(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の車軸を中心に該車輪とともに回転する回転ドラムと、該回転ドラムに内装される変速機、モータおよび減速機機構とを備えており、人力による人力駆動力に加えて前記車輪をモータによる電動駆動力により駆動させる補助動力付車両用駆動装置であって、前記回転ドラムを人力により回転駆動させる人力駆動部の人力駆動力の大きさを検出するトルク検出部と、該トルク検出部の検出値に基づいて前記モータを駆動するモータ制御部とが設けられており、該モータ制御部が前記トルク検出部を構成するコイル部に取り付けられてなる補助動力付車両用駆動装置。
【請求項２】
前記コイル部が前記モータのモーターケースに取り付けられている請求項１記載の補助動力付車両用駆動装置。
【請求項３】
前記モータ制御部の基板ケースとコイル部のコイルボビンとが一体に成形されている請求項２記載の補助動力付車両用駆動装置。
【請求項４】
前記基板ケースが前記モータケースの側壁凹部に収納されている請求項３記載の補助動力付車両用駆動装置。
【請求項５】
前記モータ制御部の制御基板に結線される電源コードを前記回転ドラムとの接触から保護する防護手段を備えている請求項１、２、３または４記載の補助動力付車両用駆動装置。
【請求項６】
前記防護手段が基板ケースの外周壁である請求項５記載の補助動力付車両用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は補助動力付車両用駆動装置に関する。さらに詳しくは、モータを補助動力とする電動アシスト自転車、電動バイクまたは電気自動車などの補助動力付車両に用いられる駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、補助動力付車両として、車輪の車軸を中心に該車輪とともに回転する回転ケーシングと、該回転ケーシングと相対する位置に設けられる回転ケーシングとともに前記車輪のハブを構成する固定ケーシングと、前記ハブ内の前記車軸周りに設けられるギア比を切替え可能にする変速機と、前記回転ケーシングを回転駆動するモータとを備え、前記モータが前記変速機の外周を囲んで設けられている電動車がある（特開２０００−４３７８０（Ｂ６２Ｍ２３／０２））。この電動車では、人力駆動力の大きさを検出するトルクセンサが前記モータと並設されており、該トルクセンサで検出されるインダクタンスの変化に基づいてモータを駆動させて後輪を回転させるようにしている。
【０００３】
前記トルクセンサは、磁歪素子から形成されるコアと、該コアの外周に配置されたコイル部とから構成されており、前記変速機の外周回りにモータと並設されている。また、該トルクセンサの検出値に基づいて前記モータを駆動する制御基板が該モータの固定ケーシングの側面に固着されている。そして、前記モータには、前記制御基板に結線される電源コードを介して電力供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる電動車は、駆動部分がコンパクトになることから、小型化、かつ軽量化を図ることができる。しかしながら、前記トルクセンサと制御基板とが別部品として取り扱われるため、組込み作業が複雑になるという問題がある。
【０００５】
本発明は、叙上の事情に鑑み、組立作業の効率を向上させることができる補助動力付車両用駆動装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の補助動力付車両用駆動装置は、車輪の車軸を中心に該車輪とともに回転する回転ドラムと、該回転ドラムに内装される変速機、モータおよび減速機機構とを備えており、人力による人力駆動力に加えて前記車輪をモータによる電動駆動力により駆動させる補助動力付車両用駆動装置であって、前記回転ドラムを人力により回転駆動させる人力駆動部の人力駆動力の大きさを検出するトルク検出部と、該トルク検出部の検出値に基づいて前記モータを駆動するモータ制御部とが設けられており、該モータ制御部が前記トルク検出部を構成するコイル部に取り付けられなることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の補助動力付車両用駆動装置を説明する。
【０００８】
本発明の一実施の形態にかかわる補助動力付車両としては、図１に示されるような電動アシスト自転車がある。この自転車は、ハンドル１と、該ハンドル１に接続されるヘッドパイプ２およびフロントフォーク３を介して連結される前輪４と、前記ヘッドパイプ２から下方に設けられたサドル５を支持するシートチューブ６と連結するメインフレーム７と、該シートチューブ６の後方にチェーンステー８を介して連結される後輪９と、前記メインフレーム７とシートチューブ６とが連結する部分と後輪９の車軸１０とのあいだに配置され、人力によって後輪９を回転させることができる人力駆動部１１と、後輪９を駆動するための駆動装置１２（図２参照）と、該駆動装置１２に内蔵される後述のモータ２０の電源となる電池１３とを備えている。前記人力駆動部１１は、ペダル１４、チェーン１５および前後スプロケット１６、１７（図２参照）から構成されている。
【０００９】
前記駆動装置１２は、図１〜３に示されるように、車軸１０を中心に後輪９とともに回転する回転ドラム１８の内部に、ギア比を切替え可能にする変速機１９、前記回転ドラム１８を回転駆動するモータ２０および減速機機構２１を並設して備えている。本実施の形態では、前記車軸１０が第１の車輪車軸１０ａと第２の車輪車軸１０ｂとに分割されており、該第１の車輪車軸１０ａに前記変速機１９が組み付けられている。
【００１０】
前記回転ドラム１８は、２部品から構成されており、後輪９のスポーク２２を取り付けるための回転ドラム１８ｂと、前記第２の車輪車軸１０ｂに軸受２３を介して支持され、前記回転ドラム１８ｂの関口部を塞ぐように複数箇所でボルト２４により固定された回転ドラム１８ａとから構成されている。
【００１１】
前記変速機１９としては、たとえば内装３段変速機を用いることができる。この変速機１９には、前記後スプロケット１７が一方向クラッチ（図示せず）を介して連結されている。前記ペダル１４の一方向でしか動力伝達せず、該ペダル１４を逆回転させたときに変速機１９と動力伝達が遮断されるようになっている。
【００１２】
この変速機１９とモータ２０とのあいだには、トルク検出部２５が配置されている。該トルク検出部２５としては、たとえば変速機１９の外周に車軸方向に摺動自在に設けられた摺動部材２６、該摺動部材２６に取り付けられた検出ロッド２７、前記摺動部材２６を後スプロケット１７側に付勢するバネ２８および変速機１９の外周に軸受２９を介して支持されるとともに、前記回転ドラム１８ｂにボルト３０により取り付けられているセンサ支持部材３１からなるトルクセンサ３２と、前記モータ２０のモータケース３３ａ、３３ｂの２部品からなるモータケース３３のうち、一方のモータケース３３ｂに取り付けられる、コイル３４およびコイルボビン３５からなるコイル部３６とから構成することができる。このトルク検出部２５では、検出ロッド２７の移動によるインダクタンスの変化を電気信号に変換する。すなわち人力によって後輪９を駆動する人力駆動部１１の人力トルクを電気信号に変換する。この電気信号はコイルボビン３５に一体に成形された基板ケース３７に収納されるモータ制御部３８に伝達される。該基板ケース３７は、収納される大型の電気部品をロータ捲線のコイルエンドを避けて最外周に配置するために、モータケース３３ｂの側壁の一部をモータ２０の内側に窪ませた側壁凹部Ｓに収納するようにしている。基板ケース３７に設けた大型部品をモータケース３３ｂの側壁凹部Ｓに収納させることにより、車軸線方向の幅寸法を小さくすることができる。モータ制御部３８は、コイル部３６のコイルボビン３５に一体成形された基板ケース３７に取り付けられているとともに、制御基板３９と、該制御基板３９に取り付けられる電気部品、たとえば大型部品のコンデンサ４０やＦＥＴなどと小型部品の抵抗やダイオードなどからなり、前記トルク検出部２５の検出値に基づいて前記モータ２０を駆動する。また、この制御基板３９には、前記電池１３より給電させるための電源コード４１が、前記第２の車輪車軸１０ｂの一部の切り欠いた部分４２に挿通されたのち、モータケース３３の外壁を一部切り欠いた部分４３に沿わせて結線されている。なお、この電源コード４１と前記回転ドラム１８ｂとの接触による電源コード４１の損傷を防ぐために、該電源コード４１を保護する防護手段を設けるのが好ましい。この防護手段としては、前記切り欠いた部分４２、４３に電源コード４１を覆う部材を嵌め込むことができるが、部品点数が多くなるため、たとえば基板ケース３７の外壁を電源コード４１の外周に延長させた外周壁３７ａとすることができる。
【００１３】
前記モータ２０は、モータケース３３ａ、３３ｂの内部に配置されるモータ軸５１の外周部に組み込まれたロータコア５２、ロータ捲線５３および整流子５４からなる回転子と、モータケース３３ｂに配置されるステータ５５とカーボンブラシ５６とから構成されている。前記モータ軸５１は、その一端部５１ａに形成される凹部に嵌合された、玉軸受やアンギュラ玉軸受などの軸受５７の内輪に前記第１の車輪車軸１０ａが圧入されて回転自在に支持されているとともに、前記回転ドラム１８ａが前記第２の車輪車軸１０ｂの外周に嵌合される軸受２３により回転自在に支持されている。また、モータケース３３ａは前記第２の車輪車軸１０ｂの端部にボルト５８により連結されている。これにより、第２の車輪車軸１０ｂは、モータケース３３ａを支持するとともに、後述するモータ２０の出力を伝達するプラネットギヤ６３およびラチェットギヤ６４を収納した回転ドラム１８ａを支持している。
【００１４】
図３において、５９は前記パイロット軸受である軸受５７の外輪を幅押さえするためのカラーであり、６０はモータケース３３ａを支持する軸受である。なお、前記ローター捲線５３は、ロータコア５２に巻かれて構成されている。ステータ５５には、４極を構成するマグネット６１が等間隔に固着されている。また、カーボンブラシ５６は、前記モータ制御部３８を収納する基板ケース３７をモータケース３３ｂの側部を窪ませて収納させるために、９０°の位置に配置されている。
【００１５】
前記減速機機構２１としては、遊星歯車減速機や遊星ローラ減速機などを用いることができるが、本実施の形態では、遊星歯車減速機が用いられている。この減速機機構２１は、前記モータ軸５１の他端部５１ｂに形成されるサンギヤ６２と、モータケース３３ａの側部に回転自在に結合された３個のプラネットギア６３と、回転ドラム１８ａのラチェットギア６４を介して配置されるインターナルギア６５とから構成されている。また、前記プラネットギア６３は、前記サンギヤ６２に噛み合う大歯車６３ａおよび前記インターナルギヤ６５に噛み合う小歯車６３ｂからなっている。前記ラチェットギア６４は、人力によって回転ドラム１８を回転するよりも後輪９の回転速度が速くなったときに、人力駆動力とモータ２０との動力を遮断するようになっている。
【００１６】
前記ラチェットギヤ６４の外径ネジ部６６と前記回転ドラム１８ａに形成されたネジ部６７との結合構造は、モータ軸５１の回転駆動力により締まるネジ結合構造にされている。すなわち前記外径ネジ部６６とネジ部６７は、モータ軸５１の駆動方向で締まる方向またはラチェットギア６４の爪の掛かる方向、本実施の形態では、モータ軸５１からラチェットギア６４を見て、右ネジの方向で結合されている。このラチェットギア６４の内径は、インターナルギヤ６５側に円周状に延設し、この部分がインターナルギア６５の段部と接合することによって、ラチェットギア６４の内径とインターナルギア６５とをインローしてセンター出しを可能にしている。また、回転ドラム１８ａの内周に嵌合された軸受２３の内輪でセンター出しされた第２の車輪車軸１０ｂがプラネットギヤ６３を結合しているモータケース３３ａを保持し、さらには第２の車輪車軸１０ｂに形成した段部と、モータケース３３ａに形成した環状の突起とが嵌合することによって、該プラネットギヤ６３のセンターと前記インターナルギヤ６５のセンターとを容易に合わせることができる。
【００１７】
本実施の形態にかかわる駆動装置について、まず、人力駆動力の動力の伝達について説明する。
【００１８】
ペダル１４から人力駆動力が入力されると、該ペダル１４に固定された前スプロケット１６が回転し、チェーン１５を介して後スプロケット１７が回転する。該後スプロケット１７が回転すると、一方向クラッチ（図示せず）によって一方向のみ、動力が伝達される。
【００１９】
進行方向の動力が伝達されると、使用者の指示するギヤ比に設定された変速機１９で変速されたのち、トルクセンサ３２を構成するバネ２８を収縮させながら回転ドラム１８を回転させ、後輪９を回転させることができる。
【００２０】
つぎに、電動駆動力の動力の伝達について説明する。
【００２１】
前記トルクセンサ３２の検出ロッド２７の変位による、コイル３４で検出されるインダクタンスの変化は、制御基板３９のマイコンに入力される。そして、その信号値に基づき、モータ制御部３８からのＰＷＭ信号によってモータ２０が駆動する。モータ２０の駆動は、遊星歯車減速機構、すなわちサンギヤ６２、プラネットギヤ６３およびインターナルギヤ６５によって減速され、前記プラネットギヤ６３に連結されたラチェットギア６４を介して回転ドラム１８を回転させる。そして、後輪９が回転する。
【００２２】
このように、人力駆動力と電動駆動力は回転ドラム１８で合力されて後輪９を駆動するようになる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、コイル部がモータ制御部に取り付けられているので、組立作業の効率を向上させることができる。
【００２４】
また、基板ケースとコイルボビンが一体化されているので、コストダウンが図れるとともに、コイルボビンから出るリード線を制御基板に直接取付できるのでリード線を短くでき、線処理の簡素化とノイズの影響を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補助動力付車両用駆動装置を用いた電動アシスト自転車を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態にかかわる補助動力付車両用駆動装置を示す断面図である。
【図３】図２の駆動装置における変速機とモータの要部分解図である。
【符号の説明】
４  前輪
９  後輪
１０  車軸
１０ａ  第１の車輪車軸
１０ｂ  第２の車輪車軸
１１  人力駆動部
１２  駆動装置
１８、１８ａ、１８ｂ  回転ドラム
１９  変速機
２０  モータ
２１  減速機機構
２５  トルク検出部
３０ａ、３０ｂ  モータケース
３５  コイルボビン
３６  コイル部
３７  基板ケース
３７ａ  外周壁
３８  モータ制御部
３９  制御基板
４０  コンデンサ
４１  電源コード
Ｓ  側壁凹部
【図１】
0003754356.tif 000002
【図２】
0003754356.tif 000003
【図３】
0003754356.tif 000004