JP2026006015A - モータユニット及び電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】組立作業性が高いモータユニットを提供する。
【解決手段】電動車両に用いられるモータユニット１００は、基板１５０と、各々の回転軸が基板１５０の主面に対して交差するように配置された４つの回転機構（例えば、モータ１１０、クランク回転機構１２０、減速機構１３０、クランク回転センサ部１４０）と、を備える。基板１５０は、平面視における外周部において、４つの回転機構に一対一に対応して設けられた４つの凹部（例えば、第１凹部１５１、第２凹部１５２、第３凹部１５３、第４凹部１５４）を有し、４つの凹部の各々には、対応する回転機構の少なくとも一部が配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータユニット及び電動車両に関する。

特許文献１には、人力駆動車両の推進をアシストする人力駆動車両用コンポーネントが開示されている。人力駆動車両用コンポーネントは、電動モータを制御する制御部を有する第１回路基板と、磁歪式のトルクセンサなどを有する第２回路基板と、トルクセンサからの無線信号を受信する受信ユニットを有する第３回路基板と、を備える。第３回路基板は、クランク軸の周囲を囲むようにリング状に形成されている。

特許第７１３６５６４号公報

上記従来の人力駆動車両用コンポーネントでは、リング状の第３回路基板にクランク軸を通す必要があるため、組立作業性が悪いという問題がある。

そこで、本発明は、組立作業性が高いモータユニット及び当該モータユニットを備える電動車両を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るモータユニットは、電動車両に用いられるモータユニットであって、基板と、各々の回転軸が前記基板の主面に対して交差するように配置された４つの回転機構と、を備え、前記基板は、平面視における外周部において、前記４つの回転機構に一対一に対応して設けられた４つの凹部を有し、前記４つの凹部の各々には、対応する回転機構の少なくとも一部が配置される。

本発明の一態様に係る電動車両は、上記一態様に係るモータユニットと、前記４つの回転機構の少なくとも１つの回転力が伝えられる車輪と、前記モータユニット及び前記車輪を支持するフレームと、を備える。

本発明によれば、組立作業性が高いモータユニット及び当該モータユニットを備える電動車両を提供することができる。

図１は、実施の形態に係るモータユニットを備える電動自転車の側面図である。 図２は、実施の形態に係るモータユニットの断面図である。 図３は、実施の形態に係るモータユニットが備える基板と回転機構との位置関係を示す平面図である。 図４は、実施の形態に係るモータユニットが備える基板の平面図である。 図５は、図４に示す基板の切り出し方法を説明するための平面図である。

以下では、本発明の実施の形態に係るモータユニット及び電動車両について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

また、本明細書において、平行又は垂直などの要素間の関係性を示す用語、矩形又は円形などの要素の形状を示す用語、及び、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。

また、本明細書において、「第１」、「第２」などの序数詞は、特に断りの無い限り、構成要素の数又は順序を意味するものではなく、同種の構成要素の混同を避け、区別する目的で用いられている。

また、本明細書において、「前方」とは、電動車両の通常の走行時の進行方向であり、「後方」とはその反対方向である。具体的には、電動自転車の場合、サドルを基準としてハンドルが位置する方向が「前方」である。「前後方向」とは、複数の水平方向（地面に平行な任意の方向）のうち、後方から前方に向かう方向、及び、その反対方向を意味する。「左右方向」は、前後方向に対して直交する方向であり、前方を向いたときの左側が「左方」であり、右側が「右方」である。

（実施の形態）
［構成］
まず、実施の形態に係る電動自転車の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係るモータユニット１００を備える電動自転車１の構成を示す側面図である。

図１に示す電動自転車１は、電動車両の一例であり、電動アシスト機能を有する自転車である。電動アシスト機能とは、電動自転車１に乗ったユーザによるペダル１７への踏力に基づいて電動自転車１の前進を補助する機能であり、いわゆるアシストモードとして実行される。

図１に示すように、電動自転車１は、車体１０と、バッテリ２０と、モータユニット１００と、を備える。

車体１０は、電動自転車１の本体部である。車体１０は、フレーム１１と、前輪１２と、後輪１３と、ハンドル１４と、サドル１５と、クランク１６と、ペダル１７と、チェーン１８と、前部スプロケット１９ａと、後部スプロケット１９ｂと、を備える。

フレーム１１は、電動自転車１の骨組みである。フレーム１１は、例えば、金属、カーボン又は合成樹脂等で構成されている。フレーム１１は、ヘッドチューブ、ダウンチューブ、シートチューブ、チェーンステー、前フォークなどの複数の筒状の部材が組み合わさることで形成されている。フレーム１１は、サスペンション等の緩衝部材を有してもよい。フレーム１１は、前輪１２、後輪１３、ハンドル１４、サドル１５、クランク１６、チェーン１８、前部スプロケット１９ａ及び後部スプロケット１９ｂを支持する。

前輪１２は、車体１０が走行するためのタイヤを有する。前輪１２は、前後方向に並ぶ２つの車輪のうちの前側の車輪である。前輪１２は、左右方向に延びる軸の周りに回転し得るようにフレーム１１によって支持される。なお、前輪１２は、モータユニット１００から動力、すなわち、モータ１１０（図２を参照）の回転力の伝達を受けてもよい。

後輪１３は、車体１０が走行するためのタイヤを有する。後輪１３は、前後方向に並ぶ２つの車輪のうちの後ろ側の車輪である。後輪１３は、左右方向に延びる軸の周りに回転し得るようにフレーム１１によって支持される。本実施の形態では、後輪１３は、モータユニット１００から動力、すなわち、モータ１１０の回転力の伝達を受ける。後輪１３は、前部スプロケット１９ａに対して、チェーン１８及び後部スプロケット１９ｂを介して接続されている。

ハンドル１４は、電動自転車１の舵角を変更するために、電動自転車１に乗るユーザによって操作される。ハンドル１４は、フレーム１１によって回動可能に支持されている。ハンドル１４の両端部には、一対のグリップ及び一対のブレーキレバーが設けられている。一対のグリップは、適切な姿勢でユーザが電動自転車１に乗車した場合に、ユーザの手で握られる部分である。一対のグリップは、電動自転車１を押して又は支えて歩く際にも手で握られて、前方への押力等を受ける。一対のブレーキレバーは、例えば、ブレーキ装置を駆動することで、前輪１２及び後輪１３に対して機械的な制動力を与える。

サドル１５は、ユーザが座る部分である。サドル１５は、フレーム１１に対して高さを調整可能に取り付けられている。

クランク１６は、クランク軸１６ａと、一対のクランクアーム１６ｂと、を有する。クランクアーム１６ｂは、モータユニット１００を挟んだ左右両側に１つずつ設けられており、左右方向に延びるクランク軸１６ａの両端に固定される。クランクアーム１６ｂの一方端がクランク軸１６ａに回転自在に固定され、クランクアーム１６ｂの他方端には、ペダル１７が回転自在に固定される。

ペダル１７は、電動自転車１に乗るユーザからの踏力が付与される。ペダル１７は、各クランクアーム１６ｂの長手方向の端部のうち、クランク軸１６ａ側とは反対側の端部に取り付けられている。ペダル１７は、クランクアーム１６ｂに対して、回転可能に取り付けられている。ペダル１７の回転軸は、クランク１６のクランク軸１６ａの回転軸とほぼ平行である。

ペダル１７に踏力が加えられた場合、クランクアーム１６ｂがクランク軸１６ａを中心に回転し、当該回転による人力駆動力が前部スプロケット１９ａ、チェーン１８及び後部スプロケット１９ｂを介して後輪１３に伝達される。電動自転車１がアシストモードで動作する場合には、踏力に基づく人力駆動力と、当該人力駆動力に付加されたモータ１１０による補助駆動力とが後輪１３に伝達される。

チェーン１８は、前部スプロケット１９ａの回転力を後部スプロケット１９ｂに伝達する動力伝達体の一例である。チェーン１８は、前部スプロケット１９ａと後部スプロケット１９ｂとを連結している。なお、動力伝達体としては、チェーン１８の代わりに、ベルト、シャフト、ワイヤ又はギアなどが用いられてもよい。例えば、動力伝達体がベルトである場合、動力伝達体がチェーン１８である場合と比較して、静音化、耐久性の向上、又はメンテナンスの頻度の低減という効果が期待できる。

前部スプロケット１９ａは、クランクアーム１６ｂのクランク軸１６ａに取り付けられている。前部スプロケット１９ａは、ユーザによってペダル１７が踏み込まれると、クランクアーム１６ｂ及びクランク軸１６ａを介して回転する。前部スプロケット１９ａの回転力は、後輪１３に取り付けられた後部スプロケット１９ｂにチェーン１８を介して伝達される。これにより、後部スプロケット１９ｂが回転するととともに、後輪１３が回転する。前部スプロケット１９ａは、駆動スプロケットとも呼ばれ、後部スプロケット１９ｂは、従動スプロケットとも呼ばれる。

バッテリ２０は、モータユニット１００のモータ１１０の駆動用の電力を蓄電する蓄電池である。バッテリ２０は、例えば二次電池であるが、キャパシタなどの他の充放電素子であってもよい。バッテリ２０は、モータ１１０に電気的に接続されており、モータ１１０に対して電力を供給する。

バッテリ２０は、フレーム１１に取り外し可能に固定されている。バッテリ２０の取り付け位置は特に限定されない。また、電動自転車１が前照灯、尾灯などの照明装置、及び、表示部、操作部などの電子機器を備える場合、バッテリ２０は、これらの照明装置及び電子機器への電力の供給も行うことができる。

モータユニット１００は、電動車両に用いられるモータユニットの一例である。モータユニット１００は、図２に示すように、モータ（第１回転機構）１１０と、クランク回転機構（第２回転機構）１２０と、減速機構（第３回転機構）１３０と、クランク回転センサ部（第４回転機構）１４０と、基板１５０と、ケース１６０と、制御回路１７０と、を備える。なお、図２は、本実施の形態に係るモータユニット１００の断面図である。図２は、クランク軸１６ａの中心とモータ１１０のモータ軸１１３の中心とを含む断面である。

モータ１１０は、モータ軸１１３を有する第１回転機構の一例である。モータ１１０は、基板１５０に設けられた制御回路による制御に基づいて、バッテリ２０からの電力を受けて駆動する電動モータである。モータ１１０は、図２に示すように、ステータ１１１と、ロータ１１２と、モータ軸（出力軸）１１３と、を有する。

モータ１１０は、軸受によってロータ１１２及びモータ軸１１３が回転可能になるようにケース１６０に支持されている。具体的には、バッテリ２０からの電力をステータ１１１が受けて、ロータ１１２を回転させる。ロータ１１２の回転に合わせてモータ軸１１３が回転する。モータ軸１１３の先端側には、歯部１１４が設けられており、減速機構１３０の大径ギア１３１に嵌まり合う。歯部１１４が回転することで、大径ギア１３１が回転する。

クランク回転機構１２０は、クランク軸１６ａを有する第２回転機構の一例である。クランク軸１６ａは、ケース１６０を貫通するように設けられている。なお、クランク軸１６ａは、軸受によって回転可能に支持されている。クランク回転機構１２０は、人力伝達体１２１、中間筒体１２２及び連動体１２３を含む。人力伝達体１２１、中間筒体１２２及び連動体１２３はいずれも、筒状の部材であり、筒内にクランク軸１６ａが挿入されている。

人力伝達体１２１は、クランク軸１６ａに設けられたセレーション部１２４に嵌め込まれており、クランク軸１６ａと一体的に回転するように設けられている。中間筒体１２２は、クランク軸１６ａに対しては回転自在に設けられ、かつ、人力伝達体１２１及び連動体１２３の各々と一体的に回転するように設けられている。連動体１２３には、前部スプロケット１９ａ（図２には示していない）が連動体１２３と一体的に回転するように設けられている。なお、人力伝達体１２１、中間筒体１２２及び連動体１２３の各々には、１つ以上のセレーション部（スプライン部）が設けられており、互いに嵌まり合うことにより一体的に回転する。

また、中間筒体１２２と連動体１２３との間には、一方向クラッチ（図示せず）が配置されている。一方向クラッチは、中間筒体１２２上に配置され、ラチェットが連動体１２３に噛み合うことにより、中間筒体１２２から連動体１２３への一方向に回転力を伝達する。

この構成により、ペダル１７への踏力によってクランク軸１６ａが回転し、この回転による人力駆動力が人力伝達体１２１、中間筒体１２２、一方向クラッチ（図示せず）及び連動体１２３を介して前部スプロケット１９ａに伝えられる。人力駆動力によって前部スプロケット１９ａが回転することで、前部スプロケット１９ａに取り付けられたチェーン１８が回転し、後部スプロケット１９ｂ及び後輪１３が回転する。

また、連動体１２３には、減速機構１３０を介して、モータ１１０による補助駆動力が伝達される。つまり、モータ１１０による補助駆動力によって連動体１２３の回転を補助することができるので、連動体１２３の回転に合わせて前部スプロケット１９ａ、後部スプロケット１９ｂ及び後輪１３を回転させることができる。

減速機構１３０は、モータ１１０からクランク回転機構１２０に回転力を伝達するギアを有する第３回転機構の一例である。減速機構１３０は、モータ１１０の回転トルク（すなわち、補助駆動力）が増幅されて連動体１２３に伝達されるように構成されている。具体的には、図２に示すように、減速機構１３０は、大径ギア１３１と、小径ギア１３２と、を有する。上述したように、大径ギア１３１は、モータ１１０のモータ軸１１３の回転に応じて回転する。

減速機構１３０では、小径ギア１３２は、大径ギア１３１と同じ回転軸で一体的に回転する。小径ギア１３２は、連動体１２３の歯車部に嵌まり合う。小径ギア１３２が回転することで、連動体１２３が回転する。

このように、本実施の形態では、モータ１１０が生成する補助駆動力は、減速機構１３０を介して連動体１２３に伝達される。すなわち、モータ１１０のロータ１１２及びモータ軸１１３が回転することで、連動体１２３も回転し、前部スプロケット１９ａが回転する。これにより、チェーン１８及び後部スプロケット１９ｂを介して後輪１３を回転させることができる。

クランク回転センサ部１４０は、クランク軸１６ａの回転を検知するためのセンサ軸を有する第４回転機構の一例である。具体的には、クランク回転センサ部１４０は、センサ軸を回転軸として有する歯車状の回転体１４１と、光検出器（図示せず）と、を有する。クランク回転センサ部１４０の回転体１４１は、中間筒体１２２と一体的に回転するように設けられている。

回転体１４１の回転は、光検出器などの検出器によって検出される。例えば、光検出器は、互いに対向するように配置された光出射部と受光部とを有する。光出射部及び受光部は、例えば基板１５０又はケース１６０に固定されている。回転体１４１は、その歯が、光出射部から受光部に至る光の経路を遮る位置に設けられている。回転体１４１の回転に合わせて歯が光を遮るので、受光部で受光される光が遮られた回数（又は、光が受光できた回数）と回転体１４１の歯の数とに応じて、回転体１４１の回転数が検出される。回転体１４１と中間筒体１２２及びクランク軸１６ａとが一体的に回転するので、回転体１４１の回転数は、クランク軸１６ａの回転数に一致する。このようにして、クランク回転センサ部１４０は、クランク軸１６ａの回転数を検出することができる。

なお、クランク回転センサ部１４０は、クランク軸１６ａの回転数を検出することができればいかなる構成でもよい。また、モータユニット１００は、モータ１１０の回転数を検出するモータ回転センサを備えてもよい。また、モータユニット１００は、ペダル１７への踏力に基づいてクランク軸１６ａが回転することにより発生する人力駆動力を検出する踏力センサを備えてもよい。

基板１５０は、モータユニット１００の動作を制御するための制御回路１７０を構成する各種電子部品が実装される基板である。電子部品には、電源ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を含む１以上の集積回路、電解コンデンサ、キャパシタ、トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、コネクタなどが含まれる。基板１５０は、例えばプリント配線基板である。基板１５０には、電子部品を電気的に接続するための金属配線が設けられている。

基板１５０は、第１主面１５０ａと、第１主面１５０ａの反対側の第２主面１５０ｂと、を有する。第１主面１５０ａ及び第２主面１５０ｂは、互いに平行な一対の平坦な面である。図２に示すように、第１主面１５０ａには、複数の電子部品が実装されている。基板１５０の第２主面１５０ｂ側には、モータ１１０のステータ１１１及びロータ１１２が配置されている。モータ１１０のモータ軸１１３及びクランク軸１６ａは、基板１５０に対して交差するように配置されている。なお、モータユニット１００が備える４つの回転機構（モータ１１０、クランク回転機構１２０、減速機構１３０及びクランク回転センサ部１４０）は、各々の回転軸が基板１５０の第１主面１５０ａに対して垂直になるように配置されている。基板１５０は、ネジなどの締結部材を用いてケース１６０に固定されている。基板１５０の具体的な構成については、後で説明する。

ケース１６０は、モータユニット１００の外郭の大部分を構成している。ケース１６０には、基板１５０が収容されて固定されている。ケース１６０にはさらに、モータ１１０、減速機構１３０及びクランク回転センサ部１４０と、クランク回転機構１２０の一部と、が収容される。なお、クランク回転機構１２０のクランク軸１６ａは、ケース１６０を貫通するように配置されている。クランク軸１６ａの両端部はそれぞれ、ケース１６０の外側に位置しており、クランクアーム１６ｂが接続される。

ケース１６０は、第１分割体１６１と、第２分割体１６２と、を含む。第１分割体１６１と第２分割体１６２とが組み合わされて、ネジなどの締結部材（図示せず）によって固定されることにより、ケース１６０が構成されている。具体的には、第１分割体１６１及び第２分割体１６２はそれぞれ、有底筒状に形成されており、互いの開口同士、及び、互いの外周壁の先端部を向かい合わせて配置されている。外周壁の先端部には、貫通孔が設けられた鍔部が設けられており、当該貫通孔に挿入されるネジによって第１分割体１６１と第２分割体１６２とが固定される。なお、第１分割体１６１及び第２分割体１６２の互いの外周壁の先端部間には、水分などの進入を抑制するためのパッキンなどが設けられていてもよい。

第１分割体１６１及び第２分割体１６２はそれぞれ、アルミニウム合金、マグネシウム合金、ステンレス鋼、スチールなどの金属材料を用いて形成されるが、カーボン又は樹脂を用いて形成されてもよい。第１分割体１６１及び第２分割体１６２はそれぞれ、ダイキャスト法、又は射出成形などによって一体的に形成されている。

制御回路１７０は、基板１５０に実装されている。制御回路１７０は、モータ１１０に供給する電力、すなわち、モータ軸１１３を回転させるための電力を生成する電源回路を含む。例えば、電源回路は、リニアレギュレータ又はＤＣ／ＤＣコンバータなどを含む電源ＩＣである。また、制御回路１７０は、クランク回転センサ部１４０の回転体１４１の回転に基づいてクランク軸１６ａの回転を検出する検出回路を含む。例えば、検出回路は、上述した光検出器を含む。また、制御回路１７０は、電動自転車１が備える前照灯、尾灯などの照明装置、及び、表示部、操作部などの電子機器を制御するための回路を含んでもよい。

［主な特徴的な構成］
続いて、本実施の形態に係るモータユニット１００の主な特徴的な構成について、図３及び図４を用いて説明する。

図３は、本実施の形態に係るモータユニット１００が備える基板１５０と回転機構との位置関係を示す平面図である。図４は、本実施の形態に係るモータユニット１００が備える基板１５０の平面図である。

図３及び図４に示すように、本実施の形態に係る基板１５０は、モータユニット１００が備える４つの回転機構の各々の回転軸をまとめて囲むように設けられている。基板１５０の平面視形状は、横長のＵ字状（横長の蹄鉄状）である。基板１５０によって形成されるＵ字内空間に、４つの回転機構の各々の回転軸が配置されている。Ｕ字内空間の具体的な範囲については後で説明する。

なお、４つの回転機構は、モータ１１０、クランク回転機構１２０、減速機構１３０及びクランク回転センサ部１４０である。モータ１１０、クランク回転機構１２０、減速機構１３０及びクランク回転センサ部１４０の各々の回転軸は、基板１５０の第１主面１５０ａに対して交差している。具体的には、モータ１１０、クランク回転機構１２０、減速機構１３０及びクランク回転センサ部１４０の各々の回転軸は、基板１５０の第１主面１５０ａに対して垂直である。図４では、モータ１１０、クランク回転機構１２０、減速機構１３０及びクランク回転センサ部１４０の各々の回転軸を点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４として表している。

基板１５０は、平面視における外周部において、４つの回転機構に一対一に対応して設けられた４つの凹部を有する。具体的には、図４に示すように、基板１５０は、平面視における外周部において、４つの凹部として、第１凹部１５１、第２凹部１５２、第３凹部１５３及び第４凹部１５４を含む。４つの凹部の各々には、対応する回転機構の少なくとも一部が配置される。

具体的には、第１凹部１５１には、モータ軸１１３が配置される。第２凹部１５２には、クランク軸１６ａが配置される。また、本実施の形態では、第２凹部１５２には、人力伝達体１２１が配置される。第３凹部１５３には、大径ギア１３１が配置される。第４凹部１５４には、回転体１４１の軸部が配置される。

なお、図４では、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４を中心とする破線の円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４が図示されている。円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４はそれぞれ、対応する回転機構のうち、基板１５０と同じ高さ（回転軸の軸方向における位置）に位置する部分のおおよその範囲を表している。例えば、円Ｃ１は、第１凹部１５１に対応するモータ１１０が備えるモータ軸１１３を表している。円Ｃ２は、第２凹部１５２に対応するクランク回転機構１２０の人力伝達体１２１を表している。円Ｃ３は、第３凹部１５３に対応する減速機構１３０の大径ギア１３１を表している。円Ｃ４は、第４凹部１５４に対応するクランク回転センサ部１４０の回転体１４１の軸部を表している。

また、“凹部に部品Ａが配置される”とは、凹部内（凹部の内部空間）に部品Ａの少なくとも一部が存在することを意味する。凹部の“内部空間”とは、基板１５０の第１主面１５０ａ及び第２主面１５０ｂの各々の延長面と、凹部の内面（内壁）と、凹部の開口面とによって囲まれる空間を意味する。第１主面１５０ａの延長面とは、第１主面１５０ａをそのまま凹部内に延長することにより得られる仮想的な平面を意味する。第２主面１５０ｂの延長面についても同様である。つまり、凹部の“内部空間”とは、基板１５０の平面視における形状が凹部の内面（内壁）と凹部の開口面とによって規定され、かつ、基板１５０の厚さと同じ厚さを有する板状の空間を意味している。本実施の形態では、第１凹部１５１、第２凹部１５２、第３凹部１５３及び第４凹部１５４の内面はいずれも、基板１５０の平面視において、対応する回転機構の回転軸を中心とする円弧形状を有する。よって、凹部の内面とは、基板１５０の平面視における円弧の部分を意味する。また、凹部の開口面は、基板１５０の平面視における凹部の内面（すなわち、円弧）の両端同士を結ぶ直線（円の弦）に対応している。

例えば、図４に示す例では、モータ軸１１３の中心軸（点Ｐ１）は、第１凹部１５１内、又は、第１凹部１５１の開口面上に位置している。クランク軸１６ａの中心軸（点Ｐ２）は、第２凹部１５２内、又は、第２凹部１５２の開口面上に位置している。また、大径ギア１３１の中心軸（点Ｐ３）は、第３凹部１５３内ではなく、第３凹部１５３の外側に位置している。回転体１４１の軸部の中心軸（点Ｐ４）は、第４凹部１５４内ではなく、第４凹部１５４の外側に位置している。

第４凹部１５４の径は、第１凹部１５１の径よりも短い。第１凹部１５１の径は、第２凹部１５２の径よりも短い。第２凹部１５２の径は、第３凹部１５３の径よりも短い。なお、凹部の“径”とは、対応する回転体の中心軸（点Ｐ１～Ｐ４）から当該凹部の内面までの距離（半径）の２倍である。

本実施の形態では、第４凹部１５４、第２凹部１５２及び第３凹部１５３は、基板１５０の外周に沿ってこの順で並んで設けられている。また、第１凹部１５１は、第３凹部１５３の内壁に設けられている。すなわち、第１凹部１５１の開口面は、第３凹部１５３の内壁に設けられている。このため、第１凹部１５１内に配置されたモータ軸１１３の一部は、第３凹部１５３内にも位置している。すなわち、モータ軸１１３は、第１凹部１５１と第３凹部１５３とに跨るように設けられている。

また、基板１５０は、平面視において、第１方向に長尺な基部１５５と、第１凸部１５６と、第２凸部１５７と、を含む。第１方向は、点Ｐ２（クランク軸１６ａの中心軸）から点Ｐ１（モータ軸１１３の中心軸）に向かう方向である。第１凸部１５６は、基部１５５の第１方向における一端部から突出している。第２凸部１５７は、基部１５５の第１方向における他端部から、第１凸部１５６と同じ側に突出している。基部１５５がＵ字の底部分に対応し、第１凸部１５６及び第２凸部１５７がＵ字の２つの縦棒部分に対応している。

便宜上、第１凸部１５６は、円弧状の第１凹部１５１の中点を通る第１方向に平行な仮想線を基準として、第２方向の正側に位置する部分とみなす。第２方向は、図４に示すように、第１方向に直交する方向である。また、第２凸部１５７は、円弧状の第２凹部１５２の中点を通る第１方向に平行な仮想線を基準として、第２方向の正側に位置する部分とみなす。基部１５５は、基板１５０のうち、第１凸部１５６及び第２凸部１５７以外の部分とみなす。本実施の形態では、第１凸部１５６が第２凸部１５７よりも太い（第１方向における幅が広い）が、これに限定されない。

４つの回転機構の各々の回転軸（点Ｐ１～Ｐ４）は、平面視において、基部１５５と第１凸部１５６と第２凸部１５７とに囲まれた空間、すなわち、Ｕ字内空間に配置されている。Ｕ字内空間は、第１凸部１５６及び第２凸部１５７の各々の第２方向における先端同士を結ぶ線分と基部１５５との間の空間である。平面視において、４つの回転機構の各々の回転軸（点Ｐ１～Ｐ４）のうちの任意の２つの回転軸を結ぶ線分は、基板１５０には交差しない。言い換えると、平面視において、点Ｐ１～Ｐ４の各々を頂点とする四角形は、基板１５０には重なっていない。

以上のように、本実施の形態に係るモータユニット１００では、４つの回転機構がそれぞれ、対応する凹部に配置されている。基板１５０には、回転機構の回転軸を通すための貫通孔が設けられていない。回転軸を基板１５０の貫通孔に通す必要がなく、回転軸に対する横方向からも基板１５０を配置することができる。これにより、基板１５０及び４つの回転機構の組立作業を行いやすくなるので、モータユニット１００の組立作業性が向上する。

また、制御回路１７０が基板１５０に実装されており、モータユニット１００は、他の基板を備えなくてよい。よって、モータユニット１００が備える部品点数を減らすことができる。部品点数が減ることにより、モータユニット１００の組立作業性が高まり、かつ、軽量化及び小型化を実現することができる。

なお、基板１５０の平面視形状は、上述したとおり、矩形のような幾何学的に整った形状ではなく、比較的複雑な形状である。一般的に基板１５０は、矩形の定尺基板から所定形状に切り出されることで形成される。このため、複雑な形状の基板１５０を定尺基板から切り出した場合、定尺基板には、基板１５０として利用されない部分（捨て基板）が多くなり、生産性の低下、環境負荷の増加、及び、コストの上昇という問題がある。

これに対して、本実施の形態では、第１凸部１５６は、第２凹部１５２に挿入可能である。つまり、２枚の基板１５０を用意し、一方の基板１５０を１８０度回転させて配置した場合に、一方の第１凸部１５６が他方の第２凹部１５２内に挿入することができる。これにより、捨て基板を減らすことができる。以下では、１枚の定尺基板２００から２枚の基板１５０を切り出す方法について、図５を用いて説明する。

図５は、図４に示す基板１５０の切り出し方法を説明するための平面図である。定尺基板２００は、２枚の基板１５０を切り出すための基板であり、平面視形状が角丸長方形である。２枚の基板１５０は、第１基板１５０Ａと、第２基板１５０Ｂと、を含む。第１基板１５０Ａ及び第２基板１５０Ｂは、互いに同じ形状及び同じ大きさであり、図４に示す基板１５０と同じである。

具体的には、第１基板１５０Ａ及び第２基板１５０Ｂはそれぞれ、平面視における外周部において、図４に示した第１凹部１５１、第２凹部１５２、第３凹部１５３及び第４凹部１５４を有する。図５では、第１基板１５０Ａが有する第１凹部１５１、第２凹部１５２、第３凹部１５３及び第４凹部１５４を、第１凹部１５１Ａ、第２凹部１５２Ａ、第３凹部１５３Ａ及び第４凹部１５４Ａとして表している。同様に、第２基板１５０Ｂが有する第１凹部１５１、第２凹部１５２、第３凹部１５３及び第４凹部１５４を、第１凹部１５１Ｂ、第２凹部１５２Ｂ、第３凹部１５３Ｂ及び第４凹部１５４Ｂとして表している。

同様に、第１基板１５０Ａ及び第２基板１５０Ｂはそれぞれ、平面視において、図４に示した基部１５５、第１凸部１５６及び第２凸部１５７を有する。図５では、第１基板１５０Ａが有する基部１５５、第１凸部１５６及び第２凸部１５７を、基部１５５Ａ、第１凸部１５６Ａ及び第２凸部１５７Ａとして表している。同様に、第２基板１５０Ｂが有する基部１５５、第１凸部１５６及び第２凸部１５７を、基部１５５Ｂ、第１凸部１５６Ｂ及び第２凸部１５７Ｂとして表している。

第１基板１５０Ａ及び第２基板１５０Ｂは、定尺基板２００の中心Ｑを対象の中心とする点対称に配置されている。なお、中心Ｑは、平面視における定尺基板２００の対角線の交点に相当する。第１基板１５０Ａの第３凹部１５３Ａと第２基板１５０Ｂの第３凹部１５３Ｂとが互いに向かい合っている。定尺基板２００のうち、第３凹部１５３Ａと第３凹部１５３Ｂとの間の部分は、不要部２０１であり、いわゆる捨て基板である。不要部２０１は、第３凹部１５３Ａ及び１５３Ｂの各々（２つの弓形）を組み合わせた形状であり、小さくなっている。

また、第１基板１５０Ａの第１凸部１５６Ａは、第２基板１５０Ｂの第２凹部１５２Ｂ内に配置されている。第１凸部１５６Ａは、第２凹部１５２Ｂ内の空間の７５％以上を占めている。第１凸部１５６Ａは、第２凹部１５２Ｂ内の空間の８０％以上を占めてもよく、８５％以上を占めてもよく、９０％以上を占めてもよく、９５％以上を占めてもよい。第１凸部１５６Ａが占める割合が大きくなるほど、定尺基板２００の無駄が少なくなり、生産性が向上する。また、第１凸部１５６Ａが占める割合が大きくなるほど、第１凸部１５６Ａに対する電子部品が配置できるスペースが大きくなるので、レイアウトの自由度を高めることができる。

このように、本実施の形態に係る基板１５０の平面視形状は、２つの基板を第１基板１５０Ａ及び第２基板１５０Ｂとみなした場合に、第１基板１５０Ａの第３凹部１５３Ａと第２基板１５０Ｂの第３凹部１５３Ｂとを互いに対向させた状態で、第１基板１５０Ａの第２凹部１５２Ａには第２基板１５０Ｂの一部を挿入し、かつ、第２基板１５０Ｂの第２凹部１５２Ｂには第１基板１５０Ａの一部を挿入することができる形状を有する。

これにより、図５に示すように、定尺基板２００から２枚の基板１５０を切り出した場合に、基板１５０に利用されない部分は、中央の不要部２０１と、外周の不要部２０２との２つになる。第２凹部１５２Ａ及び１５２Ｂ内の空間は、不要部にはならずに、第１凸部１５６Ａ及び１５６Ｂとして利用される。よって、生産性の向上、環境負荷の低減、又は、コストの低下という利点が得られる。

なお、定尺基板２００から２枚の基板１５０を切り出す例を示したが、さらに大きい基板を用いて、複数枚（４枚以上）の基板１５０を切り出してもよい。

［まとめ］
以下では、上記実施の形態に基づいて説明したモータユニット１００及び電動車両の一例である電動自転車１の主な特徴を示す。

本発明の第１態様に係るモータユニット１００は、電動車両に用いられるモータユニットであって、基板１５０と、各々の回転軸が基板１５０の主面に対して垂直になるように配置された４つの回転機構と、を備える。基板１５０は、平面視における外周部において、４つの回転機構に一対一に対応して設けられた４つの凹部を有する。４つの凹部の各々には、対応する回転機構の少なくとも一部が配置される。

このように、４つの回転機構がそれぞれ、対応する凹部に配置されており、基板１５０には、回転機構の回転軸を通すための貫通孔が設けられていない。回転軸を基板１５０の貫通孔に通す必要がなく、回転軸に対する横方向からも基板１５０を配置することができる。これにより、基板１５０及び４つの回転機構の組立作業性が向上する。よって、組立作業性が高いモータユニット１００を実現することができる。

また、回転機構に対応する凹部を設けることで、基板と回転機構との間の隙間を小さくすることができる。例えば、凹部の内面の平面視形状を円弧状にすることで、基板（凹部の内面）と回転機構との距離を一定にし、無駄なスペースを低減することができる。これにより、モータユニット１００の小型化及び軽量化を実現することができる。

本発明の第２態様に係るモータユニット１００は、第１態様に係るモータユニットであって、４つの回転機構は、モータ軸１１３を有するモータ（第１回転機構）１１０と、クランク軸１６ａを有するクランク回転機構（第２回転機構）１２０と、モータ１１０からクランク回転機構１２０に回転力を伝達する大径ギア１３１を有する減速機構（第３回転機構）１３０と、クランク軸１６ａの回転を検知するための回転体１４１（センサ軸）を有するクランク回転センサ部（第４回転機構）１４０と、を含む。４つの凹部は、モータ軸１１３が配置される第１凹部１５１と、クランク軸１６ａが配置される第２凹部１５２と、大径ギア１３１が配置される第３凹部１５３と、回転体１４１の軸部が配置される第４凹部１５４と、を含む。

これにより、クランク回転センサ部１４０及び減速機構１３０を備えるモータユニット１００の組立作業性の向上、小型化及び軽量化を実現することができる。

本発明の第３態様に係るモータユニット１００は、第２態様に係るモータユニットであって、第４凹部１５４、第２凹部１５２及び第３凹部１５３は、基板１５０の外周に沿ってこの順で並んで設けられている。

これにより、第２凹部１５２に対応するクランク軸１６ａの近傍に、クランク回転センサ部１４０の回転体１４１及び減速機構１３０が配置されるので、凹部に対応する回転機構間での回転力の伝達をスムーズに行うことができる。

本発明の第４態様に係るモータユニット１００は、第２態様又は第３態様に係るモータユニットであって、第１凹部１５１は、第３凹部１５３の内壁に設けられている。

これにより、モータ１１０と減速機構１３０とを近づけて配置することができるので、モータ１１０からの回転力を減速機構１３０にスムーズに伝達させることができる。

本発明の第５態様に係るモータユニット１００は、第２態様～第４態様のいずれか１つに係るモータユニットであって、基板１５０は、平面視において、第１方向に長尺な基部１５５と、基部１５５の第１方向における一端部から突出する第１凸部１５６と、基部１５５の第１方向における他端部から、第１凸部１５６と同じ側に突出する第２凸部１５７と、を含む。基板１５０の平面視において、４つの回転機構の各々の回転軸は、基部１５５と第１凸部１５６と第２凸部１５７とに囲まれた空間（Ｕ字内空間）に配置されている。

これにより、基板１５０のＵ字内空間に４つの回転機構の各々の回転軸が配置されるので、スペースを有効に活用することができる。よって、モータユニット１００の小型化及び軽量化を実現することができる。

本発明の第６態様に係るモータユニット１００は、第２態様～第５態様のいずれか１つに係るモータユニットであって、基板１５０は、平面視において、第２凹部１５２に挿入可能な第１凸部１５６を有し、第１凸部１５６は、第２凹部１５２に挿入された場合に、平面視において第２凹部１５２内の空間の７５％以上を占める。

これにより、１枚の定尺基板２００から２枚の基板１５０をセットで切り出すことが可能になる。一方の基板１５０の第２凹部１５２内の部分を他方の基板１５０の第１凸部１５６として有効に利用できるので、いわゆる捨て基板を減らすことができる。よって、廃棄物を減らすことができ、生産性の向上、環境負荷の低減、又は、コストの低下という利点が得られる。

本発明の第７態様に係るモータユニット１００は、第２態様～第６態様のいずれか１つに係るモータユニットであって、各々が基板１５０である２つの基板を第１基板１５０Ａ及び第２基板１５０Ｂとみなした場合に、基板１５０の平面視形状は、第１基板１５０Ａ及び第２基板１５０Ｂの各々の第３凹部１５３Ａ及び１５３Ｂを互いに対向させた状態で、第１基板１５０Ａの第２凹部１５２Ａに第２基板１５０Ｂの一部を挿入し、かつ、第２基板１５０Ｂの第２凹部１５２Ｂに第１基板１５０Ａの一部を挿入することができる形状を有する。

これにより、１枚の定尺基板２００から２枚の基板１５０をセットで切り出すことが可能になる。一方の基板１５０の第２凹部１５２内の部分を他方の基板１５０の一部として利用できるので、いわゆる捨て基板を減らすことができる。よって、廃棄物を減らすことができ、生産性の向上、環境負荷の低減、又は、コストの低下という利点が得られる。

本発明の第８態様に係るモータユニット１００は、第２態様～第７態様のいずれか１つに係るモータユニットであって、基板１５０には、モータ軸１１３を回転させるための電力を生成する電源回路と、センサ軸の回転に基づいてクランク軸１６ａの回転を検出する検出回路と、が実装されている。

これにより、電源回路及び検出回路が基板１５０に実装されており、モータユニット１００は、他の基板を備えなくてよい。よって、モータユニット１００が備える部品点数を減らすことができ、モータユニット１００の組立作業性を高めることができる。また、モータユニット１００の小型化及び軽量化を実現することができる。

本発明の第９態様に係る電動車両である電動自転車１は、第１態様～第８態様に係るモータユニット１００と、４つの回転機構の少なくとも１つの回転力が伝えられる後輪（車輪）１３と、モータユニット１００及び後輪１３を支持するフレーム１１と、を備える。

これにより、組立作業性が高いモータユニット１００を備える電動自転車１を実現することができる。

（その他）
以上、本発明に係るモータユニット及び電動車両について、上記の実施の形態などに基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、電動自転車１では、モータ１１０の回転力が後輪１３に伝えられるが、これに限らない。モータ１１０の回転力は、前輪１２に伝えられてもよい。あるいは、前輪１２及び後輪１３の両方にモータ１１０の回転力が伝えられてもよい。

また、例えば、電動車両は、二輪の自転車には限定されない。電動車両は、前輪及び後輪の一方を２つ備える三輪車であってもよい。あるいは、電動車両は、四輪以上の車輪を有する自転車であってもよい。また、電動車両は、電動キックボードなどの特定小型原動機付自転車であってもよい。

例えば、モータユニット１００が備える４つの回転機構がモータ１１０、クランク回転機構１２０、減速機構１３０及びクランク回転センサ部１４０である例を示したが、これに限らない。例えば、４つの回転機構には、モータ１１０で生じる力を伝達する他の回転機構が含まれてもよい。また、モータユニット１００は、５つ以上の回転機構を備えてもよい。この場合、基板１５０には、平面視における外周部において、５つ以上の回転機構に一対一で対応する５つ以上の凹部が設けられてもよい。

また、例えば、モータユニット１００が備える４つ又は５つ以上の回転機構の回転軸は、基板１５０の第１主面１５０ａに対して斜めに傾斜して交差していてもよい。すなわち、各回転軸は、基板１５０の第１主面１５０ａに対して垂直でなくてもよい。

また、例えば、第１凹部１５１、第２凹部１５２、第３凹部１５３及び第４凹部１５４の位置関係は、上述した例には限らない。例えば、第４凹部１５４は、第２凹部１５２と第３凹部１５３との間に配置されてもよい。

また、例えば、４つの回転機構の少なくとも１つの回転軸は、基板１５０のＵ字内空間内に設けられていなくてもよい。例えば、クランク軸１６ａ及び大径ギア１３１の軸は、Ｕ字内空間に設けられ、モータ軸１１３及び回転体１４１の軸部は、Ｕ字内空間の外側に設けられていてもよい。

また、例えば、第２凸部１５７が第１凹部１５１に挿入可能な形状を有してもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１ 電動自転車（電動車両）
１１ フレーム
１２ 前輪（車輪）
１３ 後輪（車輪）
１６ａ クランク軸
１００ モータユニット
１１０ モータ（第１回転機構）
１１３ モータ軸
１２０ クランク回転機構（第２回転機構）
１３０ 減速機構（第３回転機構）
１３１ 大径ギア
１４０ クランク回転センサ部（第４回転機構）１４１ 回転体
１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ 基板
１５１、１５１Ａ、１５１Ｂ 第１凹部
１５２、１５２Ａ、１５２Ｂ 第２凹部
１５３、１５３Ａ、１５３Ｂ 第３凹部
１５４、１５４Ａ、１５４Ｂ 第４凹部
１５５、１５５Ａ、１５５Ｂ 基部
１５６、１５６Ａ、１５６Ｂ 第１凸部
１５７、１５７Ａ、１５７Ｂ 第２凸部
１６０ ケース
１７０ 制御回路

Claims (9)

1. 電動車両に用いられるモータユニットであって、
   基板と、
   各々の回転軸が前記基板の主面に対して交差するように配置された４つの回転機構と、を備え、
   前記基板は、平面視における外周部において、前記４つの回転機構に一対一に対応して設けられた４つの凹部を有し、
   前記４つの凹部の各々には、対応する回転機構の少なくとも一部が配置される、
   モータユニット。
2. 前記４つの回転機構は、
   モータ軸を有する第１回転機構と、
   クランク軸を有する第２回転機構と、
   前記第１回転機構から前記第２回転機構に回転力を伝達するギアを有する第３回転機構と、
   前記クランク軸の回転を検知するためのセンサ軸を有する第４回転機構と、を含み、
   前記４つの凹部は、
   前記モータ軸が配置される第１凹部と、
   前記クランク軸が配置される第２凹部と、
   前記ギアが配置される第３凹部と、
   前記センサ軸が配置される第４凹部と、を含む、
   請求項１に記載のモータユニット。
3. 前記第４凹部、前記第２凹部及び前記第３凹部は、前記基板の外周に沿ってこの順で並んで設けられている、
   請求項２に記載のモータユニット。
4. 前記第１凹部は、前記第３凹部の内壁に設けられている、
   請求項２又は３に記載のモータユニット。
5. 前記基板は、平面視において、
   第１方向に長尺な基部と、
   前記基部の前記第１方向における一端部から突出する第１凸部と、
   前記基部の前記第１方向における他端部から、前記第１凸部と同じ側に突出する第２凸部と、を含み、
   前記基板の平面視において、前記４つの回転機構の各々の回転軸は、前記基部と前記第１凸部と前記第２凸部とに囲まれた空間に配置されている、
   請求項２又は３に記載のモータユニット。
6. 前記基板は、平面視において、前記第２凹部に挿入可能な第１凸部を有し、
   前記第１凸部は、前記第２凹部に挿入された場合に、平面視において前記第２凹部内の空間の７５％以上を占める、
   請求項２又は３に記載のモータユニット。
7. 各々が前記基板である２つの基板を第１基板及び第２基板とみなした場合に、前記基板の平面視形状は、前記第１基板及び前記第２基板の各々の前記第３凹部を互いに対向させた状態で、前記第１基板の前記第２凹部に前記第２基板の一部を挿入し、かつ、前記第２基板の前記第２凹部に前記第１基板の一部を挿入することができる形状を有する、
   請求項２又は３に記載のモータユニット。
8. 前記基板には、前記モータ軸を回転させるための電力を生成する電源回路と、前記センサ軸の回転に基づいて前記クランク軸の回転を検出する検出回路と、が実装されている、
   請求項２又は３に記載のモータユニット。
9. 請求項１～３のいずれか１項に記載のモータユニットと、
   前記４つの回転機構の少なくとも１つの回転力が伝えられる車輪と、
   前記モータユニット及び前記車輪を支持するフレームと、を備える、
   電動車両。