JP2012066723A - 回生機構を備えた電動補助自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】内装変速機を備えたセンタモータ方式の電動補助自転車において、装置を複雑化することなく回生充電を可能とする。
【解決手段】駆動輪のハブ１に遊星歯車機構からなる変速機構３と逆入力用ワンウェイクラッチ２と変速制御機構１０とを備える。変速機構３は太陽歯車３ａを有し、駆動力をスプロケット４を通じて駆動輪に伝達する。また、変速制御機構１０は、駆動力に対して、ラチェットクラッチからなる第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅを介して遊星キャリア３ｃと太陽歯車３ａとを相対回転可能又は相対回転不能とに切り替え、ローラクラッチからなる第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉを介して太陽歯車３ａを車軸５回りに回転可能又は回転不能とに切り替えて変速を行い、直結状態と少なくとも一段階の高速状態とに変速することを可能とする。また、逆入力に対しては、ローラクラッチからなる逆入力用ワンウェイクラッチ２を介して逆入力を伝達可能とする。
【選択図】図１

Description

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に関するものである。

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には、電動補助力を与えるためのモータ用電源としてバッテリが搭載される。このバッテリは、１回の充電で長時間走行できることが望ましいことから、自走中のエネルギーを有効に利用し、その自走中の回生発電により、バッテリを充電する機能を備えた電動補助自転車が開発されている。

その回生発電によるバッテリの充電装置として、例えば、特許文献１に、ブレーキレバーの操作を検出して回生装置に回生作動を指令する回生制御装置の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の電力回生機能を搭載する場合、例えば、特許文献２に示すように、車軸周辺にモータ及び変速機を設けた電動補助自転車（ハブモータ方式）の場合は、車軸とモータのロータを直結とすることで、電力回生は比較的容易に実現できる（例えば、特許文献２参照）。
しかし、このハブモータ方式の場合、モータから二次電池までの距離が遠くなりがちであり、その二次電池までの配線の取り回しが煩雑になる傾向がある。また、モータをフロントの車軸に配置すると操作性が悪化し、リア側に配置すると変速機との両立が困難になるという問題もある。

このため、電力回生機能を搭載する場合、操作性と構造の簡素化を求めるならば、例えば、特許文献３のように、クランク軸及びその軸受等を含む人力駆動系と、モータによる補助動力をクランク軸に合力させる駆動系とを単一のハウジングに収容した駆動装置、いわゆるセンタモータユニットを備えた構造（センタモータ方式）とするのが有利である（例えば、特許文献３参照）。

センタモータ方式で、電力回生機能を搭載した電動補助自転車として、例えば、特許文献４に示すものがある。
この電動補助自転車では、モータ出力軸と駆動スプロケットとの間に第一ワンウェイクラッチを設け、踏力が入力されるペダルクランク軸と駆動スプロケットとの間に第二のワンウェイクラッチを設け、さらにブレーキ操作に応じて第一ワンウェイクラッチをロックする直結手段を設けることで、制動時の電力回生を実現している。なお、リアハブとリアスプロケットとは、回生時にタイヤからの逆入力トルクをモータに伝えることができるように直結されている。

また、同じく、電力回生機能を搭載した電動補助自転車として、例えば、特許文献５に示すものがある。
この電動補助自転車では、センタモータユニット内で、モータの出力軸にブレーキ操作に連動してロック方向を切り替えることが出来るツーウェイクラッチを設け、制動時の電力回生を実現している。

すなわち、モータアシスト時には、ツーウェイクラッチを正回転方向でロックさせることにより、モータの出力を車軸に伝達することができ、モータアシストが可能となる。また、乗員のブレーキ操作に連動してツーウェイクラッチのロック方向を切替え、ツーウェイクラッチを逆回転方向でロックさせれば、車軸側からの逆入力トルク（正回転方向）をモータに伝達することができ、これによって回生発電およびブレーキアシストが可能となる。この構成では、回生時に車軸側からの逆入力トルクをモータ側に伝達させる必要があるため、リアハブとリアスプロケットとは直結としている。

特開平８−１４０２１２号公報 特開２００３−１６６５６３号公報 特開平１０−２５０６７３号公報 特開２００１−２１３３８３号公報 特開２００４−２６８８４３号公報

前述のように、電動補助自転車は、モータを、クランク軸周辺に設けたセンタモータ方式と、モータを、フロントハブ若しくはリアハブに内装したハブモータ方式とに大別できる。

ハブモータ方式では、モータの他、減速機も併せてリアハブ内に組み込む必要があるが、スペース的に高減速比とすることが困難で、大きなトルクを得ることが出来ないという問題がある。また、重量物が、自転車の重心から離れた位置に配置されることで、操縦性が悪く、モータと電池が離れることで配線の取り回しも複雑になるという問題がある。さらには、タイヤからの衝撃が直接減速機及びモータに伝わるため、故障が起きやすいという欠点がある。そのため、現在ではセンタモータ方式が主流となっている。

センタモータ方式の駆動系において、電力回生機能を搭載する場合、車輪からの逆入力トルクをモータ軸に伝えるため、上記特許文献４や特許文献５では、リアハブとリアスプロケットは直結されている。

この点、一般的な自転車の変速機構は、クランク軸又はリア車軸の何れか一方、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ッ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）とリア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。内装変速機内には通常ワンウェイクラッチが設けられており、タイヤからの逆入力はリアハブからリアスプロケットに伝わらない。
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、防水性があり、メンテナンスフリーであるためシティサイクルに使われることが多い。現在のところ、電動アシスト自転車はシティサイクル自転車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。

しかし、このように、内装変速機を採用すると、そのままでは、車輪からの逆入力はリアハブからリアスプロケットに伝わらない。このため、車輪からの逆入力によりセンタモータを回転、回生することができない。
逆入力に対応するため、例えば、車軸からクランク軸、及び車軸からモータ軸をそれぞれ別々の動力伝達要素で結合することも可能であるが、２本の伝達要素を用いることはレイアウト的にもコスト的にも商品価値の大幅な低下を招く。

そこで、この発明は、内装変速機を備えたセンタモータ方式の電動補助自転車において、できる限り装置を複雑化することなく、回生充電を可能とすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータを取り付け、クランク軸から伝達された踏力又は前記モータの出力による駆動力を駆動輪に伝達可能とし、前進非駆動時には、前記駆動輪から前記モータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を前記二次電池に還元する回生機構を備えた電動補助自転車において、前記駆動輪に設けたハブに変速機構と逆入力用ワンウェイクラッチとを備え、前記変速機構は遊星歯車機構によって構成されて、少なくとも一つの太陽歯車を有して、前記踏力又は前記モータの出力による駆動力をスプロケットを通じて前記駆動輪に伝達する機能を有し、前記変速機構は、前記太陽歯車と係合する少なくとも１つの歯車部を有する遊星歯車と、前記遊星歯車と係合する外輪歯車と、前記遊星歯車を保持する遊星キャリアとを備えており、駆動力に対して前記遊星キャリアと前記太陽歯車とを相対回転可能又は相対回転不能とに切り替える機能を有する第一変速用ワンウェイクラッチ、及び、駆動力に対して前記太陽歯車を車軸周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替える機能を有する第二変速用ワンウェイクラッチとを有し、前記第一変速用ワンウェイクラッチ及び前記第二変速用ワンウェイクラッチの切替を外部操作により行うことが可能な変速制御機構を備えており、駆動力に対して前記遊星キャリアと前記太陽歯車とを相対回転不能に且つ前記太陽歯車と前記車軸とを相対回転可能とすることにより、前記スプロケットから、前記遊星キャリア、前記遊星歯車、前記外輪歯車を介してハブケースに駆動力を伝達する低速状態と、駆動力に対して前記遊星キャリアと前記太陽歯車とを相対回転可能に且つ前記太陽歯車と前記車軸とを相対回転不能とすることにより、前記スプロケットから、前記遊星キャリア、前記遊星歯車、前記外輪歯車を介してハブケースに駆動力を伝達する少なくとも一段階の高速状態とに変速することが可能であり、前記逆入力用ワンウェイクラッチは、前記太陽歯車と前記車軸との間に設けられて、前記駆動輪からの逆入力に対して前記太陽歯車を前記車軸周りに回転不能とする機能を有しており、前記駆動輪からの逆入力を前記ハブケースから前記スプロケットに伝達可能とし、前記第一変速用ワンウェイクラッチとしてラチェットクラッチを用い、前記第二変速用ワンウェイクラッチとしてローラークラッチを用いた電動補助自転車の構成を採用した。

上記構成により、駆動前進時には、変速機構を介して駆動輪のスプロケットからハブに駆動力が伝達され、自転車は前進する。前進非駆動時には、逆入力用ワンウェイクラッチを介して、駆動輪のハブからの逆入力がスプロケットに伝達され、さらに、スプロケットから動力伝達要素を通してモータ駆動スプロケットにトルクが伝わることで、回生発電が可能となる。なお、駆動力に対しては、逆入力用ワンウェイクラッチは常に空転する。このため、内装変速機を備えたセンタモータ方式の電動補助自転車に用いられる電動補助自転車において、装置を複雑化することなく、駆動力の伝達と逆入力の伝達とを実現できる。
また、遊星キャリアと太陽歯車との間に、切替可能な変速用のワンウェイクラッチを設けたことにより、いわゆる直結状態を構成することができ、変速段数を増やしつつ装置の構成を簡素化し得る。

また、第二変速用ワンウェイクラッチとしてローラクラッチを用いることによって、変速時のタイムラグや係合によるショックを低減することが可能となる。一方、第一変速用ワンウェイクラッチはラチェットクラッチであるが、車軸と太陽歯車間に比べ、太陽歯車と遊星キャリア間ではクラッチの径を大きく取ることが可能であり、ラチェットの溝数を確保し易い。従って、第一変速用ワンウェイクラッチがラチェットクラッチ機構であっても、変速時のタイムラグを小さくすることが可能である。

なお、逆入力用ワンウェイクラッチとして、ローラクラッチやスプラグクラッチを採用することにより、回生時にタイヤからの逆入力は、タイムラグや係合によるショックを殆ど生じることなく、チェーンに伝達することが可能となる。
この点、逆入力用ワンウェイクラッチとしてラチェットクラッチを採用すると、そのクラッチ爪がクラッチカム面に噛み込むまでに、太陽歯車等が軸周りに相当角度回転する必要があるため、変速や回生時にライムラグや係合によるショックが生じるので、逆入力用ワンウェイクラッチは、ローラクラッチやスプラグクラッチが有利である。

また、この構成において、遊星歯車は複数の歯車部を有し、前太陽歯車は前記歯車部の数と同数設けられて、各歯車部に対してそれぞれ一つの太陽歯車が噛み合っており、駆動力に対して複数の太陽歯車のいずれか一つを選択的に車軸に相対回転不能とすることにより、高速状態における複数段階の変速を可能とした構成を採用することができる。この構成によれば、高速状態における変速段数を、例えば２段、３段等のように複数段階に増やすことができる。

例えば、遊星歯車の歯車部を２段として、その２段の歯車部に対応して、それぞれ太陽歯車、第二変速用ワンウェイクラッチを設け、合計３段変速とする場合を想定する。
１段目では、駆動力に対して第一変速用ワンウェイクラッチがロック（係合状態）しており、第二変速用ワンウェイクラッチは双方ともフリー（係合解除状態）とする。２段目では、第一変速用第一ワンウェイクラッチがフリーであり、第二変速用ワンウェイクラッチの一方がロックし他方がフリーである。３段目では、同じく、第一変速用第一ワンウェイクラッチがフリーであり、第二変速用ワンウェイクラッチの他方がロックし一方がフリーである。

したがって、この構成では、シフトアップ時（１段から２段、２段から３段にする時）には、タイムラグは全て、第二変速用ワンウェイクラッチのローラクラッチの係合に依存する。また、シフトダウン時には、２段から１段にする時にのみ、タイムラグは、第一変速用ワンウェイクラッチのラチェットクラッチの係合に依存することになる。従って、第一変速用ワンウェイクラッチにラチェットクラッチを用いても、その影響は小さい。

これらの構成において、前記第二変速用ワンウェイクラッチは、前記車軸の外面に設けられた変速用ローラクラッチカム面と、その変速用ローラクラッチカム面と前記太陽歯車の内面との間に配置されたローラと、そのローラを保持する保持器とを備え、前記ローラは弾性部材によって駆動力に対して係合する方向に付勢されており、前記変速制御機構を操作することにより、前記ローラを、前記太陽歯車と前記車軸との係合状態又は係合解除状態とに切替えできる構成を採用することができる。
このような構成とすることで、固定部材である車軸上に保持器及びローラを配置することができるため、変速制御機構による係合の切替が容易となる。

また、前記第一変速用ワンウェイクラッチは、前記遊星キャリアに設けられた変速用ワンウェイクラッチ爪と、前記太陽歯車の外面に設けられた変速用クラッチカム面とを備えた構成を採用することができる。この構成によれば、太陽歯車の構造を簡素化することができる。

これらの構成において、前記変速制御機構は、その側面に切欠部を有する変速用切替部材を備え、前記変速用切替部材は、前記変速用ローラクラッチカム面に設けられた軸方向の溝部内に配置されて前記車軸の軸方向に移動自在であり、前記第二変速用ワンウェイクラッチのローラは、前記変速用切替部材の側面と前記保持器との間に設けたスイッチ部によって、前記弾性部材の付勢力に抗して前記係合解除状態に保持されるようになっており、前記変速用スリーブを軸方向へ移動操作することにより、前記スイッチ部が前記切欠部に入り込むと、前記弾性部材の付勢力によって前記ローラが係合状態に移行できる構成を採用することができる。

また、その変速用切替部材を備えた構成において、前記変速用切替部材は、前記第一変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪と前記変速用クラッチカム面との係合を解除することが可能な凸部を有する第一変速用ワンウェイクラッチ切替部が備えられており、前記変速用スリーブを軸方向へ移動操作することにより、前記凸部が変速用ワンウェイクラッチ爪に当接して前記係合解除状態を保持できる構成を採用することができる。

この変速制御機構の変速用切替部材は、例えば、車軸内を通って車軸外に引き出された操作部を、その車軸外から軸方向へ押し込んだり引いたりすることによって、軸方向へのスライド操作を可能とできる。
また、その変速用切替部材を、軸方向へ押し込んだり引いたりする際に、弾性部材の付勢力を利用することもできる。すなわち、例えば、変速用切替部材を弾性部材によって車軸外へ向かって付勢しておき、その変速用切替部材を押し込む際には前記付勢力に抗して行うようにし、押し込む力を解除すれば、変速用切替部材は弾性部材の付勢力によって車軸外へ引き出される構成である。

第一変速用ワンウェイクラッチ切替部は、変速用第一ワンウェイクラッチの回転運動によって、第一変速用ワンウェイクラッチ爪と変速用クラッチカム面との係合を解除することが可能な凸部を備えることから、すなわち、その第一変速用ワンウェイクラッチ切替部の凸部が、変速用ワンウェイクラッチ爪の一端から退避した位置では変速用ワンウェイクラッチ爪が変速用クラッチカム面に噛み込み、第一変速用ワンウェイクラッチ切替部の凸部が、変速用ワンウェイクラッチ爪の一端と接触する位置にあれば、変速用ワンウェイクラッチ爪が揺動運動し、変速用クラッチカム面との係合が解除されることにより、第一変速用ワンウェイクラッチの切り替えを行うことができる。この構成によれば、第二変速用ワンウェイクラッチを切り替える機能を有する変速用切替部材を、第一変速用ワンウェイクラッチの切り替えにも用いることができる。

例えば、ここで、第一変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪は、前記変速用切替部材を操作しない場合、太陽歯車の外面に設けられた変速用クラッチカム面と係合しており、遊星キャリアと太陽歯車は相対回転不能となる。このとき、第二変速用ワンウェイクラッチは、スイッチ部の作用により保持器の周方向への移動が拘束されているから、ローラはカム面に噛み込まない中立位置に保持される。すなわち、第二変速用ワンウェイクラッチは係合解除状態に維持される。

変速用切替部材を外部から軸方向に移動操作することにより、第一変速用ワンウェイクラッチ切替部によって、その第一変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪と太陽歯車の外面に設けられた変速用クラッチカム面との係合は解除され、さらに、変速用切替部材の切欠部が保持器に設けられたスイッチ部上に位置すると、変速用切替部材によって駆動力に対して係合しない方向に拘束されていたローラが、弾性部材の付勢力によって係合する方向に移動する。このとき駆動力が入力されると、ローラは太陽歯車の内面と変速用ローラクラッチカム面との間に噛み込み、太陽歯車は車軸に対して固定され、設定された増速比でリアスプロケットからの駆動力は駆動輪に伝達される。

なお、操作部の軸方向移動操作と変速用切替部材の移動を連動させるために、例えば、車軸に貫通した横穴を設け、ピンを挿入し、ピンと変速用切替部材を固定し、操作部によってピンを押すことで変速用切替部材を移動させるような構造とすることができる。このとき、前述のように、変速用切替部材を弾性部材によって、操作部がピンを軸方向に押し込むのとは逆向きに荷重を与えることによって、操作部への外部からの負荷を除去すると、弾性部材によって変速用切替部材を元の位置に戻すことができる。

この変速用切替部材を用いた構成において、前記切欠部は、その軸方向端部に、軸方向外側に向かって徐々に浅くなるテーパ面を有し、そのテーパ面に前記スイッチ部が当接する構成を採用することができる。
切欠部の軸方向端部に、軸方向外側に向かって徐々に側面側に近づくテーパ面を設けることで、スイッチ部と切欠部の一端が接触したときに、テーパ面によって円周方向に荷重を負荷することが可能となり、ローラの係合を解除することが可能となる。テーパ面の角度を小さくすることにより円周方向の荷重は増加し、係合を解除し易くすることができる。

また、逆入力用ワンウェイクラッチとして、ローラクラッチ又はスプラグクラッチを用いることにより、回生時のタイムラグや係合時のショックを低減することが可能となる。

また、遊星キャリアの内面に設けた各変速用ワンウェイクラッチ爪は円周方向に複数個備えられており、変速用ワンウェイクラッチ爪と変速用クラッチカム面が係合するときに、少なくとも一つの変速用ワンウェイクラッチ爪が変速用クラッチカム面と係合することがないよう構成する（ある変速用ワンウェイクラッチ爪と変速用クラッチカム面との位相をずらす）ことによって、変速用ワンウェイクラッチ爪が変速用クラッチカム面と係合するまでの最大時間（タイムラグ、回転角度）を短くすることができる。さらに短くするために、例えば、変速用クラッチカム面の凹凸部を４箇所以上とすることができる。

なお、これらの全ての各構成において、センタモータユニット内においては、モータの出力軸から駆動力伝達要素までの間に、アシスト時にはモータからの駆動力を伝達でき、回生発電時には前記駆動力伝達要素からの逆入力を伝達可能であるツーウェイクラッチを備えた構成を採用することができる。
このようにすれば、アシストと回生発電の切替が容易となり、アシストがない状態でペダルを漕いだとき、モータの抵抗を切り離すことができるため望ましい。このツーウェイクラッチとしては、ローラクラッチ、スプラグクラッチ等を採用することができる。

この発明は、回生エネルギーを二次電池に蓄えることができ、回生充電しない場合と比較して充電１回当たりの航続距離を大幅に延ばすことができる。また、現行の回生機能付き電動補助自転車は、フロント若しくはリアハブ内に重量の大きなモータを配置しているが、この発明によれば、モータを重心に近いクランク軸付近に配置することができるため、自転車全体の操縦性がよい。また、変速機構を備えているためにスタート時の踏力が少なくて済み、バランスを崩し難い上にアシストパワーも節約でき、更に航続距離が延びる。変速機構はハブに内装されるため、耐久性が高くメンテナンスフリーとすることができる。 さらに、逆入力伝達用のクラッチを車軸と太陽歯車との間に設け、遊星キャリアと太陽歯車間に、変速用の切替可能なワンウェイクラッチを設けたことにより、いわゆる直結状態を構成することができ、装置の構成を簡素化し得る。

また、第二変速用ワンウェイクラッチとしてローラクラッチを用いることによって、変速時のタイムラグや係合によるショックを低減することが可能となる。一方、第一変速用ワンウェイクラッチはラチェットクラッチであるが、車軸と太陽歯車間に比べ、太陽歯車と遊星キャリア間ではクラッチの径を大きく取ることが可能であり、ラチェットの溝数を確保し易い。従って、第一変速用ワンウェイクラッチがラチェットクラッチ機構であっても、変速時のタイムラグを小さくすることが可能である。

（ａ）実施形態の駆動時（直結時／低速状態）を縦断面図、（ｂ）車軸の平面図 図１のＡ−Ａ断面図 図１のＢ−Ｂ断面図 図１のＣ−Ｃ断面図 図１のＤ−Ｄ断面図 （ａ）実施形態の駆動時（増速／変速２段目）を示す縦断面図、（ｂ）車軸の平面図 図３のＡ−Ａ断面図 図３のＢ−Ｂ断面図 図３のＣ−Ｃ断面図 図３のＤ−Ｄ断面図 （ａ）実施形態の駆動時（増速／変速３段目）を示す縦断面図、（ｂ）車軸の平面図 図５のＡ−Ａ断面図 図５のＢ−Ｂ断面図 図５のＣ−Ｃ断面図 図５のＤ−Ｄ断面図 実施形態において第一変速用ワンウェイクラッチ切替部の作用を示す断面図 前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータ（センタモータユニット）を取り付けたセンタモータ方式の電動補助自転車の全体図

この発明の実施形態を、図１乃至図８に基づいて説明する。この実施形態の電動補助自転車Ｂは、前輪と後輪間の中央部付近において、その前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータ（センタモータユニットＣ）を取り付けたセンタモータ方式である。

図８は、電動補助自転車Ｂの一例を表す側面図である。この電動補助自転車Ｂは、ペダル２０に作用する踏力を、クランク軸２１からフロントスプロケット２４、チェーン２３、リアスプロケット４に至る駆動力伝達要素を通じて、後輪２５に伝達するようになっており、その駆動力伝達要素において、前記踏力とモータからの出力を合成することで、走行をアシストするものである。

その合成は、例えば、トルク検出手段でクランク軸２１に作用する前記踏力によるトルクを検出し、その検出した値が所定の値を超えたところで、モータを起動してそのモータからのトルクを補助動力として付加するものが一般的である。センタモータユニットＣは、図８に示すようにクランク軸２１付近に設けられ、モータ駆動用のバッテリ２６等は、電動補助自転車ＢのフレームＦの立パイプに沿って配置される場合が多い。

すなわち、駆動時に、ペダル２０を通じてクランク軸２１から伝達された踏力、又は前記モータの出力による駆動力が入力された場合は、センタモータユニットＣのクランクスプロケット（前記フロントスプロケット２４）と、駆動輪である後輪２５のリアスプロケット（スプロケット）４とを結ぶチェーン２３を介して、その後輪に駆動力が伝達される。

また、センタモータユニットＣ内においては、後輪のリアハブ（ハブ）１からモータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を、そのセンタモータユニットＣ内の二次電池に還元する回生機構を備えている。
このため、モータの出力軸から駆動力伝達要素までの間に、アシスト時にはモータからの駆動力を伝達でき、回生発電時には前記駆動力伝達要素からの逆入力を伝達可能であるツーウェイクラッチを備えている。

すなわち、前進非駆動時には、センタモータユニットＣが備える回生機構によって、後輪のリアハブ１からモータの出力軸への逆入力により生じた回生電力が、センタモータユニットＣ内の二次電池に還元される。

リアハブ１は、図１に示すように、後輪の車軸５と同軸に設けたハブケース７内に、変速用のクラッチを有する変速機構３や、逆入力伝達用の逆入力用ワンウェイクラッチ２等を備えている。

変速機構３は、直結と２段増速の合計３段変速が可能な遊星歯車機構で構成されている。前記変速機構３は、前記車軸５の外周に設けられた２つの太陽歯車３ａ（以下、第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２と称する）が、それぞれ第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉを介してその車軸５と接続されている。

第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉは、車軸５の軸方向に並列して配置された第一クラッチ部３ｉ−１と第二クラッチ部３ｉ−２の二つからなる。第一太陽歯車３ａ−１には第一クラッチ部３ｉ−１が、第二太陽歯車３ａ−２には第二クラッチ部３ｉ−２が対応している。

この第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの前記第一クラッチ部３ｉ−１及び前記第二クラッチ部３ｉ−２として、それぞれローラクラッチを採用している。

第一クラッチ部３ｉ−１及び第二クラッチ部３ｉ−２は、それぞれ、図２ｂ、図２ｃに示すように、車軸５の外周に設けられた凹凸によって構成される変速用ローラクラッチカム面３ｋ（３ｋ−１，３ｋ−２）と、外輪として機能する太陽歯車３ａ（３ａ−１，３ａ−２）の内面との間の楔空間に、ローラ３ｊ（３ｊ−１，３ｊ−２）が係合、又は係合解除するように動作する。

そのローラ３ｊ（３ｊ−１，３ｊ−２）は、保持器３ｍ（３ｍ−１，３ｍ−２）によって保持され、その保持器３ｍ（３ｍ−１，３ｍ−２）が、図示しない弾性部材によって、前記変速用ローラクラッチカム面３ｋ（３ｋ−１，３ｋ−２）と太陽歯車３ａ（３ａ−１，３ａ−２）の内面との間の楔空間に係合する方向（図２ｂ、図２ｃの時計回りの方向に）付勢されている。

この実施形態では、前記変速用ローラクラッチカム面３ｋ（３ｋ−１，３ｋ−２）を構成するローラクラッチの内輪は、車軸５の外周に同軸に固定されており、その内輪の外面に前記変速用ローラクラッチカム面３ｋ（３ｋ−１，３ｋ−２）が形成されている。

以下、第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ローラクラッチカム面３ｋは変速用ローラクラッチカム面３ｋ−１、第二クラッチ部３ｉ−２の変速用ローラクラッチカム面３ｋは変速用ローラクラッチカム面３ｋ−２と称する。また、第一クラッチ部３ｉ−１のローラ３ｊはローラ３ｊ−１、第二クラッチ部３ｉ−２のローラ３ｊはローラ３ｊ−２と称する。さらに、第一クラッチ部３ｉ−１の保持器３ｍは保持器３ｍ−１、第二クラッチ部３ｉ−２の保持器３ｍは保持器３ｍ−２と称する。

また、変速機構３は、前記第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２に対して噛み合う２段の歯車部を有する遊星歯車３ｂ、その遊星歯車３ｂを保持する遊星キャリア３ｃ、及び遊星歯車３ｂに噛み合う外輪歯車３ｄと一体であるハブケース７を備えている。さらに、遊星キャリア３ｃと第二太陽歯車３ａ−２との間に、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅを備えている。遊星歯車３ｂの２段の歯車部のうち、図１の左側に示す径の小さい歯車部には第二太陽歯車３ａ−２が、右側に示す径の大きい歯車部には第一太陽歯車３ａ−１がそれぞれ噛み合っている。

この第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅとして、ラチェットクラッチを採用している。この第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅの構成は、図２ａに示すように、第二太陽歯車３ａ−２の外周に設けられた凹凸によって構成される変速用クラッチカム面３ｆに、遊星キャリア３ｃに設けられた変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇが係合、又は係合解除するように動作する。その変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇは、弾性部材３ｈによって、その一端が、前記遊星キャリア３ｃ側に設けた変速用クラッチカム面３ｆに向かって、起き上がる方向に付勢されている。

この実施形態では、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇは円周方向に２個ずつ配置されており、一方が係合している場合、他方は係合しないように変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇの配置と変速用クラッチカム面３ｆの凹凸部の位相を設定している。これにより、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇが変速用クラッチカム面３ｆに係合するまでの最大時間（回転角度）が短くなるため、スムーズな変速が可能となる。

なお、図１に示すように、遊星キャリア３ｃと車軸５との間、遊星キャリア３ｃとハブケース７との間、及びハブケース７と車軸５との間には、それぞれ軸受部１３，１４が設けられ、互いに相対回転可能に支持されている。

この実施形態では、外輪歯車３ｄはハブケース７と一体に形成されているが、外輪歯車３ｄとハブケース７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。

第一太陽歯車３ａ−１と第二太陽歯車３ａ−２は、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第一クラッチ部３ｉ−１と第二クラッチ部３ｉ−２とによって、スプロケット４からの駆動力に対して、いずれか一方を選択的に車軸５に固定するか、あるいは両方をフリーの状態にすることができる。この切り替えは、後述の変速制御機構１０を操作することで行うことができる。

また、車軸５の外面に設けた軸方向へ延びる溝部（凹部）３ｐに、変速用切替部材１０ｂが軸方向移動自在に配置されている。
なお、この実施形態では、変速用切替部材１０ｂは、車軸５の外周に嵌められた変速用スリーブ１０ｂで構成されている（以下、変速用スリーブ１０ｂと称する。）が、車軸５の軸方向に沿って移動可能な部材であれば、少なくとも第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉに対応する部分は、軸状部材、板状部材など任意の構成を採用できる。

この変速用スリーブ１０ｂの側面に、保持器３ｍ（３ｍ−１，３ｍ−２）に設けられたスイッチ部３ｑが当接しており、これにより、通常、スイッチ部３ｑは変速用スリーブ１０ｂによって図２ｂ、図２ｃの時計回りの方向（楔が狭まる方向）への動きが規制されている。このため、ローラ３ｊは、弾性部材の付勢力に抗して、図２ｂ、図２ｃの時計回りの方向（楔が狭まる方向）への動きが規制され、すなわち、図２ｂ、図２ｃの反時計回りの方向（楔が拡がる方向）に押し付けられている。

この状態では、太陽歯車３ａに駆動力が作用しても、ローラ３ｊが楔に噛み込むことはなく、太陽歯車３ａは車軸５周りに回転可能である。

また、変速用スリーブ１０ｂの側面には、切欠部１０ｄが設けられている。変速制御機構１０の操作部１０ａが軸方向に操作され、切欠部１０ｄがスイッチ部３ｑ上に位置すると、その変速用スリーブ１０ｂによるスイッチ部３ｑの規制（拘束）が解除され、ローラ３ｊは弾性部材によって楔が狭まる方向に押圧される。
この状態で、太陽歯車３ａに駆動力が作用すると、ローラ３ｊが楔に噛み込み、太陽歯車３ａは車軸５に固定される。

このとき、切欠部１０ｄの軸方向端部には、軸方向外側に向けて徐々に浅くなる（その切欠部１０ｄの深さが浅くなる）テーパ面１０ｉが設けられており、スイッチ部３ｑと切欠部１０ｄの一端が接触したときに、テーパ面１０ｉによって円周方向の荷重を負荷することが可能となり、ローラ３ｊの係合を解除することが可能となる。

また、第二太陽歯車３ａ−２と遊星キャリア３ｃとは、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅによって、スプロケット４からの駆動力に対して固定する（相対回転不能とする）か、あるいはフリーの状態にする（相対回転可能とする）ことができる。この切り替えは、同じく変速制御機構１０を操作することで行うことができる。これらの各動作により変速を行うことができる。

また、逆入力用ワンウェイクラッチ２は、ローラクラッチで構成されている。この逆入力用ワンウェイクラッチ２は、図２ｄに示すように、第一太陽歯車３ａ−１と車軸５との間に設けられ、内輪２ｂは車軸５に同軸に固定されており、その内輪２ｂの外面にローラクラッチカム面２ｃを有している。

また、第一太陽歯車３ａ−１の内面には、ローラクラッチの外輪が一体に設けられている。係合子としての円筒状のローラ２ａは、保持器２ｄによって保持されている。ローラ２ａは、前記内輪２ｂのローラクラッチカム面２ｃ上に配置されており、図示しない弾性部材によって、図２ｄの反時計回りの方向、すなわち、楔が狭まる方向に付勢されている。

この状態で、例えば、第一太陽歯車３ａ−１が車軸５に対して反時計回りに回転する（駆動輪から逆入力が伝達される）と、ローラ２ａが、外輪と内輪２ｂのローラクラッチカム面２ｃに噛み込み、第一太陽歯車３ａ−１が車軸５に対して固定され、駆動輪から逆入力がリアスプロケット４に伝達される。

これらの構成により、例えば、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅにより、駆動力に対して、第二太陽歯車３ａ−２を遊星キャリア３ｃに相対回転不能とし、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第一クラッチ部３ｉ−１及び第二クラッチ部３ｉ−２により、第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２を車軸５に対してフリーの状態にした場合に、リアスプロケット４から駆動力が入力されると、遊星キャリア３ｃを介して遊星歯車３ｂに駆動力が伝達されるが、第二太陽歯車３ａ−２が遊星キャリア３ｃと一体に回転可能であるため、等速（直結）で遊星歯車３ｂから外輪歯車３ｄ（ハブケース７）に駆動力が伝達される。

また、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅにより、駆動力に対して、第二太陽歯車３ａ−２を遊星キャリア３ｃに相対回転可能とするとともに、第二太陽歯車３ａ−２を車軸５に固定し、第一太陽歯車３ａ−１を車軸５にフリーとした場合、第二太陽歯車３ａ−２の歯数をａ、外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、遊星キャリア３ｃから外輪歯車３ｄへの増速比は
（ａ＋ｄ）／ｄ
となる。このとき、第一太陽歯車３ａ−１は車軸５に対して空転状態であり、トルク伝達に関与しない。

また、このとき、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅは、図７に示すように、変速制御機構１０が備える第一変速用ワンウェイクラッチ切替部１０ｇの凸部１０ｊによって、強制的に変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇが変速用クラッチカム面３ｆに噛み込まない状態となっている。凸部１０ｊは、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇと変速用クラッチカム面３ｆとの間に入り込んで、その変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇの係合を解除することが可能である。

また、第二太陽歯車３ａ−２を車軸５に対してフリーとし、第一太陽歯車３ａ−１を車軸５に固定した場合、その第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、第二太陽歯車３ａ−２と噛み合う遊星歯車３ｂの歯車部の歯数をｂ、第一太陽歯車３ａ−１と噛み合う遊星歯車３ｂの歯車部の歯数をｃ、外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、遊星キャリア３ｃから外輪歯車３ｄへの増速比は
［（ａ×ｂ）／（ｃ×ｄ）］＋１
となる。このとき、第二太陽歯車３ａ−２は車軸５に対して空転状態であり、トルク伝達に関与しない。

すなわち、第一太陽歯車３ａ−１と第二太陽歯車３ａ−２は異なる歯数であるから、車軸５に対して、第一太陽歯車３ａ−１と第二太陽歯車３ａ−２をフリーとして、第二太陽歯車３ａ−２と遊星キャリア３ｃとを固定するか、あるいは、第二太陽歯車３ａ−２と遊星キャリア３ｃとをフリーとして、車軸５に対して第一太陽歯車３ａ−１と第二太陽歯車３ａ−２のいずれか１つを固定することで増速比を変化させることができる。

つぎに、変速制御機構１０の構成についてさらに説明すると、変速制御機構１０は、車軸５の軸孔５ａ内を通ってその一端が前記車軸５から外部に引き出されて外部から軸方向への移動の操作が可能な操作部１０ａを備えている。操作部１０ａを軸方向に移動操作することによって、変速用スリーブ１０ｂを動作させ、前記第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの前記切り替えが可能である。

ここで、図１に示すように、変速用スリーブ１０ｂは、車軸５に設けられた横穴１０ｆに挿入されたピン１０ｅによってその車軸５に固定されている。前記変速用ピン１０ｅを前記操作部１０ａによって前記横穴１０ｆ内で軸方向へ移動操作することにより、前記変速用スリーブ１０ｂの軸方向への移動を行うことができる。また、この変速用スリーブ１０ｂは、弾性部材１０ｃによって、軸方向に付勢されている。

具体的には、変速用スリーブ１０ｂの軸方向移動により、切欠部１０ｄが、第一クラッチ部３ｉ−１と第二クラッチ部３ｉ−２のどちらかのスイッチ部３ｑ（３ｑ−１，３ｑ−２）にのみ臨むことで、その臨んだ側のスイッチ部３ｑは、その切欠部１０ｄ内に入り込む。
これにより、クラッチ部のローラ３ｊは、弾性部材の付勢力によって、楔空間の係合側へ移動し、駆動力に対してそのクラッチ部を結合させる。

このとき、二つの切欠部１０ｄが同時に第一クラッチ部３ｉ−１と第二クラッチ部３ｉ−２の各スイッチ部３ｑに臨むことはないように、軸方向に並ぶ切欠部１０ｄ同士の間隔が決定されているので、切欠部１０ｄが臨んでいない側のクラッチ部のローラ３ｊは、変速用スリーブ１０ｂ及びスイッチ部３ｑによる保持器３ｍの拘束によって、その係合が阻止される。

また、変速用スリーブ１０ｂの軸方向移動により、切欠部１０ｄに入り込んでいたスイッチ部３ｑ（３ｑ−１，３ｑ−２）が、その切欠部１０ｄから離脱することで、そのスイッチ部３ｑは、切欠部１０ｄが無い部分の変速用スリーブ１０ｂの側面に当たり、クラッチ部のローラ３ｊは、弾性部材の付勢力によって楔空間の拡がる方向へ移動し、そのクラッチ部の結合が解除される。

この実施形態の作用について、さらに詳しく説明すると、まず、変速１段目の状態（直結状態）を図１及び図２ａ〜図２ｄに示す。リアスプロケット４は、ハブケース７内で軸方向一方寄りに設けてある。そして、変速制御機構１０はリアスプロケット４側に配置している。

この状態で、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第一クラッチ部３ｉ−１と第二クラッチ部３ｉ−２の各ローラ３ｊ（３ｊ−１，３ｊ−２）は、それぞれ、変速用スリーブ１０ｂによって変速用ローラクラッチカム面３ｋの楔が拡がる方向に付勢されている。
このため、リアスプロケット４からの駆動力に対して、第一太陽歯車３ａ−１及び第二太陽歯車３ａ−２は、それぞれ車軸５の軸周りに相対回転可能となっている。

一方、遊星キャリア３ｃと第二太陽歯車３ａ−２は、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅによって、駆動力に対して相対回転不能となっている。
したがって、リアスプロケット４から駆動力は、遊星キャリア３ｃ、遊星歯車３ｂ、ハブケース７（外輪歯車３ｄ）の順に等速で伝達される。

変速２段目（増速１）の状態を図３及び図４ａ〜図４ｄに示す。変速制御機構１０の操作部１０ａを、車軸５外からの操作により軸方向のある位置まで押し込むことにより、変速用スリーブ１０ｂが軸方向にスライドし、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第一クラッチ部３ｉ−１のスイッチ部３ｑ−１の位置に、変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｄが移動する。

これにより、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第一クラッチ部３ｉ−１のローラ３ｊ−１は楔が狭まる方向に移動し、第一太陽歯車３ａ−１は駆動力に対して車軸５に固定される。

このとき、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第二クラッチ部３ｉ−２では、ローラ３ｊ−２は、変速用スリーブ１０ｂ及びスイッチ部３ｑ−２によって変速用ローラクラッチカム面３ｋ−２の楔が狭まる方向への移動が規制されており、第二太陽歯車３ａ−２は車軸５周りに回転可能である。

さらに、第一変速用ワンウェイクラッチ切替部１０ｇが変速用スリーブ１０ｂと共に軸方向に移動することにより、第一変速用ワンウェイクラッチ切替部１０ｇの凸部１０ｊが変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ上に位置するまで移動すると、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇは、遊星キャリア３ｃの回転運動により第一変速用ワンウェイクラッチ切替部１０ｇの凸部１０ｊに沿って揺動し、変速用クラッチカム面３ｆから切り離される。このため、遊星キャリア３ｃと第二太陽歯車３ａ−２は相対回転可能となる。

この状態では、リアスプロケット４からの駆動力は、第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、増速比
（ａ＋ｄ）／ｄ
でハブケース７に伝達される。

変速３段目（増速２）の状態を図５及び図６ａ〜図６ｄに示す。変速制御機構１０の操作部１０ａを、車軸５外からの操作でさらに押し込むことにより、変速用スリーブ１０ｂがさらに図中右側へと軸方向にスライドする。

そして、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第二クラッチ部３ｉ−２のスイッチ部３ｑ−２の位置に、変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｄが移動する。これにより、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第二クラッチ部３ｉ−２のローラ３ｊ−２は楔が狭まる方向に付勢され、第二太陽歯車３ａ−２は駆動力に対して車軸５に固定される。
このとき、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第一クラッチ部３ｉ−１では、ローラ３ｊ−１は変速用スリーブ１０ｂによって変速用ローラクラッチカム面３ｋの楔が狭まる方向への移動が規制されており、第一太陽歯車３ａ−１は車軸５周りに回転可能である。

また、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇは、第一変速用ワンウェイクラッチ切替部１０ｇによって、第二太陽歯車３ａ−２の変速用クラッチカム面３ｆから切り離されているため、遊星キャリア３ｃと第二太陽歯車３ａ−２は相対回転可能となっている。

この状態では、リアスプロケット４からの駆動力は、第二太陽歯車３ａ−２の歯数をａ、第一太陽歯車３ａ−１と噛み合う遊星歯車３ｂの歯数をｂ、第二太陽歯車３ａ−２と噛み合う遊星歯車３ｂの歯数をｃ、外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、増速比
［（ａ×ｂ）／（ｃ×ｄ）］＋１
でハブケース７に伝達される。

なお、変速３段目から２段目に戻す場合や、変速２段目から１段目に戻す場合、操作部１０ａに加えられた負荷（押圧力）を解放又は減少させることで、弾性部材１０ｃによって変速用スリーブ１０ｂが押し戻される。このとき、切欠部１０ｄの軸方向端部に設けられたテーパ面１０ｉによって、スイッチ部３ｑに円周方向の荷重を負荷することが可能となり、ローラ３ｊの係合を解除することが可能となる。

前進非駆動時（タイヤからの逆入力時）では、各太陽歯車３ａ−１，３ａ−２の車軸５に対する回転方向は、駆動力作用時と逆向きとなる。このとき、いずれの変速段においても、第一太陽歯車３ａ−１と車軸５との間に設けられた逆入力用ワンウェイクラッチ２により、第一太陽歯車３ａ−１が逆入力に対して車軸５に固定される。

このとき、タイヤからの逆入力は、第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、減速比
（ａ＋ｄ）／ｄ
でハブケース７からリアスプロケット４に伝達される。

なお、前述のように、センタモータユニットＣ内においては、モータの出力軸から駆動力伝達要素までの間に、アシスト時にはモータからの駆動力を伝達でき、回生発電時には前記駆動力伝達要素からの逆入力を伝達可能であるツーウェイクラッチを備えている。
これにより、アシストと回生発電の切替が容易となり、アシストがない状態でペダル２０を漕いだとき、モータの抵抗を切り離すことができるようになっている。

また、後進非駆動時（自転車を降りて、後方に引くような状況）では、絶対的な回転方向は逆となるが、リアスプロケット４とハブケース７との相対回転の関係は、前進駆動時と同じである。

この実施形態では、逆入力用ワンウェイクラッチ２を、第一太陽歯車３ａ−１と車軸５との間に設けているが、これを、第二太陽歯車３ａ−２と車軸５との間に設けてもよい。さらに、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅを、遊星キャリア３ｃと第二太陽歯車３ａ−２との間に設けているが、これを、遊星キャリア３ｃと第一太陽歯車３ａ−２との間に設けてもよい。

また、この実施形態では、遊星歯車３ｂを２段としているが、１段もしくは３段以上の遊星歯車を用いても差し支えない。

遊星歯車３ｂを３段以上とする場合、変速機構３は、その遊星歯車３ｂの歯車部の段数と同数の太陽歯車３ａを備えたものとする。
このとき、各太陽歯車３ａは、それぞれ、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉによって、スプロケット４からの駆動力に対して、いずれか一つを選択的に車軸５に固定するか、あるいは全てをフリーの状態にすることができるように、変速制御機構１０によって制御されることとなる。

また、この実施形態では、逆入力用ワンウェイクラッチ２としてローラクラッチを採用したが、この逆入力用ワンウェイクラッチ２は、スプラグクラッチを採用することもできる。

１ リアハブ（ハブ）
２ 逆入力用ワンウェイクラッチ
２ａ ローラ
２ｂ 内輪
２ｃ ローラクラッチカム面
２ｄ 保持器
３ 変速機構
３ａ 太陽歯車
３ａ−１ 第一太陽歯車
３ａ−２ 第二太陽歯車
３ｂ 遊星歯車
３ｃ 遊星キャリア
３ｄ 外輪歯車
３ｅ 第一変速用ワンウェイクラッチ
３ｆ 変速用クラッチカム面
３ｇ 変速用ワンウェイクラッチ爪
３ｉ 第二変速用ワンウェイクラッチ
３ｉ−１ 第一クラッチ部
３ｉ−２ 第二クラッチ部
３ｊ，３ｊ−１，３ｊ−２ ローラ
３ｋ，３ｋ−１，３ｋ−２ 変速用ローラクラッチカム面
３ｍ，３ｍ−１，３ｍ−２ 保持器
３ｐ 溝部
３ｑ，３ｑ−１，３ｑ−２ スイッチ部
４ リアスプロケット（スプロケット）
５ 車軸
６ ハブフランジ
７ ハブケース
１０ 変速制御機構
１０ａ 操作部
１０ｂ 変速用切替部材（変速用スリーブ）
１０ｃ 弾性部材
１０ｄ 切欠部
１０ｅ ピン
１０ｆ 横穴
１０ｇ 第一変速用ワンウェイクラッチ切替部
１０ｉ テーパ面
１３，１４ 軸受部
２０ ペダル
２１ クランク軸
２３ チェーン
２４ フロントスプロケット
２５ 後輪
２６ バッテリ
Ｂ 電動補助自転車
Ｃ センタモータユニット
Ｆ フレーム

Claims (11)

1. 前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータを取り付け、クランク軸から伝達された踏力又は前記モータの出力による駆動力を駆動輪に伝達可能とし、前進非駆動時には、前記駆動輪から前記モータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を前記二次電池に還元する回生機構を備えた電動補助自転車において、
   前記駆動輪に設けたハブ（１）に変速機構（３）と逆入力用ワンウェイクラッチ（２）とを備え、前記変速機構（３）は遊星歯車機構によって構成されて、少なくとも一つの太陽歯車（３ａ）を有して、前記踏力又は前記モータの出力による駆動力をスプロケット（４）を通じて前記駆動輪に伝達する機能を有し、前記変速機構（３）は、前記太陽歯車（３ａ）と係合する少なくとも１つの歯車部を有する遊星歯車（３ｂ）と、前記遊星歯車（３ｂ）と係合する外輪歯車（３ｄ）と、前記遊星歯車（３ｂ）を保持する遊星キャリア（３ｃ）とを備えており、駆動力に対して前記遊星キャリア（３ｃ）と前記太陽歯車（３ａ）とを相対回転可能又は相対回転不能とに切り替える機能を有する第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）、及び、駆動力に対して前記太陽歯車（３ａ）を車軸（５）周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替える機能を有する第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）とを有し、前記第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）及び前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）の切替を外部操作により行うことが可能な変速制御機構（１０）を備えており、
   駆動力に対して前記遊星キャリア（３ｃ）と前記太陽歯車（３ａ）とを相対回転不能に且つ前記太陽歯車（３ａ）と前記車軸（５）とを相対回転可能とすることにより、前記スプロケット（４）から、前記遊星キャリア（３ｃ）、前記遊星歯車（３ｂ）、前記外輪歯車（３ｄ）を介してハブケース（７）に駆動力を伝達する低速状態と、駆動力に対して前記遊星キャリア（３ｃ）と前記太陽歯車（３ａ）とを相対回転可能に且つ前記太陽歯車（３ａ）と前記車軸（５）とを相対回転不能とすることにより、前記スプロケット（４）から、前記遊星キャリア（３ｃ）、前記遊星歯車（３ｂ）、前記外輪歯車（３ｄ）を介してハブケース（７）に駆動力を伝達する少なくとも一段階の高速状態とに変速することが可能であり、
   前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）は、前記太陽歯車（３ａ）と前記車軸（５）との間に設けられて、前記駆動輪からの逆入力に対して前記太陽歯車（３ａ）を前記車軸（５）周りに回転不能とする機能を有しており、前記駆動輪からの逆入力を前記ハブケース（７）から前記スプロケット（４）に伝達可能とし、前記第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）としてラチェットクラッチを用い、前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）としてローラークラッチを用いた電動補助自転車。
2. 前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）は、前記車軸（５）の外面に設けられた変速用ローラクラッチカム面（３ｋ）と、その変速用ローラクラッチカム面（３ｋ）と前記太陽歯車（３ａ）の内面との間に配置されたローラ（３ｊ）と、そのローラ（３ｊ）を保持する保持器（３ｍ）とを備え、前記ローラ（３ｊ）は弾性部材によって駆動力に対して係合する方向に付勢されており、前記変速制御機構（１０）を操作することにより、前記ローラ（３ｊ）を、前記太陽歯車（３ａ）と前記車軸（５）との係合状態又は係合解除状態とに切替えできることを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車。
3. 前記第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）は、前記遊星キャリア（３ｃ）に設けられた変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｇ）と、前記太陽歯車（３ａ）の外面に設けられた変速用クラッチカム面（３ｆ）とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の電動補助自転車。
4. 前記変速制御機構（１０）は、その側面に切欠部（１０ｄ）を有する変速用切替部材（１０ｂ）を備え、前記変速用切替部材（１０ｂ）は、前記変速用ローラクラッチカム面（３ｋ）に設けられた軸方向の溝部（３ｐ）内に配置されて前記車軸（５）の軸方向に移動自在であり、前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）のローラ（３ｊ）は、前記変速用切替部材（１０ｂ）の側面と前記保持器（３ｍ）との間に設けたスイッチ部（３ｑ）によって、前記弾性部材の付勢力に抗して前記係合解除状態に保持されるようになっており、前記変速用スリーブ（１０ｂ）を軸方向へ移動操作することにより、前記スイッチ部（３ｑ）が前記切欠部（１０ｄ）に入り込むと、前記弾性部材の付勢力によって前記ローラ（３ｊ）が係合状態に移行できることを特徴とする請求項３に記載の電動補助自転車。
5. 前記変速用切替部材（１０ｂ）は、前記第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）の変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｇ）と前記変速用クラッチカム面（３ｆ）との係合を解除することが可能な凸部（１０ｊ）を有する第一変速用ワンウェイクラッチ切替部（１０ｇ）が備えられており、前記変速用スリーブ（１０ｂ）を軸方向へ移動操作することにより、前記凸部（１０ｊ）が変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｇ）に当接して前記係合解除状態を保持できることを特徴とする請求項４に記載の電動補助自転車。
6. 前記切欠部（１０ｄ）は、その軸方向端部に、軸方向外側に向かって徐々に浅くなるテーパ面（１０ｉ）を有し、そのテーパ面（１０ｉ）に前記スイッチ部（３ｑ）が当接することを特徴とする請求項４又は５に記載の電動補助自転車。
7. 前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）がローラクラッチによって構成された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。
8. 前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）がスプラグクラッチによって構成された請求項１乃至６のいずれか一つに記載の電動補助自転車。
9. 前記第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）の前記変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｇ）は円周方向に複数個備えられており、その変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｇ）と前記変速用クラッチカム面（３ｆ）とが係合するときに、他の少なくとも一つの前記変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｇ）は前記変速用クラッチカム面（３ｆ）と係合することがないように設定されていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一つに記載の電動補助自転車。
10. 前記変速用クラッチカム面（３ｆ）は、周方向に沿って形成された凹凸によって構成されており、その凹凸による前記変速用クラッチカム面（３ｆ）は、周方向に沿って４箇所以上設けられていることを特徴とする請求項９に記載の電動補助自転車。
11. モータの出力軸から駆動力伝達要素までの間に、アシスト時にはモータからの駆動力を伝達でき、回生発電時には前記駆動力伝達要素からの逆入力を伝達可能であるツーウェイクラッチを備えた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。

Images