JP3428548B2 - 補助動力付き自転車 - Google Patents
補助動力付き自転車Info
- Publication number
- JP3428548B2 JP3428548B2 JP2000021645A JP2000021645A JP3428548B2 JP 3428548 B2 JP3428548 B2 JP 3428548B2 JP 2000021645 A JP2000021645 A JP 2000021645A JP 2000021645 A JP2000021645 A JP 2000021645A JP 3428548 B2 JP3428548 B2 JP 3428548B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bicycle
- auxiliary power
- drive unit
- stator
- electric drive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Brushless Motors (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は人力と補助動力を用
いて駆動する補助動力付き自転車に関する。
いて駆動する補助動力付き自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】補助動力付き自転車は運転免許やヘルメ
ット着用の義務のない、通常自転車扱いでありながら、
坂道などの肉体的負荷の大きいところにおいても、楽に
使用できるものとして中高齢者を中心に広い範囲で使用
されつつある。この補助動力付き自転車の具体例では、
自転車のシート下部に電動駆動部をもち、前記電動駆動
部に内蔵されているペダル踏み力検出手段によりペダル
踏み力を検出し、電池からエネルギーの供給を受け電動
駆動部内蔵の電動機を駆動し、人力と前記電動機力を合
力しチェーンにより後輪へ伝達し、自転車を動かすもの
である。
ット着用の義務のない、通常自転車扱いでありながら、
坂道などの肉体的負荷の大きいところにおいても、楽に
使用できるものとして中高齢者を中心に広い範囲で使用
されつつある。この補助動力付き自転車の具体例では、
自転車のシート下部に電動駆動部をもち、前記電動駆動
部に内蔵されているペダル踏み力検出手段によりペダル
踏み力を検出し、電池からエネルギーの供給を受け電動
駆動部内蔵の電動機を駆動し、人力と前記電動機力を合
力しチェーンにより後輪へ伝達し、自転車を動かすもの
である。
【０００３】従来の電動駆動部の具体的実施例を図８に
示す。電動駆動部は、ペダルクランク軸５’に構成され
たペダル踏み力検出手段６’、電動機９’と電動機の回
転力を減速して、出力スプロケット２６へ伝達する手段
２７、ペダル踏み力検出手段からの踏み力に関する情報
と、ペダル回転速度の情報から、適切な電動機運転条件
を算出し、前記電動機運転を制御する制御部２８で構成
されている。
示す。電動駆動部は、ペダルクランク軸５’に構成され
たペダル踏み力検出手段６’、電動機９’と電動機の回
転力を減速して、出力スプロケット２６へ伝達する手段
２７、ペダル踏み力検出手段からの踏み力に関する情報
と、ペダル回転速度の情報から、適切な電動機運転条件
を算出し、前記電動機運転を制御する制御部２８で構成
されている。
【０００４】この駆動部に使用される前記電動機は、電
気エネルギーが電池から供給されるため、また、ペダル
のこぎ具合を検出し、随時、前記電動機の運転を制御す
るためから、直流電動機を使用するのが一般である。こ
の直流電動機は、整流子とブラシを有するものと、有し
ないいわゆるブラシレスモータとがあり、いずれを使用
しても、本質的には同じである。一方、補助動力付き自
転車は、通常の自転車と比較し、電動駆動部や電池をも
つため、その質量は重く、自転車の取り扱い、あるいは
補助動力を運転しない場合などに扱いにくいものとなっ
ている。
気エネルギーが電池から供給されるため、また、ペダル
のこぎ具合を検出し、随時、前記電動機の運転を制御す
るためから、直流電動機を使用するのが一般である。こ
の直流電動機は、整流子とブラシを有するものと、有し
ないいわゆるブラシレスモータとがあり、いずれを使用
しても、本質的には同じである。一方、補助動力付き自
転車は、通常の自転車と比較し、電動駆動部や電池をも
つため、その質量は重く、自転車の取り扱い、あるいは
補助動力を運転しない場合などに扱いにくいものとなっ
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような課題に対し
て、電動駆動部に使用する電動機はブラシレスモータの
方が有利であるとの見方がある。質量増を招く電池を小
さくした場合、電池容量が小さくなるため、走行距離が
短くなるので、電動駆動部の効率を改善する必要があ
る。つまり、平坦路を走行するような低出力での効率
と、急な坂道を走行するような高出力での効率の双方を
高効率とするには、整流子とブラシを有しないため、そ
こで発生する損失がない分有利であるためである。
て、電動駆動部に使用する電動機はブラシレスモータの
方が有利であるとの見方がある。質量増を招く電池を小
さくした場合、電池容量が小さくなるため、走行距離が
短くなるので、電動駆動部の効率を改善する必要があ
る。つまり、平坦路を走行するような低出力での効率
と、急な坂道を走行するような高出力での効率の双方を
高効率とするには、整流子とブラシを有しないため、そ
こで発生する損失がない分有利であるためである。
【０００６】しかしながら、これらの課題、広い範囲で
高効率を達成するためには、ブラシレスモータといえど
もその体格は大きくなり、モータ自身の質量増、あるい
は駆動部の大型化がさけられない。さらに、ブラシレス
モータには本質的にコギングトルクがあり、このトルク
により、駆動部が共振し、騒音増を招き、軽快な乗り心
地を損なうおそれがある。
高効率を達成するためには、ブラシレスモータといえど
もその体格は大きくなり、モータ自身の質量増、あるい
は駆動部の大型化がさけられない。さらに、ブラシレス
モータには本質的にコギングトルクがあり、このトルク
により、駆動部が共振し、騒音増を招き、軽快な乗り心
地を損なうおそれがある。
【０００７】特に、軽量化や、自転車としての構造から
の制約のため、モータをコンパクト軽量にするために
は、磁気特性のよい希土類磁石を採用することが不可欠
であり、この磁石の高磁束密度特性がコンパクトなモー
タを実現する一方回転時に発生するコギングトルクの増
大を招き、自転車のペダルにそのトルク変動の振動が伝
わり、乗り心地を阻害する。
の制約のため、モータをコンパクト軽量にするために
は、磁気特性のよい希土類磁石を採用することが不可欠
であり、この磁石の高磁束密度特性がコンパクトなモー
タを実現する一方回転時に発生するコギングトルクの増
大を招き、自転車のペダルにそのトルク変動の振動が伝
わり、乗り心地を阻害する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の補助動力付き自
転車は、人力駆動部を構成し両端にペダルアームを介し
てペダルを有するクランク軸と、前記クランク軸に取り
付けられたトルク検出器と、ブラシレス電動機と、制御
回路とが一体的に組み込まれた電動駆動部を自転車フレ
ームの中央下部に取り付けたものであって、内径を除く
外周を樹脂複合物質で覆われている前記ブラシレス電動
機の固定子が、前記電動駆動部に外付けされた構成を有
している。
転車は、人力駆動部を構成し両端にペダルアームを介し
てペダルを有するクランク軸と、前記クランク軸に取り
付けられたトルク検出器と、ブラシレス電動機と、制御
回路とが一体的に組み込まれた電動駆動部を自転車フレ
ームの中央下部に取り付けたものであって、内径を除く
外周を樹脂複合物質で覆われている前記ブラシレス電動
機の固定子が、前記電動駆動部に外付けされた構成を有
している。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の補助動力付き自転車にお
いては、電動駆動部の内径を除く外周を樹脂複合物質で
覆われているブラシレス電動機の固定子を採用してお
り、固定子の鉄心は、高密度巻線が可能である分割型と
し、巻線後に分割された鉄心を円周状に樹脂複合物質で
モールド成型している。さらに、回転子も、樹脂複合物
質で一体的にモールド成型しコンパクトで、駆動部の小
型化軽量化に寄与しつつ、広範囲での高効率を達成する
ものである。また、このとき問題となるコギングトルク
を低減するため、固定子鉄心歯部の形状および回転子永
久磁石の形状を工夫したものである。本発明の実施例を
もとにその詳細を説明する。
いては、電動駆動部の内径を除く外周を樹脂複合物質で
覆われているブラシレス電動機の固定子を採用してお
り、固定子の鉄心は、高密度巻線が可能である分割型と
し、巻線後に分割された鉄心を円周状に樹脂複合物質で
モールド成型している。さらに、回転子も、樹脂複合物
質で一体的にモールド成型しコンパクトで、駆動部の小
型化軽量化に寄与しつつ、広範囲での高効率を達成する
ものである。また、このとき問題となるコギングトルク
を低減するため、固定子鉄心歯部の形状および回転子永
久磁石の形状を工夫したものである。本発明の実施例を
もとにその詳細を説明する。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の補助動力付き自転車の第１の
実施例である。トルク検出器、モータ、減速機、制御回
路が一体的に組み込まれた電動駆動部１は自転車フレー
ム２の中央下部にあり、モータ駆動エネルギー源である
電池３とは電気的に接続されている。自転車フレームに
駆動部は２本のネジで取り付けられている。
実施例である。トルク検出器、モータ、減速機、制御回
路が一体的に組み込まれた電動駆動部１は自転車フレー
ム２の中央下部にあり、モータ駆動エネルギー源である
電池３とは電気的に接続されている。自転車フレームに
駆動部は２本のネジで取り付けられている。
【００１１】図２に電動駆動部の構造図を示す。クラン
ク軸５の両端にはペダルアームを介してペダルがあり
（図示せず）、前記クランク軸にペダルトルク検出手段
６が構成されている（詳細説明はしない）。前記トルク
検出手段の一方はペダルにもう一方は第１のスプロケッ
ト７に連結されている。
ク軸５の両端にはペダルアームを介してペダルがあり
（図示せず）、前記クランク軸にペダルトルク検出手段
６が構成されている（詳細説明はしない）。前記トルク
検出手段の一方はペダルにもう一方は第１のスプロケッ
ト７に連結されている。
【００１２】ペダルを人力により踏むと、その負荷によ
り前記トルク検出手段が制御部８へペダルトルクの信号
として送る。前記制御部はペダルトルクの信号から、さ
らに回転速度を類推し、前記トルク情報により、制御部
マイコンにある補助率決定のためのテーブルを選択し、
テーブルに規定されている補助率となるよう補助動力用
モータ９を作動させ２段の減速機１０を介して前記第１
のスプロケットと同一平面上に配置されている第２のス
プロケット１１から、人力を出力する第１のスプロケッ
トと後輪スプロケット間にあるチェーン（図示せず）に
モータ力を伝達する。
り前記トルク検出手段が制御部８へペダルトルクの信号
として送る。前記制御部はペダルトルクの信号から、さ
らに回転速度を類推し、前記トルク情報により、制御部
マイコンにある補助率決定のためのテーブルを選択し、
テーブルに規定されている補助率となるよう補助動力用
モータ９を作動させ２段の減速機１０を介して前記第１
のスプロケットと同一平面上に配置されている第２のス
プロケット１１から、人力を出力する第１のスプロケッ
トと後輪スプロケット間にあるチェーン（図示せず）に
モータ力を伝達する。
【００１３】電動駆動部モータは、図３に示す固定子と
図４（ａ）、（ｂ）に示す回転子により構成されてい
る。前記固定子は、図５に示すように１歯部に分割され
定法で製造される。この歯部の先端１２には２ヶの溝１
３があり、コギングトルク低減に効果がある。この溝の
数および寸法は、モータのもつコギングトルクに対して
その最適値が決定される。
図４（ａ）、（ｂ）に示す回転子により構成されてい
る。前記固定子は、図５に示すように１歯部に分割され
定法で製造される。この歯部の先端１２には２ヶの溝１
３があり、コギングトルク低減に効果がある。この溝の
数および寸法は、モータのもつコギングトルクに対して
その最適値が決定される。
【００１４】この鉄心に適切な巻線を施し、一方、分割
された固定子のヨーク部１４の両端１５、１６には凸部
１７および凹部１８があり、近接する歯部鉄心同士がこ
の凹凸で連結される。
された固定子のヨーク部１４の両端１５、１６には凸部
１７および凹部１８があり、近接する歯部鉄心同士がこ
の凹凸で連結される。
【００１５】図６に示すように２４ヶの前記歯部鉄心を
円周状に組み立て、樹脂複合物質により（図３に示すよ
うに）一体的にモールド成型し固定子が完成する。な
お、歯部鉄心は２４ヶでなくとも１２ヶで固定子を組み
立ててもよい。
円周状に組み立て、樹脂複合物質により（図３に示すよ
うに）一体的にモールド成型し固定子が完成する。な
お、歯部鉄心は２４ヶでなくとも１２ヶで固定子を組み
立ててもよい。
【００１６】この樹脂複合物質とは、樹脂にガラス繊維
などの添加物質を加え、機械的強度、放熱性、熱安定性
などを向上させたもので、たとえば、不飽和ポリエステ
ル樹脂に炭酸カルシウム、ガラス繊維、水酸化アルミな
どを複合化したＢＭＣである。このＢＭＣよりモールド
成型された固定子は、磁気的振動をＢＭＣが吸収し、低
騒音化に効果があり、さらに、コイルに流れる電流によ
る熱を効果的に放出し、固定子の温度上昇を抑える効果
もある。
などの添加物質を加え、機械的強度、放熱性、熱安定性
などを向上させたもので、たとえば、不飽和ポリエステ
ル樹脂に炭酸カルシウム、ガラス繊維、水酸化アルミな
どを複合化したＢＭＣである。このＢＭＣよりモールド
成型された固定子は、磁気的振動をＢＭＣが吸収し、低
騒音化に効果があり、さらに、コイルに流れる電流によ
る熱を効果的に放出し、固定子の温度上昇を抑える効果
もある。
【００１７】前記樹脂複合物質は本質的に電気絶縁物質
であるので、金属部材で構成する従来のモータフレーム
に固定子を組み立てる場合に必要な固定子電気部と絶縁
距離を考慮する必要がなく、成型に必要な最低寸法形状
で固定子を完成させることが可能となり、固定子のコン
パクト化に効果がある。
であるので、金属部材で構成する従来のモータフレーム
に固定子を組み立てる場合に必要な固定子電気部と絶縁
距離を考慮する必要がなく、成型に必要な最低寸法形状
で固定子を完成させることが可能となり、固定子のコン
パクト化に効果がある。
【００１８】具体的には図３の斜線ハッチした部２１’
が樹脂複合物質により成型された部分で、図３に示した
固定子２４は内径を除く外周をこの樹脂複合物質でおお
われている。回転子は鉄心１９の外周に希土類永久磁石
２０が８ヶ、前記樹脂複合物質２１にて一体的にモール
ド成型されている。さらに出力軸側２２にはコミテーシ
ョンセンシングのためのセンサー磁石２３が組み立てら
れている。希土類永久磁石は通常粉末冶金法で製造され
るが、この磁石の機械的強度は回転子の高速回転時の遠
心力や温度変化に対して必ずしも十分とはいえず、飛散
防止手段が不可欠である。樹脂複合物質で一体的にモー
ルドすることによりこの課題は解決される。
が樹脂複合物質により成型された部分で、図３に示した
固定子２４は内径を除く外周をこの樹脂複合物質でおお
われている。回転子は鉄心１９の外周に希土類永久磁石
２０が８ヶ、前記樹脂複合物質２１にて一体的にモール
ド成型されている。さらに出力軸側２２にはコミテーシ
ョンセンシングのためのセンサー磁石２３が組み立てら
れている。希土類永久磁石は通常粉末冶金法で製造され
るが、この磁石の機械的強度は回転子の高速回転時の遠
心力や温度変化に対して必ずしも十分とはいえず、飛散
防止手段が不可欠である。樹脂複合物質で一体的にモー
ルドすることによりこの課題は解決される。
【００１９】前記磁石のラジアル方向の厚みが均一であ
ると、コギングトルクが増大する不具合が発生するの
で、図７に示すように円周方向中央部２４を厚く、両端
部２５を薄くすることで、回転時の磁束密度の変化を正
弦波的にさせ、コギングトルクを低減することが可能と
なる。
ると、コギングトルクが増大する不具合が発生するの
で、図７に示すように円周方向中央部２４を厚く、両端
部２５を薄くすることで、回転時の磁束密度の変化を正
弦波的にさせ、コギングトルクを低減することが可能と
なる。
【００２０】
【表１】
【００２１】（表１）に従来の電動駆動部と本発明の電
動駆動部の性能の比較を示す。本発明の電動駆動部は質
量において、従来のものに比較し、約２０％軽量化さ
れ、体積で同様に約３０％コンパクト化された。一方燃
費では、平坦路で、従来の約３倍、坂道では、従来の約
１．３倍走行することが可能である。これは電池の小型
化を可能とし、自転車の総質量の大幅な低減に効果があ
る。
動駆動部の性能の比較を示す。本発明の電動駆動部は質
量において、従来のものに比較し、約２０％軽量化さ
れ、体積で同様に約３０％コンパクト化された。一方燃
費では、平坦路で、従来の約３倍、坂道では、従来の約
１．３倍走行することが可能である。これは電池の小型
化を可能とし、自転車の総質量の大幅な低減に効果があ
る。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明の補助動力付き自転
車では、電動駆動部が自転車フレームの中央下部に取り
付けられ、かつ内径を除く外周を樹脂複合物質で覆われ
ているブラシレス電動機の固定子が、電動駆動部に外付
けされと構成を有しているため、広範囲での高効率を実
現することが可能で、自転車の乗り心地は保ちつつ、省
エネルギーが実現し、電池の小型化が実現し、自転車自
身の軽量化が可能となり、取り扱い性も大幅に向上する
ことができる。
車では、電動駆動部が自転車フレームの中央下部に取り
付けられ、かつ内径を除く外周を樹脂複合物質で覆われ
ているブラシレス電動機の固定子が、電動駆動部に外付
けされと構成を有しているため、広範囲での高効率を実
現することが可能で、自転車の乗り心地は保ちつつ、省
エネルギーが実現し、電池の小型化が実現し、自転車自
身の軽量化が可能となり、取り扱い性も大幅に向上する
ことができる。
【図１】本発明の補助動力付き自転車の第１の実施例の
側面図
側面図
【図２】本発明の電動駆動部の構造図
【図３】本発明の電動駆動部モータ固定子を示す図
【図４】（ａ）本発明の伝導駆動部モータ回転子の正面
図 （ｂ）同断面図
図 （ｂ）同断面図
【図５】本発明の電動駆動部モータ固定子分割された歯
部鉄心を示す図
部鉄心を示す図
【図６】本発明の電動駆動部モータ固定子分割された歯
部鉄心の巻線後の組み立てた状態を示す図
部鉄心の巻線後の組み立てた状態を示す図
【図７】本発明の電動駆動部モータ回転子の永久磁石形
状図
状図
【図８】（ａ）従来の電動駆動部断面図
（ｂ）同側面図
１ 電動駆動部
２ 自転車フレーム
３ 電池
フロントページの続き
(72)発明者 宮脇 俊治
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(72)発明者 松尾 亮
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開 平８−282574（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−251462（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−136888（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−332139（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−210688（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−245420（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−308198（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B62M 23/02
H02K 1/18
H02K 21/16
H02K 29/00
Claims (6)
- 【請求項１】 電動駆動部が自転車フレームの中央下部
に取り付けられ、かつ前記電動駆動部に、人力駆動部を
構成し両端にペダルアームを介してペダルを有するクラ
ンク軸と、前記クランク軸に取り付けられたトルク検出
器と、ブラシレス電動機と、制御回路とが一体的に組み
込まれた補助動力付き自転車において、内径を除く外周
を樹脂複合物質で覆われている前記ブラシレス電動機の
固定子が、前記電動駆動部に外付けされていることを特
徴とする補助動力付き自転車。 - 【請求項２】 樹脂複合物質は不飽和ポリエステル樹脂
に添加物質を加えた複合化した樹脂であることを特徴と
する請求項１に記載の補助動力付き自転車。 - 【請求項３】 添加物質は少なくとも炭酸カルシウム、
ガラス繊維および水酸化アルミであることを特徴とする
請求項２に記載の補助動力付き自転車。 - 【請求項４】 ブラシレス電動機の固定子は、１スロッ
トごとに分割されて形成され、巻線後に円形状に組み立
てられる固定子鉄心から形成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項に記載の補助動
力付き自転車。 - 【請求項５】 ブラシレス電動機の回転子は、円周方向
に分割された複数の永久磁石を回転子鉄心の外周に配置
し、かつ前記複数の永久磁石を樹脂複合部物質で覆い前
記回転子鉄心に固定したことを特徴とする請求項１から
請求項４のいずれか１項に記載の補助動力付き自転車。 - 【請求項６】 永久磁石が希土類磁石であることを特徴
とする請求項５に記載の補助動力付き自転車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000021645A JP3428548B2 (ja) | 2000-01-31 | 2000-01-31 | 補助動力付き自転車 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000021645A JP3428548B2 (ja) | 2000-01-31 | 2000-01-31 | 補助動力付き自転車 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001218434A JP2001218434A (ja) | 2001-08-10 |
| JP3428548B2 true JP3428548B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=18548031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000021645A Expired - Lifetime JP3428548B2 (ja) | 2000-01-31 | 2000-01-31 | 補助動力付き自転車 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3428548B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2371698A1 (en) | 2010-03-30 | 2011-10-05 | Honda Motor Co., Ltd. | Motor-Fixing Structure for Assist Unit |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7324664B2 (ja) * | 2019-09-12 | 2023-08-10 | 株式会社シマノ | ドライブユニット |
-
2000
- 2000-01-31 JP JP2000021645A patent/JP3428548B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2371698A1 (en) | 2010-03-30 | 2011-10-05 | Honda Motor Co., Ltd. | Motor-Fixing Structure for Assist Unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001218434A (ja) | 2001-08-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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