JP2007230410A - 電動自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】モータユニットを電動自転車の略中央の下方寄り位置に配置できるとともに、良好な強度を保持しながら、さらに軽量化および製造コストの低減化を図ることができ、しかも、乗り降りする際などに下パイプの上から足を抜き易い電動自転車を提供する。
【解決手段】人力駆動力を入力するクランク軸１と、クランク軸１を回転自在に軸支する軸受部と、軸受部を保持する軸受保持部４ａ，４ｂと、人力駆動力に加える補助駆動力を発生する補助駆動力発生源としての電動モータとを有するモータユニット６を備え、前記モータユニット６の軸受保持部４ａ，４ｂをハンガラグ７内に配設し、ハンガラグ７によりモータユニット６の軸受保持部４ａ，４ｂおよび軸受部を介してクランク軸１を回転自在に支持する配置とした。
【選択図】図３

Description

本発明は電動自転車、特にそのモータユニットの取付構造に関するものである。

人力による駆動力に、電動モータを備えたモータユニットの補助駆動力を加えることで、坂道などでも楽に走行できる電動自転車は既に実用化されている。この種の電動自転車において、図８〜図１０に示すように、モータユニット５０を支持する１つの支持ブラケット５１により、下パイプ（メインパイプと呼ばれる場合もある）５２と立パイプ５３とチェーンステー５４とを連結してなるフレーム構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。なお、図８、図９における５５はクランク軸、６０はペダル、図１０における５６はモータユニット５０のケース（ユニットケース）である。

このフレーム構造によれば、モータユニット５０を電動自転車の略中央の下方寄り位置に配置できて低重心となるため、例えば、特許文献２などに示す、下パイプの下方から中央部にかけてモータユニットを配置した構造や、例えば、特許文献３などに示す、後輪の中心部にモータユニットを配置した構造に比べて、走行安定性が良好となるとともに、押して歩く際や段差での扱い易さが向上する。

しかし、上記した特許文献１に開示されているようなモータユニット５０の取付構造によれば、運転者の踏力を受けるクランク軸５５をモータユニット５０により保持し、このモータユニット５０全体を支持ブラケット５１により支持する構造であるので、モータユニット５０自体を、車体の強度を向上させる強度部品とする必要がある。したがって、モータユニット５０のユニットケース５６として十分な強度を有する厚肉の金属を用いざるを得ず、その結果、ユニットケース５６の重量が大きくなる課題があった。また、少しでも軽くしようとしてアルミニウムやマグネシウム合金などをユニットケース５６として用いると、ユニットケース５６の材料コストが非常に高価となってしまう。さらに、モータユニット５０を支持する支持ブラケット５１も、モータユニット５０に見合った重厚なものを作らざるを得ず、さらなる重量の増加を招き、この結果、電動自転車全体の重量としても多大となるという課題を生じていた。

これに対処するものとして、図１１〜図１４に示すように、本発明者らは、モータユニット７０のユニットケース７１に、クランク軸７２を回転自在に支持する軸受部（ボールベアリング）７３、７４（図１３参照）を保持する軸受保持部７１ａ、７１ｂを一体形成し、これらの軸受保持部７１ａ、７１ｂを、ハンガラグ７５の下方に配設した筒状のダミーハンガ部７６ａ、７６ｂで支持する支持ブラケット７６を設け、この支持ブラケット７６を介してハンガラグ７５の下方にモータユニット７０を固定させた構造を考え出した（特許文献４参照）。なお、図１１における７７はペダル、７８は下パイプ、７９は立パイプ、８０はチェーンステー、８１はバッテリである。

この構造によれば、クランク軸７２に作用する踏力や体重などを、軸受部７３、７４およびユニットケース７１の軸受保持部７１ａ、７１ｂを介して支持ブラケット７６により良好に受けることができるので、ユニットケース７１全体を金属製としなくても済んで、その一部として、樹脂などの安価で軽い材料を用いることができ、この結果、特許文献１に開示されているモータユニット５０の取付構造と比較して、製造コストを低減させることができるとともに、軽量化を図ることができる利点がある。
特開平９−２０７８５９号公報 特開平６−２２７４７４号公報 特開平８−２９７０５９号公報 特許３５６８５０２号公報

しかしながら、上記した特許文献４に開示されているように、モータユニット７０をハンガラグ７５の下方に配置した構造では、モータユニット７０よりもハンガラグ７５が上方に位置するため、ハンガラグ７５やハンガラグ７５に接続された下パイプ７８の接続部分をある程度上方寄りに配置せざるを得なくなり、電動自転車に乗り降りする際に、下パイプ７８の上から足を抜き難くなる課題があった。

また、特許文献１に開示されているようなモータユニット５０の取付構造と比較した場合には軽量化が図れるものの、十分な強度を有するダミーハンガ部７６ａ、７６ｂを有する金属製の支持ブラケット７６が必要であり、その分だけ重量の増加や製造コストを招いている。

本発明は上記課題を解決するもので、モータユニットを電動自転車の略中央の下方寄り位置に配置できるとともに、良好な強度を保持しながら、さらに軽量化および製造コストの低減化を図ることができ、しかも、下パイプの上から足を抜き易い電動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は、人力による駆動力である人力駆動力を入力するクランク軸と、クランク軸を回転自在に軸支する軸受部と、軸受部を保持する軸受保持部と、人力駆動力に加える補助駆動力を発生する補助駆動力発生源としての電動モータとを有するモータユニットを備え、前記モータユニットの軸受保持部をハンガラグ内に配設し、ハンガラグにより前記モータユニットの軸受保持部および軸受部を介してクランク軸を回転自在に支持する配置としたことを特徴とする。

この構成により、モータユニットをその軸受保持部を介してハンガラグ内に配設したので、モータユニットを電動自転車の略中央の下方寄り位置に配置できて低重心となり、また、ハンガラグによりモータユニットの軸受保持部および軸受部を介してクランク軸を回転自在に支持したので、クランク軸に作用する人力駆動力（踏力）をハンガラグにより良好に受けて、モータユニットとしては人力駆動力に対する剛性（強度）があまり要らなくなって、モータユニットのケースなどとして樹脂などの安価で軽い材料を用いても支障を来たさないとともにダミーハンガ部などを設けなくて済む。この結果、軽量化を図り、かつ製造コストを低減させることができ、しかも、ハンガラグの下方にモータユニットを配置した構造と比較して、ハンガラグを下方に配置できるので、このハンガラグに接続する下パイプの接続部も下方に配置でき、下パイプの上から足を抜き易くなり、使い勝手が良くなる。

また、本発明は、人力駆動力を検出する人力駆動力検出手段を、ハンガラグ内に配設され、クランク軸が挿通されたモータユニットのクランク軸挿通部に内蔵したことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、モータユニットをハンガラグに取り付けたので、モータユニットを電動自転車の略中央の下方寄り位置に配置できて低重心となって、走行安定性性が良好となり、かつ、ハンガラグによりクランク軸を回転自在に支持したので、モータユニットのケースを安価で軽い材料を用いることができて製造コストを低減させることができながら、ハンガラグをより下方に配置できるので、メインパイプや下パイプの上から足を抜き易くなって、使い勝手が良くなる。さらに、支持ブラケットなどを設けなくても済むので製造コストを一層低減化できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態の説明において、左右とは、電動自転車の搭乗者が進行方向に向かって搭乗した姿勢での搭乗者の（進行方向に向かって）左右方向に対応する方向であるとして説明する。

図１〜図５に示すように、本発明の実施の形態に係る電動自転車においても、人力による駆動力を入力するクランク軸１と、クランク軸１を回転自在に軸支する軸受部２、３と、軸受部２、３を保持するモータユニット６の軸受保持部４ａ，４ｂと、人力による駆動力に加える補助駆動力を発生する補助駆動力発生源としての電動モータ５とを有するモータユニット６が設けられている。しかしながら、特に本発明の実施の形態に係る電動自転車においては、特許文献４（図１１〜図１４参照）に開示されているような従来の電動自転車とは異なり、軸受部２、３を保持するモータユニット６の軸受保持部４ａ，４ｂ（および後述するクランク軸挿通部６Ａ）を、立パイプ８とチェーンステー９と下パイプ１０とを連結するハンガラグ７内に配設している。そして、ハンガラグ７により前記モータユニット６の軸受保持部４ａ，４ｂおよび軸受部２、３を介してクランク軸１を回転自在に支持する配置としている。

なお、この実施の形態においては、図３、図４に示すように、ハンガラグ７には、モータユニット６の軸受保持部４ａ，４ｂや後述するクランク軸挿通部６Ａが収納される主筒状部７ａに加えて、立パイプ８に連結される立パイプ連結筒状部７ｃ、チェーンステー９に連結されるチェーンステー連結筒状部７ｄ、下パイプ１０に連結される下パイプ連結筒状部７ｅが一体的に溶着された形状とされている。また、図１における１１はペダル、１２はクランク軸１と一体的に回転するように固定された大ギア、１３はモータユニット６などに給電するバッテリ、１７はバッテリを保持するためのバッテリ補助取付金具、２５は大ギア１２と後輪２７に設けられた小ギア（図示せず）とにわたって掛け渡されたチェーン、２６は前輪、図３における４はモータユニット６の外殻をなすユニットケース、２４はモータユニット６からの補助駆動力を出力する出力ギア、３４はチェーン２５のテンション（張り状態）を適度な状態に保つテンショナである。

図５は、モータユニット６の内部構造を概略的に示す横断面図（厳密には、後述するクランク軸挿通部６Ａや、モータ部６Ｂと減速ギア１４などは、上下方向に対して少しずれた位置に配置されているが、構造がわかり易いように、同一平面状となるように図示している。）である。図５に示すように、モータユニット６は、クランク軸１が横方向に挿通されている略円筒形状のクランク軸挿通部６Ａと、電動モータ５が収納されているモータ部６Ｂと、減速ギア１４および出力軸１５が収納されている減速部６Ｃと、制御基板１６等が収納されている制御部６Ｄとをユニットケース４で覆って一体化した構成とされている。

ハンガラグ７の主筒状部７ａ内に配設されたモータユニット６のクランク軸挿通部６Ａには、クランク軸１の左側部分を回転自在に支持するベアリング軸受けからなる左側の軸受部２と、クランク軸１および大ギア１２と一体的に回転するようにクランク軸１の右側部分に外嵌された連動外装軸１８を介して、クランク軸１を回転自在に支持するベアリング軸受けからなる右側の軸受部３と、クランク軸１に外装されたクランク外装軸１９に対して所定間隙を保った状態で配設され、クランク軸１に作用する踏力によるトルクを検出する人力駆動力検出手段としてのトルクセンサ２０などが内蔵されている。すなわち、クランク軸１に作用する踏力（人力駆動力：人力駆動トルク）を検出するトルクセンサ２０を小型化することで、このトルクセンサ２０を設けたクランク軸挿通部６Ａを、ハンガラグ７内に配置している。そして、軸受部２、３を、モータユニット６のユニットケース４におけるクランク軸挿通部６Ａに形成された軸受保持部４ａ，４ｂにより外周から覆って保持し、これらの軸受保持部４ａ，４ｂを概略的には横方向に筒状に延ばして接続するように形成して（この実施の形態では、右側の軸受保持部４ｂが左側の軸受保持部４ａよりも太径となるように筒状に形成されている）クランク軸挿通部６Ａを構成している。なお、この実施の形態では、トルクセンサ２０により検出した踏力に応じた補助駆動力がモータユニット６の電動モータ５から出力されるよう制御されている。

モータユニット６のモータ部６Ｂには、電動モータ５が収納されているとともに、モータ駆動軸２３がベアリング軸受けからなるモータ軸受２１、２２により回転自在に支持されている。また、モータ駆動軸２３の一端部側に形成されたギア部分が減速部６Ｃ内に突入されて、減速部６Ｃ内の減速ギア１４に噛み合わされ、ユニットケース４から突出する出力軸１５の一端部に取り付けられた出力ギヤ２４に駆動力が伝達される。そして、大ギア１２にその前側が噛み合わされたチェーン２５に、出力ギヤ２４も噛み合わされて、チェーン２５に、踏力による人力駆動力と、モータユニット６からの補助駆動力とが合わせられて伝達され、この合わされた駆動力により後輪２７を回転するよう構成されている。なお、図５における２８、２９は、出力軸１５を回転自在に支持する出力軸受である。また、減速部６Ｃの前方に、制御基板１６等が収納されている制御部６Ｄが配置されている。なお、この実施の形態では、モータユニット６のユニットケース４が、モータ部６Ｂを覆う第１ケース部４ｃと、減速部６Ｃおよび制御部６Ｄの左寄り部分を覆う第２ケース部４ｄと、減速部６Ｃ、制御部６Ｄおよびクランク軸挿通部６Ａの右寄り部分を覆う第３ケース部４ｅと、クランク軸挿通部６Ａにおける右側寄り側壁以外の部分を覆う第４ケース部４ｆとをねじなどで結合されることで組み合わせた構成とされている。

ここで、各ケース部４ｃ〜４ｆは例えば、比較的耐久性のある合成樹脂材料で形成され、軽量化が図られているとともに、樹脂成形により安価に製造されている。また、クランク軸挿通部６Ａを覆う第４ケース部４ｆの左端筒状部分により、軸受部２を保持する軸受保持部４ａが構成され、また、第４ケース部４ｆの右端筒状部分とこの内側に嵌合されている第３ケース部４ｅの筒状部分とにより、軸受部３を保持する軸受保持部４ｂ（４ｂａ、４ｂｂ）が構成されている。なお、制御部６Ｄ等の放熱性を向上させるなど、必要に応じて一部のケース部（例えば、第３ケース部４ｅや第４ケース部４ｆなど）のみ金属材料で構成することも可能であるが、この場合には、若干重量が増加することとなる。

また、第４ケース部４ｆの右端筒状部分の端面と、これに対応する第３ケース部４ｅの部分には、モータユニット６を取り付けるためのフランジ部４ｆａ，４ｅａが複数（この実施の形態では２つ）設けられている。これに対応するようにハンガラグ７においても、外側に突出するように取付片部７ｂが右寄り箇所に形成されており、クランク軸挿通部６Ａがハンガラグ７に挿入されて収納された状態で、前記モータユニット６のフランジ部４ｆａ，４ｅａとハンガラグ７の取付片部７ｂとが合わされた状態で取付ねじ３０をねじ込むことにより、モータユニット６のクランク軸挿通部６Ａがハンガラグ７に嵌め込まれた状態でモータユニット６が取り付けられている。なお、モータユニット６のユニットケース４における後部上側にも、取付用ねじ３１が挿通される取付ボス４ｇが一体形成されており、左右のチェーンステー９を跨って組みつけられる補助取付金具３２と、前記取付ボス６ｆとを挿通して取付用ねじ３１で固定されることで、モータユニット６の後部が補助的に支持されるようになっている。なお、補助取付金具３２とバッテリ補助取付金具１７とは別々の金具としても車体をなすフレームに取り付けることができるが、軽量化を図るために一体型にも加工できる。

なお、この実施の形態では、図５において仮想線で簡略的に示すように、モータユニット６のクランク軸挿通部６Ａの左側端部における、クランク軸１が挿通する挿通孔の部分以外は、ハンガラグ７の主筒状部７ａの左側壁箇所に一体形成された覆い部７ｆによりほぼ完全に覆われている。また、ハンガラグ７の主筒状部７ａの両端部がクランク軸挿通部６Ａにおける軸受保持部４ａ，４ｂ（４ｂａ）を保持する筒状保持部７ａａ、７ａｂとされているが、左側の筒状保持部７ａａが右側の筒状保持部７ａｂよりも縮径されており、これらの筒状保持部７ａａ，７ａｂと、モータユニット６のクランク軸挿通部６Ａにおける軸受保持部４ａ，４ｂ（４ｂａ）とが良好に当接して、軸受部２、３を保持する軸受保持部４ａ，４ｂをさらに良好な当接状態で保持するようになっている。つまり、ハンガラグ７の主筒状部７ａの両端の筒状保持部７ａａ，７ａｂ間の筒状部分では、クランク軸挿通部６Ａと主筒状部７ａとが隙間を有する状態で配置されており、これらの箇所の一部が製造誤差等により片当たりして無理な力が作用しないよう図られている。

また、図５などに示すように、ハンガラグ７の主筒状部７ａにおける筒状保持部７ａａを縮径させて一体形成する代わりに、図６、図７に示すように、ハンガラグ７の主筒状部７ａを左側寄り部分でも同一径とするとともにハンガラグ７の左側壁部分をほぼ全面で開口させる一方、この開口部を蓋部材３３で覆ってもよく、この場合に、この蓋部材３３の外周から右側に延びる環状部３３ａにより、モータユニット６のクランク軸挿通部６Ａにおける左側の軸受保持部４ａを外周から覆って保持する軸受保持部分をなすように構成してもよい。また、この場合においても、左側の軸受保持部４ａハンガラグ７の主筒状部７ａにおけるクランク軸挿通部６Ａの軸受保持部４ａ，４ｂを保持する箇所（すなわち、蓋部材３３の環状部３３ａと主筒状部７ａの筒状保持部７ａｂ）以外の箇所では、クランク軸挿通部６Ａと主筒状部７ａとが隙間を有する状態となる形状に構成して、これらの箇所の一部が製造誤差等により片当たりして無理な力が作用しないよう図ることが望ましい。

また、本実施の形態では、図５に示すように、右側の軸受部３を、第３ケース部４ｅに形成した軸受保持部４ｂにより保持し、さらにこの外周を第４ケース部４ｆに形成した軸受保持部４ｂにより覆って、この箇所の剛性（強度）を向上させているが、これに限るものではなく、何れか一方のケース部だけに軸受保持部４ｂを形成してもよい。

また、この実施の形態においては、モータユニット６の右寄り外殻部分を構成するユニットケース４の第３ケース部４ｅにより、モータユニット６の制御部６Ｄ側とクランク軸挿通部６Ａとが繋げられて片持ち状に支持されている場合を示しているが、これに限るものではなく、ハンガラグ７の左側側壁部をなす蓋部材３３（図６、図７に示す）の一部を後方に延長して、この延長部をモータユニット６のモータ部６Ｂなどにねじなどを介するなどして結合し、ハンガラグ７の左右両側方箇所で、モータユニット６のクランク軸挿通部６Ａと、モータ部６Ｂ、減速部６Ｃ、制御部６Ｄとを結合する構成としてもよい。

上記構成により、モータユニット６の軸受保持部４ａ、４ｂを有するクランク軸挿通部６Ａをハンガラグ７内に配設して、モータユニット６を取り付ける配置構成としたので、モータユニット６を電動自転車の略中央の下方寄り位置に配置できて低重心となり、走行安定性性が良好となる。

また、ハンガラグ７によりモータユニット６の軸受保持部４ａ、４ｂおよび軸受部２、３を介してクランク軸１を回転自在に支持したので、ペダル１１からクランク軸１に作用する人力駆動力（踏力）が、モータユニット６に対しては殆ど作用せず、軸受保持部４ａ、４ｂおよび軸受部２、３を介してハンガラグ７により良好に受けられる。したがって、モータユニット６全体としては人力駆動力に対する剛性（強度）があまり要らなくなって、モータユニット６のユニットケース４として樹脂などの安価で軽い材料を用いても支障を来たさないとともに、図１２に示すようなダミーハンガ部７６ｂなどを設けなくて済む。この結果、軽量化を図り、かつ製造コストを低減させることができ、しかも、図１１〜図１４に示すような、ハンガラグ７５の下方にモータユニット７０を配置した構造と比較して、ハンガラグ７を下方に配置できるので、このハンガラグ７に接続する下パイプ１０の接続部も下方に配置でき、下パイプ１０の上から足を抜き易くなり、使い勝手が良くなる。また、図１４に示すような、支持ブラケット７６などを設けなくても済むので製造コストを一層低減できる。

なお、ユニットケース４における、電動モータ５のモータ駆動軸２３を回転自在に支持するモータ軸受２１、２２を保持する箇所や、モータユニット６からの補助駆動力を出力する出力ギア２４を回転自在に支持する出力軸受２８、２９を保持する箇所にも、比較的大きな力が作用するが、これらの箇所は、クランク軸１を回転自在に軸支する軸受部２、３を保持する軸受保持部４ａ，４ｂと異なり、運転者の体重や踏力が作用することはないので、これらの箇所では、樹脂材料で構成された軸受保持部のみで支持する構造としても何ら支障を来たすことはない。

さらに、上記実施の形態によれば、クランク軸１を配設したハンガラグ７の箇所から下パイプ１０が出るように接続できるので、フレーム設計時の自由度が向上する利点もある。また、上記のように、クランク軸１に作用する踏力（人力駆動力：人力駆動トルク）を検出するトルクセンサ２０を小型化することで、このトルクセンサ２０を設けたクランク軸挿通部６Ａを、ハンガラグ７内に良好に配置することができるが、これに限るものではなく、人力駆動力を検出する人力駆動力測定手段が他の箇所に設けられているものにも、同様な構成を適用可能である。

本発明の実施の形態に係る電動自転車の側面図（チェーンカバーなどを省いた状態） 同電動自転車のモータユニットおよびその近傍箇所の側面図 同電動自転車のモータユニットおよびその近傍箇所の組付ける状態を示す斜視図 同電動自転車のモータユニットおよびその後方箇所の組付ける状態を示す部分切欠平面図 同電動自転車のモータユニットの内部構造を概略的に示す横断面図（厳密には、クランク軸挿通部やモータ部と減速ギアなどは、上下方向に対して少しずれた位置に配置されているが、構造がわかり易いように、同一平面状となるように示している。） 同電動自転車の変形例に係るモータユニットおよびその近傍箇所の組付ける状態を示す斜視図 同変形例に係るモータユニットおよびその後方箇所の組付ける状態を示す部分切欠平面図 従来の電動自転車の側面図 同従来の電動自転車の側面図（ペダルやチェーンカバーなどを省いた状態） （ａ）同従来の電動自転車におけるモータユニットの側面図、（ｂ）同モータユニットの組付ける際の状態を示す側面図 その他の従来の電動自転車の側面図 同その他の従来の電動自転車におけるモータユニットの斜視図 同モータユニットの部分切欠正面図 同モータユニットの部分切欠側面図

符号の説明

１ クランク軸
２、３ 軸受部
４ ユニットケース
４ａ，４ｂ 軸受保持部
５ 電動モータ
６ モータユニット
６Ａ クランク軸挿通部
６Ｂ モータ部
６Ｃ 減速部
６Ｄ 制御部
７ ハンガラグ
８ 立パイプ
９ チェーンステー
１０ 下パイプ
１１ ペダル
１２ 大ギア
１３ バッテリ
２０ トルクセンサ（人力駆動力検出手段）
２５ チェーン

Claims (2)

1. 人力駆動力を入力するクランク軸と、クランク軸を回転自在に軸支する軸受部と、軸受部を保持する軸受保持部と、人力駆動力に加える補助駆動力を発生する補助駆動力発生源としての電動モータとを有するモータユニットを備え、
   前記モータユニットの軸受保持部をハンガラグ内に配設し、
   ハンガラグにより前記モータユニットの軸受保持部および軸受部を介してクランク軸を回転自在に支持する配置とした電動自転車。
2. 人力駆動力を検出する人力駆動力検出手段を、ハンガラグ内に配設され、クランク軸が挿通されたモータユニットのクランク軸挿通部に内蔵した請求項１記載の電動自転車。

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