JP3167079U - 電動自転車駆動補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロプロセッサにより回転装置の回転及び減速充電を制御する電動自転車駆動補助装置を提供する。【解決手段】電動自転車駆動補助装置は、自転車１０並びに該自転車に取り付けられた回転装置２０、制御装置３０及びバッテリ４０からなる。自転車１０は、フレーム１１、前輪１２、後輪１３、ペダル１４、ハンドル１５及びブレーキレバー１６を有する。回転装置２０は、回転部材、磁石セット、固定部材及び外蓋を有する。制御装置３０は、マイクロプロセッサ３１及び調整スイッチ３２から構成され、自転車１０のハンドル１５に取り付けられ、マイクロプロセッサ３１がハンドル１５及びブレーキレバー１６に接続される。マイクロプロセッサ３１は、信号ライン３３を介して回転装置２０のコイルと接続され、バッテリ４０の出力端に受信装置４１が設けられ、エンコーダライン４２１により後輪１３に取り付けられたエンコーダ４２と接続される。【選択図】図１

Description

本考案は、電力で駆動する自転車構造に関するものであり、さらに詳しくは、マイクロプロセッサにより回転装置の回転及び減速充電を制御する電動自転車駆動補助装置に関するものである。

電動自転車は、従来の人力による自転車に比較して楽に駆動させることができ、様々な状況に対応することができるが、従来の人力駆動による自転車より機構が複雑であり、製造コストも高いため販売価格が高くなり、あまり普及していない。電動自転車の動力は、蓄電池に蓄電した電力に完全に頼っているため、正常に電力を消費する状況下では、電動自転車の蓄電池により供給できる電力量に限界があり、電力を使い果たした場合、人力でこぐ必要があるなど不都合な場合が生ずる。

かかる状況下において、特許第３８６０４８０号公報（以下「特許文献１」という。）には、ペダルクランク軸を有する人力駆動系と、前記ペダルクランク軸に加えられた踏力に応じてモータ出力が増減するモータ駆動系とを備え、前記ペダルクランク軸と同一軸線上に回転自在に設けた人力とモータの動力とが共に入力される合力軸の一端に前記両駆動系を連結し、この合力軸を利用して後輪へ動力を伝達する電動自転車用駆動装置が記載されている。

しかし、簡便な構造で、道路状況に応じて対応可能な構造とするには、さらに改良の余地が残されている
特許第３６６０４６０号公報

従って、本考案の第１の課題は、回転装置が能動モードで回転する場合、バッテリの電力により駆動動力を供給し、例えば、道路状況が下り坂などに変わり、前輪の回転数が回転装置により発生する回転数より大きくなると、回転装置を受動モードに切換え、回転部材の磁石の磁力線を固定部材のコイルが横切り、バッテリを充電させ、能動モードと受動モードとが最適な使用効率を得ることができるように、マイクロプロセッサにより自転車の状態を分析・判断して制御する電動自転車駆動補助装置を提供することにある。

本考案の第２の課題は、磁石セットの磁石が、回転部材の軸心を中心に放射線状に配列されているため、磁石セットのＳ極とＮ極とに間隙無く磁極が発生し、回転部材の回転による慣性力が増加し、高い回転効果を得ることができる電動自転車駆動補助装置を提供することにある。

本考案の第３の課題は、下り坂の場合及び減速するとき及び脚力で自転車をこぐとき、車輪により回転部材が駆動され、磁石セットの磁石で発生する磁力線が、固定部材のコイルにより常に横切られるため、運動エネルギが電気エネルギに変換され、発電及び電磁ブレーキの効果を得ることができる電動自転車駆動補助装置を提供することにある。

そして、本考案の第４の課題は、耐老化性が高く、磁力が強いＮｄＦｅＢ磁石の特性を有し、回転部材の導磁板中に、ニッケル系プレートが配置され、このニッケル系プレートが高い磁力を有し高放熱の特性を有するため、耐久性を高めることができる電動自転車駆動補助装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本考案によれば、自転車、該自転車に取り付けられた回転装置、制御装置及びバッテリからなる電動自転車駆動補助装置であって、
前記自転車は、フレーム、前輪、後輪、ペダル、ハンドル及びブレーキレバーを有し、
前記回転装置は、回転部材、磁石セット、固定部材及び外蓋を有し、
前記回転部材は、固定面が一方の端部に設けられ、凹状の軸孔が他方の端部に設けられ、前記軸孔には、軸受が配置され、前記回転部材の内面には、軸方向の磁気溝が複数設けられ、前記磁気溝により導磁板が離間され、前記磁気溝及び前記導磁板のそれぞれは、前記回転部材の軸心を中心に放射線状に配置され、
前記磁石セットは、前記回転部材の前記磁気溝に配置された複数の磁石から構成され、
前記固定部材は、心軸を中心に放射状に配置された複数のコイルからなり、前記心軸に電線を貫設するために用いるチャネルが設けられ、前記電線は、前記複数のコイルの両端に接続され、前記外蓋は、軸孔を有し、前記回転部材の前記固定面を覆い、前記軸孔に軸受が設置され、前記制御装置は、マイクロプロセッサ及び調整スイッチから構成され、前記自転車の前記ハンドルに取り付けられ、
前記マイクロプロセッサが前記ハンドル及び前記ブレーキレバーに接続され、前記マイクロプロセッサは、信号ラインを介して前記回転装置のコイルと接続され、前記バッテリの出力端に受信装置が設けられ、エンコーダラインにより前記後輪に取り付けられたエンコーダと接続され、
前記回転装置は、前記固定部材により前記自転車の前記前輪の軸心上に固定され、前記回転部材により前記前輪に接続され、前記マイクロプロセッサにより前記自転車の状態を分析・判断して制御し、最も効率が良い使用状況を得るために、磁力により回転、発電及びブレーキを行うことを特徴とする電動自転車駆動補助装置が提供される。

前記調整スイッチには、一般モード、トレーニングモード又は坂道モードを選択する選択ボタンが配置され、前記回転装置は、能動モード又は受動モードにより作動することが好ましい。

前記バッテリには、前記回転装置の前記電線及び前記制御装置の前記信号ラインが接続されていることが好ましい。

前記制御装置に設けられた前記マイクロプロセッサは、回転装置信号、バッテリ信号、ハンドル信号及びブレーキ信号を受信することが好ましい。

前記磁気溝の数は、３６個の偶数個であり、前記磁石の数は、前記磁気溝と同じであることが好ましい。

前記導磁板中には、互いに隣接した前記磁気溝間に挟設されているニッケル系プレートが固定されていることが好ましい。

前記磁石は、帯状の永久磁石であり、ネオジム（Ｎｄ）３２％、鉄（Ｆｅ）６４％及びホウ素（Ｂ）４％の粉末を冶金したＮｄＦｅＢ磁石であることが好ましい。

前記コイルは、２４組であり、鉄芯の外縁に銅線が巻かれて形成されることが好ましい。

本考案の一実施形態による電動自転車駆動補助装置を示す側面図である。 本考案の一実施形態による電動自転車駆動補助装置の回転装置を示す斜視図である。 本考案の一実施形態による電動自転車駆動補助装置の回転装置を示す分解斜視図である。 本考案の一実施形態による電動自転車駆動補助装置の回転装置が作動するときの状態を示す側面図である。 本考案の一実施形態による電動自転車駆動補助装置の回転装置の作動を示す流れ図である。

以下、本考案の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、これによって本考案が限定されるものではない。

まず、図１〜図３を参照する。図１〜図３に示すように、本考案の一実施形態による電動自転車駆動補助装置は、自転車１０並びに該自転車に取り付けられた回転装置２０、制御装置３０及びバッテリ４０から構成される。

自転車１０は、フレーム１１、前輪１２、後輪１３、ペダル１４、ハンドル１５及びブレーキレバー１６を有する。

回転装置２０は、回転部材２１、磁石セット２２、固定部材２３及び外蓋２４を有する。回転部材２１は、円盤状の収納体であり、固定面２１１が一方の端部に設けられ、凹状の軸孔２１２が他方の端部に設けられている。軸孔２１２には、軸受２１３が配置されている。回転部材２１の内面には、軸方向の磁気溝２１４が複数設けられている。導磁板（ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｌａｔｅ）２１５は、磁気溝２１４により離間され、磁気溝２１４及び導磁板２１５のそれぞれが回転部材２１の軸心を中心に放射線状に配置されている。本実施形態の磁気溝２１４は、偶数個（例えば、３６個）である。導磁板２１５中には、ニッケル系プレート（ｎｉｃｋｅｌ−ｂａｓｅｄ ｐｌａｔｅ）が固定されている。即ち、ニッケル系プレートは、互いに隣接した磁気溝２１４間に挟設されている。磁石セット２２は、複数の磁石２２１から構成される。磁石２２１は、回転部材２１の磁気溝２１４に配置され、磁気溝２１４と同じ数である。即ち、磁石２２１の数は３６個であり、帯状の永久磁石（例えば、ＮｄＦｅＢ磁石）でもよい。ＮｄＦｅＢ磁石は、ネオジム（Ｎｄ）３２％、鉄（Ｆｅ）６４％及びホウ素（Ｂ）４％の粉末を冶金したものからなる。固定部材２３は、心軸２３１を中心に放射状に配置された複数のコイル２３２からなる。その心軸２３１には、電線２３３を貫設するために用いるチャネルが設けられている。電線２３３は、複数のコイル２３２の両端に接続され、コイル２３２は、鉄芯の外縁に巻き付け、銅線を覆っている。本実施形態のコイル２３２は２４組である。外蓋２４には、軸孔２４１が設けられ、回転部材２１の固定面２１１を覆い、軸孔２４１には、軸受２４２が設置されている。

制御装置３０は、マイクロプロセッサ３１及び調整スイッチ３２から構成されている。マイクロプロセッサ３１は、調整スイッチ３２と接続され、調整スイッチ３２の箇所に選択ボタンが配置されている。この選択ボタンは、一般モード、トレーニングモード又は坂道モードを選択するために用いる。制御装置３０は、自転車１０のハンドル１５に取り付けられている。マイクロプロセッサ３１は、ハンドル１５及びブレーキレバー１６に接続され、信号ライン３３を介して回転装置２０のコイル２３２と接続されている。

バッテリ４０の出力端には、受信装置４１が設けられ、エンコーダライン４２１によりエンコーダ４２と接続されている。エンコーダ４２は、後輪１３に取り付けられている。バッテリ４０は、回転装置２０の電線２３３と、制御装置３０の信号ライン３３と接続されている。

図１〜図３に示すように、回転部材２１の軸孔２１２に軸受２１３が配置され、複数の磁気溝２１４中に磁石セット２２の磁石２２１が配置されている。磁石２２１は、回転部材２１の軸心を中心に放射線状に配列されている。回転部材２１の導磁板２１５中には、高い磁気力を有するニッケル系プレートが配置されている。固定部材２３は、回転部材２１の固定面２１１の端部から回転部材２１中に貫設させる。外蓋２４は、回転部材２１の固定面２１１に螺着され、回転部材２１とともに磁石セット２２及び固定部材２３を覆う。外蓋２４の軸孔２４１及び軸受２４２には、心軸２３１が貫設されている。固定部材２３は、軸受２１３，２４２に心軸２３１の両端が貫設されて位置決めされる。これにより、固定部材２３のコイル２３２は、磁石セット２２及び導磁板２１５と接触することがない。回転装置２０は、固定部材２３により自転車１０の前輪１２の軸心上に固定され、回転部材２１により前輪１２に接続される。

図４を参照する。図４に示すように、回転装置２０は、能動モード又は受動モードにより作動する。能動モードの場合、回転装置２０の電線２３３は、バッテリ４０の電力をコイル２３２へ送る。コイル２３２は、前輪１２の軸心を中心に、磁力線を放射線状に発生させ、互いに隣接した２つのコイル２３２の電流方向を反対にすることにより、発生する電磁極はＳ極とＮ極とが交互に配列された状態となる。回転部材２１の磁石２２１は永久磁石であり、固定部材２３の端部に向け、Ｓ極とＮ極とを交互に配列させる。Ｓ極とＮ極とは、極性が同じ場合に互いに引き合い、極性が異なる場合に互いに排斥し合う。そのため、回転部材２１の回転角度が変位すると、入力された電源が制御装置３０のマイクロプロセッサ３１により反対方向に導通し、コイル２３２のＳ極とＮ極とが瞬間的に変わるため、固定部材２３を回転させてコイル２３２のＳ極とＮ極とを交互にすると、回転部材２１の磁石２２１により、互いに隣接した２つの磁極が連続し、回転部材２１の回転による慣性力が増大し、電力により自転車１０を移動させる。受動モードの場合、下り坂や減速するときや脚力で自転車１０をこぐとき、制御装置３０のマイクロプロセッサ３１により固定部材２３の充電の有無を制御する。回転部材２１は、前輪１２により駆動したり、人力でこぐペダル１４により駆動したりし、回転部材２１が固定部材２３の外縁で回転し、磁石２２１で発生する磁力線が、固定部材２３のコイル２３２により横切られると、運動エネルギが電気エネルギに変換し、コイル２３２により発生した電力が電線２３３の端部を介してバッテリ４０中に入り、発電効果を得ることができる。

図１、図４及び図５を参照する。図１、図４及び図５に示すように、本考案の一実施形態による電動自転車駆動補助装置の制御装置３０に設けられたマイクロプロセッサ３１は、回転装置信号２５、バッテリ信号４３、ハンドル信号１７及びブレーキ信号１８を受信するために用いる。回転装置信号２５は、検出した回転部材２１の回転数を表す。バッテリ信号４３は、バッテリ４０の蓄電容量の大きさを表す。ハンドル信号１７は、自転車１０のハンドル１５の回転角度を表す。ブレーキ信号１８は、ブレーキレバー１６の作動状態を表す。ユーザは、自転車に乗るときに、調整スイッチ３２の選択ボタンを用い、一般モード、トレーニングモード又は坂道モードを選択する。一般モードが選択されると、ペダル１４の抵抗力が一般の自転車に等しくなり、回転装置２０が受動モードにより僅かな充電を行う。トレーニングモードを選択した場合、マイクロプロセッサ３１は、バッテリ４０と回転装置２０との間の抵抗を低下させ、回転装置２０の充電量を増やすことができる。固定部材２３及び回転部材２１が横切る磁力線が多いほど充電量が多くなるとともに、ペダル１４の抵抗力が発生してトレーニング効果が高まる。上り坂モードを選択した場合、充電量が最大になるが、ユーザは上り坂を登るのと同等の力でペダル１４をこぐ必要がある。回転装置２０は、能動モードで回転させる場合、バッテリ４０の電力により駆動動力が供給される。もし下り坂など、道路の状況により前輪１２の回転数が回転装置２０の回転数より高くなった場合、回転装置２０が受動モードに切り替わり、回転部材２１の磁石２２１の磁力線を固定部材２３のコイル２３２が横切り、バッテリ４０を充電させる。マイクロプロセッサ３１は、最も効率が良い使用状況を得るために、自転車の状態を判断し、能動モードと受動モードとを切り替える。

受動モードが選択され、充電量が多いほど、回転装置２０の電磁抵抗力が大きくなる。即ち、前輪１２の回転数が減少し、ブレーキがかかる。急ブレーキを行うときは、制御装置３０のマイクロプロセッサ３１がブレーキレバー１６の速度信号（ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｓｉｇｎａｌ）を受信し、バッテリ４０が回転装置２０に対して逆充電を行い、固定部材２３のコイル２３２に発生する磁極は、回転部材２１の磁石２２１の磁極と同一であるため、磁場が反対方向となり互いに排斥し合い、電磁ブレーキにより短時間に自転車１０を停止させることができる。しかし、自転車１０の後輪１３には、エンコーダ４２が配置されている。このエンコーダ４２は、後輪１３の回転数を受信し、バッテリ４０に設けられた受信装置４１に送信する。マイクロプロセッサ３１及び受信装置４１は、データに基づいて判断し、バッテリ４０のリターダ電気的ポテンシャル（ｒｅｔａｒｄｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を制御し、ステップツーステップ方式（ｓｔｅｐ−ｔｏ−ｓｔｅｐ ｍｅｔｈｏｄ）により回転装置２０の固定部材２３中に流入させ、間欠的な磁場により迅速に自転車の速度を下げて減速し、前輪１２と後輪１３との回転数が同じになるように制御し、車輪がロックされないようにしながら短時間に自転車１０を停止させることにより、運転の安全性を確保しながらブレーキをかけて減速させることができる。

上述したことから分かるように、電動自転車駆動補助装置は、以下（１）〜（４）の長所を有する。
（１）回転装置２０が能動モードで回転する場合、バッテリ４０の電力により駆動動力を供給し、例えば、道路状況が変わり下り坂などに、前輪１２の回転数が回転装置２０により発生される回転数より大きくなると、回転装置２０を受動モードに切換え、回転部材２１の磁石２２１の磁力線を固定部材２３のコイルが横切り、バッテリ４０を充電させる。能動モードと受動モードとが最適な使用効率を得ることができるように、マイクロプロセッサ３１により自転車の状態を分析・判断して制御することができる。
（２）磁石セット２２の磁石２２１は、回転部材２１の軸心を中心に放射線状に配列され、磁石セット２２のＳ極とＮ極とに間隙無く磁極が発生するため、回転部材２１の回転による慣性力が増加し、高い回転効果を得ることができる。
（３）下り坂の場合及び減速するとき、又は脚力で自転車をこぐとき、車輪により回転部材２１が駆動され、磁石セット２２の磁石２２１で発生する磁力線が固定部材２３のコイル２３２により常に横切られるため、運動エネルギが電気エネルギに変換され、発電及び電磁ブレーキの効果を得ることができる。
（４）磁石２２１は、ＮｄＦｅＢ磁石であり、耐老化性が高く、磁力が強いという特性を有し、回転部材２１の導磁板２１５中に、ニッケル系プレートが配置され、このニッケル系プレートが高い磁力を有して高放熱の特性を有するため、耐久性を高めることができる。

以上、本考案の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本考案を限定するものではない。本考案の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案の実用新案登録請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１０ 自転車
１１ フレーム
１２ 前輪
１３ 後輪
１４ ペダル
１５ ハンドル
１６ ブレーキレバー
１７ ハンドル信号
１８ ブレーキ信号
２０ 回転装置
２１ 回転部材
２２ 磁石セット
２３ 固定部材
２４ 外蓋
２５ 回転装置信号
３０ 制御装置
３１ マイクロプロセッサ
３２ 調整スイッチ
３３ 信号ライン
４０ バッテリ
４１ 受信装置
４２ エンコーダ
４３ バッテリ信号
２１１ 固定面
２１２ 軸孔
２１３ 軸受
２１４ 磁気溝
２１５ 導磁板
２２１ 磁石
２３１ 心軸
２３２ コイル
２３３ 電線
２４１ 軸孔
２４２ 軸受
４２１ エンコーダライン

Claims (8)

1. 自転車、並びに該自転車に取り付けられた回転装置、制御装置及びバッテリからなる電動自転車駆動補助装置であって、
   前記自転車は、フレーム、前輪、後輪、ペダル、ハンドル及びブレーキレバーを有し、
   前記回転装置は、回転部材、磁石セット、固定部材及び外蓋を有し、
   前記回転部材は、固定面が一方の端部に設けられ、凹状の軸孔が他方の端部に設けられ、前記軸孔には、軸受が配置され、前記回転部材の内面には、軸方向の磁気溝が複数設けられ、前記磁気溝により導磁板が離間され、前記磁気溝及び前記導磁板のそれぞれは、 前記回転部材の軸心を中心に放射線状に配置され、
   前記磁石セットは、前記回転部材の前記磁気溝に配置された複数の磁石から構成され、
   前記固定部材は、心軸を中心に放射状に配置された複数のコイルからなり、前記心軸に電線を貫設するために用いるチャネルが設けられ、前記電線は、前記複数のコイルの両端に接続され、前記外蓋は、軸孔を有し、前記回転部材の前記固定面を覆い、前記軸孔に軸受が設置され、
   前記制御装置は、マイクロプロセッサ及び調整スイッチから構成され、前記自転車の前記ハンドルに取り付けられ、前記マイクロプロセッサが前記ハンドル及び前記ブレーキレバーに接続され、
   前記マイクロプロセッサは、信号ラインを介して前記回転装置のコイルと接続され、前記バッテリの出力端に受信装置が設けられ、エンコーダラインにより前記後輪に取り付けられたエンコーダと接続され、
   前記回転装置は、前記固定部材により前記自転車の前記前輪の軸心上に固定され、前記回転部材により前記前輪に接続され、前記マイクロプロセッサにより前記自転車の状態を分析・判断して制御し、最も効率が良い使用状況を得るために、磁力により回転、発電及び制動を行うことを特徴とする電動自転車駆動補助装置。
2. 前記調整スイッチには、一般モード、トレーニングモード又は坂道モードを選択する選択ボタンが配置され、
   前記回転装置の作動が、能動モード又は受動モードによるものであることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車駆動補助装置。
3. 前記バッテリには、前記回転装置の前記電線及び前記制御装置の前記信号ラインが接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車駆動補助装置。
4. 前記制御装置に設けられた前記マイクロプロセッサは、回転装置信号、バッテリ信号、ハンドル信号及びブレーキ信号を受信することを特徴とする請求項１に記載の電動自転車駆動補助装置。
5. 前記磁気溝の数は、３６個の偶数個であり、
   前記磁石の数は、前記磁気溝と同一であることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車駆動補助装置。
6. 前記導磁板中には、互いに隣接した前記磁気溝間に挟設されているニッケル系プレートが固定されてなることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車駆動補助装置。
7. 前記磁石は、帯状の永久磁石であり、ネオジム（Ｎｄ）３２％、鉄（Ｆｅ）６４％及びホウ素（Ｂ）４％の粉末を冶金したＮｄＦｅＢ磁石であることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車駆動補助装置。
8. 前記コイルは、２４組からなり、鉄芯の外縁に銅線が巻かれて形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車駆動補助装置。