JP2021052571A - モータ中央軸、ならびにそれを用いたアクチュエータ、車輪および車椅子 - Google Patents

Abstract

【課題】電池のモータ中央軸への取り付けを容易にし、さらに電池の車輪への取り付けを実現し、車輪の空間利用率を向上することができるモータ中央軸を提供する。【解決手段】モータ中央軸２２０は、中空段、第１端と第２端とを有し、第１端と第２端との間に、モータのステータとの固定に用いられる取付部を備える。第１端には第１接続構造が設けられ、第１接続構造は、コネクタ２４０によって電池２３０を固定、接続するようにコネクタと接続する。【選択図】図６

Description

本発明は、モータ中央軸、ならびにそれを用いたアクチュエータ、車輪および車椅子に関する。

電動型車輪は、一般にモータによって回転駆動され、さらに該車輪が取り付けられた装置を走行可能とする。モータは、電池から給電する必要があるが、従来技術において、電池はいずれも装置本体に取り付けられ、従来の車輪には電池を取り付けることができない。

そのため、電池のモータ中央軸への取り付けを容易にし、さらに電池の車輪への取り付けを実現し、車輪の空間利用率を向上させることができるモータ中央軸が求められている。

本発明は、中空段を有し、第１端と第２端とを有し、前記第１端と前記第２端との間に、モータのステータとの固定に用いられる取付部を有するモータ中央軸であって、前記第１端には第１接続構造が設けられており、前記第１接続構造は、コネクタによって電池を固定、接続するように前記コネクタと接続するためであるモータ中央軸を提供する。

また、前記モータ中央軸の壁には、いずれも前記中空段と連通する第１貫通孔及び第２貫通孔が設けられており、前記第１貫通孔が前記第１端に位置し、前記電池と電気的に導通する電線は、前記第１貫通孔を通って前記中空段内に入ることができ、前記中空段内に位置する電線は、前記第２貫通孔を通って延出することが好ましい。

さらに、前記第２貫通孔が前記取付部の箇所に位置し、前記電池と電気的に導通する給電線が前記第１貫通孔を通って前記中空段内に入り、さらには前記モータに電力を供給することができる。
前記中空段が前記第２端まで延伸し、前記第２貫通孔が第２端に近接していることが好ましい。

また、前記コネクタは、前記電池の導電極と接触する正・負電極、及び前記電池の第１係着構造に対応する第２係着構造を有することが好ましい。

本発明では、中空段を有し、第１端と第２端とを有し、前記第１端と前記第２端との間に、モータのステータとの固定に用いられる取付部を有し、前記第２端に第２接続構造が設けられるモータ中央軸であって、前記第１端には第１接続構造が設けられ、前記第１接続構造にはコネクタが接続され、前記コネクタは、電池に接続するモータ中央軸をさらに提供する。

本発明では、モータとトランスミッションとを含むアクチュエータであって、上記モータ中央軸をさらに含み、前記取付部が前記モータのステータと固定され、前記モータのロータを前記モータ中央軸に被せて前記トランスミッションと伝動させ、前記トランスミッションのケースが、前記モータ中央軸に対して回動するように構成されるアクチュエータをさらに提供する。

また、前記トランスミッションのケースの外周縁は前記ステータ側に向かって延伸してリング状アームを形成し、前記リング状アームの外側面には接続部が形成され、前記リング状アームは、前記ステータを囲むリング状溝を有し、前記リング状溝は前記電池のリング状部を収容するアクチュエータを提供する。

さらに、本発明では、リムとインナーハブとを含む車輪であって、
前記インナーハブは上記のアクチュエータを含み、前記トランスミッションのケースが前記リムに接続している車輪を提供する。
また、上記車輪を含む車椅子をさらに提供する。

本発明は、所望の電池を中央軸の第１端に取り付け、モータ中央軸と共に車輪に固定することができ、車輪の空間利用率を向上させることができる。

図１は実施例の車輪の構造模式図である。 図２は図１のＩ１の拡大図である。 図３は実施例の車輪の正面図である。 図４は第１実施形態の車輪の応力模式図である。 図５は第２実施形態の車輪の応力模式図である。 図６は電池付きのアクチュエータの構造模式図である。 図７は電池を除去した後のアクチュエータの断面図である。 図８は実施例のモータ中央軸の構造模式図である。 図９は実施例の電池の構造模式図である。 図１０はハウジングを除去した後の電池の内部模式図である。

以下、本発明の実施例における図面を参照しながら、本発明の実施例における技術的解決策を明確かつ完全に記載し、もちろん、記載されている実施例は本発明の実施例の一部に過ぎず、全ての実施例ではない。

本実施例は、車輪を提供し、車輪は、ホイールを使用可能な任意の装置、例えば電気自動車、電動自転車、電動車椅子等に取り付けることができ、ここでは制限されず、そうすると該装置は車輪によってホイール走行を実現することができる。

図１及び図２のように、車輪はリム１００とインナーハブ１１０とを含み、静止時に、リム１００がインナーハブ１１０と接続してかつ両者の中心がほぼ一致し、インナーハブ１１０が中心箇所に位置し得る。リム１００の外側にはタイヤ１２０等を取り付けることができる。車輪が位置している面に対して、車輪は第１側Ｃ１と第２側Ｃ２とを有する。

具体的に、リム１００とインナーハブ１１０との間に変形可能なリング状シート１３０が取り付けられ、そうするとリング状シート１３０が圧縮又は回復可能となっている。リング状シート１３０の中心がリム１００又はインナーハブ１１０の中心とほぼ一致している。リング状シート１３０は鋼などの金属を用いて作製することができる。リング状シート１３０の厚さ（すなわち、径方向に沿う厚さ）がリング状シート１３０の長さ（すなわち、軸方向に沿う長さ）よりも小さく、その中、リング状シート１３０の厚さは実際の使用に応じて設定することができ、リング状シート１３０が厚いほど、変形性が弱くなり、剛性が強くなり、リング状シート１３０が薄いほど、変形性が良くなる。

後続の取り付けを容易にするために、リング状シート１３０には幾つかの取付シート１３１が固定されてもよく、このようにして取付シート１３１によって第１軸受１３２及び第２軸受１３３を取り付ける。

リム１００には幾つかの第１取付位置１０１が設けられており、第１取付位置１０１に第３軸受１０２を固定することができる。インナーハブ１１０には、幾つかの第２取付位置１１１が設けられており、第２取付位置１１１にも第４軸受１１２を固定することができる。その中、第１軸受１３２の数が第３軸受１０２の数に等しく、第２軸受１３３の数が第４軸受１１２の数に等しい。リング状シート１３０とリム１００との間に第１接続アーム１４０が接続されており、リング状シート１３０とインナーハブ１１０との間に第２接続アーム１５０が接続されている。第１接続アーム１４０及び第２接続アーム１５０は条鋼であってもよい。第１接続アーム１４０の両端にはそれぞれ１つの第１軸受１３２及び１つの第３軸受１０２が接続されており、第２接続アーム１５０の両端にはそれぞれ１つの第２軸受１３３及び１つの第４軸受１１２が接続されており、そうすると、第１接続アーム１４０及び第２接続アーム１５０がいずれも中心を回ってリング状に分布されており、かつ第１接続アーム１４０及び第２接続アーム１５０の両端がいずれも相対回動可能となっている。

第３軸受１０２は、第１接続アーム１４０とリム１００とが接続する第１接続点とされている。第１軸受１３２は、第１接続アーム１４０とリング状シート１３０とが接続する第２接続点とされている。第２軸受１３３は、第２接続アーム１５０とリング状シート１３０とが接続する第３接続点とされている。第４軸受１１２は、第２接続アーム１５０とインナーハブ１１０とが接続する第４接続点とされている。

装置が走行する過程において、揺れやすい路面又は走行速度が変更した場合、慣性作用で、リム１００とインナーハブ１１０との間は完全な剛性接続ではないので、リム１００及びインナーハブ１１０の速度の大きさ又は速度方向が一致しなくなり、第１接続アーム１４０及び第２接続アーム１５０が回動可能であるので、リム１００の中心とインナーハブ１１０の中心とがずれた場合又はインナーハブ１１０がリム１００に対して回動した場合、第１接続アーム１４０及び第２接続アーム１５０によってリング状シート１３０が引っ張られることとなり、リング状シート１３０に変形を発生させ、変形がある程度に達した後、リング状シート１３０はそれ自体の弾性力の作用で元の状態に戻る傾向にあり、さらにインナーハブ１１０をバランス位置に回復させ、例えば中心が再びリム１００の中心と一致するように保持し、さらに、車輪に緩衝の効果を有させ、装置が走行する時により穏やかになる。

本実施例において、図３に示すように、第１接続点と第２接続点との間のバインド線Ｌ１がリム１００の第１接続点を過ぎた直径線とは重ならず、すなわち、第１接続アーム１４０全体は、対応する直径線に対して夾角が存在し、それが径方向外方向から中心を回った第１回転方向へ傾斜することができる。第３接続点と第４接続点との間のバインド線Ｌ２がインナーハブ１１０の第３接続点を過ぎた直径線とは重ならず、すなわち、第２接続アーム１５０全体は、対応する直径線に対して夾角が存在し、それが径方向外方向から中心を回った第１回転方向Ｓ１へ傾斜することができ、あるいは第１回転方向とは逆の第２回転方向へ傾斜することができる。そうすると、揺れやすい路面又は走行速度が変化した場合、慣性作用で、第１接続アーム１４０又は第２接続アーム１５０はより回動しやすくなり（すなわち、リム１００がインナーハブ１１０に対して剛性がより弱い）、リング状シート１３０がより圧縮されて変形しやすくなり、さらに、インナーハブ１１０がより良くリング状シート１３０によって緩衝されやすくなる。

なお、図４に示すように、第１接続アーム１４０全体の傾斜方向が第２接続アーム１５０全体の傾斜方向と同じであれば、慣性の作用で、インナーハブ１１０の中心がＭ１方向に向かってリム１００の中心からずれる。それによって、インナーハブ１１０が第２接続アーム１５０に作用して第２接続アーム１５０を第３接続点を回ってずれ方向Ｍ２へ回動させることなり、第１接続アーム１４０と第２接続アーム１５０とは同一方向へ傾斜し、第１接続アーム１４０がＭ３方向へ回動するため、リング状シート１３０を変形させると同時にリム１００に対しても回動させ（Ｍ４方向）、さらにインナーハブ１１０もリム１００に対して回動させることとなり、バランス性が少し悪くなってしまう。しかし、図５に示すように、第１接続アーム１４０全体の傾斜方向が第２接続アーム１５０全体の傾斜方向とは反対である場合、慣性の作用で、インナーハブ１１０の中心がＭ１方向に向かってリム１００の中心からずれる。それによって、インナーハブ１１０が第２接続アーム１５０に作用して第２接続アーム１５０を第３接続点を回ってずれ方向Ｍ２へ回動させ、第２接続アーム１５０がリング状シート１３０を動かしてリム１００に対して回動することとなる（Ｍ４方向）。しかし、この時、第１接続アーム１４０は、リング状シート１３０を、リム１００に対して回動できないように引っ張り（Ｍ３方向）、そうすると、インナーハブ１１０のリム１００に対する回動幅が非常に小さく、ほぼ無視でき、リング状シート１３０のインナーハブ１１０に対する回復力が慣性方向とは逆であるので、インナーハブ１１０もより穏やかになっている。

本実施例において、第１接続アーム１４０の数が第２接続アーム１５０の数に等しく、いずれも環状アレイで分布しており、すなわち、第１接続アーム１４０と第２接続アーム１５０とが一々対応して１つのアーム群を構成している。第１軸受１３２及び第２軸受１３３がそれぞれリング状シート１３０の第１側及び第２側に位置し、第１接続アーム１４０及び第２接続アーム１５０は応力時によりバランスが取れている。第１軸受１３２及び相応する第２軸受１３３がリング状シート１３０の円周上の同一箇所に位置し、すなわち、第２接続点と第３接続点とが重なると見なされてもよい。

その中、図６及び図７に示すように、インナーハブ１１０は、アクチュエータを含む。アクチュエータは、モータ２００、トランスミッション２１０、モータ中央軸２２０及び電池２３０を含んでもよい。モータ２００はブラシレスモータであってもよく、それがロータ２０１とステータ２０２とを有する。図８を参照すると、モータ中央軸２２０は第１端２２１と第２端２２２とを有し、第１端２２１と第２端２２２との間に取付部２２３を有する。ステータ２０２が取付部２２３に固定されている。トランスミッション２１０は、ケース２１１と、ケース２１１内に設けられたギア群とを含み、ギア群は、中心ギア２１２と、幾つかの従動ギア２１３と、リングギア２１４とを含み、中心ギア２１２が従動ギア２１３と噛み合い、従動ギア２１３がリングギア２１４と噛み合い、星形ギア群を構成している。リングギア２１４がケース２１１と固定されており、第４軸受１１２はケース２１１に取り付けられてもよい。その中、中心ギア２１２がモータ中央軸２２０に被せてロータ２０１と固定されており、このようにして回動によって中心ギア２１２をモータ中央軸２２０を回って回動するように動かし、従動ギア２１３を回動させ、さらにリングギア２１４がケース２１１を連れて回動し、そうすると、車輪全体がモータ中央軸２２０に対して回動して走行できるようになった。

１つの実施例において、ケース２１１の外周縁がステータ２０２側に延伸してリング状アーム２１１１を形成し、リング状アーム２１１１の外側面には接続部２１１３が形成されており、第４軸受１１２が接続部２１１３に取り付けられてもよい。リング状アーム２１１１の、モータ中央軸２２０の第１端２２１に近接する側が凹んでリング状溝２１１２を形成しており、リング状溝２１１２がステータ２０２を取り囲んでいる。

モータ中央軸２２０の第１端２２１がステータ２０２の外側に延出し、モータ中央軸２２０の第２端２２２がケース２１１の外側に延出している。第１端２２１は、コネクタ２４０を固定するための第１接続構造２２１１を有する。第２端２２２は、装置を固定して車輪を装置に取り付けるための第２接続構造２２２１を有する。コネクタ２４０が電池２３０を固定、接続し、これで電池２３０がモータ中央軸２２０の第１端２２１に固定され、車輪に取り付けられることとなり、装置のその他の箇所に取り付けられる必要がなくなり、さらに車輪の空間を十分に利用し、そして、モータ２００への給電も容易となった。

コネクタ２４０は、正・負電極２４１及び係着構造２４２を含んでもよく、コネクタ２４０は、その上の係着構造２４２（例えば、係止溝）によって電池２３０上の係着構造２３１２（例えば、フック；図９を参照）と係合して電池２３０がモータ中央軸２２０の第１端２２１に固定されることとなり、かつ、正・負電極２４１が電池２３０の導電極２３３（図9を参照）と接触する。

モータ中央軸２２０は中空段２２４を有し、中空段２２４が第１端２２１まで延伸し、かつ、第１端２２１の壁に第１貫通孔２２１２が開孔されていてもよく、モータ中央軸２２０にはさらに第２貫通孔２２５が開孔されており、第１貫通孔２２１２及び第２貫通孔２２５が内部中空と連通している。具体的に、第２貫通孔２２５が取付部２２３上及び／又は第２端２２２近傍に開孔されてもよい。そうすると中空段２２４内へケーブル、例えば正・負電極２４１と電気的に接続する電線及びコントローラと接続する信号線等を配置することができる。ケーブルの配置方式は実際に応じて設定してもよく、例えば、第１端２２１の、正・負電極２４１と電気的に接続するケーブルを第１貫通孔２２１２を通って中空段２２４内に入れて、続いて第２貫通孔２２５を通って第２端２２２近傍から延出することができ、このようにしてコントローラ等との接続を容易にする。

図９及び図１０に示すように、電池２３０は、ハウジング２３１と、ハウジング２３１内に設けられたセル２３２とを含んでもよく、セル２３２を複数含んで、均一に配置してもよい。ハウジング２３１が第１側に近接してスロット２３１１を形成し、スロット２３１１の形状がコネクタ２４０の形状とほぼ同じであり、コネクタ２４０を収容することができる。スロット２３１１の側壁にはセル２３２と電気的に接続する導電極２３３及び係着構造２３１２が設けられており、コネクタ２４０との接続方式について前述した通りであり、ここではその説明を省略する。

図６及び図７を合わせて参照すると、ハウジング２３１の周縁の、スロット２３１１の側にスロット２３１１を取り囲むリング部２３１３が形成されており、リング部２３１３の中間が収容溝２３１４であり、電池２３０がコネクタ２４０に係着した場合、収容溝２３１４はステータ２０２を収容することができ、リング部２３１３がリング状溝２１１２中に収容され、トランスミッションのケースのリング状溝２１１２が電池２３０のリング部２３１３に対して回動することができる。第２接続アーム１５０と接続する接続部２１１３がリング状アーム２１１１の外側面に位置しているので、電池２３０とアクチュエータとが結合した後、全体の重心が基本的に接続部２１１３の所在する平面にあり、つまり、電池２３０とアクチュエータとが結合した後、全体の重心が基本的にリム１００面にあり、このようにして全体が第１側又は第２側へ傾斜することなくリム１００サスペンションを穏やかに通過することができる。

電池２３０をコネクタ２４０から容易に取り外すために、電池２３０はドグルブロック２３４をさらに含み、係着構造２３１２にドグルプレート２３５が接続されており、ドグルプレート２３５にはバネ２３６が接続されており、バネ２３６は係着構造２３１２を係着方向に仮締める。初期状態において、バネ２３６が仮締め、係着構造２３１２が係着構造２４２と係合い、電池２３０がコネクタと固定されている。外力によってドグルブロック２３４の位置を変更すると、ドグルブロック２３４は、バネ２３６の締付力を抗するようにドグルプレート２３５を動かして、係合を離脱する方向に動作させ、係着構造２３１２に接続されているドグルプレート２３５が離脱し、コネクタから電池２３０を取り外すことができる。具体的に、ドグルブロック２３４が回転軸２３７に設けられ、回転軸２３７がハンドル２３９に接続することができ、ハンドル２３９がハウジング２３１の、スロット２３１１から離れる側に位置している。回転軸２３７には捩りバネ２３８が接続されており、捩りバネ２３８が回転軸２３７を仮締め、仮締め状態において、ドグルブロック２３４がドグルプレート２３５と接触せず、係着構造２３１２が係着構造２４２と係合い、ハンドル２３９を引張り、回転軸２３７が捩りバネ２３８の締付力に抗し、ドグルブロック２３４が徐々にドグルプレート２３５と当接し、係着構造２３１２と係着構造２４２とが離脱し、ハンドル２３９を放し、改めて回復する。

以上の説明は本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明の権利範囲を制限するものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で行った全ての変更、置換及び改良等は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれている。

Claims (10)

1. 中空段を有し、第１端と第２端とを有し、前記第１端と前記第２端との間に、モータのステータとの固定に用いられる取付部を有するモータ中央軸であって、
   前記第１端には第１接続構造が設けられ、前記第１接続構造は、コネクタによって電池を固定及び接続するように、前記コネクタと接続することを特徴とする、モータ中央軸。
2. 前記モータ中央軸の壁には、いずれも前記中空段と連通する第１貫通孔及び第２貫通孔が設けられ、前記第１貫通孔が前記第１端に位置し、前記電池と電気的に導通する電線は、前記第１貫通孔を通って前記中空段内に挿入し、前記中空段内に位置する電線は、前記第２貫通孔を通って延出することを特徴とする、請求項１に記載のモータ中央軸。
3. 前記第２貫通孔が前記取付部の箇所に位置し、前記電池と電気的に導通する給電線が前記第１貫通孔を通って前記中空段内に入り、前記モータに電力を供給できることを特徴とする、請求項２に記載のモータ中央軸。
4. 前記中空段が前記第２端まで延伸し、前記第２貫通孔が第２端に近接することを特徴とする、請求項２に記載のモータ中央軸。
5. 前記コネクタは、前記電池の導電極と接触する正・負電極、及び前記電池の第１係着構造に対応する第２係着構造を有することを特徴とする、請求項１に記載のモータ中央軸。
6. 中空段を有し、第１端と第２端とを有し、前記第１端と前記第２端との間に、モータのステータとの固定に用いられる取付部を有し、前記第２端に第２接続構造が設けられているモータ中央軸であって、
   前記第１端には第１接続構造が設けられ、前記第１接続構造にはコネクタが接続され、前記コネクタは、電池に接続することを特徴とする、モータ中央軸。
7. モータとトランスミッションとを含むアクチュエータであって、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ中央軸をさらに含み、前記取付部が前記モータのステータと固定され、前記モータのロータを前記モータ中央軸に被せて前記トランスミッションと伝動させ、前記トランスミッションのケースが、前記中央軸に対して回動するように構成されることを特徴とする、アクチュエータ。
8. 前記トランスミッションのケースの外周縁は前記ステータ側に向かって延伸してリング状アームを形成し、前記リング状アームの外側面には接続部が形成されており、前記リング状アームは、前記ステータを囲むリング状溝を有し、前記リング状溝は前記電池のリング状部を収容することを特徴とする、請求項７に記載のアクチュエータ。
9. リムとインナーハブとを含む車輪であって、
   前記インナーハブは請求項７又は８に記載のアクチュエータを含み、前記トランスミッションのケースが前記リムに接続することを特徴とする、車輪。
10. 請求項９に記載の車輪を含むことを特徴とする、車椅子。
    
    

Images