TWM553291U - 自行車用變速單元 - Google Patents

Description

自行車用變速單元

本新型是關於具有電動控制的變速系統的自行車用變速單元。

近年來自行車具備有各種電動零件，而提供具備電機控制的變速系統的構造。該電動控制的變速系統，可根據自行車的行駛狀態自動動作，或可藉由騎乘者依照需求手動動作。該電動控制的變速系統，在自行車的前輪及後輪主要具備有：變速器、馬達、發電機、速度檢測感應器等。例如在專利文獻1揭示有：在自行車的後輪側配置內裝變速輪轂與馬達，藉由自行車的鏈條張力器產生用來驅動馬達的電能的構造。

〔先行技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特許第5358003號公報

在專利文獻1，並未揭示使用用來檢測旋轉速度的裝置的構造，而為了達成電動控制的變速系統尤其是自動變速，需要用來檢測自行車的旋轉速度的裝置(例如速度檢測感應器)。通常採用自動變速系統的自行車，主要在前輪的輪轂設置有用來檢測旋轉速度的裝置，所以無法在後輪側完全完成用來達成電機控制的變速系統的單元。

本新型的課題，是能只在自行車的後輪側完成具有電動控制的變速系統的自行車用變速單元。

(1)本新型的一種型態的自行車用變速單元，具備有馬達單元，上述馬達單元不能旋轉地安裝於輪轂軸，且具有：用來使內裝變速輪轂變速的馬達、旋轉速度檢測感應器。

該自行車用變速單元，馬達單元具有旋轉速度檢測感應器，在後輪側進行自行車的旋轉速度的檢測。藉此，可只在自行車的後輪側完成自行車用變速單元。

(2)較佳為進一步具備有旋轉構件，上述旋轉構件，具有至少一個磁鐵，且安裝於輪轂軸而與內裝變速輪轂同步旋轉，旋轉速度檢測感應器配置成相對於磁鐵相對向。在該情況，由於藉由與旋轉速度檢測感應器相對向的磁鐵檢測旋轉速度，所以可進行正確的旋轉速度的檢 測。

(3)較佳為將磁鐵配置在旋轉構件之與馬達單元相對向的面部。

(4)較佳為將磁鐵配置在相對向的面部的外周部。

(5)較佳為旋轉構件是鏈條導件。在該情況，由於不需要另外設置與內裝變速輪轂同步旋轉的旋轉構件，所以可減少零件數量。

(6)較佳為進一步具備有發電機，上述發電機，藉由輸入到內裝變速輪轂的動力傳達構件的旋轉，來產生用來驅動馬達的電能。

(7)較佳為將發電機設置在馬達單元。在該情況，可只在自行車的後輪側完成包含發電機的自行車用變速單元。

(8)較佳為在動力傳達構件進一步具備有：包含鏈條且用來支承鏈條的鏈條張力器，發電機設置於鏈條張力器。在該情況與上述同樣地，可只在自行車的後輪側完成包含發電機的自行車用變速單元。

(9)較佳為鏈條張力器，具有藉由鏈條旋轉的滑輪構件，發電機藉由滑輪構件的旋轉產生電能。

(10)較佳為鏈條張力器，進一步具有用來檢測滑輪構件的旋轉的旋轉速度的輸入側旋轉速度檢測部，旋轉速度檢測感應器，用來檢測內裝變速輪轂的輸出側的旋轉速度。在該情況，藉由進行輸入側的旋轉數檢 測，則能比較輸入側與輸出側的速度資訊。藉此可檢測正確的輪轂的齒輪段數。而也可利用於合作控制等。

(11)較佳為鏈條張力器，進一步具備有蓄電單元，上述蓄電單元用來儲存藉由發電機所產生的電能，蓄電單元電連結於發電機。

(12)較佳為旋轉速度檢測感應器，用來檢測內裝變速輪轂的旋轉速度。

藉由本新型，能只在自行車的後輪側完成具有電動控制的變速系統的自行車用變速單元。

10‧‧‧自行車

12‧‧‧自行車用變速單元

14‧‧‧框架

16‧‧‧後輪

18‧‧‧車把

20‧‧‧傳動系統

22‧‧‧內裝變速輪轂

24、124‧‧‧馬達單元

25‧‧‧安裝部

25a‧‧‧凹口

26‧‧‧鏈條張力器

28‧‧‧電腦單元

30‧‧‧輸入裝置

32‧‧‧纜索

34‧‧‧電路配線

36‧‧‧前曲柄組

38‧‧‧鏈條

40‧‧‧鏈條環

42‧‧‧鏈輪

44‧‧‧螺母

46‧‧‧輪轂軸

46a‧‧‧突起部

48‧‧‧輪轂殼罩

50‧‧‧鏈條導件(旋轉構件的一個例子)

52‧‧‧磁鐵

54‧‧‧馬達

56‧‧‧旋轉速度檢測感應器

58‧‧‧電位器

62‧‧‧滑輪構件

64‧‧‧蓄電單元

66‧‧‧馬達控制部

68‧‧‧變速通訊單元

70‧‧‧框架安裝部

70a‧‧‧開口部

72‧‧‧臂部

74‧‧‧螺栓

76‧‧‧樞支軸

78‧‧‧滑輪

80‧‧‧滑輪導件

82、182‧‧‧發電機

84‧‧‧磁鐵

86‧‧‧輸入側旋轉速度檢測感應器

88‧‧‧轉子

90‧‧‧定子

92‧‧‧外殼

94‧‧‧永久磁鐵

96‧‧‧電力限制電路

98‧‧‧電纜線

100‧‧‧收訊器

104‧‧‧旋轉支承構件

105‧‧‧翼片

107‧‧‧旋轉部

110‧‧‧自行車

112‧‧‧自行車用變速單元

124‧‧‧馬達單元

182‧‧‧發電機

第1圖為採用本新型的第1實施方式的自行車的後輪部分的局部側視圖。

第2圖為採用本新型的第1實施方式的自行車的車把部分的立體圖。

第3圖是顯示採用本新型的第1實施方式的控制裝置的全體構造的概略方塊圖。

第4圖是第1實施方式的馬達單元與內裝變速輪轂的立體圖。

第5圖是從第4圖的相反側觀察的馬達單元與內裝變速輪轂的立體圖。

第6圖是鏈條張力器裝置的立體圖。

第7圖是鏈條張力器裝置的滑輪的分解立體圖。

第8圖為採用本新型的第2實施方式的自行車的後輪部分的局部側視圖。

第9圖是顯示採用本新型的第2實施方式的控制裝置的全體構造的概略方塊圖。

第10圖是第2實施方式的馬達單元與內裝變速輪轂的立體圖。

第11圖是從第10圖的相反側觀察的馬達單元與內裝變速輪轂的立體圖。

〔第1實施方式〕 <自行車的驅動部的構造>

第1圖及第2圖，是顯示具備有本新型的第1實施方式的自行車用變速單元12的自行車10的一部分。自行車10，主要具備有：構成自行車10的主體的框架14、可旋轉地安裝於框架14的前輪(並未圖示)及後輪16、用來變更前輪的方向的車把18、傳動系統20、內裝變速輪轂22、馬達單元24、鏈條張力器26。

在車把18安裝有電腦單元28。電腦單元28，是將自行車10的速度、行駛距離、踏板的動作速度等的各種參數進行測定、計算、顯示用的自行車用電腦。

在電腦單元28，藉由纜索32連接著輸入裝置30，該輸入裝置30設置於車把18。輸入裝置30是用來遙控操作內裝變速輪轂22。也可將輸入裝置30藉由纜索32或通過無線通訊連接於鏈條張力器26。在藉由無線通訊將輸入裝置30連接於自行車10的鏈條張力器26的情況，則不需要纜索32或電路配線34。

傳動系統20具有：前曲柄組36、鏈條38。鏈條38，卡合於前曲柄組36的鏈條環40與內裝變速輪轂22的鏈輪42。鏈輪42是內裝變速輪轂22的驅動部的一個例子。

內裝變速輪轂22，如第4圖及第5圖所示，藉由一對螺母44安裝於自行車10的框架14的後輪16部分，並且可旋轉地被支承於成為內裝變速輪轂22的旋轉軸的輪轂軸46。內裝變速輪轂22構成傳動系統20的一部分。內裝變速輪轂22具有：輪轂殼罩48、行星齒輪變速器(並未圖示)。輪轂殼罩48在輪轂軸46的周圍旋轉。也就是說，輪轂軸46是輪轂殼罩48的旋轉軸。行星齒輪變速器，配置於輪轂殼罩48內，以習知的方法通過複數的動力傳達路線而將來自鏈條38的驅動力傳達到輪轂殼罩48。內裝變速輪轂22是已知的構造，所以省略詳細說明。

<鏈條導件>

在內裝變速輪轂22的輸出側，如第4圖及第5圖所 示，配置有與內裝變速輪轂22同步旋轉的鏈條導件50(旋轉構件的一個例子)。詳細來說，鏈條導件50配置於輪轂殼罩48與鏈輪42之間。鏈條導件50，是用來防止與鏈輪42卡合的鏈條38脫落的環狀的構件。鏈條導件50，在與馬達單元24相對向的面部的外周部，具有至少一個磁鐵52。4個磁鐵是以一定間隔配置在周方向。

<馬達單元>

馬達單元24，如第4圖及第5圖所示，不能旋轉地被支承於輪轂軸46。詳細來說，在馬達單元24的中心部設置有貫穿孔及安裝部25，該安裝部25在貫穿孔的內周面具有凹口25a。另一方面，在將安裝部25的貫穿孔貫穿的輪轂軸46的外周部形成有突起部46a，該突起部46a與安裝部25的凹口25a卡合。在將輪轂軸46的馬達單元24安裝成不能旋轉的狀態，藉由螺母53將馬達單元24固定在輪轂軸46。馬達單元24的內部構造是已知的構造，所以省略詳細說明。

馬達單元24，如第3圖所示，具有：用來使內裝變速輪轂22變速的馬達54、旋轉速度檢測感應器56、電位器58。馬達54，例如是具有齒輪減速單元(並未圖示)的DC馬達或三相無電刷DC馬達。

旋轉速度檢測感應器56，是用來檢測內裝變速輪轂22的輸出側的旋轉速度。旋轉速度檢測感應器56，是例如藉由霍爾元件等所構成。旋轉速度檢測感應器 56，如第5圖所示，是配置在與鏈條導件50的磁鐵52相對向的位置。藉由使鏈條導件50的磁鐵52與馬達單元24的旋轉速度檢測感應器56相對向，則能檢測內裝變速輪轂22的輸出側的旋轉速度。所檢測出的旋轉速度，從馬達單元24發送到後述的馬達控制部66。

電位器58，連結於馬達54的齒輪減速單元的可動部。電位器58，將顯示齒輪減速單元的可動部的現在的電位的訊號輸出，藉此，根據來自輸入裝置30的切換訊號，使馬達單元24動作以使內裝變速輪轂22升檔或降檔。

<鏈條張力器>

鏈條張力器26，是用來支承鏈條38的裝置，並且在此產生用來將內裝變速輪轂22電驅動的電力。如第3圖及第6圖所示，鏈條張力器26具有：基座構件60、滑輪構件62、蓄電單元64、馬達控制部66、變速通訊單元68。

基座構件60具有：框架安裝部70、臂部72。框架安裝部70，具有用來將框架安裝用螺栓74插入的開口部70a。螺栓74，貫穿框架安裝部70的開口部70a，螺合於在框架14的懸架部形成的螺紋孔14a。藉此，將框架安裝部70固定於框架14。

臂部72藉由螺栓75而固定於框架安裝部70。臂部72具有：固定於框架安裝部70的第1端部、與 可旋轉地支承滑輪構件62的第2端部。臂部72在第1端部與第2端部之間朝預定的方向延伸。在臂部72的第2端部，形成有：將滑輪構件62可旋轉地支承的樞支軸76。

滑輪構件62具有：滑輪78、一對滑輪導件80、發電機82。滑輪78，是藉由鏈條張力器26的基座構件60所支承。詳細來說，滑輪78是可旋轉地被支承於基座構件60的臂部72的樞支軸76。如第7圖所示，滑輪78具有：與鏈條38卡合的複數的鏈條卡合齒78a、至少一個磁鐵84(這裡是4個)。磁鐵84配置在滑輪78的與滑輪導件80相對向的其中一方的側面。

一對滑輪導件80，如第6圖所示，是用來將鏈條38導引到滑輪78，是配置在與滑輪78的軸方向相對向的側部的圓板狀的構件。在一對滑輪導件80的其中一方，在與滑輪78的磁鐵84相對向的位置，配置有用來檢測滑輪78的旋轉速度的輸入側旋轉速度檢測感應器86。

輸入側旋轉速度檢測感應器86，是例如藉由霍爾元件等所構成。藉由將輸入側旋轉速度檢測感應器86配置在：與藉由鏈條38的驅動而旋轉的滑輪78的磁鐵84相對向的位置，則能檢測輸入側的旋轉速度。所檢測出的旋轉速度，從馬達單元24發送到後述的馬達控制部66。

發電機82，因應於藉由鏈條38而旋轉的滑輪 78的旋轉而產生電能。發電機82，電連接於蓄電單元64，將藉由發電機82所生成的電能供給到蓄電單元64。

如第7圖所示，發電機82具有：轉子88、定子90、外殼92。轉子88固定於滑輪78而連同滑輪78一起旋轉。定子90不能旋轉地安裝於臂部72的樞支軸76。外殼92，藉由在其局部設置的複數的彈性爪所進行的卡扣方式連結而固定於滑輪78。轉子88及定子90，配置在藉由外殼92及滑輪78所形成的空間。轉子88，具有用來產生一定的磁場的複數的永久磁鐵94。定子90具有複數的電樞線圈，藉此，當電樞線圈通過轉子88上的永久磁鐵94的磁場時，則產生電流。

轉子88及定子90，形成發電機82，將滑輪78的旋轉轉換成電能。具體來說，讓轉子88旋轉於定子90周圍，藉此，因應於藉由鏈條38而旋轉的滑輪78而產生電能。

如第3圖所示，在鏈條張力器26設置電力限制電路96。電力限制電路96，具有用來將藉由發電機所產生的交流電(AC)轉換成直流電(DC)的整流器96a，將電能從交流電轉換成直流電並且限制電力。

如第6圖所示，蓄電單元64、馬達控制部66及變速通訊單元68，配置在基座構件60上，在該處安裝有用來防止來自外部的水氣或灰塵等的臂部外殼72a。蓄電單元64及馬達控制部66，藉由第1圖所示的電纜線98連接於馬達單元24。

蓄電單元64，構成了作為內裝變速輪轂22及其他用電的自行車零件的電源的電能儲存裝置或儲存元件。蓄電單元64可作為例如鎳氫電池或鋰離子電池。

如第3圖所示，馬達控制部66，電連接於蓄電單元64，用來接受蓄電單元64所儲存的電能。馬達54機能性地連結於馬達控制部66，因應於來自馬達控制部66的控制訊號而動作。具體來說，根據來自電位器58的訊號，藉由將蓄電單元64所儲存的電能對馬達54的供給進行控制，馬達控制部66使馬達54動作。

馬達控制部66，從馬達單元24的旋轉速度檢測感應器56及滑輪導件80的輸入側旋轉速度檢測感應器86，接受各感應器檢測出的關於旋轉速度的訊號。藉此，藉由比較輸入側(輸入側旋轉速度檢測感應器86)與輸出側(旋轉速度檢測感應器56)的速度資訊，可檢測出實際的變速段數。而也可利用於合作控制等。並且該情況不需要設置電位器58。

變速通訊單元68，機能性地連結於馬達控制部66，將變速通訊單元68的收訊器100所接收的馬達動作訊號發送到馬達控制部66。藉此，馬達控制部66使馬達單元24動作而使內裝變速輪轂22變速。騎乘者，藉由操作輸入裝置30，則能將內裝變速輪轂22容易地升檔或降檔。

〔第2實施方式〕

第8圖，是顯示具備有本新型的第2實施方式的自行車用變速單元112的自行車110的一部分。與第1實施方式不同，在第2實施方式，將發電機182設置在馬達單元124。在第2實施方式，並未包含鏈條張力器26。其他則與第1實施方式大致為相同構造，所以以下主要針對與第1實施方式不同的構造，尤其是馬達單元124的構造來說明。針對與第1實施方式同樣的構件用相同的圖號。

馬達單元124不能旋轉地安裝於輪轂軸46。馬達單元124，如第9圖所示，具有：馬達54、電位器58、旋轉速度檢測感應器56、蓄電單元64、馬達控制部66、變速通訊單元68、旋轉支承構件104、發電機182。旋轉支承構件104及發電機182以外的構造，除了配置在馬達單元124內的部分之外，是與第1實施方式大致相同的構造，所以省略說明。

旋轉支承構件104(在第10圖、第11圖沒有顯示)，配置在馬達單元124內，如第11圖所示，在內周側具有翼片105(這裡有三個)。翼片105，卡合於與鏈輪42同步旋轉的旋轉部107的凹口107a。藉此，旋轉支承構件104藉由鏈條38的旋轉而旋轉。

發電機182，連結於旋轉支承構件104，藉由旋轉支承構件104的旋轉而產生電能。針對發電機的內部構造是已知的構造，所以省略詳細說明。

在第2實施方式，如第10圖及第11圖所示，將鏈條導件50的磁鐵52、馬達單元124的旋轉速度 檢測感應器56配置在互相相對向的位置。藉此，則可檢測出內裝變速輪轂22的輸出側的旋轉速度。

〔其他實施方式〕

本新型並不限定於以上的實施方式，在未脫離本新型的範圍可進行各種變形或修正。

(a)旋轉構件，並不限定於鏈條導件50，也可是內裝變速輪轂22或與鏈條38及鏈輪42等同步旋轉的其他構件。

(b)也可在第2實施方式，設置鏈條張力器，包含有第1實施方式的鏈條張力器26所具有的輸入側旋轉速度檢測感應器86的構造。

(c)在第2實施方式的旋轉支承構件104具有磁鐵，在馬達單元124的與旋轉支承構件104的磁鐵相對向的位置，配置有用檢測旋轉支承構件104的旋轉速度的輸入側旋轉速度檢測感應器也可以。

22‧‧‧內裝變速輪轂

24‧‧‧馬達單元

25‧‧‧安裝部

25a‧‧‧凹口

42‧‧‧鏈輪

44‧‧‧螺母

46‧‧‧輪轂軸

48‧‧‧輪轂殼罩

50‧‧‧鏈條導件(旋轉構件的一個例子)

56‧‧‧旋轉速度檢測感應器

Claims (12)

1. 一種自行車用變速單元，用來將輪轂軸所安裝的內裝變速輪轂驅動；上述自行車用變速單元具備有馬達單元，上述馬達單元不能旋轉地安裝於上述輪轂軸，且具有：用來使上述內裝變速輪轂變速的馬達、旋轉速度檢測感應器。
2. 如申請專利範圍第1項的自行車用變速單元，其中，進一步具備有旋轉構件，上述旋轉構件，具有至少一個磁鐵，且安裝於上述輪轂軸而與上述內裝變速輪轂同步旋轉，上述旋轉速度檢測感應器配置成與上述磁鐵相對向。
3. 如申請專利範圍第2項的自行車用變速單元，其中，上述磁鐵配置在上述旋轉構件之與上述馬達單元相對向的面部。
4. 如申請專利範圍第3項的自行車用變速單元，其中，上述磁鐵配置在上述相對向的面部的外周部。
5. 如申請專利範圍第2至4項中任一項的自行車用變速單元，其中，上述旋轉構件是鏈條導件。
6. 如申請專利範圍第1項的自行車用變速單元，其中，進一步具備有發電機，上述發電機，藉由輸入到上述內裝變速輪轂的動力傳達構件的旋轉，來產生用來驅動上述馬達的電能。
7. 如申請專利範圍第6項的自行車用變速單元，其 中，上述發電機設置在馬達單元。
8. 如申請專利範圍第6項的自行車用變速單元，其中，在上述動力傳達構件進一步具備有：包含鏈條且用來支承上述鏈條的鏈條張力器，上述發電機設置於上述鏈條張力器。
9. 如申請專利範圍第8項的自行車用變速單元，其中，上述鏈條張力器，具有藉由上述鏈條旋轉的滑輪構件，上述發電機藉由上述滑輪構件的旋轉產生上述電能。
10. 如申請專利範圍第9項的自行車用變速單元，其中，上述鏈條張力器，進一步具有用來檢測上述滑輪構件的旋轉的旋轉速度的輸入側旋轉速度檢測部，上述旋轉速度檢測感應器，用來檢測上述內裝變速輪轂的輸出側的旋轉速度。
11. 如申請專利範圍第8至10項中任一項的自行車用變速單元，其中，上述鏈條張力器，進一步具備有蓄電單元，上述蓄電單元用來儲存藉由上述發電機所產生的電能，上述蓄電單元電連結於上述發電機。
12. 如申請專利範圍第1至4、6至10項中任一項的自行車用變速單元，其中，上述旋轉速度檢測感應器，用來檢測上述內裝變速輪轂的旋轉速度。