(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの補助駆動力を人力による駆動力に加え、複数のケース部からなるモータユニットケースを有する電動自転車のモータユニットであって、
前記モータユニットケースは樹脂製のケース部と金属製のケース部とから成り、前記樹脂製のケース部と前記金属製のケース部との間には、前記電動モータの補助駆動力を前記モータユニットの外部へ伝達するための歯車部を有し、
モータユニットには、歯車部の回転軸であり補助駆動力を外部へ出力するユニット出力軸と、このユニット出力軸と略平行の方向に設けられたクランク軸と、前記クランク軸を軸支する一対のクランク軸受とが配設され、
前記金属製のケース部は、前記ユニット出力軸の出力側を支持するユニット出力軸受と前記クランク軸受のうち前記ユニット出力軸受側に配設されている一端側のクランク軸受とを支持し、
前記樹脂製のケース部は、前記一端側のクランク軸受と対になる他端側のクランク軸受を支持し、
前記樹脂製のケース部における他端側クランク軸受を支持する箇所を保持するように金属の補強部材を配設し、
メインパイプの後端部およびハンガラグに固定された前部支持ブラケットと、ハンガラグとチェーンステーとの間に介装された連結フレームとに対して、前記金属の補強部材を、前記他端側クランク軸受を支持する箇所が密着する姿勢で外嵌した状態で取り付け、かつ、前記前部支持ブラケットと前記連結フレームとに対して、一端側のクランク軸受を支持する前記金属製のケース部を取り付けて結合することでモータユニットを支持させた
ことを特徴とする電動自転車のモータユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のモータユニットを備えたことを特徴とする電動自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動自転車、特に電動自転車のモータユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人力による駆動力に、電動モータを備えたモータユニット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電動自転車は既に知られている。この種の電動自転車におけるモータユニットケースは、十分な強度を確保するため、アルミダイキャスト製のものが従来から用いられている。モータユニットには、電動モータのほかに、ペダルからの力をチェーンに伝達する大ギヤが取り付けられたクランク軸の軸受、電動モータからの出力トルクをモータユニット外部へ伝達するための歯車部、駆動力を車輪に伝達するチェーンに噛み合い、歯車部から伝達された駆動力をチェーンに伝達する出力スプロケットなどが設けられている。
【０００３】
しかし、モータユニットケースとして、上記のようにアルミダイキャスト製のものを用いると、ケース全体が金属であるため、モータユニットとしての重量が大きくなり、ひいては電動自転車の軽量化の妨げとなる問題がある。
【０００４】
これに対処する方法としては、モータユニットケース全体を樹脂化することが考えられる。モータユニットケース全体を樹脂化すると、軽量化を促進でき、さらに、材料費が安価であるため、製造コストを低減させることも可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、モータユニットケース全体を樹脂化すると、アルミダイキャスト製のものと比較して強度が大幅に低下するため、高い強度が必要とされる電動自転車のモータユニットケースとして使用するには十分な耐久性を確保することができない。特に、モータユニットケースから外部に露出して、ペダルからの力をチェーンに伝達する大ギヤや、補助駆動力を出力する出力スプロケットに、大きな力や衝撃力が作用した場合に樹脂製のモータユニットケースにおける、クランク軸の軸受部を受けている箇所や、出力スプロケットの軸受部を受けている箇所に応力が集中することを防止し、強度を高めることが必要とされている。
【０００６】
また、クランク軸の軸受部を受けている箇所や、出力スプロケットの軸受部を受けている箇所に、応力が集中して亀裂を生じると、歯車部の歯車の噛み合い状態が悪くなるなどして、電動モータの補助駆動力がユニット出力軸側へ良好には伝達されなくなり、出力される補助駆動力が減少したり、最悪の場合には補助駆動力が出力できなくなったりする恐れがある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、軽量化を図れながら、十分な強度や寸法精度を確保することができ、補助駆動力を良好に出力することを維持できる電動自転車のモータユニットを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、電動モータの補助駆動力を人力による駆動力に加え、複数のケース部からなるモータユニットケースを有する電動自転車のモータユニットであって、前記モータユニットケースは樹脂製のケース部と金属製のケース部とから成り、前記樹脂製のケース部と前記金属製のケース部との間には、前記電動モータの補助駆動力を前記モータユニットの外部へ伝達するための歯車部を有し、モータユニットには、歯車部の回転軸であり補助駆動力を外部へ出力するユニット出力軸と、このユニット出力軸と略平行の方向に設けられたクランク軸と、前記クランク軸を軸支する一対のクランク軸受とが配設され、前記金属製のケース部は、前記ユニット出力軸の出力側を支持するユニット出力軸受と前記クランク軸受のうち前記ユニット出力軸受側に配設されている一端側のクランク軸受とを支持し、前記樹脂製のケース部は、前記一端側のクランク軸受と対になる他端側のクランク軸受を支持し、前記樹脂製のケース部における他端側クランク軸受を支持する箇所を保持するように金属の補強部材を配設し、メインパイプの後端部およびハンガラグに固定された前部支持ブラケットと、ハンガラグとチェーンステーとの間に介装された連結フレームとに対して、前記金属の補強部材を、前記他端側クランク軸受を支持する箇所が密着する姿勢で外嵌した状態で取り付け、かつ、前記前部支持ブラケットと前記連結フレームとに対して、一端側のクランク軸受を支持する前記金属製のケース部を取り付けて結合することでモータユニットを支持させたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、モータユニットケースにおける比較的大きな力が作用しない箇所の側を樹脂製のケース部で構成することで、モータユニットケース全体を金属で形成した場合と比べて、軽量化および製造コストの低減を図れる。また、モータユニットケース全体を樹脂で形成した場合と比べて、良好な耐久性を確保できる。
【００１３】
また、この構成によれば、モータユニットケースにおいて大きな力を受けることの多い、ペダルからの力をチェーンに伝達する大ギヤ、および電動モータの補助駆動力を外部に出力する出力スプロケットが配設されている側、すなわち、クランク軸受のうち前記ユニット出力軸受側に配設されているクランク軸受や、ユニット出力軸の出力側を支持するユニット出力軸受が、金属製のケース部によって支持されることとなるので、このような箇所に大きな外力が作用した場合でも、この外力が金属ケース部によって確実に受けられて、良好な耐久性を確保できる。
【００１５】
また、この構成によれば、金属製のケース部と対向する側を樹脂製のケース部とすることにより軽量化を図り、かつ製造工程を容易とすることができる。また、樹脂製のケース部における、ペダルを介して比較的大きな力を受ける他端側クランク軸受を支持する箇所が、金属の補強部材により補強されて、良好な耐久性を確保できる。
【００２２】
本発明の請求項２記載の電動自転車は、請求項１に記載のモータユニットを備えたものである。
これにより、電動自転車として軽量化を図れながら、良好な耐久性を維持できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の実施の形態にかかる電動自転車の右側面図（チェーンカバーの一部などを省いて図示している）、図２は同電動自転車のモータユニットおよびその近傍箇所の右側面図、図３は同電動自転車のモータユニットおよびその近傍箇所の左側面図、図４は同モータユニットの断面図（構造をわかり易くするために、図２におけるＶ−Ｖ線位置で切断してｈ方向から見て展開した状態を示している）、図５は同モータユニットを斜め下方から見た状態を示す斜視図、図６は同モータユニットの金属ケース部および回路基板を内面側より見た斜視図である。
【００２４】
図１〜図３に示すように、この電動自転車では、立パイプ１の下端部とメインパイプ２の後端部とが、ハンガラグ３および補強フレーム４を介して溶着されて一体化されている。また、チェーンステー５とハンガラグ３との間には連結フレーム６が介装されており、この連結フレーム６に配設されているバッテリーユニット搭載部５０上にバッテリーユニット７が着脱可能に搭載されている。なお、図１〜図３において、８はペダル、９はクランク軸、１０は大ギア、１１はチェーン、３５はチェーンカバーである。なお、ペダル８からの人力や後述する電動モータ２１の補助駆動力を伝達する部材は、必ずしもチェーン１１でなくてもよく、ベルト駆動、シャフト駆動であってもよい。
【００２５】
ハンガラグ３および連結フレーム６の下方位置には、電動モータ２１の補助駆動力を人力による駆動力に加えるモータユニット２０が配設されている。このモータユニット２０は、その前側上部が、メインパイプ２の後端部およびハンガラグ３から垂下する姿勢で固着された前部支持ブラケット１２によりボルト１３を介して取付けられ、またモータユニット２０の中間上部が連結フレーム６にボルト１４を介して取り付けられている。なお、必ずしもモータユニット２０の前側上部と中間上部とをそれぞれ前部支持ブラケット１２と連結フレーム６に取り付ける必要はなく、モータユニット２０を後側上部で取り付けた構成としてもよい。
【００２６】
図４に示すように、モータユニット２０における前側上部、すなわちハンガラグ３の下方箇所には、クランク軸９を回転自在に支持する１対のクランク軸軸受１５（１５Ａ，１５Ｂ）が組み込まれ、これらのクランク軸受１５などを保持するモータユニット２０の筒状支持部２０ａには、図示しないが、ペダル８からの踏力（人力による駆動力）を検出するトルクセンサが組み込まれており、このトルクセンサにより、ペダル８からの踏力を人力による駆動力として検出し、この人力駆動力に対応して補助駆動力を出力するようになっている。
【００２７】
図２〜図４に示すように、モータユニット２０には、補助駆動力源としての電動モータ２１が取り付けられている。モータユニット２０は、樹脂製のモータユニットケース２２と、駆動力を伝達するチェーン１１に噛み合い、電動モータ２１の補助駆動力をチェーン１１に伝達して出力する出力スプロケット２３と、出力スプロケット２３が取り付けられ、クランク軸９と略平行の方向に配設されたユニット出力軸２４と、ユニット出力軸２４を回転自在に支持する一対の出力軸軸受２５（２５Ａ，２５Ｂ）と、回転軸であるユニット出力軸２４に嵌め込まれた減速用大歯車２６とこれに噛み合う、電動モータ２１の回転軸であり、クランク軸９と略平行の方向に配設された回転軸２１ａに形成された減速用小歯車２７とからなる減速機（歯車部）２８と、電動モータ２１の回転軸２１ａを回転自在に支持するモータ軸軸受２９（２９Ａ，２９Ｂ）と、モータユニットケース２２内に内蔵された電動自転車制御用の回路基板３０などから構成されている。そして、電動モータ２１の回転駆動力が、減速用小歯車２７と減速用大歯車２６とにより出力トルクが増加されながら伝達され、ユニット出力軸２４に取り付けた出力スプロケット２３を通して、補助駆動力をチェーン１１に伝達して出力するようになっている。なお、図２、図３における１６は、出力スプロケット２３のチェーン１１に対する噛み合い角度を大きくするための補助スプロケットであるが、この補助スプロケット１６は、必ずしも必要な部材ではない。
【００２８】
なお、ここで電動モータ２１の補助駆動力をモータユニット２０の外部へ伝達する減速機２８は、減速用小歯車２７と減速用大歯車２６との２段であるが、必ずしも２段である必要はなく、３段以上であってもよい。また、減速機を構成する歯車の大きさは同じであってもよい。
【００２９】
また、大ギア１０はクランク軸９における出力スプロケット２３が配設されている側と同じ側に取り付けられており、この大ギア１０により、ペダル８を介してクランク軸９に負荷された人力をチェーン１１などの力伝達部材に伝達するようになっている。
【００３０】
図４に示すように、モータユニットケース２２は、前後ならびに上下に沿う面に略平行な分割面により、進行方向から正面視して左右方向から組み立てられる２つのケース部２２ｂ、２２ｃから形成されており、正面視して左側に配置される樹脂製の第１ケース部２２ｂと、正面視して右側に配置される金属（アルミニウム）製の第２ケース部２２ｃとから構成されている。また、第１ケース部２２ｂには電動モータ２１が取り付けられ、電動モータ２１はモータケース２２ａにより覆われている。これらの第１ケース部２２ｂ、第２ケース部２２ｃ、およびモータケース２２ａは複数のボルト３１にて連結されている。なお、例えば、モータケース２２ａ、第１ケース部２２ｂとしては、ガラス繊維入り６６ナイロン等のガラス繊維入りナイロン素材を用いて製造し、第２ケース部２２ｃとしては、アルミダイキャストにて製造する。
【００３１】
モータケース２２ａには、電動モータ２１が樹脂モールドされて内蔵されているとともに左位置のモータ軸軸受２９Ａが金属製の補強プレート３２を介して組み付けられている。第１ケース部２２ｂと第２ケース部２２ｃとの間における、第１ケース部２２ｂ側には、右位置のモータ軸軸受２９Ｂや、左位置の出力軸軸受２５Ａ、左位置のクランク軸軸受（他端側クランク軸受）１５Ａが組みつけられ、また、金属製の第２ケース部２２ｃ側には、右位置の出力軸軸受２５Ｂや右位置のクランク軸軸受（出力側クランク軸受）１５Ｂが組みつけられている。
【００３２】
また、モータユニットケース２２の後部位置の第１ケース部２２ｂと第２ケース部２２ｃとの間には、減速機２８の減速用大歯車２６や減速用小歯車２７が内蔵され、さらに、モータユニットケース２２の略中央位置の第１ケース部２２ｂと第２ケース部２２ｃとの間の空間Ｘに回路基板３０が配置されている。この回路基板３０には、発熱量の多いパワートランジスタなどの各種電子部品が装着されており、この回路基板３０は、金属製の第２ケース部２２ｃの内側に取り付けられている。
【００３３】
さらに、第１ケース部２２ｂにおける左位置のクランク軸軸受１５Ａを支持している円筒部２２ｄには、その軸受部分近傍、すなわちクランク軸軸受１５Ａを支持する箇所近傍だけが密着するような姿勢で、金属製の補強ブラケット（補強部材）３３が外嵌されており、この補強ブラケット３３は、モータユニットケース２２とともに前部支持ブラケット１２や連結フレーム６にボルト１３、１４で取り付けられている。また、第１ケース部２２ｂと第２ケース部２２ｃとの外周接合部分にはパッキン３４が配設されており、モータユニットケース２２内部への密閉性が高められている。また、モータユニットケース２２の下端部分においても、この第１ケース部２２ｂと第２ケース部２２ｃとが接合された状態で配設されている。なお、補強ブラケット３３は円筒部２２ｄに必ずしも外嵌されていなくてもよく、内側に取り付けられても同様の効果を有する。
【００３４】
この構成によれば、モータユニットケース２２における、出力スプロケット２３や大ギア１０などが設けられておらず、比較的大きな力が作用しない箇所の側に配置されている第１ケース部２２ｂを、樹脂で構成したので、モータユニットケース２２全体を金属で形成した場合と比べて、軽量化および製造コストの低減を図ることができる。
【００３５】
また、モータユニットケース２２において大きな力が作用することの多い出力スプロケット２３が取り付けられているためユニット出力軸２４が突出されているとともに、ここではクランク軸９における大ギア１０が設けられている側、すなわち、右側の出力軸軸受（出力側ユニット出力軸受）２５Ｂや、クランク軸軸受１５のうち出力側歯車軸受２５Ｂ側に配置されているクランク軸軸受（出力側クランク軸受）１５Ｂを、金属製の第２ケース部２２ｃで支持しているので、出力スプロケット２３や大ギア１０側に大きな力が作用した場合でもこの力を良好に受けることができて、良好な耐久性を確保できる。
【００３６】
また、上記構成によれば、樹脂製の第１ケース部２２ｂにおける左位置のクランク軸軸受１５Ａを支持している円筒部２２ｄには、金属製の補強ブラケット３３を外嵌させててクランク軸９を支持しているので、この樹脂の円筒部２２ｄ箇所が、金属製の補強ブラケット３３により補強されて、良好な耐久性を確保できる。
【００３７】
また、モータユニットケース２２の下端部にも金属製の第２ケース部２２ｃが配設されているので、走行時に電動自転車の下部に突起物や石などがあったり、段差部があったりして、モータユニット２０の下端部をいわゆる底打ちした場合でも前記突起物などは金属製の第２ケース部２２ｃに当接することとなり、この結果、樹脂製のモータケース２２ａや第１ケース部２２ｂが割れるなど損傷することを防止することができる。なお、上記実施の形態においては、モータユニットケース２２の下端部に、金属製の第２ケース部２２ｃと樹脂製の第１ケース部２２ｂとが接合されて配設されている場合を述べたが、これに限るものではなく、モータユニットケース２２の下端部を、金属製の第２ケース部２２ｃにより樹脂製の第１ケース部２２ｂを覆うような構造を採用してもよい。
【００３８】
また、上記構成によれば、金属製の第２ケース部２２ｃに電動自転車制御用の回路基板３０を取り付けたので、回路基板３０に発熱量が比較的大きいパワートランジスタなどのスイッチング素子が設けられている場合でも、これらのスイッチング素子などの回路基板３０の熱が金属製の第２ケース部２２ｃを介して外部に発散され易くなり、回路基板３０のスイッチング素子などの各電子部品が比較的低温に保つことができる利点がある。
【００３９】
つまり、半導体、特にスイッチング素子は、熱に弱く、過酷な条件下では、高温環境が原因で破壊することがあり、電動自転車の通常使用においては、破壊に至るまで周囲温度が高温になることはないが、周囲温度が低温であるほうが、半導体の性能を十分に引き出すことができ、大きな電流を扱うことが可能となる。したがって、電動自転車においては、十分な補助駆動力をスムーズに出力することができる。
【００４０】
また、回路基板３０が、剛性の大きな金属製の第２ケース部２２ｃにて支持されるため、回路基板３０自体にストレスがかからない。また、回路基板３０が、モータユニット２０に内蔵されているため、外部からの力が回路基板３０に作用することがなく、したがって回路基板３０上の電子部品にもストレスが加わることがないので、物理的破壊などを生じることがない。
【００４１】
さらに、回路基板３０が金属製の第２ケース部２２ｃにて囲まれているので、外部からの回路基板３０へのノイズや、回路基板３０から外部へのノイズが金属製の第２ケース部２２ｃにて遮蔽される利点がある。したがって、外部ノイズによる回路基板３０の誤動作や、内部ノイズの発信による他の機器への悪影響を防止することができて、信頼性が向上する。
【００４２】
なお、上記実施の形態においては、モータユニットケース２２が２つのケース部２２ｂ、２２ｃからなる場合を述べたが、これに限るものではなく、複数のケース部が３つや、４つ以上であるものにも適用可能であり、必ずしも、進行方向から見て左右方向から組み立てられなくてもよく、補助駆動力を外部に出力する出力側が金属製のケース部であればよい。また、３つ以上のケース部からなるモータユニットケースにおいて、複数の部材を金属ケース部で構成してもよく、この場合でも、モータユニットケース全体を金属で形成した場合に比べて軽量化を図ることができる。また、上記実施の形態においては、電動モータ２１をモータユニットケース２２の内部に取り付ける構成としているが、電動モータをモータユニットケースの内側に取り付ける構成としてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、モータユニットケースを少なくとも樹脂製のケース部と金属製のケース部とから構成し、モータユニットケースにおける比較的大きな力が作用しない箇所の側を樹脂製のケース部で構成することで、モータユニットケース全体を金属で形成した場合と比べて、軽量化および製造コストの低減を図れながら、モータユニットケースにおいて大きな力が作用することの多い箇所の側を金属製のケース部で構成することで、モータユニットケース全体を樹脂で形成した場合と比べて、良好な耐久性を確保できる。
【００４４】
また、金属製のケース部を、モータユニットケースにおいて補助駆動力を外部に出力する出力側に配設することで、モータユニットケースにおいて大きな力が作用することの多い、補助駆動力を外部に出力する出力側が金属製のケース部によって支持されることとなるので、この出力側に大きな力が作用した場合でも、この力が金属製のケース部によって確実に受けられて、良好な耐久性を確保できる。
【００４５】
また、金属製のケース部により、ユニット出力軸の出力側を支持するユニット出力軸受とクランク軸受のうちユニット出力軸受側に配設されているクランク軸受とを支持することで、ペダルからの力をチェーンに伝達する大ギヤ、および電動モータの補助駆動力を外部に出力する出力スプロケットが配設されている側、すなわち、クランク軸受のうち前記ユニット出力軸受側に配設されているクランク軸受や、ユニット出力軸の出力側を支持するユニット出力軸受が、金属製のケース部によって支持されることとなるので、このような箇所に大きな外力が作用した場合でも、この外力が金属ケース部によって確実に受けられて、良好な耐久性を確保できる。
【００４６】
また、樹脂製のケース部により、出力側クランク軸受と対になる他端側クランク軸受を支持して、金属製のケース部と対向する側を樹脂製のケース部とすることにより軽量化を図り、かつ製造工程を容易とすることができ、また、樹脂製のケース部における、ペダルを介して比較的大きな力を受ける他端側クランク軸受を支持する箇所を、金属の補強部材により補強することにより、良好な耐久性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる電動自転車の右側面図であり、チェーンカバーの一部などを省いて図示している。
【図２】同電動自転車のモータユニットおよびその近傍箇所の右側面図である。
【図３】同電動自転車のモータユニットおよびその近傍箇所の左側面図である。
【図４】同モータユニットの断面図であり、構造をわかり易くするために、図２におけるＶ−Ｖ線位置で切断してｈ方向から見て展開した状態を示している。
【図５】同モータユニットを斜め下方から見た状態を示す斜視図である。
【図６】同モータユニットの金属ケース部および回路基板を内面側より見た斜視図である。
【符号の説明】
８        ペダル
９        クランク軸
１０      大ギア
１１      チェーン
１５，１５Ａ，１５Ｂ    クランク軸軸受
２０      モータユニット
２１      電動モータ
２２      モータユニットケース
２２ａ    モータユニットケース
２２ｂ    第１ケース部（樹脂製のケース部）
２２ｃ    第２ケース部（金属製のケース部）
２３      出力スプロケット
２４      ユニット出力軸
２５，２５Ａ，２５Ｂ    出力軸軸受
２８      減速機（歯車部）
２９，２９Ａ，２９Ｂ    モータ軸軸受
３０      回路基板
３１      ボルト
３３    補強ブラケット（補強部材）
【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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