JPH08244674A - 補助動力アシスト式自転車の電動モータ冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】特にケーシングの幅方向の寸法を大型化させる
ことなく、このケーシングに内蔵される電動モータの冷
却効率を向上させる。 【構成】電動モータ61の主軸64を軸支する軸受65,66 の
うち、コイル62が固定されたケーシング側壁47ａに設け
られる軸受66をケーシング45の車幅方向中央寄りに配置
するとともに、このケーシング側壁47ａを外側から内側
に向かって凹ませて凹部103 を形成し、この凹部103 に
冷却フィン104 を設けた。凹部103 は主軸64の中心延長
線64ａと同軸的に形成され、冷却フィン104 は中心延長
線64ａから放射状に延びている。なお、凹部103 および
冷却フィン104 はクランク軸33よりも前方に配置されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動モータを内蔵した
補助動力アシスト装置を自転車の車体に搭載し、この電
動モータの補助動力で人力をアシストすることにより登
坂走行や向い風を受けながらの走行を容易にした補助動
力アシスト式自転車に係り、詳しくはその電動モータの
冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような補助動力アシスト装置の電動
モータは、一般にアルミ合金製のケーシングの内部に設
置されていて外気に触れることがないため、走行中に過
熱する恐れがある。そこで、アウターロータ型の電動モ
ータ、即ち固定されたコイル側の周囲をマグネットが周
回するタイプの電動モータを用い、そのコイルを補助動
力アシスト装置のケーシングに固定することにより、コ
イルが発生する熱をそのままケーシング側に逃がして外
部に放熱し、電動モータの冷却効率を向上させた車種が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにアウターロータ型の電動モータのコイルをケーシン
グに固定しただけでは充分な冷却効果を期待できない場
合がある。例えば、長い登坂走行を行う場合にはケーシ
ングからの放熱が間に合わず、コイルが過熱気味になっ
て電動モータの出力が低下したり、電力消費量が増大し
て走行距離が縮まるといった懸念が残る。

【０００４】本発明は、この問題点を解決するためにな
されたもので、特にケーシングの幅方向の寸法を大型化
させることなく、このケーシングに内蔵される電動モー
タの冷却効率を向上させることのできる補助動力アシス
ト式自転車の電動モータ冷却構造を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る補助動力アシスト式自転車の電動モー
タ冷却構造は、請求項１に記載したように、車体フレー
ムに搭載された補助動力アシスト装置のケーシングに、
ペダル踏力により回転駆動されるクランク軸が車幅方向
に軸支されるとともに、補助動力を発生するアウターロ
ータ型の電動モータが内蔵され、この電動モータの主軸
が上記クランク軸に平行し、電動モータのコイルがケー
シングの側壁に固定された補助動力アシスト式自転車の
電動モータ冷却構造において、電動モータの主軸を軸支
する軸受のうち、上記コイルが固定されたケーシング側
壁に設けられる軸受を上記ケーシングの車幅方向中央寄
りに配置するとともに、このケーシング側壁を外側から
内側に向かって凹ませて凹部を形成し、この凹部に冷却
フィンを設けた。

【０００６】また、請求項２に記載したように上記凹部
を電動モータの主軸の中心延長線と同軸的に形成し、上
記冷却フィンを上記中心延長線から放射状に延ばすとと
もに、請求項３に記載したように上記凹部および冷却フ
ィンをクランク軸よりも前方に配置した。

【０００７】

【作用】請求項１のように構成すれば、ケーシングの最
も高温化する部位、即ち電動モータのコイル固定部の近
傍に冷却フィンが設けられるので、コイルが発生する熱
がこの冷却フィンから放熱され、電動モータの冷却効果
が大きく向上する。この冷却フィンは、コイルが固定さ
れるケーシング側壁の外部に形成した凹部に設けられる
ので、冷却フィンを設けることによりケーシングの幅方
向の寸法が大型化することがない。

【０００８】また、請求項２のように構成した場合、コ
イルの熱が各冷却フィンに均等に伝達されるので、リン
グ状の形状を持つコイルがその全周に亘って均等に冷却
され、電動モータの冷却効果が一層向上する。

【０００９】さらに、請求項３のように構成すれば、補
助動力アシスト式自転車の走行時に前方から吹く走行風
がクランク軸に遮られることなく冷却フィンに当たるの
で、この走行風により冷却フィンが効率良く冷却され
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は、本発明に係る補助動力アシ
スト式自転車の左側面図である。

【００１１】この補助動力アシスト式自転車１は、パラ
レルチューブ型の車体フレーム２を備えており、この車
体フレーム２の中央下部に補助動力アシスト装置３が搭
載されている。

【００１２】車体フレーム２は、その前頭部にヘッドパ
イプ４が位置し、このヘッドパイプ４からアッパーチュ
ーブ５とロアーチューブ６が平行して後斜め下方に延び
ている。アッパーチューブ５の中間部とロアーチューブ
６の後端部付近はブリッジ部材７により連結され、アッ
パーチューブ５の後端部は急角度に設けられたシートチ
ューブ８の下端部にシートラグ９を介して接合される。

【００１３】シートラグ９からは左右一対のジョイント
チューブ11が下方に向かって延びており、このジョイン
トチューブ11の下端部は左右に開かれ、車幅方向に延び
るパイプ状のチェーンラグ12が固着されている。そし
て、チェーンラグ12からは左右一対のチェーンステー13
が後方に向かって延びている。

【００１４】一方、前記シートチューブ８の上端部付近
からは左右一対のシートステー14が後斜め下方に延びて
おり、これらのシートステー14の下端部がリヤエンド15
を介して前記チェーンステー13の後端部に接合されてい
る。

【００１５】前記ロアーチューブ６の後端部とジョイン
トチューブ11の中間部とチェーンラグ12の下部には、そ
れぞれ取付ブラケット16,17,18が固着されており、これ
らの取付ブラケット16,17,18に前記補助動力アシスト装
置３がボルトで固定される。このため、ロアーチューブ
６の後端部は補助動力アシスト装置３を介してチェーン
ラグ12に連結され、補助動力アシスト装置３が車体フレ
ーム２の構造部材を兼ねている。

【００１６】車体フレーム２のヘッドパイプ４にはフロ
ントフォーク19が左右回動自在に軸支され、このフロン
トフォーク19の下端部に前輪20が支持される。フロント
フォーク19の上部にはハンドルポスト21を介してハンド
ルバー22が固定され、さらにフロントフォーク19には前
輪20を覆うフロントフェンダ23と、前輪制動用のフロン
トブレーキ24、そして荷物積載用のバスケット25等が回
動一体に設けられる。

【００１７】また、車体フレーム２の後端部に位置する
前記リヤエンド15には後輪26が軸支され、この後輪26を
覆うリヤフェンダ27がチェーンステー13とシートステー
14およびリヤエンド15に固定され、後輪制動用のリヤブ
レーキ28がシートステー14に設けられる。なお、リヤエ
ンド15には駐輪時に車体を立てるためのスタンド装置29
が設けられている。

【００１８】前記シートチューブ８には上方からシート
ポスト31が差し込まれて固定され、このシートポスト31
の上端部にサドル32が取り付けられる。一方、補助動力
アシスト装置３には車幅方向に延びるクランク軸33が軸
支されており、このクランク軸33の両端部にクランク34
Ｌおよびクランク34Ｒが固定され、両クランク34Ｌ，34
Ｒの先端部にそれぞれペダル35が回転自在に設けられて
いる。

【００１９】また、クランク軸33には補助動力アシスト
装置３の右側に位置するドライブスプロケット36が軸装
されており、このドライブスプロケット36と、後輪26に
設けられたドリブンスプロケット37との間にチェーン38
が巻装されている。

【００２０】クランク軸33は、サドル32に着座した乗員
が足でペダル35を踏むことによって矢印Ａで示す回転方
向に駆動され、その際にドライブスプロケット36がクラ
ンク軸33と同方向に回転し、この回転がチェーン38によ
りドリブンスプロケット37に伝達されて後輪26が駆動さ
れる。

【００２１】車体フレーム２のアッパーチューブ５とロ
アーチューブ６との間には、補助動力アシスト装置３に
内蔵された電動モータを作動させるためのバッテリパッ
ケージ40が固定されている。このバッテリパッケージ40
は、例えば15個のバッテリ41と図示しない充電器とが合
成樹脂製のバッテリケース42内に密封された構成となっ
ている。なお、ロアーチューブ６の下部には上記電動モ
ータの出力を制御する制御装置43が取り付けられてい
る。

【００２２】図２は、本発明の一実施例を示す補助動力
アシスト装置３の横断面図であり、図３は図２のIII-II
I 矢視による補助動力アシスト装置３の左側面図であ
る。また、図４は補助動力アシスト装置３の右側面図
で、図５は補助動力アシスト装置３の機構概念図であ
る。

【００２３】補助動力アシスト装置３の外殻をなすケー
シング45は、例えばアルミ合金製であり、図２に示すよ
うに左側のケース半身46と、右側のケース半身47とが数
本のボルト48で接合され、ケース半身46の左側にアウタ
ーカバー49が数本のボルト50で固定された構造である。
なお、図３にはアウターカバー49が取り外された状態が
示されている。

【００２４】左右のケース半身46,47 間の空間は、隔壁
51を境に前側が電動モータ室52、後側が差動装置室53と
なっており、ケース半身46とアウターカバー49との間の
空間が減速ギヤ列室54となっている。

【００２５】前記クランク軸33は差動装置室53の中心部
に軸受56,57,58を用いて回転自在に軸支されており、ケ
ーシング45から左右に突出するクランク軸33の両端部に
前記クランク34Ｌおよび34Ｒがボルト59で固定される。
また、クランク軸33の右寄りにはスプロケットボス60が
回転自在に軸装されており、このスプロケットボス60に
前記ドライブスプロケット36が回転一体に固定される。

【００２６】電動モータ室52内には前述の電動モータ61
が設置されている。この電動モータ61はアウターロータ
型に構成されている。即ち、電動モータ61のコイル62は
ケース半身47の側壁47ａにボルト63で固定されており、
電動モータ61の主軸64はクランク軸33に平行して軸受6
5,66 により回転自在に軸支され、この主軸64にマグネ
ットロータ67が回転一体に設けられている。マグネット
ロータ67はコイル62を包む椀状に形成されており、電動
モータ61の作動時にはマグネットロータ67がコイル62の
回りを周回して主軸64を回転駆動する。

【００２７】また、電動モータ61の主軸64にはワンウェ
イクラッチ68が設けられている。このワンウェイクラッ
チ68は、主軸64が矢印Ｂに示す方向に回転することのみ
を許容して電動モータ61の逆転を防止するクラッチであ
り、軸受66の右側に配置されている。

【００２８】電動モータ61の左側にはローラ式の遊星減
速機構70が設けられる。この遊星減速機構70の太陽ロー
ラ71は軸状に形成されており、その左端がアウターカバ
ー49側に設けられた軸受72に軸支され、右端が電動モー
タ61の主軸64左端にスプライン嵌合されて回転一体に連
結されている。また、ケース半身46には環状のリングロ
ーラ74がボルト75で固定され、このリングローラ74の左
側には減速キャリア76が軸受77を介して太陽ローラ71廻
りに回転自在に軸支されている。

【００２９】減速キャリア76には太陽ローラ71に平行す
る４本のローラ軸78が架設されており、これらのローラ
軸78にそれぞれ遊星ローラ79が回転自在に軸支されてい
る。これら４個の遊星ローラ79の外周面は、リングロー
ラ74の内周面と、太陽ローラ71の外周面とに接してい
る。また、減速キャリア76の左側面には一次ドライブギ
ヤ81が回転一体に設けられている。

【００３０】電動モータ61の主軸64が回転すると、遊星
減速機構70の太陽ローラ71も一体に回転し、固定された
リングローラ74と回転する太陽ローラ71との間で各遊星
ローラ79が自転しながら太陽ローラ71の廻りを公転し、
これによって減速キャリア76が減速回転駆動される。太
陽ローラ71は電動モータ61の主軸64と共に矢印Ｂで示す
方向に回転し、一次ドライブギヤ81も同一方向に回転す
る。

【００３１】なお、本実施例では遊星減速機構70がロー
ラ式に構成されているが、例えば太陽ローラ71の外周に
ピニオンギヤを設け、リングローラ74をリングギヤ（内
歯ギヤ）に変更し、各遊星ローラ79を上記ピニオンギヤ
およびリングギヤに噛み合う遊星ギヤに変更することに
より、遊星減速機構70をギヤ式に構成してもよい。

【００３２】一方、太陽ローラ71とクランク軸33との間
には中間軸82が軸受83,84 によって回転自在に軸支され
ている。この中間軸82には、一次ドライブギヤ81に噛み
合う大径な一次ドリブンギヤ85と、この一次ドリブンギ
ヤ85の内側に位置する小径な二次ドライブギヤ86とが一
体的に設けられており、中間軸82および両ギヤ85,86は
図３および図５中に矢印Ｃで示す方向に一体回転する。

【００３３】そして、前記差動装置室53内には差動装置
88が設置される。この差動装置88はクランク軸33の回転
力（人力）と電動モータ61の補助動力とを合成し、その
合力を駆動輪である後輪26側に出力する装置である。図
２〜図５に示すように、差動装置88はクランク軸33に対
して同軸的に配置されており、次のように構成されてい
る。

【００３４】まず、クランク軸33には人力入力ギヤ89が
ワンウェイクラッチ90を介して軸装されている。ワンウ
ェイクラッチ90は、クランク軸33がＡ方向に回転してい
る時には人力入力ギヤ89をクランク軸33に一体回転さ
せ、クランク軸33が逆転した時には人力入力ギヤ89への
回転入力を断って人力入力ギヤ89の逆転を阻止するクラ
ッチ機構である。

【００３５】また、この人力入力ギヤ89の左側には補助
動力入力ギヤ91がクランク軸33に対して回転自在に軸支
されている。この補助動力入力ギヤ91の歯数は人力入力
ギヤ89の歯数と同一に設定されている。

【００３６】そして、差動キャリア92がクランク軸33廻
りに回転自在に設けられている。なお、図４中には差動
装置88全体の構造を解りやすくするために差動キャリア
92を棒材状に簡略化して記入してある。

【００３７】この差動キャリア92は、左側のキャリア半
身92Ｌと右側のキャリア半身92Ｒとがボルト93で組み立
てられたもので、キャリア半身92Ｌは補助動力入力ギヤ
91のボス91ａの外周に回転自在に軸支され、キャリア半
身92Ｒは前記スプロケットボス60に一体に繋がってい
る。

【００３８】差動キャリア92には、人力入力ギヤ89に噛
み合う一対の第一遊星ギヤ95と、補助動力入力ギヤ91に
噛み合う一対の第二遊星ギヤ96とが軸97によって回転自
在に保持されており、この第一遊星ギヤ95と第二遊星ギ
ヤ96は互いに噛み合っている。なお、両遊星ギヤ95,96
の歯数は同一に設定されている。

【００３９】本実施例では、第一遊星ギヤ95と第二遊星
ギヤ96が一対ずつ差動キャリア92に支持されているが、
例えば二対以上設けてもよい。なお、差動装置88に組み
込まれている各ギヤ89,91,95,96 は全て平歯ギヤである
ため、差動装置88の製造が非常に容易になっている。

【００４０】このように構成された差動装置88の左方に
は二次ドリブンギヤ98がクランク軸33に対して回転自在
に、かつ前記二次ドライブギヤ86に噛み合うように軸支
されている。この二次ドリブンギヤ98は、一次ドライブ
ギヤ81、一次ドリブンギヤ85、二次ドライブギヤ86と共
に減速ギヤ列99を構成している。

【００４１】二次ドリブンギヤ98と差動装置88の補助動
力入力ギヤ91は、スリーブ部材100を介して回転一体と
なり、減速ギヤ列99の回転が差動装置88に伝達されるよ
うになっている。このスリーブ部材100 は、図２および
図３に示す移動機構101 によりクランク軸33の軸方向に
移動可能であり、スリーブ部材100 が差動装置88側に移
動した際には減速ギヤ列99と差動装置88との繋がりが断
たれる。

【００４２】さて、電動モータ61の主軸64を軸支する２
個の軸受65,66 のうち、側壁47ａに設けられている軸受
66は、ワンウェイクラッチ68と共にケーシング45の車幅
方向中央寄りに配置されており、側壁47ａには外側（右
側）から内側に向かって凹む凹部103 が形成されてい
る。そして、この凹部103 には複数の冷却フィン104 が
設けられている。

【００４３】図２および図４に示すように、凹部103 は
主軸64の中心延長線64ａと同軸的に設けられており、冷
却フィン104 は中心延長線64ａから放射状に延びるよう
に形成されている。

【００４４】ケース半身47には、電動モータ61のワイヤ
ーハーネス105 を通するために右方へ膨らむハーネス収
容部106 が形成されており、冷却フィン104 の先端の高
さはこのハーネス収容部106 の高さに合わせられてい
る。なお、電動モータ61の主軸64がクランク軸33よりも
前方に軸支されている関係上、凹部103 および冷却フィ
ン104 もクランク軸33の前方に配置されている。

【００４５】この補助動力アシスト式自転車１の走行時
には、クランク軸33に加わるペダル踏力により差動装置
88の人力入力ギヤ89がＡ方向に回転駆動される一方、電
動モータ61の補助動力により差動装置88の補助動力入力
ギヤ91もＡ方向に回転駆動されるので、両ギヤ89,91 の
同時回転により第一および第二遊星ギヤ95，96がクラン
ク軸33の廻りをＡ方向に公転する。このため、差動キャ
リア92がドライブスプロケット36と共に回転駆動され、
チェーン38を介して後輪26が駆動される。

【００４６】人力入力ギヤ89と補助動力入力ギヤ91の回
転速度の差は、第一および第二遊星ギヤ95,96 の自転
（差動装置88の差動）により吸収される。このため、人
力と補助動力が常に円滑に合成される。そして、人力と
補助動力の合力が効率良く後輪26側に出力されてペダル
35の踏力が大幅に軽減され、登坂走行や向い風を受けな
がらの走行が非常に楽になる。なお、クランク軸33を逆
転させた時には前記ワンウェイクラッチ90が作用して人
力入力ギヤ89の逆転が防止される。

【００４７】電動モータ61の作動時にはコイル62が発熱
するが、その熱はケーシング45の側壁47ａ側に逃がされ
るので、コイル62の過熱が防止される。このコイル62の
熱により側壁47ａが最も高温化する部位には冷却フィン
104 が設けられているため、熱が冷却フィン104 から外
部に放熱され易く、電動モータ61の冷却効果が大きく向
上している。

【００４８】冷却フィン104 が設けられている凹部103
は、主軸64の中心延長線64ａと同軸的に設けられてお
り、冷却フィン104 は中心延長線64ａから放射状に延び
ているので、コイル62の熱が個々の冷却フィン104 に均
等に伝達され易くなっている。このため、リング状の形
状を持つコイル62がその全周に亘って均等に冷却され、
電動モータ61の冷却効果が一段と向上する。

【００４９】また、冷却フィン104 はクランク軸33より
も前方に配置されているので、走行時に前方から吹く走
行風がクランク軸33に遮られることなく冷却フィン104
に当たり、冷却フィン104 が効率良く冷却される。これ
らの作用により、電動モータ61の冷却が促進される。

【００５０】したがって、長い登坂走行等を行っても、
ケーシング45からの放熱が充分なためコイル62が過熱気
味にならず、電動モータ61の出力低下や電力消費量増大
といった弊害が回避される。

【００５１】なお、冷却フィン104 は側壁47ａに形成さ
れた凹部103 内に設けられており、ケーシング45の右側
面には突出しないため、冷却フィン104 を設けることに
よってケーシング45の幅方向の寸法が大型化することは
ない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る補助
動力アシスト式自転車の電動モータ冷却構造は、電動モ
ータの主軸を軸支する軸受のうち、電動モータのコイル
が固定されたケーシング側壁に設けられる軸受をケーシ
ングの車幅方向中央寄りに配置するとともに、このケー
シング側壁を外側から内側に向かって凹ませて凹部を形
成し、この凹部に冷却フィンを設けたものである。

【００５３】このようにすれば、コイルが発生する熱が
冷却フィンから効率良く放熱されるので、電動モータの
冷却効果が大きく向上する。冷却フィンは、ケーシング
側壁の外部に形成した凹部に設けられるので、冷却フィ
ンがケーシングの側面に突出することがなく、ケーシン
グの幅方向の寸法大型化を防止できる。

【００５４】また、本発明に係る補助動力アシスト式自
転車の電動モータ冷却構造は、上記凹部を電動モータの
主軸の中心延長線と同軸的に形成し、上記冷却フィンを
上記中心延長線から放射状に延ばしたので、コイルの熱
が各冷却フィンに均等に伝達される。このため、リング
状の形状を持つコイルがその全周に亘って均等に冷却さ
れ、電動モータの冷却効果が一層向上する。

【００５５】さらに、本発明に係る補助動力アシスト式
自転車の電動モータ冷却構造は、上記凹部および冷却フ
ィンをクランク軸よりも前方に配置したため、補助動力
アシスト式自転車の走行時に前方から吹く走行風がクラ
ンク軸に遮られることなく冷却フィンに当たり、この走
行風により冷却フィンが効率良く冷却されて電動モータ
の冷却が促進される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る補助動力アシスト式自転車の左側
面図。

【図２】本発明の一実施例を示す補助動力アシスト装置
の横断面図。

【図３】図２のIII-III 矢視による補助動力アシスト装
置の左側面図。

【図４】補助動力アシスト装置の右側面図。

【図５】補助動力アシスト装置の機構概念図。

【符号の説明】

１ 補助動力アシスト式自転車 ２ 車体フレーム ３ 補助動力アシスト装置 33 クランク軸 45 ケーシング 47a ケーシングの側壁 61 電動モータ 62 コイル 64 主軸 64a 主軸の中心延長線 66 軸受 103 凹部 104 冷却フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堤腰 忍 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体フレームに搭載された補助動力アシ
   スト装置のケーシングに、ペダル踏力により回転駆動さ
   れるクランク軸が車幅方向に軸支されるとともに、補助
   動力を発生するアウターロータ型の電動モータが内蔵さ
   れ、この電動モータの主軸が上記クランク軸に平行し、
   電動モータのコイルがケーシングの側壁に固定された補
   助動力アシスト式自転車の電動モータ冷却構造におい
   て、電動モータの主軸を軸支する軸受のうち、上記コイ
   ルが固定されたケーシング側壁に設けられる軸受を上記
   ケーシングの車幅方向中央寄りに配置するとともに、こ
   のケーシング側壁を外側から内側に向かって凹ませて凹
   部を形成し、この凹部に冷却フィンを設けたことを特徴
   とする補助動力アシスト式自転車の電動モータ冷却構
   造。
2. 【請求項２】 上記凹部を電動モータの主軸の中心延長
   線と同軸的に形成し、上記冷却フィンを上記中心延長線
   から放射状に延ばした請求項１に記載の補助動力アシス
   ト式自転車の電動モータ冷却構造。
3. 【請求項３】 上記凹部および冷却フィンをクランク軸
   よりも前方に配置した請求項１および２に記載の補助動
   力アシスト式自転車の電動モータ冷却構造。