专利名称：自行车的驱动单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用马达输出作为辅助动力并且具有变速机构的电动辅助自行车的驱动单元。
背景技术：
使用马达输出作为辅助动力且具有变速机构的电动辅助自行车有专利文献I中所披露的发明。专利文献I所披露的电动辅助自行车中，将在脚踏板上受到的踏力经由变速机构传递，将被传递的驱动力与来自马达的驱动力进行合成。然后，该自行车将合成后的驱动力传递给后车轮，从而使后车轮旋转。专利文献1:日本特许第4036776号公报但是，专利文献I的自行车的驱动单元由于由曲柄轴、变速机构的轴和马达的输出轴该三轴构成，所以具有又长又大的机壳。因此，存在自行车的设计自由度低、重量大的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种自行车的驱动单元，使同时具有变速机构以及用于辅助行驶的马达的自行车能够实现其驱动单元的轻量化和紧凑化。为了解决上述技术问题，本发明的自行车的驱动单元具有能够配置曲柄轴的孔的马达；能够选择多个齿轮比的变速机构；以及将变速机构的输出与所述马达的输出进行加和的输出部。由此，由于能够将马达配置在曲柄轴上，所以能够实现自行车的驱动单元的轻量化和紧凑化。另外，由于能够通过变速机构选择多个齿轮比，所以能够有效率地进行马达的辅助驱动。另外，曲柄轴的旋转轴和马达的旋转轴可以同轴设置。由此，由于能够简化马达的内部机构，所以能够自行车的驱动单元的进一步轻量化和紧凑化。另外，该自行车的驱动单元还可以设有所述曲柄轴。由此，能够将骑乘者的踏力传递给变速机构。另外，可以在输出部上连接链轮。由此，能够将输出部的输出传递给后轮毂等。另外，马达的输出可以经由单向离合器传递给输出部。由此，能够防止曲柄轴的旋转力传递给马达。另外，该自行车的驱动单元还可以具有减速机构，马达的输出经由减速机构传递给输出部。由此，由于能够将马达的输出减速而传递给输出部，所以能够实现效率良好地使马达动作的输出部。另外，曲柄轴可以与变速机构的输入部结合。由此，能够将骑乘者的踏力传递给变速机构。
另外，变速机构可以具有行星齿轮机构。另外，行星齿轮机构可以包括具有行星齿轮的齿轮架，齿轮架支承在输出部上。由此，具有该驱动单元的自行车能够实现曲柄轴的旋转的变速。另外，该自行车的驱动单元可以具有曲柄轴以及述马达旋转的第一旋转轴；以及变速机构旋转的第二旋转轴。并且，变速机构的输入部以及输出部可以绕第二旋转轴旋转。由于该驱动单元由两轴形成，所以能够实现自行车的驱动单元的轻量化和紧凑化。另夕卜，由于构成结构复杂的变速机构和马达绕各自的旋转轴旋转的结构，所以组装容易。另外，可以在马达的旋转轴线方向的一方配置输出部，在马达的旋转轴线方向的另一方配置连结曲柄轴以及变速机构的连结机构。由此，由于连结机构和输出部分离配置在马达的两侧，所以容易取得曲柄轴的旋转轴线方向上的重量平衡。另外，连结机构可以具有齿轮。另外，变速机构的输入部可以具有齿轮，并与连结机构的齿轮啮合。由于，与变速机构的输入部和连结机构通过螺栓等连结的情况相比，耐久性提闻。另外，输出部的旋转轴可以与曲柄轴的旋转轴同轴设置。由此，由于能够使输出部的旋转轴与曲柄轴的旋转轴的轴承一体化，所以能够实现自行车的驱动单元的进一步轻量化和紧凑化。另外，输出部可以具有与变速机构的输出部结合的第一结合部；以及与马达结合的第二结合部。并且，第二结合部可以具有外齿轮。另外，第二结合部具有内齿轮。由此，该驱动单元能够将曲柄轴的旋转力矩与马达的旋转力矩合成。发明效果根据本发明，对于同时具有变速机构和辅助行驶用的马达的驱动单元来说，能够得到实现轻量化、紧凑化的驱动单元。
图1是组装了本发明的驱动单元的电动辅助自行车的侧面图。图2是本发明的第一实施方式的驱动单元的剖面图。图3是本发明的第一实施方式的内装变速轮毂的纵剖面图。图4是上述内装变速轮毂的轴的立体图。图5是第一单向离合器的横剖面图。图6是第二单向离合器的横剖面图。图7是第三单向离合器的横剖面图。图8是切换机构的分解立体图。图9是凸轮承载部件的正面图。图10是凸轮承载部件的半截剖面图。图11是第二离合机构的连结状态时的横剖面图。图12是第二离合机构为连结解除状态时的横剖面图。图13是表示第一操作筒与第二操作筒的可相对转动范围的横剖面图。图14是本发明的第一实施方式的变形例的驱动单元的剖面图。图15是本发明的第一实施方式的变形例的驱动单元的剖面图。图16是本发明的第一实施方式的变形例的驱动单元的剖面图。
图17是本发明的第一实施方式的变形例的驱动单元的剖面图。图18是本发明的第一实施方式的变形例的驱动单元的剖面图。附图标记说明1驱动单元；12轴；14输出部；16驱动体；18旋转传递机构；20切换机构；32行星齿轮机构；34环齿轮；36第一行星齿轮；38第二行星齿轮；40齿轮架；42第一太阳齿轮；44第二太阳齿轮；50第一单向离合器；52第二单向离合器；64第一离合机构；66第二离合机构；70操作机构；100脚踏板；101曲柄；102曲柄轴；103链轮；104链条；105后链轮；106后车轴；111机壳；112轴承；113轴承；114第一齿轮；120马达；121定子；122安装部；123转子；124a、124b轴承；125减速机构；126行星齿轮机构；130转矩传递部件；131转矩合成部件；132单向离合器；133旋转支承部；134轴承；140变速机构；141第二齿轮；142第三齿轮。
具体实施例方式<第一实施方式>图1是表示组装有本发明的驱动单元的电动辅助自行车的一例的右侧面图。该电动辅助自行车在将作用于脚踏板100的踏力经由所谓曲柄101 —曲柄轴102 —驱动单元I —前链轮103 —链条104 —后链轮105的路径而传递给后车轮的车轴106的过程中，将马达输出合成而作为辅助动力，对行驶进行辅助。通常，由转矩检测机构检测作用于曲柄轴102的转矩，其检测值超过设定值时启动马达，产生与不足量对应的转矩作为辅助动力。转矩检测机构例如包括曲柄轴102上的磁应变元件和检测线圈，检测曲柄轴102的扭力。包含辅助用的马达的驱动单元I一般配置在车架的座管的下端部和车架的下管的后端部的连结部附近，马达驱动用的电池沿后载物架、下管或座管配置。本发明的特点是以同轴构成曲柄轴和马达的输出轴，再算上变速机构的轴，则以两轴构成驱动单元。以下说明驱动单元I的结构和功能。图2是本发明的第一实施方式的驱动单元的剖面图。如图2所示，在本驱动单元I中，曲柄轴102内插在机壳111的贯通孔IllA中，经由轴承112、113旋转自如地支承在机壳111上。在曲柄轴102的两端可拆装地安装有曲柄臂101。曲柄臂101配置在机壳111的外部。<辅助用马达的结构>马达(电动机)120以其旋转轴与曲柄轴102的旋转轴同轴的方式配置。马达120的定子121被卷绕励磁用线圈并配置在曲柄轴102的同心圆上，通过安装部122固定在机壳111上。转子123旋转自如地支承在曲柄轴102上。转子123例如具有在周向上具有多个磁极的磁铁(未图示)和保持磁铁的磁铁保持部(未图示)。本实施方式的马达是转子123被定子121包围而设置的内转子式马达。转子123通过在曲柄轴向上隔开间隔配置的第一轴承124a以及第二轴承124b而旋转自如地支承在曲柄轴102上。另外，马达120由省略图示的变频器驱动。变频器由未图示的控制部驱动，控制部对应踏力以及速度来控制变频器。<减速机构的结构>减速机构125将转子123的旋转传递给转矩传递部件130，将转矩传递部件130的旋转传递给转子123。减速机构125具有行星齿轮机构126。行星齿轮机构126具有太阳齿轮126a、配置在太阳齿轮126a的外周侧的内齿轮126b、与太阳齿轮126a和内齿轮126b啮合的多个(例如三个)行星齿轮126c。太阳齿轮126a固定在转子123上。内齿轮126b设于安装部122上。多个行星齿轮126c由转矩传递部件130旋转自如地支承。转矩传递部件130是所谓的齿轮架(carrier)。各行星齿轮126c具有齿数不同的第一以及第二齿轮部。第一齿轮部的齿数比第二齿轮部的齿数多。第一齿轮部与太阳齿轮126a啮合,第二齿轮部与内齿轮126b啮合。转矩传递部件130经由单向离合器132和旋转支承部133能够旋转地支承在转矩合成部件131 (详细内容后述)的内侧面上。旋转支承部133在本实施方式中由滑动轴承(滑”軸受汁)构成，但是也可以由轴承(X U 、构成。旋转支承部133关于曲柄轴配置在单向离合器132的半径方向的外侧。在该行星齿轮机构126中，由于内齿轮126b相对于机壳111不能旋转地固定，所以被连结有转子123的太阳齿轮126a的旋转减速并传递给转矩传递部件130。<连结机构的结构>连结机构设有第一齿轮114和第二齿轮141。将曲柄轴102和变速机构主体140b连结。第一齿轮114设于曲柄轴102的一端部侧。第一齿轮114固接在曲柄轴102上,与曲柄轴102—体旋转。第一齿轮114例如可以由三角花链(serration)可拆装地安装在曲柄轴102上。第二齿轮141是对变速机构140输入转矩的部件，与第一齿轮114啮合。连结机构隔着马达120设于转矩合成部件131和前链轮103的相反侧。<变速机构的结构>变速机构140由变速机构用马达单元140a和变速机构主体140b构成。变速机构用马达单元140a根据装接在手把上的变速操作部(未图示)上的骑乘者的指示来使后述的变速机构主体140b的卡止体88旋转规定的相位。作为变速机构用马达单元140a例如能够利用日本专利第3529723号公开的公知的马达单元。变速机构主体140b是能够选择多个齿数比的变速器。变速机构主体140b在本实施方式中包括能够选择多个变速档的具有至少一个行星齿轮和太阳齿轮的旋转传递机构和使这些齿轮的一部分能够转动或不能转动的控制机构。图2是以3档切换的变速机构为例图示变速机构主体140b的详细说明图。<变速机构主体的结构>变速机构主体140b如图3所示，设有轴12、输出部14、驱动体(输入部)16、旋转传递机构18、切换机构20。轴12能够不能旋转地装接在机壳111上。另外，为了说明上方便，图3中，变速机构主体140b的朝向与图2的变速机构主体140b的朝向左右相反。输出部14以及驱动体16形成为筒状。输出部14与驱动体16 —起覆盖旋转传递机构18以及切换机构20。输出部14的一端(图3左端)经由轴承22a旋转自如地支承在轴12上。驱动体16经由轴承22b旋转自如地支承在轴12上。输出部14的另一端(图3右端)经由轴承22c旋转自如地支承在驱动体16上。轴承22a具有与轴12的后述的第二阳螺纹部26螺纹连接的球压部23a、形成在输出部14的一端内周面上的球承部23b、以及配置在球压部23a与球承部23b之间的钢球23c。轴承22b具有止旋在轴12的后述的止旋槽27b中的球压部23d、形成在驱动体16的一端内周面的球承部23e、以及配置在球压部23d与球承部23e之间的钢球23f。轴承22c具有形成在驱动体16的外周面的球压部23g、形成在输出部14的另一端内周面的球承部23h、以及配置在球压部23g与球承部23h之间的钢球23i。
〈轴的结构〉如图4所示，轴12在两端部具有用于通过螺母116 (参照图2)而固定在形成于机壳111上的插入口 115 (参照图2)中的第一阳螺纹部24a、24b。在第一阳螺纹部24a、24b上形成有止旋在插入口 115中的平行形成的止旋部25a、25b。在第一阳螺纹部24a的轴向内侧形成有用于装接轴承22a的第二阳螺纹部26。在第一阳螺纹部24b的轴向内侧间隔180度沿轴向形成有用于止旋轴承22b以及切换机构20的结构部件的宽度不同的两个止旋槽27a、27b。在轴12的轴向的中央部间隔180度向径向突出地形成有起到作为切换机构20的单向离合器的作用的第一突起部28和起到止旋的作用的第二突起部29。在第二突起部29的轴向的中央部形成有定位凹部29a。〈输出部的结构〉输出部14能够绕轴12自由旋转。如图3所示，输出部14是从一端(图3左端)向另一端(图3右端)以阶梯状扩径的筒状的部件。在输出部14的外周部不能旋转地装接有第三齿轮142。输出部14能够与第三齿轮142—体旋转。<驱动体的结构>驱动体16是装接在轴12与输出部14之间且相对于该两者不能自由旋转的筒状的部件。驱动体16朝向一端(图3右端)以阶梯状缩径。在驱动体16的输出部14的相反侧的端部上装接有第二齿轮141。驱动体16能够与第二齿轮141 一体旋转。 <旋转传递机构的结构>旋转传递机构18具有能够将驱动体16的旋转变速为多个(例如三个)变速档并传递给输出部14的行星齿轮机构32。行星齿轮机构32具有环齿轮34、第一行星齿轮36、第二行星齿轮38、自由旋转地支承第一以及第二行星齿轮36、38的齿轮架40、与第一行星齿轮36啮合的第一太阳齿轮42、以及与第二行星齿轮38啮合的第二太阳齿轮44。环齿轮34形成在驱动体16的另一端侧(图3左侧)的内周面上。第一行星齿轮36是与环齿轮34哨合的至少一个齿轮。第二行星齿轮38能够与第一行星齿轮36 —体旋转,是齿数比第一行星齿轮36多的至少一个(例如30个)齿轮。本实施方式中，第一行星齿轮36与第二行星齿轮38 —体形成，但是也可以分体形成。齿轮架40旋转自如地支承在周向上等间隔配置的各三个第一以及第二行星齿轮36、38，并且能够绕轴12自由旋转。第一太阳齿轮42是绕轴12旋转、与第一行星齿轮36啮合的齿轮。第二太阳齿轮44是与第二行星齿轮38啮合的齿轮。齿轮架40通过与轴12平行配置的多根(例如三根)支承轴40a支承第一以及第二行星齿轮36、38。另外，旋转传递机构18还具有第一单向离合器50和第二单向离合器52。第一单向离合器50具有旋转自如地装接在轴12上的筒状的第一爪支承部54。第一爪支承部54与齿轮架40能够一体旋转地连结。第一爪支承部54在外周面具有起伏自如地装接后述的第一离合爪55的、在周向上隔开间隔地配置的多个(例如6个)第一装接凹部54a。另外，与第一装接凹部54a邻接地在一端(图3右端)具有与齿轮架40能够一体旋转地连结的连结凹部54b。如图3所示，第一爪支承部54由装接在轴12的外周面上的止动圈53限制轴向的移动。如图5所示，第一单向离合器50仅将与齿轮架40连结的第一爪支承部54的前进方向的箭头A所示的旋转传递给输出部14。第一单向离合器50还具有起伏自如地装接在第一装接凹部54a上的多个(例如6个)第一离合爪55和以与第一离合爪55啮合的方式形成在输出部14的内周面上的第一棘齿56。第一离合爪55被装接在第一爪支承部54的外周面上的环状的第一弹簧部件57被朝向与第一棘齿56啮合的起立姿势施力。如图6所示，第二单向离合器52阻止第一行星齿轮42的前进方向的相反方向的箭头B所示的旋转。如图3所示，第二单向离合器52具有与轴12不能旋转地连结的筒状的第二爪支承部58。如图6所示，第二爪支承部58在内周面向径向内侧突出地形成具有与轴12的第二突起部29卡合的卡合凹部58a的止旋部58b。第二爪支承部58通过与定位凹部29a卡合的定位销59限制轴12方向的移动。定位销59配置在沿第二爪支承部58的径向配置的固定孔58中。由此，第二爪支承部58与轴12不能旋转且不能轴向移动地连结。第二爪支承部58在外周面具有起伏自如地装接后述的第二离合爪60的、在周向上隔开间隔地配置的多个(例如2个)第二装接凹部58d。另外，在外周面具有用于卡止切换机构20的后述的第一扭簧97的另一端97b的弹簧卡止孔58e。第二单向离合器52还具有配置、起伏自如地装接在第二装接凹部58d上的多个(例如2个)第二离合爪60和以与第二离合爪60啮合的方式形成在第一太阳齿轮42的内周面上的第二棘齿61。第二棘齿60被装接在第二爪支承部58的外周面的环状的第二弹簧部件62朝向与第二棘齿61啮合的起立姿势施力。<切换机构的结构〉如图3所示，切换机构20具有能够例如由变速机构用马达单元140a的马达的输出轴的旋转而移动的移动部件63。另外，切换机构20还具有对应移动部件63的移动而能够将驱动体16和齿轮架40切换为连结状态和连结解除状态的第一离合机构64、对应移动部件63的移动而能够将第二太阳齿轮44切换为旋转可能状态和旋转不能状态的第二离合机构66、以及对应移动部件63的移动而能够对第一以及第二离合机构64、66进行切换操作的操作机构70。〈移动部件的结构〉如图3和图8所示，移动部件63具有与变速机构用马达单元140a卡合的卡止体88 (参照图3)、能够与卡止体88连动的第一操作筒90、以及能够与第一操作筒90连动的第二操作筒92。卡止体88以由与第一阳螺纹部24b螺纹连接的螺母160以及变速机构用马达单元140a而按压在轴承22b的球压部23d上的状态转动自如地配置在轴12的外周面上。在卡止体88上卡止有变速机构用马达单元140a的驱动用环部(未图示)。卡止体88由变速机构用马达单元140a的动作而转动。卡止体88由变速机构用马达单元140a的动作而被定位在从第一位置到第三位置的三个位置上。以下将第一位置记作高速位置、将第二位置记作中间位置、将第三位置记作低速位置。例如，卡止体88当由装接在手把上的变速操作部(未图示)指示低速动作时被配置在低速位置上，当由变速操作部(未图示)指示高速动作时被配置在高速位置上。第一操作筒90转动自如地装接在轴12的外周面上。如图8所示，第一操作筒90在一端(图8右端)具有与卡止体88卡合的沿轴向延伸的圆弧状的一对卡合突起90a。在该卡合突起90a的末端形成有与卡止体88卡合的、周向长度稍短的卡止部90c。该卡止部90c与卡止体88的内周面卡合,从而第一操作筒90与卡止体88的转动连动而被定位在前述的三个位置中的任一位置上。卡合突起90a在后述的凸轮部件80的通过凹部80b中通过而卡止在卡止体88上。在第一操作筒90的另一端(图8左端)形成有与第二操作筒92连结的一对第一连结片90b。第一连结片90b的末端部90d其周向长度比基端部短。另外，在第一操作筒90的外周面上形成有卡止后述的第二扭簧98的一端(图8右端)98a的弹簧卡止孔90e。第二操作筒92在一端(图8右端)具有与第一操作筒90的第一连结片90b卡合的圆弧状的一对第二连结片92a。第二连结片92a的末端部92b其周向长度比基端部短。如图13所示，第一连结片90b与第二连结片92a形成为能够相对转动规定角度α (例如40度)程度。另外，在第二操作筒92的另一端(图8左端)一体形成有用于控制第二离合机构66的一对第二控制部件85。<第一离合机构的结构>如图3、图7和图8所示，第一离合机构64具有配置在驱动体16与齿轮架40之间的第三单向离合器72和将第三单向离合器72控制为连结状态和连结解除状态的第一控制部件73。第三单向离合器72仅将驱动体16的前进方向的箭头C所示的旋转传递给齿轮架40。如图7所示，第三单向离合器72具有起伏自如地装接在形成于驱动体16的内周面上的多个(例如2个)第三装接凹部16b上的第三离合爪74、和以与第三离合爪74啮合的方式形成于齿轮架40的一端(图3右端)外周面的第三棘齿75。第三离合爪74被装接在驱动体16的内周面上的环状的第三弹簧部件76朝向与第三棘齿75啮合的起立姿势施力。如图8所示，第一控制部件73具有与轴12不能旋转地连结的凸轮部件80、能够绕轴旋转的凸轮承载部件81。凸轮部件80是有底筒状的`部件，在内周面具有与轴12的止旋槽27a卡合的卡止突起80a。另外，在内周面具有使第一操作筒90的卡合突起90a通过的圆弧状的通过凹部80b。通过凹部80b具有比卡合突起90a的周向长度长的周向长度以容许第一操作筒90的规定范围(例如大致40度)的转动。在凸轮部件80的筒状部的端面上形成有与凸轮承载部件81卡合的一对倾斜凸轮80c。倾斜凸轮80c由在周向上倾斜的倾斜面构成。如图9和图10所示，凸轮承载部件81是环状的部件，在其内周面向径向内侧突出地形成与倾斜凸轮80c卡合的一对凸轮承载销81a。另外，在一端面(图8进深内侧端面)形成有将第三离合爪74切换为与第三棘齿75啮合的起立姿势和从第三棘齿75离开的伏卧姿势的多个(例如8个)控制面81b。控制面81b具有在周向上隔开间隔配置的、在周向和径向上倾斜的凸轮面。如图3所示，凸轮承载部件81被配置在其与齿轮架40之间的盘簧83向轴向外侧(图3右侧)施力。当操作机构70的后述的转动部件94绕图8的顺时针转动时，由该转动使凸轮承载销81a卡合在凸轮部件80的倾斜凸轮80c上，凸轮承载部件81抵抗盘簧83的施力而向轴向内侧(图3左侧)移动。由该向轴向内侧的移动，使得控制面81b将第三离合爪74从起立姿势向伏卧姿势按压。由此，第三单向离合器72变为连结解除状态。另外，当转动部件94绕图8的逆时针转动时，返回连结状态。<第二离合机构的结构>如图11以及图12所示，第二离合机构66具有配置在轴12与第二太阳齿轮44之间的第四单向离合器84和将第四单向离合器84控制为连结状态和连结解除状态的第二控制部件85。第四单向离合器84当处于图11所示的连结状态时，禁止第二太阳齿轮44的前进方向的箭头D所示的旋转。第四单向离合器84具有起伏自如地装接在形成于第二太阳齿轮44的内周面的多个(例如两个)第四装接凹部44a上的第四离合爪86、和以与第四离合爪86啮合的方式形成在轴12的外周面的第一突起部28。第四离合爪86被装接在第二太阳齿轮44的内周面上的环状的第四弹簧部件87向与第一突起部28啮合的起立姿势施力。第二控制部件85是与第二操作筒92 —体形成的圆弧状剖面的一对部件。第二控制部件85接近轴12的第一突起部28的图3右侧面配置。第二控制部件85通过绕第二操作筒92的轴的转动而在图11所示的连结位置与图12所示的连结解除位置之间转动。当第二控制部件85转动到连结解除位置时，第四离合爪86被向伏卧姿势侧按压，第四单向离合器84变为连结解除状态，第二太阳齿轮44能够向前进方向旋转。<操作机构的结构>如图3和图8所示，操作机构70具有与第二操作筒92连动而转动的转动部件94、和与第二操作筒92连动而转动的复归部件96。另外，操作机构70具有第一扭簧97和第二扭簧98。转动部件94是冲压成型金属板而形成的圆板状的部件。转动部件94设置用于使凸轮承载销81对应卡止体88的转动而转动。转动部件94具有大致垫圈状的主体部94a、从主体部94a的外周部两侧折曲90度而突出的一对卡合片94b。在主体部94a的内周面
形成有与第一操作筒90的第一连结片90b的末端部90d卡合的第--合凹部94c和与第
二操作筒92的第二连结片92a的末端部92b卡合的第二卡合凹部94d。在卡合片94b的中央部分形成有沿轴向移 动自如地夹持凸轮承载部件81的凸轮承载销81a的夹持槽94e。在一方的卡合片94b上形成有卡止第二扭簧98的另一端98b的弹簧卡止孔94f。复归部件96是冲压成型金属板而形成的圆板状的部件。复归部件96设置用于将第一扭簧97的施力传递给第一以及第二操作筒90、92，使第一以及第二操作筒90、92绕图8的逆时针转动。复归部件96在内周侧具有与第一操作筒90的第一连结片90b的末端部90d卡合的第一卡合凹部96a、和与第二操作筒92的第二连结片92a的末端部92b卡合的第二卡合凹部96b。另外,在侧部形成有卡止第一扭簧97的一端(图8右端)97a的弹簧卡止孔96c。第一扭簧97例如是扭曲盘簧，起到作为第一以及第二操作筒90、92的复位弹簧的作用。即、当变速机构用马达单元140a要从高速位置朝向中速位置、或从中速位置朝向低速位置定位时，使第一以及第二操作筒90、92以及卡止体88绕图8的逆时针转动。第一扭簧97如前所述其一端97a卡止在复归部件96上，另一端97b卡止在相对于轴12不能旋转的第二爪支承部58上。第二扭簧98例如是扭曲盘簧，用于使第一操作筒90与第二操作筒92连动。具体地，其设置用于当第三单向离合器72或第四单向离合器82不能以动力传递状态进行切换操作时，解除动力传递状态，之后使第二操作筒92转动。如前所述,第二扭簧98其一端98a卡止在第一操作筒90上，另一端卡止在转动部件94上。因此，第一操作筒90的转动经由第二扭簧98以及转动部件94传递给第二操作筒92。
<切换机构的动作>接着，关于基于变速机构用马达单元140a的动作的切换机构20的动作进行说明。当由变速机构用马达单元140a的动作使卡止体88定位在高速位置上时，在第一离合机构64中，第一控制部件73的凸轮承载销81配置成从第三单向离合器的第三离合爪74离开。因此，第三单向离合器变为连结状态，驱动体16的旋转传递给齿轮架40。因此，行星齿轮机构32不动作，驱动体16的旋转经由齿轮架40以及第一单向离合器50直接传递给输出部14。然后，最终驱动体16的旋转传递给第三处理142。从该驱动体16经由齿轮架40传递给输出部14的路径是不使用行星齿轮机构32的功能的等速传递路径。当由变速机构用马达单元140a的动作使卡止体88从高速位置定位在中间位置上时，卡止体88转动，与此对应地、第一操作筒90绕图8的逆时针转动。由此，在第一离合机构64中，第一控制部件73的凸轮承载部件81绕图8的顺时针转动且同时向图3左方移动，要将第三单向离合器72的第三离合爪74向伏卧姿势按压。但是，当骑乘者蹬踏着脚踏板100时，第三单向离合器72的第三离合爪74处于动力传动状态，所以凸轮承载部件81不能按压第三离合爪74。因此，即使第一操作筒90旋转，转动部件94以及第二操作筒92也不旋转，第二扭簧98挠曲而蓄积力。然后，当骑乘者停止蹬踏脚踏板100时，由第二扭簧98的施力使转动部件94以及第二操作筒92绕顺时针转动。由此，第一离合机构64变为连结解除状态，由设于驱动体16上的环齿轮34使行星齿轮机构32动作。当处于该中间位置时，第二离合机构66处于图11所示的连结状态。因此，第二太阳齿轮44被阻止反方向的旋转，环齿轮34向前进方向旋转后，第二太阳齿轮44不旋转，以由第二行星齿轮38以及第二太阳齿轮44的啮合决定的减速比来将驱动体16的旋转减速，使齿轮架40向前进方向旋转。该旋转经由第一单向离合器50传递给输出部14。因此，输出部14的旋转的减速程度比高速位置时大。另外，当骑乘者未蹬踏脚踏板100时，转动部件94以及第二操作筒92与第一操作筒90连动转动。从该驱动体16由第二行星齿轮38以及第二太阳齿轮44的作用而齿轮架40减速的路径为两个减速传递路径中高速侧的减速传递路径。当由变速机构用马达单元140a的动作使卡止体88从中速位置转动到低速位置，则第一离合机构64依然保持连结解除状态。另外，在第二离合机构66中如图12所示，第二控制部件85在转动方向上与轴12的第一突起部28重合。因此，第四离合爪86变为不能与第一突起部28啮合，第二离合机构66变为连结解除状态。因此，第二太阳齿轮44变为能够在双方向上转动，不能起到作为太阳齿轮的功能。结果，以由第一行星齿轮36以及第一太阳齿轮42的啮合决定的减速比将驱动体16的旋转减速，使齿轮架40向前进方向旋转。这时，由于第一太阳齿轮42比第二太阳齿轮44齿数多，所以比中间位置时进一步减速，使齿轮架40向前进方向旋转。从该驱动体16由第一行星齿轮36以及第一太阳齿轮42的作用而进一步减速的路径是两个减速传递路径中低速侧的减速传递路径。另一方面，当由变速机构用马达单元140a的动作而从低速位置向高速位置操作时，由第一扭簧97的施力而经由复归部件96使第二操作筒92绕图8的顺时针转动，与此对应地第一操作筒90以及转动部件94也绕图8的逆时针转动，向高速位置侧实现变速动作。
〈转矩合成部件〉转矩合成部件131设于曲柄轴102的另一端部侧。形成为环状，具有沿曲柄轴102延伸的第一环状部分和从第一环状部分的端部关于曲柄轴102在径向上延伸的第二环状部分。第二环状部分配置在第一环状部分的马达侧的端部。转矩合成部件131的外周部由齿轮131a构成。齿轮131a形成在第二环状部分的外周部。转矩合成部件131的外周部与第三齿轮142啮合。转矩合成部件131的内周部经由单向离合器132与转矩传递部件130连结。在第一环状部分的内周部形成单向离合器132的离合槽。在转矩合成部件131上还设有支承转矩传递部件130的旋转的旋转支承部133。旋转支承部133设于第二环状部分。在转矩合成部件131的内周部设置轴承113，转矩合成部件131能够旋转地支承曲柄轴102。在第一环状部分的内周部上设置轴承113。在转矩合成部件131的外周部上设置轴承134，转矩合成部件131由机壳111能够旋转地支承。在第一环状部分的外周部设置轴承134。轴承113和单向离合器132隔着第一环状部分接近设置。在转矩合成部件131上以能够与转矩合成部件131 —体旋转的方式安装有链轮103。转矩合成部件131的端部(第一环状部分的端部)从机壳111的孔IllA向外部突出。在该转矩合成部件131的第一环状部分的端部上例如通过螺栓可拆装地安装链轮103。<驱动单元的动作>接着，关于该驱动单元的动作进行说明。基于骑乘者的踏力的转矩向曲柄101 —曲柄轴102 —第一齿轮114 —第二齿轮141 —变速机构主体140b —第三齿轮142 —转矩合成部件131经由变速机构传递。另一方面，来自马达的输出转矩向减速机构125 —转矩传递部件130 —单向离合器132 —转矩合成部件131传递。转矩合成部件131将这两个转矩合成，并向链轮103传递合成后的转矩。由此，实现马达的辅助。<第一实施方式的效果>接着，关于本实施方式的效果进行说明。本实施方式的驱动单元由于将曲柄轴和辅助用马达的输出轴同轴，所以能够实现同时具有变速机构以及辅助行驶用的马达的轻量且紧凑的驱动单元。另外，由于不施加马达的输出转矩作为变速机构的输入转矩，所以即使变速机构是具有与内装变速机构相同的行星齿轮机构的变速机构，骑乘者也能够顺畅地进行档的切换。另外，由于能够通过变速机构选择多个齿轮比，所以能够有效地进行基于马达的辅助驱动。另外，在本实施方式的变速机构140中，通常使用的辅助自行车中使用频率较高的最高速阶段中不使用行星齿轮机构32的减速传递路径。因此，使用结构复杂的行星齿轮机构的频度变低，能够维持变速机构140的较高的耐久性。另外，在本实施方式中，以卡止体88以及第一以及第二操作筒绕轴旋转的类型的变速机构为例说明了本发明，但是本发明不限于此。例如也能够使用与具有双臂曲柄(bellcrank)和由双臂曲柄而在轴向上移动的推杆的内装变速轮毂的机构同样的变速机构构成本发明的驱动单元。图14表示使用这样的变速机构的一例。图14中公开的变速器主体140b是日本专利第3428559号公报中公开的内装变速轮毂，该变速器140设置接收装接在手把上的变速操作部(未图示)的指示而动作的双臂曲柄的变速指示机构140c来代替变速机构用马达单兀140a。另外,变速器主体140b含有由双臂曲柄而在轴向上移动的推杆(未图示)。另外，变速机构140以三个档的结构为例进行了说明，但是变速机构140不限于上述情况。例如，变速机构140也可以是5档、7档、8档、11档或此外的其他档。图15、16、17、18中，与图2的变速机构对应的部件分别使用相同的附图标记进行表示。另外，5档、7档、8档、11档的变速机构主体140b分别与日本专利第4564978号公报、日本专利第3184230号公报、日本专利第3654845号公报、日本专利第4705131号公报中公开的内容相同。本领域技术人员可知在这些结构中与第一实施方式起到相同的效果。另外，上述变速机构的结构不限于此，也可以是至少包含减速机构和加速机构的任一个的变速机构。在以上的实施方式以及变形例的说明中，说明了从曲柄轴向变速机构140的转矩的传递、从变速机构140向转矩合成部件131的转矩的传递经由齿轮进行的情况。但是，这些转矩的传递也可以使用传动带或传动链进行。另外，连结机构由第一齿轮114以及第二齿轮141构成，但是也可以使用三个以上的齿轮从曲柄轴102向变速机构140传递驱动力。另外，也可以在变速机构的输出部14与转矩合成部件131之间设置多个齿轮而传递驱动力。另外，变速器主体140b也可以代替多级变速器而使用无级变速器。另外，辅助用马达12可以是刷式马达，也可以是无刷马达。另外，辅助用马达120只要能够以低速驱动，则可以省略减速机构125。这种情况下，马达输出可以原样地传递给单向离合器132。以上的实施方式中，变速由手动进行，但是也可以自动进行变速。这种情况下，设置检测自行车的速度的速度传感器，控制部根据速度传感器的输出和来自转矩检测机构的输出来控制变速机构用马达单元140a而进行变速机构140的变速。
权利要求
1.ー种自行车的驱动单元，该自行车的驱动单元设有 具有能够配置曲柄轴的孔的马达； 能够选择多个齿轮比的变速机构；以及 将所述变速机构的输出与所述马达的输出进行加和的输出部。
2.如权利要求1所述的自行车的驱动单元，其中，所述曲柄轴的旋转轴和所述马达的旋转轴同轴设置。
3.如权利要求1或2所述的自行车的驱动单元，其中，该自行车的驱动单元还设有所述曲柄轴。
4.如权利要求1 3任一项所述的自行车的驱动单元，其中，在所述输出部上连接链轮。
5.如权利要求1 4任一项所述的自行车的驱动单元，其中，所述马达的输出经由单向离合器传递给所述输出部。
6.如权利要求1 5任一项所述的自行车的驱动单元，其中，该自行车的驱动单元还具有减速机构， 所述马达的输出经由所述减速机构传递给所述输出部。
7.如权利要求1 4任一项所述的自行车的驱动单元，其中，该自行车的驱动单元还具有减速机构， 所述马达的输出输入给所述减速机构， 所述减速机构的输出经由单向离合器传递给所述输出部。
8.如权利要求1 6任一项所述的自行车的驱动单元，其中，所述曲柄轴与所述变速机构的输入部结合。
9.如权利要求1 8任一项所述的自行车的驱动单元，其中，所述变速机构具有行星齿轮机构。
10.如权利要求1 9任一项所述的自行车的驱动单元，其中，所述行星齿轮机构包括具有行星齿轮的齿轮架， 所述齿轮架支承在所述输出部上。
11.如权利要求1 10任一项所述的自行车的驱动单元，其中，该自行车的驱动单元具有 所述曲柄轴以及所述马达旋转的第一旋转轴；以及 所述变速机构旋转的第二旋转轴。
12.如权利要求11所述的自行车的驱动单元，其中，所述变速机构的输入部以及输出部绕所述第二旋转轴旋转。
13.如权利要求1 12任一项所述的自行车的驱动单元，其中，在所述马达的旋转轴线方向的ー侧配置所述输出部，在所述马达的旋转轴线方向的另ー侧配置连结所述曲柄轴以及所述变速机构的连结机构。
14.如权利要求13所述的自行车的驱动单元，其中，所述连结机构具有齿轮。
15.如权利要求14所述的自行车的驱动单元，其中，所述变速机构的输入部具有齿轮，并与所述连结机构的所述齿轮啮合。
16.如权利要求1 15所述的自行车的驱动单元，其中，所述输出部的旋转轴设置为与所述曲柄轴的旋转轴同轴。
17.如权利要求1 16任一项所述的自行车的驱动单元，其中，所述输出部具有 与所述变速机构的输出部结合的第一结合部；以及与所述马达结合的第二结合部。
18.如权利要求17所述的自行车的驱动单元，其中，所述第一结合部具有外齿轮。
19.如权利要求17所述的自行车的驱动单元，其中，所述第二结合部具有内齿轮。
全文摘要
本发明提供一种自行车的驱动单元，使同时具有变速机构以及用于辅助行驶的马达的自行车能够实现其驱动单元的轻量化和紧凑化。本发明的自行车的驱动单元设有具有能够配置曲柄轴的孔的马达、能够选择多个齿轮比的变速机构、以及将变速机构的输出与所述马达的输出进行加和的输出部。
文档编号B62M6/40GK103043171SQ20121037759
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月8日 优先权日2011年10月13日
发明者樋野哲也, 渡会悦义 申请人:株式会社岛野