JP2017088091A

JP2017088091A - 自転車用ドライブユニット

Info

Publication number: JP2017088091A
Application number: JP2015223961A
Authority: JP
Inventors: 山本　貴士; Takashi Yamamoto; 貴士山本
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2017-05-25
Also published as: US9873480B2; DE102016121620A1; CN107054544A; US20170137085A1

Abstract

【課題】効率が低い領域でモータが駆動される期間を短縮可能な自転車用ドライブユニットを提供する。
【解決手段】自転車用ドライブユニットは、変速機構と、前記変速機構に回転を伝達可能なモータと、前記変速機構および人力駆動力による回転が伝達される合力部材とを含む。前記変速機構は、第１のサンギアおよび第２のサンギアと、個別に構成される第１のプラネタリギア、第２のプラネタリギア、および、第３のプラネタリギアと、第１のリングギアおよび第２のリングギアとを含む。前記第１のプラネタリギアは、前記第１のサンギアおよび前記第１のリングギアと噛み合う。前記第２のプラネタリギアは、前記第２のサンギアおよび前記第３のプラネタリギアと噛み合う。前記第３のプラネタリギアは、前記第２のプラネタリギアおよび前記第２のリングギアと噛み合う。
【選択図】図２

Description

本発明は、自転車用ドライブユニットに関する。

人力駆動力をアシストするモータを備える自転車用ドライブユニットが知られている。自転車用ドライブユニットは、モータの他に、モータの回転を減速して出力する減速機、および、減速機およびクランク軸のそれぞれから回転が伝達される合力部材等をさらに含む。特許文献１は、従来の自転車用ドライブユニットの一例を開示している。

特許第２６２３４１９号公報

従来の自転車用ドライブユニットでは、モータの回転速度は、クランクの回転速度に比例する。モータは、回転速度に応じて出力トルクが変動する特性を有するので、クランクの回転速度によっては、モータの出力トルクが不足してアシスト力が小さくなってしまったり、モータの駆動効率が低くなってしまったりするおそれがある。

本発明の目的は、クランクの回転速度の変化に伴ってアシスト力が低下してしまうこと、およびモータの駆動効率が低下してしまうことの少なくとも一方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、変速機構と、前記変速機構に回転を伝達可能なモータと、前記変速機構から回転が伝達され、かつ、人力駆動力による回転が伝達される合力部材とを含み、前記変速機構は、第１のサンギアおよび第２のサンギアと、個別に構成される第１のプラネタリギア、第２のプラネタリギア、および、第３のプラネタリギアと、第１のリングギアおよび第２のリングギアとを含み、前記第１のプラネタリギアは、前記第１のサンギアおよび前記第１のリングギアと噛み合い、前記第２のプラネタリギアは、前記第２のサンギアおよび前記第３のプラネタリギアと噛み合い、前記第３のプラネタリギアは、前記第２のプラネタリギアおよび前記第２のリングギアと噛み合う。

〔２〕自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記合力部材は、前記クランク軸の軸心まわりに設けられ、前記クランク軸の軸心まわりに回転可能である。
〔３〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記モータの回転を前記第１のサンギアおよび前記第２のサンギアに伝達するための伝達部材をさらに含む。

〔４〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記伝達部材は、前記モータの出力軸を含む。
〔５〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記変速機構は、第１のワンウェイクラッチおよび第２のワンウェイクラッチをさらに含み、前記第１のワンウェイクラッチは、前記伝達部材が第１の回転方向に回転する場合に前記伝達部材の回転を前記第１のサンギアに伝達し、前記伝達部材が第２の回転方向に回転する場合に前記伝達部材の回転を前記第１のサンギアに伝達しないように前記伝達部材および前記第１のサンギアと連結され、前記第２のワンウェイクラッチは、前記伝達部材が前記第２の回転方向に回転する場合に前記伝達部材の回転を前記第２のサンギアに伝達し、前記伝達部材が前記第１の回転方向に回転する場合に前記伝達部材の回転を前記第２のサンギアに伝達しないように前記伝達部材および前記第２のサンギアと連結される。

〔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のサンギアおよび前記第２のサンギアは、同一の軸心まわりに回転可能である。
〔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のリングギアおよび前記第２のリングギアは、一体に形成されている。

〔８〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第１のリングギアの歯数と前記第２のリングギアの歯数とが等しい。
〔９〕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のサンギアの歯数と前記第２のサンギアの歯数とは等しく、前記第１のプラネタリギアの歯数と前記第２のプラネタリギアの歯数とは異なり、前記第１のプラネタリギアの歯数と前記第３のプラネタリギアの歯数とは異なる。

〔１０〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第３のプラネタリギアは、前記第２のサンギアの軸心に沿う方向において自身の歯の全体が前記第２のリングギアと噛み合うように配置される。

〔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２のプラネタリギアは、前記第２のサンギアの軸心に沿う方向において自身の歯の全体が前記第３のプラネタリギアの歯と噛み合うように配置される。

〔１２〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第１のプラネタリギアは、前記第１のサンギアの軸心に沿う方向において前記第２のプラネタリギアおよび前記第３のプラネタリギアよりも前記モータの近くに配置される。

〔１３〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記変速機構は、前記第１のプラネタリギア、前記第２のプラネタリギア、および、前記第３のプラネタリギアを回転可能に支持するキャリアをさらに含み、前記合力部材は、前記キャリアと連結される。

〔１４〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記変速機構が設けられるハウジングをさらに含み、前記第１のリングギアおよび前記第２のリングギアは、前記ハウジングに対して回転不能に設けられる。

〔１５〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記変速機構から出力された回転を減速して前記合力部材に伝達する減速機構をさらに含む。
〔１６〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記モータを制御する制御装置をさらに備える。

〔１７〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記制御装置は、人力駆動力およびクランクの回転速度に応じて、前記モータを制御する。
〔１８〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記制御装置は、前記クランクの回転速度が所定の回転速度未満の場合、前記モータが第１の回転方向に回転するように前記モータを制御し、前記クランクの回転速度が前記所定の回転速度以上の場合、前記モータが第２の回転方向に回転するように前記モータを制御する。

〔１９〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記クランク軸をさらに備える。

上記自転車用ドライブユニットによれば、クランクの回転速度の変化に伴ってアシスト力が低下してしまうこと、および、モータの駆動効率が低下してしまうことの少なくとも一方を抑制できる。

第１の実施形態の自転車用ドライブユニットを備える電動アシスト自転車の一部の側面図。図１の２−２線の断面図。図２の３−３線の断面図。図２の４−４線の断面図。図２の変速機構のブロック図。第２の実施形態の変速機構のブロック図。第３の実施形態の変速機構のブロック図。

（第１の実施形態）
図１に示される電動アシスト自転車１０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３０」）を備える。一例では、電動アシスト自転車１０は、一対のクランクアーム１４、一対のペダル１６、フロントスプロケット２０、リアスプロケット２２、チェーン２４、および、第１のクラッチ２６をさらに備える。

一対のクランクアーム１４は、ドライブユニット３０のクランク軸１２と一体に回転可能な状態でクランク軸１２の両端部のそれぞれに連結される。一対のクランクアーム１４は、クランク軸１２と共にクランクを構成する。ペダル１６は、ペダル本体１６Ａおよびペダル軸１６Ｂを有する。ペダル軸１６Ｂは、クランクアーム１４のそれぞれに連結される。ペダル本体１６Ａは、ペダル軸１６Ｂに対する回転が可能な状態で一対のペダル軸１６Ｂのそれぞれに支持される。

フロントスプロケット２０は、ドライブユニット３０の合力部材４０（図２参照）を介してドライブユニット３０と連結される。リアスプロケット２２は、第１のクラッチ２６を介して電動アシスト自転車１０のリアホイール（図示略）と連結される。チェーン２４は、フロントスプロケット２０およびリアスプロケット２２に巻き掛けられる。第１のクラッチ２６は、ワンウェイクラッチである。

ドライブユニット３０の機能は、クランク軸１２に入力される人力駆動力をアシストすることである。ドライブユニット３０は、電動アシスト自転車１０のフレームに取り付けられ、フレームに対して着脱可能である。ドライブユニット３０とフレームとを結合する手段は、例えばボルトである。電動アシスト自転車１０のフレームに取り付けられるバッテリ（図示略）は、ドライブユニット３０に電気エネルギーを供給可能である。

図２に示されるとおり、ドライブユニット３０は、変速機構５０およびモータ３４を含む。モータ３４の一例は、電気モータである。一例では、ドライブユニット３０は、クランク軸１２、ハウジング３２、伝達部材３６、減速機構３８、および、合力部材４０をさらに含む。モータ３４、伝達部材３６、減速機構３８、および、合力部材４０は、ハウジング３２内に配置される。

クランク軸１２は、ドライブユニット３０に対する回転が可能な状態でドライブユニット３０により支持される。クランク軸１２の両端部は、ドライブユニット３０から突出する。

伝達部材３６は、モータ３４の出力軸を含む。一例では、伝達部材３６は、モータ３４の出力軸である。モータ３４は、出力軸と本体３４Ａとを含む。本体３４Ａは、ロータおよびステータを含む（いずれも図示略）。モータ３４は、伝達部材３６を第１の回転方向Ｒ１およびこれとは反対の第２の回転方向Ｒ２に回転させることができる（図３参照）。伝達部材３６の軸心は、クランク軸１２の軸心に沿う方向（以下では「第１の方向」）と平行である。

モータ３４は、変速機構５０に回転を伝達可能である。伝達部材３６は、変速機構５０に含まれる入力体６２と連結され、モータ３４のロータの回転を変速機構５０に伝達する。変速機構５０に含まれるキャリア７０は、減速機構３８に含まれる第１の軸３８Ｘと連結される。減速機構３８に含まれる第３のギア３８Ｃは、減速機構３８に含まれ合力部材４０に連結されるギア４４と噛み合い、変速機構５０から伝達される回転を減速して合力部材４０に伝達する。

合力部材４０には、変速機構５０から回転が伝達され、かつ、人力駆動力による回転が伝達される。合力部材４０は、中空軸４２を含む。中空軸４２は、ハウジング３２に対する回転が可能な状態でハウジング３２およびクランク軸１２に支持される。合力部材４０は、クランク軸１２の軸心まわりに設けられ、クランク軸１２の軸心まわりに回転可能である。中空軸４２の一方の端部４２Ａは、ハウジング３２から突出する。クランク軸１２は、両端部が中空軸４２から突出するように中空軸４２内に挿入される。ギア４４は、中空軸４２に対する回転が不能な状態で中空軸４２に取り付けられる。ギア４４は、中空軸４２と同軸に配置される。別の例では、ギア４４は、中空軸４２を加工することによって中空軸４２と一体に形成されていてもよい。

第２のクラッチ２８は、ワンウェイクラッチであり、クランク軸１２の外周と合力部材４０の内周との間に設けられる。第２のクラッチ２８は、クランク軸１２が前方に回転する場合にクランク軸１２から合力部材４０に回転を伝達し、クランク軸１２が後方に回転する場合にクランク軸１２から合力部材４０に回転を伝達しないようにクランク軸１２および合力部材４０と連結される。

フロントスプロケット２０は、ハウジング３２の外部においてハウジング３２の側方に配置される。フロントスプロケット２０は、ボルト４６によってドライブユニット３０に取り付けられる。ボルト４６は、合力部材４０との間にフロントスプロケット２０が固定されるように合力部材４０にねじ込まれる。

図１に示されるクランク軸１２を前方に回転させる人力駆動力がペダル１６に入力された場合、クランク軸１２が電動アシスト自転車１０のフレームに対して前方に回転する。この場合、クランク軸１２の回転が第２のクラッチ２８および合力部材４０を介してフロントスプロケット２０に伝達され、フロントスプロケット２０の回転がチェーン２４を介してリアスプロケット２２に伝達される。

クランク軸１２を後方に回転させる人力駆動力がペダル１６に入力された場合、クランク軸１２がフレームに対して後方に回転する。この場合、第２のクラッチ２８の作用によってクランク軸１２の回転が合力部材４０およびフロントスプロケット２０に伝達されない。

図２に示されるとおり、変速機構５０は、ハウジング３２に設けられる。変速機構５０は、遊星歯車機構６０、第１のワンウェイクラッチ５２、および、第２のワンウェイクラッチ５４を含む。変速機構５０が配置される第１の方向の位置は、モータ３４の本体３４Ａと減速機構３８との間である。遊星歯車機構６０は、入力体６２、伝達体６４、および、出力体６６を含む。変速機構５０は、第１のサンギア６２Ａおよび第２のサンギア６２Ｂと、個別に構成される第１のプラネタリギア６８Ａ、第２のプラネタリギア６８Ｂ、および、第３のプラネタリギア６８Ｃと、第１のリングギア６４Ａおよび第２のリングギア６４Ｂと、キャリア７０とを含む。

入力体６２は、それぞれ個別に構成される第１のサンギア６２Ａおよび第２のサンギア６２Ｂを含む。第１のサンギア６２Ａおよび第２のサンギア６２Ｂは、同一の軸心まわりに回転可能である。各サンギア６２Ａ、６２Ｂは、伝達部材３６に対する回転が可能な状態で伝達部材３６まわりに配置され、伝達部材３６と同軸に設けられる。第１のサンギア６２Ａの歯数と第２のサンギア６２Ｂの歯数とは等しい。別の例では、第１のサンギア６２Ａの歯数と第２のサンギア６２Ｂの歯数とは異なっていてもよい。伝達部材３６は、モータ３４の回転を第１のサンギア６２Ａおよび第２のサンギア６２Ｂに伝達するための部材である。

各サンギア６２Ａ、６２Ｂは、第１の方向に並べて配置される。一例では、第１のサンギア６２Ａは、第１の方向において、第２のサンギア６２Ｂよりもモータ３４の本体３４Ａに近い位置に設けられる。別の例では、第１のサンギア６２Ａは、第１の方向において第２のサンギア６２Ｂよりもモータ３４の本体３４Ａから遠い位置に設けられてもよい。

第１のワンウェイクラッチ５２は、伝達部材３６の外周と第１のサンギア６２Ａの内周との間に設けられる。第１のワンウェイクラッチ５２は、伝達部材３６が第１の回転方向Ｒ１（図３参照）に回転する場合に伝達部材３６から第１のサンギア６２Ａに回転を伝達し、伝達部材３６が第２の回転方向Ｒ２（図３参照）に回転する場合に伝達部材３６から第１のサンギア６２Ａに回転を伝達しないように伝達部材３６および第１のサンギア６２Ａと連結される。第１のワンウェイクラッチ５２は、ローラクラッチによって構成されてもよく、爪クラッチによって構成されていてもよい。

第２のワンウェイクラッチ５４は、伝達部材３６の外周と第２のサンギア６２Ｂの内周との間に設けられる。第２のワンウェイクラッチ５４は、伝達部材３６が第２の回転方向Ｒ２（図４参照）に回転する場合に伝達部材３６から第２のサンギア６２Ｂに回転を伝達し、伝達部材３６が第１の回転方向Ｒ１（図４参照）に回転する場合に伝達部材３６から第２のサンギア６２Ｂに回転を伝達しないように伝達部材３６および第２のサンギア６２Ｂと連結される。第２のワンウェイクラッチ５４は、ローラクラッチによって構成されてもよく、爪クラッチによって構成されていてもよい。

伝達体６４は、第１のリングギア６４Ａおよび第２のリングギア６４Ｂを含む。第１のリングギア６４Ａの歯数と第２のリングギア６４Ｂの歯数とは等しい。別の例では、第１のリングギア６４Ａの歯数と第２のリングギア６４Ｂの歯数とは異なっていてもよい。第１のリングギア６４Ａと第２のリングギア６４Ｂとは、一体に形成されている。別の例では、第１のリングギア６４Ａおよび第２のリングギア６４Ｂは、個別に形成されていてもよい。

第１のリングギア６４Ａおよび第２のリングギア６４Ｂは、ハウジング３２に対して回転不能に設けられる。各リングギア６４Ａ、６４Ｂは、伝達部材３６の回転軸線まわりの回転が不能な状態で、伝達部材３６まわりに配置され、伝達部材３６と同軸に設けられる。一例では、各リングギア６４Ａ、６４Ｂは、ハウジング３２に固定される。各リングギア６４Ａ、６４Ｂは、第１の方向に並べて配置される。一例では、第１のリングギア６４Ａは、第１の方向において、第２のリングギア６４Ｂよりもモータ３４の本体３４Ａに近い位置に設けられる。別の例では、第１のリングギア６４Ａは、第１の方向において、第２のリングギア６４Ｂよりもモータ３４の本体３４Ａから遠い位置に設けられてもよい。

出力体６６は、プラネタリギア６８、キャリア７０、および、プラネタリピン７２を含む。プラネタリギア６８は、個別に構成される第１のプラネタリギア６８Ａ、第２のプラネタリギア６８Ｂ、および、第３のプラネタリギア６８Ｃを含む。一例では、出力体６６に含まれる各プラネタリギア６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃのそれぞれの個数は、３個である。別の例では、出力体６６に含まれる各プラネタリギア６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃのそれぞれの個数は、１個でもよく、複数個でもよい。

第１のプラネタリギア６８Ａの歯数と第２のプラネタリギア６８Ｂおよび第３のプラネタリギア６８Ｃの歯数とは異なる。第１のプラネタリギア６８Ａの歯数は、第２のプラネタリギア６８Ｂの歯数および第３のプラネタリギア６８Ｃの歯数よりも多い。一例では、第２のプラネタリギア６８Ｂの歯数と第３のプラネタリギア６８Ｃの歯数とは、等しい。別の例では、第２のプラネタリギア６８Ｂの歯数と、第３のプラネタリギア６８Ｃの歯数とは、異なっていてもよい。

各プラネタリギア６８Ａ、６８Ｂ、および、６８Ｃは、伝達部材３６に対する公転が可能な状態で伝達部材３６まわりに配置される。各プラネタリギア６８Ａ、６８Ｂ、および、６８Ｃは、第１の方向と直交する方向（以下では「第２の方向」）において入力体６２と伝達体６４との間に配置される。

第１のプラネタリギア６８Ａは、第１のサンギア６２Ａの軸心に沿う方向において第２のプラネタリギア６８Ｂおよび第３のプラネタリギア６８Ｃよりもモータ３４の近くに配置される。別の例では、第１のプラネタリギア６８Ａは、第１の方向において、第２のプラネタリギア６８Ｂおよび第３のプラネタリギア６８Ｃよりもモータ３４の本体３４Ａから遠い位置に設けられてもよい。

第１のプラネタリギア６８Ａは、第１のサンギア６２Ａおよび第１のリングギア６４Ａと噛み合う。第１のプラネタリギア６８Ａは、第１のサンギア６２Ａの軸心に沿う方向において自身の歯の全体が第１のサンギア６２Ａおよび第１のリングギア６４Ａの歯と噛み合うように配置される。

第２のプラネタリギア６８Ｂは、第２のサンギア６２Ｂおよび第３のプラネタリギア６８Ｃと噛み合う。第２のプラネタリギア６８Ｂは、第２のリングギア６４Ｂと噛み合わない。第２のプラネタリギア６８Ｂは、第２のサンギア６２Ｂの軸心に沿う方向において自身の歯の全体が第２のサンギア６２Ｂおよび第３のプラネタリギア６８Ｃの歯と噛み合うように配置される。

第３のプラネタリギア６８Ｃは、第２のリングギア６４Ｂおよび第２のプラネタリギア６８Ｂと噛み合う。第３のプラネタリギア６８Ｃは、第２のサンギア６２Ｂと噛み合わない。第３のプラネタリギア６８Ｃは、第２のサンギア６２Ｂの軸心に沿う方向において自身の歯の全体が第２のリングギア６４Ｂと噛み合うように配置される。

キャリア７０は、第１のキャリア７０Ａおよび第２のキャリア７０Ｂを含む。第１のキャリア７０Ａと第２のキャリア７０Ｂとは、個別に構成される。第１のキャリア７０Ａは、第２のキャリア７０Ｂに固定されている。第１のキャリア７０Ａと第２のキャリア７０Ｂとは、一体に形成されていてもよい。各キャリア７０Ａ、７０Ｂは、伝達部材３６に対する回転が可能な状態で伝達部材３６まわりに配置され、伝達部材３６と同軸に設けられる。キャリア７０は、第１のプラネタリギア６８Ａ、第２のプラネタリギア６８Ｂ、および、第３のプラネタリギア６８Ｃを回転可能に支持する。

第１のキャリア７０Ａと第２のキャリア７０Ｂとは、第１の方向に並べて配置される。第１のキャリア７０Ａは、第１の方向において、第１のプラネタリギア６８Ａと第２のプラネタリギア６８Ｂおよび第３のプラネタリギア６８Ｃとの間に設けられる。第２のキャリア７０Ｂは、第１の方向において、第２のプラネタリギア６８Ｂおよび第３のプラネタリギア６８Ｃよりも減速機構３８側に設けられる。第２のキャリア７０Ｂは、減速機構３８に含まれる第１の軸３８Ｘと一体に回転できるように、第１の軸３８Ｘに連結されている。

プラネタリピン７２は、第１のプラネタリピン７２Ａ、第２のプラネタリピン７２Ｂ、および、第３のプラネタリピン７２Ｃを含む。第１のプラネタリピン７２Ａは、第１のキャリア７０Ａと連結され、第１のプラネタリギア６８Ａを支持する。第１のプラネタリギア６８Ａは、第１のプラネタリピン７２Ａと同軸に設けられている。

第２のプラネタリピン７２Ｂは、第１のキャリア７０Ａと第２のキャリア７０Ｂとを連結し、第２のプラネタリギア６８Ｂを支持する。第２のプラネタリギア６８Ｂは、第２のプラネタリピン７２Ｂと同軸に設けられている。

第３のプラネタリピン７２Ｃは、第１のキャリア７０Ａと第２のキャリア７０Ｂとを連結し、第３のプラネタリギア６８Ｃを支持する。第３のプラネタリギア６８Ｃは、第３のプラネタリピン７２Ｃと同軸に設けられている。

プラネタリギア６８、キャリア７０、および、プラネタリピン７２の連結構造は、複数の形態のいずれかを取り得る。第１の形態では、プラネタリピン７２はキャリア７０に対して回転可能であり、プラネタリギア６８はプラネタリピン７２に対して回転不能である。第２の形態では、プラネタリピン７２はキャリア７０に対して回転不能であり、プラネタリギア６８はプラネタリピン７２に対して回転可能である。第３の形態では、プラネタリピン７２はキャリア７０に対して回転可能であり、プラネタリギア６８はプラネタリピン７２に対して回転可能である。

図３は、第１のサンギア６２Ａ、第１のプラネタリギア６８Ａ、および、第１のリングギア６４Ａ等の関係を示す。第１のワンウェイクラッチ５２は、伝達部材３６が第１の回転方向Ｒ１に回転する場合に伝達部材３６の回転を第１のサンギア６２Ａに伝達し、伝達部材３６が第１の回転方向Ｒ１とは反対の第２の回転方向Ｒ２に回転する場合に伝達部材３６の回転を第１のサンギア６２Ａに伝達しないように伝達部材３６および第１のサンギア６２Ａと連結される。このため、伝達部材３６が第１の回転方向Ｒ１に回転する場合、伝達部材３６の回転が第１のサンギア６２Ａ、第１のプラネタリギア６８Ａ、および、キャリア７０を介して減速機構３８に伝達される。

図４は、第２のサンギア６２Ｂ、第２のプラネタリギア６８Ｂ、第３のプラネタリギア６８Ｃ、および、第２のリングギア６４Ｂ等の関係を示す。第２のワンウェイクラッチ５４は、伝達部材３６が第２の回転方向Ｒ２に回転する場合に伝達部材３６の回転を第２のサンギア６２Ｂに伝達し、伝達部材３６が第１の回転方向Ｒ１に回転する場合に伝達部材３６の回転を第２のサンギア６２Ｂに伝達しないように伝達部材３６および第２のサンギア６２Ｂと連結される。このため、伝達部材３６が第２の回転方向Ｒ２に回転する場合、伝達部材３６の回転が第２のサンギア６２Ｂ、第２のプラネタリギア６８Ｂ、第３のプラネタリギア６８Ｃ、および、キャリア７０を介して減速機構３８に伝達される。

遊星歯車機構６０は、複数の変速比を有する。変速比は、入力体６２の回転数に対する出力体６６の回転数である。複数の変速比は、第１の変速比および第２の変速比を含む。第１の変速比は、第１のサンギア６２Ａ、第１のリングギア６４Ａ、および、第１のプラネタリギア６８Ａによって伝達部材３６の回転を減速する場合に得られる変速比である。第２の変速比は、第２のサンギア６２Ｂ、第２のリングギア６４Ｂ、第２のプラネタリギア６８Ｂ、および、第３のプラネタリギア６８Ｃによって伝達部材３６の回転を減速する場合に得られる変速比である。第２の変速比は、第１の変速比よりも大きい。

図２に示されるとおり、減速機構３８は、第１の軸３８Ｘ、第２の軸３８Ｙ、第１のギア３８Ａ、第２のギア３８Ｂ、第３のギア３８Ｃ、および、ギア４４を含む。第１の軸３８Ｘの軸心および第２の軸３８Ｙの軸心は、第１の方向に平行である。第１の軸３８Ｘは、伝達部材３６と同軸に設けられる。

第１のギア３８Ａは、第１の軸３８Ｘに対する回転が不能な状態で第１の軸３８Ｘに設けられ、第１の軸３８Ｘと同軸に設けられている。別の例では、第１のギア３８Ａは、第1の軸３８Ｘと一体に形成されていてもよい。第１の軸３８Ｘは、１または複数のベアリングを介してハウジング３２に回転可能に支持されている。

第２のギア３８Ｂは、第２の軸３８Ｙに対する回転が不能な状態で第２の軸３８Ｙに設けられ、第２の軸３８Ｙに設けられている。別の例では、第２のギア３８Ｂは、第２の軸３８Ｙと一体に形成されていてもよい。第２のギア３８Ｂは、第１のギア３８Ａと噛み合う。第１のギア３８Ａの歯数は、第２のギア３８Ｂの歯数よりも少ない。第２の軸３８Ｙは、１または複数のベアリングを介してハウジング３２に回転可能に支持されている。

第３のギア３８Ｃは、第２の軸３８Ｙに対する回転が不能な状態で第２の軸３８Ｙに設けられ、第２の軸３８Ｙと同軸に設けられている。別の例では、第３のギア３８Ｃは、第２の軸３８Ｙと一体に形成されていてもよく、第２のギア３８Ｂと一体に形成されていてもよい。第３のギア３８Ｃは、ギア４４と噛み合う。第３のギア３８Ｃの歯数は、第２のギア３８Ｂの歯数よりも少なく、ギア４４の歯数よりも少ない。このように、合力部材４０は、減速機構３８を介してキャリア７０と連結される。

図５は、ドライブユニット３０が備える動力伝達経路を示すブロック図である。動力伝達経路は、モータ３４から合力部材４０までにおいてモータ３４のトルクが伝達される経路である。ドライブユニット３０は、第１の動力伝達経路および第２の動力伝達経路を含む。

第１の動力伝達経路は、モータ３４、第１のワンウェイクラッチ５２、第１のサンギア６２Ａ、第１のプラネタリギア６８Ａ、第１のキャリア７０Ａ、第２のキャリア７０Ｂ、減速機構３８、および、合力部材４０の順にトルクを伝達する経路である。第２の動力伝達経路は、モータ３４、第２のワンウェイクラッチ５４、第２のサンギア６２Ｂ、第２のプラネタリギア６８Ｂ、第３のプラネタリギア６８Ｃ、第２のキャリア７０Ｂ、減速機構３８、および、合力部材４０の順にトルクを伝達する経路である。

モータ３４のトルクを合力部材４０に伝達する動力伝達経路は、モータ３４の回転方向に応じて第１の動力伝達経路または第２の動力伝達経路に切り替えられる。モータ３４が第１の回転方向Ｒ１に回転する場合、第１のワンウェイクラッチ５２が伝達部材３６の回転を第１のサンギア６２Ａに伝達するため、モータ３４のトルクは、第１の動力伝達経路によって合力部材４０に伝達される。モータ３４が第２の回転方向Ｒ２に回転する場合、第２のワンウェイクラッチ５４が伝達部材３６の回転を第２のサンギア６２Ｂに伝達するため、モータ３４のトルクは、第２の動力伝達経路によって合力部材４０に伝達される。

図２に示されるとおり、ドライブユニット３０は、制御装置８０、トルクセンサ８２、および、回転速度センサ（図示略）をさらに含む。トルクセンサ８２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８２は、合力部材４０の中空軸４２に取り付けられる。トルクセンサ８２は、合力部材４０にかかるトルクを検出する。

クランク軸１２の回転が合力部材４０に伝達され、モータ３４の回転が合力部材４０に伝達されない場合、トルクセンサ８２は、クランク軸１２に入力された人力駆動力を反映した信号を制御装置８０に出力する。クランク軸１２の回転およびモータ３４の回転が合力部材４０に伝達される場合、トルクセンサ８２は、クランク軸１２に入力された人力駆動力と、変速機構５０および減速機構３８によって増幅されたモータ３４のトルクとが合成されたトルクを反映した信号を制御装置８０に出力する。

回転速度センサは、クランクの回転速度を検出するケイデンスセンサ８４を含む。ケイデンスセンサ８４は、例えばクランク軸１２に設けられる磁石を検出する。ケイデンスセンサ８４は、リードスイッチまたはホール素子などの磁気検出センサを含む。ケイデンスセンサ８４は、クランクアーム１４に設けられる磁石を検出する構成としてもよい。回転速度センサは、電動アシスト自転車１０のフロントホイールまたはリアホイールの回転速度を検出するスピードセンサをさらに含んでいてもよい。制御装置８０は、回転速度センサの検出結果に基づいて、クランク軸１２の回転速度を算出する。

制御装置８０は、人力駆動力およびクランクの回転速度に応じてモータ３４を制御する。一例では、制御装置８０は、トルクセンサ８２によって検出された人力駆動力、および、回転速度センサによって検出された電動アシスト自転車１０の走行速度に基づいて、モータ３４の出力を制御する。

制御装置８０はさらに、回転速度センサによって検出されるクランク軸１２の回転速度に基づいて、モータ３４の回転方向を制御する。一例では、制御装置８０は、クランク軸１２の回転速度と予め定められる所定の回転速度との関係に基づいて、モータ３４の回転方向を制御する。

制御装置８０は、クランクの回転速度が所定の回転速度未満の場合、モータ３４が第１の回転方向Ｒ１に回転するようにモータ３４を制御し、クランクの回転速度が所定の回転速度以上の場合、モータ３４が第２の回転方向Ｒ２に回転するようにモータ３４を制御する。制御装置８０は、所定の回転速度に関する情報を記憶しているメモリを備えている。所定の回転速度に関する情報は、例えばパーソナルコンピュータなどの外部の装置によって調整可能である。制御装置８０は、電動アシスト自転車１０の走行速度が所定の速度以上になると、モータ３４を停止する構成としてもよい。

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３０は、変速機構５０が、モータ３４からの回転を第１の変速比および第２の変速比のいずれかで変速して、人域駆動力の回転に加えることができる。このため、クランクの回転速度の変化に伴ってアシスト力が低下してしまうこと、およびモータの駆動効率が低下してしまうことの少なくとも一方を抑制することができる。

（２）制御装置８０は、モータ３４の回転方向を切り替えることによって変速機構５０の変速比を切り替えるので、物理的な接続状態を切り替えることによって変速比を切り替える構成と比較して、構成が複雑化しにくい。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態のドライブユニット３０が備える動力伝達経路を示すブロック図である。このドライブユニット３０は、以下の点において第１の実施形態のドライブユニット３０と相違し、その他の点において第１の実施形態のドライブユニット３０と実質的に同一の構成を備える。

入力体６２は、それぞれ個別に構成される第１のリングギア６４Ａおよび第２のリングギア６４Ｂを含む。ドライブユニット３０は、第１のワンウェイクラッチ５２および第２のワンウェイクラッチ５４に代えて、第３のワンウェイクラッチ９０および第４のワンウェイクラッチ９２を備える。伝達部材３６は、各ワンウェイクラッチ９０および９２を介して各リングギア６４Ａおよび６４Ｂと連結される。

第３のワンウェイクラッチ９０は、伝達部材３６の外周と第１のリングギア６４Ａの外周との間に設けられている。第３のワンウェイクラッチ９０は、伝達部材３６が第１の回転方向Ｒ１に回転する場合に伝達部材３６から第１のリングギア６４Ａに回転を伝達し、伝達部材３６が第２の回転方向Ｒ２に回転する場合に伝達部材３６から第１のリングギア６４Ａに回転を伝達しないように伝達部材３６および第１のリングギア６４Ａと連結される。

第４のワンウェイクラッチ９２は、伝達部材３６の外周と第２のリングギア６４Ｂの外周との間に設けられている。第４のワンウェイクラッチ９２は、伝達部材３６が第２の回転方向Ｒ２に回転する場合に伝達部材３６から第２のリングギア６４Ｂに回転を伝達し、伝達部材３６が第１の回転方向Ｒ１に回転する場合に伝達部材３６から第２のリングギア６４Ｂに回転を伝達しないように伝達部材３６および第２のリングギア６４Ｂと連結される。

伝達体６４は、プラネタリギア６８、キャリア７０、および、プラネタリピン７２を含む。キャリア７０は、ハウジング３２および伝達部材３６に対する回転が不能な状態で伝達部材３６まわりに配置され、伝達部材３６と同軸に設けられている。一例では、キャリア７０は、ハウジング３２に固定される。

出力体６６は、第１のサンギア６２Ａおよび第２のサンギア６２Ｂを含む。各サンギア６２Ａ、６２Ｂは、第１の軸３８Ｘに対する回転が不能な状態で第１の軸３８Ｘに連結され、第１の軸３８Ｘと同軸に設けられている。

ドライブユニット３０は、第３の動力伝達経路および第４の動力伝達経路を含む。第３の動力伝達経路は、モータ３４、第３のワンウェイクラッチ９０、第１のリングギア６４Ａ、第１のプラネタリギア６８Ａ、第１のサンギア６２Ａ、減速機構３８、および、合力部材４０の順にトルクを伝達する経路である。第４の動力伝達経路は、モータ３４、第４のワンウェイクラッチ９２、第２のリングギア６４Ｂ、第３のプラネタリギア６８Ｃ、第２のプラネタリギア６８Ｂ、第２のサンギア６２Ｂ、減速機構３８、および、合力部材４０の順にトルクを伝達する経路である。

モータ３４のトルクを合力部材４０に伝達する動力伝達経路は、モータ３４の回転方向に応じて第３の動力伝達経路または第４の動力伝達経路に切り替えられる。モータ３４が第１の回転方向Ｒ１に回転する場合、第３のワンウェイクラッチ９０が伝達部材３６の回転を第１のリングギア６４Ａに伝達するため、モータ３４のトルクは、第３の動力伝達経路によって合力部材４０に伝達される。

モータ３４が第２の回転方向Ｒ２に回転する場合、第４のワンウェイクラッチ９２が伝達部材３６の回転を第２のリングギア６４Ｂに伝達するため、モータ３４のトルクは、第４の動力伝達経路によって合力部材４０に伝達される。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が得られる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態のドライブユニット３０が備える動力伝達経路を示すブロック図である。このドライブユニット３０は、以下の点において第１の実施形態のドライブユニット３０と相違し、その他の点において第１の実施形態のドライブユニット３０と実質的に同一の構成を備える。

入力体６２は、それぞれ個別に構成される第１のキャリア７０Ａおよび第２のキャリア７０Ｂを含む。伝達体６４は、プラネタリギア６８およびプラネタリピン７２を含む。第２のプラネタリピン７２Ｂおよび第３のプラネタリピン７２Ｃは、第２のキャリア７０Ｂと連結され、第１のキャリア７０Ａと連結されない。すなわち、第１のキャリア７０Ａと第２のキャリア７０Ｂとは、相対的に回転可能である。

ドライブユニット３０は、第１のワンウェイクラッチ５２および第２のワンウェイクラッチ５４に代えて、第５のワンウェイクラッチ９４および第６のワンウェイクラッチ９６を備える。伝達部材３６は、各ワンウェイクラッチ９４および９６を介して各リングギア６４Ａおよび６４Ｂと連結される。

第５のワンウェイクラッチ９４は、伝達部材３６の外周と第１のキャリア７０Ａの内周との間に設けられている。第５のワンウェイクラッチ９４は、伝達部材３６が第１の回転方向Ｒ１に回転する場合に伝達部材３６から第１のキャリア７０Ａに回転を伝達し、伝達部材３６が第２の回転方向Ｒ２に回転する場合に伝達部材３６から第１のキャリア７０Ａに回転を伝達しないように伝達部材３６および第１のキャリア７０Ａと連結される。

第６のワンウェイクラッチ９６は、伝達部材３６の外周と第２のキャリア７０Ｂの内周との間に設けられている。第６のワンウェイクラッチ９６は、伝達部材３６が第２の回転方向Ｒ２に回転する場合に伝達部材３６から第２のキャリア７０Ｂに回転を伝達し、伝達部材３６が第１の回転方向Ｒ１に回転する場合に伝達部材３６から第２のキャリア７０Ｂに回転を伝達しないように伝達部材３６および第２のキャリア７０Ｂと連結される。

出力体６６は、第１のサンギア６２Ａおよび第２のサンギア６２Ｂを含む。各サンギア６２Ａおよび６２Ｂは、第１の軸３８Ｘに対する回転が可能な状態で第１の軸３８Ｘに連結され、第１の軸３８Ｘと同軸に設けられている。

ドライブユニット３０は、第５の動力伝達経路および第６の動力伝達経路を含む。第５の動力伝達経路は、モータ３４、第５のワンウェイクラッチ９４、第１のキャリア７０Ａ、第１のプラネタリギア６８Ａ、第１のサンギア６２Ａ、減速機構３８、および、合力部材４０の順にトルクを伝達する経路である。第６の動力伝達経路は、モータ３４、第６のワンウェイクラッチ９６、第２のキャリア７０Ｂ、第３のプラネタリギア６８Ｃ、第２のプラネタリギア６８Ｂ、第２のサンギア６２Ｂ、減速機構３８、および、合力部材４０の順にトルクを伝達する経路である。

モータ３４のトルクを合力部材４０に伝達する動力伝達経路は、モータ３４の回転方向に応じて第５の動力伝達経路または第６の動力伝達経路に切り替えられる。モータ３４が第１の回転方向Ｒ１に回転する場合、第５のワンウェイクラッチ９４が伝達部材３６の回転を第１のキャリア７０Ａに伝達するため、モータ３４のトルクは、第５の動力伝達経路によって合力部材４０に伝達される。

モータ３４が第２の回転方向Ｒ２に回転する場合、第６のワンウェイクラッチ９６が伝達部材３６の回転を第２のキャリア７０Ｂに伝達するため、モータ３４のトルクは、第６の動力伝達経路によって合力部材４０に伝達される。第３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が得られる。

（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。

・各実施形態のドライブユニット３０は、クランク軸１２を含まない形態を取り得る。この場合、電動アシスト自転車１０の構成要素としてのクランク軸１２がドライブユニット３０に設けられている。

・各プラネタリギア６８Ａ、６８Ｂ、および、６８Ｃの歯数は、任意に変更可能である。一例では、第１のプラネタリギア６８Ａの歯数と第２のプラネタリギア６８Ｂの歯数および第３のプラネタリギア６８Ｃの歯数とが等しい。この場合、第２のリングギア６４Ｂの歯数は、第１のリングギア６４Ａの歯数よりも多い。

・遊星歯車機構６０の入力体６２および出力体６６は、任意に変更可能である。サンギア、リングギア、および、キャリア７０の任意の２つについて、任意の組合せで、入力体６２および出力体６６とすることができる。

・ドライブユニット３０が設けられている位置は、任意に変更可能である。一例では、ドライブユニット３０は、リアスプロケット２２付近に設けられていてもよい。この場合、後輪のハブシェルを合力部材として構成することができる。

・各実施形態において、減速機構３８の構成は、任意に変更可能である。例えば減速機構３８を２つのギアのみで構成してもよい。
・各実施の形態において、減速機構３８を省略してもよい。

・各実施形態において、合力部材は、クランク軸１２によって構成されてもよい。この場合、合力部材４０が省略され、減速機構３８の回転がクランク軸１２に伝達される。
・各実施の形態において、第２のクラッチ２８を省略してもよい。

・各実施形態において、変速機構５０は、第１の方向において、合力部材４０のフロントスプロケット２０側の端部に、直接または減速機構３８を介して連結される構成としてもよい。この場合、トルクセンサ８２は、合力部材４０およびクランク軸１２の連結部と、合力部材４０のフロントスプロケット２０側の端部との間に設けられ、モータ３４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、合力部材４０のフロントスプロケット２０側の端部に変速機構５０の回転を伝達する場合、例えば図２に示すドライブユニット３０では、モータ３４と減速機構３８との位置を入れ替えればよい。

・第３の実施形態では、リングギアを固定し、サンギアから回転を出力しているが、サンギアを固定し、リングギアから減速機構３８に回転を出力する構成としてもよい。
・各実施形態において、制御装置８０は、ハウジング３２の外部に設けられていてもよく、電動アシスト自転車１０のフレームに設けられていてもよい。

１０…電動アシスト自転車、１２…クランク軸、３０…ドライブユニット、３２…ハウジング、３４…モータ、３６…伝達部材、３８…減速機構、４０…合力部材、５０…変速機構、５２…第１のワンウェイクラッチ、５４…第２のワンウェイクラッチ、６２Ａ…第１のサンギア、６２Ｂ…第２のサンギア、６４Ａ…第１のリングギア、６４Ｂ…第２のリングギア、６８Ａ…第１のプラネタリギア、６８Ｂ…第２のプラネタリギア、６８Ｃ…第３のプラネタリギア、７０…キャリア、８０…制御装置、Ｒ１…第１の回転方向、Ｒ２…第２の回転方向。

Claims

変速機構と、
前記変速機構に回転を伝達可能なモータと、
前記変速機構から回転が伝達され、かつ、人力駆動力による回転が伝達される合力部材とを含み、
前記変速機構は、
第１のサンギアおよび第２のサンギアと、
個別に構成される第１のプラネタリギア、第２のプラネタリギア、および、第３のプラネタリギアと、
第１のリングギアおよび第２のリングギアとを含み、
前記第１のプラネタリギアは、前記第１のサンギアおよび前記第１のリングギアと噛み合い、
前記第２のプラネタリギアは、前記第２のサンギアおよび前記第３のプラネタリギアと噛み合い、
前記第３のプラネタリギアは、前記第２のプラネタリギアおよび前記第２のリングギアと噛み合う、自転車用ドライブユニット。
前記合力部材は、クランク軸の軸心まわりに設けられ、前記クランク軸の軸心まわりに回転可能である、請求項１に記載の自転車用ドライブユニット。
前記モータの回転を前記第１のサンギアおよび前記第２のサンギアに伝達するための伝達部材をさらに含む、請求項１または２に記載の自転車用ドライブユニット。
前記伝達部材は、前記モータの出力軸を含む、請求項３に記載の自転車用ドライブユニット。
前記変速機構は、第１のワンウェイクラッチおよび第２のワンウェイクラッチをさらに含み、
前記第１のワンウェイクラッチは、前記伝達部材が第１の回転方向に回転する場合に前記伝達部材の回転を前記第１のサンギアに伝達し、前記伝達部材が第２の回転方向に回転する場合に前記伝達部材の回転を前記第１のサンギアに伝達しないように前記伝達部材および前記第１のサンギアと連結され、
前記第２のワンウェイクラッチは、前記伝達部材が前記第２の回転方向に回転する場合に前記伝達部材の回転を前記第２のサンギアに伝達し、前記伝達部材が前記第１の回転方向に回転する場合に前記伝達部材の回転を前記第２のサンギアに伝達しないように前記伝達部材および前記第２のサンギアと連結される、請求項３または４に記載の自転車用ドライブユニット。
前記第１のサンギアおよび前記第２のサンギアは、同一の軸心まわりに回転可能である、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のリングギアおよび前記第２のリングギアは、一体に形成されている、請求項１〜６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のリングギアの歯数と前記第２のリングギアの歯数とが等しい、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。
前記第１のサンギアの歯数と前記第２のサンギアの歯数とは等しく、
前記第１のプラネタリギアの歯数と前記第２のプラネタリギアの歯数とは異なり、
前記第１のプラネタリギアの歯数と前記第３のプラネタリギアの歯数とは異なる、請求項１〜８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３のプラネタリギアは、前記第２のサンギアの軸心に沿う方向において自身の歯の全体が前記第２のリングギアと噛み合うように配置される、請求項１〜９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２のプラネタリギアは、前記第２のサンギアの軸心に沿う方向において自身の歯の全体が前記第３のプラネタリギアの歯と噛み合うように配置される、請求項１〜１０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のプラネタリギアは、前記第１のサンギアの軸心に沿う方向において前記第２のプラネタリギアおよび前記第３のプラネタリギアよりも前記モータの近くに配置される、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。
前記変速機構は、前記第１のプラネタリギア、前記第２のプラネタリギア、および、前記第３のプラネタリギアを回転可能に支持するキャリアをさらに含み、
前記合力部材は、前記キャリアと連結される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
前記変速機構が設けられているハウジングをさらに含み、
前記第１のリングギアおよび前記第２のリングギアは、前記ハウジングに対して回転不能に設けられている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
前記変速機構から出力された回転を減速して前記合力部材に伝達する減速機構をさらに含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
前記モータを制御する制御装置をさらに備える、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
前記制御装置は、人力駆動力およびクランクの回転速度に応じて、前記モータを制御する、請求項１６に記載の自転車用ドライブユニット。
前記制御装置は、前記クランクの回転速度が所定の回転速度未満の場合、前記モータが第１の回転方向に回転するように前記モータを制御し、前記クランクの回転速度が前記所定の回転速度以上の場合、前記モータが第２の回転方向に回転するように前記モータを制御する、請求項１７に記載の自転車用ドライブユニット。
前記クランク軸をさらに備える、請求項２に直接的または間接的に従属する請求項３〜１８のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。