JP2013086687A - 電動自転車の駆動ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ロータや減速機構がロックした場合に車輪のロックを防止する。
【解決手段】回転自在に支持されたロータと、前記ロータの径方向外側に設けられ、前記ロータを回転させるためのステータと、前記ロータからの回転を減速する減速機構と、前記減速機構の最終段と車輪のハブとを連結し、前記減速機構によって減速された回転を前記車輪のハブへ伝達する連結部２９と、前記連結部に形成され、破断により前記減速機構の最終段と車輪のハブとの前記連結部による連結を解除可能な連結解除部３５と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動自転車の駆動ユニットに関する。

特許文献１の構成では、遊星減速された動力が内歯歯車に伝達され、さらに、当該動力が、内歯歯車がネジで固定されたハブ本体の側壁部に伝達されて前車輪を駆動している。

特開２００９−１２５４２号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、モールドモータのステータはハブ軸に固定されており、ロータが何らかのトラブルによるロック（回転不能）状態となった場合、減速機構、側壁部、ハブ体もロックして、前車輪がロックしてしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ロータや減速機構がロックした場合に車輪のロックを防止できる電動自転車の駆動ユニットを提供することを目的とする。

請求項１に記載の電動自転車の駆動ユニットは、回転自在に支持されたロータと、前記ロータの径方向外側に設けられ、前記ロータを回転させるためのステータと、前記ロータからの回転を減速する減速機構と、前記減速機構の最終段と車輪のハブとを連結し、前記減速機構によって減速された回転を前記車輪のハブへ伝達する連結部と、前記連結部に形成され、破断により前記減速機構の最終段と車輪のハブとの前記連結部による連結を解除可能な連結解除部と、を備えている。

この駆動ユニットによれば、連結部に形成された連結解除部が、破断により減速機構の最終段と車輪のハブとの連結部による連結を解除可能となっている。従って、ロータや減速機構がロックした場合に、減速機構の最終段と車輪のハブとの連結が連結解除部によって解除されることで、車輪のロックを防止できる。

請求項２に記載の電動自転車の駆動ユニットでは、前記連結部は、前記減速機構の最終段と別素材で構成されている。

この駆動ユニットによれば、連結部と減速機構の最終段との間でひずみが発生しやすく、連結部が減速機構の最終段と同一素材で構成されている場合に比べ、連結解除部の破断をさせやすくなるため、減速機構の最終段と車輪のハブとの連結解除を容易に行える。

請求項３に記載の電動自転車の駆動ユニットでは、前記連結部は、前記減速機構の最終段よりも、強度が低い材料で構成されている。

この駆動ユニットによれば、減速機構の最終段の強度を保ちつつ、連結解除部の破断をさせやすくなる。

請求項４に記載の電動自転車の駆動ユニットでは、前記減速機構の最終段は、金属材料で構成され、前記連結部は、樹脂材料で構成されている。

この駆動ユニットによれば、連結部と減速機構の最終段との強度差を出しやすいため、より効果的に、減速機構の最終段の強度を保ちつつ、連結解除部の破断をさせやすくなる。

請求項５に記載の電動自転車の駆動ユニットでは、前記連結部は、インサート成型により前記減速機構の最終段と一体的に形成されている。

この駆動ユニットによれば、連結部と減速機構の最終段と一体に形成されているので、連結部と減速機構の最終段とが別体で構成される場合に比べ、連結部の取り扱いが簡便である。

請求項６に記載の電動自転車の駆動ユニットでは、前記連結解除部は、前記連結部に形成された切り欠けによって脆弱にされた脆弱部で構成されている。

この駆動ユニットによれば、部品を追加することなく、連結解除部を構成することができる。

本発明の一実施形態に係る駆動ユニットの側面断面図である。 図１に示される駆動ユニットの分解斜視図である。 図２に示されるカバーアッセンブリの斜視図である。 本実施形態に係る内歯歯車及び連結部を示す斜視図である。 本実施形態に係る内歯歯車及び連結部を示す側面断面図である。 本実施形態に係る連結解除部を拡大して示す斜視図である。

以下、図面に基づき、本発明の一実施形態について説明する。

図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る電動自転車の駆動ユニット１０は、一対の固定軸１２，１４と、ロータ１６と、ステータ１８と、モータハウジング２０と、外歯歯車２２と、キャリア２４と、回転部材の一例である車輪のハブ２６と、内歯歯車２８とを主要な構成として備えている。なお、図中において、矢印Ａ方向は、駆動ユニット１０の軸方向を示し、矢印Ａ１方向は、駆動ユニット１０の軸方向外側を示し、矢印Ａ２方向は、駆動ユニット１０の軸方向内側を示す。駆動ユニット１０（ロータ１６、ステータ１８）の軸方向中央Ｓ（図１参照）を境界として、軸方向中央Ｓから離れる軸方向が軸方向外側であり、軸方向中央Ｓに近づく軸方向が軸方向内側である。また、図中において、矢印Ｂ方向は、駆動ユニット１０の径方向を示し、矢印Ｂ１方向は、駆動ユニット１０の径方向外側を示し、矢印Ｂ２方向は、駆動ユニット１０の径方向内側を示す。

一対の固定軸１２，１４は、互いに同軸上に配置されている。この一対の固定軸１２，１４には、ネジ部１２Ａ，１４Ａがそれぞれ形成されており、このネジ部１２Ａ，１４Ａには、ナット３０，３２がそれぞれ螺合されている。一方の固定軸１２は、ナット３０を用いて外部に固定され、他方の固定軸１４は、ナット３２を用いて外部に固定される。この場合の外部とは、例えば、自転車の車体である。

ロータ１６は、後述するステータ１８と共にブラシレスモータを構成している。このロータ１６は、一対の固定軸１２，１４の間に、この一対の固定軸１２，１４と同軸上に配置された出力軸３４を有している。この出力軸３４における他方の固定軸１４側には、偏芯軸３６が偏芯状態で設けられている。この偏芯軸３６は、セレーション結合部３８により出力軸３４と結合されており、出力軸３４と軸方向の反対側に突出する軸部３６Ａを有している。この軸部３６Ａは、出力軸３４と同軸上に形成されている。

ステータ１８は、環状に形成されており、ロータ１６の径方向外側に設けられている。このロータ１６及びステータ１８を有して構成されたブラシレスモータでは、ステータ１８に回転磁界が生じると、ロータ１６及びステータ１８間に吸引・反発力が作用し、ロータ１６と共に出力軸３４が回転される。

モータハウジング２０は、一方の固定軸１２側からステータ１８に取り付けられた第一ハウジング４０と、他方の固定軸１４側からステータ１８に取り付けられた第二ハウジング４２とを有している。この第一ハウジング４０、ステータ１８、及び、第二ハウジング４２は、ボルト４４により固定されている。さらに、第一ハウジング４０及びステータ１８は、ボルト４５により固定されている。

また、第一ハウジング４０は、一方の固定軸１２側に底部を有する扁平容器状に形成されている。この第一ハウジング４０の底部には、円盤状のスペーサ４６がボルト４８により固定されている。このスペーサ４６の中央部には、筒状部５０が形成されており、この筒状部５０には、一方の固定軸１２が圧入されて固定されている。

一方、第二ハウジング４２は、円盤状に形成されている。この第二ハウジング４２は、対向壁部の一例であり、後述するキャリア２４に形成されたキャリア本体６８と出力軸３４の軸方向に対向している。この第二ハウジング４２には、収容凹部５２が形成されている。この収容凹部５２は、キャリア本体６８側に開口する凹形状とされており、ステータ１８の内側に挿入されている。

また、この収容凹部５２の底部の中央部には、円環状の軸受収容部５４が形成されており、この軸受収容部５４には、第一軸受の一例である軸受５６が収容されている。同様に、上述の第一ハウジング４０の底部の中央部には、軸受収容部５８が形成されており、この軸受収容部５８には、第一軸受の一例である軸受６０が収容されている。この一対の軸受５６，６０は、出力軸３４の軸方向両端部を回転可能に支持している。

外歯歯車２２は、第二軸受の一例である軸受６２を介して偏芯軸３６に回転可能に支持されている。図２に示されるように、この外歯歯車２２の外周面には、複数の外歯２２Ａが形成されている。また、この外歯歯車２２には、回転方向に並んで複数の伝導孔６４が形成されている。この外歯歯車２２は、図１に示されるように、後述する内歯歯車２８と共に、収容凹部５２に収容されている。

キャリア２４は、図２に示されるように、複数の伝導孔６４に偏芯状態で挿入される複数の内ピン６６と、この複数の内ピン６６を支持する円盤状のキャリア本体６８とを一体に有している。キャリア本体６８は、他方の固定軸１４と一体に形成されている。このキャリア本体６８と軸部３６Ａとの間には、図１に示されるように、軸受７０が設けられている。また、このキャリア２４には、図２に示されるように、複数の内ピン６６のうちの幾つかの内ピン６６と同軸上に、この内ピン６６の軸方向に貫通する貫通孔７２が形成されている。

一方、このキャリア本体６８と対向する上述の第二ハウジング４２には、複数の内ピン６６の夫々の先端部が圧入（軽圧入）される複数の圧入孔７４が形成されている。この複数の圧入孔７４のうち貫通孔７２と同軸上に位置する圧入孔７４には、ネジ孔部７４Ａ（図１参照）が形成されている。そして、このキャリア本体６８及び第二ハウジング４２は、貫通孔７２にボルト７６が挿通されると共に、このボルト７６の先端部がネジ孔部７４Ａに螺入されることにより互いに固定されている。なお、貫通孔７２は、複数の内ピン６６のうち少なくともいずれかに形成されていれば良い。また、複数の圧入孔７４の全てにネジ孔部７４Ａが形成されていても良い。

また、このようにしてボルト７６の先端部がネジ孔部７４Ａに螺入されることに伴って、複数の内ピン６６の夫々の先端部が複数の圧入孔７４に圧入され、これにより、複数の内ピン６６の夫々の先端部が第二ハウジング４２に固定されている。

ハブ２６は、概略筒状のケース７８と、このケース７８に形成された開口部のうち他方の固定軸１４側に位置する開口部を塞ぐカバー８０とを有している。ケース７８には、ロータ１６、ステータ１８、モータハウジング２０、キャリア２４、外歯歯車２２、及び、内歯歯車２８等が収容されている。また、このケース７８に形成された開口部のうち一方の固定軸１２側に位置する開口部には、軸受収容部８２が形成されており、この軸受収容部８２には、第三軸受の一例である軸受８４が収容されている。この軸受８４は、一方の固定軸１２に一体回転可能に固定された上述のスペーサ４６に対してケース７８を回転可能に支持している。

一方、カバー８０の中央部には、軸受収容部８６が形成されており、この軸受収容部８６には、第三軸受の一例である軸受８８が収容されている。この軸受８８は、他方の固定軸１４に一体に形成されたキャリア２４に対してカバー８０を回転可能に支持している。また、このカバー８０には、図３に示されるように、カバー８０と内歯歯車２８とを結合するための結合部９０が内歯歯車２８よりも径方向外側の位置に設けられている。結合部９０は、環状に形成された環状部９０Ａと、環状部９０Ａから径方向外側に突出する複数の突出部９０Ｂと、を有して構成されている。

内歯歯車２８は、上述の外歯歯車２２及びキャリア２４と共に減速機構を構成しており、減速機構の最終段として機能している。内歯歯車２８は、軸方向内側部分の内周面に複数の内歯２８Ａを有しており（図５参照）、この内歯歯車２８に対して外歯歯車２２が内接噛合されている。

内歯歯車２８には、図４及び図５に示されるように、内歯歯車２８とカバー８０（ハブ２６）とを連結する連結部２９が設けられている。連結部２９は、具体的には、内歯歯車２８における歯車部をなす内歯２８Ａよりも軸方向外側、すなわち、ロータ１６の軸方向に沿ってハブ２６の側面側（カバ−８０の外側面）にずれて配置されている。

連結部２９は、内歯歯車２８と別素材で構成されており、内歯歯車２８の強度と異なる強度を有している。具体的には、連結部２９は、内歯歯車２８よりも強度が低い材料で構成されている。詳細には、例えば、内歯歯車２８が金属材料で構成されるのに対して、連結部２９が樹脂材料で構成されている。また、連結部２９は、インサート成型により内歯歯車２８と一体的に形成されている。

連結部２９は、環状に形成された環状部２９Ａと、環状部２９Ａから径方向外側に突出する複数の突出部２９Ｂと、を有して構成されている。各突出部２９Ｂは、結合部９０の突出部９０Ｂに重なるように配置されており、ボルト９２により、連結部２９と結合部９０とが連結されることにより、内歯歯車２８とカバー８０（ハブ２６）が連結されている。さらに、このカバー８０は、ボルト９４によりケース７８に固定されている。

そして、この駆動ユニット１０では、ロータ１６と共に出力軸３４が回転されると、偏芯軸３６が回転され、これにより、内歯歯車２８と外歯歯車２２との噛み合い位置が変化することにより、内歯歯車２８と、共にハブ２６が回転される。すなわち、ロータ１６からの回転は、減速機構（内歯歯車２８、外歯歯車２２及びキャリア２４）によって減速され、この減速された回転は、連結部２９及び結合部９０を介して、カバー８０（ハブ２６）へ伝達される。

ここで、本実施形態では、破断により内歯歯車２８とカバー８０（ハブ２６）との連結部２９による連結を解除可能な連結解除部３５が、連結部２９に形成されている。具体的には、連結解除部３５は、連結部２９の環状部２９Ａと突出部２９Ｂとの間に形成された切り欠け２７によって、幅（周方向長さ）が細くされることで脆弱にされた脆弱部とされている。これにより、連結部２９の環状部２９Ａと突出部２９Ｂとの間に所定のトルクが作用すると、この間で破断するようになっている。当該所定のトルクは、切り欠け２７の大きさ、連結部２９の材料強度、連結部２９と内歯歯車２８との強度差等により、設定される。

また、図１，図２に示されるように、この駆動ユニット１０において、一方の固定軸１２、第一軸受５６，６０（図１参照）、ロータ１６、ステータ１８、モータハウジング２０、及び、スペーサ４６（図１参照）は、互いに組み立てられてモータアッセンブリ９６を構成している。また、偏芯軸３６、軸受６２、軸受７０、及び、外歯歯車２２は、互いに組み立てられてギアアッセンブリ９８を構成している。さらに、図１，図３に示されるように、カバー８０、軸受８８、及び、内歯歯車２８は、互いに組み立てられてカバーアッセンブリ１００を構成している。

そして、この駆動ユニット１０は、例えば、次の要領で組み立てられている。すなわち、先ず、モータアッセンブリ９６、ギアアッセンブリ９８、及び、カバーアッセンブリ１００がそれぞれ組み立てられる。

続いて、貫通孔７２にボルト７６が挿通されると共に、ボルト７６の先端部がネジ孔部７４Ａに螺入されることにより、キャリア本体６８及び第二ハウジング４２が互いに固定される。このとき、ボルト７６の先端部がネジ孔部７４Ａに螺入されることに伴って、複数の内ピン６６の夫々の先端部が複数の圧入孔７４に圧入される。

また、このキャリア本体６８の第二ハウジング４２への組み付けと前後して、軸受８４が軸受収容部８２に組み付けられると共に、ケース７８にモータアッセンブリ９６が組み付けられる。そして、この状態で、カバー８０がボルト９４によりケース７８に固定される。以上の要領で、駆動ユニット１０は、組み立てられる。

次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。

本実施形態に係る駆動ユニット１０によれば、ロータ１６や減速機構（内歯歯車２８、外歯歯車２２及びキャリア２４）が何らかの原因によりロックした場合に、連結部２９に形成された連結解除部３５が破断することにより、内歯歯車２８とカバー８０（ハブ２６）との連結部２９による連結が解除される。これにより、内歯歯車２８が、結合部９０の環状部９０Ａの内周側で、ハブ２６（カバー８０、結合部９０）に対して空回りするので、車輪のロックを防止できる。

また、駆動ユニット１０によれば、連結部２９と内歯歯車２８とが、別素材で構成されているため、連結部２９と内歯歯車２８との間でひずみが発生しやすく、連結部２９と内歯歯車２８とが同一素材で構成されている場合に比べ、連結解除部３５の破断をさせやすくなるため、内歯歯車２８とハブ２６との連結解除を容易に行える。

また、駆動ユニット１０によれば、連結部２９は、内歯歯車２８が金属材料で構成されるのに対して、連結部２９が内歯歯車２８よりも強度が低い樹脂材料で構成されている。このため、内歯歯車２８の強度を保ちつつ、連結解除部３５の破断をさせやすくなる。

また、駆動ユニットによれば、連結部２９と内歯歯車２８とがインサート成形により一体に形成されているので、連結部２９と内歯歯車２８とが別体で構成される場合に比べ、連結部２９の取り扱いが簡便である。

また、駆動ユニット１０によれば、連結解除部３５が、連結部２９の環状部２９Ａと突出部２９Ｂとの間に形成された切り欠け２７によって脆弱にされた脆弱部で構成されているので、部品を追加することなく、連結解除部３５を構成することができる。

また、カバー８０と内歯歯車２８とを結合する結合部９０が、内歯歯車２８よりも径方向外側に設けられており、これにより、内歯歯車２８からカバー８０（ハブ２６）に伝わる力のモーメント長が長く確保されている。これにより、例えば、結合部９０の構成を簡素化することができる。

次に、本発明の一実施形態の変形例について説明する。

本実施形態では、連結部２９と内歯歯車２８とは別素材で構成されていたが、同一素材で構成されていてもよい。

また、本実施形態では、連結部２９は、内歯歯車２８よりも強度が低い材料で構成されていたが、内歯歯車２８よりも強度が高い材料で構成されていてもよい。

また、本実施形態では、連結部２９は、インサート成型により内歯歯車２８と一体的に形成されていたが、別体で形成されていてもよい。

また、本実施形態では、連結部２９は、内歯歯車２８における歯車部をなす内歯２８Ａよりも軸方向外側にずれて配置されていたが、内歯２８Ａに対して、軸方向において重なるように配置されていてもよい。

また、本実施形態では、連結解除部３５は、連結部２９に形成された切り欠け２７によって脆弱にされた脆弱部とされていたが、例えば、切り欠け２７に加えて又は替えて、連結部２９を薄肉とすることで形成されていてもよい。

また、ケース７８は、スペーサ４６に軸受８４を介して回転可能に支持されていたが、一方の固定軸１２に軸受８４を介して回転可能に支持されていても良い。

同様に、カバー８０は、キャリア２４に軸受８８を介して回転可能に支持されていたが、他方の固定軸１４に軸受８８を介して回転可能に支持されていても良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０・・・駆動ユニット、１６・・・ロータ、１８・・・ステータ、２２・・・外歯歯車（減速機構）、２４・・・キャリア（減速機構）、２６・・・ハブ、２７・・・切り欠け、２８・・・内歯歯車（減速機構の最終段）、２８Ａ・・・内歯（歯車部）、２９・・・連結部、３５・・・連結解除部

Claims (6)

1. 回転自在に支持されたロータと、
   前記ロータの径方向外側に設けられ、前記ロータを回転させるためのステータと、
   前記ロータからの回転を減速する減速機構と、
   前記減速機構の最終段と車輪のハブとを連結し、前記減速機構によって減速された回転を前記車輪のハブへ伝達する連結部と、
   前記連結部に形成され、破断により前記減速機構の最終段と車輪のハブとの前記連結部による連結を解除可能な連結解除部と、
   を備えた電動自転車の駆動ユニット。
2. 前記連結部は、前記減速機構の最終段と別素材で構成されている請求項１に記載の電動自転車の駆動ユニット。
3. 前記連結部は、前記減速機構の最終段よりも、強度が低い材料で構成されている請求項２に記載の電動自転車の駆動ユニット。
4. 前記減速機構の最終段は、金属材料で構成され、
   前記連結部は、樹脂材料で構成されている請求項３に記載の電動自転車の駆動ユニット。
5. 前記連結部は、インサート成型により前記減速機構の最終段と一体的に形成されている請求項４に記載の電動自転車の駆動ユニット。
6. 前記連結解除部は、前記連結部に形成された切り欠けによって脆弱にされた脆弱部で構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動自転車の駆動ユニット。