JP2012121407A - Power-assisted bicycle and motorcycle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車及び電動二輪車に関するものである。 The present invention relates to a battery-assisted bicycle and an electric motorcycle in which an auxiliary force is applied to a human-powered drive system by an electric motor.
自転車の変速機には、様々な種類のものが存在する。このような中で、一般的には、クランク軸又は駆動輪の車軸の何れか一方、もしくは両方の同軸上に多段のスプロケットを設け、ディレイラーによってチェーンをスプロケット間で移動させることによって変速する方式(外装変速機)と、駆動輪のハブの内部に設けた歯車を掛けかえることによって変速する方式(内装変速機)がある。 There are various types of bicycle transmissions. Under such circumstances, generally, a multi-stage sprocket is provided on the same axis of either the crankshaft or the drive wheel axle, or both, and the speed is changed by moving the chain between the sprockets by a derailleur ( There is a system (internal transmission) that shifts gears by changing gears provided inside the hub of the drive wheel.
外装変速機は、構造が簡単で軽量であるが、スプロケットやチェーンが摩耗する原因になり、チェーン外れの原因にもなる。一方、内装変速機は、防塵、防水性に優れており、メンテナンスフリーといった利点があるため、シティサイクルに使われることが多い。 The exterior transmission has a simple structure and is lightweight, but it causes wear of the sprocket and the chain, and also causes the chain to come off. On the other hand, internal transmissions are often used in city cycles because they have excellent dust and water resistance and are maintenance-free.
ところで、電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車や電動二輪車において、その自転車の駆動輪のハブ内に、モータ、減速機、変速機構が備えられたものがある。
なお、電動補助自転車と電動二輪車とは、アシスト比率等の要件によって法令上その呼び名が区別されるが、ここでは、以下、電動補助自転車と総称して説明する。
By the way, in some electrically assisted bicycles and electric motorcycles that add an auxiliary force to the human power drive system by an electric motor, a motor, a speed reducer, and a speed change mechanism are provided in the hub of the drive wheel of the bicycle.
In addition, although the name of a motor-assisted bicycle and a motor-driven motorcycle is distinguished by law according to requirements such as an assist ratio, the following will be collectively referred to as a motor-assisted bicycle.
ハブに駆動用のモータを設けた、所謂ハブモータ方式の電動補助自転車は、これを、変速機と組み合わせる場合、前記外装変速機、又は内装変速機のいずれかを用いることができる。 A so-called hub motor type battery-assisted bicycle provided with a driving motor in the hub can use either the exterior transmission or the internal transmission when this is combined with a transmission.
ただし、外装変速機を用いる場合、ハブの構造は、主としてモータと減速機とから構成されるので簡素となるが、前述のような外装変速機ゆえのメンテナンス上の問題がある。一方、内装変速機を用いる場合、ハブの構造は、モータ、減速機及び変速機構とから構成されるので、ハブ自体の構造は複雑となるが、前述のような内装変速機ゆえの利点があるので有利である。 However, when an exterior transmission is used, the structure of the hub is mainly composed of a motor and a speed reducer, so that the structure is simple. However, there is a problem in maintenance due to the exterior transmission as described above. On the other hand, in the case of using an internal transmission, the structure of the hub is composed of a motor, a speed reducer, and a transmission mechanism, so the structure of the hub itself is complicated, but there are advantages due to the internal transmission as described above. This is advantageous.
現在のところ、電動補助自転車はシティサイクルを中心に展開しており、その殆どが内装変速機を採用している。従って、ハブモータ方式の電動補助自転車においても、内装変速機構とすることが望ましいと考えられている。 At present, battery-assisted bicycles are developed mainly in the city cycle, and most of them adopt an internal transmission. Therefore, it is considered that it is desirable to use an internal transmission mechanism even in a hub motor type battery-assisted bicycle.
この種の内装変速機構を備えた電動補助自転車の構造として、例えば、特許文献1,2に記載のものがある。
As a structure of a battery-assisted bicycle provided with this type of internal transmission mechanism, for example, there are those described in
これらの構造では、ハブ内において、電動機(駆動用モータ)、減速機構、変速機構が配置されている。電動機による駆動機構としては、駆動用の電動機と、その電動機の回転数を減速する動力系の減速機構を内蔵している。また、人力の入力機構としては、駆動輪の車軸に入力用のスプロケットが設けられ、その車軸より外周に向かって変速機構、減速機構を順に配置している。 In these structures, an electric motor (drive motor), a speed reduction mechanism, and a speed change mechanism are arranged in the hub. As a drive mechanism using an electric motor, a driving electric motor and a power system speed reducing mechanism for reducing the rotational speed of the electric motor are incorporated. As a human power input mechanism, an input sprocket is provided on the axle of the drive wheel, and a speed change mechanism and a speed reduction mechanism are arranged in this order from the axle toward the outer periphery.
ハブは、回転ケーシングと固定ケーシングとを備え、前記人力系の入力機構は回転ケーシング側に、前記電動機による駆動機構は、主として固定ケーシング側に配置されている。 The hub includes a rotating casing and a fixed casing. The human-powered input mechanism is disposed on the rotating casing side, and the driving mechanism using the electric motor is mainly disposed on the fixed casing side.
ペダルによって与えられた人力は、チェーンによって駆動輪のスプロケットに伝達され、変速機構で変速された後、人力系の減速機構に伝達されて、回転ケーシングを通じて駆動輪を回転させる。また、電動機による駆動力は、前述の人力系の減速機構とは別に備えた動力系の減速機構で減速されて、その後、回転ケーシングにおいて人力駆動力と電動駆動力とが合力されて、駆動輪に伝達される。 The human power given by the pedal is transmitted to the sprocket of the driving wheel by the chain, and after being shifted by the speed change mechanism, is transmitted to the speed reducing mechanism of the human power system to rotate the driving wheel through the rotating casing. In addition, the driving force by the electric motor is decelerated by a power-system decelerating mechanism provided separately from the above-described human-powered decelerating mechanism, and then the manpower driving force and the electric driving force are combined in the rotating casing, and the driving wheel Is transmitted to.
このとき、電気信号に変換された前記人力による駆動力と、速度センサからの走行速度の電気信号とが、その電動補助自転車が備える制御部に入力され、その制御部が、所定の条件に基づいて駆動信号を出力し、電動機を制御するようになっている。 At this time, the driving force by the human power converted into the electric signal and the electric signal of the running speed from the speed sensor are input to the control unit included in the battery-assisted bicycle, and the control unit is based on a predetermined condition. The drive signal is output to control the electric motor.
しかし、これらの構造では、電動機は、車軸の軸心から偏心した位置に配置されている。このため、ハブの外径が大きくなるという問題がある。ハブの外径が大きいと、重量バランスが悪くなる傾向がある。 However, in these structures, the electric motor is arranged at a position eccentric from the axis of the axle. For this reason, there exists a problem that the outer diameter of a hub becomes large. If the outer diameter of the hub is large, the weight balance tends to deteriorate.
この点、特許文献3,4に記載の構造によれば、減速機構、電動機、変速機構を車軸上に併設した構成となっているから、上記ハブの大型化は抑制できる。
In this regard, according to the structures described in
すなわち、これらの構造では、駆動輪である後輪のハブ内に、減速機構、電動機と変速機構とが車幅方向に並設されており、ペダルによって与えられた人力は、チェーンを介して後輪のスプロケットに伝達され、一方向クラッチを経て変速機で変速された後、回転ケーシングを通じて駆動輪を回転させる。また、電動機による駆動力は、その車軸の周囲に設けた遊星歯車機構からなる減速機構で減速されて、その後、回転ケーシングにおいて人力駆動力と電動駆動力とが合力されて、駆動輪に伝達されるようになっている。 That is, in these structures, the speed reduction mechanism, the electric motor, and the speed change mechanism are arranged in parallel in the vehicle width direction in the hub of the rear wheel, which is the driving wheel, and the human power given by the pedal is transmitted through the chain. After being transmitted to the sprocket of the wheel and shifted by a transmission through a one-way clutch, the driving wheel is rotated through a rotating casing. Further, the driving force by the electric motor is decelerated by a speed reduction mechanism comprising a planetary gear mechanism provided around the axle, and then the human driving force and the electric driving force are combined in the rotating casing and transmitted to the driving wheel. It has become so.
しかし、上記特許文献3,4に記載の構造によれば、電動機からの出力は減速機構を介してハブケース(回転ケーシング)に伝達され、ペダルからの駆動力は変速機構を介してハブケース(回転ケーシング)に伝達されている。
However, according to the structures described in
このため、車軸の軸心に沿って並列する減速機、電動機、変速機構の三つの機構は、それぞれ独立した構造となっている。すなわち、人力駆動力の伝達機構と、電動駆動力の伝達機構とが、それぞれ別ルートで独立して介在している。 For this reason, the three mechanisms of the speed reducer, the electric motor, and the speed change mechanism that are arranged in parallel along the axis of the axle have independent structures. That is, the transmission mechanism of the human driving force and the transmission mechanism of the electric driving force are interposed independently by different routes.
駆動輪の車軸方向のスペースには限りがあるので、このような構造では、変速機構のスペースが小さくなり、変速段数を増やすことが困難である。
また、この構造では、車軸とモータ出力軸とが軸方向に並列するので、その車軸及びモータ軸に鉛直方向に荷重が作用した場合、車軸に大きな曲げモーメントが作用する。このため、車軸には大きな強度が求められるとともに、その車軸とモータ出力軸とをベアリング等で支持すると、その支持部に過大な負荷がかかるという問題がある。
Since the space in the axle direction of the drive wheels is limited, in such a structure, the space for the speed change mechanism is reduced, and it is difficult to increase the number of shift stages.
In this structure, since the axle and the motor output shaft are arranged in parallel in the axial direction, a large bending moment acts on the axle when a load acts on the axle and the motor shaft in the vertical direction. For this reason, the axle is required to have high strength, and if the axle and the motor output shaft are supported by a bearing or the like, there is a problem that an excessive load is applied to the support portion.
そこで、この発明は、駆動輪のハブ内に、車軸の軸心に沿って減速機構、電動機、変速機構の三つの機構を並列に備えた構成において、装置をコンパクトにするとともに、大きな曲げモーメントに耐え得る車軸の支持構造とすることを課題とする。 In view of this, the present invention has a configuration in which three mechanisms of a speed reduction mechanism, an electric motor, and a speed change mechanism are provided in parallel along the axle of the drive wheel in the hub of the drive wheel. An object is to provide an axle support structure that can withstand.
上記の課題を解決するために、この発明は、フレームで支持された駆動輪のハブ内部に、変速機構、減速機構及び駆動用モータを車軸の軸方向に並列して配置し、前記変速機構は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも一つの変速機用太陽歯車と、その変速機用太陽歯車に噛み合う変速機用遊星歯車、及びその変速機用遊星歯車を保持する変速機用遊星キャリアとを備え、ペダルからの踏力による駆動力を駆動輪に伝達し、前記減速機構は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも一つの減速機用太陽歯車と、その減速機用太陽歯車に噛み合う減速機用遊星歯車とを備え、前記減速機用遊星歯車は前記変速機用遊星キャリアで保持され、前記駆動用モータのモータ出力軸からの駆動力を駆動輪に伝達し、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車を前記車軸の軸周りに回転可能又は回転不能に切り替えて変速を行う変速制御機構を備え、前記車軸の軸方向両端を前記フレームで支持したことを特徴とする電動補助自転車又は電動二輪車を採用した。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a speed change mechanism, a speed reduction mechanism, and a drive motor arranged in parallel in the axial direction of an axle inside a hub of a drive wheel supported by a frame, A planetary gear mechanism and at least one transmission sun gear, a transmission planetary gear meshing with the transmission sun gear, and a transmission planet carrier for holding the transmission planetary gear. The driving force generated by the pedaling force from the pedal is transmitted to the driving wheel, and the speed reduction mechanism is constituted by a planetary gear mechanism and is configured with at least one speed reducer sun gear and the speed reducer planetary gear engaged with the speed reducer sun gear. The planetary gear for the speed reducer is held by the planet carrier for the transmission, and transmits the driving force from the motor output shaft of the driving motor to the driving wheel. A battery-assisted bicycle or an electric two-wheeled vehicle comprising a shift control mechanism for performing a shift by switching a sun gear to be rotatable or non-rotatable around an axis of the axle, and supporting both axial ends of the axle with the frame. Adopted.
この構成によれば、駆動輪のハブ内部に、変速機構、減速機構及び駆動用モータが車軸方向に並列する構成において、減速機用遊星歯車が、変速機用遊星キャリア又はその変速機用遊星キャリアと一体に回転する部材で保持される。すなわち、変速機用と減速機用のキャリアを共通化することができ、車軸方向の装置のコンパクト化が実現できる。 According to this configuration, in the configuration in which the speed change mechanism, the speed reduction mechanism, and the drive motor are arranged in parallel in the axle direction inside the hub of the drive wheel, the speed reducer planetary gear is the speed change planetary carrier or the speed change planetary carrier. And is held by a member that rotates integrally. That is, the carrier for the transmission and the reducer can be made common, and the device in the axle direction can be made compact.
また、車軸の軸方向両端がフレームで支持されることにより、車軸はフレームに両持ちで固定され、従来の片持ち状態の場合と比較して軸剛性が向上でき、ハブに作用する大きな鉛直荷重に耐えることができる。 In addition, since both ends of the axle in the axial direction are supported by the frame, the axle is fixed to the frame with both ends, so that the shaft rigidity can be improved compared to the conventional cantilever state and a large vertical load acting on the hub. Can withstand.
また、この構成において、前記ペダルからの踏力による駆動力は、前記ハブに対して前記車軸の軸方向一端側に設けたスプロケットを介して前記変速機構に入力され、前記ハブ内に、前記車軸の軸方向一端側から他端側に向かって変速機構、減速機構及び駆動用モータを並列して設けた構成を採用すれば、変速機構と減速機構とが近接するので、変速機用と減速機用のキャリアを共通化するための構造を簡素し得る。 Further, in this configuration, a driving force generated by a pedaling force from the pedal is input to the speed change mechanism via a sprocket provided on one end side in the axial direction of the axle with respect to the hub, If a configuration in which a speed change mechanism, a speed reduction mechanism, and a drive motor are provided in parallel from one end to the other end in the axial direction is adopted, the speed change mechanism and the speed reduction mechanism are close to each other. The structure for sharing the carrier can be simplified.
これらの各構成において、前記駆動用モータは、前記車軸に支持されている構成を採用することができる。例えば、駆動用モータは、車軸に対してねじ止め等により軸周り回転不能に固定できる。このとき、車軸は、駆動用モータを軸方向一端側から他端側に向かって貫通し、その車軸の軸方向両端がフレームに支持されている構成とし得る。 In each of these configurations, a configuration in which the drive motor is supported by the axle can be employed. For example, the drive motor can be fixed to the axle so as not to rotate around the axis by screwing or the like. At this time, the axle may pass through the drive motor from one end side in the axial direction toward the other end side, and both ends in the axial direction of the axle may be supported by the frame.
さらに、前記駆動用モータのモータ出力軸の軸心と前記車軸の軸心とを一致させ、前記モータ出力軸に軸方向へ伸びる車軸挿通孔を設け、その車軸挿通孔を通じて前記車軸を前記駆動用モータの軸方向一端側から他端側へと引き出した構成を採用することができる。この構成によれば、駆動用モータと車軸とを同軸状に配置することができ、最も重量バランスのよい構成とし得る。 Further, the shaft center of the motor output shaft of the drive motor is aligned with the shaft center of the axle, and an axle insertion hole extending in the axial direction is provided in the motor output shaft, and the axle is driven through the axle insertion hole. A configuration in which the motor is drawn from one end side in the axial direction to the other end side can be employed. According to this configuration, the drive motor and the axle can be arranged coaxially, and the configuration with the best weight balance can be obtained.
このとき、変速機構及び減速機構の遊星歯車機構は、駆動用モータに並列して、ベアリング等を介して車軸に回転可能に固定することができる。すなわち、車軸は、電動補助自転車又は電動二輪車のフレームに両持ち固定され、駆動用モータ及び遊星歯車機構はそれぞれ独立して車軸に固定されることで荷重が分散され、車軸は、駆動用モータ及び遊星歯車機構のそれぞれからの鉛直荷重に対する曲げの影響を受けにくくなる。 At this time, the planetary gear mechanism of the speed change mechanism and the speed reduction mechanism can be rotatably fixed to the axle via a bearing or the like in parallel with the drive motor. That is, the axle is both-ends fixed to the frame of the battery-assisted bicycle or the electric motorcycle, and the load is distributed by the drive motor and the planetary gear mechanism being fixed to the axle independently of each other. It becomes difficult to be influenced by bending with respect to the vertical load from each of the planetary gear mechanisms.
また、これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とは、互いに異なる遊星キャリア軸によって前記変速機用遊星キャリアにそれぞれ保持される構成を採用することもできるが、これを、同一の遊星キャリア軸によって前記変速機用遊星キャリアに保持される構成とすることができる。変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車とが、同一の遊星キャリア軸によって変速機用遊星キャリアに保持されれば、変速機用と減速機用のキャリアを共通化するための構造をさらに簡素とし得る。 Further, in each of these configurations, the transmission planetary gear and the reduction planetary gear may be configured to be held on the transmission planet carrier by different planet carrier shafts, respectively. This can be configured to be held by the planetary carrier for transmission by the same planetary carrier shaft. If the planetary gear for transmission and the planetary gear for reduction gear are held on the planetary carrier for transmission by the same planet carrier shaft, the structure for sharing the carrier for transmission and reduction gear is further simplified It can be.
これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とは同数とすることが望ましく、また、その場合、前記遊星キャリア軸を、前記変速機用遊星歯車及び前記減速機用遊星歯車と同数とすることが望ましい。なお、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とは同数である場合において、前記遊星キャリア軸を、前記変速機用遊星歯車及び前記減速機用遊星歯車の数の二倍とすることもできる。 In each of these configurations, it is desirable that the transmission planetary gear and the reduction gear planetary gear have the same number, and in that case, the planet carrier shaft is used as the transmission planetary gear and the reduction gear. It is desirable to have the same number as the planetary gear. In the case where the number of planetary gears for transmission and the number of planetary gears for reduction gear is the same, the number of planetary carrier shafts is twice the number of planetary gears for transmission and the number of planetary gears for reduction gear. You can also.
また、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車の数は自由に設定できるが、これらの数を同数とする場合には、例えば、その変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車の数をそれぞれ三個とする構成を採用することもできる。もちろん、個数にかかわらず、変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車は、それぞれ車軸の軸周りに等分方位に配置することが望ましい。 Further, the number of the planetary gears for transmission and the number of planetary gears for reduction gears can be freely set. When these numbers are the same, for example, the planetary gears for transmission and the planetary gears for reduction gears can be used. It is also possible to adopt a configuration in which the number is three each. Of course, regardless of the number, it is desirable that the planetary gear for transmission and the planetary gear for reduction gear are respectively arranged in an equally divided direction around the axis of the axle.
さらに、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とは、別々の遊星キャリア軸によって前記変速機用遊星キャリアに保持され、前記変速機用遊星歯車を保持する前記遊星キャリア軸の前記車軸の軸心からの距離と、前記減速機用遊星歯車を保持する前記遊星キャリア軸の前記車軸の軸心からの距離とを異ならせた構成を採用することができる。変速機用遊星歯車を保持する遊星キャリア軸と、減速機用遊星歯車を保持する遊星キャリア軸の径方向位置(いわゆるP.C.D.)を異ならせることによって、変速機用、減速機用の各遊星歯車を配置する作業が容易になる。 Furthermore, the planetary gear for transmission and the planetary gear for reduction gear are held on the planetary carrier for transmission by separate planetary carrier shafts, and the axle of the planetary carrier shaft that holds the planetary gear for transmission It is possible to adopt a configuration in which the distance from the center of the shaft is different from the distance from the center of the axle of the planet carrier shaft that holds the planetary gear for reduction gear. By making the radial position (so-called PCD) of the planet carrier shaft holding the planetary gear for transmission and the planet carrier shaft holding the planetary gear for reduction gear different, it is for transmission and reduction gear. The operation of arranging each planetary gear becomes easier.
また、これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車の間に間隔材を備え、その間隔材は、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とに接することにより緩衝材として機能する構成を採用することができる。
特に、同一の遊星キャリア軸で保持された変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車とは異なる回転数であることから、互いの接触によって発熱、若しくは磨耗の問題が生じる恐れがあるので、その間隔材によって、発熱、摩耗、あるいは、両者が直接触れることによる損傷等を防ぐことができるからである。
In each of these configurations, a spacing member is provided between the planetary gear for transmission and the planetary gear for reduction gear, and the spacing material contacts the planetary gear for transmission and the planetary gear for reduction gear. Therefore, it is possible to employ a configuration that functions as a cushioning material.
In particular, since the planetary gear for transmission and the planetary gear for reduction gear held by the same planetary carrier shaft have different rotational speeds, there is a risk that heat generation or wear may occur due to mutual contact. This is because the spacing material can prevent heat generation, wear, or damage caused by direct contact between the two.
あるいは、これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車との間に間隔材を備え、その間隔材は、全ての前記遊星キャリア軸を保持する構成を採用することができる。間隔材が遊星キャリア軸を保持することで、その遊星キャリア軸の鉛直方向荷重に対する剛性を高めることができる。 Alternatively, in each of these configurations, a spacing member may be provided between the transmission planetary gear and the reduction planetary gear, and the spacing member may employ a configuration that holds all the planet carrier shafts. it can. Since the spacing member holds the planet carrier shaft, the rigidity of the planet carrier shaft with respect to the vertical load can be increased.
なお、この間隔材は、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とに接することによる緩衝材としての機能と、全ての遊星キャリア軸を保持する機能とを併せ持つ構成を採用することもできる。 In addition, this spacing material may adopt a configuration having both a function as a buffer material by contacting the planetary gear for transmission and the planetary gear for reduction gear, and a function of holding all planet carrier shafts. it can.
これらの各構成において、前記変速制御機構は、前記変速機用太陽歯車と前記車軸との間に設けたクラッチ部材を介して前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成を採用することができる。
すなわち、この構成によれば、変速制御機構は、変速機用太陽歯車と車軸との間に設けたクラッチ部材を介して、駆動力に対して、変速機用太陽歯車と前記車軸とを回転可能又は回転不能に切替えることができ、その切替えによって変速を可能とし得る。
In each of these configurations, the shift control mechanism may employ a configuration that performs the rotation or non-rotation switching via a clutch member provided between the transmission sun gear and the axle.
That is, according to this configuration, the transmission control mechanism can rotate the transmission sun gear and the axle with respect to the driving force via the clutch member provided between the transmission sun gear and the axle. Alternatively, it can be switched to be non-rotatable, and shifting can be enabled by the switching.
なお、この電動補助自転車又は電動二輪車に、回生機構を付加することもできる。すなわち、前記変速制御機構は、前記クラッチ部材を介して、前記変速機用太陽歯車と前記車軸との軸周り両方向の相対回転に対して、前記変速機用太陽歯車を前記車軸に回転可能又は回転不能に切替えることができ、前記駆動輪からの逆入力に対して、前記変速機用太陽歯車と前記車軸とを回転不能とすることにより、その逆入力により生じた回生電力を駆動用モータを通じて二次電池に還元する回生機構を備えた構成である。 A regenerative mechanism can also be added to this battery-assisted bicycle or electric motorcycle. That is, the transmission control mechanism can rotate or rotate the transmission sun gear around the axle with respect to the relative rotation in both directions around the transmission sun gear and the axle via the clutch member. By making the transmission sun gear and the axle unrotatable with respect to the reverse input from the drive wheel, the regenerative electric power generated by the reverse input is transmitted through the drive motor. It is the structure provided with the regeneration mechanism which returns to a secondary battery.
すなわち、ペダルからの踏力による駆動力に対してのみならず、駆動輪からの逆入力に対しても、変速機用太陽歯車を車軸回りに回転可能、回転不能に切替えすることができ、その切替えに応じた適宜の状態で駆動用モータに駆動輪からの逆入力が伝達されれば、回生充電が可能となる。
このとき、その駆動輪からの逆入力は、常に駆動用モータに伝達されて二次電池に回生充電が行われるが、回生充電を行うか否かは制御可能であり、例えば、ブレーキレバーの操作によって回生充電のスイッチが入るようにすることで、必要時にのみ最適条件で回生充電を行うように設定できる。
In other words, the sun gear for transmission can be switched to be rotatable or non-rotatable around the axle not only for the driving force by the pedaling force from the pedal but also for the reverse input from the driving wheel. If the reverse input from the drive wheel is transmitted to the drive motor in an appropriate state according to the above, regenerative charging is possible.
At this time, the reverse input from the drive wheel is always transmitted to the drive motor and the secondary battery is regeneratively charged. Whether or not to perform the regenerative charge can be controlled, for example, the operation of the brake lever By turning on the regenerative charging switch, it is possible to set so that regenerative charging is performed under optimum conditions only when necessary.
また、ハブ内は、スペースに制約があることから、遊星歯車機構の太陽歯車の車軸方向長さは短くしなければならないが、この構成によれば、変速及び逆入力用のクラッチとして、クラッチ部材という同一の部材を用いることで、その機構を簡素化でき、また、装置の軸方向長さを短くすることができる。このクラッチ部材として、例えば、ボールもしくはキー、又はラチェット等を用いることができる。 In addition, because the space inside the hub is limited, the length of the sun gear of the planetary gear mechanism in the axle direction must be shortened. According to this configuration, the clutch member serves as a clutch for shifting and reverse input. By using the same member, the mechanism can be simplified and the axial length of the apparatus can be shortened. As this clutch member, for example, a ball, a key, or a ratchet can be used.
また、これらの各構成において、前記クラッチ部材は、前記車軸の軸方向に沿って移動可能なボールであり、そのボールが、前記車軸の軸方向に沿って移動することによって、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成を採用することができる。 Further, in each of these configurations, the clutch member is a ball that can move along the axial direction of the axle, and the ball can move or rotate by moving along the axial direction of the axle. It is possible to adopt a configuration for performing the impossible switching.
クラッチ部材としてボールを用いた構成において、前記ボールは、前記車軸の軸方向に沿って移動することにより、前記変速機用太陽歯車の内面に設けたカム面に対面する位置と、その対面する位置から離脱した位置との間で移動し、前記ボールが前記対面する位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転不能となり、前記ボールが前記離脱した位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転可能となる構成を採用することができる。 In the configuration using the ball as the clutch member, the ball moves along the axial direction of the axle so that the ball faces a cam surface provided on the inner surface of the transmission sun gear, and the position facing the cam surface. If the ball moves to a position where the ball has been separated and the ball is in the facing position, the sun gear for transmission cannot be rotated around the axis of the axle with respect to the driving force, and the ball has been detached. If it exists in a position, the structure which the said sun gear for transmissions can rotate to the surroundings of the axis of the said axle with respect to a driving force is employable.
また、これらの各構成において、前記変速制御機構は、前記車軸と前記変速機用太陽歯車との間に制御部材を備え、前記制御部材に、前記車軸の軸方向に対して斜め方向に交差する長手状のポケットを設け、そのポケットに前記ボールを保持し、前記車軸の外面にボール溝を設け、前記制御部材を前記車軸の軸周りに回転させた際に、前記ボール溝によって前記ボールの軸方向への移動を案内する構成を採用することができる。
長手状のポケットが、車軸の軸方向に対して斜め方向に交差しているから、その制御部材を軸周りに回転させれば、ボール溝内のボールを車軸の軸方向へ移動させることができる。
In each of these configurations, the shift control mechanism includes a control member between the axle and the transmission sun gear, and the control member intersects with the axis direction of the axle in an oblique direction. A longitudinal pocket is provided, the ball is held in the pocket, a ball groove is provided on the outer surface of the axle, and the ball shaft is rotated by the ball groove when the control member is rotated around the axle axis. A configuration that guides movement in a direction can be employed.
Since the longitudinal pocket intersects with the axial direction of the axle in an oblique direction, if the control member is rotated around the axis, the ball in the ball groove can be moved in the axial direction of the axle. .
そのボール溝は、例えば、車軸の軸方向に並行に伸びている構成とすることができる。また、ボール溝は、前記車軸の軸方向に対して斜め方向に交差する方向へ伸びて、そのボール溝の前記車軸の軸方向に対する交差方向と、前記ポケットの前記車軸の軸方向に対する交差方向とは、その車軸の軸方向に対して反対方向である構成を採用することができる。 The ball groove can be configured to extend in parallel with the axial direction of the axle, for example. The ball groove extends in a direction obliquely intersecting the axial direction of the axle, the intersection direction of the ball groove with respect to the axial direction of the axle, and the intersecting direction of the pocket with respect to the axial direction of the axle. Can adopt a configuration opposite to the axial direction of the axle.
さらに、前記ポケットと前記ボール溝はそれぞれ直線状に伸びており、前記ポケットと前記ボール溝との交差角度が30度以上である構成とすれば、ボールの移動がスムーズである。 Further, the pocket and the ball groove extend in a straight line, and if the intersection angle between the pocket and the ball groove is 30 degrees or more, the movement of the ball is smooth.
これらの構成において、前記ボール溝は、前記カム面に対面する位置から離脱した位置に、前記ボールが前記カム面に干渉しないようにするための逃げ溝を備える構成を採用することができる。この構成によれば、ボールがカム面に誤って干渉することが防止される。特に、車軸の軸方向に複数の太陽歯車を並列する場合に、この逃げ溝を採用すれば、意に反して隣接する太陽歯車を係合させてしまうことを防止するのに有効である。 In these configurations, it is possible to adopt a configuration in which the ball groove is provided with a relief groove for preventing the ball from interfering with the cam surface at a position separated from the position facing the cam surface. According to this configuration, the ball is prevented from erroneously interfering with the cam surface. In particular, when a plurality of sun gears are juxtaposed in the axial direction of the axle, the use of this relief groove is effective in preventing the adjacent sun gears from being engaged unexpectedly.
また、クラッチ部材の他の構成として、例えば、クラッチ部材は、前記車軸の軸方向に固定されたボール又はキー部材であり、そのボール又はキー部材が、前記車軸の半径方向に移動することによって、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成を採用することができる。 Further, as another configuration of the clutch member, for example, the clutch member is a ball or key member fixed in the axial direction of the axle, and the ball or key member moves in the radial direction of the axle. It is possible to adopt a configuration for switching between rotation and non-rotation.
このボール又はキー部材は、前記車軸の半径方向に移動することにより、前記変速機用太陽歯車の内面に設けたカム面に係合可能な位置と、その係合可能な位置から離脱した位置との間で移動し、前記ボール又はキー部材が前記係合可能な位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転不能となり、前記ボール又はキー部材が前記離脱した位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転可能となる構成を採用することができる。 The ball or key member moves in the radial direction of the axle so that it can be engaged with a cam surface provided on the inner surface of the transmission sun gear, and a position separated from the engageable position. If the ball or key member is in the engageable position, the transmission sun gear cannot rotate around the axle shaft with respect to the driving force, and the ball or key member If it is in the disengaged position, it is possible to employ a configuration in which the transmission sun gear can rotate around the axis of the axle with respect to the driving force.
この構成において、前記変速制御機構は、前記車軸と前記変速機用太陽歯車との間に制御部材を備え、前記制御部材を前記車軸の半径方向に貫通する孔を設け、前記ボール又はキー部材は、前記孔に入り込むことで前記係合可能な位置に移動し、前記孔から出れば、前記離脱した位置に移動する構成を採用することができる。 In this configuration, the shift control mechanism includes a control member between the axle and the transmission sun gear, and a hole is provided through the control member in the radial direction of the axle. It is possible to adopt a configuration that moves to the engageable position by entering the hole and moves to the disengaged position when coming out of the hole.
前記変速制御機構は、前記制御部材を前記車軸の軸方向に移動させることにより、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成とすることができ、前記制御部材を前記車軸の軸周りに回転させることにより、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成とすることもできる。 The shift control mechanism may be configured to perform switching between the rotatable and the non-rotatable by moving the control member in the axial direction of the axle, and rotates the control member around the axle axis. Thereby, it can also be set as the structure which switches the said rotation possible or non-rotatable.
これらの各構成において、前記クラッチ部材の個数は、例えば、前記車軸周りに一つだけ配置した構成を採用してもよいが、前記車軸の軸周りに少なくとも二つ以上配置されている構成が望ましい。
また、そのとき、前記クラッチ部材が、前記車軸の軸周りに等間隔で配置されていることが望ましい。
In each of these configurations, the number of the clutch members may be, for example, a configuration in which only one clutch member is disposed around the axle, but it is desirable that at least two clutch members be disposed around the axle shaft. .
Further, at that time, it is desirable that the clutch members are arranged at equal intervals around the axle.
また、これらの各構成において、前記減速機構の遊星歯車を二段歯車とし、その一方の歯車に駆動用モータを保持するモータハウジングに設けた減速機用外輪歯車が、他方の歯車に駆動用モータのモータ出力軸に設けた減速機用太陽歯車が噛み合っている構成を採用すれば、高減速比とすることが可能となる。
もちろん、この段数は、電動補助自転車又は電動二輪車に求められる仕様に応じて任意に設定できるから、例えば、一段とすることもできるし、三段以上とすることもできる。
Further, in each of these configurations, the planetary gear of the speed reduction mechanism is a two-stage gear, and an outer ring gear for a speed reducer provided in a motor housing holding a drive motor in one of the gears, a drive motor in the other gear By adopting a configuration in which a reduction gear sun gear provided on the motor output shaft is engaged, a high reduction ratio can be achieved.
Of course, since the number of stages can be arbitrarily set according to the specifications required for the battery-assisted bicycle or the electric motorcycle, for example, it can be one stage or can be three stages or more.
この発明は、車軸の軸心に沿って減速機、電動機、変速機構の三つの機構を並列に備えた構成において、装置をコンパクトにすることができる。
また、車軸の軸方向両端がフレームで支持されることにより、従来の片持ち状態の場合と比較して軸剛性が向上でき、ハブに作用する大きな鉛直荷重に耐えることができる。
According to the present invention, the apparatus can be made compact in a configuration in which three mechanisms of a speed reducer, an electric motor, and a speed change mechanism are provided in parallel along the axis of the axle.
Further, since both ends in the axial direction of the axle are supported by the frame, the shaft rigidity can be improved as compared with the conventional cantilever state, and it is possible to withstand a large vertical load acting on the hub.
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。この実施形態の電動補助自転車は、駆動輪である後輪のハブ1(以下、「リアハブ1」と称する)内部に駆動用モータ8が設けられている、リアハブモータ方式の電動補助自転車である。なお、この実施形態の構成を電動二輪車としても採用でき、両者の構成は同じであるので、以下、電動補助自転車として説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The battery-assisted bicycle of this embodiment is a battery-assisted bicycle of the rear hub motor type in which a
踏力による駆動力は、図1に示すように、リアハブ1に対して車軸14の軸方向一端側(図中左側)に設けた後輪2のスプロケット9(以下、「リアスプロケット9」と称する。)を介して変速機構11に入力されるようになっている。また、後輪2の車軸14と同軸に設けたハブケース12内では、車軸14の軸方向一端側から他端側(図中右側)に向かって変速機構11、減速機構10及び駆動用モータ8が並列して設けられている。
As shown in FIG. 1, the driving force by the pedal force is referred to as a
車軸14は、その軸方向両端が電動補助自転車のフレーム6にそれぞれ固定されている。また、駆動用モータ8は、車軸14にねじ止め等によって回転しないように固定されている。駆動用モータ8のモータ出力軸8aの中心部に車軸挿通孔8cが同軸に設けられ、その車軸挿通孔8c内に車軸14が挿通されている。モータ出力軸8aは、その車軸14の軸周りに回転可能である。
Both ends of the
駆動時、図9に示すペダル3を通じて、クランク軸から伝達された踏力による駆動力が入力された場合は、フロントスプロケットとリアスプロケット9とを結ぶチェーン等の動力伝達要素4、変速機構11を介して、後輪2に駆動力が伝達可能となっている。リアスプロケット9は、ワンウェイクラッチ27を介して、変速機構11の変速機用遊星キャリア11cに取付けされている。
During driving, when a driving force based on the pedaling force transmitted from the crankshaft is input through the
変速機構11を切り替える変速制御機構15は、リアハブ1外部において、電動補助自転車のハンドル5やフレーム6等に取り付けられた変速切替スイッチ(図示せず)により、手動もしくは電動により操作されるようになっている。
The
また、補助力としての駆動用モータ8の出力による駆動力は、リアハブ1内部の減速機構10を介して、変速機構11の変速機用遊星キャリア11cに伝達され、変速機構11の変速機用遊星歯車11bを介してハブケース12に伝達され、後輪2に伝達可能となっている。
The driving force generated by the output of the driving
さらに、前進非駆動時には、後輪2からの逆入力は変速機構11の変速機用遊星歯車11b及び変速機構11の変速機用遊星キャリア11cから減速機構10(逆入力の場合は増速される)等を介して駆動用モータ8に伝達され、逆入力によって生じた回生電力を、リアハブ1外部においてフレーム6等に取り付けられた二次電池13に還元する回生機構を備えている。
Further, during forward non-drive, the reverse input from the
変速機構11は、三段階の増速可能な遊星歯車機構で構成されている。変速機構11は、車軸14の外周に設けられた三つの変速機用太陽歯車11a(11a−1,11a−2,11a−3)と、その変速機用太陽歯車11aに噛み合う変速機用遊星歯車11b、及びその変速機用遊星歯車11bを保持する変速機用遊星キャリア11cとを備えている。
The
この実施形態では、変速機用太陽歯車11aは三つの太陽歯車、すなわち、第一太陽歯車11a−1、第二太陽歯車11a−2、第三太陽歯車11a−3からなる。その第一太陽歯車11a−1、第二太陽歯車11a−2、第三太陽歯車11a−3が、それぞれ車軸14(変速制御機構15)周りに回転可能に接続されている。
In this embodiment, the
変速機用遊星歯車11bは、第一太陽歯車11a−1、第二太陽歯車11a−2、第三太陽歯車11a−3に対して噛み合う歯数の異なる三段の歯車を有し、その変速機用遊星歯車11bは変速機用遊星キャリア11cによって保持されている。また、変速機用遊星歯車11bに噛み合う変速機用外輪歯車11dは、ハブケース12と一体である。
The transmission
この実施形態では、変速機用外輪歯車11dはハブケース12と一体に形成されているが、変速機用外輪歯車11dとハブケース12とを別体で形成して、それらを共に回転するように噛み合わせる構成も考えられる。
In this embodiment, the
なお、変速機用太陽歯車11aの設置数は自由であり、必要とする変速段に応じて、例えば、1個としてもよいし、2個、3個、4個としてもよい。このとき、変速機用遊星歯車11bの歯車の数は、変速機用太陽歯車11aの数と同数段とする。
The number of
また、この実施形態では、変速機用外輪歯車11dは、変速機用遊星歯車11bの歯数が二番目の歯車と噛み合っている。他の歯車と噛み合わせることも可能であるが、三段間の増速比幅を最も稼ぐことができるため、この実施形態が望ましい。
In this embodiment, the transmission
また、変速機用遊星キャリア11cと変速制御機構15との間、変速制御機構15と車軸14との間、変速機用遊星キャリア11cとハブケース12との間、及びハブケース12とモータハウジング8bとの間,モータハウジング8bとモータ出力軸8aとの間には、それぞれ軸受部21,26,22,23,24が設けられて、互いに相対回転可能となっている。
Further, between the
減速機構10は、遊星歯車機構によって構成されて、一つの減速機用太陽歯車10aと、その減速機用太陽歯車10aに噛み合う減速機用遊星歯車10bとを備えている。
The
この実施形態では、減速機用遊星歯車10bは歯数の異なる二段の歯車を有する二段歯車であり、その歯数の少ない側の歯車に駆動用モータ8を保持するモータハウジング8bに設けた減速機用外輪歯車10dが噛み合っている。また、歯数の多い側の歯車に、駆動用モータ8のモータ出力軸8aに設けた減速機用太陽歯車10aが噛み合っている。すなわち、減速機構10は、駆動用モータ8のモータ出力軸8aを減速機用太陽歯車10aとし、二段の減速機用遊星歯車10b、モータハウジング8bと一体に回転する減速機用外輪歯車10d(固定)、及び、変速機構11と共通である変速機用遊星キャリア11cによって構成される。
In this embodiment, the speed reducer
減速機用遊星歯車10bは、変速機用遊星キャリア11c及び変速機用遊星歯車11bと遊星キャリア軸11eで接続されている。つまり、減速機用遊星歯車10bは変速機用遊星キャリア11cで保持されて、変速機用遊星キャリア11c及び変速機用遊星歯車11bと一体に車軸14の軸周りに回転可能である。
変速機用遊星歯車11bと減速機用遊星歯車10bとが共通の遊星キャリア軸11eで、変速機用遊星キャリア11cに支持されているから、変速機構11の遊星キャリアと減速機構10の遊星キャリアを共通化することにより、車軸方向のコンパクト化が図られている。
The reduction gear
Since the
変速機用遊星キャリア11cは、図4に示すように、変速機構11側に位置する第一キャリア部11gと、その第一キャリア部11gから軸方向に突出する連結部11iを備える。その連結部11iの先端(減速機構10側の端部)が、第二キャリア部11hとなっている。
As shown in FIG. 4, the
また、変速機用遊星キャリア11cは、第一キャリア部11gと第二キャリア部11hとを結ぶ前記遊星キャリア軸11eを備える。この実施形態では、第一キャリア部11gと第二キャリア部11hとは一体に形成されているが、これらを別部材として、遊星キャリア軸11eによって接続される構成を採用してもよい。
The
また、変速機用遊星キャリア11cには、図5に示すように、変速機構11の変速機用遊星歯車11bと、減速機構10の減速機用遊星歯車10bが入るためのポケット部11jが形成されている。このポケット部11j内に、変速機用遊星歯車11b及び減速機用遊星歯車10bがそれぞれ収容され、変速機用遊星歯車11b及び減速機用遊星歯車10bは、遊星キャリア軸11eによって回転自在に支持されている。
すなわち、遊星キャリア軸11eは、変速機用遊星歯車11bを、その遊星キャリア軸11eの軸周りに回転自由度を与えて保持している。また、減速機用遊星歯車10bについても同様に、遊星キャリア軸11eが、減速機用遊星歯車10bを、その遊星キャリア軸11eの軸周りに回転自由度を与えて保持している。
Further, as shown in FIG. 5, the
That is, the
なお、この実施形態では、変速機用遊星歯車11bと減速機用遊星歯車10bとを同数(三個)としている。また、その変速機用遊星歯車11bと減速機用遊星歯車10bとを、同一の遊星キャリア軸11eで変速機用遊星キャリア11cに保持することで、その組み立てを容易にしている。
In this embodiment, the number of transmission
この遊星キャリア軸11eの数は自由に設定でき、この実施形態のように、変速機用遊星歯車11b及び前記減速機用遊星歯車10bと同数(三本)として、その製造誤差を許容しやすい構成としてもよい。
The number of the
また、変速機構11の変速機用遊星歯車11bと、減速機構10の減速機用遊星歯車10bが入るためのポケット部11jは一体であっても構わず、その場合、変速機用遊星歯車11bと減速機用遊星歯車10bとは異なる回転数であることから、互いの接触によって発熱、若しくは磨耗の問題が生じる恐れがある。
このため、変速機用遊星歯車11bと減速機用遊星歯車10bとの間に間隔材11fを別部材として配置するとよい。
Further, the transmission
For this reason, it is good to arrange | position the space |
なお、この実施形態では、間隔材11fは、板状部材であり、金属や樹脂、ゴム等で構成される。
In this embodiment, the spacing
また、図6乃至8に示す実施形態では、変速機用遊星歯車11bの遊星キャリア軸11eと減速機用遊星歯車10bの遊星キャリア軸10eを異なる軸とし、それらを車軸14の軸周り方位(位相)をずらして設置することで、両遊星キャリア軸10e,11eの車軸14の軸心からの距離(P.C.D.)を異ならせることが可能となっている。
6 to 8, the
この実施形態では、変速機用遊星歯車11bと減速機用遊星歯車10bの数をそれぞれ三個としているが、変速機用遊星歯車11bと減速機用遊星歯車10bの数はそれぞれ自由に設定できる。ただし、変速機用遊星歯車11bと減速機用遊星歯車10bとは、荷重バランスを取るために同数であることが望ましい。
In this embodiment, the number of
図7に、変速機用遊星キャリア11cと変速機用遊星歯車11b、減速機用遊星歯車10bとの位置関係を示す。
ここで、変速機用遊星歯車11bの遊星キャリア軸11eと減速機用遊星歯車10bの遊星キャリア軸10eのP.C.D.を互いに異ならせることにより、それぞれの遊星歯車機構の設計自由度を増すことができ、強いてはハブの小型化(例えば、ハブケース12の外径を小さくすること)が可能となる。
FIG. 7 shows the positional relationship between the
Here, the
また、変速機用遊星キャリア11cに、図8に示すように、変速機構11の変速機用遊星歯車11bと、減速機構10の減速機用遊星歯車10bが入るためのポケット部11jが形成されている点は、前述の実施形態と同様である。このポケット部11j内に、変速機用遊星歯車11b及び減速機用遊星歯車10bがそれぞれ収容され、変速機用遊星歯車11b及び減速機用遊星歯車10bは、遊星キャリア軸10e、11eによって回転自在に支持されている。
Further, as shown in FIG. 8, the
これらの各実施形態において、変速機構11は、車軸14の外周に設けられた三つの変速機用太陽歯車11a(第一太陽歯車11a−1、第二太陽歯車11a−2、第三太陽歯車11a−3)が、変速制御機構15の操作によって、駆動力と逆入力のそれぞれに対していずれか一つの変速機用太陽歯車11aを選択的に車軸14の軸回りに回転可能又は回転不能に切替えて変速できるようになっている。
In each of these embodiments, the
その切替えは、変速機用太陽歯車11aと車軸14との間に設けられたクラッチ16(クラッチ部材16a)を介して行われる。
The switching is performed via a clutch 16 (
クラッチ16は、車軸14の軸方向に沿って移動可能なボールからなるクラッチ部材16aを備え、そのボールが、車軸14の軸方向に沿って移動することによって、変速機用太陽歯車11aと車軸14との軸周り両方向の相対回転に対して、いずれか一つの変速機用太陽歯車11aを選択的に車軸14の軸回りに回転不能に、他を回転可能に切替える。
The clutch 16 includes a
この実施形態では、変速制御機構15は、車軸14の軸周りに設けた制御部材15aを車軸14の軸周りに回転させることによって、クラッチ部材16aを車軸14の軸方向に沿って移動させ、その移動によって、変速機用太陽歯車11aと車軸14とを、軸周り両方向の相対回転に対して、回転可能又は回転不能に切替えることができる。
In this embodiment, the
なお、前述の軸受部21,26は、変速機用遊星キャリア11cと変速制御機構15の制御部材15aとの間、変速制御機構15の制御部材15aと車軸14との間に設けられている。
The bearing
つぎに、変速機構11の作用について説明すると、例えば、第一太陽歯車11a−1を車軸14に対して回転不能とした場合、リアスプロケット9からの回転速度は、変速機用遊星キャリア11cから増速されてハブケース12(変速機用外輪歯車11d)に伝達される。
Next, the operation of the
このとき、第一太陽歯車11a−1の歯数をa1、その第一太陽歯車11a−1と噛み合う変速機用遊星歯車11bの歯数をb1、変速機用外輪歯車11dと噛み合う変速機用遊星歯車11bの歯数をb2、変速機用外輪歯車11dの歯数をd1とすると、変速機用遊星キャリア11cから変速機用外輪歯車11dへの増速比は
[(a1×b2)/(b1×d1)]+1
となる。このとき、第二太陽歯車11a−2、第三太陽歯車11a−3は空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
At this time, the number of teeth of the
It becomes. At this time, the
また、第二太陽歯車11a−2を車軸14に回転不能とした場合、第二太陽歯車11a−2の歯数をa2、変速機用外輪歯車11dの歯数を、前述の例と同様にd1とすると、変速機用遊星キャリア11cから変速機用外輪歯車11dへの増速比は、
[a2/d1]+1
となる。
Further, when the
[A2 / d1] +1
It becomes.
さらに、第三太陽歯車11a−3を車軸14に回転不能とした場合、第三太陽歯車11a−3の歯数をa3、その第三太陽歯車11a−3と噛み合う変速機用遊星歯車11bの歯数をb3、前述の例と同様に、変速機用外輪歯車11dと噛み合う変速機用遊星歯車11bの歯数をb2、変速機用外輪歯車11dの歯数をd1とすると、変速機用遊星キャリア11cから変速機用外輪歯車11dへの増速比は、
[(a3×b2)/(b3×d1)]+1
となる。
Further, when the
[(A3 × b2) / (b3 × d1)] + 1
It becomes.
また、駆動用モータ8は、変速機構11と車軸14の軸方向に並設されており、その駆動用モータ8の出力は、遊星歯車機構を用いた減速機構10を介して変速機用遊星キャリア11cに減速されて伝達される。
さらに、変速機用遊星キャリア11cからは、変速機構11によって増速されてハブケース12に伝達される。このときの増速比は、変速制御機構15により、いずれの変速機用太陽歯車11aが車軸14に対して回転不能となるかによって異なる。
The
Further, the transmission
駆動用モータ8からの出力は、減速機用太陽歯車10aと噛み合う減速機用遊星歯車10bの歯数をb4、減速機用外輪歯車10dの歯数をd2、減速機用太陽歯車10aの歯数をa4、減速機用外輪歯車10dと噛み合う減速機用遊星歯車10bの歯数をb5とすると、減速機用太陽歯車10aから変速機用遊星キャリア11cへの減速比は
[(d2×b4)/(a4×b5)]+1
となる。
The output from the driving
It becomes.
また、前進非駆動時は、後輪2からの逆入力が、ハブケース12から変速機用遊星歯車11bに伝達される。このとき、各変速機用太陽歯車11aと車軸14との間に設けられたクラッチ16によって、いずれか一つの変速機用太陽歯車11aは、その逆入力に対して車軸14に対し回転不能とされ、他は回転可能とされる。
その結果、後輪2からの逆入力は、変速機構11を介して減速されて変速機用遊星キャリア11cに伝達され、さらに、減速機構10を介して駆動用モータ8に増速されて伝達され、回生充電が可能となる。
When the forward drive is not driven, the reverse input from the
As a result, the reverse input from the
これらの構成により、リアスプロケット9からの駆動力(踏力)は増速されて後輪2に伝達される。また、駆動用モータ8からの駆動力は、減速機構10を介して減速されて変速機用遊星キャリア11cに伝達され、その後、変速機構11を介して増速されて後輪2に伝達される。
一方、後輪2からの逆入力トルクは変速機構11により減速され、減速機構10により増速されて駆動用モータ8に伝わり、回生充電が可能な状態となる。
With these configurations, the driving force (stepping force) from the
On the other hand, the reverse input torque from the
つぎに、変速制御機構15の詳細について説明する。変速制御機構15は、図1乃至図3に示すように、車軸14の軸周りに設けられた三つの主要な部材、すなわち、制御部材15a、連結部材15d、操作部材15eで構成される(図6乃至図8に示す実施形態においても同様)。
Next, details of the
制御部材15a、連結部材15d、操作部材15eは、一体として回転運動可能なようにセレーション結合によって、車軸14の軸方向に沿って連結されている。また、制御部材15aは、その一部が、車軸14と変速機用太陽歯車11aとの間に入り込むように配置されている。
The
制御部材15aには、少なくとも二個以上のクラッチ部材16aを保持するためのポケット15bが軸周り等分方位に(等配に)形成されている。前述のように、この実施形態では、クラッチ部材16aはボールである。
ポケット15bは長手状を成し、その全長に亘って軸方向に捩れながら、すなわち、車軸14の軸方向に対して斜め方向に交差する方向に伸びている。
The
この実施形態では、クラッチ部材16aを、車軸14の軸周りに四つ配置しているが、その数は自由である。ただし、係合安定性のためには、これを二つ以上とすることが望ましい。
また、そのクラッチ部材16aを軸周りに複数設ける場合は、これを車軸14の軸周りに等分方位で配置することが望ましい。
In this embodiment, four
Further, when a plurality of the
また、車軸14の外面には、ポケット15bと同数のボール溝14aが形成されている。この実施形態では、ボール溝14aは、その全長に亘って軸方向に捩れながら、すなわち、車軸14の軸方向に対して斜め方向に交差する方向に伸びている。なお、このボール溝14aを、車軸14の軸方向に並行に直線状に形成してもよい。
Further, the same number of
各ポケット15b内にクラッチ部材16aとしてのボールが保持され、また、そのボールは、ボール溝14a内に収容されている。
A ball as the
ポケット15bとボール溝14aはそれぞれ直線状に伸びており、そのポケット15bとボール溝14aとの交差角度は30度以上となっている。この交差角度(捩れ角度)が30度以上であれば、制御部材15aを回転させた際に、スムーズなボールの軸方向移動が可能である。
なお、このポケット15bとボール溝14aの車軸14の軸方向に対する捩れ角は、その車軸14の軸方向を挟んで、互いに逆方向に同角であることが望ましい。
The
It is desirable that the twist angle of the
変速制御機構15の操作部材15eにはワイヤー等(図示せず)が繋がれ、前述の変速切替スイッチからの信号によってそのワイヤーが引かれ、操作部材15eが車軸14の軸周りに回転操作される。
操作部材15eが車軸14の軸周りに回転することにより、連結部材15dを介して制御部材15aも車軸14の軸周りに回転する。
A wire or the like (not shown) is connected to the
When the
この制御部材15aの回転により、ボールは、長手状のポケット15bの内壁に押し出されるように、車軸14の軸方向に沿って一方向へ移動する。このとき、ボールはボール溝14a内に収容されているので、そのボールの移動は、ボール溝14aの伸びる方向へ案内される。また、制御部材15aが逆方向へ回転すれば、ボールは、車軸14の軸方向に沿って他方向へ移動する。この制御部材15aの逆方向への回転は、ワイヤーの動作によらず、バネ等の弾性部材の付勢力を活用し、ワイヤーの引張力が解除された際、あるいは緩められた際に自動的に行われるようにしてもよい。
By the rotation of the
各変速機用太陽歯車11aは、それぞれその内面に、周方向に沿って凹凸が連続する花びら状のカム面11kが設けられている。前述のボールの軸方向への移動により、そのボールは、変速機用太陽歯車11aのカム面11kに対面する位置と、その対面する位置から軸方向へ離脱した位置との間で移動することができる。
Each
その移動によって、ボールが、ある一つの変速機用太陽歯車11aのカム面11kに対面する位置にあれば、このカム面11kと車軸14のボール溝14aとがボールを介して噛み合い(図3参照)、車軸14とその変速機用太陽歯車11aとが回転不能となる。このとき、クラッチ16は、車軸14と変速機用太陽歯車11aとの軸周り両方向の相対回転に対してそれぞれ係合可能であるので、その変速機用太陽歯車11aは、駆動力に対しても逆入力に対しても回転不能とされる。
If the ball is positioned so as to face the
また、ボールがカム面11kに対面する位置から離脱した位置にあれば、変速機用太陽歯車11aが車軸14の軸周りに回転可能となる。このため、ボールがカム面11kに対面していない他の二つの変速機用太陽歯車11aは、駆動力に対しても逆入力に対しても車軸14の軸周りに回転可能である。
Further, if the ball is at a position away from the position facing the
また、ボール溝14aには、ボールがある一つの変速機用太陽歯車11aのカム面11kに噛み合っている際に、隣り合う変速機用太陽歯車11aに同時に干渉しないようにするための逃げ溝(図示せず)を設けてもよい。逃げ溝は、カム面11kに対面する位置から軸方向へ離脱した位置に、ボール溝14aの他の部分よりもやや深く形成するとよい。
Further, the
この逃げ溝内にボールが入り込めば、ボールがやや内径側へ移動するので、変速機用太陽歯車11aのカム面11kに干渉しない。このため、ボールによる係合を、一つの変速機用太陽歯車11aから他の変速機用太陽歯車11aへと切替える際に、いずれの変速機用太陽歯車11aにも係合しない中立状態が介在することとなり、スムーズな切り替えが可能となる。
If the ball enters the escape groove, the ball moves slightly toward the inner diameter side, so that it does not interfere with the
また、変速制御機構15の他の実施形態として、例えば、クラッチ部材16aとしてのボールを、各変速機用太陽歯車11aに対してそれぞれ軸方向へ移動しないように取り付けた構成を採用することができる。各ボールは、車軸14内に設けられた半径方向の孔内に収容された弾性部材によって、その車軸14内の固定要素に接続され、各ボールは、弾性部材の弾性力によって、外径方向へ付勢されている。
Further, as another embodiment of the speed
変速制御機構15の制御部材15aを、車軸14の軸周りに回転させることで、その制御部材15aに設けた孔(車軸14の半径方向に貫通する孔)にボールが臨めば、そのボールは孔を通じて外径方向へ突出し、対面する変速機用太陽歯車11aのカム面11kに係合可能な状態となる。孔に臨んでいないボールは、その制御部材15aによって外径方向への突出が押さえられるので、変速機用太陽歯車11aのカム面11kに係合不可能な状態となる構成である。
When the
この孔は、一つの変速機用太陽歯車11aに対応して、周方向に並ぶボールの数と同数(この実施形態では四個)設けられたものを一群とし、その一群の孔が、変速機用太陽歯車11aの数と同数だけ軸方向に並列して設けられている。軸方向に並列する孔同士は、互いに軸周り方位が異なる位置に設けられている。
This hole is a group of holes provided in the same number (four in this embodiment) as the number of balls arranged in the circumferential direction corresponding to one
このため、各変速機用太陽歯車11aのうち、一つの変速機用太陽歯車11aに対してのみ周方向に並んでいる全てのボールにそれぞれ孔が臨み、その孔を通じてボールが外径方向に突出する。これにより、その変速機用太陽歯車11aを車軸14に対して軸周り両回転方向に回転不能とすることができる。
For this reason, among the sun gears 11a for each transmission, the holes face all the balls arranged in the circumferential direction only with respect to one
また、この状態で、他の変速機用太陽歯車11aに対しては、ボールに孔が臨まないように孔の位置が設定されており、これらのボールは外径方向に突出しない。このため、他の変速機用太陽歯車11aは、車軸14に対して軸周り両回転方向に回転可能となる。
In this state, the positions of the holes are set so that the holes do not face the balls with respect to the other
すなわち、ボールは、制御部材15aの孔に入り込むことで、変速機用太陽歯車11aのカム面11kに係合可能な位置に移動し、孔から出れば(孔に入り込まない位置にあれば)、そのカム面11kに係合可能な位置から離脱した位置に移動する。また、複数の変速機用太陽歯車11aのうち、一つの変速機用太陽歯車11aについてのみ、クラッチ部材16aとしてのボールはカム面11kに係合可能となり、他の変速機用太陽歯車11aについては、クラッチ部材16aとしてのボールはカム面11kに係合不可能な状態となる。なお、クラッチ部材16aとしてのボールに代えて、キー部材を用いることもできる。
That is, when the ball enters the hole of the
キー部材は、各変速機用太陽歯車11aに対してそれぞれ軸方向に移動しないように取り付けている。また、各キー部材は、車軸14内に設けられた半径方向の孔内に収容された弾性部材によって、車軸14内の固定要素に接続されている。各キー部材は、弾性部材の弾性力によって、外径方向へ付勢されている。その作用については、ボールを用いた前述の実施形態と同様である。
The key member is attached to each
1 リアハブ(ハブ)
2 後輪(駆動輪)
3 ペダル
4 駆動力伝達要素(チェーン)
5 ハンドル
6 フレーム
7 ハブフランジ
8 駆動用モータ
8a モータ出力軸
8b モータハウジング
8c 車軸挿通孔
9 リアスプロケット(スプロケット)
10 減速機構
10a 減速機用太陽歯車
10b 減速機用遊星歯車
10d 減速機用外輪歯車
10e 遊星キャリア軸
11 変速機構
11a 変速機用太陽歯車
11a−1 第一太陽歯車
11a−2 第二太陽歯車
11a−3 第三太陽歯車
11b 変速機用遊星歯車
11c 変速機用遊星キャリア
11d 変速機用外輪歯車
11e 遊星キャリア軸
11f 間隔材
11g 第一キャリア部
11h 第二キャリア部
11i 連結部
11j ポケット部
11k カム面
12 ハブケース
14 車軸
15 変速制御機構
15a 制御部材
15b ポケット
15d 連結部材
15e 操作部材
16 クラッチ
16a クラッチ部材
21,22,23,24,25,26 軸受部
1 Rear hub (hub)
2 Rear wheels (drive wheels)
3 Pedal 4 Driving force transmission element (chain)
5 Handle 6
DESCRIPTION OF
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