CN106005235B - 自行车的传动单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高变速性能的自行车的传动单元。自行车的传动单元具有：输入旋转轴；输出部；变速机构，具有至少两个变速级，能够使从上述输入旋转轴输入的旋转变速并输出至上述输出部；辅助马达,连结于从上述输入旋转轴到上述输出部的动力传递路径，对应于人力驱动力被驱动；以及切换机构,能够使用上述辅助马达的旋转力来切换上述变速机构的变速状态。

Description

自行车的传动单元

技术领域

本发明涉及自行车的传动单元。

背景技术

专利文献1中记载的自行车的传动单元包括：变速机构,能够将输入至曲轴的旋转减速后输出至输出部；和切换机构,在连结曲轴与输出部的状态和解除曲轴与输出部的连结的状态之间进行切换。在切换机构的状态为解除曲轴与输出部的状态时，输入至曲轴的旋转通过变速机构减速后输出至输出部。在切换机构的状态为连结曲轴与输出部的状态时，输入至曲轴的旋转不通过变速机构减速而输出至输出部。即，传动单元通过切换机构能够获得两个变速比。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5523636号。

发明内容

关于上述传动单元的变速机构，作用于切换机构的转矩越大，切换机构越难以解除曲轴与输出部的连结。因此，变速性能低下。

本发明的目的在于提供一种能够提高变速性能的自行车的传动单元。

〔1〕基于本发明的自行车的传动单元包括：输入旋转轴；输出部；变速机构，具有至少两个变速级，能够使从上述输入旋转轴输入的旋转变速并输出至上述输出部；辅助马达，连结于从上述输入旋转轴到上述输出部的动力传递路径，对应于人力驱动力被驱动；以及切换机构，能够使用上述辅助马达的旋转力来切换上述变速机构的变速状态。

〔2〕根据上述自行车的传动单元，上述切换机构的至少一部分连结于上述辅助马达与上述输出部之间的传递路径。

〔3〕根据上述自行车的传动单元，上述变速机构包括行星齿轮机构。

〔4〕根据上述自行车的传动单元，上述行星齿轮机构包括：输入体，能够旋转地支承于支承部件，上述输入旋转轴的旋转输入至该输入体；输出体，能够旋转地支承于上述支承部件，并将旋转输出至外部；以及传递体，上述切换机构还包括设置于上述输入体与上述输出体之间的单向离合器，上述切换机构控制上述传递体的旋转。

〔5〕根据上述自行车的传动单元，在上述输入体的向一个方向的旋转速度处于上述输出体的向一个方向的旋转速度以上时，上述单向离合器使上述输入体与上述输出体一体地旋转，在上述输入体的向一个方向的旋转速度小于上述输出体的向一个方向的旋转速度时，上述单向离合器允许上述输入体与上述输出体的相对旋转。

〔6〕根据上述自行车的传动单元，上述支承部件能够与上述传递体一体地旋转，上述切换机构还包括：连结部，设置于上述传递体或者与上述传递体对置的对置部，并能够在限制上述传递体向至少一个方向的旋转的突出位置与不限制上述传递体的旋转的退避位置之间移动；以及控制部，使用上述辅助马达的旋转力使上述连结部从上述突出位置移动到上述退避位置。

〔7〕根据上述自行车的传动单元，上述控制部按压上述连结部并使其从上述突出位置移动到上述退避位置。

〔8〕根据上述自行车的传动单元，上述连结部绕着上述支承部件的旋转轴设置有多个。

〔9〕根据上述自行车的传动单元，上述控制部包括环状部件，该环状部件能够与上述输出体一体地旋转，并在与上述连结部对置的部分具有随着朝向周向中的一方而沿径向变浅的槽。

〔10〕根据上述自行车的传动单元，上述辅助马达与上述输出体或者比上述输出体靠动力传递路径的上游侧的部分连结。

〔11〕根据上述自行车的传动单元，上述传递体包括与上述支承部件一体地旋转的太阳齿轮，上述输出体包括在上述太阳齿轮的周围与上述太阳齿轮同轴地配置的齿圈，上述输入体包括使配置在上述太阳齿轮与上述齿圈之间的多个行星齿轮一体地旋转的齿轮架。

〔12〕根据上述自行车的传动单元，上述连结部设置于上述支承部件。

〔13〕根据上述自行车的传动单元，上述变速机构具有包括控制对象旋转体的多个旋转体，上述切换机构包括：连结部,设置于上述控制对象旋转体或者与上述控制对象旋转体对置的对置部，上述连结部能够在限制上述控制对象旋转体向至少一个方向的旋转的突出位置与不限制上述控制对象旋转体的旋转的退避位置之间移动；以及控制部,使用上述辅助马达的旋转力使上述连结部从上述突出位置移动到上述退避位置。

〔14〕根据上述自行车的传动单元，上述控制部按压上述连结部并使其从上述突出位置移动到上述退避位置。

〔15〕根据上述自行车的传动单元，上述连结部绕上述控制对象旋转体的旋转轴设置有多个。

〔16〕根据上述自行车的传动单元，上述控制部包括环状部件，该环状部件能够与上述变速机构所包括的上述多个旋转体中的除了上述控制对象旋转体之外的另外一个旋转体一体地旋转，并在与上述连结部对置的部分具有随着朝向周向中的一方而沿径向变浅的槽。

〔17〕根据上述自行车的传动单元，上述辅助马达与上述另外一个旋转体或者比上述另外一个旋转体靠上述动力传递路径的上游侧的部分连结。

〔18〕根据上述自行车的传动单元，上述环状部件向径向内侧按压上述连结部。

〔19〕根据上述自行车的传动单元，上述连结部具有爪部件。

〔20〕根据上述自行车的传动单元，上述控制部还包括用于使上述环状部件沿旋转轴方向移动的凸轮和驱动上述凸轮的电动马达。

〔21〕根据上述自行车的传动单元，上述输入旋转轴是被输入人力驱动力的曲轴。

〔22〕根据上述自行车的传动单元，上述辅助马达配置在上述曲轴的径向的外侧。

〔23〕根据上述自行车的传动单元，上述变速机构包括：第1旋转体,能够与上述输入旋转轴一体地旋转；第2旋转体,能够绕位置相对于上述输入旋转轴不变的轴心旋转，上述第1旋转体的旋转传递至该第2旋转体；第3旋转体,能够与上述第2旋转体一体地旋转；以及第4旋转体，上述第3旋转体的旋转力传递至该第4旋转体，该第4旋转体能够与上述输出部一体地旋转，上述切换机构包括：连结部,设置于与上述第2旋转体和上述第3旋转体中的一方对置的对置部，并能够在限制上述第2旋转体和上述第3旋转体中的一方的向至少一个方向的旋转的突出位置与不限制上述第2旋转体和上述第3旋转体中的一方的旋转的退避位置之间移动；以及控制部,使用上述辅助马达的旋转力使上述连结部从上述突出位置移动到上述退避位置。

发明效果

上述自行车的传动单元能够提高变速性能。

附图说明

图1是第1实施方式的自行车的传动单元的剖视图。

图2是图1的切换机构的立体图。

图3是表示图1的齿圈与环状部件的立体图。

图4是图2的环状部件的立体图。

图5是表示图3的齿圈和环状部件的一部分的俯视图。

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是沿着图6中的7－7线的剖视图。

图8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9是沿图8中的9－9线的剖视图。

图10是表示图1的切换机构的连结部的动作的剖视图。

图11是表示图1的切换机构的连结部的动作的剖视图。

图12是图1的转矩传感器的立体图。

图13是图1的转矩传感器上安装有屏蔽板的状态的立体图。

图14是第2实施方式的自行车的传动单元的示意性剖视图。

图15是图14的切换机构的连结部处于退避位置时的示意性剖视图。

附图标记说明

10：传动单元；12：输入旋转轴（曲轴）；14：输出部；14A：安装部；16A：对置部；16C：槽；18：变速机构；20：切换机构；26：变速轴（控制对象旋转体、支承部件）；30：行星齿轮机构；36：太阳齿轮（传递体）；38：行星齿轮；40：齿轮架（旋转体）；42：齿圈（输出体、另外一个旋转体）；48：单向离合器（滚柱式离合器）；50：连结部；52；控制部；54：爪部件；56：环状部件；56B：槽；60：凸轮；64：致动器；66：辅助马达；80：变速机构；82：切换机构；84：变速轴；86：传递体；88：第1旋转体；90：第2旋转体；92：第3旋转体（控制对象旋转体）；92B：槽；94：第4旋转体；94A：齿轮；96：单向离合器。

具体实施方式

（第1实施方式）

参照图1～图11，对第1实施方式的自行车的传动单元进行说明。

如图1所示，传动单元10包括：输入旋转轴12,该输入旋转轴12是曲轴；输出部14，旋转输出至该输出部14；壳体16；变速机构18,能够将从输入旋转轴12输入的旋转输出至输出部14；切换机构20；辅助机构22；控制部24；以及转矩传感器78。

壳体16安装于自行车的车架（图示省略）。壳体16收纳输入旋转轴12的一部分、输出部14的一部分、变速机构18、切换机构20、辅助机构22的一部分以及控制部24。

输入旋转轴12能够旋转地支承于壳体16。输入旋转轴12的两端露出到壳体16的外部。在输入旋转轴12的两端能够安装曲柄臂（图示省略），经由曲柄臂将人力驱动力输入。输入旋转轴12可以是中空轴。输入旋转轴12的轴向的一端部的外周部经由轴承17A支承于壳体16。输入旋转轴12的轴向的另一端部的外周部经由轴承17B支承于输出部14。

输出部14形成为筒状，并在输入旋转轴12的周围与输入旋转轴12同轴地配置。输出部14的一端露出到壳体16的外部。输出部14的轴向的中间部的外周部经由轴承17C支承于壳体16。输出部14具有能够在输入旋转轴12的轴向的一端的外周部安装链轮Ｓ的安装部14A。安装部14A是花键。链轮Ｓ的内周的花键嵌入安装部14A中。通过夹着链轮Ｓ将螺栓B拧入输出部14的内周部，将链轮Ｓ安装到输出部14。输出部14可以构成为在轴向上分割。

变速机构18具有变速轴26、传递机构28以及行星齿轮机构30。变速轴26为支承部件，是控制对象旋转体。变速机构18具有两个变速级，能够使从输入旋转轴12输入的旋转变速后输出至输出部14。

变速轴26配置在输入旋转轴12的径向的外侧。变速轴26与输入旋转轴12平行地设置。变速轴26能够旋转地支承于壳体16。变速轴26的轴向的一端部和另一端部分别经由轴承17D、17E支承于壳体16。变速轴26能够绕位置相对于输入旋转轴12不变的轴心C旋转。变速轴26的轴向的一端部由滚珠轴承17D支承，另一端部由滚针轴承17E支承。

传递机构28包括：在输入旋转轴12周围与输入旋转轴12同轴地设置的第1传递齿轮32；和在变速轴26周围与变速轴26同轴地设置的第2传递齿轮34。

第1传递齿轮32是外齿齿轮。第1传递齿轮32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输入旋转轴12。

第2传递齿轮34是外齿齿轮。第2传递齿轮34经由轴承等能够旋转地支承于变速轴26。第1传递齿轮32的外齿齿轮与第2传递齿轮34的外齿齿轮相互啮合。因此，输入旋转轴12的旋转经由第1传递齿轮32传递至第2传递齿轮34。

行星齿轮机构30具有作为传递体的太阳齿轮36、多个行星齿轮38、作为输入体的齿轮架40以及作为输出体的齿圈42。齿圈42是另外一个旋转体。

太阳齿轮36在变速轴26周围与变速轴26同轴地设置。太阳齿轮36与变速轴26成为一体。因此，变速轴26能够与太阳齿轮36一体地旋转。

多个行星齿轮38绕太阳齿轮36配置。多个行星齿轮38配置在太阳齿轮36与齿圈42之间。多个行星齿轮38的外齿齿轮与太阳齿轮36的外齿齿轮以及齿圈42的内齿齿轮啮合。

齿轮架40将多个行星齿轮38支承为能够旋转，使多个行星齿轮38绕太阳齿轮36一体地旋转。齿轮架40的变速轴26的轴向的一端通过花键嵌合或者压入等与第1传递齿轮32结合，从而能够与第1传递齿轮32一体地旋转。即，齿轮架40经由第1传递齿轮32能够旋转地支承于变速轴26。输入旋转轴12的旋转经由第1传递齿轮32输入至齿轮架40。

齿圈42在太阳齿轮36周围与太阳齿轮36同轴地设置。齿圈42在变速轴26的轴向上具有与行星齿轮38结合的一侧的第1端部42A、以及第1端部42A的相反侧的第2端部42B。齿圈42的第1端部42A覆盖多个行星齿轮38。齿圈42的第2端部42B的内周经由轴承等能够旋转地支承于变速轴26。

齿圈42在第1端部42A的外周形成有第1齿轮42C。齿圈42在第2端部42B的外周形成有第2齿轮42D。第2齿轮42D与形成于输出部14的外周的齿轮14B啮合。即，齿圈42将旋转输出至外部。第2齿轮42D的齿数比第1齿轮42C的齿数少。在齿圈42的第1齿轮42C与第2齿轮42D之间形成有圆环部分42F。圆环部分42F经由轴承17F能够旋转地支承于壳体16。

切换机构20能够切换变速机构18的变速状态。切换机构20具有保持部件44、第1施力部件46（参照图2）、单向离合器48、连结部50以及控制部52。

保持部件44具有圆筒形状。保持部件44在变速轴26周围与变速轴26同轴地设置。保持部件44固定地设置于变速轴26，并与变速轴26一体地旋转。保持部件44在内周部具有花键槽44C。花键槽44C安装于在变速轴26的外周设置的花键槽26C，阻止变速轴26绕轴心C旋转。保持部件44的轴向的移动被设置于变速轴26的如图6所示的直径不同的阶梯部26B和固定部件45限制。固定部件45例如由E型环构成。保持部件44配置于在变速轴26的轴向上与齿圈42的第2端部42B相邻的位置。

图2所示的连结部50绕变速轴26（参照图1）的旋转轴设置有多个。各连结部50具有爪部件54。各爪部件54以至少其一部分能够收纳在形成于保持部件44的外周部的槽44A中的方式安装于保持部件44。各爪部件54的在变速轴26的轴向上与齿圈42相反一侧的端部与图6所示的壳体16的对置部16A对置。对置部16A具有绕变速轴26的轴形成为环状的内周部16B。在内周部16B形成有槽16C。槽16C在内周部16B的周向上隔开预定间隔地形成有多个。槽16C具有与所谓的棘轮槽同样的形状。各爪部件54能够在至少一部分从槽44A突出并与槽16C结合的结合位置、和从对置部16A的槽16C离开而收纳于保持部件44的槽44A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16A可以一体地形成于壳体16，也可以与壳体16的主体分体地形成。对置部16A优选由金属构成。在对置部16A与壳体16的主体分体地形成的情况下，在壳体16的主体的内周部形成装配对置部16A的装配部，阻止对置部16A绕轴心C（参照图1）旋转。壳体16的主体可以由树脂形成，也可以由金属形成。

第1施力部件46是环形的弹簧。第1施力部件46嵌入到形成于多个爪部件54的外表面的槽54A和形成于保持部件44的外周的周槽44B（参照图2）中。第1施力部件46对爪部件54施加朝向结合位置的力。

控制部52包括环状部件56、第2施力部件58、用于使环状部件56沿变速轴26的轴向移动的凸轮60、连结体62以及驱动凸轮60的致动器64。致动器64例如是电动马达。

如图3所示，环状部件56在齿圈42周围与齿圈42同轴地设置。环状部件56覆盖作为齿圈42的第2端部42B的比第2齿轮42D在变速轴26（参照图1）的轴向上接近连结部50（参照图1）的一侧的部分。

如图4所示，环状部件56在内周部形成有多个凹部56A，在侧面部（轴向的端面部）形成有多个槽56B，而且在外周部形成有环状的凸部56E。凸部56E形成在环状部件56的外周部中的齿圈42的第2齿轮42D（参照图3）侧的部分。

凹部56A形成为在环状部件56的内周部中的齿圈42侧的部分沿轴向延伸。凹部56A嵌入在形成于齿圈42的外周的沿轴向延伸的凸部42E（参照图3）中。凹部56A形成为比凸部42E稍大。由于凹部56A嵌入在凸部42E中，因此，当齿圈42旋转时，环状部件56与齿圈42一体地旋转。并且环状部件56的凹部56A能够沿着凸部42E（参照图1）移动。因此，环状部件56能够相对于齿圈42沿轴向移动。

槽56B形成在环状部件56的内周中的图6所示的连结部50侧的侧面部。槽56B与爪部件54对置。如图5所示，各槽56B具有随着朝向周向中的一方而沿轴向变浅的第1引导面56C。并且各槽56B在周向的另一端部具有沿径向变小的第2引导面56D。多个槽56B在周向上连续地形成。环状部件56的连结部50侧的内周面56F与多个槽56B相连，形成为圆环状。

如图6所示，在变速轴26的轴向上，在环状部件56的齿圈42侧的端部与齿圈42之间安装有第2施力部件58。第2施力部件58对环状部件56施加朝向连结部50侧的力。

凸轮60在环状部件56周围与环状部件56同轴地配置。凸轮60能够绕环状部件56的轴旋转地支承于壳体16。具体来说，凸轮60嵌入到从壳体16的前链轮Ｓ（参照图1）侧的端部沿变速轴26的轴向延伸的圆筒部分16D中。凸轮60具有凸轮面60A和齿轮60E。凸轮60形成为环状。

如图6和图7所示，凸轮面60A形成于凸轮60中的在变速轴26的轴向上位于齿圈42侧的侧面部。凸轮面60A包括：以随着朝向周向中的一方而朝向连结部50侧（图7的右侧）的方式倾斜的倾斜部60B；和分别与倾斜部60B的周向的两端部相连且与变速轴26垂直的第1平面部60C以及第2平面部60D。第1平面部60C配置于凸轮60中的比第2平面部60D在变速轴26的轴向上接近齿圈42一侧的位置。

如图6所示，连结体62包括环状部分62A和从环状部分62A沿径向延伸的操作片62B。环状部分62A从齿圈42的相反侧与上述环状部件56的凸部56E接触。操作片62B在上述环状部分的周向设置有多个。这里，如图1所示，两个操作片62B设置于关于轴心C对称的位置。如图6所示，连结体62的操作片62B在变速轴26的轴向上与凸轮面60A接触。连结体62的操作片62B嵌入到在凸轮60的周向上壳体16的沿着变速轴26的轴向延伸的槽16C中。连结体62能够沿着槽16C在变速轴26的轴向上移动。

致动器64配置在凸轮60的径向的外侧。致动器64与凸轮60的齿轮60E结合。致动器64使凸轮60旋转预定角度。在凸轮60的内周部形成有插入到在壳体16的圆筒部分16D形成的孔（省略图示）中的凸部（省略图示），利用孔（省略图示）的周向的端面来限制凸轮60的旋转角度。

参照图6～11，对切换机构20的动作进行说明。

如图6和图7所示，当凸轮60的旋转相位处于凸轮面60A中的第1平面部60C与连结体62的操作片62B接触的相位时，环状部件56经由连结体62维持在齿圈42侧的位置。此时，环状部件56的槽56B从爪部件54离开。因此，爪部件54维持在朝向形成于壳体16的对置部16A的槽16C突出的突出位置。因此，爪部件54不能相对于壳体16相对旋转。爪部件54经由保持部件44不能相对旋转地支承于变速轴26。因此，爪部件54限制变速轴26和太阳齿轮36（参照图1）的向一个方向的旋转。

如图8和图9所示，当凸轮60的旋转相位从凸轮面60A中的第1平面部60C与连结体62的操作片62B接触的相位朝向凸轮面60A中的第2平面部60D与连结体62的操作片62B接触的相位进行了移动时，随着环状部件56的一个方向（图10的箭头RA的方向）的旋转，处于突出位置的爪部件54沿着第1引导面56C被引导到第2引导面56D。具体来说，从第1引导面56C的较浅的部分向较深的部分移动。这时，如图9所示，环状部件56经由连结体62维持在连结部50侧的位置。

并且，爪部件54的背面与第2引导面56D接触，环状部件56进一步旋转，由此，将爪部件54沿着第2引导面56D朝向槽44A按压。即，控制部52的环状部件56按压连结部50的爪部件54，使其从突出位置移动到退避位置。爪部件54成为被连结部50的环状部件56的内周面56F按压的状态，因此，如图11所示，爪部件54维持在收纳于保持部件44的槽44A中的退避位置。因此，爪部件54能够相对于壳体16相对旋转。爪部件54经由保持部件44不能相对旋转地支承于变速轴26。因此，爪部件54不限制变速轴26以及相对于变速轴26不能相对旋转的太阳齿轮36的向一个方向的旋转。

图1所示的单向离合器48是滚柱式离合器。单向离合器48设置于齿轮架40与齿圈42之间。在齿轮架40的向一个方向的旋转速度处于齿圈42的旋转速度以上时，单向离合器48使齿轮架40与齿圈42一体地旋转。在齿轮架40的向一个方向的旋转速度小于齿圈42的向一个方向的旋转速度时，单向离合器48允许齿轮架40与齿圈42的相对旋转。另外，齿轮架40和齿圈42的向一个方向的旋转与自行车（省略图示）前进时的输入旋转轴12的旋转方向对应。

对传动单元10的变速状态进行说明。

当爪部件54处于突出位置时，太阳齿轮36的相对于壳体16的相对旋转被限制。因此，当将旋转输入齿轮架40时，行星齿轮38一边绕太阳齿轮36公转，一边通过从太阳齿轮36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38的自转，将齿圈42向行星齿轮38的旋转方向按压，齿圈42与齿轮架40向相同方向旋转。此时，输入至齿轮架40的旋转被增速后从齿圈42输出。

当爪部件54处于退避位置时，太阳齿轮36的相对于壳体16的相对旋转不被限制。因此，当将旋转输入齿轮架40时，行星齿轮38使太阳齿轮36旋转，因此，无法向齿圈42传递旋转。因此，齿轮架40的向一个方向的旋转速度成为齿圈42的旋转速度以上。因此，通过单向离合器48将齿轮架40与齿圈42的相对旋转限制，齿轮架40与齿圈42一体地旋转。并且，此时，太阳齿轮36被行星齿轮38向与齿轮架40和齿圈42相同的方向按压，因此，太阳齿轮36也与齿轮架40和齿圈42一体地旋转。即，单向离合器48控制太阳齿轮36的旋转。

辅助机构22具有辅助马达66和减速机构68。

辅助马达66配置在输入旋转轴12的径向的外侧。辅助马达66连结于从输入旋转轴12到输出部14的动力传递路径。辅助马达66的输出轴66A与输入旋转轴12平行地配置。

减速机构68具有第1减速齿轮70、第2减速齿轮72、单向离合器74以及第3减速齿轮76。

第1减速齿轮70具有圆筒形状。第1减速齿轮70与辅助马达66的输出轴66A连接，因此，将辅助马达66的旋转输入第1减速齿轮70。

第2减速齿轮72与第1减速齿轮70同轴地配置。第2减速齿轮72经由单向离合器74与第1减速齿轮70连接。第2减速齿轮72在外周部具有支承单向离合器74和第1减速齿轮70的支承部分72A，轴向的两端经由轴承等能够旋转地支承于壳体16。

单向离合器74传递从第1减速齿轮70向第2减速齿轮72的向一个方向的旋转，而不传递从第2减速齿轮72向第1减速齿轮70的向一个方向的旋转。

第2减速齿轮72与第3减速齿轮76连接。第2减速齿轮72的向一个方向的旋转被传递至第3减速齿轮76。第3减速齿轮76的轴向的两端经由轴承等能够旋转地支承于壳体16。

第3减速齿轮76与齿圈42的第1齿轮42C连接。因此，辅助马达66的转矩通过减速机构68减速后被输入齿圈42。

控制部24对应于施加于输入旋转轴12的人力驱动力来驱动辅助马达66。控制部24设置于壳体16的内部。控制部24具有电路基板，电路基板的主面配置成与输入旋转轴12垂直。人力驱动力例如通过安装于输入旋转轴12或者变速机构18的转矩传感器78进行检测。

如图1所示，转矩传感器78设置于支承变速轴26的一端部的轴承17D的附近。转矩传感器78设置于变速轴26的输入侧的端部。如图12所示，转矩传感器78构成为包括负载传感器78A、支承部件78B、应变传感器78C以及押压部件78F。

负载传感器78A形成为长方体形状。负载传感器78A配置成其纵长方向与外圈17Ｇ的切线方向平行。负载传感器78A的一个侧面与轴承17D的外圈17Ｇ的外周接触。在负载传感器78A的纵长方向的一端部和另一端部，分别设置有从负载传感器78A与轴承17D接触的一侧的相反侧支承负载传感器78A的支承部件78B。

各支承部件78B具有圆柱形状，并配置成其轴心与负载传感器78A的纵长方向垂直，且配置成其外周与负载传感器78A接触。负载传感器78A和支承部件78B设置在壳体16的凹部16E中。支承部件78B固定地设置在凹部16E中，负载传感器78A设置成能够凹部16E内略微移动。负载传感器78A中的与轴承17D的外圈17Ｇ的外周接触的接触位置在负载传感器78A的纵长方向上与两个支承部件78B之间的中央大致相等。负载传感器78A以负载传感器78A能够在支承部件78B之间略微挠曲的方式支承在凹部16E中。负载传感器78A以负载传感器78A与轴承17D的外圈17Ｇ接触的位置处于第2传递齿轮34的反作用力的方向或者从该反作用力的方向略微错开的方式设置于壳体16。

轴承17D设置成插入到凹部16E中。凹部16E形成为比轴承17D稍大，轴承17D在凹部16E内能够在与轴心C（参照图1）垂直的方向上略微移动。轴承17D被押压部件78F按压于负载传感器78A。押压部件78F例如由板簧形成。在负载传感器78A中的与接触轴承17D的侧面相反一侧的侧面，即在支承部件78B所接触的侧面，设置有应变传感器78C。

应变传感器78C由应变计和半导体传感器等实现。在负载传感器78A的纵长方向的中央附近配置有应变计78D，应变计78D具有与负载传感器78A的纵长方向平行的方向的检测特性，在该应变计78D与各端部之间配置应变计78D，应变计78D具有与负载传感器78A的纵长方向垂直的方向的检测特性。例如，关于负载传感器78A的纵长方向的中央对称地设置有四个应变计78D。两个应变计78D设置于负载传感器78A的纵长方向的中央附近且一端侧。其他两个应变计78D设置于负载传感器78A的纵长方向的中央且另一端侧。四个应变计78D的检测方向是与负载传感器78A的纵长方向平行的方向和垂直的方向。通过四个应变计78D形成桥接电路，来检测负载传感器78A中产生的应变。

在负载传感器78A的附近设置有放大装置78E。放大装置78E将从应变传感器78C输出的信号放大。放大装置78E设置在凹部16E中。放大装置78E向控制部24（参照图1）输出放大后的信号。

设置有负载传感器78A、支承部件78B以及放大装置78E的凹部16E的开口如图13所示被由金属形成的屏蔽板79覆盖。在屏蔽板79上形成有阻止负载传感器78A向凹部16E的开口侧的移动的弹簧部件79A。

当转矩传感器78检测到预定转矩以上的转矩时，图1所示的控制部24根据转矩传感器78检测到的转矩来驱动辅助马达66。控制部24控制致动器64。控制部24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64。变速操作部由设置于自行车的车把的变速开关、变速杆来实现。变速操作部可以通过电气配线与控制部24连接，也可以通过无线与控制部24连接。并且控制部24例如可以根据设置于自行车的传感器的检测信号来驱动致动器64。传感器例如是检测自行车的速度的速度传感器、检测曲柄的脚踏圈速的脚踏圈速传感器等。通过控制部24驱动致动器64，使传动单元10作为二级变速装置发挥功能。

对传动单元10的动力传递路径进行说明。

辅助马达66与齿圈42连结。切换机构20的至少一部分连结于辅助马达66与输出部14之间的传递路径。因此，在辅助马达66被驱动的情况下，传递至环状部件56的转矩与辅助马达66的转矩相加。因此，控制部52使用人力驱动力和辅助马达66的旋转力使连结部50的爪部件54从突出位置移动到退避位置。即，切换机构20能够使用辅助马达66的旋转力来切换变速机构18的变速状态。并且在辅助马达66没有被驱动的情况下，控制部52能够仅使用人力驱动力使连结部50的爪部件54从突出位置移动到退避位置。

传动单元10具有以下的效果。

（1）切换机构20能够使用辅助马达66的旋转力切换变速机构18的变速状态。因此，与辅助马达66连结于比变速机构18靠下游的位置的情况相比，能够提高变速性能。

（2）切换机构20具有单向离合器48。因此，例如与利用马达控制太阳齿轮36的旋转的情况比较，能够简化传动单元10的结构。

（第2实施方式）

参照图14和图15，对第2实施方式的自行车的传动单元进行说明。另外，对于与第1实施方式共通的结构标注相同的标记并省略说明。

如图14所示，传动单元10具有输入旋转轴12、输出部14、壳体16、变速机构80、切换机构82以及辅助机构22。

变速机构80具有变速轴84、传递体86、第1旋转体88、第2旋转体90、第3旋转体92以及第4旋转体94。

变速轴84配置在输入旋转轴12的径向的外侧，与输入旋转轴12平行地设置。变速轴84能够旋转地支承于壳体16。变速轴84能够绕位置相对于输入旋转轴12不变的轴心C旋转。

传递体86形成为筒状。传递体86在输入旋转轴12周围与输入旋转轴12同轴地配置。传递体86通过花键嵌合或者压入等不能相对旋转地支承于输入旋转轴12。因此，传递体86能够与输入旋转轴12一体地旋转。

第1旋转体88具有圆筒形状，轴向的一端嵌入传递体86中。即，传递体86将输入旋转轴12与第1旋转体88结合。在第1旋转体88的外周形成有齿轮88A。

第2旋转体90在变速轴84周围与变速轴84同轴地配置。第2旋转体90通过花键嵌合和压入等不能相对旋转地支承于变速轴84。因此，第2旋转体90能够绕轴心C与变速轴84一体地旋转。在第2旋转体90的外周形成有齿轮90A。齿轮90A与第1旋转体88的齿轮88A啮合。因此，第1旋转体88的转矩经由传递体86传递至第2旋转体90。第2旋转体90的齿轮90A的齿数比第1旋转体88的齿轮88A的齿数少。因此，第1旋转体88的旋转被增速后传递至第2旋转体90。

第3旋转体92具有圆筒形状。第3旋转体92在变速轴84周围与变速轴84同轴地配置。第3旋转体92经由切换机构82支承于变速轴84。第3旋转体92也可以能够旋转地支承于变速轴84。第3旋转体92在通过切换机构82与变速轴84结合时，能够绕轴心C与第2旋转体90和变速轴84一体地旋转。在第3旋转体92的内周形成有与切换机构82结合的槽92B。在第3旋转体92的外周形成有齿轮92A。

第4旋转体94具有圆筒形状。第4旋转体94在输出部14周围与输出部14同轴地配置。第4旋转体94通过花键嵌合或者压入等与输出部14结合。因此，第4旋转体94能够与输出部14一体地旋转。在第4旋转体94的外周形成有齿轮94A。齿轮94A与第3旋转体92的齿轮92A啮合。因此，第3旋转体92的转矩被传递至第4旋转体94。第4旋转体94的齿轮94A的齿数比第3旋转体92的齿轮92A的齿数多。因此，第3旋转体92的旋转在以预定减速比减速后被传递至第4旋转体94。另外，第1旋转体88与第2旋转体90之间的增速比大于第3旋转体92与第4旋转体94之间的预定减速比。因此，当从第1旋转体88经过第2旋转体90和第3旋转体92向第4旋转体94传递旋转时，第4旋转体94的旋转速度大于第1旋转体88。

切换机构82在经由变速机构80连结输出部14和输入旋转轴12的第1状态与不经由变速机构80地连结输出部14和输入旋转轴12的第2状态之间切换。

切换机构82使得在第1状态下，在输入旋转轴12与第1旋转体88之间、第1旋转体88与第2旋转体90之间、第2旋转体90与第3旋转体92之间、第3旋转体92与第4旋转体94之间以及第4旋转体94与输出部14之间全部传递转矩。切换机构82使得在第2状态下在第2旋转体90与第3旋转体92之间不传递转矩。

切换机构82具有：配置在变速轴84与第3旋转体92的内周之间的控制部52；使控制部52动作的凸轮60；使凸轮60动作的致动器64；以及配置在传递机构28的内周与输出部14的外周之间的单向离合器96。

控制部52具有至少一部分配置在变速轴84的外周与第3旋转体92的内周之间的连结部50以及环状部件56。

连结部50设置于变速轴84的外周。连结部50能够将变速轴84与第3旋转体92连结。连结部50具有能够从变速轴84朝向第3旋转体92的内周突出的爪部件54。

环状部件56具有圆筒形状。环状部件56在变速轴84周围与变速轴84同轴地设置。环状部件56能够沿变速轴84的轴向移动。

单向离合器96是滚柱式离合器。在输入旋转轴12的向一个方向的旋转速度处于输出部14的向一个方向的旋转速度以上时，单向离合器96使输入旋转轴12与输出部14一体地旋转。在输入旋转轴12的向一个方向的旋转速度小于输出部14的向一个方向的旋转速度时，单向离合器96允许输入旋转轴12与输出部14的相对旋转。另外，一个方向的旋转相当于自行车（图示省略）前进时的输入旋转轴12的旋转方向。

当环状部件56在变速轴84的轴向上向从连结部50离开的一侧移动而处于离开了连结部50的位置时，即，当变速机构80处于第1状态时，槽56B从爪部件54离开，爪部件54移动到朝向第3旋转体92的槽92B突出的突出位置。由此，爪部件54嵌入槽92B中。因此，第3旋转体92不能相对于变速轴84和第2旋转体90进行相对旋转。因此，将变速轴84和第2旋转体90的转矩传递至第3旋转体92。

第4旋转体94的齿轮94A的齿数比第1旋转体88的齿轮88A的齿数少。因此，当切换机构82处于图14所示的第1状态时，输入至变速机构80的旋转被增速后输出至输出部14。当切换机构82处于第1状态时，输入旋转轴12和第1旋转体88的旋转速度小于输出部14的旋转速度。因此，单向离合器96允许输入旋转轴12和第1旋转体88与输出部14的相对旋转。因此，输入旋转轴12的旋转通过变速机构80增速后被输出至输出部14。

如图15所示，当环状部件56在变速轴84的轴向上向接近连结部50的一侧移动而处于与连结部50接触的位置时，即，当变速机构80处于第2状态时，槽56B将爪部件54下压。由此，爪部件54移动到从第3旋转体92的槽92B脱离的退避位置。即，环状部件56将连结部50从第3旋转体92分离。因此，第3旋转体92能够相对于变速轴84和第2旋转体90相对旋转。因此，变速轴84和第2旋转体90的转矩不传递至第3旋转体92。

当切换机构82处于图15所示的第2状态时，转矩不会从第2旋转体90传递至第3旋转体92。因此，当切换机构82处于第2状态时，输入旋转轴12和第1旋转体88的旋转速度在输出部14的旋转速度以上。因此，单向离合器96使输入旋转轴12和第1旋转体88与输出部14一体地旋转。因此，输入旋转轴12的旋转没有被变速机构80增速而输出至输出部14。

辅助机构22具有辅助马达66。辅助马达66的输出轴66A的齿轮与第2旋转体90的齿轮90A啮合。辅助马达66的旋转被传递至第2旋转体90。

在传递体86上安装有转矩传感器98。转矩传感器98将与作用于传递体86的转矩对应的信号输出至控制部24。控制部24根据转矩传感器98的输出来控制辅助马达66。转矩传感器98例如通过应变传感器实现。应变传感器的信号通过无线或有线被传送至控制部24。

传动单元10具有以下的效果。

（1）切换机构82能够使用辅助马达66的旋转力来切换变速机构80的变速状态。因此，与辅助马达66连结于比变速机构80靠下游的位置的情况相比，能够提高变速性能。

（2）连结部50配置在输入旋转轴12的旋转被增速后的变速轴84与第3旋转体92之间。即，作用于连结部50的转矩小于作用于输入旋转轴12的转矩。因此，在变速机构80处于第1状态并且连结部50的爪部件54嵌入第3旋转体92的槽92B中时，能够减小用于将爪部件54从槽92B拔出的力。切换机构20对旋转速度比输入旋转轴12高的转矩比输入旋转轴12小的变速轴84与第3旋转体92之间的转矩的传递进行切换。因此，与切换输入旋转轴12的旋转被减速后的部件之间的转矩的传递的情况相比，能够提高变速性能。

（3）切换机构20具有单向离合器96。因此，例如，与设置电动离合器来控制输入旋转轴12或者第1旋转体88与输出部14之间的转矩的传递的情况相比，能够简化传动单元10的结构。

（4）辅助马达66向第4旋转体94传递转矩。因此，与在从输入旋转轴12到输出部14的动力传递路径上向比第4旋转体94靠上游的位置传递辅助马达66的转矩的情况相比，能够减小作用于连结部50的转矩。因此，能够抑制变速性能因来自辅助马达66的转矩而降低。

（变形例）

自行车的传动单元可采用的具体的方式不限于上述实施方式中例示的方式。自行车的传动单元可以采用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的传动单元可采用的各种方式的一例。

・还可以将第1实施方式的辅助马达66经由减速机构68连接至齿轮架40或者输入旋转轴12。总之，在从输入旋转轴12到输出部14的动力传递路径上，只要是比与切换机构20的环状部件56连结的齿圈42靠上游，则可以向任意的旋转体传递马达66的转矩。

・还可以将第1实施方式的连结部50设置于对置部16A。在该情况下，在环状部件56的外周形成槽56B。并且，切换机构20使爪部件54在能够突出到形成于变速轴26的外周的槽中的突出位置与从形成于变速轴26的外周的槽脱离的退避位置之间移动。

・还可以将第1实施方式的行星齿轮机构30以如下的（A）～（E）的方式变更。

（A）将输入旋转轴12的旋转输入至作为输入体的齿圈，将作为输出体的齿轮架的旋转输出至输出部14，利用切换机构来控制作为控制对象旋转体且为传递体的太阳齿轮的旋转。

（B）将输入旋转轴12的旋转输入至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至输出部14，利用切换机构来控制作为控制对象旋转体且为传递体的齿圈的旋转。

（C）将输入旋转轴12的旋转输入至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至输出部14，利用切换机构来控制作为控制对象旋转体且为传递体的齿圈的旋转。

（D）将输入旋转轴12的旋转输入至作为输入体的太阳齿轮，将作为输出体的齿圈的旋转输出至输出部14，利用切换机构来控制作为控制对象旋转体且为传递体的齿轮架的旋转。

（E）将输入旋转轴12的旋转输入至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至输出部14，利用切换机构来控制作为控制对象旋转体且为传递体的齿轮架的旋转。

・还可以将第2实施方式的辅助马达66经由减速机构68连接至第1旋转体88、输入旋转轴12、变速轴84或者变速轴84。总之，在从输入旋转轴12到输出部14的动力传递路径上，只要是与切换机构20的环状部件56连结的变速轴84或者比变速轴84靠上游，则可以向任意的旋转体传递马达66的转矩。

・还可以将第2实施方式的连结部50设置于第3旋转体92的内周。在该情况下，环状部件56的槽56B形成为将连结部50向径向的外侧按压的形状。并且，切换机构82使爪部件54在能够突出到形成于变速轴84的外周的槽中的突出位置与从形成于变速轴26的外周的槽脱离的退避位置之间移动。

・还可以将第2实施方式的变速机构80变更为将输入至输入旋转轴12的旋转减速并输出的变速机构。在该情况下，代替单向离合器96而将与切换机构82同样的切换机构设置到第1旋转体88与输出部14之间，来控制动力的传递路径。

・还可以使第1和第2实施方式的单向离合器48、96为具有棘轮机构的单向离合器。

・还可以在第1和第2实施方式的传动单元10中设置防止输出部14的反转的单向离合器。单向离合器例如设置于输入旋转轴12与传递体（太阳齿轮36）之间。

・还可以省略第1和第2实施方式的减速机构68。

・还可以将第1和第2实施方式的传动单元10设置于曲轴的径向外侧。在该情况下，设置有将曲轴的旋转输入至输入旋转轴的传递机构。

・还可以省略第1和第2实施方式的致动器64。在该情况下，利用线缆将安装于自行车的操作装置与切换机构20、82连接，通过线缆的动作使凸轮60进行动作。

Claims (23)

1.一种自行车的传动单元，包括：

输入旋转轴；

输出部；

变速机构，具有至少两个变速级，能够使从上述输入旋转轴输入的旋转变速并输出至上述输出部；

辅助马达，连结于从上述输入旋转轴到上述输出部的动力传递路径，对应于人力驱动力被驱动；以及

切换机构，能够使用上述辅助马达的旋转力来切换上述变速机构的变速状态；

壳体，供前述输入旋转轴、前述输出部、前述变速机构、前述辅助马达以及前述切换机构设

置。

2.根据权利要求1所述的自行车的传动单元，其中，

上述切换机构的至少一部分连结于上述辅助马达与上述输出部之间的传递路径。

3.根据权利要求1或2所述的自行车的传动单元，其中，

上述变速机构包括行星齿轮机构。

4.根据权利要求3所述的自行车的传动单元，其中，

上述行星齿轮机构包括：输入体，能够旋转地支承于支承部件，上述输入旋转轴的旋转输入至该输入体；输出体，能够旋转地支承于上述支承部件，并将旋转输出至外部；以及传递体，

上述切换机构包括设置于上述输入体与上述输出体之间的单向离合器，上述切换机构控制上述传递体的旋转。

5.根据权利要求4所述的自行车的传动单元，其中，

在上述输入体的向一个方向的旋转速度处于上述输出体的向一个方向的旋转速度以上时，上述单向离合器使上述输入体与上述输出体一体地旋转，在上述输入体的向一个方向的旋转速度小于上述输出体的向一个方向的旋转速度时，上述单向离合器允许上述输入体与上述输出体的相对旋转。

6.根据权利要求4或5所述的自行车的传动单元，其中，

上述支承部件能够与上述传递体一体地旋转，

上述切换机构还包括：

连结部，设置于上述传递体或者与上述传递体对置的对置部，并能够在限制上述传递体向至少一个方向的旋转的突出位置与不限制上述传递体的旋转的退避位置之间移动；以及

控制部，使用上述辅助马达的旋转力使上述连结部从上述突出位置移动到上述退避位置。

7.根据权利要求6所述的自行车的传动单元，其中，

上述控制部按压上述连结部并使其从上述突出位置移动到上述退避位置。

8.根据权利要求6所述的自行车的传动单元，其中，

上述连结部绕着上述支承部件的旋转轴设置有多个。

9.根据权利要求6所述的自行车的传动单元，其中，

上述控制部包括环状部件，该环状部件能够与上述输出体一体地旋转，并在与上述连结部对置的部分具有随着朝向周向中的一方而沿径向变浅的槽。

10.根据权利要求4、5、7中的任一项所述的自行车的传动单元，其中，

上述辅助马达与上述输出体或者比上述输出体靠动力传递路径的上游侧的部分连结。

11.根据权利要求6所述的自行车的传动单元，其中，

上述传递体包括与上述支承部件一体地旋转的太阳齿轮，

上述输出体包括在上述太阳齿轮的周围与上述太阳齿轮同轴地配置的齿圈，

上述输入体包括使配置在上述太阳齿轮与上述齿圈之间的多个行星齿轮一体地旋转的齿轮架。

12.根据权利要求11所述的自行车的传动单元，其中，

上述连结部设置于上述支承部件。

13.根据权利要求1或2所述的自行车的传动单元，其中，

上述变速机构具有包括控制对象旋转体的多个旋转体，

上述切换机构包括：

连结部，设置于上述控制对象旋转体或者与上述控制对象旋转体对置的对置部，上述连结部能够在限制上述控制对象旋转体向至少一个方向的旋转的突出位置与不限制上述控制对象旋转体的旋转的退避位置之间移动；以及

控制部，使用上述辅助马达的旋转力使上述连结部从上述突出位置移动到上述退避位置。

14.根据权利要求13所述的自行车的传动单元，其中，

上述控制部按压上述连结部并使其从上述突出位置移动到上述退避位置。

15.根据权利要求13所述的自行车的传动单元，其中，

上述连结部绕上述控制对象旋转体的旋转轴设置有多个。

16.根据权利要求13所述的自行车的传动单元，其中，

上述控制部包括环状部件，该环状部件能够与上述变速机构所包括的上述多个旋转体中的除了上述控制对象旋转体之外的另外一个旋转体一体地旋转，并在与上述连结部对置的部分具有随着朝向周向中的一方而沿径向变浅的槽。

17.根据权利要求16所述的自行车的传动单元，其中，

上述辅助马达与上述另外一个旋转体或者比上述另外一个旋转体靠上述动力传递路径的上游侧的部分连结。

18.根据权利要求9或16所述的自行车的传动单元，其中，

上述环状部件向径向内侧按压上述连结部。

19.根据权利要求6所述的自行车的传动单元，其中，

上述连结部具有爪部件。

20.根据权利要求9或16所述的自行车的传动单元，其中，

上述控制部还包括用于使上述环状部件沿旋转轴方向移动的凸轮和驱动上述凸轮的电动马达。

21.根据权利要求1或2所述的自行车的传动单元，其中，

上述输入旋转轴是被输入人力驱动力的曲轴。

22.根据权利要求21所述的自行车的传动单元，其中，

上述辅助马达配置在上述曲轴的径向的外侧。

23.根据权利要求1或2所述的自行车的传动单元，其中，

上述变速机构包括：

第1旋转体，能够与上述输入旋转轴一体地旋转；

第2旋转体，能够绕位置相对于上述输入旋转轴不变的轴心旋转，上述第1旋转体的旋转传递至该第2旋转体；

第3旋转体，能够与上述第2旋转体一体地旋转；以及

第4旋转体，上述第3旋转体的旋转力传递至该第4旋转体，该第4旋转体能够与上述输出部一体地旋转，

上述切换机构包括：

连结部，设置于与上述第2旋转体和上述第3旋转体中的一方对置的对置部，并能够在限制上述第2旋转体和上述第3旋转体中的一方的向至少一个方向的旋转的突出位置与不限制上述第2旋转体和上述第3旋转体中的一方的旋转的退避位置之间移动；以及

控制部，使用上述辅助马达的旋转力使上述连结部从上述突出位置移动到上述退避位置。