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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrradnabe und insbesondere auf eine Fahrradnabe mit integriertem Motor, welche die Nabe eines Laufrades bzw. Rades eines Fahrrades bildet.
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Technischer Hintergrund
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Im Felde der Fahrräder sind unterstütze Fahrräder bekannt, bei denen menschliche Antriebskraft durch einen Motor unterstützt wird. Es gibt unterstütze Fahrräder, welche eine Nabe mit integriertem Motor verwenden, bei welcher ein Motor in einem Laufrad bereitgestellt wird. Im Felde der konventionellen Naben mit integriertem Motor, ist eine Nabe mit integriertem Motor bekannt, bei der ein den Motor antreibender Motorsteuerungsschaltkreis innen liegend angeordnet ist. Die konventionelle Nabe mit integriertem Motor ist mit dem Motor und dem Motorsteuerschaltkreis durch Elektroverkabelung bzw. Elektroverbindung verbunden, wie zum Beispiel in der
japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2003-095179 .
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Zusammenfassung der Erfindung
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Bei der oben beschriebenen konventionellen Konfiguration ist es unwahrscheinlich, dass eine Anordnung des Motorsteuerschaltkreises eingeschränkt ist, weil der Motor und der Motorsteuerschaltkreis durch Elektroverkabelung verbunden sind. Jedoch kann die Herstellung der elektrischen Verbindung schwierig werden und zugleich kann es zu Energieverlusten auf Grund des Widerstandes der Elektroverkabelung kommen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einer Nabe mit integriertem Motor eine vereinfachte Verbindung von einer Elektroverkabelung und eine Verringerung des Energieverlustes bereit zu stellen.
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Eine Fahrradnabe mit integriertem Motor gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung, ist eine Fahrradnabe mit integriertem Motor, welche eine Nabe eines Laufrades eines Fahrrades bildet. Die Fahrradnabe mit integriertem Motor weist eine Nabenachse, einen Motor und einen Motorsteuerabschnitt auf. Der Motor hat ein Anschlussterminal bzw. Terminal. Der Motorsteuerabschnitt wird zusammen mit dem Motor entlang einer Achsenrichtung der der Nabenachse bereitgestellt und hat eine direkt mit dem Anschlussterminal verbundene Schaltplatine und steuert den Motor.
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Bei dieser Fahrradnabe mit integriertem Motor ist das Anschlussterminal bzw. Terminal direkt mit der Schaltplatine verbunden. Weil keine Elektroverkabelung mehr zwischen dem Motor und dem Motorsteuerabschnitt benötigt wird, vereinfacht sich die Verbindung der Elektroverkabelung und ein Energieverlust kann reduziert werden.
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Bei eine Fahrradnabe mit integriertem Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Terminal parallel zu der Nabenachse. In diesem Falle wird die Länge des Terminals minimiert.
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Eine Fahrradnabe mit integriertem Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst weiterhin einen Schottabschnitt. Der Motor hat einen Wicklungsabschnitt, welcher mit dem Terminal verbunden ist. Der Partitionier- oder Schottabschnitt ist zwischen dem Wicklungsabschnitt und der Schaltplatine bereitgestellt. Das Terminal steht durch den Schottabschnitt hindurch bzw. dringt in diesen ein.
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In diesem Fall ermöglicht es der Partitionierungs- oder Schottabschnitt, dass der Wicklungsabschnitt des Motors und die Schaltplatine an unterschiedlichen Stellen angeordnet werden können. Demzufolge kann der Motor stabil durch den Steuerabschnitt gesteuert werden, weil die Wärme des Wicklungsabschnitts durch den Schottabschnitt abgeführt werden kann, um die Ableitung auf die Schaltplatine zu verringern.
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Bei einer Fahrradnabe mit integriertem Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein Durchgangsloch in dem Schottabschnitt ausgeformt sein, durch welches das Terminal hindurch steht oder sich erstrecken kann, wobei ein Basisendabschnitt des Terminals aus einem isolierenden Harz geformt ist bzw. wird und in dem ein Durchgangsloch bereitgestellt ist bzw. wird.
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In diesem Fall wird der Basisendabschnitt des Terminals, welcher durch das Loch hindurch steht oder sich darin erstreckt und mit der Schaltplatine verbunden ist in dem Durchgangsloch bereitgestellt in einem Zustand, in dem der Basisendabschnitt aus einem isolierenden Harz geformt wird. Somit kann es verhindert werden, dass das Terminal und der Schottabschnitt miteinander in Kontakt gelangen können.
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Bei einer Fahrradnabe mit integriertem Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Schottabschnitt den Wicklungsabschnitt stützen und nicht drehbar oder drehfest mit der Nabenachse verbunden sein.
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In diesem Fall kann, weil der Wicklungsabschnitt durch den Schottabschnitt gestützt wird, welcher nicht drehbar mit der Nabenachse verbunden ist, deren Drehung durch den Rahmen reguliert wird, das Stützen des Wicklungsabschnitts und die räumliche Abschottung gleichzeitig erreicht werden.
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Eine Fahrradnabe mit integriertem Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst vorteilhafter weise ferner ein Motorgehäuse in welches, mit dem Schottabschnitt dort dazwischen liegend, ein erster Raum in welchem der Motorsteuerabschnitt aufgenommen wird, ausgeformt ist und ein zweiter Raum, in welchem der Wicklungsabschnitt aufgenommen wird, ausgeformt ist.
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In diesem Fall kann der erste und der zweite Raum durch den Schottabschnitt abgeschottet werden, um den Motorsteuerabschnitt und den Wicklungsabschnitt anzuordnen.
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Bei einer Fahrradnabe mit integriertem Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Schaltplatine ein erstes elektrisches Element auf einer ersten Montagefläche aufweisen und so angeordnet sein, dass die erste Montagefläche dem Schuttabschnitt gegenüber liegt. Ein Anordnungstaschenabschnitt, in welchem zumindest ein Teil des ersten elektrischen Elements angeordnet ist, kann an dem Schuttabschnitt ausgeformt sein.
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In diesem Fall ist ein Anordnungstaschenabschnitt an dem Schottabschnitt ausgeformt und zumindest ein Teil des ersten elektrischen Elements ist in dem Anordnungstaschenabschnitt angeordnet. Somit kann die Länge der Nabe in der Richtung der Nabenachse verringert werden.
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Bei einer Fahrradnabe mit integriertem Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Lücke zwischen dem ersten elektrischen Element und dem Schottabschnitt bereitgestellt. In diesem Fall wird die Vibration, selbst wenn der Motor vibriert, durch die Lücke isoliert und nicht auf das erste elektrische Element übertragen. Somit ist es unwahrscheinlicher, dass das erste elektrische Element nachteilig durch die Vibration beeinflusst wird.
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Bei einer Fahrradnabe mit integriertem Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist sie Schaltplatine ein erstes elektrisches Element auf einer ersten Montagefläche auf, vorteilhafterweise derart bereitgestellt, dass die erste Montagefläche dem Motor zugewandt ist.
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In diesem Fall kann eine größere Anzahl von ersten elektrischen Elementen auf der Schaltplatine angeordnet werden, welche in einem eingegrenzten Bereich angeordnet ist, weil das erste elektrische Element an der motorseitigen ersten Montagefläche angeordnet ist.
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Bei einer Fahrradnabe mit integriertem Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Motorsteuerabschnitt einen Inverterabschnitt auf welcher eine Vielzahl von Schaltelementen hat, wobei die Schaltelemente an eine zweite Montagefläche, an einer gegenüberliegenden Seite der ersten Montagefläche, montiert sind.
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In diesem Fall, weil die, eine große Menge Wärme produzierenden Schaltelemente an der zweiten Montagefläche gegenüberliegend der ersten Montagefläche angeordnet sind, befinden sich die Schaltelemente näher an einer Außenseite der Nabe, welche in Berührung mit Umgebungsluft ist. Daher können die Schaltelemente leichter gekühlt werden.
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Bei einer Fahrradnabe mit integriertem Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verfügt die Schaltplatine bevorzugt über ein zweites elektrisches Element an einer zweiten Montagefläche an eine gegenüberliegenden Seite der ersten Montagefläche, wobei eine Erstreckung des ersten elektrischen Elements in einer Richtung parallel zur Nabenachse größer ist, als die des zweiten elektrischen Elements.
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In diesem Fall kann, weil das erste elektrische Element, dessen Erstreckung in der Richtung der Nabenachse groß ist, in dem Anordnungstaschenabschnitt angeordnet werden und so die Länge der Nabe in der Nabenachsenrichtung verringert werden.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Anschlussterminal bzw. Terminal eines Motors direkt mit einer Schaltplatine eines Motorsteuerungsschaltkreises verbunden. Daher wird, nachdem eine elektrische Verkabelung zwischen dem Motor und der Schaltplatine nicht mehr länger benötigt wird, die Verbindung der elektrischen Verkabelung einfacher und ein Energieverlust kann reduziert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine rechte Seitenansicht eines Fahrrades, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
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2 ist eine rechte Seitenansicht einer Nabe mit integriertem Motor.
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3 ist eine Schnittdarstellung der Nabe mit integriertem Motor, entlang der Linie III-III in 2.
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4 ist eine perspektivische Ansicht von links der Nabe mit integriertem Motor.
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5 ist eine perspektivische Ansicht von rechts der Nabe mit integriertem Motor.
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6 ist eine Explosionsansicht der Nabe mit integriertem Motor.
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7 ist eine Draufsicht, welche eine erste Montagefläche einer Schaltplatine zeigt.
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8 ist eine Darstellung eines Positionierungsverhältnisses zwischen einem Motor und einem Gehäusehauptkörper.
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9 ist eine Teilschnittansicht des Motors.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Generelle Konfiguration des Fahrrades
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Das Fahrrad gezeigt in 1 verwendend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist ein unterstütztes bzw. assistierendes Fahrrad, bei dem menschlich angetriebenes Fahren durch eine Nabe mit integriertem Motor unterstützt bzw. assistiert wird. Das Fahrrad weist einen Rahmen 101 auf, welcher einen Rahmenkörper 102 und eine Vordergabel 103, einen Lenkstangenabschnitt 104, einen Antriebsabschnitt 105, ein Vorderrad 106f, ein Hinterrad 106r eine vordere Bremseinrichtung 107f und eine hintere Bremseinrichtung 107r, eine Frontlampe 23 und ein Rücklicht 24 aufweist. Die Vordergabel 103 ist an einen vorderen Teil des Rahmenkörpers 102 montiert, so dass sie um eine angewinkelte Achse geschwenkt werden kann. Die Nabe mit integriertem Motor 10 ist an einen distalen Endabschnitt der Vordergabel 103 montiert. Die vordere Bremseinrichtung 107f und die hintere Bremseinrichtung 107r führen eine Bremsung durch jeweiliges in Berührung kommen mit Felgen 121f und 121r des Vorderrades 106f und des Hinterrades 106r.
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Jeweilige Teile weisen einen Sattel 111 und den Lenkstangenabschnitt 104 auf und sind an den Rahmen 101 montiert. Der Antriebsabschnitt 105 hat eine Kurbelwelle 116, welcher drehbar durch einen Sitzrohrabschnitt bzw. Hängerabschnitt des Rahmens 101 gestützt wird, wobei eine Gangkurbel 118a und eine linke Kurbel (nicht gezeigt) an beide Enden der Kurbelwelle 116 fixiert sind und wobei eine Kette 119 über die Gangkurbel 118a, eine Ganganordnung 109, welche an eine hintere Nabe 110 des Hinterrades 106r montiert ist, einen Frontderailleur 108f und einen Hinterderailleur 108r erstreckt.
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Der Frontderailleur 108f wirft die Kette über zum Beispiel ein jedes von drei an die Gangkurbel 118a montierten Kettenblätter. Der Hinterderailleur 108 wirft die Kette 119 über zum Beispiel ein jedes von neun Kettenblättern der Ganganordnung 109, welche an die hintere Nabe 110 montiert sind. Sowohl der Frontderailleur 108f, als auch der Heck- oder Hinterderailleur 108r sind elektrisch angetrieben und haben jeweils einen elektrischen Aktuator, einen Zustandssensor, welcher eine gegenwärtige Schaltstufe erfasst und einen Derailleursteuerabschnitt, welcher den elektrischen Aktuator und den Zustandssensor steuert. Ein Schaltungsschalter, welcher ein Gangschalten auslöst ist an der Lenkstange 115 bereitgestellt. Der Derailleursteuerabschnitt steuert die elektrischen Aktuatoren in Erwiderung einer Betätigung des Schaltungsschalters. Während sowohl der Frontderailleur 108f, als auch der Hinterderailleur 108r in der vorliegenden Ausführungsform elektrisch angetrieben sind, können der Frontderailleur 108f und der Hinterderailleur 108r ebenso alternativ so konfiguriert sein, dass sie an Schalthebel über Drähte verbunden sind und zum Schalten dadurch angetrieben werden, dass die Drähte durch die Schalthebel gezogen werden.
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Ein Heck- oder Hintergepäckträger 112 ist an einen oberen hinteren Teil des Rahmenkörpers 102 montiert. Eine Hintergepäckträgereinheit 13, welche einen generellen Steuerabschnitt 12 aufweist, der elektrische Komponenten des gesamten Fahrrades steuert, ist an den Hintergepäckträger 112 montiert. Ein Energiespeicherabschnitt 14, welcher als Energieversorgung für die elektrischen Komponenten, wie zum Beispiel die Nabe mit integriertem Motor 10, den generellen Steuerabschnitt 12 und die Frontlampe 23 dient, ist abnehmbar an die Hintergepäckträgereinheit 13 montiert. Der Energiespeicherabschnitt 14 ist so konfiguriert, als dass er einen Speicherakku aufweist, welcher ein Nickel-Hydrid-Akku, ein Lithium-Ionen-Akku oder der gleichen ist. Das Rücklicht 24 ist integral an den Energiespeicherabschnitt 14 montiert.
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Der Lenkstangenabschnitt 104 hat einen Lenkervorbau 114, welche an einen oberen Teil der Vordergabel 103 montiert ist und eine stabförmige Lenkstange 115 ist an den Lenkervorbau 114 befestigt. Ein linker Bremshebel 16f und ein rechter Bremshebel 16r sind an beide Enden der Lenkstange 115 montiert. Zusätzlich ist eine Anzeigeeinheit 18 und die Frontlampe 23 an einen zentralen Abschnitt der Lenkstange 115 montiert. Die Anzeigeeinheit 18 ist in der Lage Betriebsmodi wie zum Beispiel einen Unterstützungsmodus und einen regenerativen Bremsmodus anzuzeigen.
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Nabe mit integriertem Motor
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Die Nabe mit integriertem Motor 10 bildet eine Nabe des Vorderrades 106f des Fahrrades. Die Nabe mit integriertem Motor 10 ist an ein distales Ende der Vordergabel 103 montiert und dient zum Unterstützen von menschlich angetriebenem Fahren. Die Nabe mit integriertem Motor 10 weist zum Beispiel einen bürstenlosen drei-Phasen DC-Motor auf. Wie zu sehen in 2 hat die Nabe mit integriertem Motor 10 eine Nabenachse 15 und ein Motorgehäuse 17, welches an die Nabenachse 15 montiert ist. Zusätzlich hat die Nabe mit integriertem Motor 10 wie in 3 gezeigt einen Motorsteuerschaltkreis (ein Beispiel für einen Motorsteuerabschnitt) 19 und Rotationsübertragungsmechanismus 25, welcher im Inneren des Motorgehäuses 17 untergebracht ist.
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Nabenachse
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Die Nabenachse 15 ist zum Beispiel aus Stahl gefertigt. Beide Enden der Nabenachse 15 sind nicht drehbar an einen vorderen Klauenabschnitt 103a an einem distalen Ende der Vordergabel 103 montierbar. Ein erster Außengewindeabschnitt 15a und ein zweiter Außengewindeabschnitt 15b, welche ein linkes und rechts Paar bilden und an welche Mutterelemente 50 zur Befestigung der Nabenachse 15 an die Vordergabel 103 geschraubt werden, sind an umfänglichen Flächen der beiden Enden der Nabenachse 15 ausgeformt. Zusätzlich haben ein erster Befestigungsabschnitt 15c und ein zweiter Befestigungsabschnitt 15d jeweils zwei parallel Flächen, welche an äußeren Umfangsflächen des ersten Außengewindeabschnitts 15a und dem zweiten Außengewindeabschnitt 15b ausgeformt sind. Ein Rotationshemmabschnitt 15e zum nicht drehbaren Koppeln des ersten Gehäuseelements 32, welches im Nachfolgenden eingehender beschrieben wird, des Motorgehäuses 17 ist an einer innen liegenden Position des zweiten Befestigungsabschnitts 15d in der Richtung der Nabenachse ausgeformt. Ein Mutterelement 50 und eine Sicherungsmutter 51 sind an den ersten Außengewindeabschnitt 15a geschraubt. Ein Mutterelement 50 und ein Mutterelement 52, welches das erste Gehäuseelement 32 an die Nabenachse 15 sichert, sind an den zweiten Außengewindeabschnitt 15b. Eine Drehhemmungsscheibe 54, welche jeweils nicht drehbar in den ersten Befestigungsabschnitt 15c und eine Montagenut 103b der Vordergabel 103 eingreift, ist an einer innen liegende Position des Mutterelements 50 in einer axialen Richtung montiert, verhindert die Drehung der Nabenachse 15.
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Zusätzlich ist ein dritter Außengewindeabschnitt 15, an welchen ein zweites Achslager 31 geschraubt wird, welches drehbar ein zweites Ende des zweiten Gehäuseelements 34 stützt, welches im Nachfolgenden genauer beschrieben wird, des Motorgehäuses 17 an einer innen liegenden Position des ersten Außengewindeabschnitts 15 in einer axialen Richtung angeordnet. Ein Zentralabschnitt der Nabenachse 15 hat einen größeren Durchmesser als der erste Außengewindeabschnitt 15a und der zweite Außengewindeabschnitt 15b.
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Motorgehäuse
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Wie in 2, 3, 4, 5 und 6 gezeigt, hat das Motorgehäuse 17 das erste Gehäuseelement 32 nicht drehbar an die Nabenachse 15 gekoppelt und das zweite Gehäuseelement 34 hat ein erstes Ende (ein rechtes Ende in 3), welches drehbar durch das erste Gehäuseelement 32 gestützt ist und ein zweites Ende (ein linkes Ende in 3), welches drehbar durch die Nabenachse 15 gestützt ist. Das zweite Gehäuseelement 34 ist zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Das erste Gehäuseelement 32 hat einen Vertiefungsabschnitt 32a, welcher an einer Außenfläche ausgeformt ist und welcher dazu geeignet ist, den distalen Endabschnitt der Vordergabel 103 auf zu nehmen. Darüber hinaus hat das erste Gehäuseelement 32 einen Wölbungsabschnitt 32b, welcher den Vertiefungsabschnitt 32a bildet und welcher sich nach außen in Richtung der Nabenachse auswölbt. Ein erster Raum 32c ist innerhalb des Wölbungsabschnitts 32b ausgeformt. Ein zweiter Raum 34a ist innerhalb durch das zweite Gehäuseelement 34 und das erste Gehäuseelement 32 ausgeformt.
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Das erste Gehäuseelement 32 hat einen Gehäusehauptkörper 36, welcher nicht drehbar an die Nabenachse 15 montiert ist und ein Abdeckelement 38, welches an eine Außenfläche des Gehäusehauptkörpers 36 durch eine Vielzahl von (zum Beispiel fünf) Montageschrauben 37 montiert ist. Der erste Raum 32c ist zwischen dem Abdeckelement 38 und dem Gehäusehauptkörper 36 ausgeformt. Der Gehäusehauptkörper 36 und das Abdeckelement 38 sind zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung gefertigt.
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Der Gehäusehauptkörper 36 hat einen ersten Ansatzabschnitt 36a, welcher nicht drehbar an die Nabenachse 15 gekoppelt ist, einen kreisförmigen Schottabschnitt 36b, welcher integral mit dem ersten Ansatzabschnitt 36a ausgeformt ist und einen rohrförmigen ersten Zylinderabschnitt 36c, welcher sich von einem äußeren umfänglichen Abschnitt des Schottabschnitts 36b hin zu dem zweiten Gehäuseelement 34 erstreckt. Ein nicht kreisförmiges Kopplungsloch 36d, um nicht drehbar an den Rotationshemmabschnitt 15e gekoppelt zu werden, ist an einer inneren umfänglichen Fläche des ersten Ansatzabschnitt 36a ausgeformt.
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Eine Außenfläche des Schottabschnitts 36b ist eine annähernd flache Fläche. Eine Vielzahl von Montageabsätzen 36e, welche so ausgeformt ist, als dass sie nach außen in die Richtung der Nabenachse 15 hervorsteht, ist an der Außenfläche ausgeformt. Der Motorsteuerschaltkreis 19 ist an die Montageabsätze 36e durch Montageschrauben 53 befestigt.
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Wie in 8 zu sehen kann eine Vielzahl von (zum Beispiel sechs) Anordnungstaschenabschnitte 43a in welche ein erstes elektrisches Element 47, wie im Nachfolgenden genauer beschrieben, welches an den Motorsteuerschaltkreis 19 angeordnet werden kann, ist an dem Schottabschnitt 36b ausgeformt. Die Anordnungstaschenabschnitte 43a sind Taschenabschnitte, welche in das Innere des Schottabschnitts 36b stehen. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von (zum Beispiel drei) von Terminalöffnungen (ein Beispiel eines Durchgangslochs) 43b zum Zugänglichmachen des Terminals 26 des Motors 11 zu dem ersten Raum 32c an dem Schottabschnitt 36b ausgeformt.
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Ein Innenring 30a von einem ersten Achslager 30 von, zum Beispiel, dem Typ eines Wälzlagers, welches drehbar das erste Ende des zweiten Gehäuseelements 34 stützt, ist an die äußere Umfangsfläche des ersten Zylinderabschnitts 36c montiert. Ein Dichtungselement 30c, welches eine Abdichtung zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt 36c und dem Außenring 30b bereitstellt, ist außenseitig des ersten Achslagers 30 angeordnet. Darüber hinaus ist ein Dichtungs-O-Ring 60 zwischen dem Außenring 30b und dem zweiten Gehäuseelement 34 angeordnet. Weiterhin ist ein Dichtungs-O-Ring 61 zwischen einem Innenumfangsabschnitt des ersten Absatzabschnitts 36a und der Nabenachse 15 angeordnet. Als Folge ist es unwahrscheinlicher, dass Fremdkörger in den zweiten Raum 34a innerhalb des zweiten Gehäuseelements 34 von außerhalb des ersten Gehäuseelements 32 eindringen.
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Ein röhrenförmiger Getriebemontageabschnitt 35, welcher nicht drehbar an den ersten Zylinderabschnitt 36c gekoppelt ist, wird durch ein Bolzenelement an eine äußere Umfangsfläche des distalen Endabschnitts des ersten Zylinderabschnitts 36c befestigt. Ein Innengetriebe 48b, welches im Nachfolgenden genauer beschrieben wird, ist nicht drehbar an eine innere Umfangsfläche des Getriebemontageabschnitts 35 gekoppelt.
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Das Abdeckelement 38 hat an einer Außenseite davon, den zuvor erwähnten Vertiefungsabschnitt 32a und den Wölbungsabschnitt 32b. An einer Innenfläche des Abdeckelements 38 unterdrückt ein Dichtungselement 62, welches zwischen dem Abdeckelement 38 und dem Gehäusehauptkörper 36 angeordnet ist, das Eindringen von Flüssigkeiten in den Anordnungsraum der Motorsteuerschaltkreis 19. Das Dichtungselement 62 ist an der Innenfläche des Abdeckelements 38 an der Außenseite des Vertiefungsabschnitts 32a und an einem äußeren umfänglichen Teil des Wölbungsabschnitts 32b angeordnet. Das Dichtungselement 63 ist aus Gummi oder derartig Wasserfestem und Elastischem geformt. Wie in 3 und 6 gezeigt, ist das Dichtungselement 62 an eine Dichtungsnut 36f montiert, welche an der Außenfläche des Schuttabschnitts 36b des Gehäusehauptkörpers ausgeformt ist.
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Wie in 2 und 4 gezeigt, ist der Vertiefungsabschnitt 32a vertieft in annähernder U-Form ausgeformt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Vertiefungsabschnitt 32a vertieft in annähernder U-Form ausgeformt, welche leicht von einem Mittenabschnitt, durch welchen die Nabenachse 15 hindurch steht, auffächert. Der Vertiefungsabschnitt 32a ist leicht weiter als ein distales Ende einer gewöhnlichen Vordergabel geformt, so dass er es ermöglicht, dass verschiedene Vordergabeln mit unterschiedlichen Formen eingesetzt werden können.
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Der erste Raum 32c ist durch den Gehäusehauptkörper 36 und das Abdeckelement 38 außerhalb des Schuttabschnitts 36b geformt und hat annähernd eine Hufeisenform. Der Motorsteuerschaltkreis 19, welcher an den Schuttabschnitt 36b befestigt ist, wird innerhalb des ersten Raumes 32c angeordnet. Eine Plattenmontagenut 32d des Motorsteuerschaltkreises 19 ist an einer Innenfläche des Wölbungsabschnitts 32b ausgeformt. Die Plattenmontagenut 32d wird an einer Position bereitgestelltbereitgestellt, welche einer Vielzahl von zweiten elektrischen Elementen (insbesondere dem Feldeffekt-Transistor 44a, welcher im Nachfolgenden genauer beschriebene wird) 44 gegenüberliegt und ist eine Nut zur Positionierung und Montage einer Kühlplatte 80, welche ein Kühlelement ist. Die Plattenmontagenut 32d ist gleich mit der Kühlplatte 80 geformt.
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Ein Verkabelungsverbindungsabschnitt 38a ist an einer Kante des Vertiefungsabschnitt 32a, um auswärts in einer umfänglichen Richtung des Gehäusehauptkörpers 36. Der Verkabelungsverbindungsabschnitt 38a ist leicht rückspringend in Richtung der Nabenachse, verglichen mit dem Wölbungsabschnitt 32b. Der Verkabelungsverbindungsabschnitt 38a wird bereitgestellt um ein Duplexversorgungskabel 70 (2) an die Außenseite zu führen, welches den Motorsteuerschaltkreis 19 mit dem generellen Steuerabschnitt 12 und dem Energiespeicherabschnitt 14 zu verbinden. Der Verkabelungsverbindungsabschnitt 38a hat einen Stecker 41, welcher in der Lage ist das Versorgungskabel 70 zu verbinden. Darüber hinaus ist bei der vorliegenden Ausführungsform das Versorgungskabel 70 so konfiguriert, als dass es dazu in der Lage ist, Energieversorgung und Signalkommunikation vermittels PLC (Power Line Communications) durch zu führen. Der Stecker 41 (2) ist an einem distalen Ende des Verkabelungsverbindungsabschnitt 38a bereitgestellt. Zum Beispiel ist der Stecker 41 ein weiblicher Duplexstecker.
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Wie in 1 zu sehen, ist der Verkabelungsverbindungsabschnitt 38a in der Nähe eines hinteren Abschnitts der Vordergabel 103 ausgeformt und entlang der Vordergabel 103 angeordnet.
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Das zweite Gehäuseelement 34 hat eine ähnliche Struktur bzw. einen ähnlichen Aufbau zu einem Nabengehäuse einer gewöhnlichen Fahrradnabe und ist ein abgeschlossenes Röhrenelement. Das zweite Gehäuseelement 34 hat einen zweiten Absatzabschnitt 34b, welcher durch ein zweites Achslager 31 gestützt ist, einen Zirkularplattenabschnitt 34c, welcher integral mit dem zweiten Absatzabschnitt 34b ausgeformt ist und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 34d, welcher sich röhrenförmig nach innen in Richtung der Nabenachse von einem äußeren Umfangsabschnitt des Zirkularplattenabschnitts 34c erstreckt.
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Das zweite Achslager 31 ist an eine innere Umfangsfläche des zweiten Absatzabschnitts 34b zwischen der Nabenachse 15 und dem zweiten Absatzabschnitts 34b montiert. Ein Innenring 31a des zweiten Achslagers 31 kann an einen dritten Außengewindeabschnitt 15f geschraubt werden, welcher an der Nabenachse 15 ausgeformt ist und kann eine Achsrichtungsposition einstellen. Der eingestellte Innenring 31a wird durch die Sicherungsmutter 51 vom Drehen abgehalten. Ein Außenring 31b ist an die innere Umfangsfläche des zweiten Absatzabschnitts 34b montiert. Ein Dichtelement 31c, welches eine Abdichtung zwischen dem zweiten Absatzabschnitt 34b und dem Innenring 31a bereit stellt, ist außerhalb des zweiten Achslagers 31 angeordnet. Darüber hinaus ist ein O-Ring 65 zwischen einer inneren Umfangsfläche des Innenrings 31a und einer äußeren Umfangsfläche der Nabenachse 15 angeordnet. Folglich ist es unwahrscheinlicher, dass Fremdkörper in den zweiten Raum von der zweiten Endseite des zweiten Gehäuseelements 34 eindringen können.
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Der zweite zylindrische Abschnitt 34d ist an einer äußeren Umfangsseite des ersten zylindrischen Abschnitts 36c angeordnet. Ein Außenring 30b des ersten Achslagers 30 ist an eine erste Endseitenumfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 34d montiert. Ein erster Nabenbund 40a und ein zweiter Nabenbund 40b zum Koppeln der Felge 121f des Vorderrades 106f und der Nabe mit integriertem Motor 10 miteinander vermittels von Speichen 122 sind in einem Abstand an beiden Enden in der Richtung der Nabenachse an einer äußeren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 34b ausgeformt.
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Nachdem der Schottabschnitt 36b zwischen dem ersten Raum 32c und dem zweiten Raum 34a bereitgestellt ist, kann Wärme des Wicklungsabschnitts durch den Schottabschnitt abgeleitet werden, um eine Ableitung auf die Schaltungsplatine zu reduzieren. Dies hat zur Folge, dass der Motor stabil durch den Steuerabschnitt gesteuert werden kann.
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Motorsteuerschaltung
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Wie in 6 und 7 gezeigt, hat der Motorsteuerschaltkreis die Schaltplatine 42. Die Schaltplatine 42 ist zusammen mit dem Motor 11 in der Achsrichtung der Nabenachse 15 bereitgestellt. Mit anderen Worten ist die Schaltplatine 42 zusammen mit dem Motor 11 in einer Richtung parallel zur Nabenachse 15 bereitgestellt. Die Schaltplatine 42 hat eine erste Montagefläche 42a, welche so angeordnet ist, dass sie dem Schottabschnitt 36b gegenüber liegt und eine zweite Montagefläche 42b, welche so angeordnet ist, dass sie dem Abdeckelement 38 gegenüber liegt. Eine Vielzahl von ersten elektrischen Elementen 47 ist an der ersten Montagefläche 42a montiert. Zum Beispiel weisen die ersten elektrischen Elemente 47 eine Vielzahl von (zum Beispiel fünf) Kondensatoren 47a zum Ausgleich und Geräuschreduzierung, einen Transformator 47b und der gleichen auf. Andere elektrische Elemente können an die erste Montagefläche 42a zusätzlich zu den ersten elektrischen Elementen 47 montiert werden. Wie in 3 gezeigt, sind die ersten elektrischen Elemente 47 teilweise in dem Anordnungstaschenabschnitt 43a angeordnet und sind mit einem Spalt an dem Schottabschnitt 36b versehen.
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Eine Vielzahl von zweiten elektrischen Elementen 44 ist an die zweite Montagefläche 42b montiert. Wie zu sehen in 6 bildet die Vielzahl von zweiten elektrischen Elementen 44 einen Inverterschaltkreis 19a und einen Versorgungsleitungskommunikationsschaltkreis 19b. Der Inverterschaltkreis 19a schaltet eine von dem Energiespeicherabschnitt 14 bereitgestellten Gleichstrom in einen Wechselstrom. Der Inverterschaltkreis 19a variiert eine relative Einschaltdauer (duty ratio), um eine Antriebskraft der Nabe mit integriertem Motor 10 zu variieren und ebenso um eine regenerative Bremskraft zu variieren, wenn die Nabe mit integriertem Motor 10 als ein Stromgenerator verwendet wird. Der Inverterschaltkreis 19a ist mit dem Terminal 26, welches im Nachfolgenden beschrieben wird, des Motors 11 verbunden.
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Der Inverterschaltkreis 19a weist eine Vielzahl von (zum Beispiel sechs) Feldeffekt-Transistoren (FETs) 44a und andere elektrische Elemente auf. Die Vielzahl von Feldeffekt-Transistoren 44a ist in Berührung stehend mit der Kühlplatte 80 angeordnet. Folglich kann an den Feldeffekt-Transistoren erzeugte Wärme teilweise durch das Abdeckelement 38 via der Kühlplatte 80 abgeführt werden und nach Außen von dem Abdeckelement 38 abgegeben werden. Die ersten elektrischen Elemente 47 sind höher (ein Beispiel einer Erstreckung in einer Richtung parallel zu der Nabenachse 15) als die zweiten elektrischen Elemente 44.
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Motor
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Wie in 3 gezeigt, hat der Motor 11 eine Rotor 21, einen Statur 22, welcher an einer äußeren Umfangsfläche des Rotors 21 so angeordnet ist, dass er dem Rotor 21 gegenüber liegt und drei Terminals 26.
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Der Rotor 21 ist innen liegend in dem zweiten Raum 34a angeordnet und drehbar durch die Nabenachse 15 gestützt. Der Rotor 21 hat einen Magneten 21a, welcher, zum Beispiel, eine Vielzahl von Magnetpolen in einer umfänglichen Richtung hat und einen Magnethalteabschnitt 21b, welche den Magneten 21a hält, Der Magnethalteabschnitt 21b ist drehbar durch die Nabenachse 15 via zwei Achslager 66 gestützt, welche in Abständen in einer Richtung der Nabenachse angeordnet sind.
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Der Stator 22 ist innerhalb des zweiten Raumes 34a an einer äußeren Umfangsseite des Rotors 21 angeordnet. Der Statur 22 ist durch den Schuttabschnitt 36b des Gehäusehauptkörpers 36 gestützt und hat eine Vielzahl von (zum Beispiel sechs) Wicklungsabschnitten 46 (nicht gezeigt), welche in Abständen in einer umfänglichen Richtung angeordnet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Statur 22 an den Schuttabschnitt 36b durch drei Bolzenelemente befestigt. Die Vielzahl von Wicklungsabschnitten 46 wird sequenziell durch einen Wechselstrom angeregt, welcher durch die Feldeffekt-Transistoren 44a der Inverterschaltung 19a des Motorsteuerschaltkreises 19 geschalten wird und dreht den Rotor 21 in einer Richtung von einer Vorwärtsbewegung des Fahrrades.
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Wie in der 9 zu sehen, sind die Wicklungsabschnitte 46 des Stators 22 zusammen mit Basisendabschnitten 26a der Terminals 26 durch ein isolierendes Harzelement 55 vergossen, welches durch die Punkte in 9 angedeutet wird. Die Terminals 26 sind mit den Wicklungsabschnitten 46 verbunden und sind an der Terminalöffnung 43b bereitgestellt. Die Terminals 26 erstrecken sich parallel zur Nabenachse 15. Distale Endabschnitte 26b der Terminals 26 sind innen liegend in dem ersten Raum 32c angeordnet. Die distalen Endabschnitte 26b der Terminals 26 sind in drei Terminalverbindungslöcher 42c eingesetzt, welche an der Schaltplatine 42 bereitgestellt sind und sind elektrisch direkt verbunden mit einer Verkabelung bzw. Verbindung auf der Schaltplatine 42 durch geeignete Mittel wie Löten verbunden.
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Rotationsübertragungsmechanismus
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Der Rotationsübertragungsmechanismus 65 überträgt die Rotation des Rotors 21 auf das zweite Gehäuseelement 34 und überträgt Rotation des zweiten Gehäuseelements 34 auf den Rotor 21. Der Rotationsübertragungsmechanismus 65 hat ein Planetengetriebe 48. Das Planetengetriebe 48 hat ein Sonnenrad 48a, einen internen Gang 48b bzw. Zahnkranz, welcher an einer äußeren Umfangsseite des Sonnenrades 48a angeordnet ist und eine Vielzahl von (zum Beispiel drei) Planetenrädern 48c, welche mit dem Sonnenrad 48a und dem internen Gang 48b kämmen. Das Sonnenrad 48a ist an den Rotor 21 befestigt. Der interne Gang 48b ist an dem Gehäusehauptkörper bereitgestellt. Die Vielzahl von Planetenrädern 48c wird drehbar durch einen Träger 48d gestützt. Jedes Planetenrad 48c hat zwei Übersetzungsabschnitte, nämlich einen ersten und zweiten Übersetzungsabschnitt, welche eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen haben. Der erste Übersetzungsabschnitt kämmt mit dem Sonnenrad 48a und der zweite Übersetzungsabschnitt kämmt mit dem internen Gang 48b. Der Träger 48d ist an eine Innenfläche des Zirkularplattenabschnitt 34c des zweiten Gehäuseelements 34 befestigt. Durch das Planetengetriebe 48 wird, weil der an dem Gehäusehauptkörper 36 bereitgestellte interne Gang 48b nicht drehbar an die Nabenachse 15 befestigt ist, eine Drehung des Sonnenrades 48a an welchen der Rotor 21 gekoppelt ist, entschleunigt bzw. reduziert und auf das zweite Gehäuseelement 34 übertragen.
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Einbauablauf der Nabe mit integriertem Motor
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Wenn die Nabe mit integriertem Motor 10 in die Vordergabel 103 eingebaut wird, wird die Nabenachse 15 an die Montagenut 103b des vorderen Klauenabschnitts 103a an dem distalen Ende der Vordergabel montiert. An diesem Punkt, weil der distale Endabschnitt der Vordergabel 103 in dem Vertiefungsabschnitt 32a des Abdeckelements 38 des ersten Gehäuseelements 32 der Nabe mit integriertem Motor 10 angeordnet werden kann, erhöht sich eine Länge zwischen Montierabschnitten des Motorgehäuses 17 und der Vordergabel 103 nicht. Darüber hinaus wird eine Länge der der Fahrradnabe mit integriertem Motor zwischen Montageabschnitten an der Vordergabel 103 nicht erhöht, selbst wenn der Motorsteuerschaltkreis 19 innen liegend bereitgestellt wird, weil der Wölbungsabschnitt 32b sich nach außen in einer radialen Richtung des Vertiefungsabschnitts 32a erstreckend bereitgestellt ist und der Motorsteuerschaltkreis 19 innerhalb des Wölbungsabschnitts 32b bereitgestellt ist. Daher kann eine Nabe mit integriertem Motor 10, welche an eine Vordergabel 103 mit bestehender Nabenmontageweite montiert werden kann, einfach konstruiert werden.
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Wenn die Nabenachse 15 an die Montagenut 103b montiert wird, werden die Mutterelemente 50 von beiden Enden auf die Nabenachse 15 montiert und die Drehhemmungsscheibe 54 wird in Eingriff mit der Montagenut 103b gebracht, um eine Drehung der Nabenachse 15 zu verhindern. Die Nabe mit integriertem Motor 10 wird an die Vordergabel 103 durch Anziehen der Mutterelemente 50 in diesem Zustand befestigt.
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Andere Ausführungsformen
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Während eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie oben stehend beschrieben worden ist, soll angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf festgelegt ist und dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geiste oder dem Fokus der Erfindung abzuweichen.
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Während ein bürstenloser Gleichstrommotor in der oben stehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, kann die vorliegende Erfindung ebenso auf einen Bürstenmotor angewendet werden, welche einen sich drehenden Wicklungsabschnitt hat. In diesem Falle kann ein Motorsteuerschaltkreis der den Motor durch eine regenerative Antriebsfunktion und Frequenzmodulation antreibt an dem Wölbungsabschnitt bereitgestellt werden und kann direkt mit dem Motorsteuerschaltkreis verbunden werden.
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Während eine Kopplungsstruktur für eine Nabenbremseinrichtung nicht in dem oben stehen beschriebenen Ausführungsbeispiel einer Nabe mit integriertem Motor 10 bereitgestellt ist, kann eine Kopplungsstruktur alternativ bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann eine Kopplungsstruktur, welche in der Lage ist, eine Trommelbremse oder den Rotor einer Scheibenbremse zu koppeln, so dass die Trommelbremse oder der Rotor einer Scheibenbremse zusammen drehen können an einer äußeren Umfangsfläche des zweiten Absatzabschnitts 34b bereitgestellt werden.
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Eine mechanische Konfiguration des Motors 11 ist nicht auf die oben beschriebene Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann während die oben stehende Ausführungsform einen Motortyp mit innen liegendem Rotor verwendet, ein Motortyp mit außen liegendem Rotor verwendet werden.
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Während ein Schottabschnitt 36b bereitgestellt ist und ein Stator an den Schottabschnitt 36b in der oben stehenden Ausführungsform beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Alternativ kann der Stator an die innere Umfangsfläche des ersten Zylinderabschnitts 36c befestigt werden und die Nabenachse kann durch ein Abdeckelement gestützt werden. In diesem Fall kann die Schaltplatine auf der Seite des Abdeckelements befestigt werden und ein Terminal des Motors kann direkt an die Schaltplatine angeschlossen werden.
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Während bei dem oben stehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Anordnungstaschenabschnitt 43a durch ein Loch, welches den Schottabschnitt 36b durchtritt gebildet wird, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel kann der Anordnungstaschenabschnitt 43a eine Vertiefung sein, welche nicht den Schottabschnitt 36b durchtritt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Nabe mit integriertem Motor
- 11
- Motor
- 15
- Nabenachse
- 17
- Motorgehäuse
- 19
- Motorsteuerschaltkreis
- 19a
- Inverterschaltkreis
- 21
- Rotor
- 21a
- Magnet
- 21b
- Magnethalteabschnitt
- 22
- Stator
- 26
- Terminal bzw. Anschlussterminal
- 26a
- Basisendabschnitt
- 26b
- distaler Endabschnitt
- 32
- erstes Gehäuseelement
- 32c
- erster Raum
- 34a
- zweiter Raum
- 36b
- Schottabschnitt
- 42
- Schaltplatine
- 42a
- erste Montagefläche
- 42b
- zweite Montagefläche
- 42c
- Terminalverbindungsloch
- 44
- zweites elektrisches Element
- 44a
- Feldeffekt-Transistor
- 46
- Wicklungsabschnitt
- 47
- erstes Elektrisches Element
- 47a
- Kondensator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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