CN104136314B

CN104136314B - 电动用轮毂装置及电动自行车

Info

Publication number: CN104136314B
Application number: CN201280070344.9A
Authority: CN
Inventors: 鹤冈宏郎; 鹤冈宏一郎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: EP2818393A1; CN104136314A; JP5084977B1; JPWO2013124892A1; EP2818393B1; WO2013124892A1; EP2818393A4

Abstract

电动用轮毂装置具有相对于轮毂轴(24、25)旋转自如的轮毂体(26)和使轮毂体(26)旋转的电机(27)，电机(27)具有具备旋转轴(37)的旋转体(32)和收纳旋转体(32)的壳体(34)，旋转轴(37)和轮毂体(26)经由减速机构(48)连动，减速机构(48)具有形成于旋转轴(37)的太阳齿轮(49)、设于轮毂体(26)内的圆环状齿轮(50)、与太阳齿轮(49)和圆环状齿轮(50)啮合的旋转自如的行星齿轮(51)，在壳体(34)上形成有在轮毂轴(24、25)的轴心方向(A)陷入内侧的凹陷部(45)，太阳齿轮(49)、圆环状齿轮(50)和行星齿轮(51)进入凹陷部(45)。

Description

电动用轮毂装置及电动自行车

技术领域

本发明涉及电动用轮毂装置及具备电动用轮毂装置的电动自行车。

背景技术

目前，作为这种电动用轮毂装置，如图9所示，具有固定用的左右一对轮毂轴81、82、相对于两轮毂轴81、82旋转自如的轮毂体83、使轮毂体83旋转的电机84。

电机84设于轮毂体83内，电机84的旋转轴86和轮毂体83经由设于轮毂体83内的减速机构87连动。减速机构87具有：形成于旋转轴86的太阳齿轮88、设于轮毂体83内的圆环状齿轮89、与太阳齿轮88和圆环状齿轮89啮合的多个行星齿轮90。

减速机构87在轮毂轴81、82的轴心方向A上与电机84相邻而配置。

这种电动用轮毂装置93设于电动自行车的前车轮94，两轮毂轴81、82与前叉95的前端连接。

据此，通过电机84动作而旋转轴86旋转，太阳齿轮88旋转，各行星齿轮90以支轴92为中心旋转，通过行星齿轮90的旋转，圆环状齿轮89旋转，轮毂体83与圆环状齿轮89一体被减速，绕轮毂轴81、82的轴心旋转。由此，前车轮94通过电机84的辅助动力驱动旋转。

此时，电机84的旋转轴86的旋转速度通过减速机构87被减速并向轮毂体83传递，因此，轮毂体83的旋转速度成为比电机84的旋转速度低的速度，但可通过比电机84的旋转轴86的旋转驱动力大的旋转驱动力使轮毂体83旋转。

此外，上述那样的电动用轮毂装置93记载于例如下述专利文献1的日本国公开专利公报中。

专利文献1：(日本)特开2006－96059

专利文献2：(日本)特开2009－12627

但是，在上述现有形式中，如图9所示，轮毂体83在内部具备减速机构87，因此，存在轴心方向A上的轮毂体83的宽度W扩大的问题。

另外，作为其它的电动用轮毂装置，有未设置减速机构87而将电机的旋转直接传递给轮毂体的直接传动方式的电动用轮毂装置。在该方式的电动用轮毂装置中，要以大的旋转驱动力使轮毂体旋转，需要高输出的电机，电机的外径增大，随之，存在轮毂体的外径增大的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可以使轮毂体小型化的电动用轮毂装置及电动自行车。

为实现所述目的，本发明第一方面的电动用轮毂装置具有固定用的轮毂轴、相对于轮毂轴旋转自如的轮毂体以及使轮毂体旋转的电机，其中，电机设于轮毂体内，电机具有具备旋转轴的旋转体和收纳旋转体的壳体，电机的旋转轴和轮毂体经由设于轮毂体内的减速机构连动，减速机构具有形成于旋转轴的太阳齿轮、设于轮毂体内的圆环状齿轮以及与太阳齿轮和圆环状齿轮啮合的旋转自如的行星齿轮，在壳体上形成有在轮毂轴的轴心方向向内侧陷入的凹陷部，太阳齿轮、圆环状齿轮和行星齿轮进入凹陷部。

据此，通过电机动作而旋转轴旋转，太阳齿轮、行星齿轮和圆环状齿轮旋转，圆环状齿轮的旋转向轮毂体传递，轮毂体被减速并绕轮毂轴的轴心旋转。

此时，电机的旋转轴的旋转速度通过减速机构被减速并向轮毂体传递，因此，可以使用小型的电机以大的旋转驱动力使轮毂体旋转。由此，可以阻止电机外径的大型化，可以抑制轮毂体的外径的增大。

另外，太阳齿轮、圆环状齿轮和行星齿轮进入电机壳体的凹陷部，因此，可以缩小轮毂轴的轴心方向上的轮毂体的宽度。

本发明第二方面的电动用轮毂装置中，支承部件安装在壳体的凹陷部，行星齿轮在凹陷部内由壳体和支承部件旋转自如地支承。

本发明第三方面的电动用轮毂装置中，圆环状齿轮配置于支承部件的径方向外侧，经由轴承旋转自如地支承于支承部件。

据此，通过电机动作而旋转轴旋转，太阳齿轮、行星齿轮和圆环状齿轮旋转，圆环状齿轮在经由轴承支承于支承部件的状态下旋转，将圆环状齿轮的旋转向轮毂体传递，轮毂体被减速并绕轮毂轴的轴心旋转。

圆环状齿轮配置于支承部件的径方向外侧，经由轴承支承于支承部件，因此，将支承部件和圆环状齿轮相加的尺寸在轮毂轴的轴心方向缩小，与此对应，轮毂体的宽度缩小。

本发明第四方面的电动用轮毂装置中，旋转体由圆环形状的转子和支承转子的转子支架构成，定子收纳在壳体内，壳体的凹陷部进入转子的内侧。

据此，由于将电机和减速机构相加的尺寸在轮毂轴的轴心方向缩小，因此，与此对应，轮毂体的宽度缩小。

本发明第五方面的电动用轮毂装置中，太阳齿轮、行星齿轮和内齿齿轮配置在径方向的一直线上。

据此，轮毂体的宽度进一步缩小。

本发明第六方面的电动自行车具备本发明第一～第五方面中任一方面所述的电动用轮毂装置，其中，在车轮上配备有电动用轮毂装置。

本发明第七方面的电动自行车的自由轮在轮毂体的一侧外方外嵌于轮毂轴，自由轮具有多个链轮。

据此，由于可以缩小轮毂体的宽度，因此，可以增加自由轮的链轮的数量，得到具有优异的多级变速功能的电动自行车。

如上所述，根据本发明，能够抑制轮毂体外径的增大，并且能够缩小轴心方向上的轮毂体的宽度，因此，可以使轮毂体小型轻量化。

附图说明

图1是具备本发明实施方式的电动用轮毂装置的电动自行车的侧面图；

图2是同上电动自行车的后车轮的电动用轮毂装置部分的放大侧面图；

图3是同上电动用轮毂装置的剖面图；

图4是同上电动用轮毂装置的局部放大剖面图；

图5是同上电动用轮毂装置的电机的立体图；

图6是从轴心方向观察同上电动用轮毂装置的减速机构的图；

图7是同上电动用轮毂装置的内齿齿轮和支承部件的剖面图；

图8是同上电动用轮毂装置的内齿齿轮和支承部件的分解立体图；

图9是现有的电动用轮毂装置的剖面图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

如图1所示，1是电动自行车，具有车架2、设于车架2上的前及后车轮3、4、踏板5、链条6、外装变速装置7等。车架2具有链条支架10和后叉11，在链条支架10的后端设有后爪12(参照图2)，在后爪12形成有槽。另外，外装变速装置7具有后变速器14和多级自由轮15。后车轮4具有电动用轮毂装置20、多条辐条21、轮圈22、轮胎23。

如图3所示，电动用轮毂装置20具有左右一对固定用的轮毂轴24、25、相对于两轮毂轴24、25旋转自如的轮毂体26、使轮毂体26旋转的模压电机27。

轮毂体26具有在轮毂轴24、25的轴心方向A的一端部具有开口部29的圆筒状的躯体部件30、封闭躯体部件30的另一端部的圆盘状的罩部件31、与罩部件31连结的筒状的套筒43。此外，套筒43的外周的前端部侧为六角形状，基端部侧为圆形状。

如图3、图4所示，模压电机27配设于轮毂体26的内部，是具有旋转体32、定子33和壳体34的无刷电机。旋转体32具有圆环形状的转子35和支承转子35的转子支架36。在转子支架36的中央部贯通有模压电机27的旋转轴37。旋转轴37一体装备于转子支架36，转子35、转子支架36和旋转轴37一体地旋转。

旋转体32和定子33收纳于壳体34内。定子33是以包围转子35的外周的方式配置的圆环状的部件，并固定于壳体34内。此外，旋转轴37位于两轮毂轴24、25之间，这些各轴24、25、37配置于同一轴心上。

如图3所示，轮毂体26的躯体部件30的一端部经由轴承41旋转自如地支承于壳体34。另外，一轮毂轴24被固定设于壳体34上。进而，另一轮毂轴25插入套筒43并从轮毂体26的外部突入内部。

如图3～图5所示，在壳体34的中央部形成有在轮毂轴24、25的轴心方向A陷入内侧的凹陷部45。凹陷部45从轴心方向A观察以圆形的方式陷入，进入转子35的内侧。此外，凹陷部45的外径比转子35的内径稍小。

如图3、图4、图6所示，在轮毂体26内设有减速机构48，模压电机27的旋转轴37和轮毂体26经由减速机构48连动。减速机构48具有形成于旋转轴37的端部的太阳齿轮49、圆环状的内齿齿轮50(圆环状齿轮的一例)、与太阳齿轮49和内齿齿轮50啮合的旋转自如的多个行星齿轮51。

太阳齿轮49进入凹陷部45。

另外，各行星齿轮51进入凹陷部45并由壳体34和支承部件52旋转自如地支承。即，行星齿轮51具有齿轮主体51a和插通于齿轮主体51a的支轴51b。各齿轮主体51a分别一个一个旋转自如地支承于各支轴51b。支轴51b的一端被凹陷部45的底部45a支承，支轴51b的另一端由支承部件52支承。

如图4、图7、图8所示，支承部件52具有圆筒状的凸台部52a和设于凸台部52a的周围的多个脚部52b。支承部件52利用多个螺钉53连结固定于凹陷部45的底部45a。此外，在支承部件52的凸台部52a的内周和轮毂体26的罩部件31之间设有轴承54。

此外，行星齿轮51以支轴51b为中心自转，但不在太阳齿轮49的周围公转。

内齿齿轮50以轮毂轴24、25的轴心为中心旋转自如，并配置于支承部件52的径方向外侧，经由轴承56支承于支承部件52。内齿齿轮50具有：在内周形成有多个齿的圆筒体50a、从圆筒体50a的一端向径方向外侧突出的圆环状的外侧圆板体50b、从圆筒体50a的一端向径方向内侧突出的圆环状的内侧圆板体50c。内侧圆板体50c利用多个螺钉55安装于圆筒体50a。

此外，内侧圆板体50c外嵌于支承部件52的凸台部52a，轴承56介装于内侧圆板体50c的内周部和凸台部52a的外周部之间。如图4所示，内齿齿轮50的圆筒体50a进入壳体34的凹陷部45，行星齿轮51与太阳齿轮49和圆筒体50a的内周的齿啮合。

另外，太阳齿轮49、行星齿轮51和内齿齿轮50的圆筒体50a配置在径方向的一直线L上。

如图3、图4所示，在轮毂体26的内部设有将内齿齿轮50的旋转向轮毂体26传递，但不将轮毂体26的旋转向内齿齿轮50传递的第一单向离合器58。第一单向离合器58为棘轮式，具有圆环状的棘轮齿轮59和与棘轮齿轮59卡脱自如的多个棘轮爪60。棘轮齿轮59利用螺钉61安装于轮毂体26的罩部件31的内侧。另外，棘轮爪60设于内齿齿轮50的外侧圆板体50b的外周部，在内齿齿轮50相对于罩部件31向一方向相对旋转的情况下，与棘轮齿轮59啮合，在内齿齿轮50相对于罩部件31向另一方向相对旋转的情况下，从棘轮齿轮59脱离。

如图3所示，自由轮15在轮毂体26的一侧外方旋转自如地外嵌于另一轮毂轴25。自由轮15具有：具备多个链轮63的圆筒状的外体64、设于外体64的内部的筒状的内体65、设于外体64和内体65之间的第二单向离合器66。第二单向离合器66具备将链轮63的旋转向轮毂体26传递，但不将轮毂体26的旋转向链轮63传递的功能。

此外，筒状的内体65的外周为圆形状，内周形成为六角形状。内体65外嵌于套筒43的前端部侧即形成为六角形状的部分。由此，内体65和套筒43在周方向(旋转方向)相互卡合。

如图2、图3所示，在轮毂体26的外周部连接后车轮4的各辐条21的前端。两轮毂轴24、25被分别插入两链条支架10的后爪12的槽内。通过在两轮毂轴24、25上分别螺合螺母67，将后车轮4与电动用轮毂装置20一同安装于两链条支架10间。

如图1所示，在电动自行车1上设有向模压电机27供给电力的蓄电池8、检测作用于踏板5的踏力的检测装置17、根据由检测装置17检测出的踏力来控制模压电机27的驱动的控制装置18。

下面，对上述结构的作用进行说明。

在利用者使电动自行车1行驶时，作用于踏板5踏力由检测装置17进行检测，并且经由链条6向自由轮15传递，从而自由轮15旋转。此时，如图3所示，经由第二单向离合器66使外体64和内体65联接，自由轮15的旋转从外体64经由第二单向离合器66向内体65传递，从而内体65、套筒43、罩部件31和躯体部件30一体地旋转，由此，轮毂体26以轴心68为中心进行旋转。

此时，如果由检测装置17检测出的踏力低于阈值，则控制装置18使模压电机27停止。该情况下，第一单向离合器58的棘轮齿轮59与轮毂体26一体地向一方向旋转，但由于棘轮爪60从棘轮齿轮59脱离，所以轮毂体26和内齿齿轮50之间由第一单向离合器58切断。由此，能够防止轮毂体26的旋转传递到模压电机27，模压电机27被保持在停止状态，后车轮4仅通过作用于踏板7的踏力被驱动旋转。

另外，如果由检测装置17检测到的踏力为阈值以上，则控制装置18驱动模压电机27。由此，转子支架36和旋转轴37与转子35一同旋转，从而旋转轴37的太阳齿轮49旋转，各行星齿轮51旋转，通过行星齿轮51的旋转，内齿齿轮50以经由轴承56支承于支承部件52的状态进行旋转。

此时，棘轮爪60与棘轮齿轮59啮合，内齿齿轮50和轮毂体26之间通过第一单向离合器58联接，内齿齿轮50的旋转向轮毂体26传递。由此，后车轮4通过作用于踏板7的踏力和根据该踏力输出的模压电机27的旋转驱动力(辅助动力)被驱动旋转。

此时，模压电机27的旋转轴37的旋转速度通过减速机构48被减速并向轮毂体26传递，因此，使用小型的模压电机27可以使轮毂体26以大的旋转驱动力旋转。由此，能够阻止模压电机27的外径的大型化，能够抑制轮毂体26的外径的增大。

另外，如图3～图6所示，太阳齿轮49、行星齿轮51和内齿齿轮50的圆筒体50a进入壳体34的凹陷部45，因此，可以缩小轴心方向A上的轮毂体26的宽度W。

另外，由于凹陷部45进入转子35的内侧，所以将模压电机27和减速机构48相加的尺寸在轴心方向A缩小，与此对应，轮毂体26的宽度W进一步缩小。

另外，如图7所示，内齿齿轮50配置于支承部件52的径方向外侧，经由轴承56支承于支承部件52，因此，将支承部件52和内齿齿轮50相加的尺寸B在轴心方向A缩小，与此对应，轮毂体26的宽度W进一步缩小。

另外，如图4所示，由于太阳齿轮49、行星齿轮51和内齿齿轮50的圆筒体50a配置在径方向的一直线L上，所以轮毂体26的宽度W进一步缩小。

如上述，由于可缩小轮毂体26的宽度W，所以可以使轮毂体26小型轻量化，并且可以增加自由轮15的链轮63的个数，得到具有优异的多级变速功能的电动自行车1。

另外，在不蹬踏板5的状态下以惰性在下坡行驶的情况下，如图3所示，轮毂体26和内体65与后车轮4一同旋转。此时，经由第二单向离合器66切断外体64和内体65，因此，内体65的旋转不向外体64传递。由此，轮毂体26的旋转不会向自由轮15的链轮63传递，链条6及踏板5不旋转。

在上述实施方式中，将电动用轮毂装置20设于后车轮4，但也可以设于前车轮3。该情况下，前车轮3通过模压电机27驱动旋转。

在上述实施方式中，作为电机27的一例使用无刷电机，但也可以为无刷电机以外的形式电机。另外，但不限于模压电机27，也可以是模压电机以外的形式的电机。

在上述实施方式中，设有第一单向离合器58，但也可以不设置第一单向离合器58。该情况下，内齿齿轮50安装于轮毂体26的罩部件31的内侧，例如在电动自行车1以惰性在下坡行驶时，后车轮4的旋转经由减速机构48向模压电机27的旋转轴37传递，因此，模压电机27的旋转轴37旋转，可以再生电力。

Claims

1.一种电动用轮毂装置，具有：固定用的轮毂轴、相对于轮毂轴旋转自如的轮毂体以及使轮毂体旋转的电机，其特征在于，

电机设于轮毂体内，

电机具有具备旋转轴的旋转体和收纳旋转体的壳体，

电机的旋转轴和轮毂体经由设于轮毂体内的减速机构连动，

减速机构具有：形成于旋转轴的太阳齿轮、设于轮毂体内的圆环状齿轮、以及与太阳齿轮和圆环状齿轮啮合的旋转自如的行星齿轮，

在壳体上形成有在轮毂轴的轴心方向向内侧陷入的凹陷部，

太阳齿轮、圆环状齿轮和行星齿轮进入凹陷部，

在凹陷部内，支承部件与壳体连结，

行星齿轮在凹陷部内由壳体和支承部件旋转自如地支承，

圆环状齿轮配置于支承部件的径方向外侧，经由第一轴承旋转自如地支承于支承部件，

在支承部件与轮毂体之间设置有第二轴承。

2.如权利要求1所述的电动用轮毂装置，其特征在于，

旋转体由圆环形状的转子和支承转子的转子支架构成，

定子收纳在壳体内，

壳体的凹陷部进入转子的内侧。

3.如权利要求1或2所述的电动用轮毂装置，其特征在于，

太阳齿轮、行星齿轮和圆环状齿轮配置在径方向的一直线上。

4.一种电动自行车，具备权利要求1～3中任一项所述的电动用轮毂装置，其特征在于，

在车轮上配备有电动用轮毂装置。

5.如权利要求4所述的电动自行车，其特征在于，

自由轮在轮毂体的一侧外方外嵌于轮毂轴，

自由轮具有多个链轮。