JP2002012181A - 前輪駆動アシスト自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 前輪に駆動部を持ちながらも、コーナリング
性を良好にすることができ、かつ使い勝手の良い前輪駆
動アシスト自転車を提供する。 【解決手段】 本発明の前輪駆動アシスト自転車は、前
輪に電動駆動部を設けた時の前輪の慣性を小さくするた
めに、後輪よりも前輪の径を小さくしており、ペダル７
を踏むことによって得られる人力駆動力は、クランク８
を回転させ、クランク８の回転と同時に前スプロケット
１７に駆動力が伝達される。そして、前スプロケット１
７と後スプロケットとに連結した連結帯、即ち、チェー
ン９によって後輪６を駆動する。入力される人力駆動力
と同じ大きさのトルクで盤状ケーシング２０内に内蔵さ
れたモータが駆動することになり、モータの駆動力によ
って前輪５を回転させる。このように、後輪６は人力駆
動力で、前輪５は人力駆動力と同じ大きさの電動駆動力
によって駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人力の駆動力をモ
ータの駆動力によって補助するアシスト自転車に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、人力による人力駆動部とモータに
よる電動駆動部との両方を兼ね備え、人力による駆動力
の大きさに応じてモータを駆動し、人力の駆動力をモー
タの駆動力によって補助する電動自転車、所謂、アシス
ト自転車が人気を呼んでいる。

【０００３】従来、このような電動自転車は、本出願人
が提案したような、モータで後輪を直接回転させる、所
謂、後輪駆動タイプの電動アシスト自転車が知られてい
る。また、特開平７−３２９８７３号公報、特開平８−
１５０９８１号公報、、特開平８−２０７８７５号公報
に示すように、前輪に駆動部を設けるものも知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな前輪に駆動部を設けるアシスト自転車では、前輪に
駆動部を有しながら車輪の径が後輪と同じであるため、
前輪の重量が重くなり、ハンドル操作の際に前輪の重さ
でハンドル操作がし難いといった問題点があった。そこ
で本発明は、前輪に駆動部を持ちながらも、コーナリン
グ性を良好にすることができ、かつ使い勝手の良い前輪
駆動アシスト自転車を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の請求項１に係る前輪駆動アシスト自転車
は、ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する人力駆動
部と、前輪部にモータを駆動源とする電動駆動部とを有
し、後輪よりも前輪の径を小さくするように構成した。

【０００６】この発明の請求項２に係る前輪駆動アシス
ト自転車は、ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する
人力駆動部と、前輪のハブ内にモータを駆動源とする電
動駆動部とを有し、後輪よりも前輪の径を小さくするよ
うに構成した。

【０００７】この発明の請求項３に係る前輪駆動アシス
ト自転車は、ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する
人力駆動部と、前輪のハブ内にモータを駆動源とする電
動駆動部とを有し、前記モータは車軸を中心に回転する
ようにし、後輪よりも前輪の径を小さくするように構成
した。

【０００８】この発明の請求項４に係る前輪駆動アシス
ト自転車は、ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する
人力駆動部と、前輪部にモータを駆動源とする電動駆動
部とを有し、前記電動駆動部は減速機を内蔵し、後輪よ
りも前輪の径を小さくするように構成した。

【０００９】これにより、本発明の前輪駆動アシスト自
転車は、前輪に電動駆動部を設けた時の前輪の慣性を小
さくするために、後輪よりも前輪の径を小さく設定して
あるので、コーナリング時に車体を傾ければ簡単に旋回
することができ、電動駆動部の重量が掛かるハンドルを
あまり切らなくても容易に旋回することができて、前輪
駆動にしてもハンドル操作が楽になり、旋回性を向上す
ることができる。

【００１０】この発明の請求項５に係る前輪駆動アシス
ト自転車は、ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する
人力駆動部と、前輪部にモータを駆動源とする電動駆動
部とを有し、前記人力駆動部の人力駆動力を伝達する回
転部材に人力駆動力を検出するトルクセンサを設け、該
トルクセンサの検出値に応じた駆動力で前記電動駆動部
の駆動力を制御し、後輪よりも前輪の径を小さくするよ
うに構成した。

【００１１】この発明の請求項６に係る前輪駆動アシス
ト自転車は、ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する
人力駆動部と、前輪部にモータを駆動源とする電動駆動
部とを有し、前記人力駆動部の人力駆動力を伝達する回
転部材に人力駆動力を検出するトルクセンサを設け、該
トルクセンサの検出値に応じた駆動力で前記電動駆動部
の駆動力を制御し、前記トルクセンサはスプロケットに
設け、後輪よりも前輪の径を小さくするように構成し
た。

【００１２】この発明の請求項７に係る前輪駆動アシス
ト自転車は、ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達する
人力駆動部と、前輪部にモータを駆動源とする電動駆動
部とを有し、前記人力駆動部の人力駆動力を伝達する回
転部材に人力駆動力を検出するトルクセンサを設け、該
トルクセンサの検出値に応じた駆動力で前記電動駆動部
の駆動力を制御し、前記トルクセンサは、人力の大きさ
によって伸縮する弾性体で構成し、後輪よりも前輪の径
を小さくするように構成した。

【００１３】これにより、前輪駆動にしてもハンドル操
作が楽になり、旋回性が向上することができる前輪駆動
アシスト自転車において、ペダルに連動したクランクに
固定したプレートと、前スプロケットとの間に人力の大
きさによって伸縮する弾性体を設け、プレートの周辺に
トルクセンサを取り付けることができ、構成が簡単でプ
レートの部分をユニット化することができるので組み立
てが簡単となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、前輪直接駆動タイプの電動
自転車の例を図面に基づいて説明する。図１は前輪直接
駆動タイプのアシスト自転車の全体斜視図であり、図
中、アシスト自転車本体には後述するモータ駆動部が備
えられており、人力によるトルクの大きさに応じてモー
タ駆動部の駆動力を変化させ、人力による力をモータ駆
動部の力によって補助して走行させるようになってい
る。

【００１５】前輪駆動アシスト自転車本体のメインフレ
ーム１は、前部に設けられたヘッドパイプ２、サドル４
から下方に設けられたシートチューブ３と連結されてい
る。ヘッドパイプ２にはハンドル１２と前輪５が取付け
てあり、前輪５はスポーク、リム、タイヤから構成さ
れ、前輪５のハブ内の回転軸１０の部分にはモータを内
蔵する盤状ケーシング２０が設けられている。前輪５は
ハンドル１２によって操舵されるようになっている。ま
た、後輪６もスポーク、リム、タイヤから構成され、人
力駆動部の駆動力で回転される。

【００１６】通常の自転車では前輪５と後輪６の径は同
一であるが、本発明の前輪駆動アシスト自転車は、前輪
に電動駆動部を設けた時の前輪の慣性を小さくするため
に、後輪６よりも前輪５の径を小さく、例えば前輪５の
径を２２インチに、後輪６の径を２６インチに設定して
ある。これにより、コーナリング時に車体を傾ければ簡
単に旋回することができ、電動駆動部の重量が掛かるハ
ンドル１２をあまり切らなくても容易に旋回することが
できる。従って、前輪駆動にしてもハンドル操作が楽に
なり、旋回性が向上することになる。

【００１７】盤状ケーシング２０は、図２に示すよう
に、前輪５と連動されて回転する回転側ケーシング２１
と前輪駆動アシスト自転車本体に固定される固定側ケー
シング２２とを備えており、更に、固定側ケーシング２
２にはモータの制御回路（図示しない）が内蔵固定され
ている。

【００１８】また、盤状ケーシング２０の固定側ケーシ
ング２２にはモータのステータ２３とブラシ２５が設け
られ、全体が車軸１０に固定されている。回転側ケーシ
ング２１にはモータのロータが固定され、前記ブラシ２
５から整流子２６を介して給電されるロータ２４の回転
力を、遊星歯車装置からなる減速装置を介して伝達され
るように構成されている。

【００１９】減速装置となる遊星歯車装置は、図３及び
図４に示すように、回転側ケーシング２１内に内歯車２
７と３個の遊星ギヤ２８及び車軸１０の周りのサンギヤ
１８から構成されていて、回転側ケーシング２１に伝達
された電動駆動力は前輪５を駆動する。

【００２０】盤状ケーシング２０の固定側ケーシング２
２はネジによって固定部材に固定され、固定部材はプレ
ート２９にネジ止めされ、プレート２９は、モータ駆動
による反力で固定側ケーシング２２が回転しないよう
に、自転車のフレームに固定されている。

【００２１】人力駆動部はペダル７、クランク８及びチ
ェーン９を備えており、使用者がペダル７を踏むことで
クランク８が回転し、チェーン９を介して前記後輪６を
回転させる。この例ではチェーンを人力の伝達部材とし
たが、これに限らずチェーンの代わりにベルト、回転軸
等によるものでも構わない。

【００２２】前輪５の操舵をするハンドル１２の左右両
端にはブレーキレバ１３，１３が取付けてあり、また前
輪５及び後輪６には夫々ブレーキ装置１４，１５が設け
てあり、ブレーキレバ１３，１３とブレーキ装置１４，
１５とはブレーキワイヤ１６によって連結されている。
また、ブレーキワイヤ１６の途中にはブレーキスイッチ
（図示せず）が設けてあり、ブレーキレバ１３，１３を
操作したときに盤状ケーシング２０に内蔵されたモータ
への通電が停止する機構になっている。

【００２３】サドル４から下方に設けられたシートチュ
ーブ３はモータの電源となるバッテリ部１１が取付けて
ある。このバッテリ部１１は、シートチューブ３にスラ
イド着脱可能に取付けられるバッテリケースと、該バッ
テリケースに収納した単一型充電式電池によって構成さ
れており、電源電圧は略２４ボルトである。

【００２４】１７は、前記ペダル７の回転と共に回転す
る前スプロケットで、前スプロケット１７にはチエーン
９が掛かっており、前スプロケット１７の回転を前記後
輪６に伝達するようになっている。前記クランク８や前
スプロケット１７を回転部材という。

【００２５】次に、前スプロケット１７の構造について
図４及び図５に基づき説明する。３０は、前記クランク
８のクランク軸と相対する位置に２ヶ所に形成された凸
部で、該凸部３０は前記前スプロケット１７が取り付け
られた側に形成されている。３１は、前記クランク８に
固定して取り付けられた円盤状のプレートで、該プレー
ト３１は前記クランク８からの人力駆動力を受けて前記
クランク８の回転と共に回転する。

【００２６】３２は、前記プレート３１にプレート３１
面と垂直方向に取り付けられた第１ピンで、該第１ピン
３２は、プレート３１から延設し前記前スプロケット１
７と遊びを設けて貫通している。また、３３は、前記前
スプロケット１７に前スプロケット１７と垂直方向に取
り付けられた第２ピンであり、該第２ピン３３は、前ス
プロケット１７から延設し前記プレート３１と遊びを設
けて貫通している。

【００２７】３４は、金属製で一部を切り欠いた弾性を
有するリング状の弾性体、即ちワッシャーバネで、該ワ
ッンャーバネ３４はプレート３１側に一つと前スプロケ
ット側１７に一つと、２本が設けてある。また、プレー
ト３１側のワッシャーバネ３４は、一端を前記プレート
３１に固定した前記第１ピン３２に、他端を前記前スプ
ロケット１７に固定した前記第２ピン３３にナットによ
って固定している。

【００２８】また、前スプロケット１７側に固定された
ワッシャーバネ３４は、一端を前記前スプロケット１７
に固定した第２ピン３３に、他端を前記プレート３１に
固定した前記第１ピン３２にナットによって固定してい
る。即ち、ペダル７を踏むことで動力伝達する人力駆動
力は、クランク８からプレート３１に伝わり、ワッシャ
ーバネ３４を撓ませて前スプロケット１７に伝達し、ワ
ッシャーバネ３４が撓んだときにプレート３１と前スプ
ロケット１７との回転にズレが生じるように、第１ピン
３２と前スプロケット１７との間に遊びを形成して取り
付けてある。

【００２９】また、第２ピン３３とプレート３１との間
に遊びを形成して取り付けてあるのも、前述同様のズレ
を生じさせるためである。また、前記ワッシャーバネ３
４は、ワッシャーバネ３４のリングの中心とクランク軸
とを偏心させた位置に取り付けてあり、特に第１ピン３
２、第２ピン３３はクランク軸から離れた位置に配置し
て取り付けてある。

【００３０】更に、第１ピン３２と第２ピン３３は、ク
ランク８の設けてある方向と約９０度の角度をもった位
置に配置してあり、第１ピン３２、第２ピン３３、及び
ワッンャーバネ３４等を取り付ける際にクランク８が邪
魔にならないようにしている。

【００３１】３５は、クランク軸の外周に設けられクラ
ンク軸に沿って移動可能に取り付けてあるリングホルダ
ーで、該リングホルダー３５は前記凸部３０と当接する
山形部３６が形成してあり、凸部３０が回転したときに
山形部３６は凸部３０に押されてクランク軸方向に移動
するようになっている。

【００３２】また、前記リングホルダー３５は、一部に
導電材料であるアルミ製のリング３７が設けられてお
り、リングホルダー３５の移動と共に移動する。更に、
リングホルダー３５には２本のボス３８が形成してあ
り、該ボス３８は前スプロケット１７に嵌挿されて前記
プレート３１と遊びを形成して貫通している。そして、
ボス３８と前スプロケット１７との間にはバネ３９がそ
れぞれ設けられており、リングホルダー３５はクランク
８側に付勢されている。

【００３３】４０は、前記リング３７よりも大きな径で
形成されリング３７の移動範囲近傍で本体フレーム１に
固定して設けられた検出手段、即ちコイルで、該コイル
４０は前記リング３７が移動することによるインダクタ
ンスの変化を電気信号として盤状ケーシング２０内の固
定側ケーシング２２に固定されているモータの制御回路
に出力する。ここで、リングホルダー３５、コイル４０
はトルクセンサとして前記ワッシャーバネ３４の撓みを
検出している。

【００３４】次に本実施形態の動作を、人力駆動力につ
いて説明をする。ペダル７を踏むことによって得られる
人力駆動力は、クランク８を回転させ、クランク８の回
転と同時にプレート３１も回転させる。プレート３１が
回転すると、ワッシャーバネ３４の第１ピン３２側から
第２ピン３３側に駆動力が伝達され、この時ワッシャー
バネ３４は撓みながら前スプロケット１７に駆動力が伝
達される。そして、前スプロケット１７と後スプロケッ
トとに連結した連結帯、即ち、チェーン９によって後輪
６を駆動する。

【００３５】次に前輪の駆動部である電動駆動力につい
て説明をする。人力駆動力によって人力トルクの生じた
分だけ撓んだワッシャーバネ３４は、プレート３１と前
スプロケット１７の回転にズレを生じさせる。この時、
このズレの分だけ凸部３０が山形部３６を押さえること
になり、リングホルダー３５はクランク軸方向に移動す
る。

【００３６】リングホルダー３５が移動すると、リング
３７もコイル４０内を移動することになり、人力トルク
の大きさをコイル４０のインダクタンスの変化として盤
状ケーシング２０内の固定側ケーシング２２に固定され
ているモータの制御回路に入力することになる。リング
ホルダー３５は、人力トルクが掛かっていないときは、
バネ３９の付勢力によって元に位置に戻るようになって
いる。

【００３７】そして、制御回路は、入力する人力駆動力
と電動駆動力の大きさが同じになるようにプログラムさ
れており、入力される人力駆動力と同じ大きさのトルク
で盤状ケーシング２０内に内蔵されたモータが駆動する
ことになり、モータの駆動力によって前輪５を回転させ
る。このように、後輪６は人力駆動力で、前輪５は人力
駆動力と同じ大きさの電動駆動力によって駆動される。

【００３８】上述する構成のように、前記ワッシャーバ
ネ３４の第１ピン３２によって取り付けられる部分を、
前記クランク８の回転中心より離れる方向に偏心させた
ので、ワッシャーバネ３４の中心とクランク８の回転中
心が同一である場合に比べ、同じ力でも撓む量が小さく
なるため、ワッシャーバネ３４の太さや強度を下げるこ
ことができ、ワッシャーバネ３４を軽量化することがで
きる。

【００３９】また、クランク８に固定したプレート３１
と、前スプロケット１７との間にワッシャーバネ３４を
設けたので、プレート３１の周辺にトルクセンサを取り
付けることができ、構成が簡単になる他、プレート３１
の部分をユニット化することができるので組み立てが簡
単になる。また、トルクセンサとして、上実施態様では
コイル４０のインダクタンスの変化を利用する例を示し
たが、他の公知のトルクセンサでも良いことは勿論であ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明の前輪駆動アシス
ト自転車は、前輪に電動駆動部を設けた時の前輪の慣性
を小さくするために、後輪よりも前輪の径を小さく、例
えば前輪の径を２２インチに、後輪の径を２６インチに
設定してある。これにより、コーナリング時に車体を傾
ければ簡単に旋回することができ、電動駆動部の重量が
掛かるハンドルをあまり切らなくても容易に旋回するこ
とができる。従って、前輪駆動にしてもハンドル操作が
楽になり、旋回性を向上することができる。

【００４１】また、前輪駆動にしてもハンドル操作が楽
になり、旋回性が向上することができる前輪駆動アシス
ト自転車において、ペダルに連動したクランクに固定し
たプレートと、前スプロケットとの間に人力の大きさに
よって伸縮する弾性体を設け、プレートの周辺にトルク
センサを取り付けることができ、構成が簡単でプレート
の部分をユニット化することができるので組み立てが簡
単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】前輪駆動アシスト自転車全体図。

【図２】盤状ケーシングの断面図。

【図３】遊星歯車装置の配置図。

【図４】前スプロケットの正面図。

【図５】前スプロケット側面図。

【符号の説明】

１ メインフレーム ２ ヘッドパイプ ３ シートチューブ ４ サドル ５ 前輪 ６ 後輪 ７ ペダル ８ クランク ９ チェーン １０ 車軸 １１ バッテリ部 １２ ハンドル １３ ブレーキレバ １４，１５ ブレーキ装置 １６ ワイヤ １７ 前スプロケット １８ サンギヤ ２０ 盤状ケーシング ２１ 回転側ケーシング ２２ 固定側ケーシング ２３ モータのステータ ２４ モータのロータ ２５ ブラシ ２６ 整流子 ２７ 内歯車 ２８ 遊星ギヤ ２９ プレート ３１ 円盤状のプレート ３２，３３ 第１、第２ピン ３４ リング状の弾性体 ３５ リングホルダー ３７ リング ３９ バネ ４０ コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６２Ｍ 11/14 Ｂ６２Ｍ 11/14 (72)発明者 相良 弘明 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 松本 敏宏 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 乾 誠貴 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダルからの人力駆動力を後輪に伝達す
   る人力駆動部と、前輪部にモータを駆動源とする電動駆
   動部とを有し、後輪よりも前輪の径を小さくしたことを
   特徴とする前輪駆動アシスト自転車。
2. 【請求項２】 前輪のハブ内にモータを内蔵することを
   特徴とする請求項１記載の前輪駆動アシスト自転車。
3. 【請求項３】 前記モータは車軸を中心に回転すること
   を特徴とする請求項２記載の前輪駆動アシスト自転車。
4. 【請求項４】 前記電動駆動部は減速機を内蔵すること
   を特徴とする請求項１記載の前輪駆動アシスト自転車。
5. 【請求項５】 前記人力駆動部の人力駆動力を伝達する
   回転部材に人力駆動力を検出するトルクセンサを設け、
   該トルクセンサの検出値に応じた駆動力で前記電動駆動
   部の駆動力を制御することを特徴とする請求項１記載の
   前輪駆動アシスト自転車。
6. 【請求項６】 前記トルクセンサはスプロケットに設け
   られることを特徴とする請求項５記載の前輪駆動アシス
   ト自転車。
7. 【請求項７】 前記トルクセンサは、人力の大きさによ
   って伸縮する弾性体で構成されることを特徴とする請求
   項５記載の前輪駆動アシスト自転車。