JP2008017539A - 電動自転車のモータ駆動ユニットおよび電動自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受けの回転が妨げられるのを防止することができ、モータ側歯車と駆動軸側歯車との噛み合い位置が変動するのを防止することができる電動自転車のモータ駆動ユニットを提供する。
【解決手段】他方の軸受け２７の軸心方向の端面２７ａとこの端面２７ａに対向するハウジング２８の他方の凹部底面３５ａとの間に隙間Ｓが形成され、隙間Ｓに、一方および他方の両軸受け２６，２７に予圧を与える波形座金５２が嵌め込まれ、他方の軸受け２７は駆動軸側歯車２１とモータ側ピニオン歯車２４との回転によって回転駆動軸２０に発生するスラスト力Ｆ１の方向とは逆側に位置しており、波形座金５２は他方の軸受け２７を介して回転駆動軸２０をスラスト力Ｆ１の方向と同方向へ押圧し、波形座金５２の押圧力Ｆ３はチェーン１７から回転駆動軸２０の軸心方向に作用する外力Ｆ２よりも大きく設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動自転車のモータ駆動ユニットおよびモータ駆動ユニットを搭載した電動自転車に関する。

図４に示すように、一般に、電動自転車１１には、人力駆動力に加える補助駆動力を発生するモータ駆動ユニット１２が搭載されている。また、クランク軸１３と共に回転するチェーンスプロケット１４と後輪１５に設けられた後輪スプロケット１６との間にはチェーン１７が巻回されている。

従来のモータ駆動ユニット１２の構成を以下に説明する。
図５に示すように、チェーン１７に歯合する駆動スプロケット１９が回転駆動軸２０の一端部に設けられている。また、回転駆動軸２０の他端部には、減速用の駆動軸側歯車２１が外嵌されて設けられている。駆動軸側歯車２１とモータ２２の回転出力軸２３に形成されたモータ側ピニオン歯車２４とが歯合している。尚、これら両歯車２１，２４には、はすば歯車が用いられている。

回転駆動軸２０の外周面と駆動軸側歯車２１の内周面との間には、回転駆動軸２０と駆動軸側歯車２１との間の回転の伝達を断続させるクラッチ２５が設けられている。また、回転駆動軸２０の一端部を回転自在に支持する一方の軸受け２６と他端部を回転自在に支持する他方の軸受け２７とがハウジング２８内に設けられている。これら両方の軸受け２６，２７には、アンギュラ玉軸受けや深溝玉軸受け等のラジアル玉軸受けが用いられている。

ハウジング２８は、一方の軸受け２６が嵌め込まれた一方のハウジング体２９と、他方の軸受け２７が嵌め込まれた他方のハウジング体３０とに分割されている。尚、一方のハウジング体２９と他方のハウジング体３０とは複数本のボルト，ナット（図示省略）により締結されている。また、他方のハウジング体３０にはモータ２２が取付けられている。

尚、一方の軸受け２６は一方のハウジング体２９に形成された一方の凹部３４（図６参照）に嵌め込まれ、他方の軸受け２７は他方のハウジング体３０に形成された他方の凹部３５（図６参照）に嵌め込まれている。また、図４に示すように、ハウジング２８にはチェーン１７の張力（テンション）を保つテンションスプロケット３３が設けられている。

これによると、運転者がペダル３１を踏み込んでクランク軸１３を回転させることにより、チェーンスプロケット１４の回転がチェーン１７を介して後輪スプロケット１６に伝達され、後輪１５が回転する。

電動アシスト機能が作動した場合、クラッチ２５が接続され、モータ２２が作動して回転出力軸２３が回転し、モータ側ピニオン歯車２４と駆動軸側歯車２１とが回転して回転速度が減速され、この回転が駆動軸側歯車２１から回転駆動軸２０に伝達して、回転駆動軸２０と共に駆動スプロケット１９が回転し、モータ２２による補助駆動力が駆動スプロケット１９からチェーン１７を介して後輪スプロケット１６に付加される。

尚、両歯車２１，２４ははすば歯車であるため、両歯車２１，２４が回転している際、回転駆動軸２０には、スラスト力Ｆ１が軸心に沿って他端部から一端部の方向へ発生する。また、チェーン１７から駆動スプロケット１９を介して回転駆動軸２０の軸心方向には外力Ｆ２が作用している。尚、外力Ｆ２は、点線矢印で示したように前記スラスト力Ｆ１の反対方向に作用する場合だけではなく、前記スラスト力Ｆ１と同方向に作用する場合もある。

また、電動アシストが非作動になった場合、クラッチ２５が切断され、モータ２２が停止し、回転出力軸２３とモータ側ピニオン歯車２４と駆動軸側歯車２１とが停止し、運転者の人力駆動力（踏み込み力）のみでチェーン１７が回動し、駆動スプロケット１９と回転駆動軸２０とが回転（空転）する。この際、上記スラスト力Ｆ１は発生せず、上記外力Ｆ２のみが作用する。

尚、上記スラスト力Ｆ１の大きさと外力Ｆ２の大きさはそれぞれ、一定ではなく、回転速度等に応じて変動する。
このようなモータ駆動ユニット１２では、ボルト，ナット（図示省略）を締め込んで一方のハウジング体２９と他方のハウジング体３０とを締結する際、ボルト，ナットを締め込み過ぎると、両軸受け２６，２７が両ハウジング体２９，３０によって過大な力で挟み付けられるため、両軸受け２６，２７の回転抵抗が増加して、軸受け２６，２７の円滑な回転が妨げられるといった課題があった。

このような課題の対策として、図６に示すように、他方の軸受け２７の軸心方向の端面２７ａと、この端面２７ａに対向する他方のハウジング体３０の凹部底面３５ａとの間に、隙間Ｓを形成している。これによると、ボルト，ナットを締め込み過ぎても、隙間Ｓが逃げ代となるため、両軸受け２６，２７が両ハウジング体２９，３０によって過大な力で挟み付けられることはなく、したがって、両軸受け２６，２７の回転抵抗の増加を防止することができる。

尚、このような電動自転車に搭載されるモータ駆動ユニットとしては下記特許文献１に記載されているものがある。
また、下記特許文献２には、電動機の回転子が支持部材を介して中心軸に回転自在に取付けられ、支持部材の内周面と中心軸との間に第１および第２の玉軸受けが設けられ、第２の玉軸受けを第１の玉軸受けの方向へ付勢する弾性ワッシャが設けられている構成が記載されている。

これによると、ボール転動の際の中心軸方向の遊びがなくなり、支持部材が回転子と一体に回転する際、ボールに躍りが生じないので、騒音が低下する。
特開２０００−３３５４７４ 特開平５−２５２６９０

しかしながら上記図６に示した従来形式では、隙間Ｓの分だけ遊びが発生するため、回転駆動軸２０が軸心方向に移動する虞れがあった。すなわち、電動アシストがオンの時、スラスト力Ｆ１が点線矢印方向の外力Ｆ２よりも大きいと、回転駆動軸２０が他端部から一端部の方向（Ａ）へ移動し、スラスト力Ｆ１が点線矢印方向の外力Ｆ２よりも小さいと、回転駆動軸２０が一端部から他端部の方向（Ｂ）へ移動する。このような回転駆動軸２０の移動により、モータ側ピニオン歯車２４と駆動軸側歯車２１との噛み合い位置が変動し、噛み合い音や振動が発生するといった課題がある。特に、近年、小型軽量化を図るため、ハウジング２８が薄肉化されており、上記のような振動が伝わり易くまた共鳴し易かった。

また、前記特許文献２に記載されたものは、従来からある軸受けに予圧を与える技術であり、したがって、前記のようにスラスト力Ｆ１と外力Ｆ２との大小関係によって、モータ側の歯車と駆動軸側の歯車との噛み合い位置が変動するといった課題を解決し得るものではない。

本発明は、軸受けの回転が妨げられるのを防止することができ、モータ側歯車と駆動軸側歯車との噛み合い位置が変動するのを防止することができる電動自転車のモータ駆動ユニットおよび電動自転車を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明におけるモータ駆動ユニットは、一方および他方の軸受けのいずれか片方の軸受けの軸心方向端面とこの端面に対向するハウジングの面との間に形成された隙間に、両方の軸受けに予圧を与える弾性部材が設けられ、片方の軸受けは駆動軸側歯車とモータ側歯車との回転によって回転駆動軸に発生するスラスト力の方向とは逆側に位置しており、弾性部材は片方の軸受けを介して回転駆動軸をスラスト力の方向と同方向へ押圧し、弾性部材の押圧力はチェーンから回転駆動軸の軸心方向に作用する外力よりも大きく設定されているものである。

本構成によって、回転駆動軸が軸心方向へ移動するのを防止することができ、したがって、モータ側歯車と駆動軸側歯車との噛み合い位置は変動せずに一定位置となり、噛み合い音や振動の発生が低減される。

以上のように、本発明によると、回転駆動軸が軸心方向へ移動するのを防止することができ、したがって、モータ側歯車と駆動軸側歯車との噛み合い位置は変動せずに一定位置となり、噛み合い音や振動の発生が低減される。

本第１発明は、人力駆動力に加える補助駆動力を発生する電動自転車のモータ駆動ユニットであって、
クランク軸と共に回転するチェーンスプロケットと後輪スプロケットとの間に巻回されたチェーンに歯合する駆動スプロケットが回転駆動軸の一端部に設けられ、
回転駆動軸の他端部に駆動軸側歯車が設けられ、
駆動軸側歯車とモータの回転出力軸に設けられたモータ側歯車とが歯合し、
回転駆動軸と駆動軸側歯車との間の回転の伝達を断続させるクラッチが設けられ、
回転駆動軸の一端部を回転自在に支持する一方の軸受けと回転駆動軸の他端部を回転自在に支持する他方の軸受けとがハウジング内に設けられ、
一方および他方の軸受けのいずれか片方の軸受けの軸心方向端面とこの端面に対向するハウジングの面との間に形成された隙間に、両方の軸受けに予圧を与える弾性部材が設けられ、
片方の軸受けは駆動軸側歯車とモータ側歯車との回転によって回転駆動軸に発生する軸心に沿ったスラスト力の方向とは逆側に位置しており、
弾性部材は、回転駆動軸の軸心方向に拡縮可能で、且つ片方の軸受けを介して回転駆動軸をスラスト力の方向と同方向へ押圧しており、
弾性部材の押圧力はチェーンから駆動スプロケットを介して回転駆動軸の軸心方向に作用する外力よりも大きく設定されているものである。

これによると、ペダルを踏み込んでクランク軸を回転させることにより、チェーンスプロケットの回転がチェーンを介して後輪スプロケットに伝達され、後輪が回転する。
電動アシスト機能が作動した場合、クラッチが接続され、モータが作動して回転出力軸が回転し、モータ側歯車と駆動軸側歯車とが回転し、この回転が駆動軸側歯車から回転駆動軸に伝達して、回転駆動軸と共に駆動スプロケットが回転し、モータによる補助駆動力が駆動スプロケットからチェーンを介して後輪スプロケットに付加される。

この際、弾性部材は片方の軸受けを介して回転駆動軸をスラスト力の方向と同方向へ押圧しており、弾性部材の押圧力は回転駆動軸の軸心方向に作用する外力よりも大きく設定されているため、スラスト力が外力よりも大きい場合或いはスラスト力が外力よりも小さい場合のどちらの場合であっても、回転駆動軸が軸心方向へ移動するのを防止することができる。したがって、モータ側歯車と駆動軸側歯車との噛み合い位置は変動せずに一定位置となり、噛み合い音や振動の発生が低減される。

また、電動アシスト機能が非作動になった場合、クラッチが切断され、モータが停止し、回転出力軸とモータ側歯車と駆動軸側歯車とが停止し、人力駆動力のみでチェーンが回動して、駆動スプロケットと回転駆動軸とが回転する。この際、回転駆動軸には、上記スラスト力は発生せず、上記弾性部材の押圧力と上記外力とが作用する。弾性部材の押圧力は外力よりも大きく設定されているため、回転駆動軸が軸心方向へ移動するのを防止することができ、モータ側歯車と駆動軸側歯車との噛み合い位置は変動せずに一定位置となる。

さらに、弾性部材によって一方の軸受けと他方の軸受けとに予圧が与えられるため、これら軸受けの振動および軸受けから発生する騒音も低減される。
本第２発明は、ハウジングは、一方の軸受けが設けられた一方のハウジング体と、他方の軸受けが設けられた他方のハウジング体とに分割され、
一方のハウジング体と他方のハウジング体とが締結されているものである。

これによると、一方のハウジング体と他方のハウジング体とを締結する際、過大な力で締め込み過ぎた場合でも、隙間内で弾性部材が回転駆動軸の軸心方向に圧縮されて逃げるため、一方の軸受けと他方の軸受けとが一方のハウジング体と他方のハウジング体とによって過大な力で挟み付けられることはない。これにより、一方および他方の軸受けの回転抵抗の増加を防止することができる。

本第３発明は、駆動軸側歯車とモータ側歯車とはそれぞれはすば歯車であり、
一方および他方の軸受けはそれぞれラジアル玉軸受けであり、
スラスト力は回転駆動軸の他端部から一端部の方向に発生し、
弾性部材は他方の軸受けの軸心方向端面とハウジングの面との間に形成された隙間に設けられているものである。

これによると、駆動軸側歯車とモータ側歯車とをそれぞれはすば歯車にすることで、駆動軸側歯車とモータ側歯車との噛み合いが滑らかになる。
本第４発明は、上記第１発明から第３発明のいずれかのモータ駆動ユニットを搭載した電動自転車である。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図３に基いて説明する。尚、先述した従来のモータ駆動ユニットと同じ部材については、同一の符号を付記して説明を省略する。
図１，図２に示すように、５１は電動自転車１１に搭載されたモータ駆動ユニットである。このモータ駆動ユニット５１の他方の軸受け２７の軸心方向の端面２７ａと、この端面２７ａに対向する他方のハウジング体３０の凹部底面３５ａとの間には、隙間Ｓが形成されている。この隙間Ｓには、両方の軸受け２６，２７に予圧を与える波形座金５２（弾性部材の一例）が嵌め込まれて設けられている。図３に示すように、波形座金５２は、中心部に貫通孔５２ａを有する円環状の薄板部材であり、厚さ方向において波形状に湾曲している。

他方の軸受け２７と波形座金５２とは、駆動軸側歯車２１とモータ側ピニオン歯車２４（モータ側歯車の一例）との回転によって回転駆動軸２０に発生する軸心に沿ったスラスト力Ｆ１の方向とは逆側に位置している。

波形座金５２は、回転駆動軸２０の軸心方向に拡縮可能で、且つ他方の軸受け２７を介して回転駆動軸２０をスラスト力Ｆ１の方向と同方向へ押圧している。また、波形座金５２の押圧力Ｆ３は、チェーン１７から駆動スプロケット１９を介して回転駆動軸２０の軸心方向に作用する外力Ｆ２よりも大きく設定されている。尚、波形座金５２は、他方の軸受け２７の外輪２７ｂに圧接しており、内輪２７ｃとは非接触である。また、外力Ｆ２は、点線矢印で示したように前記スラスト力Ｆ１の反対方向に作用する場合だけではなく、前記スラスト力Ｆ１と同方向に作用する場合もある。

以下、前記構成における作用を説明する。
ペダル３１を踏み込んでクランク軸１３を回転させることにより、チェーンスプロケット１４の回転がチェーン１７を介して後輪スプロケット１６に伝達され、後輪１５が回転する。

電動アシスト機能が作動した場合、クラッチ２５が接続され、モータ２２が作動して回転出力軸２３が回転し、モータ側ピニオン歯車２４と駆動軸側歯車２１とが回転して回転速度が減速され、この回転が駆動軸側歯車２１から回転駆動軸２０に伝達して、回転駆動軸２０と一体に駆動スプロケット１９が回転し、モータ２２による補助駆動力が駆動スプロケット１９からチェーン１７を介して後輪スプロケット１６に付加される。

この際、波形座金５２は他方の軸受け２７を介して回転駆動軸２０をスラスト力Ｆ１の方向と同方向へ押圧しており、波形座金５２の押圧力Ｆ３は回転駆動軸２０の軸心方向に作用する外力Ｆ２よりも大きく設定されているため、スラスト力Ｆ１が外力Ｆ２よりも大きい場合或いはスラスト力Ｆ１が外力Ｆ２よりも小さい場合のどちらの場合であっても、回転駆動軸２０が軸心方向へ移動するのを防止することができる。したがって、モータ側ピニオン歯車２４と駆動軸側歯車２１との噛み合い位置は変動せずに常に一定位置となり、噛み合い音や振動の発生が低減される。

また、電動アシスト機能が非作動になった場合、クラッチ２５が切断され、モータ２２が停止し、回転出力軸２３とモータ側ピニオン歯車２４と駆動軸側歯車２１とが停止し、人力駆動力のみでチェーン１７が回動して、駆動スプロケット１９と回転駆動軸２０とが一体に回転する。この際、回転駆動軸２０には、上記スラスト力Ｆ１は発生せず、上記外力Ｆ２と上記波形座金５２の押圧力Ｆ３とが作用する。押圧力Ｆ３は外力Ｆ２よりも大きく設定されているため、回転駆動軸２０が軸心方向へ移動するのを防止することができ、モータ側ピニオン歯車２４と駆動軸側歯車２１との噛み合い位置は変動せずに常に一定位置となる。

さらに、波形座金５２によって一方の軸受け２６と他方の軸受け２７とに予圧が与えられるため、これら軸受け２６，２７の振動および軸受け２６，２７から発生する騒音も低減される。

また、ボルト，ナット（図示省略）を締め込んで、一方のハウジング体２９と他方のハウジング体３０とを締結する際、過大な力で締め込み過ぎた場合でも、隙間Ｓ内で波形座金５２が回転駆動軸２０の軸心方向に圧縮されて逃げるため、一方の軸受け２６と他方の軸受け２７とが一方のハウジング体２９と他方のハウジング体３０とによって過大な力で挟み付けられることはない。これにより、一方および他方の軸受け２６，２７の回転抵抗の増加を防止することができる。

また、駆動軸側歯車２１とモータ側ピニオン歯車２４とをそれぞれはすば歯車にすることで、駆動軸側歯車２１とモータ側ピニオン歯車２４との噛み合いが滑らかになる。
前記実施の形態では、弾性部材の一例として波形座金５２を用いたが、これに限定されるものではなく、弾性部材の別の例として、樹脂やゴム製のＯリング或いは円環状のパッキン等を用いてもよい。

前記実施の形態では、図２に示すように、他方の軸受け２７の端面２７ａと他方のハウジング体３０の凹部底面３５ａとの間に隙間Ｓを形成し、この隙間Ｓに波形座金５２を嵌め込んでいるが、モータ２２の回転方向を逆にしたり或いは駆動軸側歯車２１とモータ側ピニオン歯車２４との各はすば歯車の歯の向きを逆にした場合、スラスト力Ｆ１は図２に示す方向とは逆方向すなわち回転駆動軸２０の一端部から他端部の方向へ発生する。したがって、このような場合においては、隙間Ｓを一方の軸受け２６の端面２６ａと一方のハウジング体２９の凹部底面３４ａとの間に形成し、この隙間Ｓに波形座金５２を嵌め込む。

これによると、外力Ｆ２が図２に示す方向とは逆方向に作用した場合であっても、回転駆動軸２０が軸心方向へ移動するのを防止することができ、モータ側ピニオン歯車２４と駆動軸側歯車との噛み合い位置は変動せずに常に一定位置となる。

本発明は電動自転車に搭載されるモータ駆動ユニットに最適である。

本発明の実施の形態におけるモータ駆動ユニットの横断面図である。 同、モータ駆動ユニットの回転駆動軸の部分の拡大横断面図である。 同、モータ駆動ユニットに設けられた波形座金の図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示す。 従来の電動自転車の側面図である。 従来の電動自転車に搭載されたモータ駆動ユニットの横断面図である。 同、モータ駆動ユニットの回転駆動軸の部分の拡大横断面図である。

符号の説明

１１ 電動自転車
１３ クランク軸
１４ チェーンスプロケット
１６ 後輪スプロケット
１７ チェーン
１９ 駆動スプロケット
２０ 回転駆動軸
２１ 駆動軸側歯車
２２ モータ
２３ 回転出力軸
２４ モータ側ピニオン歯車（モータ側歯車）
２５ クラッチ
２６ 一方の軸受け
２６ａ 端面
２７ 他方の軸受け
２７ａ 端面
２８ ハウジング
２９ 一方のハウジング体
３０ 他方のハウジング体
３４ａ，３５ａ 凹部底面
５１ モータ駆動ユニット
５２ 波形座金（弾性部材）
Ｆ１ スラスト力
Ｆ２ 外力
Ｆ３ 押圧力
Ｓ 隙間

Claims (4)

1. 人力駆動力に加える補助駆動力を発生する電動自転車のモータ駆動ユニットであって、
   クランク軸と共に回転するチェーンスプロケットと後輪スプロケットとの間に巻回されたチェーンに歯合する駆動スプロケットが回転駆動軸の一端部に設けられ、
   回転駆動軸の他端部に駆動軸側歯車が設けられ、
   駆動軸側歯車とモータの回転出力軸に設けられたモータ側歯車とが歯合し、
   回転駆動軸と駆動軸側歯車との間の回転の伝達を断続させるクラッチが設けられ、
   回転駆動軸の一端部を回転自在に支持する一方の軸受けと回転駆動軸の他端部を回転自在に支持する他方の軸受けとがハウジング内に設けられ、
   一方および他方の軸受けのいずれか片方の軸受けの軸心方向端面とこの端面に対向するハウジングの面との間に形成された隙間に、両方の軸受けに予圧を与える弾性部材が設けられ、
   片方の軸受けは駆動軸側歯車とモータ側歯車との回転によって回転駆動軸に発生する軸心に沿ったスラスト力の方向とは逆側に位置しており、
   弾性部材は、回転駆動軸の軸心方向に拡縮可能で、且つ片方の軸受けを介して回転駆動軸をスラスト力の方向と同方向へ押圧しており、
   弾性部材の押圧力はチェーンから駆動スプロケットを介して回転駆動軸の軸心方向に作用する外力よりも大きく設定されていることを特徴とする電動自転車のモータ駆動ユニット。
2. ハウジングは、一方の軸受けが設けられた一方のハウジング体と、他方の軸受けが設けられた他方のハウジング体とに分割され、
   一方のハウジング体と他方のハウジング体とが締結されていることを特徴とする請求項１記載の電動自転車のモータ駆動ユニット。
3. 駆動軸側歯車とモータ側歯車とはそれぞれはすば歯車であり、
   一方および他方の軸受けはそれぞれラジアル玉軸受けであり、
   スラスト力は回転駆動軸の他端部から一端部の方向に発生し、
   弾性部材は他方の軸受けの軸心方向端面とハウジングの面との間に形成された隙間に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動自転車のモータ駆動ユニット。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動ユニットを搭載したことを特徴とする電動自転車。

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