JP6453127B2 - 自転車のドライブユニット - Google Patents
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Description
本発明の目的は、変速性能を向上させることができる自転車のドライブユニットを提供することにある。
〔3〕前記自転車のドライブユニットによれば、前記変速機構は、遊星歯車機構を備える。
〔8〕前記自転車のドライブユニットによれば、前記連結部は、前記支持部材の回転軸まわりに複数設けられる。
〔11〕前記自転車のドライブユニットによれば、前記伝達体は、前記支持部材と一体的に回転するサンギアを備え、前記出力体は、前記サンギアのまわりに前記サンギアと同軸に配置されるリングギアを備え、前記入力体は、前記サンギアと前記リングギアとの間に配置される複数のプラネタリギアを一体的に回転させるキャリアを備える。
〔13〕前記自転車のドライブユニットによれば、前記変速機構は、制御対象回転体を含む複数の回転体を備え、前記切替機構は、前記制御対象回転体、または前記制御対象回転体に対向する対向部に設けられ、前記制御対象回転体の少なくとも一方向への回転を規制する突出位置と、前記制御対象回転体の回転を規制しない退避位置とに移動可能な連結部と、前記アシストモータの回転力を用いて、前記連結部を前記突出位置から前記退避位置に移動させる制御部とを含む。
〔15〕前記自転車のドライブユニットによれば、前記連結部は、前記制御対象回転体の回転軸まわりに複数設けられる。
〔19〕前記自転車のドライブユニットによれば、前記連結部は、爪部材を有する。
〔21〕前記自転車のドライブユニットによれば、前記入力回転軸は、人力駆動力が入力されるクランク軸である。
〔23〕前記自転車のドライブユニットによれば、前記変速機構は、前記入力回転軸と一体に回転可能な第1回転体と、前記入力回転軸に対して位置が変わらない軸芯まわりに回転可能であり、前記第1回転体の回転が伝達される第2回転体と、前記第2回転体と一体に回転可能な第3回転体と、前記第3回転体の回転力が伝達され、前記出力部と一体に回転可能な第4回転体とを備え、前記切替機構は、前記第2回転体および前記第3回転体の一方に対向する対向部に設けられ、前記第2回転体および前記第3回転体の一方の少なくとも一方向への回転を規制する突出位置と、前記第2回転体および前記第3回転体の一方の回転を規制しない退避位置とに移動可能な連結部と、前記アシストモータの回転力を用いて、前記連結部を前記突出位置から前記退避位置に移動させる制御部とを含む。
図1〜11を参照して、第1実施形態の自転車のドライブユニットについて説明する。
図1に示されるように、ドライブユニット10は、クランク軸である入力回転軸12、回転が出力される出力部14、ハウジング16、入力回転軸12から入力された回転を出力部14に出力可能な変速機構18、切替機構20、アシスト機構22、制御部24、および、トルクセンサ78を備えている。
第2伝達ギア34は、外歯車である。第2伝達ギア34は、変速軸26にベアリング等を介して回転可能に支持される。第1伝達ギア32の外歯車と第2伝達ギア34の外歯車とは互いに噛み合わせられている。このため、入力回転軸12の回転は、第1伝達ギア32を介して第2伝達ギア34に伝達される。
図6および図7に示されるように、カム60の回転位相が、カム面60Aのうちの第1平面部60Cと連結体62の操作片62Bとが接触する位相にあるとき、連結体62を介して環状部材56がリングギア42側の位置に維持される。このとき、環状部材56の溝56Bは、爪部材54から離れている。このため、爪部材54は、ハウジング16の対向部16Aに形成される溝16Cに向かって突出する突出位置に維持される。このため、爪部材54は、ハウジング16に対する相対回転が不能となる。爪部材54は、保持部材44を介して変速軸26に相対回転不能に支持されている。このため、爪部材54は、変速軸26およびサンギア36(図1参照)の一方向への回転を規制する。
爪部材54が突出位置にあるとき、サンギア36は、ハウジング16に対する相対回転が規制されている。このため、キャリア40に回転が入力されたとき、プラネタリギア38は、サンギア36のまわりを公転しながらサンギア36から生じる反力によって公転方向と同じ方向に自転する。プラネタリギア38の自転により、リングギア42がプラネタリギア38の回転方向に押され、リングギア42がキャリア40と同方向に回転する。このとき、キャリア40に入力された回転は、増速されてリングギア42から出力される。
アシストモータ66は、入力回転軸12の径方向の外側に配置される。アシストモータ66は、入力回転軸12から出力部14までの動力伝達経路に連結される。アシストモータ66の出力軸66Aは、入力回転軸12と平行に配置されている。
第1減速ギア70は、円筒形状を有する。第1減速ギア70は、アシストモータ66の出力軸66Aと接続されているこのため、第1減速ギア70にアシストモータ66の回転が入力される。
第2減速ギア72は、第3減速ギア76と接続されている。第2減速ギア72の一方向の回転は、第3減速ギア76に伝達される。第3減速ギア76の軸方向の両端は、ハウジング16にベアリング等を介して回転可能に支持されている。
アシストモータ66は、リングギア42に連結される。切替機構20の少なくとも一部は、アシストモータ66と出力部14との間の伝達経路に連結される。このため、アシストモータ66が駆動されている場合、環状部材56に伝達されるトルクは、アシストモータ66のトルクが加えられている。このため、制御部52は、人力駆動力およびアシストモータ66の回転力を用いて、連結部50の爪部材54を突出位置から退避位置に移動させる。すなわち、切替機構20は、アシストモータ66の回転力を用いて、変速機構18の変速状態を切り替え可能である。またアシストモータ66が駆動されていない場合には、制御部52は人力駆動力のみを用いて連結部50の爪部材54を突出位置から退避位置に移動させることができる。
(1)切替機構20は、アシストモータ66の回転力を用いて、変速機構18の変速状態を切り替え可能である。このため、アシストモータ66が変速機構18よりも下流に連結される場合と比較して、変速性能を向上できる。
図14および図15を参照して、第2実施形態の自転車のドライブユニットについて説明する。なお、第1実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
変速機構80は、変速軸84、伝達体86、第1回転体88、第2回転体90、第3回転体92、および、第4回転体94を備えている。
連結部50は、変速軸84の外周に設けられる。連結部50は、変速軸84と第3回転体92とを連結可能である。連結部50は、変速軸84から第3回転体92の内周に向かって突出可能な爪部材54を備えている。
ワンウェイクラッチ96は、ローラクラッチである。ワンウェイクラッチ96は、入力回転軸12の一方向の回転速度が出力部14の一方向の回転速度以上のときに入力回転軸12と出力部14とを一体的に回転させる。ワンウェイクラッチ96は、入力回転軸12の一方向の回転速度が出力部14の一方向の回転速度未満のときに、入力回転軸12と出力部14との相対回転を許容する。なお、一方向の回転は、自転車(図示略)が前進するときの入力回転軸12の回転方向に相当する。
(1)切替機構82は、アシストモータ66の回転力を用いて、変速機構80の変速状態を切り替え可能である。このため、アシストモータ66が変速機構80よりも下流に連結される場合と比較して、変速性能を向上できる。
自転車のドライブユニットが取り得る具体的な形態は、上記実施形態に例示された形態に限定されない。自転車のドライブユニットは、上記実施形態とは異なる各種の形態を取り得る。以下に示される上記実施形態の変形例は、自転車のドライブユニットが取り得る各種の形態の一例である。
(A)入力体であるリングギアに入力回転軸12の回転が入力され、出力体であるキャリアの回転が出力部14に出力され、制御対象回転体であり伝達体であるサンギアの回転が切替機構により制御される。
・第1および第2実施形態のドライブユニット10に、出力部14の逆転を防止するワンウェイクラッチを設けることもできる。ワンウェイクラッチは、例えば、入力回転軸12と伝達体(サンギア36)との間に設けられる。
・第1および第2実施形態のドライブユニット10をクランク軸の径方向外側に設けることもできる。この場合、クランク軸の回転を入力回転軸に入力する伝達機構が設けられる。
12 入力回転軸(クランク軸)
14 出力部
14A 取付部
16A 対向部
16C 溝
18 変速機構
20 切替機構
26 変速軸(制御対象回転体、支持部材)
30 遊星歯車機構
36 サンギア(伝達体)
38 プラネタリギア
40 キャリア(回転体)
42 リングギア(出力体、他の1つの回転体)
48 ワンウェイクラッチ(ローラクラッチ)
50 連結部
52 制御部
54 爪部材
56 環状部材
56B 溝
60 カム
64 アクチュエータ
66 アシストモータ
80 変速機構
82 切替機構
84 変速軸
86 伝達体
88 第1回転体
90 第2回転体
92 第3回転体(制御対象回転体)
92B 溝
94 第4回転体
94A ギア
96 ワンウェイクラッチ
Claims (25)
- 入力回転軸と、
出力部と、
少なくとも2つの変速ステージ、および、前記変速ステージの切り替えに関連する所定の回転体を有し、前記入力回転軸から入力された回転を変速して、前記出力部に出力可能な変速機構と、
前記入力回転軸から前記出力部までの動力伝達経路に連結され、人力駆動力に応じて駆動されるアシストモータと、
前記動力伝達経路を介して伝達される前記アシストモータの回転を用い、前記所定の回転体の回転に関する規制の状態を切り替えることによって、前記変速機構の変速状態を切り替え可能な切替機構と、
前記入力回転軸、前記出力部、前記変速機構、前記アシストモータ、および、前記切替機構が設けられるハウジングと、を備える自転車のドライブユニット。 - 前記切替機構は、前記所定の回転体の回転を規制する規制状態と、前記所定の回転体の回転を規制しない非規制状態とを取り得る連結部と、前記動力伝達経路を介して伝達される前記アシストモータの回転によって、前記連結部の状態を切り替える制御部とを備える、請求項1に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記連結部は、前記所定の回転体と一体に回転する部材または前記所定の回転体に結合することによって前記規制状態を形成し、前記所定の回転体と一体に回転する部材または前記所定の回転体に結合しないことによって前記非規制状態を形成する、請求項2に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記連結部は、前記所定の回転体と一体に回転する部材または前記所定の回転体に結合する突出位置と、前記所定の回転体と一体に回転する部材および前記所定の回転体に結合しない退避位置とに移動可能である、請求項2または3に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記制御部は、前記動力伝達経路を介して伝達される前記アシストモータの回転によって、前記連結部を前記退避位置に移動させる、請求項4に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記制御部は、前記連結部を押さえつけることによって、前記連結部を前記退避位置に移動させる、請求項4または5に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記制御部は、前記動力伝達経路を介して前記アシストモータの回転が伝達され、前記入力回転軸の中心軸心に沿う方向に移動可能な環状部材を含み、
前記環状部材は、前記連結部と接触する位置では前記連結部を前記退避位置に保持する、請求項4〜6のいずれか一項に記載の自転車のドライブユニット。 - 前記環状部材は、前記連結部と対向する部分に設けられ、周方向の一方に向かうにつれて径方向に浅くなる溝を備える、請求項7に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記環状部材は、前記連結部を径方向内側に押さえつける、請求項8に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記制御部は、前記環状部材が前記連結部に接触する位置と、前記環状部材が前記連結部に接触しない位置とを切り替える位置切替機構をさらに含む、請求項7〜9のいずれか一項に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記位置切替機構は、前記環状部材を前記入力回転軸の中心軸心に沿う方向に移動させるカムと、前記カムを駆動するアクチュエータとを含む、請求項10に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記連結部は、前記所定の回転体の回転中心軸心まわりに複数設けられる、請求項2〜11のいずれか一項に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記連結部は、爪部材を有する、請求項2〜12のいずれか一項に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記切替機構の少なくとも一部は、前記アシストモータと前記出力部との間の伝達経路に連結される、請求項1〜13のいずれか一項に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記変速機構は、遊星歯車機構を備え、
前記遊星歯車機構は、伝達体を備え、
前記所定の回転体は、前記伝達体を含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載のドライブユニット。 - 前記遊星歯車機構は、支持部材に回転可能に支持され、前記入力回転軸の回転が入力される入力体と、前記支持部材に回転可能に支持され、回転を外部に出力する出力体とをさらに備える、請求項15に記載のドライブユニット。
- 前記切替機構は、前記入力体と前記出力体との間に設けられるワンウェイクラッチをさらに備える、請求項16に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記ワンウェイクラッチは、前記入力体の一方向の回転速度が前記出力体の一方向の回転速度以上のときに前記入力体と前記出力体とを一体的に回転させ、前記入力体の一方向の回転速度が前記出力体の一方向の回転速度未満のときに前記入力体と前記出力体との相対回転を許容する、請求項17に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記アシストモータは、前記出力体または前記動力伝達経路における前記出力体よりも上流側に連結される、請求項16〜18のいずれか一項に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記伝達体は、前記支持部材と一体的に回転するサンギアを含み、
前記出力体は、前記サンギアのまわりに前記サンギアと同軸に配置されるリングギアを含み、
前記入力体は、前記サンギアと前記リングギアとの間に配置される複数のプラネタリギアを一体的に回転させるキャリアを含む、請求項16〜19のいずれか一項に記載の自転車のドライブユニット。 - 前記変速機構は、複数の回転体を備え、
前記複数の回転体は、制御対象回転体を含み、
前記所定の回転体は、前記制御対象回転体を含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載のドライブユニット。 - 前記アシストモータは、前記複数の回転体のうちの前記制御対象回転体を除く他の1つの回転体、または、前記動力伝達経路における前記他の1つの回転体よりも上流側に連結される、請求項21に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記変速機構は、前記入力回転軸と一体に回転可能な第1回転体と、前記入力回転軸に対して位置が変わらない軸芯まわりに回転可能であり、前記第1回転体の回転が伝達される第2回転体と、前記第2回転体と一体に回転可能な第3回転体と、前記第3回転体の回転力が伝達され、前記出力部と一体に回転可能な第4回転体とを備え、
前記所定の回転体は、前記第2回転体および前記第3回転体の一方を含む,請求項1〜14のいずれか一項に記載のドライブユニット。 - 前記入力回転軸は、人力駆動力が入力されるクランク軸を含む、請求項1〜23のいずれか一項に記載の自転車のドライブユニット。
- 前記アシストモータは、前記クランク軸の径方向の外側に配置される、請求項24に記載の自転車のドライブユニット。
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