JP2023094416A - モータユニット及び電動自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】ケースの幅を短くしてケースの小型化を図りやすいモータユニット及び電動自転車を提供する。【解決手段】モータユニット３は、ケース４と、ケース４内に収容され、モータ回転軸５１と、モータ回転軸５１と一体に回転するロータ５２とを有するモータ５と、入力軸６と、出力体８と、減速機構９と、を備える。入力軸６は、軸線６００方向にケース４を貫通して軸線６００回りに回転可能に配置される。出力体８は、軸線６００方向にケース４を貫通して軸線６００回りに回転可能に配置される。減速機構９は、ケース４内に収容され、モータ５の回転を減速して出力体８に伝達する。減速機構９は、互いに噛み合う歯車（９１１、９１２、９２１、９２２）の対（９１、９２）を複数有する。複数の歯車の対のうち少なくとも一対は、各歯車の回転の中心軸が互いに直交する。【選択図】図３

Description

本開示は、モータユニット及び電動自転車に関する。

従来、モータ駆動ユニットを搭載した電動アシスト自転車が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１が開示するモータ駆動ユニットは、ユニットケースと、モータと、クランク軸と、スプロケットに嵌め込まれる連動体と、減速機構と、を備えている。

減速機構としては、モータの回転軸と一体に回転する歯部及びこれと噛み合う大径歯車部からなる対と、大径歯車部と一体に回転する小径歯車部及びこれと噛み合う連動体の大径歯車部からなる対の二つの歯車の対が設けられている。

国際公開第２０１４／１８４８２６号

従来、上述したような電動アシスト自転車においては、クランク軸の軸線と、モータの回転軸の軸線とが平行となるようにモータが配置されている。このため、クランク軸の軸線方向に、モータの本体と、モータの回転軸及び歯部が並んでしまい、クランク軸の軸線方向において、ユニットケースの長さ（幅）を短くしにくく、ユニットケースの小型化を図りにくい、という問題があった。

本開示は上記従来の問題点に鑑み、ケースの幅を短くしてケースの小型化を図りやすいモータユニット及び電動自転車を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、一形態のモータユニットは、ケースと、前記ケース内に収容され、モータ回転軸と、前記モータ回転軸と一体に回転するロータとを有するモータと、入力軸と、出力体と、減速機構と、を備える。前記入力軸は、軸線方向に前記ケースを貫通して前記軸線回りに回転可能に配置される。前記出力体は、前記軸線方向に前記ケースを貫通して前記軸線回りに回転可能に配置される。前記減速機構は、前記ケース内に収容され、前記モータの回転を減速して前記出力体に伝達する。前記減速機構は、互いに噛み合う歯車の対を複数有する。前記複数の前記歯車の対のうち少なくとも一対は、各前記歯車の回転の中心軸が互いに直交する。

上記課題を解決するために、一形態の電動自転車は、前記モータユニットを備えている。

本開示の上記一形態に係るモータユニット及び電動自転車にあっては、ケースの幅を短くしてケースの小型化を図りやすい。

図１は、第一実施形態に係る電動自転車の側面図である。 図２は、同上の電動自転車のフレーム及びモータユニットの断面図である。 図３は、同上のモータユニットの入力軸、モータの回転軸及び減速機構の伝達回転軸の軸線を通る面で切断した断面図である。 図４は、同上のモータユニットの側面図である。 図５は、第二実施形態に係るモータユニットの入力軸、モータの回転軸及び減速機構の伝達回転軸の軸線を通る面で切断した断面図である。 図６は、同上のモータユニットの側面図である。 図７は、変形例に係る電動自転車の一部透過した側面図である。 図８は、更なる変形例に係る電動自転車の一部透過した側面図である。 図９は、更なる変形例に係る電動自転車の一部透過した側面図である。 図１０は、更なる変形例に係る電動自転車の一部透過した側面図である。 図１１は、更なる変形例に係る電動自転車の一部透過した側面図である。 図１２は、更なる変形例に係る電動自転車の一部透過した側面図である。

本開示は、モータユニット及び二輪車に関し、更に詳しくは、ケースと、モータと、入力軸と、出力体と、減速機構と、を備えるモータユニット及びこのモータユニットを備えた電動アシスト自転車、電動バイク等の電動自転車に関する。

以下、本開示のモータユニット及び電動自転車の第一実施形態について、図１～図４に基づいて説明する。

図１に示すように、電動自転車１は、フレーム１０と、車輪１１と、モータユニット３と、を備える。なお、電動自転車１については、設計上、進行方向が決まっている。以下の説明において、進行方向を前方とするとともにその反対方向を後方とする。また、左方及び右方については、前方を向いた状態での左方及び右方とする。

フレーム１０は、電動自転車１を運転する者（以下、運転者とする）を支持する。フレーム１０及び運転者の荷重は、車輪１１を構成する前輪１１１及び後輪１１２を介して地面に支持される。

フレーム１０は、ヘッドパイプ１０１、上パイプ１０２、下パイプ１０３、立パイプ１０４、シートステー１０５、チェーンステー１０６及びブラケット２を有する。フレーム１０は、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属により形成されるが、非金属を一部に含んでもよい。また、フレーム１０全体が非金属により形成されてもよく、フレーム１０の材質は特に限定されない。

図２に示すように、ヘッドパイプ１０１は、概ね上下方向に開口する筒状部材である。なお、ここでいう概ね上下方向とは、鉛直方向と３０度程度以下の角度をなす方向を意味するものとする。図１に示すように、ヘッドパイプ１０１には、ハンドルポスト１２が上下に貫通するように挿入される。ハンドルポスト１２は、ヘッドパイプ１０１に対して軸線方向回りに回転可能に挿入される。ハンドルポスト１２の下端部には、フロントフォーク１２１が形成される。フロントフォーク１２１には、前輪１１１が回転可能に取り付けられる。ハンドルポスト１２の上端部には、ハンドルバー１２２が固定される。ハンドルバー１２２には、電動の入切等を行うための手元操作部と、後輪１１２が有する変速機構による速度変更を行うための変速操作部と、が設けられる。

図２に示すように、上パイプ１０２は、ヘッドパイプ１０１より概ね後方に延びる筒状部材である。上パイプ１０２は、必ずしも直線状でなくてもよい。なお、ここでいう概ね後方とは、後方と４０度程度以下の角度をなす方向を意味するものとする。上パイプ１０２の前端部は、ヘッドパイプ１０１の後方側の側壁に、溶接等により固定される。上パイプ１０２の後端部は、立パイプ１０４に固定される。

立パイプ１０４は、概ね上下方向に開口する筒状部材である。立パイプ１０４の上端部近傍の前方側の側壁に、上パイプ１０２の後端部が溶接等により固定される。立パイプ１０４の上端部の開口には、図１に示すように、サドル１３より下方に延びる軸が挿入される。この軸が立パイプ１０４に固定されることにより、サドル１３が立パイプ１０４に固定される。立パイプ１０４の下端部には、ブラケット２が固定される。

図２に示すように、下パイプ１０３は、ヘッドパイプ１０１より概ね後方の斜め下方に延びる筒状部材である。上パイプ１０２は、必ずしも直線状でなくてもよい。なお、ここでいう概ね後方の斜め下方とは、後方よりも下側であって、かつ、ヘッドパイプ１０１が延びる方向よりも下側に傾いた方向を意味するものとする。下パイプ１０３の前端部は、ヘッドパイプ１０１の後方側の側壁のうち、上パイプ１０２が固定される部分よりも下側の部分に、溶接等により固定される。下パイプ１０３の後端部には、ブラケット２が固定される。ブラケット２は、フレーム１０の一部であり、モータユニット３を支持する。

ブラケット２の下側にモータユニット３が固定され、モータユニット３はブラケット２に支持される。ブラケット２の内面とモータユニット３の外面との間に、配線空間２０が形成される。

ブラケット２の前端部には、下パイプ１０３の後端部が、嵌合（焼嵌めを含む）、締結又は溶接等により固定される。第一実施形態では、ブラケット２の前端部に上下に貫通する貫通孔２５が形成され、貫通孔２５の周囲の部分から筒部２５１が突出している。この筒部２５１に、下パイプ１０３の後端部が被せられて嵌合されている。

ブラケット２の前後方向における中間部には、立パイプ１０４の下端部が、嵌合（焼嵌めを含む）、締結又は溶接等により固定される。第一実施形態では、ブラケット２の中間部に上下に貫通する貫通孔２６が形成され、貫通孔２６の周囲の部分から筒部２６１が突出している。この筒部２６１に、立パイプ１０４の下端部が被せられて嵌合されている。

ブラケット２の後端部には、チェーンステー１０６の前端部が、嵌合（焼嵌めを含む）、締結又は溶接等により固定される。チェーンステー１０６は、ブラケット２より概ね後方に延びる二本の中空又は中実の部材である。第一実施形態では、ブラケット２の後端部に筒状をしたチェーンステー１０６の前端部が溶接により固定されている。また、ブラケット２のチェーンステー１０６の内部空間に対応する位置に、上下に貫通する貫通孔２７が形成されている。

図１に示すように、上パイプ１０２の後端部に、シートステー１０５の前端部が、嵌合（焼嵌めを含む）、締結又は溶接等により固定される。シートステー１０５は、立パイプ１０４の上端部近傍より概ね後方に延びる二本の中空又は中実の部材である。第一実施形態では、筒状をしたシートステー１０５の前端部が溶接等により固定されている。シートステー１０５の後端部はチェーンステー１０６の後端部に固定されており、この部分に後輪１１２が回転可能に取り付けられる。

また、図２に示すように、ブラケット２及び下パイプ１０３は、モータユニット３に電力を供給するためのバッテリ１５（図１参照）が装着されるバッテリ装着部１６を有する。バッテリ装着部１６は、ブラケット２に形成される下支持部１６１と、下パイプ１０３に形成される上支持部１６２と、を有する。下支持部１６１は、バッテリ１５の下端部が脱落しにくいように装着されて、バッテリ１５を支持する。また、下支持部１６１は、バッテリ１５の下端部に形成される給電用又は信号用の複数のバッテリ端子と電気的にそれぞれ接続される複数の端子を有する。複数の端子には、それぞれ配線１６３の一端が電気的に接続される。

上支持部１６２は、バッテリ１５の上端部が装着されて、バッテリ１５が脱落しないようにバッテリ１５をロックするロック装置を有する。

また、下パイプ１０３及び配線空間２０内には、変速操作部と変速機構とをつなぐ変速ワイヤ１７やブレーキワイヤが通される。

以下、モータユニット３について図３に基づいて説明する。モータユニット３は、ケース４と、モータ５と、入力軸６と、入力体７と、出力体８と、減速機構９と、を備える。

ケース４は、モータユニット３の外殻を構成する。ケース４は、内部に形成される収容空間に、減速機構９等の機器を収容する。ケース４は、主にアルミニウム、ステンレス鋼、マグネシウム合金等の金属により形成されるが、非金属が用いられてもよく、ケース４の材質は特に限定されない。

ケース４は、左側に位置する第１分割体４１と、右側に位置する第２分割体４２と、に分割されている。第１分割体４１と第２分割体４２とが組み合わされて、ケース４が構成される。第一実施形態では、ケース４は左右方向に分割されているが、ケース４は、前後方向に分割されたり、上下方向に分割されたり、更に別の方向に分割されてもよい。また、ケース４については、後で更に詳しく説明する。

第１分割体４１では、内部の収容空間が右方に開放される。また、第１分割体４１は、モータカップ５７を有する。モータカップ５７は、後述する軸線６００と直交する方に突出して内部にモータ５を収容する。モータカップ５７は、第１分割体４１の一部に取り付けられる。モータカップ５７は、ボルトよりなる締結部材５７１により第１分割体４１と固定される。第一実施形態では、モータカップ５７は、第１分割体４１に取り付けられているが、モータカップ５７は、第２分割体４２に取り付けられてもよいし、第１分割体４１と第２分割体４２の両方に跨って取り付けられてもよい。

また、モータカップ５７とケース４とは別体に形成されているが、モータカップ５７がケース４と一体に形成されてもよい。例えば、モータカップ５７の全体が第１分割体４１と一体に形成されてもよい。また、図示しないが、モータカップ５７の全体が第２分割体４２と一体に形成されてもよいし、モータカップ５７の一部が第１分割体４１に一体に形成されると共に残りの部分が第２分割体４２に一体に形成されてもよい。この場合、第１分割体４１と第２分割体４２とが組み合わされることで、モータカップ５７が構成される。第２分割体４２は、内部の収容空間が左方に開放される。第１分割体４１と第２分割体４２とは、それぞれの収容空間が連続するように左右から合わせられて、ボルトよりなる締結部材により互いに固定される。第１分割体４１と第２分割体４２とが互いに固定されて、ケース４が構成される。なお、ケース４の大きさ、形状及び厚み等は、特に限定されない。また、ケース４の内部に形成される収容空間は、密閉されてもよいし、密閉されなくてもよい。

モータ５は、ケース４に取り付けられる。更に詳しくは、モータ５は、主に第１分割体４１に取り付けられるモータカップ５７内に収容される。モータ５は、ケース４内に収容される。モータ５は、モータ回転軸５１と、モータ回転軸５１と一体に回転するロータ５２と、ステータ５３と、を有する。ロータ５２、ステータ５３とモータ回転軸５１の一部が、モータカップ５７内に位置する。モータ回転軸５１は、その回転の中心軸が軸線６００と直交する方を向くように、回転可能に収容される。なお、モータ回転軸５１の中心軸が軸線６００と直交しており、かつモータ回転軸５１と軸線６００とがねじれの関係にある構成でもよい。また、モータ回転軸５１の中心軸が軸線６００と直交しておらず、かつモータ回転軸５１と軸線６００とがねじれの関係にある構成でもよい。モータ回転軸５１は、ステータ５３から一方に突出しており、突出した部分の外面に減速機構９と噛み合う歯部５４が形成されている。モータ回転軸５１の突出した部分及びその外面に形成される歯部５４により、モータ回転軸５１と一体に回転する第１歯車９１１が構成される。モータ回転軸５１の両端部はそれぞれ、第２分割体４２に配置された回転軸支持軸受５５１と、モータカップ５７に配置された回転軸支持軸受５５２と、に支持される。

入力軸６は、軸線６００方向（第一実施形態では左右方向）にケース４を貫通して、入力軸６の軸線６００回りに回転可能に配置される。入力軸６は、入力軸体６０と、入力体７と、を有する。入力軸体６０は、第一実施形態では中空部材により構成されているが、中実部材により構成されてもよい。

ケース４は、入力軸体６０を回転可能に支持する第１軸受４５を、軸線６００方向の一端側（第一実施形態では左端側）に有する。第１分割体４１には、入力軸体６０が通る入力軸孔４１１が形成されており、この入力軸孔４１１に、第１軸受４５が配置されている。第一実施形態では、第１軸受４５は、ボールベアリングにより構成される。なお、第１軸受４５としては、ころ軸受等の他の様々な軸受も利用可能であり、ボールベアリングに限定されない。

また、ケース４は、出力体８を回転可能に支持する第２軸受４６を軸線６００方向の他端側（第一実施形態では右端側）に有する。第２分割体４２には、入力軸体６０が通る入力軸孔４２１が形成されており、この入力軸孔４２１に、第２軸受４６が配置されている。第一実施形態では、入力軸体６０は出力体８を介して間接的に第２軸受４６に支持される。第一実施形態では、第２軸受４６は、ボールベアリングにより構成される。なお、第２軸受４６としては、ころ軸受等の他の様々な軸受も利用可能であり、ボールベアリングに限定されない。

入力軸体６０の端部には、図１に示すように、クランクアーム１８の一端側が固定される。クランクアーム１８の他端側には、ペダル１８１が回転可能に取り付けられる。電動自転車１の運転者は、ペダル１８１を漕ぐことにより、入力軸体６０に人力の回転力を伝えることができる。

図３に示すように、入力体７は、入力軸体６０の外周面に沿って配置され、入力軸体６０と一体に回転する。入力体７は、筒状をした部材で、その軸線６００方向が左右方向を向き、入力軸体６０と同芯状に配置される。入力体７の左右方向の長さは、入力軸体６０の左右方向の長さよりも短い。入力体７と入力軸体６０は、軸線６００方向の一部に、軸線６００回りに相対的に回転不能となるように互いに嵌合する嵌合部７１１、６１を有する。第一実施形態では、入力体７の左端部とこの部分に対応する入力軸体６０に、スプライン部又はセレーション部等からなる嵌合部７１１、６１が形成されている。嵌合部７１１、６１は、雄ねじおよび雌ねじによって嵌合する構成であっても良い。

更に第一実施形態では、入力体７は、入力軸体６０に連結される。入力体７と入力軸体６０との間に隙間７０が形成されている。これにより、筒状をした入力体７の内部へ入力軸体６０を挿入しやすくなっている。

出力体８は、入力軸体６０の外周面に沿って軸線６００回りに回転可能に配置され、軸線６００方向にケースを貫通している。出力体８は、入力体７から回転力を受ける。入力体７及び出力体８は、入力体７と出力体８とが一体的に回転するように連結する連結部を有する。なお、入力体７と出力体８との間に、電動自転車１を進行方向に加速させる方向（以下、加速方向とする）の回転力が出力体８にかかる場合にこの回転力を入力体７に伝達しないワンウェイクラッチを配置してもよい。このワンウェイクラッチを配置した場合、モータ５の駆動力のみで電動自転車１を駆動する場合（例えば押し歩きモード）において、入力軸６が供回りすることがなくなる。入力体７の外周面に、周方向に並設される凹凸からなるスプライン部７３が形成される。同様に、出力体８の内周面に、周方向に並設され、スプライン部７３と噛み合う凹凸からなるスプライン部８１が形成される。スプライン部７３及びスプライン部８１により、連結部が構成される。

出力体８は、概ね筒状をした部材で、その軸線６００方向が左右方向を向き、入力軸体６０と同芯状に配置される。出力体８の左右方向の長さは、入力軸体６０の左右方向の長さよりも短い。出力体８の右端部は、第２分割体４２に形成された入力軸孔４２１を通ってケース４外に突出している。出力体８は、第２分割体４２に配置された第２軸受４６に支持されている。出力体８は、入力軸体６０及び入力体７とともに回転軸ユニット３０を構成する。回転軸ユニット３０は、第１軸受４５及び第２軸受４６を介して、ケース４に支持される。

出力体８のケース４外に突出した部分には、前側のスプロケット１９１がロックリング１９５により固定される。前側のスプロケット１９１は、出力体８と一体に回転する。また、図１に示すように、後輪１１２のハブに後側のスプロケット１９２が固定される。前側のスプロケット１９１と後側のスプロケット１９２との間に、チェーン１９３が掛け回される。

スプライン部７３及びスプライン部８１からなる連結部が入力体７（入力軸６）及び出力体８に形成されることにより、入力軸６と出力体８とが一体的に回転して、入力軸６の回転数と出力体８の回転数が一致する。これにより、入力軸６（入力軸体６０及び入力体７）、出力体８及び前側のスプロケット１９１の軸線６００回りの回転における位相が固定される。

また、いわゆるコースターブレーキを採用する場合、このような連結部は有効に機能する。なお、連結部としては、スプライン部７３及びスプライン部８１に限定されず、例えば、入力体７及び出力体８の外表面にキー溝が形成され、キー溝にキーが嵌め込まれるものであってもよいし、セレーションで形成されてもよい。

図３に示すように、出力体８には、減速機構９を構成する第４歯車９２２が取り付けられる。第４歯車９２２は、外周面に、減速機構９の歯部８２を有する。第４歯車９２２は、出力体８の一部となって出力体８と一体に回転し、モータ５の回転力を受けて、出力体８に回転力を伝達する。第一実施形態では、減速機構９と出力体８との間にワンウェイクラッチ３１６を備えている。具体的には、第４歯車９２２は、ワンウェイクラッチ３１６を介して出力体８に連結される。ワンウェイクラッチ３１６は、出力体８の外周に配置され、ワンウェイクラッチ３１６の回転の中心軸が軸線６００上に位置する。これにより、ケース４内の入力軸６及び出力体８から離れた部分にワンウェイクラッチ３１６を配置する必要がなくなり、ケース４内の入力軸６及び出力体８から離れた部分にスペースを形成しやすい。

ワンウェイクラッチ３１６は、第４歯車９２２に、加速方向の回転力がモータ５からかかる場合にこの回転力を出力体８に伝達し、加速方向と反対方向の回転力がかかる場合にはこの回転力を出力体８に伝達しない。また、出力体８に、加速方向の回転力がかかる場合にこの回転力を第４歯車９２２に伝達しない。なお、ワンウェイクラッチ３１６は減速機構９と出力体８との間に配置されているため、出力体８に加速方向の回転力がかかる際、減速機構９のうち伝達回転軸３１０に設けられた部材や減速機構９と歯部５４を介して繋がるロータ５２などが連れ回ることがない。これによりモータ５が停止した状態で電動自転車１が走行するとき、運転者は軽い走行感を得ることができる。

減速機構９は、ケース４内に収容され、モータ５の回転を減速して出力体８に伝達する。減速機構９は、互いに噛み合う歯車の対を複数有する。複数の歯車の対のうち少なくとも一対は、各歯車の回転の中心軸が互いに直交する。第一実施形態では、減速機構９は、第１歯車対９１及び第２歯車対９２からなる二つの歯車の対を有する。

第１歯車対９１は、モータ回転軸５１と一体に回転する上述した第１歯車９１１と、伝達回転軸３１０の外周面に沿って配置される第２歯車９１２と、により構成される。伝達回転軸３１０は、回転の中心軸が軸線６００に平行になるように、回転可能にケース４に収容される。伝達回転軸３１０の両端部は、第２分割体４２に配置された伝達回転軸支持軸受３１４と、第１分割体４１に配置された伝達回転軸支持軸受３１５とに支持される。

第１歯車対９１を構成する第１歯車９１１の中心軸と、第２歯車９１２の中心軸とは、互いに直交する。第一実施形態における第１歯車対９１は、まがりばかさ歯車を有する。すなわち、第１歯車９１１と第２歯車９１２とは、まがりばかさ歯車を構成する。なお、第１歯車対９１は、まがりばかさ歯車ではなく、すぐばかさ歯車やハイポイドギアやフェースギアやねじ歯車を有するものであってもよい。例えば、すぐばかさ歯車の場合、小型化、伝達効率向上、組み立て性向上等の利点がある。また、例えば、ハイポイドギアの場合、減速比を大きくとれる等の利点がある。

第２歯車対９２は、伝達回転軸３１０の外周面に沿って配置される第３歯車９２１と、出力体８と一体に回転する上述した第４歯車９２２と、により構成される。第２歯車対９２を構成する第３歯車９２１の中心軸と、第４歯車９２２の中心軸とは、互いに平行となる。第一実施形態における第２歯車対９２は、平歯車を有する。すなわち、第３歯車９２１と第４歯車９２２と、平歯車である。なお、第３歯車９２１と第４歯車９２２は、平歯車ではなく、はすば歯車であってもよい。

第２歯車９１２の外径は、第３歯車９２１の外径よりも大きい。第２歯車９１２及び第３歯車９２１は、伝達回転軸３１０と一体に回転する。

第２歯車９１２の外周面には、歯部３１３が形成されている。歯部３１３は、モータ５のモータ回転軸５１に形成された歯部５４と噛み合って、モータ回転軸５１から受ける回転力によって回転する。

第３歯車９２１の外周面には、歯部３１７が形成されている。歯部３１７は、第４歯車９２２が有する歯部８２と噛み合って、伝達回転軸３１０を介して第２歯車９１２から受ける回転力を、第４歯車９２２が有する歯部８２に伝達する。

運転者が、電動自転車１のペダル１８１を漕ぐことにより、入力軸体６０に、加速方向の回転力がかかる。入力軸体６０が回転すると、入力体７は、入力軸体６０と一体に回転する。入力体７の加速方向の回転力は、出力体８に加速方向の回転力がかかり、出力体８及び前側のスプロケット１９１は加速方向に回転する。前側のスプロケット１９１が加速方向に回転すると、チェーン１９３を介して後側のスプロケット１９２に加速方向の回転力がかかり、後側のスプロケット１９２及び後輪１１２が加速方向に回転する。これにより、電動自転車１は進行方向に進行する。

また、電動自転車１が人力で進行方向に進行中に、モータ５からの回転力を補助力として出力体８に加えることができる。以下に詳しく説明する。モータ５のモータ回転軸５１が加速方向に回転すると、モータ５のモータ回転軸５１と一体に回転する第１歯車９１１と噛み合う第２歯車９１２が加速方向に回転する。第２歯車９１２の加速方向の回転力は、伝達回転軸３１０及び伝達回転軸３１０に固定される第３歯車９２１に伝達され、第３歯車９２１は加速方向に回転する。第３歯車９２１の加速方向の回転力は、第３歯車９２１と噛み合う第４歯車９２２に伝達され、更にワンウェイクラッチ３１６を介して出力体８に伝達される。すなわち、出力体８は、入力体７からの人力の回転力と、モータ５からの回転力とが合わさる合力体として機能する。第一実施形態におけるモータユニット３は、いわゆる一軸式のモータユニット３である。

電動自転車１にあっては、入力軸体６０にかかっているトルク及び入力軸体６０の単位時間当たりの回転数に応じて、モータ５からの回転力が制御される。入力軸体６０にかかっているトルクは、トルク検出部３３により検出される。トルク検出部３３は、回転軸ユニット３０の外周面に沿う、軸線６００方向の一部の範囲に配置される。

第一実施形態では、入力体７の外周面に、磁気異方性が付与された磁歪発生部３３１が形成されている。また、入力体７の外周面の磁歪発生部３３１が設けられた部分から若干の間隔をあけて、コイル３３２が配置されている。これらの磁歪発生部３３１及びコイル３３２により、トルク検出部３３としての磁歪式のトルクセンサが構成されている。このような磁歪式のトルクセンサとしては、様々なものが適宜利用可能である。また、トルク検出部３３は、磁歪式のトルクセンサに限定されない。

入力軸体６０の単位時間当たりの回転数は、回転検出部３４により検出される。回転検出部３４は、回転軸ユニット３０の外周面に沿う、軸線６００方向の一部の範囲に配置される。

第一実施形態では、入力体７の外周面側であって、トルク検出部３３のコイル３３２の右側に、周方向に一定間隔で歯部及び歯部の間に形成される通光部を有する回転体３４１が、入力体７と一体に回転するように固定されている。更に、回転体３４１の歯部を左右から挟むように光センサ３４２が配置される。光センサ３４２は、歯部の左側に配置される出光部と、歯部の右側に配置される受光部と、を有するが、出光部及び受光部の位置関係は限定されない。このような回転体３４１及び光センサ３４２を有する回転検出部３４としては、様々なものが適宜利用可能である。また、回転検出部３４は、回転体３４１及び光センサ３４２を有するものに限定されない。

モータユニット３は、ケース４内に、モータ５を制御する制御部を有する制御基板３５が配置される。制御部は、例えばマイクロコンピュータを有し、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、各要素の動作を制御する。このような制御部は、様々なものが適宜利用可能であり、詳細な説明は省略する。制御部は、トルク検出部３３により検出されたトルク及び回転検出部３４により検出された回転数に基いて、モータ５からの回転力を制御する。

第一実施形態では、一対の第１歯車９１１、第２歯車９１２が、第１歯車９１１、第２歯車９１２の回転の中心軸が互いに直交するため、モータ５のモータ回転軸５１の中心軸を軸線６００方向と直交させやすい。これにより、ケース４内に配置されるモータ５及び減速機構９の軸線６００方向の長さを短くし、ケース４の幅を短くしていわゆるＱファクターを小さくし、ケース４の小型化を図ることができる。

第一実施形態では、入力軸６の回転数と出力体８の回転数が一致する。換言すると、入力軸６と出力体８との間には、入力軸６の回転力を出力体８に伝達するための歯車が介在していない。このため、歯車が介在する場合に発生しやすい歯打ち音が発生せず、静粛なモータユニット３を構成しやすい。

また、第一実施形態では、減速機構９は、第１歯車対９１及び第２歯車対９２からなる二つの歯車の対を有し、モータ５の回転力が、いわゆる二段減速により、出力体８に伝達されるため、大きな減速を達成しやすい。

また、第一実施形態では、第４歯車９２２は、歯部８２がはす歯であるため、噛み合い率が向上し、静粛なモータユニット３を構成しやすい。

次に、第二実施形態のモータユニット３について、図５及び図６に基いて説明する。なお、第二実施形態のモータユニット３は、第一実施形態のモータユニット３と大部分において同じである。以下、主に第一実施形態と異なる部分について説明する。

第一実施形態では、第１歯車対９１は、まがりばかさ歯車を有するものであった。これに対して第二実施形態では、第１歯車対９１は、ウォームギアを有するものである。第１歯車対９１を構成する一方の第１歯車９１１は、ウォームギアからなり、第１歯車対９１を構成する他方の第２歯車９１２は、ウォームホイールからなる。第１歯車９１１のらせん状をした歯部５４と、第２歯車９１２の歯部３１３が噛み合う。

第二実施形態においても、ケース４内に配置されるモータ５及び減速機構９の軸線６００方向の長さを短くし、ケース４の幅を短くしていわゆるＱファクターを小さくし、ケース４の小型化を図ることができる。

次に、第一実施形態及び第二実施形態の変形例について説明する。

入力体７と出力体８との間に、ワンウェイクラッチが配置されてもよい。この場合、モータ５の駆動によって入力軸６は回転されない。よって、モータ５によってのみ駆動される電動自転車１を押し歩く際、クランクアーム１８が供回りされず運転者は好適に車体を取りまわすことができる。ワンウェイクラッチは、入力体７に、加速方向の回転力がかかる場合にこの回転力を出力体８に伝達し、加速方向と反対方向の回転力がかかる場合にはこの回転力を出力体８に伝達しない。また、このワンウェイクラッチは、出力体８に、加速方向の回転力がかかる場合にこの回転力を入力体７に伝達しない。

モータユニット３は、フレーム１０に内蔵されてもよい。フレーム１０にモータユニット３が内蔵される場合、フレーム１０の構成する複数の部材（例えば立パイプ１０４とチェーンステー１０６など）に跨り位置してもよい。

第１歯車対９１は、フェースギアを有してもよい。

第１歯車対９１は、ハイポイドギアを有してもよい。

第１歯車対９１は、ねじ歯車を有してもよい。

次に、図７に示す変形例について説明する。本変形例は、第一実施形態又は第二実施形態の電動自転車１における、主にフレーム１０へのバッテリ１５の装着状態が異なる例である。

本変形例では、下パイプ１０３は中間部分が下方に凸となるように屈曲しており、この屈曲部よりも前側の前部１０３１と屈曲部よりも後側の後部１０３２とを有している。バッテリ１５は、前部１０３１内に収容されることで、フレーム１０に装着される。

バッテリ１５がフレーム１０に装着された状態において、モータ回転軸５１の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線５１０と、バッテリ１５の長手方向に伸びる第２仮想線１５０とが交差している。モータ回転軸５１の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線５１０は、後部１０３２の長手方向に沿っている。また、バッテリ１５の長手方向に伸びる第２仮想線１５０は、前部１０３１の長手方向に沿っている。

第１仮想線５１０と第２仮想線１５０とが交差する点（下パイプ１０３の屈曲部のあたりの点）は、モータ回転軸５１から延びる第１仮想線５１０とバッテリ１５から延びる第２仮想線１５０の交差点であり、この交差点にはバッテリ１５及びモータ５（モータユニット３）が位置しない。

バッテリ１５は、後部１０３２に形成された開口（不図示）を介して、前部１０３１内に収容される。更に説明すると、後部１０３２の第２仮想線１５０と交差する部分に、バッテリ１５が挿通可能な開口が形成されており、この開口には蓋（不図示）が着脱可能に装着される。バッテリ１５は、蓋が外された後部１０３２の開口より、前部１０３１内に向けて前方に挿入され、挿入後、蓋が開口に装着される。前部１０３１内に挿入されたバッテリ１５の端子は、バッテリ装着部１６が有するバッテリ端子と電気的に接続される。

本変形例にあっては、第２仮想線１５０上に、モータ５（モータユニット３）が位置しない。このため、バッテリ１５を前部１０３１の長手方向に沿って移動させて取り出す際に、動線上（すなわち第２仮想線１５０上）にモータ５（モータユニット３）等の障害物がなく、バッテリ１５をフレーム１０から取り外しやすい。また、フレーム１０の小型化を図りやすい。

次に、図８に示す変形例について説明する。本変形例は、図７に示す変形例の更なる変形例であり、図７に示す変形例と大部分の構成が同じであるため、図７に示す変形例と異なる構成についてのみ説明する。

本変形例は、図７に示す変形例において上パイプ１０２を省略した例である。本変形例の電動自転車１にあっては、上パイプ１０２が設けられていないため、電動自転車１に乗っていない状態から電動自転車１に乗る際に、足を上パイプ１０２の上方を通したり後輪１１２の後方を通して跨ったりする必要がなく、電動自転車１に乗りやすい。また、図７に示す変形例と同様に、第２仮想線１５０上に、モータ５（モータユニット３）が位置しないため、バッテリ１５を前部１０３１の長手方向に沿って移動させて取り出す際に、動線上（すなわち第２仮想線１５０上）にモータ５（モータユニット３）等の障害物がなく、バッテリ１５をフレーム１０から取り外しやすい。また、フレーム１０の小型化を図りやすい。

次に、図９に示す変形例について説明する。本変形例は、第一実施形態又は第二実施形態の電動自転車１における、主にフレーム１０へのバッテリ１５の装着状態が異なる例である。

本変形例では、下パイプ１０３は、図７及び図８に示す変形例とは異なり、図１に示す実施形態と同様に屈曲しておらず、直線状に形成されている。バッテリ１５は、下パイプ１０３内に収容されることで、フレーム１０に装着される。モータ回転軸５１の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線５１０及びバッテリ１５の長手方向に伸びる第２仮想線１５０は、下パイプ１０３の長手方向に沿っている。

本変形例では、入力軸６の軸線６００方向からみたとき、モータ回転軸５１の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線５１０が、バッテリ１５と重なる。更に言うと、第１仮想線５１０が、第２仮想線１５０に沿って平行になっている。

本変形例にあっては、モータ回転軸５１とバッテリ１５とを略同一直線上に配置しやすく、フレーム１０の小型化を図りやすい。

次に、図１０に示す変形例について説明する。本変形例は、図９に示す変形例の更なる変形例であり、図９に示す変形例と大部分の構成が同じであるため、図９に示す変形例と異なる構成についてのみ説明する。

本変形例では、バッテリ１５は、直線状をした立パイプ１０４内に収容されることで、フレーム１０に装着される。モータ回転軸５１の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線５１０及びバッテリ１５の長手方向に伸びる第２仮想線１５０は、立パイプ１０４の長手方向に沿っている。

本変形例では、図９に示す変形例と同様に、入力軸６の軸線６００方向からみたとき、モータ回転軸５１の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線５１０が、バッテリ１５と重なる。更に言うと、第１仮想線５１０が、第２仮想線１５０に沿っている。

本変形例にあっては、図９に示す変形例と同様に、モータ回転軸５１とバッテリ１５とを略同一直線上に配置しやすく、フレーム１０の小型化を図りやすい。

次に、図１１に示す変形例について説明する。本変形例は、図１０に示す変形例の更なる変形例であり、図１０に示す変形例と大部分の構成が同じであるため、図１０に示す変形例と異なる構成についてのみ説明する。

本変形例では、バッテリ１５は、直線状をした立パイプ１０４の後側に装着されることで、フレーム１０に装着される。モータ回転軸５１の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線５１０及びバッテリ１５の長手方向に伸びる第２仮想線１５０は、立パイプ１０４の長手方向に沿っている。すなわち、入力軸６の軸線６００方向からみたとき、第１仮想線５１０が、第２仮想線１５０に沿って平行になっているが、第１仮想線５１０と第２仮想線１５０とは同一直線上になく、平行にずれている。

本変形例にあっては、第１仮想線５１０と第２仮想線１５０とが平行になるため、フレーム１０を直線的に形成しやすく、これによりフレーム１０の剛性を向上させやすい。

次に、図１２に示す変形例について説明する。本変形例は、図１１に示す変形例の更なる変形例であり、図１１に示す変形例と大部分の構成が同じであるため、図１１に示す変形例と異なる構成についてのみ説明する。

図１１に示す変形例では、バッテリ１５は立パイプ１０４の後側に装着されることでフレーム１０に装着されるのに対し、本変形例では、バッテリ１５は、直線状をした立パイプ１０４の前側に装着される点で異なる。モータ回転軸５１の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線５１０及びバッテリ１５の長手方向に伸びる第２仮想線１５０は、立パイプ１０４の長手方向に沿っている。すなわち、入力軸６の軸線６００方向からみたとき、第１仮想線５１０が、第２仮想線１５０に沿って平行になっているが、第１仮想線５１０と第２仮想線１５０とは同一直線上になく、平行にずれている。

本変形例にあっては、図１１に示す変形例と同様に、第１仮想線５１０と第２仮想線１５０とが平行になるため、フレーム１０を直線的に形成しやすく、これによりフレーム１０の剛性を向上させやすい。

以上、述べた実施形態およびその変形例から明らかなように、第１の態様のモータユニット３は、ケース４と、ケース４内に収容され、モータ回転軸５１と、モータ回転軸５１と一体に回転するロータ５２とを有するモータ５と、入力軸６と、出力体８と、減速機構９と、を備える。入力軸６は、軸線６００方向にケース４を貫通して軸線６００回りに回転可能に配置される。出力体８は、軸線６００方向にケース４を貫通して軸線６００回りに回転可能に配置される。減速機構９は、ケース４内に収容され、モータ５の回転を減速して出力体８に伝達する。減速機構９は、互いに噛み合う歯車の対を複数有する。複数の歯車の対のうち少なくとも一対は、各歯車の回転の中心軸が互いに直交する。

第１の態様によれば、ケース４内に配置されるモータ５及び減速機構９の軸線６００方向の長さを短くしやすく、ケース４の幅を短くしてケース４の小型化を図りやすい。

第２の態様は、第１の態様との組み合わせにより実現され得る。第２の態様では、減速機構９は、第１歯車対９１及び第２歯車対９２からなる二つの歯車の対を有する。第１歯車対９１を構成する第１歯車９１１、第２歯車９１２の中心軸は、互いに直交する。第２歯車対９２を構成する第３歯車９２１、第４歯車９２２の中心軸は、互いに平行となる。

第２の態様によれば、ケース４の幅を短くしてケース４の小型化を図りやすい。

第３の態様は、第２の態様との組み合わせにより実現され得る。第３の態様では、第１歯車対９１は、第１歯車９１１、第２歯車９１２の中心軸が交わる。

第３の態様によれば、小型化、伝達効率向上および組み立て性向上を図りやすい。

第４の態様は、第２の態様との組み合わせにより実現され得る。第４の態様では、第１歯車対９１は、第１歯車９１１、第２歯車９１２の中心軸が交わらない。

第４の態様によれば、減速比を大きくとりやすい。

第５の態様は、第４の態様との組み合わせにより実現され得る。第５の態様では、第１歯車対９１は、ハイポイドギア又はまがりばかさ歯車である。

第５の態様によれば、ケース４の幅を短くしてケース４の小型化を図りやすい。

第６の態様は、第２～第５のいずれかの態様との組み合わせにより実現され得る。第６の態様では、第１歯車対９１は、減速機構９は、伝達回転軸３１０を有し、第１歯車対９１をモータ回転軸５１と一体に回転する第１歯車９１１と、伝達回転軸３１０に配置される第２歯車９１２とで構成し、第２歯車対９２を伝達回転軸３１０に配置される第３歯車９２１と、出力体８と一体に回転する第４歯車９２２とで構成している。

第６の態様によれば、ケース４の幅を短くしてケース４の小型化を図りやすい。

第７の態様は、第１又は第２の態様との組み合わせにより実現され得る。第７の態様では、入力軸６の回転数と出力体８の回転数が一致するように構成されている。

第７の態様によれば、入力軸６と出力体８の軸線６００回りの回転における位相が固定される。

第８の態様は、第１又は第２の態様との組み合わせにより実現され得る。第８の態様では、減速機構９と出力体８との間にワンウェイクラッチ３１６を備える。ワンウェイクラッチ３１６の回転の中心軸が軸線６００上に位置する。

第８の態様によれば、ケース４内の入力軸６及び出力体８から離れた部分にワンウェイクラッチ３１６を配置する必要がなくなり、ケース４内の入力軸６及び出力体８から離れた部分にスペースを形成しやすい。

第９の態様の電動自転車１は、第１～第８のいずれかのモータユニット３を備えている。

第９の態様によれば、ケース４の幅を短くしてケース４の小型化を図った電動自転車１としやすい。

第１０の態様は、第６の態様との組み合わせにより実現され得る。第１０の態様では、第６の態様のモータユニット３と、フレーム１０と、フレーム１０に装着されるバッテリ１５とを備える。入力軸６の軸線６００方向からみたとき、モータ回転軸５１の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線５１０がバッテリ１５と重なる。

第１０の態様によれば、モータ回転軸５１とバッテリ１５とを略同一直線上に配置しやすく、フレーム１０の小型化を図りやすい。

第１１の態様は、第６の態様との組み合わせにより実現され得る。第１１の態様では、第６の態様のモータユニット３と、フレーム１０と、フレーム１０に装着されるバッテリ１５とを備える。入力軸６の軸線６００方向からみたとき、バッテリ１５の長手方向に伸びる第２仮想線１５０とモータ回転軸５１の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線５１０とが平行である。

第１１の態様によれば、第１仮想線５１０と第２仮想線１５０とが平行になるため、フレーム１０を直線的に形成しやすく、これによりフレーム１０の剛性を向上させやすい。

第１２の態様は、第１～第８のいずれかの態様との組み合わせにより実現され得る。第１２の態様では、第１～第８のいずれかの態様のモータユニット３と、フレーム１０と、フレーム１０に装着されるバッテリ１５とを備える。入力軸６の軸線６００方向からみたとき、モータ回転軸５１の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線５１０と、バッテリ１５の長手方向に伸びる第２仮想線１５０とが交差する。

第１２の態様によれば、第２仮想線１５０上に、モータ５（モータユニット３）が位置しないようにできて、バッテリ１５をフレーム１０の長手方向に沿って移動させて取り出す際に、動線上（すなわち第２仮想線１５０上）にモータ５（モータユニット３）等の障害物がなく、バッテリ１５をフレーム１０から取り外しやすい構成とすることができる。

第１３の態様は、第１２の態様との組み合わせにより実現され得る。第１３の態様では、第１仮想線と第２仮想線とがフレーム１０上で交差する。

第１３の態様によれば、フレーム１０の小型化を図りやすい。

１ 電動自転車
１０ フレーム
１５ バッテリ
１５０ 第２仮想線
３ モータユニット
３１ 減速機構
３１０ 伝達回転軸
４ ケース
５ モータ
５１ モータ回転軸
５１０ 第１仮想線
５２ ロータ
６ 入力軸
６００ 軸線
８ 出力体
９１ 第１歯車対
９１１ 第１歯車
９１２ 第２歯車
９２ 第２歯車対
９２１ 第３歯車
９２２ 第４歯車

Claims (13)

1. ケースと、
   前記ケース内に収容され、モータ回転軸と、前記モータ回転軸と一体に回転するロータとを有するモータと、
   軸線方向に前記ケースを貫通して前記軸線回りに回転可能に配置される入力軸と、
   前記軸線方向に前記ケースを貫通して前記軸線回りに回転可能に配置される出力体と、
   前記ケース内に収容され、前記モータの回転を減速して前記出力体に伝達する減速機構と、
   を備え、
   前記減速機構は、互いに噛み合う歯車の対を複数有し、前記複数の前記歯車の対のうち少なくとも一対は、各前記歯車の回転の中心軸が互いに直交する
   モータユニット。
2. 前記減速機構は、第１歯車対及び第２歯車対からなる二つの前記歯車の対を有し、
   前記第１歯車対を構成する各前記歯車の中心軸は、互いに直交し、
   前記第２歯車対を構成する各前記歯車の中心軸は、互いに平行となる
   請求項１に記載のモータユニット。
3. 前記第１歯車対は、各前記歯車の中心軸が交わる
   請求項２に記載のモータユニット。
4. 前記第１歯車対は、各前記歯車の中心軸が交わらない
   請求項２に記載のモータユニット。
5. 前記第１歯車対は、ハイポイドギア又はまがりばかさ歯車である
   請求項４に記載のモータユニット。
6. 前記減速機構は伝達回転軸を有し、
   前記第１歯車対を前記モータ回転軸と一体に回転する第１歯車と、前記伝達回転軸に配置される第２歯車とで構成し、
   前記第２歯車対を前記伝達回転軸に配置される第３歯車と、前記出力体と一体に回転する第４歯車とで構成した
   請求項２～５のいずれか一項に記載のモータユニット。
7. 前記入力軸の回転数と前記出力体の回転数が一致するように構成されている
   請求項１又は２に記載のモータユニット。
8. 前記減速機構と前記出力体との間にワンウェイクラッチを備え、
   前記ワンウェイクラッチの回転の中心軸が前記軸線上に位置する
   請求項１又は２に記載のモータユニット。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載のモータユニットを備える
   電動自転車。
10. 請求項６に記載のモータユニットと、フレームと、前記フレームに装着されるバッテリとを備え、
    前記入力軸の前記軸線方向からみたとき、前記モータ回転軸の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線が前記バッテリと重なる
    電動自転車。
11. 請求項６に記載のモータユニットと、フレームと、前記フレームに装着されるバッテリとを備え、
    前記入力軸の前記軸線方向からみたとき、前記バッテリの長手方向に伸びる第２仮想線と前記モータ回転軸の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線とが平行である
    電動自転車。
12. 請求項１～８のいずれか一項に記載のモータユニットと、フレームと、前記フレームに装着されるバッテリとを備え、
    前記入力軸の前記軸線方向からみたとき、前記モータ回転軸の中心軸の軸線方向に伸びる第１仮想線と、前記バッテリの長手方向に伸びる第２仮想線とが交差する
    電動自転車。
13. 前記第１仮想線と前記第２仮想線とが前記フレーム上で交差する
    請求項１２に記載の電動自転車。

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