JP2025114014A - Electrically assisted drive unit for electrically assisted bicycles - Google Patents
Electrically assisted drive unit for electrically assisted bicyclesInfo
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Abstract
Description
本発明は、自転車に関し、特に、電動アシスト自転車の電力アシスト駆動装置に関する。 The present invention relates to bicycles, and more particularly to power-assisted drive devices for electrically assisted bicycles.
従来の電動アシスト自転車の電力アシスト駆動装置は、１つのモータ、１つの遊星ギア群、２つのクラッチ、１つの環状支持部材及びクランクシャフト群を備える。モータは自転車のボトムブラケットの中に配設する。モータは、管状コアを有する。遊星ギアは、管状コアに設けた太陽歯車を有する。クランクシャフト群は、１本の軸及び２本のクランクを有する。軸は管状コアに挿設するが、両者は互いに接続せず、軸が管状コアに対して回転可能である。第１のクラッチは、管状コアと環状支持部材との間に設ける。第２のクラッチは、環状支持部材と軸との間に設ける。環状支持部材は、少なくとも１枚のスプロケットに接続する。スプロケットは、チェーンを介して少なくとも１つのフライホイールに接続する。フライホイールは、自転車の１つの後輪に接続する。 A conventional power-assisted bicycle power-assisted drive unit includes a motor, a planetary gear set, two clutches, an annular support member, and a crankshaft set. The motor is disposed inside the bottom bracket of the bicycle. The motor has a tubular core. The planetary gear set has a sun gear mounted on the tubular core. The crankshaft set has a shaft and two cranks. The shaft is inserted into the tubular core but is not connected to each other, and the shaft is rotatable relative to the tubular core. A first clutch is provided between the tubular core and the annular support member. A second clutch is provided between the annular support member and the shaft. The annular support member is connected to at least one sprocket. The sprocket is connected to at least one flywheel via a chain. The flywheel is connected to one rear wheel of the bicycle.
簡易な遊星ギアの減速比を求める計算方式は、１つの内歯リングの歯数を、太陽歯車の歯数で除算して得た数字に固定係数１を加算する。内歯リングの歯数は固定され、減速比は太陽歯車の歯数により決められる。 A simple calculation method for calculating the reduction ratio of a planetary gear is to divide the number of teeth on one internal ring by the number of teeth on the sun gear and then add a fixed coefficient of 1 to the result. The number of teeth on the internal ring is fixed, and the reduction ratio is determined by the number of teeth on the sun gear.
上述した軸を管状コアに挿通する。管状コアには、太陽歯車を載置する。軸の直径は、管状コアの内外２つの直径を決める。管状コアの外径は、太陽歯車の内外２つの直径（即ち歯数）を決める。２本のクランクを組み合わせるため、軸の直径は固定する。太陽歯車の歯数が固定されているため、減速比は固定される。しかし、これは内歯リングを大きくするのでなければ、好ましくない構造設計であった。 The above-mentioned shaft is inserted into a tubular core. A sun gear is placed on the tubular core. The diameter of the shaft determines the two inner and outer diameters of the tubular core. The outer diameter of the tubular core determines the two inner and outer diameters of the sun gear (i.e., the number of teeth). The diameter of the shaft is fixed because it combines two cranks. Since the number of teeth on the sun gear is fixed, the reduction ratio is fixed. However, this is an undesirable structural design unless the internal tooth ring is enlarged.
本発明の目的は、小型であるか、好ましい減速比の電力アシストを電動アシスト自転車に提供する、電動アシスト自転車の電力アシスト駆動装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a power-assisted drive device for an electrically assisted bicycle that is compact and provides power assistance with a desirable reduction ratio to the electrically assisted bicycle.
こうした現状に鑑み、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、従来技術の問題点を改善し、本発明を完成させたものである。すなわち、上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、１つのモータ（１０）と、１つの遊星ギア群（１２）と、１つの環状支持部材（１８）と、１本の左軸（２４）と、１本の右軸（２６）と、１つの第１のクラッチ（１４）と、１つの第２のクラッチ（１６）とを備える、電動アシスト自転車の電力アシスト駆動装置であって、前記モータ（１０）は、１台の自転車の１つのボトムブラケット内に設けるとともに、１つの管状コア（２２）を有し、前記管状コア（２２）は、１つの小径段部（２３）を有し、前記遊星ギア群（１２）は、前記管状コア（２２）の小径段部（２３）に設けた１つの小型の太陽歯車（３６）を有し、前記環状支持部材（１８）は、少なくとも１つのスプロケットと接続し、前記左軸（２４）は、前記管状コア（２２）に挿通するとともに、１本のクランクと接続した１つの左端（２８）と、１つの右端（３０）と、前記管状コア（２２）の小径段部（２３）に挿通する１つの小径段部（３４）とを有し、右端（３０）は、左端（２８）より小さく、前記右軸（２６）は、他方のクランクと接続する１つの右端（３８）と、前記左軸（２４）の右端（３０）と接続する１つの左端（４０）とを有し、前記左軸（２４）と前記右軸（２６）とを一緒に回転させ、前記前記第１のクラッチ（１４）は、前記遊星ギア群（１２）と前記環状支持部材（１８）との間に配設し、前記第２のクラッチ（１６）は、前記右軸（２６）と前記遊星ギア群（１２）との間に配設することを特徴とする、電動アシスト自転車の電力アシスト駆動装置を提供する。 In light of this current situation, the inventor conducted extensive research and, as a result, improved the problems of the conventional technology and completed the present invention. That is, in order to solve the above-mentioned problems, according to a first aspect of the present invention, there is provided an electric power assisted drive device for an electrically assisted bicycle, comprising one motor (10), one planetary gear set (12), one annular support member (18), one left shaft (24), one right shaft (26), one first clutch (14), and one second clutch (16), wherein the motor (10) is provided in one bottom bracket of one bicycle and has one tubular core (22), the tubular core (22) having one small diameter step (23), the planetary gear set (12) having one small sun gear (36) provided in the small diameter step (23) of the tubular core (22), the annular support member (18) being connected to at least one sprocket, and the left shaft (24) is The power-assisted drive device for an electrically assisted bicycle is characterized in that the right shaft (26) has one left end (28) inserted through the tubular core (22) and connected to one crank, one right end (30), and one small-diameter step (34) inserted into the small-diameter step (23) of the tubular core (22), the right end (30) being smaller than the left end (28), the right shaft (26) has one right end (38) connected to the other crank and one left end (40) connected to the right end (30) of the left shaft (24), the left shaft (24) and the right shaft (26) rotate together, the first clutch (14) is disposed between the planetary gear group (12) and the annular support member (18), and the second clutch (16) is disposed between the right shaft (26) and the planetary gear group (12).
前記左軸（２４）の前記右端（３０）は、形状が立方体であり、前記右軸（２６）の前記左端（４０）は、前記左軸（２４）の方形状の前記右端（３０）を収容する１つの方形孔（４２）を有することが好ましい。 Preferably, the right end (30) of the left shaft (24) is cubic in shape, and the left end (40) of the right shaft (26) has a single rectangular hole (42) that accommodates the rectangular right end (30) of the left shaft (24).
本発明に係る電動アシスト自転車の電力アシスト駆動装置は、小型であるか、好ましい減速比の電力アシストを電動アシスト自転車に提供することができる。 The power-assisted drive device for an electrically assisted bicycle according to the present invention is compact and can provide the electrically assisted bicycle with power assistance at a desirable reduction ratio.
以下、本発明の実施例について図に基づいて説明する。図面で用いられる同一又は類似した構造又はユニットには同一の符号を付してある。勿論、上述した実施例とは本発明の一実施例であり、全ての実施例を表すわけではない。上述した実施例に基づいた代替実施例を得るか、必要に応じて変更、修正した構造を得てもよく、それらは本発明の保護範囲に含まれる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Identical or similar structures or units used in the drawings are designated by the same reference numerals. Of course, the above-described embodiment is only one embodiment of the present invention and does not represent all embodiments. Alternative embodiments may be obtained based on the above-described embodiments, or structures may be modified or altered as necessary, and these are within the scope of protection of the present invention.
なお、以降の説明において、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“後”、 “内”、“外”、“側面”などの方向を表す用語は、単に図面の方向を示すものである。方向を表す用語は、より明白に説明して本願が理解し易いようにするものであり、装置又は部材を必ずしも特定の方向、構造にしたり操作したりすることを指示したり暗示したりするものではなく、本願の技術内容を何ら制限するものではない。 In the following description, terms indicating directions such as "up," "down," "left," "right," "front," "rear," "inside," "outside," and "side" simply indicate directions in the drawings. These terms are used to provide a clearer explanation and make the present application easier to understand, and do not necessarily indicate or imply that devices or components are to be configured or operated in a specific direction, nor do they limit the technical content of the present application in any way.
特定されるか明確に規格及び限定されていない限り、以下で述べる「装着」、「連接」、「接続」又は「～上に設けられる」は広い意味で理解されるべきであり、例えば、固定接続、着脱可能に接続、一体的接続、機械的接続、直接接続、間接接続、２つの部材内部の接続などの意味も含まれ、当業者は知識又は経験に基づいて各実施例中の上述した用語又は本願の具体的な含意を理解するべきである。 Unless otherwise specified or clearly defined and limited, the terms "attached," "coupled," "connected," or "mounted on" used below should be understood in a broad sense, including, for example, fixed connection, detachable connection, integral connection, mechanical connection, direct connection, indirect connection, and connection between two components. Those skilled in the art should understand the specific implications of the above terms in each embodiment or this application based on their knowledge and experience.
また、別途説明していない限り、以下で述べる「多数個」とは、２個又は２個以上を表す。 Also, unless otherwise specified, the term "multiple" below refers to two or more than two.
図１～図３を参照する。図１～図３に示すように、本発明の一実施例に係る電動アシスト自転車の電力アシスト駆動装置は、１つのモータ１０と、１つの遊星ギア群１２と、２つのクラッチ１４，１６と、１つの環状支持部材１８と、クランクシャフト群とを有する。モータ１０は、１台の自転車の１つのボトムブラケット（図示せず）内に設ける。モータ１０は、１つのハウジング２０と、１つの管状コア２２と、１組の磁石群（図示せず）と、１組のコイルとを有する。ハウジング２０は、管状コア２２、磁石及びコイルを収容する。磁石は、管状コア２２に付着する。管状コア２２は、１つの小径段部２３を有する。 Refer to Figures 1 to 3. As shown in Figures 1 to 3, an electric power-assisted drive device for an electrically assisted bicycle according to one embodiment of the present invention has one motor 10, one planetary gear set 12, two clutches 14, 16, one annular support member 18, and a crankshaft set. The motor 10 is mounted in one bottom bracket (not shown) of one bicycle. The motor 10 has one housing 20, one tubular core 22, one set of magnets (not shown), and one set of coils. The housing 20 houses the tubular core 22, the magnets, and the coils. The magnets are attached to the tubular core 22. The tubular core 22 has one small-diameter step 23.
遊星ギア群１２は、管状コア２２の小径段部２３に設けた１つの太陽歯車３６を有する。 The planetary gear group 12 has one sun gear 36 mounted on the small diameter step 23 of the tubular core 22.
クランクシャフト群は、１本の左軸２４及び１本の右軸２６を有する。左軸２４は、管状コア２２に挿通するが、両者は互いに接続しない。左軸２４は、管状コア２２に対して回転可能である。クラッチ１４は、管状コア２２と環状支持部材１８との間に配設する。クラッチ１６は、環状支持部材１８と右軸２６との間に配設する。環状支持部材１８は、少なくとも１枚のスプロケット（図示せず）と接続する。スプロケットは、チェーン（図示せず）を介して少なくとも１つのフライホイール（図示せず）と接続する。フライホイールは、自転車の１つの後輪（図示せず）に接続する。 The crankshaft group includes one left shaft 24 and one right shaft 26. The left shaft 24 passes through the tubular core 22, but the two shafts are not connected to each other. The left shaft 24 is rotatable relative to the tubular core 22. The clutch 14 is disposed between the tubular core 22 and the annular support member 18. The clutch 16 is disposed between the annular support member 18 and the right shaft 26. The annular support member 18 is connected to at least one sprocket (not shown). The sprocket is connected to at least one flywheel (not shown) via a chain (not shown). The flywheel is connected to one rear wheel (not shown) of the bicycle.
左軸２４は、１つの左端２８と、１つの右端３０と、大径段部３２と、小径段部３４とを有する。大径段部３２は、左端２８に隣り合う。左端２８及び右端３０の形状は立方体である。左端２８は、左クランクの方形孔（図示せず）に挿入可能である。小径段部３４は、右端３０に近接するように配置する。大径段部３２と小径段部３４とは互いに隣り合う。大径段部３２の直径は、一般のクランクシャフトの直径に等しい。小径段部３４の直径は、一般のクランクシャフトの直径より小さい。 The left shaft 24 has a left end 28, a right end 30, a large diameter step 32, and a small diameter step 34. The large diameter step 32 is adjacent to the left end 28. The left end 28 and right end 30 are cubic in shape. The left end 28 can be inserted into a rectangular hole (not shown) in the left crankshaft. The small diameter step 34 is located adjacent to the right end 30. The large diameter step 32 and the small diameter step 34 are adjacent to each other. The diameter of the large diameter step 32 is equal to the diameter of a typical crankshaft. The diameter of the small diameter step 34 is smaller than the diameter of a typical crankshaft.
左軸２４の小径段部３４は、管状コア２２の小径段部２３に挿通する。左軸２４の小径段部３４及び管状コア２２の小径段部２３は、太陽歯車３６の直径が一般の電力アシスト駆動装置の遊星ギア群の太陽歯車の直径より小さいことを許容する。そのため、遊星ギア群１２は、一般の電力アシスト駆動装置の遊星ギア群と比べて好ましい減速比が得られる。 The small diameter step 34 of the left shaft 24 is inserted into the small diameter step 23 of the tubular core 22. The small diameter step 34 of the left shaft 24 and the small diameter step 23 of the tubular core 22 allow the diameter of the sun gear 36 to be smaller than the diameter of the sun gear of a planetary gear group in a typical power-assisted drive device. As a result, the planetary gear group 12 achieves a more favorable reduction ratio than the planetary gear group in a typical power-assisted drive device.
右軸２６は、１つの右端３８及び１つの左端４０を有する。右端３８は、１本の右クランクの方形孔（図示せず）に挿入する。右軸２６の左端４０は、左軸２４の右端３０に収納する１つの方形孔４２を有する。そのため、右軸２６は、左軸２４に対して回転せず、両者は一緒に回転するのみである。 The right shaft 26 has a right end 38 and a left end 40. The right end 38 is inserted into a square hole (not shown) in a right crank. The left end 40 of the right shaft 26 has a square hole 42 that receives the right end 30 of the left shaft 24. Therefore, the right shaft 26 does not rotate relative to the left shaft 24; the two simply rotate together.
図２、図３及び図６を参照する。図２、図３及び図６に示すように、クラッチ１４は、遊星ギア群１２の１つの枠体４４、複数の鋼球４６、複数のばね４８及び１つのリング５０から構成される。枠体４４は、１つの中心孔５２と、複数の溝部５４と、複数の周辺孔５６とを有する。中心孔５２は、各溝部５４とそれぞれ連通する。各溝部５４は、隣り合う周辺孔５６と連通する。各溝部５４は、中心孔５２から、対応する周辺孔５６にかけて広がる。中心孔５２は、リング５０を収容する。各溝部５４は、１つの鋼球４６を収容する。各周辺孔５６は、単一のばね４８を収容する。 Refer to Figures 2, 3, and 6. As shown in Figures 2, 3, and 6, the clutch 14 is composed of one frame 44 of the planetary gear set 12, multiple steel balls 46, multiple springs 48, and one ring 50. The frame 44 has one central hole 52, multiple grooves 54, and multiple peripheral holes 56. The central hole 52 communicates with each of the grooves 54. Each groove 54 communicates with an adjacent peripheral hole 56. Each groove 54 extends from the central hole 52 to the corresponding peripheral hole 56. The central hole 52 accommodates the ring 50. Each groove 54 accommodates one steel ball 46. Each peripheral hole 56 accommodates a single spring 48.
リング５０の右側は、１つの非円形部５８を有する。環状支持部材１８の左側は、非円形部５８を収容する１つの非円形孔６０を有する。そのため、リング５０は、環状支持部材１８に対して回転することがなく、両者は一緒に回転しかしない。他の実施例では、リング５０と環状支持部材１８とは一体成形可能である。 The right side of the ring 50 has one non-circular portion 58. The left side of the annular support member 18 has one non-circular hole 60 that accommodates the non-circular portion 58. As a result, the ring 50 does not rotate relative to the annular support member 18; the two only rotate together. In other embodiments, the ring 50 and the annular support member 18 can be molded as a single piece.
図２及び図４を参照する。図２及び図４に示すように、クラッチ１６は、複数の歯６２と、複数の爪６４とにより構成する。複数の歯６２は、環状支持部材１８の内側に成形する。複数の爪６４は、右軸２６に枢着し、複数の爪６４は右軸２６から弾性力により外方向に拡張する。各爪６４は、１つの歯６２にそれぞれ当接可能である。 Please refer to Figures 2 and 4. As shown in Figures 2 and 4, the clutch 16 is composed of a plurality of teeth 62 and a plurality of pawls 64. The plurality of teeth 62 are molded on the inside of the annular support member 18. The plurality of pawls 64 are pivotally attached to the right shaft 26, and the plurality of pawls 64 expand outward from the right shaft 26 due to elastic force. Each pawl 64 can abut one of the teeth 62.
動作していないとき、クラッチ１４及びクラッチ１６は、切れた状態にある（図４及び図６を参照する）。 When not in operation, clutches 14 and 16 are disengaged (see Figures 4 and 6).
人力のみ用いるとき、クラッチ１６は、つながれた状態にあり（図５を参照する）、クラッチ１４は、切れた状態にある。 When using only human power, clutch 16 is engaged (see Figure 5) and clutch 14 is disengaged.
電力のみ用いるとき、クラッチ１４は、つながれた状態にあり（図７を参照する）、クラッチ１６は、切れた状態にある（図４を参照する）。 When using only electric power, clutch 14 is engaged (see Figure 7) and clutch 16 is disengaged (see Figure 4).
人力及び電力を用いるとき、クラッチ１６は、つながれた状態にあり（図５を参照する）、クラッチ１４は、つながれた状態にある（図７を参照する）。 When using human power and electricity, clutch 16 is in the engaged state (see Figure 5) and clutch 14 is in the engaged state (see Figure 7).
クラッチ１４，１６については、従来技術に属するため、ここでは詳説しない。 Clutches 14 and 16 are conventional technology and will not be described in detail here.
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。 The preferred embodiments of the present invention have been disclosed above so that those skilled in the art can understand them, but they are not intended to limit the scope of the present invention in any way. Various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the claims of the present invention should be interpreted broadly to include such changes and modifications.
１０ モータ
１２ 遊星ギア群
１４ クラッチ
１６ クラッチ
１８ 環状支持部材
２０ ハウジング
２２ 管状コア
２３ 小径段部
２４ 左軸
２６ 右軸
２８ 左端
３０ 右端
３２ 大径段部
３４ 小径段部
３６ 太陽歯車
３８ 右端
４０ 左端
４２ 方形孔
４４ 枠体
４６ 鋼球
４８ ばね
５０ リング
５２ 中心孔
５４ 溝部
５６ 周辺孔
５８ 非円形部
６０ 非円形孔
６２ 歯
６４ 爪
10 Motor 12 Planetary gear group 14 Clutch 16 Clutch 18 Annular support member 20 Housing 22 Tubular core 23 Small diameter step 24 Left shaft 26 Right shaft 28 Left end 30 Right end 32 Large diameter step 34 Small diameter step 36 Sun gear 38 Right end 40 Left end 42 Square hole 44 Frame 46 Steel ball 48 Spring 50 Ring 52 Center hole 54 Groove 56 Peripheral hole 58 Non-circular portion 60 Non-circular hole 62 Teeth 64 Pawls
Claims (2)
前記モータ（１０）は、１台の自転車の１つのボトムブラケット内に設けるとともに、１つの管状コア（２２）を有し、前記管状コア（２２）は、１つの小径段部（２３）を有し、
前記遊星ギア群（１２）は、前記管状コア（２２）の小径段部（２３）に設けた１つの小型の太陽歯車（３６）を有し、
前記環状支持部材（１８）は、少なくとも１つのスプロケットと接続し、
前記左軸（２４）は、前記管状コア（２２）に挿通するとともに、１本のクランクと接続した１つの左端（２８）と、１つの右端（３０）と、前記管状コア（２２）の小径段部（２３）に挿通する１つの小径段部（３４）とを有し、右端（３０）は、左端（２８）より小さく、
前記右軸（２６）は、他方のクランクと接続する１つの右端（３８）と、前記左軸（２４）の右端（３０）と接続する１つの左端（４０）とを有し、前記左軸（２４）と前記右軸（２６）とを一緒に回転させ、
前記前記第１のクラッチ（１４）は、前記遊星ギア群（１２）と前記環状支持部材（１８）との間に配設し、
前記第２のクラッチ（１６）は、前記右軸（２６）と前記遊星ギア群（１２）との間に配設することを特徴とする、電動アシスト自転車の電力アシスト駆動装置。 A power-assisted drive device for an electrically assisted bicycle, comprising one motor (10), one planetary gear set (12), one annular support member (18), one left shaft (24), one right shaft (26), one first clutch (14), and one second clutch (16),
The motor (10) is provided in one bottom bracket of one bicycle and has one tubular core (22), the tubular core (22) having one small diameter step (23);
The planetary gear group (12) has one small sun gear (36) provided on the small diameter step portion (23) of the tubular core (22),
The annular support member (18) is connected to at least one sprocket;
The left shaft (24) is inserted through the tubular core (22) and has one left end (28) connected to one crank, one right end (30), and one small diameter step (34) inserted through the small diameter step (23) of the tubular core (22), the right end (30) being smaller than the left end (28);
The right shaft (26) has one right end (38) connected to the other crank and one left end (40) connected to the right end (30) of the left shaft (24), causing the left shaft (24) and the right shaft (26) to rotate together;
The first clutch (14) is disposed between the planetary gear set (12) and the annular support member (18);
The power-assisted drive device for an electrically assisted bicycle is characterized in that the second clutch (16) is disposed between the right shaft (26) and the planetary gear set (12).
前記右軸（２６）の前記左端（４０）は、前記左軸（２４）の方形状の前記右端（３０）を収容する１つの方形孔（４２）を有することを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車の電力アシスト駆動装置。 the right end (30) of the left shaft (24) is cubic in shape;
2. The power-assisted drive device for an electrically assisted bicycle according to claim 1, wherein the left end (40) of the right shaft (26) has a square hole (42) that accommodates the square-shaped right end (30) of the left shaft (24).
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