(57)【要約】  【課題】本発明は、装置規模を増大させることなく、効率的に装置内部の駆動熱を外部へ放出することが可能なモータ装置及びこれを用いた電動自転車の提供を目的とする。  【解決手段】本発明に係るハブモータ装置２０において、駆動機構部２１の外筐２１３は、吸気口２１３ｂと排気口２１３ｃを有して成り、駆動機構部２１及び減速機構部２２の周囲を回転可能に支持されたハブ２３は、その内壁に、吸気口２１３ｂから外筐２１３内部を経て排気口２１３ｃへと至る空気流を生み出すフィン２３１を有して成る。【選択図】      図３
2005278234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持された回転子と、該回転子に回転トルクを印加する固定子と、前記回転子及び前記固定子を収容または固定する外筐と、を有して成る駆動機構部と；該駆動機構部の一部または全部を内包し、前記駆動機構部の回転出力に応じて前記駆動機構部の周囲を回転可能に支持された被回転部材と；を有して成るモータ装置において、
前記外筐は、その外部の空気をその内部に取り込むための吸気口と、その内部の空気をその外部に排出するための排気口と、を有して成り、前記被回転部材は、その内壁に、前記吸気口から前記外筐内部を経て前記排気口へと至る空気流を生み出すフィンを有して成ることを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記被回転部材は、その外部と前記吸気口及び前記排気口とを連通する連絡経路を有して成ることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車。
【請求項３】
車軸と；車輪と；回転可能に支持された回転子と、該回転子に回転トルクを印加する固定子と、前記車軸に固設され、前記回転子及び前記固定子を収容または固定する外筐と、を有して成る駆動機構部と；前記駆動機構部の回転出力を減速する減速機構部と；前記駆動機構部及び前記減速機構部の一部または全部を内包し、前記減速機構部を介して伝達される前記駆動機構部の回転出力に応じて前記駆動機構部及び前記減速機構部の周囲を回転可能に支持された被回転部材であって、前記車輪に固設され、当該車輪を前記車軸中心で回転可能に支持するハブと；を有して成る電動自転車において、
前記外筐は、その外部の空気をその内部に取り込むための吸気口と、その内部の空気をその外部に排出するための排気口と、を有して成り、前記ハブは、その内壁に、前記吸気口から前記外筐内部を経て前記排気口へと至る空気流を生み出すフィンを有して成ることを特徴とする電動自転車。
【請求項４】
前記車軸及び／または前記ハブは、その外部と前記吸気口及び前記排気口とを連通する連絡経路を有して成ることを特徴とする請求項３に記載の電動自転車。
【請求項５】
前記フィンは、前記減速機構部を介することなく前記吸気口に流入する空気流を生じさせる形状及び／または配置とされていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電動自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーを機械エネルギー（回転エネルギー）に変換するモータ装置及びこれを用いた電動自転車に関するものであり、特に、モータ装置の熱対策技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、モータ装置の熱対策技術として、回転可能に軸支された回転子と、前記回転子に回転トルクを印加する固定子と、前記回転子及び前記固定子を収容する外筐と、前記回転子に一体的に取り付けられた冷却ファンと、前記冷却ファンの回転作用により外気を前記外筐の内部に取り込むために穿設された吸気口と、前記冷却ファンの回転作用により前記外筐内の空気を外部に排出するために穿設された排気口と、を具備して成るモータ装置が開示・提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００２−３５４７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
確かに、上記構成から成るモータ装置であれば、装置規模を増大させることなく、装置内部の駆動熱を外部へ放出することが可能である。
【０００４】
しかしながら、上記構成から成るモータ装置は、固定子の高密度巻線構造により形成されたデッドスペースに冷却ファンを取り付ける構成であるため、当該冷却ファンのサイズは、決して広いとは言えない上記デッドスペースに収容可能なサイズに制限されていた。そのため、上記構成から成るモータ装置では、その小型化・高性能化に伴い、冷却ファンの放熱能力が不十分となるおそれがあった。
【０００５】
特に、電動ハイブリッド自転車のハブ（車輪軸部）に搭載されるモータ装置（以下、ハブモータ装置と呼ぶ）では、ハブによって外気との熱交換が遮られるため、上記課題がより顕著に現れるおそれがあった。
【０００６】
また、上記のハブモータ装置については、自転車の機能性やデザイン性にできる限り影響を与えないように、そのサイズ縮小が強く望まれており、その回転軸方向（幅方向）のサイズは、前輪を左右から挟持するフレーム間に設置可能なサイズに限られていた。そのため、このようなハブモータ装置では、上記のデッドスペースが極力排除されており、当該デッドスペースに冷却ファンを設けることすら困難な場合もあった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑み、装置規模を増大させることなく、効率的に装置内部の駆動熱を外部へ放出することが可能なモータ装置、及びこれを用いた電動自転車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るモータ装置は、回転可能に支持された回転子と、該回転子に回転トルクを印加する固定子と、前記回転子及び前記固定子を収容または固定する外筐と、を有して成る駆動機構部と；該駆動機構部の一部または全部を内包し、前記駆動機構部の回転出力に応じて前記駆動機構部の周囲を回転可能に支持された被回転部材と；を有して成るモータ装置において、前記外筐は、その外部の空気をその内部に取り込むための吸気口と、その内部の空気をその外部に排出するための排気口と、を有して成り、前記被回転部材は、その内壁に、前記吸気口から前記外筐内部を経て前記排気口へと至る空気流を生み出すフィンを有して成る構成としている。
【０００９】
なお、上記構成から成るモータ装置において、前記被回転部材は、その外部と前記吸気口及び前記排気口とを連通する連絡経路を有して成る構成にするとよい。
【００１０】
一方、本発明に係る電動自転車は、車軸と；車輪と；回転可能に支持された回転子と、該回転子に回転トルクを印加する固定子と、前記車軸に固設され、前記回転子及び前記固定子を収容または固定する外筐と、を有して成る駆動機構部と；前記駆動機構部の回転出力を減速する減速機構部と；前記駆動機構部及び前記減速機構部の一部または全部を内包し、前記減速機構部を介して伝達される前記駆動機構部の回転出力に応じて前記駆動機構部及び前記減速機構部の周囲を回転可能に支持された被回転部材であって、前記車輪に固設され、当該車輪を前記車軸中心で回転可能に支持するハブと；を有して成る電動自転車において、前記外筐は、その外部の空気をその内部に取り込むための吸気口と、その内部の空気をその外部に排出するための排気口と、を有して成り、前記ハブは、その内壁に、前記吸気口から前記外筐内部を経て前記排気口へと至る空気流を生み出すフィンを有して成る構成としている。
【００１１】
なお、本発明に係る電動自転車において、前記車軸及び／または前記ハブは、その外部と前記吸気口及び前記排気口とを連通する連絡経路を有して成る構成にするとよい。
【００１２】
また、本発明に係る電動自転車において、前記フィンは、前記減速機構部を介することなく前記吸気口に流入する空気流を生じさせる形状及び／または配置にするとよい。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成から成るモータ装置及びこれを用いた電動自転車であれば、装置規模を増大させることなく、効率的に装置内部の駆動熱を外部へ放出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、電動ハイブリッド自転車に搭載されるハブモータ装置に本発明を適用した場合を例に挙げて詳細な説明を行う。
【００１５】
図１は本発明に係る電動ハイブリッド自転車の一実施形態を示す全体図である。本図に示すように、本実施形態の電動ハイブリッド自転車１は、そのフレーム２に前輪３、後輪４、ハンドル５及びサドル６が取り付けられて成り、前輪３はハンドル５によって操舵されるように構成されている。
【００１６】
また、フレーム２のサドル支持部分には、後述する電動駆動部１０の電源となるバッテリ１７が着脱自在に取り付けられている。本実施形態では、略２４ボルトの電源電圧を生成可能なバッテリ１７を用いている。なお、バッテリ１７の設置位置はこれに限定されるものではなく、他の箇所（かご１６の下など）に設けてもよい。
【００１７】
人力駆動部７は、ペダル８及びチェーン９を備えて成り、使用者がペダル８を踏むことで、チェーン９を介して後輪４が回転される。なお、本実施形態では、人力を後輪４に伝達する部材としてチェーン９を用いた場合を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、チェーン９の代わりにベルトや回転軸等を用いても構わない。
【００１８】
前輪３のハブ（回転軸部）に設けられる電動駆動部１０は、後ほど詳述するハブモータ装置を具備して成り、電動駆動が必要なときに前記ハブモータ装置を駆動することで、人力駆動部１０と共に後輪４を回転させる。なお、前輪３は、チェーン９や不図示の変速機などから独立しているため、当該前輪３のハブに電動駆動部１０を設けることにより、そのメンテナンス性を向上することが可能となる。ただし、電動駆動部１０の設置位置はこれに限定されるものではなく、後輪４のハブに設けても構わない。
【００１９】
前輪３の操舵手段であるハンドル５の左右両端には、ブレーキレバー１１がそれぞれ取付けられており、該ブレーキレバー１１は、前輪３及び後輪４のブレーキ装置１２、１３とワイヤ１４、１５によってそれぞれ連結されている。また、ハンドル５の前方にはかご１６が設けられている。なお、ワイヤ１４、１５の途中には図示しないブレーキスイッチが設けられており、ブレーキレバー１１を操作したときに、電動駆動部１０への通電が停止され、バッテリ１７への電力回生が開始される機構となっている。
【００２０】
次に、電動駆動部１０に具備されるハブモータ装置の構造及び動作について詳細に説明する。図２及び図３は本発明に係るハブモータ装置の設置状態及び内部構造を各々模式的に示す断面図である。なお、図２及び図３（ａ）は、ハブモータ装置を自転車１前方から見た際の断面図であり、図３（ｂ）は、ハブモータ装置を図３（ａ）のＡ−Ａ’で切断した際の断面図である。
【００２１】
図２に示すように、本実施形態のハブモータ装置２０は、不図示のバッテリ部１７から供給される電気エネルギーを機械エネルギー（回転エネルギー）に変換する駆動機構部２１と、駆動機構部２１の回転出力を減速する減速機構部２２と、減速機構部２２を介して伝達される駆動機構部２１の回転出力に応じて、それに固設された前輪３を車軸１８ａ、１８ｂ中心で回転可能に支持するハブ２３と、を有して成る。
【００２２】
駆動機構部２１は、図３に示すように、回転子２１１と、固定子２１２と、外筐２１３と、を有して成る。回転子２１１は、永久磁石が埋設された回転子鉄心２１１ａとそれに連結された回転子軸２１１ｂから成り、ベアリングＢ１、Ｂ２によって回転可能に支持されている。なお、回転子軸２１１ｂの一端は、外筐２１３から突出しており、当該一端には、減速機構部２２に回転出力を伝達するためのギヤ（不図示）が刻まれている。固定子２１２は、固定子鉄心２１２ａとそれに巻き回された固定子巻線２１２ｂから成り、外筐２３に穿設された電源引出口２１３ａを介して不図示のバッテリ部１７から電力供給を受け、回転子２１１に回転トルクを印加する。回転子２１１及び固定子２１２を収容する外筐２１３は、車軸１８ａに直接固設されるとともに、後述する減速機構部２２の遊星ギヤ軸２２２及び遊星ギヤ軸固定ブラケット２２３を介して車軸１８ｂにも固設されている。また、本実施形態の外筐２１３は、上記した電源引出口２１３ａのほか、その外部の空気をその内部に取り込むための吸気口２１３ｂと、その内部の空気をその外部に排出するための排気口２１３ｃと、を有して成る。一方、外筐２１３に固設される車軸１８ａ、１８ｂは、その外部と吸気口２１３ｂ及び排気口２１３ｃとを連通する連絡経路として、中空部１８ｃ、１８ｄを各々有して成る。このような構成とすることにより、後述するフィン２３１の回転作用によって、内外気の交換を効率的に進めることが可能となる。
【００２３】
なお、上記した連絡経路を実現する手段としては、車軸１８ａ、１８ｂを中空パイプで形成するほか、車軸１８ａ、１８ｂやハブ２３にチューブ等を貫通させても構わない。同様に、上記した吸気口２１３ｂ及び排気口２１３ｃについても、外筐２１３にチューブ等を貫通させることで実現しても構わない。
【００２４】
減速機構部２２は、回転子軸２１１ｂの一端に刻まれたギヤに咬合する遊星ギヤ２２１と、遊星ギヤ２２１の回転中心となる遊星ギヤ軸２２２と、外筐２１３及び遊星ギヤ軸２２２を車軸１８ｂに固定するための遊星ギヤ軸固定ブラケット２２３と、遊星ギヤ２２１に咬合する内歯ギヤ（インターナルギヤ）２２４と、を有して成り、駆動機構部２１の回転出力を遊星ギヤ２２２及び内歯ギヤ２２４で必要レベル（例えば１６分の１）に減速してからハブ２３に伝達する。
【００２５】
ハブ２３は、駆動機構部２１の一部及び減速機構部２２の全部を内包し、減速機構部２２を介して伝達される駆動機構部２１の回転出力に応じて駆動機構部２１及び減速機構部２２の周囲を回転可能に支持された被回転部材であり、その内壁に、吸気口２１３ｂから外筐２１３内部を経て排気口２１３ｃへと至る空気流（図２、図３中の矢印の向きに流れる空気流）を生み出すフィン２３１を有して成る。なお、ハブ２３と外筐２１３との間、及び、ハブ２３と車軸１８ｂとの間は、各々ベアリングＢ３、Ｂ４が設けられている。
【００２６】
続いて、上記構成から成るハブモータ装置２０の放熱動作について詳細な説明を行う。
【００２７】
上記構成から成るハブモータ装置２０にバッテリ部１７から電力が供給され、駆動機構部２１及び減速機構部２２によってハブ２３が回転されると、それに伴って回転するフィン２３１により、ハブ２３内部には、前述の通り、図２、図３中の矢印の向きに流れる空気流が生成される。
【００２８】
すなわち、ハブモータ装置２０の駆動時には、フィン２３１の回転作用により、車軸１８ａの中空部１８ｃに連通する吸気口２１３ｂから、ベアリングＢ１を通して外筐２１３の内部に外気が取り込まれ、発熱源（特に、固定子巻線２１２ｂ）が冷却されることになる。また、本実施形態のハブモータ装置２０では、電源引出口２１３ａも吸気口として流用されており、当該電源引出口２１３ａからも外筐２１３内部に外気が取り込まれる。
【００２９】
一方、発熱源との熱交換によって暖められた外筐２１３内部の空気は、フィン２３１の回転作用により、排気口２１３ｃ及びベアリングＢ２を通して外筐２１３の外部へ導き出され、ハブ２３内部の空気とともに車軸１８ｂの中空部１８ｄから外部へと放出される。
【００３０】
このように、本実施形態のハブモータ装置２０では、ハブ２３の内壁に取り付けられたフィン２３１の回転作用により、装置規模を増大させることなく、効率的に外筐２１３内部の空冷並びにハブ２３内部の放熱を行うことが可能となる。なお、フィン２３１は、ハブモータ装置２０の駆動時に回転されるハブ２３の内壁に取り付けられているため、その放熱作用を得るに際して、余分なエネルギーが消費されることはない。
【００３１】
また、本実施形態のハブモータ装置２０は、ハブ２３の内壁にフィン２３１を設ける構成であるため、外筐２１３の内部にフィンを設ける構成に比べて、フィン２３１の設置スペースを広く取ることができる。従って、車軸方向（幅方向）へのサイズ増大を伴うことなくフィン２３１の設置枚数を増大し、その放熱特性の向上を図ることが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態のハブモータ装置２０において、フィン２３１は、減速機構部２２を介することなく吸気口２１３ｂに流入する空気流（すなわち、図２、図３中の矢印の向きに流れる空気流）を生じさせる形状及び配置とされている。このように、外気を直接吸入口２１３ｂに導く構成とすることにより、外筐２１３内の発熱源を効率的に冷却することが可能となる。ただし、空気流の方向はこれに限定されるものではなく、フィン２３１の形状や配置を本実施形態と逆にして、空気流の方向を逆転させても構わない。
【００３３】
なお、上記では、電動ハイブリッド自転車に搭載されるハブモータ装置に本発明を適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、駆動機構部の一部または全部を内包し、該駆動機構部の回転出力に応じてその周囲を回転可能に支持された被回転部材を有して成るモータ装置全般に広く適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、モータ装置の小型化・高性能化を図る上で有用な技術であり、特に、電動自転車のハブに搭載されるハブモータ装置の熱対策に好適な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】は、本発明に係る電動ハイブリッド自転車の一実施形態を示す全体図である。
【図２】は、本発明に係るハブモータ装置の設置状態を模式的に示す断面図である。
【図３】は、本発明に係るハブモータ装置の内部構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    電動ハイブリッド自転車
２    フレーム
３    前輪
４    後輪
５    ハンドル
６    サドル
７    人力駆動部
８    ペダル
９    チェーン
１０    電動駆動部
１１    ブレーキレバー
１２、１３    ブレーキ装置
１４、１５    ワイヤ
１６    かご
１７    バッテリ部
１８ａ、１８ｂ    車軸
１８ｃ、１８ｄ    中空部
２０    ハブモータ装置
２１    駆動機構部
２１１    回転子
２１１ａ    回転子鉄心
２１１ｂ    回転子軸
２１２    固定子
２１２ａ    固定子鉄心
２１２ｂ    固定子巻線
２１３    外筐
２１３ａ    電源引出口
２１３ｂ    吸気口
２１３ｃ    排気口
２２    減速機構部
２２１    遊星ギヤ
２２２    遊星ギヤ軸
２２３    遊星ギヤ軸固定ブラケット
２２４    内歯ギヤ
２３    ハブ
２３１    フィン
Ｂ１〜Ｂ４    ベアリング
【図１】
2005278234.tif 000003
【図２】
2005278234.tif 000004
【図３】
2005278234.tif 000005