JPH06506891A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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〔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 電動モーターは、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（ドイツ連邦共和間 第Ａー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　一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イールによって、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。この様な電流か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、共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ビサイ 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イ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ビ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はエビ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ビ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はベベル歯車対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。

〔発明を達成する最良の態様〕

［Ｊｌ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ｌ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イール（図示しない）もまたハ ブｌに装着される。

本発明によれば、軸線か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イール機構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１ ３．１４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１５．１ ６は、好ましくは、ハブｌのケーシングの同し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つのフリーホイール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ビニオン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 、車両を前進させる様に車輪は常に一定方向に回転する。

したかって、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ラチ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１ ３）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、敷居値を通 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、エビサイクロイドギヤ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２ｏ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。エビサイクロイドギヤ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はフリーホイール 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に保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、最大減速比はエビ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 ビ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 エビ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 リーホイール機構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１ ５と係合している同フリーホイ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、フリーホイール機構９．１０と同フリーホイ 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Ｉ３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。

ＦＪＧ、１ ＦＩＧ、２　Ｙ 国際調査報告　ｐｒｙｚｔｐ　Ｑ２１０ＩＦ１２４ｏｒｒｔｒｏ　Ｑ７／ｎｌＲ ７４ フロントページの続き （８１）指定回　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、　ＭＲ， ＳＮ、　ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　 ＣＨ，Ｃ３゜ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、 　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＰＬ、　ＲＯ，ＲＵ、Ｓ Ｄ、　ＳＥ、　ＵＳ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．車両用、特に自転重用のモーター付き車輪であって、車輪の軸Ｘ上に回転自 在に装着された中心ハブ（１）と、機械的な変速ギヤとを具備し、前記中心ハブ （１）の内部には電動モーター（４）が軸Ｘに対して固定されて装着され、前記 変速ギヤは２つの異なった変速比でモーター（４）の回転をハブ（１）に伝達す ることができ、車輪の軸Ｘに対して直角である軸線Ｙを有するモーター（４）の 軸が、モーター（４）のケーシングに対して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）が駆動軸の回転を、少なくとも１つの クラウン歯車（１５、１６）に伝達し、該クラウン歯車（１５、１６）はそれぞ れ駆動軸の決められた回転方向で作用するフリーホイール機構（９、１０）によ ってハブ（１）と一体化されていることを特徴とするモーター付き車輪。
2. ２．前記部分（７、８）の各々に、それぞれフリーホイール機構（９、１０）を 介して、それぞれピニオン（１３、１４）が、結合されていて、前記それぞれの ピニオン（１３、１４）がそれぞれクラウン歯車（１５、１６）と噛み合ってい ることを特徴とする前記請求項１に記載のモーター付き車輪。
3. 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. 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. 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）が前記フリーホイール機構（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. 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 ２５；１４と２３）を備え、該ベベル歯車対（１３と２５；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. ７．前記フリーホイール（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）の間にフリーホイ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. ８．それぞれのフリーホイール（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. 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. 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. 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９のいずれか１項 に記載のモーター付き車輪。
12. 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。