をコンパクトにするとともに機能性を高めることが図られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の動力補助自転車において、コンパクトな構成や機能性、安全性等は充分に図られているものの、使用者層や使用目的によっては、さらに構成をコンパクトにし質量の集中を図るとともにデザイン的に乗車感覚を高めることができる構造が要求されている。
【0007】
この発明は上記の点に鑑み、コンパクトな構成で機能性を高め、乗車感覚を優れたものにする電動自転車の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、この発明では、ハンドルを操向自在に支持する前側フレーム部と、サドル下側の中央フレーム部と、クランク軸近傍を覆う下部フレーム部とを一体成型したメインフレームを備え、前記クランク軸に結合された合力機構とこの合力機構に連結されたモータからなるパワーユニットおよびこのパワーユニットを駆動制御するためのコントローラを有し、前記サドル下側とクランク軸間のメインフレームの背面側に前記モータ用の2個の直方体形状のバッテリーを縦に重ねて収納した電動自転車であって、前記メインフレームは、内部に空間を有し外観を構成する外枠部材が強度を保つための剛性部材となるシェル構造からなり、前記パワーユニットを、前記サドル下側とクランク軸間のメインフレーム内に収納し、前記2個のバッテリーは、自転車の前後方向に関し、上側のバッテリーは長く、下側のバッテリーは短くなるように各直方体のバッテリーを配置して取付けたことを特徴とする電動自転車を提供する。
【0009】
好ましい実施例においては、前記コントローラを前記中央フレーム部内に収納したことを特徴としている。
【0010】
別の好ましい実施例においては、前記2個のバッテリーを覆うバッテリーカバーを、メインフレームに対し後面側から着脱可能に装着したことを特徴としている。
【0011】
【作用】
長体形状で重量の重いパワーユニットは、クランク軸とサドル下部との間のメインフレーム内にほぼ垂直な縦型配置で収納される。これにより、人間の荷重を受けるサドルの下側に重量の大きい質量体を集中させることができ、運転性および安定性のより一層の向上が図られる。また、2個のバッテリーの内、下側のバッテリーを前後方向に短くなるように直方体を配置して収納することにより、後輪をサドル下側のメインフレームに近づけることができコンパクトな構造が得られる。この場合、上側のバッテリーは、両側のサイドフレームの強度を保つために横幅を狭くする方向に配置して横幅方向に関しサイドフレームと干渉する位置から外すことが望ましい。
【0012】
【実施例】
図1はこの発明に係る動力補助自転車の側面図である。また、図2〜図8はそれぞれ、図1のA〜G方向からみた断面図である。各図において、FCはフレームセンターを示し、R、Lは車体の前方向(進行方向)に向かって右側および左側をそれぞれ示す。なお、図を分かりやすくするために、各図は縮尺および局部的な形状が異なっている部分がある。
【0013】
前輪1を保持するフロントフォーク2にハンドル3を支持するステム4が装着される。ステム4はメインフレーム5の前側フレーム部6によって操向自在に支持される。メインフレーム5は、この前側フレーム部6と、サドル7の下側の中央フレーム部8と、クランク軸9の周辺の下部フレーム部10と、さらに後輪11の両側に延在するサイドフレーム部12と、このサイドフレーム部12を補助する後部支持フレーム部13とを一体成型したものである。このメインフレーム5は、グラスファイバーあるいはその他の強化プラスチック材料を一体成型した樹脂成型体からなり、予め作成した発泡成型体からなるプリフォーム部材を局部的に内部に充填したものである。このようなメインフレーム5は、外観を構成する外枠の樹脂成型体自体が充分な強度を有する強度部材を兼ねたシェル構造として成型される部材である。なお、プリフォーム部材は、シェル構造の外枠を構成する樹脂成型体の成型時に外側からの成型圧力を受けこれに反力を与えて適正な形状を得るためにシェル内部に充填されるものである。このようなメインフレーム5は金属材料により構成してもよい。このようなシェル構造を用いることにより、フレーム外枠が強度部材として用いられるため、内部空間を各種部材の収納および保護スペースとして有効に利用することができコンパクトな構造が得られる。
【0014】
クランク軸9の下側で下部フレーム部10の下側にはアンダーカバー30が取付けられる。クランク軸9には、ペダル18が装着されるとともに、このペダルによる踏力を補助するための合力機構15および駆動力を付与するモータ14を一体的に組込んだパワーユニット16が装着される。合力機構15は、図示しない遊星ローラ式減速機とワンウェイクラッチを介してモータ14からの補助動力を図示しない合力軸に伝達するとともに、図示しないワンウェイクラッチと遊星ギヤ式増速機を介してペダル18からの踏力を合力軸に伝達する。これにより、後述のように、踏力の変化に対応した補助動力を融合させ、この合力を合力軸に結合されたスプロケットを介してチェーン24により多段変速ギヤ機構23が装着された後輪11に伝達する。このパワーユニット16は、合力機構15上にモータ14を連結した長体形状であって、下部フレーム部10と中央フレーム部8との間のメインフレーム5内に、ほぼ垂直方向の縦置き配置で収納される。図2は、このパワーユニット16を収納した下部フレーム部10のA断面を示している。32はプリフォーム部材を示す。
【0015】
パワーユニット16は、周囲を下部フレーム部10のシェル構造により保護されるとともに、下側をプロテクター39により保護される。したがって、アンダーカバー30にはパワーユニット16を保護するまでの大きな強度は要求されない。
【0016】
このようなパワーユニット16を装着する場合、図4のC断面に示すように、パワーユニット16の下部に設けたボス19にブラケット20を取付け、このブラケット20を図示しない複数のビスによりシェル構造のメインフレーム側に固定し(図1)、さらに図3のB断面に示すように、パワーユニット16の中間部に設けたボス21にブラケット22を取付け、このブラケット22を図示しない複数のビスにより同様にシェル構造のメインフレーム側に固定したものである(図1)。このようなブラケット20、22は別部材とせずに一体部材として構成してもよい。なお、図3のB断面において、メインフレームを構成する下部フレーム部材10は、スプロケット31(図2参照)をよけるために、フレームセンターFCより右側部分の幅が狭くなっている(図8のG断面参照)。
【0017】
パワーユニット16の駆動制御を行うためのコントローラ25が、サドル7の下側の中央フレーム部8内に、シートポスト17の高さ位置調整のための可動範囲を避けて収納される。このコントローラ25は、例えば踏力を伝達する遊星ギヤ機構のサンギヤの反力から検出した踏力と、ペダル軸のリングギヤの回転から検出した走行速度とに基づいて、負荷に応じた補助動力を算出する演算回路およびこの算出値に基づいてモータ14を駆動制御する制御回路等を内蔵するものである。図6はこのコントローラ25を収納した部分の中央フレーム部8のE断面を示す。32はプリフォーム材であり、35は冷却用のフィンを示す。この中央フレーム部8の下側には蓋40が設けられる。この蓋40は、例えばその下端部を下部フレーム10側に係止させ、上側部分をビス(図示しない)により中央フレーム部8の下面側に固定する。このような蓋40を設けることにより、外観をシンプルに保つことができるとともに、コントローラの保守点検や交換等のメンテナンスが容易に行われる。
【0018】
サドル7の下側とクランク軸9部分の間の中央フレーム部8と下部フレーム部10にわたるメインフレームの背面側に、幾分傾斜したメインフレームに沿って2個の直方体形状のバッテリー28a,28bが上下に重ねた状態で収納される。上側のバッテリー28aは、前後方向に長く、即ち横幅が狭くなるような方向に配置され、下側のバッテリー28bは、前後方向に短く、即ち横幅が広くなるような方向に配置される。このバッテリー収納部のF断面を図7に示す。上下のバッテリー28a,28b間には、内部にプリフォーム部材32が充填された両側のサイドフレーム12同士を連結する横断フレーム12aが介入している。上側のバッテリー28aは、横断フレーム12a上に載置されるとともにラバースペーサ33を介して帯状のバッテリーホルダー34によりメインフレームの背面に固定される。下側のバッテリー28bは、メインフレームに固定されたアンダーブラケット36上に搭載され、図示しないホルダーによりメインフレームの背面に固定される。上下のバッテリーホルダーを共用して同時に両バッテリー28a,28bを固定するように構成してもよい。このようなバッテリーホルダー34の形状や配置は縦および横方向に任意に取付けることができ、メインフレームに対する固定方法もネジ止めその他適当な手段を用いることができる。
【0019】
なお、下側のバッテリー28bは横に長く配置しても、ペダル18の回転動作には支障がなく且つ搭乗者の脚の動きにも干渉せず乗った場合の違和感が生じない長さである。一方、上側のバッテリー28aは、両側の各サイドフレーム12の横幅Wをある程度以上に保って強度を高めるために横方向の幅を狭く配置することが望ましい。この場合、下側のバッテリー28bと干渉する部分の各サイドフレーム12は、図7に示すように、切欠かれて上側より横幅wが狭くなっているが干渉部分は小面積であるため強度的に問題はない。なお、このようなサイドフレーム12の横幅wが狭くなることを避けるために、下側のバッテリー28bをサイドフレーム12と干渉しない位置まで下げて取付けてもよい。
【0020】
バッテリー28a,28bをメインフレーム背面に固定した後、両バッテリーはそれぞれカバー26、27で覆われる。これらのカバー26、27は嵌め込み式あるいはネジ止め式等の適当な手段でメインフレームに対し後面(背面)側から着脱可能に固定される。上側のカバー26の下縁部は下側のカバー27の上縁部に対し雨水等の内部侵入を避けるため背面上側から重なるように取付けられる。前述のように、下側のバッテリー28bは前後方向に薄くなるように配置されているため、下側のカバー27は上側のカバー26よりもその中央部分が幾分前側に引込んだ配置構成とすることができる。即ち、図5に示すように、下側のカバー27の背面中央部(図の右側のFC上)はカバー27の内面側に引込んだ形状となっている。これにより、後輪11を前方のクランク軸9側に寄せることができるため、後輪を踏力および補助動力からの駆動源に対し接近させてコンパクトで機能性の高い構造が達成される。
【0021】
上側のカバー26の上部にはコネクタ収納部29が形成され、内部にバッテリーチャージ用のコネクタ38が収納される。このコネクタ収納部29のカバー後面側にはスプリング(図示しない)により弾発的に開閉する蓋が設けられ、蓋を開いた状態で内部のコネクタの差込み端子(図示しない)に例えば家庭用100V電源からの充電用コード端子を差込んでバッテリーの充電が行われる。なお、この蓋の外面(後面)には、夜間の被視認性を高めるためのリフレクタが設けられている。
【0022】
自転車の組立時には、上下のバッテリー用のカバー26、27を装着した後、その後側から後輪11を取付ける。このようなバッテリーの構成配置により、バッテリーの盗難防止機能が達成される。
【0023】
なお、上記実施例では、人間の踏力を検出してこれに基づいてモータによる補助動力を算出しこれを合力軸を介して後輪側に伝達する構成としたが、このような構成に代えて、踏力とは別個にグリップ操作やスイッチ操作等によりモータの駆動力を随時合力軸に付与できる構成としてもよい。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明においては、補助動力を付与するパワーユニットをほぼ垂直に立てて配置しクランク軸とサドル下部との間のシェル構造のメインフレーム内に収納しているため、重量物をサドルの下側に集中させることができ、コンパクトな構成とともに安定した機能性の高い自転車構造が得られる。またこのような機能性の向上とともに、外観上の要求が満たされ、運転感覚の向上が図られる。さらに、2個のバッテリーを縦に重ね下側のバッテリーを前後方向に薄くなるように配置しているため、後輪をクランク軸側に近づけてさらに構造のコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例に係る動力補助自転車の外観側面図である。
【図2】 図1のA方向からみた部分断面図である。
【図3】 図1のB方向からみた部分断面図である。
【図4】 図1のC方向からみた部分断面図である。
【図5】 図1のD方向からみた部分断面図である。
【図6】 図1のE方向からみた部分断面図である。
【図7】 図1のF方向からみた部分断面図である。
【図8】 図1のG方向からみた部分断面図である。
【符号の説明】
3:ハンドルグリップ
4:ステム
5:メインフレーム
6:前側フレーム部
7:サドル
8:中央フレーム部
9:クランク軸
10:下部フレーム部
11:後輪
12:サイドフレーム部
14:モータ
15:合力機構
16:パワーユニット
26,27:バッテリーカバー
28a,28b:バッテリー
30:アンダーカバー
Claims (5)
- ハンドルを操向自在に支持し後方へ延在する前側フレーム部と、
サドル下側の中央フレーム部と、
クランク軸近傍を覆う下部フレーム部とを一体成形したメインフレームとを備え、
モータと、このモータから出力される補助動力と前記クランク軸に加わる踏力とを合体させる合力機構とからなるパワーユニット及びこのパワーユニットを駆動制御するためのコントローラを有し、
前記サドル下側とクランク軸間に縦方向に延在するメインフレームの背面側に前記モータ用のバッテリーを配置した電動自転車であって、
前記メインフレームは、発泡成型体からなるプリフォーム部材を局部的に内部に充填した空間を有し外観を構成する外枠部材が強度を保つための樹脂成型体で構成した剛性部材となるシェル構造からなり、
前記縦方向に延在するメインフレーム内に前記パワーユニットの少なくとも一部を収容し、
前記バッテリーは縦長とし、前記縦方向に延在するメインフレームの背面に沿わせて該背面に固定したことを特徴とする電動自転車。 - 前記パワーユニットは、前記合力機構上に前記モータを連結した長体形状であって、前記縦方向に延在するメインフレーム内にほぼ垂直方向の縦置き配置で収納されたことを特徴とする請求項1に記載の電動自転車。
- 前記コントローラを前記中央フレーム部内に収納したことを特徴とする請求項1に記載の電動自転車。
- 前記バッテリーは2個の直方体形状のものを、縦に重ねて配置し、自転車の前後方向に関し、上側のバッテリーは長く、下側のバッテリーは短くなるように各直方体のバッテリーを配置して取付けたことを特徴とする請求項1に記載の電動自転車。
- 前記2個のバッテリーを覆うバッテリーカバーをメインフレームに対し後面側から着脱可能に装着したことを特徴とする請求項4に記載の電動自転車。
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