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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Beinkrafterfassungsmechanismus einer Hilfsantriebseinheit
zum Erfassen einer auf die Pedale eines Fahrrades ausgeübten Beinkraft
und zum elektrischen Erzeugen einer Hilfskraft in Reaktion auf die
erfasste Beinkraft, und genauer auf eine Hilfsantriebseinheit, die
die Drehrichtung einer Kurbelwelle mit derjenigen einer Abtriebswelle
mittels einer kostengünstigen
Struktur in Übereinstimmung
bringen kann.
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In einem motorunterstützten Fahrrad,
das ein Antriebssystem enthält,
das eine Beinkraft verwendet, sowie ein Antriebssystem, das eine
Kraft eines Elektromotors verwendet, d. h. in einem sogenannten
Unterstützungsfahrrad,
wird ein Antriebsdrehmoment des Elektromotors durch Erhöhen/Verringern
der Stärke
eines Antriebsstroms, der von einer Batterie dem Elektromotor zugeführt werden
soll, auf der Grundlage einer auf Pedale ausgeübten Beinkraft oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit
gesteuert.
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In einer Hilfsantriebseinheit wird
eine resultierende Kraft aus einer manuell auf die Pedale ausgeübten Beinkraft
und einer von einem Elektromotor ausgegebenen Hilfskraft über eine
Kette auf eine Abtriebswelle übertragen,
die mit einem Antriebsrad (Hinterrad) verbunden ist. Da hierbei
die Drehrichtung einer Kurbelwelle mit derjenigen der Abtriebswelle übereinstimmen
muss, ist es wesentlich, zwischen der Kurbelwelle und der Abtriebswelle
eine dritte Welle vorzusehen, um die Drehrichtung der Kurbelwelle
mit derjenigen der Abtriebswelle in Übereinstimmung zu bringen.
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Das offengelegte japanische Patent
Nr. Hei 8-175471 hat z. B. einen Mecha nismus offenbart, der, um
die Drehrichtung einer Kurbelwelle mit derjenigen einer Abtriebswelle
in Übereinstimmung
zu bringen und ferner die Drehung der Kurbelwelle beschleunigt auf
die Abtriebswelle zu übertragen,
ein Beschleunigungszahnrad mit Innenzähnen aufweist, das koaxial
zur Kurbelwelle angeordnet ist, wobei die Innenzähne des Beschleunigungszahnrades
mit den Außenzähnen der
Abtriebswelle kämmen.
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Bei den obenbeschriebenen Stand der
Technik besteht jedoch das Problem, dass es schwierig ist, eine
Kostenreduktion des Mechanismus zu erreichen, da das Beschleunigungszahnrad
mit den Innenzähnen,
das teuer ist, verwendet werden muss, um die Drehrichtung der Kurbelwelle
mit derjenigen der Abtriebswelle in Einklang zu bringen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, das obenbeschriebene Problem des Standes der Technik
zu lösen
und eine Hilfsantriebseinheit zu schaffen, die die Drehrichtung
der Kurbelwelle mit derjenigen einer Abtriebswelle mittels einer
kostengünstigen
Struktur in Einklang bringen kann und ferner eine auf die Kurbelwelle
ausgeübte
Beinkraft genau erfassen kann.
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Um die obige Aufgabe zu lösen, wird
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Hilfsantriebseinheit geschaffen, die einen Elektromotor
zum Erzeugen einer Hilfskraft in Reaktion auf eine an einer Kurbelwelle
eingegebene Beinkraft enthält,
wobei die Hilfskraft und die Beinkraft zusammengeführt werden
und eine resultierende Kraft auf ein Antriebsrad übertragen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsantriebseinheit enthält: ein
Zahnrad mit großem
Durchmesser, das an der Kurbelwelle vorgesehen ist; eine Abtriebswelle,
die mit dem Antriebsrad verbunden ist; eine Leerlaufwelle, die zwischen
der Kurbelwelle und der Abtriebswelle angeordnet ist, derart, dass
sie parallel hierzu ist, wobei die Leerlaufwelle ein Zahnrad mit
kleinem Durchmesser enthält,
das mit dem Zahnrad mit großem
Durchmesser der Kurbelwelle kämmt,
und ein zweites Zahnrad, das mit der Abtriebswelle kämmt; und
einen Beinkrafterfassungsmechanismus, der auf der Leerlaufwelle
vorgesehen ist, um eine an der Kurbelwelle eingegebene Beinkraft
zu erfassen.
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Da mit dieser Konfiguration die Leerlaufwelle bezüglich der
Kurbelwelle rückwärts gedreht
wird und die Abtriebswelle, die mit der Leerlaufwelle kämmt, bezüglich der
Leerlaufwelle rückwärts gedreht
wird, d. h. normal bezüglich
der Kurbelwelle gedreht wird, ist es möglich, die Drehrichtung der
Kurbelwelle an diejenige der Abtriebswelle anzugleichen, ohne ein
teueres Beschleunigungszahnrad mit Innenzähnen zu verwenden. Da ferner
die Kurbelwelle von der Abtriebswelle getrennt sein kann, ist es möglich, den
Freiheitsgrad bei der Auswahl des mit der Abtriebswelle verbundenen
Antriebsritzels zu erhöhen.
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Wenn eine vom Elektromotor erzeugte
Hilfskraft über
die Leerlaufwelle auf die Abtriebswelle übertragen wird, ist es möglich, ein
großes
Untersetzungsverhältnis über die
Leerlaufwelle zu erhalten und somit eine große Hilfskraft (Drehmoment)
zu erhalten.
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Wenn eine vom Elektromotor erzeugte
Hilfskraft nicht über
die Leerlaufwelle auf die Abtriebswelle übertragen wird, ist es möglich, die
Anzahl der Zahnräder
zu reduzieren, die auf der Leerlaufwelle vorgesehen sind, und somit
den Freiheitsgrad bei der Gestaltung des Beinkrafterfassungsmechanismus auf
der Leerlaufwelle zu erhöhen.
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Wenn die Abtriebswelle an einer höheren Position
angeordnet ist, ist es möglich,
eine Kettenlinie an einer höheren
Position anzuordnen und somit die Berührung einer Straßenoberfläche mit
der Kette zu verhindern, wobei es ferner möglich ist, den Schwerpunkt
des Fahrzeugs abzusenken, da der Elektromotor an einer tieferen
Position angeordnet wird.
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Im folgenden wird die vorliegende
Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen genauer beschrieben.
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1 ist
eine Seitenansicht eines motorunterstützten Fahrrades, auf das eine
Hilfsantriebseinheit der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
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2 ist
eine rechte Seitenansicht, die einen wesentlichen Abschnitt des
in 1 gezeigten Fahrrades
zeigt.
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines wesentlichen Abschnitts, der in 1 gezeigt
ist.
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4 ist
eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Hilfsantriebseinheit
der vorliegenden Erfindung, wobei teilweise Teile weggeschnitten
sind.
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5 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie A-A der 2,
die Getriebezüge
zeigt.
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6 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie B-B der 2,
die Getriebezüge
zeigt.
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7 ist
eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Hilfsantriebseinheit
der vorliegenden Erfindung, wobei teilweise Teile weggeschnitten
sind.
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8 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie A-A der 7,
die Getriebezüge
zeigt.
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9 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie B-B der 7,
die Getriebezüge
zeigt.
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10a bis 10c sind Ansichten, die die Funktion
einer ersten Leerlaufwelle zeigen.
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Wie in 1 gezeigt
ist, enthält
ein Karosserierahmen 2 eines motorunterstützten Fahrrades
gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Kopfrohr 21, das an der vorderen Seite einer
Karosserie des Fahrrades angeordnet ist; ein Fallrohr (Hauptrahmen) 22, das
sich vom Kopfrohr 21 nach hinten unten erstreckt und an
seinem unteren Abschnitt in einer nach unten vorstehenden Form gebogen
ist; und eine Sattelstütze 23,
die sich von einem Abschnitt nahe dem unteren Ende des Fallrohres 22 nach
oben hinten erstreckt.
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Die Sattelstütze 23 ist integral
mit dem Fallrohr 22 verbunden, wobei dementsprechend der
Karosserierahmen 2 in einer U-Form ausgebildet ist, die nach
unten ragt. Da die Sattelstütze 23 sich
von dem Verbindungsabschnitt mit dem Fallrohr 22 nach oben hinten
erstreckt und sich das Fallrohr 22 vom Verbindungsabschnitt
mit der Sattelstütze 23 nach
vorne oben erstreckt, wird eine Lücke zwischen der Sattelstütze 23 und
dem Fallrohr 22 in Richtung zur Oberseite ausgehend von
dem Verbindungsabschnitt zwischen diesen größer. Als Ergebnis kann ein
Fahrer dann, wenn er auf das Fahrrad aufsteigt oder von diesem absteigt,
leicht über
den U-förmigen
Karosserierahmen 2 steigen.
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Der Verbindungsabschnitt zwischen
dem Fallrohr 22 und der Sattelstütze 23 und deren Umgebung
sind mit einer Kunstharzabdeckung 33 abgedeckt. Die Kunstharzabdeckung 33,
die in obere und untere Teile unterteilt ist, ist abnehmbar montiert. Eine
Griffsäule 27a ist
drehbar in das Kopfrohr 21 eingesetzt. Eine Griffstange 27 ist
mit einem oberen Ende der Griffsäule 27a verbunden,
wobei eine Vordergabel 26 mit einem unteren Ende der Griffsäule 27a verbunden
ist. Die Vordergabel 26, die mit der Griffsäule 27a verbunden
ist, ist mittels der Griffstange 27 lenkbar. Ein Vorderrad
WF ist durch die unteren Enden der Vordergabel 26 drehbar
unterstützt.
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Eine Hilfsantriebseinheit 1,
die einen Elektromotor zum Unterstützen einer Beinkraft enthält, ist
an einem unteren Abschnitt des Karosserierahmens 2 vorgesehen.
Ein Stromversorgungsschalter 29 für die Hilfsantriebseinheit 1 ist
an einem Abschnitt des Fallrohrs 22 nahe dem Kopfrohr 21 vorgesehen.
Es ist zu beachten, dass der Stromversorgungsschalter 29 an
der Griffstange 27 vor der Griffsäule 27a vorgesehen
sein kann.
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Die Kurbelwelle 101 ist
durch die Hilfsantriebseinheit 1 drehbar unterstützt, wobei
Pedale 12 über
Kurbeln 11 durch die rechten und linken Enden der Kurbelwelle 101 drehbar
unterstützt
sind. Ein Paar rechter und linker hinterer unterer Arme 25 erstreckt
sich von der Hilfsantriebseinheit 1 nach hinten, wobei
ein Hinterrad WR als Antriebsrad zwischen den hinteren Enden der
hinteren unteren Arme 25 drehbar unterstützt ist.
Ein paar rechter und linker hinterer oberer Arme 24 ist
zwischen dem oberen Abschnitt der Sattelstütze 23 und den unteren
Enden der hinteren unteren Arme 25 vorgesehen. Ein Sattelrohr 31,
auf dessen oberen Ende ein Sattel 30 vorgesehen ist, ist
gleitend in die Sattelstütze 23 eingesetzt,
so dass die Vertikalposition des Sattels 30 durch Verschieben
des Sattelrohrs 31 in der Sattelstütze 23 eingestellt
werden kann.
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Ein Batteriegehäuse 5 (im folgenden
als "Gehäuse" bezeichnet) zum
Aufnehmen einer Batterie 4 ist auf der Rückseite
der Sattelstütze 23 an
einer Position unter dem Sattel 30 montiert. Die Batterie 4,
die mehrere Batteriezellen enthält,
die jeweils eine Größe aufweisen,
die eine Aufnahme in einem Batteriegehäuse erlaubt, das in einer näherungsweise
rechtwinkligen Quaderform ausgebildet ist, ist längs der Sattelstütze 23 angeordnet,
wobei ihre Längsrichtung
nahezu in vertikaler Richtung verläuft.
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Ein Griff 41, dessen Griffabschnitt
auf der rechten Seite der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist, ist
an einem Endabschnitt (oberes Ende in 1) der
Batterie 4 in Längsrichtung
montiert. Der Griff 41 ist durch die Batterie 4 drehbar
unterstützt,
wobei er normalerweise in eine Vertiefung zurückgezogen ist, die an einer
Ecke der Batterie 4 vorgesehen ist. Da ein Fahrer im allgemeinen
auf der linken Seite der Fahrzeugkarosserie steht, ist der Griffabschnitt
des Griffes 4i auf der rechten Seite der Fahrzeugkarosserie
angeordnet, wobei dessen Welle (nicht gezeigt) an einem Zentralabschnitt
der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist. Mit dieser Anordnung ist
es für
den Fahrer sehr einfach, den Griff 41 anzuheben. Um ferner
dem Fahrer eine einfache Überprüfung der
Restladung der Batterie 4 aus der Fahrposition zu ermöglichen,
ist ein Batterierestladungsanzeiger 42 an einer Position
der Batterie vorgesehen, die vom Sattel 30 aus nach links
verschoben ist.
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Wie in 3 gezeigt
ist, sind ein Betätigungshebel 45 zum
Verriegeln/Entriegeln der Batterie 4 und eine Radblockierungsvorrichtung 100 hinter der
Batterie 4 angeordnet. Der Betätigungshebel 45 ist
in eine Seitenkammer 50 eingesetzt, die hinter dem Batteriegehäuse vorgesehen
ist. Die Seitenkammer 50 weist eine Größe auf, die in vertikaler Richtung
länger
ist, und weist nahezu eine rechtwinklige Form auf. Ein Eingriffhaken 52,
der auf einer rechten Seitenansicht mittels einer Torsionsfeder 51 im
Uhrzeigersinn vorbelastet ist, ist an einem unteren Abschnitt der
Seitenkammer 50 vorgesehen. Wenn die Batterie 4 in
das Gehäuse 5 eingesetzt
wird, gelangt der Eingriffhaken 52 in einer Vertiefung 47 in Eingriff,
die in einem unteren Abschnitt der Batterie 4 vorgesehen
ist, wodurch die Batterie 4 im Gehäuse 5 fixiert wird.
Die Vertiefung 47 ist näherungsweise
in einer V-Form ausgebildet. Da der untere Abschnitt der Batterie 4 durch
den Eingriffhaken 52 fixiert wird, wird der Aufnahmezustand
der Batterie 4 stabil gehalten. Das heißt, selbst wenn die Fahrzeugkarosserie
schwingt, bewegt sich die Batterie 4 weder in vertikaler
Richtung noch in lateraler Richtung.
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Der Sattel 30, der am oberen
Abschnitt der Sattelstütze 23 vorgesehen
ist, kann durch eine Entriegelungsoperation eines Hebels 65 bis
zu einer Position nach vorne geschwenkt werden, in der der Sattel 30 das
Entnehmen der Batterie 4 nicht stört. In dem Zustand, in dem
der Eingriffhaken 52 in der Vertiefung 47 in Eingriff
ist, kann jedoch selbst dann, wenn der Sattel 30 nach vorne
geschwenkt ist, die Batterie 4 nicht nach oben entnommen
werden.
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Der Betätigungshebel 45 ist üblicherweise mittels
einer (nicht gezeigten) Feder nach oben vorbelastet, die zwischen
dem Betätigungshebel 45 und einer
Wand der Seitenkammer 50 aufgehängt ist. Im Fall der Montage
der geladenen Batterie 4 am Fahrrad wird der Sattel 3 nach
vorne geschwenkt, wobei die Batterie 4 von oben in das
Gehäuse 5 eingesetzt wird.
Wenn die Batterie 4 nahezu vollständig in das Gehäuse 5 eingesetzt
ist, wird das untere Ende der Batterie 4 mit einem Seitenabschnitt
des Eingriffhakens 52 in Kontakt gebracht, um den Eingriffhaken 52 im
Gegenuhrzeigersinn zu verschieben. Wenn anschließend die Batterie 4 weiter
in das Gehäuse 5 eingesetzt
wird, gelangt der Eingriffhaken 52 in der v-förmigen Vertiefung 47,
die in der Batterie 4 ausgebildet ist, elastisch in Eingriff,
wodurch die Batterie 4 im Gehäuse 5 fixiert wird.
Gleichzeitig werden die positiven (+) und negativen (–) Ausgangsanschlüsse (Entladungskontakte),
die am Boden der Batterie 4 vorgesehen sind, elektrisch
und mechanisch mit einer Kontakteinheit 60 verbunden, die
in einem Batteriehalter 49 verschraubt ist, der typischerweise
mittels Schweißen
an der Sattelstütze 23 befestigt
ist. Die Verbindung ist aufgrund des Eigengewichts der Batterie 4 und
durch den Druck vom Eingriffhaken 52 stabil.
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In Fall der Entnahme der Batterie 4 wird
der Betätigungshebel 45 niedergedrückt, so
dass der Eingriffhaken 52 durch die Spitze des Betätigungshebels 45 nach
unten gedrückt
wird. Der so durch die Spitze des Betätigungshebels 45 nach
unten gedrückte
Eingriffhaken 52 wird in der Figur gegen die Vorspannkraft
der Feder 51 im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Als Ergebnis löst sich
der Eingriffhaken 52 aus der Vertiefung 47. Auf
diese Weise wird der Eingriff des Eingriffhakens 52 in
der Vertiefung 47 gelöst. Nachdem
der Eingriff des Eingriffhakens 52 in der Vertiefung 47 gelöst worden
ist, kann die Batterie 4 nach oben entnommen werden. Der
Griff 41 kann zum Entnehmen der Batterie 4 verwendet
werden.
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Ein oberer Abschnitt des Batterieaufnahmegehäuses 5 ist
mittels einer Schraube 39 an einer Klammer 40 befestigt,
die typischerweise mittels Schweißen am hinteren oberen Arm 24 befestigt
ist. Die Radblockierungsvorrichtung 100 und das hintere Schutzblech 34 sind
ebenfalls mittels Schrauben 44a bzw. 44b am Halter 40 befestigt.
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Ein Vorderende des Batteriehalters 49 ist
an der Sattelstütze 23 verschweißt, wobei
ein hinteres Ende des Batteriehalters 45 mittels Bolzen
sowohl mit einem Vorderende des hinteren unteren Arms 25 als
auch einem Aufhängeabschnitt 90 der
Hilfsantriebseinheit 1 verbunden ist. Die Hilfsantriebseinheit 1 weist
zwei Aufhängeabschnitte 91 und 92 auf,
zusätzlich
zum obigen Aufhängeabschnitt 90.
Diese Aufhängeabschnitte 92, 91 und 90 der
Hilfsantriebseinheit 1 sind mittels Bolzen mit einem hinteren
Ende des Fallrohrs 22, einem Abschnitt nahe dem Vorderende
des Batteriehalters 49 und einem hinteren unteren Arm 25 nahe
dem hinteren Ende des Batteriehalters 49 verbunden. Auf
diese Weise ist die Hilfsantriebseinheit 1 fest am Karosserierahmen 2 aufgehängt. Es
ist zu beachten, dass, da der Aufhängeabschnitt 92 unter
der Kurbelwelle 101 der Hilfsantriebseinheit 1 angeordnet
ist, der Boden, d. h. das unterste Ende des U-förmigen Karosserierahmens 2, unter
der Kurbelwelle 101 angeordnet sein kann.
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Da der Boden des U-förmigen Karosserierahmens 2 wie
oben beschrieben auf den tiefen Niveau angeordnet ist, ist es möglich, die
Einfachheit der Aufsteigebewegung des Fahrers über den Karosserierahmen 2 zu
verbessern. Da ferner die Hilfsantriebseinheit 1 an ihrem
auf tiefen Niveau befindlichen Aufhängeabschnitt 92 mittels
des unteren Endes des Fallrohrs 22 unterstützt ist,
d. h. insgesamt auf einem tieferen Niveau angeordnet ist, ist es
möglich,
den Schwerpunkt der Hilfsantriebseinheit 1 abzusenken.
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Die Hilfsantriebseinheit 1 enthält die Kurbelwelle 101,
eine erste Leerlaufwel le 102, eine zweite Leerlaufwelle 103,
eine Abtriebswelle 105, mit der das Antriebsritzel 13 verbunden
ist, sowie Zahnräder 111, 102d, 102e und 115 zum Übertragen
einer Kraft zwischen den Wellen 101, 102, 103 und 105.
Der Elektromotor M, der eine Welle 104 aufweist, die parallel
zur Kurbelwelle 101 angeordnet ist, ist an der Hilfsantriebseinheit 1 montiert.
Der Grund dafür,
dass die Welle 104 des Elektromotors M parallel zur Kurbelwelle 101 verläuft, liegt
darin, einen Abschnitt des Elektromotors M, der von der Hilfsantriebseinheit 1 nach
hinten hervorsteht, zu reduzieren. Dies ermöglicht, eine Lücke zwischen
der Kurbelwelle 101 und dem Hinterrad WR zu reduzieren
und somit zu vermeiden, dass der Radstand länger wird.
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Eine von der Kurbelwelle 101 eingegebene Beinkraft
wird beschleunigt auf die erste Leerlaufwelle 102 übertragen
und wird von der ersten Leerlaufwelle 102 auf die Abtriebswelle 105 übertragen,
um das Antriebsritzel 13 zu drehen. Die Drehung des Antriebsritzel 13 wird über eine
Kette 6 auf ein Radritzel 14 des Hinterrades WR
(siehe 1) übertragen. Die
Struktur der Hilfsantriebseinheit 1 wird im folgenden mit
Bezug auf die 4, 5 und 6 genauer beschrieben.
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Die Batterie 4, die am Batteriehalter 49 montiert
ist, der hinter der Sattelstütze 23 angeordnet
ist, führt
dem Motor M Strom zu, wobei der Motor M eine Hilfskraft erzeugt,
die einer Beinkraft entspricht, die von einem (später beschriebenen)
Beinkrafterfassungsmechanismus erfasst wird, der an der ersten Leerlaufwelle 102 vorgesehen
ist. Die Rotation des Motors M wird über die zweite Leerlaufwelle 103 auf die
erste Leerlaufwelle 102 übertragen und wird mit einer
Menschenkraft (Beinkraft) auf der ersten Leerlaufwelle 102 zusammengeführt. Die
resultierende Kraft wird anschließend auf die Abtriebswelle 105 übertragen.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt
ist, sind das gesamte Antriebsritzel 13 und eine obere
Hälfte
der Kette 6 mittels einer Kettenabdeckung 32 abgedeckt. Da
bei diesem Fahrrad das Antriebsritzel 13 nicht mit der
Kurbelwelle 101 konzentrisch ist, ist es nicht wesentlich,
dass die Kettenabdeckung 32 einen Kreisbogenabschnitt aufweist,
der auf der Kurbelwelle 101 zentriert ist; um jedoch ein
gutes äußeres Erscheinungsbild
zu erhalten, ein Verfangen des Beins des Fahrers zu verhindern,
die Hilfsantriebseinheit 1 zu schützen, und ein gewöhnliches
bekanntes Aussehen eines Fahrrades sicherzustellen, erstreckt sich die
Kettenabdeckung 32 in einer kreisförmigen Form, die auf der Kurbelwelle 101 zentriert
ist, nach oben bis zu einer Position zum Abdecken des gesamten Antriebsritzels 13.
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Eine erste Ausführungsform der Hilfsantriebseinheit 1 ist
in den 4 bis 6 gezeigt. In diesen Figuren
sind Teile, die denjenigen entsprechen, die oben beschrieben worden
sind, oder diesen ähnlich sind,
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Wie in den 4 und 5 gezeigt
ist, ist ein Gehäuse 10 der
Hilfsantriebseinheit 1 durch Verbinden einer linken Hälfte (linkes
Gehäuse) 10L und
einer rechten Hälfte
(rechtes Gehäuse) 10R,
die jeweils aus Aluminium gefertigt sind, miteinander mittels mehrerer
Bolzen 781 ausgebildet.
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Da gemäß dieser Ausführungsform
jeder der Aufhängeabschnitte 90, 91 und 92 keine
Teilungsebene aufweist, können
die linken und rechten Gehäuse 10L und 10R voneinander
getrennt werden, in dem die Bolzen 781 entfernt werden,
während
die Hilfsantriebseinheit 1 am Karosserierahmen 2 montiert
bleibt. Genauer, da die Aufhängeabschnitte 90, 91 und 92 nur
am linken Gehäuse 10L vorgesehen sind,
kann das rechte Gehäuse 10R abgenommen werden,
während
das linke Gehäuse 10L am
Karosserierahmen 2 montiert bleibt. Als Ergebnis ist es möglich, eine
Wartung der Steuereinheit 8 und des Motors M, die im Gehäuse 10 der
Hilfsantriebseinheit 1 enthalten sind, leicht durchzuführen. Um
außerdem die
Wartung eines Abschnitts des Motors M und seines Antriebssystems
auf der Seite des linken Gehäuse 10L durchzuführen, kann
das innere der Hilfsantriebseinheit 1 freigelegt werden,
in dem eine Kunstharzabdeckung 10a, die später beschrieben
wird, entfernt wird.
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Die Kurbelwelle 101 ist
als Beinkrafteingabewelle durch das Gehäuse 10 über Lager 181 und 182 drehbar
unterstützt.
Ein Beschleunigungszahnrad 111 mit großem Durchmesser ist auf der
Kurbelwelle 101 über
eine Freilaufkupplung 161 drehbar unterstützt, wobei
dementsprechend dann, wenn die Kurbelwelle 101 rückwärts gedreht
wird, das Beschleunigungszahnrad 111 nicht rückwärts gedreht
wird. Die erste Leerlaufwelle 102 für die Anpassung der Drehrichtung
der Kurbelwelle 101 an die Drehrichtung des Antriebsritzels
13 ist
durch das Gehäuse 10 an
einer Position drehbar unterstützt,
die ausgehend von der Kurbelwelle 101 nach hinten unten
versetzt ist. In dieser Ausführungsform
enthält
die erste Leerlaufwelle 102 den Beinkraft-(Drehmoment)-Erfassungsmechanismus.
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Die erste Leerlaufwelle 102 enthält hohl
ausgebildete erste und zweite Antriebswellen 102a und 102b,
die voneinander auf den linken und rechten Seiten getrennt sind
und koaxial in Querrichtung angeordnet sind; eine Torsionsstange 102c,
die durch die Antriebswellen 102a und 102b geführt ist,
wobei beide Enden derselben mit dem linken Ende der ersten Antriebswelle 102a und
dem rechten Ende der zweiten Antriebswelle 102b verkeilt
sind; und eine Feder 102s für die elastische Vorbelastung
der ersten und zweiten Antriebswellen 102a und 102b gegeneinander
in Axialrichtung. Ein Zahnabschnitt 113 des Zahnrades mit
kleinem Durchmesser, der auf dem Abschnitt des Außenumfangs
der ersten Antriebswelle 102a mit kleinem Durchmesser ausgebildet
ist, kämmt
mit dem Beschleunigungszahnrad 111 auf der Kurbelwelle 101.
Die erste Antriebswelle 102a ist durch das linke Gehäuse 10L über Lager 183a und 183b drehbar
unterstützt,
wobei die zweite Antriebswelle 102b durch das rechte Gehäuse 10R über ein
Lager 184 drehbar unterstützt ist.
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Damit mit dieser Konfiguration die
in die Kurbelwelle 101 eingegebene Beinkraft durch das
Beschleunigungszahnrad 111 und den Zahnradzahnabschnitt 113 beschleunigt
wird, wird das Drehmoment der Beinkraft reduziert, mit dem Ergebnis,
dass ein auf die Torsionsstange 102c ausgeübtes Drehmoment
reduziert wird. Dies ermöglicht,
die Torsionsstange 102c zu verkleinern, und macht somit
den Beinkrafterfassungsmechanismus insgesamt kompakt.
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Um in dieser Ausführungsform die erste Leerlaufwelle 102 einfach
als einen einzigen Körper zu
handhaben, indem die zwei Antriebswellen 102a und 102b vormontiert
werden, und die Torsionsstangen 102c in die erste Leerlaufwelle 102 einzusetzen, ist
eine Klammer 771 am linken Ende der Torsionsstange 102c eingesetzt,
um ein Herausfallen der Antriebswellen 102a und 102b und
der zugehörigen Komponenten
aus der Torsionsstange 102c in einem Zustand zu verhindern,
in dem die erste Leerlaufwelle 102 durch das Gehäuse 10 nicht
drehbar unterstützt
ist. Genauer, die zweite Antriebswelle 102b ist fest in
einem rechten Endabschnitt der Torsionsstange 102c eingepresst,
wobei die ersten Antriebswelle 102a entnehmbar am linken
Endabschnitt der Torsionsstange 102c angesetzt ist und
daran mittels der Klammer 771 gehalten wird.
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Ein erstes Zahnrad 102d ist
an einem Abschnitt des Außenumfangs
der zweiten Antriebswelle 102b mit kleinem Durchmesser
befestigt, wobei ein zweites Zahnrad 102e mit einem Abschnitt
des Außenumfangs
der zweiten Antriebswelle 102b mit großem Durchmesser über eine
Freilaufratsche 162 verbunden ist. Wenn dementsprechend
das Fahrrad mittels Menschenkraft in einem Zustand fährt, in
dem der Motor M gestoppt ist, werden das Zahnrad 102e und
die auf der dem Motor M zugewandten Seite des Zahnrades 102e angeordneten
Komponenten nicht gedreht.
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Ein Schlitten 921, der an
seiner Stirnfläche zwei
vorstehende Nockenabschnitte 921a aufweist, ist mit einem
Abschnitt des Außenumfangs
der ersten Antriebswelle 102a mit großem Durchmesser verkeilt, derart,
dass er in Axialrichtung verschiebbar ist. Eine Kugelschale 924 ist
mit einem Verschiebungserfassungshebel 152 (siehe 6) in Eingriff und ist gewöhnlich mittels
einer Schraubenfeder 923 zur Seite der zweiten Antriebswelle 102b vorbelastet. Die
Kugelschale 924 drückt
gewöhnlich
den Schlitten 921 in Richtung zur zweiten Antriebswelle 102b, während die
Drehung des Schlittens 921 absorbiert wird.
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Die 10(a) bis 10(c) sind Ansichten, die die
Funktion der zweiten Antriebswelle 102b zeigen, wobei 10(a) eine Schnittansicht
ist; 10(b) eine Schnittansicht
längs der
Linie C-C der 10(a) ist;
und 10(c) eine schematische
Ansicht ist, bei der die Seitenoberflächen des Endabschnitts der zweiten
Antriebswelle und des Schlittens linear dargestellt sind. In diesen
Figuren sind Teile, die denjenigen entsprechen, die oben beschrieben
worden sind, oder diesen ähnlich
sind, mit denselben Bezugzeichen bezeichnet.
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In dieser Ausführungsform sind zwei vertiefte Nockennuten 922,
die in Umfangsrichtung verlaufen und mit zwei vorstehenden Nockenabschnitten
921a in
Eingriff sind, die auf der Stirnfläche des Schlittens 921,
die der zweiten Antriebswelle 102b gegenüberliegt,
vorgesehen sind, in einer Stirnfläche der zweiten Antriebswelle 102b,
die dem Schlitten 921 gegenüberliegt, ausgebildet.
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Wenn eine Torsion (Differenzialphase)
in der Drehrichtung zwischen den ersten und zweiten Antriebswellen 102a und 102b in
Reaktion auf eine in die Kurbelwelle 101 eingegebene Beinkraft
auftritt, tritt auch eine Differenzialphase zwischen der zweiten
Antriebswelle 102b und dem Schlitten 921 auf. Als
Ergebnis wird eine Position des vorstehenden Nockens 921a relativ
zur vertieften Nockennut 922 ausgehend von der auf der
linken Seite der 10(c) gezeigten
Beziehung zu der auf der rechten Seite der 10(c) gezeigten Beziehung geändert, so
dass der Schlitten 921 axial zur linken Seite der Fahrzeugkarosserie
gleitet und dementsprechend der Verschiebungserfassungshebel 152 axial
zur linken Seite der Fahrzeugkarosserie gegen die Vorbelastungskraft
der Schraubenfeder 923 verschoben wird.
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In dieser Ausführungsform stellt eine Axialverschiebung
des Verschiebungserfassungshebels 152 eine in die Kurbelwelle 101 eingegebene
Beinkraft dar. Die Beinkraft, die so durch den Beinkrafterfassungsmechanismus
als Axialverschiebung erfasst worden ist, wird mittels eines Hubsensors 150 (siehe 6), der später genauer
beschrieben wird, in eine elektrisches Signal umgesetzt und zur
Steuereinheit 8 übertragen.
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Ein Anschlagvorsprung 921b ist
auf einer Stirnfläche
der ersten Antriebswelle 102a vorgesehen, wobei ein Anschlagloch 922a,
das mit dem Anschlagvorsprung 921b zusammengefügt wird,
in einer Stirnfläche
der zweiten Antriebswelle 102b vorgesehen ist, um das Auftreten
einer übermäßigen Torsion
zwischen den Antriebswellen 102a und 102b zu verhindern.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die verkleinerte Torsionsstange 102c effektiv
zu schützen
und somit eine weitere Verkleinerung der Torsionsstange 102c zu
erreichen.
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In den 5 und 6 zeigt die rechte Seite
der Torsionsstange 102c den Zustand, in dem der Vorsprungsnocken 921a gerade
in die ausgesparte Nockennut 922 eingesetzt wird, d. h.
es tritt kein Drehmoment durch eine Beinkraft auf (äquivalent
zu dem Zustand, der auf der linken Seite der 10(c) gezeigt ist), wobei die linke Seite
der Torsionsstange 102c den Zustand zeigt, in dem der Schlitten 921 durch
die Positionsänderung
des Vorsprungnockens 921a bezüglich der vertieften Nockennut 922 zur
linken Seite der Fahrzeugkarosserie verschoben ist, d. h. es tritt
ein Drehmoment durch die Beinkraft auf (äquivalent zu dem auf der rechten
Seite der 10(c) gezeigten
Zustand).
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Die zweite Leerlaufwelle 103 ist
durch das Gehäuse 10 über Lager 185 und 186 an
einer Position drehbar unterstützt,
die gegenüber
der ersten Leerlaufwelle 102 nach hinten unten versetzt
ist. Ein Zahnradzahnabschnitt 114, der mit dem zweiten Zahnrad 102e der
zweiten Antriebswelle 102b kämmt, ist auf dem Außenumfang
der zweiten Leerlaufwelle 103 ausgebildet, wobei ein Kunstharzzahnrad 115 in
einen Endabschnitt der zweiten Leerlaufwelle 103 geschraubt
ist.
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Der Elektromotor M ist an einer Position
angeordnet, die gegenüber
der zweiten Leerlaufwelle 103 nach hinten unten versetzt
ist, wobei die Welle 104 desselben durch das Gehäuse 10 über Lager 187 und 188 drehbar
unterstützt
ist. Außerdem
werden das Lager 188 und ein Motorgehäuse 10M nur auf dem
linken Gehäuse 10L gehalten
(und nicht auf dem rechten Gehäuse 10R gehalten).
Im Fall des Abnehmens des rechten Gehäuses 10R ist es dementsprechend
nicht erforderlich, den Elektromotor M zu entfernen. Dies ermöglicht,
das rechte Gehäuse 10R leicht
abzunehmen.
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Das Motorgehäuse 10M ist über einen O-Ring 10S mittels
eines Bolzens 782 am linken Gehäuse 10L befestigt.
Ein Statorrotor 131, der eine Motorspule 130 enthält, ist
an der Welle 104 des Motors M befestigt, wobei ein Magnet 132 um
den Statorrotor 131 vorgesehen ist. Ein Zahnradzahnabschnitt 116,
der mit dem Kunstharzzahnrad 915 der zweiten Leerlaufwelle 103 kämmt, ist
an einem Ende der Welle 104 befestigt. Dementsprechend
kann ein Getriebegeräusch
zwischen den Zahnrädern 115 und 116,
die mit hoher Drehzahl rotieren, unterdrückt werden. Da die Kunstharzabdeckung 10A am
linken Gehäuse 10L auf
den linken Seiten der Zahnräder 115 und 116 mittels
eines Bolzens 783 befestigt ist, kann die Geräuschreduktionswirkung
weiter verbessert werden.
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Eine wasserfeste Dichtung 10B ist überall auf
eine Verbindungsebene zwischen der Kunstharzabdeckung 10A und
dem linken Gehäuse 10L vorgesehen.
Um die Wasserdichtheit weiter zu verbessern, ist eine Wasserdichtungsrippe 10C längs des
Außenumfangs
der Verbindungsebene zwischen der Kunstharzabdeckung 10A und
dem linken Gehäuse 10L vorgesehen.
Dementsprechend kann die Wasserdichtheit zwischen der Kunstharzabdeckung 10A und dem
linken Gehäuse 10L ausreichend
sichergestellt werden, selbst wenn die Kunstharzabdeckung 10 verformt
wird, wenn die Kunstharzabdeckung 10A am linken Gehäuse 10L mittels
des Bolzens 783 befestigt wird.
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Wie in 6 gezeigt,
ist die Abtriebswelle 105 an einer Position angeordnet,
die gegenüber
der ersten Leerlaufwelle 102 nach hinten oben versetzt ist,
und ist durch das Einheitsgehäuse 10 über Lager 191 und 192 drehbar
unterstützt.
Ein viertes Zahnrad 118 kämmt mit dem ersten Zahnrad 102d der
zweiten Antriebswelle 102b und ist auf der Abtriebswelle 105 vorgesehen,
wobei das Antriebsritzel 13 an einem Endabschnitt der Abtriebswellen 105 vorgesehen
ist, der sich außerhalb
des Gehäuses 10 befindet.
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In einem vorderen Raum des Gehäuses 10, wie
in den 3 bis 5 gezeigt ist, ist eine flache
plattenförmige
Steuereinheit 8 zum Steuern der Hilfsantriebseinheit 1 an
einer Position montiert, die gegenüber der Kurbelwelle 101 nach
vorne unten versetzt ist. Die Steuereinheit 8 ist so konfiguriert,
dass eine Steuerplatine 82 in einem aus Kunstharz gefertigten scheibenförmigen Gehäuse 81 enthalten
ist, wobei dazwischen eine Lücke
angeordnet ist und die Plattenoberfläche mit einem isolierenden
Kunstharz 83 vergossen ist. Verschiedene Steuerschaltungen 820,
mehrere Leistungstransistoren (FETs) 821a, mehrere Dioden 821b,
und eine Rotationssensor 822 sind auf der Steuerplatine 82 montiert.
Die Vorrichtungen 821a und 821b, die bei ihrem
Betrieb eine Wärmeerzeugung
hervorrufen, sind in Flächenkontakt
mit einer aus Aluminium gefertigten Kühlplatte 829 befestigt.
Die Kühlplatte 829 ist
in Flächenkontakt
am rechten Gehäuse 10R befestigt,
das aus Aluminium gefertigt ist.
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Die Steuereinheit 8 ist
von vorne nach hinten bezüglich
der Fahrzeugkaros serie nach unten geneigt, wobei die Bauteilmontageebene
der Steuerplatine 82 nach innen weist. Der Rotationssensor 822 ist in
der Nähe
eines Endes der Steuerplatine 82 befestigt, derart, dass
er dem Zahnradzahnabschnitt des Beschleunigungszahnrades 111 der
Kurbelwelle 101 zugewandt ist. Dementsprechend wird die
von den Wärmeerzeugungsvorrichtungen 821a und 821b erzeugte
Wärme an
das rechte Gehäuse 10R abgegeben,
wobei der Rotationssensor 822, der in der Nähe des linken
Gehäuses 10L angeordnet
ist, durch die von den Vorrichtungen 821a und 821b erzeugte
Wärme nicht
beeinflusst wird.
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Da gemäß dieser Ausführungsform
auf diese Weise der Rotationssensor 822 auf der Steuereinheit 8 vorgesehen
ist und die Steuereinheit 8 so angeordnet ist, dass der
Rotationssensor 822 in der Nähe des Rotors (Zahnrad 111 mit
großem
Durchmesser) angeordnet ist, der synchron mit der Kurbelwelle 101 rotiert,
ist es möglich,
die Notwendigkeit des zusätzlichen
Vorsehens eines Raums für
den Rotationssensor 822 zu eliminieren und somit die gesamte
Hilfsantriebseinheit kompakt zu machen. Da ferner der Abstand zwischen
dem Rotationssensor 822 und der Steuereinheit 8 auf
Null reduziert werden kann, ist es möglich, nicht nur die Notwendigkeit
des Vorsehens einer Verdrahtungsleitung dazwischen zu eliminieren,
sondern auch das Einschließen
von Störungen in
einem Ausgangssignal vom Rotationssensor 822 zu unterdrücken.
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Da die Steuereinheit 8 in
der Haltung, in der die Hilfsantriebseinheit 1 an dem Karosserierahmen 2 montiert
ist, an einer Position angeordnet ist, die gegenüber der Kurbelwelle 101 nach
vorne unten versetzt ist, ist es möglich, eine Wirkung der Luftkühlung der
Steuereinheit 8 beim Fahren des Fahrrades zu verbessern
und somit die Kühleffizienz
der Steuereinheit 8 zu verbessern.
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Da gemäß dieser Ausführungsform
die Steuerplatine 82 in der Haltung, in der die Hilfsantriebseinheit 1 am
Karosserierahmen 2 montiert ist, von vorne nach hinten
bezüglich
des Karosserierahmens 2 nach unten geneigt ist, kann die
Steuerplatine 82 in der Hilfsantriebseinheit 1 enthalten
sein, indem der bestehende Innenraum effektiv genutzt wird, ohne das
Erscheinungsbild des unteren vorderen Abschnitts der Hilfsantriebseinheit 1 zu ändern. Durch Montieren
der Steuerplatine 82 derart, dass die Schaltungskomponentenmontageebene
derselben nach innen weist, ist es in diesem Fall möglich, die Wartung
der Steuerplatine 82 zu erleichtern.
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Ein Positionierungsstift 811,
der sich parallel zu einer Bodenfläche des scheibenförmigen Gehäuses 81 erstreckt,
steht von der Bodenfläche
des scheibenförmigen
Gehäuses 81 an
einer Position hervor, die einer Montageposition eines Rotationssensors 822 auf
der Steuerplatine 82 entspricht, wobei ein Positionierungsloch 911,
in das der Positionsstift 811 einzusetzen ist, in einem
Abschnitt des Gehäuses 10 ausgebildet
ist, der dem Positionierungsstift 811 zugewandt ist. In ähnlicher
Weise steht ein Positionierungsstift 812, der sich parallel
zu einer Seitenfläche
des scheibenförmigen
Gehäuses 81 erstreckt,
von der Seitenfläche
des scheibenförmigen Gehäuses 81 nach
außen
(siehe 4), wobei ein Positionierungsloch 912,
in das der Positionierungsstift 812 einzusetzen ist, in
einem Abschnitt des Gehäuses 10 ausgebildet
ist, der dem Positionierungsstift 812 zugewandt ist. Dementsprechend
können zwei
Ebenen der Steuereinheit 8 so positioniert werden, dass
ein Zwischenraum zwischen dem Rotationssensor 822 und einem
Zahnrad 111 mit großem Durchmesser
auf einem spezifischen Wert gehalten wird.
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Die Steuereinheit 8, d.
h. das scheibenförmige
Gehäuse 81,
ist relativ zum Gehäuse 10 so
positioniert, dass dann, wenn die Positionierungsstifte 811 und 812 zuerst
mit den Eingängen
der Positionierungslöcher 911 und 912 in
Kontakt kommen, der Rotationssensor 822 nicht dem Beschleunigungszahnrad 111 mit
großem
Durchmesser zugewandt ist, weshalb dann, wenn die Stifte 811 und 812 beginnen, in
die Löcher 911 und 912 einzudringen,
die relative Positionsbeziehung (Zuwendungsbeziehung) zwischen dem
Zahnradzahnabschnitt des Beschleunigungszahnrades 111 und
dem Rotationssensor 822 eine vorgegebene Beziehung annimmt.
Im Fall der Befestigung der Steuereinheit 8 am Gehäuse 10 stört daher
das Beschleunigungszahnrad 11 nicht den Rotationssensor 822,
der nahe dem Beschleunigungszahnrad 111 angeordnet ist,
so dass es möglich
ist, die Steuereinheit 8 leicht im Gehäuse 10 zu montieren.
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Wie in 5 gezeigt
ist, wird die Steuereinheit 8 am Gehäuse 10 befestigt,
indem beide Seitenabschnitte eines Endabschnitts des scheibenförmigen Gehäuses 81,
der dem Endabschnitt gegenüberliegt,
auf dem der Rotationssensor 822 und der Positionierungsstift 811 vorgesehen
sind, am Gehäuse 10 mittels
Schrauben 831 (831a und 831b, siehe 4) befestigt werden.
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Da auf diese Weise gemäß dieser
Ausführungsform
die Positionierungsstifte 811 und 812 als Positionierungsmittel
auf der Steuereinheit 8 vorgesehen sind und die Steuereinheit 8 an
der spezifischen Position in der Hilfsantriebseinheit 1 mit
ihrer spezifischen aufrechterhaltenen Haltung befestigt wird, ist
es möglich,
die relative Positionsbeziehung zwischen dem Rotationssensor 822 und
dem Rotor (Beschleunigungszahnrad 111) in der vorgegebenen Beziehung
zu halten, und somit die Genauigkeit der Erfassung der Drehzahl
des Rotors sicherzustellen.
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Da ferner gemäß dieser Ausführungsform ein
Seitenabschnitt der Steuereinheit 8 mit dem Gehäuse 10 der
Hilfsantriebseinheit 1 mittels des Positionierungsmittels
in Eingriff ist, das auf dem einen Seitenabschnitt der Steuereinheit 8 vorgesehen
ist, und der andere Seitenabschnitt der Steuereinheit 8 am
Gehäuse 10 mittels
Befestigungsmitteln befestigt ist, ist es möglich, die Befestigungsstruktur
zu vereinfachen und die Anzahl der Teile zu reduzieren.
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Da, wie in 6 gezeigt ist, ein Stromzuführungsanschluss 752 auf
einer Stirnfläche
des Elektromotors M auf der Abtriebsseite vorgesehen ist, ist ein
Stromversorgungskabel 751 erforderlich, das von der Abtriebsseite
des Elektromotors M zur Steuereinheit 8 verläuft. Da
bezüglich
des Verlaufs des Stromversorgungskabels 751 die vielen
Getriebezüge
auf der Abtriebsseite des Elektromotors M im Gehäuse 10 angeordnet
sind, kann das Stromversorgungskabel 751 vorzugsweise längs der
inneren Stirnfläche des
rechten Gehäuses 10R verlaufen,
statt der längs der
inneren Stirnfläche
des linken Gehäuses 10L zu verlaufen.
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Gemäß dieser Ausführungsform
ist eine zweite Innenwand 754 zusätzlich vorgesehen, derart, dass
sie parallel zu einer Innenwand 756 ist, die neben dem
Motorgehäuse 10M des
linken Gehäuses 10L angeordnet
ist, um einen Raum (Kabeldurchlass) 753 zu bilden, der
von den Innenwänden 754 und 756 umgeben
ist. Das Stromversorgungskabel 751 führt von der Stirnfläche des
Elektromotors M auf der Abtriebsseite zur inneren Stirnfläche des rechten Gehäuses 10R durch
den Kabeldurchlass 753 und verläuft ferner zur Steuereinheit 8 längs der
inneren Stirnfläche
des rechten Gehäuses 10R.
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Da mit dieser Konfiguration das Stromversorgungskabel 751 im
Einheitsgehäuse 10 von
der inneren Stirnflächenseite
des linken Gehäuses 10L zur
inneren Stirnfläche
des rechten Gehäuses 10R durch
den Kabeldurchlass 753 läuft, stört das Stromversorgungskabel 751 nicht
die Getriebezüge
und die anderen Komponenten.
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Um gemäß dieser Ausführungsform
ferner das Stromversorgungskabel 751 auf der inneren Stirnfläche des
rechten Gehäuses 10R zu
halten, ist eine Klammer 755 vorgesehen, derart, dass sie
zwischen den Lageransätzen 749 und 748 kreuzt,
die auf der inneren Stirnfläche
des rechten Gehäuses 10R errichtet
sind, um die Lager 184 und 185 zu unterstützen. Das
Stromversorgungskabel 751 läuft durch einen Durchlass,
der von den Ansätzen 749 und 748 und
der Klammer 755 umgeben ist, um somit festgeklemmt zu werden.
Durch Vorsehen der Klammer 755 derart, dass sie zwischen
den bestehenden Ansätzen 749 und 748 kreuzt,
ist es auf diese Weise möglich,
ein sicheres Klemmen des Stromversorgungskabels 751 mit
einer einfachen Struktur zu erreichen.
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Gemäß der Hilfsantriebseinheit,
die wie oben beschrieben konfiguriert ist, wird eine Beinkraft als Menschenkraft über die
Pedale 12 Kurbeln 11 in die Kurbelwelle 101 eingegeben
und von der ersten Antriebswelle 102a zur zweiten Antriebswelle 102b der ersten
Leerlaufwelle 102 über
das Beschleunigungszahnrad 111 übertragen. Andererseits wird
ein Drehmoment des Elektromotors M über das Zahnrad 115, die
zweite Leerlaufwelle 103, den Zahnradzahnabschnitt 114 und
das zweite Zahnrad 102e auf die zweite Antriebswelle 102b übertragen
und wird mit der Beinkraft auf der zweiten Antriebswelle 102b zusammengeführt. Die
resultierende Kraft an der zweiten Antriebswelle 102b wird über das
erste Zahnrad 102d und das vierte Zahnrad 118 auf
die Abtriebswelle 105 übertragen,
und wird weiter über
das Antriebsritzel 13 und die Kette 6 auf das
Hinterrad WR übertragen.
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Wie in 6 gezeigt
ist, ist hierbei ein näherungsweise
zentraler Abschnitt eines Verschiebungserfassungshebels 152,
von dem ein Ende durch einen Stift 153 schwenkbar unterstützt ist,
mit der Kugelschale 924 der ersten Leerlaufwelle 102 in
Eingriff, wobei ein Huberfassungsschaft 151 des Hubsensors 150,
der am rechten Gehäuse 10R befestigt ist,
mit dem anderen Ende des Verschiebungserfassungshebels 152 verbunden
ist. Wenn dementsprechend eine Differenzialphase zwischen den ersten und
zweiten Antriebswellen 102a und 102b der ersten
Leerlaufwelle 102 in Reaktion auf eine in die Kurbelwelle 101 eingegebene
Beinkraft auftritt, wird die Kugelschale 924 gemäß der Differenzialphase
axial verschoben. Der Verschiebungserfassungshebel 152 wird
durch die Axialverschiebung der Kugelschale 924 geschwenkt,
wobei die Schwenkbewegung des Hebels 152 auf den Hubsensor 150 übertragen
wird. Auf diese Weise wird die in die Kurbelwelle 101 eingegebene
Beinkraft durch den Hubsensor 150 erfasst.
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Die erfasste Beinkraft wird in ein
elektrisches Signal umgesetzt, das anschließend der Steuereinheit 8 zugeführt wird.
Die Steuereinheit 8 ermittelt ein am besten geeignetes
Hilfsdrehmoment auf der Grundlage einer Drehzahl der Kurbelwelle
(Beschleunigungszahnrad 111), die vom Rotationssensor 822 erfasst
wird, und der obenbeschriebenen Beinkraft, und steuert mittels der
Leistungstransistoren 821a einen Antriebsstrom, der dem
Elektromotor M zugeführt
werden soll, auf einen solchen Wert, dass dem Elektromotor M ermöglicht wird,
das obige Hilfsdrehmoment zu erzeugen.
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Da gemäß dieser Ausführungsform
der Beinkrafterfassungsmechanismus zum Umsetzen einer in die Kurbelwelle 101 eingegebenen
Beinkraft in eine mechanische Verschiebung an der ersten Leerlaufwelle 102 nahe
der Kurbelwelle 101 vorgesehen ist, ist es möglich, die
Notwendigkeit des Vorsehens eines Raums, der erforderlich ist, wenn
der Beinkrafterfassungsmechanismus unabhängig von der ersten Leerlaufwelle 102 vorgesehen
ist, zu eliminieren, und somit einen Raum sicherzustellen, der zum
Anordnen der Steuereinheit 8 im Gehäuse 10 der Hilfsantriebseinheit 1 benötigt wird,
ohne das Gehäuse 10 der
Hilfsantriebseinheit 1 zu vergrößern.
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Da gemäß dieser Ausführungsform
die zweite Antriebswelle 102b gewöhnlich mittels der Feder 102S zur
Seite des rechten Gehäuses 10R (Seite
des Lagers 184) vorbelastet ist, um positioniert zu werden,
ist auch die Axialposition der vertieften Nockennut 922,
die in der Stirnfläche
der ersten Antriebs welle 102a ausgebildet ist, relativ
zum rechten Gehäuse 10R positioniert,
wobei ferner, da der Hubsensor 150 an dem am rechten Gehäuse 10r
vorgesehenen Ansatz befestigt ist, er genau relativ zum rechten
Gehäuse 10R positioniert
ist.
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Wie oben beschrieben worden ist,
wird hier gemäß dieser
Ausführungsform
eine Verschiebung der ersten Antriebswelle 102a relativ
zur zweiten Antriebswelle 102b als Beinkraft mittels des
Hubsensors 150 erfasst, weshalb dann, wenn eine relative Positionsdifferenz
zwischen der zweiten Antriebswelle 102b und dem Hubsensor 150 auftritt,
es unmöglich
wird, die Beinkraft genau zu erfassen. Da jedoch gemäß dieser
Ausführungsform
die zweite Antriebswelle 102b und der Hubsensor 150 relativ
bezüglich des
gleichen Elements (rechtes Gehäuse 10R)
positioniert sind, wie oben beschrieben ist, kann die relative Positionsbeziehung
zwischen der zweiten Antriebswelle 102b und dem Hubsensor 150 gewöhnlich konstant
gehalten werden, mit dem Ergebnis, dass es möglich ist, die Beinkraft genau
zu erfassen.
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Eine zweite Ausführungsform der Hilfsantriebseinheit 1 ist
in den 7 bis 9 gezeigt. In diesen Figuren
sind Teile, die denjenigen entsprechen, die oben beschrieben worden
sind, oder diesen ähnlich sind,
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Gemäß der ersten Ausführungsform
wird eine vom Antriebsmotor M erzeugte Hilfskraft über die
zweite Leerlaufwelle 103 auf eine erste Leerlaufwelle 102 übertragen,
mit einer Beinkraft auf der ersten Leerlaufwelle 102 zusammengeführt, und
zur Abtriebswelle 105 übertragen;
gemäß der zweiten
Ausführungsform
wird jedoch eine von einem Antriebsmotor M erzeugte Hilfskraft direkt über eine
zweite Leerlaufwelle 103 auf eine Abtriebswelle 105 übertragen.
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Genauer, eine von einer Welle 104 des
Antriebsmotors M erzeugte Hilfskraft wird über ein Kunstharzzahnrad 115 auf
die zweite Leerlaufwelle 103 übertragen. Ein Zahnradzahnabschnitt 103a,
der mit einem Zahnrad 119 der Abtriebswelle 105 kämmt, ist
auf der zweiten Leerlaufwelle 103 ausgebildet. Die Hilfskraft,
die auf die zweite Leerlaufwelle 103 übertragen worden ist, wird über den
Zahnradzahnabschnitt 103a und das Zahnrad 119 auf
die Abtriebswelle 105 übertragen.
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Andererseits wird eine in eine Kurbelwelle 101 eingegebene
Beinkraft über
ein Beschleunigungszahnrad 111, die zweite Leerlaufwelle 103 und einen
Zahnradzahnabschnitt 113 der ersten Antriebswelle 102a auf
eine erste Leerlaufwelle 102 übertragen, und wird weiter über einen
Zahnradzahnabschnitt einer zweiten Antriebswelle 102b und
ein viertes Zahnrad 118 der Abtriebswelle 105 auf
die Abtriebswelle 105 übertragen.
Die Beinkraft wird auf der Abtriebswelle 105 mit der Hilfskraft
zusammengeführt.
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Da auf diese Weise gemäß dieser
Ausführungsform
eine vom Elektromotor M erzeugte Hilfskraft direkt auf die Abtriebswelle 105 übertragen
wird, ist es möglich,
die Anzahl der Zahnräder,
die auf der ersten Leerlaufwelle vorgesehen sind, im Vergleich zur
obigen Ausführungsform,
in der die erste Leerlaufwelle als Zusammenführungswelle verwendet wird,
zu reduzieren. Dies bewirkt eine Vergrößerung des beanspruchten Raumes
eines Beinkrafterfassungsmechanismus auf der ersten Leerlaufwelle
und somit eine Vergrößerung des
Freiheitsgrades bei der Gestaltung.
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Die Erfindung schafft eine Hilfsantriebseinheit,
die mittels einer kostengünstigen
Struktur die Drehrichtung einer Kurbelwelle an diejenige einer Abtriebswelle
angleichen kann und ferner eine in die Kurbelwelle eingegebene Beinkraft
genau erfassen kann.
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Eine Hilfsantriebseinheit enthält einen
Elektromotor zum Erzeugen einer Hilfskraft in Reaktion auf eine
in eine Kurbelwelle eingegebene Beinkraft, wobei die Hilfskraft
und die Beinkraft zusammengeführt
werden und eine resultierende Kraft auf ein Antriebsrad übertragen
wird. Die Hilfsantriebseinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass
sie ein Zahnrad 111 mit großem Durchmesser, das auf einer
Kurbelwelle 101 vorgesehen ist; eine Abtriebswelle 105 mit
dem Antriebsrad verbunden ist; eine Leerlaufwelle 102, die
zwischen der Kurbelwelle 101 und der Abtriebswelle 105 angeordnet
ist, derart, dass sie parallel hierzu verläuft, wobei die Leerlaufwelle 102 ein
Zahnrad 113 mit kleinem Durchmesser enthält, das
mit dem Zahnrad 111 mit großem Durchmesser der Kurbelwelle 101 kämmt, sowie
ein zweites Zahnrad 102d, das mit der Abtriebswelle 105 kämmt; und
einen Beinkrafterfas sungsmechanismus (102a, 102b, 102c usw.),
der auf der Leerlaufwelle 102 vorgesehen ist, um eine in
die Kurbelwelle 101 eingegebene Beinkraft zu erfassen,
enthält.