JP2005335536A - 電動車輪用ハブユニット及び該ハブユニットを具えた乗物 - Google Patents

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Abstract

【課題】 アシスト自転車のハブユニットの芯振を防止する。
【解決手段】
モータ及び遊星歯車減速機構６を包囲し、遊星歯車65に噛合する内歯66aを具えたハブ７の両端から、１本の固定用支持軸57の両端部を突設しており、モータ９のロータ４の筒状回転軸44を固定用支持軸57に回転可能に嵌めている。ロータ４の筒状回転軸44が回転可能に嵌まっているから、固定用支持軸57とロータ４の芯振れは生じない。
又、従来の様に、固定用支持軸57とロータ４の回転軸が別体である場合に比べて、構成及び組立が簡素化できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電動車輪用ハブユニット及び該ハブユニットを具えたアシスト自転車、車椅子等の乗物に関するものである。
図８は、アシスト自転車の電動車輪用ハブユニット(２)を示している。
電動車輪用ハブユニット(以下、「ハブユニット」と呼ぶ)は、ステータ(３)とロータ(４)を具えたモータ(９)と、モータハウジング(５)の端板(52)を貫通したロータ(４)の回転軸(41)に連繋された遊星歯車減速機構(６)と、内部に該モータ(９)及び遊星歯車減速機構(６)を収容し遊星歯車(65)に噛合する内歯(66a)を具えたハブ(７)と、前記ロータ(４)の回転軸(41)の延長上にて、モータハウジング(５)の遊星歯車減速機構(６)とは反対側の端板(51)及び遊星歯車支持枠(61)に突設されハブ(７)の外側に突出した固定用支持軸(57)(57a)とを有する。
上記固定用支持軸(57)(57a)を、自転車の前フォーク或いは後フォークに固定し、ハブ(７)の外周に突設した周壁(74)(74)上のスポーク取付け孔(74a)に、車輪のスポーク(図示せず)を取り付ける。
ステータ(３)に施された巻線(32)に通電するとロータ(４)が回転し、ロータ(４)の回転は遊星歯車減速機構(６)によって減速されてハブ(７)に伝達され、自転車の車輪を回転させる。
自転車のペタルを踏み込むのに一定値以上の負荷が作用した場合に、ステータ(３)の巻線(32)に通電する様にして、坂道でも楽に走行することができる。
特表２００２−５１４５５０
上記ハブユニット(２)の場合、夫々別体であるロータ(４)の回転軸(41)と２つの固定用支持軸(57)(57a)を同軸に配備しており、構成が複雑で組み立てに手間が掛かる。又、部品の加工誤差、組立て誤差によって、３つの軸(41)(57)(57a)の軸芯が揃わずに芯振れを起こす虞れがあった。
本発明は、固定用支持軸(57)は１本だけとし、該固定用支持軸(57)(57a)の少なくとも一端をハブ(７)の外側に突出し、ロータ(４)の筒状回転軸(44)を固定用支持軸(57)に回転可能に嵌めることにより、上記問題を解決できるハブユニット及び該ハブユニットを用いた乗物を明らかにするものである。
本発明のハブユニット(２)は、ステータ(３)とロータ(４)を具えたモータ(９)と、該ロータに連繋された遊星歯車減速機構(６)と、遊星歯車減速機構(６)を収容し内面に遊星歯車(65)に噛合する内歯(66a)を具えロータ(４)の回転によって回転駆動されるハブ(７)と、ハブ(７)の回転中心軸上にてハブ(７)に対して相対回転可能に突設されハブ(７)の外側に突出した固定用支持軸(57)とを有する電動車輪用ハブユニットにおいて、
固定用支持軸(57)は１本だけであり、該固定用支持軸(57)(57a)の少なくとも一端がハブ(７)の外側に突出し、ロータ(４)の筒状回転軸(44)が固定用支持軸(57)に回転可能に嵌まり、該筒状回転軸(44)に遊星歯車減速機構(６)の太陽歯車(60)を具えている。
上記の如く、少なくとも一端がハブ(７)の外側に突出した１本の固定用支持軸(57)に、ロータ(４)の筒状回転軸(44)が回転可能に嵌まっているから、固定用支持軸(57)とロータ(４)の芯振れは生じない。
又、固定用支持軸(57)の両端をハブ(７)の両側側から突出させる場合、従来の様に、２本の固定用支持軸(57)(57a)とロータ(４)の回転軸(41)が別体である場合に比べて、構成及び組立が簡素化できる。
図１は、本発明のハブユニット(２)を具えた電動アシスト自転車(１)の一例を示している。
アシスト自転車(１)の前フォーク(12)の先端にハブユニット(２)を取り付け、前車輪(11)のリム(13)とハブユニット(２)をスポーク(14)(14)で繋いでいる。
シートポスト(15)と後車輪(16)との間にバッテリー(17)を搭載している。
ペタル(18)の踏込み力が作用する適所に、ペタルの負荷が一定値以上である場合にバッテリー(17)からハブユニット(２)のモータ(９)に通電するセンサー(図示せず)が配備されている。
ハブユニット(２)は、ステータ(３)とロータ(４)を具えたモータ(９)と、内部に該モータを収容しロータタ(４)の回転によって回転駆動されるハブ(７)と、ハブ(７)の回転中心軸上にてモータハウジング(５)に対して固定状態に突設され両端がハブ(７)の外側に突出した固定用支持軸(57)とを有する。
ステータ(３)は、図５に示す如く、打抜き金属板(31a)を所定枚数積層した積層金属板(31)に巻線(32)を施して形成されている。打抜き金属板(31a)は、リングの内周に周方向に等間隔に複数個の凸部(31b)、実施例では１２個のＴ字状の凸部(31b)をリング中心に向けて突設している。
積層金属板(31)の位相が揃った積層凸部(31b)単位に巻線(32)が施される。
従来より、積層金属板(31)は、金属板材を打抜き型で打ち抜いて打抜き金属板(31a)を形成しつつ、同時に打ち抜かれた姿勢のまま積層して形成される。
このため、各打抜き金属板(31a)に生じるバリは、隣り合う打抜き金属板(31a)(31a)において位置が揃う。
１つの打抜き金属板(31a)において、周方向に一様にバリが生じるとすれば、１つの積層金属板(31)の厚みは一様に揃う。
但し、上記のことは殆んどあり得ず、１つの打抜き金属板(31a)を観察すれば、バリの位置は、周方向に一様ではない。この場合、連続して打ち抜かれる打抜き金属板(31a)を単に積層すれば、１つの積層金属板(31)で０.１〜０.３mm程度であるが、厚みの大きい部分と小さい部分が生じる。
後記する理由により、積層金属板(31)に厚みの大きい部分と小さい部分が生じることを抑える必要がある。このため、積層金属板(31)を単位枚数の打抜き金属板(31a)からなる複数個の単位体(31c)に分け、各単位体を所定角度ずらして重ねている。
実施例では、３６０°を単位体(31c)の個数で除した角度だけ順にずらして積層金属板(31)を形成している。例えば単位体(31c)の個数が３個の場合、３つの単位体(31c)を１２０°づつずらし、各積層凸部(31b)に巻線(32)を施す。
上記積層金属板(31)は、金属板材を打ち抜いて、打抜き金属板(31a)を形成しつつ積層する際に、単位体(31c)の枚数だけ打抜き金属板(31a)を打ち抜く毎に、金属板材を水平面内で所定の角度、実施例では１２０°回転させることによって簡単に形成できる。
尚、打抜き金属板(31a)の内向き凸部(31b)の個数は、単位体(31c)の個数で割り切れる個数に限られる。
上記ステータ(３)内に、ステータ(３)と同心で回転可能にロータ(４)が配備されている。 ロータ(４)は、円形の積層金属板(42)の中心に、積層金属板(42)と一体回転可能に筒状回転軸(44)を貫通させて形成される。
積層金属板(42)の外周部には、該筒状回転軸(44)と平行に複数の永久磁石(43)が、積層金属板(42)の周方向にＳ極とＮ極を交互にして等間隔に埋設配備されている。
モータ(９)のハウジング(５)は、前記ステータ(３)の積層金属板(31)を、ステータ(３)の軸方向から第１、第２の一対の端板(51)(52)で挟み、両端板(51)(52)を、積層金属板(31)の外周部を貫通した複数の締付ボルト(53)で締め付けて構成されている。
ステータ(３)の積層金属板(31)は、第１端板(51)と第２端板(52)を一定の間隔を存して固定するための役割を果たしている。即ち、積層金属板(31)は、図８の従来のハブユニットにおけるモータハウジング(５)の筒壁(８)を兼用している。
第１端板(51)及び第２端板(52)は、夫々外周縁に内向きに短筒部(54)(55)を有し、該短筒部(54)(55)先端の環状の嵌込み段部(54a)(55a)に積層金属板(31)の両端外周縁を嵌め込んでいる。
ロータ(４)の回転軸(44)は筒状に形成され、該筒状回転軸(44)は第２端板(52)を貫通して第２端板(52)の外側に突出しており、筒状回転軸(44)と第２端板(52)との間にベアリング(49)が介装されている。
第１端板(51)の中央外側にボス(56)を突設している。
第１端板(51)を貫通してステータ(３)の軸芯上に固定用支持軸(57)が第１端板(51)に固定して配備される。
固定用支持軸(57)は、第１端板(51)のボス(56)、前記ロータ(４)の筒状回転軸(44)及び後記する遊星歯車減速機構(６)及びハブ(７)の蓋板(72)を貫通して、両端がハブ(７)の外側に突出している。固定用支持軸(57)の突出両端部に、自転車の前フォーク(12)へ取り付けるための外ネジ(57b)(57b)が形成されている。
ロータ(４)の筒状回転軸(44)と固定用支持軸(57)との間にベアリング(46)(46)が介装されている。
第２端板(52)の外側に前記ロータ(４)の筒状回転軸(44)の回転を減速してハブ(７)に伝達する減速機構が配備される。
実施例の減速機構は遊星歯車減速機構(６)である。
遊星歯車減速機構(６)の遊星歯車支持枠(61)は、第２端板(52)に向けて、周方向に等間隔に３本の筒状脚部(62)を突設しており、該脚部(62)を第２端板(52)に当てて、該脚部(62)を貫通したボルト(63)によって第２端板(52)に固定されている。
第２端板(52)と遊星歯車支持枠(61)との間に、第２端板(52)の周方向に等間隔に３本の支持軸(64)を懸架し、各支持軸(64)で遊星歯車(65)を回転可能に支持する。
遊星歯車(65)は、第２端板(52)側に大歯車(65a)、反対側に小歯車(65b)を同軸に形成している。
遊星歯車(65)の大歯車(65a)は、前記ロータ(４)の筒状回転軸(44)の端部に形成した太陽歯車(60)に噛合している。遊星歯車(65)の小歯車(65b)は、後記するハブ(７)の蓋板(72)上の内歯(66a)に噛合している。
ハブ(７)は、底面中央が開口し、反対側が全面開口した略カップ状のハブ主体(71)と、該全面開口に被さる蓋板(72)とによって構成される。
ハブ主体(71)は、前記モータハウジング(５)及び遊星歯車減速機構(６)に被さり、底面開口(70)と前記モータハウジング(５)の第１端板(51)上のボス(56)との間にベアリング(73)が介装される。
蓋板(72)は、遊星歯車減速機構(６)の遊星歯車支持枠(61)を隠す様にしてハブ主体(71)の開口に被さり、複数本のボルト(76)によってハブ主体(71)に固定されている。
蓋板(72)の内面には、前記固定用支持軸(57)と同心にリング体(66)がネジ止め固定され、該リング体(66)の内面に、前記遊星歯車(65)が噛合する内歯(66a)が形成されている。
前記固定用支持軸(57)の蓋板(72)の貫通部にはベアリング(75)が介装されている。
ハブ主体(71)の外周面両側に、ハブ主体(71)を一周して周壁(74)が突設され、該周壁(74)上に、周方向に規則的にスポーク取付け孔(74a)が開設されている。
固定用支持軸(57)を自転車の前フォーク(12)にネジ止め固定したとき、図２において、左下がり斜線部分が固定部分であり、右下がり斜線部分が回転部分である。
然して、自転車ペタル(18)の踏込みに一定値以上の負荷が作用すれば、バッテリー(17)からステータ(３)の巻線(32)に通電され、ロータ(４)が回転する。
ロータ(４)の回転によって、筒状回転軸(44)先端の太陽歯車(60)も回転して、遊星歯車(65)が定位置で回転する。遊星歯車(65)の回転は、内歯(66a)を介してハブ(７)に減速して伝達され、前車輪(11)を回転駆動する。
ロータ(４)の電動回転によって、ペタル(18)の踏込み力を軽くして自転車を走行させることができる。
両端がハブ(７)から突出した１本の固定用支持軸(57)に、ロータ(４)の筒状回転軸(44)が回転可能に嵌まっているから、固定用支持軸(57)とロータ(４)の芯振れは生じない。
又、従来の様に、ロータの回転軸の両側に、夫々該回転軸とは別体の２本の固定用支持軸を突出させてたハブユニットに比べて、構成及び組立が簡素化できる。
巻線(32)への通電によって巻線(32)が発熱し、ステータ(３)は熱をもつ。しかし、実施例の場合、ステータ(３)の放熱の妨げとなるモータハウジング(５)の筒壁は存在しないため、ステータ(３)が熱をもっても、ステータ(３)を挟む一対の端板(51)(52)間の開口からモータハウジング(５)外に直接に放熱して、巻線(32)の過熱を防止できる。
モータハウジング(５)の筒壁(８)を省略できるため製造コストを低減できる。又、該筒壁(８)を省略した分が軽量化にも寄与できる。
又、モータハウジング(５)の筒壁が存在しない分だけ、ステータ(３)の外径を大きくできるから、回転力のパワーアップを図ることができる。
上記実施例において、ステータ(３)の積層金属板(31)に、周方向に厚みの大、小が生じておれば、両端板(51)(52)の平行度に狂いが生じる。この狂いによって、両端板の端板(51)(52)上のベアリング(58)(58)で軸承しているロータ(４)の回転軸(41)に曲げ力が作用して、ロータ(４)の円滑な回転に支障となる問題がある。このため、本来ならば本実施例の様に、ステータ(３)の積層金属板(31)を一対の端板(51)(52)で挟み、積層金属板(31)の積層方向にネジ推力が掛かる様に、両端板(51)(52)を締付ボルト(53)で締付け固定することは問題がある。
しかし、実施例では、前記の如く、ステータ(３)の積層金属板(31)を、単位枚数の打抜き金属板(31a)を積層した複数個の単位体(31c)を、所定の角度づつずらして積層することにより、積層金属板(31)の周方向の厚みを可及的に均一化している。このため、積層金属板(31)の積層方向にネジ推力が掛かる様に、両端板(51)(52)を締付ボルト(53)で締付け固定しても、第１端板(51)と第２端板(52)の平行度の精度を高くできる。
従って、ロータ(４)の回転軸(41)の両端側を支持するベアリング(58)(58)の平行度を高めて、ロータ(４)を円滑に回転させることができる。
図６は、本発明をロータ(４)がアウター型であるモータ(９)を具えたハブユニット(２)の実施例である。図７は、ハブ主体(71)を省略したハブユニット(２)の斜面図である。
ハブ(７)の軸芯に、ハブ(７)に対して相対回転可能に固定用支持軸(57)が配備される。該支持軸(57)の一端側は、筒状ブロック(34)を貫通して該ブロックと一体に固定される。 固定用支持軸(57)の他端は、ハブ主体(71)の蓋板(72)の中心に配備されたベアリング(75)を貫通してハブ(７)の外側に突出している。
前記ブロック(34)の内端に、モータ(９)のステータ(３)がボルト(53d)によって固定される。
モータ(９)のロータ(４)は、ステータ(３)の外周に被さる筒体(47)の一端の端板(48)を、前記固定用支持軸(57)に回転自由に嵌まった筒状回転軸(44)に固定し、前記筒体(47)の内面に、永久磁石(45)をＮ極とＳ極を周方向に交互に配備して構成される。
筒状回転軸(44)先端の太陽歯車(60)で遊星歯車減速機構(６)を作動させ、遊星歯車(65)の回転をハブ(７)の内歯(66a)に減速伝達してハブ(７)を減速回転させるのは、前記図２のハブユニット(２)と同様である。
上記図６のハブユニット(２)の場合、モータハウジング(５)を省略でき、又、ロータ(４)を軽量化できるので、ハブユニット(２)を一層軽量化できる。
尚、本発明のハブユニット(２)は、アシスト自転車の他に、車椅子等、車輪を具えた乗物のハブに実施できる。
前記第１、第２に実施例では、ハブ(７)の両端から固定用支持軸(57)を突出させて、ハブユニット(２)を両持ち支持する様に構成したが、車椅子の様に、ハブユニット(２)を片持ち支持する場合、固定用支持軸(57)の一端をハブ(７)から突出させるだけでよい。
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
アシスト自転車の正面図である。 ハブユニットの断面図である。 ハブ主体を外したハブユニットの斜面図である。 ハブユニットの斜面図である。 積層金属板の分解斜面図である。 第２実施例のハブユニットの断面図である。 同上のハブ主体を外したハブユニットの斜面図である。 従来例のハブユニットの断面図である。 同上のハブ主体を外した状態の斜面図である。
符号の説明
(２) ハブユニット
(３) ステータ
(31) 積層金属板
(４) ロータ
(５) モータハウジング
(57) 固定用支持軸
(６) 遊星歯車減速機構
(７) ハブ
(９) モータ

Claims (5)

  1. ステータ(３)とロータ(４)を具えたモータ(９)と、該ロータ(４)に連繋された遊星歯車減速機構(６)と、モータ(９)及び遊星歯車減速機構(６)を収容し内面に遊星歯車(65)に噛合する内歯(66a)を具えロータ(４)の回転によって回転駆動されるハブ(７)と、ハブ(７)の回転中心軸上にてハブ(７)に対して相対回転可能な固定用支持軸(57)とを具えた電動車輪用ハブユニットにおいて、
    固定用支持軸(57)は１本だけであって、少なくとも一端がハブ(７)の外側に突出し、ロータ(４)の筒状回転軸(44)が固定用支持軸(57)に回転可能に嵌まり、該筒状回転軸(44)に遊星歯車減速機構(６)の太陽歯車(60)を具えている電動車輪用ハブユニット。
  2. ロータ(４)はステータ(３)の外周面を包囲する様に永久磁石(43)を具えているアウター型である請求項１に記載の電動車輪用ハブユニット。
  3. ステータ(３)の積層金属板(31)を挟んで対向配備され固定用支持軸(57)を貫通した一対の端板(51)(52)どうしをボルト締めして積層金属板(31)を挟圧保持し、何れか一方の端板(51)は固定用支持軸(57)に固定状態に取り付けられ、ステータ(３)の外周面は、端板(51)(52)間にてハブ(７)の内面へ開放されている請求項１に記載の電動車輪用ハブユニット。
  4. 積層金属板(31)は、打抜き金属板(31a)を単位枚数に所定の角度だけ回転方向にずらせて積層して形成されている請求項３に記載の電動車輪用ハブユニット。
  5. 請求項１乃至４の何れかに記載の電動車輪用ハブユニット(２)を車輪のハブに実施した乗物。
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