バッテリなどの蓄電器から給電される駆動源としてのモータを有し、ペダルに加えられる踏力からなる人力駆動力をトルクセンサなどにより検出し、人力駆動力に対応したモータの補助駆動力(アシスト力)を加えることで、上り坂等でも楽に走行できる電動アシスト自転車は既に知られている。
この電動アシスト自転車において、モータなどが内蔵されたモータ駆動ユニットを、クランク軸の配設箇所および近傍に配設したものがある。このような配置構成の電動アシスト自転車は、重量が比較的大きいモータ駆動ユニットが、電動アシスト自転車の前後方向の中央(すなわち、前輪と後輪との間の中間)の低い位置に配置される。したがって、この配置構成の電動アシスト自転車は、モータが前輪のハブや後輪のハブに内蔵されているものと比較して、前輪や後輪を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、車体の取り回しがよく、また、走行安定性も良好である。
この種の電動アシスト自転車に設けられるモータ駆動ユニットとしては、大別して、図13に示すように、クランク軸101の一端部に配設された人力駆動力出力輪体としての駆動スプロケット(前スプロケットや大ギヤとも称せられる)102とは別に、モータからの補助駆動力を出力する補助駆動力出力スプロケット103を備えた、いわゆる二軸式とも称せられるモータ駆動ユニット100と、図14、図15に示すように、踏力による人力駆動力とモータによる補助駆動力とがモータ駆動ユニット200の内部で合成され、合成された合力が駆動スプロケット201から出力されるいわゆる一軸式とも称せられるモータ駆動ユニット200とがある。
前記二軸式のモータ駆動ユニット100は、例えば特許文献1等に開示されている。この二軸式のモータ駆動ユニット100は、図13に示すように、補助駆動力出力スプロケット103が、モータ駆動ユニット100における駆動スプロケット102よりも後方の箇所から、モータ駆動ユニット100のユニットケース104より外側に突出された状態で配設されている。そして、人力駆動力が出力される駆動スプロケット102と補助駆動力が出力される補助駆動力出力スプロケット103とのそれぞれが、無端状駆動力伝達体としてのチェーン105に噛み合わされており、チェーン105によって人力駆動力と補助駆動力が合成されて後輪側に伝達される。
補助駆動力出力スプロケット103のさらに後方には、チェーン105における補助駆動力出力スプロケット103に噛み合った後の部分に噛み合って下方に案内するテンショナ装置(ガイド装置とも称せられる)106が配設されている。そして、このテンショナ装置106に設けられたテンションスプロケット107により、補助駆動力出力スプロケット103に噛み合うチェーン105の巻き角度を増加させている。
一方、いわゆる一軸式のモータ駆動ユニット200は、例えば特許文献2等に開示されている。この一軸式のモータ駆動ユニット200は、図14、図15に示すように、ペダルからの人力駆動力が伝達されるクランク軸202の外周に、セレーション結合などにより前記人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体203と、この人力伝達体203を介して伝達された人力駆動力とモータ204からの補助駆動力とが合成される合力体205とを配設している。そして、人力伝達体203からの人力駆動力が一方向クラッチ206を介して合力体205に伝達されるよう構成している。また、合力体205の一端部には、モータ204からの補助駆動力が減速機構207を介して伝達される大径歯車部205aが形成され、合力体205の他端部には、無端状駆動力伝達体としてのチェーン208に噛み合わされる駆動力出力輪体としての駆動スプロケット201が取り付けられている。そして、合力体205において合成された合力が駆動スプロケット201からチェーン208を介して後輪側に伝達される。
図14、図15に示すように、一軸式のモータ駆動ユニット200はチェーン208に駆動スプロケット201だけを噛み合わせて、人力駆動力と補助駆動力とを合成した合力をチェーン208に伝達する方式である。これに対して、二軸式のモータ駆動ユニット100は、図13に示すように、チェーン105に、人力駆動力を伝達する駆動スプロケット102と、補助駆動力を伝達する補助駆動力出力スプロケット103と、さらに、テンションスプロケット107とを噛み合わせる必要がある。
このため、一軸式のモータ駆動ユニット200は、モータ204や減速機構207などの配置を工夫することで、モータ駆動ユニット200の側面視した状態での面積(横方向からの投影面積)を、二軸式のモータ駆動ユニット100の面積よりも小さくできる(コンパクト化できる)利点がある。また、いわゆるフロント変速機を装着しようとした場合に、一軸式のモータ駆動ユニット200は、駆動スプロケット201を多段にすることで容易に装着することができる。一方、二軸式のモータ駆動ユニット100は、チェーン105に駆動スプロケット102と補助駆動力出力スプロケット103とテンションスプロケット107とを噛み合わせる必要があるので、フロント変速機を装着することは困難である。さらに、一軸式のモータ駆動ユニット200は、テンションスプロケット107などのテンショナ装置106を設けなくて済む利点もある。
なお、このような利点を有する一軸式のモータ駆動ユニット200においては、クランク軸202からの人力駆動力が伝達される人力伝達体203の外周面とその対向部分に、人力駆動力を検出する磁歪式のトルクセンサ209が設けられる場合が多い。すなわち、人力伝達体203の外周面に磁歪発生部が形成されているとともに、この磁歪発生部に対向するように、磁歪発生部での磁気の変動を検出するコイル209aが配設されている。そして、左右のペダルを踏み込んだ際にクランク軸202が踏力(人力駆動力)により捩れるため、クランク軸202からの人力駆動力が伝達される人力伝達体203の捩れ状態を、トルクセンサ209により検出している。
また、このような一軸式のモータ駆動ユニット200は、剛性の大きなユニットケース210(210A、210B、210C)内に収容された状態で配設されている。つまり、モータ駆動ユニット200が電動アシスト自転車の比較的低い位置に配設されており、万一、走行路にある石などの異物などが当接しても損傷しないように、ユニットケース210(210A、210B、210C)内に収容されて保護されている。
ところで、電動アシスト自転車にはモータの制御などを含む各種の制御を行うための制御用基板を設ける必要がある。しかし、前記特許文献2に開示されたモータ駆動ユニット200では、このモータ駆動ユニット200内において制御用基板が開示されていない。この場合には、モータ駆動ユニット200とは別の場所に制御用基板を配設するとともに、この制御用基板が損傷することがないように、制御用基板を保護するケースなどを別途に設けなければならず、製造コストが大幅に増加する。
このような製造コストが大幅に増加することを抑える方法として、制御用基板を一軸式のモータ駆動ユニット200内(具体的には、モータ駆動ユニット200のユニットケース210内)に収容することが考えられる。この場合には、ユニットケース210により制御用基板も保護されるため、制御用基板が損傷することを防止できる。また、ユニットケース210(210A、210B、210C)として、少なくとも一部を金属製とすることで、剛性を向上させる利点を得られることに加えて、制御用基板に発熱する発熱電子部品などが設けられる場合に、前記発熱電子部品や、この発熱電子部品に設けた放熱体を金属製のユニットケース210(210A、210B、210C)に接触させたり近接させたりして配設することで、発熱電子部品を良好に放熱させることができて信頼性を向上できる利点もある。
しかしながら、このように、制御用基板をモータ駆動ユニット200内に配設した場合には、減速機構207の歯車部同士が噛み合う部分に充填(供給)して付着させているグリスなどの摩擦低減用の油や、この油に混じった歯車部の磨耗粉が、制御用基板が配設されている箇所に飛散して制御用基板やこの制御用基板に搭載した電子部品の端子部などを腐食させるなどして損傷させる恐れがある。
本発明は上記課題を解決するもので、制御用基板などを一軸式のモータ駆動ユニットのユニットケース内に配設した場合でも、制御用基板などに油(グリスとも称せられる潤滑油)や歯車部の磨耗粉が付着することを防止できる電動アシスト自転車を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、本発明の共通構成は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である電動アシスト自転車であって、ペダルからの人力駆動力が伝達されるクランク軸の外周に、前記人力駆動力とモータにより発生する前記補助駆動力とが合成される合力体が配設され、前記合力体により前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力が、クランク軸と同軸心の駆動力出力輪体と、この人力駆動力出力輪体に掛け渡された無端状駆動力伝達体とを介して、後輪に伝達されるよう構成され、前記モータと前記合力体とにわたる補助駆動力の伝達経路に、互いに噛み合う複数の歯車部を有する減速機構が配設され、前記モータ、前記クランク軸の中央部、前記合力体、および前記減速機構が、モータ駆動ユニットのユニットケース内に配設され、前記モータ駆動ユニットのユニットケース内に、制御用基板が配設され、前記モータ駆動ユニットに、前記減速機構の配設領域と前記制御用基板の配設領域とを仕切って、減速機構の歯車部に付着された油が前記制御用基板の配設領域に侵入することを阻止する油よけカバーが配設されていることを特徴とする。
この構成によれば、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力が、クランク軸と同軸心の駆動力出力輪体を介して、後輪に伝達されるよう構成されたいわゆる一軸式のモータ駆動ユニットにおいて、制御用基板を一軸式のモータ駆動ユニットのユニットケース内に収容できるだけでなく、油よけカバーにより、減速機構の歯車部に付着した油や歯車部の磨耗粉が前記制御用基板の配設領域に侵入することが阻止されるので、前記油や歯車部の磨耗粉が、制御用基板が配設されている箇所に飛散して制御用基板やこの制御用基板に搭載した電子部品の端子部などを腐食させるなどすることを防止できる。
なお、前記油よけカバーを、前記モータ駆動ユニットのユニットケースに対して着脱可能とすることにより、減速機構の減速用歯車を取り付けた後に油よけカバーを組み付けるなど、油よけカバーの装着タイミングを任意に調整できるので、モータ駆動ユニットの組立作業を能率よく行うことが可能となる。
また、前記油よけカバーを、前記モータ駆動ユニットのユニットケースにより形成してもよく、この場合には、前記油よけカバーを、前記モータ駆動ユニットのユニットケースとは別個の部品で形成する場合と比較して部品点数を低減することができる。
ここで、前記減速機構としては、小径歯車部と、この小径歯車部に噛み合う大径歯車部とが設けられる。そして、前記油よけカバーにより、モータの出力軸に設けられたモータ出力小径歯車部と、このモータ出力小径歯車部に噛み合うモータ出力大径歯車部と、を覆うように配設されていることが好ましい。つまり、モータの出力軸は高速で回転されるため、モータ出力小径歯車部やこのモータ出力小径歯車部に噛み合うモータ出力大径歯車部も、高速で移動(回転)される。したがって、これらの歯車部同士が噛み合う箇所に付着された油や歯車部の磨耗粉は周囲に飛散する可能性が高いが、これらの歯車部は前記油よけカバーにより覆われているため、油や歯車部の磨耗粉の前記制御用基板などへの飛散を良好に抑えることができる。なお、前記油よけカバーにより、さらに、前記減速機構の小径歯車部を覆うように構成してもよく、この構成によれば、前記減速機構の小径歯車部の付着した油や磨耗粉が前記制御用基板などへ飛散することを良好に防止できる。
また、本発明は、前記油よけカバーにより、制御用基板に接続された配線を前記モータ駆動ユニットの外部に取り出すための配線配設領域が、減速機構の配設領域に対して仕切った状態で、形成されていることを特徴とする。この構成により、制御用基板に接続された配線に、減速機構の歯車部の油が飛散して付着することを防止できる。また、制御用基板に接続された配線が歯車部に接触したり噛み込んだりすることも防止できる。
また、この場合に、前記油よけカバーに、配線を外部に取り出すための取出用開口部を複数形成し、複数の取出用開口部から配線を外部に取り出す取出用開口部を1つまたは複数選択して配線を通すよう構成してもよい。これにより、異なる取出用開口部から配線を外部に取り出す場合でも、共通の油よけカバーを用いることができる。
なお、前記クランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体を配設し、前記人力伝達体を介して、前記合力体に人力駆動力を伝達させ、前記人力伝達体に、前記人力駆動力を検出するためのトルクセンサの磁歪発生部を形成させてもよい。また、前記油よけカバーに、前記合力体に設けられた大径歯車部の配設領域とトルクセンサの配設領域とを仕切る壁部を設けてもよい。また、前記減速機構に、前記合力体側からの人力駆動力をモータ側に伝達させなくする人力駆動力切断用の一方向クラッチを配設してもよい。
この構成により、バッテリの残容量が無くなった際にペダルを漕いで回転させた場合に、前記人力駆動力切断用の一方向クラッチによって、減速用の歯車やモータを回転しなくても済み、ペダルに余分な力をかけなくて済む。また、前記油よけカバーに、前記合力体に設けられた大径歯車部の配設領域とトルクセンサの配設領域とを仕切る壁部を設けることで、前記合力体の大径歯車部に付着した油などがトルクセンサ側に飛散することを防止できる。
また、モータと制御用基板とを、モータ駆動ユニットを側面視して重なり、かつモータ駆動ユニットを平面視して幅方向の互いに反対側に配設させてもよい。この構成により、油よけカバーによって制御用基板に油が付着することを防止できながら、モータ駆動ユニットの側面視した状態での面積(横方向からの投影面積)を、一軸式のモータ駆動ユニットとして特に小さくできる(コンパクト化できる)。また、モータと制御用基板とをモータ駆動ユニットにおいて幅方向の反対側に配設したので、制御用基板がモータの熱の影響を受け難くなり、良好な信頼性を保持することができる。
本発明によれば、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力が、クランク軸と同軸心の駆動力出力輪体を介して、後輪に伝達されるよう構成されたいわゆる一軸式のモータ駆動ユニットにおいて、前記減速機構の配設領域と制御用基板の配設領域とを仕切って、減速機構の歯車に付着された油が前記制御用基板の配設領域に侵入することを阻止する油よけカバーを配設することにより、制御用基板を一軸式のモータ駆動ユニットのユニットケース内に収容できるだけでなく、油よけカバーにより、減速機構の歯車部に付着した油やこの油に混じった歯車部の磨耗粉が前記制御用基板の配設領域に侵入することが阻止されるので、前記油や磨耗粉が、制御用基板が配設されている箇所に飛散して制御用基板やこの制御用基板に搭載した電子部品の端子部などを腐食させるなどすることを防止できて、信頼性が向上する。
また、前記油よけカバーを、前記モータ駆動ユニットのユニットケースに対して着脱可能とすることにより、モータ駆動ユニットの組立作業を能率よく行うことが可能となる。また、前記油よけカバーを、前記モータ駆動ユニットのユニットケースにより形成すると、前記油よけカバーを、前記モータ駆動ユニットのユニットケースとは別個の部品で形成する場合と比較して部品点数を低減することができる。
また、前記減速機構として、小径歯車部と、この小径歯車部に噛み合う大径歯車部とを設け、前記油よけカバーにより、少なくとも、モータの出力軸に設けられたモータ出力小径歯車部と、このモータ出力小径歯車部に噛み合うモータ出力大径歯車部と、を覆うように配設されていることが好ましい。これにより、油が飛散しやすい、モータ出力大径歯車部やモータ出力大径歯車部に付着された油が、制御用基板に飛散することを良好に抑えることができる。なお、前記油よけカバーにより、さらに、前記減速機構の小径歯車部を覆うように構成することで、前記減速機構の小径歯車部の付着した油や磨耗粉が前記制御用基板などへ飛散することを良好に防止できる。
また、前記油よけカバーにより、制御用基板に接続された配線を前記モータ駆動ユニットの外部に取り出すための配線配設領域を、減速機構の配設領域に対して仕切った状態で形成することで、制御用基板に接続された配線に油が付着することも防止できる。また、制御用基板に接続された配線が歯車部に接触したり噛み込んだりすることも防止できる。これにより信頼性が一層向上する。
また、この場合に、前記油よけカバーに、配線を外部に取り出すための取出用開口部を複数形成し、複数の取出用開口部から配線を外部に取り出す取出用開口部を1つまたは複数選択して配線を通すよう構成すると、異なる取出用開口部から配線を外部に取り出す場合でも、共通の油よけカバーを用いることができて、それぞれ、個別の油よけカバーを用いる場合と比較して、製造コストを低減できる。
なお、前記クランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体を配設し、前記人力伝達体を介して、前記合力体に人力駆動力を伝達させ、前記人力伝達体に、前記人力駆動力を検出するためのトルクセンサの磁歪発生部を形成させ、前記減速機構に、前記合力体側からの人力駆動力をモータ側に伝達させなくする人力駆動力切断用の一方向クラッチを配設してもよい。この構成により、バッテリの残容量が無くなった際にペダルを漕いで回転させた場合に、前記人力駆動力切断用の一方向クラッチによって、減速用の歯車やモータを回転しなくても済み、ペダルに余分な力をかけなくて済む。また、前記油よけカバーに、前記合力体に設けられた大径歯車部の配設領域とトルクセンサの配設領域とを仕切る壁部を設けることで、前記合力体の大径歯車部に付着した油などがトルクセンサ側に飛散することを防止できる。
また、モータと制御用基板とを、モータ駆動ユニットを側面視して重なり、かつモータ駆動ユニットを正面視して幅方向の互いに反対側に配設させることにより、油よけカバーによって制御用基板に油が付着することを防止できながら、モータ駆動ユニットの側面視した状態での面積(横方向からの投影面積)を、一軸式のモータ駆動ユニットとして特に小さくできる。また、モータと制御用基板とをモータ駆動ユニットにおいて幅方向の反対側に配設することにより、制御用基板がモータの熱の影響を受け難くなり、良好な信頼性を保持することができる。
以下、本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車について図面に基づき説明する。
図1、図2における1は本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車である。図1、図2に示すように、この電動アシスト自転車1は、ヘッドパイプ2a、前フォーク2b、メインパイプ2c、立パイプ2d、チェーンステー2e、シートステー2fなどからなる金属製のフレーム2と、前フォーク2bの下端に回転自在に取り付けられた前輪3と、チェーンステー2eの後端に回転自在に取り付けられた後輪4と、前輪3の向きを変更するハンドル5と、サドル6と、踏力からなる人力駆動力がかけられるクランク7およびペダル8と、補助駆動力(アシスト力)を発生させる駆動源としての電動のモータ21(図4参照)およびこのモータ21を含めた各種の電気的制御を行う制御部24(図4参照)などが設けられたモータ駆動ユニット20と、モータ21に駆動用の電力を供給する二次電池からなるバッテリ(蓄電器)12と、ハンドル5などに取り付けられて、搭乗者などが操作可能な手元操作部(図示せず)と、クランク7と同軸心で一体的に回転するように取り付けられ、人力駆動力および補助駆動力が合わされた合力を出力する駆動力出力輪体としての駆動スプロケット(前スプロケット、クランクスプロケットや前ギヤとも称せられることがある)13と、後輪4のハブ(後ハブとも称する)9に取り付けられた後部輪体としての後スプロケット(後ギヤとも称せられることがある)14と、駆動スプロケット13と後スプロケット14とにわたって回転可能な状態で無端状に巻回された無端状駆動力伝達体としてのチェーン15と、チェーン15などを側方から覆うチェーンカバー17などを備えている。
なお、バッテリ12は蓄電器の一例であり、二次電池が好適であるが、蓄電器の他の例としてはキャパシタなどであってもよい。また、図1における70は、ハンドル5に取り付けたブレーキレバーで、このブレーキレバー70を操作することで、前輪3や後輪4に配設したリムブレーキ、バンドブレーキ、またはローラブレーキ(図示せず)などが作動する。なお、後輪4のブレーキとして、前述のブレーキに代えて、ペダルを前進走行時の回転方向と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキを後輪4のハブに配設してもよく、この場合には、後輪用のブレーキレバーは設けられない。
図1、図2に示すように、この電動アシスト自転車においても、モータ駆動ユニット20が、クランク軸7aの配設箇所から略後方箇所などの、前輪3と後輪4との間の中間位置(より詳しくは中間位置の下部)に配置されている。そして、このような配置構成にすることで、重量が比較的大きいモータ駆動ユニット20が、電動アシスト自転車1の前後方向の中央に配置されるため、前輪3や後輪4を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、電動アシスト自転車1の車体(フレーム2など)の取り回しがよく、また、走行安定性も良好となるよう図っている。
図3はモータ駆動ユニット20の左側面図(駆動スプロケット13は省いている)、図4はモータ駆動ユニット20の平面断面図である。なお、以下の説明における左右方向および前後方向とは、図4に示すように、進行方向に向って当該電動アシスト自転車1に人が搭乗した状態での方向を言うが、この発明の構成が以下で述べる方向に限定されるものではない。
図3、図4に示すように、このモータ駆動ユニット20は、踏力による人力駆動力とモータ21による補助駆動力とがモータ駆動ユニット20の内部で合成され、合成された合力が駆動スプロケット13から出力される、いわゆる一軸式とも称せられる構造である。以下に、このモータ駆動ユニット20について詳述する。
モータ駆動ユニット20は、大きな強度を有するユニットケース22(22A、22B、22C)により外殻部などが構成され、モータ駆動ユニット20の前部をクランク軸7aが左右に貫通している。また、モータ駆動ユニット20のユニットケース22(22A、22B、22C)内におけるクランク軸7aの外周に、クランク軸7aからの人力駆動力が伝達される人力伝達体28と、この人力伝達体28を介して伝達された人力駆動力とモータ21からの補助駆動力とを合成する合力体29とが配設されている。さらに、ユニットケース22の前後方向中央部に、減速用歯車36などを有する減速機構25が配設され、ユニットケース22内の後部左側にモータ21が配設され、ユニットケース22内の後部右側に、各種の電気的制御などを行う複数の電子部品24aが設けられた制御用基板24bを有する制御部24が配設されている。
より詳しくは、図4に示すように、クランク軸7aが、モータ駆動ユニット20の前部を左右に貫通した状態で軸受26、27により回転自在に配設され、このクランク軸7aにおける左右方向中央部の外周に、係合部としてのセレーション部7bを介して、筒状の人力伝達体28が一体的に回転する状態で嵌め込まれている。この人力伝達体28の外周表面には、磁気異方性を付与した磁歪発生部31bが形成されているとともに、その外周に一定の隙間(空間)を介してコイル31aが配設されて、これらの磁歪発生部31bおよびコイル31aにより磁歪式のトルクセンサ(人力検知部)31が構成されている。これにより、クランク軸7aからの人力駆動力がセレーション部7bを介して人力伝達体28に伝達されるとともに、トルクセンサ31により人力駆動力が検出される。なお、この磁歪式のトルクセンサ31では、磁歪発生部31bが、人力伝達体28の軸心方向に対して例えば+45度と−45度とをなす螺旋形状に形成されており、人力伝達体28に人力駆動力が伝達されると人力伝達体28の表面の磁歪発生部31bに歪みが発生して透磁率の増加部分と減少部分とが発生するため、コイル31aのインダクタンス差を測定することでトルク(人力駆動力)の大きさが迅速に検出できるよう構成されている。
また、人力駆動力と補助駆動力とを合成する合力体29が、クランク軸7aの外周における人力伝達体28の右側方の箇所で、クランク軸7aに対して回転自在の状態で配設されている。また、人力伝達体28の右端部外周にセレーション部28aが形成されているとともに、合力体29の左端部内周にもセレーション部29aが形成されて、これらのセレーション部28a、29a同士が嵌合(係合)されている。これにより、クランク軸7aに伝達された人力駆動力が人力伝達体28から合力体29に伝達されて、これらのクランク軸7aと人力伝達体28と合力体29とが常に一体的に回転するよう構成されている。
また、合力体29の左寄り箇所外周にはモータ21からの補助駆動力を入力する大径歯車部29bが一体形成されており、合力体29の右端部外周には駆動スプロケット13が嵌め込まれて、合力体29と駆動スプロケット13とは一体的に回転する。なお、合力体29に外嵌された軸受27により、クランク軸7aが合力体29を介して回転自在に支持されている。なお、合力体29とクランク軸7aとの間に薄肉の軸受などを配設してもよい。
モータ21は軸受32、33によりその出力軸21aおよびロータ部21bが回転自在に支持されている。また、モータ21の出力軸21aが右側方に突出され、この突出部の外周にモータ出力小径歯車部21cが形成されている。モータ21のステータ21dは左側のユニットケース22C内に樹脂で埋め込まれた状態で配設されている。減速機構25は、減速用歯車36を介することにより、モータ21の回転トルク(補助駆動力)が増幅されて合力体29の大径歯車部29bに伝達するよう構成されている。ここで、減速用歯車36の支持軸には、小径支持軸部36aと、これよりも大径の大径支持軸部36bとが一体形成されており、小径支持軸部36aの外周に、小径支持軸部36aとは別体の小径歯車部36cが、圧入またはセレーション部などを介して、一体的に回転するように組みつけられている。小径支持軸部36aと大径支持軸部36bとが一体形成されてなる減速用歯車支持軸は、その両端部が軸受34、35により、いわゆる両持ち状態で支持されている。そして、小径歯車部36cが合力体29の大径歯車部29bに噛み合わされている。一方、減速用歯車36の大径支持軸部36bの外周に、モータ21のモータ出力小径歯車部21cに噛み合うモータ出力大径歯車部36dが配設されている。
また、減速用歯車36における大径支持軸部36bとモータ出力大径歯車部36dとの間には、合力体29からの人力駆動力(回転駆動力)をモータ21側に伝達させなくする人力駆動力切断用の一方向クラッチ37が配設されている。すなわち、この一方向クラッチ37は、走行中にある程度の補助駆動力が出力されるなど、モータ出力(補助駆動力)に基づく減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dの内周部分が、これに対向する大径支持軸部36bの外周部分に対して、相対的に駆動スプロケット13を前進させる方向に回転する場合には、減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dに伝達された補助駆動力を、そのまま大径支持軸部36bに伝達するように動作する。そして、補助駆動力が、小径支持軸部36aと小径歯車部36cとを介して、合力体29の大径歯車部29bに伝達される。これにより、合力体29において、人力駆動力と補助駆動力とが合成され、これらの合成された合力が、駆動スプロケット13から、チェーン15を介して、後輪4に伝達される。
一方、バッテリ12の残容量が無くなって、モータ21から補助駆動力が出力されない状態でペダル8を漕いだ場合など、モータ出力(補助駆動力)に基づく減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dの内周部分が、これに対向する大径支持軸部36bの外周部分に対して、相対的に駆動スプロケット13を前進させる方向とは逆方向に回転する場合には、減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dに伝達された補助駆動力が一方向クラッチ37により切断されて、大径支持軸部36bに伝達されないよう構成されている。これにより、モータ21から補助駆動力が出力されない状態でペダル8を漕いだ場合には、人力駆動力によりモータ出力大径歯車部36dやモータ21のロータ部21bなどを回転しなくても済むよう構成されている。
上記構成に加えて、本発明の電動アシスト自転車1では、図4〜図7に示すように、モータ駆動ユニット20に(詳しくは、モータ駆動ユニット20のユニットケース22(22A、22B)内に)、減速機構25が配設された領域と制御用基板24bが配設された領域(制御部24)とを仕切って、減速機構25の歯車部に付着された(塗布されたり、充填されたりするなどして供給された)油(グリス)が制御用基板24bの配設領域(制御部24)に侵入する(飛散する)ことを阻止する油よけカバー50が配設されている。
この実施の形態では、油よけカバー50によって、減速機構25における、モータ21の出力軸21aに設けられたモータ出力小径歯車部21cと、このモータ出力小径歯車部21cに噛み合う減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dと、を覆って、これらの歯車部に付着した油が制御用基板24bや電子部品24aが配設された制御部24に侵入することを阻止している。また、この実施の形態では、油よけカバー50がさらに前方に延ばされて、合力体29の大径歯車部29bの配設領域とトルクセンサ31の配設領域とを仕切る第3壁部50c(詳しくは後述する)が形成されており、この第3壁部50cにより、合力体29に設けられた大径歯車部29bに付着した油が(グリス)がトルクセンサ31の配設領域に侵入する(飛散する)ことも阻止するよう構成されている。
図5〜図7に示すように、油よけカバー50は、例えば樹脂で一体形成されており、ユニットケース22(22A、22B)内で左右方向に延びて、モータ21のモータ出力小径歯車部21cと減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dとを周方向(外周)から覆う第1壁部50aと、第1壁部50aの右縁部から減速用歯車36の半径方向軸心に向う状態で円弧状に延びて減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dとを右側方から覆う第2壁部50bと、第2壁部50bの上前端部から前方に円板状に延びて、合力体29に設けられた大径歯車部29bの配設領域を左側から覆って、合力体29の大径歯車部29bの配設領域とトルクセンサ31の配設領域とを仕切る第3壁部50cと、第3壁部50cの内周部から左側に延びて人力伝達体28およびトルクセンサ31を外周から覆う第4壁部50dと、第3壁部50cの外周部から左側に延びる第5壁部50eと、右側に配設されるユニットケース22Aに形成されたボス孔22dに嵌合可能とされた複数の係止用突部50fなどが設けられている。
そして、油よけカバー50を組付ける際は、係止用突部50fをユニットケース22Aのボス孔22dに嵌合させることで、油よけカバー50を所定位置に装着するよう構成されている。すなわち、油よけカバー50は、ユニットケース22Aに対して着脱可能な状態で取り付けられている。なお、油よけカバー50の第2壁部50bは、制御用基板24bから左側に隙間を有した状態で配設されている。また、制御用基板24bには多数の電子部品24aが搭載されているが、特に発熱量の大きな電子部品24a(発熱電子部品24a’)は、金属製の放熱板51に接触された状態で配設されている。また、少なくとも右側のユニットケース22Aは金属製とされており、このユニットケース22Aにおける放熱板51の近傍箇所は内側に膨出されて放熱板51に接触されている。
また、制御用基板24bには、各種の信号を入出力する複数の配線52が接続されている。油よけカバー50には、前記配線52をモータ駆動ユニット20の外部に取り出すために配線52を通す配線配設領域50gが、第3壁部50c、第4壁部50d、第5壁部50eにより形成されている。また、第5壁部50eには、配線52をモータ駆動ユニット20の外部に取り出すための取出用開口部50hが複数形成されている。一方、ユニットケース22(22A、22B)には、配線52をモータ駆動ユニット20の外部に取り出すための取出用開口部22fが一箇所のみ形成されている。そして、このユニットケース22(22A、22B)の取出用開口部22fに対応する油よけカバー50の取出用開口部50hが選択されて、これらの取出用開口部22f、50hを通して配線52が外部に取り出されるようになっている。
また、図4に示すように、モータ21と制御用基板24bとは、モータ駆動ユニット20を側面視して重なり、かつモータ駆動ユニット20を平面視してこのモータ駆動ユニット20の幅方向の互いに反対側に(すなわち、左側領域と右側領域とに)配設されている。
上記構成によれば、いわゆる一軸式のモータ駆動ユニット20内(詳しくは、モータ駆動ユニット20のユニットケース22(22A、22B、22C)内)に制御用基板24bや電子部品24aを有する制御部24を配設している。これにより、大きな強度を有するユニットケース22(22A、22B、22C)により制御用基板24bや電子部品24aが保護されて、電動アシスト自転車1の走行時などにおいても制御用基板24bや電子部品24aが損傷することを防止できる。
また、ユニットケース22における少なくともユニットケース22Aを金属製とすることで、十分な剛性を得られるとともに、発熱量の大きなパワー素子などの電子部品24a(発熱電子部品24a’)を金属製の放熱板51を介してユニットケース22Aに接触させた状態で配設されているので、発熱電子部品24a’を良好に放熱させることができて信頼性を向上できる利点もある。
また、上記実施の形態では、モータ21と制御用基板24bとを、モータ駆動ユニット20において側面視して重なるよう配設している。この構成により、一軸式のモータ駆動ユニット20において制御用基板24bも配設した構造でありながら、モータ駆動ユニット20の側面視した状態での面積(横方向からの投影面積)として特に小さくできる(コンパクト化できる)利点がある。また、モータ21と制御用基板24bとをモータ駆動ユニット20において幅方向の反対側に配設したので、制御用基板24bがモータ21の熱の影響を受け難くなり、良好な信頼性を保持することができる。
さらに上記構成によれば、いわゆる一軸式のモータ駆動ユニット20において、減速機構25の配設領域と制御用基板24bの配設領域とを仕切る油よけカバー50を設けている。したがって、油よけカバー50により、減速機構25の減速用歯車であるモータ出力小径歯車部21cやモータ出力大径歯車部36dなどの歯車部に付着した油(グリス)や、この油に混じった歯車部の摩耗粉が制御用基板24bやこの制御用基板24bに搭載された電子部品24aに飛散してこれらの制御用基板24bや電子部品24aの端子部などを腐食させるなどすることを防止できて、信頼性が向上する。
より具体的には、本実施の形態では、油よけカバー50に、モータ21のモータ出力小径歯車部21cと減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dとを周方向(外周)から覆う第1壁部50aと、第1壁部50aの右縁部から減速用歯車36の半径方向軸心に向う状態で円弧状に延びて減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dとを右側方から覆う第2壁部50bとを設けている。この構成により、油よけカバー50の第1壁部50aおよび第2壁部50bにより、モータ出力小径歯車部21cやモータ出力大径歯車部36dなどの歯車部に付着した油(グリス)や歯車部の摩耗粉が制御用基板24bやこの制御用基板24bに搭載された電子部品24aに飛散して腐食させてしまうことを防止できて、信頼性が向上する。特に、モータ21の出力軸21aは高速で回転されるため、モータ出力小径歯車部21cやモータ出力大径歯車部36dも、高速で移動(回転)する。したがって、これらの歯車部同士が噛み合う箇所に付着された油や歯車部の摩耗粉は周囲に飛散する可能性が高いが、これらの歯車部は油よけカバー50により覆われているため、油や歯車部の摩耗粉の飛散を良好に抑えることができる。
また、この実施の形態では、油よけカバー50に、合力体29の大径歯車部29bの配設領域とトルクセンサ31の配設領域とを仕切る第3壁部50cが形成されている。前記第3壁部50cにより、合力体29に設けられた大径歯車部29bに付着した油が(グリス)がトルクセンサ31の配設領域に侵入する(飛散する)ことも阻止されて、合力体29の大径歯車部29bに付着した油や歯車部の摩耗粉が飛散することがある場合でも、油よけカバー50によって前記油や摩耗粉がトルクセンサ31に付着することを防止できる。
また、油よけカバー50がモータ駆動ユニット20のユニットケース22Aに対して着脱可能に構成されているので、減速機構25の減速用歯車36を取り付けた後に油よけカバーを組み付けるなど、油よけカバー50の装着タイミングを、任意に調整できる。これにより、モータ駆動ユニット20の組立作業を能率よく行うことが可能となる。
また、上記構成では、油よけカバー50を、制御用基板24bに接続された配線52をモータ駆動ユニット20の外部に取り出すための配線配設領域50gを、減速機構25が配設されている領域に対して仕切った状態で形成している。これにより、制御用基板24bに接続された配線52に、減速機構25の歯車部(合力体29の大径歯車部29bや、モータ出力小径歯車部21c、モータ出力大径歯車部36dなど)の油や歯車部の摩耗粉が付着することを油よけカバー50によって防止できて、信頼性が一層向上する。また、制御用基板24bに接続された配線52が歯車部(合力体29の大径歯車部29bや、モータ出力小径歯車部21c、モータ出力大径歯車部36dなど)に接触したり噛み込んだりすることも防止でき、これによっても信頼性が向上する。
また、この場合に、油よけカバー50に、配線52を外部に取り出すための取出用開口部50hを複数形成し、複数の取出用開口部50hから配線52を外部に取り出す取出用開口部50hを1つ選択して配線52を通すよう構成している。したがって、モータ駆動ユニット20のユニットケース22に形成される取出用開口部22fの位置が異なるものが複数種類あって、異なる位置の取出用開口部22fから配線52を外部に取り出す場合でも、共通の油よけカバー50を用いることが可能となり、それぞれ、個別の油よけカバーを用いる場合と比較して、製造コストを低減できる。
また、上記構成によれば、バッテリ12の残容量が無くなった際にペダル8を漕いで回転させた場合に、前記人力駆動力切断用の一方向クラッチ37によって、減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dやモータ21の出力軸21aやロータ部21bを回転しなくても済み、ペダル8に余分な力をかけなくて済む。
また、上記実施の形態では、油よけカバー50がモータ駆動ユニット20のユニットケース22Aに対して着脱可能に構成されている場合を述べたが、これに限るものではなく、油よけカバー50の少なくとも一部をユニットケースにより一体形成してもよい。例えば、図8に示すように、幅方向における中央に配設されるユニットケース22Bの一部を延長させて油よけカバー50を形成してもよい。そして、この油よけカバー50に、モータ21のモータ出力小径歯車部21cと減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dとを周方向(外周)から覆う第1壁部50aと、第1壁部50aの右縁部から減速用歯車36の半径方向軸心に向う状態で円弧状に延びて減速用歯車36のモータ出力大径歯車部36dとを右側方から覆う第2壁部50bとを形成してもよい。
この構成によっても、第1壁部50aと第2壁部50bとが形成された油よけカバー50により、減速機構25の減速用の歯車部であるモータ出力小径歯車部21cやモータ出力大径歯車部36dなどの歯車部に付着した油(グリス)が制御用基板24bやこの制御用基板24bに搭載された電子部品24aに飛散してこれらの制御用基板24bや電子部品24aの端子部などを腐食させてしまうことを防止できる。また、この場合には、油よけカバー50を、モータ駆動ユニット20のユニットケース22(22A、22B)とは別個の部品で形成する場合と比較して部品点数を低減することができる利点がある。
また、図9に示すように、油よけカバー50として、上記のようなモータ出力小径歯車部21cやモータ出力大径歯車部36dを覆う第1壁部50aと第2壁部50bに加えて、減速用歯車36の小径歯車部36cを外周から覆って制御用基板24bが配設されている制御部24と仕切るように補助壁部50iを形成してもよい。この構成によれば、減速用歯車36の小径歯車部36cに付着している油や摩耗粉が制御用基板24b側に飛散することも確実に防止することができる。つまり、一軸式のモータ駆動ユニット20は2軸式のモータ駆動ユニットと比較して、歯車部の数が多いため、グリス飛散防止機能がより重要となるが、この実施の形態によれば、各歯車部に付着した油や磨耗粉が、制御基板24bなどが配設されている制御部24に飛散して付着することも防止できる。
また、図10に簡略的に示すように、右側に配設したユニットケース22Aによって減速機構25を覆うものの、このユニットケース22Aよりも外側に、制御用基板24bや電子部品24aを有する制御部24を配設し、この制御部24の外側を補助ユニットケース22Dにより覆うように構成してもよい。
さらに、図11に示すように、制御用基板24bや電子部品24aを有する制御部24を覆うように油よけカバー60を形成してもよく、この構成によっても、歯車部からの油が制御用基板24bや電子部品24aに飛散して付着することを防止できる。
また、上記実施の形態では、トルクセンサ31の磁歪発生部31bが形成されている人力伝達体28と、合力体29とがセレーション部28a、29aを介して直接係合されている場合を述べたが、これに限るものではない。例えば、図12に示すように、人力伝達体28と係合して一体的に回転する連動筒体30を配設し、連動筒体30と合力体29との間に、合力体29からの補助駆動力(回転力)が人力伝達体28およびクランク軸7aへ伝達しないようにする補助駆動力切断用の一方向クラッチ38を配設してもよい。この補助駆動力切断用の一方向クラッチ38を設けることで、ペダル8を漕ぐことを止めたにもかかわらず、しばらくの間、モータ21が回転し続けていた場合でも、モータ21からの補助駆動力がこの補助駆動力切断用の一方向クラッチ38により切断されてクランク軸7aやペダル8に作用しないように構成できる。
また、補助駆動力切断用の一方向クラッチ38を連動筒体30と合力体29との間に配設して、人力伝達体28には配設しないことで、補助駆動力切断用の一方向クラッチ38の切替動作時の振動やカム部の噛み合い動作や乗越え動作時の振動が、トルクセンサ31が設けられている人力伝達体28に伝達し難くなり、トルクの検出能力を良好に維持することができる利点もある。