(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルクランクによってペダルクランク軸を駆動する人力駆動系と、軸線が前記ペダルクランク軸の軸線と略直角をなすように搭載したモータを有する電気駆動系とを、パワーユニットケースに支持させるとともに、前記ペダルクランク軸と同一軸線上に設けた筒状出力軸における前記パワーユニットケース内側の内端部にそれぞれ一方向クラッチを介して連結し、この筒状出力軸における前記パワーユニットケースから突出する外端部から人力による踏力にモータの動力を加えた合力が後輪駆動手段によって後輪に伝達される電動自転車であって、前記後輪駆動手段を、前記筒状出力軸の前記外端部に固定したスプロケットから前記合力がチェーンによって後輪に伝達される構成とし、前記筒状出力軸の前記内端部に、前記電気駆動系の従動傘歯車を平面視においてモータ側の駆動傘歯車と前記スプロケットとの間に位置するように設け、この従動傘歯車をモータ側の駆動傘歯車に前記外端部側から噛合させることによりモータ側の回転が筒状出力軸に伝達される構造とし、前記人力駆動系の一方向クラッチを、前記筒状出力軸の前記内端部に隣接する部位であって前記従動傘歯車の径方向の内方かつ前記駆動傘歯車の軸線方向の先方に形成される空間に、ペダルクランク軸と同軸上に配置し、ペダルクランク軸の回転をこの一方向クラッチを介して前記内端部に伝えるようにし、前記電気駆動系の一方向クラッチを前記駆動傘歯車より上流のモータ側に配置したことを特徴とする電動自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、モータを補助動力源とする電動自転車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の電動自転車としては、例えば特開昭５７−７４２８５号公報に開示されたものがある。この公報に示された電動自転車は、ペダルクランク軸より車体の後方にモータを軸線がペダルクランク軸と平行になるように配置し、これらの間に、前記ペダルクランク軸と前記モータの出力軸の回転を後輪に伝達するための出力軸を配置している。
【０００３】
この出力軸は、前記ペダルクランク軸とモータの出力軸のそれぞれにチェーンおよび一方向クラッチを有する動力伝達手段を介して連結し、後輪駆動用チェーンを介して後輪に回転を伝達する構造になっている。前記一方向クラッチは、モータ用のものとペダルクランク軸用のものとを軸方向に並べた状態で前記出力軸に軸装されている。
すなわち、この電動自転車の駆動装置は、人力による踏力とモータの動力とがそれぞれチェーンおよび一方向クラッチを介して出力軸に伝達され、前記踏力とモータの動力との合力が出力軸からチェーンを介して後輪に伝達される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、このように構成された従来の電動自転車は、ペダルクランク軸、出力軸およびモータがこの順に車体の前後方向に並んでいるため、駆動装置が大型になってしまうという問題があった。
また、モータとして大出力のものを用いようとすると、軸線がペダルクランク軸と平行であるためにモータが車体側方に大きく突出してしまうという問題もあった。
さらに、出力軸上にモータ用の一方向クラッチとペダルクランク軸用の一方向クラッチを並設しなければならないため、軸方向に大型化するという問題もあった。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、電動自転車に搭載する駆動装置を小型化することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動自転車は、ペダルクランクによってペダルクランク軸を駆動する人力駆動系と、軸線が前記ペダルクランク軸の軸線と略直角をなすように搭載したモータを有する電気駆動系とを、パワーユニットケースに支持させるとともに、前記ペダルクランク軸と同一軸線上に設けた筒状出力軸における前記パワーユニットケース内側の内端部にそれぞれ一方向クラッチを介して連結し、この筒状出力軸における前記パワーユニットケースから突出する外端部から人力による踏力にモータの動力を加えた合力が後輪駆動手段によって後輪に伝達される電動自転車であって、前記後輪駆動手段を、前記筒状出力軸の前記外端部に固定したスプロケットから前記合力がチェーンによって後輪に伝達される構成とし、前記筒状出力軸の前記内端部に、前記電気駆動系の従動傘歯車を平面視においてモータ側の駆動傘歯車と前記スプロケットとの間に位置するように設け、この従動傘歯車をモータ側の駆動傘歯車に前記外端部側から噛合させることによりモータ側の回転が筒状出力軸に伝達される構造とし、前記人力駆動系の一方向クラッチを、前記筒状出力軸の前記内端部に隣接する部位であって前記従動傘歯車の径方向の内方かつ前記駆動傘歯車の軸線方向の先方に形成される空間に、ペダルクランク軸と同軸上に配置し、ペダルクランク軸の回転をこの一方向クラッチを介して前記内端部に伝えるようにし、前記電気駆動系の一方向クラッチを前記駆動傘歯車より上流のモータ側に配置したものである。
【０００７】
【作用】
モータの軸線はペダルクランク軸の軸線と略直角をなすので、大出力のモータを搭載した場合の大型化の方向は主にペダルクランク軸と略直交する方向になる。また、ペダルクランク軸と筒状出力軸とが車体の前後方向の同一位置に配置される。さらに、筒状出力軸の従動傘歯車に歯合するモータ側の駆動傘歯車が人力駆動系の一方向クラッチの径方向外側に配置される。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１ないし図９によって詳細に説明する。
図１は本発明に係る電動自転車の側面図、図２は本発明に係る電動自転車の要部の概略構成を示す平面図、図３はパワーユニットおよびモータの側面図、図４は図３におけるパワーユニットのIV−IV線断面図、図５は図４における一方向クラッチのV−V線断面図、図６は図４におけるVI−VI線断面図、図７はペダルクランク軸側一方向クラッチの一部を拡大して示す斜視図、図８はバッテリケース装着部分を拡大して示す側面図、図９は本発明に係る電動自転車の動力伝達経路を示す図である。
【０００９】
これらの図において、１は電動自転車、２はこの電動自転車１のフレームである。このフレーム２は、前輪３が回転自在に設けられたフロントフォーク４を操舵自在に支持するヘッドパイプ２ａと、このヘッドパイプ２ａから後下がりに延びるダウンチューブ２ｂと、このダウンチューブ２ｂの後部に中ラグ５を介して連結されて上方へ後傾するように延びるシートチューブ２ｃと、前記中ラグ５から後方へ延びるダウンチューブ２ｂの後端にハンガーラグ６を介して連結された左右一対のチェーンステー２ｄと、前記シートチューブ２ｃの上部と前記チェーンステー２ｄの後端部とを連結する左右一対のシートステー２ｅ等とから構成されている。そして、このフレーム２は、前記ダウンチューブ２ｂの上方かつシートチューブ２ｃの前方となる部位に側面視略Ｖ字状の上方へ開放された足通し空間Ｓが設けられる構造になっている。
【００１０】
そして、前記フロントフォーク４の上端部には操向ハンドル７が装着されている。また、前記チェーンステー２ｄの後端部およびシートステー２ｅの下端部には、後輪８を回転自在に支持するための後輪ブラケット２ｆが一体的に設けられている。
【００１１】
９はこの電動自転車１の補助動力装置である。この補助動力装置９は、バッテリケース１０に収納されたバッテリ１１から給電されると共に後述する制御ユニットによって制御されるモータ１２と、ペダルクランク軸１３を有するパワーユニット１４と、ペダルクランク軸１３における車体右側端部に軸装されたクランクギヤ１５（図４）、ペダルクランク１６およびペダル１７等を備えている。なお、前記バッテリケース１０およびバッテリ１１でバッテリユニットを構成している。
【００１２】
そして、この補助動力装置９は、パワーユニット１４がペダルクランク軸１３を中心として形成され、モータ１２をペダルクランク軸１３より車体前方であってダウンチューブ２ｂの下方にその長手方向がダウンチューブ２ｂの軸線と略平行となるようダウンチューブ２ｂに沿わせて配置されており、前記中ラグ５およびハンガーラグ６に連結ブラケット１８，１９を介して連結されている。実施例では、この補助動力装置９はモータ１２の後述する回転軸１２ａがダウンチューブ２ｂと平行になるようにフレーム２に搭載されている。
【００１３】
なお、この補助動力装置９は、車体右側に位置するクランクギヤ１５がチェーン２０を介して後輪８のフリーホイール（図示せず）に連結されている。このフリーホイールは、チェーン２０から後輪８へのみ動力を伝える公知の一方向クラッチによって構成されている。なお、図１においてチェーン２０に沿うように設けられた符号２０ａで示すものはチェーンカバーである。
【００１４】
この補助動力装置９のモータ１２には、ダウンチューブ２ｂに取付けられた制御ユニット２１およびメインスイッチ２２が接続されている。
この制御ユニット２１は、メインスイッチ２２がＯＮ状態のときであってペダル１７からペダルクランク軸１３に乗員の踏力が加えられたときのみに、モータ１２を回転させてペダルクランク軸１３にモータ１２からの動力を伝える構成になっている。すなわち、ペダル１７を踏むと、ペダルクランク軸１３にはその踏力に加えてモータ１２からの回転トルクが付与されることになる。このモータ１２の出力は、ペダル１７に加えられた踏力に略比例するように、制御ユニット２１によって制御される。なお、前記踏力は、後述するパワーユニット１４内の踏力検出機構により検出される。
【００１５】
そして、この制御ユニット２１およびメインスイッチ２２の取付け位置は、ダウンチューブ２ｂの下方であってモータ１２の前方とされ、制御ユニット２１の長手方向がダウンチューブ２ｂの軸線と略平行になるように配置されている。このため、メインスイッチ２２，制御ユニット２１，モータ１２およびパワーユニット１４は、ダウンチューブ２ｂに沿って前後に一列に並べられることになる。
【００１６】
前記メインスイッチ２２は、キー（図示せず）を差し込んで例えば図１において中立位置から時計方向に回したときに前記制御ユニット２１とバッテリ１１とを電気的に接続し、反時計方向に回したときに後述するバッテリケース用ロック機構を解除する構造になっている。
【００１７】
ここで、上述した補助動力装置９の構造を図３〜図６によってさらに詳細に説明する。補助動力装置９は、ペダルクランク軸１３をパワーユニット１４のケース２３に回転自在に支持させると共に、このケース２３の一端部にモータ１２をその軸線方向がペダルクランク軸１３と直交するように固定し、前記ペダルクランク軸１３とモータ１２の回転軸１２ａとの間に遊星歯車式減速機２４および遊星ローラ式減速機２５等を介装して形成されている。また、この補助動力装置９では、ペダルクランク軸１３と同軸上に配置される回転部品は、小型化を図って最低地上高を確保する目的から全てその外径がクランクギヤ１５より小さくなっている。
【００１８】
前記ケース２３は、図４に示すように、ペダルクランク軸１３が貫通すると共に遊星歯車式増速機２４を収容する筒状部およびこの筒状部からペダルクランク軸とは直交する方向へ延びかつ遊星ローラ式減速機２５を収容するモータ取付部が一体成形されたケース本体２３ａと、前記筒状部の両端の開口部のうち開口径が大きい方の車体左側開口部に取付ねじ２３ｂによって固定されかつこの開口部を塞ぐと共にペダルクランク軸１３の左側端部を軸受２３ｃによって回転自在に支持する蓋体２３ｄとから形成されている。本実施例では、蓋体２３ｄの外側に側面視略円形状のカバー２６が固着されている。そして、ケース本体２３ａにこの補助動力装置９の主要構成部材（モータ１２、遊星歯車式増速機２４、遊星ローラ式減速機２５等）が全て取付けられている。このように構成することで各主要構成部材を高精度に連結させることができると共に、組立て強度を確保することができる。
【００１９】
前記遊星歯車式増速機２４は、遊星歯車２７がペダルクランク軸１３に一方向クラッチ２８を介して支持され、太陽歯車２９がペダルクランク軸１３に回転自在に支持され、外周歯車３０が車幅方向に延びる略筒状に形成されてペダルクランク軸１３と同一軸線上に配設した筒状出力軸３１にリベット止めされている。前記外周歯車３０の外周部は、遊星歯車２７が噛合する部分より筒状出力軸３１側が細径に形成され、遊星歯車式増速機２４が無用に大型化しない構造になっている。前記一方向クラッチ２８は、ペダルクランク軸１３が遊星歯車式増速機２４に対して図３において左回りに回転するときのみに、ペダルクランク軸１３から動力が遊星歯車式増速機２４に伝わるように構成されている。
【００２０】
この一方向クラッチ２８は図５および図７に示すように、ペダルクランク軸１３にスプライン嵌合によって固定された略円環状の内輪３２と、この内輪３２を収容する中空部が形成されかつ内周部に断面略鋸歯状の係合歯３３が全周にわたって形成された外輪３４と、内輪３２と外輪３４との間に介装された爪片３５と、この爪片３５を前記係合歯３３に係合するように付勢するばね３６とから形成されている。また、前記外輪３４には前記遊星歯車２７を回転自在に支持する支軸２７ａが立設されている。
【００２１】
前記内輪３２は、外周部に径方向外側へ突出しかつ周方向へ延びる突起３７が周方向に間隔をおいて４箇所に形成されると共に、これらの突起３７の間となる部分に、内輪３２の外周面を断面円弧状に凹ませてなる爪片支承用凹部３８が形成されている。また、前記各突起３７の突出側端面３７ａは、内輪３２の軸心を中心とする円弧面になっており、内輪３２を外輪３４の中空部に装填した状態で全ての突起３７の突出側端面３７ａが係合歯３３の頂部に摺接するように構成されている。さらに、この突起３７には、ばね３６を挿入するための凹溝３９が周方向に沿って形成されている。
【００２２】
前記爪片３５は、前記内輪３２の凹部３８に摺動自在に嵌合する断面円弧状の凸曲面が形成された基部３５ａと、この基部３５ａから動力伝達時の内輪３２の回転方向（図５においては左回り）前側へ延出されて延出端が係合歯３３に係合する係合部３５ｂとから形成されている。なお、係合歯３３は、頂部に対して動力伝達時の内輪３２の回転方向前側が比較的緩やかに傾斜され、反対側が急峻に傾斜されている。そして、この爪片３５には、ばね３６が挿入される切欠き３５ｃが延出端から基部３５ａへ向けて形成されている。この切欠き３５ｃの底面は平坦に形成され、図５に示すように係合部３５ｂの延出方向に対して傾斜されている。
【００２３】
この底面の傾斜角度は、基部３５ａを凹部３８に嵌合させると共に係合部３５ｂを係合歯３３に係合させた図５に示す状態において、底面における動力伝達時の内輪３２の回転方向後側端部が前側端部より径方向外側へ突出するように設定されている。そして、この底面の突出端部に前記ばね３６が接触している。このばね３６は、一部が切断された環状に形成され、径を拡げるようにして内輪３２に弾装されている。すなわち、前記切欠き３５ｃの底面におけるばね３６に接触している端部が内輪３２の径方向中心側へ押され、爪片３５は基部３５ａを中心にして図５において右回りに付勢される。このため、係合部３５ｂが常に係合歯３３に押し付けられることになる。
【００２４】
このように構成された一方向クラッチ２８では、外輪３４はその係合歯３３の頂部に内輪３２の全ての突起３７が摺接することによって、内輪３２と同一軸線上に配置されると共に、内輪３２にボールベアリング等を使用することなく回転自在に支持されることになる。そして、ペダルクランク軸１３および内輪３２が外輪３４に対して図５において左回りに回ったときのみに動力（ペダル１７を踏むことによって生じる踏力）が内輪３２から爪片３５を介して外輪３４に伝えられることになる。また、クランク１６を前進時とは反対方向へ回したり、モータ１２の動力によって外輪３４が内輪３２より速く左回りに回転するようなときには、この一方向クラッチ２８での動力伝達は行われなくなる。
【００２５】
この遊星歯車式増速機２４では、前記外輪３４が内輪３２と共に回転する場合、太陽歯車２９がこれらの部材に対して回転しないようにすることによって、外周歯車３０が同方向に所定の速比で増速されて回転する。そして、この外周歯車３０がリベット止めされた筒状出力軸３１およびこの筒状出力軸３１におけるパワーユニット１４のケース２３から突出する外端部に固定されたクランクギヤ１５が回転することによって、ペダルクランク軸１３の動力がチェーン２０およびフリーホイールを介して後輪８に伝えられることになる。なお、筒状出力軸３１は、図４に示すように、後述する遊星ローラ式減速機２５から動力が伝えられる従動傘歯車４０が前記外周歯車３０と共にリベット止めされ、軸受４１を介してケース本体２３ａに回転自在に支持されている。また、この筒状出力軸３１の中空部には、軸受４２を介してペダルクランク軸１３の車体右側軸端部が回転自在に支持されている。
【００２６】
前記従動傘歯車４０は、前記一方向クラッチ２８より車体右側に位置づけられ、後述の駆動傘歯車５２との噛合い側が一方向クラッチ２８側となるように配置されている。詳述すると、前記従動傘歯車４０は、図４に示すように、筒状出力軸３１におけるパワーユニット１４のケース２３内の内端部に平面視において駆動傘歯車５２と前記クランクギヤ１５との間に位置するように取付けられ、車体右側（図４においては上側）から駆動傘歯車５２に噛合している。前記一方向クラッチ２８は、従動傘歯車４０における駆動傘歯車５２との噛合い側となる軸方向一端部の近傍に、ペダルクランク軸１３と同軸状に配置されている。言い換えれば、人力駆動系の前記一方向クラッチ２８は、前記筒状出力軸３１における車体左側の内端部に隣接する部位であって前記クランクギヤ１５とは軸線方向の反対側の部位に、ペダルクランク軸１３と同軸状に配置されている。
【００２７】
前記太陽歯車２９の回転を規制するに当たっては、本実施例では図３中に符号４３で示すストッパーと、４４で示す踏力検出機構が用いられている。ストッパー４３は、ケース本体２３ａに螺着されてケース内側の先端が太陽歯車２９のアーム２９ａの下端面に当接する構造になっている。また、踏力検出機構４４は、前記アーム２９ａの突出端にリベット止めされた当て板部材４５に上方から当接するポテンショメータ装置４６と、このポテンショメータ装置４６を当て板部材４５側へ付勢する加圧装置４７とから構成されている。なお、前記当て板部材４５は、面圧を下げるために前記アーム２９ａより幅広に形成されている。
【００２８】
踏力検出機構４４のポテンショメータ装置４６は、前記当て板部材４５に揺動端部が当接するレバー４６ａと、このレバー４６ａに連結されたポテンショメータ本体４６ｂとから形成され、ケース本体２３ａに支持固定されている。ポテンショメータ本体４６ｂは、レバー４６ａに連結される入力軸４６ｃが図３の紙面と直交する方向を軸線として回動自在に設けられており、この入力軸４６ｃの回動角度を検出してリード線４６ｄを介して前記制御ユニット２１に出力するように構成されている。なお、前記入力軸４６ｃは軸受４６ｅによってケース本体２３ａに回転自在に支持されている。
【００２９】
加圧装置４７は、前記レバー４６ａの揺動端部に当接する押圧子４７ａと、この押圧子４７ａをレバー４６ａに対して進退自在に支持しかつケース本体２３ａに支持固定されたケース４７ｂと、前記押圧子４７ａをレバー４６ａ側へ付勢する圧縮コイルばね４７ｃとから形成されている。
【００３０】
すなわち、前記外輪３４と共に遊星歯車２７が図３において左回りに回るときには太陽歯車２９が外周歯車３０からの回転反力によって左回りに回転付勢されるが、その力は当て板部材４５およびレバー４６ａを介して加圧装置４７に伝えられて加圧装置４７で吸収される。このため、太陽歯車２９は加圧装置４７の押圧子４７ａの移動量に相当する分だけ回動が許容された状態で回り止めされることになる。
【００３１】
このように太陽歯車２９が回動すると、ポテンショメータ本体４６ｂがその回動量を検出して制御ユニット２１に出力することになる。このとき、制御ユニット２１は、ポテンショメータ本体４６ｂからの検出信号に応じてモータ１２を制御する。このモータ１２の制御は、モータ１２の回転数が太陽歯車２９の回動量に比例するように行われる。詳述すると、外周歯車３０の回転数を図３中に符号４８で示す回転センサで検出し、この外周歯車３０の回転数と、ポテンショメータ本体４６ｂによって検出された太陽歯車２９の回動量とから図９に示すように制御ユニット２１でモータ駆動力を演算しモータ１２を駆動する。このため、ペダル１７を踏むことによって生じる踏力に略比例したトルクになるようにモータ１２が制御されることになる。なお、前記回転数センサ４８は、ケース本体２３ａに螺着されてケース内端部が外周歯車３０の車体左側端部に微小間隙をおいて対向しており、外周歯車３０に多数形成された歯部３０ａによって磁気抵抗が変化することを利用した公知のものが使用されている。このように外周歯車３０の端部に形成された歯部３０ａを利用して回転数を検出すると、回転数センサ４８を用いて回転数を検出するにあたって特別な被回転数検出部品が不要になる。
【００３２】
次に、モータ１２に連結された動力伝達系の構造について説明する。
モータ１２は、図４に示すように、その回転軸１２ａが遊星ローラ式減速機２５、モータ側一方向クラッチ５１、駆動傘歯車５２およびこの駆動傘歯車５２に噛合する前記従動傘歯車４０を介して前記筒状出力軸３１に連結されている。
【００３３】
遊星ローラ式減速機２５は、丸棒からなるモータ１２の回転軸１２ａより大径な円筒状に形成されてモータ１２の軸端部に回転軸１２ａと同軸に固定された外輪５３と、この外輪５３と前記回転軸１２ａとの間に複数配置されてこれら両者に各々が添接する遊星ローラ５４と、これらの遊星ローラ５４を回転自在に保持するピン５５を備えかつモータ側一方向クラッチ５１を介して駆動傘歯車５２に動力を伝える出力軸部材５６とから形成されている。
【００３４】
前記外輪５３は、遊星ローラ５４の軸方向の移動を規制するためのガイド板５７，５８が軸方向両端部に添接され、固定ボルト５９によってモータ１２に固定されている。外輪５３およびガイド板５７，５８における固定ボルト５９が貫通する穴は固定ボルト５９より大径に形成されており、固定ボルト５９によって径方向に対する位置が規制されないようになっている。また、この外輪５３の外周部に図６に示すようにケース本体２３ａの円形嵌合部６０が嵌合している。なお、モータ１２は、このように外輪５３を円形嵌合部６０に嵌合させた状態で図３に示すように連結ボルト６１によってケース本体２３ａに連結されている。
【００３５】
前記遊星ローラ５４は、本実施例では図６に示すように、外輪５３の周方向に等間隔おいて４個装着され、各々が出力軸部材５６のピン５５に軸受６２によって回転自在に支持されている。また、この遊星ローラ５４を保持する出力軸部材５６は、底部に前記ピン５５が突設された有底円筒状に形成されており、中空部にモータ側一方向クラッチ５１および駆動傘歯車５２が装着されている。
【００３６】
このように構成された遊星ローラ式減速機２５では、モータ１２の回転軸１２ａが図６中に矢印で示すように右回りに回転することによって、遊星ローラ５４が回転軸１２ａとは反対側へ自転すると共に、外輪５３の内周面上を転動して右回りに公転するようになる。これによって出力軸部材５６が図６において右回りに所定の減速比をもって回転するようになる。
【００３７】
この出力軸部材５６の中空部に装着されたモータ側一方向クラッチ５１は、出力軸部材５６が駆動傘歯車５２に対して図６において右回りに回転するときのみにその回転を駆動傘歯車５２に伝えるように構成されている。また、駆動傘歯車５２は、軸受６３によってケース本体２３ａに軸方向への移動を規制された状態で回転自在に支持されており、モータ側軸端部がモータ側一方向クラッチ５１に連結され、これとは反対側の軸端部に傘歯車が形成されて従動傘歯車４０に噛合している。
【００３８】
すなわち、出力軸部材５６が上述したように回転するときには、モータ１２の動力が出力軸部材５６から駆動傘歯車５２および従動傘歯車４０を介して前記筒状出力軸３１に伝えられることになる。
【００３９】
このようにモータ１２の動力伝達経路中にモータ側一方向クラッチ５１を介装させたのは、バッテリ１１の電力が不足してモータ１２の回転が遅くなったり、モータ１２の動力を故意に断って人力のみによって走行するときに、ペダルクランク軸１３からの動力が従動傘歯車４０から駆動傘歯車５２および遊星ローラ式減速機２５を介してモータ１２に伝わり、駆動抵抗が大きくなるのを防ぐためである。
【００４０】
なお、前記回転軸１２ａと出力軸部材５６の底面との間および出力軸部材５６の内側底面と駆動傘歯車５２の軸端との間に設けられた符号６４，６５で示すものは、出力軸部材５６に軸方向の推力が加わったときに出力軸部材５６が回転軸１２ａや駆動傘歯車５２に当接するのを防ぐためのボールである。これらのボール６４，６５は、回転軸１２ａあるいは駆動傘歯車５２の軸端に凹設された円形穴に係入されている。
【００４１】
ここで、モータ１２および遊星ローラ式減速機２５をケース本体２３ａに組込む手順について説明する。組込みにあたっては、先ず、外輪５３に出力軸部材５６を装着させる。このときには、出力軸部材５６と外輪５３との間にガイド板５８を介在させると共に、ピン５５に軸受６２および遊星ローラ５４を装着させて外輪５３の内周側に収容させる。そして、このように出力軸部材５６の取付けられた外輪５３を、ガイド板５７をモータ１２との間に介在させてモータ１２に固定する。このときには、各遊星ローラ５４の間にモータ１２の回転軸１２ａを係入させ、回転軸１２ａに対して遊星ローラ５４および出力軸部材５６が回転できるようにする。これと共に、ボール６４を回転軸１２ａと出力軸部材５６との間に介装させておく。このようにすることによって、回転軸１２ａに対して外輪５３および出力軸部材５６が同一軸線上に位置づけられる。
【００４２】
次に、外輪５３およびガイド板５７，５８を固定ボルト５９によってモータ１２に固定する。これによって遊星ローラ式減速機２５がモータ１２に装着されることになる。すなわち、遊星ローラ式減速機２５をモータ１２に連結するに当たっては、特別な嵌合構造を用いることなく行うことができる。
【００４３】
しかる後、外輪５３の外周部をケース本体２３ａの円形嵌合部６０に嵌合させる。なお、このときには、出力軸部材５６の中空部あるいは駆動傘歯車５２にモータ側一方向クラッチ５１を予め装着させておき、モータ１２の取付と同時にモータ側一方向クラッチ５１の装着を行う。また、ボール６５も駆動傘歯車５２に予め装着させておく。
【００４４】
そして、モータ１２を連結ボルト６１によってケース本体２３ａに固定することによって、モータ１２および遊星ローラ式減速機２５の組込みが終了する。
また、この補助動力装置９をフレーム２に搭載するには、図３に示すようにケース本体２３ａに穿設されたボルト穴６６，６７を前記連結ブラケット１８，１９のボルト穴に合わせ、ケース本体２３ａを連結ブラケット１８，１９にボルト止めして行う。
【００４５】
次に、前記モータ１２に給電するバッテリ１１を収容するバッテリケース１０の構造について説明する。
バッテリケース１０は上下方向に細長い箱状に形成され、図１および図８に示すように内部にバッテリ１１を２つ収納する構造になっており、シートチューブ２ｃと後輪８との間にその長手方向がシートチューブ２ｃの軸線と略平行となるように配置されている。すなわち、このバッテリケース１０は、図２に示すようにその車幅方向の寸法が左右のシートステー２ｅどうしの間を通される寸法に設定されると共に、前後方向の寸法がシートチューブ２ｃと左右一対の補助シートチューブ７１との間を通される寸法に設定されている。なお、この補助シートチューブ７１は、左右のシートステー２ｅ間に架け渡されたクロス部材とダウンチューブ２ｂの後端部との間にシートチューブ２ｃと略平行に架け渡されている。
【００４６】
また、図２に示すように、このバッテリケース１０や上述した補助動力装置９、制御ユニット２１は、左右のクランク１６，１６の間に全て収容されている。
【００４７】
このバッテリケース１０を車体に取付ける構造は、ダウンチューブ２ｂの後端部に上方へ向けて開口する有底角筒状の支持箱７２を設け、この支持箱７２内にバッテリケース１０の下端部を上方から嵌合させる構造になっている。前記支持箱７２は、その下部前側部分が前記中ラグ５のブラケット７３に連結されてこのブラケット７３および中ラグ５を介してフレーム２に支持されている。このため、バッテリケース１０は車体に対して上下方向に着脱自在に取付けられることになる。また、支持箱７２の底部には、バッテリケース１０の下端部に設けられた雌コネクタ１０ａに電気的に接続される雄コネクタ７２ａが取付けられると共に、バッテリケース１０が第３者によって車体から外されるのを防ぐロック機構７４が取付けられている。
【００４８】
前記雄コネクタ７２ａは、メインスイッチ２２を介して制御ユニット２１やモータ１２に電気的に接続され、接触子が支持箱７２内に突出する構造になっている。すなわち、バッテリケース１０を支持箱７２に上方から嵌合させることによって、雄コネクタ７２ａにバッテリケース１０側の雌コネクタ１０ａが電気的に接続され、メインスイッチ２２や他の電気機器にバッテリ１１から給電されるようになる。
【００４９】
前記ロック機構７４は、支持箱７２に回動自在に設けられてバッテリケース１０に係脱自在に構成された係止爪７４ａを備え、バッテリケース１０を支持箱７２に嵌合させることによってロックされる構造になっている。また、係止爪７４ａは操作ワイヤ７４ｂを介して前記メインスイッチ２２に連結され、メインスイッチ２２のキーをロック解除側（図１において反時計方向）に回したときにロックが解除される構造になっている。
【００５０】
なお、図１に示した状態では、バッテリケース１０を上方へ引き上げるとシートチューブ２ｃの上端部に位置するサドル７５が邪魔になるが、このサドル７５は、後述するシート傾動機構７６によってバッテリケースの着脱経路上から離間される。
【００５１】
前記サドル７５はシートピラーチューブ７７の上端部に取付けられ、このシートピラーチューブ７７をシートチューブ２ｃに嵌挿させることによってフレーム２に装着されている。このサドル７５は、本実施例ではクッション付きのものが使用されている。前記シートピラーチューブ７７は乗員の体格に合わせてサドル７５の高さを変えることができるようにある程度長さをもって形成され、下端部にシート傾動機構７６が設けられている。なお、サドル７５の高さを変えるには、先ず、シートチューブ２ｃの上端に設けられてシートチューブ２ｃの上端開口径を変えるシートピン７８を緩め、サドル７５を引っ張ってシートピラーチューブ７７をシートチューブ２ｃから上側へ引き出す。そして、サドル７５を所望の高さに位置づけた後、前記シートピン７８を締めてシートピラーチューブ７７をシートチューブ２ｃの上側開口部で緊縛させる。
【００５２】
前記シート傾動機構７６は、シートピラーチューブ７７の下端に挿入固着された上側部材７６ａと、この上側部材７６ａに枢支ピン７６ｂを介して揺動自在に連結され、かつシートチューブ２ｃに嵌挿される下側部材７６ｃとから構成されている。また、前記枢支ピン７６ｂは、その軸線を車幅方向に向けて取付けられている。このため、下側部材７６ｃに対して上側部材７６ａが前後方向に揺動するが、本実施例では、上側部材７６ａが下側部材７６ｃに対して前側のみに傾斜するように構成されている。
【００５３】
すなわち、このシート傾動機構７６は、シートピラーチューブ７７をシートチューブ２ｃに固定した走行時には図１に示すようにシートチューブ２ｃ内に挿入される。また、シートピラーチューブ７７の全てをシートチューブ２ｃ上に引き出して下側部材７６ｃの上部をシートチューブ２ｃの上側開口部から突出させた状態では、枢支ピン７６ｂを中心にしてシートピラーチューブ７７およびサドル７５を図８中に二点鎖線で示す上方引き出し位置から実線で示すように前側へ傾斜させることができるようになる。
【００５４】
図１において符号７９は車体カバーである。この車体カバー７９は、上下に分割形成されたカバー本体８０，８１からなり、これらのカバー本体８０，８１によってダウンチューブ２ｂおよびこのダウンチューブ２ｂに取付けられた電装品、すなわち、電気駆動系構成部品の一部であるメインスイッチ２２，制御ユニット２１，補助動力装置９等を挾むようにして覆う構造になっている。また、下カバー本体８１は制御ユニット２１の下部前面と対応する部分（この部分を図１中符号Ａで示す）が開口されており、この開口に制御ユニット２１の下部が臨んでいる。このようにすると、走行風を前記開口から制御ユニット２１に当てることができるから、発熱し易い制御ユニット２１を効率よく冷却することができる。
【００５５】
次に上述したように構成された電動自転車１の動作を図９によって説明する。メインスイッチ２２がＯＦＦ状態のときは、モータ１２からの補助動力は加わらず、ペダルクランク軸１３の回転がペダルクランク軸側一方向クラッチ２８、遊星歯車減速機２４、筒状出力軸３１、チェーン２０および後輪側のフリーホイールに伝えられ、ペダル１７を踏むことにより生じる踏力のみによって後輪８が駆動される。
【００５６】
メインスイッチ２２がＯＮ状態のときは、踏力に比例する補助動力がモータ１２から筒状出力軸３１に加えられ、踏力と補助動力との合力によって後輪８が駆動されることになる。このときには、踏力検出機構４４によって検出された踏力と、回転センサ４８によって検出された外周歯車３０（筒状出力軸３１）の回転数とが制御ユニット２１に入力され、踏力に比例したトルクとなるように制御ユニット２１がモータ１２を制御する。すなわち、モータ１２の動力は、回転軸１２に連結された遊星ローラ式減速機２５からモータ側一方向クラッチ５１、駆動傘歯車５２、従動傘歯車４０を介して筒状出力軸３１に伝えられ、この筒状出力軸３１でペダルクランク軸１３からの踏力と合成され、チェーン２０、フリーホイールを介して後輪に伝達されることになる。
【００５７】
したがって、上述したように構成された電動自転車１では、モータ１２をその軸線がペダルクランク軸１３の軸線と略直角をなすように車体に搭載したので、大出力のモータ１２を搭載したとしても大型化の方向は主にペダルクランク軸１３と略直交する方向になる。
また、人力駆動系と電気駆動系とを、ペダルクランク軸１３と同一軸線上に設けた筒状出力軸３１にそれぞれ連結したので、ペダルクランク軸１３と筒状出力軸３１とが車体の前後方向の同一位置に配置される。
【００５８】
さらに、筒状出力軸３１と電気駆動系との連結部を、筒状出力軸３１の従動傘歯車４０にモータ側の駆動傘歯車５２を歯合させモータ側の回転を筒状出力軸３１に伝達する構造とするとともに、人力駆動系の一方向クラッチ２８を前記従動傘歯車４０における駆動傘歯車５２との噛合い側となる軸方向一端部の近傍にペダルクランク軸と同軸状に配置するとともに、電気駆動系の一方向クラッチ５１を前記駆動傘歯車５２より上流モータ側に配置したため、駆動傘歯車５２が前記一方向クラッチ２８の径方向外側に配置される。
【００５９】
本実施例では、補助動力装置９の筒状出力軸３１をペダルクランク軸１３と同軸に配置し、モータ１２および制御ユニット２１を、ダウンチューブ２ｂの下側でこのダウンチューブ２ｂに沿わせて立上げ、バッテリケース１０およびバッテリ１１からなるバッテリユニットをシートチューブ２ｃの後側でこのシートチューブ２ｃに沿わせて立上げることにより、これらの部材を、ペダルクランク軸１３が中央となりかつ最も低くなるように側面視略Ｖ字状であって平面視において略一列となるように並べるとともに、各々の長手方向がダウンチューブ２ｂ、シートチューブ２ｃの軸線と略平行となるように配置したので、ペダルクランク軸１３と筒状出力軸３１とを中央としかつ最も低い位置に位置づけた状態で、モータ１２、バッテリユニットおよび制御ユニット２１がフレーム２に沿って側面視略Ｖ字状にバランスよく車幅方向にもコンパクトに配置される。また、ペダルクランク軸１３の下方に大きく突出する部材がない。
【００６０】
また、本実施例で示したようにモータ１２をダウンチューブ２ｂの下方に配置すると、モータ１２および筒状出力軸３１をダウンチューブ２ｂの下方の広い空間に連続して配置できる。このため、モータ１２の動力伝達経路が単純かつ短くなる。しかも、ダウンチューブ２ｂにモータ１２および制御ユニット２１を沿わせると、モータ１２と制御ユニット２１との間を結線する配線も短くてよい。
【００６１】
さらに、バッテリ１１をダウンチューブ２ｂの上方に配置すると、バッテリ１１の重量をダウンチューブ２ｂで受け易くなる。しかも、バッテリ１１をシートチューブ２ｃの後方に配置すると、ダウンチューブ２ｂの上下位置を下げることができ、シートチューブ２ｃの前方の足通し空間Ｓを前後、上下に広くとることができるから乗り降りし易くなる。
【００６２】
さらにまた、本実施例で示したようにパワーユニット１４の外周歯車３０、リングギヤ４０および筒状出力軸３１を別体に形成し、リベットによって結合させる構成を採ると、各々の部材をその機能に最も適した材料によって形成することができ、過剰品質になることがないから、コストを低く抑えることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る電動自転車は、ペダルクランクによってペダルクランク軸を駆動する人力駆動系と、軸線が前記ペダルクランク軸の軸線と略直角をなすように搭載したモータを有する電気駆動系とを、パワーユニットケースに支持させるとともに、前記ペダルクランク軸と同一軸線上に設けた筒状出力軸における前記パワーユニットケース内側の内端部にそれぞれ一方向クラッチを介して連結し、この筒状出力軸における前記パワーユニットケースから突出する外端部から人力による踏力にモータの動力を加えた合力が後輪駆動手段によって後輪に伝達される電動自転車であって、前記後輪駆動手段を、前記筒状出力軸の前記外端部に固定したスプロケットから前記合力がチェーンによって後輪に伝達される構成とし、前記筒状出力軸の前記内端部に、前記電気駆動系の従動傘歯車を平面視においてモータ側の駆動傘歯車と前記スプロケットとの間に位置するように設け、この従動傘歯車をモータ側の駆動傘歯車に前記外端部側から噛合させることによりモータ側の回転が筒状出力軸に伝達される構造とし、前記人力駆動系の一方向クラッチを、前記筒状出力軸の前記内端部に隣接する部位であって前記従動傘歯車の径方向の内方かつ前記駆動傘歯車の軸線方向の先方に形成される空間に、ペダルクランク軸と同軸上に配置し、ペダルクランク軸の回転をこの一方向クラッチを介して前記内端部に伝えるようにし、前記電気駆動系の一方向クラッチを前記駆動傘歯車より上流のモータ側に配置したため、モータの軸線はペダルクランク軸の軸線と略直角をなすので、大出力のモータを搭載した場合の大型化の方向は主にペダルクランク軸と略直交する方向になる。
【００６４】
このため、モータとして大出力のものを搭載してもこのモータが車幅方向に大きく突出することはない。
また、ペダルクランク軸と筒状出力軸とが車体の前後方向の同一位置に配置されるから、人力駆動系と電気駆動系の動力伝達系をペダルクランク軸の周囲に配設することができ、車体の前後方向に対する小型化を図れる。
【００６５】
さらに、本発明に係る電動自転車においては、電気駆動系の駆動傘歯車に噛合する従動傘歯車が平面視において前記駆動傘歯車と前記スプロケットとの間に位置付けられて筒状出力軸の内端部に設けられているから、前記筒状出力軸が駆動傘歯車よりスプロケット側に位置するようになる。本発明は、この筒状出力軸に隣接する部位、すなわち駆動傘歯車の軸線方向の先方（従動傘歯車の径方向の内方）に形成される空間を有効に利用してここに人力駆動系の一方向クラッチを配設したものである。この結果、人力駆動系の一方向クラッチを前記駆動傘歯車との干渉を避けつつ従動傘歯車（筒状出力軸）に接近させることができるから、軸方向に対する小型化を図ることができる。
さらにまた、電気駆動系の一方向クラッチが前記駆動傘歯車より上流のモータ側に配置されており、人力駆動系の構成部材を設ける位置がこの一方向クラッチによって制約を受けることはない。
【００６６】
したがって、本発明によれば駆動装置が小型化された電動自転車が得られる。さらに、電気駆動系の一方向クラッチを、傘歯車によって減速される部位より動力伝達系の上流側となるより回転の高い箇所に配置するため、クラッチ容量が小さくてよく、電気駆動系の小型化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る電動自転車の側面図である。
【図２】  本発明に係る電動自転車の要部の概略構成を示す平面図である。
【図３】  パワーユニットおよびモータの側面図である。
【図４】  図３におけるパワーユニットのIV−IV線断面図である。
【図５】  図４におけるペダルクランク軸側一方向クラッチのV−V線断面図である。
【図６】  図４におけるVI−VI線断面図である。
【図７】  ペダルクランク軸側一方向クラッチの一部を拡大して示す斜視図である。
【図８】  バッテリケース装着部分を拡大して示す側面図である。
【図９】  本発明に係る電動自転車の動力伝達経路を示す図である。
【符号の説明】
１…電動自転車、２…フレーム、２ｂ…ダウンチューブ、９…補助動力装置、１２…モータ、１３…ペダルクランク軸、１４…パワーユニット、２８，５１…一方向クラッチ、３１…筒状出力軸、４０…従動傘歯車、５２…駆動傘歯車。
【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】
0003706172.tif 000008
【図８】
0003706172.tif 000009
【図９】
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