JP2022061239A - 駆動装置、および、電動車 - Google Patents

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Seiichi Oyama
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Abstract

【課題】排熱性に優れる駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置10は、上下に延びる中心軸J回りに回転可能に支持されるロータ32と、ロータと径方向に対向して配置されるステータ33と、ステータを内側に収容する第1ハウジング34と、第1ハウジングを内側に収容する第2ハウジング20とを有する。第1ハウジングは、ステータよりも軸方向上方において中心軸と交差する方向に広がる第1天面部341を有する。第2ハウジングは、第1天面部よりも軸方向上方において中心軸と交差する方向に広がる第2天面部121を有する。第1天面部と第2天面部との軸方向間には、潤滑剤60が配置される。第2天面部は、軸方向下方に突出する環状の第1突出部23を有する。潤滑剤の少なくとも一部は、第1突出部の径方向内方に配置される。【選択図】図1

Description

本発明は、駆動装置、および、該駆動装置を備える電動車に関する。
従来、電動自転車に用いられるモータ駆動ユニットとして、ハブにモータを内蔵する構造が知られている。ハブ内の車幅方向の一端部にモータを配設し、モータのロータの回転をハブに伝達する遊星減速機を他端部に配設している。そして、モータハウジングの軸心部に固定したステータの周囲をロータの磁極部が回転する。これにより、熱伝達系の熱抵抗を小さくすることができる(特許文献1)。
特開2000-083349号公報
従来の駆動装置においては、より効率よくモータの熱を排出する必要があった。
本発明は、排熱性に優れる駆動装置を提供することを目的の一つとする。
本発明の例示的な実施形態に係る駆動装置は、上下に延びる中心軸回りに回転可能に支持されるロータと、ロータと径方向に対向して配置されるステータと、ステータを内側に収容する第1ハウジングと、第1ハウジングを内側に収容する第2ハウジングとを有する。第1ハウジングは、ステータよりも軸方向上方において中心軸と交差する方向に広がる第1天面部を有する。第2ハウジングは、第1天面部よりも軸方向上方において中心軸と交差する方向に広がる第2天面部を有する。第1天面部と第2天面部との軸方向間には、潤滑剤が配置される。第2天面部は、軸方向下方に突出する環状の第1突出部を有する。潤滑剤の少なくとも一部は、第1突出部の径方向内方に配置される。
本発明の例示的な実施形態に係る電動車は、上述の駆動装置を有する。
本発明の例示的な実施形態に係る駆動装置によれば、モータの熱を効率よく排出できる。また、本発明の例示的な実施形態に係る電動車によれば、電動車に搭載される駆動装置において、モータの熱を効率よく排出できる。
図1は、第1実施形態の駆動装置を示す断面図である。 図2は、第1変形例の駆動装置の部分断面図である。 図3は、第2変形例の駆動装置の部分断面図である。 図4は、第3変形例の駆動装置の部分断面図である。 図5は、実施形態に係る電動車の概略図である。
本実施形態では、中心軸Jに平行な方向を単に「軸方向」と呼ぶ。軸方向のうち、減速機構40からからモータ30へ向かう方向を軸方向上方と呼び、モータ30から減速機構40へ向かう方向を軸方向下方と呼ぶ。すなわち、軸方向において、ハブ軸11を基準としてハブ軸12が配置される側が軸方向上方であり、ハブ軸12を基準としてハブ軸11が配置される側が軸方向下方である。また、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼ぶ。径方向のうち、中心軸Jに接近する向きを径方向内方と呼び、中心軸Jから離れる向きを径方向外方と呼ぶ。中心軸Jを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、本実施形態においては、「軸方向」及び「径方向」等の方向は、完全に軸方向及び径方向に平行である場合のみではなく、軸方向や径方向に対して少し傾斜している場合も含む。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の駆動装置を示す断面図である。本実施形態の駆動装置10は、電動車に用いられる。電動車は、例えば、電動自転車、電動アシスト自転車、歩行介助車などである。後述の通り、駆動装置10は、第2ハウジング(ハブ20)に収容される減速機構40をさらに有する。これにより、小型のモータ30によって、より大きなトルクをハブ20に伝達できる。本実施形態においては、駆動装置10は、車両に固定される一対のハブ軸11、12と、ハブ軸11、12の中心軸J回りに回転可能な中空のハブ20と、ハブ20の内部に収容され、ハブ軸12に固定されるモータ30と、モータ30およびハブ20に連結される減速機構40と、を備える。モータ30は、ハブ軸12に固定される第1ハウジング(モータハウジング34)を有する。モータハウジング34には減速機構40が連結される。軸方向において、ハブ軸11と、減速機構40と、モータハウジング34と、ハブ軸12とがこの順に連結されて固定される。モータ30および減速機構40の駆動力によって、ハブ20が中心軸Jを中心として回転駆動される。ハブ軸11、12の少なくとも一方は、車両に固定される構造であってもよい。
モータ30は、中心軸Jに沿って延びるモータシャフト31と、中心軸J周りに回転可能に支持されるロータ32と、ロータ32と径方向に対向して配置されるステータ33と、ステータ33を内側に収容するモータハウジング34と、を有する。換言すると、駆動装置10は、ロータ32と、ステータ33と、モータハウジング34と、ハブ20と、を有する。ロータ32は、上下に延びる中心軸J回りに回転可能に支持される。ステータ33は、ロータ32と径方向に対向して配置される。モータハウジング34は、ステータ33を内側に収容する。
ロータ32は、モータシャフト31に固定されるロータコアと、ロータコアの径方向外側面に固定されるロータマグネットとを有する。ロータコアは例えば積層鋼板を有する。ロータ32は、中心軸J回りに回転する。モータシャフト31は、モータハウジング34に保持される第1ベアリング35および第2ベアリング36に支持される。
ステータ33は、モータハウジング34に固定されるステータコア37と、ステータコア37のティースにインシュレータを介して巻かれることによって形成されるコイル38と、を有する。ステータコア37は、例えば積層鋼板を有する。
モータハウジング34は、ステータ33の軸方向下方に配置される第1モータブラケット34Aと、ステータ33の軸方向上方に配置される第2モータブラケット34Bと、を有する。モータハウジング34は、第1モータブラケット34Aと前記第2モータブラケット34Bとにより、ステータ33を軸方向に挟んだ状態で保持する。すなわち、モータハウジング34は、ステータ33の軸方向下方に固定される第1モータブラケット34Aと、ステータ33の軸方向上方に固定される第2モータブラケット34Bとを有する。
第1モータブラケット34Aは、軸方向上方に開口する有底の筒状である。第1モータブラケット34Aは、軸方向下方の端部に、第1ベアリング35を保持するベアリング保持部131を有する。第1モータブラケット34Aの筒状部にステータコア37の一部が固定される。
モータハウジング34は、第1天面部(モータ天面部341)を有する。モータ天面部341は、ステータ33よりも軸方向上方において中心軸Jと交差する方向に広がる。より詳細に述べると、第2モータブラケット34Bは、軸方向下方に開口する有蓋の筒状である。第2モータブラケット34Bは、ステータ33よりも軸方向上方において中心軸Jと交差する方向に広がるモータ天面部341と、軸方向上方の端部に、第2ベアリング36を保持するベアリング保持部132と、ハブ軸12を保持するハブ軸保持部133と、を有する。第2モータブラケット34Bの筒状部にステータコア37の一部が固定される。本実施形態では、ステータコア37は、第2モータブラケット34Bにボルトによって締結される。
ハブ20は、モータハウジング34を内側に収容する。さらに、ハブ20は、モータ30および減速機構40を収容する中空の筐体である。ハブ20は、中心軸Jと交差する方向に広がるキャップ20Aと、有蓋筒状の本体部20Bとを有する。本体部20Bは軸方向下方へ開口する。キャップ20Aは、本体部20Bの開口部を軸方向下方から塞ぐ。キャップ20Aは、本体部20Bにボルトによって締結される。
ハブ20は、第2天面部(ハブ天面部121)を有する。ハブ天面部121は、モータ天面部341よりも軸方向上方において中心軸Jと交差する方向に広がる。より詳細に述べると、本体部20Bは、モータ天面部341よりも軸方向上方において中心軸Jと交差する方向に広がるハブ天面部121と、ハブ天面部121の径方向外縁から軸方向下方へ延びる筒部122と、を有する。筒部122には、ハブ天面部121側から順に、モータ30と減速機構40とが収容される。キャップ20Aは、径方向中央部において、第1ハブベアリング21を保持する。キャップ20Aは、第1ハブベアリング21によりハブ軸11に回転可能に支持される。本体部20Bは、ハブ天面部121の径方向中央部に第2ハブベアリング22を保持する。本体部20Bは、第2ハブベアリング22により、モータ30のモータハウジング34に回転可能に支持される。
ハブ20は、外側面から径方向外側へ突出する2つの接続部20a、20bを有する。接続部20aおよび接続部20bには、駆動装置10を電動ハブとして備える車輪のホークが接続される。
減速機構40は、モータシャフト31の軸方向下方の端部に形成される太陽歯車41と、太陽歯車41の径方向外側に配置される複数の遊星歯車42と、各々の遊星歯車42を回転可能に支持する複数の支持軸43と、複数の支持軸43をモータ30に固定する固定部44と、複数の遊星歯車42の径方向外側に配置され、遊星歯車42と連結される円環状の出力歯車45と、を有する。遊星歯車42および支持軸43は、本実施形態ではそれぞれ3個ずつ設けられる。
太陽歯車41は、モータシャフト31と同軸の外歯歯車である。遊星歯車42は、径の異なる1組の同軸の外歯歯車を有する2段歯車である。遊星歯車42は、軸方向下方に位置する小歯車42aと、軸方向上方に位置する大歯車42bとを有する。遊星歯車42の大歯車42bは、太陽歯車41と噛み合う。遊星歯車42は、小歯車42aおよび大歯車42bの中心を貫通する貫通孔42cを有する。
支持軸43は、軸方向に延びる。支持軸43は、遊星歯車42の貫通孔42cに通される。支持軸43の軸方向下方の端部は固定部44に固定される。支持軸43の軸方向上方の端部は、第1モータブラケット34Aのハブ底壁部134に固定される。
出力歯車45は、遊星歯車42の小歯車42aに噛み合う内歯歯車である。出力歯車45は、キャップ20Aの内側面に固定される。すなわち、減速機構40は、太陽歯車41を介してモータ30に連結され、出力歯車45を介してハブ20に連結される。
本実施形態の駆動装置10において、第1ハウジングはモータハウジング34であり、第1天面部はハブ天面部121である。また第2ハウジングはハブ20であり、第2天面部はモータ天面部341である。
ハブ天面部121は、軸方向下方に突出する環状の第1突出部23を有する。本実施形態においては、ハブ天面部121は、第1突出部23よりも径方向内方に配置され、軸方向下方に突出する環状の第2突出部24を有する。
モータ天面部341とハブ天面部121との軸方向間には、潤滑剤60が配置される。本実施形態において、潤滑剤60は放熱性を有する。潤滑剤60の少なくとも一部は、第1突出部23の径方向内方に配置される。この構成により、潤滑剤60が第1突出部23よりも径方向外方に漏れ出すことを抑制できる。また、本実施形態においては、潤滑剤60の少なくとも一部は、第2突出部24の径方向外方に配置される。この構成により、潤滑剤60が第2突出部24よりも径方向内方へ漏れ出すことを抑制できる。言い換えると、潤滑剤60の少なくとも一部は、第1突出部23および第2突出部24との径方向間に配置される。
また、特に、ハブ20が回転するときに潤滑剤60には遠心力がかかる。このとき、潤滑剤60が第1突出部23の径方向内方に集まる。これにより、ハブ20が回転するときは、潤滑剤60が、モータ天面部341およびハブ天面部121に接触しやすくなり、より効率よくモータ30の熱を放出することが可能となる。
第1突出部23と第2突出部24の径方向間において、ハブ天面部121とモータ天面部341との軸方向間隙は、径方向外方に向かうにつれて小さくなる。本実施形態においては、ハブ天面部121の軸方向下面がテーパー状である。つまり、ハブ天面部121の軸方向下面は、径方向外方に向かうにつれて、軸方向下方に傾斜している。よって、ハブ天面部121とモータ天面部341との軸方向間隙が、径方向外方に向かうにつれて小さくなる。この構成により、ハブ20回転時に、潤滑剤60が、第1突出部23の径方向内方に集められやすくなる。
第2突出部24は、ハブ天面部121の径方向中央部に配置される。第2ハブベアリング22は、第2突出部24の径方向内方および第2モータブラケット34Bとの間に配置される。言い換えると、ハブ20は、第2突出部24よりも径方向内方に配置される軸受を有する。本実施形態においては、軸受は、第2ハブベアリング22である。
本実施形態の駆動装置10において、第2ハブベアリング22内に含まれるグリスと、潤滑剤60とは同一の組成である。この構成により、潤滑剤60が仮に第2ベアリング22へ漏洩しても、第2ベアリング22は大きな影響を受けることなく正常に動作可能である。なお、ベアリング22の動作に影響しにくい潤滑剤60であれば、グリスと異なる組成であってもよい。
(第1変形例)
図2は、第1変形例の駆動装置10Aの部分断面図である。駆動装置10Aは、樹脂部材70を有する点において、駆動装置10と異なる。駆動装置10Aと駆動装置10とにおいて、各部位の構成が同様の場合には同じ符号を付し、説明を省略することがある。
モータ30は、ステータ33とモータ天面部341との軸方向間に樹脂部材70を有する。すなわち、樹脂部材70は、ステータ33とモータ天面部341との軸方向間に配置される。樹脂部材70は、熱を伝達可能な部材である。この構成により、ステータ33から発生した熱をモータ天面部341により効率良く伝達可能となる。更に、モータ天面部341に伝達された熱は、潤滑剤60を介してハブ天面部121に伝達され、駆動装置10Aの外部に放熱する。つまり、ステータ33において発生した熱をより効率よく駆動装置10Aの外部へ放熱可能となる。
樹脂部材70の少なくとも一部は、潤滑剤60と軸方向に重なる。この構成により、ステータ33において発生した熱を、樹脂部材70を介してモータ天面部341の潤滑剤60と接触する箇所に伝達することが可能となるため、ステータ33において発生する熱を効率よく駆動装置10Aの外部へ放熱可能となる。
樹脂部材70の少なくとも一部は、第1突出部23の径方向内側面と軸方向に重なる。第1突出部23とモータ天面部341との軸方向間隙は、ハブ天面部121とモータ天面部341との軸方向間隙よりも狭いため、モータ天面部341の熱は第1突出部23に伝達しやすい。この構成により、ステータ33において発生した熱を、樹脂部材70とモータ天面部341とを介して、第1突出部23の近傍に効率良く伝達することが可能となるため、ステータ33において発生する熱を効率よく駆動装置10Aの外部へ放熱可能となる。
上述の通り、特に、ハブ20が回転するときは、潤滑剤60が、第1突出部23の径方向内方に集まる。そのため、樹脂部材70の少なくとも一部が第1突出部23の径方向内方面と軸方向に重なる構成により、ステータ33において発生した熱を、樹脂部材70を介して、モータ天面部341の潤滑剤60と接触する箇所に伝達することが可能となる。これにより、ステータ33において発生する熱を効率よく駆動装置10Aの外部へ放熱可能となる。
(第2変形例)
図3は、第2変形例の駆動装置10Bの部分断面図である。駆動装置10Bは、モータ天面部341が凹部3411を有している点において、駆動装置10と異なる。駆動装置10と駆動装置10Bの構成において、各部位の構成が同様の場合には同じ符号を付し、説明を省略することがある。第2変形例では、モータ天面部341は、軸方向下方に凹む環状の凹部3411を有する。凹部3411は第1突出部23と軸方向視において重なる。更に、第1突出部23の少なくとも一部は、凹部3411内に収容され、ラビリンス構造を形成する。この構成により、潤滑剤60が第1突出部23よりも径方向外方へ漏れ出すことを抑制できる。
潤滑剤60の少なくとも一部は、凹部3411内に収容される。この構成により、潤滑剤60とモータ天面部341Bとの接触面積が増加するため、より効率よく放熱可能となる。また、潤滑剤60が凹部3411内に収容されるため、潤滑剤60が凹部3411よりも径方向外方に漏れ出すことを抑制できる。
(第3変形例)
図4は、第3変形例の駆動装置10Cの部分断面図である。駆動装置10Cは、モータ天面部341が第3突出部3412を有している点において、駆動装置10と異なる。駆動装置10と駆動装置10Cの構成において、各部位の構成が同様の場合には同じ符号を付し、説明を省略することがある。第2変形例では、モータ天面部341は、軸方向上方に突出する環状の第3突出部3412を有する。第3突出部3412の少なくとも一部は、第1突出部23と径方向に対向しラビリンス構造を形成する。この構成により、潤滑剤60が、第1突出部23よりも径方向外方へ漏れ出すことをより抑制可能となる。
潤滑剤60の少なくとも一部は、第1突出部23と第3突出部3412との径方向間に収容される。この構成により、潤滑剤60とモータ天面部341、もしくは、潤滑剤60とハブ天面部121との接触面積が増加するため、より効率よくモータ30で発生した熱を放熱可能となる。
図5は、駆動装置10を有する電動アシスト自転車1の側面図である。電動アシスト自転車1は、電動車の一例である。電動アシスト自転車1は、フレーム2と、フレーム2の前方側に配置される前輪3と、フレーム2の後方側に配置される後輪4と、フレーム2の下方側に配置されるクランクアーム5と、クランクアームに取り付けられるペダル5Aと、を備える。
さらに、電動アシスト自転車1は、バッテリー6と、コントローラ7と、前輪3に設けられたホーク3Aと、ホーク3Aに取り付けられた駆動装置10と、を備えている。電動アシスト自転車1には、ペダル5Aの踏力が作用する箇所に、ペダル5Aの負荷を検出するセンサ(不図示)が設けられており、コントローラ7は、ペダル5Aの負荷が一定値に達すると、バッテリー6に接続されたコントローラ7から駆動装置10のモータ30に通電する。駆動装置10が上述の構成によってモータ30の回転力を前輪3に伝達することで前輪3に前方への推進力が発生する。上述の通り、電動車は、駆動装置10を有する。これにより、排熱性が高い駆動装置10を有する電動車を実現できる。
本実施形態の電動アシスト自転車1は、上述の駆動装置10を有する。これにより、放熱効果の高い駆動装置10を備えた電動アシスト自転車1を提供できる。
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例の構成は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。
以上に説明したように、本発明は、例えば、電動車用の駆動装置において利用できる。
10…駆動装置、11,12…ハブ軸、20…ハブ、121…ハブ天面部、23…第1突出部、24…第2突出部、30…モータ、31…モータシャフト、32…ロータ、33…ステータ、34…モータハウジング、34A…第1モータブラケット、34B…第2モータブラケット、341…モータ天面部、3411…凹部、3412…第3突出部、40…減速機構、60…潤滑剤、70…樹脂部材、J…中心軸

Claims (11)

  1. 上下に延びる中心軸回りに回転可能に支持されるロータと、
    前記ロータと径方向に対向して配置されるステータと、
    前記ステータを内側に収容する第1ハウジングと、
    前記第1ハウジングを内側に収容する第2ハウジングと、
    を有し、
    前記第1ハウジングは、前記ステータよりも軸方向上方において前記中心軸と交差する方向に広がる第1天面部を有し、
    前記第2ハウジングは、前記第1天面部よりも軸方向上方において前記中心軸と交差する方向に広がる第2天面部を有し、
    前記第1天面部と前記第2天面部との軸方向間には、潤滑剤が配置され、
    前記第2天面部は、軸方向下方に突出する環状の第1突出部を有し、
    前記潤滑剤の少なくとも一部は、前記第1突出部の径方向内方に配置される、駆動装置。
  2. 前記第2天面部は、前記第1突出部よりも径方向内方に配置され、軸方向下方に突出する環状の第2突出部を有し、
    前記潤滑剤の少なくとも一部は、前記第2突出部の径方向外方に配置される、請求項1に記載の駆動装置。
  3. 前記第2ハウジングは、前記第2突出部よりも径方向内方に配置される軸受を有し、
    前記軸受内に含まれるグリスと、前記潤滑剤と、は同一の組成である、請求項2に記載の駆動装置。
  4. 前記ステータと前記第1天面部との軸方向間には、樹脂部材が配置される、請求項1から3のいずれかに記載の駆動装置。
  5. 前記樹脂部材の少なくとも一部は、前記潤滑剤と軸方向に重なる、請求項4に記載の駆動装置。
  6. 前記樹脂部材の少なくとも一部は、前記第1突出部の径方向内側面と軸方向に重なる、請求項4または5に記載の駆動装置。
  7. 前記第1天面部は、軸方向下方に凹む環状の凹部を有し、
    前記第1突出部の少なくとも一部は、前記凹部内に収容される、請求項1から6のいずれかに記載の駆動装置。
  8. 前記潤滑剤の少なくとも一部は、前記凹部内に収容される、請求項7に記載の駆動装置。
  9. 前記第1天面部は、軸方向上方に突出する環状の第3突出部を有し、
    前記第3突出部の少なくとも一部は、前記第1突出部と径方向に対向する、請求項1から7.1のいずれかに記載の駆動装置。
  10. 前記第2ハウジングに収容される減速機構をさらに有する、請求項1から10のいずれかに記載の駆動装置。
  11. 請求項1から11のいずれかに記載の駆動装置を有する、電動車。
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