JP2020118175A - ハブ変速機モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ハブモータによりトップ側／ロー側に変速させるハブ変速機モータを提供する。【解決手段】ハブ変速機モータ１００は、ギヤセット１、ステータ機構２、ロータ機構３、変速機構４及び往復機構５を備える。ギヤセット１は、動力入力軸１１、第１の歯車１２、複数の第２の歯車１３、リングギヤ蓋１４及び動力出力軸１５を有する。動力入力軸１１は動力入力端１１１及び歯車端１１２を有する。第１の歯車１２は動力入力軸１１の歯車端１１２に接続される。第２の歯車１３は、第１の歯車１２と噛合するように第１の歯車１２の外周に配設される。リングギヤ蓋１４はリングギヤ部１４１及び延伸部１４２を有する。リングギヤ部１４１は、第２の歯車１３と噛合するように、第２の歯車１３を取り囲んで設けられる。延伸部１４２はリングギヤ部１４１から動力入力軸１１の軸方向に平行に動力入力端１１１に向かって延びる。【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータに関し、特に、ハブモータによりトップ側／ロー側に変速させるハブ変速機モータに関する。

電動車は、電動モータを動力源として用いる。変速を行う場合、従来技術では直接、動力源により電動モータのロータの回転数を調整していた。例えば、アクセルペダルを踏み込んで電気エネルギーの供給量を増やすか、アクセルペダルの踏み込みを解放して電気エネルギーの供給量を減らしていた。電動モータのロータとステータとの相対的な旋回には最適な動作回転数があるが、頻繁に電動モータのロータの回転数を大幅に変えると、電動モータに悪影響を与えることがあった。

そこで、本発明者は、上記課題を解決するための鋭意検討を重ねた結果、かかる知見に基づいて、本発明に想到するに至った。
本発明の課題は、ハブモータによりトップ側／ロー側に変速させるハブ変速機モータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、ギヤセット、ステータ機構、ロータ機構、変速機構及び往復機構を備えた、ハブ変速機モータであって、前記ギヤセットは、動力入力軸、第１の歯車、複数の第２の歯車、リングギヤ蓋及び動力出力軸を有し、前記動力入力軸は、動力入力端及び歯車端を有し、前記第１の歯車は、前記動力入力軸の歯車端に接続され、前記第２の歯車は、前記第１の歯車の外周に配設されるとともに、前記第１の歯車と噛合し、前記リングギヤ蓋は、リングギヤ部及び延伸部を有し、前記リングギヤ部は、前記第２の歯車を取り囲むように設けられるとともに、前記第２の歯車と噛合し、前記延伸部は、前記リングギヤ部から前記動力入力軸の軸方向に平行に前記動力入力端に向かって延び、前記動力出力軸は、前記第２の歯車に接続され、前記ステータ機構は、前記ギヤセットを取り囲むように設けられ、前記ロータ機構は、前記ステータ機構を取り囲むように設けられるとともに、前記動力入力軸の前記動力入力端に動力結合され、前記変速機構は、前記ステータ機構と前記ロータ機構との間に配設されるとともに、前記変速機構が前記動力入力軸の軸方向に平行に、前記リングギヤ蓋の前記延伸部に摺動可能に接続され、前記変速機構が前記ステータ機構又は前記ロータ機構に接続され、前記往復機構は、前記変速機構に接続されることを特徴とするハブ変速機モータを提供する。

前記変速機構は、摺動本体、固着本体及びばね部材を有し、前記摺動本体は、前記動力入力軸の軸方向に平行に前記リングギヤ蓋の前記延伸部に摺動可能に接続され、前記摺動本体が前記ステータ機構又は前記ロータ機構に接続され、前記固着本体は、前記延伸部に固着され、前記ばね部材は、前記摺動本体と前記固着本体との間に配設され、前記摺動本体は、前記往復機構と前記ばね部材との間に接続されることが好ましい。

ブレーキシュー及び伝動片をさらに備え、前記ブレーキシューは、前記摺動本体と前記ステータ機構との間に配設され、前記伝動片は、前記摺動本体と前記ロータ機構との間に配設されることが好ましい。

前記ブレーキシュー及び前記伝動片は、前記動力入力軸の軸方向に対して傾いていることが好ましい。

前記往復機構は、シリンダボディ、ピストン、少なくとも１つの押動ピン及び２つのスラスト軸受を有し、前記ピストンは、前記シリンダボディに配設され、前記スラスト軸受は、前記変速機構及び前記ピストンにそれぞれ配設され、前記押動ピンは、前記動力入力軸の軸方向に対して平行であり、実際に駆動する際、前記シリンダボディ内で摺動して前記ロータ機構に挿入され、２つの前記スラスト軸受間に接続されることが好ましい。

前記往復機構に接続されたアクチュエータ機構をさらに備えることが好ましい。

本発明のハブ変速機モータは、往復機構と、ステータ機構とロータ機構との間に配設された変速機構との共同作用により、変速機構がステータ機構又はロータ機構に当接され、ハブ変速機モータを高速状態又は低速状態に切換えて変速を行う。また、本発明はロータ機構が常態下で、動作回転数が最適であり、ハブ変速機モータが動力を出力する際、高速状態又は低速状態に速やかに切換えるとともに、切換反応の感度が良く、正確で信頼性が高く、動力結合がスムーズであるなどの長所を有する。

本発明の一実施形態に係るハブ変速機モータの低速状態を示す簡略図である。 本発明の一実施形態に係るハブ変速機モータの高速状態を示す簡略図である。 本発明の一実施形態に係るハブ変速機モータを示す分解断面図である。 本発明の一実施形態に係るハブ変速機モータの低速状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るハブ変速機モータの高速状態を示す断面図である。

以下、本発明の目的、特徴及び効果をより分かりやすくするために、具体的な実施形態について図に基づいて詳しく説明する。

図１〜図５は、本発明のハブ変速機モータの一実施形態を示す。本発明の主旨をより分かりやすくするために、図１及び図２は、簡素化した概念図であり、各要素は実質上、相対位置関係のみを表し、各要素の形状、寸法及び距離は、必ずしも正確な比率で表されているわけではない。

図１〜図３を参照する。図１〜図３に示すように、本発明の一実施形態に係るハブ変速機モータ１００は、少なくともギヤセット１、ステータ機構２、ロータ機構３、変速機構４及び往復機構５から構成されてなる。

ギヤセット１は、動力入力軸１１、第１の歯車１２、複数の第２の歯車１３、リングギヤ蓋１４及び動力出力軸１５を含む。動力入力軸１１は、動力入力端１１１及び歯車端１１２を有する。第１の歯車１２は、動力入力軸１１の歯車端１１２に接続される。複数の第２の歯車１３は、第１の歯車１２の外周に配設されるとともに、第１の歯車１２と噛合する。リングギヤ蓋１４は、リングギヤ部１４１及び延伸部１４２を有する。リングギヤ部１４１は、第２の歯車１３を取り囲むように設けられるとともに、第２の歯車１３と噛合する。延伸部１４２は、リングギヤ部１４１から動力入力軸１１の軸方向に平行に動力入力端１１１に向かって延びる。動力出力軸１５は、第２の歯車１３に接続され、ローラＴに動力が出力される。

ステータ機構２は、ギヤセット１を取り囲むように設けられる。ロータ機構３は、ステータ機構２を取り囲むように設けられるとともに、動力入力軸１１の動力入力端１１１に動力結合される。好ましくは、ステータ機構２は、ハウジングＳに固着される。ロータ機構３は、ステータ機構２に対して旋回して動力を出力する。ロータ機構３は、動力入力軸１１の動力入力端１１１に接続されて第１の歯車１２を旋回させる。ステータ機構２及びロータ機構３は、電動モータでもよいが、本発明はこれだけに限定されない。

変速機構４は、ステータ機構２とロータ機構３との間に配設されるとともに、変速機構４が動力入力軸１１の軸方向に平行に、リングギヤ蓋１４の延伸部１４２に摺動可能に接続され、変速機構４がステータ機構２又はロータ機構３に接続される。例えば、延伸部１４２の表面には、動力入力軸１１の軸方向でスライド溝が形成される。変速機構４は、対応した突出部を有し、スライド溝中に接合され、動力入力軸１１の軸方向に沿って延伸部１４２に対して摺動する。

往復機構５は、変速機構４に接続される。変速機構４は、往復機構５により押動され、ステータ機構２又はロータ機構３に当接される。

以下、図１、図２、図４及び図５に基づいて、ハブ変速機モータ１００が行う変速について説明する。図１及び図４は、ハブ変速機モータ１００の低速状態を示す。ロータ機構３は、ステータ機構２に対して旋回し、動力を動力入力軸１１の動力入力端１１１へ伝達させて第１の歯車１２を旋回させる。往復機構５は、外力を加えて変速機構４を押動し（図１の左側矢印が示す）、変速機構４が押動されてステータ機構２に当接され、ロータ機構３から分離させる。変速機構４とロータ機構３とが分離されて、リングギヤ蓋１４がロータ機構３と接触されていないため、ロータ機構３の動力は、直接、リングギヤ蓋１４の延伸部１４２からリングギヤ部１４１及び第２の歯車１３へ伝達されることがない。言い換えると、第２の歯車１３の唯一の動力源が第１の歯車１２から供給され、第２の歯車１３が第１の歯車１２により駆動されて動力が動力出力軸１５に出力され、減速効果を得る。このときのハブ変速機モータ１００は減速状態にあり、その減速比率はギヤセット１が行う変速により制御する。

図２及び図５を参照する。図２及び図５は、ハブ変速機モータ１００の高速状態を示す。図２及び図５に示すように、ロータ機構３は、同様にステータ機構２に対して旋回させて動力を動力入力軸１１の動力入力端１１１へ伝達させ、第１の歯車１２を旋回させる。減速状態と異なる点は、往復機構５が戻り、変速機構４を押動しなくなり（図２の左側矢印が示す）、変速機構４が延伸部１４２の上方左へ摺動させてロータ機構３に当接され、ステータ機構２から分離する点にある。そのため、リングギヤ蓋１４の延伸部１４２は、変速機構４を介してロータ機構３と動力結合され、リングギヤ蓋１４及び動力入力軸１１が同期でロータ機構３により駆動される。そのため、第１の歯車１２及び第２の歯車１３も同期で旋回され、動力出力軸１５から高速の動力がローラＴへ出力される。

以上を要約すると、往復機構５を操作して横方向へ往復変位させると、ロータ機構３が最適な動作回転数で、ハブ変速機モータ１００を高速状態又は低速状態に速やかに切換え、切換反応の感度が良く、正確で信頼性が高い。

また、本発明の一実施形態において、図１〜図５に示すように、変速機構４は、摺動本体４１、固着本体４２及びばね部材４３を含む。

摺動本体４１は、動力入力軸１１の軸方向に平行にリングギヤ蓋１４の延伸部１４２に摺動可能に接続され、摺動本体４１がステータ機構２又はロータ機構３に接続される。詳しく述べると、本実施形態の延伸部１４２の表面には、動力入力軸１１の軸方向に沿ってスライド溝が形成され、摺動本体４１は、対応した凸部が設けられ、スライド溝に係合され、動力入力軸１１の軸方向に沿って延伸部１４２に対して摺動する。しかし、本発明はこれだけに限定されず、他の類似した機構又は手段により摺動本体４１を延伸部１４２へ摺動可能に接続してもよい。

固着本体４２は、延伸部１４２に固着される。ばね部材４３は、摺動本体４１と固着本体４２との間に配設される。摺動本体４１は、往復機構５とばね部材４３との間に接続される。本実施形態において、往復機構５及びばね部材４３は、動力入力軸１１の軸方向に沿って摺動本体４１の対向する両側にそれぞれ当接される。往復機構５により摺動本体４１を右方向へ押動し（図１及び図４に示す）、摺動本体４１がステータ機構２に当接されると、ばね部材４３が圧縮されて弾性的に付勢される。往復機構５が復位して摺動本体４１を押動しなくなると（図２及び図５に示す）、ばね部材４３の消勢により摺動本体４１がロータ機構３に当接される（即ち、ばね部材４３が圧縮されていない状況下で摺動本体４１が常態下でロータ機構３に当接される）。

上述した方式により、弾性的な付勢及び部材位置を適宜配置することにより、摺動本体４１が往復機構５及びばね部材４３により、ステータ機構２又はロータ機構３に当接され、ハブ変速機モータ１００を低速状態又は高速状態に切換えることができる。

また、本発明の一実施形態に係るハブ変速機モータ１００は、ブレーキシュー４１１及び伝動片４１２を含む。ブレーキシュー４１１は、摺動本体４１とステータ機構２との間に配設される。伝動片４１２は、摺動本体４１とロータ機構３との間に配設される。さらに詳細に述べると、本実施形態のブレーキシュー４１１は、摺動本体４１とステータ機構２との間の接触面に配設され、ステータ機構２の摺動本体４１に当接される接触面に配設されるか（図２及び図３に示す）、又は、摺動本体４１のステータ機構２が当接される接触面に配設されてもよい。同様に、伝動片４１２は、摺動本体４１とロータ機構３との間の接触面に配設され、ロータ機構３の摺動本体４１に当接される接触面に配設されるか、又は、摺動本体４１のロータ機構３に当接される接触面に配設される（図１及び図３に示す）。ブレーキシュー４１１及び伝動片４１２は、耐磨耗性、伝動性が良好な材料から構成される。そのため、摺動本体４１がステータ機構２又はロータ機構３に当接されると、効果的に減速させたり伝動させたりすることができ、摺動本体４１、ステータ機構２又はロータ機構３が損壊することを防ぐ。

また、本発明の一実施形態において、ブレーキシュー４１１及び伝動片４１２は、動力入力軸１１の軸方向に対して傾く。そのため、ハブ変速機モータ１００内の空間を有効に利用することができ、機械設計が容易である。しかし、本発明はこれだけに限定されず、ブレーキシュー４１１及び伝動片４１２を、動力入力軸１１の軸方向に対して平行又は垂直にしてもよい。

図３〜図５に示すように、本発明の一実施形態に係るハブ変速機モータの往復機構５は、シリンダボディ５３、ピストン５４、少なくとも１つの押動ピン５１及び２つのスラスト軸受５２を含む。

ピストン５４は、シリンダボディ５３に配設される。スラスト軸受５２は、変速機構４及びピストン５４にそれぞれ配設される。押動ピン５１は、動力入力軸１１の軸方向に対して平行であり、実際に駆動する際、シリンダボディ５３内で摺動してロータ機構３に挿入され、２つのスラスト軸受５２間に接続される。シリンダボディ５３は、例えば油圧シリンダーであり、シリンダボディ５３にオイルが充満されると、ピストン５４が押動ピン５１及び変速機構４を押動し、変速機構４をステータ機構２に当接させ、シリンダボディ５３のオイルが抜かれると、ピストン５４、押動ピン５１及び変速機構４が復位し、変速機構４がロータ機構３に当接される。このように、実際に往復動作を行う部材の重量及び接触面積を減らすことができるため、相対的に小さな外力で押動ピン５１を押動するだけで、変速機構４を押すことができる。

また、図１、図２、図４及び図５に示すように、本発明の一実施形態のハブ変速機モータは、往復機構５に接続されたアクチュエータ機構６をさらに備える。本実施形態のアクチュエータ機構６は油圧機構である。図４に示すように、油圧機構は、油圧注入口５３１を介してオイルがシリンダボディ５３に注入されるとピストン５４及び押動ピン５１が押動され、変速機構４の摺動本体４１を押してステータ機構２に当接させる。図５に示すように、オイルが抜き取られると、ばね部材４３によりピストン５４、押動ピン５１及び変速機構４の摺動本体４１が元の位置に回復し、摺動本体４１がロータ機構３に当接される。しかし、本発明はこれだけに限定されず、アクチュエータ機構６は、電動アクチュエータ、空圧アクチュエータなど他の原理を利用したアクチュエータでもよい。そのため、往復機構５を動力入力軸１１の軸方向に沿って確実に押動して元の位置に回復させることができる。

また、図４及び図５に示すように、本発明の一実施形態に係るハブ変速機モータのステータ機構２の外縁には、複数のステータ２１が設けられ、ロータ機構３の内縁には、ステータ２１を向いた複数のロータ３１が設けられる。本実施形態のステータ２１は、電磁石ステータ（励磁式ステータ）である。ロータ３１は、永久磁石ロータである。しかし、本発明はこれだけに限定されない。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１ ギヤセット
２ ステータ機構
３ ロータ機構
４ 変速機構
５ 往復機構
６ アクチュエータ機構
１１ 動力入力軸
１２ 第１の歯車
１３ 第２の歯車
１４ リングギヤ蓋
１５ 動力出力軸
２１ ステータ
３１ ロータ
４１ 摺動本体
４２ 固着本体
４３ ばね部材
５１ 押動ピン
５２ スラスト軸受
５３ シリンダボディ
５４ ピストン
１００ ハブ変速機モータ
１１１ 動力入力端
１１２ 歯車端
１４１ リングギヤ部
１４２ 延伸部
４１１ ブレーキシュー
４１２ 伝動片
５３１ 油圧注入口
Ｓ ハウジング
Ｔ ローラ

Claims (6)

1. ギヤセット、ステータ機構、ロータ機構、変速機構及び往復機構を備えた、ハブ変速機モータであって、
   記ギヤセットは、動力入力軸、第１の歯車、複数の第２の歯車、リングギヤ蓋及び動力出力軸を有し、
   記動力入力軸は、動力入力端及び歯車端を有し、
   記第１の歯車は、前記動力入力軸の歯車端に接続され、
   記第２の歯車は、前記第１の歯車の外周に配設されるとともに、前記第１の歯車と噛合し、
   記リングギヤ蓋は、リングギヤ部及び延伸部を有し、前記リングギヤ部は、前記第２の歯車を取り囲むように設けられるとともに、前記第２の歯車と噛合し、前記延伸部は、前記リングギヤ部から前記動力入力軸の軸方向に平行に前記動力入力端に向かって延び、
   記動力出力軸は、前記第２の歯車に接続され、
   記ステータ機構は、前記ギヤセットを取り囲むように設けられ、
   記ロータ機構は、前記ステータ機構を取り囲むように設けられるとともに、前記動力入力軸の前記動力入力端に動力結合され、
   記変速機構は、前記ステータ機構と前記ロータ機構との間に配設されるとともに、前記変速機構が前記動力入力軸の軸方向に平行に、前記リングギヤ蓋の前記延伸部に摺動可能に接続され、前記変速機構が前記ステータ機構又は前記ロータ機構に接続され、
   記往復機構は、前記変速機構に接続されることを特徴とするハブ変速機モータ。
2. 記変速機構は、摺動本体、固着本体及びばね部材を有し、
   記摺動本体は、前記動力入力軸の軸方向に平行に前記リングギヤ蓋の前記延伸部に摺動可能に接続され、前記摺動本体が前記ステータ機構又は前記ロータ機構に接続され、
   記固着本体は、前記延伸部に固着され、前記ばね部材は、前記摺動本体と前記固着本体との間に配設され、前記摺動本体は、前記往復機構と前記ばね部材との間に接続されることを特徴とする請求項１に記載のハブ変速機モータ。
3. ブレーキシュー及び伝動片をさらに備え、
   記ブレーキシューは、前記摺動本体と前記ステータ機構との間に配設され、
   記伝動片は、前記摺動本体と前記ロータ機構との間に配設されることを特徴とする請求項２に記載のハブ変速機モータ。
4. 前記ブレーキシュー及び前記伝動片は、前記動力入力軸の軸方向に対して傾いていることを特徴とする請求項３に記載のハブ変速機モータ。
5. 前記往復機構は、シリンダボディ、ピストン、少なくとも１つの押動ピン及び２つのスラスト軸受を有し、
   記ピストンは、前記シリンダボディに配設され、前記スラスト軸受は、前記変速機構及び前記ピストンにそれぞれ配設され、前記押動ピンは、前記動力入力軸の軸方向に対して平行であり、実際に駆動する際、前記シリンダボディ内で摺動して前記ロータ機構に挿入され、２つの前記スラスト軸受間に接続されることを特徴とする請求項１に記載のハブ変速機モータ。
6. 前記往復機構に接続されたアクチュエータ機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のハブ変速機モータ。

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