JP3901996B2

JP3901996B2 - 電動駆動装置の筐体合わせ構造

Info

Publication number: JP3901996B2
Application number: JP2001353285A
Authority: JP
Inventors: 正高野; 久數田
Original assignee: Moric Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: JP2003158848A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動モータによる電動駆動装置に関し、特に分割されたケーシングからなる筐体合わせ構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電動補助自転車において、ペダルからの踏力を補助するためにペダルクランク軸に連結して踏力補助用の電動駆動装置が設けられる。この電動駆動装置は、ペダルクランク軸とこれと同軸の駆動スリーブにより駆動軸を構成し、駆動スリーブ上にスプロケットを固定し、これをチェーンを介して駆動車輪（例えば後輪）に連結する。補助動力となる電動モータの出力軸をこの駆動スリーブに連結して、電動モータの出力を駆動スリーブを介して後輪に伝達し回転駆動力を付与する。一方、ペダルに連結されたペダルクランク軸は、遊星ギヤ機構等を介して同じく上記駆動スリーブに連結され、ペダル踏力により駆動スリーブを介して後輪を回転駆動させる。これにより、ペダル踏力と電動モータの駆動力が駆動スリーブ上で融合してその合力により後輪が駆動される。
【０００３】
ペダルクランク軸に加わる踏力は、トルク検出手段で検出される。この検出された踏力に応じて、制御回路が、補助すべき動力を算出して所定のアシスト比で電動モータを駆動する。
【０００４】
このような電動駆動装置は、電動モータとともにトルク検出手段や遊星ギヤ機構及び制御回路を一体的に組立ててケーシング内に収められる。ケーシングで一体ユニット化した電動駆動装置は、車体中央部のペダルクランク軸付近に取付けられる。
【０００５】
このケーシングは、組立て製造***と左右に３分割され、中央ハウジングを左右ケースで挟んでボルトで結合することにより一体的なケーシングが形成される。
【０００６】
このような３つの分割体からなるケーシングの合わせ面には、グリースやオイル等の潤滑剤の漏れを防止するためにガスケットが設けられるとともにシール性を確保するために面加工が施される。また、中央ハウジングと左右ケースの位置合わせ及び左右ケース間に渡る駆動軸やモータ出力軸の位置合わせのためにノックピンが加工形成される。
【０００７】
この場合、ケーシングの軽量化を図るために左右ケースの合わせ面となるフランジ部を薄くした場合、シールの面圧が小さくなるため、ガスケット材料として合成紙等の一般材料を用いることができず、シール性を確保するためには、合わせ面を全面加工して平坦性を確保するとともに、ガスケット材料として、シリコンゴムをプリントしたり、炭素繊維などで作られた弾力性の強い特殊ガスケットを用いる必要があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、合わせ面の全面加工やノックピン加工は面倒であり、製造プロセスの工数が増えて生産性を低下させる。また、ケーシング内に分割体間に渡る駆動軸を収容するため、軸の位置合わせが必要であり、中心合わせと角度位相合わせが必要になり、分割体の組立て作業が面倒になる。また、モータを収容するモータ室や減速機室の形状に合わせて前述の特殊ガスケットを用いなければならず、組立て工程が煩雑になるとともにコストが上昇する。
【０００９】
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、生産性を高め、コストを低減させた電動駆動装置の筐体合わせ面構造の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、ケーシング内に電動モータを収容し、該電動モータのモータ出力軸及びこれに平行な駆動軸を有し、前記ケーシングは前記駆動軸に直角な面で複数に分割された電動駆動装置の筐体合わせ構造において、前記複数に分割されたケーシングの分割体の合わせ面の一方の周縁に沿って環状突起を設け、他方の合わせ面に前記環状突起が嵌合する環状溝を形成したことを特徴とする電動駆動装置の筐体合わせ構造を提供する。
【００１１】
この構成によれば、ケーシングの分割合わせ面の一方の周縁に沿って環状溝を設け、これに嵌合する環状突起を他方の合わせ面に設けることにより、ケーシングのシール性が確保されるとともに、ケーシング分割体同士の位置合わせができ、分割面を跨って配設される駆動軸やモータ出力軸の軸芯合わせができる。
【００１２】
これにより、合わせ面の面加工や位置決めのためのノックピン加工及び特殊ガスケットを省略でき、例えば液状（ゾル）の汎用シール材を環状溝に充填することにより簡単に充分なシール性が確保される。したがって、製造プロセスが簡素化して生産性が高まるとともにコストの低減が図られる。
【００１３】
好ましい構成例では、前記ケーシングは、中央ハウジングとこれを挟む左ケース及び右ケースとからなり、該ケーシング内に、前記電動モータが収容されたモータ室と、前記電動モータと駆動軸とを連結する減速機構が収容された減速機室とを備え、前記モータ室及び減速機室は前記中央ハウジングと左右ケースとの合わせ面で、前記環状突起及び環状溝により囲まれたことを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、モータ室及び減速機室が環状突起及び環状溝の嵌合によりそれぞれシールされて分離されるため、減速機室に充填されるグリースやオイル等の潤滑剤の漏れがなくなるとともに駆動軸及びモータ出力軸の軸心合わせがさらに確実にできる。
【００１５】
さらに好ましい構成例では、前記中央ハウジングを樹脂材料で構成し、前記左右のケースを金属材料で構成したことを特徴としている。
【００１６】
この構成によれば、金属材料からなる左右のケースによりケーシングの強度を充分確保した上で、中央ハウジングを樹脂材料で構成することにより軽量化が達成されるとともに、インジェクション成形により環状突起又は環状溝が精度よく形成できる。特に熱硬化性樹脂を用いることにより、モータ発熱による高温に充分耐えるとともに、耐水性や絶縁性を向上させることができる。
【００１７】
さらに好ましい構成例では、前記電動駆動装置は、電動補助自転車のペダル踏力補助用の電動駆動装置であることを特徴としている。
【００１８】
この構成によれば、電動補助自転車の踏力補助用の電動モータに対し本発明構造を適用することにより、生産性が向上するとともに、特に小型軽量化が要求される自転車構造において、軽量化を実現してこれによる負荷軽減及びコスト低減が達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電動駆動装置を搭載した電動補助自転車の側面図である。
【００２０】
この電動補助自転車１は、車体フレーム２のほぼ中央のハンガー部３に本発明に係る電動駆動装置４を搭載し、ペダル５を踏込むことによりペダルクランク軸６を回転させようとする踏力と、電動駆動装置４内の後述の電動モータの動力とを組合せて融合し、この合力により後輪７を駆動する構造である。電動駆動装置４は後述のように駆動軸にスプロケットを有し、このスプロケットの回転をチェーン８によって、公知のフリーホイルを介して後輪７に伝達する。
【００２１】
電動駆動装置４は、車体フレーム２に固定された（又は一体成形された）ブラケット９に対し、後述のように懸架ボルトにより懸架支持される。１０は電動駆動装置４内の電動モータを駆動するためのバッテリである。
【００２２】
図２は、本発明に係る電動駆動装置の水平断面構成図である。
この電動駆動装置４は、ケーシング１１内に電動モータ１２及び駆動軸１３を収容して構成される。ケーシング１１は、後述のように３分割され、中央ハウジング１４と、これをその両側から挟む左ケース１５及び右ケース１６とにより構成される。電動モータ１２は、モータ出力軸１７と、このモータ出力軸１７に固定されたロータ１８と、このロータ１８の外周に対向してケーシング１１内に固定されたステータ１９とにより構成される。駆動軸１３は、ペダル５（図１）に連結されたペダルクランク軸６（人力入力軸）とこのペダルクランク軸６の外周に回転可能に嵌め込まれた融合スリーブ２０とにより構成される。融合スリーブ２０上にスプロケット２１が固定され、チェーン８を介して後輪７（図１）に連結される。
【００２３】
モータ出力軸１７の端部にギヤ２２が形成される。このギヤ２２に中間軸２３の第１ギヤ２４が噛合う。中間軸２３には、第１ギヤ２４及びこれと一体でこれより小径の第２ギヤ２５が装着される。この第２ギヤ２５は、ラチェット２６を介して融合スリーブ２０に固定された大径ギヤ２７と噛合う。このような中間軸２３及びこれに装着された２段一体の第１、第２ギヤ２４，２５により、減速ギヤ機構７２（第１の減速機構）が形成される。これにより、電動モータ１２の回転駆動力が、減速ギヤ機構７２で減速され、大径ギヤ２７を介して融合スリーブ２０に伝達され、後輪を駆動する。
【００２４】
ペダルクランク軸６は、ラチェット２８を介して遊星ギヤ機構２９（第２の減速機構）に連結される。遊星ギヤ機構２９は、融合スリーブ２０に連結され、ペダルクランク軸６からのペダル踏力を融合スリーブ２０に伝達して、踏力により後輪を駆動する。
【００２５】
この遊星ギヤ機構２９は、ラチェット２８で１方向に駆動されるキャリア３０と、このキャリア３０に回動自在となす遊星ギヤ３１と、遊星ギヤ３１の外周側でケーシングに固定されたリングギヤ７１と、遊星ギヤ３１の内周側で融合スリーブ２０に固定されたサンギヤ３２とにより構成される。ペダルクランク軸６の回転力は、ラチェット２８からキャリア３０を介して遊星ギヤ３１を公転及び自転させ、サンギヤ３２を回転させて融合スリーブ２０に踏力による回転力を変速して伝達し、後輪を駆動する。
【００２６】
３分割されたケーシング１１の中央ハウジング１４は、例えばＰＢＴ（ポリブチルテレフタレート）等の樹脂材料の射出成形により形成される。この中央ハウジング１１を挟む左ケース１５及び右ケース１６は、ＡＤＣ（アルミダイキャスト合金）材料により成形される。
【００２７】
ケーシング１１は、複数ヵ所（例えば５ヵ所）で締結ボルト３３により左ケース１５及び右ケース１６を結合して組立てられる。この例では、左ケース１５側から締結ボルト３３を挿入し、右ケース１６に形成した雌ネジ部に螺合させて両ケース１５，１６同士を締付けて結合する。
【００２８】
このケーシング１１は、複数ヵ所（例えば３ヵ所）で懸架ボルト３４により車体フレーム側に固定された車体ブラケット９に固定され懸架保持される。この場合、図示したように各懸架部に配設される車体ブラケット９間の幅がケーシング１１の幅より狭いため、懸架ボルト３４にスペーサとなるカラー３５を装着して懸架ボルト３４及びこれに螺合するナット３６により左右のケース１５，１６同士を締付けて固定する。
【００２９】
駆動軸１３を構成するペダルクランク軸６の端部及び融合スリーブ２０の端部はそれぞれベアリング３７，３８を介して左ケース１５及び右ケース１６に支持される。このように強度の大きい金属材料からなる左右のケース１５，１６に駆動軸１３の軸受部を支持させることにより、安定して堅固に駆動軸１３が保持される。
【００３０】
電動モータ１２のモータ出力軸１７の左側端部はベアリング３９を介して左ケース１５に支持される。モータ出力軸１７の右側端部を保持するベアリング４０は、この例では、樹脂からなる中央ハウジング１４に設けられている。この場合、ベアリング４０の外周面に沿って複数ヵ所でこのベアリング４０を保持するように、右ケース１６からこれと一体で中央ハウジング側に突出する円弧状の金属の凸壁（不図示）を設け、この凸壁によりベアリング４０を固定保持することにより、ベアリング４０は、金属材料からなるケース内に保持した場合と同様に安定して堅固に固定保持される。また、樹脂材料の成形誤差や変形に基づく位置ずれも生じない。このような凸壁が配設される部分の中央ハウジング１１の樹脂材料には切欠き（不図示）を設けて金属材料の右ケース１６からの凸壁の挿入を妨げないようにする。
【００３１】
このケーシング１１の内部は、後述のように、電動モータ１２を収容するモータ室と、減速ギヤ２５や遊星ギヤ機構２９等を収容する減速機室と、ＦＥＴ等によって通電するモータ制御回路基板（不図示）を収容する制御室とに分割されている。
【００３２】
本発明では、３分割されたケーシング１１の中央ハウジング１４と左右ケース１５，１６との間の分割面には、後述のように、中央ハウジング側の合わせ面周縁に沿って環状突起４５，５５を設け、左右ケース側の合わせ面に前記環状突起４５，５５が嵌合する環状溝４４，５４を形成している。これにより、ケーシング１１のシール性が確保されるとともに、ケーシング分割体である中央ハウジング１４と左右ケース１５，１６の位置合わせができ、分割面を跨って配設される駆動軸１３やモータ出力軸１７の軸芯合わせができる。
【００３３】
図３は、ケーシング１１を構成する左ケース１５の内面側（右側）から見た側面図であり、図４はそのＡ−Ａ部分の断面構成図である。
【００３４】
左ケース１５の内面側に、モータ室４１及び制御室４２の周縁及び両室間を仕切る仕切壁４３が形成される。モータ室４１及び制御室４２間の仕切壁４３には、信号ケーブルや電源ケーブル等を挿通させる開口５１が形成される。この仕切壁４３に沿って、中央ハウジング１４との合わせ面に、モータ室４１及び制御室４２のそれぞれを囲む環状溝４４が形成される。この環状溝４４に後述の中央ハウジング１４に設けた環状突起４５（図５）が嵌込まれる。これにより、モータ室４１及び制御室４２がシールされるとともに、中央ハウジング１４（図２、図５）に対する位置合わせが行なわれる。
【００３５】
この左ケース１５の外周縁に沿って５ヵ所に締結用取付孔４６が形成され、前述の締結ボルト３３（図２）が挿通する。また、この左ケース１５の外周縁から突出して３ヵ所に懸架ブラケット４７が設けられ、それぞれ懸架用取付孔４８が形成される。これらの懸架用取付孔４８に前述の懸架ボルト３４（図２）が挿通する。
【００３６】
ペダルクランク軸挿通孔４９に前述の図２のベアリング３７を介してペダルクランク軸６が挿通する。また、モータ軸受部５０に前述の図２のベアリング３９を介してモータ出力軸１７の端部が支持される。
【００３７】
制御室４２には、例えば６個のＦＥＴ（不図示）を一列に並べて搭載したプリント基板（不図示）が収容される。これら６個のＦＥＴは、金属材料のヒートシンク（不図示）を介して左ケース１５の内面に対し熱的に接触して放熱される。ヒートシンクは左ケース１５の内面にケース材料と一体で形成してもよい。６個のＦＥＴは、例えば共通の押え板（不図示）によりケース内側からケース内壁面に対し押付けられる。押え板は、ケースに設けた例えば２ヵ所の貫通孔５３を通してネジ（不図示）によりケース外側から締付けて各ＦＥＴをケース内壁面側に圧接させる。５２は、ヒートシンクにＦＥＴを固定する６個のネジのネジ頭逃げ用の凹みである。
【００３８】
図５は、中央ハウジング１４の断面構成図である。
中央ハウジング１４の左右側面には、それぞれ、前述の左ケース１５の環状溝４４に嵌め込まれる環状突起４５及び後述の図６、図７に示す右ケース１６の環状溝５４に嵌め込まれる環状突起５５が形成される。この中央ハウジング１４の周縁に沿って前述の締結用取付孔４６（図３）に対応した５ヵ所の位置に締結ボルト挿通孔５６が形成される。
【００３９】
中央ハウジング１４内部は、仕切壁５７によりモータ室４１と制御室４２（図３参照）及び減速機室５８に分離される。モータ室４１には前述のように電動モータ１２が収容され、制御室４２にはＦＥＴ等が接合されたプリント基板が収容される。減速機室５８には、図２に示した減速ギヤ機構７２や遊星ギヤ機構２９が収容される。減速ギヤ機構７２の中間軸２３（図２）の左端部は、減速機室５８に形成した軸受用凹み５９内に嵌め込まれて支持される。減速機室５８を形成する左側の仕切壁にはペダルクランク軸挿通孔６２が形成され、ペダルクランク軸６（図２）が挿通する。
【００４０】
モータ室４１を形成する仕切壁５７の右壁部分にモータ出力軸挿通孔６０が形成され、前述のようにベアリング４０（図２）を介してモータ出力軸１７が挿通する。６１はベアリング嵌込部を示す。
【００４１】
図６は、右ケース１６を内面側（左側）から見た図であり、図７は、図６のＣ−Ｃ部分の断面構成図である。
【００４２】
右ケース１６の外周縁に沿って減速機室５８を形成する仕切壁６３が設けられる。この仕切壁６３の中央ハウジング１４との合わせ面に沿って環状溝５４が形成される。この環状溝５４に中央ハウジング１４側の環状突起５５が嵌め込まれて減速機室５８のシール及び中央ハウジング１４と右ケース１６との位置合わせが行なわれる。
【００４３】
右ケース１６の外周縁部の３ヵ所に、左ケース１５の場合と同様に、懸架ブラケット６４が設けられそれぞれ懸架ボルト３４（図２）が挿通する懸架用取付孔６５が形成される。
【００４４】
５本の締結ボルト３３（図２）がそれぞれ挿通する左ケース１５の締結用取付孔４６（図３）及びこれらに整合する中央ハウジング１４の締結ボルト挿通孔５６に対応して、右ケース１６の周縁部の５ヵ所に締結用ネジ孔６６が形成される。この締結用ネジ孔６６に締結ボルト３３が螺合する。
【００４５】
中間軸２３（図２）の右端部は、右ケース１６の内面に形成した軸受用凹み６７内に嵌め込まれて支持される。
【００４６】
右ケース１６を貫通して駆動軸挿通孔６８が開口し、図２に示したペダルクランク軸６及び融合スリーブ２０からなる駆動軸１３が挿通する。６９はベアリング３８（図２）を保持するベアリング嵌込部である。
【００４７】
このような右ケース１６は、前述の左ケース１５と同様にアルミダイキャスト合金（ＡＤＣ材）の成形体からなり、樹脂の中央ハウジング１４を左右から挟んで一体のケーシング１１（図２）を形成する。
【００４８】
上記実施形態において、中央ハウジング１４の環状突起４５，５５及びこれと嵌合する左右ケース１５，１６の環状溝４４，５４による嵌め合い部分に液状シール剤を塗布してもよい。これによりシール性が確保されるとともに、従来必要であった特殊ガスケットが不要になり組立て作業が容易になるとともにコストを低減できる。
【００４９】
また、環状突起４５，５５と環状溝４４，５４との間の嵌め合い隙間を部分的に広くして、樹脂の成形変形等に基づく環状溝と環状突起との間の位置ずれを吸収するようにしてもよい。
【００５０】
また、中央ハウジングと左右ケース間で軸位置合わせをする場合、中心合わせと角度位相合わせが必要になるが、これらを精度よく位置合わせするために、軸の近くに中心合わせ用の嵌合溝を設け、離れた部分に位相合わせ用の溝嵌合部を設けてもよい。このような構成を実現するために、中心合わせ部及び位相合わせ部以外の部分での干渉を防止するため、隙間を増やして樹脂成形の歪をこの増やした隙間で逃すようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ケーシングの分割合わせ面の一方の周縁に沿って環状溝を設け、これに嵌合する環状突起を他方の合わせ面に設けることにより、ケーシングのシール性が確保されるとともに、ケーシング分割体同士の位置合わせができ、分割面を跨って配設される駆動軸やモータ出力軸の軸芯合わせができる。
【００５２】
これにより、合わせ面の面加工や位置決めのためのノックピン加工及び特殊ガスケットを省略でき、例えば液状（ゾル）の汎用シール材を環状溝に充填することにより簡単に充分なシール性が確保される。したがって、製造プロセスが簡素化して生産性が高まるとともにコストの低減が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動駆動装置が適用される電動補助自転車の全体図。
【図２】本発明の実施形態に係る電動駆動装置の水平断面構成図。
【図３】図２の電動駆動装置の左ケースの内面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面構成図。
【図５】図２の電動駆動装置の中央ハウジングの断面構成図。
【図６】図２の電動駆動装置の右ケースの内面図。
【図７】図６のＣ−Ｃ断面構成図。
【符号の説明】
１：電動補助自転車、２：車体フレーム３：ハンガー部、４：電動駆動装置、
５：ペダル、６：ペダルクランク軸、７：後輪、８：チェーン、
９：ブラケット、１０：バッテリ、１１：ケーシング、１２：電動モータ、
１３：駆動軸、１４：中央ハウジング、１５：左ケース、１６：右ケース、
１７：モータ出力軸、１８：ロータ、１９：ステータ、
２０：融合スリーブ、２１：スプロケット、２２：ギヤ、
２３：中間軸、２４：第１ギヤ、２５：第２ギヤ、２６：ラチェット、
２７：大径ギヤ、２８：ラチェット、２９：遊星ギヤ機構、３０：キャリア、
３１：遊星ギヤ、３２：サンギヤ、３３：締結ボルト、３４：懸架ボルト、
３５：カラー、３６：ナット、３７：ベアリング、３８：ベアリング、
３９：ベアリング、４０：ベアリング、４１：モータ室、４２：制御室、
４３：仕切壁、４４：環状溝、４５：環状突起、４６：締結用取付孔、
４７：懸架ブラケット、４８：懸架用取付孔、４９：ペダルクランク軸挿通孔、
５０：モータ軸受部、５１：開口、５２：凹み、
５３：押え板取付用貫通孔、５４：環状溝、５５：環状突起、
５６：締結ボルト挿通孔、５７：仕切壁、５８：減速機室、
５９：中間軸支持用の凹み、６０：モータ出力軸挿通孔、
６１：ベアリング嵌込部、６２：ペダルクランク軸挿通孔、６３：仕切壁、
６４：懸架ブラケット、６５：懸架用取付孔、６６：締結用ネジ孔、
６７：中間軸支持用の凹み、６８：駆動軸挿通孔、６９：ベアリング嵌込部、
７１：リングギヤ、７２：減速ギヤ機構。

Claims

ケーシング内に電動モータを収容し、該電動モータのモータ出力軸及びこれに平行な駆動軸を有し、前記ケーシングは前記駆動軸に直角な面で複数に分割された電動駆動装置の筐体合わせ構造において、
前記複数に分割されたケーシングの分割体の合わせ面の一方の周縁に沿って環状突起を設け、他方の合わせ面に前記環状突起が嵌合する環状溝を形成し、
前記ケーシングは、中央ハウジングとこれを挟む左ケース及び右ケースとからなり、該ケーシング内に、前記電動モータが収容されたモータ室と、前記電動モータと駆動軸とを連結する減速機構が収容された減速機室とを備え、前記モータ室及び減速機室は前記中央ハウジングと左右ケースとの合わせ面で、前記環状突起及び環状溝により囲まれ、
前記中央ハウジングを樹脂材料で構成し、前記左右のケースを金属材料で構成したことを特徴とする電動駆動装置の筐体合わせ構造。
前記電動駆動装置は、電動補助自転車のペダル踏力補助用の電動駆動装置であることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置の筐体合わせ構造。