JP3702077B2

JP3702077B2 - 補助動力付き電動車

Info

Publication number: JP3702077B2
Application number: JP25358397A
Authority: JP
Inventors: 征史山口; 一弘友重
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2017-09-18
Also published as: JPH1191676A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力駆動力と電動駆動力の２つの駆動力によって走行する補助動力付き電動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の補助動力付き電動車は、特開平９−５８５６９号公報（Ｂ６２Ｍ２３／０２）に記載の如く、車軸に取り付けられた固定側ケーシングと、車輪とともに回転する回転側ケーシングとによって駆動部を構成し、この駆動部に電動機とトルクセンサとが内蔵してある。そして、トルクセンサによってペダルにかかる人力駆動力を検出し、この人力駆動力と同じ大きさの電動駆動力で車輪を回転する。
【０００３】
このトルクセンサについて詳しく説明すると、トルクセンサは、人力駆動力入力部と車輪とのあいだに生じる捩れを検出するもので、回転側ケーシングの中央に形成した開口部に、回転側ケーシングとバネによって連結した人力駆動力入力部が設けてあり、人力トルクが生じたときに、回転側ケーシングと捩れをもって回転し、この捩れの量を検出する。このため、この回転側ケーシングと人力駆動力入力部とは別体のもので構成され、捩れを検出するためにバネのみによって連結している。
【０００４】
しかしながら、このような構成であると、開口部と人力駆動力入力部との間にはわずかな隙間を開けなくてはならず、雨や泥がこの隙間から駆動部内に入り込むことがあり、電動機などの電気系統を水によって破損したり、またギヤなどに小石や砂が噛み込んで部品を破損する恐れがあった。
【０００５】
【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、駆動部内に水や泥が侵入せず、故障のない長持ちする補助動力付き電動車を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１によると、車軸に取り付けられた固定側ケーシングと、前記車軸周囲に開口部を有し前記固定側ケーシングと相対する位置に設けられ車輪とともに回転する回転側ケーシングと、該回転側ケーシングに取り付けられ車軸に支持されたプーリーと、該プーリーとの間に弾性体を介して設けられ人力駆動力が入力される人力駆動力入力部と、前記固定側ケーシングに取り付けられ前記弾性体の収縮量に応じて前記プーリーを回転する電動機とを備え、前記人力駆動力入力部は、前記開口部よりも大きな径の円盤からなる鍔からなり、該鍔は前記弾性体の収縮量だけ前記プーリーと捩じれて回転することを特徴とする。
【０００７】
この構成で、人力駆動力による人力駆動力が生じたとき、人力駆動力は人力駆動力入力部の鍔から弾性体を収縮し、弾性体によってプーリー、回転側ケーシングを回転させて走行する。また、前記弾性体の収縮量に応じて電動機が駆動し、回転側ケーシングは人力駆動力と電動駆動力との２つの駆動力によって回転する。この弾性体が収縮したとき、プーリーん即ち回転側ケーシングと人力駆動力入力部との間に捩れを生じさせるために、回転側ケーシングには人力駆動力入力部との間に空間を形成して開口部を形成している。そして、この開口部と鍔とによってラビリンスを構成し、開口部から水や泥が入っても回転側ケーシングと固定側ケーシングとの間に入り込みにくい構成になっている。
【０００８】
また、プーリーと車軸間にはベアリングが設けてあり、鍔は、ベアリングを覆うように配置してあることを特徴とする。
【０００９】
このため、ベアリング内に泥が混入することがなく、回転を円滑にする事が出来る。
【００１０】
更に、鍔は、前記回転側ケーシングの内側にあることを特徴とする。
【００１１】
このため、回転側ケーシングの外に鍔が位置することがなく、回転側ケーシング内で回転するため、非常に安全である。
【００１２】
そして、鍔は、前記プーリーの内径と略同じ大きさの外径であることを特徴とする。
【００１３】
このため、プーリーの内側に水や泥が入ることがない。
【００１４】
また、弾性体はプーリー内部に設けられており、前記鍔は前記弾性体を覆うことを特徴とする。
【００１５】
このため、弾性体に水や泥が付着することがなく、長期にわたって円滑に伸縮し、正確な人力トルクを検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、補助動力付きの電動アシスト自転車の駆動部を例に説明する。
【００１７】
まず、電動アシスト自転車全体の構成について、図９に基づき説明をする。
【００１８】
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出来るペダル５が取り付けてある。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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18に設けた後述する後スプロケット41に動力を伝達するようになっている。
【００２２】
19は、後述する電動機56の電源となるバッテリで、２４ボルトのニッカド電池が納められている。また、バッテリ19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。20は、前記メインフレーム１を囲むように取り付けられ前記バッテリ19を載置する載置台である。
【００２３】
21は、前カゴ、22は駐輪時に自転車を支えるスタンドである。
【００２４】
23は、前記ハンドル７に取り付けられたブレーキレバーで、該ブレーキレバー23には後述するローラブレーキ69を動作するためのブレーキワイヤー24が設けられており、ブレーキレバー23の操作によってブレーキワイヤー24を引くことで制動力をかけることができる。
【００２５】
前述した駆動部15について、図１に基づき説明をする。
【００２６】
30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、31は、前記固定側ケーシング30と同軸で固定側ケーシング30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30と回転側ケーシング31とを合わせて後輪11のハブを構成している。前記回転側ケーシング31の外周には２本の環状リブ32を形成した枠体33が設けられており、該枠体33の環状リブ32からはタイヤ12が取り付けられているリム13に複数のスポーク14が張設されている。また、固定側ケーシング30の車軸18よりも下方の一部には固定側ケーシング30の表面よりも内側に低くした段部34が形成してあり、その段部34の段面の一部には固定側ケーシング30を切り欠いた開口部35が形成され、その開口部35は地面に向かって開口している。更に、固定側ケーシング30の車軸18の近傍は、肉圧を厚くした肉厚部36を形成しており、ナット37を取り付ける部分とその周囲に凹部38を形成し、該凹部38はナット37を締めつけたときに固定側ケーシング30表面とナット37の天面とが略面一、またはわずかにナット37の天面が低くなるように形成してある。そして、固定側ケーシング30の前記凹部38の周囲に、前記メインフレーム１がナット39によって止められており、前記メインフレーム１と固定側ケーシング30の肉圧を厚くした部分とを当接することで強固に固定することが出来る。更に、固定側ケーシング30表面とナット37の天面とが面一なので、メインフレーム１を取り付けたときに固定側ケーシング30とナット37とによって当接して、締結されるので、より強固に固定される。また、後述する電動機56が回転するとベルト68によって動力伝達をするため、電動機56が駆動すると電動機56の回転軸57の先端が車軸18方向に撓む力が生じ、そのため固定側ケーシング30の電動機56側が撓むという現象が生じるが、固定側ケーシング30の車軸18回りの肉圧を厚くし、その部分とメインフレーム１とを当接しているため、その撓みをなくすことが出来る。また、回転側ケーシング31の車軸18周囲には、後述する変速機40が挿入できる程度の開口部31ａが形成してある。
【００２７】
40は、車軸18に設けられたハブ内装型の変速機で、該変速機40は図示しないラチェットを介して後スプロケット41に接合している。即ち、ラチェットによりチェーン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、逆回転方向に力がかかった時には駆動力が遮断されるようになっている。また、変速機40の後スプロケット41近傍の片端には前記開口部31ａの径よりも大きい径で円盤状の人力駆動力入力部、即ち鍔42が開口部31ａを塞ぐように設けてあり、変速機40の回転とともに回転する。図面において、変速機40の内部は断面を省略している。前記変速機40は、後スプロケット41にかかる人力を一旦変速機40内に動力伝達し、変速機40内のギヤの噛み合わせを変えることによって変速されて変速機40の外ケースを回転させる。即ち、鍔42の回転は変速後の回転数で回転することになる。
【００２８】
また、鍔42は、前記回転側ケーシング31とでラビリンスを構成しており、鍔42の先端は回転側ケーシング31の内側面と近接して構成されている。
【００２９】
43は、変速機40外周に設けられたトルクセンサで、該トルクセンサ43は人力トルクの変速後のトルクを検出する。
【００３０】
前記トルクセンサ43の具体的構造について、図３及び図４に基づき説明する。
【００３１】
44は、前記鍔42に接続されており、前記鍔42の車軸18に対して相対する位置に設けられた２つのピンで、該ピン44は鍔42の回転とともに回転する。
【００３２】
45は、前記変速機40外周に嵌合された２つのベアリングであり、該ベアリング45の外周には前記変速機40の外周と所定の間隔を有して第２プーリー46を設けている。そして、後スプロケット41側に設けられたベアリング45は、前記鍔42によって覆われており、ベアリング45は鍔42の他に変速機40と第２プーリー46とによって囲まれている。前記第２プーリー46は、筒状で変速機40の外周を囲む径の小さい部分と、その部分の一部から連続する径の大きい動力伝達されるベルト68が掛けられる部分とが形成してある。また、前記第２プーリー46は、車軸18に対して相対する位置に先端に傾斜を形成した傾斜部47が形成してあり、また、その他の部分に前記変速機40から延設した鍔42に設けたピン44が貫挿する切り欠き48が２ヶ所に設けてあり、この切り欠き48の大きさは後述するバネ49の収縮量よりも少しばかり大きい大きさに設定してある。また、該第２プーリー46は、前記回転側ケーシング31と固着しており、回転側ケーシング31の回転とともに回転する。
【００３３】
49は、前記ピン44と第２プーリー46との間に設けられ第２プーリー46の内側の凹部に収納された弾性体、即ちバネで、人力はピン44から該バネ49を介して第２プーリー46を押圧することによって、第２プーリー46を回転することが出来る。また、前記鍔42は、図２に示す如く、第２プーリー46の凹部に収納したバネ49を覆うようにして取り付けられている。
【００３４】
50は、アルミ製のリング51が取り付けてあり前記第２プーリー46の径の小さい部分の外周を摺動する摺動筒で、該摺動筒50は摺動したときに元の位置に戻るようにバネ52が第２プーリー46の片端に固定してある。また、摺動筒50の、前記傾斜部47と接する部分に突起53が形成してあり、前記第２プーリー46を押圧したときに収縮する前記バネ49の収縮量だけ、突起53が傾斜部47表面を移動し、即ち第２プーリー46の摺動筒50との回転のズレの分だけ、摺動筒50が車軸18方向に移動することになる。この時、前記鍔42に設けられたピン44の先端は摺動筒50に形成された孔54を挿通しており、鍔42の回転で摺動筒50も回転し、バネ49の収縮で車軸18方向に摺動筒50が移動するから、人力がかかった時には螺旋状に移動することになる。そして摺動筒50が摺動するとピン44と第２プーリー46の小さい径の部分をガイドにして摺動筒50が移動することになる。
【００３５】
55は、前記摺動筒50の外周に設けられたリング51よりも少しばかり大きい径のコイルであり、該コイル55は、前記固定側ケーシング30の前記リング51が摺動する付近に設けられ、該コイル55は前記リング51の移動によるインダクタンスの変化を電気信号に変換することが出来る。即ち、人力トルクを電気信号の変化に変換することが出来る。
【００３６】
56は、固定側ケーシング30に設けられた車両の補助動力となる電動機で、該電動機56は後述する制御基板80からの出力信号に基づき駆動され、回転軸57をもつロータ58と、その周囲に設けたステータ59とから構成されている。
【００３７】
60は、回転軸57に連結され電動機56の回転を減速するための遊星ローラ減速機構で、該遊星ローラ減速機構60は、電動機56から突出固定したピン61を中心に回転自在に設けられ電動機56の回転軸57に連接し、回転軸57の回転によって回転する複数個のローラ62と、該複数個のローラ62の外周に連接しローラ62の回転によって回転する回転筒63と、該回転筒63に一体に突出形成された出力軸64から構成される。また、65は、前記出力軸64とベアリング66を介して電動機56に固定された遊星ローラ減速機構60の蓋体である。更に、遊星ローラ減速機構60には一方向クラッチの機能が内蔵されている。
【００３８】
67は、前記遊星ローラ減速機構60の前記出力軸64に固定された第１プーリーであり、該第１プーリー67には、前記第２プーリー46にかけてベルト68がかかっており、電動機56からの駆動力を前記第２プーリー46に減速して伝達するようになっている。
【００３９】
69は、前記固定側ケーシング30に密着するように設けられ変速機40外周の回転を制動するためのブレーキ機構、即ちローラブレーキで、該ローラブレーキ69は前記ハンドル７に設けられたブレーキレバー23によって操作された時にブレーキワイヤー24を引くことによってブレーキシュー（図示せず）を外側に移動させ、変速機40と噛み合って回転するブレーキの回転体70とブレーキシューとが接することによって回転側ケーシング31、即ち後輪11に制動を掛けることが出来る。また、ローラブレーキ69には、ローラブレーキ69を固定するためのアーム71が一体に形成してあり、該アーム71の先端はＬ字状に折り曲げて、また穴が形成してある。そして、アーム71の先端は前記固定側ケーシング30に形成した嵌合孔72を挿通する延設部71ａが形成してあり、固定側ケーシング30の外に穴が突出するようになっている。本実施例では、嵌合孔72に延設部71ａの先端を挿通させてブレーキワイヤー24を取り付けたが、ローラブレーキ69の回り止めのみの効果を達成する場合には、延設部71ａの先端を挿通せずに固定側ケーシング30の内側で嵌合するだけでもよい。
【００４０】
73は、前記ローラブレーキ69から延設され、ローラブレーキ69を操作するための操作杆で、該操作杆73は、前記固定側ケーシング30に形成した開口部35を挿通し、固定側ケーシング30の外に表出している。そして、ローラブレーキ69を操作したときは、ローラブレーキ69を中心として円弧状に移動する。
【００４１】
74は、操作杆73の先端に取り付けられ、操作杆74の先端を支点にして回動する連結杆で、該連結杆74にはブレーキレバー23に取り付けられたワイヤー24が取り付けられており、ブレーキレバー23を操作することでワイヤー24を引っ張り、操作杆73を動作させることによってローラブレーキ69を動作して制動を掛けることが出来る。
【００４２】
75は、前記第１プーリー67と前記第２プーリー46とを連結するベルト68の張りを一定に保つためのテンションプーリーで、該テンションプーリー75は、Ｌ字状のアーム76に、一端は回転自在のローラー77、他端はバネ78が設けられ、中央は固定側ケーシング30に回動自在に固定されている。即ち、ベルト68が緩んだ場合には、アーム76の他端に設けたバネ78の付勢力によってベルト68を押さえることが出来、常に一定の力でベルト68を張るようにしている。
【００４３】
79は、前記電動機56を施蓋する樹脂製のカバーで、固定側ケーシング30に圧入してある。
【００４４】
80は、前記固定側ケーシング30内に設けられた前記電動機56を駆動するための制御基板で、図７に示す如く、固定側ケーシング30の内側に形成された枠81の中に収めてある。
【００４５】
次に、ペダル５に加わる人力駆動力を検出するトルクセンサ43の動作について、図４に基づき詳しく説明する。
【００４６】
ペダル５を踏んだときにかかる人力駆動力は、チェーン17を介して後スプロケット41に入力され、変速機40によって変速されてから鍔42を介してピン44に伝達され、ピン44によってバネ49を収縮させる。この時、バネ49の収縮量と同じだけピン44に連結された摺動筒50が回転するとともに、突起53が傾斜部47を移動することによってリング51が車軸18方向に移動する。この移動量がコイル55のインダクタンスを変化させることになり、電気信号に変換させて取り出すことが出来る。このバネ49の撓みの大きさは、撓みの分だけ第２プーリー46を遅らせて回転させる。即ち、変速機40と第２プーリー46との間にズレが生じて回転することになる。
【００４７】
次にトルクセンサ43の具体的な動作について説明すると、前記鍔42が矢印方向に回転すると、前記バネ49が撓みを生じ、前記摺動筒50が図４の左方向に移動する。これによって突起53が傾斜部47を移動し、摺動筒50は図４の下方向、即ち車軸18方向に移動する。また、人力駆動力が無くなるとバネ49がバネの復元力により元に戻るため、前記ピン44が元の位置に戻り、傾斜部47に当接している突起53が前記バネ52の復元力によって傾斜部47に沿って元に戻る。これによって、人力駆動力の大きさによってコイル55の内側をリング51が移動し、コイル55のインダクタンスを変化させることによって、人力駆動力の大きさをコイル55のインダクタンスの変化で検出することが出来る。
【００４８】
これによって人力駆動力をトルクセンサ43によって検出し、制御基板80に電気信号として入力することで、これに基づく出力で電動機56を駆動することが出来、電動機56の出力を人力駆動力の補助として動作することが出来る。
【００４９】
本実施例では、その比率を１対１にしており、使用者の自転車を漕ぐ力を半分にすることが出来る。
【００５０】
次にローラブレーキ69の動作について説明をする。
【００５１】
固定側ケーシング30の開口部35は、地面に向かって開口しており、この部分から外部からの空気が入り込むため、開口部35近傍に設けたローラブレーキ69を冷却することが出来る。また、この空気は、回転側ケーシング31、固定側ケーシング30とで囲まれた空間も冷却することになり、電動機56、制御基板80も冷却することが出来る。
【００５２】
また、開口部35は、地面に向かって下向きに開口しているため、固定側ケーシング30の上から垂れてくる雨水が開口部35から内側に入り込むことがない。
【００５３】
次に、鍔42と第２プーリー46の動作について説明する。
【００５４】
人力駆動力が生じると、鍔42と第２プーリー46との間に設けたバネ49が収縮し、鍔42と第２プーリー46との間に回転のズレが生じ、回転する。このズレは回転側ケーシング31に開口部31ａを形成し、この開口部31ａに鍔42に生じる人力駆動力が直接伝わらないように構成しているためであり、鍔42にかかる人力駆動力はバネ49、第２プーリー46、回転側ケーシング31を介して後輪11が回転するようになる。
【００５５】
次に、走行中、雨や泥を跳ねた場合について説明する。
【００５６】
回転側ケーシング31に泥や雨が掛かった場合、回転側ケーシング31に形成した開口部31ａから泥や雨が入ろうとする。しかしながら、例え入ったとしても内側に鍔42が配置してあり、回転側ケーシング31とによってラビリンスを構成しているので、鍔42から内側に泥や雨が入り込むことはない。更に、鍔42の外周部分は回転側ケーシング31の内側面に近接させて構成しているため、例え泥や雨が鍔42を伝わって流れたとしても鍔42から内側に入り込むことがない。
【００５７】
また、第２プーリー46と車軸18間に設けたベアリング45を鍔42が覆うように配置されているため、ベアリング45内に泥が混入することがなく、回転を円滑にする事が出来る。
【００５８】
更に、鍔42は、回転側ケーシング31の内側で回転するため、非常に安全である。
【００５９】
そして、鍔42は、第２プーリー46の内径と略同じ大きさの外径で、バネ49を覆うので、バネ49に水や泥が付着することがなく、長期にわたって円滑に伸縮し、正確な人力トルクを検出することができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の構成によると、人力駆動力入力部は、開口部よりも大きな径の円盤からなる鍔からなり、鍔はプーリーと弾性体の収縮量だけ捩じれて回転するので、開口部と鍔とによってラビリンスを構成し、開口部から水や泥が入っても回転側ケーシングと固定側ケーシングとの間に入り込みにくい。
【００６１】
また、プーリーと車軸間にはベアリングが設けてあり、鍔は、ベアリングを覆うように配置してあるので、ベアリング内に泥が混入することがなく、回転を円滑にする事が出来る。
【００６２】
更に、鍔は、回転側ケーシングの内側にあるので、回転側ケーシングの外に鍔が位置することがなく、回転側ケーシング内で回転するため、非常に安全である。
【００６３】
そして、鍔は、プーリーの内径と略同じ大きさの外径であるので、プーリーの内側に水や泥が入ることがない。
【００６４】
また、弾性体はプーリー内部に設けられており、鍔は弾性体を覆うので、弾性体に水や泥が付着することがなく、長期にわたって円滑に伸縮し、正確な人力トルクを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す駆動部の側面断面図である。
【図２】同プーリーの平面図である。
【図３】同トルクセンサの側面断面図である。
【図４】同トルクセンサの動作を示す概略図である。
【図５】同固定側ケーシングの平面図である。
【図６】同駆動部の側面図である。
【図７】同駆動部の回転側ケーシングを取り外したときの固定側ケーシング平面図である。
【図８】同動力系統図である。
【図９】同全体の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
18 車軸
30 固定側ケーシング
31ａ開口部
11 後輪(車輪)
31 回転側ケーシング
46 第２プーリー（プーリー）
49 バネ（弾性体）
42 鍔（人力駆動力入力部）
56 電動機
45 ベアリング

Claims

車軸に取り付けられた固定側ケーシングと、前記車軸周囲に開口部を有し前記固定側ケーシングと相対する位置に設けられ車輪とともに回転する回転側ケーシングと、該回転側ケーシングに取り付けられ車軸に支持されたプーリーと、該プーリーとの間に弾性体を介して設けられ人力駆動力が入力される人力駆動力入力部と、前記固定側ケーシングに取り付けられ前記弾性体の収縮量に応じて前記プーリーを回転する電動機とを備え、前記人力駆動力入力部は、前記開口部よりも大きな径の円盤からなる鍔からなり、該鍔は前記弾性体の収縮量だけ前記プーリーと捩じれて回転することを特徴とする補助動力付き電動車。
前記プーリーと車軸間にはベアリングが設けてあり、前記鍔は、前記ベアリングを覆うように配置してあることを特徴とする請求項１記載の補助動力付き電動車。
前記鍔は、前記回転側ケーシングの内側にあることを特徴とする請求項１記載の補助動力付き電動車。
前記鍔は、前記プーリーの内径と略同じ大きさの外径であることを特徴とする請求項１記載の補助動力付き電動車。
前記弾性体はプーリー内部に設けられており、前記鍔は前記弾性体を覆うことを特徴とする請求項１記載の補助動力付き電動車。