JP3306265B2

JP3306265B2 - 電動車

Info

Publication number: JP3306265B2
Application number: JP24297795A
Authority: JP
Inventors: 正勝藤原; 優田中; 建明田中; 裕康石原; 寿宏数原; 和久松本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: JPH0986478A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車輪のハブ軸に駆
動部を備え、電動駆動力によって走行する電動車に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、特開平７−３３０７０号
公報(B62M 23/02)等に示す如く、電動モータ付き乗り物
において、人力駆動系と電動駆動系とを並列に設け、人
力による駆動力の変化に対応して電動駆動系の出力を制
御するものが知られている。そして、この種の乗り物
は、後輪の車軸に変速機、クランク軸に電動機、踏力検
出部などを設けており、電動機の運転速度を適正に保つ
ために、電動機出力の人力駆動力に対する比率を変速機
の高速段で小さく、低速段で大きくするコントローラと
を備えている。

【０００３】しかしながら、上記構成であれば、後輪の
車軸に変速機を設け、クランク軸に電動機などを設けな
ければならないので、駆動部分の構成が複雑になるほ
か、組立性も非常に悪くなる。また、変速機と踏力検出
部とが離れて構成されているため、変速機の変速段を検
出し、人力駆動力に対する電動駆動系の出力大きさを補
正しなければならず、制御が複雑になるといった問題が
あった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点に
鑑みなされたもので、簡単でコンパクトな構成で、組立
性が良い電動車を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の構成
によると、車輪のハブ軸に駆動部を備え、該駆動部に
は、駆動用の電動機と、該電動機の回転を前記車輪に伝
達する伝達機構と、変速段が切り換え可能な変速機とを
内蔵し、前記車輪の車軸に変速機を設け、該変速機の外
周に伝達機構を配置したことを特徴とするので、電動機
の出力は伝達機構によって車輪が回転する。また、変速
する場合には変速機によって走行中に行われる。このよ
うなハブ軸に駆動部を備えた電動車において、車軸に変
速機を備え、その周囲に伝達機構を配置することでコン
パクトな駆動部を構成することができる。また、変速機
周囲に伝達機構を配置するので数多くのギヤを使用する
ことができる。

【０００６】また、請求項２の構成によると、人力駆動
系と電動駆動系とを並列に有し、車輪のハブ軸に駆動部
を構成し、該駆動部は、人力トルクを検出するトルク検
出部と、該トルク検出部のトルクの大きさに応じた駆動
力で駆動する電動機と、該電動機の回転を前記車輪に伝
達する伝達機構と、変速段が切り換え可能な変速機とを
内蔵し、車軸に変速機を設け、該変速機より外周に向か
って、トルク検出部、伝達機構の順に配置したので、変
速機によって変速された後のトルクを検出し、そのトル
クに応じて電動機を駆動して車輪を回転する。即ち、人
力駆動力と同じ大きさのトルクで電動駆動力を与えて走
行することができる。このような動作において、車軸に
設けた変速機よりも外周にトルク検出部を配置して変速
後に生じるトルクを検出しやすくしたとともに、更に、
トルク検出部の外周に伝達機構を配置して駆動部をより
コンパクトにした。

【０００７】更に、請求項３の構成によると、車軸と同
心円で変速機を内蔵し、伝達機構、電動機は車軸から偏
心させた位置に内蔵したので、駆動部の変速機外周の空
間を利用して電動機、伝達機構を内蔵して構成される。

【０００８】そして、請求項４の構成によると、車軸と
同心円で変速機、トルク検出部を駆動部に内蔵し、伝達
機構、電動機は車軸から偏心させた位置に設けたので、
請求項３と同様、駆動部の変速機とトルク検出部の外周
の空間を利用して電動機、伝達機構を内蔵して構成され
る。

【０００９】また、請求項５の構成によると、更に制御
基板を車軸からの距離が伝達機構と略同じ位置に配置し
てあるので、駆動部の空間を利用して伝達機構以外に制
御基板も内蔵することができ、よりコンパクトになる
上、配線等が不要となるので組立て性が良く、簡単な構
成にすることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を電動自転車
を例に図１乃至図６に基づいて以下に詳述する。

【００１１】まず、電動自転車の全体構成について、図
６に基づき説明をする。

【００１２】１は、前部に設けられたヘッドパイプ２、
サドル３から下方に設けられたシートチューブ４と連結
するメインフレームであり、該メインフレーム１と前記
シートチューブ４とが連結する部分に人力によって回転
することができるペダル５が取り付けられている。

【００１３】６は、ハンドル７の動きに連動し、ハンド
ル７操作によって走行方向を定める前輪で、該前輪６は
スポーク８、リム９、タイヤ10から構成されている。

【００１４】11は、駆動輪となる後輪であり、該後輪11
も、タイヤ12、リム13、スポーク14、それと後輪11を駆
動するための駆動部15とから構成されている。

【００１５】16は、前記ペダル５の回転とともに回転す
る前スプロケットで、該前スプロケット16にはチェーン
17がかかっており前スプロケット16の回転を前記駆動部
15の車軸25に設けた後スプロケット27に動力を伝達する
ようになっている。

【００１６】18は、後述する電動機48の電源となるバッ
テリで、２４ボルトのニッカド電池が収められている。
また、バッテリ18は取り外し可能で充電の際は屋内で充
電をすることができる。

【００１７】19は、前カゴ、20は、停車時に自転車を支
えるスタンドである。

【００１８】前述した駆動部15について、図２及び図３
に具体的構成を示す。

【００１９】21は、メインフレーム１に固定して取り付
けられた円盤状の固定側ケーシングで、22は、前記固定
側ケーシング21と同軸で固定側ケーシング21外側を回転
する回転側ケーシングである。これらの固定側ケーシン
グ21と回転側ケーシング22とを合わせてハブを構成して
いる。前記回転側ケーシング22の外周には２本の環状リ
ブ23が形成されており、環状リブ23からはタイヤ12が取
り付けられているリム13に向かってスポーク14が張設さ
れている。

【００２０】24は、車軸25に設けられたハブ軸内装型の
変速機（例えばシマノ製ＳＧ−３５３１など）で、該変
速機24はラチェット26を介して後スプロケット27に接合
している。即ち、ラチェット26によりチェーン17からの
人力が一方向にしかかからないようになっており、逆回
転に力がかかったときには駆動力が遮断されるようにな
っている。そして、該変速機24は円筒状の容器28内に収
まっており、容器28の片側全周には鍔部29を形成してい
る。また、この変速機24は、車軸25の中空部に変速棒30
が外側に付勢された状態で摺動自在に挿入されており、
変速棒30を左右に移動させることで、変速機24中のギヤ
（図示せず）が切り替わるようになっている。そして、
変速棒30を押さえるための押具31が変速棒30に圧接して
設けてあり、該押具31を操作するための操作具（図示せ
ず）がワイヤー32によって連結してハンドル付近に設け
てある。要するに、手元の操作具によってワイヤー32を
引っ張ると、押具31が移動し、変速棒30を移動させるこ
とで変速段が変わるようになっている。

【００２１】33は、前記変速機24の容器28に圧入して容
器28外周を囲む筒状のスリーブで、該スリーブ33は前記
鍔部29にネジ止めしてある。

【００２２】34は、前記変速機24外周に配置され、前記
スリーブ33、鍔部29と一体に回転する回動板である。回
動板34については、図４に示す、動作の略図に基づいて
説明をする。

【００２３】前記回動板34は、変速機24の容器28の外周
径よりも大きく、変速機24と同心円状で、相対する２ケ
所には、軸方向に押圧棒35と、変換棒36とが一体成形さ
れている。前記押圧棒35は、釣鐘型の面をもって柱状に
形成されており、釣鐘型の曲面部分で弾性体、即ちバネ
37を押さえるようになっている。そして、回動板34は、
変速機24外周をバネ37を伸縮させながら回動し、変速機
24と同心円で容器28外周をガイドとして回動する。ま
た、前記変換棒36は、車軸25方向に伸びる長方体で、先
端部分が回転方向に向かって短くなるように斜めに形成
してある。

【００２４】前記押圧棒35によって押さえられるバネ37
は、他端を回転側ケーシング22の一部に接触させてお
り、人力駆動力の伝達の順序として回動板34から押圧棒
35、バネ37を伸縮させて回転側ケーシング22を回転させ
る。この時、伸縮されたバネ37の伸縮大きさに応じて回
転側ケーシング22と少しの歪みを生じながら回動板34は
回転する。そしてこの回動板34は、変速機24の周囲を人
力による歪みに応じて回動することになる。この時、同
時に回動板34の少しの回動によって変換棒36も回動し、
変換棒36先端に形成した傾斜部分38によって傾斜部分38
と接する山形部39が押されて車軸25方向に移動する。こ
の山形部39には磁性部材、即ちフェライト40のリングが
取り付けられており、山形部39の移動によってフェライ
ト40も移動するようになっている。このフェライト40の
先端にはフェライト40を回転板34側に付勢するためのＣ
リング41とバネ42が設けられている。よって回転側ケー
シング22と回動板34が歪んだ分だけフェライト40が軸方
向に移動するようになっている。

【００２５】43は、前記固定側ケーシング21で前記フェ
ライト40近傍に設けられた磁気検出部材、即ちコイル
で、該コイル43は前記フェライト40の接近によるインダ
クタンスの変化を電気的な信号に変換することができ、
この出力を利用して人力のトルクを検出することができ
る。

【００２６】以上、図４に示す部材をまとめてトルク検
出部44という。

【００２７】上記構成において、磁性部材にフェライト
を用いたが、アルミなどの金属材料でリングを構成して
もよい。また、弾性体をバネとしたが、ゴムなどを弾性
体とし、検出部としてこのゴムの伸縮を検出できるよう
なスケールを用いて構成しても良い。更に、弾性体を感
圧ゴムとして、伸縮する圧力を電気的信号として取り出
しても構わない。

【００２８】45は、前記回転側ケーシング21にボルトに
よってネジ止めされたインナーギヤで、該インナーギヤ
45は内側に形成される歯の部分を強化プラスチック、例
えばポリアセタール樹脂などで形成している。そして、
外側の部分を金属製のケーシングとし、前記インナーギ
ヤ45を強化するように外周を覆っている。

【００２９】46は、前記インナーギヤ45に一体成形され
た軸筒で、該軸筒46は前記スリーブ33との間に回動板34
が回動したときにスムーズに回動するようにベアリング
47が介入してある。

【００３０】48は、固定側ケーシング21に内蔵した電動
機で、該電動機48の出力軸49にはベルト50が取り付けら
れ、該ベルト50は第１プーリー51に接続されている。こ
の第１プーリー51は、固定側ケーシング21に対しベアリ
ング52を介して回転自在に取り付けられている。また、
第１プーリー51と同軸でワンウェイクラッチ53とベアリ
ング54を介して第２プーリー55が設けられており、一方
向にのみ第１プーリー51からの動力を伝達するようにな
っている。そして、第２プーリー55にはギヤ56が形成し
てあり、このギヤ56と前記インナーギヤ45とが噛み合っ
て電動機48の駆動力で回転側ケーシング22を回転させ
る。このワンウェイクラッチ53は、電動機48からの駆動
力と人力の駆動力とを独立させるために設けてあり、例
えば自転車を手押ししているときに車輪11とともに電動
機48を回転させてしまうことがなく、発電制動によって
使用者に余計な負荷がかからないために設けてある。そ
して、これらの電動機48からの駆動力を伝達する伝達機
構、即ち減速機構は、回動板34外周と固定側ケーシング
21外周との間の広い空間に弧状に配置収納されている。

【００３１】57は、前記変速機24と同軸で並列に配置さ
れた容器28と共に回転するブレーキ片で、該ブレーキ片
57は固定側ケーシング21と一体形成されたブレーキケー
ス58内を後輪11とともに回転し、前記ハンドル７に設け
られたブレーキレバー（図示せず）によって前記ブレー
キケース58内に設けられたブレーキシュー59を広げるこ
とでブレーキ片57に圧接し、後輪11の回転に制動をかけ
るようにしている。これらの制動のための構成をブレー
キ機構という。

【００３２】また、回転側ケーシング22にはこのケーシ
ングの回転とともに回転するマグネット（図示せず）が
取りつけてあり、固定側ケーシング21には前記マグネッ
トを検知するリードスイッチ（図示せず）が設けられて
いる。このリードスイッチの入力回数により後輪11の回
転数、即ち走行速度を検知することができる。

【００３３】60は、電動機48と第１プーリー51とをつな
ぐベルト50の張りを押圧することで調節できるテンショ
ンプーリーで、該テンションプーリー60はローラー61と
基台62とからなっており、基台62片側を固定する長穴63
によってベルト50に対して押さえる力を調節するように
なっている。

【００３４】67は、前記電動機48の回転を制御する前記
固定側ケーシング21に取り付けられた制御基板で、該制
御基板67は車軸25からの距離が減速機構45、66と略同じ
位置で減速機構45、66の無い部分に内蔵される。そし
て、制御基板67は前記トルク検出部44からの出力結果に
応じた電動機48の回転を制御するマイコン以外に電動機
48をＰＷＭ制御する駆動回路やマイコンに起動電圧を入
力するための定電圧回路、トルク検出回路などが装備さ
れている。

【００３５】次に、以上の構成で、動作について、図１
に基づき説明をする。

【００３６】まず、人力駆動系について説明すると、ペ
ダル５によって与えられた人力は、チェーン17によって
後スプロケット27に伝達され、変速機24で変速された
後、回動板34、バネ37を介して減速機構45に伝達されて
後輪11を回転させる。次に電動駆動系について説明する
と、バネ37の伸縮の大きさ、即ち回動板34の移動距離を
変換部材36によって車軸方向の移動に変換し、その移動
とともにフェライト40が移動するようにする。このフェ
ライト40の移動をコイル43のインダクタンスの変化に変
換し、電気信号として前記制御基板67に設けられたマイ
コンを中心としてなる制御部64に入力する。そして、制
御部64によりコイル43からの信号と速度センサ65からの
走行速度信号とを入力し、これに基づいた電動機48の回
転となるように駆動信号を出力する。そして、電動機48
の出力は第１プーリー51、第２プーリー55などの減速機
構66で減速されて後輪11が回転する。ここで、後スプロ
ケット27から減速機構45、車輪11、また変換部材36、フ
ェライト40までは回転側ケーシング22に内蔵されてお
り、制御部64、コイル43、速度センサ65、電動機48、減
速機構66は固定側ケーシング21に内蔵されている。

【００３７】次に制御部64の動作について、図５に基づ
き説明する。

【００３８】図５は、横軸に速度、縦軸にアシスト比
率、即ち人力駆動力に対する電動駆動力の比率を示した
もので、あらかじめ定めた所定速度Ｈに達するまでは人
力駆動力と同じ駆動力で電動機からの出力がされ、常に
１対１の比率でアシストする。そして速度Ｈを越える
と、速度が出過ぎないようにアシスト比率が徐々に小さ
くなるように制御している。そして最終的には電気的駆
動力はゼロになり、これ以上の速度においては人力のみ
で走行することになる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の請求項１の構成によると、車輪
のハブ軸に駆動部を備え、駆動部には、駆動用の電動機
と、電動機の回転を前記車輪に伝達する伝達機構と、変
速段が切り換え可能な変速機とを内蔵し、車輪の車軸に
変速機を設け、変速機の外周に伝達機構を配置したこと
を特徴とするので、車軸に変速機を備え、その周囲に伝
達機構を配置することでコンパクトな駆動部を構成する
ことができる。また、変速機周囲に伝達機構を配置する
ので数多くのギヤを使用することができる等の効果を奏
する。

【００４０】また、請求項２の構成によると、人力駆動
系と電動駆動系とを並列に有し、車輪のハブ軸に駆動部
を構成し、駆動部は、人力トルクを検出するトルク検出
部と、トルク検出部のトルクの大きさに応じた駆動力で
駆動する電動機と、電動機の回転を車輪に伝達する伝達
機構と、変速段が切り換え可能な変速機とを内蔵し、車
軸に変速機を設け、変速機より外周に向かって、トルク
検出部、伝達機構の順に配置したので、車軸に設けた変
速機よりも外周にトルク検出部を配置して変速後に生じ
るトルクを検出し易くし、変速段を検出しなくても的確
な補助走行を実現できるという効果のほか、トルク検出
部の外周に伝達機構を配置して駆動部をよりコンパクト
にできる等の効果を奏する。

【００４１】更に、請求項３の構成によると、車軸と同
心円で変速機を内蔵し、伝達機構、電動機は車軸から偏
心させた位置に内蔵したので、駆動部の変速機外周の空
間を利用して電動機、伝達機構を内蔵して構成でき、コ
ンパクトな構成にできる等の効果を奏する。

【００４２】そして、請求項４の構成によると、車軸と
同心円で変速機、トルク検出部を駆動部に内蔵し、伝達
機構、電動機は車軸から偏心させた位置に設けたので、
駆動部の変速機とトルク検出部の外周の空間を利用して
電動機、伝達機構を内蔵して構成でき、コンパクトな構
成にできる等の効果を奏する。

【００４３】また、請求項５の構成によると、更に制御
基板を車軸からの距離が伝達機構と略同じ位置に配置し
てあるので、駆動部の空間を利用して伝達機構以外に制
御基板も内蔵することができ、よりコンパクトになる
上、配線等が不要となるので組立て性が良く、簡単な構
成にできる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である動力系統図である。

【図２】同駆動部の側面断面図である。

【図３】同駆動部の平面構成図である。

【図４】同トルク検出部の動作の略図である。

【図５】同人力駆動力に対する電動駆動力の速度との関
係を示すグラフである。

【図６】同全体構成図である。

【符号の説明】

11 車輪（後輪） 15 駆動部 18 電池（バッテリ） 48 電動機 45 伝達機構（減速機構） 66 伝達機構（減速機構） 24 変速機 34 回動板 36 変換棒 35 押圧棒 37 弾性体（バネ） 39 山形部 40 磁性部材（フェライト） 43 磁気検出部材（コイル）

フロントページの続き (72)発明者石原裕康大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者数原寿宏大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者松本和久大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開平７−215264（ＪＰ，Ａ) 特開平６−156361（ＪＰ，Ａ) 特開平６−105413（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62M 23/02 B62K 11/00 B62M 7/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪のハブ軸に駆動部を備え、該駆動部
には、駆動用の電動機と、該電動機の回転を前記車輪に
伝達する伝達機構と、変速段が切り換え可能な変速機と
を内蔵し、前記車輪の車軸に変速機を設け、該変速機の
外周に伝達機構を配置したことを特徴とする電動車。
【請求項２】人力駆動系と電動駆動系とを並列に有
し、車輪のハブ軸に駆動部を構成し、該駆動部は、人力
トルクを検出するトルク検出部と、該トルク検出部のト
ルクの大きさに応じた駆動力で駆動する電動機と、該電
動機の回転を前記車輪に伝達する伝達機構と、変速段が
切り換え可能な変速機とを内蔵し、車軸に変速機を設
け、該変速機より外周に向かって、トルク検出部、伝達
機構の順に配置したことを特徴とする電動車。
【請求項３】前記車軸と同心円で前記変速機を内蔵
し、前記伝達機構、電動機は車軸から偏心させた位置に
内蔵したことを特徴とする請求項１記載の電動車。
【請求項４】前記車軸と同心円で前記変速機、トルク
検出部を駆動部に内蔵し、前記伝達機構、電動機は車軸
から偏心させた位置に設けたことを特徴とする請求項２
記載の電動車。
【請求項５】前記電動機の駆動を制御する制御基板を
設け、該制御基板は車軸からの距離が前記伝達機構と略
同じ位置に配置してあることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の電動車。