(57)【要約】【課題】  従来のハブとリムで形成されるホイールに対して大幅な変更を加えることなく駆動装置を付加できるようにする。  【解決手段】  移動体のホイール１１の内周を形成するリム１６の両側に一対のステータ１４を設ける。一対のステータ１４は、一定の与圧をかけた状態でリムに接触し、リム１６を中心として対向配置される。上記構成において、ロータの役割を果たすリム１６とステータ１４とで超音波モータを構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体のフレームに回転可能に取り付けられたホイールと、前記フレームに取り付けられると共に、前記ホイール内周を形成するリム側面に接触するステータとを備え、前記リムと前記ステータとで超音波モータを構成することを特徴とするホイール駆動装置。
【請求項２】
前記ステータは前記リム側断面を中心として対向配置され、少なくとも一対設けられていることを特徴とする請求項1記載のホイール駆動装置。
【請求項３】
前記ステータはステータ固定兼与圧調整調整ボルトによって前記フレームに固定されると共に、リムに対して与圧をかけた状態で接触することを特徴とする請求項1乃至２いずれかに記載のホイール駆動装置。
【請求項４】
フレームに回転可能に取り付けられたホイールと、前記フレームに取り付けられると共に、前記ホイール内周を形成するリムの両側面側に接触し、前記リム側断面を中心として対向配置された少なくとも一対のステータとを備え、前記リムと前記ステータとで超音波モータを構成し、前記超音波モータを駆動源とするホイール駆動装置により駆動されることを特徴とする移動体。
【請求項５】
前記ホイール駆動装置がフォークに取り付けられたことを特徴とする請求項４記載の移動体。
【請求項６】
前記ホイール駆動装置がシートステーに取り付けられたことを特徴とする請求項４乃至５いずれかに記載の移動体。
【請求項７】
前記ホイール駆動装置がチェーンステーに取り付けられたことを特徴とする請求項４乃至６いずれかに記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体のホイール駆動装置に関し、特に超音波モータを用いたホイールの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動自転車などのホイール駆動装置は、ハブ内部にモータを組み込んでいる。このホイール駆動装置の場合、駆動力を出すために大型化し、重くなる欠点があった。この問題を解決するために、リニアモータをホイールの外周に円形状に配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。図３において、２１は永久磁石で、ホイール２３の外周部に取り付けている。２２は電磁石で、永久磁石２１に対向する形でフレーム２４上に取り付けられ、電磁石２２の極性をホイール２３が所望の回転方向、回転速度になるように切り替えることで駆動力を発生させている。また、モータの軽量化の観点から、特許文献２の超音波モータを用いたホイールが提案されている（例えば、特許文献２参照）。図４において、３１は圧電体、３２は振動体、３３は摩擦材、３５および３６はロータ、３７はシャフトである。前記圧電体３１、振動体３２、ロータ３５、３６により超音波モータをハブ内に構成することで、減速機を介してホイールを回転させている。
【特許文献１】特開平9-240559号公報
【特許文献２】特許第3321377号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の特許文献１によるホイール駆動装置は、ホイール外周部に駆動力を与えるため、減速機を必要としないにも関わらず、磁石という重量物を外周部に取り付けなければならないという問題があった。また、磁石を取り付けるための構造が必要で、従来のホイールには適用できなかった。さらに路上の鉄粉などの磁性体が、磁石に付着しやすく、保守性に問題があった。一方、従来の特許文献２によるホイール駆動装置は、従来のハブ内部にモータを組み込んだタイプと根本的に同じである。そのため、ホイールを駆動するには減速機を設ける必要があり、大型化してしまう問題があった。本発明は、上記の問題を解決するためになされるものであり、従来のホイールの形状を維持しながら、構造が簡単で、軽量、高い駆動力でかつ保守性に優れたホイール駆動装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。請求項１に記載のホイール駆動装置は、移動体のフレームに回転可能に取り付けられたホイールと、前記フレームに取り付けられると共に、前記ホイール内周を形成するリムの両側に一定の与圧をかけた状態で接触し、前記リムを中心として対向配置される一対のステータとを備え、前記リムと前記ステータとで超音波モータを構成することを特徴とするものである。
また、請求項２に記載のホイール駆動装置は、前記ステータを前記ホイールの回転中心に対して円形状に複数個設けたことを特徴とするものである。
また、請求項３に記載のホイール駆動装置は、前記ステータはステータ固定兼与圧調整調整ボルトによって固定されると共に、リムに対して与圧をかけた状態で接触することを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の移動体は、フレームに回転可能に取り付けられたホイールと、前記フレームに取り付けられると共に、前記ホイール内周を形成するリムの両側に接触し、前記リム断面を中心として対向配置された少なくとも一対のステータとを備え、前記リムと前記ステータとで超音波モータを構成し、前記超音波モータを駆動源とするホイール駆動装置により駆動されることを特徴とするものである。ここで移動体とは、有人、無人にかかわらず、陸上をホイールによって移動するものを意味するものであって、例えば電動自転車、電動バイク、電気自動車、電動車椅子、電動カート、移動ロボット等を示す。
また、請求項５に記載の移動体は、前記ホイール駆動装置がフォークに取り付けられたことを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の移動体は、前記ホイール駆動装置がシートステーに取り付けられたことを特徴とするものである。また、請求項７に記載の移動体は、前記ホイール駆動装置がチェーンステーに取り付けられたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、また、ホイールの回転中心より離れた位置から回転力を与える構成であるので、高い駆動力をホイールに伝達することができる。さらに、従来のモータに必要な磁石が不要であるため、路上の鉄粉などの磁性体が付着することがなく、保守性に優れる。
また、請求項２の発明によると、リムを中心として対向している一対のステータが、リムに対して互いに圧力をかけあう構成となっているので、構造の簡素化と軽量化を達成できる。
また、請求項３の発明によると、ステータ固定兼与圧調整ボルトがステータの固定と与圧印加を兼ねているため、一般的な超音波モータに別途設けられていた、ロータにステータを接触させるための与圧印加機構が不要となる。
また、請求項４の発明によると、一対のステータを従来のリム（ロータ）の両側から挟み込むことにより超音波モータを構成するため、従来のハブとリムで構成されるホイールに容易に適用できる。そのため、構造の簡単化と軽量化が可能である。
また、請求項５〜７の発明によると、ステータをホイールの回転中心に対して円形状に複数個設けることにより、容易に駆動力を強化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明のホイール駆動装置の側断面図および正面図である。図において、１１はホイールで、フレーム１２に取り付けられ、回転可能となっている。
１３はアーチで、フレーム１２上部の中心に固定されている。１４はステータで、圧電体と振動体で構成され、アーチ１３の両内側にステータ固定兼与圧調整ボルト１５によって固定されている。側面から見た場合、左右のステータ１４は、ホイール１１の外周を形成するリム１６を左右から平行に挟み込むように取り付けられている。また、ステータ１４は、電力および信号線４７を経由して図示しない制御装置に接続されている。
【０００８】
本発明が特許文献１と異なる部分は、永久磁石と電磁石を用いたモータに代わり、超音波モータを備えた部分である。また、特許文献２と異なる部分は、超音波モータをハブ内部に設けるのではなく、ホイール内周を形成するリムに設けた部分である。
【０００９】
続いて動作について説明する。リム１６に対向する２つのステータ１４を、ステータ固定兼与圧調整ボルト１５を用いてリム１６に適正な与圧で、かつリム１６が側面から見て中心になるように調整する。すると、リム１６はステータ１４に対してロータの役割を果たすため、リム１６とステータ１４とで超音波モータが構成される。ここで、図示しない制御装置からステータ１４に高周波電圧を印加し、駆動制御すると、ステータ１４に超音波振動が発生し、ロータであるリム、すなわちホイールを所望の方向、速度で回転させることができる。
【実施例２】
【００１０】
図２は本発明のホイール駆動装置を電動自転車に適用した例を示す。図において、４３は自転車のフロントホイール、４４はリアホイールである。４１ａおよび４１ｂはステータであり、リムと共に超音波モータを構成する。ステータ４１ａはフォーク４８（ここで、フォークはフロントホイールの回転軸を支持する、フレーム全体の一部を構成する部材である。但し、一般的な移動体においては本定義に限らず、任意のフレームである。）上端に、ステータ４１ｂはシートステー４５（ここで、シートステーはサドル下からリアホイール回転軸にのびる、フレーム全体の一部を構成する部材である。但し、一般的な移動体においては本定義に限らず、任意のフレームである。）上端に取り付けられ、制御装置４２から制御・駆動用のケーブル４７が接続される。制御装置４２は、ステータ４１ａ、４１ｂの制御・駆動用電源となるバッテリを搭載している。ペダルの回転状態を検出するセンサは図示していない。
【００１１】
続いて動作について説明する。まず、ペダル４９が回転すると、制御装置４２にペダルの回転状態を検出するセンサの出力である、ペダル回転数または回転トルクが入力される。次に制御装置４２において、ペダル回転数または回転トルクに応じてステータ４１a、４２ｂが駆動制御される。すると、実施例１で説明した通り、フロントホイール４３およびリアホイール４４が駆動され、結果的に自転車を前進させることができる。ここで、ステータ４１ｃをチェーンステー４６（ここで、チェーンステーはペダル回転軸からリアホイール回転軸にのびる、フレーム全体の一部を構成する部材である。但し、一般的な移動体においては本定義に限らず、任意のフレームである。）に追加することにより、リアホイール４４に加える駆動力を容易に強化することができる。このとき、超音波モータの配置は、上記に限らず、例えばフォーク４８またはシートステー４５に１個のみとしてもよい。あるいは、フォーク４８に１個、シートステー４５に２個としても良く、必要な駆動力に応じた数を、フォーク４８、シートステー４５およびチェーンステー４６に適宜配置すれば良い。なお、図示しないステータの与圧リリース装置を設けることで、超音波モータによる駆動を切り離すことができる。
【００１２】
以上のように、本発明によれば、一対のステータを従来のリム（ロータ）の両側から挟み込むことにより超音波モータを構成するため、従来のハブとリムで構成されるホイールに容易に適用できる。また、リムを中心として対向している一対のステータが、ステータ固定兼与圧調整調整ボルトの働きによって、リムに対して互いに圧力をかけあう構成となっている。その結果、一般的な超音波モータに別途設けられていた、ロータにステータを接触させるための与圧印加機構が不要となる。そのため、構造の簡単化と軽量化が可能である。また、ホイールの回転中心より離れた位置から回転力を与える構成であるので、高い駆動力をホイールに伝達することができる。さらに、従来のモータに必要な磁石が不要であるため、路上の鉄粉などの磁性体が付着することがなく、保守性に優れる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
超音波モータを駆動源としたホイール駆動装置であり、従来のハブとリムで構成されるホイールに容易に適用できるため、電動自転車に限らず、電動バイク、電気自動車、電動車椅子、電動カート、移動ロボットなど、ホイールにより移動する移動体全般に適用することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例を示すホイール駆動装置の側断面図および正面図
【図２】本発明のホイール駆動装置を適用した電動自転車の外観図
【図３】従来のホイール駆動装置（１）
【図４】従来のホイール駆動装置（２）
【符号の説明】
【００１５】
１１  ホイール
１２  フレーム
１３  アーチ
１４  ステータ
１５  ステータ固定兼与圧調整ボルト
１６  リム
４５  シートステー
４６  チェーンステー
４８  フォーク
【図１】
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【図２】
2005306176.tif 000004
【図３】
2005306176.tif 000005
【図４】
2005306176.tif 000006