CN205075984U - 自行车用驱动单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种能够使电气结构简化的自行车用驱动单元。自行车用驱动单元包括：辅助电动机，辅助人力驱动力；第一电动机驱动电路，向上述辅助电动机供给电力；变速器，曲柄轴的旋转被传递至该变速器；变速电动机，切换上述变速器的变速比；第二电动机驱动电路，向上述变速电动机供给电力；以及壳体，上述辅助电动机、上述第一电动机驱动电路、上述变速器、上述变速电动机以及上述第二电动机驱动电路设置于该壳体中。

Description

自行车用驱动单元

技术领域

本实用新型涉及自行车用驱动单元。

背景技术

专利文献1公开了包括辅助电动机、变速器以及变速器用的电动机的自行车用驱动单元。一般来说，辅助电动机通过辅助电动机用的驱动电路驱动，变速器用的电动机通过变速器用的电动机的驱动电路驱动。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2013-86562号。

实用新型内容

在包括辅助电动机、变速器以及变速器用的电动机的自行车用驱动单元中，自行车的电气结构变得繁杂。

本实用新型的目的是提供一种能够使电气结构简化的自行车用驱动单元。

[1]按照本实用新型的一方式的自行车用驱动单元包括：辅助电动机，辅助人力驱动力；第一电动机驱动电路，向上述辅助电动机供给电力；变速器，曲柄轴的旋转被传递至该变速器；变速电动机，切换上述变速器的变速比；第二电动机驱动电路，向上述变速电动机供给电力；以及壳体，上述辅助电动机、上述第一电动机驱动电路、上述变速器、上述变速电动机以及上述第二电动机驱动电路设置于该壳体中。

[2]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述第一电动机驱动电路包含逆变电路。

[3]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述自行车用驱动单元还包括控制基板，在该控制基板上安装有上述第一电动机驱动电路和上述第二电动机驱动电路。

[4]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述控制基板的平面方向沿着上述变速器的输出轴的轴向方向。

[5]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述自行车用驱动单元还包括安装有上述第一电动机驱动电路的第一控制基板、和安装有上述第二电动机驱动电路的第二控制基板。

[6]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述第一控制基板的主面与上述第二控制基板的主面对置。

[7]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述第一控制基板和上述第二控制基板沿平面方向排列。

[8]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述第一控制基板和第二控制基板的平面方向沿着上述变速器的输出轴的轴向方向。

[9]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述壳体收纳上述辅助电动机、上述第一电动机驱动电路、上述变速器、上述变速电动机以及上述第二电动机驱动电路。

[10]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述第一电动机驱动电路和上述第二电动机驱动电路配置于上述壳体与上述变速器之间。

[11]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述壳体包括供上述第一电动机驱动电路和上述第二电动机驱动电路配置的凹部。

[12]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述第一电动机驱动电路和上述第二电动机驱动电路配置成比上述辅助电动机靠近上述变速电动机。

[13]根据上述自行车用驱动单元的一方式，从共用的电池向上述辅助电动机、上述第一电动机驱动电路、上述变速电动机以及上述第二电动机驱动电路供给电力。

[14]根据上述自行车用驱动单元的一方式，上述自行车用驱动单元还包括电力控制电路，该电力控制电路将从上述电池供给的电力分别供给到上述第一电动机驱动电路和上述第二电动机驱动电路。

实用新型效果

上述自行车用驱动单元能够使电气结构简化。

附图说明

图1是搭载第一实施方式的自行车用驱动单元的自行车的左视图。

图2是沿着图1的2-2线的驱动单元的剖视图。

图3是沿着图2的3-3线的变速器的剖视图。

图4是表示图1的驱动单元的电气结构的框图。

图5是表示第二实施方式的驱动单元的电气结构的框图。

图6是图5的驱动单元的局部剖视图。

图7是变形例的驱动单元的局部剖视图。

附图标记说明

24电池

30驱动单元

32曲柄轴

34壳体

34A凹部

36输出轴

44辅助电动机

46A输出轴

40变速器

62变速电动机

42控制基板

110第一电动机驱动电路

112第二电动机驱动电路

114电力控制电路

116第一控制基板

118第二控制基板。

具体实施方式

[第一实施方式]

参照图1，对搭载自行车用驱动单元的自行车10的结构进行说明。

自行车10包括驱动单元30、经由驱动单元30能够旋转地安装于未图示的车架的左右曲柄臂12、能够旋转地安装于曲柄臂12的左右踏板14、前链轮16、后链轮18、链条20以及电池24（参照图4）。

前链轮16与驱动单元30的曲柄轴32连结。前链轮16与曲柄轴32同轴地设置。后链轮18安装成能够绕后轮（省略图示）的车轴22旋转。链条20绕挂在前链轮16和后链轮18上。在通过施加到踏板14的人力驱动力使曲柄臂12旋转时，通过前链轮16、链条20以及后链轮18使后轮（省略图示）旋转。

图4所示的电池24固定于未图示的车架或后架。电池24包含一个或多个电池单元。电池24由二次电池构成。电池24与图2所示的驱动单元30电连接，将电力供给到驱动单元30。

如图2所示，驱动单元30包括曲柄轴32、壳体34、安装有前链轮16的输出轴36、辅助装置38、变速器40以及控制基板42。辅助装置38、变速器40以及控制基板42收纳于壳体34中，即配置于壳体34的内部。辅助装置38配置于曲柄轴32周围。变速器40配置于辅助装置38的径向外侧。

辅助装置38包括辅助人力驱动力的辅助电动机44、以及与辅助电动机44连结并使辅助电动机44的旋转减速的减速器46。

辅助电动机44包括能够相对于曲柄轴32旋转地安装于曲柄轴32的周围的转子48、和能够旋转地安装于转子48的外周的定子50。转子48与曲柄轴32绕同轴旋转。定子50固定于壳体34。

转子48的旋转被传递至减速器46，减速器46配置于在轴向方向上与辅助电动机44相邻的位置。减速器46由行星齿轮机构构成。由减速器46减速后的旋转经由减速器46的输出轴46A传递至配置于曲柄轴32的外周的输出轴36。减速器46与输出轴36经由单向离合器54连接。在减速器46的输出部的旋转速度为输出轴36的旋转速度以上时，单向离合器54将来自减速器46的旋转传递至输出轴36。单向离合器54由滚柱离合器或爪式离合器构成。

变速器40包括传递机构56、行星齿轮机构58、选择性地限制行星齿轮机构58的构成要素的旋转的旋转限制机构60、以及驱动旋转限制机构60的变速电动机62。变速器40具有8级变速比。

传递机构56包括：第一齿轮64，安装于曲柄轴32周围，并与曲柄轴32一体地旋转；以及第二齿轮66，与第一齿轮64啮合，将曲柄轴32的旋转传递至行星齿轮机构58。

如图3所示，行星齿轮机构58包括第一太阳齿轮68、第二太阳齿轮70、第三太阳齿轮72、第四太阳齿轮74、多个第一行星齿轮76、多个第二行星齿轮78、齿轮架80、第一齿圈82、第二齿圈84、第一行星销86以及第二行星销88。并且，行星齿轮机构58包括与第二齿轮66结合的输入部90、和输出部92，输出部92是用于将由行星齿轮机构58变速后的旋转传递至输出轴36（参照图2）的输出轴。

各太阳齿轮68、70、72、74从输入部90侧朝向输出部92侧以第一太阳齿轮68、第二太阳齿轮70、第三太阳齿轮72和第四太阳齿轮74的顺序沿轴100的轴向方向排列。各太阳齿轮70、72、74以第二太阳齿轮70、第三太阳齿轮72和第四太阳齿轮74的顺序外径减小并且齿数减少。第一太阳齿轮68固定于轴100，各太阳齿轮70、72、74能够相对于旋转限制机构60的轴100旋转地安装于轴100的周围，并绕同轴旋转。

多个第一行星齿轮76包括外径和齿数不同的第一齿轮部76A和第二齿轮部76B。第一齿轮部76A的外径比第二齿轮部76B的外径小。多个第一行星齿轮76配置于第一太阳齿轮68的周围。第一齿轮部76A与第一太阳齿轮68啮合。第二齿轮部76B与第一齿圈82啮合。

多个第二行星齿轮78包括外径和齿数不同的第一齿轮部78A、第二齿轮部78B以及第三齿轮部78C。第一齿轮部78A的外径比第二齿轮部78B的外径小，第二齿轮部78B的外径比第三齿轮部78C的外径小。第一齿轮部78A配置于第二太阳齿轮70的周围，并与第二太阳齿轮70啮合。第二齿轮部78B配置于第三太阳齿轮72的周围，并与第三太阳齿轮72啮合。第三齿轮部78C配置于第四太阳齿轮74的周围，并与第四太阳齿轮74啮合。

第一齿圈82配置于多个第一行星齿轮76的外周，并与多个第一行星齿轮76啮合。第一齿圈82与多个第一行星齿轮76的第二齿轮部76B啮合。第二齿圈84配置于多个第二行星齿轮78的外周，并与多个第二行星齿轮78啮合。

第一行星销86设置于多个第一行星齿轮76的每个，并沿轴向方向贯通第一行星齿轮76和齿轮架80。第一行星销86能够相对于多个第一行星齿轮76和齿轮架80旋转。

第二行星销88设置于多个第二行星齿轮78的每个，并沿轴向方向贯通第二行星齿轮78和齿轮架80。第二行星销88能够相对于多个第二行星齿轮78和齿轮架80旋转。

齿轮架80使第一行星销86和第二行星销88在太阳齿轮68、70、72、74的周围一体地旋转。齿轮架80经由第一行星销86和第二行星销88支承多个第一行星齿轮76和多个第二行星齿轮78。

旋转限制机构60包括轴100、能够旋转地支承于轴100的套筒101、第一离合器部件102、第二离合器部件104、第三离合器部件106、第四离合器部件108以及变速电动机62（参照图2）。

轴100不能旋转地支承于壳体34（参照图2）。轴100的轴向方向与曲柄轴32的轴向方向平行。

套筒101包括沿着轴100的外周的三个臂、和在轴向方向上延伸且连结三个臂的套筒主体。各臂配置于与各离合器部件104、106、108对应的位置。套筒101的臂经由各离合器部件104、106、108限制第二太阳齿轮70、第三太阳齿轮72或者第四太阳齿轮74的旋转。

第一离合器部件102包括离合器环102A和弹簧102B。离合器环102A配置于在轴向方向上与齿轮架80相邻的位置。离合器环102A与输入部90连结，并与输入部90一体地旋转。输入部90经由单向离合器与齿圈82连结。弹簧102B对离合器环102A施加在轴向方向上接近齿轮架80的方向的力。离合器环102A随着变速电动机62（参照图2）的旋转而旋转，并通过弹簧102B的力而沿轴向方向移动。离合器环102A通过如图3的双点划线所示与齿轮架80的花键80A卡合，来连结输入部90与齿轮架80，并将输入部90的旋转传递至齿轮架80。通过第一离合器部件102从齿轮架80脱离，将输入部90的旋转传递至第一齿圈82。

第二离合器部件104配置于轴100的外周与第二太阳齿轮70的内周之间。第二离合器部件104随着套筒101的旋转而被套筒101的臂控制。此时，通过形成于第二离合器部件104的外周的爪部与形成于第二太阳齿轮70的内周的棘齿卡合，来限制第二太阳齿轮70的旋转，通过爪部从第二太阳齿轮70脱离，来允许第二太阳齿轮70的旋转。

第三离合器部件106配置于轴100的外周与第三太阳齿轮72的内周之间。第三离合器部件106随着套筒101的旋转而被套筒101的臂控制。此时，通过形成于第三离合器部件106的外周的爪部与形成于第三太阳齿轮72的内周的棘齿卡合，来限制第三太阳齿轮72的旋转，通过爪部从第三太阳齿轮72脱离，来允许第三太阳齿轮72的旋转。

第四离合器部件108配置于轴100的外周与第四太阳齿轮74的内周之间。第四离合器部件108随着套筒101的旋转而被套筒101的臂控制。此时，通过形成于第四离合器部件108的外周的爪部与形成于第四太阳齿轮74的内周的棘齿卡合，来限制第四太阳齿轮74的旋转，通过爪部从第四太阳齿轮74脱离，来允许第四太阳齿轮74的旋转。

通过变速电动机62（参照图2）驱动，使离合器环102A移动，并使套筒101旋转。与此时的卷筒101的旋转相位对应，被限制旋转的太阳齿轮70、72、74的组合发生变化。并且，与被限制旋转的太阳齿轮70、72、74的组合对应，行星齿轮机构58的各要素的旋转状态不同。因此，通过旋转限制机构60的动作，使变速器40的变速比发生变化。表1表示行星齿轮机构58的各构成要素的旋转与变速级的关系。1级是变速比最小的变速级。8级是变速比最大的变速级。输入部90的旋转从表1的上方所记载的构成要素传递至下方的构成要素。

1级

2级

3级

4级

5级

6级

7级

8级

第一齿圈

○

○

○

○

第一行星齿轮

○

○

○

○

第一太阳齿轮

○

○

○

○

第一行星销

○

○

○

○

齿轮架

○

○

○

○

○

○

○

○

第二行星销

○

○

○

○

○

○

第四太阳齿轮

○

○

第三太阳齿轮

○

○

第二太阳齿轮

○

○

第二行星齿轮

○

○

○

○

○

○

第二齿圈

○

○

○

○

○

○

如表1所示，在1级至4级中，输入部90的旋转首先被传递至第一齿圈82。在5级至8级中，输入部90的旋转首先被传递至齿轮架80。并且，在1级和5级中，齿轮架80的旋转使输出部92旋转。在2级至4级以及6级至8级中，第二齿圈84的旋转使输出部92旋转。

形成于输出部92的外周的齿轮92A与形成于输出轴36的外周的齿轮36A（参照图2）啮合。因此，由变速器40变速后的旋转经由输出部92被传递至输出轴36。输出轴36也与辅助装置38连结。因此，输出轴36通过从变速器40传递的驱动力和从辅助装置38传递的驱动力而旋转。

如图2所示，在壳体34中，在变速器40的径向外侧形成有从内侧朝向外侧凹陷的凹部34A。在凹部34A中配置有控制基板42。控制基板42的平面方向沿着变速器40的输出部92的轴向方向。控制基板42配置于壳体34与变速器40之间。控制基板42配置成比辅助电动机44靠近变速电动机62。控制基板42固定于壳体34的内周部。也可以在控制基板42与壳体34之间夹设传递部件，该传递部件将控制基板42所产生的热传递至壳体34。传递部件例如由具有绝缘性的树脂构成。

如图4所示，在控制基板42上安装有包含辅助电动机44的逆变电路的第一电动机驱动电路110、作为变速电动机62的驱动电路的第二电动机驱动电路112、以及电力控制电路114。

第一电动机驱动电路110根据检测人力驱动力的传感器（省略图示）的输出使辅助电动机44驱动。第二电动机驱动电路112根据来自由操作者操作的换档器（省略图示）的信号使变速电动机62驱动。

电力控制电路114将从电池24供给的电力分别供给到第一电动机驱动电路110和第二电动机驱动电路112。因此，从共用的电池24向辅助电动机44、第一电动机驱动电路110、变速电动机62以及第二电动机驱动电路112供给电力。电力控制电路114具有变压器，将电池24的电压变换为适用于第一电动机驱动电路110和第二电动机驱动电路112的至少任一方的电压。第一电动机驱动电路110和第二电动机驱动电路112分别包含微型计算机。第一电动机驱动电路110的微型计算机对驱动辅助电动机44的逆变电路进行控制。第二电动机驱动电路112的微型计算机对驱动变速电动机62的驱动电路进行控制。

驱动单元30起到以下的作用和效果。

（1）在将第二电动机驱动电路112配置于驱动单元30的外部的情况下，第二电动机驱动电路112与驱动单元30使用连接器等通过电线连接。因此，驱动单元30和自行车10的电气结构变得繁杂。辅助电动机44、第一电动机驱动电路110、变速器40、变速电动机62、以及第二电动机驱动电路112设置于壳体34中。因此，能够使驱动单元30的电气结构简化。

（2）第一电动机驱动电路110和第二电动机驱动电路112安装在同一个控制基板42上。因此，与将第一电动机驱动电路110和第二电动机驱动电路112安装在分别的控制基板上的结构相比，能够使电缆进行的配线简化。

（3）变速电动机62与辅助电动机44相比，向变速电动机62传递的电流量小且通电时间短。因此，变速电动机62的发热量比辅助电动机44小。另一方面，第一电动机驱动电路110和第二电动机驱动电路112配置成比辅助电动机44靠近变速电动机62。因此，第一电动机驱动电路110和第二电动机驱动电路112的温度不易上升。

（第二实施方式）

如图5所示，本实施方式的驱动单元30包括第一控制基板116和第二控制基板118。

在第一控制基板116上安装有上述第一电动机驱动电路110和电力控制电路114。在第二控制基板118上安装有第二电动机驱动电路112。

如图6所示，第一控制基板116和第二控制基板118安装于壳体34的内表面。第一控制基板116和第二控制基板118配置于壳体34与变速器40之间。

第一控制基板116的主面与第二控制基板118的主面对置。第一控制基板116和第二控制基板118的平面方向沿着变速器40的输出部92的轴向方向。根据本实施方式的驱动单元30，能够起到依据第一实施方式的（1）的效果。

（变形例）

本驱动单元能够采用的具体方式不限于上述实施方式中例示的方式。本驱动单元能够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本驱动单元能够采用的各种方式的一例。

如图7所示，也能够将第二实施方式的第一控制基板116与第二控制基板118沿平面方向排列。

还能够将第二实施方式的第一控制基板116与第二控制基板118沿平面方向错开地配置，以使第一控制基板116的主面与第二控制基板118的主面不对置。

还能够将第一实施方式的控制基板42、第二实施方式的第一控制基板116以及第二控制基板118以其平面方向沿着与变速器40的输出部92正交的方向的方式配置。

还能够由多个基板来构成第一实施方式的控制基板42、第二实施方式的第一控制基板116以及第二控制基板118。在该情况下，还能够将第一实施方式的控制基板42、第二实施方式的第一控制基板116以及第二控制基板118形成为立体的例如U字状。

还能够将第一电动机驱动电路110和第二电动机驱动电路112配置于壳体34与辅助电动机44之间。

还能够在自行车10上装备两个电池24。在该情况下，还能够分别从不同的电池向第一电动机驱动电路110和第二电动机驱动电路112供给电力。

还能够将辅助电动机44、第一电动机驱动电路110、变速器40、变速电动机62以及第二电动机驱动电路112的至少一个安装于壳体34的外部。在该情况下，由于能够将辅助电动机44、第一电动机驱动电路110、变速器40、变速电动机62以及第二电动机驱动电路112归结为一个部件，因此也能够获得依据第一实施方式的（1）的效果。

还能够将变速器40配置于曲柄轴32的周围，将辅助装置38配置于曲柄轴32的径向外侧。并且，还能够将变速器40和辅助装置38配置成在曲柄轴32的周围在轴向方向上相邻。

还能够将变速器40变更为具有小于8级或者多于8级的多个变速级的变速器40。并且，还能够使变速器40为无级地变更变速比的变速器。

Claims (14)

1.一种自行车用驱动单元，其特征在于，包括：

辅助电动机，辅助人力驱动力；

第一电动机驱动电路，向上述辅助电动机供给电力；

变速器，曲柄轴的旋转被传递至该变速器；

变速电动机，切换上述变速器的变速比；

第二电动机驱动电路，向上述变速电动机供给电力；以及

壳体，上述辅助电动机、上述第一电动机驱动电路、上述变速器、上述变速电动机以及上述第二电动机驱动电路设置于该壳体中。

2.根据权利要求1所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

上述第一电动机驱动电路包含逆变电路。

3.根据权利要求1所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

上述自行车用驱动单元还包括控制基板，在该控制基板上安装有上述第一电动机驱动电路和上述第二电动机驱动电路。

4.根据权利要求3所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

上述控制基板的平面方向沿着上述变速器的输出轴的轴向方向。

5.根据权利要求1所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

该自行车用驱动单元还包括安装有上述第一电动机驱动电路的第一控制基板、和安装有上述第二电动机驱动电路的第二控制基板。

6.根据权利要求5所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

上述第一控制基板的主面与上述第二控制基板的主面对置。

7.根据权利要求5所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

上述第一控制基板和上述第二控制基板沿平面方向排列。

8.根据权利要求5至7中的任一项所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

上述第一控制基板和第二控制基板的平面方向沿着上述变速器的输出轴的轴向方向。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

上述壳体收纳上述辅助电动机、上述第一电动机驱动电路、上述变速器、上述变速电动机以及上述第二电动机驱动电路。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

上述第一电动机驱动电路和上述第二电动机驱动电路配置于上述壳体与上述变速器之间。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

上述壳体包括供上述第一电动机驱动电路和上述第二电动机驱动电路配置的凹部。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

上述第一电动机驱动电路和上述第二电动机驱动电路配置成比上述辅助电动机靠近上述变速电动机。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的自行车用驱动单元，其特征在于，

从共用的电池向上述辅助电动机、上述第一电动机驱动电路、上述变速电动机以及上述第二电动机驱动电路供给电力。

14.根据权利要求13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电力控制电路，该电力控制电路将从上述电池供给的电力分别供给到上述第一电动机驱动电路和上述第二电动机驱动电路。