JP2012511462A - 電動自転車用のハイブリッド駆動部 - Google Patents
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Abstract
電気的な補助駆動部を備えた自転車であって、電動機(2)を有しており、当該電動機(2)に接続されている、電気エネルギーを蓄積するバッテリーを有しており、ペダルシャフト(1b)に固定されているペダル(1a)を備えたクランク駆動部(1)を有しており、当該ペダルシャフトは、クランク軸(A)の周りに回転可能に配置されており、前記電動機(2)によっても運転者の筋力によっても自転車を駆動する遊星ギア(12)を有しており、前記遊星ギア(12)と前記電動機(2)は、前記クランク駆動部(1)のペダルシャフト(1b)の周りに配置されている。
Description
従来技術
本願発明は、電動自転車用のハイブリッド駆動部に関する。
本願発明は、電動自転車用のハイブリッド駆動部に関する。
種々異なる設計の電動自転車が従来技術から知られている。既知の電動自転車は例えば、前輪または後輪のハブにそれぞれ電気駆動部を有している。
WO91/19637号から、ハイブリッド車両に対するハイブリッド駆動部が既知である。ここでは、ハイブリッド車両は補助モータによって駆動される。この補助モータは、ハブ内に配置された遊星ギアの太陽歯車を駆動し、運転者の筋力が遊星ギアの中心歯車に作用する。この実施形態では、動力の取り出しは、ハイブリッド車両の後輪で行われる。ここで補助モータは、遊星ギア内に組み込まれていない。電気駆動部とギアが別個に配置されていることによって、車両の操舵および走行特性に不所望な作用が生じる。なぜならこのような構造様式によって、駆動部、ひいては車両の重心が、車輪駆動部の方向にずれてしまうからである。
発明の概要
請求項1に記載された特徴を備えた補助駆動部を有する本願発明の自転車は、これとは異なり、次のような利点を有している。すなわち、本願発明の自転車では、電動機と遊星ギアが一緒に、自転車の実質的に中央の、深い取り付け位置で、クランク駆動部の領域に配置されている、という利点を有している。これによって実質的に、バランスが良く、かつ操舵しやすい、車両の走行特性が得られる。なぜなら、上述のように位置付けされた駆動ユニットの重量が、駆動車輪からの自転車重心のずれに作用するからである。さらに、駆動ユニット/ギアユニット全体はコンパクトに構成され、構成部材の数が少ないので、低コストで生産される。本願発明では自転車は、クランク駆動部のクランクシャフト内に共に配置されている、遊星ギアと電動機を有している。ここで遊星ギアは一方ではクランク駆動部と接続されており、他方では電動機と接続されている。これによって、クランク駆動部を伴った特にコンパクトな構造と、運転者下方の、駆動ユニットの低い重心位置が得られる。
請求項1に記載された特徴を備えた補助駆動部を有する本願発明の自転車は、これとは異なり、次のような利点を有している。すなわち、本願発明の自転車では、電動機と遊星ギアが一緒に、自転車の実質的に中央の、深い取り付け位置で、クランク駆動部の領域に配置されている、という利点を有している。これによって実質的に、バランスが良く、かつ操舵しやすい、車両の走行特性が得られる。なぜなら、上述のように位置付けされた駆動ユニットの重量が、駆動車輪からの自転車重心のずれに作用するからである。さらに、駆動ユニット/ギアユニット全体はコンパクトに構成され、構成部材の数が少ないので、低コストで生産される。本願発明では自転車は、クランク駆動部のクランクシャフト内に共に配置されている、遊星ギアと電動機を有している。ここで遊星ギアは一方ではクランク駆動部と接続されており、他方では電動機と接続されている。これによって、クランク駆動部を伴った特にコンパクトな構造と、運転者下方の、駆動ユニットの低い重心位置が得られる。
本願発明の有利な実施形態が従属請求項に記載されている。
さらに、電動機は有利には、ペダルシャフトを取り囲んでいる中空シャフトを介して、遊星ギアの太陽歯車と接続されている。これによって、遊星ギアに対する電動機の駆動は、クランク駆動部のペダルシャフトの操作に依存せずに、運転者の筋力によって行われる。
本願発明の別の有利な構成では、クランク駆動部は、遊星ギアの遊星キャリアと接続されている。これによってコンパクトかつ確実な作用接続が得られる。本願発明の択一的な、有利な構成に相応して、クランク駆動部は、遊星ギアの中心歯車と接続されている。これによって同じように、コンパクトかつ確実に作動する作用接続が実現される。
さらに、電動機は有利には、フリーホイールを備えた駆動装置を有している。これによって電動機の回転子がロックされ、自転車の駆動は、電動機の牽引を用いずに、筋力によってのみ行われるようになる。
本願発明の別の有利な構成では、遊星ギアの中心歯車は外側噛み合わせを有しており、これによって、遊星ギアの動力取り出しが行われる。これによって、ディレイラーの従来のチェーンまたはギアハブが、中心歯車の外側噛み合わせに介入することによって、自転車を駆動させることができる。
別の有利な構成では自転車は、1つの駆動車輪において、ギア転換装置を有している。これは殊に、ディレイラーまたはギアハブである。ここでこの駆動車輪は、遊星ギアと接続されている。これによって、従来のギア転換装置が、電気的な補助駆動部を備えた本願発明の自転車において使用可能である。従来のギア転換装置は広く頒布され、確実に作動し、かつ低コストである。有利には、本願発明の自転車は制御ユニットと、遊星ギア、殊に遊星ギアの中心歯車に取り付けられた回転数センサと、自転車速度を検出する速度センサと、ギア転換を行うための電気的なアクチュエータとを有している。この制御ユニット、所定の制御プログラムに相応して、かつ回転数センサおよび速度センサの値に基づいて電動機と電気的なアクチュエータを制御するように構成されている。これによって、自転車の走行制御全体が、最低限のセンサとアクチュエータによって実現される。これによっても、増大する費用効果が低減される。
本願発明の別の有利な実施形態では、ギア転換時に電動機のトルクが、ギア転換装置にかかる負荷が低減されるように変化するように、制御ユニットが構成されている。このような負荷低減によって、ギア転換が最適化され、チェーンおよび回路コンポーネントの耐久性ないしは寿命が、負荷の無いギア転換によって改善される。
有利には、電動機は、直流モータまたは電気的に転流されるモータである。このような構造様式は殊に、高い動作確実性、メンテナンスのしやすさ、および良好な費用効果を特徴とする。
別の有利な構成ではこの自転車は入力装置を有し、これによって、制御ユニットに対する種々の制御プログラムが選択される。このようにして、運転者は容易に、例えばハイブリッド駆動部の補助の度合を調整することができる。
さらに、太陽歯車は多数の歯を有している。これらの数は、遊星ギアの歯の数と同じである。これによって、全走行状態において、電動自転車の作動に対して有利なギアサポートが得られる。
さらに、この自転車はバッテリー制御ユニットを有している。これは、制御ユニットと接続されており、バッテリーの作動状態(例えば負荷状態または機能障害)を検出する。このようにして、運転者は常に、バッテリーの使用可能なエネルギー並びに障害の可能性に関する情報を得ることができる。
本願発明の択一的な有利な構成では、クランク駆動部が太陽歯車と接続されており、電動機が遊星キャリアと接続されており、被駆動側に対するチェーンが中心歯車と接続されている。これによって、遊星ギアの全ての部分が回転し、ここで殊に電動機の回転数が低減される。
特に有利には、この自転車は第2の遊星ギアを有している。この第2の遊星ギアは、電動機と第1の遊星ギアの遊星キャリアとの間に接続されている。ここでこの第2の遊星ギアは同じように、クランク駆動部のペダルシャフトの周りに配置されている。従ってこの有利な実施例では、ペダルの間に、2つの遊星ギアと電動機がコンパクトに配置される。第2の遊星ギアによって殊に、電動機の回転数が低減される。ここでは所望される全ての走行機能が実現される。有利には、第2の遊星ギアは電動機の回転数を殊に、1:8の値にまで低減する。
特に有利には、第1の遊星ギアの太陽歯車、遊星キャリアおよび中心歯車は、傾斜した噛み合わせを伴って構成されており、第2の遊星ギアの太陽歯車、遊星キャリアおよび中心歯車も同じように、傾斜した噛み合わせを伴って構成されている。ここで、第1の遊星ギアの遊星歯車はそれぞれ直接的に、第2の遊星ギアの遊星歯車と接続されている。これによって、2つの遊星ギアが、遊星キャリアを設けることなく構成される。従って、遊星ギアの構成部材の数が低減される。さらにこれによって、軸方向における構造空間低減が可能になる。従って、電気的な補助駆動部および遊星歯車が問題無く、ペダルシャフトに配置される。構成部材の数が低減されることによってさらに、重量およびコストに有利な影響が与えられる。
さらに有利には、クランク駆動部に配置されており、運転者の力を第1の遊星ギアの太陽歯車または中心歯車に伝達するように構成されたクラッチが設けられる。これによって、異なる2つの作動様式が実現される。運転者の力がこのクラッチを介して太陽歯車に伝達される場合には、接続されているならば、電動機による電気的なサポートによる走行が行われる。運転者の力が中心歯車に伝達される場合には、電気システムが使用可能でない場合の、電気的サポートの無い緊急走行が行われる。従って自転車は常に運転者の力だけによって走行することができる。この場合には、運転者の力が直接的に中心歯車に伝達され、そこでチェーンに伝達されることによって、遊星ギアの不必要に可動する別の部分ないしは電動機の回転子が、連動する必要がない。このクラッチは有利には手動で操作される。
以下では添付の図面を参照しながら本願発明の有利な実施形態を詳細に説明する。
以降で、図1から3を参照して、本願発明の第1の有利な実施例に即した、電気的な補助駆動部が設けられている自転車を詳細に説明する。
図1の概略的な断面図から分かるように、電気的な補助駆動部を備えた自転車はクランク駆動部1、ペダル1aを含んでいる。ここでこのペダル1aは、ペダルシャフト1bの両端に固定されている。ここでペダルシャフトは、クランク軸Aの周りに、回転可能に配置されている。固定子2aと回転子2bとを備えた電動機2が、中空シャフト3上に配置されている。ここで回転子2bは、中空シャフト3と固定的に接続されている。この中空シャフトは同じように、遊星ギア12の太陽歯車6と固定的に接続されている。クランク駆動部1のペダルシャフト1bは中空シャフト3内を通り、遊星ギア12の遊星キャリア5aと固定的に接続されている。遊星キャリア5a上には遊星歯車5が自由回転可能に配置されている。これらの遊星歯車5はそれぞれ、遊星ギア12の太陽歯車および中心歯車4と干渉関係にある。中空歯車4は自由回転可能に、中空シャフト3上に支承されている。中心歯車4の外周には、外側噛み合いが設けられている。これは、チェーン7の一部と干渉関係にあり、これによって中心歯車4の出力を、自転車のチェーン7に伝えることができる。中空歯車4の外側には回転数センサ10が設けられている。この回転数センサは、中心歯車4の回転数を検出する。
ロック装置13によって、電動機2の回転子2bないしは太陽歯車6は固定的に、自転車のフレームに接続されている。ロック装置13はフリーホイールを有しており、これによって、回転子2bないし太陽歯車6の回転が正の回転方向においてのみ実現され、さらに、太陽歯車6が負の回転方向において固定的に支えられる。ロック装置13は機械的にまたは電気的に操作される。ここで、電気的に操作される場合には、装置の無電流状態によってロックされた位置が生じ、電流のある装置状態によって、ロックされていない位置が生じる。
図2は、簡略化された、図1と比べて拡大された、遊星ギア12の概略的な断面図を示している。これは、ペダルシャフト1b、中空シャフト3、太陽歯車6、遊星キャリア5a上の遊星歯車5およびチェーン7を含めた中心歯車を示している。
図3は、本願発明の電動自転車のコンポーネントを概略図を示している。図3では電動機2は、より良く理解するために、線描で、遊星ギア12の隣に示されている。これは本来は、太陽歯車6の中央に、正しく軸方向に配置される(図2では、遊星ギア12の後方にあるので、見えない)。図3から分かるように、チェーン7は、中空歯車4の外側噛み合いおよびギア転換装置8の周りに巻かれている。ギア転換装置は、駆動車輪9のハブ上に配置されている。ギア転換装置8は、歯車パケットを備えた従来のディレイラーまたはギアハブであり得る。有利な電気的アクチュエータ14は、チェーン7とギア転換装置8との間に配置されている。このアクチュエータ14は例えば磁石であり、その位置はボーデンケーブを介して(機械的に)または信号を介して(電気的に)変えられる。これはそれぞれ正確に、ギア転換装置9のギアに割り当てられている。
中央制御ユニット(CPU)16が、自転車のハイブリッド駆動部を制御するために設けられている。制御ユニット16は、遊星ギア12の中心歯車4に配置されている回転数センサ10、並びに駆動車輪9に配置されている速度センサ11の信号を受信する。これらのセンサは、駆動部の制御に必要である。さらに、モータ2が、制御のために、直接的に制御ユニット16と接続されており、エネルギー供給のためにバッテリー15と接続されている。制御ユニット16はさらに、アクチュエータ14と接続されており、これによって切換過程がトリガされる。最後に、制御ユニット16はコミュニケーションバスを介して、バッテリー制御ユニット15aと、バッテリー15の作動状態を監視するために接続されており、これと並んで入力装置17と接続されている。ここでこの入力装置は次のように構成されている。すなわち運転者が、制御ユニット16の種々異なる走行プログラムないし制御プログラムを、自転車の種々異なる走行状態に対して呼び出すことができるように構成されている。
以降では、このシステムによってあらわされる、ハイブリッド駆動部の走行状態を説明する。
1.運転開始:
車両の静止時には、中空歯車4、遊星歯車5aおよび太陽歯車6での回転数は0である。運転者は、運転開始時に、筋力によるトルクを遊星キャリア5aに形成する。このトルクは、走行抵抗に対して支えられる。太陽歯車6が加速され、すぐに電気駆動部が回転を開始することによって、これはトルクを生成する。このトルクはここで同じように、運転者が入力装置で電動機によるサポートをセットした場合には、運転者で支えられる。これによってトルクが被駆動側ないし中空歯車4に伝達される。電動機2はここで、正の駆動出力を供給する。運転者のパワーはほぼ0である。なぜなら、遊星キャリア5aでの回転数は0だからである。運転者は支持モーメントを、自身の体の重量によって生成する。これに相応して、強く、かつ快適な運転開始サポートが実現される。これは、運転者がクランク駆動部1でのトルクによって調整ないしコントロールすることができる。
車両の静止時には、中空歯車4、遊星歯車5aおよび太陽歯車6での回転数は0である。運転者は、運転開始時に、筋力によるトルクを遊星キャリア5aに形成する。このトルクは、走行抵抗に対して支えられる。太陽歯車6が加速され、すぐに電気駆動部が回転を開始することによって、これはトルクを生成する。このトルクはここで同じように、運転者が入力装置で電動機によるサポートをセットした場合には、運転者で支えられる。これによってトルクが被駆動側ないし中空歯車4に伝達される。電動機2はここで、正の駆動出力を供給する。運転者のパワーはほぼ0である。なぜなら、遊星キャリア5aでの回転数は0だからである。運転者は支持モーメントを、自身の体の重量によって生成する。これに相応して、強く、かつ快適な運転開始サポートが実現される。これは、運転者がクランク駆動部1でのトルクによって調整ないしコントロールすることができる。
2.サポートを伴う駆動:
運転者はクランク駆動部1を操作し、電動機2は継続的な駆動モーメントを形成する。この駆動モーメントは運転者によって支えられる。また、運転者がペダルを踏んでいるときには、遊星ギア12の全ての部分は回転状態にある。運転者のパワーも電気駆動部の出力も正である。このようにして例えば、登山走行時に、または別の走行抵抗を補償するためにサポートが行われる、またはトルクが加速フェーズにおいて短期間、高められる。
運転者はクランク駆動部1を操作し、電動機2は継続的な駆動モーメントを形成する。この駆動モーメントは運転者によって支えられる。また、運転者がペダルを踏んでいるときには、遊星ギア12の全ての部分は回転状態にある。運転者のパワーも電気駆動部の出力も正である。このようにして例えば、登山走行時に、または別の走行抵抗を補償するためにサポートが行われる、またはトルクが加速フェーズにおいて短期間、高められる。
3.フリーホイール:
運転者が遊星キャリア5aにトルクを加えない場合、すなわち、踏んでいない場合、遊星キャリア5aにはトルクがかからない。自転車は電動機2によってのみ駆動される。これによって太陽歯車6が、中心歯車4に比例して回転する。遊星キャリア5aは動かない。
運転者が遊星キャリア5aにトルクを加えない場合、すなわち、踏んでいない場合、遊星キャリア5aにはトルクがかからない。自転車は電動機2によってのみ駆動される。これによって太陽歯車6が、中心歯車4に比例して回転する。遊星キャリア5aは動かない。
4.回生:
エネルギー回生のこの状態は、運転者による制動時に生じる。運転者は、負のトルクを遊星キャリア5aで生成する(逆踏み)。このトルクは、電動機2の発電作用トルクによって支えられる。自転車はこれによって速度を落とす。運転者のパワーはほぼ0である。なぜなら、遊星キャリア5aが静止しているからである。運転者は自信の体重を介して支える。電動機2は発電機として作動し、パワーを生成し、これによってバッテリーを充電する。このトルクは回生時に有利には運転者によって、直観的に逆踏みを介して調整される。登山走行時には、自転車がフルーホイールを有していない、ないしはフリーホイールが起動されていないときに、発電機能が提供される。
エネルギー回生のこの状態は、運転者による制動時に生じる。運転者は、負のトルクを遊星キャリア5aで生成する(逆踏み)。このトルクは、電動機2の発電作用トルクによって支えられる。自転車はこれによって速度を落とす。運転者のパワーはほぼ0である。なぜなら、遊星キャリア5aが静止しているからである。運転者は自信の体重を介して支える。電動機2は発電機として作動し、パワーを生成し、これによってバッテリーを充電する。このトルクは回生時に有利には運転者によって、直観的に逆踏みを介して調整される。登山走行時には、自転車がフルーホイールを有していない、ないしはフリーホイールが起動されていないときに、発電機能が提供される。
5.緊急走行作動:
バッテリー15が空である場合、または電動機2が故障している場合には、太陽歯車6はもはや電動機2によって駆動されない。これによって自転車が走行可能でなくなる。このような場合に、運転者の筋力による従来の走行作動(すなわちモータを用いない走行)を可能にするために、電動機2の回転子2bおよび太陽歯車6が固定的に接続されている中空シャフト3が、ロック装置13を介して固定される。ロック装置13におけるフリーホイールによって、太陽歯車6は一方向においてのみ回転可能になる。駆動の場合には、ロック装置13は、運転者のトルクを支える。遊星キャリア5aが停止している場合に、太陽歯車6は、フリーホイール状態において説明されたように、回転することができる。
バッテリー15が空である場合、または電動機2が故障している場合には、太陽歯車6はもはや電動機2によって駆動されない。これによって自転車が走行可能でなくなる。このような場合に、運転者の筋力による従来の走行作動(すなわちモータを用いない走行)を可能にするために、電動機2の回転子2bおよび太陽歯車6が固定的に接続されている中空シャフト3が、ロック装置13を介して固定される。ロック装置13におけるフリーホイールによって、太陽歯車6は一方向においてのみ回転可能になる。駆動の場合には、ロック装置13は、運転者のトルクを支える。遊星キャリア5aが停止している場合に、太陽歯車6は、フリーホイール状態において説明されたように、回転することができる。
6.負荷点持ち上げ:
特別な場合において、バッテリーを筋力で充電することが望まれる。このシステムによって、この場合には、いわゆる負荷点持ち上げが行われる。すなわち、走行抵抗が小さい場合には、モータは運転者の筋力によって発電機として作動され、これによってバッテリーが充電される。運転者はこの状態においてクランク駆動部1も、電動機2も駆動し(ロック装置13は固定しない)、クランクでの回転数を自由に調整することができる。
特別な場合において、バッテリーを筋力で充電することが望まれる。このシステムによって、この場合には、いわゆる負荷点持ち上げが行われる。すなわち、走行抵抗が小さい場合には、モータは運転者の筋力によって発電機として作動され、これによってバッテリーが充電される。運転者はこの状態においてクランク駆動部1も、電動機2も駆動し(ロック装置13は固定しない)、クランクでの回転数を自由に調整することができる。
7.切換過程の間のトルク低減:
従来のディレイラーまたはギアハブまたはチェーンが使用されている場合に、負荷下での切換過程時の損傷または過度の摩耗を阻止するために、制御ユニット16は特別な実施形態では次のように構成されている。すなわち、遊星ギア12でのトルクを変える制御が行われるように構成されている。これによって、ハイブリッド駆動部からチェーン7を介して、回路8に作用する負荷が低減される。このために、ギア転換時には(下方転換時にも上方転換時にも)、電動機2の回転数ないし駆動、ひいては遊星ギア12の太陽歯車6でのトルクが短時間の間、低減される。これによって、ディレイラーまたはギアハブでのソフトかつ快適な切換過程が実現され、切換コンポーネントが大事に扱われる。
従来のディレイラーまたはギアハブまたはチェーンが使用されている場合に、負荷下での切換過程時の損傷または過度の摩耗を阻止するために、制御ユニット16は特別な実施形態では次のように構成されている。すなわち、遊星ギア12でのトルクを変える制御が行われるように構成されている。これによって、ハイブリッド駆動部からチェーン7を介して、回路8に作用する負荷が低減される。このために、ギア転換時には(下方転換時にも上方転換時にも)、電動機2の回転数ないし駆動、ひいては遊星ギア12の太陽歯車6でのトルクが短時間の間、低減される。これによって、ディレイラーまたはギアハブでのソフトかつ快適な切換過程が実現され、切換コンポーネントが大事に扱われる。
上述の実施例の他に、電気的な補助駆動部では、択一的な実施形態が可能である。ここでは電動機2が、遊星ギア12の太陽歯車6に作用し、運転者の力がクランク駆動部1を介して遊星ギア12の中心が中心歯車4に作用し、チェーン7で、遊星ギア12の遊星キャリア5aを介して力の取り出しが行われる。この実施形態は、ギア内のローラー作動が低減され、これによって効率が改善される、という利点を有している。上述の実施例とは異なり、運転者が使用可能な変速比は緊急走行作動中には僅かである。電気的な駆動の場合には、2つの実施例において、電動機2として、直流電流モータまたは電子整流モータが使用される。電動機2は、使用されている従来のギア転換装置の変速段を使用するので、コンパクトに構成される。電動機2の最小構造体積は、クランク駆動部1での遊星ギア12との統合を容易にする。
電気的な補助駆動部を備えた本発明の自転車は、従来技術とは異なって、改善された走行特性の他に、運転者の下方の総合重心の位置が有利であるので、次の利点も有する。すなわち、駆動部の変速比が、電動機2の回転数を介して無段階に調整可能であり、これに従った、ギア転換装置8の個々の変速段または、(第2のチェーンベルトに対する)クランク駆動部1でのディレイラーを省くことができる、という利点を有する。さらに駆動部を、中心歯車での回転数センサ10および駆動ホイール9での速度センサ11によって検出された回転数によってのみ調整することができる。トルクセンサは必要ではない。従って、構成部分の数が少ないことおよび自転車の全体構造が簡単であることによって、製造コストを格段に低減させることができる、ないしはコスト効果を改善することができる。
以降では図4を参照して、本願発明の第2の実施例を詳細に説明する。ここでは同じ構成部分ないしは同じ機能を有する構成部分に、第1の実施例と同じ参照番号が付与されている。
図4から読み取れるように、電気的補助駆動部を有する自転車は同じように、ペダル1aとペダルシャフト1bとを備えたクランク駆動部1を有している。ペダルシャフト1bの周りには同じように、電動機2並びに第1の遊星ギア12および第2の遊星ギア20が配置されている。ペダルシャフト1a、2つの遊星ギア12、20および電動機はここで共に、ペダルシャフト1bの軸A内に位置している。第2の遊星ギア20はここで、電動機2と第1の遊星ギア12との間に接続されている。
図4に示された駆動ユニットは同じように2つの駆動部と1つの被駆動側を有している。ここで第1の駆動部は、運転者がペダルを踏むことによって提供され、第2の駆動部は電動機2である。被駆動側は同じようにチェーン7であり、このチェーンは第1の遊星ギアの中心歯車7の外周に噛み合っている。運転者の力は第1の遊星ギア12を介して供給され、電動機2のモーメントは第2の遊星ギア20を介して供給される。第2の遊星ギア20はここで、電気的駆動部の回転数を低減するために使用される。これによって電動機2を、高い回転数を有する駆動部として設けることができる。従って、電動機は、出力が同じ場合に、回転数の小さい電気的な駆動部と比較して、重量がより軽くなる。さらに、電動機2として、高い効率を有する電動機を使用することができる。
図4に示されているように、電動機2の回転子2bは第1の軸受け31を介して支承されており、第2の軸受け32は回転可能にペダルシャフト1bで支承されている。回転子2bは、接続フランジ27を介して、第2の遊星ギア20の太陽歯車26と接続されている。太陽歯車26はここで、第3の軸受け33によって、ペダルシャフト1bで支持されている。太陽歯車26は、第2の遊星ギア20の複数の遊星歯車25と介入関係にある。ここでこれらの遊星歯車25は、遊星キャリア5aに支承されている。遊星歯車25はさらに、第2の遊星ギア20の位置固定された中心歯車24と介入関係にある。ここで中心歯車24は、図4に示されているように、固定子2aに固定されている。遊星キャリア5aは、第4の軸受け34を介して、ペダルシャフト1b上に支承されている。さらに図4から読み取れるように、第5の軸受け35は、第1の遊星ギア12の中空シャフト4を支承する。さらに、第1の遊星ギアの太陽歯車6は、ペダルシャフト1bと固定的に接続されている。同じように遊星キャリア5aに支承されている、第1の遊星ギア12の遊星歯車5は、第1の遊星ギアの太陽歯車6とも、中空歯車4とも噛み合う。中空歯車4は同じように、チェーン7に対する接続部用の外側噛み合いを有している。固定子2aは、第6の軸受け36を介して回転子で支承されており、第7の軸受け37を介してペダルシャフト1bで支承されている。従ってクランク軸Aの軸方向においては、第1の遊星ギア12と電動機2との間に第2の遊星ギアが配置されている。
このようにして、第1の遊星ギア12は太陽歯車6と、中心歯車4と、遊星歯車5と遊星キャリア5aとを含んでいる。第2の遊星ギア20は太陽歯車26と、中心歯車24と、遊星歯車25と上述の遊星キャリア5aを有している。このように、遊星歯車5ないし25がそれぞれ1つの軸側に配置されている共通の遊星キャリア5aを使用することによって、駆動部の構成部分の数、ひいては重量が低減される。ペダルシャフト1bは、中心歯車4、遊星歯車キャリア5a、太陽歯車26並びに回転子2bおよび少なくとも片側で固定子2aを支持するためにも使用される。
従って第2の遊星ギア20は電動機2の起動時にそのモータ回転数を低減させ、場合によってはさらに供給される運転者のパワーを第1の遊星ギア12を介して加える。動力取り出しは、第1の遊星ギア12の中心歯車4でチェーン7を介して行われる。従って図4に示されているように、本願発明の駆動ユニットはクランク軸Aの軸方向において非常に短い構造長しか有していない。従って、ペダルシャフト1の長さは、この領域内に、2つの遊星ギア12、20と電動機2を配置するのに十分である。第2の遊星ギア20によって行われる回転数低減によって、さらに、電動機2は非常にコンパクトに構成され、かつ重量が軽くなる。これはさらに自転車の操作性を改善する。ここでは回転数の高い電動機2が駆動され、高い効率が得られる。従って、電動自転車の到達距離全体が格段に改善される。
その他の点に関しては、この実施例は前述の実施例に対応するので、その実施例についての説明を参照することができる。
さらに、遊星キャリア5aを省き、第1の遊星ギア12の遊星歯車5を直接的に、第2の遊星ギア20の遊星歯車25と直接的に、例えば接続軸を介して接続した場合に、図4に示された駆動ユニットをさらにコンパクトに構成することができることに留意されたい。これによってさらにコンパクトに構成される。
Claims (15)
- 電気的な補助駆動部を備えた自転車であって、
・電動機(2)と、
・当該電動機(2)に接続され、電気エネルギーを蓄積するバッテリー(15)と、
・クランク軸(A)の周りに回転可能に配置されたペダルシャフト(1b)に固定されているペダル(1a)を備えたクランク駆動部(1)と、
・前記電動機(2)によっても運転者の筋力によっても自転車を駆動する遊星ギア(12)とを備え、
・前記遊星ギア(12)と前記電動機(2)は、前記クランク駆動部(1)のペダルシャフト(1b)の周りに配置されている、
ことを特徴とする、電気的な補助駆動部を備えた自転車。 - 前記電動機(2)は、中空シャフト(3)を介して前記遊星ギア(12)の太陽歯車(6)と接続されており、前記ペダルシャフト(1b)は当該中空シャフト(3)内に配置されている、請求項1記載の自転車。
- 前記クランク駆動部(1)は、前記遊星ギア(12)の遊星キャリア(5a)と接続されている、請求項1または2記載の自転車。
- 前記クランク駆動部(1)は、前記遊星ギア(12)の中心歯車(4)と接続されている、請求項1または2記載の自転車。
- フリーホイールを有するロック装置(13)をさらに備え、これによって前記電動機(2)の回転子(2b)をロックする、請求項1から4までのいずれか1項記載の自転車。
- 前記遊星ギア(12)の前記中心歯車(4)は外側噛み合いを有しており、これによって前記遊星ギア(12)の被駆動側を形成する、請求項1から5までのいずれか1項記載の自転車。
- 前記自転車は駆動ホイール(9)にギア転換装置(8)、殊にディレイラーまたはギアハブを有しており、
前記駆動ホイール(9)は前記遊星ギア(12)と接続されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の自転車。 - 制御ユニット(16)と、殊に前記遊星ギア(12)の中心歯車(4)に取り付けられている、遊星ギア(12)の回転数センサ(10)と、自転車速度を検出する速度センサ(11)と、ギア転換を行うための電気的なアクチュエータ(14)とをさらに備え、
前記電動機(2)と前記電気的なアクチュエータ(14)を、所定の制御プログラムに応じて、かつ、前記回転数センサ(10)および前記速度センサ(11)の値に基づいて制御するように、前記制御ユニット(16)が構成されている、請求項1から7までのいずれか1項記載の自転車。 - 前記太陽歯車(6)の歯の数は、前記遊星歯車(5)の歯の数と同じである、請求項1から8までのいずれか1項記載の自転車。
- 前記クランク駆動部(1)は前記太陽歯車(6)と接続されており、前記電動機(2)は遊星キャリアと接続されており、駆動用のチェーン(7)は前記中心歯車(4)と接続されている、請求項1記載の自転車。
- 前記電動機(2)と前記第1の遊星ギア(12)との間に接続された第2の遊星ギア(20)をさらに備え、
前記第2の遊星ギア(20)は、前記クランク駆動部のペダルシャフト(1b)の周りに配置されている、請求項10記載の自転車。 - 前記第2の遊星ギア(20)は、前記電動機(2)の回転数を、殊に1:8の比まで低減させる、請求項11記載の自転車。
- 前記第2の遊星ギアの太陽歯車(26)は、前記電動機(2)の回転子(2b)と接続され、前記第2の遊星ギアの遊星歯車(25)と噛み合い、
前記遊星歯車(25)は遊星キャリア(5a)に配置されており、当該遊星キャリアには、前記第1の遊星ギア(12)の遊星歯車(5)も配置されており、
前記遊星キャリア(5a)は回転可能に、前記ペダルシャフト(1b)に支承されている、請求項11または12記載の自転車。 - 前記第1の遊星ギア(12)の前記太陽歯車(6)、遊星歯車(6)および中心歯車(4)は傾斜噛み合わせを有しており、前記第2の遊星ギア(20)の太陽歯車(26)、遊星歯車(25)および中心歯車(24)は傾斜噛み合わせを有しており、
前記第1の遊星ギア(12)の遊星歯車(5)は、前記第2の遊星ギア(20)の遊星歯車(25)と直接的に接続されている、請求項11または12記載の自転車。 - 前記クランク駆動部(1)に配置されたクラッチをさらに備え、当該クラッチは、自転車の力を前記太陽歯車(6)または前記中心歯車(4)に出力するように構成されている、請求項1から14までのいずれか1項記載の自転車。
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