モータ内蔵自転車用ハブ
【課題】モータ内蔵自転車用ハブにおいて、電気配線の接続を容易にし、かつ電力ロスを低減できるようにする。
【解決手段】モータ内蔵自転車用ハブ１０は、自転車の車輪のハブを構成する自転車用モータ内蔵ハブである。モータ内蔵自転車用ハブは、ハブ軸１５と、モータ１１と、モータ制御回路１９と、を備えている。モータ１１は、端子２６を有する。モータ制御回路１９は、ハブ軸１５の軸線方向でモータと並んで設けられ、端子２６に直接接続される回路基板４２を有し、モータ１１を制御する。
【解決手段】モータ内蔵自転車用ハブ１０は、自転車の車輪のハブを構成する自転車用モータ内蔵ハブである。モータ内蔵自転車用ハブは、ハブ軸１５と、モータ１１と、モータ制御回路１９と、を備えている。モータ１１は、端子２６を有する。モータ制御回路１９は、ハブ軸１５の軸線方向でモータと並んで設けられ、端子２６に直接接続される回路基板４２を有し、モータ１１を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用ハブ、特に、自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車において、人力による駆動力をモータにより補助するアシスト自転車が従来知られている。アシスト自転車には、車輪にモータが設けられているモータ内蔵ハブを採用しているものがある。従来のモータ内蔵ハブにおいて、モータを駆動するモータ駆動回路が内部に配置されているものが知られている。従来のモータ内蔵ハブは、モータとモータ駆動回路とは電気配線により接続されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０９５１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の構成では、モータとモータ駆動回路が電気配線により接続されているので、モータ駆動回路の配置が制限されにくい。しかし、電気配線の接続が煩わしく、かつ電気配線の抵抗による電力ロスが生じるおそれがある。
【０００５】
本発明の課題は、モータ内蔵自転車用ハブにおいて、電気配線の接続を容易にし、かつ電力ロスを低減できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブは、自転車の車輪のハブを構成する自転車用モータ内蔵ハブである。モータ内蔵自転車用ハブは、ハブ軸と、モータと、モータ制御部と、
を備えている。モータは、端子を有する。モータ制御部は、ハブ軸の軸線方向でモータと並んで設けられ、端子に直接接続される回路基板を有し、モータを制御する。
【０００７】
このモータ内蔵自転車用ハブでは、モータの端子がモータ制御回路の回路基板に直接接続される。このため、モータと回路基板との間の電気配線が不要になり、電気配線の接続が容易になり、かつ電力ロスを低減できる。
【０００８】
発明２に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、端子はハブ軸と平行に延びる。この場合には、端子の長さが最も短くなる。
【０００９】
発明３に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１または２に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、隔壁部をさらに備える。モータは、端子に接続されるコイル部を有する。隔壁部は、コイル部および回路基板の間に設けられる。端子は、隔壁部を貫通する。
【００１０】
この場合には、隔壁部によりモータのコイル部と回路基板とを異なる空間に配置可能になる。このため、コイル部の熱を隔壁部に伝導させて、回路基板への伝導を低減させることができ、制御部によってモータの制御を安定して行うことができる。
【００１１】
発明４に係る自転車用モータ内蔵ハブは、発明３に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、隔壁部には、端子が貫通する貫通孔が形成され、端子の基端部は、絶縁性を有する樹脂によってモールドされ、貫通孔に設けられる。
【００１２】
この場合には、孔を貫通して回路基板に接続される端子の基端部が、絶縁製を有する樹脂でモールドされた状態で貫通孔に設けられる。このため、端子と隔壁部との接触を防止することができる。
【００１３】
発明５に係る自転車用モータ内蔵ハブは、発明３または４に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、隔壁部は、コイル部を支持し、ハブ軸に回転不能に接続される。
【００１４】
この場合には、フレームにより回転が規制されるハブ軸に回転不能に接続される隔壁部がコイル部を支持するので、コイル部の支持と空間の区分けとを同時に実施できる。
【００１５】
発明６に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明３から５のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、隔壁部を挟んで、モータ制御部が収納される第１空間と、コイル部が収納される第２空間とが形成されるモータケースをさらに備える。
【００１６】
この場合には、第１空間と第２空間とを隔壁部により区分けしてモータ制御部とコイル部とを配置できる。
【００１７】
発明７に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明３から６のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、回路基板は、第１実装面に第１電気素子を有し、第１実装面を隔壁部に臨ませて配置される。隔壁部には、第１電気素子の少なくとも一部分が配置される配置凹部が形成される。
【００１８】
この場合には、配置凹部が隔壁部に形成され、第１電気素子の少なくとも一部分が配置凹部に配置される。このため、ハブのハブ軸方向の長さを短くすることができる。
【００１９】
発明８に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明７に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、第１電気素子と、隔壁部との間には、空隙が設けられる。この場合には、モータが振動してもその振動が空隙により遮断され、第１電気素子に伝達されない。このため、振動による悪影響を第１電気素子か受けにくくなる。
【００２０】
発明９に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１または２に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、回路基板は、第１実装面に第１電気素子を有し、第１実装面をモータに臨ませて設けられる。
【００２１】
この場合には、モータ側の第１実装面に第１電気素子を配置しているので、狭い空間に配置される回路基板に多くの第１電気素子を配置できる。
【００２２】
発明１０に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明７から９のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、モータ制御部は、複数のスイッチング素子を有するインバータ部を備え、スイッチング素子は第１実装面とは反対側の第２実装面に実装される。
【００２３】
この場合には、発熱量が多いスイッチング素子を隔壁部またはモータと逆側の第２実装面に配置したので、スイッチング素子が外気に接触するハブの外側面の近くに配置される。このため、スイッチング素子を冷却しやすくなる。
【００２４】
発明１１に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明７から１０のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、回路基板は、第１実装面とは反対側の第２実装面に第２電気素子を有し、第１電気素子は、第２電気素子よりも、ハブ軸に平行な方向の寸法が大きい。
【００２５】
この場合には、ハブ軸方向の寸法が大きい第１電気素子が配置凹部に配置されるため、ハブのハブ軸方向長さを短くすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、モータの端子がモータ制御回路の回路基板に直接接続される。このため、モータと回路基板との間の電気配線が不要になり、電気配線の接続が容易になり、かつ電力ロスを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態が採用される自転車の右側面図。
【図２】モータ内蔵ハブの右側面図。
【図３】モータ内蔵ハブの図２の切断面線III−IIIにおける断面図。
【図４】モータ内蔵ハブの左斜視図。
【図５】モータ内蔵ハブの右斜視図。
【図６】モータ内蔵ハブの分解斜視図。
【図７】回路基板の第１実装面を示す平面図。
【図８】モータとケース本体との位置関係を示す図。
【図９】モータの断面部分図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜自転車の全体構成＞
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は人力よる駆動をモータ内蔵ハブ１０により補助するアシスト自転車である。自転車は、フレーム体１０２及びフロントフォーク１０３を有するフレーム１０１と、ハンドル部１０４と、駆動部１０５と、前輪１０６ｆと、後輪１０６ｒと、フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒと、前照灯２３と、尾灯２４と、を備えている。フロントフォーク１０３は、フレーム体１０２の前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。フロントフォーク１０３の先端部にモータ内蔵ハブ１０が装着されている。フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒは、前輪１０６ｆ及び後輪１０６ｒのリム１２１ｆ及び１２１ｒにそれぞれ接触して制動する。
【００２９】
フレーム１０１には、サドル１１１やハンドル部１０４を含む各部が取り付けられている。駆動部１０５は、フレーム体１０２のハンガー部に回転自在に支持されたクランク軸１１６と、クランク軸１１６の両端に固定されたギアクランク１１８ａ及び左クランク（図示せず）と、ギアクランク１１８ａに掛け渡されたチェーン１１９と、後輪１０６ｒのリアハブ１１０に装着されたギア１０９と、フロントディレーラ１０８ｆと、リアディレーラ１０８ｒと、を有している。
【００３０】
フロントディレーラ１０８ｆは、ギアクランク１１８ａに装着された、たとえば３枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。リアディレーラ１０８ｒは、リアハブ１１０に取り付けられた、ギア１０９のたとえば９枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは、いずれも電動駆動されるものであり、電動アクチュエータと、現在の変速段を検出する段数センサと、これらを制御するディレーラ制御部と、をそれぞれ有している。ハンドルバー１１５には、変速を指示する変速スイッチが設けられ、変速スイッチの操作に応じて、前記ディレーラ制御部が電動アクチュエータを制御する。本実施の形態では、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは電動駆動されるが、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは変速レバーにワイヤーで連結され、変速レバーによってワイヤーを引っ張ることによって変速駆動される構成であってもよい。
【００３１】
フレーム体１０２の後上部には、リアキャリア１１２が取り付けられている。リアキャリア１１２には、自転車全体の電装品を制御する全体制御部１２を含むリアキャリアユニット１３が装着されている。リアキャリアユニット１３は、モータ内蔵ハブ１０、全体制御部１２及び前照灯２３等の電装品の電源となる蓄電部１４を着脱可能に搭載している。蓄電部１４は、たとえばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の蓄電池を含んで構成される。蓄電部１４に尾灯２４が一体で取り付けられている。
【００３２】
ハンドル部１０４は、フロントフォーク１０３の上部に固定されたハンドルステム１１４と、ハンドルステム１１４に固定されたバーハンドル型のハンドルバー１１５とを有している。ハンドルバー１１５の両端には、左ブレーキレバー１６ｆ及び右ブレーキレバー１６ｒと、が装着されている。また、ハンドルバー１１５の中央部には、表示ユニット１８と、前照灯２３とが装着されている。表示ユニット１８は、たとえばアシストモード及び回生制動モードなどの動作モードを表示可能である。
【００３３】
＜モータ内蔵ハブ＞
モータ内蔵ハブ１０は、自転車の前輪１０６ｆのハブを構成するものである。モータ内蔵ハブ１０は、フロントフォーク１０３の先端に装着されており、人力による駆動を補助するためのものである。モータ内蔵ハブ１０は、たとえば３相のブラシレスＤＣモータを含んでいる。モータ内蔵ハブ１０は、図２に示すように、ハブ軸１５と、ハブ軸１５に装着されるモータケース１７と、を有している。また、モータ内蔵ハブ１０は、図３に示すように、モータケース１７内に収納されたモータ１１と、モータ制御回路（モータ制御部の一例）１９と、回転伝達機構２５と、を有している。
【００３４】
＜ハブ軸＞
ハブ軸１５は、たとえば、鋼鉄製であり、フロントフォーク１０３の先端の前爪部１０３ａに両端部が回転不能に装着可能である。ハブ軸１５の両端外周面には、フロントフォーク１０３に固定するためのナット部材５０が螺合する左右１対の第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂが形成されている。また、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂの外周面には、互いに平行な二面を有する第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄが形成されている。第２係止部１５ｄのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第１ケース部材３２を回転不能に連結するための回転係止部１５ｅが形成されている。第１雄ねじ部１５ａには、ナット部材５０と、ロックナット５１と、が螺合している。第２雄ねじ部１５ｂには、ナット部材５０と、第１ケース部材３２をハブ軸１５に固定するナット部材５２と、が螺合している。ナット部材５０の軸方向内方には、第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄに各別に回転不能に係合し、かつフロントフォーク１０３の装着溝１０３ｂに係合してハブ軸１５を回り止めするための回り止めワッシャ５４が装着されている。
【００３５】
また、第１雄ねじ部１５ａのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第２ケース部材３４の第２端を回転自在に支持する第２軸受３１が螺合する第３雄ねじ部１５ｆが形成されている。ハブ軸１５の中間部分は、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂより大径である。
【００３６】
＜モータケース＞
図２、図３，図４、図５及び図６に示すように、モータケース１７は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ケース部材３２と、第１ケース部材３２に第１端（図３右端）が、ハブ軸１５に第２端（図３左端）がそれぞれ回転自在に支持される第２ケース部材３４と、を有している。第２ケース部材３４は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。第１ケース部材３２は、外側面に形成されフロントフォーク１０３の先端部を受け入れ可能な凹部３２ａを有している。また、第１ケース部材３２は、凹部３２ａを形成し、ハブ軸方向外方に膨出する膨出部３２ｂを有している。膨出部３２ｂの内部には第１空間３２ｃが形成されている。第２ケース部材３４と第１ケース部材３２とで内部に第２空間３４ａが形成される。
【００３７】
第１ケース部材３２は、ハブ軸１５に回転不能に装着されるケース本体３６と、ケース本体３６の外側面に複数本（たとえば、５本）の取付ボルト３７により固定されるカバー部材３８と、有している。カバー部材３８とケース本体３６との間には、第１空間３２ｃが形成される。ケース本体３６およびカバー部材３８は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００３８】
ケース本体３６は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ボス部３６ａと、第１ボス部３６ａと一体形成される円形の隔壁部３６ｂと、隔壁部３６ｂの外周部から第２ケース部材３４に向かって延びる筒状の第１円筒部３６ｃと、を有している。第１ボス部３６ａの内周面には、ハブ軸１５の回転係止部１５ｅに回転不能に連結される非円形の連結孔３６ｄが形成されている。
【００３９】
隔壁部３６ｂの外側面は概ね平坦面である。この外側面にハブ軸１５方向外方に突出して形成された複数の取付ボス３６ｅが形成される。取付ボス３６ｅに取付ボルト５３によってモータ制御回路１９が固定されている。
【００４０】
隔壁部３６ｂには、図８に示すように、モータ制御回路１９に実装された後述する第１電気素子４７を配置可能な複数（たとえば６つ）の配置凹部４３ａが形成されている。配置凹部４３ａは、隔壁部３６ｂの内部に貫通する凹部である。また、隔壁部３６ｂには、モータ１１の端子２６を第１空間３２ｃに露出させるための複数（たとえば３つ）の端子開口（貫通孔の一例）４３ｂが形成されている。
【００４１】
第１円筒部３６ｃの外周面には、第２ケース部材３４の第１端を回転自在に支持する、たとえば玉軸受の形態の第１軸受３０の内輪３０ａが装着されている。第１軸受３０の外側には、第１円筒部３６ｃと外輪３０ｂとの間をシールするシール部材３０ｃが配置されている。また、外輪３０ｂと第２ケース部材３４との間には、シール用のＯリング６０が配置されている。さらに第１ボス部３６ａの内周部とハブ軸１５との間には、シール用のＯリング６１が配置されている。これにより、第１ケース部材３２の外側から第２ケース部材３４内の第２空間３４ａに異物が侵入しにくくなる。
【００４２】
第１円筒部３６ｃの先端部外周面には、第１円筒部３６ｃに回転不能に連結される筒状のギア取付部３５がボルト部材により固定されている。ギア取付部３５の内周面には、後述する内歯ギア４８ｂが回転不能に連結されている。
【００４３】
カバー部材３８は、外側面に前述した凹部３２ａ及び膨出部３２ｂを有している。カバー部材３８の内側面において、カバー部材３８とケース本体３６との間には、モータ制御回路１９が配置される空間への液体の浸入を抑制するシール部材６２が配置されている。シール部材６２は、カバー部材３８の内側面において、凹部３２ａの外側及び膨出部３２ｂの外周部に配置されている。シール部材６２は、防水性および弾発性を有するゴムなどによって形成される。シール部材６２は、図３及び図６に示すように、ケース本体３６の隔壁部３６ｂの外側面に形成されたシール溝３６ｆに装着されている。
【００４４】
凹部３２ａは、図２及び図４に示すように、概ねＵ字状に凹んで形成されており、本実施の形態では、ハブ軸１５が貫通する中心部から僅かに先広がりに概ねＵ字状に凹んで形成されている。凹部３２ａは様々な形状のフロントフォークを挿入可能にするために、通常のフロントフォークの先端の形状より僅かに幅広に形成されている。
【００４５】
隔壁部３６ｂの外側に、ケース本体３６とカバー部材３８とによって形成される第１空間３２ｃは、概ね馬蹄形状となっている。第１空間３２ｃには、隔壁部３６ｂに固定されたモータ制御回路１９が配置されている。膨出部３２ｂの内側面には、モータ制御回路１９のシート装着溝３２ｄが形成されている。シート装着溝３２ｄは、複数の第２電気素子（特に、後述する電界効果トランジスタ４４ａ）４４に臨む位置に設けられ、放熱部材である放熱シート８０を位置決めして装着するための溝である。シート装着溝３２ｄは、放熱シート８０と同様の形状に形成されている。
【００４６】
凹部３２ａの一方の縁部には、配線接続部３８ａがケース本体３６の周方向外方に突出して形成されている。配線接続部３８ａは膨出部３２ｂよりもハブ軸方向に僅かに凹んで形成されている。配線接続部３８ａは、モータ制御回路１９と全体制御部１２及び蓄電部１４とを接続する２芯の電力線７０（図２）を外部に取り出すために設けられている。配線接続部３８ａは、電力線７０を接続可能なコネクタ４１を有している。なお、この実施形態では、電力線７０は、ＰＬＣ（電力通信Power Line Communications）により、電源の供給と信号の通信とを行えるように構成されている。配線接続部３８ａの先端には、コネクタ４１（図２）が設けられている。コネクタ４１は、たとえば、２芯の雌コネクタである。
【００４７】
配線接続部３８ａは、図１に示すように、フロントフォーク１０３の後部に近接してフロントフォーク１０３に沿って配置されるように形成されている。
【００４８】
第２ケース部材３４は、通常の自転車用ハブのハブシェルに類似する構造であり、有底筒状部の部材である。第２ケース部材３４は、第２軸受３１に支持される第２ボス部３４ｂと、第２ボス部３４ｂと一体形成された円板部３４ｃと、円板部３４ｃの外周部からハブ軸方向内方に筒状に延びる第２円筒部３４ｄと、を有している。
【００４９】
第２ボス部３４ｂの内周面には、ハブ軸１５との間に第２軸受３１が装着されている。第２軸受３１は、内輪３１ａがハブ軸１５に形成された第３雄ねじ部１５ｆに螺合して軸方向位置を調整可能である。調整後の内輪３１ａは、ロックナット５１により回り止めされる。外輪３１ｂは、第２ボス部３４ｂの内周面に装着されている。第２軸受３１の外側には、第２ボス部３４ｂと内輪３１ａとの間をシールするシール部材３１ｃが配置されている。また、内輪３１ａの内周面とハブ軸１５の外周面との間にはＯリング６５が配置されている。これにより、第２ケース部材３４の第２端側から第２空間３４ａに異物が侵入しにくくなる。
【００５０】
第２円筒部３４ｄは、第１円筒部３６ｃの外周側に配置されている。第２円筒部３４ｄの第１端側内周面に第１軸受３０の外輪３０ｂが装着されている。第２円筒部３４ｄの外周面には、前輪１０６ｆのリム１２１ｆとモータ内蔵ハブ１０とをスポーク１２２により連結するための第１ハブフランジ４０ａ及び第２ハブフランジ４０ｂがハブ軸方向の両端部に間隔を隔て形成されている。
【００５１】
第１空間３２ｃと第２空間３４ａとの間に隔壁部３６ｂが設けられているので、コイル部の熱を隔壁部３６ｂに伝導させて、回路基板への伝導を低減させることができ、制御部によってモータの制御を安定して行うことができる。
【００５２】
＜モータ制御回路＞
モータ制御回路１９は、図６及び図７に示すように、回路基板４２を有している。回路基板４２は、ハブ軸１５の軸線方向でモータ１１と並んで設けられている。すなわち、回路基板４２は、ハブ軸１５に平行な方向でモータ１１と並んで設けられている。回路基板４２は、隔壁部３６ｂに臨ませて配置される第１実装面４２ａと、カバー部材３８に臨ませて配置される第２実装面４２ｂと、を有している。第１実装面４２ａには、複数の第１電気素子４７が実装されている。第１電気素子４７は、たとえば、平滑用およびノイズ除去用の複数（たとえば５つ）のコンデンサ４７ａ、およびトランス４７ｂなどを含んでいる。第１実装面４２ａには、前記第１電気素子４７の他にも他の電気素子が実装されていてもよい。第１電気素子４７は、図３に示すように、配置凹部４３ａにその一部分が配置され、隔壁部３６ｂに空隙を設けて配置されている。
【００５３】
第２実装面４２ｂには、複数の第２電気素子４４が実装され、複数の第２電気素子４４は、図６に示すように、インバータ回路１９ａと電力線通信回路１９ｂとを構成している。インバータ回路１９ａは、蓄電部１４から供給された直流をスイッチングして交流に変換する。インバータ回路１９ａは、デューティ比を変化させてモータ内蔵ハブ１０の駆動力を変化させるともに、モータ内蔵ハブ１０を発電機として使用するときの回生制動力を変化させる。インバータ回路１９ａは、モータ１１の後述する端子２６に接続されている。
【００５４】
インバータ回路１９ａは、複数（たとえば６つ）の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４ａ及びその他の電気素子を含んでいる。複数の電界効果トランジスタ４４ａは、放熱シート８０に接触して配置されている。これによって電界効果トランジスタで発生した熱の一部を、放熱シート８０を介してカバー部材３８に伝導させて、カバー部材３８から外部に放出可能である。第１電気素子４７は、第２電気素子４４より高さ（ハブ軸１５と平行な方向の寸法の一例）が高い。
【００５５】
＜モータ＞
モータ１１は、図３に示すように、回転子２１と、回転子２１の外周側に回転子２１と対向して配置される固定子２２と、３つの端子２６と、を有している。
【００５６】
回転子２１は、第２空間３４ａ内に配置され、ハブ軸１５に回転自在に支持されている。回転子２１は、たとえば周方向に複数の磁極を有する磁石２１ａと、磁石２１ａを保持する磁石保持部２１ｂとを有している。磁石保持部２１ｂは、ハブ軸方向に間隔を隔てて配置される２つの軸受６６によりハブ軸１５に回転自在に支持されている。
【００５７】
固定子２２は、第２空間３４ａ内で回転子２１の外周側に配置されている。固定子２２は、ケース本体３６の隔壁部３６ｂに支持され、周方向に間隔を隔てて配置される図示しない複数（たとえば６つ）のコイル部４６を有している。固定子２２は、この実施形態では、３本のボルト部材により隔壁部３６ｂに固定されている。複数のコイル部４６は、モータ制御回路１９のインバータ回路１９ａの電界効果トランジスタ４４ａによりスイッチングされた交流により順次励磁され、回転子２１を自転車の進行方向に回転させる。
【００５８】
図９に示すように、固定子２２のコイル部４６は、端子２６の基端部２６ａとともに、図９にドットで示す絶縁性を有する樹脂部材５５によってモールドされている。端子２６は、コイル部４６に接続されており、端子開口４３ｂに設けられる。端子２６はハブ軸１５に平行に延びている。端子２６の先端部２６ｂは、第１空間３２ｃ内に配置されている。端子２６の先端部２６ｂは、回路基板４２に設けられる３つの端子接続孔４２ｃに挿入され、ハンダ付け等の適宜の接続手段によって基板回路４２に形成される配線に電気的に直接接続されている。
【００５９】
＜回転伝達機構＞
回転伝達機構２５は、回転子２１の回転を第２ケース部材３４に伝達し、第２ケース部材３４の回転を回転子２１に伝達する。回転伝達機構２５は、遊星歯車機構４８を有している。遊星歯車機構４８は、太陽ギア４８ａと、太陽ギア４８ａの外周側に配置された内歯ギア４８ｂと、太陽ギア４８ａと内歯ギア４８ｂとに噛み合う複数（たとえば３つ）の遊星ギア４８ｃと、を有している。太陽ギア４８ａは、回転子２１に固定されている。内歯ギア４８ｂはケース本体３６に設けられている。複数の遊星ギア４８ｃは、キャリア４８ｄによって回転可能に支持されている。各遊星ギア４８ｃは、歯数の異なる２つの第１および第２のギア部を有する。第１のギア部は、太陽ギア４８ａに噛み合い、第２のギア部は、内歯ギア４８ｂに噛み合っている。キャリア４８ｄは、第２ケース部材３４の第２円板部３４ｃの内側面に固定されている。この遊星歯車機構４８では、ケース本体３６に設けられた内歯ギア４８ｂがハブ軸１５に回転不能に固定されるため、回転子２１が連結された太陽ギア４８ａの回転が減速して第２ケース部材３４に伝達される。
【００６０】
＜モータ内蔵ハブの組み込み手順＞
モータ内蔵ハブ１０をフロントフォーク１０３に組み込む際には、フロントフォーク１０３の先端の前爪部１０３ａの装着溝１０３ｂにハブ軸１５を装着する。このときフロントフォーク１０３の先端部をモータ内蔵ハブ１０の第１ケース部材３２のカバー部材３８に凹んだ凹部３２ａに配置することができるので、モータケース１７のフロントフォーク１０３への装着部分間の長さが長くならない。また、凹部３２ａの径方向外方に膨出部３２ｂを設け、膨出部３２ｂ内にモータ制御回路１９を設けるので、モータ制御回路１９を内部に設けてもフロントフォーク１０３への装着部分間のモータ内蔵自転車用ハブの長さが長くならない。このため、既存のハブ取付幅のフロントフォーク１０３に装着可能なモータ内蔵ハブ１０を設計しやすい。
【００６１】
ハブ軸１５を装着溝１０３ｂに装着すると、その両端からナット部材５０を装着するとともに、回り止めワッシャ５４を装着溝１０３ｂに係合させてハブ軸１５を回り止めする。この状態でナット部材５０を締め込むとモータ内蔵ハブ１０がフロントフォーク１０３に固定される。
【００６２】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００６３】
（ａ）前記実施形態では、ブラシレスＤＣモータを例示したが、コイル部が回転するブラシ付きモータにも本発明を適用できる。この場合、回生駆動機能及び周波数変調によりモータを駆動するモータ制御回路を膨出部に設け、モータの端子をモータ制御回路に直接接続すればよい。
【００６４】
（ｂ）前記実施形態では、モータ内蔵ハブ１０にハブブレーキ装置の連結構造を設けていないが、連結構造を設けてもよい。たとえば、ローラブレーキのドラム又はディスクブレーキ用のロータを一体回転可能に連結可能な連結構造を第２ボス部３４ｂの外周面に設けてもよい。
【００６５】
（ｃ）モータ１１の機械的な構成は、上記構成に限定されない。たとえば前記実施形態では、インナーロータのモータであるが、アウターロータのモータであってもよい。
【００６６】
（ｄ）前記実施形態では、隔壁部３６ｂを設け、そこに固定子を固定しているが、本発明はこれに限定されない。固定子を第１円筒部３６ｃの内周面に固定し、カバー部材でハブ軸を支持するようにしてもよい。この場合、カバー部材側に回路基板を固定し、モータの端子を直接回路基板に接続すればよい。
【００６７】
（ｅ）前記実施形態では、隔壁部３６ｂを貫通する孔で配置凹部４３ａを構成したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、配置凹部４３ａは、隔壁部３６ｂを貫通しない凹みであってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０ モータ内蔵ハブ
１１ モータ
１５ ハブ軸
１７ モータケース
１９ モータ制御回路
１９ａ インバータ回路
２１ 回転子
２１ａ 磁石
２１ｂ 磁石保持部
２２ 固定子
２６ 端子
２６ａ 基端部
２６ｂ 先端部
３２ 第１ケース部材
３２ｃ 第１空間
３４ａ 第２空間
３６ｂ 隔壁部
４２ 回路基板
４２ａ 第１実装面
４２ｂ 第２実装面
４２ｃ 端子接続孔
４４ 第２電気素子
４４ａ 電界効果トランジスタ
４６ コイル部
４７ 第１電気素子
４７ａ コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用ハブ、特に、自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車において、人力による駆動力をモータにより補助するアシスト自転車が従来知られている。アシスト自転車には、車輪にモータが設けられているモータ内蔵ハブを採用しているものがある。従来のモータ内蔵ハブにおいて、モータを駆動するモータ駆動回路が内部に配置されているものが知られている。従来のモータ内蔵ハブは、モータとモータ駆動回路とは電気配線により接続されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０９５１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の構成では、モータとモータ駆動回路が電気配線により接続されているので、モータ駆動回路の配置が制限されにくい。しかし、電気配線の接続が煩わしく、かつ電気配線の抵抗による電力ロスが生じるおそれがある。
【０００５】
本発明の課題は、モータ内蔵自転車用ハブにおいて、電気配線の接続を容易にし、かつ電力ロスを低減できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブは、自転車の車輪のハブを構成する自転車用モータ内蔵ハブである。モータ内蔵自転車用ハブは、ハブ軸と、モータと、モータ制御部と、
を備えている。モータは、端子を有する。モータ制御部は、ハブ軸の軸線方向でモータと並んで設けられ、端子に直接接続される回路基板を有し、モータを制御する。
【０００７】
このモータ内蔵自転車用ハブでは、モータの端子がモータ制御回路の回路基板に直接接続される。このため、モータと回路基板との間の電気配線が不要になり、電気配線の接続が容易になり、かつ電力ロスを低減できる。
【０００８】
発明２に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、端子はハブ軸と平行に延びる。この場合には、端子の長さが最も短くなる。
【０００９】
発明３に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１または２に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、隔壁部をさらに備える。モータは、端子に接続されるコイル部を有する。隔壁部は、コイル部および回路基板の間に設けられる。端子は、隔壁部を貫通する。
【００１０】
この場合には、隔壁部によりモータのコイル部と回路基板とを異なる空間に配置可能になる。このため、コイル部の熱を隔壁部に伝導させて、回路基板への伝導を低減させることができ、制御部によってモータの制御を安定して行うことができる。
【００１１】
発明４に係る自転車用モータ内蔵ハブは、発明３に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、隔壁部には、端子が貫通する貫通孔が形成され、端子の基端部は、絶縁性を有する樹脂によってモールドされ、貫通孔に設けられる。
【００１２】
この場合には、孔を貫通して回路基板に接続される端子の基端部が、絶縁製を有する樹脂でモールドされた状態で貫通孔に設けられる。このため、端子と隔壁部との接触を防止することができる。
【００１３】
発明５に係る自転車用モータ内蔵ハブは、発明３または４に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、隔壁部は、コイル部を支持し、ハブ軸に回転不能に接続される。
【００１４】
この場合には、フレームにより回転が規制されるハブ軸に回転不能に接続される隔壁部がコイル部を支持するので、コイル部の支持と空間の区分けとを同時に実施できる。
【００１５】
発明６に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明３から５のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、隔壁部を挟んで、モータ制御部が収納される第１空間と、コイル部が収納される第２空間とが形成されるモータケースをさらに備える。
【００１６】
この場合には、第１空間と第２空間とを隔壁部により区分けしてモータ制御部とコイル部とを配置できる。
【００１７】
発明７に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明３から６のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、回路基板は、第１実装面に第１電気素子を有し、第１実装面を隔壁部に臨ませて配置される。隔壁部には、第１電気素子の少なくとも一部分が配置される配置凹部が形成される。
【００１８】
この場合には、配置凹部が隔壁部に形成され、第１電気素子の少なくとも一部分が配置凹部に配置される。このため、ハブのハブ軸方向の長さを短くすることができる。
【００１９】
発明８に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明７に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、第１電気素子と、隔壁部との間には、空隙が設けられる。この場合には、モータが振動してもその振動が空隙により遮断され、第１電気素子に伝達されない。このため、振動による悪影響を第１電気素子か受けにくくなる。
【００２０】
発明９に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１または２に係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、回路基板は、第１実装面に第１電気素子を有し、第１実装面をモータに臨ませて設けられる。
【００２１】
この場合には、モータ側の第１実装面に第１電気素子を配置しているので、狭い空間に配置される回路基板に多くの第１電気素子を配置できる。
【００２２】
発明１０に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明７から９のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、モータ制御部は、複数のスイッチング素子を有するインバータ部を備え、スイッチング素子は第１実装面とは反対側の第２実装面に実装される。
【００２３】
この場合には、発熱量が多いスイッチング素子を隔壁部またはモータと逆側の第２実装面に配置したので、スイッチング素子が外気に接触するハブの外側面の近くに配置される。このため、スイッチング素子を冷却しやすくなる。
【００２４】
発明１１に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明７から１０のいずれかに係るモータ内蔵自転車ハブにおいて、回路基板は、第１実装面とは反対側の第２実装面に第２電気素子を有し、第１電気素子は、第２電気素子よりも、ハブ軸に平行な方向の寸法が大きい。
【００２５】
この場合には、ハブ軸方向の寸法が大きい第１電気素子が配置凹部に配置されるため、ハブのハブ軸方向長さを短くすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、モータの端子がモータ制御回路の回路基板に直接接続される。このため、モータと回路基板との間の電気配線が不要になり、電気配線の接続が容易になり、かつ電力ロスを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態が採用される自転車の右側面図。
【図２】モータ内蔵ハブの右側面図。
【図３】モータ内蔵ハブの図２の切断面線III−IIIにおける断面図。
【図４】モータ内蔵ハブの左斜視図。
【図５】モータ内蔵ハブの右斜視図。
【図６】モータ内蔵ハブの分解斜視図。
【図７】回路基板の第１実装面を示す平面図。
【図８】モータとケース本体との位置関係を示す図。
【図９】モータの断面部分図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜自転車の全体構成＞
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は人力よる駆動をモータ内蔵ハブ１０により補助するアシスト自転車である。自転車は、フレーム体１０２及びフロントフォーク１０３を有するフレーム１０１と、ハンドル部１０４と、駆動部１０５と、前輪１０６ｆと、後輪１０６ｒと、フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒと、前照灯２３と、尾灯２４と、を備えている。フロントフォーク１０３は、フレーム体１０２の前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。フロントフォーク１０３の先端部にモータ内蔵ハブ１０が装着されている。フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒは、前輪１０６ｆ及び後輪１０６ｒのリム１２１ｆ及び１２１ｒにそれぞれ接触して制動する。
【００２９】
フレーム１０１には、サドル１１１やハンドル部１０４を含む各部が取り付けられている。駆動部１０５は、フレーム体１０２のハンガー部に回転自在に支持されたクランク軸１１６と、クランク軸１１６の両端に固定されたギアクランク１１８ａ及び左クランク（図示せず）と、ギアクランク１１８ａに掛け渡されたチェーン１１９と、後輪１０６ｒのリアハブ１１０に装着されたギア１０９と、フロントディレーラ１０８ｆと、リアディレーラ１０８ｒと、を有している。
【００３０】
フロントディレーラ１０８ｆは、ギアクランク１１８ａに装着された、たとえば３枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。リアディレーラ１０８ｒは、リアハブ１１０に取り付けられた、ギア１０９のたとえば９枚のスプロケットのいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは、いずれも電動駆動されるものであり、電動アクチュエータと、現在の変速段を検出する段数センサと、これらを制御するディレーラ制御部と、をそれぞれ有している。ハンドルバー１１５には、変速を指示する変速スイッチが設けられ、変速スイッチの操作に応じて、前記ディレーラ制御部が電動アクチュエータを制御する。本実施の形態では、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは電動駆動されるが、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは変速レバーにワイヤーで連結され、変速レバーによってワイヤーを引っ張ることによって変速駆動される構成であってもよい。
【００３１】
フレーム体１０２の後上部には、リアキャリア１１２が取り付けられている。リアキャリア１１２には、自転車全体の電装品を制御する全体制御部１２を含むリアキャリアユニット１３が装着されている。リアキャリアユニット１３は、モータ内蔵ハブ１０、全体制御部１２及び前照灯２３等の電装品の電源となる蓄電部１４を着脱可能に搭載している。蓄電部１４は、たとえばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の蓄電池を含んで構成される。蓄電部１４に尾灯２４が一体で取り付けられている。
【００３２】
ハンドル部１０４は、フロントフォーク１０３の上部に固定されたハンドルステム１１４と、ハンドルステム１１４に固定されたバーハンドル型のハンドルバー１１５とを有している。ハンドルバー１１５の両端には、左ブレーキレバー１６ｆ及び右ブレーキレバー１６ｒと、が装着されている。また、ハンドルバー１１５の中央部には、表示ユニット１８と、前照灯２３とが装着されている。表示ユニット１８は、たとえばアシストモード及び回生制動モードなどの動作モードを表示可能である。
【００３３】
＜モータ内蔵ハブ＞
モータ内蔵ハブ１０は、自転車の前輪１０６ｆのハブを構成するものである。モータ内蔵ハブ１０は、フロントフォーク１０３の先端に装着されており、人力による駆動を補助するためのものである。モータ内蔵ハブ１０は、たとえば３相のブラシレスＤＣモータを含んでいる。モータ内蔵ハブ１０は、図２に示すように、ハブ軸１５と、ハブ軸１５に装着されるモータケース１７と、を有している。また、モータ内蔵ハブ１０は、図３に示すように、モータケース１７内に収納されたモータ１１と、モータ制御回路（モータ制御部の一例）１９と、回転伝達機構２５と、を有している。
【００３４】
＜ハブ軸＞
ハブ軸１５は、たとえば、鋼鉄製であり、フロントフォーク１０３の先端の前爪部１０３ａに両端部が回転不能に装着可能である。ハブ軸１５の両端外周面には、フロントフォーク１０３に固定するためのナット部材５０が螺合する左右１対の第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂが形成されている。また、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂの外周面には、互いに平行な二面を有する第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄが形成されている。第２係止部１５ｄのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第１ケース部材３２を回転不能に連結するための回転係止部１５ｅが形成されている。第１雄ねじ部１５ａには、ナット部材５０と、ロックナット５１と、が螺合している。第２雄ねじ部１５ｂには、ナット部材５０と、第１ケース部材３２をハブ軸１５に固定するナット部材５２と、が螺合している。ナット部材５０の軸方向内方には、第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄに各別に回転不能に係合し、かつフロントフォーク１０３の装着溝１０３ｂに係合してハブ軸１５を回り止めするための回り止めワッシャ５４が装着されている。
【００３５】
また、第１雄ねじ部１５ａのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第２ケース部材３４の第２端を回転自在に支持する第２軸受３１が螺合する第３雄ねじ部１５ｆが形成されている。ハブ軸１５の中間部分は、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂより大径である。
【００３６】
＜モータケース＞
図２、図３，図４、図５及び図６に示すように、モータケース１７は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ケース部材３２と、第１ケース部材３２に第１端（図３右端）が、ハブ軸１５に第２端（図３左端）がそれぞれ回転自在に支持される第２ケース部材３４と、を有している。第２ケース部材３４は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。第１ケース部材３２は、外側面に形成されフロントフォーク１０３の先端部を受け入れ可能な凹部３２ａを有している。また、第１ケース部材３２は、凹部３２ａを形成し、ハブ軸方向外方に膨出する膨出部３２ｂを有している。膨出部３２ｂの内部には第１空間３２ｃが形成されている。第２ケース部材３４と第１ケース部材３２とで内部に第２空間３４ａが形成される。
【００３７】
第１ケース部材３２は、ハブ軸１５に回転不能に装着されるケース本体３６と、ケース本体３６の外側面に複数本（たとえば、５本）の取付ボルト３７により固定されるカバー部材３８と、有している。カバー部材３８とケース本体３６との間には、第１空間３２ｃが形成される。ケース本体３６およびカバー部材３８は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００３８】
ケース本体３６は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ボス部３６ａと、第１ボス部３６ａと一体形成される円形の隔壁部３６ｂと、隔壁部３６ｂの外周部から第２ケース部材３４に向かって延びる筒状の第１円筒部３６ｃと、を有している。第１ボス部３６ａの内周面には、ハブ軸１５の回転係止部１５ｅに回転不能に連結される非円形の連結孔３６ｄが形成されている。
【００３９】
隔壁部３６ｂの外側面は概ね平坦面である。この外側面にハブ軸１５方向外方に突出して形成された複数の取付ボス３６ｅが形成される。取付ボス３６ｅに取付ボルト５３によってモータ制御回路１９が固定されている。
【００４０】
隔壁部３６ｂには、図８に示すように、モータ制御回路１９に実装された後述する第１電気素子４７を配置可能な複数（たとえば６つ）の配置凹部４３ａが形成されている。配置凹部４３ａは、隔壁部３６ｂの内部に貫通する凹部である。また、隔壁部３６ｂには、モータ１１の端子２６を第１空間３２ｃに露出させるための複数（たとえば３つ）の端子開口（貫通孔の一例）４３ｂが形成されている。
【００４１】
第１円筒部３６ｃの外周面には、第２ケース部材３４の第１端を回転自在に支持する、たとえば玉軸受の形態の第１軸受３０の内輪３０ａが装着されている。第１軸受３０の外側には、第１円筒部３６ｃと外輪３０ｂとの間をシールするシール部材３０ｃが配置されている。また、外輪３０ｂと第２ケース部材３４との間には、シール用のＯリング６０が配置されている。さらに第１ボス部３６ａの内周部とハブ軸１５との間には、シール用のＯリング６１が配置されている。これにより、第１ケース部材３２の外側から第２ケース部材３４内の第２空間３４ａに異物が侵入しにくくなる。
【００４２】
第１円筒部３６ｃの先端部外周面には、第１円筒部３６ｃに回転不能に連結される筒状のギア取付部３５がボルト部材により固定されている。ギア取付部３５の内周面には、後述する内歯ギア４８ｂが回転不能に連結されている。
【００４３】
カバー部材３８は、外側面に前述した凹部３２ａ及び膨出部３２ｂを有している。カバー部材３８の内側面において、カバー部材３８とケース本体３６との間には、モータ制御回路１９が配置される空間への液体の浸入を抑制するシール部材６２が配置されている。シール部材６２は、カバー部材３８の内側面において、凹部３２ａの外側及び膨出部３２ｂの外周部に配置されている。シール部材６２は、防水性および弾発性を有するゴムなどによって形成される。シール部材６２は、図３及び図６に示すように、ケース本体３６の隔壁部３６ｂの外側面に形成されたシール溝３６ｆに装着されている。
【００４４】
凹部３２ａは、図２及び図４に示すように、概ねＵ字状に凹んで形成されており、本実施の形態では、ハブ軸１５が貫通する中心部から僅かに先広がりに概ねＵ字状に凹んで形成されている。凹部３２ａは様々な形状のフロントフォークを挿入可能にするために、通常のフロントフォークの先端の形状より僅かに幅広に形成されている。
【００４５】
隔壁部３６ｂの外側に、ケース本体３６とカバー部材３８とによって形成される第１空間３２ｃは、概ね馬蹄形状となっている。第１空間３２ｃには、隔壁部３６ｂに固定されたモータ制御回路１９が配置されている。膨出部３２ｂの内側面には、モータ制御回路１９のシート装着溝３２ｄが形成されている。シート装着溝３２ｄは、複数の第２電気素子（特に、後述する電界効果トランジスタ４４ａ）４４に臨む位置に設けられ、放熱部材である放熱シート８０を位置決めして装着するための溝である。シート装着溝３２ｄは、放熱シート８０と同様の形状に形成されている。
【００４６】
凹部３２ａの一方の縁部には、配線接続部３８ａがケース本体３６の周方向外方に突出して形成されている。配線接続部３８ａは膨出部３２ｂよりもハブ軸方向に僅かに凹んで形成されている。配線接続部３８ａは、モータ制御回路１９と全体制御部１２及び蓄電部１４とを接続する２芯の電力線７０（図２）を外部に取り出すために設けられている。配線接続部３８ａは、電力線７０を接続可能なコネクタ４１を有している。なお、この実施形態では、電力線７０は、ＰＬＣ（電力通信Power Line Communications）により、電源の供給と信号の通信とを行えるように構成されている。配線接続部３８ａの先端には、コネクタ４１（図２）が設けられている。コネクタ４１は、たとえば、２芯の雌コネクタである。
【００４７】
配線接続部３８ａは、図１に示すように、フロントフォーク１０３の後部に近接してフロントフォーク１０３に沿って配置されるように形成されている。
【００４８】
第２ケース部材３４は、通常の自転車用ハブのハブシェルに類似する構造であり、有底筒状部の部材である。第２ケース部材３４は、第２軸受３１に支持される第２ボス部３４ｂと、第２ボス部３４ｂと一体形成された円板部３４ｃと、円板部３４ｃの外周部からハブ軸方向内方に筒状に延びる第２円筒部３４ｄと、を有している。
【００４９】
第２ボス部３４ｂの内周面には、ハブ軸１５との間に第２軸受３１が装着されている。第２軸受３１は、内輪３１ａがハブ軸１５に形成された第３雄ねじ部１５ｆに螺合して軸方向位置を調整可能である。調整後の内輪３１ａは、ロックナット５１により回り止めされる。外輪３１ｂは、第２ボス部３４ｂの内周面に装着されている。第２軸受３１の外側には、第２ボス部３４ｂと内輪３１ａとの間をシールするシール部材３１ｃが配置されている。また、内輪３１ａの内周面とハブ軸１５の外周面との間にはＯリング６５が配置されている。これにより、第２ケース部材３４の第２端側から第２空間３４ａに異物が侵入しにくくなる。
【００５０】
第２円筒部３４ｄは、第１円筒部３６ｃの外周側に配置されている。第２円筒部３４ｄの第１端側内周面に第１軸受３０の外輪３０ｂが装着されている。第２円筒部３４ｄの外周面には、前輪１０６ｆのリム１２１ｆとモータ内蔵ハブ１０とをスポーク１２２により連結するための第１ハブフランジ４０ａ及び第２ハブフランジ４０ｂがハブ軸方向の両端部に間隔を隔て形成されている。
【００５１】
第１空間３２ｃと第２空間３４ａとの間に隔壁部３６ｂが設けられているので、コイル部の熱を隔壁部３６ｂに伝導させて、回路基板への伝導を低減させることができ、制御部によってモータの制御を安定して行うことができる。
【００５２】
＜モータ制御回路＞
モータ制御回路１９は、図６及び図７に示すように、回路基板４２を有している。回路基板４２は、ハブ軸１５の軸線方向でモータ１１と並んで設けられている。すなわち、回路基板４２は、ハブ軸１５に平行な方向でモータ１１と並んで設けられている。回路基板４２は、隔壁部３６ｂに臨ませて配置される第１実装面４２ａと、カバー部材３８に臨ませて配置される第２実装面４２ｂと、を有している。第１実装面４２ａには、複数の第１電気素子４７が実装されている。第１電気素子４７は、たとえば、平滑用およびノイズ除去用の複数（たとえば５つ）のコンデンサ４７ａ、およびトランス４７ｂなどを含んでいる。第１実装面４２ａには、前記第１電気素子４７の他にも他の電気素子が実装されていてもよい。第１電気素子４７は、図３に示すように、配置凹部４３ａにその一部分が配置され、隔壁部３６ｂに空隙を設けて配置されている。
【００５３】
第２実装面４２ｂには、複数の第２電気素子４４が実装され、複数の第２電気素子４４は、図６に示すように、インバータ回路１９ａと電力線通信回路１９ｂとを構成している。インバータ回路１９ａは、蓄電部１４から供給された直流をスイッチングして交流に変換する。インバータ回路１９ａは、デューティ比を変化させてモータ内蔵ハブ１０の駆動力を変化させるともに、モータ内蔵ハブ１０を発電機として使用するときの回生制動力を変化させる。インバータ回路１９ａは、モータ１１の後述する端子２６に接続されている。
【００５４】
インバータ回路１９ａは、複数（たとえば６つ）の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４ａ及びその他の電気素子を含んでいる。複数の電界効果トランジスタ４４ａは、放熱シート８０に接触して配置されている。これによって電界効果トランジスタで発生した熱の一部を、放熱シート８０を介してカバー部材３８に伝導させて、カバー部材３８から外部に放出可能である。第１電気素子４７は、第２電気素子４４より高さ（ハブ軸１５と平行な方向の寸法の一例）が高い。
【００５５】
＜モータ＞
モータ１１は、図３に示すように、回転子２１と、回転子２１の外周側に回転子２１と対向して配置される固定子２２と、３つの端子２６と、を有している。
【００５６】
回転子２１は、第２空間３４ａ内に配置され、ハブ軸１５に回転自在に支持されている。回転子２１は、たとえば周方向に複数の磁極を有する磁石２１ａと、磁石２１ａを保持する磁石保持部２１ｂとを有している。磁石保持部２１ｂは、ハブ軸方向に間隔を隔てて配置される２つの軸受６６によりハブ軸１５に回転自在に支持されている。
【００５７】
固定子２２は、第２空間３４ａ内で回転子２１の外周側に配置されている。固定子２２は、ケース本体３６の隔壁部３６ｂに支持され、周方向に間隔を隔てて配置される図示しない複数（たとえば６つ）のコイル部４６を有している。固定子２２は、この実施形態では、３本のボルト部材により隔壁部３６ｂに固定されている。複数のコイル部４６は、モータ制御回路１９のインバータ回路１９ａの電界効果トランジスタ４４ａによりスイッチングされた交流により順次励磁され、回転子２１を自転車の進行方向に回転させる。
【００５８】
図９に示すように、固定子２２のコイル部４６は、端子２６の基端部２６ａとともに、図９にドットで示す絶縁性を有する樹脂部材５５によってモールドされている。端子２６は、コイル部４６に接続されており、端子開口４３ｂに設けられる。端子２６はハブ軸１５に平行に延びている。端子２６の先端部２６ｂは、第１空間３２ｃ内に配置されている。端子２６の先端部２６ｂは、回路基板４２に設けられる３つの端子接続孔４２ｃに挿入され、ハンダ付け等の適宜の接続手段によって基板回路４２に形成される配線に電気的に直接接続されている。
【００５９】
＜回転伝達機構＞
回転伝達機構２５は、回転子２１の回転を第２ケース部材３４に伝達し、第２ケース部材３４の回転を回転子２１に伝達する。回転伝達機構２５は、遊星歯車機構４８を有している。遊星歯車機構４８は、太陽ギア４８ａと、太陽ギア４８ａの外周側に配置された内歯ギア４８ｂと、太陽ギア４８ａと内歯ギア４８ｂとに噛み合う複数（たとえば３つ）の遊星ギア４８ｃと、を有している。太陽ギア４８ａは、回転子２１に固定されている。内歯ギア４８ｂはケース本体３６に設けられている。複数の遊星ギア４８ｃは、キャリア４８ｄによって回転可能に支持されている。各遊星ギア４８ｃは、歯数の異なる２つの第１および第２のギア部を有する。第１のギア部は、太陽ギア４８ａに噛み合い、第２のギア部は、内歯ギア４８ｂに噛み合っている。キャリア４８ｄは、第２ケース部材３４の第２円板部３４ｃの内側面に固定されている。この遊星歯車機構４８では、ケース本体３６に設けられた内歯ギア４８ｂがハブ軸１５に回転不能に固定されるため、回転子２１が連結された太陽ギア４８ａの回転が減速して第２ケース部材３４に伝達される。
【００６０】
＜モータ内蔵ハブの組み込み手順＞
モータ内蔵ハブ１０をフロントフォーク１０３に組み込む際には、フロントフォーク１０３の先端の前爪部１０３ａの装着溝１０３ｂにハブ軸１５を装着する。このときフロントフォーク１０３の先端部をモータ内蔵ハブ１０の第１ケース部材３２のカバー部材３８に凹んだ凹部３２ａに配置することができるので、モータケース１７のフロントフォーク１０３への装着部分間の長さが長くならない。また、凹部３２ａの径方向外方に膨出部３２ｂを設け、膨出部３２ｂ内にモータ制御回路１９を設けるので、モータ制御回路１９を内部に設けてもフロントフォーク１０３への装着部分間のモータ内蔵自転車用ハブの長さが長くならない。このため、既存のハブ取付幅のフロントフォーク１０３に装着可能なモータ内蔵ハブ１０を設計しやすい。
【００６１】
ハブ軸１５を装着溝１０３ｂに装着すると、その両端からナット部材５０を装着するとともに、回り止めワッシャ５４を装着溝１０３ｂに係合させてハブ軸１５を回り止めする。この状態でナット部材５０を締め込むとモータ内蔵ハブ１０がフロントフォーク１０３に固定される。
【００６２】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００６３】
（ａ）前記実施形態では、ブラシレスＤＣモータを例示したが、コイル部が回転するブラシ付きモータにも本発明を適用できる。この場合、回生駆動機能及び周波数変調によりモータを駆動するモータ制御回路を膨出部に設け、モータの端子をモータ制御回路に直接接続すればよい。
【００６４】
（ｂ）前記実施形態では、モータ内蔵ハブ１０にハブブレーキ装置の連結構造を設けていないが、連結構造を設けてもよい。たとえば、ローラブレーキのドラム又はディスクブレーキ用のロータを一体回転可能に連結可能な連結構造を第２ボス部３４ｂの外周面に設けてもよい。
【００６５】
（ｃ）モータ１１の機械的な構成は、上記構成に限定されない。たとえば前記実施形態では、インナーロータのモータであるが、アウターロータのモータであってもよい。
【００６６】
（ｄ）前記実施形態では、隔壁部３６ｂを設け、そこに固定子を固定しているが、本発明はこれに限定されない。固定子を第１円筒部３６ｃの内周面に固定し、カバー部材でハブ軸を支持するようにしてもよい。この場合、カバー部材側に回路基板を固定し、モータの端子を直接回路基板に接続すればよい。
【００６７】
（ｅ）前記実施形態では、隔壁部３６ｂを貫通する孔で配置凹部４３ａを構成したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、配置凹部４３ａは、隔壁部３６ｂを貫通しない凹みであってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０ モータ内蔵ハブ
１１ モータ
１５ ハブ軸
１７ モータケース
１９ モータ制御回路
１９ａ インバータ回路
２１ 回転子
２１ａ 磁石
２１ｂ 磁石保持部
２２ 固定子
２６ 端子
２６ａ 基端部
２６ｂ 先端部
３２ 第１ケース部材
３２ｃ 第１空間
３４ａ 第２空間
３６ｂ 隔壁部
４２ 回路基板
４２ａ 第１実装面
４２ｂ 第２実装面
４２ｃ 端子接続孔
４４ 第２電気素子
４４ａ 電界効果トランジスタ
４６ コイル部
４７ 第１電気素子
４７ａ コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブであって、
ハブ軸と、
端子を有するモータと、
前記ハブ軸の軸線方向で前記モータと並んで設けられ、前記端子に直接接続される回路基板を有し、前記モータを制御するモータ制御部と、
を備えるモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項２】
前記端子は、前記ハブ軸に平行に延びる、請求項１に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項３】
隔壁部をさらに備え、
前記モータは、前記端子に接続されるコイル部を有し、
前記隔壁部は、前記コイル部および前記回路基板の間に設けられ、
前記端子は、前記隔壁部を貫通する、請求項１または２に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項４】
前記隔壁部には、前記端子が貫通する貫通孔が形成され、
前記端子の基端部は、絶縁性を有する樹脂によってモールドされ、前記貫通孔に設けられる、請求項３に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項５】
前記隔壁部は、前記コイル部を支持し、前記ハブ軸に回転不能に接続される、請求項３または４に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項６】
前記隔壁部を挟んで、前記モータ制御部が収納される第１空間と、前記コイル部が収納される第２空間とが形成されるモータケースをさらに備える、請求項３から５のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項７】
前記回路基板は、第１実装面に第１電気素子を有し、前記第１実装面を前記隔壁部に臨ませて配置され、
前記隔壁部には、前記第１電気素子の少なくとも一部分が配置される配置凹部が形成される、請求項３から６のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項８】
）
前記第１電気素子と、前記隔壁部との間には、空隙が設けられる、請求項７に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項９】
前記回路基板は、第１実装面に第１電気素子を有し、前記第１実装面を前記モータに臨ませて設けられる、請求項１または２に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項１０】
前記モータ制御部は、複数のスイッチング素子を有するインバータ部を備え、前記スイッチング素子は前記第１実装面とは反対側の第２実装面に実装される、請求項７から９のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項１１】
前記回路基板は、前記第１実装面とは反対側の第２実装面に第２電気素子を有し、
前記第１電気素子は、前記第２電気素子よりも、ハブ軸に平行な方向の寸法が大きい、請求項７から１０のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項１】
自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブであって、
ハブ軸と、
端子を有するモータと、
前記ハブ軸の軸線方向で前記モータと並んで設けられ、前記端子に直接接続される回路基板を有し、前記モータを制御するモータ制御部と、
を備えるモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項２】
前記端子は、前記ハブ軸に平行に延びる、請求項１に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項３】
隔壁部をさらに備え、
前記モータは、前記端子に接続されるコイル部を有し、
前記隔壁部は、前記コイル部および前記回路基板の間に設けられ、
前記端子は、前記隔壁部を貫通する、請求項１または２に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項４】
前記隔壁部には、前記端子が貫通する貫通孔が形成され、
前記端子の基端部は、絶縁性を有する樹脂によってモールドされ、前記貫通孔に設けられる、請求項３に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項５】
前記隔壁部は、前記コイル部を支持し、前記ハブ軸に回転不能に接続される、請求項３または４に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項６】
前記隔壁部を挟んで、前記モータ制御部が収納される第１空間と、前記コイル部が収納される第２空間とが形成されるモータケースをさらに備える、請求項３から５のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項７】
前記回路基板は、第１実装面に第１電気素子を有し、前記第１実装面を前記隔壁部に臨ませて配置され、
前記隔壁部には、前記第１電気素子の少なくとも一部分が配置される配置凹部が形成される、請求項３から６のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項８】
）
前記第１電気素子と、前記隔壁部との間には、空隙が設けられる、請求項７に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項９】
前記回路基板は、第１実装面に第１電気素子を有し、前記第１実装面を前記モータに臨ませて設けられる、請求項１または２に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項１０】
前記モータ制御部は、複数のスイッチング素子を有するインバータ部を備え、前記スイッチング素子は前記第１実装面とは反対側の第２実装面に実装される、請求項７から９のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項１１】
前記回路基板は、前記第１実装面とは反対側の第２実装面に第２電気素子を有し、
前記第１電気素子は、前記第２電気素子よりも、ハブ軸に平行な方向の寸法が大きい、請求項７から１０のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−３０６７９（Ｐ２０１２−３０６７９Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７１３７４（Ｐ２０１０−１７１３７４）
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【出願人】（０００００１３４０）国産電機株式会社 (191)
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【出願人】（０００００１３４０）国産電機株式会社 (191)
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