JP2009012542A - 電動用ハブ装置および電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でモータを効率良く冷却することが可能な電動用ハブ装置を提供する。
【解決手段】ハブ軸１４ａ，１４ｂに対して回転自在なハブ体１５と、ハブ体１５を回転させるモータ１６とを有する電動用ハブ装置９であって、ハブ体１５は一端部に開口部１８を有するとともに他端部を閉じた円筒状に形成され、モータ１６は、ハブ体１５内に配設されており、モータハウジング２２と、モータハウジング２２内に固定されたステータ２３と、モータハウジング２２内に回転自在に設けられたロータ２４とを備え、モータハウジング２２はハブ体１５の開口部１８から外部に露出する放熱部としての一方のハウジング体３２を有し、ステータ２３は、絶縁性と熱伝導性とを有する樹脂３０で覆われているとともに、樹脂３０を介して一方のハウジング体３２に密着している。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータを組み込んだ電動用ハブ装置、および、この電動用ハブ装置を備えた電動車両に関する。

従来、電動車両の一例として、モータを組み込んだ電動用ハブ装置を電動自転車の前車輪に装着し、ペダルに一定値以上の負荷が作用すると、モータを駆動させて、前車輪に補助動力を供給しているものがある。

前記のような電動用ハブ装置としては、例えば図６に示すように、前ホーク９１の先端に取付け固定される左右一対のハブ軸９２と、ハブ軸９２に対して回転自在なハブ体９３と、ハブ体９３を回転させるモータ９４とを有するものがある。ハブ体９３は、円筒状の胴部９５と、胴部９５の左右両端部に設けられた蓋板９６とで構成されている。

モータ９４は、ハブ体９３内に配設されており、モータハウジング９７と、モータハウジング９７内に固定されたステータ９８と、モータハウジング９７内に回転自在に設けられたロータ９９と、ロータ９９に挿通された回転軸１００とを備えている。ハブ体９３と回転軸１００とはハブ体９３内に配設された減速機構１０１を介して連動している。

モータハウジング９７は分割された一対の端板１０２，１０３からなり、モータハウジング９７には、内部と外部とに連通する通気孔１０４が形成されている。ハブ体９３には、ハブ体９３の回転に伴ってハブ体９３内の空気を排出する冷却用ポンプ１０５が設けられている。また、モータハウジング９７には、冷却用ポンプ１０５を作動させるカム状突出部１０６が形成されている。

尚、このような構成を有する電動用ハブ装置９０は例えば下記特許文献１に記載されている。
これによると、ロータ９９が回転して回転軸１００が回転することにより、減速機構１０１を介してハブ体９３が回転し、前車輪に補助動力が供給される。この際、カム状突出部１０６によって冷却用ポンプ１０５が作動し、ハブ体９３内の空気が排出され、外気が通気孔１０４を通ってモータハウジング９７内に供給される。これにより、ステータ９８が冷却されてステータ９８の過熱が防止され、モータ９４の出力低下を防止することができる。

また、モータを空冷する別の電動用ハブ装置としては、例えば、下記特許文献２に記載されているように、モータがハブ体内に収容され、モータハウジングの一端に形成された円形のボス部がハブ体から外部に露出しているものがある。一方のハブ軸とモータハウジングの一端とには、外部の空気をモータハウジング内に吸気する吸気通路が形成されている。また、モータハウジングの他端と他方のハブ軸とには、モータハウジング内の空気を外部へ排出する排気通路が形成されている。また、ハブ体の内壁には冷却用フィンが設けられている。

これによると、ロータが回転して回転軸が回転することにより、減速機構を介してハブ体が回転し、前車輪に補助動力が供給される。この際、ハブ体と共に冷却用フィンが回転し、外気が吸気通路を通ってモータハウジング内に取り込まれ、モータハウジング内の空気が排気通路を通って外部へ排気され、これにより、ステータが冷却されてステータの過熱が防止される。

また、前記図６に示した電動用ハブ装置９０ではモータ９４を空冷しているが、下記特許文献３に記載されているように、モータをオイル等の冷却液で冷却してもよい。この場合、モータはハブ体内に収容され、モータハウジングの外周面とハブ体の内周面との間に形成された空間内に冷却液が注入されている。

これによると、ステータから発生した熱はモータハウジングと冷却液とを介してハブ体に伝えられ、ステータが冷却される。
特開２００６−９６０５９号公報 特開２００５−２７８２３４号公報 特許第３８０３２５２号

前記の従来形式において、図６に示した電動用ハブ装置９０では、モータ９４がハブ体９３の内部に収容されているため、モータ９４から発生した熱をハブ体９３の外部へ放散し難い構造になっている。したがって、モータ９４を冷却するために、冷却用ポンプ１０５やカム状突出部１０６を設ける必要があり、構造が複雑になるといった課題がある。

また、ステータ９８とモータハウジング９７の一方の端板１０２との間に空間１０８が形成されており、ステータ９８から発生した熱がこの空間１０８にこもり易く、冷却効率が低下するといった課題がある。

また、上記特許文献２に示された電動用ハブ装置では、モータがハブ体の内部に収容されているため、モータから発生した熱をハブ体の外部へ放散し難い構造になっている。したがって、モータを冷却するために、冷却用フィンを設ける必要があり、構造が複雑になるといった課題がある。

また、ステータとモータハウジングの一端部との間に空間が形成されており、ステータから発生した熱がこの空間にこもり易く、冷却効率が低下するといった課題がある。
また、上記特許文献３に示された電動用ハブ装置では、モータハウジングの外周面とハブ体の内周面との間に、冷却液を溜めるための空間を形成する必要があるため、ハブ体が大型化するといった課題がある。また、冷却液がハブ体の外部に漏出したり或いはモータ内に侵入するのを防止するために、シール構造を設ける必要があり、構造が複雑になるといった課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成でモータを効率良く冷却することが可能な電動用ハブ装置および電動車両を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、ハブ軸に対して回転自在なハブ体と、ハブ体を回転させるモータとを有する電動用ハブ装置であって、モータは、ハブ体内に配設されて、モータハウジングと、モータハウジング内に固定されたステータと、モータハウジング内に回転自在に設けられ且つ回転軸を有するロータとを備え、モータハウジングはハブ体の開口部から外部に露出する放熱部を有し、ステータは、絶縁性と熱伝導性とを有する樹脂で覆われているとともに、樹脂を介してモータハウジングの放熱部に密着し、ステータと放熱部との間の空間が樹脂で埋められているものである。

これによると、モータ駆動時にステータから発生する熱は、樹脂を伝わってモータハウジングの放熱部に伝導し、放熱部から外部に放散される。これにより、従来のように冷却用ポンプや冷却用フィンを設けることなく、モータを簡単な構成で冷却することができる。

また、ステータと放熱部との間の空間が樹脂で埋められているため、前記空間に熱がこもってしまうのを防止することができ、モータを効率良く冷却することができる。

以上のように本発明によると、ステータから発生する熱は、樹脂を伝わってモータハウジングの放熱部に伝導し、放熱部から外部に放散される。これにより、従来のように冷却用ポンプや冷却用フィンを設けることなく、モータを簡単な構成で冷却することができる。

また、ステータと放熱部との間の空間が樹脂で埋められているため、前記空間に熱がこもってしまうのを防止することができ、モータを効率良く冷却することができる。

本第１発明は、ハブ軸と、ハブ軸に対して回転自在なハブ体と、ハブ体を回転させるモータとを有する電動用ハブ装置であって、ハブ体はハブ軸の軸心方向における一端部に開口部を有するとともに他端部を閉じた筒状に形成され、モータは、ハブ体内に配設されて、モータハウジングと、モータハウジング内に固定されたステータと、モータハウジング内に回転自在に設けられ且つ回転軸を有するロータとを備え、ハブ体とモータの回転軸とはハブ体内に配設された減速機構を介して連動し、モータハウジングはハブ体の開口部から外部に露出する放熱部を有し、ステータは、絶縁性と熱伝導性とを有する樹脂で覆われているとともに、樹脂を介してモータハウジングの放熱部に密着し、ステータと放熱部との間の空間が樹脂で埋められているものである。

これによると、モータに電力を供給することによって、ロータと共に回転軸が回転し、減速機構を介してハブ体が回転する。モータ駆動時にステータから発生する熱は、樹脂を伝わってモータハウジングの放熱部に伝導し、放熱部から外部に放散される。これにより、従来のように冷却用ポンプや冷却用フィンを設けることなく、モータを簡単な構成で冷却することができる。

また、ステータと放熱部との間の空間が樹脂で埋められているため、前記空間に熱がこもってしまうのを防止することができ、モータを効率良く冷却することができる。
本第２発明は、放熱部の材質が金属であるものである。

これによると、放熱部の熱伝導性を高くすることができ、モータの冷却効率が向上する。
本第３発明は、モータハウジングは回転軸の軸心方向において分割された一方のハウジング体と他方のハウジング体とからなり、一方のハウジング体が放熱部であるものである。

これによると、モータハウジングの一部が放熱部を兼用しているため、部品の種類を削減することができる。
本第４発明は、放熱部の外径がステータの内径以上の大きさを有しているものである。

これによると、放熱面積が増大するため、モータの冷却効率が向上する。
本第５発明は、ハブ軸は同一軸心上に一対設けられ、ハブ体は、ハブ軸の軸心方向における一端部に開口部を有する筒状の胴部と、胴部の他端部を閉じる側壁部とを備え、一方のハブ軸はモータハウジングの放熱部に固定され、他方のハブ軸はハブ体の側壁部に挿通されているものである。

本第６発明は、モータと電源とを電気的に接続する配線のコネクタがモータハウジングの放熱部に設けられているものである。
本第７発明は、コネクタを覆うカバーがモータハウジングの放熱部に設けられているものである。

これによると、コネクタがカバーで保護されるため、コネクタに埃や水滴が付着するのを防止することができる。
本第８発明は、前記第１発明から第７発明のいずれか１項に記載の電動用ハブ装置を備えた電動車両であって、車輪に電動用ハブ装置が備えられているものである。

これによると、電動車両を走行させている間、電動用ハブ装置のモータハウジングの放熱部が風を受けるため、モータの熱が放熱部からより一段と効率良く外部へ放散される。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図５に示すように、１は電動自転車（電動車両の一例）であり、フレーム２と、フレーム２に設けられた前および後車輪３，４とを有している。フレーム２はフレーム本体６と前ホーク７とを有している。前車輪３は、電動用ハブ装置９と、複数本のスポーク１０と、リム１１と、タイヤ１２とを有している。

図１，図２に示すように、電動用ハブ装置９は、左右一対のハブ軸１４ａ，１４ｂと、ハブ軸１４ａ，１４ｂに対して回転自在なハブ体１５と、ハブ体１５を回転させるモールドモータ１６と、モールドモータ１６の出力回転速度を減速してハブ体１５に伝達する減速機構２７とを有している。

ハブ体１５は、ハブ軸１４ａ，１４ｂの軸心１７方向における一端部に開口部１８を有する円筒状の胴部１９と、胴部１９の他端部を閉じる円盤状の側壁部２０とを備えている。また、モールドモータ１６は、ハブ体１５の内部に配設されており、モータハウジング２２と、モータハウジング２２の内部に固定されたステータ２３と、モータハウジング２２の内部に回転自在に設けられたロータ２４と、ロータ２４に挿通された回転軸２５とを備えたブラシレスモータである。

回転軸２５は両ハブ軸１４ａ，１４ｂ間に位置し、これら各軸１４ａ，１４ｂ，２５は同一軸心１７上に配置されている。また、ステータ２３は、鉄心２８と、鉄心２８に巻装された巻線２９とを備え、樹脂３０で覆われている。尚、樹脂３０は、絶縁性と熱伝導性および耐熱性を有するものであり、例えばフェノール樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等の材質からなる。

モータハウジング２２は、回転軸２５の軸心１７方向において分割された一方のハウジング体３２と他方のハウジング体３３とからなる。一方のハウジング体３２は、円盤状の側壁部３２ａと、側壁部３２ａの外周縁から他方のハウジング体３３に向かって突出した円筒状の周壁部３２ｂとを有している。

一方のハウジング体３２の周壁部３２ｂと他方のハウジング体３３の外周縁との間には、樹脂３０の外周部３０ａが挟まれており、これら一方のハウジング体３２と他方のハウジング体３３と樹脂３０とは複数本のねじ３４によって連結されている。

両ハウジング体３２，３３の材質はアルミニウムであり、一方のハウジング体３２はハブ体１５の開口部１８から外部に露出する放熱部であり、側壁部３２ａが開口部１８に嵌め込まれている。図３に示すように、一方のハウジング体３２の側壁部３２ａの外径Ｄは、ステータ２３の内径ｄ１以上で、さらにステータ２３の外径ｄ２以上に形成されている。

ステータ２３は、樹脂３０を介して、一方のハウジング体３２の内面と他方のハウジング体３３の内面とに密着している。ステータ２３と一方のハウジング体３２との間の空間ならびにステータ２３と他方のハウジング体３３との間の空間はそれぞれ樹脂３０で埋められている。

一方のハブ軸１４ａは一方のハウジング体３２に固定されて設けられている。また、他方のハブ軸１４ｂはハブ体１５の側壁部２０の中央に挿通され、側壁部２０は軸受け３６を介して他方のハブ軸１４ｂに回転自在に支持されている。また、ハブ体１５の胴部１９の一端部は、軸受け３７を介して、一方のハウジング体３２の周壁部３２ｂに回転自在に支持されている。

図１，図４に示すように、ハブ体１５とモールドモータ１６の回転軸２５とは減速機構２７を介して連動する。減速機構２７は、回転軸２５の端部に形成された太陽歯車４０と、複数の遊星歯車４１と、支持枠４２と、円環状の内歯歯車４３とを有している。支持枠４２はモータハウジング２２の他方のハウジング体３３に固定されている。各遊星歯車４１には支持軸４４が挿通され、各支持軸４４の一端が他方のハウジング体３３に支持され、各支持軸４４の他端が支持枠４２に支持されている。

各遊星歯車４１は、支持軸４４に回転自在に支持されており、太陽歯車４０に歯合する大歯車部４１ａと、内歯歯車４３に歯合する小歯車部４１ｂとを有している。内歯歯車４３はハブ体１５の側壁部２０の内側に取り付けられている。

ハブ体１５の外周部には、前車輪３の各スポーク１０の先端が接続されている。また、前ホーク７は、左右一対のホーク足４８ａ，４８ｂと、両ホーク足４８ａ，４８ｂの下端に設けられたホーク爪４９ａ，４９ｂと、ホーク爪４９ａ，４９ｂに形成された溝部とを有している。両ハブ軸１４ａ，１４ｂはそれぞれ、前ホーク７の両溝部に嵌め込まれ、両ハブ軸１４ａ，１４ｂにそれぞれナット５１を螺合することにより、電動用ハブ装置９と共に前車輪３が前ホーク７に取り付けられる。

図５に示すように、電動自転車１のフレーム本体６には、モールドモータ１６に電力を供給するバッテリー５３（電源の一例）と、モールドモータ１６を制御する制御装置６０とが設けられている。バッテリー５３とモールドモータ１６とは、制御装置６０を介して、配線５４で電気的に接続されている。図１，図２に示すように、配線５４は、モールドモータ１６のステータ２３に接続されているモータ側配線５４ａと、制御装置６０を介してバッテリー５３に接続されている制御装置側配線５４ｂとに分かれている。
モータ側配線５４ａと制御装置側配線５４ｂとは中継用のコネクタ５５によって接続されている。コネクタ５５は互いに接続離間自在な一方のコネクタ本体５５ａと他方のコネクタ本体５５ｂとからなり、一方のコネクタ本体５５ａがモータ側配線５４ａに接続され、他方のコネクタ本体５５ｂが制御装置側配線５４ｂに接続されている。一方のコネクタ本体５５ａはモータハウジング２２の一方のハウジング体３２に取り付けられ、他方のコネクタ本体５５ｂは一方のコネクタ本体５５ａに差し込まれて接続されている。

また、モータハウジング２２の一方のハウジング体３２には、コネクタ５５を覆う防水用のカバー５６が複数のねじ５７により取り付けられている。
以下、上記構成における作用を説明する。

ペダル５に一定値以上の負荷が作用すると、電力がバッテリー５３から制御装置６０を経由し配線５４を通ってモールドモータ１６に供給され、ロータ２４と共に回転軸２５が回転し、回転軸２５の回転により太陽歯車４０が回転し、各遊星歯車４１が支持軸４４を中心に回転し、遊星歯車４１の回転により内歯歯車４３が回転し、ハブ体１５が軸心１７を中心に減速されて回転する。これにより、前車輪３がモールドモータ１６の補助動力によって回転駆動する。

この際、ステータ２３から発生する熱は、樹脂３０を伝わって、放熱部である一方のハウジング体３２に伝導し、一方のハウジング体３２から外部に放散される。これにより、従来のように冷却用ポンプや冷却用フィンを設けることなく、モールドモータ１６を簡単な構成で冷却することができる。

また、ステータ２３と一方のハウジング体３２との間の空間が樹脂３０で埋められているため、前記空間に熱がこもってしまうのを防止することができ、モールドモータ１６を効率良く冷却することができる。

また、一方のハウジング体３２の材質は熱伝導率の高いアルミニウムであるため、モールドモータ１６の冷却効率が向上する。また、図３に示すように、一方のハウジング体３２の外径Ｄは、ステータ２３の内径ｄ１以上で、さらにステータ２３の外径ｄ２以上であるため、放熱面積が増大し、モールドモータ１６の冷却効率がより一段と向上する。

また、電動自転車１を走行させている間、一方のハウジング体３２は風を受けるため、モールドモータ１６の熱が一方のハウジング体３２からより一段と効率良く外部へ放散される。

また、モータハウジング２２の一部である一方のハウジング体３２が放熱部を兼用しているため、部品の種類を削減することができる。
また、コネクタ５５がカバー５６で保護されるため、コネクタ５５に埃や水滴が付着するのを防止することができる。

前記実施の形態では、放熱部である一方のハウジング体３２の材質に、熱伝導率の高いアルミニウムを用いているが、アルミニウムに限定されるものではなく、アルミニウム以外の熱伝導率の高い金属を用いてもよい。

前記実施の形態では、電動車両の一例として電動自転車１を挙げたが、電動自転車以外の電動車両、例えば電動式の車椅子等に電動用ハブ装置９を設けてもよい。
前記実施の形態では、図３に示すように、一方のハウジング体３２の外径Ｄは、ステータ２３の外径ｄ２以上であるが、ステータ２３の内径ｄ１以上で且つステータ２３の外径ｄ２以下であってもよい。

本発明は、電動用ハブ装置を備えた電動自転車に適しているが、電動自転車以外の電動車両、例えば電動式の車椅子等に利用することもできる。

本発明の実施の形態における電動用ハブ装置の断面図 同、電動用ハブ装置の側面図 同、電動用ハブ装置の一方のハウジング体の外径とステータの外径との大小関係を示す図 同、電動用ハブ装置の減速機構の図 同、電動用ハブ装置を備えた電動自転車の側面図 従来の電動自転車の電動用ハブ装置の断面図

符号の説明

１ 電動自転車
７ 前ホーク
９ 電動用ハブ装置
１４ａ，１４ｂ ハブ軸
１５ ハブ体
１６ モールドモータ
１８ 開口部
１９ 胴部
２０ 側壁部
２２ モータハウジング
２３ ステータ
２４ ロータ
２５ 回転軸
２７ 減速機構
３０ 樹脂
３２ 一方のハウジング体（放熱部）
３３ 他方のハウジング体
５３ バッテリー（電源）
５４ 配線
５５ コネクタ
５６ カバー
Ｄ 一方のハウジング体の外径
ｄ１ ステータの内径

Claims (8)

1. ハブ軸と、ハブ軸に対して回転自在なハブ体と、ハブ体を回転させるモータとを有する電動用ハブ装置であって、
   ハブ体はハブ軸の軸心方向における一端部に開口部を有するとともに他端部を閉じた筒状に形成され、
   モータは、ハブ体内に配設されて、モータハウジングと、モータハウジング内に固定されたステータと、モータハウジング内に回転自在に設けられ且つ回転軸を有するロータとを備え、
   ハブ体とモータの回転軸とはハブ体内に配設された減速機構を介して連動し、
   モータハウジングはハブ体の開口部から外部に露出する放熱部を有し、
   ステータは、絶縁性と熱伝導性とを有する樹脂で覆われているとともに、樹脂を介してモータハウジングの放熱部に密着し、
   ステータと放熱部との間の空間が樹脂で埋められていることを特徴とする電動用ハブ装置。
2. 放熱部の材質が金属であることを特徴とする請求項１記載の電動用ハブ装置。
3. モータハウジングは回転軸の軸心方向において分割された一方のハウジング体と他方のハウジング体とからなり、
   一方のハウジング体が放熱部であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動用ハブ装置。
4. 放熱部の外径がステータの内径以上の大きさを有していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動用ハブ装置。
5. ハブ軸は同一軸心上に一対設けられ、
   ハブ体は、ハブ軸の軸心方向における一端部に開口部を有する筒状の胴部と、胴部の他端部を閉じる側壁部とを備え、
   一方のハブ軸はモータハウジングの放熱部に固定され、
   他方のハブ軸はハブ体の側壁部に挿通されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動用ハブ装置。
6. モータと電源とを電気的に接続する配線のコネクタがモータハウジングの放熱部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動用ハブ装置。
7. コネクタを覆うカバーがモータハウジングの放熱部に設けられていることを特徴とする請求項６記載の電動用ハブ装置。
8. 前記請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電動用ハブ装置を備えた電動車両であって、
   車輪に電動用ハブ装置が備えられていることを特徴とする電動車両。

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