JP4416620B2 - 電動自転車 - Google Patents

Description

本発明は電動自転車に関する。

ペダルからの踏力による人力駆動力に、電動モータにより発生する電動モータの補助駆動力を加えることで、坂道などでも楽に走行できるように構成した電動自転車は既に知られている。このような電動自転車において、特許文献１等には、後輪を回転自在に支持するリヤフレームを、ヘッドパイプから後下がりに延びるメインフレームに対して相対的に揺動自在に配設するとともに、前記後輪からリヤフレームを介して前記メインフレーム側に作用しようとする衝撃や振動を吸収する衝撃吸収装置（いわゆるリヤサスペンション）を備えた構造が開示されている。

この電動自転車は、図７、図８に示すように、ヘッドパイプ５０から後下がりに延びるメインフレーム５１の後部下面側に、モータユニット支持ブラケット５２（図８参照）を介してモータユニット５３を取り付けている。モータユニット５３は、ペダル５４が取り付けられたクランク５５の軸５５ａを回転自在に支持するとともに、補助駆動力を発生する電動モータ５６を有している。また、モータユニット支持ブラケット５２とモータユニット５３との連結部の一部には、後輪５７を回転自在に支持するリヤフレーム５８の前端部が揺動自在に連結され、メインフレーム５１に対して、後輪５７の位置が変位可能に配設されている。また、シートチューブ５９からメインフレーム５１に跨るように取り付けられたブラケット６０と、リヤフレーム５８との間を架け渡すように、後輪５７からの振動や衝撃を吸収するための衝撃吸収装置（いわゆるリヤサスペンション）６１が配設されている。

この電動自転車によれば、人力駆動力に補助駆動力が加えられて走行できるので、急坂などでも比較的楽に走行でき、また、後輪５７がメインフレーム５１やサドル６２、モータユニット５３などに対して変位可能であるので、凹凸の多い走行路でも走行でき、しかも、衝撃吸収装置６１が設けられているので、運転者への振動や衝撃を最小限に抑えることができ、例えばマウンテンバイク型の電動自転車などとして利用することができる。
特開２００２−３３１９８２号公報

しかしながら、このような図７、図８に示すような従来構成の電動自転車によれば、モータユニット５３はメインフレーム５１の下方に配設されている一方、衝撃吸収装置６１はメインフレーム５１よりも上方に配設されているので、電動自転車の重心位置が比較的高い位置となるとともに、比較的大きな重量を有するモータユニット５３と衝撃吸収装置６１とが側面視して広い範囲にわたって分散されて配置されることとなり、この結果、走行時にふらつきやすくなるなど、走行安定性が悪くなったり、押して歩く際や段差での扱い易さが悪くなって操作性の悪化を招いたりするおそれがある。

また、衝撃吸収装置６１が外部に露出して配設されているので、砂などの異物を噛みこんで性能が低下したり、汚れたりする欠点がある。
また、この種の電動自転車は、衝撃吸収装置６１を有するマウンテンバイク型の電動自転車などとして用いることが可能であるが、衝撃吸収装置６１の取付位置が限定されており融通性が少ないため、乗り心地の設計変更などを行い難い難点もある。

本発明は上記課題を解決するもので、後輪からの衝撃を吸収する衝撃吸収装置やモータユニットを有しながら、走行安定性や操作性が良好であり、しかも衝撃吸収装置を良好な状態で保持でき、さらに乗り心地の設計変更などを行い易い電動自転車を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ヘッドパイプから後下がりに延びるメインフレームと、人力駆動力が加えられるペダルが取り付けられたクランクの軸を回転自在に支持するとともに、補助駆動力を発生する電動モータが設けられたモータユニットと、前記メインフレームと前記モータユニットとの間に介装され、前記モータユニットを支持するモータユニット支持ブラケットと、前記メインフレームに対して相対的に変位可能に配設され、後輪を回転自在に支持するリヤフレームと、このリヤフレームに一端部が連結され、後輪からの衝撃を吸収する衝撃吸収装置とを備えた電動自転車であって、前記モータユニット支持ブラケットにリヤフレームを連結させて揺動自在に支持させるとともに、前記モータユニット支持ブラケットに、前記衝撃吸収装置の他端部を連結させ、リヤフレームを、このリヤフレームにおけるモータユニット支持ブラケットと連結した連結部よりも前側に延出させ、このリヤフレームの延出させた延出部を衝撃吸収装置の他端部に連結したことを特徴とする。

この構成によれば、モータユニットを支持するモータユニット支持ブラケットにリヤフレームだけでなく衝撃吸収装置も連結させて支持させたので、モータユニット支持ブラケットを中心として、何れも重量が大きいモータユニットと衝撃吸収装置とを集中して配置でき、この結果、重心が安定して、走行安定性や操作性を向上させることができる。また、重量が大きいモータユニットを支持するモータユニット支持ブラケットにより、リヤフレームからの力を受ける衝撃吸収装置の他端部を支持したので、衝撃吸収装置の他端部を安定して支持でき、この結果、リヤフレーム側からの衝撃や振動を安定した状態で良好に吸収できる。また、この構成により、リヤフレームの延出部の位置を調整することで、リヤフレームとモータユニット支持ブラケットとを連結する連結部の位置を自由に変更でき、これにより、衝撃吸収装置の取付位置に自由度が広がり、乗り心地の設計変更などを行い易い。

また、本発明は、モータユニット支持ブラケットを、メインフレームの後端部に、別体の状態で、または一体化させた状態で、一体的に固定したことを特徴とする。
この構成により、メインフレームとリヤフレームとの間に、モータユニットを支持するモータユニット支持ブラケットと衝撃吸収装置とを配置できるので、電動自転車の前後方向の中心に重心をより集中させることができ、さらに走行安定性や操作性が良好となる。また、モータユニット支持ブラケットをメインフレームの後端部に一体化させたため、モータユニット支持ブラケットをメインフレームとともに強度部材として用いることができ、良好な強度を得ることが可能となる。

また、本発明は、前後方向に関して、リヤフレームと衝撃吸収装置との連結部が、モータユニット支持ブラケットと衝撃吸収装置との連結部と、モータユニット支持ブラケットとリヤフレームとの連結部との間になるように配置されていることを特徴とする。

この構成により、リヤフレームからの衝撃や振動を良好に吸収できるように配置し易くなる。
また、本発明は、モータユニット支持ブラケットは、左右の側板部を有し、これらの左右の側板部により衝撃吸収装置の少なくとも一部が左右両側から覆われていることを特徴とする。

この構成により、モータユニット支持ブラケットの左右の側板部によって衝撃吸収装置がモータユニット支持ブラケットにより左右から覆われて保護されるので、衝撃吸収装置が砂などの異物を噛みこんで性能が低下したり、汚れたりすることを最小限に抑えることができる。

本発明によれば、モータユニット支持ブラケットにリヤフレームを連結させて揺動自在に支持させるとともに、モータユニット支持ブラケットに、衝撃吸収装置の他端を連結させることで、モータユニット支持ブラケットを中心として、何れも重量が大きいモータユニットと衝撃吸収装置とを集中して配置でき、この結果、重心が安定して、走行時にふらつきやすくなるなど、走行安定性が悪くなったり、押して歩く際や段差での扱い易さが悪くなって操作性の悪化を招いたりする不具合を抑えることができる。また、重量が大きいモータユニットを支持するモータユニット支持ブラケットにより、リヤフレームからの力を受ける衝撃吸収装置の他端部を支持したので、衝撃吸収装置の他端部を安定して支持でき、この結果、リヤフレーム側からの衝撃や振動を安定した状態で良好に吸収できる。

また、モータユニット支持ブラケットを、メインフレームの後端部に、別体の状態で、または一体化させた状態で、一体的に固定したことにより、メインフレームとリヤフレームとの間に、モータユニットを支持するモータユニット支持ブラケットと衝撃吸収装置とを配置でき、電動自転車の前後方向の中心に重心をより集中させることができ、さらに走行安定性や操作性が良好となる。また、モータユニット支持ブラケットをメインフレームの後端部に一体化させたため、モータユニット支持ブラケットをメインフレームとともに強度部材として用いることができ、良好な強度を得ることが可能となる。

また、リヤフレームを、このリヤフレームにおけるモータユニット支持ブラケットと連結した連結部よりも前側に延出させ、このリヤフレームの延出させた延出部を衝撃吸収装置の他端部に連結したことにより、リヤフレームとモータユニット支持ブラケットとを連結する連結部の位置を自由に変更でき、この衝撃吸収装置の取付位置に自由度が広がり、乗り心地などの特性を調整する設計変更などを行い易い。

また、リヤフレームと衝撃吸収装置との連結部が、モータユニット支持ブラケットと衝撃吸収装置との連結部と、モータユニット支持ブラケットとリヤフレームとの連結部との間になるように配置することにより、リヤフレームからの衝撃や振動を良好に吸収できるように配置し易くなる。

また、モータユニット支持ブラケットの左右の側板部により衝撃吸収装置の少なくとも一部を左右両側から覆ったことにより、衝撃吸収装置が保護され、衝撃吸収装置が砂などの異物を噛みこんで性能が低下したり、汚れたりすることを最小限に抑えることができて信頼性が向上する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１、図２に示すように、本発明の実施の形態に係る電動自転車は、ヘッドパイプ１から後下がりに延びるメインフレーム２と、このメインフレーム２の前端部から後方に略水平姿勢で延びる上パイプ３と、上パイプ３の後端に固定された立パイプ４と、この立パイプ４に挿入されたシートパイプ５と、このシートパイプ５の上端部に取り付けられたサドル６と、ヘッドパイプ１の内周面に沿ってその上部が回転自在な姿勢で挿入され、下部側が二又形状となってそれぞれフロントサスペンション７ａが設けられたフロントフォーク７と、フロントフォーク７の下端部に回転自在に組み付けられた前輪８と、ヘッドパイプ１に上方から挿入されてフロントフォーク７と一体的に回転するように組み付けられたフロントステム９と、フロントステム９の前端に取り付けられたハンドル１０と、人力駆動力が加えられるペダル１１が取り付けられたクランク１２の軸１２ａを回転自在に支持するとともに、補助駆動力を発生する電動モータ１３（図３参照）や減速機構（図示せず）、出力ギヤ１４などが設けられたモータユニット１５と、メインフレーム２とモータユニット１５との間に介装され、モータユニット１５を支持するモータユニット支持ブラケット１６と、メインフレーム２に対して相対的に変位可能に配設され、後輪１７を回転自在に支持する左右のリヤフレーム１８と、このリヤフレーム１８に一端が連結され、後輪１７からの衝撃を吸収する衝撃吸収装置としてのリヤサスペンション１９と、メインフレーム２の中央部分に収納されたバッテリユニット２０と、メインフレーム２および上パイプ３を両側方ならびに上方から覆うフレームカバー２１と、クランク軸１２ａに一方向クラッチ機構（図示せず）を介して連結されて、クランク軸１２ａが止まっていても回転するように配設された大ギヤ２２と、後輪１７の中央部分に組み付けられた複数段の小ギヤ（最も大きい段の小ギヤおよび最も小さい段の小ギヤを簡略的に示している）２３と、大ギヤ２２からの人力駆動力および出力ギヤ１４からの補助駆動力を小ギヤ２３に伝達するチェーン２４と、大ギヤ２２を側方から覆う大ギヤカバー２５と、モータユニット１５を両側方並びに下方から覆うモータユニットカバー２６と、チェーン２４を覆う図示しないチェーンカバーと、クランク軸１２ａに作用するペダル１１からの踏力を検出する図示しないトルクセンサなどを備えている。

なお、モータユニット１５は、ペダル１１からの踏力を前記トルクセンサにより検出し、この踏力に応じて補助駆動力を出力ギヤ１４から出力し、これらの人力駆動力と補助駆動力とが合わされてチェーン２４を介して後輪１７側に伝達され、これにより坂道などでも楽に走行できるように構成されている。また、この実施の形態の電動自転車はマウンテンバイク型とされているが、これに限るものではない。

図３〜図６に示すように、モータユニット支持ブラケット１６は金属製とされ、略平板状の左右の側板部１６ａと、リヤフレーム１８の揺動中心となるつば部付き有底筒形状の一対の回転軸部材２７を回転自在に受ける円筒状の軸受部１６ｂと、前記側板部１６ａの後部内面と前記軸受部１６ｂとを一体的に結合する接続部１６ｃとから構成されている。

そして、モータユニット支持ブラケット１６の側板部１６ａの前縁部がメインフレーム２の後端に結合軸２８や補強材３０（図４参照）などを用いて結合され、モータユニット支持ブラケット１６がメインフレーム２の後端よりさらに後下がりに延びる姿勢で固定されて一体化されている。なお、この実施の形態においては、メインフレーム２は底板と両側板とからなる一方、上面側は開口され、バッテリユニット２０を上方から収納可能とされている。なお、メインフレーム２を上方ならびに両側方から覆うフレームカバー２１には、バッテリユニット２０の収納用挿入箇所に開口部が設けられ、バッテリユニット２０を収納した状態で、この開口部を図１において示すバッテリ格納蓋２９で閉鎖できるようになっている。また、図４に示すように、メインフレーム２とモータユニット支持ブラケット１６との結合に用いられている補強材３０は、バッテリユニット２０が収納された際にバッテリユニット２０の後部に係合して、バッテリユニット２０を収納位置に保持する機能も有している。また、この実施の形態では、結合軸２８や連結補強材３０を用いてメインフレーム２にモータユニット支持ブラケット１６を一体的になるように結合した場合を述べたが、さらに、メインフレーム２の後端部をモータユニット支持ブラケット１６に溶着したり、メインフレーム２の後端部に、モータユニット支持ブラケット１６自体を一体形成したりしてもよい。

モータユニット支持ブラケット１６の側板部１６ａにおける下部には複数の結合用ボルト３１がモータユニット１５の上部側部分を横方向に貫通した姿勢で取り付けられ、これにより、モータユニット１５の上部側部分をモータユニット支持ブラケット１６の側板部１６ａにより左右両側から挟み込んだ姿勢で固定して支持している。

モータユニット支持ブラケット１６において側板部１６ａと接続部１６ｃと軸受部１６ｂとは、互いに溶着されて一体化されており、軸受部１６ｂがメインフレーム２の後下がりに延びる延長線上に配置されているが、これに限るものではない。また、モータユニット支持ブラケット１６の軸受部１６ｂの左右両側に、各リヤフレーム１８に一体形成された円筒突部１８ａが配置され、これらの円筒突部１８ａとモータユニット支持ブラケット１６の軸受部１６ｂとに跨るように左側と右側とからそれぞれ回転軸部材２７が嵌め込まれるとともに、さらに、回転軸部材２７同士が連結固定ボルト３２によって連結され、これにより、回転軸部材２７を中心として、リヤフレーム１８がモータユニット支持ブラケット１６の軸受部１６ｂと同軸芯を中心に揺動可能に配設されている。

また、リヤフレーム１８の前側部分は、円筒突部１８ａが設けられているモータユニット支持ブラケット１６との連結部よりもさらに前上がりに延出され、この延出部１８ｂの先端に、リヤサスペンション１９の上端（後端）が連結軸３３を介して回動可能な状態で連結されている。一方、リヤサスペンション１９の下端（前端）は、モータユニット支持ブラケット１６の側板部１６ａにおける前側下端部に連結軸３４を介して回動可能な状態で連結されている。なお、リヤサスペンション１９はその長手方向に伸縮自在とされ、長手方向に受けた衝撃や振動を吸収するようになっている。

図３、図４に示すように、リヤサスペンション１９は、モータユニット１５の上方に配置されているとともに、モータユニット支持ブラケット１６の側板部１６ａによって左右から覆われている。さらに、前後方向に関して、リヤフレーム１８とリヤサスペンション１９との連結部（連結軸３３が設けられている箇所）が、モータユニット支持ブラケット１６とリヤサスペンション１９との連結部（連結軸３４が設けられている箇所）と、モータユニット支持ブラケット１６とリヤフレーム１８との連結部（回転軸部材２７や連結固定ボルト３２、円筒突部１８、軸受部１６ｂが設けられている箇所）との間になるように配置されている。また、この実施の形態では、リヤフレーム１８とリヤサスペンション１９との連結部（連結軸３３が設けられている箇所）が、クランク軸１２ａよりも後方に配置されている。すなわち、前方から後方にかけて、モータユニット支持ブラケット１６とリヤサスペンション１９との連結部、クランク軸１２ａ、リヤフレーム１８とリヤサスペンション１９との連結部、モータユニット支持ブラケット１６とリヤフレーム１８との連結部の順番で配設されている。

上記構成により、モータユニット１５を支持するモータユニット支持ブラケット１６にリヤフレーム１８だけでなくリヤサスペンション１９の下端部も連結させて支持させたので、モータユニット支持ブラケット１６を中心として、何れも重量の大きいモータユニット１５とリヤサスペンション１９とを集中して配置でき、この結果、これらの部品をコンパクトに配置できるとともに、大きな重量があるモータユニット１５とリヤサスペンション１９とを接近した位置で、しかも低い高さに配置できて（メインフレーム２とリヤフレーム１８とを結ぶラインよりも、モータユニット１５だけでなくリヤサスペンション１９もほぼ下方の位置に配置できる）、電動自転車の重心を前後方向の中心ならびに下方寄り位置に集中できる。したがって、電動自転車の重量バランスがよくなって重心が安定し、その結果、走行安定性や操作性が良好となり、振られずに、安定して走行できるとともに、押して歩く際や段差での扱い易さが向上する。

また、比較的重量が大きいモータユニット１５を支持するモータユニット支持ブラケット１６により、リヤフレーム１８からの力を受けるリヤサスペンション１９の下端部を支持したので、リヤサスペンション１９の下端部を安定して支持でき、この結果、リヤフレーム１８側からの衝撃や振動を安定した状態で良好に吸収できる。

また、モータユニット１５を支持するモータユニット支持ブラケット１６をメインフレーム２の後端部に一体化させて、メインフレーム２の後端部側がモータユニット支持ブラケット１６やモータユニット１５、連結補強材３０などにより左右方向にも結合されることとなるので、左右のメインフレーム２の後端部側が単に分離されて、何も取り付けられていない場合と比較して、強度が大きくなり、また、モータユニット支持ブラケット１６ならびにモータユニット１５をメインフレーム２とともに強度部材として用いることができ、この結果、良好な車体強度を得ることができる。

さらに、リヤフレーム１８を、このリヤフレーム１８におけるモータユニット支持ブラケット１６と連結した連結部よりも前側に延出させ、このリヤフレーム１８の延出部１８ｂをリヤサスペンション１９の上端に連結した構成としたので、リヤフレーム１８の延出部１８ｂの位置（リヤフレーム１８の本体部分に対する傾斜角度や延出部１８ｂの長さ）を調整することで、リヤフレーム１８とモータユニット支持ブラケット１６とを連結する連結部の位置を自由に変更できる。例えば、図６に示すように、図３に示すものよりも、延出部１８ｂの長さを長くして、モータユニット支持ブラケット１６と連結することができ、この場合には、リヤフレーム１８の揺動可能な角度範囲は図３などに示すものに比べて小さくなるものの、リヤサスペンション１９で吸収できるリヤフレーム１８側からの力を大き目にできる。これにより、リヤサスペンション１９の取付位置に自由度が広がり、乗り心地などの各種特性を調整する設計変更などが行い易くなる利点があり、特に、悪路などでも走行するマウンテンバイク型の電動自転車として、その使用用途に合った構造に調整し易くなる。

さらに、前後方向に関して、リヤフレーム１８とリヤサスペンション１９との連結部が、モータユニット支持ブラケット１６とリヤサスペンション１９との連結部と、モータユニット支持ブラケット１６とリヤフレーム１８との連結部との間になるように配置したので、リヤフレーム１８からの衝撃や振動を良好に吸収できるように配置し易い利点もある。

さらに、モータユニット支持ブラケット１６の左右の側板部１６ａによってリヤサスペンション１９が左右から覆われているので、走行時などにリヤサスペンション１９がモータユニット支持ブラケット１６の左右の側板部１６ａによって保護され、この結果、リヤサスペンション１９が砂などの異物を噛みこんで性能が低下したり、汚れたりすることを最小限に抑えることができ、信頼性が向上する。なお、上記実施の形態では、モータユニット支持ブラケット１６の左右の側板部１６ａによってリヤサスペンション１９の全体に近い部分を左右から覆っている場合を述べたが、リヤサスペンション１９の一部だけを左右から覆った場合でも、砂などの異物の噛み込みを減少させたり、汚れたりすることを抑えることができる効果がある。

また、上記実施の形態においては、メインフレーム２として左右の側面板と底板とを有する構造の場合を述べたが、これに限るものではなく、一般のチューブ形状のものにも適用できることはもちろんである。

本発明の電動自転車の構造は、マウンテンバイク型のものに好適であるが、これに限るものではなく、クロスバイク型や一般的なシティバイク型など、各種の電動自転車に適用できる。

本発明の実施の形態に係る電動自転車の全体側面図 同電動自転車のフレームカバーや、大ギヤカバー、モータユニットカバーを取り外した状態の全体側面図 同電動自転車のモータユニットやモータユニット支持ブラケットなどが設けられた箇所の側面図 同電動自転車のモータユニットやモータユニット支持ブラケットなどが設けられた箇所の斜視図 同電動自転車のモータユニットやモータユニット支持ブラケットなどが設けられた箇所の分解斜視図 同電動自転車の変形例を示す斜視図 従来の電動自転車の全体側面図 同従来の電動自転車におけるモータユニットなどが設けられた箇所の側面図

符号の説明

１ ヘッドパイプ
２ メインフレーム
８ 前輪
１１ ペダル
１２ クランク
１２ａ クランク軸
１４ 出力ギヤ
１５ モータユニット
１６ モータユニット支持ブラケット
１６ａ 側板部
１６ｂ 軸受部
１６ｃ 接続部
１７ 後輪
１８ リヤフレーム
１８ａ 円筒突部
１８ｂ 延出部
１９ リヤサスペンション（衝撃吸収装置）
２０ バッテリユニット
２７ 回転軸部材
２８ 結合軸
３０ 補強材
３１ 結合用ボルト
３２ 連結固定ボルト
３３ 連結軸

Claims (5)

1. ヘッドパイプから後下がりに延びるメインフレームと、
   人力駆動力が加えられるペダルが取り付けられたクランクの軸を回転自在に支持するとともに、補助駆動力を発生する電動モータが設けられたモータユニットと、
   前記メインフレームと前記モータユニットとの間に介装され、前記モータユニットを支持するモータユニット支持ブラケットと、
   前記メインフレームに対して相対的に変位可能に配設され、後輪を回転自在に支持するリヤフレームと、
   このリヤフレームに一端部が連結され、後輪からの衝撃を吸収する衝撃吸収装置と
   を備えた電動自転車であって、
   前記モータユニット支持ブラケットにリヤフレームを連結させて揺動自在に支持させるとともに、
   前記モータユニット支持ブラケットに、前記衝撃吸収装置の他端部を連結させ、
   リヤフレームを、このリヤフレームにおけるモータユニット支持ブラケットと連結した連結部よりも前側に延出させ、このリヤフレームの延出させた延出部を衝撃吸収装置の他端部に連結した電動自転車。
2. モータユニット支持ブラケットを、メインフレームの後端部に、別体の状態で、または一体化させた状態で、一体的に固定した請求項１記載の電動自転車。
3. 前後方向に関して、リヤフレームと衝撃吸収装置との連結部が、モータユニット支持ブラケットと衝撃吸収装置との連結部と、モータユニット支持ブラケットとリヤフレームとの連結部との間になるように配置されている請求項１に記載の電動自転車。
4. モータユニット支持ブラケットは、左右の側板部を有し、これらの左右の側板部により衝撃吸収装置の少なくとも一部が左右両側から覆われている請求項１〜３の何れか１項に記載の電動自転車。
5. 電動自転車がマウンテンバイク型である請求項１〜４の何れか１項に記載の電動自転車。

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