CN107054553B - 自行车用驱动单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自行车用驱动单元，能够抑制伴随曲柄的旋转速度的变化而辅助力降低和马达的驱动效率降低的至少任一者。自行车用驱动单元包括：行星齿轮机构，其具有输入体、输出体和该输入体与输出体之间的变速比不同的多个变速路径；能够切换所述多个变速路径的切换机构；能够将旋转力传递给所述输入体的马达；将曲柄轴能够旋转地支承并设置所述行星齿轮机构、所述切换机构和所述马达的机壳。输入给所述曲柄轴的人力驱动力在从所述行星齿轮机构的所述输出体至车轮的驱动力的传递路径上与从所述行星齿轮机构的所述输出体输出的旋转力汇合。

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
具有对人力驱动力助力的马达的自行车用驱动单元已知。自行车用驱动单元除了马达外还具有将马达的旋转进行减速并输出的减速器以及被传递分别来自减速器和曲柄轴的旋转的连结部件等。专利文献1公开了这样的自行车用驱动单元的一例。
专利文献1：日本特许第2623419号公报
以往的自行车用驱动单元中，马达的旋转速度与曲柄的旋转速度成正比。马达具有对应旋转速度而输出转矩变动的特性，所以根据曲柄的旋转速度的不同，可能会出现马达的输出转矩不足而辅助力变小或马达的驱动效率变低的情况。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种自行车用驱动单元，能够抑制伴随曲柄的旋转速度的变化而辅助力降低或马达的驱动效率降低的至少一者。
〔1〕.本发明的一种自行车用驱动单元，包括：行星齿轮机构，该行星齿轮机构具有输入体、输出体、以及位于所述输入体与所述输出体之间的变速比不同的多个变速路径；切换机构，该切换机构能够切换所述多个变速路径；马达，能够对所述输入体传递旋转力；以及机壳，该机壳将曲柄轴能够旋转地支承，在该机壳上设置所述行星齿轮机构、所述切换机构和所述马达，其中，输入到所述曲柄轴的人力驱动力在从所述行星齿轮机构的所述输出体至车轮的驱动力的传递路径上与从所述行星齿轮机构的所述输出体输出的旋转力汇合。
〔2〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述输出体与曲柄轴或连结于所述曲柄轴的连结部件连接。
〔3〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述连结部件直接或经由单向离合器连结于曲柄轴。
〔4〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述行星齿轮机构还包括将所述输入体的旋转传递给所述输出体的传递体，所述切换机构构成为能够切换所述输入体与所述输出体一体旋转的第一状态和所述输入体与所述输出体相对旋转的第二状态。
〔5〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述切换机构具备切换部，该切换部通过将所述传递体与所述输出体连结而将所述输入体和所述输出体的连结状态切换为所述第一状态，通过将所述传递体与所述输出体的连结解除而将所述输入体和所述输出体的连结状态切换为所述第二状态。
〔6〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述切换部包括：设于所述传递体和所述输出体的一者，能够从所述传递体和所述输出体的一者朝向所述传递体和所述输出体的另一者突出的爪；以及设于所述传递体和所述输出体的另一者，能够由所述爪卡合的卡合部，其中，在所述第一状态下所述爪与所述卡合部卡合，在所述第二状态下所述爪从所述卡合部离开。
〔7〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述输入体包括太阳齿轮，所述输出体包括与所述太阳齿轮啮合的行星齿轮以及将所述行星齿轮能够旋转地支承的齿轮架，所述传递体包括与所述行星齿轮啮合的环形齿轮。
〔8〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述输入体的旋转轴线从所述曲柄轴的旋转轴线离开。
〔9〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述输入体与所述曲柄轴的旋转轴线配置在同一轴线上。
〔10〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述切换机构还包括控制所述切换部的控制部。
〔11〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述控制部包括：以所述爪从所述传递体和所述输出体的一者突出的方式对所述爪施加力的施力部件；通过与所述爪接触，而能够以所述爪从所述卡合部离开的方式使所述爪动作的可动部件；以及通过使所述可动部件移动，而切换所述第一状态和所述第二状态的驱动部。
〔12〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述控制部包括：以所述爪从所述卡合部离开的方式对所述爪施加力的施力部件；通过与所述爪接触，而能够以所述爪从所述传递体和所述输出体的一者突出的方式使所述爪动作的可动部件；以及通过使所述可动部件移动，而切换所述第一状态和所述第二状态的驱动部。
〔13〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，该自行车用驱动单元还包括支承所述传递体的支承部，所述切换机构还包括配置于所述支承部与所述传递体之间的单向离合器，所述单向离合器允许所述传递体向第一方向的旋转，阻止所述传递体向与所述第一方向相反的第二方向的旋转。
〔14〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述行星齿轮机构还包括将所述输入体的旋转传递给所述输出体的传递体，所述输出体和所述传递体分别包括齿数不同的多个齿轮。
〔15〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述输出体包括：第一行星齿轮；齿数与所述第一行星齿轮不同，与所述第一行星齿轮一体旋转的第二行星齿轮；以及将所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮能够旋转地支承的齿轮架，所述传递体包括：与所述第一行星齿轮啮合的第一太阳齿轮；以及与所述第一太阳齿轮同轴配置，与所述第二行星齿轮啮合的第二太阳齿轮，所述输入体包括与所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮的任一者啮合的环形齿轮，所述切换机构构成为能够限制所述第一太阳齿轮和所述第二太阳齿轮的至少一者的旋转。
〔16〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述第二太阳齿轮的齿数比所述第一太阳齿轮的齿数多。
〔17〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述切换机构包括：将所述第一太阳齿轮和所述第二太阳齿轮能够旋转地支承的支承轴；以及切换所述第一太阳齿轮相对于所述支承轴不能旋转的第一状态和所述第一太阳齿轮相对于所述支承轴能够旋转的第二状态的切换部。
〔18〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述切换机构还包括配置于所述支承轴与所述第二太阳齿轮之间的单向离合器，在所述第一状态下所述输入体由所述马达而旋转时，所述单向离合器允许所述第二太阳齿轮的旋转。
〔19〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述输出体包括：第一行星齿轮；齿数与所述第一行星齿轮不同，与所述第一行星齿轮一体旋转的第二行星齿轮；以及将所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮能够旋转地支承的齿轮架，所述传递体包括：与所述第一行星齿轮啮合的第一环形齿轮；以及与所述第一环形齿轮同轴配置，与所述第二行星齿轮啮合的第二环形齿轮，所述输入体包括与所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮的任一者啮合的太阳齿轮，所述切换机构构成为能够限制所述第一环形齿轮和所述第二环形齿轮的至少一者的旋转。
〔20〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述第一环形齿轮的齿数比所述第二环形齿轮的齿数多。
〔21〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，所述切换机构包括切换所述第一环形齿轮不能旋转的第一状态和所述第一环形齿轮能够旋转的第二状态的切换部。
〔22〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，该自行车用驱动单元还包括支承所述第一环形齿轮和所述第二环形齿轮的支承部，所述切换机构还包括配置于所述支承部与所述第二环形齿轮之间的单向离合器，在所述第一状态下所述输入体由所述马达而旋转时，所述单向离合器允许所述第二环形齿轮的旋转。
〔23〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，该自行车用驱动单元还包括连结于所述马达和所述输入体，能够将所述马达的旋转减速并传递给所述输入体的减速机构。
〔24〕.根据所述自行车用驱动单元的一例，该自行车用驱动单元还包括所述曲柄轴。
本发明的自行车用驱动单元能够抑制伴随曲柄的旋转速度的变化而使辅助力降低的情况和马达的驱动效率降低的情况的至少一者。
附图说明
图1是具有第一实施方式的自行车用驱动单元的电动助力自行车的一部分的侧面图。
图2是切换机构为第一状态时的图1的2－2线的剖面图。
图3是切换机构为第二状态时的图1的2－2线的剖面图。
图4是第二实施方式的自行车用驱动单元的剖面图。
图5是第三实施方式的自行车用驱动单元的剖面图。
图6是第一实施方式的变形例的自行车用驱动单元的剖面图。
图7是第一实施方式的变形例的自行车用驱动单元的剖面图。
附图标记说明：
30驱动单元(自行车用驱动单元)；32曲柄轴；34第二离合器(单向离合器)；36行星齿轮机构；38切换机构；40马达；42机壳；42A、42B支承部；44连结部件；46减速机构；50控制装置；60输入体；60A太阳齿轮；62输出体；62A行星齿轮；62B齿轮架；64传递体；64A环形齿轮；66切换部；68控制部；70爪；72卡合部；74施力部件；76可动部件；78驱动部；84单向离合器；86转矩传感器；88行星齿轮机构；90切换机构；92输入体；92A环形齿轮；94输出体；94A第一行星齿轮；94B第二行星齿轮；94C齿轮架；96传递体；96A第一太阳齿轮；96B第二太阳齿轮；97支承轴；98切换部；99单向离合器；100行星齿轮机构；102切换机构；104输入体；104A太阳齿轮；106输出体；106A第一行星齿轮；106B第二行星齿轮；106D齿轮架；108传递体；108A环形齿轮；110切换部；112单向离合器。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1所示的电动助力自行车10具备自行车用驱动单元(以下称作“驱动单元30”)。在一例中，电动助力自行车10还具备一对曲柄臂12、一对踏板16、前链轮18、后链轮20、车链22和第一离合器24。
一对曲柄臂12以能够与驱动单元30的曲柄轴32一体旋转的状态分别连结于曲柄轴32的两端部。一对曲柄臂12与曲柄轴32一起构成曲柄。一对踏板16分别具有踏板主体17和踏板轴14。踏板轴14以能够与曲柄臂12一体旋转的状态分别连结于一对曲柄臂12。踏板主体17以能够相对踏板主体14旋转的状态分别支承于一对踏板轴14。
前链轮18以驱动单元30的连结部件44与驱动单元30连结。后链轮20经由第一离合器24与电动助力自行车10的后轮(省略图示)连结。车链22卷挂在前链轮18和后链轮20。
驱动单元30的功能是对输入曲柄轴32的人力驱动力进行助力。驱动单元30安装于电动助力自行车10的车架，相对于车架能够拆装。将驱动单元30与车架结合的结构(手段)例如是螺栓或树脂制的绑具。安装于电动助力自行车10的车架的电池(省略图示)能够对驱动单元30供给电能。
如图2所示，驱动单元30包括行星齿轮机构36、切换机构38、马达40和机壳42。马达40的一例是电动马达。在一例中，驱动单元30还包括第二离合器34、连结部件44、减速机构46和控制装置50。
机壳42将曲柄轴32能够旋转地支承。曲柄轴32以相对于驱动单元30能够旋转的状态由驱动单元30支承。曲柄轴32的两端部从机壳42突出。行星齿轮机构36、切换机构38、马达40、连结部件44、第二离合器34、减速机构46和控制装置50设于机壳42。在另一例中，曲柄轴32可以包括于驱动单元30。
连结部件44包括中空轴52和齿轮54。中空轴52以相对于机壳42能够旋转的状态支承于机壳42和曲柄轴32。中空轴52的一方的端部52A从机壳42突出。曲柄轴32以其两端部从中空轴52突出的方式插入中空轴52内。齿轮54以相对于中空轴52不能旋转的状态安装于中空轴52，与中空轴52具有同一轴。在另一例中，齿轮54可以通过对中空轴52加工从而与中空轴52一体形成。
第二离合器34设于曲柄轴32的外周与连结部件44的内周之间。第二离合器34以当曲柄轴32向前方旋转的情况下从曲柄轴32对连结部件44传递旋转，当曲柄轴32向后方旋转的情况下不从曲柄轴32向连结部件44传递旋转的方式与曲柄轴32及连结部件44连结。如此，连结部件44经由第二离合器34连结于曲柄轴32。连结部件44绕曲柄轴32的轴心设置，能够绕曲柄轴32的轴心旋转。在另一例中，连结部件44不经由第二离合器34而连结于曲柄轴32。这种情况下，曲柄轴32与连结部件44总是一体旋转。
前链轮18在机壳42的外部配置于机壳42的侧方。前链轮18由螺栓B安装于驱动单元30。螺栓B以在其与连结部件44之间固定前链轮18的方式被旋入连结部件44。
使图1所示的曲柄轴32向前方旋转的人力驱动力被输入踏板16的情况下，曲柄轴32相对于电动助力自行车10的车架向前方旋转。这种情况下，曲柄轴32的旋转经由图2所示的第二离合器34及连结部件44传递给前链轮18，前链轮18的旋转经由图1所示的车链22传递给后链轮20。使曲柄轴32向后方旋转的人力驱动力被输入给踏板16的情况下，曲柄轴32相对于车架向后方旋转。这种情况下，由图2所示的第二离合器34的作用，曲柄轴32的旋转不传递给连结部件44及前链轮18。
减速机构46连结于马达40和输入体60，能够将马达40的旋转减速并传递给输入体60。如图2所示，减速机构46包括第一旋转轴56和第二旋转轴58。第一旋转轴56能够旋转地支承于机壳42，设于与马达40的输出轴40A相邻的位置。第一旋转轴56经由在轴线方向上隔开间隔地设置的多个轴承支承于机壳42。第二旋转轴58与第一旋转轴56平行设置，从曲柄轴32的旋转轴线CA离开。第二旋转轴58经由在轴线方向上隔开间隔地设置的多个轴承能够旋转地支承于机壳42。
减速机构46还包括设于马达40的输出轴40A的齿轮40B、设于第一旋转轴56的第一齿轮56A及第二齿轮56B、设于第二旋转轴58的齿轮58A。第一齿轮56A与第一旋转轴56同轴设置，固定于第一旋转轴56，与第一旋转轴56一体旋转。第一齿轮56A与齿轮40B啮合。齿轮40B的齿数少于第一齿轮56A的齿数。因此，马达40的旋转被减速而传递给第一旋转轴56。在第一旋转轴56上有别于设置第一齿轮56A的部分的部分设置第二齿轮56B。第二齿轮56B与第一旋转轴56同轴设置，固定于第一旋转轴56，与第一旋转轴56一体旋转。第二齿轮56B与齿轮58A啮合。第二齿轮56B的齿数少于齿轮58A的齿数。因此，第一旋转轴56的旋转被减速而传递给第二旋转轴58。齿轮40B与马达40的输出轴40A可以一体形成，也可以分体形成并连结。第一齿轮56A及第二齿轮56B的至少一者与第一旋转轴56可以一体形成，也可以分体形成并连结。齿轮58A与第二旋转轴58可以一体形成，也可以分体形成并连结。
在第二旋转轴58上有别于设置齿轮58A的部分的部分设置行星齿轮机构36。行星齿轮机构36与第二旋转轴58同轴设置。第二旋转轴58与行星齿轮机构36的输入体60连结。第二旋转轴58的旋转被输入给输入体60。
行星齿轮机构36包括输入体60、输出体62和传递体64。行星齿轮机构36在输入体60和输出体62之间具有变速比不同的多个变速路径。输入体60包括太阳齿轮60A。太阳齿轮60A在第二旋转轴58的外周部与第二旋转轴58同轴设置，与第二旋转轴58一体旋转。输入体60的旋转轴线CB从曲柄轴32的旋转轴线CA离开。太阳齿轮60A也可以与第二旋转轴58一体形成。
输出体62包括与太阳齿轮60A啮合的行星齿轮62A、将行星齿轮62A能够旋转地支承的齿轮架62B、以及将多个行星齿轮62A能够旋转地支承的行星销62C。齿轮架62B经由将多个行星齿轮62A分别在轴线方向贯通的行星销62C将多个行星齿轮62A能够旋转地支承。在另一例中，也可以是行星销62C与多个行星齿轮62A一体旋转，将齿轮架62B能够旋转地支承，从而齿轮架62B将多个行星齿轮62A能够旋转地支承。齿轮架62B可以经由轴承62E支承于第二旋转轴58。齿轮架62B也可以支承行星销62C的两端部地构成。
传递体64将输入体60的旋转传递给输出体62。传递体64包括与行星齿轮62A啮合的环形齿轮64A。传递体64经由单向离合器84支承于机壳42的支承部42A。传递体64形成筒状。
行星齿轮62A配置于太阳齿轮60A和环形齿轮64A之间，与太阳齿轮60A和环形齿轮64A啮合。输出体62与连结于曲柄轴32的连结部件44连接。齿轮架62B在其外周部具备齿轮62D。齿轮62D与连结部件44的齿轮54啮合。
切换机构38能够切换输入体60与输出体62一体旋转的第一状态和输入体60与输出体62相对旋转的第二状态地构成。切换机构38通过切换第一状态和第二状态，从而能够切换行星齿轮机构36所具有的多个变速路径。切换机构38具备切换部66和控制切换部66的控制部68。
切换部66通过将传递体64与输出体62连结，从而将输入体60和输出体62的连结状态切换为第一状态，通过解除传递体64与输出体62的连结从而将输入体60和输出体62的连结状态切换为第二状态。具体地，切换部66包括多个爪70和卡合部72。爪70设于输出体62。爪70能够从输出体62朝向传递体64突出。齿轮架62B中支承爪70的部分形成环形，多个爪70在齿轮架62B的外周部的周方向上并排设置。各爪70能够摆动地支承于行星销62C。各爪70也可以能够摆动地支承于与行星销62C不同的其他销。卡合部72设于传递体64，爪70能够与其卡合。第一状态下，爪70与卡合部72卡合，第二状态下，爪70从卡合部72分离。卡合部72形成于传递体64的内周部。卡合部72包括一个或多个凹部和凸部的至少任一者。卡合部72也可以由棘齿槽(ラチェット溝)形成。爪70的第一端部70A能够与卡合部72卡合。在爪70的第一端部70A与第二端部70B之间配置有行星销62C。
控制部68具备施力部件74、可动部件76和驱动部78。施力部件74以爪70从输出体62突出的方式对爪70施加力。施力部件74例如是环形的弹簧，安装于爪70的外周部。
可动部件76通过与爪70接触，从而能够使爪70从卡合部72分离地使爪70动作。可动部件76是环状的部件，能够绕第二旋转轴58与第二旋转轴58相对旋转地经由第二旋转轴58支承于机壳42。可动部件76设置在其轴方向的第一端面76A与爪70的第二端部70B相对置的位置。第一端面76A具有在离开爪70的方向上朝向径方向的外侧倾斜的缩径面。当使可动部件76朝向爪70的第二端部70B移动时，爪70的第二端部70B沿第一端部70A移动，爪70绕行星销62C移动。由此，从输出体62突出的爪70的突出量变小。可动部件76在轴线方向上向从爪70离开的方向例如由弹簧施力。
驱动部78通过使可动部件76移动，从而切换第一状态和第二状态。驱动部78具备变速用马达80和环状部件82。环状部件82绕第二旋转轴58与第二旋转轴58能够相对旋转地支承于机壳42。环状部件82在轴线方向的端面上具备凸轮面82A。可动部件76与环状部件82的凸轮面82A接触。
凸轮面82A能够与可动部件76的轴线方向的第二端面76B接触。环状部82与变速用马达80连接，能够通过变速用马达80旋转。由变速用马达80的驱动而环状部件82旋转时，根据其旋转方向使可动部件76向靠近爪70的方向或离开爪70的方向移动。
切换机构38还包括配置在机壳42的支承部42A与传递体64之间的单向离合器84。单向离合器84允许传递体64向第一方向的旋转，阻止传递体64向与第一方向相反的第二方向的旋转。
如图2所示，可动部件76离开爪70时，爪70由施力部件74而朝向卡合部72突出。这时，爪70与卡合部72卡合。因此，输出体62与传递体64一体旋转。这时，输入到输入体60的旋转是向使电动助力自行车10前进的方向的旋转的情况下，传递体64上被施加向第一方向的旋转力。传递体64由单向离合器84允许向第一方向的旋转，所以行星齿轮机构36中，太阳齿轮60A、行星齿轮62A和环形齿轮64A绕第二旋转轴58的轴线一体旋转。这时的行星齿轮机构36的减速比为“1”。即、输出体62与传递体64连结而使输入体60和输出体62一体旋转时，行星齿轮机构36不由第一变速路径将输入到输入体60的旋转变速而从输出体62输出。
如图3所示，可动部件76靠近爪70，使爪70绕行星销62C旋转，从而爪70从卡合部72离开。因此，输出体62和传递体64的相对旋转被允许。这时，输入给输入体60的旋转是向使电动助力自行车10前进的方向的旋转的情况下，传递体64上被施加向第二方向的旋转力。传递体64由于由单向离合器84被阻止向第二方向的旋转，所以行星齿轮机构36中，基于与太阳齿轮60A、行星齿轮62A和环形齿轮64A的各齿数对应的变速比使输入给输入体60的旋转从输出体62传递。即、传递体64与输出体62的卡合被解除，输出体62和输入体60的相对旋转被允许时，行星齿轮机构36由第二变速路径将输入给输入体60的旋转减速并从输出体62输出。
驱动单元30还包括转矩传感器86和旋转速度传感器(省略图示)。转矩传感器86例如是应变规、半导体应变传感器或磁应变传感器。转矩传感器86安装于连结部件44的中空轴52。转矩传感器86检测施加给连结部件44的转矩。
曲柄轴32的旋转被传递给连结部件44，马达40的旋转不被传递给连结部件44的情况下，转矩传感器86将反映了输入给曲柄轴32的人力驱动力的信号输出给控制装置50。曲柄轴32的旋转和马达40的旋转被传递给连结部件44的情况下，转矩传感器86将反映了由输入给曲柄轴32的人力驱动力与经由行星齿轮机构36传递来的马达40的转矩所合成的转矩的信号输出给控制装置50。
旋转速度传感器包括检测曲柄的旋转速度的踏频传感器。踏频传感器例如检测设于曲柄轴32的磁铁。踏频传感器包括舌簧开关或霍尔元件等磁检测传感器。踏频传感器将与曲柄轴32的旋转速度对应的信号输出给控制装置50。踏频传感器也可以是检测设于曲柄臂12的磁铁的构成。这种情况下，踏频传感器将与曲柄臂12的旋转速度对应的信号输出给控制装置50。旋转速度传感器还可以包括检测电动助力自行车10的前轮或后轮的旋转速度的速度传感器。控制装置50基于旋转速度传感器的检测结果计算曲柄的旋转速度。
控制装置50控制马达40和变速用马达80。控制装置50根据人力驱动力和曲柄的旋转速度控制马达40和变速用马达80的旋转。在一例中，控制装置50基于由转矩传感器86检测的人力驱动力和由旋转速度传感器检测的曲柄的旋转速度和电动助力自行车10的行驶速度控制马达40和变速用马达80的输出。
控制装置50当曲柄的旋转速度从规定速度以下变为高于规定速度时，驱动变速用马达80，使输入体60与输出体62卡合。控制装置50当曲柄的旋转速度从规定速度以上变为低于规定速度时，驱动变速用马达80，使输入体60与输出体62的卡合解除。
由行星齿轮机构36变速后的旋转被传递给连结部件44。在连结部件44上，输出体62的旋转和曲柄轴32的旋转合力。通过这样的结构，输入给曲柄轴32的人力驱动力在从行星齿轮机构36的输出体62至与后链轮20(参照图1)连接的车轮(省略图示)的驱动力的传递路径上，与从行星齿轮机构36的输出体62输出的旋转力汇合。在连结部件44上被传递来输出体62的旋转，且不经由行星齿轮机构36被给予曲柄轴32的旋转。
关于驱动单元30的作用和效果进行说明。
(1)驱动单元30具备将马达40的旋转变速并传递给连结部件44的行星齿轮机构36。切换机构38能够将马达40的旋转进行二级变速。根据该结构，能够容易将马达40的旋转速度抑制在规定的范围内，所以能够抑制伴随曲柄的旋转速度的变化使辅助力降低以及马达的驱动效率降低的至少一者情况。
(第二实施方式)
参照图4说明第二实施方式的驱动单元30。并且，与第一实施方式共通的部分使用相同的附图标记，省略其说明。
第二实施方式的驱动单元30包括行星齿轮机构88、切换机构90、马达40和机壳42。行星齿轮机构88具备输入体92、输出体94和传递体96。行星齿轮机构88在输入体92和输出体94之间具备变速比不同的多个变速路径。切换机构90能够切换多个变速路径。
输出体94包括多个第一行星齿轮94A、多个第二行星齿轮94B、齿轮架94C和行星销94D。第二行星齿轮94B其齿数与第一行星齿轮94A不同，能够与第一行星齿轮94A一体旋转。第一行星齿轮94A的齿数少于第二行星齿轮94B的齿数。第一行星齿轮94A和第二行星齿轮94B的个数相等。一个第一行星齿轮94A和一个第二行星齿轮94B是一体形成的所谓带台阶式的行星齿轮。
行星销94D贯通多个行星齿轮94A、94B，将多个行星齿轮94A、94B能够旋转地支承。齿轮架94C由行星销94D不能旋转地支承，经由行星销94D将第一行星齿轮94A和第二行星齿轮94B能够旋转地支承。在另一例中，行星销94D将多个行星齿轮94A、94B不能旋转地支承，齿轮架94C将行星销94D能够旋转地支承，从而齿轮架94C也能够将多个行星齿轮94A、94B能够旋转地支承。
传递体96包括与第一行星齿轮94A啮合的第一太阳齿轮96A和与第一太阳齿轮96A同轴配置的与第二行星齿轮94B啮合的第二太阳齿轮96B。第二太阳齿轮96B的齿数多于第一太阳齿轮96A的齿数。即、输出体94和传递体96包括齿数分别不同的多个齿轮。第一太阳齿轮96A和第二太阳齿轮96B绕支承于机壳42的支承轴97设置。支承轴97将第一太阳齿轮96A和第二太阳齿轮96B能够旋转地支承。
输入体92包括与第二行星齿轮94B啮合的环形齿轮92A。传递体96将输入体92的旋转传递给输出体94。在另一例中，环形齿轮92A可以不与第二行星齿轮94B啮合，而与第一行星齿轮94A啮合。在输入体92的外周部设置与绕减速机构46的第一旋转轴56设置的齿轮56C啮合的齿轮92B。输入体92经由减速机构46被传递马达40的旋转。
切换机构90能够限制第一太阳齿轮96A和第二太阳齿轮96B的至少一者的旋转地构成。切换机构90包括支承轴97、切换部98和单向离合器99。切换部98切换第一太阳齿轮96A相对于支承轴97不能旋转的第一状态和第一太阳齿轮96A相对于支承轴97能够旋转的第二状态。切换部98具备变速用马达(省略图示)和能够从支承轴97朝向第一太阳齿轮96A突出的爪(省略图示)。切换部98还包括设于传递体96的内周部的卡合部。该卡合部是与第一实施方式的卡合部72同样的形状。切换部98通过变速用马达的驱动切换第一状态和第二状态。具体地，爪朝向第一太阳齿轮96A突出，从而形成第一太阳齿轮96A相对于支承轴97不能旋转的第一状态。爪从第一太阳齿轮96A离开，从而形成第一太阳齿轮96A相对于支承轴97能够旋转的第二状态。切换部98只要是能够通过变速用马达控制爪的移动，能够采用任意结构。例如，切换部98的爪设于支承轴97，由弹簧被向与第一太阳齿轮96A的卡合部接触的位置施力。变速用马达经由衬套或凸轮控制爪的位置。
单向离合器99配置于支承轴97与第二太阳齿轮96B之间。单向离合器99在第一状态下通过马达40使输入体92旋转时允许第二太阳齿轮96B相对于支承轴97的旋转。单向离合器99在第二状态下由马达40而使输入体92旋转时，限制第二太阳齿轮96B的旋转。
通过切换部98，当形成第一太阳齿轮96A相对于支承轴97不能旋转的第一状态时，被传递给输入体92的马达40的旋转使行星齿轮94A、94B绕第一太阳齿轮96A一边自转一边公转。这时，齿轮架94C与行星齿轮94A、94B一起旋转，齿轮架94C的旋转被传递给连结部件44。
通过切换部98，当形成第一太阳齿轮96A相对于支承轴97能够旋转的第二状态时，被传递给输入体92的马达40的旋转使行星齿轮94A、94B绕第二太阳齿轮96B一边自转一边公转。这时，齿轮架94C与行星齿轮94A、94B一起旋转，齿轮架94C的旋转被传递给连结部件44。第二太阳齿轮96B其齿数多于第一太阳齿轮96A。因此，经由第二状态下的第二太阳齿轮96B的第二变速路径与经由第一状态下的第一太阳齿轮96A的第一变速路径相比，输入给输入体92的旋转的减速程度更大。
在齿轮架94C的外周部设置有齿轮94E。齿轮94E与连结部件44的齿轮54啮合。即、输入给曲柄轴32的人力驱动力在从行星齿轮机构88的输出体94至车轮(省略图示)的驱动力的传递路径上与从行星齿轮机构88的输出体94输出的旋转力汇合。根据第二实施方式，能够得到相当于第一实施方式的效果。
(第三实施方式)
参照图5说明第三实施方式的驱动单元30。并且，与第一实施方式共通的部分使用相同的附图标记，省略其说明。
第三实施方式的驱动单元30包括行星齿轮机构100、切换机构102、马达40和机壳42。
行星齿轮机构100具备输入体104、输出体106和传递体108。行星齿轮机构100在输入体104和输出体106之间具有变速比不同的多个变速路径。切换机构102能够切换多个变速路径。
输出体106包括多个第一行星齿轮106A、多个第二行星齿轮106B、行星销106C和齿轮架106D。第二行星齿轮106B其齿数与第一行星齿轮106A不同，与第一行星齿轮106A一体旋转。第一行星齿轮106A和第二行星齿轮106B的个数相等。一个第一行星齿轮106A和一个第二行星齿轮106B是一体形成的所谓带台阶式的行星齿轮。齿轮架106D由行星销106C支承，经由行星销106C将第一行星齿轮106A和第二行星齿轮106B能够旋转地支承。
传递体108包括与第一行星齿轮106A啮合的第一环形齿轮108A和与第一环形齿轮108A同轴配置的与第二行星齿轮106B啮合的第二环形齿轮108B。第一环形齿轮108A和第二环形齿轮108B支承于机壳42的支承部42B。第一环形齿轮108A的齿数多于第二环形齿轮108B的齿数。
输入体104包括与第二行星齿轮106B啮合的太阳齿轮104A。传递体108将输入体104的旋转传递给输出体106。在另一例中，太阳齿轮104A可以不与第二行星齿轮106B啮合，而与第一行星齿轮106A啮合。
切换机构102能够限制第一环形齿轮108A和第二环形齿轮108B的至少一者的旋转地构成。切换机构102包括切换部110和单向离合器112。切换部110切换第一环形齿轮108A不能旋转的第一状态和第一环形齿轮108A能够旋转的第二状态。切换部110具备变速用马达(省略图示)和能够从第一环形齿轮108A朝向支承部42B突出的爪(省略图示)。支承部42B具有圆筒形的内周面。切换部110还包括设于支承部42B的内周部的卡合部。该卡合部是与第一实施方式的卡合部72同样的形状。切换部110通过变速用马达的驱动切换第一状态和第二状态。具体地，爪朝向支承部42B突出，从而形成第一环形齿轮108A相对于支承部42B不能旋转的第一状态。爪从支承部42B离开，从而形成第一环形齿轮108A相对于支承部42B能够旋转的第二状态。切换部110只要能够通过变速用马达控制爪的移动，能够采用任意结构。例如，切换部110的爪设于第一环形齿轮108A，由弹簧被向与支承部42B的卡合部接触的位置施力。变速用马达经由衬套或凸轮控制爪的位置。
单向离合器112配置于支承部42B与第二环形齿轮108B之间。单向离合器112在第一状态下由马达40使输入体104旋转时允许第二环形齿轮108B的旋转。单向离合器112在第二状态下由马达40而使输入体104旋转时，限制第二环形齿轮108B的旋转。
通过切换部110，当形成第一环形齿轮108A相对于支承部42B不能旋转的第一状态时，被传递给输入体104的马达40的旋转使行星齿轮106A、106B绕第一环形齿轮108A一边自转一边公转。这时，齿轮架106D与行星齿轮106A、106B一起旋转，齿轮架106D的旋转被传递给连结部件44。
通过切换部110，当形成第一环形齿轮108A相对于支承部42B能够旋转的第二状态时，被传递给输入体104的马达40的旋转使行星齿轮106A、106B绕第二环形齿轮108B一边自转一边公转。这时，齿轮架106D与行星齿轮106A、106B一起旋转，齿轮架106D的旋转被传递给连结部件44。第二环形齿轮108B其齿数多于第一环形齿轮108A。因此，经由第二状态下的第二环形齿轮108B的第二变速路径与经由第一状态下的第一环形齿轮108A的第一变速路径相比，输入给输入体104的旋转的减速程度更大。
在齿轮架106D的外周部设置有齿轮106E。齿轮106E与连结部件44的齿轮54啮合。即、输入给曲柄轴32的人力驱动力在从行星齿轮机构100的输出体106至车轮(省略图示)的驱动力的传递路径上与从行星齿轮机构100的输出体106输出的旋转力汇合。根据第三实施方式，能够得到相当于第一实施方式的效果。
(变形例)
关于上述各实施方式的说明是本发明的自行车用驱动单元能够采用的方式的例示，不意味着限制该实施方式。本发明的自行车用驱动单元例如能够采用以下所示的上述各实施方式的变形例以及彼此不矛盾的至少两个变形例组合而成的方式。
·第一实施方式的驱动单元30例如图6所示能够任意变更。图6所示的驱动单元30中，输入体60的旋转轴线CB与曲柄轴32的旋转轴线CA配置在同轴线上。输入体60绕曲柄轴32设置，能够旋转地支承于曲柄轴32。输入体60经由轴承支承于曲柄轴32的外周部或连结部件44的外周部。输入体60还包括齿轮60B。齿轮60B与太阳齿轮60A同轴设置。减速机构46还包括设于第二旋转轴58，与齿轮60B啮合的齿轮58B。输出体62经由连结部件44连接于曲柄轴32。从连结部件44上省略了齿轮54。齿轮架62B的内周部例如通过花键嵌合与连结部件44的外周部结合。输入给曲柄轴32的人力驱动力在从行星齿轮机构36的输出体62至车轮(省略图示)的驱动力的传递路径上，与从行星齿轮机构36的输出体62输出的旋转力汇合。爪70设于传递体64，卡合部72设于输出体62。卡合部72设于齿轮架62B的外周部。爪70被施力以接触输出体62的卡合部72，能够由可动部件76从输出体62离开。
·第一实施方式的驱动单元30例如图7所示能够任意变更。图7所示的驱动单元30具备行星齿轮机构130和切换部132。行星齿轮机构130包括输入体134、输出体136和传递体138。输入体134包括环形齿轮134A。输出体136包括多个行星齿轮136A、齿轮架136B和行星销136C。传递体138包括太阳齿轮138A。在齿轮架136B的外周部形成齿轮136D。齿轮136D与连结部件44的齿轮54啮合。
切换部132具备变速用马达(省略图示)和能够从第二旋转轴58朝向齿轮架136B突出的爪(省略图示)。切换部132还包括设于齿轮架136B的内周部的卡合部。该卡合部与第一实施方式的卡合部72为同样的形状。切换部132通过变速用马达的驱动来切换第一状态和第二状态。具体地，爪朝向齿轮架136B突出，从而形成齿轮架136B相对于第二旋转轴58不能旋转的第一状态。爪从齿轮架136B离开，从而形成齿轮架136B相对于第二旋转轴58能够旋转的第二状态。切换部132只要是能够通过变速用马达控制爪的移动，能够采用任意结构。例如，切换部132的爪设于第二旋转轴58，由弹簧被向与齿轮架136B的卡合部接触的位置施力。变速用马达经由衬套或凸轮控制爪的位置。
行星齿轮机构130上还设有单向离合器140。单向离合器140设于第二旋转轴58与传递体138之间。由切换部132允许第二旋转轴58和齿轮架136B的相对旋转时，单向离合器140将第二旋转轴58的旋转传递给输入体60。被输入给输入体60的旋转在行星齿轮机构36的内部被减速，从齿轮架136B输出给连结部件44。由切换部132使第二旋转轴58与齿轮架136B一体旋转时，第二旋转轴58的旋转不变速而从齿轮架136B输出给连结部件44。这时，单向离合器140允许第二旋转轴58和输入体60的相对旋转。
·第一实施方式的切换机构38的结构能够任意变更。在一例中，切换机构38包括设于传递体64，能够从传递体64朝向输出体62突出的爪；以及设于输出体62，能够与被设于传递体64的爪卡合的卡合部。这种情况下，可动部件76优选使爪动作以使爪从传递体64突出。在输入体60和输出体62的一者上设置爪，在另一者上设置卡合部的结构中，只要是第一状态下传递体64和输出体62连结的结构，能够采用任意结构。
·第二和第三实施方式的切换机构90、102也可以是在传递体96、108上设置爪，在输出体94、106上设置卡合部的结构。图6所示的变形例的切换机构38也可以是在输出体62上设置爪，在传递体64上设置卡合部的结构。图6所示的变形例的切换机构38可以是在输出体136上设置爪，在第二旋转轴58上设置卡合部的结构。
·也能够将各实施方式的行星齿轮机构36、88、100变更为在第二状态下将输入体60、92、104的旋转增速而从输出体62、94、106输出的结构。这种情况下，行星齿轮机构36、88、100只要是从齿轮架输入并从太阳齿轮或环形齿轮输出的结构即可。
·各实施方式的驱动单元30也能够将转矩传感器86安装于曲柄轴32。
·各实施方式的减速机构46也能够在第一旋转轴56与第二旋转轴58之间设置将第一旋转轴56的旋转减速而传递给第二旋转轴58的第三旋转轴。即、在减速机构46中也能够进行三级以上的减速。
·各实施方式的驱动单元30也能够采用不包括减速机构46的方式。这种情况下，例如将马达40的输出轴40A的齿轮40B与输入体60、92、104连接。
·各实施方式的驱动单元30也能够在输出体62、94、104与连结部件44之间设置第二减速机构。输出体62、94、106的旋转通过第二减速机构减速并传递给连结部件44。另外，也能够将第二减速机构变更为增速机构。
·各实施方式的驱动单元30也能够在马达40与行星齿轮机构36之间的传递路径上设置单向离合器。
·各实施方式的驱动单元30也能够采用不包括曲柄轴32的方式。这种情况下，作为自行车的构成要素的曲柄轴32设于驱动单元30。
·设置驱动单元30的位置能够任意变更。在一例中，驱动单元30设于后链轮20附近。这种情况下，能够将后轮的轮毂壳作为连结部件构成。第一行星齿轮机构连结于后轮的轮毂壳。曲柄轴32的旋转经由后链轮20传递给后轮的轮毂壳。因此，后轮的轮毂壳被传递输出体62、94、106的旋转，并不经由行星齿轮机构而被给予曲柄轴32的旋转。
·各实施方式的连结部件44也可以省略，将行星齿轮机构36、88、100的输出体62、94、106连结于曲柄轴32。
·各实施方式中，行星齿轮机构36、88、100的输出体62、94、106可以连结在连结部件44中比设置转矩传感器86的部分更靠近前链轮18侧的位置。这种情况下，即使马达40驱动中，转矩传感器86也能够仅检测人力驱动力。
·各实施方式中，控制装置50可以设置在机壳42的外部，也可以设置在电动助力自行车10的车架。
·第二和第三实施方式中，也可以是车速等级有三个以上地构成行星齿轮机构88、100。例如具备齿数不同的三个行星齿轮和分别与各行星齿轮啮合的太阳齿轮及环形齿轮，由控制机构可选择地使太阳齿轮或环形齿轮不能旋转的结构即可。

Claims (24)

1.一种自行车用驱动单元，包括：
行星齿轮机构，该行星齿轮机构具有输入体、输出体、以及位于所述输入体与所述输出体之间的变速比不同的多个变速路径；
切换机构，该切换机构能够切换所述多个变速路径；
马达，能够对所述输入体传递旋转力；以及
机壳，该机壳将曲柄轴能够旋转地支承，在该机壳上设置所述行星齿轮机构、所述切换机构和所述马达，
其中，输入到所述曲柄轴的人力驱动力不通过所述行星齿轮机构，并且输入到所述曲柄轴的所述人力驱动力在从所述行星齿轮机构的所述输出体至车轮的驱动力的传递路径上与从所述行星齿轮机构的所述输出体输出的旋转力汇合。
2.如权利要求1所述的自行车用驱动单元，其中，所述输出体与曲柄轴或连结于所述曲柄轴的连结部件连接。
3.如权利要求2所述的自行车用驱动单元，其中，所述连结部件直接或经由单向离合器连结于曲柄轴。
4.如权利要求1～3任一项所述的自行车用驱动单元，其中，
所述行星齿轮机构还包括将所述输入体的旋转传递给所述输出体的传递体，
所述切换机构构成为能够切换所述输入体与所述输出体一体旋转的第一状态和所述输入体与所述输出体相对旋转的第二状态。
5.如权利要求4所述的自行车用驱动单元，其中，所述切换机构具备切换部，该切换部通过将所述传递体与所述输出体连结而将所述输入体和所述输出体的连结状态切换为所述第一状态，通过将所述传递体与所述输出体的连结解除而将所述输入体和所述输出体的连结状态切换为所述第二状态。
6.如权利要求5所述的自行车用驱动单元，其中，
所述切换部包括：
设于所述传递体和所述输出体的一者，能够从所述传递体和所述输出体的一者朝向所述传递体和所述输出体的另一者突出的爪；以及
设于所述传递体和所述输出体的另一者，能够由所述爪卡合的卡合部，
其中，在所述第一状态下所述爪与所述卡合部卡合，在所述第二状态下所述爪从所述卡合部离开。
7.如权利要求4所述的自行车用驱动单元，其中，
所述输入体包括太阳齿轮，
所述输出体包括与所述太阳齿轮啮合的行星齿轮以及将所述行星齿轮能够旋转地支承的齿轮架，
所述传递体包括与所述行星齿轮啮合的环形齿轮。
8.如权利要求4所述的自行车用驱动单元，其中，所述输入体的旋转轴线从所述曲柄轴的旋转轴线离开。
9.如权利要求4所述的自行车用驱动单元，其中，所述输入体与所述曲柄轴的旋转轴线配置在同一轴线上。
10.如权利要求6所述的自行车用驱动单元，其中，所述切换机构还包括控制所述切换部的控制部。
11.如权利要求10所述的自行车用驱动单元，其中，
所述控制部包括：
以所述爪从所述传递体和所述输出体的一者突出的方式对所述爪施加力的施力部件；
通过与所述爪接触，而能够以所述爪从所述卡合部离开的方式使所述爪动作的可动部件；以及
通过使所述可动部件移动，而切换所述第一状态和所述第二状态的驱动部。
12.如权利要求10所述的自行车用驱动单元，其中，
所述控制部包括：
以所述爪从所述卡合部离开的方式对所述爪施加力的施力部件；
通过与所述爪接触，而能够以所述爪从所述传递体和所述输出体的一者突出的方式使所述爪动作的可动部件；以及
通过使所述可动部件移动，而切换所述第一状态和所述第二状态的驱动部。
13.如权利要求4所述的自行车用驱动单元，
该自行车用驱动单元还包括支承所述传递体的支承部，
所述切换机构还包括配置于所述支承部与所述传递体之间的单向离合器，
所述单向离合器允许所述传递体向第一方向的旋转，阻止所述传递体向与所述第一方向相反的第二方向的旋转。
14.如权利要求1所述的自行车用驱动单元，其中，
所述行星齿轮机构还包括将所述输入体的旋转传递给所述输出体的传递体，
所述输出体和所述传递体分别包括齿数不同的多个齿轮。
15.如权利要求14所述的自行车用驱动单元，其中，
所述输出体包括：
第一行星齿轮；
齿数与所述第一行星齿轮不同，与所述第一行星齿轮一体旋转的第二行星齿轮；以及
将所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮能够旋转地支承的齿轮架，
所述传递体包括：
与所述第一行星齿轮啮合的第一太阳齿轮；以及
与所述第一太阳齿轮同轴配置，与所述第二行星齿轮啮合的第二太阳齿轮，
所述输入体包括与所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮的任一者啮合的环形齿轮，
所述切换机构构成为能够限制所述第一太阳齿轮和所述第二太阳齿轮的至少一者的旋转。
16.如权利要求15所述的自行车用驱动单元，其中，
所述第二太阳齿轮的齿数比所述第一太阳齿轮的齿数多。
17.如权利要求15或16所述的自行车用驱动单元，其中，
所述切换机构包括：
将所述第一太阳齿轮和所述第二太阳齿轮能够旋转地支承的支承轴；以及
切换所述第一太阳齿轮相对于所述支承轴不能旋转的第一状态和所述第一太阳齿轮相对于所述支承轴能够旋转的第二状态的切换部。
18.如权利要求17所述的自行车用驱动单元，其中，
所述切换机构还包括配置于所述支承轴与所述第二太阳齿轮之间的单向离合器，
在所述第一状态下所述输入体由所述马达而旋转时，所述单向离合器允许所述第二太阳齿轮的旋转。
19.如权利要求14所述的自行车用驱动单元，其中，
所述输出体包括：
第一行星齿轮；
齿数与所述第一行星齿轮不同，与所述第一行星齿轮一体旋转的第二行星齿轮；以及
将所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮能够旋转地支承的齿轮架，
所述传递体包括：
与所述第一行星齿轮啮合的第一环形齿轮；以及
与所述第一环形齿轮同轴配置，与所述第二行星齿轮啮合的第二环形齿轮，
所述输入体包括与所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮的任一者啮合的太阳齿轮，
所述切换机构构成为能够限制所述第一环形齿轮和所述第二环形齿轮的至少一者的旋转。
20.如权利要求19所述的自行车用驱动单元，其中，
所述第一环形齿轮的齿数比所述第二环形齿轮的齿数多。
21.如权利要求19或20所述的自行车用驱动单元，其中，
所述切换机构包括切换所述第一环形齿轮不能旋转的第一状态和所述第一环形齿轮能够旋转的第二状态的切换部。
22.如权利要求21所述的自行车用驱动单元，其中，
该自行车用驱动单元还包括支承所述第一环形齿轮和所述第二环形齿轮的支承部，
所述切换机构还包括配置于所述支承部与所述第二环形齿轮之间的单向离合器，
在所述第一状态下所述输入体由所述马达而旋转时，所述单向离合器允许所述第二环形齿轮的旋转。
23.如权利要求1～3任一项所述的自行车用驱动单元，
该自行车用驱动单元还包括连结于所述马达和所述输入体，能够将所述马达的旋转减速并传递给所述输入体的减速机构。
24.如权利要求1～3任一项所述的自行车用驱动单元，
该自行车用驱动单元还包括所述曲柄轴。
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