JP7777787B2 - モータユニット及び電動自転車 - Google Patents

Description

本開示は、モータユニット及び電動自転車に関する。

モータユニットを備えた電動自転車が知られている。モータユニットは、モータと、これを制御するための各種電子部品が実装された基板と、モータ及び基板を収容するケースとを備える。

この種の電動自転車においては、各種電子部品のうち特に発熱量が大きなスイッチング素子等の電子部品を、ケースに対して熱的に接続させることが、従来提案されている（例えば特許文献１等参照）。これにより、電子部品の放熱量が増大する。

特開２００７－１７６３５４号公報

本開示は、モータユニットが備えるスイッチング素子からの放熱量を更に増大させ、モータユニットの信頼性を高めることを目的とする。

本開示の一態様に係るモータユニットは、電動自転車に用いられるモータユニットであって、モータと、前記モータを駆動させるためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子を実装するための実装面を含んだ面と、前記面とは反対を向く反対面とを有する基板と、前記基板を収容するケースと、を備える。前記基板は、前記実装面と前記反対面との間で貫通した貫通孔と、前記貫通孔の内周面の少なくとも一部を覆う金属箔と、を更に有する。前記金属箔に対して、前記スイッチング素子が熱的に接続され、かつ、前記金属箔に対して、前記ケースのうち前記基板を挟んで前記スイッチング素子とは反対側の部分が、熱的に接続されている。

本開示の一態様に係る電動自転車は、前記モータユニットと、前記モータ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、を具備する。

本開示は、モータユニットが備えるスイッチング素子からの放熱量を更に増大させ、モータユニットの信頼性を高めることができるという効果を奏する。

図１は、一実施形態の電動自転車の側面図である。 図２は、同上の電動自転車の要部側面図である。 図３は、同上の電動自転車が備えるモータユニットの概略的な断面図である。 図４は、図３のＰ部を詳細に示した断面図である。 図５は、同上のモータユニットが備える基板の側面図である。 図６は、同上の基板の別の側面図である。 図７は、同上のモータユニットの一部を取り外した側面図である。 図８は、同上のモータユニットが備えるケースの第２分割体の側面図である。 図９は、同上のモータユニットの第１変形例の要部断面図である。 図１０は、同上のモータユニットの第２変形例の要部断面図である。 図１１は、同上のモータユニットの第３変形例の要部側面図である。 図１２は、同上のモータユニットの第４変形例の概略的な断面図である。 図１３は、図１２のＱ部を詳細に示した断面図である。

（１）一実施形態
一実施形態の電動自転車１は、電動アシスト自転車である。図１に示すように、電動自転車１は、フレーム１０と、フレーム１０に支持固定されたモータユニット２と、フレーム１０に回転自在に支持された二つの車輪１１とを具備する。二つの車輪１１は、前輪１１１と後輪１１２である。このうち後輪１１２が、モータユニット２から出力される駆動力によって（つまりモータユニット２に含まれるモータ４の回転力が伝えられることで）、回転駆動される。

本文において用いる前後、左右、上下の各方向は、電動自転車１の運転者を基準として定義される。運転者が電動自転車１に乗って進行する方向が前方、これの反対側が後方であり、運転者から見て左の方向が左方、運転者から見て右の方向が右方である。以下、各構成について詳しく説明する。

（１．１）フレーム
フレーム１０は、ヘッドパイプ１０１、ダウンチューブ１０３、シートチューブ１０４、シートステー１０５、チェーンステー１０６及びブラケット１０８を有する。

フレーム１０（つまりフレーム１０を構成する上記の各部）は、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属で形成されるが、非金属を一部に含んでもよい。フレーム１０全体が非金属で形成されてもよく、フレーム１０の材質は特に限定されない。

ヘッドパイプ１０１には、ハンドルポスト１２が回転自在に挿通されている。ハンドルポスト１２の下端部には、フロントフォーク１２１が形成されている。フロントフォーク１２１には、前輪１１１が回転可能に取り付けられている。ハンドルポスト１２の上端部には、ハンドルバー１２２が固定されている。

シートチューブ１０４の上端開口には、サドル１３から下方に延びるパイプ１３２が挿入されている。このパイプ１３２がシートチューブ１０４に固定されることで、サドル１３が固定される。シートチューブ１０４の下端部は、ブラケット１０８に固定されている。

ヘッドパイプ１０１には、ダウンチューブ１０３の前端部が固定されている。ダウンチューブ１０３の後端部は、ブラケット１０８に固定されている。

ブラケット１０８には、モータユニット２が固定されている。ブラケット１０８の後部には、チェーンステー１０６の前端部が固定されている。

シートチューブ１０４の上端部には、シートステー１０５の前端部が固定されている。シートステー１０５の後端部は、チェーンステー１０６の後端部に連結されており、この連結部分に後輪１１２が回転自在に装着されている。シートチューブ１０４には、モータユニット２に電力を供給するためのバッテリ１５が、着脱自在に装着されている。

（１．２）モータユニット
図２、図３等に示すように、モータユニット２の外殻の大部分は、ケース３で構成されている。ケース３には、車輪１１を回転駆動させるための駆動源であるモータ４が、取り付けられている。ケース３には、モータ４に対して動力伝達可能に連結された減速機構５と、モータ４の回転を制御する制御基板６とに加えて、入力軸７１、入力体７２、出力体８１，８２等の各部材が収容されている。

ケース３は、ケース３の第１側の半部を構成する第１分割体３１と、ケース３の第２側の半部を構成する第２分割体３２とを含む。第１側は、一実施形態の電動自転車１においては右側である。第２側は、第１側とは反対の側であり、一実施形態の電動自転車１においては左側である。右側の第１分割体３１と、左側の第２分割体３２とが組み合わさることで、中空のケース３が形成される。

第１分割体３１は、左側に開放された空間を有する。この空間が、ケース３の収納空間の右側の半部を構成する。第２分割体３２は、右側に向けて開放された空間を有する。この空間が、ケース３の収納空間の左側の半部を構成する。第２分割体３２には、モータ４を配置するための凹部３２２が形成されている。第１分割体３１と第２分割体３２は、それぞれの空間が連通するように互いに固定される。

モータ４は、円柱状の回転軸４１と、回転軸４１と一体に回転するように回転軸４１に結合されたロータ４２と、ロータ４２を囲んで位置する円筒状のステータ４３とを有する。

凹部３２２の内底面には、軸受４５が配置されている。軸受４５は、回転軸４１の軸方向の一端部を回転自在に支持する軸受である。回転軸４１の軸方向の別の端部は、第１分割体３１の内面に配置された軸受４６に、回転自在に支持されている。回転軸４１のうちロータ４２から突出した部分の外周面には、減速機構５と噛み合うための歯部４１５が形成されている。

ケース３には、入力軸７１がその軸線７１０まわりに回転可能に収納される。第１分割体３１と第２分割体３２には、入力軸７１が挿し通される貫通孔３１１，３２１が形成されている。

入力軸７１の両端部には、クランクアーム１８が固定される（図２等参照）。クランクアーム１８の先端部には、ペダル１８１が回転可能に取り付けられる。運転者は、ペダル１８１を漕ぐことにより、入力軸７１に対して人力の回転力を与えることができる。

ケース３内において、入力体７２は、入力軸７１の外周面に沿って配置されている。入力体７２は筒状の部材であり、入力軸７１と一体に回転する。

入力体７２は、第１入力体７２１と第２入力体７２２とに分割されている。第１入力体７２１は、入力軸７１に連結されている。第２入力体７２２は、第１入力体７２１に連結されており、出力体８１に回転力を伝達するように構成されている。

出力体８１は筒状の部材であり、入力軸７１の外周面に沿って回転可能に配置されている。出力体８１の一端部は、第１分割体３１の貫通孔３１１を通ってケース３の外に突出している。出力体８１のうちケース３から突出した部分には、前側のスプロケット１９１が固定される（図２参照）。スプロケット１９１は、出力体８１と一体に回転する。

一実施形態の電動自転車１において、モータユニット２は、出力体８１とは別の出力体８２を備える。出力体８２は、モータ４の回転力によって回転駆動される部材である。以下においては区別のため、人力によって回転駆動される出力体８１を第１出力体８１と称し、モータ４の回転力によって回転駆動される出力体８２を第２出力体８２と称する。

第２出力体８２の第１端部は、ケース３内に位置している。第２出力体８２は、第２分割体３２に配置された軸受８５と、リテーナ７５に配置された軸受８６とで、回転可能に支持されている。

リテーナ７５は、ケース３内に収容された金属製の部材である。リテーナ７５は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されていることが好ましいが、マグネシウム合金、鉄系金属又は樹脂で形成されてもよい。リテーナ７５は、モータ４の回転軸４１の軸線４１０に沿って見たときに、少なくとも一部がモータ４と重なるように配置されている。

第２出力体８２の第２端部は、ケース３の外に突出している。第２出力体８２の第２端部には、前側の別のスプロケット１９２が固定されている。スプロケット１９２は、第２出力体８２と一体に回転する。以下においては区別のため、スプロケット１９１を第１スプロケット１９１と称し、スプロケット１９２を第２スプロケット１９２と称する。

第２出力体８２とモータ４の回転軸４１との間には、モータ４の回転を減速して第２出力体８２に伝達する減速機構５が配置されている。減速機構５は、いわゆる１段減速の機構であって、具体的には、第２出力体８２の外周面に、ワンウェイクラッチ５８を介して伝達歯車５１が取り付けられている。伝達歯車５１は、モータ４の回転軸４１の歯部４１５と噛み合っている。

チェーン１９５は、前側の第１及び第２スプロケット１９１，１９２と、後ろ側のスプロケット１９３とに掛け回される。第２出力体８２の回転力は、第２スプロケット１９２、チェーン１９５及び後ろ側のスプロケット１９３を介して、最終的に後輪１１２に伝達される。

一実施形態の電動自転車１では、運転者がペダル１８１を漕いで進行している最中に、モータ４の回転軸４１が回転すると、これに連動して伝達歯車５１が回転し、この回転力がワンウェイクラッチ５８を介して第２出力体８２に伝達され、更にチェーン１９５に伝達される。

（１．３）制御基板
モータユニット２のケース３内に収容された制御基板６について、更に詳しく説明する。

制御基板６は、平板状の基板６１に各種の電子部品を実装することによって構成されている。各種の電子部品は、複数のスイッチング素子６２、電界コンデンサ６８、マイクロコントローラ６９等を含む（図５、図６等参照）。複数のスイッチング素子６２は、マイクロコントローラ６９によって制御される。

基板６１は、右側（つまり第１側）を向く第１面６１１と、左側（つまり第２側）を向く第２面６１２とを有する。第１面６１１と第２面６１２は、互いに反対向きの一対の面であり、言い換えれば、基板６１において裏表の位置にある一対の面である。第１面６１１と第２面６１２は、互いに平行な一対の平坦な面である。

図４に示すように、基板６１は、第１面６１１を形成する最外層のレジスト層６１９１と、これに覆われる金属層６１８１と、第２面６１２を形成する最外層のレジスト層６１９２と、これに覆われる金属層６１８２とを含む。

第２面６１２には、スイッチング素子６２を実装するための実装面６１３が含まれている。つまり、第１実施形態のモータユニット２では、第２面６１２が、スイッチング素子６２を実装するための実装面６１３を含んだ面であり、第１面６１１が、実装面６１３を含んだ面とは反対を向く反対面である。

実装面６１３は、第２面６１２の端部領域に位置する。スイッチング素子６２は、熱伝導性を有する半田６３を介して、実装面６１３に固定されている（図４参照）。基板６１にスイッチング素子６２が実装された状態（以下、単に実装状態という。）において、半田６３は、スイッチング素子６２に対して全面的に接触し、スイッチング素子６２に対して熱的に接続されている。

なお、２つの部材が熱的に接続されているというのは、２つの部材が熱伝達可能な状態にあることを意味する。２つの部材が熱的に接続されていることには、２つの部材の間に別部材が介在している場合（例えば、２つの部材の間に膜状の絶縁部材が介在している場合や、２つの部材の間にレジスト層が介在している場合や、２つの部材の間に膜状の絶縁部材とレジスト層が介在している場合）も含まれる。

スイッチング素子６２は、電界効果トランジスタ６２１と、電界効果トランジスタ６２１を覆うパッケージ６２５とを含む。パッケージ６２５は、電界効果トランジスタ６２１を封止する樹脂モールドで構成されているが、これに限定されず、パッケージ６２５を金属ケースで構成することも可能である。

更に、基板６１は、スイッチング素子６２の放熱性を高める複数の貫通孔６１４と、各貫通孔６１４の内周面を覆う金属箔６４とを有する。

貫通孔６１４は、基板６１の第１面６１１と第２面６１２との間で貫通するように設けられており、より具体的には、第２面６１２の端部領域にある実装面６１３と第１面６１１の端部領域との間を最短距離で貫通するように設けられている。貫通孔６１４は、円形の貫通孔であって、実装面６１３に形成された円形状の開口と、第１面６１１に形成された円形状の開口とを有する。

貫通孔６１４の直径は、０．２ｍｍから０．４ｍｍの範囲内にあることが好ましく、０．２ｍｍから０．３５ｍｍの範囲内にあることが更に好ましい。つまり、貫通孔６１４の実装面６１３上の開口は、０．２ｍｍから０．４ｍｍの範囲内の直径を有することが好ましく、０．２ｍｍから０．３５ｍｍの範囲内の直径を有することが更に好ましい。また、貫通孔６１４の第１面６１１上の開口は、０．２ｍｍから０．４ｍｍの範囲内の直径を有することが好ましく、０．２ｍｍから０．３５ｍｍの範囲内の直径を有することが更に好ましい。

金属箔６４は、例えば銅箔で構成されており、高い熱伝導性を有する。金属箔６４の厚さは、１０μｍから３０μｍの範囲内にあることが好ましい。金属箔６４は、貫通孔６１４の内周面の少なくとも一部を覆っている。金属箔６４は、貫通孔６１４の内周面の全部を覆うことが好ましいが、貫通孔６１４の内周面の一部だけを覆うことも有り得る。実装状態において、スイッチング素子６２は、貫通孔６１４の実装面６１３上の開口に、面している。また、実装状態において、スイッチング素子６２は、半田６３を介して、金属箔６４に対して熱的に接続されている。実装状態において、半田６３は、金属箔６４に接触することが好ましい。

一実施形態の電動自転車１が備えるモータユニット２において、ケース３の第１分割体３１と第２分割体３２は、それぞれスイッチング素子６２の放熱を促進させるための部分３１５，３２５を、一体に有している。両部分３１５，３２５は、外気に接触して放熱可能な部分である。以下において、両部分３１５，３２５をそれぞれ放熱部分３１５，３２５と称する。

第１分割体３１の放熱部分３１５は、第１分割体３１のうち内側に向けて（つまり左側に向けて）凹んだ部分の底部で構成されている。

ケース３内には、放熱部分３１５と基板６１との間に介在するように、熱伝導性シート７６が収容されている。熱伝導性シート７６は、放熱部分３１５に対してその左側から接触することが好ましく、また、基板６１の第１面６１１のうち実装面６１３の裏側の部分に対して、その右側から接触することが好ましい。基板６１に設けられた各貫通孔６１４の金属箔６４は、熱伝導性シート７６を介して、放熱部分３１５に対して熱的に接続されている。金属箔６４は、熱伝導性シート７６に接触することが好ましい。第１実施形態のモータユニット２では、放熱部分３１５が、基板６１を挟んでスイッチング素子６２とは反対側に位置するとともに金属箔６４に対して熱的に接続される部分である。

第２分割体３２の放熱部分３２５は、第２分割体３２のうち内側に向けて（つまり右側に向けて）凹んだ部分の底部で構成されている。

ケース３内には、放熱部分３２５とスイッチング素子６２との間に介在するように、熱伝導性シート７７が収容されている。熱伝導性シート７７は、放熱部分３２５に対してその右側から接触することが好ましく、また、スイッチング素子６２のパッケージ６２５に対してその左側から接触することが好ましい。スイッチング素子６２は、熱伝導性シート７７を介して、放熱部分３２５に対して熱的に接続されている。第１実施形態のモータユニット２では、放熱部分３２５が、ケース３のうち基板６１を基準としてスイッチング素子６２と同じ側に位置するとともにスイッチング素子６２に対して熱的に接続される部分である。スイッチング素子６２は、基板６１と放熱部分３２５との間に、熱伝導性シート７７を介して挟み込まれている。

したがって、一実施形態の電動自転車１が備えるモータユニット２では、基板６１の各貫通孔６１４に設けられた金属箔６４に対して、スイッチング素子６２が左側（つまり第２側）から熱的に接続され、かつ、ケース３の一部を構成する放熱部分３１５が右側（つまり第１側）から熱的に接続されている。そのため、スイッチング素子６２から発生する熱は、複数箇所に設けられた熱伝導性の金属箔６４を介して放熱部分３１５に効率的に伝えられ、放熱部分３１５を通じて外気に放熱される。

加えて、一実施形態の電動自転車１が備えるモータユニット２では、スイッチング素子６２に対して、ケース３の別の一部を構成する放熱部分３２５が、左側（つまり第２側）から熱的に接続されている。そのため、スイッチング素子６２から発生する熱は、放熱部分３２５にも伝えられ、放熱部分３２５を通じて外気に放熱される。

また、一実施形態の電動自転車１が備えるモータユニット２では、スイッチング素子６２とマイクロコントローラ６９とを、互いに十分な距離をあけて位置するように基板６１に実装している。そのため、スイッチング素子６２の側で発生した電気的ノイズが、マイクロコントローラ６９に影響を及ぼすことが抑えられている。

具体的には、スイッチング素子６２を実装する実装面６１３は、基板６１のうち下側の半部で構成された第１半部６１５に、設けられている（図６参照）。スイッチング素子６２は、基板６１の第１半部６１５に実装されている。これに対して、マイクロコントローラ６９は、基板６１のうち上側の半部で構成された第２半部６１６に、実装されている（図５参照）。ここでの上下は、モータユニット２を備えた電動自転車１が運転される状態を基準として、定義される。上下方向におけるマイクロコントローラ６９とスイッチング素子６２との距離は、基板６１の上下寸法の半分以上であることが好ましい。

また、モータ４から発生した電気ノイズが、マイクロコントローラ６９に影響を及ぼすことを抑えるためには、マイクロコントローラ６９の全体又は少なくとも中央のチップが、モータ４の回転中心軸（つまり回転軸４１の軸線４１０）に沿って見たときに、モータ４と重ならない位置にあることが好ましい。

また、一実施形態の電動自転車１が備えるモータユニット２では、スイッチング素子６２が、基板６１の端部領域に実装されている。そのため、スイッチング素子６２とケース３の一部（つまり放熱部分３１５，３２５）とを熱的に接続させることが容易であり、スイッチング素子６２からケース３への放熱経路を確保することが容易である。

また、図２等に示すように、一実施形態の電動自転車１では、ケース３のうちスイッチング素子２１に対して熱的に接続された部分（つまり放熱部分３１５，３２５）が、側面視において、入力軸７１の回転中心軸とモータ４の回転中心軸とを結んだ線（図２中の鎖線Ｌ参照）よりも、下方に位置している。そのため、スイッチング素子２１からの放熱が、放熱部分３１５，３２５を通じて効率的に行われる。ここでの側面視は、モータ４の回転中心軸に沿って見たときであり、換言すると、入力軸７１の回転中心軸に沿ってみたときである。

（１．４）変形例
以下、一実施形態の電動自転車１の各種の変形例について説明する。なお、一実施形態において既述した構成と同様の構成については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。

図９には、モータユニット２の第１変形例の要部断面を示している。当該要部は、一実施形態において図４に示した部分と対応する。モータユニット２の第１変形例は、基板６１の第１面６１１に設けられた絶縁部材６５を、更に備えている。

第１変形例においては、熱伝導性シート７６と金属層６１８１とが、両者の間に位置する絶縁部材６５及びレジスト層６１９１を介して、互いに熱的に接続されている。

絶縁部材６５は、基板６１に設けられた各貫通孔６１４の一部を覆い、第２面６１２側に塗布された半田６３の一部が各貫通孔６１４を通じて第１面６１１の側に流出することを抑える機能を有する。半田６３の一部が第１面６１１の側に流出した場合、回路の短絡等の原因となり得る。

絶縁部材６５は、例えば、いわゆるスクリーン印刷の手法によって有色の絶縁樹脂を第１面６１１上に印刷することで、形成可能である。印刷の手法はこれに限定されず、いわゆるインクジェット印刷、ＵＶ硬化型の絶縁樹脂を用いたＵＶ印刷、熱硬化型の絶縁樹脂を用いた印刷等の他の手法を用いることも可能である。絶縁部材６５を印刷により形成する場合、基板６１の最外層を構成するレジスト層６１９１，６１９２の上に、印刷を行うことが好ましい。絶縁樹脂の印刷作業を、同一箇所に複数回行うことも可能である。

第１変形例において、絶縁部材６５は、複数の貫通孔６１４に対して一対一で連通する複数の孔６５３を有している。孔６５３は、絶縁部材６５を貫通する円形状の孔である。孔６５３の外径は、対応する貫通孔６１４の外径よりも小さく設けられている。孔６５３の外径は、対応する貫通孔６１４が第１面６１１上に有する開口の外径よりも、小さく設けられている。孔６５３の開口面積は、対応する貫通孔６１４の開口面積よりも小さく設けられており、貫通孔６１４が貫通する方向に沿って見たとき、孔６５３の開口縁は、貫通孔６１４の開口縁の内側に位置する。

なお、絶縁部材６５が孔６５３を有することは必須でなく、絶縁部材６５が孔６５３を有さないことも有り得る。この場合、基板６１に形成された複数の貫通孔６１４は、絶縁部材６５によって塞がれる。基板６１に形成された複数の貫通孔６１４の一部だけが絶縁部材６５によって塞がれることも有り得る。

図１０には、モータユニット２の第２変形例の要部断面を示している。当該要部は、一実施形態において図４に示した部分と対応する。モータユニット２の第２変形例では、ケース３が放熱部分３２５を有しておらず、また、ケース３内に熱伝導性シート７７が配されていない。スイッチング素子６２は、ケース３の第２分割体３２に対しては直接的な放熱経路を有さないが、ケース３の第１分割体３１に対しては、複数の貫通孔６１４内の金属箔６４等を通じた直接的な放熱経路を有する。

加えて、モータユニット２の第２変形例では、スイッチング素子６２が、複数の電界効果トランジスタ６２１と、これら複数の電界効果トランジスタ６２１を覆うパッケージ６２５とを有する。このタイプのスイッチング素子６２は、図４に示すような単一の電界効果トランジスタ６２１を有するタイプのものと比較して、放熱性に優れる。

図１１には、モータユニット２の第３変形例が備える基板６１を示している。基板６１は、第１面６１１の側の最外層を構成するレジスト層６１９１と、レジスト層６１９１によって覆われる金属層６１８１とを含み、金属層６１８１は、複数の貫通孔６１４内の金属箔６４に対して熱的に接続されている。レジスト層６１９１は、金属層６１８１の一部を露出させるようにパターニングされており、この露出した一部に対して放熱用の半田部６７が固定されている。

半田部６７は、金属層６１８１を介して、複数の貫通孔６１４内の金属箔６４に対して熱的に接続されており、ひいては、スイッチング素子６２に対して熱的に接続されている。第３変形例では、基板６１の第１面６１１のうち、実装面６１３の裏側の部分の周囲に、複数の半田部６７がマトリクス状に配列されていることで、放熱性が更に高められている。これら複数の半田部６７は、ケース３の放熱部分３１５に対して、熱伝導性シート７６を介して熱的に接続されることが好ましいが、放熱部分３１５に直接当たってもよい。

図１２には、モータユニット２の第４変形例を示している。第４変形例では、軸受８６等を保持する金属製のリテーナ７５が、ケース３の第２分割体３２と熱伝導性シート７６との間に介在する熱伝導部７５１を、一体に有している。つまり、ケース３内に収容されたリテーナ７５の一部である熱伝導部７５１が、第２分割体３２と熱伝導性シート７６との間に介在し、第２分割体３２と熱伝導性シート７７とを熱的に接続させている。

第４変形例では、第２分割体３２のうち、リテーナ７５から熱が伝達される部分３２３の周囲の部分が、外気に接触可能な放熱部分３２５を構成している。

なお、第４変形例では、スイッチング素子６２は、基板６１の第１面６１１の側に実装されている。つまり、第４変形例では、第１面６１１が、スイッチング素子６２を実装するための実装面６１３を含んだ面であり、第２面６１２が、実装面６１３を含んだ面とは反対を向く反対面である。

第４変形例では、放熱部分３２５が、基板６１を挟んでスイッチング素子６２とは反対側に位置するとともに金属箔６４に対してリテーナ７５等を介して熱的に接続される部分である。そして、放熱部分３１５が、ケース３のうち基板６１を基準としてスイッチング素子６２と同じ側に位置するとともにスイッチング素子６２に対して熱的に接続される部分である。スイッチング素子６２は、基板６１と放熱部分３１５との間に、挟み込まれている。

一実施形態の電動自転車１が備えるモータユニット２において、上記した各種の変形例の他に、下記の構成を備えることも可能である。

例えば、一実施形態のモータユニット２が、基板６１に実装された電界コンデンサ６８を、２つ以上備えることも好ましい。２つ以上の電界コンデンサ６８は、基板６１の第１面６１１と第２面６１２の一方にだけ実装されてもよいし、両方に分散して配置されてもよい。電界コンデンサ６８が２つ以上あることで、基板６１上における電界コンデンサ６８の配置の自由度が高まり、ケース３内の空間を有効利用することができる。

また、一実施形態のモータユニット２が、基板６１に実装された慣性センサ（図示略）を更に備えることも好ましい。慣性センサは、例えば加速度センサ、傾斜センサ又はジャイロセンサであり、マイクロコントローラ６９は、慣性センサからの出力に基づいてモータ４を制御することができる。慣性センサは、基板６１の第２半部６１６に実装されることが好ましい。上記したように、第２半部６１６は基板６１の上側の半部であり、実装面６１３は、基板６１の下側の半部（つまり第１半部６１５）に設けられている。

また、一実施形態のモータユニット２において、モータ４は、基板６１よりも左側（つまり第２側）に位置しているが、モータ４が、基板６１よりも右側（つまり第１側）に位置することも有り得る。

また、一実施形態のモータユニット２において、基板６１のうちレジスト層６１９１，６１９２で覆われる基材が、熱伝導性の材料で形成されていることも好ましい。熱伝導性の材料は、例えばアルミニウム、銅等の金属であるか、又はセラミックである。この場合、基板６１の基材を通じてスイッチング素子６２の放熱性が更に高められる。

また、一実施形態のモータユニット２において、減速機構５は１段減速の機構であるが、減速機構５が２段減速又は３段減速であってもよい。

また、一実施形態のモータユニット２は、いわゆる２軸式のモータユニットであって、第１スプロケット１９１が連結される回転可能な出力体８１と、第２スプロケット１９２が連結される回転可能な出力体８２とを別々に備えているが、モータユニット２をいわゆる１軸式で構成することも可能である。モータユニット２を１軸式で構成する場合には、減速機構５を、モータ４の回転力を出力体８１の側に伝達するように構成すればよい。これにより、出力体８１には、入力軸７１の回転力とモータ４の回転力の両方が伝達される。この場合も、減速機構５は１段減速、２段減速又は３段減速で構成可能である。

また、一実施形態の電動自転車１は、いわゆる電動アシスト自転車であるが、これに限定されず、人力を用いずに車輪１１を回転駆動させることのできる電動自転車でもよい。また、一実施形態の電動自転車は、車輪１１を２つ備えているが、車輪１１の数は特に限定されず、例えば車輪１１を３つ備えてもよい。

以上、本開示を添付図面に示す一実施形態と各種の変形例に基づいて説明したが、本開示は前記の実施形態や変形例に限定されない。本開示の意図する範囲内であれば、一実施形態や各種の変形例において適宜の設計変更を行うことや、各変形例の構成を適宜に組み合わせて適用することが可能である。

（２）態様
以上、述べた一実施形態及び各種の変形例から明らかなように、第１の態様のモータユニット（２）は、電動自転車に用いられるモータユニット（２）であって、モータ（４）と、モータ（４）を駆動させるためのスイッチング素子（６２）と、スイッチング素子（６２）を実装するための実装面（６１３）を含んだ面と、該面とは反対を向く反対面とを有する基板（６１）と、基板（６１）を収容するケース（３）と、を備える。基板（６１）は、実装面（６１３）と反対面との間で貫通した貫通孔（６１４）と、貫通孔（６１４）の内周面の少なくとも一部を覆う金属箔（６４）と、を更に有する。金属箔（６４）に対して、スイッチング素子（６２）が熱的に接続され、かつ、金属箔（６４）に対して、ケース（３）のうち基板（６１）を挟んでスイッチング素子（６２）とは反対側の部分が、熱的に接続されている。

第１の態様のモータユニット（２）によれば、モータユニット（２）が備えるスイッチング素子（６２）からの放熱量を更に増大させ、モータユニット（２）の信頼性を高めることができる。

第２の態様は、第１の態様との組み合わせにより実現され得る。第２の態様のモータユニット（２）は、スイッチング素子（６２）を実装面（６１３）に固定する半田（６３）を、更に備える。スイッチング素子（６２）は、半田（６３）を介して、金属箔（６４）に対して熱的に接続されている。

第２の態様のモータユニット（２）によれば、熱伝導性を有する半田（６３）を介して、スイッチング素子（６２）が発した熱を効率的に伝えることができる。

第３の態様は、第２の態様との組み合わせにより実現され得る。第３の態様のモータユニット（２）は、貫通孔（６１４）の少なくとも一部を覆うように反対面に設けられた絶縁部材（６５）を、更に備える。

第３の態様のモータユニット（２）によれば、半田（６３）が貫通孔（６１４）を通じて流出することを抑えることができる。

第４の態様は、第１から第３のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第４の態様のモータユニット（２）では、貫通孔（６１４）の直径は、０．２ｍｍから０．４ｍｍの範囲内である。

第４の態様のモータユニット（２）によれば、スイッチング素子（６２）が発した熱を、貫通孔（６１４）内の金属箔（６４）を通じて効率的に伝えることができる。

第５の態様は、第１から第３のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第５の態様のモータユニット（２）では、貫通孔（６１４）の直径は、０．２ｍｍから０．３５ｍｍの範囲内である。

第５の態様のモータユニット（２）によれば、スイッチング素子（６２）が発した熱を、貫通孔（６１４）内の金属箔（６４）を通じて効率的に伝えることができる。

第６の態様は、第１から第５のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第６の態様のモータユニット（２）では、モータ（４）は、基板（６１）に対してスイッチング素子（６２）と同じ側に位置する。

第６の態様のモータユニット（２）によれば、スイッチング素子（６２）が発した熱を、基板（６１）に対してモータ（４）が位置する側と反対側に、放熱することができる。

第７の態様は、第１から第６のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第７の態様のモータユニット（２）では、スイッチング素子（６２）は、単一の電界効果トランジスタ（６２１）と、単一の電界効果トランジスタ（６２１）を覆うパッケージ（６２５）と、を含む。

第７の態様のモータユニット（２）によれば、放熱性に優れたスイッチング素子（６２）を得ることができる。

第８の態様は、第１から第６のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第８の態様のモータユニット（２）では、スイッチング素子（６２）は、複数の電界効果トランジスタ（６２１）と、複数の電界効果トランジスタ（６２１）を覆うパッケージ（６２５）と、を含む。

第８の態様のモータユニット（２）によれば、スイッチング素子（６２）をコンパクトに構成することができる。

第９の態様は、第１から第８のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第９の態様のモータユニット（２）では、金属箔（６４）の厚さは、１０μｍから３０μｍの範囲内である。

第９の態様のモータユニット（２）によれば、スイッチング素子（６２）が発した熱を、金属箔（６４）を通じて効率的に伝えることができる。

第１０の態様は、第１から第９のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第１０の態様のモータユニット（２）では、実装面（６１３）は、基板（６１）の端部領域に位置する。

第１０の態様のモータユニット（２）によれば、スイッチング素子（６２）とケース（３）の一部とを熱的に接続させることが容易であり、スイッチング素子（６２）からケース（３）への放熱経路を確保することが容易である。

第１１の態様は、第１から第１０のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第１１の態様のモータユニット（２）では、基板（６１）は、熱伝導性の材料で形成された基材を含む。

第１１の態様のモータユニット（２）によれば、スイッチング素子（６２）が発した熱を、基材を通じて効率的に伝えることができる。

第１２の態様は、第１から第１１のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第１２の態様のモータユニット（２）では、スイッチング素子（６２）に対して、ケース（３）のうち基板（６１）を基準としてスイッチング素子（６２）と同じ側の部分が、熱的に接続されている。

第１２の態様のモータユニット（２）によれば、スイッチング素子（６２）を挟んだ両側から、ケース（３）を熱的に接続させることができ、スイッチング素子（６２）からの放熱量を更に増大させることができる。

第１３の態様は、第１から第１２のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第１３の態様のモータユニット（２）では、基板（６１）は、金属層（６１８１）とこれを覆うレジスト層（６１９１）とを含む。金属層（６１８１）は、金属箔（６４）に熱的に接続され、レジスト層（６１９１）は、金属層（６１８１）の一部を露出させるように形成されている。金属層（６１８１）の一部には、放熱用の半田部（６７）が固定されている。

第１３の態様のモータユニット（２）によれば、スイッチング素子（６２）からの放熱量を更に増大させることができる。

第１４の態様は、第１から第１３のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第１４の態様のモータユニット（２）では、貫通孔（６１４）は開口を有し、スイッチング素子（６２）は前記開口に面する。

第１４の態様のモータユニット（２）によれば、スイッチング素子（６２）が発した熱を、貫通孔（６１４）内の金属箔（６４）を通じて効率的に伝えることができる。

第１５の態様は、第１から第１４のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第１５の態様のモータユニット（２）は、基板（６１）に実装された２以上の電界コンデンサ（６８）を、更に備える。

第１５の態様のモータユニット（２）によれば、電界コンデンサ（６８）が２つ以上あることで、基板（６１）上における電界コンデンサ（６８）の配置の自由度が高まり、ケース（３）内の空間を有効利用することができる。

第１６の態様は、第１から第１５のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第１６の態様のモータユニット（２）は、基板（６１）の第１半部（６１５）に実装された慣性センサを、更に備える。実装面（６１３）は、基板（６１）の第２半部（６１６）に位置している。

第１６の態様のモータユニット（２）によれば、慣性センサからの出力に基づいてモータ（４）を制御することが可能である。

第１７の態様は、第１から第１５のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第１７の態様のモータユニット（２）は、基板（６１）の第１半部（６１５）に実装されたマイクロコントローラ（６９）を、更に備える。実装面（６１３）は、基板（６１）の第２半部（６１６）に位置している。

第１７の態様のモータユニット（２）によれば、スイッチング素子（６２）の側で発生した電気的ノイズが、マイクロコントローラ（６９）に影響を及ぼすことが抑えられる。

第１８の態様は、第１から第１６のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第１８の態様のモータユニット（２）は、基板（６１）に実装されたマイクロコントローラ（６９）を、更に備える。マイクロコントローラ（６９）は、モータ（４）の回転中心軸に沿って見たときに、モータ（４）と重ならない。

第１８の態様のモータユニット（２）によれば、モータ（４）から発生した電気ノイズが、マイクロコントローラ（６９）に影響を及ぼすことが抑えられる。

第１９の態様は、第１から第１８のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第１９の態様のモータユニット（２）は、モータ（４）に連結された１段減速の減速機構（５）を、更に備える。

第１９の態様のモータユニット（２）によれば、モータ（４）の回転力を、１段減速して出力することができる。

第２０の態様は、第１から第１８のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第２０の態様のモータユニット（２）は、モータ（４）に連結された２段減速の減速機構（５）を、更に備える。

第２０の態様のモータユニット（２）によれば、モータ（４）の回転力を、２段減速して出力することができる。

第２１の態様は、第１から第１８のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第２１の態様のモータユニット（２）は、モータ（４）に連結された３段減速の減速機構（５）を、更に備える。

第２１の態様のモータユニット（２）によれば、モータ（４）の回転力を、３段減速して出力することができる。

第２２の態様は、第１から第２１のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第２２の態様のモータユニット（２）は、クランクアーム（１８）が連結される回転可能な入力軸（７１）と、第１スプロケット（１９１）が連結される回転可能な第１出力体（８１）と、第２スプロケット（１９２）が連結される回転可能な第２出力体（８２）と、を備える。第１出力体（８１）は、入力軸（７１）の回転力が伝達されるように構成されている。第２出力体（８２）は、モータ（４）の回転力が伝達されるように構成されている。

第２２の態様のモータユニット（２）によれば、いわゆる２軸式のモータユニット（２）が得られる。

第２３の態様は、第１から第２１のいずれか１つの態様との組み合わせにより実現され得る。第２３の態様のモータユニット（２）は、クランクアーム（１８）が連結される回転可能な入力軸（７１）と、スプロケット（１９１）が連結される回転可能な出力体（８１）と、を備える。出力体（８１）は、入力軸（７１）の回転力とモータ（４）の回転力とが伝達されるように構成されている。

第２３の態様のモータユニット（２）によれば、いわゆる１軸式のモータユニット（２）が得られる。

第２４の態様の電動自転車（１）は、第１から第２３のいずれか１つの態様のモータユニット（２）と、モータ（４）の回転力が伝えられる車輪（１１）と、モータユニット（２）及び車輪（１１）を支持するフレーム（１０）と、を具備する。

第２４の態様の電動自転車（１）によれば、モータユニット（２）が備えるスイッチング素子（６２）からの放熱量を更に増大させ、モータユニット（２）の信頼性を高めることができる。

第２５の態様の電動自転車（１）は、第２２又は第２３の態様のモータユニット（２）と、モータ（４）の回転力が伝えられる車輪（１１）と、モータユニット（２）及び車輪（１１）を支持するフレーム（１０）と、を具備する。ケース（３）のうちスイッチング素子（６２）に対して熱的に接続された放熱部分は、側面視において、入力軸（７１）の回転中心軸とモータ（４）の回転中心軸とを結んだ線（Ｌ）よりも、下方に位置する。

第２５の態様の電動自転車（１）によれば、モータユニット（２）が備えるスイッチング素子（６２）からの放熱量を更に増大させ、モータユニット（２）の信頼性を高めることができる。

１ 電動自転車
１０ フレーム
１１ 車輪
１８ クランクアーム
１９１ 第１スプロケット（スプロケット）
１９２ 第２スプロケット
２ モータユニット
３ ケース
４ モータ
５ 減速機構
６１ 基板
６１３ 実装面
６１４ 貫通孔
６１５ 第１半部
６１６ 第２半部
６１８１ 金属層
６１９１ レジスト層
６２ スイッチング素子
６２１ 電界効果トランジスタ
６２５ パッケージ
６３ 半田
６４ 金属箔
６５ 絶縁部材
６５３ 孔
６７ 半田部
６８ 電界コンデンサ
６９ マイクロコントローラ
７１ 入力軸
８１ 第１出力体（出力体）
８２ 第２出力体（出力体）

Claims (24)

1. 電動自転車に用いられるモータユニットであって、
   ステータを有するモータと、
   前記モータを駆動させるためのスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子を実装するための実装面を含んだ面と、前記面とは反対を向く反対面とを有する基板と、
   前記スイッチング素子を前記実装面に固定する半田と、
   前記基板を収容し、第１分割体と前記モータが収容される第２分割体とを有し、かつ入力軸が軸線まわりに回転可能に貫通したケースと、を備え、
   前記基板は、前記実装面と前記反対面との間で貫通した貫通孔と、前記貫通孔の内周面の少なくとも一部を覆う金属箔と、を更に有し、
   前記金属箔に対して、前記半田を介して前記スイッチング素子が熱的に接続され、
   前記第１分割体は、前記基板に向かって突出した第１放熱部を含み、
   前記第２分割体は、前記スイッチング素子に向かって突出した第２放熱部を含み、
   前記第１放熱部は、第１熱伝導性シートを介して前記基板に接続され、
   前記第２放熱部は、第２熱伝導性シートを介して前記スイッチング素子に接続され、
   前記第２放熱部は、前記軸線と直交する方向において、前記ステータよりも外側にかつ前記入力軸と前記ステータの間に配置される、
   モータユニット。
2. 前記貫通孔の少なくとも一部を覆うように前記反対面に設けられた絶縁部材を、更に備え、
   前記絶縁部材は、前記貫通孔である第１貫通孔に連通する第２貫通孔を有する、
   請求項１のモータユニット。
3. 前記第２貫通孔の開口面積は、前記第１貫通孔の開口面積よりも小さい、
   請求項２のモータユニット。
4. 前記貫通孔の直径は、０．２ｍｍから０．４ｍｍの範囲内である、
   請求項１から３のいずれか一項のモータユニット。
5. 前記貫通孔の直径は、０．２ｍｍから０．３５ｍｍの範囲内である、
   請求項１から３のいずれか一項のモータユニット。
6. 前記モータは、前記基板に対して前記スイッチング素子と同じ側に位置する、
   請求項１から５のいずれか一項のモータユニット。
7. 前記スイッチング素子は、単一の電界効果トランジスタと、前記単一の電界効果トランジスタを覆うパッケージと、を含む、
   請求項１から６のいずれか一項のモータユニット。
8. 前記スイッチング素子は、複数の電界効果トランジスタと、前記複数の電界効果トランジスタを覆うパッケージと、を含む、
   請求項１から６のいずれか一項のモータユニット。
9. 前記金属箔の厚さは、１０μｍから３０μｍの範囲内である、
   請求項１から８のいずれか一項のモータユニット。
10. 前記実装面は、前記基板の端部領域に位置する、
    請求項１から９のいずれか一項のモータユニット。
11. 前記基板は、熱伝導性の材料で形成された基材を含む、
    請求項１から１０のいずれか一項のモータユニット。
12. 前記基板は、金属層とこれを覆うレジスト層とを含み、
    前記金属層は、前記金属箔に熱的に接続され、
    前記レジスト層は、前記金属層の一部を露出させるように形成されており、
    前記金属層の前記一部には、放熱用の半田部が固定されている、
    請求項１から１１のいずれか一項のモータユニット。
13. 前記貫通孔は開口を有し、前記スイッチング素子は前記開口に面する、
    請求項１から１２のいずれか一項のモータユニット。
14. 前記基板に実装された２以上の電界コンデンサを、更に備える、
    請求項１から１３のいずれか一項のモータユニット。
15. 前記基板の第１半部に実装された慣性センサを、更に備え、
    前記実装面は、前記基板の第２半部に位置している、
    請求項１から１４のいずれか一項のモータユニット。
16. 前記基板の第１半部に実装されたマイクロコントローラを、更に備え、
    前記実装面は、前記基板の第２半部に位置している、
    請求項１から１４のいずれか一項のモータユニット。
17. 前記基板に実装されたマイクロコントローラを、更に備え、
    前記マイクロコントローラは、前記モータの回転中心軸に沿って見たときに、前記モータと重ならない、
    請求項１から１５のいずれか一項のモータユニット。
18. 前記モータに連結された１段減速の減速機構を、更に備える、
    請求項１から１７のいずれか一項のモータユニット。
19. 前記モータに連結された２段減速の減速機構を、更に備える、
    請求項１から１７のいずれか一項のモータユニット。
20. 前記モータに連結された３段減速の減速機構を、更に備える、
    請求項１から１７のいずれか一項のモータユニット。
21. クランクアームが連結される回転可能な入力軸と、
    第１スプロケットが連結される回転可能な第１出力体と、
    第２スプロケットが連結される回転可能な第２出力体と、を備え、
    前記第１出力体は、前記入力軸の回転力が伝達されるように構成され、
    前記第２出力体は、前記モータの回転力が伝達されるように構成されている、
    請求項１から２０のいずれか一項のモータユニット。
22. クランクアームが連結される回転可能な入力軸と、
    スプロケットが連結される回転可能な出力体と、を備え、
    前記出力体は、前記入力軸の回転力と前記モータの回転力とが伝達されるように構成されている、
    請求項１から２０のいずれか一項のモータユニット。
23. 請求項１から２２のいずれか一項のモータユニットと、
    前記モータ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、を具備する、
    電動自転車。
24. 請求項２１又は２２のモータユニットと、
    前記モータ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、を具備し、
    前記ケースのうち前記スイッチング素子に対して熱的に接続された放熱部分は、側面視において、前記入力軸の回転中心軸と前記モータの回転中心軸とを結んだ線よりも、下方に位置する、
    電動自転車。