(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的単純であり、小型軽量で可搬性が高く、かつ、所定のバッテリの充電で有用な走行範囲が得られる電動自転車を提供する。【解決手段】電動自転車１０は、フレーム１２から延設される一対の構造材を有するリアフォークアセンブリ２２と、該リアフォークアセンブリ２２の構造材間に設けられた車輪１６と、該車輪１６に近接して取付けられた電気モーター４４と、該車輪１６と該電気モーター４４の間に設けられた駆動機構を有する電動自転車１０であって、該駆動機構は、該電気モーター４４のシャフトに連結されて第１の複数歯を有する第１ギアと、該車輪１６に連結されて第２の複数歯を有する第２ギアとを有し、該第１ギアの歯は該第２ギアの歯と噛合し、該電気モーター４４のシャフトが回転すると該第２ギアが回転力を該車輪１６に与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームから延設される一対の構造材を有するリアフォークアセンブリと、該一対のリアフォークアセンブリの構造材間に設けられた車輪と、該車輪に近接して取付けられた電気モーターと、該車輪と該電気モーターの間に設けられた駆動機構とを有し、
該駆動機構は、該電気モーターのシャフトに連結されて第１の複数歯を有する第１ギアと、該車輪に連結されて第２の複数歯を有する第２ギアとを有し、
該第１ギアの歯は該第２ギアの歯と噛合し、該電気モーターのシャフトが回転すると該第２ギアが回転力を該車輪に与える電動自転車。
【請求項２】
請求項１に記載の電動自転車であって、
前記電気モーターは、前記車輪と、前記リアフォークアセンブリの構造材の一方の内側表面との間に取付けられている電動自転車。
【請求項３】
請求項１に記載の電動自転車であって、
前記フレームを構成するメインフレームパイプの上表面からシートパイプが延設されている電動自転車。
【請求項４】
請求項３に記載の電動自転車であって、
前記一対のリアフォークアセンブリのそれぞれは、前記メインフレームパイプの下部に位置する車輪取付ブラケットと、前記シートパイプから該車輪取付ブラケットまで延設されている第１パイプと、該メインフレームパイプの中央部から該車輪取付ブラケットまで延設されている第２パイプとを有している電動自転車。
【請求項５】
請求項１に記載の電動自転車であって、
前記モーターは、円盤形状の回転子を有する永久磁石型直流モーターから構成されている電動自転車。
【請求項６】
請求項１に記載の電動自転車であって、
前記電気モーターは直径と厚さを有しており、該直径が該厚さよりも大きい電動自転車。
【請求項７】
請求項１に記載の電動自転車であって、
前記フレームはメインフレームパイプから構成されており、前記一対のリアフォークアセンブリの構造材は該メインフレームパイプのリア部の両側面から延設されている電動自転車。
【請求項８】
請求項１に記載の電動自転車であって、
モーメンタリ型プッシュボタンスイッチとバッテリと制御ユニットが設けられており、
前記電気モーター、該モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ、及び該バッテリには該制御ユニットが電気的に接続されており、該制御ユニットは、該モーメンタリ型プッシュボタンスイッチが所定の時間内に押圧・解放される回数に応じて、該バッテリから該電気モーターへ電力を供給するように構成されている電動自転車。
【請求項９】
請求項８に記載の電動自転車であって、
前記所定の時間は、前記モーメンタリ型プッシュボタンスイッチが最初に押圧・解放される時に開始する電動自転車。
【請求項１０】
請求項９に記載の電動自転車であって、
前記モーメンタリ型プッシュボタンスイッチが最初に押圧・解放されたまま前記所定の時間内に再び押圧・解放されない場合には、前記制御ユニットは、前記電気モーターを素早く入切するように前記バッテリから該電気モーターに電力を供給する電動自転車。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電動自転車であって、
前記制御ユニットは、前記電気モーターが所定の第１の時間に入状態となった後第2の時間に切状態となり、該第１の時間と第２の時間がほぼ等しい電動自転車。
【請求項１２】
請求項９に記載の電動自転車であって、
前記モーメンタリ型プッシュボタンスイッチが最初に押圧・解放された後、前記所定の時間内に再び押圧開放された場合には、前記制御ユニットは、前記電気モーターを継続して入状態にするように前記バッテリから該電気モーターに電力を供給する電動自転車。
【請求項１３】
請求項８に記載の電動自転車であって、
前記フレームはメインフレームパイプから構成されており、前記バッテリと前記制御ユニットが該メインフレームパイプの内部に収められている電動自転車。
【請求項１４】
シャフトが回転すると車輪に回転力が与えられるように該車輪に連結された電気モーターと、モーメンタリ型プッシュボタンスイッチと、バッテリと、制御ユニットとを有する電動自転車であって、
該電気モーター、該モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ、及び該バッテリには制御ユニットが電気的に接続されており、該制御ユニットは、該モーメンタリ型プッシュボタンスイッチが所定の時間内に押圧開放される回数に応じて、該バッテリから該電気モーターへ電力を供給するように構成されている電動自転車。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電動自転車であって、
前記電気モーターは駆動機構を介して前記車輪に連結されており、
該駆動機構は、該電気モーターのシャフトに連結されて第１の複数歯を有する第１ギアと、該車輪に連結されて第２の複数歯を有する第２ギアとを有し、
該第１ギアの歯は該第２ギアの歯と噛合し、該電気モーターのシャフトが回転すると該第２ギアが回転力を該車輪に与えるよう電動自転車。
【請求項１６】
請求項１４に記載の電動自転車であって、
前記フレームはメインフレームパイプから構成されており、前記バッテリと前記制御ユニットが該メインフレームパイプの内部に収められている電動自転車。
【請求項１７】
フロント部とリア部を有するフレームと、該フレームのリア部から延設される一対の構造材を有するリアフォークアセンブリと、該一対のリアフォークアセンブリの構造材間に備えられたリア車輪と、シャフトが回転すると該リア車輪に回転力が与えられるように該リア車輪に連結された電気モーターと、該フレームのフロント部に回転可能に取付けられたフロントフォークアセンブリと、該フロントフォークアセンブリに取付けられたフロント車輪と、ハンドルバーが取付けられたハンドルバーパイプとを有する電動自転車であって、
該ハンドルバーパイプがクイックリリースクランプを介して前記フロントフォークアセンブリの上部に着脱可能に取付けられている電動自転車。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電動自転車であって、
前記クイックリリースクランプは、一方向に回転すると該クイックリリースクランプを締付け、他方向に回転すると該クイックリリースクランプを緩めるカム構造を有する電動自転車。
【請求項１９】
請求項１７に記載の電動自転車であって、
前記電気モーターは駆動機構を介して前記リア車輪に連結されており、
該駆動機構は、該電気モーターのシャフトに連結されて第１の複数歯から成る第１ギアと、該リア車輪に連結されて第２の複数歯から成る第２ギアとを有し、
該第１ギアの歯は該第２ギアの歯と噛合し、該電気モーターのシャフトが回転すると該第２ギアが回転力を該リア車輪に与える電動自転車。
【請求項２０】
請求項１７に記載の電動自転車であって、
前記フロント部にはフットレストパイプが接続されており、該フットレストパイプの両端部が外方に延びている電動自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二輪車に関する。特に、電動自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自転車は、二つの車輪と一対の回転可能なペダルを有しており、該ペダルを運転者が漕ぐことにより推進する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、漕ぐことに要する肉体的労力ゆえ、前記自転車は通常短距離にのみ用いられることとなる。また、例えば、電気自転車として周知の電動自転車はかさばり、重く、機械的に複雑なものである。そのかさばりと重量ゆえ、周知の電動自転車は、例えば、バスや電車や飛行機のような公共交通機関では容易に持ち運べない。さらに、周知の電動自転車は、バッテリに充電する必要が生じるまでの限られた範囲内でしか走行できない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、比較的単純であり、小型軽量で可搬性が高く、かつ、所定のバッテリの充電で有用な走行範囲が得られる電動自転車を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記した課題を解決するために、本発明は次の手段をとる。
本発明に係る電動自転車は、フレームから延設される一対の構造材を有するリアフォークアセンブリと、該一対のリアフォークアセンブリの構造材間に設けられた車輪と、該車輪に近接して取付けられた電気モーターと、該車輪と該電気モーターの間に設けられた駆動機構とを有し、該駆動機構は、該電気モーターのシャフトに連結された第１ギアと該車輪に連結された第２ギアとを有する。また、前記第１ギアは前記第２ギアの第２の複数歯と噛合する第１の複数歯を有し、前記電気モーターのシャフトが回転すると該第２ギアが該車輪に回転力を与える。
【０００５】
本発明のその他の特徴及び利点は、図面及び以下の詳細な説明を参酌することにより明らかになろう。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る電動自転車によれば、比較的単純であり、小型軽量で可搬性が高く、かつ、所定のバッテリの充電で有用な走行範囲が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
【実施例】
【０００８】
図１は本実施例に係る電動自転車（「電気自転車」ともいう）の斜視図である。
電動自転車１０には、フレーム１２に取付けられたフロント車輪１４とリア車輪１６が設けられている。フレーム１２はフロント部１９とリア部２１を有している。フレーム１２には、メインフレームパイプ１８、メインフレームパイプ１８のフロント部１９に取付けられたヘッドパイプ２０、及び、メインフレームパイプ１８のリア部２１に取付けられたリアフォークアセンブリ２２、が設けられる。リア車輪１６はリアフォークアセンブリ２２を介してフレーム１２に接続されている。フロントフォークアセンブリ２４はヘッドパイプ２０に回転可能に取付けられおり、フロント車輪１４はフロントフォークアセンブリ２４を介してフレーム１２に接続されている。
【０００９】
ヘッドバー２６はハンドルバーパイプ２８に接続されている。ハンドルバーパイプ２８は、クイックリリースクランプ３０を介してフロントフォークアセンブリ２４の上部に着脱可能に接続されている。クイックリリースクランプ３０は、例えば、一方向に回転するとクイックリリースクランプ３０を締付け、他方向に回転するとクイックリリースクランプ３０を緩めるカム構造から構成してもよい。クイックリリースクランプ３０が締付けられると、ハンドルバーパイプ２８はほぼ剛性的にフロントフォークアセンブリ２４の上部に接続される。ハンドルバーパイプ２８（及びそれに接続されたハンドルバー２６）は、クイックリリースクランプ３０を開放することにより、フロントフォークアセンブリ２４の上部から取外すことができる。一度開放されると、ハンドルバーパイプ２８（及びそれに接続されたハンドルバー２６）は、例えば、保管や運搬のために電動自転車１０から取去ることもできる。
【００１０】
また、フレーム１２には、メインフレームパイプ１８のリア部の上表面から延設されるシートパイプ３２が設けられる。シートパイプ３２の上端部にはシート３４が取付けられている。詳細な説明は省略するが、上述のようなクイックリリースクランプと同等の構成を利用して、シート３４も着脱可能にシートパイプ３２に取付けることができる。
【００１１】
リアフォークアセンブリ２２は、フレーム１２のリア部の両側面から延設されるＶ字形状の一対の構造材を有している。このＶ字形状構造材には、フレーム１２の左側面に取付けられた左側構造材３６と、フレーム１２の右側面に取付けられた同様の右側構造材が設けられている。
図１に示されているように、左側構造材３６は、左リア車輪取付ブラケット３８、第１パイプ４０、及び第２パイプ４２から構成されている。第１パイプ４０は、シートパイプ３２から左リア車輪取付ブラケット３８に向かって延設されている。図１によく示されているように、第１パイプ４０はメインフレームパイプ１８のリア部の左側に取付けられている。第２パイプ４２は、メインフレームパイプ１８の中央部の左側から左リア車輪取付ブラケット３８に向かって延設されている。左側構造材３６と同様の右側構造材においても、右リア車輪取付ブラケット、シートパイプ３２から右リア車輪取付ブラケットに向かって延設されている第１パイプ、及び、メインフレームパイプ１８の中央部の右側から右リア車輪取付ブラケット３８に向かって延設されている第２パイプ、が設けられている。左リア車輪取付ブラケット３８と右リア車輪取付ブラケットの間には、リアタイヤ１６が取付けられている。
【００１２】
電動自転車１０は電気モーター４４と、電気モーター４４とリア車輪１６の間に設けられた駆動機構によって推進する。図１によく示されているように、リアフォークアセンブリ２２の左側構造材３６においては、モーター取付ブラケット４６が第１パイプ４０と第２パイプ４２の間で左リア車輪取付ブラケット３８の上部に延設されている。リアフォークアセンブリ２２の左側構造材３６の内側表面には電気モーター４４が取付けられており、左側構造材３６の内側表面とリア車輪１６の間に配置されている。電気モーター４４をモーター取付ブラケット４６及び左リア車輪取付ブラケット３８に取付けるためには、複数の取付ボルト４３が用いられる。
【００１３】
図１に示されている電気モーター４４は、メインフレームパイプ１８内に配置されたバッテリ４８を電源とする直流（ＤＣ）電気モーターである。なお、バッテリ４８は直列接続された複数のリチウムバッテリセルから構成されることが望ましい。バッテリ４８をメインフレームパイプ１８の内部に配置することは、風雨から保護されるという点で有利である。
【００１４】
一つの実施例としての電気モーター４４は、軽量で巻線式の、円盤形状の回転子を有する永久磁石ＤＣモーターである。産業界で周知で購入可能な電気モーターで十分である。一つの適切な電気モーター４４としては、楔形状の断面を有する大きな磁石鉱から切出された複数の永久磁石を用いると有利である。このような永久磁石の大量生産は磁石にかかる費用の削減につながる。
【００１５】
駆動機構においては、電気モーター４４のシャフトに取付けられたピニオンギア（ピニオン）と、リア車輪１６の車輪リム５２の内側の環状表面に接続された大ギア５０が設けられている。ピニオンは、大ギア５０の一揃いの歯と噛合する一揃いの歯を有しており、電気モーター４４のシャフトが回転すると大ギア５０がリア車輪１６を回転させる構成となっている。
【００１６】
制御ユニット５４について詳述する。
制御ユニット５４は電気モーター４４を制御し、電気モーター４４、ハンドルバー２６に取付けられたモーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６、及びバッテリ４８に電気的に接続されている。モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６は、通常は開状態の電気接点から成り、モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６が押圧されると閉状態となる。バッテリ４８同様、制御ユニット５４もメインフレームパイプ１８内に配置されている。これによって風雨から保護される利点がある。
【００１７】
フットレストパイプ５８はフレーム１２のフロント部１９の下部表面に接続されている。フットレストパイプ５８の端部５９はメインフレームパイプ１８のフロント部１９の左右両側から外側に延びている。電動自転車１０の運転者はシート３４に座り、電動自転車１０の走行中は、フットレストパイプ５８の端部５９に足を載せる構成となっている。
【００１８】
電気モーター４４（あるいはもう一つの電気モーター）はリアフォークアセンブリ２２の右側構造材の内側表面に取付けられているため、リアフォークアセンブリ２２の右側構造材の内側表面とリア車輪１６との間に配置されることになる。
【００１９】
図１に示されている電動自転車１０は比較的単純であり、小型軽量で可搬性が高い。容易に取外し可能なハンドルバーパイプ２８によって、さらに可搬性が向上している。高効率電気モーター４４、低損失噛合式ギア駆動機構、及び高容量リチウムバッテリ４８によって、所定のバッテリの充電で非常に有用な走行範囲が得られる。
【００２０】
図２は、図１に示されている電動自転車１０の、一部破断して示す背面図である。図２に示されているように、また既に上述してきたように、駆動機構においては、電気モーター４４のシャフトに取付けられたピニオン６０と、リア車輪１６の車輪リム５２の内側の環状表面に接続された大ギア５０が設けられている。ピニオン６０は、大ギア５０の一揃いの歯と噛合する一揃いの歯を有しており、電気モーター４４のシャフトが回転すると大ギア５０がリア車輪１６を回転させる構成となっている。
【００２１】
このとき、大ギア５０のリア車輪１６への接続方法は他にも考えられる。例えば、リア車輪１６の車輪リム５２をハブに接続しているリア車輪１６のスポーク６４に、大ギア５０を接続することも可能である。このような大ギア５０の設置変更は特許請求の範囲内のものである。
【００２２】
図２に示されているように、電気モーター４４は厚さＴよりも大きな直径Ｄを有している。このため、リアフォークアセンブリ２２における左側構造材３６の内側表面６２とスポーク６４の間に電気モーター４４を設けることが可能となる。
【００２３】
図３は、図１及び図２に示されている電気モーター４４の側面図である。ここによく示されているように、電気モーター４４には複数の永久磁石７２が設けられており、また、モーター取付ブラケット４６及び左リア車輪取付ブラケット３８への電気モーター４４取付用の複数の取付ボルト４３も設けられている。本実施例における電気モーター４４の詳細な取付構造については周知技術のため、これ以上の詳しい説明は省略する。
【００２４】
図４は、図１に示されている制御ユニット５４の電気回路図である。通常は、制御ユニット５４は、図１〜図３に示されている電気モーター４４、図１に示されているモーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６、及び図1に示されているバッテリ４８に電気的に接続されている。図４においては、電気モーター４４及びモーメンタリ型プッシュスイッチ５６は記号表現されており、また、図１におけるバッテリ４８は複数のバッテリセル８０として記号表現されている。既に上述したように、複数のバッテリセル８０はリチウムバッテリセルであることが望ましい。
【００２５】
図４において、制御ユニット５４には、バッテリ制御モジュール８２及びモーター速度制御部８４が設けられている。外部電源への接続部８６はバッテリ４８のバッテリセル８０を充電する場合に用いられる。バッテリ制御モジュール８２は、各バッテリセル８０へ流入したり各バッテリセル８０から流出する電流を制御する。
【００２６】
モーター速度制御部８４は、パルス幅変調装置を介して電気モーター４４を二速制御する。通常は、モーター速度制御部８４は、モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６が所定の時間内に押圧・解放される回数に応じて、バッテリ４８から電気モーター４４へ電力を供給する。モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６が最初に押圧・解放されると、その所定の時間が開始する。モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６がその所定の時間内に再び押圧・解放されない場合には、モーター速度制御部８４は電気モーター４４を素早く入切し、その結果、電気モーター４４が入状態となっている時間は切状態となっている時間にほぼ等しくなる。この場合、電気モーター４４の負荷サイクルは約５０％となる。
【００２７】
モーター速度制御部８４が電気モーター４４を入切する速度は、選択された電気モーター４４及び他の因子の電気的・機械的特性に応じて一般に定められる。通常は、モーター速度制御部８４は電気モーター４４を、毎秒約１００回から４００００回の間で入切する。大抵の場合は、電気モーター４４のハム雑音や風切音が生じないようにするため、毎秒２００００回を超える入切速度が好ましい。
【００２８】
モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６は一度押圧・解放された後、所定の時間内に再び押圧・解放された場合には、モーター速度制御部８４は電気モーター４４を継続して入状態にする。この場合、電気モーター４４の負荷サイクルは１００％となる。
【００２９】
図４に示されているように、制御ユニット５４のモーター速度制御部８４には、三つのコンパレータ８８、９０、９２と二つの抵抗器・キャパシタ（ＲＣ）回路９４、９６が設けられている。コンパレータ８８は、モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６からＲＣ回路９４、９６を介して信号を受取り、その信号に応じてコンパレータ９２へ電力を供給する。コンパレータ９２は、コンパレータ８８の出力信号によって有効化される三角波発生回路の一部を成している。また、コンパレータ９０は、電気モーター４４とバッテリ４８を接続するスイッチング装置を作動させる。
【００３０】
各コンパレータ８８、９０、９２は二つの入力端子と一つの出力端子を有している。ＲＣ回路９４では、コンパレータ８８の第１の入力端子と接地（基準）電位の間にキャパシタＣ１が接続されている。ＲＣ回路９６では、コンパレータ８８の第２の入力端子と接地電位の間にキャパシタＣ２が接続されている。コンパレータ８８の出力端子とコンパレータ８８の第２の入力端子の間にはダイオードＤ１が接続されている。モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６は、押圧されるとバッテリ４８からＲＣ回路９４、９６に対して同時に電力を印加する。
【００３１】
既に上述したように、所定の時間は、モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６が押圧・解放された時に開始する。その所定の時間を定めるのは、ＲＣ回路９４、９６を構成する抵抗器とキャパシタの値である。通常は、ＲＣ回路９６の時定数はＲＣ回路９４の時定数よりも大きい。モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６が一度押圧・解放されて、所定の時間内に再び押圧・解放されない場合、コンパレータ８８はコンパレータ９２を有する三角波発生回路を有効にする出力信号を生成する。コンパレータ９０は三角波信号を受取り、その三角波信号によってスイッチング装置を作動させ、その結果、電気モーター４４が素早く入切される。上述したように、電気モーター４４が入状態となっている時間は、それに伴って電気モーター４４が切状態となっている時間とほぼ等しいので、電気モーター４４の負荷サイクルは約５０％となる。
【００３２】
モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ５６が一度押圧・解放された後、所定の時間内に再び押圧・解放された場合、コンパレータ８８はコンパレータ９２を有する三角波発生回路を無効にする出力信号を生成する。コンパレータ９２を有する三角波発生回路からの三角波信号がないと、コンパレータ９０はスイッチング装置を作動させ、電気モーター４４は継続的に入状態となる。上述したように、この場合は電気モーター４４の負荷サイクルは１００％となる。
【００３３】
少なくとも一つの望ましい実施例について詳述してきたが、本発明がこれに限られるものではないことは、いわゆる当業者には明確に理解されるはずである。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲を参酌してのみ解釈されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る電動自転車斜視図である。
【図２】図１に示されている電動自転車の背面図である。
【図３】図１及び図２に示されている電動自転車に係る電気モーターの側面図である。
【図４】図１に示されている電動自転車に係る制御ユニットの電気回路図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０      電動自転車（電気自転車）
１２      フレーム
１４      フロント（前）車輪（タイヤ）
１６      リア（後）車輪（タイヤ）
１８      メインフレームパイプ
１９      フロント部
２０      ヘッドパイプ
２１      リア部
２２      リアフォークアセンブリ
２４      フロントフォークアセンブリ
２６      ハンドルバー
２８      ハンドルバーパイプ
３０      クイックリリースクランプ
３２      シートパイプ
３４      シート
３６      左側構造材
３８      左リア車輪取付ブラケット
４０      第１パイプ
４２      第２パイプ
４３      複数の取付ボルト
４４      電気モーター
４６      モーター取付ブラケット
４８      バッテリ
５０      大ギア
５２      車輪リム
５４      制御ユニット
５６      モーメンタリ型プッシュボタンスイッチ
５８      フットレストパイプ
５９      端部
６０      ピニオン
６２      内側表面
６４      スポーク
７２      複数の永久磁石
８０      複数のバッテリセル
８２      バッテリ制御モジュール
８４      モーター速度制御部
８６      接続部
８８、９０、９２      コンパレータ
９４、９６      ＲＣ回路
【図１】
2004244018.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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