JP2002068071A - 電動補助自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低重心化およびマスの集中化を可能にし、さ
らには跨ぎ易さを向上させた電動補助自転車を提供す
る。 【解決手段】 クランク軸２０１に入力される踏力に応
答した補助動力を前記踏力と合成して出力する電動補助
ユニット１と、電動補助ユニット１が後方下部に連結さ
れるフロントフレーム２と、電動補助ユニット１が前方
下部に連結されるリアフレーム３と、電動補助ユニット
１上に搭載される少なくとも一つのバッテリ８とを含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車のペダルに
加えられる踏力を検知して補助動力を発生する電動補助
ユニットを備えた電動補助自転車に係り、特に、低重心
化およびマスの集中化と共に、跨ぎ易さを向上させた電
動補助自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動補助自転車では、補助動力を発生す
る電動補助ユニット、およびその電力源であるバッテリ
を車体フレームに搭載する必要がある。従来の電動補助
自転車では、例えば特開平１０−１２９５７１号公報に
開示されているように、電動補助ユニットがフレームの
下方に連結され、バッテリはシートポストの上方後部に
搭載され、電動補助ユニットとバッテリとは外部配線で
接続されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電動補助自転車は、電
動補助ユニットやバッテリなどの重量物を搭載する必要
があるため、通常の自転車に比べて車重が重くなる。し
たがって、低重心化およびマスの集中化による安定性お
よび操作性の向上が要求される。

【０００４】しかしながら、上記した従来技術では、重
量の大きなバッテリがシートポストの上方後部に搭載さ
れていたため、重心位置が高くなるという問題があっ
た。さらに、重量の大きな電動補助ユニットとバッテリ
とが離間配置されるので、重量物が分散配置されてしま
うという問題があった。

【０００５】本発明の目的は、上記した従来技術の課題
を解決し、低重心化およびマスの集中化を可能にし、さ
らには跨ぎ易さを向上させた電動補助自転車を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、クランク軸に入力される踏力に応答
した補助動力を前記踏力と合成して出力する電動補助ユ
ニットと、前記電動補助ユニットが後方下部に連結され
るフロントフレームと、前記電動補助ユニットが前方下
部に連結されるリアフレームと、前記電動補助ユニット
上に搭載された少なくとも一つのバッテリとを含むこと
を特徴とする。

【０００７】上記した特徴によれば、フロントフレー
ム、電動補助ユニットおよびフロントフレームが車体フ
レームを構成し、重量物である電動補助ユニットが車体
フレームの中央下部に配置され、さらには、もう一つの
重量物であるバッテリは電動補助ユニット上に搭載され
る。したがって、重量物を車体中央の下部に集中配置す
ることができ、車体の低重心化、マスの集中化および跨
ぎ易さの向上が可能になる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図１は、本発明を適用した電動補助自転
車の側面図であり、図２は、その電動補助ユニット１近
傍の拡大側面図であり、図３は、車体フレーム構造を示
した組み立て図である。なお、図２、３では図面を見易
くするために、図１のチェーンカバー４２等は、その図
示を省略している。

【０００９】本発明の電動補助自転車に適用される車体
フレームは、電動補助ユニット１と、電動補助ユニット
１が後方下部に連結されるフロントフレーム２と、電動
補助ユニット１が前方下部に連結されるリアフレーム３
とから構成される。

【００１０】フロントフレーム２は、図１に示したよう
に、車体前方に位置するヘッドパイプ２１と、ヘッドパ
イプ２１から後下りに延びるダウンパイプ２２とを備え
る。前記ヘッドパイプ２１の上部には操向ハンドル４が
回動自在に挿通され、下部には前記操向ハンドル４によ
り操舵されるフロントフォーク５が操向可能に支承され
ている。

【００１１】フロントフォーク５の終端には前輪ＷＦが
回転自在に軸支されている。前記電動補助ユニット１の
電源スイッチ２３はダウンパイプ２２上のヘッドパイプ
２１の近傍に設けられている。なお、電源スイッチ２３
はハンドル２７上に設けても良い。

【００１２】リアフレーム３は、シートポスト３１と、
左右一対のチェーンステイ３４と、シートポスト３１の
上部および両チェーンステイ３４の終端間に接合される
左右一対のシートステイ３３とを備える。シートポスト
３１には、上端にシート６を備えるシートパイプ７が、
シート６の上下位置を調整可能とすべく、シートポスト
３１内で摺動可能に装着されている。

【００１３】前記フロントフレーム２の後方下部では、
図２，３に示したように、ダウンパイプ２２の終端部に
板金製の連結部材２２ａが溶接固定されており、電動補
助ユニット１とフロントフレーム２とは当該連結部材２
２ａにおいて、２つのボルト４４によりネジ止め固定さ
れている。

【００１４】前記リアフレーム３の前方下部では、シー
トポスト３１の下端部およびチェーンステイ３４の前端
部に板金製の連結部材３１ａが溶接固定されており、電
動補助ユニット１とリアフレーム３とは当該連結部材３
１ａにおいて、２つのボルト４５によりネジ止め固定さ
れている。

【００１５】電動補助ユニット１の上部には、バッテリ
８を収納するバッテリ収納ケース１１が一体的に取り付
けられている。電動補助ユニット１の内部からバッテリ
収納ケース１１の底部には、後述する正負接点８５１が
貫通し、その表面が露出している。バッテリ８は略直方
体のバッテリケースに収容された複数のバッテリセルを
含み、シートポスト３１の前面に沿って起立姿勢で収容
される。

【００１６】本実施形態では、フロントフレーム２のダ
ウンパイプ２２とリアフレーム３のシートポスト３１お
よびチェーンステイ３４とが電動補助ユニット１を介し
て連結されるので、電動補助ユニット１を低位置に配置
でき、低重心化およびマスの集中化が可能となるのみな
らず、フレームの高さを低く抑えられるので“跨ぎ易
さ”が向上する。

【００１７】前記電動補助ユニット１は前記バッテリ８
によって給電され、その出力軸およびチェーン９を介し
て後輪ＷＲのホイールスプロケット１４へ駆動力を伝達
する。前記電動補助ユニット１の全部およびチェーン９
の一部はチェーンカバー４２で覆われている。

【００１８】バッテリ８の長手方向の端部（図１では上
端）には、図４に示したように、ハンドル８６が車体後
側に寄せて（回転軸８６ａは車体前側）設けられてい
る。前記ハンドル８６は回動自在に取付けられ、常時は
バッテリ８へ押し当てられている。前記ハンドル８６が
設けられたバッテリ８の上面には充電残量計８８が設け
られ、押しボタン８７を押すと充電残量が表示される。

【００１９】図５は、バッテリ収容ケース１１の底部内
側を上部から見込んだ図であり、バッテリの搭載面には
接点ホルダ８６０が形成され、接点ホルダ８６０内では
一対の正負接点８５１ａ，８５１ｂが露出すると共に、
電動補助ユニット１内の制御回路から入出力されるスイ
ッチング信号、センサ信号等の制御系信号を伝達するた
めのグロメット８５２が形成されている。バッテリ８の
底面には、バッテリ収容ケース１１への収容時に前記各
電極８５１ａ，８５１ｂと接触して電気的に接続される
接点、および前記グロメット８５２と接続されるソケッ
ト（図示せず）が設けられている。

【００２０】図６は、前記電動補助ユニット１の部分透
過側面図、図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った歯車列を示
した断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等
部分を表している。

【００２１】図７において、電動補助ユニット１のケー
スはアルミ製であり、左ケース１０Ｌの左半体（左ケー
ス）１０Ｌおよび右半体（右ケース）１０Ｒを複数のボ
ルト（図示せず）で結合して構成される。

【００２２】踏力が入力されるクランク軸２０１は踏力
検知機構を具備し、その一端が左ケース１０Ｌに対して
ベアリング２８１により回転自在に軸支されている。ク
ランク軸２０１の他端の外周部には第１ドライブギア２
０２がニードルベアリング２９１、２９２を介して遊貫
され、当該第１ドライブギア２０２はベアリング２８２
により右ケース１０Ｒに対して回転自在に軸支されてい
る。右ケース１０Ｒから露出した第１ドライブギア２０
２の外周部にはペダルスプロケット２００がスプライン
結合され、ナット７８２により締め付けられている。

【００２３】前記クランク軸２０１の略中央部には、ワ
ンウエイクラッチ２６１を介して第２ドライブギア２０
３が装着され、前記第１および第２ドライブギア２０
２，２０３同士は、その円周方向に弾性力を発揮するコ
イルスプリング２０４を介して相対回転可能に連結され
ている。前記第２ドライブギア２０３の外周小径部に
は、円周方向に沿って溝が形成されたスライダ２０５が
スプライン結合により軸方向へ摺動自在に装着され、前
記溝の深さは円周方向に沿って連続的に変化している。
前記第１ドライブギア２０２の大径部には係合ピン２７
１が固定され、当該係合ピン２７１は前記スライダ２０
５の溝２０５ａに係合している。

【００２４】前記クランク軸２０１の後方では、第１ア
イドル軸２１０がベアリング２８４，２８５によって軸
支され、その外周に形成されたギア歯２６２が前記クラ
ンク軸２０１の第１ドライブギア２０２と歯合してい
る。第１アイドル軸２１０にはさらに、ワンウエイラチ
ェット２６３を介してギア２６４が連結されている。

【００２５】前記第１アイドル軸２１０の後方では、第
２アイドル軸２２０がベアリング２８６，２８７によっ
て軸支され、その外周に形成されたギア歯２６５が前記
第１アイドル軸２１０のギア２６４と歯合している。前
記第２アイドル軸２２０の一端には樹脂ギア２６６が連
結されており、この樹脂ギアの採用によりギア音を抑制
できる。樹脂ギア２６６の車体左側には、樹脂カバー１
０Ａが左ケース１０Ｌにボルト７８３により締結されて
おり、防音効果をさらに高めている。

【００２６】前記第２アイドル軸２２０の後方では、電
動モータＭの回転軸２３０が、ベアリング２８８，２８
９によって回転自在に軸支されている。回転軸２３０に
はロータ２３１が固定され、ロータ２３１の周囲にはス
テータ２３２が設けられている。回転軸２３０の一端に
はギア歯２６７が形成され、当該ギア歯２６７は前記第
２アイドル軸２２０の樹脂ギア２６６と歯合している。
モータハウジング１０ＭはＯリング１０Ｓを介して左ケ
ース１０Ｌに締結されている。

【００２７】以上のような構成において、人力としての
踏力はクランク軸２０１に入力され、ワンウエイクラッ
チ２６１を介して第２ドライブギア２０３を同期回転さ
せると共に、スプリング２０４を介して第１ドライブギ
ア２０２へ伝達される。

【００２８】一方、電動モータＭの回転トルク（補助動
力）は、ギア歯２６７、樹脂ギア２６６、第２アイドル
２２０およびワンウエイラチェット２６３を介して第１
アイドル軸２１０へ伝達され、さらにはギア歯２６２を
介して第１ドライブギア２０２へ伝達される。第１ドラ
イブギア２０２へ伝達された踏力および補助動力の合力
は、ペダルスプロケット２００およびチェーン９を介し
て後輪ＷＲへ伝達される。

【００２９】このとき、クランク軸２０１に入力される
踏力に応じて前記スプリング２０４が円周方向に圧縮さ
れ、各ドライブギア２０２，２０３が相対的に回転して
両者の間に位相差が生じる。この結果、前記係合ピン２
７１がスライダ２０５の溝２０５ａ内を回動し、回動量
に応じて変化した溝の深さ分だけスライダ２０５がバネ
２６０の弾発力に抗してクランク軸２０１上を摺動す
る。

【００３０】スライダ２０５の軸方向の摺動量は、ピン
１５３により軸支された位検知レバー１５２を介してス
トロークセンサ１５０の検知シャフト１５１を変位させ
るので、踏力がストロークセンサ１５０によって検知さ
れることになる。検知された踏力は電気信号に変換さ
れ、当該電動補助ユニット１を制御するコントロールユ
ニット８０へ伝送される。

【００３１】コントロールユニット８０は、図６に示し
たように、バッテリ搭載面の裏面内側に配置されてお
り、皿状ケース８１内に制御回路基板８２を収容し、隙
間および基板表面を絶縁樹脂８３で樹脂モールドして構
成される。前記制御回路基板８２には、各種の制御回路
やパワートランジスタ（ＦＥＴ）８２１ａ、ダイオード
８２１ｂと共に回転センサ８２２が搭載され、発熱を伴
う各パワートランジスタ８２１ａおよびダイオード８２
１ｂは放熱板８２９に接触固定されている。

【００３２】前記回転センサ８２２は、制御回路基板８
２上でクランク軸２０１の第１ドライブギア２０２のギ
ア歯と対向するように固定されている。皿状ケース８１
には位置決めピン８３１ａ，８３１ｂが形成され、ケー
ス１０Ｒの対応部分には位置決め孔（図示せず）が形成
されている。コントロールユニット８０は、前記各位置
決めピン８３１ａ，８３１ｂが各位置決め孔へ挿貫され
たときに前記回転センサ８２２が制御回路基板８２上の
所定の位置に所定の高さで固定されてギア歯との相対的
な位置関係が予定の関係となるように位置決めされる。

【００３３】本実施形態によれば、電動補助ユニット１
のケース外表面に外部電極を一体的に設けたので、電動
補助ユニット１上にバッテリ８を直接配置することが可
能になって電動補助ユニット１とバッテリ８とを結ぶ給
電ラインを短くすることができる。

【００３４】また、本実施形態では、クランク軸２０１
に踏力検知機構を設けたので、踏力検知機構を別途に設
ける際には必要となるスペースが不要となり、電動補助
ユニット１を大型化することなくコントロールユニット
８０の設置スペースを確保できるようになる。

【００３５】なお、上記した実施形態では、バッテリ８
を電動補助ユニット１上にシートポスト３１の前面に沿
った起立姿勢で収容するものとして説明したが、本発明
はこれのみに限定されるものではなく、図８に示した第
２実施形態のように、バッテリ８Ａを電動補助ユニット
１上に横臥姿勢で搭載しても良い。このような構成によ
れば、低重心化およびマスの集中化がさらに促進され
る。

【００３６】また、上記した実施形態では、電動補助ユ
ニット１上にバッテリを一つだけ搭載するものとして説
明したが、図９に示した第３実施形態のように、メイン
バッテリ８Ｃを前記と同様に起立姿勢で搭載すると共
に、サブバッテリ８Ｂを横臥姿勢で搭載するようにして
も良い。このような構成によれば、低重心化およびマス
の集中化を達成しながら航続距離を延ばすことが可能に
なる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果が達
成される。 (1) フロントフレーム、電動補助ユニットおよびフロン
トフレームが車体フレームを構成し、重量物の電動補助
ユニットが車体フレームの中央下部に配置されるので、
車体の低重心化、マスの集中化および跨ぎ易さの向上が
可能になる。 (2) 重量物のバッテリが電動補助ユニット上に搭載され
るので、重量物を車体中央の下部に集中配置することが
でき、車体の低重心化、マスの集中化および跨ぎ易さの
向上が可能になる。 (3) バッテリが電動補助ユニット上に搭載されるので、
電動補助ユニット内のコントロールユニットとバッテリ
とを結ぶ配線を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である電動補助自転車の側
面図である。

【図２】図１の主要部の拡大側面図である。

【図３】図１の車体フレーム構造を示した組み立て図で
ある。

【図４】バッテリに設けた充電残量計の操作・表示パネ
ルの平面図である。

【図５】バッテリ収容ケースの底部内側を上部から見込
んだ図である。

【図６】電動補助ユニットの部分透過側面図である。

【図７】図６のＡ−Ａ線に沿った歯車列を示した断面図
である。

【図８】本発明の第２実施形態の構成を示した図であ
る。

【図９】本発明の第３実施形態の構成を示した図であ
る。

【符号の説明】

１…電動補助ユニット、２…フロントフレーム、３…リ
アフレーム、８…バッテリ、１１…バッテリ収納ケー
ス、２１…ヘッドパイプ、２２…ダウンパイプ、２２
ａ，３１ａ…連結部材、２３…電源スイッチ、３１…シ
ートポスト、４４，４５…ボルト

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸に入力される踏力に応答した
   補助動力を前記踏力と合成して出力する電動補助ユニッ
   トと、 前記電動補助ユニットが後方下部に連結されるフロント
   フレームと、 前記電動補助ユニットが前方下部に連結されるリアフレ
   ームと、 前記電動補助ユニット上に搭載される少なくとも一つの
   バッテリとを含むことを特徴とする電動補助自転車。
2. 【請求項２】 前記リヤフレームはシートポストを含
   み、前記バッテリがシートポスト前面に沿った起立姿勢
   で電動補助ユニット上に搭載されたことを特徴とする請
   求項１に記載の電動補助自転車。
3. 【請求項３】 第２のバッテリが電動補助ユニット上に
   横臥姿勢で搭載されたことを特徴とする請求項２に記載
   の電動補助自転車。
4. 【請求項４】 前記バッテリが電動補助ユニット上に横
   臥姿勢で搭載されたことを特徴とする請求項１に記載の
   電動補助自転車。
5. 【請求項５】 前記電動補助ユニットにバッテリ収容ケ
   ースが固定されたことを特徴とする請求項１または２に
   記載の電動補助自転車。