(57)【要約】【課題】本発明は、従来の小径モータでは出力トルクが足りないという問題を解決することにある。【解決手段】本発明は、電動自転車に用いる電動モータであって、長さが幅より顕著に大きく、前記電動モータの回転子が前記電動モータの固定子の外側に設置され、前記回転子と前記モータ軸との間の距離が増加することで、トルクが増加してモーメントアームが大きくなることから、前記回転子が回転過程において、前記モータ軸に向かって接続する伝動ユニットにさらに大きな出力トルクを提供することができ、本発明は、従来構造の電動モータの長さに基づいてさらに大きな出力トルクを提供することができ、従来のインナーロータ構造による実施で存在する出力トルクが足りないという問題を解決している。【選択図】図３
2018153052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さが幅より顕著に大きく、中空で、収容空間を形成し、前記収容空間で相対する二つの端部にそれぞれ取り付けられる二つの端部板を有し、これら端部板のうちの一つに前記収容空間に連通する取付け部と、前記取付け部に対応するように設置する取付け支持部とを設けるハウジングと、
前記収容空間に向かい合う前記取付け支持部の一方に設ける固定子と、
前記取付け部を貫通して前記収容空間に進入し、これら端部板にそれぞれ取付けられる二つのベアリングをさらに嵌合するモータ軸と、
前記収容空間内に設置し、回転子支持部によって前記モータ軸に接続し、且つ前記固定子の外側に設置する回転子と、を包含することを特徴とする、電動自転車に用いる電動モータ。
【請求項２】
前記ハウジングは、車体フレームのダウンチューブであることを特徴とする請求項１に記載の、電動自転車に用いる電動モータ。
【請求項３】
前記モータ軸と前記取付け支持部とは、その間に第一間隙を有し、前記固定子と前記回転子とは、その間に第二間隙を有することを特徴とする請求項１或いは２に記載の、電動自転車に用いる電動モータ。
【請求項４】
前記回転子と前記ハウジングとは、その間に第三間隙を有することを特徴とする請求項３に記載の、電動自転車に用いる電動モータ。
【請求項５】
取付け部と、前記取付け部に対応するように設置する取付け支持部とを有する端部板と、
前記取付け支持部の外縁に設けられる固定子と、
前記取付け部を貫通し、前記取付け部と組み合う第一部分と、前記第一部分から一体的に延在する第二部分とを有し、前記第二部分の軸径は、前記第一部分の軸径より小さく、前記第一部分は、前記取付け部に対応するように設置する第一ベアリングを嵌合し、前記第二部分は、前記取付け支持部内に設ける少なくとも一つの第二ベアリングを嵌合するモータ軸と、回転子支持部によって前記モータ軸の前記第二部分に接続し、且つ前記固定子の外側に設置する回転子と、を包含し、
前記電動モータは、長さが幅より顕著に大きいことを特徴とする、電動自転車に用いる電動モータ。
【請求項６】
前記電動モータは、収容空間を有するハウジングをさらに包含し、前記端部板が前記ハウジングに対応するように設置することで、前記固定子及び前記回転子を前記収容空間内に設けることを特徴とする請求項５に記載の、電動自転車に用いる電動モータ。
【請求項７】
前記ハウジングは、車体フレームのダウンチューブであることを特徴とする請求項６に記載の、電動自転車に用いる電動モータ。
【請求項８】
前記モータ軸と前記取付け支持部とは、その間に第一間隙を有し、前記固定子と前記回転子とは、その間に第二間隙を有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の、電動自転車に用いる電動モータ。
【請求項９】
前記回転子と前記ハウジングとは、その間に第三間隙を有することを特徴とする請求項８に記載の、電動自転車に用いる電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータ、特に電動自転車に用いる電動モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今の電動自転車のモータは、ハブモータ（Ｈｕｂ  Ｍｏｔｏｒ）及びクランクモータによって実施されることが普遍的である。そのうち、前記ハブモータは、特許文献１や特許文献２で掲示されているとおり、直径が大きく、幅が小さいフラットタイプのモータで、主に車輪の位置に取付けられることで車輪の回転を直接駆動している。また、前記クランクモータは、特許文献３で掲示されているとおり、主に自転車車体フレームのクランク軸の位置に取付けられ、前記クランクモータを実施するときは、ギヤボックスを使用する必要がある。だが、前記ハブモータ及び前記クランクモータは、実際の使用において損傷し易く、且ついずれも前記電動自転車の外観を変えることから、電動自転車の全体のデザイン性を損なっている。
【０００３】
しかし、現在の一部の電動自転車、例えば電動補助（アシスト）自転車（Ｐｅｄａｌ−Ａｓｓｉｓｔ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂｉｋｅ）では、最初から電動モータを車体フレームのシートチューブ（Ｓｅａｔ  Ｔｕｂｅ）或いはダウンチューブ（Ｄｏｗｎ  Ｔｕｂｅ）内に取付けられ、前記電動モータをチューブ内に取り付けることで、自転車全体の外観のデザイン性を保とうとしている。だが、前記車体フレームの前記シートチューブ或いは前記ダウンチューブの管径はいずれも大きくないことから、前記電動モータの直径を前記シートチューブ或いは前記ダウンチューブに適合した管径にしなければならない、つまり、前記電動モータは小径で実施するしかない。前記電動モータを同じ長さでサイズを小さくすると、前記電動モータ全体のトルクの出力に影響を及ぼし、前記電動自転車に必要な動力を与えることができなくなる。また、電動モータの長さを増加させることもできるが、前記電動モータの構成全体を長くすると、前記電動モータ全体の重量が重くなり、製造コストが増え、製造が困難になる上、作業効率が低下し、問題を解決することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】アメリカ特許明細書第７，１５６，１９６号
【特許文献２】アメリカ特許明細書第９，４５３，５３６号
【特許文献２】アメリカ特許公開第２０１６／０３０３９６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主な目的は、従来の小径モータでは出力トルクが足りないという問題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を解決するため、本発明は、ハウジング、固定子、モータ軸及び回転子を包含する、電動自転車に用いる電動モータを提供している。前記ハウジングは、長さが幅より顕著に大きく、中空で、収容空間を形成し、前記収容空間で相対する二つの端部にそれぞれ取り付けられる二つの端部板を有し、これら端部板のうちの一つに前記収容空間に連通する取付け部と、前記取付け部に対応するように設置する取付け支持部とを設け、前記固定子は、前記収容空間に向かい合う前記取付け支持部の一方に設け、前記モータ軸は、前記取付け部を貫通して前記収容空間に進入し、これら端部板にそれぞれ取付けられる二つのベアリングをさらに嵌合し、前記回転子は、前記収容空間内に設置し、回転子支持部によって前記モータ軸に接続し、且つ前記固定子の外側に設置している。
【０００７】
また、実施例において、前記ハウジングは、車体フレームのダウンチューブである。
【０００８】
また、実施例において、前記モータ軸と前記取付け支持部とは、その間に第一間隙を有し、前記固定子と前記回転子とは、その間に第二間隙を有している。さらにいうと、前記回転子と前記ハウジングとは、その間に第三間隙を有している。
【０００９】
上述したこと以外に、本発明は、端部板、固定子、モータ軸及び回転子を包含する、電動自転車に用いる電動モータをさらに提供している。前記端部板は、取付け部と、前記取付け部に対応するように設置する取付け支持部とを有し、前記固定子は、前記取付け支持部の外縁に設けられ、前記モータ軸は、前記取付け部を貫通し、前記取付け部と組み合う第一部分と、前記第一部分から一体的に延在する第二部分とを有し、前記第二部分の軸径は、前記第一部分の軸径より小さく、前記第一部分は、前記取付け部に対応するように設置する第一ベアリングを嵌合し、前記第二部分は、前記取付け支持部内に設ける少なくとも一つの第二ベアリングを嵌合し、前記回転子は、回転子支持部によって前記モータ軸の前記第二部分に接続し、且つ前記固定子の外側に設置している。そのうち、前記電動モータは、長さが幅より顕著に大きい。
【００１０】
また、実施例において、前記電動モータは、収容空間を有するハウジングをさらに包含し、前記端部板が前記ハウジングに対応するように設置することで、前記固定子及び前記回転子を前記収容空間内に設けている。
【００１１】
また、実施例において、前記モータ軸と前記取付け支持部とは、その間に第一間隙を有し、前記固定子と前記回転子とは、その間に第二間隙を有している。さらにいうと、前記回転子と前記ハウジングとは、その間に第三間隙を有している。
【発明の効果】
【００１２】
上述したことを介して従来のものと比較すると、本発明は、以下のような利点を有している。本発明に係る前記電動モータは、前記電動自転車に実施するために設計したものであって、前記電動モータ全体の長さは、前記電動モータ全体の幅より大きいことから、前記電動モータは、前記車体フレームの前記ダウンチューブ内に配置することができる。また、本発明に係る前記回転子は、前記固定子の外側に設置し、前記回転子と前記モータ軸との間の距離が増加、即ち、トルクが増加してモーメントアームが大きくなることから、前記回転子が回転過程において、前記モータ軸に向かって接続する伝動ユニットにさらに大きな出力トルクを提供することができ、つまり、本発明は、従来構造の電動モータの長さに基づいてさらに大きな出力トルクを提供することができ、出力トルクを２０％〜５０％向上し、従来の小径モータにある出力トルクが足りないという問題を解決している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例を取り付けた電動自転車を示す模式図である。
【図２】本発明のもう一つの実施例を取り付けた電動自転車を示す模式図である。
【図３】本発明に係る電動モータの実施例を示す模式図である。
【図４】本発明に係る電動モータのもう一つの実施例を示す模式図である。
【図５】本発明に係る電動モータのもう一つの実施例を示す模式図である。
【図６】本発明に係る電動モータのもう一つの実施例を示す模式図である。
【図７】本発明に係る電動モータのもう一つの実施例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る詳細な説明及び技術的内容について、図面を参照しつつ以下において説明する。
【００１５】
図１乃至図４を参照すると、本発明は、電動自転車に用いる電動モータ１０を提供し、前記電動モータ１０は、ニーズに応じて、図１及び図２のように、電動自転車２００の車体フレーム２０１内側或いは前記車体フレーム２０１外側に配置することができる。さらにいうと、前記電動モータ１０は前記車体フレーム２０１のダウンチューブ２０２に配置されることができ前記電動モータ１０の外径は、前記ダウンチューブ２０２の管径に応じて設計することができる。また、前記電動モータ１０は、バッテリ２０３から駆動に必要な電力を取得し、前記バッテリ２０３の電力量によって前記電動モータ１０の駆動時間が決定している。また、前記電動モータ１０は、制御モジュール２０４に接続することで前記制御モジュール２０４から駆動信号を取得し、前記駆動信号に基づいて回転速度の増減といった回転動作を発生させている。また、前記電動モータ１０は、伝動ユニット２０５にも接続し、前記伝動ユニット２０５は、前記電動モータ１０の連動を受けて駆動主軸２０６の回転を押動させ、前記駆動主軸２０６の回転は、前記電動自転車２００の少なくとも一つの車輪２０７を回転させることで、前記電動自転車２００を前進させている。なお、前記伝動ユニット２０５は、さらに減速機構とすることができる。前記伝動ユニット２０５には、様々な具体的な実施態様があるが、本発明の要点ではなく、当該業者は、この名称によって一義的に知り得ることができるため、本発明では、これ以上言及せず、また、その態様も限定しない。
【００１６】
前記電動モータ１０は、ハウジング１１、固定子１２、モータ軸１３及び回転子１４を包含している。そのうち、本発明に係る前記ハウジング１１は、管状を呈し、即ち、前記ハウジング１１の長さは、前記ハウジング１１の幅より顕著に大きい。前記ハウジング１１は、前記車体フレーム２０１の前記ダウンチューブ２０２の一部分、或いは独立した部材とすることができ、具体的にいうと、本発明は、前記車体フレーム２０１の前記ダウンチューブ２０２の一部分を前記ハウジング１１とし、図４のように、関連部材を前記ダウンチューブ２０２内に順次設置している。また、前記ハウジング１１が独立した部材の場合、前記電動モータ１０が組み立てられると、図３のように、独立した部材として前記ダウンチューブ２０２内に取付けたり、前記車体フレーム２０１上に取付けたりすることができる。一方、本発明に係る前記ハウジング１１は、中空で、収容空間１１１を形成し、前記収容空間１１１で相対する二つの端部１１２、１１３にそれぞれ取り付けられる二つの端部板１１４、１１５を有している。これら端部板１１４、１１５のうちの一つに前記収容空間１１１に連通する取付け部１１６と、前記取付け部１１６に対応するように設置する取付け支持部１１７とを設け、さらにいうと、前記取付け部１１６は、通孔を有するベアリングスロットとすることができる。また、前記固定子１２は、前記収容空間１１１に向かい合う前記取付け支持部１１７の一方に設け、本実施例において、前記固定子１２上に複数の巻線（図示されていない）を設けることができ、これら巻線は前記固定子１２の円周に等間隔に設置し、各前記巻線は、前記制御モジュール２０４と接続することで、前記制御モジュール２０４から前記駆動信号を受けて磁力を発生させている。また、前記モータ軸１３は、前記伝動ユニット２０５と伝動する関係を形成するができ、前記取付け部１１６を貫通して前記収容空間１１１に進入し、これら端部板１１４、１１５にそれぞれ取付けられる二つのベアリング１１８、１１９をさらに嵌合している。さらにいうと、これらベアリング１１８、１１９は、それぞれこれら端部板１１４、１１５に別個に取付けられているため、相対する前記モータ軸１３の両端に位置している。前記モータ軸１３は、これらベアリング１１８、１１９の支持を受け、前記ハウジング１１に対して安定的に回転を行うことができる。
【００１７】
前記回転子１４は、前記収容空間１１１内に設置し、回転子支持部１４１によって前記モータ軸１３に接続し、前記モータ軸１３と連動する関係を呈し、前記回転子１４上には複数の永久磁石（図示されていない）を配置することができ、これら永久磁石は前記回転子１４の円周に等間隔に設置し、通電後のこれら巻線と磁気推力を発生することで、前記回転子１４の回転を発生させている。また、本発明に係る前記回転子１４は、前記固定子１２の外側に設置し、即ち本発明は、アウターロータ構造で実施している。さらにいうと、本発明に係る前記モータ軸１３と前記取付け支持部１１７とは、その間に第一間隙１５０を有し、前記固定子１２と前記回転子１４とは、その間に第二間隙１５１を有している。これ以外に、前記回転子１４と前記ハウジング１１とは、その間に第三間隙１５２を有している。
【００１８】
本発明を従来のものと比較すると、本発明は、前記回転子１４と前記モータ軸１３との間の距離を増加、即ち、トルクが増加してモーメントアームが大きくなることから、前記回転子１４が回転過程において、前記モータ軸１３に向かって接続する前記伝動ユニット２０５にさらに大きな出力トルクを提供することができ、つまり、本発明は、従来構造の電動モータの長さに基づいてさらに大きな出力トルクを提供することができ、出力トルクを２０％〜５０％向上し、従来のインナーロータにある出力トルクが足りないという問題を解決している。
【００１９】
また、本発明は、図５のように、上述した実施例以外にもう一つの実施例を提供しており、本実施例において、前記電動モータ３０は、端部板３１、固定子３２、モータ軸３３及び回転子３４を包含している。そのうち、前記端部板３１は、取付け部３１１と、前記取付け部３１１に対応するように設置する取付け支持部３１２とを有し、さらにいうと、前記取付け部３１１は、通孔を有するベアリングスロットとすることができる。また、前記固定子３２は、前記取付け支持部３１２の外縁に設けられており、その実施方法は、上述した実施例のように行うことができることから、ここでは言及しない。また、前記モータ軸３３は、前記取付け部３１１を貫通し、前記取付け部３１１と組み合う第一部分３３１と、前記第一部分３３１から一体的に延在する第二部分３３２とを有し、前記第二部分３３２の軸径は、前記第一部分３３１の軸径より小さく、即ち、本実施例に係る前記モータ軸３３は、前記第一部分３３１と前記第二部分３３２との間において軸径変化部分３３３を有し、前記軸径変化部分３３３は、図５のように円錐状に実施したり、段差をつけて実施したりすることができる。さらにいうと、前記第一部分３３１は、前記取付け部３１１に対応するように設置する第一ベアリング３３４を嵌合し、前記第二部分３３２は、前記取付け支持部３１２内に設ける少なくとも一つの第二ベアリング３３５を嵌合し、前記第一ベアリング３３４は前記第二ベアリング３３５とともに前記モータ軸３３を支持し、安定的に回転を行うことができる。また、前記回転子３４は、回転子支持部３４１によって前記モータ軸３３の前記第二部分３３２に接続し、且つ前記固定子３２の外側に設置している。また、前記回転子３４上には複数の永久磁石（図示されていない）を配置することができ、これら永久磁石は前記回転子３４の円周に等間隔に設置し、通電後のこれら巻線と磁気推力を発生することで、前記回転子３４の回転を発生させている。さらにいうと、本実施例に係る前記電動モータ３０は、長さが幅より顕著に大きい、つまり、本発明に係る前記電動モータ３０は、全体的に管状を呈している。これにより、前記回転子３４と前記モータ軸３３との間の距離を増加し、トルクが増加してモーメントアームが大きくなることから、前記回転子３４が回転過程において、前記モータ軸３３に向かって接続する前記伝動ユニット２０５に２０％〜５０％向上したさらに大きな出力トルクを提供している。
【００２０】
また、実施例において、前記電動モータ３０は、収容空間３５１を有するハウジング３５をさらに包含し、前記端部板３１が前記ハウジング３５に対応するように設置することで、前記固定子３２及び前記回転子３４を前記収容空間３５１内に設けている。さらにいうと、前記ハウジング３５は、前記車体フレーム２０１の前記ダウンチューブ２０２、或いは独立した部材とすることができる。前記ハウジング３５が前記ダウンチューブ２０２の場合、前記電動モータ３０に属する前記端部板３１は、図６のように、前記ダウンチューブ２０２内に直接取付けることで、前記固定子３２、前記モータ軸３３及び前記回転子３４は、前記ダウンチューブ２０２内にそれぞれ位置することができる。前記ハウジング３５が独立した部材の場合、前記電動モータ３０が組み立てられると、図７のように、独立した部材として前記ダウンチューブ２０２内に取付けたり、前記車体フレーム２０１上に取付けたりすることができる。さらにいうと、本発明に係る前記モータ軸３３と前記取付け支持部３１２とは、その間に第一間隙３６０を有し、前記固定子３２と前記回転子３４とは、その間に第二間隙３６１を有している。また、前記回転子３４と前記ハウジング３５とは、その間に第三間隙３６２を有している。
【００２１】
なお、以上のように、本発明を詳細に説明したが、上述したものは、本発明に係る好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を制限するものではなく、本発明が請求する範囲に基づいて行った変化や修正は、いずれも本発明の範疇に属するものである。
【符号の説明】
【００２２】
１０            電動モータ
１１            ハウジング
１１１          収容空間
１１２、１１３  端部
１１４、１１５  端部板
１１６          取付け部
１１７          取付け支持部
１１８、１１９  ベアリング
１２            固定子
１３            モータ軸
１４            回転子
１４１          回転子支持部
１５０          第一間隙
１５１          第二間隙
１５２          第三間隙
２００          電動自転車
２０１          車体フレーム
２０２          ダウンチューブ
２０３          バッテリ
２０４          制御モジュール
２０５          伝動ユニット
２０６          駆動主軸
２０７          車輪
３０            電動モータ
３１            端部板
３１１          取付け部
３１２          取付け支持部
３２            固定子
３３            モータ軸
３３１          第一部分
３３２          第二部分
３３３          軸径変化部分
３３４          第一ベアリング
３３５          第二ベアリング
３４            回転子
３４１          回転子支持部
３５            ハウジング
３５１          収容空間
３６０          第一間隙
３６１          第二間隙
３６２          第三間隙
【図１】
2018153052.tif 000003
【図２】
2018153052.tif 000004
【図３】
2018153052.tif 000005
【図４】
2018153052.tif 000006
【図５】
2018153052.tif 000007
【図６】
2018153052.tif 000008
【図７】
2018153052.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月27日(2018.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付け部と、前記取付け部に対応するように設置する取付け支持部とを有する端部板と、
前記取付け支持部の外縁に設けられる固定子と、
前記取付け部を貫通し、前記取付け部と組み合う第一部分と、前記第一部分から一体的に延在する第二部分とを有し、前記第二部分の軸径は、前記第一部分の軸径より小さく、前記第一部分は、前記取付け部に対応するように設置する第一ベアリングを嵌合し、前記第二部分は、前記取付け支持部内に設ける少なくとも一つの第二ベアリングを嵌合するモータ軸と、回転子支持部によって前記モータ軸の前記第二部分に接続し、且つ前記固定子の外側に設置する回転子と、を包含し、
前記電動モータは、車体フレームのダウンチューブをハウジングとし、且つ、前記モータの長さが幅より顕著に大きいことを特徴とする、電動自転車に用いる電動モータ。
【請求項２】
前記電動モータは、前記ハウジングが収容空間を有し、前記端部板が前記ハウジングに対応するように設置することで、前記固定子及び前記回転子を前記収容空間内に設けることを特徴とする請求項１に記載の、電動自転車に用いる電動モータ。
【請求項３】
前記モータ軸と前記取付け支持部とは、その間に第一間隙を有し、前記固定子と前記回転子とは、その間に第二間隙を有することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の、電動自転車に用いる電動モータ。
【請求項４】
前記回転子と前記ハウジングとは、その間に第三間隙を有することを特徴とする請求項３に記載の、電動自転車に用いる電動モータ。