JP2008168881A - Drive structure of electric bicycle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動自転車に係り、詳しくは、新規の改造を施すことなく、従来の足踏み式自転車に簡単に後付けすることができる電動自転車の駆動構造に関するものである。The present invention relates to an electric bicycle, and more particularly to a drive structure for an electric bicycle that can be easily retrofitted to a conventional foot-operated bicycle without any new modifications.
従来、足踏み力による駆動力に、電動モータなどを備えた補助駆動ユニットの駆動力を付加することで、坂道などでも楽に走行できる電動自転車は既に実用化されている。そして、この種の電動自転車の構成としては、クランクペダルを設けたチェンホイールと後輪のスプロケットとの間に巻回されるチェンに、電動モータを介した駆動機構を別途に併設する特開平11−208565や特開2001−130476の構成、あるいは後輪タイヤの接地面に押し当てた駆動ローラにより後輪を回転駆動する特開2001−219886の構成、等が提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, an electric bicycle that can easily travel on a slope or the like by adding a driving force of an auxiliary driving unit including an electric motor to a driving force by a stepping force has already been put into practical use. As a configuration of this type of electric bicycle, a drive mechanism via an electric motor is additionally provided in a chain wound between a chain wheel provided with a crank pedal and a sprocket of a rear wheel. -208565, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-130476, or Japanese Patent Laid-Open No. 2001-219886 in which the rear wheels are rotationally driven by a driving roller pressed against the ground contact surface of the rear tire are proposed.
しかしながら、上述の各提案は、補助駆動ユニットを取付けるために通常の自転車の構造が大幅に変更されて、重量が重くかつ複雑でコストも高価になったり、また、通常の自転車構造を極力変更しないで後付け可能ではあるものの複雑な構成であるが故に、取り付け、取り外しに高度な調整技術を要する、などの改善の余地を残すものであった。However, in each of the above proposals, the structure of a normal bicycle is significantly changed to attach the auxiliary drive unit, and the weight is complicated, the cost is high, and the normal bicycle structure is not changed as much as possible. However, because it is a complicated structure, it can be retrofitted, and thus there remains room for improvement, such as requiring advanced adjustment techniques for attachment and removal.
本発明は、上記のような実状に鑑み従来の電動自転車における使い勝手の向上および機能性の向上を追求する研究、開発の課程で創案されたものであって、その目的とするところは、工作機械やその他の機械技術分野で広く知られている「ラック&ピニオン」の動力伝達機構が、自転車の後輪駆動に利用できることを知見し、足踏み操作によるクランクの回転駆動で走行する従来の自転車に、シンプルな構造で改造を要することなく、安全かつ容易に電動自動車としての機能を後付けで付与することができ、必要に応じて電動駆動と足踏み駆動の切り替えも簡単に行える電動自転車の駆動構造を提供しようとするものである。The present invention was created in the course of research and development in pursuit of improved usability and improved functionality in conventional electric bicycles in view of the above circumstances, and the object of the present invention is a machine tool In addition to knowing that the power transmission mechanism of "Rack & Pinion", which is widely known in the field of mechanical technology, can be used for bicycle rear wheel drive, Providing a drive structure for an electric bicycle that can be retrofitted with the functions of an electric vehicle safely and easily without retrofitting with a simple structure, and can easily switch between electric drive and stepping drive as needed. It is something to try.
課題を解決するため本発明が採用した技術手段は、回転速度可変な電動ギヤモータを、シートチューブの中間部位に着脱自在に取り付け、かつ当該電動ギヤモータの出力軸に、噛合面を周設した駆動輪体を軸支すると共に、後輪を形成するリムの一側周面に、噛合面を周方向に配列してなる薄板状の円環体を貼着し、前記電動ギヤモータの駆動輪体と円環体との噛合で、後輪を回転駆動するように構成したことを特徴とするものである。In order to solve the problem, the technical means adopted by the present invention is a driving wheel in which an electric gear motor having a variable rotation speed is detachably attached to an intermediate portion of a seat tube, and an engagement surface is provided around an output shaft of the electric gear motor. A thin plate-like annular body having meshing surfaces arranged in the circumferential direction is attached to one side circumferential surface of a rim that forms a rear wheel while supporting the body, and the driving wheel body and the circle of the electric gear motor are attached. The rear wheel is configured to rotate by meshing with the ring body.
したがって本発明によれば、通常仕様の自転車本体を改造することなく、また自転車本体の基本的な部品を取り換えることなく、後輪リムの一側周面に噛合面を有する円環体(ラックギヤに相当)を貼着し、かつシートチューブの中間部位に取り付けた電動ギヤモータの駆動輪体(ピニオンギヤに相当)を、上記円環体に噛合させるという極めて簡単な後付けの取付け作業で、足踏み操作の自転車を電動自転車として機能させることができると共に、取付部品の点数が極めて少ないので、コンパクト化と軽量化を図りつつ、コストの低減と信頼性の向上をも達成することができ、もって多くの需用者に電動自転車を安価に提供することが可能となる。Therefore, according to the present invention, an annular body having a meshing surface on one side surface of the rear wheel rim (without changing a basic bicycle body without changing the basic bicycle body) Bicycle) that can be stepped on by a very simple retrofitting operation, in which the drive wheel body (equivalent to the pinion gear) of the electric gear motor attached to the middle part of the seat tube is engaged with the above-mentioned torus. Can be made to function as an electric bicycle and the number of mounting parts is extremely small, so it is possible to reduce costs and improve reliability while achieving compactness and weight reduction. It becomes possible to provide an electric bicycle at a low cost to the person.
回転速度可変な電動ギヤモータの出力軸に軸支した駆動輪体を、後輪を形成するリムの一側周面に貼着した噛合面を周方向に配列してなる薄板状の円環体に噛合させて後輪を回転駆動するようにした。A driving wheel body that is pivotally supported on the output shaft of an electric gear motor with a variable rotational speed is a thin plate-shaped ring body in which meshing surfaces that are attached to one circumferential surface of a rim that forms a rear wheel are arranged in the circumferential direction. The rear wheels are driven to rotate by meshing.
本発明の構成を、図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図1(a)において、1は足踏み操作によるクランク2の回転駆動で後輪3を図示しないチェンを介して駆動する街乗りタイプの自転車であって、該自転卓1は、前輪4を操向するハンドル5をヘッドチューブ6の頂部に設けると共に、サドル7を上部に設けたシートチューブ8の下部には、図示しないチェンリングをクランク2とともに備えたチェンホイールが軸支されており、チェンケース9に包覆された上記チェンリングと後輪3のスプロケットとの間に巻回したチェンを、左右のペダル10の足踏み操作で回転駆動させて走行する従来の自転車構成を有している。11は荷台、12はハンドル5の前部に設けた買い物かごである。The configuration of the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
In FIG. 1A,
ここで同図(b)は、上述の従来構成における自転車1に、本発明の電動自転車の駆動構造を採用した場合を示すものであり、図示のとおり従来の自転車1構成に対して、改造、変更等を要することなく、簡単な取り付けで電動自転車として機能するようになっている。
すなわち、上記シートチューブ8には、図2〜図6に示すように、回転速度可変な電動ギヤモータ13がアタッチメント14を介して着脱自在に取り付けられており、かつ噛合面aを周設した駆動輪体15が、該電動ギヤモータ13の出力軸13aに軸支されていると共に、上記後輪3を形成するリム16の一側周面16aには、噛合面bを周方向に配列してなる薄板状の樹脂製円環体17が貼着されており、上記駆動輪体15と円環体17を噛合させた状態で、トップチューブ18に取り付けたバッテリパック19からの電力供給で電動ギヤモータ13を回転駆動することにより、後輪3に回転力を与える構成となっている。Here, FIG. 4B shows a case where the electric bicycle drive structure of the present invention is adopted for the
That is, as shown in FIGS. 2 to 6, an
上記電動ギヤモータ13は、図4(a)に示すように、ケース本体13b内に、電動モータ20、電磁クラッチ21および減速ギヤ機構22を同軸状に配置して構成され、かつ制御部23からの制御信号により電動モータ20と電磁クラッチ21を制御すると共に、上記減速ギヤ機構22と出力軸13aとの間には、当該出力軸13aに係る回転負荷変動を検出するトルクセンサ24が介装されており、自転車1の走行時において後輪3から駆動輪体15が受ける回転負荷を逐次検出し、その検出信号を上記制御部23に送出して電動モータ20の回転速度を微調整制御するように構成されている。また、上記制御部23には、アーム状の調節子25が併設されており、その頭部25aに先端を接続したワイヤケーブル26の他端を、後述する速度可変レバー27に接続してそのレバー操作により電動モータ20の回転速度を増減調節する構成となっている。28はケース本体13bの外面に設けられた起動スイッチであり、この起動スイッチ28をオンすると、電磁クラッチ21が「接」となって電動モータ20の回転駆動力が電磁クラッチ21、減速ギヤ機構22を経て出力軸13aに出力可能な待機状態となると同時に、上記制御部23がオンとなって速度可変レバー27の操作に連動する制御動作が可能となる。15aは固定ナット、15bはキャップカバーである。As shown in FIG. 4A, the
また前記アタッチメント14は、図3に示すように、本体29とチューブ固定ブラケット30およびモータ固定ブラケット31で構成されており、その取り付けに際しては、まず本体29に形成した固定凹部29aとチューブ固定ブラケット30の固定凹部30aを、シートチューブ8を挟んで固定ボルト32、32により対向状に固定し、次いで本体29に形成した固定凹部29bとモータ固定ブラケット31の固定凹部31aを、電動ギヤモータ13を挟んで固定ボルト33、33により対向状に固定することにより、シートチューブ8に対して電動モータ13を交差状に取り付けるようになっている。As shown in FIG. 3, the
一方、上記後輪3を支持するシートスティ34およびチェンスティ35間には、シートチューブ8に固定した電動ギヤモータ13の他側に位置してローラ取付ブラケット36が装着されており、図5(a)(b)に示すように、ブラケット本体36aの両端部に、シートステイ34を掴持する固定部37と、チェンスティ35を掴持する固定部38を、それぞれ折返し構造を有して一体形成すると共に、上記ブラケット本体36aに離間平行状に一体形成した両側壁36b、36b間には、リム16を挟んで前記駆動輪体15と対向する押圧ローラ39が軸支されており、当該押圧ローラ39をリム16の他側周面16bの周方向に沿って当接させることにより、上記駆動輪体15との間でリム16を挟持しながら、噛合外れを一掃した円滑で確実な後輪3の回転駆動が行えるように構成されている。On the other hand, between the seat stay 34 and the chain stay 35 that support the
本発明は叙上のように構成されているから、従来の足踏み式の自転車1に、電動自転車の駆動構造を組み込む場合は、まず後輪1を取り外して樹脂製円環体17を、噛合面bを表側にしてリム16の一側周面16aに貼着する。このとき、貼着に使用する接着剤は樹脂と金属の双方に接着力を有する性状のものが望ましく、また貼着に際してはリム16に対して真円であることが重要である。Since the present invention is configured as described above, when a drive structure for an electric bicycle is incorporated into a conventional stepping-
次いで、アタッチメント14を介して電動ギヤモータ13をシートチューブ8に取り付けた後に、その出力軸13aに軸支した駆動輪体15の噛合面aを、リム16の一側周面16aに貼着した円環体17の噛合面bに面接させた状態で、アタッチメント14の本体29に対するモータ固定ブラケット31の取付けを仮止め状態とし、電動ギヤモータ13の取付位置調整をする。そして、調整完了後に、電動ギヤモータ13のケース本体13b内に接続したワイヤケーブル26のアウタ26aを、トップチューブ18の上面に沿ってハンドル5の右側グリップ5a位置まで導き、適宜にプラスティックバンドでアウタ26aを固定すると共に、上記右側グリップ5aに予め固定しておいた速度可変レバー27にワイヤケーブル26の先端を接続する。なお、この速度可変レバー27の固定位置に、変速ギアの切り替えレバー等がすでに取り付けられている場合は、図示しない左側グリップの近傍に速度可変レバー27を配置するようにしてもよい。Next, after attaching the
また上述のようにシートチューブ8に固定した電動ギヤモータ13の他側に、ローラ取付ブラケット36をシートスティ34とチェンスティ35との間に取り付け、リム16を挟んで駆動輪体15と押圧ローラ39が対向するように上記ローラ取付ブラケット36の固定位置を調整する。そして、然る後に、バッテリパック19をトップチューブ18に取付け固定し、その電力供給線19aを電動ギヤモータ13に接続すれば、電動自転車としての駆動構造の組み込みが完了することになる。Further, as described above, on the other side of the
次に、上記のように電動自転車として使用可能となった自転車1の実際の運転操作方法について以下に説明する。
まず運転操作に先立って、電動ギヤモータ13の起動スイッチ28をオンすると、該電動ギヤモータ13内の電磁クラッチ21が「接」となり、電動モータ20の回転駆動力が電磁クラッチ21、減速ギヤ機構22を経て出力軸13aに出力可能な待機状態となるとともに、制御部23がオンとなって速度可変レバー27の操作に連動する制御動作が可能な状態となる。そして、自転車1の搭乗者がハンドル5のグリップ5aに固定された速度可変レバー27を、図6(a)に示す仮想線位置方向に回動操作すると、その回動量に応じてワイヤケーブル26が引張され、同図(b)に示すように、ワイヤケーブル26に接続された調節子26が傾倒されることになる。この調節子25の傾倒変化を制御部23が検出することにより電動モータ20の回転速度の可変制御が行われ、出力軸13aの回転速度変化となって後輪3に回転駆動力が伝達されると共に、上記速度可変レバー27の操作位置を維持すれば、その操作量に応じた電動ギヤモータ13の回転速度が一定に継続されて自転車1は定速で走行することになる。Next, an actual driving operation method of the
First, prior to the driving operation, when the
ここで、上記速度可変レバー27をリリースすると、ワイヤケーブル26の引張が解除されて電動モータ20は回転速度を下げながら回転停止まで自動的に復帰し、自転車1は慣性力で緩やかに低速走行に移行するが、必要に応じて自転車1の搭乗者がペダル10、10の足踏み操作を行えば、通常の自転車と同様に走行が可能となる。Here, when the speed
上述のような通常の自転車と同様の走行時には、電動ギヤモータ13の電動モータ20は電磁クラッチ21を介して出力軸13aに連結された状態にあり、かつ駆動輪体15を介して後輪3の円環体17に噛合したままの状態を保持しているので、ペダル10、10の足踏み操作力は若干増加するものの、この場合には、後輪3の回転力が上記電動モータ20に逆に伝達されることになり、当該電動モータ20がバッテリパック19への充電動作が可能な発電機として機能し、その電力消耗が低減される、という利点を有することになる。When traveling in the same manner as a normal bicycle as described above, the
なお、図1に示す買い物かご12や荷台11に重量のある荷物を積載した場合には、自転車1の使用者は無理に自転車1に搭乗せずに、いわゆる押し歩きで自転車1を走行させることが交通安全上望ましい。この場合にも、速度可変レバー27を適宜に操作して、使用者の歩行速度と同速度で自転車1を押し歩きすることにより使用者の体力的負担を大幅に軽減することが可能となる。In addition, when a heavy load is loaded on the
また、図7に示すように、マウンテンバイクの構成を有するスポーツタイプの自転車40に、本発明の電動自転車の駆動構造を適用する際にも、前記実施の形態と同様に簡単な取り付け作業で電動自転車として使用することが可能となるが、この種の自転車においては、後輪のブレーキ構造がリムの両側を挟み込んで制動するキャリバーブレーキ、あるいはカンチブレーキをシートスティ34、34間に装着するようになっているため、後輪3のリム16の一側周面16aに円環体17を貼着すると、上記構成のブレーキが使用できなくなる。この場合には元のブレーキ構成を取り外した後に、図8に示すように、押圧ローラ39にバンドブレーキ機構42を同軸状に内装したローラ取付ブラケット41をシートスティ34とチェンスティ35の間に取り付けると共に、上記シートスティ34の位置まで配設されていた元ブレーキのブレーキワイヤ43をバンドブレーキ機構42に接続すれば、図示しないブレーキレバーのブレーキ操作で上記押圧ローラ39の回転を停止することにより、当該押圧ローラ39が圧着するリム16の回転を制動するブレーキ構成とすることができ、通常の自転車と同様に安全な走行を確保することができる。Also, as shown in FIG. 7, when the electric bicycle drive structure of the present invention is applied to a sports-
手動の車椅子の両輪に、本発明の電動自転車の駆動構造をそれぞれ取り付けることにより、簡単に電動車椅子に変更することができるようになる。By attaching the drive structure of the electric bicycle of the present invention to both wheels of a manual wheelchair, it can be easily changed to an electric wheelchair.
1 自転車
3 後輪
8 シートチューブ
13 電動ギヤモータ
13a 出力軸
15 駆動輪体
16 リム
16a 一側周面
17 円環体
a 噛合面
b 噛合面DESCRIPTION OF
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