(57)【要約】【目的】一般の自転車等に対して、自転車等を改造することなく簡単に装着でき、且つ減速機構若しくは増力機構を備えた省電力式の電動駆動装置を提供する。【構成】畜電器（８１）と、電動機（２５）と、駆動輪（１）と、減速機構と、制御回路等とからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車、車椅子その他の人力により進行する装置の車輪の外周、若しくはその近傍を摩擦回転駆動する略円筒形状の、電動機により駆動される駆動輪（１）を備えた車輪駆動装置において、人力以外の動力源である電動機の回転軸から該駆動輪（１）の車輪への駆動力伝達部、即ち、該駆動輪（１）の外周部へ至る動力伝達径路中に一方向クラッチ機構と減速機構とを備え、該電動機の正逆の回転方向の切替により減速作用の作動、非作動を切替るようにしたことを特長とする自転車用電動式車輪駆動装置。
【請求項２】
上記駆動輪（１）を備えた車輪駆動装置において、該電動機の回転軸から該駆動輪（１）の車輪への駆動力伝達部、即ち、該駆動輪（１）の外周部へ至る動力を伝達径路中に一方向クラッチ機構のみを備え、車輪の人力若しくは走行惰力による回転に伴って該駆動輪（１）が電動機の回転軸に先行して回転するとき、上記一方向クラッチが空滑りして電動機が余分な負荷とならない機構としたことを特長とする請求項１記載の自転車用電動式車輪駆動装置。
【請求項３】
図１に示すように、駆動輪（１）の内部に減速機構（１２）、（１３）及び（１９）と、複数の一方向クラッチ（１０）、（１１）及び（２１）とを備え、その片方若しくは両方から電動機動力が入力される動力入力軸（９）の正方向回転若しくは逆方向回転に伴い、該駆動輪（１）の回転方向は変わらず、回転速度及び回転力が変更される機構としたことを特長とする請求項１記載の自転車用電動式車輪駆動装置。
【請求項４】
図２に示すように、駆動輪（１）の外部に減速機構（１２）、（１３）及び（１９）と、複数の一方向クラッチ（１０）、（１１）及び（２１）とを備え、動力入力軸（９）の正方向回転若しくは逆方向回転に伴い、該駆動輪（１）の回転方向は変わらず、回転速度及び回転力が変更される機構としたことを特長とする請求項１記載の自転車用電動式車輪駆動装置。
【請求項５】
図３に示すように、駆動輪（１）の外部にプーリー（３１）及び（３２）と、これらのプーリー間で動力を伝達するベルト（３３）を備えると共に、減速機構（３４）及び（３５）と、複数の一方向クラッチ（１０）、（１１）及び（３９）とを備え、動力入力軸（９）の正方向回転若しくは逆方向回転に伴い、駆動輪１の回転方向は変わらず、回転速度及び回転力が変更される機構としたことを特長とする請求項１記載の自転車用電動式車輪駆動装置。
【請求項６】
図４に示すように、コの字型受台（７１）と、２個の取付棒（７２）と、該コの字型受台（７１）に備えられた結合穴（７６）及び（７７）と、縦板（６）の上記結合穴（７６）及び（７７）にそれぞれ対応した位置に備えられた結合穴（６１）及び（６２）と、該結合穴（６１）及び（７６）を回転自在に貫通する取付軸（７８）と、結合穴（６２）及び（７７）を貫通した適宜の締め具（７９）とからなる取付具を備えたことを特長とする自転車用電動式車輪駆動装置。
【請求項７】
図５に示すように、２枚の縦板の一方の外側に電動機、他方の外側に畜電器（８１）（電力貯蔵装置若しくは電力発生装置を含む。）を備えて畜電器（８１）、電動機（２５）及び駆動輪（１）を一体構成としたことを特長とする自転車用電動式車輪駆動装置。
【請求項８】
図６に示すように、電動機（２５）に回転数検出器（１０１）を備えると共に、回転方向切替回転数値を記憶する記憶装置（１０６）と、比較演算回路（１０５）と、電動機制御回路（１０４）と、電動機駆動回路（１０２）と、畜電器（８１）と、速度調節器（１０７）とを備えて、電動機（２５）の回転数が該記憶装置（１０６）に予め記憶された回転数値を境にして回転方向を自動的に変更されるようにしたことを特長とする請求項１記載の自転車用電動式車輪駆動装置。
【請求項９】
図６及び図７に示すように、電動機制御回路（１０４）と速度調節器（１０７）との間に接断スイッチ（１０３）と補正器（１０８）とを備え、該接断スイッチ（１０３）が接の場合は補正器（１０８）はバイパスされて作動せず、電動機制御回路（１０４）を通常モード即ち正常モードとして作動させ、一方接断スイッチ（１０３）が断の場合は補正器（１０８）が作動して電動機制御回路（１０４）を、電動機駆動回路（１０２）から電動機（２５）へ供給される電流を予め設定した量だけ下方に補正するように作用せしめて、電流消費を少なくする省エネルギーモードとして作動するようにしたことを特長とする請求項１記載の自転車用電動式車輪駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
ペダルに踏力を加えて走行する一般的な自転車、手動式の車椅子、手押し式のゴルフカート、手押し式の荷物運搬台車等に付加装着して利用する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機の出力を歯車、ベルト等を介してペダル軸又はチエーンに伝達する方式、車輪のハブ部に電動機を直結した方式、若しくは、電動機により回転駆動する円筒形状の駆動輪をタイヤ又はその近傍を摩擦駆動する方式のものがあった。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
これには、次のような問題点があった。
（イ）電動機出力を歯車、ベルト等を介してペダル軸又はチエーンに伝達する方式のものにあっては、構造上専用の自転車等を準備する必要があり、高価になると共に、既存の一般の自転車等に簡単に装着できないので汎用性に欠る。
（ロ）車輪のハブ部に電動機を備えた方式にあっては、前輪又は後輪の中央部又はその近傍に電動機を備える必要があるため、車体重心位置が前方又は後方に偏り、走行安定性が低下する。
（ハ）電動機により回転駆動する円筒形状の駆動輪をタイヤ又はその近傍に押しつけてタイヤ等を摩擦駆動する方式のものにあっては、既存の自転車等に容易に装着できる利点はあるものの、減速機構がなかったため、登坂能力に劣った。また減速機構を備えたものにあっては登坂能力は大きいものの、電力消費が大きいため、走行距離が短くなる問題点があった。更に、減速比率を変更できる変速機を備えた場合は高価になり、普及しにくいという問題点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
通常走行と減速走行若しくは増力走行との切替を、電動機の正回転と逆回転の切替で行えるようにする。即ち、手動によるスイッチ操作若しくは自動によりこの切替を行う。このため、車輪に動力を伝達する手段である駆動輪の内部若しくは外部近傍に一方向クラッチ、減速機構、ベルト伝達機構を選択組み合せて使用する。
【０００５】
【作用】
通常の自転車等に対して、自転車等に改造を加えることなく簡単に付加装着できる汎用性を達成することができると共に、簡単なスイッチ操作若しくは自動で減速若しくは増力ができるので、登坂能力が向上すると共に電力消費を低減し、走行距離を延伸させることができる。
【０００６】
【実施例】
図１は本発明の第１の実施例における基本構成図（縦断面図）であり、図１Ａは図１中に示すＡ−Ａ’断面図を示す。なお、図１Ａにおいて、中心歯車（１２）、中間歯車（１３）、及び内方歯車（１９）の歯車径は歯車の平均径即ちピッチ円を表している。以下、詳細について図面と共に説明する。
（イ）電動機に直結又は連結されていて、その片側若しくは両側から動力が入力される駆動入力軸（９）が１つの方向に回転（以下正回転と呼ぶ。）するとき、一方向クラッチ（１０）はかん合し、駆動輪（１）は正回転してタイヤ（７）を摩擦回転させるので、自転車等は前進する。このとき、一方向クラッチ（１１）は空転し、中心歯車（１２）、中間歯車（１３）、内方歯車（１９）及び内方歯車保持体（２０）は静止状態を保つ。また、同時に一方向クラッチ（２１）は空転し動輪（１）の正回転を妨げることはない。
（ロ）一方、電動機が逆回転して駆動入力軸（９）が逆回転するとき、一方向クラッチ（１０）は空転し、一方向クラッチ（１１）はかん合して歯車機構（１２）、（１３）、及び（１９）は噛合作動するが、中間歯車軸（１４）は中間歯車保持体（１５）、回転止め板（１７）を介して縦板（６）に固定しているため、内方歯車（１９）は正回転し、一方向クラッチ（２１）はかん合して駆動輪（１）を正回転させる。このとき、中心歯車（１２）と内方歯車（１９）との歯数の比により、減速比が定まる。すなわち、スイッチ操作等により電動機を逆回転させると、駆動輪（１）は正回転のまま減速され、回転力は増加するので登坂能力が増加する。
なお、駆動輪（１）と縦板（６）の間には軸受ブッシュ（５）が備えられていると共に、駆動輪（１）と中間歯車軸保持体（１５）との間及び中間歯車軸保持体（１５）と駆動入力軸（９）との間にはそれぞれベアリング（２３）及び（２２）が備えられて駆動輪（１）及び駆動入力軸（９）の回転が円滑に行われる。
なお、駆動輪（１）の外周には摩擦係数を向上させる手段（８）（全面凹凸、軸方向の畝状の凹凸、ゴム、プラスチック等摩擦係数の高い材料の使用を含む。）を備えて、タイヤ（７）との間の滑りを低減させる手段が講じられている。また、減速機構には歯車のみならず、円周部が摩擦係数の高いローラーを使用することもできる。
【０００７】
図２は本発明に係る第２の実施例における基本構成図（縦断面図）である。
以下、詳細について図面と共に説明する。
（イ）電動機（２５）に直結又は連結された駆動入力軸（９）が正回転するき、一方向クラッチ（１０）はかん合し、動輪（１）は正回転してタイヤ（７）を摩擦回転させるため自転車等は前進する。このとき、一方向クラッチ（１１）は空転し、中心歯車（１２）、中間歯車（１３）、内方歯車（１９）及び内方歯車保持体（２０）は静止状態を保つ。また、同時に一方向クラッチ（２１）は空転して動輪（１）の正回転を妨げることはない。
（ロ）一方、電動機（２５）が逆回転して駆動入力軸（９）が逆回転するとき、一方向クラッチ（１０）は空転し、一方向クラッチ（１１）はかん合して歯車機構（１２）、（１３）、及び（１９）は噛合作動するが、中間歯車軸（１４）は回転止め板（１７）を介して縦板（６）に固定しているため、内方歯車（１９）は正回転し、一方向クラッチ（２１）はかん合して動輪（１）を正回転させる。このとき、中心歯車（１２）と内方歯車（１９）との歯数の比により、減速比が定まる。すなわち、スイッチ操作等により電動機を逆回転させると、駆動輪（１）は正回転のまま減速され、回転力は増加し、登坂能力が増加する。
【０００８】
図３は本発明に係る第３の実施例における基本構成図（縦断面図）であり、図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ図３中のＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面図を示す。なお、図３Ｂにおいて、中心歯車（３５）及び外歯車（３４）の歯車径は歯車の平均径即ちピッチ円を表している。以下、詳細について図面と共に説明する。
（イ）電動機に直結又は連結された駆動入力軸（９）が正回転するとき、一方向クラッチ（１０）はかん合し、動輪（１）は正回転してタイヤ（７）を摩擦回転させるため自転車等は前進する。このとき、一方向クラッチ（１１）は空転するため、プーリー（３１）、ベルト（３３）、プーリー（３２）は動作しない。駆動輪（１）の正回転により、駆動輪（１）に固定されている中心歯車（３５）とこれに噛合している外歯車（３４）はそれぞれ正回転及び逆回転するが、一方向クラッチ（３９）は空転するので駆動輪（１）の正回転を妨げることはない。（ロ）一方、電動機が逆回転して駆動入力軸（９）が逆回転するとき、一方向クラッチ（１０）は空転し、一方向クラッチ（１１）はかん合してプーリー（３１）、ベルト（３３）、プーリー（３２）は作動し、外歯車（３４）は逆回転し、中心歯車（３５）は正回転し、駆動輪（１）を正回転させる。このとき、中心歯車（３５）と外歯車（３４）との歯数の比により、減速比が定まる。すなわち、スイッチ操作等により電動機を逆回転させると、駆動輪（１）は正回転のまま減速され、回転力は増加し、登坂能力が増加する。
【０００９】
図４は本発明に係る第４の実施例における基本構成図（側面図）であり、図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ図４の左側面図及び上面図であり、車体に対する取付機構並びに駆動輪とタイヤとの間の接離機構を示す。以下、詳細について図面と共に説明する。
車体の適宜の部位、例えばサドル下部から後輪軸へ至る２本の斜めフレーム（７３）に対して、コの字型受台（７１）は２本の取付棒（７２）及びボルト（７４）、ナット（７５）で固着される。
コの字型受台（７１）に備えられた結合穴（７６）と、これに対応した位置に縦板（６）に備えられた結合穴（６１）を回転自在に貫通して取付軸（７８）が貫通され、コの字型受台（７１）と縦板（６）とは回転自在に結合されるので駆動輪（１）はタイヤ（７）に対して接離作用を持つ。また、コの字型受台（７１）に備えられた結合穴（７７）と、これに対応した位置に縦板（６）に備えられた結合穴（６１）を中心とする円弧状の結合穴（６２）を貫通して適宜の締め具（７９）でコの字型受台（７１）と縦板（６）とは密着固定されるので、駆動輪（１）の上下位置を所望の位置に固定することができる。
なお、自転車における場合、駆動輪（１）の取付部位はサドル後方に限定されず、ペダル軸の後方や前輪の上部等を選定することができる。
【００１０】
図５は本発明に係る第５の実施例における基本構成図（縦断面図）である。
以下、詳細について図面と共に説明する。
第１の実施例において、右側縦板（６）の外側に１個の電動機（２５）を設置すると共に、左側縦板（６）の外側に畜電器（８１）を設置し、これらをカバー（２７）で覆うとき、本発明の基本部材である畜電器（８１）と、電動機（２５）と、駆動輪（１）とは一体構造にまとめられるので、小型化が達成されると共に、車体への装着も容易となる。なお、図５中に畜電器（８１）から電動機（２５）への電力供給用のケーブルダクト（８２）が備えられている。またこの場合、図６に示す速度調節器（１０７）、接断スイッチ（１０３）及び補正器（１０８）のみを手動操作しやすいハンドル部等に設置すればよい。
【００１１】
図６は本発明に係る第６の実施例における基本構成図である。
以下、詳細について図面と共に説明する。
畜電器（８１）からの電流は電動機駆動回路（１０２）を介して電動機（２５）を回転し、その駆動力が駆動輪（１）を回転させて自転車等を進行させるが、電動機（２５）の内部若しくは近傍に回転数検出器（１０１）を備え、一方、正逆の回転方向の所望切替回転数値Ｒ１を回転方向切替回転数値を記憶する記憶装置（１０６）に予め記憶させておき、これらの出力信号を比較演算回路（１０５）で比較し、この出力を集積回路からなる電動機制御回路（１０４）に供給することにより、電動機（２５）の回転数がＲ１より小さい場合は電動機（２５）を逆回転させ、電動機（２５）の回転数がＲ１を超えた場合は電動機（２５）を正回転させるようにすることができ、低速時には減速機構が作動して増力状態に自動切替することができる。
即ち、電動機（２５）の回転数と駆動輪（１）の回転数は正逆回転それぞれの場合において比例関係にあり、また、駆動輪（１）の外周速度とタイヤ（７）の外周速度と車体の進行速度とはほぼ同一であるから、車体の進行速度が低速の時は増力機能を自動的に発揮し、車体の進行速度が高速になると増力機能を自動的に停止させることができるので低速時の増力及び高速時の省電力が自動的に達成できる。
なお、車体の進行速度は速度調節器（１０７）で手動調節される。
【００１２】
【考案の効果】
一般の自転車等に簡単に付加装着して電動式とすることができる装置を提供できるので、専用の自転車等を新たに開発して使用する必要がなく、安価に電動自転車等を提供できると共に、省電力式の減速機構若しくは増力機構を備えて適宜登坂能力を向上させることができ、更に平坦路等で左程大きな動力を必要としない場合、省エネルギーモードを働かせることにより電力の消費を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】、
【図１Ａ】はそれぞれ第１の実施例における駆動輪及び周辺装置の基本構成図（縦断面図）及び部分断面図、
【図２】は第２の実施例における駆動輪及び周辺装置の基本構成図（縦断面図）、
【図３】、
【図３Ａ】、
【図３Ｂ】はそれぞれ第３の実施例における駆動輪及び周辺装の基本構成図（縦断面図）及び部分断面図、
【図４】、
【図４Ａ】、
【図４Ｂ】は車体に対する取付機構若しくは車輪に対する接離機構の説明図、
【図５】は畜電器内臓型の構成図、
【図６】は自動正逆回転切替回路の基本構成図、
【図７】は省エネルギーモード回路の構成図。
【符号の説明】
（１）は駆動輪本体若しくは駆動輪
（５）は軸受けブッシュ
（６）は縦板
（７）は自転車等のタイヤ
（８）は駆動輪の外周摩擦部
（９）は駆動入力軸
（１０）、（１１）、（２１）は一方向クラッチ
（１２）は中心歯車
（１３）は中間歯車
（１４）は中間歯車軸
（１５）は中間歯車軸保持体
（１７）は中間歯車軸保持体固定板
（１９）は内方歯車
（２０）は内方歯車保持体
（２２）、（２３）はベアリング
（２５）は電動機
（２７）はカバー
（３１）、（３２）はプーリー
（３３）はベルト
（３４）は外歯車
（３５）は中心歯車
（３６）は外歯車軸
（３７）は軸受けベアリング
（３９）は一方向クラッチ
（６１）、（６２）、（７６）、（７７）は結合穴
（７１）はコの字型受台
（７２）は取付棒
（７３）は車体フレーム
（８１）は畜電器
（１０１）は回転数検出器
（１０２）は電動機駆動回路
（１０３）は接断スイッチ
（１０４）は電動機制御回路
（１０５）は比較演算回路
（１０６）は記憶装置
（１０７）は速度調節器
（１０８）は補正器
【図１】
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【図１Ａ】
2004149098.tif 000004
【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図３Ａ】
2004149098.tif 000008
【図３Ｂ】
2004149098.tif 000009
【図４】
2004149098.tif 000010
【図４Ａ】
2004149098.tif 000011
【図４Ｂ】
2004149098.tif 000012
【図６】
2004149098.tif 000013
【図７】
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