CN103538685B - 自行车的驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供能检测踏力和马达输出的合成旋转力的自行车的驱动单元。本发明的自行车驱动单元具有第1连接部、第2连接部和驱动力传递部。第1连接部传递来自马达的输出。第2连接部传递来自曲轴的踏力。驱动力传递部具有能连接链轮的链轮连接部、至少设置传感器的一部分的传感器配置部和连结上述第1连接部与上述第2连接部的连结部。传感器配置部配置在链轮连接部与连结部之间。

Description

自行车的驱动单元

技术领域

本发明涉及用马达输出作为辅助动力并且具有变速机构的电动助力自行车的驱动单元。

背景技术

作为用马达输出作为辅助动力的电动助力自行车，已知专利文献1记载的发明。专利文献1记载的电动助力自行车具有曲轴、筒状中间轴、马达和包含链轮的旋转部件。筒状中间轴把踏力从结合在曲轴上的一端部传递到另一端部，在一端部与另一端部之间具有检测踏力用的磁致伸缩传感器。旋转部件经由齿轮与将马达的旋转减速的减速机连接，另外，通过单向离合器与筒状中间轴的另一端部连接。

专利文献1：日本特许4612061号公报

发明内容

但是，专利文献1记载的自行车的驱动单元只能检测踏力，所以，在该自行车的驱动单元中，不能准确地检测出经由链传递的旋转力。

本发明是鉴于上述课题做出的，其目的是提供一种自行车的驱动单元，在具有用于助推行驶的马达的自行车的驱动单元中能检测踏力和马达输出的合成旋转力。

为了解决上述课题的自行车的驱动单元，具有：第1连接部，传递来自马达的输出；第2连接部，传递来自曲轴的踏力；以及驱动力传递部，具有能连结链轮的链轮连接部、至少设置传感器的一部分的传感器配置部、以及连结第1连接部与第2连接部的连结部；传感器配置部配置在链轮连接部与连结部之间。

这样，在传感器配置部附近，因马达的输出和踏力合成而成的旋转力而产生应变。因此，设在传感器配置部的传感器可以检测出马达的输出和踏力合成的旋转力。

另外，驱动力传递部可以包含供曲轴穿过的筒部。这样，驱动力传递部可以靠近曲轴配置，可实现自行车的驱动单元的更加轻量化、小型化。

另外，可以是传感器配置部设在筒部的外侧，传感器检测筒部的扭转。这样，传感器可以检测出在驱动力传递部产生的、马达的输出和踏力合成的旋转力。

另外，第1连接部可以包含第1单向离合器。这样，既可以防止曲轴的旋转力传递到马达，又可以使马达高效率地动作。

另外，第2连接部可以包含第2单向离合器。这样，即使使用者使脚踏板朝着与通常旋转方向相反的方向旋转，链轮也不会随之旋转。

另外，第1连接部可以具有减速机构。这样，可以将马达的输出减速后传递到驱动力传递部，所以，可以实现使马达高效率动作的驱动力传递部。

另外，可以是减速机构含有第1齿轮和第2齿轮，该第1齿轮与连接在马达的输出轴上的齿轮啮合，该第2齿轮与驱动力传递部啮合，在第1齿轮与第2齿轮之间的路径上设置第1单向离合器。这样，可以防止马达的输出轴因作用在曲轴上的旋转力而旋转。

另外，可以是传感器含有磁致伸缩元件。这样，传感器可以检测出作用在曲轴上的扭转。

另外，该自行车的驱动单元还可以具有马达。这样，可以实现助推行驶。

另外，该自行车的驱动单元还可以具有与上述链轮连接部连结的链轮。这样，可以将踏力和马达的输出的合成旋转力传递到后轮。

另外，该自行车的驱动单元还可以具有曲轴。这样，可以把作用在脚踏板上的使用者的踏力传递到驱动力传递部。

另外，该自行车的驱动单元还可以包含根据传感器的检测来控制马达的控制部。这样，可以根据使用者的踏力大小，控制马达的输出，所以，可实现助推行驶。

根据本发明，自行车的驱动单元能检测踏力和马达输出合成的旋转力。

附图说明

图1是表示安装了本发明第1实施方式的驱动单元的电动助力自行车局部的侧视图。

图2是本发明第1实施方式的驱动单元的剖面图。

图3是表示安装了本发明第1实施方式的驱动单元的电动助力自行车的框图。

具体实施方式

<第1实施方式>

图1是表示安装了本发明第1实施方式的驱动单元1的电动助力自行车局部的右侧视图。该电动助力自行车，把作用在脚踏板100上的踏力，经过曲臂101→曲轴102→驱动单元1→前链轮103→链104→后链轮105这样的路径，传递到可绕后车轮的车轴106旋转的轮毂体。在该过程中，该电动助力自行车将马达输出合成为辅助动力，助推行驶。在本实施方式中，用后述的传感器检测使用者的踏力，当该检测值超过了设定值时，起动马达而产生与踏力相应的扭矩作为辅助动力。包含助推用马达的驱动单元1，通常配置在车架的车座管的下端部和车架的下管的后端部相连的连接部附近，用未图示的螺栓固定在车架上。马达驱动用的电池沿着后载物架、下管或车座管配置。

图2是本发明第1实施方式的驱动单元1的剖面图。图2中，表示从图1所示的剖面线Ⅱ－Ⅱ看的剖面图，该剖面线Ⅱ－Ⅱ通过曲轴102、旋转轴120c和旋转轴134各自的轴线。本驱动单元1包含有马达(电动机)120、第1连接部130、第2连接部160、驱动力传递部140和传感器150。

如图2所示，在本驱动单元1中，曲轴102内插在壳体111的贯通孔111a内。曲轴102的轴向的两端部分别从壳体111突出。曲轴102的与链轮103相反侧的端部，经由第1轴承112旋转自如地支承在壳体111上。曲轴102的链轮103侧的端部，经由第2轴承113、链轮103和第3轴承114旋转自如地支承在壳体111上。第2轴承113支承在链轮103上，链轮103旋转自如地支承在第3轴承114上。在曲轴102的轴向的两端部可拆卸地安装着未图示的曲臂101。2个曲臂101之中的一个曲臂101也可以构成为不能拆卸地安装在曲轴102上。第1～第3轴承由例如径向轴承来实现。

<助推用马达的构造>

马达120被配置成其旋转轴120c与曲轴102平行。马达120的旋转轴120c由在旋转轴120c方向隔开间隔配置的第4轴承124a和第5轴承124b旋转曲臂101地支承。旋转轴120c固定在马达120的转子120a上。马达120的定子120b设在转子120a的外周并固定在壳体111上。第4轴承124a、第5轴承124b分别由设在壳体111上的安装部122a、122b支承。第4轴承124a、第5轴承124b由例如径向轴承来实现。

<第1连接部的构造>

马达120的输出经由第1齿轮131→第2齿轮132→单向离合器133→旋转轴134→第3齿轮136传递到驱动力传递部140。在本发明的实施方式中，第1连接部130包含有第1齿轮131、第2齿轮132、单向离合器133、旋转轴134和第3齿轮136。旋转轴134的旋转轴线与曲轴102及马达120的旋转轴120c的旋转轴线分别平行。旋转轴134的旋转轴线设在包含曲轴102及马达120的旋转轴120c的旋转轴线的平面之外的位置。这样，可以将曲轴102和马达120的旋转轴120c尽量靠近地配置，可以使驱动单元1小型化。

第1齿轮131固定在旋转轴120c上。这样，第1齿轮131与旋转轴120c一体地旋转。

第2齿轮132与第1齿轮131啮合。第2齿轮132经由第1单向离合器133，绕旋转轴134朝一个方向旋转自如地被支承。第1单向离合器133由例如具有爪和棘齿的单向离合器来实现。第1单向离合器133被设置成将第2齿轮132的旋转传递给旋转轴134，但是不将旋转轴134的旋转传递给第2齿轮132。

旋转轴134由在旋转轴134方向隔开间隔地配置的第6轴承135a和第7轴承135b旋转自如地支承。第6轴承135a和第7轴承135b支承在壳体111上。第6轴承135a和第7轴承135b由例如径向轴承来实现。

第3齿轮136固定在旋转轴134上。这样，第3齿轮136与旋转轴134一体地旋转。第3齿轮136也可以与旋转轴134形成为一体。第3齿轮136与后述的驱动力传递部140啮合。

这里，第2齿轮132的齿数比第1齿轮131的齿数多，驱动力传递部140的齿数比第3齿轮136的齿数多。另外，第2齿轮132的齿数比第3齿轮136的齿数多。第1齿轮131与第2齿轮132啮合，第3齿轮136与驱动力传递部140啮合，从而实现2级减速。这样，第1连接部具有减速机构。

<第2连接部的构造>

使用者的踏力经由脚踏板100→曲臂101→曲轴102→第2单向离合器102a传递到驱动力传递部140。在本发明的实施方式中，第2连接部160包含有第2单向离合器102a和单向离器安装部102b。单向离合器安装部102b固定在曲轴102上。这样，单向离合器安装部102b与曲轴102一体地旋转。第2单向离合器102a设在单向离合器安装部102b的外周部。第2单向离合器102a有例如具有爪和棘齿的单向离合器来实现。第2单向离合器102a被设置成将曲轴102的旋转传递到连结部142，但是不将连结部142的旋转传递到曲轴102。

<驱动力传递部的构造>

驱动力传递部140把马达120的输出和曲轴的旋转力的合成旋转力传递给链轮103。驱动力传递部140具有链轮连接部141、连结部142和传感器配置部143。优选，驱动力传递部140还具有供曲轴102穿过的插通孔144。这里，驱动力传递部140形成为筒状。驱动力传递部140包含第1筒部140a、第2筒部140b和连接部140c。第1筒部140a具有链轮连接部141和传感器配置部143。第2筒部140b形成连结部142。连接部140c连接第1筒部140a和第2筒部140b。第1筒部140a、第2筒部140b和连接部140c形成为一体。

链轮连接部141能够连结链轮103。链轮连接部141例如利用细齿或花键把链轮103固定在驱动力传递部140上。链轮103也可以压入链轮连接部141。驱动力传递部140的链轮连接部141侧的端部经由链轮103和第3轴承114可旋转地支承在壳体111上。链轮103具有与链轮连接部141连接着的基部103a、和链轮本体103b。基部103a形成为筒状，在内周部连接着链轮连接部141。另外，在基部103a的内周部支承第2轴承113，外周部支承在第3轴承114上。基部103a从壳体111经由贯通孔111a突出到外侧。

链轮本体103b从基部103a的从壳体突出到外部的端部，朝径方向延伸，在外周部形成有齿。在本实施方式中，基部103a和链轮本体103b是形成为一体的，但是，也可以分体形成。在本实施方式中，链轮本体103b的外周部，相对于结合在基部103a上的基端部，偏向设置于壳体111侧。

连结部142将第1连接部130和第2连接部160连结。即，连结部142具有与第3齿轮136啮合的齿轮，与第2单向离合器102a连接。为了使后述的传感器150便于检测到在驱动力传递部140产生的扭转，连结部142优选在曲轴102的方向与链轮连接部141隔开间隔地设置。

形成连结部142的第2筒部140b是外径比第1筒部140a大的筒状。连接部140c，从第1筒部140a的链轮连接部141相反侧的端部朝径方向外侧延伸，径方向的外周部与第2筒部140b连接。第2筒部140b从连接部140c朝着链轮连接部141的相反侧延伸。

在连结部142的外周部连接第3齿轮136，在内周部连接第2单向离合器102a。第3齿轮136和第2单向离合器102a，在垂直于曲轴102的方向，至少一部分重合。

第1筒部140a的链轮连接部141相反侧的端部经由第8轴承115可旋转地支承在曲轴102上。第8轴承115配置在连接部140c与曲轴102之间。第8轴承115由例如径向轴承来实现。

在传感器配置部143至少设置着传感器150的一部分。传感器150包含磁致伸缩元件151和检测线圈152。传感器配置部143配置在链轮连接部141与连结部142之间。另外，传感器配置部143优选设在第1筒部140a的外周部。在传感器配置部143，设有例如磁致伸缩传感器的一部分即磁致伸缩元件151。如图2所示，在传感器配置部143设置磁致伸缩元件151时，在第1筒部140a的外周侧设有用于检测磁致伸缩元件151的扭转的线圈152。这时，由磁致伸缩元件151和线圈152形成用于检测第1筒部140a的扭转的传感器150(磁致伸缩传感器)。检测线圈152设在保持该检测线圈152的线圈保持部件(未图示)上。线圈保持部件固定在壳体111上。第1筒部140a的扭转与在第1筒部140a产生的扭矩对应。

另外，图2所示的传感器150只不过是一例，也可以在传感器配置部143设置应变仪、半导体应变传感器来代替传感器150。把应变仪、半导体应变传感器等设在传感器配置部143时，例如，在传感器配置部143还设置无线发送来自应变仪、半导体应变传感器等的信号的发送机，用无线方式把该信号或基于该信号的信息输出到外部。另外，也可以设置利用光来检测传感器配置部143的应变的光学式传感器，以代替传感器150。

<马达控制部的构造>

图3是表示含有驱动单元1的电动助力自行车的电动电气构造的框图。电动助力自行车包含驱动单元1、控制部11、变换器部12、速度传感器部13、变速部14和变速操作部15。控制部11、变换器部12也可以包含在驱动单元1内。另外，控制部11和变换器部12中的至少一方也可以设在驱动单元1的壳体111内部或外周部。

马达120由例如3相无刷DC马达来实现，由变换器部12驱动。变换器部12，按照控制部11的指令，借助开关控制，将直流变换为3相交流。速度传感器部13检测自行车的行驶速度。速度传感器部13例如包含安装在自行车车轮上的磁铁和安装在车架上的磁铁检测用传感器。

控制部11，根据踏力和自行车的速度，控制变换器部12。这里，前述的传感器150检测马达120的输出和曲轴的旋转力的合成旋转力。控制部11例如包含计算处理装置(CPU)和记录着预定程序的存储器。控制部11具有为了驱动马达120而向变换器部12输出的指令和马达120根据该指令输出的扭矩的相关信息。相关信息可以用表格表示，也可以用关系式表示。因此，控制部11可以掌握马达120的输出扭矩。因此，控制部11可以根据传感器150所检测到的马达120的输出及曲轴的旋转力合成的旋转力、和马达120的输出扭矩，只算出踏力。这样，控制部11可根据踏力来控制马达120。控制部11也可以通过计测流过马达120的电流来推定马达120的驱动力。

变速部14包含电动促动器和变速机。变速机可以是内装变速机，也可以是外装变速机。电动促动器，根据来自控制部11的指令，使变速机动作。

变速操作部15包含有开关，把变速的切换指示送到控制部11。控制部11具有手动变速模式和自动变速模式。在手动变速模式下，控制部11根据来自变速操作部15的变速切换指令，控制变速部14。在自动变速模式下，控制部11根据速度传感器部13和传感器150之中至少一方的检测，控制变速部14。在本实施方式中，是电动控制变速机的，但是也可以用通常的金属丝，根据变速操作部的操作来机械地控制变速机。另外，在本实施方式中，具有变速机，但是也可以不具有变速机。

<第1实施方式的效果>

下面，说明本实施方式的效果。在本实施方式的驱动单元中，在连结部142，得到将马达120的输出和曲轴102的旋转力合成后的旋转力。由该旋转力产生的筒部144的扭转，由配置在链轮连接部141与连结部142之间的传感器150检测出来。因此，本实施方式的驱动单元可以检测出将踏力和马达的输出合成后的旋转力。

例如在安装着电动手动变速机或自动变速机且在后轮使用内装变速机的自行车的情况下，希望在作用到内装变速机上的扭矩小时，进行变速。在本实施方式中，由于用传感器150能检测出踏力和马达输出的合成旋转力，所以，可以检测出作用在内装变速机上的力，用该检测结果，可以在作用到内装变速机上的扭矩小的范围进行变速的控制，可以顺利地进行变速。

<变型例>

在本实施方式中，作为第1连接部，例举了由4个齿轮构成的减速机构。但是，也可以2个或6个以上的齿轮来实现减速机构。另外，如果马达120能低速驱动，则也可以省略掉减速机构。这时，马达的输出经过单向离合器133传递到驱动力传递部140。

附图标记的说明

1…驱动单元，101…曲臂，102…曲轴，103…链轮，104…链，105…后链轮，111…壳体，120…马达，131…第1齿轮，132…第2齿轮，136…第3齿轮，140…驱动力传递部，141…链轮连接部，142…连结部，143…传感器配置部，151…磁致伸缩元件，152…线圈。

Claims (10)

1.一种自行车的驱动单元，其特征在于，具有：

马达；

曲轴；

第1连接部，传递来自上述马达的输出；

第2连接部，传递来自上述曲轴的踏力；以及

驱动力传递部，具有能连结链轮的链轮连接部、至少设置传感器的一部分的传感器配置部、以及连结上述第1连接部与上述第2连接部的连结部；

上述传感器配置部配置在上述链轮连接部与上述连结部之间；

上述马达的旋转轴与上述曲轴平行配置；

上述马达的旋转轴的驱动方向与上述曲轴的旋转轴的驱动方向相同。

2.如权利要求1所述的自行车的驱动单元，其特征在于，上述驱动力传递部包含有供上述曲轴穿过的筒部。

3.如权利要求2所述的自行车的驱动单元，其特征在于，上述传感器配置部设在上述筒部的外侧；上述传感器检测上述筒部的扭转。

4.如权利要求1至3中任一项所述的自行车的驱动单元，其特征在于，上述第1连接部包含第1单向离合器。

5.如权利要求1至3中任一项所述的自行车的驱动单元，其特征在于，上述第2连接部包含第2单向离合器。

6.如权利要求1至3中任一项所述的自行车的驱动单元，其特征在于，上述第1连接部具有减速机构。

7.如权利要求6所述的自行车的驱动单元，其特征在于，上述第1连接部包含第1单向离合器，上述减速机构包含第2齿轮和第3齿轮，该第2齿轮与连接在上述马达的输出轴上的第1齿轮啮合，该第3齿轮与上述驱动力传递部啮合；

在上述第2齿轮与上述第3齿轮之间的路径上，设置上述第1单向离合器。

8.如权利要求3所述的自行车的驱动单元，其特征在于，上述传感器包含有磁致伸缩元件。

9.如权利要求1至3中任一项所述的自行车的驱动单元，其特征在于，还具有与上述链轮连接部连结的链轮。

10.如权利要求1至3中任一项所述的自行车的驱动单元，其特征在于，还包含根据上述传感器的检测结果，控制上述马达的控制部。