JP2023126597A - モータユニット及び電動自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】出力歯車の噛み合いにより歯打ち音が発生しにく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、モータ５と、出力体８と、入力軸６と、出力歯車９と、を備える。モータ５は、ケース４内に収容される。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。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。出力歯車９は、出力体８に取り付けられ、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。出力歯車９は、少なくとも歯部９１が樹脂により形成されている。【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、スプロケットに嵌め込まれる連動体と、減速用歯車と、を備えている。減速用歯車の減速用歯車小径支持軸部に取り付けられた減速用小径歯車部が、連動体に一体形成された大径歯車部と噛み合って、モータの回転トルクを連動体の大径歯車部に伝達する。

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、減速用歯車が有する減速用小径歯車部と、連動体が有する大径歯車部とは、通常はともに金属で形成されていた。このため、減速用小径歯車部と大径歯車部とが噛み合って、歯打ち音が発生しやすい、という問題があった。

本開示は上記従来の問題点に鑑み、出力歯車の噛み合いにより歯打ち音が発生しにく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、モータと、出力体と、入力軸と、出力歯車と、を備える。前記モータは、前記ケース内に収容される。前記出力体は、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。前記入力軸は、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。前記出力歯車は、前記出力体に取り付けられ、前記モータの回転力を受けて前記出力体に前記回転力を伝達する。前記出力歯車は、少なくとも歯部が樹脂により形成されている。

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、出力歯車の噛み合いにより歯打ち音が発生しにくい。

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出力歯車の一部を拡大した斜視図である。 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。

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、出力体と、出力歯車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、出力体８と、出力歯車９と、を備える。第一実施形態では更に、モータユニット３は、入力軸６と、入力体７と、減速機構３１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３１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。なお、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、短手方向の一方の側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、回転軸５１と、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と回転軸５１の一部が、モータカップ５７内に位置する。回転軸５１は、軸線方向が左右方向を向くように、回転可能に収容される。回転軸５１は、ステータ５３から一方（第一実施形態では右方）に突出しており、突出した部分の外面に減速機構３１と噛み合う歯部５４が形成されている。回転軸５１の右端部は、第２分割体４２に配置された回転軸支持軸受５５１に支持される。回転軸５１の左端部は、ステータ５３より特に突出しておらず、モータカップ５７に配置された回転軸支持軸受５５２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実部材により構成されているが、中空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（更に詳しくは後述する第１入力体７１）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、第１入力体７１と、第２入力体７２とに分割されている。第１入力体７１は、入力軸体６０に連結される。第１入力体７１は、左右方向において入力軸体６０の一部に位置し、第１分割体４１内に収容される。第１入力体７１の左端部に、入力軸体６０と嵌合する嵌合部７１１が形成される。第１入力体７１の左端部の嵌合部７１１よりも右の部分においては、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、筒状をした第１入力体７１の内部へ入力軸体６０を挿入しやすくなっている。

第２入力体７２は、軸線６００方向において第１入力体７１と異なる位置（第一実施形態では第１入力体７１の右方）に位置して第１入力体７１に連結され、出力体８に回転力を伝達する。ただし、第２入力体７２は、第１入力体７１と、左右方向において一部が同じ位置に位置してもよい。第一実施形態では、第１入力体７１の右端部の径方向の外側に第２入力体７２の左端部が位置しており、径方向に重なっている。第１入力体７１と第２入力体７２とは、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７１２、７２１を有する。第一実施形態では、第１入力体７１の右端部と第２入力体７２の左端部とに、スプライン部又はセレーション部等からなる嵌合部７１２、７２１が形成されている。なお、本開示において「径方向に重なる」とは、各対象物の少なくとも一部が径方向に観て重なる状態をいう。

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。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。

図３に示すように、第一実施形態では、入力体７と出力体８との間に、ワンウェイクラッチ３２が配置される。ワンウェイクラッチ３２は、入力体７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、ワンウェイクラッチ３２は、後述する減速機構３１を介して出力体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。第一実施形態では、ワンウェイクラッチ３２は、ラチェットを有し、グリースが供給される。なお、ワンウェイクラッチ３２は、様々なものが適宜利用可能であり、限定されない。例えば、ローラー型ワンウェイクラッチやスプラグ式ワンウェイクラッチを用いてもよい。

更に第一実施形態では、軸線６００方向における一部の範囲において、第２入力体７２と出力体８とが重なっている。この重なっている第２入力体７２と出力体８との間にワンウェイクラッチ３２を有する。

第２軸受４６は、軸線６００方向の一部の範囲において、ワンウェイクラッチ３２と入力軸体６０の径方向に重なっている。第一実施形態では、第２軸受４６は、ワンウェイクラッチ３２の外側に位置している。

出力体８には、出力歯車９が取り付けられる。出力歯車９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３１を介してモータ５の回転力を出力歯車９が受けて、出力体８に回転力が伝達される。出力歯車９は、外周面に、減速機構３１の歯部９１を有する。出力歯車９については後述する。

減速機構３１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３１は、第１伝達歯車３１１と、第２伝達歯車３１２と、を有する。第１伝達歯車３１１の外径は、第２伝達歯車３１２の外径よりも大きい。第１伝達歯車３１１の歯数は、第２伝達歯車３１２の歯数よりも多い。第２伝達歯車３１２は、鋼材をはじめとする金属により形成される。

第１伝達歯車３１１は、モータ５の回転軸５１と噛み合って、回転軸５１から受ける回転力によって回転する。第一実施形態では、第１伝達歯車３１１は、筒状をした部材により構成され、外周面にモータ５の回転軸５１に形成された歯部５４と噛み合う歯部３１３が形成されている。第１伝達歯車３１１は、減速機構３１が有する伝達回転軸３１０の外周面に沿って配置される。第一実施形態では、第１伝達歯車３１１は、モータ５の回転軸５１から直接回転力を受ける構成としたが、間に歯車を介しても良い。伝達回転軸３１０は、鋼材をはじめとする金属により形成される。

伝達回転軸３１０は、軸線方向が左右方向を向くように、回転可能にケース４に収容される。伝達回転軸３１０は、モータ５の回転軸５１よりも後方に位置し、左右方向においては、回転軸５１のステータ５３から右方に突出している部分と略同じ位置に配置される。なお、伝達回転軸３１０は、モータ５の回転軸５１よりも前方に位置してもよい。伝達回転軸３１０の右端部は、第２分割体４２に配置された伝達回転軸支持軸受３１４１に支持される。伝達回転軸３１０の左端部は、第１分割体４１に配置された伝達回転軸支持軸受３１４２に支持される。

第１伝達歯車３１１は、ワンウェイクラッチ３１５を介して伝達回転軸３１０に連結される。ワンウェイクラッチ３１５は、第１伝達歯車３１１に、加速方向の回転力がかかる場合にこの回転力を伝達回転軸３１０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伝達回転軸３１０に伝達しない。また、伝達回転軸３１０に、加速方向の回転力がかかる場合にこの回転力を第１伝達歯車３１１に伝達しない。

伝達回転軸３１０のワンウェイクラッチ３１５が固定された部分の右側に、第２伝達歯車３１２が伝達回転軸３１０と一体に回転するように固定される。第２伝達歯車３１２は、出力歯車９の歯部９１と噛み合って、伝達回転軸３１０を介して第１伝達歯車３１１から受ける回転力を、出力歯車９が有する歯部９１に伝達する。第２伝達歯車３１２は、外周面に、出力歯車９が有する歯部９１に噛み合う歯部３１６を有する。

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、第１入力体７１及び第２入力体７２は、入力軸体６０と一体に回転する。第２入力体７２の加速方向の回転力は、ワンウェイクラッチ３２を介して出力体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の回転軸５１が加速方向に回転すると、モータ５の回転軸５１と噛み合う第１伝達歯車３１１が加速方向に回転する。第１伝達歯車３１１の加速方向の回転力は、ワンウェイクラッチ３１５を介して伝達回転軸３１０及び伝達回転軸３１０に固定される第２伝達歯車３１２に伝達され、第２伝達歯車３１２は加速方向に回転する。第２伝達歯車３１２の加速方向の回転力は、第２伝達歯車３１２と噛み合う出力歯車９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。

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を駆動させない場合について説明する。この場合、出力体８が加速方向に回転しているため、出力歯車９と噛み合う第２伝達歯車３１２及び伝達回転軸３１０は加速方向に回転するが、伝達回転軸３１０の加速方向の回転力は、ワンウェイクラッチ３１５により第１伝達歯車３１１に伝達しない。これにより、モータ５を駆動させない場合に、回転軸５１及びロータ５２が回転するのが阻止される。

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、第１入力体７１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、第１入力体７１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。

トルク検出部３３は、軸線６００方向において、第１伝達歯車３１１、第２伝達歯車３１２、ワンウェイクラッチ３２及び第２軸受４６よりも左側に配置されている。

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。

回転検出部３４は、軸線６００方向において、第１伝達歯車３１１と同じ位置に位置し、第２伝達歯車３１２、ワンウェイクラッチ３２及び第２軸受４６よりも左側に配置されている。なお、本開示において、「軸線６００方向において、同じ位置に位置する」とは、軸線６００方向と直交する方向にみて、少なくとも一部が重なる状態をいう。

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。

出力歯車９は、出力体８が内部に嵌め込まれて取り付けられる。出力歯車９の内面と出力体８の外面は、スプライン結合等により連結されるが、特に限定されない。出力歯車９は、少なくとも歯部９１が樹脂により形成されている。第一実施形態では、出力歯車９の全体が樹脂により形成されている。これに対して、歯部９１と噛み合う第２伝達歯車３１２及び伝達回転軸３１０は、金属により形成されている。

出力歯車９の歯部９１が樹脂により形成されることにより、歯部９１と噛み合う相手（第一実施形態では第２伝達歯車３１２）が金属であっても、金属同士の衝突は発生せず、出力歯車９の歯部９１の噛み合いによる歯打ち音が発生しにくい。これにより、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、モータ５の回転軸５１が回転していない場合、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、より一層、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、モータ５の回転力が、第１伝達歯車３１１及び第２伝達歯車３１２を介する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、出力体８の径方向において、第２軸受４６の位置と出力歯車９の歯部９１の位置とが一部重なっている。このように、軸線６００方向において第２軸受４６の位置と歯部９１の位置とをオーバーラップさせることにより、モータユニット３の軸線６００方向の長さを短くしやすい。

また、第一実施形態では、図４に示すように、出力歯車９は、歯部９１がはす歯であるはす歯歯車となっている。これにより、歯部９１における噛み合い率が向上し、より一層、静粛なモータユニット３を構成しやすい。なお、歯部９１は平歯であってもよい。

また、第一実施形態では、出力歯車９の外径Ｄ（出力歯車９の回転中心軸から歯部９１の先端までの長さの二倍）は、１２５ｍｍ以下である。これにより、モータユニット３及び二輪車（電動自転車１）の小型化を図ることができる。特に、後輪１１２の中心から入力軸体６０の軸線６００までのいわゆるリア－センター間の距離を短くできて、二輪車（電動自転車１）の取り回しをしやすくなる。

更に、出力歯車９の外径Ｄが、９８ｍｍ以下であることがより好ましい。これにより、モータユニット３及び二輪車（電動自転車１）のより一層の小型化を図ることができ、二輪車（電動自転車１）の取り回しをより一層しやすくなる。

また、出力歯車９の外径Ｄは５０ｍｍ以上７５ｍｍ未満であれば、よりモータユニット３をよりコンパクト化することができる。さらに歯部９１をねじり角θ（幅Ｗ方向に対するはす歯の長手方向がなす角）が２５°以下のはす歯とするか、または平歯とすることで、歯車９１の姿勢安定性に向上させることができる。また歯部９１の幅Ｗ方向（軸線６００方向と一致）の長さは、１０ｍｍ以上３５ｍｍ以下とすれば、よりモータユニット３をよりコンパクト化することができる。なおこの際、出力体８の出力トルクは２０Ｎｍ以上５０Ｎｍ未満であることが好ましい。

また、出力歯車９の外径Ｄが７５ｍｍ以上１３０ｍｍ以下であれば、出力体８の出力トルクを容易に調整・増大化させることができる。さらに歯部９１のはす歯のねじり角θ（幅Ｗ方向に対するはす歯の長手方向がなす角）が１０°以上２５°以下とすることで、歯部９１の耐久性を向上させ、また静音化させることができる。また歯部９１の幅Ｗ方向（軸線６００方向と一致）の長さは、１９ｍｍ以上３５ｍｍ以下とすれば、より出力体８の出力トルクを容易に調整及び増大化させることができる。なおこの際、出力体８の出力トルクは５０Ｎｍ以上であることが好ましい。

また、第一実施形態では、図３に示すように、ロータ５２の軸線方向（軸線６００方向と同じ）における長さ５２１が、ステータ５３の軸線方向における長さ５３１よりも短い。これにより、ロータ５２のマグネットの軸線方向における長さを短くしやすく、コストを抑えやすい。

また、ステータ５３の長さ５３１を変更せずロータ５２の長さ５２１のみを変更して、モータ５の出力を変更することができる。

次に、第二実施形態のモータユニット３について、図５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、主に第二実施形態と異なる部分について説明する。

図３に示す第一実施形態では、入力体７と出力体８との間に、ワンウェイクラッチ３２が配置されていた。これに対して、第二実施形態においては、ワンウェイクラッチ３２は配置されず、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点で異なる。

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８２が形成される。スプライン部７３及びスプライン部８２により、連結部が構成される。

このような連結部が入力体７及び出力体８に形成されることにより、入力体７と出力体８とを一体的に回転させやすくなる。特に、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８２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。

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。

モータ５の回転力は、第１伝達歯車３１１及び第２伝達歯車３１２を介さずに、出力体８に伝達されてもよい。

出力歯車９は、はす歯歯車でなく、平歯車であってもよい。

出力歯車９の外径Ｄ、幅Ｗ、はす歯歯車の場合のねじり角は特に限定されない。

第一実施形態及び第二実施形態では、出力歯車９の全体が樹脂により形成されていた。これに対し、歯部９１のみが樹脂により形成されてもよい。出力歯車９は、基部と、基部の外周面に取り付けられる歯部９１と、を有する。基部は、アルミニウム以外の金属を５０％超含有する。アルミニウム以外の金属としては、鉄、ＳＵＳが好ましいが、特に限定されない。また、基部は、鉄、ＳＵＳ等のアルミニウム以外の金属を５０％超含有する金属の焼結合金であってもよい。

アルミニウムは熱膨張が大きいため、鉄、ＳＵＳ等のアルミニウム以外の金属を用いることにより、熱膨張を抑えることができる。また、鉄、ＳＵＳ等の金属は体積あたりの強度がアルミニウムよりも大きいため、同じ強度でモータユニット３のコンパクト化を図りやすい。

以上、述べた第一実施形態及び第二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、モータ５と、出力体８と、入力軸６と、出力歯車９と、を備える。モータ５は、ケース４内に収容される。出力体８は、軸線方向（軸線６００方向と同じ）にケース４を貫通して軸線回りに回転可能に配置される。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。出力歯車９は、出力体８に取り付けられ、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。出力歯車９は、少なくとも歯部９１が樹脂により形成されている。

第１の態様によれば、出力歯車９の歯部９１が樹脂により形成されることにより、歯部９１と噛み合う相手が金属であっても、金属同士の衝突は発生せず、出力歯車９の歯部９１の噛み合いによる歯打ち音が発生しにくい。これにより、静粛なモータユニット３を構成しやすい。

第２の態様のモータユニット３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、モータユニット３は、伝達回転軸３１０を更に備える。伝達回転軸３１０は、モータ５の回転軸５１と噛み合って回転する第１伝達歯車３１１と、出力歯車９と噛み合って出力歯車９に回転力を伝達する第２伝達歯車３１２と、を有する。

第２の態様によれば、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。

第３の態様のモータユニット３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３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。

第３の態様によれば、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、より一層、静粛なモータユニット３を構成しやすい。

第４の態様のモータユニット３は、第３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、ケース４は、入力軸６を含む回転軸ユニット３０を回転可能に支持する軸受（第２軸受４６）を有する。出力体８の径方向において軸受（第２軸受４６）の位置と出力歯車９の位置とが重なる。

第４の態様によれば、出力体８の径方向において第２軸受４６の位置と歯部９１の位置とをオーバーラップさせることにより、モータユニット３の軸線６００方向の長さを短くしやすい。

第５の態様のモータユニット３は、第１～第４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５の態様では、出力歯車９は、基部と、基部の外周面に取り付けられる歯部９１と、を有する。基部は、アルミニウム以外の金属を５０％超含有する。

第５の態様によれば、出力歯車９の熱膨張を抑えやすく、また、モータユニット３のコンパクト化を図りやすい。

第６の態様のモータユニット３は、第１～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、出力歯車９の外径は、１２５ｍｍ以下である。

第６の態様によれば、モータユニット３の小型化を図ることができる。

第７の態様のモータユニット３は、第１～第６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７の態様では、歯部９１は、はす歯である。

第７の態様によれば、歯部９１における噛み合い率が向上し、より一層、静粛なモータユニット３を構成しやすい。

第８の態様のモータユニット３は、第１～第７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８の態様では、出力歯車９の外径は、９８ｍｍ以下である。

第８の態様によれば、モータユニット３の小型化を図ることができる。

第９の態様の電動自転車１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る。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、静粛なモータユニット３を搭載した電動自転車１としやすい。

１ 電動自転車
３ モータユニット
３０ 回転軸ユニット
３１０ 伝達回転軸
３１１ 第１伝達歯車
３１２ 第２伝達歯車
４ ケース
４６ 第２軸受
５ モータ
５１ 回転軸
６ 入力軸
６００ 軸線
８ 出力体
９ 出力歯車
９１ 歯部

Claims (9)

1. ケースと、
   前記ケース内に収容されるモータと、
   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出力体と、
   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入力軸と、
   前記出力体に取り付けられ、前記モータの回転力を受けて前記出力体に前記回転力を伝達する出力歯車と、
   を備え、
   前記出力歯車は、少なくとも歯部が樹脂により形成されている
   モータユニット。
2. 伝達回転軸を更に備え、
   前記伝達回転軸は、前記モータの回転軸と噛み合って回転する第１伝達歯車と、前記出力歯車と噛み合って前記出力歯車に回転力を伝達する第２伝達歯車と、を有する
   請求項１に記載のモータユニット。
3. 前記入力軸の回転数と前記出力体の回転数が一致する
   請求項１又は２に記載のモータユニット。
4. 前記ケースは、前記入力軸を含む回転軸ユニットを回転可能に支持する軸受を有し、
   前記出力体の径方向において前記軸受の位置と前記出力歯車の位置とが重なる
   請求項３に記載のモータユニット。
5. 前記出力歯車は、基部と、前記基部の外周面に取り付けられる前記歯部と、を有し、
   前記基部は、アルミニウム以外の金属を５０％超含有する
   請求項１～４のいずれか一項に記載のモータユニット。
6. 前記出力歯車の外径は、１２５ｍｍ以下である
   請求項１～５のいずれか一項に記載のモータユニット。
7. 前記歯部は、はす歯である
   請求項１～６のいずれか一項に記載のモータユニット。
8. 前記出力歯車の外径は、９８ｍｍ以下である
   請求項１～７のいずれか一項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。

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