JPH09183395A - 電動自転車のパワーユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サドル下方に大きなバッテリ収納スペースを
確保することができるとともに、車体フレームの軽量化
を図ることができる電動自転車のパワーユニットを提供
すること。 【構成】 複数のマウントボス６８，６９に挿通するボ
ルトによってメインフレームに吊り下げ支持され、クラ
ンク軸２１に入力される踏力を該クランク軸２１に同軸
に配された合力軸に伝達するとともに、横置きに設置さ
れた電動モータ３７の回転をギヤ３９，４１，４２等で
構成されるギヤトレインを介して前記合力軸に伝達する
構成を有する電動自転車のパワーユニツト１５におい
て、前記ギヤトレインをモータ軸３６とクランク軸２１
の各中心を結ぶ中心線Ｌよりも下方に配置するととも
に、前記マウントボス６８を前記中心線Ｌよりも上方で
あって、且つ、モータ軸３６とクランク軸２１の中間に
配置する。本発明によれば、メインフレームをクランク
軸２１に近づけることができるため、前記目的を達成す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗員の踏力と該踏
力に応じた補助動力との合成力によって走行する電動自
転車のパワーユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】乗員による踏力を電動モータによる補助
動力によって補う電動自転車が提案され、既に実用に供
されているが、この電動自転車には、乗員の踏力を検出
してその大きさに応じた補助動力を発生するパワーユニ
ットが設けられる。

【０００３】ところで、パワーユニットを備える電動自
転車においては、パワーユニットに電力を供給するため
のバッテリの搭載が不可欠であるが、このバッテリをサ
ドル下方に配置する構成を採用する場合、サドル下方に
バッテリを収納するための大きなスペースを確保するこ
とが望まれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】而して、クランク軸の
地面からの高さは自ずと決まるため、パワーユニットを
メインフレームに吊り下げ支持する構成を採用する電動
自転車にあっては、サドル下方に大きなバッテリ収納ス
ペースを確保するためには、メインフレームのパワーユ
ニット支持部をクランク軸に近づけてこれを可能な限り
下方に位置せしめる必要がある。又、メインフレームの
パワーユニット支持部をクランク軸に近づけることは、
メインフレームに作用する曲げモーメントを小さく抑え
て車体フレームを軽量化する上からも必要である。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、サドル下方に大きなバッテリ
収納スペースを確保することができるとともに、車体フ
レームの軽量化を図ることができる電動自転車のパワー
ユニットを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、複数のマウントボスに挿通するボルトに
よってメインフレームに吊り下げ支持され、クランク軸
に入力される踏力を該クランク軸に同軸に配された合力
軸に伝達するとともに、横置きに設置された電動モータ
の回転をギヤトレインを介して前記合力軸に伝達する構
成を有する電動自転車のパワーユニットにおいて、前記
ギヤトレインをモータ軸とクランク軸の各中心を結ぶ中
心線よりも下方に配置するとともに、前記マウントボス
の少なくとも１つを前記中心線よりも上方であって、且
つ、モータ軸とクランク軸の中間に配置したことを特徴
とする。

【０００７】従って、本発明によれば、モータ軸からク
ランク軸に至るギヤトレインをモータ軸とクランク軸の
各中心を結ぶ中心線よりも下方に配置するとともに、当
該パワーユニットをメインフレームに取り付けるための
マウントボスの少なくとも１つを前記中心線よりも上方
であって、且つ、モータ軸とクランク軸の中間に配置し
たため、メインフレームのパワーユニット支持部をクラ
ンク軸に可及的に近づけることができ、この結果、メイ
ンフレームのパワーユニット支持部を最大限下方に位置
せしめてサドル下方に大きなバッテリ収納スペースを確
保することができるとともに、メインフレームに作用す
る曲げモーメントを最小限に抑えて車体フレームを軽量
化することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【０００９】図１は本発明に係るパワーユニットを備え
る電動自転車の側面図、図２は同電動自転車のパワーユ
ニット部の破断側面図、図３は同パワーユニットの平断
面図、図４は同パワーユニットの破断側面図、図５は図
４のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【００１０】先ず、図１及び図２に基づいて電動自転車
１の概略構成を説明する。

【００１１】図１において、２は車体前方に位置するヘ
ッドパイプであり、該ヘッドパイプ２内にはハンドルス
テム３が回動自在に挿通している。そして、このハンド
ルステム３の上端にはハンドル４が結着され、同ハンド
ルステム３の下端にはフロントフォーク５が結着されて
おり、該フロントフォーク５の下端には前輪６が回転自
在に軸支されている。尚、前輪６の上半部の一部はフロ
ントフェンダ７によって覆われている。

【００１２】又、前記ヘッドパイプ２からは下方に折曲
されたメインフレーム８が車体後方に向かって斜め下方
に延設されており、該メインフレーム８の後端にはシー
トパイプ９が車体後方向に向かって斜め上方に立設され
ている。そして、このシートパイプ９の上端部にはシー
トポスト１０を介してシート１１が高さ調整可能に支持
されている。又、シート１１の下方であって、且つ、メ
インフレーム８とシートパイプ９との結合部には、バッ
テリケース１２がシートパイプ９に沿って着脱自在に取
り付けられており、このバッテリケース１２内には複数
単電池１３が着脱可能に収納されている。

【００１３】ところで、車体の略中央下部であって、前
記メインフレーム８とシートパイプ９との結合部分に
は、本発明に係るパワーユニット１５が板金製のブラケ
ット１６を介して取り付け支持されている。即ち、図２
に詳細に示すように、ブラケット１６はメインフレーム
８とシートパイプ９に溶着されており、パワーユニット
１５は、これの２箇所に形成されたマウントボス６８，
６９の各々に挿通するボルト１７，１８によってその２
箇所がブラケット１６に取り付けられている。そして、
パワーユニット１５の車体後方であって、ブラケット１
６で囲まれる空間内にはコントローラ１９が配設されて
いる。尚、図１に示すように、パワーユニット１５の一
部は樹脂製のカバー２０によって覆われている。

【００１４】上記パワーユニット１５は、乗員の踏力に
よる人力駆動系と、後述の電動モータ３７（図３参照）
による補助動力系を並設して構成され、これにはクラン
ク軸２１が回転自在に支承されており、該クランク軸２
１の左右両端にはクランク２２が取り付けられ、各クラ
ンク２２の端部にはペダル２３が軸支されている。

【００１５】他方、前記ブラケット１６からは左右一対
のチェーンステイ２４が車体後方に向かって延設されて
おり、該チェーンステイ２４の後端部と前記シートパイ
プ９とは左右一対のシートステイ２５によって連結され
ている。そして、チェーンステイ２４後端のシートステ
イ２５との連結部には後輪２６が後車軸２７によって回
転自在に軸支されており、後輪２６には不図示のホイー
ルスプロケットが結着されている。尚、後輪２６の上半
部はリヤフェンダ２８によって覆われており、不図示の
ホイールスプロケット及びこれに巻装された後述のチェ
ーン５１（図２参照）はチェーンカバー２９によって覆
われている。

【００１６】ここで、本発明に係る前記パワーユニット
１５の構成の詳細を図３乃至図５に基づいて説明する。

【００１７】図３に示すように、パワーユニット１５の
ケース３０とこれの側面を覆うカバー３１には前記クラ
ンク軸２１が軸受３２，３３によって回転自在に支持さ
れており、該クランク軸２１の車体前方（図３の左方）
にはドライブ軸３４、アイドル軸３５及びモータ軸３６
が互いに平行に、且つ、回転自在に配されている。

【００１８】ところで、前記モータ軸３６はパワーユニ
ット１５の前端部に横置きに設けられた電動モータ３７
の出力軸であって、その両端部は軸受３８によって回転
自在に支承されており、該モータ軸３６の一方の軸受３
８から側方へ突出する端部には小径のギヤ３９が結着さ
れている。そして、このギヤ３９は、前記アイドル軸３
５に軸受４０によって回転自在に支承されたアイドルギ
ヤ４１に噛合している。

【００１９】又、前記ドライブ軸３４には大径のギヤ４
２がワンウェイクラッチ４３を介して支持されるととも
に、小径のギヤ４４が結着されており、大径のギヤ４２
には前記アイドルギヤ４１が噛合している。尚、前記ギ
ヤ３９，４１，４２はこの順に径が大きくなっている。
尚、ギヤ３９，４１，４２，４４は平ギヤで構成されて
いる。

【００２０】一方、前記クランク軸２１には遊星ギヤ機
構４５と中空状の合力軸４６が設けられている。合力軸
４６は軸受３３によってケース３０に回転自在に支承さ
れ、合力軸４６内には軸受４７によってクランク軸２１
に回転自在に支承されており、合力軸４６の内端部外周
には前記遊星ギヤ機構４５の一部を構成するサンギヤ４
８が一体に形成され、同合力軸４６の中間部には、前記
ギヤ４４に噛合する大径のギヤ４９が一体に形成されて
いる。又、この合力軸４６のケース３０外へ突出する外
端部外周にはドライブスプロケット５０が結着されてお
り、該ドライブスプロケット５０と後車軸２７（図１参
照）に結着された不図示の前記ホイールスプロケットと
の間には無端状のチェーン５１が巻装されている。

【００２１】而して、本実施の形態に係るパワーユニッ
ト１５においては、図４に鎖線にて示すように、クラン
ク軸２１、ドライブ軸３４、アイドル軸３５及びモータ
軸３６は、これらの各中心を結ぶ直線線が三角形を形成
するような位置関係を保って配置されており、ドライブ
軸３４とアイドル軸３５はクランク軸２１とモータ軸３
６の各中心を結ぶ中心線Ｌよりも下方に配置されてい
る。そして、モータ軸３６からクランク軸２１に至るギ
ヤ３９，４１，４２，４４で構成されるギヤトレインも
前記中心線Ｌよりも下方に配置されている。又、本実施
の形態に係るパワーユニット１５においては、図４に示
すように、一方（車体前方）のマウントボス６８は前記
中心線Ｌよりも上方であって、且つ、モータ軸３６とク
ランク軸２１の中間に配置されている。

【００２２】ところで、前記遊星ギヤ機構４５は、クラ
ンク軸２１上にワンウェイクラッチ５２を介して支持さ
れたリング状のキャリア５３と、該キャリア５３に軸５
４によって回転自在に支持された複数（本実施の形態で
は、３つ）の遊星ギヤ５５と、クランク軸２１に回動可
能に支持されたリングギヤ５６及び前記合力軸４６に一
体に形成されたサンギヤ４８で構成されており、各遊星
ギヤ５５はサンギヤ４８とリングギヤ５６の間に位置し
て両者に噛合している。

【００２３】而して、本実施の形態においては、前記リ
ングギヤ５６は２部材５７，５８を複数本のリベット５
９によって結合一体化して構成されており、図４及び図
５に示すように、一方の部材５７の外周には略鉛直下方
に延出するアーム部５７ａが一体に形成されており、該
アーム部５７ａの端部にはローラ６０が軸６１によって
回転自在に軸支されている。そして、このローラ６０の
近傍には、リングギヤ５６に作用する反力を受ける反力
受部６２が略水平に配設されている。

【００２４】上記反力受部６２は、図４に示すように、
ケース３０の端面にボルト６３によって結着されたガイ
ド６４と、該ガイド６４に略水平に摺動自在に保持され
たＴ型受け部材６５及び該受け部材６５とガイド６４と
の間に縮装されたスプリング６６で構成されており、受
け部材６５はスプリング６６によって付勢されてその前
端面が前記ローラ６０に当接されている。尚、ケース３
０の反力受部６２とは反対側には、後述の検出部７０
（図３及び図４参照）の零点調整用のストッパ６７が進
退自在に螺合しており、乗員の踏力がクランク軸２１に
入力されない状態では、ストッパ６７は図示のようにア
ーム部５７ａに当接している。

【００２５】ところで、本実施の形態に係るパワーユニ
ット１５には、クランク軸２１に入力される乗員の踏力
を検出する踏力検出手段が設けられているが、該踏力検
出手段は、前記反力受部６２と、該反力受部６２の上方
にこれと離間して配置された検出部７０を含んで構成さ
れている。

【００２６】而して、上記検出部７０は、図３及び図４
に示すように、前記カバー３１に取り付けられたアング
ルセンサ７１と、該アングルセンサ７１の入力軸７１ａ
に結着されたプレート７２を含んで構成されており、該
プレート７２はリングギヤ５６の部材５７外周部に長孔
係合によって連結されている。即ち、プレート７２の一
端（自由端）には、図４に示すように、長円状の長孔７
２ａが形成されており、一方、リングギヤ５６の部材５
７外周部にはピン７３が突設されており、このピン７３
がプレート７２の長孔７２ａに係合することによって、
前述のようにプレート７２がリングギヤ５６の部材５７
外周部に連結されている。そして、プレート７２は図３
に示すトーションスプリング７４によって一方向（リン
グギヤ５６の回動方向）に付勢されており、従って、該
プレート７２の長孔７２ａの一方の側縁にはピン７３が
常時接触している。

【００２７】次に、電動自転車１の作用を説明する。

【００２８】乗員が左右のペダル２３を踏んでクランク
軸２１を回転駆動すると、該クランク軸２１の回転は遊
星ギヤ機構４５によって増速されて合力軸４６に伝達さ
れるが、本実施の形態では、遊星ギヤ機構４５のリング
ギヤ５６が固定されている（厳密には、反力受部６２の
スプリング６６が反力によって圧縮変形する量に見合う
角度だけ回動する）ため、乗員の踏力はワンウェイクラ
ッチ５２を介してキャリア５３及び遊星ギヤ５５に入力
され、サンギヤ４８から出力されて合力軸４６に伝達さ
れる。

【００２９】上述のように踏力が遊星ギヤ機構４５を経
て合力軸４６に伝達される過程において、リングギヤ５
６は遊星ギヤ５５との噛合によって反力を受けるが、こ
の反力はリングギヤ５６の部材５７に形成されたアーム
部５７ａ及び該アーム部５７ａに軸支されたローラ６０
を介して反力受部６２に伝達され、該反力受部６２の受
け部材６５を介してスプリング６６によって受けられる
ため、スプリング６６は反力によって圧縮変形し、従っ
て、リングギヤ５６はスプリング６６の圧縮変形量に見
合う角度だけクランク軸２１を中心として図４の反時計
方向に回動する。

【００３０】而して、リングギヤ５６に作用する反力は
乗員の踏力の大きさに比例し、スプリング６６の圧縮変
形量は反力の大きさに比例するため、リングギヤ５６の
回動角は踏力の大きさに比例する。従って、リングギヤ
５６の回動角を検出することによって踏力を検出するこ
とができ、このリングギヤ５６の回動角は前記検出部７
０によって検出される。即ち、リングギヤ５６の回動は
プレート７２を介してアングルセンサ７１の入力軸７１
ａに伝達されるため、アングルセンサ７１によってリン
グギヤ５６の回動角が検出され、その検出信号は前記コ
ントローラ１９（図１及び図２参照）に対して出力され
る。すると、コントローラ１９はアングルセンサ７１か
らの検出信号に基づいて踏力を求め、求められた踏力の
大きさに応じた補助動力を発生させるよう電動モータ３
７を制御する。尚、コントローラ１９と電動モータ３７
は、前記バッテリ１３（図１及び図２参照）から電力の
供給を受けて作動する。

【００３１】而して、電動モータ３７のモータ軸３６の
回転はギヤ３９，４１，４２及びワンウェイクラッチ４
３を経て減速されてドライブ軸３４に伝達され、更にギ
ヤ４４，４９を経て減速されて合力軸４６に伝達され、
従って、電動モータ３７にて発生する補助動力は以上の
経路を経て合力軸４６に伝達される。

【００３２】以上の結果、合力軸４６は乗員の踏力と補
助動力によって回転駆動され、その回転はドライブスプ
ロケット５０、チェーン５１及び不図示のホイールスプ
ロケットを経て後輪２６に伝達されるため、該後輪２６
が乗員の踏力と補助動力の双方によって回転駆動されて
当該電動自転車１が走行せしめられ、この結果、乗員の
走行に要する肉体的負担が軽減される。

【００３３】以上において、本実施の形態に係るパワー
ユニット１５においては、前述のようにモータ軸３６か
らクランク軸２１に至るギヤ３９，４１，４２，４４で
構成されるギヤトレインをモータ軸３６とクランク軸２
１の各中心を結ぶ中心線Ｌよりも下方に配置するととも
に、一方（車体前方）のマウントボス６８を前記中心線
Ｌよりも上方であって、且つ、モータ軸３６とクランク
軸２１の中間に配置したため、メインフレーム８の後端
部をクランク軸２１に可及的に近づけることができ、こ
の結果、メインフレーム８の後端部を最大限下方に位置
せしめてサドル１１の下方にバッテリ１３を収納する大
きなスペースを確保することができる。

【００３４】又、メインフレーム８のパワーユニット１
５を支持する後端部をクランク軸２１に近づけることに
よって、メインフレーム８に作用する曲げモーメントを
最小限に抑えることができ、この結果、メインフレーム
８を含む車体フレームの剛性を下げることができ、車体
フレームを細径化してこれの軽量化を図ることも可能と
なる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、モータ軸からクランク軸に至るギヤトレインを
モータ軸とクランク軸の各中心を結ぶ中心線よりも下方
に配置するとともに、当該パワーユニットをメインフレ
ームに取り付けるためのマウントボスの少なくとも１つ
を前記中心線よりも上方であって、且つ、モータ軸とク
ランク軸の中間に配置したため、メインフレームのパワ
ーユニット支持部をクランク軸に可及的に近づけること
ができ、この結果、メインフレームのパワーユニット支
持部を最大限下方に位置せしめてサドル下方に大きなバ
ッテリ収納スペースを確保することができるとともに、
メインフレームに作用する曲げモーメントを最小限に抑
えて車体フレームを軽量化することができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパワーユニットを備える電動自転
車の側面図である。

【図２】本発明に係るパワーユニットを備える電動自転
車のパワーユニット部の破断側面図である。

【図３】本発明に係るパワーユニットの平断面図であ
る。

【図４】本発明に係るパワーユニットの破断側面図であ
る。

【図５】図４のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 電動自転車 ８ メインフレーム １５ パワーユニット １７，１８ ボルト ２１ クランク軸 ３６ モータ軸 ３７ 電動モータ ３９，４１，４２，４４ ギヤトレイン ４６ 合力軸 ６８，６９ マウントボス Ｌ 中心線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のマウントボスに挿通するボルトに
   よってメインフレームに吊り下げ支持され、クランク軸
   に入力される踏力を該クランク軸に同軸に配された合力
   軸に伝達するとともに、横置きに設置された電動モータ
   の回転をギヤトレインを介して前記合力軸に伝達する構
   成を有する電動自転車のパワーユニットにおいて、 前記ギヤトレインをモータ軸とクランク軸の各中心を結
   ぶ中心線よりも下方に配置するとともに、前記マウント
   ボスの少なくとも１つを前記中心線よりも上方であっ
   て、且つ、モータ軸とクランク軸の中間に配置したこと
   を特徴とする電動自転車のパワーユニット。