WO2019176649A1 - モータユニット及び電動自転車 - Google Patents

Abstract

モータユニットの大型化を抑制できるモータユニット及び電動自転車を提供する。回転軸（５１）は、ロータ（５２）から回転軸（５１）の軸線方向（Ｄ）に沿って突出した突出部分（５１１）を含んでいる。突出部分（５１１）の外周面に、歯車（３１１）にかみ合う歯部（５４）が形成されている。ロータ（５２）の第１の部分（５２１１）は、回転軸（５１）の周囲に位置し、回転軸（５１）に対して固定されている。ロータ（５２）の第２の部分（５２１２）は、ロータ（５２）における突出部分（５１１）側の端部に位置している。第２の部分（５２１２）の内径（ｄ２）は、第１の部分（５２１１）の内径（ｄ１）よりも大きい。

Description

モータユニット及び電動自転車

　本発明は、モータユニット及び電動自転車に関し、詳しくは、モータと歯車機構とを具備したモータユニット及びこれを具備する電動自転車に関する。

　特許文献１には、モータ駆動ユニットを備えた電動アシスト自転車が開示されている。モータ駆動ユニットは、補助駆動力を発生させるモータを有している。モータは、ロータ部と、回転軸とを有している。回転軸は、ロータ部から回転軸の軸方向に沿って突出した突出部を有している。突出部には、歯部が形成されている。モータ駆動ユニットは、減速機構を更に備えている。減速機構は、減速用歯車を有しており、減速用歯車は、歯部に噛み合っている。

　上記回転軸の突出部は、歯部が形成される部分を確保するために、回転軸が長くなりやすく、これにより、モータ駆動ユニットが上記軸方向において大型化する可能性がある。

国際公開第２０１４／１８４８２６号

　本発明は上記事由に鑑みてなされており、回転軸の軸線方向におけるモータユニットの大型化を抑制できるモータユニット及びこれを具備した電動自転車を提供することを目的とする。

　本発明の一態様に係るモータユニットは、以下の構成を有する。モータユニットは、モータ及び歯車を備えている。前記モータは、回転軸、ロータ及びステータを有している。前記ステータは、前記ロータを回転する。前記回転軸は、突出部分を含んでいる。前記突出部分は、前記ロータから前記回転軸の軸線方向に沿って突出している。前記モータは、歯部を更に有している。前記歯部は、前記突出部分の外周面に形成され、前記歯車にかみ合う。前記ロータは、第１の部分と、第２の部分とを含んでいる。前記第１の部分は、前記回転軸の周囲に位置し、前記回転軸に対して固定されている。前記第２の部分は、前記ロータにおける前記突出部分側の端部に位置している。前記第２の部分の内径は、前記第１の部分の内径よりも大きい。

　また、本発明の一態様に係る電動自転車は、以下の構成を有する。電動自転車は、前記モータユニットと、車輪とを具備している。前記車輪には、前記モータユニットが備える前記モータの駆動力が伝えられる。

図１は、第一実施形態に係る電動自転車の側面図である。 図２は、同上の電動自転車のフレーム及びモータユニットの断面図である。 図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。 図４は、図３のＡ部の拡大図である。 図５は、同上のモータユニットが備えるセンサマグネットの斜視図である。 図６は、第二実施形態のモータユニットの内部構造を示した断面図である。 図７は、第三実施形態のモータユニットであって、図３に対応する断面図である。

　（概要）
　図１に示すように本実施形態のモータユニット３は、電動自転車１に搭載される。なお、電動自転車１は、電動アシスト自転車であるが、電動バイク等の他の電動自転車であってもよい。また、本開示の技術は、例えば自転車以外の乗り物又は乗り物以外の装置等において、力学的エネルギを発生させるモータユニットにも適用可能である。

　図４に示すように、モータユニット３は、モータ５及び歯車３１１を備えている。モータ５は、回転軸５１、ロータ５２及びステータ５３を有している。ステータ５３は、ロータ５２を回転する。回転軸５１は、ロータ５２から回転軸５１の軸線方向Ｄに沿って突出した突出部分５１１を含んでいる。すなわち、回転軸５１は、ロータ５２に形成された孔５２４に挿入されてロータ５２に対して固定されており、回転軸５１はロータ５２の孔５２４から突出した突出部分５１１を含んでいる。モータ５は、歯部５４を更に有している。歯部５４は、突出部分５１１の外周面に形成され、歯車３１１にかみ合っている。ロータ５２は、第１の部分５２１１と、第２の部分５２１２とを含んでいる。第１の部分５２１１は、回転軸５１の周囲に位置し、回転軸５１に対して固定されている。第２の部分５２１２は、ロータ５２における突出部分５１１側の端部に位置している。第２の部分５２１２の内径ｄ２は、第１の部分５２１１の内径ｄ１よりも大きい。

　本実施形態のモータユニット３は、ロータ５２が第２の部分を含むことにより、回転軸５１が長くなることを抑制しながら、回転軸５１においてロータ５２から突出した突出部分５１１の突出長さを長くすることができる。このため、突出部分５１１において歯部５４が形成される部分を確保しつつ、回転軸５１が長くなることを抑制できる。したがって、回転軸５１の軸線方向Ｄにおけるモータユニット３の大型化を抑制できる。

　（構成）
　以下、図１～図７に基づいて、本実施形態の電動自転車１の構成について説明する。なお、電動自転車１については、設計上、進行方向が決まっている。以下の説明において、進行方向を前方とするとともにその反対方向を後方とする。また、左方及び右方については、前方を向いた状態を基準とする。

　図１に示すように、電動自転車１は、フレーム１０、前側のスプロケット１９１（図２参照）、後側のスプロケット１９２及びモータユニット３を具備している。また、本実施形態の電動自転車１は、車輪として、前輪１１１と後輪１１２とを具備している。また、本実施形態の電動自転車１は、ハンドルポスト１２、ハンドルバー１２２、サドル１３、一対のクランクアーム１８及び一対のペダル１８１を具備している。

　フレーム１０は、ヘッドパイプ１０１、上パイプ１０２、下パイプ１０３、立パイプ１０４、シートステー１０５、チェーンステー１０６及びブラケット２を有している。

　ハンドルポスト１２は、ヘッドパイプ１０１を上下方向に貫通している。ハンドルポスト１２は、ヘッドパイプ１０１の中心軸に対して回転可能である。ハンドルポスト１２の上端部には、ハンドルバー１２２が接続されている。ハンドルバー１２２には、例えば、電動の入切（モータユニット３への電力供給の有無の切換え）等を行うための手元操作部が取り付けられている。ハンドルポスト１２の下端部には、フロントフォーク１２１が形成されている。フロントフォーク１２１には、前輪１１１が回転可能に取り付けられている。

　上パイプ１０２の前端部は、ヘッドパイプ１０１に接続されている。上パイプ１０２の後端部は、立パイプ１０４の上部に接続されている。立パイプ１０４の上端部には、サドル１３が有する軸１３０が挿入されている。軸１３０は立パイプ１０４に固定されている。立パイプ１０４の下端部には、ブラケット２が接続されている。

　下パイプ１０３は、上パイプ１０２の下方に位置している。下パイプ１０３の前端部は、ヘッドパイプ１０１に接続されている。下パイプ１０３の後端部は、ブラケット２に接続されている。下パイプ１０３には、バッテリ１５が着脱可能に取り付けられている。

　上パイプ１０２の後端部には、シートステー１０５の前端部が接続されている。シートステー１０５の下方には、チェーンステー１０６が位置している。シートステー１０５の後端部は、チェーンステー１０６の後端部に接続されている。シートステー１０５とチェーンステー１０６との接続部分には、後輪１１２が回転可能に取り付けられている。チェーンステー１０６の前端部は、ブラケット２に接続されている。

　ブラケット２には、モータユニット３が取り付けられている。モータユニット３の電力は、バッテリ１５から供給される。モータユニット３には、一対のクランクアーム１８を介して一対のペダル１８１が取り付けられている。運転者がペダル１８１を漕ぐことで、モータユニット３には、人力による駆動力が入力される。これにより、モータユニット３は補助駆動力を発生させ、この補助駆動力を人力による駆動力に加えた駆動力を発生させる。このようにしてモータユニット３に発生した駆動力（人力による駆動力に補助駆動力を加えた駆動力）は、後述するチェーン１９３を伝って後輪１１２に伝達する。なお、本実施形態の補助駆動力は、後輪１１２にのみ伝達されるが、前輪１１１と後輪１１２、あるいは前輪１１１にのみ伝達されてもよい。

　図３に示すように、モータユニット３は、ケース４、入力軸６、入力体７、出力体８、ワンウェイクラッチ３２、減速機構３１及びモータ５を備えている。

　ケース４は、主に金属により形成される。この金属は、アルミニウム、ステンレス鋼等である。なお、ケース４は、非金属によって形成されてもよく、ケース４の材質は特に限定されない。

　本実施形態のケース４は、左右の分割体４１，４２で構成されている。以下、必要に応じて、左右の分割体４１，４２のうち、左の分割体４１を第１分割体４１といい、右の分割体４２を第２分割体４２という。

　第１分割体４１は、内部空間が右方に開放された容器状に形成されている。本実施形態の第１分割体４１は、内部空間が右方に開放された容器状に形成されている。第１分割体４１は、ケース４の左側の側壁部を構成する側壁部４１１と、側壁部４１１の周縁から右方に突出した周縁部４１２とを有している。

　第２分割体４２は、内部空間が左方に開放された容器状に形成されている。第２分割体４２は、ケース４の右側の側壁部を構成する側壁部４２１と、側壁部４２１の周縁から左方に突出した周縁部４２２とを有している。第１分割体４１と第２分割体４２とは、周縁部４１２と周縁部４２２とが合わされた状態で、互いに固定されている。第１分割体４１の内部空間と、第２分割体４２の内部空間とは連続している。第１分割体４１の内部空間と、第２分割体４２の内部空間とで、収容空間４０が構成されている。ケース４の内部に形成された収容空間４０には、入力軸６の一部、入力体７、出力体８の一部、ワンウェイクラッチ３２及び減速機構３１が位置している。

　入力軸６の軸線６０は、左右方向（横方向）と平行である。なお、本開示における「軸線」とは、中心軸を意味する。入力軸６の左端部は、第１分割体４１の側壁部４１１を左右方向に貫通し、入力軸６の右端部は、第２分割体４２の側壁部４２１を左右方向に貫通している。つまり、入力軸６は、ケース４を左右方向に貫通している。

　入力軸６は、軸線６０回りに回転可能である。入力軸６の左右方向の両端部は、ケース４から外部に突出している。入力軸６の左右方向の両端部には、一対のクランクアーム１８の端部がそれぞれ連結されている。一対のクランクアーム１８の各々における長手方向のうちの入力軸６とは反対側の端部には、ペダル１８１（図１参照）が回転可能に取り付けられている。運転者が、各クランクアーム１８に取り付けられたペダル１８１を漕ぐことにより、入力軸６には、人力として、各クランクアーム１８の回転力が伝わる。

　ケース４内において、入力軸６の周囲には、入力体７が配置されている。入力体７は、軸線方向が左右方向と平行な円筒状に形成されている。本実施形態の入力体７は、左右方向に並んだ複数の入力体７１，７２で構成されている。入力体７は入力軸６に固定されており、入力軸６と一体に回転する。なお、入力体７は、単一の部材であってもよい。また、入力体７は、入力軸６と一体に形成されてもよい。

　ケース４内において入力体７の周囲には、出力体８が配置されている。出力体８は、入力体７の周囲を回転可能である。入力体７と出力体８との間には、ワンウェイクラッチ３２が配置されている。ワンウェイクラッチ３２は、入力体７に、電動自転車１を進行方向に加速させる方向（以下、加速方向とする）の回転力がかかる場合にこの回転力を出力体８に伝達し、加速方向と反対方向の回転力がかかる場合にはこの回転力を出力体８に伝達しない。

　出力体８の外周面には、歯部８３が形成されている。歯部８３は、減速機構３１が有する歯車（第２伝達歯車）３１２の歯部３１６（図４参照）にかみ合っている。減速機構３１は、モータ５の回転軸５１の回転を減速して出力体８に伝達する。減速機構３１を介して出力体８に加速方向の回転力がかかる場合に、ワンウェイクラッチ３２は、この回転力を入力体７に伝達しない。

　出力体８の右端部は、ケース４から外部に突出している。出力体８の右端部には、前側のスプロケット１９１が固定されている。スプロケット１９１は、出力体８と一体に回転する。図１に示すように、後輪１１２のハブには、後側のスプロケット１９２が固定されている。前後のスプロケット１９１，１９２には、チェーン１９３が掛け回されている。

　加速方向の回転力が図３に示す入力軸６に加わり、入力軸６が回転すると、入力体７は、入力軸６と一体に回転する。入力体７の加速方向の回転力は、ワンウェイクラッチ３２を介して出力体８にかかり、これにより、出力体８及び前側のスプロケット１９１は加速方向に回転する。前側のスプロケット１９１が加速方向に回転すると、チェーン１９３を介して後側のスプロケット１９２に加速方向の回転力がかかり、後側のスプロケット１９２及び後輪１１２が加速方向に回転する。これにより、電動自転車１は進行方向に加速する。

　図４に示すようにモータ５は、回転軸５１、ロータ５２及びステータ５３を有している。本実施形態のモータ５は、カップ５７を更に有している。カップ５７には、回転軸５１の一部、ロータ５２及びステータ５３が収容されている。カップ５７は、金属製である。なお、カップ５７は、非金属によって形成されてもよく、カップ５７の材質は特に限定されない。

　カップ５７は、第１分割体４１の側壁部４１１に取り付けられている。側壁部４１１には、左右方向に貫通した円形の貫通孔４１３が形成されている。カップ５７は、貫通孔４１３を側壁部４１１の左側から覆っている。カップ５７は、内部空間が右方に開放された容器状に形成されている。カップ５７の内部空間と、第１分割体４１の内部空間とは、貫通孔４１３を介して通じている。

　回転軸５１の軸線方向Ｄは、左右方向と平行である。以下、回転軸５１の軸線方向を単に「軸線方向Ｄ」という。回転軸５１の周囲には、回転軸５１と同心のロータ５２が位置している。

　ロータ５２は、筒状に形成された、埋込磁石型のロータである。ロータ５２は、ロータコア５２１と、ロータコア５２１で保持された複数の永久磁石５２２とを有している。ロータコア５２１は、円筒状に形成されており、左右方向（軸線方向Ｄ）に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。各電磁鋼板は、例えば、ケイ素鋼等の軟磁性体から形成される。なお、ロータコア５２１は、単一の部材であってもよい。また、ロータコア５２１は、電磁鋼板以外の材料から形成されてもよい。

　回転軸５１は、ロータコア５２１から左右方向の両側に向かって突出している。回転軸５１は、第１の部分５２１１から軸線方向Ｄの一方側である右方に突出した突出部分５１１と、第１の部分５２１１から突出部分５１１とは反対側である左方に突出した突出部分５１２とを有している。以下、両突出部分５１１，５１２のうちの一方を第１突出部分５１１といい、他方を第２突出部分５１２という。

　ロータコア５２１は、第１の部分５２１１と、第２の部分５２１２とを含んでいる。本実施形態のロータコア５２１は、第１の部分５２１１及び第２の部分５２１２のみを含んでいる。

　第１の部分５２１１は、軸線方向が左右方向と平行な円筒状に形成されており、ロータコア５２１の右側端部以外の部分を構成している。すなわち、第１の部分５２１１は、ロータコア５２１のうち、軸線方向Ｄにおける突出部分５１１側の端部以外の部分である。第１の部分５２１１の内側には、左右方向に貫通した孔５２４が形成されている。

　回転軸５１は、第１の部分５２１１の孔５２４に通されており、ロータ５２を左右方向に貫通している。すなわち、回転軸５１は、ロータ５２を軸線方向Ｄに貫通している。第１の部分５２１１は、回転軸５１の周囲に位置している。回転軸５１は孔５２４に圧入されており、ロータ５２によって周囲から押されている。これにより、第１の部分５２１１は回転軸５１に固定されている。なお、回転軸５１は、接着剤等を用いてロータコア５２１に固定されてもよい。

　第２の部分５２１２は、第１の部分５２１１と同心の円筒状に形成されている。第２の部分５２１２は、第１の部分５２１１の右側に隣接して位置している。第２の部分５２１２は、第１の部分５２１１に連続している。すなわち、軸線方向Ｄにおいて、第１の部分５２１１と第２の部分５２１２とは隣接している。第２の部分５２１２は、第１の部分５２１１と一体に形成されている。第２の部分５２１２は、ロータコア５２１の右側端部を構成している。すなわち、第２の部分５２１２は、ロータコア５２１のうち、軸線方向Ｄにおける突出部分５１１側の端部である。

　第２の部分５２１２の内径ｄ２は、第１の部分５２１１の内径ｄ１よりも大きい。すなわち、第１の部分５２１１における孔５２４の直径は、第２の部分５２１２における孔５２４の直径よりも大きい。これにより、第２の部分５２１２の内側には、凹み５２０が形成されている。凹み５２０は、第２の部分５２１２における孔５２４の外周部分である。凹み５２０は、左右方向に見て円環状であり、ロータコア５２１の周方向の全長に亘っている。凹み５２０は、左右方向（軸線方向Ｄ）における第１突出部分５１１側と、ロータコア５２１の内側とに向かって開口している。

　回転軸５１においてロータ５２から軸線方向Ｄの一方側に向かって突出した第１突出部分５１１の突出長さ（左右方向の長さ）は、第２突出部分５１２の突出長さ（左右方向の長さ）よりも長い。回転軸５１の左右方向の両端部のうちの一方は、第１突出部分５１１の先端部であり、他方は第２突出部分５１２である。第１突出部分５１１は、貫通孔４１３を通って、第１分割体４１の側壁部４１１から、第１分割体４１の内部空間及び第２分割体４２の内部空間に突出している。

　モータユニット３は、一対の軸受５５１，５５２を備えている。以下、必要に応じて、一対の軸受５５１，５５２のうちの一方を第１軸受５５１といい、他方を第２軸受５５２という。第１軸受５５１は、ケース４内に位置し、第２分割体４２に固定されている。第１軸受５５１は、第１突出部分５１１の先端部を回転可能に支持している。第２軸受５５２は、カップ５７内に位置し、カップ５７に固定されている。本実施形態では、モータ５が第２軸受５５２を有している。第２軸受５５２は、第２突出部分５１２を支持している。すなわち、第１軸受５５１及び第２軸受５５２は、回転軸５１における左右方向の両端部をそれぞれ回転可能に支持している。各軸受５５１，５５２は、ボールベアリングである。

　本実施形態の第１軸受５５１のボールは、第２軸受５５２のボールよりも小さく、第１軸受５５１の外径は、第２軸受５５２の外径よりも小さい。すなわち、左右方向に見て、第１軸受５５１は、第２軸受５５２の外周縁よりも内側に配置されている。このため、第１軸受５５１の周囲に他の部品を配置するスペースを確保して、モータユニット３の小型化を実現できる。なお、各軸受５５１，５５２は、ボールベアリングに限定されず、例えば、ころ軸受等であってもよい。

　ロータコア５２１には、複数の永久磁石５２２が埋め込まれている。複数の永久磁石５２２は、ロータコア５２１の周方向に並んでいる。なお、永久磁石５２２は、ロータコア５２１の表面に取り付けられてもよい。また、ロータ５２は、ロータ５２の周方向において交互に磁極が入れ替わるように着磁された永久磁石であってもよい。

　ロータ５２の周囲には、エアギャップを介してステータ５３が配置されている。ステータ５３は、ロータ５２を回転する。ステータ５３は、ステータコア５３１と、コイル５３２とを備えた巻線ステータである。ステータコア５３１は、軸線方向が左右方向と平行な円筒状に形成されている。ステータコア５３１は、ロータ５２と同心で配置されている。コイル５３２は、ステータコア５３１に巻き付けられている。コイル５３２に通電されることで、ステータコア５３１が励磁されてロータ５２が回転する。

　回転軸５１の第１突出部分５１１の外周面には、減速機構３１が有する歯車３１１の歯部３１３にかみ合う歯部５４が形成されている。歯部５４は、第１突出部分５１１における先端部と基端部５１３との間の部分にのみ形成されている。

　減速機構３１は、回転軸５１の回転を減速して出力体８に伝達する。減速機構３１は、歯車軸（伝達回転軸）３１０、一対の軸受３１４１，３１４２、歯車３１１及び歯車３１２を有している。以下、必要に応じて、歯車３１１を第１伝達歯車３１１といい、歯車３１２を第２伝達歯車３１２という。

　歯車軸３１０の軸線３１００は、左右方向と平行である。歯車軸３１０の左右方向の両端部は、収容空間４０に配置された一対の軸受３１４１，３１４２によってそれぞれ回転可能に支持されている。歯車軸３１０は、軸線３１００回りに回転可能である。

　歯車軸３１０の周囲には、第１伝達歯車３１１が位置している。第１伝達歯車３１１は、軸線が左右方向と平行な円筒状に形成されている。第１伝達歯車３１１の外周面には、歯部３１３が形成されている。歯部３１３は、回転軸５１の歯部５４にかみ合っており、これにより、回転軸５１の回転力が、第１伝達歯車３１１に伝達される。

　第１伝達歯車３１１は、ワンウェイクラッチ３１５を介して歯車軸３１０に連結されている。ワンウェイクラッチ３１５は、第１伝達歯車３１１に、加速方向の回転力がかかる場合にこの回転力を歯車軸３１０に伝達し、加速方向と反対方向の回転力がかかる場合にはこの回転力を歯車軸３１０に伝達しない。また、歯車軸３１０に、加速方向の回転力がかかる場合にこの回転力を第１伝達歯車３１１に伝達しない。

　歯車軸３１０の周囲には、第１伝達歯車３１１よりも右方に位置した第２伝達歯車３１２が配置されている。第２伝達歯車３１２は、歯車軸３１０に固定されている。第２伝達歯車３１２は、歯車軸３１０と一体に回転する。第２伝達歯車３１２の外周面には、歯部３１６が形成されている。歯部３１６は、出力体８の歯部８３にかみ合っている。

　モータ５の回転軸５１が回転すると、第１伝達歯車３１１が回転する。第１伝達歯車３１１の回転力が、ワンウェイクラッチ３１５を介して歯車軸３１０に伝達されると、歯車軸３１０と第２伝達歯車３１２とが回転する。これにより、第２伝達歯車３１２の回転力が、出力体８に伝達される。

　図３に示すように、モータユニット３は、トルク検出部３３、回転数検出部３４及び制御基板（プリント基板）３５を更に備えている。トルク検出部３３、回転数検出部３４及び制御基板３５は、ケース４の収容空間４０に配置されている。

　トルク検出部３３は、入力軸６にかかっているトルクを検出する。トルク検出部３３としては、例えば、磁歪式のトルクセンサが用いられる。トルク検出部３３は、入力体７の周囲に位置している。なお、トルク検出部３３は、磁歪式のトルクセンサに限定されない。

　回転数検出部３４は、入力軸６の単位時間当たりの回転数を検出する。回転数検出部３４は、入力体７の周囲に位置している。回転数検出部３４としては、例えば光学式の回転検出器が用いられる。なお、回転数検出部３４は、光学式の回転検出器に限られない。

　制御基板３５は、第１分割体４１の側壁部４１１に沿って配置されている。制御基板３５の厚み方向は、左右方向と平行である。制御基板３５の少なくとも一部は、左右方向に見て、ステータ５３及びロータ５２と重なっている。制御基板３５の少なくとも一部は、左右方向と直交する方向に見て、回転軸５１、歯車軸３１０（図４参照）、第１伝達歯車３１１（図４参照）、ワンウェイクラッチ３１５（図４参照）、入力軸６及び入力体７と重なっている。

　制御基板３５は、モータ５を制御する制御部を有している。制御部は、例えばマイクロコンピュータを有し、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、各要素の動作を制御する。このような制御部は、公知のものが適宜利用可能であり、詳細な説明は省略する。制御部は、トルク検出部３３により検出されたトルク及び回転数検出部３４により検出された回転数に基づいて、モータ５のロータ５２及び回転軸５１の回転速度を制御する。

　電動自転車１が人力で進行方向に進行中に、モータ５の回転軸５１の回転力が出力体８に加わることで、出力体８からは、入力体７からの人力の回転力と、モータ５からの回転力とが合わさった合力が出力される。この場合、出力体８は、入力体７からの人力の回転力と、モータ５からの回転力とが合わさる合力体として機能する。

　電動自転車１が人力で進行方向に進行中に、モータ５が駆動しないとき、出力体８は加速方向に回転しているため、出力体８と噛み合う第２伝達歯車３１２及び歯車軸３１０は加速方向に回転する。ただし、この場合、歯車軸３１０の加速方向の回転力は、ワンウェイクラッチ３１５（図４参照）により第１伝達歯車３１１に伝達しない。これにより、モータ５が駆動しない場合に、回転軸５１及びロータ５２が回転するのが阻止される。

　モータユニット３は、ロータ５２及び回転軸５１の回転位置（回転速度を含む）を検出するための回転検出部９を更に備えている。回転検出部９は、回転軸５１と一体に回転するセンサマグネット９０と、センサマグネット９０の磁気を検出する磁気センサ９１とを具備している。

　センサマグネット９０は、ケース４内（詳しくは貫通孔４１３）に配置されている。図４及び図５に示す本実施形態のセンサマグネット９０は、プラスチック磁石である。センサマグネット９０は、回転軸５１の軸線方向Ｄにおける中間部に固定されている。すなわち、センサマグネット９０は、回転軸５１に固定された固定部材を構成している。なお、固定部材は、回転軸５１に固定される部材であればよく、センサマグネット９０に限られない。

　センサマグネット９０は、固定部９０２、環状部９０３及び複数の連結部９０４を有している。固定部９０２は、軸線が左右方向と平行な円筒状に形成されている。図４に示すように、固定部９０２は、第１突出部分５１１の基端部５１３（歯部３１３とロータ５２との間に位置する部分）の周囲に位置している。固定部９０２の内側に形成された孔９０５には、第１突出部分５１１の基端部５１３が圧入されている。これにより、センサマグネット９０は回転軸５１に対して固定されている。なお、第１突出部分５１１が圧入された固定部９０２は、回転軸５１に接着剤を介して接着されてもよい。また、本実施形態の固定部９０２は、歯部３１３の軸線方向Ｄにおけるロータ５２側の端部の周囲に位置しているが、軸線方向Ｄにおいて歯部３１３よりもロータ５２側に位置してもよい。

　固定部９０２の右端部の周囲には、固定部９０２と同心で、固定部９０２から間隔をあけて位置する環状部９０３が位置している。環状部９０３の少なくとも一部は、左右方向と直交する方向に見て、歯車軸３１０の左端部と重なっている。すなわち、歯車軸３１０の左端部と、環状部９０３とは、左右方向と直交する同一面上に位置している。

　図５に示すように、環状部９０３は、左右方向に見て円環状に形成されている。環状部９０３の右側の面は、例えば、周方向において極性の異なる磁極が交互に位置するように着磁されている。なお、図５では、着磁された箇所を２点鎖線で示している。

　固定部９０２と環状部９０３との間には、複数の連結部９０４が位置している。複数の連結部９０４は、固定部９０２の周方向に間隔をあけて並んでいる。固定部９０２と環状部９０３とは、複数の連結部９０４を介して一体に接続されている。複数の連結部９０４の各々は、センサマグネット９０の回転方向（センサマグネット９０の周方向）と直交する方向（センサマグネット９０の径方向）に延びている。なお、各連結部９０４は、センサマグネット９０の回転方向と交差する方向に延びていればよく、センサマグネット９０の回転方向と直交する方向に対して傾いた方向に延びていてもよい。

　図４に示すように、ケース４内には、センサマグネット９０に対向した磁気センサ９１が配置されている。本実施形態では、制御基板３５に磁気センサ９１が実装されている。磁気センサ９１は、環状部９０３の右方に位置しており、環状部９０３に対向している。回転検出部９は、磁気センサ９１によりセンサマグネット９０の回転に伴う磁場の変化を検出することにより、ロータ５２の回転位置を検出する。この制御基板３５は、例えば、この検出結果に基づき、モータ５の駆動を制御する。

　磁気センサ９１は、例えばホールＩＣ（Integrated Circuit）である。なお、磁気センサ９１は、ホール素子、ＭＲ（Magnetic Resistance）素子等であってもよい。また、センサマグネット９０は、本実施形態のセンサマグネット９０に制限されず、例えば、周方向において交互に磁極が入れ替わるように着磁された永久磁石を含んでもよい。

　センサマグネット９０には、複数の穴９０６が形成されている。複数の穴９０６の各々は、センサマグネット９０を左右方向に貫通しており、センサマグネット９０の左右方向の両側に開放されている。各穴９０６は、隣り合う連結部９０４の間に形成されている。このため、センサマグネット９０が回転軸５１と共に回転したとき、センサマグネット９０の複数の連結部９０４により、ケース４内の空気が攪拌される。すなわち、複数の連結部９０４の各々は、ケース４内の空気を攪拌する羽根部を構成している。このため、ケース４内においてステータ５３等で発生する熱がこもり難くなり、モータユニット３の放熱性が向上する。

　上述したように、図４に示すロータ５２の第２の部分５２１２の内径ｄ２は、第１の部分５２１１の内径ｄ１よりも大きい。このため、回転軸５１においてロータ５２から突出した突出部分５１１の突出長さを長くすることができる。したがって、突出部分５１１において歯部５４が形成される部分を確保しつつ、回転軸５１が長くなることを抑制できる。

　本実施形態では、センサマグネット９０の一部である、固定部９０２の左端部が、第２の部分５２１２の内側（凹み５２０）に位置している。本実施形態の固定部９０２の左端部は、ロータコア５２１に対して固定されていないが、ロータコア５２１に対して固定されてもよい。この固定は、例えば、固定部９０２の左端部が、第２の部分５２１２の内側（凹み５２０）に圧入されることで行われてもよいし、ロータコア５２１に接着剤を介して接着されることで行われてもよい。

　上述したようにセンサマグネット９０の固定部９０２の一部が、第２の部分５２１２の内側に位置することで、回転軸５１において固定部９０２に圧入される部分の左右方向の長さ（圧入代）を長くすることができる。このため、センサマグネット９０を回転軸５１に強固に固定することができる。なお、固定部９０２は、少なくとも左右方向の一部のみが、第２の部分５２１２の内側に配置されていればよく、固定部９０２の全体が凹み５２０に配置されてもよい。

　また、センサマグネット９０の固定部９０２の一部が、第２の部分５２１２の内側に位置するので、センサマグネット９０を左右方向においてロータ５２に近い位置に配置できる。このため、回転軸５１の歯部５４を、左右方向においてロータ５２に近い位置に形成することができる。これにより、減速機構３１の第１伝達歯車３１１、歯車軸３１０及び第２伝達歯車３１２を、左右方向においてロータ５２に近い位置に配置して、モータユニット３を小型化できる。

　また、本実施形態のセンサマグネット９０では、環状部９０３の直径（外径）が、ロータコア５２１の直径（外径）よりも小さく、センサマグネット９０は、左右方向に見て、ロータ５２の外周縁よりも内側に配置されている。このため、センサマグネット９０の周囲に、減速機構３１の歯車軸３１０を配置することができる。したがって、左右方向と直交する方向において、回転軸５１と歯車軸３１０とを近い位置に配置して、モータユニット３を左右方向と直交する方向において小型化できる。

　なお、センサマグネット９０の固定部９０２は、凹み５２０に配置されなくてもよい。また、回転検出部９は、省略可能である。

　（第二実施形態）
　次に、第二実施形態のモータユニット３Ａについて、図６に基づいて説明する。第二実施形態のモータユニット３Ａは、第一実施形態のモータユニット３の軸受５５１（図４参照）に代えて、軸受５５１Ａを備えている。軸受５５１Ａは、ケース４の貫通孔４１３に嵌め込まれており、第１分割体４１の側壁部４１１に固定されている。軸受５５１Ａは、回転軸５１の第１突出部分５１１の基端部５１３を回転可能に支持している。すなわち、本実施形態の回転軸５１は、第１突出部分５１１の基端部５１３と第２突出部分５１２とが、一対の軸受５５１Ａ，５５２で支持されている。

　また、本実施形態のモータユニット３Ａは、第一実施形態のセンサマグネット９０に代えて、センサマグネット９０Ａを備えている。センサマグネット９０Ａは、例えば、周方向において交互に磁極が入れ替わるように着磁されたプラスチック磁石で構成される。

　センサマグネット９０Ａは、カップ５７に収容されている。センサマグネット９０Ａは、固定部９０２Ａ、環状部９０３Ａ及び連結部９０４Ａを有している。

　固定部９０２Ａは、軸線が左右方向と平行な円筒状に形成されている。固定部９０２Ａは、カップ５７内において、第１突出部分５１１の基端部５１３の周囲に位置している。固定部９０２Ａの左側端部は、ロータ５２の第２の部分５２１２内側に位置している。固定部９０２Ａの内側に形成された孔９０５Ａには、第１突出部分５１１の基端部５１３が圧入されている。これにより、センサマグネット９０Ａは、回転軸５１に対して固定されている。なお、第１突出部分５１１が圧入された固定部９０２Ａは、回転軸５１に接着剤を介して接着されてもよい。

　固定部９０２Ａの右端部の周囲には、固定部９０２Ａと同心で、固定部９０２Ａから間隔をあけて位置する環状部９０３Ａが位置している。環状部９０３Ａは、左右方向に見て円環状に形成されている。

　固定部９０２Ａと環状部９０３Ａとの間には、連結部９０４Ａが位置している。固定部９０２Ａの右端部と、環状部９０３Ａの左端部とは、連結部９０４Ａを介して一体に接続されている。環状部９０３Ａは、連結部９０４Ａから右方に突出している。環状部９０３Ａは、左右方向において磁気センサ９１と重なる位置に配置されており、磁気センサ９１に対向している。軸受５５１Ａは、環状部９０３Ａの内側に配置されている。

　（第三実施形態）
　次に、第三実施形態のモータユニット３Ｂについて、図７に基づいて説明する。第一実施形態におけるモータユニット３は、いわゆる一軸式のモータユニットであったのに対し、第三実施形態におけるモータユニット３Ｂは、いわゆる二軸式のモータユニットである。

　モータユニット３Ｂは、減速機構３１を備えておらず、出力体８とは別の第２出力体３１０Ｂを備えている。第２出力体３１０Ｂの左端部は、ケース４内に位置し、第１分割体４１に配置された軸受３１９１Ｂに回転可能に支持されている。第２出力体３１０Ｂの左右方向の中間部は、第２分割体４２に固定された軸受３１９２Ｂに回転可能に支持されている。第２出力体３１０Ｂの右端部は、ケース４外に位置している。第２出力体３１０Ｂの右端部には、スプロケット１９４Ｂが第２出力体３１０Ｂと一体に回転するように固定されている。スプロケット１９４Ｂと、前側のスプロケット１９１（図２参照）と、後側のスプロケット１９２（図１参照）とには、チェーン１９３（図１参照）が掛け回されている。第２出力体３１０Ｂの周囲には、ワンウェイクラッチ３１７Ｂを介して、モータ５の回転軸５１の歯部５４と噛み合う歯車３１８Ｂが配置されている。

　電動自転車が人力で進行方向に進行中に、モータ５の回転軸５１が加速方向に回転すると、モータ５の回転軸５１の歯部５４と噛み合う歯車３１８Ｂが加速方向に回転する。歯車３１８Ｂの加速方向への回転力は、ワンウェイクラッチ３１７Ｂを介して第２出力体３１０Ｂに伝達され、チェーン１９３に加えられる。

　また、電動自転車１が人力で進行方向に進行中に、モータ５が駆動しない状態である場合、第２出力体３１０Ｂは加速方向に回転するが、第２出力体３１０Ｂの加速方向の回転力は、ワンウェイクラッチ３１７Ｂによりモータ５の回転軸５１に伝達しない。これにより、モータ５が駆動しない場合に、回転軸５１及びロータ５２が回転するのが阻止される。

　（態様）
　上述した実施形態から明らかなように、第１の態様のモータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）は、モータ（５）及び歯車（３１１；３１８Ｂ）を備えている。モータ（５）は、回転軸（５１）、ロータ（５２）及びステータ（５３）を有する。ステータ（５３）は、ロータ（５２）を回転する。回転軸（５１）は、突出部分（第１突出部分）（５１１）を含んでいる。突出部分（５１１）は、ロータ（５２）から回転軸（５１）の軸線方向（Ｄ）に沿って突出している。モータ（５）は、歯部（５４）を更に有している。歯部（５４）は、突出部分（５１１）の外周面に形成され、歯車（３１１；３１８Ｂ）にかみ合っている。ロータ（５２）は、第１の部分（５２１１）及び第２の部分（５２１２）を含んでいる。第１の部分（５２１１）は、回転軸（５１）の周囲に位置し、回転軸（５１）に対して固定されている。第２の部分（５２１２）は、ロータ（５２）における突出部分（５１１）側の端部に位置している。第２の部分（５２１２）の内径（ｄ２）は、第１の部分（５２１１）の内径（ｄ１）よりも大きい。

　この態様によれば、ロータ（５２）が第２の部分（５２１２）を含むことにより、回転軸（５１）においてロータ（５２）から突出した突出部分（５１１）の突出長さを長くすることができる。このため、突出部分（５１１）において歯部（５４）が形成される部分を確保しつつ、回転軸（５１）が長くなることを抑制できる。したがって、回転軸（５１）の軸線方向（Ｄ）におけるモータユニット（３）の大型化を抑制できる。

　第２の様態のモータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）は、第１の様態との組み合わせにより実現され得る。第２の様態のモータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）は、センサマグネット（９０；９０Ａ）を更に備えている。センサマグネット（９０；９０Ａ）は、固定部（９０２；９０２Ａ）を有している。固定部（９０２；９０２Ａ）は、突出部分（５１１）における歯部（５４）とロータ（５２）との間の部分（基端部）（５１３）の周囲に位置している。固定部（９０２；９０２Ａ）は、回転軸（５１）に固定されている。

　この態様によれば、センサマグネット（９０；９０Ａ）を、突出部分（５１１）における歯部（５４）とロータ（５２）との間の部分において、回転軸（５１）に固定することができる。

　第３の態様のモータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）は、第２の様態との組み合わせにより実現され得る。第３の態様では、固定部（９０２；９０２Ａ）において少なくとも軸線方向（Ｄ）のロータ（５２）側の端部が、第２の部分（５２１２）の内側に位置している。

　この態様によれば、固定部（９０２；９０２Ａ）の少なくとも一部が、ロータコア（５２１）の第２の部分（５２１２）の内側（凹み（５２０）に位置することで、回転軸（５１）において固定部（９０２；９０２Ａ）に固定される部分の長さを長くすることができる。このため、センサマグネット（９０；９０Ａ）を回転軸（５１）に強固に固定できる。また、固定部（９０２；９０２Ａ）の少なくとも軸線方向（Ｄ）のロータ（５２）側の端部が第２の部分（５２１２）の内側に位置するので、センサマグネット（９０；９０Ａ）を左右方向においてロータ（５２）に近い位置に配置できる。このため、回転軸（５１）の歯部（５４）を、軸線方向（Ｄ）においてロータ（５２）に近い位置に形成することができる。したがって、歯部（５４）にかみ合う歯車（３１１）等を軸線方向（Ｄ）においてロータ（５２）に近い位置に配置して、モータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）を小型化できる。

　第４の態様のモータユニット（３；３Ｂ）は、第２又は第３の様態との組み合わせにより実現され得る。第４の態様では、センサマグネット（９０）は、羽根部（連結部９０４）を更に備えている。羽根部は、センサマグネット（９０）の回転方向と交差する方向に延びている。

　この態様によれば、センサマグネット（９０）が回転したときに、羽根部（９０４）によりセンサマグネット（９０）の近傍の空気を攪拌することができる。このため、モータユニット（３；３Ｂ）の放熱性が高まる。

　第５の態様のモータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）は、第２～第４のいずれか１つの様態との組み合わせにより実現され得る。第５の態様では、センサマグネット（９０）は、軸線方向（Ｄ）に見て、ロータ（５２）の外周縁よりも内側に位置する。

　この態様によれば、センサマグネット（９０）の周囲に他の部品を配置するスペースを形成することができ、モータユニット（３；３Ｂ）を小型化することができる。

　第６の態様のモータユニット（３；３Ａ）は、第５の態様との組み合わせにより実現され得る。第６の態様のモータユニット（３；３Ａ）は、歯車軸（３１０）を更に備えている。歯車軸（３１０）は、周囲に歯車（３１１）が位置し、歯車（３１１）と一体に回転する。軸線方向（Ｄ）と直交する方向に見て、歯車軸（３１０）の一部が、センサマグネット（９０）と重なっている。

　この態様によれば、軸線方向（Ｄ）と直交する方向において、回転軸（５１）と歯車軸（３１０）とを近い位置に配置して、モータユニット（３；３Ａ）を小型化できる。

　第７の態様のモータユニット（３）は、第１～第６の態様のいずれか１つとの組み合わせにより実現され得る。第７の態様では、回転軸（５１）は、ロータ（５２）を軸線方向（Ｄ）に貫通している。モータユニット（３）は、第１軸受（５５１）と、第２軸受（５５２）とを更に備えている。第１軸受（５５１）は、突出部分（５１１）の先端部を回転可能に支持している。第２軸受（５５２）は、回転軸（５１）における突出部分（５１１）とは反対側の端部（第２突出部分）（５１２）を回転可能に支持している。

　この態様によれば、第１軸受（５５１）及び第２軸受（５５２）で、回転軸（５１）の軸線方向（Ｄ）の両端部をそれぞれ支持することができ、回転軸（５１）が振れ難い。

　第８の態様のモータユニット（３）は、第７の態様との組み合わせにより実現され得る。第８の態様では、第１軸受（５５１）は、軸線方向（Ｄ）に見て、第２軸受（５５２）の外周縁よりも内側に配置されている。

　この態様によれば、第１軸受（５５１）の周囲に他の部品を配置するためのスペースを確保することができ、モータユニット（３）を小型化できる。

　第９の態様のモータユニット（３Ａ）は、第１～第６のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第９の態様のモータユニット（３Ａ）は、軸受（５５１Ａ）を備えている。軸受（５５１Ａ）は、突出部分（５１１）において歯部（５４）とロータ（５２）との間に位置する部分（基端部５１３）を回転可能に支持している。

　この態様によれば、回転軸（５１）の突出部分（５１１）における歯部（５４）とロータ（５２）との間の部分を、軸受（５５１Ａ）で支持することができる。

　第１０の態様の電動自転車（１）は、第１～第９のいずれか１つの態様のモータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）と、車輪（１１２）とを具備している。車輪（１１１；１１２）には、モータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）が備えるモータ（５）の駆動力が伝えられる。

　この態様によれば、電動自転車（１）のモータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）を小型化できる。

　また、第１１の態様のモータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）は、第１の態様との組み合わせにより実現され得る。第１２の態様は、以下に示す構成を有している。モータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）は、回転軸（５１）の軸線方向Ｄにおける中間部に固定された固定部材（センサマグネット９０）を更に備えている。固定部材の少なくとも一部は、第２の部分（５２１２）と回転軸（５１）との間に位置している。

　また、第１２の態様のモータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）は、第１の態様との組み合わせにより実現され得る。ステータ（５３）は、ステータコア（５３１）と、コイル（５３２）とを備えている。ステータ（５３）は、コイル（５３２）に通電されることでステータコア（５３１）が励磁されてロータ（５２）が回転するように構成されている。

　また、第１３の態様の電動自転車（１）は、第１１又は第１２の態様のモータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）と、車輪（１１２）とを具備している。車輪（１１１；１１２）には、モータユニット（３；３Ａ；３Ｂ）が備えるモータ（５）の駆動力が伝えられる。

　Ｄ　軸線方向
　ｄ１　第１の部分の内径
　ｄ２　第２の部分の内径
　１　電動自転車
　１１１　前輪（車輪）
　１１２　後輪（車輪）
　３，３Ａ，３Ｂ　モータユニット
　３１０　歯車軸
　３１１　歯車
　３１８Ｂ　歯車
　３１３　歯部
　５　モータ
　５１　回転軸
　５１１　第１突出部分（突出部分）
　５１２　第２突出部分（突出部分）
　５１３　基端部
　５２　ロータ
　５２０　凹み
　５２１１　第１の部分
　５２１２　第２の部分
　５４　歯部
　５５１　第１軸受
　５５１Ａ　第１軸受（軸受）
　５５２　第２軸受
　９０　センサマグネット
　９０Ａ　センサマグネット
　９０４　連結部（羽根部）
　９０２　固定部
　９０２Ａ　固定部

Claims (10)

1. 　モータと、
   　歯車とを備え、
   　前記モータは、
   　　回転軸と、
   　　ロータと、
   　　前記ロータを回転するステータとを有し、
   　前記回転軸は、
   　　前記ロータから前記回転軸の軸線方向に沿って突出した突出部分を含み、
   　前記モータは、
   　　前記突出部分の外周面に形成され、前記歯車にかみ合う歯部を更に有し、
   　前記ロータは、
   　　前記回転軸の周囲に位置し、前記回転軸に対して固定された第１の部分と、
   　　前記ロータにおける前記突出部分側の端部に位置し、前記第１の部分の内径より大きな内径の第２の部分とを含む、
   　モータユニット。
2. 　センサマグネットを更に備え、
   　前記センサマグネットは、
   　　前記突出部分における前記歯部と前記ロータとの間の部分の周囲に位置した固定部を有し、
   　前記固定部は、前記回転軸に固定された
   　請求項１のモータユニット。
3. 　前記固定部において、少なくとも前記軸線方向の前記ロータ側の端部が、前記第２の部分の内側に位置した、
   　請求項２のモータユニット。
4. 　前記センサマグネットは、前記センサマグネットの回転方向と交差する方向に延びた羽根部を更に有する、
   　請求項２又は請求項３のモータユニット。
5. 　前記センサマグネットは、前記軸線方向に見て、前記ロータの外周縁よりも内側に位置する、
   　請求項２～４のいずれか１つのモータユニット。
6. 　周囲に前記歯車が位置し、前記歯車と一体に回転する歯車軸を更に備え、
   　前記軸線方向と直交する方向に見て、前記歯車軸の一部が、前記センサマグネットと重なった、
   　請求項５のモータユニット。
7. 　前記回転軸は、前記ロータを前記軸線方向に貫通し、
   　前記モータユニットは、
   　前記突出部分の先端部を回転可能に支持する第１軸受と、
   　前記回転軸における前記突出部分とは反対側の端部を回転可能に支持する第２軸受とを更に備えた、
   　請求項１～６のいずれか１つのモータユニット。
8. 　前記第１軸受は、前記軸線方向に見て、前記第２軸受の外周縁よりも内側に配置された、
   　請求項７のモータユニット。
9. 　前記モータユニットは、
   　前記突出部分において前記歯部と前記ロータとの間に位置する部分を回転可能に支持する軸受を備えた、
   　請求項１～６のいずれか１つのモータユニット。
10. 　請求項１～９のいずれか１つのモータユニットと、
    　前記モータユニットが備える前記モータの駆動力が伝えられる車輪とを具備した、
    　電動自転車。

Images