CN107000809A - 自行车用驱动单元 - Google Patents

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CN107000809A CN201580063715.4A CN201580063715A CN107000809A CN 107000809 A CN107000809 A CN 107000809A CN 201580063715 A CN201580063715 A CN 201580063715A CN 107000809 A CN107000809 A CN 107000809A
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gear
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Abstract

本发明提供的自行车用驱动单元(40)包括行星齿轮机构(46)、第一马达(50)和动力切换机构(48)。所述行星齿轮机构(46)具备输入有曲柄轴(42)的旋转的输入体(56)、将所述行星齿轮机构(46)的旋转向外部输出的输出体(62)和传递体(54)。所述第一马达(50)控制所述传递体(54)的旋转。所述输出体(62)在第一旋转方向的旋转从所述曲柄轴(42)输入给所述输入体时，向与所述第一旋转方向相应的方向旋转。所述动力切换机构(48)在第二旋转方向的旋转从所述曲柄轴(42)输入给所述输入体(56)时，使所述输出体(62)向与第二旋转方向相应的方向旋转。

Description

自行车用驱动单元
技术领域
本发明涉及自行车用驱动单元。
背景技术
在专利文献1中记载有无级变速式的自行车用驱动单元。在该自行车用驱动单元中，马达控制行星齿轮机构的构成要素的旋转，从而向行星齿轮机构传递转矩，且能够无级地变更行星齿轮机构的变速比。
该自行车用驱动单元的行星齿轮机构包括行星齿轮架和环形齿轮，输入给行星齿轮架的旋转通过环形齿轮输出。在踏板曲柄轴与行星齿轮架之间介入有单向离合器。该单向离合器仅在踏板曲柄轴向前进旋转方向旋转时，将踏板曲柄轴与行星齿轮架机械地连结并将踏板曲柄轴的旋转传递给行星齿轮架。
现有技术文献
专利文献1：日本专利特开2008-285069号
发明内容
该单向离合器在踏板曲柄轴向与前进旋转方向相反的方向旋转时，不将踏板曲柄轴的旋转传递给行星齿轮架。因此，专利文献1的自行车用驱动单元不能倒轮式刹车。
本发明的目的在于提供能够倒轮式刹车的自行车用驱动单元。
根据本发明的自行车用驱动单元的一个方式，包括行星齿轮机构、第一马达和动力切换机构，所述行星齿轮机构具备输入有曲柄轴的旋转的输入体、将所述行星齿轮机构的旋转向外部输出的输出体、和传递体，所述第一马达控制所述传递体的旋转，所述输出体在第一旋转方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述输入体时，向与所述第一旋转方向相应的方向旋转，所述动力切换机构在第二旋转方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述输入体时，使所述输出体向与第二旋转方向相应的方向旋转。
在若干个例子中，所述动力切换机构在所述第二旋转方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述输入体时，，使所述输入体和所述输出体连结并一体地旋转。
在若干个例子中，所述输入体是环形齿轮，所述输出体是齿轮架，所述传递体是太阳齿轮。
在若干个例子中，所述动力切换机构在所述第一旋转方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述环形齿轮，所述齿轮架的旋转比所述环形齿轮的旋转快时，容许所述环形齿轮与所述齿轮架的相对旋转。
在若干个例子中，所述动力切换机构在所述第一选择方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述环形齿轮时，使所述环形齿轮与所述齿轮架连结并一体地旋转，直到所述齿轮架的旋转变为比所述环形齿轮的旋转快。
在若干个例子中，所述动力切换机构的至少一部分配置在所述环形齿轮或所述曲柄轴与所述齿轮架之间。
在若干个例子中，所述环形齿轮和所述齿轮架包括所述环形齿轮的内周与所述齿轮架的外周在所述行星齿轮机构的径向上相对的部分，所述动力切换机构配置于所述环形齿轮的内周与所述齿轮架的外周相对的部分。
在若干个例子中，所述动力切换机构包括形成于所述环形齿轮的内周和所述齿轮架的外周的一者且在周向上深度不同的槽、和配置在所述槽的内部的转动体。
在若干个例子中，所述槽随着从周向的中间部向两端部而变浅。
在若干个例子中，所述动力切换机构还包括第一施力部件、第二施力部件和设置有所述行星齿轮机构的外壳，所述第一施力部件向所述转动体施加朝向所述槽的一端的力，所述第二施力部件可滑动地支撑于所述外壳，且在所述第二旋转方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述输入体时，向所述转动体施加朝向所述槽的另一端的力。
在若干个例子中，所述输入体是齿轮架，所述输出体是环形齿轮，所述传递体是太阳齿轮。
在若干个例子中，所述动力切换机构的至少一部分配置在所述环形齿轮与所述齿轮架或所述曲柄轴之间。
在若干个例子中，所述曲柄轴和所述环形齿轮包括所述曲柄轴的外周与所述环形齿轮的内周在所述行星齿轮机构的径向上相对的部分，所述动力切换机构配置于所述环形齿轮的内周与所述曲柄轴的外周相对的部分。
在若干个例子中，所述动力切换机构具备配置于所述曲柄轴的外周与所述环形齿轮的内周相对的所述部分的切换部，所述切换部具备与所述齿轮架连结且与所述齿轮架的轴向平行的旋转轴、和可旋转地支撑于所述旋转轴的爪部，所述切换部在所述曲柄轴向所述第一旋转方向旋转时，所述爪部从所述曲柄轴和所述环形齿轮的至少一者远离，在所述曲柄轴向所述第二旋转方向旋转时，通过所述爪部绕着所述旋转轴旋转，所述爪部与所述曲柄轴及所述环形齿轮接触，将所述齿轮架和所述环形齿轮连结。
在若干个例子中，所述动力切换机构还包括：凸部，该凸部在所述曲柄轴的外周与所述齿轮架的内周相对的部分形成在所述曲柄轴的外周和所述齿轮架的内周的一者；第一槽，该第一槽在所述曲柄轴的外周与所述齿轮架的内周相对的部分形成在所述曲柄轴的外周和所述齿轮架的内周的另一者，以所述齿轮架相对于所述环形齿轮可移动的方式收容所述凸部；第二槽，该第二槽在所述环形齿轮的内周形成在与所述曲柄轴的外周相对的部分；以及施力部件，该施力部件向所述爪部施加力，所述施力部件向所述爪部施加向所述曲柄轴按压的力，在所述曲柄轴向所述第一旋转方向旋转时，通过所述曲柄轴相对于所述齿轮架在所述第一旋转方向上相对移动，所述爪部以脱离所述环形齿轮的所述第二槽的方式旋转，并远离所述环形齿轮，在所述曲柄轴向所述第二旋转方向旋转时，通过所述曲柄轴相对于所述齿轮架在所述第二旋转方向上相对移动，所述爪部以进入所述环形齿轮的所述第二槽的方式旋转，并嵌入所述环形齿轮的所述第二槽，将所述齿轮架与所述环形齿轮连结。
在若干个例子中，还包括至少收容所述行星齿轮机构的外壳、和设置于所述太阳齿轮与所述外壳之间且容许所述太阳齿轮相对于所述外壳仅向单一旋转方向旋转的单向离合器。
在若干个例子中，还包括至少收容所述行星齿轮机构的外壳、和设置于所述第一马达的输出轴或转子与所述外壳之间且容许所述第一马达的所述输出轴或所述转子相对于所述外壳仅向单一旋转方向旋转的单向离合器。
在若干个例子中，所述太阳齿轮配置在所述曲柄轴的周围且与所述曲柄轴同轴。
在若干个例子中，所述第一马达配置在所述曲柄轴的周围且与所述曲柄轴同轴。
在若干个例子中，所述太阳齿轮与所述第一马达的输出轴一体地形成。
在若干个例子中，还具备输出部，该输出部与所述输出体连结，且可安装前链轮。
在若干个例子中，还具备所述曲柄轴。
在若干个例子中，还具备第二马达，该第二马达向所述输出体或所述输入体传递转矩。
在若干个例子中，所述第二马达的旋转轴在所述曲柄轴的径向上远离所述曲柄轴而配置。
在若干个例子中，还具备控制部，该控制部控制所述第一马达和所述第二马达
发明的效果
根据本发明，可以得到能够倒轮式刹车的自行车用驱动单元。本发明的其他方面和优点通过表示本发明的技术思想的例子的附图以及以下的记载得以明确。
附图说明
[图1]搭载第一实施方式的自行车用驱动单元的自行车的侧面图；
[图2]图1的自行车用驱动单元的剖面图；
[图3]表示图2的行星齿轮机构的各构成要素的旋转方向的示意图；
[图4]图2的动力切换机构的放大剖面图；
[图5]沿图4的5-5线的剖面图；
[图6]图5的曲柄轴向反向旋转方向旋转时的剖面图；
[图7]表示图2的曲柄轴向反向旋转方向旋转时的行星齿轮机构的各构成要素的旋转方向的示意图；
[图8]图5的行星齿轮机构的环形齿轮与齿轮架一体地向正向旋转方向旋转时的剖面图；
[图9]第二实施方式的自行车用驱动单元的剖面图；
[图10]表示图9的行星齿轮机构的各构成要素的旋转方向的示意图；
[图11]图10的动力切换机构的放大剖面图；
[图12]沿图11的12-12线的剖面图；
[图13]图12的曲柄轴向反向旋转方向旋转时的剖面图；
[图14]第二实施方式的变形例的自行车用驱动单元的示意图。
具体实施方式
(第一实施方式)
参照图1，说明搭载自行车用驱动单元的自行车的构成。
自行车10具有车架12、车把14、前轮16、后轮18、驱动机构20、电池单元22、以及驱动单元40。
驱动机构20包括左右的曲柄臂24、左右的踏板26、前链轮30、后链轮32、以及链条34。左右的曲柄臂24经由驱动单元40的曲柄轴42可旋转地安装于车架12。踏板26可绕着踏板轴28旋转地安装于曲柄臂24。
前链轮30与驱动单元40的输出部64(参照图2)连结。前链轮30与曲柄轴42同轴设置。后链轮32可绕着后轮18的车轴18A旋转地安装。链条34挂在前链轮30和后链轮32上。当通过施加在踏板26的人力驱动力而曲柄臂24旋转时，通过前链轮30、链条34及后链轮32，从而后轮18旋转。
电池单元22具备电池36以及用于将电池36可装卸地安装于车架12的电池座38。电池36包括一个或多个单电池。电池36由二次电池构成。电池36与驱动单元40电连接，向驱动单元40供给电力。
如图2所示，驱动单元40具备行星齿轮机构46、动力切换机构48、第一马达50。驱动单元40也可以具备曲柄轴42、外壳44和第二马达52。
外壳44收容行星齿轮机构46、动力切换机构48、第一马达50和第二马达52。外壳44将曲柄轴42可旋转地支撑。曲柄轴42贯通外壳44而设置。
行星齿轮机构46具备太阳齿轮54、环形齿轮56、多个行星齿轮58、多个行星销60和行星齿轮架(有时也仅称为齿轮架)62。环形齿轮56作为被输入曲柄轴42的旋转的输入体而发挥作用。齿轮架62作为将行星齿轮机构46的旋转向外部输出的输出体而发挥作用。太阳齿轮54作为传递体而发挥作用。
太阳齿轮54配置在曲柄轴42的周围且与曲柄轴42同轴。
环形齿轮56配置于比太阳齿轮54更靠曲柄轴42的径向的外侧。环形齿轮56配置在曲柄轴42的周围且与曲柄轴42同轴。因此，环形齿轮56配置在太阳齿轮54的周围且与太阳齿轮54同轴。曲柄轴42例如通过花键嵌合或压入等与环形齿轮56的内周(中心部)连接。曲柄轴42的旋转输入给环形齿轮56，环形齿轮56与曲柄轴42一体地旋转。
多个行星齿轮58配置在太阳齿轮54和环形齿轮56之间。各行星齿轮58具备大径部58A和小径部58B。大径部58A的外周的齿轮配置在与太阳齿轮54的外周相对的部分，使其与太阳齿轮54啮合。小径部58B的外周的齿轮配置在与环形齿轮56的内周相对的部分，使其与环形齿轮56啮合。代替具有大径部58A和小径部58B的行星齿轮58，也可以使用由通常的单齿轮构成的行星齿轮。
多个行星销60分别在轴向上贯通行星齿轮58。各行星销60将各行星齿轮58可旋转地支撑。各行星销60的两端部被齿轮架62可旋转地支撑。只要各行星销60的两端部被齿轮架62可旋转地支撑，各行星销60也可以不能够旋转地被支撑于各行星齿轮58。只要各行星销60将各行星齿轮58可旋转地支撑，各行星销60的两端部也可以不能够旋转地被齿轮架62支撑。
齿轮架62配置在曲柄轴42的周围且与曲柄轴42同轴。齿轮架62经由多个行星销60将多个行星齿轮58可旋转地保持。因此，多个行星齿轮58在太阳齿轮54与环形齿轮56之间绕着太阳齿轮54公转。
齿轮架62具备支撑多个行星销60的一端的第一齿轮架62A和支撑多个行星销60的另一端的第二齿轮架62B。第一齿轮架62A在轴向上与行星齿轮58中的小径部58B的端部相对。第二齿轮架62B与行星齿轮58中的大径部58A的端部相对。第一齿轮架62A与第二齿轮架62B彼此不能相对移动地连结并一体地旋转。第一齿轮架62A与第二齿轮架62B也可以一体地形成。
第一齿轮架62A具备圆筒形状的连结部62C，该连结部62C配置于在太阳齿轮54的内周与曲柄轴42之间所形成的空间。在连结部62C的端部连接有输出部64。输出部64的一端收容在外壳44的内部，另一端露出于外壳44。在输出部64的露出于外壳44的部分的内周旋入螺栓B。前链轮30通过花键在输出部64的周向上被不可旋转地支撑。前链轮30通过螺栓B在轴向上不可移动地安装于输出部64。输出部64也可以与连结部62C一体地形成。
第一马达50配置在曲柄轴42的周围且与曲柄轴42同轴。第一马达50在曲柄轴42的轴向上配置于与行星齿轮机构46相邻的位置。第一马达50在曲柄轴42的轴向上配置在行星齿轮机构46与前链轮30之间。
第一马达50是内转子式的马达，具备支撑于外壳44的定子50A和配置在定子50A的内周侧的转子50B。在转子50B的轴向的端部安装有太阳齿轮54的端部。即，太阳齿轮54与第一马达50的输出轴一体地形成。转子50B和太阳齿轮54能够相对于曲柄轴42旋转。第一马达50向太阳齿轮54传递转矩，控制太阳齿轮54的旋转。定子50A固定于外壳44。
第二马达52的旋转轴在曲柄轴42的径向上远离曲柄轴42而配置。第二马达52的输出齿轮52A与在环形齿轮56的外周形成的齿轮56A啮合。第二马达52经由齿轮56A向环形齿轮56传递转矩。另外，也可以在第二马达52的旋转轴与环形齿轮56之间的动力传递路径设置单向离合器。该单向离合器构成为将第二马达52的旋转传递给环形齿轮56，但是并不将曲柄轴42向单一旋转方向旋转时的环形齿轮56的旋转传递给第二马达52。
如图4所示，动力切换机构48配置在齿轮架62与环形齿轮56之间，优选地，配置在第二齿轮架62B的外周与环形齿轮56的内周在径向上相对的部分。动力切换机构48具备多个转动体66、保持多个转动体66的保持部68、第一施力部件70(参照图5)和第二施力部件72。
如图5所示，多个转动体66配置于在环形齿轮56的内周形成的槽56B的内部。槽56B在周向上深度不同。槽56B随着从周向的中间部向两端部而变浅。
第一施力部件70安装于槽56B和保持部68。第一施力部件70向多个转动体66施加朝向槽56B的一端的力。在本实施方式中，第一施力部件70向转动体66施加的力的朝向是与自行车10前进时的曲柄轴42的旋转方向相反的方向(反向旋转方向)。
第二施力部件72是圆环状的弹簧部件。第二施力部件72是所谓的滑动弹簧。第二施力部件72的圆环状的部分嵌入设置在外壳44的内部的圆筒状的支撑部44A。支撑部44A从外壳44的内壁延伸而形成。第二施力部件72的周向的一端与另一端间隔开。第二施力部件72的一端嵌入在保持部68形成的槽68A。第二施力部件72可滑动地被支撑部44A支撑。因此，在另一个方向(例如反向旋转方向)的旋转从曲柄轴42输入给环形齿轮56时，第二施力部件72向转动体66施加朝向槽56B的另一端的力。此时，第二施力部件72向多个转动体66施加的力的朝向与自行车10前进时的曲柄轴42的旋转方向(正向旋转方向)的朝向相同。在一个方向的旋转(例如正向旋转方向)从曲柄轴42输入给环形齿轮56时，第二施力部件72向转动体66施加朝向槽56B的一端的力。如图5所示，在正向旋转方向的旋转从曲柄轴42输入给环形齿轮56，环形齿轮56向正向旋转方向旋转，且齿轮架62比环形齿轮56更快地向正向旋转方向旋转时，转动体66与齿轮架62的滑动阻力变为比基于第一施力部件70与第二施力部件72的向槽56B的一侧的偏离力大，多个转动体66位于可以是槽56B的两端的中间的深的部分。因此，环形齿轮56与齿轮架62的相对旋转被容许。
如图6所示，在反向旋转方向的旋转从曲柄轴42输入给环形齿轮56，环形齿轮56向反向旋转方向旋转时，第二施力部件72的相对于支撑部44A的滑动阻力增大，第二施力部件72经由保持部68向多个转动体66施加朝向正向旋转方向的力。因此，多个转动体66向作为槽56B的另一端的浅的部分移动，将环形齿轮56与齿轮架62连结。因此，齿轮架62向反向旋转方向旋转。按照这样，如图7所示，反向旋转方向的旋转从曲柄轴42输入给环形齿轮56时，环形齿轮56和齿轮架62一体地向反向旋转方向旋转。曲柄轴42向反向旋转方向旋转，则控制部74停止向第一马达50的电力的供给。
如图8所示，在正向旋转方向的旋转从曲柄轴42输入给环形齿轮56，环形齿轮56向正向旋转方向旋转，且齿轮架62的旋转变为正向旋转方向且与环形齿轮56相同时，多个转动体66通过第一施力部件70和第二施力部件72的协作而向作为槽56B的一端的浅的部分移动，将环形齿轮56与齿轮架62连结。因此，齿轮架62与环形齿轮56一体地向正向旋转方向旋转。多个转动体66将环形齿轮56与齿轮架62连结且使其一体地旋转，直至齿轮架62的旋转变为比环形齿轮56的旋转快。
如图2所示，驱动单元40还具备控制部74。控制部74被收容在外壳44。控制部74包括驱动第一马达50的驱动电路和驱动第二马达52的驱动电路。控制部74用电池36(参照图1)供给的电力驱动第一马达50和第二马达52。控制部74例如基于从未图示的转矩传感器和车速传感器等输入的信号控制第一马达50和第二马达52。转矩传感器是用于检测人力驱动力的。转矩传感器例如通过设置于环形齿轮56的应变式传感器实现。在这种情况下，应变式传感器的输出经由无线通信装置或集电环等给予控制部74。应变式传感器例如是应变规。作为转矩传感器的替代，控制部74可以基于给予第一马达50和第二马达的52的至少一者的电流演算转矩。此外，控制部74在用于变更作为从行星齿轮机构46输出的转数相对于输入给行星齿轮机构46的转数的行星齿轮机构46的变速比GR的操作信号被输入时，以输出部64的旋转相对于曲柄轴42的旋转的比率变为规定变速比的方式控制第一马达50。此外，控制部74在从未图示的操作装置输入了用于变更辅助力的操作信号时，以第二马达52相对于人力驱动力的输出变大的方式控制第二马达52。控制部74与第一马达50及第二马达52可以通过例如导体而连接。
控制部74通过使第一马达50驱动而向太阳齿轮54传递反向旋转方向的转矩。由此，如图3所示，太阳齿轮54的旋转使绕着太阳齿轮54旋转的行星齿轮58的自传速度加速。因此，齿轮架62的旋转速度也变大，变速比GR变大。根据太阳齿轮54的旋转速度，变速比GR无级地变更。另外，控制部74也能够以有级地变更变速比GR、即太阳齿轮54的旋转速度的方式进行控制。此外，也能够将控制部74与外部装置通过无线或有线连接，用该外部装置变更变速比GR的级数和大小。外部装置例如是自行车计算机或个人计算机。
控制部74通过使第二马达52驱动，向齿轮架62传递正向旋转方向的转矩。由此，在从曲柄轴42输入的转矩上施加有辅助力而从行星齿轮机构46输出。
行星齿轮机构46由于环形齿轮56作为输入部发挥作用且齿轮架62连接于输出部64，因此在太阳齿轮54相对于外壳44不旋转时，输入给行星齿轮机构46的旋转被减速而输出。在齿轮架62的旋转速度变为环形齿轮56的旋转速度以下时，动力切换机构48使齿轮架62与环形齿轮56一体地旋转。因此，控制部74在进行使太阳齿轮54的相对于外壳44的旋转停止的控制时的变速比GR为1。
驱动单元40产生以下的作用和效果。
(1)驱动单元40具备在反向旋转方向的旋转从曲柄轴42输入给环形齿轮56时，使齿轮架62向反向旋转方向旋转的动力切换机构48。因此，在驾驶者使曲柄臂24向反向旋转方向旋转时，反向旋转方向的转矩被传递给环形齿轮56和前链轮30。按照这样，驱动单元40能够倒轮刹车。由于动力切换机构48是机械地构成且非电式的，因此与电池的有无没有关系，能够使倒轮刹车发挥作用。
(2)动力切换机构48在反向旋转方向的旋转从曲柄轴42输入给环形齿轮56时，将环形齿轮56与齿轮架98连结且使其一体地旋转。因此，与环形齿轮56的反向旋转方向的旋转被行星齿轮机构86变速而传递给齿轮架98的结构相比，由于在行星齿轮机构86内的转矩的损失变少，在倒轮刹车性能的方面是优选的。此外，由于曲柄轴42向反向旋转方向旋转时的曲柄轴42的移动角度与前链轮30的移动角度变为相同，因此驱动单元40在倒轮刹车时难以给驾驶者违和感。
(3)动力切换机构48容许环形齿轮56与齿轮架62的相对旋转直至齿轮架62的旋转变得比环形齿轮56的旋转快为止，将环形齿轮56与齿轮架62连结且使其一体地旋转。因此，即使在向第一马达50的电力的供给停止时，也能够从行星齿轮机构46输出旋转。驱动单元40在变速比GR为1时，能够停止向第一马达50的电力的供给，因此与向第一马达50供给电力而维持太阳齿轮54的相对于外壳44的位相的结构相比，能够为电力的消耗降低做贡献。
(4)驱动单元40通过一个动力切换机构48实现倒轮刹车的功能和在停止了向第一马达50的电力的供给时的太阳齿轮90的相对于外壳44的旋转限制的功能。因此，与通过各自不同的机构而实现这些功能的情况相比，能够简化驱动单元40的结构。
(5)第一马达50配置在曲柄轴42周围且与曲柄轴42同轴。因此，与将第一马达50配置在曲柄轴42的径向的外侧的结构相比，能够抑制驱动单元40的曲柄轴42的径向的大型化。
(6)太阳齿轮54与第一马达50的输出轴一体地形成。因此，能够为驱动单元40的部件个数的削减做贡献。
(7)第二马达52的旋转轴在曲柄轴42的径向上远离曲柄轴42而配置。因此，与将第二马达52的旋转轴与驱动单元40的曲柄轴42同轴配置的情况相比，能够抑制曲柄轴42的轴向的大型化。
(8)输出部64在曲柄轴42的轴向上偏离行星齿轮机构46而配置。因此，与安装前链轮30的部分在曲柄轴42的轴向上配置于行星齿轮机构46的内部的结构相比，前链轮30的安装和拆卸变得容易。
(9)驱动单元40包括向齿轮架62传递转矩的第二马达52和向太阳齿轮54传递转矩且控制太阳齿轮54的旋转的第一马达50。因此，能够独立地进行基于第一马达50的变速比GR的变更和基于第二马达52的辅助力的变更。因此，更加能够根据骑行状况等进行控制。
(第二实施方式)
参照图9～图13，对第二实施方式的驱动单元80进行说明。
如图9所示，驱动单元80具备曲柄轴82、外壳84、行星齿轮机构86、动力切换机构88、第一马达50、第二马达52和控制部74。
外壳84收容行星齿轮机构86、动力切换机构88、第一马达50、第二马达52和控制部74。外壳84将曲柄轴82可旋转地支撑。曲柄轴82贯通外壳84而设置。
行星齿轮机构86具备做为传递体的太阳齿轮90、将行星齿轮机构86的旋转向外部输出的作为输出体的环形齿轮92、多个行星齿轮94、多个行星销96和被输入有曲柄轴82的旋转的作为输入体的齿轮架98。
太阳齿轮90配置在曲柄轴82的周围且与曲柄轴82同轴。环形齿轮92配置在太阳齿轮90的周围且与太阳齿轮90同轴。在环形齿轮92连接有输出部100。输出部100的一端收容在外壳84的内部，另一端露出于外壳84。在输出部100的露出于外壳84的部分的内周旋入有螺栓B。环形齿轮92与输出部100可以一体地形成。
多个行星齿轮94配置在太阳齿轮90和环形齿轮92之间。各行星齿轮94具备大径部94A和小径部94B。大径部94A的外周的齿轮配置在与太阳齿轮90的外周相对的部分，使其与太阳齿轮90啮合。小径部94B的外周的齿轮配置在与环形齿轮92的内周相对的部分，使其与环形齿轮92啮合。在此，使用的是具有大径部94A和小径部94B的行星齿轮94，也可以是由通常的单齿轮构成的行星齿轮。
多个行星销96分别在轴向上贯通行星齿轮94。各行星销96将各行星齿轮94可旋转地支撑。各行星销96的两端部被齿轮架98可旋转地支撑。只要各行星销96的两端部被齿轮架98可旋转地支撑，各行星销96也可以不能够旋转地被支撑于各行星齿轮94。只要各行星销96将各行星齿轮94可旋转地支撑，各行星销96的两端部也可以不能够旋转地被齿轮架98支撑。
齿轮架98配置在曲柄轴82的周围且与曲柄轴82同轴。齿轮架98经由多个行星销96将多个行星齿轮94可旋转地支撑。因此，多个行星齿轮94在太阳齿轮90与环形齿轮92之间绕着太阳齿轮90公转。
齿轮架98具备支撑多个行星销96的一端的第一齿轮架98A和支撑多个行星销96的另一端的第二齿轮架98B。第一齿轮架98A与行星齿轮94中的小径部94B的端部相对。第二齿轮架98B与行星齿轮94中的大径部94A的端部相对。第一齿轮架98A与第二齿轮架98B彼此不能够相对移动地连结并一体地旋转。第一齿轮架98A与第二齿轮架98B也可以一体地形成。
第二齿轮架98B的内周和曲柄轴82的外周包括相对的部分。如图12所示，在第二齿轮架98B的内周形成有朝向曲柄轴82突出的凸部98D。在曲柄轴82的与凸部98D相对的部分形成有第一槽82A。凸部98D嵌入第一槽82A。第一槽82A的周向的大小比凸部98D的周向的大小大。因此，第二齿轮架98B相对于曲柄轴82仅能相对移动第一槽82A的周向的大小与凸部98D的周向的大小的差分。
如图9所示，第一马达50在曲柄轴82的轴向上配置于与行星齿轮机构86相邻的位置。第一马达50在曲柄轴82的轴向上配置于以行星齿轮机构86为基准与前链轮30相反的一侧。
在第一马达50的转子50B的内周与曲柄轴82之间，配置有外壳84的支撑部84A。支撑部84A具有圆筒形状，与曲柄轴82同轴。转子50B可旋转地支撑于支撑部84A。转子50B经由一对轴承84B支撑于支撑部84A。在转子50B的轴向的端部安装有太阳齿轮90的端部。即，太阳齿轮90与第一马达50的输出轴一体地形成。转子50B和太阳齿轮90能够相对于曲柄轴82旋转。第一马达50向太阳齿轮90传递转矩，控制太阳齿轮90的旋转。定子50A固定于外壳84。
支撑部84A包括在太阳齿轮90的内周与曲柄轴82之间形成的空间延伸的部分。在太阳齿轮90的内周与支撑部84A的外周之间设置有单向离合器102。单向离合器102容许太阳齿轮90相对于支撑部84A仅向单一旋转方向旋转。例如，单向离合器102容许太阳齿轮90相对于支撑部84A仅向反向旋转方向旋转。因此，太阳齿轮90相对于支撑部84A不能够向正向旋转方向旋转。在未向第一马达50供给电力时，在被输入了曲柄轴82的正向旋转方向的旋转的情况下，太阳齿轮90被单向离合器102限制旋转。因此，曲柄轴82的正向旋转方向的旋转通过行星齿轮机构86被增速并传递给输出部64。另外，单向离合器102可以由滚子式离合器构成，也可以由爪式离合器构成。
第二马达52的输出齿轮52A与形成于第二齿轮架98B的外周的齿轮98C啮合。第二马达52经由齿轮98C向齿轮架98传递转矩。另外，也能够在第二马达52的旋转轴与齿轮架98之间的动力传递路径上设置单向离合器。该单向离合器构成为将第二马达52的旋转传递给齿轮架98，但是并不将曲柄轴82向其中一个方向旋转时的齿轮架98的旋转传递给第二马达52。
如图11所示，动力切换机构88配置在曲柄轴82与环形齿轮92之间，优选地，配置在曲柄轴82的外周与环形齿轮92的内周在行星齿轮机构86的径向上相对的部分。动力切换机构88具备切换部104和施力部件106。在环形齿轮92的中心部的内周的与动力切换机构88的爪部110相对的位置上形成有第二槽92A。第二槽92A在周向上隔开间隔，例如等间隔地形成有多个。
切换部104与第二齿轮架98B连结，具体地，与第二齿轮架98B的内周部分连结。切换部104具备与第二齿轮架98B连结且与第二齿轮架98B的轴向平行的旋转轴108、和可绕着旋转轴108旋转地被支撑的爪部110。施力部件106向爪部110施加将爪部110的一端部110A按压到曲柄轴82的外周的力。在曲柄轴82中的配置有爪部110的部分形成有第三槽82B。
如图12所示，在正向旋转方向的旋转从曲柄轴82输入给齿轮架98时，曲柄轴82相对于齿轮架98向其中一个方向(例如正向旋转方向)相对移动，从而曲柄轴82的第一槽82A的反向旋转方向侧端面82C按压第二齿轮架98B的凸部98D。因此，曲柄轴82与第二齿轮架98B一体地向正向旋转方向旋转。此时，爪部110的一端部110A被曲柄轴82的外周中的未形成有第三槽82B的部分向与施力部件106的施力方向相反的方向按压。因此，爪部110的另一端部110B向脱离环形齿轮92的第二槽92A的方向移动。由此，爪部110由于变为与曲柄轴82的外周中的未形成有第三槽82B的部分接触，且远离环形齿轮92的内周而不接触的状态，因此齿轮架98与环形齿轮92的相对旋转被容许。在曲柄轴82向正向旋转方向旋转时，爪部110与曲柄轴82的外周中的未形成有第三槽82B的部分接触的状态被维持，爪部110从环形齿轮92的第二槽92A脱离的状态被维持。因此，不论曲柄轴82的旋转速度与齿轮架98的旋转速度的关系，齿轮架98与环形齿轮92的相对旋转被容许。
如图13所示，在反向旋转方向的旋转从曲柄轴82输入给齿轮架98时，凸部98D在第一槽82A的内部移动，曲柄轴82的第一槽82A的正向旋转方向侧端面82D按压第二齿轮架98B的凸部98D。因此，曲柄轴82与第二齿轮架98B一体地向反向旋转方向旋转。此时，爪部110的一端部110A向曲柄轴82的外周中的形成有第三槽82B的部分移动。因此，爪部110绕着旋转轴108旋转，以使爪部110的一端部110A顺从施力部件106(参照图11)的力而向第三槽82B内移动。因此，爪部110的另一端部110B向靠近环形齿轮92的方向移动而嵌入环形齿轮92的第二槽92A且与第二槽92A的内面接触，连结第二齿轮架98B与环形齿轮92。因此，环形齿轮92与齿轮架98一体地向反向旋转方向旋转。
控制部74通过使第一马达50驱动而向太阳齿轮90传递反向旋转方向的转矩。由此，如图10所示，太阳齿轮90的旋转使绕着太阳齿轮90旋转的行星齿轮94的自传速度加速。因此，环形齿轮92的旋转速度也变大，变速比GR变大。根据太阳齿轮90的旋转速度，变速比GR被无级地变更。
图9所示的控制部74停止向第一马达50的电力的供给时，第一马达50的驱动停止。在太阳齿轮90与支撑部84A之间设置有单向离合器102，因此太阳齿轮90的相对于支撑部84A的旋转被限制。因此，控制部74停止向第一马达50的电力的供给时，变速比GR维持在与行星齿轮机构86的各构成要素的齿轮数相应的变速比GR。行星齿轮机构86由于齿轮架98作为输入部发挥作用，环形齿轮92与输出部64连接，因此，在太阳齿轮90相对于支撑部84A不旋转时，输入给行星齿轮机构86的旋转被增速并输出。因此，控制部74停止向第一马达50的电力的供给时的变速比GR为1以上，例如为1.2以上。第一马达50优选地将变速比GR在至少包括1.2～1.5的范围内变更。第一马达50变更的变速比GR的最大值例如为3.0以下。换而言之，第一马达50在1～3.0的范围内变更变速比GR。
驱动单元40除了依照第一实施方式的(1)～(3)、(5)～(9)的效果以外，还产生以下的作用和效果。
(10)行星齿轮机构86在第一马达50的旋转停止时的变速比GR为1以上。因此，与第一马达50的旋转停止时的变速比GR为小于1的行星齿轮机构相比，不伴随第一马达50的大型化而能够将变速比GR的范围在1以上的区域增大。
(11)行星齿轮机构86的变速比GR为1以上，因此在太阳齿轮90不旋转时，环形齿轮92的旋转速度变为齿轮架98的旋转速度以上。第二马达52与齿轮架98连接，因此与在环形齿轮连接第二马达52且传递转矩的结构相比，能够抑制施加辅助力时第二马达52的旋转速度变大。因此，能够为第二马达52的电力的消耗降低做贡献。
本发明并不限定于上述实施方式。例如，可以如下进行变更。
能够将第一实施方式的动力切换机构48配置在曲柄轴42与齿轮架62之间。在这种情况下，在曲柄轴42的外周和齿轮架62的内周的一者形成有周向上的深度不同的槽，转动体配置在该槽的内部。动力切换机构48在曲柄轴42向反向旋转方向旋转时，使曲柄轴42与曲柄轴42一体地旋转，以及使环形齿轮56与齿轮架62一体地旋转。
能够在第一实施方式的齿轮架62的外周上与环形齿轮56相对的部分形成周向上的深度不同的槽。转动体66配置于该槽。在这种情况下，能够省略环形齿轮56的槽56B。
能够将第一实施方式的环形齿轮56的槽56B变更为反向旋转方向的端部深且随着向正向旋转方向而变浅的槽。在转动体66配置在槽56B的反向旋转方向的端部时，环形齿轮56与齿轮架62可相对旋转。在这种情况下，在太阳齿轮54或转子50B与外壳44之间设置单向离合器，能够通过该单向离合器限制在停止向第一马达50的电力的供给时的太阳齿轮54的相对于外壳44的旋转。此外，在曲柄轴42与齿轮架62之间设置单向离合器，能够通过该单向离合器限制在停止向第一马达50的电力的供给时曲柄轴42相对于齿轮架62的旋转。
也能够将第一实施方式的动力切换机构48变更为爪式的动力切换机构。只要是在正向旋转方向的旋转从曲柄轴42输入时，解除环形齿轮56与齿轮架62的连接，在反向旋转方向的旋转从曲柄轴42输入时，使齿轮架62与环形齿轮56一体地向反向旋转方向旋转的结构，那么能够采用任何结构。
也能够将第二实施方式的单向离合器102设置在转子50B与支撑部84A之间。此外，也能够将单向离合器102设置在转子50B与外壳84的支撑部84A以外的部分之间。
也能够省略第二实施方式的单向离合器102。在这种情况下，在限制太阳齿轮90的相对于外壳84的旋转时，通过以第一马达50不旋转的方式进行控制，来维持太阳齿轮90的相对于外壳84的旋转位相。
也能够将第二实施方式的动力切换机构88如图14所示设置在曲柄轴82与输出部100之间。在这种情况下，在输出部100形成有第二槽，切换部104配置在输出部100的内周与曲柄轴82的外周相对的部分。
各实施方式的控制部74能够使第一马达50向正向旋转方向驱动。在这种情况下，将第一实施方式的环形齿轮56的槽56B变更为反向旋转方向的端部深且随着向正向旋转方向而变浅的槽。此外，不设置第二实施方式的单向离合器102。第一马达50使太阳齿轮54向正向旋转方向旋转，则变速比GR变小。
也能够将各实施方式的第一马达50配置在曲柄轴42、82的径向的外侧。在这种情况下，将与曲柄轴42、82同轴配置的阶梯齿轮作为太阳齿轮54、90使用。
也能够将各实施方式的第一马达50设为转子50B配置于定子50A的周围的外转子型的马达。
也能够将各实施方式的太阳齿轮54、90与第一马达50的输出轴分体而构成，将太阳齿轮54、90与第一马达50的输出轴通过花键嵌合等连接。
也能够将各实施方式的第二马达52配置在曲柄轴42、82周围并与曲柄轴42、82同轴。
也能够省略各实施方式的第二马达52。
也能够将第一实施方式的第二马达52连接于环形齿轮56。此外，也能够将第二实施方式的第二马达52连接于齿轮架98。总之，第二马达52也能够连接于行星齿轮机构46、86的输入体和输出体的任一个。
也能够从各实施方式的驱动单元40、80省略曲柄轴42、82，安装与驱动单元40、80分体的曲柄轴。
也能够将各实施方式的第一马达50和第二马达52的至少一者设置在外壳44、84的外部。
也能够在各实施方式的曲柄轴42、82与齿轮架62、98之间，或环形齿轮56、92与前链轮30之间设置减速机构。该减速机构可以由至少2个以上的齿轮实现，也可以由行星齿轮机构实现。
也能够将各实施方式的行星齿轮机构46、86设为输入体是齿轮架、输出体是太阳齿轮、传递体是环形齿轮的行星齿轮机构。
也能够将各实施方式的行星齿轮机构46、86设为输入体是太阳齿轮、输出体是齿轮架、传递体是环形齿轮的行星齿轮机构。
也能够将各实施方式的行星齿轮机构46、86设为输入体是环形齿轮、输出体是太阳齿轮、传递体是齿轮架的行星齿轮机构。该行星齿轮机构的环形齿轮的旋转方向与太阳齿轮的旋转方向不同。因此，在太阳齿轮与前链轮30之间具备变换旋转方向的传递齿轮。
也能够将各实施方式的行星齿轮机构46、86设为输入体是太阳齿轮、输出体是环形齿轮、传递体是齿轮架的行星齿轮机构。该行星齿轮机构的太阳齿轮的旋转方向与环形齿轮的旋转方向不同。因此，在环形齿轮与前链轮30之间具备变换旋转方向的传递齿轮。
在各实施方式中，关于曲柄轴42、82、太阳齿轮54、90、齿轮架62、98或环形齿轮56、92所具有的各结构，只要是与曲柄轴42、82、太阳齿轮54、90、齿轮架62、98或环形齿轮56、92相连结且与其一体地旋转的结构，也可以与其分体而构成。例如，能够将第一实施方式的连结部62C与第一齿轮架62A分体而构成，并通过花键嵌合或压入来连接而使其一体地旋转。此外，能够将第二实施方式的环形齿轮92的形成有第二槽92A的部分与环形齿轮92的外周部分分体而构成，并通过花键嵌合或压入来连接而使其一体地旋转。
典型地，自行车10前进时的曲柄轴的旋转方向(正向旋转方向)为第一旋转方向，反向旋转方向为第二旋转方向，但是反过来也可以。
实施方式和变形例可以适当组合或置换。通过该组合或置换所得到的作用效果只要是本领域的技术人员就可以通过本申请的说明书及附图的公开来理解。本发明并不限定于例示的内容。例如，例示的特征对于本发明来说不应解释为必须的，本发明的主题有可能存在与公开的特定的实施方式的全部特征相比更少的特征。
符号说明：
10自行车
30前链轮
40驱动单元
42曲柄轴
44外壳
46行星齿轮机构
48动力切换机构
50第一马达
52第二马达
54太阳齿轮
56环形齿轮
56B槽
58行星齿轮
62齿轮架
64输出部
66转动体
68A槽
70第一施力部件
72第二施力部件
74控制部
80驱动单元
82曲柄轴
82A第一槽
84外壳
86行星齿轮机构
88动力切换机构
90太阳齿轮
92环形齿轮
92A第二槽
94行星齿轮
98齿轮架
98D凸部
100输出部
102单向离合器
104切换部
108旋转轴
110爪部
106施力部件

Claims (25)

1.自行车用驱动单元，其包括：
行星齿轮机构，；
第一马达；以及
动力切换机构，
所述行星齿轮机构具备输入有曲柄轴的旋转的输入体、将所述行星齿轮机构的旋转向外部输出的输出体、和传递体，
所述第一马达控制所述传递体的旋转，
所述输出体在第一旋转方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述输入体时，向与所述第一旋转方向相应的方向旋转，
所述动力切换机构在第二旋转方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述输入体时，使所述输出体向与第二旋转方向相应的方向旋转。
2.根据权利要求1所述的自行车用驱动单元，所述动力切换机构在所述第二旋转方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述输入体时，使所述输入体和所述输出体连结并一体地旋转。
3.根据权利要求1或2所述的自行车用驱动单元，所述输入体是环形齿轮，所述输出体是齿轮架，所述传递体是太阳齿轮。
4.根据权利要求3所述的自行车用驱动单元，所述动力切换机构在所述第一旋转方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述环形齿轮，所述齿轮架的旋转比所述环形齿轮的旋转快时，容许所述环形齿轮与所述齿轮架的相对旋转。
5.根据权利要求3或4所述的自行车用驱动单元，所述动力切换机构在所述第一选择方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述环形齿轮时，使所述环形齿轮与所述齿轮架连结并一体地旋转，直到所述齿轮架的旋转变为比所述环形齿轮的旋转快。
6.根据权利要求3～5的任一项所述的自行车用驱动单元，所述动力切换机构的至少一部分配置在所述环形齿轮或所述曲柄轴与所述齿轮架之间。
7.根据权利要求3～6的任一项所述的自行车用驱动单元，其中，所述环形齿轮和所述齿轮架包括所述环形齿轮的内周与所述齿轮架的外周在所述行星齿轮机构的径向上相对的部分，所述动力切换机构配置于所述环形齿轮的内周与所述齿轮架的外周相对的部分。
8.根据权利要求7所述的自行车用驱动单元，所述动力切换机构包括形成于所述环形齿轮的内周和所述齿轮架的外周的一者且在周向上深度不同的槽、和配置在所述槽的内部的转动体。
9.根据权利要求8所述的自行车用驱动单元，所述槽随着从周向的中间部向两端部而变浅。
10.根据权利要求9所述的自行车用驱动单元，所述动力切换机构还包括第一施力部件、第二施力部件和设置有所述行星齿轮机构的外壳，所述第一施力部件向所述转动体施加朝向所述槽的一端的力，所述第二施力部件可滑动地支撑于所述外壳，且在所述第二旋转方向的旋转从所述曲柄轴输入给所述输入体时，向所述转动体施加朝向所述槽的另一端的力。
11.根据权利要求1所述的自行车用驱动单元，所述输入体是齿轮架，所述输出体是环形齿轮，所述传递体是太阳齿轮。
12.根据权利要求11所述的自行车用驱动单元，所述动力切换机构的至少一部分配置在所述环形齿轮与所述齿轮架或所述曲柄轴之间。
13.根据权利要求12所述的自行车用驱动单元，所述曲柄轴和所述环形齿轮包括所述曲柄轴的外周与所述环形齿轮的内周在所述行星齿轮机构的径向上相对的部分，所述动力切换机构配置于所述环形齿轮的内周与所述曲柄轴的外周相对的部分。
14.根据权利要求13所述的自行车用驱动单元，所述动力切换机构具备配置于所述曲柄轴的外周与所述环形齿轮的内周相对的所述部分的切换部，所述切换部具备与所述齿轮架连结且与所述齿轮架的轴向平行的旋转轴、和可旋转地支撑于所述旋转轴的爪部，所述切换部在所述曲柄轴向所述第一旋转方向旋转时，所述爪部从所述曲柄轴和所述环形齿轮的至少一者远离，在所述曲柄轴向所述第二旋转方向旋转时，通过所述爪部绕着所述旋转轴旋转，所述爪部与所述曲柄轴及所述环形齿轮接触，将所述齿轮架和所述环形齿轮连结。
15.根据权利要求14所述的自行车用驱动单元，所述动力切换机构还包括：
凸部，该凸部在所述曲柄轴的外周与所述齿轮架的内周相对的部分形成在所述曲柄轴的外周和所述齿轮架的内周的一者；
第一槽，该第一槽在所述曲柄轴的外周与所述齿轮架的内周相对的部分形成在所述曲柄轴的外周和所述齿轮架的内周的另一者，以所述齿轮架相对于所述环形齿轮可移动的方式收容所述凸部；
第二槽，该第二槽在所述环形齿轮的内周形成在与所述曲柄轴的外周相对的部分；以及
施力部件，该施力部件向所述爪部施加力，
所述施力部件向所述爪部施加向所述曲柄轴的外周按压的力，
在所述曲柄轴向所述第一旋转方向旋转时，通过所述曲柄轴相对于所述齿轮架在所述第一旋转方向上相对移动，所述爪部以脱离所述环形齿轮的所述第二槽的方式旋转，并远离所述环形齿轮，
在所述曲柄轴向所述第二旋转方向旋转时，通过所述曲柄轴相对于所述齿轮架在所述第二旋转方向上相对移动，所述爪部以进入所述环形齿轮的所述第二槽的方式旋转，并嵌入所述环形齿轮的所述第二槽，将所述齿轮架与所述环形齿轮连结。
16.根据权利要求11～15的任一项所述的自行车用驱动单元，还包括至少收容所述行星齿轮机构的外壳、和设置于所述太阳齿轮与所述外壳之间且容许所述太阳齿轮相对于所述外壳仅向单一旋转方向旋转的单向离合器。
17.根据权利要求11～15的任一项所述的自行车用驱动单元，还包括至少收容所述行星齿轮机构的外壳、和设置于所述第一马达的输出轴或转子与所述外壳之间且容许所述第一马达的所述输出轴或所述转子相对于所述外壳仅向单一旋转方向旋转的单向离合器。
18.根据权利要求3～17的任一项所述的自行车用驱动单元，所述太阳齿轮配置在所述曲柄轴的周围且与所述曲柄轴同轴。
19.根据权利要求2～18的任一项所述的自行车用驱动单元，所述第一马达配置在所述曲柄轴的周围且与所述曲柄轴同轴。
20.根据引用权利要求18的权利要求19所述的自行车用驱动单元，所述太阳齿轮与所述第一马达的输出轴一体地形成。
21.根据权利要求1～20的任一项所述的自行车用驱动单元，还具备输出部，该输出部与所述输出体连结，且可安装前链轮。
22.根据权利要求1～21的任一项所述的自行车用驱动单元，还具备所述曲柄轴。
23.根据权利要求1～22的任一项所述的自行车用驱动单元，还具备第二马达，该第二马达向所述输出体或所述输入体传递转矩。
24.根据权利要求23所述的自行车用驱动单元，所述第二马达的旋转轴在所述曲柄轴的径向上远离所述曲柄轴而配置。
25.根据权利要求23或24所述的自行车用驱动单元，还具备控制部，该控制部控制所述第一马达和所述第二马达。
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