JPH1016870A - 電動補助車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組み立て工数，部品点数を削減してコストを
低減できるとともに、配置スペースを縮小して小型化に
対応できる電動補助車両を提供する。 【解決手段】 クランク軸１３に入力されたペダル踏力
と電動モータ８２からの補助力との合力を出力するパワ
ーユニット８３と、上記電動モータ８２からの補助力を
可変制御するコントロールユニット８５とを備えた電動
補助車両を構成する場合に、上記コントロールユニット
８５を上記パワーユニット８３のユニットケース（ケー
シング）９０の車幅方向外端面に沿うように配置し、該
ケース９０に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペダル踏力に応じ
た補助駆動力を電動モータから車輪に供給するようにし
た電動補助車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、ペダルに入力されたペダル踏力と
電動モータからの補助駆動力との合力を車輪に供給する
ようにした電動補助自転車が注目されている（例えば、
特願平６−３２４６８６号参照）。この電動補助自転車
は、ペダル踏力と電動モータからの補助駆動力との合力
を出力するパワーユニットと、ペダル踏力を検出する踏
力検出装置と、該踏力検出値に応じて上記電動モータの
出力を可変制御するコントロールユニットとを備えてい
る。

【０００３】この種の電動補助車両では、パワーユニッ
ト，コントロールユニットの取付け強度，配置スペース
の確保，及び外力による損傷を防止するために該パワー
ユニット等をメインチューブの側に沿うよう別々に配列
し、ブラケットを介して固定するとともに、カバー部材
で覆った構造のものが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ようにパワーユニット，コントロールユニットをメイン
チューブに沿って別々に配置する構造では、これら全体
を覆う大型のカバー部材，及び別部品の取付け用ブラケ
ットが必要であることから、組立工数，及び部品点数が
増加し、コストが上昇するという問題がある。

【０００５】また上記従来構造では、パワーユニット，
コントロールユニットを別々配置するので、コントロー
ルユニット周辺のワイヤハーネス，カプラの配索が複雑
となり易く、さらに配置スペースが大きくなり車体全体
が大型化するという問題がある。

【０００６】本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされ
たもので、組立工数，部品点数を削減してコストを低減
できるとともに、ワイヤハーネスの配索が簡単であり、
また配置スペースを縮小して小型化を図ることができる
電動補助車両を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、クラ
ンク軸に入力されたペダル踏力と電動モータからの補助
力との合力を出力するパワーユニットと、上記電動モー
タからの補助力を可変制御するコントロールユニットと
を備えた電動補助車両において、上記コントロールユニ
ットを上記パワーユニットのケーシングの車幅方向外端
面に沿うように配置し、かつ該ケーシングに固定したこ
とを特徴としている。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１において、上
記コントロールユニットが貫通孔を有し、該貫通孔を上
記クランク軸が挿通していることを特徴としている。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１又は２におい
て、上記コントロールユニットが、上記クランク軸の一
側に配設され上記パワーユニットからの合力を取り出す
スプロケットと反対側に配設されていることを特徴とし
ている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面に基づいて説明する。図１ないし図７は、請
求項１〜３の発明の一実施形態による電動補助自転車を
説明するための図であり、図１は電動補助自転車の左側
面図、図２は駆動装置の左側面図、図３〜図６はそれぞ
れパワーユニットの断面平面図，蓋部材を外した状態の
左側面図，左側面図，平面図、図７はコントロールユニ
ットの構成図である。ここで、本実施形態でいう前後左
右とは自転車に乗車した状態での前後左右である。

【００１１】図において、１は電動補助自転車であり、
これの車体フレーム２は、前輪３が回転自在に支持され
たフロントフォーク４を回動自在に支持するヘッドパイ
プ２ａと、該ヘッドパイプ２ａから後方に斜め下方に延
びるメインチューブ２ｂと、該メインチューブ２ｂの後
端部から上方に起立するシートチューブ２ｃとを一体に
結合して構成されている。

【００１２】上記メインチューブ２ｂとシートチューブ
２ｃとの結合部には取付けブラケット５が溶接されてお
り、該ブラケット５は側面視で大略円弧上をなしチュー
ブ結合部を左，右から覆う左，右側壁５ａ，５ｂと該両
側壁間を後部から上部にかけて覆う上壁５ｃとからなる
横断面略コ字状の板金製のものである。

【００１３】上記ブラケット５には車体後方に延びる
左, 右一対のチェーンステー６の前端部が接続されてお
り、各チェーンステー６の後端部と上記シートチューブ
２ｃの上端部とは左, 右一対のシートステー７で連結さ
れている。このチェーンステー６とシートステー７とは
後輪ブラケット８を介して一体に結合されており、該ブ
ラケット８には後輪９が回転自在に支持されている。上
記フロントフォーク４の上端にはハンドル１０が装着さ
れており、また上記シートチューブ２ｃの上端にはサド
ル１１が装着されたシートピラーチューブ１２が高さ調
整可能に挿着されている。

【００１４】上記取付けブラケット５により駆動装置８
１が懸架支持されている。この駆動装置８１は、クラン
ク軸１３に入力されたペダル踏力により後輪９を回転駆
動する人力駆動機構と、電動モータ８２からの補助駆動
力により後輪９を回転駆動する電動駆動機構とを備えて
いる。なお、上記ペダル踏力と補助駆動力とはパワーユ
ニット８３内で合力された後に後輪９に伝達される。ま
た８１ａは駆動装置８１の上方を覆うカバーである。

【００１５】上記人力駆動機構は、上記取付けブラケッ
ト５に固定されたパワーユニット８３内にクランク軸１
３を車幅方向に貫通するようにかつ回転自在に配置し、
該クランク軸１３の両端にクランク１４を固着し、該ク
ランク１４の先端にペダル１５を回転自在に装着し、上
記クランク軸１３に入力されたペダル踏力を後述する遊
星歯車式増速機構９２からチェーンスプロケット１７，
チェーン１８，フリーホイール（不図示）を介して後輪
９に伝達するように構成されている。

【００１６】上記電動駆動機構は、電動モータ８２から
の補助力と上記ペダル踏力との合力を出力するパワーユ
ニット８３と、上記電動モータ８２に電源を供給するバ
ッテリ８４と、該電動モータ８２からの補助力を可変制
御するコントロールユニット８５，及び上記ペダル踏力
を検出する踏力検出装置８６とを備えている。

【００１７】上記バッテリ８４は直方体状をなし、その
内部には直列接続された多数のＮｉ−Ｃｄ単電池が収納
されている。該バッテリ８４は、車体フレーム２を構成
するシートチューブ２ｃの後方に該チューブ２ｃに沿っ
て配置されており、該バッテリ８４の下端部は取付けブ
ラケット５の上壁５ｃにボルト８８ａで固定された有底
筒状の支持ボックス８８内に嵌装されている。この嵌装
によりバッテリ下部の放電雌端子８４ａは支持ボックス
８８側の放電雄端子（不図示）と電気的に接続されてい
る。またバッテリ８４の上端部は左, 右のシートステー
７，７間を通って上方に突出し、両シートステー７，シ
ートチューブ２ｃ，及びリヤフェンダ９ａで囲まれて支
持されており、上方向にのみ出し入れ可能となってい
る。上記バッテリ８４の上部には把手８７ａ，及び充電
用端子８７ｂが装着されている。

【００１８】上記パワーユニット８３は、アルミダイキ
ャスト製のユニットケース９０（ケーシング）内に遊星
ローラ式減速機構９１，遊星歯車式増速機構９２，及び
上記踏力検出装置８６を収納して構成されている。上記
ユニットケース９０は、大略有底筒状のケース本体９３
と、該ケース本体９３の左側壁に形成された開口を閉塞
する蓋部材９４とからなり、該蓋部材９４はケース本体
９３にボルト９５により着脱可能に締結されている。

【００１９】上記ケース本体９３の上壁の前部，及び後
部にはそれぞれ車幅方向に延びるボス部９３ａ，９３ｂ
が一体形成されている。このケース本体９３はこれの各
ボス部９３ａ，９３ｂを上記取付けブラケット５の左,
右側壁５ａ，５ｂ間に位置させボルト８９ａ，８９ａに
より締め付け固定されている。また上記ケース本体９３
の前端開口フランジには上記電動モータ８２のフランジ
部がボルト締め固定されており、該モータ８２の回転軸
８２ａはクランク軸１３と直角方向に向けて配置されて
いる。

【００２０】上記ユニットケース９０内には上記クラン
ク軸１３が車幅方向に挿入されており、該クランク軸１
３の両端部はケース外方に突出している。このクランク
軸１３の左側端部は軸受９６を介して蓋部材９４のボス
部により回転自在に支持されている。また上記クランク
軸１３の右側端部には軸受９７を介して大略碗状をなす
外周歯車１５５の底部に一体形成された略筒状の合力軸
１５５ａが相対回転自在に装着されている。

【００２１】上記合力軸１５５ａの外周部には出力歯車
１５６が装着されており、該出力歯車１５６は軸受１５
８を介してケース本体９３に支持されている。上記合力
軸１５５ａと出力歯車１５６とはワンウェイクラッチ１
５７を介在させて連結されている。このワンウェイクラ
ッチ１５７により人力のみによる走行時にペダル踏力が
出力歯車１５６からモータ８２側に伝わるのを回避して
いる。これにより人力走行時における上記出力歯車１５
６と後述する出力歯車１５２との噛み合いによる騒音の
発生を防止している。また上記合力軸１５５ａは軸受９
９を介してケース本体９３のボス部により回転自在に支
持されており、該合力軸１５５ａの外端に上記チェーン
スプロケット１７がスプライン結合されている。

【００２２】上記クランク軸１３の軸方向中央部には上
述の遊星歯車増速機構９２が同軸上に配置されている。
これはクランク軸１３に回転自在に装着された太陽歯車
１００と、該太陽歯車１００の周囲に自転公転自在に噛
合する３個の遊星歯車１０１と、各遊星歯車１０１に噛
合する上記外周歯車１５５とを備えている。また上記各
遊星歯車１０１はクランク軸１３にワンウェイクラッチ
１０３を介して装着されたキャリア１０４に回転自在に
支持されている。これによりクランク軸１３に入力され
たペダル踏力は遊星歯車増速機構９２の遊星歯車１０１
を介して外周歯車１５５，合力軸１５５ａに伝わり、チ
ェーンスプロケット１７，チェーン１８を介して後輪９
に伝達される。

【００２３】上記電動モータ８２の回転軸８２ａには上
記遊星ローラ式減速機構９１が装着されている。これは
上記回転軸８２ａと同軸をなすように固定された大径円
筒状の外輪１１０と、該外輪１１０と上記回転軸８２ａ
との間に配設され、両者８２ａ，１１０に当接する複数
個の遊星ローラ１１１と、該遊星ローラ１１１を軸受１
１２を介して回転自在に支持するピン１１３とを備えて
いる。また上記外輪１１１の両端面には各遊星ローラ１
１１の軸方向移動を規制するガイド板１１４，１１５が
配設されており、該ガイド板１１４，１１５はボルト１
１６によりモータ８２のフランジ部に共締め固定されて
いる。

【００２４】上記各ピン１１３はボス部１５１ａを有す
る円板状のキャリア１５１に固定されており、該ボス部
１５１ａには上述の出力歯車１５２の軸部１５２ａがス
プライン結合されている。この出力歯車１５２は上記出
力歯車１５６に噛合しており、軸部１５２ａは一対の軸
受１５３，１５３を介してケース本体９３に支持されて
いる。これによりモータ８２の駆動力は、遊星ローラ式
減速機構９１により減速されてキャリア１５１，出力歯
車１５２から出力歯車１５６を介して合力軸１５５ａに
伝達され、ここでクランク軸１３からのペダル踏力と合
力されて後輪９に伝達される。

【００２５】上記ケース本体９３には上述の踏力検出装
置８６が配設されている。この踏力検出装置８６は、図
４に示すように、上記ケース本体９３の底壁に配設され
た反力受部１２５と、ケース本体９３の上壁の後部に配
設された角度検出部１２６とからなり、この両者１２
５，１２６はケース本体９３の外周面に沿って分離形成
されている。

【００２６】上記反力受部１２５は、上記ケース本体９
３の底壁に膨出形成された受け部９３ｃの開口に支持板
１２７をボルト締め固定し、該受け部９３ｃ内にコイル
スプリング１３０を配置するとともに、該コイルスプリ
ング１３０にフランジ１３１ａが一体形成された円筒状
の棒部材１３１を挿入し、該フランジ１３１ａの下面と
支持板１２７との間で上記コイルスプリング１３０を支
持して構成されている。上記棒部材１３１はコイルスプ
リング１３０の内面に摺接しており、該スプリング１３
０の略中央部まで延びている。

【００２７】上記角度検出部１２６は、上記ケース本体
９３の上壁に形成された取付け座９３ｄにセンサ本体１
３２をボルト締め固定し、該センサ本体１３２にセンサ
軸１３３を回動可能に軸支するとともに、該センサ軸１
３３の回動角度を検出するポテンショメータ１３４を固
定して構成されている。このセンサ軸１３３は上記クラ
ンク軸１３と直角方向に向けて配置されており、ケース
本体９３内に突出している。また上記センサ軸１３３の
先端には回動レバー１３５が固定されており、該回動レ
バー１３５はセンサ軸方向に見て不図示のスプリングに
より時計方向に付勢されている。

【００２８】そして上記太陽歯車１００には半径方向に
延びる押圧アーム部１００ａ及び回動アーム部１００ｂ
が周方向に間隔をあけて一体形成されている。この押圧
アーム部１００ａの先端にはローラ１３７が軸支されて
おり、該ローラ１３７は上記棒部材１３１のフランジ１
３１ａの上面に転接している。また上記ローラ１３７に
は上記ケース本体９３に進退可能に螺挿された零点調整
用ストッパボルト１３８が当接しており、該ストッパボ
ルト１３８により上記押圧アーム部１００ａの時計方向
への回動が規制されている。上記回動アーム部１００ｂ
は上記センサ軸１３３の回動レバー１３５に当接してい
る。

【００２９】上記クランク軸１３に入力された踏力の大
きさに応じて太陽歯車１００が反時計方向に回動し、こ
れに伴って押圧アーム部１００ａが回動してコイルスプ
リング１３０を圧縮するとともに、回動アーム部１００
ｂが回動レバー１３５を介してセンサ軸１３３が回動す
る。このセンサ軸１３３の回転角度をポテンショメータ
１３４が検出し、該検出値をリード線１３４ａを介して
コントロールユニット８５に出力するようになってい
る。

【００３０】また、上記ケース本体９３の上壁の前部に
は車速センサ１４０が配設されている。これは上記ケー
ス本体９３に取付け座９３ｅを形成し、該取付け座９３
ｅにセンサ本体１４１をボルト締め固定し、該センサ本
体１４１の検出部１４２をケース本体９３内に突出して
構成されている。この検出部１４２は、上記外周歯車１
５５の外周面に所定ピッチで形成された歯部１５５ｂに
微小隙間をあけて対向している。上記車速センサ１４０
は上記外周歯車１５５の回転に伴う歯部１５５ｂの磁気
抵抗の変化を検出し、該検出値をリード線１４０ａを介
して上記コントロールユニット８５に出力するようにな
っている。ここで、上記歯部１５５ｂは外周歯車１５５
の内歯を鍛造成形する際に同時に形成されたものであ
る。上記ポテンショメータ１３４，及び車速センサ１４
０は上記取付けブラケット５内に位置しており、該ブラ
ケト５の左, 右側壁５ａ，５ｂ及び上壁５ｃにより囲ま
れている。

【００３１】上記コントロールユニット８５は、上記ユ
ニットケース９０の車幅方向左外端面を構成する蓋部材
９４に沿って配置され、かつ該蓋部材９４にボルト締め
固定されており、上記チェーンスプロケット１７の反対
側に位置している。このコントロールユニット８５は大
略楕円形状のもので、これの中央部には貫通孔８５ａが
形成されており、該貫通孔８５ａを上記クランク軸１３
の左端部が車幅方向外方に挿通している。

【００３２】上記コントロールユニット８５は、ユニッ
ト本体８５ｂとこれを収容するアルミ合金製のコントロ
ールカバー８５ｃとからなり、該コントロールカバー８
５ｃの３ヶ所に形成されたボス部８５ｆが上記蓋部材９
４の放熱座９４ａにボルト２００で締め付け固定されて
いる。また上記ユニット本体８５ｂは、図７に示すよう
に、基板８５ｄの開口８５ａ´の周辺に上記各センサ１
３２，１４０のリード線１３４ａ，１４０ａが接続され
るコネクタ１４５，ＣＰＵ１４６，シャント抵抗１４
７，コンデンサ１４８を配置するとともに、前端部にＦ
ＥＴ１４９（トランジスタ）を配列した構造のものであ
る。なお、１５０，１５１は電動モータ８２，バッテリ
８４の電源ケーブル（不図示）が接続されるコネクタで
ある。また８５ｅは上記ボス部８５ｆとの干渉を回避す
るための逃げ部である。

【００３３】そして上記コントロールユニット８５は、
上記ポテショメータ１３４の検出値からペダル１５に加
えられたペダル踏力の大きさを求めるとともに、車速セ
ンサ１４０からの車速を読み込み、内蔵する補助駆動力
制御マップに基づいて補助駆動力を演算し、該補助駆動
力に対応した電流をバッテリ８４から電動モータ８２に
給電するように構成されている。この補助駆動力は、乗
員のペダル踏力１に対して車速が０〜１５Ｋｍ／ｈのと
きは略１：１に設定され、かつ１５Ｋｍ／ｈを越えた時
点から次第に小さくなり、２４Ｋｍ／ｈに達した時点で
ゼロになるように設定されている。

【００３４】次に本実施形態の作用効果について説明す
る。本実施形態によれば、コントロールユニット８５を
パワーユニット８３のユニットケース９０の左外側面に
沿って配置し、該ケース９０にボルト締め固定したの
で、従来の該両ユニットを別々に配列する場合のような
大型カバー部材，取付け用ブラケットを不要にでき、組
付工数，部品点数を削減してコストを低減できるととも
に、小型化，軽量化を図ることができる。

【００３５】また上記両ユニット８３，８５を一体化し
たので、コントロールボックス８５ｂとモータ８２，ポ
テンショメータ１３４，車速センサ１４０等との配線長
さを短くすることができ、コントロールユニット８５周
辺の配索を簡略化できるとともに、ノイズの発生を抑制
でき、さらには車体搭載時のレイアウト上の自由度を向
上できる。

【００３６】さらに上記ユニットケース９０とクランク
１４との間の空きスペースを有効利用してコントロール
ユニット８５を配置したので、配置スペースの拡大を回
避できる。またユニット本体８５ｂを覆うコントロール
カバー８５ｃを外方に向けて配置したので、飛び石等に
よる損傷を防止できるとともに、該コントロールカバー
８５ｃが外観部品として機能し、特別な化粧板等を不要
にできる。

【００３７】またコントロールユニット８５のボス部８
５ｆをユニットケース９０側に形成された放熱座９４ａ
に当接させたので、コントロールユニット８５から発生
する熱をユニットケース９０側に放熱でき、ユニット本
体８５ｂの温度上昇を抑制できる。またコントロールユ
ニット８５のコントロールカバー８５ｃに走行風が当た
り易く、この点からも温度上昇を抑制できる。

【００３８】本実施形態では、コントロールユニット８
５の中央部にクランク軸１３を挿通する貫通孔８５ａを
形成したので、クランク軸１３との干渉を回避でき、コ
ントロールユニット８５をユニットケース９０の側面に
配置しながら、該コントロールユニット８５を無理のな
い形状にすることができ、外観及び収納効率を向上でき
る。

【００３９】また上記コントロールユニット８５をチェ
ーンスプロケット１７の反対側に配置したので、左, 右
方向の配置バランスを良好にでき、この点からも外観及
び収納効率を向上できる。

【００４０】さらにまた、コントロールユニット８５を
ユニットケース９０の外側に配置したので、内側に配置
したものに比べてコントロールユニット８５のメンテナ
ンス及び交換を容易に行なうことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明に係る電動
補助車両によれば、コントロールユニットをパワーユニ
ットのケーシングの車幅方向端面に沿って配置し、かつ
該ケーシングに固定したので、両ユニットを別々に配置
する場合に比較して大型カバー，取付け用ブラケットを
不要にでき、組立工数，部品点数を削減でき、コストを
低減できる効果がある。また両ユニットを一体化したの
で、コントロールユニット周辺のワイヤハーネスの配索
を簡略化でき、またレイアウト上の自由度を向上できる
とともに、小型化を図ることができる効果があり、また
メンテナンスを容易に行なうことができる。

【００４２】請求項２の発明では、上記コントロールユ
ニットにクランク軸が挿通する貫通孔を形成したので、
該クランク軸との干渉を回避して外観及び収納効率を向
上できる効果がある。

【００４３】請求項３の発明では、上記コントロールユ
ニットをパワーユニットのスプロケットと反対側に配設
したので、左, 右方向の配置バランスを良好にでき、外
観及び収納効率を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１〜３の発明の一実施形態による電動補
助自転車の左側面図である。

【図２】上記電動補助自転車のパワーユニットの左側面
図である。

【図３】上記パワーユニットの断面平面図である。

【図４】上記パワーユニットの蓋部材を外した状態を示
す左側面図である。

【図５】上記パワーユニットの左側面である。

【図６】上記パワーユニットの平面図である。

【図７】上記コントロールユニットの構成図である。

【符号の説明】

１ 電動補助自転車 １３ クランク軸 １７ チェーンスプロケット ８２ 電動モータ ８３ パワーユニット ８５ コントロールユニット ８５ａ 貫通孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸に入力されたペダル踏力と電
   動モータからの補助力との合力を出力するパワーユニッ
   トと、上記電動モータからの補助力を可変制御するコン
   トロールユニットとを備えた電動補助車両において、上
   記コントロールユニットを上記パワーユニットのケーシ
   ングの車幅方向外端面に沿うように配置し、かつ該ケー
   シングに固定したことを特徴とする電動補助車両。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記コントロールユ
   ニットが貫通孔を有し、該貫通孔を上記クランク軸が挿
   通していることを特徴とする電動補助車両。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、上記コントロ
   ールユニットが、上記クランク軸の一側に配設され上記
   パワーユニットからの合力を取り出すスプロケットと反
   対側に配設されていることを特徴とする電動補助車両。