DE102017129064A1

DE102017129064A1 - Fahrrad-Innengetriebenabe

Info

Publication number: DE102017129064A1
Application number: DE102017129064.8A
Authority: DE
Inventors: Kazutaka NIKI
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2018-06-21
Also published as: CN108216484B; TWI728215B; JP2018100061A; US10822053B2; TW201823099A; US20180170483A1; JP6789095B2; CN108216484A

Abstract

Um eine Fahrrad-Innengetriebenabe bereitzustellen, die leicht an einen Fahrradkörper gekoppelt werden kann, umfasst eine Fahrrad-Innengetriebenabe ein Nabengehäuse, das einen Unterbringungshohlraum definiert, eine Schalteinheit, die sich in dem Unterbringungshohlraum befindet und ausgebildet ist, eine Gangschaltungsstufe aus einer Mehrzahl von Gangschaltungsstufen auszuwählen, und ein elektrischen Stellantrieb, der sich in dem Unterbringungshohlraum befindet, um die Schalteinheit anzutreiben.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrrad-Innengetriebenabe.
Eine bekannte Fahrrad-Innengetriebenabe verändert das Übersetzungsverhältnis eines Fahrrads. Die Patentschrift 1 beschreibt ein Beispiel einer Fahrrad-Innengetriebenabe, die eine Nabenachswelle, einen von der Nabenachswelle getragenen Antriebskörper und ein mit dem Antriebskörper gekoppeltes Nabengehäuse umfasst. Die Fahrrad-Innengetriebenabe umfasst des Weiteren einen Energieübertragungsmechanismus, der eine Mehrzahl von Zahnrädern umfasst, die eine Drehkraft vom Antriebskörper an das Nabengehäuse übertragen, einen Schaltmechanismus, der den Energieübertragungsweg des Energieübertragungsmechanismus umschaltet, und eine Positioniereinheit, die mit dem Schaltmechanismus durch einen Schaltseilzug gekoppelt ist. Die Positioniereinheit befindet sich in einer Antriebseinheit, die zwischen einem vorderen Ritzel und einem hinteren Ritzel eines Fahrrads angeordnet ist. In einem Fall, in dem der Fahrer einen Schalthebel betätigt, wird an dem Schaltseilzug von der Positioniereinheit gezogen, um den Schaltmechanismus zu drehen. Dies verändert den Kopplungszustand der Zahnräder des Energieübertragungsmechanismus und der Nabenachswelle. Demzufolge wird das Übersetzungsverhältnis des Fahrrads gewechselt.
Patentschrift 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2005-324649
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird bevorzugt, dass eine Fahrrad-Innengetriebenabe so ausgebildet ist, dass sie leicht an einen Fahrradkörper gekoppelt werden kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrrad-Innengetriebenabe vorzusehen, die leicht an einen Fahrradkörper gekoppelt werden kann.
(1) Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Fahrrad-Innengetriebenabe ein Nabengehäuse, das einen Unterbringungshohlraum definiert, eine Schalteinheit, die sich in dem Unterbringungshohlraum befindet und ausgebildet ist, eine Gangschaltungsstufe aus einer Mehrzahl von Gangschaltungsstufen auszuwählen, und einen elektrischen Stellantrieb, der sich in dem Unterbringungshohlraum befindet, um die Schalteinheit anzutreiben.
Der elektrische Stellantrieb befindet sich im Unterbringungshohlraum des Nabengehäuses. Somit kann die Fahrrad-Innengetriebenabe leicht an einen Rahmen eines Fahrradkörpers gekoppelt werden.
(2) Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem ersten Aspekt des Weiteren einen Energieerzeugungsmechanismus, der Energie erzeugt, die zum Antreiben des elektrischen Stellantriebs verwendet wird.
Somit kann eine Energieversorgung zum Antreiben des elektrischen Stellantriebs entfallen.
(3) Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich bei der Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem zweiten Aspekt der Energieerzeugungsmechanismus im Unterbringungshohlraum.
Somit wird der Energieerzeugungsmechanismus durch das Nabengehäuse geschützt.
(4) Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem zweiten oder dritten Aspekt des Weiteren einen Energiespeichermechanismus, der Energie speichert, die vom Energieerzeugungsmechanismus geliefert wird.
Somit wird der elektrische Stellantrieb stabil mit Energie versorgt.
(5) Nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich bei der Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem vierten Aspekt der Energiespeichermechanismus im Unterbringungshohlraum.
Somit wird der Energiespeichermechanismus durch das Nabengehäuse geschützt.
(6) Nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrrad-Innengetriebenabe nach einem von dem ersten bis fünften Aspekt des Weiteren eine Steuereinheit, die den elektrischen Stellantrieb steuert.
Somit kann der elektrische Stellantrieb in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen betätigt werden.
(7) Nach einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich bei der Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem sechsten Aspekt die Steuereinheit im Unterbringungshohlraum.
Somit wird die Steuereinheit durch das Nabengehäuse geschützt.
(8) Nach einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst bei der Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem dritten Aspekt das Nabengehäuse ein erstes Ende und ein zweites Ende bezüglich einer Mittelachse, der elektrische Stellantrieb befindet sich bezüglich der Schalteinheit zumindest teilweise in Richtung zum ersten Ende des Nabengehäuses hin, und der Energieerzeugungsmechanismus befindet sich bezüglich der Schalteinheit zumindest teilweise in Richtung zum zweiten Ende des Nabengehäuses hin.
Somit befindet sich die Schalteinheit, die eine schwere Komponente ist, in der Nähe des Mittelpunkts des Unterbringungshohlraums des Nabengehäuses. Dies optimiert die Gewichtsverteilung.
(9) Nach einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem achten Aspekt des Weiteren einen Energiespeichermechanismus, der sich in dem Unterbringungshohlraum befindet und Energie speichert, die vom Energieerzeugungsmechanismus geliefert wird. Der Energiespeichermechanismus befindet sich bezüglich der Schalteinheit zumindest teilweise in Richtung zum ersten Ende des Nabengehäuses hin.
Somit wird der Energiespeichermechanismus durch das Nabengehäuse geschützt.
(10) Nach einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem neunten Aspekt des Weiteren eine Steuereinheit, die sich im Unterbringungshohlraum befindet und den elektrischen Stellantrieb steuert. Die Steuereinheit befindet sich bezüglich der Schalteinheit in Richtung zum ersten Ende des Nabengehäuses hin.
Somit wird der Platz für die Steuereinheit leicht gewonnen.
(11) Nach einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem zehnten Aspekt des Weiteren ein erstes Trageelement, das sich bezüglich der Schalteinheit in Richtung zum ersten Ende des Nabengehäuses hin befindet, um die Schalteinheit zu tragen. Der elektrische Stellantrieb befindet sich an dem ersten Trageelement.
Somit ist der elektrische Stellantrieb stabil angeordnet.
(12) Nach einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem elften Aspekt des Weiteren ein zweites Trageelement, das sich bezüglich der Schalteinheit in Richtung zum zweiten Ende des Nabengehäuses hin befindet, um die Schalteinheit zu tragen. Der Energieerzeugungsmechanismus befindet sich näher am zweiten Ende des Nabengehäuses als das zweite Trageelement.
Somit wird der Platz für den Energieerzeugungsmechanismus leicht gewonnen.
(13) Nach einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich bei der Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem elften oder zwölften Aspekt der Energiespeichermechanismus am ersten Trageelement.
Somit ist der Energiespeichermechanismus stabil angeordnet.
(14) Nach einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich bei der Fahrrad-Innengetriebenabe nach einem von dem elften bis dreizehnten Aspekt die Steuereinheit am ersten Trageelement. Somit ist die Steuereinheit stabil angeordnet.
(15) Nach einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrrad-Innengetriebenabe nach einem von dem sechsten, siebten und zehnten bis vierzehnten Aspekt des Weiteren eine Drahtloskommunikationseinheit, die mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist, um mit einer externen Vorrichtung zu kommunizieren.
Dies ermöglicht es einer Steuereinrichtung, den elektrischen Stellantrieb unter Verwendung von Information zu steuern, die von der externen Vorrichtung empfangen wurden.
(16) Nach einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich bei der Fahrrad-Innengetriebenabe nach dem fünfzehnten Aspekt die Drahtloskommunikationseinheit zumindest teilweise im Unterbringungshohlraum.
Somit wird die Drahtloskommunikationseinheit zumindest teilweise durch das Nabengehäuse geschützt.
(17) Nach einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Fahrrad-Innengetriebenabe nach einem von dem ersten bis sechzehnten Aspekt des Weiteren eine Meldeeinheit, die eine Meldung über einen Zustand der Fahrrad-Innengetriebenabe ausgibt.
Dies ermöglicht es dem Nutzer, den Zustand der Fahrrad-Innengetriebenabe leicht zu erkennen.
(18) Nach einem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst bei der Fahrrad-Innengetriebenabe nach einem von dem ersten bis siebzehnten Aspekt das Nabengehäuse einen Gehäusekörper, der an eine Felge, die ein Rad bildet, durch ein Zwischenelement gekoppelt ist, das an die Felge gekoppelt ist, und ein Abdeckelement, das drehbar an dem Gehäusekörper angeordnet ist.
Somit kann das Abdeckelement von dem Gehäusekörper entfernt werden, und der elektrische Stellantrieb kann aus dem Unterbringungshohlraum entfernt werden.
Die Fahrrad-Innengetriebenabe der vorliegenden Erfindung kann leicht an ein Fahrrad gekoppelt werden.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrads, an dem eine Ausführungsform einer Fahrrad-Innengetriebenabe installiert ist.
2 ist eine Vorderansicht, die die Fahrrad-Innengetriebenabe aus 1 zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die die interne Struktur der Fahrrad-Innengetriebenabe aus 2 zeigt.
4 ist eine Vorderansicht, die die Fahrrad-Innengetriebenabe aus 3 zeigt.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die zweite Drehkörper aus 4 zeigt.
6 ist eine Vorderansicht, die die zweiten Drehkörper aus 5 zeigt.
7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D7-D7 in 3.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die erste Drehkörper und eine Löseeinheit aus 4 zeigt.
9 ist eine Rückseitenansicht, die die Fahrrad-Innengetriebenabe aus 4 zeigt.
10 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Vorderseite der Löseeinheit aus 8 zeigt.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine untere Seite der Löseeinheit aus 10 zeigt.
12 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Vorderseite einer Drehwelle und von Kopplungselementen aus 4 zeigt.
13 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Rückseite der Drehwelle und der Kopplungselemente aus 12 zeigt.
14 ist eine Seitenansicht, die die Fahrrad-Innengetriebenabe aus 4 zeigt.
15 ist eine Seitenansicht, die die Fahrrad-Innengetriebenabe aus 14 zeigt, wobei eine Steuereinheit entfernt ist.
16 ist eine Draufsicht der Fahrrad-Innengetriebenabe, die sich in einer ersten Gangschaltungsstufe befindet.
17 ist eine Draufsicht der Fahrrad-Innengetriebenabe, die sich in einer zweiten Gangschaltungsstufe befindet.
18 ist eine Draufsicht der Fahrrad-Innengetriebenabe, die sich in einer dritten Gangschaltungsstufe befindet.
19 ist eine Draufsicht der Fahrrad-Innengetriebenabe, die sich in einer vierten Gangschaltungsstufe befindet.
20 ist eine Draufsicht der Fahrrad-Innengetriebenabe, die sich in einer fünften Gangschaltungsstufe befindet.
21 ist eine Draufsicht der Fahrrad-Innengetriebenabe, die sich in einer sechsten Gangschaltungsstufe befindet.
22 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen den Gangschaltungsstufen und den Kopplungszuständen der Kopplungselemente und der Freilaufkupplungen zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung stellt Ausführungsformen einer Fahrrad-Innengetriebenabe nach der vorliegenden Erfindung dar und soll nicht einschränkend sein. Ausführungsformen der Fahrrad-Innengetriebenabe nach der vorliegenden Erfindung können abgewandelt werden. Ferner können zwei oder mehr der abgewandelten Beispiele kombiniert werden.
Ausführungsformen
1 zeigt ein Beispiel eines Fahrrads A, das eine Fahrrad-Innengetriebenabe 10 umfasst. Das Fahrrad A ist ein City-Bike, das einen Unterstützungsmechanismus C umfasst, der den Vortrieb des Fahrrads A mittels elektrischer Energie unterstützt. Der Aufbau des Fahrrads A, an dem die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 montiert ist, kann in jeden Aufbau geändert werden. In einem ersten Beispiel umfasst das Fahrrad A den Unterstützungsmechanismus C nicht. In einem zweiten Beispiel ist der Typ des Fahrrads A ein Straßenfahrrad, ein Mountainbike oder ein Hybridfahrrad. In einem dritten Beispiel weist das Fahrrad A die Aspekte des ersten Beispiels und des zweiten Beispiels auf. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Fahrrad A einen Fahrradkörper A1, einen Lenker A2, ein Vorderrad A3, ein Hinterrad A4, einen Antriebsmechanismus B, den Unterstützungsmechanismus C, eine Batterieeinheit D, eine Schaltbetätigungsvorrichtung E, eine Steuereinrichtung F und die Fahrrad-Innengetriebenabe 10. Das Fahrrad A umfasst des Weiteren einen Drehmomentsensor und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (nicht gezeigt). Der Fahrradkörper A1 umfasst einen Rahmen A12. Die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 ist an den Fahrradkörper A1 gekoppelt. Bei einem Beispiel ist die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 an den Rahmen A12 des Fahrradkörpers A1 gekoppelt.
Der Antriebsmechanismus B überträgt vom Menschen aufgebrachte Leistung an das Hinterrad A4 durch einen Kettenantrieb, einen Riemenantrieb oder einen Wellenantrieb. Der Antriebsmechanismus B, der in 1 gezeigt wird, umfasst einen Kettenantrieb. Der Antriebsmechanismus B umfasst ein vorderes Ritzel B1, ein hinteres Ritzel B2, eine Kette B3, eine Kurbel G und zwei Pedale B4.
Die Kurbel G umfasst eine Kurbelwelle G1, eine rechte Kurbel G2 und eine linke Kurbel G3. Die Kurbelwelle G1 ist durch ein Tretlager drehbar gelagert, das sich am Rahmen A12 befindet. Die rechte Kurbel G2 und die linke Kurbel G3 sind jeweils an die Kurbelwelle G1 gekoppelt. Eines der zwei Pedale B4 ist durch die rechte Kurbel G2 drehbar gelagert. Das andere der zwei Pedale B4 ist durch die linke Kurbel G3 drehbar gelagert.
Das vordere Ritzel B1 ist an die Kurbelwelle G1 gekoppelt. Die Kurbelwelle G1 und das vordere Ritzel B1 sind miteinander koaxial. Jede Struktur, die Kurbelwelle G1 an das vordere Ritzel B1 koppelt, kann ausgewählt werden. In einem ersten Beispiel sind das vordere Ritzel B1 und die Kurbelwelle G1 so gekoppelt, dass sie sich nicht relativ zueinander drehen. In einem zweiten Beispiel befindet sich eine Freilaufkupplung (nicht gezeigt) zwischen der Kurbelwelle G1 und dem vorderen Ritzel B1. In einem Fall, in dem die Kurbelwelle G1 mit einer größeren Geschwindigkeit vorwärts gedreht wird als das vordere Ritzel B1, überträgt die Freilaufkupplung die Drehung der Kurbelwelle G1 an das vordere Ritzel B1.
Der Unterstützungsmechanismus C umfasst einen Unterstützungsmotor C1, eine Treiberschaltung C2, eine Untersetzungsvorrichtung C3 und eine Freilaufkupplung (nicht gezeigt). Der Unterstützungsmechanismus C unterstützt den Vortrieb des Fahrrads A. Bei einem Beispiel unterstützt der Unterstützungsmechanismus C den Vortrieb des Fahrrads A, indem er Drehmoment an das vordere Ritzel B1 überträgt. Der Drehmomentsensor gibt ein Signal aus, das dem Drehmoment entspricht, das auf einen Gegenstand ausgeübt wird. Der Detektionsgegenstand des Drehmomentsensors ist beispielsweise eine Kurbel oder ein Pedal. In einem Fall, in dem der Detektionsgegenstand eine Kurbel oder ein Pedal ist, gibt der Drehmomentsensor ein Signal aus, das der vom Menschen aufgebrachten Leistung entspricht, die auf die Kurbel oder das Pedal ausgeübt wird. Die spezifische Struktur des Drehmomentsensors kann aus verschiedenen Strukturen ausgewählt werden. In einem ersten Beispiel umfasst der Drehmomentsensor einen Dehnungssensor. In einem zweiten Beispiel umfasst der Drehmomentsensor einen magnetostriktiven Sensor. In einem dritten Beispiel umfasst der Drehmomentsensor einen optischen Sensor. In einem vierten Beispiel umfasst der Drehmomentsensor einen Drucksensor.
Die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 umfasst einen Abschnitt (Mittelabschnitt) des Hinterrades A4. Das hintere Ritzel B2 ist durch das Hinterrad A4 drehbar gelagert und mit der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 verbunden. Die Kette B3 verläuft um das vordere Ritzel B1 und das hintere Ritzel B2. In einem Fall, bei dem vom Menschen aufgebrachte Leistung, die auf die zwei Pedale B4 ausgeübt wird, die Kurbel G und das vordere Ritzel B1 vorwärts dreht, dreht die vom Menschen aufgebrachte Leistung, die von der Kette B3, dem hinteren Ritzel B2 und der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 übertragen wird, das Hinterrad A4 vorwärts.
Die Batterieeinheit D umfasst eine Batterie D1 und eine Batteriehaltevorrichtung D2. Die Batterie D1 ist eine Batterie, die eine oder mehr Batteriezellen umfasst. Die Batteriehaltevorrichtung D2 ist am Rahmen des Fahrrads A fixiert. Die Batterie D1 ist an der Batteriehaltevorrichtung D2 befestigbar und davon lösbar. Die Batteriehaltevorrichtung D2 ist mit zumindest jedem von dem Unterstützungsmotor C1 und der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 durch Drähte (nicht gezeigt) verbunden. In einem Fall, in dem die Batterie D1 an der Batteriehaltevorrichtung D2 befestigt ist, ist die Batterie D1 mit zumindest jedem von dem Unterstützungsmotor C1 und der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 elektrisch verbunden.
Die Schaltbetätigungsvorrichtung E umfasst einen Betätigungsabschnitt E1, der durch den Nutzer betätigt wird. Ein Beispiel des Betätigungsabschnitts E1 sind ein oder mehrere Knöpfe. Die Schaltbetätigungsvorrichtung E ist mit der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 verbunden, um mit der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 zu kommunizieren, so dass ein Signal, das einer Betätigung des Betätigungsabschnitts E1 entspricht, an die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 übertragen wird. In einem ersten Beispiel ist die Schaltbetätigungsvorrichtung E mit der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 durch einen Draht, der Stromleitungskommunikation (power line communication, PLC) erlaubt, oder eine Kommunikationsleitung verbunden, um mit der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 zu kommunizieren. In einem zweiten Beispiel ist die Schaltbetätigungsvorrichtung E mit der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 durch eine Drahtloskommunikationseinheit verbunden, die Drahtloskommunikation erlaubt, um mit der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 zu kommunizieren. In einem Fall, in dem der Betätigungsabschnitt E1 betätigt wird, wird ein Signal zum Wechseln der Gangschaltungsstufe der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 an die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 übertragen. Die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 wird in Abhängigkeit von dem Signal zum Wechsel der Gangschaltungsstufe betätigt.
Die Steuereinrichtung F ist mit zumindest jedem von der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 und dem Unterstützungsmechanismus C verbunden und in Kommunikation gebracht, um zumindest die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 und den Unterstützungsmechanismus C zu steuern. In einem ersten Beispiel ist die Steuereinrichtung F durch einen Draht, der PLC ermöglicht, oder eine Kommunikationsleitung mit zumindest einem von der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 und dem Unterstützungsmechanismus C verbunden und in Kommunikation gebracht. In einem zweiten Beispiel ist die Schaltbetätigungsvorrichtung E durch eine Drahtloskommunikationseinheit, die Drahtloskommunikation erlaubt, mit zumindest einer von der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 und dem Unterstützungsmechanismus C verbunden und in Kommunikation gebracht. Der Aufbau der Steuereinrichtung F kann aus verschiedenen Aufbauarten ausgewählt werden. In einem ersten Beispiel umfasst die Steuereinrichtung F einen Arithmetik-Prozessor und eine Datenspeichereinheit. In einem zweiten Beispiel umfasst die Steuereinrichtung F einen Arithmetik-Prozessor, umfasst aber keine Datenspeichereinheit. Die Datenspeichereinheit ist separat von der Steuereinrichtung F angeordnet. Ein Beispiel für die Steuereinrichtung F ist ein Prozessor. Ein Beispiel für den Arithmetik-Prozessor ist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder eine Mikroverarbeitungseinheit (MPU). Ein Beispiel für die Datenspeichereinheit ist ein Speicher.
Die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 wird dazu verwendet, die Anzahl der Umdrehungen des Hinterrades A4 relativ zur Anzahl der Umdrehungen des hinteren Ritzels B2 zu ändern. Die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 weist eine Mehrzahl von Gangschaltungsstufen auf. Wie in den 3 und 4 gezeigt, umfasst die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 ein Nabengehäuse 32A, eine Schalteinheit 10A und einen elektrischen Stellantrieb 24. Es wird bevorzugt, dass die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 einen Führungsabschnitt 20 (siehe 12), Vorspannelemente 22 (siehe 12), Nabenachswellen 26A, 26B, ein erstes Trageelement 28A, ein zweites Trageelement 28B, einen Schaltmechanismus 30, ein Gehäuse 32 (siehe 2), einen Energieerzeugungsmechanismus 34 (siehe 7), einen Energiespeichermechanismus 36 (siehe 7) und eine Steuereinheit 38 (siehe 14) umfasst.
Wie in 4 gezeigt, befindet sich das erste Trageelement 28A bezüglich der Schalteinheit 10A in Richtung zu einem ersten Ende 10B eines Nabengehäuses 32A (wird später beschrieben) hin, um die Schalteinheit 10A zu tragen. Das zweite Trageelement 28B befindet sich bezüglich der Schalteinheit 10A in Richtung zu einem zweiten Ende 10C des Nabengehäuses 32A (wird später beschrieben) hin, um die Schalteinheit 10A zu tragen. Die erste Getriebeeinheit 12 umfasst erste Drehkörper 40, eine Lagerwelle 42 und vierte Drehkörper 44. Vom Menschen aufgebrachte Leistung wird auf die ersten Drehkörper 40 übertragen. Die ersten Drehkörper 40 sind koaxial mit der Lagerwelle 42 angeordnet und um eine Mittelachse CX der Lagerwelle 42 drehbar. Die ersten Drehkörper 40 sind von der Lagerwelle 42 drehbar gelagert. Die ersten Drehkörper 40 befinden sich in einer Axialrichtung der Lagerwelle 42 zwischen dem Trageelement 28A und dem Trageelement 28B.
Die ersten Drehkörper 40 umfassen ein erstes Eingangszahnrad 40A und ein zweites Eingangszahnrad 40B. Die Zahnräder 40A, 40B unterscheiden sich voneinander in der Anzahl der Zähne und dem Bezugsteilkreisdurchmesser. Die Anzahl der Zähne im ersten Eingangszahnrad 40A ist größer als die Anzahl der Zähne im zweiten Eingangszahnrad 40B. Der Bezugsteilkreisdurchmesser des ersten Eingangszahnrads 40A ist größer als der Bezugsteilkreisdurchmesser des zweiten Eingangszahnrads 40B. Das erste Eingangszahnrad 40A befindet sich in der Axialrichtung der Lagerwelle 42 näher an einer ersten Nabenachswelle 26A als das zweite Eingangszahnrad 40B. In einem ersten Beispiel sind das erste Eingangszahnrad 40A und das zweite Eingangszahnrad 40B miteinander einstückig ausgebildet. In einem zweiten Beispiel sind das erste Eingangszahnrad 40A und das zweite Eingangszahnrad 40B voneinander separat ausgebildet und aneinander fixiert. Es kann irgendein Material als das Material ausgewählt werden, das jedes Zahnrad der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 bildet. In einem ersten Beispiel ist das Material, das jedes Zahnrad der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 bildet, ein Metall. In einem zweiten Beispiel ist das Material, das jedes Zahnrad der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 bildet, ein Kunstharz. In einem ersten Beispiel wird die Lagerwelle 42 so von dem ersten Trageelement 28A und dem zweiten Trageelement 28B getragen, dass die Lagerwelle 42 nicht drehbar ist. In einem zweiten Beispiel ist die Lagerwelle 42 drehbar an das erste Trageelement 28A und das zweite Trageelement 28B gekoppelt. Die Lagerwelle 42 ist hohl.
Die vierten Drehkörper 44 übertragen eine Drehung an das Gehäuse 32 (siehe 2). Die vierten Drehkörper 44 umfassen ein erstes Ausgangszahnrad 44A, ein zweites Ausgangszahnrad 44B und ein drittes Ausgangszahnrad 44C. Die Zahnräder 44A bis 44C unterscheiden sich voneinander in der Anzahl der Zähne und dem Bezugsteilkreisdurchmesser. Das erste Ausgangszahnrad 44A weist die kleinste Anzahl von Zähnen auf. Das zweite Ausgangszahnrad 44B weist die zweitkleinste Anzahl von Zähnen auf. Das dritte Ausgangszahnrad 44C weist die größte Anzahl von Zähnen auf. Das erste Ausgangszahnrad 44A weist den kleinsten Bezugsteilkreisdurchmesser auf. Das zweite Ausgangszahnrad 44B weist den zweitkleinsten Bezugsteilkreisdurchmesser auf. Das dritte Ausgangszahnrad 44C weist den größten Bezugsteilkreisdurchmesser auf. In einem ersten Beispiel sind das erste Ausgangszahnrad 44A, das zweite Ausgangszahnrad 44B und das dritte Ausgangszahnrad 44C miteinander einstückig ausgebildet. In einem zweiten Beispiel sind das erste Ausgangszahnrad 44A, das zweite Ausgangszahnrad 44B und das dritte Ausgangszahnrad 44C voneinander separat ausgebildet und aneinander fixiert.
Das erste Ausgangszahnrad 44A befindet sich in der Axialrichtung der Lagerwelle 42 näher an der ersten Nabenachswelle 26A als das zweite Ausgangszahnrad 44B und das dritte Ausgangszahnrad 44C. Das zweite Ausgangszahnrad 44B befindet sich in der Axialrichtung der Lagerwelle 42 näher an der ersten Nabenachswelle 26A als das dritte Ausgangszahnrad 44C. Das zweite Ausgangszahnrad 44B befindet sich in der Axialrichtung der Lagerwelle 42 zwischen dem ersten Ausgangszahnrad 44A und dem dritten Ausgangszahnrad 44C. Das dritte Ausgangszahnrad 44C befindet sich in der Axialrichtung der Lagerwelle 42 näher an einer zweiten Nabenachswelle 26B als das zweite Ausgangszahnrad 44B.
Die zweite Getriebeeinheit 14 umfasst zweite Drehkörper 46, eine Drehwelle 48 und dritte Drehkörper 50. Die zweiten Drehkörper 46 sind mit den ersten Drehkörpern 40 verbunden. Die zweiten Drehkörper 46 sind koaxial mit der Drehwelle 48 angeordnet. Die zweiten Drehkörper 46 befinden sich in einer Axialrichtung der Drehwelle 48 zwischen dem ersten Trageelement 28A und dem zweiten Trageelement 28B. Die zweiten Drehkörper 46 sind um eine Mittelachse CY der Drehwelle 48 drehbar. Die zweiten Drehkörper 46 umfassen ein erstes eingangsseitiges Zahnrad 46A und ein zweites eingangsseitiges Zahnrad 46B.
Die Zahnräder 46A, 46B unterscheiden sich voneinander in der Anzahl der Zähne und dem Bezugsteilkreisdurchmesser. Die Anzahl der Zähne im ersten eingangsseitigen Zahnrad 46A ist kleiner als die Anzahl der Zähne im zweiten eingangsseitigen Zahnrad 46B. Der Bezugsteilkreisdurchmesser des ersten eingangsseitigen Zahnrads 46A ist kleiner als der Bezugsteilkreisdurchmesser des zweiten eingangsseitigen Zahnrads 46B. Das erste eingangsseitige Zahnrad 46A ist an das erste Eingangszahnrad 40A gekoppelt. Das erste eingangsseitige Zahnrad 46A befindet sich in der Axialrichtung der Drehwelle 48 näher an der ersten Nabenachswelle 26A als das zweite eingangsseitige Zahnrad 46B. Das zweite eingangsseitige Zahnrad 46B ist an das zweite Eingangszahnrad 40B gekoppelt. Die Drehwelle 48 wird drehbar durch das erste Trageelement 28A und das zweite Trageelement 28B gelagert.
Die dritten Drehkörper 50 umfassen ein erstes ausgangsseitiges Zahnrad 50A, ein zweites ausgangsseitiges Zahnrad 50B und ein drittes ausgangsseitiges Zahnrad 50C. Die Zahnräder 50A bis 50C unterscheiden sich voneinander in der Anzahl der Zähne und dem Bezugsteilkreisdurchmesser. Das erste ausgangsseitige Zahnrad 50A weist die größte Anzahl von Zähnen auf. Das zweite ausgangsseitige Zahnrad 50B weist die zweitgrößte Anzahl von Zähnen auf. Das dritte ausgangsseitige Zahnrad 50C weist die kleinste Anzahl von Zähnen auf. Das erste ausgangsseitige Zahnrad 50A weist den größten Bezugsteilkreisdurchmesser auf. Das zweite ausgangsseitige Zahnrad 50B weist den zweitgrößten Bezugsteilkreisdurchmesser auf. Das dritte ausgangsseitige Zahnrad 50C weist den kleinsten Bezugsteilkreisdurchmesser auf.
Das erste ausgangsseitige Zahnrad 50A befindet sich in der Axialrichtung der Drehwelle 48 näher an der ersten Nabenachswelle 26A als das zweite ausgangsseitige Zahnrad 50B und das dritte ausgangsseitige Zahnrad 50C. Das zweite ausgangsseitige Zahnrad 50B befindet sich in der Axialrichtung der Drehwelle 48 näher an der ersten Nabenachswelle 26A als das dritte ausgangsseitige Zahnrad 50C. Das zweite ausgangsseitige Zahnrad 50B befindet sich in der Axialrichtung der Drehwelle 48 zwischen dem ersten ausgangsseitigen Zahnrad 50A und dem dritten ausgangsseitigen Zahnrad 50C. Das erste ausgangsseitige Zahnrad 50A ist an das erste Ausgangszahnrad 44A gekoppelt. Das zweite ausgangsseitige Zahnrad 50B ist an das zweite Ausgangszahnrad 44B gekoppelt. Das dritte ausgangsseitige Zahnrad 50C ist an das dritte Ausgangszahnrad 44C gekoppelt.
Wie in den 5 und 6 zu sehen, umfasst das Kopplungselement 16 das Kopplungselement 52, ein erstes Zusatzkopplungselement 54 und ein zweites Zusatzkopplungselement 56. Die Kopplungselemente 52, 54, 56 sind jeweils ein Ring, in den die Drehwelle 48 eingesteckt ist, so dass die Drehwelle 48 relativ zu den Kopplungselementen 52, 54, 56 in der Axialrichtung der Drehwelle 48 beweglich ist.
Das Kopplungselement 52 ist relativ zu den zweiten Drehkörpern 46 in der Axialrichtung der Drehwelle 48 drehbar. Das Kopplungselement 52 ist ausgebildet, die zweiten Drehkörper 46 und die Drehwelle 48 zu koppeln, so dass die vom Menschen aufgebrachte Leistung, die von der ersten Getriebeeinheit 12 (siehe 4) übertragen wird, an die Drehwelle 48 durch die zweiten Drehkörper 46 übertragen wird. Das Kopplungselement 52 befindet sich in der Axialrichtung der Drehwelle 48 zwischen dem ersten eingangsseitigen Zahnrad 46A und dem zweiten eingangsseitigen Zahnrad 46B. Das Kopplungselement 52 weist eine Kopplungsstruktur auf, die es dem Kopplungselement 52 ermöglicht, an die zweiten Drehkörper 46 gekoppelt zu werden. In einem ersten Beispiel, das in 5 gezeigt wird, umfasst die Kopplungsstruktur einen Vorsprung 52A, der an dem Kopplungselement 52 angeordnet ist, um mit einer der Ausnehmungen 46C gekoppelt zu werden, die sich in einer Seitenfläche des ersten eingangsseitigen Zahnrads 46A der zweiten Drehkörper 46 öffnen. In einem zweiten Beispiel umfasst die Kopplungsstruktur Ausnehmungen, die im Kopplungselement 52 angeordnet sind, um mit einem Vorsprung gekoppelt zu werden, der von einer Seitenfläche der zweiten Drehkörper 46 hervorragt. Jede Anzahl von Kopplungselementen 52 kann vorgesehen sein. In einem bevorzugten Beispiel ist die Anzahl der Kopplungselemente 52 kleiner als die Anzahl der zweiten Drehkörper 46. Beispielsweise repräsentiert in einem Fall, in dem n die Anzahl der zweiten Drehkörper 46 repräsentiert, n-1 die Anzahl der Kopplungselemente 52. Hierbei ist n jede natürliche Zahl, die zwei oder größer ist. Das Kopplungselement 52 umfasst eine Nockenfläche 52B, die der Seitenfläche des ersten eingangsseitigen Zahnrads 46A der zweiten Drehkörper 46 zugewandt ist. Die Nockenfläche 52B ist so angeordnet, dass sie in einer Umfangsrichtung der Drehwelle 48 nichtparallel verläuft. Die Form der Nockenfläche 52B ist spiralförmig.
Das erste Zusatzkopplungselement 54 ist relativ zu den dritten Drehkörpern 50 in der Axialrichtung der Drehwelle 48 drehbar. Das erste Zusatzkopplungselement 54 ist ausgebildet, die dritten Drehkörper 50 und die Drehwelle 48 zu koppeln. Das erste Zusatzkopplungselement 54 befindet sich in der Axialrichtung der Drehwelle 48 zwischen dem ersten ausgangsseitigen Zahnrad 50A und dem zweiten ausgangsseitigen Zahnrad 50B. Das erste Zusatzkopplungselement 54 weist eine Kopplungsstruktur auf, die es dem ersten Zusatzkopplungselement 54 ermöglicht, an das erste ausgangsseitige Zahnrad 50A der dritten Drehkörper 50 gekoppelt zu werden. In einem ersten Beispiel, das in 5 gezeigt wird, umfasst die Kopplungsstruktur einen Vorsprung 54A, der an dem ersten Zusatzkopplungselement 54 angeordnet ist, um mit einer der Ausnehmungen 50E gekoppelt zu werden, die sich in einer Seitenfläche des ersten ausgangsseitigen Zahnrads 50A der dritten Drehkörper 50 öffnen. In einem zweiten Beispiel umfasst die Kopplungsstruktur Ausnehmungen, die im ersten Zusatzkopplungselement 54 angeordnet sind, um mit einem Vorsprung gekoppelt zu werden, der von der Seitenfläche des ersten ausgangsseitigen Zahnrads 50A der dritten Drehkörper 50 hervorragt. Das erste Zusatzkopplungselement 54 umfasst eine Nockenfläche 54B, die der Seitenfläche des ersten ausgangsseitigen Zahnrads 50A der dritten Drehkörper 50 zugewandt ist. Die Nockenfläche 54B ist so angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung der Drehwelle 48 nichtparallel verläuft. Die Form der Nockenfläche 54B ist spiralförmig.
Das zweite Zusatzkopplungselement 56 ist relativ zu den dritten Drehkörpern 50 in der Axialrichtung der Drehwelle 48 drehbar. Das zweite Zusatzkopplungselement 56 ist ausgebildet, die dritten Drehkörper 50 und die Drehwelle 48 zu koppeln. Das zweite Zusatzkopplungselement 56 befindet sich in der Axialrichtung der Drehwelle 48 zwischen dem zweiten ausgangsseitigen Zahnrad 50B und dem dritten ausgangsseitigen Zahnrad 50C. Das zweite Zusatzkopplungselement 56 weist eine Kopplungsstruktur auf, die es dem zweiten Zusatzkopplungselement 56 ermöglicht, an das zweite ausgangsseitige Zahnrad 50B der dritten Drehkörper 50 gekoppelt zu werden. In einem ersten Beispiel, das in 5 gezeigt wird, umfasst die Kopplungsstruktur einen Vorsprung 56A, der an dem zweiten Zusatzkopplungselement 56 angeordnet ist, um mit einer der Ausnehmungen 50F gekoppelt zu werden, die sich in einer Seitenfläche des zweiten ausgangsseitigen Zahnrads 50B der dritten Drehkörper 50 öffnen. In einem zweiten Beispiel umfasst die Kopplungsstruktur Ausnehmungen, die im zweiten Zusatzkopplungselement 56 angeordnet sind, um mit einem Vorsprung gekoppelt zu werden, der von der Seitenfläche des zweiten ausgangsseitigen Zahnrads 50B der dritten Drehkörper 50 hervorragt. Das zweite Zusatzkopplungselement 56 umfasst eine Nockenfläche 56B, die der Seitenfläche des zweiten ausgangsseitigen Zahnrads 50B der dritten Drehkörper 50 zugewandt ist. Die Nockenfläche 56B ist so angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung der Drehwelle 48 nichtparallel verläuft. Die Form der Nockenfläche 56B ist spiralförmig.
Jede Anzahl der ersten Zusatzkopplungselemente 54 und jede Anzahl der zweiten Zusatzkopplungselemente 56 kann vorgesehen sein. In einem bevorzugten Beispiel ist die Gesamtzahl der ersten Zusatzkopplungselemente 54 und zweiten Zusatzkopplungselemente 56 kleiner als die Anzahl der dritten Drehkörper 50. Beispielsweise repräsentiert in einem Fall, in dem n die Anzahl der dritten Drehkörper 50 repräsentiert, n-1 die Gesamtzahl der ersten Zusatzkopplungselemente 54 und zweiten Zusatzkopplungselemente 56. Hierbei ist n jede natürliche Zahl, die zwei oder größer ist.
Die Löseeinheit 18, die in 8 gezeigt wird, bewegt das Kopplungselement 52 in der Axialrichtung der Drehwelle 48, um die zweiten Drehkörper 46 von der Drehwelle 48 mittels vom Menschen aufgebrachter Leistung zu entkoppeln, die von der ersten Getriebeeinheit 12 (siehe 4) übertragen wird. Die Löseeinheit 18 bewegt das erste Zusatzkopplungselement 54 und das zweite Zusatzkopplungselement 56 in der Axialrichtung der Drehwelle 48, um die dritten Drehkörper 50 von der Drehwelle 48 mittels der vom Menschen aufgebrachten Leistung zu entkoppeln, die von der ersten Getriebeeinheit 12 übertragen wird. Die Löseeinheit 18 umfasst einen Trageabschnitt 58, einen Stellabschnitt 60 und eine Antriebswelle 70.
Der Trageabschnitt 58, der in den 8 und 9 gezeigt wird, trägt eine Mehrzahl von Stellabschnitten 60. Der Trageabschnitt 58 umfasst ein Basisteil 58A und Wellenverbindungsteile 58B, 58C. Das Basisteil 58A ist parallel zur Mittelachse CY der Drehwelle 48 angeordnet. Das Basisteil 58A verläuft parallel zur Mittelachse CY der Drehwelle 48. Das Basisteil 58A ist mittels einer Mehrzahl von Schrauben H1 am ersten Trageelement 28A und zweiten Trageelement 28B (siehe 4) befestigt.
Das Wellenverbindungsteil 58B befindet sich an einem Ende des Basisteils 58A. Das Wellenverbindungsteil 58B lagert ein Ende der Antriebswelle 70 drehbar. Das Wellenverbindungsteil 58C befindet sich am anderen Ende des Basisteils 58A. Das Wellenverbindungsteil 58C lagert das andere Ende der Antriebswelle 70 drehbar.
Der Stellabschnitt 60, der in den 10 und 11 gezeigt ist, umfasst einen ersten Stellabschnitt 60A, einen zweiten Stellabschnitt 60B und einen dritten Stellabschnitt 60C. Die Stellabschnitte 60A bis 60C sind in der Axialrichtung der Drehwelle 48 angeordnet. Jeder der Stellabschnitte 60A bis 60C umfasst ein Kontaktelement 64, einen Halter 66 und ein Verbindungsglied 68.
Das Kontaktelement 64 umfasst ein erstes Kontaktelement 72 und ein zweites Kontaktelement 74. Das erste Kontaktelement 72 erstreckt sich vom Halter 66 zur Drehwelle 48 hin (siehe 8). Das zweite Kontaktelement 74 umfasst ein erstes Teil 74A und ein zweites Teil 74B. Das erste Teil 74A erstreckt sich vom Halter 66 zur Drehwelle 48 hin. Das zweite Teil 74B ist von einem Ende des ersten Teils 74A, das sich näher an der Drehwelle 48 befindet, zum ersten Kontaktelement 72 hin gekrümmt. Das distale Ende des ersten Kontaktelements 72 ist dem distalen Ende des zweiten Teils 74B des zweiten Kontaktelements 74 zugewandt, wobei die Drehwelle 48 sich dazwischen befindet.
Der Halter 66 ist mittels einer Mehrzahl von Schrauben H2 (siehe 9) am Basisteil 58A des Trageabschnitts 58 befestigt. Der Halter 66 umfasst ein erstes Teil 66A, ein zweites Teil 66B, ein drittes Teil 66C, eine erste Führung 66D und eine zweite Führung 66E. Das erste Teil 74A ist durch eine Mehrzahl von Schrauben H2 an Positionen oberhalb der Antriebswelle 70 am Basisteil 58A befestigt. Das zweite Teil 66B ist durch eine Mehrzahl von Schrauben H2 an Positionen unterhalb der Antriebswelle 70 am Basisteil 58A befestigt. Das dritte Teil 66C verbindet das erste Teil 66A und das zweite Teil 66B. Die erste Führung 66D befindet sich zwischen dem ersten Teil 66A und dem dritten Teil 66C. Die erste Führung 66D trägt das erste Kontaktelement 72, so dass das erste Kontaktelement 72 relativ zum Halter 66 verschiebbar ist. Das erste Kontaktelement 72 ist relativ zum Halter 66 zur Drehwelle 48 hin und von der Drehwelle 48 weg verschiebbar. Die zweite Führung 66E befindet sich zwischen dem zweiten Teil 66B und dem dritten Teil 66C. Die zweite Führung 66E trägt das zweite Kontaktelement 74, so dass das erste Teil 74A des zweiten Kontaktelements 74 relativ zum Halter 66 verschiebbar ist. Das erste Teil 74A des zweiten Kontaktelements 74 ist zur Drehwelle 48 hin und von der Drehwelle 48 weg verschiebbar.
Das Verbindungsglied 68 ist ausgebildet, die Drehung der Antriebswelle 70 in eine Translationsbewegung umzuwandeln und die Translationsbewegung an das Kontaktelement 64 zu übertragen. Das Verbindungsglied 68 umfasst eine Verbindungsplatte 76 und einen Wellenkontaktabschnitt 78.
Die Verbindungsplatte 76 verbindet das erste Kontaktelement 72 und das zweite Kontaktelement 74. Die Verbindungsplatte 76 umfasst einen Basisabschnitt 76A, einen ersten Vorsprung 76B, einen zweiten Vorsprung 76C und einen dritten Vorsprung 76D.
Der Basisabschnitt 76A ist plattenförmig und verläuft vom ersten Kontaktelement 72 zum zweiten Kontaktelement 74 hin. Der erste Vorsprung 76B befindet sich an einem Ende in Längsrichtung des Basisabschnitts 76A. Der erste Vorsprung 76B ist in ein Verbindungsloch 72A eingesteckt, das im ersten Kontaktelement 72 vorgesehen ist. Der zweite Vorsprung 76C befindet sich am anderen Ende in Längsrichtung des Basisabschnitts 76A. Der zweite Vorsprung 76C ist in ein Verbindungsloch 74C eingesteckt, das im zweiten Kontaktelement 74 vorgesehen ist. Der dritte Vorsprung 76D ist an einem mittleren Teil des Basisabschnitts 76A in der Längsrichtung angeordnet. Der dritte Vorsprung 76D ist in ein Verbindungsloch 66F eingesteckt, das im dritten Teil 66C vorgesehen ist. Die Verbindungsplatte 76 ist um den dritten Vorsprung 76D relativ zum Halter 66 drehbar. Die Verbindungsplatte 76 wird durch eine Torsionsspiralfeder (nicht gezeigt) in einer Richtung (hiernach als „die erste Drehrichtung“ bezeichnet) vorgespannt, in der sich der erste Vorsprung 76B der Antriebswelle 70 annähert. Die Torsionsspiralfeder ist an den dritten Vorsprung 76D gekoppelt. Der Wellenkontaktabschnitt 78 ist an den Basisabschnitt 76A gekoppelt. Der Wellenkontaktabschnitt 78 kann mit der entsprechenden der Wellennockenflächen 82, 84, 86 der Antriebswelle 70 in Kontakt gebracht werden.
Die Antriebswelle 70 ist an das Kontaktelement 64 gekoppelt, so dass das Kontaktelement 64 von einem von einem ersten Zustand, in dem das Kontaktelement 64 von dem Kopplungselement 16 beabstandet ist, und einem zweiten Zustand, in dem das Kontaktelement 64 mit dem Kopplungselement 16 in Kontakt ist, in den anderen von dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umgeschaltet wird. Die Antriebswelle 70 ist um eine Mittelachse CZ drehbar, die von der Mittelachse CY der Drehwelle 48 separat ist. Die Antriebswelle 70 ist parallel zur Drehwelle 48 angeordnet. Die Antriebswelle 70 umfasst eine erste Wellennockenfläche 82, eine zweiten Wellennockenfläche 84 und eine dritte Wellennockenfläche 86.
Die erste Wellennockenfläche 82 befindet sich an einer Position der Antriebswelle 70, die mit dem Wellenkontaktabschnitt 78 des ersten Stellabschnitts 60A in Kontakt gebracht werden kann. Die erste Wellennockenfläche 82 schaltet das Kontaktelement 64 des ersten Stellabschnitts 60A aus dem zweiten Zustand, in dem das Kontaktelement 64 mit dem Kopplungselement 52 in Kontakt ist, in den ersten Zustand um, in dem das Kontaktelement 64 mit dem Kopplungselement 52 nicht in Kontakt ist.
In einem Zustand, in dem die erste Wellennockenfläche 82 in Kontakt mit dem Wellenkontaktabschnitt 78 des ersten Stellabschnitts 60A ist, wird der Wellenkontaktabschnitt 78 durch die erste Wellennockenfläche 82 nach oben gedrückt. Dies dreht die Verbindungsplatte 76 in einer zweiten Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, was der Kraft der Torsionsspiralfeder entgegenwirkt. Somit befindet sich jedes der Kontaktelemente 72, 74 im ersten Zustand. In einem Zustand, in dem die erste Wellennockenfläche 82 nicht in Kontakt mit dem Wellenkontaktabschnitt 78 des ersten Stellabschnitts 60A ist, befindet sich jedes der Kontaktelemente 72, 74 aufgrund der Kraft der Torsionsspiralfeder im zweiten Zustand. Die Nockenfläche 52B des Kopplungselements 52 (siehe 8) ist so ausgebildet, dass im zweiten Zustand der Maximalabstand zwischen der Nockenfläche 52B und der Seitenfläche des ersten eingangsseitigen Zahnrads 46A der zweiten Drehkörper 46 in der Axialrichtung größer als die axiale Abmessung des distalen Endes jedes der Kontaktelemente 72, 74 ist.
Die zweite Wellennockenfläche 84 befindet sich an einer Position der Antriebswelle 70, die mit dem Wellenkontaktabschnitt 78 des zweiten Stellabschnitts 60B in Kontakt gebracht werden kann. Die zweite Wellennockenfläche 84 schaltet jedes der Kontaktelemente 72, 74 des zweiten Stellabschnitts 60B aus dem zweiten Zustand, in dem das Kontaktelement 64 mit dem ersten Zusatzkopplungselement 54 in Kontakt ist, in den ersten Zustand um, in dem jedes der Kontaktelemente 72, 74 mit dem ersten Zusatzkopplungselement 54 nicht in Kontakt ist.
In einem Zustand, in dem die zweite Wellennockenfläche 84 in Kontakt mit dem Wellenkontaktabschnitt 78 des zweiten Stellabschnitts 60B ist, wird der Wellenkontaktabschnitt 78 durch die zweite Wellennockenfläche 84 nach oben gedrückt. Dies dreht die Verbindungsplatte 76 in der zweiten Drehrichtung, was der Kraft der Torsionsspiralfeder entgegenwirkt. Somit befindet sich jedes der Kontaktelemente 72, 74 im ersten Zustand. In einem Zustand, in dem die zweite Wellennockenfläche 84 nicht in Kontakt mit dem Wellenkontaktabschnitt 78 des zweiten Stellabschnitts 60B ist, befindet sich jedes der Kontaktelemente 72, 74 aufgrund der Kraft der Torsionsspiralfeder im zweiten Zustand. Die Nockenfläche 54B des ersten Zusatzkopplungselements 54 (siehe 8) ist so ausgebildet, dass im zweiten Zustand der Maximalabstand zwischen der Nockenfläche 54B und der Seitenfläche des ersten ausgangsseitigen Zahnrads 50A der dritten Drehkörper 50 in der Axialrichtung größer als die axiale Abmessung des distalen Endes jedes der Kontaktelemente 72, 74 ist.
Die dritte Wellennockenfläche 86 befindet sich an einer Position der Antriebswelle 70, die mit dem Wellenkontaktabschnitt 78 des dritten Stellabschnitts 60C in Kontakt gebracht werden kann. Die dritte Wellennockenfläche 86 schaltet jedes der Kontaktelemente 72, 74 des dritten Stellabschnitts 60C aus dem zweiten Zustand, in dem jedes der Kontaktelemente 72, 74 mit dem zweiten Zusatzkopplungselement 56 in Kontakt ist, in den ersten Zustand um, in dem jedes der Kontaktelemente 72, 74 mit dem zweiten Zusatzkopplungselement 56 nicht in Kontakt ist.
In einem Zustand, in dem die dritte Wellennockenfläche 86 in Kontakt mit dem Wellenkontaktabschnitt 78 des dritten Stellabschnitts 60C ist, wird der Wellenkontaktabschnitt 78 durch die dritte Wellennockenfläche 86 nach oben gedrückt. Dies dreht die Verbindungsplatte 76 in der zweiten Drehrichtung, was der Kraft der Torsionsspiralfeder entgegenwirkt. Somit befindet sich jedes der Kontaktelemente 72, 74 im ersten Zustand. In einem Zustand, in dem die dritte Wellennockenfläche 86 nicht in Kontakt mit dem Wellenkontaktabschnitt 78 des dritten Stellabschnitts 60C ist, befindet sich jedes der Kontaktelemente 72, 74 aufgrund der Kraft der Torsionsspiralfeder im zweiten Zustand. Die Nockenfläche 56B des zweiten Zusatzkopplungselements 56 (siehe 8) ist so ausgebildet, dass im zweiten Zustand der Maximalabstand zwischen der Nockenfläche 56B und der Seitenfläche des zweiten ausgangsseitigen Zahnrads 50B der dritten Drehkörper 50 in der Axialrichtung größer als die axiale Abmessung des distalen Endes jedes der Kontaktelemente 72, 74 ist.
Der Führungsabschnitt 20, der in den 12 und 13 gezeigt wird, führt die Kopplungselemente 52, 54, 56 in der Axialrichtung der Drehwelle 48. Der Führungsabschnitt 20 weist eine Beschränkungsstruktur auf, die die Relativverdrehung der Drehwelle 48 und jedes der Kopplungselemente 52, 54, 56 beschränkt. Beispielsweise zeigen die 12 und 13 ein Beispiel einer Beschränkungsstruktur, die eine Mehrzahl von Führungsnuten 20A bis 20F umfasst, die in einem äußeren Umfangsabschnitt der Drehwelle 48 angeordnet sind und sich in der Axialrichtung der Drehwelle 48 erstrecken.
Die erste Führungsnut 20A und die zweite Führungsnut 20B beschränken die Relativverdrehung der Drehwelle 48 und des Kopplungselements 52. Das Kopplungselement 52 umfasst zwei Beschränkungsvorsprünge 52C. Einer der Beschränkungsvorsprünge 52C (siehe 12) ragt von einer Seitenfläche des Kopplungselements 52 zur ersten Führungsnut 20A hin vor. Der Beschränkungsvorsprung 52C ist in die erste Führungsnut 20A eingesteckt. Der andere der Beschränkungsvorsprünge 52C (siehe 13) ragt von der Seitenfläche des Kopplungselements 52 zur zweiten Führungsnut 20B hin vor. Der Beschränkungsvorsprung 52C ist in die zweite Führungsnut 20B eingesteckt.
Die dritte Führungsnut 20C und die vierte Führungsnut 20D beschränken die Relativverdrehung der Drehwelle 48 und des ersten Zusatzkopplungselements 54. Das erste Zusatzkopplungselement 54 umfasst zwei Beschränkungsvorsprünge 54C. Einer der Beschränkungsvorsprünge 54C (siehe 12) ragt von einer Seitenfläche des ersten Zusatzkopplungselements 54 zur dritten Führungsnut 20C hin vor. Der Beschränkungsvorsprung 54C ist in die dritte Führungsnut 20C eingesteckt. Der andere der Beschränkungsvorsprünge 54C (siehe 13) ragt von der Seitenfläche des ersten Zusatzkopplungselements 54 zur vierten Führungsnut 20D hin vor. Der Beschränkungsvorsprung 54C ist in die vierte Führungsnut 20D eingesteckt.
Die fünfte Führungsnut 20E und die sechste Führungsnut 20F beschränken die Relativverdrehung der Drehwelle 48 und des zweiten Zusatzkopplungselements 56. Das zweite Zusatzkopplungselement 56 umfasst zwei Beschränkungsvorsprünge 56C. Einer der Beschränkungsvorsprünge 56C (siehe 12) ragt von einer Seitenfläche des zweiten Zusatzkopplungselements 56 zur fünften Führungsnut 20E hin vor. Der Beschränkungsvorsprung 56C ist in die fünfte Führungsnut 20E eingesteckt. Der andere der Beschränkungsvorsprünge 56C (siehe 13) ragt von der Seitenfläche des zweiten Zusatzkopplungselements 56 zur sechsten Führungsnut 20F hin vor. Der Beschränkungsvorsprung 56C ist in die sechste Führungsnut 20F eingesteckt.
Die Drehwelle 48 umfasst zwei Ausnehmungen 48A. Eine der Ausnehmungen 48A befindet sich zwischen der ersten Führungsnut 20A und der zweiten Führungsnut 20B in der Umfangsrichtung der Drehwelle 48. Die Ausnehmung 48A befindet sich in einer Position der Drehwelle 48, wo sich das zweite eingangsseitige Zahnrad 46B (siehe 4) befindet. Eine erste Freilaufkupplung 88 und eine Druckfeder (nicht gezeigt) sind in der Ausnehmung 48A angeordnet. Die erste Freilaufkupplung 88 wird durch die Druckfeder in einer Richtung vorgespannt, die von der Ausnehmung 48A hervorragt. In einem Fall, in dem das zweite eingangsseitige Zahnrad 46B mit einer größeren Geschwindigkeit als die Drehwelle 48 vorwärts gedreht wird, überträgt die erste Freilaufkupplung 88 die Drehung des zweiten eingangsseitigen Zahnrads 46B an die Drehwelle 48. In einem Fall, in dem die Drehgeschwindigkeit des zweiten eingangsseitigen Zahnrads 46B kleiner oder gleich der Drehgeschwindigkeit der Drehwelle 48 ist, überträgt die erste Freilaufkupplung 88 die Drehung des zweiten eingangsseitigen Zahnrads 46B nicht an die Drehwelle 48.
Die andere der Ausnehmungen 48A befindet sich zwischen der fünften Führungsnut 20E und der sechsten Führungsnut 20F in der Umfangsrichtung der Drehwelle 48. Die Ausnehmung 48A befindet sich in einer Position der Drehwelle 48, wo sich das dritte ausgangsseitige Zahnrad 50C (siehe 4) befindet. Eine zweite Freilaufkupplung 90 und eine Druckfeder (nicht gezeigt) sind in der Ausnehmung 48A angeordnet. Die zweite Freilaufkupplung 90 wird durch die Druckfeder in einer Richtung vorgespannt, die von der Ausnehmung 48A hervorragt. In einem Fall, in dem das dritte ausgangsseitige Zahnrad 50C mit einer größeren Geschwindigkeit als die Drehwelle 48 vorwärts gedreht wird, überträgt die zweite Freilaufkupplung 90 die Drehung des dritten ausgangsseitigen Zahnrads 50C an die Drehwelle 48. In einem Fall, in dem die Drehgeschwindigkeit des dritten ausgangsseitigen Zahnrads 50C kleiner oder gleich der Drehgeschwindigkeit der Drehwelle 48 ist, überträgt die zweite Freilaufkupplung 90 die Drehung des dritten eingangsseitigen Zahnrads 50C nicht an die Drehwelle 48.
Die Vorspannelemente 22 spannen die Kopplungselemente 52, 54, 56 zu den zweiten Drehkörpern 46 hin vor. Die Vorspannelemente 22 befinden sich einzeln in den ersten bis sechsten Führungsnuten 20A bis 20F. In einem ersten Beispiel umfasst jedes der Vorspannelemente 22 eine Metallbefestigungsvorrichtung 22A und eine Druckfeder 22B. Die Metallbefestigungsvorrichtung 22A ist an der Drehwelle 48 fixiert. Ein Ende der Druckfeder 22B ist an der Metallbefestigungsvorrichtung 22A fixiert. Das andere Ende der Druckfeder 22B ist am entsprechenden der Beschränkungsvorsprünge 52C, 54C, 56C fixiert. In einem zweiten Beispiel umfasst jedes der Vorspannelemente 22 irgendein elastisches Element. In einem dritten Beispiel umfasst jedes der Vorspannelemente 22 ein elektrisch betätigtes Element.
Der elektrische Stellantrieb 24, der in 4 gezeigt wird, befindet sich in einem Unterbringungshohlraum 32B, um die Schalteinheit 10A anzutreiben. Der elektrische Stellantrieb 24 (Englisch: electric actuator; kann auch als elektrischer Aktor bezeichnet werden) dreht die Antriebswelle 70 (siehe 8). Ein Beispiel des elektrischen Stellantriebs 24 ist ein Elektromotor. Der elektrische Stellantrieb 24 ist mit der Steuereinheit 38 (siehe 14) durch einen Draht (nicht gezeigt) elektrisch verbunden. Eine Ausgangswelle 24A des elektrischen Stellantriebs 24 ist mit dem Schaltmechanismus 30 (siehe 14) gekoppelt.
Der Schaltmechanismus 30, der in den 14 und 15 gezeigt wird, verringert die Geschwindigkeit der Drehung der Ausgangswelle 24A des elektrischen Stellantriebs 24 und überträgt die Drehung an die Antriebswelle 70. Der Schaltmechanismus 30 umfasst ein erstes Zahnrad 30A, ein zweites Zahnrad 30B, ein drittes Zahnrad 30C, ein viertes Zahnrad 30D, ein fünftes Zahnrad 30E und ein sechstes Zahnrad 30F. Der Schaltmechanismus 30 kann ein Geschwindigkeitserhöhungsmechanismus sein, der die Geschwindigkeit der Drehung der Ausgangswelle 24A des elektrischen Stellantriebs 24 erhöht und die Drehung an die Antriebswelle 70 überträgt.
Das erste Zahnrad 30A ist an die Ausgangswelle 24A des elektrischen Stellantriebs 24 gekoppelt. Die zweiten bis fünften Zahnräder 30B bis 30E werden vom ersten Trageelement 28A drehbar gelagert. Das zweite Zahnrad 30B ist an das erste Zahnrad 30A gekoppelt. Das dritte Zahnrad 30C ist an das zweite Zahnrad 30B gekoppelt. Das vierte Zahnrad 30D ist an das dritte Zahnrad 30C gekoppelt. Das fünfte Zahnrad 30E ist an das vierte Zahnrad 30D gekoppelt. Das sechste Zahnrad 30F ist an das Ende der Antriebswelle 70 gekoppelt, das in das erste Trageelement 28A eingesteckt ist.
Der Energieerzeugungsmechanismus 34, der in 7 gezeigt ist, befindet sich im Unterbringungshohlraum 32B des Gehäuses 32. Ein Beispiel des Energieerzeugungsmechanismus 34 ist ein Dynamo. Der Energiespeichermechanismus 36 speichert Energie, die vom Energieerzeugungsmechanismus 34 geliefert wird. Der Energiespeichermechanismus 36 ist mit dem Energieerzeugungsmechanismus 34 und der Steuereinheit 38 durch Drähte (nicht gezeigt) elektrisch verbunden. Der Energiespeichermechanismus 36 speichert Energie, die vom Energieerzeugungsmechanismus 34 erzeugt wird. Der Energiespeichermechanismus 36 umfasst einen ersten Kondensator 36A, einen zweiten Kondensator 36B und einen Elektrolytkondensator 36C. Der erste Kondensator 36A befindet sich in der hohlen Lagerwelle 42. Genauer befindet sich der erste Kondensator 36A des Energiespeichermechanismus 36 im ersten Trageelement 28A durch die Lagerwelle 42 hindurch. Der zweite Kondensator 36B und der Elektrolytkondensator 36C befinden sich in einem Gehäuse 38A der Steuereinheit 38.
Das Gehäuse 32 beherbergt die erste Getriebeeinheit 12, die zweite Getriebeeinheit 14, das Kopplungselement 16 und die Löseeinheit 18. Bei einem Beispiel umfasst das Gehäuse 32 das Nabengehäuse 32A. Das Nabengehäuse 32A umfasst einen Gehäusekörper 32C und ein Abdeckelement 32D. Der Gehäusekörper 32C ist an eine Felge A42 (siehe 1), die ein Rad des Hinterrades A42 bildet, durch ein Zwischenelement A43 (siehe 1) gekoppelt, das an die Felge A42 gekoppelt ist. Das Abdeckelement 32D ist drehbar an dem Gehäusekörper 32C angeordnet. Bei einem Beispiel umfasst das Abdeckelement 32D einen Freilauf. Das Nabengehäuse 32A umfasst das erste Ende 10B und das zweite Ende 10C (siehe 7) bezüglich der Mittelachse. Der elektrische Stellantrieb 24 befindet sich bezüglich der Schalteinheit 10A zumindest teilweise in Richtung zum ersten Ende 10B des Nabengehäuses 32A hin. Der Energieerzeugungsmechanismus 34 befindet sich bezüglich der Schalteinheit 10A zumindest teilweise in Richtung zum zweiten Ende 10C des Nabengehäuses 32A hin. Der Schaltmechanismus 30 befindet sich bezüglich der Schalteinheit 10A zumindest teilweise in Richtung zum ersten Ende 10B des Nabengehäuses 32A hin. Der Energiespeichermechanismus 36 befindet sich bezüglich der Schalteinheit 10A zumindest teilweise in Richtung zum ersten Ende 10B des Nabengehäuses 32 hin. Die Steuereinheit 38 befindet sich bezüglich der Schalteinheit 10A zumindest teilweise in Richtung zum ersten Ende 10B des Nabengehäuses 32A hin. Genauer befindet sich der elektrische Stellantrieb 24 an dem ersten Trageelement 28A. Der elektrische Stellantrieb 24 ist so angeordnet, dass er die Schalteinheit 10A betrachtet in einer Radialrichtung des Nabengehäuses 32A überlappt. Der Schaltmechanismus 30 befindet sich am ersten Trageelement 28A an einer der Schalteinheit 10A gegenüberliegenden Position. Der Energiespeichermechanismus 36 befindet sich zumindest teilweise am ersten Trageelement 28A an einer der Schalteinheit 10A gegenüberliegenden Position. Die Steuereinheit 38 befindet sich am ersten Trageelement 28A an einer der Schalteinheit 10A gegenüberliegenden Position.
Wie in 3 gezeigt, befindet sich der Energieerzeugungsmechanismus 34 näher am zweiten Ende 10C des Nabengehäuses 32A (siehe 2) als das zweite Trageelement 28B. Der Energieerzeugungsmechanismus 34 umfasst einen Rotor 34A, der einen Magneten umfasst, und einen Stator 34B, der eine Spule umfasst. Der Rotor 34A ist durch einen Schaltmechanismus 35, der sich am zweiten Trageelement 28B an einer der Schalteinheit 10A gegenüberliegenden Position befindet, an die Schalteinheit 10A gekoppelt. In einem ersten Beispiel erhöht der Schaltmechanismus 35 die Geschwindigkeit der Drehung der Schalteinheit 10A und überträgt die Drehung an den Rotor 34A. In einem zweiten Beispiel verringert der Schaltmechanismus 35 die Geschwindigkeit der Drehung der Schalteinheit 10A und überträgt die Drehung an den Rotor 34A.
Die Steuereinheit 38 umfasst das Gehäuse 38A und eine Steuereinrichtung 38B. Das Gehäuse 38A ist an das erste Trageelement 28A gekoppelt. Die Steuereinrichtung 38B befindet sich im Gehäuse 38A. Die Steuereinrichtung 38B ist mit dem elektrischen Stellantrieb 24 (siehe 4) und der Schaltbetätigungsvorrichtung E (siehe 1) verbunden und in Kommunikation gebracht.
Die Steuereinrichtung 38B umfasst einen Speicher (nicht gezeigt). Der Speicher speichert Programme im Vorhinein, die durch die Steuereinrichtung 38B ausgeführt werden. Die Steuereinrichtung 38B berechnet die Trittfrequenz der Kurbelwelle G1 und eine Fahrtgeschwindigkeit des Fahrrads A basierend auf den im Speicher gespeicherten Programmen. Die Steuereinrichtung 38B berechnet das Übersetzungsverhältnis der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 aus der Drehgeschwindigkeit der ersten Drehkörper 40 und der Drehgeschwindigkeit eines der Zahnräder in den vierten Drehkörpern 44, um die gegenwärtige Gangschaltungsstufe zu spezifizieren. Die Entsprechungsbeziehung zwischen dem Übersetzungsverhältnis und der Gangschaltungsstufe wird im Vorhinein im Speicher gespeichert. Die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 umfasst des Weiteren eine Drahtloskommunikationseinheit 92 (siehe 14), die mit der Steuereinheit 38 elektrisch verbunden ist, um mit einer externen Vorrichtung zu kommunizieren (nicht gezeigt). Die Drahtloskommunikationseinheit 92 befindet sich zumindest teilweise im Unterbringungshohlraum 32B. Die Fahrrad-Innengetriebenabe 10 umfasst des Weiteren eine Meldeeinheit 94, die den Zustand der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 detektiert. Die Meldeeinheit 94 befindet sich zumindest teilweise im Unterbringungshohlraum 32B.
In einem Fall, in dem eine Hochschaltbetätigung am Betätigungsabschnitt E1 durchgeführt wird, gibt die Schaltbetätigungsvorrichtung E (siehe 1) ein Schaltsignal aus, das ein Hochschaltsignal umfasst. In einem Fall, in dem eine Herunterschaltbetätigung am Betätigungsabschnitt E1 durchgeführt wird, gibt die Schaltbetätigungsvorrichtung E ein Schaltsignal aus, das ein Herunterschaltsignal umfasst. Das Schaltsignal wird an die Steuereinrichtung 38B übertragen. In einem Fall, in dem die Steuereinrichtung 38B ein Schaltsignal empfängt, das das Hochschaltsignal umfasst, steuert die Steuereinrichtung 38B den elektrischen Stellantrieb 24 so, dass das Übersetzungsverhältnis in ein Übersetzungsverhältnis verändert wird, das durch das Hochschaltsignal bezeichnet wird. Bei einem Beispiel steuert die Steuereinrichtung 38B den elektrischen Stellantrieb 24 so, dass der Drehwinkel der Antriebswelle 70 von dem Drehwinkel, der dem gegenwärtigen Übersetzungsverhältnis entspricht, in den Drehwinkel geändert wird, der dem Übersetzungsverhältnis entspricht, das durch das Hochschaltsignal bezeichnet wird. In einem Fall, in dem die Steuereinrichtung 38B ein Schaltsignal empfängt, das ein Herunterschaltsignal umfasst, steuert die Steuereinrichtung 38B den elektrischen Stellantrieb 24 so, dass das Übersetzungsverhältnis in ein Übersetzungsverhältnis verändert wird, das durch das Herunterschaltsignal bezeichnet wird. Bei einem Beispiel steuert die Steuereinrichtung 38B den elektrischen Stellantrieb 24 so, dass der Drehwinkel der Antriebswelle 70 sich von dem Drehwinkel, der dem gegenwärtigen Übersetzungsverhältnis entspricht, in den Drehwinkel verändert, der dem Übersetzungsverhältnis entspricht, das durch das Herunterschaltsignal bezeichnet wird.
22 zeigt die Beziehung zwischen dem Kopplungszustand der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 und der Gangschaltungsstufe der Fahrrad-Innengetriebenabe 10. Bei einem Beispiel sind die von der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 auswählbaren Gangschaltungsstufen sechs, das heißt eine erste Gangschaltungsstufe bis zu einer sechsten Gangschaltungsstufe. Das Übersetzungsverhältnis der Fahrrad-Innengetriebenabe 10 verringert sich in der Reihenfolge von der ersten Gangschaltungsstufe bis zur sechsten Gangschaltungsstufe. In 22 zeigt „gekoppelter Zustand“ einen Zustand an, bei dem jedes der Kopplungselemente 52, 54, 56 und der Freilaufkupplungen 88, 90 mit einem entsprechenden der Zahnräder gekoppelt ist. In 22 zeigt „entkoppelter Zustand“ einen Zustand an, bei dem jedes der Kopplungselemente 52, 54, 56 und der Freilaufkupplungen 88, 90 nicht mit einem entsprechenden der Zahnräder gekoppelt ist.
Wie in 16 gezeigt, ist in einem Fall, in dem der Drehwinkel der Antriebswelle 70 so justiert wird, dass das Kontaktelement 64 jedes der Stellabschnitte 60A bis 60C im zweiten Zustand ist, jede von der ersten Freilaufkupplung 88 und der zweiten Freilaufkupplung 90 im gekoppelten Zustand. Jedes von dem Kopplungselement 52, dem zweiten Zusatzkopplungselement 56 und dem ersten Zusatzkopplungselement 54 ist im entkoppelten Zustand. Somit ist die Gangschaltungsstufe auf die erste Gangschaltungsstufe eingestellt.
Wie in 17 gezeigt, ist in einem Fall, in dem der Drehwinkel der Antriebswelle 70 so justiert wird, dass das Kontaktelement 64 jedes von dem ersten Stellabschnitt 60A und dem zweiten Stellabschnitt 60B auf den zweiten Zustand eingestellt ist und das Kontaktelement 64 des dritten Stellabschnitts 60C auf den ersten Zustand eingestellt ist, jedes von der ersten Freilaufkupplung 88 und dem zweiten Zusatzkopplungselement 56 im gekoppelten Zustand. Jedes von dem Kopplungselement 52, der zweiten Freilaufkupplung 90 und dem ersten Zusatzkopplungselement 54 ist im entkoppelten Zustand. Somit ist die Gangschaltungsstufe auf die zweite Gangschaltungsstufe eingestellt.
Wie in 18 gezeigt, ist in einem Fall, in dem der Drehwinkel der Antriebswelle 70 so justiert wird, dass das Kontaktelement 64 jedes von dem ersten Stellabschnitt 60A und dem dritten Stellabschnitt 60C auf den zweiten Zustand eingestellt ist und das Kontaktelement 64 des zweiten Stellabschnitts 60B auf den ersten Zustand eingestellt ist, jedes von der ersten Freilaufkupplung 88 und dem ersten Zusatzkopplungselement 54 im gekoppelten Zustand. Jedes von dem Kopplungselement 52, der zweiten Freilaufkupplung 90 und dem zweiten Zusatzkopplungselement 56 ist im entkoppelten Zustand. Somit ist die Gangschaltungsstufe auf die dritte Gangschaltungsstufe eingestellt.
Wie in 19 gezeigt, ist in einem Fall, in dem der Drehwinkel der Antriebswelle 70 so justiert wird, dass das Kontaktelement 64 des ersten Stellabschnitts 60A auf den ersten Zustand eingestellt ist und das Kontaktelement 64 jedes von dem zweiten Stellabschnitt 60B und dem dritten Stellabschnitt 60C auf den zweiten Zustand eingestellt ist, jedes von dem Kopplungselement 52 und der zweiten Freilaufkupplung 90 im gekoppelten Zustand. Jedes von der ersten Freilaufkupplung 88, dem zweiten Zusatzkopplungselement 56 und dem ersten Zusatzkopplungselement 54 ist im entkoppelten Zustand. Somit ist die Gangschaltungsstufe auf die vierte Gangschaltungsstufe eingestellt.
Wie in 20 gezeigt, ist in einem Fall, in dem der Drehwinkel der Antriebswelle 70 so justiert wird, dass das Kontaktelement 64 jedes von dem ersten Stellabschnitt 60A und dem dritten Stellabschnitt 60C auf den ersten Zustand eingestellt ist und das Kontaktelement 64 des zweiten Stellabschnitts 60B auf den zweiten Zustand eingestellt ist, jedes von dem Kopplungselement 52 und dem zweiten Zusatzkopplungselement 56 im gekoppelten Zustand. Jedes von der ersten Freilaufkupplung 88, der zweiten Freilaufkupplung 90 und dem ersten Zusatzkopplungselement 54 ist im entkoppelten Zustand. Somit ist die Gangschaltungsstufe auf die fünfte Gangschaltungsstufe eingestellt.
Wie in 21 gezeigt, ist in einem Fall, in dem der Drehwinkel der Antriebswelle 70 so justiert wird, dass das Kontaktelement 64 jedes von dem ersten Stellabschnitt 60A und dem zweiten Stellabschnitt 60B auf den ersten Zustand eingestellt ist und das Kontaktelement 64 des dritten Stellabschnitts 60C auf den zweiten Zustand eingestellt ist, jedes von dem Kopplungselement 52 und dem ersten Zusatzkopplungselement 54 im gekoppelten Zustand. Jedes von der ersten Freilaufkupplung 88, der zweiten Freilaufkupplung 90 und dem zweiten Zusatzkopplungselement 56 ist im entkoppelten Zustand. Somit ist die Gangschaltungsstufe auf die sechste Gangschaltungsstufe eingestellt.
In einem Fall, bei dem beispielsweise die Gangschaltungsstufe von der dritten Gangschaltungsstufe zur vierten Gangschaltungsstufe gewechselt wird, dreht der elektrische Stellantrieb 24 die Antriebswelle 70 so, dass der Drehwinkel der Antriebswelle 70 von dem Winkel, der der dritten Gangschaltungsstufe entspricht, in den Winkel geändert wird, der der vierten Gangschaltungsstufe entspricht. In einem Fall, bei dem der Drehwinkel der Antriebswelle 70 von dem Winkel, der der dritten Gangschaltungsstufe entspricht, in einen Winkel zwischen dem Winkel, der der dritten Gangschaltungsstufe entspricht, und dem Winkel, der der vierten Gangschaltungsstufe entspricht, geändert wird, wird jedes der Kontaktelemente 72, 74 des ersten Stellabschnitts 60A auf den ersten Zustand eingestellt. Jedes der Kontaktelemente 72, 74 des zweiten Stellabschnitts 60B wird auf den zweiten Zustand eingestellt.
In einem Zustand, in dem jedes der Kontaktelemente 72, 74 des ersten Stellabschnitts 60A im ersten Zustand ist, bewegt die Vorspannkraft der Vorspannelemente 22 das Kopplungselement 52 relativ zur Drehwelle 48 in einer ersten Richtung. Demzufolge wird der Vorsprung 52A des Kopplungselements 52 in eine der Ausnehmungen 46C des ersten eingangsseitigen Zahnrads 46A eingesteckt, oder der Vorsprung 52A des Kopplungselements 52 wird gegen die Seitenfläche des ersten eingangsseitigen Zahnrads 46A gezwungen. In einem Fall, in dem der Vorsprung 52A in die Ausnehmung 46C eingesteckt wird, wird das erste eingangsseitige Zahnrad 46A mit dem Kopplungselement 52 gekoppelt. Das erste eingangsseitige Zahnrad 46A und die Drehwelle 48 befinden sich bezüglich der Energieübertragung im gekoppelten Zustand.
Das erste eingangsseitige Zahnrad 46A ist an das erste Eingangszahnrad 40A gekoppelt. Das erste Eingangszahnrad 40A ist an die Lagerwelle 42 gekoppelt. In einem Fall, in dem die Lagerwelle 42 durch vom Menschen aufgebrachte Leistung gedreht wird, werden somit auch das erste Eingangszahnrad 40A und das erste eingangsseitige Zahnrad 46A durch die vom Menschen aufgebrachte Leistung gedreht. Das erste eingangsseitige Zahnrad 46A ist bezüglich der Energieübertragung von der Lagerwelle 42 entkoppelt. Somit dreht die Drehkraft, die von dem ersten Eingangszahnrad 40A übertragen wird, das erste eingangsseitige Zahnrad 46A um die Drehwelle 48 relativ zur Lagerwelle 42. In einem Zustand, in dem der Vorsprung 52A des Kopplungselements 52 gegen die Seitenfläche des ersten eingangsseitigen Zahnrads 46A gezwungen wird, wird, falls das erste eingangsseitige Zahnrad 46A gedreht wird, um die Drehposition der Ausnehmung 46C des ersten eingangsseitigen Zahnrads 46A an die Drehposition des Vorsprungs 52A des Kopplungselements 52 anzupassen, der Vorsprung 52A in die Ausnehmung 46C eingesteckt. Dies koppelt das erste eingangsseitige Zahnrad 46A und das Kopplungselement 52. Somit sind das erste eingangsseitige Zahnrad 46A und die Lagerwelle 42 bezüglich der Energieübertragung im gekoppelten Zustand.
In einem Fall, in dem jedes der Kontaktelemente 72, 74 des zweiten Stellabschnitts 60B vom ersten Zustand in den zweiten Zustand verändert wird, werden das erste ausgangsseitige Zahnrad 50A und das erste Zusatzkopplungselement 54 wie unten beschrieben vom gekoppelten Zustand in den entkoppelten Zustand verändert.
Das erste ausgangsseitige Zahnrad 50A ist an das zweite eingangsseitige Zahnrad 46B gekoppelt. Das zweite eingangsseitige Zahnrad 46B ist an die Lagerwelle 42 gekoppelt. In einem Fall, in dem die Lagerwelle 42 durch vom Menschen aufgebrachte Leistung gedreht wird, werden somit auch das zweite eingangsseitige Zahnrad 46B und das erste ausgangsseitige Zahnrad 50A durch die vom Menschen aufgebrachte Leistung gedreht. In einem Zustand, in dem jedes der Kontaktelemente 72, 74 des zweiten Stellabschnitts 60B mit der Nockenfläche 54B des ersten Zusatzkopplungselements 54 ist, bewegt die Drehung des ersten ausgangsseitigen Zahnrads 50A die Kontaktelemente 72, 74 in der Umfangsrichtung der Mittelachse CY der Drehwelle 48 der Nockenfläche 54B, um die Lücke zwischen der Nockenfläche 54B und der Seitenfläche des ersten ausgangsseitigen Zahnrads 50A relativ zu verengen. Dies bewegt das erste Zusatzkopplungselement 54 in einer zweiten Richtung der Richtung, die sich entlang der Mittelachse CY der Drehwelle 48 erstreckt, um die Lücke zwischen der Nockenfläche 54B und der Seitenfläche des ersten ausgangsseitigen Zahnrads 50A zu erweitern. Dies löst den Vorsprung 54A des ersten Zusatzkopplungselements 54 aus der Ausnehmung 50E des ersten ausgangsseitigen Zahnrads 50A. Demzufolge sind das erste Zusatzkopplungselement 54 und das erste ausgangsseitige Zahnrad 50A im entkoppelten Zustand. Dementsprechend sind das erste ausgangsseitige Zahnrad 50A und die Drehwelle 48 bezüglich der Energieübertragung im entkoppelten Zustand.
Bezugszeichenliste

10: Fahrrad-Innengetriebenabe
10A: Schalteinheit
10B: Erstes Ende
10C: Zweites Ende
24: Elektrischer Stellantrieb
28A: Erstes Trageelement
28B: Zweites Trageelement
32: Gehäuse
32A: Nabengehäuse
32B: Unterbringungshohlraum
34: Energieerzeugungsmechanismus
36: Energiespeichermechanismus
38: Steuereinheit
92: Drahtloskommunikationseinheit
94: Meldeeinheit
A42: Felge
A43: Zwischenelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005324649 [0003]

Claims

Fahrrad-Innengetriebenabe, umfassend: ein Nabengehäuse, das einen Unterbringungshohlraum definiert; eine Schalteinheit, die sich in dem Unterbringungshohlraum befindet und ausgebildet ist, eine Gangschaltungsstufe aus einer Mehrzahl von Gangschaltungsstufen auszuwählen; und ein elektrischen Stellantrieb, der sich in dem Unterbringungshohlraum befindet, um die Schalteinheit anzutreiben.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 1, die des Weiteren einen Energieerzeugungsmechanismus umfasst, der Energie erzeugt, die zum Antreiben des elektrischen Stellantriebs verwendet wird.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 2, wobei sich der Energieerzeugungsmechanismus im Unterbringungshohlraum befindet.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 2 oder 3, die des Weiteren einen Energiespeichermechanismus umfasst, der Energie speichert, die vom Energieerzeugungsmechanismus geliefert wird.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 4, wobei sich der Energiespeichermechanismus im Unterbringungshohlraum befindet.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die des Weiteren eine Steuereinheit umfasst, die den elektrischen Stellantrieb steuert.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 6, wobei sich die Steuereinheit im Unterbringungshohlraum befindet.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 3, wobei das Nabengehäuse ein erstes Ende und ein zweites Ende bezüglich einer Mittelachse umfasst, der elektrische Stellantrieb sich bezüglich der Schalteinheit zumindest teilweise in Richtung zum ersten Ende des Nabengehäuses hin befindet, und der Energieerzeugungsmechanismus sich bezüglich der Schalteinheit zumindest teilweise in Richtung zum zweiten Ende des Nabengehäuses hin befindet.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 8, die des Weiteren einen Energiespeichermechanismus umfasst, der sich in dem Unterbringungshohlraum befindet und Energie speichert, die vom Energieerzeugungsmechanismus geliefert wird, wobei sich der Energiespeichermechanismus bezüglich der Schalteinheit zumindest teilweise in Richtung zum ersten Ende des Nabengehäuses hin befindet.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 9, die des Weiteren eine Steuereinheit umfasst, die sich im Unterbringungshohlraum befindet und den elektrischen Stellantrieb steuert, wobei sich die Steuereinheit bezüglich der Schalteinheit in Richtung zum ersten Ende des Nabengehäuses hin befindet.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 10, die des Weiteren ein erstes Trageelement umfasst, das sich bezüglich der Schalteinheit in Richtung zum ersten Ende des Nabengehäuses hin befindet, um die Schalteinheit zu tragen, wobei sich der elektrische Stellantrieb an dem ersten Trageelement befindet.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 11, die des Weiteren ein zweites Trageelement umfasst, das sich bezüglich der Schalteinheit in Richtung zum zweiten Ende des Nabengehäuses hin befindet, um die Schalteinheit zu tragen, wobei sich der Energieerzeugungsmechanismus näher am zweiten Ende des Nabengehäuses befindet als das zweite Trageelement.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 11 oder 12, wobei sich der Energiespeichermechanismus am ersten Trageelement befindet.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei sich die Steuereinheit am ersten Trageelement befindet.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach einem der Ansprüche 6, 7 und 10 bis 14, die des Weiteren eine Drahtloskommunikationseinheit umfasst, die mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist, um mit einer externen Vorrichtung zu kommunizieren.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach Anspruch 15, wobei die Drahtloskommunikationseinheit sich zumindest teilweise im Unterbringungshohlraum befindet.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, die des Weiteren eine Meldeeinheit umfasst, die eine Meldung über einen Zustand der Fahrrad-Innengetriebenabe ausgibt.
Fahrrad-Innengetriebenabe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Nabengehäuse umfasst: einen Gehäusekörper, der an eine Felge, die ein Rad bildet, durch ein Zwischenelement gekoppelt ist, das an die Felge gekoppelt ist; und ein Abdeckelement, das drehbar an dem Gehäusekörper angeordnet ist.