JP2012076473A - 電動自転車のハブユニット及びそれを装備する電動自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】ローラブレーキ装置を極力熱の影響を受けないように取り付けることができる電動自転車のハブユニットを提供する。
【解決手段】電動自転車１は、前輪１８に組み合わせたハブユニット３０でアシスト駆動力を得る。ハブユニット３０は、ハブケーシング３５及びハブケーシング３５の一端の開口部３４を閉塞するリッド３６からなるハブ３１と、モータ３２と、モータ３２の回転を減速してハブ３１に伝達する遊星歯車減速機構３３を備える。モータ３２はハブケーシング３５の側に位置し、遊星歯車減速機構３３はリッド３６の側に位置する。リッド３６にローラブレーキ装置６０が取り付けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は電動自転車のハブユニット及びそれを装備する電動自転車に関する。

電池を電源とするモータで走行する電動自転車（ペダルを踏み込む力をモータでアシストする電動アシスト自転車を含む）は、重い荷物を載せていたり、坂道を登ったりするときに楽であることから、それを選択して購入する消費者が多くなっている。特許文献１に電動アシスト自転車の例を見ることができる。
電動自転車の動力伝達システムを設計する上で、モータをどこに配置するかは常に大きな問題となる。特許文献２、３では、前輪または後輪のハブの中にモータと減速機構を組み込む方式が提案されている。
電動自転車は電池を搭載する関係上質量が増大し、制動に大きな力を要する。特許文献４、５には、大きな制動力を発生させられるブレーキとして、ローラブレーキ装置が開示されている。

特開平６−１０７２６６号公報（国際特許分類：Ｂ６２Ｍ２３／０２、Ｂ６２Ｋ１１／００、Ｂ６２Ｍ１７／００） 特開２００５−３３５５３５号公報（国際特許分類：Ｂ６２Ｍ２３／０２、Ｂ６０Ｂ２７／００） 特開２００９−１２６２７号公報（国際特許分類：Ｂ６２Ｍ２３／０２、Ｂ６２Ｍ１１／１６） 特許第４０７３９２９号公報（国際特許分類：Ｆ１６Ｄ５１／１２、Ｂ６２Ｌ１／００、Ｂ６２Ｍ２３／０２） 特開２００６−３４７４１２号公報（国際特許分類：Ｂ６２Ｌ１／００、Ｂ６２Ｍ２３／０２、Ｆ１６Ｄ５１／１２、Ｆ１６Ｄ６５／１０）

ローラブレーキ装置は精密加工した部品を組み合わせて構成されており、所期の制動性能を発揮させるには、温度上昇をできるだけ避ける必要がある。
本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、モータと減速機構を内蔵した電動自転車のハブユニットにおいて、ローラブレーキ装置を極力熱の影響を受けないように取り付けることができる構造を提供することを目的とする。

本発明の好ましい実施形態によれば、電動自転車のハブユニットは、モータ及び当該モータの回転を減速して伝達する減速機構を内蔵するハブを備え、前記ハブの減速機構側側面にローラブレーキ装置が取り付けられる。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の電動自転車のハブユニットにおいて、
ハブケーシング及び当該ハブケーシングの一端の開口部を閉塞するリッドからなるハブを備え、前記減速機構は前記モータの回転を減速して前記ハブに伝達するものであり、前記ハブの内部において、前記モータは前記ハブケーシングの側に位置し、前記減速機構は前記リッドの側に位置するとともに、前記リッドにローラブレーキ装置が取り付けられる。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の電動自転車のハブユニットにおいて、前記リッドの中心から突き出すハブ軸を囲む中間リングが配置され、前記中間リングを介して、前記ローラブレーキ装置のブレーキドラムが前記リッドに固定される。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の電動自転車のハブユニットにおいて、前記中間リングと前記リッドの間にラビリンス嵌合部が形成されている。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の電動自転車のハブユニットにおいて、前記中間リングの外周には雄ねじ部が形成され、前記リッドには前記雄ねじ部がねじ込まれる雌ねじ部が形成され、前記ローラブレーキ装置の作動時、前記中間リングにはねじの締め付け方向の力が加わる。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成のハブユニットが電動自転車に装備される。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の電動自転車において、前記ハブユニットは前輪に装着される。

本発明によると、モータ及び当該モータの回転を減速して伝達する減速機構を内蔵するハブにローラブレーキ装置を取り付けるに際し、大量の熱を発生するモータ側でなく、熱の発生の比較的少ない減速機構側の側面にローラブレーキ装置を取り付けたから、ローラブレーキ装置を発熱部品から遠ざけて配置することができ、ローラブレーキ装置の温度上昇を抑制して所期の制動性能を発揮させることができる。

電動自転車の側面図である。 電動自転車の部分拡大図である。 本発明の実施形態に係るハブユニットの断面図である。 図３の部分拡大図である。 ローラブレーキ装置の部分拡大図である。 ローラブレーキ装置の冷却用ディスクの側面図である。 ローラブレーキ装置の冷却用ディスクの正面図である。

最初に、図１に基づき電動自転車の全体構造を説明する。
電動自転車１はペダルを踏み込む力をモータでアシストする電動アシスト自転車であり、そのフレーム１０は、前端のヘッドチューブ１１と、搭乗者の騎乗位置に配置されるシートチューブ１２をダウンチューブ１３で連結した構造を有する。シートチューブ１２には上端にサドル１４を有するシートポスト１５が上下位置調整可能に挿入される。ヘッドチューブ１１はハンドル１６のハンドルステム１７を回転自在に保持する。
前輪１８は、ハンドルステム１７に回転不能に連結するフロントフォーク１９に支持される。後輪２０は、シートチューブ１２の上端から後方に延び出すシートステー２２ａと、シートチューブ１２の下端から後方に延び出すチェーンステー２２ｂによって構成されるリヤフォーク２１に支持される。
シートチューブ１２、ダウンチューブ１３、及びチェーンステー２２ｂが集合する箇所に、ペダル２３を備えたクランク２４が配置される。クランク２４の回転力はチェーン２５により後輪２０に伝達される。
前輪１８に対してはローラブレーキ装置が設けられるが、その詳細は後述する。後輪２０に対しては、そのハブに対し制動をかける後ブレーキ（図示せず）が設けられる。
リヤフォーク２１には荷台２６が取り付けられる。リヤフォーク２１にはスタンド２７も取り付けられる。
シートチューブ１２の後面には、電動自転車１の電源となる電池ケース２８が着脱可能に取り付けられる。ハンドル１６には、電動アシスト動作の制御指令を入力する手元操作部２９が取り付けられている。
電動自転車１にアシスト推進力を与えるのは前輪１８に組み合わせられるハブユニット３０である。続いて、主に図３に基づきハブユニット３０の構造を説明する。
ハブユニット３０は、ハブ３１と、ハブ３１に内蔵されるモータ３２及び遊星歯車減速機構３３により構成される。遊星歯車減速機構３３は周知なので詳しく機構を説明することはしない。
ハブ３１の外殻を構成するのは、一端が開口部３４となったハブケーシング３５と、開口部３４を閉塞するリッド３６である。リッド３６は所定の角度間隔に配置された複数のビス３７によりハブケーシング３５に固定される。ハブケーシング３５の中心には外向きに突出するハブ軸３８を備えたセンターピース３９が配置され、リッド３６の中心には外向きに突出するハブ軸４０が配置される。センターピース３９とハブケーシング３５の間にはボールベアリング４１が配置され、ハブ軸４０とリッド３６の間にはボールベアリング４２が配置される。ボールベアリング４１、４２により、ハブ３１はハブ軸３８、４０に回転自在に支持される。
ハブケーシング３５には、前輪１８のスポーク４３（図１参照）を通す穴４４を所定の角度間隔で形成したフランジ４５が形成される。同様のフランジがリッド３６にも形成されている。ハブケーシング３５のフランジの穴とリッド３６のフランジの穴にスポーク４３を通し、前輪１８のリム４６（図１参照）に通したニップル４７にスポーク４３の先端を螺合させ、ニップル４７を締め上げれば、スポーク４３はぴんと緊張する。この作業を全てのスポーク４３について行うことにより、ハブ３１とリム４６は強固に固定される。その後、リム４６にチューブとタイヤを装着し、前輪１８を完成させる。ハブ軸３８、４０を周知の方法でフロントフォーク１９に固定すれば、前輪１８はハブ軸３８、４０を中心として回転自在となる。ハブ軸３８、４０自体はフロントフォーク１９に対し回転不能である。
モータ３２は、積層鉄心と巻線により構成されるステータ４８を一対のエンドブラケットの間に挟み込み、ステータ４８の中心にロータ４９を配置した構造である。ここではセンターピース３９が一方のエンドブラケットとなり、ステータ４８を隔てて反対側に位置する他方のエンドブラケット５０に組み合わせられる。センターピース３９にステータ４８をあてがい、さらにエンドブラケット５０をあてがい、エンドブラケット５０の側からセンターピース３９に複数のビス５１を螺合して締め付けることにより、ステータ４８はハブケーシング３５に組み付けられる。センターピース３９はハブ軸３８に対し回転不能とされているので、ステータ４８もハブ軸３８に対し回転不能、すなわちフロントフォーク１９に対し回転不能となる。
ロータ４９は中心にロータ軸５２を有し、ロータ軸５２はボールベアリング５３、５４によりセンターピース３９とエンドブラケット５０に回転自在に支持されている。ロータ軸５２の一端はエンドブラケット５０の外側に突き出し、遊星歯車減速機構３３の入力部に連結されている。遊星歯車減速機構３３の出力部は複数のボルト５５でリッド３６に連結されている。この構成により、モータ３２の回転は遊星歯車減速機構３３により減速されてハブ３１に伝達される。
遊星歯車減速機構３３はワンウェイクラッチを含み、モータ３２の回転はハブ３１に伝わるが、モータ３２が回転していないときの前輪１８の回転はモータ３２には伝わらないようにされている。このため、アシスト走行時以外の時点でペダル２３の踏み込みが重くなることがない。
ハブユニット３０にはローラブレーキ装置６０が取り付けられる。取り付け場所としては、ハブ３１の減速機構側の側面を構成するリッド３６が選定される。以下その構造について説明する。
ローラブレーキ装置６０の基本的な構造は特許文献４、５に記載されたものと同じである。すなわち、図５に示すブレーキドラム６１の内部に複数のブレーキシュー６２が配置されている。ブレーキドラム６１はリッド３６に対し回転不能とされ、ブレーキシュー６２はフロントフォーク１９に対し回転不能とされる。これにより、ブレーキシュー６２はブレーキドラム６１に制動をかけることが可能になる。
ブレーキシュー６２は、円の三分の一ずつを占める形で３個配置され、それぞればね６２ａによりブレーキドラム６１の中心方向に附勢されている。１個のブレーキシュー６２につき２個ずつのローラ６３が、ブレーキドラム６１の中心方向からブレーキシュー６２を支えるように配置される。計６個のローラ６３はリング状のリテーナ６４に６０°間隔で保持され、互いの間に接触が生じないようにされている。リテーナ６４の中心には回転カム６５が配置される。回転カム６５の外周には、回転カム６５の中心からの距離が漸増するカム面６６が、６個のローラ６３のそれぞれに対応する形で計６個設けられている。
図５において、回転カム６５が反時計方向に回動すると、カム面６６がローラ６３を外側に押し出す。ローラ６３はばね６２ａの附勢力に抗してブレーキシュー６２を押し出し、ブレーキドラム６１の内周面に接触させる。これにより、ブレーキドラム６１、ひいてはハブ３１に制動がかかる。ハンドル１６に設けられた右手用のブレーキレバー（図示せず）を握りしめると、その力がケーブルを介して回転カム６５に伝わり、回転カム６５が図５において反時計方向に回動する仕組みである。
ブレーキドラム６１は中間リング６７（図３、４参照）を介してリッド３６に固定される。中間リング６７はハブ軸４０を囲むものであり、一方の端面にはブレーキドラム６１を回転不能に連結するセレーション６８が形成されている。中間リング６７の外周には雄ねじ部６９が形成され、リッド３６には雄ねじ部６９がねじ込まれる雌ねじ部７０が形成される。雄ねじ部６９と雌ねじ部７０の螺合方向は、ローラブレーキ装置６０の作動時、中間リング６７にねじの締め付け方向の力が加わる方向に設定されている。このため、ローラブレーキ装置６０で前輪１８に制動をかけたとき、中間リング６７とリッド３６の結合はますます強固になり、中間リング６７がリッド３６から外れたりすることはない。
中間リング６７には、リッド３６に面する側の端面に環状の突起７１が形成される。リッド３６には突起７１を受け入れる環状の溝７２が形成される。中間リング６７をリッド３６に固定すると突起７１が溝７２に入り込み、中間リング６７とリッド３６の間にラビリンス嵌合部７３が形成される。ラビリンス嵌合部７３は、水がハブ３１の外側からハブ３１の中心方向に侵入する上で障害となるので、ボールベアリング４２等を侵入しようとする水から守ることができる。
図３に示す通り、ブレーキドラム６１の開口部に向き合うようにブレーキハウジング７４が配置され、このブレーキハウジング７４にブレーキシュー６２、ローラ６３、リテーナ６４、及び回転カム６５が支持される。ブレーキハウジング７４はフロントフォーク１９に対し回転不能とされる。ブレーキハウジング７４の外面（ブレーキドラム６１に向いた面と反対側の面）には装飾用のオーナメントディスク７５が取り付けられる。またブレーキハウジング７４には、回転カム６５を動かす図示しないケーブルの鞘管を支持するステー７６が形成されている。
ブレーキドラム６１には冷却用ディスク７７が固定される。冷却用ディスク７７はアルミニウム合金のダイキャスト成型品であり、内面（リッド３６に面する側の面）には多数のフィン７８が放射状に形成されている。
上述の通り、ハブケーシング３５とリッド３６からなるハブ３１の内部で、大量の熱を発生するモータ３２はハブケーシング３５の側に配置され、熱の発生の比較的少ない遊星歯車減速機構３３はリッド３６の側に配置され、リッド３３にローラブレーキ装置６０が取り付けられているから、ローラブレーキ装置６０は発熱部品であるモータ３２から遠ざかっている。このため、ローラブレーキ装置６０の温度上昇を抑制して所期の制動性能を発揮させることができる。その上、ハブ３１が回転するとハブ３１の中心から外周方向に向かう風がフィン７８によって形成され、冷却用ディスク７７が空冷されるので、ローラブレーキ装置６０の温度上昇は一層確実に抑制される。
電動自転車１は、モータ３２と遊星歯車減速機構３３を内蔵したハブユニット３０が前輪１８に装着されていて、前輪１８はモータ３２で駆動され、後輪２０はペダル２３により人力で駆動されるものであるから、前後両輪が駆動され、走行安定性が向上する。一方で、モータ３２と遊星歯車減速機構３３を内蔵したハブユニット３０が組み込まれることから、前輪１８の慣性が大きくなるが、制動力の大きいローラブレーキ装置６０をハブユニット３０に取り付けることにより、前輪１８の制動力を確保して、安全性を高めることができる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は電動自転車のハブユニットに広く利用可能である。

１ 電動自転車
１０ フレーム
１１ ヘッドチューブ
１６ ハンドル
１７ ハンドルステム
１８ 前輪
１９ フロントフォーク
２０ 後輪
２１ リヤフォーク
２８ 電池ケース
２９ 手元操作部
３０ ハブユニット
３１ ハブ
３２ モータ
３３ 遊星歯車減速機構
３４ 開口部
３５ ハブケーシング
３６ リッド
６０ ローラブレーキ装置
６１ ブレーキドラム
６２ ブレーキシュー
６３ ローラ
６４ リテーナ
６５ 回転カム
６６ カム面
６７ 中間リング
６９ 雄ねじ部
７０ 雌ねじ部
７３ ラビリンス嵌合部

Claims (7)

1. モータ及び当該モータの回転を減速して伝達する減速機構を内蔵するハブを備え、前記ハブの減速機構側側面にローラブレーキ装置が取り付けられることを特徴とする電動自転車のハブユニット。
2. ハブケーシング及び当該ハブケーシングの一端の開口部を閉塞するリッドからなるハブ
   を備え、
   前記減速機構は前記モータの回転を減速して前記ハブに伝達するものであり、
   前記ハブの内部において、前記モータは前記ハブケーシングの側に位置し、前記減速機構は前記リッドの側に位置するとともに、
   前記リッドにローラブレーキ装置が取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車のハブユニット。
3. 前記リッドの中心から突き出すハブ軸を囲む中間リングが配置され、前記中間リングを介して、前記ローラブレーキ装置のブレーキドラムが前記リッドに固定されることを特徴とする請求項２に記載の電動自転車のハブユニット。
4. 前記中間リングと前記リッドの間にラビリンス嵌合部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電動自転車のハブユニット。
5. 前記中間リングの外周には雄ねじ部が形成され、前記リッドには前記雄ねじ部がねじ込まれる雌ねじ部が形成され、前記ローラブレーキ装置の作動時、前記中間リングにはねじの締め付け方向の力が加わることを特徴とする請求項３または４に記載の電動自転車のハブユニット。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のハブユニットを装備することを特徴とする電動自転車。
7. 前記ハブユニットは前輪に装着されることを特徴とする請求項６に記載の電動自転車。