JP2020520850A - 電動駆動装置又は補助駆動装置を有する自転車 - Google Patents

Abstract

本発明は自転車（１）用の電動駆動装置（２）に関する。電動駆動装置は、ドライブシャフト（８）を有する電動モータ（５）と、自転車（１）の車輪駆動装置（４）に連結するための作動ギヤ（１１）に回転可能に連結されたドリブンシャフト（６）と、ドライブシャフト（８）とドリブンシャフト（６）とを駆動連結するトランスミッション（７）と、を備える。トランスミッション（７）が、ドリブンシャフト（６）と回転駆動方向に回転可能に連結された従動ギヤ（１２）と、従動ギヤ（１２）を駆動するために、該従動ギヤ（１２）に周方向（１６）に離れた状態でそれぞれ係合する、第１出力ギヤ（１４）及び第２出力ギヤ（１５）の少なくとも２つの出力ギヤとを有することで、負荷が低減される。【選択図】図１

Description

本発明は、自転車用の電動駆動装置又は補助駆動装置、並びに、電動駆動装置又は補助駆動装置を備えた自転車に関する。

電動駆動装置を備えた自転車は一般的に「ｅバイク」として知られている。電動駆動装置は、唯一の駆動装置、すなわちメイン駆動装置として機能するだけでなく、好ましくは補助駆動装置として機能する。本明細書において、「駆動装置（ｄｒｉｖｅ）」の語は、メイン駆動装置及び補助駆動装置と理解される。電動駆動装置が補助駆動装置である場合、電動モータは、各自転車の乗員による動力をサポートする。所謂「ｐｅｄｅｌｅｃ（電動アシスト自転車）」の場合、そのような駆動のサポートのみが行われる。ｐｅｄｅｌｅｃの場合、自転車の乗員による動力なしには、該自転車の電動モータの動力は供給されない。このような駆動装置がメイン駆動装置として設けられている場合、自転車は電動駆動装置のみを介して駆動することが可能である。本明細書において、「自転車」の語は、二輪車のみでなく、三輪車や四輪車としても理解される。

このような電動駆動装置は、通常、ドライブシャフトを有する電動モータを備えている。作動ギヤに回転固定に連結されたドリブンシャフトが更に設けられる。作動ギヤは、自転車のチェーン式駆動装置、ベルト式駆動装置、又はその他の自転車の車輪駆動装置と結合するための機能を有する。車輪駆動装置は、後輪のような自転車の駆動輪を駆動するための機能を有する。言い換えると、組み付けられた状態で、作動ギヤは、チェーンやベルトやその他のカップリングを介して、自転車の後輪と駆動連結されている。駆動装置は、少なくともドリブンシャフトについては、自転車のペダルシャフトの領域に配置される。電動駆動装置は、ドライブシャフトとドリブンシャフトとを駆動連結するトランスミッションを更に備える。これにより、電動モータの比較的高速の動作が、ドリブンシャフトの比較的低速の動作に減速される。すなわち、同時に、電動モータの補助と共に供給されるトルクが増加するようになる。トランスミッションは、例えば、ドリブンシャフトと回転駆動方向に回転固定に連結された被動ギヤを有する。トランスミッションの「ホイール」は、好ましくはギヤホイールである。

電動駆動装置がペダルシャフトの部分に配置されている場合、自転車の地上高に悪景況を及ぼさないように、被動ギヤの直径が制限される。したがって、この被動ギヤには比較的高いトルクが与えられる必要がある。このために、トランスミッションは、例えば、被動ギヤと係合する出力ギヤを有する。従来の電動駆動装置の場合、被動ギヤと出力ギヤとは大きな動力を伝達するために金属製である必要がある。金属製ホイールは、比較的高価でかつ運転中の騒音問題を引き起こす。

米国特許第７５７５１９２号明細書から知られる無人飛行体は、プロペラを作動するために、プロペラを支持するプロペラシャフトにトランスミッションを介して結合されたドライブシャフトを有するマイクロタービンを有する。このトランスミッションでは、動力分散機構が実現されている。この動力伝達機構の場合、被動入力ギヤホイールが２つの第１ギヤホイールに同時に係合する。各第１ギヤホイールは、第２ギヤホイールとそれぞれ回転固定に連結する。これら第２ギヤホイールは、出力ギヤに同時に係合する。

本発明は、前述の電動駆動装置又はそれらを備えた自転車の改善された形態を提供するという課題を扱う。これは、特に費用効果の高い生産性及び／又は騒音の低減により特徴づけられる。

前記課題は、独立請求項の主題に係る発明によって解決される。有利な実施形態は従属項の主題である。

本発明は、被動ギヤを駆動する機能を有し、この目的のために、被動ギヤとそれぞれ個別に係合する少なくとも２つの出力ギヤを有するトランスミッションを備えるという思想に基づいている。この目的のために、少なくとも２つの出力ギヤは、被動ギヤの周上に、互いに該周方向にオフセットした状態でそれぞれ配置される。トランスミッションにより適切な動力分散機構が実現されることで、電動モータの動力が少なくとも２つの出力ギヤに分散される。この手段は、被動ギヤ全体として与えられるトルクが、少なくとも２つの係合点、すなわち少なくとも２つの出力ギヤの係合点に分散されるという結果をもたらす。これにより、被動ギヤの負荷及び各出力ギヤの負荷は、それぞれの係合で十分に低減される。ちょうど２つの出力ギヤに均一に動力を分散するときには、トルクは各係合点で半分になる。少なくとも２つの出力ギヤ、以下、「第１の出力ギヤ」及び「第２の出力ギヤ」と呼ばれる２つの出力ギヤは、動力の一部を被動ギヤにそれぞれ個別に導入する。各係合点におけるトルクは十分に低減されるため、出力ギヤ及び被動ギヤの少なくとも一方をプラスチック製にすることができる。これにより、製造コストを削減することができる。さらに、ノイズが発生するリスクが低減される。

有利には、トランスミッションの内側に、第１出力ギヤが回転する第１回転軸と、第２出力ギヤが回転する第２回転軸と、が定位置で配置されるということが考えられる。これにより、コンパクトな設計を容易に実現することができる。

第１出力ギヤが回転する第１回転軸と、第２出力ギヤが回転する第２回転軸とが、幾何的に、ドリブンシャフトが回転する出力軸と、ドライブシャフトが回転する入力軸との間に配置されている場合には、特に有利な実施形態になる。第１に、これにより、コンパクトな設計がサポートされる。他にも、駆動領域における自転車の地面高を増やすことができる。組み付け状態において、駆動装置は、自転車が地面に対して起立したり移動したりするときには、基本的に自転車のペダルシャフトの上側に配置される。この組み付け状態において、ドリブンシャフトは、ペダルシャフトの領域に位置するとともに、駆動装置の最低領域を形成する。すなわち、出力ギヤは、組み付け状態において、ドリブンシャフトよりも上側でかつドライブシャフトよりも下側に位置する。

本明細書において、「シャフト（ｓｈａｆｔ）」は、物理的な構成要素と理解される一方で、「軸（ａｘｉｓ）」は、仮想的な直線と理解される。回転シャフトの場合は、対応する回転軸はシャフトの中心軸と一致する。

有利な実施形態によると、動力分散機構は、第１出力ギヤが第１中間ギヤと回転固定に連結される一方、第２出力ギヤが第２中間ギヤと回転固定に連結されるトランスミッションにより実現される。さらに、トランスミッションは、第１中間ギヤ及び第２中間ギヤに係合する入力ギヤを有する。入力ギヤは、トランスミッション内のドライブシャフトに駆動連結されている。前述の動力分散機構によると、入力ギヤは、係合する２つの中間ギヤに動力を分散することができるとともに、異なる係合点において、２つの出力ギヤを介して被動ギヤに該動力を伝達することができる。これにより、全ての動力が、最終的に被動ギヤで再び利用可能になる。

第１中間ギヤが第１出力ギヤよりも多くの歯数を有し、第２中間ギヤも第２出力ギヤよりも多くの歯数を有する場合には、更に有利な展開となる。これにより、トランスミッションは、入力ギヤに供給するトルクを増大させることができる。この結果、増加されたトルクが被動ギヤで利用可能になる。

他の実施形態では、第１中間ギヤは軸方向の第１側で被動ギヤと径方向に係合する一方、第２中間ギヤは軸方向の第２側で被動ギヤと径方向に係合する。これにより、軸方向において、第１中間ギヤと第２中間ギヤとの間に被動ギヤが位置するようになって、径方向にコンパクトな設計になる。この実施形態では、有利には、入力ギヤが、第１部分入力ギヤと第２部分入力ギヤとに、軸方向に分割され得る。第１部分入力ギヤは、被動ギヤの軸方向の第１側において、第１中間ギヤと係合する。第２部分入力ギヤは、被動ギヤの軸方向の第２側において、第２中間ギヤと係合する。これにより、２つの部分入力ギヤは、被動ギヤの軸方向の両側に位置する。この結果、径方向における被動ギヤの周縁に比較的近い位置に、２つの部分入力ギヤを互いに回転固定に連結するシャフトを配置することができる。特に、部分入力ギヤと被動ギヤとが、軸方向から見て、互いにオーバーラップするようになる。この手段により、コンパクトな設計がサポートされる。

他の実施形態は、第１中間ギヤと第２中間ギヤとは、軸方向の同じ側で被動ギヤと径方向に係合する。これにより、特に、２つの中間ギヤが同じ軸面に位置するようになって、軸方向にコンパクトな設計が実現される。

さらなる展開において、第１中間ギヤは入力ギヤの第１軸部と係合する一方で、第２中間ギヤは、第１軸部とは軸方向にオフセットして配置された入力ギヤの第２軸と係合する。すなわち、入力ギヤに、互いに軸方向にオフセットした２つの中間ギヤの２つの係合点が形成される。これにより、入力ギヤの負荷がこれらの係合点で低減される。

更に有利な展開では、入力ギヤの第１軸部は、入力ギヤの第１軸端部を有するとともに、入力ギヤの第２軸端部とは軸方向に離れている。対照的に、入力ギヤの第２軸は、入力ギヤの第２軸端部を有するとともに、入力ギヤの第１軸端部とは軸方向に離れている。ここで、第１中間ギヤは、入力ギヤの第２軸端部とは軸方向に離れて該入力ギヤに係合する一方で、第２中間ギヤは、入力ギヤの第１軸端部とは軸方向に離れて該入力ギヤに係合する。この手段により、入力ギヤの負荷が低減されるとともに、コンパクトな設計が導かれる。

有利には、円周上において、入力ギヤが、その円周上の２つの中間ギヤの軸方向寸法の合計とほぼ同じ大きさに設計されている。軸方向にコンパクトに設計された入力ギヤとすることで、２つの中間ギヤ用の係合点を軸方向に離すことができる。

他の実施形態では、第１中間ギヤと第２中間ギヤは、互いに軸宝庫にオフセットして、入力ギヤと係合している。この手段により、入力ギヤの負荷が低減される。

有利な実施形態によると、軸方向から見て中間ギヤが互いに交差するように入力ギヤ上に該中間ギヤが配置されるように、入力ギヤに２つの中間ギヤを軸方向にオフセットすることを選択することができる。言い換えると、更なる展開によると、第１中間ギヤと第２中間ギヤとは、互いに径方向に係合する。この手段により、伝達率のコンパクトな設計がサポートされ得る。

トランスミッションの内部において、第１伝達経路は、入力ギヤから第１中間ギヤ及び第１出力ギヤを経由して被動ギヤに到達する一方、第２伝達経路は、入力ギヤから第２中間ギヤ及び第２出力ギヤを経由して被動ギヤに到達する。有利には、第１伝達経路及び第２伝達経路は、同じ伝達比を定義する。

更なる展開によると、第１中間ギヤと第２中間ギヤとは同じ歯数を有し、第１出力ギヤと第２出力ギヤとは同じ歯数を有する。すなわち、２つの伝達経路が同じ構成となる。これにより、中間ギヤを同一の部品で設計することができる。同様に、出力ギヤを同じパーツで設計することができる。

これとは対照的に、代わりの実施形態では、第１中間ギヤと第２中間ギヤとは異なる歯数を有し、第１出力ギヤと第２出力ギヤとは異なる歯数を有する。すなわち、２つの伝達経路は異なるものになるが、最終的には同じ伝達比を定義する。この実施形態は、組み付けスペースの点で有利になり得る。

有利には、入力ギヤはドライブシャフトと回転固定に連結される。これにより、トランスミッションは、特にコンパクトな構成になる。この実施形態の場合、電動モータはドライブシャフトを介して入力ギヤを直接的に駆動する。

これとは対照的に、代わりの実施形態では、入力ギヤは、更なる単段又は多段のトランスミッションの出力部と回転固定に連結されている。更なるトランスミッションは、例えば、入力側でドライブシャフトと連結される遊星トランスミッションで構成されている。例えば、入力ギヤは、遊星トランスミッションのプラネットギヤキャリアと回転固定に連結され得る。

他の実施形態では、ドリブンシャフトはペダルシャフトにより構成される。この場合、駆動装置はペダルシャフトと直接的に協働する。

被動ギヤが、フリーホイールアセンブリを介してドリブンシャフトと連結されていると有利になる。フリーホイールアセンブリは、被動ギヤからドリブンシャフトに回転駆動方向のトルクを伝達するとともに、被動ギヤとドリブンシャフトとの間での、回転駆動方向に対する反回転駆動方向の相対回転を可能にする。

好ましい実施形態では、ドリブンシャフトは、中空シャフトで構成されるとともに、ペダルシャフトに同軸に挿通されている。これにより、ペダルシャフトは、ドリブンシャフトと回転駆動方向に回転固定に連結される。この手段により、補助駆動の実現が簡素化れる。操作可能な組み付け状態、すなわち、自転車において、ペダルシャフトは、その長手方向の各端部にそれぞれペダルクランクを備えており、各ペダルクランクはペダルを支持している。これにより、自転車の乗員は、ペダル、ペダルクランク、及びペダルシャフトを介して、自分の駆動力を入力することができる。

好ましくは、ペダルシャフトは、フリーホイールアセンブリを介してドリブンシャフトと結合されている。フリーホイールアセンブリは、該ペダルシャフトからドリブンシャフトに回転駆動方向のトルクを伝達するとともに、ペダルシャフトとドリブンシャフトとの間での、回転駆動方向に対する反回転駆動方向の相対回転を可能にする。このフリーホイールアセンブリの手助けにより、ドリブンシャフトは、ペダルシャフトよりも速く回転駆動方向に回転することができるようになる。同様に、ペダルシャフトは、ドリブンシャフトの回転方向とは反対向きの回転方向に回転され得る。
有利な実施形態において、出力ギヤの少なくとも１つ、及び／又は、入力ギヤ、及び／又は、中間ギヤの少なくとも１つ、及び／又は、被動ギヤは、プラスチック製にすることができる。１つに騒音のリスクが低減され、他にも製造コストが削減される。

本発明に係る自転車は、ペダルシャフト、並びに、例えば、チェーン式駆動装置やベルト式駆動装置のような車輪駆動装置を備え、前述したタイプの電動駆動装置を更に備える。一般的に、自転車は少なくとも１つの前輪と少なくとも１つの後輪とを更に有する。車輪駆動装置は、後輪のような、自転車の駆動輪を駆動する機能を有する。

出力ギヤが、自転車が地面の上に起立した状態又は地面の上を移動している状態において、ドリブンシャフトの地面側とは反対側に配置されている場合には、好ましい設計となる。これにより、自転車は、駆動装置の領域における地面高を増やすことができる。

トランスミッションが、自転車が地面の上に起立した状態又は地面の上を移動している状態において、被動ギヤとは離間して、ドリブンシャフトの上側に配置されている場合には、特に有利な設計となる。

本発明のさらに重要な特徴及び効果は、従属クレームと、図面と、図面に基づく図面の説明とから得られる。

前述及び後述の特徴は、本発明の範囲から逸脱しない範囲で、前述の各組み合わせだけでなく、他の組み合わせ又は単独でも用いることができると理解されたい。

電動駆動装置の概略図である。 他の実施形態に係る電動駆動装置の概略図である。 更なる実施形態に係る電動駆動装置の概略図である。 電動駆動装置の一部を軸方向から見た図である。 図４の電動駆動装置を径方向から見た図である。 他の実施形態に係る電動駆動装置を径方向から見た図である。 図６の電動駆動装置を軸方向から見た図である。 他の実施形態に係る電動駆動装置を径方向から見た図である。 更に異なる実施形態に係る電動駆動装置を軸方向から見た図である。

本発明の好ましい例示的実施形態は、図面に示され、以下の記載において詳細に説明される。ここで、同一の符号は、同一、類似、又は機能的に同一の構成要素に関する。

図１及び図２には、電動駆動装置２の領域のみが示された自転車１が示されている。自転車１は、ペダルシャフト３及び車輪駆動装置４を備える。車輪駆動装置４は、好ましくは、チェーン式駆動装置４やベルト式駆動装置４で構成される。車輪駆動装置４は、あらゆるものが考えられる。車輪駆動装置４は、自転車１における不図示の駆動輪を駆動させる機能を有する。駆動輪は、好ましくは自転車１の後輪である。自転車１は、前述の電動駆動装置２を更に備える。自転車１が完全に組み立てられた状態で、駆動装置２の構造体積の一部であるペダルシャフト３は、その長手方向の各端部において、不図示のペダルをそれぞれ有する不図示のペダルクランクと回転固定にそれぞれ連結されている。

図１〜図９によると、電動駆動装置２は、電動モータ５と、ドリブンシャフト６と、トランスミッション７とを備えている。電動モータ５は、入力軸９回りに回転するドライブシャフト８を有する。ドリブンシャフト６は、出力軸１０回りに回転するとともに、作動ギヤ１１と回転固定に連結されている。作動ギヤ１１は、好ましくはギヤホイールである。駆動装置２は、作動ギヤ１１を介して、車輪駆動装置４、特に、チェーン式駆動装置４、ベルト式駆動装置４、その他のあらゆる車輪駆動装置４のそれぞれに連結されている。

トランスミッション７は、好ましくはギヤホイールである被動ギヤ１２を備える。被動ギヤ１２は、出力シャフト６に対して、図４，図７，及び図９に矢印で示す回転駆動方向１３に回転固定に連結されている。トランスミッション７は、好ましくはそれぞれギヤホイールで構成された少なくとも２つの出力ギヤである第１出力ギヤ１４及び第２出力ギヤ１５を更に備える。他の実施形態では、２つ以上の出力ギヤ１４，１５が存在し得る。図１及び図２では、出力ギヤ１４，１５のうち一方のみが示されている。各出力ギヤ１４，１５は、被動ギヤ１２と係合していて、被動ギヤ１２を駆動する機能を有する。これにより、２つの出力ギヤ１４，１５は、図４，図７，及び図９に二重矢印で示す被動ギヤ１２の周方向１６において、互いにオフセットして被動ギヤ１２上に配置されている。２つの出力ギヤ１４，１５を経由して、電動モータ５の動力を被動ギヤ１２に伝達するために、トランスミッション７により動力の分散が実現される。

動力分散機構は、一般に、動力を少なくとも２つの出力ギヤ１４，１５に適切な比率で分散する。ここでは、出力ギヤ１４，１５に均等に又は対称的にそれぞれ動力分散することが好ましい。すなわち、完全に２つの出力ギヤ１４，１５であるときには、１：１の比率での動力分散が好ましい。

第１出力ギヤ１４は第１回転軸４０回りに回転する一方で、第２出力ギヤ１５は第２回転軸４１回りに回転する、これらの回転軸４０，４１は定位置である。すなわち、２つの回転軸４０，４１は、トランスミッション７の内側に定位置で配置されている。言い換えると、２つの回転軸４０，４１は、駆動装置２の作動中でも、トランスミッション７の内側における空間的な位置が変わらない。

図４〜図９からは、２つの出力ギヤ１４，１５が、それぞれ、周方向１６に互いに間隔を空けて、被動ギヤ１２とどのように係合しているかを理解することができる。これにより、各係合点の負荷が十分に低減される。第１出力ギヤ１４と被動ギヤ１２との第１係合点は符号１７で特定されており、第２出力ギヤ１５と被動ギヤ１２との第２係合点は符号１８で特定されている。

図４〜図９によると、第１出力ギヤ１４は第１中間ギヤ１９と回転固定に連結されている一方、第２出力ギヤ１５は第２中間ギヤ２０と回転固定に連結されている。図１及び図２の概略図では、中間ギヤのうち一方のみがそれぞれ示されている。トランスミッション７は、第１中間ギヤ１９及び第２中間ギヤ２０のそれぞれと係合する入力ギヤ２１を更に備える。図１、図２、図４、及び図９の例示では、この係合ギヤ２１は、ドライブシャフト８と回転固定に連結されている。これとは対照的に、図３に例示する他の実施形態には、入力ギヤ２１が更なるトランスミッションを介してドライブシャフト８と連結される場合を示している。図３の例では、トランスミッション７は遊星トランスミッション２２を備えており、入力ギヤ２１は、遊星トランスミッション２１を介してドライブシャフト８と連結されている。通常、遊星トランスミッション２２は、リングギヤ２３と、リングギヤ２３と係合するプラネットギヤ２４と、プラネットギヤ２４を回転可能に支持するリングギヤ２５と、プラネットギヤ２４と係合するサンギヤ２６とを有する。図３の例では、サンギヤ２６は、更なるトランスミッションの変速段歯車を介してドライブシャフト８に連結されている。更なるトランスミッションの変速段歯車は、２つのギヤホイール２７，２８で形成されている。ここでは、入力ギヤ２１はプラネットギヤキャリア２５と回転固定に連結されている。

図４〜図９に示す実施形態では、第１中間ギヤ１９は、第１出力ギヤ１４よりも多い歯数を有する。同様に、第２中間ギヤ２０は、第２出力ギヤ１５よりも多い歯数を有する。図４及び図５に示す実施形態では、第１中間ギヤ１９と第２中間ギヤ２０とは、被動ギヤ１２における軸方向の同じ側に配置されていて、該被動ギヤ１２と径方向に係合している。したがって、図４に示すように、軸方向から見て、被動ギヤ１２によって２つの中間ギヤ１９，２０がオーバーラップする。

これとは対照的に、図６及び図７では、第１中間ギヤ１９は、軸方向の第１側２９で被動ギヤ１２と径方向に係合し、第２中間ギヤ２０は、軸方向の第２側３０で被動ギヤと径方向に係合する。中間ギヤ１９，２０、被動ギヤ１２、及び入力ギヤ２１が、互いに図４に示すような配置関係である場合、２つの中間ギヤ１９，２０を作動させるために、軸方向に分割されていない連続的な入力ギヤ２１を用いることができる。これとは太陽的に、中間ギヤ１９，２０、被動ギヤ１２、及び入力ギヤ２１が、互いに図７に示すような配置関係である場合、図６に示すように、入力ギヤ２１が分割された構成が好ましい。図６によると、入力ギヤ２１は、第１部分入力ギヤ２１ａと第２部分入力ギヤ２１ｂとを有するように、軸方向に分割されている。第１部分入力ギヤ２１ａ及び第２部分入力ギヤ２１ｂは、互いに軸方向に離間しているとともに、ドライブシャフト８とそれぞれ回転固定に連結されている。第１部分入力ギヤ２１ａは、被動ギヤ１２の軸方向の第１側２９において、第１中間ギヤ１９と係合している。第２部分入力ギヤ２１ｂは、被動ギヤ１２の軸方向の第２側３０において、第２中間ギヤ２０と係合している。図７に示す配置の場合、軸方向から見て、部分入力ギヤ２１ａ，２１ｂと被動ギヤ１２とがオーバーラップする。したがって、ドライブシャフト８を、径方向において被動ギヤ１２の円周部に近づけて配置することができる。

図５に示す例では、２つの中間ギヤ１９，２０は、軸方向の同じ側で入力ギヤ２１と係合している。入力ギヤ２１を、２つの中間ギヤ１９，２０とほぼ同じ大きさにすることができる。中間ギヤ１９，２０及び入力ギヤ２１は、特に、同じ平面上に配置することができる。

これとは対照的に、図８には、第１中間ギヤ１９が入力ギヤ２１の第１軸部３１と係合し、第２中間ギヤ２０が入力ギヤの第２軸部３２と係合する場合の実施形態を示す。これにより、第２軸部３２は、入力ギヤ２１における、第１軸部３１とは軸方向にオフセットした位置に配置されている。入力ギヤ２１の第１軸部３１は、該入力ギヤ２１の第１軸端部３３を有するとともに、入力ギヤ２１の第２軸端部３４とは軸方向に離間している。これとは対照的に、入力ギヤ２１の第２軸部３２は、入力ギヤ２１の第２軸端部３４を有するとともに、該入力ギヤ２１の第１軸端部３３とは軸方向に離間している。第１中間ギヤ１９は、入力ギヤ２１の第２軸端部３４とは軸方向に離間して、該入力ギヤ２１と係合している。第２中間ギヤ２０は、入力ギヤ２１の第１軸端部３３とは軸方向に離間して、該入力ギヤ２１と係合している。第１中間ギヤ１９と第２中間ギヤ２０とは互いに軸方向に離間して入力ギヤ２１と係合している。軸方向から見て、第１中間ギヤ１９と第２中間ギヤ２０とが重複するときには、図９に示すような構成が実現される。

ここで示す実施形態の全てにおいて、トランスミッション７内には、第１伝達経路と第２伝達経路とが形成される。第１伝達経路及び第２伝達経路は図９に矢印で示しており、第１伝達経路を符号３５で特定し、第２伝達経路を符号３６で特定している。第１伝達経路３５は、入力ギヤ２１から、第１入力ギヤ１９及び第１出力ギヤ１４を経由して、被動ギヤ１２に到達する。第２伝達経路３６は、入力ギヤ２１から、第２入力ギヤ２０及び第２出力ギヤ１５を経由して、被動ギヤ１２に到達する。両伝達経路３５，３６は、同じ伝達比率となっている。図４〜図８に示す実施形態の場合、第１中間ギヤ１９は、第２中間ギヤ２０と同じ歯数を有している。同様に、第１出力ギヤ１４は、第２出力ギヤ１５と同じ歯数を有している。つまり、入力ギヤ１９，２０及び出力ギヤ１４，１５は、交換可能な同一の部品とすることができる。これとは対照的に、図９の例では、２つの中間ギヤ１９，２０は異なる歯数を有する。同時に、２つの出力ギヤ１４，１５も異なる歯数を有する。図９に示す例では、第１中間ギヤ１９は、第２中間ギヤ２０よりも多い歯数を有する。これに比べて、第１出力ギヤ１４は、第２出力ギヤ１５よりも少ない歯数を有する。歯数をこのように設定することで、２つの伝達経路３５，３６は、再び同じ伝達比率を実現するようになる。

前述の実施形態において、図１及び図２に示すように、被動ギヤ１２はフリーホイールアセンブリ３７を介してドリブンシャフト６と連結されている。このフリーホイールアセンブリ３７は、回転駆動方向１３に被動ギヤ１２からドリブンシャフト６にトルクを伝達する。図４に矢印で示す反回転駆動方向３８は、回転駆動方向１３とは反対向きである。フリーホイールアセンブリ３７は、反回転駆動方向３８における、被動ギヤ１２とドリブンシャフト６との相対回転を可能にする。例えば、ドリブンシャフト６が回転駆動方向１３に回転している一方で、被動ギヤ１２は、静止したままだったり、ドリブンシャフト６よりも遅い速度で回転駆動方向１３に回転したりする。

図２によると、有利には、ドリブンシャフト６は、中空シャフトで構成されるとともに、ペダルシャフト３が同軸に挿通されている。ペダルシャフト３は、回転駆動方向１３に回転固定にドリブンシャフト６と連結されている。有利には、ペダルシャフト３は、更なるフリーホイールアセンブリ３９を介してドリブンシャフト６と連結されている。更なるフリーホイールアセンブリ３９は、被動ギヤ１２とドリブンシャフト６との間における前述したフリーホイールアセンブリ３７と同じように作動する。更なるフリーホイールアセンブリ３９は、回転駆動方向１３にペダルシャフト３からドリブンシャフト６にトルクを伝達する一方で、反回転駆動方向３８におけるペダルシャフト３とドリブンシャフト６との間の相対回転を可能にする。これにより、ドリブンシャフト６が回転駆動方向１３に回転する一方で、ペダルシャフト３を停止させたり、反回転方向３１に回転させたり、ドリブンシャフト６よりも遅い速度で回転駆動方向１３に回転させたりすることができる。

有利には、入力軸９と出力軸１０とは、互いに平行に延びているだけでなく、互いに径方向に離間している。有利には、第１出力ギヤ１４又は第１中間ギヤ１９の回転軸４０や第２出力ギヤ１５又は第２中間ギヤ２０の回転軸４１は、入力軸９及び出力軸１０とそれぞれ平行に延びている。

有利には、出力ギヤ１４，１５、入力ギヤ２１、中間ギヤ１９，２０、及び被動ギヤ１２は、プラスチック製である。これとは対照的に、有利には、ペダルシャフト３、及び／又は、ドリブンシャフト６、ドライブシャフト８、及び作動ギヤ１１は、金属製である。

特に、図４、図７、及び図９から分かるように、ここで示す実施形態において、出力ギヤ１４，１５は、幾何的に、ドライブシャフト８とドリブンシャフト６との間に配置されている。電動駆動装置２が組み付けられた状態において、ドライブシャフト８は、該電動駆動装置２を備える自転車１が地面の上に起立した状態又は地面の上を移動している状態において、ドリブンシャフト６の地面側とは反対側に配置される。これにより、トランスミッション７の残部全体は、実質的に、被動ギヤ１２とは離間してドリブンシャフト６の上側に配置される。

本発明は、自転車用の電動駆動装置又は補助駆動装置、並びに、電動駆動装置又は補助駆動装置を備えた自転車に関する。

電動駆動装置を備えた自転車は一般的に「ｅバイク」として知られている。電動駆動装置は、唯一の駆動装置、すなわちメイン駆動装置として機能するだけでなく、好ましくは補助駆動装置として機能する。本明細書において、「駆動装置（ｄｒｉｖｅ）」の語は、メイン駆動装置及び補助駆動装置と理解される。電動駆動装置が補助駆動装置である場合、電動モータは、各自転車の乗員による動力をサポートする。所謂「ｐｅｄｅｌｅｃ（電動アシスト自転車）」の場合、そのような駆動のサポートのみが行われる。ｐｅｄｅｌｅｃの場合、自転車の乗員による動力なしには、該自転車の電動モータの動力は供給されない。このような駆動装置がメイン駆動装置として設けられている場合、自転車は電動駆動装置のみを介して駆動することが可能である。本明細書において、「自転車」の語は、二輪車のみでなく、三輪車や四輪車としても理解される。

このような電動駆動装置は、通常、ドライブシャフトを有する電動モータを備えている。作動ギヤに回転固定に連結されたドリブンシャフトが更に設けられる。作動ギヤは、自転車のチェーン式駆動装置、ベルト式駆動装置、又はその他の自転車の車輪駆動装置と結合するための機能を有する。車輪駆動装置は、後輪のような自転車の駆動輪を駆動するための機能を有する。言い換えると、組み付けられた状態で、作動ギヤは、チェーンやベルトやその他のカップリングを介して、自転車の後輪と駆動連結されている。駆動装置は、少なくともドリブンシャフトについては、自転車のペダルシャフトの領域に配置される。電動駆動装置は、ドライブシャフトとドリブンシャフトとを駆動連結するトランスミッションを更に備える。これにより、電動モータの比較的高速の動作が、ドリブンシャフトの比較的低速の動作に減速される。すなわち、同時に、電動モータの補助と共に供給されるトルクが増加するようになる。トランスミッションは、例えば、ドリブンシャフトと回転駆動方向に回転固定に連結された被動ギヤを有する。トランスミッションの「ホイール」は、好ましくはギヤホイールである。

電動駆動装置がペダルシャフトの部分に配置されている場合、自転車の地上高に悪景況を及ぼさないように、被動ギヤの直径が制限される。したがって、この被動ギヤには比較的高いトルクが与えられる必要がある。このために、トランスミッションは、例えば、被動ギヤと係合する出力ギヤを有する。従来の電動駆動装置の場合、被動ギヤと出力ギヤとは大きな動力を伝達するために金属製である必要がある。金属製ホイールは、比較的高価でかつ運転中の騒音問題を引き起こす。

米国特許第７５７５１９２号明細書から知られる無人飛行体は、プロペラを作動するために、プロペラを支持するプロペラシャフトにトランスミッションを介して結合されたドライブシャフトを有するマイクロタービンを有する。このトランスミッションでは、動力分散機構が実現されている。この動力伝達機構の場合、被動入力ギヤホイールが２つの第１ギヤホイールに同時に係合する。各第１ギヤホイールは、第２ギヤホイールとそれぞれ回転固定に連結する。これら第２ギヤホイールは、出力ギヤに同時に係合する。
国際公開第００／４３２５９号から知られている従来の自転車用の電動駆動装置は、ドライブシャフトを有する電動モータと、自転車の車輪駆動装置に結合するための作動ギヤと回転固定に連結されたドリブンシャフトと、ドライブシャフトとドリブンシャフトとを駆動連結するトランスミッションとを有する。この既知の駆動装置の場合、トランスミッションは２段式の遊星トランスミッションであって、入力側の、第１サンギヤ、第１プラネットギヤ、及び第１プラネットキャリアからなる第１セットと、出力側の、第２サンギヤ、第２プラネットギヤ、及び第２プラネットキャリアからなる第２セットとが、共通のリングギヤ内に配置されている。第１サンギヤは、電動モータのロータと回転固定に連結している。第１プラネットキャリアは、第２サンギヤと回転固定のユニットを形成している。第２プラネットキャリアは、作動ギヤと回転固定のユニットを形成するように、ドライ分シャフトにラチェットを介して接続されている。
自転車用の他の電動駆動装置は、国際公開第２０１３／１５６４４５号から知られている。その電動駆動装置では、トランスミッションは、入力側において、電動モータと接続される単段式の遊星トランスミッションを有し、出力側において、該遊星トランスミッションと結合される、歯付きベルトを備えた摩擦駆動装置を有する。

本発明は、前述の電動駆動装置又はそれらを備えた自転車の改善された形態を提供するという課題を扱う。これは、特に費用効果の高い生産性及び／又は騒音の低減により特徴づけられる。

前記課題は、独立請求項の主題に係る発明によって解決される。有利な実施形態は従属項の主題である。

本発明は、被動ギヤを駆動する機能を有し、この目的のために、被動ギヤとそれぞれ個別に係合する少なくとも２つの出力ギヤを有するトランスミッションを備えるという思想に基づいている。この目的のために、少なくとも２つの出力ギヤは、被動ギヤの周上に、互いに該周方向にオフセットした状態でそれぞれ配置される。トランスミッションにより適切な動力分散機構が実現されることで、電動モータの動力が少なくとも２つの出力ギヤに分散される。この手段は、被動ギヤ全体として与えられるトルクが、少なくとも２つの係合点、すなわち少なくとも２つの出力ギヤの係合点に分散されるという結果をもたらす。これにより、被動ギヤの負荷及び各出力ギヤの負荷は、それぞれの係合で十分に低減される。ちょうど２つの出力ギヤに均一に動力を分散するときには、トルクは各係合点で半分になる。少なくとも２つの出力ギヤ、以下、「第１の出力ギヤ」及び「第２の出力ギヤ」と呼ばれる２つの出力ギヤは、動力の一部を被動ギヤにそれぞれ個別に導入する。各係合点におけるトルクは十分に低減されるため、出力ギヤ及び被動ギヤの少なくとも一方をプラスチック製にすることができる。これにより、製造コストを削減することができる。さらに、ノイズが発生するリスクが低減される。

有利には、トランスミッションの内側に、第１出力ギヤが回転する第１回転軸と、第２出力ギヤが回転する第２回転軸と、が定位置で配置されるということが考えられる。これにより、コンパクトな設計を容易に実現することができる。

第１出力ギヤが回転する第１回転軸と、第２出力ギヤが回転する第２回転軸とが、幾何的に、ドリブンシャフトが回転する出力軸と、ドライブシャフトが回転する入力軸との間に配置されている場合には、特に有利な実施形態になる。第１に、これにより、コンパクトな設計がサポートされる。他にも、駆動領域における自転車の地面高を増やすことができる。組み付け状態において、駆動装置は、自転車が地面に対して起立したり移動したりするときには、基本的に自転車のペダルシャフトの上側に配置される。この組み付け状態において、ドリブンシャフトは、ペダルシャフトの領域に位置するとともに、駆動装置の最低領域を形成する。すなわち、出力ギヤは、組み付け状態において、ドリブンシャフトよりも上側でかつドライブシャフトよりも下側に位置する。

本明細書において、「シャフト（ｓｈａｆｔ）」は、物理的な構成要素と理解される一方で、「軸（ａｘｉｓ）」は、仮想的な直線と理解される。回転シャフトの場合は、対応する回転軸はシャフトの中心軸と一致する。

有利な実施形態によると、動力分散機構は、第１出力ギヤが第１中間ギヤと回転固定に連結される一方、第２出力ギヤが第２中間ギヤと回転固定に連結されるトランスミッションにより実現される。さらに、トランスミッションは、第１中間ギヤ及び第２中間ギヤに係合する入力ギヤを有する。入力ギヤは、トランスミッション内のドライブシャフトに駆動連結されている。前述の動力分散機構によると、入力ギヤは、係合する２つの中間ギヤに動力を分散することができるとともに、異なる係合点において、２つの出力ギヤを介して被動ギヤに該動力を伝達することができる。これにより、全ての動力が、最終的に被動ギヤで再び利用可能になる。

第１中間ギヤが第１出力ギヤよりも多くの歯数を有し、第２中間ギヤも第２出力ギヤよりも多くの歯数を有する場合には、更に有利な展開となる。これにより、トランスミッションは、入力ギヤに供給するトルクを増大させることができる。この結果、増加されたトルクが被動ギヤで利用可能になる。

他の実施形態では、第１中間ギヤは軸方向の第１側で被動ギヤと径方向に係合する一方、第２中間ギヤは軸方向の第２側で被動ギヤと径方向に係合する。これにより、軸方向において、第１中間ギヤと第２中間ギヤとの間に被動ギヤが位置するようになって、径方向にコンパクトな設計になる。この実施形態では、有利には、入力ギヤが、第１部分入力ギヤと第２部分入力ギヤとに、軸方向に分割され得る。第１部分入力ギヤは、被動ギヤの軸方向の第１側において、第１中間ギヤと係合する。第２部分入力ギヤは、被動ギヤの軸方向の第２側において、第２中間ギヤと係合する。これにより、２つの部分入力ギヤは、被動ギヤの軸方向の両側に位置する。この結果、径方向における被動ギヤの周縁に比較的近い位置に、２つの部分入力ギヤを互いに回転固定に連結するシャフトを配置することができる。特に、部分入力ギヤと被動ギヤとが、軸方向から見て、互いにオーバーラップするようになる。この手段により、コンパクトな設計がサポートされる。

他の実施形態は、第１中間ギヤと第２中間ギヤとは、軸方向の同じ側で被動ギヤと径方向に係合する。これにより、特に、２つの中間ギヤが同じ軸面に位置するようになって、軸方向にコンパクトな設計が実現される。

さらなる展開において、第１中間ギヤは入力ギヤの第１軸部と係合する一方で、第２中間ギヤは、第１軸部とは軸方向にオフセットして配置された入力ギヤの第２軸と係合する。すなわち、入力ギヤに、互いに軸方向にオフセットした２つの中間ギヤの２つの係合点が形成される。これにより、入力ギヤの負荷がこれらの係合点で低減される。

更に有利な展開では、入力ギヤの第１軸部は、入力ギヤの第１軸端部を有するとともに、入力ギヤの第２軸端部とは軸方向に離れている。対照的に、入力ギヤの第２軸は、入力ギヤの第２軸端部を有するとともに、入力ギヤの第１軸端部とは軸方向に離れている。ここで、第１中間ギヤは、入力ギヤの第２軸端部とは軸方向に離れて該入力ギヤに係合する一方で、第２中間ギヤは、入力ギヤの第１軸端部とは軸方向に離れて該入力ギヤに係合する。この手段により、入力ギヤの負荷が低減されるとともに、コンパクトな設計が導かれる。

有利には、円周上において、入力ギヤが、その円周上の２つの中間ギヤの軸方向寸法の合計とほぼ同じ大きさに設計されている。軸方向にコンパクトに設計された入力ギヤとすることで、２つの中間ギヤ用の係合点を軸方向に離すことができる。

他の実施形態では、第１中間ギヤと第２中間ギヤは、互いに軸宝庫にオフセットして、入力ギヤと係合している。この手段により、入力ギヤの負荷が低減される。

有利な実施形態によると、軸方向から見て中間ギヤが互いに交差するように入力ギヤ上に該中間ギヤが配置されるように、入力ギヤに２つの中間ギヤを軸方向にオフセットすることを選択することができる。言い換えると、更なる展開によると、第１中間ギヤと第２中間ギヤとは、互いに径方向に係合する。この手段により、伝達率のコンパクトな設計がサポートされ得る。

トランスミッションの内部において、第１伝達経路は、入力ギヤから第１中間ギヤ及び第１出力ギヤを経由して被動ギヤに到達する一方、第２伝達経路は、入力ギヤから第２中間ギヤ及び第２出力ギヤを経由して被動ギヤに到達する。有利には、第１伝達経路及び第２伝達経路は、同じ伝達比を定義する。

更なる展開によると、第１中間ギヤと第２中間ギヤとは同じ歯数を有し、第１出力ギヤと第２出力ギヤとは同じ歯数を有する。すなわち、２つの伝達経路が同じ構成となる。これにより、中間ギヤを同一の部品で設計することができる。同様に、出力ギヤを同じパーツで設計することができる。

これとは対照的に、代わりの実施形態では、第１中間ギヤと第２中間ギヤとは異なる歯数を有し、第１出力ギヤと第２出力ギヤとは異なる歯数を有する。すなわち、２つの伝達経路は異なるものになるが、最終的には同じ伝達比を定義する。この実施形態は、組み付けスペースの点で有利になり得る。

有利には、入力ギヤはドライブシャフトと回転固定に連結される。これにより、トランスミッションは、特にコンパクトな構成になる。この実施形態の場合、電動モータはドライブシャフトを介して入力ギヤを直接的に駆動する。

これとは対照的に、代わりの実施形態では、入力ギヤは、更なる単段又は多段のトランスミッションの出力部と回転固定に連結されている。更なるトランスミッションは、例えば、入力側でドライブシャフトと連結される遊星トランスミッションで構成されている。例えば、入力ギヤは、遊星トランスミッションのプラネットギヤキャリアと回転固定に連結され得る。

他の実施形態では、ドリブンシャフトはペダルシャフトにより構成される。この場合、駆動装置はペダルシャフトと直接的に協働する。

被動ギヤが、フリーホイールアセンブリを介してドリブンシャフトと連結されていると有利になる。フリーホイールアセンブリは、被動ギヤからドリブンシャフトに回転駆動方向のトルクを伝達するとともに、被動ギヤとドリブンシャフトとの間での、回転駆動方向に対する反回転駆動方向の相対回転を可能にする。

好ましい実施形態では、ドリブンシャフトは、中空シャフトで構成されるとともに、ペダルシャフトに同軸に挿通されている。これにより、ペダルシャフトは、ドリブンシャフトと回転駆動方向に回転固定に連結される。この手段により、補助駆動の実現が簡素化れる。操作可能な組み付け状態、すなわち、自転車において、ペダルシャフトは、その長手方向の各端部にそれぞれペダルクランクを備えており、各ペダルクランクはペダルを支持している。これにより、自転車の乗員は、ペダル、ペダルクランク、及びペダルシャフトを介して、自分の駆動力を入力することができる。

好ましくは、ペダルシャフトは、フリーホイールアセンブリを介してドリブンシャフトと結合されている。フリーホイールアセンブリは、該ペダルシャフトからドリブンシャフトに回転駆動方向のトルクを伝達するとともに、ペダルシャフトとドリブンシャフトとの間での、回転駆動方向に対する反回転駆動方向の相対回転を可能にする。このフリーホイールアセンブリの手助けにより、ドリブンシャフトは、ペダルシャフトよりも速く回転駆動方向に回転することができるようになる。同様に、ペダルシャフトは、ドリブンシャフトの回転方向とは反対向きの回転方向に回転され得る。
有利な実施形態において、出力ギヤの少なくとも１つ、及び／又は、入力ギヤ、及び／又は、中間ギヤの少なくとも１つ、及び／又は、被動ギヤは、プラスチック製にすることができる。１つに騒音のリスクが低減され、他にも製造コストが削減される。

本発明に係る自転車は、ペダルシャフト、並びに、例えば、チェーン式駆動装置やベルト式駆動装置のような車輪駆動装置を備え、前述したタイプの電動駆動装置を更に備える。一般的に、自転車は少なくとも１つの前輪と少なくとも１つの後輪とを更に有する。車輪駆動装置は、後輪のような、自転車の駆動輪を駆動する機能を有する。

出力ギヤが、自転車が地面の上に起立した状態又は地面の上を移動している状態において、ドリブンシャフトの地面側とは反対側に配置されている場合には、好ましい設計となる。これにより、自転車は、駆動装置の領域における地面高を増やすことができる。

トランスミッションが、自転車が地面の上に起立した状態又は地面の上を移動している状態において、被動ギヤとは離間して、ドリブンシャフトの上側に配置されている場合には、特に有利な設計となる。

本発明のさらに重要な特徴及び効果は、従属クレームと、図面と、図面に基づく図面の説明とから得られる。

前述及び後述の特徴は、本発明の範囲から逸脱しない範囲で、前述の各組み合わせだけでなく、他の組み合わせ又は単独でも用いることができると理解されたい。

電動駆動装置の概略図である。 他の実施形態に係る電動駆動装置の概略図である。 更なる実施形態に係る電動駆動装置の概略図である。 電動駆動装置の一部を軸方向から見た図である。 図４の電動駆動装置を径方向から見た図である。 他の実施形態に係る電動駆動装置を径方向から見た図である。 図６の電動駆動装置を軸方向から見た図である。 他の実施形態に係る電動駆動装置を径方向から見た図である。 更に異なる実施形態に係る電動駆動装置を軸方向から見た図である。

本発明の好ましい例示的実施形態は、図面に示され、以下の記載において詳細に説明される。ここで、同一の符号は、同一、類似、又は機能的に同一の構成要素に関する。

図１及び図２には、電動駆動装置２の領域のみが示された自転車１が示されている。自転車１は、ペダルシャフト３及び車輪駆動装置４を備える。車輪駆動装置４は、好ましくは、チェーン式駆動装置４やベルト式駆動装置４で構成される。車輪駆動装置４は、あらゆるものが考えられる。車輪駆動装置４は、自転車１における不図示の駆動輪を駆動させる機能を有する。駆動輪は、好ましくは自転車１の後輪である。自転車１は、前述の電動駆動装置２を更に備える。自転車１が完全に組み立てられた状態で、駆動装置２の構造体積の一部であるペダルシャフト３は、その長手方向の各端部において、不図示のペダルをそれぞれ有する不図示のペダルクランクと回転固定にそれぞれ連結されている。

図１〜図９によると、電動駆動装置２は、電動モータ５と、ドリブンシャフト６と、トランスミッション７とを備えている。電動モータ５は、入力軸９回りに回転するドライブシャフト８を有する。ドリブンシャフト６は、出力軸１０回りに回転するとともに、作動ギヤ１１と回転固定に連結されている。作動ギヤ１１は、好ましくはギヤホイールである。駆動装置２は、作動ギヤ１１を介して、車輪駆動装置４、特に、チェーン式駆動装置４、ベルト式駆動装置４、その他のあらゆる車輪駆動装置４のそれぞれに連結されている。

トランスミッション７は、好ましくはギヤホイールである被動ギヤ１２を備える。被動ギヤ１２は、出力シャフト６に対して、図４，図７，及び図９に矢印で示す回転駆動方向１３に回転固定に連結されている。トランスミッション７は、好ましくはそれぞれギヤホイールで構成された少なくとも２つの出力ギヤである第１出力ギヤ１４及び第２出力ギヤ１５を更に備える。他の実施形態では、２つ以上の出力ギヤ１４，１５が存在し得る。図１及び図２では、出力ギヤ１４，１５のうち一方のみが示されている。各出力ギヤ１４，１５は、被動ギヤ１２と係合していて、被動ギヤ１２を駆動する機能を有する。これにより、２つの出力ギヤ１４，１５は、図４，図７，及び図９に二重矢印で示す被動ギヤ１２の周方向１６において、互いにオフセットして被動ギヤ１２上に配置されている。２つの出力ギヤ１４，１５を経由して、電動モータ５の動力を被動ギヤ１２に伝達するために、トランスミッション７により動力の分散が実現される。

動力分散機構は、一般に、動力を少なくとも２つの出力ギヤ１４，１５に適切な比率で分散する。ここでは、出力ギヤ１４，１５に均等に又は対称的にそれぞれ動力分散することが好ましい。すなわち、完全に２つの出力ギヤ１４，１５であるときには、１：１の比率での動力分散が好ましい。

第１出力ギヤ１４は第１回転軸４０回りに回転する一方で、第２出力ギヤ１５は第２回転軸４１回りに回転する、これらの回転軸４０，４１は定位置である。すなわち、２つの回転軸４０，４１は、トランスミッション７の内側に定位置で配置されている。言い換えると、２つの回転軸４０，４１は、駆動装置２の作動中でも、トランスミッション７の内側における空間的な位置が変わらない。

図４〜図９からは、２つの出力ギヤ１４，１５が、それぞれ、周方向１６に互いに間隔を空けて、被動ギヤ１２とどのように係合しているかを理解することができる。これにより、各係合点の負荷が十分に低減される。第１出力ギヤ１４と被動ギヤ１２との第１係合点は符号１７で特定されており、第２出力ギヤ１５と被動ギヤ１２との第２係合点は符号１８で特定されている。

図４〜図９によると、第１出力ギヤ１４は第１中間ギヤ１９と回転固定に連結されている一方、第２出力ギヤ１５は第２中間ギヤ２０と回転固定に連結されている。図１及び図２の概略図では、中間ギヤのうち一方のみがそれぞれ示されている。トランスミッション７は、第１中間ギヤ１９及び第２中間ギヤ２０のそれぞれと係合する入力ギヤ２１を更に備える。図１、図２、図４、及び図９の例示では、この係合ギヤ２１は、ドライブシャフト８と回転固定に連結されている。これとは対照的に、図３に例示する他の実施形態には、入力ギヤ２１が更なるトランスミッションを介してドライブシャフト８と連結される場合を示している。図３の例では、トランスミッション７は遊星トランスミッション２２を備えており、入力ギヤ２１は、遊星トランスミッション２１を介してドライブシャフト８と連結されている。通常、遊星トランスミッション２２は、リングギヤ２３と、リングギヤ２３と係合するプラネットギヤ２４と、プラネットギヤ２４を回転可能に支持するリングギヤ２５と、プラネットギヤ２４と係合するサンギヤ２６とを有する。図３の例では、サンギヤ２６は、更なるトランスミッションの変速段歯車を介してドライブシャフト８に連結されている。更なるトランスミッションの変速段歯車は、２つのギヤホイール２７，２８で形成されている。ここでは、入力ギヤ２１はプラネットギヤキャリア２５と回転固定に連結されている。

図４〜図９に示す実施形態では、第１中間ギヤ１９は、第１出力ギヤ１４よりも多い歯数を有する。同様に、第２中間ギヤ２０は、第２出力ギヤ１５よりも多い歯数を有する。図４及び図５に示す実施形態では、第１中間ギヤ１９と第２中間ギヤ２０とは、被動ギヤ１２における軸方向の同じ側に配置されていて、該被動ギヤ１２と径方向に係合している。したがって、図４に示すように、軸方向から見て、被動ギヤ１２によって２つの中間ギヤ１９，２０がオーバーラップする。

これとは対照的に、図６及び図７では、第１中間ギヤ１９は、軸方向の第１側２９で被動ギヤ１２と径方向に係合し、第２中間ギヤ２０は、軸方向の第２側３０で被動ギヤと径方向に係合する。中間ギヤ１９，２０、被動ギヤ１２、及び入力ギヤ２１が、互いに図４に示すような配置関係である場合、２つの中間ギヤ１９，２０を作動させるために、軸方向に分割されていない連続的な入力ギヤ２１を用いることができる。これとは太陽的に、中間ギヤ１９，２０、被動ギヤ１２、及び入力ギヤ２１が、互いに図７に示すような配置関係である場合、図６に示すように、入力ギヤ２１が分割された構成が好ましい。図６によると、入力ギヤ２１は、第１部分入力ギヤ２１ａと第２部分入力ギヤ２１ｂとを有するように、軸方向に分割されている。第１部分入力ギヤ２１ａ及び第２部分入力ギヤ２１ｂは、互いに軸方向に離間しているとともに、ドライブシャフト８とそれぞれ回転固定に連結されている。第１部分入力ギヤ２１ａは、被動ギヤ１２の軸方向の第１側２９において、第１中間ギヤ１９と係合している。第２部分入力ギヤ２１ｂは、被動ギヤ１２の軸方向の第２側３０において、第２中間ギヤ２０と係合している。図７に示す配置の場合、軸方向から見て、部分入力ギヤ２１ａ，２１ｂと被動ギヤ１２とがオーバーラップする。したがって、ドライブシャフト８を、径方向において被動ギヤ１２の円周部に近づけて配置することができる。

図５に示す例では、２つの中間ギヤ１９，２０は、軸方向の同じ側で入力ギヤ２１と係合している。入力ギヤ２１を、２つの中間ギヤ１９，２０とほぼ同じ大きさにすることができる。中間ギヤ１９，２０及び入力ギヤ２１は、特に、同じ平面上に配置することができる。

これとは対照的に、図８には、第１中間ギヤ１９が入力ギヤ２１の第１軸部３１と係合し、第２中間ギヤ２０が入力ギヤの第２軸部３２と係合する場合の実施形態を示す。これにより、第２軸部３２は、入力ギヤ２１における、第１軸部３１とは軸方向にオフセットした位置に配置されている。入力ギヤ２１の第１軸部３１は、該入力ギヤ２１の第１軸端部３３を有するとともに、入力ギヤ２１の第２軸端部３４とは軸方向に離間している。これとは対照的に、入力ギヤ２１の第２軸部３２は、入力ギヤ２１の第２軸端部３４を有するとともに、該入力ギヤ２１の第１軸端部３３とは軸方向に離間している。第１中間ギヤ１９は、入力ギヤ２１の第２軸端部３４とは軸方向に離間して、該入力ギヤ２１と係合している。第２中間ギヤ２０は、入力ギヤ２１の第１軸端部３３とは軸方向に離間して、該入力ギヤ２１と係合している。第１中間ギヤ１９と第２中間ギヤ２０とは互いに軸方向に離間して入力ギヤ２１と係合している。軸方向から見て、第１中間ギヤ１９と第２中間ギヤ２０とが重複するときには、図９に示すような構成が実現される。

ここで示す実施形態の全てにおいて、トランスミッション７内には、第１伝達経路と第２伝達経路とが形成される。第１伝達経路及び第２伝達経路は図９に矢印で示しており、第１伝達経路を符号３５で特定し、第２伝達経路を符号３６で特定している。第１伝達経路３５は、入力ギヤ２１から、第１入力ギヤ１９及び第１出力ギヤ１４を経由して、被動ギヤ１２に到達する。第２伝達経路３６は、入力ギヤ２１から、第２入力ギヤ２０及び第２出力ギヤ１５を経由して、被動ギヤ１２に到達する。両伝達経路３５，３６は、同じ伝達比率となっている。図４〜図８に示す実施形態の場合、第１中間ギヤ１９は、第２中間ギヤ２０と同じ歯数を有している。同様に、第１出力ギヤ１４は、第２出力ギヤ１５と同じ歯数を有している。つまり、入力ギヤ１９，２０及び出力ギヤ１４，１５は、交換可能な同一の部品とすることができる。これとは対照的に、図９の例では、２つの中間ギヤ１９，２０は異なる歯数を有する。同時に、２つの出力ギヤ１４，１５も異なる歯数を有する。図９に示す例では、第１中間ギヤ１９は、第２中間ギヤ２０よりも多い歯数を有する。これに比べて、第１出力ギヤ１４は、第２出力ギヤ１５よりも少ない歯数を有する。歯数をこのように設定することで、２つの伝達経路３５，３６は、再び同じ伝達比率を実現するようになる。

前述の実施形態において、図１及び図２に示すように、被動ギヤ１２はフリーホイールアセンブリ３７を介してドリブンシャフト６と連結されている。このフリーホイールアセンブリ３７は、回転駆動方向１３に被動ギヤ１２からドリブンシャフト６にトルクを伝達する。図４に矢印で示す反回転駆動方向３８は、回転駆動方向１３とは反対向きである。フリーホイールアセンブリ３７は、反回転駆動方向３８における、被動ギヤ１２とドリブンシャフト６との相対回転を可能にする。例えば、ドリブンシャフト６が回転駆動方向１３に回転している一方で、被動ギヤ１２は、静止したままだったり、ドリブンシャフト６よりも遅い速度で回転駆動方向１３に回転したりする。

図２によると、有利には、ドリブンシャフト６は、中空シャフトで構成されるとともに、ペダルシャフト３が同軸に挿通されている。ペダルシャフト３は、回転駆動方向１３に回転固定にドリブンシャフト６と連結されている。有利には、ペダルシャフト３は、更なるフリーホイールアセンブリ３９を介してドリブンシャフト６と連結されている。更なるフリーホイールアセンブリ３９は、被動ギヤ１２とドリブンシャフト６との間における前述したフリーホイールアセンブリ３７と同じように作動する。更なるフリーホイールアセンブリ３９は、回転駆動方向１３にペダルシャフト３からドリブンシャフト６にトルクを伝達する一方で、反回転駆動方向３８におけるペダルシャフト３とドリブンシャフト６との間の相対回転を可能にする。これにより、ドリブンシャフト６が回転駆動方向１３に回転する一方で、ペダルシャフト３を停止させたり、反回転方向３１に回転させたり、ドリブンシャフト６よりも遅い速度で回転駆動方向１３に回転させたりすることができる。

有利には、入力軸９と出力軸１０とは、互いに平行に延びているだけでなく、互いに径方向に離間している。有利には、第１出力ギヤ１４又は第１中間ギヤ１９の回転軸４０や第２出力ギヤ１５又は第２中間ギヤ２０の回転軸４１は、入力軸９及び出力軸１０とそれぞれ平行に延びている。

有利には、出力ギヤ１４，１５、入力ギヤ２１、中間ギヤ１９，２０、及び被動ギヤ１２は、プラスチック製である。これとは対照的に、有利には、ペダルシャフト３、及び／又は、ドリブンシャフト６、ドライブシャフト８、及び作動ギヤ１１は、金属製である。

特に、図４、図７、及び図９から分かるように、ここで示す実施形態において、出力ギヤ１４，１５は、幾何的に、ドライブシャフト８とドリブンシャフト６との間に配置されている。電動駆動装置２が組み付けられた状態において、ドライブシャフト８は、該電動駆動装置２を備える自転車１が地面の上に起立した状態又は地面の上を移動している状態において、ドリブンシャフト６の地面側とは反対側に配置される。これにより、トランスミッション７の残部全体は、実質的に、被動ギヤ１２とは離間してドリブンシャフト６の上側に配置される。

Claims (24)

1. 自転車（１）用の電動駆動装置（２）であって、
   ドライブシャフト（８）を有する電動モータ（５）と、
   前記自転車（１）の車輪駆動装置（４）に連結するための作動ギヤ（１１）に回転固定に連結されたドリブンシャフト（６）と、
   前記ドライブシャフト（８）と前記ドリブンシャフト（６）とを駆動連結するトランスミッション（７）と、を備え、
   前記トランスミッション（７）は、
   前記ドリブンシャフト（６）に対して、回転駆動方向に回転固定に連結された被動ホイール（１２）と、
   前記被動ホイール（１２）を駆動するために、該被動ホイール（１２）に、互いに周方向（１６）にオフセットした状態で係合する第１出力ギヤ（１４）及び第２出力ギヤ（１５）の少なくとも２つの出力ギヤと、
   を有する電動駆動装置（２）。
2. 請求項１に記載の電動駆動装置（２）において、
   前記第１出力ギヤ（１４）が回転する第１回転軸（４０）及び前記第２出力ギヤ（１５）が回転する第２回転軸（３４）は、前記トランスミッション（７）の内側に定位置で配置されていることを特徴とする電動駆動装置（２）。
3. 請求項１又は２に記載の電動駆動装置（２）において、
   前記第１出力ギヤ（１４）が回転する第１回転軸（４０）及び前記第２出力ギヤ（１５）が回転する第２回転軸（４１）は、幾何的に、前記ドリブンシャフト（６）が回転する出力軸（１０）と前記ドライブシャフト（８）が回転する入力軸（９）との間に配置されていることを特徴とする電動駆動装置（２）。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動駆動装置（２）において、
   前記第１出力ギヤ（１４）は、第１中間ギヤ（１９）に回転固定に連結され、
   前記第２出力ギヤ（１５）は、第２中間ギヤ（２０）に回転固定に連結され、
   前記トランスミッション（７）は、前記第１中間ギヤ（１９）及び前記第２中間ギヤ（２０）に係合する入力ギヤ（２１）を有することを特徴とする電動駆動装置（２）。
5. 請求項４に記載の電動駆動装置（２）において、
   前記第１中間ギヤ（１９）は、前記第１出力ギヤ（１４）よりも多い歯数を有し、
   前記第２中間ギヤ（２０）は、前記第２出力ギヤ（１５）よりも多い歯数を有することを特徴とする電動駆動装置（２）。
6. 請求項５に記載の電動駆動装置（２）において、
   前記第１中間ギヤ（１９）は、軸方向の第１側（２９）において、被動ギヤ（１２）と径方向に係合し、
   前記第２中間ギヤ（２０）は、軸方向の第２側（３０）において、被動ギヤ（１２）と径方向に係合していることを特徴とする電動駆動装置（２）。
7. 請求項６に記載の電動駆動装置（２）において、
   前記入力ギヤ（２１）は軸方向において、
   前記被動ギヤ（１２）の軸方向の第１側（２９）で、前記第１中間ギヤ（１９）と係合する第１部分入力ギヤ（２１ａ）と、
   前記被動ギヤ（１２）の軸方向の第２側（３０）で、前記第２中間ギヤ（２０）と係合する第２部分入力ギヤ（２１ｂ）と、
   に分割されていることを特徴とする電動駆動装置（２）。
8. 請求項５に記載の電動駆動装置（２）において、
   前記第１中間ギヤ（１９）及び前記第２中間ギヤ（２０）は、軸方向の同じ側（２９，３０）で被動ギヤ（１２）と径方向に係合していることを特徴とする電動駆動装置（２）。
9. 請求項８に記載の電動駆動装置（２）において、
   前記第１中間ギヤ（１９）は、前記入力ギヤ（２１）の第１軸部（３１）と係合し、
   前記第２中間ギヤ（２０）は、前記入力ギヤ（２１）における前記第１軸部（３１）とは軸方向にオフセットして配置された部分である第２軸部（３２）と係合していることを特徴とする電動駆動装置（２）。
10. 請求項９に記載の電動駆動装置（２）において、
    前記入力ギヤ（２１）の前記第１軸部（３１）は、前記入力ギヤ（２１）の第１軸端部（３３）を有するとともに、前記入力ギヤ（２１）の第２軸端部（３４）とは離間しており、
    前記入力ギヤ（２１）の前記第２軸部（３２）は、前記入力ギヤ（２１）の前記第２軸端部（３４）を有するとともに、前記入力ギヤ（２１）の前記第１軸端部（３３）とは離間しており、
    前記第１中間ギヤ（１９）は、前記入力ギヤ（２１）の前記第２軸端部（３４）とは軸方向に離間して、前記入力ギヤ（２１）に係合しており、
    前記第２中間ギヤ（２０）は、前記入力ギヤ（２１）の前記第１軸端部（３３）とは軸方向に離間して、前記入力ギヤ（２１）に係合していることを特徴とする電動駆動装置（２）。
11. 請求項５〜１０のいずれか１つに記載の電動駆動装置（２）において、
    前記第１中間ギヤ（１９）と前記第２中間ギヤ（２０）とは、互いに軸方向に離間した状態で、前記入力ギヤ（２１）に係合していることを特徴とする電動駆動装置（２）。
12. 請求項１１に記載の電動駆動装置（２）において、
    第１中間ギア（１９）と第２の中間ギア（２０）とは、互いに半径方向に係合していることを特徴とする電動駆動装置（２）。
13. 請求項４〜１２のいずれか１つに記載の電動駆動装置（２）において、
    第１伝達経路（３５）は、前記第１中間ギヤ（１９）と前記第１出力ギヤ（１４）とを介して、前記入力ギヤ（２１）から被動ギヤ（１２）に到達し、
    第２伝達経路（３６）は、前記第２中間ギヤ（２０）と前記第２出力ギヤ（１５）とを介して、前記入力ギヤ（２１）から前記被動ギヤ（１２）に到達し、
    第１伝達経路（３５）と第２伝達経路（３６）は同じ伝達比であることを特徴とする電動駆動装置（２）。
14. 請求項１３に記載の電動駆動装置（２）において、
    前記第１中間ギヤ（１９）と前記第２中間ギヤ（２０）とは同じ歯数を有し、
    前記第１出力ギヤ（１４）と前記第２出力ギヤ（１５）とは同じ歯数を有することを特徴とする電動駆動装置（２）。
15. 請求項１３に記載の電動駆動装置（２）において、
    前記第１中間ギヤ（１９）と前記第２中間ギヤ（２０）とは異なる歯数を有し、
    前記第１出力ギヤ（１４）と前記第２出力ギヤ（１５）とは異なる歯数を有することを特徴とする電動駆動装置（２）。
16. 請求項４〜１５のいずれか１つに記載の電動駆動装置（２）において、
    前記入力ギヤ（２１）は、前記ドライブシャフト（８）に回転固定に連結されていることを特徴とする電動駆動装置（２）。
17. 請求項４〜１５のいずれか１つに記載の電動駆動装置（２）において、
    前記トランスミッション（７）は、前記ドライブシャフト（８）と前記入力ギヤ（２１）との間に駆動可能に配置された遊星トランスミッション（２２）を有することを特徴とする電動駆動装置（２）。
18. 請求項１７に記載の電動駆動装置（２）において、
    前記遊星トランスミッション（２２）は、
    前記ドライブシャフト（８）と直接的に又は間接的に駆動連結されたサンギヤ（２６）と、
    複数のプラネットギヤ（２４）と、
    プラネットキャリア（２５）と、
    リングギヤ（２３）と、
    を有し、
    前記プラネットキャリア（２５）は、前記入力ギヤ（２１）に回転固定に連結されていることを特徴とする電動駆動装置（２）。
19. 請求項１〜１８のいずれか１つに記載の電動駆動装置（２）において、
    前記ドリブンシャフト（６）は、ペダルシャフト（３）により構成されていることを特徴とする電動駆動装置（２）。
20. 請求項１〜１８のいずれか１つに記載の電動駆動装置（２）において、
    前記ドリブンシャフト（６）は、中空シャフトで構成されるとともに、ペダルシャフト（３）が同軸に挿通されており、
    前記ペダルシャフト（３）は、回転駆動方向（１３）に回転固定に前記ドリブンシャフト（６）と連結されていることを特徴とする電動駆動装置（２）。
21. 請求項１〜２０のいずれか１つに記載の電動駆動装置（２）において、
    前記出力ギヤ（１４，１５）の少なくとも１つ、及び／又は、入力ギヤ（２１）、及び／又は、前記中間ギヤ（１９，２０）の少なくとも１つ、及び／又は、被動ギヤ（１２）は、プラスチック製であることを特徴とする電動駆動装置（２）。
22. 自転車（１）であって、
    ペダルシャフト（３）と、
    駆動輪を駆動させるための車輪駆動装置（４）と、
    請求項１〜２１のいずれか１つに記載の電動駆動装置（２）と、を備えることを特徴とする自転車（１）。
23. 請求項２２に記載の自転車（１）において、
    前記出力ギヤ（１４，１５）は、前記自転車（１）が地面の上に起立した状態又は地面の上を移動している状態において、前記ドリブンシャフト（６）の地面側とは反対側に配置されていることを特徴とする自転車（１）。
24. 請求項２２又は２３に記載の自転車（１）において、
    前記トランスミッション（７）は、前記自転車（１）が地面の上に起立した状態又は地面の上を移動している状態において、被動ギヤ（１２）とは離間して、前記ドリブンシャフト（６）の上側に配置されていることを特徴とする自転車（１）。
    

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