JP2017088093A - 自転車用ドライブユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】利用者が所望するケイデンスの範囲において、アシスト力が不足してしまうことを抑制することができる自転車用ドライブユニットを提供する。【解決手段】ドライブユニット10は、クランク軸12を回転可能に支持するハウジング14と、ハウジング14に設けられ、クランク軸12の回転が伝達される出力部16と、ハウジング14に設けられ、クランク軸12の回転速度に対する出力部16の回転速度の比率を変更することなく、人力駆動力をアシスト可能な第1のモータ32と、ハウジング14に設けられ、クランク軸12の回転速度に対する出力部16の回転速度の比率を変更することなく、人力駆動力をアシスト可能な第2のモータ42とを含む。【選択図】図3
Description
本発明は、自転車用ドライブユニットに関する。
特許文献1の自転車用ドライブユニットは、自転車のクランク軸に与えられる人力駆動力をアシストするモータと、フロントスプロケットに連結された出力部にモータの回転を減速して伝達する減速機とを含む。
モータの出力トルクはモータの回転速度に依存するので、特許文献1の自転車用ドライブユニットでは、クランク軸の回転速度に応じて、モータの出力トルクも変化する。たとえば低回転で大きなトルクを出力するモータを使用すると、クランク軸の回転速度が高くなったときにアシスト力が不十分になる場合がある。またたとえば高回転で大きなトルクを出力するモータを使用すると、クランク軸の回転速度が低くなるとアシスト力が不十分になる場合がある。
本発明の目的は、利用者が所望するケイデンスの範囲において、アシスト力が不足してしまうことを抑制することができる自転車用ドライブユニットを提供することである。
本発明の目的は、利用者が所望するケイデンスの範囲において、アシスト力が不足してしまうことを抑制することができる自転車用ドライブユニットを提供することである。
〔1〕本発明に従う自転車用ドライブユニットの一形態は、クランク軸を回転可能に支持するハウジングと、前記ハウジングに設けられ、前記クランク軸の回転が伝達される出力部と、前記ハウジングに設けられ、前記クランク軸の回転速度に対する前記出力部の回転速度の比率を変更することなく、人力駆動力をアシスト可能な第1のモータと、前記ハウジングに設けられ、前記クランク軸の回転速度に対する前記出力部の回転速度の比率を変更することなく、人力駆動力をアシスト可能な第2のモータとを含む。
〔2〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1のモータおよび前記第2のモータは、前記出力部に駆動力を与える。
〔3〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1のモータの回転を減速して前記出力部に伝達する第1の減速機をさらに含む。
〔3〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1のモータの回転を減速して前記出力部に伝達する第1の減速機をさらに含む。
〔4〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第2のモータの回転を減速して前記出力部に伝達する第2の減速機をさらに含む。
〔5〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1の減速機の減速比と前記第2の減速機の減速比とが互いに異なる。
〔5〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1の減速機の減速比と前記第2の減速機の減速比とが互いに異なる。
〔6〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1のモータの出力特性と前記第2のモータの出力特性とが互いに異なる。
〔7〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1のモータの出力特性と前記第2のモータの出力特性とは、回転速度に対応する出力トルクの特性が異なる。
〔7〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1のモータの出力特性と前記第2のモータの出力特性とは、回転速度に対応する出力トルクの特性が異なる。
〔8〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記クランク軸に与えられる人力駆動力に応じて、前記第1のモータおよび前記第2のモータを制御する制御部をさらに含み、前記制御部は、前記第1のモータおよび前記第2のモータを選択的に動作させる。
〔9〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記制御部は、前記クランク軸の回転速度および車速の少なくとも一方に基づいて、前記第1のモータおよび前記第2のモータを選択的に動作させる。
〔10〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記制御部は、前記クランク軸の回転速度または車速が所定速度未満のとき、人力駆動力に応じて前記第1のモータを動作させ、前記クランク軸の回転速度または車速が所定速度以上のとき、人力駆動力に応じて前記第2のモータを動作させる。
〔11〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1のモータの回転速度が所定回転速度未満の場合における前記第1のモータの出力トルクは、前記第2のモータの回転速度が所定回転速度未満の場合における前記第2のモータの出力トルクよりも大きく、前記第1のモータの回転速度が所定回転速度以上の場合における前記第1のモータの出力トルクは、前記第2のモータの回転速度が所定回転速度以上の場合における前記第2のモータの出力トルク以下である。
〔12〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記ハウジングは、前記第1のモータを取り付け可能な第1の取付部と、前記第2のモータを取り付け可能な第2の取付部とを含み、前記第1の取付部は、出力特性が異なる複数の前記第1のモータのうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。
〔13〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1の取付部は、前記ハウジングの外部から前記第1のモータを着脱できるように構成される。
〔14〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、クランク軸を回転可能に支持するハウジングを含み、前記ハウジングは、人力駆動力をアシストする第1のモータを取り付け可能な第1の取付部を含み、前記第1の取付部は、出力特性が異なる複数の前記第1のモータのうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。
〔14〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、クランク軸を回転可能に支持するハウジングを含み、前記ハウジングは、人力駆動力をアシストする第1のモータを取り付け可能な第1の取付部を含み、前記第1の取付部は、出力特性が異なる複数の前記第1のモータのうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。
〔15〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1の取付部は、前記ハウジングの外部から前記第1のモータを着脱できるように構成される。
〔16〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記ハウジングは、人力駆動力をアシストする第2のモータを取り付け可能な第2の取付部をさらに含み、前記第2の取付部は、出力特性が異なる複数の前記第2のモータのうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。
〔16〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記ハウジングは、人力駆動力をアシストする第2のモータを取り付け可能な第2の取付部をさらに含み、前記第2の取付部は、出力特性が異なる複数の前記第2のモータのうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。
〔17〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第2の取付部は、前記ハウジングの外部から前記第2のモータを着脱できるように構成される。
〔18〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記クランク軸の回転が伝達される出力部をさらに含み、前記第1のモータおよび前記第2のモータは、前記出力部に駆動力を与える。
〔18〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記クランク軸の回転が伝達される出力部をさらに含み、前記第1のモータおよび前記第2のモータは、前記出力部に駆動力を与える。
〔19〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1のモータの回転を減速して前記出力部に伝達する第1の減速機を取り付け可能な第3の取付部をさらに含み、前記第3の取付部は、減速比が異なる複数の前記第1の減速機のうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。
〔20〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第2のモータの回転を減速して前記出力部に伝達する第2の減速機を取付可能な第4の取付部をさらに含み、前記第4の取付部は、減速比が異なる複数の前記第2の減速機のうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。
〔21〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第1の取付部は、前記ハウジングの壁部に設けられる開口を有し、前記開口を閉鎖するカバー体を取り付け可能である。
上記自転車用ドライブユニットによれば、利用者が所望するケイデンスの範囲において、アシスト力が不足してしまうことを抑制することができる。
(第1の実施形態)
図1に示されるとおり、電動アシスト自転車BCは、自転車用ドライブユニット(以下では「ドライブユニット10」と記載する)を備える。一例では、電動アシスト自転車BCは、フレームFR、前輪WF、後輪WR、および、ハンドルバーHBをさらに備える。フレームFRは、電動アシスト自転車BCの本体である。前輪WFおよび後輪WRは、フレームFRに対して回転可能な状態でフレームFRに支持されている。ハンドルバーHBは、前輪WFの向きを変更できるようにフレームFRに支持されている。
図1に示されるとおり、電動アシスト自転車BCは、自転車用ドライブユニット(以下では「ドライブユニット10」と記載する)を備える。一例では、電動アシスト自転車BCは、フレームFR、前輪WF、後輪WR、および、ハンドルバーHBをさらに備える。フレームFRは、電動アシスト自転車BCの本体である。前輪WFおよび後輪WRは、フレームFRに対して回転可能な状態でフレームFRに支持されている。ハンドルバーHBは、前輪WFの向きを変更できるようにフレームFRに支持されている。
電動アシスト自転車BCはさらに、バッテリBT、車速センサSB、電線EW1、および、ドライブユニット10とともに駆動機構DSを構成する、一対のクランクアームCA、一対のペダルPD、フロントスプロケットSF、リアスプロケットSR、および、チェーンCHを備える。バッテリBTは、フレームFRに取り付けられている。バッテリBTは、電線EW1によって、ドライブユニット10と電気的に接続されている。ドライブユニット10は、トルクセンサSAおよびクランク回転センサSCを含む。ドライブユニット10は、電線EW2によって、車速センサSBと電気的に接続されている。クランク回転センサSCは、ケイデンスセンサであり、クランクの回転速度を検出可能である。
駆動機構DSは、クランク軸12から後輪WRに駆動力を伝達する。ドライブユニット10は、フレームFRに取り付けられ、フレームFRに対して着脱可能である。ドライブユニット10とフレームFRとを結合する手段は、例えばボルトである。図2に示されるように、ドライブユニット10は、第1のアシストユニット30、第2のアシストユニット40、および、制御装置50を含む。
一対のクランクアームCAは、クランク軸12と一体に回転できるようにクランク軸12に連結されている。一対のクランクアームCAとクランク軸12とを含んでクランクが構成される。一対のペダルPDは、クランクアームCAに対して回転可能な状態で一対のクランクアームCAに個別に支持されている。フロントスプロケットSFは、ワンウェイクラッチ20(図3参照)を介してクランク軸12と連結されている。リアスプロケットSRは、後輪WR(図1参照)の車軸WSに対する回転が可能な状態で車軸WSによって支持されている。リアスプロケットSRは、後輪WRのハブに連結されている。チェーンCHは、フロントスプロケットSFおよびリアスプロケットSRに巻き掛けられている。
クランクアームCAを前方に回転させる人力駆動力がペダルPDに入力された場合、クランクアームCAおよびクランク軸12が一体となってクランク軸12の軸心まわりの一方向に回転する。この場合、クランク軸12の回転がフロントスプロケットSFに伝達され、フロントスプロケットSFの回転がチェーンCHによってリアスプロケットSRおよび後輪WRに伝達される。クランクアームCAを後方に回転させる人力駆動力がペダルPDに入力された場合、クランクアームCAおよびクランク軸12が一体となってクランク軸12の軸心まわりの他方向に回転する。この場合、ワンウェイクラッチ20の作用によってクランク軸12の回転がフロントスプロケットSFに伝達されない。ワンウェイクラッチ20は、省略されてもよい。
図1に示されるように、トルクセンサSAは、ドライブユニット10に設けられ、クランク軸12に入力される人力駆動力を反映する信号を出力する。トルクセンサSAは、例えば、歪ゲージ、半導体歪センサ、または、磁歪センサである。トルクセンサSAは、例えばクランク軸12からフロントスプロケットSFまでの動力伝達経路に取り付けられている。トルクセンサSAは、好ましくは、ワンウェイクラッチ20からフロントスプロケットSFまでの動力伝達経路に設けられる。トルクセンサSAを磁歪センサによって構成する場合、クランク軸12からフロントスプロケットSFまでの動力伝達経路に磁歪素子を設け、この磁歪素子を磁歪センサによって検出する。
車速センサSBは、例えば磁気センサである。車速センサSBは、例えばフレームFRのフロントフォークFFに設けられている。車速センサSBは、前輪WFに設けられる磁石に反応し、前輪WFの回転速度が反映された信号を出力する。車速センサSBは、例えばフレームFRのチェーンステイに設けられてもよく、この場合、後輪WRに設けられる磁石に反応し、後輪WRの回転速度が反映された信号を出力する。
トルクセンサSAおよびクランク回転センサSCの信号は、ドライブユニット10内の電線(図示略)を介して制御装置50(図2参照)に送信される。車速センサSBの信号は、電線EW2を介して制御装置50に送信される。別の例では、トルクセンサSA、車速センサSB、および、クランク回転センサSCの少なくとも1つは、制御装置50と無線通信可能に構成されてもよい。
図2に示されるように、第1のアシストユニット30および第2のアシストユニット40は、ドライブユニット10のハウジング14に設けられている。第1のアシストユニット30は、第1のモータ32を含む。第1のモータ32は、ハウジング14に設けられ、クランク軸12の回転速度に対する出力部16(図3参照)の回転速度の比率を変更することなく、人力駆動力をアシスト可能である。第2のアシストユニット40は、第2のモータ42を含む。第2のモータ42は、ハウジング14に設けられ、クランク軸12の回転速度に対する出力部16の回転速度の比率を変更することなく、人力駆動力をアシスト可能である。第1のモータ32および第2のモータ42は、例えば電気モータである。第1のモータ32および第2のモータ42の出力は、クランク軸12からフロントスプロケットSFまでの動力伝達経路に伝達される。第1のモータ32および第2のモータ42は、トルクセンサSAの検出結果に応じて人力駆動力をアシスト可能である。
図4に示されるとおり、制御装置50は、ドライブユニット10に設けられている。制御装置50は、制御部52を含む。一例では、制御装置50は、記憶部54、第1のインバータ部56、および、第2のインバータ部58をさらに含む。制御部52は、予め定められた制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えばCPU(Central Processing Unit)またはMPU(Micro Processing Unit)を含む。
記憶部54は、不揮発性メモリを含む。記憶部54は、制御部52の制御に用いられる情報を記憶している。記憶部54に記憶される情報は、制御部52の演算処理装置によって実行される予め定められた制御プログラムを含む。第1のインバータ部56は、制御部52の指令信号に基づいて、スイッチング制御によってバッテリBT(図1参照)の直流電力を3相交流電力に変換し、第1のモータ32への3相交流電力の供給を制御するためのスイッチング回路を含む。第2のインバータ部58は、第1のインバータ部56と同様に3相交流電力を生成し、第2のモータ42への3相交流電力の供給を制御するためのスイッチング回路を含む。
図3に示されるように、ドライブユニット10は、ハウジング14、出力部16、保持部18、および、ワンウェイクラッチ20をさらに含む。ハウジング14は、クランク軸12を回転可能に支持している。出力部16は、ハウジング14に設けられ、クランク軸12の回転が伝達される。
第1のアシストユニット30は、好ましくは、第1の減速機34をさらに含む。第2のアシストユニット40は、好ましくは、第2の減速機44をさらに含む。第1の減速機34は、第1のモータ32の回転を減速して出力部16に伝達する。第2の減速機44は、第2のモータ42の回転を減速して出力部16に伝達する。本実施形態では、第1の減速機34の減速比および第2の減速機44の減速比は、互いに等しい。別の例では、第1の減速機34の減速比と第2の減速機44の減速比とが互いに異なる。この場合、ドライブユニット10は、同じ出力特性を有する第1のモータ32および第2のモータ42を含むことができる。
ドライブユニット10は、複数の軸受22をさらに含む。複数の軸受22は、第1の軸受22A、第2の軸受22B、第3の軸受22C、第4の軸受22D、第5の軸受22E、第6の軸受22F、および、第7の軸受22Gを含む。
ハウジング14は、クランク軸12、出力部16、第1のモータ32、第1の減速機34、第2のモータ42、第2の減速機44、複数の軸受22、および、制御装置50(図3では図示略、図4参照)を収容している。別の例では、制御装置50は、ハウジング14の外部に設けられていてもよく、第1のモータ32および第2のモータ42の少なくとも一部がハウジング14の外部に設けられていてもよい。クランク軸12の両端部は、ハウジング14から突出している。フロントスプロケットSFは、ハウジング14の側方に配置されている。
第1の軸受22Aは、一対のベアリングを含む。第1の軸受22Aの一方のベアリングは、クランク軸12の一方の端部とハウジング14との間に取り付けられている。第1の軸受22Aの他方のベアリングは、クランク軸12の他方の端部とフロントスプロケットSFの内周面との間に取り付けられている。第2の軸受22Bは、ベアリングを含み、このベアリングはフロントスプロケットSFの外周面とハウジング14との間に取り付けられている。第1の軸受22Aおよび第2の軸受22Bによってクランク軸12は、ハウジング14およびフロントスプロケットSFに対して回転可能であり、フロントスプロケットSFは、クランク軸12およびハウジング14に対して回転可能である。クランク軸12の外周面には、磁石(図示略)が設けられる。この磁石は、クランク軸12の軸線方向においてトルクセンサSAに関してフロントスプロケットSFとは反対側に設けられる。クランク回転センサSC(図2参照)は、クランク軸12の軸線方向においてトルクセンサSAに関してフロントスプロケットSFとは反対側に設けられ、磁石を検出可能な磁気センサを含む。クランク回転センサSCは、ハウジング14内に設けられ、クランク軸12に設けられる磁石を検出する。
出力部16は、第1の円筒部16A、第2の円筒部16B、および、連結部16Cを含む。第1の円筒部16Aおよび第2の円筒部16Bは、クランク軸12を挿入可能な孔16Dを含む。第2の円筒部16Bの内径および外径は、第1の円筒部16Aの内径および外径よりも大きい。連結部16Cは、第1の円筒部16Aと第2の円筒部16Bとを連結している。出力部16は、クランク軸12のトルクと、第1のモータ32または第2のモータ42のトルクとを合成したトルクをフロントスプロケットSFに伝達する。
第1の円筒部16Aは、フロントスプロケットSFと例えばスプライン嵌合されている。トルクセンサSAは、第1の円筒部16Aの外周部分に取り付けられている。トルクセンサSAは、第1の円筒部16Aに加えられるトルクに応じた信号を出力する。第2の円筒部16Bは、第1の減速機34および第2の減速機44のそれぞれと連結されている。第2の円筒部16Bは、第1の円筒部16AよりもフロントスプロケットSFから遠い部分に設けられている。第2の円筒部16Bの外周部分には、ギア16Eが設けられている。ギア16Eは、出力部16と一体に形成されていてもよく、出力部16とは別体で形成され、出力部16に回転不能に固定されていてもよい。連結部16Cの内周部分には、クランク軸12に取り付けられた第3の軸受22Cが取り付けられている。第3の軸受22Cは、ベアリングを含む。出力部16は、クランク軸12に対して回転可能に支持されている。出力部16の別の例では、ギア16Eが出力部16のうち、トルクセンサSAとフロントスプロケットSFが取り付けられる部分との間に設けられてもよい。
保持部18は、クランク軸12において第2の円筒部16Bの径方向の内側に第2の円筒部16Bと間隔を置いて取り付けられている。ワンウェイクラッチ20は、第2の円筒部16Bの内周部分と保持部18とに挟まれた状態で第2の円筒部16Bおよび保持部18のそれぞれに取り付けられている。ワンウェイクラッチ20は、クランク軸12の回転を出力部16に伝達し、出力部16の回転をクランク軸12に伝達しないように構成される。一例では、ワンウェイクラッチ20は、爪およびラチェットを含む。ワンウェイクラッチ20は、ローラクラッチによって構成されてもよい。
第1のモータ32および第2のモータ42は、出力部16に駆動力を与える。第1のモータ32および第2のモータ42は、クランク軸12の周囲において互いに離れた位置に配置されている。図2および図3に示されるように、第1のモータ32および第2のモータ42は、クランク軸12に対して互いに反対側に配置されている。別の例では、第1のモータ32および第2のモータ42の両方が、クランク軸12を通る平面に関して、一方側に配置されてもよい。第1のモータ32および第2のモータ42の型式は、インナーロータ型である。別の例では、第1のモータ32および第2のモータ42の型式は、アウターロータ型であってもよい。
ハウジング14に対する第1のモータ32の取り付け構造は、複数の形態のいずれかを取り得る。第1の形態では、第1のモータ32は、ハウジング14に固定されていてもよい。第2の形態では、第1のモータ32は、ハウジング14に対して着脱可能であってもよい。
第1のモータ32は、第1のステータ32A、第1のロータ32B、および、第1の出力軸32Cを含む。第4の軸受22Dは、一対のベアリングを含む。第4の軸受22Dの一方のベアリングは、第1の出力軸32Cの一方の端部を支持している。第4の軸受22Dの他方のベアリングは、第1の出力軸32Cの他方の端部を支持している。第1のロータ32Bは、第1の出力軸32Cに固定されている。第1のロータ32Bおよび第1の出力軸32Cは、ハウジング14に対して回転可能である。第1の出力軸32Cの軸線は、クランク軸12の軸線に平行である。
ハウジング14に対する第2のモータ42の取り付け構造は、複数の形態のいずれかを取り得る。第1の形態では、第2のモータ42は、ハウジング14に固定されていてもよい。第2の形態では、第2のモータ42は、ハウジング14に対して着脱可能であってもよい。
第2のモータ42は、第2のステータ42A、第2のロータ42B、および、第2の出力軸42Cを含む。第5の軸受22Eは、一対のベアリングを含む。第5の軸受22Eの一方のベアリングは、第2の出力軸42Cの一方の端部を支持している。第5の軸受22Eの他方のベアリングは、第2の出力軸42Cの他方の端部を支持している。第2のロータ42Bは、第2の出力軸42Cに固定されている。第2のロータ42Bおよび第2の出力軸42Cは、ハウジング14に対して回転可能である。第2の出力軸42Cの軸線は、クランク軸12の軸線に平行である。
第1の減速機34は、第1のギア32D、回転軸34A、第2のギア34B、ワンウェイクラッチ34C、第3のギア34D、および、ギア16Eを含む。第1の減速機34が含むギアの数および歯数は、第1のモータ32を駆動したときに、第1のモータ32の回転速度よりもフロントスプロケットSFの回転速度が低くなり、かつフロントスプロケットSFを前転させることができるのであれば、任意に変更可能である。第1の例では、第1の減速機34は、第1のギア32Dおよび第2のギア34Bのみで減速する構成としてもよく、第2のギア34Bおよび第3のギア34Dのみで減速する構成としてもよく、第3のギア34Dおよびギア16Eのみで減速する構成としてもよい。第2の例では、第1の減速機34は、第1のギア32D、第2のギア34B、第3のギア34D、および、ギア16Eに加え、少なくとも1つのギアをさらに含んでいてもよい。第1のギア32Dは、複数の形態のいずれかを取り得る。第1の形態では、第1のギア32Dは、第1の出力軸32Cとは別に構成された部品であり、第1の出力軸32Cに固定されていてもよい。第2の形態では、第1のギア32Dは、第1の出力軸32Cの一部を加工して形成されてもよい。
第2のギア34Bは、ワンウェイクラッチ34Cを介して回転軸34Aに支持されている。第2のギア34Bは、第1のギア32Dと噛み合っている。第2のギア34Bの歯数は、第1のギア32Dの歯数よりも多い。
ワンウェイクラッチ34Cは、第2のギア34Bの第1の回転方向の回転を回転軸34Aに伝達し、回転軸34Aの第2の回転方向の回転を第2のギア34Bに伝達しない。第2の回転方向は、第1の回転方向と反対の回転方向である。
第3のギア34Dは、回転軸34Aの外周面に設けられている。回転軸34Aの軸線に沿う方向において第3のギア34Dは、第2のギア34Bよりも第1のモータ32寄りに設けられる。第3のギア34Dは、出力部16に設けられるギア16Eと噛み合っている。第3のギア34Dの歯数は、第2のギア34Bの歯数およびギア16Eの歯数よりも少ない。第3のギア34Dは、複数の形態を取り得る。第1の形態では、第3のギア34Dは、回転軸34Aとは別に構成され、回転軸34Aに固定されてもよい。第2の形態では、第3のギア34Dは、回転軸34Aの一部を加工して形成されていてもよい。
第6の軸受22Fは、一対のベアリングを含む。第6の軸受22Fの一方のベアリングは、回転軸34Aの一方の端部の外周面とハウジング14との間に取り付けられている。第6の軸受22Fの他方のベアリングは、回転軸34Aの他方の端部の外周面とハウジング14との間に取り付けられている。このため、回転軸34Aは、ハウジング14に対して回転可能である。第2のギア34Bおよび第3のギア34Dは、第6の軸受22Fの一方のベアリングと第6の軸受22Fの他方のベアリングとの間に設けられている。
第2の減速機44は、第5のギア42D、回転軸44A、第6のギア44B、ワンウェイクラッチ44C、第7のギア44D、および、ギア16Eを含む。第2の減速機44が含むギアの数および歯数は、第2のモータ42を駆動したときに、第2のモータ42の回転速度よりもフロントスプロケットSFの回転速度が低くなり、かつフロントスプロケットSFを前転させることができるのであれば、任意に変更可能である。第1の例では、第5のギア42Dおよび第6のギア44Bのみで減速する構成としてもよく、第6のギア44Bおよび第7のギア44Dのみで減速する構成としてもよく、第7のギア44Dおよびギア16Eのみで減速する構成としてもよい。第2の例では、第2の減速機44は、第5のギア42D、第6のギア44B、第7のギア44D、および、ギア16Eに加え、少なくとも1つのギアをさらに含んでいてもよい。第5のギア42Dは、複数の形態を取り得る。第1の形態では、第5のギア42Dは、第2の出力軸42Cとは別に構成された部品であり、第2の出力軸42Cに固定されていてもよい。第2の形態では、第5のギア42Dは、第2の出力軸42Cの一部を加工して形成されていてもよい。
第6のギア44Bは、ワンウェイクラッチ44Cの外周面に取り付けられている。第6のギア44Bは、第2のモータ42の第5のギア42Dと噛み合っている。第6のギア44Bの歯数は、第5のギア42Dの歯数よりも多い。
ワンウェイクラッチ44Cは、第6のギア44Bの第1の回転方向の回転を回転軸44Aに伝達し、回転軸44Aの第2の回転方向の回転を第6のギア44Bに伝達しない。第2の回転方向は、第1の回転方向と反対の回転方向である。
第7のギア44Dは、回転軸44Aの外周面に設けられている。回転軸44Aの軸線に沿う方向において第7のギア44Dは第6のギア44Bよりも第2のモータ42寄りに設けられる。第7のギア44Dは、出力部16のギア16Eと噛み合っている。第7のギア44Dの歯数は、第6のギア44Bの歯数およびギア16Eの歯数よりも少ない。第7のギア44Dは、複数の形態を取り得る。第1の形態では、第7のギア44Dは、回転軸44Aとは別に構成され、回転軸44Aに固定されていてもよい。第2の形態では、第7のギア44Dは、回転軸44Aの一部を加工して形成されていてもよい。
第7の軸受22Gは、一対のベアリングを含む。第7の軸受22Gの一方のベアリングは、回転軸44Aの一方の端部の外周面とハウジング14との間に取り付けられている。第7の軸受22Gの他方のベアリングは、回転軸44Aの他方の端部の外周面とハウジング14との間に取り付けられている。このため、回転軸44Aは、ハウジング14に対して回転可能である。第6のギア44Bおよび第7のギア44Dは、第7の軸受22Gの一方のベアリングと第7の軸受22Gの他方のベアリングとの間に設けられている。
図4に示されるように、制御部52は、トルクセンサSAの信号および車速センサSBの信号を受信する。制御部52は、トルクセンサSAから受信した信号、および、車速センサSBから受信した信号に基づいて、アシスト力および車速を演算する。制御部52は、演算したアシスト力、車速、および、クランク軸12の回転速度に基づいて、第1のインバータ部56および第2のインバータ部58を制御する。すなわち、制御部52は、クランク軸12に与えられる人力駆動力に応じて、第1のモータ32および第2のモータ42を制御する。制御部52は、第1のモータ32および第2のモータ42を選択的に動作させる。詳細には、制御部52は、クランク軸12の回転速度および車速の少なくとも一方に基づいて、第1のモータ32および第2のモータ42を選択的に動作させる。制御部52は、クランク軸12の回転速度および車速の代わりに、第1のモータ32および第2のモータ42の回転速度に応じて、第1のモータ32および第2のモータ42を選択的に動作させてもよい。この場合、制御部52は、第1のモータ32および第2のモータ42に設けられるモータ出力軸の回転速度センサから信号を受け取る構成とする。
図5は、第1のモータ32の出力特性および第2のモータ42の出力特性を示している。出力特性は、モータの回転速度とモータの出力トルクとの関係である。出力トルクは、モータの定格トルクである。図5の実線のグラフが第1のモータ32の出力特性を示し、一点鎖線のグラフが第2のモータ42の出力特性を示している。
第1のモータ32の出力特性と第2のモータ42の出力特性とは互いに異なる。第1のモータ32の回転速度および第2のモータ42の回転速度が所定回転速度KNである場合、第1のモータ32の出力トルクおよび第2のモータ42の出力トルクが等しい。第1のモータ32の回転速度が所定回転速度KN未満の場合における第1のモータ32の出力トルクは、第2のモータ42の回転速度が所定回転速度KN未満の場合における第2のモータ42の出力トルクよりも大きい。第1のモータ32の回転速度が所定回転速度KN以上の場合における第1のモータ32の出力トルクは、第2のモータ42の回転速度が所定回転速度KN以上の場合における第2のモータ42の出力トルクよりも小さい。このように、第1のモータ32の出力特性と第2のモータ42の出力特性とは、回転速度に対応する出力トルクの特性が異なる。
制御部52(図4参照)は、駆動するモータをクランク軸12の回転速度に基づいて第1のモータ32および第2のモータ42(ともに図4参照)から選択する選択制御を実行する。制御部52は、所定の制御周期毎に選択制御を実行する。図6は、選択制御のフローチャートの一例である。クランク軸12の回転速度は、モータの回転速度に比例する。制御部52は、トルクセンサSAによって所定値以上の人力駆動力を検出していないときには、第1のモータ32および第2のモータ42を駆動しない。また制御部52は、車速センサSBによって所定速度Vmax以上の速度を検出しているときには、第1のモータ32および第2のモータ42を駆動しない。所定速度Vmaxは、たとえば時速25kmである。制御部52は、図6の選択制御のフローチャートに基づいて選択されたモータを、人力駆動力および車速に基づいて制御する。
制御部52は、ステップS1において、駆動するモータとして第1のモータ32を選択しているか否かを判定する。ステップS1の判定結果が肯定である場合、ステップS2が実行される。ステップS1の判定結果が否定である場合、ステップS4が実行される。
制御部52は、ステップS2において、クランク軸12の回転速度が所定速度Vc以上か否かを判定する。制御部52は、クランク回転センサSCの検出結果に基づいてクランク軸12の回転速度を演算する。所定速度Vcは、所定回転速度KNに基づいて予め設定されている。所定速度Vcは任意に設定可能であるが、クランク軸12の回転速度が所定速度Vcのとき、モータの回転速度が所定回転速度KNになるか、または所定回転速度KNに近い速度になることが好ましい。所定速度Vcに関する情報は、記憶部54に記憶されている。たとえば制御部52に外部のコンピュータを有線または無線によって接続し、記憶部54に記憶されている所定速度Vcに関する情報を、外部のコンピュータによって変更してもよい。ステップS2の判定結果が肯定である場合、ステップS3が実行される。ステップS2の判定結果が否定である場合、選択制御が一旦終了する。
制御部52は、ステップS3において、制御対象として、第2のモータ42を選択して、駆動するモータを第1のモータ32から第2のモータ42に切り替える。すなわち、制御部52は、クランク軸12の回転速度が所定速度Vc以上のとき、人力駆動力に応じて第2のモータ42を動作させる。
制御部52は、ステップS4において、クランク軸12の回転速度が所定速度Vc未満か否かを判定する。ステップS4の判定結果が肯定である場合、ステップS5が実行される。ステップS4の判定結果が否定である場合、選択制御が一旦終了する。
制御部52は、ステップS5において、制御対象として、第1のモータ32を選択して、駆動するモータを第2のモータ42から第1のモータ32に切り替える。すなわち、制御部52は、クランク軸12の回転速度が所定速度Vc未満のとき、人力駆動力に応じて第1のモータ32を動作させる。
駆動するモータを選択するために用いられるパラメータは、任意に変更可能である。一例では、制御部52は、クランク軸12の回転速度に代えて車速を用いてもよい。この場合、制御部52は、車速が所定速度Vb未満のとき、人力駆動力に応じて第1のモータ32を動作させ、車速が所定速度Vb以上のとき、人力駆動力に応じて第2のモータ42を動作させる。所定速度Vbは、所定速度Vmax未満の範囲において任意に設定可能である。所定速度Vbになるようにクランク軸12を回転させているときに、第1のモータ32の回転速度および第2のモータ42の回転速度が所定回転速度KNなるか、または所定回転速度KNに近い速度になるように、所定速度Vbが設定されていることが好ましい。自転車に変速機が設けられていない場合は、ギア比が一定となるので、クランク軸12の回転が後輪に伝達されているときには、車速がモータの回転速度に比例する。自転車に変速機が設けられていても変速段をセンサによって検出し、ギア比を求めることによって、クランク軸12の回転数と車速との関係を演算することができる。制御部52は、クランク軸12が回転しているときには、クランク軸12の回転に基づいてモータを選択し、クランク軸12の回転が停止しているときには、車速に基づいて、モータを選択してもよい。制御部52は、クランク軸12の回転速度に代えて、クランクアームCAの回転速度、またはクランク軸12が回転することによって回転する部材の回転速度、または第1のモータ32および第2のモータ42の回転速度を用いて、駆動するモータを選択してもよい。
第1の実施形態によれば、以下の作用および効果が得られる。
(1)ドライブユニット10は、第1のモータ32および第2のモータ42を含む。第1のモータ32の出力特性と、第2のモータ42の出力特性とが異なることによって、利用者が所望するケイデンスの範囲において、アシスト力が不足してしまうことを抑制することができる。
(1)ドライブユニット10は、第1のモータ32および第2のモータ42を含む。第1のモータ32の出力特性と、第2のモータ42の出力特性とが異なることによって、利用者が所望するケイデンスの範囲において、アシスト力が不足してしまうことを抑制することができる。
(2)制御部52は、クランク軸12の回転速度および車速の少なくとも一方に基づいて第1のモータ32および第2のモータ42を駆動する。このため、走行状態に応じて適切な出力特性のモータを選択できる。
(第2の実施形態)
図7〜図11は、第2の実施形態のドライブユニット10に関する図である。第2の実施形態のドライブユニット10の構成は、主に以下に説明される点において第1の実施形態のドライブユニット10の構成と相違する。図8および図9は、図7の8−8線に沿う断面を示している。
図7〜図11は、第2の実施形態のドライブユニット10に関する図である。第2の実施形態のドライブユニット10の構成は、主に以下に説明される点において第1の実施形態のドライブユニット10の構成と相違する。図8および図9は、図7の8−8線に沿う断面を示している。
図7および図8に示されるように、ドライブユニット10は、第1の実施形態のドライブユニット10と同様に、クランク軸12の回転が伝達される出力部16を含む。第1のモータ32および第2のモータ42は、出力部16に駆動力を与える。ドライブユニット10のハウジング60は、第1のハウジング70、第2のハウジング80(図8参照)、第1のカバー体90、および、第2のカバー体92を含む。ハウジング60は、第1の実施形態のハウジング14と同様に、クランク軸12を回転可能に支持する。
図8に示されるように、ハウジング60は、第1のモータ32を取り付け可能な第1の取付部62を含む。ハウジング60は、好ましくは、第2のモータ42を取り付け可能な第2の取付部64を含む。第1の取付部62および第2の取付部64は、第1のハウジング70に形成されている。第1の取付部62は、ハウジング60の壁部に設けられる第1の開口62Aを有する。第2の取付部64は、ハウジング60の壁部に設けられる第2の開口64Aを有する。
第1のカバー体90は、ハウジング60に着脱可能に設けられて、第1の開口62Aを閉鎖する。第2のカバー体92は、ハウジング60に着脱可能に設けられて、第2の開口64Aを閉鎖する。第1および第2の開口62A,64Aは、クランク軸12の軸線に沿う方向において、ハウジング60の一方に設けられる。本実施形態では、第1および第2の開口62A,64Aは、ハウジング60のうち、フロントスプロケットSF側の壁部に設けられている。
図8または図9に示されるとおり、第1のハウジング70および第2のハウジング80は、個別に構成されている。第1のハウジング70および第2のハウジング80は、ボルト等によって互いに固定される。第1のハウジング70は、第1の取付部62および第2の取付部64を含む。第1の取付部62および第2の取付部64は、それぞれ第1の収容空間S1を形成する。
第1のモータ32は、ブラケット32Eおよびモータハウジング32Fを含む。モータハウジング32Fには、ロータおよびステータ(図示略)が収容されている。第1の出力軸32Cは、モータハウジング32Fから突出する。ブラケット32Eは、第1のモータ32の径方向において、モータハウジング32Fよりも外側に突出した部分に貫通孔32Gが形成されている。貫通孔32Gには、第1のモータ32を第1の取付部62に取り付けるためのボルト60Bが挿通される。第1のモータ32を第1の取付部62に取り付けるための構造は、任意に変更可能である。第1のモータ32は、ブラケット32Eが省略され、第1のモータ32のモータハウジング32Fは、ボルトにより第1の取付部62に取り付けられてもよい。クランク軸12の軸線に沿う方向において、ハウジング60のうち、フロントスプロケットSFとは反対側の端部に第2のハウジング80が着脱可能に固定される。第2のハウジング80は、第1のハウジング70の端部76とともに第2の収容空間S2を形成する。第1の減速機34および第2の減速機44は、第2の収容空間S2に配置されている。
第1の取付部62は、第1のモータ32を支持する支持部74を含む。支持部74は、第1のハウジング70の端部76に形成されている。支持部74には、第1のモータ32の第1の出力軸32Cが通過する第1の孔62Bが形成されている。支持部74には、さらにブラケット32Eを固定するための複数の第2の孔62Cが形成されている。複数の第2の孔62Cは、第1の孔62Bの周囲に設けられている。
第1の取付部62は、第1の開口62Aを閉鎖することが可能な第1のカバー体90を取り付け可能である。第1のハウジング70において第1の開口62Aの周囲には、1または複数の孔62Dが形成されている。それぞれの孔62Dには、雌ねじが形成されている。第1のカバー体90は、複数の孔90Aを含む。第1のカバー体90は、孔90Aを挿通して孔62Dの雌ねじにねじ込まれるボルト60Aによって、第1の開口62Aを閉鎖するようにハウジング60に固定される。第1のカバー体90をハウジング60に取り付けるための構造は、任意に変更可能である。ドライブユニット10は、第1のカバー体90に設けられる凹部または凸部と、ハウジング60に設けられる凸部または凹部とを嵌め合わせる構造を含んでいてもよい。
第2の取付部64は、第2のモータ42を支持する支持部74を含む。支持部74は、第1のハウジング70の端部76に形成されている。支持部74には、第2のモータ42の第2の出力軸42Cが通過する第1の孔64Bが形成されている。支持部74には、さらに第2のモータ42のブラケット42Eを固定するための複数の第2の孔64Cが形成されている。複数の第2の孔64Cは、第1の孔64Bの周囲に設けられている。
第2の取付部64は、第2の開口64Aを閉鎖することが可能な第2のカバー体92を取り付け可能である。第1のハウジング70における第2の開口64Aの周囲には、1または複数の孔64Dが形成されている。それぞれの孔64Dには、雌ねじが形成されている。第2のカバー体92は、複数の孔92Aを含む。第2のカバー体92は、孔92Aを挿通して孔64Dの雌ねじにねじ込まれるボルト60Aによって、第2の開口64Aを閉鎖するようにハウジング60に固定される。第2のカバー体92をハウジング60に取り付けるための構造は、第1のカバー体90をハウジング60に取り付けるための構造と同様に、例えば第1のカバー体90の上記の第1の例および第2の例のように任意に変更可能である。
第1の取付部62は、ハウジング60の外部から第1のモータ32を着脱できるように構成される。第1の取付部62は、出力特性の異なる複数の第1のモータ32のうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。図9に示されるように、第1のモータ32は、第1の出力軸32Cが第1の孔62Bに挿入された状態で第1の取付部62を構成する支持部74に取り付けられる。第1のモータ32は、ブラケット32Eの貫通孔32Gに挿入されたボルト60Bが第1の取付部62の第2の孔62Cに連結されることによって、第1の取付部62に着脱可能に取り付けられている。
第2の取付部64は、ハウジング60の外部から第2のモータ42を着脱できるように構成される。第2の取付部64は、出力特性の異なる複数の第2のモータ42のうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。第2のモータ42は、ブラケット42Eおよびモータハウジング42Fを含む。ブラケット42Eおよびモータハウジング42Fは、第1のモータ32のブラケット32Eおよびモータハウジング32Fと同様である。第2のモータ42のブラケット42Eは、第1のモータ32のブラケット32Eと同様に貫通孔42Gを有する。図9に示されるように、第2のモータ42の第2の取付部64への取付構造は、第1のモータ32の第1の取付部62への取付構造と同様である。第2のモータ42を第2の取付部64に取り付けるための構造も、第1のモータ32を第1の取付部62に取り付けるための構造と同様に任意に変更可能である。
第1のモータ32と第1の取付部62との取り付け構造および第2のモータ42と第2の取付部64との取り付け構造の組み合わせは任意に変更可能である。複数のモータのうち、少なくとも1つのモータをハウジング60に対して着脱可能に構成し、少なくとも1つのモータをハウジング60に対して着脱できないように構成してもよい。第1の例では、ドライブユニット10は、第1のモータ32を第1の取付部62に着脱できるように構成し、第2のモータ42を第2の取付部64に着脱できないように構成してもよい。第2の例では、ドライブユニット10は、第1のモータ32を第1の取付部62に着脱できないように構成し、第2のモータ42を第2の取付部64に着脱できるように構成してもよい。
ハウジング60は、好ましくは、第1の減速機34を取り付け可能な第3の取付部66と第2の減速機44が取り付け可能な第4の取付部68とをさらに含む。第3の取付部66は、第1のハウジング70に形成された第1の保持部66Aおよび第2のハウジング80に形成された第2の保持部66Bを含む。第1の保持部66Aは、一対の第6の軸受22Fのうちの第3のギア34D側の第6の軸受22Fを保持している。第2の保持部66Bは、一対の第6の軸受22Fのうちの第2のギア34B側の第6の軸受22Fを保持している。これにより、第3の取付部66は、第1の減速機34をハウジング60に対して回転可能に保持している。第4の取付部68は、第3の取付部66と同様に第1の保持部68Aおよび第2の保持部68Bを含む。第4の取付部68による第2の減速機44の支持構造は、第3の取付部66による第1の減速機34の支持構造と同様である。
フロントスプロケットSFは、出力部16に対して着脱できるように構成されている。フロントスプロケットSFは、クランク軸12の軸線に沿う方向において、出力部16における第1の円筒部16Aの先端部にスプライン嵌合されて、第1の円筒部16Aの先端部とボルトBとによって挟み込まれている。ボルトBは、第1の円筒部16Aの先端部に連結されている。
図10では、出力特性が異なる3個の第1のモータ32(図9参照)について、それぞれの出力特性の一例を示している。図10において実線のグラフにより示される第1のモータ32の出力特性L11は、例えば第1の実施形態の第1のモータ32の出力特性(図5参照)と同じである。複数の第1のモータ32の出力特性のうちの一点鎖線のグラフで示される出力特性L12は、出力トルクの最大値が出力特性L11の出力トルクの最大値(出力トルクT1)よりも大きく、出力トルクの最大値を維持可能な回転速度の上限値が出力特性L11の回転速度N11よりも低い。複数の第1のモータ32の出力特性のうちの二点鎖線のグラフで示される出力特性L13は、出力トルクの最大値が出力特性L11の出力トルクの最大値(出力トルクT1)よりも小さく、出力トルクの最大値を維持可能な回転速度の上限値が出力特性L11の回転速度N11よりも高い。
図11では、出力特性が異なる3個の第2のモータ42(図9参照)について、それぞれの出力特性の一例を示している。図11において実線のグラフにより示される第2のモータ42の出力特性L21は、例えば第1の実施形態の第2のモータ42の出力特性(図5参照)と同じである。複数の第2のモータ42の出力特性のうちの一点鎖線のグラフで示される出力特性L22は、出力トルクの最大値が出力特性L21の出力トルクの最大値(出力トルクT2)よりも大きく、出力トルクの最大値を維持可能な回転速度の上限値が出力特性L21の回転速度N21よりも低い。一例では、出力特性L22の出力トルクの最大値は、第1のモータ32の出力特性L13の出力トルクの最大値よりも小さく、出力特性L21の出力トルクの最大値が維持可能な回転速度の上限値は、出力特性L13の出力トルクの最大値が維持可能な回転速度の上限値より高い。複数の第2のモータ42の出力特性のうちの二点鎖線のグラフで示される出力特性L23は、出力トルクの最大値が出力特性L21の出力トルクの最大値(出力トルクT2)よりも小さく、出力トルクの最大値を維持可能な回転速度の上限値が出力特性L21の回転速度N21よりも高い。
ドライブユニット10では、特性の異なる複数のモータから、ユーザの好みに合うモータを選択して、取り付けることができる。第1の実施形態の第1のモータ32の出力特性L11および第2のモータ42の出力特性L21の少なくとも一方の出力特性が異なるモータを選択した場合、所定回転速度KNは、第1の実施形態の所定回転速度KN(図5参照)とは異なる回転速度となる。例えばユーザは、第1のモータ32および第2のモータ42の少なくとも一方が、出力特性の異なるモータに取り替えられる毎に、所定回転速度KNを設定する。
第2の実施形態によれば、第1の実施形態の(1)および(2)の効果と同様の効果に加え、以下の作用および効果が得られる。
(3)第1の取付部62は、出力特性が異なる複数の第1のモータ32を着脱可能である。この構成によれば、ユーザの要求に応じて第1のモータ32を交換できる。このため、ユーザの好みに合わせたアシストが実現されやすい。第2の取付部64も同様の効果を奏する。
(3)第1の取付部62は、出力特性が異なる複数の第1のモータ32を着脱可能である。この構成によれば、ユーザの要求に応じて第1のモータ32を交換できる。このため、ユーザの好みに合わせたアシストが実現されやすい。第2の取付部64も同様の効果を奏する。
(変形例)
上記各実施形態に関する説明は、本発明に従う自転車用ドライブユニットが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う自転車用ドライブユニットは、例えば以下に示される上記各実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも2つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
上記各実施形態に関する説明は、本発明に従う自転車用ドライブユニットが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う自転車用ドライブユニットは、例えば以下に示される上記各実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも2つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
・第2の実施形態のドライブユニット10が含む構成要素は、任意に変更可能である。図12は、第2の実施形態のドライブユニット10の変形例の一例である。このドライブユニット10は、第1のモータ32および第1の減速機34を含み、第2のモータ42および第2の減速機44を含まない。別の一例では、ドライブユニット10は、第2のモータ42および第2の減速機44を含み、第1のモータ32および第1の減速機34を含まない。
・第2の実施形態の第3の取付部66の構造は、任意に変更可能である。一例では、第3の取付部66は、減速比の異なる複数の第1の減速機34のうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。図13は、その一例に関する図である。回転軸34Aの両端部を支持する第6の軸受22Fと回転軸34Aとはすきま嵌めされる。第3の取付部66の第1の保持部66Aおよび第2の保持部66Bのそれぞれに第6の軸受22Fが取り付けられる。第3の取付部66は、第2のハウジング80の外壁82に設けられる第3の開口66Cを含む。第3の開口66Cは、第1の減速機34を挿入可能である。第3の取付部66は、第3の開口66Cを閉鎖可能な第3のカバー体94、および、複数のボルト60Cを含む。第3のカバー体94は、第2の保持部66Bおよび複数の孔94Aを含む。第2のハウジング80は、複数の貫通孔84を含む。第3のカバー体94は、第2のハウジング80に取り付け可能である。複数のボルト60Cが複数の孔94Aに挿入されて複数の貫通孔84で連結されることによって、第3のカバー体94が第2のハウジング80に取り付けられる。
・第2の実施形態の第4の取付部68は、上述された第3の取付部66の変形例と同様に変更可能である。一例では、第4の取付部68は、減速比の異なる複数の第2の減速機44のうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。図13は、その一例に関する図である。回転軸44Aの両端部を支持する第7の軸受22Gと回転軸44Aとはすきま嵌めされる。第4の取付部68の第1の保持部68Aおよび第2の保持部68Bのそれぞれに第7の軸受22Gが取り付けられる。第4の取付部68は、第2のハウジング80の外壁82に設けられる第4の開口68Cを含む。第4の開口68Cは、第2の減速機44を挿入可能である。第4の取付部68は、第4の開口68Cを閉鎖可能な第4のカバー体96、および、複数のボルト60Cを含む。第4のカバー体96は、第2の保持部68Bおよび複数の孔96Aを含む。第2のハウジング80は、複数の貫通孔86を含む。第4のカバー体96は、第2のハウジング80に取り付け可能である。複数のボルト60Cが複数の孔96Aに挿入されて複数の貫通孔86で連結されることによって、第4のカバー体96が第2のハウジング80に取り付けられる。
・各実施形態の第3の取付部66および第4の取付部68の構造は、任意に変更可能である。図13は、第3の取付部66および第4の取付部68の変形例の一例である。第3の取付部66は、第1の減速機34を着脱できるように構成される。第4の取付部68は、第2の減速機44を着脱できるように構成される。別の例では、第3の取付部66は、第1の減速機34を着脱できるように構成され、第2の減速機44が第4の取付部68に固定される。さらに別の例では、第4の取付部68は、第2の減速機44を着脱できるように構成され、第1の減速機34が第3の取付部66に固定される。
・各実施形態のドライブユニット10が第1の減速機34および第2の減速機44を含むか否かは、任意に変更可能である。第1の例では、ドライブユニット10は、第1の減速機34を含まなくてもよい。この場合、第1のモータ32の第1の出力軸32Cが出力部16のギア16Eと噛み合うように第1のモータ32、出力部16、および、各ハウジング14,60が構成される。第2の例では、ドライブユニット10は、第2の減速機44を含まなくてもよい。この場合、第2のモータ42の第2の出力軸42Cが出力部16のギア16Eと噛み合うように第2のモータ42、出力部16、および、各ハウジング14,60が構成される。
・各実施形態において、第1のアシストユニット30および第2のアシストユニット40は、クランク軸12の軸方向において、出力部16のフロントスプロケットSF側の端部に連結される構成としてもよい。この場合、トルクセンサSAは、出力部16およびクランク軸12の連結部と、出力部16のフロントスプロケットSF側の端部との間に設けられ、第1のモータ32または第2のモータ42が駆動していても人力駆動力のみを検出することができるようになる。第1の方向において、出力部16のフロントスプロケットSF側の端部に第1の減速機34および第2の減速機44の回転を伝達する場合、たとえば図3、図9、および、図12に示すドライブユニット10では、各モータと各減速機との位置を入れ替えればよい。
・各実施形態において、第1のアシストユニット30および第2のアシストユニット40は、クランク軸12の軸方向において、出力部16のフロントスプロケットSF側の端部に連結される構成としてもよい。この場合、トルクセンサSAは、出力部16およびクランク軸12の連結部と、出力部16のフロントスプロケットSF側の端部との間に設けられ、第1のモータ32または第2のモータ42が駆動していても人力駆動力のみを検出することができるようになる。第1の方向において、出力部16のフロントスプロケットSF側の端部に第1の減速機34および第2の減速機44の回転を伝達する場合、たとえば図3、図9、および、図12に示すドライブユニット10では、各モータと各減速機との位置を入れ替えればよい。
KN…所定回転速度、L11,L12,L13…第1のモータの出力特性、L21,L22,L23…第2のモータの出力特性、10…ドライブユニット(自転車用ドライブユニット)、12…クランク軸、14…ハウジング、16…出力部、32…第1のモータ、34…第1の減速機、42…第2のモータ、44…第2の減速機、52…制御部、60…ハウジング、62…第1の取付部、62A…第1の開口(開口)、64…第2の取付部、66…第3の取付部、68…第4の取付部。
〔19〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記ハウジングは、前記第1のモータの回転を減速して前記出力部に伝達する第1の減速機を取り付け可能な第3の取付部をさらに含み、前記第3の取付部は、減速比が異なる複数の前記第1の減速機のうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。
〔20〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記ハウジングは、前記第2のモータの回転を減速して前記出力部に伝達する第2の減速機を取付可能な第4の取付部をさらに含み、前記第4の取付部は、減速比が異なる複数の前記第2の減速機のうちの1つを選択的に着脱できるように構成される。
第2の減速機44は、第5のギア42D、回転軸44A、第6のギア44B、ワンウェイクラッチ44C、第7のギア44D、および、ギア16Eを含む。第2の減速機44が含むギアの数および歯数は、第2のモータ42を駆動したときに、第2のモータ42の回転速度よりもフロントスプロケットSFの回転速度が低くなり、かつフロントスプロケットSFを前転させることができるのであれば、任意に変更可能である。第1の例では、第2の減速機44は、第5のギア42Dおよび第6のギア44Bのみで減速する構成としてもよく、第6のギア44Bおよび第7のギア44Dのみで減速する構成としてもよく、第7のギア44Dおよびギア16Eのみで減速する構成としてもよい。第2の例では、第2の減速機44は、第5のギア42D、第6のギア44B、第7のギア44D、および、ギア16Eに加え、少なくとも1つのギアをさらに含んでいてもよい。第5のギア42Dは、複数の形態を取り得る。第1の形態では、第5のギア42Dは、第2の出力軸42Cとは別に構成された部品であり、第2の出力軸42Cに固定されていてもよい。第2の形態では、第5のギア42Dは、第2の出力軸42Cの一部を加工して形成されていてもよい。
ハウジング60は、好ましくは、第1の減速機34を取り付け可能な第3の取付部66と第2の減速機44が取り付け可能な第4の取付部68とをさらに含む。第3の取付部66は、第1のハウジング70に形成された第1の保持部66Aおよび第2のハウジング80に形成された第2の保持部66Bを含む。第1の保持部66Aは、第6の軸受22Fの一対のベアリングのうちの第3のギア34D側のベアリングを保持している。第2の保持部66Bは、第6の軸受22Fの一対のベアリングのうちの第2のギア34B側のベアリングを保持している。これにより、第3の取付部66は、第1の減速機34をハウジング60に対して回転可能に保持している。第4の取付部68は、第3の取付部66と同様に第1の保持部68Aおよび第2の保持部68Bを含む。第4の取付部68による第2の減速機44の支持構造は、第3の取付部66による第1の減速機34の支持構造と同様である。
図11では、出力特性が異なる3個の第2のモータ42(図9参照)について、それぞれの出力特性の一例を示している。図11において実線のグラフにより示される第2のモータ42の出力特性L21は、例えば第1の実施形態の第2のモータ42の出力特性(図5参照)と同じである。複数の第2のモータ42の出力特性のうちの一点鎖線のグラフで示される出力特性L22は、出力トルクの最大値が出力特性L21の出力トルクの最大値(出力トルクT2)よりも大きく、出力トルクの最大値を維持可能な回転速度の上限値が出力特性L21の回転速度N21よりも低い。一例では、出力特性L22の出力トルクの最大値は、第1のモータ32の出力特性L13の出力トルクの最大値よりも小さく、出力特性L21の出力トルクの最大値を維持可能な回転速度の上限値は、出力特性L13の出力トルクの最大値を維持可能な回転速度の上限値より高い。複数の第2のモータ42の出力特性のうちの二点鎖線のグラフで示される出力特性L23は、出力トルクの最大値が出力特性L21の出力トルクの最大値(出力トルクT2)よりも小さく、出力トルクの最大値を維持可能な回転速度の上限値が出力特性L21の回転速度N21よりも高い。
ドライブユニット10では、特性の異なる複数のモータから、ユーザの好みに合うモータを選択して、取り付けることができる。第1のモータ32および第2のモータ42の少なくとも一方が第1の実施形態のそれぞれの出力特性と異なるモータを選択した場合、所定回転速度KNは、第1の実施形態の所定回転速度KN(図5参照)とは異なる回転速度となる。例えばユーザは、第1のモータ32および第2のモータ42の少なくとも一方が、出力特性の異なるモータに取り替えられる毎に、所定回転速度KNを設定する。
Claims (21)
- クランク軸を回転可能に支持するハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、前記クランク軸の回転が伝達される出力部と、
前記ハウジングに設けられ、前記クランク軸の回転速度に対する前記出力部の回転速度の比率を変更することなく、人力駆動力をアシスト可能な第1のモータと、
前記ハウジングに設けられ、前記クランク軸の回転速度に対する前記出力部の回転速度の比率を変更することなく、人力駆動力をアシスト可能な第2のモータとを含む、自転車用ドライブユニット。 - 前記第1のモータおよび前記第2のモータは、前記出力部に駆動力を与える、請求項1に記載の自転車用ドライブユニット。
- 前記第1のモータの回転を減速して前記出力部に伝達する第1の減速機をさらに含む、請求項1または2に記載の自転車用ドライブユニット。
- 前記第2のモータの回転を減速して前記出力部に伝達する第2の減速機をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
- 前記第1の減速機の減速比と前記第2の減速機の減速比とが互いに異なる、請求項3に係る請求項4に記載の自転車用ドライブユニット。
- 前記第1のモータの出力特性と前記第2のモータの出力特性とが互いに異なる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
- 前記第1のモータの出力特性と前記第2のモータの出力特性とは、回転速度に対応する出力トルクの特性が異なる、請求項6に記載の自転車用ドライブユニット。
- 前記クランク軸に与えられる人力駆動力に応じて、前記第1のモータおよび前記第2のモータを制御する制御部をさらに含み、
前記制御部は、前記第1のモータおよび前記第2のモータを選択的に動作させる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。 - 前記制御部は、前記クランク軸の回転速度および車速の少なくとも一方に基づいて、前記第1のモータおよび前記第2のモータを選択的に動作させる、請求項8に記載の自転車用ドライブユニット。
- 前記制御部は、前記クランク軸の回転速度または車速が所定速度未満のとき、人力駆動力に応じて前記第1のモータを動作させ、前記クランク軸の回転速度または車速が所定速度以上のとき、人力駆動力に応じて前記第2のモータを動作させる、請求項9に記載の自転車用ドライブユニット。
- 前記第1のモータの回転速度が所定回転速度未満の場合における前記第1のモータの出力トルクは、前記第2のモータの回転速度が所定回転速度未満の場合における前記第2のモータの出力トルクよりも大きく、前記第1のモータの回転速度が所定回転速度以上の場合における前記第1のモータの出力トルクは、前記第2のモータの回転速度が所定回転速度以上の場合における前記第2のモータの出力トルク以下である、請求項10に記載の自転車用ドライブユニット。
- 前記ハウジングは、前記第1のモータを取り付け可能な第1の取付部と、前記第2のモータを取り付け可能な第2の取付部とを含み、
前記第1の取付部は、出力特性が異なる複数の前記第1のモータのうちの1つを選択的に着脱できるように構成される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。 - 前記第1の取付部は、前記ハウジングの外部から前記第1のモータを着脱できるように構成される、請求項12に記載の自転車用ドライブユニット。
- クランク軸を回転可能に支持するハウジングを含み、
前記ハウジングは、人力駆動力をアシストする第1のモータを取り付け可能な第1の取付部を含み、
前記第1の取付部は、出力特性が異なる複数の前記第1のモータのうちの1つを選択的に着脱できるように構成される、自転車用ドライブユニット。 - 前記第1の取付部は、前記ハウジングの外部から前記第1のモータを着脱できるように構成される、請求項14に記載の自転車用ドライブユニット。
- 前記ハウジングは、人力駆動力をアシストする第2のモータを取り付け可能な第2の取付部をさらに含み、
前記第2の取付部は、出力特性が異なる複数の前記第2のモータのうちの1つを選択的に着脱できるように構成される、請求項14または15に記載の自転車用ドライブユニット。 - 前記第2の取付部は、前記ハウジングの外部から前記第2のモータを着脱できるように構成される、請求項16に記載の自転車用ドライブユニット。
- 前記クランク軸の回転が伝達される出力部をさらに含み、
前記第1のモータおよび前記第2のモータは、前記出力部に駆動力を与える、請求項16または17に記載の自転車用ドライブユニット。 - 前記第1のモータの回転を減速して前記出力部に伝達する第1の減速機を取り付け可能な第3の取付部をさらに含み、
前記第3の取付部は、減速比が異なる複数の前記第1の減速機のうちの1つを選択的に着脱できるように構成される、請求項18に記載の自転車用ドライブユニット。 - 前記第2のモータの回転を減速して前記出力部に伝達する第2の減速機を取付可能な第4の取付部をさらに含み、
前記第4の取付部は、減速比が異なる複数の前記第2の減速機のうちの1つを選択的に着脱できるように構成される、請求項18または19に記載の自転車用ドライブユニット。 - 前記第1の取付部は、前記ハウジングの壁部に設けられる開口を有し、前記開口を閉鎖するカバー体を取り付け可能である、請求項14〜20のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
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