JP6054817B2 - 電動アシスト自転車 - Google Patents

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Description

本発明は、ペダル踏力により発生したクランク軸のトルクに応じてバッテリーからの電力供給を受けて補助動力を得る電動アシスト自転車に関する。
従来、自転車におけるハンガーパイプとチェーンステーとの接合部にあっては、単に、ハンガーパイプに対してチェーンステーの前端部が溶接等により接合されているのみで、ペダル踏力により発生したクランク軸のトルクの影響や、走行挙動に基づくチェーンステーのねじれ変形等の影響、さらには、製造時のフレーム精度に起因した部品取付精度の低下や組付け不良等の影響を受け易いものであった。また、ペダル踏力により発生したクランク軸のトルクに応じてバッテリーからの電力供給を受けて補助動力を得る電動アシスト自転車においては、シートチューブに沿って配置されハンガーパイプとチェーンステーとの接合部近傍にバッテリーが載置されることが多く、汎用の自転車の車体に比較してチェーンステーの長さが長大化することが避けられなかった。しかも、ハンガーパイプとチェーンステーとの接合部近傍にバッテリー載置のためのブラケットの配設に構造改変を余儀なくされていた。
そこで、汎用の自転車の車体を流用でき、バッテリーの支持用ブラケットの車体フレームに対する接合構造を簡素化した下記特許文献1に開示されたような電動補助自転車が提案された。そのような従来の電動補助自転車を図7を用いて説明すると、車体フレームにおける下側のダウンチューブ103の後端とシートチューブ105の下端との接合部に連結・接合されたハンガーパイプ108に対して、チェーンステー106の前端を連結し、シートチューブ105と後車輪112との間であって、前記チェーンステー106のみに支持用ブラケット141を一体的に接合するとともに、この支持用ブラケット141に、バッテリーケース121を支持する バッテリーケース用支持部材124を取り付けたものである。このようにして構成された電動補助自転車によって、バッテリー支持用ブラケット141を、一般的な自転車用車体フレームを改変させることなく流用しつつ接合構造を簡素化して精度良く取り付けることが可能となり、製造コストを低減させることが可能となった。
特開2002−145148号公報(要約書等参照)
しかしながら、前記従来の電動補助自転車すなわち電動アシスト自転車におけるブラケット構造では、一般的な汎用の自転車フレームを流用することから、前述したような、単に、ハンガーパイプに対してチェーンステーの前端部が溶接等により接合されているのみで、バッテリーケース用支持部材124の一部がチェーンステー106に接合されているとはいえ、依然として、ペダル踏力により発生したクランク軸のトルクの影響や、走行挙動に基づくチェーンステーのねじれ変形等の影響、さらには、左右チェーンステーのバラツキが支持用ブラケット141に影響する等、製造時のフレーム精度に起因した部品取付精度の低下や組付け不良等の影響を受け易いものであった。しかも、チェーンステー106の上部にバッテリーケース用支持部材124が配置されることから、バッテリーを収納するスペースが減殺されてしまい、低容量のバッテリー積載を余儀なくされたり設計の自由度も低下する虞れが生じた。
そこで本発明では、前記従来の電動アシスト自転車におけるブラケット構造の諸課題を解決して、僅かな構造改変のみにて、製造時のフレーム組付け精度や走行時のねじれ変形さらには駆動トルクの影響も受けにくく、部品収納性にも優れる多機能な電動アシスト自転車を提供することを目的とする。
このため本発明は、ペダル踏力により発生したトルクに応じてバッテリーからの電力供給を受けて補助動力を得る電動アシスト自転車において、ペダル駆動軸であるクランク軸が組み付けられたハンガーパイプとチェーンステー前端との間にバッテリーを載置する高剛性構造のブラケットを配設するとともに、前記ブラケットにおいて、ペダル駆動力を車輪に伝達する駆動機構側に位置する側面垂下部の面積を他方側より大きく構成したことを特徴とする。また本発明は、前記ブラケットが、側面視で前方に向けて漸増する拡大形状に構成したことを特徴とする。また本発明は、前記ブラケットの横断面を、上面部とその左右から垂下する側面垂下部とからなる下方に開放した門型形状に構成したことを特徴とする。また本発明は、前記ブラケットの側面垂下部に段押し部を形成したことを特徴とする。また本発明は、前記ブラケットにおける側面垂下部の少なくとも一方に開口部を穿設したことを特徴とする。また本発明は、前記ブラケット内に前記補助動力制御のためのコントローラを配設したことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とする。
本発明によれば、請求項1に記載の構成要件である、ペダル踏力により発生したトルクに応じてバッテリーからの電力供給を受けて補助動力を得る電動アシスト自転車において、ペダル駆動軸であるクランク軸が組み付けられたハンガーパイプとチェーンステー前端との間にバッテリーを載置する高剛性構造のブラケットを配設するとともに、前記ブラケットにおいて、ペダル駆動力を車輪に伝達する駆動機構側に位置する側面垂下部の面積を他方側より大きく構成したことにより、高剛性構造のブラケットの介設によりハンガーパイプとチェーンステー前端との間の特にねじれ剛性が向上し、製造時の左右のチェーンステーにおけるフレーム組付け精度等や走行時のねじれ変形さらには駆動トルクの影響も受けにくいので、駆動トルクの検出精度も高くなり補助動力の制御も正確となり、僅かの構造改変のみにてバッテリーを高い強度で支持することが可能で、相対的に低く配置できるブラケットによりバッテリー収納スペースも増大して設計の自由度も向上する。しかも、通常、駆動側スプロケット等が隣接して配置される駆動側の側面垂下部の剛性を特に高くできるので、全体としてペダル踏動時のブラケットの耐久性能をさらに向上させることができる。
また、請求項2に記載の構成要件である、前記ブラケットが、側面視で前方に向けて漸増する拡大形状に構成した場合は、トルクセンサ等を収納して比較的大径な前方にあるハンガーパイプと、小径なチェーンステー前端部との間のそれぞれに適合した接合部を確保できるとともに、チェーンステーからハンガーパイプへの前方に向けて滑らかな断面変化により、強度変化も滑らかに変化させて応力集中を解消させることができるので、ブラケット構造の耐久力も向上する。さらに、請求項3に記載の構成要件である、前記ブラケットの横断面を、上面部とその左右から垂下する側面垂下部とからなる下方に開放した門型形状に構成した場合は、軽量であるにも拘らず高いねじれ剛性等を発揮させることが可能であるばかりか、該ブラケット内部にコントローラ等の部品を収納することが可能となり機能性に優れる。
さらにまた、請求項4に記載の構成要件である、前記ブラケットの側面垂下部に段押し部を形成した場合は、これらの側面垂下部自体の剛性が向上してブラケット全体としてのさらなる剛性向上につながる
さらに、請求項に記載の構成要件である、前記ブラケットにおける側面垂下部の少なくとも一方に開口部を穿設した場合は、ブラケット上部に載置したバッテリーからのハーネス類あるいはブラケット内部に収納した部品からのハーネス類の開口部からの側方への取出しが容易となり、ハーネス類の取回しが簡素化される。さらにまた、請求項に記載の構成要件である、前記ブラケット内に前記補助動力制御のためのコントローラを配設した場合は、収納・配設したコントローラの下方への突出を抑制できて外因に起因した損傷の機会が減少し、外観が向上するとともに、ブラケットの上方向のスペースが確保できてバッテリー収納スペースも増大して設計の自由度も向上し、さらには、バッテリーの載置高さの低下によってサドル地上高さの引下げにも寄与できる。
本発明の電動アシスト自転車の第1実施例を示すもので、自転車の全体の左側面図およびB部の拡大側面図である。 同、ブラケット構造を含む車体フレームのみを示す右側面図および斜視図である。 同、B部におけるブラケット構造の要部斜視図およびブラケットの各部の説明図である。 同、バッテリーが載置され、コントローラが収納されたブラケット構造の斜視図およびコントローラの各部の説明図である。 同、電動アシスト自転車全体の右側面図およびそのC−C断面のコントローラが収納されたブラケット構造の横断面図である。 同、B部におけるブラケット構造の右側から見た要部斜視図である。 特許文献1に開示された従来例の電動補助自転車の説明図である。
以下、本発明の電動アシスト自転車の好適な形態を図面に基づいて説明する。本発明の電動アシスト自転車は、図1に示すように、ペダル踏力により発生したトルクに応じてバッテリー7からの電力供給を受けて補助動力(例えば前車輪10内に装着されたハブインモータ12の駆動力による)を得る電動アシスト自転車において、ペダル駆動軸であるクランク軸9が組み付けられたハンガーパイプ3とチェーンステー4前端(前端パイプ5)との間にバッテリー7を載置する高剛性構造のブラケット6を配設するとともに、前記ブラケット6において、ペダル駆動力を車輪に伝達する駆動機構側に位置する側面垂下部6Rの面積を他方側6Lより大きく構成したことを特徴とする。
図1から図6は、本発明の電動アシスト自転車の第1実施例を示す。図1(B)は電動アシスト自転車の全体の左側面図、図1(A)は図1(B)のB部の拡大側面図である。図1(B)ではハンドルバーやサドルそしてペダルおよびクランク、さらには駆動チェーン、変速ギヤ等の駆動系も図示が省略されている。より明確に理解される図2(図1が車体の左側面図であるのに対して、図2は車体の右側面図ではあるが)を参照しつつ説明すると、車体フレームの前ホーク下端部には前車輪10のハブ部が軸支され、車体フレームの後ホーク下端部とチェーンステー4の後端部との接合部には後車輪11のハブ部が軸支されており、車体フレームのヘッドパイプから後下方に延びる下部のダウンチューブ1の下端部とシートチューブ2の下端部との接合部には、ハンガーパイプ3が溶接等により接合される。
本発明の電動アシスト自転車では、前記ハンガーパイプ3と後端部に後車輪11を軸支するチェーンステー4の前端部との間にはブラケット6が溶接等により接合されて配設されるものである。チェーンステー4の前端部とは、ハンガーパイプ3と同様に、チェーンステー4の前端に車体面(車体フレームにより構成される面)に直交して配設される前端パイプ5によって構成される。そして、ブラケット6の上面部16(図2(B)参照)にはバッテリーホルダ8を介してバッテリー7がシートポスト2の後部に沿って添設・載置される。ブラケット6内には後述するように、補助動力制御のためのコントローラ18が収納される。
前記B部(図1(B)参照)におけるブラケット構造の要部斜視図およびブラケットの各部の説明図である図3に示すように、本発明による構造改変では、ハンガーパイプ3とチェーンステー4の前端部である前端パイプ5との間に配設されるブラケット6は高剛性構造を有していることである。図3(E)に示すように、ブラケット6は側面視で前方に向けて漸増する拡大形状に構成され、図3(D)に示すように、ブラケット6の横断面が、上面部16とその左右から垂下する左側面垂下部6Lと右側面垂下部6Rとからなる下方に開放した門型形状に構成している。そして、これらの側面垂下部6L、6Rには段押し部14が形成される。さらには、図3(B)から図3(E)にて理解されるように、ブラケット6の駆動側に位置する右側面垂下部6Rの下縁をより下方に垂下する等して右側面垂下部6Rの面積(側面視の)を他方側(6L)より大きく構成される。通常は、クランク軸9と一体に固定される駆動スプロケットは右側面垂下部6Rの外側に隣接して配設されるからである。
したがって、図3(E)にて理解されるように、車体左側から見ると、ブラケット6の駆動側に位置する右側面垂下部6Rの下縁をより下方に垂下する等して、右側面垂下部6Rの面積(側面視)を他方側(6L)より大きく構成したので、面積の小さい左側面垂下部6Lの下縁から面積の大きい右側面垂下部6Rの下部が覗いて見える。また、ブラケット6における側面垂下部の少なくとも一方、例えば図示の実施例では面積の小さい左側面垂下部6Lに開口部15が穿設される。図3(C)(D)に示すように、ブラケット6の上面部16には、後述するバッテリーホルダ8を載置して取り付けるためのポップナット17やバッテリー7との接続コネクタが挿入される開口等が設けられる。また、例えば、ブラケット6における面積の大きい右側面垂下部6Rの適宜部位には、図3(A)(B)(E)にて理解されるように、後述するコントローラ18におけるケーシング19を取り付けるためのビス挿入孔27、27が穿設されている。
かくして、ハンガーパイプ3とチェーンステー4の前端部(前端パイプ5)との間に介設して配設されるブラケット6は、その横断面が門型形状に構成されて軽量であるにも拘らずねじり剛性等の高い剛性を発揮させることが可能であるばかりか、該ブラケット6の内部に、後述するコントローラ18等の部品を収納することが可能となり機能性にも優れる。またブラケット6の側面垂下部6L、6Rには段押し部14が形成されていることによって、これらの側面垂下部6L、6R自体の剛性が向上してブラケット6のさらなる剛性向上につながる。さらには、駆動側に位置する右側面垂下部6Rの下縁をより下方に垂下する等して右側面垂下部6Rの面積(側面視の)を他方側6Lより大きく構成されているので、通常、駆動側スプロケット等が隣接して配置される駆動側の右側面垂下部6Rの剛性を特に高くできるので、全体としてペダル踏動時のブラケット6の耐久性能をさらに向上させることができる。
また、その横断面が門型形状に構成されたブラケット6の配設によって、ハンガーパイプ3とチェーンステー4の前端5との間の特にねじれ剛性が向上し、製造時のフレーム組付け精度等や走行時のねじれ変形さらには駆動トルクの影響も受けにくいので、駆動トルクの検出精度も高くなり補助動力の制御も正確となり、僅かの構造改変のみにてバッテリー7を高い強度で支持することが可能で、相対的に低く配置できるブラケット6によりバッテリー7の収納スペースも増大して設計の自由度も向上することになる。しかも、門型形状に構成されたブラケット6により、該ブラケット6内にコントローラ18等の部品の収納が可能となって機能性を発揮する他、従来品のようにチェーンステーの上部にバッテリー載置用のブラケットを配設するものに比較して、相対的にバッテリーの載置高さを低下させることができるので、サドル地上高さの引下げにも寄与できることとなる。
さらには、側面視で前方に向けて漸増する拡大形状に構成されたブラケット6によって、トルクセンサ13(図1(A)や後述する図6参照)等を収納して比較的大径な前方にあるハンガーパイプ3と、小径なチェーンステー4の前端部である前端パイプ5との間のそれぞれの溶接等による整合して適合した接合部を確保できるとともに、チェーンステー4からハンガーパイプ3への前方に向けて滑らかな断面変化により、強度変化も滑らかに変化させて応力集中を解消させることができるので、ブラケット構造の耐久力が向上することになる。また、ブラケット6における少なくとも一方、例えば面積の小さい左側面垂下部6Lに開口部15が穿設されることによって、ブラケット6の内部に収納した部品からのハーネス類の側方への取出しが容易となり、ハーネス類の取回しが簡素化される。
図4に示すように、門型形状のブラケット6の下方に開放された開放部から挿入・収納されて補助動力制御のためのコントローラ18が配設・固定される。門型形状のブラケット6は、このようにして収納・配設されたコントローラ18の下方への突出を抑制できて外因に起因した損傷の機会が減少し、外観を向上させる。図示の実施例では、図4(A)にて理解されるように、ブラケット6における面積の小さい左側面垂下部6Lの下縁よりも下方まで垂下した右側面垂下部6R側に取り付けられたコントローラ18の下部が見えており、コントローラ18からハーネス類23や接続端子25が側面に引き出されている様子がよく理解される。また、ブラケット6の左側面垂下部6Lに穿設された開口15からはバッテリー7からのハーネス類22が取り出されている(図5(B)も参照)。
電動アシスト自転車では、図4(A)に示すように、図示省略のペダル踏力により発生したクランク軸9のトルクに応じてバッテリー7からのハーネス22からの電力供給を受けて、コントローラ18により演算された適切な制御信号を、例えば前車輪10に配設されたハブインモータ12にハーネス23から送出して補助動力を発生させる。ペダル踏力により発生した駆動トルクの検出には、例えば、ペダル踏力に応じたねじり力をクランク軸9と一体に回転する中空軸に施した磁性材料である磁歪箔の透磁率変化を非接触でコイルに誘起したインダクタンスの変化量を検出してトルク変化を検出する磁歪式トルクセンサ等のトルクセンサ13が採用される。図4(B)から図4(D)に示すように、コントローラ18は、前記バッテリー7からのハーネス22類等のスペース確保用の波形上面を有する箱型のケーシング19を主要部として構成され、ケーシング19は、一側面(図示の例では、ブラケット6における面積が小さく開口部15が穿設された左側面垂下部6L側)が開放した開放部29(図4(D))を有する形状とされる。
図4(C)に示すように、ケーシング19内には、制御部である回路基板20を少なくとも車体面とほぼ平行に収納するとともに、ハーネス23、30類を取り出して樹脂等の充填物21により閉じられる。また、図4(B)(D)に示すように、ケーシング19の開放部29の反対側面の適宜部位には、ブラケット6における面積の大きな右側面垂下部6Rの対応部位に穿設されたビス挿入孔27、27に対応する部位に雌螺子部26が形成され、図6に示すように、ビス挿入孔27、27に挿入されたビス28、28をこれら雌螺子部26に螺合することによって、コントローラ18をブラケット6における右側面垂下部6Rに取り付けることができる。
図5(B)は、図5(A)におけるブラケット構造のC−C横断面図で、コントローラ18のブラケット6への収納・固定状態を示すものである。図示の例では、C−C横断面は前記ビス28、28による取付面を含んでいないので図示はないが、コントローラ18におけるケーシング19の右側の側面(放熱用のフィンが多数刻設されるとよい)が門型形状のブラケット6における右側面垂下部6Rに前記ビス28、28によって固定されている。ブラケット6における上面部16の上部には、図示省略のバッテリーホルダ8(図1(A)参照)を介設して更に上部にバッテリー7が載置して搭載される。前記上面部16の孔にはバッテリー7との接続コネクタ等が固定され、該コネクタ等からハーネス22類および接続端子24がブラケット6における左側面垂下部6Lの開口部15から取り出される。
コントローラ18におけるケーシング19の開放部29を、ブラケット6における開口部15を穿設した側面垂下部側、図示の例では面積の小さな左側面垂下部6Lに向けて収納・固定したことにより、コントローラ18の開放部29から取り出したハーネス23類および接続端子25を左側面垂下部6Lの下縁と干渉させることなく側方に取り出すことができる。そして、バッテリー7からの接続端子24とコントローラ18からの接続端子25とをブラケット6の側方にて簡便に接続させることができる。また、コントローラ18は、ブラケット6における側面垂下部の一方側である右側面垂下部6Rにのみ固定されているので、走行中の各種挙動によるフレーム変形に基づくブラケット6の変形、特に左右の側面垂下部6L、6R間での変形差による影響を受けにくくなり、コントローラ18におけるケーシング19の強度的不安が低減されるので、軽量化に貢献するとともに、内部の回路基板20への悪影響も回避できる。
以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、ハンガーパイプとダウンチューブおよびシートチューブとの接合形態(溶接を好適とする)、車体フレームの形状、形式(図示の例のような、上下のダウンチューブを有するものの他、様々な汎用のフレーム形式のものに適用が可能である)、補助動力を発生させるハブインモータ等の配設部位(実施例のような前車輪ハブに装着するものの他、後車輪ハブにハブインモータを装着してもよいし、さらには設計上許容されるならブラケット内にクランク軸と関連付けた補助動力モータを配設することも排除されない)、クランク軸のトルクの検出方式(磁歪式トルクセンサの他、応答性に優れる様々なトルクセンサが使用可能である)、補助動力制御形態、ブラケットのハンガーパイプとチェーンステー前端(パイプ)との間の接合形態(溶接を好適とする。実施例の図示のように、ブラケットの上面部をシートチューブに接合してもよい)、ブラケットとチェーンステーとの接合形態(実施例では、前端パイプを介して接合しているが、前端パイプなしで直接接合してもよい)、バッテリーホルダの形状、形式、およびそのブラケット上面部およびバッテリーとの固定形態(実施例のようなポップナットの利用等。他に、ハーネス類の取回しを含む接続端子との関連構成、つまりバッテリーホルダにバッテリーおよびブラケット上面部を固定した際に、ハーネス類が接続部を介してワンタッチで接続されるように構成する等)、高剛性構造ブラケットの形状として、側面視で前方に向けて漸増する拡大形態(ほぼ直線を好適とするが、バッテリーホルダとの関連で許容されるなら幾分湾曲して構成されることを排除しない)、ブラケットの左右の側面垂下部における段押し部の形成形態(側方の内外のいずれ側に突出させてもよい。実施例の単純な凹凸の他、放熱を兼ねて波形でもよい)、開口部の形成形態(ハーネス類のみ挿入可能な大きさ・形状でもよいし、接続端子も挿入可能な大きさ・形状としてもよい)、駆動側に位置する面積の大きな側面垂下部の下縁の他方のものからの垂下量(コントローラからのハーネス類および接続端子が側方に取り出せる程度を好適とするが、接続端子の接続を面積の小さな側面垂下部における開口部や段押し部で可能なら、垂下量はハーネス類が取り出せる程度でもよいが、駆動側の側面垂下部の剛性との関係であまり垂下量を少なくすることは好ましくない)、制御部である回路基板のケーシング内での配置形態(車体面とほぼ平行に収納するのを好適とするが、ケーシング内に納まる配置なら適宜の配置が可能である)、ケーシングの形状(放熱やハーネス類取回しのための波形上面の形状は適宜の形状が採用可能である)、形式、閉塞の形状、形式(充填物による閉塞の他、単なる蓋体も考慮される)、ケーシングのブラケットへの固定形態(実施例では面積の大きな側面垂下部にビスによる螺合等により固定されるが、場合によってはケーシングの開放部側に雌螺子部等を形成して面積の小さな側面垂下部にのみケーシングを取り付けることを排除しない)等については適宜採用できる。また、実施例に記載の諸元はあらゆる点で単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。
本発明の電動アシスト自転車におけるブラケット構造は、好適には、補助動力装置を搭載した電動アシスト自転車に適用されるが、補助動力が必要な運搬車両やさらには自動二輪車におけるバッテリー載置部への適用も妨げない。
1 車体フレーム(ダウンチューブ)
2 シートチューブ
3 ハンガーパイプ
4 チェーンステー
5 前端パイプ(チェーンステー前端)
6 ブラケット
7 バッテリー
8 バッテリーホルダ
9 クランク軸
10 前車輪
11 後車輪
12 ハブインモータ
13 トルクセンサ
18 コントローラ

Claims (6)

  1. ペダル踏力により発生したトルクに応じてバッテリーからの電力供給を受けて補助動力を得る電動アシスト自転車において、ペダル駆動軸であるクランク軸が組み付けられたハンガーパイプとチェーンステー前端との間にバッテリーを載置する高剛性構造のブラケットを配設するとともに、前記ブラケットにおいて、ペダル駆動力を車輪に伝達する駆動機構側に位置する側面垂下部の面積を他方側より大きく構成したことを特徴とする電動アシスト自転車。
  2. 前記ブラケットが、側面視で前方に向けて漸増する拡大形状に構成したことを特徴とする請求項1に記載の電動アシスト自転車。
  3. 前記ブラケットの横断面を、上面部とその左右から垂下する側面垂下部とからなる下方に開放した門型形状に構成したことを特徴とする請求項1または2に記載の電動アシスト自転車。
  4. 前記ブラケットの側面垂下部に段押し部を形成したことを特徴とする請求項3に記載の電動アシスト自転車。
  5. 前記ブラケットにおける側面垂下部の少なくとも一方に開口部を穿設したことを特徴とする請求項3また4に記載の電動アシスト自転車。
  6. 前記ブラケット内に前記補助動力制御のためのコントローラを配設したことを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の電動アシスト自転車。
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