(57)【要約】      （修正有）【課題】自転車における駆動力を磁力によりアシストする磁力駆動装置について、コストを低廉に抑えながら小型化を図り、取り扱い容易なものとする。【解決手段】自転車の磁力駆動装置１は、自転車のチェーンホイール５に中心軸線を一致して設けられ、その中心軸線から同距離の周方向に一定間隔で複数個の永久磁石３１が配置されて駆動輪の回転とともに回転する回転板３と、この回転板３に相対して車体側に設けられ回転板３に対向する面に前記永久磁石３１と同数の電磁石２１がその永久磁石３１の回転軌道に沿うように周方向に一定間隔で配置された固定板２と、その電磁石２１に電力を供給して励磁させる電力供給手段であるバッテリー７と、この電力供給手段による電磁石２１への電力供給を制御する制御回路１０と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車のチェーンホイールに中心軸線を一致して設けられ前記中心軸線から同距離の周方向に一定間隔で複数個の永久磁石が配置されて前記チェーンホイールの回転とともに回転する回転板と、該回転板に相対して車体側に設けられ前記回転板に対向する面に前記永久磁石と同数の電磁石が前記永久磁石の回転軌道に沿うように周方向に一定間隔で配置された固定板と、前記電磁石に電力を供給して励磁させる電力供給手段と、該電力供給手段による前記電磁石への電力供給を制御する制御回路と、を備えた自転車の磁力駆動装置において、前記固定板には前記回転板の回転角位置を検出するセンサを備えており、前記制御回路が前記センサによる検出信号に基づいて前記電磁石への通電方向の正逆を切り換えながら、前記電磁石とこれに近接した前記永久磁石との間で磁気反発と磁気吸引を交互に生じさせることで前記回転板に回転力を付加するものとして、チェーンホイールにおける駆動力を補助することを特徴とする自転車の磁力駆動装置。
【請求項２】
自転車のチェーンホイールに中心軸線を一致して設けられ前記中心軸線から同距離の周方向に一定間隔で複数個の永久磁石が配置されて前記チェーンホイールの回転とともに回転する回転板と、該回転板に相対して車体側に設けられ前記回転板に対向する面に前記永久磁石と同数の電磁石が前記永久磁石の回転軌道に沿うように周方向に一定間隔で配置された固定板と、前記電磁石に電力を供給して励磁させる電力供給手段と、該電力供給手段による前記電磁石への電力供給を制御する制御回路と、を備えた自転車の磁力駆動装置において、前記固定板には前記回転板の回転角位置を検出するセンサを備えており、前記電磁石とこれに近接した前記永久磁石との間で磁気反発または磁気吸引を生じさせることで前記回転板に回転力を付加するものとして、チェーンホイールにおける駆動力を補助することを特徴とする自転車の磁力駆動装置。
【請求項３】
前記回転板が、チェーンホイールと略同径のサイズとして前記チェーンホイールと連動した状態で設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載した自転車の磁力駆動装置。
【請求項４】
前記センサがホール素子であって、前記回転板とともに回転しているセンサ用永久磁石との位置関係に応じて前記検出信号を前記制御回路に送信する位置にて前記固定板上に配置されていることを特徴とする請求項１，２または３に記載した自転車の磁力駆動装置。
【請求項５】
前記電力供給手段が主としてバッテリーであって、前記自転車の車輪に付設した発電手段としてのダイナモにより走行時に充電されることを特徴とする請求項１，２，３または４に記載した自転車の磁力駆動装置。
【請求項６】
前記電磁石は空芯コイルであることを特徴とする請求項１，２，３，４または５に記載した自転車の磁力駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車における駆動力を磁力によりアシストする磁力駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人による駆動力をモータで補助する電動アシスト自転車は、上り坂や重い荷物を載せている状況、或いは長距離の移動において運転者の肉体的負担を大きく軽減することが可能であり、しかも免許証や税金が不要であるため日本において近年広く普及しており、その年間販売台数は５０万台を超えるようになった。
【０００３】
しかし、このような利点がある電動アシスト自転車は、大容量のバッテリーや駆動用モータ等の比較的高価な部品を使用していることから、その販売価格が通常の自転車と比べて大幅に高いという難点がある。また、その使用後にはバッテリーを毎回充電する必要があるため、その着脱操作と充電作業に手間を要してしまうという問題もある。
【０００４】
これに対し、周方向に間隔を有して配置され車輪と連動して回転する永久磁石と、その回転軌道に沿うように周方向に間隔を置いて固定配置されたコアコイルとを備え、隣り合う一方のコアコイルへの通電で磁化されたコアと永久磁石の間に磁気反発作用を生起させるとともに、隣り合う他方のコアコイルへの非通電により磁化されないコアと永久磁石の間に磁気吸着作用を生起させることで、車輪に回転力を付与する方式とした磁力アシスト自転車が特許第５５６３１５２号公報に提案されている。
【０００５】
この公報に提示されている従来の磁力アシスト自転車は、図８に示したように、駆動用モータの代わりに永久磁石と電磁石の組合せただけの簡単な構成と、電磁石への通電・非通電を繰り返すだけの簡単な制御により、電動アシスト自転車と同様に車輪を回転駆動させること可能である。また、永久磁石の回転によりコイルに生じた電力をバッテリーに蓄えてコアコイルへの通電に使用する方式であるため、上述した電動アシスト自転車と比べて省電力としながらコストの低廉化を図っている。
【０００６】
しかしながら、この磁力アシスト自転車においては、駆動輪に比較的大きな永久磁石を取り付ける必要があり、それによる駆動装置が全体として大きく嵩張るため、車体重量を大幅に増加させる結果となってしまう。また、通常の自転車をそのまま使用できない構成であることから、コストの低減効果はさほど大きくはなく、且つ、駆動装置が大きく嵩張ることで汚れや破損に弱くなるため、取り扱いが難しくなりやすいという問題点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５５６３１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、自転車における駆動力を磁力によりアシストする磁力駆動装置について、コストを低廉に抑えながら小型化を図り、取り扱い容易なものとすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明は、自転車のチェーンホイールに中心軸線を一致して設けられその中心軸線から同距離の周方向に一定間隔で複数個の永久磁石が配置されて駆動輪の回転とともに回転する回転板と、この回転板に相対して車体側に設けられ回転板に対向する面に前記永久磁石と同数の電磁石がその永久磁石の回転軌道に沿うように周方向に一定間隔で配置された固定板と、その電磁石に電力を供給して励磁させる電力供給手段と、この電力供給手段による電磁石への電力供給を制御する制御回路と、を備えた自転車の磁力駆動装置において、その固定板には回転板の回転角位置を検出するセンサを備えており、制御回路がそのセンサによる検出信号に基づいて電磁石への通電方向の正逆を切り換えながら、電磁石とこれに近接した永久磁石との間で磁気反発と磁気吸引を交互に生じさせることで回転板に回転力を付加するものとして、チェーンホイールにおける駆動力を補助することを特徴とするものとした。
【００１０】
このように、比較的小径のチェーンホイールに取り付ける回転板に設けた永久磁石に相対して電磁石を固定的に配置するとともにその通電方向の正逆を所定のタイミングで切り替えて磁気反発と磁気吸引を繰り返しながら回転板と駆動輪に回転力を付加するという簡易な構成により、比較的低コストで人力による自転車の駆動を効率的に補助することが可能となり、且つ、その簡易な構成により取り扱いが容易になるとともに、既存の自転車にも適用しやすいものとなる。
【００１１】
また、その回転板をチェーンホイールと同径のサイズとしてチェーンホイールと連動した状態で設けることを特徴としたものとすれば、磁力駆動装置が全体としてより軽量でコンパクトになり、その取り扱いも一層容易なものとなる。
【００１２】
さらに、上述した磁力駆動装置において、センサがホール素子であって、その回転板とともに回転している永久磁石との位置関係に応じて検出信号を制御回路に送信する位置にて別途設けたセンサ用永久磁石を固定板上に配置されていることを特徴としたものとすれば、制御回路において複雑な制御手順を要することなく、電磁石への通電方向を的確なタイミングで切り替えることができる。
【００１３】
さらにまた、上述した磁力駆動装置において、その電力供給手段を主にバッテリーとして、自転車の車輪に付設した発電手段としてのダイナモにより走行時に充電されることを特徴としたものとすれば、通常の運転で蓄えた電力をそのまま使用しながらアシスト用の電力として活用できることから、バッテリーを毎回充電する手間を要さないものとなる。
【００１４】
この場合、その電磁石が空芯コイルであることを特徴としたものとすれば、駆動輪の回転において永久磁石の吸引作用による抵抗が生じにくいものとなる。
【００１５】
そして、上述した磁力駆動装置および車輪が回転することで発電する発電手段を備えており、磁力駆動装置がその発電手段で発電した電力を使用しながら運転者の人力による駆動力を補助するものとすれば、上述した磁力駆動装置による効果を総て実現できるものとなる。
【発明の効果】
【００１６】
回転板の電磁石に相対して電磁石を配置するとともに電磁石の通電方向の正逆を所定のタイミングで切り替えることで磁気反発と磁気吸引を繰り返しながら回転板に回転力を付加するものとした本発明によると、低コストを実現しながら取り扱いの容易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明における実施の形態の磁力駆動装置の構成図である。
【図２】図１の磁力駆動装置の回転板と固定板の対向面を開いて並べた正面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図１の磁力駆動装置において回転板の回転に伴う電磁石と永久磁石の相対位置と磁力の変化の関係を示す模式図である。
【図４】図３の模式図において２つのセンサによる信号と電流方向および磁力の変化の関係を示すグラフである。
【図５】図３の磁力駆動装置の変形例を示す模式図である。
【図６】図５の磁力駆動装置の更に異なる変形例を示す模式図である。
【図７】本発明における異なる実施の形態の磁力駆動装置の構成図の概略図である。
【図８】従来例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態である磁力駆動装置１の構成図を示しており、図２はその磁力駆動装置１において対向配置される回転板３と固定板２を開いた状態で示している。この磁力駆動装置１は、対向配置される固定板２および回転板３、制御回路１０、電力供給手段であるバッテリー７を備えており、発電手段としての自転車の車輪（図示せず）に付設したダイナモ６を備えた自転車に装着されて磁力アシスト自転車を構成するものである。
【００２０】
その回転板３は、円形の板材からなる本体３０が自転車のペダル４を軸支したチェーンホイール５と略同径のサイズとされ、チェーンホイール５の内側面にその中心軸線を同一にして固定されており、駆動輪およびチェーンホイール５の回転とともに回転するものであり、その固定板２は、円形の板材からなる本体２０が回転板３の本体３０と略同径のサイズとされ、回転板３に対向しながらそれと中心軸線を同一にして車体側に固定されるものである。
【００２１】
また、チェーンホイール５に固定されて回転可能に配置される回転板３には、図２に示すように、その中心軸線から同距離の外縁側において、周方向に一定間隔で例えば４個の永久磁石３１が極性を揃えて配置されている。一方、車体側に回転不能な状態で固定される固定板２は、回転板３の永久磁石３１を配置した面に相対して設けられ、その対向する面に前記永久磁石３１と同数である４個の電磁石２１が、永久磁石３１の回転軌道に沿うように周方向に一定間隔で配置されており、その４個の電磁石３１が制御回路１０に配線で各々接続されて、その通電を制御されるようになっている。
【００２２】
また、チェーンホイール５が例えば軽合金のような非磁性体により形成されている場合は永久磁石３１の磁力がチェーンホイール５に影響することはないが、チェーンホイール５が例えば鉄のような磁性体により形成されている場合は永久磁石３１の磁力がチェーンホイール５にまで影響するので回転板３とチェーンホイール５との間を２〜３ｍｍ程度離しておくことで永久磁石３１の磁力がチェーンホイール５にまで影響するのを防止することができる。
【００２３】
尚、使用する永久磁石は、異方性フェライト磁石でもよいが、小型、薄型で強力な磁力を有するネオジム磁石を用いることが好ましい。
【００２４】
このように、本実施の形態は、チェーンホイール５に付設される回転板３の永久磁石３１に対向するように電磁石２１を固定的に配置するとともに、制御手段である制御回路１０でその通電方向の正逆を所定のタイミングで切り替えながら回転板３および駆動輪に対し磁力による回転力を付加する方式を採用したものであり、斯かる簡易な構成により、通常の自転車にもそのまま適用しやすいものとしながら、比較的低コストで人力による自転車の駆動を効率的に補助することを可能とし、且つ、その簡易な構成により取り扱いも極めて容易なものとしている。
【００２５】
殊に、本実施の形態においては、図２に示すように、固定板２上に回転板３の回転角位置を検出するホール素子からなる磁気センサ２５ａ，２５ｂを所定位置に備えて制御回路１０に電気信号（検出信号）を入力するようになっており、制御回路１０が、その電気信号に基づいてバッテリー７からの各電磁石２１への電力供給における通電方向を切り換えながら、電磁石２１とそれに近接している永久磁石３１との間で磁気反発と磁気吸引を交互に生じさせて、回転板３に回転力を付加しながら駆動輪における駆動力を補助（アシスト）するものとしている。
【００２６】
尚、固定板２に取り付ける電磁石２１としては、永久磁石３１による吸引作用で駆動輪の回転に対し抵抗が生じるのを防止して始動をスムースにする観点から、コイルの中心に鉄芯を配置しない空芯コイルが好適である。また、電力供給手段であるバッテリー７は、自転車の車輪に付設されているダイナモ６で走行時に発電した電力により充電される方式であり、通常の運転で蓄えた電力を使用しながらアシスト用の電力として活用できることから、その蓄電容量は小さくて済むとともに、これを毎回充電する手間は不要なものとしている。
【００２７】
以下に、電磁石２１に対する通電方向の正逆を所定のタイミングで切り替えながら駆動輪の回転力を補助する本発明の方式について図３，４を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図２に示したように、固定板２の回転板３に相対している面には、１つの電磁石２１を周方向に挟むように２つのホール素子によるセンサ２５ａ，２５ｂが配設されており、これらは回転角で約４５度の間隔を有している。図３（Ａ）を参照して、回転板３の回転により永久磁石３１がセンサ２５ａに接近すると、図４のグラフの左端側に示すように、ホール効果によりセンサ２５ａから電気信号が制御回路１０に送信され、この電気信号をトリガとして制御回路１０が電磁石２１への通電を反転させることで、電磁石２１と永久磁石３１との間で磁気吸引作用を発揮させる。
【００２９】
この電磁石２１に対する通電方向の切り替えは、図４のグラフに示したように、センサ２５ａ，２５ｂによる電気信号の立ち上がりと立ち下がりを利用しながら所定の間隔を設けている。そして、図３（Ｂ）に示すように、センサ２５ｂに永久磁石３１が接近すると、センサ２５ｂから電気信号が制御回路１０に送信され、電磁石２１への通電方向が反転し、これに重なっている永久磁石３１を破線矢印の向きに磁気反発させる。そして、次の図３（Ｃ）以降、前述と同様の動作を繰り返しながら、回転板３に対し一定方向の回転力を付加するものである。
【００３０】
このように、回転板３に周方向等間隔で配置された永久磁石３１が、電磁石２１に近づいたら磁気吸引し、電磁石２１に重なったら磁気反発するような位置にセンサ２５ａ，２５ｂが配置されており、制御回路１０で通電制御しながら的確なタイミングで回転板３および駆動輪の回転力を補助する方式となっている。そして、この制御のタイミングは固定板２に配置された２つのセンサ２５ａ，２５ｂのセンサ信号のみに基づくことから、制御回路１０において複雑な制御手順を要しないため、そのコストを低廉に抑えることができる。
【００３１】
図５は、図１の磁力駆動装置１のセンサ２５ａ，２５ｂの配設位置を変更した場合の変形例を示している。上述した磁力駆動装置１においては、回転板３の回転により永久磁石３１がセンサ２５ａ，２５ｂに接近したタイミングで電気信号を出力することで電磁石３１への通電方向を反転させているが、電磁石２１に接近した永久磁石３１の磁力が過剰に強くなる場合は、センサ２５ａ，２５ｂが永久磁石３１に近づく前のタイミングでセンサ信号を出力してしまう場合がある。
【００３２】
そこで、この変形例では、センサ２５ａ，２５ｂを中心軸寄りに移動させるとともに、これらで回転角位置を検出させるための小さなセンサ用永久磁石３５を４つの永久磁石３１に相対して各々配設した構成となっている。これにより、永久磁石３１と電磁石２１の間で強い磁気反発力・磁気吸引力を発揮可能としながら、正確な通電制御を行いやすいものとなる。
【００３３】
また、図６は、図１の磁力駆動装置１のセンサ２５ａ，２５ｂの配設位置を更に変更した場合の変形例を示している。具体的には、前記図５に示した変形例において、センサ２５ａ，２５ｂの間に回路を休止させるためのセンサ２５ｃを設けるとともに、前記センサ２５ｃに相対するもう一つのセンサ用永久磁石３５を設けたものであり、これらのセンサ２５ｃとセンサ用永久磁石３５を休止用のセンサとすることで、センサ２５ａ，２５ｂの間での正逆の切り換えを確実に行うことができるものである。
【００３４】
更に、図７は本発明である磁力駆動装置１の異なる実施の形態を示すものであり、図１に示した実施の形態ではチェーンホイール５に固定されて回転可能に配置される回転板３の側面に永久磁石３１を配置するとともに前記回転板３の側面に相対して配置される固定板２の本体２０に電磁石２１が配置されているが、本実施の形態では、回転板３の外周面３２に永久磁石３１を配置するとともに前記回転板３の外周面３２に相対して配置される固定板２のフランジ部の内周面２２に電磁石２１が配置されている点が異なる。
【００３５】
本実施の形態によると、図１に示した実施の形態が電磁石２１と永久磁石３１とを平面位置において互いに正確に位置合わせする手間が必要であるのに対して位置合わせが簡単であり、また、図５に示したように、駆動力を発揮させる永久磁石３１と、制御を行うセンサ用永久磁石３５を互いに磁力の影響を避けて正確な制御を確実に行うことができるものである。
【００３６】
尚、上述した磁力駆動装置１およびその変形例は、発電手段としてのダイナモを備えた既存の自転車に設けることで磁力アシスト自転車を構成することのほか、当初からこれを備えた磁力アシスト自転車として製造しても良いことは言うまでもない。また、その回転板３は、自転車のチェーンホイール５に別途取り付ける。
【００３７】
以上、述べたように、磁力アシスト自転車について、本発明によりコストを低廉に抑えながら、取り扱い容易なものとなった。
【符号の説明】
【００３８】
１  磁力駆動装置、２  固定板、３  回転板、４  ペダル、５  チェーンホイール、６  ダイナモ、７  バッテリー、１０  制御回路、２１  電磁石、２２  内周面、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ  センサ、３１，３５  永久磁石、３２  外周面
【図１】
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【図２】
2020174455.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020174455.tif 000006
【図５】
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【図６】
2020174455.tif 000008
【図７】
2020174455.tif 000009
【図８】
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