(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸に入力される踏力に応答した補助動力を前記踏力と合成して出力する電動補助ユニットと、
前記電動補助ユニットが後方下部に連結されるフロントフレームと、
前記電動補助ユニットが前方下部に連結されるリアフレームと、
前記電動補助ユニット上に搭載される少なくとも一つのバッテリと、
前記電動補助ユニットの上部に配置され、前記バッテリの底面に設けられた接点と接触して電気的に接続される正負の接点とを含み、
前記フロントフレームとリアフレームとが電動補助ユニットを介して連結されたことを特徴とする電動補助自転車。
【請求項２】
前記リヤフレームはシートポストを含み、前記バッテリがシートポスト前面に沿った起立姿勢で電動補助ユニット上に搭載されたことを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車。
【請求項３】
第２のバッテリが電動補助ユニット上に横臥姿勢で搭載されたことを特徴とする請求項２に記載の電動補助自転車。
【請求項４】
前記バッテリが電動補助ユニット上に横臥姿勢で搭載されたことを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車。
【請求項５】
前記電動補助ユニットにバッテリ収容ケースが固定されたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動補助自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自転車のペダルに加えられる踏力を検知して補助動力を発生する電動補助ユニットを備えた電動補助自転車に係り、特に、低重心化およびマスの集中化と共に、跨ぎ易さを向上させた電動補助自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動補助自転車では、補助動力を発生する電動補助ユニット、およびその電力源であるバッテリを車体フレームに搭載する必要がある。従来の電動補助自転車では、例えば特開平１０−１２９５７１号公報に開示されているように、電動補助ユニットがフレームの下方に連結され、バッテリはシートポストの上方後部に搭載され、電動補助ユニットとバッテリとは外部配線で接続されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電動補助自転車は、電動補助ユニットやバッテリなどの重量物を搭載する必要があるため、通常の自転車に比べて車重が重くなる。したがって、低重心化およびマスの集中化による安定性および操作性の向上が要求される。
【０００４】
しかしながら、上記した従来技術では、重量の大きなバッテリがシートポストの上方後部に搭載されていたため、重心位置が高くなるという問題があった。さらに、重量の大きな電動補助ユニットとバッテリとが離間配置されるので、重量物が分散配置されてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、低重心化およびマスの集中化を可能にし、さらには跨ぎ易さを向上させた電動補助自転車を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、クランク軸に入力される踏力に応答した補助動力を前記踏力と合成して出力する電動補助ユニットと、前記電動補助ユニットが後方下部に連結されるフロントフレームと、前記電動補助ユニットが前方下部に連結されるリアフレームと、前記電動補助ユニット上に搭載された少なくとも一つのバッテリとを含むことを特徴とする。
【０００７】
上記した特徴によれば、フロントフレーム、電動補助ユニットおよびフロントフレームが車体フレームを構成し、重量物である電動補助ユニットが車体フレームの中央下部に配置され、さらには、もう一つの重量物であるバッテリは電動補助ユニット上に搭載される。したがって、重量物を車体中央の下部に集中配置することができ、車体の低重心化、マスの集中化および跨ぎ易さの向上が可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明を適用した電動補助自転車の側面図であり、図２は、その電動補助ユニット１近傍の拡大側面図であり、図３は、車体フレーム構造を示した組み立て図である。なお、図２、３では図面を見易くするために、図１のチェーンカバー４２等は、その図示を省略している。
【０００９】
本発明の電動補助自転車に適用される車体フレームは、電動補助ユニット１と、電動補助ユニット１が後方下部に連結されるフロントフレーム２と、電動補助ユニット１が前方下部に連結されるリアフレーム３とから構成される。
【００１０】
フロントフレーム２は、図１に示したように、車体前方に位置するヘッドパイプ２１と、ヘッドパイプ２１から後下りに延びるダウンパイプ２２とを備える。前記ヘッドパイプ２１の上部には操向ハンドル４が回動自在に挿通され、下部には前記操向ハンドル４により操舵されるフロントフォーク５が操向可能に支承されている。
【００１１】
フロントフォーク５の終端には前輪ＷＦが回転自在に軸支されている。前記電動補助ユニット１の電源スイッチ２３はダウンパイプ２２上のヘッドパイプ２１の近傍に設けられている。なお、電源スイッチ２３はハンドル２７上に設けても良い。
【００１２】
リアフレーム３は、シートポスト３１と、左右一対のチェーンステイ３４と、シートポスト３１の上部および両チェーンステイ３４の終端間に接合される左右一対のシートステイ３３とを備える。シートポスト３１には、上端にシート６を備えるシートパイプ７が、シート６の上下位置を調整可能とすべく、シートポスト３１内で摺動可能に装着されている。
【００１３】
前記フロントフレーム２の後方下部では、図２，３に示したように、ダウンパイプ２２の終端部に板金製の連結部材２２ａが溶接固定されており、電動補助ユニット１とフロントフレーム２とは当該連結部材２２ａにおいて、２つのボルト４４によりネジ止め固定されている。
【００１４】
前記リアフレーム３の前方下部では、シートポスト３１の下端部およびチェーンステイ３４の前端部に板金製の連結部材３１ａが溶接固定されており、電動補助ユニット１とリアフレーム３とは当該連結部材３１ａにおいて、２つのボルト４５によりネジ止め固定されている。
【００１５】
電動補助ユニット１の上部には、バッテリ８を収納するバッテリ収納ケース１１が一体的に取り付けられている。電動補助ユニット１の内部からバッテリ収納ケース１１の底部には、後述する正負接点８５１が貫通し、その表面が露出している。バッテリ８は略直方体のバッテリケースに収容された複数のバッテリセルを含み、シートポスト３１の前面に沿って起立姿勢で収容される。
【００１６】
本実施形態では、フロントフレーム２のダウンパイプ２２とリアフレーム３のシートポスト３１およびチェーンステイ３４とが電動補助ユニット１を介して連結されるので、電動補助ユニット１を低位置に配置でき、低重心化およびマスの集中化が可能となるのみならず、フレームの高さを低く抑えられるので“跨ぎ易さ”が向上する。
【００１７】
前記電動補助ユニット１は前記バッテリ８によって給電され、その出力軸およびチェーン９を介して後輪ＷＲのホイールスプロケット１４へ駆動力を伝達する。前記電動補助ユニット１の全部およびチェーン９の一部はチェーンカバー４２で覆われている。
【００１８】
バッテリ８の長手方向の端部（図１では上端）には、図４に示したように、ハンドル８６が車体後側に寄せて（回転軸８６ａは車体前側）設けられている。前記ハンドル８６は回動自在に取付けられ、常時はバッテリ８へ押し当てられている。前記ハンドル８６が設けられたバッテリ８の上面には充電残量計８８が設けられ、押しボタン８７を押すと充電残量が表示される。
【００１９】
図５は、バッテリ収容ケース１１の底部内側を上部から見込んだ図であり、バッテリの搭載面には接点ホルダ８６０が形成され、接点ホルダ８６０内では一対の正負接点８５１ａ，８５１ｂが露出すると共に、電動補助ユニット１内の制御回路から入出力されるスイッチング信号、センサ信号等の制御系信号を伝達するためのグロメット８５２が形成されている。バッテリ８の底面には、バッテリ収容ケース１１への収容時に前記各電極８５１ａ，８５１ｂと接触して電気的に接続される接点、および前記グロメット８５２と接続されるソケット（図示せず）が設けられている。
【００２０】
図６は、前記電動補助ユニット１の部分透過側面図、図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った歯車列を示した断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００２１】
図７において、電動補助ユニット１のケースはアルミ製であり、左ケース１０Ｌの左半体（左ケース）１０Ｌおよび右半体（右ケース）１０Ｒを複数のボルト（図示せず）で結合して構成される。
【００２２】
踏力が入力されるクランク軸２０１は踏力検知機構を具備し、その一端が左ケース１０Ｌに対してベアリング２８１により回転自在に軸支されている。クランク軸２０１の他端の外周部には第１ドライブギア２０２がニードルベアリング２９１、２９２を介して遊貫され、当該第１ドライブギア２０２はベアリング２８２により右ケース１０Ｒに対して回転自在に軸支されている。右ケース１０Ｒから露出した第１ドライブギア２０２の外周部にはペダルスプロケット２００がスプライン結合され、ナット７８２により締め付けられている。
【００２３】
前記クランク軸２０１の略中央部には、ワンウエイクラッチ２６１を介して第２ドライブギア２０３が装着され、前記第１および第２ドライブギア２０２，２０３同士は、その円周方向に弾性力を発揮するコイルスプリング２０４を介して相対回転可能に連結されている。前記第２ドライブギア２０３の外周小径部には、円周方向に沿って溝が形成されたスライダ２０５がスプライン結合により軸方向へ摺動自在に装着され、前記溝の深さは円周方向に沿って連続的に変化している。前記第１ドライブギア２０２の大径部には係合ピン２７１が固定され、当該係合ピン２７１は前記スライダ２０５の溝２０５ａに係合している。
【００２４】
前記クランク軸２０１の後方では、第１アイドル軸２１０がベアリング２８４，２８５によって軸支され、その外周に形成されたギア歯２６２が前記クランク軸２０１の第１ドライブギア２０２と歯合している。第１アイドル軸２１０にはさらに、ワンウエイラチェット２６３を介してギア２６４が連結されている。
【００２５】
前記第１アイドル軸２１０の後方では、第２アイドル軸２２０がベアリング２８６，２８７によって軸支され、その外周に形成されたギア歯２６５が前記第１アイドル軸２１０のギア２６４と歯合している。前記第２アイドル軸２２０の一端には樹脂ギア２６６が連結されており、この樹脂ギアの採用によりギア音を抑制できる。樹脂ギア２６６の車体左側には、樹脂カバー１０Ａが左ケース１０Ｌにボルト７８３により締結されており、防音効果をさらに高めている。
【００２６】
前記第２アイドル軸２２０の後方では、電動モータＭの回転軸２３０が、ベアリング２８８，２８９によって回転自在に軸支されている。回転軸２３０にはロータ２３１が固定され、ロータ２３１の周囲にはステータ２３２が設けられている。回転軸２３０の一端にはギア歯２６７が形成され、当該ギア歯２６７は前記第２アイドル軸２２０の樹脂ギア２６６と歯合している。モータハウジング１０ＭはＯリング１０Ｓを介して左ケース１０Ｌに締結されている。
【００２７】
以上のような構成において、人力としての踏力はクランク軸２０１に入力され、ワンウエイクラッチ２６１を介して第２ドライブギア２０３を同期回転させると共に、スプリング２０４を介して第１ドライブギア２０２へ伝達される。
【００２８】
一方、電動モータＭの回転トルク（補助動力）は、ギア歯２６７、樹脂ギア２６６、第２アイドル２２０およびワンウエイラチェット２６３を介して第１アイドル軸２１０へ伝達され、さらにはギア歯２６２を介して第１ドライブギア２０２へ伝達される。第１ドライブギア２０２へ伝達された踏力および補助動力の合力は、ペダルスプロケット２００およびチェーン９を介して後輪ＷＲへ伝達される。
【００２９】
このとき、クランク軸２０１に入力される踏力に応じて前記スプリング２０４が円周方向に圧縮され、各ドライブギア２０２，２０３が相対的に回転して両者の間に位相差が生じる。この結果、前記係合ピン２７１がスライダ２０５の溝２０５ａ内を回動し、回動量に応じて変化した溝の深さ分だけスライダ２０５がバネ２６０の弾発力に抗してクランク軸２０１上を摺動する。
【００３０】
スライダ２０５の軸方向の摺動量は、ピン１５３により軸支された位検知レバー１５２を介してストロークセンサ１５０の検知シャフト１５１を変位させるので、踏力がストロークセンサ１５０によって検知されることになる。検知された踏力は電気信号に変換され、当該電動補助ユニット１を制御するコントロールユニット８０へ伝送される。
【００３１】
コントロールユニット８０は、図６に示したように、バッテリ搭載面の裏面内側に配置されており、皿状ケース８１内に制御回路基板８２を収容し、隙間および基板表面を絶縁樹脂８３で樹脂モールドして構成される。前記制御回路基板８２には、各種の制御回路やパワートランジスタ（ＦＥＴ）８２１ａ、ダイオード８２１ｂと共に回転センサ８２２が搭載され、発熱を伴う各パワートランジスタ８２１ａおよびダイオード８２１ｂは放熱板８２９に接触固定されている。
【００３２】
前記回転センサ８２２は、制御回路基板８２上でクランク軸２０１の第１ドライブギア２０２のギア歯と対向するように固定されている。皿状ケース８１には位置決めピン８３１ａ，８３１ｂが形成され、ケース１０Ｒの対応部分には位置決め孔（図示せず）が形成されている。コントロールユニット８０は、前記各位置決めピン８３１ａ，８３１ｂが各位置決め孔へ挿貫されたときに前記回転センサ８２２が制御回路基板８２上の所定の位置に所定の高さで固定されてギア歯との相対的な位置関係が予定の関係となるように位置決めされる。
【００３３】
本実施形態によれば、電動補助ユニット１のケース外表面に外部電極を一体的に設けたので、電動補助ユニット１上にバッテリ８を直接配置することが可能になって電動補助ユニット１とバッテリ８とを結ぶ給電ラインを短くすることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、クランク軸２０１に踏力検知機構を設けたので、踏力検知機構を別途に設ける際には必要となるスペースが不要となり、電動補助ユニット１を大型化することなくコントロールユニット８０の設置スペースを確保できるようになる。
【００３５】
なお、上記した実施形態では、バッテリ８を電動補助ユニット１上にシートポスト３１の前面に沿った起立姿勢で収容するものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、図８に示した第２実施形態のように、バッテリ８Ａを電動補助ユニット１上に横臥姿勢で搭載しても良い。このような構成によれば、低重心化およびマスの集中化がさらに促進される。
【００３６】
また、上記した実施形態では、電動補助ユニット１上にバッテリを一つだけ搭載するものとして説明したが、図９に示した第３実施形態のように、メインバッテリ８Ｃを前記と同様に起立姿勢で搭載すると共に、サブバッテリ８Ｂを横臥姿勢で搭載するようにしても良い。このような構成によれば、低重心化およびマスの集中化を達成しながら航続距離を延ばすことが可能になる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1) フロントフレーム、電動補助ユニットおよびフロントフレームが車体フレームを構成し、重量物の電動補助ユニットが車体フレームの中央下部に配置されるので、車体の低重心化、マスの集中化および跨ぎ易さの向上が可能になる。
(2) 重量物のバッテリが電動補助ユニット上に搭載されるので、重量物を車体中央の下部に集中配置することができ、車体の低重心化、マスの集中化および跨ぎ易さの向上が可能になる。
(3) バッテリが電動補助ユニット上に搭載されるので、電動補助ユニット内のコントロールユニットとバッテリとを結ぶ配線を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である電動補助自転車の側面図である。
【図２】図１の主要部の拡大側面図である。
【図３】図１の車体フレーム構造を示した組み立て図である。
【図４】バッテリに設けた充電残量計の操作・表示パネルの平面図である。
【図５】バッテリ収容ケースの底部内側を上部から見込んだ図である。
【図６】電動補助ユニットの部分透過側面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿った歯車列を示した断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の構成を示した図である。
【図９】本発明の第３実施形態の構成を示した図である。
【符号の説明】
１…電動補助ユニット、２…フロントフレーム、３…リアフレーム、８…バッテリ、１１…バッテリ収納ケース、２１…ヘッドパイプ、２２…ダウンパイプ、２２ａ，３１ａ…連結部材、２３…電源スイッチ、３１…シートポスト、４４，４５…ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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