CN106005222B - 自行车用驱动单元和包括该驱动单元的自行车 - Google Patents

自行车用驱动单元和包括该驱动单元的自行车 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够抑制曲轴与后端部之间的距离变长的自行车用驱动单元和包括该驱动单元的自行车。自行车用驱动单元是配置于曲轴的周围的自行车用驱动单元，包括：辅助马达，对从上述曲轴输入的人力驱动力附加辅助力；和壳体，设置有上述曲轴的至少一部分和上述辅助马达，其中，上述壳体形成为，在上述自行车用驱动单元安装于自行车的车架时，从与上述曲轴的中心轴平行的方向观察，上述曲轴的中心轴与上述壳体中的上述车架的后端部侧的后端面之间的最小距离为50毫米以下且大于上述曲轴的半径。

Description

自行车用驱动单元和包括该驱动单元的自行车
技术领域
本发明涉及自行车用驱动单元和包括该驱动单元的自行车。
背景技术
作为自行车用驱动单元，已知有安装于曲轴周围的驱动单元（例如，参照专利文献1）。
现有技术文献
专利文献1：日本实用新型登记第3081960号公报。
在将驱动单元安装于曲轴周围时，与不包括驱动单元的通常的自行车相比，从曲轴至后端的距离变长，自行车的操作性降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抑制曲轴与后端部之间的距离变长的自行车用驱动单元和包括该驱动单元的自行车。
[1]依据本发明的自行车用驱动单元是配置于曲轴的周围的自行车用驱动单元，包括：辅助马达，对从上述曲轴输入的人力驱动力附加辅助力；和壳体，设置有上述曲轴的至少一部分和上述辅助马达，其中，上述壳体形成为，在上述自行车用驱动单元安装于自行车的车架时，从与上述曲轴的中心轴平行的方向观察，上述曲轴的中心轴与上述壳体中的上述车架的后端部侧的后端面之间的最小距离为50毫米以下且大于上述曲轴的半径。
[2]根据上述自行车用驱动单元，上述壳体的上述后端面包括以下部分：在从与上述曲轴的中心轴平行的方向观察时，跨越上述曲轴的周围的预定范围，该部分至上述曲轴的中心轴的距离为50毫米以下且大于上述曲轴的半径。
[3]根据上述自行车用驱动单元，上述最小距离是45毫米以下。
[4]根据上述自行车用驱动单元，上述壳体的上述后端面包括以下部分：在从与上述曲轴的中心轴平行的方向观察时，跨越上述曲轴的周围的预定范围，该部分至上述曲轴的中心轴的距离是恒定的。
[5]依据本发明的自行车用驱动单元是配置于曲轴的周围的自行车用驱动单元，包括：辅助马达，对从上述曲轴输入的人力驱动力附加辅助力；和壳体，设置有上述曲轴的至少一部分和上述辅助马达，其中，上述壳体在上述自行车用驱动单元安装于自行车的车架时的上述车架的后端部侧的后端面包括以下部分：从与上述曲轴的中心轴平行的方向观察，跨越上述曲轴的周围的预定范围，自上述曲轴的中心轴至该部分的距离是恒定的。
[6]根据上述自行车用驱动单元，上述距离是45毫米以下。
[7]根据上述自行车用驱动单元，上述曲轴配置成靠近与上述曲轴正交的方向上的上述壳体的纵长方向的一端，上述辅助马达配置成靠近上述壳体的纵长方向的另一端。
[8]根据上述自行车用驱动单元，上述壳体包括形成有供上述曲轴配置的孔的两个侧面和连接上述两个侧面的外周面，上述壳体在上述外周面还包括用于安装至上述车架的多个安装部。
[9]根据上述自行车用驱动单元，在上述壳体安装于上述车架时，上述多个安装部的半数以上位于比供上述曲轴配置的部分靠上方的位置。
[10]根据上述自行车用驱动单元，上述自行车用驱动单元包括三个上述安装部，上述三个安装部形成为，在与上述曲轴正交的平面中，供上述曲轴配置的孔的中心包含在由上述三个安装部包围的范围内。
[11]根据上述自行车用驱动单元，上述自行车用驱动单元还包括将输入到上述曲轴的旋转变速并输出的变速机构，上述变速机构收纳于上述壳体的内部。
[12]根据上述自行车用驱动单元，在与上述曲轴正交的平面上，上述曲轴的中心轴、上述辅助马达的中心轴以及上述变速机构的中心轴配置成，连结各中心轴的线段为三角形形状。
[13]根据上述自行车用驱动单元，上述三角形形状是以上述辅助马达的中心轴为顶点的大致等腰三角形。
[14]根据上述自行车用驱动单元，在上述自行车用驱动单元安装于上述车架时，从与上述曲轴的中心轴平行的方向观察，上述变速机构的中心轴配置于比上述曲轴的中心轴靠下方的位置。
[15]根据上述自行车用驱动单元，上述变速机构包括：行星齿轮机构，包括输入体、输出体以及传递体；单向离合器，配置于上述输入体与上述输出体之间；以及切换机构，能够在允许上述传递体相对于上述壳体旋转的第一状态与限制上述传递体相对于上述壳体旋转的第二状态之间切换。
[16]根据上述自行车用驱动单元，上述输入体是齿轮架，上述输出体是齿圈，上述传递体是太阳齿轮，上述变速机构还包括变速轴，该变速轴配置于上述太阳齿轮的内周并与上述太阳齿轮一体地旋转，且能够旋转地支承于上述壳体，上述切换机构包括：连结部，设置于上述变速轴或者上述壳体中的与上述变速轴对置的对置部，能够在突出位置与退避位置之间移动，在所述突出位置限制上述变速轴向至少一个方向的旋转并形成上述第一状态，在所述退避位置不限制上述传递体的旋转并形成上述第二状态；以及控制部，使上述连结部从上述突出位置移动到上述退避位置。
[17]根据上述自行车用驱动单元，上述切换机构还包括切换上述第一状态与上述第二状态的致动器。
[18]根据上述自行车用驱动单元，还包括上述曲轴。
[19]根据本发明的自行车包括上述自行车用驱动单元和后避震器。
发明效果
上述自行车用驱动单元和包括该驱动单元的自行车能够抑制曲轴与后端部之间的距离变长。
附图说明
图1是搭载第一实施方式的自行车的驱动单元的自行车的左视图。
图2是图1的自行车的驱动机构的左视图。
图3是图2的驱动单元的左视图。
图4是图2的驱动单元的右侧视图。
图5是沿着图4的5-5线的剖视图。
图6是图1的切换机构的连结部处于突出位置时的局部放大图。
图7是图1的切换机构的连结部处于退避位置时的局部放大图。
图8是表示图2的驱动单元的部件的位置关系的左视图。
图9是表示图1的车架与驱动单元的关系的示意图。
附图标记说明
10 自行车
22 车架
22D 后端
50 驱动单元
52 壳体
58 变速机构
60 切换机构
68 第一侧面（侧面）
68A 孔
70 第二侧面（侧面）
70A 孔
72 外周面
72A 后端面
74 安装部
86 行星齿轮机构
92 太阳齿轮（传递体）
96 齿轮架（输出体）
98 齿圈（输出体）
108 连结部
110 控制部
122 致动器。
具体实施方式
参照图1，对搭载自行车用驱动单元的自行车的结构进行说明。
自行车10包括前轮12、后轮14、车身16、驱动机构18、电池单元20以及驱动单元50。
车身16包括车架22、与车架22连接的车把24、与车架22连接的座杆26、以及与车架22连接的前叉28。前叉28包括前避震器。
车架22包含前车架22F和后车架22R。
前车架22F包含支承部22A、从支承曲轴54的支承部22A向前方延伸的下管22B、安装座杆26的座管22C、以及与下管22B和座管22C连接的上管22T。图1所示的前车架22F也可以是其他形状的车架。
后车架22R包括摆臂22S，摆臂22S包含从前车架22F的后端部向后方延伸的后下叉22G以及与后下叉22G的后端连接的后上叉22H。摆臂22S的后下叉22G通过枢轴22E能够旋转地安装于前车架22F。在后车架22R与前车架22F之间设置有后避震器22K。后避震器22K的一端经由连杆22J安装于摆臂22S的后上叉22H，另一端安装于前车架22F。连杆22J的一端能够旋转地与后上叉22H连结，另一端能够旋转地与后避震器22K连结，一端与另一端之间的中间部能够旋转地与座管22C连结。后下叉22G、后上叉22H以及连杆22J在平行于驱动单元50的曲轴54的方向上隔开间隔地分别各设置有一对。后车架22R向前车架22F的安装结构也可以是其他结构。枢轴22E配置于比曲轴54靠上方的位置。从平行于曲轴54的方向观察，枢轴22E的轴心配置于链条38的轨迹上或者配置于比链条38的轨迹接近曲轴54的轴心的位置。在作为后车架22R的后端的后端部22D安装有后轮14的车轴。支承部22A将驱动单元50支承为能够拆装。支承部22A包括在自行车10的宽度方向上隔开间隔地设置的连结部22L。连结部22L与后述的驱动单元50的安装部74连结。连结部22L设置成从自行车10的宽度方向两侧夹着驱动单元50的安装部74。
如图2所示，驱动机构18包含左右的曲柄臂30、左右的踏板32、前链轮34、后链轮36以及链条38。左右的曲柄臂30经由驱动单元50的曲轴54能够旋转地安装于车架22（参照图1）。踏板32能够绕踏板轴40旋转地安装于曲柄臂30。
前链轮34与驱动单元50的输出部56（参照图5）连结。前链轮34与曲轴54同轴地设置。后链轮36安装成能够绕后轮14（参照图1）的车轴旋转。后链轮36经由单向离合器（省略图示）与后轮14（参照图1）连结。在本实施方式中，后链轮36具有多个链轮。链条38绕挂在前链轮34和后链轮36上。在曲柄臂30通过施加到踏板32的人力驱动力而旋转时，后轮14（参照图1）通过前链轮34、链条38以及后链轮36而旋转。驱动机构18还具有后拨链器39。后拨链器39在多个后链轮之间切换绕挂链条38。后拨链器39也可以是根据后述的控制装置64的指示来变速的电动式的拨链器，还可以是通过使用者对变速操作部进行操作而经由拉索进行动作的机械式的拨链器。
如图1所示，电池单元20包括电池42、以及用于将电池42以能够拆装的方式安装于车架22的电池架44。电池42包含一个或者多个电池单元。电池42由充电电池构成。电池42与驱动单元50电连接，向驱动单元50供电。
如图5所示，驱动单元50包括壳体52、曲轴54、输出旋转的输出部56、能够将从曲轴54输入的旋转输出至输出部56的变速机构58、切换机构60、辅助机构62、控制装置64以及转矩传感器66。
壳体52包括前链轮34侧的第一侧面68、与前链轮34相反一侧的第二侧面70、以及连接第一侧面68与第二侧面70的外周面72。壳体52通过将第一部分52A与第二部分52B组合而构成，其中第一部分52A包含第一侧面68和外周面72的一部分，第二部分52B包含第二侧面70和外周面72的另一部分。
如图3所示，在第一侧面68形成有供曲轴54配置的孔68A。如图4所示，第二侧面70形成有供曲轴54配置的孔70A。
如图3和图4所示，第一侧面68和第二侧面70具有纵长方向DX和短边方向DY。即，壳体52在与曲轴54正交的方向上具有纵长方向DX和短边方向DY。
外周面72包含后端面72A。如图2所示，在驱动单元50安装于车架22（参照图1）时，从与曲轴54的中心轴CA平行的方向观察，后端面72A是车架22的后端部22D侧的部分。
如图3所示，后端面72A包括第一部分72B，在从与曲轴54的中心轴CA平行的方向观察时，第一部分72B跨越曲轴54周围的预定范围。第一部分72B到曲轴54的中心轴CA的距离L是最小距离LA。壳体52形成为最小距离LA为50毫米以下且大于曲轴54的半径。优选的是，最小距离LA为45毫米以下。无论是第一部分72B中的哪一处，距离L都是最小距离LA。即，在第一部分72B中，距离L是恒定的。后端面72A与第一部分72B也可以一致。上述预定范围选择为绕曲轴54的30°~120°的范围。在本实施方式中，上述预定范围是绕曲轴54的大约90°的范围。
外周面72包含与第一部分72B连续的第二部分72C以及第三部分72D。如图2所示，第二部分72C具有平面形状，在驱动单元50安装于车架22（参照图1）时位于比第一部分72B靠下方的位置。第二部分72C大致平行于短边方向DY。第三部分72D具有平面形状，在驱动单元50安装于车架22（参照图1）时位于比第一部分72B靠上方的位置。第三部分72D大致平行于纵长方向DX。
如图3所示，在壳体52的外周面72上设置有用于将驱动单元50安装于车架22（参照图1）的三个安装部74。各安装部74在绕曲轴54的周向上设置于彼此离开的位置。各安装部74形成于外周面72中的除了第一部分72B之外的部分。
各安装部74从外周面72向外方突出。各安装部74在平行于曲轴54的方向上具有80毫米以上的长度，优选的是具有90毫米以上的长度。各安装部74的平行于曲轴54的方向的长度比左右的曲柄臂30（参照图2）之间的最小距离短。各安装部74的平行于曲轴54的方向的长度与连结部22L之间的距离大致相等。各安装部74分别具有沿曲轴54的轴向延伸的孔74A。在图1所示的连结部22L的与各安装部74的孔74A对应的位置形成有孔（省略图示）。螺栓BA（参照图1）插入到各安装部74的孔74A和车架22的连结部22L的孔（省略图示）中，各安装部74（参照图2）通过螺栓BA的头和螺母（省略图示）而被连结部22L夹持，由此将驱动单元50安装于车架22。
如图2所示，在壳体52安装于车架22（参照图1）时，三个安装部74中的半数以上即两个安装部74位于比供曲轴54配置的部分靠上方的位置。在壳体52安装于车架22（参照图1）时，三个安装部74中的另一个安装部74位于比供曲轴54配置的部分靠下方的位置。在本实施方式中，在壳体52安装于车架22（参照图1）时，三个安装部74中的半数以上即两个安装部74位于比曲轴54的轴心靠上方的位置，另一个安装部74位于比曲轴54的轴心靠下方的位置。
如图5所示，壳体52收纳曲轴54的一部分、输出部56的一部分、变速机构58、切换机构60、辅助机构62的一部分以及控制装置64。如图2和图3所示，孔68A、70A形成为靠近第一侧面68和第二侧面70的纵长方向DX的一端，且靠近短边方向DY的一端。因此，曲轴54配置成靠近壳体52的纵长方向DX的一端，且靠近短边方向DY的一端。
如图2所示，作为变速机构58的中心轴的变速轴82的中心轴CB配置成靠近壳体52的纵长方向DX的一端，且靠近短边方向DY的另一端。在驱动单元50安装于车架22（参照图1）时，若从与曲轴54的中心轴CA平行的方向观察，则变速机构58的中心轴CB配置于比曲轴54的中心轴CA靠下方的位置。
辅助机构62的辅助马达124的中心轴CC配置成靠近壳体52的纵长方向DX的另一端，且配置于短边方向DY的中央附近。在驱动单元50安装于车架22（参照图1）时，若从平行于曲轴54的中心轴CA的方向观察，则辅助马达124的中心轴CC配置于比曲轴54的中心轴CA靠自行车10（参照图1）的前方的位置。
如图5所示，曲轴54能够旋转地支承于壳体52。曲轴54的两端露出至壳体52的外部。在曲轴54的两端能够安装曲柄臂30（参照图2），人力驱动力经由曲柄臂30被输入。曲轴54也可以是中空轴。曲轴54的轴向的一端部的外周部经由轴承80A支承于壳体52。曲轴54的轴向的另一端部的外周部经由轴承80B支承于输出部56。
输出部56形成为筒状，在曲轴54周围与曲轴54同轴地配置。输出部56的一端露出至壳体52的外部。输出部56轴向的中间部的外周部经由轴承80C支承于壳体52。输出部56具有能够将前链轮34安装于曲轴54的轴向的一端的外周部的安装部56A。安装部56A是花键。前链轮34内周的花键嵌入到安装部56A。通过将螺栓B夹着前链轮34拧入到输出部56的内周部，将前链轮34安装于输出部56。输出部56也可以沿轴向分割地构成。
变速机构58包括变速轴82、传递机构84以及行星齿轮机构86。变速机构58具有两个变速级，能够将从曲轴54输入的旋转变速并输出至输出部56。
变速轴82配置于曲轴54的径向外侧。变速轴82与曲轴54平行地设置。变速轴82能够旋转地支承于壳体52。变速轴82轴向的一端部和另一端部分别经由轴承80D、80E支承于壳体52。变速轴82能够绕位置相对于曲轴54不变的中心轴CB旋转。变速轴82轴向的一端部由滚珠轴承80D支承，另一端部由滚针轴承80E支承。
传递机构84包括在曲轴54周围与曲轴54同轴地设置的第一传递齿轮88、和在变速轴82周围与变速轴82同轴地设置的第二传递齿轮90。
第一传递齿轮88是外齿轮。第一传递齿轮88的内周通过花键嵌合或者压入等而以不能相对旋转的方式支承于曲轴54。
第二传递齿轮90是外齿轮。第二传递齿轮90经由轴承等以能够旋转的方式支承于变速轴82。第一传递齿轮88的外齿轮与第二传递齿轮90的外齿轮彼此啮合。因此，曲轴54的旋转经由第一传递齿轮88传递至第二传递齿轮90。
行星齿轮机构86包括作为传递体的太阳齿轮92、多个行星齿轮94、作为输入体的齿轮架96以及作为输出体的齿圈98。
太阳齿轮92在变速轴82周围与变速轴82同轴地设置。太阳齿轮92与变速轴82一体化。因此，变速轴82能够与太阳齿轮92一体地旋转。
多个行星齿轮94配置于太阳齿轮92的周围。多个行星齿轮94配置于太阳齿轮92与齿圈98之间。多个行星齿轮94的外齿轮与太阳齿轮92的外齿轮以及齿圈98的内齿轮啮合。
齿轮架96将多个行星齿轮94支承为能够旋转，使多个行星齿轮94绕太阳齿轮92一体地旋转。齿轮架96的变速轴82的轴向的一端通过花键嵌合或者压入等与第一传递齿轮88结合，能够与第一传递齿轮88一体地旋转。即，齿轮架96经由第一传递齿轮88以能够旋转的方式支承于变速轴82。曲轴54的旋转经由第一传递齿轮88输入至齿轮架96。
齿圈98在太阳齿轮92周围与太阳齿轮92同轴地设置。齿圈98具有在变速轴82的轴向上与行星齿轮94结合的一侧的第一端部98A、以及与第一端部98A相反一侧的第二端部98B。齿圈98的第一端部98A覆盖多个行星齿轮94。齿圈98的第二端部98B的内周经由轴承等以能够旋转的方式支承于变速轴82。
齿圈98在第一端部98A的外周形成有第一齿轮98C。齿圈98在第二端部98B的外周形成有第二齿轮98D。第二齿轮98D与形成于输出部56的外周的齿轮56B啮合。即，齿圈98将旋转输出至外部。第二齿轮98D的齿数比第一齿轮98C的齿数少。在齿圈98的第一齿轮98C与第二齿轮98D之间形成有圆环部分98F。圆环部分98F经由轴承80F以能够旋转的方式支承于壳体82。
切换机构60能够将变速机构58的变速状态在第一状态和第二状态之间切换。第一状态允许太阳齿轮92相对于壳体52的旋转。第二状态限制太阳齿轮92相对于壳体52的旋转。切换机构60包括保持部件100、固定部件102（参照图6）、第一施力部件104（参照图6）、单向离合器106、连结部108以及控制部110。
保持部件100具有圆筒形状。保持部件100在变速轴82周围与变速轴82同轴地设置。保持部件100固定地设置于变速轴82，并与变速轴82一体地旋转。保持部件100在内周部具有花键槽100C。花键槽100C安装于在变速轴82的外周设置的花键槽82A中，并阻止变速轴82的绕中心轴CB的旋转。保持部件100设置于变速轴82，通过图6所示的直径不同的阶梯部82B和固定部件102来限制轴向的移动。固定部件102例如由E形环构成。保持部件100在变速轴82的轴向上配置于与齿圈98的第二端部98B相邻的位置。
连结部108绕变速轴82的中心轴CB设置有多个。各连结部108具有爪部件112。各爪部件112以其至少一部分能够收纳在形成于保持部件100的外周部的槽100A中的方式安装于保持部件100。各爪部件112的在变速轴82的轴向上与齿圈98相反一侧的端部和壳体52的对置部76对置。对置部76绕变速轴82的轴形成为环状。在对置部76的内周部形成有槽76A。槽76A在对置部76的内周部在周向上隔开预定间隔地形成有多个。槽76A具有与所谓的棘轮槽相同的形状。各爪部件112的至少一部分从槽100A突出，能够在与槽76A结合的结合位置、和从对置部76的槽76A离开而收纳于保持部件100的槽100A中的退避位置之间移动。另外，在本实施方式中，结合位置相当于突出位置。对置部76A可以一体地形成于壳体52，也可以与壳体52的主体分体地形成。优选的是，对置部76由金属构成。在与壳体52的主体分体地形成对置部76的情况下，在壳体52的主体的内周部形成装配对置部76的装配部，阻止对置部76的绕中心轴CB（参照图5）的旋转。壳体52的主体可以由树脂形成，还可以由金属形成。
第一施力部件104是环形的弹簧。第一施力部件104嵌入到在多个爪部件112的外表面形成的槽112A以及在保持部件100的外周形成的周槽（省略图示）中。第一施力部件104对爪部件112施加朝向结合位置的力。
控制部110包括环状部件114、第二施力部件116、用于使环状部件114沿变速轴82的轴向移动的凸轮118、连结体120以及驱动凸轮118的致动器122。致动器122例如是电动马达。致动器122切换第一状态与第二状态。
环状部件114在齿圈98周围与齿圈98同轴地设置。环状部件114覆盖作为齿圈98的第二端部98B的在变速轴82的轴向上比第二齿轮98D接近连结部108的一侧的部分。
环状部件114在内周部形成有多个凹部114A，在侧面部（轴向的端面部）形成有多个槽114B，并且在外周部形成有环状的凸部114C。凸部114C形成于环状部件114的外周部中的齿圈98的第二齿轮98D侧的部分。
凹部114A以沿轴向延伸的方式形成在环状部件114的内周部中的齿圈98侧的部分。凹部114A嵌入到形成于齿圈98的外周的沿轴向延伸的凸部98E。凹部114A形成得比凸部98E略大。环状部件114由于凹部114A嵌入到凸部98E，因此在齿圈98旋转时，环状部件114与齿圈98一体地旋转。并且，环状部件114的凹部114A能够沿着凸部98E（参照图1）移动。因此，环状部件114相对于齿圈98能够沿轴向移动。
槽114B形成于环状部件114的爪部件112侧的侧面部。槽114B与爪部件112对置。各槽114B随着从周向的另一方朝向一方，而沿轴向变浅。多个槽114B在周向上连续地形成。并且，在各槽114B的边界形成有阶梯部（省略图示）。该阶梯部随着从外周朝向内周而从周向的另一方朝向一方倾斜。环状部件114的连结部108侧的内周面114D与多个槽114B相连，并形成为圆环状。
在变速轴82的轴向上环状部件114的齿圈98侧的端部与齿圈98之间安装有第二施力部件116。第二施力部件116对环状部件114施加朝向连结部108侧的力。
凸轮118在环状部件114周围与环状部件114同轴地配置。凸轮118能够绕环状部件114的轴旋转地支承于壳体52。具体来说，凸轮118嵌入到从壳体52的前链轮34（参照图5）侧的端部沿变速轴82的轴向延伸的圆筒部分78中。凸轮118具有凸轮面118A和齿轮118B。凸轮118形成为环状。
凸轮面118A在凸轮118中的变速轴82的轴向上形成于齿圈98侧的侧面部。凸轮面118A包含以随着朝向周向的一方而从齿圈98侧朝向连结部108侧的方式倾斜的部分。
连结体120包含环状部分120A和从环状部分120A沿径向延伸的操作件120B。环状部分120A从齿圈98的相反侧与上述环状部件114的凸部114C接触。操作件120B在环状部分120A的周向上设置有多个。这里，两个操作件120B设置于关于中心轴CB（参照图5）对称的位置。连结体120的操作件120B在变速轴82的轴向上与凸轮面118A接触。连结体120的操作件120B在凸轮118的周向上嵌入到沿壳体52的变速轴82的轴向延伸的槽78A中。连结体120能够沿着槽78A在变速轴82的轴向上移动。
致动器122配置于凸轮118的径向的外侧。致动器122与凸轮118的齿轮118B结合。致动器122使凸轮118旋转预定角度。在凸轮118的内周部形成有插入到在壳体52的圆筒部分78形成的孔（省略图示）中的凸部（省略图示），凸轮118的旋转角度被孔（省略图示）的周向的端面限制。
参照图6和图7，对切换机构60的动作进行说明。
如图6所示，在凸轮118的旋转相位处于凸轮面118A中的齿圈98侧的部分与连结体120的操作件120B接触的相位时，环状部件114经由连结体120维持于齿圈98侧的位置。此时，环状部件114的槽114B从爪部件112离开。因此，爪部件112维持于朝向在壳体52的对置部76形成的槽76A突出的突出位置。因此，爪部件112不能进行相对于壳体52的相对旋转。爪部件112经由保持部件100以不能相对旋转的方式支承于变速轴82。因此，爪部件112限制变速轴82和太阳齿轮92（参照图5）的向一个方向的旋转。
如图7所示，在凸轮118的旋转相位从凸轮面118A中的齿圈98侧的部分与操作件120B接触的相位朝向凸轮面118A中的爪部件112侧的部分与操作件120B接触的相位移动了时，伴随着环状部件114的向一个方向的旋转，处于突出位置的爪部件112从槽114B的浅的部分移动至深的部分。此时，环状部件114经由连结体120维持于爪部件112侧的位置。
并且，爪部件112的外表面被形成于相邻的槽114B的边界的阶梯部朝向槽100按压。即，控制部110的环状部件114按压连结部108的爪部件112并使其从突出位置移动至退避位置。由于爪部件112处于被连结部108的环状部件114的内周面114D按压的状态，因此爪部件112维持于收纳在保持部件100的槽100A中的退避位置。因此，爪部件112能够进行相对于壳体52的相对旋转。爪部件112经由保持部件100以不能相对旋转的方式支承于变速轴82。因此，爪部件112不限制变速轴82和相对于变速轴82不能相对旋转的太阳齿轮的向一个方向的旋转。
图5所示的单向离合器106是滚柱式离合器。单向离合器106设置于齿轮架96与齿圈98之间。在齿轮架96的向一个方向的旋转速度为齿圈98的旋转速度以上时，单向离合器106使齿轮架96与齿圈98一体地旋转。在齿轮架96的向一个方向的旋转速度小于齿圈98的向一个方向的旋转速度时，单向离合器106允许齿轮架96与齿圈98的相对旋转。另外，齿轮架96和齿圈98的向一个方向的旋转与自行车10（参照图1）前进时的曲轴54的旋转方向对应。
对驱动单元50的变速状态进行说明。
在爪部件112处于突出位置时，太阳齿轮92相对于壳体52的相对旋转被限制。因此，在将旋转输入到齿轮架96时，行星齿轮94一边绕太阳齿轮92公转，一边通过从太阳齿轮92产生的反作用力向与公转方向相同的方向自转。通过行星齿轮94的自转，将齿圈98向行星齿轮94的旋转方向按压，使得齿圈98与齿轮架96向相同方向旋转。此时，输入到齿轮架96的旋转被增速并从齿圈98输出。
在爪部件112处于退避位置时，太阳齿轮92相对于壳体52的相对旋转不被限制。因此，当将旋转输入到齿轮架96时，行星齿轮94由于使太阳齿轮92旋转，因此不能将旋转传递至齿圈98。因此，齿轮架96的向一个方向的旋转速度为齿圈98的旋转速度以上。因此，通过单向离合器106来限制齿轮架96与齿圈98的相对旋转，齿轮架96与齿圈98一体地旋转，并且此时，由于太阳齿轮92被行星齿轮94向与齿轮架96和齿圈98相同的方向按压，因此太阳齿轮92也与齿轮架96和齿圈98一体地旋转。即，单向离合器106控制太阳齿轮92的旋转。
辅助机构62具有辅助马达124和减速机构126。
辅助马达124配置于曲轴54的径向外侧。辅助马达124连结于从曲轴54至输出部56的动力传递路径。辅助马达124的输出轴124A与曲轴54平行地配置。辅助马达124以一部分从壳体52露出的方式设置于壳体52。
减速机构126包括第一减速齿轮128、第二减速齿轮130、单向离合器132以及第三减速齿轮134。
第一减速齿轮128具有圆筒形状。第一减速齿轮128由于与辅助马达124的输出轴124A连接，因此辅助马达124的旋转被输入到第一减速齿轮128。
第二减速齿轮130与第一减速齿轮128同轴地配置。第二减速齿轮130经由单向离合器132与第一减速齿轮128连接。第二减速齿轮130在外周部具有支承单向离合器132和第一减速齿轮128的支承部分130A，第二减速齿轮130的轴向的两端经由轴承等能够旋转地支承于壳体52。
单向离合器132传递从第一减速齿轮128向第二减速齿轮130的一个方向的旋转，而不传递从第二减速齿轮130向第一减速齿轮128的一个方向的旋转。
第二减速齿轮130与第三减速齿轮134连接。第二减速齿轮130的向一个方向的旋转被传递至第三减速齿轮134。第三减速齿轮134的轴向的两端经由轴承等能够旋转地支承于壳体52。
第三减速齿轮134与齿圈98的第一齿轮98C连接。因此，辅助马达124的转矩通过减速机构126被减速并输入到齿圈98。
控制装置64与施加于曲轴54的人力驱动力对应地驱动辅助马达124。控制装置64设置于壳体52的内部。控制装置64具有电路板，电路板的主面与曲轴54垂直地配置。人力驱动力例如通过安装于曲轴54或者变速机构58的转矩传感器66来检测。
转矩传感器66设置于支承变速轴82的一端部的轴承80D的附近。转矩传感器66设置于变速轴82的输入侧的端部。转矩传感器66例如是负载传感器，包含与轴承80D接触的支承部件、以及安装于支承部件的应变计。
在转矩传感器66检测到预定转矩以上的转矩时，控制装置64与转矩传感器66检测到的转矩对应地驱动辅助马达124。控制装置64控制致动器122。控制装置64与未图示的变速操作部连接，根据来自变速操作部的信号驱动致动器122。变速操作部通过设置于自行车10的车把24（参照图1）的变速开关和变速杆来实现。变速操作部可以通过电气配线与控制装置64连接，也可以通过无线与控制装置64连接。并且，控制装置64也可以例如根据设置于自行车10的传感器的检测信号来驱动致动器122。传感器例如是检测自行车10（参照图1）的速度的速度传感器、检测曲轴的脚踏圈速的脚踏圈速传感器等。通过由控制装置64驱动致动器122，使得驱动单元50作为二级变速装置发挥功能。
对驱动单元50的动力传递路径进行说明。
辅助马达124与齿圈98连结。切换机构60的至少一部分与辅助马达124和输出部56之间的传递路径连结。因此，在驱动辅助马达124的情况下，将传递至环状部件114的转矩与辅助马达124的转矩相加。因此，控制部110使用人力驱动力以及辅助马达124的旋转力使连结部108的爪部件112从突出位置移动至退避位置。即，切换机构60能够使用辅助马达124的旋转力来切换变速机构58的变速状态。并且，在不驱动辅助马达124的情况下，控制部110能够只使用人力驱动力来使连结部108的爪部件112从突出位置移动至退避位置。
参照图8，对壳体52中的各部件的位置关系进行说明。
在与曲轴54正交的平面上，供曲轴54配置的孔68A的中心包含在由三个安装部74包围的范围RA内。换言之，在与曲轴54正交的平面上，曲轴54的轴心包含在由三个安装部74包围的范围RA内。
在与曲轴54正交的平面上，曲轴54的中心轴CA、辅助马达124的中心轴CC、变速机构58的中心轴即变速轴82的中心轴CB配置成，连结各中心轴CA、CB、CC的线段为三角形形状S。三角形形状S是以辅助马达124的中心轴CC为顶点的大致等腰三角形。连结曲轴54的中心轴CA与变速轴82的中心轴CB的线段与第二部分72C大致平行。因此，从连结曲轴54的中心轴CA与变速轴82的中心轴CB的线段的任意点到第二部分72C的距离大致恒定。
对驱动单元50的作用进行说明。
如图3所示，驱动单元50的从曲轴54至后端面72A的距离L小。因此，能够缩短图9所示的从曲轴54的中心轴CA至后端部的距离MX。即，能够缩短从图9所示的曲轴54的中心轴CA至后轮14的旋转轴的距离。在包括这样的驱动单元50的自行车10中，与搭载现有的驱动单元的自行车相比，能够提高自行车10的操作性。
由于驱动单元50从曲轴54至后端面72A的距离L小，因此能够将枢轴22E的轴心配置于这样的位置：从平行于曲轴54的方向观察，链条38绕挂在最小直径的后链轮36上时的链条38的轨迹上，或者比链条38的轨迹接近曲轴54的轴心的位置。由此，能够抑制后车架22R被链条38的张力牵拉的方向成为与当后避震器22K收缩时后车架22R的移动方向相反的方向，能够抑制后避震器22K的动作被妨碍。前链轮34的齿数为25以上，例如优选的是选择为30、32或者34等。
驱动单元50起到以下效果。
（1）驱动单元50的曲轴54的中心轴CA与后端面72A之间的最小距离LA为50毫米以下。因此，能够缩短从曲轴54的中心轴CA到后端部22D的距离MX。
（2）驱动单元50的曲轴54的中心轴CA与后端面72A之间的最小距离LA为45毫米以下。因此，能够进一步缩短从曲轴54的中心轴CA到后端部22D的距离MX。
（3）壳体52的后端面72A包含跨越曲轴54周围的预定范围距离LA为恒定的第一部分72B。因此，即使在驱动单元50对车架22的安装角度不同的情况下，在第一部分72B的范围内，从曲轴54到壳体52中的后端部侧的部分的距离L也为最小距离LA。因此，即使在由安装引起的倾斜角度不同的情况下，也能够缩短从曲轴54的中心轴CA到后端部22D的距离MX。
（4）三个安装部74形成为供曲轴54配置的孔68A、70A的中心包含在由三个安装部74包围的范围RA内。因此，在将驱动单元50安装于车架22的状态下，能够稳定地支承曲轴54。
（5）在从曲轴54的轴向观察时，曲轴54的中心轴CA、辅助马达124的中心轴CB以及变速机构58的中心轴CC不同。因此，与将辅助马达124和变速机构58的至少一方设置成与曲轴54同轴的情况相比，能够减少在曲轴54周围与曲轴54同轴地配置的零件数量。因此能够使曲轴54接近外周面72。因此能够减小最小距离LA。
（变形例）
自行车用驱动单元能够采取的具体方式不限定于上述实施方式所例示的方式。自行车用驱动单元能够采取与上述实施方式不同的各种方式。以下所示的上述实施方式的变形例是自行车用驱动单元能够采取的各种方式的一例。
·能够将曲轴54的中心轴CA、变速轴82的中心轴CB以及辅助马达124的中心轴CC配置成使得三角形形状S为大致等边三角形。
·也能够将曲轴54的中心轴CA、变速轴82的中心轴CB以及辅助马达124的中心轴CC配置成大致直线状。在该情况下，壳体52在纵长方向DX上变长。
·也能够使安装部74为一个、两个或者四个以上。
·还能够将安装部74形成为，在安装于自行车10时，安装部74的全部位于比曲轴54靠上方的位置。并且，还能够将安装部74形成为，在安装于自行车10时，安装部74的半数以下或者零个位于比曲轴54靠下方的位置。
·还能够从驱动单元50省略曲轴54，而安装与驱动单元50分体的曲轴。
·还能够如以下的（A）-（E）的方式来变更行星齿轮机构86。
（A）将曲轴54的旋转输入到作为输入体的齿圈，将作为输出体的齿轮架的旋转输出到输出部56，利用切换机构60来控制作为传递体的太阳齿轮的旋转。
（B）将曲轴54的旋转输入到作为输入体的齿轮架，将作为输出体的太阳齿轮的旋转输出到输出部56，利用切换机构60来控制作为传递体的齿圈的旋转。
（C）将曲轴54的旋转输入到作为输入体的太阳齿轮，将作为输出体的齿轮架的旋转输出到输出部56，利用切换机构60来控制作为传递体的齿圈的旋转。
（D）将曲轴54的旋转输入到作为输入体的太阳齿轮，将作为输出体的齿圈的旋转输出到输出部56，利用切换机构60来控制作为传递体的齿轮架的旋转。
（E）将曲轴54的旋转输入到作为输入体的齿轮架，将作为输出体的太阳齿轮的旋转输出到输出部56，利用切换机构60来控制作为传递体的齿轮架的旋转。
·还能够将变速机构58变更为如下变速机构：包括多个太阳齿轮92，并能够切换多个太阳齿轮92中的限制旋转的太阳齿轮92。并且，还能够变更为不包含行星齿轮机构86的变速机构。总之，只要是能够变更输入到曲轴54的变速比的变速机构，则能够采用任意的变速机构。
·还能够省略致动器122。在该情况下，利用线缆来连接安装于自行车10的操作装置与切换机构60，通过线缆的动作使凸轮118进行动作。
·驱动单元50还能够搭载于不包括后避震器22K的自行车10。

Claims (18)

1.一种自行车用驱动单元，包括：辅助马达，对从曲轴输入的人力驱动力附加辅助力；和壳体，设置有上述曲轴的至少一部分和上述辅助马达，上述自行车用驱动单元配置于上述曲轴的周围，其特征在于，
上述壳体形成为，在上述自行车用驱动单元安装于自行车的车架时，从与上述曲轴的中心轴平行的方向观察，上述曲轴的中心轴与上述壳体中的上述车架的后端部侧的后端面之间的最小距离为50毫米以下且大于上述曲轴的半径。
2.根据权利要求1所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述壳体的上述后端面包括以下部分：在从与上述曲轴的中心轴平行的方向观察时，跨越上述曲轴的周围的预定范围，该部分至上述曲轴的中心轴的距离为50毫米以下且大于上述曲轴的半径。
3.根据权利要求1或2所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述最小距离是45毫米以下。
4.根据权利要求1或2所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述壳体的上述后端面包括以下部分：在从与上述曲轴的中心轴平行的方向观察时，跨越上述曲轴的周围的预定范围，该部分至上述曲轴的中心轴的距离是恒定的。
5.根据权利要求4所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述距离是45毫米以下。
6.根据权利要求1或2所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述曲轴配置成靠近与上述曲轴正交的方向上的上述壳体的纵长方向的一端，
上述辅助马达配置成靠近上述壳体的纵长方向的另一端。
7.根据权利要求1或2所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述壳体包括形成有供上述曲轴配置的孔的两个侧面和连接上述两个侧面的外周面，
上述壳体在上述外周面还包括用于安装至上述车架的多个安装部。
8.根据权利要求7所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
在上述壳体安装于上述车架时，上述多个安装部的半数以上位于比供上述曲轴配置的部分靠上方的位置。
9.根据权利要求7所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述自行车用驱动单元包括三个上述安装部，
上述三个安装部形成为，在与上述曲轴正交的平面中，供上述曲轴配置的孔的中心包含在由上述三个安装部包围的范围内。
10.根据权利要求1或2所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述自行车用驱动单元还包括将输入到上述曲轴的旋转变速并输出的变速机构，
上述变速机构收纳于上述壳体的内部。
11.根据权利要求10所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
在与上述曲轴正交的平面上，上述曲轴的中心轴、上述辅助马达的中心轴以及上述变速机构的中心轴配置成，连结各中心轴的线段为三角形形状。
12.根据权利要求11所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述三角形形状是以上述辅助马达的中心轴为顶点的大致等腰三角形。
13.根据权利要求11所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
在上述自行车用驱动单元安装于上述车架时，从与上述曲轴的中心轴平行的方向观察，上述变速机构的中心轴配置于比上述曲轴的中心轴靠下方的位置。
14.根据权利要求10所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述变速机构包括：行星齿轮机构，包括输入体、输出体以及传递体；单向离合器，配置于上述输入体与上述输出体之间；以及切换机构，能够在允许上述传递体相对于上述壳体旋转的第一状态与限制上述传递体相对于上述壳体旋转的第二状态之间切换。
15.根据权利要求14所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述输入体是齿轮架，
上述输出体是齿圈，
上述传递体是太阳齿轮，
上述变速机构还包括变速轴，该变速轴配置于上述太阳齿轮的内周并与上述太阳齿轮一体地旋转，且能够旋转地支承于上述壳体，
上述切换机构包括：连结部，设置于上述变速轴或者上述壳体中的与上述变速轴对置的对置部，能够在突出位置与退避位置之间移动，在所述突出位置限制上述变速轴向至少一个方向的旋转并形成上述第一状态，在所述退避位置不限制上述传递体的旋转并形成上述第二状态；以及
控制部，使上述连结部从上述突出位置移动到上述退避位置。
16.根据权利要求14所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述切换机构还包括切换上述第一状态与上述第二状态的致动器。
17.根据权利要求1或2所述的自行车用驱动单元，其特征在于，
上述自行车用驱动单元还包括上述曲轴。
18.一种自行车，包括：
权利要求1~17中的任一项所述的自行车用驱动单元；以及
后避震器。
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Decision date of declaring invalidation: 20200713

Decision number of declaring invalidation: 45216

Denomination of invention: Driving unit for bicycle and bicycle including the driving unit

Granted publication date: 20190920

Patentee: Shimano Inc.