JP2013517176A - トルクセンサーを内蔵したモーター - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の別の目的は、電動アシスト自転車用の改善された電気モーターを実現することである。
当業者であれば、以下の説明から本発明の他の目的を導き出すことであろう。したがって、前述の目的に関する説明は、網羅的ではなく、本発明の多くの目的のうちの一部を例示するためのものである。
好ましくは、トルクセンサーをコントローラのセンサーに結合するアクチュエータは、モーターシャフトの中空ボア内に収容され、これにより、モーターハウジングの一方の端部のところにあるトルクセンサーをモーターハウジングの別の端部のところにあるコントローラに結合する。
好ましくは、歯なし遊星歯車機構は、モーターシャフトの回転軸に対する歯なし遊星歯車のオフセットによって引き起こされる重量のアンバランスを解消するように構成されたカウンターバランス部材を備える。カウンターバランス部材は、歯なし遊星歯車が回転しているときに歯なし遊星歯車の釣り合いを取るために歯なし遊星歯車とともに回転するように配置された全体的に半円形の重み付け部材を含むことができる。
本発明の別の態様では、モーターユニットは、ペダル駆動式装置に搭載されたバッテリパックから電力の供給を受ける電気モーターである。
またこの実施形態では、遊星歯車20は、偏心輪22上で回転可能に支持され、これにより、遊星歯車20は、偏心輪22が回転すると回転し、これにより遊星歯車20の回転軸の位置は、遊星歯車20が回転するとモーターシャフト4の回転軸に相対的に変化して、遊星歯車20の回転軸の可変位置がモーターシャフト1の回転軸上に中心を持つ円を画定し、前記円は所定のオフセット量に等しい半径を有する。遊星歯車20は内輪歯車8より小さい直径を有し、内輪歯車8は、モーターシャフト4の回転軸と一致する中心軸を有する。遊星歯車20は内輪歯車8より少ない歯数を有する。
遊星歯車機構の遊星歯車キャリア11は、モーターがもたらす駆動力をスプロケット16に伝達し、そうする際に、モーター駆動力をスプロケット16に機械的に伝達する正確で効率的な方法を提供する。
図5は、本発明によるモーターおよびスプロケットアセンブリの第2の実施形態を示している。この実施形態の説明では、図1から4で使用されているのと同様の番号を使用して類似の部品を示すが、それらの部品の違いについては以下で説明する。
歯なし遊星歯車機構は、回転軸がモーターシャフト4の回転軸に対して所定の量だけオフセットされている第1および第2の歯なし遊星歯車30、31を有する。歯なし遊星歯車機構の減速比は、歯なし遊星歯車30、31の各直径と第1および第2の遊星歯車30、31が回転のために配置されている単一の共通の歯なし内輪歯車29の直径との間の関係によって画定される。歯なし遊星歯車30、31は、歯なし内輪歯車39より小さい直径を有する。第1および第2の歯なし遊星歯車30、31は、第1および第2の偏心輪22、25上でそれぞれ回転可能に支持され、それぞれ他方と釣り合うように互いに半回転位相外れで共通の単一の歯なし内輪歯車29内に配置される。第2の遊星歯車31は、軸受28によって第2の偏心輪25上に取り付けられる。ピン17は、他の実施形態より長くされ、遊星歯車30、31の両方における開口19、27の各セットを貫通する。第1および第2の遊星歯車30、31の外面は、歯なし内輪歯車29の内面と係合する。内輪歯車の内面および/または遊星歯車30、31の外面を粗面化して、線接触で前記係合している表面の間に作用する摩擦係数を増大させることができる。第1および第2の遊星歯車30、31と歯なし内輪歯車29との間の摩擦嵌めは、歯なし内輪歯車29を加熱して第1および第2の歯なし遊星歯車30、31の上に焼嵌めすることによってなされる。
この実施形態では他の実施形態と同様に、第1の板部材5030は、第1のスプロケット5012のスプロケット取付部材5038に相対的な限定された回転変位量を有するように構成され、この移動を検出するための手段5062および検出された移動を制御入力に変換するための手段50100、50100’は、図29から35を見るとわかるように他の実施形態と同様にして実現される。移動検出手段のレバー5062は、取付用金具5088を使用してスプロケット取付部材5038に取り付けられる。
この改善において、通常のバネ8056および短いバネ8056’は、モーターによる所望の出力増大効果を得るために、特定の長さ、剛性、および数を、必要に応じて組み合わせて有するように選択されうる。
知られている原動機付き自転車と比較して、本発明は、少なくとも以下の利点を有する。
(4)駆動モードが上記の構造に基づく場合、これは乗っているときの乗り手の労力を軽減することができる。
本発明は、図面と前記の説明において詳しく例示され説明されているが、その性格上例示的であり、制限的でないと考えられ、例示的な実施形態のみが示され説明されており、またいかなる形でも本発明の範囲を制限しないことは理解されるであろう。本明細書で説明されている特徴はどれも、任意の実施形態とともに使用することができることは理解されうる。例示的な実施形態は、互いに、または本明細書で参照されていない他の実施形態について排他的でない。したがって、本発明は、上述の例示的な実施形態のうちの1つまたは複数の組み合わせを含む実施形態も構成する。本明細書で述べたような本発明の修正および変更は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく加えることができ、したがって、このような制限のみが、付属の請求項によって指示されているものとして課されるべきである。
Claims (43)
- モーターユニットであって、
モーターを収納するためのハウジングと、
モーターがもたらす駆動力を受けるためのモーターシャフトと、
トルクを検出するためのトルクセンサー機構と、
前記モーターシャフトに伝えられるモーターがもたらす駆動力の量を変化させるためにトルクの検出された量に応じて前記モーターに供給される電力を制御するコントローラと、
前記トルクセンサーを前記コントローラのセンサーに結合するアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータは、前記コントローラセンサーに相対的に移動するように構成され、これにより前記センサーは前記検出されたトルクレベルを示す信号を発生し、前記コントローラは、前記モーターの前記ハウジング内に収納されるモーターユニット。 - 前記コントローラは、前記モーターハウジングの一端内に配置され、前記トルクセンサーは、前記モーターハウジングの対向端部に接続される請求項1に記載のモーターユニット。
- 前記トルクセンサーを前記コントローラのセンサーに結合する前記アクチュエータは、前記モーターシャフトの中空ボア内に収容され、これにより、前記モーターハウジングの一方の端部にある前記トルクセンサーを前記モーターハウジングの別の端部にある前記コントローラに結合する請求項1または請求項2に記載のモーターユニット。
- 外部からもたらされる駆動力を受けるための補助シャフトと、
前記外部からもたらされる駆動力を駆動機構に伝達するための第1のトルク伝達経路と、
前記モーターがもたらす駆動力を前記駆動機構に伝達するための第2のトルク伝達経路とをさらに備え、
第1の一方向駆動手段は、前記駆動機構が前記第2のトルク伝達経路を通じて前記モーターがもたらす駆動力によって駆動されているときに前記補助シャフトが惰性で回ることができるように前記補助シャフトと前記駆動機構との間の前記第1のトルク伝達経路内に設けられる請求項3に記載のモーターユニット。 - 前記モーターシャフトは、前記補助シャフトが前記モーターシャフトの中空ボアを通じて自由に収容され、その回転軸が平行になるように前記補助シャフトの周りに同軸状に配置される請求項4に記載のモーターユニット。
- 前記補助シャフトおよび前記モーターシャフトは、同じ回転軸を共有する請求項5に記載のモーターユニット。
- 前記第1のトルク伝達経路は、外部からもたらされる駆動力を受けるための前記補助シャフトと前記第1の一方向駆動手段とを備え、前記第1の一方向駆動手段は、前記補助シャフトを前記駆動機構に機械的に結合し、これにより、前記第1の一方向駆動手段は、前記外部からもたらされる駆動力を前記駆動機構に伝達し、前記第1の一方向駆動手段は、前記駆動機構が前記モーターシャフトによって駆動されているときに前記補助シャフトが慣性で回ることを可能にする請求項4から6のいずれか1項に記載のモーターユニット。
- 前記第1の一方向駆動手段は、フリーホイールデバイスを備える請求項7に記載のモーターユニット。
- 前記第2のトルク伝達経路は、前記モーターシャフトと前記モーターシャフトを前記駆動機構に機械的に結合する歯車機構とを備え、前記歯車機構はある減速比を有し、前記モーターがもたらす駆動力を前記モーターシャフトから前記駆動機構に前記減速比で伝達するように動作する請求項4から8のいずれか1項に記載のモーターユニット。
- 前記歯車機構は、回転軸が前記モーターシャフトの前記回転軸に対して所定の量だけオフセットされている遊星歯車を有する遊星歯車機構を備える請求項9に記載のモーターユニット。
- 前記遊星歯車は、偏心輪上で回転可能に支持され、これにより、前記遊星歯車は、前記偏心輪が回転すると回転し、これにより前記遊星歯車の回転軸の位置は、前記遊星歯車が回転すると前記モーターシャフトの回転軸に相対的に変化して、前記遊星歯車の前記回転軸の前記可変位置が前記モーターシャフトの前記回転軸上に中心を持つ円を画定し、前記円は前記所定のオフセット量に等しい半径を有する請求項10に記載のモーターユニット。
- 前記遊星歯車は、内側で回転するために中に前記遊星歯車が中に配置される内輪歯車より小さい直径を有し、前記内輪歯車は適所に固定され、前記モーターシャフトの前記回転軸と一致する中心軸を有し、前記遊星歯車は前記内輪歯車より少ない数の歯を有する請求項11に記載のモーターユニット。
- 前記遊星歯車は、軸受によって前記偏心輪上に回転可能に支持される請求項12に記載のモーターユニット。
- 前記遊星歯車機構の遊星歯車キャリアは、前記モーターがもたらす駆動力を前記駆動機構に伝達するように構成される請求項12または請求項13に記載のモーターユニット。
- 前記遊星歯車機構は、前記モーターシャフトの前記回転軸に対する前記遊星歯車の前記オフセットによって引き起こされる重量のアンバランスを解消するように構成されたカウンターバランス部材を備える請求項10から14のいずれか1項に記載のモーターユニット。
- 前記カウンターバランス部材は、前記遊星歯車が回転しているときに前記遊星歯車の釣り合いを取るために前記遊星歯車とともに回転するように配置された全体的に半円形の重み付け部材を含む請求項15に記載のモーターユニット。
- 前記遊星歯車機構は、重み付けカンタータバランス部材を備えていないが、互いに半回転位相異なって配置されている第1および第2の同一の遊星歯車を備え、前記第1および第2の遊星歯車は回転で互いに釣り合いを取る請求項10から14のいずれか1項に記載のモーターユニット。
- 前記第1および第2の遊星歯車は、共通の単一の内輪歯車内で互いに半回転位相異なって回転するように配置される請求項17に記載のモーターユニット。
- 前記第1および第2の遊星歯車のそれぞれは、各第1および第2の偏心輪上に支持可能に取り付けられる請求項17に記載のモーターユニット。
- 前記遊星歯車キャリアは、それとともに回転するように前記駆動機構に取り付けられる請求項14に記載のモーターユニット。
- 前記遊星歯車キャリアは、それとともに回転するように前記第1の一方向駆動手段の出力部材にも固定され、これにより、前記外部からもたらされる駆動力は前記第1のトルク伝達経路を介して、前記遊星歯車機構を通じて前記モーターシャフトに、さらには前記駆動機構に伝達される請求項20に記載のモーターユニット。
- 前記歯車機構は、回転軸が前記モーターシャフトの前記回転軸に対して所定の量だけオフセットされている歯なし遊星歯車を有する歯なし遊星歯車機構を備え、前記歯なし遊星歯車機構の前記減速比は、それぞれの前記歯なし遊星歯車の直径と前記遊星歯車が回転のために配置されている歯なし内輪歯車の直径との間の関係によって画定され、前記歯なし遊星歯車は前記歯なし内輪歯車より小さい直径を有する請求項9に記載のモーターユニット。
- 前記歯なし遊星歯車は、偏心輪上で回転可能に支持され、これにより、前記歯なし遊星歯車は、前記偏心輪が回転すると回転し、これにより前記歯なし遊星歯車の回転軸の位置は、前記歯なし遊星歯車が回転すると前記モーターシャフトの回転軸に相対的に変化して、前記歯なし遊星歯車の前記回転軸の前記可変位置が前記モーターシャフトの前記回転軸上に中心を持つ円を画定し、前記円は前記所定のオフセット量に等しい半径を有する請求項22に記載のモーターユニット。
- 前記歯なし内輪歯車は、適所に固定され、前記モーターシャフトの前記回転軸と一致する中心軸を有する請求項23に記載のモーターユニット。
- 前記歯なし遊星歯車は、軸受によって前記偏心輪上に回転可能に支持される請求項24に記載のモーターユニット。
- 前記歯なし遊星歯車機構の遊星歯車キャリアは、前記モーターがもたらす駆動力を前記駆動機構に伝達するように構成される請求項24または請求項25に記載のモーターユニット。
- 前記歯なし遊星歯車機構は、前記モーターシャフトの前記回転軸に対する前記歯なし遊星歯車の前記オフセットによって引き起こされる重量のアンバランスを解消するように構成されたカウンターバランス部材を備える請求項22から26のいずれか1項に記載のモーターユニット。
- 前記カウンターバランス部材は、前記歯なし遊星歯車が回転しているときに前記歯なし遊星歯車の釣り合いを取るために前記歯なし遊星歯車とともに回転するように配置された全体的に半円形の重み付け部材を含む請求項27に記載のモーターユニット。
- 前記歯なし遊星歯車機構は、重み付けカンタータバランス部材を備えていないが、互いに半回転位相異なって配置されている第1および第2の同一の歯なし遊星歯車を備え、前記第1および第2の歯なし遊星歯車は回転で互いに釣り合いを取る請求項22に記載のモーターユニット。
- 前記第1および第2の歯なし遊星歯車は、共通の単一の歯なし内輪歯車内で互いに半回転位相異なって回転するように配置される請求項29に記載のモーターユニット。
- 前記第1および第2の歯なし遊星歯車のそれぞれは、各第1および第2の偏心輪上に支持可能に取り付けられる請求項29または請求項30に記載のモーターユニット。
- 前記遊星歯車キャリアは、それとともに回転するように前記駆動機構に取り付けられる請求項26に記載のモーターユニット。
- 前記遊星歯車キャリアは、それとともに回転するように前記第1の一方向駆動手段の出力部材にも固定され、これにより、前記外部からもたらされる駆動力は前記第1のトルク伝達経路を介して、前記歯なし遊星歯車機構を通じて前記モーターシャフトに、さらには前記駆動機構に伝達される請求項32に記載のモーターユニット。
- 前記歯なし遊星歯車は、前記偏心輪上に回転可能に支持され、その回転軸は、前記モーターシャフトの前記回転軸に対して所定の量だけオフセットされ、前記歯なし内輪歯車を加熱し、それを前記歯なし遊星歯車上に焼嵌めすることによって歯なし内輪歯車表面と係合するように前記歯なし内輪歯車内に配置される請求項23に記載のモーターユニット。
- 前記第1および第2の歯なし遊星歯車は、その回転軸が前記モーターシャフトの前記回転軸に対して所定の量だけオフセットされている前記第1および第2の偏心輪上にそれぞれ回転可能に支持され、互いに半回転位相異なって回転するように共通の単一の歯なし内輪歯車内に配置され、前記歯なし内輪歯車を加熱し、それを前記第1および第2の歯なし遊星歯車上に焼嵌めすることによって歯なし内輪歯車表面と係合する請求項29に記載のモーターユニット。
- 第2の一方向駆動手段は、前記駆動機構が前記第1のトルク伝達経路を通じて前記外部からもたらされる駆動力によって駆動されているときに前記モーターシャフトが回転を生じないように前記モーターシャフトと前記駆動機構との間の前記第2のトルク伝達経路内に設けられる請求項1から20、23から32、35または36のいずれか1項に記載のモーターユニット。
- 前記第2の一方向駆動手段は、前記遊星歯車キャリア上に移動可能に配設され、前記駆動機構とともに回転するように固定されているラチェットホイールのラックと係合するように配置されている少なくとも1つのラチェット部材を備える請求項36に記載のモーターユニット。
- 前記ラチェット部材の前記自由端が前記ラチェットホイールの前記ラック内の歯と係合するように、前記少なくとも1つのラチェット部材に、前記ラチェット部材の自由端を前記遊星歯車キャリアの表面から外向きに弾力的に付勢するための手段が付随する請求項37に記載のモーターユニット。
- 前記モーターユニットは、ペダル駆動式装置の一部を含む請求項4から38のいずれか1項に記載のモーターユニット。
- 前記モーターユニットは、ペダル駆動式装置に搭載されたバッテリパックから給電される電気モーターである請求項4から39のいずれか1項に記載のモーターユニット。
- 前記トルクセンサーは、
前記モーターシャフトの回転軸の周りの回転のために取り付けられている第1の駆動部材と、
前記モーターシャフトの前記回転軸の周りの回転のために取り付けられている第2の被駆動部材と、
前記モーターシャフトの回転軸の周りの前記被駆動部材の回転方向の前記第2の被駆動部材に相対的な前記第1の駆動部材の移動を検出するための手段とを備え、
前記アクチュエータは、前記検出された移動を前記コントローラの前記センサーに伝えるための手段を備える請求項4から40のいずれか1項に記載のモーターユニット。 - 請求項1から41のいずれか1項に記載のモーターユニットを有する装置。
- 前記外部からもたらされる駆動力は、前記補助シャフトとともに回転するように固定されている前記装置の人力操作可能なペダルによって与えられる人力でもたらされる駆動力であり、前記補助シャフトはペダルスピンドルを備え、前記駆動機構は、スプロケットを備え、前記第1のトルク伝達経路は人力でもたらされる駆動力を前記スプロケットに伝達するように配置され、前記第2のトルク伝達経路はモーターがもたらす駆動力を前記スプロケットに伝達するように配置され、前記第1の一方向駆動手段は、前記スプロケットが前記第2のトルク伝達経路を通じて前記モーターがもたらす駆動力によって駆動されているときに前記ペダルスピンドルが惰性で回ることができるように前記ペダルスピンドルと前記スプロケットとの間の第1のトルク伝達経路内に設けられる請求項4から41のいずれか1項に記載のモーターユニットを有するペダル駆動式装置。
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