JPH1086884A - 電動車の電動車輪 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】車軸すなわち静止軸の大径化を図ることなくス
テータを良好に支持することが可能な電動車の電動車輪
を提供する。 【解決手段】アウタロータ形式のモータ構造を有するダ
イレクトドライブ型電動車輪のロータ７及びステータコ
ア１１をローターベース５及びステータベース８を介し
て静止軸１によりそれぞれ片持ち支持し、更にステータ
ベース８を車体フレームに固定する。更に、スポーク取
り付け部６をローターベース５の円盤部５１に固定し、
ローターベース５の筒部５２に対して径方向へ所定間隙
を隔てて配設する、これにより、ローターベース５の変
形を抑止してロータ７とステータコア１１との間のギャ
ップの減少を抑止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トルク補助式電動
自転車や電動車椅子などの電動車の電動車輪に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭５０ー１２５４３８号公報は、チ
ェインの張力から駆動トルクすなわち負荷トルクが所定
のしきい値を超えることを検出した場合に、モータから
クラッチを介してトルクを発生してアシストするトルク
補助式電動自転車を提案している。

【０００３】特開平４ー１００７９０号公報は、人力に
よる駆動トルクに対してモータートルクが所定の関数関
係をもつように、モータからクラッチを介してトルクを
アシストするトルク補助式電動自転車を提案している。
特開平７ー１４９２８０号公報は、モータをクラッチを
介して車輪に結合し、、人力による駆動トルクの大きさ
に応じてモーターのトルクを制御してトルクアシストを
行うとともに、制動時にモータを回生発電させてバッテ
リを充電するトルク補助式電動自転車を提案している。

【０００４】特開平２ー２１８３７７号公報は、ブラシ
レスＤＣモータ構造を有するアウタロータ形式のダイレ
クトドライブ型電動車輪により自走する電動ホースカー
を提案している。このアウタロータ形式のダイレクトド
ライブ型電動車輪は、車体フレームに固定される輪軸
（以下、静止軸ともいう）と、ステータコイルが巻装さ
れたステータコアを有するステータと、周方向極性交互
に複数の永久磁石を有してステータの外周側に配設され
るロータとを備えるアウタロータ構造のダイレクトドラ
イブ式モータを備えている。輪軸にはステータを挟んで
略円盤状の一対のローターベースが回転自在に支承さ
れ、両ローターベースにはタイヤが装着されたホィール
が締結されるとともにロータが固定されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したアウタロータ
形式のダイレクトドライブ型電動車輪は、車輪内部にモ
ータやコントローラなどを配設することができ、しかも
減速機構をもたないのでそれによる摩擦損失低減のため
のクラッチ機構も必要がなく、部品点数の削減及び信頼
性向上の利点もあり、市販の人力自転車の車輪をこのア
ウタロータ形式のダイレクトドライブ型電動車輪に交換
するだけで市販の人力自転車を上述したようなトルク補
助式電動自転車に変換できて好都合である。

【０００６】しかしながら、上記した従来のアウタロー
タ形式のダイレクトドライブ型電動車輪の静止軸はロー
タの重量やロータからの衝撃、振動の他、ステータの重
量やロータからの衝撃、振動も負担する必要がある。つ
まり、ステータの軸方向両側にローターベースがそれぞ
れ配設されるので、かなりの質量をもつステータに作用
する重力や外部振動を静止軸が全て負担せねばならず、
更にステータの反ロータ方向へのトルクも静止軸で負担
せざるを得なかった。その結果、上記した従来のアウタ
ロータ形式のダイレクトドライブ型電動車輪では静止軸
の剛性を強化してその変形を抑止せざるを得ず、静止軸
を大径化せざるをえなかった。

【０００７】ただ、このような静止軸の大径化は、ロー
ターベースを支承する軸受けの大口径化や車輪重量の増
大を招く不具合がある。更に、このような静止軸の大径
化は、アウタロータ形式のダイレクトドライブ型電動車
輪を従来市販の自転車の車輪と交換して既存の人力自転
車や車椅子をトルク補助式電動自転車や電動車椅子に変
換するような場合、それを極めて困難とするという不具
合も生じる。

【０００８】本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
り、車軸すなわち静止軸の大径化を図ることなくステー
タを良好に支持することが可能な電動車の電動車輪を提
供することを、その目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電動車輪
によれば、アウタロータ形式のモータ構造を有するダイ
レクトドライブ型電動車輪のロータ及びステータをロー
ターベース及びステータベースを介して静止軸により片
持ち支持し、更にステータベースを車体フレームに固定
している。

【００１０】このようにすれば、ステータに作用する電
磁トルク、重量、振動などの諸力の大部分を輪軸を経由
することなく車体フレームで直接負担させて輪軸の負担
を軽減することができるので、信頼性を損なうことなし
大径の輪軸の採用回避を実現し、それによる軽量化及び
コスト低減を実現することができ、更に、従来の人力自
転車や人力車椅子の車輪との交換を容易とすることがで
きる。

【００１１】請求項２記載の電動車輪では、スポーク取
り付け部はローターベースの円盤部に固定されるととも
に、ローターベースの筒部に対して径方向へ所定間隙を
隔てて配設されるので、車輪とモータとが軸方向に重な
り、電動車輪の軸方向幅を縮小して、その自転車への装
着を容易化することができる。更に、スポーク取り付け
部に掛かる径方向の力は、ローターベースの円盤部に掛
かり、ローターベースの筒部に直接掛かることがないの
で、この径方向の力によりローターベースが輪軸の軸心
に対して傾くことがなく、それによるロータ／ステータ
間のギャップが縮小することが抑止できる。

【００１２】更に説明すれば、本発明のアウタロータ形
式のダイレクトドライブ型電動車輪では、ステータとロ
ータとの間で電磁力が作用するギャップは狭小（例えば
１ｍｍ程度）とする必要があるが、本構成によればロー
ターベースや静止軸の剛性を徒に強化することなしに、
上記ギャップを確実に保持することができる。請求項３
記載の電動車輪では、スポーク取り付け部がローターベ
ースの円盤部より高弾性をもつので、スポーク取り付け
部に掛かる外力はスポーク取り付け部の弾性変形により
吸収されてローターベースの変形が抑止されることにな
り、ローターベースに固定されるロータがステータに対
して変形して上記ギャップが縮小するのを抑止すること
ができる。

【００１３】請求項４記載の電動車輪では、ロータの軸
方向両側に位置して輪軸に軸受けを介して支承されるハ
ブにローターベースの円盤部を固定するので、電動車輪
の総軸方向幅を増大することなくローターベースが輪軸
に対して傾くのを抑制することができる。請求項５記載
の電動車輪では、ステータベースが両軸受けの軸方向中
間においてハブを軸受けを通じて支承するので、ハブの
軸方向中間部すなわちモータの内径部においてハブを変
位を抑止することができ、この結果として輪軸が細くて
もハブの変形、変位を良好に抑止して、それによるロー
ターベースを通じてのロータの変位を抑止することがで
きる。

【００１４】更に、ローターベースの変形、変位により
ハブが変形、変位し、それによりハブを軸受けを介して
支承するステータベースが変形、変位しても、このステ
ータベースの変形、変位はローターベース及びそれに固
定されるロータの変形、変位と同方向となるので、上記
ギャップの縮小を抑止することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のブラシレスＤＣモータを
有するダイレクトドライブ型電動車輪の好適な態様とし
て、それを電動自転車に適用した実施例を図１を参照し
て以下に説明する。図示しない車体フレームに固定され
ている静止軸（輪軸）１は、軸受け２、３を介してアル
ミ合金からなる円筒ドラム形状のハブ４を回転自在に支
持している。ハブ４にはアルミ合金からなる浅底円筒形
状のローターベース５が嵌着され、ローターベース５は
締結孔４０、５０に嵌められた図示しないボルト（又は
ねじ）によりハブ４の右端部に固定されている。

【００１６】ローターベース５は、円盤部５１及びその
外周から軸方向左側へ延在する円筒部５２とからなり、
円盤部５１の外周部にはアルミ合金からなるスポーク取
り付け部６が嵌着され、スポーク取り付け部６は締結孔
５３、６０に嵌められた図示しないボルト（又はねじ）
によりローターベース５の円盤部５１に固定されてい
る。

【００１７】スポーク取り付け部６は、ローターベース
５の円盤部５１に固定される輪板部６１と、その外周か
ら軸方向左側へ延在する円筒部６２とからなり、円盤部
６２の外周部にはスポーク取り付け用のリブ６３が一対
形成されている。リブ６３は、図示しないスポーク及び
図示しないリムを介して図示しないタイヤを支承してい
る。

【００１８】ローターベース５の円筒部５２の内周面に
はロータ７が圧入、固定されており、ロータ７は、軟鋼
からなる薄肉円筒形状のロータコア７１と、ロータコア
７１の内周面にその全周にわたって貼着された稀土類元
素を含む永久磁石シート７２とからなる。永久磁石シー
ト７２の内周面は周方向に互いに所定間隔を隔てて極性
交互に磁化されている。

【００１９】輪軸１の図１中、左端部には薄肉略円盤形
状のステータベース８が嵌着されている。ステータベー
ス８は、円盤部８１と、円盤部８１の内周部から軸方向
右側へ延在する径小な基筒部８２と、円盤部８１の外周
部から軸方向右側へ延在する径大リング形状のステータ
支持部８３とを有している。基筒部８２の先端部は軸受
け９を通じてハブ４の軸方向中央部を回転自在に支承し
ており、ステータ支持部８３の右端面には、螺子穴８４
に締結される図示しない螺子によりステータコア１０が
固定されている。更に、ステータベース８の円盤部８１
には取り付け穴８０が開口され、この取り付け穴８０に
Ｕ字形状の締結具（図示せず）を嵌めることによりステ
ータベース８は車体フレーム（図示せず）に固定されて
いる。

【００２０】ステータコア１０は電磁鋼板を積層してな
るリング形状を有しており、その外周側に形成されて永
久磁石シート７２に対面する多数の極歯（ティース）１
１にはそれぞれステータコイル１２が巻装されている。
周知のように、これらステータコア１０及びステータコ
イル１２により構成されるステータは上記ロータ７とと
もにブラシレスＤＣモータを構成している。このブラシ
レスＤＣモータは、ステータベース８に固定されてロー
タ７の永久磁石シート７２の極性変化を検出する磁極セ
ンサ（図示せず）を有している。このブラシレスＤＣモ
ータ自体の動作原理自体は周知でありその説明を省略す
る。

【００２１】以下、電動自転車用の電動車輪の特徴を説
明する。このアウタロータ形式のダイレクトドライブ型
電動車輪は、車輪の径内側にモータをもち、減速機構や
クラッチなどを介することなくスポーク取り付け部６を
通じてタイヤを直接駆動するので、部品点数が少なく、
摩擦損失も小さく、車輪交換により従来の人力自転車を
トルク補助式電動自転車に変換することが簡単となる。

【００２２】また、ロータ７及びステータをローターベ
ース５及びステータベース８を介して静止軸（輪軸）１
によりそれぞれ片持ち支持し、更にステータベース８を
車体フレーム（図示せず）に固定しているので、ステー
タに作用する電磁トルク、重量、振動などの諸力の大部
分を輪軸１を経由することなく車体フレームで直接負担
させることができるので、信頼性を損なうことなし静止
軸１を径小、軽量化することができ、従来の人力自転車
や人力車椅子の車輪との交換を容易とすることができ
る。

【００２３】また、スポーク取り付け部６はローターベ
ース５の円盤部５１に固定され、ローターベース５の円
筒部５２やそれに固定されたロータ７に対して径方向へ
所定間隙を隔てて配設されるので、車輪とモータとを軸
方向に重なるように配置することができ、これにより電
動車輪の軸方向幅を縮小して、その自転車への装着を容
易化することができる。更に、スポーク取り付け部６に
掛かる径方向の力は、ローターベース５の円盤部５１に
掛かり、ローターベース５の円筒部５２に直接掛かるこ
とがないので、この径方向の力によりローターベース５
が輪軸１の軸心に対して傾くことがなく、それによるロ
ータ／ステータ間のギャップが縮小することが抑止でき
る。

【００２４】また、スポーク取り付け部６がローターベ
ース５の円盤部５１より高弾性をもつので（弾性変形容
易となっているので）、スポーク取り付け部６に掛かる
外力はスポーク取り付け部６の弾性変形により吸収され
てローターベース５の変形が抑止されることになり、ロ
ーターベース５に固定されるロータ７がステータに対し
て変形して上記ギャップが縮小するのを抑止することが
できる。

【００２５】また、ロータ７の軸方向両側に位置して輪
軸１に軸受け２、３を介して両端支承されるハブ４にロ
ーターベース５の円盤部５１を固定するので、電動車輪
の総軸方向幅を増大することなくローターベース５が輪
軸１に対して傾くのを良好に抑制することができる。更
に、ステータベース８が両軸受け２、３の軸方向中間に
おいてハブ４を軸受け９を通じて支承するので、ハブ４
の軸方向中間部すなわちモータの内径部においてハブ４
の変位を抑止することができ、この結果として輪軸１が
細くてもハブ４の変形、変位を良好に抑止して、それに
よるローターベース５を通じてのロータ７の変位を抑止
することができる。

【００２６】更に、ローターベース５の変形、変位によ
りハブ４が変形、変位することにより、ハブ４を軸受け
９を介して支承するステータベース８が変形、変位して
も、このステータベース８の変形、変位はローターベー
ス５及びそれに固定されるロータ７の変形、変位と同方
向となるので、上記ギャップの縮小を抑止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の電動車輪の軸方向断面図である。

【符号の説明】

１は静止軸（輪軸）、２、３は軸受け、４はハブ、５は
ローターベース、６はスポーク取り付け部、７はロー
タ、８はステータベース、９は軸受け。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体フレームに固定される輪軸と、 ステータコイルが巻装されたステータコアを有するステ
   ータと、周方向極性交互に複数の永久磁石を有して前記
   ステータの外周側に配設されるロータとを備えるアウタ
   ロータ構造のダイレクトドライブ式モータと、 前記輪軸に回転自在に支承される円盤部と、前記円盤部
   から前記ロータを囲包する向きに延設されて前記ロータ
   が固定される筒部とを有する底付円筒状のローターベー
   スと、 前記輪軸に嵌着、支承されるとともに前記車体フレーム
   に固定されて前記ステータコアの軸方向反ローターベー
   ス側の端部を固定するステータベースと、 前記ローターの径外側に位置して前記ローターベースに
   固定されるスポーク取り付け部と、 を備えることを特徴とする電動車の電動車輪。
2. 【請求項２】請求項１記載の電動車の電動車輪におい
   て、 前記スポーク取り付け部は、前記ローターベースの円盤
   部に固定される輪板部と、前記輪板部から前記ローター
   ベースの筒部を囲包する方向に延設されて車輪のスポー
   クを固定する筒部とを有することを特徴とする電動車の
   電動車輪。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の電動車の電動車輪に
   おいて、 前記スポーク取り付け部は前記ローターベースの円盤部
   より弾性変形容易に形成されていることを特徴とする電
   動車の電動車輪。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか記載の電動車の
   電動車輪において、 前記ロータの軸方向両側に位置して軸受けを介して前記
   輪軸に回転自在に支承されるとともに、前記ロータの軸
   方向一端側にて前記ローターベースの円盤部に固定され
   るハブを有することを特徴とする電動車の電動車輪。
5. 【請求項５】請求項４記載の電動車の電動車輪におい
   て、 前記ステータベースは、前記両軸受けの軸方向中間にお
   いて前記ハブを軸受けを通じて回転自在に支承する基筒
   部を有することを特徴とする電動車の電動車輪。