(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング外周に取付けフランジ部を備え出力軸の先端に太陽ローラを形成した薄型モータと、同モータの前記フランジ部に取付けられ、内側の小径円筒部で同モータの出力軸を軸受を介して支え外側の大径円筒形状の胴部に出力用チエン挿通のための窓が穿設され同胴部の端面内周にモータ軸と同心に弾性リングまたは内ローラを嵌合する減速機ケーシングと、前記モータ出力軸先端の太陽ローラに外接し、前記弾性リングまたは内ローラに内接する複数の遊星ローラ、これら遊星ローラを回転自在に支える遊星ローラ軸及び同ローラ軸を固定して支え前記減速機ケーシングの内側の小径円筒部上において軸受を介して回転自在に支えられて減速機の出力を構成する遊星ローラキャリアとで構成されている遊星ローラ減速機構と、前記遊星ローラキャリアに取付けた出力スプロケットホイールとにより構成され、遊星ローラキャリアを支える軸受が前記太陽ローラとモータとの間に配置された出力スプロケットホイールの内側に配設されて、同軸受が前記出力スプロケットにかかるチエンの引張力を直接に受けるようにしてなるモータ直結遊星ローラ減速機。
【請求項２】
請求項１記載のモータ直結遊星ローラ減速機の出力スプロケットをチエンを介して後輪軸に取付けられた従動スプロケットに連結したことを特徴とする補助動力機構を備えた自転車。
【請求項３】
ケーシング外周に取付けフランジ部を備え出力軸の先端に太陽ローラを形成した薄型モータと、同モータの前記フランジ部に取付けられ、内側の小径円筒部で同モータの出力軸を軸受を介して支え外側の大径円筒形状の胴部には径方向位置に対称に１対の大きな窓が穿設され同胴部の端面内周にモータ軸と同心に弾性リングまたは内ローラを嵌合する減速機ケーシングと、前記モータ出力軸先端の太陽ローラに外接し、前記弾性リングまたは内ローラに内接する複数の遊星ローラ、これら遊星ローラを回転自在に支える遊星ローラ軸及び同ローラ軸を固定して支え前記減速機ケーシングの内側の小径円筒部上において軸受を介して回転自在に支えられて減速機の出力を構成する遊星ローラキャリアとで構成されている遊星ローラ減速機構と、前記遊星ローラキャリアに取付けた出力端とにより構成され、遊星ローラキャリアを支える軸受が前記太陽ローラとモータとの間に配置され、かつ前記出力端の内側に前記出力端と同心に配置してなるモータ直結遊星ローラ減速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自転車の補助駆動用のモータ直結遊星ローラ減速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来における自転車用の補助動力として使われる伝動モータの配置と機能についての一例を図５〜図８によって説明する（特開昭５８−１４９２７７号公報）と、後輪のハブ１に第１のフリーホイール２と第２のフリーホイール３を取付け、第１のフリーホイール２には駆動スプロケットである第１のギア４との間に第１のチエン５を懸架し、第２のフリーホイール３には駆動用モータ６の出力軸に取付けた第２のギヤ７との間に第２のチエン８を懸架する。
また、第１のチエン５の途中には同チエン５に掛かる張力の大きさを検出して電気量（例えば電気抵抗又は電気容量の大きさ）に変換するためのトルク検出器９を設ける。詳しくは図７及び図８に示すように、トルク検出器９の回動軸１０にテンションアーム１１を取付け、その両端部にフリーギヤ１２，１２’を枢着し、これら２つのフリーギヤに第１のチエン５を装架し、かつテンションアーム１１には図７の図面上時計方向へ回動力を付勢するためのスプリング１３を取付ける。このように構成することにより、搭乗者によってペダル１４，クランク１５、第１のギヤ４を介して伝動される踏込力に起因する第１のチエン５に掛かるテンションを、回動軸１０の回動角度として検出することができる。
発進時や加速時、或いは登板時などにおいて、ペダル１４を強く踏み込むと、第１のチエン５に大きなテンションが掛かり、スプリング１３の弾圧力に抗してテンションアーム１１が図面上反時計方向に回動し、回動軸１０に連結されたポテンショメータ９の摺動子（図示せず）をそのテンションに応じた角度だけ回転させる。所要角度以上回転するとモータ６の電力が供給され、モータ６の出力軸に取付けられた第２のギヤ７が回転して第２のチエン８を介して第２のフリーホイール３を回転させ、後輪を駆動することになり、従って後輪は人力とモータとの両者の合成トルクにより駆動されることになる。
逆に言えば、同じ駆動トルクを後輪に与えるのに従来の自転車と比べれば人力による負担が軽減されることになる。一方平坦な道路の走行は軽いトルクで良いので第１のチエン５に掛かるテンションも小さくなり、テンションアーム１１の回動角度も小さくなるので、モータ６への電力供給は停止され、ペダルの回転のみの力にて自転車は走行することとなる。
【０００３】
このような補助動力に使われている原動機であるモータ６の構造についての一般的な従来例の１つを説明すると、図９に示したような構造のものが小型コンパクトな例として挙げられる。即ち、薄型の直流モータ２１に薄型の遊星歯車減速機を直結したものである。２２はモータ２１の出力軸であり、この出力軸２２の先端に太陽歯車２２ａが直接加工されている。減速機ケーシング２８に取付けられた内歯歯車２３、同内歯歯車２３に内接噛合し、前記太陽歯車２２ａに外接噛合する複数の遊星歯車２４と、これら遊星歯車２４を各遊星歯車軸２５によって軸支する遊星歯車キャリヤ２６ａで遊星歯車減速機構を構成している。遊星歯車キャリヤ２６ａは出力軸２６と一体となっており、同出力軸２６にスプロケットホイール２７が取付けられて自転車の後輪を駆動するチエンが掛けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように従来の補助動力モータの減速機は歯車方式なので、噛合歯車間においてバックラッシュがあり、自転車の補助動力としての使用において、モータ動力加勢時に速度変動による振動や騒音を生じ、乗り心地を悪化させた。またチエンが動力装置の出力端に巻き掛かっているので、自転車の幅と比べ動力装置のはみ出し幅が大きくなるばかりでなく、出力軸２６が片持ち支持によって撓み易く左右のバランスが取り難いものであった。
このため本発明は、前記従来の課題を解決して、振動や騒音が少なく、コンパクトで耐久性に優れるモータ直結遊星ローラ減速機を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、ケーシング外周に取付けフランジ部を備え出力軸の先端に太陽ローラを形成した薄型モータと、同モータの前記フランジ部に取付けられ、内側の小径円筒部で同モータの出力軸を軸受を介して支え外側の大径円筒形状の胴部に出力用チエン挿通のための窓が穿設され同胴部の端面内周にモータ軸と同心に弾性リングまたは内ローラを嵌合する減速機ケーシングと、前記モータ出力軸先端の太陽ローラに外接し、前記弾性リングまたは内ローラに内接する複数の遊星ローラ、これら遊星ローラを回転自在に支える遊星ローラ軸及び同ローラ軸を固定して支え前記減速機ケーシングの内側の小径円筒部上において軸受を介して回転自在に支えられて減速機の出力を構成する遊星ローラキャリアとで構成されている遊星ローラ減速機構と、前記遊星ローラキャリアに取付けた出力スプロケットホイールとにより構成され、遊星ローラキャリアを支える軸受が前記太陽ローラとモータとの間に配置された出力スプロケットホイールの内側に配設されて、同軸受が前記出力スプロケットにかかるチエンの引張力を直接に受けるようにしてなるもので、これを課題解決のための手段とするものである。
また本発明は、前記モータ直結遊星ローラ減速機の出力スプロケットをチエンを介して後輪軸に 取付けられた従動スプロケットに連結したことを特徴とする補助動力機構を備えた自転車にある。
さらに本発明は、ケーシング外周に取付けフランジ部を備え出力軸の先端に太陽ローラを形成した薄型モータと、同モータの前記フランジ部に取付けられ、内側の小径円筒部で同モータの出力軸を軸受を介して支え外側の大径円筒形状の胴部には径方向位置に対称に１対の大きな窓が穿設され同胴部の端面内周にモータ軸と同心に弾性リングまたは内ローラを嵌合する減速機ケーシングと、前記モータ出力軸先端の太陽ローラに外接し、前記弾性リングまたは内ローラに内接する複数の遊星ローラ、これら遊星ローラを回転自在に支える遊星ローラ軸及び同ローラ軸を固定して支え前記減速機ケーシングの内側の小径円筒部上において軸受を介して回転自在に支えられて減速機の出力を構成する遊星ローラキャリアとで構成されている遊星ローラ減速機構と、前記遊星ローラキャリアに取付けた出力端とにより構成され、遊星ローラキャリアを支える軸受が前記太陽ローラとモータとの間に配置され、かつ前記出力端の内側に前記出力端と同心に配置してなるもので、これを課題解決のための手段とするものである。
【０００６】
【作用】
以上の手段により、モータの出力軸の回転をこれに直結した高減速比遊星ローラ減速機構によって期待する出力回転まで減速し、必要なトルクを出力する。遊星ローラを使用した転がり摩擦駆動であるので振動、騒音が少ない。
薄型モータの出力軸端に太陽ローラが形成され、この太陽ローラの回転面に遊星ローラ減速機構が構成されているので、モータと減速機構の組合せ全体の軸方向の長さが短くなっている。それに加えて、遊星ローラキャリヤとして形成された減速機構出力軸部がモータと減速機構の中間に設けられ、同出力軸部に取付けられたスプロケットホイールに掛けられた出力用チエンが、前記減速機ケーシング側面の窓を通して、従動側スプロケットホイールに連掛されるので、モータ付減速機を自転車のような幅が狭い車両に取付けるときに車体の中心線に近寄せることが可能であるため、装置の収まりが良く、重量の大きなアンバランスを回避し得るものとなっている。
また遊星ローラキャリヤを支える軸受が前記出力スプロケットホイールの内側の同じ位置に重なるように配置されているので、同軸受が前記出力スプロケットにかかるチエンの引張力を直接に受持ち、従来の如き片持ちの出力軸のような曲げ応力を受けることがないので耐久性に優れる。
【０００７】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面について説明すると、図１はモータ直結遊星ローラ減速機３０の側面断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面を示す正面図である。
モータ直結遊星ローラ減速機３０の構造を説明する。３１はプリントコイル等により配線された薄い円板状電機子、永久磁石の固定子、整流ブラシ等により構成されている薄型直流モータである。モータ３１の出力軸３２の先端には、太陽ローラ３２ａが形成されている。このモータ３１の外周には取付けフランジを備え、このフランジに減速機ケーシング４１が取付けられている。減速機ケーシング４１の内側に設けられた小径円筒部４１ｂはモータ出力軸３２を軸受５０を介して支え、外側の大径円筒形状の胴部には径方向位置に対称に１対の大きな窓４１ａ（図２）が穿設され、同胴部の配面内周に弾性リング３３又はシマリバメ式内ローラ３３ａを嵌合する円周段部が設けられている。モータ出力軸３２先端の太陽ローラ３２ａと、減速機ケーシング４１と減速機蓋４２によって締め付けられて固定されている弾性リンク３３と、これに圧接する複数の遊星ローラ３４と、軸受を介して遊星ローラ３４を回転自在に支える遊星ローラ軸３５と、ローラ軸３５を固定して支える遊星ローラキャリヤ３６とによって遊星ローラ減速機構が構成されている。遊星ローラキャリア３６は減速機ケーシング４１の内側の小径円筒部４１ｂにおいて軸受３８を介して回転自在に支えられて、減速機の出力軸となっている。遊星ローラキャリヤ３６には出力スプロケットホイール３７が取付けられる。この遊星ローラ減速機構の減速比１／ｎは、
【数１】１／ｎ＝太陽ローラの直径／（太陽ローラの直径÷弾性リング内径）
であり、出力スプロケットホイール３７の出力トルクは、動力伝達の機械的損失を無視すれば、モータ出力トルクのｎ倍となる。
このモータ直結遊星ローラ減速機３０の作用を説明する。モータの出力軸３２の回転を、これに直結した遊星ローラ減速機構によって前記のように１／ｎに減速すると、大きな必要なトルクが得られ、また振動、騒音も少ない。
直流薄型モータ３１の出力軸３２端に太陽ローラ３２ａが形成され、この太陽ローラ３２ａの回転面に遊星ローラ減速機構が構成されているので、モータ３１と減速機構の組合せ全体の軸方向長さがコンパクトになっている。それに加えて、出力スプロケットホイール３７が取付けられた減速機構出力軸となる遊星ローラキャリヤ３６の出力軸部がモータ３１と減速機構の中間に設けられ、出力スプロケットホイール３７に掛けられた出力用チエン３９が、前記減速機ケーシング４１側面の窓４１ａを通して、従動側スプロケットホイールに連掛されるので、自転車のような幅が狭く軽量の車両に取付けときに車体の中心線に近寄せることが可能であるため、装置として収まりが良く、重量の大きなアンバランスを回避できるものとなっている。
また遊星キャリヤ３６を支えるボールベアリング等の軸受３８が前記出力スプロケットホイール３７の径方向の内側に同心に配置されているので、同軸受３８が前記出力スプロケット３７にかかるチエン３９の引張力を直線に受けることができるので、従来のような片持ちの出力軸のような曲げ応力を受けることがないので、耐久性が向上すると共に芯振れ等の現象も無い。
【０００８】
次に自転車にこのモータ直結遊星ローラ減速機３０を取付けた例について説明すると、図３は自転車の側面図、図４は図３のＢ−Ｂ断面の拡大図である。
１６は補助勢力付自転車、４は人力作動のクランク軸１５に取付けられているスプロケットホイールである。１４はクランク軸１５を回すペダルである。また５は、自転車１６の後輪１７の軸に、ワンウェイクラッチを介して取付けられた従動スプロケットホイール２と、スプロケットホイール４とを連掛し、人力によって回されるクランク軸１５のトルクを伝えるチエンである。ここまでの自転車の部品番号の表示は、従来例の自転車の動力機構で説明したときのものと、構造機能が同じであるので同符番としてある。
後輪１７のタイヤを支えるリムは後輪ハブと一体の成形品で支持円板部が偏ったものを例示してある。このような構造であれば、モータ直結遊星ローラ減速機３０は自転車１６の構成部材の間に図に示されたように具合良く取付けることができる（タイヤのリムを支えるのが通常の多数のスポークである場合は、モータ直結減速機３０をスポークに触れぬ程度まで寄せることができるが、図４に示したものよりは少し図の下側に移動し、この場合、出力スプロケットホイール３７が外側へずれるため、従動スプロケットホイール４５の位置も外側へ移動し、後輪のハブが多少長くなり、後輪軸の取付け幅がやや広くなる。）
減速機の出力スプロケットホイール３７と、自転車の後輪軸にワンウェイクラッチを介して取付けられた従動スプロケットホイール４５とは、チエン３９で連掛してある。チエン５の引張り側にトルクセンサ１９が設けてある。このトルクセンサ１９はレバー先端のローラがバネ等により常にチエン５を上に押し上げ、チエン５が強く引張られるとローラが押されてレバーが回動してその変位を検知することにより運転時のトルクを検出する方式のものであり、運転中の自転車１６が坂道等にさしかかり、人力による駆動トルクが或る数値以上になったとき、トルクセンサ１９がそのトルクを検出して、図示略の電気制御回路の働きで、搭載しているバッテリ４６からモータ直結遊星ローラ減速機３０に電流を送り、これを駆動して人力を補助することができる。平坦な道路となり、自転車１６の駆動トルクが小さくてもよくなったときには、トルクセンサ１９は補助駆動への発信を止め、モータ付減速装置３０は停止し、自転車１６は人力で走行する。従動スプロケットホイール２と４５は、後輪軸とワンウェイクラッチを介して取付けられているので、人力による運転中も、モータ付減速装置３０による運転中も、また自転車が惰性で移動中も互いに干渉する虞れはない。
【０００９】
【発明の効果】
以上詳細に説明した如く本発明は、遊星ローラ減速機を使用しているので歯車式減速機に比べて振動、騒音が少ない。そして薄型モータの出力軸端に太陽ローラが形成され、この太陽ローラの回転面に遊星ローラ減速機構が構成され、出力軸側はモータとの間の空間に配設されているので、モータと減速機構の組合せ全体の軸方向長さが短くできる。自転車の補助動力としてこのモータ付遊星ローラ減速機を使う場合、薄型モータと薄型減速機の中間に出力チエンスプロケットが配置されるので減速機は出張らず、被動側のスプロケットも著しく出張る必要は無くなり、取付けの収まりが良い。またこの減速機はチエンを中心とした対称形に構成できる。遊星キャリヤを支える軸受が前記出力スプロケットホイールの内側に同心に配置されており、同軸受が前記出力スプロケットに掛かるチエンの引張力を直接に受持ち、片持ちの出力軸のような曲げ応力を受けることがないので、軸受の負荷容量が小さくて済み、芯振れもなく耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るモータ直結遊星ローラ減速機の側面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す正面図である。
【図３】図１の減速機を取付けた自転車を示す側面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面を示す平面拡大図である。
【図５】従来の自転車の動力機構の概要を示す側面図である。
【図６】図５の自転車の動力機構の平面図である。
【図７】図５中のトルク検出器の例を示す正面図である。
【図８】図７のトルク検出器の平面図である。
【図９】従来のモータ直結遊星歯車減速機の側面断面図である。
【符号の説明】
１６  補助動力付自転車
１７  後輪
１９  トルクセンサ
３０  モータ直結遊星ローラ減速機
３１  薄型直流モータ
３２  モータ出力軸
３２ａ  太陽ローラ
３３  弾性リング又は内ローラ
３４  遊星ローラ
３５  遊星ローラ軸
３６  遊星ローラキャリア
３７  出力スプロケット
３８  ボールベアリング（軸受）
３９  チエン
４１  減速機ケーシング
４１ａ  ケーシング窓
４５  従動スプロケット
５０  軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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