(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の車軸に回転自在に支持させたハブの内側にモータおよび遊星減速機を車軸と同一軸線上に設けた電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、前記ハブ内の車幅方向の一端部に前記モータのハウジングを配設し、前記ハウジングの内周面にステータを固定し、そのハウジングにより車幅方向を指向するロータを回転自在に支持し、ハブ内の車幅方向の他端部に、前記ロータの回転を太陽部材から遊星部材およびその外側の外周部材と一方向クラッチとを介してハブに伝達する遊星減速機を配設するとともに、前記モータのハウジングと、前記遊星減速機の遊星部材支持用キャリアとを互いに結合してなる組立体と、この組立体の車幅方向の両端部であって前記ハウジングの外側部および前記キャリアの外側部から車幅方向外方に延出しかつ前記ロータの両側に同軸状に配置される左右の車体取付軸（１６，４０ｄ）とにより前記車軸を構成し、この車軸により前記ハブを回転自在に支持したことを特徴とする電動自転車用モータ駆動ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、前記モータハウジングの遊星減速機と反対側の端部に、車体フレーム側に係合するストッパーを突設するとともに、このストッパーより径方向の外側にハブ支持用の軸受を嵌合させ、モータハウジングにおける前記軸受より径方向の内側でかつ前記車体取付軸（１６，４０ｄ）より径方向の外側に、モータの配線を貫通させる配線用孔を穿設したことを特徴とする電動自転車用モータ駆動ユニット。
【請求項３】
請求項１記載の電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、前記ハブを、車輪のスポークを接続し前記遊星減速機側端部に開口部を有するハブ本体（５２）と、この開口部に着脱可能に取付けられた蓋体（５３）とから構成したことを特徴とする電動自転車用モータ駆動ユニット。
【請求項４】
請求項３記載の電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、前記蓋体（５３）には前記遊星減速機の外周部材（４２）が一方向クラッチ（４３）を介して支持されていることを特徴とする電動自転車用モータ駆動ユニット。
【請求項５】
請求項１記載の電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、モータを、ステータの軸心部にロータが位置するブラシレスＤＣモータによって構成し、モータハウジングの内周面にステータを固定し、モータハウジングにロータを回転自在に支持させたことを特徴とする電動自転車用モータ駆動ユニット。
【請求項６】
請求項１記載の電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、遊星減速機を、車幅方向に並べた遊星ローラ減速機と遊星歯車減速機とから構成し、遊星ローラ減速機の太陽ローラをモータのロータに接続するとともに、遊星ローラ支持用キャリアを遊星歯車減速機の太陽歯車に接続し、この遊星ローラ減速機の外周リングと遊星歯車減速機の遊星歯車支持用キャリアとをモータハウジングに固定し、遊星歯車減速機の外周歯車をハブに接続したことを特徴とする電動自転車用モータ駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪のハブ内にモータを装備した電動自転車用モータ駆動ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車軸の近傍にモータを配設した電動自転車用モータ駆動ユニットとしては、例えば特開平９−３９８７２号公報に開示されたものがある。この公報に示されたモータ駆動ユニットは、モータと遊星歯車減速機とを車幅方向に並べ、車体フレームに固定した１本の車軸に同軸状になるように支持させており、モータの出力軸の回転を遊星歯車減速機で減速してハブに伝達する構造を採っている。ハブは、遊星歯車機構の周囲を覆う形状に形成し、車軸に回転自在に支持させている。
【０００３】
前記モータは、ハウジングを車体フレームに固定し、車軸を貫通させるために筒状に形成した出力軸を遊星歯車減速機に向けて突出させている。
前記遊星歯車減速機は、遊星歯車機構を車幅方向に２個直列に並べた構造を採っている。すなわち、モータ側に位置する遊星歯車機構の太陽歯車がモータの出力軸とともに回転し、この太陽歯車の回転が他方の遊星歯車機構の外周歯車に減速されて伝達される構成を採っている。前記外周歯車にハブを接続しており、ハブがモータの動力で回転する構造を採っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上述したように構成した従来の電動自転車用モータ駆動ユニットにおいては、１本の車軸の周囲にモータおよび遊星歯車減速機を配設しているため、モータ駆動ユニット全体の外径が大きくなり、重量が重くなってしまうという問題があった。
【０００５】
これは、モータのロータ、出力軸および遊星歯車減速機の太陽歯車などを車軸が貫通できる径、すなわちモータの出力に対して大き過ぎる径をもって形成しなければならず、これに伴ってモータのステータや遊星歯車減速機の遊星歯車、外周歯車なども径が大きくなるからである。
【０００６】
また、遊星歯車減速機に遊星歯車機構を減速段数が２段になるように並設しているので、噛合部分が多く、この噛合部分から発生する騒音が大きくなるという問題もあった。
【０００７】
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、ハブ側にモータを装備したモータ駆動ユニットの小型化・軽量化を図るとともに、騒音を小さくすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットは、車輪の車軸に回転自在に支持させたハブの内側にモータおよび遊星減速機を車軸と同一軸線上に設けた電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、前記ハブ内の車幅方向の一端部に前記モータのハウジングを配設し、前記ハウジングの内周面にステータを固定し、そのハウジングにより車幅方向を指向するロータを回転自在に支持し、ハブ内の車幅方向の他端部に、前記ロータの回転を太陽部材から遊星部材およびその外側の外周部材と一方向クラッチとを介してハブに伝達する遊星減速機を配設するとともに、前記モータのハウジングと、前記遊星減速機の遊星部材支持用キャリアとを互いに結合してなる組立体と、この組立体の車幅方向の両端部であって前記ハウジングの外側部および前記キャリアの外側部から車幅方向外方に延出しかつ前記ロータの両側に同軸状に配置される左右の車体取付軸（１６，４０ｄ）とにより前記車軸を構成し、この車軸により前記ハブを回転自在に支持したものである。
【０００９】
本発明によれば、モータおよび遊星減速機を車幅方向に貫通する１本の軸を用いることなくモータ、遊星減速機およびハブを支持することができるから、支持剛性が低下することを阻止しながら、モータおよび遊星減速機の軸心部に位置する部材をモータの出力を伝達するために必要充分な寸法に形成することができる。
【００１０】
また、モータのロータから回転が伝達される遊星減速機の太陽部材を小径化することができることから、外形が大きくなることなく遊星減速機の減速比を大きくとることができる。このため、モータは、高回転型で出力トルクが小さいもの、すなわち小型のモータを使用することができる。
【００１１】
さらに、車軸の一部を構成するモータハウジングは、強度が高くなる形状に形成することができるから、このモータハウジングを例えばアルミニウム合金によって形成することができ、車軸の剛性を低下させることなく軽量化することができる。
【００１２】
請求項２に記載した発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットは、請求項１に記載した電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、前記モータハウジングの遊星減速機と反対側の端部に、車体フレーム側に係合するストッパーを突設するとともに、このストッパーより径方向の外側にハブ支持用の軸受を嵌合させ、モータハウジングにおける前記軸受より径方向の内側でかつ前記車体取付軸（１６，４０ｄ）より径方向の外側に、モータの配線を貫通させる配線用孔を穿設したものである。
【００１３】
この発明によれば、モータおよび遊星減速機の反力を車体フレームに伝達するためのストッパーをモータハウジングに形成することによって生じるデッドスペース、すなわちハブ支持用軸受より径方向の内側に有するスペースを利用して配線用孔を穿設することができる。
【００１４】
請求項３に記載した発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットは、請求項１記載の電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、前記ハブを、車輪のスポークを接続し前記遊星減速機側端部に開口部を有するハブ本体（５２）と、この開口部に着脱可能に取付けられた蓋体（５３）とから構成したものである。
請求項４に記載した発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットは、請求項３記載の電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、前記蓋体（５３）には前記遊星減速機の外周部材（４２）が一方向クラッチ（４３）を介して支持されているものである。
【００１５】
請求項３と請求項４とに記載した発明によれば、ハブにスポークを介してリムを組付ける作業と、モータや遊星減速機を組付ける作業の順序を自由に選択することができる。このため、車輪の組立作業の自由度を高くすることができる。しかも、メンテナンス時にスポークを取外すことなくモータや遊星減速機を車輪から取外すことができる。
【００１６】
請求項５に記載した発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットは、請求項１記載の電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、モータを、ステータの軸心部にロータが位置するブラシレスＤＣモータによって構成し、モータハウジングの内周面にステータを固定し、モータハウジングにロータを回転自在に支持させたものである。
この発明によれば、モータの軸心部に車軸を貫通させる構成を採る場合に較べて、モータのロータの小径化および軽量化を図ることができる。このため、モータハウジングを小径に形成することができるばかりか、ロータを支持するために必要な強度が小さくなることに起因してモータハウジングの厚みを薄く形成することができる。
【００１７】
請求項６に記載した発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットは、請求項１記載の電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、遊星減速機を、車幅方向に並べた遊星ローラ減速機と遊星歯車減速機とから構成し、遊星ローラ減速機の太陽ローラをモータのロータに接続するとともに、遊星ローラ支持用キャリアを遊星歯車減速機の太陽歯車に接続し、この遊星ローラ減速機の外周リングと遊星歯車減速機の遊星歯車支持用キャリアとをモータハウジングに固定し、遊星歯車減速機の外周歯車をハブに接続したものである。
この発明によれば、モータのロータの回転が遊星ローラ減速機で減速されてから遊星歯車減速機に伝達され、この遊星歯車減速機からハブに伝達される。遊星ローラ減速機は、回転を摩擦によって伝達することから騒音が相対的に小さいので、高速で回転するモータのロータの回転を減速するときに発生する騒音は小さくなる。また、遊星歯車減速機には遊星ローラ減速機で減速された回転が伝達されるから、遊星歯車減速機は歯車の噛合いによって騒音が発生するにもかかわらず、この遊星歯車減速機から発生する騒音は小さくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、本発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットの一実施の形態を図１ないし図５によって詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットの断面図、図２はモータ駆動ユニットのモータ側端部を示す側面図、図３は図１における遊星ローラ減速機のIII−III線断面図、図４は図１における遊星歯車減速機のIV−IV線断面図、図５はコンデンサを実装する基板の正面図である。図５の基板を見る方向を図１中にV−V線によって示す。
【００２０】
これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態による電動自転車用モータ駆動ユニットである。このモータ駆動ユニット１は、前輪の軸心部に装着し、図１中に符号２で示すフロントフォークに取付ける構造を採っている。すなわち、このモータ駆動ユニット１は、内部にブラシレスＤＣモータ３と遊星減速機４とを車幅方向に並ぶように配設し、これらのモータ３および遊星減速機４を覆うようにハブ５を回転自在に設けている。なお、このモータ駆動ユニット１を装着する自転車は、ペダル（図示せず）を踏込むことによってチェーン等を介して後輪が駆動される従来周知の構造のものである。
【００２１】
前記モータ３は、モータハウジング６と、このモータハウジング６の内周面に固着したステータ７と、モータハウジング６の軸心部に軸受８を介して回転自在に支持させたロータ９と、モータハウジング６内の反出力側部に収容したモータコントローラ１０とから構成している。
【００２２】
前記モータハウジング６は、図１において右側に位置する有底円筒状のハウジング本体１１と、このハウジング本体１１の開口を閉塞する蓋体１２と、この蓋体１２の軸心部の外端面に固定用ボルト１３によって固定した連結部材１４とから構成している。前記連結部材１４は、蓋体１２に固定した円板１５と、この円板１５の軸心部に固定したボルト１６とから構成している。なお、ハウジング本体１１および蓋体１２は、ステータ７やモータコントローラ１０が発する熱を放散させ易いように熱伝導率が高い材料、例えばアルミニウム合金によって形成し、連結部材１４の円板１５とボルト１６は、小型でも剛性が高くなるように鋼材によって形成している。
【００２３】
前記蓋体１２は、軸心部にモータ内側に延びる円筒１２ａを一体に形成し、この円筒１２ａに前記モータコントローラ１０の２枚の基板１７，１８を車幅方向に間隔をおいて固定している。また、円筒１２ａの内周部には、前記円板１５に一体に形成した円筒１５ａを嵌合させている。このように円筒１５ａを円筒１２ａの内周部に嵌合させることによって、蓋体１２と円板１５との接触面積を大きくとることができるから、蓋体１２の熱が円板１５に伝達され易くなる。
前記基板１７，１８のうち図１において右側に位置する基板１７には、ロータ９の磁極９ａと対応する位置に設けた検出板９ｂの先端の磁石９ｃを検出するためのホール素子１９と、スイッチングノイズ除去用のコンデンサ２０と、ＩＣ２１およびその他の電子部品などを実装し、他方の基板１８には、このモータ３の電子整流機構のスイッチング素子２２（ＦＥＴ）を実装している。
【００２４】
前記コンデンサ２０は、図５に示すように、同容量のものを複数個、間隔をおいて並設している。このようにコンデンサ２０を複数使用することによって、小型のコンデンサを使用することができるから、コンデンサを１個だけ使用する構成を採る場合に較べてモータ３の軸線方向（車幅方向）の小型化を図ることができる。
【００２５】
また、前記スイッチング素子２２は、熱が蓋体１２に伝導されるように、パッケージをねじ２３によって蓋体１２に密着させている。この構成を採ることによって、モータ３で駆動するときに発熱するスイッチング素子２２をモータハウジング６によって冷却することができる。
【００２６】
前記連結部材１４の円板１５（モータハウジング６の車体フレーム側の端部）には、モータハウジング６がモータ３および遊星減速機４の反力によって回転するのを阻止するためのストッパー２４を突設している。このストッパー２４は、図２に示すように、フロントフォーク２の前縁と後縁に係合するように円板１５の二箇所に形成している。また、この円板１５の外周部、すなわち前記ストッパー２４より径方向の外側に、ハブ５の車幅方向の一端部を回転自在に支持するための軸受２５を嵌合させている。
【００２７】
さらに、前記円板１５における前記軸受２５より径方向の内側であって、図２に示すように側面視においてフロントフォーク２の下端と対向する部位には、モータ３用の配線を通すための配線用孔２６を穿設している。この配線用孔２６には、図示していないモータ用の配線を通すための丸穴２７を形成したゴム製配線支持部材２８が固着してある。このようにモータ３の反出力側にモータコントローラ１０を設け、モータ３のフロントフォーク２側の端部から配線を導出する構成を採ることにより、前記配線をハブ５の内側で車幅方向の一端部から他端部に延ばすことなく配線することができるから、配線がハブ内の他の部材と干渉することはなく、モータハウジング６を小型化することができる。
【００２８】
また、モータ３は、上述したようにモータハウジング６内にモータコントローラ１０を収容しているため、モータ３に接続する配線は相対的に太い２本の給電用配線と、相対的に細い複数の制御用配線のみになる。このため、前記配線用孔２６に装着したゴム製配線支持部材２８には、配線の径および本数と対応するように丸穴２７を形成している。
【００２９】
なお、前記モータコントローラ１０をモータ３の外に配設する構造を採る場合には、モータコントローラ１０とモータ３との間にモータ３の相数分だけ太い給電用配線を配線しなければならない。すなわち、この実施の形態を採ることによって、モータ３から導出する太い給電用配線を２本のみにすることができるので、モータコントローラ１０がモータ外にある場合に較べて配線貫通部を狭くすることができ、モータ廻りの配線処理もやり易くなる。これとともに、車体側に搭載され、モータコントローラ１０へモータ３の出力を指令する主コントロールユニット（図示せず）側には、モータ３の各相に電力を分配する回路を設けなくてよくなるため、この主コントロールユニットの小型化をも図ることができる。
【００３０】
前記遊星減速機４は、この実施の形態では、遊星ローラ減速機３１と遊星歯車減速機３２とを動力伝達系においてこの順に直列に接続し、減速段数が２段になるように構成している。動力伝達系の上流側に遊星ローラ減速機３１を配設したのは、下記の理由による。
【００３１】
すなわち、遊星ローラ減速機３１は、回転を摩擦によって伝達することから騒音が相対的に小さいので、高速で回転するモータ３のロータ９の回転を減速するときに発生する騒音を小さくすることができるからである。また、ロータ９の回転が減速されていない部位、すなわち動力伝達系においてトルクが相対的に小さい部位に遊星ローラ減速機３１を配設することによって、伝達できるトルクが小さい遊星ローラ減速機３１がもつ欠点を克服することができるからである。
【００３２】
また、動力伝達系の下流側に遊星歯車減速機３２を配設したのは、ロータ９の回転が遊星ローラ減速機３１で減速されて伝達されるために、騒音が相対的に大きい遊星歯車減速機３２の欠点を克服することができるからである。しかも、遊星ローラ減速機３１に較べて軸線方向の幅が小さくても大きなトルクを伝達することができるから、モータ駆動ユニット１の小型化を達成し易いからである。すなわち、この遊星歯車減速機３２の代わりに遊星ローラ減速機を用いる場合には、大きなトルクを伝達しなければならないことからローラの転動面の幅（軸線方向の幅）を遊星歯車減速機３２より大きく設定しなければならず、モータ駆動ユニット１が大型化してしまう。
【００３３】
遊星ローラ減速機３１は、図３に示すように、モータ３のロータ９にセレーションによって結合させた太陽ローラ３３と、この太陽ローラ３３に添接する４個の遊星ローラ３４と、これらの遊星ローラ３４を自転および公転自在に支持する遊星ローラ支持用キャリア３５と、遊星ローラ３４が添接する外周リング３６とから構成している。
【００３４】
前記キャリア３５は、図１に示すように、軸心部に遊星歯車減速機３２の太陽歯車３７を一体に形成している。また、前記外周リング３６は、前記モータハウジング６のハウジング本体１１の外周部にスペーサ３８を介して固定用ボルト３９によって固定している。なお、この固定用ボルト３９は、後述する遊星歯車減速機３２の遊星歯車支持用キャリア４０もハウジング本体１１に固定している。
【００３５】
前記遊星歯車減速機３２は、図４に示すように、前記遊星ローラ減速機３１のキャリア３５に設けた前記太陽歯車３７と、この太陽歯車３７に噛合する３個の遊星歯車４１と、これらの遊星歯車４１を自転自在に支持する前記キャリア４０と、前記遊星歯車４１が噛合する外周歯車４２とから構成している。前記太陽歯車３７によって本発明でいう太陽部材が構成され、前記遊星歯車４１によって本発明でいう遊星部材が構成され、前記キャリア４０によって本発明でいう遊星部材支持用キャリアが構成され、前記外周歯車４２によって本発明でいう外周部材が構成されている。
【００３６】
前記キャリア４０は、遊星歯車４１より遊星ローラ減速機３１側に位置する環状板４０ａと、この環状板４０ａに遊星歯車用支軸４０ｂを介して結合したキャリア本体４０ｃと、このキャリア本体４０ｃに一体に形成したボルト４０ｄとから構成しており、遊星ローラ減速機３１側の一端部、すなわち環状板４０ａの外周部を前記モータハウジング６のハウジング本体１１に前記固定用ボルト３９によって固定するとともに、他端部のボルト４０ｄをフロントフォーク２の一方のエンドブラケット２ａに固定している。
【００３７】
前記外周歯車４２は、図１中に符号４３で示す一方向クラッチの内輪を構成しており、この一方向クラッチ４３を介してハブ５に接続している。この一方向クラッチ４３は、外輪４３ａをハブ５に固定用ボルト４４によって固定しており、動力が外周歯車４２からハブ５のみに伝達される構造を採っている。
【００３８】
このように構成した遊星歯車減速機３２と前記遊星ローラ減速機３１の潤滑は、この実施の形態では遊星ローラ減速機３１用のグリス（トラクションドライブ用グリス）によって行っている。
【００３９】
遊星ローラ減速機３１は摩擦によってトルクを伝達するため、歯車減速機用のグリスではトルク伝達特性が悪くなる。このため、従来、遊星ローラ減速機と歯車減速機とが一つのハウジング内に存在する場合には、両減速機間に隔壁およびオイルシールを設けてそれぞれを専用のグリスによって潤滑している。しかし、この実施の形態によるモータ駆動ユニット１は、遊星ローラ減速機３１用のグリスで遊星歯車減速機３２を潤滑し、前記隔壁およびオイルシールを設けなくてよいように構成している。すなわち、このモータ駆動ユニット１は、前記隔壁およびオイルシールを設けるスペースの分だけ小型化を図ることができる。
【００４０】
前記ハブ５は、この実施の形態では、スポーク（図示せず）を接続するフランジ５１を外周部に形成した有底円筒状のハブ本体５２と、このハブ本体５２の開口部に螺着させた蓋体５３とから構成し、ハブ本体５２の軸心部を前記軸受２５によってモータハウジング６の円板１５に回転自在に支持させ、蓋体５３の軸心部に形成したボス５３ａを前記遊星歯車減速機３２のボルト４０ｄに軸受５４を介して回転自在に支持させている。前記蓋体５３に前記一方向クラッチ４３の外輪４３ａを固定し、遊星歯車減速機３２から動力が伝達される構造を採っている。なお、ハブ本体５２と蓋体５３とを結合するねじの方向は、蓋体５３に遊星歯車減速機３２から動力が伝達されるとねじが締まる方向になっている。
【００４１】
このようにハブ５をスポーク接続用フランジ５１を有するハブ本体５２と蓋体５３とから分割可能に形成することによって、ハブ５にスポークを介してリム（図示せず）を組付ける作業と、モータ３や遊星減速機４を組付ける作業の順序を自由に選択することができる。このため、前輪の組立作業の自由度を高くすることができる。しかも、メンテナンス時にスポークを取外すことなくモータ３や遊星減速機４を前輪から取外すことができる。
【００４２】
モータ３や遊星減速機４の組付けは、ハブ５の蓋体５３に対して行う。すなわち、先ず、蓋体５３に一方向クラッチ４３を組付け、次に、モータ３と遊星減速機４とからなる組立体を、遊星歯車減速機３２の遊星歯車４１が一方向クラッチ４３の内輪（外周歯車４２）に噛合するとともに、遊星歯車減速機３２のボルト４０ｄが蓋体５３側の軸受５４に嵌合するように蓋体５３に組付ける。このように蓋体５３にハブ５内の全ての部材を組付けた後、モータ３をハブ本体５２の開口に挿入し、モータハウジング６の円板１５をハブ本体５２側の軸受２５に嵌合させるとともに蓋体５３をハブ本体５２に螺着する。このように蓋体５３をハブ本体５２に螺着することによって、このモータ駆動ユニット１の組立作業が終了する。
【００４３】
組立が終了した前記モータ駆動ユニット１は、モータハウジング６のボルト１６および遊星歯車減速機３２のキャリア４０のボルト４０ｄをフロントフォーク２に固定することによって、モータ３の動力による走行が可能な状態になる。なお、人力駆動系の途中に人力検出手段を設け、主コントロールユニットによりモータ３の動力を人力の大きさに比例するように増減させることによって、モータ３の動力と人力とによって走行することができ、モータ３の動力を人力の大きさとは別に制御することによって、モータ３の動力のみによって走行することができる。
【００４４】
電動走行時には、モータ３のロータ９の回転が遊星ローラ減速機３１の太陽ローラ３３から→遊星ローラ３４→キャリア３５からなる動力伝達系によって減速されて遊星歯車減速機３２の太陽歯車３７に伝達され、さらに、太陽歯車３７→遊星歯車４１→外周歯車４２（一方向クラッチ４３）からなる動力伝達系によって更に減速されてハブ５に伝達される。
【００４５】
このように構成したモータ駆動ユニット１において、モータ３、遊星減速機４およびハブ５のフロントフォーク２への支持は、モータハウジング６と、遊星ローラ減速機３１の外周リング３６および遊星歯車減速機３２のキャリア４０とを互いに結合してなる組立体によって行っている。すなわち、このモータ駆動ユニット１は前記組立体が車軸を構成している。
【００４６】
したがって、このモータ駆動ユニットは、モータ３および遊星減速機４を車幅方向に貫通する１本の軸を用いることなくモータ３、遊星減速機４およびハブ５を支持することができるから、支持剛性が低下することを阻止しながら、モータ３および遊星減速機４の軸心部に位置する部材（ロータ９、太陽ローラ３３および太陽歯車３７）をモータ３の出力を伝達するために必要充分な寸法に形成することができる。このため、径方向に小型化されたモータ駆動ユニット１を製造することができる。
【００４７】
また、モータ３のロータ９から回転が伝達される太陽ローラ３３と、太陽歯車３７とを小径化することができることから、外形が大きくなることなく遊星ローラ減速機３１および遊星歯車減速機３２の減速比を大きくとることができる。このため、モータ３は、高回転型で出力トルクが小さいもの、すなわち小型のモータを使用することができる。
【００４８】
さらに、この実施の形態では、車軸の一部を構成するモータハウジング６における強度が高くなる形状に形成することができるハウジング本体１１および蓋体１２をアルミニウム合金によって形成しているので、車軸の剛性を低させることなく軽量化することができる。
【００４９】
第２の実施の形態
本発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットは、後輪の軸心部に装着する構造を採ることができる。この構成を採る場合の一実施の形態を図６によって詳細に説明する。
図６は他の実施の形態を示す断面図で、同図において前記図１〜図４によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００５０】
図６に示すモータ駆動ユニット６１は、前記第１の実施の形態を採るときに用いた前輪用モータ駆動ユニット１の一部を後輪用に変更した構造を採っている。変更箇所は以下の二箇所である。
【００５１】
第１の変更箇所は、車体フレーム６２に取付ける部分である。すなわち、自転車の後輪を支持する２個のエンドブラケット６３の間隔は、フロントフォーク２のエンドブラケット２ａの間隔より広いので、モータハウジング６の連結部材１４のボルト１６と、遊星歯車減速機３２のキャリア４０のボルト４０ｄとを、車体フレーム６２のエンドブラケット６３に固定できるように前輪用のものより長く、しかも太く形成している。なお、モータ３の反力を車体フレームに伝達するストッパー２４は、モータハウジング６の円板１５に固着した軸部材６４に一体に形成し、図６において左側に位置するエンドブラケット６３に係合する構造を採っている。
【００５２】
第２の変更箇所はハブ５の蓋体５３である。すなわち、ペダルを踏込む力（人力）をハブ５に伝達できるように、蓋体５３における軸受嵌合用ボス５３ａを前輪用のものより長く形成し、このボス５３ａの外周部にフリーホイール６５を組付けている。なお、フリーホイール６５は、一方向クラッチ６６と、チェーン６７を巻掛けるリヤスプロケット６８とから構成している。一方向クラッチ６６は、リヤスプロケット６８から蓋体５３にのみ動力が伝達される構造を採り、チェーン６７は、リヤスプロケット６８と図示していないペダルクランク軸側のフロントスプロケットとを接続している。
【００５３】
このようにモータ駆動ユニット６１を構成しても、第１の実施の形態を採るときと同等の効果を奏する。
また、前輪用モータ駆動ユニット１の連結部材１４、ボルト４０ｄおよびハブ５の蓋体５３を交換するだけで後輪用のモータ駆動ユニット６１を形成することができるから、殆どの部材を前輪用と後輪用とに共用することができる。このため、前輪用と後輪用の二種類のモータ駆動ユニットをコスト低減を図りながら製造することができる。
【００５４】
なお、上述した各実施の形態では遊星減速機４を遊星ローラ減速機３１と遊星歯車減速機３２とによって構成した例を示したが、遊星ローラ減速機３１のみによって遊星減速機４を構成することもできる。この構成を採る場合には、遊星ローラ減速機３１のキャリア３５をモータハウジング６に固定し、外周リング３６をハブ５に一方向クラッチ４２を介して接続する。この場合、太陽ローラ３３によって本発明でいう太陽部材が構成され、遊星ローラ３４によって本発明でいう遊星部材が構成され、キャリア３５によって本発明でいう遊星部材支持用キャリアが構成され、外周リング３６によって本発明でいう外周部材が構成される。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、モータおよび遊星減速機を車幅方向に貫通する１本の軸を用いることなくモータ、遊星減速機およびハブを支持することができるから、支持剛性が低下することを阻止しながら、モータおよび遊星減速機の軸心部に位置する部材をモータの出力を伝達するために必要充分な寸法に形成することができる。
【００５６】
したがって、モータおよび遊星減速機の小型化・軽量化が図られた電動自転車用モータ駆動ユニットを提供することができる。
また、モータのロータから回転が伝達される遊星減速機の太陽部材を小径化することができることから、外形が大きくなることなく遊星減速機の減速比を大きくとることができる。このため、モータは、高回転型で出力トルクが小さいもの、すなわち小型のモータを使用することができるから、この点からもモータ駆動ユニットの小型化を図ることができる。
【００５７】
さらに、車軸の一部を構成するモータハウジングは、強度が高くなる形状に形成することができるから、このモータハウジングを例えばアルミニウム合金によって形成することができる。この構成を採ることによって、車軸の剛性を低下させることなく重量を軽くすることができ、モータ駆動ユニットのより一層の軽量化を図ることが可能である。
【００５８】
請求項２に記載した発明によれば、モータおよび遊星減速機の反力を車体フレームに伝達するためのストッパーをモータハウジングに形成することによって生じるデッドスペース、すなわちハブ支持用軸受より径方向の内側のスペースを利用して配線用孔を穿設することができる。
このため、モータハウジングを小型に形成しながら、モータ給電用の相対的に太い配線や、モータ制御用の相対的に細い多数の配線をモータハウジングに貫通させることができる。
【００５９】
請求項３と請求項４とに記載した発明によれば、ハブにスポークを介してリムを組付ける作業と、モータや遊星減速機を組付ける作業の順序を自由に選択することができる。このため、車輪の組立作業の自由度を高くすることができる。しかも、メンテナンス時にスポークを取外すことなくモータや遊星減速機を車輪から取外すことができる。
【００６０】
請求項５記載の発明によれば、モータの軸心部に車軸を貫通させる構成を採る場合に較べて、モータのロータの小径化および軽量化を図ることができる。このため、モータハウジングを小径に形成することができるばかりか、ロータを支持するために必要な強度が小さくなることに起因してモータハウジングの厚みを薄く形成することができるから、より一層小型化・軽量化されたモータ駆動ユニットを提供することができる。
【００６１】
請求項６記載の発明によれば、モータのロータの回転が遊星ローラ減速機で減速されてから遊星歯車減速機に伝達され、遊星歯車減速機からハブに伝達される。遊星ローラ減速機は、回転を摩擦によって伝達することから騒音が相対的に小さいので、高速で回転するモータのロータの回転を減速するときに発生する騒音は小さくなる。また、遊星歯車減速機には遊星ローラ減速機で減速された回転が伝達されるから、遊星歯車減速機は歯車の噛合いによって騒音が発生するにもかかわらず、この遊星歯車減速機から発生する騒音は小さくなる。
したがって、騒音が小さい電動自転車用モータ駆動ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットの断面図である。
【図２】  モータ駆動ユニットのモータ側端部を示す側面図である。
【図３】  図１における遊星ローラ減速機のIII−III線断面図である。
【図４】  図１における遊星歯車減速機のIV−IV線断面図である。
【図５】  コンデンサを実装する基板の正面図である。
【図６】  他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１，６１…モータ駆動ユニット、２…フロントフォーク、３…モータ、４…遊星減速機、５…ハブ、６…モータハウジング、７…ステータ、９…ロータ、２４…ストッパー、２５…軸受、２６…配線用孔、３１…遊星ローラ減速機、３２…遊星歯車減速機、３３…太陽ローラ、３５…遊星ローラ支持用キャリア、３６…外周リング、３７…太陽歯車、４０…遊星歯車支持用キャリア、４２…外周歯車、６２…車体フレーム。
【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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