JP2001341688A - 電動自転車用モータ駆動ユニット - Google Patents
電動自転車用モータ駆動ユニットInfo
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Abstract
トを提供する。 【解決手段】 モータ41のモータハウジング8と支持
部材10とを結合用ボルト9で結合することによって車
軸12を構成する。ハブ15側の外周ギヤ54より径方
向の内側であって、前記外周ギヤ54と軸心部のピニオ
ン53との間に介装した複数の中間ギヤ55どうしの間
に前記結合用ボルト9を配設した。
Description
ータを装備した電動自転車用モータ駆動ユニットに関す
るものである。
ユニットとしては、例えば国際公開番号WO99/58
394号に開示されたものがある。このモータ駆動ユニ
ットは、車輪のハブの内側にモータと減速機とを軸線方
向が車幅方向を指向する状態で組込んでいる。前記モー
タは、円筒の両端を閉塞した構造のモータハウジングに
装着しており、モータハウジングの外周部内面に固定子
を固着するとともに、軸心部に回転子を回転自在に支持
させている。この回転子は、モータハウジングから一端
が突出する回転軸を一体的に設けている。この回転軸か
ら前記減速機を介してハブに動力が伝達されるようにし
ている。モータハウジングにおける前記回転軸が突出す
る端部とは反対側の端部には、車体フレームに固定する
ための支軸を車幅方向の外側へ向けて突設している。
ンと、ハブに設けた外周ギヤ(リングギヤ)と、この外
周ギヤと前記ピニオンとの間に介装した中間ギヤなどに
よって構成している。前記中間ギヤは、ピニオンの周囲
に複数配設しており、モータハウジングに突設した支軸
にそれぞれ回転自在に支持させている。モータハウジン
グの前記支軸は、中間ギヤを貫通して固定子とは反対側
に露出するように形成し、この露出部分にモータハウジ
ングと協働して車軸を構成するための支持部材を固定用
ボルトによって固定している。この固定用ボルトは、前
記支軸および中間ギヤと同一軸線上に配設して支軸に螺
着している。
するための円板と、この円板の軸心部に車幅方向の外側
へ向けて突設した支軸とによって形成しており、この支
軸を車体フレームに固定する構造を採っている。この支
持部材の支軸と、モータハウジングの支軸とにハブを回
転自在に支持させている。このように構成した電動自転
車用モータ駆動ユニットは、モータの動力が回転軸から
→ピニオン→中間ギヤ→外周ギヤからなる動力伝達系に
よってハブに伝達される。
ように構成した電動自転車用モータ駆動ユニットを小型
化することを考えている。しかしながら、上述したモー
タ駆動ユニットの構造では、小型化するにも限界があっ
た。これは、減速機の中間ギヤを支持する支軸に支持部
材を固定するための固定用ボルトを螺着させているから
である。すなわち、前記支軸と固定用ボルトとが同一軸
線上に位置する構造では、支軸に中間ギヤのみを支持さ
せる場合に較べて支軸の径が大きくなってしまい、これ
に伴って中間ギヤの径および外周ギヤの径が増大してし
まうからである。なお、このように径方向の小型化を図
る他に、軸線方向(車幅方向)にも小型化して軽量化を
図ったり、後輪ハブ用のものにおいては多段式の外装変
速機を装着できるようにすることも要請されている。本
発明はこのような問題点を解消するためになされたもの
で、小型化された電動自転車用モータ駆動ユニットを提
供することを目的とする。
め、本発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットは、
モータのハウジングと協働して車軸を構成する支持部材
と前記ハウジングとを結合するボルトを、ハブ側の外周
ギヤより径方向の内側であって、前記外周ギヤと軸心部
のピニオンとの間に介装した複数の中間ギヤどうしの間
に配設したものである。
を必要最小限の径に形成することができ、中間ギヤおよ
び外周ギヤの小径化を図ることができる。また、中間ギ
ヤどうしの間に形成されるデッドスペースを利用してハ
ウジングに支持部材を結合させることができる。
用モータ駆動ユニットは、請求項1に記載した発明に係
る電動自転車用モータ駆動ユニットにおいて、支持部材
とハウジングとをボルトによって結合する結合部の軸線
方向の長さと軸線方向の位置が中間ギヤと略一致するよ
うに構成したものである。この発明によれば、モータの
ハウジングに支持部材を結合させる結合部が中間ギヤよ
り軸線方向に大きく突出することがない。
用モータ駆動ユニットは、請求項1または請求項2に記
載した発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニットにお
いて、中間ギヤは、ピニオンに噛合する大径ギヤと、外
周ギヤに噛合する小径ギヤとを有し、前記大径ギヤの歯
の一部と、小径ギヤの歯の一部とが軸線方向に重なる構
造としたものである。
が外周ギヤにも噛合するように中間ギヤを一つの歯車に
よって形成する構造に較べて、減速比を大きくとりなが
ら、外周ギヤの径を小さくすることができる。また、二
つの歯車を軸線方向に並べる構造に較べて、軸線方向の
寸法を短くすることができる。
一実施の形態を図1ないし図7によって詳細に説明す
る。図1は本発明に係る電動自転車用モータ駆動ユニッ
トの断面図、図2は本発明に係る電動自転車用モータ駆
動ユニットを車体フレームに取付けた状態を示す側面
図、図3はモータ駆動ユニットの側面図で、同図におい
ては、ハブのカバーと支持部材の一部を破断した状態で
描いてある。図4はモータハウジングの右側カバーの正
面図、図5は支持部材の車体外側を示す正面図、図6は
図5におけるVI−VI線断面図、図7は支持部材の車体内
側を示す背面図である。
は、この実施の形態による電動自転車用モータ駆動ユニ
ットである。このモータ駆動ユニット1は、図示してい
ない後輪の軸心部に装着し、図1および図2中に符号2
で示す自転車用車体フレームのエンドブラケット3に車
体左側(図1において左側)の支軸4と車体右側の支軸
5とを固定する構造を採っている。
うに、車体フレーム2のシートステー6とチェーンステ
ー7の後端部に溶接している。シートステー6と、チェ
ーンステー7およびエンドブラケット3は、いずれも車
幅方向に対をなすように設けている。
ハウジング8の一部を構成し、車体右側の支軸5は、モ
ータハウジング8の車体右側の端部に結合用ボルト9に
よって結合させた支持部材10の一部を構成している。
支持部材10は、前記車体右側の支軸5と、この支軸5
の基端部に固着した円板11とによって構成している。
これらのモータハウジング8と支持部材10とによって
後輪の車軸12を構成しており、この車軸12の両端部
に軸受13,14によってハブ15を回転自在に支持さ
せている。
底円筒状に形成したハブ本体16と、このハブ本体16
の開口部に固定用ボルト17によって固定した蓋体18
とによって形成している。ハブ本体16は、図示してい
ないスポークを係合させるためのフランジ16aを外周
部に一体に形成するとともに、車体左側の端部に後輪ブ
レーキ19のブレーキドラム20を一体に形成してい
る。また、ハブ本体16における車体左側の側壁16b
には、ハブ15内の気圧を大気圧と一致させるために通
気孔21を穿設している。この通気孔21は、前記ブレ
ーキドラム20の内側とハブ15内とを連通しており、
外側(ブレーキドラム20内側)の開口部分に水や塵埃
がハブ15内に浸入するのを阻止するためにフィルタ2
2を設けている。
ラム20にブレーキシュー23を内側から押付ける拡径
式のものである。ブレーキシュー23は、図1および図
2中に符号24で示す支持プレートに支持させ、ブレー
キレバー25(図2参照)を回動させることによって、
ブレーキドラム20に対して接離するようになってい
る。前記支持プレート24は、図2に示すように、車体
前側の端部を車体左側のチェーンステー7に固定し、後
部をモータハウジング8の車体左側の支軸4に支持させ
ている。また、この支持プレート24には、前記ブレー
キドラム20の開口部分を覆うカバー26を取付けてい
る。
部にチェーンスプロケット31を固定している。このチ
ェーンスプロケット31は、チェーン32を介して図示
していないペダルクランク軸のチェーンリングに連結し
ている。ペダルクランク軸に設けたペダルを踏込むこと
によって、人力が前記チェーンリングからチェーン32
とチェーンスプロケット31とを介してハブ15に伝達
されるようになっている。なお、図示してはいないが、
上述した人力駆動系の途中に、後輪からペダルへ動力が
伝達されるのを阻止するために一方向クラッチを介装し
ている。
に、前記車体左側の支軸4と、この支軸4を軸心部に結
合させた円板状の左側カバー33と、この左側カバー3
3の外周部に車体左側の一端部を接続した円筒34と、
この円筒34の車体右側の端部に接続した円環板状の右
側カバー35とによって形成しており、右側カバー35
を貫通して左側カバー33に螺着する締結用ボルト36
によって左右の両カバー33,35で円筒34を挟持す
るように組立てている。このモータハウジング8の内部
にDCモータ41を収容している。
支持プレート24に結合させ、モータ41の反力を支持
プレート24で支えることができるようにしている。支
持プレート24と左側カバー33の結合部は、支持プレ
ート24に凸部24aを形成し、この凸部24aを左側
カバー33の凹陥部33aに嵌入させる構造を採ってい
る。これらの凸部24aと凹陥部33aは、図2に示す
ように、ハブ15の軸心を挟む2箇所に形成している。
円筒34の内周面に固定子42を固着させるとともに、
左右の両カバー33,35に軸受43,44によって回
転子45を回転自在に支持させている。前記固定子42
は、左側カバー33に設けたコネクタ46と、このコネ
クタ46からチェーンステー7に沿って延びる給電用ケ
ーブル47とを介して図示していないコントローラに電
気的に接続している。前記コネクタ46は、左側カバー
33を貫通しており、給電用ケーブル47を車体左側か
ら着脱できるように形成している。前記コントローラ
は、図示していないペダルを踏み込む力(人力)の大き
さに略比例するようにモータ41の出力を増減させる回
路を採っている。
永久磁石48を有する磁極部材49と、左側カバー33
の内側に設けた回転検出部材(図示せず)と対向する被
検出部材50とを回転軸51に一体的に結合させてい
る。回転軸51は、右側カバー35を貫通してモータハ
ウジング8より車体右側に突出しており、突出部分に後
述する減速機52を接続している。
速してハブ15に伝達するためのもので、図1および図
3に示すように、回転軸51に固定したピニオン53
と、ハブ15に支持させた外周ギヤ54と、この外周ギ
ヤ54と前記ピニオン53との間に介装した3個の中間
ギヤ55などによって構成している。前記ピニオン53
は、モータ41の回転軸51におけるモータハウジング
8から突出する端部に固着している。
らなり、ハブ15における前記蓋体18の内周部に一方
向クラッチ56を介して支持させている。この一方向ク
ラッチ56は、外周ギヤ54からハブ15のみに動力が
伝達されるように構成している。前記中間ギヤ55は、
前記ピニオン53に噛合する大径ギヤ57と、この大径
ギヤ57より車体右側に位置して前記外周ギヤ54に噛
合する小径ギヤ58とを同一軸線上に位置するように一
体に形成し、支軸59に回転自在に支持させている。前
記大径ギヤ57および小径ギヤ58は、これら両者の歯
の一部どうしが軸線方向に重なるように形成している。
すなわち、大径ギヤ57の車体右側の端部の位置と、小
径ギヤ58の車体左側の端部の位置とが軸線方向に重な
るようにしている。この実施の形態では、大径ギヤ57
と小径ギヤ58とを接続する大径ギヤ57の円板部57
aを略皿状に形成しており、この円板部57aの外周部
を大径ギヤ57の外周部(歯を形成する円環状の部分)
の軸線方向の略中央部に接続するとともに、円板部57
aの軸心部分を車体右側に偏在させて小径ギヤ58の端
部に接続している。
ハウジング8の右側カバー35に支持させるとともに、
車体右側の端部を前記支持部材10の円板11に支持さ
せている。支軸59の支持は、モータハウジング8と支
持部材10とによって挟持するようにしている。すなわ
ち、モータハウジング8に支持部材10を前記結合用ボ
ルト9で結合させることによって、支軸59がモータハ
ウジング8と支持部材10とによって挾持される構造を
採っている。
に、前記ピニオン53の周囲に周方向へ等間隔おいて位
置するように配設している。これらの中間ギヤ55の大
径ギヤ57は、各中間ギヤ55の大径ギヤ57どうしが
接触することがない範囲で径が最大になるように形成し
ている。これらの大径ギヤ57どうしの間であって外周
ギヤ54の内側に形成される三箇所の三角形状のデッド
スペースS(図3参照)に、モータハウジング8と支持
部材10とを結合する結合用ボルト9を配設している。
ータハウジング8の右側カバー35に突設した3個の第
1の台座61(図1,3および図4参照)に、支持部材
10の円板11に突設した3個の第2の台座62(図
1,6および図7参照)を重ね、これら3箇所の第1お
よび第2の台座61,62を結合用ボルト9によってそ
れぞれ締結させる構造を採っている。この結合部の軸線
方向の長さと、軸線方向の位置は、図1に示すように、
中間ギヤ55と略一致するように構成している。
5の大径ギヤ57どうしの間に車幅方向の内側(モータ
41側)から臨むことができるように、三角柱状に形成
している。この第1の台座61における大径ギヤ57と
対向する側面61aは、図3および図4に示すように、
大径ギヤ57の径を可及的大きく形成することができる
ように、湾曲させて形成している。また、この第1の台
座61の突出側端部には、第2の台座62の先端面が当
接する平坦面61bと、第2の台座62の外側面が嵌合
するガイド61cとを形成している。前記平坦面61b
に、結合用ボルト9が螺着するねじ孔61dを開口させ
ている。
の間に形成した符号63で示すものは、中間ギヤ55の
支軸59を支持するためのボスである。第1の台座61
と前記ボス63より径方向の外側に形成した符号64で
示すものは、前記締結用ボルト36を挿通させるための
貫通穴である。
スペースSに車体右側から臨むことができるように三角
柱状に形成し、結合用ボルト9を貫通させるための貫通
穴62aを中心部分に穿設している。この第2の台座6
2における前記大径ギヤ57と対向する側面62bは、
第1の台座61と同様に湾曲させて形成し、外周ギヤ5
4と対向する外側面62cは、外周ギヤ54の径を可及
的小さく形成することができるように湾曲させて形成し
ている。
0の円板11は、結合用ボルト9の頭部が円板11から
外側へ突出することがないように、第2の台座62と対
応する部分に凹陥部65を形成している。図5および図
7において、第2の台座62および凹陥部65に対して
円板11の中心を挟んで反対側に形成した符号66で示
すものは、中間歯車の支軸59を嵌合させるための貫通
穴である。
成する部分と、円板11の軸心部に車体右側の支軸5を
取付けるためのボス67(図1および図7参照)との間
には、円板11の剛性向上を図るために補強用リブ68
を一体に形成している。このリブ68も3個の中間ギヤ
55どうしの間に位置するように形成している。前記ボ
ス67は、3個の中間ギヤ55の小径ギヤ58どうしの
間に臨むように形成しており、小径ギヤ58の間に形成
されるデッドスペースを有効に利用して支軸5の嵌合長
さを長くとっている。このボス67と小径ギヤ58との
間にも補強用リブ69を形成している。
タ駆動ユニット1によれば、モータ41の回転軸51が
回転することによって、この回転がピニオン53から中
間ギヤ55の大径ギヤ57に伝達され、さらに、小径ギ
ヤ58から外周ギヤ54と一方向クラッチ56とを介し
てハブ15に伝達されてハブ15が回転する。この電動
自転車用モータ駆動ユニット1は、モータハウジング8
と支持部材10とを結合する結合用ボルト9を、減速機
52の外周ギヤ54より径方向の内側であって、この外
周ギヤ54と軸心部のピニオン53との間に介装した3
個の中間ギヤ55どうしの間に配設しているから、中間
ギヤ55を支持する支軸59を必要最小限の径に形成す
ることができ、中間ギヤ55および外周ギヤ54の小径
化を図ることができる。しかも、中間ギヤ55どうしの
間に形成されるデッドスペースSを利用してモータハウ
ジング8に支持部材10を結合させることができる。
とを結合用ボルト9によって結合する結合部の軸線方向
の長さと軸線方向の位置が中間ギヤ55と略一致するよ
うに構成しているから、前記結合部が中間ギヤ55より
軸線方向に大きく突出するのを阻止することができる。
さらに、中間ギヤ55を、ピニオン53に噛合する大径
ギヤ57と、外周ギヤ54に噛合する小径ギヤ58とに
よって形成し、前記大径ギヤ57の歯の一部と、小径ギ
ヤ58の歯の一部とが軸線方向に重なる構造としている
から、ピニオン53に噛合する歯が外周ギヤ54にも噛
合するように中間ギヤを一つの歯車によって形成する構
造に較べて、減速比を大きくとりながら、外周ギヤ54
の径を小さくすることができる。
が単に軸線方向に並ぶ構造に較べて、軸線方向の寸法を
短くすることができる。これは、大径ギヤ57の円板部
57aと小径ギヤ58の歯との接続部分に形成される丸
め部分(小径ギヤ58における外周ギヤ54を噛合させ
ることができない部分)を大径ギヤ57の径方向の内側
に位置付けることができるからである。すなわち、小径
ギヤ58における大径ギヤ57より車体右側に突出する
部分の全域を噛合可能とすることができるから、小径ギ
ヤ58に噛合する外周ギヤ54を大径ギヤ57に可及的
接近させることができ、上述したように軸線方向の小型
化を図ることができる。しかも、前記丸め部分によって
円板部57aと小径ギヤ58の歯を接続することができ
ることにより、小径ギヤ58における大径ギヤ57から
突出する部分の全域を外周ギヤ54が噛合可能にするた
めに小径ギヤ58と前記円板部57aとの間に環状凹部
を形成しなくてよいから、小径ギヤ58の強度向上を図
ることができるとともに、中間ギヤ55を合成樹脂によ
って形成する場合には金型の構造が簡単になる。
態を示す断面図、図9は減速機の構成を示す側面図であ
る。これらの図において、前記図1ないし図7によって
説明したものと同一もしくは同等の部材については、同
一符号を付し詳細な説明は省略する。図8および図9に
示すモータ駆動ユニット1のモータ41は、ハブ15と
は偏心させて形成している。モータ41の軸線を符号C
1で示し、ハブ15の軸線を符号C2で示す。このモー
タ41の動力をハブ15に伝達するための減速機52
は、モータ41の回転軸51の周面に添接する第1〜第
3のローラ71〜73を有するウェッジローラ式減速機
74と、このウェッジローラ式減速機74とハブ15と
の間に介装した歯車式減速機75とによって構成してい
る。
第3のローラ71〜73のうち、第1のローラ71は、
第2および第3のローラ72,73より径が大きくなる
ように形成し、第2および第3のローラ72,73は、
同一径になるように形成している。これらのローラ71
〜73は、モータハウジング8と支持板76(図8参
照)とに挟持させた支軸77に回転自在に支持させてい
る。支持板76は、円環状に形成し、前記3個のローラ
71〜73の間でモータハウジング8に結合させてい
る。この結合部は、モータハウジング8と支持板76と
の間に介装した円筒78と、この円筒78を貫通する結
合用ボルト79とによって形成している。
のローラ71〜73に内周面が添接する有底円筒状のピ
ニオン81と、ハブ本体16に固定した外周ギヤ82
と、この外周ギヤ82と前記ピニオン81との間に介装
した中間ギヤ83などによって構成している。前記ピニ
オン81は、ハブ15と同一軸線上に位置するように構
成し、外側底面の軸心部に突設した支軸84を支持部材
10に軸受85によって回転自在に支持させている。
り、外周面をハブ本体16に直接取付けている。この実
施の形態では、前記ウェッジローラ式減速機74が一方
向クラッチの機能を有するため、外周ギヤ82とハブ1
5との間には一方向クラッチを介装していない。前記中
間ギヤ83は、この実施の形態では、ピニオン81に噛
合する歯が外周ギヤ82にも噛合する円板状の歯車であ
り、モータハウジング8と支持部材10とが挟持する支
軸59に回転自在に支持させている。この実施の形態に
おいても、中間ギヤ83をピニオン81の周囲の3箇所
に配設し、これらの中間ギヤ83どうしの間に、モータ
ハウジング8と支持部材10とを結合する結合部を配設
している。
減速機74と歯車式減速機75とで構成することによっ
て、軸線方向の小型化を図ることができる。このため、
車体フレーム2の二つのエンドブラケット3,3の間隔
を拡げることなく、ハブ15に外装式多段変速機のフリ
ーホイール91を装着することができる。
後輪用のモータ駆動ユニット1を示したが、本発明に係
るモータ駆動ユニットは、前輪用としても構成すること
ができる。また、第1および第2の実施の形態では人力
の大きさに略比例するようにモータ41の出力を増減さ
せる例を示したが、本発明はこのような限定にとらわれ
ることはなく、アクセル操作子の操作量に対応するよう
にモータ41の出力を制御する構成を採ってもよい。
間ギヤを支持する支軸を必要最小限の径に形成すること
ができ、中間ギヤおよび外周ギヤの小径化を図ることが
できる、しかも、中間ギヤどうしの間に形成されるデッ
ドスペースを利用してハウジングに支持部材を結合させ
ることができるから、径方向に小型化された電動自転車
用モータ駆動ユニットを提供することができる。
ウジングに支持部材を結合させる結合部が中間ギヤより
軸線方向に大きく突出することがないから、モータハウ
ジングに支持部材を結合させてなる組立体を軸線方向に
小型化することができる。このため、軸線方向にも小型
化された電動自転車用モータ駆動ユニットを実現するこ
とができる。
噛合する歯が外周ギヤにも噛合するように中間ギヤを一
つの歯車によって形成する構造に較べて、減速比を大き
くとりながら、外周ギヤの径を小さくすることができ
る。また、二つの歯車を軸線方向に並べる構造に較べ
て、軸線方向の寸法を短くすることができる。このた
め、径方向と軸線方向により一層小型化された電動自転
車用モータ駆動ユニットを実現することができる。
トの断面図である。
トを車体フレームに取付けた状態を示す側面図である。
る。
の形態を示す断面図である。
部材、12…車軸、15…ハブ、41…モータ、52…
減速機、53,81…ピニオン、55,83…中間ギ
ヤ、54,82…外周ギヤ、57…大径ギヤ、58…小
径ギヤ。
Claims (3)
- 【請求項1】 ハブの内側に、モータと、このモータの
回転を軸心部のピニオンから周囲の複数の中間ギヤを介
してハブ側の外周ギヤへ伝達する減速機とを設け、前記
モータのハウジングと、このハウジングの軸線方向の一
端部に固定した支持部材とによって車軸を構成した電動
自転車用モータ駆動ユニットにおいて、前記支持部材と
前記ハウジングとを結合するボルトを、前記外周ギヤよ
り径方向の内側であって、前記複数の中間ギヤどうしの
間に配設したことを特徴とする電動自転車用モータ駆動
ユニット。 - 【請求項2】 請求項1記載の電動自転車用モータ駆動
ユニットにおいて、支持部材とハウジングとをボルトに
よって結合する結合部の軸線方向の長さと軸線方向の位
置が中間ギヤと略一致するように構成したことを特徴と
する電動自転車用モータ駆動ユニット。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の電動自転
車用モータ駆動ユニットにおいて、中間ギヤは、ピニオ
ンに噛合する大径ギヤと、外周ギヤに噛合する小径ギヤ
とを有し、前記大径ギヤの歯の一部と、小径ギヤの歯の
一部とが軸線方向に重なる構造を採っていることを特徴
とする電動自転車用モータ駆動ユニット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000167295A JP4494592B2 (ja) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | 電動自転車用モータ駆動ユニット |
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