JP7486773B2

JP7486773B2 - 電動アシスト自転車

Info

Publication number: JP7486773B2
Application number: JP2019222780A
Authority: JP
Inventors: 知彦余田
Original assignee: 株式会社アルミス
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2024-05-20
Anticipated expiration: 2039-12-10
Also published as: JP2021091286A

Description

この発明は、電動アシスト自転車に関する。

電動アシスト自転車は、車輪を軸方向の両側から支持する両受けタイプのフロントフォークを備えるのが一般的だが、近年では、車輪をその軸方向の一方側からのみ支持するようにした片受けタイプのフロントフォークを備える電動アシスト自転車がある。このような片受タイプのフロントフォークを備える電動アシスト自転車の一例として、特許文献１には、前輪と、前輪の軸方向の一方側に位置するフロントフォークと、フロントフォークに設けられ、前輪をその軸回り方向に回転可能なように軸方向の一方側から支持するモータと、を備えた電動アシスト自転車が開示されている。

前輪は、モータに接続されているハブ部と、ハブ部から前輪のリムにかけて架け渡されているスポークとを備えている。前輪を軸方向に直交する方向から平面視したときに、ハブ部、及びスポークは軸方向の中央に位置し、モータは軸方向の一方側に位置している。

特開２０１３－９１４７５号公報

ところで、特許文献１の電動アシスト自転車のモータは、ハブ部や、スポークとの干渉を避けるために、前輪の軸方向の中央よりも一方側に設けられている。このため、前輪の重心が、モータの質量によって、前輪の軸方向の中央よりも一方側に偏っており、特許文献１の電動アシスト自転車は運転しにくいものとなっている。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、車輪の重心を、軸方向の一方側へ偏りにくくすることである。

上記の課題を解決するため、この発明は、車輪と、前記車輪の軸方向の一方側にのみ位置するフォークと、前記フォークに設けられ、前記車輪をその軸回り方向に回転可能なように前記軸方向の一方側から支持するモータと、を備え、前記車輪は、前記モータに接続されているハブ部と、前記ハブ部から前記車輪のリムにかけて架け渡されているスポークと、を備え、前記ハブ部は、前記軸方向の他方側に偏位しており、前記モータは、前記車輪に前記軸回り方向の駆動力を付与可能な構成を採用した。

このようにすると、ハブ部が軸方向の他方側に偏位しているため、モータを、ハブ部に干渉することなく軸方向の中央に近づけて配置することが可能になる。このため、モータの質量による車輪の重心の偏りを、より小さくすることができる。また、ハブ部の質量によって、モータの質量による車輪の重心の偏りを改善することができる。従って、車輪の重心を、軸方向の一方側へ偏りにくくすることができる。

また、前記スポークは、前記軸方向の他方側を通過するように形成されている構成を採用することができる。

このようにすると、スポークは軸方向の他方側を通過しており、軸方向の一方側に位置するモータを軸方向の中央に近づけて配置してもスポークに干渉しにくいものとなる。このため、モータを車輪の軸方向の中央により近づけて配置し、モータの質量による車輪の重心の偏りを小さくすることが可能になる。また、軸方向の他方側を通過するスポークの質量によって、モータの質量による車輪の重心の偏りを改善することが可能になる。

また、前記モータと前記ハブ部との接続は、前記モータから前記ハブ部に向かって延びるモータシャフトを介してなされており、前記モータシャフトに設けられ、前記モータシャフトを介して前記車輪を制動可能なブレーキをさらに備える構成を採用することができる。

このようにすると、スポークに干渉することなく、簡易な構造で、車輪を制動可能なブレーキを備えるものとすることができる。

この発明は、ハブ部が軸方向の他方側に偏位している構成を採用することで、モータを、ハブ部に干渉することなく軸方向の中央に近づけて配置することが可能になる。このため、モータの質量による車輪の重心の偏りを、より小さくすることができる。また、ハブ部の質量によって、モータの質量による車輪の重心の偏りを改善することができる。従って、車輪の重心を、軸方向の一方側へ偏りにくくすることができる。

この発明の実施形態を示す電動アシスト自転車の斜視図図１の電動アシスト自転車の前輪の正面図図１の電動アシスト自転車の変形例を示す前輪の正面図図１の電動アシスト自転車の更なる変形例を示す前輪の正面図

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施形態にかかる電動アシスト自転車について説明する。

図１に示すように、電動アシスト自転車１は、フレーム２と、フレーム２の前方側の端部に支持されているフロントフォーク４（以下、単に「フォーク４」と称する。）と、フォーク４の端部に設けられているモータ５と、モータ５に回転可能に支持されている前輪３と、フレーム２の後方側に設けられている後輪６と、を備えている。

ここで、前輪３の中心軸Ｌ１に沿った方向を「軸方向」という。また、その軸方向に直交する方向を「径方向」という。また、その中心軸Ｌ１回りに一周する方向を「軸回り方向」という。また、前輪３の軸方向の中央（図示鎖線Ｌ２）より軸方向の図示右側を「一方側」とし、図示左側を「他方側」とする。

前輪３は、環状のリム１１と、リム１１の径方向の中央に位置するハブ部１０と、ハブ部１０とリム１１との間に架け渡されている複数のスポーク１３と、リム１１の外周に沿って設けられたタイヤ１２と、を備えている。

ハブ部１０は、円形板状のベース部１４と、ベース部１４に軸方向に連結している円筒状の筒軸部１６と、を備えている。筒軸部１６は、軸方向の一方側を臨むように開口する内部空間が形成されている。ベース部１４と、筒軸部１６との連結部分は、前輪３の軸方向の中央Ｌ２よりも他方側に偏位している。ベース部１４は、軸方向の左右に貫通する貫通孔１５が複数形成されている。

筒軸部１６は、軸方向の一端が開口し、軸方向の他端にフランジ部１７を備える。フランジ部１７には、軸方向の他端が開口する複数のねじ孔１８が形成されている。筒軸部１６は、ねじ孔１８がベース部１４の貫通孔１５に重なるように配置され、ねじ１９が貫通孔１５を通じてねじ孔１８にねじ込まれてベース部１４に固定されている。筒軸部１６と、ベース部１４とは、前輪３の中心軸Ｌ１と同軸上に位置している。

スポーク１３は、軸方向の他方側を通過するように、ベース部１４からリム１１にかけて架け渡されている。スポーク１３は、ベース部１４からリム１１にかけて、軸方向に対して傾斜するように形成されている。

図１に示すように、スポーク１３は、前輪３の軸回り方向に、等間隔に４つ設けられている。スポーク１３は、リム１１からベース部１４にかけて架け渡されている第１支柱体２８と、リム１１から第１支柱体２８にかけて架け渡されている第２支柱体２９と、第２支柱体２９からベース部１４にかけて架け渡されている第３支柱体３０とを備える。

リム１１、第１支柱体２８、及び第２支柱体２９は、三角形状をなすように互いに連結する、所謂トラス形状となるように構成されている。また、同様に、第１支柱体２８、第２支柱体２９、及び第３支柱体３０もトラス形状となるように構成されている。このように、スポーク１３は、複数のトラス形状を備える構成となっており、径方向の強度（耐荷重性）が比較的高くなっている。さらに、前輪３は、このようなスポーク１３を複数備えているため、デザイン性を高めつつ、径方向の強度（耐荷重性）が向上している。なお、第１支柱体２８、第２支柱体２９、及び第３支柱体３０は、ダイカスト成型によって一体的に成型することができる。また、スポーク１３は、ダイカスト成型によってベース部１４と一体的に成型することができる。また、ベース部１４の外周面に、スポーク１３の端部が溶接によって接合されている態様を採用しても良い。

図１、図２に示すように、フレーム２は、前方側の端部でフォーク４を支持する連結部７と、後輪６にドライブシャフト機構８を介して連結しているペダル９と、を備えている。連結部７は、前輪３の軸方向の中央に位置している。

図１、図２に示すように、フォーク４は、上下に延びる棒状体である。フォーク４の上端は、連結部７に回転可能に支持されている。フォーク４は、軸方向の一方側に向かって屈曲する第１屈曲部４ａと、第１屈曲部４ａから下方に向かって屈曲する第２屈曲部４ｂとを有している。フォーク４の第１屈曲部４ａよりも下端側は、軸方向の一方側にのみ位置している。第１屈曲部４ａの下方に前輪３のタイヤ１２が位置し、第２屈曲部４ｂからフォーク４の下端にかけて、前輪３の径方向に沿うように配置されている。

フォーク４には、モータ５が取り付けられる。モータ５は、フォーク４の下端に固定されている円筒状のモータケース２０と、モータケース２０の内部に配置されるモータ本体（図示省略）と、モータ本体から軸方向に延びてモータケース２０の外部に突出するモータシャフト２１と、を備えている。モータケース２０は、フォーク４の下端にねじ部材（図示省略）によって固定される。モータ５は、フレーム２に設けられているバッテリ２４に接続されており、バッテリ２４からモータ５への駆動電力の供給、及び、モータ５からバッテリ２４への回生電力の回収が可能になっている。

モータシャフト２１は、前輪３の中心軸Ｌ１と同軸上に配置されている。モータシャフト２１の突出方向側の端部は、筒軸部１６に形成された開口から、筒軸部１６の内部空間に挿入されている。

モータシャフト２１は、径方向に窪むように形成されたねじ孔２２を備えている。モータシャフト２１は、筒軸部１６を貫通するようにしてねじ孔２２にねじ込まれたねじ２３によって、筒軸部１６に連結している。前輪３は、連結する筒軸部１６とモータシャフト２１とを介して、モータ５に接続されている。このため、モータ５は、前輪３に軸回り方向の駆動力を付与可能となっている。

このように、軸方向の他方側を通過するようにハブ部１０から前輪３のリム１１にかけて架け渡されているスポーク１３を備える構成を採用することで、モータ５はスポーク１３に干渉しないものとなる。このため、軸方向の一方側を通過するようにスポーク１３が架け渡されている電動アシスト自転車に比べ、モータ５とハブ部１０との間の軸方向の距離が小さくなるようにモータ５を設けることが可能になる。また、スポーク１３の質量によって、モータ５の質量による前輪３の重心の偏りを改善することが可能になる。すなわち、スポーク１３が軸方向の他方側に位置していることで、モータ５の質量によって軸方向の一方側に偏っている前輪３の重心の位置を、スポーク１３の質量によって軸方向の他方側に近づけることが可能になる。従って、前輪３の重心を軸方向の一方側へ偏りにくくすることができる。

さらに、図３、図４に示すように、電動アシスト自転車１は、前輪３を制動可能なブレーキ２５を備える構成を採用することができる。ブレーキ２５として、ドラムブレーキやディスクブレーキを採用することができる。

図３に、ブレーキ２５としてドラムブレーキを採用した構成を示す。ブレーキ２５は、モータシャフト２１と同軸上に配置される。ブレーキ２５は、筒状体のケース２６と、ケース２６の内部に配置され、モータシャフト２１の外周面と径方向に対向するブレーキシュー（図示省略）と、を備える。ブレーキ２５のケース２６には、取付ステー２７の一端が連結される。取付ステー２７の他端はモータケース２０に連結される。ブレーキ２５は、ワイヤ等を介してハンドルに設けられたブレーキレバーに接続され（図示省略）、ブレーキレバーの操作によって、ブレーキシューをモータシャフト２１の外周面に押し付けて、前輪３を制動することが可能になっている。

図４に、ブレーキ２５としてディスクブレーキを採用した構成を示す。ブレーキ２５は、モータシャフト２１と同軸上に配置された円板状のブレーキディスク３１と、ブレーキディスク３１を軸方向の両側から挟むように配置されたブレーキキャリパ３２とを備える。ブレーキキャリパ３２には、取付ステー２７の一端が連結される。取付ステー２７の他端は、モータケース２０に連結される。ブレーキキャリパ３２は、ブレーキディスク３１を挟んで軸方向に対向する一対のブレーキパッドを備える（図示省略）。ブレーキキャリパ３２は、ワイヤ等を介してハンドルに設けられたブレーキレバーに接続され（図示省略）、ブレーキレバーの操作によって、一対のブレーキパッドをブレーキディスク３１の両面に押し付けて、前輪３を制動することが可能になっている。

取付ステー２７をモータケース２０に直接連結したことにより、タイヤ１２又はモータ５の回転軸に対するブレーキ２５のブレを極力小さくすることができる。

図３においては、ドラムブレーキであるブレーキ２５は軸方向の一方側に配置されているが、ブレーキ２５は、軸方向の中央、又は他方側に配置される構成を採用することができる。同様に、図４においては、ディスクブレーキであるブレーキ２５は、軸方向の一方側に配置されているが、ブレーキ２５は、軸方向の中央、又は他方側に配置される構成を採用することができる。ブレーキ２５を軸方向の中央に近づけて配置することで、ブレーキ２５の質量によって、前輪３の重心の位置が軸方向の一方側に偏位することを防ぐことができる。

ここで、スポーク１３は、上述の通り、軸方向の他方側を通過するように形成されているため、ブレーキ２５はスポーク１３に干渉することなく、簡易な構造で前輪３に取り付けられるものとなっている。

また、電動アシスト自転車１は、モータ５に接続されているモータ制御手段を備える構成とすることができる。モータ制御手段は、ブレーキ操作、ペダル９に作用する負荷、その他運転状況に応じて必要なモータ５の制御を行う。このようなモータ制御手段を備えることで、電動アシスト自転車１は、モータ５によって、運転状況に応じた好適な駆動力を前輪３に付与可能となっている。

また、モータ制御手段は、バッテリ２４に接続され、モータ５に付加される電圧等を調整することで、モータ５を制御可能とする構成を採用することもできる。

さらに、モータ制御手段は、前輪３の加速度を検知可能な加速度センサーを備え、検知した加速度の値に基づいてモータ５の回転数を制御可能とする構成を採用することができる。

また、上記実施形態では、モータケース２０とフォーク４とをねじ部材によって固定したが、モータケース２０のフォーク４への固定は、モータケース２０の外周面が、フォーク４の他端に溶接によって接合されている構成を採用することができる。

なお、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例が適用可能である。

１電動アシスト自転車
２フレーム
３車輪（前輪）
４フロントフォーク（フォーク）
４ａ第１屈曲部
４ｂ第２屈曲部
５モータ
６後輪
７連結部
８ドライブシャフト機構
９ペダル
１０ハブ部
１１リム
１２タイヤ
１３スポーク
１４ベース部
１５貫通孔
１６筒軸部
１７フランジ部
１８ねじ孔
１９ねじ
２０モータケース
２１モータシャフト
２２ねじ孔
２３ねじ
２４バッテリ
２５ブレーキ
２６ケース
２７取付ステー
２８第１支柱体
２９第２支柱体
３０第３支柱体
３１ブレーキディスク
３２ブレーキキャリパ

Claims

車輪（３）と、
前記車輪（３）の軸方向の一方側にのみ位置するフォーク（４）と、
前記フォーク（４）に設けられ、前記車輪（３）をその軸回り方向に回転可能なように前記軸方向の一方側から支持するモータ（５）と、
前記車輪（３）を制動可能なブレーキ（２５）と、
を備え、
前記車輪（３）は、前記モータ（５）に接続されているハブ部（１０）と、前記ハブ部（１０）から前記車輪（３）のリム（１１）にかけて架け渡されているスポーク（１３）と、を備え、
前記ハブ部（１０）は、前記軸方向の他方側に偏位しており、
前記モータ（５）は、前記車輪（３）に前記軸回り方向の駆動力を付与可能となっており、
前記ブレーキ（２５）には取付ステー（２７）の一端が、前記モータ（５）のモータケース（２０）には前記取付ステー（２７）の他端がそれぞれ連結されており、
前記スポーク（１３）は、前記リム（１１）から前記ハブ部（１０）のベース部（１４）の軸中心にかけて架け渡されている第１支柱体（２８）と、前記リム（１１）から前記第１支柱体（２８）にかけて架け渡されている第２支柱体（２９）と、前記第２支柱体（２９）から前記ベース部（１４）の軸中心にかけて架け渡されている第３支柱体（３０）と、を有し、前記リム（１１）、前記第１支柱体（２８）、及び、前記第２支柱体（２９）、ならびに、前記第１支柱体（２８）、前記第２支柱体（２９）、及び、前記第３支柱体（３０）は三角形状となるように構成されており、
前記リム（１１）、前記第１支柱体（２８）、及び、前記第２支柱体（２９）によって形成される三角形状と、前記第１支柱体（２８）、前記第２支柱体（２９）、及び、前記第３支柱体（３０）によって形成される三角形状が、互いに径方向に並んで配置されている電動アシスト自転車。
前記スポーク（１３）は、前記軸方向の他方側を通過するように形成されている請求項１に記載の電動アシスト自転車。
前記モータ（５）と前記ハブ部（１０）との接続は、前記モータ（５）から前記ハブ部（１０）に向かって延びるモータシャフト（２１）を介してなされており、
前記モータシャフト（２１）に設けられ、前記モータシャフト（２１）を介して前記車輪（３）を制動可能なブレーキ（２５）をさらに備える請求項１または２に記載の電動アシスト自転車。