CN1069277C - 附有动力的自行车的驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种与自行车的后轮或前轮的轮毂同轴配置电动机的输出轴而予以内部驱动的附有动力自行车的驱动装置，其以马达的输出轴的第1小齿轮、行星齿轮、被公转的旋转臂及被固定的第1内周齿来构成行星齿轮机构，以构成第1减速机构，该减速机构的输出做为旋转臂的外周齿的旋转而输出，被减速的马达的输出旋转驱动第2小齿轮，该小齿轮的旋转经由第2减速机构所减速，并借助单向离合器而旋转驱动轮毂体，单向离合器在停止踏板的踩踏时仍可将马达的动力传递于前车轮。

Description

附有动力的自行车的驱动装置

本发明是关于附有动力的自行车的驱动装置。更详细地说是关于与自行车的后轮毂或前轮毂以同轴方式配置电动机的输出轴，以内部驱动的附有动力的自行车的驱动装置。

载置电池而在驱动动力上搭载了电动机的附有动力的自行车是习知。但自行车仍然主要以人的踏动踏板为其动力。附有动力的自行车乃是具有辅助人的踩踏力的机构的自行车。此种自行车的驱动装置有各种提案，其中已知的有在轮毂中装入直流电动机的方式(参照日本专利特开昭53-93515号，特表平6-506891号公报)。

在轮毂中装入电动机的型式具有可以使的紧凑并具有小型的驱动机构的优点。此种装入于轮毂的电动机，通常被配置成输出轴的中心轴线的方向是垂直于轮毂轴的位置。此时考虑旋转的平衡，电动机的重心大致设计为位于旋转轴上，也就是该电动机的重心将会位于离开车轮的中心轴，即离开轮毂轮的中心的位置的情形较多。

若是考虑车轮的惯性矩，则电动机的重心位置应尽可能在轮毂轴的中心线为宜。若是考虑随着电动机的转子，亦即随着即输出轴的旋转加速、减速的惯性力矩的变动，则应使输出轴的轴线与轮毂轴的轴线成同轴一致为宜。但是即使将电动机的输出轴，与尺寸上受限制的轮毂内的轮毂轴，以同轴方式装入，由于也同样必须将减速机构装入轮毂内，因此若要满足此两者，在机构上是相当困难的。

另一方面，链条传递的自行车的后轮毂具有自由轮，只有在用踏板驱动时，才会以正旋转方向将旋转力传送于驱动轮，而不会相反地将驱动轮的正旋转力传递到踏板。自由轮具有只传递单方向旋转力的作用，亦即具有单向离合器机构。由于一般前轮毂不具备此种自由轮机构，所以在前轮毂中装入电动机驱动前轮时，如电动机不动作时，即踏板驱动时，连电动机的转子也一齐驱动，所以踏板操作变得沉重。在附有动力的自行车中的车毂的有限空间内，将电动机，单向离合器机构，以及减速机构等三个机构装入是非常困难的。

本发明是在上述技术背景下作出，其目的是：

提供电动机的输出轴与轮毂轴为同轴的附有动力的自行车的驱动装置。

本发明的另一个目的是提供与踏板的操作无关，能传送电动机旋转的附有动力的自行车的驱动装置。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种附有动力的自行车的驱动装置，其是与利用脚踏板借助传动装置所驱动的自行车的后轮或前轮的轮毂同轴地装入由电动机所驱动的输出轴，将上述输出轴的输出传递给上述轮毂的毂体，由此驱动上述自行车的后轮或前轮，其特征为具有：

介于上述轮毂体与上述输出轴之间，用于只传递单方向旋转的单向离合器；由多个减速齿轮机构构成的可使上述电动机输出减速的减速机构。

所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述减速机构是与上述轮毂同轴配置的。

所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述减速机构是由用于减速上述电动机的输出的第1减速机构、以及减速上述第1减速机构的输出的第2减速机构所构成。

所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述减速机构是用行星齿轮机构使上述电动机的旋转输出减速而将旋转传递给上述轮毂的毂体。

所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述电动机是配置在上述轮毂的外部。

所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述电动机是配置于上述轮毂的毂体内部。

所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述电动机是固定在轮毂轴上的。

本发明具有以下积极效果：

如上所详述，由于本发明在轮毂中装入减速机构、单向离合器以及电动机，因此可实现小型化的构造。又因为在轮毂内装入单向离合器，因此可与踏板操作无关地将电动机的动力传递给车轮，亦具有能确保骑车人员安全的效果。

以下参照附图，说明本发明的实施例：

图1是表示本发明第1实施形态的轮毂断面图。

图2是表示本发明第2实施形态的轮毂断面图。

图3是表示本发明第3实施形态的轮毂断面图。

图4是表示本发明第4实施形态的轮毂断面图。

下面依图说明本发明的实施形态。图1是本发明第1实施形态的自行车轮毂的断面图。轮毂轴1是中空或实心的轴，两端备有公螺纹2、3。在公螺纹2、3上拧有螺帽7，插入前叉5的爪6而将爪6固定于轮毂轴上。

在轮毂轴1的一端，配置有电动机10。电动机10是由电池(没图示)输出的直流电源来驱动的马达。电动机10是以螺帽11而固定于轮毂轴1。电动机10的马达输出轴12的中心轴是即与轮毂1的中心轴线相一致。在马达输出轴12的中心形成有中心孔13。

在中心孔13里贯穿状地配置有毂轴1。于马达输出轴12的先端外周形成有第1小齿轮14。第1小齿轮14上啮合有行星齿轮15。行星齿轮15是在第1小齿轮14的外周等角度位置地配置有三个。行星齿轮15的轴16的两端是旋转自如地支撑于旋转臂17的轴承部18上。

旋转臂17是大约呈环状形状，支撑3个行星齿轮15，旋转自如地配置于轮毂轴1的周围。在第1环状齿轮20的一端端面形成具有矩形齿22的接头21。齿22是啮合于形成在钢珠压接件25的齿26。齿26上亦同样地形成有能与齿22相啮合的矩形齿形，结果第1环状齿轮20借助即着钢珠压接件25而固定于轮毂轴1。

钢珠压接件25的外周形成有滚动面27，在滚动面27上配置有钢珠28并在此滚动。钢珠28同时也在形成于呈圆筒形的轮毂体30的滚动面31上滚动。

在轮毂体30的另一端形成有滚动面32，在滚动面32有钢珠33滚动。钢珠33也同时在钢珠压接件35上滚动，以这方式构成轴承。钢珠压接件34是借助固定螺帽36而固定于轮毂轴1。在轮毂体30上成一体地平行地形成有二枚轴环37。轴环37是由轮幅(没图示)的一端拉紧轮辐38而固定。

因而钢珠28、33将互相旋转自如地支撑钢珠压接件25、34与轮毂体30。

行星齿轮15是啮合于形成在第1环状齿轮20的环状的内齿齿轮(第1内周齿轮40)。在第1环状齿轮20上配置有三个第2小齿轮41。第2小轮41的轴42旋转自如地支撑于第1环状齿轮20。

第2小齿轮41啮于设置在旋转臂7的外周齿42。同时第2小齿轮41啮合于第2环状齿轮45的第2内周齿44。

由于第2小齿轮41不公转，所以由旋转臂17的公转而由外周齿43所旋转驱动。由于第2小齿轮41的旋转而借助于第2内周齿44而使第2环状齿轮45被旋转驱动。

在于第2环齿轮45的外周配置有单向离合器50，即棘闸机构。单向离合器50的爪51是啮合于设置于轮毂体30的内周面的齿52。爪51即以圆形的弹簧而锁紧于中心方向，亦即是保持被弹拨于立起的方向，所以可啮合于棘闸齿52。

因此可以只将单方向的旋转传递给轮毂体30。

由于单方向离合器50只具有传递单方向的旋转力的作用，所以只可以将电动机10的动力传递于车轮。自由轮上具有只将单方向的旋转力传递的作用，即具备单向离合器。如果不具备单向离合器50时，即停止电动机10时踩踏踏板时马达10的转子也一齐驱动，因此踏板也会变重。

又单向离合器也具有隔断转子的惯性转矩的利点。

由上述说明可了解行星齿轮机构，是由电动机10的输出轴12、第1小齿轮14、行星齿轮15、被公转的旋转臂17以及被固定的环状齿轮的第1内周齿40所构成面成为差动齿轮机构。换言的，构成减速电动机10的输出旋转的第1齿轮14的旋转的第1减速机构。

第1减速机构输出是把旋转臂17的外周齿43的旋转作为输出。被减速的电动机10的输出即旋转驱动第2小齿轮41。于是第2小齿轮41将旋转驱动环状齿轮的第2内周齿44。由于第2小齿轮41的齿数比第2内周齿44的齿数少，故将被更为减速。该行星齿轮机构虽不构成差动齿轮机构，但将构成第2减速机构。

被减速的旋转借助于单向离合器50而旋转驱动轮毂体30。

第1实施形态的动作

下面说明上述第1实施形态的动作。由上述说明可了解，电动机10的输出轴12的第1小齿轮14，行星齿轮15，被公转的旋转臂17及被固定的第1内周齿轮42是构成行星齿轮机构，而成为差动齿轮机构。换言的，构成减速电动机10的输出旋转的第1小齿轮14的旋转的第1减速机构。

第1减速机构的输出是以旋转臂17的外周齿43的旋转作为输出。由减速的电动机10的输出旋转驱动第2小齿轮41。由第2小齿轮41旋转驱动第2内周齿44。由于第2小齿轮41的齿数少于第2内周齿44的齿数，因此更被减速。

该行星机构虽不构成差动齿轮机构，但构成减速机构。被减速的旋转借助单向离合器50而旋转驱动轮毂体30。

即使停止脚踩踏板，单向离合器50仍可以将电动机10的动力只传递给车轮。

第2实施形态

图2是表示本发明的第2实施形态。第2实施形态的减速机构是基本上与第1实施形态相同。但电动机10a的构造，配置位置及减速机构的齿轮的齿数有所不同。下面只说明与第1实施形态不同构造部分，而同样构造的部分标上与第1实施例相同的标号并省略其说明。

电动机10a是装入在轮毂体30的内部。钢珠压接件25a用压入等的手段固定于电动机10a的外壳的外周。动力传递经路及减速机构是与上述第1实施形态相同。

第3实施形态

图3是表示本发明的第3实施形态。第3实施形态的减速机构基本上与第1实施形态相同，但电动机(没图示)的配置位置及减速机构的齿轮的齿数将不相同。下面只说明与第1实施形态构造不同的处，对于相同构造部分标上与第1实施形态相同的标号并省略其说明。

电动机(没图示)是固定于轮毂体30的外部的前叉5上。电动机的输出轴的旋转借助于同步皮带19而驱动同步带轮29。

同步带轮29即波浪切口状的固定于驱动圆盘23上，所以互相不能转动。第1小齿轮14是啮合于行星齿轮15。驱动圆盘23由钢珠28及钢珠24a而旋转自如地被支撑。钢珠24a是由钢珠压接件24所支撑。钢珠压接件24即被固定于输毂轴1上。

在上述第1实施形态1中，旋转臂17是借助第1环状齿轮20上所设的齿22及钢珠压接件25的齿26的啮合而被固定，第3实施形态中，旋转臂17的内周孔及轮毂轴1的外周面形成有锯齿形花键20而使两者相啮合。因此旋转臂17及轮毂轴1互相被固定而停止旋转臂17的旋转。

第4实施形态

图4是表示本发明的第4实施形态的断面图。下面依图说明本发明第4实施形态。图4是本发明的第4实施形态的自行车轮毂的断面图。轮毂轴61是中空或实心的轴，两端形成有公螺纹62、63。在公螺纹62、63上拧有螺帽67。插入前叉65的爪66而将前叉爪65固定于轮毂轴61。轮毂轴61的中央部的外周配置有电动机70。电动机70是以直流电源驱动的马达。电动机70的输出轴72的中心与轮毂轴61的中心轴线相一致。在马达输出轴72的中心形成有中心孔73。

中心孔73中贯穿有轮毂轴61，且由轴承旋转自如地被支撑。马达输出轴72的前端外周形成有小齿轮74。在小齿轮74上啮合有中间齿轮75。中间齿轮75即共三个，配置于小齿轮74的外周等角的位置。中间齿轮75配置四个亦可。

中间齿轮75的轴76的两端是旋转自如地支撑于固定臂77。固定臂77由螺帽68固定于轮毂轴61。固定臂77的中心具有贯穿孔。在贯穿孔的周面形成矩形的齿82的接头81。齿82啮合于形成于轮毂轴61的齿86。

齿86与齿82可啮合地形成有相同的矩形的齿形。结果，固定臂77被固定于轮毂轴1。固定臂77是略呈环状，支撑有三个中间齿轮75，且配置于小齿轮74的周围。三个中间小齿轮75的外周配置有环状的第1环状齿轮80。

在第1环状齿轮80的外周配置有单向离合器90。单向离合器90的爪91是啮合于设在轮毂体100的内周面的齿102。爪91由圆形的弹簧93弹拨于站起的方向，即弹拨于可啮合的方向。所以可啮合于齿102。所以可只将单方向的旋转传递于轮毂体100。

电动机70的外周形成有螺纹110，螺纹110螺合钢珠压接件95，钢珠压接件95的外周形成有滚动面97，滚动面97上配置有钢珠98并在上面可滚动。钢珠98也在形成于呈圆筒状的轮毂体100的内周孔的滚动面101上。

钢珠压接件95是以固定螺帽106固定在电动机70的外壳上。同样在电动机70的另一端也由钢珠107而旋转自如地支撑于轮毂100。在轮毂体100上成一体平行地形成有二枚轴环108。轴环108是由轮辐(没图示)的一端拉紧轮辐孔而固定。

由上述的说明可了解电电动机70的输出轴72的小齿轮74，中间齿轮75，及齿102构成减速机构。电动机70的旋转输出经过小齿轮74被减速而传递给齿102，又借助单向离合器90而旋转驱动轮毂体100。

(其他实施形态)

上述实施形态是在前轮毂中装入电动机为例，但也可以装入于后轮毂内。

(实施例)

上述第1实施例形态有下述的实施例。第1小齿轮14的齿数22齿，第1内周齿40的齿数80齿，旋转臂17的外径66mm，外周齿43的齿数22齿，第2环状齿轮45的第2内周齿44的齿数80齿，轮毂体30的外径75mm，内径67mm，电动机10的外径120mm，轮毂的全长约100mm。

上述第2实施例形态有下述的实施例。第1小齿轮14的齿数22齿，第1内周齿40的齿数95齿。外周齿43的齿数22齿。第2环状齿轮45的第2内周齿44的齿数95齿。轮毂体30的外径105mm，97mm，轮毂的全长约100mm第3实施形态是与第2实施形态大致相同。

Claims (7)

1、一种附有动力的自行车的驱动装置，其是与利用脚踏板借助传动装置所驱动的自行车的后轮或前轮的轮毂同轴地装入由电动机所驱动的输出轴，将上述输出轴的输出传递给上述轮毂的毂体，由此驱动上述自行车的后轮或前轮，其特征为具有：

介于上述轮毂体与上述输出轴之间，用于只传递单方向旋转的单向离合器；

由多个减速齿轮机构构成的可使上述电动机的输出减速的减速机构。

2、如权利要求1所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述减速机构是与上述轮毂同轴配置的。

3、如权利要求1或2所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述减速机构是由用于减速上述电动机的输出的第1减速机构、以及减速上述第1减速机构的输出的第2减速机构所构成。

4、如权利要求1或2所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述减速机构是用行星齿轮机构使上述电动机的旋转输出减速而将旋转传递给上述轮毂的毂体。

5、如权利要求1或2所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述电动电动机是配置在上述轮毂的外部。

6、如权利要求1或2所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述电动机是配置于上述轮毂的毂体内部。

7、如权利要求1或2所述的附有动力的自行车的驱动装置，其特征为：上述电动机是固定在轮毂轴上的。

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