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公開番号2023073994
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-05-26
出願番号2022180614
出願日2022-11-10
発明の名称二段変速出力装置及び二段変速出力装置を応用した電動自転車
出願人個人
代理人個人
主分類F16H 3/44 20060101AFI20230519BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】本発明は、モーターの正逆回転により二段変速を可能にする二段変速出力装置及び二段変速出力装置を応用した電動自転車を提供する。
【解決手段】主軸棒、モーターユニット、第1変速ユニット、第2変速ユニットからなる。第1変速ユニットと第2変速ユニットは正方向に作動する第1一方向クラッチ部品と第2一方向クラッチ部品により出力ホイールハウジングに設置され、モーターユニットは第1変速ユニットの第1一方向クラッチ部品を逆回転駆動し、出力ホイールハウジングを正方向駆動し回転させ、第2変速ユニットの第2一方向クラッチ部品を駆動し出力ホイールハウジングに対し空転させ、モーターユニットは第2変速ユニットの第2一方向クラッチ部品を正回転駆動し、出力ホイールハウジングを正方向駆動し回転させ、第1変速ユニットの第1一方向クラッチ部品を出力ホイールハウジングに対し空転させる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
主軸棒と、主軸棒に設けられるモーターユニットと、第1変速ユニットと、第2変速ユニットとからなる二段変速出力装置であって、前記第1変速ユニットと前記第2変速ユニットは、正方向に作動する第1一方向クラッチ部品と第2一方向クラッチ部品により出力ホイールハウジング内に設置され、それにより、前記モーターユニットは、前記第1変速ユニットの第1一方向クラッチ部品を逆回転駆動し前記出力ホイールハウジングを正方向に駆動して回転させるとともに、前記第2変速ユニットの第2一方向クラッチ部品を駆動し前記出力ホイールハウジングに対して空転させ、さらに、前記モーターユニットは、前記第2変速ユニットの第2一方向クラッチ部品を正回転駆動し、前記出力ホイールハウジングを正方向に駆動して回転させ、さらに、前記第1変速ユニットの第1一方向クラッチ部品を駆動し前記出力ホイールハウジングに対して空転させ、それにより、前記二段変速出力装置は、前記モーターユニットの正逆回転により出力ホイールハウジングを同じ方向に駆動させる二段変速切り換えを行なうことを特徴とする、二段変速出力装置。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記モーターユニットは、前記主軸棒に枢設される入力軸スリーブを備えるとともに、前記入力軸スリーブの一端には、通電し励磁する電磁機構が設けられ、それにより、前記入力軸スリーブは、電磁機構が通電し励磁する際に、駆動されて主軸棒に対して正逆方向に回転し、また、前記モーターユニットにおける電磁機構の外側の主軸棒には、外部モーターカバーが設けられるとともに、前記モーターユニットにおける電磁機構の内側には、外部モーターカバーと嵌合する内部モーターカバーが設けられ、そのうち、前記内部モーターカバーの軸心には、前記入力軸スリーブに枢設される軸台が被覆されることを特徴とする、請求項1に記載の二段変速出力装置。
【請求項３】
前記第1変速ユニットにおける入力軸スリーブには、第1ホイールフレームが固設されるとともに、前記第1ホイールフレームの両側の表面には、第1遊星歯車ユニットと、第2遊星歯車ユニットがそれぞれ設けられ、前記第1遊星歯車ユニットと第2遊星歯車ユニットにおける前記第1ホイールフレームには、複数の同一円周上の且つ同時に同じ方向に回転する第1遊星歯車と第2遊星歯車がそれぞれ枢設され、さらに、前記第1遊星歯車ユニットにおける前記主軸棒には、各前記第1遊星歯車と噛合する第1太陽歯車が固設され、さらに、前記第1ホイールフレームの外縁には、第1ホイールハウジングが枢動可能に被覆され、前記第1一方向クラッチ部品は、前記第1ホイールハウジングの外縁に固設され、前記第1ホイールハウジングには、前記入力軸スリーブに枢動可能に被覆された駆動ホイールディスクが固設されるとともに、前記駆動ホイールディスクの両側の軸心部には、第2太陽歯車と、第3太陽歯車がそれぞれ形成され、そのうち、前記第2太陽歯車と前記第2遊星歯車ユニットの各前記第2遊星歯車は噛合するとともに、前記第3太陽歯車は前記第2変速ユニットを連結駆動することを特徴とする、請求項2に記載の二段変速出力装置。
【請求項４】
前記第2変速ユニットは、前記第1変速ユニットと前記モーターユニットの間に設けられ、前記第2変速ユニットにおける前記モーターユニットの軸台には、第2ホイールフレームが被覆され、前記第2ホイールフレームにおける前記第1変速ユニットに対応する側面には、第3遊星歯車ユニットが設けられるとともに、前記第3遊星歯車ユニットにおける前記第2ホイールフレームには、複数の同一円周の第3遊星歯車が枢設され、各前記第3遊星歯車は、前記第1変速ユニットの駆動ホイールディスクにおける第3太陽歯車と噛合し、前記第2ホイールフレームの外縁は、第2ホイールハウジングが枢動可能に被覆され、さらに、前記第2ホイールハウジングの内縁は、各前記第3遊星歯車の外側縁と噛合する内輪部を備え、さらに、前記第2一方向クラッチ部品は、前記第2ホイールハウジングの外縁に固設されることを特徴とする、請求項3に記載の二段変速出力装置。
【請求項５】
前記第2変速ユニットと前記モーターユニットの内部モーターカバーの間には、第3一方向クラッチ部品が設けられるとともに、前記第3一方向クラッチ部品と前記第1一方向クラッチ部品及び第2一方向クラッチ部品は、同じ方向に作動する一方向クラッチ部品であり、入力動力が前記出力ホイールハウジングから逆方向に入力されると、前記第2変速ユニットは、前記モーターユニットとともに空転することを特徴とする、請求項4に記載の二段変速出力装置。
【請求項６】
前記第1変速ユニットと第2変速ユニットは、第1遊星歯車ユニット及び第2遊星歯車ユニット及び第3遊星歯車ユニットと、相対する第1太陽歯車及び第2太陽歯車及び第3太陽歯車との間のギア比によって、異なる加速及び減速を形成することを特徴とする、請求項4に記載の二段変速出力装置。
【請求項７】
電動自転車のホイールハブユニットであって、前記ホイールハブユニットには、請求項1～請求項6に記載の二段変速出力装置が設けられ、それにより、前記二段変速出力装置によって前記ホイールハブユニットが駆動されるとともに、同時に変速の切り換えが行われることを特徴とする、電動自転車のホイールハブユニット。
【請求項８】
前記ホイールハブユニットは、第1ホイールハブハウジングと、第2ホイールハブハウジングと、内ホイールハブハウジングを備え且つ少なくとも1つの螺合部品によって第1ホイールハブハウジング及び第2ホイールハブハウジング及び内ホイールハブハウジングに螺合されるとともに、前記第1ホイールハブハウジングまたは内ホイールハブハウジングまたは第2ホイールハブハウジングのうちの少なくとも1つが前記出力ホイールハウジングと螺合され、さらに、そのうち、前記第1ホイールハブハウジングの軸心は、前記主軸棒に枢設され、前記内ホイールハブハウジングは、前記モーターユニットにおける内部モーターカバーの外縁に枢設されることを特徴とする、請求項7に記載の電動自転車のホイールハブユニット。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動自転車における変速の技術分野に関し、特に、二段変速出力装置及び二段変速出力装置を応用した電動自転車に関する。
続きを表示（約 3,700 文字）【背景技術】
【０００２】
小型の電動自転車は、大部分が電動アシスト自転車または電動自転車であり、主な駆動源であるモーターユニットによって車輪を駆動する。通常、前記モーターユニットは、車体フレームに固設されるとともに、出力輪(歯車または摩擦輪)によって、クランク軸(電動アシスト自転車)または車輪ホイールハブ(電動自転車)上の駆動ユニットに接続されることで、駆動を補助する目的が達成される。通常の電動自転車には、モーターユニット及び駆動ユニットがそれぞれ設けられることで、全体の組み立て部品が多くなるとともに、体積が大きくなるため、製造の難易度及びコストが高くなるとともに、車輪の負荷が増加することで、エネルギーを消耗してしまう。
【０００３】
さらに、高速低トルク(例えば平坦路または低負荷)または低速高トルク(例えば登り坂または高負荷)といった様々な道路状況に対応するため電動自転車が変速する必要がある場合、モーターユニットの出力軸に変速機構を別に接続して設ける必要があるとともに、さらに別の変速制御ユニットによって変速の切り換えが行われる。このように、さらに組み立て部品と体積が増えるだけでなく、同時に、制御回路が増えてしまう。上述の問題に加え、損傷率及びメンテナンスのコストも高くなる。従って、上述した構成部品が多く、体積が大きいという問題をいかに解決するかが、本発明が探求する課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、モーターの正逆回転により二段変速を可能にすることで、簡単に操作できる二段変速出力装置を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明は、さらに、二段変速出力装置の全体的な体積が小さく、小型の電動自転車の駆動及び変速に応用できることで、実用性を大幅に向上させることのできる二段変速出力装置を応用した電動自転車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の二段変速出力装置は、主軸棒と、主軸棒に設けられるモーターユニットと、第1変速ユニットと、第2変速ユニットとからなる。前記第1変速ユニットと前記第2変速ユニットは、正方向に作動する第1一方向クラッチ部品と第2一方向クラッチ部品により出力ホイールハウジング内に設置されることで、前記モーターユニットは、前記第1変速ユニットの第1一方向クラッチ部品を逆回転駆動し前記出力ホイールハウジングを正方向に駆動して回転させるとともに、前記第2変速ユニットの第2一方向クラッチ部品を駆動し前記出力ホイールハウジングに対して空転させる。さらに、前記モーターユニットは、前記第2変速ユニットの第2一方向クラッチ部品を正回転駆動し、前記出力ホイールハウジングを正方向に駆動して回転させ、さらに、前記第1変速ユニットの第1一方向クラッチ部品を駆動し前記出力ホイールハウジングに対して空転させることで、前記二段変速出力装置は、前記モーターユニットの正逆回転により出力ホイールハウジングを同じ方向に駆動させて二段変速の切り換えを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の斜視外観図である。
本発明における各部品の相対関係を説明した側面断面図である。
本発明における第1変速ユニットの部品及び形態について説明した第1斜視分解図である。
本発明における第1変速ユニットの部品及び形態を別の角度から見て説明した第1斜視分解図である。
本発明における第2変速ユニットの部品及び形態を説明した第2斜視分解図である。
本発明における第2変速ユニットの部品及び形態を別の角度から見て説明した第2斜視分解図である。
本発明の図2におけるA-Aの端面断面図である。
本発明の図2におけるB-Bの端面断面図である。
本発明の図2におけるC-Cの端面断面図である。
本発明の図2におけるD-Dの端面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の二段変速出力装置の構造は図1、図2に示す通りである。前記二段変速出力装置は、主軸棒100と、モーターユニット10と、第1変速ユニット20と、第2変速ユニット30と、出力ホイールハウジング40とからなる。前記モーターユニット10は、逆回転により前記第1変速ユニット20を駆動させることができ、正回転により前記第2変速ユニット30を駆動させることができることで、前記第1変速ユニット20及び第2変速ユニット30は、前記出力ホイールハウジング40をそれぞれ同じ方向に駆動させることができる。これにより、前記二段変速出力装置は、前記モーターユニット10の正逆回転により二段変速の切り換えを行うことができる。
【０００９】
前記二段変速出力装置の詳細な構造については図2、図5を参照する。前記モーターユニット10には、前記主軸棒100上の複数の軸承によって入力軸スリーブ11が枢設されるともに、前記入力軸スリーブ11の一端には、電磁機構12が設けられることで、電磁機構12が通電し励磁する際に前記入力軸スリーブ11を駆動させて主軸棒100に対して正逆方向に回転させることができる。また、前記モーターユニット10における電磁機構12の外側の主軸棒100には外部モーターカバー13が設けられるとともに、前記モーターユニット10における前記電磁機構12の内側には外部モーターカバー13と嵌合する内部モーターカバー14が設けられる。そのうち、前記内部モーターカバー14の軸心には、前記入力軸スリーブ11に枢設される軸台15が被覆され、それにより、前記入力軸スリーブ11が内部モーターカバー14を貫通することで前記第1変速ユニット20と第2変速ユニット30を駆動させることができる。
【００１０】
図2、図3、図4に示す通り、前記第1変速ユニット20は、前記主軸棒100と、モーターユニット10を貫通する前記入力軸スリーブ11における相対する端部との間に設けられ、前記第1変速ユニット20における入力軸スリーブ11の端部には、軸スリーブ止め具16によって第1ホイールフレーム21が固設される。さらに、前記第1ホイールフレーム21の両側の表面には、第1遊星歯車ユニット22と、第2遊星歯車ユニット23がそれぞれ設けられる。前記第1遊星歯車ユニット22と第2遊星歯車ユニット23には、複数の同一円周上の第1遊星歯車220及び第2遊星歯車230がそれぞれ設けられるとともに、前記複数の第1遊星歯車220と第2遊星歯車230は、相対して固定できることで、各前記複数の第1遊星歯車220と第2遊星歯車230は、前記第1ホイールフレーム21と並行して同じ方向に自転する。さらに、前記第1遊星歯車ユニット22の前記主軸棒100には、各前記第1遊星歯車220と噛合する第1太陽歯車24(図7に図示)が固設される。さらに、前記第1ホイールフレーム21の外縁には、両側の玉ユニットによって第1ホイールハウジング25が枢動可能に係合される。前記第1ホイールハウジング25における第2変速ユニット30と反対の一側には、玉ユニットを制限するホイールハウジング蓋250が設けられ、前記第1ホイールハウジング25の他側の表面には、前記入力軸スリーブ11が枢動可能に被覆される駆動ホイールディスク26が固設される。前記駆動ホイールディスク26における両側の軸心部には、第2太陽歯車27と第3太陽歯車28がそれぞれ形成される。そのうち、前記駆動ホイールディスク26の第2太陽歯車27と前記第2遊星歯車ユニット23の各前記第2遊星歯車230は噛合(図8に図示)するともに、前記駆動ホイールディスク26の第3太陽歯車28は、前記第2変速ユニット30に連結されることで、入力動力は前記入力軸スリーブ11から入力された後、前記第1変速ユニット20を通して前記第2変速ユニット30に送られる。さらに、前記第1ホイールハウジング25の外縁は、第1一方向クラッチ部品29(図7に図示)によって被覆され、前記第1一方向クラッチ部品29は、正方向にまたは逆方向に作動することができる。本発明の主な実施例では、第1一方向クラッチ部品29は、正方向回転で作動し、逆方向回転で空転するものとするとともに、前記出力ホイールハウジング40は、前記第1一方向クラッチ部品29の外縁を被覆することで、入力動力は、前記入力軸スリーブ11、第1ホイールフレーム21の第1遊星歯車ユニット22、第2遊星歯車ユニット23、駆動ホイールディスク26、第1ホイールハウジング25、及び第1一方向クラッチ部品29を介して、前記出力ホイールハウジング40から出力される。
（【００１１】以降は省略されています）

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