JP2011189877A - Power-assisted bicycle with regeneration mechanism - 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.
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は、電動補助力を与えるためのモータ用電源としてバッテリが搭載される。このバッテリは、１回の充電で長時間走行できることが望ましいことから、自走中のエネルギーを有効に利用し、その自走中の回生発電により、バッテリを充電する機能を備えた電動補助自転車が開発されている。 A battery is mounted as a motor power source for applying an electric assisting force to an electric assisting bicycle that adds an assisting force to the human power drive system by an electric motor. Since it is desirable for this battery to be able to run for a long time with a single charge, a battery-assisted bicycle equipped with a function of charging the battery effectively by utilizing energy during self-running and regenerative power generation during the self-running Has been developed.
その回生発電によるバッテリの充電装置として、例えば、特許文献１に、ブレーキレバーの操作を検出して回生装置に回生作動を指令する回生制御装置の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
As a battery charging device using regenerative power generation, for example,
この種の電力回生機能を搭載する場合、例えば、特許文献２に示すように、車軸周辺にモータ及び変速機を設けた電動補助自転車（ハブモータ方式）の場合は、車軸とモータのロータを直結とすることで、電力回生は比較的容易に実現できる（例えば、特許文献２参照）。
しかし、このハブモータ方式の場合、モータから二次電池までの距離が遠くなりがちであり、その二次電池までの配線の取り回しが煩雑になる傾向がある。また、モータをフロントの車軸に配置すると操作性が悪化し、リア側に配置すると変速機との両立が困難になるという問題もある。
When this type of power regeneration function is installed, for example, as shown in
However, in the case of this hub motor system, the distance from the motor to the secondary battery tends to be long, and the wiring of the secondary battery tends to be complicated. Further, when the motor is disposed on the front axle, the operability is deteriorated, and when the motor is disposed on the rear side, there is a problem that it is difficult to achieve compatibility with the transmission.
このため、電力回生機能を搭載する場合、操作性と構造の簡素化を求めるならば、例えば、特許文献３のように、クランク軸及びその軸受等を含む人力駆動系と、モータによる補助動力をクランク軸に合力させる駆動系とを単一のハウジングに収容した駆動装置、いわゆるセンタモータユニットを備えた構造（センタモータ方式）とするのが有利である（例えば、特許文献３参照）。
For this reason, when a power regeneration function is installed, if operability and simplification of the structure are desired, for example, as in
センタモータ方式で、電力回生機能を搭載した電動補助自転車として、例えば、特許文献４に示すものがある。
この電動補助自転車では、モータ出力軸と駆動スプロケットとの間に第一ワンウェイクラッチを設け、踏力が入力されるペダルクランク軸と駆動スプロケットとの間に第二のワンウェイクラッチを設け、さらにブレーキ操作に応じて第一ワンウェイクラッチをロックする直結手段を設けることで、制動時の電力回生を実現している。なお、リアハブとリアスプロケットとは、回生時にタイヤからの逆入力トルクをモータに伝えることができるように直結されている（例えば、特許文献４参照）。
For example,
In this battery-assisted bicycle, a first one-way clutch is provided between the motor output shaft and the drive sprocket, a second one-way clutch is provided between the pedal crankshaft to which the pedal force is input and the drive sprocket, and further for brake operation. Accordingly, by providing direct coupling means for locking the first one-way clutch, power regeneration during braking is realized. Note that the rear hub and the rear sprocket are directly connected so that reverse input torque from the tire can be transmitted to the motor during regeneration (see, for example, Patent Document 4).
また、同じく、電力回生機能を搭載した電動補助自転車として、例えば、特許文献５に示すものがある。
この電動補助自転車では、センタモータユニット内で、モータの出力軸にブレーキ操作に連動してロック方向を切り替えることが出来るツーウェイクラッチを設け、制動時の電力回生を実現している。
Similarly, for example,
In this battery-assisted bicycle, a two-way clutch capable of switching the lock direction in conjunction with the brake operation is provided on the output shaft of the motor in the center motor unit to realize power regeneration during braking.
そのツーウェイクラッチの構成を、例えば、図９及び図１０に基づいて説明すると、ツーウェイクラッチ２０を備えたクラッチユニット２１は、モータ側からの入力側部材として外輪２２を備え、また、出力側部材として内輪２３を備える。外輪２２と内輪２３の間には、係合子としての複数のローラ２４と、そのローラ２４を周方向に沿って保持する保持器２５と、その保持器２５を周方向一方に向かって付勢する弾性部材２６とを備える。
The configuration of the two-way clutch will be described with reference to FIGS. 9 and 10, for example. The
外輪２２の外周にはブッシュを介して入力ギヤ２７が圧入されている。このため、モータからの駆動力は、入力ギヤ２７、ブッシュを介して外輪２２に伝達される。
内輪２３の内周には出力軸２８が圧入されている。出力軸２８は軸受によってフレームに回転自在に支持されて、その軸方向端部にはスプロケットが固定されるようになっている。
An
An
外輪２２の内周面は円筒状であり、内輪２３の外周面には、前記ローラ２４と同数のカム面２９が形成されている。カム面２９は、クラッチの周方向に沿って、その中央部が最小径となるように形成され、その中央部から周方向両側に向かうにつれて徐々に径が大きくなっている。すなわち、このカム面２９と外輪２２の内周面との間に、前記中央部から正逆両回転方向へ向かって楔隙間３０が形成されている。
この外輪２２と内輪２３との間の空間において、通常、ローラ２４は、図１０（ａ）に示すように、弾性部材２６の付勢力により、前記楔隙間３０の正回転方向の楔の狭まる側に偏って位置している。
The inner peripheral surface of the
In the space between the
この状態で、モータから正回転方向の入力トルクが外輪２２に作用すると、ローラ２４は外輪２２及び内輪２３と係合し、その外輪２２と内輪２３とが正回転方向にロックされた状態となる。モータからの正回転方向の入力（駆動力）は内輪２３に伝達され、出力軸２８が同方向に回転する。また、この状態で、出力軸２８から内輪２３に正回転方向の逆入力トルクが付与された場合も同様に、ローラ２４は外輪２２及び内輪２３と係合した状態であり、内輪２３から外輪２２へのトルク伝達が可能な状態となる。これ以外の方向への入力、逆入力が付与された場合は、ローラ２４と外輪２２及び内輪２３との係合は解除され、トルクの伝達は行われない。
In this state, when an input torque in the forward rotation direction from the motor acts on the
ここで、乗員がブレーキ操作を行うことで、保持器２５に制動力が作用するようになっている。この制動は、シュー３２が保持器２５に押し付けられることによって行われる。
Here, a braking force is applied to the
ブレーキを操作している際は、モータは停止して駆動力は外輪２２に付与されず、慣性による正回転方向の逆入力トルクで内輪２３が空転する。この状態で、保持器２５に制動力が作用すると、弾性部材２６の付勢力に抗して保持器２５には回転方向への遅れが生じる。この遅れにより、保持器２５が内輪２３に対して逆回転方向に相対回転する。その相対回転により、図１０（ｂ）に示すように、ローラ２４は、楔隙間３０の正回転方向の楔の狭まる部分から離脱して、逆回転方向の楔の狭まる部分に噛み込む。これにより、外輪２２および内輪２３とを係合し、その外輪２２と内輪２３とが逆回転方向にロックされた状態となる。この状態で、外輪２２からの逆回転方向の入力トルクが内輪２３に伝達可能であり、また、内輪２３からの正回転方向の逆入力トルクが外輪２２に伝達可能な状態となる。これ以外の方向の入力、逆入力が付与された場合は、トルク伝達は行われない。
When the brake is operated, the motor is stopped and the driving force is not applied to the
このように、モータアシスト時には、ツーウェイクラッチを正回転方向でロックさせることにより、モータの出力を車軸に伝達することができ、モータアシストが可能となる。また、乗員のブレーキ操作に連動してツーウェイクラッチのロック方向を切替え、ツーウェイクラッチを逆回転方向でロックさせれば、車軸側からの逆入力トルク（正回転方向）をモータに伝達することができ、これによって回生発電およびブレーキアシストが可能となる。なお、この構成では、回生時に車軸側からの逆入力トルクをモータ側に伝達させる必要があるため、リアハブとリアスプロケットとは直結としている（例えば、特許文献５参照）。 Thus, at the time of motor assist, by locking the two-way clutch in the normal rotation direction, the output of the motor can be transmitted to the axle, and motor assist becomes possible. In addition, if the two-way clutch lock direction is switched in conjunction with the occupant's brake operation and the two-way clutch is locked in the reverse rotation direction, the reverse input torque (forward rotation direction) from the axle side can be transmitted to the motor. This makes it possible to perform regenerative power generation and brake assist. In this configuration, since it is necessary to transmit the reverse input torque from the axle side to the motor side during regeneration, the rear hub and the rear sprocket are directly connected (for example, see Patent Document 5).
前述のように、電動補助自転車は、モータを、クランク軸周辺に設けたセンタモータ方式と、モータを、フロントハブ若しくはリアハブに内装したハブモータ方式とに大別できる。 As described above, the battery-assisted bicycle can be roughly divided into a center motor system in which the motor is provided around the crankshaft and a hub motor system in which the motor is built in the front hub or the rear hub.
ハブモータ方式では、モータの他、減速機も併せてリアハブ内に組み込む必要があるが、スペース的に高減速比とすることが困難で、大きなトルクを得ることが出来ないという問題がある。また、重量物が、自転車の重心から離れた位置に配置されることで、操縦性が悪く、モータと電池が離れることで配線の取り回しも複雑になるという問題がある。さらには、タイヤからの衝撃が直接減速機及びモータに伝わるため、故障が起きやすいという欠点がある。そのため、現在ではセンタモータ方式が主流となっている。 In the hub motor system, it is necessary to incorporate a reduction gear in addition to the motor into the rear hub, but there is a problem that it is difficult to obtain a high reduction ratio in terms of space and a large torque cannot be obtained. In addition, since heavy objects are arranged at positions away from the center of gravity of the bicycle, there is a problem that maneuverability is poor, and wiring is complicated when the motor and the battery are separated. Furthermore, since the impact from the tire is directly transmitted to the speed reducer and the motor, there is a drawback that failure is likely to occur. For this reason, the center motor system is currently the mainstream.
センタモータ方式の駆動系において、電力回生機能を搭載する場合、車輪からの逆入力トルクをモータ軸に伝えるため、上記特許文献４や特許文献５では、リアハブとリアスプロケットは直結されている。
In the center motor type drive system, when the power regeneration function is installed, the rear hub and the rear sprocket are directly connected in
この点、一般的な自転車の変速機構は、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ッ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。内装変速機内には通常ワンウェイクラッチが設けられており、タイヤからの逆入力はリアハブからリアスプロケットに伝わらない。
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、防水性があり、メンテナンスフリーであるためシティサイクルに使われることが多い。現在のところ、電動アシスト自転車はシティサイクル自転車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。
In this regard, a general bicycle transmission mechanism is a system in which a multistage sprocket is provided on the same axis of either the crankshaft or the rear axle, or both, and the chain is moved between sprockets by a derailleur (exterior) There is a system (internal transmission) that changes gears by switching between a transmission and a gear provided inside the rear hub. A one-way clutch is usually provided in the internal transmission, and the reverse input from the tire is not transmitted from the rear hub to the rear sprocket.
The exterior transmission has a simple structure and is lightweight, but it causes wear of the sprocket and chain and also causes the chain to come off. On the other hand, internal transmissions are often used for city cycling because they are dustproof and waterproof and maintenance-free. At present, power-assisted bicycles are developed mainly for city cycle bicycles, most of which employ internal transmissions.
しかし、このように、内装変速機を採用すると、そのままでは、車輪からの逆入力はリアハブからリアスプロケットに伝わらない。このため、車輪からの逆入力によりセンタモータを回転、回生することができない。
逆入力に対応するため、例えば、車軸からクランク軸、及び車軸からモータ軸をそれぞれ別々の動力伝達要素で結合することも可能であるが、２本の伝達要素を用いることはレイアウト的にもコスト的にも商品価値の大幅な低下を招く。
However, when the internal transmission is employed as described above, the reverse input from the wheels is not transmitted from the rear hub to the rear sprocket as it is. For this reason, the center motor cannot be rotated and regenerated by reverse input from the wheels.
In order to support reverse input, for example, it is possible to connect the axle to the crankshaft and the axle to the motor shaft with separate power transmission elements, but using two transmission elements is costly in terms of layout. In particular, the product value is greatly reduced.
そこで、この発明は、内装変速機を備えたセンタモータ方式の電動補助自転車、特に、モータの出力軸からチェーン等の伝達要素までの間にツーウェイクラッチを備えた電動補助自転車において、できる限り装置を複雑化することなく、回生充電を可能とすることを課題とする。 In view of this, the present invention relates to a center motor-type battery-assisted bicycle equipped with an internal transmission, and particularly to a battery-assisted bicycle equipped with a two-way clutch between the motor output shaft and a transmission element such as a chain. An object is to enable regenerative charging without complication.
上記の課題を解決するために、この発明は、前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータを取り付け、クランク軸から伝達された踏力又は前記モータの出力による駆動力を伝達要素を介して駆動輪に伝達可能とし、モータの出力軸から前記伝達要素までの駆動力伝達経路にロック方向を切り替えることが出来るツーウェイクラッチが設けており、モータの非駆動時には、前記駆動輪から前記モータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を前記二次電池に還元する回生機構を備え、前記駆動輪に設けたハブ内部に変速機構と逆入力用ワンウェイクラッチとを備え、前記変速機構は、前記踏力又は前記モータの出力による駆動力をスプロケットを通じて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、車軸周りに変速用ワンウェイクラッチを介して設けられた少なくとも1つの太陽歯車と、前記太陽歯車と係合する遊星歯車と、前記遊星歯車と係合する外輪歯車と、前記遊星歯車を保持する遊星キャリアとを備え、前記スプロケットからの駆動力に対して前記太陽歯車が前記駆動輪の車軸周りに回転可能または回転不能とに切り替えて変速を行う変速制御機構を備えており、前記逆入力用ワンウェイクラッチは、前記太陽歯車と前記車軸との間に設けられて、前記駆動輪からの逆入力に対して前記太陽歯車が車軸周りに回転不能となる機能を有し、前記駆動輪からの逆入力がスプロケットから前記伝達要素、前記ツーウェイクラッチを介してモータに伝達されて回生発電することを特徴とする電動補助自転車の構成を採用した。 In order to solve the above-described problems, the present invention attaches a secondary battery and an auxiliary drive motor to a frame connecting the front wheel and the rear wheel, and applies a pedaling force transmitted from the crankshaft or a driving force based on the output of the motor. A two-way clutch is provided that can transmit to the driving wheel via the transmission element and can switch the locking direction to the driving force transmission path from the motor output shaft to the transmission element. When the motor is not driven, the driving wheel A regenerative mechanism for reducing regenerative power generated by reverse input to the output shaft of the motor to the secondary battery, a transmission mechanism and a reverse input one-way clutch inside the hub provided in the drive wheel, The speed change mechanism has a function of transmitting a driving force generated by the pedaling force or the output of the motor to the drive wheel through a sprocket, and the speed change mechanism is connected to the planetary gear mechanism. At least one sun gear provided through a one-way clutch for shifting around the axle, a planetary gear engaged with the sun gear, an outer ring gear engaged with the planetary gear, and the planetary gear A planetary carrier that holds a gear, and a shift control mechanism that shifts the sun gear so that it can rotate around the axle of the drive wheel or not rotate with respect to the driving force from the sprocket, The one-way clutch for reverse input is provided between the sun gear and the axle, and has a function of preventing the sun gear from rotating around the axle with respect to the reverse input from the drive wheel. Adopting a configuration of a battery-assisted bicycle, in which reverse input from a wheel is transmitted from a sprocket to the motor via the transmission element and the two-way clutch to generate regenerative power .
上記構成により、前進駆動時には、変速機構を介して駆動輪のスプロケットからハブに駆動力が伝達され、自転車は前進する。前進非駆動時には、逆入力用ワンウェイクラッチを介して、駆動輪のハブからの逆入力がスプロケットに伝達され、さらに、スプロケットから伝達要素を通してモータ駆動スプロケットにトルクが伝わることで、回生発電が可能となる。つまり、モータの出力軸とチェーン等の伝達要素との間に設けられたツーウェイクラッチによって、回生発電が必要なときに、タイヤからの逆入力をモータの出力軸に伝達する切替を行うことができる。なお、駆動力に対しては、逆入力用ワンウェイクラッチは常に空転する。
このため、内装変速機を備えたセンタモータ方式の電動補助自転車、特に、モータの出力軸からチェーン等の伝達要素までの間にツーウェイクラッチを備えた電動補助自転車において、装置を複雑化することなく、駆動力の伝達と逆入力の伝達とを実現できる。
With the above configuration, during forward driving, driving force is transmitted from the sprocket of the driving wheel to the hub via the speed change mechanism, and the bicycle moves forward. During forward non-drive, the reverse input from the hub of the drive wheel is transmitted to the sprocket via the one-way clutch for reverse input, and regenerative power generation is possible by transmitting torque from the sprocket to the motor-driven sprocket through the transmission element. Become. In other words, a two-way clutch provided between the motor output shaft and a transmission element such as a chain can perform switching to transmit reverse input from the tire to the motor output shaft when regenerative power generation is required. . The reverse input one-way clutch always idles with respect to the driving force.
For this reason, in a center motor type electric assist bicycle equipped with an internal transmission, particularly in an electric assist bicycle equipped with a two-way clutch between the output shaft of the motor and a transmission element such as a chain, the device is not complicated. Thus, transmission of driving force and transmission of reverse input can be realized.
また、これらの構成によれば、変速機構として遊星歯車機構をハブケース内に収納したから、その遊星歯車機構が備える外輪歯車をハブケースに一体とすることもできる。このように、外輪歯車とハブケースとを一体とすることで、リアハブの構造をさらに簡素化することができる。また、センタモータの出力軸にツーウェイクラッチを設けてあることから、ハブにおいて逆入力用ワンウェイクラッチを切り替える機構が不要であり、ハブの構造が簡素となる。 According to these configurations, since the planetary gear mechanism is housed in the hub case as the speed change mechanism, the outer ring gear included in the planetary gear mechanism can be integrated with the hub case. Thus, the structure of the rear hub can be further simplified by integrating the outer ring gear and the hub case. Further, since the two-way clutch is provided on the output shaft of the center motor, a mechanism for switching the one-way clutch for reverse input in the hub is unnecessary, and the structure of the hub is simplified.
この構成において、前記遊星歯車は歯数の異なる複数の歯車部を有し、前記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前記太陽歯車が噛み合っており、前記変速用ワンウェイクラッチにより、駆動力に対して複数の前記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複数段階の変速を可能とした構成を採用することができる。この構成によれば、高速状態における変速段数を、例えば２段、３段等のように複数段階に増やすことができる。このように複数段増速の変速機構とすることで、構造が簡素となる。 In this configuration, the planetary gear has a plurality of gear portions having different numbers of teeth, the sun gear is provided in the same number as the number of the gear portions, and one sun gear meshes with each gear portion. The shift one-way clutch adopts a configuration that enables multiple-stage shifts by selectively disabling any one of the plurality of sun gears relative to the driving force relative to the axle. can do. According to this configuration, the number of shift stages in the high speed state can be increased to a plurality of stages such as 2 stages, 3 stages, and the like. In this way, the structure is simplified by using a multi-stage speed increasing transmission mechanism.
また、前記遊星歯車は歯数の異なる３つの歯車部を有し、その３つの歯車部のうち、歯数が２番目の歯車部と前記外輪歯車とが噛み合っている構成とすることができる。
このように、遊星歯車が歯数の異なる３つの歯車部を有する場合において、歯数が２番目の歯車部と外輪歯車を噛み合わせることによって、コンパクトな構造でより大きな変速比を稼ぐことができる。
The planetary gear may have three gear portions having different numbers of teeth, and the gear portion having the second number of teeth and the outer ring gear among the three gear portions may be engaged with each other.
As described above, when the planetary gear has three gear portions having different numbers of teeth, the gear portion having the second number of teeth and the outer ring gear are meshed with each other, so that a larger gear ratio can be achieved with a compact structure. .
これらの各構成において、各ワンウェイクラッチとしてスプラグクラッチ、ローラクラッチ等種々の構造を採用し得るが、例えば、変速用ワンウェイクラッチとしてラチェットクラッチを採用することができる。また、変速用ワンウェイクラッチとしてラチェットクラッチを採用した場合、ラチェットクラッチ以外を採用した場合のいずれの構成においても、逆入力用ワンウェイクラッチにラチェットクラッチを採用することができる。
特に、逆入力用ワンウェイクラッチと変速用ワンウェイクラッチとを共にラチェットクラッチとすれば、ラチェット爪の周方向位置をずらすことが可能であるから、両者を軸方向近距離に配置することが可能となる。
In each of these configurations, various structures such as a sprag clutch and a roller clutch can be employed as each one-way clutch. For example, a ratchet clutch can be employed as a one-way clutch for shifting. In addition, when the ratchet clutch is employed as the one-way clutch for transmission, and in any configuration where other than the ratchet clutch is employed, the ratchet clutch can be employed as the one-way clutch for reverse input.
In particular, if the one-way clutch for reverse input and the one-way clutch for shifting are both ratchet clutches, it is possible to shift the circumferential position of the ratchet pawls, and therefore it is possible to dispose both at a short distance in the axial direction. .
このとき、変速用ワンウェイクラッチ、逆入力用ワンウェイクラッチの各ワンウェイクラッチ爪を太陽歯車側に設けることにより、車軸の構造をシンプルにすることができる。すなわち、変速用ワンウェイクラッチは、太陽歯車に設けられた変速用ワンウェイクラッチ爪と、車軸の外面に設けられた変速用クラッチカム面とを備え、逆入力用ワンウェイクラッチは、太陽歯車に設けられた逆入力用ワンウェイクラッチ爪と、車軸の外面に設けられた逆入力用クラッチカム面とを備えた構成である。 At this time, by providing the one-way clutch pawls of the one-way clutch for shifting and the one-way clutch for reverse input on the sun gear side, the structure of the axle can be simplified. That is, the transmission one-way clutch includes a transmission one-way clutch pawl provided on the sun gear and a transmission clutch cam surface provided on the outer surface of the axle, and the reverse input one-way clutch is provided on the sun gear. The reverse input one-way clutch pawl and the reverse input clutch cam surface provided on the outer surface of the axle are provided.
また、変速用ワンウェイクラッチの変速用クラッチカム面と、逆入力用ワンウェイクラッチの逆入力用クラッチカム面との両方の機能を発揮する凹凸を前記車軸の外周に設けた構成を採用することができる。このようにすれば、その凹凸が、変速用クラッチカム面と逆入力用クラッチカム面の両方の機能を有する両方向クラッチカム面となり、車軸の構造を簡素化することができる。 Further, it is possible to adopt a configuration in which unevenness that exhibits both functions of the shift clutch cam surface of the shift one-way clutch and the reverse input clutch cam surface of the reverse input one-way clutch is provided on the outer periphery of the axle. . In this way, the unevenness becomes a two-way clutch cam surface having both functions of the shift clutch cam surface and the reverse input clutch cam surface, and the structure of the axle can be simplified.
変速用ワンウェイクラッチ、逆入力用ワンウェイクラッチの各ワンウェイクラッチ爪を太陽歯車側に設けた構成において、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軸方向に移動自在であり、前記変速用スリーブを軸方向に移動操作することによって、前記切欠部が、前記変速用ワンウェイクラッチの変速用クラッチカム面の位置と、前記変速用ワンウェイクラッチの変速用クラッチカム面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、前記変速用ワンウェイクラッチの切り替えを行う構成を採用することができる。
このとき、変速制御機構は、変速用スリーブの軸方向移動操作によって、変速用ワンウェイクラッチ爪と変速用クラッチカム面との噛合を制御することができる。
In the configuration in which each one-way clutch pawl of the one-way clutch for shifting and the one-way clutch for reverse input is provided on the sun gear side, the shift control mechanism includes a shifting sleeve having a notch around the axle, and the shifting sleeve is The shift portion is movable in the axial direction of the axle, and the notch is moved to the axial direction of the shift sleeve so that the notch is positioned on the shift clutch cam surface of the shift one-way clutch and the shift one-way clutch. It is possible to adopt a configuration in which the shift one-way clutch is switched by moving from the position of the shift clutch cam surface to the position retracted.
At this time, the speed change control mechanism can control the meshing between the speed change one-way clutch pawl and the speed change clutch cam surface by an axial movement operation of the speed change sleeve.
ここで、変速用スリーブの部材が、変速用ワンウェイクラッチの変速用クラッチカム面を覆えば、それらのカム面が塞がれているため、ワンウェイクラッチ爪がそれらのカム面に噛み込むことはない。変速用スリーブがそのカム面上をスライドし、切欠部がワンウェイクラッチ爪とカム面との間に位置すると、ワンウェイクラッチ爪はカム面に噛み込むことが可能となる。 Here, if the gearshift sleeve member covers the gearshift clutch cam surface of the gearshift one-way clutch, the cam surfaces are blocked, so the one-way clutch pawls will not bite into those cam surfaces. . When the speed change sleeve slides on the cam surface and the notch is positioned between the one-way clutch pawl and the cam surface, the one-way clutch pawl can be engaged with the cam surface.
このとき、変速用スリーブの切欠部は、その軸方向端縁に、軸方向外側に向かって徐々に外径側に近づくテーパ面を有し、そのテーパ面に前記変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪が当接する構成を採用することができる。
また、前記変速用スリーブの切欠部は、その周方向端縁に、周方向外側に向かって徐々に外径側に近づくテーパ面を有し、そのテーパ面に前記変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪が当接する構成を採用することができる。
At this time, the notch portion of the speed change sleeve has a tapered surface at its axial end that gradually approaches the outer diameter side toward the outer side in the axial direction, and the speed change one-way clutch of the speed change one-way clutch is formed on the taper surface. A configuration in which the clutch pawl abuts can be employed.
The notch portion of the speed change sleeve has a tapered surface at its circumferential edge that gradually approaches the outer diameter side toward the outer side in the circumferential direction, and the speed change one-way clutch of the speed change one-way clutch is formed on the taper surface. A configuration in which the clutch pawl abuts can be employed.
変速用スリーブの切欠部の端縁にテーパ面を設け、そのテーパ面に、対応する各ワンウェイクラッチ爪が当接する構成とすれば、クラッチカム面に噛み込んだワンウェイクラッチ爪と切欠部が接触した際に、そのテーパ面の傾斜面によってワンウェイクラッチ爪をカム面から外す力を大きくすることができる。
また、その切欠部の周方向端部にテーパ面を設けることもできる。このようにすれば、逆方向の回転（逆入力用クラッチ部においては、駆動方向の回転）時に、ワンウェイクラッチ爪はテーパ面の傾斜面に沿ってカム面上を移動するため、スムーズな回転が可能となる。
If the taper surface is provided at the edge of the notch portion of the speed change sleeve, and the corresponding one-way clutch pawl comes into contact with the taper surface, the one-way clutch pawl and the notch portion that are engaged with the clutch cam surface come into contact with each other. In this case, the force that removes the one-way clutch pawl from the cam surface can be increased by the inclined surface of the tapered surface.
Further, a tapered surface can be provided at the circumferential end of the notch. In this way, the one-way clutch pawl moves on the cam surface along the inclined surface of the taper surface during reverse rotation (rotation in the drive direction in the reverse input clutch portion), so smooth rotation is achieved. It becomes possible.
また、変速用スリーブは、車軸内を通ってその一端が前記車軸の外部に引き出された操作部によって、車軸外からその軸方向への移動操作が可能になっている構成を採用することができる。このようにすれば、簡素な構成で、変速用ワンウェイクラッチにおける切り替え機能を実現できる。 Further, the speed change sleeve can adopt a configuration in which a movement operation in the axial direction from the outside of the axle can be performed by an operation portion whose one end is drawn out of the axle through the inside of the axle. . In this way, a switching function in the one-way clutch for shifting can be realized with a simple configuration.
なお、このとき、変速用スリーブは、弾性部材によって軸方向に付勢されている構成を採用することができる。このようにすれば、操作部を操作して前記変速用スリーブ及び前記逆入力用スリーブを軸方向へ移動させる際に、その軸方向一方又は他方への動きに弾性部材の付勢力を用いることができ、車軸外において操作部を操作させるために設けられる装置の構成を簡素化し得る。 At this time, the speed change sleeve can be configured to be biased in the axial direction by an elastic member. In this way, when the operating portion is operated to move the speed change sleeve and the reverse input sleeve in the axial direction, the biasing force of the elastic member is used for the movement in the axial direction in the one direction or the other direction. It is possible to simplify the configuration of the device provided for operating the operation unit outside the axle.
また、このとき、スプロケットはハブケース内の軸方向一方寄りに配置されており、変速制御機構を軸方向他方寄りに配置した構成を採用することができる。このように変速制御機構をスプロケットの逆側に配置すれば、装置がコンパクトになるため好ましい。 Further, at this time, the sprocket is disposed closer to one axial direction in the hub case, and a configuration in which the shift control mechanism is disposed closer to the other axial direction can be employed. Thus, it is preferable to dispose the speed change control mechanism on the opposite side of the sprocket because the device becomes compact.
なお、これらの全ての各構成において、センタモータユニット内においては、モータの出力軸から前記伝達要素までの間に、アシスト時にはモータからの駆動力を伝達でき、回生発電時には前記伝達要素からの逆入力を伝達可能であるツーウェイクラッチを備えている。
このため、アシストと回生発電の切替が容易となり、アシストがない状態でペダルを漕いだとき、モータの抵抗をスムーズに切り離すことができるため望ましい。このツーウェイクラッチとしては、ローラクラッチ、スプラグクラッチ等を採用することができる。
In each of these configurations, in the center motor unit, the driving force from the motor can be transmitted from the motor output shaft to the transmission element in the center motor unit during assist, and the reverse from the transmission element during regenerative power generation. It has a two-way clutch that can transmit input.
For this reason, switching between assist and regenerative power generation becomes easy, and it is desirable because the resistance of the motor can be disconnected smoothly when the pedal is stroked without assist. As this two-way clutch, a roller clutch, a sprag clutch or the like can be employed.
この発明は、回生エネルギーを二次電池に蓄えることができ、回生充電しない場合と比較して充電１回当たりの航続距離を大幅に延ばすことができる。また、現行の回生機能付き電動補助自転車は、フロント若しくはリアハブ内に重量の大きなモータを配置しているが、この発明によれば、モータを重心に近いクランク軸付近に配置することができるため、自転車全体の操縦性がよい。また、変速機構を備えているためにスタート時の踏力が少なくて済み、バランスを崩し難い上にアシストパワーも節約でき、更に航続距離が延びる。変速機構はハブに内装されるため、耐久性が高くメンテナンスフリーとすることができる。
すなわち、内装変速機を備えたセンタモータ方式の電動補助自転車、特に、モータの出力軸からチェーン等の伝達要素までの間にツーウェイクラッチを備えた電動補助自転車において、できる限り装置を複雑化することなく、回生充電を可能とできる。
According to the present invention, regenerative energy can be stored in the secondary battery, and the cruising distance per charge can be greatly extended as compared with the case where regenerative charging is not performed. Moreover, the current battery-assisted bicycle with a regenerative function has a heavy motor arranged in the front or rear hub, but according to the present invention, the motor can be arranged near the crankshaft near the center of gravity. Good maneuverability of the entire bicycle. In addition, since the speed change mechanism is provided, less pedaling force is required at the start, the balance is not easily lost, the assist power can be saved, and the cruising distance is further extended. Since the speed change mechanism is built in the hub, it is highly durable and maintenance-free.
In other words, in a motor-assisted bicycle of a center motor type equipped with an internal transmission, particularly in a motor-assisted bicycle equipped with a two-way clutch between the output shaft of the motor and a transmission element such as a chain, the device should be made as complex as possible. And regenerative charging is possible.
この発明の実施形態を、図１乃至図８に基づいて説明する。この実施形態の電動補助自転車は、前輪と後輪間の中央部付近において、その前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータ（センタモータユニット）を取り付けたセンタモータ方式である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The battery-assisted bicycle of this embodiment has a center motor system in which a secondary battery and an auxiliary drive motor (center motor unit) are attached to a frame connecting the front wheel and the rear wheel in the vicinity of the center between the front wheel and the rear wheel. It is.
駆動時、すなわち、ペダルを通じてクランク軸から伝達された踏力、又は前記モータの出力による駆動力が入力された場合は、図示しないセンタモータユニットのクランクスプロケットと、駆動輪である後輪のリアスプロケット（スプロケット）４とを結ぶチェーン等の伝達要素を介して、その後輪に駆動力が伝達可能となっている。また、前進非駆動時には、後輪のリアハブ（ハブ）１から前記モータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を、前記センタモータユニットの二次電池に還元する回生機構を備えている。
When driving, that is, when the pedaling force transmitted from the crankshaft through the pedal or the driving force due to the output of the motor is input, the crank sprocket of the center motor unit (not shown) and the rear sprocket of the rear wheel as the driving wheel ( The driving force can be transmitted to the rear wheel through a transmission element such as a chain connecting the
また、前記モータの出力軸とチェーン等の伝達要素の間には、ロック方向を切り替えることが出来るツーウェイクラッチ（図示せず）が設けてあり、モータのアシスト時には、駆動方向にロックし、回生発電が必要な際（例えばブレーキが操作された時など）には、逆入力に対してロックすることにより、逆入力がモータに伝達され、回生発電可能となる。このツーウェイクラッチとしては、例えば、従来の技術で説明した図９及び図１０に示すツーウェイクラッチ２０を用いることができる。 In addition, a two-way clutch (not shown) capable of switching the lock direction is provided between the output shaft of the motor and a transmission element such as a chain, and when assisting the motor, it is locked in the drive direction to generate regenerative power. When it is necessary (for example, when the brake is operated), the reverse input is transmitted to the motor by locking against the reverse input, and regenerative power generation is possible. As this two-way clutch, for example, the two-way clutch 20 shown in FIGS. 9 and 10 described in the prior art can be used.
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、変速用のクラッチを有する変速機構３や、逆入力伝達用のクラッチ等を備えている。なお、図１，３，５，７において、中心軸から上側を変速用クラッチの断面図とし、下側を逆入力用のクラッチの断面図としている。
As shown in FIG. 1, the
変速機構３は、直結と２段増速の合計３段変速が可能な遊星歯車機構で構成されている。前記変速機構３は、前記車軸５の外周に設けられた３つの太陽歯車３ａ（以下、第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２、第三太陽歯車３ａ−３と称する）が、それぞれ変速用ワンウェイクラッチ３ｉを介してその車軸５と接続されている。
The
変速用ワンウェイクラッチ３ｉは、車軸５の軸方向に並列して配置された第一クラッチ部３ｉ−１、第二クラッチ部３ｉ−２、第三クラッチ部３ｉ−３の三つからなる。第一太陽歯車３ａ−１には第一クラッチ部３ｉ−１が、第二太陽歯車３ａ−２には第二クラッチ部３ｉ−２が、第三太陽歯車３ａ−３には第三クラッチ部３ｉ−３が対応している。
The one-
この実施形態では、変速用ワンウェイクラッチ３ｉの前記第一クラッチ部３ｉ−１、前記第二クラッチ部３ｉ−２及び第三クラッチ部３ｉ−３として、それぞれラチェットクラッチを採用している。第一クラッチ部３ｉ−１、第二クラッチ部３ｉ−２及び第三クラッチ部３ｉ−３は、それぞれ、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、車軸５の外周に設けられた変速用クラッチカム面３ｆ（３ｆ−１，３ｆ−２，３ｆ−３）に、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ（３ｇ−１，３ｇ−２，３ｇ−３）が係合、又は係合解除するように動作する。その変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ（３ｇ−１，３ｇ−２，３ｇ−３）は、図示しない弾性部材によって、その一端が、前記車軸５側に設けた変速用クラッチカム面３ｆ（３ｆ−１，３ｆ−２，３ｆ−３）に向かって、起き上がる方向に付勢されている。
以下、第一クラッチ部３ｉ−１のカム面は変速用クラッチカム面３ｆ−１、第二クラッチ部３ｉ−２のカム面は変速用クラッチカム面３ｆ−２、第三クラッチ部３ｉ−３のカム面は変速用クラッチカム面３ｆ−３と称する。また、第一クラッチ部３ｉ−１のクラッチ爪（ラチェット爪）は変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１、第二クラッチ部３ｉ−２のクラッチ爪（ラチェット爪）は変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２、第三クラッチ部３ｉ−３のクラッチ爪（ラチェット爪）は変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−３と称する。
In this embodiment, a ratchet clutch is employed as each of the first
Hereinafter, the cam surface of the first
また、変速機構３は、前記第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２、第三太陽歯車３ａ−３に対して噛み合う３段の歯車部を有する遊星歯車３ｂ、その遊星歯車３ｂを保持する遊星キャリア３ｃ、及び遊星歯車３ｂに噛み合う外輪歯車３ｄと一体であるハブケース７を備えている。
The
この実施形態では、遊星歯車３ｂが備える３段の歯車部のうち、歯数が２番目の歯車部と外輪歯車３ｄとが噛み合っている。
In this embodiment, among the three-stage gear portions provided in the
また、図１に示すように、遊星キャリア３ｃと車軸５との間、遊星キャリア３ｃとハブケース７との間、及びハブケース７と車軸５との間には、それぞれ軸受部１３，１４，１５が設けられ、互いに相対回転可能に支持されている。
Further, as shown in FIG. 1, bearing
なお、この実施形態では、外輪歯車３ｄはハブケース７と一体に形成されているが、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噛み合わせる構成も考えられる。
In this embodiment, the
第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２及び第三太陽歯車３ａ−３は、変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第一クラッチ部３ｉ−１、第二クラッチ部３ｉ−２及び第三クラッチ部３ｉ−３によって、スプロケット４からの駆動力に対して、いずれか一つを選択的に車軸５に固定するか、あるいは両方をフリーの状態にすることができる。この切り替えは、後述の変速制御機構１０を操作することで行うことができる。
The
また、この実施形態では、逆入力用ワンウェイクラッチ２もラチェットクラッチで構成されている。この逆入力用ワンウェイクラッチ２の構成は、図２（ｂ）に示すように、第二太陽歯車３ａ−２の内周に逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ｇを有し、その逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ｇは、図示しない弾性部材によって、その一端が、前記車軸５側に設けた逆入力用クラッチカム面２ｆに向かって、起き上がる方向に付勢されている。
In this embodiment, the reverse input one-
また、車軸５の外面には、逆入力用ワンウェイクラッチ２の逆入力用クラッチカム面２ｆと、第二クラッチ部３ｉ−２の変速用クラッチカム面３ｆ−２の両方の機能を有する両方向クラッチカム面１１が設けられている。すなわち、両方向クラッチカム面１１は、周方向に凹部と凸部が交互に並ぶ凹凸で構成され、逆入力用ワンウェイクラッチ２と第二クラッチ部３ｉ−２とは、車軸５の軸方向に対してほぼ同じ位置に設けられている（図２（ｂ）参照）。このため、その両方向クラッチカム面１１は、変速用クラッチカム面３ｆ−２と逆入力用クラッチカム面２ｆとの両方の機能を発揮することができる。
Further, on the outer surface of the
なお、第一クラッチ部３ｉ−１に対応する変速用クラッチカム面３ｆ−１、第三クラッチ部３ｉ−３に対応する変速用クラッチカム面３ｆ−３は、それ単独として機能するように、車軸５の外面に設けられている（図２（ａ）（ｃ）参照）。
It should be noted that the shift
これらの構成により、例えば、第一太陽歯車３ａ−１を車軸５に固定した場合、その第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、第二太陽歯車３ａ−２と噛み合う遊星歯車の歯数をｂ、第一太陽歯車３ａ−１と噛み合う遊星歯車の歯数をｃ、外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、遊星キャリア３ｃから外輪歯車３ｄへの増速比は
［（ａ×ｂ）／（ｃ×ｄ）］＋１
となる。このとき、第二太陽歯車３ａ−２及び第三太陽歯車３ａ−３は空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
With these configurations, for example, when the
It becomes. At this time, the
また、第二太陽歯車３ａ−２を車軸５に固定した場合、その第二太陽歯車３ａ−２の歯数をａ、外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、遊星キャリア３ｃから外輪歯車３ｄへの増速比は
（ａ＋ｄ）／ｄ
となる。このとき、第一太陽歯車３ａ−１及び第三太陽歯車３ａ−３は空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
Further, when the
It becomes. At this time, the
また、第三太陽歯車３ａ−３を車軸５に固定した場合、その第三太陽歯車３ａ−３の歯数をａ、第二太陽歯車３ａ−２と噛み合う遊星歯車の歯数をｂ、第三太陽歯車３ａ−３と噛み合う遊星歯車の歯数をｃ、外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、遊星キャリア３ｃから外輪歯車３ｄへの増速比は
［（ａ×ｂ）／（ｃ×ｄ）］＋１
となる。このとき、第一太陽歯車３ａ−１及び第二太陽歯車３ａ−２は空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
When the
It becomes. At this time, the
すなわち、前記各太陽歯車３ａ−１，３ａ−２，３ａ−３は異なる歯数であり、いずれか一つを車軸５に対し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
つぎに、変速制御機構１０の構成について説明すると、前述のように、各太陽歯車３ａ−１，３ａ−２、３ａ−３の内面には、変速用ワンウェイクラッチ３ｉの変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１，３ｇ−２，３ｇ−３が設けられている。
また、車軸５の外面には、変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第一クラッチ部３ｉ−１の変速用クラッチカム面３ｆ−１（図２（ａ）参照）、逆入力用ワンウェイクラッチ２の逆入力用クラッチカム面２ｆと変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第二クラッチ部３ｉ−２の変速用クラッチカム面３ｆ−２の両方の機能を有する凹凸からなる両方向クラッチカム面１１（図２（ｂ）参照）、変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第三クラッチ部３ｉ−３の変速用クラッチカム面３ｆ−３（図２（ｃ）参照）が設けられている。
Next, the configuration of the
Further, on the outer surface of the
この変速用クラッチカム面３ｆ−１、両方向クラッチカム面１１（前記逆入力用クラッチカム面２ｆと変速用クラッチカム面３ｆ−２）、変速用クラッチカム面３ｆ−２を覆うように、車軸５の外周に変速用スリーブ１０ｂと逆入力用スリーブ１０ｃが周方向に沿って交互に配置されている（図２（ａ）（ｂ）（ｃ）参照）。
The
変速用スリーブ１０ｂは、周方向に沿って断続的に設けられており、変速用ワンウェイクラッチ３ｉの各変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１，３ｇ−２，３ｇ−３が対面する変速用クラッチカム面３ｆ−１，３ｆ−２，３ｆ−３を、外周側から覆うことができるようになっている。また、その軸方向２箇所に切欠部１０ｉを有する。
The
また、逆入力用スリーブ１０ｃも、周方向に沿って断続的に設けられており、逆入力用ワンウェイクラッチ２の逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ｇが対面する逆入力用クラッチカム面２ｆを、外周側から覆うことができるようになっている。また、その軸方向１箇所に切欠部１０ｈを有する。
The
特に、この実施形態では、前記変速用スリーブ１０ｂにおける第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１を覆う部分と、逆入力用スリーブ１０ｃにおける逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ｇを覆う部分とは、それぞれ車軸５の軸心を夾んで両側に配置されるとともに相互に前記車軸５周りに９０°位相がずれた位置に配置されている。すなわち、図２（ｂ）に示す軸直交断面において、変速用スリーブ１０ｂ、逆入力用スリーブ１０ｃが９０°毎に交互に現れる。このため、両者が干渉することが無くなり、小スペースで両方の機構を成立させることが可能となっている。
In particular, in this embodiment, a portion covering the shifting one-way
なお、第一クラッチ部３ｉ−１に対応する図２（ａ）に示す断面、第三クラッチ部３ｉ−３に対応する図２（ｃ）に示す断面においても、変速用スリーブ１０ｂと逆入力用スリーブ１０ｃとの配置は同様となっている。すなわち、変速用スリーブ１０ｂ、逆入力用スリーブ１０ｃが９０°毎に交互に現れる断面が、少なくとも変速用ワンウェイクラッチ３ｉ、逆入力用ワンウェイクラッチ２に対する有効範囲において、軸方向に沿って連続している。
Note that the
なお、ここで、変速用スリーブ１０ｂ及び逆入力用スリーブ１０ｃは、それぞれ周方向に沿って「部材のある部分」と「部材の無い部分」とが断続的に設けられており、「部材のある部分」の周方向長さ、「部材の無い部分」の周方向長さは、それぞれ両スリーブ１０ｂ，１０ｃ間で同じに設定されている。また、その断続の繰り返し数も同じである。
Here, each of the
その変速用スリーブ１０ｂは車軸５の軸方向に移動自在であり、変速用スリーブ１０ｂを軸方向に移動操作することによって、切欠部１０ｉが、変速用クラッチカム面３ｆの位置と、前記変速用クラッチカム面３ｆ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、前記変速用ワンウェイクラッチ３ｉの切り替えを行う。
The
また、変速制御機構１０は、車軸５の軸孔５ａ内を通ってその一端が前記車軸５から外部に引き出されて外部から軸方向への移動の操作が可能な操作部１０ａを備えている。操作部１０ａを軸方向に移動操作することによって、変速用スリーブ１０ｂを動作させ、前記変速用ワンウェイクラッチ３ｉの前記切り替えが可能である。
Further, the speed
ここで、図１に示すように、変速用スリーブ１０ｂは、車軸５に設けられた横穴１０ｇに挿入されたピン１０ｆによってその車軸５に固定されている。前記変速用ピン１０ｆを前記操作部１０ａによって前記横穴１０ｇ内で軸方向へ移動操作することにより、前記変速用スリーブ１０ｂの軸方向への移動を行うことができる。また、この変速用スリーブ１０ｂは、弾性部材１０ｄによって、軸方向に付勢されている。
Here, as shown in FIG. 1, the
また、その変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｉは、その軸方向端部に、外方（軸方向外側）へ向かうにつれて徐々に外径側に向かうテーパ面１０ｊを、周方向端部にも外方（周方向外側）へ向かうにつれて徐々に外径側に向かうテーパ面を備える。
このように、切欠部１０ｉの軸方向端部にテーパ面１０ｊを設けることで、変速用クラッチカム面３ｆに噛み込んだ変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇと切欠部１０ｉの縁が接触したときに、そのテーパ面１０ｊの傾斜面によって変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇを変速用クラッチカム面３ｆから外す力を大きくすることができる。
また、周方向端部にテーパ面を設けることで、逆方向の回転（変速用クラッチ部においては、逆入力方向の回転）時に、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇはテーパ面の傾斜面に沿ってカム面上を移動するため、スムーズな回転が可能となる。
Further, the
Thus, by providing the
Also, by providing a tapered surface at the circumferential end, the one-way
切欠部１０ｉが、第一クラッチ部３ｉ−１、第二クラッチ部３ｉ−２、第三クラッチ部３ｉ−３のいずれかの変速用クラッチカム面３ｆ（３ｆ−１，３ｆ−２，３ｆ−３）にのみ臨むことで、その臨んだ変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ（３ｇ−１，３ｇ−２，３ｇ−３）は、弾性部材の付勢力によって、その切欠部１０ｉ内に入り込んで、その一端が車軸５側の変速用クラッチカム面３ｆ（３ｆ−１，３ｆ−２，３ｆ−３）に係合する。
このとき、各切欠部１０ｉが同時に第一クラッチ部３ｉ−１、第二クラッチ部３ｉ−２、第三クラッチ部３ｉ−３の各変速用クラッチカム面３ｆ−１，３ｆ−２，３ｆ−３に臨むことがないように、軸方向に並ぶ切欠部１０ｉ同士の間隔が決定されているので、切欠部１０ｉが臨んでいない他の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ（３ｇ−１，３ｇ−２，３ｇ−３）は、変速用スリーブ１０ｂによって、変速用クラッチカム面３ｆ（３ｆ−１，３ｆ−２，３ｆ−３）への係合は阻止される。
The
At this time, the
また、逆入力用スリーブ１０ｃも、変速用スリーブ１０ｂとともに車軸５の軸方向に移動自在である。逆入力用スリーブ１０ｃを軸方向に移動操作することによって、その逆入力スリーブ１０ｃが備える切欠部１０ｈが移動するが、切欠部１０ｈは常に逆入力用クラッチカム面２ｆ上に位置している。
The
この逆入力用スリーブ１０ｃの軸方向移動も、前述の操作部１０ａを軸方向に移動操作することによって行うことができる。
逆入力用スリーブ１０ｃと操作部１０ａとの接続構造は、変速用スリーブ１０ｂと操作部１０ａとの接続構造と同じである。逆入力用スリーブ１０ｃは、共通の弾性部材１０ｄによって、軸方向に付勢されている。
The
The connection structure between the
また、その逆入力用スリーブ１０ｃの切欠部１０ｈについても、その軸方向端部にテーパ面を、また、周方向端部にもテーパ面を備えることもできる。テーパ面の効果は、変速用スリーブ１０ｂの場合と同様である。
Further, the
これらの構成により、駆動時には、スプロケット４からの駆動力は変速機構３を通じて駆動輪に伝達され、前進非駆動時には、変速制御機構１０の操作部１０ａの操作により、前記逆入力用ワンウェイクラッチ２における前記太陽歯車３ａと車軸５とを逆入力に対して回転不能とすることによって、駆動輪からの逆入力トルクをスプロケット４に伝達できる機能を発揮することができる。
With these configurations, during driving, the driving force from the
この実施形態の作用について、さらに詳しく説明すると、まず、変速１段目（増速１段目）の状態を図１及び図２に示す。第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１は、変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｉの位置にある。このため、第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１が、両方向クラッチカム面１１に噛み込み、駆動力に対して第一太陽歯車３ａ−１が車軸５に固定される（図２（ａ）参照）。
The operation of this embodiment will be described in more detail. First, the state of the first speed change (the first speed increase) is shown in FIGS. The one-way
一方、第二クラッチ部３ｉ−２の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２、及び、第三クラッチ部３ｉ−３の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−３は、変速用スリーブ１０ｂ及び逆入力用スリーブ１０ｃによって両方向クラッチカム面１１と隔てられている。このため、リアスプロケット４からの駆動力に対して、第二太陽歯車３ａ−２及び第三太陽歯車３ａ−３は、車軸５周りに相対回転可能となっている（図２（ｂ）（ｃ）参照）。
On the other hand, the one-way
したがって、リアスプロケット４から駆動力は、第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、第二太陽歯車３ａ−２と噛み合う遊星歯車の歯数をｂ、第一太陽歯車３ａ−１と噛み合う遊星歯車の歯数をｃ、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。
Accordingly, the driving force from the
Is transmitted to the
変速２段目（増速２）の状態を図３及び図４に示す。前述の図１及び図２に示す状態から、変速制御機構１０の操作部１０ａを、図３に矢印で示すように、車軸５外からの操作で軸方向のある位置まで押し込むことにより、変速用スリーブ１０ｂ及び逆入力用スリーブ１０ｃが軸方向にスライドする。このスライドにより、第二クラッチ部３ｉ−２の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２の位置に、変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｉが移動する。
このため、第二クラッチ部３ｉ−２の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２が、両方向クラッチカム面１１に噛み込み、駆動力に対して第二太陽歯車３ａ−２が車軸５に固定される（図４（ｂ）参照）。
The state of the second speed change (speed increase 2) is shown in FIGS. From the state shown in FIGS. 1 and 2, the
Therefore, the one-way
一方、このスライドにより、噛み合っていた第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１は、切欠部１０ｉからはずれることとなる。すなわち、第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１の位置では、変速用スリーブ１０ｂ及び逆入力用スリーブ１０ｃによって、変速用クラッチカム面３ｆ−１と変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１とが隔てられており、第一太陽歯車３ａ−１は車軸５周りに相対回転可能である（図４（ａ）参照）。
また、第三クラッチ部３ｉ−３の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−３の位置では、変速用スリーブ１０ｂ及び逆入力用スリーブ１０ｃによって両方向クラッチカム面１１と変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１とが隔てられており、第三太陽歯車３ａ−３は車軸５周りに相対回転可能である（図４（ｂ）（ｃ）参照）。
On the other hand, the one-way
Further, at the position of the one-way
これにより、変速用ワンウェイクラッチ３ｉの３つのクラッチ部のうち、第二クラッチ部３ｉ−２の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２のみが、両方向クラッチカム面１１に噛み込み、第二太陽歯車３ａ−２は駆動力に対して車軸５に固定される。
As a result, of the three clutch portions of the shift one-
この状態では、リアスプロケット４からの駆動力は、第二太陽歯車３ａ−２の歯数をａ、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３）の状態を図５及び図６に示す。変速制御機構１０の操作部１０ａを、図５に矢印で示すように、車軸５外からの操作でさらに押し込むことにより、変速用スリーブ１０ｂ及び逆入力用スリーブ１０ｃがさらに図中左側へと軸方向にスライドする。
The state of the third speed change (speed increase 3) is shown in FIGS. As shown by an arrow in FIG. 5, the
このスライドにより、第三クラッチ部３ｉ−３の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−３の位置に、変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｉが移動する。これにより、第三クラッチ部３ｉ−３の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−３は両方向クラッチカム面１１に噛み込み、第二太陽歯車３ａ−３は駆動力に対して車軸５にロックされる。
By this slide, the
このとき、第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１の位置、及び、第二クラッチ部３ｉ−２の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２の位置では、それぞれ、変速用スリーブ１０ｂによって、両方向クラッチカム面１１と第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１、及び、両方向クラッチカム面１１と第二クラッチ部３ｉ−２の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２が隔てられている。このため、第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２は車軸５の軸周りに回転可能である。
At this time, at the position of the shifting one-way
この状態では、リアスプロケット４からの駆動力は、第三太陽歯車３ａ−３の歯数をａ、第二太陽歯車３ａ−２と噛み合う遊星歯車３ｂの歯数をｂ、第三太陽歯車３ａ−３と噛み合う遊星歯車３ｂの歯数をｃ、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
なお、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、操作部１０ａに加えられた負荷（押圧力）を解放又は減少させることで、弾性部材１０ｄによって変速用スリーブ１０ｂが押し戻される。このとき、切欠部１０ｉの軸方向端部に設けられたテーパ面１０ｊによって、両方向クラッチカム面１１に噛み込んでいる変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ（３ｇ−１，３ｇ−２，３ｇ−３）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、スムーズな切替が可能となる。
When returning from the third speed to the second speed or returning from the second speed to the first speed, the
前進非駆動時（タイヤからの逆入力時）の状態を図７及び図８に示す。このとき、各太陽歯車３ａ−１，３ａ−２，３ａ−３の車軸５に対する回転方向は、駆動力作用時と逆向きとなる。
FIGS. 7 and 8 show the state when the vehicle is not driven forward (at the time of reverse input from the tire). At this time, the rotation directions of the sun gears 3a-1, 3a-2, 3a-3 with respect to the
このとき、変速状態によらず、逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ｇは逆入力用スリーブ１０ｃの切欠部１０ｈの位置にある。このため、逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ｇは両方向クラッチカム面１１に噛み込み、第二太陽歯車３ａ−２は、逆入力に対して車軸５に固定される。
At this time, the reverse input one-way
この状態では、タイヤからの逆入力は、第二太陽歯車３ａ−２の歯数をａ、外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、減速比
（ａ＋ｄ）／ｄ
でハブケース７からリアスプロケット４に伝達される。
In this state, the reverse input from the tire is the reduction ratio (a + d) / d, where a is the number of teeth of the
Is transmitted from the
このとき、回生発電を行う場合（例えば、ブレーキ操作時など）、モータの出力軸部に設けられた前記ツーウェイクラッチ（図示せず）を、逆入力に対してロックすることによって、逆入力がモータに伝達される。 At this time, when regenerative power generation is performed (for example, during brake operation), the reverse input is applied to the motor by locking the two-way clutch (not shown) provided on the output shaft portion of the motor against the reverse input. Is transmitted to.
このツーウェイクラッチは、前述のように、センタモータユニット内において、モータの出力軸からチェーン（伝達要素）までの間に設けられている。アシスト時にはモータからの駆動力を伝達でき、回生発電時には前記伝達要素からの逆入力をモータの出力軸に伝達可能である。
これにより、アシストと回生発電の切替が容易となり、アシストがない状態でペダルを漕いだとき、モータの抵抗を切り離すことができるようになっている。
As described above, this two-way clutch is provided between the motor output shaft and the chain (transmission element) in the center motor unit. The driving force from the motor can be transmitted during assist, and the reverse input from the transmission element can be transmitted to the output shaft of the motor during regenerative power generation.
As a result, switching between assist and regenerative power generation is facilitated, and the resistance of the motor can be disconnected when the pedal is stroked without assist.
なお、この逆入力時において、いずれの変速段においても逆入力に対して第二太陽歯車３ａ−２が車軸５にロックするため、タイヤからの逆入力の伝達経路は一定である。
At the time of this reverse input, the
また、後進非駆動時（自転車を降りて、後方に引くような状況）では、絶対的な回転方向は逆となるが、リアスプロケット４とハブケース７との相対回転の関係は、前進駆動時と同じである。
Further, when the vehicle is not driven backward (when the bicycle is dismounted and pulled backward), the absolute rotational direction is reversed, but the relationship between the relative rotation of the
また、この実施形態では、変速用スリーブ１０ｂと逆入力用スリーブ１０ｃとを、周方向に沿って交互に同数ずつ配置しているが、相対的に変速用スリーブ１０ｂの数を多くすることもできる。
Further, in this embodiment, the same number of the
すなわち、前述のように、この実施形態では、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、変速用スリーブ１０ｂ及び前記逆入力用スリーブ１０ｃは、それぞれ周方向に沿って「部材のある部分」と「部材の無い部分」とが断続的に設けられており、「部材のある部分」の周方向長さ、「部材の無い部分」の周方向長さは、両スリーブ１０ｂ，１０ｃともに同じに設定されている。また、その断続の繰り返し数も同じである。
That is, as described above, in this embodiment, as shown in FIGS. 2B and 2C, the
例えば、これを、変速用スリーブ１０ｂの「部材のある部分」の方が、逆入力用スリーブ１０ｃの「部材のある部分」よりも、周方向長さの合計が多くなるように設定することができる。このようにするためには、例えば、変速用スリーブ１０ｂの「部材のある部分」の１箇所当たりの周方向長さが、逆入力用スリーブ１０ｃの「部材のある部分」の１箇所当たりの周方向長さと同じである場合は、逆入力用スリーブ１０ｃの前記周方向への断続の繰り返し数よりも、前記変速用スリーブ１０ｂの前記周方向への断続の繰り返し数の方が多く設定することができる。このようにすると、変速切替のタイムラグが少なくなり、変速切替に重点を置くことができる。
For example, this may be set so that the total length in the circumferential direction is greater in the “portion with the member” of the shifting
例えば、この実施形態では、車軸５の外面に逆入力用スリーブ１０ｃと変速用スリーブ１０ｂが互いに９０°位相がずれた位置に配置されているが、変速用スリーブ１０ｂを３箇所とし、残り１箇所を逆入力用スリーブ１０ｃとすることもできる。この場合、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇが両方向クラッチカム面１１に噛み込むまでの最大移動距離（回転距離）が短くなるため、変速のタイミングを早くすることができる。一方で、回生が行われるタイミングは遅くなる。
For example, in this embodiment, the
また、車軸５は、軸方向に伸びる穴が軸方向片側から空けられており、その車軸５の軸方向他端は中実となっているが、これらを車軸５の軸方向全長に亘る貫通穴としてもよい。
The
また、この実施形態では、遊星歯車３ｂを３段としているが、１段、２段もしくは４段以上の遊星歯車を用いても差し支えない。このとき、変速機構３は、その遊星歯車３ｂの歯車部の段数と同数の太陽歯車３ａを備えたものとする。
各太陽歯車３ａは、それぞれ、変速用ワンウェイクラッチ３ｉによって、スプロケット４からの駆動力に対して、いずれか一つを選択的に車軸５に固定するか、あるいは全てをフリーの状態にすることができるように、変速制御機構１０によって制御されることとなる。
In this embodiment, the
Each of the sun gears 3a can be selectively fixed to the
また、この実施形態では、逆入力用ワンウェイクラッチ２を、第二太陽歯車３ａ−２と車軸５との間に設けているが、例えば、これを、第一太陽歯車３ａ−１と車軸５との間、又は第三太陽歯車３ａ−３と車軸５との間に設けてもよい。
In this embodiment, the reverse input one-
また、この実施形態では、変速用ワンウェイクラッチ３ｉ、逆入力用ワンウェイクラッチ２は、いずれもラチェットクラッチを採用したが、これらに関して、変速制御機構１０によって、同様に制御され得る限りにおいて、ローラクラッチ、スプラグクラッチ等、他の構成からなるワンウェイクラッチを採用することは差し支えない。
In this embodiment, the one-
また、この実施形態では、変速制御機構として、変速用スリーブ１０ｂを軸方向に移動操作することにより変速を行う機構を採用しているが、既知の内装変速機の変速制御機構を採用することができる。
In this embodiment, a mechanism that shifts the gear by moving the shifting
１ リアハブ（ハブ）
２ 逆入力用ワンウェイクラッチ
２ｆ 逆入力用クラッチカム面
２ｇ 逆入力用ワンウェイクラッチ爪
３ 変速機構
３ａ 太陽歯車
３ａ−１ 第一太陽歯車
３ａ−２ 第二太陽歯車
３ａ−３ 第三太陽歯車
３ｂ 遊星歯車
３ｃ 遊星キャリア
３ｄ 外輪歯車
３ｆ，３ｆ−１，３ｆ−２，３ｆ−３ 変速用クラッチカム面
３ｇ，３ｇ−１，３ｇ−２，３ｇ−３ 変速用ワンウェイクラッチ爪
３ｉ 変速用ワンウェイクラッチ
３ｉ−１ 第一クラッチ部
３ｉ−２ 第二クラッチ部
３ｉ−３ 第三クラッチ部
４ リアスプロケット（スプロケット）
５ 車軸
６ ハブフランジ
７ ハブケース
１０ 変速制御機構
１０ａ 操作部
１０ｂ 変速用スリーブ
１０ｃ 逆入力用スリーブ
１０ｄ 弾性部材
１０ｆ ピン
１０ｇ 横穴
１０ｈ，１０ｉ 切欠部
１０ｊ，１０ｍ テーパ面
１１ 凹凸（両方向クラッチカム面）
１３，１４，１５ 軸受部
1 Rear hub (hub)
2 Reverse input one-
5
13, 14, 15 Bearing part
Claims (12)
前記変速機構（３）は、前記踏力又は前記モータの出力による駆動力をスプロケット（４）を通じて前記駆動輪に伝達する機能を有し、前記変速機構（３）は、遊星歯車機構によって構成されて、車軸（５）周りに変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）を介して設けられた少なくとも1つの太陽歯車（３ａ）と、前記太陽歯車（３ａ）と係合する遊星歯車（３ｂ）と、前記遊星歯車（３ｂ）と係合する外輪歯車（３ｄ）と、前記遊星歯車（３ｂ）を保持する遊星キャリア（３ｃ）とを備え、前記スプロケット（４）からの駆動力に対して前記太陽歯車（３ａ）が前記駆動輪の車軸（５）周りに回転可能または回転不能とに切り替えて変速を行う変速制御機構（１０）を備えており、前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）は、前記太陽歯車（３ａ）と前記車軸（５）との間に設けられて、前記駆動輪からの逆入力に対して前記太陽歯車（３ａ）が車軸（５）周りに回転不能となる機能を有し、前記駆動輪からの逆入力がスプロケット（４）から前記伝達要素、前記ツーウェイクラッチを介してモータに伝達されて回生発電することを特徴とする電動補助自転車。 A secondary battery and an auxiliary drive motor are attached to the frame connecting the front wheel and the rear wheel, and the pedaling force transmitted from the crankshaft or the driving force by the output of the motor can be transmitted to the driving wheel via the transmission element. A two-way clutch capable of switching the locking direction to the driving force transmission path from the output shaft to the transmission element is provided, and is generated by reverse input from the driving wheel to the output shaft of the motor when the motor is not driven. A regenerative mechanism for reducing regenerative power to the secondary battery, a transmission mechanism (3) and a reverse input one-way clutch (2) inside a hub (1) provided on the drive wheel;
The speed change mechanism (3) has a function of transmitting the stepping force or the driving force generated by the output of the motor to the drive wheel through a sprocket (4), and the speed change mechanism (3) is constituted by a planetary gear mechanism. , At least one sun gear (3a) provided around the axle (5) via a speed change one-way clutch (3i), a planetary gear (3b) engaged with the sun gear (3a), and the planetary gear An outer ring gear (3d) that engages with (3b) and a planet carrier (3c) that holds the planetary gear (3b), and the sun gear (3a) against the driving force from the sprocket (4). Is provided with a shift control mechanism (10) for performing a shift by switching between rotation and non-rotation around the axle (5) of the drive wheel, and the reverse input one-way clutch (2) includes the sun gear (3a ) And the axle (5) so that the sun gear (3a) cannot rotate around the axle (5) with respect to the reverse input from the drive wheel, and the drive wheel A regenerative power generation is performed by reversing electric power from a sprocket (4) to the motor via the transmission element and the two-way clutch.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103359254A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-23 | 本田技研工业株式会社 | Electric vehicle |
| CN107021177A (en) * | 2016-01-29 | 2017-08-08 | 株式会社岛野 | Bicycle drive unit |
| JP2018179181A (en) * | 2017-04-17 | 2018-11-15 | 日本精工株式会社 | Oneway clutch device |
| CN111156301A (en) * | 2019-12-31 | 2020-05-15 | 西南大学 | Coaxial multilayer multi-stage intelligent speed change system suitable for electric two-wheeled vehicle |
| DE102016113871B4 (en) | 2015-07-31 | 2022-03-10 | GM Global Technology Operations LLC | product |
-
2010
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