(57)【要約】      （修正有）【課題】モータの出力特性を改善するために一つの変速部で運転者の踏力を補助してシステムを単純化するとともに重量低減ができる電気自転車用ハブモータユニットを提供する。【解決手段】電気自転車に装着されるハブモータユニット１において、自転車フレームに設置される中空軸５、中空軸に回転可能に装備される入力端１１ａ及び出力端１１ｂを含み、入力端に被駆動スプロケット２１が装着されている変速部１１、ハブハウジング１３、ハブハウジングに組立てられるハブカバー１５、制御信号によって入力端を通して変速部に動力を提供するモータ部１７、及び中空軸の内部に取付けられた変速軸２５上に装着され、変速部を操作する変速操作部１９を含む。【選択図】図３
2012121546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自転車に装着されるハブモータユニットにおいて、
自転車フレームに設置される中空軸、
前記中空軸に回転可能に装備される入力端及び出力端を含み、前記入力端には被駆動スプロケットが装着されている変速部、
前記変速部の入力端の外側に回転可能に装着され、その内周面は前記変速部の出力端に固定連結され、その外周面はスポークを通してホイールに連結されるハブハウジング、
前記中空軸に回転可能に装着されて、前記ハブハウジングに組立てられるハブカバー、
前記ハブハウジングの内部で前記中空軸と前記変速部の入力端との間に装着されて、制御信号によって前記入力端を通して前記変速部に動力を提供するモータ部、及び
前記中空軸の内部に取付けられた変速軸上に装着され、前記変速部を操作する変速操作部、
を含むことを特徴とする電気自転車用ハブモータユニット。
【請求項２】
前記変速部は、一つの入力端及び一つの出力端を有する複数の遊星ギヤセットで構成されることを特徴とする請求項１に記載の電気自転車用ハブモータユニット。
【請求項３】
前記入力端の先端部と前記中空軸の外周面との間にベアリングが介在されることを特徴とする請求項１に記載の電気自転車用ハブモータユニット。
【請求項４】
前記ハブハウジングと前記変速部の入力端の外周面との間にはベアリングが介在されることを特徴とする請求項１に記載の電気自転車用ハブモータユニット。
【請求項５】
前記モータ部は、
前記ハブハウジングの内部で前記中空軸に固定されるステータ、及び
前記ステータに対応して前記変速部の入力端の内周面に沿って設置されるローター、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気自転車用ハブモータユニット。
【請求項６】
前記ステータは、前記中空軸に連結プレートを通して固定されることを特徴とする請求項５に記載の電気自転車用ハブモータユニット。
【請求項７】
電気自転車に装着されるハブモータユニットにおいて、
自転車フレームの中空軸上に入力端及び出力端を含む変速部を装着し、
前記変速部の入力端には、ハブハウジングの外部に被駆動スプロケットが設置され、前記ハブハウジング内部にモータ部のローターが設置され、前記変速部の出力端は前記ハブハウジングの内周面に固定連結されることを特徴とする電気自転車用ハブモータユニット。
【請求項８】
前記変速部は、一つの入力端及び一つの出力端を有する複数の遊星ギヤセットで構成されることを特徴とする請求項７に記載の電気自転車用ハブモータユニット。
【請求項９】
前記入力端の先端部と前記中空軸の外周面との間にベアリングが介在されることを特徴とする請求項７に記載の電気自転車用ハブモータユニット。
【請求項１０】
前記ハブハウジングと前記変速部の入力端の外周面との間にはベアリングが介在されることを特徴とする請求項７に記載の電気自転車用ハブモータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自転車用ハブモータユニットに係り、より詳細には、電気自転車の後輪側ハブと一体に構成される電気自転車用ハブモータユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自転車用ハブモータユニットは、上り坂などでのモータの過負荷及び効率の低下による電力損失過多などの問題があった。そのため、減速機がない高トルク型ハブモータユニット及び減速機組合せ型ハブモータユニットが開発されてきた。
また、一般自転車の外装型または内装型変速機を電気自転車に適用して、モータの負荷を減少させることができるようにしている。このような外装型または内装型変速機は、バッテリーの放電などモータの動力支援が中断された時に、一般自転車の性能を維持するために必須なものとして適用されている。
【０００３】
図１は従来のハブモータユニットを装着した電気自転車の構成図である。
運転者がペダルによって駆動スプロケット１０１を回すと、動力がチェーン１０３を通して後輪１０５の被駆動スプロケット１０７に伝達される。したがって、運転者の踏力による駆動力は、ハブモータユニット（またはモータ部）１００の動力と共にスポーク１０９で連結された後輪１０５に伝達される。
ここで、モータ制御器１１１は、運転者の踏力によるトルク及び後輪１０５の回転速度を検出し、これに基づいてバッテリーシステムと共にハブモータユニット（またはモータ部）１００の出力を制御する。
【０００４】
即ち、外装型変速機が適用された場合には、図２に示したように、ペダルリングによって発生したトルクが駆動スプロケット１０１のギヤ比によって変速されて、後輪１０５に伝達され、変速されたトルクがハブモータユニット（モータ部）１００で発生したトルクと合わさって後輪１０５を駆動する。
また、内装型変速機が適用された場合には、駆動スプロケット１０１に伝達されたトルクが変速機を通して後輪に伝達され、また変速されたトルクがハブモータユニット（モータ部）１００で発生したトルクと合わさって後輪１０５を駆動する。
【０００５】
このように、ハブモータユニット（モータ部）１００及び外装型または内装型変速機を共に使用する従来の技術によれば、外装型または内装型変速機が運転者の踏力によるトルクを増大させ、ハブモータユニット（モータ部）１００は増大されたトルクにトルクを追加することになる。
従来技術の電気自転車において、ハブモータユニット１００がより大きなトルクを支援しなければならない場合、ハブモータユニット１００に減速機２００の適用、さらには低速及び高速運転領域の効率を向上させるための変速機の適用が必要である。しかし、運転者の踏力を補助するための変速機以外に他の減速機２００または変速機などを追加すると、電気自転車の重量が増加する問題がある。
【０００６】
また、上り坂などの走行抵抗が大きい運転領域で従来の電気自転車が低い段数で走行する時、被駆動スプロケット１０７に伝達された動力がペダルの回転数を基準にしては低く、ペダルリングのトルクを基準にしては高い状態である。したがって、ハブモータユニット（またはモータ部）１００は、低い回転数で高いトルクを支援しなければならないので、過負荷または効率の低下が不可避となる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２３０８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記のような問題点を解消するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、モータの出力特性を改善するために一つの変速部で運転者の踏力を補助して、システムを単純化する電気自転車用ハブモータユニットを提供することにある。
本発明の他の課題は、モータの回転数及びトルクの運転範囲を縮小可能にして、モータ部の性能依存度を低くして、重量を低減させることができる電気自転車用ハブモータユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、電気自転車に装着されるハブモータユニットにおいて、自転車フレームに設置される中空軸、前記中空軸に回転可能に装備される入力端及び出力端を含み、前記入力端には被駆動スプロケットが装着されている変速部、前記変速部の入力端の外側に回転可能に装着され、その内周面は前記変速部の出力端に固定連結され、その外周面はスポークを通してホイールに連結されるハブハウジング、前記中空軸に回転可能に装着されて、前記ハブハウジングに組立てられるハブカバー、前記ハブハウジングの内部で前記中空軸と前記変速部の入力端との間に装着されて、制御信号によって前記入力端を通して前記変速部に動力を提供するモータ部、及び前記中空軸の内部に取付けられた変速軸上に装着され、前記変速部を操作する変速操作部、を含むことを特徴とする。
【００１０】
前記変速部は、一つの入力端及び一つの出力端を有する複数の遊星ギヤセットで構成されることを特徴とする。
【００１１】
前記入力端の先端部と前記中空軸の外周面との間にベアリングが介在されることを特徴とする。
【００１２】
前記ハブハウジングと前記変速部の入力端の外周面との間にはベアリングが介在されることを特徴とする。
【００１３】
前記モータ部は、前記ハブハウジングの内部で前記中空軸に固定されるステータ、及び前記ステータに対応して前記変速部の入力端の内周面に沿って設置されるローター、を含むことを特徴とする。
【００１４】
前記ステータは、前記中空軸に連結プレートを通して固定されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、電気自転車に装着されるハブモータユニットにおいて、自転車フレームの中空軸上に入力端及び出力端を含む変速部を装着し、前記変速部の入力端には、ハブハウジングの外部に被駆動スプロケットが設置され、前記ハブハウジング内部にモータ部のローターが設置され、前記変速部の出力端は前記ハブハウジングの内周面に固定連結されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による電気自転車用ハブモータユニットによれば、モータの出力特性を改善するための一つの変速部で運転者の踏力を補助して、システムを単純化することができる。
また、モータ部の回転数及びトルクの運転範囲を縮小可能にして、モータ部の性能依存度を低くし、重量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のハブモータユニットを装着した電気自転車の構成図である。
【図２】従来のハブモータユニットの動力伝達を示したブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による電気自転車用ハブモータユニットの断面図である。
【図４】本発明の実施形態による電気自転車用ハブモータユニットの動力伝達を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図３は本発明の実施形態による電気自転車用ハブモータユニットの一部断面図である。
図３に示す通り、本発明の実施形態による電気自転車用ハブモータユニット１は、自転車フレーム３に設置される中空軸５上に構成される。
即ち、中空軸５上には、変速部１１、ハブハウジング１３、ハブカバー１５、モータ部１７、及び変速操作部１９が装着される。
変速部１１は、入力端１１ａを備え、入力端１１ａの先端に被駆動スプロケット２１が装着されて、ペダルリングによる運転者の踏力がチェーンを通して駆動力として伝達される。
【００１９】
このような変速部１１は、一つの入力端１１ａ及び一つの出力端１１ｂを有する複数の遊星ギヤセットで構成される。
例えば、３つの遊星ギヤセットを組合わせて８速が具現されるギヤトレインが変速部１１として使用される。変速部１１は、モータ部１７から入力される速力を増加させたり減少させることができる。駆動スプロケット（図示せず）及び被駆動スプロケット２１のギヤ比を含む変速部１１の総ギヤ比は、一般自転車のギヤ比を含むように構成される。
この時、変速部１１の入力端１１ａの先端部と中空軸５の外周面との間には複数のベアリング（Ｂ）が介在されて、入力端１１ａは中空軸５に対して回転可能に設置される。
【００２０】
そして、ハブハウジング１３は、一側部が変速部１１の入力端１１ａの外側に回転可能に設置され、その他側部は変速部１１の出力端１１ｂに固定連結される。即ち、ハブハウジング１３は、入力端１１ａに対して相対的に回転可能で、出力端１１ｂと共に回転するように構成されている。
この時、ハブハウジング１３の一側部と変速部１１の入力端１１ａの外周面との間にはベアリング（Ｂ）が介在されて、ハブハウジング１３は入力端１１ａと相対的に回転可能に設置される。
一方、ハブハウジング１３の外周面は、スポーク２３を通してホイール（図示せず）に連結される。
【００２１】
また、ハブカバー１５は、ハブハウジング１３と一体に回転するように設置される。ハブカバー１５と中空軸５との間にはベアリング（Ｂ）を介在させて、ハブカバー１５は中空軸５と相対的に回転可能に構成されている。
そして、モータ部１７は、ハブハウジング１３の内部で中空軸５と変速部１１の入力端１１ａとの間に設置されて、制御信号によって入力端１１ａを通して変速部１１に動力を提供する。
即ち、モータ部１７は、ステータ１７ａ及びローター１７ｂを含み、ステータ１７ａは、ハブハウジング１３の内部で中空軸５に連結プレート１７ｃを通して固定される。
【００２２】
また、ローター１７ｂは、ステータ１７ａの外周面に対応して回転するように変速部１１に備えられた入力端１１ａの内周面に沿って設置される。
そして、中空軸５の内部には変速軸２５が設置され、変速軸２５と変速部１１との間で変速軸２５の作動によって変速部１１を操作する変速操作部１９を含む。
ここで、変速操作部１９は、変速軸２５の作動によって変速部１１の内部の作動要素を固定要素または摩擦要素として作用するよう構成されているが、このような変速操作部１９は、当業者に周知であるので、より詳細な説明は省略する。
【００２３】
電気自転車用ハブモータユニット１の作動は、図３及び図４を参照して説明する。
図４は本発明の実施形態による電気自転車用ハブモータユニットの動力伝達を示したブロック図である。
本発明の実施形態による電気自転車用ハブモータユニット１は、図３に示したように、被駆動スプロケット２１がハブハウジング１３の内部に備えられるモータ部１７のローター１７ｂと共に変速部１１の入力端１１ａと連結され、変速部１１の出力端１１ｂはハブハウジング１３と連結されている。したがって、モータ部１７に電源が印加されない場合、本発明の実施形態による電気自転車は、一般自転車と同一の作動をする。
【００２４】
図４に示したように、駆動スプロケット２７及び被駆動スプロケット２１を通して伝達される運転者の踏力による駆動力はモータ部１７の動力と合わされ、総駆動力は変速部１１の入力端１１ａに伝達されて、変速部１１の内部で変速され、変速部１１の出力端１１ｂを通してハブハウジング１３に伝達される。
そうすると、ハブハウジング１３は、スポーク２３を通して連結されたホイール（図示せず）と一体回転して、後輪（図示せず）を駆動する。
従来のハブモータユニットによれば、ペダルリングによって発生したトルクが駆動及び被駆動スプロケットのギヤ比によって変速されたり、変速機を通して後輪に伝達される。したがって、変速されたトルクがモータ部で発生したトルクと合わさって後輪を駆動する。
【００２５】
しかし、本発明の実施形態によれば、ペダルリングによって発生したトルクがモータ部で発生したトルクと合わされた後で変速される。
例えば、従来のハブモータユニットが備えられた電気自転車が上り坂などの走行抵抗が大きい運転領域で低い段数で走行すると、スプロケットを通して伝達された動力がペダルリングの回転数を基準にしては低く、ペダルリングのトルクを基準にしては高い状態である。したがって、モータ部は低い回転数で高いトルクを支援しなければならないので、過負荷または効率の低下が発生する。
【００２６】
これとは異なり、本発明の実施形態によるハブモータユニット１が備えられた電気自転車が低い段数で走行する時、ペダルリングによる駆動トルクは変速段で回転数が低くなる前にモータ部１７のトルクと合わされる。したがって、電気自転車が低い段数で走行しても、モータ部１７は高い回転数のトルクを提供することができる。
以上で説明したように、本発明の実施形態による電気自転車用ハブモータユニットによれば、モータの出力特性を改善するための一つの変速部で運転者の踏力も補助して、システムを単純化することができる。
また、モータ部の回転数及びトルクの運転範囲を縮小可能にして、モータ部の性能依存度を低くし、重量を低減させることができる。
【００２７】
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００２８】
１    ハブモータユニット
３    自転車フレーム
５    中空軸
１１    変速部
１１ａ    入力端
１１ｂ    出力端
１３    ハブハウジング
１５    ハブカバー
１７    モータ部
１７ａ    ステータ
１７ｂ    ローター
１７ｃ    連結プレート
１９    変速操作部
２１    被駆動スプロケット
２３    スポーク
２５    変速軸
２７    駆動スプロケット
１００  ハブモータユニット（またはモータ部）
１０１  駆動スプロケット
１０３  チェーン
１０５  後輪
１０７  被駆動スプロケット
１０９  スポーク
１１１  モータ制御器
２００  減速機
【図１】
2012121546.tif 000003
【図２】
2012121546.tif 000004
【図３】
2012121546.tif 000005
【図４】
2012121546.tif 000006