JP5569755B2

JP5569755B2 - 自転車に動力供給する可搬・着脱可能な装置

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Publication number: JP5569755B2
Application number: JP2011547049A
Authority: JP
Inventors: シュワルツ，シャウル
Original assignee: シュワルツ，シャウル
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2014-08-13
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Description

本発明は自転車に関する。より詳細には、本発明は、自転車に動力供給する可搬で着脱可能な装置に関する。

通勤通学のために自転車を使用することには多くの利点がある。自動車および他の形態の電動機による乗り物と比較して、自転車の購入および保守は比較的安価である。自転車は汚染物質を放出せず、駐車時に大きな面積を占めない。自転車および自転車レーンが占めるスペースは、典型的な自動車両および交通レーンよりも比較的小さい。自転車に乗ることの普及は、特に自転車レーンが利用可能な場合、交通渋滞の低減に役立ち得る。自転車に乗ることは、特に自転車レーンが利用可能な場合、通勤通学者が交通渋滞を避けられるようにすると共に、通勤通学者が通勤通学中に運動できるようにもし得る。

長距離を移動する通勤通学者は、自転車乗りを他の形態の輸送手段と組み合わせ得る。例えば、通勤通学者は、電車の駅またはバス停まで自転車に乗り、公共輸送機関に乗って残りを移動し得る。この場合、通勤通学者が戻るまで、自転車を駅またはバス停の付近に駐車し得る。自転車の盗難が一般的な場所では、通勤通学者が戻るまで、自転車を施錠するか、または他の様式で固定しなければならない。時には、行き先の駅またはバス停から通勤通学の最終的な行き先まで自転車に乗る必要があり得る。一般に、自転車を公共輸送機関内で持ち運ぶことは不可能である。この場合、行き先の駅またはバス停の付近で待機する別の自転車を手配する必要がある。場所によっては、自転車の使用を促進するために、自転車レンタルまたは貸し出しシステムが設けられている。これらシステムの下で、自治体または他の組織が、大都市圏または他の領域の付近に点在する様々な場所に自転車貸し出し設備を提供する。自転車に乗りたい人は、設備の１つから自転車を借りる。この人は次に、自転車を使用して領域付近を移動し、終了時に自転車を同じ設備またはシステムの別の設備に戻す。

一方、自転車に乗ることは、通勤通学者に問題を呈し得る。ルートが長距離の場合、または上り坂を含む場合、自転車に乗る通勤通学者は移動が困難であることを発見し得る。特に暑い天気の中、自転車を長距離にわたって漕ぐことは、通勤通学者が仕事場または他の行き先に疲労した状態または汗をかいた状態で到着する結果になり得る。さらに、通勤通学者は、時により、疲れすぎて自転車を漕げないことがある。そのため、自転車に動力供給する電気モータが提案されている。電気モータには、モータが生み出す動力量を乗り手が所望通りに統制できるようにする制御装置が設けられる。一般に、電気モータは自転車のフレームに取り付けられ、動力を自転車のドライブトレインの構成要素に加える。

しかし、使用中ではない電気モータは、余分な重量を自転車に加え、自転車漕ぎを邪魔する恐れがある。さらに、電気モータは、電気モータが取り付けられる自転車の価格を増大させ、電動機付き自転車を泥棒のより魅力的なターゲットとさせる恐れがある。これらの理由により、自転車モータは、自転車から容易に脱着可能なように設計されることがある。

（特許文献１）（Ｓｉｎｃｌａｉｒ等）には、電気モータおよび自転車のタイヤに押し当てられたベルトの形態のサイクル用駆動装置が記載されている。電気モータは、摩擦によりタイヤを駆動する。使用中ではない場合、この装置はタイヤの上方に上げられ、ペダルを漕いでいる際のタイヤの動きを邪魔しない。しかし、そのような装置は、出力または能力を低減することにより重量を低減しない限り、容易に持ち運ぶには重すぎ得る。しかし、出力および能力の低減は、非実用的または商業的に許容不可能であり得る。Ｇｏｈｒは、（特許文献２）において、自転車用の脱着可能な補助駆動装置を記載している。電池およびモータ等の駆動装置の重い構成要素が単一の駆動ユニット内にある。この駆動ユニットは、後輪の上方に適切なラックを装備した自転車から脱着可能である。しかし、この駆動装置は、通勤通学者が公共輸送機関で駆動装置を持ち運び得るような軽量に設計されない。駆動ユニットは、電気モータにより回転し、摩擦により後輪を回転させるように設計されたローラを含む。この自転車がリアフェンダを有する場合、リアフェンダは、ローラを収容できる開口部を含まなければならない。しかし、摩擦による自転車車輪の駆動は、動力を車輪に伝達する非常に効率的な方法ではない場合がある。これは特に、ローラとタイヤとの摩擦が低減するような湿った表面上で乗る場合に言える。動力供給効率の低減の結果、補助駆動装置は重い電池を必要とし得る。

（特許文献３）（Ｙｏｕｎｇ）には、パワーアシストを有する自転車が記載されている。後輪パニエが電池およびモータ組立体を保持する。この自転車には、パニエを保持するように設計されたラックが設けられる。パニエは自転車後輪上に嵌る。モータ組立体は自転車のドライブトレインの変更された要素に係合して、自転車に動力供給する。例えば、モータ組立体は、後輪の軸に追加されたシャフトまたは後輪駆動機構の追加された別の要素に係合して、動力を車輪に伝達し得る。パニエ組立体は、容易に着脱可能なように設計されるが、軽量または乗り手が容易に持ち運べるように設計されない。

（特許文献４）（Ｓａｓｎｏｗｓｋｉ等）には、パワーアシストモジュールを有する自転車が記載されている。このモジュールは、自転車のチェーンホイールと共通の軸を共有するギアに動力を直接加え、自転車の広範囲に及ぶ機械的な変更を必要とする。

米国特許第６，４９７，２９９号明細書国際公開第９５／１５２７６号パンフレット米国特許第７１８５７２６号明細書米国特許出願第２００７／０２２２１７０号明細書

したがって、自転車のフレームに容易に取り付け可能であり、かつ容易に取り外し可能なモータ組立体を有する、自転車に動力供給する着脱可能な電動機付き駆動装置が必要である。さらに、公共輸送機関の乗客が容易に運搬可能な軽量のモータ組立体および電池を使用するコンパクトかつ軽量であるが効率的な駆動装置が必要である。駆動装置を収容するために、自転車に対する変更は、広範囲に及ぶ自転車の再構築を必要とすべきではない。

本発明の目的は、軽量で容易に脱着可能であり、効率的かつ可搬式の電動機による駆動を自転車に提供することである。

本発明の他の目的および利点が、本発明を読み、添付図面を見た後に明らかになろう。

したがって、本発明のいくつかの実施形態によれば、自転車チェーンにより駆動される自転車に動力供給する可搬・着脱可能な装置が提供される。この装置は、自転車を推進させる可搬・着脱可能な駆動ユニットを含む。駆動ユニットは、電気モータおよび電気モータにより回転可能な出力シャフトを含み、スプロケットがシャフトに同時に固定され、自転車チェーンの部分に係合するように適合される。この装置は、自転車のフレームに固定され、出力シャフトと軸受接触して、出力シャフトを支持するように適合されたブラケットも含む。この装置は、チェーンに係合し、動作する際の駆動ユニットへの横方向トルクが略なくなるように、駆動ユニットを自転車フレーム上に支持する少なくとも１つの追加の支持体も含む。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、ブラケットおよび少なくとも１つの追加の支持体は、スプロケットとチェーンとの係合を容易にすると共に、自転車の変速機ケージを変位させることによるチェーンの部分の変位を容易にすることにより、自転車への駆動ユニットの取り付けを容易にするように構成される。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、追加の支持体は第２のブラケットの部分である。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、追加の支持体はブラケットの部分である。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、この装置は、電気モータに給電する可変電力の電源を備える。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、電源は可搬・着脱可能である。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、電源は、取り外されている場合、取り外されている駆動ユニットに取り付けて、可搬式一体ユニットを形成可能である。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、電源は充電可能である。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、出力シャフトは、減速ギアを介して電気モータにより回転可能である。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、減速ギアは、遊星ギア、ピニオンギア、およびオーバーランニングクラッチからなる群から選択される構成要素を備える。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、軸受接触は、出力シャフトに取り付けられた軸受を含む。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、出力シャフトとの軸受接触点、自転車チェーンの張力のかかった部分、および追加の支持体は略同一の平面にある。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、電気モータを制御するスロットル制御装置が、適合されたギアシフトレバーを備える。

本発明のいくつかの実施形態によれば、自転車に動力供給する可搬・着脱可能な装置がさらに提供される。この装置は、タイヤを回転させて、自転車を推進させる可搬・着脱可能な駆動ユニットを含む。駆動ユニットは、駆動プーリと、軸上のアイドラプーリと、駆動プーリおよびアイドラプーリに巻かれた可撓性ベルトとを使用して出力シャフトを回転させるように適合された電気モータを含む。この装置は、自転車のフレームに固定されるように適合されると共に、ベルトが駆動プーリおよび自転車のタイヤの外周に対してピンと張った状態を保つように、出力シャフトおよび軸に対して張力をかけて維持するように適合されたブラケットをさらに含む。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、ベルトは、タイヤの外周にある溝に係合するように適合された外向き歯を有するタイミングベルトである。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、この装置は、電気モータに給電する可変電力源を含む。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、ベルトは内向き歯を有し、駆動プーリは、内向き歯に係合するように適合された溝を有する。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、タイヤは後輪タイヤである。

さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、電気モータを制御するスロットルレバーが、適合されたギアシフトレバーである。

本発明のいくつかの実施形態によれば、回転可能なスプロケットを有する着脱可能な駆動ユニットを、固定されたブラケットを有する自転車に取り付ける方法がさらに提供される。この方法は、スプロケットを自転車の自転車チェーンに係合させることおよび駆動ユニットをブラケットに向けて移動させることを含む。ブラケットに向けて移動させることは、チェーンの連続部分に係合して、チェーン上で引っ張り、自転車の変速機ケージを変位させながら、チェーンの係合部分を変位させるように、チェーンに沿ってスプロケットを回転させることを含む。駆動ユニットの移動は、駆動ユニットの構造がブラケットの協働構造に対して所定の変位を得るまで続けられる。

本発明のいくつかの実施形態によれば、着脱可能な駆動ユニットを、固定されたブラケットを有する自転車に取り付ける方法がさらに提供される。この方法は、駆動プーリと、アイドラプーリと、駆動プーリおよびアイドラプーリに巻かれた可撓性ベルトとを備える出力シャフトを備える駆動ユニットを提供することを含む。この方法は、出力シャフトおよび軸をブラケットの協働構造内に配置すること、ならびにベルトが駆動プーリおよび自転車のタイヤの外周に対してピンと張るまで、出力シャフトおよび軸に張力をかけるように、ブラケットを調整することをさらに含む。

本発明をよりよく理解し、かつ本発明の実際の適用を理解するために、以下の図が提供され、以下において参照される。図が単なる例として与えられ、本発明の範囲を決して限定しないことに留意されたい。同様の構成要素は同様の参照番号で示される。

本発明のいくつかの実施形態による、自転車チェーンに係合する自転車に動力供給する可搬・着脱可能な装置を示す。本発明のいくつかの実施形態による電池ユニットブラケットおよび駆動ユニットブラケットの組立体を示す。図２Ａに示される電池ユニットブラケットの拡大図である。図２Ａに示される駆動ユニットブラケットの拡大図を示す。図１に示される電源ユニットの構成要素を示す。図３Ａに示される電源ユニットの駆動ユニットを示す。図３Ｂに示される駆動ユニットの適合する自転車への取り付けを示す。適合する自転車に取り付けされた駆動ユニットおよび電池ユニットを示す。本発明のいくつかの実施形態による、適合する自転車に駆動ユニットを取り付けする代替の構成を示す。図３Ｂに示される駆動ユニットの駆動機構の拡大図である。図５Ａに示される駆動機構の側面断面図である。本発明のいくつかの実施形態による代替の駆動機構の拡大図である。図６Ａに示される駆動機構の側面断面図である。図６Ａに示される駆動機構の構成要素の簡略図である。本発明のいくつかの実施形態による、自転車タイヤに係合するタイミングベルトを利用する自転車に動力供給する可搬・着脱可能な装置を示す。本発明のいくつかの実施形態による電源ユニット取り付けブラケットの組立体を示す。図７に示される電源ユニットの構成要素を示す。本発明のいくつかの実施形態によるタイミングベルト駆動ユニットを示す。本発明の実施形態による、タイミングベルト駆動ユニットのモータ筐体内のモータの取り付けを示す。本発明の実施形態による、適合する自転車へのタイミングベルト駆動ユニットの取り付けを示す。適合する自転車に取り付けられた図１２Ａのタイミングベルト駆動ユニットを示す。

以下の詳細な説明において、本発明の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が記される。しかし、本発明をこれら特定の詳細なしで実施してもよいことを当業者には理解されよう。場合によっては、周知の方法、手順、構成要素、モジュール、ユニット、および／または回路については、本発明を曖昧にしないように詳述しなかった。

本発明の実施形態によれば、自転車に動力供給する可搬・着脱可能な装置は、適合する自転車に素早く容易に取り付けられ、かつ素早く容易に取り外されるように設計された電源ユニットである。標準の自転車は、適合構成要素を標準の自転車に永久的に取り付けることにより、適合する自転車に変換し得る。適合部品が、標準の自転車のフレームに取り付けられて、電源ユニットの様々な構成要素の担持ブラケットとして機能する。電源ユニットの構成要素は、単一ユニットまたは別個の切り離された構成要素のいずれかとして、工具を使用せずに担持ブラケット上に設置または取り付け得る。電源ユニットは、例えば、高エネルギー密度充電可能電池等の電力源および軽量モータを含む。適合する自転車に設置された場合、電源ユニットの１つまたは複数の構成要素は、適合する自転車の駆動チェーンに係合する。電源ユニットモータは、電源により給電され、ドライブトレインに係合した構成要素を駆動し、それにより、適合する自転車を推進し得る。電源ユニットは、モータの機能を監視し、モータへの電力を制御するコントローラも含み得る。コントローラは、例えば、モータの温度および回転速度を監視し得る。次に、コントローラは、監視された機能に従ってモータへの電力を制御し得る。こうして、コントローラは、モータの最適な動作を可能にし得る。

電源ユニットにより推進された状態で、乗り手は行き先まで適合する自転車に乗り得る。行き先において、電源ユニットをオフにし、適合する自転車から取り外し得る。電源ユニットは、軽量かつコンパクトに設計されるため、公共輸送車両に乗る乗客が取り外された電源ユニットを容易に持ち運び得る。

したがって、着脱可能な電源ユニットは、通勤通学者が自転車輸送と公共輸送機関との組み合わせを介して長距離を通勤通学できるようにし得る。例えば、通勤通学者は、電源ユニットを通勤通学者の家にある充電器に接続することにより、以前に充電された電源ユニットの電池を有し得る。家から仕事場までの通勤通学の第１行程では、通勤通学者は電源ユニットを充電器から切り離し、電源ユニットを適合する自転車に設置する。適合する自転車は、通勤通学者に属してもよく、または自転車貸し出しまたはレンタルシステムから借りた、またはレンタルされたものであってもよく、通勤通学者の家の付近に駐車されている。電源ユニットの盗難を回避するため、または電源ユニットを充電するために、電源ユニットは適合する自転車から、例えば、一晩切り離し得る。通勤通学者は、電車の駅またはバス停まで自転車に乗る。自転車に乗るこの間、通勤通学者は、自転車を漕ぐか、または電源ユニットを使用して自転車を推進させるかを選択し得る。例えば、通勤通学者は、所望の速度で自転車を漕ぎ得る。通勤通学者は、電源ユニットを使用して、自転車を漕ぐ追加の動力を提供したい場合、スロットルレバーを操作して、電源ユニットを動作させる。電車の駅またはバス停において、通勤通学者は自転車を駐車し、電源ユニットを取り外す。自転車から取り外された場合、電源ユニットは、持ち運びに都合がよいように設計された持ち運び構成に再構成し得る。例えば、すべての開放面および可動部品がカバーされるように、電源ユニットの別個の構成要素を一緒に取り付けるか、または折り畳み得る。持ち運び用ハンドルを、持ち運び構成の電源ユニットに設け得る。次に、通勤通学者は、電源ユニットを持ち運び構成で持ち運びながら、公衆輸送車両に乗車し得る。行き先の駅またはバス停において、通勤通学者は公衆輸送車両から降りる。この時点で、通勤通学者は、ここでも、行き先の駅またはバス停の付近に駐車された、通勤通学者が所有している、借りた、またはレンタルした別の適合する自転車に電源ユニットを取り付け得る。次に、通勤通学者は、通勤通学者の仕事場まで適合した自転車に乗り、自転車を駐車し、盗難を回避するために、電源ユニットを自転車から取り外し得る。通勤通学者は、電源ユニットを仕事場にある充電器に接続して、電源が帰宅のために充電されることを保証し得る。

このようにして、比較的安価な適合する自転車を外に駐車したままにし得、その一方で、高価な電源ユニットをより安全な場所に保持し得る。通勤通学の両行き先で電源ユニットを充電可能なことにより、比較的低容量であり、したがって、より低重量の電池の使用が可能になる。

本発明のいくつかの実施形態では、電源ユニットは、適合した自転車のチェーンに係合して、適合した自転車を推進させる。

これより、添付図を参照する。

図１は、本発明のいくつかの実施形態による、自転車チェーンに係合する自転車に動力供給する可搬・着脱可能な装置を示す。この構成では、電源ユニットは、２つの別個の構成要素ユニット：電池ユニット１２および駆動ユニット１４として、適合する自転車１０に取り付けられる。電池ユニット１２は、工具を使用せずに電池ユニットブラケット２４から着脱し得る。駆動ユニット１４は、工具を使用せずに駆動ユニットブラケット５０から着脱し得る。電池ユニットブラケット２４および駆動ユニットブラケット５０は、適合する自転車１０のフレームに永久的に取り付け得る。電池ユニット１２は、電力ケーブル１６（図２Ａに示される）を通して電力を駆動ユニット１４に提供する１つまたは複数の電池を含む。電池は充電可能であり得る。乗り手が乗る適合する自転車１０は、スロットル１７を使用して、電池ユニット１２の電力出力を制御する。移動するスロットル１７は、スロットルケーブル２１を介して電池ユニットブラケット２４上の旋回バー１９の位置を変更する。旋回バー１９は、例えば、電池ユニット１２の電力出力を制御する、回路の電位差計を調整することにより、電池ユニット１２内の回路を制御する。駆動ユニット１４は、電池ユニット１２により給電されると、駆動スプロケット１８を回転させる電気モータを含む。駆動スプロケット１８は、自転車チェーン２０に係合して自転車チェーン２０を引っ張る。自転車チェーン２０を引っ張ることにより、駆動ユニット１４は後輪２２を回転させ、適合する自転車１０を推進させる。

図２Ａは、本発明のいくつかの実施形態による電池ユニットブラケットおよび駆動ユニットブラケットの組立体を示す。電池ユニットブラケット２４は、下部ブラケット４０の下でチェーンステー２６の下部に取り付けられる。図２Ｂは、図２Ａに示される電池ユニットブラケットの拡大図である。電池ユニットブラケット２４の後端部は、クロスピース２８によりチェーンステー２６にしっかりと保持される。クロスピース２８は、チェーンステー２６の上方に配置され、ボルト３０およびナット３１により電池ユニットブラケット２４にしっかりとボルトで留められる。電池ユニットブラケット２４の前端部は、湾曲クランプ３４により、下部ブラケット４０の前でダウンチューブ３２に保持される。湾曲クランプ３４は、ボルト３７およびナット３８を使用して電池ユニットブラケット２４にボルトで留められる。旋回バー１９は、電池ユニットブラケット２４の前にネジで留められる。旋回バー１９は、後述する機構を通して、電池ユニット１２により供給される電力量、ひいては適合する自転車１０の速度を制御する。スロットルケーブル２１（図１）が旋回バー１９上のネジ２３に取り付けられる。標準の自転車では、スロットルケーブル２１は一般に、前輪ギアシフトレバーを前輪変速機に接続する。適合する自転車では、前輪変速機は取り外され、ケーブル２１は前輪変速機から外され、旋回バー１９に取り付けられる。自転車を適合させる際に、最も大きな前輪スプロケットが永久的に選択される。通常、山登りまたは過度のトルクが必要な他の状況において使用される、低ギア比は、適合する自転車では使用不能である。一般に、過度のトルクが必要な場合、適合する自転車の乗り手は、電力ユニットを使用して、動力を自転車に追加する。このように、標準の自転車のギアシフトレバーの機能は、適合する自転車では、スロットルレバーとして機能するように変更される。

駆動ユニットブラケット５０は、自転車フレームに締め付けられる。駆動ユニットブラケット５０の平面は、一方では、シートチューブ４２の平面とダウンチューブ３２の平面との間にあり、他方では、チェーンホイール４４の平面にある。チェーンホイール４４は、図中、透明なものとして表され、チェーンホイール４４の背後にある構造が完全に見えるものとして表されている。一般に、チェーンホイールは、不透明であるか、または不透明であり、透明な開口部を有し得る。駆動ユニットブラケット５０は、湾曲クランプ４６ａおよび４６ｂによりダウンチューブ３２に締め付けられると共に、湾曲クランプ４６ｃによりシートチューブ４２に締め付けられる。クランプ４６ａ、４６ｂ、および４６ｃは、駆動ユニットブラケット５０にボルトで留められる。シャフトニッチ（shaft niche）筐体３６が駆動ユニットブラケット５０にネジで留められる。

図３Ａは、図１に示される電源ユニットの構成要素を示す。図３Ｂは、図３Ａに示される電源ユニットの駆動ユニットを示す。電池ユニット１２および駆動ユニット１４は、ラッチ５２およびキャッチ５４により、単一の可搬ユニット６０内に一緒にラッチし得る。持ち運び用ハンドル５６が、電池ユニット１２の側面に取り付けられる。バネ５８が、手を入れて可搬ユニット６０を持ち運ぶために拡張する場合を除き、電池ユニット１２の表面と同一の平面に持ち運び用ハンドル５６を保持する。

電池ユニット１２は、１つまたは複数の電池（図示せず）と、コントローラ（図示せず）と、可変抵抗６２を含む制御回路とを含む。電池は、例えば、１４Ｖを提供し、８Ａｈの容量を有するリチウムイオンポリマー電池であり得る。可変抵抗６２の抵抗は、抵抗アーム６４により調整される。電池ユニット１２が適合する自転車に設置された場合、抵抗アーム６４は旋回バー１９（図２Ｂに示される）に係合する。旋回バー１９の移動により、抵抗アーム６４が移動し、可変抵抗６２の抵抗が調整される。可変抵抗６２の抵抗の調整により、電池ユニット１２の出力電力が調整される。電池ユニット１２からの出力電力は、電力ケーブル１６を介して駆動ユニット１４に伝導する。電池ユニット１２を適合する自転車に取り付けるために、ガイド６６が電池ユニットブラケット２４のキャリアレール６７（図２Ｂに示される）内に摺動する。電池ユニット１２は、バネ７４により上方に押されたラッチ７０の歯７２が電池ユニットブラケット２４の縁部に係合するまで、電池ユニットブラケット２４内に押し込まれる。歯７２が電池ユニットブラケット２４に係合した場合、電池ユニット１２は適合する自転車のフレームにしっかりと保持される。

駆動ユニット１４は、電気モータ７８および減速ギア組立体８０を含む。電気モータ７８および減速ギア組立体８０は、板８２に取り付けられる。板８２および駆動ユニット１４のその他の壁は、電気モータ７８により生成される熱のヒートシンクとして機能し得る。例えば、板８２および駆動ユニット１４の壁は、アルミニウム等の軽く、熱伝導性を有する金属で構築し得る。電気モータ７８は、電波制御される模型飛行機に動力供給するように設計されたモータ等の軽量モータであり得る。減速ギア組立体８０により、低トルクで高速の電気モータ７８は、低速かつ高トルクで駆動スプロケット１８を回転させることができる。駆動スプロケット１８の歯の数は、少数、例えば８に制限し得る。歯の数を制限することは、減速にさらに貢献する。こうして、駆動スプロケット１８は、適合した自転車の自転車チェーン２０（図１）を回転させ推進させ得る。例えば、軽量のＳｃｏｒｐｉｏｎ４０２０−１６４１５Ｋｖモータを使用して、ギア比１：１３を有する減速ギアを介して駆動スプロケット１８を回転させ得る。

図４Ａは、適合する自転車への図３Ｂに示される駆動ユニットの取り付けを示す。駆動ユニット１４は、電池ユニットから分離されている。駆動ユニット１４は、駆動スプロケット１８が自転車チェーン２０に係合するように保持される。駆動ユニット１４は、駆動スプロケット１８が自転車チェーン２０に係合した状態で、駆動ユニットブラケット５０に向かって前方に移動する。駆動ユニット１４が前方に移動している間、減速ギア組立体８０に内蔵される惰性で回転する、またはオーバーランニングクラッチ機構が、駆動スプロケット１８を自在に回転できるようにする。駆動スプロケット１８は、前方に移動する際に回転するにつれて、自転車チェーン２０に沿って移動し、自転車チェーン２０の連続部分に係合する。駆動ユニット１４は前方に移動し、自転車チェーン２０上で引っ張り、駆動スプロケット１８がニッチ筐体３６（図１に示される）内に配置されるまで、張力を後輪変速機ケージ８４に加え、後輪変速機ケージ８４を変位させる。溝９４が切り欠き５１（図５Ａに示される）の縁部上に嵌る。駆動ユニット１４を駆動ユニットブラケット５０に取り付けた結果、後輪変速機ケージ８４の移動を制限し得る。このため、適合する自転車にするために自転車を適合させる際に、自転車チェーン２０へのいくつかのリンクを追加するか、または後輪２２とチェーンホイール４４との距離を低減することが必要であり得る。

電源ユニットを適合する自転車に取り付ける際、駆動ユニット１４は、電池ユニット１２を電池ユニットブラケット２４に取り付ける前に、駆動ユニットブラケット５０に取り付けられる。駆動ユニット１４が駆動ユニットブラケット５０に取り付けられてから、電池ユニット１２が電池ユニットブラケット２４に取り付けられる。図４Ｂは、適合する自転車に取り付けられた図３Ａに示される駆動ユニットおよび電池ユニットを示す。電池ユニット１２が電池ユニットブラケット２４に取り付けられる場合、駆動ユニット１４が使用されていない（適合する自転車が漕がれていないとき等）とき、電池ユニット１２の延長部７６が駆動ユニット１４を定位置に保持する。駆動ユニット１４がトルク駆動スプロケット１８に加える場合、自転車チェーン２０の張力により、駆動ユニット１４の垂直位置が維持される。

図４Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、適合する自転車に駆動ユニットを取り付ける代替の構成を示す。この実施形態では、駆動ユニットブラケット５０に駆動ユニットガイド３８が設けられる。駆動ユニットガイド３８は、駆動ユニットブラケット５０の取り付け位置への駆動ユニット１４の配置の案内を助ける。

電源ユニットを適合する自転車から取り外す場合、この手順が逆になる。まず、電池ユニットが電池ユニットブラケットから取り外される。電池ユニットを取り外すことにより、駆動ユニットを取り外すことが可能になる。駆動ユニットを取り外す場合、力がスプロケットに加えられて、駆動スプロケットを後方に回転させる。あるいは、自転車チェーンを後方に引っ張り得るように、自転車の後部を持ち上げ得る。あるいは、駆動ユニットに、モータを後方に短距離だけ回転させ、それにより、駆動ユニットの駆動スプロケットを自転車チェーンから解放させる制御装置を設け得る。

図５Ａは、図３Ｂに示される駆動ユニットの駆動機構の拡大図である。図５Ｂは、図５Ａに示される駆動機構の側面断面図である。電気モータ７８は、遊星ギア８０の形態の減速ギアを駆動する。遊星ギア８０の出力シャフト８１は、オーバーランニングクラッチ８８を介してシャフト９０を駆動する。オーバーランニングクラッチ８８は、電気モータ７８が動作していない場合、ペダルを漕ぐことにより、適合する自転車を推進させられるようにする。出力シャフト９０は、出力シャフト軸受９２により支持される。外側軸受９８を出力シャフト９０の、遊星ギア８０とは逆の駆動スプロケット１８の側に取り付け得る。遊星ギア８０は、ガイド板２５に取り付け得る。駆動ユニット１４が駆動ユニットブラケット５０に取り付けられる際、ガイド板２５は切り欠き５１に嵌る。ガイド板２５の溝９４は、振動を抑える可撓性材料層を含み得る。溝９４は、駆動ユニット１４がいくらか自由に移動できるように、切り欠き５１の縁部上に緩く嵌る。電気モータ７８が動力を提供中の場合、駆動スプロケット１８は、駆動ユニット１４を自転車チェーン２０に沿って上方に引っ張る。駆動ユニット１４の上方移動の上限は、シャフトニッチ筐体３６との外側軸受９８の接触および切り欠き５１の上縁部とのガイド板２５の突起９６との接触により決まる。駆動ユニット１４は、自転車チェーン２０の張力のかかった部分により上方に、駆動ユニットブラケット５０に向けて引っ張られる。駆動ユニット１４のさらなる上方移動は、外側軸受９８とシャフトニッチ筐体３６との接触および突起９６と駆動ユニットブラケット５０との接触のそれぞれにより回避される。

外側軸受９８および突起９６と駆動ユニットブラケット５０との接触点は、駆動ユニット１４に対する曲げ応力を最小に抑えるために、駆動スプロケット１８がチェーン２０を引っ張る領域の逆側に配置される。例えば、接触点および駆動ユニット１４を上方に引っ張るチェーンの張力のかかった部分は、略同一の平面にある。特に、接触点およびチェーンの張力のかかった部分は、略同一の線上にあり得る。接触点は、単一の接触点または広い接触面の実効接触点を指し得る。この説明において使用される接触点は、構造の直接接触または接触力を伝達する介在する構造を介しての接触を指し得る。外側軸受９８は、駆動ユニット１４がチェーン２０により上方に引っ張られる際、駆動ユニット１４に加えられる正味横方向トルクがゼロに近くなるように、出力シャフト９０上に位置決めされる。あるいは、出力シャフト９０は、シャフトニッチ筐体３６上の一点または駆動ユニットブラケットの別の一点で他の様式で軸受接触し得る。この説明で使用される「軸受接触」は、接触点に取り付けられる軸受による、またはいずれかの部分での減摩擦面による回転部と静止部との減摩擦接触を指す。この説明で使用される「横方向トルク」は、駆動スプロケット１８により画定される平面を傾斜させる傾向を有するトルクを指す。したがって、溝９４の壁は、切り欠き５１の縁部に平行の状態を保つ形状を有する。この構成は、駆動ユニット１４が駆動ユニットブラケット５０に対して加える機械的応力を低減し、構造的に軽量の駆動ユニット１４を可能にする。

図６Ａは、本発明のいくつかの実施形態による電源ユニットの代替の駆動機構の拡大図である。図６Ｂは、図６Ａに示される駆動機構の側面断面図である。図６Ｃは、図６Ａに示される駆動機構の構成要素の簡略図である。代替の駆動ユニット１５では、軸受１０２がモータシャフト１０４を支持する。モータシャフト１０４はピニオンギア１０６を回転させる。軸受１０８が、モータシャフト１０４の端部にある。出力シャフト軸受９２は出力シャフト９０を支持する。ギア１１４が出力シャフト９０に取り付けられる。ギア１１４は、オーバーランニングクラッチ１１６を通して接続された出力シャフト９０を中心として回転する。オーバーランニングクラッチ１１６は、モータが動作中ではない場合にペダルを漕げるようにする。ピニオンギア１０６およびギア１１４は、保護ケース１１８内に封止し得る。保護ケース１１８は、例えば、プラスチックで構築し得る。軸受１１７は、出力シャフト９０と保護ケース１１８との間に嵌る。駆動スプロケット１８および外側軸受９８は出力シャフト９０に固定される。駆動ユニット１５が動作中の場合、スプロケット１８は、駆動ユニット１５を自転車チェーン２０に沿って上方に、駆動ユニットブラケット５０の切り欠き５１内に引っ張る。ガイド板２５の溝９４は、振動を抑える可撓性層でコーティングしてもよい。溝９４は、駆動ユニット１１５がいくらか自由に移動できるように、切り欠き５１の縁部上に緩く嵌る。駆動ユニット１５の上方の移動を制限するために、溝５１の上部に切り欠き３７およびバー３９が設けられる。駆動ユニット１５の移動の上限において、軸受９８が切り欠き３７内に嵌り、ピニオンギア筐体１１０の突起１１２がバー３９に当接する。駆動ユニット１５は、チェーン２０により駆動ユニットブラケット５０に向けて上方に引っ張られる。駆動ユニット１５のさらなる上方移動は、切り欠き３７およびバー３９が接触し、力を外側軸受９８および突起１１２のそれぞれに加える際に回避される。あるいは、出力シャフト９０が切り欠き３７に配置された軸受に接触し得る。

外側軸受９８および突起９６と駆動ユニットブラケット５０との接触点は、駆動ユニット１５に対する曲げ応力を最小に抑えるために、駆動スプロケット１８がチェーン２０を引っ張る領域の両側に配置される。外側軸受９８は、駆動ユニット１５がチェーン２０により上方に引っ張られる際、駆動ユニット１５に加えられる正味横方向トルクがゼロに近くなるように、出力シャフト９０上に位置決めされる。したがって、溝９４の壁は、切り欠き５１の縁部に平行なままである傾向を有する。この構成は、駆動ユニット１５が駆動ユニットブラケット５０に対して加える機械的応力を低減し、構造的に軽量の駆動ユニット１５を可能にする。さらに、駆動力を伝達する際、駆動ユニットは、溝９４および切り欠き５１の縁部によってのみ制限される、いくらかの自由を有することになる。

一般に、自転車は移動の際に振動する。したがって、駆動ユニットが揺れる恐れがある。図５Ａおよび図５Ｂに示されるような駆動ユニット１４の構造または図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃに示されるような代替の駆動ユニット１５は、駆動ユニットの移動の自由度を制限できるようにする。この移動の自由度は、駆動ユニットの振動により生じるシャフト９０に対するいかなる応力も軽減する役割を果たし得る。振動は、溝９４に塗布される可撓性層により抑え得る。

本発明のいくつかの実施形態では、電源ユニットは、適合する自転車のタイヤの整合する溝に係合するタイミングベルトに動力供給することにより、適合する自転車を推進させる。図７は、本発明のいくつかの実施形態による、自転車タイヤに係合するタイミングベルトを利用する自転車に動力供給する可搬・着脱可能な装置を示す。電源ユニットは、２つの別個の構成要素：電池ユニット１２２および駆動ユニット１２６として適合する自転車１２０に取り付けられる。電池ユニット１２２は、工具を使用せずに電池ユニットブラケット２４から素早く着脱し得る。駆動ユニット１２６は、工具を使用せずに駆動ユニット上部ブラケット１４０および駆動ユニット下部ブラケット１３４から素早く着脱し得る。電池ユニットブラケット２４ならびに駆動ユニットブラケット１４０および１３４は、適合する自転車１２０のフレームに永久的に取り付け得る。電池ユニット１２２は、上述した電池ユニット１２と同様の形態および機能である。電池ユニット１２２の出力電力は、スロットルケーブル２１および旋回バー１９を介してスロットル１７により制御し得る。駆動ユニット１２６は、電池ユニット１２２により給電される場合、タイミングベルト１２８を駆動する。タイミングベルト１２８の外向き歯が、タイヤ１３０、この場合は後輪の外周にある溝付き表面、すなわちトレッドの整合する溝１８４に係合する。標準の自転車を適合する自転車１２０に変換する際に、標準のタイヤを、トレッドの部分として溝１８４を有するタイヤ１３０で置換し得る。あるいは、タイヤ１３０は標準の自転車の標準のタイヤであり得る。この場合、タイミングベルトに、標準のタイヤのトレッドにある溝に整合するような形状の歯を設け得る。溝１８４に移動するタイミングベルト１２８を係合させることにより、駆動ユニット１２６はタイヤ１３０を回転させ、適合する自転車１２０を推進させる。

図８は、本発明のいくつかの実施形態による駆動ユニットブラケットの組立体を示す。電池ユニットブラケット２４が、下部ブラケット４０の下でチェーンステー２６の下部に取り付けられる。取り付けは、図２Ｂにおいて示され、付随する説明において説明される取り付けと同様である。

駆動ユニットを担持するように自転車を適合させるために、いくつかの要素が自転車フレームに取り付けられる。駆動ユニット下部ブラケット１３４は、ボルト３０によりチェーンステー２６および電池ユニットブラケット２４に取り付けられる。駆動ユニット下部ブラケット１３４は、引き締めハンドル１３６を含む。引き締めハンドルストップ１４４がシートチューブ４２に締め付けられる。駆動ユニット上部ブラケット１４０は、クランプ１４２によりシートステー１３２に取り付けられる。

図９は、図７に示される電源ユニットの構成要素を示す。電池ユニット１２２および駆動ユニット１２６は、ラッチ１５０およびキャッチ１４８ならびにタブ１４６を使用して、単一の可搬ユニット内に一緒にラッチし得る。持ち運び用ハンドル５６が電池ユニット１２２の側面に取り付けられる。バネ５８が、手を入れて可搬ユニットを持ち運ぶために拡張する場合を除き、電池ユニット１２２の表面と同一の平面に持ち運び用ハンドル５６を保持する。

駆動ユニット１２６は、モータ筐体１５２およびベルト筐体１５６を含む。図１０は、本発明のいくつかの実施形態によるタイミングベルト駆動ユニットを示す。駆動ユニット１２６は電気モータ７８により駆動される。電気モータ７８は駆動プーリ１５８を駆動する。駆動プーリ１５８はタイミングベルト１２８を駆動する。タイミングベルト１２８は、駆動プーリ１５８およびアイドラプーリ１６０に巻かれる。タイミングベルト１２８は、ベルトの歯１６４が外側に面するように配置される。あるいは、タイミングベルトは、内面および外面の両方に歯を有し得る。この場合、駆動プーリは、ベルトの内面の歯に整合する歯を外面に有するタイミングホイールの形態であり得る。アイドラプーリ１６０は、矩形板１５４により細長い開口部１６２内に閉じ込められる。矩形板１５４は、軸受１５５を介してアイドラプーリ１６０の軸１５３の端部に取り付けられる。

図１１は、本発明の実施形態によるタイミングベルト駆動ユニットへのモータの取り付けを示す。モータ７８は、ネジ１７４を使用してモータ板１６８およびモータマウント１７０に取り付けられる。駆動プーリ１５８はモータシャフト１７６に取り付けられる。モータシャフト１７６の端部に、軸受１７８および矩形板１６６がある。矩形板１６６は、ネジ１８０によりモータマウントに固定される。調整ネジ１８２がモータマウント１７０に固定され、タイミングベルト１２８の位置合わせを調整するために使用される。

図１２Ａは、本発明の実施形態による、適合する自転車へのタイミングベルト駆動ユニットの取り付けを示す。駆動ユニット１２６は、矩形板１６６が駆動ユニット上部ブラケット１４０上に載るように、適合する自転車１２０に取り付けられる。引き締めハンドル１３６は、矩形板１５４がホルダ１３８内に嵌り、ホルダ１３８により保持されるように回転する。引き締めハンドル１３６は、引き締めハンドルストップ１４４に向けて上方に回転する。引き締めハンドル１３６を回転させることにより、駆動ユニット１２６は定位置にしっかりと保持され、強制的にタイミングベルト１２８をタイヤ１３０の外側に当接させてピンと張る。このようにして、ベルト１２８に対する張力応力は、モータシャフト１７６および軸１５３に直接加えられる。モータシャフト１７６およびお軸１５３に張力応力を直接加えることにより、構造的に軽量の駆動ユニット１２６、モータ筐体１５２、およびベルト筐体１５６が可能になる。

図１２Ｂは、適合する自転車に取り付けられた図１２Ａのタイミングベルト駆動ユニットを示す。駆動ユニットのモータがオンになると、タイミングベルト１２８が駆動され、タイヤ１３０を強制的に回転させ、適合する自転車１２０を推進させる。電池ユニット１２２は、駆動ユニット１２６が取り付けられる前または後に、電池ユニットブラケット２４に取り付け得る。

本明細書に記される実施形態の説明および添付図が、本発明の範囲を限定せず、本発明のよりよい理解のためだけに役立つことが明らかなはずである。

当業者が、本明細書を読んだ後、添付図および上記説明された実施形態に調整または修正を行い得、それでもやはり、それら調整および修正も本発明に包含されることも明らかなはずである。

Claims

自転車チェーンにより駆動される自転車に動力供給する可搬・着脱可能な装置であって、
前記自転車を推進させる運搬可能な駆動ユニットであって、電気モータおよび前記電気モータにより回転可能な出力シャフトを含み、スプロケットが、シャフトに同軸に固定され、前記自転車チェーンの部分に係合するように適合され、工具を使用しないで、前記自転車に取り付け、および、前記自転車から取り外しが可能である駆動ユニットと、
前記自転車のフレームに取り外しできないように固定され、前記出力シャフトと軸受接触して、前記出力シャフトを支持するように適合されたブラケットと、
前記駆動ユニットを前記チェーンに係合し、前記出力シャフトが前記ブラケットに向けて引っ張られ、前記駆動ユニットが少なくとも１つの追加の支持体に向けて引っ張られるよう動作させられた時に、前記駆動ユニットへの横方向トルクが略なくなるように、前記駆動ユニットを前記自転車フレーム上に支持する少なくとも１つの追加の支持体と
を備える、装置。
前記ブラケットおよび前記少なくとも１つの追加の支持体は、前記スプロケットと前記チェーンとの係合を容易にすると共に、前記自転車の変速機ケージを変位させることによる前記チェーンの部分の変位を容易にすることにより、前記自転車への前記駆動ユニットの取り付けを容易にするように構成される、請求項１に記載の装置。
前記少なくとも１つの追加の支持体は第２のブラケットの部分である、請求項１に記載の装置。
前記少なくとも１つの追加の支持体は前記ブラケットの部分である、請求項１に記載の装置。
前記電気モータに給電する可変電力の電源を備える、請求項１に記載の装置。
前記電源は可搬・着脱可能である、請求項５に記載の装置。
前記電源は、取り外されている場合、取り外されている前記駆動ユニットに取り付けて、可搬式一体ユニットを形成可能である、請求項６に記載の装置。
前記電源は充電可能である、請求項５に記載の装置。
前記出力シャフトは、減速ギアを介して前記電気モータにより回転可能である、請求項１に記載の装置。
前記減速ギアは、遊星ギア、ピニオンギア、およびオーバーランニングクラッチからなる群から選択される構成要素を備える、請求項９に記載の装置。
前記軸受接触は、前記出力シャフトに取り付けられた軸受を含む、請求項１に記載の装置。
前記出力シャフトとの前記軸受接触点、前記自転車チェーンの張力のかかった部分、および前記少なくとも１つの追加の支持体は略同一の平面にある、請求項１に記載の装置。
前記電気モータを制御するスロットル制御装置が、適合されたギアシフトレバーを備える、請求項１に記載の装置。
回転可能なスプロケットを有する着脱可能な駆動ユニットを、固定されたブラケットを有する自転車に取り付ける方法であって、
前記スプロケットを前記自転車の自転車チェーンに係合させること、
前記駆動ユニットを前記ブラケットに向けて移動させ、前記チェーン上で引っ張り、前記自転車の変速機ケージを変位させながら、前記チェーンの係合部分を変位させることであって、前記駆動ユニットの前記移動は、前記自転車を推進させるように操作される時に、前記駆動ユニットが、前記ブラケットおよび前記チェーンによって所定の位置に保持されるように、前記駆動ユニットの構造が前記ブラケットの協働構造に対して所定の変位を得るまで続けられる、前記チェーンの係合部分を変位させること
を含む、方法。