專利名稱：電動車輪用輪轂單元以及具有該輪轂單元的交通工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動車輪用輪轂單元以及具有該輪轂單元的助力自行車和輪椅等交通工具。
背景技術(shù)：
以往，例如特表2002-514550號公報中所公開的電動自行車，在自行車的輪轂上安裝有組裝了馬達等的輪轂單元，在自行車的腳蹬子上作用了超過規(guī)定值的負荷時，即可驅(qū)動馬達，即使是陡坡也可以輕松地行駛，。
上述輪轂單元，由于向馬達通電而產(chǎn)生熱量。馬達過熱就不能以較高的力矩使馬達旋轉(zhuǎn)，所以需要設(shè)法使馬達散熱。
然而，專利文獻1中的結(jié)構(gòu)，其馬達外殼以密封狀態(tài)包圍定子，所以定子不能有效地散熱。
因此，在輪轂內(nèi)容納冷卻液，從外側(cè)冷卻馬達外殼，抑制線圈發(fā)熱。在輪轂內(nèi)容納冷卻液的情況下，需要防止泄漏，這就造成了成本增加。還因此增加了冷卻液那部分重量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種可以提高馬達的冷卻效果、防止溫度升高的輪轂單元以及具有該輪轂單元的交通工具。
本發(fā)明的電動車輪用輪轂單元具有馬達和輪轂，所述馬達具有定子和轉(zhuǎn)子，所述輪轂，在其內(nèi)部容納該馬達并通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其特征是設(shè)有隨著所述輪轂的旋轉(zhuǎn)將外部空氣吸入到輪轂內(nèi)而冷卻馬達的馬達冷卻裝置。
優(yōu)選在所述輪轂上設(shè)有固定用支撐軸，該固定用支撐軸在輪轂的旋轉(zhuǎn)中心軸上以相對馬達外殼呈固定的狀態(tài)向外側(cè)凸出設(shè)置并凸出到輪轂的外側(cè)，在該固定用支撐軸的附近設(shè)有吸入外部空氣的通氣孔。
優(yōu)選所述通氣孔與管子連接，該管子的端部延伸設(shè)置在電動車的水不能進入的地方。
優(yōu)選在所述輪轂上形成泵機構(gòu)，該泵機構(gòu)通過在馬達外殼的外周上形成的凸出部而被操作，排出輪轂內(nèi)的空氣。
優(yōu)選所述定子，是通過用螺栓緊固夾著積層金屬板相對設(shè)置的一對端板而構(gòu)成，定子的外周面，在端板間向輪轂的內(nèi)面開放。
優(yōu)選在輪轂內(nèi)容納有通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而工作的行星齒輪機構(gòu)，在輪轂內(nèi)面設(shè)置有與行星齒輪機構(gòu)的行星齒輪嚙合的內(nèi)齒。
如本發(fā)明所述，利用隨著輪轂的旋轉(zhuǎn)而吸入的外部空氣，可以自動而有效地冷卻馬達，能可靠地防止馬達的過熱。
不需要向以往那樣向輪轂內(nèi)加入冷卻液，抑制線圈的過熱。可以省略馬達外殼的筒壁，還有，不需要加入冷卻液的程序，可以降低生產(chǎn)成本。還可以相應(yīng)地減輕省略了該筒壁以及冷卻液的重量。進而可以因沒有筒壁而相應(yīng)地加大定子的外徑，提高旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力。


圖1是電動助力自行車的主視圖。
圖2是輪轂單元的截面圖。
圖3是從其它方向看輪轂單元的截面圖。
圖4是從其它方向看輪轂單元的截面圖。
圖5是積層金屬板的分解立體圖。
圖中2-輪轂單元，3-定子，4-轉(zhuǎn)子，5-馬達外殼，6-行星齒輪減速機構(gòu)，7-輪轂，8-泵，9-馬達，31-積層金屬板，59-通氣孔。
具體實施例方式
圖1表示具有本發(fā)明的輪轂單元2的電動助力自行車1的一個例子。
在助力自行車1的前叉12的前端安裝有輪轂單元2，前車輪11的輪圈13和輪轂單元2通過車條14、14連接。
在座椅柱15和后車輪之間設(shè)置有電池17。在腳蹬子18的踏踩力作用之處設(shè)置有傳感器(未圖示)，該傳感器在腳蹬子的負荷達到一定值時，從電池17向輪轂單元2的馬達9通電。
輪轂單元2基本上與現(xiàn)有例相同，包括具有定子3和轉(zhuǎn)子4的馬達9、在其內(nèi)部收容該馬達9并通過馬達9的旋轉(zhuǎn)而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的輪轂7、和在輪轂的旋轉(zhuǎn)中心軸上相對馬達外殼5呈固定狀態(tài)凸出設(shè)置并凸出到輪轂7外側(cè)的固定用支撐軸57。
如圖5所示，定子3的積層金屬板31，通過積層規(guī)定張數(shù)的沖壓金屬板31a而形成。沖壓金屬板31a在環(huán)的內(nèi)周上，沿圓周方向等間隔地面向環(huán)的中心凸出設(shè)置了多個、在實施例中是12個T字形的凸部31b。
在積層金屬板31的相位所對齊的每個積層凸部31b上設(shè)置有線圈32。以往，積層金屬板31，是在用沖壓模具對金屬板材沖壓形成沖壓金屬板31a的同時，保持沖壓時的狀態(tài)層疊而形成。
因此，在各個沖壓金屬板31a上產(chǎn)生的毛刺，都在相鄰的沖壓金屬板31a、31a之間的位置上。
一個沖壓金屬板31a上，在圓周方向上產(chǎn)生同樣的毛刺時，一塊積層金屬板31的厚度相同。
但這幾乎是不可能的，觀察一塊沖壓金屬板31a，毛刺的位置在圓周方向上是不一樣的。此時，如果僅積層連續(xù)沖壓的沖壓金屬板31a，則一塊積層金屬板31的厚度是0.1～0.3mm左右，產(chǎn)生厚度大的部分和厚度小的部分。
基于后述的理由，需要控制在積層金屬板31上產(chǎn)生厚度大的部分和厚度小的部分。因此，將積層金屬板31分為由單位張數(shù)的沖壓金屬板31a構(gòu)成的多個單位體31c，各單體錯開一定的角度并重合在一起。
在實施例中，以單位體31c的個數(shù)除以360°所得到的角度順序錯開而形成積層金屬板31。例如，在單位體31c的個數(shù)是3個時，將3個單位體31c分別錯開120°，并在各積層的凸部31b上纏繞線圈32。
所述積層金屬板31的形成，是在對金屬板材沖壓而形成沖壓金屬板31a并積層時，只以單位體31c的張數(shù)沖壓出沖壓金屬板31a，按單位體31c將金屬板在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)規(guī)定的角度，實施例中是旋轉(zhuǎn)120°，這樣，可簡單地形成。
另外，沖壓金屬板31a向內(nèi)的凸部31b的個數(shù)，僅限于可以用單位體31c的個數(shù)整除的個數(shù)。
在上述定子3內(nèi)，設(shè)置有可同定子3同心旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子4。旋轉(zhuǎn)軸41以可與積層金屬板42一體旋轉(zhuǎn)的方式貫通圓形的積層金屬板42的中心而形成轉(zhuǎn)子4。
在積層金屬板42的外周部，與該旋轉(zhuǎn)軸41平行地設(shè)置有多個永久磁鐵43，該永久磁鐵43在積層金屬板42的圓周方向以S極和N極交互的方式等間隔地設(shè)置。
一對第一、第二端板51、52從定子3的軸方向夾持所述定子3的積層金屬板31，用貫通積層金屬板31的外周部的多個緊固螺栓53緊固兩端板51、52，構(gòu)成馬達9的外殼5?？稍趶膬啥税?1、52的外周凸出形成凸緣狀凸出部54，用緊固螺栓53實施對兩端板51、52的緊固，第二端板52的凸緣狀凸出部54具有后述的對泵8進行操作的凸輪的作用。
定子3的積層金屬板31，具有以一定間隔固定第一端板51和第二端板52的作用。
第一端板51和第二端板52，分別在中央部內(nèi)側(cè)具有軸承58、58，以兩軸承58、58作為支撐所述轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)軸41兩端的軸承。
在第一端板51的中央外側(cè)凸出設(shè)置有軸套56，并凸出設(shè)置有貫通該軸套56伸向外部的固定用支撐軸57。在固定用支撐軸57上裝有外螺紋57b。59是在第一端板51上形成的通氣孔，其連通馬達外殼5的內(nèi)部和外部，隨著后述的泵8的工作而排出馬達外殼5內(nèi)的空氣，可向馬達9供應(yīng)外部空氣，從而冷卻馬達9。圖中未表示的管子連接所述通氣孔59，該管子的另一端固定在電動助力自行車1的水不易進入管子內(nèi)的位置上。
在第二端板52的外側(cè)設(shè)置有減速機構(gòu)，用于將所述轉(zhuǎn)子4減速后傳遞給輪轂7。
實施例的減速機構(gòu)是行星齒輪減速機構(gòu)6。
行星齒輪減速機構(gòu)6的行星齒輪支撐架61，面向第二端板52在圓周方向等間隔地凸出設(shè)置有3根筒狀腳部62，該腳部62與第二端板52接觸，通過貫通該腳部62的螺栓63被固定在第二端板52上。
在第二端板52和行星齒輪支撐架61之間，在第二端板52的圓周方向上等間隔地設(shè)置有3根支撐軸64，各支撐軸64可旋轉(zhuǎn)地支撐行星齒輪65。
行星齒輪65在第二端板52側(cè)和相反一側(cè)分別同軸形成大齒輪65a和小齒輪65b。
行星齒輪65的大齒輪65a與形成在所述轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)軸41端部的太陽齒輪60嚙合。行星齒輪65的小齒輪65b與后述的輪轂7的蓋板72上的內(nèi)齒66a嚙合。
在行星齒輪支撐架61的中央部內(nèi)面上形成軸套67，固定用支撐軸57a貫通該軸套67的中心向外部凸出設(shè)置。在固定用支撐軸57a上形成有外螺紋57b。
輪轂7的底面中央具有開口，并由相反一側(cè)全面開口的略呈杯狀的輪轂主體71、和通過覆蓋該全面開口的蓋板72構(gòu)成輪轂7。
輪轂主體71被所述馬達外殼5和行星齒輪減速機構(gòu)6覆蓋，在底面開口70和所述馬達外殼5的第一端板51上的軸套56之間裝有軸承73。在輪轂主體71d的內(nèi)面，用固定螺釘固定環(huán)體66，該環(huán)體66與所述固定用支撐軸57同心，在該環(huán)體66的內(nèi)面形成有與所述行星齒輪65嚙合的內(nèi)齒66a。
所述行星齒輪支撐架61上的固定用支撐軸57a，貫通所述輪轂主體71向外部伸出。在輪轂主體71和固定用支撐軸57a之間裝有軸承75。
在輪轂主體71的外周面兩側(cè)，凸出設(shè)置環(huán)繞輪轂主體71一周的周壁74，在該周壁74上沿圓周方向規(guī)則地開設(shè)有前叉安裝孔74a。
蓋板72覆蓋輪轂主體71的開口，并通過多根螺栓76固定在輪轂主體71上。
8是固定在所述輪轂主體71上的泵，與所述第二端板52的凸緣狀凸出部54形成的位置相對設(shè)置，隨著輪轂7的旋轉(zhuǎn)，在第二端板52的凸緣狀凸出部54的操作下，排出輪轂7內(nèi)的空氣。
在圖2中，轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)軸41、馬達外殼5的第一端板51上的固定用支撐軸57、貫通輪轂7的蓋板72的固定用支撐軸57a被設(shè)置在一條直線上。
還有，在用固定螺釘固定2個把兩個固定用支撐軸57、57a固定在自行車的前叉12上時，圖2中左下斜線部分為固定部分，右下斜線部分為旋轉(zhuǎn)部分。
這樣，在給自行車踏板18施加的負荷超過一定值時，電池17向定子3的線圈32供電，轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)。
通過轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸41前端的太陽齒輪60也旋轉(zhuǎn)，在行星齒輪65的定位置旋轉(zhuǎn)。行星齒輪65的旋轉(zhuǎn)，通過內(nèi)齒66a減速傳遞給輪轂7，從而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動前車輪11。
隨著輪轂7的旋轉(zhuǎn)，泵8通過排出輪轂7內(nèi)的空氣而從通氣孔59向馬達5供應(yīng)外部空氣，冷卻馬達5以防止馬達5過熱。
通過轉(zhuǎn)子4的電動旋轉(zhuǎn)，可以減輕對踏板的踏踩力，使自行車行駛。因向線圈32通電而使線圈32發(fā)熱，定子3攜帶熱量。但是，由于沒有以往例那樣的妨礙定子3散熱的馬達外殼5的筒壁，所以，定子3即使攜帶熱量也可以從夾持定子3的一對端板51、52間的開口處直接向馬達外殼5外排放熱量。因此，不用像以往例那樣在輪轂7內(nèi)容納冷卻液，就可以防止線圈32過熱。
進而，通過從通氣孔59向馬達5供應(yīng)的外部空氣，進一步促進了定子3的冷卻，并可以可靠地防止線圈32過熱。
可以省去馬達外殼5的筒壁，另外，不需要容納填充冷卻液的麻煩，所以可以降低制造成本。另外，還可以通過省去該筒壁和冷卻液相應(yīng)地減輕重量。
還有，由于沒有筒壁，可以使定子3的外徑相應(yīng)地加大，所以可以提高旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力。
在上述實施例中，在定子3的積層金屬板31上如果在圓周方向產(chǎn)生厚度大小不均，則兩端板51、52的平行度公差就會過大。平行度公差過大會使兩端板51、52上的軸承58、58承載的轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)軸41產(chǎn)生扭曲力，妨礙轉(zhuǎn)子4平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。因此，如果在這種情況下像本發(fā)明那樣，用一對端板51、52夾持定子3的積層金屬板31，如向積層金屬板31的積層方向施加螺釘?shù)耐屏δ菢?，用固定螺?3緊固兩端板51、52就出現(xiàn)問題。
但是，如上所述，在實施例中，將定子3的積層金屬板31，即將積層了單位張數(shù)的沖壓金屬板31a的多個單位體31c，通過按照一定的角度錯開層疊，可以盡可能地使積層金屬板31的圓周方向的厚度一致。因此，即使用固定螺栓53固定兩端板51、52，向積層金屬板31的積層方向施加螺釘?shù)耐屏?，也可以提高第一端?1和第二端板52平行度的精度。
因此，可以提高支撐轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)軸41的兩端側(cè)的軸承58、58的平行度，使轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)更順利。
上述實施例是為了說明本發(fā)明，不能理解為限定本發(fā)明或使其縮小范圍。另外，本發(fā)明的各個部的構(gòu)成并不限于上述實施例，當然在本發(fā)明中所記載的技術(shù)范圍內(nèi)可以有各種變形。
權(quán)利要求
1.一種電動車輪用輪轂單元，具有馬達和輪轂，所述馬達具有定子和轉(zhuǎn)子，所述輪轂，在其內(nèi)部容納該馬達并通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其特征是設(shè)有隨著所述輪轂的旋轉(zhuǎn)將外部空氣吸入到輪轂內(nèi)而冷卻馬達的馬達冷卻裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車輪用輪轂單元，其特征是，在所述輪轂上設(shè)有固定用支撐軸，該固定用支撐軸在輪轂的旋轉(zhuǎn)中心軸上以相對馬達外殼呈固定的狀態(tài)向外側(cè)凸出設(shè)置并凸出到輪轂的外側(cè)，在該固定用支撐軸的附近設(shè)有吸入外部空氣的通氣孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動車輪用輪轂單元，其特征是，所述通氣孔與管子連接，該管子的端部延伸設(shè)置在電動車的水不能進入的地方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車輪用輪轂單元，其特征是，在所述輪轂上形成泵機構(gòu)，該泵機構(gòu)通過在馬達外殼的外周上形成的凸出部而被操作，排出輪轂內(nèi)的空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車輪用輪轂單元，其特征是，所述定子，是通過用螺栓緊固夾著積層金屬板相對設(shè)置的一對端板而構(gòu)成，定子的外周面，在端板間向輪轂的內(nèi)面開放。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車輪用輪轂單元，其特征是，在輪轂內(nèi)容納有通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而工作的行星齒輪機構(gòu)，在輪轂內(nèi)面設(shè)置有與行星齒輪機構(gòu)的行星齒輪嚙合的內(nèi)齒。
7.一種交通工具，其特征是，其車輪的輪轂使用的是權(quán)利要求1～6所述的電動車輪用輪轂單元。
全文摘要
一種電動車輪用輪轂單元，具有馬達(9)和輪轂(7)，所述馬達(9)具有定子(3)和轉(zhuǎn)子(4)，所述輪轂(7)，在其內(nèi)部容納有馬達(9)并通過轉(zhuǎn)子(4)的旋轉(zhuǎn)而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，在所述電動車輪用輪轂單元上，設(shè)有隨著所述輪轂(7)的旋轉(zhuǎn)而排出輪轂(7)內(nèi)的空氣的泵(8)，同時通過隨著泵(8)的工作而排出輪轂(7)內(nèi)的空氣，從設(shè)在輪轂(7)上的通氣孔(59)吸入外部空氣并提供給馬達(9)，從而冷卻馬達(9)，能可靠地防止馬達的過熱。這種電動車輪用輪轂單元，可提高對助力自行車輪轂單元的馬達的冷卻效果。
文檔編號H02K7/14GK1754712SQ200510103978
公開日2006年4月5日 申請日期2005年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者友重一弘, 足立良平 申請人:三洋電機株式會社