JP2014528377A - 自転車用のフレームエレメント及びモータ - Google Patents

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Abstract

本発明においてフレームエレメントは、独立した構成エレメントとして、又は自転車フレームの下側の領域において統合された部品として設けられている。典型的に、フレームエレメントは、下パイプとシートパイプとの間の結合を形成することにより、安定化エレメントとして働く。しかしまた、2つのパイプがフレームエレメントにおいて互いに結合されているということも可能である。パイプは、個々に又は一緒にフレームエレメントの、適所で曲げられているプレート状の構成要素に結合される。本発明の核は、フレームエレメントが、プレート状で曲げられた構成要素に、構成要素のほぼ全長に亘って延在している畝部若しくは稜状部を有するという点にある。この構成において、稜状部はプレート状の構成要素の中央に位置決めされている。

Description

本発明は自転車用のフレームエレメント及びモータ、並びにこのフレームエレメントに取り付けられたモータを備える自転車に関する。
背景技術
モータ運転される自転車の駆動のために、3つの種々異なるコンセプトが可能である。フロントホイール駆動若しくはリアホイール駆動用のモータの収納を、直接車輪において行うことができる一方で、中間駆動用のモータの取付けには手間がかかる。この目的のために、駆動されない型式に対して、典型的には自転車のフレームは少し変更される。モータのために適切な取付け可能性を獲得するために、特別なフレームエレメントが使用される。このフレームエレメントは、ヘッドパイプに結合されている下パイプ及びシートパイプのV字形の合流部の下側の端部に取り付けられている。自由選択的には、フレームエレメントにリアホイールフォークも取り付けられるようになっていてよい。
フレームの下側でのモータの取付け用に、フレーム製造者に応じて種々異なる突設部がある。中間モータ駆動装置を備えた第1の電気自転車においては、モータはフレームエレメントの直ぐ下側に配置されていた。このフレームエレメントは、下パイプとシートパイプとを結合していた。モータの上記配置において、底部自由度は必然的に減じられるので、まさにマウンテンバイク又はクロスバイクといったゲレンデ自転車(Gelaendefahrraedern)においては、走行快適性に損失が生じることがあった。第1の解決手段の特徴は、フレームエレメントの上側にモータを配置する、という点にあった。しかしこのモータの配置により、フレーム三角コーナにおいて、一般的にアキュムレータパック若しくはバッテリパック用に使用されるスペースも減じられてしまう。まさに、アキュムレータパック若しくはバッテリパックを同様に、その上に又はその下に位置決めすることができる荷物キャリアを有していない自転車においては、上記配置は新たな問題を生み出す。
特開平10−230890号公報において既に、低床型の電気モータ用の収容部が公知になっている。この収容部は、U字形に構成されているので、モータを直接的に収容部内に押し込むことができ、側壁がモータを取り囲むことができる。しかしこの構造は、運転者がフットペダルを踏む際に、フレーム全体を不安定にさせてしまう作用力を形成する、という欠点を有する。その理由は、上記力が、収容部、ひいては結合されたパイプとの結合部に作用するからである。
本発明でもって、変更されたフレームエレメント及び改良されたモータ構造の組合せにより、モータを確実にかつ安定的に自転車に取り付けるとともに、底部自由度を高めることを可能にする構成を提案する。
発明の開示
本発明によって、自転車用のフレームエレメント、自転車の駆動用のモータ並びに対応するフレームエレメント及びこのフレームエレメントに取り付けられているモータを備える自転車が請求される。
この構成においてフレームエレメントは、独自の構成エレメントとしてか又は統合された部品として、自転車フレームの下側の領域に設けられている。典型的には、フレームエレメントは安定化エレメントとして働く一方で、下パイプ及びシートパイプの結合を形成する。しかし、2つのパイプがフレームエレメントにおいて互いに結合されている、ということも可能である。パイプは、個々に又は一緒にフレームエレメントのプレート形の構成要素に結合される。この構成要素は適所で曲げられている。本発明の核心は、フレームエレメントが、プレート形で曲げられた構成要素に、構成要素のほぼ全長に亘って延びている畝部若しくは稜状部を有するという点にある。この構成において、稜状部はプレート状の構成要素の中央に位置決めされている。
フレームエレメントの上記構成によって、モータ用の収容システムが得られる。このモータは、公知のフレームエレメントと比較して、より簡単な組付けと相俟って、より高い安定性を可能にする。具体的には、モータの取付けは、構造的に、自転車フレームの接合部へのフレームエレメント若しくはプレート状の構成要素の安定化作用からは切り離されている。さらに、モータの取付けのために中央に配置されている畝部の構成は、シェル形の収容部とは異なり安定的な構造を示す。この中央の配置は、構造に作用する力に関しても、単に片側での取付けと比べて利点を有する。その理由は、力が大きな面に対して分配されていて、ひいては荷重が減じられるからである。
本発明の構成において、畝部若しくは稜状部は、下方に、つまり走行路に向かって方向付けられているようになっている。この構成において、プレート状の構成要素は、走行路に対してほぼ平行に延在している、長い第1の部分領域から出発して、短い第2の部分領域でもってL字形に下方に曲げられている。したがって、モータは簡単に下方からフレームエレメントに取り付けることができる。択一的には、畝部若しくは稜状部をプレート状の構成要素において上方に方向付けるようになっていてもよい。この構成において、プレート状の構成要素の第2の部分領域は、同様にL字形に、やはり上方に曲げられている。モータは、上記択一的な構成においては上方から挿入することができる。2つの択一的な構成において、第2の部分領域を自転車の走行方向において前方に又は後方に、プレート状の構成要素の第1の部分領域において曲げることを可能にする構成がある。
しかし自由選択的には、曲げられたプレート状の構成要素を備えたフレームエレメントが、自転車フレームの下側の他の各位置に取り付けられていてもよい。この構成において、例えば斜めの配置が考慮可能である。プレート状の構成要素は、これらの構成においてはもはや必然的に走行路に対して平行ではない。
好ましくは、プレート状の構成要素のL字形の撓曲部は、第1及び第2の部分領域が65°〜115°の角度を成しているように設けられている。特に好ましくは、組込みを容易にするために、105°の撓曲部が設けられている。さらに、例えばオフロード走行中又はモータに対する意図しない衝撃時に、運転中のモータ用のストッパとして働くためにも撓曲部は役立つ。したがって、モータの損傷は妨げられる。
完全体としてのフレームの寸法設定、又は個別部材としてのプレート状の構成要素若しくは畝部の寸法設定は、第1及び第2の部分領域が、1:2〜1:2.5の(長さ)比率を有しているように構成されていることが望ましい。このような比率により、第1の部分領域の負荷能力と、第2の部分領域によるサポートとの調整されたバランスを達成することが可能になる。
別の構成において、L字形の撓曲部とは異なり、フレームエレメントの他の曲げ部が設けられている。この曲げ部は、プレート状の構成要素にも、また畝部若しくは稜状部にも存在していてよい。他の曲げ部は、モータが滑らないようにするために、L字形の撓曲部によるストッパのように働く。しかしこの他の曲げ部は、L字形の撓曲部のように強度を持って必然的に形成されておらず、また曲げ角度及び伸長に関しても同様である。曲げ角度としては、150°〜170°の角度が有利であることが分かった。この構成において特に160°の角度が、十分な安定性を獲得するために適切であることが認識された。空間的な延びに関して、本発明のさらに別の構成においては、小さな突出しが必要なだけである。
プレート状の構成要素における畝部は、構成要素及び畝部の厚さが、ほぼ1:4〜1:5の比率にあるように構成されていることが望ましい。その結果、畝部は、プレート状の構成要素を明らかに超えて突出する。重量に対する安定性について有利であると分かった特別な比率として、1:4.4の比率が明らかになった。
畝部対畝部の下側にある構成要素の幅の比率に関しては、1:6〜1:9、好ましくは1:7の比率であることが分かった。
使用されるモータの係止のために、畝部には少なくとも2つの孔、開口及び/又はネジ山が設けられている。この構成において、畝部の第1及び第2の部分領域に、少なくとも1つの孔、開口及び/又はネジ山が設けられている。しかし好ましくは、長い第1の部分領域には、第2の部分領域においてよりも多い、孔、開口及び/又はネジ山が設けられている。
モータへの給電部には外部からアクセス可能であって、ひいては損傷するという可能性を阻止するために、フレームエレメントには、ケーブル又はその他の導線を通して案内することができる開口が設けられているようになっている。このことは、例えば、プレート状の構成要素、及びこのプレート状の構成要素に設けられている畝部に、貫通している開口が設けられていることにより達成される。好ましくは、上記開口は、構成要素において下パイプの固定部と、シートパイプの固定部との間に設けられている。
さらに別の構成において、フレームエレメントは同様にリアホイールフォーク及び/又はリアホイールの防護金属薄板に結合されていてよい。この結合は、好ましくは構成要素の曲げられた第2の部分領域を介して行うことができる。
フレームエレメント若しくはプレート状の構成要素とリアホイールフォークとの結合は、堅固であって、またフレキシブに又は回動可能若しくは旋回可能に支承されて構成されていてよい。したがって、フレームエレメント、特に構成要素の第2の部分領域は、リアホイールフォークが旋回可能に支承されている旋回支承部を有することも可能である。
本発明に係るフレームエレメントで、自転車に取り付けるために設けられているモータは、モータハウジングに組み込まれているモータユニットと駆動軸とを有する。モータユニットと駆動軸とは相並んで配置されていて、ほぼモータの長さを規定する。駆動軸は、この構成において、駆動軸に、駆動モーメントを加えることができる少なくとも1つのチェーンリングが配置されているように構成されている。本発明によれば、モータハウジングの上面及び側方の斜面には、保持エレメントを収容するために設けられている、内方に位置する凹部がある。この凹部は、一構成において、フレームエレメントの畝部若しくは稜状部と適合して、つまり正確に嵌め合わさって一致するように成形されているので、あったとしても単に小さな遊びが存在しているだけである。このことを踏まえて、凹部はモータの上面全体及び側方の斜面の大部分に沿って設けられている。
凹部の縁部には、フレームエレメントにおけるモータの取付け及び係止のために働く、複数の孔若しくは複数の開口が設けられている。これらの孔は、1つの壁において片側に設けられていてよく、また、2つの壁を貫通して設けられていてもよい。取付けのために、凹部の上側の長い部分には、少なくとも1つの孔若しくは開口が、好ましくは少なくとも2つの孔若しくは開口が設けられているようになっている。この構成において、側方の短い凹部には、単に少なくとも1つの孔若しくは開口だけが設けられている。択一的には、2つの壁の一方が、孔の代わりにネジ山を有することもできる。
さらに別の構成において、モータを、孔を介してフレームエレメントのプレート状の構成要素に取り付けるようになっていてもよい。このために、モータにおいて対応する個所に、ネジ山付き孔を設ける必要がある。
原則的に、モータユニット及び駆動軸から成る軸線、及び構成要素の曲げられていない長い第1の部分領域から導出することができる軸線は、少なくともほぼ平行に延在することができるか、又は少なくとも鋭角を成すことができる。しかし択一的には、2つの軸線が互いにほぼ垂直になっていてもよい。
さらなる利点は、実施の形態の以下の説明若しくは従属請求項から明らかになる。
フレームエレメント及びモータを備えた、本発明に係る自転車の概略図である。 フレームエレメントを側方から見た詳細な図である。 フレームエレメントの斜視図である。 モータ若しくはモータハウジングを示す図である。 モータ若しくはモータハウジングを示す別の図である。 図6a〜図6cにおいて、フレームエレメントの種々異なる側面図を示す。
発明の実施の形態
本発明の第1の可能な実施の形態を図1に示す。この実施の形態において、フレームエレメント100が自転車フレームの下側の部分に取り付けられ、フレームエレメント100は、ヘッドパイプ、ひいてはハンドルに通じる下パイプ140、及びサドルが取り付けられているシートパイプ150の(不動の)結合用の連結部材として働く。図1から分かるように、この実施例においてはモータを、下方から簡単にフレームエレメントに取り付けることができる。
フレームエレメント100の詳細な図を図2に示す。特にL字形のフレームエレメント100は、曲げられた構成要素110と、図3において畝部120又は稜状部として形成できる領域120とから成っている。さらに、図3において、第1の構成要素110は、プレート状の形状を有している、ことを認識することができる。第1の構成要素110も、畝部120も、L字形に曲げられている。この実施の形態において、フレームエレメント100は、長い第1の部分領域と、短い第2の部分領域とを有する。
図1に対応して、上方へと運転者に向いている、プレート状で曲げられた構成要素110、及び下方へと走行路に向いている畝部120を備えたフレームエレメント100は、構成要素110を介して他の自転車フレームに結合されている。図示の実施の形態において、L字形のフレームエレメント又は曲げられた構成要素110は、その長辺においてヘッドパイプ140と結合していて、かつこのヘッドパイプ140から離間されているシートパイプ150と結合している。択一的には、ヘッドパイプ及びシートパイプは、フレームエレメント若しくは構成要素110との共通の結合部を有するようになっていてもよい。さらに自由選択的に、リアホイールフォーク160及び/又はリアホイール170の防護金属薄板180を、フレームエレメント100若しくは構成要素110の短い第2の部分領域に取り付けることが可能でもある。好ましくは、不動な結合において構成されたフレームエレメントにおけるパイプの固定は、溶接、リベット留め、接着及び/又はねじ留めにより行うことができる。
別の実施の形態において、リアホイールフォーク160の、フレームエレメント100若しくは構成要素110における取付けを可動に構成(図示せず)するようになっていてよい。したがって、構成要素110の短い第2の部分領域には、リアホイールフォーク160を回動又は旋回可能に支承する支承部が設けられていてよい。
フレームエレメント100にモータ200を取り付けるために、このモータ200をフレームエレメント100に係止して固定することができる、複数の孔、開口及び/又はネジ山付き孔130;135が設けられている。図2から分かるように、取付けのより良好な安定化のために、畝部120の長い第1の部分領域には少なくとも2つの孔130を設け、短い第2の部分領域には少なくとも1つの孔135を設けるようになっている。複数の孔の配置は、ほぼ垂直方向で補償される負荷能力に加えて、自転車の運転中に予想される側方の(作用)力に対応している。
さらに図3の詳細図(図6bも参照)から、畝部120が、構成要素110の幅114に比べて、些少でない幅124を有している、ということが看取可能である。畝部120の上記広幅な構成により、フレームエレメント100におけるモータ200の安定的な取付けが可能になる。さらにフレームエレメントの曲げられた部分(第2の部分領域)は、モータの組付けのためのストッパとして、また、オフロード走行における又はモータに対する意図しない衝撃におけるストッパとしても働く。
図4及び図5には、フレームエレメント100内に組み込むために設けられているモータ200の側面図が示されている。モータ200は、モータユニット250と、モータハウジング205内の駆動軸240とから成っている。この駆動軸240は、少なくとも1つのチェーンリング260に結合されている。このチェーンリング260に、駆動トルクを加えることができるので、フットペダルを備えた駆動軸240を、自転車の通常のペダルアクスルとして使用することができる。モータハウジング205の上面及び側方の斜面の一部分に、凹部210が設けられていて、この凹部210は寸法に関して、隙間を可能な限り回避するために、フレームエレメント100の畝部120の寸法にほぼ一致する。
フレームエレメント100の形状、特に曲げられた部分の形状に基づいて明らかなように、凹部230は、モータ200の側方の斜面において部分的にしか設けられていない。この実施の形態は、フレームエレメントの上記部分が、実質的に組込み時におけるモータの位置決めのためにストッパとしても働く、という点で重要である。これに対して、モータハウジング205の上面において、モータ200の全長に亘って延在している凹部220は、フレームエレメント100におけるモータ200の保持のためにも、また、自転車の走行時のフットペダルの操作時にもたらされるサイドフォース又は作用力を吸収するためにも働く。
フレームエレメントにおけるモータの取付けのために、凹部210の壁には、孔、開口及び/又はネジ山が設けられている。これらは一方の壁において片側に、また、両方の壁を貫通しても設けられていてよい。同様に択一的又は自由選択的に取付けは、プレート状の構成要素110の側方の領域を通じて、上方からモータ内にねじ込まれる(図示せず)ネジを介して行われるようになっていてよい。
フレームエレメントのさらに別の構成において、モータユニット250及び駆動軸240は、両方のユニットを通る仮想軸線が、モータハウジング205の上面において凹部220に対して平行に又はほぼ平行に延在するように、相並んでモータハウジング205内に配置されている。これにより、モータユニット250、及びこのモータユニット250の隣にあるモータ200の駆動軸240は、フレームエレメント100への組付け時に、同様にフレームエレメントの長い第1の部分領域に対して平行又はほぼ平行に方向付けられている、ということが達成される。択一的に、組付け時に、駆動軸240及びモータユニット250を通る軸線と、フレームエレメント100の第1の部分領域により定義される軸線とが鋭角を成すようになっていてもよい。
図6a〜図6cに、フレームエレメント100に関するさらなる詳細図を示す。図6aにおいて、L字形のフレームエレメント100の長い第1の部分領域及び曲げられている短い第2の部分領域が設けられている、ということが明確に認識可能である。上記2つの部分領域の撓曲部は、通常65°〜115°の角度を有する。この実施の形態において、105°の角度は、モータの組込み及び支持に適切であると判明した。長い第1の部分領域の別の側に、自由選択的な他の曲げ部を認識することができる。上記曲げ部は、実質的に組込み中のモータの正確な位置決めのために使用されるので、150°〜170°、好ましくは160°の曲げ部が設けられている。
フレームエレメント100の個々のエレメントの厚さに関し、プレート状の構成要素の厚さ112が、ということを決定することができる。
図6aから看取できるように、畝部120の厚さ122は、プレート状の構成要素110の厚さ112に対して、4:1又は5:1の比率を有する。この実施の形態において、装置の安定性対重量に関しては、4.4:1の有利な比率が適切である。
プレート状の構成要素110における、中央にある畝部120の幅の割合を図6bに示す。したがって、畝部120の幅124、及び構成要素110の幅114は、1:1.6〜1:1.9、好ましくは1:1.7の比率を有する。
モータからアキュムレータ若しくはバッテリパック及び/又は制御装置への給電線を案内するために、フレームエレメントには開口190が設けられている。この開口190は、プレート状の構成要素110を通っても、また畝部120を通ってもモータ200のハウジング205内に通じる。したがって、線路の外側での案内は回避され、自転車の使用時における意図しない線路破損を回避できる。
開口190は、好ましくは下パイプ140の結合部と、シートパイプ150の結合部との間の、フレームエレメント100の第1の部分領域の真ん中に配置されている。しかし自由選択的に、上記開口の配置を、幾何学的な中心からずらすようにしてもよい。
別の実施の形態において、畝部120は、場合によってはウェブにより互いに結合されている2つの平行なプレートから成っていてもよい。
フレームエレメント用の材料として、鋼、アルミニウムの他に、セラミックス又はプラスチックも可能である。

Claims (17)

  1. 自転車用のフレームエレメント、特に自転車用の駆動モータの取付け用のフレームエレメントであって、該フレームエレメント(100)は、
    −自転車フレームの下側の領域に取り付けられていて、
    −下パイプ(140)とシートパイプ(150)とに結合されていて、かつ
    −前記下パイプ(140)及び前記シートパイプ(150)の結合部を形成する、プレート状の曲げられた構成要素(110)を有する、
    自転車用のフレームエレメント、特に自転車用の駆動モータの取付け用のフレームエレメントにおいて、
    前記フレームエレメントは、前記プレート状の曲げられた構成要素(110)に、該構成要素(110)のほぼ全長に亘って延在している、中央で前記構成要素(110)から突出している畝部(120)を有することを特徴とする、フレームエレメント。
  2. 前記フレームエレメント(100)は前記自転車フレームの下側の領域に、前記フレームエレメントの構成要素(110)が、ほぼ上方に方向付けられていて、かつ、前記畝部(120)が、ほぼ下方に、特に走行路に向かって方向付けられているように、配置されていることを特徴とする、請求項1記載のフレームエレメント。
  3. 前記フレームエレメントは前記自転車フレームの下側の領域に、前記フレームエレメントの構成要素(110)が、下方に、特に走行路に向かって方向付けられていて、前記畝部(120)が、特に前記下パイプ(140)と前記シートパイプ(150)との間で、上方に方向付けられているように配置されていることを特徴とする、請求項1記載のフレームエレメント。
  4. 前記フレームエレメント、特に前記構成要素(110)及び/又は前記畝部(120)は、長い第1の部分領域と、短い第2の部分領域とを有し、前記第1及び第2の部分領域は、互いに65°〜115°、特に105°の角度を成していることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載のフレームエレメント。
  5. 前記第1及び第2の部分領域は、1:2〜1:2.5、特に1:2.4の比率を有することを特徴とする、請求項4記載のフレームエレメント。
  6. 前記フレームエレメント、特に前記構成要素(110)及び/又は前記畝部(120)は、前記第1の部分領域に向かい合っている端部に付加的な曲げ部を有し、特に、前記曲げ部は150°〜170°、特に160°の角度を有するようになっていることを特徴とする、請求項4又は5記載のフレームエレメント。
  7. 前記構成要素の厚さ(112)と前記畝部の厚さ(122)とは、1:4〜1:5、特に1:4.4の比率を有することを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項記載のフレームエレメント。
  8. 前記畝部の幅(124)と前記構成要素の幅(114)とは、1:1.6〜1:1.9、好ましくは1:1.7の比率を有することを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載のフレームエレメント。
  9. 前記畝部(120)は、取付け用の少なくとも2つの側方の孔(130,135)を有し、前記フレームエレメントの長い第1の領域、特に畝部に少なくとも1つの孔(130)が設けられていて、前記フレームエレメントの短い第2の領域、特に畝部に少なくとも1つの孔(135)が設けられていることを特徴とする、請求項4から8までのいずれか1項記載のフレームエレメント。
  10. 前記フレームエレメントは、前記畝部(120)と前記構成要素(110)とを貫通する開口(190)を有し、該開口は、好ましくは前記構成要素と前記下パイプ及び前記シートパイプとの結合部の間に設けられていることを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項記載のフレームエレメント。
  11. 前記フレームエレメントは、リアホイールフォーク(160)に結合されていて、特に該結合は前記構成要素の第2の部分領域を介して行われるようになっていることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項記載のフレームエレメント。
  12. 前記フレームエレメントは、前記自転車のリアホイールフォークを支承する支承個所を有し、特に、該支承個所は旋回支承部として構成されていて、前記リアホイールフォークは旋回可能に前記フレームエレメントに支承されているようになっていることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項記載のフレームエレメント。
  13. 前記フレームエレメント(100)は、前記リアホイールの防護金属薄板(180)用の保持部を有していて、特に、前記防護金属薄板は前記構成要素の曲げられた短い領域に結合されているようになっていることを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項記載のフレームエレメント。
  14. 特に、請求項1から13までのいずれか1項記載のフレームエレメントへの組込み用の、自転車を駆動するモータ(200)であって、モータハウジング(205)に統合されているモータユニット(250)と、駆動軸(240)とを互いに隣接して備え、該駆動軸は、チェーンリング(260)に駆動トルクを加えることができるように構成されている、モータにおいて、
    前記モータハウジング(205)は、保持エレメントを収容する凹部(210,220,230)を有し、該凹部は、上面においてほぼ全長に沿って延びていて、側方の斜面の大部分に沿って延びていることを特徴とする、モータ。
  15. 前記モータハウジング(205)は、前記上側の凹部(220)の縁部に少なくとも1つの孔を有し、前記側方の凹部(230)の縁部に、同様に保持エレメントを取り付ける少なくとも1つの孔を有することを特報とする、請求項1記載のモータ。
  16. モータアシストされる駆動装置を備えた自転車であって、
    前記自転車は、請求項14又は15記載のモータと、請求項1から13までのいずれか1項記載のフレームエレメントとを有し、該フレームエレメントにおける前記モータの取付けは、前記畝部を、前記モータの凹部内へ挿入することにより行われることを特徴とする、モータアシストされる駆動装置を備えた自転車。
  17. 前記モータは、前記フレームエレメントの上側に配置されていることを特徴とする、請求項16記載のモータアシストされる駆動装置を備えた自転車。
JP2014533809A 2011-10-04 2012-08-07 自転車用のフレームエレメント及びモータ Active JP6005167B2 (ja)

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