XNUMX.조사 배경

　일본의 전동 어시스트 자전거는, 시티 사이클(통칭:마마챠리)에 전동 어시스트 유닛을 부가한 것으로부터 보급되고 있다. 그 계기는, 2009년에, 「유아의 30인승」의 기준에 적합한 자전거라면, XNUMX인승이 합법이 되어, 아이의 환영 등에 편리(싹트기의 힘이 별로 걸리지 않는다) 전동 어시스트 자전거를 선호하게 됐다. (어린이를 XNUMX명 태우면 XNUMXkg 이상이 되기 때문에 인력에서의 주행이 불안정해지기 때문에 전동에 의한 페달력을 어시스트하는 힘이 필요했다) 또, 세계(특히 유럽)에 있어서는, 스포츠성을 중시 한 전동 어시스트 자전거의 보급이 가속되고 있다. 이처럼 전동 어시스트 자전거가 일본 및 외국에서 수요 확대 조짐을 보이고 있다. 향후 자전거의 대부분이 전동 어시스트 부착이 될 가능성이 있으며, 전동 드라이브 유닛의 추가 개발이 요구된다. 그래서 전동 어시스트 자전거의 주요 부품인 드라이브 유닛에 주목한 특허 출원 상황을 분석하여 전동 어시스트 자전거의 향후 동향을 예측해 본다.

※일본에 있어서의 2015년~2022년도의 전동 어시스트 자전거의 생산 대수：약 20만대에서 33만대로 추이하고 있다. (일반 사단 법인 자전거 협회에서)　

XNUMX.기술 개요

　자전거의 전동 어시스트는, 나라마다 약간의 규격의 차이가 있다. 특히 일본의 전동 어시스트 자전거는 어시스트력을 제어하고 시속 24km에서 어시스트력이 제로가 되도록 해야 한다. 그 점 유럽에서는 어시스트하는 최고 속도와 모터의 최고 출력을 규제하는 것만으로 어시스트력을 제어할 필요가 없다. 이러한 규제의 차이로 인해 유럽에서는 제어 기능을 필요로 하지 않는 중국제 전동 자전거가 점유율을 늘리고 있다. 그러나 최근 페달력에 대한 어시스트 제어를 할 수 있는 스포츠 기호(건강 기호)의 자전거에 주목이 모여 적당한 어시스트력을 제어할 수 있는 드라이브 유닛을 탑재하는 전동 자전거의 수요가 높아지고 있다.

XNUMX.조사 전략 (요약)

　본 연구에서는 다음과 같은 조사 전략하에 특허 모집단을 창조했다.

・우선은 국내 메이커의 동향을 파악하는 목적으로서 일본 국내를 대상으로 했다.
・최근 약 10년간인, 2015년 1월 1일 이후의 출원을 대상으로 했다. (증가 경향이 있기 때문에)
・전동 어시스트 자전거용 드라이브 유닛의 집단을 작성한다.
└ 전동(전기 모터)을 갖춘 자전거 B62M6/40, B62M6/80 IPC(FI)의 분류 코드,
　전동 어시스트 자전거를 널리 파악한 IPC(FI)：B60L15/00을 적용 범위로 하여, 「전동 어시스트 자전거」의 기술 관점에서 부여되는 F텀：5H125를 사용했다.

위 IPC 및 F 기간 분류 코드를 적용하여 검색 연산을 수행하여 1167 건을 모집단으로 하였다.

<사용 특허 분류>
· B62M6 / 40 · 보조 전기 모터를 갖춘 승수 추진 자전거 [2010.01]
・ 5H125AA18 전동 어시스트 자전거 <인력을 어시스트하는 것
(대응 IPC(FI)：B60L15/00 전기적 추진 차량의 추진, 예. 견인 모터의 속도,의 소정의 구동을 행하기 위한 제어 수단)

4. 출원 동향(요구한 모집단을 분석)

·일본 국내의 출원 동향
　전동 어시스트 자전거의 드라이브 유닛과 관련된 특허 출원 건수는 955건/1167건(요약에 있어서 엔진을 동력원으로 하는 것은 제외). 그 결과 2015년 이후 증가 경향이 있으며, 2018년에는 출원수가 급격히 증가하여 195건을 기록하고 있다. 최근 세계적으로 수요 확대의 경향이 있기 때문에 개발에 힘을 쏟고 있는 것으로 보여진다. 향후 출원의 동향이 주목된다.

※1)미확정：출원으로부터 XNUMX년 XNUMX월 경과하지 않으면 공개되지 않기 때문에, 조사 시점에서 미공개인 공보가 포함되는 출원년은 미확정년으로 하고 있습니다.

　상위 출원인의 순위는 조사 전 단계에서는 파나소닉과 야마하의 2강에 의해 차지될 것으로 보였지만, 시마노가 파나소닉을 웃돌아 1위가 된 것이 예상외였다. 또한 전자부품(인덕터 등) 메이커의 태양유전이 4위로 되어 있어 자전거용 전동유닛(모터부품)과 관련된 것을 개발하고 있는 것이 확인되었다.

・상위 7 출원인의 출원 추이와 출원수

　시마노는 201년 이후 출원수가 급격히 많아지고 있다. 현재 2018년에는 99건이 출원되어 전동 자전거용 드라이브 유닛에 관한 출원이 가장 많아 2019년 이후의 출원수는 감소 경향이 있다.
　또한 파나소닉, 야마하, 혼다 기켄은 다소의 출원수의 증감은 있지만 2018~2019년을 출원 피크가 되어 있어 최근에는 감소 경향에 있다. 개발에서 제조로 이행하고 있는 것으로 추측된다. 태양유전은 2019년까지 10건 전후의 출원수를 유지하고 있었지만, 2020년 이후에는 출원수가 감소하고 있지만 개발은 계속되고 있다.

XNUMX. 검색 결과

　출원 상위의 메이커인 파나소닉, 야마하로부터, 시마노가 2017년 이후에 출원수가 제2017위가 되어, 2015위를 유지하고 있는 것이 확인되었다. SHIMANO는 세계적으로 유명한 자전거용 파트 메이커이지만, 최근 전동 드라이브 유닛의 개발에 힘을 쏟고 있으며, SHIMANO의 주요 제품으로 임하고 있는 것을 엿볼 수 있다. 또, 전동 드라이브 유닛 이외의 자전거용 파츠가 세계 전개하고 있어 유럽·대만·미국 등의 많은 자전거 메이커(자전거 완성품)가 시마노를 채용하고 있는 것으로, 새롭게 전동 드라이브 유닛의 세계 전개가 묻는다 (일반 정보에서). 파나소닉은, 국내 수요를 메인으로 한 전동 어시스트 자전거의 판매가 대부분이었지만, XNUMX년 정도부터 스포츠 목적의 전동 어시스트 자전거(완성품)의 생산을 개시하고 있어, 스포츠용 전동 어시스트 자전거용의 여러 출원이 보였다. 또, 야마하의 스포츠용 전동 드라이브 유닛은, XNUMX년경부터 출하가 시작되어 현재에 이르고 있어, 유럽에서의 존재감을 나타내고 있는 것이 보도되고 있다.

　이상 주요 출원 메이커 2사에 의해 전동 자전거 드라이브 유닛 관련의 특허수를 점유하고 있었지만, 새롭게 시마노가 전동 드라이브 유닛의 개발에 참가해, 3 메이커에 의한 개발 경쟁이 된 것을 볼 수 있다. 유럽에서는 보쉬, 야마하의 전동 드라이브 유닛이 널리 채용되고 있어, 시마노가 자전거 부품의 노포 메이커로서, 전동 자전거의 드라이브 유닛을 어떻게 전개해 나가는지 주목된다. 또, 야마하, 파나소닉도 확대를 목표로 하기 위한 대처의 동향을 주력된다. 또 새로운 메이커(스타트업, 중국)의 참가를 볼 수 있으므로, 자전거용 전동 드라이브 유닛의 개발의 동향에 눈을 뗄 수 없는 상황에 있다. 덧붙여 혼다 기켄이 전동 어시스트 자전거의 드라이브 유닛(기구)의 개발을 실시하고 있지 않은데 왜 포함되어 있는 것인가? 에 대해서, 드라이브 유닛의 제어계(전동 오토바이도 포함된다)에 관한 출원이 다수 있어, 그 중에, 전동 자전거 드라이브 유닛의 제어계에 관한 특허도 포함되어 있어 본 조사의 모집단에는 포함되는 것으로 했습니다.　
※주요 각사의 동향 보고에서 설명한다.

5.1 시마노의 동향

　시마노가 2010년경에 개발한 전동 어시스트 자전거는 허브(전륜)에 모터를 내장한 전동 드라이브 유닛이 주였다. 이 구성은 전륜의 허브에 전동 모터를 설치하고, 차속과 모터의 출력을 제어하는 ​​것이었다.
　2018년에 출원된 것은 전동 어시스트 유닛이 크랭크부로 이동하여 센서의 수도 많아져 페달에 걸린 인력 하중을 센싱함으로써 어시스트력을 제어하고 있다.

참고 문헌 :특개 2020-1578
　본 출원은 일축 방식의 구동 기구이며, 각종 센서에 의해 세밀한 어시스트 제어를 할 수 있는 사양으로 되어 있다. 또한, 일축식의 구동 기구이기 때문에, 유럽 등에서 선호되는 다이렉트 어시스트 출력의 특성을 가진 것이다.
※독자적으로 출원되고 있어 시마노의 부품 브랜드력을 살려, 전동계 파트도 서서히 힘을 쏟고 있는 것을 엿볼 수 있다.

　또, 제품으로서 「SHIMANO STEPS」의 명칭으로 어시스트 유닛으로 하는 컴포넌트(아래 그림)를 세계 전개하고 있는 것이 보도되고 있다.
※일축식의 드라이브 유닛 기구를 채용하고 있다.

　시마노는 최근에 출원 된 기술로서 다수의 센서 정보로부터 얻은 데이터를 기계적으로 학습하고 제어하는 ​​것이 출원되고 있습니다.특개 2020-6834,특개 2023-151357 등), 향후, 전동 어시스트 유닛을 포함한 전동 파트의 제어는 AI/ML을 포함한 것이 제품화될 것으로 예측된다.

5.2 파나소닉의 동향

　파나소닉은 이미 2010년 이전부터 일본의 전동 어시스트 자전거를 개발하고 있는 메이커인 것으로 알려져 있다.
　파나소닉의 2010년경의 전동 어시스트 드라이브의 기구는 페달 크랭크축을 포함하는 드라이브 유닛 구성이지만, 페달을 젓는 인력축과 어시스트하기 위한 토크를 발생하는(전동 모터)축과의 2018축으로 구성되어 있습니다. 하나가 주였다. 그러나, 최근(2024년)에 출원된 드라이브 유닛에서는, XNUMX축식과 XNUMX축식의 XNUMX가지의 구성을 겸용할 수 있는 유닛이나, XNUMX축식만, 또는 XNUMX축식만의 것도 개발하고 있어 크게 XNUMX축식의 다이렉트 어시스트 토크를 얻을 수 있는 것과, XNUMX축식의 마일드한 어시스트 토크를 얻을 수 있지만, XNUMX개의 사양에 의해 다채로운 드라이브 유닛의 개발을 실시하고 있는 것을 볼 수 있다. 또한, 향후의 제어 기술로서 드라이브 유닛의 제어하기 위해, AI/ML을 사용한 제어의 대처가 현재 상태에서는 보이지 않지만, 파나소닉의 AI/ML 기술은 이미 다른 제품으로 채용되고 있어 필요 성이 생기면 그 전개는 빠른 것으로 보인다. 현재의 최신 모델(XNUMX년)에서는, 사용하기 편리한 콤팩트, 적재성(어린이 태우기), 통학, 노인에게 적합한 전동 어시스트 자전거를 제안하고 있다. 또, 스포츠성을 중시한, e-BAKE 「XEALT」도 전개하고 있다.

　파나소닉의 기본 드라이브 유닛 구성. 당초 전동 어시스트 자전거의 드라이브 유닛 구성. ※특허 4906982그림 2 참조

　또한, 본 도면은 일축 구성의 구동 유닛의 단면도이다. 7축 구성 아래 XNUMX축 구성을 겸용할 수 있는 드라이브 유닛. 본 구성은 XNUMX 축 구성을 주로 한 구조 (도 XNUMX)를 출원하고 있지만, 변형 예로서 구성되는 것이 (도 XNUMX)의 구성이다.
참고 문헌 :특개 2020-79016
(도 2의 구성은 특개 2023-49765에도 채용되고 있다)

5.3 야마하 발동기의 동향

　야마하 발동기도 파나소닉처럼 전동 어시스트 자전거를 개발하고 있는 주요 국내 메이커이며, 국내에서 처음으로 전동 어시스트 자전거를 개발해 판매한 것은 야마하 발동기이다. 당시(1993년) ‘PAS’라는 명칭으로 판매된 것은 유명하다. 그 후, 유럽에의 전개를 시도했지만, 판매 당초 유럽에서의 전동 어시스트 자전거는 인력을 어시스트하는 방식이 아니고, 단순히 차속과 파워를 제어할 수 있는 것이 받아들여지고 있었기 때문에(자주하는 것도 가능하다 전동 자전거에 익숙해져 갔다), 일본 방식의 전동 어시스트 제어가 선호되지 않았기 때문에, 판매는 부진에 끝나, 전략을 다시 짜야 했다. 2014년에는 전회의 문제점을 개선(전동 어시스트의 기구의 제어 방법을 재검토)한 드라이브 유닛을 개발해 유럽에의 전개를 재차 실시하고 있다. 드라이브 유닛의 개발은, 국내 및 유럽을 향해 행해져 제품화하고 있어 그 결과 2019년에는, 드라이브 유닛의 누계 생산 대수가 500만대를 달성한 것이 보도되고 있다.
　출원 상황으로부터, 야마하 발동기의 드라이브 유닛은, 1축식과 2축식의 2개의 구성으로 개발이 행해지고 있어, 다이렉트감을 출력하기 쉬운 1축식과, 마일드인 출력을 자랑으로 하는 2축식 의 특징을 살린 전동 어시스트 자전거의 개발이 진행되고 있는 것이 확인되었다.

참고 문헌 :특개 2019-147528
　페달축과 어시스트 토크 발생축의 2축 구성이며, 페달축으로부터 토크를 검출하여 제어하고 있다. ※그림 1 참조

참고 문헌 :특개 2019-31257
　페달축과 어시스트 토크 발생축이 공유축으로 되어 있는 일축 구성의 구동 유닛이 출원되어 있다. ※그림 1 참조

　또한, 2022년 이후의 출원에서는, 상기와 같은 전동 드라이브 유닛의 구성에 있어서, 전력(배터리)을 효율 좋게 공급하기 위한 제어에 관한 발명이 다수 보여진다.일본 특허 공개 2022-118600,특개 2023-30689 등에도 볼 수 있다.

5.4 혼다기 연공업의 동향

　혼다기연 공업이 전동 어시스트 자전거에 참가한다는 정보가 있었던 것은 2023년 3월이다. 발표된 것은 「SmaChari」스마차리라고 하는 전동 어시스트 자전거의 제어에 관한 것이다. 제어와 관련된 발명은 페달 답력의 검출을 위한 구조가 복잡해지거나, 자전거의 개조를 필요로 하지 않고, 페달 답력을 추정하는 연산부에 의해 추정된 답력에 따라 모터 구동력을 제어하는 것이다. 참고 문헌:특개 2020-124945

　도 100은 전동 어시스트의 구성을 나타낸다. 도 XNUMX은 각종 센서에 의해 검출 된 것을 제어부 (XNUMX)에 의해 모터의 구동 제어한다. 이러한 제어를 스마트폰의 앱과 연동시킨 것이 'SmaChari'로 제품화한 것으로 묻는다.

5.5 니덱의 동향

　니덱은 일본 전산의 사명으로부터 2023년에 「니덱」으로 사명이 변경되었습니다. 2023년의 특허에는 구사명으로 등록되어 있습니다.
　니덱은 브러시리스 DC 모터의 개발을 하고 있으며, 전동 어시스트 자전거에 사용되는 모터의 수요를 전망하고 있습니다.
　전동 차량 (100)은 사용자의 페달을 밟는 힘을 보조하는 전동 어시스트 자전거이며, 구동 장치 (10)는 동력 전달기구 (103)와의 구성에 따라 전동 어시스트 자전거 등의 구동기구가 출원된다.

참고 문헌 :특개 2022-121335
　도 100에서, 전동 차량 (101)은 차체 (102), 103 개의 바퀴 (10), 동력 전달기구 (104), 구동 장치 (XNUMX) 및 전원부 (XNUMX)를 갖는다. 도 XNUMX는 구동 장치의 내부를 사시도이다.

5.6 보쉬의 동향

　보쉬는 스포츠 전동 어시스트 자전거의 전동 드라이브 유닛을 생산하고 있다. 최근에는 전동 어시스트 자전거의 드라이브 유닛 「Bosch eBike Systems」의 제공에 주력하고 있다. 일본에 출원된 기술에 있어서는, 근력 및 추가적으로 모터력에 의해 구동 가능한 전동 어시스트 자전거의 동작 방법 및 모터 구동부에 의한 어시스트력, 장애물에 따른 장애물 코스 내의 만일의 장애물 그러나, 종래의 경우보다 간단하고 확실하게 극복하는 보조 제어가 수행된다. 이와 같이 어시스트력의 세밀한 제어를 행할 수 있는 전동 어시스트 드라이브 유닛의 개발에 힘을 쏟고 있다.
참고 문헌 :특개 2023-81345

5.7 ZF의 동향

　자동차 부품을 제조하는 메이커이며, 전동화에 대응한 드라이브 유닛 등(차량용)을 제조하고 있다. 이번 조사에 있어서, ZF로부터 출원된 것이 자전거의 구동 유닛에 관한 특허가 보여졌기 때문에 소개한다.
참고 문헌 :특표 2023-519268

"인력 구동식 차량용, 특히 자전거 또는 EPAC용 구동 유닛(10)으로서, 하부 브래킷 샤프트(14), 전기 보조 구동 장치(16) 및 중공 축으로서 설계된 출력축 (22)는 서로 동축으로 배치된다.”

XNUMX.정리

　전동 어시스트 자전거의 모터 제어는 해마다 진화하고 있는 것이 특허 출원의 동향 분석 조사에 의해 확인되었다.
　앞으로는 인력의 대상 범위가 보다 광범위하게 적응할 수 있는 제어가 요구되고 있다.
　센서에서 검출한 데이터를 처리하는 기술은 사람에게 쉬운 제어(답력 대응, 주위 환경 ​​대응, 법규제 대응 등)를 실시하기 위한 AI/ML 기술을 도입하여 항상 변화하는 조건에 대한 최적의 어시스트 제어가 요구 될 것으로 예상된다. (2023년 시점 이미 일부 자전거 메이커가 채용하고 있지만 충분하지 않다)

조사 1부 이와타