TW201315644A - 自行車的驅動單元 - Google Patents

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Abstract

[課題]對於同時具有變速機構、及輔助行走用的馬達的自行車的驅動單元，提供一種可實現輕量化、小型化的驅動單元。[課題手段]本發明的自行車的驅動單元，是具備：設有可配置曲軸的孔之馬達、及可選擇複數齒輪比的變速機構、及使變速機構的輸出及前述馬達的輸出被合算的輸出部。

Description

自行車的驅動單元
本發明，是有關於使用馬達輸出作為補助動力，且具有變速機構的電動補助自行車的驅動單元。
使用馬達輸出作為補助動力，且具有變速機構的電動補助自行車，具有如專利文獻1的發明。專利文獻1的電動補助自行車，是將在踏板所承接的踏力，透過變速機構傳達，並將被傳達的驅動力、及來自馬達的驅動力合成。且，該自行車，是藉由將合成的驅動力傳達至後車輪，使後車輪旋轉。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4036776號公報
但是專利文獻1的自行車的驅動單元，因為是由：曲軸、及變速機構的軸、及馬達的輸出軸的3軸所構成，所以具有長大的外殼。因此，會有自行車的樣式設計的自由度下降、重量增大的問題發生。
本發明，是有鑑於上述的課題，其目的是提供一種自行車的驅動單元，對於同時具有變速機構、及輔助行走用 的馬達的自行車的驅動單元，可實現輕量化、小型化。
為了解決上述的課題的自行車的驅動單元，是具備：設有可配置曲軸的孔之馬達、及可選擇複數齒輪比的變速機構、及變速機構的輸出及前述馬達的輸出被合算的輸出部。
由此，因為可以將馬達配置於曲軸上，所以自行車的驅動單元的實現輕量化、小型化。且，因為可藉由變速機構選擇複數齒輪比，所以可以有效率地進行由馬達所產生的補助驅動。
進一步，曲軸的旋轉軸、及馬達的旋轉軸，是設成同軸較佳。由此，因為可以簡化馬達的內部機構，所以可實現自行車的驅動單元的更輕量化、小型化。
進一步，該自行車的驅動單元，是進一步具備曲軸較佳。由此，可以將騎乘者的踏力朝變速機構傳達。
進一步，在輸出部中，連接有鏈輪較佳。由此，可以將輸出部的輸出朝後輪轂等傳達。
進一步，馬達的輸出，是透過單向離合器，被傳達至輸出部較佳。由此，可防止曲軸的旋轉力被傳達至馬達。
進一步，該自行車的驅動單元，是進一步具有減速機構，馬達的輸出，是透過減速機構，被傳達至輸出部較佳。由此，因為可以將馬達的輸出減速朝輸出部傳達，所以可以實現使馬達效率良好地動作的輸出部。
進一步，曲軸，是被結合在變速機構的輸入部較佳。由此，可以將騎乘者的踏力朝變速機構傳達。
進一步，變速機構，是具有行星齒輪機構較佳。且，行星齒輪機構，是具有設有行星齒輪的小齒輪支架，小齒輪支架，是被支撐於輸出部較佳。由此，具備該驅動單元的自行車，可以實現曲軸的旋轉的變速。
進一步，該自行車的驅動單元，是具有：曲軸及馬達旋轉的第1旋轉軸、及變速機構旋轉的第2旋轉軸較佳。且，變速機構的輸入部及輸出部，是繞第2旋轉軸周圍旋轉即可。該驅動單元，因為是由2軸形成，所以可實現自行車的驅動單元的輕量化、小型化。且，因為將構成複雜的變速機構及馬達分別繞各旋轉軸周圍旋轉，所以組裝容易。
進一步，前述輸出部是被配置在馬達的旋轉軸線方向的一方，將曲軸及變速機構連結的連結機構是被配置在馬達的旋轉軸線方向的另一方較佳。由此，因為連結機構及輸出部是被分離配置在馬達的兩側，所以曲軸的旋轉軸線方向的重量平衡容易達成。
進一步，連結機構，是具有齒輪較佳。且，變速機構的輸入部，是具有齒輪，可與連結機構的前述齒輪嚙合較佳。由此，與變速機構的輸入部及連結機構是由皮帶等被連結的相比，耐久性可提高。
進一步，輸出部的旋轉軸，是設成與曲軸的旋轉軸同軸較佳。由此，因為可以將輸出部的旋轉軸及曲軸的旋轉 軸的軸承一體化，所以可實現自行車的驅動單元的更輕量化、小型化。
進一步，輸出部，是具有：被結合在變速機構的輸出部的第1結合部、及被結合在馬達的第2結合部較佳。且，第1結合部，是具有外齒輪較佳。且，第2結合部，是具有內齒輪較佳。由此，該驅動單元，可以將曲軸的旋轉扭矩、及馬達的旋轉扭矩合成。
依據本發明的話，可以實現對於變速機構、及輔助行走用的馬達同時具有的驅動單元，實現輕量化、小型化的驅動單元。
<第1實施例>
第1圖，是顯示組裝了本發明的驅動單元的電動補助自行車的一例的右側視圖。此電動補助自行車，是由將作用於踏板100的踏力，經過曲軸101→曲軸102→驅動單元1→前鏈輪103→鏈條104→後鏈輪105的路徑，傳達至後車輪的車軸106的過程，將馬達輸出作為補助動力加以合成，來輔助行走。通常，是由扭矩檢出手段檢出作用於曲軸102的扭矩，其檢出值超過設定值時，就起動馬達將對應不足分的扭矩作為補助動力發生。扭矩檢出手段，是例如在曲軸102具備：磁致伸縮元件、及檢出線圈，供檢 出曲軸102的扭轉。包含輔助用的馬達的驅動單元1，一般是被配置於車架的坐墊管的下端部及車架的下降管的後端部的連結部附近，馬達驅動用的電池，是沿著後載架、下降管或坐墊管被配置。
本發明的特徵，是將曲軸、及馬達的輸出軸同軸構成，除了變速機構的軸以外，由二軸構成驅動單元。以下，說明驅動單元1的構造及功能。
第2圖，是本發明的第1實施例的驅動單元的剖面圖。如第2圖所示，在本驅動單元1中，曲軸102是被內插至外殼111的貫通孔111A，透過軸承112、113可旋轉自如地被支撐於外殼111。在曲軸102的兩端中，曲軸臂101是可裝卸地被安裝。曲軸臂101，是被配置於外殼111的外部。
<輔助用馬達的構成>
馬達(電動機)120，其旋轉軸是被配置成與曲軸102的旋轉軸同軸。馬達120的定子121，是捲取有勵磁用線圈並被配置於曲軸102的同心圓上，藉由安裝部122被固定於外殼111。轉子123，是可旋轉自如地被支撐於曲軸102。轉子123，是例如具有：在圓周方向具有複數磁極的磁鐵(無圖示)、及將磁鐵保持的磁鐵保持部(無圖示)。本實施例的馬達，是轉子121被定子121外圍地設置的內轉子式的馬達。轉子123，是藉由在曲軸方向隔有間隔地被配置的第1軸承124a及第2軸承124b可旋轉自 如地被支撐於曲軸102。又，馬達120是藉由圖示省略的變頻器被驅動。變頻器，是藉由無圖示的控制部被驅動，控制部，是對應踏力及速度，控制變頻器。
<減速機構的構成>
減速機構125，是將轉子123的旋轉朝扭矩傳達構件130傳達，將扭矩傳達構件130的旋轉傳達至轉子123。減速機構125，是具有行星齒輪機構126。行星齒輪機構126，是具有：太陽齒輪126a、及被配置於太陽齒輪126a的外周側的內齒齒輪126b、及與太陽齒輪126a及內齒齒輪126b嚙合的複數(例如3個)行星齒輪126c。太陽齒輪126a，是被固定於轉子123。內齒齒輪126b，是被設置在安裝部122。複數行星齒輪126c，是藉由扭矩傳達構件130可旋轉地被支撐。扭矩傳達構件130，是所謂的小齒輪支架。各行星齒輪126c，是具有齒數的不同的第1及第2齒輪部。第1齒輪部的齒數，是比第2齒輪部的齒數更多。第1齒輪部，是與太陽齒輪126a嚙合，第2齒輪部，是與內齒齒輪126b嚙合。扭矩傳達構件130，是透過單向離合器132及旋轉支撐部133可旋轉地被支撐在扭矩合成構件131(詳細如後述)的內側面。旋轉支撐部133，在本實施例中雖是由滑動軸承所構成，但是由軸承所構成也可以。旋轉支撐部133，是對於曲軸被配置於比單向離合器132更半徑方向的外側。在此行星齒輪機構126中，因為內齒齒輪126b是不可旋轉地被固定於外殼 111，所以轉子123被連結的太陽齒輪126a的旋轉是被減速地傳達至扭矩傳達構件130。
<連結機構的構成>
連結機構，是具備第1齒輪114及第2齒輪141。將曲軸102及變速機構本體140b連結。第1齒輪114，是設於曲軸102的一端部側。第1齒輪114，是固定在曲軸102，並與曲軸102一體旋轉。第1齒輪114，是藉由例如鋸齒，可裝卸地被安裝於曲軸102也可以。第2齒輪141，是將扭矩輸入變速機構140的構件，可與第1齒輪114嚙合。連結機構，是將馬達120挾持地設於扭矩合成構件131及前鏈輪103相反側。
<變速機構的構成>
變速機構140，是由變速機構用馬達單元140a及變速機構本體140b所構成。變速機構用馬達單元140a，是藉由被裝設於手把的變速操作部(無圖示)中的騎乘者的指示，將後述的變速機構本體140b的卡止體88朝預定的相位旋轉。變速機構用馬達單元140a，例如可以利用日本專利第3529723號所揭示的公知的馬達單元。變速機構本體140b，是可選擇複數齒輪比的變速機。變速機構本體140b，在本實施例中，將可選擇複數變速段，具有：設有至少1個行星齒輪及太陽齒輪的旋轉傳達機構、及使那些的齒輪的一部分可轉動或不能轉動的控制機構。第2圖， 是舉例3段切換的變速機構，並圖示變速機構本體140b的詳細說明圖。
<變速機構本體的構成>
變速機構本體140b，是如第3圖所示，具備：軸12、及輸出部14、及驅動體(輸入部)16、及旋轉傳達機構18、及切換機構20。軸12，是不可旋轉地裝設在外殼111。又，為了方便說明，在第3圖中，變速機構本體140b的方向，是成為與第2圖的變速機構本體140b的方向左右相反。輸出部14及驅動體16是形成筒狀。輸出部14，是與驅動體16一起將旋轉傳達機構18及切換機構20覆蓋。輸出部14的一端(第3圖左端)，是透過軸承22a可旋轉自如地被支撐於軸12。驅動體16，是透過軸承22b可旋轉自如地被支撐在軸12。輸出部14的另一端(第3圖右端)，是透過軸承22c可旋轉自如地被支撐在驅動體16。
軸承22a，是具有：與軸12的後述的第2公螺紋部26螺合的壓球件23a、及形成於輸出部14的一端內周面的球承接件23b、及被配置於壓球件23a及球承接件23b之間的鋼球23c。軸承22b，是具有：被止轉於軸12的後述的止轉溝27b的壓球件23d、及形成於驅動體16的一端內周面的球承接件23e、及被配置於壓球件23d及球承接件23e之間的鋼球23f。軸承22c，是具有：形成於驅動體16的外周面的壓球件23g、及形成於輸出部14的另一 端內周面的球承接件23h、及被配置於壓球件23g及球承接件23h之間的鋼球23i。
<軸的構成>
軸12，是如第4圖所示，在兩端部具有藉由螺帽116(第2圖參照)固定在形成於外殼111的插入口115(第2圖參照)用的第1公螺紋部24a、24b。在第1母螺紋部24a、24b中，形成有被止轉於插入口115的平行形成的止轉部25a、25b。在第1母螺紋部24a的軸方向內側，形成有將軸承22a裝設用的第2公螺紋部26。在第1母螺紋部24b的軸方內側，將軸承22b及切換機構20的構成構件止轉用的寬度不同的2個止轉溝27a、27b是由180度間隔沿著軸方向形成。在軸12的軸方向的中央部，作為切換機構20的單向離合器功能的第1突起部28、及作為止轉功能的第2突起部29，是由180度間隔在徑方向突出形成。在第2突起部29的軸方向的中央部，形成有定位凹部29a。
<輸出部的構成>
輸出部14，是繞軸12周圍可旋轉自如。輸出部14，是如第3圖所示，從一端(第3圖左端)朝向另一端(第3圖右端)階段狀地擴徑的筒狀的構件。在輸出部14的外周部中，第3齒輪142是被裝設成不可旋轉。輸出部14，是可與第3齒輪142一體地旋轉。
<驅動體的構成>
驅動體16，是在軸12及輸出部14之間可旋轉自如地裝設於兩者的筒狀的構件。驅動體16，是朝向一端(第3圖右端)階段狀地縮徑。驅動體16的輸出部14是在相反側的端部，裝設有第2齒輪141。驅動體16，是可與第2齒輪141一體旋轉。
<旋轉傳達機構的構成>
旋轉傳達機構18，是具有可將驅動體16的旋轉變速成複數(例如3個)的變速段並朝輸出部14傳達的行星齒輪機構32。行星齒輪機構32，是具有：環齒輪34、及第1行星齒輪36、及第2行星齒輪38、及將第1及第2行星齒輪36、38可旋轉自如地支撐的小齒輪支架40、及與第1行星齒輪36嚙合的第1太陽齒輪42、及與第2行星齒輪38嚙合的第2太陽齒輪44。環齒輪34，是形成於驅動體16的另一端側(第3圖左側)的內周面。第1行星齒輪36，是與環齒輪34嚙合的至少一個齒輪。第2行星齒輪38，是可與第1行星齒輪36一體旋轉，且齒數比第1行星齒輪36多至少一個(例如30)的齒輪。在此實施例中，第1行星齒輪36及第2行星齒輪38是被一體形成或由別體形成也可以。小齒輪支架40，是將在圓周方向由等間隔被配置的各3個第1及第2行星齒輪36、38可旋轉自如地支撐，且繞軸12周圍可旋轉自如。第1太陽 齒輪42，是繞軸12旋轉，可與第1行星齒輪36嚙合的齒輪。第2太陽齒輪44，是繞軸12旋轉，可與第2行星齒輪38嚙合的齒輪。小齒輪支架40，是藉由與軸12平行配置的複數根(例如3根)的支撐軸40a將第1及第2行星齒輪36、38支撐。
且旋轉傳達機構18，是進一步具有：第1單向離合器50、及第2單向離合器52。
第1單向離合器50，是具有可旋轉自如地裝設於軸12的筒狀的第1爪支撐部54。第1爪支撐部54，是可與小齒輪支架40一體旋轉地連結。第1爪支撐部54，是在外周面具有複數(例如6個)第1裝設凹部54a，該複數第1裝設凹部54a是隔有間隔地被配置在可將後述的第1離合器爪55自由起伏地裝設的圓周方向。且，具有鄰接於第1裝設凹部54a且一端(第3圖右端)可一體旋轉地連結於小齒輪支架40的連結凹部54b。第1爪支撐部54，是如第3圖所示，藉由被裝設於軸12的外周面的扣環53使軸方向的移動被限制。第1單向離合器50，是如第5圖所示，只有與小齒輪支架40連結的第1爪支撐部54的進行方向的箭頭標記A所示的旋轉會傳達至輸出部14。
第1單向離合器50，是進一步具有：可起伏自如地被裝設於第1裝設凹部54a的複數(例如6個)第1離合器爪55、及與第1離合器爪55嚙合的方式形成於輸出部14的內周面的第1棘輪齒56。第1離合器爪55，是藉由被 裝設於第1爪裝設部54的外周面的環狀的第1彈簧構件57，朝向與第1棘輪齒56嚙合的立起姿勢被推迫。
第2單向離合器52，是如第6圖所示，用於阻止由第1行星齒輪42的進行方向相反方向的箭頭標記B所示的旋轉。第2單向離合器52，是如第3圖所示，具有不可旋轉地與軸12連結的筒狀的第2爪支撐部58。第2爪支撐部58，是如第6圖所示，在內周面具有卡合於軸12的第2突起部29的卡合凹部58a的止轉部58b是朝徑方向內方突出形成。第2爪支撐部58，是藉由卡合於定位凹部29a的定位銷59使軸12方向的移動被限制。定位銷59，是被配置於沿著第2爪支撐部58的徑方向被配置的固定孔58c。由此，第2爪支撐部58是與軸12不可旋轉且軸方向不能移動地連結。
第2爪支撐部58，是在外周面具有複數(例如2個)第2裝設凹部58d，該複數第2裝設凹部58d是隔有間隔地被配置在可將後述的第2離合器爪60起伏自如地裝設的圓周方向。且，在外周面具有將切換機構20的後述的第1扭轉彈簧97的另一端97b卡止用的彈簧卡止孔58e。
第2單向離合器52，是進一步具有：被配置於第2裝設凹部58d且可起伏自如地被裝設的複數(例如2個)第2離合器爪60、及與第2離合器爪60嚙合的方式形成於第1太陽齒輪42的內周面的第2棘輪齒61。第2離合器爪60，是藉由被裝設於第2爪支撐部58的外周面的環狀的第2彈簧構件62，朝向與第2棘輪齒61嚙合的立起姿 勢被推迫。
<切換機構的構成>
切換機構20，是如第3圖所示，具有可藉由例如變速機構用馬達單元140a的馬達的輸出軸的旋轉而移動的移動構件63。且，切換機構20，是進一步具有：對應移動構件63的移動可將驅動體16及小齒輪支架40朝連結狀態及連結解除狀態切換的第1離合器機構64、及對應移動構件63的移動可將第2太陽齒輪44朝可旋轉狀態及不可旋轉狀態切換的第2離合器機構66、及對應移動構件63的移動可將第1及第2離合器機構64、66切換操作的操作機構70。
<移動構件的構成>
移動構件63，是如第3圖及第8圖所示，具有：與變速機構用馬達單元140a卡合的卡止體88(第3圖參照)、及可與卡止體88連動的第1操作筒90、及可與第1操作筒90連動的第2操作筒92。
卡止體88，是在藉由螺合在第1公螺紋部24b的螺帽160及變速機構用馬達單元140a被按壓在軸承22b的壓球件23d的狀態下可轉動自如地被配置於軸12的外周面。在卡止體88中，變速機構用馬達單元140a的驅動用環(無圖示)被卡止。卡止體88，是藉由變速機構用馬達單元140a的動作而轉動。卡止體88，是藉由變速機構用馬 達單元140a的動作被定位於第1位置至第3位置的3個位置。以後，將第1位置記載為高速位置，將第2位置記載為中間位置，將第3位置記載為低速位置。例如，卡止體88，當藉由被裝設於手把的變速操作部(無圖示)使低速動作被指示的話，就被配置於低速位置，當藉由變速操作部(無圖示)使高速動作被指示的話，就被配置於高速位置。
第1操作筒90，是可轉動自如地裝設於軸12的外周面。第1操作筒90，是如第8圖所示，在一端(第8圖右端)具有朝卡合於卡止體88的軸方向延伸的圓弧狀的1對卡合突起90a。在此卡合突起90a的先端中，形成有使卡合於卡止體88的圓周方向長度有些微短的卡止部90c。此卡止部90c是藉由卡合在卡止體88的內周面，使第1操作筒90與卡止體88的轉動連動被定位在前述的3個位置的其中任一。卡合突起90a，是通過後述的凸輪構件80的通過凹部80b被卡止於卡止體88。
在第1操作筒90的另一端(第8圖左端)中，形成有與第2操作筒92連結的1對第1連結片90b。第1連結片90b的先端部90d的圓周方向長度是比基端部短。且，在第1操作筒90的外周面中，形成有後述的第2扭轉彈簧98的一端(第8圖右端)98a被卡止的彈簧卡止孔90e。
第2操作筒92，是在一端(第8圖右端)具有卡合於第1操作筒90的第1連結片90b的圓弧狀的1對第2連 結片92a。第2連結片92a的先端部92b的圓周方向長度是比基端部短。第1連結片90b及第2連結片92a，是如第13圖所示，形成可預定角度α(例如40度)程度地相對轉動。且，在第2操作筒92的另一端(第8圖左端)中，將第2離合器機構66控制用的1對第2控制構件85是被一體形成。
<第1離合器機構的構成>
第1離合器機構64，是如第3圖、第7圖及第8圖所示，具有：被配置於驅動體16及小齒輪支架40之間的第3單向離合器72、及將第3單向離合器72控制成連結狀態及連結解除狀態的第1控制構件73。
第3單向離合器72，是只有讓驅動體16的進行方向的箭頭標記C所示的旋轉可傳達至小齒輪支架40。第3單向離合器72，是如第7圖所示，具有：可起伏自如地被裝設在形成於驅動體16的內周面的複數(例如2個)的第3裝設凹部16b之第3離合器爪74、及與第3離合器爪74嚙合的方式形成於小齒輪支架40的一端(第3圖右端)外周面的第3棘輪齒75。第3離合器爪74，是藉由被裝設於驅動體16的內周面的環狀的第3彈簧構件76，朝向與第3棘輪齒75嚙合的立起姿勢被推迫。
第1控制構件73，是如第8圖所示，具有：與軸12不可旋轉地連結的凸輪構件80、及可繞軸旋轉的凸輪承接構件81。
凸輪構件80，是有底筒狀的構件，在內周面具有卡合於軸12的止轉溝27a的卡止突起80a。且，在內周面具有通過第1操作筒90的卡合突起90a之圓弧狀的通過凹部80b。通過凹部80b的圓周方向長度，是形成比卡合突起90a的圓周方向長度長，而可容許第1操作筒90的預定範圍(例如大致40度)的轉動。在凸輪構件80的筒狀部的端面中，形成有卡合於凸輪承接構件81的1對傾斜凸輪80c。傾斜凸輪80c，是由朝圓周方向傾斜的傾斜面所構成。
凸輪承接構件81，如第9圖及第10圖所示，是環狀的構件，在其內周面中，卡合於傾斜凸輪80c的1對凸輪承接銷81a是朝徑方向內方突出形成。且，在一端面(第8圖深側端面)中，形成有將第3離合器爪74切換至與第3棘輪齒75嚙合的立起姿勢及遠離第3棘輪齒75的伏臥姿勢用的複數(例如8個)的控制面81b。控制面81b，是具有在圓周方向隔有間隔地被配置且朝圓周方向及徑方向傾斜的凸輪面。
凸輪承接構件81，是如第3圖所示，藉由被配置於小齒輪支架40及之間的捲簧83朝軸方向外方(第3圖右方)被推迫。凸輪承接構件81，是操作機構70的後述的轉動構件94朝第8圖的順序時針轉動的話，藉由此轉動使凸輪承接銷81a卡合在凸輪構件80的傾斜凸輪80c並抵抗捲簧83的推迫力朝軸方向內方(第3圖左方)移動。藉由朝此軸方向內方的移動使控制面81b將第3離合 器爪74從立起姿勢朝向伏臥姿勢按壓。由此，第3單向離合器72成為連結解除狀態。且，轉動構件94若朝第8圖的逆時針轉動的話，返回至連結狀態。
<第2離合器機構的構成>
第2離合器機構66，是如第11圖及第12圖所示，具有：被配置於軸12及第2太陽齒輪44及之間的第4單向離合器84、及將第4單向離合器84控制成連結狀態及連結解除狀態的第2控制構件85。
第4單向離合器84，是位於第11圖所示的連結狀態中時，禁止由第2太陽齒輪44的進行方向的箭頭標記D所示的旋轉。第4單向離合器84，是具有：可起伏自如地被裝設在形成於第2太陽齒輪44的內周面的複數(例如2個)的第4裝設凹部44a之第4離合器爪86、及與第4離合器爪86嚙合的方式形成於軸12的外周面的第1突起部28。第4離合器爪86，是藉由被裝設於第2太陽齒輪44的內周面的環狀的第4彈簧構件87，朝向與第1突起部28嚙合的立起姿勢被推迫。
第2控制構件85，是一體形成於第2操作筒92的圓弧狀剖面的1對構件。第2控制構件85，是被接近配置於軸12的第1突起部28的第3圖右側面。第2控制構件85，是藉由第2操作筒92的繞軸的轉動，在第11圖所示的連結位置、及第12圖所示的連結解除位置之間轉動。第2控制構件85朝連結解除位置轉動的話，第4離合器 爪86會朝伏臥姿勢側被按壓使第4單向離合器84成為連結解除狀態，可使第2太陽齒輪44朝進行方向旋轉。
<操作機構的構成>
操作機構70，是如第3圖及第8圖所示，具有：與第2操作筒92連動轉動的轉動構件94、及與第2操作筒92連動轉動的復歸構件96。且，操作機構70，是具有：第1扭轉彈簧97、及第2扭轉彈簧98。
轉動構件94，是將金屬板沖壓成形而形成的圓板狀的構件。轉動構件94，是設置為了使凸輪承接構件81對應卡止體88的轉動而轉動。轉動構件94，是具有：大致墊圈狀的本體部94a、及從本體部94a的外周部兩側90度曲折地突出的1對卡合片94b。在本體部94a的內周面中，形成有：卡合於第1操作筒90的第1連結片90b的先端部90d之第1卡合凹部94c、及卡合於第2操作筒92的第2連結片92a的先端部92b之第2卡合凹部94d。在卡合片94b的中央部分中，形成有朝軸方向可移動自如地挾持凸輪承接構件81的凸輪承接銷81a用的挾持溝94e。在一方的卡合片94b中，形成有將第2扭轉彈簧98的另一端98b卡止的彈簧卡止孔94f。
復歸構件96，是將金屬板沖壓成形而形成的圓板狀的構件。復歸構件96，是設置為了將第1扭轉彈簧97的推迫力朝第1及第2操作筒90、92傳達並將第1及第2操作筒90、92朝第8圖的逆時針轉動。復歸構件96，是在 內周側具有：卡合於第1操作筒90的第1連結片90b的先端部90d之第1卡合凹部96a、及卡合於第2操作筒92的第2連結片92a的先端部92b之第2卡合凹部96b。且，在側部，形成有將第1扭轉彈簧97的一端(第8圖右端)97a卡止的彈簧卡止孔96c。
第1扭轉彈簧97，是例如扭轉捲簧，作為第1及第2操作筒90、2的返回彈簧作用。即，變速機構用馬達單元140a是欲從高速位置朝向中速位置，或是從中速位置朝向低速位置定位時，就將第1及第2操作筒90、92以及卡止體88朝第8圖的逆時針轉動。第1扭轉彈簧97，是如前述，一端97a是被卡止於復歸構件96，另一端97b是對於軸12不可旋轉地被卡止於的第2爪支撐部58。
第2扭轉彈簧98，是例如扭轉捲簧，用於將第1操作筒90及第2操作筒92連動。具體而言，第3單向離合器72或第4單向離合器82是在動力傳達狀態下無法切換操作時，為了在動力傳達狀態被解除之後將第2操作筒92轉動而設置。如前述第2扭轉彈簧98，是一端98a被卡止於第1操作筒90，另一端被卡止於轉動構件94。因此，在第2操作筒92中，第1操作筒90的轉動是透過第2扭轉彈簧98及轉動構件94被傳達。
<切換機構的動作>
接著，說明由變速機構用馬達單元140a的動作所產生的切換機構20的動作。
藉由變速機構用馬達單元140a的動作使卡止體88被定位在高速位置的話，在第1離合器機構64中，第1控制構件73的凸輪承接構件81會遠離第3單向離合器的第3離合器爪74地被配置。因此，第3單向離合器成為連結狀態，驅動體16的旋轉被傳達至小齒輪支架40。因此，行星齒輪機構32不動作，驅動體16的旋轉，是透過小齒輪支架40及第1單向離合器50直接被傳達至輸出部14。且，最終，驅動體16的旋轉，是被傳達至第3齒輪142。從此驅動體16透過小齒輪支架40被傳達至輸出部14的路徑是不使用行星齒輪機構32的功能的等速傳達路徑。
藉由變速機構用馬達單元140a的動作使卡止體88從高速位置被定位在中間位置的話，卡止體88會轉動，並對應其使第1操作筒90朝第8圖的逆時針轉動。由此在第1離合器機構64中，第1控制構件73的凸輪承接構件81會朝第8圖的順序時針轉動且朝第3圖左方移動，欲將第3單向離合器72的第3離合器爪74按壓成伏臥姿勢。但是，騎乘者踩蹬踏板100時，因為第3單向離合器72的第3離合器爪74是成為動力傳動狀態，所以凸輪承接構件81無法將第3離合器爪74按壓。因此，第1操作筒90即使旋轉，轉動構件94及第2操作筒92不會旋轉，第2扭轉彈簧98會彎曲並儲存該力。且，騎乘者停止踩蹬踏板100的話，藉由第2扭轉彈簧98的推迫力使轉動構件94及第2操作筒92朝順時針轉動。由此第1離合器機構64成為連結解除狀態，藉由設在驅動體16的環齒輪34使 行星齒輪機構32動作。
位於此中間位置時，第2離合器機構66，是成為第11圖所示的連結狀態。因此，第2太陽齒輪44，是當相反方向的旋轉被阻止且環齒輪34變進行方向旋轉時，第2太陽齒輪44不會旋轉，由藉由第2行星齒輪38及第2太陽齒輪44的嚙合被決定的減速比將驅動體16的旋轉減速並將小齒輪支架40朝進行方向旋轉。此旋轉是透過第1單向離合器50被傳達至輸出部14。因此，輸出部14的旋轉是比高速位置的情況更減速。又，騎乘者未踩蹬踏板111時，轉動構件94及第2操作筒92會與第1操作筒90連動地轉動。
從此驅動體16藉由第2行星齒輪38及第2太陽齒輪44的作用使小齒輪支架40減速的路徑，是2個減速傳達路徑之中的高速側的減速傳達路徑。
藉由變速機構用馬達單元140a的動作從中速位置朝低速位置使卡止體88轉動之輸出部、及第1離合器機構64，是維持連結解除狀態。且在第2離合器機構66中如第12圖所示，第2控制構件85是在轉動方向與軸12的第1突起部28重疊。因此，第4離合器爪86成為不會與第1突起部28嚙合，第2離合器機構66成為連結解除狀態。因此，第2太陽齒輪44成為可以朝雙方向轉動，無法達成作為太陽齒輪的功能。此結果，由藉由第1行星齒輪36及第1太陽齒輪42的嚙合被決定的減速比將驅動體16的旋轉減速將小齒輪支架40朝進行方向旋轉。此時， 因為第1太陽齒輪42的齒數是比第2太陽齒輪44的齒數多，所以比中間位置進一步減速地將小齒輪支架40朝進行方向旋轉。
從此驅動體16藉由第1行星齒輪36及第1太陽齒輪42的作用使小齒輪支架40進一步減速的路徑，是2個減速傳達路徑之中的低速側的減速傳達路徑。
另一方面，藉由變速機構用馬達單元140a的動作從低速位置朝高速位置操作的話，藉由第1扭轉彈簧97的推迫力透過復歸構件96使第2操作筒92朝第8圖的順序時針轉動，對應其第1操作筒90及轉動構件94也朝第8圖的逆時針轉動，朝高速位置側進行變速動作。
<扭矩合成構件>
扭矩合成構件131，是設於曲軸102的另一端部側。形成環狀，具有：沿著曲軸102延伸的第1環狀部分、及從第1環狀部分的端部對於曲軸102朝徑方向延伸的第2環狀部分。第2環狀部分，是被配置於第1環狀部分的馬達側的端部。扭矩合成構件131的外周部是由齒輪131a所構成。齒輪131a，是形成於第2環狀部分的外周部。扭矩合成構件131的外周部，是和第3齒輪142嚙合。扭矩合成構件131的內周部，是透過單向離合器132，與扭矩傳達構件130連結。在第1環狀部分的內周部，形成有單向離合器132的離合器溝。在扭矩合成構件131中，進一步設有將扭矩傳達構件130的旋轉支撐的旋轉支撐部 133。旋轉支撐部133，是設於第2環狀部分。在扭矩合成構件131的內周部中，設有軸承113，扭矩合成構件131，是將曲軸102可旋轉地支撐。在第1環狀部分的內周部設有軸承113。在扭矩合成構件131的外周部中，設有軸承134，扭矩合成構件131，是藉由外殼111可旋轉地被支撐。在第1環狀部分的外周部設有軸承134。軸承113及單向離合器132，是將第1環狀部分挾持地被接近地設置。在扭矩合成構件131中，安裝有鏈輪103，成為可與扭矩合成構件131一體旋轉。扭矩合成構件131的端部(第1環狀部分的端部)，是從外殼111的孔111A朝外部突出。藉由例如螺栓使鏈輪103可裝卸地被安裝於此扭矩合成構件131的第1環狀部分的端部。
<驅動單元的動作>
接著，說明本驅動單元的動作。由騎乘者的踏力所產生的扭矩，是朝曲軸101→曲軸102→第1齒輪114→第2齒輪141→變速機構本體140b→第3齒輪142→扭矩合成構件131透過變速機構被傳達。另一方面，來自馬達的輸出扭矩，是朝減速機構125→扭矩傳達構件130→單向離合器132→扭矩合成構件131被傳達。扭矩合成構件131，是將這些2個扭矩合成，並將合成的扭矩朝鏈輪103傳達。由此，實現由馬達所產生的輔助。
<第1實施例的效果>
接著，說明本實施例的效果。本實施例的驅動單元，因為是將曲軸及輔助用馬達的輸出軸設為同軸，所以可以實現變速機構、及輔助行走用的馬達同時具有的輕量且小型的驅動單元。
且因為不會施加馬達的輸出扭矩作為變速機構的輸入扭矩，所以變速機構即使是具備與內裝變速機構同樣的行星齒輪機構的變速機構，騎乘者也可以將段的切換平順地進行。且因為可藉由變速機構選擇複數齒輪比，所以可以有效率地進行由馬達所產生的補助驅動。
且在本實施例的變速機構140中，在通常被使用的輔助自行車中相較之下使用頻率最高的高速的階段，不使用行星齒輪機構32的減速傳達路徑。因此，使用構造複雜的行星齒輪機構的頻率變低，可以有效維持變速機構140的耐久性。
且在本實施例中，雖以卡止體88及第1及第2操作筒是繞軸旋轉型式的變速機構為例說明本發明，但是本發明不限定於此。例如，使用與具有鐘形曲軸及藉由鐘形曲軸朝軸方向移動的推桿的內裝變速輪轂的機構同樣的變速機構構成本發明的驅動單元也可以。第14圖，是顯示使用這種變速機構的一例。第14圖所揭示的變速機本體140b，是日本專利第3428559號公報所揭示的內裝變速輪轂，此變速機140，是可取代變速機構用馬達單元140a，且具備包含來自被裝設於手把的變速操作部(無圖示)的接受指示而動作的鐘形曲軸的變速指示機構140c。且，變 速機本體140b，是包含藉由鐘形曲軸朝軸方向移動的推桿(無圖示)。
且變速機構140，是例舉了3段者為例說明，但是變速機構140，不限定於前述者。例如，變速機構140，是5段、7段、8段、11段、或是其以外的段數也可以。第15、16、17、18圖，是各別圖示5段、7段、8段、11段的變速機構者。又，在第15、16、17、18圖中，對應第2圖的變速機構的構件，是各別附加相同符號顯示。
又，5段、7段、8段、11段的變速機構本體140b，是各別與日本專利第4564978號公報、日本專利第3184230號公報、日本專利第3654845公報、日本專利第4705131號公報揭示者相同。本行業者可明白這些的構成也可達成與第1實施例相同效果。且上述的變速機構的構成不限定於上述者，包含至少減速機構及增速機構的其中任一的變速機構也可以。
在以上的實施例及變形例的說明中，從曲軸朝變速機構140的扭矩的傳達，從變速機構140朝扭矩合成構件131的扭矩的傳達，是透過齒輪進行。但是，這些的扭矩的傳達，是使用皮帶或是鏈條進行也可以。
且連結機構，雖是藉由第1齒輪114及第2齒輪141所構成，但是使用3個以上的齒輪，從曲軸102朝變速機構140將驅動力傳達也可以。且，在變速機構的輸出部14、及扭矩合成構件131之間，設置複數齒輪將驅動力傳達也可以。
且變速機本體140b，是可取代多段變速機無段變速機也可以。進一步，輔助用馬達120，是電刷馬達或無電刷馬達也可以。且，輔助用馬達120可低速驅動的話，減速機構125被省略也可以。該情況，馬達輸出是直接被傳達至單向離合器132。
在以上的實施例中，變速雖是由手動正進行，但是由自動進行變速也可以。此情況，設置自行車的速度檢出的速度感測器，依據來自速度感測器的輸出、扭矩檢出手段的輸出，使控制部控制變速機構用馬達單元140a，進行變速機構140的變速。
1‧‧‧驅動單元
12‧‧‧軸
14‧‧‧輸出部
16‧‧‧驅動體
16b‧‧‧第3裝設凹部
18‧‧‧旋轉傳達機構
20‧‧‧切換機構
22a‧‧‧軸承
22b‧‧‧軸承
22c‧‧‧軸承
23a‧‧‧壓球件
23b‧‧‧球承接件
23c‧‧‧鋼球
23d‧‧‧壓球件
23e‧‧‧球承接件
23f‧‧‧鋼球
23g‧‧‧壓球件
23h‧‧‧球承接件
23i‧‧‧鋼球
24a‧‧‧第1母螺紋部
24b‧‧‧第1公螺紋部
25a，25b‧‧‧止轉部
26‧‧‧第2公螺紋部
27a‧‧‧止轉溝
27b‧‧‧止轉溝
28‧‧‧第1突起部
29‧‧‧第2突起部
29a‧‧‧定位凹部
32‧‧‧行星齒輪機構
34‧‧‧環齒輪
36‧‧‧第1行星齒輪
38‧‧‧第2行星齒輪
40‧‧‧小齒輪支架
40a‧‧‧支撐軸
42‧‧‧第1太陽齒輪
44‧‧‧第2太陽齒輪
44a‧‧‧第4裝設凹部
50‧‧‧第1單向離合器
52‧‧‧第2單向離合器
53‧‧‧扣環
54‧‧‧第1爪裝設部
54a‧‧‧第1裝設凹部
54b‧‧‧連結凹部
55‧‧‧第1離合器爪
56‧‧‧第1棘輪齒
57‧‧‧第1彈簧構件
58‧‧‧第2爪支撐部
58a‧‧‧卡合凹部
58b‧‧‧止轉部
58c‧‧‧固定孔
58d‧‧‧第2裝設凹部
58e‧‧‧彈簧卡止孔
59‧‧‧定位銷
60‧‧‧第2離合器爪
61‧‧‧第2棘輪齒
62‧‧‧第2彈簧構件
63‧‧‧移動構件
64‧‧‧第1離合器機構
66‧‧‧第2離合器機構
70‧‧‧操作機構
72‧‧‧第3單向離合器
73‧‧‧第1控制構件
74‧‧‧第3離合器爪
75‧‧‧第3棘輪齒
76‧‧‧第3彈簧構件
80‧‧‧凸輪構件
80a‧‧‧卡止突起
80b‧‧‧通過凹部
80c‧‧‧傾斜凸輪
81‧‧‧凸輪承接構件
81a‧‧‧凸輪承接銷
81b‧‧‧控制面
82‧‧‧第4單向離合器
83‧‧‧捲簧
84‧‧‧第4單向離合器
85‧‧‧第2控制構件
86‧‧‧第4離合器爪
87‧‧‧第4彈簧構件
88‧‧‧卡止體
90‧‧‧第1操作筒
90a‧‧‧卡合突起
90b‧‧‧第1連結片
90c‧‧‧卡止部
90d‧‧‧先端部
90e‧‧‧彈簧卡止孔
92‧‧‧第2操作筒
92a‧‧‧第2連結片
92b‧‧‧先端部
94‧‧‧轉動構件
94a‧‧‧本體部
94b‧‧‧卡合片
94c‧‧‧第1卡合凹部
94d‧‧‧第2卡合凹部
94e‧‧‧挾持溝
94f‧‧‧彈簧卡止孔
96‧‧‧復歸構件
96a‧‧‧第1卡合凹部
96b‧‧‧第2卡合凹部
96c‧‧‧彈簧卡止孔
97‧‧‧第1扭轉彈簧
97a‧‧‧一端
97b‧‧‧另一端
98‧‧‧第2扭轉彈簧
98a‧‧‧一端
98b‧‧‧另一端
100‧‧‧踏板
101‧‧‧曲軸臂
102‧‧‧曲軸
103‧‧‧前鏈輪
104‧‧‧鏈條
105‧‧‧後鏈輪
106‧‧‧車軸
111‧‧‧外殼
111A‧‧‧孔
111A‧‧‧貫通孔
112，113‧‧‧軸承
114‧‧‧第1齒輪
115‧‧‧插入口
116‧‧‧螺帽
120‧‧‧輔助用馬達
121‧‧‧定子
122‧‧‧安裝部
123‧‧‧轉子
124a‧‧‧第1軸承
124b‧‧‧第2軸承
125‧‧‧減速機構
126‧‧‧行星齒輪機構
126a‧‧‧太陽齒輪
126b‧‧‧內齒齒輪
126c‧‧‧行星齒輪
130‧‧‧扭矩傳達構件
131‧‧‧扭矩合成構件
131a‧‧‧齒輪
132‧‧‧單向離合器
133‧‧‧旋轉支撐部
134‧‧‧軸承
140‧‧‧變速機構
140a‧‧‧變速機構用馬達單元
140b‧‧‧變速機構本體
140c‧‧‧變速指示機構
141‧‧‧第2齒輪
142‧‧‧第3齒輪
160‧‧‧螺帽
[第1圖]組裝了本發明的驅動單元之電動補助自行車的側面圖。
[第2圖]本發明的第1實施例的驅動單元的剖面圖。
[第3圖]本發明的第1實施例的內裝變速輪轂的縱剖面圖。
[第4圖]其軸的立體圖。
[第5圖]第1單向離合器的橫剖面圖。
[第6圖]第2單向離合器的橫剖面圖。
[第7圖]第3單向離合器的橫剖面圖。
[第8圖]切換機構的分解立體圖。
[第9圖]凸輪承接構件的前視圖。
[第10圖]凸輪承接構件的半剖面圖。
[第11圖]第2離合器機構的連結狀態時的橫剖面圖。
[第12圖]第2離合器機構是連結解除狀態時的橫剖面圖。
[第13圖]顯示第1操作筒及第2操作筒的可相對轉動範圍的橫剖面圖。
[第14圖]本發明的第1實施例的變形例的驅動單元的剖面圖。
[第15圖]本發明的第1實施例的變形例的驅動單元的剖面圖。
[第16圖]本發明的第1實施例的變形例的驅動單元的剖面圖。
[第17圖]本發明的第1實施例的變形例的驅動單元的剖面圖。
[第18圖]本發明的第1實施例的變形例的驅動單元的剖面圖。
101‧‧‧曲軸臂
102‧‧‧曲軸
103‧‧‧前鏈輪
111‧‧‧外殼
111A‧‧‧孔
112，113‧‧‧軸承
114‧‧‧第1齒輪
115‧‧‧插入口
116‧‧‧螺帽
120‧‧‧輔助用馬達
121‧‧‧定子
122‧‧‧安裝部
123‧‧‧轉子
124a‧‧‧第1軸承
124b‧‧‧第2軸承
125‧‧‧減速機構
126‧‧‧行星齒輪機構
126a‧‧‧太陽齒輪
126b‧‧‧內齒齒輪
126c‧‧‧行星齒輪
130‧‧‧扭矩傳達構件
131‧‧‧扭矩合成構件
131a‧‧‧齒輪
132‧‧‧單向離合器
133‧‧‧旋轉支撐部
134‧‧‧軸承
140‧‧‧變速機構
140a‧‧‧變速機構用馬達單元
140b‧‧‧變速機構本體
141‧‧‧第2齒輪
142‧‧‧第3齒輪

Claims (19)

  1. 一種自行車的驅動單元，具備：設有可配置曲軸的孔之馬達、及可選擇複數齒輪比的變速機構、及使前述變速機構的輸出及前述馬達的輸出被合算的輸出部。
  2. 如申請專利範圍第1項的自行車的驅動單元，其中，前述曲軸的旋轉軸、及前述馬達的旋轉軸，是設成同軸。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，進一步具備前述曲軸。
  4. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，在前述輸出部中，連接有鏈輪。
  5. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，前述馬達的輸出，是透過單向離合器，被傳達至前述輸出部。
  6. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，進一步具有減速機構，前述馬達的輸出，是透過減速機構，被傳達至前述輸 出部。
  7. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，進一步具有減速機構，前述馬達的輸出，是被輸入減速機構，前述減速機構的輸出，是透過單向離合器，被傳達至前述輸出部。
  8. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，前述曲軸，是被結合在前述變速機構的輸入部。
  9. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，前述變速機構，是具有行星齒輪機構。
  10. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，前述行星齒輪機構，是具有設有行星齒輪的小齒輪支架，前述小齒輪支架，是被支撐於前述輸出部。
  11. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，具有：前述曲軸及前述馬達旋轉的第1旋轉軸、及前述變速機構旋轉的第2旋轉軸。
  12. 如申請專利範圍第11項的自行車的驅動單元，其中， 前述變速機構的輸入部及輸出部，是繞前述第2旋轉軸周圍旋轉。
  13. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，前述輸出部是被配置在前述馬達的旋轉軸線方向的一方，將前述曲軸及前述變速機構連結的連結機構是被配置在前述馬達的旋轉軸線方向的另一方。
  14. 如申請專利範圍第13項的自行車的驅動單元，其中，前述連結機構，是具有齒輪。
  15. 如申請專利範圍第14項的自行車的驅動單元，其中，前述變速機構的輸入部，是具有齒輪，可與前述連結機構的前述齒輪嚙合。
  16. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，前述輸出部的旋轉軸，是設成與前述曲軸的旋轉軸同軸。
  17. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的驅動單元，其中，前述輸出部，是具有：被結合在前述變速機構的輸出部的第1結合部、及被結合在前述馬達的第2結合部。
  18. 如申請專利範圍第17項的自行車的驅動單元， 其中，前述第1結合部，是具有外齒輪。
  19. 如申請專利範圍第17項的自行車的驅動單元，其中，前述第2結合部，是具有內齒輪。
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