電動補助自転車及び電動二輪車
【課題】車軸に沿って減速機、電動機、変速機構を並列に備えた構成において、装置をコンパクトにした電動補助自転車を提供する。
【解決手段】リアハブ内部に、変速機構１１、減速機構１０及び駆動用モータ８が車軸１４の軸方向に並列して配置される。変速機構１１は変速機用太陽歯車１１ａと、変速機用遊星歯車１１ｂ及び変速機用遊星キャリア１１ｃとを備え、踏力を駆動輪に伝達する。減速機構１０は減速機用太陽歯車１０ａと、減速機用遊星歯車１０ｂとを備え、駆動用モータ８のモータ出力軸８ａからの駆動力を駆動輪に伝達する。変速制御機構１５は、変速機用太陽歯車１１ａと車軸１４との間に設けたクラッチ部材１６ａを介して、変速機用太陽歯車１１ａを車軸１４周りに回転可能又は回転不能とに切り替え変速を行う。変速機用遊星キャリア１１ｃとモータ出力軸８ａとは軸受部２５によって回転自在に支持されている。
【解決手段】リアハブ内部に、変速機構１１、減速機構１０及び駆動用モータ８が車軸１４の軸方向に並列して配置される。変速機構１１は変速機用太陽歯車１１ａと、変速機用遊星歯車１１ｂ及び変速機用遊星キャリア１１ｃとを備え、踏力を駆動輪に伝達する。減速機構１０は減速機用太陽歯車１０ａと、減速機用遊星歯車１０ｂとを備え、駆動用モータ８のモータ出力軸８ａからの駆動力を駆動輪に伝達する。変速制御機構１５は、変速機用太陽歯車１１ａと車軸１４との間に設けたクラッチ部材１６ａを介して、変速機用太陽歯車１１ａを車軸１４周りに回転可能又は回転不能とに切り替え変速を行う。変速機用遊星キャリア１１ｃとモータ出力軸８ａとは軸受部２５によって回転自在に支持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車及び電動二輪車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自転車の変速機には、様々な種類のものが存在する。このような中で、一般的には、クランク軸又は駆動輪の車軸の何れか一方、もしくは両方の同軸上に多段のスプロケットを設け、ディレイラーによってチェーンをスプロケット間で移動させることによって変速する方式（外装変速機）と、駆動輪のハブの内部に設けた歯車を掛けかえることによって変速する方式（内装変速機）がある。
【０００３】
外装変速機は、構造が簡単で軽量であるが、スプロケットやチェーンが摩耗する原因になり、チェーン外れの原因にもなる。一方、内装変速機は、防塵、防水性に優れており、メンテナンスフリーといった利点があるため、シティサイクルに使われることが多い。
【０００４】
ところで、電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車や電動二輪車において、その自転車の駆動輪である後輪のリアハブ内に、モータ、減速機、変速機構が備えられたものがある。
なお、電動補助自転車と電動二輪車とは、アシスト比率等の要件によって法令上その呼び名が区別されるが、ここでは、以下、電動補助自転車と総称して説明する。
【０００５】
このように、ハブに駆動用のモータを設けた、所謂ハブモータ方式の電動補助自転車は、これを、変速機と組み合わせる場合、前記外装変速機、又は内装変速機のいずれかを用いることができる。
【０００６】
ただし、外装変速機を用いる場合、ハブの構造は、主としてモータと減速機とから構成されるので簡素となるが、前述のような外装変速機ゆえのメンテナンス上の問題がある。一方、内装変速機を用いる場合、ハブの構造は、モータ、減速機及び変速機構とから構成されるので、ハブ自体の構造は複雑となるが、前述のような内装変速機ゆえの利点があるので有利である。
【０００７】
現在のところ、電動補助自転車はシティサイクルを中心に展開しており、その殆どが内装変速機を採用している。従って、ハブモータ方式の電動補助自転車においても、内装変速機構とすることが望ましいと考えられている。
【０００８】
この種の内装変速機構を備えた電動補助自転車の構造として、例えば、特許文献１，２に記載のものがある。
【０００９】
これらの構造では、ハブ内において、電動機（駆動用モータ）、減速機構、変速機構が配置されている。電動機による駆動機構としては、駆動用の電動機と、その電動機の回転数を減速する動力系の減速機構を内蔵している。また、人力の入力機構としては、駆動輪の車軸に入力用のスプロケットが設けられ、その車軸より外周に向かって変速機構、減速機構を順に配置している。
【００１０】
ハブは、回転ケーシングと固定ケーシングとを備え、前記人力系の入力機構は回転ケーシング側に、前記電動機による駆動機構は、主として固定ケーシング側に配置されている。
【００１１】
ペダルによって与えられた人力は、チェーンによって駆動輪のスプロケットに伝達され、変速機構で変速された後、人力系の減速機構に伝達されて、回転ケーシングを通じて駆動輪を回転させる。また、電動機による駆動力は、前述の人力系の減速機構とは別に備えた動力系の減速機構で減速されて、その後、回転ケーシングにおいて人力駆動力と電動駆動力とが合力されて、駆動輪に伝達される。
【００１２】
このとき、電気信号に変換された前記人力による駆動力と、速度センサからの走行速度の電気信号とが、その電動補助自転車が備える制御部に入力され、その制御部が、所定の条件に基づいて駆動信号を出力し、電動機を制御するようになっている。
【００１３】
しかし、これらの構造では、電動機は、車軸の軸心から偏心した位置に配置されている。このため、ハブの外径が大きくなるという問題がある。ハブの外径が大きいと、重量バランスが悪くなる傾向がある。
【００１４】
この点、特許文献３，４に記載の構造によれば、減速機構、電動機、変速機構を車軸上に併設した構成となっているから、上記ハブの大型化は抑制できる。
【００１５】
すなわち、これらの構造では、駆動輪である後輪のハブ内に、減速機構、電動機と変速機構とが車幅方向に並設されており、ペダルによって与えられた人力は、チェーンを介して後輪のスプロケットに伝達され、一方向クラッチを経て変速機で変速された後、回転ケーシングを通じて駆動輪を回転させる。また、電動機による駆動力は、その車軸の周囲に設けた遊星歯車機構からなる減速機構で減速されて、その後、回転ケーシングにおいて人力駆動力と電動駆動力とが合力されて、駆動輪に伝達されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平９−５８５６８号公報
【特許文献２】特開２０００−０４３７８０号公報
【特許文献３】特開２００２−２９３２８５号公報
【特許文献４】特開２００３−１６００８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、上記特許文献３，４に記載の構造によれば、電動機からの出力は減速機構を介してハブケース（回転ケーシング）に伝達され、ペダルからの駆動力は変速機構を介してハブケース（回転ケーシング）に伝達されている。
【００１８】
このため、車軸の軸心に沿って並列する減速機、電動機、変速機構の三つの機構は、それぞれ独立した構造となっている。すなわち、人力駆動力の伝達機構と、電動駆動力の伝達機構とが、それぞれ別ルートで独立して介在している。
【００１９】
駆動輪の車軸方向のスペースには限りがあるので、このような構造では、変速機構のスペースが小さくなり、変速段数を増やすことが困難である。
【００２０】
そこで、この発明は、駆動輪のハブ内に、車軸の軸心に沿って減速機構、電動機、変速機構の三つの機構を並列に備えた構成において、装置をコンパクトにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を解決するために、この発明は、駆動輪のハブ内部に、変速機構、減速機構及び駆動用モータを車軸の軸方向に並列して配置し、前記変速機構は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも一つの変速機用太陽歯車と、その変速機用太陽歯車に噛み合う変速機用遊星歯車、及びその変速機用遊星歯車を保持する変速機用遊星キャリアとを備え、ペダルからの踏力による駆動力を駆動輪に伝達し、前記減速機構は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも一つの減速機用太陽歯車と、その減速機用太陽歯車に噛み合う減速機用遊星歯車とを備え、前記減速機用遊星歯車は前記変速機用遊星キャリアで保持され、前記駆動用モータのモータ出力軸からの駆動力を駆動輪に伝達し、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車を前記車軸の軸周りの一方向若しくは両方向に回転可能又は回転不能に切り替えて変速を行う変速制御機構を備え、前記変速機用遊星キャリアとモータ出力軸とを回転自在に支持する軸受部を備えることを特徴とする電動補助自転車又は電動二輪車を採用した。
【００２２】
この構成によれば、駆動輪のハブ内部に、変速機構、減速機構及び駆動用モータが車軸方向に並列する構成において、減速機用遊星歯車が、変速機用遊星キャリア又はその変速機用遊星キャリアと一体に回転する部材で保持される。すなわち、変速機用と減速機用のキャリアを共通化することができ、車軸方向の装置のコンパクト化が実現できる。
【００２３】
また、この構成によれば、駆動輪の車軸と駆動用モータのモータ出力軸とが軸方向に並列して配置されるが、仮に、その車軸とモータ出力軸とを直接支える構造とした場合、通常は、車軸に対して鉛直方向に荷重が作用すると、駆動輪のハブケースから変速機用遊星歯車を介して変速機用遊星キャリアに曲げモーメントが作用する。このとき、車軸にも曲げモーメントが作用し、モータ出力軸と車軸間の軸受等に過大な負荷が作用する懸念がある。
しかし、上記の構成のように、変速機用遊星キャリアで保持される減速機用遊星歯車と、駆動用モータのモータ出力軸とを軸受部で回転自在に支持することにより、車軸への曲げモーメントの負荷が抑制され、このような懸念を解消できる。
【００２４】
さらに、変速機構として遊星歯車機構を備えたハブ内において、通常、遊星キャリアは、回転支持軸受によって車軸に対して片持ち支持される。また、その遊星キャリアに取付けられる遊星歯車は、その回転支持軸受から遠く離れた位置で、トルクの伝達が成される。このため、遊星歯車を支える遊星キャリア軸には大きな曲げの力が作用するので、その剛性が弱いと変位量が大きくなるという懸念がある。変位量が大きいと、遊星歯車と外輪歯車、若しくは、遊星歯車と太陽歯車との接触において、片当たりが生じる恐れがある。
そこで、上記のように、遊星キャリアを、車軸とモータ出力軸という２つの軸に回転支持することでその剛性を確保し、そのような片当たりの発生を抑制したものである。
【００２５】
また、この構成において、前記ペダルからの踏力による駆動力は、前記ハブに対して前記車軸の軸方向一端側に設けたスプロケットを介して前記変速機構に入力され、前記ハブ内に、前記車軸の軸方向一端側から他端側に向かって変速機構、減速機構及び駆動用モータを並列して設けた構成を採用すれば、変速機構と減速機構とが近接するので、変速機用と減速機用のキャリアを共通化するための構造を簡素とし得る。
【００２６】
また、これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とは、互いに異なる遊星キャリア軸によって前記変速機用遊星キャリアにそれぞれ保持される構成を採用することもできるが、これを、同一の遊星キャリア軸によって前記変速機用遊星キャリアに保持される構成とすることができる。変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車とが、同一の遊星キャリア軸によって変速機用遊星キャリアに保持されれば、変速機用と減速機用のキャリアを共通化するための構造をさらに簡素とし得る。
【００２７】
これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とは同数とすることが望ましく、また、その場合、前記遊星キャリア軸を、前記変速機用遊星歯車及び前記減速機用遊星歯車と同数とすることが望ましい。さらに、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とは同数である場合において、前記遊星キャリア軸を、前記変速機用遊星歯車及び前記減速機用遊星歯車の数の二倍とすることもできる。
【００２８】
また、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車の数は自由に設定できるが、これらの数を同数とする場合には、例えば、その変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車の数をそれぞれ三個とする構成を採用することもできる。もちろん、個数にかかわらず、変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車は、それぞれ車軸の軸周りに等分方位に配置することが望ましい。
【００２９】
また、これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車の間に間隔材を備え、その間隔材は、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とに接することにより緩衝材として機能する構成を採用することができる。
特に、同一の遊星キャリア軸で保持された変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車とは異なる回転数であることから、互いの接触によって発熱、若しくは磨耗の問題が生じる恐れがあるので、その間隔材によって、発熱、摩耗、あるいは、両者が直接触れることによる損傷等を防ぐことができるからである。
【００３０】
あるいは、これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車との間に間隔材を備え、その間隔材は、全ての前記遊星キャリア軸を保持する構成を採用することができる。間隔材が遊星キャリア軸を保持することで、その遊星キャリア軸の鉛直方向荷重に対する剛性を高めることができる。
【００３１】
なお、この間隔材は、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とに接することによる緩衝材としての機能と、全ての遊星キャリア軸を保持する機能とを併せ持つ構成を採用することもできる。
【００３２】
これらの各構成において、前記変速制御機構は、前記変速機用太陽歯車と前記車軸との間に設けたクラッチ部材を介して前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成を採用することができる。
すなわち、この構成によれば、変速制御機構は、変速機用太陽歯車と車軸との間に設けたクラッチ部材を介して、駆動力に対して、変速機用太陽歯車と前記車軸とを回転可能又は回転不能に切替えることができ、その切替えによって変速を可能とし得る。
【００３３】
なお、この電動補助自転車又は電動二輪車に、回生機構を付加することもできる。すなわち、前記変速制御機構は、前記クラッチ部材を介して、前記変速機用太陽歯車と前記車軸との軸周り両方向の相対回転に対して、前記変速機用太陽歯車を前記車軸に回転可能又は回転不能に切替えることができ、前記駆動輪からの逆入力に対して、前記変速機用太陽歯車と前記車軸とを回転不能とすることにより、その逆入力により生じた回生電力を駆動用モータを通じて二次電池に還元する回生機構を備えた構成である。
【００３４】
すなわち、ペダルからの踏力による駆動力に対してのみならず、駆動輪からの逆入力に対しても、変速機用太陽歯車を車軸回りに回転可能、回転不能に切替えすることができ、その切替えに応じた適宜の状態で駆動用モータに駆動輪からの逆入力が伝達されれば、回生充電が可能となる。
このとき、その駆動輪からの逆入力は、常に駆動用モータに伝達されて二次電池に回生充電が行われるが、回生充電を行うか否かは制御可能であり、例えば、ブレーキレバーの操作によって回生充電のスイッチが入るようにすることで、必要時にのみ最適条件で回生充電を行うように設定できる。
【００３５】
また、ハブ内は、スペースに制約があることから、遊星歯車機構の太陽歯車の車軸方向長さは短くしなければならないが、この構成によれば、変速及び逆入力用のクラッチとして、クラッチ部材という同一の部材を用いることで、その機構を簡素化でき、また、装置の軸方向長さを短くすることができる。このクラッチ部材として、例えば、ボールもしくはキー、又はラチェット等を用いることができる。
【００３６】
また、これらの各構成において、前記クラッチ部材は、前記車軸の軸方向に沿って移動可能なボールであり、そのボールが、前記車軸の軸方向に沿って移動することによって、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成を採用することができる。
【００３７】
クラッチ部材としてボールを用いた構成において、前記ボールは、前記車軸の軸方向に沿って移動することにより、前記変速機用太陽歯車の内面に設けたカム面に対面する位置と、その対面する位置から離脱した位置との間で移動し、前記ボールが前記対面する位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転不能となり、前記ボールが前記離脱した位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転可能となる構成を採用することができる。
【００３８】
また、これらの各構成において、前記変速制御機構は、前記車軸と前記変速機用太陽歯車との間に制御部材を備え、前記制御部材に、前記車軸の軸方向に対して斜め方向に交差する長手状のポケットを設け、そのポケットに前記ボールを保持し、前記車軸の外面にボール溝を設け、前記制御部材を前記車軸の軸周りに回転させた際に、前記ボール溝によって前記ボールの軸方向への移動を案内する構成を採用することができる。
長手状のポケットが、車軸の軸方向に対して斜め方向に交差しているから、その制御部材を軸周りに回転させれば、ボール溝内のボールを車軸の軸方向へ移動させることができる。
【００３９】
そのボール溝は、例えば、車軸の軸方向に並行に伸びている構成とすることができる。また、ボール溝は、前記車軸の軸方向に対して斜め方向に交差する方向へ伸びて、そのボール溝の前記車軸の軸方向に対する交差方向と、前記ポケットの前記車軸の軸方向に対する交差方向とは、その車軸の軸方向に対して反対方向である構成を採用することができる。
【００４０】
さらに、前記ポケットと前記ボール溝はそれぞれ直線状に伸びており、前記ポケットと前記ボール溝との交差角度が３０度以上である構成とすれば、ボールの移動がスムーズである。
【００４１】
これらの構成において、前記ボール溝は、前記カム面に対面する位置から離脱した位置に、前記ボールが前記カム面に干渉しないようにするための逃げ溝を備える構成を採用することができる。この構成によれば、ボールがカム面に誤って干渉することが防止される。特に、車軸の軸方向に複数の太陽歯車を並列する場合に、この逃げ溝を採用すれば、意に反して隣接する太陽歯車を係合させてしまうことを防止するのに有効である。
【００４２】
また、クラッチ部材の他の構成として、例えば、クラッチ部材は、前記車軸の軸方向に固定されたボール又はキー部材であり、そのボール又はキー部材が、前記車軸の半径方向に移動することによって、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成を採用することができる。
【００４３】
このボール又はキー部材は、前記車軸の半径方向に移動することにより、前記変速機用太陽歯車の内面に設けたカム面に係合可能な位置と、その係合可能な位置から離脱した位置との間で移動し、前記ボール又はキー部材が前記係合可能な位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転不能となり、前記ボール又はキー部材が前記離脱した位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転可能となる構成を採用することができる。
【００４４】
この構成において、前記変速制御機構は、前記車軸と前記変速機用太陽歯車との間に制御部材を備え、前記制御部材を前記車軸の半径方向に貫通する孔を設け、前記ボール又はキー部材は、前記孔に入り込むことで前記係合可能な位置に移動し、前記孔から出れば、前記離脱した位置に移動する構成を採用することができる。
【００４５】
前記変速制御機構は、前記制御部材を前記車軸の軸方向に移動させることにより、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成とすることができ、前記制御部材を前記車軸の軸周りに回転させることにより、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成とすることもできる。
【００４６】
これらの各構成において、前記クラッチ部材の個数は、例えば、前記車軸周りに一つだけ配置した構成を採用してもよいが、前記車軸の軸周りに少なくとも二つ以上配置されている構成が望ましい。
また、そのとき、前記クラッチ部材が、前記車軸の軸周りに等間隔で配置されていることが望ましい。
【００４７】
また、これらの各構成において、前記減速機構の遊星歯車を二段歯車とし、その一方の歯車に駆動用モータを保持するモータハウジングに設けた減速機用外輪歯車が、他方の歯車に駆動用モータのモータ出力軸に設けた減速機用太陽歯車が噛み合っている構成を採用すれば、高減速比とすることが可能となる。
もちろん、この段数は、電動補助自転車又は電動二輪車に求められる仕様に応じて任意に設定できるから、例えば、一段とすることもできるし、三段以上とすることもできる。
【発明の効果】
【００４８】
この発明は、車軸の軸心に沿って減速機、電動機、変速機構の三つの機構を並列に備えた構成において、装置をコンパクトにすることができる。
また、変速機用遊星キャリアで保持される減速機用遊星歯車と、駆動用モータのモータ出力軸とを軸受部で回転自在に支持することにより、車軸への曲げモーメントの負荷が抑制され、歯車間の片当たりの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の一実施形態を示す縦断面図
【図２】同実施形態のクラッチの作用を示す要部拡大図
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ断面における係合時、（ｂ）は係合解除時を示す断面図
【図４】変速機用遊星キャリア及び遊星キャリア軸の組み立て状態を示す断面図
【図５】（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｂ）は変速機用遊星キャリア、変速機用遊星歯車、減速機用遊星歯車及び遊星キャリア軸の組み立て状態を示す断面図
【図６】（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｂ）は図５の変形例を示し、変速機用遊星キャリア、変速機用遊星歯車、減速機用遊星歯車及び遊星キャリア軸の組み立て状態を示す断面図
【図７】他の実施形態のクラッチの作用を示す要部拡大図
【図８】さらに、他の実施形態のクラッチの作用を示す要部拡大図
【図９】（ａ）は、図８のＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図
【図１０】さらに、他の実施形態のクラッチの作用を示す要部拡大図
【図１１】（ａ）は、図１０のＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図
【図１２】電動補助自転車の全体図
【発明を実施するための形態】
【００５０】
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。この実施形態の電動補助自転車は、駆動輪である後輪のハブ１（以下、「リアハブ１」と称する）内部に駆動用モータ８が設けられている、リアハブモータ方式の電動補助自転車である。なお、この実施形態の構成を電動二輪車としても採用でき、両者の構成は同じであるので、以下、電動補助自転車として説明する。
【００５１】
踏力による駆動力は、図１に示すように、リアハブ１に対して車軸１４の軸方向一端側（図中左側）に設けた後輪２のスプロケット９（以下、「リアスプロケット９」と称する。）を介して変速機構１１に入力されるようになっている。また、後輪２の車軸１４と同軸に設けたハブケース１２内では、車軸１４の軸方向一端側から他端側（図中右側）に向かって変速機構１１、減速機構１０及び駆動用モータ８が並列して設けられている。
【００５２】
駆動時、図１２に示すペダル３を通じて、クランク軸から伝達された踏力による駆動力が入力された場合は、フロントスプロケットとリアスプロケット９とを結ぶチェーン等の動力伝達要素４、変速機構１１を介して、後輪２に駆動力が伝達可能となっている。リアスプロケット９は、ワンウェイクラッチ２７を介して、変速機構１１の変速機用遊星キャリア１１ｃに取付けされている。
【００５３】
変速機構１１を切り替える変速制御機構１５は、リアハブ１外部において、電動補助自転車のハンドル５やフレーム６等に取り付けられた変速切替スイッチ（図示せず）により、手動もしくは電動により操作されるようになっている。
【００５４】
また、補助力としての駆動用モータ８の出力による駆動力は、リアハブ１内部の減速機構１０を介して、ハブケース１２に伝達され、後輪２に伝達可能となっている。
【００５５】
さらに、前進非駆動時には、後輪２からの逆入力が減速機構１０（逆入力の場合は増速される）等を介して駆動用モータ８に伝達され、逆入力によって生じた回生電力を、リアハブ１外部においてフレーム６等に取り付けられた二次電池に還元する回生機構を備えている。
【００５６】
変速機構１１は、三段階の増速可能な遊星歯車機構で構成されている。変速機構１１は、車軸１４の外周に設けられた三つの変速機用太陽歯車１１ａ（１１ａ−１，１１ａ−２，１１ａ−３）と、その変速機用太陽歯車１１ａに噛み合う変速機用遊星歯車１１ｂ、及びその変速機用遊星歯車１１ｂを保持する変速機用遊星キャリア１１ｃとを備えている。
【００５７】
この実施形態では、変速機用太陽歯車１１ａは三つの太陽歯車、すなわち、第一太陽歯車１１ａ−１、第二太陽歯車１１ａ−２、第三太陽歯車１１ａ−３からなる。その第一太陽歯車１１ａ−１、第二太陽歯車１１ａ−２、第三太陽歯車１１ａ−３が、それぞれクラッチ１６を介して車軸１４に接続されている。
【００５８】
変速機用遊星歯車１１ｂは、第一太陽歯車１１ａ−１、第二太陽歯車１１ａ−２、第三太陽歯車１１ａ−３に対して噛み合う歯数の異なる三段の歯車を有し、その変速機用遊星歯車１１ｂは変速機用遊星キャリア１１ｃによって保持されている。また、変速機用遊星歯車１１ｂに噛み合う変速機用外輪歯車１１ｄは、ハブケース１２と一体である。
【００５９】
この実施形態では、変速機用外輪歯車１１ｄはハブケース１２と一体に形成されているが、変速機用外輪歯車１１ｄとハブケース１２とを別体で形成して、それらを共に回転するように噛み合わせる構成も考えられる。
【００６０】
なお、変速機用太陽歯車１１ａの設置数は自由であり、必要とする変速段に応じて、例えば、１個としてもよいし、２個、３個、４個としてもよい。このとき、変速機用遊星歯車１１ｂの歯車の数は、変速機用太陽歯車１１ａの数と同数段とする。
【００６１】
また、この実施形態では、変速機用外輪歯車１１ｄは、変速機用遊星歯車１１ｂの歯数が二番目の歯車と噛み合っている。他の歯車と噛み合わせることも可能であるが、三段間の増速比幅を最も稼ぐことができるため、この実施形態が望ましい。
【００６２】
減速機構１０は、遊星歯車機構によって構成されて、一つの減速機用太陽歯車１０ａと、その減速機用太陽歯車１０ａに噛み合う減速機用遊星歯車１０ｂとを備えている。
【００６３】
この実施形態では、減速機用遊星歯車１０ｂは歯数の異なる二段の歯車を有する二段歯車であり、その歯数の少ない側の歯車に駆動用モータ８を保持するモータハウジング８ｂに設けた減速機用外輪歯車１０ｄが噛み合っている。また、歯数の多い側の歯車に、駆動用モータ８のモータ出力軸８ａに設けた減速機用太陽歯車１０ａが噛み合っている。すなわち、減速機構１０は、駆動用モータ８のモータ出力軸８ａを減速機用太陽歯車１０ａとし、二段の減速機用遊星歯車１０ｂ、モータハウジング８ｂと一体に回転する減速機用外輪歯車１０ｄ（固定）、及び、変速機構１１と共通である変速機用遊星キャリア１１ｃによって構成される。
【００６４】
減速機用遊星歯車１０ｂは、変速機用遊星キャリア１１ｃ及び変速機用遊星歯車１１ｂと遊星キャリア軸１１ｅで接続されている。つまり、減速機用遊星歯車１０ｂは変速機用遊星キャリア１１ｃで保持されて、変速機用遊星キャリア１１ｃ及び変速機用遊星歯車１１ｂと一体に車軸１４の軸周りに回転可能である。
変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂとが共通の遊星キャリア軸１１ｅで、変速機用遊星キャリア１１ｃに支持されているから、変速機構１１の遊星キャリアと減速機構１０の遊星キャリアを共通化することにより、車軸方向のコンパクト化が図られている。
【００６５】
変速機用遊星キャリア１１ｃは、図４に示すように、第一キャリア部材１１ｇ、第二キャリア部材１１ｈと、その第一キャリア部材１１ｇと第二キャリア部材１１ｈとを結ぶ前記遊星キャリア軸１１ｅを備える。第一キャリア部材１１ｇと第二キャリア部材１１ｈとは、遊星キャリア軸１１ｅによって固定される。
【００６６】
また、この変速機用遊星キャリア１１ｃが備える遊星キャリア軸１１ｅは、変速機用遊星歯車１１ｂを、その遊星キャリア軸１１ｅの軸周りに回転自由度を与えて保持している構成である。減速機用遊星歯車１０ｂについても同様に、遊星キャリア軸１１ｅが、減速機用遊星歯車１０ｂを、その遊星キャリア軸１１ｅの軸周りに回転自由度を与えて保持している。
【００６７】
なお、この実施形態では、変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂとを同数（三個）としている。
【００６８】
遊星キャリア軸１１ｅの数は自由に設定でき、例えば、その変速機用遊星歯車１１ｂ及び前記減速機用遊星歯車１０ｂと同数（三本）としてもよいが、この実施形態では、図５に示すように、遊星キャリア軸１１ｅを、その変速機用遊星歯車１１ｂ及び前記減速機用遊星歯車１０ｂの数の二倍（六本）としている。
【００６９】
遊星キャリア軸１１ｅを、変速機用遊星歯車１１ｂ及び減速機用遊星歯車１０ｂの数の二倍、即ち六本で構成すれば、変速機用遊星キャリア１１ｃの剛性をさらに増加させることが可能である。
【００７０】
また、その六本の遊星キャリア軸１１ｅを、同じＰＣＤ位置（車軸１４の軸心から等距離にある位置）で構成することで、変速機用遊星歯車１１ｂ、減速機用遊星歯車１０ｂが、どの遊星キャリア軸１１ｅに対しても選択的に設定できるようになり、設計の自由度が高まる。
【００７１】
また、この実施形態では、変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂの数をそれぞれ三個としているが、その変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂの数はそれぞれ自由に設定できる。ただし、変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂとは、荷重バランスを取るために同数であることが望ましい。
【００７２】
なお、変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂの数を同数とし、さらに、遊星キャリア軸１１ｅをそれと同数とすれば、変速機用遊星キャリア１１ｃを簡単な構成とでき、その組み立てが容易である。
【００７３】
このとき、同一の遊星キャリア軸１１ｅで保持された変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂとは異なる回転数であることから、互いの接触によって発熱、若しくは磨耗の問題が生じる恐れがある。このため、変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂとの間に間隔材１１ｆを配置するとよい。
【００７４】
なお、この実施形態では、間隔材１１ｆは、環状を成す板状部材であり、金属や樹脂等で構成される。また、間隔材１１ｆは、遊星キャリア軸１１ｅに相当する位置に、その遊星キャリア軸１１ｅ用の挿通孔を備える。
【００７５】
このため、間隔材１１ｆは、変速機用遊星歯車１１ｂの端面と減速機用遊星歯車１０ｂの端面とに接することにより、前述のように緩衝材として機能するとともに、前記挿通孔でもって、全ての遊星キャリア軸１１ｅを保持する機能を発揮する。間隔材１１ｆは、遊星キャリア軸１１ｅを保持することによって、変速機用遊星キャリア１１ｃの曲げ剛性を高める効果を発揮する。
【００７６】
さらに、遊星キャリア軸１１ｅの数が、変速機用遊星歯車１１ｂや減速機用遊星歯車１０ｂの数よりも多いとき、例えば、図６に示すように、その変速機用遊星歯車１１ｂや減速機用遊星歯車１０ｂを、それぞれ異なる遊星キャリア軸１１ｅで保持する構成とすることもできる。
この構成によれば、一本の遊星キャリア軸１１ｅにかかる荷重を抑え、変速機用遊星キャリア１１ｃの強度を高めることができる。
【００７７】
変速機構１１は、車軸１４の外周に設けられた三つの変速機用太陽歯車１１ａ（第一太陽歯車１１ａ−１、第二太陽歯車１１ａ−２、第三太陽歯車１１ａ−３）が、変速制御機構１５の操作によって、駆動力と逆入力のそれぞれに対していずれか一つの変速機用太陽歯車１１ａを選択的に車軸１４の軸回りに回転可能又は回転不能に切替えて変速できるようになっている。
【００７８】
その切替えは、変速機用太陽歯車１１ａと車軸１４との間に設けられたクラッチ１６（クラッチ部材１６ａ）を介して行われる。
【００７９】
クラッチ１６は、車軸１４の軸方向に沿って移動可能なボールからなるクラッチ部材１６ａを備え、そのボールが、車軸１４の軸方向に沿って移動することによって、変速機用太陽歯車１１ａと車軸１４との軸周り両方向の相対回転に対して、いずれか一つの変速機用太陽歯車１１ａを選択的に車軸１４の軸回りに回転不能に、他を回転可能に切替える。
【００８０】
この実施形態では、変速制御機構１５は、車軸１４の軸周りに設けた制御部材１５ａを車軸１４の軸周りに回転させることによって、クラッチ部材１６ａを車軸１４の軸方向に沿って移動させ、その移動によって、変速機用太陽歯車１１ａと車軸１４とを、軸周り両方向の相対回転に対して、回転可能又は回転不能に切替えることができる。
【００８１】
また、変速機用遊星キャリア１１ｃと変速制御機構１５の制御部材１５ａとの間、変速制御機構１５の制御部材１５ａと車軸１４との間、変速機用遊星キャリア１１ｃとハブケース１２との間、及びハブケース１２とモータハウジング８ｂとの間、モータハウジング８ｂとモータ出力軸８ａとの間には、それぞれ軸受部２１，２６，２２，２３，２４が設けられて、互いに軸周り相対回転可能となっている。
【００８２】
さらに、変速機用遊星キャリア１１ｃとモータ出力軸８ａとの間には、軸受部２５が設けられて、互いに軸周り相対回転可能となっている。車軸１４とモータ出力軸８ａとは接続されておらず、両者は独立して回転する。
軸受部２５は、変速機用遊星キャリア１１ｃの第二キャリア部材１１ｈと、駆動用モータ８のモータ出力軸８ａとの間に設けられ、その第二キャリア部材１１ｈとモータ出力軸８ａとを回転自在に支持する。この実施形態では、軸受部２５に玉軸受を採用しているが、他の軸受構造を採用してもよい。
【００８３】
この点について説明すると、仮に、軸方向に並列して配置される駆動輪の車軸１４と駆動用モータ８のモータ出力軸８ａとを、直接、軸受等で支える構造とした場合、通常は、車軸に対して鉛直方向に荷重が作用すると、駆動輪のハブケース１２から変速機用遊星歯車１１ｂを介して変速機用遊星キャリア１１ｃに曲げモーメントが作用する。このとき、車軸１４にも曲げモーメントが作用し、モータ出力軸８ａと車軸１４間の軸受等に過大な負荷が作用する懸念がある。
【００８４】
しかし、この実施形態のように、変速機用遊星キャリア１１ｃで保持される減速機用遊星歯車１０ｂと、駆動用モータ８のモータ出力軸８ａとを軸受部２５で回転自在に支持することにより、車軸１４への曲げモーメントの負荷が抑制され、このような懸念を解消できる。
すなわち、変速機用遊星キャリア１１ｃを、その軸方向両端で、車軸１４とモータ出力軸８ａという２つの軸に回転支持することで、車軸１４への曲げモーメントの負荷を抑制したのである。
【００８５】
また、変速機用遊星キャリア１１ｃを、その軸方向両端で、車軸１４とモータ出力軸８ａという２つの軸に回転支持することで、その変速機用遊星キャリア１１ｃの剛性を高めている。
すなわち、変速機用遊星歯車１１ｂや減速機用遊星歯車１０ｂを支える遊星キャリア軸１１ｅには、通常、大きな曲げの力が作用するので、その剛性が弱いと変位量が大きくなる。変位量が大きいと、遊星歯車と外輪歯車、若しくは、遊星歯車と太陽歯車との接触において、片当たりが生じる恐れがある。そこで、軸受部２５による変速機用遊星キャリア１１ｃとモータ出力軸８ａとの支持によって、変速機用遊星キャリア１１ｃの剛性を高め、そのような片当たりの発生を抑制したものである。
【００８６】
つぎに、変速機構１１の作用について説明すると、例えば、第一太陽歯車１１ａ−１を車軸１４に対して回転不能とした場合、リアスプロケット９からの回転速度は、変速機用遊星キャリア１１ｃから増速されてハブケース１２（変速機用外輪歯車１１ｄ）に伝達される。
【００８７】
このとき、第一太陽歯車１１ａ−１の歯数をａ１、その第一太陽歯車１１ａ−１と噛み合う変速機用遊星歯車１１ｂの歯数をｂ１、変速機用外輪歯車１１ｄと噛み合う変速機用遊星歯車１１ｂの歯数をｂ２、変速機用外輪歯車１１ｄの歯数をｄ１とすると、変速機用遊星キャリア１１ｃから変速機用外輪歯車１１ｄへの増速比は
［（ａ１×ｂ２）／（ｂ１×ｄ１）］＋１
となる。このとき、第二太陽歯車１１ａ−２、第三太陽歯車１１ａ−３は空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
【００８８】
また、第二太陽歯車１１ａ−２を車軸１４に回転不能とした場合、第二太陽歯車１１ａ−２の歯数をａ２、変速機用外輪歯車１１ｄの歯数を、前述の例と同様にｄ１とすると、変速機用遊星キャリア１１ｃから変速機用外輪歯車１１ｄへの増速比は、
［ａ2／ｄ１］＋１
となる。
【００８９】
さらに、第三太陽歯車１１ａ−３を車軸１４に回転不能とした場合、第三太陽歯車１１ａ−３の歯数をａ３、その第三太陽歯車１１ａ−３と噛み合う変速機用遊星歯車１１ｂの歯数をｂ３、前述の例と同様に、変速機用外輪歯車１１ｄと噛み合う変速機用遊星歯車１１ｂの歯数をｂ２、変速機用外輪歯車１１ｄの歯数をｄ１とすると、変速機用遊星キャリア１１ｃから変速機用外輪歯車１１ｄへの増速比は、
［（ａ３×ｂ２）／（ｂ３×ｄ１）］＋１
となる。
【００９０】
また、駆動用モータ８は、変速機構１１と車軸１４の軸方向に並設されており、その駆動用モータ８の出力は、遊星歯車機構を用いた減速機構１０を介して変速機用遊星キャリア１１ｃに減速されて伝達される。
さらに、変速機用遊星キャリア１１ｃからは、変速機構１１によって増速されてハブケース１２に伝達される。このときの増速比は、変速制御機構１５により、いずれの変速機用太陽歯車１１ａが車軸１４に対して回転不能となるかによって異なる。
【００９１】
駆動用モータ８からの出力は、減速機用太陽歯車１０ａと噛み合う減速機用遊星歯車１０ｂの歯数をｂ4、減速機用外輪歯車１０ｄの歯数をｄ２、減速機用太陽歯車１０ａの歯数をａ４、減速機用外輪歯車１０ｄと噛み合う減速機用遊星歯車１０ｂの歯数をｂ5とすると、減速機用太陽歯車１０ａから変速機用遊星キャリア１１ｃへの減速比は
［（ｄ２×ｂ４）／（ａ４×ｂ５）］＋１
となる。
【００９２】
また、前進非駆動時は、後輪２からの逆入力が、ハブケース１２から変速機用遊星歯車１１ｂに伝達される。このとき、各変速機用太陽歯車１１ａと車軸１４との間に設けられたクラッチ１６によって、いずれか一つの変速機用太陽歯車１１ａは、その逆入力に対して車軸１４に対し回転不能とされ、他は回転可能とされる。
その結果、後輪２からの逆入力は、変速機構１１を介して減速されて変速機用遊星キャリア１１ｃに伝達され、さらに、減速機構１０を介して駆動用モータ８に増速されて伝達され、回生充電が可能となる。
【００９３】
これらの構成により、リアスプロケット９からの駆動力（踏力）は増速されて後輪２に伝達される。また、駆動用モータ８からの駆動力は、減速機構１０を介して減速されて変速機用遊星キャリア１１ｃに伝達され、その後、変速機構１１を介して増速されて後輪２に伝達される。
一方、後輪２からの逆入力トルクは変速機構１１により減速され、減速機構１０により増速されて駆動用モータ８に伝わり、回生充電が可能な状態となる。
【００９４】
つぎに、変速制御機構１５の詳細について説明する。変速制御機構１５は、図１及び図２に示すように、車軸１４の軸周りに設けられた三つの主要な部材、すなわち、制御部材１５ａ、連結部材１５ｄ、操作部材１５ｅで構成される。
【００９５】
制御部材１５ａ、連結部材１５ｄ、操作部材１５ｅは、一体として回転運動可能なようにセレーション結合によって、車軸１４の軸方向に沿って連結されている。また、制御部材１５ａは、その一部が、車軸１４と変速機用太陽歯車１１ａとの間に入り込むように配置されている。
【００９６】
制御部材１５ａには、少なくとも二個以上のボールを保持するためのポケット１５ｂが軸周り等分方位に（等配に）形成されている。
ポケット１５ｂは長手状を成し、その全長に亘って軸方向に捩れながら、すなわち、車軸１４の軸方向に対して斜め方向に交差する方向に伸びている。
【００９７】
この実施形態では、クラッチ部材１６ａは車軸１４の軸周りに四つ配置しているが、その数は自由である。ただし、係合安定性のためには、これを二つ以上とすることが望ましい。
また、そのクラッチ部材１６ａを軸周りに複数設ける場合は、これを車軸１４の軸周りに等分方位で配置することが望ましい。
【００９８】
また、車軸１４の外面には、ポケット１５ｂと同数のボール溝１４ａが形成されている。この実施形態では、ボール溝１４ａは、車軸１４の軸方向に並行に直線状に形成されている。
【００９９】
各ポケット１５ｂ内にボールが保持され、また、そのボールは、ボール溝１４ａ内に収容されている。
【０１００】
変速制御機構１５の操作部材１５ｅにはワイヤー等（図示せず）が繋がれ、前述の変速切替スイッチからの信号によってそのワイヤーが引かれ、操作部材１５ｅが車軸１４の軸周りに回転操作される。
操作部材１５ｅが車軸１４の軸周りに回転することにより、連結部材１５ｄを介して制御部材１５ａも車軸１４の軸周りに回転する。
【０１０１】
この制御部材１５ａの回転により、ボールは、長手状のポケット１５ｂの内壁に押し出されるように、車軸１４の軸方向に沿って一方向へ移動する。このとき、ボールはボール溝１４ａ内に収容されているので、そのボールの移動は、ボール溝１４ａの伸びる方向へ案内される。また、制御部材１５ａが逆方向へ回転すれば、ボールは、車軸１４の軸方向に沿って他方向へ移動する。この制御部材１５ａの逆方向への回転は、ワイヤーの動作によらず、バネ等の弾性部材の付勢力を活用し、ワイヤーの引張力が解除された際、あるいは緩められた際に自動的に行われるようにしてもよい。
【０１０２】
各変速機用太陽歯車１１ａは、それぞれその内面に、周方向に沿って凹凸が連続する花びら状のカム面１１ｋが設けられている。前述のボールの軸方向への移動により、そのボールは、変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに対面する位置と、その対面する位置から軸方向へ離脱した位置との間で移動することができる。
【０１０３】
その移動によって、ボールが、ある一つの変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに対面する位置にあれば、このカム面１１ｋと車軸１４のボール溝１４ａとがボールを介して噛み合い（図３（ａ）参照）、車軸１４とその変速機用太陽歯車１１ａとが回転不能となる。このとき、クラッチ１６は、車軸１４と変速機用太陽歯車１１ａとの軸周り両方向の相対回転に対してそれぞれ係合可能であるので、その変速機用太陽歯車１１ａは、駆動力に対しても逆入力に対しても回転不能とされる。
【０１０４】
また、ボールがカム面１１ｋに対面する位置から離脱した位置にあれば、変速機用太陽歯車１１ａが車軸１４の軸周りに回転可能となる。このため、ボールがカム面１１ｋに対面していない他の二つの変速機用太陽歯車１１ａは、駆動力に対しても逆入力に対しても車軸１４の軸周りに回転可能である。
【０１０５】
また、ボール溝１４ａには、ボールがある一つの変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに噛み合っている際に、隣り合う変速機用太陽歯車１１ａに同時に干渉しないようにするための逃げ溝１４ｂが設けられている。逃げ溝１４ｂは、図２に示すように、カム面１１ｋに対面する位置から軸方向へ離脱した位置に、ボール溝１４ａの他の部分よりもやや深く形成されている。
【０１０６】
この逃げ溝１４ｂ内にボールが入り込めば、ボールがやや内径側へ移動するので（図３（ｂ）参照）、変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに干渉しない。このため、ボールによる係合を、一つの変速機用太陽歯車１１ａから他の変速機用太陽歯車１１ａへと切替える際に、いずれの変速機用太陽歯車１１ａにも係合しない中立状態が介在することとなり、スムーズな切り替えが可能となる。
【０１０７】
変速制御機構１５の他の実施形態を、図７に示す。この実施形態は、車軸１４のボール溝１４ａを、その全長に亘って、車軸１４の軸方向に捩り状に形成したものである。すなわち、ボール溝１４ａは、車軸１４の軸方向に対して斜め方向に交差する方向へ伸びている。
【０１０８】
また、そのボール溝１４ａの車軸１４の軸方向に対する交差方向と、ポケット１５ｂの車軸１４の軸方向に対する交差方向とは、その車軸１４の軸方向に対して反対方向である。すなわち、車軸１４の軸方向へ向かうにつれて、ボール溝１４ａが車軸１４の軸周り一方向へ捩れるのに対し、ポケット１５ｂは軸周り他方向へ捩れている。
【０１０９】
また、ポケット１５ｂとボール溝１４ａはそれぞれ直線状に伸びており、そのポケット１５ｂとボール溝１４ａとの交差角度は３０度以上となっている。この交差角度（捩れ角度）が３０度以上であれば、制御部材１５ａを回転させた際に、スムーズなボールの軸方向移動が可能である。
なお、このポケット１５ｂとボール溝１４ａの車軸１４の軸方向に対する捩れ角は、その車軸１４の軸方向を挟んで、互いに逆方向に同角であることが望ましい。
【０１１０】
変速制御機構１５のさらに他の実施形態を図８及び図９に示す。この実施形態は、クラッチ部材１６ａをボールとし、そのボールを、各変速機用太陽歯車１１ａに対してそれぞれ軸方向へ移動しないように取り付けている。なお、各ボールは、車軸１４内に設けられた半径方向の孔１４ｃ内に収容された弾性部材１６ｂによって、その車軸１４内の固定要素１４ｄに接続されている。各ボールは、弾性部材１６ｂの弾性力によって、外径方向へ付勢されている。
【０１１１】
変速制御機構１５の制御部材１５ａを、車軸１４の軸周りに回転させることで、その制御部材１５ａに設けた孔１５ｃ（車軸１４の半径方向に貫通する孔１５ｃ）にボールが臨めば、そのボールは孔１５ｃを通じて外径方向へ突出し、対面する変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに係合可能な状態となる（図９（ａ）参照）。孔１５ｃに臨んでいないボールは、その制御部材１５ａによって外径方向への突出が押さえられるので、変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに係合不可能な状態となる（図９（ｂ）参照）。
【０１１２】
この孔１５ｃは、一つの変速機用太陽歯車１１ａに対応して、周方向に並ぶボールの数と同数（この実施形態では四個）設けられたものを一群とし、その一群の孔１５ｃが、変速機用太陽歯車１１ａの数と同数だけ軸方向に並列して設けられている。軸方向に並列する孔１５ｃ同士は、互いに軸周り方位が異なる位置に設けられている。
【０１１３】
このため、各変速機用太陽歯車１１ａのうち、一つの変速機用太陽歯車１１ａに対してのみ周方向に並んでいる全てのボールにそれぞれ孔１５ｃが臨み、その孔１５ｃを通じてボールが外径方向に突出する。これにより、その変速機用太陽歯車１１ａを車軸１４に対して軸周り両回転方向に回転不能とする。
【０１１４】
また、この状態で、他の変速機用太陽歯車１１ａに対しては、ボールが孔１５ｃに臨まないように孔１５ｃの位置が設定されており、これらのボールは外径方向に突出しない。このため、他の変速機用太陽歯車１１ａは、車軸１４に対して軸周り両回転方向に回転可能となる。
【０１１５】
すなわち、ボールは、制御部材１５ａの孔１５ｃに入り込むことで、変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに係合可能な位置に移動し、孔１５ｃから出れば（孔１５ｃに入り込まない位置にあれば）、そのカム面１１ｋに係合可能な位置から離脱した位置に移動する。また、複数の変速機用太陽歯車１１ａのうち、一つの変速機用太陽歯車１１ａについてのみ、クラッチ部材１６ａとしてのボールはカム面１１ｋに係合可能となり、他の変速機用太陽歯車１１ａについては、クラッチ部材１６ａとしてのボールはカム面１１ｋに係合不可能な状態となる。
【０１１６】
変速制御機構１５のさらに他の実施形態を図１０及び図１１に示す。この実施形態は、前述の実施形態におけるクラッチ部材１６ａとしてのボールに代えて、キー部材を用いたものである。
【０１１７】
キー部材は、各変速機用太陽歯車１１ａに対してそれぞれ軸方向に移動しないように取り付けている。また、各キー部材は、車軸１４内に設けられた半径方向の孔１４ｃ内に収容された弾性部材１６ｂによって、車軸１４内の固定要素１４ｄに接続されている。各キー部材は、弾性部材１６ｂの弾性力によって、外径方向へ付勢されている。その作用については、ボールを用いた前述の実施形態と同様である。
【符号の説明】
【０１１８】
１ リアハブ（ハブ）
２ 後輪（駆動輪）
３ ペダル
４ 駆動力伝達要素（チェーン）
５ ハンドル
６ フレーム
７ ハブフランジ
８ 駆動用モータ
８ａ モータ出力軸
８ｂ モータハウジング
９ リアスプロケット（スプロケット）
１０ 減速機構
１０ａ 減速機用太陽歯車
１０ｂ 減速機用遊星歯車
１０ｄ 減速機用外輪歯車
１１ 変速機構
１１ａ 変速機用太陽歯車
１１ａ−１ 第一太陽歯車
１１ａ−２ 第二太陽歯車
１１ａ−３ 第三太陽歯車
１１ｂ 変速機用遊星歯車
１１ｃ 変速機用遊星キャリア
１１ｄ 変速機用外輪歯車
１１ｅ 遊星キャリア軸
１１ｆ 間隔材
１１ｇ 第一キャリア部材
１１ｈ 第二キャリア部材
１１ｋ カム面
１２ ハブケース
１４ 車軸
１５ 変速制御機構
１５ａ 制御部材
１５ｂ ポケット
１５ｃ 孔
１５ｄ 連結部材
１５ｅ 操作部材
１６ クラッチ
１６ａ クラッチ部材
２１，２２，２３，２４，２５，２６ 軸受部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車及び電動二輪車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自転車の変速機には、様々な種類のものが存在する。このような中で、一般的には、クランク軸又は駆動輪の車軸の何れか一方、もしくは両方の同軸上に多段のスプロケットを設け、ディレイラーによってチェーンをスプロケット間で移動させることによって変速する方式（外装変速機）と、駆動輪のハブの内部に設けた歯車を掛けかえることによって変速する方式（内装変速機）がある。
【０００３】
外装変速機は、構造が簡単で軽量であるが、スプロケットやチェーンが摩耗する原因になり、チェーン外れの原因にもなる。一方、内装変速機は、防塵、防水性に優れており、メンテナンスフリーといった利点があるため、シティサイクルに使われることが多い。
【０００４】
ところで、電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車や電動二輪車において、その自転車の駆動輪である後輪のリアハブ内に、モータ、減速機、変速機構が備えられたものがある。
なお、電動補助自転車と電動二輪車とは、アシスト比率等の要件によって法令上その呼び名が区別されるが、ここでは、以下、電動補助自転車と総称して説明する。
【０００５】
このように、ハブに駆動用のモータを設けた、所謂ハブモータ方式の電動補助自転車は、これを、変速機と組み合わせる場合、前記外装変速機、又は内装変速機のいずれかを用いることができる。
【０００６】
ただし、外装変速機を用いる場合、ハブの構造は、主としてモータと減速機とから構成されるので簡素となるが、前述のような外装変速機ゆえのメンテナンス上の問題がある。一方、内装変速機を用いる場合、ハブの構造は、モータ、減速機及び変速機構とから構成されるので、ハブ自体の構造は複雑となるが、前述のような内装変速機ゆえの利点があるので有利である。
【０００７】
現在のところ、電動補助自転車はシティサイクルを中心に展開しており、その殆どが内装変速機を採用している。従って、ハブモータ方式の電動補助自転車においても、内装変速機構とすることが望ましいと考えられている。
【０００８】
この種の内装変速機構を備えた電動補助自転車の構造として、例えば、特許文献１，２に記載のものがある。
【０００９】
これらの構造では、ハブ内において、電動機（駆動用モータ）、減速機構、変速機構が配置されている。電動機による駆動機構としては、駆動用の電動機と、その電動機の回転数を減速する動力系の減速機構を内蔵している。また、人力の入力機構としては、駆動輪の車軸に入力用のスプロケットが設けられ、その車軸より外周に向かって変速機構、減速機構を順に配置している。
【００１０】
ハブは、回転ケーシングと固定ケーシングとを備え、前記人力系の入力機構は回転ケーシング側に、前記電動機による駆動機構は、主として固定ケーシング側に配置されている。
【００１１】
ペダルによって与えられた人力は、チェーンによって駆動輪のスプロケットに伝達され、変速機構で変速された後、人力系の減速機構に伝達されて、回転ケーシングを通じて駆動輪を回転させる。また、電動機による駆動力は、前述の人力系の減速機構とは別に備えた動力系の減速機構で減速されて、その後、回転ケーシングにおいて人力駆動力と電動駆動力とが合力されて、駆動輪に伝達される。
【００１２】
このとき、電気信号に変換された前記人力による駆動力と、速度センサからの走行速度の電気信号とが、その電動補助自転車が備える制御部に入力され、その制御部が、所定の条件に基づいて駆動信号を出力し、電動機を制御するようになっている。
【００１３】
しかし、これらの構造では、電動機は、車軸の軸心から偏心した位置に配置されている。このため、ハブの外径が大きくなるという問題がある。ハブの外径が大きいと、重量バランスが悪くなる傾向がある。
【００１４】
この点、特許文献３，４に記載の構造によれば、減速機構、電動機、変速機構を車軸上に併設した構成となっているから、上記ハブの大型化は抑制できる。
【００１５】
すなわち、これらの構造では、駆動輪である後輪のハブ内に、減速機構、電動機と変速機構とが車幅方向に並設されており、ペダルによって与えられた人力は、チェーンを介して後輪のスプロケットに伝達され、一方向クラッチを経て変速機で変速された後、回転ケーシングを通じて駆動輪を回転させる。また、電動機による駆動力は、その車軸の周囲に設けた遊星歯車機構からなる減速機構で減速されて、その後、回転ケーシングにおいて人力駆動力と電動駆動力とが合力されて、駆動輪に伝達されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平９−５８５６８号公報
【特許文献２】特開２０００−０４３７８０号公報
【特許文献３】特開２００２−２９３２８５号公報
【特許文献４】特開２００３−１６００８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、上記特許文献３，４に記載の構造によれば、電動機からの出力は減速機構を介してハブケース（回転ケーシング）に伝達され、ペダルからの駆動力は変速機構を介してハブケース（回転ケーシング）に伝達されている。
【００１８】
このため、車軸の軸心に沿って並列する減速機、電動機、変速機構の三つの機構は、それぞれ独立した構造となっている。すなわち、人力駆動力の伝達機構と、電動駆動力の伝達機構とが、それぞれ別ルートで独立して介在している。
【００１９】
駆動輪の車軸方向のスペースには限りがあるので、このような構造では、変速機構のスペースが小さくなり、変速段数を増やすことが困難である。
【００２０】
そこで、この発明は、駆動輪のハブ内に、車軸の軸心に沿って減速機構、電動機、変速機構の三つの機構を並列に備えた構成において、装置をコンパクトにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を解決するために、この発明は、駆動輪のハブ内部に、変速機構、減速機構及び駆動用モータを車軸の軸方向に並列して配置し、前記変速機構は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも一つの変速機用太陽歯車と、その変速機用太陽歯車に噛み合う変速機用遊星歯車、及びその変速機用遊星歯車を保持する変速機用遊星キャリアとを備え、ペダルからの踏力による駆動力を駆動輪に伝達し、前記減速機構は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも一つの減速機用太陽歯車と、その減速機用太陽歯車に噛み合う減速機用遊星歯車とを備え、前記減速機用遊星歯車は前記変速機用遊星キャリアで保持され、前記駆動用モータのモータ出力軸からの駆動力を駆動輪に伝達し、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車を前記車軸の軸周りの一方向若しくは両方向に回転可能又は回転不能に切り替えて変速を行う変速制御機構を備え、前記変速機用遊星キャリアとモータ出力軸とを回転自在に支持する軸受部を備えることを特徴とする電動補助自転車又は電動二輪車を採用した。
【００２２】
この構成によれば、駆動輪のハブ内部に、変速機構、減速機構及び駆動用モータが車軸方向に並列する構成において、減速機用遊星歯車が、変速機用遊星キャリア又はその変速機用遊星キャリアと一体に回転する部材で保持される。すなわち、変速機用と減速機用のキャリアを共通化することができ、車軸方向の装置のコンパクト化が実現できる。
【００２３】
また、この構成によれば、駆動輪の車軸と駆動用モータのモータ出力軸とが軸方向に並列して配置されるが、仮に、その車軸とモータ出力軸とを直接支える構造とした場合、通常は、車軸に対して鉛直方向に荷重が作用すると、駆動輪のハブケースから変速機用遊星歯車を介して変速機用遊星キャリアに曲げモーメントが作用する。このとき、車軸にも曲げモーメントが作用し、モータ出力軸と車軸間の軸受等に過大な負荷が作用する懸念がある。
しかし、上記の構成のように、変速機用遊星キャリアで保持される減速機用遊星歯車と、駆動用モータのモータ出力軸とを軸受部で回転自在に支持することにより、車軸への曲げモーメントの負荷が抑制され、このような懸念を解消できる。
【００２４】
さらに、変速機構として遊星歯車機構を備えたハブ内において、通常、遊星キャリアは、回転支持軸受によって車軸に対して片持ち支持される。また、その遊星キャリアに取付けられる遊星歯車は、その回転支持軸受から遠く離れた位置で、トルクの伝達が成される。このため、遊星歯車を支える遊星キャリア軸には大きな曲げの力が作用するので、その剛性が弱いと変位量が大きくなるという懸念がある。変位量が大きいと、遊星歯車と外輪歯車、若しくは、遊星歯車と太陽歯車との接触において、片当たりが生じる恐れがある。
そこで、上記のように、遊星キャリアを、車軸とモータ出力軸という２つの軸に回転支持することでその剛性を確保し、そのような片当たりの発生を抑制したものである。
【００２５】
また、この構成において、前記ペダルからの踏力による駆動力は、前記ハブに対して前記車軸の軸方向一端側に設けたスプロケットを介して前記変速機構に入力され、前記ハブ内に、前記車軸の軸方向一端側から他端側に向かって変速機構、減速機構及び駆動用モータを並列して設けた構成を採用すれば、変速機構と減速機構とが近接するので、変速機用と減速機用のキャリアを共通化するための構造を簡素とし得る。
【００２６】
また、これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とは、互いに異なる遊星キャリア軸によって前記変速機用遊星キャリアにそれぞれ保持される構成を採用することもできるが、これを、同一の遊星キャリア軸によって前記変速機用遊星キャリアに保持される構成とすることができる。変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車とが、同一の遊星キャリア軸によって変速機用遊星キャリアに保持されれば、変速機用と減速機用のキャリアを共通化するための構造をさらに簡素とし得る。
【００２７】
これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とは同数とすることが望ましく、また、その場合、前記遊星キャリア軸を、前記変速機用遊星歯車及び前記減速機用遊星歯車と同数とすることが望ましい。さらに、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とは同数である場合において、前記遊星キャリア軸を、前記変速機用遊星歯車及び前記減速機用遊星歯車の数の二倍とすることもできる。
【００２８】
また、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車の数は自由に設定できるが、これらの数を同数とする場合には、例えば、その変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車の数をそれぞれ三個とする構成を採用することもできる。もちろん、個数にかかわらず、変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車は、それぞれ車軸の軸周りに等分方位に配置することが望ましい。
【００２９】
また、これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車の間に間隔材を備え、その間隔材は、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とに接することにより緩衝材として機能する構成を採用することができる。
特に、同一の遊星キャリア軸で保持された変速機用遊星歯車と減速機用遊星歯車とは異なる回転数であることから、互いの接触によって発熱、若しくは磨耗の問題が生じる恐れがあるので、その間隔材によって、発熱、摩耗、あるいは、両者が直接触れることによる損傷等を防ぐことができるからである。
【００３０】
あるいは、これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車との間に間隔材を備え、その間隔材は、全ての前記遊星キャリア軸を保持する構成を採用することができる。間隔材が遊星キャリア軸を保持することで、その遊星キャリア軸の鉛直方向荷重に対する剛性を高めることができる。
【００３１】
なお、この間隔材は、前記変速機用遊星歯車と前記減速機用遊星歯車とに接することによる緩衝材としての機能と、全ての遊星キャリア軸を保持する機能とを併せ持つ構成を採用することもできる。
【００３２】
これらの各構成において、前記変速制御機構は、前記変速機用太陽歯車と前記車軸との間に設けたクラッチ部材を介して前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成を採用することができる。
すなわち、この構成によれば、変速制御機構は、変速機用太陽歯車と車軸との間に設けたクラッチ部材を介して、駆動力に対して、変速機用太陽歯車と前記車軸とを回転可能又は回転不能に切替えることができ、その切替えによって変速を可能とし得る。
【００３３】
なお、この電動補助自転車又は電動二輪車に、回生機構を付加することもできる。すなわち、前記変速制御機構は、前記クラッチ部材を介して、前記変速機用太陽歯車と前記車軸との軸周り両方向の相対回転に対して、前記変速機用太陽歯車を前記車軸に回転可能又は回転不能に切替えることができ、前記駆動輪からの逆入力に対して、前記変速機用太陽歯車と前記車軸とを回転不能とすることにより、その逆入力により生じた回生電力を駆動用モータを通じて二次電池に還元する回生機構を備えた構成である。
【００３４】
すなわち、ペダルからの踏力による駆動力に対してのみならず、駆動輪からの逆入力に対しても、変速機用太陽歯車を車軸回りに回転可能、回転不能に切替えすることができ、その切替えに応じた適宜の状態で駆動用モータに駆動輪からの逆入力が伝達されれば、回生充電が可能となる。
このとき、その駆動輪からの逆入力は、常に駆動用モータに伝達されて二次電池に回生充電が行われるが、回生充電を行うか否かは制御可能であり、例えば、ブレーキレバーの操作によって回生充電のスイッチが入るようにすることで、必要時にのみ最適条件で回生充電を行うように設定できる。
【００３５】
また、ハブ内は、スペースに制約があることから、遊星歯車機構の太陽歯車の車軸方向長さは短くしなければならないが、この構成によれば、変速及び逆入力用のクラッチとして、クラッチ部材という同一の部材を用いることで、その機構を簡素化でき、また、装置の軸方向長さを短くすることができる。このクラッチ部材として、例えば、ボールもしくはキー、又はラチェット等を用いることができる。
【００３６】
また、これらの各構成において、前記クラッチ部材は、前記車軸の軸方向に沿って移動可能なボールであり、そのボールが、前記車軸の軸方向に沿って移動することによって、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成を採用することができる。
【００３７】
クラッチ部材としてボールを用いた構成において、前記ボールは、前記車軸の軸方向に沿って移動することにより、前記変速機用太陽歯車の内面に設けたカム面に対面する位置と、その対面する位置から離脱した位置との間で移動し、前記ボールが前記対面する位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転不能となり、前記ボールが前記離脱した位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転可能となる構成を採用することができる。
【００３８】
また、これらの各構成において、前記変速制御機構は、前記車軸と前記変速機用太陽歯車との間に制御部材を備え、前記制御部材に、前記車軸の軸方向に対して斜め方向に交差する長手状のポケットを設け、そのポケットに前記ボールを保持し、前記車軸の外面にボール溝を設け、前記制御部材を前記車軸の軸周りに回転させた際に、前記ボール溝によって前記ボールの軸方向への移動を案内する構成を採用することができる。
長手状のポケットが、車軸の軸方向に対して斜め方向に交差しているから、その制御部材を軸周りに回転させれば、ボール溝内のボールを車軸の軸方向へ移動させることができる。
【００３９】
そのボール溝は、例えば、車軸の軸方向に並行に伸びている構成とすることができる。また、ボール溝は、前記車軸の軸方向に対して斜め方向に交差する方向へ伸びて、そのボール溝の前記車軸の軸方向に対する交差方向と、前記ポケットの前記車軸の軸方向に対する交差方向とは、その車軸の軸方向に対して反対方向である構成を採用することができる。
【００４０】
さらに、前記ポケットと前記ボール溝はそれぞれ直線状に伸びており、前記ポケットと前記ボール溝との交差角度が３０度以上である構成とすれば、ボールの移動がスムーズである。
【００４１】
これらの構成において、前記ボール溝は、前記カム面に対面する位置から離脱した位置に、前記ボールが前記カム面に干渉しないようにするための逃げ溝を備える構成を採用することができる。この構成によれば、ボールがカム面に誤って干渉することが防止される。特に、車軸の軸方向に複数の太陽歯車を並列する場合に、この逃げ溝を採用すれば、意に反して隣接する太陽歯車を係合させてしまうことを防止するのに有効である。
【００４２】
また、クラッチ部材の他の構成として、例えば、クラッチ部材は、前記車軸の軸方向に固定されたボール又はキー部材であり、そのボール又はキー部材が、前記車軸の半径方向に移動することによって、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成を採用することができる。
【００４３】
このボール又はキー部材は、前記車軸の半径方向に移動することにより、前記変速機用太陽歯車の内面に設けたカム面に係合可能な位置と、その係合可能な位置から離脱した位置との間で移動し、前記ボール又はキー部材が前記係合可能な位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転不能となり、前記ボール又はキー部材が前記離脱した位置にあれば、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車が前記車軸の軸周りに回転可能となる構成を採用することができる。
【００４４】
この構成において、前記変速制御機構は、前記車軸と前記変速機用太陽歯車との間に制御部材を備え、前記制御部材を前記車軸の半径方向に貫通する孔を設け、前記ボール又はキー部材は、前記孔に入り込むことで前記係合可能な位置に移動し、前記孔から出れば、前記離脱した位置に移動する構成を採用することができる。
【００４５】
前記変速制御機構は、前記制御部材を前記車軸の軸方向に移動させることにより、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成とすることができ、前記制御部材を前記車軸の軸周りに回転させることにより、前記回転可能又は回転不能の切り替えを行う構成とすることもできる。
【００４６】
これらの各構成において、前記クラッチ部材の個数は、例えば、前記車軸周りに一つだけ配置した構成を採用してもよいが、前記車軸の軸周りに少なくとも二つ以上配置されている構成が望ましい。
また、そのとき、前記クラッチ部材が、前記車軸の軸周りに等間隔で配置されていることが望ましい。
【００４７】
また、これらの各構成において、前記減速機構の遊星歯車を二段歯車とし、その一方の歯車に駆動用モータを保持するモータハウジングに設けた減速機用外輪歯車が、他方の歯車に駆動用モータのモータ出力軸に設けた減速機用太陽歯車が噛み合っている構成を採用すれば、高減速比とすることが可能となる。
もちろん、この段数は、電動補助自転車又は電動二輪車に求められる仕様に応じて任意に設定できるから、例えば、一段とすることもできるし、三段以上とすることもできる。
【発明の効果】
【００４８】
この発明は、車軸の軸心に沿って減速機、電動機、変速機構の三つの機構を並列に備えた構成において、装置をコンパクトにすることができる。
また、変速機用遊星キャリアで保持される減速機用遊星歯車と、駆動用モータのモータ出力軸とを軸受部で回転自在に支持することにより、車軸への曲げモーメントの負荷が抑制され、歯車間の片当たりの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の一実施形態を示す縦断面図
【図２】同実施形態のクラッチの作用を示す要部拡大図
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ断面における係合時、（ｂ）は係合解除時を示す断面図
【図４】変速機用遊星キャリア及び遊星キャリア軸の組み立て状態を示す断面図
【図５】（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｂ）は変速機用遊星キャリア、変速機用遊星歯車、減速機用遊星歯車及び遊星キャリア軸の組み立て状態を示す断面図
【図６】（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｂ）は図５の変形例を示し、変速機用遊星キャリア、変速機用遊星歯車、減速機用遊星歯車及び遊星キャリア軸の組み立て状態を示す断面図
【図７】他の実施形態のクラッチの作用を示す要部拡大図
【図８】さらに、他の実施形態のクラッチの作用を示す要部拡大図
【図９】（ａ）は、図８のＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図
【図１０】さらに、他の実施形態のクラッチの作用を示す要部拡大図
【図１１】（ａ）は、図１０のＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図
【図１２】電動補助自転車の全体図
【発明を実施するための形態】
【００５０】
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。この実施形態の電動補助自転車は、駆動輪である後輪のハブ１（以下、「リアハブ１」と称する）内部に駆動用モータ８が設けられている、リアハブモータ方式の電動補助自転車である。なお、この実施形態の構成を電動二輪車としても採用でき、両者の構成は同じであるので、以下、電動補助自転車として説明する。
【００５１】
踏力による駆動力は、図１に示すように、リアハブ１に対して車軸１４の軸方向一端側（図中左側）に設けた後輪２のスプロケット９（以下、「リアスプロケット９」と称する。）を介して変速機構１１に入力されるようになっている。また、後輪２の車軸１４と同軸に設けたハブケース１２内では、車軸１４の軸方向一端側から他端側（図中右側）に向かって変速機構１１、減速機構１０及び駆動用モータ８が並列して設けられている。
【００５２】
駆動時、図１２に示すペダル３を通じて、クランク軸から伝達された踏力による駆動力が入力された場合は、フロントスプロケットとリアスプロケット９とを結ぶチェーン等の動力伝達要素４、変速機構１１を介して、後輪２に駆動力が伝達可能となっている。リアスプロケット９は、ワンウェイクラッチ２７を介して、変速機構１１の変速機用遊星キャリア１１ｃに取付けされている。
【００５３】
変速機構１１を切り替える変速制御機構１５は、リアハブ１外部において、電動補助自転車のハンドル５やフレーム６等に取り付けられた変速切替スイッチ（図示せず）により、手動もしくは電動により操作されるようになっている。
【００５４】
また、補助力としての駆動用モータ８の出力による駆動力は、リアハブ１内部の減速機構１０を介して、ハブケース１２に伝達され、後輪２に伝達可能となっている。
【００５５】
さらに、前進非駆動時には、後輪２からの逆入力が減速機構１０（逆入力の場合は増速される）等を介して駆動用モータ８に伝達され、逆入力によって生じた回生電力を、リアハブ１外部においてフレーム６等に取り付けられた二次電池に還元する回生機構を備えている。
【００５６】
変速機構１１は、三段階の増速可能な遊星歯車機構で構成されている。変速機構１１は、車軸１４の外周に設けられた三つの変速機用太陽歯車１１ａ（１１ａ−１，１１ａ−２，１１ａ−３）と、その変速機用太陽歯車１１ａに噛み合う変速機用遊星歯車１１ｂ、及びその変速機用遊星歯車１１ｂを保持する変速機用遊星キャリア１１ｃとを備えている。
【００５７】
この実施形態では、変速機用太陽歯車１１ａは三つの太陽歯車、すなわち、第一太陽歯車１１ａ−１、第二太陽歯車１１ａ−２、第三太陽歯車１１ａ−３からなる。その第一太陽歯車１１ａ−１、第二太陽歯車１１ａ−２、第三太陽歯車１１ａ−３が、それぞれクラッチ１６を介して車軸１４に接続されている。
【００５８】
変速機用遊星歯車１１ｂは、第一太陽歯車１１ａ−１、第二太陽歯車１１ａ−２、第三太陽歯車１１ａ−３に対して噛み合う歯数の異なる三段の歯車を有し、その変速機用遊星歯車１１ｂは変速機用遊星キャリア１１ｃによって保持されている。また、変速機用遊星歯車１１ｂに噛み合う変速機用外輪歯車１１ｄは、ハブケース１２と一体である。
【００５９】
この実施形態では、変速機用外輪歯車１１ｄはハブケース１２と一体に形成されているが、変速機用外輪歯車１１ｄとハブケース１２とを別体で形成して、それらを共に回転するように噛み合わせる構成も考えられる。
【００６０】
なお、変速機用太陽歯車１１ａの設置数は自由であり、必要とする変速段に応じて、例えば、１個としてもよいし、２個、３個、４個としてもよい。このとき、変速機用遊星歯車１１ｂの歯車の数は、変速機用太陽歯車１１ａの数と同数段とする。
【００６１】
また、この実施形態では、変速機用外輪歯車１１ｄは、変速機用遊星歯車１１ｂの歯数が二番目の歯車と噛み合っている。他の歯車と噛み合わせることも可能であるが、三段間の増速比幅を最も稼ぐことができるため、この実施形態が望ましい。
【００６２】
減速機構１０は、遊星歯車機構によって構成されて、一つの減速機用太陽歯車１０ａと、その減速機用太陽歯車１０ａに噛み合う減速機用遊星歯車１０ｂとを備えている。
【００６３】
この実施形態では、減速機用遊星歯車１０ｂは歯数の異なる二段の歯車を有する二段歯車であり、その歯数の少ない側の歯車に駆動用モータ８を保持するモータハウジング８ｂに設けた減速機用外輪歯車１０ｄが噛み合っている。また、歯数の多い側の歯車に、駆動用モータ８のモータ出力軸８ａに設けた減速機用太陽歯車１０ａが噛み合っている。すなわち、減速機構１０は、駆動用モータ８のモータ出力軸８ａを減速機用太陽歯車１０ａとし、二段の減速機用遊星歯車１０ｂ、モータハウジング８ｂと一体に回転する減速機用外輪歯車１０ｄ（固定）、及び、変速機構１１と共通である変速機用遊星キャリア１１ｃによって構成される。
【００６４】
減速機用遊星歯車１０ｂは、変速機用遊星キャリア１１ｃ及び変速機用遊星歯車１１ｂと遊星キャリア軸１１ｅで接続されている。つまり、減速機用遊星歯車１０ｂは変速機用遊星キャリア１１ｃで保持されて、変速機用遊星キャリア１１ｃ及び変速機用遊星歯車１１ｂと一体に車軸１４の軸周りに回転可能である。
変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂとが共通の遊星キャリア軸１１ｅで、変速機用遊星キャリア１１ｃに支持されているから、変速機構１１の遊星キャリアと減速機構１０の遊星キャリアを共通化することにより、車軸方向のコンパクト化が図られている。
【００６５】
変速機用遊星キャリア１１ｃは、図４に示すように、第一キャリア部材１１ｇ、第二キャリア部材１１ｈと、その第一キャリア部材１１ｇと第二キャリア部材１１ｈとを結ぶ前記遊星キャリア軸１１ｅを備える。第一キャリア部材１１ｇと第二キャリア部材１１ｈとは、遊星キャリア軸１１ｅによって固定される。
【００６６】
また、この変速機用遊星キャリア１１ｃが備える遊星キャリア軸１１ｅは、変速機用遊星歯車１１ｂを、その遊星キャリア軸１１ｅの軸周りに回転自由度を与えて保持している構成である。減速機用遊星歯車１０ｂについても同様に、遊星キャリア軸１１ｅが、減速機用遊星歯車１０ｂを、その遊星キャリア軸１１ｅの軸周りに回転自由度を与えて保持している。
【００６７】
なお、この実施形態では、変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂとを同数（三個）としている。
【００６８】
遊星キャリア軸１１ｅの数は自由に設定でき、例えば、その変速機用遊星歯車１１ｂ及び前記減速機用遊星歯車１０ｂと同数（三本）としてもよいが、この実施形態では、図５に示すように、遊星キャリア軸１１ｅを、その変速機用遊星歯車１１ｂ及び前記減速機用遊星歯車１０ｂの数の二倍（六本）としている。
【００６９】
遊星キャリア軸１１ｅを、変速機用遊星歯車１１ｂ及び減速機用遊星歯車１０ｂの数の二倍、即ち六本で構成すれば、変速機用遊星キャリア１１ｃの剛性をさらに増加させることが可能である。
【００７０】
また、その六本の遊星キャリア軸１１ｅを、同じＰＣＤ位置（車軸１４の軸心から等距離にある位置）で構成することで、変速機用遊星歯車１１ｂ、減速機用遊星歯車１０ｂが、どの遊星キャリア軸１１ｅに対しても選択的に設定できるようになり、設計の自由度が高まる。
【００７１】
また、この実施形態では、変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂの数をそれぞれ三個としているが、その変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂの数はそれぞれ自由に設定できる。ただし、変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂとは、荷重バランスを取るために同数であることが望ましい。
【００７２】
なお、変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂの数を同数とし、さらに、遊星キャリア軸１１ｅをそれと同数とすれば、変速機用遊星キャリア１１ｃを簡単な構成とでき、その組み立てが容易である。
【００７３】
このとき、同一の遊星キャリア軸１１ｅで保持された変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂとは異なる回転数であることから、互いの接触によって発熱、若しくは磨耗の問題が生じる恐れがある。このため、変速機用遊星歯車１１ｂと減速機用遊星歯車１０ｂとの間に間隔材１１ｆを配置するとよい。
【００７４】
なお、この実施形態では、間隔材１１ｆは、環状を成す板状部材であり、金属や樹脂等で構成される。また、間隔材１１ｆは、遊星キャリア軸１１ｅに相当する位置に、その遊星キャリア軸１１ｅ用の挿通孔を備える。
【００７５】
このため、間隔材１１ｆは、変速機用遊星歯車１１ｂの端面と減速機用遊星歯車１０ｂの端面とに接することにより、前述のように緩衝材として機能するとともに、前記挿通孔でもって、全ての遊星キャリア軸１１ｅを保持する機能を発揮する。間隔材１１ｆは、遊星キャリア軸１１ｅを保持することによって、変速機用遊星キャリア１１ｃの曲げ剛性を高める効果を発揮する。
【００７６】
さらに、遊星キャリア軸１１ｅの数が、変速機用遊星歯車１１ｂや減速機用遊星歯車１０ｂの数よりも多いとき、例えば、図６に示すように、その変速機用遊星歯車１１ｂや減速機用遊星歯車１０ｂを、それぞれ異なる遊星キャリア軸１１ｅで保持する構成とすることもできる。
この構成によれば、一本の遊星キャリア軸１１ｅにかかる荷重を抑え、変速機用遊星キャリア１１ｃの強度を高めることができる。
【００７７】
変速機構１１は、車軸１４の外周に設けられた三つの変速機用太陽歯車１１ａ（第一太陽歯車１１ａ−１、第二太陽歯車１１ａ−２、第三太陽歯車１１ａ−３）が、変速制御機構１５の操作によって、駆動力と逆入力のそれぞれに対していずれか一つの変速機用太陽歯車１１ａを選択的に車軸１４の軸回りに回転可能又は回転不能に切替えて変速できるようになっている。
【００７８】
その切替えは、変速機用太陽歯車１１ａと車軸１４との間に設けられたクラッチ１６（クラッチ部材１６ａ）を介して行われる。
【００７９】
クラッチ１６は、車軸１４の軸方向に沿って移動可能なボールからなるクラッチ部材１６ａを備え、そのボールが、車軸１４の軸方向に沿って移動することによって、変速機用太陽歯車１１ａと車軸１４との軸周り両方向の相対回転に対して、いずれか一つの変速機用太陽歯車１１ａを選択的に車軸１４の軸回りに回転不能に、他を回転可能に切替える。
【００８０】
この実施形態では、変速制御機構１５は、車軸１４の軸周りに設けた制御部材１５ａを車軸１４の軸周りに回転させることによって、クラッチ部材１６ａを車軸１４の軸方向に沿って移動させ、その移動によって、変速機用太陽歯車１１ａと車軸１４とを、軸周り両方向の相対回転に対して、回転可能又は回転不能に切替えることができる。
【００８１】
また、変速機用遊星キャリア１１ｃと変速制御機構１５の制御部材１５ａとの間、変速制御機構１５の制御部材１５ａと車軸１４との間、変速機用遊星キャリア１１ｃとハブケース１２との間、及びハブケース１２とモータハウジング８ｂとの間、モータハウジング８ｂとモータ出力軸８ａとの間には、それぞれ軸受部２１，２６，２２，２３，２４が設けられて、互いに軸周り相対回転可能となっている。
【００８２】
さらに、変速機用遊星キャリア１１ｃとモータ出力軸８ａとの間には、軸受部２５が設けられて、互いに軸周り相対回転可能となっている。車軸１４とモータ出力軸８ａとは接続されておらず、両者は独立して回転する。
軸受部２５は、変速機用遊星キャリア１１ｃの第二キャリア部材１１ｈと、駆動用モータ８のモータ出力軸８ａとの間に設けられ、その第二キャリア部材１１ｈとモータ出力軸８ａとを回転自在に支持する。この実施形態では、軸受部２５に玉軸受を採用しているが、他の軸受構造を採用してもよい。
【００８３】
この点について説明すると、仮に、軸方向に並列して配置される駆動輪の車軸１４と駆動用モータ８のモータ出力軸８ａとを、直接、軸受等で支える構造とした場合、通常は、車軸に対して鉛直方向に荷重が作用すると、駆動輪のハブケース１２から変速機用遊星歯車１１ｂを介して変速機用遊星キャリア１１ｃに曲げモーメントが作用する。このとき、車軸１４にも曲げモーメントが作用し、モータ出力軸８ａと車軸１４間の軸受等に過大な負荷が作用する懸念がある。
【００８４】
しかし、この実施形態のように、変速機用遊星キャリア１１ｃで保持される減速機用遊星歯車１０ｂと、駆動用モータ８のモータ出力軸８ａとを軸受部２５で回転自在に支持することにより、車軸１４への曲げモーメントの負荷が抑制され、このような懸念を解消できる。
すなわち、変速機用遊星キャリア１１ｃを、その軸方向両端で、車軸１４とモータ出力軸８ａという２つの軸に回転支持することで、車軸１４への曲げモーメントの負荷を抑制したのである。
【００８５】
また、変速機用遊星キャリア１１ｃを、その軸方向両端で、車軸１４とモータ出力軸８ａという２つの軸に回転支持することで、その変速機用遊星キャリア１１ｃの剛性を高めている。
すなわち、変速機用遊星歯車１１ｂや減速機用遊星歯車１０ｂを支える遊星キャリア軸１１ｅには、通常、大きな曲げの力が作用するので、その剛性が弱いと変位量が大きくなる。変位量が大きいと、遊星歯車と外輪歯車、若しくは、遊星歯車と太陽歯車との接触において、片当たりが生じる恐れがある。そこで、軸受部２５による変速機用遊星キャリア１１ｃとモータ出力軸８ａとの支持によって、変速機用遊星キャリア１１ｃの剛性を高め、そのような片当たりの発生を抑制したものである。
【００８６】
つぎに、変速機構１１の作用について説明すると、例えば、第一太陽歯車１１ａ−１を車軸１４に対して回転不能とした場合、リアスプロケット９からの回転速度は、変速機用遊星キャリア１１ｃから増速されてハブケース１２（変速機用外輪歯車１１ｄ）に伝達される。
【００８７】
このとき、第一太陽歯車１１ａ−１の歯数をａ１、その第一太陽歯車１１ａ−１と噛み合う変速機用遊星歯車１１ｂの歯数をｂ１、変速機用外輪歯車１１ｄと噛み合う変速機用遊星歯車１１ｂの歯数をｂ２、変速機用外輪歯車１１ｄの歯数をｄ１とすると、変速機用遊星キャリア１１ｃから変速機用外輪歯車１１ｄへの増速比は
［（ａ１×ｂ２）／（ｂ１×ｄ１）］＋１
となる。このとき、第二太陽歯車１１ａ−２、第三太陽歯車１１ａ−３は空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
【００８８】
また、第二太陽歯車１１ａ−２を車軸１４に回転不能とした場合、第二太陽歯車１１ａ−２の歯数をａ２、変速機用外輪歯車１１ｄの歯数を、前述の例と同様にｄ１とすると、変速機用遊星キャリア１１ｃから変速機用外輪歯車１１ｄへの増速比は、
［ａ2／ｄ１］＋１
となる。
【００８９】
さらに、第三太陽歯車１１ａ−３を車軸１４に回転不能とした場合、第三太陽歯車１１ａ−３の歯数をａ３、その第三太陽歯車１１ａ−３と噛み合う変速機用遊星歯車１１ｂの歯数をｂ３、前述の例と同様に、変速機用外輪歯車１１ｄと噛み合う変速機用遊星歯車１１ｂの歯数をｂ２、変速機用外輪歯車１１ｄの歯数をｄ１とすると、変速機用遊星キャリア１１ｃから変速機用外輪歯車１１ｄへの増速比は、
［（ａ３×ｂ２）／（ｂ３×ｄ１）］＋１
となる。
【００９０】
また、駆動用モータ８は、変速機構１１と車軸１４の軸方向に並設されており、その駆動用モータ８の出力は、遊星歯車機構を用いた減速機構１０を介して変速機用遊星キャリア１１ｃに減速されて伝達される。
さらに、変速機用遊星キャリア１１ｃからは、変速機構１１によって増速されてハブケース１２に伝達される。このときの増速比は、変速制御機構１５により、いずれの変速機用太陽歯車１１ａが車軸１４に対して回転不能となるかによって異なる。
【００９１】
駆動用モータ８からの出力は、減速機用太陽歯車１０ａと噛み合う減速機用遊星歯車１０ｂの歯数をｂ4、減速機用外輪歯車１０ｄの歯数をｄ２、減速機用太陽歯車１０ａの歯数をａ４、減速機用外輪歯車１０ｄと噛み合う減速機用遊星歯車１０ｂの歯数をｂ5とすると、減速機用太陽歯車１０ａから変速機用遊星キャリア１１ｃへの減速比は
［（ｄ２×ｂ４）／（ａ４×ｂ５）］＋１
となる。
【００９２】
また、前進非駆動時は、後輪２からの逆入力が、ハブケース１２から変速機用遊星歯車１１ｂに伝達される。このとき、各変速機用太陽歯車１１ａと車軸１４との間に設けられたクラッチ１６によって、いずれか一つの変速機用太陽歯車１１ａは、その逆入力に対して車軸１４に対し回転不能とされ、他は回転可能とされる。
その結果、後輪２からの逆入力は、変速機構１１を介して減速されて変速機用遊星キャリア１１ｃに伝達され、さらに、減速機構１０を介して駆動用モータ８に増速されて伝達され、回生充電が可能となる。
【００９３】
これらの構成により、リアスプロケット９からの駆動力（踏力）は増速されて後輪２に伝達される。また、駆動用モータ８からの駆動力は、減速機構１０を介して減速されて変速機用遊星キャリア１１ｃに伝達され、その後、変速機構１１を介して増速されて後輪２に伝達される。
一方、後輪２からの逆入力トルクは変速機構１１により減速され、減速機構１０により増速されて駆動用モータ８に伝わり、回生充電が可能な状態となる。
【００９４】
つぎに、変速制御機構１５の詳細について説明する。変速制御機構１５は、図１及び図２に示すように、車軸１４の軸周りに設けられた三つの主要な部材、すなわち、制御部材１５ａ、連結部材１５ｄ、操作部材１５ｅで構成される。
【００９５】
制御部材１５ａ、連結部材１５ｄ、操作部材１５ｅは、一体として回転運動可能なようにセレーション結合によって、車軸１４の軸方向に沿って連結されている。また、制御部材１５ａは、その一部が、車軸１４と変速機用太陽歯車１１ａとの間に入り込むように配置されている。
【００９６】
制御部材１５ａには、少なくとも二個以上のボールを保持するためのポケット１５ｂが軸周り等分方位に（等配に）形成されている。
ポケット１５ｂは長手状を成し、その全長に亘って軸方向に捩れながら、すなわち、車軸１４の軸方向に対して斜め方向に交差する方向に伸びている。
【００９７】
この実施形態では、クラッチ部材１６ａは車軸１４の軸周りに四つ配置しているが、その数は自由である。ただし、係合安定性のためには、これを二つ以上とすることが望ましい。
また、そのクラッチ部材１６ａを軸周りに複数設ける場合は、これを車軸１４の軸周りに等分方位で配置することが望ましい。
【００９８】
また、車軸１４の外面には、ポケット１５ｂと同数のボール溝１４ａが形成されている。この実施形態では、ボール溝１４ａは、車軸１４の軸方向に並行に直線状に形成されている。
【００９９】
各ポケット１５ｂ内にボールが保持され、また、そのボールは、ボール溝１４ａ内に収容されている。
【０１００】
変速制御機構１５の操作部材１５ｅにはワイヤー等（図示せず）が繋がれ、前述の変速切替スイッチからの信号によってそのワイヤーが引かれ、操作部材１５ｅが車軸１４の軸周りに回転操作される。
操作部材１５ｅが車軸１４の軸周りに回転することにより、連結部材１５ｄを介して制御部材１５ａも車軸１４の軸周りに回転する。
【０１０１】
この制御部材１５ａの回転により、ボールは、長手状のポケット１５ｂの内壁に押し出されるように、車軸１４の軸方向に沿って一方向へ移動する。このとき、ボールはボール溝１４ａ内に収容されているので、そのボールの移動は、ボール溝１４ａの伸びる方向へ案内される。また、制御部材１５ａが逆方向へ回転すれば、ボールは、車軸１４の軸方向に沿って他方向へ移動する。この制御部材１５ａの逆方向への回転は、ワイヤーの動作によらず、バネ等の弾性部材の付勢力を活用し、ワイヤーの引張力が解除された際、あるいは緩められた際に自動的に行われるようにしてもよい。
【０１０２】
各変速機用太陽歯車１１ａは、それぞれその内面に、周方向に沿って凹凸が連続する花びら状のカム面１１ｋが設けられている。前述のボールの軸方向への移動により、そのボールは、変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに対面する位置と、その対面する位置から軸方向へ離脱した位置との間で移動することができる。
【０１０３】
その移動によって、ボールが、ある一つの変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに対面する位置にあれば、このカム面１１ｋと車軸１４のボール溝１４ａとがボールを介して噛み合い（図３（ａ）参照）、車軸１４とその変速機用太陽歯車１１ａとが回転不能となる。このとき、クラッチ１６は、車軸１４と変速機用太陽歯車１１ａとの軸周り両方向の相対回転に対してそれぞれ係合可能であるので、その変速機用太陽歯車１１ａは、駆動力に対しても逆入力に対しても回転不能とされる。
【０１０４】
また、ボールがカム面１１ｋに対面する位置から離脱した位置にあれば、変速機用太陽歯車１１ａが車軸１４の軸周りに回転可能となる。このため、ボールがカム面１１ｋに対面していない他の二つの変速機用太陽歯車１１ａは、駆動力に対しても逆入力に対しても車軸１４の軸周りに回転可能である。
【０１０５】
また、ボール溝１４ａには、ボールがある一つの変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに噛み合っている際に、隣り合う変速機用太陽歯車１１ａに同時に干渉しないようにするための逃げ溝１４ｂが設けられている。逃げ溝１４ｂは、図２に示すように、カム面１１ｋに対面する位置から軸方向へ離脱した位置に、ボール溝１４ａの他の部分よりもやや深く形成されている。
【０１０６】
この逃げ溝１４ｂ内にボールが入り込めば、ボールがやや内径側へ移動するので（図３（ｂ）参照）、変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに干渉しない。このため、ボールによる係合を、一つの変速機用太陽歯車１１ａから他の変速機用太陽歯車１１ａへと切替える際に、いずれの変速機用太陽歯車１１ａにも係合しない中立状態が介在することとなり、スムーズな切り替えが可能となる。
【０１０７】
変速制御機構１５の他の実施形態を、図７に示す。この実施形態は、車軸１４のボール溝１４ａを、その全長に亘って、車軸１４の軸方向に捩り状に形成したものである。すなわち、ボール溝１４ａは、車軸１４の軸方向に対して斜め方向に交差する方向へ伸びている。
【０１０８】
また、そのボール溝１４ａの車軸１４の軸方向に対する交差方向と、ポケット１５ｂの車軸１４の軸方向に対する交差方向とは、その車軸１４の軸方向に対して反対方向である。すなわち、車軸１４の軸方向へ向かうにつれて、ボール溝１４ａが車軸１４の軸周り一方向へ捩れるのに対し、ポケット１５ｂは軸周り他方向へ捩れている。
【０１０９】
また、ポケット１５ｂとボール溝１４ａはそれぞれ直線状に伸びており、そのポケット１５ｂとボール溝１４ａとの交差角度は３０度以上となっている。この交差角度（捩れ角度）が３０度以上であれば、制御部材１５ａを回転させた際に、スムーズなボールの軸方向移動が可能である。
なお、このポケット１５ｂとボール溝１４ａの車軸１４の軸方向に対する捩れ角は、その車軸１４の軸方向を挟んで、互いに逆方向に同角であることが望ましい。
【０１１０】
変速制御機構１５のさらに他の実施形態を図８及び図９に示す。この実施形態は、クラッチ部材１６ａをボールとし、そのボールを、各変速機用太陽歯車１１ａに対してそれぞれ軸方向へ移動しないように取り付けている。なお、各ボールは、車軸１４内に設けられた半径方向の孔１４ｃ内に収容された弾性部材１６ｂによって、その車軸１４内の固定要素１４ｄに接続されている。各ボールは、弾性部材１６ｂの弾性力によって、外径方向へ付勢されている。
【０１１１】
変速制御機構１５の制御部材１５ａを、車軸１４の軸周りに回転させることで、その制御部材１５ａに設けた孔１５ｃ（車軸１４の半径方向に貫通する孔１５ｃ）にボールが臨めば、そのボールは孔１５ｃを通じて外径方向へ突出し、対面する変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに係合可能な状態となる（図９（ａ）参照）。孔１５ｃに臨んでいないボールは、その制御部材１５ａによって外径方向への突出が押さえられるので、変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに係合不可能な状態となる（図９（ｂ）参照）。
【０１１２】
この孔１５ｃは、一つの変速機用太陽歯車１１ａに対応して、周方向に並ぶボールの数と同数（この実施形態では四個）設けられたものを一群とし、その一群の孔１５ｃが、変速機用太陽歯車１１ａの数と同数だけ軸方向に並列して設けられている。軸方向に並列する孔１５ｃ同士は、互いに軸周り方位が異なる位置に設けられている。
【０１１３】
このため、各変速機用太陽歯車１１ａのうち、一つの変速機用太陽歯車１１ａに対してのみ周方向に並んでいる全てのボールにそれぞれ孔１５ｃが臨み、その孔１５ｃを通じてボールが外径方向に突出する。これにより、その変速機用太陽歯車１１ａを車軸１４に対して軸周り両回転方向に回転不能とする。
【０１１４】
また、この状態で、他の変速機用太陽歯車１１ａに対しては、ボールが孔１５ｃに臨まないように孔１５ｃの位置が設定されており、これらのボールは外径方向に突出しない。このため、他の変速機用太陽歯車１１ａは、車軸１４に対して軸周り両回転方向に回転可能となる。
【０１１５】
すなわち、ボールは、制御部材１５ａの孔１５ｃに入り込むことで、変速機用太陽歯車１１ａのカム面１１ｋに係合可能な位置に移動し、孔１５ｃから出れば（孔１５ｃに入り込まない位置にあれば）、そのカム面１１ｋに係合可能な位置から離脱した位置に移動する。また、複数の変速機用太陽歯車１１ａのうち、一つの変速機用太陽歯車１１ａについてのみ、クラッチ部材１６ａとしてのボールはカム面１１ｋに係合可能となり、他の変速機用太陽歯車１１ａについては、クラッチ部材１６ａとしてのボールはカム面１１ｋに係合不可能な状態となる。
【０１１６】
変速制御機構１５のさらに他の実施形態を図１０及び図１１に示す。この実施形態は、前述の実施形態におけるクラッチ部材１６ａとしてのボールに代えて、キー部材を用いたものである。
【０１１７】
キー部材は、各変速機用太陽歯車１１ａに対してそれぞれ軸方向に移動しないように取り付けている。また、各キー部材は、車軸１４内に設けられた半径方向の孔１４ｃ内に収容された弾性部材１６ｂによって、車軸１４内の固定要素１４ｄに接続されている。各キー部材は、弾性部材１６ｂの弾性力によって、外径方向へ付勢されている。その作用については、ボールを用いた前述の実施形態と同様である。
【符号の説明】
【０１１８】
１ リアハブ（ハブ）
２ 後輪（駆動輪）
３ ペダル
４ 駆動力伝達要素（チェーン）
５ ハンドル
６ フレーム
７ ハブフランジ
８ 駆動用モータ
８ａ モータ出力軸
８ｂ モータハウジング
９ リアスプロケット（スプロケット）
１０ 減速機構
１０ａ 減速機用太陽歯車
１０ｂ 減速機用遊星歯車
１０ｄ 減速機用外輪歯車
１１ 変速機構
１１ａ 変速機用太陽歯車
１１ａ−１ 第一太陽歯車
１１ａ−２ 第二太陽歯車
１１ａ−３ 第三太陽歯車
１１ｂ 変速機用遊星歯車
１１ｃ 変速機用遊星キャリア
１１ｄ 変速機用外輪歯車
１１ｅ 遊星キャリア軸
１１ｆ 間隔材
１１ｇ 第一キャリア部材
１１ｈ 第二キャリア部材
１１ｋ カム面
１２ ハブケース
１４ 車軸
１５ 変速制御機構
１５ａ 制御部材
１５ｂ ポケット
１５ｃ 孔
１５ｄ 連結部材
１５ｅ 操作部材
１６ クラッチ
１６ａ クラッチ部材
２１，２２，２３，２４，２５，２６ 軸受部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪のハブ（１）内部に、変速機構（１１）、減速機構（１０）及び駆動用モータ（８）を車軸（１４）の軸方向に並列して配置し、前記変速機構（１１）は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも一つの変速機用太陽歯車（１１ａ）と、その変速機用太陽歯車（１１ａ）に噛み合う変速機用遊星歯車（１１ｂ）、及びその変速機用遊星歯車（１１ｂ）を保持する変速機用遊星キャリア（１１ｃ）とを備え、ペダルからの踏力による駆動力を駆動輪に伝達し、前記減速機構（１０）は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも一つの減速機用太陽歯車（１０ａ）と、その減速機用太陽歯車（１０ａ）に噛み合う減速機用遊星歯車（１０ｂ）とを備え、前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）は前記変速機用遊星キャリア（１１ｃ）で保持され、前記駆動用モータ（８）のモータ出力軸（８ａ）からの駆動力を駆動輪に伝達し、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車（１１ａ）を前記車軸（１４）の軸周りの一方向若しくは両方向に回転可能又は回転不能に切り替えて変速を行う変速制御機構（１５）を備え、前記変速機用遊星キャリア（１１ｃ）とモータ出力軸（８ａ）とを回転自在に支持する軸受部（２５）を備えることを特徴とする電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項２】
前記ペダルからの踏力による駆動力は、前記ハブ（１）に対して前記車軸（１４）の軸方向一端側に設けたスプロケット（９）を介して前記変速機構（１１）に入力され、前記ハブ（１）内に、前記車軸（１４）の軸方向一端側から他端側に向かって変速機構（１１）、減速機構（１０）及び駆動用モータ（８）を並列して設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項３】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）とは、同一の遊星キャリア軸（１１ｅ）によって前記変速機用遊星キャリア（１１ｃ）に保持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項４】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）とは同数であり、前記遊星キャリア軸（１１ｅ）を、前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）及び前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）と同数とすることを特徴とするリアハブを用いる請求項１乃至３のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項５】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）とは同数であり、前記遊星キャリア軸（１１ｅ）を、前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）及び前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）の数の二倍とすることを特徴とするリアハブを用いる請求項１乃至３のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項６】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）の数をそれぞれ三個とすることを特徴とする請求項1乃至５のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項７】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）の間に間隔材（１１ｆ）を備え、その間隔材（１１ｆ）は、前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）とに接することにより緩衝材として機能することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項８】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）との間に間隔材（１１ｆ）を備え、その間隔材（１１ｆ）は、全ての前記遊星キャリア軸（１１ｅ）を保持することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項９】
前記変速制御機構（１５）は、前記変速機用太陽歯車（１１ａ）と前記車軸（１４）との間に設けたクラッチ部材（１６ａ）を介して前記回転可能又は回転不能の切り替えを行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項１０】
前記変速制御機構（１５）は、前記クラッチ部材（１６ａ）を介して、前記変速機用太陽歯車（１１ａ）と前記車軸（１４）との軸周り両方向の相対回転に対して、前記変速機用太陽歯車（１１ａ）を前記車軸（１４）に回転可能又は回転不能に切替えることができ、前記駆動輪からの逆入力に対して、前記変速機用太陽歯車（１１ａ）と前記車軸（１４）とを回転不能とすることにより、その逆入力により生じた回生電力を駆動用モータ（８）を通じて二次電池に還元する回生機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項１１】
前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）を二段歯車とし、その一方の歯車に前記駆動用モータ（８）を保持するモータハウジング（８ｂ）に設けた減速機用外輪歯車（１１ｄ）が、他方の歯車に前記駆動用モータ（８）のモータ出力軸（８ａ）に設けた減速機用太陽歯車（１０ａ）が噛み合っていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項１】
駆動輪のハブ（１）内部に、変速機構（１１）、減速機構（１０）及び駆動用モータ（８）を車軸（１４）の軸方向に並列して配置し、前記変速機構（１１）は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも一つの変速機用太陽歯車（１１ａ）と、その変速機用太陽歯車（１１ａ）に噛み合う変速機用遊星歯車（１１ｂ）、及びその変速機用遊星歯車（１１ｂ）を保持する変速機用遊星キャリア（１１ｃ）とを備え、ペダルからの踏力による駆動力を駆動輪に伝達し、前記減速機構（１０）は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも一つの減速機用太陽歯車（１０ａ）と、その減速機用太陽歯車（１０ａ）に噛み合う減速機用遊星歯車（１０ｂ）とを備え、前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）は前記変速機用遊星キャリア（１１ｃ）で保持され、前記駆動用モータ（８）のモータ出力軸（８ａ）からの駆動力を駆動輪に伝達し、駆動力に対して前記変速機用太陽歯車（１１ａ）を前記車軸（１４）の軸周りの一方向若しくは両方向に回転可能又は回転不能に切り替えて変速を行う変速制御機構（１５）を備え、前記変速機用遊星キャリア（１１ｃ）とモータ出力軸（８ａ）とを回転自在に支持する軸受部（２５）を備えることを特徴とする電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項２】
前記ペダルからの踏力による駆動力は、前記ハブ（１）に対して前記車軸（１４）の軸方向一端側に設けたスプロケット（９）を介して前記変速機構（１１）に入力され、前記ハブ（１）内に、前記車軸（１４）の軸方向一端側から他端側に向かって変速機構（１１）、減速機構（１０）及び駆動用モータ（８）を並列して設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項３】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）とは、同一の遊星キャリア軸（１１ｅ）によって前記変速機用遊星キャリア（１１ｃ）に保持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項４】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）とは同数であり、前記遊星キャリア軸（１１ｅ）を、前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）及び前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）と同数とすることを特徴とするリアハブを用いる請求項１乃至３のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項５】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）とは同数であり、前記遊星キャリア軸（１１ｅ）を、前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）及び前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）の数の二倍とすることを特徴とするリアハブを用いる請求項１乃至３のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項６】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）の数をそれぞれ三個とすることを特徴とする請求項1乃至５のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項７】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）の間に間隔材（１１ｆ）を備え、その間隔材（１１ｆ）は、前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）とに接することにより緩衝材として機能することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項８】
前記変速機用遊星歯車（１１ｂ）と前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）との間に間隔材（１１ｆ）を備え、その間隔材（１１ｆ）は、全ての前記遊星キャリア軸（１１ｅ）を保持することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項９】
前記変速制御機構（１５）は、前記変速機用太陽歯車（１１ａ）と前記車軸（１４）との間に設けたクラッチ部材（１６ａ）を介して前記回転可能又は回転不能の切り替えを行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項１０】
前記変速制御機構（１５）は、前記クラッチ部材（１６ａ）を介して、前記変速機用太陽歯車（１１ａ）と前記車軸（１４）との軸周り両方向の相対回転に対して、前記変速機用太陽歯車（１１ａ）を前記車軸（１４）に回転可能又は回転不能に切替えることができ、前記駆動輪からの逆入力に対して、前記変速機用太陽歯車（１１ａ）と前記車軸（１４）とを回転不能とすることにより、その逆入力により生じた回生電力を駆動用モータ（８）を通じて二次電池に還元する回生機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【請求項１１】
前記減速機用遊星歯車（１０ｂ）を二段歯車とし、その一方の歯車に前記駆動用モータ（８）を保持するモータハウジング（８ｂ）に設けた減速機用外輪歯車（１１ｄ）が、他方の歯車に前記駆動用モータ（８）のモータ出力軸（８ａ）に設けた減速機用太陽歯車（１０ａ）が噛み合っていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の電動補助自転車又は電動二輪車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１１６２１５（Ｐ２０１２−１１６２１５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６５００５（Ｐ２０１０−２６５００５）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
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