JPH09169290A - 補助駆動装置付き自転車及びモータ直結遊星ローラ減速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動や騒音が少なく、軸（巾）方向がコンパ
クトで前後輪の重量配分も良好で取り扱い易く、耐久性
に優れるモータ直結遊星ローラ減速機及び補助駆動装置
付き自転車を提供することを目的とする。 【解決手段】 クランク軸３９と駆動側チェンスプロケ
ット４との間に一方向クラッチ５５，５６が介装される
と共にモータ３１と駆動側チェンスプロケット４との間
に２段減速の遊星ローラ減速機構４１〜４８及び一方向
クラッチ４８ａ，５６が介設されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、補助駆動装置付き
自転車及びその駆動装置であるモータ直結遊星ローラ減
速装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の補助駆動動力付き自転車の一例を
図１０〜図１１に示す（特開昭５６−１４９２７７号公
報）。同図に示すように、後輪のハブ１に第１のフリー
ホィール２と第２のフリーホィール３を取付け、第１の
フリーホィール２には駆動スプロケットである第１のギ
ヤ４との間に第１のチェン５を懸架し、第２のフリーホ
ィール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のチェン８を懸架する。

【０００３】また、第１のチェン５の途中には、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。
トルク検出器９は、図１２及び図１３に示すように、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１２，１２′に第１のチェン５を装架し、かつテ
ンションアーム１１には図１２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を取付けたものであ
る。

【０００４】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のチェン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。従って、発進時や加速時、あるいは登坂時
などにおいて、ペダル１４を強く踏み込むと、第１のチ
ェン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。

【０００５】このため、テンションアーム１１が所要角
度以上回転するとモータ６へ電力が供給され、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
チェン８を介して第２のフリーホィール３を回転させ、
後輪を駆動することになり、後輪は人力とモータ６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
方平坦な道路の送行は軽いトルクで良いので第１のチェ
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１４の回転のみの力にて自転車
は走行することとなる。

【０００６】ここで、モータ６としては、図１４に示す
ように、薄型の直流モータ２１に遊星歯車減速機構を直
結したものが用いられる。即ち、直流モータ２１の出力
軸２２の先端に太陽歯車２２ａが直接加工される一方、
直流モータ２１には減速機ケーシング２８が取り付けら
れている。そのケーシング２８の内周面には内歯歯車２
３が形成され、更に、この内歯歯車２３に外接噛合し、
且つ、前記太陽歯車２２ａに内接噛合する遊星歯車２４
が上記ケーシング２８内に複数収納されている。

【０００７】更に、これら遊星歯車２４は各々遊星歯車
軸２５により回転自在に支えられると共にこれら遊星歯
車軸２５は遊星歯車キャリア２６ａにより軸支され、更
に、この遊星歯車キャリア２６ａは、スプロケットホィ
ール２７を備えた出力軸２６が一体となっている。スプ
ロケットホィール２７は、自転車の後輪を駆動するチェ
ン（図示省略）が掛けられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の補
助動力装置の減速機は歯車式なので、噛合歯車において
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、乗り心地も悪化させた。また、チェンが動力
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
力軸が片持ち支持となって撓み易く左右のバランスが取
り難いものであった。

【０００９】さらに、動力装置が後輪寄りに置かれるた
め、後輪に過大の重量配分となり、前輪が軽くなりすぎ
て自転車の操縦が不安定になり勝ちとなる。また、自転
車を人力で後方へ移動したいとき、ワンウェイクラッチ
が補助動力装置のクラッチ・インの方向となるため後輪
の回転が著しく重くなり、取り扱い難くなる。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、
軸（巾）方向がコンパクトで前後輪の重量配分も良好で
取り扱い易く、耐久性に優れるモータ直結遊星ローラ減
速装置を提供することを目的とする。更に、本発明の他
の目的は、そのようなモータ直結遊星ローラ減速装置を
駆動装置とした補助駆動装置付き自転車を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の請求項１に係るモータ直結遊星ローラ減速装置
は、クランク軸と駆動側チェンスプロケットとの間に一
方向クラッチが介装されると共にモータと前記駆動側チ
ェンスプロケットとの間に２段減速の遊星ローラ減速機
構及び一方向クラッチが介設されたことを特徴とする。

【００１１】上記目的を達成する本発明の請求項２に係
るモータ直結遊星ローラ減速装置は、ケーシングに軸受
を介して支持される中空の出力軸が第１太陽ローラを形
成しているモータと、前記ケーシングの内周に前記第１
太陽ローラと同心に取付けられた第１内ローラと、前記
第１太陽ローラに外接し前記第１内ローラに内接する複
数の第１遊星ローラと、前記第１遊星ローラを回転自在
に支える複数の遊星ローラ軸及び該ローラ軸を固定して
支えその中空の出力軸が第２太陽ローラを形成している
第１遊星ローラキャリアと、前記ケーシングの内周に前
記第１内ローラと隣接し前記第１太陽ローラと同心に取
付けられた第２内ローラと、前記第２太陽ローラに外接
し前記第２内ローラに内接する複数の第２遊星ローラ
と、前記第２遊星ローラを回転自在に支える複数の遊星
ローラ軸及び該ローラ軸を固定して支える中空の出力軸
を有する第２遊星ローラキャリアと、前記ケーシングに
軸受を介して回転自在に支えられ前記モータの出力軸及
び前記第１遊星ローラキャリア及び第２遊星ローラキャ
リアの中空軸を回転自在に貫通するクランク軸と、前記
第２遊星ローラキャリアの出力軸と前記クランク軸との
間に軸受を兼ねて介装される２重の一方向クラッチと、
該２重の一方向クラッチを通じて、前記第２遊星ローラ
キャリアの出力軸と前記クランク軸の双方同時にでも又
単独でも動力が伝達される駆動側チェンスプロケットと
を備えたことを特徴とする。

【００１２】ここで、上記目的を達成する本発明の請求
項３に係るモータ直結遊星ローラ減速装置は、前記請求
項１に係る前記遊星ローラ減速機構が、前記モータを収
容するモータケーシングと中間壁を挟んで設けられる減
速機構ケーシング内に収容され、前記中間壁に軸受を介
して支持されて減速機構側へ突出し前記モータの中空な
出力軸に外周に形成されている第１太陽ローラと、該第
１太陽ローラの出力軸の内周面にブシュを介して回転自
在に圧嵌されるクランク軸と、前記減速機構ケーシング
の内周面に隙間を開けて前記第１太陽ローラと同心に第
１内ローラとして取り付けられた弾性リングと、前記第
１太陽ローラに外接し前記弾性リングに内接する複数の
第１遊星ローラと、前記第１遊星ローラを回転自在に支
える複数の遊星ローラ軸及び該ローラ軸を固定して支え
前記クランク軸と同軸心である中空の出力軸が第２太陽
ローラを形成している第１遊星ローラキャリアと、前記
減速機構ケーシングの内周面に隙間を開けて側面が前記
弾性リングと接触し前記第２太陽ローラと同心に第２内
ローラとして取り付けられたソリッド内ローラと、前記
減速機構ケーシング内にあって当該ケーシングの取付け
時に前記ソリッド内ローラと前記弾性リングに加わる軸
方向の圧力を調整する円環状のシムと、前記第２太陽ロ
ーラに外接し前記ソリッド内ローラに内接する複数の第
２遊星ローラと、前記第２遊星ローラを回転自在に支え
る複数の遊星ローラ軸及び該ローラ軸を固定して支える
中空の出力軸を有する第２遊星ローラキャリアとを備え
たことを特徴とする。

【００１３】上記目的を達成する本発明の請求項４に係
るモータ直結遊星ローラ減速装置は、前記請求項３にお
いて、前記弾性リングに代えて第１ソリッド内ローラを
設けると共に前記シムを省略し、且つ、前記第１ソリッ
ド内ローラ及び前記ソリッド内ローラの前記減速機構ケ
ーシングに対する回り止めを設けたことを特徴とする。

【００１４】上記目的を達成する本発明の請求項５に係
る補助駆動装置付き自転車に係る構成は、前記請求項
１，２，３又は４に係るモータ直結遊星ローラ減速装置
を自転車のクランクハブとなる位置にフレームと一体に
取付け、同減速機の出力スプロケットをチェンを介して
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。

【００１５】上記目的を達成する本発明の請求項６に係
る補助駆動装置付き自転車に係る構成は、前記請求項５
に係る補助駆動装置付き自転車の出力スプロケット以降
の動力伝達部に伝達トルクセンサ、速度センサを設け、
これらのセンサの信号を受けた制御装置において自転車
の送行動力を補助する適正なモータのトルク、回転を算
出してモータを制御すると共に、自転車を手動後送させ
るとき、モータを逆回転して減速機構の抵抗負荷を無く
すように制御することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に係るモータ直
結遊星ローラ減速装置は、モータの出力軸の回転をこれ
に直結した２段減速の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。更に、本発明の請求項２に係るモータ直結
遊星ローラ減速装置は、モータの出力軸端に第１太陽ロ
ーラが形成され、この第１太陽ローラの回転面に第１遊
星ローラ減速機構が構成され、更にこの第１遊星ローラ
減速機構の遊星ローラキャリアと一体の出力軸が第２遊
星ローラ減速機構の太陽ローラを形成し、この太陽ロー
ラの回転面に第２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わせ全体の長さも外径も
コンパクトとなっている。

【００１７】また、それに加えて、第２遊星ローラ減速
機構の出力軸の長さの中に一方向クラッチが２重に嵌め
込まれ、この２重の一方向クラッチの中間部にチェンス
プロケットが取付けられており、ケーシングに支えられ
たクランク軸がモータと第１，第２遊星ローラ減速機構
及び２重一方向クラッチを突き通して設けられ、ペダル
クランクの間隔は通常の自転車と殆ど同寸法に収めるこ
とができる。２重の一方向クラッチは内側のクランク軸
に対し、ペダルを踏んでクランク軸を駆動するとき、チ
ェンスプロケットを回す方向にクラッチが入り、クラン
ク軸が止まり、チェンスプロケットが進行方向に回され
るときには、クラッチが入らず空回りする。

【００１８】また、このクラッチの外筒側は減速出力軸
（第２遊星ローラキャリアの出力軸）と係合し、モータ
の動力が遊星ローラ減速機構を介して減速出力軸に伝達
されたときはクラッチが入り、モータが止まっていて自
転車が足踏み送行中は、クラッチが切れ空回りをする。

【００１９】本発明の請求項３に係る自転車用モータ直
結遊星ローラ減速装置においては、動力伝達機能に関し
ては、請求項１に係る自転車用モータ直結遊星ローラ減
速装置と同様である。但し、第１請求項と異なる点は、
減速機構ケーシングと第１、第２内ローラとなる弾性リ
ング、ソリッド内ローラとを別体とし、弾性リング、ソ
リッド内ローラの外径を減速機構ケーシングの内径より
も小さくして、組み込みを容易としたこと、第１段減速
の内ローラを弾性リングとしたことである。

【００２０】これに伴い、弾性リング、ソリッド内ロー
ラの調心は、太陽ローラと遊星ローラとの組合せ時のセ
ルフアライメント（自動調心）なる。また、シムの厚さ
を調整し、弾性リングの幅を狭めて内径を縮めることに
より、駆動に必要な第１遊星ローラとの圧接力を調整す
ると同時に、弾性リングの側圧によるケーシングとの摩
擦力を、弾性リング及びソリッド内ローラの回り止め力
として兼用する。

【００２１】この結果、減速機構部のみを外部で分解組
み立てできる構造として、組み立て作業を容易にでき
る。更に、セルフアライメントの基準となる第１太陽ロ
ーラの軸筒側に、クランク軸３９に嵌合してこれを支え
るブシュ７３を設けたため、第１太陽ローラ７２の軸心
の振れを抑えることができる。

【００２２】本発明の請求項４に係る自転車用モータ直
結遊星ローラ減速装置においては、動力伝達機能に関し
ては、請求項１に係る自転車用モータ直結遊星ローラ減
速装置と同様である。但し、請求項４と異なり、減速機
構の前段、後段とも内ローラとし、この内ローラは外径
をやや小さくして減速機構ケーシングに対して半径方向
にフローティング構造とし、ケーシングと内ローラとを
別体とし遊星ローラ減速機構部だけの部分組立を可能に
している。また、第１段の減速機構は第２段のそれより
伝達トルクは小さいので内ローラ以下の構成部品は第２
段減速機構より小径で良く、遊星ローラの数も少なくて
良い。

【００２３】本発明の請求項５に係る補助駆動装置付き
自転車において、自転車用モータ直結遊星ローラ減速装
置は、自転車のクランクハブとなる位置にそのままフレ
ームと一体に取付けられるので、前輪後輪の重量バラン
スは、変わりなく良好に保つことができる。

【００２４】本発明の請求項６に係る補助駆動装置付き
自転車において、出力スプロケット以降の動力伝達部に
設けられた伝達トルクセンサと速度センサは、信号を制
御装置に送り、ペダルクランクから伝わってくる足踏み
トルクが一定値以上となったとき、制御装置が適正なモ
ータのトルク、回転を算出してモータを制御し、自転車
の送行動力を補助する。また、自転車を止め、操縦者が
降りて自転車を後方向に引き戻す際、モータが停止して
いれば、一方向クラッチは補助駆動装置側に係合し、こ
れを回そうとすると駆動装置の摩擦抵抗で非常に重くな
り、自由に操作し難くなる。

【００２５】これを解決するために、速度センサは速度
が殆ど零であることを検出したとき制御装置はモータを
低速で逆回転するように指令する。モータが逆回転すれ
ば、一方向クラッチは切れた状態を保つ。このようにし
て、操縦者が自転車を降りてこれを後方向に楽に移動さ
せることができる。自転車を前進させて速度センサがあ
る程度の回転を検出すれば、モータが停止し通常のペダ
ルクランク足踏みの前進状態に戻る。

【００２６】

【実施例】

〔実施例１〕本発明の第１の実施例を図１及び図２に示
す。本実施例は、モータ直結遊星ローラ減速機３０に関
するものである。即ち、モータケーシング３８内にモー
タ３１が収納されると共に減速機構ケーシング４１内に
２段減速遊星ローラ減速機構が収納され、これらケーシ
ング３８，４１は側壁（中壁）を介して結合している。

【００２７】モータ３１は、モータケーシング３８内に
固設され励磁用のコイルが巻かれたステータ３２と、内
周等分に複数個の永久磁石３３を取付けたロータ３４と
から構成される。即ちこのモータ３１はインダクション
モータの構成であり、回転速度の制御はインバータによ
る周波数制御、トルクは電流制御である。

【００２８】このロータ３４には、側壁から減速機構側
に突き出して第１太陽ローラ３５を形成する中空の出力
軸が固設してある。第１太陽ローラ３５はモータ側軸端
を軸受３６を介してモータケーシング３８に支えられ、
ローラ側は第１内ローラ４１ａと複数の第１遊星ローラ
４２により支えられている。

【００２９】また、この第１太陽ローラ３５は中間部に
おいて、側壁に取付けたシールリングによって遊星ロー
ラ側の潤滑剤がモータ３１側に洩れぬようにシールされ
ている。モータケーシング３８には自転車に取付けるた
めの取付け部材３８ａ，３８ｂ，３８ｃが一体に備えら
れている。減速機構ケーシング４１には、第１太陽ロー
ラ３５と同心に第１内ローラ４１ａが形成され、第１太
陽ローラ３５に外接し、内ローラ４１ａに内接する複数
の第１遊星ローラ４２が遊星ローラ軸４４により回転自
在に支えられ、第１遊星ローラキャリア４５がこれらロ
ーラ軸４４を円周上等配し固定して支えている。

【００３０】第１遊星ローラキャリア４５は、その中空
の出力軸がクランク軸３９に軸受（ブシュ）５０を介し
て回転自在に支えられ、軸端は第２太陽ローラ４５ａを
形成している。減速機構ケーシング４１の内周に第１内
ローラ４１ａと隣接し、第２太陽ローラ４５ａと同心に
第２内ローラ４１ｂが形成され、第２太陽ローラ４５ａ
に外接し前記第２内ローラ４１ｂに内接する複数の第２
遊星ローラ４６が遊星ローラ軸４９により回転自在に支
えられ、第２遊星ローラキャリア４８がこれら遊星ロー
ラ軸４９を円周上等配し固定して支える。

【００３１】このように、２重の遊星ローラ減速機構
は、減速機構ケーシング４１とこれに取付けられた内蓋
５１の中に収容され、また、内蓋５１の外側にスプロケ
ットケーシング５２がその外側に取付けられている。ス
プロケットケーシング５２と内蓋５１との間にはスプロ
ケット４が配置され、スプロケットケーシング５２はチ
ェンスプロケット４の保護カバーであると同時に、モー
タケーシング３８の軸受３７と共にクランク軸３９を軸
受５３を介して回転自由に支えている。

【００３２】スプロケットケーシング５２には出力用チ
ェン５挿通のための窓５２ａが穿設されている。クラン
ク軸３９は、第１太陽ローラ３５、第１遊星ローラキャ
リア４５及び第２遊星ローラキャリア４８の軸中空部を
突き通して設置され、軸の１部にセレーション３９ａを
備え、両端に角形軸を形成している。クランク軸３９の
角形軸には、ペダルクランク１５が嵌装される。

【００３３】更に、第２遊星ローラキャリア出力軸４８
とクランク軸３９との間には、軸受を兼ねる２重の一方
向クラッチが構成されている。即ち、第２遊星ローラキ
ャリア出力軸４８の内径側には一方向クラッチ外周部４
８ａが形成される一方、クランク軸３９のセレーション
３９ａに一方向クラッチ内周部５５が嵌合しており、一
方向クラッチ外周部４８ａと一方向クラッチ内周部５５
との間には、一方向のみに回転が拘束される一方向クラ
ッチ中間部５６が配設されている。この一方向クラッチ
中間部５６は、駆動側チェンスプロケット４が固定して
取り付けられている。

【００３４】ここで、一方向クラッチ中間部５６には、
図２において、第２遊星ローラキャリア４８の出力側の
一方向クラッチ外周部４８ａの駆動力が時計回りに入力
されるとき係合するように、また、一方向クラッチ内周
部５５はクランク軸３９に加わるペダルクランク力が時
計回りに入力されるとき係合するように、クラッチの爪
の方向を配置してある。

【００３５】上記構成を有する本実施例のモータ直結遊
星ローラ減速機３０の作用について説明する。モータ３
１の出力軸を第１太陽ローラ３５としてこれに直結した
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。

【００３６】モータの出力軸端の太陽ローラ３５の回転
面に第１遊星ローラ減速機構が構成され、第１太陽ロー
ラ３５を支持する右側の軸受は３５，４２，４１で構成
される第１遊星ローラ装置で兼用することによりコンパ
クト化を実現している。更にこの第１遊星ローラ減速機
構の遊星ローラキャリア４５と一体の出力軸が第２遊星
ローラ減速機構の太陽ローラ４５ａを形成し、この太陽
ローラ４５ａの回転面に第２遊星ローラ減速機構が構成
されているので、モータ３１と減速機構の組合わせ全体
の長さも外径もコンパクトとなっている。

【００３７】また、それに加えて、第２遊星ローラ減速
機構の出力軸である第２遊星ローラキャリア４８と一体
の一方向クラッチ外周部４８ａの長さの範囲内で一方向
クラッチ中間部５６とクランク軸の回転を伝える一方向
クランク５５が２重に嵌め込まれ、この２重の一方向ク
ラッチの２方向から動力を受ける一方向クラッチ中間部
５６にチェンスプロケット４が取付けられており、モー
タケーシング３８とスプロケットケーシング５２に支え
られたクランク軸３９がモータ３１と第１，第２遊星ロ
ーラ減速機構及び２重の一方向クラッチを突き通して設
けられ、ペダルクランク１５の間隔は通常の自転車と殆
ど同寸法に収められている。

【００３８】２重の一方向クラッチ中間部５６は内側の
クランク軸３９に嵌め込んである一方向クラッチ内周部
５５に対し、ペダルを踏んでクランク軸３９を駆動する
とき、チェンスプロケット４を回す方向にクラッチが入
り、クランク軸３９が止まっていて、チェンスプロケッ
ト４が進行方向に回されるときには、クラッチが入らず
空回りする。また、この一方向クラッチ中間部５６の外
筒側は減速出力軸（第２遊星ローラキャリアの出力軸）
と一体の一方向クラッチ外周部４８ａと係合し、モータ
３１の動力が遊星ローラ減速機構を介して第２遊星ロー
ラキャリア４８の減速出力軸に伝達されたときはクラッ
チが入り、モータが止まっていて自転車が足踏み送行中
は、クラッチが切れて空回りをする。

【００３９】〔実施例２〕本発明の第２の実施例を図３
及び図４に示す。本実施例は、上記モータ直結遊星ロー
ラ減速機３０を自転車に取付けたものである。同図に示
すように、自転車１６のフレーム１８には、クランクハ
ブの位置にモータ直結遊星ローラ式減速機３０が取付部
材３８ａ，３８ｂ，３８ｃにて取付けられる。また、自
転車１６には、充電可能なバッテリ６８が搭載される。

【００４０】後輪１７の軸には、従動スプロケットホィ
ール２が取り付けられ、従動スプロケットホィール２と
チェンスプロケット４との間にチェン５が連掛され、ク
ランク１５にはペダル１４が取り付けられる。従って、
人力又はモータ直結遊星ローラ式減速機３０の回転力に
よってチェンスプロケット４を回転させると、そのトル
クがチェン５を介して従動スプロケットホィール２に伝
えられる。

【００４１】更に、チェン５の引張り側にはトルクセン
サ１９が設けられている。このトルクセンサ１９は、図
５及び図６に示すように、アーム６３に固定された軸６
２が本体６１に回転自在に支えられ、本体６１の中に収
容され、軸６２に固設した磁性体がアーム６３とともに
回転し、その回転角度に応じた電圧を信号として外部の
制御装置に伝えるポテンショメータを構成している。ア
ーム６３の他の先端にはスプロケット６５が回転自由に
取付けられ、チェン５が掛けられている。アーム６３の
先端のスプロケット６５は捩りばね６６により常にチェ
ン５を上に（図５において２点鎖線で示した位置に）押
し上げ、チェン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（実線で示した位置に）、その変位をポ
テンショメータにより検知することにより、運転時のト
ルクを検出することができる。

【００４２】またアーム６３に取付けてある回転速度セ
ンサ６７は、スプロケット６５の歯の接近を検出する近
接型センサであり、運転中の自転車の速度を、単位時間
中にセンサ６７の感知部を通過するスプロケット６５の
歯の検出数に置き換えて計測する方式のものである。従
って、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、回転速度センサ６７
がそのときの自転車の速度を測って制御装置６９に送
り、制御回路６９の働きで、積載しているバッテリ６８
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。

【００４３】また、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の信号により制御装置６９は補助駆動へ速度零に
なるように制御し、モータ付減速機３０は停止し、自転
車１６は人力のみで送行する。更に、補助駆動中の自転
車が決められた速度以上となった場合には、回転速度セ
ンサ６７の信号により制御回路が働いて、モータ付減速
機３０を停止する。

【００４４】〔実施例３〕本発明の第３の実施例を図７
に示す。本実施例は、モータ直結遊星ローラ減速機３０
を取付けた自転車の動力伝達及び制御系統を示すもので
ある。同図に示すように、クランク軸３９と駆動側チェ
ンスプロケット４との間に一方向クラッチ５５，５６が
介装されると共にモータ３１と駆動側チェンスプロケッ
ト４との間に２段減速の遊星ローラ減速機構４１〜４８
及び一方向クラッチ４８ａ，５６が介設されている。

【００４５】また、駆動側チェンスプロケット４は、チ
ェン５を介して後輪１７に連結され、更に、チェン５に
加わる伝達トルクはトルクセンサ１９により検出される
と共にチェン５の回転速度は回転速度センサ６７により
検出され、これらのセンサ信号は制御装置６９へ送られ
る。制御装置６９は、バッテリー６８に接続すると共に
モータ３１に接続し、上記センサ１９，６７の信号を受
けて、自転車１６の送行動力を補助する適正なモータの
トルク及び回転を算出してモータ３１を制御し、且つ、
自転車１６を手動後送させるとき、前記モータを逆回転
して減速機構の抵抗負荷を無くすように制御する。

【００４６】即ち、自転車１６を止め、操縦者が降りて
自転車１６を後方向に引き戻す際、モータ３１が停止し
ていれば、一方向クラッチ中間部５６は補助駆動装置側
の一方向クラッチ外周部４８ａに係合し、これを回そう
とすると駆動装置の摩擦抵抗で非常に重くなり、自由に
操作し難くなる。これを解決するために、制御回路６９
は、回転速度センサ６７により検出される速度が殆ど零
であるとき、モータ３１を低速で逆回転するように指令
する。

【００４７】モータ３１が逆回転すると、一方向クラッ
チ中間部５６と一方向クラッチ外周部４８ａは切れた状
態を保つため、操縦者は自転車１６を降りてこれを後方
向に楽に移動させることができる。尚、後方向に引き戻
すことを回転速度センサ６７またはトルクセンサ１９で
検出し、あるいはこれらの組合せにより検出しても良
い。また、自転車１６を前進させて回転速度センサ６７
がある程度の回転を検出すれば、モータ３１は停止し、
通常のペダルクランク足踏みの前進状態に戻る。

【００４８】〔実施例４〕本発明の第４の実施例を図８
に示す。本実施例は、モータ直結遊星ローラ減速機７０
に関するものである。即ち、モータケーシング７１内に
モータ３１が収納されると共に減速機構ケーシング７５
内に２段減速遊星ローラ減速機構が収納され、これらケ
ーシング７１，７５は中壁蓋７４を介して結合してい
る。

【００４９】モータ３１は、モータケーシング７１内に
固設され励磁用のコイルが巻かれたステータ３２と、内
周等分に複数個の永久磁石３３を取付けたロータ３４と
から構成される。即ちこのモータ３１はインダクション
モータの構成であり、回転速度の制御はインバータによ
る周波数制御、トルクは電流制御である。

【００５０】このロータ３４には、中壁蓋７４から減速
機構側に突き出して第１太陽ローラ７２を形成する中空
の出力軸が固設してある。第１太陽ローラ７２はモータ
側軸端が軸受３６を介してモータケーシング７１に支え
られる一方、そのローラ側は、クランク軸３９に対して
ブシュ７３を介して回転自在に支えられている。ブシュ
７３は、含油焼結合金或いは摩擦係数の小さい樹脂製ド
ライベアリング等を使用する。

【００５１】また、この第１太陽ローラ７２は中間部に
おいて、中壁蓋７４に取付けたシールリングによって遊
星ローラ側の潤滑剤がモータ３１側に洩れぬようにシー
ルされている。モータケーシング７１には、第１の実施
例と同様に、自転車に取付けるための取付け部材が一体
に備えられている。減速機構ケーシング７５内には、第
１太陽ローラ７２と同心に第１内ローラとなる弾性リン
グ７６と、第２内ローラであるソリッド内ローラ８１と
が外径側にルーズに収納されている。つまり、減速機構
ケーシング７５の内周面と弾性リング７６、ソリッド内
ローラ８１の外周面との間には半径方向の隙間が存在し
ている。

【００５２】更に、減速機構ケーシング７５内には、第
１太陽ローラ７２に外接し、弾性リング７６に内接する
複数の第１遊星ローラ７８が遊星ローラ軸８０により回
転自在に支えられ、第１遊星ローラキャリア８２がこれ
らローラ軸８０を円周上等配し固定して支えている。第
１遊星ローラキャリア８２は、その中空の出力軸がクラ
ンク軸３９に対し隙間を空けて同心に設置され、出力軸
端は第２太陽ローラ８２ａを形成している。従って、弾
性リング７６と第１遊星ローラキャリア８２は、複数の
第１遊星ローラ７８が第１太陽ローラ７２と弾性リング
７６に圧接するときに、第１太陽ローラ７２の軸心に自
動的に調心される。

【００５３】減速機構ケーシング７５内では、弾性リン
グ７６とソリッド内ローラ８１が隣接して収納され、こ
のソリッド内ローラ８１に内接し、第２太陽ローラ８２
ａに外接する複数の第２遊星ローラ４６が遊星ローラ軸
４９により回転自在に支えられ、第２遊星ローラキャリ
ア４８がこれら遊星ローラ軸４９を円周上等配し固定し
て支える。これら各ローラは、駆動トルクに相当する摩
擦力が生じるように圧接されている。

【００５４】従って、ソリッド内ローラ８１は、第２遊
星ローラ４６が第２太陽ローラ８２ａとソリッド内ロー
ラ８１に圧接するときに、第２太陽ローラ８２ａと同心
に調整される。弾性リング７６を側面から押圧すること
により、弾性リング７６の内径を縮めて各第１段減速ロ
ーラ間の圧接力を発生させるため、中壁蓋７４と弾性リ
ング７６との間に円環状のシム７７を挟んで弾性リング
７６の幅を調整する。このシム７７による弾性リング７
６を押さえる力は相当に大きく、弾性リング７６及びソ
リッド内ローラ８１の回転方向の回り止めに充分な摩擦
力を保有しているため、特別な回り止めは不要である。

【００５５】このように、２重の遊星ローラ減速機構
は、中壁蓋７４と減速機構ケーシング７５との間に収容
され、また、スプロケットケーシング５２がその外側に
取付けられている。このスプロケットケーシング５２以
下のクランク軸３９の支持構成、クランク軸３９と第２
遊星ローラキャリア出力軸４８との間に構成された二組
の１方向クラッチ中間部５６、外周部４８ａ等の構造は
前述した第１の実施例と同様である。そのため、前述し
た第１の実施例と同一部分には同一符号を付して重複す
る説明を省略する。

【００５６】上記構成を有する本実施例のモータ直結遊
星ローラ減速機７０の作用は、動力伝達機能に関して、
前述した第１の実施例に係る遊星ローラ減速機３０と同
様である。但し、第１の実施例と異なる点は、減速機構
ケーシング７５と第１、第２内ローラとなる弾性リング
７６、ソリッド内ローラ８１とを別体とし、弾性リング
７６、ソリッド内ローラ８１の外径を減速機構ケーシン
グ７５の内径よりも小さくして、組み込みを容易とした
こと、第１段減速の内ローラを弾性リング７６としたこ
とである。

【００５７】ここで、弾性リング７６の調心は、第１太
陽ローラ７２と第１遊星ローラ７８との組合せ時にセル
フアライメント（自動調心）とし、また、第２段減速の
ソリッド内ローラ８１の調心は、第１遊星ローラキャリ
ア８２の出力部となっている第２太陽ローラ８２ａと第
２遊星ローラ４６との組合せ時のセルフアライメント
（自動調心）となっている。また、シム７７により弾性
リング７６の幅を狭めて内径を縮めることにより、駆動
に必要な第１遊星ローラ７８との圧接力を調整すると同
時に、弾性リング７６の側圧により弾性リング７６とシ
ム７７を介した中壁蓋７４との間の摩擦力及びソリッド
内ローラ８１と減速機構ケーシング７５の側面間の摩擦
力を、弾性リング７６及びソリッド内ローラ８１の回り
止め力として兼用する。

【００５８】この結果、減速機構部のみを外部で分解組
み立てできる構造として、組み立て作業を容易とできる
利点がある。更に、本実施例では、第１太陽ローラ７２
の軸筒側にクランク軸３９に嵌合してこれを支えるブシ
ュ７３を設けたため、第１太陽ローラ７２の軸心の振れ
を抑えるという効果も奏する。

【００５９】〔実施例５〕本発明の第５の実施例を図９
に示す。本実施例は、モータ直結遊星ローラ減速機８５
に関するものである。本実施例は、２重の遊星ローラ減
速機構部を、中壁蓋７４と減速機構ケーシング７５との
間に収容した点については、前述した第３の実施例と同
様である。但し、第１段減速の内ローラである弾性リン
グ７６に代えて小径のソリッド内ローラ８６を用いた点
に相違がある。

【００６０】即ち、減速機構ケーシング７５内には、第
１太陽ローラ７２と同心に第１内ローラとなるソリッド
内ローラ８６と、第２内ローラであるソリッド内ローラ
８１とが外径側にルーズに収納されている。つまり、減
速機構ケーシング７５内においてソリッド内ローラ８６
とソリッド内ローラ８１が隣接して配置され、減速機構
ケーシング７５の内周面とソリッド内ローラ８１，８６
の外周面との間には半径方向の隙間が存在している。

【００６１】従って、ソリッド内ローラ８６は、複数の
第１遊星ローラキャリア７８が第１太陽ローラ７２と弾
性リング７６に圧接するときに、第１太陽ローラ７２の
軸心に自動的に調心され、同様に、ソリッド内ローラ８
１は、第２遊星ローラ４６が第２太陽ローラ８２ａとソ
リッド内ローラ８１に圧接するときに、第２太陽ローラ
８２ａと同心に調整される。

【００６２】更に、減速機構ケーシング７５に対するソ
リッド内ローラ８１，８６の回り止めとして回り止めピ
ン８７，８８が設けられている。この回り止めピン８
７，８８は、ソリッド内ローラ８１，８６の半径方向の
移動を許容するために、図１５（ａ）に示すように、孔
に対して隙間を有するように遊嵌される構造又は図１５
（ｂ）に示すように、半径方向の長孔に挿入される構造
となっている。このように、回り止めピン８７，８８
は、ソリッド内ローラ８１，８６の回り止めとして機能
するが、その半径方向の移動を拘束しないため、上記セ
ルフアライメントに支障が生じることはない。尚、上述
した構造以外は、前述した実施例と同様であるので、同
一部分には同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。

【００６３】上記構成を有する本実施例のモータ直結遊
星ローラ減速機８５の作用は、動力伝達機能に関して、
前述した第１の実施例に係る遊星ローラ減速機３０と同
様である。但し、第１の実施例と異なる点は、減速機構
ケーシング７５と第１，第２内ローラとなるソリッド内
ローラ８１，８６とを別体とし、ソリッド内ローラ８
１，８６の外径を減速機構ケーシング７５の内径よりも
小さくして、組み込みを容易としたこと、ソリッド内ロ
ーラ８１，８６を減速機構ケーシング７５に対してフロ
ーティング構造としたことである。

【００６４】即ち、第１段減速のソリッド内ローラ８６
の調心は、第１太陽ローラ７２と第１遊星ローラ７８の
組合せ時のセルフアライメント（自動調心）とし、第２
段減速のソリッド内ローラ８１の調心は、第１遊星ロー
ラキャリア８２の出力部となっいる第２太陽ローラ８２
ａと第２遊星ローラ４６との組合せ時のセルフアライメ
ント（自動調心）となっている。

【００６５】この結果、減速機構部のみを外部で分解組
み立てできる構造として、組み立て作業を容易とできる
利点がある。尚、第１段の減速機は、第２段のそれより
伝達トルクは小さくて良いので、減速機を構成するロー
ラ７２，７８，８６は第２段減速機を構成する各ローラ
８２ａ，４６，８１より小径で良く、遊星ローラ７８の
数も少なくて良い。

【００６６】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明では、遊星ローラ減速機構を使用して
いるので、歯車減速機に比べて振動、騒音が少ない。ま
た、モータ出力軸端に太陽ローラが形成され、この太陽
ローラを中心にして第１段の遊星ローラ減速機構が構成
され、さらにこの第１段の遊星ローラ軸キャリアの出力
軸を太陽ローラとしてこれを中心に第２段目の遊星ロー
ラ減速機構が構成されているので、充分の減速比が得ら
れる。更に、モータ及び２段の遊星ローラ減速機構は一
体としてケーシング内に収容され、コンパクトで車輪へ
の重量配分も良好となっている。尚、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、出力
チェンスプロケットが通常の自転車と同じ軸方向位置に
配置できるので、被動側のスプロケットも通常の位置の
ままで良い。自転車の走行中に一定値以上の送行トルク
を必要とするとき、制御装置によりモータをその速度に
合わせた回転速度と必要なトルクとに制御することがで
きる。しかも、操縦者が自転車を降りてこれを後方向に
引き戻したいとき、逆回転検出センサによりモータを１
時的に逆回転して一方向クラッチを切り離して置くこと
により、自転車を後方向に楽に移動させることができ
る。特に、減速機構ケーシングと内ローラとを別体と
し、減速機構の外径を減速機構ケーシングの内径よりも
小さくし、内ローラの調心は太陽ローラと遊星ローラと
の組み合わせ時のセルフアライメントとしたものは、減
速機構部だけを部分組立可能であり、組み込みが容易と
なる。更に、第１段減速の内ローラを弾性リングとした
ものは、弾性リングの側圧により減速機構ケーシングの
側面間の摩擦力を、弾性リング及び第２段の内ローラの
回り止め力として利用することができるので、余分な回
り止めが不要となり、構造が簡単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１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矢視１部断面を示す側面図である。

【図３】本発明の第２の実施例に係り、図１のモータ直
結遊星ローラ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】図４中のトルク検出センサを示す側面図であ
る。

【図６】図５のトルク検出センサの上面図である。

【図７】本発明の第３の実施例に係り、図３の自転車の
動力伝達及び制御系統を示すブロック図である。

【図８】本発明の第４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９】本発明の第５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１０】従来の自転車の動力機構の概要を示す側面図
である。

【図１１】図１０の自転車の動力機構の平面図である。

【図１２】図１０中のトルク検出器の例を示す正面図で
ある。

【図１３】図１２のトルク検出器の平面図である。

【図１４】従来のモータ直結遊星歯車減速機の側面断面
図である。

【図１５】回り止めピンの嵌め合い構造を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

４ チェンスプロケット ５ チェン １６ 補助動力付自転車 １７ 後輪 １９ トルクセンサ ３０，７０，８５ モータ直結遊星ローラ減速機 ３１ モータ ３５，７２ 太陽ローラ（モータ出力軸） ３８ モータケーシング ３９ クランク軸 ４１，７５ 減速機構ケーシング ４１ａ 第１内ローラ ４１ｂ 第２内ローラ ４２，７８ 第１遊星ローラ ４４，８０ 遊星ローラ軸 ４５，８２ 第１遊星ローラキャリア ４６ 第２遊星ローラ ４８ 第２遊星ローラキャリア ４８ａ 一方向クラッチ ４９ 遊星ローラ軸 ５０ プッシュ ５５ 一方向クラッチ内周部 ５６ 一方向クラッチ中間部 ６７ 回転速度センサ ７４ 中壁蓋 ７６ 弾性リング ７７ シム ８１ ソリッド内ローラ ８６ 第１ソリッド内ローラ ８７，８８ 回り止めピン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸と駆動側チェンスプロケット
   との間に一方向クラッチが介装されると共にモータと前
   記駆動側チェンスプロケットとの間に２段減速の遊星ロ
   ーラ減速機構及び一方向クラッチが介設されたことを特
   徴とするモータ直結遊星ローラ減速装置。
2. 【請求項２】 ケーシングに軸受を介して支持される中
   空の出力軸が第１太陽ローラを形成しているモータと、
   前記ケーシングの内周に前記第１太陽ローラと同心に取
   付けられた第１内ローラと、前記第１太陽ローラに外接
   し前記第１内ローラに内接する複数の第１遊星ローラ
   と、前記第１遊星ローラを回転自在に支える複数の遊星
   ローラ軸及び該ローラ軸を固定して支えその中空の出力
   軸が第２太陽ローラを形成している第１遊星ローラキャ
   リアと、前記ケーシングの内周に前記第１内ローラと隣
   接し前記第１太陽ローラと同心に取付けられた第２内ロ
   ーラと、前記第２太陽ローラに外接し前記第２内ローラ
   に内接する複数の第２遊星ローラと、前記第２遊星ロー
   ラを回転自在に支える遊星ローラ軸及び該ローラ軸を固
   定して支える中空の出力軸を有する第２遊星ローラキャ
   リアと、前記ケーシングに軸受を介して回転自在に支え
   られ前記モータの出力軸及び前記第１遊星ローラキャリ
   ア及び第２遊星ローラキャリアの中空軸を回転自在に貫
   通するクランク軸と、前記第２遊星ローラキャリアの出
   力軸と前記クランク軸との間に軸受を兼ねて介装される
   ２重の一方向クラッチと、該２重の一方向クラッチを通
   じて、前記第２遊星ローラキャリアの出力軸と前記クラ
   ンク軸の双方同時にでも又単独でも動力が伝達される駆
   動側チェンスプロケットとを備えたことを特徴とする自
   転車用モータ直結遊星ローラ減速装置。
3. 【請求項３】 前記遊星ローラ減速機構は、前記モータ
   を収容するモータケーシングと中間壁を挟んで設けられ
   る減速機構ケーシング内に収容され、前記中間壁に軸受
   を介して支持されて減速機構側へ突出し前記モータの中
   空な出力軸に外周に形成されている第１太陽ローラと、
   該第１太陽ローラの出力軸の内周面にブシュを介して回
   転自在に圧嵌されるクランク軸と、前記減速機構ケーシ
   ングの内周面に隙間を開けて前記第１太陽ローラと同心
   に第１内ローラとして取り付けられた弾性リングと、前
   記第１太陽ローラに外接し前記弾性リングに内接する複
   数の第１遊星ローラと、前記第１遊星ローラを回転自在
   に支える複数の遊星ローラ軸及び該ローラ軸を固定して
   支え前記クランク軸と同軸心である中空の出力軸が第２
   太陽ローラを形成している第１遊星ローラキャリアと、
   前記減速機構ケーシングの内周面に隙間を開けて側面が
   前記弾性リングと接触し前記第２太陽ローラと同心に第
   ２内ローラとして取り付けられたソリッド内ローラと、
   前記減速機構ケーシング内にあって当該ケーシングの取
   付け時に前記ソリッド内ローラと前記弾性リングに加わ
   る軸方向の圧力を調整する円環状のシムと、前記第２太
   陽ローラに外接し前記ソリッド内ローラに内接する複数
   の第２遊星ローラと、前記第２遊星ローラを回転自在に
   支える複数の遊星ローラ軸及び該ローラ軸を固定して支
   える中空の出力軸を有する第２遊星ローラキャリアとを
   備えたことを特徴とする請求項１記載の自転車用モータ
   直結遊星ローラ減速装置。
4. 【請求項４】 前記弾性リングに代えて第１ソリッド内
   ローラを設けると共に前記シムを省略し、且つ、前記第
   １ソリッド内ローラ及び前記ソリッド内ローラの前記減
   速機構ケーシングに対する回り止めを設けたことを特徴
   とする請求項３記載の自転車用モータ直結遊星ローラ減
   速装置。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３又は４記載のモータ直
   結遊星ローラ減速装置を自転車のクランクハブとなる位
   置にフレームと一体に取付け、前記駆動側チェンスプロ
   ケットはチェ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駆動装置付き
   自転車。
6. 【請求項６】 請求項５の自転車の駆動側チェンスプロ
   ケット以降の動力伝達部に伝達トルクセンサ及び速度セ
   ンサを設け、これらのセンサの信号を受けた制御装置に
   おいて自転車の送行動力を補助する適正なモータのトル
   ク及び回転を算出して前記モータを制御すると共に、自
   転車を手動後送させるとき、前記モータを逆回転して減
   速機構の抵抗負荷を無くすように制御することを特徴と
   する補助駆動装置付き自転車。