JP7593039B2 - 駆動装置、および、電動車 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置、および、該駆動装置を備える電動車に関する。

従来、電動自転車に用いられるモータ駆動ユニットとして、ハブにモータを内蔵する構造が知られている。ハブ内の車幅方向の一端部にモータを配設し、モータのロータの回転をハブに伝達する遊星減速機を他端部に配設している。そして、モータハウジングの軸心部に固定したステータの周囲をロータの磁極部が回転する。これにより、熱伝達系の熱抵抗を小さくすることができる（特許文献１）。

特開２０００－０８３３４９号公報

従来の駆動装置においては、より効率よくモータの熱を排出する必要があった。

本発明は、排熱性に優れる駆動装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の例示的な実施形態に係る駆動装置は、上下に延びる中心軸回りに回転可能に支持されるロータと、ロータと径方向に対向して配置されるステータと、ステータを内側に収容する第１ハウジングと、第１ハウジングを内側に収容する第２ハウジングとを有する。第１ハウジングは、ステータよりも軸方向上方において中心軸と交差する方向に広がる第１天面部を有する。第２ハウジングは、第１天面部よりも軸方向上方において中心軸と交差する方向に広がる第２天面部を有する。第１天面部と第２天面部との軸方向間には、潤滑剤が配置される。第２天面部は、軸方向下方に突出する環状の第１突出部を有する。潤滑剤の少なくとも一部は、第１突出部の径方向内方に配置される。

本発明の例示的な実施形態に係る電動車は、上述の駆動装置を有する。

本発明の例示的な実施形態に係る駆動装置によれば、モータの熱を効率よく排出できる。また、本発明の例示的な実施形態に係る電動車によれば、電動車に搭載される駆動装置において、モータの熱を効率よく排出できる。

図１は、第１実施形態の駆動装置を示す断面図である。 図２は、第１変形例の駆動装置の部分断面図である。 図３は、第２変形例の駆動装置の部分断面図である。 図４は、第３変形例の駆動装置の部分断面図である。 図５は、実施形態に係る電動車の概略図である。

本実施形態では、中心軸Ｊに平行な方向を単に「軸方向」と呼ぶ。軸方向のうち、減速機構４０からからモータ３０へ向かう方向を軸方向上方と呼び、モータ３０から減速機構４０へ向かう方向を軸方向下方と呼ぶ。すなわち、軸方向において、ハブ軸１１を基準としてハブ軸１２が配置される側が軸方向上方であり、ハブ軸１２を基準としてハブ軸１１が配置される側が軸方向下方である。また、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼ぶ。径方向のうち、中心軸Ｊに接近する向きを径方向内方と呼び、中心軸Ｊから離れる向きを径方向外方と呼ぶ。中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、本実施形態においては、「軸方向」及び「径方向」等の方向は、完全に軸方向及び径方向に平行である場合のみではなく、軸方向や径方向に対して少し傾斜している場合も含む。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の駆動装置を示す断面図である。本実施形態の駆動装置１０は、電動車に用いられる。電動車は、例えば、電動自転車、電動アシスト自転車、歩行介助車などである。後述の通り、駆動装置１０は、第２ハウジング（ハブ２０）に収容される減速機構４０をさらに有する。これにより、小型のモータ３０によって、より大きなトルクをハブ２０に伝達できる。本実施形態においては、駆動装置１０は、車両に固定される一対のハブ軸１１、１２と、ハブ軸１１、１２の中心軸Ｊ回りに回転可能な中空のハブ２０と、ハブ２０の内部に収容され、ハブ軸１２に固定されるモータ３０と、モータ３０およびハブ２０に連結される減速機構４０と、を備える。モータ３０は、ハブ軸１２に固定される第１ハウジング（モータハウジング３４）を有する。モータハウジング３４には減速機構４０が連結される。軸方向において、ハブ軸１１と、減速機構４０と、モータハウジング３４と、ハブ軸１２とがこの順に連結されて固定される。モータ３０および減速機構４０の駆動力によって、ハブ２０が中心軸Ｊを中心として回転駆動される。ハブ軸１１、１２の少なくとも一方は、車両に固定される構造であってもよい。

モータ３０は、中心軸Ｊに沿って延びるモータシャフト３１と、中心軸Ｊ周りに回転可能に支持されるロータ３２と、ロータ３２と径方向に対向して配置されるステータ３３と、ステータ３３を内側に収容するモータハウジング３４と、を有する。換言すると、駆動装置１０は、ロータ３２と、ステータ３３と、モータハウジング３４と、ハブ２０と、を有する。ロータ３２は、上下に延びる中心軸Ｊ回りに回転可能に支持される。ステータ３３は、ロータ３２と径方向に対向して配置される。モータハウジング３４は、ステータ３３を内側に収容する。

ロータ３２は、モータシャフト３１に固定されるロータコアと、ロータコアの径方向外側面に固定されるロータマグネットとを有する。ロータコアは例えば積層鋼板を有する。ロータ３２は、中心軸Ｊ回りに回転する。モータシャフト３１は、モータハウジング３４に保持される第１ベアリング３５および第２ベアリング３６に支持される。

ステータ３３は、モータハウジング３４に固定されるステータコア３７と、ステータコア３７のティースにインシュレータを介して巻かれることによって形成されるコイル３８と、を有する。ステータコア３７は、例えば積層鋼板を有する。

モータハウジング３４は、ステータ３３の軸方向下方に配置される第１モータブラケット３４Ａと、ステータ３３の軸方向上方に配置される第２モータブラケット３４Ｂと、を有する。モータハウジング３４は、第１モータブラケット３４Ａと前記第２モータブラケット３４Ｂとにより、ステータ３３を軸方向に挟んだ状態で保持する。すなわち、モータハウジング３４は、ステータ３３の軸方向下方に固定される第１モータブラケット３４Ａと、ステータ３３の軸方向上方に固定される第２モータブラケット３４Ｂとを有する。

第１モータブラケット３４Ａは、軸方向上方に開口する有底の筒状である。第１モータブラケット３４Ａは、軸方向下方の端部に、第１ベアリング３５を保持するベアリング保持部１３１を有する。第１モータブラケット３４Ａの筒状部にステータコア３７の一部が固定される。

モータハウジング３４は、第１天面部（モータ天面部３４１）を有する。モータ天面部３４１は、ステータ３３よりも軸方向上方において中心軸Ｊと交差する方向に広がる。より詳細に述べると、第２モータブラケット３４Ｂは、軸方向下方に開口する有蓋の筒状である。第２モータブラケット３４Ｂは、ステータ３３よりも軸方向上方において中心軸Ｊと交差する方向に広がるモータ天面部３４１と、軸方向上方の端部に、第２ベアリング３６を保持するベアリング保持部１３２と、ハブ軸１２を保持するハブ軸保持部１３３と、を有する。第２モータブラケット３４Ｂの筒状部にステータコア３７の一部が固定される。本実施形態では、ステータコア３７は、第２モータブラケット３４Ｂにボルトによって締結される。

ハブ２０は、モータハウジング３４を内側に収容する。さらに、ハブ２０は、モータ３０および減速機構４０を収容する中空の筐体である。ハブ２０は、中心軸Ｊと交差する方向に広がるキャップ２０Ａと、有蓋筒状の本体部２０Ｂとを有する。本体部２０Ｂは軸方向下方へ開口する。キャップ２０Ａは、本体部２０Ｂの開口部を軸方向下方から塞ぐ。キャップ２０Ａは、本体部２０Ｂにボルトによって締結される。

ハブ２０は、第２天面部（ハブ天面部１２１）を有する。ハブ天面部１２１は、モータ天面部３４１よりも軸方向上方において中心軸Ｊと交差する方向に広がる。より詳細に述べると、本体部２０Ｂは、モータ天面部３４１よりも軸方向上方において中心軸Ｊと交差する方向に広がるハブ天面部１２１と、ハブ天面部１２１の径方向外縁から軸方向下方へ延びる筒部１２２と、を有する。筒部１２２には、ハブ天面部１２１側から順に、モータ３０と減速機構４０とが収容される。キャップ２０Ａは、径方向中央部において、第１ハブベアリング２１を保持する。キャップ２０Ａは、第１ハブベアリング２１によりハブ軸１１に回転可能に支持される。本体部２０Ｂは、ハブ天面部１２１の径方向中央部に第２ハブベアリング２２を保持する。本体部２０Ｂは、第２ハブベアリング２２により、モータ３０のモータハウジング３４に回転可能に支持される。

ハブ２０は、外側面から径方向外側へ突出する２つの接続部２０ａ、２０ｂを有する。接続部２０ａおよび接続部２０ｂには、駆動装置１０を電動ハブとして備える車輪のホークが接続される。

減速機構４０は、モータシャフト３１の軸方向下方の端部に形成される太陽歯車４１と、太陽歯車４１の径方向外側に配置される複数の遊星歯車４２と、各々の遊星歯車４２を回転可能に支持する複数の支持軸４３と、複数の支持軸４３をモータ３０に固定する固定部４４と、複数の遊星歯車４２の径方向外側に配置され、遊星歯車４２と連結される円環状の出力歯車４５と、を有する。遊星歯車４２および支持軸４３は、本実施形態ではそれぞれ３個ずつ設けられる。

太陽歯車４１は、モータシャフト３１と同軸の外歯歯車である。遊星歯車４２は、径の異なる１組の同軸の外歯歯車を有する２段歯車である。遊星歯車４２は、軸方向下方に位置する小歯車４２ａと、軸方向上方に位置する大歯車４２ｂとを有する。遊星歯車４２の大歯車４２ｂは、太陽歯車４１と噛み合う。遊星歯車４２は、小歯車４２ａおよび大歯車４２ｂの中心を貫通する貫通孔４２ｃを有する。

支持軸４３は、軸方向に延びる。支持軸４３は、遊星歯車４２の貫通孔４２ｃに通される。支持軸４３の軸方向下方の端部は固定部４４に固定される。支持軸４３の軸方向上方の端部は、第１モータブラケット３４Ａのハブ底壁部１３４に固定される。

出力歯車４５は、遊星歯車４２の小歯車４２ａに噛み合う内歯歯車である。出力歯車４５は、キャップ２０Ａの内側面に固定される。すなわち、減速機構４０は、太陽歯車４１を介してモータ３０に連結され、出力歯車４５を介してハブ２０に連結される。

本実施形態の駆動装置１０において、第１ハウジングはモータハウジング３４であり、第１天面部はハブ天面部１２１である。また第２ハウジングはハブ２０であり、第２天面部はモータ天面部３４１である。

ハブ天面部１２１は、軸方向下方に突出する環状の第１突出部２３を有する。本実施形態においては、ハブ天面部１２１は、第１突出部２３よりも径方向内方に配置され、軸方向下方に突出する環状の第２突出部２４を有する。

モータ天面部３４１とハブ天面部１２１との軸方向間には、潤滑剤６０が配置される。本実施形態において、潤滑剤６０は放熱性を有する。潤滑剤６０の少なくとも一部は、第１突出部２３の径方向内方に配置される。この構成により、潤滑剤６０が第１突出部２３よりも径方向外方に漏れ出すことを抑制できる。また、本実施形態においては、潤滑剤６０の少なくとも一部は、第２突出部２４の径方向外方に配置される。この構成により、潤滑剤６０が第２突出部２４よりも径方向内方へ漏れ出すことを抑制できる。言い換えると、潤滑剤６０の少なくとも一部は、第１突出部２３および第２突出部２４との径方向間に配置される。

また、特に、ハブ２０が回転するときに潤滑剤６０には遠心力がかかる。このとき、潤滑剤６０が第１突出部２３の径方向内方に集まる。これにより、ハブ２０が回転するときは、潤滑剤６０が、モータ天面部３４１およびハブ天面部１２１に接触しやすくなり、より効率よくモータ３０の熱を放出することが可能となる。

第１突出部２３と第２突出部２４の径方向間において、ハブ天面部１２１とモータ天面部３４１との軸方向間隙は、径方向外方に向かうにつれて小さくなる。本実施形態においては、ハブ天面部１２１の軸方向下面がテーパー状である。つまり、ハブ天面部１２１の軸方向下面は、径方向外方に向かうにつれて、軸方向下方に傾斜している。よって、ハブ天面部１２１とモータ天面部３４１との軸方向間隙が、径方向外方に向かうにつれて小さくなる。この構成により、ハブ２０回転時に、潤滑剤６０が、第１突出部２３の径方向内方に集められやすくなる。

第２突出部２４は、ハブ天面部１２１の径方向中央部に配置される。第２ハブベアリング２２は、第２突出部２４の径方向内方および第２モータブラケット３４Ｂとの間に配置される。言い換えると、ハブ２０は、第２突出部２４よりも径方向内方に配置される軸受を有する。本実施形態においては、軸受は、第２ハブベアリング２２である。

本実施形態の駆動装置１０において、第２ハブベアリング２２内に含まれるグリスと、潤滑剤６０とは同一の組成である。この構成により、潤滑剤６０が仮に第２ベアリング２２へ漏洩しても、第２ベアリング２２は大きな影響を受けることなく正常に動作可能である。なお、ベアリング２２の動作に影響しにくい潤滑剤６０であれば、グリスと異なる組成であってもよい。

（第１変形例）
図２は、第１変形例の駆動装置１０Ａの部分断面図である。駆動装置１０Ａは、樹脂部材７０を有する点において、駆動装置１０と異なる。駆動装置１０Ａと駆動装置１０とにおいて、各部位の構成が同様の場合には同じ符号を付し、説明を省略することがある。
モータ３０は、ステータ３３とモータ天面部３４１との軸方向間に樹脂部材７０を有する。すなわち、樹脂部材７０は、ステータ３３とモータ天面部３４１との軸方向間に配置される。樹脂部材７０は、熱を伝達可能な部材である。この構成により、ステータ３３から発生した熱をモータ天面部３４１により効率良く伝達可能となる。更に、モータ天面部３４１に伝達された熱は、潤滑剤６０を介してハブ天面部１２１に伝達され、駆動装置１０Ａの外部に放熱する。つまり、ステータ３３において発生した熱をより効率よく駆動装置１０Ａの外部へ放熱可能となる。

樹脂部材７０の少なくとも一部は、潤滑剤６０と軸方向に重なる。この構成により、ステータ３３において発生した熱を、樹脂部材７０を介してモータ天面部３４１の潤滑剤６０と接触する箇所に伝達することが可能となるため、ステータ３３において発生する熱を効率よく駆動装置１０Ａの外部へ放熱可能となる。

樹脂部材７０の少なくとも一部は、第１突出部２３の径方向内側面と軸方向に重なる。第１突出部２３とモータ天面部３４１との軸方向間隙は、ハブ天面部１２１とモータ天面部３４１との軸方向間隙よりも狭いため、モータ天面部３４１の熱は第１突出部２３に伝達しやすい。この構成により、ステータ３３において発生した熱を、樹脂部材７０とモータ天面部３４１とを介して、第１突出部２３の近傍に効率良く伝達することが可能となるため、ステータ３３において発生する熱を効率よく駆動装置１０Ａの外部へ放熱可能となる。

上述の通り、特に、ハブ２０が回転するときは、潤滑剤６０が、第１突出部２３の径方向内方に集まる。そのため、樹脂部材７０の少なくとも一部が第１突出部２３の径方向内方面と軸方向に重なる構成により、ステータ３３において発生した熱を、樹脂部材７０を介して、モータ天面部３４１の潤滑剤６０と接触する箇所に伝達することが可能となる。これにより、ステータ３３において発生する熱を効率よく駆動装置１０Ａの外部へ放熱可能となる。

（第２変形例）
図３は、第２変形例の駆動装置１０Ｂの部分断面図である。駆動装置１０Ｂは、モータ天面部３４１が凹部３４１１を有している点において、駆動装置１０と異なる。駆動装置１０と駆動装置１０Ｂの構成において、各部位の構成が同様の場合には同じ符号を付し、説明を省略することがある。第２変形例では、モータ天面部３４１は、軸方向下方に凹む環状の凹部３４１１を有する。凹部３４１１は第１突出部２３と軸方向視において重なる。更に、第１突出部２３の少なくとも一部は、凹部３４１１内に収容され、ラビリンス構造を形成する。この構成により、潤滑剤６０が第１突出部２３よりも径方向外方へ漏れ出すことを抑制できる。

潤滑剤６０の少なくとも一部は、凹部３４１１内に収容される。この構成により、潤滑剤６０とモータ天面部３４１Ｂとの接触面積が増加するため、より効率よく放熱可能となる。また、潤滑剤６０が凹部３４１１内に収容されるため、潤滑剤６０が凹部３４１１よりも径方向外方に漏れ出すことを抑制できる。

（第３変形例）
図４は、第３変形例の駆動装置１０Ｃの部分断面図である。駆動装置１０Ｃは、モータ天面部３４１が第３突出部３４１２を有している点において、駆動装置１０と異なる。駆動装置１０と駆動装置１０Ｃの構成において、各部位の構成が同様の場合には同じ符号を付し、説明を省略することがある。第２変形例では、モータ天面部３４１は、軸方向上方に突出する環状の第３突出部３４１２を有する。第３突出部３４１２の少なくとも一部は、第１突出部２３と径方向に対向しラビリンス構造を形成する。この構成により、潤滑剤６０が、第１突出部２３よりも径方向外方へ漏れ出すことをより抑制可能となる。

潤滑剤６０の少なくとも一部は、第１突出部２３と第３突出部３４１２との径方向間に収容される。この構成により、潤滑剤６０とモータ天面部３４１、もしくは、潤滑剤６０とハブ天面部１２１との接触面積が増加するため、より効率よくモータ３０で発生した熱を放熱可能となる。

図５は、駆動装置１０を有する電動アシスト自転車１の側面図である。電動アシスト自転車１は、電動車の一例である。電動アシスト自転車１は、フレーム２と、フレーム２の前方側に配置される前輪３と、フレーム２の後方側に配置される後輪４と、フレーム２の下方側に配置されるクランクアーム５と、クランクアームに取り付けられるペダル５Ａと、を備える。

さらに、電動アシスト自転車１は、バッテリー６と、コントローラ７と、前輪３に設けられたホーク３Ａと、ホーク３Ａに取り付けられた駆動装置１０と、を備えている。電動アシスト自転車１には、ペダル５Ａの踏力が作用する箇所に、ペダル５Ａの負荷を検出するセンサ（不図示）が設けられており、コントローラ７は、ペダル５Ａの負荷が一定値に達すると、バッテリー６に接続されたコントローラ７から駆動装置１０のモータ３０に通電する。駆動装置１０が上述の構成によってモータ３０の回転力を前輪３に伝達することで前輪３に前方への推進力が発生する。上述の通り、電動車は、駆動装置１０を有する。これにより、排熱性が高い駆動装置１０を有する電動車を実現できる。

本実施形態の電動アシスト自転車１は、上述の駆動装置１０を有する。これにより、放熱効果の高い駆動装置１０を備えた電動アシスト自転車１を提供できる。

本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例の構成は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

以上に説明したように、本発明は、例えば、電動車用の駆動装置において利用できる。

１０…駆動装置、１１，１２…ハブ軸、２０…ハブ、１２１…ハブ天面部、２３…第１突出部、２４…第２突出部、３０…モータ、３１…モータシャフト、３２…ロータ、３３…ステータ、３４…モータハウジング、３４Ａ…第１モータブラケット、３４Ｂ…第２モータブラケット、３４１…モータ天面部、３４１１…凹部、３４１２…第３突出部、４０…減速機構、６０…潤滑剤、７０…樹脂部材、Ｊ…中心軸

Claims (11)

1. 中心軸回りに回転可能に支持されるロータと、
   前記ロータと径方向に対向して配置されるステータと、
   前記ステータを内側に収容する第１ハウジングと、
   前記第１ハウジングを内側に収容する第２ハウジングと、
   を有し、
   前記第１ハウジングは、前記ステータよりも軸方向一方において前記中心軸と交差する方向に広がる第１天面部を有し、
   前記第２ハウジングは、前記第１天面部よりも軸方向一方において前記中心軸と交差する方向に広がる第２天面部を有し、
   前記第１天面部と前記第２天面部との軸方向間には、潤滑剤が配置され、
   前記第２天面部は、前記第１天面部と軸方向に対向する位置において、軸方向他方に突出する環状の第１突出部を有し、
   前記潤滑剤の少なくとも一部は、前記第１突出部の径方向内方に配置される、駆動装置。
   
2. 前記第２天面部は、前記第１突出部よりも径方向内方に配置され、軸方向他方に突出する環状の第２突出部を有し、
   前記潤滑剤の少なくとも一部は、前記第２突出部の径方向外方に配置される、請求項１に記載の駆動装置。
   
3. 前記第２ハウジングは、前記第２突出部よりも径方向内方に配置される軸受を有し、
   前記軸受内に含まれるグリスと、前記潤滑剤と、は同一の組成である、請求項２に記載の駆動装置。
   
4. 前記ステータと前記第１天面部との軸方向間には、樹脂部材が配置される、請求項１から３のいずれかに記載の駆動装置。
   
5. 前記樹脂部材の少なくとも一部は、前記潤滑剤と軸方向に重なる、請求項４に記載の駆動装置。
   
6. 前記樹脂部材の少なくとも一部は、前記第１突出部の径方向内側面と軸方向に重なる、請求項４または５に記載の駆動装置。
   
7. 前記第１天面部は、軸方向他方に凹む環状の凹部を有し、
   前記第１突出部の少なくとも一部は、前記凹部内に収容される、請求項１から６のいずれかに記載の駆動装置。
   
8. 前記潤滑剤の少なくとも一部は、前記凹部内に収容される、請求項７に記載の駆動装置。
   
9. 前記第１天面部は、軸方向一方に突出する環状の第３突出部を有し、
   前記第３突出部の少なくとも一部は、前記第１突出部と径方向に対向する、請求項１から６のいずれかに記載の駆動装置。
   
10. 前記第２ハウジングに収容される減速機構をさらに有する、請求項１から９のいずれかに記載の駆動装置。
    
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の駆動装置を有する、電動車。

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