JP2020019299A - 自転車と、自転車の駆動ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、自転車1は、フロントフォーク3と、フロントフォーク3の下端で支持されている前輪2と、ステアリングシャフトを介してフロントフォーク3に接続されているハンドルバー4とを有している。自転車1は、ハンドルバー4から後方に離れた位置に、シート6を有している。シート6はシートポスト7aの上端で支持されている。
図2に示すように、ハンドルバー4の右部には、アクセルグリップ4aが設けられている。アクセルグリップ4aには、その操作量(回転位置)を検知するアクセルセンサ4bが設けられる。自転車1は、後輪40と、後輪40に設けられている電動モータ30(図5参照)とを有している。アクセルセンサ4bの出力信号は車両制御装置11に入力される。車両制御装置11は、アクセルグリップ4aの操作量に応じた指令値を生成する。モータ駆動装置12は、指令値に応じた電力を電動モータ30に供給する。モータ駆動装置12はインバーターを含み、バッテリ13から得られる直流を、例えば、指令値に応じた周波数の交流に変換して、電動モータ30に供給する。このとき、自転車1は、電動モータ30から得られる動力だけで駆動できる。
(i)電動モータ30の動力だけでの駆動(電動モード)
(ii)電動モータ30の動力とペダル63に加えられる踏力とによる駆動(アシストモード)
(iii)ペダル63に加えられる踏力だけでの駆動(人力モード)
自転車1は、ユーザがこのような3つのモードを切り替えるためのスイッチを有してもよい。
以下において、駆動ユニット10の構造について詳説する。駆動ユニット10は2つの動力系を有している。第1動力系は、電動モータ30を含み、電動モータ30が有しているロータ32の回転を後輪40のハブ41に伝達する。第2動力系は、ペダル63が取り付けられているクランク軸61を有し、クランク軸61の回転を後輪40のハブ41に伝達する。
図5に示すように、電動モータ30はステータ31とロータ32とを有している。ステータ31は、後輪40の回転中心Ax1を中心として環状に配置される複数の鉄心と、鉄心に巻き付けられているコイルとを有している。ロータ32は、後輪40の回転中心Ax1を中心として環状に配置される複数の磁石を有し、回転中心Ax1を中心として回転可能である。自転車1では、ロータ32はステータ31に対して径方向での外側に位置し、径方向においてステータ31と向き合っている。すなわち、電動モータ30は、ラジアルギャップ型の電動モータである。自転車1の例とは異なり、電動モータ30はアキシャルギャップ型の電動モータであってもよい。つまり、ロータ32とステータ31は軸方向(回転中心Ax1の方向)で対向してもよい。
上述したように、駆動ユニット10は、その前部に、ペダル63が取り付けられているクランク軸61を有している。図5に示すように、クランク軸61上には、クランク軸61と一体的に回転するギア65(自転車1の例において傘歯ギア)と、上述した踏力センサ64とが配置されている。クランク軸61の動力(回転)を後輪ハブ41に伝える動力伝達経路(第2動力系)は、その途上に、クランク軸61から後方に離れた位置に配置されている伝達軸21を含んでいる。伝達軸21は後輪40の回転中心Ax1に位置している。後において詳説するように、リアアーム50は、その後部にアーム後部51を有し、伝達軸21はアーム後部51によって支持され、回転可能となっている。
リアアーム50は、後輪40と電動モータ30とに対して右方と左方のうちの一方にだけ配置され、他方には配置されていない。駆動ユニット10の例では、図5に示すように、リアアーム50は後輪40の左方に配置され、右方には配置されていない。このため、メンテナンスの作業者は後輪40や電動モータ30へ容易にアクセスできるようになり、メンテナンスの作業性を向上できる。例えば、後輪ハブ41の右壁部41Bを外す作業が、作業者にとって容易となる。自転車1の例とは反対に、リアアーム50は後輪40の右方にだけ配置されてもよい。
図6に示すように、駆動ユニット10は、電動モータ30と後輪40とを支持する支持軸Bを有している。支持軸Bはアーム後部51から右方に伸びている。支持軸Bは、後輪40及び電動モータ30の回転中心Ax1に沿って配置されている筒状であり、且つ回転不能である。支持軸Bの内側に、クランク軸61の回転力を後輪ハブ41に伝えるための第1伝達軸21が配置されている。支持軸Bはベアリング49A、49Bを介して後輪ハブ41を支持し、後輪40の回転を許容している。ベアリング49A、49Bのレイアウトについては後において詳説する。
図6に示すように、後輪ハブ41は右壁部41Bと左壁部41Aとを有している。右壁部41Bは、左右方向における後輪40の中心C1(電動モータ30の中心)に対して右方に位置し、電動モータ30の右側面を覆っている。左壁部41Aは、後輪40の中心C1に対して左方に位置し、電動モータ30の左側面を覆っている。また、自転車1では、後輪ハブ41は、右壁部41Bと左壁部41Aとの間に位置する筒状の中央壁部41Cを有している。中央壁部41Cは、電動モータ30の外周面を覆っている。上述したロータ(磁石)32は、中央壁部41Cの内面に固定されている。図7に示すように、右壁部41Bの外周縁は、中央壁部41Cに螺子42やボルトなどの固定具で固定される。同様に、左壁部41Aの外周縁は、中央壁部41Cに螺子42やボルトなどの固定具で固定される。
自転車1は、後輪40用のブレーキ装置71を有している。図3に示すように、ブレーキ装置71は、例えばディスクブレーキ装置であり、後輪ハブ41と一体的に回転するブレーキディスク72と、キャリパー73とを有している。図6に示すように、ブレーキディスク72は、例えば左壁部41Aに取り付けられる。したがって、径方向におけるブレーキディスク72の内側に、上述した支持軸B及び第1伝達軸21が位置している。なお、キャリパー73はリアアーム50によって支持される。例えば、キャリパー73は、ブラケット53a(図3参照)を介して軸ケース53によって支持される。ブレーキ装置71の構造は、駆動ユニット10の例に限られない。例えば、ブレーキ装置71はドラムブレーキ装置であってもよい。この場合、左壁部41Aにブレーキドラムが取り付けられてもよい。
図6に示すように、支持軸Bと第1伝達軸21は、後輪ハブ41の開口41aから左方に出ている。第1伝達軸21は支持軸Bよりもさらに左方に伸びており、支持軸Bよりも左方に位置している部分21a(以下において、連結部と称する)を有している。連結部21aは第2伝達軸27に連結されている。駆動ユニット10の例では、連結部21aはギア26、27Bを介して第2伝達軸27に連結されている。連結部21a上のギア26は、第2伝達軸27のギア27Bよりも、軸方向における外方(より詳細には、左方)に位置している。
図7に示すように、駆動ユニット10は、電気ケーブル33を有している。電気ケーブル33は、ステータ31に接続されている電線や、電動モータ30の回転速度を検知するエンコーダに接続されている電線を含んでいる。後輪ハブ41の内部には、電気ケーブル33の位置を案内する環状のガイドプレート58が配置されており、電気ケーブル33はガイドプレート58と支持軸B(軸本体51B)の小径部51gとの間に位置している。電気ケーブル33は、径方向における左ベアリング49Aの内側を通って、後輪ハブ41の内部から外部に向かって伸びている。これによれば、電線ケーブル33をリアアーム50に向かって伸ばすことができる。そして、電線ケーブル33はリアアーム50に沿って配置され、電気ケーブル33が含む電線の端部は、上述したモータ駆動装置12及び又は車両制御装置11(図2参照)に接続されている。
上述したように、駆動ユニット10は、バッテリ13に蓄えられている電力を電動モータ30に供給する、インバーターを含むモータ駆動装置12(図2参照)を有している。駆動ユニット10の例では、モータ駆動装置12はリアアーム50によって支持されている。詳細には、図4及び図5に示すように、リアアーム50は補助ハウジング55を有し、この補助ハウジング55にモータ駆動装置12が収容されている。モータ駆動装置12のこの配置によると、バッテリ13から電動モータ30まで伸びている電力供給用の電線を短くできる。駆動ユニット10の例では、モータ駆動装置12への指令値を算出する車両制御装置11も補助ハウジング55に収容されている。
図4に示すように、リアアーム50は、その前部に、ギア65や踏力センサ64などを収容しているフロントハウジング56を有している。フロントハウジング56はベアリング66A、66Bを介してクランク軸61を支持し、クランク軸61の回転を許容している。クランク軸61の両端部はフロントハウジング56から軸方向に突出している。クランク軸61の両端部にペダル63が固定されている。また、フロントハウジング56は、クランク軸61上に配置されているギア65と、踏力センサ64とを収容している(図5参照)。
(1)以上説明したように、駆動ユニット10は、後輪40に設けられている後輪ハブ41と、リアアーム50と、第1動力系と第2動力系とを有している。第1動力系は、後輪40の回転中心Ax1を中心として回転可能なロータ32とステータ31とを有し後輪ハブ41に収容されている電動モータ30を含み、ロータ32の回転を後輪ハブ41に伝達する。第2動力系は、ペダル63が取り付けられているクランク軸61を含み、クランク軸61の回転を後輪ハブ41に伝達する。第2動力系は、径方向におけるステータ31の内側に配置されている回転可能な第1伝達軸21と、第1伝達軸21とクランク軸61とを連結する動力伝達機構(自転車1において、第2伝達軸27、及びギア26、27B)とを含み、クランク軸61の回転を動力伝達機構と第1伝達軸21とを介して後輪ハブ41に伝達する。リアアーム50と動力伝達機構は、左右方向における後輪40の中心C1に対して左方に配置され、伝達軸21は、左右方向における後輪40の中心C1に対して、右方ある位置で後輪ハブ41と連結されている。この駆動ユニット10によれば、後輪40に対して左方に配置されるリアアーム50だけで後輪ハブ41を支持できるので、メンテナンス作業者は電動モータ30等に容易にアクセスできるようになり、メンテナンス作業性を向上できる。
本開示で提案する駆動ユニット及び自転車は、上述した駆動ユニット10及び自転車1の例に限られない。図9は、クランク軸61から第1伝達軸21に回転力を伝達する動力伝達機構として、チェーンドライブ機構を有している駆動ユニットの例を示す図である。図10は図9に示すX−X線での断面図である。
駆動ユニット110において、動力伝達機構として、ベルトドライブ機構が利用されてもよい。すなわち、駆動ユニット110は、クランク軸61上に配置されるプーリと、伝達軸21上に配置されるプーリと、これら2つのプーリに掛け渡されるベルトとを有してもよい。
Claims (15)
- 後輪に設けられている後輪ハブと、
リアアームと、
ロータとステータとを有し前記後輪ハブに収容されている電動モータを含み、前記ロータの回転を前記後輪ハブに伝達する第1動力系と、
ペダルが取り付けられているクランク軸を含み、前記クランク軸の回転を前記後輪ハブに伝達する第2動力系と、を有し、
前記第2動力系は、径方向における前記ステータの内側に配置されている回転可能な伝達軸と、前記伝達軸と前記クランク軸とを連結する動力伝達機構とを含み、前記クランク軸の回転を前記動力伝達機構と前記伝達軸とを介して前記後輪ハブに伝達し、
前記リアアームと前記動力伝達機構は、左右方向における前記後輪の中心に対して右方と左方のうち一方の方向である第1の方向に配置され、
前記伝達軸は、前記左右方向における前記後輪の中心に対して、前記第1の方向とは反対方向である第2の方向にある位置で前記後輪ハブと連結されている
ことを特徴とする駆動ユニット。 - 前記リアアームの後部から前記第2の方向に伸びている筒状の支持軸をさらに有し、
前記伝達軸は、前記支持軸の径方向における内側に配置され、
前記ステータは、前記支持軸の径方向における外側に固定されている
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動ユニット。 - 前記後輪ハブは、前記第1の方向に位置している第1壁部と、前記第2の方向に位置している第2壁部とを有し、
前記伝達軸と前記支持軸は、前記第1壁部に形成されている開口を通過して前記第2の方向に伸び、前記第2壁部に連結されている
ことを特徴とする請求項2に記載の駆動ユニット。 - 前記後輪ハブは前記支持軸によって回転可能に支持されている
ことを特徴とする請求項2に記載の駆動ユニット。 - 前記径方向における前記支持軸の外側に、第1ベアリングが嵌められ、
前記後輪ハブは前記第1ベアリングを介して前記支持軸によって回転可能に支持されている
ことを特徴とする請求項4に記載の駆動ユニット。 - 前記第1ベアリングは前記第1の方向に位置し、
第2ベアリングが前記第2の方向に位置し、
前記後輪ハブは前記第2ベアリングを介して前記支持軸によって回転可能に支持されている
ことを特徴とする請求項5に記載の駆動ユニット。 - 前記クランク軸から前記後輪ハブに至る前記動力伝達経路に、前記クランク軸から前記後輪ハブへの回転力の伝達を許容し、前記後輪ハブから前記クランク軸への回転力の伝達を規制する一方向クラッチが配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の駆動ユニット。 - 前記一方向クラッチは前記動力伝達機構よりも下流に配置されている
ことを特徴とする請求項7に記載の駆動ユニット。 - 前記一方向クラッチは前記伝達軸と前記後輪ハブとの間に配置されている
ことを特徴とする請求項7に記載の駆動ユニット。 - 前記径方向における前記第1ベアリングの内側に、前記ステータに接続している電線が通されている
ことを特徴とする請求項5に記載の駆動ユニット。 - 前記ステータに接続している電線が通される通路が前記支持軸に形成されている
ことを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載の駆動ユニット。 - 前記伝達軸は、その両端部で、回転可能に支持されている
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の駆動ユニット。 - 前記伝達軸は第1伝達軸であり、
前記動力伝達機構は、前記クランク軸から前記第1伝達軸に動力を伝える第2伝達軸を含む
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の駆動ユニット。 - 前記電動モータに電流を供給するモータ駆動装置をさらに備え、
前記モータ駆動装置は前記リアアームによって支持されている
ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の駆動ユニット。 - 請求項1乃至14のいずれかに記載の駆動ユニットを有している自転車。
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