JP5442814B2 - Bicycle drive unit - Google Patents

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Description

本発明は、補助動力としてモータ出力を使用し、かつ変速機構を有する電動補助自転車の駆動ユニットに関する。   The present invention relates to a drive unit for a battery-assisted bicycle that uses a motor output as auxiliary power and has a speed change mechanism.

補助動力としてモータ出力を使用する電動補助自転車として、特許文献１に記載された発明がある。特許文献１に係る電動補助自転車は、クランク軸と、筒状中間軸と、モータと、スプロケットを含む回転部材とを備える。筒状中間軸は、クランク軸に結合された一端部から他端部へ踏力を伝達し、一端部と他端部の間に踏力検出用の磁歪センサを有する。回転部材は、モータの回転を減速する減速機に歯車を介して接続されており、さらにワンウェイクラッチを介して筒状中間軸の他端部に接続されている。   There is an invention described in Patent Document 1 as a battery-assisted bicycle that uses a motor output as auxiliary power. The battery-assisted bicycle according to Patent Document 1 includes a crankshaft, a cylindrical intermediate shaft, a motor, and a rotating member including a sprocket. The cylindrical intermediate shaft transmits a pedaling force from one end connected to the crankshaft to the other end, and has a magnetostriction sensor for detecting a pedaling force between the one end and the other end. The rotating member is connected to a speed reducer that reduces the rotation of the motor via a gear, and is further connected to the other end of the cylindrical intermediate shaft via a one-way clutch.

特許４６１２０６１号Japanese Patent No. 4612061

しかし、特許文献１の自転車の駆動ユニットは、踏力しか検出することができないので、当該自転車の駆動ユニットではチェーンを介して伝わる回転力を正確に検出することができない。   However, since the bicycle drive unit of Patent Document 1 can detect only the pedaling force, the bicycle drive unit cannot accurately detect the rotational force transmitted through the chain.

本発明は、上述の課題に鑑みて、アシスト走行のためのモータを有する自転車の駆動ユニットにおいて、踏力とモータの出力を合成した回転力を検出できる自転車の駆動ユニットを提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a bicycle drive unit having a motor for assisting traveling and capable of detecting a rotational force obtained by combining a pedaling force and an output of the motor. .

上記の課題を解決するための自転車の駆動ユニットは、モータと、クランク軸と、モータからの出力を伝達する第１接続部と、クランク軸からの踏力を伝達する第２接続部と、スプロケットを連結可能なスプロケット接続部、少なくともセンサの一部が設けられるセンサ配置部および第１接続部と第２接続部とが連結される連結部を有する駆動力伝達部と、を備え、センサ配置部がスプロケット接続部と連結部との間に配置され、モータの回転軸とクランク軸とが平行に配置され、モータの回転軸の駆動方向とモータの回転軸の駆動方向とが同じであることを特徴とする。 A bicycle drive unit for solving the above problems includes a motor, a crankshaft, a first connection portion for transmitting output from the motor, a second connection portion for transmitting pedal force from the crankshaft, and a sprocket. A sprocket connecting portion that can be connected, a sensor placement portion provided with at least a part of the sensor, and a driving force transmission portion having a connecting portion to which the first connection portion and the second connection portion are connected. is arranged between the connecting part and the sprocket connecting part is rotary shaft and the crank shaft and is parallel to the motor, and the driving direction of the axis of rotation of the drive direction and the motor rotational shaft of the motor is the same der Rukoto Features.

これにより、センサ配置部付近には、モータの出力と踏力が合成された回転力による歪みが発生する。したがって、センサ配置部に設けられたセンサは、モータの出力と踏力が合成された回転力を検出することができる。   As a result, distortion due to the rotational force obtained by combining the output of the motor and the pedaling force is generated in the vicinity of the sensor placement portion. Therefore, the sensor provided in the sensor placement unit can detect the rotational force obtained by combining the output of the motor and the pedaling force.

さらに、駆動力伝達部は、クランク軸を挿通する筒部を含むとよい。これにより、駆動力伝達部は、クランク軸に近接して配置できるので、自転車の駆動ユニットの更なる軽量化、コンパクト化を実現する。   Furthermore, the driving force transmission part may include a cylinder part that passes through the crankshaft. As a result, the driving force transmission portion can be disposed close to the crankshaft, thereby further reducing the weight and size of the bicycle driving unit.

さらに、センサ配置部は、筒部の外側に設けられ、センサは、筒部の捩れを検出するとよい。これにより、センサは、駆動力伝達部で発生する、モータの出力と踏力が合成された回転力を検出することができる。   Furthermore, the sensor placement unit may be provided outside the cylinder part, and the sensor may detect the twist of the cylinder part. Thereby, the sensor can detect the rotational force generated by the driving force transmission unit, which is a combination of the motor output and the pedaling force.

さらに、第１接続部は、第１ワンウェイクラッチを含むとよい。これにより、クランク軸の回転力がモータに伝達されることを防止することと、モータを効率良く動作させることとを共に実現することができる。   Furthermore, the first connection part may include a first one-way clutch. Accordingly, it is possible to both prevent the rotational force of the crankshaft from being transmitted to the motor and efficiently operate the motor.

さらに、第２接続部は、第２ワンウェイクラッチを含むとよい。これにより、ユーザがペダルを通常回転させる方向と反対周りに回転させても、それにつられてスプロケットが回転することがない。   Furthermore, the second connection part may include a second one-way clutch. Thus, even if the user rotates the pedal in the direction opposite to the normal rotation direction, the sprocket does not rotate accordingly.

さらに、第１接続部は、減速機構を有するとよい。これにより、モータの出力を減速して駆動力伝達部に伝達することができるので、モータを効率良く動作させる駆動力伝達部を実現することができる。   Furthermore, the first connection part may have a speed reduction mechanism. Thereby, since the output of the motor can be decelerated and transmitted to the driving force transmission unit, a driving force transmission unit for operating the motor efficiently can be realized.

さらに、減速機構は、モータの出力軸に接続された歯車と噛み合う第１ギアと、駆動力伝達部と噛み合う第２ギアをさらに含み、第１ギアと第２ギアとの間の経路に第１ワンウェイクラッチが設けられるとよい。これによって、クランク軸に与えられる回転力によってモータの出力軸が回転することを防止できる。   The speed reduction mechanism further includes a first gear that meshes with a gear connected to the output shaft of the motor, and a second gear that meshes with the driving force transmission unit, and the first mechanism is disposed on the path between the first gear and the second gear. A one-way clutch may be provided. As a result, the output shaft of the motor can be prevented from rotating due to the rotational force applied to the crankshaft.

さらに、センサは磁歪素子を含むとよい。これにより、センサは、クランク軸にかかるねじれを検出することができる。   Further, the sensor may include a magnetostrictive element. Thereby, the sensor can detect the twist applied to the crankshaft.

さらに、当該自転車の駆動ユニットは、モータをさらに備えるとよい。これにより、アシスト走行を実現することができる。   Furthermore, the drive unit of the bicycle may further include a motor. Thereby, assist driving | running | working is realizable.

さらに、当該自転車の駆動ユニットは、スプロケット接続部に連結される、スプロケットをさらに備えるとよい。これにより、踏力とモータの出力を合成した回転力を後輪に伝達することができる。   Furthermore, the drive unit of the bicycle may further include a sprocket coupled to the sprocket connection. As a result, it is possible to transmit the rotational force obtained by combining the pedaling force and the output of the motor to the rear wheels.

さらに、当該自転車の駆動ユニットは、クランク軸をさらに備えるとよい。これにより、ペダルにかけられたユーザの踏力を駆動力伝達部に伝達することができる。   Furthermore, the drive unit of the bicycle may further include a crankshaft. Thereby, the user's pedaling force applied to the pedal can be transmitted to the driving force transmission unit.

さらに、当該自転車の駆動ユニットは、センサの検出結果に応じて、モータを制御する制御部をさらに含むとよい。これにより、ユーザの踏力の大きさに合わせて、モータの出力を制御することができるので、アシスト走行を実現することができる。   Furthermore, the drive unit of the bicycle may further include a control unit that controls the motor according to the detection result of the sensor. Thereby, since the output of a motor can be controlled according to the magnitude | size of a user's pedal effort, assist driving | running | working is realizable.

本発明によれば、自転車の駆動ユニットは、踏力とモータの出力を合成した回転力を検出できる。   According to the present invention, a bicycle drive unit can detect a rotational force obtained by combining a pedaling force and a motor output.

本発明の第１の実施形態に係る駆動ユニットを組み込んだ電動補助自転車の一部を表す側面図。1 is a side view showing a part of a battery-assisted bicycle incorporating a drive unit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係る駆動ユニットの断面図。Sectional drawing of the drive unit which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る駆動ユニットを組み込んだ電動補助自転車のブロック図。1 is a block diagram of a battery-assisted bicycle incorporating a drive unit according to a first embodiment of the present invention.

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る駆動ユニット１を組み込んだ電動補助自転車の一部分を表す右側面図である。この電動補助自転車は、ペダル１００に作用する踏力を、クランクアーム１０１→クランク軸１０２→駆動ユニット１→フロントスプロケット１０３→チェーン１０４→リアスプロケット１０５という経路を経て、後車輪の車軸１０６まわりに回転可能に設けられるハブ体に伝達する。この過程で、この電動補助自転車は、モータ出力を補助動力として合成し、走行をアシストする。本実施形態は、後述するセンサでユーザの踏力を検出し、その検出値が設定値を超えたところで、モータを起動して踏力に応じたトルクを補助動力として発生させる。アシスト用のモータを含む駆動ユニット１は、一般にフレームのシートチューブの下端部とフレームのダウンチューブの後端部との連結部付近に配置され、図示しないボルトによってフレームに固定される。モータ駆動用のバッテリは、リアキャリア、ダウンチューブまたはシートチューブに沿って配置される。 <First Embodiment>
FIG. 1 is a right side view showing a part of a battery-assisted bicycle incorporating a drive unit 1 according to a first embodiment of the present invention. In this battery-assisted bicycle, the pedal force acting on the pedal 100 can be rotated around the axle 106 of the rear wheel via the path of the crank arm 101 → the crankshaft 102 → the drive unit 1 → the front sprocket 103 → the chain 104 → the rear sprocket 105. Is transmitted to the hub body. In this process, the battery-assisted bicycle synthesizes the motor output as auxiliary power and assists in running. In the present embodiment, a user's pedaling force is detected by a sensor which will be described later, and when the detected value exceeds a set value, the motor is activated to generate torque corresponding to the pedaling force as auxiliary power. The drive unit 1 including an assist motor is generally disposed in the vicinity of a connecting portion between the lower end portion of the seat tube of the frame and the rear end portion of the down tube of the frame, and is fixed to the frame by a bolt (not shown). The battery for driving the motor is arranged along the rear carrier, the down tube, or the seat tube.

図２は、本発明の第１の実施形態に係る駆動ユニット１の断面図である。図２では、クランク軸１０２、回転軸１２０ｃおよび回転軸１３４のそれぞれの軸線を通る図１に示す切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図を示している。本駆動ユニット１は、モータ（電動機）１２０と、第１接続部１３０と、第２接続部１６０と、駆動力伝達部１４０と、センサ１５０とを含んで構成される。   FIG. 2 is a sectional view of the drive unit 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along section line II-II shown in FIG. 1 passing through the axes of the crankshaft 102, the rotary shaft 120c, and the rotary shaft 134. The drive unit 1 includes a motor (electric motor) 120, a first connection unit 130, a second connection unit 160, a drive force transmission unit 140, and a sensor 150.

図２に示すように、本駆動ユニット１では、クランク軸１０２がケーシング１１１の貫通孔１１１ａに内挿されている。クランク軸１０２の軸方向の両端部は、ケーシング１１１からそれぞれ突出する。クランク軸１０２のスプロケット１０３とは反対側の端部は、第１軸受１１２を介してケーシング１１１に回転自在に支持されている。クランク軸１０２のスプロケット１０３側の端部は、第２軸受１１３、スプロケット１０３および第３軸受１１４を介してケーシング１１１に回転自在に支持されている。第２軸受１１３は、スプロケット１０３に支持され、スプロケット１０３は、第３軸受１１４に回転自在に支持されている。クランク軸１０２の軸方向の両端部には、図示しないクランクアーム１０１が着脱可能に取り付けられる。２つのクランクアーム１０１のうちの一方のクランクアーム１０１は、クランク軸１０２に着脱不能に構成されてもいてもよい。第１〜第３軸受は、たとえばラジアルベアリングによって実現される。   As shown in FIG. 2, in the present drive unit 1, the crankshaft 102 is inserted into the through hole 111 a of the casing 111. Both ends of the crankshaft 102 in the axial direction protrude from the casing 111, respectively. An end of the crankshaft 102 opposite to the sprocket 103 is rotatably supported by the casing 111 via a first bearing 112. The end of the crankshaft 102 on the sprocket 103 side is rotatably supported by the casing 111 via the second bearing 113, the sprocket 103, and the third bearing 114. The second bearing 113 is supported by the sprocket 103, and the sprocket 103 is rotatably supported by the third bearing 114. A crank arm 101 (not shown) is detachably attached to both axial ends of the crankshaft 102. One of the two crank arms 101 may be configured so as not to be detachable from the crankshaft 102. The first to third bearings are realized by, for example, radial bearings.

＜アシスト用モータの構成＞
モータ１２０は、その回転軸１２０ｃがクランク軸１０２と平行になるように配置される。モータ１２０の回転軸１２０ｃは、回転軸１２０ｃ方向に間隔を隔てて配置される第４軸受１２４ａ及び第５軸受１２４ｂにより回転自在に支持されている。回転軸１２０ｃはモータ１２０のロータ１２０aに固定されている。モータ１２０のステータ１２０ｂは、ロータ１２０aの外周に設けられ、ケーシング１１１に固定される。第４軸受１２４ａ、第５軸受１２４ｂは、それぞれ、ケーシング１１１に設けられる取付部１２２ａ、１２２ｂにより支持される。第４軸受１２４ａ、第５軸受１２４ｂは、たとえばラジアルベアリングによって実現される。 <Configuration of assist motor>
The motor 120 is arranged such that its rotating shaft 120 c is parallel to the crankshaft 102. The rotating shaft 120c of the motor 120 is rotatably supported by a fourth bearing 124a and a fifth bearing 124b that are arranged at an interval in the rotating shaft 120c direction. The rotating shaft 120c is fixed to the rotor 120a of the motor 120. The stator 120 b of the motor 120 is provided on the outer periphery of the rotor 120 a and is fixed to the casing 111. The fourth bearing 124a and the fifth bearing 124b are supported by mounting portions 122a and 122b provided in the casing 111, respectively. The fourth bearing 124a and the fifth bearing 124b are realized by, for example, radial bearings.

＜第１接続部の構成＞
モータ１２０の出力は、第１歯車１３１→第２歯車１３２→ワンウェイクラッチ１３３→回転軸１３４→第３歯車１３６を介して、駆動力伝達部１４０に伝達される。本発明の実施形態では、第1接続部１３０は、第１歯車１３１、第２歯車１３２、第１ワンウェイクラッチ１３３、回転軸１３４および第３歯車１３６を含んで構成される。回転軸１３４の回転軸線と、クランク軸１０２およびモータ１２０の回転軸１２０ｃの回転軸線とは、それぞれ平行に配置される。回転軸１３４の回転軸線は、クランク軸１０２およびモータ１２０の回転軸１２０ｃの回転軸線を含む平面から離反した位置に設けられる。これによってクランク軸１０２とモータ１２０の回転軸１２０ｃとをできるだけ近接して配置することができ、駆動ユニット１を小型に形成することができる。 <Configuration of first connecting portion>
The output of the motor 120 is transmitted to the driving force transmission unit 140 via the first gear 131 → the second gear 132 → the one-way clutch 133 → the rotating shaft 134 → the third gear 136. In the embodiment of the present invention, the first connection portion 130 includes a first gear 131, a second gear 132, a first one-way clutch 133, a rotating shaft 134, and a third gear 136. The rotation axis of the rotation shaft 134 and the rotation axis of the crank shaft 102 and the rotation shaft 120c of the motor 120 are arranged in parallel. The rotation axis of the rotation shaft 134 is provided at a position away from the plane including the rotation axis of the crankshaft 102 and the rotation shaft 120c of the motor 120. As a result, the crankshaft 102 and the rotating shaft 120c of the motor 120 can be arranged as close as possible, and the drive unit 1 can be made compact.

第１歯車１３１は、回転軸１２０ｃと固着している。これによって、第１歯車１３１は、回転軸１２０ｃと一体となって回転する。 The first gear 131 is fixed to the rotating shaft 120c . As a result, the first gear 131 rotates integrally with the rotation shaft 120c .

第２歯車１３２は、第１歯車１３１と噛み合っている。第２歯車１３２は、第１ワンウェイクラッチ１３３を介して、回転軸１３４周りに一方向に回転自在に支持されている。第１ワンウェイクラッチ１３３は、たとえば爪とラチェットとを備えるワンウェイクラッチによって実現される。第１ワンウェイクラッチ１３３は、第２歯車１３２の回転は回転軸１３４に伝達するが、回転軸１３４の回転は第２歯車１３２に伝達しないように設けられる。   The second gear 132 is in mesh with the first gear 131. The second gear 132 is supported by the first one-way clutch 133 so as to be rotatable in one direction around the rotation shaft 134. The first one-way clutch 133 is realized by a one-way clutch including, for example, a pawl and a ratchet. The first one-way clutch 133 is provided so that the rotation of the second gear 132 is transmitted to the rotation shaft 134 but the rotation of the rotation shaft 134 is not transmitted to the second gear 132.

回転軸１３４は、回転軸１３４方向に間隔を隔てて配置される第６軸受１３５ａ及び第７軸受１３５ｂにより回転自在に支持されている。第６軸受１３５ａ及び第７軸受１３５ｂは、ケーシング１１１に支持される。第６軸受１３５ａ及び第７軸受１３５ｂは、たとえばラジアルベアリングによって実現される。 The rotary shaft 134 is rotatably supported by a sixth bearing 135a and a seventh bearing 135b that are arranged at an interval in the direction of the rotary shaft 134. The sixth bearing 135a and the seventh bearing 135b are supported by the casing 111. The sixth bearing 135a and the seventh bearing 135b are realized by radial bearings, for example.

第３歯車１３６は、回転軸１３４と固着している。これによって、第３歯車１３６は、回転軸１３４と一体となって回転する。第３歯車１３６は、回転軸１３４と一体に形成されていてもよい。第３歯車１３６は、後述する駆動力伝達部１４０と噛み合っている。   The third gear 136 is fixed to the rotating shaft 134. As a result, the third gear 136 rotates together with the rotating shaft 134. The third gear 136 may be formed integrally with the rotation shaft 134. The third gear 136 meshes with a driving force transmission unit 140 described later.

ここで、第２歯車１３２の歯数は、第１歯車１３１の歯数より多く、駆動力伝達部１４０の歯数は、第３歯車１３６の歯数より多い。さらに、第２歯車１３２の歯数は、第３歯車１３６の歯数よりも多い。第１歯車１３１と第２歯車１３２が噛み合い、第３歯車１３６と駆動力伝達部１４０と噛み合うことにより、２段減速を実現している。このように、第１接続部は減速機構を有する。   Here, the number of teeth of the second gear 132 is greater than the number of teeth of the first gear 131, and the number of teeth of the driving force transmission unit 140 is greater than the number of teeth of the third gear 136. Further, the number of teeth of the second gear 132 is greater than the number of teeth of the third gear 136. The first gear 131 and the second gear 132 mesh with each other, and the third gear 136 and the driving force transmission unit 140 mesh with each other, thereby realizing a two-stage reduction. Thus, the 1st connection part has a speed-reduction mechanism.

＜第２接続部の構成＞
ユーザの踏力は、ペダル１００→クランクアーム１０１→クランク軸１０２→第２ワンウェイクラッチ１０２ａを介して、駆動力伝達部１４０に伝達される。本発明の実施形態では、第２接続部１６０は、第２ワンウェイクラッチ１０２ａとワンウェイクラッチ取付部１０２ｂを含んで構成される。ワンウェイクラッチ取付部１０２ｂは、クランク軸１０２と固着している。これによって、ワンウェイクラッチ取付部１０２ｂは、クランク軸１０２と一体となって回転する。第２ワンウェイクラッチ１０２ａは、ワンウェイクラッチ取付部１０２ｂの外周部に設けられる。第２ワンウェイクラッチ１０２ａは、たとえば爪とラチェットとを備えるワンウェイクラッチによって実現される。第２ワンウェイクラッチ１０２ａは、クランク軸１０２の回転は連結部１４２に伝達するが、連結部１４２の回転はクランク軸１０２に伝達しないように設けられる。 <Configuration of second connection portion>
The pedaling force of the user is transmitted to the driving force transmission unit 140 via the pedal 100 → the crank arm 101 → the crank shaft 102 → the second one-way clutch 102a. In the embodiment of the present invention, the second connection portion 160 includes a second one-way clutch 102a and a one-way clutch attachment portion 102b. The one-way clutch mounting portion 102b is fixed to the crankshaft 102. As a result, the one-way clutch mounting portion 102b rotates integrally with the crankshaft 102. The second one-way clutch 102a is provided on the outer periphery of the one-way clutch attachment portion 102b. The second one-way clutch 102a is realized by a one-way clutch provided with, for example, a pawl and a ratchet. The second one-way clutch 102 a is provided so that the rotation of the crankshaft 102 is transmitted to the connecting portion 142, but the rotation of the connecting portion 142 is not transmitted to the crankshaft 102.

＜駆動力伝達部の構成＞
駆動力伝達部１４０は、モータ１２０の出力及びクランク軸の回転力を合成した回転力をスプロケット１０３に伝達する。駆動力伝達部１４０は、スプロケット接続部１４１、連結部１４２、及び、センサ配置部１４３を備える。好ましくは、駆動力伝達部１４０は、クランク軸１０２を挿通する挿通孔１４４をさらに備えるとよい。ここでは、駆動力伝達部１４０は、筒状に形成される。駆動力伝達部１４０は、スプロケット接続部１４１およびセンサ配置部１４３を有する第１筒部１４０ａと、連結部１４２を形成する第２筒部１４０ｂと、第１筒部１４０ａおよび第２筒部１４０ｂを接続する接続部１４０ｃとを含む。第１筒部１４０ａ、第２筒部１４０ｂおよび接続部１４０ｃは、一体に形成される。 <Configuration of driving force transmission unit>
The driving force transmission unit 140 transmits the rotational force obtained by combining the output of the motor 120 and the rotational force of the crankshaft to the sprocket 103. The driving force transmission unit 140 includes a sprocket connection unit 141, a coupling unit 142, and a sensor arrangement unit 143. Preferably, the driving force transmission unit 140 may further include an insertion hole 144 through which the crankshaft 102 is inserted. Here, the driving force transmission part 140 is formed in a cylindrical shape. The driving force transmission part 140 includes a first cylinder part 140a having a sprocket connection part 141 and a sensor arrangement part 143, a second cylinder part 140b forming a connecting part 142, a first cylinder part 140a and a second cylinder part 140b. A connecting portion 140c to be connected. The 1st cylinder part 140a, the 2nd cylinder part 140b, and the connection part 140c are integrally formed.

スプロケット接続部１４１は、スプロケット１０３を連結可能である。スプロケット接続部１４１は、たとえば、セレーションまたはスプラインによって、スプロケット１０３を駆動力伝達部１４０に固着する。スプロケット１０３は、スプロケット接続部１４１に圧入されてもよい。駆動力伝達部１４０のスプロケット接続部１４１側の端部は、スプロケット１０３および第３軸受１１４を介してケーシング１１１に回転可能に支持されている。スプロケット１０３は、スプロケット接続部１４１に接続される基部１０３ａと、スプロケット本体１０３ｂとを備える。基部１０３ａは、筒状に形成され、内周部にスプロケット接続部１４１が接続される。また基部１０３ａの内周部に第２軸受１１３が支持され、外周部が第３軸受１１４に支持される。基部１０３ａは、ケーシング１１１から貫通孔１１１ａを介して外側に突出する。   The sprocket connecting portion 141 can connect the sprocket 103. The sprocket connecting portion 141 fixes the sprocket 103 to the driving force transmitting portion 140 by, for example, serration or spline. The sprocket 103 may be press-fitted into the sprocket connection portion 141. The end of the driving force transmission unit 140 on the sprocket connection unit 141 side is rotatably supported by the casing 111 via the sprocket 103 and the third bearing 114. The sprocket 103 includes a base portion 103a connected to the sprocket connection portion 141, and a sprocket body 103b. The base portion 103a is formed in a cylindrical shape, and the sprocket connection portion 141 is connected to the inner peripheral portion. The second bearing 113 is supported on the inner peripheral portion of the base portion 103a, and the outer peripheral portion is supported on the third bearing 114. The base 103a protrudes outward from the casing 111 through the through hole 111a.

スプロケット本体１０３ｂは、基部１０３ａのケーシングから外部に突出する端部から、径方向に延び外周部に歯が形成される。本実施形態では、基部１０３ａと、スプロケット本体１０３ｂとは一体に形成されているが、別体で構成されてもよい。本実施形態では、スプロケット本体１０３ｂの外周部は、基部１０３ａに結合されている基端部に対して、ケーシング１１１側にオフセットして設けられる。   The sprocket body 103b extends in a radial direction from an end portion of the base portion 103a that protrudes to the outside, and teeth are formed on the outer peripheral portion. In the present embodiment, the base 103a and the sprocket body 103b are integrally formed, but may be configured separately. In the present embodiment, the outer peripheral portion of the sprocket body 103b is provided offset to the casing 111 side with respect to the base end portion coupled to the base portion 103a.

連結部１４２は、第１接続部１３０と第２接続部１６０を連結する。つまり、連結部１４２は、第３歯車１３６と噛み合う歯車を有し、第２ワンウェイクラッチ１０２ａに接続する。後述するセンサ１５０が駆動力伝達部１４０に生じるねじれを検出しやすいように、連結部１４２は、好ましくは、クランク軸１０２方向に、スプロケット接続部１４１と離隔して設けられるとよい。   The connecting part 142 connects the first connecting part 130 and the second connecting part 160. That is, the connecting portion 142 has a gear that meshes with the third gear 136 and is connected to the second one-way clutch 102a. The connecting portion 142 is preferably provided away from the sprocket connecting portion 141 in the direction of the crankshaft 102 so that a sensor 150 to be described later can easily detect a twist generated in the driving force transmitting portion 140.

連結部１４２を形成する第２筒部１４０ｂは、第１筒部１４０ａよりも外径が大きな筒状に形成される。接続部１４０ｃは、第１筒部１４０ａのスプロケット接続部１４１とは反対側の端部から径方向外側に延びて、径方向の外周部が第２筒部１４０ｂに接続される。第２筒部１４０ｂは、接続部１４０ｃからスプロケット接続部１４１とは反対側に延びる。   The 2nd cylinder part 140b which forms the connection part 142 is formed in the cylinder shape whose outer diameter is larger than the 1st cylinder part 140a. The connecting portion 140c extends radially outward from the end of the first tubular portion 140a opposite to the sprocket connecting portion 141, and the radially outer peripheral portion is connected to the second tubular portion 140b. The second cylinder portion 140b extends from the connection portion 140c to the side opposite to the sprocket connection portion 141.

連結部１４２の外周部に第３歯車１３６が接続され、内周部に第２ワンウェイクラッチ１０２ａが接続される。第３歯車１３６と第２ワンウェイクラッチ１０２ａとは、クランク軸１０２に垂直な方向で、少なくとも一部が重なるように設けられる。   The third gear 136 is connected to the outer peripheral portion of the connecting portion 142, and the second one-way clutch 102a is connected to the inner peripheral portion. The third gear 136 and the second one-way clutch 102a are provided so as to overlap at least partially in a direction perpendicular to the crankshaft 102.

第１筒部１４０ａのスプロケット接続部１４１とは反対側の端部は、第８軸受１１５を介してクランク軸１０２に回転可能に支持されている。第８軸受１１５は、接続部１４０ｃとクランク軸１０２との間に配置されている。第８軸受１１５は、たとえばラジアルベアリングによって実現される。   The end portion of the first tube portion 140a opposite to the sprocket connection portion 141 is rotatably supported by the crankshaft 102 via the eighth bearing 115. The eighth bearing 115 is disposed between the connecting portion 140c and the crankshaft 102. The eighth bearing 115 is realized by, for example, a radial bearing.

センサ配置部１４３には、少なくともセンサ１５０の一部が設けられる。センサ１５０は、磁歪素子１５１と、検出コイル１５２とを含んで構成される。センサ配置部１４３は、スプロケット接続部１４１と連結部１４２との間に配置される。さらに、好ましくは、センサ配置部１４３は、第１筒部１４０ａの外周部に設けられるとよい。センサ配置部１４３には、たとえば、磁歪センサの一部である磁歪素子１５１が設けられる。図２に示されるように、センサ配置部１４３に磁歪素子１５１が設けられる場合、第１筒部１４０ａの外周側には、磁歪素子１５１の捩れを検出するためのコイル１５２が設けられる。この場合、磁歪素子１５１とコイル１５２によって、第１筒部１４０ａの捻れを検出するセンサ１５０（磁歪センサ）を形成する。検出コイル１５２は、この検出コイル１５２を保持するコイル保持部材（図示せず）に設けられる。コイル保持部材は、ケーシング１１１に固定されている。第１筒部１４０ａの捻れは、第１筒部１４０ａに生じるトルクに対応する。   The sensor placement unit 143 is provided with at least a part of the sensor 150. The sensor 150 includes a magnetostrictive element 151 and a detection coil 152. The sensor arrangement part 143 is arranged between the sprocket connection part 141 and the coupling part 142. Furthermore, preferably, the sensor placement portion 143 may be provided on the outer peripheral portion of the first tube portion 140a. For example, the sensor placement unit 143 is provided with a magnetostrictive element 151 which is a part of the magnetostrictive sensor. As shown in FIG. 2, when the magnetostrictive element 151 is provided in the sensor placement portion 143, a coil 152 for detecting the twist of the magnetostrictive element 151 is provided on the outer peripheral side of the first tube portion 140a. In this case, the magnetostrictive element 151 and the coil 152 form a sensor 150 (magnetostrictive sensor) that detects torsion of the first cylindrical portion 140a. The detection coil 152 is provided on a coil holding member (not shown) that holds the detection coil 152. The coil holding member is fixed to the casing 111. The twist of the 1st cylinder part 140a respond | corresponds to the torque which arises in the 1st cylinder part 140a.

なお、図２に示したセンサ１５０の例は、あくまでも一例であり、センサ１５０の代わりに歪ゲージ、半導体歪センサがセンサ配置部１４３に設けられてもよい。歪ゲージ、半導体歪センサなどをセンサ配置部１４３に設ける場合には、たとえばセンサ配置部１４３にさらに歪ゲージ、半導体歪センサなどからの信号を無線で送信する送信機を設けて、無線によってその信号またはその信号に基づく情報を外部に出力する。またセンサ１５０の代わりに、光を用いてセンサ配置部１４３の歪みを検出する光学式センサを設けてもよい。   The example of the sensor 150 illustrated in FIG. 2 is merely an example, and a strain gauge and a semiconductor strain sensor may be provided in the sensor placement unit 143 instead of the sensor 150. When a strain gauge, a semiconductor strain sensor, or the like is provided in the sensor placement unit 143, for example, a transmitter that wirelessly transmits a signal from the strain gauge, the semiconductor strain sensor, or the like is provided in the sensor placement unit 143, and the signal is transmitted wirelessly. Alternatively, information based on the signal is output to the outside. Further, instead of the sensor 150, an optical sensor that detects the distortion of the sensor placement unit 143 using light may be provided.

＜モータ制御部の構成＞
図３は、駆動ユニット１を含む電動補助自転車の電動電気的な構成を示すブロック図である。電動補助自転車は、駆動ユニット１、制御部１１、インバータ部１２、速度センサ部１３、変速部１４および変速操作部１５を含んで構成される。制御部１１、インバータ部１２は、駆動ユニット１に含まれていても良い。また制御部１１およびインバータ部１２の少なくとも一方は、駆動ユニット１のケーシング１１１の内部または外周部に設けられてもよい。 <Configuration of motor controller>
FIG. 3 is a block diagram showing an electro-electric configuration of the battery-assisted bicycle including the drive unit 1. The battery-assisted bicycle includes a drive unit 1, a control unit 11, an inverter unit 12, a speed sensor unit 13, a transmission unit 14, and a transmission operation unit 15. The control unit 11 and the inverter unit 12 may be included in the drive unit 1. Further, at least one of the control unit 11 and the inverter unit 12 may be provided in the casing 111 of the drive unit 1 or in the outer peripheral portion.

モータ１２０は、たとえば３相ブラシレスＤＣモータによって実現され、インバータ部１２によって駆動される。インバータ部１２は、制御部１１の指令に基づいて、スイッチング制御によって直流を３相交流に変換する。速度センサ部１３は、自転車の走行速度を検出する。速度センサ部１３は、たとえば自転車の車輪に取り付けられる磁石と、フレームに取り付けられる磁石検出用センサとを含んで構成される。   Motor 120 is realized by, for example, a three-phase brushless DC motor, and is driven by inverter unit 12. The inverter unit 12 converts direct current into three-phase alternating current by switching control based on a command from the control unit 11. The speed sensor unit 13 detects the traveling speed of the bicycle. The speed sensor unit 13 includes, for example, a magnet attached to a bicycle wheel and a magnet detection sensor attached to the frame.

制御部１１は、踏力および自転車の速度に応じて、インバータ部１２を制御する。ここで、前述するセンサ１５０は、モータ１２０の出力及びクランク軸の回転力を合成した回転力を検出する。制御部１１は、たとえば演算処理装置（ＣＰＵ）と、所定のプログラムが記録されたメモリとを含んで構成されている。制御部１１は、モータ１２０を駆動するためにインバータ部１２に出力する指令と、この指令に応じてモータ１２０が出力するトルクとの相関情報を有している。相関情報は、テーブルのようなもので表されてもよいし、関係式によって表されてもよい。このため制御部１１は、モータ１２０の出力トルクを把握することができる。したがって制御部１１は、センサ１５０が検出したモータ１２０の出力及びクランク軸の回転力を合成した回転力と、モータ１２０の出力トルクとに基づいて、踏力のみを算出することができる。これにより、制御部１１は、踏力に応じて、モータ１２０を制御することができる。制御部１１は、モータ１２０に流れる電流を計測してモータ１２０の駆動力を推定してもよい。   The control unit 11 controls the inverter unit 12 according to the pedal effort and the speed of the bicycle. Here, the sensor 150 described above detects a rotational force obtained by combining the output of the motor 120 and the rotational force of the crankshaft. The controller 11 includes, for example, an arithmetic processing unit (CPU) and a memory in which a predetermined program is recorded. The control unit 11 has correlation information between a command output to the inverter unit 12 to drive the motor 120 and a torque output by the motor 120 in response to the command. The correlation information may be represented by a table or a relational expression. For this reason, the control unit 11 can grasp the output torque of the motor 120. Therefore, the control unit 11 can calculate only the pedaling force based on the rotational force obtained by combining the output of the motor 120 and the rotational force of the crankshaft detected by the sensor 150 and the output torque of the motor 120. Thereby, the control part 11 can control the motor 120 according to a pedal effort. The control unit 11 may estimate the driving force of the motor 120 by measuring the current flowing through the motor 120.

変速部１４は、電動アクチュエータおよび変速機を含んで構成される。変速機は、内装変速機、外装変速機のいずれであっても良い。電動アクチュエータは、制御部１１からの指令に応じて変速機を動作させる。   The transmission unit 14 includes an electric actuator and a transmission. The transmission may be either an internal transmission or an external transmission. The electric actuator operates the transmission according to a command from the control unit 11.

変速操作部１５は、スイッチを含んで構成され、変速の切換指示を制御部１１に与える。制御部１１は、マニュアル変速モードおよびオートマチック変速モードを有する。マニュアル変速モードでは、制御部１１は変速操作部１５からの変速の切換指令に応じて、変速部１４を制御する。オートマチック変速モードでは、制御部１１は、速度センサ部１３およびセンサ１５０の少なくとも一方の検出に応じて、変速部１４を制御する。本実施形態では、変速機を電動で制御しているが、通常のワイヤで変速操作部の操作に応じて機械的に変速機を制御する構成としてもよい。また本実施形態では、変速機を備えているが、変速機を備えない構成であってもよい。   The shift operation unit 15 is configured to include a switch, and gives a shift switching instruction to the control unit 11. The control unit 11 has a manual transmission mode and an automatic transmission mode. In the manual shift mode, the control unit 11 controls the shift unit 14 in response to a shift switching command from the shift operation unit 15. In the automatic transmission mode, the control unit 11 controls the transmission unit 14 in response to detection of at least one of the speed sensor unit 13 and the sensor 150. In the present embodiment, the transmission is controlled electrically. However, the transmission may be mechanically controlled by a normal wire in accordance with the operation of the shift operation unit. In this embodiment, a transmission is provided, but a configuration without a transmission may be employed.

＜第１の実施形態の効果＞
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の駆動ユニットでは、連結部１４２においてモータ１２０の出力及びクランク軸の回転力を合成した回転力が得られる。そして、その回転力によって生じた筒部１４０ａの捻れは、スプロケット接続部１４１と連結部１４２との間に配置されるセンサ１５０によって検出される。したがって、本実施形態の駆動ユニットは、踏力とモータの出力を合成した回転力を検出することができる。 <Effect of the first embodiment>
Next, the effect of this embodiment will be described. In the drive unit of the present embodiment, a rotational force obtained by combining the output of the motor 120 and the rotational force of the crankshaft is obtained at the connecting portion 142. Then, the twist of the cylindrical portion 140 a caused by the rotational force is detected by the sensor 150 disposed between the sprocket connecting portion 141 and the connecting portion 142. Therefore, the drive unit of the present embodiment can detect a rotational force obtained by combining the pedaling force and the output of the motor.

たとえば電動マニュアル変速機もしくはオート変速機を搭載している自転車であって、後輪に内装変速機を使用している自転車の場合、内装変速機に掛かっているトルクが小さいときに変速するのが望ましい。本実施形態では、センサ１５０によって踏力とモータの出力を合成した回転力を検出することができるので、内装変速機に掛かっている力を検出することができるようになり、この検出結果を用いれば、内装変速機に与えられるトルクが小さい範囲で変速を行う制御が可能となり、変速をスムーズに行うことが可能になる。   For example, in the case of a bicycle equipped with an electric manual transmission or an automatic transmission and using an internal transmission for the rear wheel, shifting is performed when the torque applied to the internal transmission is small. desirable. In this embodiment, the sensor 150 can detect the rotational force obtained by combining the pedaling force and the output of the motor. Therefore, the force applied to the internal transmission can be detected. If this detection result is used, As a result, it is possible to perform a shift control within a range in which the torque applied to the internal transmission is small, and the shift can be performed smoothly.

＜変形例＞
本実施形態では、第１接続部として４つの歯車から構成される減速機構を例示しているが、２つ、もしくは、６つ以上の歯車を用いて、減速機構を実現してもよい。また、モータ１２０が低速に駆動することが可能なのであれば、減速機構は省略されてもよい。その場合、モータ出力が、ワンウェイクラッチ１３３を経由して駆動力伝達部１４０に伝達される。 <Modification>
In the present embodiment, a speed reduction mechanism including four gears is illustrated as the first connection portion, but the speed reduction mechanism may be realized using two, or six or more gears. Further, if the motor 120 can be driven at a low speed, the speed reduction mechanism may be omitted. In that case, the motor output is transmitted to the driving force transmission unit 140 via the one-way clutch 133.

１ 駆動ユニット
１０１ クランクアーム
１０２ クランク軸
１０３ スプロケット
１０４ チェーン
１０５ リアスプロケット
１１１ ケーシング
１２０ モータ
１３１ 第１歯車
１３２ 第２歯車
１３６ 第３歯車
１４０ 駆動力伝達部
１４１ スプロケット接続部
１４２ 連結部
１４３ センサ配置部
１５１ 磁歪素子
１５２ コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive unit 101 Crank arm 102 Crankshaft 103 Sprocket 104 Chain 105 Rear sprocket 111 Casing 120 Motor 131 1st gear 132 2nd gear 136 3rd gear 140 Driving force transmission part 141 Sprocket connection part 142 Connection part 143 Sensor arrangement part 151 Magnetostriction Element 152 Coil

Claims (12)

モータと、
クランク軸と、
前記モータからの出力を伝達する第１接続部と、
前記クランク軸からの踏力を伝達する第２接続部と、
スプロケットを連結可能なスプロケット接続部、少なくともセンサの一部が設けられるセンサ配置部および前記第１接続部と前記第２接続部とが連結される連結部を有する駆動力伝達部と、を備え、
前記センサ配置部が前記スプロケット接続部と前記連結部との間に配置され、
前記モータの回転軸と前記クランク軸とが平行に配置され、
前記モータの回転軸の駆動方向と前記クランク軸の回転軸の駆動方向とが同じであることを特徴とする、自転車の駆動ユニット。 A motor,
A crankshaft,
A first connection for transmitting output from the motor;
A second connecting portion for transmitting a pedaling force from the crankshaft;
A sprocket connecting portion capable of connecting the sprocket, a sensor placement portion provided with at least a part of the sensor, and a driving force transmitting portion having a connecting portion to which the first connecting portion and the second connecting portion are connected,
The sensor placement portion is disposed between the sprocket connection portion and the coupling portion;
The rotating shaft of the motor and the crankshaft are arranged in parallel,
The bicycle drive unit, wherein a drive direction of the rotation shaft of the motor is the same as a drive direction of the rotation shaft of the crankshaft . 前記駆動力伝達部は、前記クランク軸を挿通する筒部を含む、請求項１に記載の自転車の駆動ユニット。   The bicycle driving unit according to claim 1, wherein the driving force transmitting portion includes a cylindrical portion through which the crankshaft is inserted. 前記センサ配置部は、前記筒部の外側に設けられ、
前記センサは、前記筒部の捩れを検出することを特徴とする、請求項２に記載の自転車の駆動ユニット。 The sensor arrangement part is provided outside the cylinder part,
The bicycle driving unit according to claim 2, wherein the sensor detects torsion of the cylindrical portion. 前記第１接続部は、第１ワンウェイクラッチを含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載の自転車の駆動ユニット。   The bicycle drive unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the first connection portion includes a first one-way clutch. 前記第２接続部は、第２ワンウェイクラッチを含む、請求項１〜４のいずれか１つに記載の自転車の駆動ユニット。   The bicycle drive unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the second connection portion includes a second one-way clutch. 前記第１接続部は、減速機構を有する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の自転車の駆動ユニット。   The bicycle drive unit according to any one of claims 1 to 5, wherein the first connection portion includes a speed reduction mechanism. 前記減速機構は、前記モータの出力軸に接続された歯車と噛み合う第１ギアと、前記駆動力伝達部と噛み合う第２ギアをさらに含み、
前記第１ギアと前記第２ギアとの間の経路に前記第１ワンウェイクラッチが設けられる、請求項４に係る請求項６に記載の自転車の駆動ユニット。 The speed reduction mechanism further includes a first gear that meshes with a gear connected to the output shaft of the motor, and a second gear that meshes with the driving force transmission unit,
The bicycle drive unit according to claim 6, wherein the first one-way clutch is provided in a path between the first gear and the second gear. 前記センサは磁歪素子を含む、請求項３に記載の自転車の駆動ユニット。   The bicycle drive unit according to claim 3, wherein the sensor includes a magnetostrictive element. 前記モータをさらに備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の自転車の駆動ユニット。   The bicycle drive unit according to any one of claims 1 to 8, further comprising the motor. 前記スプロケット接続部に連結される、スプロケットをさらに備える、請求項１〜９のいずれか１つに記載の自転車の駆動ユニット。   The bicycle drive unit according to any one of claims 1 to 9, further comprising a sprocket coupled to the sprocket connection. 前記クランク軸をさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の自転車の駆動ユニット。   The bicycle drive unit according to any one of claims 1 to 10, further comprising the crankshaft. 前記センサの検出結果に応じて、前記モータを制御する制御部をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の自転車の駆動ユニット。   The bicycle drive unit according to any one of claims 1 to 11, further comprising a control unit that controls the motor in accordance with a detection result of the sensor.
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