JP2019093908A - 電動自転車のバッテリー装置および電動折り畳み自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】自転車の見栄えを低下させることがなく、自転車に対する着脱が容易であり、構造が簡易かつ低コストの電動自転車用バッテリー装置を提供する。【解決手段】バッテリー装置６は、電動自転車のハンドル１９上に固定される取付ベース７と、取付ベース７上に取り外しが可能に取り付けられるバッテリーケース８とを含む。バッテリーケース８は、バッテリーを収納するバッテリー収納部と、バッテリーを充電するための充電端子とを備える。取付ベース７とバッテリーケース８との間には、モータ駆動部５とバッテリーとの間を電気的に接続する電気接続部と、取付ベース７上にバッテリーケース８を定位させて電気接続部が接続された状態に保持する保持機構部とが設けられている。【選択図】図１

Description

この発明は、電動自転車に搭載されたモータ駆動部に電源を供給するための電動自転車のバッテリー装置に関し、この発明は特に、折り畳むことが可能な電動自転車（以下「電動折り畳み自転車」という。）に好適なバッテリー装置と、そのバッテリー装置が搭載された電動折り畳み自転車とに関する。

電動自転車には、リチウムイオン電池のような充電が可能なバッテリーが用いられたバッテリー装置が搭載されている。電動自転車のバッテリー装置（以下、「バッテリー装置」という。）は、大容量のバッテリーを用いるため、重量が嵩み、車体のバランスを考慮して電動自転車の重心位置の近傍に強固に固定される。例えば、特許文献１に記載のバッテリー装置は、電動自転車の上ポストと下ポストとで挟まれる空間に設置されている。

近年、折り畳むことが可能な自転車にバッテリー装置を搭載したものが提案されている。電動折り畳み自転車は、折り畳みが可能な構造であるため、バッテリー装置を取り付ける位置に制約があり、電動折り畳み自転車の重心位置の近傍のシートチューブの後面やバックフォークの上面にバッテリー装置を取り付けたものがある。

特開へ９−５８５６３号公報

走行可能距離を十分に長くするためにバッテリー容量を大きくすると、バッテリー装置の重量や大きさが嵩み、電動折り畳み自転車の見栄えが低下し、車体の大型化や重量化を招く要因となる。また、重くて大きいバッテリー装置は、停車時、取り外して携行するのに支障があるうえに、バッテリー装置の取り外しが容易でないため、電動折り畳み自転車に取付け固定されたままとなる。そのため、バッテリー装置が盗難に遭うおそれがあり、これを防止するために、バッテリー装置に施錠機構を組み込む必要があり、バッテリー装置の構造が複雑となり、コスト高を招く。

電動折り畳み自転車は、簡便であって持ち運びに便利であることが要請される。そのために、車体の軽量化が最重要であり、バッテリー装置の搭載によって車体の重量が増すことは利用者にとって受け入れ難い。これに対して、走行可能距離の方は、折り畳み自転車の簡便性を考えると、必要最小限の距離（例えば１０ｋｍ程度）が確保できれば、利用者の要望は概ね満たされる。走行可能距離を１０ｋｍ程度を確保するには、バッテリー容量は２．８Ａ・ｈ程度でよく、バッテリー装置の重量も５００ｇ以下に抑えられ、バッテリー装置を大幅に小型化できる。

この発明は、上記の観点からなされたものであり、この発明が目的とするところは、電動自転車の見栄えを向上し、電動自転車に対する取り付けや取り外しが容易であり、構造が簡易で低コストの電動自転車のバッテリー装置、およびそのバッテリー装置が搭載された電動折り畳み自転車を提供することにある。

この発明による電動自転車のバッテリー装置は、電動自転車に固定される取付ベースと、取付ベース上に取り外しが可能に取り付けられるバッテリーケースとを含む。バッテリーケースは、バッテリーを収納するバッテリー収納部と、バッテリーを充電するための充電端子とを備えている。取付ベースとバッテリーケースとの間には、電動自転車のモータ駆動部とバッテリーとの間を電気的に接続する接続端子を有する電気接続部と、取付ベース上にバッテリーケースを定位させて電気接続部が接続された状態に保持する保持機構部とが設けられている。

自転車走行に先立ち、バッテリーケースの充電端子に外部電源を接続してバッテリーを充電した後、保持機構部によって、ハンドル上に固定された取付ベース上にバッテリーケースを定位させて電気接続部が接続された状態に保持する。これにより、電動自転車に搭載されたモータ駆動部とバッテリーケース内のバッテリーとが電気的に接続され、モータ駆動部へバッテリーより駆動電力が供給される。
走行を終えたとき、取付ベースよりバッテリーケースを取り外すと、電気接続部が非導通となり、モータ駆動部への電力供給が止まる。取り外したバッテリーケースは、それ単独では軽量であり、バッテリーケースを携行するのに支障がなく、バッテリー装置が盗難に遭うことはない。

好ましい実施形態においては、前記電気接続部は、取付ベースの上面に設けられる第１の接続端子と、バッテリーケースの下面に設けられる第２の接続端子とを含み、第１、第２の接続端子の接触によってモータ駆動部とバッテリーとの間が電気的に接続されるものであり、取付ベース上にバッテリーケースを定位させることで、第１、第２の接続端子が導通し、バッテリーからモータ駆動部へ電力が供給される。

前記バッテリーケースは、短絡防止のために、第２の接続端子を覆う開閉可能なシャッターを備えているのが望ましい。

前記保持機構部は、種々の実施形態が考えられるが、最適な実施形態は、取付ベースとバッテリーケースとの間に磁気吸引力を作用させるものである。

磁気吸引力を利用した保持機構部として、好ましい実施態様は、取付ケースの電気接続部の周辺位置に設けられる第１の永久磁石と、バッテリーケースの電気接続部の周辺位置に設けられる第２の永久磁石とを含み、第１の永久磁石と第２の永久磁石とは互いに異なる磁極が対向するものである。
この実施形態によると、第１の永久磁石と第２の永久磁石との間で磁気吸引力が作用することで、取付ベース上にバッテリーケースが定位して電気接続部が接続された状態に保持される。

前記保持機構部は、バッテリーケースを取付ベース上の定位置に拘束する拘束機構を備えたものであるのが望ましい。
この実施態様によると、取付ベース上に定位したバッテリーケースは定位置に拘束されるので、走行中に、バッテリーケースが位置ずれして電気接続部の接続端子が非導通になったり、バッテリーケースが取付ベース上より脱落したりするのが阻止される。

バッテリーケースは、外部へ電源供給するための電源供給用の端子をさらに備えたものであってもよく、また、バッテリーにより点灯する照明用の光源をさらに備えたものであってもよい。
これらの実施態様によると、電源供給用の端子にスマートフォンなどを接続して使用したり、照明用の光源を点灯させて電灯の代わりに使用したりすることができ、バッテリー装置の利用価値が増大する。

この発明の範囲は、上記のバッテリー装置に加えて、上記のバッテリー装置が搭載された電動折り畳み自転車を含むものである。バッテリー容量が小さい軽量かつ小型のバッテリー装置を電動折り畳み自転車に取り付けることで、電動折り畳み自転車の見栄えが良好となり、バッテリーケースの取り付けや取り外しも容易である。

この発明によれば、小型化によって電動自転車の重心位置から離れた箇所、例えば、電動自転車のハンドル上に設置することができ、電動折り畳み自転車への設置に好適であり、電動自転車の見栄えを向上できる。また、電動自転車からバッテリーケースのみを取り外すことができ、バッテリーケースの取り付けや取り外しも容易である。さらに、施錠機構を組み込む必要がなく、構造の簡易化によりコストの低減をはかることができる。

バッテリー装置が取り付けられた電動折り畳み自転車の外観を示す正面図である。 バッテリー装置の一実施形態を示す側面図である。 図２の実施形態の正面図である。 図２の実施形態の平面図である。 取付ベースの一実施形態を示す斜視図である。 図５の取付ベースの正面図である。 図５の取付ベースの背面図である。 バッテリケースの一実施形態を示す側面図である。 図８のバッテリーケースの底面図である。 図８のバッテリーケースの正面図である。 図８のバッテリーケースの内部構造を示す平面図である。

図１は、電動折り畳み自転車１の一実施形態を示している。なお、この発明は、折り畳み構造を有する電動折り畳み自転車に限らず、折り畳み構造を有しない電動自転車にも適用することができる。電動折り畳み自転車１は、補助駆動装置であるモータ駆動部５と、モータ駆動部５へ駆動電力を供給するバッテリー装置６とが搭載されたものである。車体フレーム１０の中心をなすトップチューブ１１は、ほぼ長さ中央部が二つ折り可能な構造になっている。二つ折り部分はジョイント部２により結合される。ジョイント部２の結合状態は、レバー２０の操作により固定したり解除したりすることが可能である。

トップチューブ１１の後端部には、上下方向を向くシートチューブ１２を介して左右対をなすバックフォーク１３Ｌ，１３Ｒが設けられている。トップチューブ１１とシートチューブ１２との間およびシートチューブ１２と左右のバックフォーク１３Ｌ，１３Ｒとの間は溶接により一体に連結されている。トップチューブ１１の前端部には、上下方向を向くヘッドチューブ１４を介して左右対をなすフロントフォーク１５Ｌ，１５Ｒが設けられている。ヘッドチューブ１４も二つ折り可能な構造になっており、二つ折り部分はレバー２２を有するジョイント部２１により結合されている。トップチューブ１１とヘッドチューブ１４との間およびヘッドチューブ１４と左右のフロントフォーク１５Ｌ，１５Ｒとの間は溶接により一体に連結されている。

シートチューブ１２にはシートポスト１６が高さ調節が可能に支持されている。シートポスト１６の上端部にはサドル１６ａが取り付けられている。ヘッドチューブ１４にはステム１７が高さ調節が可能に支持されている。ステム１７の上端部にはハンドル１９が設けられている。左右のバックフォーク１３Ｌ，１３Ｒは斜め下方へ延びており、後端部間に後車輪３が回転自由に支持されている。左右のフロントフォーク１５Ｌ，１５Ｒはほぼ真下へ延びており、下端部間に前車輪３０が回転自由に支持されている。

シートチューブ１２は、下方へ延びる延長部１２ａを一連に備えている。トップチューブ１１の後部の下面には支持パイプ１８が溶着され、延長部１２ａの下端部と支持パイプ１８の下端部との間に軸受筒４０が溶接により取り付けられている。軸受筒４０は駆動軸４を回転自由に支持する。駆動軸４の両端部にはクランクアーム４１がそれぞれ取り付けられている。各クランクアーム４１の先端にはペダル４２が装着されている。駆動軸４にはモータ駆動部５より回転駆動力が伝達される。駆動軸４およびクランクアーム４１の回転はチェン４３を介して後車輪３に伝えられる。

上記のトップチューブ１１、シートチューブ１２、バックフォーク１３Ｌ，１３Ｒ、ヘッドチューブ１４、およびフロントフォーク１５Ｌ，１５Ｒは電動折り畳み自転車１の骨格をなす車体フレーム１０を構成する。車体フレーム１０を構成する各部材はアルミニウム合金の展伸材により構成される。なお、トップチューブ１１およびバックフォーク４Ｌ，４Ｒ、或いは、車体フレーム１０の全ての構成部材をマグネシウム合金の展伸材により構成することもできる。

電動折り畳み自転車１のハンドル１９の中央部上には、図２〜図４に示される構成のバッテリー装置６が取り付けられている。図示例のバッテリー装置６は、バッテリー容量が小さく、小型かつ軽量であるので、電動折り畳み自転車１の重心位置から離れたハンドル１９上に設置することができるが、設置位置は必ずしもハンドル１９上である必要はなく、例えばトップチューブ１１上であってもよい。この実施形態のバッテリー装置６は、ハンドル１９上に固定される取付ベース７と、取付ベース７上に取り外しが可能に取り付けられるバッテリーケース８とを含んでいる。取付ベース７に組み込まれた一対の接続端子６１，６１（詳細は後述）は、コード線５１を介してモータ駆動部５に電気的に接続されている。コード線５１は、ステム１７およびヘッドチューブ１４の内部を通り、一旦、外部に引き出された後、トップチューブ１１および支持パイプ１８の内部を通ってモータ駆動部５に接続されている。

取付ベース７は、図２〜図４および図５〜図７に示すように、ベース板７０と、ベース板７０の上面の後部位置にねじ止めされる押さえ板７１と、ベース板７０の上面の前部位置にねじ止めされる支持板７２とを備えている。ベース板７０の後部上面には凹曲面状の支持溝７４が左右方向に形成されている。支持溝７４の中央部は貫通孔７３が上下方向に設けられており、貫通孔７３をステム１７が貫通している。ステム１７の外周面とベース板７０の下面との間が溶接されて一体化されている。支持溝７４上にハンドル１９が水平に支持され、ハンドル１９上に押さえ板７１が被せられている。押さえ板７１とベース板７０との間の４隅がねじ止めされている。

押さえ板７１と支持板７２の上面は、バッテリーケース８を支持するための支持面７１ａ，７２ａを構成している。支持板７２の支持面７２ａは、押さえ板７１の支持面７１ａより低位置にあり、電気接続部６０を構成する正負の第１の接続端子６１，６１を支持面７２ａに露出させてある。

電気接続部６０は、モータ駆動部５とバッテリーケース８内に収納されたバッテリー８１（図１１に示す）とをコード線５１を介して電気的に接続するものである。第１の接続端子６１，６１とバッテリーケース８の下面に設けられる正負の第２の接続端子６２，６２とで電気接続部６０が構成される。第１の接続端子６１，６１にはコード線５１が接続されており、第１の接続端子６１、６１と第２の接続端子６２，６２とが接触して導通すると、バッテリー８１とモータ駆動部５とがコード線５１を介して電気的に接続される。ベース板７０、押さえ板７１、および支持板７２は、アルミニウムのような非磁性金属により形成されているが、これに限らず、例えば、押さえ板７１や支持板７２は合成樹脂製であってもよい。

合成樹脂製のバッテリーケース８は、平面形状が長方形状をなしており、縦横の長さに対して厚みが小さく、扁平状である。バッテリーケース８の内部空間には、図１１に示すように、バッテリー収納部８０ａ，８０ｂが設けられている。各バッテリー収納部８０ａ，８０ｂには、合計６本のリチウムイオン電池８１ａよりなるバッテリー８１が収納されている。バッテリー収納部８０ａ，８０ｂ間には、後述する第２の接続端子６２，６２と第２の永久磁石９２ａ，９２ｂとが組み付けられるとともに、バッテリー充放電回路、ＬＥＤ点灯回路、ＬＥＤ表示回路、電源供給回路、スイッチ切替回路などが実装された回路基板８２が収納されている。

バッテリー充放電回路は、バッテリー８１の充電および放電を制御する。ＬＥＤ点灯回路は、後述する照明用のＬＥＤ８５の点灯動作を制御する。ＬＥＤ表示回路は、後述するＬＥＤ表示部８９を構成するＬＥＤの点灯動作を制御する。電源供給回路は、後述する電源供給用のＵＳＢ端子８４へバッテリー８１より電源電圧を出力する。スイッチ切替回路は、後述するスイッチ８６の操作に応じて上記した回路のいずれかを動作可能とする。

バッテリーケース８の下面には、電気接続部６０を構成する第２の接続端子６２，６２が露出している。各接続端子６２，６２は、バッテリーケース８の下面よりわずかに突出するようにバネ（図示せず）により付勢され、バッテリー充放電回路に接続されている。バッテリーケース８の下面には、第２の接続端子６２，６２を覆う開閉可能なシャッター８７が設けられている。シャッター８７は第２の接続端子６２，６２間の短絡を防止する。シャッター８７は、両側端がバッテリーケース８の両側部に形成されたガイド溝８８に摺動自由に係合し、前後方向に開閉可能となっている。

バッテリーケース８の一方の側面には、バッテリー充放電回路に接続された充電端子８３が設けられている。この充電端子８３に充電器具を接続することにより外部電源からの充電が行われる。バッテリーケース８の他方の側面にはスマートフォンなどへ電源を供給することが可能な電源供給用のＵＳＢ端子８４が設けられている。なお、各充電端子８３およびＵＳＢ端子８４にはゴム製の蓋８３ａ，８４ａが被せてある。バッテリーケース８の前端面には、照明用のＬＥＤ８５が設けられている。このＬＥＤ８５はＬＥＤ点灯回路により点灯動作が制御される。バッテリーケース８の上面にはスイッチ８６およＬＥＤ表示部８９が設けられている。このスイッチ８６は切替回路を構成するもので、スイッチ８６が１回押されると、バッテリー充放電回路、電源供給回路、ＬＥＤ表示回路がオン状態となり、続けてスイッチ８６が押されると、ＬＥＤ点灯回路がオン状態になって照明用のＬＥＤ８５が点灯する。スイッチ８６を長押しすると、全ての回路がオフ状態となる。ＬＥＤ表示部８９はスイッチ８６によりオン状態になったとき、バッテリー８１の充電残量に応じた個数のＬＥＤが点灯する。

取付ベース７の支持板７２とバッテリーケース８との間には、永久磁石の磁気吸引力にり、押さえ板７１および支持板７２の各支持面７１ａ，７２ａ上にバッテリーケース８を定位させて電気接続部６０が接続された状態に保持する保持機構部９が設けられている。

この実施例の保持機構部９は、支持板７２の支持面７２ａの内側であって第１の接続端子６１，６１を囲む周辺位置に設けられる２個の第１の永久磁石９１ａ，９１ｂと、バッテリーケース８の下面の内側であって第２の接続端子６２，６２を囲む周辺位置に設けられる２個の第２の永久磁石９２ａ，９２ｂとを含んでいる。第１の永久磁石９１ａ，９１ｂの一方はＮ磁極が、他方はＳ磁極が、それぞれバッテリーケース８の側を向くように、第２の接続端子６２，６２を挟む位置にそれぞれ配置される。また、第２の永久磁石９２ａ，９２ｂの一方はＮ磁極が、他方はＳ磁極が、それぞれ支持板７２の側を向くように、第１の接続端子６１，６１を挟む位置にそれぞれ配置される。第１の永久磁石９１ａ，９１ｂ間の距離と第２の永久磁石９２ａ，９２ｂ間の距離とは一致しており、これにより、第１の永久磁石９１ａ，９１ｂと第２の永久磁石９２ａ，９２ｂとは異なる磁極同士が磁気的に吸着し、第１の接続端子６１，６１と第２の接続端子６２，６２とが接触しかつ接触状態が保持される。

この実施形態では、第１の永久磁石９１ａ，９１ｂおよび第２の永久磁石９２ａ，９２ｂは、いずれも個別の永久磁石をもって構成しているが、これに限らず、両端に異なる磁極を有するコ字形または馬蹄形の永久磁石を用いれば、１個の永久磁石をもって第１の永久磁石９１ａ，９１ｂや第２の永久磁石９２ａ，９２ｂを構成することができる。
また、第１の永久磁石９１ａ，９１ｂおよび第２の永久磁石９２ａ，９２ｂは、角軸状、円筒状、半筒状など、任意の形態のものを用いることができる。

また、この実施形態の保持機構部９は、取付ベース７の支持板７２とバッテリーケース８との間に磁気吸引力を作用させることにより、取付ベース７上にバッテリーケース８を定位させて電気接続部６０の第１の接続端子６１と第２の接続端子６２とが導通する状態に保持しているが、取付ベース７の支持板７２とバッテリーケース８の一方に突起または突条を設け、他方に突起または突条が嵌まる凹部または凹溝を形成するなど、その他の実施形態を採用することもできる。

さらに、この実施形態では、第１の接続端子６１，６１と第２の接続端子６２，６２とは重なり合って接触することにより導通するように構成されているが、プラグとソケットからなる差込み器具をもって構成するなど、種々の態様を採用することができる。

保持機構部９は、さらに、バッテリーケース８を押さえ板７１および支持板７２の各支持面７１ａ，７２ａ上の定位置、すなわち、第１の永久磁石９１ａ，９１ｂと第２の永久磁石９２ａ，９２ｂとの間の磁気吸引力により吸着された位置に拘束する拘束機構９３を備えている。この実施例の拘束機構９３は、バッテリーケース８に巻き付けて締め付けるベルト９４により構成されている。ベルト９４は、先端部の側に複数の係合孔９４ａが形成されたもので、基端部が支持板７２の一方の側面にねじ固定されている。支持板７２の他方の側面には、鉤状片９５がねじ固定されており、バッテリーケース８の外周に巻き付けられたベルト９４のいずれかの係合孔９４ａを鉤状片９５に引っ掛けることにより、バッテリーケース８はベルト９４によって拘束される。

電動折り畳み自転車１の走行に先立ち、バッテリーケース８に設けられた充電端子８３に充電機器を接続してバッテリー８１を充電する。充電器具は一般に、一端にコンセントに差し込まれるプラグ、他端に充電端子８３に差し込まれるプラグ、中間にＡＣ／ＤＣコンバーターを備えたものである。バッテリー８１に充電した後、取付ベース７の押さえ板７１および支持板７２の各支持面７１ａ，７２ａ上にバッテリーケース８を定位させ、保持機構部９の第１の永久磁石９１ａ，９１ｂと第２の永久磁石９２ａ，９２ｂとの間の磁気吸引力により電気接続部６０の第１、第２の各接続端子６１，６２が導通する状態に保持される。これにより、バッテリー８１とモータ駆動部５とがコード線５１を介して電気的に繋がり、モータ駆動部５にバッテリー８１より駆動電力が供給される。

電動折り畳み自転車１の走行を終えたとき、バッテリーケース８を押さえ板７１および支持板７２の各支持面７１ａ，７２ａ上より取り外すと、電気接続部６０の第１の接続端子６１，６１と第２の接続端子６２，６２とが離れて非導通の状態となり、モータ駆動部５へのバッテリー８１からの電力供給が止まる。取り外したバッテリーケース８は携行することにより、バッテリーケース８が盗難に遭うことはない。

１ 電動折り畳み自転車
５ モータ駆動部
６ バッテリー装置
７ 取付ベース
８ バッテリーケース
９ 保持機構部
１９ ハンドル
５１ コード線
６０ 電気接続部
６１ 第１の接続端子
６２ 第２の接続端子
８０ バッテリー収納部
８１ バッテリー
８３ 充電端子
８４ ＵＳＢ端子
８５ ＬＥＤ
８７ シャッター
９１ａ、９１ｂ 第１の永久磁石
９２ａ，９２ｂ 第２の永久磁石
９３ 拘束機構

Claims (9)

1. 電動自転車に固定される取付ベースと、前記取付ベース上に取り外しが可能に取り付けられるバッテリーケースとを含み、前記バッテリーケースは、バッテリーを収納するバッテリー収納部と、前記バッテリーを充電するための充電端子とを備え、前記取付ベースと前記バッテリーケースとの間には、電動自転車のモータ駆動部と前記バッテリーとの間を電気的に接続する電気接続部と、前記取付ベース上に前記バッテリーケースを定位させて前記電気接続部が接続された状態に保持する保持機構部とが設けられてなる電動自転車のバッテリー装置。
2. 前記電気接続部は、前記取付ベースの上面に設けられる第１の接続端子と、前記バッテリーケースの下面に設けられる第２の接続端子とを含み、第１、第２の接続端子の接触によって前記モータ駆動部と前記バッテリーとの間が電気的に接続される請求項１に記載の電動自転車のバッテリー装置。
3. 前記バッテリーケースは、第２の接続端子を覆う開閉可能なシャッターを備えている請求項２に記載の電動自転車のバッテリー装置。
4. 前記保持機構部は、前記取付ベースと前記バッテリーケースとの間に磁気吸引力を作用させるものである請求項１に記載の電動自転車のバッテリー装置。
5. 前記保持機構部は、前記取付ケースの前記電気接続部の周辺位置に設けられる第１の永久磁石と、前記バッテリーケースの前記電気接続部の周辺位置に設けられる第２の永久磁石とを含み、前記第１の永久磁石と第２の永久磁石とは互いに異なる磁極が対向するものである請求項１または４に記載の電動自転車のバッテリー装置。
6. 前記保持機構部は、前記バッテリーケースを前記取付ベース上の定位置に拘束する拘束機構を備えている請求項１に記載の電動自転車のバッテリー装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の自動車用バッテリー装置であって、前記バッテリーケースは、外部へ電源供給するための電源供給用の端子をさらに備えている電動自転車のバッテリー装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用バッテリー装置であって、前記バッテリーケースは、前記バッテリーにより点灯する照明用の光源さらに備えている電動自転車のバッテリー装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のバッテリー装置が搭載された電動折り畳み自転車。