JPH08317595A - パワーアシストユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で軽量なパワーアシストユニットを提供
する。 【構成】 遊星腕（７ａ）と、遊星腕に取り付けられた
遊星歯車（７ｂ）と、衛星歯車と噛合する第１および第
２外歯車（５ａ、６ａ）とからなる遊星歯車列と、第１
外歯車を駆動する第１駆動源（１）と、第２外歯車に連
結された負荷（８）と、負荷を直接駆動する第２駆動源
（４ｆ）と、遊星腕を付勢する弾性部材（１１）と、遊
星腕の回転量を検出する回転量検出手段（図示せず）と
を具備し、回転量検出手段が検出した遊星腕の回転量に
応じて、第２駆動源の駆動量を制御することにより、第
１駆動源の駆動力を第２駆動源がアシストする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自転車等の電気車
両に最適なパワーアシストユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のパワーアシストユニット
では、内歯車による遊星歯車列を用いるのが一般的であ
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、内歯車
による遊星歯車列は、重量が大きくなり、加工コストが
増えるという欠点がある。また、回生伝達ができない、
部品点数が多い、ユニットがコンパクトにならない等の
点で改善余地があった。

【０００４】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、小型で軽量なパワーアシストユニットを提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、第１発明は、遊星腕（７ａ）と、遊星腕に取り付け
られた遊星歯車（７ｂ）と、遊星歯車と噛合する第１お
よび第２外歯車（５ａ、６ａ）とからなる遊星歯車列
と、第１外歯車を駆動する第１駆動源（１）と、第２外
歯車に連結された負荷（８）と、負荷を直接駆動する第
２駆動源（４ｆ）と、遊星腕を付勢する弾性部材（１
１）と、遊星腕の公転量を検出する公転量検出手段（図
示せず）とを具備し、公転量検出手段が検出した遊星腕
の公転量に応じて、第２駆動源の駆動量を制御すること
により、第１駆動源の駆動力を第２駆動源がアシストす
るように構成されている。

【０００６】第２発明は、遊星腕（７ａ）と、遊星腕に
取り付けられた遊星歯車（７ｂ）と、遊星歯車と噛合す
る第１および第２外歯車（５ａ、１２ａ）とからなる遊
星歯車列と、第１外歯車を駆動する第１および第２駆動
源（１、４ｅ）と、第２外歯車に連結された負荷（８）
と、遊星腕を付勢する弾性部材（１１）と、遊星腕の公
転量を検出する公転量検出手段（図示せず）とを具備
し、公転量検出手段が検出した遊星腕の公転量に応じ
て、第２駆動源の駆動量を制御することにより、第１駆
動源の駆動力を第２駆動源がアシストするように構成さ
れている。

【０００７】

【作用】上記構成のパワーアシストユニットにおいて
は、外歯車により遊星歯車列を構成し、駆動力と負荷と
の釣り合いがとれるまで遊星腕が回転する量を公転量検
出手段によって検出し、この公転量に応じて第２駆動源
の駆動量を制御するようにしたので、小型で軽量なパワ
ーアシストユニットを提供することが可能となる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【０００９】図１および図２は、本発明によるパワーア
シストユニットの第１実施例を示す分解斜視図および縦
断面図である。以下、電動自転車に用いたパワーアシス
トユニットの構成および動作を、ペダル踏力を伝達する
場合、モータ駆動力を伝達する場合、空走時、回生制動
時の４つの場合に分けて説明する。ただし、ペダル踏力
の伝達とモータ駆動力の伝達は、電動自転車が所定の速
度を越えるまでは並行して行われる。 (1) ペダル踏力を伝達する場合

【００１０】ペダル２の踏力は、クランクアーム２ａを
介してクランク軸１を回転させる。クランク軸１は、一
方向クラッチ５ｂを介して太陽ギア５ａに回転力を伝達
させる。クランク軸１には、遊星腕７ａが回転自在に軸
支されており、遊星腕７ａはリターンバネ１１（図１）
によって時計回りに付勢されている。なお、一方向クラ
ッチ５ｂを省略して、太陽ギア５ａをクランク軸１に固
定することもできる。

【００１１】太陽ギア５ａは、遊星腕７ａの端部に回転
自在に取り付けられた遊星ギア７ｂと噛合し、遊星ギア
７ｂが自転して太陽ギア６ａを回転させる。太陽ギア６
ａは、後述するように負荷と連結されている。太陽ギア
５ａの回転力により、遊星腕７ａは反時計回りに公転を
始め、リターンバネ１１による付勢力と釣り合う位置で
遊星ギア７ｂの自転により太陽ギア６ａに回転力を伝達
する。なお、図１（ｂ）に示すように、遊星腕７ａの下
側には、遊星腕７ａの回転中心と同心状に歯形７ｃが形
成されている。歯形７ｃは、ロータリーエンコーダ１０
ａの回転軸に取り付けられたエンコードギア１０ｂと噛
合する。これにより、遊星腕７ａの公転量は、ロータリ
ーエンコーダ１０ａによって検出され、マグネットモー
タ３（後述）の出力制御に利用される。

【００１２】太陽ギア６ａは、一方向クラッチ６ｂを介
してクランクギア８に回転を伝達する。クランクギア８
には、チェーン（図示せず）が掛け渡され、このチェー
ンが駆動輪（図示せず）を回転させて電動自転車が進行
する。 (2) モータ駆動力を伝達する場合

【００１３】マグネットモータ３（図１右上、図２右
端）は、モータロータ軸３ａ、ロータ出力ギア３ｂ、永
久磁石３ｃ、およびステータ３ｄによって構成されてい
る。マグネットモータ３の駆動力は、ロータ出力ギア３
ｂから大ギア４ａに出力される。大ギア４ａは小ギア４
ｆと駆動軸４ｇによって連結されており、小ギア４ｆは
アイドルギア１２ａと噛合している。またアイドルギア
１２ａは、一方向クラッチ１２ｂを介してクランクギア
８を回転させる。クランクギア８には、チェーン（図示
せず）が掛け渡され、このチェーンが駆動輪（図示せ
ず）を回転させて電動自転車が進行する。なお、説明の
都合で、ペダル踏力を伝達する場合とモータ駆動力を伝
達する場合とを分けて説明したが、ペダル踏力の伝達と
モータ駆動力の伝達は、電動自転車が所定の速度を越え
るまでは並行して行われる。

【００１４】なお、マグネットモータ３の出力はアイド
ルギア１２ａからクランクギア８に伝達されているの
で、ロータリーエンコーダ１０ａによって検出された遊
星腕７ａの公転量が一定となるように、マグネットモー
タ３の駆動力を制御することでペダル２の踏力に比例し
たアシストが可能となる。 (3) 空走時

【００１５】走行時（駆動輪が回転している状態）に、
ペダル２を踏むのを止めると、慣性によりクランクギア
８は回転を続けるが、一方向クラッチ６ｂの介在によ
り、クランクギア８の回転力は太陽ギア６ａには伝達さ
れない。従って、クランクギア８（駆動輪）はフリーで
回転するので、電動自転車はスムーズな惰行走行を行え
る。 (4) 回生制動時

【００１６】回生制動時においては、まずクランクギア
８の回転力がクラッチトーションバネ９ａに伝達され
る。クラッチトーションバネ９ａは、一方の端がアイド
ルギア１２ａに固定されており、通常（回生制動時以
外）はクランクギア８の円筒部８ａとは隙間をもって回
転フリーになっている。クラッチトーションバネ９ａの
もう一方の端にはリング９ｂが固定されている。リング
９ｂは、ブレーキワイヤ（図示せず）に引かれて円筒部
８ａに押し付けられると、円筒部８ａの回転力でクラッ
チトーションバネ９ａがねじられて内径が狭ばめられ
る。これにより、円筒部８ａとクラッチトーションバネ
９ａとの摩擦力が大となって、アイドルギア１２ａにク
ランクギア８の回転力が伝達される。アイドルギア１２
ａは小ギア４ｆと噛合しているので、大ギア４ａおよび
ロータ出力ギア３ｂを介してモータロータ軸３ａがクラ
ンクギア８の回転力によって回転させられる。従って、
マグネットモータ３を発電機として機能させることで、
回生制動を行うことができる。

【００１７】なお、図１では省略されているが、殆どの
機構部品はケーシング１３（図２参照）で覆われてお
り、内部の潤滑油が衣服を汚したりすることがない。ま
た、外部から水や塵が侵入するのを防ぐことができる。
また、マグネットモータ３の出力値の改造を困難にして
いる。特に、マグネットモータ３のケースと駆動ギア列
のケースとが兼用されているので、部品点数を増やすこ
とがないという効果がある。

【００１８】また、次に説明するようにして、クラッチ
トーションバネ９ａとリング９ｂとをロックすること
で、盗難防止の効果を得ることもできる。

【００１９】即ち、マグネットモータ３は、無励磁状態
でモータ結線を短絡させると、逆起電力により自己保持
力が発生する。図５に示すように、キーシリンダ１５を
反時計方向に回転すると、カム１６がレバー１７を押し
下げて、回転ローラ１９がリング９ｂを円筒部８ａに押
し付けると駆動輪とマグネットモータ３とが接続され
る。この状態で、駆動輪を回そうとしても（電気自転車
を移動しようとしても）、マグネットモータ３の自己保
持力で駆動輪は非常に大きな力を出さない限りは回転し
ない。これにより盗難防止の効果を得ることができる。

【００２０】図３および図４は、本発明によるパワーア
シストユニットの第２実施例を示す分解斜視図および縦
断面図である。以下、電動自転車に用いたパワーアシス
トユニットの構成および動作を、ペダル踏力を伝達する
場合、モータ駆動力を伝達する場合、空走時、回生制動
時の４つの場合に分けて説明する。ただし、ペダル踏力
の伝達とモータ駆動力の伝達は、電動自転車が所定の速
度を越えるまでは並行して行われる。 (1) ペダル踏力を伝達する場合

【００２１】ペダル２の踏力は、クランクアーム２ａを
介してクランク軸１を回転させる。クランク軸１は、一
方向クラッチ５ｂを介して太陽ギア５ａに回転力を伝達
させる。クランク軸１には、遊星腕７ａが回転自在に軸
支されており、遊星腕７ａはリターンバネ１１（図３）
によって時計回りに付勢されている。

【００２２】太陽ギア５ａは、遊星腕７ａの端部に回転
自在に取り付けられた遊星ギア７ｂと噛合し、遊星ギア
７ｂが自転して太陽ギア６ａを回転させる。太陽ギア６
ａは、後述するように負荷と連結されている。太陽ギア
５ａの回転力により、遊星腕７ａは反時計回りに公転を
始め、リターンバネ１１による付勢力と釣り合う位置で
遊星ギア７ｂの自転により太陽ギア６ａに回転力を伝達
する。なお、図３（ｂ）に示すように、遊星腕７ａの下
側には、遊星腕７ａの回転中心と同心状に歯形７ｃが形
成されている。歯形７ｃは、ロータリーエンコーダ１０
ａの回転軸に取り付けられたエンコードギア１０ｂと噛
合する。これにより、遊星腕７ａの公転量は、ロータリ
ーエンコーダ１０ａによって検出され、マグネットモー
タ３（後述）の出力制御に利用される。

【００２３】太陽ギア６ａは、一方向クラッチ１２ｂを
介してクランクギア８に回転を伝達する。クランクギア
８には、チェーン（図示せず）が掛け渡され、このチェ
ーンが駆動輪（図示せず）を回転させて電動自転車が進
行する。 (2) モータ駆動力を伝達する場合

【００２４】マグネットモータ３（図３右上、図４右
端）は、モータロータ軸３ａ、ロータ出力ギア３ｂ、永
久磁石３ｃ、およびステータ３ｄによって構成されてい
る。マグネットモータ３の駆動力は、ロータ出力ギア３
ｂから大ギア４ａに出力される。大ギア４ａは、ワンウ
ェイクラッチ４ｂ、クラッチトーションバネ４ｃ、およ
びリング４ｄを介して小ギア４ｈと連結されている。小
ギア４ｈは太陽ギア５ａと噛合している。太陽ギア５ａ
は、上述したように遊星ギア７ｂと噛合し、遊星ギア７
ｂが自転して太陽ギア６ａを回転させる。太陽ギア６ａ
は、連結されたおよびクランクギア８を回転させて、電
動自転車を進行させる。なお、説明の都合で、ペダル踏
力を伝達する場合とモータ駆動力を伝達する場合とを分
けて説明したが、ペダル踏力の伝達とモータ駆動力の伝
達は、電動自転車が所定の速度を越えるまでは並行して
行われる。

【００２５】なお、マグネットモータ３の出力はアイド
ルギア１２ａからクランクギア８に伝達されているの
で、ロータリーエンコーダ１０ａによって検出された遊
星腕７ａの公転量が一定となるように、マグネットモー
タ３の駆動力を制御することでペダル２の踏力に比例し
たアシストが可能となる。 (3) 空走時

【００２６】走行時（駆動輪が回転している状態）に、
ペダル２を踏むのを止めると、慣性によりクランクギア
８は回転を続けるが、一方向クラッチ１２ｂの介在によ
り、クランクギア８の回転力は太陽ギア６ａには伝達さ
れない。従って、太陽ギア６ａは、太陽ギア５ａ、小ギ
アｈ、大ギア４ａ、およびマグネットモータ３を回転さ
せることもない。即ち、クランクギア８（駆動輪）はフ
リーで回転するので、電動自転車はスムーズな惰行走行
を行える。 (4) 回生制動時

【００２７】回生制動時においては、まずクランクギア
８の回転力がクラッチトーションバネ９ａに伝達され
る。クラッチトーションバネ９ａは、一方の端がアイド
ルギア１２ａに固定されており、通常（回生制動時以
外）はクランクギア８の円筒部８ａとは隙間をもって回
転フリーになっている。クラッチトーションバネ９ａの
もう一方の端にはリング９ｂが固定されている。リング
９ｂは、ブレーキワイヤ（図示せず）に引かれて円筒部
８ａに押し付けられると、円筒部８ａの回転力でクラッ
チトーションバネ９ａがねじられて内径が狭ばめられ
る。これにより、円筒部８ａとクラッチトーションバネ
９ａとの摩擦力が大となって、アイドルギア１２ａにク
ランクギア８の回転力が伝達される。アイドルギア１２
ａは小ギア４ｈと噛合しているので、大ギア４ａおよび
ロータ出力ギア３ｂを介してモータロータ軸３ａがクラ
ンクギア８の回転力によって回転させられる。

【００２８】また、クラッチトーションバネ４ｃは、一
方の端が大ギア４ａに固定されており、通常（回生制動
時以外）は小ギア４ｈの円筒部４ｅとは隙間をもって回
転フリーになっている。クラッチトーションバネ４ｃの
もう一方の端にはリング４ｄが固定されている。リング
４ｄは、ブレーキワイヤ１８（図５参照）に引かれて円
筒部４ｅに押し付けられると、円筒部４ｅの回転力でク
ラッチトーションバネ４ｃがねじられて内径が狭ばめら
れる。これにより、円筒部４ｅとクラッチトーションバ
ネ４ｃとの摩擦力が大となって、大ギア４ａに小ギア４
ｈの回転力が伝達される。大ギア４ａはマグネットモー
タ３のロータ出力ギア３ｂと噛合しているので、マグネ
ットモータ３を発電機として機能させることで、回生制
動を行うことができる。

【００２９】なお、図３および図４ではケーシング１３
（図２参照）が省略されていることや、クラッチトーシ
ョンバネ９ａとリング９ｂとをロックすることで、盗難
防止の効果を得ることについては、上述した第１実施例
と同様であり、重複した説明を省略する。

【００３０】以上、本発明を実施例により説明したが、
本発明の技術的思想によれば、種々の変形が可能であ
る。例えば、上述した実施例において、クラッチトーシ
ョンバネを利用したクラッチ部は、モータアイドルギア
等で構成することもできる。また、クランクギア８と太
陽ギア６ａとを固定しクラッチ部はクラッチトーション
バネ４ｃの部分のみでも良い。また、マグネットモータ
３の回転中心軸は、クランク軸１と同軸である場合につ
いて説明したが、同軸である必要はなく、例えば駆動軸
４ｇと同軸とすることもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明のパワーアシスト
ユニットによれば、外歯車により遊星歯車列を構成し、
駆動力と負荷との釣り合いがとれるまで遊星腕が回転す
る量を公転量検出手段によって検出し、この公転量に応
じて第２駆動源の駆動量を制御するようにしたので、小
型で軽量なパワーアシストユニットを提供することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパワーアシストユニットの第１実
施例を示す分解斜視図である。

【図２】本発明によるパワーアシストユニットの第１実
施例を示す縦断面図である。

【図３】本発明によるパワーアシストユニットの第２実
施例を示す分解斜視図である。

【図４】本発明によるパワーアシストユニットの第２実
施例を示す縦断面図である。

【図５】本発明によるパワーアシストユニットの第２実
施例を示す側面図である。

【符号の説明】

１ クランク軸 ２ ペダル ２ａ クランクアーム ３ａ モータロータ軸 ３ｂ ロータ出力ギア ３ｃ 永久磁石 ３ｄ ステータ ４ａ 大ギア ４ｂ ワンウェイクラッチ ４ｃ クラッチトーションバネ ４ｄ リング ４ｅ 円筒部 ４ｆ 小ギア ４ｇ 駆動軸 ４ｈ 小ギア ５ａ 太陽ギア ５ｂ 一方向クラッチ ６ａ 太陽ギア ６ｂ 一方向クラッチ ７ａ 遊星腕 ７ｂ 遊星ギア ８ クランクギア ９ａ クラッチトーションバネ ９ｂ リング １１ リターンバネ １２ａ アイドルギア １２ｂ 一方向クラッチ １３ ケーシング

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】遊星腕と、該遊星腕に取り付けられた遊星
   歯車と、該遊星歯車と噛合する第１および第２外歯車と
   からなる遊星歯車列と、 前記第１外歯車を駆動する第１駆動源と、 前記第２外歯車に連結された負荷と、 該負荷を直接駆動する第２駆動源と、 前記遊星腕を付勢する弾性部材と、 前記遊星腕の公転量を検出する公転量検出手段とを具備
   し、 前記公転量検出手段が検出した前記遊星腕の公転量に応
   じて、前記第２駆動源の駆動量を制御することにより、
   第１駆動源の駆動力を前記第２駆動源がアシストするこ
   とを特徴とするパワーアシストユニット。
2. 【請求項２】遊星腕と、該遊星腕に取り付けられた遊星
   歯車と、該遊星歯車と噛合する第１および第２外歯車と
   からなる遊星歯車列と、 前記第１外歯車を駆動する第１および第２駆動源と、 前記第２外歯車に連結された負荷と、 前記遊星腕を付勢する弾性部材と、 前記遊星腕の公転量を検出する公転量検出手段とを具備
   し、 前記公転量検出手段が検出した前記遊星腕の公転量に応
   じて、前記第２駆動源の駆動量を制御することにより、
   第１駆動源の駆動力を前記第２駆動源がアシストするこ
   とを特徴とするパワーアシストユニット。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、 前記第１および第２外歯車は、第１および第２一方向ク
   ラッチを介してそれぞれ軸支され、 該第１および第２一方向クラッチの噛み合い方向が逆で
   あることを特徴とするパワーアシストユニット。
4. 【請求項４】請求項３において、 前記第２外歯車と負荷との間に設けられたクラッチを更
   に具備し、 前記第２外歯車と負荷との連結を、前記クラッチにより
   接続または切断できることを特徴とするパワーアシスト
   ユニット。
5. 【請求項５】請求項１または請求項２において、 前記第１および第２外歯車はヘリカルギアで構成され、 該ヘリカルギアは、前記遊星腕に掛かるモーメントを互
   いに打ち消す方向のねじれ角をなすことを特徴とするパ
   ワーアシストユニット。
6. 【請求項６】請求項１または請求項２において、 前記遊星腕に歯形が形成され、 前記公転量検出手段は、該歯形と噛合するロータリーエ
   ンコーダで構成されることを特徴とするパワーアシスト
   ユニット。