JP3327079B2 - 電気自転車 - Google Patents

電気自転車

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    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ペダル負荷に応じ
て電動駆動装置を作動させることが可能な、電気自転車
に関し、さらに詳しくは自転車の速度を検出し、規定の
範囲でペダル負荷を補助する電動駆動装置を有する電気
自転車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】人力による駆動力と電動機による駆動力
を並列に設け、ペダル負荷に応じた規定範囲内で電動機
により駆動力を補助する機能を有する電気自転車は種々
提案されているが、電動駆動装置により補助する範囲
は、車速が０から１５km／ｈまでは５０％，１５km／ｈ
から２４km／ｈ間では車速に応じて漸次減少せしめ、２
４km／ｈにおいて０％となるよう制御せねばならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このため、前記電動駆
動装置はペダル負荷を検出するペダル負荷検出器、ペダ
ル回転速度を検出するペダル速度検出器，電動機，減速
機構および制御回路から構成されており、前記ペダル負
荷検出器およびペダル速度検出器からの情報をもとに制
御回路が電動機を制御し、前記規定内のパワーアシスト
を実現する。このほかに、電気自転車には電気エネルギ
ー源として充電式電池が使用されている。具体的には、
特開平７−４０８７８にその構造が開示されている。電
動駆動装置は自転車本体のメインパイプおよびシートパ
イプ周辺に組み込まれているが、電動機，減速機構，制
御回路，ペダル負荷検出器，ペダル速度検出器を全てペ
ダルクランクシャフトより下方に組み込むことは困難で
あった。また、それぞれが空間的に分離されて組み込ま
れ、その間を電気的に接続するための配線が必要である
ため、その保護のために全体を樹脂カバーで覆う必要が
あった。
【０００４】一方、自転車の乗りやすさ，扱いやすさの
重要点として自転車の重心の位置があるが、自転車の重
心位置は乗車する人の体重の方が自転車よりかなり重い
ので乗車中の重心位置は自転車自身の重心位置よりもか
なり上方になるため、自転車自身の重心位置は可能な限
り下方でかつ前後輪の中心に設定することが求められ
る。
【０００５】しかしながら、前述のような理由で従来の
電気自転車は電動駆動装置が自転車フレームの内側や、
ペダルクランクシャフトより上方に組み込まれるため自
転車の重心が高くなることが避けられず、乗りやすさや
扱いやすさの点で不満足なものとなっていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、電動駆動装置を等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系 磁
性粉末と異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁性粉末の混合粉末を所
定形状に固化した永久磁石を使用する扁平型直流電動
機、減速機構、ペダル回転速度検出器、ペダル負荷検出
器および制御回路が一体的に構成され、かつ前輪とサド
ルと後輪とを一体に構成してなる車体の中央下側部に電
動駆動装置を配置した構成としたものであり、自転車の
重心を低くすることができるので乗り心地がよく、かつ
取り扱い性のよい自転車を提供できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、人力によって駆動されるペダル駆動装置と、それを
補助する電動駆動装置を有する電気自転車において、前
記電動駆動装置は等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末と異
方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁性粉末の混合粉末を所定形状に固
化した永久磁石を使用する扁平型直流電動機、減速機
構、ペダル回転速度検出器、ペダル負荷検出器および制
御回路が一体的に構成され、かつ前輪とサドルと後輪と
を一体に構成してなる車体の中央下側部に電動駆動装置
を配置したものであり、限られた寸法と使用環境を考慮
した温度特性を有する永久磁石により必要とする電動機
の特性を実現するとともに、電動駆動装置を自転車車体
中央下側部に組み込んだとき自転車の操作性を阻害せ
ず、かつ前後輪間の許された空間に組み込める寸法形状
を実現し、電気自転車の重心を低くする作用を有する。
【０００８】請求項２に記載の発明は、扁平型直流電動
機が軸方向空隙型電動機であることを特徴とする請求項
１に記載の電気自転車であり、この方式により電動機の
軸方向寸法すなわち電動機の厚さをより薄くする作用を
有する。
【０００９】請求項３に記載の発明は、扁平型直流電動
機の電機子が無鉄心電機子であり、かつ電機子巻線と整
流子が樹脂により一体的に成形されていることを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の電気自転車であ
り、電動機の軽量化と応答性を向上し、電気自転車の操
作性を向上する作用を有する。
【００１０】請求項４に記載の発明は、扁平型直流電動
機の電機子が軟磁性粉末を配合した樹脂配合材料で成形
されていることを特徴とする請求項１から請求項３のい
ずれか１項に記載の電気自転車であり、電動機の高出力
化を実現する作用を有する。
【００１１】以下、本発明の一実施の形態について、図
１から図３を用いて説明する。
【００１２】図１は本発明の一実施の形態である電気自
転車の概略図を示し、車体フレームは従来の自転車と基
本構造は同一であり、前輪と後輪とサドルを一体に連結
しているパイプが車体の中央のサドルパイプ２の下端で
一体化していて、電動駆動装置３が車体フレーム１の中
央外側部に組み込まれている。通常の自転車の場合はこ
の部分にペダルクランクシャフトが配置されているが、
本発明の電気自転車では電動駆動装置３にペダルクラン
クシャフト４が配置されていて、ペダルクランクシャフ
トはサドルに座った状態でのペダリング操作が従来の自
転車とほぼ同等となるような位置に設定されており、電
気自転車の操作性や乗り心地を阻害しないで重心を低く
することができる構造としたものである。図２は電動駆
動装置３の詳細構造図であり、扁平型直流電動機５と減
速機構６と制御回路７は一体構造となっており、さらに
ペダル回転速度検出器およびペダル負荷トルク検出器が
同様に組み込まれており、ペダリングによりその回転速
度および負荷トルクを検出し、制御回路に内蔵さている
マイクロコンピュータが電動機を駆動するためのＰＷＭ
インバータ出力を決定し、扁平直流電動機５を作動さ
せ、減速機構６を通してペダルによる人力と合力しフロ
ントスプロケット８からチェーンを介して後輪に伝達さ
れ自転車の推進力となる。電動駆動装置３は自転車フレ
ームの下方に組み込まれている。
【００１３】一方、自転車の操作性や乗り心地などから
電動駆動装置３に対する寸法，形状および質量の制限が
あり、ペダリング性から幅が制限され地面とのクリアラ
ンスからその高さが制限され、さらに後輪との干渉から
その長さが制限され、自転車の総質量からその質量が制
限される。これらの諸寸法を満足するため、扁平直流電
動機５が動力源として採用されている。図３は電動駆動
装置３に採用されている扁平直流電動機５の構造を示す
もので、たとえばカーエアコンのコンデンサ冷却用など
に使用される軸方向空隙型の電動機と同様の構造であ
る。電気自転車の動力源としては、従来のものではフェ
ライト磁石を使用した電動機が採用されており、その出
力が不足するため新たな高性能な永久磁石９として、等
方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末および異方性Ｎｄ−Ｆｅ
−Ｂ系磁性粉末の混合粉末をジュール加熱焼結法にて製
造された磁石を使用した電動機を採用した。また、この
扁平直流電動機５は、基本的に無鉄心電機子１０を採用
しており、電機子巻線１１と整流子１２を樹脂成形材料
にて一体的に成形してある。この構造では無鉄心構造と
なるため電機子巻線と磁石との磁気空隙が大きくなり小
型で高出力とすることは困難である。そこで電機子を一
体的に成形する樹脂材料に軟磁性粉末を配合し、従来と
同様に電機子巻線と整流子を一体的に成形したものを採
用した。これにより従来の同サイズの電動機と比較し、
おおよそ２．５倍の高出力化が実現し電動駆動装置３の
小型化，軽量化に寄与した。電動駆動装置３は上端にあ
る取り付け孔により自転車フレーム１に組み立てられて
いる。電動駆動装置３は本体に組み立てられ、その上部
の一部を除き露出しているため走行時に風が当たり、扁
平直流電動機５や制御回路７から発生する熱が電動駆動
装置３のケースを介して放熱されるため、特別の手段を
講じることなく放出することが可能となる。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、限られた寸法と使用環
境を考慮した温度特性を有する永久磁石により必要とす
る電動機の特性を実現するとともに、電動駆動装置を自
転車車体中央下側部に組み込んだとき自転車の操作性を
阻害せず、かつ前後輪間の許された空間に組み込める寸
法形状とすることが可能であるため、自転車の乗り心
地，操作性を損ねることなく自転車自身の重心をより低
くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による電気自転車の概略
図
【図２】本発明の一実施の形態による電動駆動装置の構
造断面図
【図３】電動駆動装置に採用されている扁平直流電動機
の構造断面図
【符号の説明】
１ 車体フレーム ２ サドルパイプ ３ 電動駆動装置 ４ ペダルクランクシャフト ５ 扁平直流電動機 ６ 減速機構 ７ 制御回路 ８ フロントスプロケット ９ 永久磁石 １０ 無鉄心電機子 １１ 電機子巻線 １２ 整流子

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 人力によって駆動されるペダル駆動装置
    と、それを補助する電動駆動装置を有する電気自転車に
    おいて、前記電動駆動装置は等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁
    性粉末と異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁性粉末の混合粉末を所
    定形状に固化した永久磁石を使用する扁平型直流電動
    機、減速機構、ペダル回転速度検出器、ペダル負荷検出
    器および制御回路が一体的に構成され、かつ前輪とサド
    ルと後輪とを一体に構成してなる車体の中央下側部に電
    動駆動装置を配置したことを特徴とする電気自転車。
  2. 【請求項２】 扁平型直流電動機が軸方向空隙型電動機
    であることを特徴とする請求項１に記載の電気自転車。
  3. 【請求項３】 扁平型直流電動機の電機子が無鉄心電機
    子であり、かつ電機子巻線と整流子が樹脂により一体的
    に成形されていることを特徴とする請求項１または請求
    項２に記載の電気自転車。
  4. 【請求項４】 扁平型直流電動機の電機子が軟磁性粉末
    を配合した樹脂配合材料で成形されていることを特徴と
    する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気
    自転車。
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