JP4124393B2 - 電動補助自転車用駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動補助自転車用駆動装置に関し、特に、電動補助自転車の軽量化を図るのに好適な電動補助自転車用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペダルに加えられた踏力を後輪に伝達するための人力駆動系と、前記踏力に応じて前記人力駆動系に補助動力を付加させることができるモータ駆動系とを備えた電動補助自転車が知られている。例えば、特開平１０−２５０６７３号公報には、クランク軸およびその軸受等を含む人力駆動系と、補助動力としてのモータの出力をクランク軸に合力させる駆動系とを単一のハウジングに収容した駆動装置を有する自転車が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記駆動装置のハウジングはクランク軸を軸支するため高い剛性を有していることが必要であり、金属材料で構成されている。一方、電動補助自転車は主として人力で駆動されるのであるから、補助動力源であるモータの負担を小さくするため電動補助自転車全体の重量を小さくするのが望ましい。特に、剛性を確保するため金属材料で作られている駆動装置は重量物となっているので、この軽量化が望まれている。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来装置の問題点を解消し、車重の軽量化を果たしつつ、十分な剛性を確保することができる電動補助自転車用駆動装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、踏力を伝達するペダルクランク軸を含む人力駆動部と該人力駆動部に合成される補助動力を発生させるモータを含むモータ駆動部とを有する電動補助自転車用駆動装置において、前記人力駆動部および前記モータ駆動部を収容し、前記モータの軸および前記ペダルクランク軸を軸支するケースを具備するとともに、該ケースが樹脂成型されている点に第１の特徴がある。第１の特徴によれば、駆動装置のうち重量部品となりやすいケースを樹脂によって構成したので電動補助自転車全体の軽量化に大きく寄与し得る。
【０００６】
また、本発明は、前記モータの軸の軸受および前記ペダルクランク軸の軸受部分を補強するための補強部材を具備し、前記補強部材が、前記ケースの樹脂成型時に該ケースに鋳込まれている点に第２の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、前記ケースには該ケースを車体に装着するためのハンガー部が設けられ、前記ハンガー部には、前記ケースの樹脂成型時に補強部材が鋳込まれている点に第３の特徴がある。第２および第３の特徴によれば、軽量化を図りつつ、大きい荷重がかかる軸受部やハンガー部には十分な強度が付与される。
【０００８】
また、本発明は、前記補強部材が、少なくとも他の１つの補強部材と連結されて一体の補強プレートを形成している点に第４の特徴がある。第４の特徴によれば、補強部材同士が連結されて一層高い強度が得られる。特に、各補強部材間の連結部はケース全体の強度を向上させる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の駆動装置を有する電動補助自転車の側面図、図２は図１の要部拡大図である。電動補助自転車の車体フレーム２は、車体前方に位置するヘッドパイプ２１と、ヘッドパイプ２１から下後方に延びたダウンパイプ２２と、ダウンパイプ２２の終端部近傍から上方に立上がるシートポスト２３とを備える。ダウンパイプ２２とシートポスト２３との結合部およびその周辺部は、上下に２分割されて着脱される樹脂カバー３３により覆われている。ヘッドパイプ２１の上部にはハンドルポスト２７Ａを介して操向ハンドル２７が回動自在に挿通され、ヘッドパイプ２１の下部にはハンドルポスト２７Ａに連結されたフロントフォーク２６が支承されている。フロントフォーク２６の下端には前輪ＷＦが回転自在に軸支されている。
【００１２】
車体フレーム２の下部には、踏力補助用の電動モータＭを含む駆動装置としての電動補助ユニット１が、ダウンパイプ２２の下端の連結部９２、シートポスト２３に溶接されたバッテリブラケット４９の前部に設けられた連結部９１（図２参照）、およびブラケット４９の後部の連結部９０の３か所でボルト締めされて懸架されている。連結部９０では電動補助ユニット１とともにチェーンステー２５が共締めされている。
【００１３】
電動補助ユニット１の電源スイッチ部２９は電源キーによりオン・オフされるように、ダウンパイプ２２上のヘッドパイプ２１の近傍に設けられている。なお、電源スイッチ２９はハンドルポスト２７Ａ前方でハンドル２７上に設けても良い。また、電源補助ユニット１は、例えば赤外線信号を使ったリモートコントロールスイッチ（後述）によってその電源を投入するようにすることができる。その場合、電源スイッチ部２９には、リモートコントロールスイッチから送出される赤外線信号を受信する受信機を設ける。
【００１４】
電動補助ユニット１には駆動スプロケット１３が設けられていて、クランク軸１０１の回転は駆動スプロケット１３からチェーン６を通じてリアスプロケット１４に伝達される。なお、駆動スプロケット１３とリヤスプロケット１４とは、回生発電を可能にするためリジッド取付け、つまり双方のスプロケットの一方がいずれの方向に回転しても他方がこれに追従して回転するような取付けになっている。
【００１５】
ハンドル２７にはブレーキレバー２７Ｂが設けられており、このブレーキレバー２７Ｂが操作されたことは、ブレーキワイヤ３９を通じて後輪ＷＲのブレーキ装置（図示せず）に伝達される。さらに、ブレーキワイヤ３９は電動補助ユニット１に分岐し、ブレーキレバー２７Ｂの操作はブレーキワイヤ３９の変位として後述の回生発電装置動作用のカムにも伝達される。
【００１６】
この自転車では、ダウンパイプ２２とシートポスト２３との結合部が電動補助ユニット１の前部にレイアウトされているので、電動補助ユニット１を低位置に配置でき、低重心化が図られている。また、車体フレーム２の高さを低く抑えられるので“跨ぎ易さ”も良好である。
【００１７】
電動補助ユニット１にはクランク軸１０１が回転自在に支承され、クランク軸１０１の左右両端にはクランク１１を介してペダル１２が軸支されている。電動補助ユニット１から後方側に延出される左右一対のチェーンステー２５の終端間には、駆動輪としての後輪ＷＲが軸支されている。シートポスト２３の上部および両チェーンステー２５の終端間には、左右一対のシートステー２４が設けられている。シートポスト２３には、シート３０の上下位置を調整可能にするため上端にシート３０を備えるシートパイプ３１がシートポスト２３内で摺動可能に装着されている。
【００１８】
シート３０の下方でシートポスト２３の後部には、バッテリ４を収納・装着するバッテリ収納ケース５（以下、「収納ケース」と呼ぶ）が取り付けられている。バッテリ４は複数のバッテリセルを含み、長手方向が略上下方向となるようシートポスト２３に沿って設置される。
【００１９】
図３は電動補助ユニット１の断面図、図４は図３のＡ−Ａ矢視図である。電動補助ユニット１のケースは本体７０、ならびにその両側面にそれぞれ取付けられる左カバー７０Ｌおよび右カバー７０Ｒからなる。ケース７０ならびに左カバー７０Ｌおよび右カバー７０Ｒは軽量化のため樹脂成型品によって製作される。ケース本体７０の周囲には前記ダウンパイプ２２やバッテリブラケット４９の連結部９０，９１，９２にそれぞれ適合するハンガー９０ａ，９１ａ，９２ａが形成されている。本体７０には軸受７１が設けられ、右カバー７０Ｒには軸受７２が設けられている。軸受７１の内輪にはクランク軸１０１が内接し、軸受７２の内輪にはクランク軸１０１と同軸でクランク軸１０１に対してその外周方向に摺動自在に設けられたスリーブ７３が内接している。すなわち、クランク軸１０１は軸受７１と軸受７２によって支持されている。
【００２０】
スリーブ７３にはボス７４が固定されていて、このボス７４の外周には、例えばラチェット機構からなるワンウェイクラッチ７５を介してアシストギヤ７６が設けられている。アシストギヤ７６は軽量化の観点から樹脂製であるのが好ましく、また、静粛性等の観点からヘリカルギヤとするのがよい。
【００２１】
スリーブ７３の端部にはギヤ７３ａが形成されていて、このギヤ７３ａを太陽ギヤとしてその外周に３つの遊星ギヤ７７が配置されている。遊星ギヤ７７は支持プレート１０２に立設した軸７７ａで支持されており、さらに支持プレート１０２はワンウェイクラッチ７８を介してクランク軸１０１に支持されている。遊星ギヤ７７は踏力検知用リング７９に対して、その内周に形成されたインナギヤに噛み合っている。スリーブ７３の端部（ギヤが形成されていない側）にはチェーン６によって前記リヤスプロケット１４に結合されている駆動スプロケット１３が固定されている。
【００２２】
踏力検知用リング７９はその外周に張出したアーム７９ａ，７９ｂを有しており、アーム７９ａ，７９ｂは、アーム７９ａと本体７０との間に設けられた引張りばね８０、およびアーム７９ｂと本体７０との間に設けられた圧縮ばね８１によってクランク軸１０１の、走行時回転方向と反対の方向（図中時計方向）に付勢されている。圧縮ばね８１はリング７９のがたつき防止のために設けられる。アーム７９ｂにはリング７９の回転方向の変位を検出するためのポテンショメータ８２が設けられている。
【００２３】
アシストギヤ７６にはスプリングワッシャ８５を介して回生発電用のクラッチプレート８６が隣接配置されており、さらにクラッチプレート８６には、スプリングワッシャに抗してプレート８６をアシストギヤ７６側に押圧するためのプレッシャプレート８７が隣接配置されいる。クラッチプレート８６およびプレッシャプレート８７はいずれもスリーブ７３に対してその軸方向に摺動自在に設けられている。
【００２４】
プレッシャプレート８７はそのハブ部分に形成された傾斜面に当接させたカム８８によってクラッチプレート８６寄りに偏倚される。カム８８はシャフト８９によって右カバー７０Ｒに回動自在に支持されており、このシャフト８９の端部つまり右カバー７０Ｒから外部に突出した部分にはレバー７が固着されている。レバー７はブレーキワイヤ３９に結合されていて、ブレーキがかけられたときにブレーキワイヤ３９によってレバー７が回動し、カム８８はシャフト８９を中心に回動する。
【００２５】
前記アシストギヤ７６にはモータＭの軸に固定されたピニオン８３が噛み合っている。モータＭは３相のブラシレスモータであり、ネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系）磁石の磁極１１０を有するロータ１１１と、その外周に設けられたステータコイル１１２と、ロータ１１１の側面に設けられた磁極センサ用のゴム磁石リング（Ｎ極とＳ極とが交互に配置されてリングを形成したもの）１１３と、ゴム磁石リング１１３に対向して配置され、基板１１４に取付けられたホールＩＣ１１５と、ロータ１１１の軸１１６とからなる。軸１１６は左カバー７０Ｌに設けられた軸受９８とケース本体７０に設けられた軸受９９で支持されている。
【００２６】
ケース本体７０の、車体前方寄りにはモータＭを制御するためのドライバ用のＦＥＴやコンデンサを含むコントローラ１００が設けられており、このＦＥＴを通じてステータコイル１１２に給電される。コントローラ１００は、踏力検出器としてのポテンショメータ８２で検出された踏力に応じてモータＭを動作させ、補助動力を発生する。
【００２７】
ケース本体７０やカバー７０Ｌ，７０Ｒは軽量化の観点から樹脂成型品で構成するのが好ましいが、その一方で、軸受の周囲等は強度を高める必要がある。そこで、本実施形態では軸受の周囲に鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金等、金属の補強部材１０５，１０６，１０７を配している。特に、ケース本体７０に配置される補強部材は、クランク軸１０１の軸受７１およびモータ軸１１６の軸受９９、ならびに車体への取付部材となるハンガー９０ａ，９１ａ，９２ａ等、大きい荷重が予想される部位を補強するものであるため、各部分の補強部材を互いに連結して一体的な補強プレート１０５を形成した。この補強プレート１０５によれば、各軸受やハンガーの周囲に配置されたそれぞれの補強部材が互いに他と連絡して補強効果を一層高めている。
【００２８】
補強プレート１０５は、軸受７１および軸受９９、ならびにハンガー９０ａ，９１ａ，９２ａの周囲の補強部材をすべて連結するものに限らず、これらの補強部材のうち互いに近接するもの同士、例えばハンガ９０ａの周囲の補強部材と軸受９９の周囲の補強部材とを連結したり、軸受７１の周囲の補強部材と軸受９９の周囲の補強部材またはハンガ９０ａ，９１ａ，９２ａの１つとを連結したりするものでもよい。なお、これら補強部材１０５，１０６，１０７は樹脂成型時にケース７０やカバー７０Ｌ，７０Ｒと一体に鋳込み形成するのがよい。
【００２９】
上記構成の電動補助ユニット１では、クランク１１を介してクランク軸１０１に踏力が加わると、クランク軸１０１は回転する。クランク軸１０１の回転はワンウェイクラッチ７８を介して支持ブレートギヤ１０２に伝達され、遊星ギヤ７７の軸７７ａを太陽ギヤ７３ａの回りに回転させ、遊星ギヤ７７を介して太陽ギヤ７３ａは回転させられる。この太陽ギヤ７３ａが回転することによってスリーブ７３に固着されている駆動スプロケット１３が回転する。
【００３０】
後輪ＷＲに負荷が加わると、その大きさに応じて前記踏力検知用リング７９が回動し、その回動量はポテンショメータ８２で検出される。ポテンショメータ８２の出力つまり負荷に対応した出力が予定値より大きいときはその負荷の大きさに応じてモータＭが付勢され補助動力が発生される。補助動力は、クランク軸１０１で発生された人力による駆動トルクと合成されて駆動スプロケット１３へ伝達される。
【００３１】
走行時、車両を減速させるためブレーキをかけると、ブレーキワイヤ３９によりカム８８がシャフト８９を中心に回動し、プレッシャプレート８７がクラッチプレート８６を押圧する。そうすると、クラッチプレート８６がアシストギヤ７６側に偏倚してボス７４とアシストギヤ７６とが結合し、ボス７４の回転はアシストギヤ７６に伝達される。したがって、制動中の駆動スプロケット１３の回転はスリーブ７３、ボス７４およびアシストギヤ７６を通じてピニオン８３に伝達される。ピニオン８３が回転することによりステータコイル１１２には起電力が生じ、回生発電が行われる。発電により生じた電流はコントローラ１００を通じてバッテリ４に供給され、バッテリ４が充電される。
【００３２】
なお、上述の実施形態ではクランク軸１０１と駆動スプロケット１３とを同軸に配置したが、次に説明するように、これらの軸１０１や駆動スプロケット１３を独立の軸にすることにより軸受荷重を分散することができる。
【００３３】
図５は第２実施形態に係る電動補助ユニット１の斜視図、図６は要部断面図であり、図３，図４と同符号は同一または同等部分を示す。この第２実施形態では駆動スプロケット１３の軸とクランク軸１０１とをそれぞれ独立の軸とした。すなわち、クランク軸１０１と同軸のスリーブ７３に中間ギヤ４２を設ける。そして、この中間ギヤ４２と噛合う出力ギヤ４６を固定した出力軸４７をクランク軸１０１とは別に設ける。出力軸４７はケース本体７０に設けられた軸受４８と右カバー７０Ｒに設けられた軸受５１に支持され、出力軸４７の端部つまり右カバー７０Ｒから外部に突出した部分には駆動スプロケット１３が固定される。なお、軸受４８，５１等の周囲には補強部材５２，５３を設ける。これらの補強部材５２，５３は、それぞれ補強プレート１０５のように隣接する補強部材と連結することができる。このように、荷重を分散することによって各軸受で分担する荷重が小さくなるので樹脂成型品のケースの採用をより一層容易にすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなとおり、請求項１〜請求項３の発明は、重量部品となりやすい駆動装置のケースを樹脂成型したので電動補助自転車全体の軽量化に大きく寄与し得る。特に、請求項１および請求項２の発明によれば、軽量化を図りつつ、大きい荷重がかかる軸受部やハンガー部には十分な強度を付与することができる。また、請求項４の発明によれば、補強部材同士が連結されて一層高い強度が得られる。特に、各補強部材間の連結部によってケース全体の強度が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の駆動装置が装着される電動補助自転車の全体構成図である。
【図２】 図１の要部の構成の拡大図である。
【図３】 電動補助ユニットの要部断面図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ位置での断面図である。
【図５】 変形例に係る電動補助ユニットの斜視図である。
【図６】 図５の要部断面図である。
【符号の説明】
１…電動補助ユニット、 ２…車体フレーム、 ４…バッテリ、 １３…駆動スプロケット、 ２９…電源スイッチ部、 ３９…ブレーキワイヤ、 ７０…ケース本体、 ７０Ｒ…右カバー、 ７０Ｌ…左カバー、 ９０ａ，９１ａ，９２ａ…ハンガー部、 １００…コントローラ、 １０１…ペダルクランク軸、 １０２…遊星ギヤ支持プレート、 １０５，１０６，１０７…補強部材、 １１６…モータの軸

Claims (3)

1. 踏力を伝達するペダルクランク軸を含む人力駆動部と該人力駆動部に合成される補助動力を発生させるモータを含むモータ駆動部とを有する電動補助自転車用駆動装置において、
   前記人力駆動部および前記モータ駆動部を収容し、前記モータの軸および前記ペダルクランク軸を軸支するケースを具備するとともに、該ケースが樹脂成型されており、
   さらに、前記ケースには該ケースを車体に装着するためのハンガー部が設けられ、
   前記ハンガー部には、前記ケースの樹脂成型時に補強部材が鋳込まれていることを特徴とする電動補助自転車用駆動装置。
2. 前記モータの軸の軸受および前記ペダルクランク軸の軸受部分を補強するための補強部材を具備し、
   前記補強部材が、前記ケースの樹脂成型時に該ケースに鋳込まれていることを特徴とする請求項１記載の電動補助自転車用駆動装置。
3. 前記補強部材が、少なくとも他の１つの補強部材と連結されて一体の補強プレートを形成していることを特徴とする請求項１記載の電動補助自転車用駆動装置。

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