JP3246169U - 電動アシスト自転車のミッドモーター - Google Patents

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Abstract

【課題】電動アシスト自転車のミッドモーターを提供する。【解決手段】ギア機構１３０はハウジング１１０内に組み立てられ、偏心シャフト１４０の一部分は電気駆動装置１２０に固着され、偏心シャフトの一端にはギア機構の対向する２つの遊星歯車１３２、１３３に結合するための２つの偏心部１４２、１４３が設けられている。クランクシャフト１５０は偏心シャフトの軸方向内部を貫通している。クランクシャフト及びギア機構はそれぞれクラッチ１７１、１７２によりチェーンリング出力軸１６０に結合されている。変形軸受ブラケット１８０はハウジングに固着されていると共に軸受によりチェーンリング出力軸に結合されている。電気駆動装置及びクランクシャフトの駆動作用力はチェーンリング出力軸にそれぞれ伝達され、変形軸受ブラケットがひずみゲージに結合されて前記チェーンリング出力軸上のトルクを検出するためのトルク検出器を形成している。【選択図】図１

Description

本考案は、電動アシスト自転車の分野に関し、特に、電動アシスト自転車のミッドモーター構造、すなわちミッドモーターに適用されるものである。
一般的な自転車は、クランクと組み合わせられているペダルを踏むことで、チェーンリング及びチェーンを駆動して移動する。電動アシスト自転車には補助動力とするモーターが配置されており、省力で楽に騎乗できるようになっている。
しかしながら、電動アシスト自転車のモーターの多くは遊星歯車機構を減速機構としている。遊星歯車機構は、内部に太陽歯車が組み立てられている内ギアリングと、内ギアリング及び太陽歯車に噛合されている遊星歯車と、を備えている。また、電動アシスト自転車のトルクセンサーはドロップアウトと車軸とが接触する位置に装設され、伝動作用力はチェーン、フライホイール、ハブ、車軸を経てセンサーに伝達されるため、計算及び補償を行う必要があり、モーターのパワーの出力誤差が大きくなった。
従来の特許文献では、例えば、下記特許文献１にはハブ軸、モーター、減速太陽歯車、及び減速リンクギアを減速させる伝動機構が開示されている。
特開２０１８－１５９４４４号公報
そこで、本考案者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本考案の提案に至った。
本考案は、上記問題点に鑑みて本考案者の鋭意研究により成されたものであり、その目的は、構造を簡潔にし、体積を減少させる効果を有し、電気駆動及びペダル漕ぎ駆動による回転の干渉を更に低減する電動アシスト自転車のミッドモーターを提供することにある。
上記課題を解決するために、本考案の一態様である電動アシスト自転車のミッドモーターは、電気駆動作用力及びペダル漕ぎ作用力をチェーンリングに伝達するために用いられており、ギア機構と、偏心シャフトと、電気駆動装置と、クランクシャフトと、ギャップと、チェーンリング出力軸と、トルク検出器と、を備える。
ハウジング内に組み立てられているギア機構は、ギアリング内部に歯合されている少なくとも１つの遊星歯車、遊星歯車の対向する両側にそれぞれ位置している２つの遊星支持部、および、２つの遊星支持部をロックして遊星歯車を貫通するために用いられている複数のロック部材を備えている。
偏心シャフトは一端に少なくとも１つの偏心部が形成されている軸筒部を含み、偏心部は軸筒部に対してずれるように偏移し、且つ偏心部はギア機構に進入して遊星歯車に結合する。
電気駆動装置は、回転可能なローターを有していると共に偏心シャフトの軸筒部の一部分に連結されるように固定されている。
クランクシャフトは、偏心シャフトの軸方向内部に貫設され、且つ偏心シャフトの偏心部に結合される支持転動体と組み合わせられている。
ギャップは偏心シャフトの軸筒部の内壁面とクランクシャフトの外面との間に形成され、ギャップ内には他の部材は取り付けられない。
チェーンリング出力軸は第１クラッチによりギア機構に結合され、第２クラッチによりクランクシャフトに結合されている。チェーンリング出力軸はチェーンリングに結合されている。
トルク検出器は軸受を介してチェーンリング出力軸に結合されている変形軸受ブラケットを具備し、変形軸受ブラケットはハウジングに固着されている。
ローターは偏心シャフト及び遊星歯車を回転するように駆動し、且つ遊星歯車はギアリング内で偏心するように公転し、２つの遊星支持部を回転するように駆動すると共に第１クラッチにより作動力をチェーンリング出力軸に伝達する。
クランクシャフトの回転作用力は第２クラッチによりチェーンリング出力軸に伝達され、トルク検出器はチェーンリング出力軸上のトルクを検出するために用いられている。
本考案の一実施例に係る電動アシスト自転車のミッドモーターの組み合わせ構成を示す断面図である。 本考案の一実施例に係る電動アシスト自転車のミッドモーターの偏心シャフト構成を示す外観斜視図である。 本考案の一実施例に係る電動アシスト自転車のミッドモーターの歯車機構を示す分解図である。 本考案の一実施例に係る電動アシスト自転車のミッドモーターの偏心シャフトと遊星歯車を示す概略組立図である。 本考案の一実施例に係る電動アシスト自転車のミッドモーターの遊星歯車とギアリングが噛合する状態を示す概略図である。
以下、本考案の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本考案はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本考案の技術的範囲に含まれる。また、明細書に記載の「第１」、「第２」及び「第３」、「左」並び「右」、「内」並び「外」、「上」並び「下」等の用語は、相対的位置関係を明確に説明するために用いているに過ぎず、制限するための用語ではない。
図１には電動補助自転車に適用するミッドモーター１００を図示する。ミッドモーター１００は第１ケース１１１により第２ケース１１２に接合されるハウジング１１０を備え、ハウジング１１０内部には電気駆動装置１２０及びギア機構１３０が組み立てられている。ハウジング１１０内部には、電気駆動装置１２０及びギア機構１３０に結合されている偏心シャフト１４０と、ハウジング１１０の対向する両端を貫通すると共に偏心シャフト１４０の軸方向内部を貫通するクランクシャフト１５０と、を更に含む。ミッドモーター１００は、チェーンリング出力軸１６０と、変形軸受ブラケット１８０と、を更に備えている。チェーンリング出力軸１６０はギア機構１３０に結合されている第１クラッチ１７１と組み合わせられ、且つクランクシャフト１５０に結合されている第２クラッチ１７２と組み合わせられている。変形軸受ブラケット１８０はハウジング１１０内部に固着され、且つチェーンリング出力軸１６０は変形軸受ブラケット１８０の軸方向中心を貫通する。上述したチェーンリング出力軸１６０はチェーンリング２１０に結合され、クランクシャフト１５０の両端はクランク２２０にそれぞれ連結されている。
さらに、変形軸受ブラケット１８０には支持転動体１８１が配置され、例えば、軸受はチェーンリング出力軸１６０に結合されている。変形軸受ブラケット１８０はディスク部材でもよく、その表面にはひずみゲージ１８０ａが貼設され、こうすることにより、全体をチェーンリング出力軸１６０のトルクを検出して信号を発信するためのトルク検出器とし、チェーンリング出力軸１６０のトルクを検出する作用を達成させている。また、速度検出器１９０はクランクシャフト１５０に結合されていると共に電気駆動装置１２０に対応している。速度検出器１９０は１つのセンシング接触点及び複数の磁石で構成された１組のディスクを含むが、本考案はこれに限られない。ディスクはクランクシャフト１５０に従って共に回転し、磁石がセンシングポイントを通過する際に、信号を制御器に伝送し、これはケイデンス信号を即時伝送することに相当し、且つケイデンスは運動状況を推測するための基礎としている。
前述した実施例に係る第１クラッチ１７１及び第２クラッチ１７２は一方向性素子であり、オーバーランニングクラッチまたはラチェットクラッチを含むが、本考案はこの限りではない。オーバーランニングクラッチは能動部分と従動部分の速度変化または回転方向の転換を利用し、自動クラッチ機能を有する装置である。また、部材のそれぞれの組み合わせ形式の所定の位置には適切な形式及び数量の支持転動体１８２、１８３、１８４、１８５、１８６、１８７が配置され、例えば、軸受は、対応する部材に結合するために用いられている。例えば、支持転動体１８２～１８４は偏心シャフト１４０とギア機構１３０との間に組み立てられている。支持転動体１８５は偏心シャフト１４０とクランクシャフト１５０との間に組み立てられている。支持転動体１８６はギア機構１３０とチェーンリング出力軸１６０との間に組み立てられている。支持転動体１８７はチェーンリング出力軸１６０とクランクシャフト１５０との間にある。
図２の実施例は、偏心シャフト１４０の構造の外観図である。偏心シャフト１４０の軸方向内部は構造を貫通するチャンネルである。次に、偏心シャフト１４０は、所定の長さを有する軸筒部１４１を含み、軸筒部１４１の一端には第１偏心部１４２及び第２偏心部１４３が延伸されて形成されているか連接されている。第１偏心部１４２及び第２偏心部１４３は隣接しており、第１偏心部１４２及び第２偏心部１４３は互いにずれて偏心している。また、第１偏心部１４２及び第２偏心部１４３は共に軸筒部１４１に対応する偏心形式であり、第１偏心部１４２及び第２偏心部１４３は円柱状を形成すると共に外径が共に軸筒部１４１の外径よりも大きい。
図１を再び参照し、電気駆動装置１２０はステーター１２１及びローター１２２を備え、ステーターはハウジング１１０内部に固着され、ローター１２２はステーター１２１の中心部に位置している。電気駆動装置１２０が電力を受電した後、ローター１２２が駆動されてステーター１２１に対して回転する。次に、偏心シャフト１４０の軸筒部１４１の一部分がローター１２２に挿入され、軸筒部１４１が適切な形式でローター１２２に連結されるように固定されることで、ローター１２２が偏心シャフト１４０を回転するように駆動する。次に、クランクシャフト１５０は偏心シャフト１４０の軸方向内部を貫通している。クランクシャフト１５０と偏心シャフト１４０の軸方向内壁面との間には、特に、クランクシャフト１５０の外面と軸筒部１４１の内壁面との間には、ギャップ２００が形成され、他の部材はギャップ２００内に組み立てられていない。
図３は本考案に係るギア機構１３０を示す分解図である。ギア機構１３０は、ギアリング１３１と、第１遊星歯車１３２と、第２遊星歯車１３３と、第１遊星支持部１３４と、第２遊星支持部１３５と、を備え、転動体１３８にそれぞれ連結されている。ギアリング１３１の内周面には内歯車部１３１ａを有し、第１遊星歯車１３２の外周面には外歯車部１３２ａを有し、第２遊星歯車１３３の外周面には外歯車部１３３ａを有する。第１遊星歯車１３２及び第２遊星歯車１３３は対向すると共にギアリング１３１内に収容され、外歯車部１３２ａ、１３３ａにより内歯車部１３１ａにそれぞれ噛合されている。また、スペーサーリング１３９は対向面の２つの遊星歯車１３２、１３３の間に配置するために用いられ、２つの遊星歯車１３２、１３３の動作時の干渉を防止している。留意すべき点は、本実施例に係る内歯車部１３１ａの歯数は外歯車部１３２ａ、１３３ａの歯数より大きいため、少ない歯数差を形成している点である。
次に、第１遊星歯車１３２及び第２遊星歯車１３３は構造を貫通する複数の貫通孔１３２ｂ、１３３ｂを各々有している。複数のブッシング１３６ａ及びシャフトスリーブ１３６ｂの組み合わせは対向する貫通孔１３２ｂ、１３３ｂ内にそれぞれ組み立てられ、シャフトスリーブ１３６ｂはブッシング１３６ａ内に組み立てられている。第１遊星支持部１３４は第１遊星歯車１３２の一側（外側）に配置するために用いられ、第２遊星支持部１３５は第２遊星歯車１３３の一側（外側）に配置するために用いられている。複数のロック部材１３７は第１遊星支持部１３４からブッシング１３６ａ及びシャフトスリーブ１３６ｂの組み合わせをそれぞれ貫通すると共に第２遊星支持部１３５にロックされる。このようにすることで、２つの遊星支持部１３４、１３５及び２つの遊星歯車１３２、１３３がロック部材１３７のそれぞれにより一体化するように結合される。次に、ブッシング１３６ａの外径は貫通孔１３２ｂ、１３３ｂの内径より小さい。上述した部材の組み合わせにより、遊星支持部１３４、１３５にある転動体（軸受）１３８の予圧を調整するように、シャフトスリーブ１３６ｂの両端面が２つの遊星支持部１３４、１３５にそれぞれ接触する。次に、シャフトスリーブ１３６ｂ及びロック部材１３７は緩めるように組み合わせられる。
図４は偏心シャフト１４０と第１遊星歯車１３２、第２遊星歯車１３３の結合構造を示す概略図である。第１遊星歯車１３２は第１偏心部１４２に組み立てられ、第２遊星歯車１３３は第２偏心部１４３に組み立てられている。第１偏心部１４２及び第２偏心部１４３が互いにずれるように偏移するため、第１遊星歯車１３２及び第２遊星歯車１３３が軸筒部１４１に対して偏心する。
図５の例では、上述の実施例の説明内容に基づいて、第１遊星歯車１３２及び第２遊星歯車１３３はずれるように偏移するように対応し、第１遊星歯車１３２及び第２遊星歯車１３３がギアリング１３１内部に組み立てられる噛合位置には位相差を有している。２つの遊星歯車１３２、１３３とギアリング１３１との噛合の位相差は、好ましくは、１８０度である。次に、ギアリング１３１の内歯構造の歯形のそれぞれは伸開線歯形またはサイクロイド歯形であり、遊星歯車１３２、１３３の外歯構造の歯形のそれぞれは内歯構造に対応する伸開線歯形またはサイクロイド歯形である。遊星歯車１３２、１３３が回転すると、ブッシング１３６ａ及び貫通孔１３２ｂ、１３３ｂが転動接触し、次に、ブッシング１３６ａ及びシャフトスリーブ１３６ｂが対向して回転することで組み合わせるように回転する。
図１を再び参照し、電気駆動装置１２０は回転トルクを提供し、ローター１２２は偏心シャフト１４０を回転するように駆動する。偏心シャフト１４０の軸方向内部とクランクシャフト１５０との間にギャップ２００を有し、支持転動体１８５に結合されているため、電気駆動装置１２０の作動力はクランクシャフト１５０に伝達されない。次に、偏心シャフト１４０の２つの偏心部１４２、１４３が２つの遊星歯車１３２、１３３をギアリング１３１内で偏心して公転運動を行うように各々駆動し、第１遊星支持部１３４及び第２遊星支持部１３５を駆動する。第２遊星支持部１３５の作動トルクは第１クラッチ１７１を経てチェーンリング出力軸１６０に伝達される。
クランクシャフト１５０はクランクのペダル漕ぎ作用力を受けて回転するため、偏心シャフト１４０の軸方向内部とクランクシャフト１５０との間にギャップ２００を有し、支持転動体１８５に結合されることで、クランクシャフト１５０の作用力が偏心シャフト１４０に伝達されない。次に、クランクシャフト１５０が受けるペダル漕ぎ作用力は第２クラッチ１７２を経てチェーンリング出力軸１６０に伝達される。
本実施例では、チェーンリング出力軸１６０は第１クラッチ１７１及び第２クラッチ１７２により電気駆動装置１２０及びクランクシャフト１５０からの出力トルクをそれぞれ受けるか共同で受ける。次に、ギア機構１３０中では１つの遊星歯車１３２または１３３を使用することで予期する駆動効果を達成可能である。２つの遊星歯車１３２、１３３とギアリング１３１との噛合の位相差が１８０度である構造形式を使用し、２つの遊星歯車１３２、１３３が形成する公転、及び２つの遊星歯車１３２、１３３が２つの遊星支持部１３４、１３５を回転するように駆動することにより、より安定した回転効果を達成している。また、本実施例に係る２つの遊星支持部１３４、１３５はギア機構１３０の対向する両側に位置し、この構造形式はギア機構１３０全体が高い構造剛性を有するのみならず、ギア機構１３０が動作する際に、更にバランスよく安定した動作効果を提供している。
また、本実施例では、クランクシャフト１５０は偏心シャフト１４０の軸方向内部に貫設され、偏心シャフト１４０の軸方向内部とクランクシャフト１５０との間にはギャップ２００が直接形成されている。ペダル漕ぎ作用力を受けるクランクシャフト１５０及び電気駆動作用力を受ける偏心シャフト１４０が同軸方向の組み合わせ構造を形成することで、構造を簡潔にし、体積を減少させる効果を達成し、支持転動体の取り付け数量も減らし、偏心シャフト１４０とクランクシャフト１５０との間の回転による干渉も減少させている。次に、変形軸受ブラケット１８０及び速度検出器１９０はハウジング１１０内に組み立てられていると共にチェーンリング出力軸１６０及びクランクシャフト１５０に結合され、ミッドモーター１００全体の体積を更に小型化している。
上記説明は、本考案を説明するためのものであって、実用新案登録請求の範囲に記載の考案を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本考案の各部構成は、上記実施例に限らず、実用新案登録請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
１００ ミッドモーター
１１０ ハウジング
１１１ 第１ケース
１１２ 第２ケース
１２０ 電気駆動装置
１２１ ステーター
１２２ ローター
１３０ ギア機構
１３１ ギアリング
１３１ａ 内歯車部
１３２ 第１遊星歯車
１３２ａ 外歯車部
１３２ｂ 貫通孔
１３３ 第２遊星歯車
１３３ａ 外歯車部
１３３ｂ 貫通孔
１３４ 第１遊星支持部
１３５ 第２遊星支持部
１３６ａ ブッシング
１３６ｂ シャフトスリーブ
１３７ ロック部材
１３８ 転動体
１３９ スペーサーリング
１４０ 偏心シャフト
１４１ 軸筒部
１４２ 第１偏心部
１４３ 第２偏心部
１５０ クランクシャフト
１６０ チェーンリング出力軸
１７１ 第１クラッチ
１７２ 第２クラッチ
１８０ 変形軸受ブラケット
１８０ａ ひずみゲージ
１８１ 支持転動体
１８２ 支持転動体
１８３ 支持転動体
１８４ 支持転動体
１８５ 支持転動体
１８６ 支持転動体
１８７ 支持転動体
１９０ 速度検出器
２００ ギャップ
２１０ チェーンリング

Claims (10)

  1. 電気駆動作用力及びペダル漕ぎ作用力をチェーンリングに伝達するために用いられているミッドモーターであって、
    ハウジング内に組み立てられ、ギアリング内部に歯合されている少なくとも１つの遊星歯車、前記遊星歯車の対向する両側にそれぞれ位置している２つの遊星支持部、および、対向する２つの前記遊星支持部をロックして前記遊星歯車を貫通するために用いられている複数のロック部材を含むギア機構と、
    一端に少なくとも１つの偏心部が形成されている軸筒部を含み、前記偏心部は前記軸筒部に対してずれるように偏移し、且つ前記偏心部は前記ギア機構に進入して前記遊星歯車に結合する偏心シャフトと、
    回転可能なローターを有していると共に前記偏心シャフトの前記軸筒部の一部分に連結されるように固定されている電気駆動装置と、
    前記偏心シャフトの軸方向内部に貫設され、且つ前記偏心シャフトの前記偏心部に結合される支持転動体と組み合わせるクランクシャフトと、
    前記偏心シャフトの前記軸筒部の内壁面と前記クランクシャフトの外面との間に形成されているギャップと、
    第１クラッチにより前記ギア機構に結合され、第２クラッチにより前記クランクシャフトに結合され、前記チェーンリングに結合されているチェーンリング出力軸と、
    ひずみゲージに結合されている変形軸受ブラケットを含み、前記変形軸受ブラケットは軸受を介して前記チェーンリング出力軸に結合され、前記ハウジングに固着されているトルク検出器と、を備え、
    前記ローターは前記偏心シャフト及び前記遊星歯車を回転するように駆動し、且つ前記遊星歯車は前記ギアリング内で偏心するように公転し、２つの前記遊星支持部を回転するように駆動すると共に前記第１クラッチにより作動力を前記チェーンリング出力軸に伝達し、
    前記クランクシャフトの回転作用力は前記第２クラッチにより前記チェーンリング出力軸に伝達され、前記トルク検出器は前記チェーンリング出力軸上のトルクを検出するために用いられていることを特徴とするミッドモーター。
  2. 前記ギア機構の前記遊星歯車の数は２つであり、第１遊星歯車及び第２遊星歯車を含み、前記偏心シャフトの前記偏心部の数は２つであり、第１偏心部及び第２偏心部を含み、
    前記第１遊星歯車は前記第１偏心部に結合され、前記第２遊星歯車は前記第２偏心部に結合され、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車の歯数は前記ギアリングの歯数未満であり、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車が前記ギアリングに噛合する噛合位置の位相差は１８０度であることを特徴とする請求項１に記載のミッドモーター。
  3. 前記第１クラッチ及び前記第２クラッチはオーバーランニングクラッチであることを特徴とする請求項１に記載のミッドモーター。
  4. 前記第１クラッチ及び前記第２クラッチはラチェットクラッチであることを特徴とする請求項１に記載のミッドモーター。
  5. 前記遊星歯車は複数の貫通孔を有し、且つ前記貫通孔のそれぞれの内側にはブッシング内の組立部材に貫設されているシャフトスリーブが配置され、前記ブッシングの外径は前記貫通孔の内径未満であり、
    前記ロック部材は２つの前記遊星支持部をロックし、前記遊星歯車の前記貫通孔中の前記シャフトスリーブを貫通することを特徴とする請求項１または２に記載のミッドモーター。
  6. 前記ブッシング及び前記シャフトスリーブは組み合わさって回転し、前記シャフトスリーブ及び前記ロック部材は互いに拘束されていない状態で組み合わさっていることを特徴とする請求項５に記載のミッドモーター。
  7. 前記電気駆動装置は前記ハウジングに固着されているステーターを備え、前記ローターは前記ステーターの中心部に位置していることを特徴とする請求項１に記載のミッドモーター。
  8. 前記クランクシャフトに結合されていると共に前記電気駆動装置に対応する速度検出器を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のミッドモーター。
  9. 前記ギアリングは内歯構造を有し、前記内歯構造の歯形のそれぞれは伸開線歯形であり、
    前記遊星歯車は外歯構造を有し、前記外歯構造の歯形のそれぞれは伸開線歯形であることを特徴とする請求項１に記載のミッドモーター。
  10. 前記ギアリングは内歯構造を有し、前記内歯構造の歯形のそれぞれはサイクロイド歯形であり、
    前記遊星歯車は外歯構造を有し、前記外歯構造の歯形のそれぞれはサイクロイド歯形であることを特徴とする請求項１に記載のミッドモーター。
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