JP2021094870A - 自転車用コンポーネント及び自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】構造の複雑化を抑えつつも、自転車の現在の状況を複数種類推定することができる自転車を提供する。【解決手段】自転車（１）のフレーム（２）に取り付けられる自転車用コンポーネント（２０）であって、フレーム（２）に対して連結されたケース（２２）と、ケース（２２）に取り付けられて、フレーム（２）からケース（２２）に伝達された変動及びフレーム（２）の変動の少なくとも一方を検出するセンサ部（６０）と、を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、自転車用コンポーネント及びそれを備えた自転車に関するものである。

近年、バッテリなどの蓄電器から給電されるモータを有し、ペダルに加えられる踏力からなる人力駆動力をトルクセンサにより検出し、人力駆動力に対応したモータの補助駆動力（アシスト力）を加えることで、上り坂等でも楽に走行できる電動自転車が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−２０８７１０号公報

近年においては、自転車の現在の状況を検出することが求められている。自転車の現在の状況としては、例えば、運転者有無検出、運転者体重検出、フレームの応力検出、ペダリング検出、フレームの寿命推定、路面状態検出、ハンドルに対する押力検出、ブレーキ検出、荷物検出、同乗者有無検出、同乗者体重検出などが挙げられる。各検出に対してそれ専用のセンサを自転車に搭載すると、機械的及び電気的な構造が複雑となるのが実状である。

このため、本発明は、構造の複雑化を抑えつつも、自転車の現在の状況を検出することができる自転車を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、自転車のフレームに取り付けられる自転車用コンポーネントであって、フレームに対して連結されたケースと、ケースに取り付けられて、フレームからケースに伝達された変動及びフレームの変動の少なくとも一方を検出するセンサ部と、を備えている。

また、本発明に係る一態様である自転車は、上記の自転車用コンポーネントを備えている。

本発明によれば、自転車の構造の複雑化を抑えつつも、自転車の現在の状況を検出することができる。

実施の形態に係る電動自転車の全体側面図である。 実施の形態に係る電動自転車の部分切欠側面図である。 実施の形態に係るモータユニットとフレームとの組付け構造を示す平面図である。 実施の形態に係るモータユニットとフレームとの分解した状態を示す平面図である。 実施の形態に係るモータユニットの概略構成を示す斜視図である。 実施の形態に係るセンサ部の概略構成を示す斜視図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る電動自転車について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

以下の説明における左右方向及び前後方向は、進行方向に向って当該電動自転車１に運転者が搭乗した状態での方向を言う。

［構成］
図１は、実施の形態に係る電動自転車１の全体側面図である。図２は、実施の形態に係る電動自転車１の部分切欠側面図である。図１及び図２に示すように、電動自転車１は、フレーム２と、前輪３と、後輪４と、ハンドル５と、サドル６と、クランク７と、ペダル８と、モータユニット２０と、バッテリ１２と、スプロケット１３と、後スプロケット１４と、チェーン１５と、チェーンカバー１７と、スタンド１６と、を備えている。

フレーム２は、金属により形成されたフレームであり、ヘッドパイプ２ａ、前フォーク２ｂ、メインパイプ２ｃ、立パイプ２ｄ、チェーンステー２ｅ、シートステー２ｆなどを備えている。

前輪３は、前フォーク２ｂの下端に回転自在に取り付けられている。後輪４は、チェーンステー２ｅの後端に回転自在に取り付けられている。ハンドル５は、前輪３の向きを変更するための部位であり、ヘッドパイプ２ａに対して連結されている。ハンドル５には、ブレーキを動作させるためのブレーキレバー５５と、運転者などが操作可能な手元操作部（図示省略）などが取り付けられている。サドル６は、立パイプ２ｄに取り付けられている。

クランク７は、左右にそれぞれ設けられるクランクアーム７ｂと、左右のクランクアーム７ｂ同士を連結するクランク軸７ａとからなる。各クランクアーム７ｂにはペダル８が取り付けられている。ペダル８には、踏力からなる人力駆動力がかけられる。

モータユニット２０は、電動自転車１に取り付けられる自転車用コンポーネントの一例である。モータユニット２０には、補助駆動力（アシスト力）を発生させる駆動源としての電動のモータ２１（図３参照）及びこのモータ２１を含めた各種の電気的制御を行う制御部２４（図３参照）などが設けられている。モータユニット２０の詳細については、後述する。

バッテリ１２は、モータ２１に駆動用の電力を供給する蓄電器である。蓄電器としては、例えば、二次電池、キャパシタなどが挙げられる。

スプロケット１３は、クランク軸７ａと同軸心で一体的に回転するように、当該クランク軸７ａに取り付けられ、人力駆動力を出力する駆動力出力輪体である。スプロケット１３は、前スプロケット、クランクスプロケットまたは前ギヤとも称せられる。後スプロケット１４は、後輪４のハブ９に取り付けられた後部輪体である。後スプロケット１４は、後ギヤとも称せられることがある。

また電動自転車１には、スプロケット１３とは別に、モータ２１からの補助駆動力を出力する補助駆動力出力スプロケット２９が設けられている。この補助駆動力出力スプロケット２９は、二軸式のモータユニット２０に対して連結されている。本実施の形態では、モータ２１の補助駆動力が、図示しない減速機構を介して、補助駆動力出力スプロケット２９から出力され、補助駆動力がチェーン１５で合成されて、後輪４に伝達される。

チェーン１５は、スプロケット１３と後スプロケット１４と補助駆動力出力スプロケット２９とにわたって回転可能な状態で無端状に巻回された無端状駆動力伝達体である。チェーンカバー１７は、チェーン１５などを側方から覆うカバーである。

電動自転車１には、クランク軸７ａの略後方など、前輪３と後輪４との間の中間位置（より詳しくは中間位置の下部）にモータユニット２０が配置されている。このような配置構成にすることで、重量が比較的大きいモータユニット２０が、電動自転車１の前後方向中央に配置される。このため、前輪３や後輪４を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、電動自転車１の車体（フレーム２など）の取り回しがよく、また、走行安定性も良好となる。

図３は、実施の形態に係るモータユニット２０とフレーム２との組付け構造を示す平面図である。図４は、実施の形態に係るモータユニット２０とフレーム２との分解した状態を示す平面図である。図３及び図４では、メインパイプ２ｃ及び立パイプ２ｄの一部のみを図示している。また、図３及び図４では、補助駆動力出力スプロケット２９に動力を伝達する軸体の図示を省略している。

図３及び図４に示すように、フレーム２の中央下部には、メインパイプ２ｃ及び立パイプ２ｄに固定されたフランジ部５０が設けられている。フランジ部５０は、前部フランジ５１と、後部フランジ５２とを備えている。

前部フランジ５１は、後部フランジ５２よりも前方に配置されており、メインパイプ２ｃの後端部近傍に固定されている。前部フランジ５１は、左右一対の板状の部位を有しており、当該一対の板状の部位によりモータユニット２０の前端部を覆っている。

後部フランジ５２は、前部フランジ５１よりも後方に配置されており、立パイプ２ｄの下端部近傍に固定されている。後部フランジ５２は、左右一対の板状の部位を有しており、当該一対の板状の部位によりモータユニット２０の上端部を覆っている。

次に、モータユニット２０について説明する。図５は、実施の形態に係るモータユニット２０の概略構成を示す斜視図である。

図３〜図５に示すように、モータユニット２０は、ケース２２と、モータ２１と、センサ部６０と、制御部２４とを備えている。

ケース２２は、モータ２１、制御部２４などを収容する左右一対のケース体が組み立てることで構成されている。ケース２２の前部には、クランク軸７ａが左右に貫通している。

ケース２２には、クランク軸７ａの前方に対応する箇所に、前部フランジ５１に取り付けられる前部取付部２２１が設けられている。前部取付部２２１は、左右一対のケース体のそれぞれに設けられている。前部取付部２２１と、前部フランジ５１とは、例えばネジ、リベットなどの締結具で締結されることで連結されている。

ケース２２の上部には、後部フランジ５２に取り付けられる後部取付部２２２が設けられている。後部取付部２２２は、左右一対のケース体のそれぞれに設けられている。後部取付部２２２と、後部フランジ５２とは、例えばネジ、リベットなどの締結具で締結されることで連結されている。

このように、ケース２２においては、前部取付部２２１と前部フランジ５１とが連結され、後部取付部２２２と後部フランジ５２とが連結されているので、フレーム２の変動に連動してケース２２も変動するようになっている。

ここで、ケース２２には、前部取付部２２１と後部取付部２２２との間に、センサ部６０が取り付けられている。具体的には、センサ部６０の前部は、左右一対のケース体それぞれの前部取付部２２１によって挟持されており、センサ部６０の後部は、左右一対のケース体それぞれの後部取付部２２２によって挟持されている。このため、センサ部６０に対しても、フレーム２の変動が伝達されるようになっている。

次に、センサ部６０について説明する。図６は、実施の形態に係るセンサ部６０の概略構成を示す斜視図である。図６に示すように、センサ部６０は、基台６１と、歪センサ６２とを有している。歪センサ６２は、少なくとも一つ設けられていればよい。基台６１は、長尺な棒状体であり、ケース２２及びフレーム２にそれぞれ連結される一対の連結部（前方連結部６１１、後方連結部６１２）が備えられている。

具体的には、基台６１の前端部には、前部取付部２２１とともに前部フランジ５１に連結される前方連結部６１１が設けられており、後部取付部２２２とともに後部フランジ５２に連結される後方連結部６１２が設けられている。前方連結部６１１及び後方連結部６１２のそれぞれには、締結具が挿通される貫通孔６１３、６１４が形成されている。

また、基台６１において、前方連結部６１１と後方連結部６１２との間の中間部は、他の部分よりも薄肉な薄肉部６１５を有している。薄肉部６１５は、他の部分よりも薄肉なために、基台６１に対する応力が集中する部位である。また、薄肉部６１５は、他の部分よりも薄肉なために、歪みやすい部位でもある。このため、薄肉部６１５は、フレーム２及びケース２２から基台６１に伝達された変動が顕著に現れる部位である。

歪センサ６２は、基台６１の薄肉部６１５の表面に貼り付けられている。歪センサ６２は、シート状に形成された歪センサであり、薄肉部６１５に生じる歪みを検出する。歪センサ６２は、図示しない配線を介して制御部２４に電気的に接続されている。制御部２４は、歪センサ６２から受信した検出結果に基づいて、種々の制御を行う。例えば、制御部２４は、検出結果に基づいて電動自転車１の現在の状況を推定することが可能である。フレーム２の中央下部、具体的には、メインパイプ２ｃと立パイプ２ｄとの連結位置においては、電動自転車１に対する負荷が集中する箇所である。つまり、当該箇所の近傍に設けられたモータユニット２０には、電動自転車１の状況が変動として現れやすい。本発明者らの鋭意検討により、モータユニット２０の変動を解析することで、電動自転車１の複数種類の状況を推定できることが見出された。具体的には、歪センサ６２によって検出された基台６１の歪みを解析すれば、電動自転車１の複数種類の状況を推定することが可能である。つまり、制御部２４に、歪センサ６２の検出結果に基づく解析プログラムを予め記録させておけば、電動自転車１の現在の状況を複数種類検出することができる。電動自転車１の現在の状況としては、例えば、運転者有無検出、運転者体重検出、フレーム２の応力検出、ペダリング検出、フレーム２の寿命推定、路面状態検出、ハンドル５に対する押力検出、ブレーキ検出、荷物検出、同乗者有無検出、同乗者体重検出などが挙げられる。運転者有無検出とは、運転者が乗車しているか否かを検出することである。運転者体重検出とは、乗車している運転者の体重を検出することである。フレーム２の応力検出とは、フレーム２に作用する応力を検出することである。ペダリング検出とは、ペダル８に対する回転力を検出することである。フレーム２の寿命推定とは、フレーム２の寿命を検出することである。路面状態検出とは、路面の段差等の凹凸状態、傾斜状態などを検出することである。ハンドル５に対する押力検出とは、ハンドル５に作用する運転者からの押力を検出することである。ブレーキ検出とは、ブレーキが動作しているか否かを検出することである。荷物検出とは、フレーム２に荷物が載せられているか否かを検出することである。同乗者有無検出とは、同乗者が乗車しているか否かを検出することである。同乗者体重検出とは、乗車している同乗者の体重を検出することである。

これにより、制御部２４は、現在の状況に適切な補助駆動力の制御を実行することが可能である。また、制御部２４は、電動自転車１の現在の状況を複数種類検出することができれば、種類毎の履歴を取得することができるので、より多様なデータ取得が可能となる。取得した多様なデータを元に、電動自転車１の寿命推定、故障推定の正確性も高められる。

［効果など］
以上のように、本実施の形態によれば、フレーム２に取り付けられたモータユニット２０あって、フレーム２に対して連結されたケース２２と、ケース２２内に収容され、一対のクランクアーム７ｂのそれぞれのペダル８からの踏力による人力駆動力に対して補助駆動力を加えるためのモータ２１と、ケース２２に取り付けられて、フレーム２からケース２２に伝達された変動及びフレーム２の変動の少なくとも一方を検出するセンサ部６０と、を備えている。

また、電動自転車１は、上記のモータユニット２０を備えている。

これによれば、ケース２２に取り付けられたセンサ部６０が、フレーム２からケース２２に伝達された変動及びフレーム２の変動の少なくとも一方を検出するので、当該検出結果に基づいて、電動自転車１の状況を複数種類推定することができる。このように１つのセンサ部６０によって電動自転車１の状況を複数種類推定することができれば、各種類専用のセンサも不要となるため構造の複雑化も抑えることが可能である。

また、センサ部６０は、ケース２２及びフレーム２に連結された基台６１と、ケース２２及びフレーム２から基台６１に伝達された変動を検出する歪センサ６２とを備えている。

これによれば、基台６１の変動として現れた歪みを歪センサ６２によって検出することができる。つまり、フレーム２の変動を間接的に基台６１の歪みとして検出することができるので、ケース２２にセンサ部６０を取り付ける構造で、間接的にフレーム２の変動を検出することができる。

また、基台６１は、ケース２２及びフレーム２にそれぞれ連結される一対の連結部（前方連結部６１１、後方連結部６１２）と、一対の連結部間において他の部位よりも薄肉化された薄肉部６１５とを有し、歪センサ６２は薄肉部６１５に取り付けられている。

これによれば、フレーム２及びケース２２から基台６１に伝達された変動が顕著に現れる部位である薄肉部６１５に歪センサ６２が取り付けられているので、基台６１の歪みをより確実に歪センサ６２で検出することができる。

また、モータユニット２０は、ケース２２内に収容され、モータ２１を制御するとともに、センサ部６０の検出結果を受信する制御部２４を備えている。

これによれば、ケース内２２に収容された制御部２４とセンサ部６０とが電気的に接続されるので、配線構造を簡素化することができる。したがって、構造の複雑化をより抑制することが可能である。

［その他］
以上、本発明に係る電動自転車について、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、歪センサ６２を有したセンサ部６０を例示した。しかしながら、センサ部は、ケースに取り付けられて、フレームからケースに伝達された変動及び前記フレームの変動の少なくとも一方を検出するセンサ部であれば如何様でもよい。センサ部は、ケースに取り付けられる際、ケースの内側であっても外側であっても構わない。センサ部をケースの内側に取り付けた場合、センサ部と制御部との電気的な接続を簡素化することができる。その他のセンサ部としては、圧力センサ、振動センサ、光学式変動センサ等を有するセンサ部などが挙げられる。また、センサ部は、同一種類のセンサあるいは種類の異なるセンサを複数備えていてもよい。複数のセンサの検出結果を複合的に解析することで、電動自転車の状況をより正確に推定することができる。例えば、歪センサを複数備えたセンサ部の場合には、各歪センサは異なる方向の歪みを検出するように設置されていればよい。

また、上記実施の形態では、電動自転車１を例示して説明したが、補助駆動力を発生しない単なる自転車であってもよい。

また、上記実施の形態では、自転車用コンポーネントの一例としてモータユニット２０を例示したが、自転車に取り付けられる部品であれば、モータユニット以外のものであってもよい。その他の自転車用コンポーネントとしては、自転車用アクセサリ、チャイルドシート、サイクルコンピュータ、キーロックなどが挙げられる。また、フレームからケースに伝達された変動及びフレームの変動の少なくとも一方を検出するための専用のコンポーネントであってもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１ 電動自転車
２ フレーム
７ｂ クランクアーム
８ ペダル
２０ モータユニット
２１ モータ
２２ ケース
２４ 制御部
６０ センサ部
６１ 基台
６２ 歪センサ
６１１ 前方連結部（連結部）
６１２ 後方連結部（連結部）
６１５ 薄肉部

Claims (6)

1. 自転車のフレームに取り付けられる自転車用コンポーネントであって、
   前記フレームに対して連結されたケースと、
   前記ケースに取り付けられて、前記フレームから前記ケースに伝達された変動及び前記フレームの変動の少なくとも一方を検出するセンサ部と、
   を備える自転車用コンポーネント。
2. 前記センサ部は、
   前記ケース及び前記フレームに連結された基台と、
   前記ケース及び前記フレームから前記基台に伝達された変動を検出する歪センサとを備える
   請求項１に記載の自転車用コンポーネント。
3. 前記基台は、
   前記ケース及び前記フレームにそれぞれ連結される一対の連結部と、
   前記一対の連結部間において他の部位よりも薄肉化された薄肉部とを有し、
   前記歪センサは前記薄肉部に取り付けられている
   請求項２に記載の自転車用コンポーネント。
4. 前記自転車用コンポーネントは、
   前記ケース内に収容され、一対のクランクアームのそれぞれのペダルからの踏力による人力駆動力に対して補助駆動力を加えるためのモータを有する電動自転車用のモータユニットである
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の自転車用コンポーネント。
5. 前記自転車用コンポーネントは、
   前記ケース内に収容され、前記モータを制御するとともに、前記センサ部の検出結果を受信する制御部を備える
   請求項４に記載の自転車用コンポーネント。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の自転車用コンポーネントを備える
   自転車。

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