JP2002142403A - 整流子モータ及びこれを用いた電動自転車用モータ駆動ユニット - Google Patents

整流子モータ及びこれを用いた電動自転車用モータ駆動ユニット

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JP2002142403A
JP2002142403A JP2000333830A JP2000333830A JP2002142403A JP 2002142403 A JP2002142403 A JP 2002142403A JP 2000333830 A JP2000333830 A JP 2000333830A JP 2000333830 A JP2000333830 A JP 2000333830A JP 2002142403 A JP2002142403 A JP 2002142403A
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Yasuharu Hasegawa
泰晴 長谷川
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Yamamoto Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ほとんどコストアップを招くことなく、ブラ
シの放熱性を高めることができる整流子モータを提供す
る。 【解決手段】 熱伝導板72,72’の一部の領域が、
ブラシホルダ34,34’内のブラシにそれぞれ熱的に
結合される。熱伝導板72,72’の残りの領域が、ブ
ラシホルダ34,34’が配設された側の金属製モータ
ブラケット10の内面に絶縁シート61を介して沿う。
ブラシホルダ34,34’内のブラシからの熱は、熱伝
導板72,72’→絶縁シート61→ブラケット10の
経路を介して、放熱される。また、ブラシからの熱は、
熱伝導板72,72’からモータ内の雰囲気にも放熱さ
れ、通気口等を介して外気に放熱される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、整流子モータ及び
これを用いた電動自転車用モータ駆動ユニットに関する
ものである。電動自転車は、電動補助自転車、アシスト
モータ付き自転車、駆動力補助装置付き自転車などとも
呼ばれている。
【0002】
【従来の技術】従来から、車輪の車軸に回転自在に支持
させたハブの内側に駆動用モータ及び減速機を設けた電
動自転車用モータ駆動ユニットが提供されている(例え
ば、特開2000−83349号公報)。ハブの内側に
駆動用モータを収容すると、モータの周囲がハブによっ
て囲まれてしまうことから、一般的にモータの放熱性が
悪くなる。また、コンパクト化の要求の下にモータのサ
イズは小さいことが必要とされ、その定格以上の過負荷
で使われることから、その発生する熱の対策が重要にな
ってきた。そこで、前記従来の電動自転車用モータ駆動
ユニットでは、モータの放熱性を高める構造も採用され
ていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の電動自転車用モータ駆動ユニットでは、駆動用モー
タとして整流子モータを採用した場合には、ブラシの抵
抗損失による発熱や摺動摩擦熱などを必ずしも十分に放
熱することができなかった。
【0004】ブラシの温度が高温になるとブラシの寿命
が低下してしまうので、電動自転車では、直接的又は間
接的にブラシ温度又はモータ温度を温度センサで検出
し、その検出温度が所定温度以上の場合には、本来モー
タ出力が100%となるように駆動すべきとき(例え
ば、電動自転車が登坂中でその速度が所定速度以下のと
き)であってもその出力が低下するか又はゼロとなるよ
うに制御(以下、この制御を「出力抑制制御」とい
う。)し、ブラシ温度が異常に高温とならないようにさ
れている。
【0005】ところが、前記従来の電動自転車用モータ
駆動ユニットでは、前述したようにブラシの放熱を十分
に行うことができなかったため、モータ出力が100%
となるようにモータを駆動していると、ブラシ温度が比
較的早く前記所定温度に達し、前記出力抑制制御が早く
行われていた。したがって、例えば、長い上りの坂道で
は、その途中まで100%のモータ出力で動力がアシス
トされていたにもかかわらず、坂道の途中で動力のアシ
ストが低下するかなくなってしまい、電動自転車として
の商品価値が減殺されていた。
【0006】また、電動自転車用モータ駆動ユニットで
用いる駆動用モータのみならず、他の用途の整流子モー
タであっても、ブラシの寿命を延ばすため、ブラシの放
熱性を高めることが好ましい。
【0007】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、ほとんどコストアップを招くことなく、ブラ
シの放熱性を高めることができる整流子モータを提供す
ることを目的とする。
【0008】また、ほとんどコストアップを招くことな
く、動力のアシスト量が低下又は停止されるまでの時間
を延ばすことができ、電動自転車の商品価値を高めるこ
とができる電動自転車用モータ駆動ユニットを提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第1の態様による整流子モータは、熱伝導
板の一部の領域が複数のブラシのうちの少なくとも1つ
のブラシに熱的に結合するとともに、前記熱伝導板の残
りの少なくとも一部の領域が、前記ブラシが配設された
側の金属製モータブラケットの内面に絶縁シートを介し
て沿うように、前記熱伝導板が配設されたものである。
なお、熱伝導板の一部の領域は、ブラシに直接的に接し
ていてもよいし、例えば、ブラシが金属製のブラシホル
ダに保持されている場合にはブラシには直接接すること
なくこのブラシホルダに接するのみでもよい。後者の場
合であっても、熱伝導板の一部の領域がブラシに熱的に
結合されることになる。
【0010】この第1の態様によれば、前記熱伝導板が
設けられていることによって、前記少なくとも1つのブ
ラシの抵抗損失による発熱や摺動摩擦熱などが、熱伝導
板及び絶縁シートを順次経由して、金属製モータブラケ
ットに伝動され、金属製モータブラケットを介して放熱
される。絶縁シートは熱伝導率が高くないが薄いので、
この経路での放熱性はかなり高い。また、ブラシの熱
は、前記経路のみならず、熱伝導板の経路でモータ内の
雰囲気にも放熱される。モータ内の雰囲気が完全密閉さ
れていない限り、この経路によっても多少なりともブラ
シの熱が放熱されることになる。
【0011】前記第1の態様によれば、熱伝導板が設け
られていることによって、前述した経路でブラシの熱が
放熱されるので、このような熱伝導板を有していない従
来の整流子モータに比べて、ブラシの放熱性を大幅に高
めることができる。また、前記第1の態様による整流子
モータは、従来の整流子モータに対して熱伝導板及び絶
縁シートを追加するだけですむので、ほとんどコストア
ップを招かない。しかも、熱伝導板及び絶縁シートは取
付スペースをほとんど要しないため、モータが大型化す
ることもない。
【0012】本発明の第2の態様による電動自転車用モ
ータ駆動ユニットは、車輪の車軸に回転自在に支持させ
たハブの内側に駆動用モータ及び減速機を設けた電動自
転車用モータ駆動ユニットにおいて、前記駆動用モータ
が前記第1の態様による整流子モータであるものであ
る。
【0013】この第2の態様によれば、電動自転車用モ
ータ駆動ユニットの駆動用モータとして前記第1の態様
による整流子モータが用いられている。このため、前述
した出力抑制制御を行う場合であっても、ほとんどコス
トアップを招くことなく、動力のアシスト量が低下又は
停止されるまでの時間を延ばすことができ、電動自転車
の商品価値を高めることができる。
【0014】なお、前記第1の態様による整流子モータ
は、電動自転車の車体中心位置やペダルのクランク軸部
に設けた電動自転車の駆動用モータとして、用いてもよ
いし、他の用途、例えば、自動車用の各種モータとして
用いることもできる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明による整流子モータ
及びこれを用いた電動自転車用モータ駆動ユニットにつ
いて、図面を参照して説明する。
【0016】図1は、本発明の一実施の形態による整流
子モータ4を用いた電動自転車用モータ駆動ユニット1
を示す概略断面図である。図2は、図1中のA−A’矢
視図である。図3は、図1中のB−B’矢視図である。
ただし、図2及び図3は、一部の要素を省略し、リアブ
ラケット10に関連するもののみを示している。なお、
図3では一部を切り欠いて示している。図4は、リアブ
ラケット10に取り付けられる絶縁シート61を示す平
面図である。図5は、リアブラケット10に取り付けら
れる、ブラシホルダ34,34’を含む組立体71を示
す一部切欠平面図である。図6は熱伝導板72を示す図
であり、図6(a)は平面図、図6(b)は図6(a)
中のF−F’矢視図である。図7は、図3中のC−C’
線に沿った断面図である。図8は、図3中のD−D’線
に沿った断面図である。図9は、図5中のE−E’線に
沿った断面図である。
【0017】本実施の形態による電動自転車用モータ駆
動ユニット1は、自転車の後輪の軸心部に装着し、図1
に示すように自転車のチェーンステー2とバックホーク
(図示せず)とを接合するホークエンド3に取り付ける
構造を有している。すなわち、この駆動ユニット1は、
内部に整流子モータ4と遊星減速機5とを車幅方向(図
1中の左右方向)に並ぶように配設し、これらのモータ
4及び遊星減速機5を覆うハブ6を回転自在に設けてい
る。なお、このモータ駆動ユニット1を装着する自転車
は、図面には示していないが周知の自転車と同様の構造
を有しており、ハブ6を構成する後述する蓋体6bに固
着された歯車7にチェーン(図示せず)が巻き掛けら
れ、ペダルを踏込むことによって、チェーンを介して後
輪が駆動されるようになっている。
【0018】前記モータ4は、固定子を構成する円筒状
のヨーク8及びその内面に配設された永久磁石9と、ヨ
ーク8の両側の開口部をそれぞれ閉塞するようにヨーク
8にそれぞれ固定されたリアブラケット(図1中左側の
モータブラケット)10及びフロントブラケット(図1
中の右側のモータブラケット)11と、これらの内部に
設けられた回転子12と、を備えている。放熱性を高め
るため、リアブラケット10及びフロントブラケット1
1は、例えばアルミなどの熱伝導率が高い材料で構成さ
れている。
【0019】回転子12は、図1に示すように、回転軸
13と、回転子鉄心14と、コンミテータ15と、回転
子鉄心14と巻線19との間を電気的に絶縁する絶縁材
16,17と、環状のスペーサ18と、巻線19とを有
している。回転軸13の一方端部が軸受20を介してリ
アブラケット10により支持されるとともに、回転軸1
3の他方端部寄りの箇所が軸受21を介してフロントブ
ラケット11により支持されることによって、回転軸1
3が回動自在となっている。回転軸13の他方端部に
は、モータ出力部となる歯車22が一体に形成されてい
る。
【0020】回転子鉄心14は、図1に示すように、回
転軸13に装着されている。コンミテータ15は、図1
に示すように、回転子鉄心14に対して回転軸13の軸
線方向に並ぶように回転軸13に装着され、本体23の
外面に複数のコンミテータセグメント24が隣接して環
状に配置されて構成されている。図面には示していない
が、コンミテータセグメント24の巻線係止用のフック
部24cには、巻線19の一部が接続されている。
【0021】図1に示すように、リアブラケット10に
は、回転軸13と同一軸線上に取り付け用軸31が固着
されている。この軸31にナット32が螺合されること
によって、軸31が自転車の一方のホークエンド3に取
り付けられている。
【0022】また、図3に示すように、リアブラケット
10の内面に沿って、絶縁シート(例えば、PETフィ
ルム)61が設けられている。この絶縁シート61は、
中央の逃げ孔61aと、その周囲のリベット挿通用孔6
1bを有している。そして、この絶縁シート61上に、
図5に示す組立体71が取り付けられている。
【0023】この組立体71は、絶縁材料からなり略々
弓形をなす板状の取付部材33と、金属製のブラシホル
ダ34,34’と、ブラシホルダ34,34’によりそ
れぞれ保持されたブラシ75,75’と、一部の領域が
ブラシ75,75’にそれぞれ熱的に結合する熱伝導板
(例えば、真鍮、銅その他の金属製などの板)72,7
2’と、ブラシ75,75’から導出されたピグテール
73,73’がそれぞれ接続された端子板74,74’
と、を有している。取付部材33には、リベット挿通用
孔33aが設けられている。ブラシ75,75’は、金
属製のブラシホルダ34,34’内のスプリングによ
り、コンミテータ15側へ付勢されている。
【0024】熱伝導板72は、図6に示すように、取付
部材33の表面に沿う一段高い平面領域72aと、絶縁
シート61に沿う一段低い平面領域72bとを有してい
る。領域72aには、図9に示す断面コ字状のブラシホ
ルダ34のカシメ用の足34aが挿入される孔72cが
形成されている。領域72bにはリベット挿通用孔72
dが形成されている。熱伝導板72’は、熱伝導板72
と同様に構成されているが、左右逆に構成されている。
そして、図9に示すように、ブラシホルダ34の足34
aをかしめることによって、熱伝導板72の領域72a
及びブラシホルダ34が取付部材33に対して固定され
ている。この固定により、ブラシ75と取付部材33と
の間に熱伝導板72の領域72aが挟持されることによ
って、熱伝導板72の領域72aがブラシ75に熱的に
結合されている。ブラシホルダ34’及び熱伝導板7
2’についても同様にして取付部材33に固定されてい
る。なお、熱伝導板72,72’の面積は取付等に支障
がない範囲で可能な限り広くしておくことが、放熱性を
高める上で好ましい。
【0025】そして、この組立体71は、絶縁シート6
1と共に、図2、図3、図7及び図8に示すように、リ
アブラケット10の内側に取り付けられている。すなわ
ち、図3及び図7に示すように、取付部材33の孔33
a及び絶縁シート61の孔61bに挿通したリベット7
7にて、取付部材33及び絶縁シート61がリアブラケ
ット10に固定されている。また、図3及び図8に示す
ように、絶縁材料からなる座金状の押さえ部材78を介
して熱伝導板72,72’の孔72dに挿通したリベッ
ト79にて、熱伝導板72,72’の領域72b及び絶
縁シート61がリアブラケット10に固定されている。
これらにより、熱伝導板72,72’の領域72bが、
ブラシホルダ34が配設された側の金属製モータブラケ
ットであるリアブラケット10の内面に絶縁シート61
を介して沿うように、配設されている。なお、押さえ部
材78が用いられているのは、ブラシ75,75’同士
の電気的な絶縁及びブラシ75,75’とリアブラケッ
ト10との間の電気的な絶縁を確保するためである。
【0026】以上により、ブラシホルダ34,34’に
より保持されたブラシ75,75’がコンミテータ15
のコンミテータセグメント24に摺動するようになって
いる。これらのブラシ75,75’は、図1乃至図3に
示すように、端子板74,74’に接続されリアブラケ
ット10に設けられたコネクタ35を介して、図示しな
いモータ駆動回路に接続される。また、リアブラケット
10には、モータ4内部の雰囲気の温度を検出するサー
ミスタ等の温度センサ36も設けており、その信号に基
づいてモータ4を駆動制御して、前述した出力抑制制御
が行えるようになっている。前記コネクタ35や温度セ
ンサ36を配設したリアブラケット10の各取付孔に
は、図示しない隙間が生じており、これらの隙間からモ
ータ4の内部の雰囲気が外部に通気するようになってい
る。
【0027】また、図2(他の図では省略)に示すよう
に、リアブラケット10には、モータ4の内部の雰囲気
を外部と通気させる水抜き孔兼用の通気口81が形成さ
れている。自転車の走行中にハブ6が被水すると、急減
に冷やされて内部が負圧になるため、リアブラケット1
0に設けたコネクタ35の取付孔の隙間や温度センサ3
6の取付孔の隙間などから、モータ4の内部に水が吸い
込まれる。前記通気口は、この水を排水するための水抜
き用としても用いられる。なお、図2中の右方が実際の
上方となっている。なお、図2において、82は、リア
ブラケット10とヨーク4とをねじ止めする固定ねじを
示す。ただし、図1ではこの固定構造は省略して示して
いる。
【0028】前記遊星減速機5は、回転軸13の軸線に
対して120゜ずつ放射状に配置された3つの遊星歯車
41(図2では、1つの遊星歯車41のみを示してい
る。)と、これらの遊星歯車41をモータ4のフロント
ブラケット11との間に支持する支持部材42と、リン
グ状の内歯歯車43とを有している。支持部材42は、
ボルト44でフロントブラケット11に固定されてい
る。また、遊星歯車41を回動自在に支持する軸45
が、フロントブラケット11及び支持部材42にそれぞ
れ固着されている。遊星歯車41の大径の歯部41a
が、モータ4の回転軸13に一体に形成された歯車22
に噛み合わされている。遊星歯車41の小径の歯部41
bが、内歯歯車43に噛み合わされている。したがっ
て、この遊星減速機5によれば、モータ4の回転軸13
が回転すると、3つの遊星歯車41がそれぞれ公転する
ことなく軸45回りに自転し、それに応じて内歯歯車4
3が回転される。これにより、モータ4の出力は、減速
されて内歯歯車43の回転として得られることになる。
支持部材42には、回転軸13と同一軸線上に取り付け
用軸46が固着されている。この軸46にナット47が
螺合されることによって、軸46が自転車の他方のホー
クエンド3に取り付けられている。図1中、48はスペ
ーサである。
【0029】内歯歯車43は、一方向クラッチ49の内
輪に固着されており、この一方向クラッチ49を介して
ハブ6に接続されている。この一方向クラッチ49の外
輪は、ハブ6の蓋体6bにねじ50によって固定されて
おり、動力が内歯歯車43からハブ6のみに伝達される
ようになっている。
【0030】前記ハブ6は、スポーク(図示せず)を接
続するフランジ51を外周部に形成した有底円筒状のハ
ブ本体6aと、このハブ本体6aの開口部に固定した蓋
体6bとから構成されている。ハブ本体6aの軸心部
が、軸受52を介して、リアブラケット10により回動
自在に支持されている。蓋体6bの軸心部が、軸受53
を介して、支持部材42に固着された取り付け用軸46
に回動自在に支持されている。
【0031】本実施の形態による駆動ユニット1によれ
ば、モータ4の動力による走行も可能となる。例えば、
人力駆動系の途中に人力検出手段を設け、主コントロー
ルユニットによりモータ4の動力を人力の大きさに比例
するように増減させることによって、モータ4の動力と
人力とによって走行することができ、モータ4の動力を
人力の大きさとは別に制御することによって、モータ4
の動力のみによって走行することができる。
【0032】電動走行時には、モータ4の回転軸13の
回転が遊星減速機5の遊星歯車41→内歯歯車43→一
方向クラッチ49からなる動力伝達系によって減速され
てハブ6に伝達される。
【0033】このように構成したモータ駆動ユニット1
において、モータ4、遊星減速機5及びハブ6のホーク
エンド3への支持は、取り付け用軸31、リアブラケッ
ト10、ヨーク8、フロントブラケット11、支持部材
42及び取り付け用軸46を互いに結合してなる組立体
によって行われている。すなわち、前記組立体が車軸を
構成するようになっている。
【0034】本実施の形態によれば、モータ4内に前記
熱伝導板72,72’が設けられていることによって、
ブラシホルダ34,34’内のブラシ75,75’の抵
抗損失による発熱や摺動摩擦熱などが、熱伝導板72,
72’及び絶縁シート61を順次経由して、金属製のリ
アブラケット10に伝動され、リアブラケット10を介
して放熱される。絶縁シート61は熱伝導率が高くない
が薄いので、この経路での放熱性はかなり高い。また、
ブラシ75,75’の熱は、前記経路のみならず、熱伝
導板72,72’の経路でモータ4内の雰囲気にも放熱
される。モータ4内の雰囲気が完全密閉されておらず、
前記通気口81(図2参照)やコネクタ35の取付孔の
隙間や温度センサ36の取付孔の隙間を介して外部と連
通しているので、この経路によっても多少なりともブラ
シ75,75’の熱が放熱されることになる。
【0035】本実施の形態によれば、熱伝導板72,7
2’が設けられていることによって、前述した経路でブ
ラシ75,75’の熱が放熱されるので、このような熱
伝導板72,72’を有していない従来の整流子モータ
に比べて、ブラシ75,75’の放熱性を大幅に高める
ことができる。また、本実施の形態による整流子モータ
4は、従来の整流子モータに対して熱伝導板72,7
2’及び絶縁シート61を追加するだけですむので、ほ
とんどコストアップを招かない。しかも、熱伝導板7
2,72’及び絶縁シート61は取付スペースをほとん
ど要しないため、モータが大型化することもない。
【0036】そして、前述したように、コストアップを
ほとんど招くことなくブラシ75,75’の放熱性を大
幅に高めることができるので、前述した出力抑制制御を
行う場合であっても、ほとんどコストアップを招くこと
なく、動力のアシスト量が低下又は停止されるまでの時
間を延ばすことができ、電動自転車の商品価値を高める
ことができる。
【0037】以上、本発明の一実施の形態について説明
したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものでは
ない。
【0038】前記実施の形態のように、2つのブラシ7
5,75’に対してそれぞれ熱伝導板72,72’を設
けることが放熱性を高める上で好ましいが、本発明で
は、例えば、前記実施の形態において、一方の熱伝導板
を取り除いて一方のブラシに対してのみ熱伝導板を設け
てもよい。この場合であっても、従来の整流子モータに
比べれば、放熱性が高くなる。
【0039】また、前述した実施の形態では、モータ駆
動ユニット1を後輪に装着する例について説明したが、
このモータ駆動ユニット1は前輪に装着することもでき
る。
【0040】例えば、本発明によるモータは、電動自転
車の駆動用モータ以外の他の種々の用途に使用すること
もできる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ほとんどコストアップを招くことなく、ブラシの放熱性
を高めることができる整流子モータを提供することがで
きる。
【0042】また、本発明によれば、ほとんどコストア
ップを招くことなく、動力のアシスト量が低下又は停止
されるまでの時間を延ばすことができ、電動自転車の商
品価値を高めることができる電動自転車用モータ駆動ユ
ニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による電動自転車用モー
タ駆動ユニットを示す概略断面図である。
【図2】図1中のA−A’矢視図である。
【図3】図1中のB−B’矢視図である。
【図4】リアブラケットに取り付けられる絶縁シートを
示す平面図である。
【図5】ブラシホルダを含む組立体を示す一部切欠平面
図である。
【図6】熱伝導板を示す図である。
【図7】図3中のC−C’線に沿った断面図である。
【図8】図3中のD−D’線に沿った断面図である。
【図9】図5中のE−E’線に沿った断面図である。
【符号の説明】
1 電動自転車用モータ駆動ユニット 2 チェーンステー 3 ホークエンド 4 モータ 5 遊星減速機 6 ハブ 8 ヨーク 9 永久磁石 10 リアブラケット 11 フロントブラケット 12 回転子 13 回転軸 14 回転子鉄心 15 コンミテータ 18 スペーサ 19 巻線 33 取付部材 34,34’ ブラシホルダ 61 絶縁シート 71 ブラシホルダを含む組立体 72,72’ 熱伝導板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02K 23/00 H02K 23/00 A // H02K 7/10 7/10 C Fターム(参考) 5H115 PA01 PG04 PG10 PU02 TO05 TR04 UI27 UI32 5H605 AA15 BB05 BB09 CC02 CC07 DD09 EA21 EA27 5H607 AA12 BB01 BB04 BB14 CC03 DD19 EE05 EE33 5H613 AA02 BB15 BB23 BB37 GA11 GA13 GB02 GB17 KK04 PP03 QQ07 SS13 5H623 AA08 BB07 GG11 GG21 HH01 JJ01 LL01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱伝導板の一部の領域が複数のブラシの
    うちの少なくとも1つのブラシに熱的に結合するととも
    に、前記熱伝導板の残りの少なくとも一部の領域が、前
    記ブラシが配設された側の金属製モータブラケットの内
    面に絶縁シートを介して沿うように、前記熱伝導板が配
    設されたことを特徴とする整流子モータ。
  2. 【請求項2】 車輪の車軸に回転自在に支持させたハブ
    の内側に駆動用モータ及び減速機を設けた電動自転車用
    モータ駆動ユニットにおいて、前記駆動用モータが請求
    項1記載の整流子モータであることを特徴とする電動自
    転車用モータ駆動ユニット。
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