JP5200070B2 - モータ内蔵自転車用ハブ - Google Patents
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Description
図1において、本発明の一実施形態を採用した自転車は人力よる駆動をモータ内蔵ハブ10により補助するアシスト自転車である。自転車は、フレーム体102及びフロントフォーク103を有するフレーム101と、ハンドル部104と、駆動部105と、前輪106fと、後輪106rと、フロントブレーキ装置107f及びリアブレーキ装置107rと、前照灯23と、尾灯24と、を備えている。フロントフォーク103は、フレーム体102の前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。フロントフォーク103の先端部にモータ内蔵ハブ10が装着されている。フロントブレーキ装置107f及びリアブレーキ装置107rは、前輪106f及び後輪106rのリム121f及び121rにそれぞれ接触して制動する。
モータ内蔵ハブ10は、自転車の前輪106fのハブを構成するものである。モータ内蔵ハブ10は、フロントフォーク103の先端に装着されており、人力による駆動を補助するためのものである。モータ内蔵ハブ10は、たとえば3相のブラシレスDCモータを含んでいる。モータ内蔵ハブ10は、図2に示すように、ハブ軸15と、ハブ軸15に装着されるモータケース17と、を有している。また、モータ内蔵ハブ10は、図3に示すように、モータケース17内に収納されたモータ11と、モータ制御回路(モータ制御部の一例)19と、回転伝達機構25と、を有している。
ハブ軸15は、たとえば、鋼鉄製であり、フロントフォーク103の先端の前爪部103aに両端部が回転不能に装着可能である。ハブ軸15の両端外周面には、フロントフォーク103に固定するためのナット部材50が螺合する左右1対の第1雄ねじ部15a及び第2雄ねじ部15bが形成されている。また、第1雄ねじ部15a及び第2雄ねじ部15bの外周面には、互いに平行な二面を有する第1係止部15c及び第2係止部15dが形成されている。第2係止部15dのハブ軸方向内方には、モータケース17の後述する第1ケース部材32を回転不能に連結するための回転係止部15eが形成されている。第1雄ねじ部15aには、ナット部材50と、ロックナット51と、が螺合している。第2雄ねじ部15bには、ナット部材50と、第1ケース部材32をハブ軸15に固定するナット部材52と、が螺合している。ナット部材50の軸方向内方には、第1係止部15c及び第2係止部15dに各別に回転不能に係合し、かつフロントフォーク103の装着溝103bに係合してハブ軸15を回り止めするための回り止めワッシャ54が装着されている。
図2、図3,図4、図5及び図6に示すように、モータケース17は、ハブ軸15に回転不能に連結される第1ケース部材32と、第1ケース部材32に第1端(図3右端)が、ハブ軸15に第2端(図3左端)がそれぞれ回転自在に支持される第2ケース部材34と、を有している。第2ケース部材34は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。第1ケース部材32は、外側面に形成されフロントフォーク103の先端部を受け入れ可能な凹部32aを有している。また、第1ケース部材32は、凹部32aを形成し、ハブ軸方向外方に膨出する膨出部32bを有している。膨出部32bの内部には第1空間32cが形成されている。第2ケース部材34と第1ケース部材32とで内部に第2空間34aが形成される。
モータ制御回路19は、図6及び図7に示すように、回路基板42を有している。回路基板42は、ハブ軸15の軸線方向でモータ11と並んで設けられている。すなわち、回路基板42は、ハブ軸15に平行な方向でモータ11と並んで設けられている。回路基板42は、隔壁部36bに臨ませて配置される第1実装面42aと、カバー部材38に臨ませて配置される第2実装面42bと、を有している。第1実装面42aには、複数の第1電気素子47が実装されている。第1電気素子47は、たとえば、平滑用およびノイズ除去用の複数(たとえば5つ)のコンデンサ47a、およびトランス47bなどを含んでいる。第1実装面42aには、前記第1電気素子47の他にも他の電気素子が実装されていてもよい。第1電気素子47は、図3に示すように、配置凹部43aにその一部分が配置され、隔壁部36bに空隙を設けて配置されている。
モータ11は、図3に示すように、回転子21と、回転子21の外周側に回転子21と対向して配置される固定子22と、3つの端子26と、を有している。
回転伝達機構25は、回転子21の回転を第2ケース部材34に伝達し、第2ケース部材34の回転を回転子21に伝達する。回転伝達機構25は、遊星歯車機構48を有している。遊星歯車機構48は、太陽ギア48aと、太陽ギア48aの外周側に配置された内歯ギア48bと、太陽ギア48aと内歯ギア48bとに噛み合う複数(たとえば3つ)の遊星ギア48cと、を有している。太陽ギア48aは、回転子21に固定されている。内歯ギア48bはケース本体36に設けられている。複数の遊星ギア48cは、キャリア48dによって回転可能に支持されている。各遊星ギア48cは、歯数の異なる2つの第1および第2のギア部を有する。第1のギア部は、太陽ギア48aに噛み合い、第2のギア部は、内歯ギア48bに噛み合っている。キャリア48dは、第2ケース部材34の第2円板部34cの内側面に固定されている。この遊星歯車機構48では、ケース本体36に設けられた内歯ギア48bがハブ軸15に回転不能に固定されるため、回転子21が連結された太陽ギア48aの回転が減速して第2ケース部材34に伝達される。
モータ内蔵ハブ10をフロントフォーク103に組み込む際には、フロントフォーク103の先端の前爪部103aの装着溝103bにハブ軸15を装着する。このときフロントフォーク103の先端部をモータ内蔵ハブ10の第1ケース部材32のカバー部材38に凹んだ凹部32aに配置することができるので、モータケース17のフロントフォーク103への装着部分間の長さが長くならない。また、凹部32aの径方向外方に膨出部32bを設け、膨出部32b内にモータ制御回路19を設けるので、モータ制御回路19を内部に設けてもフロントフォーク103への装着部分間のモータ内蔵自転車用ハブの長さが長くならない。このため、既存のハブ取付幅のフロントフォーク103に装着可能なモータ内蔵ハブ10を設計しやすい。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
11 モータ
15 ハブ軸
17 モータケース
19 モータ制御回路
19a インバータ回路
21 回転子
21a 磁石
21b 磁石保持部
22 固定子
26 端子
26a 基端部
26b 先端部
32 第1ケース部材
32c 第1空間
34a 第2空間
36b 隔壁部
42 回路基板
42a 第1実装面
42b 第2実装面
42c 端子接続孔
44 第2電気素子
44a 電界効果トランジスタ
46 コイル部
47 第1電気素子
47a コンデンサ
Claims (11)
- 自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブであって、
ハブ軸と、
端子を有するモータと、
前記ハブ軸の軸線方向で前記モータと並んで設けられ、前記端子に直接接続される回路基板を有し、前記モータを制御するモータ制御部と、
前記ハブ軸に回転不能に連結されるケース本体及び前記ケース本体に着脱可能に固定され外部に露出するカバー部材を有し、前記ケース本体と前記カバー部材との間に前記モータ制御部が設けられる第1ケース部材と、前記第1ケース部材に第1端が、前記ハブ軸に第2端が、それぞれ回転自在に支持される第2ケース部材と、を有するモータケースと、を備えたモータ内蔵自転車用ハブ。 - 前記端子は、前記ハブ軸に平行に延びる、請求項1に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
- 前記ケース本体は、隔壁部をさらに備え、
前記モータは、前記端子に接続されるコイル部を有し、
前記隔壁部は、前記コイル部および前記回路基板の間に設けられ、
前記端子は、前記隔壁部を貫通する、請求項1または2に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。 - 前記隔壁部には、前記端子が貫通する貫通孔が形成され、
前記端子の基端部は、絶縁性を有する樹脂によってモールドされ、前記貫通孔に設けられる、請求項3に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。 - 前記隔壁部は、前記コイル部を支持し、前記ハブ軸に回転不能に接続される、請求項3または4に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
- 前記隔壁部を挟んで、前記モータ制御部が収納される第1空間と、前記コイル部が収納される第2空間とが形成されるモータケースをさらに備える、請求項3から5のいずれか1項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
- 前記回路基板は、第1実装面に第1電気素子を有し、前記第1実装面を前記隔壁部に臨ませて配置され、
前記隔壁部には、前記第1電気素子の少なくとも一部分が配置される配置凹部が形成される、請求項3から6のいずれか1項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。 - 前記第1電気素子と、前記隔壁部との間には、空隙が設けられる、請求項7に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
- 前記回路基板は、第1実装面に第1電気素子を有し、前記第1実装面を前記モータに臨ませて設けられる、請求項1または2に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
- 前記モータ制御部は、複数のスイッチング素子を有するインバータ部を備え、前記スイッチング素子は前記第1実装面とは反対側の第2実装面に実装される、請求項7から9のいずれか1項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
- 前記回路基板は、前記第1実装面とは反対側の第2実装面に第2電気素子を有し、
前記第1電気素子は、前記第2電気素子よりも、ハブ軸に平行な方向の寸法が大きい、請求項7から10のいずれか1項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
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