JP2013067286A - Bicycle hub unit, power-assisted bicycle using the same, and two-wheeled electric vehicle - 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や電動二輪車、及び、その電動補助自転車や電動二輪車に用いられる自転車用ハブユニット、並びにそれを用いた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 an electrically assisted bicycle or an electric motorcycle that adds an assisting force to a human power drive system by an electric motor, a bicycle hub unit used in the electrically assisted bicycle or an electric motorcycle, and an electrically assisted bicycle and an electric motor using the same. It relates to motorcycles.
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、クランク軸又はリア車軸の何れか一方、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、駆動輪である後輪のリア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 rear axle, or both, and the speed is changed by moving the chain between the sprockets by a derailleur (exterior gear shifting). And a system (internal transmission) that changes gears by switching gears provided in the rear hub of the rear wheel that is a driving 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(以下、電動補助自転車で総称する)において、その電動補助自転車の駆動輪である後輪のリアハブ内に、駆動用モータ、減速機構部、変速機構部が備えられたものがある。 By the way, in an electrically assisted bicycle or an electric motorcycle (hereinafter collectively referred to as an electrically assisted bicycle) in which an assisting force is applied to a human power drive system by an electric motor, a driving wheel is installed in a rear hub of a rear wheel that is a drive wheel of the electrically assisted bicycle. Some have a motor, a speed reduction mechanism, and a speed change mechanism.
リアハブにモータを設けた、所謂リアハブモータ方式の電動補助自転車は、変速機構部と組み合わせる場合、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。
ただし、外装変速機を用いる場合、ハブの構造は、主として駆動用モータと減速機構部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、減速機構部及び変速機構部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。
A so-called rear hub motor type battery-assisted bicycle provided with a motor at the rear hub can use either an exterior transmission or an interior transmission when combined with a transmission mechanism.
However, when the exterior transmission is used, the structure of the hub is mainly composed of the drive motor and the speed reduction mechanism, and thus becomes simple. However, there is a problem in maintenance due to the exterior transmission as described above. On the other hand, when an internal transmission is used, the hub structure is composed of a motor, a speed reduction mechanism, and a transmission mechanism, so the structure of the hub itself is complicated. 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、リアハブモータ方式の電動補助自転車においても、内装変速機とすることが望ましいと考えられている。
この種の内装変速機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。
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 even in a rear hub motor type battery-assisted bicycle.
Examples of the structure of a battery-assisted bicycle provided with this type of internal transmission include those described in
これらの構造では、リアハブ内において、駆動用モータ(電動機)、減速機構部、変速機構部が配置されている。モータによる駆動機構としては、駆動用モータと、その駆動用モータの回転数を減速する動力系の減速機構部を内蔵している。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部、減速機構部を順に配置している。
リアハブは、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、前記駆動用モータによる駆動機構は、主として固定ケーシング側に配置されている。
In these structures, a drive motor (electric motor), a speed reduction mechanism, and a speed change mechanism are arranged in the rear hub. As a drive mechanism using a motor, a drive motor and a power system speed reduction mechanism for reducing the rotational speed of the drive 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.
The rear 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 driving 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、変速機構部で変速され、回転ケーシングを通じて駆動輪を回転させる。また、モータによる駆動力は、前述の人力系の変速機構部とは別に備えた動力系の減速機構部で減速されて、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。
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、モータを制御するようになっている。
The human power given by the pedal is transmitted to the sprocket of the driving wheel by the chain, is shifted by the speed change mechanism, and rotates the driving wheel through the rotating casing. In addition, the driving force by the motor is decelerated by the speed reduction mechanism portion of the power system provided separately from the above-described transmission mechanism portion of the human power system, and then the human power driving force and the electric driving force are combined in the rotating casing, It is transmitted to the drive wheel.
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. Then, a drive signal is output to control the motor.
しかし、これらの構造では、モータは、車軸の軸心から偏心した位置や、あるいは、車軸から外径側に大きく離れ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 motor is disposed at a position eccentric from the axle center of the axle or at a position far away from the axle toward the outer diameter side. 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、減速機構部、駆動用モータ、変速機構部を車軸の軸心に沿って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 structure described in Patent Documents 3 and 4, the reduction mechanism, the drive motor, and the transmission mechanism are arranged along the axis of the axle. Can be suppressed.
特許文献3では、駆動用モータは、減速機構部と変速機構部の間に配置されている。このような構成では、モータの電源及び制御用の配線を配置しにくく、また、その構造が複雑である。さらに、減速機構部と変速機構部は独立した構成となり、変速段数を増やすことは困難である。 In Patent Document 3, the drive motor is disposed between the speed reduction mechanism and the speed change mechanism. In such a configuration, it is difficult to arrange the power supply and control wiring of the motor, and the structure is complicated. Furthermore, since the speed reduction mechanism and the speed change mechanism are independent, it is difficult to increase the number of gears.
また、特許文献4では、その組み立て性を考慮し、駆動用モータを軸方向一端に、入力用のスプロケットを軸方向他端に配置するとともに、駆動用モータと減速機構部を組込む作業と、ハブケースの端面を閉じる蓋体に内装変速機を組込む作業を別作業とし、その後、両者を組込むことにより組み立て作業を簡素化している。すなわち、減速機構部と変速機構部とは完全に別ユニットで構成される。 Further, in Patent Document 4, in consideration of the assemblability, the driving motor is disposed at one axial end, the input sprocket is disposed at the other axial end, the operation of assembling the driving motor and the speed reduction mechanism, and the hub case The work of assembling the internal transmission into the lid that closes the end face of the housing is a separate work, and then the assembly work is simplified by incorporating both. That is, the speed reduction mechanism portion and the speed change mechanism portion are completely configured as separate units.
この特許文献4では、変速機構部と減速機構部とを仕切るために、ハブケース(蓋体)の内面から径方向内側に伸びる仕切板が設けられている。この仕切板は、変速機側のグリースの遠心力による飛散を防止することが可能である。しかし、この仕切板は、軸心寄りの部分で他部材と結合することができことができず、蓋体側にグリースを保持しにくいという問題がある。
また、この仕切板があることで、変速機構部と減速機構部とは、それぞれハブケースに駆動力を伝達するためのルートが別々に必要となっている。その各ルートには、それぞれトルク伝達部(歯車、クラッチカム面など)が備えられる必要がある。ハブユニットの軸方向スペースには限りがあるので、このような変速機構部と減速機構部とを別々にした構成では、特許文献3と同様、変速段数を増やすことが困難である。
In Patent Document 4, a partition plate extending radially inward from the inner surface of the hub case (lid body) is provided to partition the speed change mechanism portion and the speed reduction mechanism portion. This partition plate can prevent scattering due to the centrifugal force of grease on the transmission side. However, this partition plate cannot be coupled with other members at a portion near the axis, and there is a problem that it is difficult to hold grease on the lid side.
In addition, since the partition plate is provided, the speed change mechanism portion and the speed reduction mechanism portion require separate routes for transmitting the driving force to the hub case. Each route needs to be provided with a torque transmission part (gear, clutch cam surface, etc.). Since the space in the axial direction of the hub unit is limited, it is difficult to increase the number of shift stages in such a configuration in which the speed change mechanism and the speed reduction mechanism are separately provided, as in Patent Document 3.
さらに、特許文献4では、駆動用モータを収容するモータハウジングに対し、遊星キャリア(減速機用フレーム)をネジ止めで固定する構造を採用し、その遊星キャリアは、ハブケース内の軸心近くの空間を、軸方向一端側と他端側とに隔てる構造となっている。このため、自転車のフレームに固定されるハブモータユニット(動体ユニット)の軸は、その遊星キャリアを挟んで、軸方向一端側と他端側とが別部材で構成されている。
このような構造では、ハブモータユニット(動体ユニット)の軸に作用する曲げ荷重に対して不利であり、さらに耐久性を高めたいという要請もある。
Further, Patent Document 4 employs a structure in which a planetary carrier (reduction gear frame) is fixed with a screw to a motor housing that houses a drive motor, and the planetary carrier is a space near the axis in the hub case. Is separated into one end side and the other end side in the axial direction. For this reason, as for the axis | shaft of the hub motor unit (moving body unit) fixed to the flame | frame of a bicycle, the axial direction one end side and other end side are comprised by the separate member on both sides of the planet carrier.
In such a structure, it is disadvantageous to a bending load acting on the shaft of the hub motor unit (moving body unit), and there is also a demand for further improving the durability.
そこで、この発明は、車軸の軸心に沿って変速機構部、減速機構部、駆動用モータの3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を第一の課題とし、曲げ荷重に対する強度を向上させることを第二の課題とする。 In view of this, the first object of the present invention is to make the device compact in a configuration in which three mechanisms of a speed change mechanism, a speed reduction mechanism, and a drive motor are provided in parallel along the axis of the axle. The second problem is to improve the strength against the load.
上記第一の課題を解決するために、本発明は、ハブの内部に、変速機構部、減速機構部及び駆動用モータを車軸の軸方向に並列して配置した自転車用ハブユニットにおいて、前記変速機構部は、入力手段に入力される人力による駆動力をハブケースに伝達する機能を有し、前記減速機構部は、前記駆動用モータから入力される駆動力をハブケースに伝達する機能を有しており、前記変速機構部の出力部材と前記減速機構部の出力部材とは同一部材、若しくは一体回転可能に結合された部材で構成され、前記変速機構部と前記減速機構部の出力部材と前記ハブケース間に、前記出力部材と前記ハブケースとを一体回転可能とする出力伝達部材を設けたことを特徴とする自転車用ハブユニットを採用した。 In order to solve the first problem, the present invention provides a bicycle hub unit in which a speed change mechanism portion, a speed reduction mechanism portion, and a drive motor are arranged in parallel in the axial direction of an axle inside the hub. The mechanism portion has a function of transmitting a driving force by human power input to the input means to the hub case, and the speed reduction mechanism portion has a function of transmitting the driving force input from the driving motor to the hub case. And the output member of the speed change mechanism portion and the output member of the speed reduction mechanism portion are configured by the same member or a member coupled so as to be integrally rotatable. The speed change mechanism portion, the output member of the speed reduction mechanism portion, and the hub case A bicycle hub unit characterized in that an output transmission member that allows the output member and the hub case to rotate together is provided therebetween.
減速機構部の出力部材と変速機構部の出力部材とを共通の部材、若しくは、互いに一体回転可能に結合された部材とすることにより、従来のように、変速機構部と減速機構部とを完全に別々のルートで配置する必要はなくなり、また、変速機構部と減速機構部とを仕切る仕切板も不要となる。このため、車軸方向にコンパクトで、且つ安価な構造とすることが可能となる。さらに、仕切板がなく、変速機構部と減速機構部とが一体に組立て可能である。 By making the output member of the speed reduction mechanism portion and the output member of the speed change mechanism portion a common member or a member coupled so as to be integrally rotatable with each other, the speed change mechanism portion and the speed reduction mechanism portion are completely connected as in the past. In addition, it is not necessary to arrange them on separate routes, and a partition plate for partitioning the speed change mechanism portion and the speed reduction mechanism portion becomes unnecessary. For this reason, it is possible to make the structure compact and inexpensive in the axle direction. Furthermore, there is no partition plate, and the speed change mechanism and the speed reduction mechanism can be assembled together.
また、変速機構部及び減速機構部の出力部材と、駆動輪と一体に回転するハブケースとの間に、別体の出力伝達部材を介在させたことにより、出力部材の外径を小さく抑えることができる。このため、出力部材の製作を簡素化できる。 In addition, by providing a separate output transmission member between the output member of the speed change mechanism portion and the speed reduction mechanism portion and the hub case that rotates integrally with the drive wheel, the outer diameter of the output member can be kept small. it can. For this reason, manufacture of an output member can be simplified.
この構成において、変速機構部の構成としては、入力手段に入力される人力による駆動力をハブケースに伝達する機能を有する種々の構成を採用し得るが、例えば、その変速機構部として、2段以上の変速段を有する遊星歯車機構によって構成されて少なくとも1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、前記入力手段からの駆動力に対して前記少なくとも1つの変速機用太陽歯車を前記車軸周りに回転可能又は回転不能とに切り替えて変速を行う変速制御機構部を備えた構成を採用することができる。
また、減速機構部の構成としては、駆動用モータから入力される駆動力をハブケースに伝達する機能を有する種々の構成を採用し得るが、例えば、その減速機構部として、遊星歯車機構によって構成されて前記駆動用モータのモータ軸と一体に回転する減速機用太陽歯車と、前記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た構成を採用することができる。
In this configuration, as the configuration of the speed change mechanism portion, various configurations having a function of transmitting a driving force by human power input to the input means to the hub case can be adopted. At least one transmission sun gear, a transmission planetary gear meshing with the transmission sun gear, and a transmission planetary gear holding the transmission planetary gear And a shift control mechanism that shifts the at least one transmission sun gear to be rotatable or non-rotatable around the axle with respect to the driving force from the input means. Can be adopted.
In addition, as a configuration of the speed reduction mechanism section, various configurations having a function of transmitting a driving force input from the drive motor to the hub case can be adopted. For example, the speed reduction mechanism section is configured by a planetary gear mechanism. A reduction gear sun gear that rotates integrally with the motor shaft of the drive motor and a reduction gear planetary gear that meshes with the reduction gear sun gear can be employed.
変速機構部、減速機構部の構成として遊星歯車機構を採用した前記の構成において、前記変速機構部の前記ハブケースへの出力部材は前記変速機用遊星キャリアであり、前記減速機構部の前記ハブケースへの出力部材は、前記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回転可能な部材で構成することができる。 In the above configuration in which the planetary gear mechanism is adopted as the configuration of the speed change mechanism portion and the speed reduction mechanism portion, the output member to the hub case of the speed change mechanism portion is the planetary carrier for the transmission, and to the hub case of the speed reduction mechanism portion. The output member can be constituted by the planetary carrier for transmission or a member that can rotate integrally with the planetary carrier for transmission.
変速機用遊星キャリアは、変速機用遊星歯車を保持するポケット部(凹部)を備える構成とする場合が多い。このポケット部を形成するために、従来は、変速機用遊星キャリアの形状、特に、最も大きな力が作用するハブケースへの結合部、すなわち、外径部の形状(出力伝達部材に相当する部分)は、鍛造時等のプレスやその他の事情から、軸方向へ大型化できないなど、設計上の自由度が制限されたものとなっていた。
しかし、変速機用遊星キャリアとハブケースとの間に、別体の出力伝達部材を介在させたことにより、ハブケースへの部材の結合部は、出力伝達部材に形成することができる。このため、変速機用遊星キャリアの設計上の自由度が高まるとともに、別体の出力伝達部材を軸方向に大型化させることで、ハブケースとの結合部の強度を向上させることができる。
In many cases, a planetary carrier for a transmission includes a pocket portion (concave portion) that holds a planetary gear for a transmission. In order to form this pocket portion, conventionally, the shape of the planetary carrier for transmission, particularly the connecting portion to the hub case where the greatest force acts, that is, the shape of the outer diameter portion (the portion corresponding to the output transmission member) However, due to press during forging and other reasons, the degree of freedom in design was limited such that the size could not be increased in the axial direction.
However, since a separate output transmission member is interposed between the planetary carrier for transmission and the hub case, the connecting portion of the member to the hub case can be formed in the output transmission member. For this reason, the freedom degree in the design of the planetary carrier for transmission increases, and the strength of the coupling portion with the hub case can be improved by increasing the size of the separate output transmission member in the axial direction.
このとき、前記変速機構部の前記ハブケースへの出力部材である前記変速機用遊星キャリアで前記減速機用遊星歯車を保持することにより、前記変速機用遊星キャリアを前記減速機構部の前記ハブケースへの出力部材とすることができる。
変速機用遊星キャリアで減速機用遊星歯車を保持することにより、その変速機用遊星キャリアを変速機構部と減速機構部の共通の出力部材とでき、部材の共通化により、さらなるコンパクト化が可能となる。
At this time, the planetary gear for reduction gear is held by the planetary carrier for transmission that is an output member of the transmission mechanism portion to the hub case, whereby the planetary gear for transmission is transferred to the hub case of the reduction mechanism portion. Output member.
By holding the planetary gear for the speed reducer with the planetary gear for the transmission, the planetary carrier for the transmission can be used as a common output member for the transmission mechanism and the speed reduction mechanism. It becomes.
また、上記第二の課題を解決するために、本発明は、上記の構成において、前記車軸を、自転車のフレームに両持ち固定される単一の部材とする構成を採用した。
このように、車軸がフレームに両端支持で固定されることで、リアハブユニット全体の剛性が確保される。このため、曲げ荷重に対する強度が向上し、駆動用モータは、車軸に対してしっかりと固定され、安定した回転が可能となる。
In order to solve the second problem, the present invention employs a configuration in which the axle is a single member that is both-end fixed to a bicycle frame.
Thus, the rigidity of the whole rear hub unit is ensured by fixing the axle to the frame with both ends supported. For this reason, the strength with respect to the bending load is improved, and the driving motor is firmly fixed to the axle and can be rotated stably.
また、これらの各構成において、前記出力伝達部材と前記ハブケースとの間、又は、前記出力伝達部材と前記変速機用遊星キャリアとの間、あるいは、その両方において、両者が相対回転しないように固定する結合部に、小さなガタ(ガタつき)を持たせた構成を採用することができる。結合部にガタを持たすことで、両者の製造誤差を許容し、部材に製造誤差が介在する場合にもスムーズな回転が可能となる。 In each of these configurations, the output transmission member and the hub case, or the output transmission member and the planetary carrier for transmission, or both, are fixed so that they do not rotate relative to each other. It is possible to adopt a configuration in which a small backlash (backlash) is given to the connecting portion. By providing play at the joint, manufacturing errors between the two are allowed, and smooth rotation is possible even when there are manufacturing errors in the members.
具体的には、前記ハブケースと前記出力伝達部材とを、軸方向に相対移動可能且つ軸周り一体回転可能に結合した構成、それに加えて又は代えて、前記ハブケースと前記出力伝達部材とを、半径方向に相対移動可能且つ軸周り一体回転可能に結合した構成を採用することができる。
さらに、前記変速機用遊星キャリアと前記出力伝達部材とを、軸方向に相対移動可能且つ軸周り一体回転可能に結合した構成、それに加えて又は代えて、前記変速機用遊星キャリアと前記出力伝達部材とを、半径方向に相対移動可能且つ軸周り一体回転可能に結合した構成を採用することができる。
Specifically, the hub case and the output transmission member are coupled to each other so that the hub case and the output transmission member are relatively movable in the axial direction and are integrally rotatable about the axis. It is possible to adopt a configuration in which the relative movement in the direction and the rotation around the axis are possible.
Further, the planetary carrier for transmission and the output transmission member are coupled to each other so as to be relatively movable in the axial direction and integrally rotatable about the axis, and in addition to or in place thereof, the planetary carrier for transmission and the output transmission member It is possible to adopt a configuration in which the members are coupled to each other so as to be relatively movable in the radial direction and integrally rotatable about the axis.
すなわち、遊星歯車は理想的には同心駆動であることが望ましいが、実際には、それぞれの歯車に製造誤差が含まれる。このため、その製造誤差によって、特定の歯車に過大な荷重がかかる場合があり、耐久性が低下する恐れがある。
したがって、これらの製造誤差を吸収することができるようにすることが適している。ここでは、別部材で構成される変速機用遊星キャリアと出力伝達部材、変速機用遊星キャリアと出力伝達部材とをそれぞれを一体回転可能としつつ、半径方向へ相対移動可能に自由度を持たしている。あるいは、それぞれを一体回転可能としつつ、軸方向へ相対移動可能に自由度を持たしている。この自由度の介在によって、遊星歯車機構において荷重バランスの取れた歯車配置とすることが可能となる。
That is, it is desirable that the planetary gear is ideally driven concentrically, but actually, each gear includes a manufacturing error. For this reason, an excessive load may be applied to a specific gear due to the manufacturing error, and durability may be reduced.
Therefore, it is suitable to be able to absorb these manufacturing errors. Here, the planetary carrier for transmission and the output transmission member, which are constituted by separate members, and the planetary carrier for transmission and the output transmission member can be rotated together, while having a degree of freedom so as to be relatively movable in the radial direction. ing. Alternatively, each has a degree of freedom so as to be capable of relative movement in the axial direction while being able to rotate integrally. By the intervention of this degree of freedom, it is possible to achieve a gear arrangement with a balanced load in the planetary gear mechanism.
また、前記変速機用遊星キャリアと前記出力伝達部材との結合は、圧入、嵌合、スプライン結合等周知の手法を採用できるが、例えば、前記変速機用遊星キャリアと前記減速機用遊星歯車とを支持している遊星キャリア軸を介して、その結合を行う構成を採用することができる。 Further, the transmission planetary carrier and the output transmission member may be coupled by a well-known method such as press-fitting, fitting, or spline coupling. For example, the transmission planetary carrier and the reduction planetary gear The structure which couple | bonds it through the planet carrier axis | shaft which supports can be employ | adopted.
ここで、例えば、前記変速機構部の構成を、前記入力部材から前記ハブケースへの直結状態を含む減速型とすることができる。また、前記変速機構部の構成を、前記入力部材から前記ハブケースへの直結状態と2段以上の減速状態を含む減速型とすることができる。 Here, for example, the structure of the speed change mechanism portion can be a reduction type including a direct connection state from the input member to the hub case. Further, the structure of the speed change mechanism portion may be a reduction type including a direct connection state from the input member to the hub case and a reduction state of two or more stages.
遊星歯車機構の2段以上の変速段を切り替える変速制御機構部の構成としては、例えば、クラッチ部材を変速機用太陽歯車と車軸との間に設け、このクラッチ部材(変速機用第一ワンウェイクラッチと称する)を、前記変速機用太陽歯車が車軸回り一方向へ回転可能な状態と回転不能な状態とに切替えることで変速できる構成を採用することができる。
さらに、それに加え、例えば、入力手段に接続され変速機用遊星歯車に噛み合う変速機用外輪歯車と、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の間に別のクラッチ部材を設け、変速制御機構部が、変速機用外輪歯車を変速機用遊星キャリアに対して軸回り一方向へ回転不能な状態に切替えることで、入力手段から変速機用遊星キャリアへ等速(直結)状態に変速することができる。
通常電動補助自転車では変速比の最も大きいトップギア(例えば、3段変速の場合の3速時の状態)で走行することが多いことから、トップギアに歯車を介さないトルク伝達経路とすることで、安定性が高く、耐久性の向上が著しく見込める。なお、遊星歯車の段数を増やし、さらにこの遊星歯車の段数に応じて太陽歯車を同数設けることで、4段、5段、6段と変速数を増加させることが可能となる。
As a configuration of the shift control mechanism unit that switches two or more shift stages of the planetary gear mechanism, for example, a clutch member is provided between the sun gear for transmission and the axle, and this clutch member (first one-way clutch for transmission) The transmission sun gear can be shifted by switching between a state in which the transmission sun gear can rotate in one direction around the axle and a state in which the transmission sun gear cannot rotate.
In addition, for example, another clutch member is provided between the outer ring gear for transmission that is connected to the input means and meshes with the planetary gear for transmission, and the planetary carrier for transmission that holds the planetary gear for transmission. The transmission control mechanism switches the outer ring gear for transmission to a state in which it cannot rotate in one direction around the axis with respect to the planetary carrier for transmission, so that the constant speed (direct connection) state from the input means to the planetary carrier for transmission It is possible to change the speed.
Normally, a battery-assisted bicycle often travels with a top gear having the largest gear ratio (for example, the state of the third speed in the case of a three-speed shift). High stability and significant improvement in durability. In addition, by increasing the number of stages of the planetary gear and further providing the same number of sun gears according to the number of stages of the planetary gear, it is possible to increase the number of transmissions to 4, 5, and 6.
なお、減速機構部に関しては、その減速機構部の遊星歯車機構に、歯数の異なる2段の遊星歯車を用いることによって、高減速比とすることが可能となる。 As for the speed reduction mechanism, it is possible to achieve a high speed reduction ratio by using two-stage planetary gears having different numbers of teeth for the planetary gear mechanism of the speed reduction mechanism.
また、これらの各構成では、減速機用遊星歯車に噛み合う減速機用外輪歯車と駆動用モータを保持するモータハウジングとの間に切替用クラッチを備えたことから、補助モータが作動しない場合におけるモータの引き摺りトルクを抑制することができるようになっている。
すなわち、切替用クラッチは、駆動用モータからの駆動力の入力による自転車の前進時における減速機用遊星キャリアのモータハウジングに対する回転には常に係合可能な状態とされ、その反対方向の回転には、外部から伝達された切替えを指示するための入力によって、係合可能な状態及び係合不能な状態とに切替える。従来の電動補助自転車では、モータ駆動による補助が可能なスピードの範囲があり、それを越える範囲のスピード、あるいは、電池切れ等によって補助モータが作動しない場合等には、減速機構部によってモータの引き摺りトルクが増加し、走行抵抗が大きくなってしまうという問題があった。しかし、この切替用クラッチの介在によって、このような引き摺りトルクの問題を解消し得る。
In each of these configurations, a switching clutch is provided between the outer ring gear for the reduction gear that meshes with the planetary gear for the reduction gear and the motor housing that holds the drive motor, so that the motor when the auxiliary motor does not operate is provided. The drag torque can be suppressed.
That is, the switching clutch is always engageable with the rotation of the planetary carrier for the speed reducer with respect to the motor housing when the bicycle moves forward by the input of the driving force from the driving motor, and the rotation of the switching clutch in the opposite direction. Then, the state is switched between the engageable state and the disengageable state by the input for instructing the switch transmitted from the outside. In conventional battery-assisted bicycles, there is a range of speeds that can be assisted by motor drive, and when the auxiliary motor does not operate due to speeds exceeding that range or due to battery exhaustion, etc., the motor is dragged by the speed reduction mechanism. There was a problem that the torque increased and the running resistance increased. However, such a drag torque problem can be solved by the intervention of the switching clutch.
この切替用クラッチを、例えば、ツーウェイクラッチとした構成を採用することができる。また、その切替用クラッチには、例えば、ローラクラッチ又はスプラグクラッチ、ラチェット機構を備えたクラッチ(ラチェットクラッチ)を採用することができる。このツーウェイクラッチにローラクラッチやスプラグクラッチを用いることで、ガタ量を小さくすることが可能となり、また、ラチェット機構を用いることで、構造を簡素化することができる。 For example, a configuration in which the switching clutch is a two-way clutch can be employed. Further, as the switching clutch, for example, a roller clutch, a sprag clutch, or a clutch provided with a ratchet mechanism (a ratchet clutch) can be employed. By using a roller clutch or a sprag clutch for this two-way clutch, it becomes possible to reduce the amount of play, and by using a ratchet mechanism, the structure can be simplified.
ツーウェイクラッチは、駆動用モータからの駆動力が負荷される場合に、常に、減速機構部の減速機用外輪歯車を、そのツーウェイクラッチによってモータハウジングに対して回転不能な状態になるようにする(逆方向トルクの作用時は空転する)。駆動用モータは車軸に対して回転固定されていることから、減速機用外輪歯車もまた回転固定される。したがって、駆動用モータから減速機用太陽歯車、減速機用遊星歯車を介して出力部材(変速機用遊星キャリア)へと駆動力が伝達され、出力部材とハブケースは一体回転可能に結合されているから、駆動輪へとトルク伝達される。これにより、補助力による走行が可能となる。 In the two-way clutch, when the driving force from the driving motor is applied, the outer ring gear for the reduction gear of the reduction mechanism unit is always in a state in which the two-way clutch cannot rotate with respect to the motor housing (see FIG. When the reverse torque is applied, it will idle.) Since the drive motor is rotationally fixed with respect to the axle, the reduction gear outer ring gear is also rotationally fixed. Accordingly, the driving force is transmitted from the drive motor to the output member (transmission planetary carrier) via the reduction gear sun gear and the reduction gear planetary gear, and the output member and the hub case are coupled so as to be integrally rotatable. Torque is transmitted to the drive wheels. Thereby, driving | running | working by auxiliary force is attained.
また、駆動用モータからの補助力が不必要、若しくは電池切れの場合など補助力が得られない場合、人力の駆動力によって、減速機用外輪歯車はモータハウジングに対して駆動用モータからの駆動力で前進する際とは反対方向に回転する。この状態で、減速機構部の減速機用外輪歯車をモータハウジングに対して回転可能な状態とし、すなわち、減速機用遊星外輪歯車はモータハウジングに対して空転する。これにより、駆動用モータの引き摺り抵抗がない快適な走行が可能となる。 Also, when the auxiliary force from the drive motor is unnecessary or cannot be obtained, such as when the battery is dead, the outer ring gear for the speed reducer is driven from the drive motor to the motor housing by the drive force of human power. It rotates in the opposite direction to when moving forward with force. In this state, the reduction gear outer ring gear of the reduction mechanism portion is made rotatable with respect to the motor housing, that is, the reduction gear planetary outer gear rotates idly with respect to the motor housing. As a result, comfortable driving without drag resistance of the drive motor is possible.
さらに、自転車が惰性で走行する際における駆動輪からの逆入力に対しては、同じく、減速機用外輪歯車はモータハウジングに対して駆動用モータからの駆動力で前進する際とは反対方向に回転する。この状態で、外部から伝達された入力によってツーウェイクラッチを入とし、減速機構部の減速機用外輪歯車をモータハウジングに対して回転不能な状態とする。これにより、減速機構部を介して駆動用モータに駆動輪からの逆入力が伝達され、回生充電が可能となる。 Furthermore, for reverse input from the drive wheels when the bicycle travels by inertia, similarly, the outer ring gear for the speed reducer is in the opposite direction to that when moving forward with the drive force from the drive motor with respect to the motor housing. Rotate. In this state, the two-way clutch is engaged by an input transmitted from the outside, and the outer ring gear for the speed reducer of the speed reduction mechanism is made incapable of rotating with respect to the motor housing. Thereby, the reverse input from the drive wheel is transmitted to the drive motor via the speed reduction mechanism, and regenerative charging is possible.
したがって、回生が必要な時にのみ、切替用クラッチを係合可能な状態から係合不能な状態に切り替えればよく、ハブ内部の構造を簡素化できる。また、その切替用クラッチの切り替えは、例えば、外部からの電気信号の入力によって切り替えることも可能であるが、部材の進退動作や回転動作等の機械的な動作(入力)によって切替えることも可能である。 Therefore, only when regeneration is required, the switching clutch may be switched from the engageable state to the disengageable state, and the structure inside the hub can be simplified. The switching clutch can be switched by, for example, an external electric signal input, but can also be switched by a mechanical operation (input) such as advancing / retreating operation or rotating operation of the member. is there.
いずれの場合にも、その切替えをブレーキ操作と連動させることで、ブレーキ時にのみ回生させることが可能となる。このとき、外部からの入力は、ブレーキ操作と連動して作動する切替用クラッチ制御機構部によって伝達されるようにできる。切替用クラッチ制御機構部の構成としては、例えば、ブレーキ操作と連動するワイヤー等の進退動作やその他リンク機構を構成する部材の回転動作(入力)を活用して、その切替えを行う構成とできる。 In any case, the switching can be linked with the brake operation so that the regeneration can be performed only at the time of braking. At this time, the input from the outside can be transmitted by the switching clutch control mechanism that operates in conjunction with the brake operation. As a configuration of the switching clutch control mechanism unit, for example, the switching can be performed by utilizing the advance / retreat operation of a wire or the like interlocking with the brake operation and the rotation operation (input) of the members configuring the link mechanism.
さらに、複数の要素(ブレーキ操作の有無、回転数、ペダルトルクの数値)に基づいて、それらの複数の要素が所定の要件を満たした場合に、前記切替用クラッチの切り替えを行う構成を採用することができる。複数の要素を切り替えの基準とすることで、より快適な走行を得ることが可能となる。 Furthermore, a configuration is adopted in which the switching clutch is switched based on a plurality of elements (the presence / absence of a brake operation, the number of revolutions, and the numerical value of the pedal torque) when the plurality of elements satisfy a predetermined requirement. be able to. By using a plurality of elements as a reference for switching, it becomes possible to obtain more comfortable traveling.
また、これらの各構成において、前記入力手段を前記車軸の一端側に、前記駆動用モータを前記車軸の他端側に設け、前記変速機構部及び前記減速機構部は、前記入力手段と前記駆動用モータとの間に設けられる構成を採用することができる。
変速機構部及び減速機構部を、車軸の一端側のスプロケット等の入力手段と、他端側の駆動用モータとの間に設ければ、変速機用遊星キャリアと減速機用遊星キャリアとが近接するので、キャリアを共通化するための構造をさらに簡素にし得る。なお、駆動用モータは、自転車に両持ち支持される車軸に完全に固定されることで、ハブユニット全体の高い剛性が確保できるようになる。
Further, in each of these configurations, the input means is provided on one end side of the axle, the drive motor is provided on the other end side of the axle, and the speed change mechanism portion and the speed reduction mechanism portion are provided on the input means and the drive side. A configuration provided between the motor and the motor can be employed.
If the speed change mechanism and the speed reduction mechanism are provided between the input means such as a sprocket on one end of the axle and the drive motor on the other end, the planetary carrier for the transmission and the planet carrier for the speed reducer are close to each other. Therefore, the structure for sharing the carrier can be further simplified. The drive motor is completely fixed to the axle that is supported on both ends of the bicycle, thereby ensuring high rigidity of the entire hub unit.
さらに、これらの各構成からなる自転車用ハブユニットを組み込み、電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させることができ、且つ、回生機構を備えた電動補助自転車や電動二輪車とすることができる。 Furthermore, a bicycle hub unit having these configurations can be incorporated, and an auxiliary force can be applied to the human power drive system by an electric motor, and an electric auxiliary bicycle or electric motorcycle equipped with a regeneration mechanism can be obtained.
この発明は、車軸の軸心に沿って変速機構部、減速機構部、駆動用モータの3つの機構を並列に備えた構成において、変速機構部の出力部材と減速機構部の出力部材とを共通の部材、若しくは、互いに一体回転可能に結合された部材としたことにより、車軸方向にコンパクトで、且つ安価な構造とすることができる。 According to the present invention, an output member of the transmission mechanism unit and an output member of the reduction mechanism unit are commonly used in a configuration in which three mechanisms of the transmission mechanism unit, the reduction mechanism unit, and the drive motor are provided in parallel along the axis of the axle. By using these members, or members coupled so as to be integrally rotatable with each other, a structure that is compact and inexpensive in the axle direction can be obtained.
また、その出力部材と、駆動輪と一体に回転するハブケースとの間に、別体の出力伝達部材を介在させたことにより、出力部材を小型化し、その製作を簡素化できるとともに、設計上の自由度を高めることができる。 In addition, by providing a separate output transmission member between the output member and the hub case that rotates integrally with the drive wheel, the output member can be reduced in size, and its manufacture can be simplified. The degree of freedom can be increased.
また、車軸を、自転車のフレームに両持ち固定される単一の部材としたことから、車軸がフレームに両端支持で固定されることで、リアハブユニット全体の剛性を高めが確保される。このため、曲げ荷重に対する強度を向上させることができる。 Further, since the axle is a single member that is fixed to both ends of the bicycle frame, the axle is fixed to the frame with both ends supported, so that the rigidity of the entire rear hub unit is increased. For this reason, the intensity | strength with respect to a bending load can be improved.
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10(以下、「リアハブ10」と称する)内部に駆動用モータ18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。図13に電動補助自転車の全体図を示す。
なお、電動補助自転車と電動二輪車とは、人力による駆動力に対する駆動用モータによる駆動力の補助率が異なるように設定されており、駆動力の伝達機構に関しその主たる構造は同一である。このため、以下、実施形態では、電動補助自転車と電動二輪車とを電動補助自転車と総称して、電動補助自転車と電動二輪車の両方に適用できるこの発明の構成を説明する。
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
Note that the battery-assisted bicycle and the electric motorcycle are set so that the assisting ratio of the driving force by the driving motor with respect to the driving force by human power is different, and the main structure of the driving force transmission mechanism is the same. Therefore, in the following embodiments, the configuration of the present invention that can be applied to both the battery-assisted bicycle and the electric motorcycle will be described by collectively referring to the battery-assisted bicycle and the electric motorcycle as the battery-assisted bicycle.
この電動補助自転車において、駆動時、すなわち、ペダル3を通じてクランク軸から伝達された踏力が入力された場合は、駆動輪である後輪2のスプロケット9(以下、「リアスプロケット9」と称する。)とを結ぶチェーン等の動力伝達要素4及び変速機構部30を介して、その後輪2に駆動力が伝達可能となっている(図13及び図1参照)。リアスプロケット9は、後輪2への人力による駆動力の入力手段として機能する。
In this battery-assisted bicycle, when driving, that is, when a pedaling force transmitted from the crankshaft through the pedal 3 is input, the
なお、変速機構部30の変速段を切り替える変速制御機構部35がリアハブ10に設けられている。この変速制御機構部35は、リアハブ10外部、例えば、ハンドル5若しくはフレーム6などに取り付けられた変速切替スイッチより、手動もしくは電動により入力され、その入力によって変速段の切り替えが可能となっている。
Note that the
また、補助力としての駆動用モータ18の出力による駆動力は、リアハブ10内部の減速機構部40等を介して、ハブケース11に伝達され、後輪2に伝達可能となっている。
Further, the driving force generated by the output of the driving
また、自転車が惰性で走行する前進非駆動時には、後輪2からの逆入力が減速機構部40(逆入力の場合は増速される)を介して駆動用モータ18に伝達され、後輪2からの逆入力によって生じた回生電力を、リアハブ10外部のフレーム6等に取り付けられた二次電池7に還元する回生機構を備えている。
In addition, when the bicycle is traveling forward with inertia, the reverse input from the
リアハブ10は、図1に示すように、後輪2の車軸15と同軸に設けたハブケース11内に、一端のリアスプロケット9側から変速機構部30と減速機構部40と駆動用モータ18とを順に備えている。車軸15は一本の軸で構成され、その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、いわゆる両持ち固定の状態である。
また、駆動用モータ18は車軸15にねじ止めなどにより自由度無く固定されている。駆動用モータ18のモータ軸18aの中心部に車軸15が挿通され、モータ軸18aはその車軸15周りに回転する。
As shown in FIG. 1, the
The
(変速機構部30)
変速機構部30は、直結と2段減速の合計3段階に変速可能な遊星歯車機構で構成されている。変速機構部30は、車軸15の外周に変速機用第一ワンウェイクラッチ30eを介して設けられた変速機用太陽歯車30aを備える。この実施形態では、変速機用太陽歯車30aは2つの太陽歯車、すなわち、第一太陽歯車30a−1、第二太陽歯車30a−2からなる。その第一太陽歯車30a−1、第二太陽歯車30a−2が、それぞれ変速機用第一ワンウェイクラッチ30eの第一クラッチ部30e−1、第二クラッチ部30e−2を介して車軸15の外周に接続されている。
(Transmission mechanism 30)
The
なお、第一クラッチ部30e−1、第二クラッチ部30e−2は、それぞれ車軸15の外周に完全固定(不動に固定)された変速クラッチ保持部34に揺動可能に設けられている。車軸15と変速クラッチ保持部34とを回転不能に固定する構造としては、この実施形態では、断面六角形の車軸15を変速クラッチ保持部34に設けた穴部に圧入することによって実現している。また、変速クラッチ保持部34は、車軸15の軸方向に止め輪などを用いて固定されている。
The first
変速機構部30は、その第一太陽歯車30a−1、第二太陽歯車30a−2にそれぞれ噛み合う二つの歯車部を有する変速機用遊星歯車30b、及び、その変速機用遊星歯車30bを遊星キャリア軸30iを介して保持する変速機用遊星キャリア30cとを備える。変速機用遊星歯車30bの二つの歯車部は、互いにその外径が異なり、且つ、歯数が異なるように設定されている。
The
さらに、変速機構部30は、リアスプロケット9と一体に回転し、そのリアスプロケット9からの駆動力を伝達する駆動体32を備える。駆動体32には、変速機用遊星歯車30bの歯数が少ない方の歯車部に噛み合う変速機用外輪歯車30dを備えた補助駆動体33が一体に回転するように接続されている。なお、変速機用外輪歯車30dは、変速機用遊星歯車30bの歯数が多い方の歯車部に噛み合わせてもよい。
Furthermore, the speed
また、変速機用遊星キャリア30cとハブケース11とは、出力伝達部材50を介してトルク伝達可能に結合されている。変速機用遊星キャリア30cとハブケース11との間に、別体の出力伝達部材50を介在させたことにより、変速機用遊星キャリア30cの部材の外径を小さく抑え、変速機用遊星キャリア30cの製作時の簡素化を図っている。
Further, the transmission
さらに、この出力伝達部材50を介在させたことにより、ハブケース11への出力部材の荷重が作用する部分を、出力伝達部材50に形成することができる。このため、変速機用遊星キャリア30cの設計上の自由度が高まるとともに、別体の出力伝達部材50を軸方向に大型化させることで、ハブケース11との結合部の強度を向上させることができる。
また、この実施形態では、変速機用遊星キャリア30cは、図3、10に示すように、変速機用遊星歯車30bを保持する第一ポケット部(凹部)30p、及び、減速機用遊星歯車40bを保持する第二ポケット部30qを備える構成となっているから、そのポケット部30p、30qに対する設計上の自由度も高まる。
Further, by interposing the
In this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 10, the
この実施形態では、出力伝達部材50とハブケース11との結合部52は、図10に示すように、ハブケース11の内径面52bに圧入されるハブケースピン52aが、それに対応するようにその出力伝達部材50の外径側に設けられた溝部52c内に入り込むことで、出力伝達部材50がハブケース11の内側に回転固定されている。これによって、駆動力伝達時の荷重は出力伝達部材50に作用し、ハブケース11には直接作用しないから、ハブケース11を比較的強度の弱いアルミ材料とすることが可能となる。このため、装置の軽量化に貢献している。
In this embodiment, as shown in FIG. 10, the
また、この実施形態では、変速機用遊星キャリア30cと出力伝達部材50との結合部51の構造として、セレーション結合を採用している。セレーション結合は、変速機用遊星キャリア30cの外面に設けられ、軸方向に伸びる突条と凹溝とが周方向に沿って交互に配置された凹凸51bと、出力伝達部材50の内面に設けられ、同じく軸方向に伸びる突条と凹溝とが周方向に沿って交互に配置された凹凸51aとが噛み合うことで、両者が軸周り一体に回転するように結合されている。
なお、このセレーション結合にねじり角度、すなわち、互いに噛み合うセレーションの突条及び凹溝の伸びる方向を、軸方向に対して角度を持たせた構造(インボリュートセレーション等)とすることで、ガタつきが小さくなり、確実なトルク伝達が可能となる。
In this embodiment, serration coupling is adopted as the structure of the
The torsion angle of this serration coupling, that is, the direction in which the protrusions and the grooves of the serrations that mesh with each other extend is made to have an angle with respect to the axial direction (involute serration, etc.), thereby reducing backlash. Thus, reliable torque transmission is possible.
駆動体32と変速機用遊星キャリア30cとは、変速機用第二ワンウェイクラッチ31を介して接続されている。
The driving
この実施形態では、駆動体32と補助駆動体33(変速機用外輪歯車30d)とは別部材であり、その別部材の駆動体32と補助駆動体33とが、軸32aを介した一体回転可能な結合によって保持されている。このように、駆動体32と補助駆動体33とを別体の部材で形成すれば、比較的強度を必要としない駆動体32はアルミ材料、熱処理による硬化層が必要となる変速機用外輪歯車30dやクラッチカム面を備えた補助駆動体33は鋼材とするなど、異種材料の選択が可能となり軽量化を実現することができる。
また、この実施形態では、駆動体32と補助駆動体33とを半径方向に浮動支持(半径方向移動に自由度を与えて支持した状態)とすることで、各歯車の配置が荷重バランスの取れる位置に配置されることで、全体の荷重バランスが取りやすい構成としている。なお、駆動体32と補助駆動体33とは一体の部材で形成することもできる。
In this embodiment, the driving
Moreover, in this embodiment, the
また、駆動体32と車軸15外周に設けた変速制御機構部35との間、駆動体32とハブケース11との間、ハブケース11の端面を閉じるリング部材17と駆動用モータ18の端面に取付けられる蓋16との間には、それぞれ軸受12,13,14が設けられている。この軸受12,13,14によって、それぞれの部材同士が相対回転可能に支持されている。
また、駆動用モータ18を保持するモータハウジング18bと減速機用外輪歯車40dとの間にも、軸受部26が設けられている。この軸受部26によって、モータハウジング18bと減速機用外輪歯車40dとは相対回転可能に支持されている。軸受部26は、保持器26bで保持された複数のローラ26aが、周方向に沿って配置されている。
Further, it is attached to the end face of the
A bearing
変速制御機構部35を操作することにより、第二クラッチ部30e−2、さらには、変速機用第二ワンウェイクラッチ31の切替えを行うことができる。その切替えによって、第二太陽歯車30a−2は車軸15に対し、駆動体32は変速機用遊星キャリア30cに対し、それぞれ軸周り一方向に回転可能な状態と回転不能な状態とに切り替えられる。
By operating the shift
図1及び図2は、変速3段目(3速時)の各クラッチの状態を示す。図2(a)(b)(c)に示すように、3速時には、すべてのクラッチがクラッチカム面と噛合う状態になっている。すなわち、この3速時には、それぞれのクラッチを寝かすための拘束が無くなり、上述した3つすべてのクラッチがクラッチカム面と噛合う状態になっている。 FIGS. 1 and 2 show the state of each clutch at the third gear position (at the third speed). As shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, at the third speed, all the clutches are engaged with the clutch cam surface. That is, at the third speed, there is no restriction for laying down each clutch, and all the above-described three clutches are in mesh with the clutch cam surface.
なお、この実施形態では、第一クラッチ部30e−1、第二クラッチ部30e−2、変速機用第二ワンウェイクラッチ31に、それぞれ、他のクラッチ機構に比べて比較的安価であるラチェットクラッチを採用している。ただし、これらのクラッチの種別は限定されず、ガタ詰め効果(ガタつき防止効果)の高いローラクラッチやスプラグクラッチ等、異なる他のクラッチを用いてもよい。
In this embodiment, a ratchet clutch that is relatively inexpensive as compared with other clutch mechanisms is used for the first
図2(a)に示すように、変速機用第一ワンウェイクラッチ30eの第一クラッチ部30e−1は、車軸15の外周に揺動可能な変速機用第一ワンウェイクラッチ爪30f(第一クラッチ爪部30f−1)を備える。第一クラッチ爪部30f−1は、図示しない弾性部材によって、第一太陽歯車30a−1の内周面に設けられた変速機用第一ワンウェイクラッチカム面30g(第一カム面部30g−1)に噛み合う方向へと付勢されている。その第一クラッチ爪部30f−1が第一カム面部30g−1と噛み合うことで、第一太陽歯車30a−1を車軸15に対して軸周り一方向の回転に対してのみ回転不能とできる。なお、軸周り他方向の回転に対しては、第一太陽歯車30a−1は常に車軸15に回転可能(空転状態)である。
As shown in FIG. 2A, the first
同様に、図2(b)に示すように、変速機用第一ワンウェイクラッチ30eの第二クラッチ部30e−2は、車軸15の外周に揺動可能な変速機用第一ワンウェイクラッチ爪30f(第二クラッチ爪部30f−2)を備える。第二クラッチ爪部30f−2は、図示しない弾性部材によって、第二太陽歯車30a−2の内周面に設けられた変速機用第一ワンウェイクラッチカム面30g(第二カム面部30g−2)に噛み合う方向へと付勢されている。その第二クラッチ爪部30f−2が第二カム面部30g−2と噛み合うことで、第二太陽歯車30a−2を車軸15に対して軸周り一方向の回転に対してのみ回転不能とできる。なお、軸周り他方向の回転に対しては、第二太陽歯車30a−2は常に車軸15に回転可能(空転状態)である。
Similarly, as shown in FIG. 2 (b), the second
この第二クラッチ部30e−2の第二クラッチ爪部30f−2は、変速制御機構部35が備えるクラッチ切替部材37の回転動作によって、ON/OFFに切替えることができる。すなわち、その切替え状態がOFFになれば、第二クラッチ部30e−2の第二クラッチ爪部30f−2は、第二カム面部30g−2に係合できない状態(係合不能な状態)となり、第二太陽歯車30a−2を車軸15に対して軸周りの回転に対して両方向に回転可能となる。
また、その切替え状態がONになれば、第二クラッチ部30e−2の第二クラッチ爪部30f−2は、第二カム面部30g−2に係合できる状態(係合可能な状態)となり、第二太陽歯車30a−2を車軸15に対して軸周り一方向の回転に対して回転不能となる。
このように、第二太陽歯車30a−2は、車軸15に対する軸周り一方向の回転に対しては、回転可能、回転不能とに切り替え可能である。
The second
Further, if the switching state is turned ON, the second
Thus, the
また、変速機用第二ワンウェイクラッチ31は、変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fが、変速機用遊星歯車30bを変速機用遊星キャリア30cに支持する遊星キャリア軸30i周りに揺動自在に設けられている。
変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fは、変速機用遊星キャリア30cに外周側に向かって配置され、図示しない弾性部材によって、駆動体32(補助駆動体33)の内周面に設けられた変速機用第二ワンウェイクラッチカム面31gに噛み合う方向へと付勢されている。このように、変速機用第二ワンウェイクラッチカム面31gは、変速機用遊星キャリア30cの外周面よりも、駆動体32(補助駆動体33)の内周面に設ける方が望ましい。
The second one-way clutch 31 for transmission is provided so that the second one-way
The transmission second one-way
この変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fが変速機用第二ワンウェイクラッチカム面31gと噛み合うことで、変速機用遊星キャリア30cを、駆動体32(補助駆動体33)に対して軸周り一方向の回転に対してのみ回転不能とできる。なお、軸周り他方向の回転に対しては、変速機用遊星キャリア30cは常に駆動体32(補助駆動体33)に回転可能(空転状態)である。
The second one-way
この実施形態では、変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fは、その組み立て性の向上のため遊星キャリア軸30iに取り付けた構成としているが、これを変速機用遊星キャリア30cに設けた別の軸に装着することも可能である。
In this embodiment, the second one-way
このように、変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fを支持する軸を別の軸とした場合、変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fは、変速機用遊星歯車30bの数(この実施形態では3個)に左右されることなく、例えば、4個以上とすることも可能である。
しかし、その変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fを2個若しくは1個とすることで、装置の簡素化を図ることも可能である。荷重バランスを考慮した場合、等間隔に2個以上が適している。
As described above, when another shaft is used to support the transmission second one-way
However, the number of the second one-way
(変速制御機構部35)
図3に変速制御機構部35の詳細図を示す。変速制御機構部35は、クラッチ切替部材39、クラッチ切替制御部材37、クラッチ切替案内部材38、外部からの信号をリアハブユニット内に伝達する変速切替棒(変速操作部)36で構成されている。手元スイッチなどから手動若しくは電動によって入力された信号によって、変速切替棒36の端部36bが押し込まれるようになっている。
(Transmission control mechanism 35)
FIG. 3 shows a detailed view of the shift
車軸15には変速案内溝35bが設けられている。その変速案内溝35bは、軸方向に対してある角度を持って捩じられた形状となっている。変速切替棒36を押し込むことで、変速案内溝35b内に保持されているピン35cが、車軸15の軸心周り回転しながら車軸15の軸方向に移動する。ピン35cの作動によって、クラッチ切替制御部材37が車軸15の軸回りを同角度だけ回転作動する。なお、車軸15の内部の軸孔15aに配置された弾性部材35dの弾性力によってピン35cは前記押し込み方向と逆方向に反力を受けている。このため、ピン35cは、変速切替棒36と弾性部材35dの間に安定して配置される。
A
また、クラッチ切替制御部材37の回転作動によって、そのクラッチ切替制御部材37に設けられた変速機用第一ワンウェイクラッチ切替部37aが、変速機用第一ワンウェイクラッチ30eの第二クラッチ部30e−2において、その第二クラッチ爪部30f−2に当接した状態と離反した状態とに切り替わる。その切り替えにより、第二クラッチ爪部30f−2の揺動が制御され、第二太陽歯車30a−2は、車軸15の軸周り一方向の回転に対して相対回転可能又は相対回転不能な状態とに切り替わる。
Further, by the rotation operation of the clutch
さらに、クラッチ切替制御部材37に設けられた傾斜面からなる変速機用第二ワンウェイクラッチ切替部37bによって、クラッチ切替部材39が押圧されて車軸15の軸方向に沿って移動可能し、クラッチ切替部材39が、変速機用第二ワンウェイクラッチ31の変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fに当接した状態と離反した状態とに切り替わる。その切り替えにより、変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fの揺動が制御され、変速機用外輪歯車30d(駆動体32、補助駆動体33)と変速機用遊星キャリア30cとは、車軸15の軸周り一方向の回転に対して相対回転可能又は相対回転不能な状態とに切り替わる。
Further, the
なお、変速機用第一ワンウェイクラッチ切替部37a、クラッチ切替部材39が各クラッチ爪等に当接する部分は、軸方向一方に向かって徐々に内径側に近づくテーパ面となっていることから、これらの各クラッチ爪がカム面に噛み合って係合している状態から、その係合を解除する際の力を大きくすることができる。
また、クラッチ切替部材39は、車軸15の外周に設けたクラッチ切替案内部材38、若しくは別体とされた部材との間に弾性部材35eを備えていることから、変速切替棒36による軸方向への押圧が解除されれば、その弾性力で自動的に変速機用第二ワンウェイクラッチ切替部37bが変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fの位置から離脱する。
The portions where the first one-way clutch switching portion 37a for transmission and the
Further, the
(減速機構部40)
つぎに、減速機構部40について説明する。減速機構部40は、遊星歯車機構によって構成されて、駆動用モータ18のモータ軸18aの外周に設けられた減速機用太陽歯車40aと、その減速機用太陽歯車40aに噛み合う減速機用遊星歯車40b、その減速機用遊星歯車40bに噛み合う減速機用外輪歯車40dを備える。
(Deceleration mechanism 40)
Next, the speed
モータ軸18aと減速機用太陽歯車40aとは同部材であるか、または、減速機用太陽歯車40aはモータ軸18aと一体で回転する部材で保持されている。また、減速機用遊星歯車40bは歯数の異なる2段の歯車部を備えることによって高減速比を実現する。
The
すなわち、減速機構部40は、減速機用遊星歯車40bに設けた第一外径歯車部40eが減速機用太陽歯車40aに噛み合い、減速機用遊星歯車40bに設けられ第一外径歯車部40eよりも歯数の少ない小径の第二外径歯車部40fが、変速機用外輪歯車40dに噛み合っている。
That is, in the speed
さらに、減速機用遊星歯車40bと変速機用遊星キャリア30cとは、遊星キャリア軸40iを介して接続されている。すなわち、減速機用遊星歯車40bを保持するキャリアを変速機用遊星キャリア30cとし、変速機用遊星歯車30bと減速機用遊星歯車40bとを共通のキャリアで保持している。
また、前述のように、変速機用遊星キャリア30cとハブケース11とは、出力伝達部材50を介して、その変速機用遊星キャリア30cの外周からハブケース11の内径部に対してトルク伝達可能な状態に接合されている。
Further, the
Further, as described above, the
すなわち、減速機用遊星歯車40bは変速機用遊星キャリア30cで保持されているから、その変速機用遊星キャリア30cは、人力による駆動力と、駆動用モータ18による駆動力の両方において、出力伝達部材50を介してハブケース11への共通の出力部材として機能する。つまり、変速機構部30は、リアスプロケット9及び駆動体32を人力による駆動力の入力部材とし、変速機用遊星キャリア30cを出力伝達部材50を介してハブケース11への出力部材としている。また、減速機構部40は、減速機用太陽歯車40aを駆動用モータ18からの駆動力の入力部材とし、変速機用遊星キャリア30cを出力伝達部材50を介してハブケース11への出力部材としている。
このように、変速機用遊星歯車30bと減速機用遊星歯車40bとを共通のキャリアで保持することで、コンパクトな構造を実現している。また、従来のように、変速機構部30と減速機構部40とを完全に別々のルートで配置する必要はなくなり、車軸方向にコンパクトな構造とすることが可能となる。さらに、ハブの軸方向寸法を短縮することが可能となることから、変速機構部30と減速機構部40とをそれぞれ独立してハブケース11に噛み合わせる場合よりも、組み立てをより簡素化できる。
That is, the reduction
In this way, a compact structure is realized by holding the transmission
また、減速機用遊星歯車40bに噛み合う減速機用外輪歯車40dと駆動用モータ18を保持するモータハウジング18bとを相対回転可能又は相対回転不能に切替可能な切替用クラッチ20を備えている。
この切替用クラッチ20により、減速機用外輪歯車40dをモータハウジング18bに回転固定(回転不能に固定)することで、駆動用モータ18からの駆動力は、減速機用太陽歯車40aから出力部材としての変速機用遊星キャリア30cへと減速されて出力され、ハブケース11を介して後輪2に駆動力が伝達される。
In addition, a switching
The reduction gear
この減速機用外輪歯車40dのモータハウジング18bへの回転支持は、軸受26によって行われ、これと並列に配置されたモータハウジング18bと減速機用外輪歯車40c間に設けられたツーウェイクラッチからなる前記切替用クラッチ20(以下、「ツーウェイクラッチ20」と称する)の係合によって前記回転固定状態に設定できるようになっている。なお、モータハウジング18bは駆動用モータ18と共に、自転車のフレーム6若しくは車軸15に相対回転不能に保持されている。
The rotation support of the reduction gear
(ツーウェイクラッチ20)
この実施形態では、ツーウェイクラッチ20は、係合子23としてローラを用いたローラクラッチを採用している。ツーウェイクラッチ20は、モータ駆動時(駆動用モータ18からの駆動力が作用し、電動補助自転車が前進する場合)において、係合子23を保持する保持器24には、図示しない弾性部材によって、常に、ツーウェイクラッチ20が係合する方向へ向かって負荷が与えられている。このため、減速機用外輪歯車40dはモータハウジング18bに対して回転固定される。
また、モータ非駆動時(人力による駆動力のみで電動補助自転車が前進する場合)には、保持器24には、弾性部材によって、減速機用外輪歯車40dとともに回転する方向に向かって、回転負荷を与えられていることから、減速機用外輪歯車40dは、モータハウジング18bに対し空転する方向、すなわち、駆動用モータ18からの駆動力が作用する場合とは逆方向に回転する。このため、モータ軸18aにトルク伝達されることはなく、すなわち、駆動用モータ18の引き摺りトルクを遮断することが可能となる。
(Two-way clutch 20)
In this embodiment, the two-way clutch 20 employs a roller clutch using a roller as the
Further, when the motor is not driven (when the battery-assisted bicycle moves forward only by driving force by human power), the
下り坂などで電動補助自転車が惰性で走行し、後輪2(ハブケース11)から逆入力され、その回転力によって回生充電を行う場合、ツーウェイクラッチ20を、切替用クラッチ制御機構部25からの入力(外部入力信号)によって係合可能に切り替える。これにより、ハブケース11からの逆入力は、減速機構部40を介して駆動用モータ18へと伝達され回生を行うことが可能となる。
When the battery-assisted bicycle travels inertially on a downhill or the like and is reversely input from the rear wheel 2 (hub case 11) and regenerative charging is performed by the rotational force, the two-way clutch 20 is input from the switching clutch
ツーウェイクラッチ20は、切替用クラッチ制御機構部25に伝達された手動又は電動による外部からの信号(入力)によって、係合可能な状態及び係合不能な状態とに切り替え可能になっている。また、その外部からの入力は、ブレーキ操作と連動して、切替用クラッチ制御機構部25によってツーウェイクラッチ20に伝達されるようになっている。
The two-way clutch 20 can be switched between an engageable state and an unengageable state by a manual or electric external signal (input) transmitted to the switching clutch
この実施形態では、図1に示すように、切替用クラッチ制御機構部25として、ブレーキ操作と連動するワイヤー等の進退動作が入力機構25aに入力され、その入力により、入力機構25aが作用部材25bを弾性部材25cの付勢力に抗して外径側へ押し出すことで、保持器24に回転方向の外力又はその回転に対する抵抗を負荷する構成としている。この外力や抵抗の負荷が、保持器24の前記弾性部材の付勢力以上にすることで、保持器24が減速機用外輪歯車40dの回転よりも遅れ、ツーウェイクラッチ20の切替えを行うことができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, as the switching clutch
なお、変速機構部30と減速機構部40とで、各遊星歯車30b、40bの個数を同数で設定することで、駆動用モータ18からの駆動力と、人力の駆動力による変速機構部30内の駆動力がバランスすることができる。また、限られたスペースを活用するために、両遊星歯車30b、40bの個数を3個ずつで設定することが望ましい。
In addition, by setting the same number of
それぞれの部材の作動について、変速段毎に、図4以下を用いて説明する。 The operation of each member will be described with reference to FIG.
変速1段目(1速時)におけるリアハブユニットの配置を図4及び図5に示す。この実施形態では、リアスプロケット9は、変速機構部30の駆動体32に取り付けられており、ペダル3からの人力による駆動力が駆動体32に伝達される。
4 and 5 show the arrangement of the rear hub unit at the first shift (at the first speed). In this embodiment, the
この変速1段目において、変速機用第一ワンウェイクラッチ30eの第一クラッチ部30e−1は、第一クラッチ爪部30f−1によって駆動力に対して係合可能な状態となっており、第二クラッチ部30e−2は、第二クラッチ爪30f−2がクラッチ切替制御部材37の変速機用第一ワンウェイクラッチ切替部37aによってその一端を拘束され、係合不可能な状態となっている。
また、変速機用第二ワンウェイクラッチ31は、変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fが、クラッチ切替制御部材37の変速機用第二ワンウェイクラッチ切替部37bを通じて動作するクラッチ切替部材39によってその一端を拘束され、係合不可能な状態となっている。
In the first shift, the first
Further, the second one-way clutch 31 for transmission is connected at its one end by a
このため、人力による駆動力は、駆動体32、補助駆動体33を通じて変速機用遊星歯車30bに入力され、このとき、第一太陽歯車30a−1は、第一クラッチ部30e−1によって駆動力方向に係合されていることから、駆動力は,変速機用遊星キャリア30cを介してハブケース11に伝達される。
For this reason, the driving force by human power is input to the
この状態では、リアスプロケット9からの駆動力は、第一太陽歯車30a−1の歯数をa1、変速機用外輪歯車30dの歯数をd1とすると、速度比、
d1/(a1+d1)
でハブケース11に伝達される。
In this state, the driving force from the
d1 / (a1 + d1)
Is transmitted to the
変速2段目(2速時)におけるリアハブユニットの配置を、図6及び図7に示す。変速1段目と同様、リアスプロケット9は、変速機構部30の駆動体32に取り付けられており、ペダル3からの人力による駆動力が駆動体32に伝達される。
FIGS. 6 and 7 show the arrangement of the rear hub unit at the second gear position (at the second speed). Similar to the first gear stage, the
変速切替棒36が押し込まれることでピン35cもハブ内部へ押し込まれ、そのピン35c及びクラッチ切替制御部材37が軸周り回転する。この変速2段目において、変速機用第一ワンウェイクラッチ30eの第一クラッチ部30e−1は、1速時と同様、第一クラッチ爪部30f−1が係合可能な状態となっており、また、第二クラッチ部30e−2は、第二クラッチ爪部30f−2が、クラッチ切替制御部材37の回転移動によって、変速機用第一ワンウェイクラッチ切替部37aによる一端の拘束を解除され、係合可能な状態となっている。
また、変速機用第二ワンウェイクラッチ31は、変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fが、クラッチ切替制御部材39によってその一端を拘束され、係合不可能な状態となっている。このとき、第一太陽歯車30a−1は、第一クラッチ爪部30f−1が軸周り一方向に対し係合可能な状態となっているが、駆動力が作用すると係合可能な方向とは逆方向回転をすることから空転可能である。したがって、第二太陽歯車30a−2のみが駆動力方向に係合される。
When the
In addition, the second one-way clutch 31 for transmission is in a state where one end of the second one-way
このため、人力による駆動力は、駆動体32、補助駆動体33を通じて変速機用遊星歯車30bに入力され、第二太陽歯車30a−2は第二クラッチ部30e−2によって駆動力方向に係合されていることから,駆動力は、変速機用遊星キャリア30cを介してハブケース11に伝達される。
Therefore, the driving force by human power is input to the planetary gear for
このとき、変速機用遊星歯車30bは、歯数の異なる歯車部(ギア)を2段持ち、その変速機用遊星歯車30bの歯数の少ない側の歯車部が変速機用外輪歯車30dと、歯数の多い側の歯車部は第二太陽歯車30a−2と噛み合っている。
この状態では、リアスプロケット9からの駆動力は、第二太陽歯車30a−2の歯数をa2、変速機用外輪歯車30dの歯数をd1、変速機用遊星歯車30bの歯数の少ない側の歯車部の歯数をb1、歯数の多い側の歯車部の歯数をb2とすると、速度比、
(b2×d1)/[(a2×b1)+(b2×d1)]
でハブケース11に伝達される。
At this time, the transmission
In this state, the driving force from the
(B2 × d1) / [(a2 × b1) + (b2 × d1)]
Is transmitted to the
変速3段目(3速時)におけるリアハブユニットの配置を、図8及び図9に示す。変速1,2段目と同様、リアスプロケット9は、変速機構部30の駆動体32に取り付けられており、ペダル3からの人力による駆動力が駆動体32に伝達される。
8 and 9 show the arrangement of the rear hub unit at the third gear position (at the third speed). The
変速切替棒36が、最も奥側まで押し込まれることでピン35cもハブ内部へ押し込まれ、そのピン35c及びクラッチ切替制御部材37が、さらに軸周り回転する。この変速3段目において、変速機用第一ワンウェイクラッチ30eの第一クラッチ部30e−1は、第一クラッチ爪部30f−1が、1速時における第一太陽歯車30a−1の駆動方向への回転に対してのみ係合可能な状態となっている。また、第二クラッチ部30e−2は、第二クラッチ爪部30f−2が、クラッチ切替制御部材37の回転移動によって変速機用第一ワンウェイクラッチ切替部37aによる一端の拘束を解除され、係合可能な状態となっている。
また、変速機用第二ワンウェイクラッチ31は、変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fが、クラッチ切替制御部材37の回転移動によって、変速機用第二ワンウェイクラッチ切替部37bがクラッチ切替部材39の軸方向移動拘束を解除する。この解除により、クラッチ切替部材39が、弾性部材35eの弾性力によって図8中左側へ移動することで、変速機用第二ワンウェイクラッチ爪31fの一端の拘束が解除され、変速機用第二ワンウェイクラッチ31は係合可能な状態となる。
The
Further, the transmission second one-way clutch 31 is configured such that the transmission second one-way
このとき、第一太陽歯車30a−1は、第一クラッチ爪部30f−1が軸周り一方向に対し係合可能な状態となっているが、駆動力が作用すると、係合可能な方向とは逆方向回転をすることから空転可能であり、第二太陽歯車30a−2は、第二クラッチ爪部30f−2が軸周り一方向に対し係合可能な状態となっているが、駆動力が作用すると、係合可能な方向とは逆方向回転をすることから空転可能である。したがって、変速機用外輪歯車30dと変速機用遊星キャリア30cとが駆動力方向に対して相対回転不能となる。
At this time, the
このため、駆動力は、駆動体32、変速機用外輪歯車30dより変速機用第二ワンウェイクラッチ31を介して変速機用遊星キャリア30cに伝達され、ハブケース11に直結状態で伝達される。この最も高速の変速段において、トルク伝達において歯車を介さないことから、ハブの耐久性が格段に向上する。
For this reason, the driving force is transmitted to the
また、モータ駆動時において、各変速段を問わず、駆動用モータ18からの駆動力が負荷される場合、モータ軸18aは、減速機用太陽歯車40aと一体、若しくは、一体回転可能に保持されている。また、減速機用外輪歯車40dとモータハウジング18b間にはツーウェイクラッチ20が配置されている。また、ツーウェイクラッチ20は、駆動用モータ18による駆動力に対して、係合子であるローラ23に、周方向一方側の前進側カム面(図示せず)と係合する方向に負荷を与えている。この付加は、保持器24を介して、図示しない弾性部材(図示せず)から与えられている。このため、ツーウェイクラッチ20は、駆動用モータ18の駆動力によって、常に動力伝達可能となっている。
In addition, when the motor is driven, when the driving force from the driving
このため、駆動用モータ18からの駆動力は、減速機用遊星歯車40bを介して変速機用遊星キャリア30cに伝達され、さらに、変速機用遊星キャリア30cから出力伝達部材50を通じてハブケース11へ伝達される。
For this reason, the driving force from the
また、減速機用遊星歯車40bは、歯数の異なる歯車部(ギア)を2段持ち、減速機用遊星歯車40bの歯数の少ない側の歯車部(前記第二外径歯車部40f)は減速機用外輪歯車40dと、歯数の多い側の歯車部(前記第一外径歯車部40e)は減速機用太陽歯車40aと噛み合っている。このように、減速機用遊星歯車40bを2段とすることで、高減速比が実現可能となる。
Further, the reduction gear
この状態では、駆動用モータ18からの駆動力は、減速機用太陽歯車40aの歯数をa3、減速機用外輪歯車40dの歯数をd2、減速機用遊星歯車40bの歯数の少ない側の歯車部の歯数をb3、歯数の多い側の歯車部の歯数をb4とすると、モータ回転数に対する速度比、
(a3×b3)/[(a3×b3)+(b4×d2)]
でハブケース11に伝達される。
In this state, the driving force from the
(A3 × b3) / [(a3 × b3) + (b4 × d2)]
Is transmitted to the
さらに、モータ非駆動時、例えば、モータアシストを行うように設定された速度の範囲を超えた場合や、あるいは、電池切れ等の理由によって、駆動用モータ18からの駆動力が負荷されない場合、ハブケース11から減速機用遊星歯車40bを介して駆動用モータ18へトルクが伝達される。このトルクは、モータ駆動される場合とは逆方向のトルクである。このとき、ツーウェイクラッチ20の保持器24には、その保持器24が、減速機用外輪歯車40dと共に回転する方向へ、弾性部材によって回転負荷を与えられている。このため、減速機用外輪歯車40dはモータハウジング18bに対して空転する方向に回転し、モータ軸18aにトルク伝達されることは無く、すなわちモータの引き摺りトルクを遮断することが可能となる。
Further, when the motor is not driven, for example, when the speed range set to perform the motor assist is exceeded, or when the driving force from the driving
また、下り坂などで後輪2(ハブケース11)から逆入力され、その回転力によって回生充電を行う場合、ツーウェイクラッチ20に対して、切替用クラッチ制御機構部25を通じて外部入力信号によって、そのツーウェイクラッチ20の保持器24に抵抗を与え、前進時と異なる回転方向の回生側カム面と係合する方向へ保持器24及び係合子(ローラ)23を移動させ、係合可能状態に切り替える。これにより、ハブケース11からの逆入力は、変速機用遊星キャリア30cから入力されて、減速機構部40を介して、減速機用太陽歯車40a(モータ軸18a)へと伝達され、リアハブユニット外部に設けられた二次電池7に回生充電が可能となる。
Further, when a reverse input is made from the rear wheel 2 (hub case 11) on a downhill or the like and regenerative charging is performed by the rotational force, the two-way clutch 20 is switched to the two-way by an external input signal through the switching clutch
また、この実施形態では、ツーウェイクラッチ20としてローラクラッチを採用しているが、これに代えて、例えば、スプラグクラッチや、ラチェット機構を備えたクラッチを採用することもできる。 In this embodiment, a roller clutch is employed as the two-way clutch 20, but a sprag clutch or a clutch provided with a ratchet mechanism may be employed instead.
なお、この実施形態では、変速機用遊星歯車30bの段数を2段としているが、この変速機用遊星歯車30bの段数は、3段又は4段以上とすることもできる。
また、遊星歯車の半径、厚さを出来る限り小さくすることを考慮した場合、2つ遊星歯車機構共に3個の遊星歯車によって構成されることが最も望ましい。また、遊星歯車の個数を同数とすることで荷重バランスがとれる。
In this embodiment, the number of stages of the planetary gear for
In consideration of making the radius and thickness of the planetary gear as small as possible, it is most desirable that the two planetary gear mechanisms are constituted by three planetary gears. Further, the load balance can be achieved by making the number of planetary gears the same.
また、これらの実施形態では、ラチェットクラッチで構成された変速機用第一ワンウェイクラッチ30e、変速機用第二ワンウェイクラッチ31において、そのラチェットクラッチの各クラッチ爪のクラッチカム面への噛合を、回転移動するクラッチ切替制御部材37と、それに連動して軸方向移動するクラッチ切替部材39とでそれぞれ係合可能な状態と係合不能な状態とに切り替える方式を採用したが、車軸15と変速機用太陽歯車30a、変速機用外輪歯車30d(駆動体32)と変速機用遊星キャリア30cとを相対回転可能、相対回転不能とに切り替える手段としては、その他の構成を採用してもよい。
Further, in these embodiments, in the first one-way clutch 30e for transmission and the second one-way clutch 31 composed of a ratchet clutch, the engagement of each clutch pawl of the ratchet clutch with the clutch cam surface is rotated. Although the clutch
また、この実施形態では、変速機用第一ワンウェイクラッチ30e、変速機用第二ワンウェイクラッチ31は、それぞれラチェットクラッチを採用しているが、ローラクラッチ、スプラグクラッチ等、他の構成からなるワンウェイクラッチを採用してもよい。
In this embodiment, the first one-way clutch for
なお、この実施形態では、図10に示すように、変速機用遊星キャリア30cと出力伝達部材50との結合部51の構造として、セレーション結合を採用した。また、出力伝達部材50とハブケース11との結合部52の構造として、ハブケース11の内径面52bに圧入されるハブケースピン52aが、出力伝達部材50の外径側に設けられた溝部52c内に入り込むことで、出力伝達部材50がハブケース11の内側に圧入固定される構造とした。
In this embodiment, as shown in FIG. 10, serration coupling is adopted as the structure of the
この結合部51,52の構造に代えて、例えば、図11に示す変形例を採用することができる。
Instead of the structure of the
この変形例では、変速機用遊星キャリア30cと出力伝達部材50との結合部51の構造として、いわゆる多角形結合を採用している。この多角形結合とは、例えば、出力伝達部材50の内径側に断面正8角形の穴を設け、変速機用遊星キャリア30cの外径形状を断面正8角形とし、その断面正8角形の穴内に断面正8角形の変速機用遊星キャリア30cを嵌合し、その穴の内面51cと変速機用遊星キャリア30cの外面51dとの間でトルク伝達を可能としている。なお、この断面形状は、断面正8角形に限定されず、例えば、断面正6角形等の他の正多角形状、あるいは、多角形状を採用することができる。
In this modification, a so-called polygonal coupling is adopted as the structure of the
また、その穴の内面51cと変速機用遊星キャリア30cの外面51dとの間に、適当なガタ(ガタつき)を持たすことで、遊星歯車機構の各部材が適正な位置に移動され、その各部材の製造誤差を吸収したスムーズな回転が可能となる。
Further, by having an appropriate backlash (backlash) between the
また、図11の変形例では、出力伝達部材50とハブケース11との結合部52の構造として、ハブケース11の外側からねじ込んだネジ部材52fによって、ハブケース11と出力伝達部材50とを固定し、トルク伝達を可能としている。ネジ部材52fは、ハブケース11に設けた穴52e、出力伝達部材50に設けられたネジ穴52dにねじ込まれる。これによって、ハブケース11は比較的強度の弱いアルミ材料を選択でき、その軽量化に貢献する。また、出力伝達部材11gの形状を簡素化でき、製造面でも有利である。
11, the
また、この結合部51,52のさらなる変形例として、例えば、図12に示す変形例を採用することができる。
Moreover, as a further modification of the
この図12の変形例では、変速機用遊星キャリア30cと出力伝達部材50との結合部51の構造として、減速機構部40側の減速機用遊星歯車40bを支える遊星キャリア軸40iを流用して、その遊星キャリア軸40iによって変速機用遊星キャリア30cと出力伝達部材50とを固定し、トルク伝達を可能としている。
すなわち、出力伝達部材50の内径面51eに圧入される遊星キャリア軸40iが、それに対応するようにその変速機用遊星キャリア30cの外径側に設けられた溝部51d内に入り込むことで、出力伝達部材50が変速機用遊星キャリア30cの外側に圧入固定されている。この構成によれば、形状面で部材の簡素化可能であり、製造上有利である。
In the modification of FIG. 12, the
That is, the
また、図12の変形例では、出力伝達部材50とハブケース11との結合部52の構造として、セレーション結合を採用している。セレーション結合は、出力伝達部材50の外面に設けられ、軸方向に伸びる突条と凹溝とが周方向に沿って交互に配置された凹凸52gと、ハブケース11の内面に設けられ、軸方向に伸びる突条と凹溝とが周方向に沿って交互に配置された凹凸52hとが噛み合うことで、両者が軸周り一体に回転するように結合されている。
このセレーション結合において、互いに噛み合うセレーションの突条及び凹溝の伸びる方向を、軸方向に対してねじり角度を持たせた構造とすることで、ガタつきが小さくなり、確実なトルク伝達を可能としている。
In the modification of FIG. 12, serration coupling is adopted as the structure of the
In this serration coupling, the structure in which the protrusions of the serrations and the grooves that engage with each other extend in a torsion angle with respect to the axial direction reduces rattling and enables reliable torque transmission. .
なお、変速機用遊星キャリア30cと出力伝達部材50との結合部51の構造、及び、ハブケース11と出力伝達部材50との結合部52の構造は、上記各実施形態及び各変形例における結合部51,52の構成の中から、それぞれ、適宜のものを選択して組み合わせることが可能である。
このとき、各部部材の製造誤差を吸収したスムーズな回転を可能とするために、どちらかの結合部51,52に、半径方向に移動可能なガタを持たすことが望ましい。また、さらに、どちらかの結合部51,52を、軸方向に自由度を持たせた構成とすることで、変速機用遊星キャリア30cや出力伝達部材50が、その製造誤差を吸収することでバランスを取った位置に移動し、よりスムーズな回転を可能とする。
Note that the structure of the
At this time, in order to enable smooth rotation that absorbs the manufacturing error of each member, it is desirable to provide a looseness that can be moved in the radial direction in one of the
1 電動補助自転車(電動二輪車)
2 駆動輪(後輪)
3 ペダル
4 動力伝達要素(チェーン)
5 ハンドル
6 フレーム
7 二次電池
8 ハブフランジ
9 入力手段(リヤスプロケット)
10 ハブ(リアハブ)
11 ハブケース
12,13,14,18c,26 軸受
15 車軸
15a 軸孔
16 蓋
17 リング部材
18 駆動用モータ
18a モータ軸
18b モータハウジング
19 押さえ部材
20 切替用クラッチ(ツーウェイクラッチ)
21 カム面
22 外径面
23 係合子
24 保持器
25 切替用クラッチ制御機構部
25a 入力機構
25b 作用部材
25c 弾性部材
30 変速機構部
30a 変速機用太陽歯車
30a−1 第一太陽歯車
30a−2 第二太陽歯車
30b 変速機用遊星歯車
30c 変速機用遊星キャリア
30d 変速機用外輪歯車
30e 変速機用第一ワンウェイクラッチ
30e−1 第一クラッチ部
30e−2 第二クラッチ部
30f 変速機用第一ワンウェイクラッチ爪
30f−1 第一クラッチ爪部
30f−2 第二クラッチ爪部
30g 変速機用第一ワンウェイクラッチカム面
30g−1 第一カム面部
30g−2 第二カム面部
30i 遊星キャリア軸
30p 第一ポケット部(凹部)
30q 第二ポケット部(凹部)
31 変速機用第二ワンウェイクラッチ
31f 変速機用第二ワンウェイクラッチ爪
31g 変速機用第二ワンウェイクラッチカム面
32 駆動体
32a 軸
33 補助駆動体
34 変速クラッチ保持部
35 変速制御機構部
35b 変速案内溝
35c ピン
36 変速切替棒(変速操作部)
36a 端部
37 クラッチ切替制御部材
37a 変速機用第一ワンウェイクラッチ切替部
37b 変速機用第二ワンウェイクラッチ切替部
38 クラッチ切替案内部材
39 クラッチ切替部材
40 減速機構部
40a 減速機用太陽歯車
40b 減速機用遊星歯車
40d 減速機用外輪歯車
40e 第一外径歯車部
40f 第二外径歯車部
40i 遊星キャリア軸
50 出力伝達部材
51,52 結合部
51a,51b 凹凸
51c 内面
51d 外面
52a ハブケースピン
52b 内径面
52c 溝部
52d ネジ穴
52e 穴
52f ネジ部材
52g,52h 凹凸
1 Electric assist bicycle (electric motorcycle)
2 Drive wheels (rear wheels)
3 Pedal 4 Power transmission element (chain)
5
10 Hub (rear hub)
11
21
30q Second pocket (recess)
31 Second one-way clutch for
Claims (15)
前記変速機構部(30)は、入力手段(9)に入力される人力による駆動力をハブケース(11)に伝達する機能を有し、前記減速機構部(40)は、前記駆動用モータ(18)から入力される駆動力をハブケース(11)に伝達する機能を有しており、
前記変速機構部(30)の出力部材と前記減速機構部(40)の出力部材とは同一部材、若しくは一体回転可能に結合された部材で構成され、前記変速機構部(30)と前記減速機構部(40)の出力部材と前記ハブケース(11)間に、前記出力部材と前記ハブケース(11)とを一体回転可能とする出力伝達部材(50)を設けたことを特徴とする自転車用ハブユニット。 A bicycle hub unit in which a transmission mechanism (30), a speed reduction mechanism (40), and a drive motor (18) are arranged in parallel in the axial direction of the axle (15) inside the hub (10).
The speed change mechanism portion (30) has a function of transmitting a driving force generated by human power input to the input means (9) to the hub case (11), and the speed reduction mechanism portion (40) is provided with the drive motor (18). ) Has a function of transmitting the driving force input from the hub case (11),
The output member of the speed change mechanism portion (30) and the output member of the speed reduction mechanism portion (40) are composed of the same member or a member coupled so as to be integrally rotatable, and the speed change mechanism portion (30) and the speed reduction mechanism are configured. A bicycle hub unit characterized in that an output transmission member (50) is provided between the output member of the portion (40) and the hub case (11) so that the output member and the hub case (11) can rotate together. .
前記減速機構部(40)は、遊星歯車機構によって構成されて前記駆動用モータ(18)のモータ軸(18a)と一体に回転する減速機用太陽歯車(40a)と、前記減速機用太陽歯車(40a)に噛み合う減速機用遊星歯車(40b)とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の自転車用ハブユニット。 The transmission mechanism section (30) is constituted by a planetary gear mechanism having two or more shift stages, and is a transmission that meshes with at least one transmission sun gear (30a) and the transmission sun gear (30a). A planetary gear for transmission (30b) and a planetary gear for transmission (30c) that holds the planetary gear for transmission (30b), and the at least one speed change with respect to the driving force from the input means (9) A shift control mechanism (35) for shifting the mechanical sun gear (30a) to be rotatable or non-rotatable around the axle (15);
The speed reduction mechanism section (40) is constituted by a planetary gear mechanism and is rotated integrally with the motor shaft (18a) of the drive motor (18), and the speed reducer sun gear (40a). The bicycle hub unit according to claim 1, further comprising a reduction gear planetary gear (40b) meshing with (40a).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011207645A JP2013067286A (en) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | Bicycle hub unit, power-assisted bicycle using the same, and two-wheeled electric vehicle |
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JP2011207645A JP2013067286A (en) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | Bicycle hub unit, power-assisted bicycle using the same, and two-wheeled electric vehicle |
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JP2013067286A true JP2013067286A (en) | 2013-04-18 |
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ID=48473539
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113070636A (en) * | 2020-01-06 | 2021-07-06 | 雅瑟斯精密机械(江苏)有限公司 | Split type bicycle hub ratchet wheel and preparation method thereof |
-
2011
- 2011-09-22 JP JP2011207645A patent/JP2013067286A/en not_active Withdrawn
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