JPH07228286A - 自転車用電動駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常の自転車にも簡単に装着して電動式にす
ることができ、小型化にも適する自転車用電動駆動装置
を提供する。 【構成】 自転車に装着され人力による駆動と共に電動
モータ(62)による駆動を可能にする自転車用電動駆動装
置において、車体に着脱可能な支持部材(68)に、車輪(3
8)のリム(38B) 側面に転接しリム(38B) を両側から挾持
する左右一対の駆動ローラ(60)と、車輪(38)の外周に近
接して配設され両駆動ローラを回転駆動する電動モータ
(60)とを取付けた。電池(30)と制御器(120、120A)とは支
持部材(68)とは別に車体に直接取付けるようにするのが
良い。この電動駆動装置は自転車の車体に着脱可能と
し、両駆動ローラ(60)を手動レバー(106) によりリム(3
8B) あるいはタイヤ(38A) に対して押圧、離隔可能とす
るのが望ましい。ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、足踏みペダルなどの人
力による駆動と共に、電動モータによる駆動を可能にす
る自転車用電動駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より電動モータを並用した自転車が
種々提案されている。例えば足踏みペダル（クランクペ
ダル）を支持するクランク軸にモータの駆動力を伝える
ものがある。すなわちクランク軸の軸受部にモータ等を
組込んで、モータの回転をクランク軸に伝えるものであ
る。また車輪のハブにモータを組込んだものも公知であ
る。

【０００３】このようにクランク軸の軸受部やハブにモ
ータを組込んだものでは、専用の車体を用いる必要が生
じる。このため使用中の自転車を簡単に電動式に変える
ことは不可能であった。またクランク軸やハブに設ける
モータでは、モータ回転を大きな減速比で減速する必要
が生じる。このため減速機構が大型化するという問題も
あった。

【０００４】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、通常の自転車にも簡単に装着して電動式に
することができ、小型化にも適する自転車用電動駆動装
置を提供することを目的とする。

【０００５】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、自転車に装
着され人力による駆動と共に電動モータによる駆動を可
能にする自転車用電動駆動装置において、車体に着脱可
能な支持部材に、車輪のリム側面に転接し前記リムを両
側から挾持する左右一対の駆動ローラと、前記車輪の外
周に近接して配設され前記両駆動ローラを回転駆動する
電動モータとを取付けたことを特徴とする自転車用電動
駆動装置、により達成される。

【０００６】ここに電池と制御器とは前記支持部材とは
別に車体に直接取付けるようにするのが良い。この電動
駆動装置は自転車の車体に着脱可能とし、両駆動ローラ
を手動レバーによりリムあるいはタイヤに対して押圧、
離隔可能とするのが望ましい。

【０００７】また制御器はブレーキをかけた時にモータ
の駆動を停止させ、手動スイッチの操作時や車速が一定
以上になった時にモータの駆動を開始するように構成す
ることができる。ブレーキ操作に連動して、モータ駆動
を停止させると共に、駆動ローラをリムやタイヤから離
隔させるようにしてもよい。制御器はモータの始動時に
モータ電流を除々に増加させるソフトスタート機能を持
つのが望ましい。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例を装着した自転車の
側面図、図２はそのII-II 線断面図、図３は動力ユニッ
トの一実施例を示す斜視図、図４はその回転電動機構を
示す平面図、図５は動力ユニットの他の実施例を示す斜
視図、図６はさらに簡略化した実施例を示す斜視図であ
る。図７は制御回路の一実施例を示す図、図８、９は同
じく他の実施例を示す図である。

【０００９】図１において符号１０は車体フレームであ
り、ヘットパイプ１２と、２本のダウンチューブ１４、
１６と、シートチューブ１８と、チェーンステー２０
と、バックチューブ２２とを有する。シートチューブ１
８とチェーンステー２０とバックチューブ２２とは側面
視略三角形を形成する。

【００１０】ヘッドパイプ１２にはフロントフォーク２
４が左右へ回動自在に保持され、このフロントフォーク
２４の下端に操向前輪２６が、その上端に操向ハンドル
２８が取付けられている。上のダウンチューブ１４には
着脱可能な電池ケース３０が固定され、このケース３０
内に電池３２（図７、８参照）が収納されている。電池
３２としては例えばニッケル−カドミウム電池などが適
する。

【００１１】シートチューブ１８の上端には、シート３
４を支持するシートピラー３６が挿入され固定されてい
る。チェーンステー２０とバックチューブ２２の集合部
には後輪３８が保持されている。４０は後輪３８の泥よ
け、４２は前輪２６の泥よけである。

【００１２】下のダウンチューブ１６とシートチューブ
１８とチェーンステー２０との集合部には、ボトムブラ
ケット（図示せず）が固着され、このボトムブラケット
にクランク軸４４を保持する軸受が収容されている。ク
ランク軸４４の右端にはクランクスプロケット４６とク
ランクペダル４８が、左端にはクランクペダル５０のみ
が固定されている。クランクスプロケット４６と後輪３
８のフリースプロケット５２とにはチェーン５４が巻き
掛けられている。

【００１３】５６は駆動ユニットあり、図２に示すよう
に後輪３８のタイヤ３８Ａを上方から囲むように略門型
に作られ、左右一対のバックチューブ２２に着脱可能に
取付けられている。なお図１は、この駆動ユニット５６
をカバー５８（図２参照）で覆った状態を示している。
この駆動ユニット５６は、後輪３８のリム３８Ｂの両側
面に転接してリム３８Ｂを両側から挾持する左右一対の
駆動ローラ６０（６０ａ、６０ｂ）と、これら駆動ロー
ラ６０を互いに反対方向に回転させて後輪３８を前進方
向経回転させる電動モータ６２とを有する。

【００１４】次にその構造を図３、４を用いて説明す
る。図３に示すように、左右一対のバックチューブ２
２、２２の上部にはブラケット６４が着脱可能に固定さ
れている。すなわちブラケット６４はバックチューブ２
２、２２に向ってのびる４本の足部６４ａを持ち、これ
ら足部６４ａと挾持片６６との間にバックチューブ２
２、２２を４か所ではさみ、これら挾持片６６をビスで
ブラケット６４に締付けることによりバックチューブ２
２、２２に固定される。従ってビスを緩め挾持片６６を
取外せばブラケット６４は本体フレーム１０から容易に
取外せる。

【００１５】このブラケット６４の後面には、タイヤ３
８Ａの上方で後方へ延出する上下一対の板状の支持部材
６８（６８ａ、６８ｂ）が固定されている。支持部材６
８は図４に示すように平面視略凸型であり、上の支持部
材６８ａの中央付近には、支持部材６８ａの上面との間
に所定間隔をもって前記電動モータ６２が固定されてい
る。この電動モータ６２は、低速トルクが大きい永久磁
石式直流電動モータや直巻直流モータが望ましい。

【００１６】７０、７２は左右一対の揺動アームであ
る。両揺動アーム７０、７２はそれぞれ上下一対の板７
０ａ、７０ｂおよび７２ａ、７２ｂをそれぞれ一体に結
合したものであり、各板７０ａ、…、７２ｂは上の支持
部材６８ａの上方および下の支持部材６８ｂの下方に位
置する。

【００１７】これら揺動アーム７０、７２は、その前端
が支持部材６８ａ、６８ｂを上下に貫通する支軸７４
（７４ａ、７４ｂ）に軸支され、それらの後端（揺動
端）は引張りばねにより互いに接近する方向（図４の矢
印Ａ、Ｂの逆向き方向）への復帰習性が付与されてい
る。

【００１８】揺動アーム７０、７２の長手方向の中間付
近には回転軸８０（８０ａ、８０ｂ）が貫通し、これら
回転軸８０の下端に前記駆動ローラ６０ａ、６０ｂが固
定されている。モータ６２の回転（図４で反時計方向の
回転）は、図４に示すように、モータ軸６２Ａに固定さ
れたプーリ６２Ｂから、ベルト８２によって支軸７４ａ
上のプーリ８４に伝えられる。このプーリ８４の回転
は、さらにベルト８４を介して回転軸８０ａに固定され
たプーリ８８に伝えられ、駆動ローラ６０ａを回転させ
る。

【００１９】またモータ軸６２Ａの回転は、歯車９０、
９２によって中間軸９４に伝えられ、プーリ９６、ベル
ト９８、プーリ１００、ベルト１０２、プーリ１０４を
経て回転軸８０ｂ、駆動ローラ６０ｂに伝えられる。こ
の結果駆動ローラ６０ａ、６０ｂは互いに反対方向に回
転し、両者間に挾持するリム３８Ｂを前進走行方向に走
行させる。これらの回転伝動機構は、上下の支持部材６
８ａ、６８ｂの間に収容されている。

【００２０】なおこの実施例では両揺動アーム７０、７
２を手動レバー１０６（図３参照）により開閉できるよ
うになっている。すなわち支持部材６８の後端付近を上
下に貫通する軸１０８には、レバー１１０の一端および
レバー１１２の中央が固定され、レバー１１２の両端が
それぞれリンク１１４、１１６で揺動レバー７０、７２
に連結されている。レバー１１０の揺動端はボーデンワ
イヤ１１８を介して手動レバー１０６に連結されてい
る。

【００２１】この結果手動レバー１０６を操作してレバ
ー１１０を図４で時計方向に引けば、軸１０８、レバー
１１２が一体に同方向に回動し、リンク１１４、１１６
が揺動レバー７０、７２を押し開く。このため駆動ロー
ラ６０ａ、６０ｂがリム３８Ｂの側面から離れる。手動
レバー１０６を反対方向に操作すれば、ばね７６により
揺動レバー７０、７２が復帰し、駆動ローラ６０ａ、６
０ｂをリム３８Ｂの側面に押圧する。

【００２２】この実施例によれば、走行中に電動モータ
６２による駆動が不要な時には駆動ローラ６０ａ、６０
ｂをリム３８Ｂから離して走行抵抗を減らすことができ
る。なお後記ブレーキレバー１２８（図３）のブレーキ
操作に連動して、ブレーキをかけると同時に駆動ローラ
６０ａ、６０ｂをリム３８Ｂから離すようにしてもよ
い。

【００２３】図５、６の実施例の駆動ユニット５６で
は、揺動レバー７０、７２がばね７７６によって常時復
帰方向に付勢されている。このためこの駆動ユニット５
６を車体に取付ける際には、揺動レバー７０、７２を押
し開いた図６の状態でバックチューブ２２ａ、２２ｂ
（図５）に固定する。

【００２４】この実施例によれば、手動レバー１０６や
ボーデンワイヤ１０８、レバー１１０、１１２リンク１
１４、１１６が不要で構成が簡単になる。なおこれら図
５、６では前記図２〜４と対応する部分に同一符号を付
したから、その説明は繰り返さない。

【００２５】次に制御器１２０、１２０Ａを図７、８、
９を用いて説明する。図７に示す制御器１２０は、手動
スイッチ１２２により停止させるものである。この図７
において１２６ａはリレーコイル、１２６ｂはこのリレ
ーコイル１２６ａの励磁により閉路するリレースイッチ
である。

【００２６】リレースイッチ１２６ｂは、モータ６２お
よび電池３２と共に閉回路を形成する。手動スイッチ１
２２とリレーコイル１２６ａとブレーキスイッチ１２４
とは直列接続され、この直列接続回路は電池３２に並列
接続されている。そしてリレースイッチ１２６ｂとモー
タ６２との中間点が、リレーコイル１２６ａの＋極側に
接続されている。

【００２７】なお手動スイッチ１２２は、図３に示すよ
うに操向ハンドル２８に設けられ、運転者が走行中に押
圧すれば閉路する常開接点を持つ。ブレーキスイッチ１
２４は、操向ハンドル２８のブレーキレバー１２８の操
作に連動してオフする常閉接点を有し、操向バーハンド
ル２８に取付けられている。

【００２８】従って手動スイッチ１２２を一度押せば、
リレーコイル１２６Ａが励磁され、リレースイッチ１２
６ｂが閉路してモータ６２が起動する。このためモータ
６２の駆動力だけで、あるいはこれとペダル踏力との併
用によって走行することができる。この状態は、リレー
コイル１２６がリレースイッチ１２６ｂを通って供給さ
れる電流により自己保持されるから、手動スイッチ１２
２が開路しても維持される。

【００２９】ブレーキレバー１２８を引けばブレーキス
イッチ１２４が開路し、リレーコイル１２６ａが非励磁
となるから、リレースイッチ１２６ｂが開路し、モータ
６２は停止する。なお前記図３、４に示す実施例の場合
には、ブレーキスイッチ１２４に代えて手動レバー１０
６の操作を検出する他のスイッチ（図示せず）を用いて
よい。

【００３０】この場合、手動レバー１０６により駆動ロ
ーラ６０ａ、６０ｂをリム３８Ｂから離隔させた時に開
路するスイッチを設け、モータ６２を停止させるように
すればよい。またブレーキレバー１２８に手動レバー１
０６の機能を持たせてもよい。この場合ブレーキをかけ
ると駆動ローラ６０がリム３９Ｂから離れる。

【００３１】さらに手動スイッチ１２２とブレーキスイ
ッチ１２４とを、この手動レバー１０６に連動する１つ
のスイッチで構成してもよい。この場合、手動レバー１
０６により駆動ローラ６０ａ、６０ｂをリム３８Ｂに押
圧したことを検出してモータ６２を起動させ、駆動ロー
ラ６０ａ、６０ｂをリム３８Ｂから離したことを検出し
てモータ６２を停止させればよい。

【００３２】以上の制御器１２０においては、特にモー
タ６２の突入電流が大きくなり、モータ６２の起動時の
衝撃が大きくなる。図８はこのような問題を解消するた
めの一例である制御器１２０Ａを示す。図で１３０はモ
ータ６２に直列接続されたＰＷＭ（パルス幅制御）回路
であり、モータ電流のオン・オフ時間比（デューティ
比）を変えることによりモータ電流を制御するサイリス
タなどのスイッチング素子で構成されている。

【００３３】１３２はゲート回路であり、このＰＷＭ回
路のサイリスタをオン・オフさせるゲート信号Ｇを出力
する。１３４はソフトスタート回路であり、リレースイ
ッチ１２６ｂのオン動作に基づいて所定の時定数をもっ
て昇圧するスタート信号Ｓをゲート回路１３２に出力す
る。ゲート回路１３２はこのスタート信号Ｓの電圧上昇
に追随してゲート信号Ｇのデューティ比を増大させ、モ
ータ電流を漸増させる。このためモータ電流は穏やかに
増え、モータ起動時の衝撃が小さくなり、乗心地が向上
する。

【００３４】図８の実施例はソフトスタート回路１３４
などによりモータ突入電流を制限しているが、これに代
えて、またはこれと併用して手動スイッチ１２２に代え
て車速が一定以上になった時にモータ６２が起動するよ
うにしてもよい。図９はこのような一例の概念を示す図
であり、１４０は前輪２６に設けた速度検出センサであ
る。このセンサ１４０は例えば前輪２６のハブに設けた
ディスク１４２の回転を光学的、磁気的、静電容量的な
ど種々の方法で検出するものとする。

【００３５】このセンサ１４０の出力であるパルス信号
は、Ｆ／Ｖ変換器１４４でアナログ電圧Ｖに変換され、
これを設定器１４６の設定電圧Ｖ₀ と比較器１４８で比
較する。Ｖ≧Ｖ₀ となるとリレーコイル１２２ａが励磁
され、リレースイッチ１２２ｂが閉路するようにする。
このリレースイッチ１２２ｂを図７、８における手動ス
イッチ１２２に代えればよい。

【００３６】また車速度が一定以上でかつ手動スイッチ
１２２が押された時に、モータ６２を起動させるように
してもよい。この場合には図９の比較器１４８の出力端
とリレーコイル１２２ａとの間に、手動スイッチ１２２
を直列に接続させればよい。

【００３７】以上の実施例は、駆動ローラ６０ａ、６０
ｂが後輪３８のリム３８Ｂの両側面に転接するが、リム
３８Ｂに代えてタイヤ３８Ａの両側面に転接させたり、
タイヤ３８Ａとリム３８Ｂの両方に転接させるものであ
ってもよい。また電動モータ６２は１個であってもよい
が、左右の各駆動ローラ６０を２個の電動モータで別々
に駆動するようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】請求項１および７の発明は以上のよう
に、車体に着脱可能な支持部材に、車輪のリムあるいは
タイヤの両側面に転接する左右一対の駆動ローラと、両
駆動ローラを駆動する電動モータとを取付けたものであ
るから、自転車に容易に着脱でき、従来の通常の自転車
に適用して容易に電気駆動の自転車にすることができ
る。また小径の駆動ロータと、大径のリムあるいはタイ
ヤとの間の回転伝達により大きな減速比が得られ、減速
機構が大型化するおそれもなく、全体として極めて小型
になる。

【００３９】ここに電池および制御器を前記支持部材と
は別に車体に直接取付けるようにするのが望ましい（請
求項２）。各駆動ローラは、左右一対の揺動アームに取
付け、これらの揺動アームを互いに接近する方向に復帰
習性を持たせるようにして、両駆動ローラでリムあるい
はタイヤを挟持するのが望ましく（請求項３）、両揺動
アームは手動レバーにより開閉できるのが望ましい（請
求項４）。

【００４０】制御器は手動ブレーキの操作によりモータ
を停止させ（請求項５）、手動スイッチの操作時や走行
速度が一定以上になった時にモータを起動させるように
構成することができる（請求項６）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を装着した自転車の側面図

【図２】そのII-II 線断面図

【図３】動力ユニットの一実施例を示す斜視図

【図４】その回転電動機構を示す平面図

【図５】動力ユニットの他の実施例を示す斜視図

【図６】さらに簡略化した実施例を示す斜視図

【図７】制御回路の一実施例を示す図

【図８】同じく他の実施例を示す図

【図９】同じく他の実施例を示す図

【符号の説明】

１０ 車体フレーム ３０ 電池 ３８ 後輪 ３８Ａ タイヤ ３８Ｂ リム ５６ 駆動ユニット ６０ 駆動ローラ ６２ 電動モータ ６８ 支持部材 ７０、７２ 揺動アーム １０６ 手動レバー １２０、１２０Ａ 制御器 １２２ 手動スイッチ １２４ ブレーキスイッチ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自転車に装着され人力による駆動と共に
   電動モータによる駆動を可能にする自転車用電動駆動装
   置において、車体に着脱可能な支持部材に、車輪のリム
   側面に転接し前記リムを両側から挾持する左右一対の駆
   動ローラと、前記車輪の外周に近接して配設され前記両
   駆動ローラを回転駆動する電動モータとを取付けたこと
   を特徴とする自転車用電動駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、さらに車体に取付け
   られる電池と、この電池から前記電動モータへ導く電流
   を断続する制御器とを備えることを特徴とする自転車用
   電動駆動装置。
3. 【請求項３】 前記一対の駆動ローラは、前記支持部材
   に揺動自在に軸支された一対の揺動アームの駆動端側に
   取付けられ、両揺動アームには互いに接近する方向への
   復帰習性が付与されている請求項１の自転車用電動駆動
   装置。
4. 【請求項４】 両揺動アームは手動レバーにより開閉さ
   れ前記駆動ローラをリム側面から離隔した位置に保持可
   能である請求項３の自転車用電動駆動装置。
5. 【請求項５】 制御器は、手動ブレーキによる制動に基
   づいて電動モータの駆動を停止する請求項２の自転車用
   電動駆動装置。
6. 【請求項６】 制御器は、走行速度が一定以上になると
   電動モータの駆動を開始する請求項２の自転車用電動駆
   動装置。
7. 【請求項７】 請求項１において、一対の駆動ローラは
   リムの両側面に代えてタイヤの両側面に転接する自転車
   用電動駆動装置。