JP2582224B2 - 機械的変速が一体化された特に自転車用の電動モーター付き車輪 - Google Patents

機械的変速が一体化された特に自転車用の電動モーター付き車輪

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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、車輪のハブの内部に格納された電動モータ
ーと機械的な２段変速を備えた軽車両用、特に自転車用
のモーター付き車輪に関する。
〔背景技術〕
自転車のためのモーター付き車輪は公知であって、そ
のハブの内部に格納された電動モータは、自転車のフレ
ームに固定された再充電可能な電池から電気の供給を受
け、それはある程度の自律性が与えられ、使用者が特別
な制御を操作することによって接続したり切り離したり
することができる。
また、特に子供用自転車用のモーター付き車輪に関す
る公報（ドイツ連邦共和国第A-2702541号）があって、
それは、変速が一体化されており、駆動軸のピニオンの
回転運動をハブの内部に作られた径の異なる２つのクラ
ウン歯車の内の一方に伝達するための車輪ワークとケー
ブルで動かすことのできるレバーを具備している。
この様なシステムは非常に複雑で、高価であり、変速
の時に、異なるギヤを連続的に接続、解放するために壊
れやすい。
本発明の目的の一つは、異なるギヤを噛み合わせるこ
とによって、簡単で経済的に作ることができて、モータ
ー駆動装置が壊れたり、作動しなくなったりする危険性
を排除あるいは大幅に減少した、変速を備えた、上記の
タイプのモーター付き車輪を提供することである。
本発明の他の目的は、変速が自動的に行われる上記の
タイプのモーター付き車輪を提供することである。
本発明のさらなる目的は、電力による牽引力と人力に
よる牽引力のいずれか一方、あるいは両方を組み合わせ
て使うことのできる上記のタイプのモーター付き車輪を
提供することである。
〔発明の開示〕
本発明によるモーター付き車輪は、基本的に電動モー
ターが車輪のハブの軸に関して対向する２つの端部を有
し、それぞれが車輪のハブ上に備えられていて、異なる
減速比を有する各々１個以上の共中心のクラウン歯車に
常時噛み合っているピニオンを備えていることを特徴と
している。
運動はそれぞれのフリーホィールによって、駆動軸が
正しい方向に回転する場合にのみ回転する様にされ、そ
の他の場合にはフリーにされる様にされて２つのピニオ
ンに伝達される。
２つのピニオンは異なる減速比で作動するので、一つ
のギヤ比から他のギヤ比への移行は駆動軸の回転を逆転
することによって簡単におこなわれるが、それは、直流
の場合には整流器で、交流の場合にはモーターインバー
タで、モーターの供給電流の極性を反転することによっ
て瞬間的におこなわれる。
これらの反転はモーターによって吸収される電流に基
づく電子回路によって自動的におこなわれる。この様な
電流が予め決めておいた敷居値を超えた場合には自動的
に回転を逆転し、より高い減速比あるいはその逆に結合
する。
本発明の第１の実施態様では、中心の異なるクラウン
歯車に同時に係合している異なる径のベベル歯車を用い
ることによって異なる減速比を得ている。
本発明の第２の実施態様では、２つのピニオンの内の
少なくとも一方がエピサイクロイド減速ギヤによって駆
動軸に連結され、この場合には、２つのピニオンが好ま
しくは同じクラウン歯車に係合している。
本発明のその他の実施態様では、２つのベベル歯車の
内の少なくとも一方が対応するベベル歯車に係合し、該
ベベル歯車はフリーホィールの外側に装着されたクラウ
ン歯車を交互に動かし、クラウン歯車の内側面と係合し
ている。
本発明のその他の特徴は、添付された図面に示された
非限定的な例示的実施態様を参照した詳細な記述によっ
てより明らかに説明される。
〔図面の簡単な説明〕
図１は本発明によるモーター付きハブを備えた自転車
用の車輪である。
図２は第１の実施態様による一体化された電動モータ
ーと変速ギヤを有するハブの中央断面図である。
図３は２個のピニオンの内の一方がエピサイクロイド
ギヤによって駆動軸に連結されている変速ギヤの第２の
実施態様を図２と同様に示したものである。
図４はエピサイクロイドギヤの平面図である。
図５は２個のピニオンの両方がエピサイクロイドギヤ
によって駆動軸に連結されている変速ギヤの第３の実施
態様を図２と同様に示したものである。
図６はベベル歯車対を用いた本発明の変速ギヤの第４
の実施態様を図２と同様に示したものである。
図７はベベル歯車を用いた本発明の変速ギヤの第５の
実施態様を図２と同様に示したものである。
〔発明が達成する最良の態様〕
図１には本発明によるモーター付き車輪が線図によっ
てしめされており、スポーク３によってリム２と結合さ
れた中央ハブ１を具備する。
ある適用例においては、ハブそのものの外側にリムを
形成することが可能であって、それによってスポークの
使用を省略することもできる。
図１に示される車輪は特に金属製の自転車用車輪であ
るが、他の材料、例えば合成樹脂で作ることが可能であ
ることは明らかであって、それは他の軽量運搬用車両に
も用いることが可能であることも明らかである。
図２を参照すると、電動モーター４がハブ１のケーシ
ングの内側に、端部ピン５によって自転車のフォークに
組付けられて、車輪の軸Ｘに対して一定の位置に装着さ
れて配置されていることが注目される。ハブ１は、介装
されたベアリング６によって軸Ｘ、あるいはピン５の周
りを自由に回転することが可能である。
勿論、自転車の車輪の場合には、もし後輪に装着され
るのであれば、チェーンや既知の方法によって牽引力を
得るためにフリーホィール（図示しない）もまたハブ１
に装着される。
本発明によれば、軸線がＹで示されて車輪の軸Ｘに対
して直角な駆動軸はモーター４のケーシングから突き出
た２つの直径上で対向する部分７、８を有する。
それぞれのフリーホィール機構９、10と関連するベア
リング11、12によって、それぞれクラウン歯車15、16と
常時噛み合っている対応するピニオン13、14がこれらの
部分７、８に結合されている。２つのクラウン歯車15、
16は、好ましくは、ハブ１のケーシングの同じ側に配設
され異なった径を有し、それらの軸は車輪の軸Ｘと一致
している。
２つのフリーホィール９、10は、モーターが正しい方
向に回転した場合のみ駆動軸の回転運動をそれぞれのピ
ニオン13、14に伝達することを可能としている。例え
ば、駆動軸の回転が右回りの場合ピニオン13は運動を伝
達するがピニオン14はフリーであり、駆動軸の回転が左
回りの場合ピニオン13はフリーでありピニオン14が運動
を伝達する。どちらのピニオンが運動を伝達するにせ
よ、車両を前身させる様に車輪は常に一定方向に回転す
る。
したがって、変速比は駆動軸の回転のそれぞれの方向
に対応して決まる。この場合には、異なる変速比は、そ
れぞれ異なるピニオン13、14の径とそれに対応するクラ
ウン歯車15、16の径によって決まる。
一つのギヤ比から別のギヤ比への移動が駆動軸の回転
を逆転することによって行われることは明らかであり、
これは直流の場合にはモーターに供給される電流の極性
を反転することによって、交流の場合にはインバータに
よって瞬時に行われる。
回転の逆転は、例えば自転車のハンドルレバー上に配
設された特別な制御装置によって行うことが可能であっ
て、それによってモーターの接続と切り離しも制御する
ことができる。
図２において、17は電動モーター４の電気供給配線で
あって、自転車のフレームの適切な場所に固定されてい
る図示されないバッテリから延びてきている。
モーターの回転の逆転、及び、それによる速度比の変
更は、予め決めた敷居値Ｓを設定することによって、吸
収される電流を基にして、電子回路によって自動的に行
うことが可能である。車両の発進段階においては、最大
の減速（ピニオン13）が連結され、速度は最低で、トル
クは最大であり、電流吸収は敷居値Ｓを超えている。車
両が徐々に速度を上げるに連れて、吸収される電流は減
少し、敷居値Ｓよりも下にきた瞬間にモーターの回転の
逆転が行われ、それによってピニオン13はフリーとな
り、より大きな径のピニオン14が運動を伝達する、この
様にして減速比を小さくし、それによって車両がより高
い速度を得ることが可能になる。例えば上り坂に行っ
て、モーターによって吸収される電流が再び増大し、敷
居値を過るとモーターの回転は再び逆転し、運動は再び
ピニオン13によって最大の減速によって伝達される。
駆動軸の回転の逆転をもたらす電流の敷居値の値は本
発明によるモーター付き車輪の様々な適合を基にして選
択される。
例えば人力だけで車両を前進させようとしてモーター
４への電流の供給が遮断されると、ピニオン13と14は両
方ともフリーになりモーターの過回転が防止される。
本発明によるモーター付き車輪が、人力のみで使用す
ることも、電力のみで使用することも、あるいは人力と
電力を組み合わせて使用することも可能であることは明
らかである。
自転車の場合には、好ましくは、モーター付き車輪は
前輪に適用されるが、後輪に適用することも出来るし、
さらには両輪に適用することも出来る。
以上に述べたことから、本発明により提案されている
解決方法が有利であることは容易に理解される。
２つのピニオン13と14がそれぞれクラウン歯車15と16
と常時係合していることは特に注目される点であって、
これによって、従来述べられてきた既知の解決法に見ら
れていた結合と解放に伴う全ての欠点を取り除いてい
る。
以下、本発明のその他の実施態様について簡単に説明
するが、考え方は図２の場合と同じであって、幾つかの
構造部品が異なるだけである。この様な実施態様の図に
おいては、同じ部品、あるいは同様な部品を示すために
図２で用いられたのと同じ参照番号が用いられている。
図３と図４による実施態様は図２のものと異なるの
は、２つのピニオンの内の一方、詳細には図に示される
低い方の14が、エピサイクロイドギヤ18によって駆動軸
の運動を受け、駆動軸の対応する部分８にスプライン結
合され、モーター４のケーシングと一体化された円筒状
の箱20の内部に格納されたクラウン歯車19と係合すると
いう点だけである。エピサイクロイドギヤ18の軸21は、
円筒状のケーシング22と一体的に形成され、該ケーシン
グ22はフリーホィール機構12とベアリング11を備え、ピ
ニオン14の回転運動を伝達する、この場合、ピニオン13
と14が同時に同じクラウン歯車15に係合できる様にピニ
オン14はピニオン13と同じ径を有している。
この実施態様においては、最大減速比はエピサイクロ
イドユニットに対応して得られる。
図５に示される実施態様においては、ピニオン13と14
は、異なる減速比のエピサイクロイドユニットによっ
て、それぞれ駆動軸の部分７、８に結合されている。こ
れらの図において図３と４において使用されたのと同じ
参照番号が２つのエピサイクロイドユニットに用いられ
ている。
図６の実施態様によれば、ピニオン14は駆動軸の部分
８に直接スプライン結合されたベベル歯車であって対応
するベベル歯車23に係合しており、該ベベル歯車23の軸
24は駆動軸の軸Ｙに直角であって、車輪の軸Ｘに平行で
あって、フリーホィール機構10と、横方向の歯と同様に
内側の歯を有するクラウン歯車15と係合している同フリ
ーホィールの外側のピニオンによって作用する。
この場合には、最大減速比はベベル歯車対に対応して
得られる。
最後に、図７の実施態様によれば、フリーホィール機
構９、10と同フリーホィールの外側のピニオンによっ
て、クラウン歯車15に運動を伝達するために、駆動軸の
両方の部分７、８に対応した異なるギヤ比のベベル歯車
対を具備している。
同図においては、ベベル歯車13と係合しているベベル
歯車は25によって示されており、その軸は26で示され、
ベベル歯車23の軸24に平行である。

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】車両用、特に自転車用のモーター付き車輪
    であって、車輪の回転中心軸線Ｘ上に回転自在に装着さ
    れた中心ハブ（１）と、前記中心ハブ（１）の内部に前
    記車輪の回転中心軸線Ｘに対して固定されて装着された
    電動モーター（４）を具備し、 前記中心ハブ（１）には前記中心ハブ（１）と一体に回
    転する少なくとも１つの被駆動ギヤ（15、16）が取り付
    けられていて、 前記電動モータ（４）の駆動軸は車輪の軸Ｘに対して直
    角な回転中心軸線Ｙ回りに回転し、かつハブ（１）の直
    径方向に突き出た２つの部分（７、８）を有していて、 前記部分（７、８）は、それぞれ異なるギヤ比で前記被
    駆動ギヤ（15、16）と噛合する駆動ギヤ（13、14）に、
    それぞれ前記電動モータ（４）の互いに逆の、一方の回
    転方向でのみ係合し、他方の回転方向では空転するフリ
    ーホィール機構（９、10）を介して結合されていて、 前記電動モータ（４）の駆動軸が一方の回転方向に回転
    するときは前記駆動ギヤ（13、14）の内の一方のみが前
    記少なくとも１つの前記被駆動ギヤ（15、16）に電動モ
    ータ（４）の動力を伝達し、他方は空転し、 前記電動モータ（４）の駆動軸が前記回転方向と逆の方
    向に回転するときは前記駆動ギヤ（13、14）の内の前記
    他方のみが前記少なくとも１つの前記被駆動ギヤ（15、
    16）に電動モータ（４）の動力を伝達し、前記一方は空
    転するようにされていて、 前記電動モータ（４）の回転方向を変えることにより、
    電動モータ（４）の駆動軸の回転を２つの異なる減速比
    でハブ（１）に伝達することを特徴とするモーター付き
    車輪。
  2. 【請求項２】前記駆動ギヤ（13、14）がそれぞれピニオ
    ンであって、前記被駆動ギヤ（15、16）がそれぞれクラ
    ウン歯車（15、16）であることを特徴とする前記請求項
    １に記載のモーター付き車輪。
  3. 【請求項３】前記ピニオン（13、14）が異なる径を有
    し、中心が同じで異なる径を有する異なったクラウン歯
    車（15、16）と噛み合っていることを特徴とする前記請
    求項２に記載のモーター付き車輪。
  4. 【請求項４】前記ピニオン（13、14）が同一の径を有
    し、一つの同じクラウン歯車（15）と噛み合っていて、
    エピサイクロイド形の減速歯車（18）が前記ギヤ（13、
    14）と対応する駆動軸の部分（７、８）の間の少なくと
    も１つに介装されていることを特徴とする前記請求項２
    に記載のモーター付き車輪。
  5. 【請求項５】前記エピサイクロイド形の歯車（18）が、
    駆動軸の部分（７）と（８）の両方または、いずれか一
    方の上にスプライン結合され、モーター（４）のケーシ
    ングと一体化された円筒状の箱（20）に格納されてい
    て、エピサイクロイド形の歯車（18）の軸（21）が前記
    フリーホィール機構（９、10）を格納しているケーシン
    グ（22）に一体化して作られていることを特徴とする前
    記請求項４に記載のモーター付き車輪。
  6. 【請求項６】駆動軸の部分（７、８）の少なくとも一方
    に対応したベベル歯車対（13と15;14と23）を備え、該
    ベベル歯車対（13と15;14と23）が、カウンタシャフト
    （26、24）によって前記クラウン歯車（15）の内側の歯
    （15′）に動きを伝達することを特徴とする前記請求項
    １または２のいずれか１項に記載のモーター付き車輪。
  7. 【請求項７】前記フリーホィール（９、10）が、前記カ
    ウンタシャフト（26、24）と前記クラウン歯車（15）の
    間にフリーホィールの外側のピニオンによって介装され
    ていることを特徴とする前記請求項６に記載のモーター
    付き車輪。
  8. 【請求項８】それぞれのフリーホィール（９、10）にそ
    れぞれベアリング（11、12）が共働していることを特徴
    とする前記請求項１から７のいずれか１項に記載のモー
    ター付き車輪。
  9. 【請求項９】モーター（４）の回転の方向を逆転させ、
    それによって速度比を変えるための手動の電気制御を有
    することを特徴とする前記請求項１から８のいずれか１
    項に記載のモーター付き車輪。
  10. 【請求項１０】手動制御が速度を段階的に変化させる様
    にモーターを制御するための電子回路に連結されたポテ
    ンシオメータを具備し、電動モーター（４）の切り離し
    や接続の可能性によって、車輪が装着されている手段を
    人力による牽引か、電気による牽引か、人力と電気の組
    み合わせによる牽引かによって作動させることができる
    様にされているていることを特徴とする前記請求項１か
    ら９のいずれか１項に記載のモーター付き車輪。
  11. 【請求項１１】駆動軸の回転方向の逆転を自動的に制御
    し、減速比を変えて異なるトルクを得る電子回路を具備
    することを特徴とする前記請求項１から10のいずれか１
    項に記載のモーター付き車輪。
  12. 【請求項１２】前記請求項１から11のいずれか１項に記
    載のモーター付き車輪を少なくとも１つ備えた軽車両、
    特に自転車。
JP5504074A 1991-08-23 1992-08-10 機械的変速が一体化された特に自転車用の電動モーター付き車輪 Expired - Lifetime JP2582224B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

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