JP4297859B2 - 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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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。
従来、自転車の車輪のハブに、モータ等を組み込んだハブユニットを装着し、自転車のペダルに一定値以上の負荷が作用している場合に、モータを駆動させて、坂道などでも楽に走行することができるようにした電動自転車が例えば特表２００２−５１４５５０号公報にて知られている。
特表２００２−５１４５５０
前記ハブユニットは、モータへの通電によって発熱を伴う。モータが過熱すると高いトルクでモータを回転させることができないため、モータの熱を逃がす工夫が必要である。
ところが、特許文献１の構成では、モータハウジングがステータを密閉状態に包囲しているから、ステータを効果的に放熱させることはできない。
このため、ハブ内に冷却液を収容して、モータハウジングを外側から冷却して巻線の発熱を抑えることが行われている。ハブ内に冷却液を収容した場合、液漏れ対策等が必要でありコスト高を招来する。又、冷却液の分だけ重量増となる。
本発明は、モータの冷却効果を高めて加熱防止を図ることのできるハブユニット及び該ハブユニットを具えた乗物を明らかにするものである。
本発明の電動車輪用ハブユニットは、ステータとロータを具えたモータと、内部に該モータを収容しロータの回転によって回転駆動されるハブとを有する電動車輪用ハブユニットにおいて、前記ハブには、モータハウジング外周に形成した突出部により操作されてハブ内の空気を排出するポンプ機構を形成し、該ポンプ機構による空気の排出によって外気をハブ内に取り込みモータを冷却することを特徴とする。
本発明によれば、ハブの回転に伴って取り込まれる外気によりモータを自動的に効率よく冷却することができ、確実にモータの過熱を防止することができる。
従来の様に、ハブ内に冷却液を収容して、巻線の過熱を抑えることは不要となる。モータハウジングの筒壁を省略でき、又、冷却液収容の手間が不要となるため、製造コストを低減できる。又、該筒壁及び冷却液を省略した分だけ軽量化に寄与できる。更に、筒壁が存在しない分だけ、ステータ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。
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。ペダル18の踏込み力が作用する適所に、ペダルの負荷が一定値に達するとバッテリー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、基本的には従来例と同様にして、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モータ９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の積層金属板31は、図５に示す如く、打抜き金属板31aを所定枚数積層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、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が施されている。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と一体回転可能に回転軸41を貫通させて形成される。
積層金属板42の外周部には、該回転軸41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。両端板51、52の締付ボルト53による締め付けは、両端板51、52周縁から外周に突出形成されたカム状突出部54にて行われ、第２端板52のカム状突出部54は後述するポンプ８を操作するカムとして機能するようになっている。
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。
第１端板51及び第２端板52は、夫々中央部内側にベアリング58、58を具え、両ベアリング58、58で前記ロータ４の回転軸41の両端を軸承している。
第１端板51の中央外側にボス56を突設し、該ボス56を貫通して外向きに固定用支持軸57を突設している。固定用支持軸57には外ネジ57bが形成されている。59は第１端板51に形成された通気孔で、モータハウジング５内部と外部とを連通しており、後述するポンプ８が作動してモータハウジング５内の空気を排出するのに伴って外気をモータ９に向かって供給し、モータ９を冷却するようになっている。前記通気孔59には、図示しないチューブが接続され、該チューブの他端は電動アシスト自転車１の水がチューブ内に入りにくい位置に固定される。
第２端板52の外側に前記ロータ４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の回転軸41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。
遊星歯車支持枠61の中央部内面にボス67が形成され、該ボス67の中心を貫通して固定用支持軸57aが外向きに突設されている。固定用支持軸57aには外ネジ57bが形成されている。
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。ハブ主体71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。
前記遊星歯車支持枠61上の固定用支持軸57aは、上記ハブ主体71を貫通して外部に臨出している。ハブ主体71と固定用支持軸57aとの間にはベアリング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。
蓋板72は、ハブ主体71の開口に被さって、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。
８は前記ハブ主体71に固定されるポンプで、前記第２端板52のカム状突出部54が形成された位置に対向して配設され、ハブ７の回転に伴って第２端板52のカム状突出部54によって操作されてハブ７内の空気を排出するようになっている。
図２において、ロータ４の回転軸41、モータハウジング５の第１端板51上の固定用支持軸57、ハブ７の蓋板72を貫通した固定用支持軸57aは、一直線上に揃っている。
又、両固定用支持軸57、57a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、自転車ペダル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、回転軸41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。
ハブ７の回転に伴ってポンプ８がハブ７内の空気を排出することにより通気孔59から外気がモータ５に向かって供給され、モータ５を冷却してモータ５の過熱を防止する。
ロータ４の電動回転によって、ペダル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。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、従来のように、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外に直接に放熱できる。このため、従来の様に、ハブ７内に冷却液を収容することなく、巻線32の過熱を防止できる。
さらに、通気孔59からモータ５に向かって供給される外気によりステータ３の冷却が一層促進され、巻線32の過熱を確実に防止することができる。
モータハウジング５の筒壁を省略でき、又、冷却液収容の手間が不要となるので、製造コストを低減できる。又、該筒壁及び冷却液の省略した分が軽量化にも寄与できる。
又、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、本発明の様に、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。
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。
電動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。 ハブユニットの他の方向から見た断面図である。 ハブユニットの他の方向から見た断面図である。 積層金属板の分解斜面図である。
符号の説明
２ ハブユニット
３ ステータ
４ ロータ
５ モータハウジング
６ 遊星歯車減速機構
７ ハブ
８ ポンプ
９ モータ
31 積層金属板
59 通気孔

Claims (2)

  1. ステータとロータを具えたモータと、内部に該モータを収容しロータの回転によって回転駆動されるハブとを有する電動車輪用ハブユニットにおいて、
    前記ハブには、モータハウジング外周に形成した突出部により操作されてハブ内の空気を排出するポンプ機構を形成し、該ポンプ機構による空気の排出によって外気をハブ内に取り込みモータを冷却することを特徴とする電動車輪用ハブユニット。
  2. 請求項１記載の電動車輪用ハブユニットを車輪のハブに用いた乗物。
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