JP2012040941A - Power-assisted bicycle - 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に関するものである。 The present invention relates to a battery-assisted bicycle that adds an auxiliary force 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において、その自転車の駆動輪である後輪のリアハブ内に、モータ、減速機構、変速機構が備えられたものがある。 By the way, in some electrically assisted bicycles in which an assisting force is applied to a human power drive system by an electric motor, a motor, a speed reduction mechanism, and a speed change mechanism are provided in a rear hub of a rear wheel that is a drive wheel of the bicycle.
リアハブに駆動用のモータを設けた、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 rear hub motor type battery-assisted bicycle provided with a drive motor on the rear hub can use either the exterior transmission or the internal transmission when combined with a speed change mechanism.
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、減速機構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 reduction mechanism, and a speed change mechanism. Therefore, 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、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。 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.
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。
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、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、駆動輪の入力用のスプロケットと、車軸の中心から外周に向かって順に備えられた変速機構、減速機構がある。 In these structures, a drive motor and a power system speed reduction mechanism for reducing the rotational speed of the motor are incorporated in the rear hub as a drive mechanism by the motor. The human power input mechanism includes a sprocket for driving wheel input, a speed change mechanism and a speed reduction mechanism provided in order from the center of the axle toward the outer periphery.
また、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 rear hub includes a rotary casing and a fixed casing. The human power input mechanism is arranged on the rotary casing side, and the drive mechanism using the electric motor is mainly arranged on the fixed casing side.
ペダルによって与えられた人力による駆動力は、チェーンによって駆動輪の入力用のスプロケットに伝達され、変速機で変速された後、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 driving force by human power given by the pedal is transmitted to the sprocket for input of the driving wheel by the chain, and after being shifted by the transmission, is transmitted to the reduction 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、車軸に沿って並列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 respect, 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リアハブ内に、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構で変速された後、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 rear hub of the rear wheel, which is the drive 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 the speed change mechanism via the one-way clutch, the drive wheel is rotated through the 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構、電動機、変速機構の3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 reduction mechanism, the electric motor, and the speed change mechanism 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。 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.
そこで、この発明は、車軸の軸心に沿って減速機構、電動機、変速機構の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により、変速比や変速段数の設計上の自由度を高め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 axis of the axle. The challenge is to increase the degree.
上記の課題を解決するために、この発明は、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、ペダルからの踏力による駆動力を駆動力伝達要素から前記駆動輪に伝達する機能を有し、前記減速機構は、前記駆動用モータからの駆動力を前記駆動輪に伝達する機能を有し、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と、その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、変速制御機構により、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用太陽歯車を前記車軸周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができる変速機用第一クラッチとを備え、ペダルからの踏力による駆動力は前記駆動力伝達要素から前記変速機用遊星キャリアに入力されてその遊星キャリアから等速以上で前記駆動輪に伝達され、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1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、その減速機用遊星歯車に噛み合う減速機用外輪歯車を備え、前記減速機用遊星歯車を、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に回転する部材で保持したことを特徴とする回生機構を備えた電動補助自転車とした。 In order to solve the above-described problems, the present invention is arranged such that a speed change mechanism, a speed reduction mechanism, and a drive motor are arranged in parallel in the axial direction of an axle inside a hub of a drive wheel, and the speed change mechanism has a pedaling force from a pedal. The driving force is transmitted from the driving force transmission element to the driving wheel, the speed reduction mechanism has a function of transmitting the driving force from the driving motor to the driving wheel, and the transmission mechanism is A planetary gear mechanism, at least one transmission sun gear, a transmission planetary gear meshing with the transmission sun gear, a transmission outer ring gear meshing with the transmission planetary gear, and a speed change thereof The transmission planetary gear holding the mechanical planetary gear and the transmission control mechanism are used to switch the transmission sun gear to be relatively rotatable or non-rotatable around the axle with respect to each of the driving force and reverse input. A first clutch for a transmission that can be driven, and a driving force by a pedaling force from a pedal is input to the planetary carrier for transmission from the driving force transmitting element to the driving wheel at a constant speed or higher from the planetary carrier. The reduction mechanism is constituted by a planetary gear mechanism and is configured by at least one reduction gear sun gear, a reduction gear planet gear meshing with the reduction gear sun gear, and a reduction gear meshing with the reduction gear planet gear. A power-assisted bicycle equipped with a regenerative mechanism, wherein the reduction gear planetary gear is held by a member that rotates integrally with the transmission planet carrier or the transmission planet carrier; did.
この構成によれば、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、変速機用遊星キャリアと減速機用遊星キャリアとが一体に回転する構造となるので、そ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、大きな変速比が得られる構成、多段の変速段数を備えた構成が可能となる。 According to this configuration, the reduction gear planetary gear is held by the transmission planet carrier or the member that rotates integrally with the transmission planet carrier. In other words, the planetary carrier for the transmission and the planetary carrier for the reduction gear rotate together, so that the carriers can be used in common, the device in the axle direction can be made compact, and a large gear ratio can be obtained. And a configuration having multiple shift speeds are possible.
また、この構成によれば、前進駆動時には、駆動力伝達要素からの踏力による駆動力は、変速機構を介してハブに伝達され、駆動用モータによる駆動力は、減速機構、変速機構を介してハブに伝達され、自転車は前進する。また、前進非駆動時には、ハブから変速機構、減速機構を介して駆動用モータに逆入力が伝わることで、回生発電が可能となる。このように機能するのは、変速機用第一クラッチは、変速制御機構によって、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用太陽歯車を前記車軸周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができるからである。 Further, according to this configuration, during forward driving, the driving force due to the pedaling force from the driving force transmitting element is transmitted to the hub via the speed change mechanism, and the driving force due to the driving motor is determined via the speed reduction mechanism and the speed change mechanism. The bicycle is advanced by being transmitted to the hub. Further, during forward non-drive, regenerative power generation is possible by transmitting a reverse input from the hub to the drive motor via the speed change mechanism and the speed reduction mechanism. The first clutch for transmission functions in this way, by means of the shift control mechanism, the transmission sun gear can be rotated around the axle or cannot rotate relative to the driving force and the reverse input. It is because it can switch to.
なお、駆動輪のハブからの逆入力が駆動用モータに伝達された際、回生充電を行うか否かは、別に設けた周知の制御機構によって制御することができる。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もできる。 Whether or not regenerative charging is performed when reverse input from the drive wheel hub is transmitted to the drive motor can be controlled by a well-known control mechanism provided separately. For example, the regenerative charging can be switched on by operating the brake lever.
この構成において、前記変速機構は、前記変速機用太陽歯車と前記変速機用遊星キャリアとの間に、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用太陽歯車と前記変速機用遊星キャリアとを相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができる変速機用第二クラッチを備えた構成を採用することができる。 In this configuration, the transmission mechanism includes the transmission sun gear and the transmission planet carrier between the transmission sun gear and the transmission planet carrier for driving force and reverse input, respectively. It is possible to adopt a configuration including a second clutch for transmission that can be switched between relative rotation and non-rotation.
この変速機用第二クラッチを備えた構成によれば、駆動力伝達要素から変速機用遊星キャリアに入力された回転を、直結状態でハブに伝達することができる。
すなわち、その直結状態(等速状態)は、変速機用第二クラッチが、変速制御機構によって、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して変速機用太陽歯車と変速機用遊星キャリアとを相対回転不能とすることにより成立することができる。また、変速機用第二クラッチが、変速機用太陽歯車と変速機用遊星キャリアとの間に設けられることで、変速機用第一クラッチの切替に用いる変速制御機構を、近接する変速機用第二クラッチの切替にも用いることができ、変速制御機構を共用すれば、各クラッチの切替操作が容易である。
According to the configuration including the second clutch for transmission, the rotation input from the driving force transmitting element to the planetary carrier for transmission can be transmitted to the hub in a directly connected state.
That is, in the directly connected state (constant speed state), the transmission second clutch rotates the transmission sun gear and the transmission planet carrier relative to the driving force and the reverse input by the transmission control mechanism. It can be established by disabling it. In addition, since the second clutch for transmission is provided between the transmission sun gear and the planetary carrier for transmission, the transmission control mechanism used for switching the first clutch for transmission is used for the adjacent transmission. It can also be used for switching the second clutch, and if the speed change control mechanism is shared, the switching operation of each clutch is easy.
また、これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車は複数の歯車部を有し、前記変速機用太陽歯車は前記歯車部の数と同数設けられて、前記各歯車部に対してそれぞれ一つの変速機用太陽歯車が噛み合っており、駆動力及び逆入力それぞれに対して複数の前記変速機用太陽歯車のいずれか一つを選択的に前記車軸に相対回転不能とすることにより、駆動力が複数段階の増速状態に変速可能である構成を採用することができる。これにより、シンプルな変速機構の構成によって、増速状態を複数段とすることができる。 Further, in each of these configurations, the transmission planetary gear has a plurality of gear portions, and the transmission sun gear is provided in the same number as the gear portions, and one for each gear portion. Two transmission sun gears are engaged with each other, and by selectively disabling one of the plurality of transmission sun gears relative to the axle for each of the driving force and the reverse input, the driving force However, it is possible to adopt a configuration in which the gear can be shifted to a plurality of speed increasing states. Thereby, the speed increasing state can be made into a plurality of stages by a simple structure of the speed change mechanism.
このとき、全ての前記変速機用太陽歯車と前記車軸の間にそれぞれ変速機用第一クラッチを備えることができ、前記変速制御機構は、その各変速機用第一クラッチによって、前記各変速機用太陽歯車の車軸に対する係合、係合解除の切り替えを行うことができる。 At this time, a transmission first clutch can be provided between all of the transmission sun gears and the axle, and the transmission control mechanism is configured so that each transmission has the first clutch for each transmission. The engagement / disengagement of the sun gear for the axle can be switched.
また、前記変速機用第二クラッチは、複数の前記変速機用太陽歯車のうち、前記変速機用遊星歯車の歯数の最も少ない歯車部と噛み合う前記変速機用太陽歯車と前記変速機用遊星キャリアとの間に設けられていることが望ましい。 The transmission second clutch includes the transmission sun gear and the transmission planetary gear that mesh with a gear portion having the smallest number of teeth of the transmission planetary gear among the plurality of transmission sun gears. It is desirable that it be provided between the carrier.
また、これらの各構成において、前記駆動力伝達要素と前記変速機用遊星キャリアとは、前記ハブに対して車軸の一端側に設けた入力部材を介して接続され、前記駆動用モータは前記ハブに対して前記車軸の他端側に設けられ、前記変速機構及び前記減速機構は、前記入力部材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。 In each of these configurations, the driving force transmitting element and the planetary carrier for transmission are connected to the hub via an input member provided on one end side of an axle, and the driving motor is connected to the hub. The transmission mechanism and the speed reduction mechanism may be provided between the input member and the driving motor.
このように、変速機構及び減速機構を、車軸の一端側の入力部材、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とし得る。なお、駆動力伝達要素は、ペダルのクランク軸と駆動論の入力部材とを結ぶ無端状部材であり、チェーン駆動を採用している場合、駆動力伝達要素は前後スプロケット間を結ぶチェーンに相当し、入力部材は駆動輪側のスプロケットに相当する。 Thus, if the speed change mechanism and the speed reduction mechanism are provided between the input member on one end of the axle and the drive motor on the other end, the planetary carrier for transmission and the planetary carrier for reduction gear are close to each other. The structure for sharing the carrier can be further simplified. The driving force transmission element is an endless member that connects the pedal crankshaft and the driving theory input member.When chain driving is adopted, the driving force transmission element corresponds to a chain connecting the front and rear sprockets. The input member corresponds to a sprocket on the drive wheel side.
さらに、これらの各構成において、前記駆動用モータはモータハウジングに収容され、そのモータハウジングと前記減速機用外輪歯車との間に、その係合方向を切り替えることが可能なツーウェイクラッチを設けた構成を採用することができる。 Furthermore, in each of these configurations, the drive motor is housed in a motor housing, and a two-way clutch capable of switching the engagement direction between the motor housing and the outer ring gear for the speed reducer is provided. Can be adopted.
このツーウェイクラッチを設けたことにより、駆動用モータからの駆動力は遊星キャリアに伝達されるが、前進駆動時にアシスト(駆動用モータからの駆動力の入力)が無い状態では、スプロケットから遊星キャリアに伝達された踏力は、減速機用遊星歯車に入力されるが、ツーウェイクラッチにより減速機用外輪歯車がモータハウジングに対して空回りし、トルクを受けることができない。このため、前記踏力は駆動用モータの出力軸には伝達されず、モータの引き摺り抵抗を切り離すことが可能となり、前進駆動時にアシストが無い状態でも、モータを引き摺ってしまうことがなく、ペダルが重くならない。したがって、快適な走行が可能である。
また、前進非駆動時には、ツーウェイクラッチを逆入力に対して係合させることにより、駆動輪からの逆入力がモータに伝達されて回生発電が可能となる切替機能を付与することができる。
By providing this two-way clutch, the driving force from the driving motor is transmitted to the planet carrier, but when there is no assist (input of driving force from the driving motor) during forward driving, the sprocket is transferred to the planet carrier. The transmitted pedaling force is input to the reduction gear planetary gear, but the outer ring gear for reduction gear is idle with respect to the motor housing by the two-way clutch, and cannot receive torque. For this reason, the pedaling force is not transmitted to the output shaft of the driving motor, and the drag resistance of the motor can be separated. Even when there is no assist during forward driving, the motor is not dragged and the pedal is heavy. Don't be. Therefore, comfortable driving is possible.
Further, at the time of forward non-driving, by engaging the two-way clutch with the reverse input, it is possible to provide a switching function that allows the reverse input from the drive wheels to be transmitted to the motor to enable regenerative power generation.
なお、このツーウェイクラッチの係合、係合解除の切替を、前述の回生充電のスイッチと同様に、例えば、ブレーキ操作と連動して行われるようにすることができる。すなわち、例えば、ブレーキ操作が行われた際に、ツーウェイクラッチを逆入力に対して係合させるようにし、ツーウェイクラッチを介して逆入力が駆動用モータに伝達されて回生発電が成されるように設定できる。 Note that the switching between engagement and disengagement of the two-way clutch can be performed in conjunction with, for example, a brake operation, similarly to the above-described regenerative charging switch. That is, for example, when a brake operation is performed, the two-way clutch is engaged with the reverse input, and the reverse input is transmitted to the drive motor via the two-way clutch to generate regenerative power generation. Can be set.
また、このツーウェイクラッチとして、周知のクラッチ機構を採用できるが、例えば、ローラクラッチを採用することができる。 Further, as this two-way clutch, a well-known clutch mechanism can be adopted. For example, a roller clutch can be adopted.
ツーウェイクラッチをローラクラッチによって構成する場合、ローラ、保持器及びローラクラッチカム面を、固定部材であるモータハウジング側に設けることが望ましい。これにより、係合方向の切替が容易に行うことが可能となる。また、ローラは弾性部材によってモータからの駆動力に対して係合する方向に付勢しておき、前進非駆動時には外部操作によって逆方向に係合するように構成することが望ましい。この構成とすることにより、回生が必要な時にのみ前記ツーウェイクラッチの切替を行えばよいため、構造が簡素となる。 When the two-way clutch is constituted by a roller clutch, it is desirable to provide the roller, the cage and the roller clutch cam surface on the motor housing side which is a fixed member. As a result, the engagement direction can be easily switched. Further, it is desirable that the roller is urged by an elastic member in a direction to be engaged with the driving force from the motor, and is configured to be engaged in the reverse direction by an external operation when the forward drive is not driven. With this configuration, the two-way clutch needs to be switched only when regeneration is necessary, and thus the structure is simplified.
前記変速機用第一クラッチとしては、スプラグクラッチやローラクラッチ等の周知のワンウェイクラッチの構成を採用できるが、例えば、ラチェットクラッチからなる構成を採用することができる。 As the first clutch for the transmission, a well-known one-way clutch configuration such as a sprag clutch or a roller clutch can be employed. For example, a configuration including a ratchet clutch can be employed.
このとき、例えば、前記変速機用第一クラッチは、前記車軸の外面に変速機用第一クラッチ爪を備え、前記変速機用太陽歯車の内面に、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチ爪が係合可能な変速機用第一クラッチカム面が備えられている構成を採用することができる。これは、変速機用太陽歯車の内面は、相対的に車軸の外面よりも大径であるから、その大径である側に変速機用クラッチカム面を設けることで、カム面の溝数を多く確保し、係合時のタイムラグを短くできるからである。 At this time, for example, the first clutch for transmission includes a first clutch pawl for transmission on the outer surface of the axle, and the inner surface of the sun gear for transmission is configured with respect to each of driving force and reverse input. The structure provided with the 1st clutch cam surface for transmission which can engage the 1st clutch claw for transmission can be employ | adopted. This is because the inner surface of the transmission sun gear is relatively larger in diameter than the outer surface of the axle, so by providing the transmission clutch cam surface on the larger diameter side, the number of grooves on the cam surface can be reduced. This is because a large amount can be secured and the time lag at the time of engagement can be shortened.
また、前記変速機用第二クラッチとしては、スプラグクラッチやローラクラッチ等の周知のワンウェイクラッチの構成を採用できるが、例えば、ラチェットクラッチからなる構成を採用することができる。 Further, as the second clutch for the transmission, a well-known one-way clutch configuration such as a sprag clutch or a roller clutch can be adopted, and for example, a configuration including a ratchet clutch can be adopted.
このとき、例えば、前記変速機用第二クラッチは、前記変速機用太陽歯車の外面に変速機用第二クラッチ爪を備え、前記変速機用遊星キャリアの内面に、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチ爪が係合可能な変速機用第二クラッチカム面が備えられている構成を採用することができる。これは、変速機用遊星キャリアの内面は、相対的に変速機用太陽歯車の外面よりも大径であるから、その大径である側に変速機用第二クラッチカム面を設けることでカム面の溝数を多く確保し、係合時のタイムラグを短くするためである。 At this time, for example, the transmission second clutch includes a transmission second clutch pawl on the outer surface of the transmission sun gear, and each of the driving force and the reverse input is provided on the inner surface of the transmission planet carrier. On the other hand, it is possible to adopt a configuration in which a second clutch cam surface for transmission that can be engaged with the second clutch pawl for transmission is provided. This is because the inner surface of the planetary carrier for transmission is relatively larger in diameter than the outer surface of the transmission sun gear, so that the cam is obtained by providing the second clutch cam surface for transmission on the larger diameter side. This is for securing a large number of grooves on the surface and shortening the time lag at the time of engagement.
このように、変速機用第一クラッチや変速機用第二クラッチとして、ラチェットクラッチを用いることにより、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して係合可能で、さらに、その駆動力及び逆入力のそれぞれに対して、容易に切替(係合する状態と係合しない状態との切替)が可能な構造とすることができる。 Thus, by using the ratchet clutch as the first clutch for transmission and the second clutch for transmission, it is possible to engage with each of the driving force and the reverse input, and further, the driving force and the reverse input It can be set as the structure which can be switched easily (switching between the state which engages and the state which does not engage) with respect to each.
変速機用第一クラッチ及び変速機用第二クラッチとしてラチェットクラッチを用いた各構成において、前記変速制御機構は、前記車軸周りに切欠部を有する変速用スリーブを備え、その変速用スリーブは前記車軸の円周方向へ回転運動自在であり、前記変速用スリーブの回転運動とともに前記車軸の軸方向へ移動する変速用第二クラッチ切替部を備え、変速用スリーブが円周方向へ回転することにより、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチを係合状態及び係合解除状態とに切り替え、前記変速機用第二クラッチ切替部が前記車軸の軸方向へ移動することにより、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチを係合状態及び係合解除状態とに切り替える構成を採用することができる。 In each configuration using a ratchet clutch as the first clutch for transmission and the second clutch for transmission, the shift control mechanism includes a shift sleeve having a notch around the axle, and the shift sleeve is the axle. A second clutch switching portion for shifting that moves in the axial direction of the axle along with the rotational movement of the shifting sleeve, and the shifting sleeve rotates in the circumferential direction, The first clutch for transmission is switched between an engaged state and a disengaged state for each of driving force and reverse input, and the second clutch switching unit for transmission moves in the axial direction of the axle. Further, it is possible to adopt a configuration in which the second clutch for transmission is switched between an engaged state and a disengaged state for each of the driving force and the reverse input.
ハブ内の車軸の軸方向へのスペースには制約があることから、変速制御機構は、このように、変速用スリーブを車軸周りに回転運動(揺動運動)させることによって、変速機用第一クラッチや変速機用第二クラッチの切替を行う機構を用いることが好ましい。 Since the space in the axial direction of the axle in the hub is limited, the speed change control mechanism in this way allows the first transmission for the transmission by rotating (swinging) the speed change sleeve around the axle. It is preferable to use a mechanism for switching between the clutch and the second clutch for transmission.
この構成において、前記変速用スリーブに連結された変速操作部が前記ハブの外部へ引き出されており、その変速操作部を操作することにより、変速用スリーブが前記車軸の円周方向へ回転する構成を採用することができる。 In this configuration, the speed change operation unit connected to the speed change sleeve is drawn out of the hub, and the speed change sleeve rotates in the circumferential direction of the axle by operating the speed change operation unit. Can be adopted.
また、変速用スリーブや変速操作部の操作の一部を、バネ等の弾性部材の付勢力によって補助することもできる。 Further, part of the operation of the speed change sleeve and the speed change operation unit can be assisted by the biasing force of an elastic member such as a spring.
例えば、前記変速用スリーブは、第一弾性部材によって前記車軸の円周方向一方向に付勢され、前記変速機用第二クラッチ切替部は第二弾性部材によって前記車軸の軸方向一方向に付勢されており、前記変速用スリーブを前記第一弾性部材の付勢力に抗して前記車軸の円周方向他方向へ回転させれば、前記変速機用第二クラッチ切替部は前記第二弾性部材の付勢力に抗して前記車軸の軸方向他方向へ移動し、前記変速用スリーブが前記第一弾性部材の付勢力により前記車軸の円周方向一方向へ回転すれば、前記変速機用第二クラッチ切替部は前記第二弾性部材の付勢力により前記車軸の軸方向一方向へ移動する構成を採用することができる。 For example, the shift sleeve is urged in one circumferential direction of the axle by a first elastic member, and the second clutch switching portion for transmission is applied in one axial direction of the axle by a second elastic member. If the shift sleeve is rotated in the other circumferential direction of the axle against the biasing force of the first elastic member, the second clutch switching unit for the transmission is When the shift sleeve moves in one axial direction of the axle against the biasing force of the member and the shift sleeve rotates in one circumferential direction of the axle by the biasing force of the first elastic member, the transmission The second clutch switching unit may employ a configuration that moves in one axial direction of the axle by the biasing force of the second elastic member.
すなわち、この構成では、変速用スリーブは、第一弾性部材によって車軸の円周方向一方向(軸周り一方向)へ付勢されており、その付勢力に抗して変速用スリーブを車軸の円周方向他方向へ回転させることにより、変速機用第二クラッチ切替部が第二弾性部材の付勢力に抗して車軸の軸方向一方向へ移動する。また、変速用スリーブを車軸の円周方向他方向へ回転させる力を解除すれば、あるいは弱めれば、変速用スリーブは、第一弾性部材の付勢力によって車軸の円周方向一方向へ回転して元の状態に復帰し、また、変速機用第二クラッチ切替部は、第二弾性部材の付勢力によって、車軸の軸方向他方へ移動し、元の状態に復帰する。 That is, in this configuration, the speed change sleeve is urged in one circumferential direction of the axle (one direction around the axis) by the first elastic member, and the speed change sleeve is urged against the urging force. By rotating in the other circumferential direction, the second clutch switching unit for transmission moves in one axial direction of the axle against the urging force of the second elastic member. If the force that rotates the shifting sleeve in the other direction of the axle is released or weakened, the shifting sleeve is rotated in one direction of the axle by the biasing force of the first elastic member. The second clutch switching unit for transmission moves to the other axial direction of the axle by the urging force of the second elastic member and returns to the original state.
なお、変速用スリーブと変速機用第二クラッチ切替部とは一体に軸周り回転し、且つ、一定の条件で軸方向に相対移動するように接合されていればよい。例えば、変速用スリーブの外面に軸方向に形成されたスリット部に、変速機用第二クラッチ切替部の内面に設けられた案内部が挿入されており、変速用スリーブと変速機用第二クラッチ切替部との間には、外面に周方向に案内溝が形成された固定部材が設けられた構造とすることができる。
この場合、変速用スリーブを車軸周りに回転運動させると、変速用スリーブのスリット部側面が、変速機用第二クラッチ切替部の案内部に接触し、変速機用第二クラッチ切替部も車軸周りに回転運動する。ここで、固定部材の案内部がテーパ状となっており軸方向に向かって傾斜しているため、周方向に移動する変速機用第二クラッチ切替部の案内部がテーパ状の案内部に接することで、変速機用第二クラッチ切替部は回転運動しながら軸方向に移動する。変速用スリーブのスリット部は、変速機用第二クラッチ切替部の案内部の軸方向移動を可能とするため、軸方向にある程度の長さが必要である。
The transmission sleeve and the transmission second clutch switching unit need only be joined so as to rotate integrally around the shaft and to move relative to each other in the axial direction under certain conditions. For example, a guide portion provided on the inner surface of the second clutch switching portion for transmission is inserted into a slit portion formed in the axial direction on the outer surface of the transmission sleeve, and the transmission sleeve and the second clutch for transmission are inserted. Between the switching part, it can be set as the structure where the fixing member by which the guide groove was formed in the circumferential direction on the outer surface was provided.
In this case, when the transmission sleeve is rotated around the axle, the side surface of the slit portion of the transmission sleeve comes into contact with the guide portion of the second clutch switching portion for transmission, and the second clutch switching portion for transmission is also around the axle. Rotating motion. Here, since the guide portion of the fixed member is tapered and inclined toward the axial direction, the guide portion of the second clutch switching portion for transmission that moves in the circumferential direction contacts the tapered guide portion. Thus, the second clutch switching unit for transmission moves in the axial direction while rotating. The slit portion of the speed change sleeve needs to have a certain length in the axial direction in order to allow the guide portion of the second clutch switching portion for transmission to move in the axial direction.
この変速機用第一クラッチに関し、前記変速機用第一クラッチ爪は、変速機用クラッチ軸周りに揺動運動可能に前記車軸に支持されて、弾性部材によってその変速機用第一クラッチ爪の一端が前記変速機用第一クラッチカム面に係合する方向に付勢され、その他端が、前記変速用スリーブに当接することで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチ爪の揺動を拘束して前記変速機用第一クラッチ爪と前記変速機用第一クラッチカム面との係合解除状態を維持し、前記他端が、前記変速用スリーブの前記切欠部に入り込むことで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチ爪の揺動の拘束が解除されて前記変速機用第一クラッチ爪と前記変速機用第一クラッチカム面とが係合状態とされる構成を採用することができる。 With regard to the first clutch for transmission, the first clutch pawl for transmission is supported on the axle so as to be swingable around the clutch shaft for transmission, and the first clutch pawl for transmission is supported by an elastic member. One end is urged in a direction to engage with the first clutch cam surface for transmission, and the other end abuts on the transmission sleeve, so that the transmission second and second inputs are respectively applied to the transmission force and reverse input. One clutch pawl is restrained from swinging to maintain the disengaged state between the transmission first clutch pawl and the transmission first clutch cam surface, and the other end is the notch of the gear shift sleeve. The first clutch pawl for the transmission and the first clutch cam for the transmission are released by releasing the restraint of the swing of the first clutch pawl for the transmission force and the reverse input by entering the portion. The configuration is such that the surface is engaged. It can be.
さらに、その構成において、変速機用第二クラッチに関し、前記変速機用第二クラッチ爪は、変速機用クラッチ軸周りに揺動運動可能に前記太陽歯車に支持されて、弾性部材によってその変速機用第二クラッチ爪の一端が前記変速機用第二クラッチカム面に係合する方向に付勢され、その他端が、前記変速機用第二クラッチ切替部に当接することで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチ爪の揺動を拘束して前記変速機用第二クラッチ爪と前記変速機用第二クラッチカム面との係合解除状態を維持し、前記他端が、前記変速機用第二クラッチ切替部から離脱することで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチ爪の揺動の拘束が解除されて前記変速機用第二クラッチ爪と前記変速機用第二クラッチカム面とが係合状態とされる構成を採用することができる。 Further, in this configuration, with respect to the second clutch for transmission, the second clutch pawl for transmission is supported by the sun gear so as to be swingable around the clutch shaft for transmission, and the transmission is supported by an elastic member. One end of the second clutch pawl is biased in a direction to engage with the second clutch cam surface for the transmission, and the other end abuts on the second clutch switching portion for the transmission to Restraining the oscillation of the second clutch pawl for each of the inputs to maintain the disengaged state between the second clutch pawl for the transmission and the second clutch cam surface for the transmission, When the other end is detached from the second clutch switching unit for transmission, the restraint of swinging of the second clutch pawl for the transmission force and reverse input is released, and the transmission A second clutch pawl and a second clutch for the transmission It is possible to adopt a configuration in which the Tchikamu surface are engaged.
前記変速用スリーブの外面に切欠部を備えた構成において、前記切欠部は、前記車軸の円周方向一方の端部に第一テーパ面を他方の端部に第二テーパ面を有し、変速時に、前記変速機用第二クラッチ爪と前記変速機用第二クラッチカム面との係合が解除される際に、前記変速用スリーブを前記車軸の軸周りいずれの方向に回転させても、前記変速機用第二クラッチ爪の他端は、前記第一テーパ面又は前記第二テーパ面に接する構成を採用することができる。 In the configuration in which the outer surface of the transmission sleeve is provided with a notch, the notch has a first tapered surface at one end in the circumferential direction of the axle and a second tapered surface at the other end. Sometimes, when the engagement between the transmission second clutch pawl and the transmission second clutch cam surface is released, the transmission sleeve can be rotated in any direction around the axle axis, A configuration in which the other end of the second clutch pawl for transmission is in contact with the first tapered surface or the second tapered surface can be employed.
この構成によれば、前記切欠部における車軸の軸周り方向両端部に、それぞれ第一テーパ面、第二テーパ面が設けられているので、変速時、すなわち、変速用スリーブの回転によって太陽歯車の車軸に対する係合、係合解除を切り替える際に、前記変速機用第一クラッチ爪の他端、すなわち、前記変速用スリーブ側端部において、その変速用スリーブの回転方向に応じて前記第一テーパ面と前記第二テーパ面のいずれかを接触させることができる。すなわち、回転方向によって、異なる面を接触させることができる。このため、例えば、変速用スリーブを軸周り一方に回転させるシフトアップ(1速から2速に変速するような状態)、及び、変速用スリーブを軸周り他方に回転させるシフトダウン(2速から1速に変速するような状態)の両方において、変速機用第一クラッチ爪と変速機用第一クラッチカム面との係合を解除する力を大きくすることが可能となり、スムーズな変速ができる。 According to this configuration, the first taper surface and the second taper surface are provided at both ends of the notch in the axial direction of the axle, respectively. When switching between engagement and disengagement with respect to the axle, the first taper of the other end of the first clutch pawl for transmission, that is, the end portion on the side of the shift sleeve, depends on the rotation direction of the shift sleeve. Either the surface or the second tapered surface can be brought into contact. That is, different surfaces can be brought into contact with each other depending on the rotation direction. For this reason, for example, a shift-up in which the shift sleeve is rotated around one axis (a state in which the gear is shifted from the first speed to the second speed) and a shift-down in which the shift sleeve is rotated around the axis in the other direction (from the second speed to the first). In both cases, the force for releasing the engagement between the first clutch pawl for transmission and the first clutch cam surface for transmission can be increased, and a smooth shift can be achieved.
なお、前記減速機構が備える減速機用遊星歯車としては、例えば、二段歯車とすることができる。減速機用遊星歯車として歯数の異なる二段の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。もちろん、この段数は、電動補助自転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。 In addition, as a planetary gear for reduction gears with which the said reduction mechanism is equipped, it can be set as a two-stage gear, for example. By using a two-stage gear having different number of teeth as the planetary gear for the speed reducer, 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, for example, it can be one stage or can be three stages or more.
また、前記駆動力伝達要素が接続される入力部材と変速機用遊星キャリアとの間にワンウェイクラッチを設けることにより、駆動力伝達要素、入力部材からの踏力は変速機用遊星キャリアに伝達されるが、駆動輪からの逆入力は、入力部材、駆動力伝達要素に伝達されないように設定できる。このため、前進非駆動時にチェーン等の駆動力伝達要素が回転しないため安全性が向上する。 Further, by providing a one-way clutch between the input member to which the driving force transmitting element is connected and the planetary carrier for transmission, the pedaling force from the driving force transmitting element and the input member is transmitted to the planetary carrier for transmission. However, the reverse input from the driving wheel can be set so as not to be transmitted to the input member and the driving force transmitting element. For this reason, since driving force transmission elements, such as a chain, do not rotate at the time of forward non-driving, safety improves.
さらに、前記駆動用モータの出力軸と前記車軸とを同軸状に接続し、前記出力軸と前記車軸とを軸受によって相対回転可能に支持した構成を採用することができる。車軸と駆動用モータの出力軸を軸受によって相対回転可能に支持することによって、車軸と駆動用モータの剛性が向上する。 Further, it is possible to adopt a configuration in which the output shaft of the drive motor and the axle are connected coaxially, and the output shaft and the axle are supported by a bearing so as to be relatively rotatable. By supporting the output shaft of the axle and the drive motor so as to be relatively rotatable by a bearing, the rigidity of the axle and the drive motor is improved.
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3つの機構を並列に備えた構成において、変速機用遊星キャリアと減速機用遊星キャリアとが一体に回転する構造としたので、そ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から、変速比や変速段数の設計上の自由度を高めることができる。 This invention has a structure in which a planetary gear carrier for transmission and a planetary carrier for reduction gear are integrally rotated 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. Therefore, the carrier can be used in common and the device in the axle direction can be made compact, so that the degree of freedom in designing the gear ratio and the number of gears can be increased.
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45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15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。
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
駆動時、例えば、図13に示すペダル40を通じてクランク軸41から伝達された踏力が入力された場合は、フロントスプロケット44と後輪の入力部材(スプロケット)4(以下、「リアスプロケット4」と称する。)とを結ぶ無端状部材であるチェーン43等の駆動力伝達要素を介して、後輪に駆動力が伝達可能となっている。
When driving, for example, when the pedaling force transmitted from the
また、駆動用モータ15の出力による駆動力は、ハブ内部の減速機構16等を介して、その後輪に伝達可能となっている。なお、図13中の符号46は、駆動用モータ15の電源となるバッテリ(二次電池)を収容したケースである。
Further, the driving force generated by the output of the driving
また、前進非駆動時に、後輪からの逆入力が前記減速機構16(逆入力の場合は増速される)等を介して前記駆動用モータ15に伝達され、逆入力によって生じた回生電力を図示しない前記二次電池に還元する回生機構を備えている。その回生機構は、リアハブ1内か、あるいは、前記二次電池を収容したケース46内等に設けられる。
Further, during forward non-drive, the reverse input from the rear wheel is transmitted to the
リアハブ1は、図1に示すように、後輪の車軸5と同軸に設けたハブケース7内に、変速機構3と減速機構16と駆動用モータ15とを備えている。変速機構3は、直結と2段階の増速が可能な3段変速の遊星歯車機構で構成している。なお、図中の符号6は、後輪と一体のハブフランジである。
As shown in FIG. 1, the
前記変速機構3は、前記車軸5の外周に設けられた2つの変速機用太陽歯車3a、すなわち、変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2を備える。
The transmission mechanism 3 includes two transmission sun gears 3 a provided on the outer periphery of the
変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2が、それぞれ変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1、第二クラッチ部3e−2を介して、車軸5に接続されている。
The
この実施形態では、変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1、第二クラッチ部3e−2は、いずれもラチェットクラッチを採用している。
In this embodiment, the first
また、変速機構3は、変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2に対してそれぞれ噛み合う2段の歯車部を有する変速機用遊星歯車3bを備えている。その2段の歯車部は、互いに異なる歯数となっている。
The transmission mechanism 3 also includes a transmission
さらに、変速機構3は、変速機用遊星歯車3bを保持する変速機用遊星キャリア3c、変速機用遊星歯車3bに噛み合う変速機用外輪歯車3dと一体であるハブケース7、及び変速機用遊星キャリア3cと変速機用第二太陽歯車3a−2との間に設けられた変速機用第二クラッチ3hを備えている。
Further, the transmission mechanism 3 includes a
この実施形態では、変速機用第二クラッチ3hとして、ラチェットクラッチを採用している。 In this embodiment, a ratchet clutch is employed as the transmission second clutch 3h.
変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1、第二クラッチ部3e−2は、後述の変速制御機構10によって、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して、変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2を車軸5周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができる。
The first
すなわち、例えば、駆動力に対して、変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2の一方を車軸5周りに相対回転可能に、他方を相対回転不能とに切り替えたり、あるいは、駆動力に対して、変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2の両方を車軸5周りに相対回転可能に切り替えたりすることができる。
また、例えば、逆入力に対して、変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2の一方を車軸5周りに相対回転可能に、他方を相対回転不能とに切り替えたり、さらに、逆入力に対して、変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2の両方を車軸5周りに相対回転可能に切り替えたりすることができる。
That is, for example, one of the
In addition, for example, one of the transmission
また、変速機用第二クラッチ3hは、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して変速機用太陽歯車3aのうち、変速機用第二太陽歯車3a−2と変速機用遊星キャリア3cとを相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができる。
Further, the second clutch for
すなわち、駆動力に対して、変速機用第二太陽歯車3a−2と変速機用遊星キャリア3cとを相対回転可能に切り替えることができ、さらに、駆動力に対して、変速機用第二太陽歯車3a−2と変速機用遊星キャリア3cとを相対回転不能に切り替えたりすることができる。
また、逆入力に対して、変速機用第二太陽歯車3a−2と変速機用遊星キャリア3cとを相対回転可能に切り替えることができ、さらに、逆入力に対して、変速機用第二太陽歯車3a−2と変速機用遊星キャリア3cとを相対回転不能に切り替えたりすることができる。
That is, the transmission
Further, the second sun gear for
また、この実施形態では、変速機用外輪歯車3dは、変速機用遊星歯車3bの歯数が多い方の歯車部と噛み合っている。他の歯車部と噛み合わせることも可能であるが、最も増速比を大きくすることができるため、この実施形態が望ましい。
In this embodiment, the transmission
また、この実施形態では、変速機用外輪歯車3dはハブケース7と一体に形成されているが、変速機用外輪歯車3dとハブケース7とを別体で形成して、それらを共に回転するように接合する構成も考えられる。
In this embodiment, the
また、変速機用遊星キャリア3cと車軸5との間、及びハブケース7と変速機用遊星キャリア3cとの間には、それぞれ軸受部11,12が設けられている。この軸受部11,12によって、変速機用遊星キャリア3cと車軸5、及び変速機用遊星キャリア3cとハブケース7とは、それぞれ相対回転可能に支持されている。
また、駆動用のモータ15を保持するモータハウジング15bとハブケース7との間にも、軸受部14が設けられている。この軸受部14によって、モータハウジング15bとハブケース7と車軸5とは相対回転可能に支持されている。
Further,
A
また、リアスプロケット4と変速機用遊星キャリア3cとの間にはワンウェイクラッチ8が設けられており、ペダルからの踏力は変速機用遊星キャリア3cに伝達されるが、変速機用遊星キャリア3cからの逆入力はリアスプロケット4に伝達されない。このため、前進非駆動時にチェーン43が回らないため安全性が向上する。このワンウェイクラッチ8としては、周知のワンウェイクラッチ機構を用いることができる。
A one-
変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1及び第二クラッチ部3e−2は、図2(b)(c)に示すように、それぞれ、車軸5の外面に変速機用第一クラッチ爪3gを、変速機用太陽歯車3aの内面には、その変速機用第一クラッチ爪3gが噛み合う変速機用第一クラッチカム面3fが設けられている。
The first
なお、第一クラッチ部3e−1に関しては、変速機用第一クラッチ爪3gを、以下、第一爪部3g−1と称し、変速機用第一クラッチカム面3fを第一カム面部3f−1と称する。第二クラッチ部3e−2に関しては、変速機用第一クラッチ爪3gを、以下、第二爪部3g−2と称し、変速機用第一クラッチカム面3fを第二カム面部3f−2と称する。
Regarding the first
この第一爪部3g−1、第二爪部3g−2は、車軸5の軸方向と同方向に配置された共通の変速機用クラッチ軸3kによって、その車軸5に揺動可能に支持されている。
The
また、この第一爪部3g−1、第二爪部3g−2が変速機用クラッチ軸3k周りに揺動することにより、対応する変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2の内面に設けられた第一カム面部3f−1、第二カム面部3f−2に対し、係合又は係合解除する構造となっている。
Further, when the
なお、この第一クラッチ部3e−1において、複数備えられている第一爪部3g−1は、それぞれ図示しない弾性部材によって、その第一爪部3g−1の車軸5周りの周方向端部が第一カム面部3f−1に向かって、起き上がる方向に付勢されている。
その一部のものは、その第一爪部3g−1の車軸5周りの周方向一方側の端部が弾性部材によって第一カム面部3f−1に向かって起き上がる方向に付勢されており、残りのものは、その第一爪部3g−1の車軸5周りの周方向他方側の端部が弾性部材によって第一カム面部3f−1に向かって起き上がる方向に付勢されている。
In the first
A part of the
すなわち、変速機用クラッチ軸3kの軸周り一方向に付勢されている第一爪部3g−1と、変速機用クラッチ軸3kの軸周り他方向に付勢されている第一爪部3g−1とが混在する。図2(c)において、図中上側の第一爪部3g−1は、変速機用クラッチ軸3kの軸周りに時計回り方向に付勢されており、図中下側の第一爪部3g−1は、変速機用クラッチ軸3kの軸周りに反時計回り方向に付勢されている。第一カム面部3f−1は、その付勢方向の異なる両方の第一爪部3g−1が係合することができるよう、周方向に沿って凹凸が繰り返す形状となっている。
That is, the
この実施形態では、変速機用クラッチ軸3kの軸周り一方向に付勢されている第一爪部3g−1と、変速機用クラッチ軸3kの軸周り他方向に付勢されている第一爪部3g−1とが一つずつ設けられているが、付勢方向の異なる第一爪部3g−1が混在していればよい。このため、第一爪部3g−1の数は、最低2つ以上配置していればよい。
In this embodiment, the
また、第二クラッチ部3e−2についても同様であり、複数備えられている第二爪部3g−2は、それぞれ図示しない弾性部材によって、その第二爪部3g−2の車軸5周りの周方向端部が第二カム面部3f−2に向かって、起き上がる方向に付勢されている。
その一部のものは、その第二爪部3g−2の車軸5周りの周方向一方側の端部が弾性部材によって第二カム面部3f−2に向かって起き上がる方向に付勢されており、残りのものは、その第二爪部3g−2の車軸5周りの周方向他方側の端部が弾性部材によって第二カム面3f−2に向かって起き上がる方向に付勢されている。
The same applies to the second
A part of the
すなわち、変速機用クラッチ軸3kの軸周り一方向に付勢されている第二爪部3g−2と、変速機用クラッチ軸3kの軸周り他方向に付勢されている第二爪部3g−2とが混在する。図2(b)において、図中上側の第二爪部3g−2は、変速機用クラッチ軸3kの軸周りに時計回り方向に付勢されており、図中下側の第二爪部3g−2は、変速機用クラッチ軸3kの軸周りに反時計回り方向に付勢されている。第二カム面部3f−2は、その付勢方向の異なる両方の第二爪部3g−2が係合することができるよう、周方向に沿って凹凸が繰り返す形状となっている。
That is, the
この実施形態では、変速機用クラッチ軸3kの軸周り一方向に付勢されている第二爪部3g−2と、変速機用クラッチ軸3kの軸周り他方向に付勢されている第二爪部3g−2とが一つずつ設けられているが、付勢方向の異なる第二爪部3g−2が混在していればよい。このため、第二爪部3g−2の数は、最低2つ以上配置していればよい。
In this embodiment, the
また、変速機用第二クラッチ3hは、図2(a)に示すように、それぞれ、変速機用第二太陽歯車3a−2の外面に変速機用第二クラッチ爪3jを、変速機用遊星キャリア3cの内面には、その変速機用第二クラッチ爪3jが噛み合う変速機用第二クラッチカム面3iが設けられている。
Further, as shown in FIG. 2A, the transmission second clutch 3h includes a transmission second
この変速機用第二クラッチ爪3jは、車軸5の軸方向と同方向に配置された変速機用クラッチ軸3mによって、その変速機用第二太陽歯車3a−2に揺動可能に支持されている。
The transmission second
また、この変速機用第二クラッチ爪3jが変速機用クラッチ軸3m周りに揺動することにより、変速機用遊星キャリア3cの内面に設けられた変速機用第二クラッチカム面3iに対し、係合又は係合解除する構造となっている。
Further, the second
なお、この変速機用第二クラッチ3hにおいて、複数備えられている変速機用第二クラッチ爪3jは、それぞれ図示しない弾性部材によって、その変速機用第二クラッチ爪3jの車軸5周りの周方向端部が変速機用第二クラッチカム面3iに向かって、起き上がる方向に付勢されている。
その一部のものは、その変速機用第二クラッチ爪3jの車軸5周りの周方向一方側の端部が、図示しない弾性部材によって変速機用第二クラッチカム面3iに向かって起き上がる方向に付勢されており、残りのものは、その変速機用第二クラッチ爪3jの車軸5周りの周方向他方側の端部が、図示しない弾性部材によって変速機用第二クラッチカム面3iに向かって起き上がる方向に付勢されている。
In this transmission second clutch 3h, a plurality of transmission second
A part of the second
すなわち、変速機用クラッチ軸3mの軸周り一方向に付勢されている変速機用第二クラッチ爪3jと、変速機用クラッチ軸3mの軸周り他方向に付勢されている変速機用第二クラッチ爪3jとが混在する。図2(a)において、図中上側と下側の変速機用第二クラッチ爪3jは、変速機用クラッチ軸3mの軸周りに時計回り方向に付勢されており、図中左側と右側の変速機用第二クラッチ爪3jは、変速機用クラッチ軸3mの軸周りに反時計回り方向に付勢されている。変速機用第二クラッチカム面3iは、その付勢方向の異なる両方の変速機用第二クラッチ爪3jが係合することができるよう、周方向に沿って凹凸が繰り返す形状となっている。
That is, the second
この実施形態では、変速機用クラッチ軸3mの軸周り一方向に付勢されている変速機用第二クラッチ爪3jと、変速機用クラッチ軸3mの軸周り他方向に付勢されている変速機用第二クラッチ爪3jとが二つずつ設けられているが、付勢方向の異なる変速機用第二クラッチ爪3jが混在していればよい。このため、変速機用第二クラッチ爪3jの数は、最低2つ以上配置していればよい。
In this embodiment, the transmission second
また、前述のように、変速機用太陽歯車3aは、変速制御機構10を操作することで、駆動力に対して、そのいずれかひとつの歯車を選択的に車軸5に固定するか、あるいは全てをフリーにすることができる。すなわち、変速制御機構10を操作することで、変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2は、それぞれに対応する変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1、第二クラッチ部3e−2により、そのいずれかが駆動力に対して車軸5に固定(相対回転不能)とされ、そのとき、他は、車軸5に対してフリー(相対回転可能)となるように切り替えられる。あるいは、第一太陽歯車3a−1、第二太陽歯車3a−2の両方が、車軸5に対して相対回転可能となるように切り替えられる。
Further, as described above, the
つまり、変速制御機構10を操作することで、変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1、第二クラッチ部3e−2、及び、変速機用第二クラッチ3hのいずれかを、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して係合可能(相対回転不能)な状態とし、そのとき残りを係合不能(相対回転可能)な状態とすることにより変速を行うことができる。
That is, by operating the
例えば、変速機用第二クラッチ3hにより、変速機用第二太陽歯車3a−2を変速機用遊星キャリア3cに相対回転不能とし、変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1及び第二クラッチ部3e−2により、変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2を車軸5に対して相対回転可能な状態にした場合に、リアスプロケット4から駆動力が入力されると、変速機用遊星キャリア3cを介して変速機用遊星歯車3bに駆動力が伝達される。このとき、変速機用第一太陽歯車3a−1が変速機用遊星キャリア3cと一体であるため、等速(直結)状態で変速機用遊星歯車3bから変速機用外輪歯車3d(ハブケース7)へ駆動力が伝達される。
For example, the transmission second clutch 3h makes the transmission
また、変速機用第二クラッチ3hにより、変速機用第二太陽歯車3a−2を変速機用遊星キャリア3cに相対回転可能とし、変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1により変速機用第一太陽歯車3a−1を車軸5に相対回転不能とし、第二クラッチ部3e−2により変速機用第二太陽歯車3a−2を車軸5に相対回転可能とした場合、変速機用第一太陽歯車3a−1の歯数をa、変速機用外輪歯車3dの歯数をdとすると、変速機用遊星キャリア3cから変速機用外輪歯車3dへの増速比は、
(a+d)/d
となる。このとき、変速機用第二太陽歯車3a−2は空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
The
(A + d) / d
It becomes. At this time, the
また、変速機用第二クラッチ3hにより、変速機用第二太陽歯車3a−2を変速機用遊星キャリア3cに相対回転可能とし、変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1により、変速機用第一太陽歯車3a−1を車軸5に相対回転可能とし、第二クラッチ部3e−2により変速機用第二太陽歯車3a−2を車軸5に相対回転不能とした場合、変速機用第二太陽歯車3a−2の歯数をa、変速機用第一太陽歯車3a−1と噛み合う変速機用遊星歯車3bの歯数をb、変速機用第二太陽歯車3a−2と噛み合う変速機用遊星歯車3bの歯数をc、変速機用外輪歯車3dの歯数をdとすると、変速機用遊星キャリア3cから変速機用外輪歯車3dへの増速比は
[(a×b)/(c×d)]+1
となる。このとき、変速機用第一太陽歯車3a−1は空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
The
It becomes. At this time, the
すなわち、変速機用第一太陽歯車3a−1、変速機用第二太陽歯車3a−2は異なる歯数であり、変速機用第一太陽歯車3a−1と変速機用第二太陽歯車3a−2を車軸5に対して全てフリーとして、変速機用第二太陽歯車3a−2と変速機用遊星キャリア3cとを固定するか、変速機用第一太陽歯車3a−1と変速機用遊星キャリア3cとをフリーとして、変速機用第一太陽歯車3a−1と変速機用第二太陽歯車3a−2を車軸5に対していずれか1つを固定することで増速比を変化させることができる。
That is, the transmission
この変速機用第一クラッチ3e及び変速機用第二クラッチ3hの切り替え、すなわち、変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1と第二クラッチ部3e−2のうち、選択した一つをロックし、他をフリーとし、さらに、変速機用第二クラッチ3hをフリーとするための切り替え、あるいは、変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1と第二クラッチ部3e−2の両方をフリーとし、さらに、変速機用第二クラッチ3hをロックするための切り替え操作は、変速制御機構10によって行うことができる。
Switching between the first clutch 3e for transmission and the second clutch 3h for transmission, that is, one selected from the first
変速制御機構10は、車軸5の外周に設けた変速用スリーブ10bを、車軸5の軸回りに回転運動(揺動運動)させることにより行うことができる。変速用スリーブ10bは、車軸5周りに沿う円筒面状の部分を有し、その変速用スリーブ10bが車軸5の軸周りに回転可能に支持されている。
The speed
この変速用スリーブ10bが、第一クラッチ部3e−1の第一爪部3g−1と車軸5との間、及び、第二クラッチ部3e−2の第二爪部3g−2と車軸5の間に配置される。また、変速用スリーブ10bは、その軸方向一端がハブケース7外に突出するように設けられた変速操作部10aに連結されている。その変速用スリーブ10bが、変速機用第一クラッチ3eの変速機用第一クラッチ爪3gと車軸5の間に配置される。
The
ハブケース7外からの操作(外部操作)により、変速操作部10aを車軸5の軸周りに回転操作することにより、変速用スリーブ10bを車軸5の軸周りに回転させ、変速を行うことを可能としている。
By operating the speed
変速用スリーブ10bは、外面に切欠部10dを有している。切欠部10dは、車軸5の軸心に近づく方向に向かって凹む凹部となっている。
この切欠部10dは、図2(b)(c)に示すように、その車軸5周りの円周方向の両端部に、その切欠部10dの外側に向かうにつれて徐々に外径側に向かうように傾斜する第一テーパ面10e及び第二テーパ面10fを有している。
The
As shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c), the
また、変速制御機構10は、その変速用スリーブ10bとともに回転し、且つ、その変速操作部10aの回転ともに、一定の条件で軸方向へ移動する環状の変速用第二クラッチ切替部10cが備えられている。
The
変速用スリーブ10bは、車軸5の周囲に設けられた第一弾性部材10gにより、図2(a)(b)(c)で示す反時計回りの方向に付勢されている。また、変速用第二クラッチ切替部10cは、車軸5の周囲に設けられた第二弾性部材10hにより、図1で示す左方向に付勢されている。なお、この実施形態では、第一弾性部材10g、第二弾性部材10hとしてコイルバネを採用し、そのコイルバネを車軸5の周囲に配置しているが、板バネ、皿バネ等の他の構成からなる弾性部材を用いても良い。
The
変速操作部10aを操作することにより、変速用スリーブ10bが第一弾性部材10gの付勢力に抗して、図2(a)(b)(c)に示す時計回りに回転すると、変速用第二クラッチ切替部10cも同じく時計回りに回転する。
By operating the speed
このとき、図9に示すように、変速用第二クラッチ切替部10c内面に内径側に突出するように設けた案内部10iが、車軸5の外周に設けた固定部材9の案内溝9aにガイドされる。
At this time, as shown in FIG. 9, the
すなわち、第一弾性部材10gの弾性力に抗して、変速機用第二クラッチ切替部10cが、図9(a)に示すy方向へ回転(前記時計回り方向に相当)すると、その案内部10iが案内溝9aにガイドされて、車軸5の軸方向、つまり、図9(a)に示すx方向に移動し、図9(b)に示す状態となる。このx方向への移動は、第二弾性部材10hの付勢力に抗して軸方向に移動するような構造となっている。
That is, when the second
そして、さらに、変速機用第二クラッチ切替部10cがy方向へ回転すると、その案内部10iが、図9(b)に示す位置から図9(c)に示す位置へと移動する。
この位置で、案内部10iは第二弾性部材10hの付勢力によって案内溝9aの内面9bに押し付けられ、変速機用第二クラッチ切替部10cは動かないように保持される。
Further, when the transmission second
At this position, the
逆に、この図9(c)の位置から、変速用スリーブ10bを、図2(a)(b)(c)に示す反時計回りに回転させると、変速機用第二クラッチ切替部10cの案内部10iは、図9(c)に示す位置から−y方向へ回転し、第二弾性部材10hの付勢力によって案内溝9aの内面9bに押し付けられながら、図9(b)に示す位置を経て、その回転とともに車軸5の軸方向、つまり、図9(a)に示す−x方向に移動し、図9(a)の位置に復帰する。案内部10iは第二弾性部材10hの付勢力によって案内溝9aの内面に押し付けられ、変速機用第二クラッチ切替部10cは動かないように保持される。
On the contrary, when the
変速機用第二クラッチ3hについては、この変速機用第二クラッチ切替部10cの軸方向移動により、係合状態、及び係合解除状態とに切り替えられる。すなわち、図1や図2(a)に示すように、変速機用第二クラッチ切替部10cが、全ての変速機用第二クラッチ爪3jから退避した位置にあれば、変速機用第二クラッチ3hは係合状態、すなわち、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して係合可能な状態となる。この状態は、例えば、図9(a)に示す状態に対応させることができる。
The transmission second clutch 3h is switched between the engaged state and the disengaged state by the axial movement of the second clutch
また、図3や図4(a)に示すように、変速機用第二クラッチ切替部10cが、変速機用第二クラッチ爪3jに当接した位置にあれば、その変速機用第二クラッチ切替部10cが全ての変速機用第二クラッチ爪3jを外径側へ押し上げて、変速機用第二クラッチ3hは係合解除状態、すなわち、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して係合不能な状態となる。
この状態は、例えば、図9(b)及び(c)に示す状態に対応させることができる。
As shown in FIG. 3 and FIG. 4A, if the second
This state can correspond to, for example, the states shown in FIGS. 9B and 9C.
また、変速機用第一クラッチ3eについては、変速用スリーブ10bの円周方向への回転により、第一クラッチ部の第一爪部3g−1の位置に変速用スリーブ10bの切欠部10dが移動し、且つ、第二クラッチ部3e−2の全ての第二爪部3g−2の位置から切欠部10dが退避すれば、第一爪部3g−1は変速用スリーブ10bによる揺動の拘束が解除され、図示しない弾性部材の付勢力によって変速機用クラッチ軸3k周りに回転し、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して第一爪部3g−1が第一カム面部3f−1に係合可能となる。また、第二爪部3g−2は変速用スリーブ10bによりその揺動が拘束されているので、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して第二爪部3g−2は第二カム面部3f−2に係合不能となる。この状態は、例えば、図9(b)に示す状態に対応させることができる。
In the first clutch 3e for transmission, the
変速用スリーブ10bの円周方向への回転により、第一クラッチ部の第一爪部3g−1の位置から変速用スリーブ10bの切欠部10dが退避し、且つ、第二クラッチ部3e−2の全ての第二爪部3g−2の位置に切欠部10dが移動すれば、第一爪部3g−1は変速用スリーブ10bによりその揺動が拘束されているので、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して第一爪部3g−1は第一カム面部3f−1に係合不能となる。また、第二爪部3g−2は変速用スリーブ10bによる揺動の拘束が解除され、図示しない弾性部材の付勢力によって変速機用クラッチ軸3k周りに回転し、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して第二爪部3g−2が第一カム面部3f−2に係合可能となる。この状態は、例えば、図9(c)に示す状態に対応させることができる。
By the rotation of the
変速1段目(直結)の状態を、図1及び図2に示す。変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1及び第二クラッチ部3e−2は、それぞれ、全ての第一爪部3g−1、第二爪部3g−2の変速用スリーブ10b側の端部が、その変速用スリーブ10bに当接しており、弾性部材の付勢力に抗して、強制的に第二カム面部3f−1、第二カム面部3f−2と係合しない状態にその揺動が拘束されている。このため、変速機用第一太陽歯車3a−1及び変速機用第二太陽歯車3a−2は、車軸5の軸周りに相対回転可能となっている。
The state of the first speed change (direct connection) is shown in FIGS. The first
一方、変速機用遊星キャリア3cと変速機用第二太陽歯車3a−2は、変速機用第二クラッチ3hによって、駆動力に対して相対回転不能となっている。したがって、リアスプロケット4から駆動力は、変速機用遊星キャリア3c、変速機用遊星歯車3b、ハブケース7(変速機用外輪歯車3d)の順に等速で伝達される。
On the other hand, the
変速2段目(増速1)の状態を図3及び図4に示す。変速制御機構10の変速操作部10aを、外部操作により円周方向にある位置まで回転させることにより、変速用スリーブ10bも円周方向に回転し、第一クラッチ部3e−1の全ての第一爪部3g−1の位置に変速用スリーブ10bの切欠部10dが移動する。
The state of the second speed change (speed increase 1) is shown in FIGS. By rotating the speed
これにより、第一クラッチ部3e−1の全ての第一爪部3g−1は変速用スリーブ10bによる拘束が解除され、そのうち、変速機用第一太陽歯車3a−1の回転方向と同方向、すなわち図中で時計回り方向に付勢された第一爪部3g−1は、図示しない弾性部材の付勢力によって変速機用クラッチ軸3k周りに回転し、その第一爪部3g−1が第一カム面部3f−1に係合可能となる。このため、変速機用第一太陽歯車3a−1は、駆動力に対して、車軸5に相対回転不能となる。
Thereby, all the
一方、変速用第二クラッチ切替部10cが、変速用スリーブ10bの回転とともに軸方向へ(図9(a)に示す状態から図9(b)に示す状態へ)移動することによって、変速用第二クラッチ切替部10cに設けられたテーパ面10jが、全ての変速機用第二クラッチ爪3jの変速用第二クラッチ切替部10c側の端部に接触し、その変速機用第二クラッチ爪3jは、変速機用第二クラッチカム面3iから切り離される。このため、変速機用遊星キャリア3cと変速機用第二太陽車3a−2は相対回転可能となる。
On the other hand, the shift second
この状態では、リアスプロケット4からの駆動力は、変速機用第一太陽歯車3a−1の歯数をa、変速機用外輪歯車3dの歯数をdとすると、増速比
(a+d)/d
でハブケース7に伝達される。
In this state, the driving force from the
Is transmitted to the
変速3段目(増速2)の状態を図5及び図6に示す。変速制御機構10の変速操作部10aを、外部操作によりさらに回転させることにより、変速用スリーブ10bも円周方向に回転し、第二クラッチ部3e−2の全ての第二爪部3g−2の位置に変速用スリーブ10bの切欠部10dが移動する。
The state of the third speed change (speed increase 2) is shown in FIGS. By further rotating the speed
これにより、第二クラッチ部3e−2の全ての第二爪部3g−2は、変速用スリーブ10bによる揺動の拘束が解除され、そのうち、変速機用第二太陽歯車3a−2の回転方向と同方向、すなわち図中で時計回り方向に付勢された第二爪部3g−2は、図示しない弾性部材の付勢力によって変速機用クラッチ軸3k周りに回転し、その第二爪部3g−2が第二カム面部3f−2に係合可能となる。このため、変速機用第二太陽歯車3a−2は、駆動力に対して、車軸5に相対回転不能となる。
As a result, all the
一方、第一クラッチ部3e−1の全ての第一爪部3g−1は、変速用スリーブ10b側の端部がその変速用スリーブ10bに当接し、弾性部材の付勢力に抗して、強制的に第一カム面部3f−1と係合しない状態にその揺動が拘束される。このとき、切欠部10dに設けられた第二テーパ面10fによって、係合が解除される方向にモーメントが負荷されるため、スムーズに係合が解除されて、変速機用第一太陽歯車3a−1は車軸5に相対回転可能となる。
On the other hand, all the
また、変速機用第二クラッチ3hの全ての変速機用第二クラッチ爪3jは、変速用第二クラッチ切替部10cによって、変速機用第二クラッチカム面3iから切り離されているため、変速機用遊星キャリア3cと変速機用第二太陽歯車3a−2は相対回転可能となっている。変速用スリーブ10bが、図9(b)に示す状態から図9(c)に示す状態へと移動する間、変速用第二クラッチ切替部10cは車軸5の軸方向へ移動しないからである。
Further, all the second
この状態では、リアスプロケット4からの駆動力は、変速機用第二太陽歯車3a−2の歯数をa、変速機用第一太陽歯車3a−1と噛み合う変速機用遊星歯車3bの歯数をb、変速機用第二太陽歯車3a−2と噛み合う変速機用遊星歯車3bの歯数をc、変速機用外輪歯車3dの歯数をdとすると、増速比
[(a×b)/(c×d)]+1
でハブケース7に伝達される。
In this state, the driving force from the
Is transmitted to the
シフトダウン時(変速3段目から2段目に戻す場合や、変速2段目から1段目に戻す場合)は、第一弾性部材10gによって変速用スリーブ10bが逆方向に回転するが、切欠部10dの第一テーパ面10eによって、第一カム面部3f−1に係合している第一爪部3g−1及び第二カム面部3f−2に係合している第二爪部3g−2を押し上げる力が強くなり、変速用スリーブ10bが戻り易くなるため、スムーズな変速が可能となる。
At the time of downshifting (when returning from the third speed to the second speed or when returning from the second speed to the first speed), the
一方、駆動用モータ15は、変速機構3、減速機構16に対して軸方向に並列する位置に配置されている。駆動用モータ15の出力は、減速機構16を介して変速機用遊星キャリア3cに減速されて伝達される。さらに変速機用遊星キャリア3cからは、変速機構3によって増速されてハブケース7に伝達される。このときの増速比は、変速制御機構10による変速機用第一クラッチ3e、変速機用第二クラッチ3hの状態によって異なる。
On the other hand, the
また、減速機構16は、駆動用モータ15の出力軸15aの外周に設けられた歯を減速機用太陽歯車16aとし、それに噛み合う二段の減速機用遊星歯車16b、モータハウジング15bに対して軸受部13及びツーウェイクラッチ30を介して相対回転可能となっている減速機用外輪歯車16d、及び、減速機用遊星歯車16bを保持する遊星キャリアとを備える。
Further, the
また、この減速機用の遊星キャリアは、変速機構3が備える変速機用遊星キャリア3cによって構成されている。すなわち、変速機用遊星歯車3bと減速機用遊星歯車16bとが共通の軸16cで、前記変速機用遊星キャリア3cに支持されている。変速機構の遊星キャリアと減速機構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 planetary carrier for the speed reducer is constituted by a planetary carrier for
なお、この実施形態では、駆動用モータ15の出力軸15aと、前記車軸5とは、軸受20によって同軸状に接続されている。その軸受20によって、出力軸15aと車軸5とは、軸周り相対回転可能である。駆動用モータ15の出力軸15aを、車軸5に対して軸受20によって相対回転可能に支持することによって、車軸5と駆動用モータ15の剛性が向上する効果が期待できる。
In this embodiment, the
ツーウェイクラッチ30は、この実施形態では、ローラクラッチによって構成されている。その構成は、モータハウジング15bの外面に設けた内輪30cにローラクラッチカム面30eが形成されている。そのローラクラッチカム面30e上には、保持器30bによってローラ30aが保持されている。減速機用外輪歯車16dの内面に、円筒状の外輪30dが設けられており、前記ローラ30aは図示しない弾性部材によって、駆動用モータ15からの駆動力に対して係合する方向に付勢されている(図10の反時計回りの方向)。
In this embodiment, the two-way clutch 30 is constituted by a roller clutch. In this configuration, a roller
この状態では、駆動用モータ15からの駆動力は、減速機用太陽歯車16aと噛み合う減速機用遊星歯車16bの歯数をa、減速機用外輪歯車16dの歯数をb、減速機用太陽歯車16aの歯数をc、減速機用外輪歯車16dと噛み合う減速機用遊星歯車16bの歯数をdとすると、減速機用太陽歯車16aから遊星キャリア3cへは減速比
[(a×b)/(c×d)]+1で伝達される。
In this state, the driving force from the driving
このように、駆動用モータ15からの駆動力が、減速機用太陽歯車16aから変速機用遊星キャリア3cへ伝達されるのは、ツーウェイクラッチ30により、減速機用外輪歯車16dがモータハウジング15b周りにロックされているからである。
In this way, the driving force from the
図10において、矢印aは、駆動用モータ15の駆動力における変速機用遊星キャリア3cの回転方向を、矢印bは、その際の減速機用遊星歯車16bの回転方向を、矢印cは、ツーウェイクラッチ30による減速機用外輪歯車16dのモータハウジング15b周りのロック方向を、矢印dは、出力軸15aの回転方向を示している。
In FIG. 10, arrow a indicates the rotation direction of the
一方、駆動用モータ15からの駆動力が無い状態(アシストが無い状態)では、図11に示すように、ペダル40からの踏力及び駆動輪45からの逆入力は、変速機用遊星キャリア3cを介して減速機用遊星歯車16bに伝わる。
On the other hand, in a state where there is no driving force from the driving motor 15 (a state where there is no assist), as shown in FIG. 11, the pedaling force from the
図11において、矢印eは、駆動用モータ15からの駆動力が無い状態における、ペダル40からの踏力及び駆動輪45からの逆入力による変速機用遊星キャリア3cの回転方向を、矢印fは、その際の減速機用遊星歯車16bの回転方向を、矢印gは、減速機用外輪歯車16dのモータハウジング15b周りの回転方向(フリー)を示している。
In FIG. 11, an arrow e indicates the rotation direction of the
このとき、減速機用外輪歯車16dの回転方向(トルク方向)はアシストがある状態とは逆になるため、ツーウェイクラッチ30は係合しない。このため、減速機用外輪歯車16dはモータハウジング15b周りにフリーで回転する(矢印g参照)。減速機用外輪歯車16dがモータハウジング15b周りにフリーで回転するため、駆動用モータ15の出力軸15aにはトルクが伝達されることはなく、モータの引き摺り抵抗を受けずに前進することができる。
At this time, the rotation direction (torque direction) of the reduction gear
これは、減速機用外輪歯車16dがモータハウジング15bに対して空回りし、トルクを受けることができないから、踏力は,駆動用モータ15の出力軸15aには伝達されないからである。
This is because the
前進非駆動時は、駆動輪からの逆入力がハブケース7から、変速機用遊星歯車3bに伝達される。このとき、その逆入力は、変速制御機構10によって、選択されている変速段に応じた減速比で変速機用遊星キャリア3cに伝達される。図7及び図8では、一例として変速2段目の状態を示している。この場合、変速機用第一太陽歯車3a−1が車軸5に相対回転不能となっているため、ハブケース7からの逆入力は、変速機用第一太陽歯車3a−1の歯数をa、変速機用外輪歯車3dの歯数をdとすると、減速比
(a+d)/d
で変速機用遊星キャリア3cに伝達される。
When the forward drive is not driven, the reverse input from the drive wheels is transmitted from the
Is transmitted to the
その結果、駆動輪45からの逆入力は、変速機構3を介して減速されて変速機用遊星キャリア3cに伝達され、さらに、減速機構16を介して駆動用モータ15に増速されて伝達され、回生充電可能となる。
As a result, the reverse input from the
このとき、保持器30bに連結された切替装置30fを車軸5外から操作することにより、図12に示すように、ローラ30aが逆入力に対して係合する方向に付勢された状態にできる(図12の時計回りの方向)。これにより、減速機用遊星歯車16bは逆入力に対してモータハウジング15bに固定され、逆入力は増速されて出力軸15aに伝達され、回生発電可能となる。
At this time, by operating the
この切替装置30fは、保持器30bに対する前記付勢(図示しない弾性部材による逆入力に対して係合する方向への付勢)による、その保持器30bの係合方向への移動を規制したり、あるいはその規制を解除できるものである。すなわち、保持器30bの周方向への移動を規制した状態とすることにより、逆入力が入力されてもツーウェイクラッチ30がロックしないようにでき、また、規制を解除することにより、逆入力が入力された際にツーウェイクラッチ30がロックするように設定できるものである。
The
図12において、矢印hは、駆動用モータ15の駆動力における変速機用遊星キャリア3cの回転方向を、矢印iは、その際の減速機用遊星歯車16bの回転方向を、矢印jは、ツーウェイクラッチ30による減速機用外輪歯車16dのモータハウジング15b周りのロック方向を、矢印kは、出力軸15aの回転方向を示している。
In FIG. 12, arrow h indicates the rotational direction of the
これにより、減速機用外輪歯車16dは、逆入力に対してモータハウジング15bに固定され、逆入力は増速されて出力軸15aに伝達され、回生発電可能となる。
As a result, the speed reducer
なお、後退時(自転車を手で押してバックするような状態)に関しては、変速制御機構10の操作により、係合可能な変速用クラッチが、変速機用第一クラッチ3eの第一クラッチ部3e−1、第二クラッチ部3e−2、及び変速機用第二クラッチ3hの中で常に一つである。このため、各クラッチ同士が干渉することはない。従って、いずれの変速段においても後退が可能である。
It should be noted that when the vehicle is moving backward (when the bicycle is pushed back by hand), the shift clutch that can be engaged by the operation of the
以上のように、リアスプロケット4からの駆動力(踏力)は増速されて駆動輪45に伝達される。また、駆動用モータ15からの駆動力は、減速機構16を介して減速されて変速機用遊星キャリア3cに伝達され、その後、変速機構3を介して増速されて駆動輪45に伝達される。
一方、駆動輪45からの逆入力は、切替装置30fを操作することにより、変速機構3で減速されて伝達され、さらに、減速機構16により増速されて駆動用モータ15に伝わり、回生充電が可能な状態となる。
As described above, the driving force (stepping force) from the
On the other hand, the reverse input from the
さらに、減速機用外輪歯車16dとモータハウジング15bとの間に、車軸5外からの操作によって係合方向を切替可能なツーウェイクラッチ30を設けることにより、前進駆動時にアシストが無い状態ではモータの引き摺り抵抗を切り離して快適に走行することが可能となり、前進非駆動時にツーウェイクラッチを逆方向に係合させることにより回生発電を行うことができ、任意に回生の切替が可能となる。また、直結と複数段の増速を備えた変速機構とすることによって、コンパクトな構造で変速比を大きくすることが可能となる。
Further, by providing a two-way clutch 30 between the reduction gear
なお、この実施形態では、変速機用遊星歯車3bの段数を二段として、直結状態と合わせて合計三段の変速機構3としているが、この変速機用遊星歯車3bの段数は、一段又は三段以上とすることもできる。
In this embodiment, the number of stages of the
また、変速制御機構10の他の構成としては、例えば、前記変速用スリーブ10bを車軸5に対して軸方向に移動操作するものも考えられる。すなわち、変速用スリーブ10bを前記車軸5の軸方向に移動させることにより、前記切欠部が前記変速機用クラッチ爪の位置と前記変速機用クラッチ爪の位置から退避した位置との間で移動し、その移動によって、変速機用第一クラッチ3eや変速機用第二クラッチ3hの切り替えが行われる構成である。
Further, as another configuration of the speed
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クラッチ3e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、変速用スリーブ10bによって係合できる状態と係合できない状態とに切り替える方式を採用したが、車軸5と変速機用太陽歯車3a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。また、変速機構として、公知の自転車の変速機構を用いてもよい。
In these embodiments, in the first clutch 3e for a transmission constituted by a ratchet clutch, the engagement of each clutch pawl of the ratchet clutch with the clutch cam surface is related to the state in which the gear can be engaged by the
また、この実施形態では、変速機用第一クラッチ3e、変速機用第二クラッチ3h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、他の構成からなるクラッチを採用することもできる。また、ツーウェイクラッチ30としてローラクラッチを採用したが、スプラグクラッチを採用することもできる。 In this embodiment, the first clutch 3e for transmission and the second clutch 3h for transmission each employ a ratchet clutch, but a clutch having another configuration such as a roller clutch or a sprag clutch is employed. You can also. Moreover, although the roller clutch was employ | adopted as the two-way clutch 30, a sprag clutch can also be employ | adopted.
また、このツーウェイクラッチ30に代えて、ラチェットクラッチ、ローラクラッチ、スプラグクラッチ機構等を用いたワンウェイクラッチを採用することもできる。ツーウェイクラッチ30に代えてワンウェイクラッチを採用する場合は、駆動用モータ15からの駆動力が無い状態における、ペダル40からの踏力及び駆動輪45からの逆入力に対し、そのワンウェイクラッチが係合しないように設定することができる。
これにより、減速機用外輪歯車16d及び減速機用遊星歯車16bはモータハウジング15b周りにフリーで回転するため、駆動用モータ15の出力軸15aにはトルクが伝達されることはなく、モータの引き摺り抵抗を受けずに前進することができる。
Further, in place of the two-way clutch 30, a one-way clutch using a ratchet clutch, a roller clutch, a sprag clutch mechanism, or the like may be employed. When a one-way clutch is used instead of the two-way clutch 30, the one-way clutch is not engaged with the pedaling force from the
As a result, the reduction gear
1 リアハブ(ハブ)
3 変速機構
3a 変速機用太陽歯車
3a−1 変速機用第一太陽歯車
3a−2 変速機用第二太陽歯車
3b 変速機用遊星歯車
3c 変速機用遊星キャリア
3d 変速機用外輪歯車
3e 変速機用第一クラッチ
3e−1 第一クラッチ部
3e−2 第二クラッチ部
3f 変速機用第一クラッチカム面
3f−1 第一カム面部
3f−2 第二カム面部
3g 変速機用第一クラッチ爪
3g−1 第一爪部
3g−2 第二爪部
3h 変速機用第二クラッチ
3i 変速機用第二クラッチカム面
3j 変速機用第二クラッチ爪
3k,3m 変速機用クラッチ軸
4 スプロケット(入力部材)
5 車軸
6 ハブフランジ
7 ハブケース
8 ワンウェイクラッチ
10 変速制御機構
10a 操作部
10b 変速用スリーブ
10c 変速機用第二クラッチ切替部
10d 切欠部
10e,10f テーパ面
10g 第一弾性部材
10h 第二弾性部材
10i 案内部
11,12,13,14 軸受部
15 駆動用モータ
15a 出力軸
15b モータハウジング
16 減速機構
16a 減速機用太陽歯車
16b 減速機用遊星歯車
16c 軸
16d 減速機用外輪歯車
20 軸受
30 ツーウェイクラッチ
30a ローラ
30b 保持器
30c 内輪
30d 外輪
30e ローラクラッチカム面
30f 切替装置
1 Rear hub (hub)
3
5
Claims (21)
前記変速機構(3)は、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(3a)と、その変速機用太陽歯車(3a)に噛み合う変速機用遊星歯車(3b)と、その変速機用遊星歯車(3b)に噛み合う変速機用外輪歯車(3d)と、その変速機用遊星歯車(3b)を保持する変速機用遊星キャリア(3c)と、変速制御機構(10)により、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用太陽歯車(3a)を前記車軸(5)周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができる変速機用第一クラッチ(3e)とを備え、ペダルからの踏力による駆動力は前記駆動力伝達要素から前記変速機用遊星キャリア(3c)に入力されてその遊星キャリア(3c)から等速以上で前記駆動輪に伝達され、
前記減速機構(16)は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも1つの減速機用太陽歯車(16a)と、その減速機用太陽歯車(16a)に噛み合う減速機用遊星歯車(16b)と、その減速機用遊星歯車(16b)に噛み合う減速機用外輪歯車(16d)を備え、前記減速機用遊星歯車(16b)を、前記変速機用遊星キャリア(3c)又はその変速機用遊星キャリア(3c)と一体に回転する部材で保持したことを特徴とする回生機構を備えた電動補助自転車。 A transmission mechanism (3), a speed reduction mechanism (16), and a drive motor (15) are arranged in parallel in the axial direction of the axle (5) inside the hub (1) of the drive wheel, and the transmission mechanism (3) And a function of transmitting a driving force generated by a pedaling force from a pedal from a driving force transmitting element to the driving wheel, and the speed reduction mechanism (16) transmits a driving force from the driving motor (15) to the driving wheel. Has the function to
The transmission mechanism (3) includes a planetary gear mechanism, and includes at least one transmission sun gear (3a), and a transmission planetary gear (3b) that meshes with the transmission sun gear (3a). A transmission outer ring gear (3d) meshing with the transmission planetary gear (3b), a transmission planet carrier (3c) holding the transmission planetary gear (3b), and a transmission control mechanism (10). The transmission first clutch (3e) that can switch the transmission sun gear (3a) to be rotatable relative to the axle (5) or not to be rotatable relative to the driving force and the reverse input, respectively. The driving force by the pedaling force from the pedal is input to the planetary carrier (3c) for transmission from the driving force transmitting element, and is transmitted from the planetary carrier (3c) to the driving wheel at a constant speed or higher.
The reduction mechanism (16) includes a planetary gear mechanism, and includes at least one reduction gear sun gear (16a), a reduction gear planetary gear (16b) meshing with the reduction gear sun gear (16a), and A reduction gear outer ring gear (16d) meshing with a reduction gear planet gear (16b) is provided, and the reduction gear planet gear (16b) is connected to the transmission planet carrier (3c) or its transmission planet carrier (3c). And a regenerative mechanism that is held by a member that rotates integrally with the battery.
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|---|---|---|---|---|
| CN108414206A (en) * | 2018-04-25 | 2018-08-17 | 北京光宇之勋科技有限公司 | A kind of multiple degrees of freedom debugging apparatus |
| JP2020143778A (en) * | 2019-03-10 | 2020-09-10 | ジヤトコ株式会社 | Power transmission device |
| CN116161161A (en) * | 2023-02-20 | 2023-05-26 | 珠海蓝图运动科技股份有限公司 | Internal bidirectional transmission and transmission control method |
-
2010
- 2010-08-19 JP JP2010183681A patent/JP2012040941A/en active Pending
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