JP3818462B2 - 電動補助自転車 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗員の踏力と該踏力に応じた補助動力との合成力によって走行する電動補助自転車に関する。
【0002】
【従来の技術】
乗員による踏力を電動モータによる補助動力によって補う電動補助自転車が提案され、既に実用に供されているが、この電動補助自転車には、乗員の踏力を検出してその大きさに応じた補助動力を発生するパワーユニットが設けられる。
【0003】
ところで、斯かる電動補助自転車における電動モータの出力制御方式としては、例えば車速や踏力が設定値以上になると電動モータを駆動(ON)し、設定値以下になると電動モータを停止(OFF)するON・OFF制御方式、電動モータの出力(補助動力)を踏力に比例して連続制御する方式等が知られている。
【0004】
ところが、上記ON・OFF制御方式ではON/OFF切換時に大きな衝撃が発生するという問題があり、又、前記連続制御方式ではモータ電流を連続的に制御するためのトランジスタやサイリスタ等の高価な半導体素子が必要となる他、構造が複雑化するという問題がある。
【0005】
そこで、共通のモータ軸上に設けた複数の回転子を共通の固定子内で同一方向に回転可能に構成して成る直流電動モータを設け、前記複数の回転子による直並列接続の組合せを切り換えることによって前記直流電動モータの出力を制御するようにした電動補助自転車が提案されている(特開平5−310176号公報参照)。
【0006】
而して、上記提案に係る電動補助自転車での制御方式によれば、踏力に応じてモータ出力(補助動力)を増減させても、電動モータの起動・停止(ON・OFF)に伴う衝撃を簡単な構成で小さく抑えることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記電動補助自転車においては、複数の電動モータを同一軸上に配置する構成が採用されているため、電動モータ間に特性差を設けることができず、設置スペース的に電動モータ数に制限を受ける他、単一方向に長くなるために電動モータの取付構造が限定されるとともに、取付構造に高い強度と剛性が要求されるために補助動力系が大型化及び高重量化するという問題があった。
【0008】
本発明は上記問題に鑑みてなされてもので、その目的とする処は、補助動力系の小型・軽量化と電動モータの取付構造の自由度の拡大を図ることができるとともに、要求性能に応じた出力特性を得ることができる電動補助自転車を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、クランク軸に入力される踏力を合力軸に伝達する人力駆動系と、電動モータによる補助動力をギヤ機構を経て前記合力軸に伝達する補助動力系を併設して成る電動補助自転車において、前記合力軸をクランク軸と同軸的に配置し、出力軸が前記クランク軸と直交する複数の電動モータをクランク軸を中心として側面視V形を成して放射状に配置するとともに、前記各出力軸の端部のベベルギヤを、合力軸に設けた共通のベベルギヤに一側から噛合させて、前記複数の電動モータを平面視でクランク軸の車幅方向ほぼ中間位置を通る平面上に配置し、補助動力と踏力との合力を前記合力軸からチェーンを介して後輪へ伝達するよう構成したことを特徴とする。
【0010】
又、請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記電動モータを2つ設け、一方の電動モータを略水平に前傾して配置し、他方の電動モータを略垂直に立設したことを特徴とする。更に、請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記各電動モータの仕様を互いに異ならせたことを特徴とする
【0011】
従って、本発明によれば、複数の電動モータからの補助動力を共通のベベルギヤを経て合力軸に伝達するようにしたため、部品の重複を避けることができるとともに、共通のベベルギヤにおける1箇所当たりの伝達力を下げて部品の小型化を図ることができる。
【0012】
又、複数の電動モータが同一軸上に配置されないため、各電動モータの仕様を他の電動モータの性能や形状に影響されることなく自由に決定することができ、要求性能に応じた出力特性を得ることができる。
【0013】
更に、複数の電動モータが単一方向に配置されないため、補助動力系が単一方向に長くなることがなく、該補助動力系の小型化と軽量化が図られるとともに、各電動モータの取付構造の自由度が拡大する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0015】
<実施の形態1>
図1は本発明の実施の形態1に係る電動補助自転車の側面図、図2は同電動補助自転車のパワーユニットの側面図、図3は図2のA−A線断面図である。
【0016】
先ず、図1に基づいて電動補助自転車1の概略構成を説明する。
【0017】
図1において、2は側面視において略平行四辺形を成す車体フレームであって、この車体フレーム2の車体前方に位置するヘッドパイプ3内にはハンドルステム4が回動自在に挿通している。そして、このハンドルステム4の端部にはハンドル5が結着され、同ハンドルステム4の下端にはフロントフォーク6が結着されており、該フロントフォーク6の下端には前輪7が前車軸8によって回転自在に軸支されている。
【0018】
又、前記ヘッドパイプ3からはメインパイプ9が車体後方に向かって略水平に延出するとともに、ダウンチューブ10が車体後方に向かって斜め下方に延出しており、ダウンチューブ10の下端からはシートチューブ11が車体後方に向かって斜め上方に立設されている。そして、このシートチューブ11の上端部にはシートポスト12を介してサドル13が高さ調整可能に支持されている。
【0019】
ところで、車体の略中央下部であって、前記ダウンチューブ10とシートチューブ11との結合部分にはパワーユニット30が懸架されている。このパワーユニット30は、乗員の踏力による人力駆動系と2つの電動モータ31,32による補助動力系を併設して構成され、これにはクランク軸14が回転自在に支承されており、該クランク軸14の左右両端にはクランク15が取り付けられ、各クランク15の端部にはペダル16が軸支されている。
【0020】
又、上記パワーユニット30の近くの前記ダウンチューブ10上にはコントローラ17が設置されており、パワーユニット30の上方の前記シートチューブ11の上部前側にはバッテリボックス18が着脱自在に取り付けられている。尚、バッテリボックス18内には、シュリンクパックされた複数のDセル(単1電池)で構成される不図示のバッテリが収納されている。
【0021】
他方、パワーユニット30からは左右一対のチェーンステー19が車体後方に向かって延設されており、該チェーンステー19の後端部は前記メインパイプ9の後端から車体後方に向かって斜め下方に延出する左右一対のシートステー20の下端部に連結されている。そして、チェーンステー19とシートステー20との連結部には後輪21が後車軸22によって回転自在に軸支されており、後車軸22には小径のホイールスプロケット23が不図示のワンウェイクラッチを介して回転可能に支持されている。
【0022】
ここで、前記パワーユニット30の構成の詳細を図2及び図3に基づいて説明する。
【0023】
図3に示すように、パワーユニット30のケース33には前記クランク軸14が軸受34,35によって回転自在に支持されており、該クランク軸14には遊星ギヤ機構36と中空状の合力軸37が設けられている。合力軸37はケース33によって回転自在に支承され、該合力軸37内には軸受38によってクランク軸14が回転自在に支承されており、合力軸37の内端部外周には前記遊星ギヤ機構36の一部を構成するドラム状のリングギヤ39とベベルギヤ40が結着され、同合力軸37のケース33外へ突出する外端部外周にはドライブスプロケット24が結着されている。そして、図1に示すように、ドライブスプロケット24と前記ホイールスプロケット23及びテンションローラ25との間には無端状のチェーン26が巻装されている。
【0024】
ところで、前記遊星ギヤ機構36は、クランク軸14上に結着されたサンギヤ41と、同クランク軸14上にワンウェイクラッチ42を介して支持されたリング状のキャリア43と、該キャリア43に軸44によって回転自在に支持された複数(本実施の形態では、3つ)の遊星ギヤ45及び前記リングギヤ39で構成されており、各遊星ギヤ45はサンギヤ41とリングギヤ39の間に位置して両者に噛合している。尚、本実施の形態においては、リングギヤ39とベベルギヤ40とは複数本のリベット46によって結合一体化されている。
【0025】
而して、本実施の形態においては、図2に示すように、パワーユニット30には2つの電動モータ31,32がクランク軸14を中心として側面視V形を成して放射状に配置されており、各電動モータ31,32の出力軸(モータ軸)31a,32aはクランク軸14に直交する方向に径方向内方に向かって延出している。そして、各電動モータ31,32の出力軸31a,32aの端部には小径のベベルギヤ47,48が結着されており、両ベベルギヤ47,48は共に前記ベベルギヤ40に噛合している。尚、本実施の形態においては、一方(前側)の電動モータ31は略水平に前傾して配置され、他方(後側)の電動モータ32は略垂直に立設するよう配置されている。
【0026】
次に、電動補助自転車1の作用を説明する。
【0027】
乗員が左右のペダル16を踏んでクランク軸14を回転駆動すると、該クランク軸14の回転は遊星ギヤ機構36によって増速されて合力軸37に伝達されるが、本実施の形態では、遊星ギヤ機構36のキャリア43が固定されている(厳密には、不図示の反力受部のスプリングが反力によって圧縮変形する量に見合う角度だけ回動する)ため、乗員の踏力はサンギヤ41及び遊星ギヤ45を経てリングギヤ39から出力されて合力軸37に伝達される。
【0028】
上述のように踏力が遊星ギヤ機構36を経て合力軸37に伝達される過程において、遊星ギヤ45はリングギヤ39との噛合によって反力を受けるが、この反力は不図示の反力受部に伝達され、該反力受部のスプリングによって受けられるため、スプリングは反力によって圧縮変形し、従って、キャリア43はスプリングの圧縮変形量に見合う角度だけクランク軸14を中心として回動する。
【0029】
而して、遊星ギヤ45に作用する反力は乗員の踏力の大きさに比例し、スプリングの圧縮変形量は反力の大きさに比例するため、キャリア43の回動角は踏力の大きさに比例する。従って、キャリア43の回動角を検出することによって踏力を検出することができ、このキャリア43の回動角は不図示の検出手段によって検出され、その検出信号は前記コントローラ17(図1参照)に対して出力される。すると、コントローラ17は検出手段からの検出信号に基づいて踏力を求め、求められた踏力の大きさに応じた補助動力を発生させるよう2つの電動モータ31,32をそれぞれ制御する。尚、コントローラ17と電動モータ31,32は、前記バッテリボックス18(図1参照)内に収納された不図示のバッテリから電力の供給を受けて作動する。
【0030】
而して、各電動モータ31,32の出力軸31a,32aの回転はベベルギヤ47,48を経て共通のベベルギヤ40に入力されて合力軸37に伝達され、従って、各電動モータ31,32にて発生する補助動力は以上の経路を経て合力軸37に伝達される。
【0031】
以上の結果、合力軸37は乗員の踏力と補助動力によって回転駆動され、その回転はドライブスプロケット24、チェーン26、ホイールスプロケット23及び後車軸22を経て後輪21に伝達されるため、該後輪21が乗員の踏力と補助動力の双方によって回転駆動されて当該電動補助自転車1が走行せしめられ、こ結果、乗員の走行に要する肉体的負担が軽減される。
【0032】
以上において、本実施の形態によれば、各電動モータ31,32からの補助動力を共通のベベルギヤ40を経て合力軸37に伝達するようにしたため、部品の重複を避けることができるとともに、共通のベベルギヤ40における1箇所当たりの伝達力を下げて部品の小型化を図ることができる。
【0033】
又、2つの電動モータ31,32はクランク軸14を中心として放射状に配置され、少なくとも同一軸上には配置されないため、各電動モータ31(32)の仕様を他の電動モータ32(31)の性能や形状に影響されることなく自由に決定することができ、要求性能に応じた出力特性を得ることができる。例えば、一方の電動モータ31に高トルク・低回転型モータを用い、他方の電動モータ32に低トルク・高回転型モータを使用し、両電動モータ31,32の出力比率を最適に制御することによって発進時や登坂時に高トルクを得るようにし、平坦路での一般走行時には高速度を得るようにすることができる。
【0034】
更に、本実施の形態によれば、両電動モータ31,32が単一方向に配置されないため、補助動力系が単一方向に長くなることがなく、該補助動力系の小型化と軽量化が図られるとともに、各電動モータ31,32の取付構造の自由度が拡大する。
【0035】
<実施の形態2>
次に、本発明の実施の形態2を図4に基づいて説明する。尚、図4は本発明の実施の形態2に係る電動補助自転車の側面図であり、本図においては図1に示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【0036】
本実施の形態に係る電動補助自転車1においても、パワーユニット30には2つの電動モータ31,32がクランク軸14を中心として側面視V形を成して放射状に配置されているが、本実施の形態においては、後側の電動モータ32がシートチューブ11に沿って配置されており、その周囲がカバー50によって覆われている。尚、他の構成は実施の形態1に示した電動補助自転車1のそれと同一である。
【0037】
従って、本実施の形態においても、実施の形態1と同様の効果が得られる。
【0038】
尚、以上の実施の形態1,2では、2つの電動モータをクランク軸を中心として放射状に配置したが、3つ以上の電動モータを同様に配置しても良い。
【0039】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、クランク軸に入力される踏力を合力軸に伝達する人力駆動系と、電動モータによる補助動力をギヤ機構を経て前記合力軸に伝達する補助動力系を併設して成る電動補助自転車において、
前記合力軸をクランク軸と同軸的に配置し、出力軸が前記クランク軸と直交する複数の電動モータをクランク軸を中心として側面視V形を成して放射状に配置するとともに、前記各出力軸の端部のベベルギヤを、合力軸に設けた共通のベベルギヤに一側から噛合させて、前記複数の電動モータを平面視でクランク軸の車幅方向ほぼ中間位置を通る平面上に配置し、補助動力と踏力との合力を前記合力軸からチェーンを介して後輪へ伝達するよう構成したため、補助動力系の小型・軽量化と電動モータの取付構造の自由度の拡大を図ることができるとともに、要求性能に応じた出力特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る電動補助自転車の側面図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る電動補助自転車のパワーユニットの側面図である。
【図3】図2のA−A線断面図である。
【図4】本発明の実施の形態2に係る電動補助自転車の側面図である。
【符号の説明】
1 電動補助自転車
14 クランク軸
30 パワーユニット
31,32 電動モータ
31a,32a 出力軸
37 合力軸
40 ベベルギヤ(共通のギヤ)
Claims (3)
- クランク軸に入力される踏力を合力軸に伝達する人力駆動系と、電動モータによる補助動力をギヤ機構を経て前記合力軸に伝達する補助動力系を併設して成る電動補助自転車において、
前記合力軸をクランク軸と同軸的に配置し、出力軸が前記クランク軸と直交する複数の電動モータをクランク軸を中心として側面視V形を成して放射状に配置するとともに、前記各出力軸の端部のベベルギヤを、合力軸に設けた共通のベベルギヤに一側から噛合させて、前記複数の電動モータを平面視でクランク軸の車幅方向ほぼ中間位置を通る平面上に配置し、補助動力と踏力との合力を前記合力軸からチェーンを介して後輪へ伝達するよう構成したことを特徴とする電動補助自転車。 - 前記電動モータを2つ設け、一方の電動モータを略水平に前傾して配置し、他方の電動モータを略垂直に立設したことを特徴とする請求項1記載電動補助自転車。
- 前記各電動モータの仕様を互いに異ならせたことを特徴とする請求項1又は2記載の電動補助自転車。
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