JP3086340U - Bicycle mechanical pneumatic assist drive - Google Patents

Bicycle mechanical pneumatic assist drive

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JP3086340U
JP3086340U JP2001008575U JP2001008575U JP3086340U JP 3086340 U JP3086340 U JP 3086340U JP 2001008575 U JP2001008575 U JP 2001008575U JP 2001008575 U JP2001008575 U JP 2001008575U JP 3086340 U JP3086340 U JP 3086340U
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Inventor
昌彦 金井
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昌彦 金井
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 自転車により比較的急な坂道を登るとき、支
援駆動装置の軽量化、重量当たりの出力の増大、重量当
たりのエネルギー供給能力の向上が必要である。 【解決手段】 供給エネルギーは一時的蓄積装置だけに
止めて軽量化を図り、リアルタイムにエネルギーの取り
入れとそれに基づいて動力を供給する装置構成とする。
一時的エネルギー蓄積装置はぜんまい10で、これに蓄
えられた弾性エネルギーを放出して機械−空気式アクチ
ュエータ30を作動する。この作動により空気の負圧と
正圧がそれぞれ発生し、負圧室は大気を利用した自然エ
ネルギーによる圧力作動室とし、正圧室はぜんまいから
の弾性力による圧力作動室として、両圧力により作動す
る空気−機械式アクチュエータ41,42を設け、同ア
クチュエータの作動がクランク56を介して自転車の後
輪の回転に供せられる。走行中の自転車の後輪から常時
エネルギーが分与され、ぜんまいにエネルギーが一時蓄
積される。
(57) [Summary] (Modifications) [Problem] When climbing a relatively steep slope by bicycle, it is necessary to reduce the weight of the assist drive device, increase the output per weight, and improve the energy supply capacity per weight. . SOLUTION: The supply energy is limited to a temporary storage device to reduce the weight, and the device is configured to take in energy in real time and supply power based on the energy.
The temporary energy storage device is a mainspring 10 which releases the elastic energy stored therein to operate the mechanical-pneumatic actuator 30. By this operation, negative pressure and positive pressure of air are generated respectively, the negative pressure chamber is a pressure working chamber by natural energy using the atmosphere, and the positive pressure chamber is a pressure working chamber by elastic force from the mainspring. Air-mechanical actuators 41 and 42 are provided, and the operation of the actuators is provided to the rotation of the rear wheel of the bicycle via the crank 56. Energy is constantly dispensed from the rear wheels of the running bicycle, and energy is temporarily stored in the mainspring.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

この考案は、登坂や加速などの大きな走行抵抗を克服できる新規な自転車用駆 動支援装置に関し、詳しくは踏力によりペダルに加えられる乗り手による駆動力 を超えた抵抗に遭遇したとき、不足する駆動力を提供してこれを補充し、自転車 の快適走行を維持する自転車用支援駆動動置に関する。 This invention relates to a new bicycle drive assist system that can overcome large running resistance such as climbing and accelerating.Specifically, when encountering resistance exceeding the rider's drive force applied to the pedal by pedaling force, the lack of drive force The present invention relates to a bicycle assisted driving system for supplementing and supplementing the bicycle and maintaining comfortable running of the bicycle.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

従来の自転車は走行抵抗の変化に応じた駆動力を得るために、変速機によって 歯車比を選択する機構を備えているが、その選択幅に限界があるために、走行抵 抗の変化する範囲全体にわたって変速機が対応することは不可能である。したが って走行抵抗の大きなばあいは、踏力を増したりペダリング・ピッチを落とした りする対応に迫られて、乗り手のペダリングリズムを乱して疲労を招くばかりで なく、駆動力不足のため走行不能で下車を余儀なくされるばあいがある。 Conventional bicycles are equipped with a mechanism that selects the gear ratio by means of a transmission in order to obtain a driving force in accordance with the change in running resistance.However, since the selection range is limited, the range in which the running resistance changes is limited. It is not possible for the transmission to respond throughout. Therefore, when the running resistance is large, it is necessary to increase the pedaling power or reduce the pedaling pitch, which not only disturbs the pedaling rhythm of the rider and causes fatigue, but also causes a lack of driving force. There is a case where it is impossible to run and you have to get off.

【0003】[0003]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

自転車が平坦な路面を走行するばあいは、軽いペダル踏力により一定のペダリ ングピッチでの快適走行が可能であるが、急な坂道の走行や加速走行では、所要 のペダル踏力が人力に対し大き過ぎて、従来の機械的手段のみの駆動装置では対 処し得ない。なお、この事態を克服するために電動機による支援駆動装置が提案 され、実用に供せられて、自転車の利便性の向上に寄与している。しかしながら 電動機に組み合わされる電池の重量が大きいために、電池の搭載された自転車の 手押しに困難を伴い、さらに電池の一回当たりの充電可能量に限界があって、一 回の充電での走行可能距離が限られる。ゆえに頻繁な充電作業を要するのみなら ず電池の劣化ガ進んで定期的な代替えが求められる。したがって、自転車の支援 駆動装置の重量を軽減して手押しを容易にすると共に、出力/重量の比率を増大 して単位重量当たりの出力を向上し、さらに連続供給可能なエネルギー量/重量 の比率を増大して単位重量当たりのエネルギー供給可能量の向上を実現する必要 がある。 When a bicycle runs on a flat road surface, a light pedaling force allows comfortable running at a constant pedaling pitch, but on steep hills and accelerated running, the required pedaling force is too large for human power. Therefore, a conventional drive device using only mechanical means cannot cope with the problem. In order to overcome this situation, a motor-assisted drive unit has been proposed and put into practical use, contributing to the improvement of the convenience of bicycles. However, due to the weight of the battery combined with the motor, it is difficult to push a bicycle equipped with a battery, and there is a limit to the amount of battery that can be recharged per battery. The distance is limited. Therefore, not only frequent charging work is required, but also battery replacement is required and periodic replacement is required. Therefore, while assisting the bicycle by reducing the weight of the assist drive device, it facilitates hand pushing, increasing the output / weight ratio to improve the output per unit weight, and further increasing the energy / weight ratio that can be continuously supplied. It is necessary to increase the energy supply per unit weight to increase.

【0004】 この考案はこのような課題に着目して、機械的作動手段と空気差圧作動手段と を組み合わせた機構を備えることにより、自転車の乗り手による駆動力を超えた 走行抵抗に遭遇したばあい、この超過した抵抗に抗する駆動力の支援を得て、最 適なペダリングピッチを維持すると共に、この状態が所要とする距離を持続でき る自転車用駆動支援装置の提供を目的とする。[0004] Focusing on such a problem, the present invention provides a mechanism combining mechanical operating means and air differential pressure operating means, so that when running resistance exceeding the driving force of a bicycle rider is encountered. It is another object of the present invention to provide a drive assist device for a bicycle that can maintain the optimal pedaling pitch and maintain the required distance in this state with the assistance of the driving force against the excessive resistance.

【0005】[0005]

【考案が解決するための手段】[Means for solving the invention]

この考案の目的は、以下に示す特徴をもつ支援駆動装置を提供することにより 達成される。すなわち、直列に連なる二つのぜんまいの対を一もしくは二以上具 備し、各対のぜんまいの一方は巻上げた従動ぜんまいとしてその一端を取出す駆 動ぜんまいに連なるぜんまい装置、ぜんまい装置の駆動ぜんまいの巻軸に連動し 、その回転を入力して機械的変位を正弦波状に出力する正弦波式駆動機構、連接 部材を介して正弦波式駆動機構に連動し、空気の差圧を生成する機械−空気式ア クチュエータ、生成された空気差圧により相互に所定の位相差をもって作動する 一対の空気−機械式アクチュエータ、連接棒を介してこの一対の空気−機械式ア クチュエータに連動し、自転車に支援動力として回転運動を伝動するクランク、 とから構成されると共に、従動ぜんまいの巻軸が自転車ペダルのクランクピンに 、もしくは自転車後輪の出力軸に機械的に連動し、それぞれの分与動力を利用し て従動ぜんまいを巻上げる構成であることを特徴とする機械−空気−機械式支援 駆動装置である。 The object of the invention is achieved by providing a support drive having the following features. That is, one or more pairs of two mainsprings connected in series are provided, and one of the mainsprings of each pair is taken up as one of the driven mainsprings. A sine-wave drive mechanism that interlocks with a shaft and outputs its mechanical displacement in a sine-wave form by inputting its rotation, and a machine-air that generates a differential pressure of air by interlocking with a sine-wave drive mechanism via a connecting member. A pair of pneumatic-mechanical actuators, which operate with a predetermined phase difference from each other by the generated air differential pressure, are linked to the pair of pneumatic-mechanical actuators via connecting rods to assist the bicycle. And a crank that transmits rotational motion, and the driven spring's winding shaft is connected to the crankpin of the bicycle pedal or the output of the rear wheel of the bicycle. Mechanically mechanically interlocked to the shaft, characterized in that it is a structure that winds up the driven mainspring by utilizing respective dispensing power - air - a mechanical support driving device.

【0006】[0006]

【考案の実施の形態】[Embodiment of the invention]

この支援駆動装置の駆動もしくは停止は、自転車のハンドルに取り付けられた レバーの手動操作によって行われる。このレバーの操作は、周知のような自転車 のフレームに沿って設けられるコントロールケーブルを介し、これに連動して動 作する操作機構に伝動される。これにしたがって操作機構は、ぜんまい装置のう ちの駆動ぜんまいの巻軸を弛緩もしくは緊締して駆動もしくは停止させるように 操作する。従動ぜんまいは、巻軸の巻上げによって弾性エネルギーを蓄積する。 巻上げは手動による方法、自転車のペダルクランクピンを介してペダルの踏み動 作に連動する方法、あるいは自転車後輪の出力軸を介して同軸の回転に連動する 方法の三つのいずれかの方法が使用される。従動ぜんまいに蓄積されたエネルギ ーは、コントロールケーブルからの弛緩操作で作動状態になっつたときの駆動ぜ んまいに動力として供与される。駆動ぜんまいは、従動ぜんまいの巻軸からほど けようとするぜんまいの一端からぜんまいを巻込んでいき、それに応じて駆動ぜ んまいの巻軸が回転する。この巻軸に連動する正弦波式駆動機構はこれに伴って 回転し、往復動する直線変位を出力する。この変位は機械−空気式アクチュエー タに伝動され、そのピストンに変位を与える。ピストンの変位によりアクチュエ ータのシリンダーとピストンの前後面で囲まれた二空間それぞれの容積が変化し 、二空間それぞれの気圧に変化を生ずる。 The drive or stop of the assist drive is performed by manual operation of a lever attached to the handle of the bicycle. The operation of the lever is transmitted to an operation mechanism that operates in conjunction with the control cable via a control cable provided along a known bicycle frame. In accordance with this, the operating mechanism operates so that the winding shaft of the driving spring in the spring device is loosened or tightened to drive or stop. The driven spring stores elastic energy by winding the winding shaft. Hoisting can be done in one of three ways: manually, by pedaling through the pedal crank pin of the bicycle, or by coaxial rotation through the output shaft of the rear wheel of the bicycle. Is done. The energy stored in the driven mainspring is supplied as power to the driving mainspring when the driven mainspring is activated by a relaxation operation from the control cable. The driving spring winds the mainspring from one end of the mainspring to be unwound from the winding shaft of the driven mainspring, and the winding shaft of the driving spring rotates accordingly. The sine-wave drive mechanism linked to the winding shaft rotates with this and outputs a linear displacement that reciprocates. This displacement is transmitted to the machine-pneumatic actuator, causing the piston to displace. The displacement of the piston changes the volume of each of the two spaces surrounded by the front and rear surfaces of the actuator cylinder and the piston, and changes the air pressure of each of the two spaces.

【0007】 ここまでの作動は本考案になる支援駆動装置の動力を生成するための前操作で あって、機械−空気式アクチュエータは作動空気差圧を生成するためのパイロッ ト要素である。機械−空気式アクチュエータにおいて、固定空間をもつシリンダ ー内で拡張側空間の気圧は降下し、収縮側空間の気圧は上昇する。準静的にみれ ば、拡張側空間は大気圧よりも低くなり、収縮側空間は大気圧よりも高くなる。 空間の拡張側と収縮側は、ピストンが往復動するごとに反転する。The operation so far is a pre-operation for generating the power of the assist driving device according to the present invention, and the mechanical-pneumatic actuator is a pilot element for generating the working air pressure difference. In a mechanical-pneumatic actuator, in a cylinder having a fixed space, the pressure in the expansion space drops and the pressure in the contraction space rises. Quasi-statically, the expansion space is lower than the atmospheric pressure, and the contraction space is higher than the atmospheric pressure. The expansion and contraction sides of the space reverse each time the piston reciprocates.

【0008】 一対の空気−機械式アクチュエータそれぞれの一端は機械−空気式アクチュエ ータそれぞれの空間の開口に結合し、それぞれの他端は大気に向け開口する。各 アクチュエータはシリンダーとピストンからなり、前記拡張側空間にシリンダー が結合する側のピストンは同空間に向けて移動し、前記収縮側空間にシリンダー が結合する側のピストンは同空間から離間する向きに移動する。この運動はピス トンの連接棒を通して連結する出力クランクに回転運動を与える。この回転運動 は、正弦波式駆動機構の回転運動に同期して反復される。[0008] One end of each of the pair of pneumatic-mechanical actuators is coupled to an opening in the space of each of the mechanical-pneumatic actuators, and the other end of each is open to the atmosphere. Each actuator is composed of a cylinder and a piston, the piston on the side where the cylinder is connected to the expansion side space moves toward the same space, and the piston on the side where the cylinder is connected to the contraction side space is separated from the same space. Moving. This movement imparts rotational movement to the output crank which is connected through the connecting rod of the piston. This rotation is repeated in synchronization with the rotation of the sinusoidal drive mechanism.

【0009】 機械−空気式アクチュエータにより生成する空気差圧により作動する一対の空 気−機械式アクチュエータは、この考案になる支援駆動装置の原動要素として機 能する。ぜんまい装置が連続して作動する限り、パイロット要素としての機械− 空気式アクチュエータは継続的に作動して原動要素に正負の両圧力を創成し、正 圧によって一方のピストンを押圧すると同時に、負圧によって他方のピストンを 吸引する。その結果、ぜんまい装置からの動力供給と相まって、無限のエネルギ ー源である大気からエネルギーを吸引し、動力を創成することにより、原動要素 としての空気−機械式アクチュエータが連続して運転される。原動要素の連続運 転は出力クランクに連続回転運動を与え、この運動は出力クランクに連動するス プロケットとチェーンにより後輪の出力軸に伝達される。[0009] A pair of pneumatic-mechanical actuators actuated by a differential air pressure generated by the mechanical-pneumatic actuator functions as a driving element of the assist drive device according to the present invention. As long as the mainspring device operates continuously, the mechanical-pneumatic actuator as a pilot element operates continuously to create both positive and negative pressures on the driving element, and presses one piston with the positive pressure while simultaneously applying negative pressure. Aspirates the other piston. As a result, the air-mechanical actuator as the driving element is continuously operated by drawing energy from the atmosphere, which is an infinite energy source, and generating power, in combination with the power supply from the mainspring device. The continuous operation of the driving element gives a continuous rotational movement to the output crank, which is transmitted to the output shaft of the rear wheel by a sprocket and a chain linked to the output crank.

【0010】[0010]

【実施例】【Example】

次に図面を参照してこの考案の実施例につき、詳細に説明する。図1aに示す 第一の実施例は、ぜんまい系10に複数のぜんまい装置101〜101nを並列 に設けて、かみあいクラッチ16を介して手動ハンドル17により従動ぜんまい 11の巻軸111を手動で巻上げて、弾性エネルギーを蓄積する方式である。図 1bに示す第二の実施例は、ぜんまい装置10’の従動ぜんまい11’の巻軸1 11’を自転車ペダル装置60のクランクピン61に滑りクラッチ63を介して 機械的に連結し、ペダルクランク62の回転駆動を利用して巻軸111’を巻上 げて弾性エネルギーを蓄積する方式である。図1cに示す第三の実施例は、ぜん まい装置10”の従動ぜんまい11”の巻軸111”を自転車後輪の出力軸91 に機械的に連結して、後輪出力軸91の回転運動を利用し、巻軸111”を巻上 げて弾性エネルギーを蓄積する方式である。図2bと図1cに示すように、後輪 の回転は出力軸91に直結するスプロケット92を介しチェーン72を経由して スプロケット73に伝達される。この回転動力は、滑りクラッチ64を介してぜ んまい装置10”の従動ぜんまい11”の巻軸111”に供給される。支援駆動 装置1の出力クランク51は、各図面に示すようにスプロケット81とチェーン 82とを介して自転車の後輪側フリーホイール83に支援動力を供給する。ゆえ に、自転車後輪の出力軸91は、ペダル踏力から得られる人力の動力をスプロケ ット95、チェーン94、およびフリーホイール93を介して受容すると共に、 フリーホイール83から支援動力を並列に受容する。図3は支援動力の創成から 出力に至るまでの支援駆動装置1の自転車9への装着状態を示し、図4はその拡 大説明図である。図3において、支援駆動装置1は自転車9の後輪99から張り 出したフレーム97に装着され、前輪98との間の空間にあってペダルクランク に挟まれるようにして配される。図4において、自転車ペダル装置のクランクピ ン71は支援駆動装置1を貫通する。支援駆動装置1の出力クランク51に組付 けられたかさ歯車52は図2bに示すかさ歯車53と係合して、歯車列(図示せ ず)を介してスプロケット73に結合する。またパイロット要素30は原動要素 41と42のそれぞれと図1a,1b,1cに示すように連通する構成となって いる。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment shown in FIG. 1A, a plurality of mainspring devices 101 to 101n are provided in parallel in a mainspring system 10, and a winding shaft 111 of a driven mainspring 11 is manually wound by a manual handle 17 via an engagement clutch 16. This is a method of storing elastic energy. A second embodiment shown in FIG. 1B is a mechanical structure in which a winding shaft 11 ′ of a driven spring 11 ′ of a spring device 10 ′ is mechanically connected to a crank pin 61 of a bicycle pedal device 60 via a slip clutch 63. This is a method in which the winding shaft 111 'is wound up by using the rotation drive of 62 to store elastic energy. In the third embodiment shown in FIG. 1c, the winding 111 of the driven mainspring 11 "of the mainspring device 10" is mechanically connected to the output shaft 91 of the rear wheel of the bicycle, and the rotational motion of the rear wheel output shaft 91 is changed. In this method, the winding shaft 111 "is wound up to store elastic energy. As shown in FIGS. 2B and 1C, the rotation of the rear wheel is transmitted to a sprocket 73 via a chain 72 via a sprocket 92 directly connected to an output shaft 91. This rotational power is supplied to the winding shaft 111 "of the driven spring 11" of the spring device 10 "via the slip clutch 64. The output crank 51 of the assist drive device 1 is connected to a sprocket 81 as shown in each drawing. The assisting power is supplied to the rear wheel-side freewheel 83 of the bicycle via the shaft 82 and the chain 82. Therefore, the output shaft 91 of the rear wheel of the bicycle outputs human power obtained from the pedal depression force to the sprocket 95 and the chain 94. , And via the freewheel 93, and also receives the support power in parallel from the freewheel 83. Fig. 3 shows the mounting state of the support drive device 1 on the bicycle 9 from the generation of the support power to the output. Fig. 4 is an enlarged explanatory view of Fig. 3. In Fig. 3, the assist driving device 1 is mounted on a frame 97 projecting from a rear wheel 99 of the bicycle 9, and is connected to a front wheel 98. 4, a crank pin 71 of the bicycle pedal device passes through the assist drive device 1. In Fig. 4, the crank pin 71 of the bicycle pedal device is assembled to the output crank 51 of the assist drive device 1. 2b engages with a bevel gear 53 shown in Fig. 2b and couples to a sprocket 73 via a gear train (not shown), and the pilot element 30 is connected to each of the driving elements 41 and 42 in Figs. 1b and 1c are connected.

【0011】 各図を参照しながら個々に説明する。ぜんまい装置10、10’または10” の駆動ぜんまい12、12’または12”が作動して従動ぜんまい11、11’ または11”の巻軸111、111’または111”が回転すると、これに連動 する正弦波式駆動機構20の円板21がこれに応答して回転し、これに連接する スコッチヨーク22が円板21の回転角度に対応する正弦値に相当した直接変位 をする。これにより、スコッチヨーク22の出力端を構成する連接部材221が 変位する。連接部材221は機械−空気式アクチュエータ、すなわちパイロット 要素30のピストンロッドに直結するので、同時にピストン31にこの変位が伝 達される。その結果、固定空間をもつシリンダー32とピストン31の前後面3 11と312のそれぞれとに囲まれた二つの空間331と332の容積が変化し 、気圧に変動を生ずる。すなわち、パイロット要素30のピストン31が矢印の 向き(図1a,1b,1c参照)に移動すると拡張空間331の気圧が降下し、 収縮空間332の気圧が上昇する。その結果拡張側空間331に結合する空気− 機械式アクチュエータ、すなわち原動要素41のピストン411は後背面にかか る大気圧に押されて空間331に向け移動し、収縮空間332に結合する原動要 素42のピストン412は、収縮空間332に生成される空気の正圧に押されて 空間332に離間する向きに移動する。この運動は、それぞれのピストン411 と412の連接棒413と414を経て出力クランク51に回転運動を与える。 ゆえに、ぜんまい装置10が連続作動すると、正弦波式駆動機構20が連続して サイクル運動して、出力クランク51はこれに応じたサイクルで反復回転する。The description will be made individually with reference to the drawings. When the mainspring 12, 12 'or 12 "of the mainspring device 10, 10' or 10" operates to rotate the winding shaft 111, 111 'or 111 "of the driven mainspring 11, 11' or 11", it is linked to this. The disk 21 of the sine wave drive mechanism 20 rotates in response to this, and the scotch yoke 22 connected thereto makes a direct displacement corresponding to a sine value corresponding to the rotation angle of the disk 21. Thereby, the connecting member 221 constituting the output end of the scotch yoke 22 is displaced. Since the connecting member 221 is directly connected to the mechanical-pneumatic actuator, that is, the piston rod of the pilot element 30, this displacement is simultaneously transmitted to the piston 31. As a result, the volumes of the two spaces 331 and 332 surrounded by the cylinder 32 having the fixed space and the front and rear surfaces 311 and 312 of the piston 31 change, and the air pressure fluctuates. That is, when the piston 31 of the pilot element 30 moves in the direction of the arrow (see FIGS. 1A, 1B and 1C), the air pressure in the expansion space 331 decreases and the air pressure in the contraction space 332 increases. As a result, the pneumatic-mechanical actuator that is connected to the expansion space 331, that is, the piston 411 of the driving element 41 is moved toward the space 331 by being pushed by the atmospheric pressure applied to the rear surface, and the driving element that is connected to the contraction space 332 is driven. The piston 412 of the element 42 moves in a direction away from the space 332 by being pushed by the positive pressure of the air generated in the contraction space 332. This movement imparts rotational movement to the output crank 51 via the connecting rods 413 and 414 of the respective pistons 411 and 412. Therefore, when the mainspring device 10 is continuously operated, the sinusoidal drive mechanism 20 is continuously cycled, and the output crank 51 is repeatedly rotated in a cycle corresponding thereto.

【0012】 つぎに事例について本考案の性能を説明する。自転車の荷重、すなわち乗り手 と自転車の合計重量が75kgfで、3°勾配の坂道を登るばあい、約4kgf の走行抵抗を生じる。平坦な道路を走るばあいの走行抵抗は約1kgfであり、 そのスピードは通常毎時20km以下であることが知られているから、その出力 は55w程度以下である。ゆえに、3°勾配の坂道を登るばあいのスピードを毎 時10〜20kmとすれば、出力はおよそ110〜220wであるから、所要支 援護動力はこの出力から平坦な道路の走行動力、すなわち人力による動力55w を差し引いた値55〜165w程度となる。Next, the performance of the present invention will be described for an example. When the bicycle load, that is, the total weight of the rider and the bicycle is 75 kgf, when climbing a 3 ° slope, a running resistance of about 4 kgf is generated. The running resistance when traveling on a flat road is about 1 kgf, and its speed is generally known to be 20 km / h or less, so its output is about 55 watts or less. Therefore, if the speed when climbing a 3 ° slope is 10 to 20 km / h, the output is approximately 110 to 220 w. Therefore, the required support power is derived from this output by the driving power of a flat road, that is, by human power. A value obtained by subtracting the power 55w is about 55 to 165w.

【0013】 パイロット要素30と原動要素41、42とについてみるに、シリンダーとピ ストンとで区画される二空間331と332において、ゲージ圧力0の大気圧を 基準にして拡張側空間331には準静的に負圧が生成され、収縮側空間332に は準静的に正圧が生成される。この値はシリンダー32の非掃引容積と掃引容積 との比に対応する。この関係は図5に示される。この図を参照して一具体例を説 明する。パイロット要素30のピストン31の直径を40mm、行程を15mm に定め、ピストン31の受圧面積1256mmに往復行程30mmを乗じた容 積の値に空間圧力pを乗算してピストン31の一サイクル当たりの生成動力が得 られる。自転車の車速は通常毎時10〜20kmであり、このばあいのペダル回 転数は毎分20〜70回転に相当する。パイロット要素30のサイクル数をこの 回転数の平均値に指定した毎分45サイクル、すなわち毎秒4.7ラジアンとし た動力を生成する。原動要素41または42はこの動力の供給を受けて作動する 。段落0012で述べたように、所要支援動力は約55〜165Wであり、原動 要素41と42とでこの動力を分け合ってそれぞれの原動要素41と42で支援 動力を半分ずつを受け持つ。ピストン411は大気圧から得られる動力で作動し 、ピストン412は収縮空間332の正圧の生成する動力により作動することか ら、それぞれの原動要素41、42は所要動力55〜165Wの半分ずつの約2 8〜83Wを分け合う。原動要素41、42の出力に機械効率を乗じた値が支援 出力として得られ、図6は原動要素41と42それぞれの支援出力と前記空間3 31内ならびに332内の生成圧力との関係を表す。ゆえに図6から対応する空 間内の発生圧力は約0.15〜0.45MPaであることが分かり、さらに図5 からシリンダー32の非掃引容積と掃引容積の比率構成が約0.3以上として得 られる。Regarding the pilot element 30 and the driving elements 41 and 42, in the two spaces 331 and 332 defined by the cylinder and the piston, the expansion space 331 is located in the expansion space 331 based on the atmospheric pressure of zero gauge pressure. A negative pressure is generated statically, and a positive pressure is generated quasi-statically in the contraction side space 332. This value corresponds to the ratio of the unswept volume to the swept volume of cylinder 32. This relationship is shown in FIG. One specific example will be described with reference to this figure. The diameter of the piston 31 of the pilot element 30 is set to 40 mm, the stroke is set to 15 mm, and a value obtained by multiplying the pressure receiving area of the piston 31 by 1256 mm 2 by the reciprocating stroke of 30 mm is multiplied by the space pressure p to make the piston 31 per cycle. The generation power is obtained. The bicycle speed is usually 10 to 20 km / h, in which case the number of pedal revolutions corresponds to 20 to 70 revolutions per minute. A power is generated in which the number of cycles of the pilot element 30 is set to the average value of the number of revolutions, that is, 45 cycles per minute, that is, 4.7 radians per second. The driving element 41 or 42 operates by receiving the power. As described in paragraph 0012, the required support power is about 55 to 165 W, and the driving elements 41 and 42 share this power, and each of the driving elements 41 and 42 receives half of the supporting power. Since the piston 411 operates with the power obtained from the atmospheric pressure and the piston 412 operates with the power generated by the positive pressure in the contraction space 332, each of the driving elements 41 and 42 has a half of the required power of 55 to 165W. Share about 28-83W. A value obtained by multiplying the outputs of the driving elements 41 and 42 by the mechanical efficiency is obtained as the support output. FIG. . Therefore, it can be seen from FIG. 6 that the pressure generated in the corresponding space is about 0.15 to 0.45 MPa, and from FIG. can get.

【0014】 次に、ぜんまい装置10、10’および10”についてその性能を説明する。 ぜんまい11、12、11’、12’、11”および12”は炭素工具鋼からな る板厚1.2mm、板幅13mmをもつ帯板材を巻いたものである。図7はその 巻数と発生トルクの関係を示し、トルクの実用範囲は11〜16Nmである。ト ルクのほぼ平均の値13Nmによって、ほぼ平均の支援動力56wを駆動ぜんま い12、12’もしくは12”から出力するばあい、駆動ぜんまいの巻軸121 、121’または121”に必要とする角速度は支援動力56wをトルク13N mで除した値、毎秒4.3ラジアンとして得られる。これを回転数に換算すると 、毎秒0.68回転となる。ゆえに巻上げ状態の巻軸111、111’または1 11”は、この逆数に相当する一回転当たり1.47秒が所要時間として得られ る。ゆえに図1aにおいてぜんまい装置10でn=6とし、ぜんまい装置101 〜106を並列に装備すれば、ばね装置一個当たりに所要のトルクは13Nmの 6分の1のほぼ2Nmでよく、同時に回転数も6分の1に減速できて、ばね巻軸 一回転当たりの所要時間は6倍のおよそ9秒に延びる。またぜんまいの作動時間 は巻数7〜11のほぼ4巻で、ばね巻軸4回転当たり30秒以上に延びる。図1 aでは、手動ハンドル17を回転させ、かみあいクラッチ16を介して従動ぜん まい11の巻軸111を回転してぜんまいを巻上げ、弾性エネルギーを逐次蓄積 する。Next, the performance of the mainspring devices 10, 10 'and 10 "will be described. The mainsprings 11, 12, 11', 12 ', 11" and 12 "are made of carbon tool steel and have a thickness of 1.2 mm. Fig. 7 shows the relationship between the number of windings and the generated torque, and the practical range of the torque is 11 to 16 Nm. When the average support power 56w is output from the drive spring 12, 12 'or 12 ", the angular velocity required for the winding shaft 121, 121' or 121" of the drive spring is obtained by dividing the support power 56w by the torque 13Nm. This value is obtained as 4.3 radians per second, which is converted into a rotational speed of 0.68 revolutions per second, so that the winding shaft 111, 111 'or 11 in the wound state is obtained. For 1 ", 1.47 seconds per rotation corresponding to this reciprocal are obtained as the required time. Therefore, in FIG. 1a, if n = 6 in the mainspring device 10 and the mainspring devices 101 to 106 are provided in parallel, the required torque per spring device may be approximately 2Nm, which is one sixth of 13Nm, and the number of rotations can be simultaneously increased. The speed can be reduced to one-sixth, and the time required for one rotation of the spring winding shaft is increased by six times to approximately 9 seconds. The operation time of the mainspring is approximately 4 turns having 7 to 11 turns, and extends for 30 seconds or more per 4 turns of the spring winding shaft. In FIG. 1A, the manual handle 17 is rotated, and the winding shaft 111 of the driven spring 11 is rotated via the meshing clutch 16 to wind up the mainspring and to sequentially store elastic energy.

【0015】 図1bにおいて、自転車ペダル装置60のクランク62が回転すると、クラン クピン61の回転運動が滑りクラッチ63を介して従動ぜんまい11’に伝動さ れ、巻軸111’が巻上げられる。自転車9が通常の平坦面を走行する際の所要 動力は55w程度であり、このばあい、28w程度の動力がペダル装置から分与 されればよく、従動ぜんまいに弾性エネルギーとして蓄積される。ゆえに、ペダ ル駆動時でも合わせて83w程度の人力を要するのみである。日常生活車のばあ い、人力による最大出力は200w程度まで可能であるから、通常走行での動力 28wの支援動力装置1への分与に困難はない。In FIG. 1B, when the crank 62 of the bicycle pedal device 60 rotates, the rotational movement of the crank pin 61 is transmitted to the driven spring 11 ′ via the slip clutch 63, and the winding shaft 111 ′ is wound up. The required power when the bicycle 9 travels on a normal flat surface is about 55 watts. In this case, about 28 watts of power only needs to be distributed from the pedal device, and is stored as elastic energy in the driven mainspring. Therefore, only about 83 watts of human power is required even when the pedal is driven. Since the maximum output by human power is possible up to about 200 watts in the case of a daily life car, there is no difficulty in distributing the power of 28 watts to the support power unit 1 in the normal running.

【0016】 図1cにおいて、ぜんまい装置10”の従動ぜんまい11”の巻軸111”に 、自転車9の後輪99に直結する出力軸91からスプロケット92、チェーン7 2およびスプロケット73を介し、滑りクラッチ64を経て回転動力が伝動され 、その結果巻軸111”が巻上げられる。このような構成であるから、自転車9 の走行中、すなわち後輪99の回転中は常時、従動ぜんまい11”に動力を供給 することができる。段落0015で述べたように、平坦面を走行する際の所要支 援動力は28w程度でよく、特に下り坂の走行や平坦面の惰性走行時は、支援動 力装置1への動力供給が自動的に人力を要することなく行われるので、実効性が きわめて高く、支援動力装置1の便益性と実用性が示される。In FIG. 1C, a sliding clutch is connected to a winding shaft 111 ″ of a driven mainspring 11 ″ of a mainspring device 10 ″ from an output shaft 91 directly connected to a rear wheel 99 of the bicycle 9 via a sprocket 92, a chain 72 and a sprocket 73. Rotational power is transmitted via 64, and as a result, the winding shaft 111 "is wound up. With such a configuration, power can be supplied to the driven mainspring 11 ″ at all times while the bicycle 9 is running, that is, while the rear wheel 99 is rotating. As described in paragraph 0015, the driven mainspring 11 ″ runs on a flat surface. In this case, the supporting power required may be about 28 watts. Particularly, when traveling downhill or coasting on a flat surface, the power supply to the support power unit 1 is automatically performed without requiring human power. And the benefit and practicality of the assistive power unit 1 are shown.

【0017】[0017]

【考案の効果】[Effect of the invention]

以上の説明から明らかなように、この考案によれば第一に、必要とする支援動 力の半分は大気圧から得られる自然エネルギーを利用する構成なので、従来に見 られない簡便性と経済性が得られ、動力の生成がきわめて容易であるという特徴 がある。第二に、必要とする支援動力のうちの半分は、自転車の走行中継続的に エネルギー貯蔵機能をもつぜんまい装置に蓄積することができ、必要に応じて利 用に供するという柔軟性に富んだ構成に特徴がある。第三に、支援動力は自然エ ネルギーとぜんまい装置の貯蔵エネルギーから得られるので、予めエネルギーを 蓄積するための準備の条件と時間を要しないという新規な機能を提供し得る特徴 がある。第四に、所要の動力を提供するためのエネルギー貯蔵装置を搭載する必 要がなく、自転車の走行中に動力を生成消費する構成であるから、動力の供給能 力は無限同様で、またエネルギーの蓄積能力が無限大なのと等価であるというこ との他に、リアルタイムに所要動力が得られるという特徴がある。 As is clear from the above description, first of all, according to the present invention, half of the required support power uses the natural energy obtained from the atmospheric pressure, which makes it easier and economical than ever before. And it is very easy to generate power. Secondly, half of the required support power can be stored in a spring device that has an energy storage function continuously while riding a bicycle, and is flexible enough to be used when needed. There is a feature in the configuration. Thirdly, since the support power is obtained from the natural energy and the stored energy of the mainspring device, it has a feature that it can provide a new function that does not require the conditions and time for preparation for storing the energy in advance. Fourth, since there is no need to install an energy storage device to provide the required power, and the power is generated and consumed while the bicycle is running, the power supply capacity is infinite, and In addition to being equivalent to an infinite storage capacity, the required power can be obtained in real time.

【0018】 図3に示すように、自転車の前輪98と後輪99との間の極限空間に設置され る本考案の装置1は、大気圧近傍の圧力をもつ作動空気を収納するアクチュエー タとその周辺部品とを合わせて1kgf弱の重量であり、ぜんまい装置の一対は 0.4kgf弱の重量で構成されるので、両方を加算した重量1.4kgf弱に 対する最大所要出力165wとの比をとると、出力は約118w/kgfの最大 重量効率が得られる。自転車の軽量化と出力の重量効率は重要な指標であり、こ の数値は従来得られていない高レベルを示す。図6に示されるように、発生圧力 と支援出力とは比例の関係にあり、かつ図5に示されるようにパイロット要素の 非掃引容積/掃引容積の調整で、より高レベルの発生圧力が得られることから、 パイロット要素の設計上の選択により出力を自在に増大することができる。ゆえ に、ぜんまい装置を複数対設けて、増加した重量に見合って支援出力を増大し得 るという潜在能力を有することにより、従来得られなかった高レベルの対重量出 力効率が得られるという効果を発揮することができる。As shown in FIG. 3, the device 1 of the present invention installed in an extreme space between the front wheel 98 and the rear wheel 99 of the bicycle includes an actuator for storing working air having a pressure near the atmospheric pressure. The weight of the mainspring together with its peripheral parts is less than 1 kgf, and one pair of the mainspring device is composed of a little less than 0.4 kgf. Then, a maximum weight efficiency of about 118 w / kgf is obtained. Bicycle weight reduction and weight efficiency of power output are important indicators, and these figures represent high levels that have not been obtained before. As shown in FIG. 6, the generated pressure is proportional to the support output, and a higher level of generated pressure is obtained by adjusting the non-sweep volume / sweep volume of the pilot element as shown in FIG. Therefore, the output can be freely increased by selecting the design of the pilot element. Therefore, by providing multiple pairs of mainspring devices and having the potential to increase the support output in proportion to the increased weight, it is possible to obtain a high level of weight output efficiency that could not be obtained conventionally. Can be demonstrated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1a】本考案の構成を示す第一例の配置図FIG. 1a is a layout diagram of a first example showing the configuration of the present invention.

【図1b】本考案の構成を示す第二例の配置図FIG. 1b is a layout diagram of a second example showing the configuration of the present invention.

【図1c】本考案の構成を示す第三例の配置図FIG. 1c is a layout diagram of a third example showing the configuration of the present invention.

【図2a】本考案の自転車への装着を示す上面図FIG. 2a is a top view showing the mounting of the present invention on a bicycle.

【図2b】本考案の自転車への装着部分の一部詳細の説
明図
FIG. 2b is an explanatory view of a part of the mounting portion of the present invention on a bicycle.

【図3】 本考案の自転車への装着を示す図2aのA−
A断面図
FIG. 3A is a view showing the mounting of the present invention on a bicycle;
A sectional view

【図4】 図3の拡大説明図FIG. 4 is an enlarged explanatory view of FIG. 3;

【図5】 機械−空気式アクチュエータ(パイロット要
素)の性能を表す線図
FIG. 5 is a diagram showing the performance of a mechanical-pneumatic actuator (pilot element).

【図6】 空気−機械式アクチュエータ(原動要素)の
性能を表す線図
FIG. 6 is a diagram showing the performance of an air-mechanical actuator (drive element).

【図7】 ぜんまい装置の性能を表す線図FIG. 7 is a diagram showing the performance of a mainspring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 :支援駆動装置 10:ぜんまい系 10’,10”,101〜101n:ぜんまい装置 11,11’,11”:従動ぜんまい装置 12,12’,12”:駆動ぜんまい装置 20:正弦波式駆動機構 21:円板 22:スコッチヨーク 30:機械−空気式アクチュエータ(パイロット要素) 41,42:空気−機械式アクチュエータ(原動要素) 51:出力クランク 52,53:かさ歯車 1: Support drive device 10: Spring system 10 ', 10 ", 101 to 101n: Spring device 11, 11', 11": Driven spring device 12, 12 ', 12 ": Drive spring device 20: Sine wave drive mechanism 21: Disc 22: Scotch yoke 30: Mechanical-pneumatic actuator (pilot element) 41, 42: Pneumatic-mechanical actuator (drive element) 51: Output crank 52, 53: Bevel gear

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】[Utility model registration claims] 【請求項1】 自転車の乗り手による駆動力を超えた走
行抵抗に抗する駆動力を付与するぜんまいと大気圧のそ
れぞれを動力源とした自転車の支援駆動用機械−空気−
機械式支援駆動装置であって、直列に連なる二つのぜん
まいの対を一もしくは二以上具備し、各対のぜんまいの
一方は巻上げた従動ぜんまいとし、その一端を取出すぜ
んまいを駆動ぜんまいとして構成するぜんまい装置、ぜ
んまい装置の駆動ぜんまいの巻軸に連動し、その回転を
入力して機械的変位を正弦波状に出力する正弦波式駆動
機構、連接部材を介して正弦波式駆動機構に連動し、空
気の差圧を生成する機械−空気式アクチュエータ、生成
された空気差圧により相互に所定の位相差をもって作動
する一対の空気−機械式アクチュエータ、連接棒を介し
てこの一対の空気−機械式アクチュエータに連動し、自
転車に支援動力として回転運動を伝動するクランク、と
から構成されることを特徴とする自転車用機械−空気−
機械式支援駆動装置。
1. A bicycle assisting driving machine which uses a spring and an atmospheric pressure as power sources to provide a driving force against running resistance exceeding a driving force of a bicycle rider.
A mechanical support driving device, comprising one or more pairs of two mainsprings connected in series, one of each pair of mainsprings being a driven driven mainspring, and a mainspring taking out one end thereof as a driving mainspring. Device, the mainspring device is driven in synchronization with the winding shaft of the mainspring, the sine-wave drive mechanism that inputs the rotation and outputs the mechanical displacement in a sine-wave shape, the sine-wave drive mechanism is connected via the connecting member, and the air A pair of pneumatic-mechanical actuators, which operate with a predetermined phase difference from each other by the generated pneumatic differential pressure, and a pair of pneumatic-mechanical actuators via a connecting rod. And a crank that transmits rotational motion as assistive power to the bicycle.
Mechanical assist drive.
【請求項2】 請求項1記載の支援駆動装置において、
従動ぜんまいの巻軸が自転車のペダルクランクのピンに
機械的に連動することを特徴とする自転車用機械−空気
−機械式支援駆動装置。
2. The assist driving device according to claim 1, wherein
Bicycle machine-pneumatic-mechanical support drive, characterized in that the winding shaft of the driven spring is mechanically linked to the pin of the pedal crank of the bicycle.
【請求項3】 請求項1記載の支援駆動装置において、
従動ぜんまいの巻軸が自転車後輪の出力軸に機械的に連
動することを特徴とする自転車用機械−空気−機械式支
援駆動装置。
3. The assist driving device according to claim 1, wherein
A bicycle-pneumatic-mechanical assist drive device for a bicycle, wherein a winding shaft of a driven spring is mechanically linked to an output shaft of a rear wheel of the bicycle.
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