CN103587640A

CN103587640A - 自行车的驱动单元

Info

Publication number: CN103587640A
Application number: CN201310071411.5A
Authority: CN
Inventors: 樋野哲也; 西川裕辅
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: JP2014037203A; TWI473745B; CN103587640B; DE102013108549B4; DE102013108549A1; TW201408539A; JP5373946B1; US20140051548A1

Abstract

本发明涉及一种自行车的驱动单元，其同时具有用于辅助行驶的马达，能够实现轻量化、紧凑化。本发明所涉及的自行车的驱动单元具备：具有能够配置曲柄轴的孔的马达；以及配置在孔的内部，并且至少一部分配置在马达与曲柄轴之间的传感器部。

Description

自行车的驱动单元

技术领域

本发明涉及一种使用马达输出作为辅助动力，并且具有变速机构的电动辅助自行车的驱动单元。

背景技术

对于作为辅助动力使用马达输出的电动辅助自行车，有专利文献1中所记载的发明。专利文献1所涉及的电动辅助自行车中，传递脚踏板上所受到的踏力，将传递来的驱动力与来自马达的驱动力合成。并且，该自行车将合成的驱动力传递给后车轮，从而使后车轮旋转。

专利文献1：日本发明专利特开2011－207362号公报

但是，专利文献1的自行车的驱动单元需要配置在曲柄轴上的转矩传感器测量踏力以决定马达的驱动力。因此，专利文献1的自行车的驱动单元由不同轴构成曲柄轴和马达的输出轴，具有又长又大的机壳。因此，存在自行车的设计自由度降低，重量增大的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种同时具有用于辅助行驶的马达的自行车的驱动单元，能够实现轻量化和紧凑化。

为实现上述目的，本发明提供一种自行车的驱动单元，其具备：马达，其具有能够配置曲柄轴的孔；以及传感器部，其配置在孔的内部，其至少一部分配置在马达与曲柄轴之间。

由此，能够使曲柄轴通过马达的孔，在马达的孔的内部配置传感器部，所以能够实现自行车的驱动单元的轻量化和紧凑化。

另外，孔可以设于马达的旋转中心部。另外，曲柄轴的旋转轴与马达的旋转轴可以同轴设置。由此，能够使马达的内部机构简化，所以能够实现自行车的驱动单元的进一步的轻量化和紧凑化。

另外，该自行车的驱动单元还可以具备动力传递部，该动力传递部传递马达的旋转力和曲柄轴的旋转力。由此，能够实现马达的辅助功能。

另外，该自行车的驱动单元还可以具备变速机构，该变速机构设置在曲柄轴以及动力传递部之间的传递路径上，能够选择多个齿轮比。由此，能够通过变速机构选择多个齿轮比，所以能够有效率地进行马达的辅助驱动。

另外，传感器部可以具备：第一连接部，其与曲柄轴连接；以及第二连接部，其将旋转力传递给动力传递部，其中，第一连接部与第二连接部在曲柄轴方向上隔离设置。由此，传感器部能够精度良好地检测出施加给曲柄轴的转矩。

另外，该传感器可以具备：中空部件，其具有第一连接部以及第二连接部，具有能够配置曲柄轴的插通孔；以及应变传感器，其检测中空部件的应变。由此，能够对既存的曲柄轴新安装传感器部。

另外，应变传感器可以是磁应变传感器。另外，磁应变传感器可以具备：磁应变元件，其设于中空部件；以及线圈，其设于磁应变元件的周围。由此，应变传感器能够检测出施加给曲柄轴的扭矩。

另外，该自行车的驱动单元还可以具有曲柄轴。由此，能够将骑乘者的踏力传递给传感器部。

另外，动力传递部可以具有连接托架的托架连接部。由此，能够将曲柄轴的旋转力传递给马达。

另外，马达的旋转力可以经由单向离合器传递给动力传递部。由此，能够防止曲柄轴的旋转力传递给马达。

另外，该自行车的驱动单元还可以具有减速机构，马达的旋转力经由减速机构传递给动力传递部。由此，能够将马达的输出减速并传递给动力传递部，所以能够实现使马达效率良好地动作的动力传递部。

另外，该自行车的驱动单元还可以具备减速机构，马达的旋转力输入减速机构，减速机构的输出经由单向离合器传递给动力传递部。由此，能够同时实现防止曲柄轴的旋转力传递给马达以及使马达效率良好地动作。

另外，马达可以是外转子型的马达。另外，马达可以是内转子型的马达。

〔发明的效果〕

根据本发明，能够实现同时具有用于辅助行驶的马达的自行车的驱动单元的轻量化和紧凑化。

附图说明

图1是组装本发明的第一实施方式所涉及的驱动单元的电动辅助自行车的侧面图。

图2是本发明的第一实施方式所涉及的驱动单元的剖面图。

图3是组装本发明的第二、第三实施方式所涉及的驱动单元的电动辅助自行车的侧面图。

图4是本发明的第二实施方式所涉及的驱动单元的纵剖面图。

图5是本发明的第三实施方式所涉及的驱动单元的纵剖面图。

附图标记说明

1 驱动单元

102 曲柄轴

103 托架

111 机壳

120 马达

121 定子

123 转子

127 减速机构

130 转矩传递部件

131 动力传递部

132 单向离合器

140 变速机构

具体实施方式

<第一实施方式>

图1是表示组装本发明的第一实施方式所涉及的驱动单元1的电动辅助自行车的一例的右侧面图。该电动辅助自行车将作用于脚踏板100的踏力经由曲柄臂101→曲柄轴102→驱动单元1→前托架103→链条104→后托架106的路径传递给能够绕后车轮的车轴106旋转地设置的毂体。该过程中，该电动辅助自行车将马达输出作为辅助动力合成，对行驶进行辅助。该电动辅助自行车通过后述的传感器部检测与作用于曲柄轴102的转矩对应的力。并且，该电动辅助自行车当该检测值超过设定值后，起动马达，产生与踏力对应的转矩作为辅助动力。包含辅助用的马达的驱动单元1一般配置在车架的座管的下端部和车架的下管的后端部的连结部附近。马达驱动用的电池沿后置物架、下管或座管配置。

本发明具有同轴构成曲柄轴的旋转轴和马达的旋转轴的驱动单元。以下，说明驱动单元1的结构和功能。参照图2，驱动单元1具备：具有能够配置曲柄轴102的孔120a的马达120以及配置在孔120a的内部、至少一部分配置在马达120与曲柄轴102之间的传感器部150。

如图2所示，曲柄轴102内插在机壳111的贯通孔111a。曲柄轴102经由轴承112、113旋转自如地支承在机壳111上。在曲柄轴102的两端能够拆装地安装曲柄臂101。曲柄臂101配置在机壳111的外部。两个曲柄臂101中的一个曲柄臂101也可以不能拆装地形成在曲柄轴102上。

<辅助用马达的结构>

马达（电动机）120具有能够配置曲柄轴102的孔120a。孔120a设置在马达120的旋转中心部。马达120以其旋转轴与曲柄轴102的旋转轴同轴的方式配置。马达120的定子121形成为圆筒状，被卷绕励磁用线圈，配置在曲柄轴102的同心圆上，通过安装部122固定在马达箱125上。马达箱125固定在机壳111上。在定子121的径向的内侧形成有孔120a。转子123形成为圆筒状，旋转自如地支承在马达箱125上。转子123具有例如在周向上具有多个磁极的磁铁（未图示）和保持磁铁的磁铁保持部（未图示）。本实施方式的马达是定子121被转子123包围设置的外转子型马达。转子123能够绕曲柄轴102旋转自如地由在曲柄轴方向上隔开间隔配置的第一轴承124a和第二轴承124b支承。第一轴承124a和第二轴承124b支承在马达箱125上。另外，马达120由省略图示的变流器驱动。变流器由未图示的控制部驱动，控制部与踏力和自行车的速度对应来控制变流器。

<传感器部的结构>

传感器部150检测施加给曲柄轴102的扭矩。该扭矩与施加给曲柄轴102的用户的踏力成正比，所以通过检测扭矩，可确定施加给曲柄轴102的用户的踏力。传感器部150具备具有能够配置曲柄轴102的***孔的中空部件151和应变传感器155。中空部件151具备第一连接部151a、第二连接部151b以及插通孔151c。第一连接部151a与曲柄轴102连接。第二连接部151b对后述的动力传递部传递旋转力。在插通孔151c中能够配置曲柄轴102。中空部件151除了第一连接部151a从配置在内侧的曲柄轴102离开。在第一连接部151a中，中空部件151***从曲柄轴102突出的健或锯齿（セレーション）中，通过螺纹固定或压入等手段固定。第一连接部151a和第二连接部151b在曲柄轴102方向上隔离。应变传感器155是磁应变传感器，具备设于中空部件151上的磁应变元件155a和设于磁应变元件155a的周围的检测线圈155b。检测线圈155b不能旋转地支承在机壳111上。

传感器150的一部分其至少一部分配置在马达120和曲柄轴102之间。本实施方式中，马达120和曲柄轴102之间是马达120的旋转轴的延伸方向上定子121的两端之间的范围W、且与曲柄轴102之间的区域。传感器部150中应变传感器155的至少一部分或全部优选设于所述马达120的旋转轴的延伸方向上定子121的两端之间、且与曲柄轴102之间的区域上。应变传感器155的至少一部分或全部可以设于所述马达120的旋转轴的延伸方向上定子121的两端之间的范围W、且所述马达120的旋转轴的延伸方向上与转子123重合的范围且与曲柄轴102之间的区域上。

<减速机构的结构>

减速机构127将转子123的旋转传递给转矩传递部件130。减速机构127具有一个以上齿轮。图2的例子表示减速机构127具有两个行星齿轮机构的情况。第一行星齿轮机构包含：与转子123连结的第一太阳齿轮部128a、多个第一行星齿轮128b、能够旋转地支承多个第一行星齿轮128b的第一齿轮架部128c、以及固定在机壳111上的第一环形齿轮部128d。第二行星齿轮机构包含与第一齿轮架部128c连结的第二太阳齿轮部129a、多个第二行星齿轮129b、能够旋转地支承多个第二行星齿轮129b的第二齿轮架部129c、以及固定在机壳111上的第二环形齿轮部129d。减速机构127的输出经由转矩传递部件130传递给动力传递部131（详细情况后述）。转矩传递部件130与第二齿轮架部129d结合，在此为一体形成。转矩传递部件130经由单向离合器132和旋转支承部133能够旋转地支承在动力传递部131（详细情况后述）的内侧面。旋转支承部133在本实施方式中由滑动轴承（滑り軸受け）构成，但是也可以由轴承（ベアリング）构成。旋转支承部133关于曲柄轴配置在单向离合器132的半径方向的外侧。转矩传递部件130支承单向离合器132的多个棘爪。

<动力传递部的结构>

动力传递部131将马达120的旋转力和曲柄轴102的旋转力传递给前托架103。动力传递部131设于曲柄轴102的端部侧。动力传递部131形成为环状，具有第一环状部分131a、第二环状部分131b以及第三环状部分131c。第一环状部分131a沿曲柄轴102延伸。第二环状部分131b从第一环状部分131a的马达120侧的端部相对于曲柄轴102沿径向延伸。第三环状部分131c从第二环状部分131b的马达侧的端部向与曲柄轴102平行的方向延伸。动力传递部131的内周部经由单向离合器132与转矩传递部件130连结。在第二环状部分131c的内周部设置旋转支承部133。旋转支承部133支承转矩传递部件130的旋转。在第一环状部分131a的内周部设置轴承113。在第一环状部分131a的外周部设置轴承134。由此，动力传递部131由机壳111能够旋转地支承。轴承113以及134例如由向心轴承形成，轴承113的内圈体支承曲柄轴102，轴承134的外圈体由机壳111支承。动力传递部131的端部（第一环状部分的端部）从机壳111的开口11b向外部突出。动力传递部131在其第一环状部分131a的从机壳111突出的部分的外周部设有托架连接部131d。在托架连接部131d上例如通过螺栓能够拆装地安装前托架103。由此，前托架103能够与动力传递部131一体旋转。动力传递部131在第一环状部分131a中与中空部件151的第二连接部151b固定连接。由此，动力传递部131可以例如由锯齿能够拆装地安装在第二连接部151b上。

<第一实施方式的效果>

接着，关于本实施方式的效果进行说明。本实施方式的驱动单元以曲柄轴的旋转轴和马达的旋转轴同轴，在配置曲柄轴的马达的孔之中配置传感器部的至少一部分。由此，本实施方式的驱动单元能够共有变速机构和辅助行驶用的马达的轻量且紧凑的驱动单元。

<第二实施方式>

图3是表示组装本发明的第二实施方式、以及后述的第三实施方式所涉及的驱动单元1的电动辅助自行车的一例的右侧面图。图3中，驱动单元1中变速机构所涉及的部分1a以外的结构与第一实施方式的驱动单元1相同。

本实施方式的驱动单元1同轴构成曲柄轴的旋转轴和马达的旋转轴，变速机构的旋转轴构成为与曲柄和马达的旋转轴不同。以下，说明驱动单元1的结构和功能。

图4是本发明的第二实施方式的驱动单元1的剖面图。第二实施方式的驱动单元1以下方面与第一实施方式的驱动单元1不同。施加给传感器部150的第二连接部151b的旋转力经由第一齿轮114、第二齿轮161、第一内部托架162以及第二内部托架141传递给变速机构140。另外，变速级140的输出经由第三齿轮142传递给动力传递部131。关于此外其他的方面，与第一实施方式相同，所以以下说明中，关于与第一实施方式不同的内容进行详细说明。

<传感器部和变速机构之间的连结机构的结构>

传感器部150的第二连接部151b与第一齿轮114连结。第一齿轮114设于曲柄轴102具有动力传递部131的端部的相反侧的端部上。随之、传感器部150的第一连接部151a设于动力传递部131侧。第一连接部151a在马达120与曲柄轴102之间的区域连结在曲柄轴102上。第一齿轮114固定连接在第二连接部151b上，与曲柄轴102一体旋转。第一齿轮114可以例如通过锯齿能够拆装地安装在第二连接部151b上。中空部件151除了第一连接部151a，从配置在内侧的曲柄轴102离开。本实施方式中也是、传感器部150的一部分配置在马达120与曲柄轴102之间，应变传感器155的至少一部分或全部设于所述马达120的旋转轴的延伸方向上定子121的两端之间的区域W、且与曲柄轴102之间的区域上。

第二齿轮161和第一内部托架162彼此固定，构成一体旋转。第二齿轮161与第一齿轮114啮合。第一内部托架161经由未图示的链条或带等传递体对第二内部托架传递旋转力。第二内部托架141是对变速机构140输入转矩的部件。连结机构隔着马达120设于动力传递部131和前托架103的相反侧。

<变速机构的结构>

变速机构140具备变速机构用马达单元140a和变速机构主体140b。变速机构用马达单元140a通过安装在车把上的变速操作部（未图示）的骑者的指示来使后述的变速机构主体140b的卡止体旋转到规定的相位上。作为变速机构用马达单元140a例如能够利用日本专利特许第3529723号所公开的公知马达单元。变速机构主体140b是能够选择多个齿轮比的变速器。作为变速机构主体140b例如能够利用日本专利实用新案登录第3146138号公开的公知的变速器。在变速机构主体140b的外周部不能旋转地安装第三齿轮142。第三齿轮142能够与设于变速机构主体140b的外周部的阶梯状扩径的筒状的部件一体旋转。

<驱动单元的动作>

接着，关于本驱动单元的动作进行说明。骑者的踏力的转矩经由变速机构而向曲柄臂101→曲柄轴102→第一连接部151a→第二连接部151b→第一齿轮114→第二齿轮161→第一内部托架162→第二内部托架141→变速机构主体140b→第三齿轮142→动力传递部131传递。另一方面，来自马达的输出转矩向减速机构127→转矩传递部件130→单向离合器132→动力传递部131传递。动力传递部131将该两个转矩合成，对前托架103传递该合成的转矩。由此，实现马达的辅助。

<第二实施方式的效果>

接着，说明该实施方式的效果。本实施方式的驱动单元，在第一实施方式的基础上起到以下效果。作为变速机构的输入转矩，由于不施加马达的输出转矩，所以即使变速机构是具有与内装变速机构相同的行星齿轮机构的变速机构，骑者也能够顺利进行变速级的切换。另外，能够由变速机构选择多个齿轮比，所以能够有效率地进行马达的辅助驱动。

<第三实施方式>

图5是本发明的第三实施方式的驱动单元的剖面图。第三实施方式的驱动单元与第二实施方式的驱动单元主要由以下不同点。马达120是转子123由定子121包围设置的内转子式马达。以下的说明中，关于与第一实施方式不同的内容详细说明。另外，图5中为了方便例示了减速机构127具有一个齿轮的情况，但是自然不限于该例示。减速机构127的功能与第一实施方式、第二实施方式相同。

<传感器部和变速机构之间的连结机构的结构>

传感器部150的第二连接部151b与第一齿轮114连结。第一齿轮114固定在第二连接部151b上，与曲柄轴102一体旋转。第一齿轮114例如可以通过锯齿能够拆装地安装在第二连接部151b上。第一连接部151a在马达120与曲柄轴102之间的区域上连结在曲柄轴102上。中空部件151除了第一连接部151a外，从配置在内侧的曲柄轴102离开。

第四齿轮143与第一齿轮114啮合。第四齿轮143是对变速机构140输入转矩的部件。连结机构隔着马达120设于动力传递部131和前托架103的相反侧。本实施方式中，也是传感器部150的一部分，至少一部分配置在马达120与曲柄轴102之间，应变传感器155的至少一部分或全部在所述马达120的旋转轴的延伸方向上配置在定子121的两端之间的区域W且曲柄轴102之间的区域上。

<驱动单元的动作>

接着，关于本驱动单元的动作进行说明。骑者的踏力的转矩经由变速机构而向曲柄臂101→曲柄轴102→第一连接部151a→第二连接部151b→第一齿轮114→第四齿轮143→变速机构主体140b→第三齿轮142→动力传递部131传递。另一方面，来自马达的输出转矩向减速机构127→转矩传递部件130→单向离合器132→动力传递部131传递。动力传递部131将该两个转矩合成，对前托架103传递该合成的转矩。由此，实现马达的辅助。

<第三实施方式的效果>

接着，说明该实施方式的效果。本实施方式的驱动单元，虽然马达是内转子式的马达，也能够起到与第二实施方式相同的效果。

另外，第三实施方式中，例示了包含变速机构140的情况。但是，第三实施方式也可以通过设置第一实施方式的传感器部150和动力传递部131，而不包含变速机构140。

<变形例>

以上的实施方式例示了应变传感器155为磁应变传感器的情况，但是也可以是应变规、半导体应变传感器。另外，磁应变元件155a例示了配置在中空部件151上的情况，但是磁应变元件155a也可以直接配置在曲柄轴102上。

另外，以上的实施方式中，例示了两种连结机构，但是也可以使用三种以上的齿轮，从曲柄轴102对变速机构140传递驱动力。另外，也可以在变速机构的输出部14和动力传递部131之间设置多个齿轮来传递驱动力。

另外，变速机构主体140b也可以代替多级变速器而使用无级变速器。另外，马达120可以是电刷马达也可以是无刷马达。另外，马达120若能低速驱动，则减速机构127也能够省略。这种情况下，马达输出直接传递给单向离合器132。

另外，在第二、第三实施方式中，变速由手动进行，但是也可以自动进行变速。这种情况下，设置检测自行车的速度的速度传感器，基于速度传感器的输出和转矩检测机构的输出，控制部控制变速机构用马达单元140a，进行变速机构140的变速。

Claims

1.一种自行车的驱动单元，其具备：

马达，其具有能够配置曲柄轴的孔；以及

传感器部，其配置在所述孔的内部，其至少一部分配置在所述马达与所述曲柄轴之间。

2.如权利要求1所述的自行车的驱动单元，其中，所述孔设于所述马达的旋转中心部。

3.如权利要求2所述的自行车的驱动单元，其中，所述曲柄轴的旋转轴与所述马达的旋转轴同轴设置。

4.如权利要求1所述的自行车的驱动单元，其还具备动力传递部，该动力传递部传递所述马达的旋转力和所述曲柄轴的旋转力。

5.如权利要求4所述的自行车的驱动单元，其还具备变速机构，该变速机构设置在所述曲柄轴以及所述动力传递部之间的传递路径上，能够选择多个齿轮比。

6.如权利要求4所述的自行车的驱动单元，其特征在于，所述传感器部具备：

第一连接部，其与所述曲柄轴连接；以及

第二连接部，其将旋转力传递给所述动力传递部，

其中，所述第一连接部与所述第二连接部在所述曲柄轴方向上隔离设置。

7.如权利要求6所述的自行车的驱动单元，其中，所述传感器部具备：

中空部件，其具有所述第一连接部以及所述第二连接部，具有能够配置所述曲柄轴的插通孔；以及

应变传感器，其检测所述中空部件的应变。

8.如权利要求7所述的自行车的驱动单元，其中，所述应变传感器是磁应变传感器。

9.如权利要求8所述的自行车的驱动单元，其中，所述磁应变传感器具备：

磁应变元件，其设于所述中空部件；以及

线圈，其设于所述磁应变元件的周围。

10.如权利要求1～9任一项所述的自行车的驱动单元，其还具有所述曲柄轴。

11.如权利要求4所述的自行车的驱动单元，其中，所述动力传递部具有连接托架的托架连接部。

12.如权利要求4所述的自行车的驱动单元，其中，所述马达的旋转力经由单向离合器传递给所述动力传递部。

13.如权利要求4所述的自行车的驱动单元，其还具备减速机构，

所述马达的旋转力经由所述减速机构传递给所述动力传递部。

14.如权利要求4所述的自行车的驱动单元，其还具备减速机构，

所述马达的旋转力输入所述减速机构，

所述减速机构的输出经由单向离合器传递给所述动力传递部。

15.如权利要求1～14任一项所述的自行车的驱动单元，其中，所述马达是外转子型的马达。

16.如权利要求1～14任一项所述的自行车的驱动单元，其中，所述马达是内转子型的马达。