JP2004136750A - Hybrid bicycle and three-fold hybrid bicycle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペダルによる踏力を後輪に伝達する人力駆動系の変速機と、電動ユニット内に装填されるバッテリーの動力を直接後輪に伝達するモータ駆動系の電動駆動部とを有するハイブリッド自転車に関し、更に詳しくは、坂道等の走行時にはスイッチ操作によりバッテリーを稼働させ、人力駆動及びアクセル操作のみで後輪の同軸モーターを自動回転させることのできる新規なハイブリッド自転車を提供するものである。
【0002】
【従来技術】
従来、自転車はペダルによる踏力を後輪に伝達する人力駆動系の自転車が長く利用されていたが、近年、特開昭57−74285号に開示されるように、電動モーターを自転車に搭載し、人力による駆動力を検出し、この駆動力が設定値以上になったときに電動モーターが作動する電動モーター付き自転車が公知となっている。
【0003】
しかしながら該電動モーター付き自転車は、クランク軸の回転を合力軸に伝える人力駆動系の一方向クラッチと、モータの回転を合力軸に伝える電気駆動系の一方向クラッチとを合力軸上に並列としていたため、駆動装置の軸方向の幅が大きくなるという欠点があった。
【0004】
この欠点を解決するものとして、特開2000−296794号「電動モータ付き自転車」は、駆動装置全体を小型化し、クランクペダル間隔を小さくしてペダルの踏み込み動作をし易くし、走行開始時にペダル位置を調整できる電動モーター付き自転車が開示されている。
【0005】
この自転車は、人力駆動系のクランクペダルにより駆動されるクランク軸と、後輪の伝動系に連結された合力軸と、クランク軸に同軸に配列されクランク軸の回転を合力軸に伝える人力駆動系の一方向クラッチと、電気駆動系のモータ出力を合力軸に伝える電気駆動系歯車列と、この電気駆動系歯車列の途中であってクランク軸と非同軸に配列された電気駆動系の一方向クラッチと、人力駆動系の一方向クラッチの下流側で合力軸に同軸に配列され且つクランク軸に同軸に配設されたトルク応動機構と、合力軸の径方向外側に近接配置されこのトルク応動機構の変位を検出するセンサとを備えた電動モーター付き自転車であり、電動モータの駆動力を人力による駆動力の変化に対応して制御するようにしたことに特徴のあるものである。
【0006】
さらに、モータの軸となる変速機の出力胴と固定ケーシングが固定されるシャフトとの同軸度を確保することができる電動自転車としては、特開2002−154471号「電動自転車」に開示されるように、「駆動輪のハブを構成するとともに回転ケーシングと、この回転ケーシングと同軸に設けられた固定ケーシングと、前記シャフトにこれと同軸に取り付けられた人力駆動力伝達用の変速機と、この変速機を中心として固定ケーシングに内蔵された駆動輪駆動用モータとを備えてなり、固定ケーシングが、前記シャフトの左右で2つの部分に分割することができるように構成され、これら2つの部分が、動きの自由度を持って互いに係合し、それによって、固定ケーシングのうちの前記変速機と同軸に取り付けられた一方部分が前記変速機との同軸状態から外れた他方部分の動きを吸収することで同軸状態を確保するようにされていることを特徴とする電動自転車」が開示されている。
【0007】
一方、分割フレーム構造の自転車を互いに分離できるようにした自転車は、実公昭57−32951号に開示されているが、分割されたフレームを2箇所に設けたボルト・ナット結合部で結合・分離するように構成されているが、自転車を完全に分離させるためには枢軸支持部分のボルト・ナットを緩め、かつ枢軸を構成するボルトをフレームから引き抜かなければならないという手間がかかるという欠点を有していた。
【0008】
この問題解決するために、特開2001−278161号「分割フレーム構造の自転車」は、2分割された車体フレームをワンタッチで分離できる自転車として、「フロントフレーム及びリヤフレームに分割された車体フレームの分割面にそれぞれ設けられたボス及び該ボスに挿通される枢軸を有する分割フレーム構造の自転車において、フロントフレーム側およびリヤフレーム側に設けられた前記ボスの一方に、前記枢軸の挿通方向の長さ全体に形成された切欠きを設け、前記枢軸に、前記切欠きが設けられたボスの長さ以上で、かつ前記切欠きの幅より薄い薄肉部分を設けるとともに、前記薄肉部分と前記ボスの切欠きとを一致させられるよう前記枢軸を上下動自在に構成したことを特徴とする分割フレーム構造の自転車」が開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように電動自転車は、従来の走行用自転車にバッテリーとモーターを取り付けて坂道等を容易に走行できるようになっているが、電動二輪自転車としては人力系の駆動力の補助という制限があってトルク調整を行って対処しなければならなかった。
【0010】
また折り畳みタイプとしては、車体フレームをフロントフレーム及びリヤフレームに分割する自転車も公知であるが、二折りタイプであると自動車の後部荷台には一台しか搭載できないという問題があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、係る課題を解決するために鋭意研究したところ、従来の電動自転車に代わり着脱可能な充電式バッテリーを搭載し、スイッチ操作により直接、動力が稼働してアクセル操作により走行制御できる新規なハイブリッド自転車を提供することができた。
【0012】
すなわち本発明の第一は、ペダルによる踏力を後輪に伝達する人力駆動系の変速機と、電動ユニット内に装填されるバッテリーの動力を直接後輪に伝達するモータ駆動系の電動駆動部とを有し、前記電動ユニットは、車体フレームに取り付けられ、該ユニット内部に脱着可能に取り付けられるバッテリーと、ユニット外面に取り付けられたスイッチとから構成され、スイッチ操作によりバッテリーが稼働して、ハンドル部に設けられたアクセルで直接後輪の同軸モーターを駆動させることを特徴とするハイブリッド自転車である。
【0013】
本発明の第二は、前記バッテリーは、スイッチのオン操作により稼働して後輪の同軸モーター内に設けられた巻線に電気が送電され、該巻線が巻き付いているステータを励起してN極、又はS極を発生し、ロータ側に取り付けられている永久磁石のN極と反発又は吸引させながら、ブッシュを介して駆動軸を回転させることを特徴とする請求項1記載のハイブリッド自転車である。
【0014】
本発明の第三は、前記電動ユニットには、必要において車体フレームに取り付けられ、該ユニット内部に脱着可能に取り付けられるバッテリーの他、電気二重層キャパシタを設けていることを特徴とする請求項1記載のハイブリッド自転車である。
【0015】
本発明の第四は、前記電動ユニットには、ユニット外面に電力の残量を表示するアラーム装置を取り付けてなることを特徴とする請求項1記載のハイブリッド自転車である。
【0016】
本発明の第五は、ペダルによる踏力を後輪に伝達する人力駆動系の変速機と、電動ユニット内に装填されるバッテリーの動力を直接後輪に伝達するモータ駆動系の電動駆動部とを有し、前記電動ユニットは、車体フレームに取り付けられ、該ユニット内部に脱着可能に取り付けられるバッテリーと、スイッチとから構成され、スイッチ操作によりバッテリーが稼働して、ハンドル部に設けられたアクセルで直接後輪の同軸モーターを駆動させることを特徴とするハイブリッド自転車において、前記車体フレームは、前部フレーム後端部と電動ユニットを固定した後部フレーム前端部とが2分割され、更に、前部フレーム前端上部とハンドルパイプとが2分割されて、車体自体が三折りされることを特徴とする三折りハイブリッド自転車である。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施態様に係るハイブリッド自転車の全体側面図である。本発明のハイブリッド自転車1の特徴は、中央部にバッテリケース15を設置し、該ケース15の側面に設けたスイッチをオンにした場合に、ハンドル部のアクセル2を前後に回転することによって、後輪部に取り付けた同軸モーター37を直接駆動させるものである。
【0018】
この場合、前記バッテリケース15内には、ニッケル−水素電池、あるいは鉛電池等を複数個配置した充電式のバッテリ(図示せず)を脱着できるように取り付け可能とし、該バッテリを取り外して充電してもよく、あるいは電気コードを延長してバッテリを取り付けたまま充電してもよい機構としている。
【0019】
スイッチがオンされると、図9に示されるように同軸モーター37内に設置されているステータ43の周りに取り付けている巻線42に電流がながれ、ステータ表面に+電位、又は−電位が励起され、図10に示すようにロータ47に取り付けた永久磁石47の表面のN極に対してステータ43の表面に励起されたS極は互いに引き寄せ合い、N極は反発するために、後輪51は時計回りに回転できるようになっている。
【0020】
本発明においては、固定軸38を中心にブッシュ41を介してステータ43が連接され、さらに該ステータ43の両側端部に巻線42が配線されており、上記のような機構を利用して電磁力を発生させ、アクセルをふかすことによって固定軸を回転させて後輪51を自動的に移動させるが、さらに変速機39を利用してペダルをこぐことによって変速機39を介して固定軸38を人力で回転させ、あるいは変速機39と同軸モータ37を共に利用して後輪51を回転させることも可能である。
【0021】
この場合、本発明では図10に示すようにロータ46に取り付けた永久磁石47は2分割で、ステータ43は3分割となるように設定したが、これらの分割は、適宜行えるものである。
【0022】
本発明においては上記バッテリーの他に、電動ユニット内部に電気二重層キャパシタ(図示せず)を設けている。通常この電気二重層キャパシタは電子装置と組み合わせられて用いられるものであるが、電力変換装置の電流ポンプと、直列接続されたキャパシタからなるキャパシタ・バンクとキャパシタの過充電保護と充電の初期化装置としての並列モニタと、キャパシタの蓄電エネルギー量を表示する残量計から構成されるものである。
【0023】
本発明では、電動ユニット内で上記バッテリと連動して上記並列モニタを設置して、下り坂道等におけるブレーキ制御時にブレーキエネルギーを充放電できるように設定している。
【0024】
また上記電動ユニット外部にはスイッチの他にアラーム(図示せず)を取り付けてあり、これによりバッテリーの蓄電がある一定以下になった場合に充電を促すようにしている。
【0025】
このアラームの音により使用者は充電時がわかり、無充電によるバッテリーの劣化、損傷を防止することが容易となっている。
【0026】
本発明における他の特徴は、図1に示すように前記バッテリケース15端部と中央フレーム10との接続面に後部折り曲げ部16を、またハンドルパイプ5の中央部に前部折り曲げ部9を設けて、ハイブリッド自転車を三つ折りにすることが可能となっていることである。
【0027】
この場合、先ず後部折り曲げ部は、図5に示されるようにリアロックレバー36で後部折り曲げ部16を閉じた形で自転車を移動させるが、搬送する場合には図6に示されるように、リアロックレバー36の取っ手を上部に動かして右方向に解放してロックを解除し、次いで、該リアロックレバー36を後部ピン固定部30内を上方に持ち上げながらフロントフレーム10を左右に開くと、図7に示すように二つ折りできる構造となっている。
【0028】
さらに、図2に示すようにハンドルパイプ5の中央部に設けた前部折り曲げ部9は、図4に示されるようにフロントロックリバー21でロックしてハンドルパイプ5を固定し、搬送時には該フロントロックリバー21を上部に動かしてロックを解除してこの部分を二つ折りにすると、図8に示すように全体が三つ折りにできる。
【0029】
この場合、前部折り曲げ部9で曲げられたアクセル2やベル4等を設置したハンドルパイプ5は、前輪7と後輪51との間に挟まれるように位置するためにスペースをより小さくできる構造となっている。
【0030】
また図7および図8に示すサドル13や荷台14も、バッテリーケース15上で脱着可能となっているため、搬送時には容易に脱着ができ、さらにコンパクトにして搬送できる構造となっている。
【0031】
【発明の効果】
本発明のハイブリッド自転車は、通常の道路においてはペダル18をこいで変速ギヤ19を回転させることで前方に進むが、坂道等は私有道路においてはバッテリを利用して同軸モータ37を回動させ、人力による変速ギヤ19の回転とバッテリ利用によるモータ回転とを併せて利用することにより、利用者の少ない踏力で坂道等も走りきれるようにしている。
【0032】
また前述したように本発明のハイブリッド自転車1は、二カ所に設けた折り曲げ部で本体を三つ折りにできるため、普通自動車のトランクスの中に2台搭載可能となる大きさに折り曲げることが可能となり、搬送時における取り扱いが容易となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施態様に係るハイブリッド自転車の全体側面図である。
【図2】図1における前輪部の部分拡大図である。
【図3】図2におけるハンドルパイプ折り曲げ部の開放状態を示す平面図である。
【図4】図2におけるハンドルパイプ折り曲げ部の閉塞状態を示す正面図である。
【図5】図1における後部フレームの部分拡大図である。
【図6】図5における後部フレーム折り曲げ部の開放状態を示す平面図である。
【図7】図1のハイブリッド自転車を二つ折りにした全体側面図である。
【図8】図1のハイブリッド自転車を三つ折りにした全体側面図である。
【図9】後輪部における電動駆動部の部分断面図である。
【図10】図9におけるA−A’の断面図である。
【符号の説明】
1・・・ハイブリッド自転車
2・・・アクセル
3・・・ブレーキレバー
4・・・ベル
5・・・ハンドルパイプ
6・・・フロントハブ
7・・・前輪
8・・・前泥よけ
9・・・前部折り曲げ部
10・・・フロントフレーム
11・・・リア第1フレーム
12・・・リア第2フレーム
13・・・サドル
14・・・荷台
15・・・バッテリーケース
16・・・後部折り曲げ部
17・・・ギヤ
18・・・ペダル
19・・・変速ギヤ
20・・・後部泥よけ
21・・・フロントロックリバー
22・・・フロント折り曲げ部ヒンジ1
23・・・フロント折り曲げ部ヒンジ2
24・・・軸
25・・・小孔
26・・・ハンドル固定ボルト
27・・・前部スプリング
28・・・前部ピン固定部
29・・・後部スプリング
30・・・後部ピン固定部
31・・・後部折り曲げ部ヒンジ1
32・・・軸
33・・・後部折り曲げ部ヒンジ2
34・・・小孔
35・・・小孔
36・・・リアロックレバー
37・・・同軸モーター
38・・・後輪スポーク
39・・・変速機
40・・・軸受
41・・・ブッシュ
42・・・巻線
43・・・ステータ
44・・・側板1
45・・・側板2
46・・・ロータ
47・・・永久磁石
48・・・ベアリング
49・・・スプロケット
50・・・ブレーキドライブ
51・・・後輪
52・・・固定軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid bicycle having a transmission of a manual drive system for transmitting pedaling force by a pedal to a rear wheel, and an electric drive unit of a motor drive system for directly transmitting power of a battery loaded in an electric unit to a rear wheel. More specifically, the present invention provides a novel hybrid bicycle in which a battery is operated by a switch operation when traveling on a slope or the like, and a coaxial motor of a rear wheel can be automatically rotated only by manual driving and accelerator operation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, bicycles of the manual drive system that transmit the pedaling force of the pedal to the rear wheel have been used for a long time, but recently, as disclosed in JP-A-57-74285, an electric motor is mounted on the bicycle, BACKGROUND ART Bicycles with an electric motor in which an electric motor is activated when a driving force by human power is detected and the driving force exceeds a set value are known.
[0003]
However, in the bicycle with an electric motor, a one-way clutch of a manual drive system for transmitting rotation of a crankshaft to a resultant shaft and a one-way clutch of an electric drive system for transmitting rotation of a motor to the resultant shaft are arranged in parallel on the resultant shaft. Therefore, there is a disadvantage that the axial width of the driving device is increased.
[0004]
As a solution to this drawback, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-296794 "Bicycle with an electric motor" discloses a compact drive device, a small crank pedal interval to facilitate the pedal depressing operation, and a pedal position at the start of traveling. There is disclosed a bicycle with an electric motor that can adjust the speed.
[0005]
This bicycle has a crankshaft driven by a crank pedal of a manual drive system, a resultant shaft connected to a transmission system of a rear wheel, and a manual drive system arranged coaxially with the crankshaft to transmit rotation of the crankshaft to the resultant shaft. A one-way clutch, an electric drive system gear train that transmits the motor output of the electric drive system to the resultant shaft, and a one-way electric drive system arranged in the middle of the electric drive system gear train and non-coaxially with the crankshaft. A clutch, a torque responsive mechanism arranged coaxially with the resultant shaft and downstream of the one-way clutch of the manual drive system, and disposed coaxially with the crankshaft; And an electric motor-equipped bicycle equipped with a sensor for detecting the displacement of the electric motor, characterized in that the driving force of the electric motor is controlled in response to a change in the driving force due to human power.
[0006]
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-154471 discloses an “electric bicycle” as an electric bicycle that can ensure coaxiality between an output cylinder of a transmission serving as a motor shaft and a shaft to which a fixed casing is fixed. A rotating casing, a fixed casing provided coaxially with the rotating casing, a transmission for transmitting human-powered driving force mounted coaxially with the shaft, A driving wheel drive motor built in a fixed casing centering on the machine, the fixed casing is configured to be able to be divided into two parts on the left and right of the shaft, and these two parts are It engages with each other with a degree of freedom of movement, whereby one part of the fixed casing, which is mounted coaxially with the transmission, is connected to the shift. Electric bicycle ", characterized by being adapted to secure a coaxial state by absorbing the movements of the other part deviated from the coaxial state is disclosed with machine.
[0007]
On the other hand, a bicycle in which a bicycle having a divided frame structure can be separated from each other is disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 57-32951, but the divided frames are coupled and separated by bolt / nut coupling portions provided at two places. However, it has the disadvantage that it takes time and effort to loosen the bolts and nuts of the pivot support portion and to pull out the bolts constituting the pivot from the frame in order to completely separate the bicycle. Was.
[0008]
In order to solve this problem, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2001-278161 entitled "Bicycle having a split frame structure" discloses a bicycle capable of separating a two-part body frame with one touch. In a bicycle having a divided frame structure having a boss provided on each surface and a pivot inserted through the boss, one of the bosses provided on the front frame side and the rear frame side has the entire length in the insertion direction of the pivot. A notch formed in the boss, and a thin portion which is longer than the length of the boss provided with the notch and is thinner than the width of the notch is provided on the pivot, and the notch between the thin portion and the boss is provided. Bicycle having a divided frame structure, wherein the pivot is configured to be movable up and down so that That.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, electric bicycles are equipped with a battery and a motor on conventional bicycles so that they can easily travel on slopes and the like.However, electric bicycles have the limitation of assisting human-powered driving force. I had to deal with it by adjusting the torque.
[0010]
Also, as a folding type, a bicycle in which a body frame is divided into a front frame and a rear frame is also known.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention has conducted intensive studies to solve the above-mentioned problem. As a result, a new rechargeable battery is mounted in place of the conventional electric bicycle, and power can be directly operated by operating a switch and traveling can be controlled by operating an accelerator. Hybrid bicycles.
[0012]
That is, a first aspect of the present invention is a transmission of a manual drive system that transmits the pedaling force of the pedal to the rear wheels, and an electric drive unit of a motor drive system that directly transmits the power of the battery loaded in the electric unit to the rear wheels. The electric unit includes a battery attached to the vehicle body frame and detachably attached inside the unit, and a switch attached to the outer surface of the unit. This is a hybrid bicycle characterized in that the rear wheel coaxial motor is driven directly by the accelerator provided in the bicycle.
[0013]
In the second aspect of the present invention, the battery is operated by turning on a switch, electricity is transmitted to a winding provided in a coaxial motor of a rear wheel, and a stator around which the winding is excited excites N. The hybrid bicycle according to
[0014]
A third aspect of the present invention is characterized in that the electric unit is provided with an electric double layer capacitor in addition to a battery which is attached to the vehicle body frame as necessary and is detachably attached inside the unit. A hybrid bicycle as described.
[0015]
A fourth aspect of the present invention is the hybrid bicycle according to
[0016]
A fifth aspect of the present invention is a human-powered transmission that transmits the pedaling force of the pedal to the rear wheels, and an electric drive unit that transmits the power of the battery loaded in the electric unit directly to the rear wheels. The electric unit includes a battery attached to the vehicle body frame and detachably attached inside the unit, and a switch. The battery is operated by a switch operation, and is directly operated by an accelerator provided on the handle portion. In the hybrid bicycle characterized in that a coaxial motor of a rear wheel is driven, the vehicle body frame is divided into a rear end portion of a front frame and a front end portion of a rear frame to which an electric unit is fixed. A three-fold hybrid bicycle characterized in that the upper part and the handle pipe are divided into two parts, and the vehicle body itself is folded in three.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an overall side view of a hybrid bicycle according to an embodiment of the present invention. A feature of the
[0018]
In this case, a rechargeable battery (not shown) in which a plurality of nickel-metal hydride batteries or lead batteries are disposed can be detachably mounted in the
[0019]
When the switch is turned on, as shown in FIG. 9, a current flows through the winding 42 attached around the
[0020]
In the present invention, a
[0021]
In this case, in the present invention, as shown in FIG. 10, the
[0022]
In the present invention, in addition to the battery, an electric double layer capacitor (not shown) is provided inside the electric unit. Usually, this electric double layer capacitor is used in combination with an electronic device, but a current pump of a power converter, a capacitor bank composed of capacitors connected in series, a device for overcharging protection of a capacitor and a device for initializing charging. And a fuel gauge that displays the amount of stored energy of the capacitor.
[0023]
In the present invention, the parallel monitor is installed in conjunction with the battery in the electric unit so that the brake energy can be charged and discharged during brake control on a downhill road or the like.
[0024]
In addition to the switch, an alarm (not shown) is attached to the outside of the electric unit so that charging is promoted when the storage of the battery falls below a certain level.
[0025]
The sound of the alarm allows the user to know when the battery is being charged, and it is easy to prevent the battery from being deteriorated or damaged due to no charging.
[0026]
Another feature of the present invention is that, as shown in FIG. 1, a rear
[0027]
In this case, first, the rear bent portion moves the bicycle with the rear
[0028]
Further, as shown in FIG. 2, the front
[0029]
In this case, the
[0030]
The
[0031]
【The invention's effect】
The hybrid bicycle of the present invention moves forward by rotating the
[0032]
Also, as described above, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall side view of a hybrid bicycle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view of a front wheel portion in FIG.
FIG. 3 is a plan view showing an open state of a bent portion of the handle pipe in FIG. 2;
FIG. 4 is a front view showing a closed state of a bent portion of the handle pipe in FIG. 2;
FIG. 5 is a partially enlarged view of a rear frame in FIG. 1;
FIG. 6 is a plan view showing an open state of a bent portion of a rear frame in FIG. 5;
FIG. 7 is an overall side view of the hybrid bicycle of FIG. 1 folded in two.
FIG. 8 is an overall side view in which the hybrid bicycle of FIG. 1 is folded in three.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the electric drive unit in the rear wheel unit.
FIG. 10 is a sectional view taken along line AA ′ in FIG. 9;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
23
24 ...
32: shaft 33: rear
34 ...
45 ...
46 ...
Claims (5)
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