JP4856253B2 - 電動ハブユニット - Google Patents

Description

本発明は、電動車（例えば、電動自転車、電動アシスト自転車、歩行介助車など）に利用される電動ハブユニットに関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開２００９−１２５４２号公報がある。この公報に記載された電動ハブ装置（電動ハブユニット）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している。ハブ体の一端部には開口部が形成され、他端部は、閉じた円筒状に形成され、モータは、ハブ体内に配設されており、モータハウジングは、ハブ体の開口部から外部に露出させられ、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共に、樹脂を介してモータハウジングに密着されている。そして、ハブ体の開口部にはモータハウジングの外周部との間に軸受部が配設され、左右のハブ軸の間に配置された回転軸にロータが固定され、ロータと一緒に回転軸が回転することで、遊星歯車機構を介してハブ体が回転する。

特開２００９−１２５４２号公報

しかしながら、前述した従来の電動ハブ装置では、ステータのコイルで発生した熱は、樹脂部を通って、モータハウジングの露出部分から外部に放散されるが、モータハウジングを外部に露出させるためにハブ体の開口部とモータハウジングの外周部の間に軸受部を配設しているので、軸受部の内径穴が大きくさらに外径との差が小さい軸受を採用しなければならず、このような軸受部は回転保持精度や耐久力が低い。回転保持精度や耐久力を高めるために、大型の軸受部を採用すると、電動ハブ装置自体を大型化させるか複雑化させなければならない。従って、このような電動ハブ装置では、ステータから発生する熱の放熱性を保ちながら軸受部を大型化させ難いといった問題点があった。

本発明は、放熱効果を保ちながら、軸受部を大型化させ易い電動ハブユニットを提供することを目的とする。

本発明は、車軸の軸線を中心に回転するハブ内に、モータ部が内蔵された電動ハブユニットにおいて、
ハブ内には、
モータケース内にロータ及びステータが収容されたモータ部と、
ロータの回転を減速してハブに伝達する減速歯車部と、
ロータの回転を制御すると共に、モータケースとハブとの間に配置された回路基板と、
外輪がハブ側に固定され、内輪が車軸側で固定されて、ハブを回転自在に支持する軸受部と、を備え、
鉄心にコイルが巻かれたステータは、モータケースの内壁面に密着される第１の樹脂モールド部で封止され、
電子部品を有する回路基板は、モータケースの外壁面に密着される第２の樹脂モールド部で封止され、
外部に露出する軸受部の内輪は、モータケースに当接されていることを特徴とする。

この電動ハブユニットにおいて、ステータで発生した熱は第１の樹脂モールド部を介してモータケースに伝達され、回路基板上の電子部品が発生した熱は、第２の樹脂モールド部を介してモータケースに伝達される。そして、モータケースに集められた熱は、軸受部に伝達されて外部に放散されることになる。このような構成の電動ハブユニットは、軸受部を大型化させ易く、しかも、軸受部を大型化させればさせる程、放熱効果を高めることができる。軸受部は、回転保持精度や耐久力を高めるために、設計上、大型化させる必要性に迫られることがあるが、本発明のような構成を採用することで、放熱効果の向上とハブの回転安定性との両立を軸受部の大型化によって達成させることができる。さらに、一般的に電子部品の耐熱性を高めると電子部品自体が大型化されてしまうが、本発明では、回路基板上の電子部品の放熱性を高めているので、耐熱性の高い電子部品を使用しなくても良く、電子部品の小型化や低コスト化が可能になり、その結果、電子部品の占有スペースの縮小化が図られ、モータ部の占有スペースの拡大化すなわちパワーアップを目的としたモータ部の大型化を可能にする。

また、軸受部の内輪には、回路基板に結線された配線を挿入させる配線引出し孔が形成されていると好適である。
一般的な電動ハブユニットにおけるハブは、モータ部や減速歯車部を包むように形成されている場合が多く、しかも回転しているので、従来の配線の引出し方は、車軸を貫通させるような設計が強いられていたが、本発明の場合、回路基板に結線された配線を、大型化された軸受部の内輪を利用して容易に外部に排出させることができ、軸受部が大型化すればするほど、配線の引出が容易になるといった優れた効果を有する。

本発明によれば、放熱効果を保ちながら、軸受部を大型化させ易い。

本発明に係る電動ハブユニットの一実施形態を示す断面図である。 図１に示された電動ハブユニットの分解断面図である。 遊星歯車機構及び仕切板を示す平面図である。 本発明に係る電動ハブユニットの他の実施形態を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る電動ハブユニットの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、電動ハブユニット１は、電動自転車、電動アシスト自転車、電動バイク、電動自動車などの車輪に利用される。この電動ハブユニット１は、車軸２が貫通したモータ部３と、車軸２を中心に回転するハブ４と、モータ部３の出力を減速させてハブ４に伝達する減速歯車部６と、モータ部３を制御する回路基板７と、車軸２に対してハブ４を回転自在に支持する左右一対の軸受部３０，３１と、を主たる構成部品として備えている。そして、ハブ４内には、モータ部３と減速歯車部６と回路基板７と軸受３０，３１とが収容されている。

モータ部３は、車軸２の軸線Ｌ方向における一端が開放されたモータケース１０を有し、モータケース１０の周囲でハブ４は回転するので、モータケース１０の外周壁１０ｂは、ハブ４から離間させられている。このモータケース１０内には、鉄心からなるコア１１にコイル１２が巻かれたステータ１３と、ステータ１３に対して回転するロータ１４とを備えている。ステータ１３は、電気絶縁性及び弾力性のある樹脂によって形成された第１の樹脂モールド部Ｍ１によって封止され、樹脂モールドされたステータ１３の外周面は、モータケース１０の円筒状の外周壁１０ｂ及び円板状の端壁１０ｃの内壁面に密着されている。ロータ１４は、ステータ１３より内側に位置する円筒状のマグネット１６と、マグネット１６と車軸２との間に介装されて、モータ部３が電気的にロックされてもハブ４の回転を可能にするスリップ制御手段１７と、で構成されている。

モータケース１０の軸線Ｌ方向における一端部には、軸線Ｌを中心としたリング状の開口部１０ａが形成されている。この開口部１０ａは、モータケース１０の平坦な端面の略全体に渡って形成され、開口部１０ａ内には、減速歯車部としての遊星歯車機構６が配置されている。そして、モータケース１０の他端部には、端壁１０ｃと突起部１０ｄが形成されて車軸２に固定されている。

遊星歯車機構６は、ロータ１４の一部として構成されると共に、開口部１０ａの位置で車軸２の周囲を回転する太陽歯車２１と、開口部１０ａの位置でモータケース１０の外周壁１０ｂの端部に形成された内歯車２２と、キャリアとして機能するハブ４に軸支されると共に、太陽歯車２１と内歯車２２との間に配置されて、太陽歯車２１及び内歯車２２と噛合する４個の遊星歯車２３と、を備えている（図３参照）。そして、各遊星歯車２３は、ハブ４の軸線Ｌ方向における一端部からハブ４の内方に向けて軸線Ｌ方向に突出する軸部２６に、軸受２７を介して回転自在に取り付けられている。

このような遊星歯車機構６では、ロータ１４と一緒に太陽歯車２１が回転し、太陽歯車２１の周囲で遊星歯車２３が公転することでハブ４が回転し、ロータ１４の回転は減速されてハブ４に伝達される。そして、遊星歯車機構６は、偏平であるので、開口部１０ａを塞ぐように配置させることができ、ハブ４の薄型化に寄与している。

ドラム状のハブ４は、カップ形状をなすハブ本体部４Ａと、ハブ本体部４Ａの開口端４ａを閉鎖する偏平なカバー部４Ｂとからなる。ハブ本体部４Ａに形成されたフランジ部４ｅと、カバー部４Ｂに形成されたフランジ部４ｂとを突き合わせた状態で、ネジ２８により、ハブ本体部４Ａとカバー部４Ｂとが一体化されている。そして、ハブ本体部４Ａとカバー部４Ｂとの重なり部分には、リング状のシールゴム２９が介装されている。

さらに、軸線Ｌ方向において、ハブ本体部４Ａの端部に形成された車軸突出孔４ｃには、車軸２に対するハブ４の回転を支持するための転がり軸受からなる第１の軸受部３０が装着され、カバー部４Ｂの端部に形成された車軸突出孔４ｄには、車軸２に対するハブ４の回転を支持するための転がり軸受からなる第２の軸受部３１が装着されている。そして、車軸２の一端部には、第１の軸受部３０を保持する第１のナット部３２が螺着され、第１の軸受部３０の外輪３０ａがハブ４のハブ本体部４Ａに当接し、第１の軸受部３０の内輪３０ｂが第１のナット部３２に当接することで、第１の軸受部３０の脱落を防止している。同様に、車軸２の他端部には、第２の軸受部３１を保持する第２のナット部３３が螺着され、第２の軸受部３１の外輪３１ａがハブ４のカバー部４Ｂに当接し、第２の軸受部３１の内輪３１ｂが第２のナット部３３に当接することで、第２の軸受部３１の脱落を防止している。

カバー部４Ｂとモータケース１０の円板状の端壁１０ｃと第２の軸受部３１とで画成された空間内に円板状の回路基板７が配置され、電子部品が実装された回路基板７は、電気絶縁性及び弾力性のある樹脂によって形成された第２の樹脂モールド部Ｍ２によって封止されている。この第２の樹脂モールド部Ｍ２は、回転可能なハブ４のカバー部４Ｂから離間され、第２の樹脂モールド部Ｍ２の端面Ｍ２ａは、モータケース１０の端壁１０ｃの外壁面に密着されている。更に、回路基板７の中央開口７ａ及び第２の樹脂モールド部Ｍ２の中央開口Ｍ２ｃ内には、モータケース１０の端壁１０ｃから車軸２に沿って突出する円柱状の突起部１０ｄが挿入され、回路基板７は、モータケース１０の端壁１０ｃに接近され且つ平行に配置されている。そして、回路基板７に結線された配線３４は、第２の軸受部３１の内輪３１ｂを貫通して外部に排出され、第２の軸受部３１の内輪３１ｂに形成された配線引出し孔３５には、第１及び第２の樹脂モールド部Ｍ１，Ｍ２と同じ材質からなる防水性のシール材３９が充填されている。

第２の軸受部３１は、外輪３１ａがハブ４に固定され、内輪３１ｂが車軸２に固定されて、ハブ４を回転自在に支持し、この内輪３１ｂは、径方向断面積がモータケース１０の突起部１０ｄの径方向断面積よりも大きく形成され、突起部１０ｄの端面１０ｅにナット部３３によって軸線Ｌ方向から圧着されている。尚、外輪３１ａとハブ４の間や内輪３１ｂと車軸２の間に他の部材を介することも可能であるが、この場合は、これらの抜け止めが必要になる。また、第２の樹脂モールド部Ｍ２の周縁部Ｍ２ｂは、軸線Ｌ方向に環状に膨出され、これによって第２の樹脂モールド部Ｍ２の拡大化が図られ、電子部品の放熱化の向上が図られている。

この電動ハブユニット１において、第１の樹脂モールド部Ｍ１及びコア１１は、モータケース１０の外周壁１０ｂに圧着され、第１の樹脂モールド部Ｍ１と第２の樹脂モールド部Ｍ２とでモータケース１０の端壁１０ｃが挟み込まれ、第２の樹脂モールド部Ｍ２の中央開口Ｍ２ｃを形成する壁面Ｍ２ｄは、突起部１０ｄの周面に圧着されているので、ステータ１３で発生した熱は第１の樹脂モールド部Ｍ１を介してモータケース１０に伝達され、回路基板７上の電子部品が発生した熱は、第２の樹脂モールド部Ｍ２を介してモータケース１０に伝達される。そして、モータケース１０に集められた熱は、第２の軸受部３１の内輪３１ｂに伝達されて外部に放散されることになる。このような構成の電動ハブユニット１は、第２の軸受部３１を大型化させ易く、モータケース１０（モータ３）と回路基板７がハブ４で完全に包囲されていても放熱の向上が図られ、しかも、第２の軸受部３１を大型化させればさせる程、放熱効果を高めることができる。

第２の軸受部３１は、回転保持精度や耐久力を高めるために、設計上、大型化させる必要性に迫られることがあるが、本発明のような構成を採用することで、放熱効果の向上とハブ４の回転安定性との両立を第２の軸受部３１の大型化によって達成させることができる。さらに、一般的に電子部品の耐熱性を高めると電子部品自体が大型化されてしまうが、本発明では、回路基板７上の電子部品の放熱性を高めているので、耐熱性の高い電子部品を使用しなくても良く、電子部品の小型化や低コスト化が可能になり、その結果、電子部品の占有スペースの縮小化が図られ、モータ部３の占有スペースの拡大化すなわちパワーアップを目的としたモータ部３の大型化を可能にする。

また、一般的な電動ハブユニットにおけるハブは、モータ部や減速歯車部を包むように形成されている場合が多く、しかも回転しているので、従来の配線の引出し方は、車軸を貫通させるような設計が強いられていたが、本発明の場合、回路基板７に結線された配線３４を、大型化された第２の軸受部３１の内輪３１ｂを利用して容易に外部に排出させることができ、第２の軸受部３１が大型化すればするほど、配線３４の引出しが容易になる。なお、この配線３４は、突起部１０ｄに形成されたスリット１０ｆを通って配線引出し孔３５から外部に導出される。

更に、この電動ハブユニット１においては、遊星歯車機構（減速歯車部）６とモータ部３内のロータ１４及びステータ１３とを仕切るように、軸線Ｌに対して垂直に配置された円板状の仕切板３６が、モータケース１０内で別部品として配置され、この仕切板３６は、遊星歯車２３を支持する軸部２６の遊端に当接し、軸部２６の雌ねじ部２６ａに螺着されたネジ３７により固定されている。仕切板３６の外周端は、モータケース１０の外周壁１０ｂに近接され、仕切板３６の中央開口部３６ａには、車軸２が貫通し、中央開口部３６ａから太陽歯車２１を突出させている。また、ネジ３７は、緩み止めのためにワッシャ３８を介して仕切板３６に挿入されている。

この仕切板３６によって、減速歯車部６とモータ部３内のロータ１４及びステータ１３とが分離され、モータケース１０によって減速歯車部６と回路基板７とが分離されている。また、モータケース１０の開口部１０ａ内に減速歯車部６が配置されているので、ハブ４に関しては、軸線Ｌ方向即ち車幅方向の長さを短くすることができ、ハブ４を薄型化させることができる。

この薄型化の達成のために、減速歯車部６をモータケース１０内に配置させた結果として、減速歯車部６とモータ部３内のロータ１４及びステータ１３とが接近し、歯車２１，２２，２３の摩耗粉の影響をロータ１４及びステータ１３が受け易くなっているが、減速歯車部６で発生した歯車２１，２２，２３の摩耗粉が、減速歯車部６に塗布されたグリースと一緒に飛散しても、仕切板３６によって、摩耗粉がロータ１４やステータ１３に付着し難く、摩耗粉の噛み込みによるモータ部３の回転不良を回避させることができる。更に、回路基板７は、モータケース１０内に配置された減速歯車部６から遠く離されて、モータケース１０の外に配置されているので、歯車２１，２２，２３の摩耗粉が極めて付着し難い。そして、回路基板７は、モータケース１０によってコイル１２から隔てられているので、コイル１２から発生する熱は、モータケース１０によって回路基板７に伝達し難く、回路基板７上の電子部品の寿命低下や、電子部品の誤作動を防止することができる。

そして、遊星歯車２３の回転を支持する軸部２６を有効に利用することで、仕切板３６をネジ３７によって簡単に固定させることができる。そして、仕切板３６をハブ４に固定すると、ハブ４内にモータ部３を組み付ける際に遊星歯車２３が落下することがないので、ハブ４のハブ本体４Ａ内にモータ部３を組み込む際の作業性が良好になる。また、電動ハブユニット１の内部の分解掃除の際に、ネジ３７の採用によって仕切板３６を容易に外すことができる。なお、仕切板３６は、軸部２６の遊端に溶接やカシメ等により固定されてもよい。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、図４に示すように、他の電動ハブユニット１Ａおいて、回路基板７の裏面（電子部品が実装される面の反対側の面）には、アルミ等の非導電性金属からなるドーナツ状の放熱板２５が圧着され、この放熱板２５は、モータケース１０の端壁１０ｃの外壁面に圧着されている。この放熱板２５の採用により、回路基板７上の電子部品が発生した熱を、モータケース１０の端壁１０ｃに伝達させ易くしている。

１，１Ａ…電動ハブユニット ２…車軸 ３…モータ部 ４…ハブ ６…減速歯車部（遊星歯車機構） ７…回路基板 １０…モータケース １１…鉄心（コア） １２…コイル １３…ステータ １４…ロータ ３１…軸受部 ３１ａ…外輪 ３１ｂ…内輪 ３４…配線 ３５…配線引出し孔 Ｍ１…第１の樹脂モールド部 Ｍ２…第２の樹脂モールド部 Ｌ…軸線

Claims (2)

1. 車軸の軸線を中心に回転するハブ内に、モータ部が内蔵された電動ハブユニットにおいて、
   前記ハブ内には、
   モータケース内にロータ及びステータが収容された前記モータ部と、
   前記ロータの回転を減速して前記ハブに伝達する減速歯車部と、
   前記ロータの回転を制御すると共に、前記モータケースと前記ハブとの間に配置された回路基板と、
   外輪が前記ハブ側に固定され、内輪が前記車軸側で固定されて、前記ハブを回転自在に支持する軸受部と、を備え、
   鉄心にコイルが巻かれた前記ステータは、前記モータケースの内壁面に密着される第１の樹脂モールド部で封止され、
   電子部品を有する前記回路基板は、前記モータケースの外壁面に密着される第２の樹脂モールド部で封止され、
   外部に露出する前記軸受部の前記内輪は、前記モータケースに当接されていることを特徴とする電動ハブユニット。
2. 前記軸受部の前記内輪には、前記回路基板に結線された配線を挿入させる配線引出し孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動ハブユニット。

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