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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrradantriebseinheit.
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HINTERGRUND
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Patentdokument 1 beschreibt ein Fahrrad beinhaltend eine stufenlose Automatikgetriebevorrichtung des Standes der Technik. Die stufenlose Automatikgetriebevorrichtung beinhaltet einen Planetenradmechanismus, der an eine Kurbelwelle gekoppelt ist/wird und einen Motor, der die Drehung der Element, die den Planetenradmechanismus ausgestalten, steuert.
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STAND DER TECHNIK DOKUMENTE
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PATENTDOKUMENTE
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- Patent Dokument 1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 10-203466 .
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die stufenlose Automatik Getriebevorrichtung des Patentdokuments 1 ist ausgestaltet, um das Übersetzungsverhältnis in einer stufenlosen Weise zu verändern. Jedoch wird der gleiche Motor verwendet, um das Übersetzungsverhältnis des Planetenradmechanismus zu ändern und ein Drehmoment auf den Planetenradmechanismus zu übertragen. Folglich kann das Übersetzungsverhältnis und das Drehmoment nicht separat voneinander verändert werden.
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Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat eine Fahrradantriebseinheit entwickelt, die eine Ausführung einer Steuerung entsprechend den Fahrzuständen bzw. Fahrbedingungen erlaubt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Fahrradantriebseinheit bereit zu stellen, die eine Steuerung entsprechend den Fahrzuständen ausführt.
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In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Fahrradantriebseinheit ein Planetenradmechanismus, einen ersten Motor und einen zweiten Motor. Der Planetenradmechanismus beinhaltet ein Sonnenrad, ein Hohlrad, welches bezüglich des Sonnenrades koaxial mit dem Sonnenrad angeordnet ist/wird, Planetenräder, welche sich zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad befinden, um einen Träger, der drehbar die Planetenräder hält und eine Drehung einer Kurbelwelle empfängt bzw. aufnimmt. Der erste Motor ist ausgestaltet, um ein Drehmoment auf den Träger zu übertragen. Der zweite Motor ist ausgestaltet um ein Drehmoment auf das Sonnenrad zu übertragen und die Drehung des Sonnenrades zu steuern.
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In mehreren Beispielen beinhaltet die Fahrradantriebseinheit weiter einen Ausgabeabschnitt, der an ein vorderes Kettenrad gekoppelt ist/wird. Das Hohlrad ist an den Ausgabeabschnitt verbunden. Eine Ausführungsform der Fahrradantriebseinheit beinhaltet weiter die Kurbelwelle. Die Kurbelwelle und der Träger sind verbunden.
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In mehreren Beispielen ist der Träger bezüglich der Kurbelwelle koaxial mit der Kurbelwelle angeordnet. In mehreren Beispielen ist das Sonnenrad bezüglich der Kurbelwelle koaxial mit der Kurbelwelle angeordnet.
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In mehreren Beispielen ist der zweite Motor bezüglich der Kurbelwelle koaxial mit der Kurbelwelle angeordnet. In mehreren Beispielen ist das Sonnenrad integral mit einer Ausgabewelle des zweiten Motors ausgebildet.
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In mehreren Beispielen ist eine Drehwelle des ersten Motors von der Kurbelwelle in einer Radialrichtung der Kurbelwelle getrennt bzw. separiert. Mehrere Beispiele beinhalten weiter ein Gehäuse, das zumindest den Planetenradmechanismus aufnimmt. Eine Einwegkupplung befindet sich zwischen dem Sonnenrad und dem Gehäuse. Die Einwegkupplung erlaubt es dem Sonnenrad relativ zu dem Gehäuse in lediglich einer einzelnen Richtung zu drehen.
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In mehreren Beispielen beinhaltet die Fahrradantriebseinheit weiter ein Gehäuse, das zumindest den Planetenradmechanismus aufnimmt, und eine Einwegkupplung, die zwischen einer Ausgabewelle oder einem Rotor des zweiten Motors und dem Gehäuse befindet. Die Einwegkupplung erlaubt es der Ausgabewelle oder dem Rotor des zweiten Motors relativ zum Gehäuse in lediglich einer einzelnen Richtung zu drehen.
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In mehreren Beispielen beinhaltet das Gehäuse eine Stütze, die sich in einem Raum befindet, der sich zwischen einem Innenumfang des Sonnenrades und der Kurbelwelle erstreckt. Die Einwegkupplung befindet sich zwischen dem Sonnenrad und der Stütze.
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In mehreren Beispielen beinhaltet die Fahrradantriebseinheit weiter eine Einwegkupplung, die sich zwischen der Kurbelwelle oder dem Träger und dem Hohlrad oder dem Ausgabeabschnitt befindet. Die Einwegkupplung erlaubt es dem Ausgabeabschnitt, in lediglich einer einzelnen Richtung relativ zu der Kurbelwelle zu drehen.
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In mehreren Beispielen ist zumindest einer von dem ersten Motor und dem zweiten Motor in dem Gehäuse aufgenommen. In mehreren Beispielen verändert der zweite Motor ein Übersetzungsverhältnis des Planetenradmechanismus beinhaltend zumindest einen Bereich von 1.2 bis 1.5.
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In mehreren Beispielen verändert der zweite Motor ein Übersetzungsverhältnis des Planetenradmechanismus in einem Bereich von 0.2 bis 3.0. In mehreren Beispielen beinhaltet die Fahrradantriebseinheit weiter einen Controller, der den ersten Motor und den zweiten Motor steuert.
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AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Fahrradantriebseinheit bereit, die die Ausführung einer Steuerung entsprechend den Fahrzuständen erlaubt. Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrades beinhaltend eine Ausführungsform einer Fahrradantriebseinheit.
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2 ist eine Querschnittsansicht der Fahrradantriebseinheit dargestellt in 1.
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3 ist ein schematisches Diagramm darstellend die Drehrichtung von jedem Element in einem Planetenradmechanismus gezeigt in 2.
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4 ist ein schematisches Diagramm der Fahrradantriebseinheit dargestellt in 2.
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5 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein Vergleichsbeispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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6 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein erstes modifiziertes Beispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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7 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein zweites modifiziertes Beispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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8 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein drittes modifiziertes Beispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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9 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein viertes modifiziertes Beispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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10 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein fünftes modifiziertes Beispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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11 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein sechstes modifiziertes Beispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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12 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein siebtes modifiziertes Beispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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13 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein achtes modifiziertes Beispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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14 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein neuntes modifiziertes Beispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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15 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein zehntes modifiziertes Beispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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16 ist ein schematisches Diagramm darstellend ein elftes modifiziertes Beispiel einer Fahrradantriebseinheit.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Die Struktur eines Fahrrades beinhaltend eine Fahrradantriebseinheit wird nun mit Bezugnahme auf 1 beschrieben. Ein Fahrrad 10 beinhaltet einen Rahmen 12, eine Lenkstange 14, ein Vorderrad 16, ein Hinterrad 18, einen Antriebsmechanismus 20, eine Batterieeinheit 22 und eine Antriebseinheit 40.
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Der Antriebsmechanismus 20 beinhaltet linke und rechte Kurbelarme 24, linke und rechte Pedale 26, einen vorderes Kettenrad 30, ein hinteres Kettenrad 32 und eine Kette 34. Die linken und rechten Kurbelarme 24 sind/werden drehbar an den Rahmen 12 durch eine Kurbelwelle 42 der Antriebseinheit 40 gekoppelt. Die Pedale 26 sind/werden an die Kurbelarme 24 gekoppelt und sind bezüglich Pedalwellen 28 drehbar.
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Das vordere Kettenrad 30 ist an einen Ausgabeabschnitt 64 (bezugnehmend auf 2) der Antriebseinheit 40 gekoppelt. Das vordere Kettenrad 30 ist mit der Kurbelwelle 42 koaxial. Das hintere Kettenrad 32 ist in einer drehbaren Weise bezüglich einer Achse 18a des Hinterrades 18 gekoppelt. Das hintere Kettenrad 32 ist an das Hinterrad 18 durch eine Einwegkupplung gekoppelt. Die Kette 34 ist bezüglich dem vorderen Kettenrad 30 und dem hinteren Kettenrad 32 umwickelt. Die Anwendung einer menschlichen Kraft dreht die Kurbelarme 24. Als Ergebnis drehen das vordere Kettenrad 30, die Kette 34 und das hintere Kettenrad 32 das Hinterrad 18.
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Die Batterieeinheit 22 beinhaltet eine Batterie 36 und einen Batteriehalter 38, welcher es der Batterie 36 erlaubt, von dem Rahmen 12 in einer abnehmbaren Weise befestigt zu sein/werden. Die Batterie 36 beinhaltet eine oder mehrere Batteriezellen. Die Batterie 36 ist ausgestaltet, um eine wiederaufladbare Batterie zu sein. Die Batterie 36 ist elektrisch an die Antriebseinheit 40 verbunden, um die Antriebseinheit 40 mit Strom bereit zu stellen bzw. zu versorgen.
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Wie in 2 gezeigt, beinhaltet die Antriebswelle 40 einen Planetenradmechanismus 46, einen ersten Motor 48 und einen zweiten Motor 50. Die Antriebseinheit 40 kann auch die Kurbelwelle 42, ein Gehäuse 44 und einen Controller 52 beinhalten.
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Das Gehäuse 44 nimmt den Planetenradmechanismus 46, den ersten Motor 48, den zweiten Motor 50 und den Controller 52 auf. Das Gehäuse 44 stützt drehbar die Kurbelwelle 42. Die Kurbelwelle 42 erstreckt sich durch das Gehäuse 44.
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Der Planetenradmechanismus 46 beinhaltet ein Sonnenrad 54, ein Hohlrad 56, Planetenräder 58, Planetenstifte 60 und einen Träger 62. Das Sonnenrad 54 ist bezüglich der Kurbelwelle 42 koaxial mit der Kurbelwelle 42 angeordnet.
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Das Hohlrad 56 befindet sich außen von dem Sonnenrad 54 in der Radialrichtung der Kurbelwelle 42. Das Hohlrad 56 ist bezüglich der Kurbelwelle 42 koaxial mit der Kurbelwelle 42 angeordnet. Folglich ist das Hohlrad 56 bezüglich des Sonnenrads 54 koaxial mit Sonnenrad 54 angeordnet. Der Ausgabeabschnitt 64 ist an das Hohlrad 56 verbunden. Der Ausgabeabschnitt 64 beinhaltet ein Ende, das im Gehäuse 44 aufgenommen ist, und ein anderes Ende, welches sich außerhalb von dem Gehäuse 44 befindet. Ein Bolzen B ist an dem Innenumfang des Ausgabeabschnittes 64 an dem Part, der sich außerhalb vom Gehäuse 44 befindet, festgemacht. Das vordere Kettenrad 30 wird durch einen Spline gestützt, derart, dass das vordere Kettenrad 30 in der Umfangsrichtung relativ zu dem Ausgabeabschnitt 64 nicht drehbar ist. Der Bolzen B koppelt das vordere Kettenrad 30 an den Ausgabeabschnitt 64, derart, dass das vordere Kettenrad 30 in der Axialrichtung nicht drehbar ist.
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Die Planetenräder 58 befinden sich zwischen dem Sonnenrad 54 und dem Hohlrad 56. Die Planetenräder 58 beinhalten jeweils einen Abschnitt 58A mit großem Durchmesser und einen Abschnitt 58B mit kleinem Durchmesser. Ein Rad an dem Außenumfang des Abschnittes 58A mit großem Durchmesser ist gegenüberliegend zu dem Außenumfang des Sonnenrades 54 angeordnet und steht / gelangt mit dem Sonnenrad 54 in Eingriff. Ein Rad an dem Außenumfang des Abschnittes 58B mit kleinem Durchmesser ist gegenüberliegend zu dem Innenumfang des Hohlrades 56 angeordnet und steht / gelangt mit dem Hohlrad 56 in Eingriff. Anstatt dass das Planetenrad 58 den Abschnitt 58A mit großem Durchmesser und den Abschnitt 58B mit kleinem Durchmesser beinhaltet, kann ein normales Planetenrad beinhaltend ein einzelnes Rad verwendet werden/sein.
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Die Planetenstifte 60 erstrecken sich durch die entsprechenden Planetenräder 58 in der Axialrichtung. Jeder Planetenstift 60 stützt drehbar das entsprechende Planetenrad 58. Die zwei Enden von jedem Planetenstift 60 werden drehbar durch den Träger 62 gestützt. Solange die zwei Enden von jedem Planetenstift 60 durch den Träger 62 drehbar gestützt werden, kann der Planetenstift 60 durch das entsprechende Planetenrad 58 in einer nicht-drehbaren Weise gestützt werden. In einem Fall, in welchem der Planetenstift 60 durch das entsprechende Planetenrad 58 drehbar gestützt wird, können die zwei Enden des Planetenstiftes 60 durch den Träger 62 in einer nicht-drehbaren Weise gestützt werden.
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Der Träger 62 ist bezüglich der Kurbelwelle 42 koaxial mit der Kurbelwelle 42 angeordnet. Der Träger 62 hält drehbar die Planetenräder 58 mit den Planetenstiften 60. Folglich umkreisen die Planetenräder 58 das Sonnenrad 54 zwischen dem Sonnenrad 54 und dem Hohlrad 56.
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Der Träger 62 beinhaltet einen ersten Träger 62A, welcher ein Ende von jedem Planetenstift 60 stützt, und einen zweiten Träger 62B, welcher das andere Ende von jedem Planetenstift 60 stützt. Der erste Träger 62A ist zu dem Ende von jedem Planetenrad 58, das sich an der Seite von dem Abschnitt 58B mit kleinem Durchmesser befindet, gegenüberliegend. Der zweite Träger 62B ist zu dem Ende von jedem Planetenrad 58, das sich an der Seite von dem Abschnitt 58A mit großem Durchmesser befindet, gegenüberliegend. Der erste Träger 62A und der zweite Träger 62B sind zusammen gekoppelt und werden integral gedreht. Der erste Träger 62A kann integral mit dem zweiten Träger 62B ausgebildet sein.
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Die Kurbelwelle 42 kann an den Innenumfang des ersten Trägers 62A durch beispielsweise eine Spline-Passung oder Press-Passung verbunden sein. Der Träger 62 dreht integral mit der Kurbelwelle 42. Die Drehung der Kurbelwelle 42 wird an dem Träger 62 eingegeben.
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Der erste Motor 48 beinhaltet eine Drehwelle, die von der Kurbelwelle 42 in der Radialrichtung der Kurbelwelle 42 separiert bzw. getrennt ist. Der erste Motor 48 beinhaltet ein Ausgaberad 48A, das mit einem Rad 62C, ausgebildet durch den Außenumfang des zweiten Trägers 62B, in Eingriff steht / gelangt. Der erste Motor 48 überträgt ein Drehmoment auf den Träger 62 durch das Rad 62C. Eine Einwegkupplung kann sich zwischen der Drehwelle des ersten Motors 48 und des Trägers 62 befinden. Die Einwegkupplung kann ausgestaltet sein, um die Drehung, die durch den ersten Motor 48 hervorgerufen wird, an den Träger 62 zu übertragen, und nicht die Drehung des Trägers 62 auf den ersten Motor 48 zu übertragen, falls die Kurbelwelle 42 in eine bestimmte Drehrichtung dreht.
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Der zweite Motor 50 ist bezüglich der Kurbelwelle 42 koaxial mit der Kurbelwelle 42 angeordnet. Der zweite Motor 50 ist neben dem Planetenradmechanismus 46 in der Axialrichtung und der Kurbelwelle 42 angeordnet. Der zweite Motor 50 befindet sich weiter weg von dem vorderen Kettenrad 30 als der Planetenradmechanismus 46 in der Axialrichtung der Kurbelwelle 42.
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Der zweite Motor 50 ist ein Innenrotor-Typ Motor und beinhaltet einen Stator 50A, welcher durch das Gehäuse 44 gestützt wird, und einen Rotor 50B, welcher in dem Stator 50A angeordnet ist. Das Gehäuse 44 beinhaltet eine Stütze 44A, die sich zwischen dem Innenumfang des Rotors 50A und der Kurbelwelle 52 befindet. Die Stütze 44A ist rohrförmig und koaxial mit der Kurbelwelle 42. Der Rotor 50B wird drehbar durch die Stütze 44A gestützt. Der Rotor 50B wird durch zwei Lagerungen bzw. Lager 45 an der Stütze 44A gestützt. Der Rotor 50B beinhaltet ein Axialende, welches an ein Ende von dem Sonnenrad 54 gekoppelt ist. Das heißt, dass das Sonnenrad 54 integral mit der Ausgabewelle des zweiten Motors 50 ausgebildet ist. Der Rotor 50B und das Sonnenrad 54 sind relativ zu der Kurbelwelle 42 drehbar. Der zweite Motor 50 überträgt ein Drehmoment auf das Sonnenrad 54 und steuert die Drehung des Sonnenrades 54. Der Stator 50A ist an das Gehäuse 44 fixiert.
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Die Stütze 44A beinhaltet einen Abstand, der sich in einen Raum zwischen dem Innenumfang des Sonnenrades 54 und der Kurbelwelle 42 erstreckt. Eine Einwegkupplung 66 befindet sich zwischen dem Innenumfang des Sonnenrades 54 und dem Außenumfang der Stütze 44A. Die Einwegkupplung 66 erlaubt es dem Sonnenrad 54 lediglich in einer einzelnen Richtung hinsichtlich bzw. bezüglich der Stütze 44A zu drehen. Spezifischer erlaubt es die Einwegkupplung 66 eine Drehung des Sonnenrades 54 relativ zu der Stütze 44A in einer Richtung umgekehrt zu der Richtung, in welcher die Kurbelwelle 42 dreht, wenn sich das Fahrrad 10 nach vorne bewegt (nachfolgend bezeichnet als die Rückwärtsdrehrichtung). Des Weiteren beschränkt die Einwegkupplung 66 eine Drehung des Sonnenrades 54 relativ zu der Stütze 44A in die Richtung, in welcher die Kurbelwelle 42 dreht, wenn das Fahrrad 10 sich nach vorne bewegt (nachfolgend bezeichnet als die Vorwärtsdrehrichtung). In anderen Worten, kann das Sonnenrad 54 nicht relativ zu der Stütze 44A in die Vorwärtsdrehrichtung gedreht werden. In einem Fall, in welchem der zweite Motor 50 nicht mit Strom versorgt wird, wird eine Drehung in die Vorwärtsdrehrichtung an die Kurbelwelle 42 eingegeben, die Einwegkupplung 66 beschränkt eine Drehung des Sonnenrades 54. Folglich erhöht der Planetenradmechanismus 46 die Geschwindigkeit der Vorwärtsdrehrichtung, die durch die Kurbelwelle 42 hervorgerufen wird, und überträgt die Drehung an den Ausgabeabschnitt 64. Die Einwegkupplung 66 kann als eine Rollenkupplung oder als eine Klinken-Typ-Kupplung ausgebildet sein.
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Der Controller 52 beinhaltet einen Antriebsschaltkreis, der den ersten Motor 48 antreibt, und eine Antriebsschaltkreis, der den zweiten Motor 50 antreibt. Der Controller 52 verwendet Strom, der durch die Batterie 36 (Bezugnahme auf 1) bereitgestellt wird, um den ersten Motor 48 und den zweiten Motor 50 anzutreiben. Der Controller 52 kann an den ersten Motor 48 und den zweiten Motor 50 durch beispielsweise Leiter verbunden sein.
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Der Controller 52 steuert den ersten Motor 48 und den zweiten Motor 50 aufgrund von Signalen von beispielsweise einem Drehmomentsensor und einem Fahrradgeschwindigkeitssensor (keiner davon dargestellt). Der Drehmomentsensor erkennt eine menschliche Antriebskraft. Der Drehmomentsensor wird beispielsweise durch einen Dehnungsmesssensor, welcher an den ersten Träger 62A angeordnet ist, realisiert. In diesem Fall, wird die Ausgabe von dem Dehnungsmessstreifen zu dem Controller 52 durch eine Drahtlos-Kommunikationsvorrichtung oder einen Schleifring gesendet. Der Dehnungsmesssensor ist beispielsweise ein Dehnungsmessstreifen. Anstatt von dem Drehmomentsensor kann der Controller 52 ein Drehmoment von dem Strom aufgebracht an zumindest von dem ersten Motor 48 und dem zweiten Motor 50 berechnen. In einem Fall, in welchem der Controller 52 ein Betätigungssignal zur Veränderung bzw. Wechsel der Assistierkraft bzw. Unterstützkraft von einer Betätigungseinheit (nicht dargestellt) empfängt, steuert der Controller 52 den ersten Motor 48, um die Ausgabe des ersten Motors 48 bezüglich der menschlichen Antriebskraft zu erhöhen. Des Weiteren, in einem Fall, in welchem der Controller 52 ein Betätigungssignal zum Verändern eines Übersetzungsverhältnisses GR des Planetenradmechanismus 46 empfängt, welches das Verhältnis der Drehgeschwindigkeitsausgabe von dem Planetenradmechanismus 46 zu der Drehgeschwindigkeitseingabe des Planetenradmechanismus 46 ist, steuert der Controller 52 den zweiten Motor 50, derart, dass das Verhältnis der Drehgeschwindigkeit (oder Drehwinkel) des Ausgabeabschnittes 64 zu der Drehgeschwindigkeit (oder Drehwinkel) der Kurbelwelle 42 in einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis ist.
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Der Controller 52 treibt den ersten Motor 48 an, um ein Vorwärtsdrehrichtungsmoment auf den Träger 62 zu übertragen. Dies fügt eine Assistierkraft bzw. Unterstützkraft zu dem Drehmoment, das von der Kurbelwelle 42 empfangen wird und von dem Planetenradmechanismus 46 ausgegeben wird.
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Der Controller 52 treibt den zweiten Motor 50 an, um ein Drehmoment in die Rückwärtsdrehrichtung an das Sonnenrad 54 zu übertragen. Bezugnehmend auf 3, beschleunigt die Drehung des Sonnenrades 54 die Umlaufgeschwindigkeit der Planetenräder 58 bezüglich des Sonnenrades 54. Dies erhöht die Drehgeschwindigkeit des Hohlrades 56 und erhöht das Übersetzungsverhältnis GR. Das Übersetzungsverhältnis GR wird kontinuierlich entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades 54 verändert. Alternativ kann der Controller 52 eine Steuerung ausführen, die das Übersetzungsverhältnis GR, das heißt die Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades 54, in einer schrittweisen Art verändert. Der Controller 52 wird an eine Außenvorrichtung in einer Drahtkommunikation oder Drahtlos-Kommunikation verbunden. Des Weiteren kann der Controller 52 ausgestaltet sein, um die Anzahl von Schritten oder den Grad des Übersetzungsverhältnisses GR entsprechend den Instruktionen der Außenvorrichtung zu verändern. Die Außenvorrichtung kann beispielsweise ein Fahrradcomputer oder ein PC sein.
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In einem Fall, in welchem der Controller 52, dargestellt in 2, aufhört den zweiten Motor 50 mit Strom zu versorgen, wird der zweite Motor 50 deaktiviert. Wie in 4 gezeigt, befindet sich die Einwegkupplung 66 zwischen dem Sonnenrad 54 und der Stütze 44A. Dies schränkt eine Drehung des Sonnenrades 54 relativ zu der Stütze 44A ein. Folglich, in einem Fall, in welchem der Controller 52 aufhört den zweiten Motor 50 mit Strom zu versorgen, wird das Übersetzungsverhältnis GR entsprechend der Anzahl der Räder der Elemente des Planetenradmechanismus 46 aufrecht erhalten. Bei dem Planetenradmechanismus 46 dient der Träger 62 als ein Eingabeabschnitt und das Hohlrad 56 wird an den Ausgabeabschnitt 64 verbunden. Folglich, in einem Fall, in welchem das Sonnenrad 54 nicht relativ zu der Stütze 44A dreht, wird die Dreheingabe an den Planetenradmechanismus 46 in der Geschwindigkeit erhöht und daraufhin ausgegeben. Folglich, in einem Fall, in welchem der Controller 52 aufhört den zweiten Motor 50 mit Strom zu versorgen, ist das Übersetzungsverhältnis GR 1 oder größer, beispielsweise 1.2 oder größer.
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Bevorzugt verändert der zweite Motor 50 das Übersetzungsverhältnis GR in zumindest dem Bereich von 1.2 bis 1.5. Der Maximalwert des Übersetzungsverhältnisses GR, verändert durch den zweiten Motor 50, ist beispielsweise 3.0 oder geringer. In anderen Worten verändert der zweite Motor 50 das Übersetzungsverhältnis GR in dem Bereich von 1 bis 3.0.
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Die Betätigung und Vorteile der Fahrradantriebseinheit werden nachfolgend beschrieben.
- (1) Die Antriebseinheit 40 beinhaltet den ersten Motor 48, der ein Drehmoment auf den Träger 62 überträgt, und den zweiten Motor 50, der die Drehung des Sonnenrades 54 steuert. Folglich werden die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses GR mit dem zweiten Motor 50 und die Veränderung der Assistierkraft bzw. Unterstützkraft mit dem ersten Motor 48 voneinander separat durchgeführt. Dies erlaubt eine Ausführung der Steuerung entsprechend von Fahrzuständen. Beispielsweise kann die Fahrradantriebseinheit ausgestaltet sein, um genau das Übersetzungsverhältnis zu verändern und die Assistierkraft bzw. Unterstützkraft entsprechend den Fahrzuständen oder Ähnlichem zu verändern.
- (2) Das Übersetzungsverhältnis GR des Planetenradmechanismus 46 ist 1 oder größer in einem Fall, in welchem die Drehung des zweiten Motors 50 gestoppt wird/ist. Folglich, im Vergleich zu einem Planetenradmechanismus, in welchem das Übersetzungsverhältnis GR geringer als 1 ist, in einem Fall, in welchem der zweite Motor gestoppt ist, kann der Bereich des Übersetzungsverhältnisses GR bei 1 oder größer ausgedehnt werden, ohne den zweiten Motor 50 zu vergrößern.
- (3) Das Übersetzungsverhältnis GR des Planetenradmechanismus 46 ist 1 oder größer. Folglich, in einem Fall, in welchem das Sonnenrad 54 nicht gedreht wird, ist die Drehgeschwindigkeit des Hohlrades 56 größer als oder gleich zu der Drehgeschwindigkeit des Trägers 62. Der erste Motor 48 ist an den Träger 62 verbunden. Folglich, im Vergleich mit einer Struktur, die einen ersten Motor an ein Hohlrad verbindet, um ein Drehmoment zu übertragen, ist eine Erhöhung in der Drehgeschwindigkeit des ersten Motors 48 limitiert, in einem Fall, in welchem die Assistierkraft bzw. Unterstützkraft aufgebracht wird. Dies verringert den Stromverbrauch des ersten Motors 48.
- (4) Der zweite Motor 50 ist bezüglich der Kurbelwelle 42 koaxial mit der Kurbelwelle 42 angeordnet. Folglich, im Vergleich mit einer Struktur, die den zweiten Motor 50 nach außen in der Radialrichtung von der Kurbelwelle 42 anordnet, ist eine Vergrößerung der Antriebseinheit 40 in der Radialrichtung der Kurbelwelle 42 beschränkt.
- (5) Das Sonnenrad 54 ist integral mit der Ausgabewelle des zweiten Motors 50 ausgebildet. Dies reduziert die Anzahl der Komponenten in der Antriebseinheit 40.
- (6) Die Drehwelle des ersten Motors 48 ist von der Kurbelwelle 42 in der Radialrichtung der Kurbelwelle 42 separiert bzw. getrennt. Folglich, im Vergleich mit einem Fall, in welchem die Drehwelle des ersten Modus 48 koaxial mit der Kurbelwelle 42 der Antriebseinheit 40 angeordnet ist/wird, ist eine Vergrößerung in der Axialrichtung der Kurbelwelle 42 beschränkt.
- (7) In einem Fall, in welchem die Einweg Kupplung 66 sich nicht zwischen dem Sonnenrad 54 und der Stütze 44A befindet und die Stromversorgung des zweiten Motors 50 gestoppt wird, ist die Drehung des Sonnenrades 54 bezüglich der Stütze 44A nicht beschränkt. Folglich wird eine Umlaufkraft in der Rückwärtsdrehrichtung auf die Planetenräder 58 aufgebracht und das Sonnenrad 54 wird in die Vorwärtsdrehrichtung gedreht. Als Ergebnis werden der Träger 62 und das Hohlrad 56 aufhören relativ zu dem Gehäuse 44 zu drehen und der Planetenradmechanismus 46 wird keine Drehung ausgeben.
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Die Antriebseinheit 40 beinhaltet die Einwegkupplung 66, die sich zwischen dem Sonnenrad 54 und dem Gehäuse 44 befindet. Dies erlaubt es dem Planetenradmechanismus 46 eine Drehung auszugeben, selbst in einem Fall, in welchem die Stromversorgung für den zweiten Motor 50 gestoppt ist/wird. Des Weiteren, um das Übersetzungsverhältnis GR zu minimieren, kann die Stromversorgung des zweiten Motors 50 gestoppt werden. Dies erlaubt, dass der Stromverbrauch verringert wird, im Vergleich mit einer Struktur, die den zweiten Motor 50 mit Strom versorgt, um die Phase des Sonnenrades 54 relativ zu der Stütze 44a aufrecht zu halten.
- (8) Der Ausgabeabschnitt 64 befindet sich außen von dem Planetenradmechanismus 46 in der Axialrichtung der Kurbelwelle 42. Folglich, im Vergleich mit einer Struktur, welcher der Abschnitt, an welcher das vordere Kettenrad 30 gekoppelt ist, sich innerhalb des Planetenradmechanismus 46 in der Axialrichtung der Kurbelwelle 42 befindet, werden das Koppeln und das Entfernen des vorderen Kettenrades 30 erleichtert.
- (9) 5 zeigt ein Vergleichsbeispiel einer Antriebseinheit 200, die eine Drehung der Kurbelwelle 42 auf das Hohlrad 206 eingibt und die Drehung eines Trägers 208 ausgibt. In dem Vergleichsbeispiel der Antriebseinheit 200, wird der zweite Motor 50 durch ein Gehäuse 212 gestützt. Folglich, in einem Fall, in welchem ein Ausgabeabschnitt 210 sich an der Außenseite in der Axialrichtung des Planetenradmechanismus 202 befindet und der Träger 208 sich zwischen dem Hohlrad 206 und dem zweiten Motor 50 in der Axialrichtung des Planetenradmechanismus 202 befindet, erstreckt sich der Träger 208 zwischen dem zweiten Motor 50 und der Kurbelwelle 42. Folglich weisen der Träger 208 und der Planetenradmechanismus 202 komplizierte Strukturen auf.
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Bei der Antriebseinheit 40 ist der Ausgabeabschnitt 64 an das Hohlrad 56 gekoppelt. Folglich weist der Träger 62 eine einfache Struktur auf. Dies vereinfacht die Struktur des Planetenradmechanismus 72 und beschränkt eine Vergrößerung der Antriebseinheit 40.
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Die vorliegende Erfindung ist auf die vorstehende Ausführungsform nicht beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung wie nachfolgend beschrieben modifiziert werden. Wie in 6 gezeigt, kann der zweite Motor 50 an der Radialaußenseite der Kurbelwelle 42 angeordnet sein. In diesem Fall kann ein gestuftes Rad, dass koaxial mit der Kurbelwelle 42 angeordnet ist als das Sonnenrad 54 verwendet werden. Die Einwegkupplung 66 kann sich zwischen dem Sonnenrad 54 und dem Gehäuse 44 befinden.
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Wie in 6 gezeigt, kann der erste Motor 48 bezüglich der Kurbelwelle 42 koaxial mit der Kurbelwelle 42 angeordnet sein. In diesem Fall kann der Träger 62 ein Innenrad, das mit einem Ausgaberad des ersten Motors 48 in Eingriff steht/gelangt beinhalten.
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Der Controller 52 kann den zweien Motor 50 in die Vorwärtsdrehrichtung antreiben. In diesem Fall ist die Einwegkupplung 66 weggelassen. In einem Fall, in welchem der zweite Motor 50 das Sonnenrad 54 in die Vorwärtsdrehrichtung dreht, wird das Übersetzungsverhältnis GR verringert. In einem Fall, in welchem die Drehgeschwindigkeit des zweiten Motors 50 erhöht wird, wird das Übersetzungsverhältnis GR zu 1 oder geringer verringert, in diesem Fall ist es bevorzugt, dass der zweite Motor 50 das Übersetzungsverhältnis GR in dem Bereich von 0.2 bis 3.0 verändert.
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Ein Geschwindigkeitsreduziermechanismus kann sich zwischen der Kurbelwelle 42 und dem Träger 62 oder zwischen dem Hohlrad 56 und dem vorderen Kettenrad 30 befinden. In diesem Fall kann der Geschwindigkeitsreduziermechanismus das Übersetzungsverhältnis GR zu geringer als 1 verringern. Der Geschwindigkeitsreduziermechanismus kann durch zumindest zwei oder mehr Räder oder durch einen Planetenradmechanismus realisiert sein/werden.
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Die Einwegkupplung 66 kann sich zwischen dem Rotor 50B und dem Unterstützer 44a befinden. Alternativ kann die Einwegkupplung 66 sich zwischen dem Rotor 50B und einem Abschnitt unterschiedlich zu der Stütze 44a des Gehäuses 44 befinden.
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Der zweite Motor 50 kann ein Außenrotortypmotor sein, in welchem der Rotor 50B bezüglich dem Starter 50A angeordnet ist. Das Sonnenrad 54 kann von der Ausgabewelle des zweiten Motors 50 separiert sein bzw. getrennt sein, und das Sonnenrad 54 kann durch eine Spline-Passung an die Ausgabewelle des zweiten Motors 50 verbunden sein. In diesem Fall kann sich die Einwegkupplung 66 zwischen der Ausgabewelle des zweiten Motors 50 und der Stütze 44A befinden.
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Die Einwegkupplung 66 kann weggelassen sein. In diesem Fall, um die Drehung des Sonnenrades 54 relativ zu dem Gehäuse 44 zu beschränken, wird der zweite Motor 50 gesteuert, um keine Drehung hervor zu rufen und dadurch in der Drehphase des Sonnenrades 54 relativ zu dem Gehäuse 44 zu verbleiben.
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Wie in 7 gezeigt, anstatt der Einwegkupplung 66, kann eine Einwegkupplung 68 sich zwischen dem Träger 62 und dem Hohlrad 56 befinden. Die Einwegkupplung 68 erlaubt es dem Ausgabeabschnitt 64 und dem Hohlrad 56 in die Vorwärtsdrehrichtung relativ zu der Kurbelwelle 42 und dem Träger 62 zu drehen. Spezifischer, in einem Fall, in welchem der Ausgabeabschnitt 64 und das Hohlrad 56 schneller als die Kurbelwelle 42 und der Träger 62 drehen, wird eine Drehung des Ausgabeabschnittes 64 und des Hohlrades 56 relativ zu der Kurbelwelle 42 und dem Träger 62 erlaubt. Die Einwegkupplung 68 beschränkt eine Drehung des Ausgabeabschnittes 64 und des Hohlrades 56 in die Rückwärtsdrehrichtung relativ zu der Kurbelwelle 42 und dem Träger 62 spezifischer, in welchem die Drehgeschwindigkeit des Ausgabeabschnittes 64 und des Hohlrades 56 in die Vorwärtsdrehrichtung gleich zu der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 42 und des Trägers 62 wird, werden der Ausgabeabschnitt 64 und das Hohlrad 56 an die Kurbelwelle 42 und den Träger 62 gekoppelt und drehen integral. Folglich, beispielsweise in einem Fall, in welchem die Stromversorgung des zweiten Motors 50 gestoppt wird und das Übersetzungsverhältnis GR 1 wird, dient die Einwegkupplung 68 dazu den Träger 62 und das Hohlrad 56 integral in die Vorwärtsdrehrichtung zu drehen. Folglich, selbst in einem Fall, in welchem die Stromversorgung des zweiten Motors 50 gestoppt wird, kann die Drehung der Kurbelwelle 42 an das vordere Kettenrad 30 übertragen werden. Die Einwegkupplung 68 kann als eine Rollenkupplung oder eine Klinkentypkupplung ausgebildet sein.
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Wie in 8 gezeigt, in dem modifizierten Beispiel von 7, kann die Einwegkupplung 68 sich zwischen der Kurbelwelle 42 und dem Ausgabeabschnitt 64 befinden. Dadurch werden ebenfalls die Vorteile des modifizierten Beispiels, dargestellt in 7, erzielt.
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Die Kurbelwelle 42 kann von der Antriebseinheit 40 weggelassen sein und eine Kurbelwelle getrennt von der Antriebseinheit 40 kann an die Antriebseinheit 40 gekoppelt sein. Zumindest einer von dem ersten Motor 48 und dem zweiten Motor 50 kann außerhalb von dem Gehäuse 44 angeordnet sein.
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Bei einem Planetenradmechanismus 72 einer Antriebseinheit 70, dargestellt in 9, wird die Drehung der Kurbelwelle 42 an einen Träger 78 eingegeben und die Drehung eines Sonnenrades 74 wird an das vordere Kettenrad 30 ausgegeben. Ein Hohlrad 76 ist relativ zu dem Gehäuse 44 drehbar. Der erste Motor 48 ist ein Träger 78 verbunden und das Drehmoment des ersten Motors 48 wird an den Träger 78 übertragen. Der zweite Motor 50 ist an das Hohlrad 56 verbunden, um ein Drehmoment auf das Hohlrad 76 zu übertragen und die Drehung des Hohlrades 76 zu steuern. In einem Fall, in welchem die Drehung des Hohlrades 76 relativ zu dem Gehäuse 44 beschränkt wird, ist das Übersetzungsverhältnis GR des Planetenradmechanismus 72 geringer als 1. Folglich kann das Übersetzungsverhältnis GR in einer stufenlosen Weise in einem Bereich von weniger als 1 und einem Bereich von 1 oder größer durch Antrieb des zweiten Motors 50 in der Rückwärtsdrehrichtung verändert werden. Das Übersetzungsverhältnis GR kann weiter verringert werden durch Antrieb des zweiten Motors 50 in die Vorwärtsdrehrichtung.
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Wie in 10 gezeigt, bei der Antriebseinheit 70 dargestellt in 9, kann der erste Motor 48 an das Sonnenrad 74 verbunden sein/werden. In diesem Fall wird das Drehmoment des ersten Motors 48 auf das Sonnenrad 74 übertragen.
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Bei einem Planetenradmechanismus 82 einer Antriebseinheit 80 dargestellt in 11, wird die Drehung der Kurbelwelle 42 an ein Sonnenrad 84 eingegeben, und die Drehung des Trägers 88 wird an das vordere Kettenrad 30 ausgegeben. Das Hohlrad 86 ist relativ zu dem Gehäuse 44 drehbar. Der erste Motor 48 ist an das Sonnenrad 84 verbunden und das Drehmoment des ersten Motors 48 wird an das Sonnenrad 84 übertragen. Der zweite Motor 50 ist an das Hohlrad 86 verbunden, um ein Drehmoment auf das Hohlrad 86 zu übertragen und die Drehung des Hohlrades 86 zu steuern. In einem Fall, in welchem die Drehung des Hohlrades 86 relativ zu dem Gehäuse 44 beschränkt ist/wird, ist das Übersetzungsverhältnis GR des Planetenradmechanismus 82 geringer als 1. Folglich kann das Übersetzungsverhältnis GR in einer stufenlosen Weise in einem Bereich von weniger als 1 und einem Bereich von 1 oder größer durch Antrieb des zweiten Motors in die Vorwärtsdrehrichtung verändert werden. Das Übersetzungsverhältnis kann weiter verringert werden durch Antrieb des zweiten Motors 50 in die Rückwärtsdrehrichtung.
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Wie in 12 gezeigt, bei der Antriebseinheit 80 dargestellt in 11, kann der erste Motor 48 an den Träger 88 verbunden sein/werden. In diesem Fall wird das Drehmoment des ersten Motors 48 auf dem Träger 88 übertragen.
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Bei einem Planetenradmechanismus 92 einer Antriebseinheit 90, dargestellt in 13, wird die Drehung der Kurbelwelle 42 an ein Hohlrad 96 eingegeben, und die Drehung eines Sonnenrades 94 wird an das vordere Kettenrad 30 ausgegeben. Ein Träger 98 ist relativ zu dem Gehäuse 44 drehbar. Der erste Motor 48 ist an das Hohlrad 96 verbunden und das Drehmoment des ersten Motors 48 wird an das Hohlrad 96 übertragen. Der zweite Motor 50 ist an den Dreher 98 verbunden, um ein Drehmoment an den Dreher 98 zu übertragen und eine Drehung des Trägers 98 zu steuern. Bei dem Planetenradmechanismus 92 in einem Fall, in welchem die Drehung des Trägers 98 relativ zu dem Gehäuse 44 beschränkt wird, unterscheidet sich die Drehrichtung des Hohlrades 96 von der Drehrichtung des Sonnenrades 94. Folglich befindet sich ein Übertragungsrad 100 zwischen dem Sonnenrad 94 und dem vorderen Kettenrad 30, um die Drehrichtung zu verändern. Das Übertragungsrad 100, das Sonnenrad 94 und das vordere Kettenrad 30 bilden ein Planetenradmechanismus aus. In diesem Fall dient das Übertragungsrad 100 als ein Planetenrad, das Sonnenrad 94 dient als ein Sonnenrad und das vordere Kettenrad 30 dient als ein Hohlrad. Ein Träger, der das Übertragungsrad 100 stützt, kann an ein Gehäuse fixiert sein/werden, um die Drehrichtung des Sonnenrades 94 und die Drehrichtung des vorderen Kettenrades 30 umzukehren. Das Übertragungsrad 100 kann sich zwischen der Kurbelwelle 42 und dem Hohlrad 96 befinden.
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Wie in 14 gezeigt, bei der Antriebseinheit 90 dargestellt in 13, kann der erste Motor 48 an das Sonnenrad 94 verbunden werden/sein. In diesem Fall wird das Drehmoment des ersten Modus 48 auf das Sonnenrad 94 übertragen.
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Bei einem Planetenradmechanismus 104 Antriebseinheit 102, dargestellt in 15, wird die Drehung der Kurbelwelle 42 an ein Sonnenrad 106 eingegeben und die Drehung eines Hohlrades 108 wird an das vordere Kettenrad 30 ausgegeben. Ein Träger 110 ist relativ zu dem Gehäuse 44 drehbar. Der erste Motor 48 ist an das Sonnenrad 106 verbunden und das Drehmoment des ersten Motors 48 wird an das Sonnenrad 106 übertragen. Der zweite Motor 50 ist an den Träger 110 verbunden, um ein Drehmoment auf den Träger 110 zu übertragen und eine Drehung des Trägers 110 zu steuern. Bei dem Planetenradmechanismus 104, in einem Fall, in welchem die Drehung des Trägers 110 relativ zu dem Gehäuse 44 beschränkt wird, unterscheidet sich die Drehrichtung des Sonnenrades 106 von der Drehrichtung des Hohlrades 108. Folglich befindet sich ein Übertragungsrad 112 zwischen dem Hohlrad 108 und dem vorderen Kettenrad 30, um die Drehrichtung zu verändern. Das Übertragungsrad 112, das Hohlrad 108 und das vordere Kettenrad 30 bilden ein Planetenradmechanismus aus. In diesem Fall dient das Übertragungsrad 112 als sein Planetenrad, das Hohlrad 108 dient als ein Sonnenrad und das vordere Kettenrad 30 dient als ein Hohlrad. Ein Träger, der das Übertragungsrad 112 stützt, ist an einem Gehäuse fixiert, um die Drehrichtung des Sonnenrades 94 und die Drehrichtung des vorderen Kettenrades 30 umzukehren. Das Übertragungsrad 112 kann sich zwischen der Kurbelwelle 42 und dem Sonnenrad 106 befinden.
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Wie in 16 gezeigt, bei der Antriebseinheit 112 dargestellt in 15, kann der erste Motor 48 an das Hohlrad 108 verbunden sein/werden. In diesem Fall, wird das Drehmoment des ersten Motors 48 an das Hohlrad 108 übertragen.
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Die vorstehende Ausführungsform und das modifizierte Beispiel können angemessen miteinander kombiniert werden oder ersetzt werden. Die Vorteile die von solchen Kombinationen oder Ersetzungen erzielt werden sollten für einen Fachmann verständlich sein. Die vorliegende Erfindung wird nicht durch die beispielhafte Beschreibung beschränkt. Beispielsweise sollten die beispielhaften Merkmale nicht als wesentlich für die vorliegende Erfindung verstanden werden und der Gegenstand der vorliegenden Erfindung kann in Merkmalen die weniger sind als alle von den Merkmalen in einer bestimmten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben worden ist existieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrrad
- 40
- Antriebseinheit
- 42
- Kurbelwelle
- 44
- Gehäuse
- 44A
- Stütze
- 46
- Planetenradmechanismus
- 54
- Sonnenrad
- 56
- Hohlrad
- 58
- Planetenrad
- 62
- Träger
- 64
- Ausgabeabschnitt
- 66
- Einwegkupplung
- 48
- erster Motor
- 50
- zweiter Motor
- 52
- Controller
- 68
- Einwegkupplung