JP2006001516A

JP2006001516A - 電動車輪及びそれを用いた電動二輪自転車並びに電動一輪車

Info

Publication number: JP2006001516A
Application number: JP2004204015A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kori; 聡郡; Masanao Hamazaki; 正尚浜崎; Yasuo Mizushima; 保男水島; Seiji Murakami; 清司村上
Original assignee: VENERA JAPAN KK
Current assignee: VENERA JAPAN KK
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】電動アシスト自転車などの車輪の電動駆動には、ＤＣモーターによる高速回転動力を、減速機により機械伝達するものがあるが、機械伝達による回転負荷の増大、モーター本体と減速機の機械重量による本体重量の増大、回転伝達経路の機械の複雑化、回転伝達部品の増加に伴う修理メンテナンスの困難などの問題点があった。そこで回転エネルギーの効率が良い装置であって機械部品が少なく、メンテナンスが簡易に可能な電動車輪をもつ電動自転車を提供する。
【解決手段】市販の自転車等の車輪３のリム１に空芯コイルおよび、車軸支持フレーム７に永久磁石９を設けることにより容易に電力を起こして動力に変換できることを見いだし、本発明の電動車輪およびそれを用いた電動自転車を開発することができた。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル群又は永久磁石を備えた車輪の回転運動を効率良く行って記磁力を簡易に得られる電動車輪に関し、さらに詳しくは、車輪のリムに複数の空芯コイルを埋め込み、前記コイル同士を繋ぐ接続導線により引き出した接点電極と、相対峙する複数の永久磁石群と、ブラシ電極とから構成され、該ブラシ電極が前記接点電極に接触通電して起磁力を得ることのできる電動車輪と、これらを用いた二輪自転車や一輪車に関するものである。

従来の電動自転車としては、特開２０００−２９６７９４号「電動モーター付き自転車」には、「人力駆動系と電気駆動系とを並列に設け、人力による駆動力の変化に対応して前記電気駆動系の出力を制御する電導モーター付き自転車において、前記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、後輪の電動系に連結された合力軸と、前記クランク軸に同軸に配設され前記クランク軸の回転を前記合力軸に伝える人力駆動系の一方向クラッチと、前記電気駆動系のモータ出力を前記合力軸に伝える電気駆動系歯車列と、前記電気駆動系歯車列の途中であってかつ前記クランク軸とは非同軸に配列された電気駆動系の一方向クラッチと、前記人力駆動系の一方向クラッチの下流側で前記合力軸に同軸に配設されかつクランク軸の駆動トルクの変化に応じて変位するトルク応動機構と、合力軸の径方向外側に近接して配設されこのトルク応動機構の変位を検出するセンサと、を備えることを特徴とする電動モータ付き自転車」開示されている

同様に、特開２００２−１５４４７１号「電動自転車」には、「駆動輪のハブを構成するとともに駆動輪をそのシャフトの周りに回転させるための回転ケーシングと、この回転ケーシングと同軸に設けられたこておケーシングと、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ーを備えてなり、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。

これらの電動アシスト自転車などの車輪の電動駆動には、ＤＣモーターによる高速回転動力を、減速機により機械伝達する場合には、機械伝達による回転負荷の増大、モーター本体と減速機の機械重量による本体重量の増大、回転伝達経路の機械の複雑化、回転伝達部品の増加に伴う修理メンテナンスの困難などの問題点があった。

また、従来から車輪軸にＤＣモーターを直接設けたダイレクトドライブによる車輪駆動があるが、車輪軸をモーターのアウトロータ軸とした設計により、車輪軸重量の増大による車輪の複雑化による分解修理などのメンテナンスの困難、最も回転力を要する小径で車輪軸近くを回転させるため、モーターの大型化および低速強回転力にしなければならない事に伴う大電力消費などの問題点が挙げられる。
特開２０００−２９６７９４号特開２００２−１５４４７１号

発明が解決しようとする課題

上記のように高速回転動力を減速機によって車輪へ伝達させる車輪駆動や、車輪軸へモーターを直接設けたダイレクトドライブによる車輪駆動は、共に機械装置の複雑化と車輪本体の重量の増大を伴っている。

また、共通して言えるのは、機械装置の複雑化や重量の増加によるエネルギーの伝達ロスの増大問題があり、さらに機械部品の増加や複雑化により修理メンテナンスをより困難なものとしている。

課題を解決するための手段

一方、近年の消費者の要望として、回転エネルギーの効率が良い装置であって機械部品が少なく、メンテナンスが簡易に可能な電動車輪の開発が望まれていた。

本発明者は斯かる課題を解決するために鋭意研究したところ、市販の自転車等の車輪を利用して容易に起磁力を得て動力に変換できることを見いだし、本発明の電動車輪およびそれを用いた電動自転車を開発することができた。

すなわち本発明の第一は、車輪リムに埋め込まれる複数の空芯コイルと、車輪又は車軸に取り付けられた前記コイル同士を繋ぐ接続導線により引き出した接点電極と、車軸支持フレーム又は車輪カバーに固定された永久磁石と、車軸支持フレーム、車輪カバー、又は車軸受けなどに設けられたブラシ電極とから構成されてなることを特徴とする電動車輪である。

本発明の第二は、車輪リムに埋め込まれ直列配列されてなる複数の空芯コイルと、前記コイル同士を繋ぐ接続導線により引き出した接点電極を車輪又は車軸に取り付け、さらに車軸支持フレーム又は車輪カバーに固定された交互に磁極が異なるように配置された永久磁石が前記空芯コイルと若干の隙間を有するように配置され、車軸支持フレーム、車輪カバー、又は車軸受けなどに設けられたブラシ電極が前記接点電極に接触通電して記磁力を得ることを特徴とする電動車輪である。

本発明の第三は、前記車輪リムに埋め込まれる複数の空芯コイルは、同一方向に捲回されて直列接続され、或いは交互に捲き方向を変えながら捲回されて直列接続されて、等間隔で車輪の円周に沿って配置されていることを特徴とする請求項２記載の電動車輪である。

本発明の第四は、前記接点電極は、コイル同士を繋ぐ接続導線により引き出したコイル個数と同数を、車輪によって同期回転するように等間隔で円周配置されていることを特徴とする請求項２〜３記載の電動車輪である。

本発明の第五は、前記ブラシ電極は、車輪又は車軸に取り付けた接点電極に接触して通電し、電流の向きを変えることを特徴とする請求項２〜４記載の電動車輪である。

本発明の第六は、車輪リムに埋め込まれた複数の永久磁石と、交互に異なる捲き方向に捲回されて直列又は並列接続された複数の空芯コイルとが、永久磁石配置間隔で対面接近するように車輪支持フレーム又は車輪カバー等に固定支持され、車輪リムに埋め込まれた前記永久磁石は交互に磁極が異なるように配置されると共に、これらの回転位置を検知するセンサーとその信号により空芯コイルに流す電流のスイッチングを行う電気回路を有することを特徴とする電導車輪である。

本発明の第七は、前輪及び後輪をフレームで接続してなる二輪自転車において、前記後輪は、後輪リムに埋め込まれ直列配列されてなる複数の空芯コイルと、前記コイル同士を繋ぐ接続導線により引き出した接点電極を車輪又は車軸に取り付け、さらに車軸支持フレーム又は車輪カバーに固定された交互に磁極が異なるように配置された永久磁石が前記空芯コイルと若干の隙間を有するように配置され、車軸支持フレーム、車輪カバー、又は車軸受けなどに設けられたブラシ電極が前記接点電極に接触通電して起磁力を得ることを特徴とする電動二輪自転車である。

本発明の第八は、車輪にフレーム及びサドルが接続される一輪車において、前記車輪リムに埋め込まれ直列配列されてなる複数の空芯コイルと、前記コイル同士を繋ぐ接続導線により引き出した接点電極を車輪又は車軸に取り付け、さらに車軸支持フレーム又は車輪カバーに固定された交互に磁極が異なるように配置された永久磁石が前記空芯コイルと若干の隙間を有するように配置され、車軸支持フレーム、車輪カバー、又は車軸受けなどに設けられたブラシ電極が前記接点電極に接触通電して起磁力を得ることを特徴とする電動一輪車である。

発明の効果

本発明の電動車輪は、市販の自転車や一輪車の車輪を利用して簡易に起電が可能な電動車輪であり、応用製品として電動二輪自転車や電動一輪車として利用可能である。

本発明製品は、車輪リムに複数の空芯コイルを埋め込んで複数の永久磁石を対峙させ、一方、前記コイル同士を接続導線で繋ぐと共に接点電極を引き出し、ブラシ電極がこの接点電極に接触通電して起磁力を生ずるために装置全体を軽量化できるようになっている。

本発明を図面をもって詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、本発明の電動車輪を後輪に有する電動二輪自転車の正面図である。本発明の電動車輪は、車輪リム１に埋め込まれる複数の空芯コイル２（以下、空芯コイル群という）と、車輪３又は車軸４に取り付けられた前記コイル同士を繋ぐ接続導線５により引き出した接点電極６と、車軸支持フレーム７又は車輪カバー８に固定された永久磁石９と、車軸支持フレーム７、車輪カバー８、又は車軸受け１０などに設けられたブラシ電極１１とから構成されている。

さえらに詳しくは、車輪リム１に埋め込まれ直列配列されてなる空芯コイル群と、前記コイル同士を繋ぐ接続導線５により引き出した接点電極６を車輪又は車軸に取り付け、さらに車軸支持フレーム７又は車輪カバー８に固定された交互に磁極が異なるように配置された永久磁石９が前記空芯コイル群２と若干の隙間を有するように配置され、車軸支持フレーム７、車輪カバー８、又は車軸受け９などに設けられたブラシ電極１１が前記接点電極６に接触通電して起磁力を得るように成っている。

この場合、前記車輪リム１に埋め込まれる空芯コイル群は、同一方向に捲回されて直列接続され、或いは交互に捲き方向を変えながら捲回されて直列接続されて、等間隔で車輪の円周に沿って配置されているが、車輪そのものをモーターの回転子電機子として作用させるために、コイル断面と対面接近配置された複数の永久磁石９（以下、永久磁石群という）との関係においてはコギングトルクがなく、効率のよい滑らかな回転を実現することができるものである。なお、車輪を電動させていない場合であっても、車輪の回転に対する負荷がないことが明らかと成っている。

また、車輪リム１に複数の空芯コイル２を埋め込むことによりコイルの重さだけの重量増加で済み電動車輪を軽量にし、車輪周囲に重量が増加することによる回転体の慣性力のフライホール効果をより多く引き出している。

前記コイル断面に接近配置された永久磁石群は、車輪フレーム（^＊車軸支持フレーム７か？）或いは車輪カバー８などを利用したモーターの固定子にしている。これらの永久磁石９に対面するコイルに接点電極６とブラシ電極１１により電流を流し、その起磁力により車輪３を電動させている。

これらの装置全体をモーターに例えるならば、車輪３は回転子、車輪フレームなどが固定子となっている最軽量の最も簡易なモーター構造を実現している。

また、前記コイル断面に対面して隣接配置された永久磁石群の各区間で車輪を電動回転させているが、この場合、車輪の径がモーターとして回転子径の働きをなし、最大径で回転させると最小の回転力で駆動させることができるようになっている。

このため、車輪リム１に埋め込まれた空芯コイル群全部に電流を流す必要がなく、本発明では接点電極６と電極ブラシ１１との間で部分通電させて省電力化を図っている。

本発明において空芯コイル群は、図２に示すように車輪リム１に埋め込まれるて同一方向に捲回されて直列接続され、或いは、図３に示すように交互に捲き方向を変えながら捲回されて直列接続されて等間隔で車輪の円周に沿って配置されている他に、交互に捲き方向を変えて捲回し、直列接続されて等間隔で車輪の円周に沿って配置しても良い。

この場合、車輪又は車軸に設けた接点電極に接触して通電するブラシ電極１１が、電流の向きを変える働きを成している。

また、前記接点電極６は、コイル同士を繋ぐ接続導線５により引き出したコイル個数と同数を、車輪によって同期回転するように等間隔で円周配置され、該接点電極６に通電する場合に、電流の向きを切り替える入力方法を採ることにより、前記コイル断面に対面して接近するように配置されている永久磁石群の区間毎の部分通電を可能としている。

また、前記ブラシ電極１１は、車輪又は車軸に取り付けた接点電極６に接触して通電し、電流の向きを変えている。

本発明の別な形態は、図４に示すように車輪リム１に埋め込まれた永久磁石群と、交互に異なる捲き方向に捲回されて直列又は並列接続された空芯コイル群とが、永久磁石配置間隔で対面接近するように車輪支持フレーム７又は車輪カバー８等に固定支持され、車輪リム１に埋め込まれた前記永久磁石９は交互に磁極が異なるように配置されると共に、これらの回転位置を検知するセンサーとその信号により空芯コイル２に流す電流のスイッチングを行う電気回路を有することを特徴とする電導車輪である。

本実施例は、モーターに例えると、ブラシレスモーターの構造を車輪及び車輪支持フレーム又は車輪カバー等によって構成されている。

本発明の電動車輪を示す正面図である。磁石とコイル、電極とブラシとの関係を説明する概念図である。図２におけるコイルの向きを変えた場合の概念図である。センサーとスイッチング回路を用いた場合の概念図である。本発明の別な形態の電動車輪を示す正面図である。

符号の説明

１・・・車輪リム
２・・・空芯コイル
３・・・車輪
４・・・車軸
５・・・接続導線
６・・・接点電極
７・・・車軸支持フレーム
８・・・車輪カバー
９・・・永久磁石
１０・・車軸受け
１１・・ブラシ電極
１２・・センサー
１３・・バッテリー
１４・・スイッチング回路
１５・・スイッチング回路（電流方向を切り替える）
１６・・センサー信号用配線
１７・・サドル
１８・・ハンドル
１９・・前輪カバー
２０・・前輪

Claims

車輪リムに埋め込まれる複数の空芯コイルと、車輪又は車軸に取り付けられた前記コイル同士を繋ぐ接続導線により引き出した接点電極と、車軸支持フレーム又は車輪カバーに固定された永久磁石と、車軸支持フレーム、車輪カバー、又は車軸受けなどに設けられたブラシ電極とから構成されてなることを特徴とする電動車輪。
車輪リムに埋め込まれ直列配列されてなる複数の空芯コイルと、前記コイル同士を繋ぐ接続導線により引き出した接点電極を車輪又は車軸に取り付け、さらに車軸支持フレーム又は車輪カバーに固定された交互に磁極が異なるように配置された永久磁石が前記空芯コイルと若干の隙間を有するように配置され、車軸支持フレーム、車輪カバー、又は車軸受けなどに設けられたブラシ電極が前記接点電極に接触通電して起磁力を得ることを特徴とする電動車輪。
前記車輪リムに埋め込まれる複数の空芯コイルは、同一方向に捲回されて直列接続され、或いは交互に捲き方向を変えながら捲回されて直列接続されて、等間隔で車輪の円周に沿って配置されていることを特徴とする請求項２記載の電動車輪。
前記接点電極は、コイル同士を繋ぐ接続導線により引き出したコイル個数と同数を、車輪によって同期回転するように等間隔で円周配置されていることを特徴とする請求項２〜３記載の電動車輪。
前記ブラシ電極は、車輪又は車軸に取り付けた接点電極に接触して通電し、電流の向きを変えることを特徴とする請求項２〜４記載の電動車輪。
車輪リムに埋め込まれた複数の永久磁石と、交互に異なる捲き方向に捲回されて直列又は並列接続された複数の空芯コイルとが、永久磁石配置間隔で対面接近するように車輪支持フレーム又は車輪カバー等に固定支持され、車輪リムに埋め込まれた前記永久磁石は交互に磁極が異なるように配置されると共に、これらの回転位置を検知するセンサーとその信号により空芯コイルに流す電流のスイッチングを行う電気回路を有することを特徴とする電導車輪。
前輪及び後輪をフレームで接続してなる二輪自転車において、前記後輪は、後輪リムに埋め込まれ直列配列されてなる複数の空芯コイルと、前記コイル同士を繋ぐ接続導線により引き出した接点電極を車輪又は車軸に取り付け、さらに車軸支持フレーム又は車輪カバーに固定された交互に磁極が異なるように配置された永久磁石が前記空芯コイルと若干の隙間を有するように配置され、車軸支持フレーム、車輪カバー、又は車軸受けなどに設けられたブラシ電極が前記接点電極に接触通電して起磁力を得ることを特徴とする電動二輪自転車。
車輪にフレーム及びサドルが接続される一輪車において、前記車輪リムに埋め込まれ直列配列されてなる複数の空芯コイルと、前記コイル同士を繋ぐ接続導線により引き出した接点電極を車輪又は車軸に取り付け、さらに車軸支持フレーム又は車輪カバーに固定された交互に磁極が異なるように配置された永久磁石が前記空芯コイルと若干の隙間を有するように配置され、車軸支持フレーム、車輪カバー、又は車軸受けなどに設けられたブラシ電極が前記接点電極に接触通電して起磁力を得ることを特徴とする電動一輪車。