JP2011143752A - Power assisted bicycle - Google Patents

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敏 竹節
Takayuki Fukui
隆幸 福井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power assisted bicycle capable of simplifying an appearance by forming a driving wheel itself by an electric motor, and suppressing the weight increase by using the small electric motor. <P>SOLUTION: In the power assisted bicycle 100 including an electric motor 12 giving an auxiliary power to a driving wheel 5 rotated by a force for pedaling a pedal 6, the driving wheel 5 is 10-15 inches (equivalent to 254-381 mm) and the electric motor 12 is provided as an out-rotor type electric motor 12 having a rotor rotating outside of a stator. The driving wheel 5 is formed by the electric motor 12 and a rim to which a tire of the driving wheel 5 is attached is formed by the rotor of the electric motor 12. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ペダルを漕ぐ人の力(以下「人動力」という)を補助する電動モータを備えた電動アシスト自転車に関するものである。   The present invention relates to an electrically assisted bicycle including an electric motor that assists a person who pedals (hereinafter referred to as “human power”).
自転車は、人動力によって走行するものであるが、近年においては、登り坂等を軽い力で走行できるように人動力を補助する電動モータを備えた電動アシスト自転車が種々、案出されている。   Bicycles are driven by human power, but in recent years, various types of electrically assisted bicycles have been devised that include an electric motor that assists human power so that the vehicle can be driven on an uphill or the like with a light force.
ここで、電動アシスト自転車は、通常の自転車と同様に人がペダルを漕いで後輪を回転させて走行するものであるが、人が所定以上の力でペダルを漕ぐと、補助動力が必要であるとして電動モータを作動させて後輪に動力を加えるものである。   Here, as with a normal bicycle, an electric assist bicycle is one in which a person runs the pedal and rotates the rear wheel, but if a person runs the pedal with a force exceeding a predetermined level, auxiliary power is required. As an example, an electric motor is operated to apply power to the rear wheels.
従来の一般的な電動アシスト自転車では、ペダルを漕ぐ力を駆動輪である後輪に伝達するチェーンに電動モータが取付けられており、ペダル周りや後輪周りが雑多な構造となっている。   In a conventional general electric assist bicycle, an electric motor is attached to a chain that transmits a pedaling force to a rear wheel as a driving wheel, and the pedal and the rear wheel have a miscellaneous structure.
ところで、電動アシスト自転車の中には、電動モータとして、ステータの外周でロータが回転するアウトロータ型の電動モータを用い、このアウトロータ型の電動モータによって駆動輪を構成したものがある。このような電動アシスト自転車は、駆動輪の軸部分に電動モータが配置されているであることから、ペダル周りや後輪周りに電動モータを配置する必要がなく、電動アシスト自転車全体の外観を簡素化することができる。   By the way, in some electrically assisted bicycles, as an electric motor, an out-rotor type electric motor in which a rotor rotates on an outer periphery of a stator is used, and a drive wheel is configured by the out-rotor type electric motor. Since such an electrically assisted bicycle has an electric motor disposed on the shaft portion of the drive wheel, there is no need to dispose an electric motor around the pedal and the rear wheel, and the overall appearance of the electrically assisted bicycle is simplified. Can be
しかしながら、電動モータによって駆動輪を構成しようとすると、一般的な大きさの電動アシスト自転車は、車輪が20インチ(mm換算で508mm)前後であり、このような大径の車輪を回転させるためには、トルク出力の大きな電動モータが必要である。よって、電動アシスト自転車の重量が増加してしまう。   However, when an electric motor is used to form the drive wheel, a generally sized electric assist bicycle has a wheel around 20 inches (508 mm in terms of mm). Requires an electric motor with a large torque output. Therefore, the weight of the electrically assisted bicycle increases.
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、駆動輪自体を電動モータによって構成することで外観を簡素化することができるばかりでなく、小型の電動モータを用いることで重量が増加することを抑制することができる電動アシスト自転車の提供を課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and not only can the appearance be simplified by configuring the drive wheels themselves with an electric motor, but also the weight can be increased by using a small electric motor. It is an object of the present invention to provide an electrically assisted bicycle that can suppress this.
上記課題を解決するために本発明の採った主要な手段は、
「ペダルを漕ぐ力によって回転駆動される駆動輪に補助動力を与える電動モータを備えた電動アシスト自転車であって、
前記駆動輪は、10〜15インチ(mm換算で254〜381mm)であり、
前記電動モータは、ステータの外側で回転するロータを有するアウトロータ型の電動モータであると共に、前記ロータによって駆動輪のタイヤが装着されるリムを構成するものである
ことを特徴とする電動アシスト自転車」
である。
The main means taken by the present invention to solve the above problems are as follows:
"Electric assist bicycle with an electric motor that gives auxiliary power to the driving wheel that is driven to rotate by pedaling force,
The driving wheel is 10 to 15 inches (254 to 381 mm in terms of mm),
The electric motor is an out-rotor type electric motor having a rotor rotating outside a stator, and constitutes a rim on which tires of driving wheels are mounted by the rotor. "
It is.
上記構成の電動アシスト自転車は、ロータがステータの外側で回転するアウトロータ型の電動モータを用いて駆動輪を構成したものであることから、電動モータを車輪以外の部位に取付ける必要がなく、また、電動モータの駆動力を車輪に伝達させるための機器を必要とせず、電動アシスト自転車全体の外観を簡素化することができる。   Since the electric assist bicycle having the above-described configuration is configured by using an out-rotor type electric motor whose rotor rotates outside the stator, it is not necessary to attach the electric motor to any part other than the wheel. The device for transmitting the driving force of the electric motor to the wheels is not required, and the overall appearance of the electric assist bicycle can be simplified.
また、駆動輪は、10〜15インチ(mm換算で254〜381mm)であり、一般的な自転車の車輪よりも小径である。また、この小径の駆動輪のタイヤを装着するリムを、アウトロータ型の電動モータのロータによって構成する。よって、駆動輪自体を回転させるための電動モータとして、出力トルクの小さなものを用いることができる。   Further, the drive wheel is 10 to 15 inches (254 to 381 mm in terms of mm), and has a smaller diameter than a general bicycle wheel. Further, the rim on which the tire of the small diameter driving wheel is mounted is constituted by a rotor of an out-rotor type electric motor. Therefore, a small output torque can be used as an electric motor for rotating the drive wheels themselves.
上述した手段において、
「前記駆動輪は、前記電動モータと、該電動モータ外からの人動力によって前記ロータを回転させる人動力駆動機構と、該人動力駆動機構に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置と、前記電動モータに内蔵され、前記人動力検出装置の検出に応じて前記電動モータを作動させるモータ制御装置とを具備するアシストモータユニットによって構成されている
ことを特徴とする電動アシスト自転車」
とするのが好適である。
In the means described above,
“The driving wheel detects the electric motor, a human-powered driving mechanism that rotates the rotor by human power from outside the electric motor, and detects that human power of a predetermined level or more is applied to the human-powered driving mechanism. An electric motor comprising: a human power detection device; and an assist motor unit that is built in the electric motor and includes a motor control device that operates the electric motor in response to detection by the human power detection device. Assist bicycle
Is preferable.
上記構成の電動アシスト自転車において、アシストモータユニットは、人動力が所定以上となった場合に補助が必要であるとして補助動力を与えるものであるが、電動モータだけでなく、人動力が所定以上であるか否かの判定を行う機器や電動モータを制御する機器が、人動力検出装置やモータ制御装置として一つの機器にユニット化されたものである。よって、上記構成の電動アシスト自転車では、人動力が所定以上であるか否かの判定を行う機器や電動モータを制御する機器をアシストモータユニットとは別途に設ける必要が無く、電動アシスト自転車全体の構造を簡素化することができる。   In the electric assist bicycle having the above-described configuration, the assist motor unit provides auxiliary power as assistance is required when the human power becomes equal to or higher than a predetermined level. A device for determining whether or not a device is present and a device for controlling an electric motor are unitized into a single device as a human power detection device or a motor control device. Therefore, in the electric assist bicycle having the above-described configuration, it is not necessary to provide a device for determining whether or not the human power is equal to or higher than the predetermined value or a device for controlling the electric motor separately from the assist motor unit. The structure can be simplified.
上述した通り、本発明によれば、駆動輪自体を電動モータによって構成することで外観を簡素化することができるばかりでなく、小型の電動モータを用いることで重量が増加することを抑制することができる電動アシスト自転車を提供することができる。   As described above, according to the present invention, not only can the appearance be simplified by configuring the drive wheels themselves with an electric motor, but also an increase in weight can be suppressed by using a small electric motor. It is possible to provide an electrically assisted bicycle that can be used.
本発明に係る電動アシスト自転車の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the electrically assisted bicycle which concerns on this invention. アシストモータユニットを示す断面図である。It is sectional drawing which shows an assist motor unit. 電動モータの概略図である。It is a schematic diagram of an electric motor. 人動力駆動機構の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a manpower drive mechanism. 人動力検出装置の概略図である。It is the schematic of a human power detection apparatus. アシストモータユニットの電気的構成を示すロック図である。It is a lock figure showing the electric composition of an assist motor unit. 電動モータの作動状態を説明するチャート図である。It is a chart figure explaining the operating state of an electric motor.
本発明に係る電動アシスト自転車の実施形態としての一例を、以下、図面に従って詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of an electrically assisted bicycle according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に、本発明に係る電動アシスト自転車100の一例を示す。   FIG. 1 shows an example of an electrically assisted bicycle 100 according to the present invention.
この電動アシスト自転車100は、フレーム1、ハンドル2、サドル3、前輪4、後輪5等を具備する周知の自転車である。また、この電動アシスト自転車100は、使用者がペダル6を漕ぐことによって、ペダル6のスプロケット7からチェーン8を介して後輪5のスプロケット9に回転駆動力が与えられて後輪5が人動力によって回転駆動されるものである。そして、この電動アシスト自転車100では、駆動輪である後輪5が、アウトロータ型の電動モータ12を用いたアシストモータユニット10によって構成されている。また、電動アシスト自転車100の後側には、荷台を用いて、アシストモータユニット10の電源となるバッテリ11が搭載されている。   The electric assist bicycle 100 is a well-known bicycle including a frame 1, a handle 2, a saddle 3, a front wheel 4, a rear wheel 5, and the like. Further, in this electrically assisted bicycle 100, when the user pedals the pedal 6, a rotational driving force is applied from the sprocket 7 of the pedal 6 to the sprocket 9 of the rear wheel 5 through the chain 8, so that the rear wheel 5 is manpowered. It is rotationally driven by. In this electrically assisted bicycle 100, the rear wheel 5 that is a drive wheel is constituted by an assist motor unit 10 that uses an out-rotor type electric motor 12. In addition, a battery 11 serving as a power source of the assist motor unit 10 is mounted on the rear side of the electric assist bicycle 100 using a cargo bed.
また、本例の電動アシスト自転車100では、前輪4及び後輪5が10〜15インチ(mm換算で254〜381mm)、より具体的には12インチ(mm換算で約305mm)となっており、後輪5のタイヤを装着するリムが、アウトロータ型の電動モータ12のロータによって構成されている。換言すれば、アウトロータ型の電動モータ12のロータ自体に後輪5のタイヤが装着されている。   Moreover, in the electrically assisted bicycle 100 of this example, the front wheels 4 and the rear wheels 5 are 10 to 15 inches (254 to 381 mm in mm), more specifically 12 inches (about 305 mm in mm), A rim on which the tire of the rear wheel 5 is mounted is constituted by a rotor of an out-rotor type electric motor 12. In other words, the tire of the rear wheel 5 is mounted on the rotor itself of the out-rotor type electric motor 12.
次に、アシストモータユニット10の詳細を図2に基づいて説明する。   Next, details of the assist motor unit 10 will be described with reference to FIG.
アシストモータユニット10の電動モータ12は、電磁コイルによって形成された多数の電磁石22を有するステータ29と、永久磁石62を有し、ステータ29の外側で回転するロータ69と備えたブラシレスのアウトロータ型の電動モータ12として構成されている。   The electric motor 12 of the assist motor unit 10 is a brushless out-rotor type including a stator 29 having a large number of electromagnets 22 formed by electromagnetic coils and a rotor 69 having permanent magnets 62 and rotating outside the stator 29. The electric motor 12 is configured.
ステータ29は、電動アシスト自転車100のフレーム1に取付けられる支持軸20と、周面に多数の電磁石22が所定間隔で配設され、支持軸20に一体的に固定された円盤状のステータ本体21と、ステータ本体21の一方の側に配設され、支持軸20に一体的に固定されたブッシュ23とを備えている。   The stator 29 includes a support shaft 20 attached to the frame 1 of the electrically assisted bicycle 100 and a disk-shaped stator main body 21 in which a large number of electromagnets 22 are arranged at predetermined intervals on the peripheral surface and are integrally fixed to the support shaft 20. And a bush 23 which is disposed on one side of the stator body 21 and is integrally fixed to the support shaft 20.
また、ステータ本体21の他方の側には、スリーブ40が支持軸20にベアリング30,31を介して回動自在に組み付けられている。そして、このスリーブ40には、ワンウエイクラッチ9aを介して後輪5のスプロケット9が組み付けられており、電動アシスト自転車100のペダル6を漕ぐことで、前進方向のみの回転駆動力がスリーブ40に与えられる。   Further, on the other side of the stator body 21, a sleeve 40 is rotatably attached to the support shaft 20 via bearings 30 and 31. Further, the sprocket 9 of the rear wheel 5 is assembled to the sleeve 40 via the one-way clutch 9a, and a rotational driving force only in the forward direction is given to the sleeve 40 by stroking the pedal 6 of the electric assist bicycle 100. It is done.
一方、ロータ69は、タイヤTを装着するリム部60bが外周面に一体的に形成され、内周面に多数の永久磁石62が所定間隔で配設されたロータ本体60と、このロータ本体60に一体的に固定されたキャップ61とを備えている。ここで、ロータ本体60は、ステータ本体21のスリーブ40側の面を被覆するものであり、キャップ61は、ステータ本体21のブッシュ23側の面を被覆するものである。また、このロータ69においては、ロータ本体60がスリーブ40にベアリング50を介して回動自在に組み付けられており、キャップ61がブッシュ23にベアリング32を介して回動自在に組み付けられている。よって、ロータ69全体は、ステータ29に対して回動自在となっている。   On the other hand, the rotor 69 includes a rotor body 60 in which a rim portion 60b for mounting the tire T is integrally formed on the outer peripheral surface, and a large number of permanent magnets 62 are disposed on the inner peripheral surface at predetermined intervals, and the rotor main body 60. And a cap 61 fixed integrally therewith. Here, the rotor body 60 covers the surface of the stator body 21 on the sleeve 40 side, and the cap 61 covers the surface of the stator body 21 on the bush 23 side. In the rotor 69, the rotor body 60 is rotatably attached to the sleeve 40 via the bearing 50, and the cap 61 is rotatably attached to the bush 23 via the bearing 32. Therefore, the entire rotor 69 is rotatable with respect to the stator 29.
次に、電動モータ12の詳細について説明する。   Next, details of the electric motor 12 will be described.
本例の電動モータ12では、ロータ本体60の内周面に20個の永久磁石62が配設されている一方で、図3に示すように、ステータ本体21の外周縁に18個の電磁石22(図3における三角印、丸印及び四角印の部材)が配設されている。そして、隣合う3個の電磁石22によって一つの電磁石ユニットが形成されており、ステータ29は、六つの電磁石ユニットを有するものとなっている。   In the electric motor 12 of the present example, 20 permanent magnets 62 are disposed on the inner peripheral surface of the rotor body 60, while 18 electromagnets 22 are disposed on the outer peripheral edge of the stator body 21 as shown in FIG. 3. (Triangle mark, circle mark, and square mark members in FIG. 3) are provided. One electromagnet unit is formed by three adjacent electromagnets 22, and the stator 29 has six electromagnet units.
また、この電動モータ12では、ロータ69の回転が、対向する二つの電磁石ユニットを一つの相として、Iwの電流が流れるW相、Ivの電流が流れるV相、Iuの電流が流れるU相の三相の電流によって制御される。   Further, in this electric motor 12, the rotation of the rotor 69 is such that the two opposing electromagnet units are in one phase, the W phase in which Iw current flows, the V phase in which Iv current flows, and the U phase in which Iu current flows. Controlled by three-phase current.
なお、図3では、W相の電磁石22を三角印で示し、V相の電磁石22を丸印で示し、U相の電磁石22を四角印で示してある。また、各印の黒塗り及び白抜きは、電磁石22を構成する電磁コイルの巻き方向が逆であることを示すものである。   In FIG. 3, the W-phase electromagnet 22 is indicated by a triangle, the V-phase electromagnet 22 is indicated by a circle, and the U-phase electromagnet 22 is indicated by a square. Also, the black and white portions of each mark indicate that the winding direction of the electromagnetic coil constituting the electromagnet 22 is reversed.
ところで、アシストモータユニット10は、電動モータ12の外部から与えられる人動力によってロータ69を回転させる人動力駆動機構13と、この人動力駆動機構13に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置14と、この人動力検出装置14の検出に応じて電動モータ12を作動させるモータ制御装置15とを備えており、電動アシスト自転車100のペダル6を漕ぐ力が所定以上になると電動モータ12による補助動力が後輪5に加わるようにしてある。   By the way, the assist motor unit 10 detects that the human power drive mechanism 13 that rotates the rotor 69 by human power given from the outside of the electric motor 12 and that the human power drive mechanism 13 is supplied with human power of a predetermined level or more. And a motor control device 15 that activates the electric motor 12 in response to detection by the human power detection device 14. When the force for driving the pedal 6 of the electric assist bicycle 100 exceeds a predetermined value. Auxiliary power by the electric motor 12 is applied to the rear wheel 5.
次に、人動力駆動機構13、人動力検出装置14及びモータ制御装置15の詳細について説明する。   Next, the details of the manpower drive mechanism 13, the manpower detector 14 and the motor controller 15 will be described.
図4に示すように、人動力駆動機構13は、ステータ29の支持軸20とロータ69のロータ本体60との間に回動自在に組み付けられたスリーブ40を用いて構成されている。そして、スリーブ40は、連結部材41によってロータ本体60と一体的に連結されており、この連結部材41を通じて、電動アシスト自転車100のペダル6を漕ぐことで与えられた前進方向のみの回転駆動力がロータ本体60に伝達される。ここで、本例では、連結部材41として、C字状のバネ部材41を採用している。   As shown in FIG. 4, the human-powered drive mechanism 13 is configured using a sleeve 40 that is rotatably mounted between the support shaft 20 of the stator 29 and the rotor main body 60 of the rotor 69. The sleeve 40 is integrally connected to the rotor body 60 by a connecting member 41, and through this connecting member 41, the rotational driving force only in the forward direction given by rowing the pedal 6 of the electric assist bicycle 100 is obtained. It is transmitted to the rotor body 60. Here, in this example, a C-shaped spring member 41 is employed as the connecting member 41.
C字状のバネ部材41の両端には、当接部材42,43が設けられており、一方の当接部材42が止めネジ44によってロータ本体60に固定され、他方の当接部材43が止めネジ44によってスリーブ40に固定されている。そして、バネ部材41は、鋼板によって形成された十分な剛性を有するものとなっており、スリーブ40に回転駆動力が加わると(図5の矢印A参照)、この回転駆動力をそのままロータ本体60に伝達する(図5の矢印B参照)。   At both ends of the C-shaped spring member 41, contact members 42 and 43 are provided. One contact member 42 is fixed to the rotor body 60 by a set screw 44, and the other contact member 43 is stopped. It is fixed to the sleeve 40 by screws 44. The spring member 41 is formed of a steel plate and has sufficient rigidity. When a rotational driving force is applied to the sleeve 40 (see arrow A in FIG. 5), the rotational driving force is directly applied to the rotor body 60. (See arrow B in FIG. 5).
また、バネ部材41は、周方向に所定以上の力が加わると変形するものとなっており、スリーブ40に所定以上の回転駆動力が加わることで両端が近接するように変形する(図5の矢印C参照)。ここで、バネ部材41の両端には、当接部材42,43が設けられていることから、各当接部材42,43が互いに当接することでバネ部材41のそれ以上の変形が規制され、スリーブ40の回転駆動力は、当接部材42,43の当接によってロータ本体60にそのまま伝達される。なお、スリーブ40に加わる回転駆動力が所定未満となると、バネ部材41は、近接した両端が離間して元の形状に復帰する。   Further, the spring member 41 is deformed when a predetermined force or more is applied in the circumferential direction, and is deformed so that both ends are close to each other when a predetermined or more rotational driving force is applied to the sleeve 40 (FIG. 5). (See arrow C). Here, since the contact members 42 and 43 are provided at both ends of the spring member 41, further deformation of the spring member 41 is restricted by the contact members 42 and 43 contacting each other, The rotational driving force of the sleeve 40 is transmitted as it is to the rotor body 60 by the contact of the contact members 42 and 43. Note that when the rotational driving force applied to the sleeve 40 becomes less than a predetermined value, the spring member 41 returns to its original shape with the adjacent ends separated from each other.
両端が近接するようにバネ部材41が変形した状態では、ロータ本体60に対してスリーブ40が回動した状態、換言すれば、スリーブ40の位相とロータ本体60の位相とにズレが生じた状態となる。そして、本例のアシストモータユニット10では、人動力検出装置14が、スリーブ40とロータ本体60との位相ズレを検出することで、人動力駆動機構13に所定以上の人動力が与えられたことを検出するものとなっている。人動力検出装置14の具体的な構成は、以下の通りである。   In a state where the spring member 41 is deformed so that both ends are close to each other, the sleeve 40 is rotated with respect to the rotor body 60, in other words, a state in which a phase difference between the sleeve 40 and the rotor body 60 occurs. It becomes. In the assist motor unit 10 of this example, the human power detection device 14 detects a phase shift between the sleeve 40 and the rotor main body 60, so that the human power driving mechanism 13 is given a predetermined or higher human power. Is supposed to be detected. The specific configuration of the human power detection device 14 is as follows.
図2、図4及び図5に示すように、スリーブ40及びロータ本体60には、ステータ本体21に対向する面において、ステータ29の支持軸20の周囲に多数の永久磁石40a、60aが所定間隔で配設されており、ステータ本体21のスリーブ40側の面には、スリーブ40及びロータ本体60の夫々の永久磁石40a,60aと対向するセンサ73,74を有するセンサ基板72が設けられている。   As shown in FIGS. 2, 4, and 5, the sleeve 40 and the rotor body 60 are provided with a large number of permanent magnets 40 a and 60 a around the support shaft 20 of the stator 29 on the surface facing the stator body 21. A sensor substrate 72 having sensors 73 and 74 facing the permanent magnets 40a and 60a of the sleeve 40 and the rotor body 60 is provided on the surface of the stator body 21 on the sleeve 40 side. .
ここで、スリーブ40の永久磁石40aとロータ本体60の永久磁石60aとは、同数であり、バネ部材41が変形しない状態、すなわちスリーブ40とロータ本体60とに位相ズレが生じていない状態において、互いに位相が合致するように配置されている。また、センサ73,74は、磁性体によって形成されたもの、所謂「磁気センサ」であり、表面近傍を磁石が通過することで起電力を生じさせるものである。よって、スリーブ40側のセンサ74及びロータ本体60側のセンサ73に生じる夫々の起電力の電圧を監視することで、スリーブ40とロータ本体60とに位相ズレが生じたか否かを判定することができる。   Here, the permanent magnets 40a of the sleeve 40 and the permanent magnets 60a of the rotor body 60 are the same number, and in a state where the spring member 41 is not deformed, that is, in a state where there is no phase shift between the sleeve 40 and the rotor body 60, It arrange | positions so that a phase may mutually correspond. The sensors 73 and 74 are so-called “magnetic sensors” formed of a magnetic material, and generate electromotive force when a magnet passes near the surface. Therefore, by monitoring the voltage of the electromotive force generated in the sensor 74 on the sleeve 40 side and the sensor 73 on the rotor body 60 side, it can be determined whether or not a phase shift has occurred between the sleeve 40 and the rotor body 60. it can.
また、ロータ本体60側のセンサ73の起電力を監視することで、ロータ本体60の回転速度を計測することができ、もって、電動アシスト自転車100の走行速度を計測することができる。特に本例では、ロータ本体60側のセンサ73の前後にもセンサ73a,73bを設けてあり、電動アシスト自転車100の後輪5の回転方向も検出できるようにしてある。   Further, by monitoring the electromotive force of the sensor 73 on the rotor body 60 side, the rotational speed of the rotor body 60 can be measured, and thus the traveling speed of the electrically assisted bicycle 100 can be measured. Particularly in this example, sensors 73a and 73b are also provided before and after the sensor 73 on the rotor body 60 side so that the rotational direction of the rear wheel 5 of the electric assist bicycle 100 can also be detected.
ところで、スリーブ40とロータ本体60とに位相ズレが生じた状態では、スリーブ40に所定状の回転駆動力が加わっている状態、すなわち、所定以上の力でペダル6が漕がれている状態であり、後輪5に電動モータ12による補助動力を与える必要がある。よって、この状態では、電動モータ12を制御するモータ制御装置15によって、バッテリ11からの電源によって電動モータ12を作動させる。ここで、本例では、図2及び図6に示すように、モータ制御装置15が、ステータ本体21におけるスリーブ40側とは反対の面に設けられたモータ制御基板70によって構成されており、電動モータ12に内蔵されたものとなっている。また、モータ制御基板70は、上述したセンサ基板72と電気的に接続されており、センサ基板72からの信号によって電動モータ12の駆動を制御する。   By the way, in a state where the sleeve 40 and the rotor body 60 are out of phase, a state where a predetermined rotational driving force is applied to the sleeve 40, that is, a state where the pedal 6 is twisted with a predetermined force or more. Yes, it is necessary to apply auxiliary power by the electric motor 12 to the rear wheel 5. Therefore, in this state, the electric motor 12 is operated by the power supply from the battery 11 by the motor control device 15 that controls the electric motor 12. Here, in this example, as shown in FIGS. 2 and 6, the motor control device 15 is configured by a motor control board 70 provided on the surface opposite to the sleeve 40 side of the stator body 21, and It is built in the motor 12. The motor control board 70 is electrically connected to the sensor board 72 described above, and controls the driving of the electric motor 12 by a signal from the sensor board 72.
なお、モータ制御装置15を構成するモータ制御基板70は、電動モータ12に内蔵されたものであるが、このモータ制御基板70は、電動アシスト自転車100のフレーム1に固定的なステータ29に設けられていることから、電動アシスト自転車100の走行に際してロータ69が回転しても支障は生じない。また、モータ制御基板70とバッテリ11とを接続する配線71やモータ制御基板70と詳細は後述するスイッチパネル16とを接続する配線71は、フレーム1に固定的な部材であるブッシュ23に設けられた配線通路23aを通じてアシストモータユニット10の外側に引き出されていることから、電動アシスト自転車100の走行に際してロータ69が回転しても支障は生じない。   The motor control board 70 constituting the motor control device 15 is built in the electric motor 12. The motor control board 70 is provided on the stator 29 fixed to the frame 1 of the electric assist bicycle 100. Therefore, even if the rotor 69 rotates during the travel of the electrically assisted bicycle 100, no trouble occurs. Further, the wiring 71 for connecting the motor control board 70 and the battery 11 and the wiring 71 for connecting the motor control board 70 and a switch panel 16 to be described in detail later are provided on the bush 23 which is a member fixed to the frame 1. Further, since the motor is pulled out to the outside of the assist motor unit 10 through the wiring passage 23a, no trouble occurs even if the rotor 69 rotates during the traveling of the electric assist bicycle 100.
ところで、本例では、ロータ69のキャップ61にブレーキドラム61aが一体的に設けられている。ここで、このブレーキドラム61aは、一般的な自転車の後輪のブレーキ装置に適用可能な形状・寸法に形成されており、ブッシュ23にブレーキ装置のカバー24やブレーキ部材25(帯ブレーキ装置の場合はブレーキバンド)を組付けることで、ブレーキ装置を簡単に形成できるようにしてある。なお、ブレーキドラム61aは、ロータ60のキャップ61に一体成形してもよいし、別部材として形成してボルトや溶接等によってキャップ61に一体化できるようにしてもよい。   By the way, in this example, the brake drum 61 a is integrally provided on the cap 61 of the rotor 69. Here, the brake drum 61a is formed in a shape and size applicable to a general bicycle rear wheel brake device. The brake device cover 24 and the brake member 25 (in the case of a belt brake device) are provided on the bush 23. The brake device can be easily formed by assembling the brake band. The brake drum 61a may be integrally formed with the cap 61 of the rotor 60, or may be formed as a separate member so that it can be integrated with the cap 61 by bolts, welding, or the like.
次に、本例の電動アシスト自転車100の使用態様を説明する。   Next, the usage mode of the electrically assisted bicycle 100 of this example will be described.
電動アシスト自転車100には、ハンドル2等の操作し易い部位に、図2に示すような操作パネル16が取付けられており、この操作パネル16でのスイッチ操作によってアシストモータユニット10の作動が操作される。また、本例では、電動モータ12が回生ブレーキ(発電機)として機能するように構成されている。   The electric assist bicycle 100 is provided with an operation panel 16 as shown in FIG. 2 at a portion where the handle 2 or the like is easy to operate, and the operation of the assist motor unit 10 is operated by a switch operation on the operation panel 16. The In this example, the electric motor 12 is configured to function as a regenerative brake (generator).
操作パネル16は、3つのスイッチSW1,SW2,SW3を備えている。   The operation panel 16 includes three switches SW1, SW2, and SW3.
まず、スイッチSW1は、アシストモータユニット10の電源をON・OFFさせるスイッチであり、スイッチSW1を押すことで電源がONとなり、再びスイッチSW1を押すことで、電源がOFFとなる。また、電源がONとなった状態では、バッテリ11の充電量に応じてLED1〜3が点灯する。ここで、LED1〜3が全て点灯する状態は、バッテリ11の充電量が十分であることを示し、LED1,2しか点灯しない状態は、バッテリ11の充電量がやや不足することを示し、LED1しか点灯しない状態は、バッテリ11の充電量が残り僅かであり、充電を必要とすることを示すものである。   First, the switch SW1 is a switch for turning the power of the assist motor unit 10 ON / OFF. When the switch SW1 is pressed, the power is turned ON, and when the switch SW1 is pressed again, the power is turned OFF. Further, when the power is turned on, the LEDs 1 to 3 are lit according to the charge amount of the battery 11. Here, the state in which all the LEDs 1 to 3 are lit indicates that the charge amount of the battery 11 is sufficient, and the state in which only the LEDs 1 and 2 are lit indicates that the charge amount of the battery 11 is slightly insufficient, and only the LED 1 is present. The state where the lamp is not lit indicates that the remaining amount of charge of the battery 11 is small and charging is required.
アシストモータユニット10の電源がONとなった状態で電動アシスト自転車100を走行させると、登り坂等において補助動力が必要な場合には電動モータ12が作動して人動力を補助する。また、下り坂等において、電動アシスト自転車100が所定以上の速度になると、モータ制御基板70によって電動モータ12を制御して、電動モータ12を回生ブレーキとして機能させる。ここで、本例では、電動アシスト自転車100が第一速度以上となると、電動モータ12が第一回生ブレーキとして機能し、電動アシスト自転車100が前記第一速度よりも速い第二速度となると、電動モータ12が前記第一回生ブレーキよりもブレーキ力が大きい第二回生ブレーキとして機能するように、モータ制御基板70によって電動モータ12が制御される。   When the electric assist bicycle 100 is run with the power of the assist motor unit 10 turned on, the electric motor 12 operates to assist human power when auxiliary power is required on an uphill or the like. When the electric assist bicycle 100 reaches a predetermined speed or more on a downhill or the like, the electric motor 12 is controlled by the motor control board 70 to cause the electric motor 12 to function as a regenerative brake. Here, in this example, when the electrically assisted bicycle 100 reaches or exceeds the first speed, the electric motor 12 functions as a first regenerative brake, and when the electrically assisted bicycle 100 reaches a second speed that is faster than the first speed, The electric motor 12 is controlled by the motor control board 70 so that the motor 12 functions as a second regenerative brake having a braking force larger than that of the first regenerative brake.
具体的に、電動アシスト自転車100の速度は、センサ基板72によって計測できることは前述の通りであり、また、電動モータ12では、W相、V相及びU相といったような複数相の電流によって複数の電磁石22が夫々制御されるのも前述の通りである。そこで、モータ制御基板70では、センサ基板72からの信号(電動アシスト自転車100の速度)に応じて、例えば、第一回生ブレーキでは二つの相の電磁石22を回生ブレーキとして機能させ、第二回生ブレーキでは三つの相の電磁石22を回生ブレーキとして機能させるといったように、回生ブレーキとして機能させる相数を異ならせることで、ブレーキ力が異なる回生ブレーキを段階的に生じさせる。   Specifically, as described above, the speed of the electrically assisted bicycle 100 can be measured by the sensor board 72. In the electric motor 12, a plurality of currents such as a W phase, a V phase, and a U phase can be measured. As described above, each of the electromagnets 22 is controlled. Therefore, in the motor control board 70, for example, in the first regenerative brake, the two-phase electromagnets 22 function as the regenerative brake in accordance with the signal from the sensor board 72 (speed of the electrically assisted bicycle 100). Then, regenerative brakes having different braking forces are generated in stages by varying the number of phases that function as regenerative brakes, such as by causing the three-phase electromagnets 22 to function as regenerative brakes.
なお、電動モータ12が回生ブレーキとして機能する状態は、電動モータ12が発電機となる状態である。よって、電動モータ12からの電気をバッテリ11に充電させる充電回路を開くことで、電動モータ12を発電機として機能させてバッテリ11に充電を行うことができる。   The state in which the electric motor 12 functions as a regenerative brake is a state in which the electric motor 12 serves as a generator. Therefore, by opening the charging circuit that charges the battery 11 with electricity from the electric motor 12, the electric motor 12 can function as a generator and the battery 11 can be charged.
次に、スイッチSW2は、アシストモータユニット10の電動モータ12を強制的に発電機として機能させてバッテリ11に充電を行う「充電モード」のスイッチであり、例えば2秒間といったように、スイッチSW2を長押しすることで、充電モードがONとなり、LED4が点灯する。なお、このスイッチSW2のON側のスイッチ操作については、電動アシスト自転車100が停止時や所定の安全速度未満のときに操作の受付けを許容するように構成されている。   Next, the switch SW2 is a “charging mode” switch for charging the battery 11 by forcibly functioning the electric motor 12 of the assist motor unit 10 as a generator. For example, the switch SW2 is set to 2 seconds. By long pressing, the charging mode is turned on and the LED 4 is lit. Note that the switch operation on the ON side of the switch SW2 is configured to accept the operation when the electrically assisted bicycle 100 is stopped or less than a predetermined safe speed.
一方、充電モードがONとなっている状態で、再びスイッチSW2を押すことで、充電モードはOFFとなるのであるが、このOFF側のスイッチ操作については、スイッチSW2を押しさえすれば、短い時間でもOFFとなる。また、アシスト自転車100が停車中であっても、走行中であっても、OFF操作については、その受付けを許容するように構成されている。   On the other hand, when the switch SW2 is pressed again in the state where the charge mode is ON, the charge mode is turned OFF. However, as long as the switch SW2 is pressed, the switch operation on the OFF side takes a short time. But it turns off. In addition, the assist bicycle 100 is configured to accept the OFF operation regardless of whether the assist bicycle 100 is stopped or traveling.
充電モードでは、電動モータ12を発電機として機能させてバッテリ11に充電を行うものであり、ブレーキ力が生じるのであるが、平坦地等において走行の大きな抵抗とならないように、この充電モードでは、前述の第一回生ブレーキよりも小さなブレーキ力しか生じないようにしてあり、走行の支障になり難いようにしてある。具体的には、回生ブレーキとして機能させる電磁石22の相数を前述の第一回生ブレーキの相数よりも少なくして、大きなブレーキ力が発生しないようにしてある。   In the charging mode, the electric motor 12 is made to function as a generator and the battery 11 is charged, and braking force is generated. Only a braking force smaller than that of the first regenerative brake described above is generated, and it is difficult for the vehicle to interfere with traveling. Specifically, the number of phases of the electromagnet 22 that functions as a regenerative brake is made smaller than the number of phases of the first regenerative brake, so that a large braking force is not generated.
最後に、スイッチSW3は、アシストモータユニット10に直接関わるものではないが、アシストモータユニット10とは別途に設けられると共にバッテリ11に接続され、電動アシスト自転車100の前側等に取付けられたライト(図示省略)を点灯・消灯させるためのスイッチであり、一度押すことでライトが点灯し、再び押すことでライトが消灯する。   Finally, the switch SW3 is not directly related to the assist motor unit 10, but is provided separately from the assist motor unit 10 and connected to the battery 11, and attached to the front side of the electrically assisted bicycle 100 (illustrated). (Omitted) is a switch to turn on and off, and when pressed once, the light turns on, and when pressed again, the light turns off.
このように構成された電動アシスト自転車100では、電動モータ12が、図7に示すように作動する。ここで、図7では、電動アシスト自転車100が走行する路面の傾斜を「走行路」として模式的に示し、電動モータ12の作動状態を、補助動力として作動する側を「アシスト」として横方向の基準線よりも上向きグラフとし、発電機として作動する側を「回生」として横方向の基準線よりも下向きのグラフとして示す。   In the electrically assisted bicycle 100 configured as described above, the electric motor 12 operates as shown in FIG. Here, in FIG. 7, the slope of the road surface on which the electrically assisted bicycle 100 travels is schematically shown as “traveling road”, and the operating state of the electric motor 12 is set to “assist” as the side that operates as auxiliary power. The graph is an upward graph with respect to the reference line, and the side operating as a generator is indicated as “regeneration” as a graph downward with respect to the horizontal reference line.
まず、アシストモータユニット10の電源をONとした状態として、走行を開始する。平坦な走行路aを走行する場合には、電動モータ12は作動せず、電動アシスト自転車100は、電動モータ12のロータ69が人動力のみによって回転駆動されて走行する。次に、登り坂の走行路bでは、ベダル6を漕ぐ力が大きくなり、ロータ69に人動力による所定以上の回転駆動力が与えられると電動モータ12が作動して、坂道を登る人動力を補助する。次に、再び平坦な走行路cでは、補助動力を必要としなくなるため、電動モータ12は作動を停止して、電動アシスト自転車100は、ロータ69が人動力のみによって回転駆動されて走行する。次に、下り坂の走行路dでは、補助動力を必要としないばかりか、ペダル6を漕がなくても速度が増すため、第一速度以上となったら電動モータ12が第一回生ブレーキとして機能し、ブレーキ力を生じさせると共にバッテリ11への充電を行う。次に、さらに傾斜角度のきつい走行路eでは、第一速度よりも速い第二速度以上となる場合がある。この場合には、第一回生ブレーキのブレーキ力では制動が不十分であるとして、電動モータ12が第一回生ブレーキよりもブレーキ力の大きな第二回生ブレーキとして機能し、より大きなブレーキ力を生じさせると共により多くの電力をバッテリ11に充電する。   First, traveling is started with the assist motor unit 10 powered on. When traveling on a flat travel path a, the electric motor 12 does not operate, and the electric assist bicycle 100 travels with the rotor 69 of the electric motor 12 being rotationally driven only by human power. Next, on the uphill running path b, the force for driving the bed 6 is increased, and when the rotor 69 is given a rotational driving force of a predetermined level or more by human power, the electric motor 12 is operated to increase the human power to climb the slope. Assist. Next, on the flat travel path c again, auxiliary power is not required, so the electric motor 12 stops operating, and the electric assist bicycle 100 travels with the rotor 69 being rotationally driven only by human power. Next, on the downhill travel path d, not only does auxiliary power be required, but the speed increases even if the pedal 6 does not have a saddle, so the electric motor 12 functions as a first regenerative brake when the speed exceeds the first speed. Then, the braking force is generated and the battery 11 is charged. Next, in the traveling road e with a more inclined angle, there may be a case where the second speed is higher than the first speed. In this case, assuming that braking is insufficient with the braking force of the first regenerative brake, the electric motor 12 functions as a second regenerative brake having a larger braking force than the first regenerative brake, and generates a larger braking force. At the same time, the battery 11 is charged with more electric power.
最後に、坂道を下った後の平坦な走行路fでは、ブレーキ力を必要とせず、また、補助動力も必要としないため、電動モータ12は回生ブレーキとして機能せず、また、作動もせず、電動アシスト自転車100は、ロータ69が人動力のみによって回転駆動されて走行する。ここで、バッテリ11の充電量が不十分である場合には、操作パネル16を操作してアシストモータユニット10を「充電モード」とすることで、電動モータ12を、第一回生ブレーキよりも小さなブレーキ力しか生じない発電機として機能させて(図7における斜線部分)、不足した電力を補うことができる。   Finally, on the flat road f after going down the slope, no braking force is required and no auxiliary power is required, so the electric motor 12 does not function as a regenerative brake and does not operate. The electrically assisted bicycle 100 travels while the rotor 69 is rotationally driven only by human power. Here, when the charge amount of the battery 11 is insufficient, the electric motor 12 is made smaller than the first regenerative brake by operating the operation panel 16 to set the assist motor unit 10 to the “charge mode”. It can function as a generator that generates only braking force (shaded area in FIG. 7) to compensate for the insufficient power.
以上、本例の電動アシスト自転車100では、後輪5が10〜15インチ(mm換算で254〜381mm)となっており、小さなトルクで後輪5を回転させることができることから、後輪5に補助動力を与える電動モータ12として、小さな電動モータを採用することができる。   As described above, in the electrically assisted bicycle 100 of this example, the rear wheel 5 is 10 to 15 inches (254 to 381 mm in terms of mm), and the rear wheel 5 can be rotated with a small torque. A small electric motor can be adopted as the electric motor 12 for providing auxiliary power.
また、本例の電動アシスト自転車100では、後輪5のタイヤを装着するリムが、アウトロータ型の電動モータ12のロータによって構成されており、しかも、電動モータ12、人動力によってロータ69を回転させる人動力駆動機構13、人動力駆動機構13に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置14、及び、人動力検出装置14の検出に応じて電動モータ12を作動させるモータ制御装置15といった補助動力を与えるための様々な機器(以下「補助動力用機器」という)をコンパクトにまとめて一つの機器としてユニット化したアシストモータユニット10によって後輪5自体が構成されている。   Further, in the electrically assisted bicycle 100 of this example, the rim on which the tire of the rear wheel 5 is mounted is constituted by the rotor of the out-rotor type electric motor 12, and the rotor 69 is rotated by the electric motor 12 and human power. The human power drive mechanism 13 to be operated, the human power detection device 14 for detecting that the human power drive mechanism 13 is given a predetermined or higher human power, and the electric motor 12 to be operated in response to the detection by the human power detection device 14 The rear wheel 5 itself is configured by an assist motor unit 10 that is a compact unit of various devices (hereinafter referred to as “auxiliary power devices”) for providing auxiliary power, such as the motor control device 15. .
よって、後輪5の周りやペダル6の周りに補助動力用機器を配置する必要がなく、後輪周りやペダル周りを、電動モータを有しない普通の自転車と同様にすっきりと収めることができ、小型の電動アシスト自転車や折畳み式の電動アシスト自転車を実現する場合に、好適である。   Therefore, there is no need to arrange auxiliary power devices around the rear wheel 5 or around the pedal 6, and the rear wheel or around the pedal can be neatly accommodated in the same manner as an ordinary bicycle without an electric motor. This is suitable for realizing a small electric assist bicycle or a folding electric assist bicycle.
T タイヤ
1 フレーム
2 ハンドル
3 サドル
4 前輪
5 後輪
6 ペダル
7 スプロケット
8 チェーン
9 スプロケット
9a ワンウエイクラッチ
10 アシストモータユニット
11 バッテリ
12 電動モータ
13 人動力駆動機構
14 人動力検出装置
15 モータ制御装置
16 操作パネル
20 支持軸
21 ステータ本体
22 電磁石
23 ブッシュ
23a 配線通路
24 カバー
25 ブレーキ部材
29 ステータ
30 ベアリング
31 ベアリング
32 ベアリング
40 スリーブ
40a 永久磁石
41 バネ部材(連結部材)
42 当接部材
43 当接部材
44 止めネジ
50 ベアリング
60 ロータ本体
60a 永久磁石
60b リム部
61 キャップ
61a ブレーキドラム
62 永久磁石
69 ロータ
70 モータ制御基板
71 配線
72 センサ基板
73 センサ
74 センサ
100 電動アシスト自転車
T tire 1 frame 2 handle 3 saddle 4 front wheel 5 rear wheel 6 pedal 7 sprocket 8 chain 9 sprocket 9a one-way clutch 10 assist motor unit 11 battery 12 electric motor 13 human power drive mechanism 14 human power detection device 15 motor control device 16 operation panel DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Support shaft 21 Stator main body 22 Electromagnet 23 Bush 23a Wiring path 24 Cover 25 Brake member 29 Stator 30 Bearing 31 Bearing 32 Bearing 40 Sleeve 40a Permanent magnet 41 Spring member (connection member)
42 Contact member 43 Contact member 44 Set screw 50 Bearing 60 Rotor body 60a Permanent magnet 60b Rim portion 61 Cap 61a Brake drum 62 Permanent magnet 69 Rotor 70 Motor control board 71 Wiring 72 Sensor board 73 Sensor 74 Sensor 100 Electric assist bicycle

Claims (2)

  1. ペダルを漕ぐ力によって回転駆動される駆動輪に補助動力を与える電動モータを備えた電動アシスト自転車であって、
    前記駆動輪は、10〜15インチであり、
    前記電動モータは、ステータの外側で回転するロータを有するアウトロータ型の電動モータであると共に、前記ロータによって駆動輪のタイヤが装着されるリムを構成するものである
    ことを特徴とする電動アシスト自転車。
    An electrically assisted bicycle including an electric motor that provides auxiliary power to a driving wheel that is rotationally driven by a pedaling force,
    The drive wheels are 10-15 inches;
    The electric motor is an out-rotor type electric motor having a rotor rotating outside a stator, and constitutes a rim on which tires of driving wheels are mounted by the rotor. .
  2. 前記駆動輪は、前記電動モータと、該電動モータ外からの人動力によって前記ロータを回転させる人動力駆動機構と、該人動力駆動機構に所定以上の人動力が与えられたことを検出する人動力検出装置と、前記電動モータに内蔵され、前記人動力検出装置の検出に応じて前記電動モータを作動させるモータ制御装置とを具備するアシストモータユニットによって構成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の電動アシスト自転車。
    The drive wheel includes the electric motor, a human-powered drive mechanism that rotates the rotor by human power from outside the electric motor, and a person that detects that the human-powered drive mechanism is given a predetermined or higher human power. The power supply device comprises: an assist motor unit comprising: a power detection device; and a motor control device built in the electric motor and operating the electric motor in response to detection by the human power detection device. The electrically assisted bicycle according to 1.
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