JP2017132440A - 自転車用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より走行状況等に応じた制御を行うことのできる自転車用駆動装置を提供する。
【解決手段】自転車用駆動装置は、クランク軸の回転が入力される入力体、前記入力体の回転に応じて回転する出力体、および、前記入力体の回転を前記出力体に伝達するための伝達体を含み、外周側に前記クランク軸が配置される遊星機構と、前記入力体または前記出力体を回転可能な第１のモータと、前記伝達体を回転可能な第２のモータと、前記クランク軸が挿通する孔を有し、前記クランク軸の回転軸心まわりに回転可能に配置され、前記出力体の回転が伝達される出力部とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、自転車用駆動装置に関する。

従来より、クランク軸から入力された回転を変速して出力する遊星機構と、遊星機構の伝達体の回転を制御するモータとを備えた自転車用駆動装置が知られている（例えば、特許文献１）。この自転車用駆動装置によれば、モータが遊星機構の伝達体の回転を制御することにより、遊星機構にトルクを伝達し、かつ、遊星機構の変速比を無段階に変更することができる。

特開平１０−２０３４６６号

上記自転車用駆動装置は、単一のモータにより遊星機構の変速比の変更と、遊星機構へのトルクの伝達を行っている。このため、変速比の変更と伝達するトルクの大きさとを独立して変更することができない。このため、走行状況等に応じてより適切な制御を実行できる自転車用駆動装置が望まれる。

本発明の目的は、より走行状況等に応じた制御を行うことのできる自転車用駆動装置を提供することである。

（１）本発明に従う自転車用駆動装置の一形態は、クランク軸の回転が入力される入力体、前記入力体の回転に応じて回転する出力体、および、前記入力体の回転を前記出力体に伝達するための伝達体を含み、外周側に前記クランク軸が配置される遊星機構と、前記入力体または前記出力体を回転可能な第１のモータと、前記伝達体を回転可能な第２のモータと、前記クランク軸が挿通する孔を有し、前記クランク軸の回転軸心まわりに回転可能に配置され、前記出力体の回転が伝達される出力部とを含む。

（２）前記自転車用駆動装置の一例では、前記クランク軸の回転を増速して前記入力体に伝達する増速機構をさらに含む。
（３）前記自転車用駆動装置の一例では、前記増速機構は、前記クランク軸に設けられ、前記クランク軸と一体に回転する第１のギアと、前記入力体に設けられ、前記入力体と一体に回転し、かつ前記第１のギアと噛み合う第２のギアとを含む。

（４）前記自転車用駆動装置の一例では、前記出力体の回転を減速して前記出力部に伝達する減速機構をさらに含む。
（５）前記自転車用駆動装置の一例では、前記減速機構は、前記出力体に設けられる第３のギアと、前記出力部に設けられ、前記第３のギアと噛み合う第４のギアを含む。

（６）前記自転車用駆動装置の一例では、前記増速機構の増速比と、前記減速機構の減速比とは、前記第２のモータが動作していないときに、前記クランク軸の回転速度と前記出力部の回転速度とが一致しないように選ばれている。

（７）前記自転車用駆動装置の一例では、前記第２のモータの出力軸の回転軸心は、前記入力体の回転軸心と同軸線上に配置される。
（８）前記自転車用駆動装置の一例では、前記第２のモータは、前記クランク軸の軸方向において、前記遊星機構を挟んで、前記出力部とは反対側に配置される。

（９）前記自転車用駆動装置の一例では、前記クランク軸が第１の方向に回転するときに前記クランク軸と前記出力部との相対回転を許容し、前記クランク軸が第２の方向に回転するときに前記クランク軸と前記出力部とを一体に回転させる切替機構をさらに含む。

（１０）前記自転車用駆動装置の一例では、前記切替機構の少なくとも一部は、前記クランク軸と前記出力部との間に配置される。
（１１）前記自転車用駆動装置の一例では、前記切替機構は、前記クランク軸の外周部と前記出力部の内周部との間に配置される転動体と、前記クランク軸の外周部および前記出力部の内周部の一方に形成され、前記転動体が配置される溝をと含み、前記溝は、前記第２の方向に向かうにつれて深くなる。

（１２）前記自転車用駆動装置の一例では、前記クランク軸は、クランク軸本体と、クランク軸本体に設けられて前記クランク軸本体と一体に回転し、前記クランク軸本体の外径よりも大きい外径を有し、前記転動体に接触可能な支持部を含み、前記支持部の外周部に前記転動体が配置される。

（１３）前記自転車用駆動装置の一例では、前記支持部の外周部に前記溝が形成されている。
（１４）前記自転車用駆動装置の一例では、前記遊星機構、前記第１のモータ、前記第２のモータおよび前記出力部が設けられるハウジングをさらに含む。

（１５）前記自転車用駆動装置の一例では、前記切替機構は、前記転動体を保持する保持部、第１の付勢部材および第２の付勢部材をさらに含み、前記第１の付勢部材は、前記保持部を介して転動体を前記第２の方向に付勢し、前記第２の付勢部材は、前記ハウジングに摺動可能に支持され、前記クランク軸が前記第２の方向に回転するとき、前記保持部を介して前記転動体を前記クランク軸に対して前記第１の方向に相対移動させる。

（１６）前記自転車用駆動装置の一例では、前記入力体は、リングギアを含み、前記出力体は、プラネタリギアとキャリアとを含み、前記伝達体は、サンギアを含む。
（１７）前記自転車用駆動装置の一例では、前記リングギアと前記キャリアとの間に配置され、前記クランク軸が前記第２の方向に回転したときに前記リングギアの回転を前記キャリアに伝達しない第１のワンウェイクラッチをさらに含む。

（１８）前記自転車用駆動装置の一例では、前記入力体は、プラネタリギアとキャリアとを含み、前記出力体は、リングギアを含み、前記伝達体は、サンギアを含む。
（１９）前記自転車用駆動装置の一例では、前記第２のモータの出力軸の一方向の回転を許容し、他方向の回転を阻止する第２のワンウェイクラッチをさらに含む。

（２０）前記自転車用駆動装置の一例では、前記クランク軸をさらに備える。
（２１）前記自転車用駆動装置の一例では、前記第１のモータおよび前記第２のモータを制御する制御部をさらに備える。

本発明の自転車用駆動装置は、より走行状況等に応じた制御を行うことができる。

第１の実施の形態の自転車用変速システムを備える自転車の側面図。 図１の２−２線の断面図。 図２の切替機構においてクランク軸が第１の方向に回転するときの模式図。 図２の切替機構においてクランク軸が第２の方向に回転するときの模式図。 第２の実施の形態の自転車用駆動装置の断面図。 第３の実施の形態の自転車用駆動装置の断面図。 第４の実施の形態の切替機構の平面図。 図７の一部を拡大して示す平面図。 図８のクランク軸が第１の方向に回転した状態を示す平面図。 図８のクランク軸が第２の方向に回転した状態を示す平面図。

（第１の実施の形態）
図１は、自転車用駆動装置３０を搭載した電動アシスト自転車（以下では「自転車１０」）の側面図である。一例では、自転車１０は、クランク１２、一対のペダル１４、フロントスプロケット１６、リアスプロケット１８、および、チェーン２０を備える。クランク１２は、一対のクランクアーム２２および自転車用駆動装置３０のクランク軸３２を含む。

一対のクランクアーム２２は、クランク軸３２と一体に回転可能な状態でクランク軸３２の両端部のそれぞれに連結される。ペダル１４は、ペダル本体１４Ａおよびペダル軸１４Ｂを含む。ペダル軸１４Ｂは、クランクアーム２２と一体に回転可能な状態でクランクアーム２２に連結される。ペダル本体１４Ａは、ペダル軸１４Ｂに対する回転が可能な状態でペダル軸１４Ｂによって支持される。

フロントスプロケット１６は、自転車用駆動装置３０の出力部３４（図２参照）と連結される。リアスプロケット１８は、駆動輪（図示略）と連結される。チェーン２０は、フロントスプロケット１６およびリアスプロケット１８に巻き掛けられる。一例では、駆動輪は後輪である。リアスプロケット１８は、コースタブレーキを含むハブに連結されている。

図２に示されるとおり、自転車用駆動装置３０は、遊星機構３６、第１のモータ３８、第２のモータ４０、および、出力部３４を含む。一例では、自転車用駆動装置３０は、クランク軸３２、ハウジング４２、増速機構４４、減速機構４６、第１のワンウェイクラッチ４８、第２のワンウェイクラッチ５０、切替機構５２、および、制御部５４をさらに含む。自転車用駆動装置３０は、クランク１２に入力される人力駆動力をアシストする。クランク軸３２は、ハウジング４２に対する回転が可能な状態でハウジング４２によって支持される。クランク軸３２は、ハウジング４２に対して、自転車１０を前進させる方向（以下では「第１の方向ＲＡ」）、および、正転方向とは反対の方向（以下では「第２の方向ＲＢ」）に回転可能である。クランク軸３２は、中実に形成されてもよく、中空に形成されていてもよい。

遊星機構３６、第１のモータ３８、第２のモータ４０、出力部３４、クランク軸３２、増速機構４４、減速機構４６、第１のワンウェイクラッチ４８、第２のワンウェイクラッチ５０、切替機構５２、および、制御部５４は、ハウジング４２に設けられる。制御部５４は、ハウジング４２の内部空間に設けられるのが好ましいが、ハウジング４２の外部でたとえば自転車１０のフレームに設けられてもよい。

クランク軸３２は、クランク軸本体３２Ａ、および、支持部３２Ｃを含む。クランク軸本体３２Ａの両端部は、ハウジング４２から突出する。支持部３２Ｃは、ハウジング４２の内部に設けられる。支持部３２Ｃは、クランク軸本体３２Ａに設けられてクランク軸本体３２Ａと一体に回転する。支持部３２Ｃは、クランク軸本体３２Ａと一体に形成されていてもよく、別体で形成されクランク軸本体３２Ａに回転不能に固定されていてもよい。支持部３２Ｃは、クランク軸本体３２Ａの外径よりも大きい外径を有する。

出力部３４は、クランク軸３２が挿通する孔３４Ａを有する。出力部３４は、クランク軸３２の回転軸心まわりに回転可能に配置される。出力部３４には、遊星機構３６の出力体５８の回転が伝達される。出力部３４の一端は、ハウジング４２から外部に突出する。出力部３４のハウジング４２から突出した部分には、ボルトＢによってフロントスプロケット１６が取り付けられる。ボルトＢは、出力部３４との間にフロントスプロケット１６が固定されるように出力部３４の孔３４Ａにねじ込まれる。出力部３４の外周部にスプラインを設けることもできる。例えば、このスプラインにフロントスプロケット１６を係合してフロントスプロケット１６のクランク軸３２に対する回転軸心まわりの回転を阻止する。そして、クランク軸３２の外周部に形成される段差とボルトＢとによってフロントスプロケット１６の回転軸心方向の移動を阻止する。フロントスプロケット１６およびボルトＢとは、出力部３４の外周部に取り付けられてもよい。フロントスプロケット１６は、プーリであってもよい。

遊星機構３６は、遊星歯車機構である。遊星機構３６は、入力体５６、伝達体６０、および、出力体５８を含む。遊星機構３６は、外周側にクランク軸３２が配置される。遊星機構３６の回転軸心とクランク軸３２の回転軸心とは平行する。図１に示されるとおり、遊星機構３６は、ハウジング４２内においてクランク軸３２よりもリアスプロケット１８および駆動輪（図示略）から遠い側に配置されるのが好ましい。

遊星機構３６には、増速機構４４を介してクランク軸３２の回転が伝達される。増速機構４４は、第１のギア３２Ｂおよび第２のギア５６Ｂを含む。増速機構４４は、クランク軸３２の回転を増速して入力体５６に伝達する。第１のギア３２Ｂは、クランク軸本体３２Ａに設けられ、クランク軸本体３２Ａと一体に回転する。第１のギア３２Ｂおよび第２のギア５６Ｂは、ハウジング４２の内部に設けられる。第１のギア３２Ｂは、クランク軸本体３２Ａの外径よりも大きい外径を有する。第１のギア３２Ｂおよび支持部３２Ｃは、クランク軸３２の軸方向において隣り合う。支持部３２Ｃは、第１のギア３２Ｂよりもフロントスプロケット１６に近い側に配置される。第１のギア３２Ｂの外径は、支持部３２Ｃの外径よりも大きい。第１のギア３２Ｂおよび支持部３２Ｃは、一体に形成されてもよく、別体に形成されて各別にクランク軸本体３２Ａに取り付けられてもよい。ペダル１４（図１参照）からクランク軸３２に入力された回転は、第１のギア３２Ｂを介して遊星機構３６の入力体５６に伝達される。第２のギア５６Ｂの歯数は、第１のギア３２Ｂの歯数よりも少ない。

図２に示されるとおり、入力体５６は、クランク軸３２の回転が入力される。入力体５６は、リングギア５６Ａを含む。入力体５６は、環状に形成されている。入力体５６には、好ましくは、増速機構４４の第２のギア５６Ｂと、第１のモータ側ギア５６Ｃとが設けられる。リングギア５６Ａは、入力体５６の内周部に設けられる。リングギア５６Ａは、入力体５６と一体に形成されるのが好ましい。第２のギア５６Ｂは、入力体５６の外周部に設けられる。第２のギア５６Ｂは、入力体５６と一体に回転し、かつ第１のギア３２Ｂと噛み合う。第２のギア５６Ｂは、入力体５６と一体に形成されるのが好ましい。第１のモータ側ギア５６Ｃは、入力体５６の外周部であって、第２のギア５６Ｂとは異なる部分に設けられる。第１のモータ側ギア５６Ｃは、入力体５６と一体に形成されるのが好ましい。第２のギア５６Ｂが設けられる部分の入力体５６の外径は、第１のモータ側ギア５６Ｃが設けられる部分の外径よりも小さい。

伝達体６０は、入力体５６の回転を出力体５８に伝達するために設けられる。伝達体６０は、サンギア６０Ａを含む。サンギア６０Ａは、第２のモータ４０の出力軸４０Ａと一体に形成されている。別の例では、サンギア６０Ａは、出力軸４０Ａと別体に形成されて出力軸４０Ａに取り付けられる。

出力体５８は、入力体５６の回転に応じて回転する。出力体５８は、複数のプラネタリギア６２、複数のプラネタリピン６４、および、キャリア６６を含む。プラネタリギア６２は、伝達体６０のサンギア６０Ａとリングギア５６Ａとの間に配置される。プラネタリギア６２は、小径部６２Ａおよび大径部６２Ｂを含む。プラネタリギア６２は、段付きのプラネタリギアである。小径部６２Ａの歯は、リングギア５６Ａに噛み合う。大径部６２Ｂの歯は、サンギア６０Ａに噛み合う。

プラネタリピン６４は、それぞれプラネタリギア６２を軸方向に貫通する。プラネタリピン６４の軸方向の両端部は、それぞれキャリア６６に支持される。プラネタリピン６４は、キャリア６６と一体に回転可能である。プラネタリギア６２は、プラネタリピン６４に対する回転が可能な状態でプラネタリピン６４によって支持される。プラネタリギア６２およびプラネタリピン６４は、同軸に設けられる。プラネタリピン６４は、回転可能にキャリア６６に支持され、プラネタリギア６２に固定して設けられてもよい。

減速機構４６は、出力体５８の回転を減速して出力部３４に伝達する。減速機構４６は、第３のギア６６Ａおよび第４のギア３４Ｂを含む。出力体５８には、第３のギア６６Ａが設けられる。第３のギア６６Ａは、キャリア６６に設けられる。第３のギア６６Ａは、キャリア６６のうちのフロントスプロケット１６に近い側の端部の外周部に設けられる。第３のギア６６Ａは、出力部３４の外周部に設けられる第４のギア３４Ｂに噛み合う。キャリア６６の回転は減速機構４６を介して出力部３４に出力される。第４のギア３４Ｂは、出力部３４に設けられ、第３のギア６６Ａと噛み合う。第４のギア３４Ｂの歯数は、第３のギア６６Ａの歯数よりも多い。

増速機構４４の増速比と減速機構４６の減速比とは、第２のモータ４０が動作していないときに、クランク軸３２の回転速度と出力部３４の回転速度とが一致しないように選ばれている。詳しくは、第１のギア３２Ｂの歯数と第４のギア３４Ｂの歯数とは異なる。第１のギア３２Ｂの歯数は、第４のギア３４Ｂ第の歯数よりも多くてもよく、第４のギア３４Ｂ第の歯数よりも少なくてもよい。第１のギア３２Ｂの歯数と第４のギア３４Ｂの歯数との差は小さい方が好ましい。なお、増速機構４４の増速比は、第２のギア５６Ｂの歯数に対する第１のギア３２Ｂの歯数である。減速機構４６の減速比は、第４のギア３４Ｂの歯数に対する第３のギア６６Ａの歯数である。

第１のモータ３８は、ハウジング４２に支持される。第１のモータ３８は、クランク軸３２の径方向においてクランク軸３２の外側に配置される。第１のモータ３８は、入力体５６を回転可能である。第１のモータ３８の出力軸３８Ａに設けられるギア３８Ｂは、入力体５６の第１のモータ側ギア５６Ｃと噛み合う。ギア３８Ｂの歯数は、第１のモータ側ギア５６Ｃの歯数よりも少ない。このため、第１のモータ３８の回転は、回転速度が減速かつトルクが増大されて入力体５６に伝達される。

第１のワンウェイクラッチ４８は、リングギア５６Ａとキャリア６６との間に配置される。一例では、第１のワンウェイクラッチ４８は、ローラクラッチまたは爪式のクラッチによって構成される。第１のワンウェイクラッチ４８は、クランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転したときにリングギア５６Ａの回転をキャリア６６に伝達しない。第１のワンウェイクラッチ４８は、クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転したとき、かつ、キャリア６６の回転速度がリングギア５６Ａの回転速度以上のとき、キャリア６６とリングギア５６Ａとの相対回転を許容する。第１のワンウェイクラッチ４８は、クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転したとき、かつ、キャリア６６の回転速度がリングギア５６Ａの回転速度以下のとき、キャリア６６とリングギア５６Ａとを一体に回転させる。

第２のモータ４０は、ハウジング４２に支持される。第２のモータ４０は、クランク軸３２の軸方向において、遊星機構３６を挟んで、出力部３４とは反対側に配置される。第２のモータ４０の出力軸４０Ａの回転軸心は、入力体５６の回転軸心と同軸線上に配置される。第２のモータ４０は、伝達体６０を回転可能である。

第２のモータ４０の出力軸４０Ａがハウジング４２に対して一方向に回転するとき、第２のモータ４０の出力軸４０Ａおよびサンギア６０Ａの回転速度に対して出力体５８の回転速度を大きくすることができる。クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転するときに、出力体５８の回転速度が、入力体５６の回転速度を超えない場合、入力体５６の回転は、第１のワンウェイクラッチ４８を介して出力体５８に伝達され、遊星機構３６は変速機としては機能しない。クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転するときに、出力体５８の回転速度が、入力体５６の回転速度を超える場合、入力体５６の回転は、伝達体６０を介して出力体５８に伝達され、第２のモータ４０の回転速度に応じて伝達体６０は変速する。

図２〜図４を参照して、切替機構５２の構成について説明する。なお、図３および図４は、切替機構５２の一部の部材をクランク軸に垂直な同一の平面上に投影した模式図である。

図２に示されるとおり、切替機構５２の少なくとも一部は、クランク軸３２と出力部３４との間に配置される。切替機構５２は、増速機構４４の第１のギア３２Ｂよりもフロントスプロケット１６に近い側に配置される。切替機構５２は、クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転するときにクランク軸３２と出力部３４との相対回転を許容する。切替機構５２は、クランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転するときにクランク軸３２と出力部３４とを一体に回転させる。

図３に示されるとおり、切替機構５２は、複数の転動体６８、保持部７０、第１の付勢部材７２、第２の付勢部材７４、および、複数の溝３２Ｄを含む。溝３２Ｄは、クランク軸３２の外周部に形成される。図３では、転動体６８を２つのみ表示しているが、転動体６８は３つ以上設けられて、クランク軸３２の周方向に均等に間隔をあけて配置されているのが好ましい。溝３２Ｄは、クランク軸３２の支持部３２Ｃの外周部に形成される。溝３２Ｄは、第２の方向ＲＢに向かうにつれて深くなる。

転動体６８は、支持部３２Ｃの外周部に配置される。詳しくは、転動体６８は、クランク軸３２の外周部と出力部３４の内周部との間に配置される。転動体６８は、溝３２Ｄに配置される。クランク軸３２の支持部３２Ｃは、転動体６８に接触可能である。

保持部７０は、複数の転動体６８を保持する。複数の転動体６８は、保持部７０に回転可能に保持される。第１の付勢部材７２は、保持部７０を介して転動体６８を第２の方向ＲＢに付勢する。第２の付勢部材７４は、ハウジング４２に摺動可能に支持される。第２の付勢部材７４は、クランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転するとき、保持部７０を介して転動体６８をクランク軸３２に対して第１の方向ＲＡに相対移動させる。第１の付勢部材７２は、たとえばコイルスプリングなどのバネによって形成される。第２の付勢部材７４は、たとえばスライドスプリングによって形成される。第２の付勢部材７４は、環状に形成される環状部分７４Ａと、環状部分７４Ａから周方向の内側に突出する一端部７４Ｂとを有する。第２の付勢部材７４の環状部分７４Ａが、クランク軸３２の周方向に回転可能にハウジング４２に支持されている。第２の付勢部材７４の一端部は、保持部７０に接触可能に設けられている。

制御部５４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを含む。制御部５４は、ＣＰＵおよびメモリが搭載される回路基板をさらに含む。一例では、メモリは不揮発性メモリを含み、ＣＰＵによって実行される制御プログラムおよび各種の設定情報を記憶している。制御部５４は、第１のモータ３８、および、第２のモータ４０と電気的に接続される。制御部５４には、各種センサからの信号が入力される。各種センサは、車速を検出する車速センサを含むことが好ましい。制御部５４およびモータ３８，４０には、自転車１０に設けられるバッテリ（図示略）から電力が供給される。

制御部５４は、第１のモータ３８および第２のモータ４０を制御する。具体的には、制御部５４は、人力駆動力、クランク軸３２の回転速度、および、車速の少なくとも１つに応じて、第１のモータ３８および第２のモータ４０の回転を制御する。制御部５４は、予め設定されるアシスト比に基づいて、人力駆動力に応じて第１のモータ３８の出力トルクを制御する。人力駆動力は、例えば、第２のモータ４０のトルクに基づいて演算される。出力体５８の回転数が入力体５６の回転数よりも大きい場合には、第２のモータ４０のトルクを検出することによって、人力駆動力を推定することができる。制御部５４は、第１のモード、第２のモード、第３のモード、および、第４のモードのいずれかで、第１のモータ３８および第２のモータ４０を制御してもよい。制御部５４は、第１のモードにおいて第１のモータ３８のみを駆動し、第２のモードにおいて第１のモータ３８および第２のモータ４０の両方を駆動し、第３のモードにおいて第２のモータ４０のみを駆動し、第４のモードにおいて第１のモータ３８および第２のモータ４０の両方を駆動しない。各モードは操作部によって選択されてもよい。人力駆動力をアシスト可能な第１モードおよび第２モードでは、第２のモータ４０のトルクを算出するために、出力体５８の回転数が入力体５６の回転数よりも大きくなるように第２のモータ４０を駆動するのが好ましい。第２のモータ４０のトルクは、入力体５６のトルクに比例するので、制御部５４は第２のモータ４０のトルクを検出することによって、人力駆動力を求めることができる。入力体５６のトルクが、第１のモータ３８と人力駆動力とによって発生する場合であっても、第１のモータ３８のトルクは制御部５４が制御しているので、人力駆動力のみを求めることができる。第２のモータ４０のトルクは、第２のモータ４０の電流を検出するか、第２のモータ４０に与える電流、制御部５４の第２のモータ４０に対する制御パラメータに基づいて求めることができる。クランク軸３２の回転速度は、例えば、第１のモータ３８の回転数に基づいて演算される。増速機構４４の増速比およびギア３８Ｂおよび第１のモータ側ギア５６Ｃの減速比は、予め設定されているので、制御部５４は、第１のモータ３８の回転数からクランク軸３２の回転速度を計算で求めることができる。制御部５４は、第１のモータ３８の電流または第１のモータ３８に設けられているエンコーダの検出信号に基づいて、第１のモータ３８の回転速度を定義する。

各種センサは、人力駆動力を検出するトルクセンサおよびクランク軸３２の回転速度を検出する回転速度センサなどを含んでいてもよい。トルクセンサは、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。トルクセンサは、たとえばクランク軸３２または第１のギア３２Ｂに取り付けられ、クランク軸３２にかかるトルクを検出する。別の例では、トルクセンサは、出力部３４に取り付けられて出力部３４にかかるトルクを検出する。回転速度センサは、ハウジング４２内に設けられて、クランク軸３２に設けられる磁石を検出する磁気センサを含む。車速は、例えば、車速センサの出力に基づいて演算される。制御部５４は、クランク軸３２の回転が停止しているとき、および、クランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転するとき、第１のモータ３８および第２のモータ４０への電力の供給を停止することが好ましい。制御部５４は、ライダーが操作可能な変速指示装置からの指令に基づいて、第２のモータ４０の回転を制御してもよい。

制御部５４は、第１のモータ３８を回転させることによって、入力体５６を正転方向に回転させる。入力体５６が正転方向に回転するとき、出力部３４には自転車１０が前進する方向への回転が伝達される。本実施の形態では、正転方向は、クランク軸３２の第１の方向ＲＡと反対の方向である。

制御部５４は、第２のモータ４０を回転させることによって、伝達体６０を正転方向に回転させる。第２のモータ４０から伝達体６０に伝達される正転方向の回転速度が大きくなるほど、遊星機構３６の変速比ｒは大きくなる。制御部５４は、第２のモータ４０の回転速度を制御することによって、変速比ｒを連続的に変更することができる。なお、遊星機構３６の変速比ｒは、入力体５６に入力される回転速度に対する出力体５８から出力される回転速度の比である。遊星機構３６は無段階に変速可能であるが、制御部５４は予め定める複数の変速比のいずれかとなるように、第２のモータ４０の回転を制御することが好ましい。

第２のモータ４０に電力が供給されないとき、かつ、クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転するとき、第１のワンウェイクラッチ４８の機能によって入力体５６と出力体５８とが一体に回転する。このときの遊星機構３６の変速比ｒは「１」である。なお、第２のモータ４０に電力が供給されるとき、第２のモータ４０の回転によって出力体５８の回転速度が入力体５６の回転速度を上回らない限り、遊星機構３６の変速比ｒは「１」である。第２のモータ４０の回転によって出力体５８の回転速度が入力体５６の回転速度を上回るとき、遊星機構３６の変速比ｒは「１」よりも大きくなる。

図２〜図４を参照して切替機構５２の動作について説明する。
図２に示すクランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転するとき、遊星機構３６の変速比ｒは第１のワンウェイクラッチ４８によって「１」以上に維持される。第４のギア３４Ｂの歯数が、第１のギア３２Ｂの歯数よりも多い場合、クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転するとき、クランク軸３２の回転速度は出力部３４の回転速度よりも低くなる。第４のギア３４Ｂの歯数が、第１のギア３２Ｂの歯数よりも少ない場合、クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転するとき、クランク軸３２の回転速度は出力部３４の回転速度よりも高くなる。

図３に示されるとおり、クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転するときには、第１の付勢部材７２および第２の付勢部材７４は、保持部７０を介して転動体６８に第２の方向ＲＢへの力を付与する。第２の付勢部材７４は、クランク軸３２の回転に伴って保持部７０が第１の方向ＲＡに回転するときに、クランク軸３２に対して転動体６８が第１の方向ＲＡに相対移動することを抑制する。このため、転動体６８は、溝３２Ｄの深い部分に位置する。このため、転動体６８が出力部３４から離れ、クランク軸３２と出力部３４との相対回転が許容される。

図４に示されるとおり、クランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転するとき、第２の付勢部材７４は保持部７０を介して転動体６８に第１の方向ＲＡへの力を付与し、クランク軸３２に対して転動体６８を第１の方向ＲＡに相対移動させる。第２の付勢部材７４から転動体６８に与えられる第１の方向ＲＡへの力が、第１の付勢部材７２から転動体６８に与えられる第２の方向ＲＢへの力よりも大きくなると、転動体６８は溝３２Ｄの浅い部分に位置する。このため、転動体６８がクランク軸３２の外周部および出力部３４の両方と接触し、クランク軸３２と出力部３４との相対回転が規制される。このため、出力部３４とクランク軸３２とは一体に回転する。

図２に示すクランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転するとき、制御部５４は第２のモータ４０を停止する。第２のモータ４０の回転を停止させた状態で、制御部５４が第２のモータ４０の回転軸を固定するように第２のモータ４０を制御する場合、遊星機構３６の変速比ｒは「１」未満となる。第２のモータ４０を停止させた状態で、制御部５４への電力の供給を停止した場合、第２のモータ４０の回転軸はフリー状態となり、遊星機構３６は変速機と機能しない。このため、クランク軸３２が第２の方向ＲＢへの回転力は、遊星機構３６を介して出力部３４に伝達される前に、クランク軸３２の回転力が転動体６８を介して出力部３４に伝達される。クランク軸３２を第２の方向ＲＢに回転すると、出力部３４も第２の方向ＲＢに回転するので、フロントスプロケット１６およびチェーン２０を介して、リアスプロケット１８を後転させて、コースタブレーキを作動させることができる。

自転車用駆動装置３０の作用および効果について説明する。
自転車用駆動装置３０は、第１のモータ３８および第２のモータ４０を含む。このため、第２のモータ４０による変速比ｒの変更と、第１のモータ３８によるアシスト力の変更とを独立して行うことができる。このため、より走行状況等に応じた制御を行うことができる。

従来の自転車用駆動装置では、クランク軸の全周囲の外側に遊星機構が配置されるため、クランク軸と駆動輪との距離が通常の自転車よりも大きくなってしまう。一方、本実施の形態の自転車用駆動装置３０は、クランク軸３２の外周側に遊星機構３６が配置されるので、従来の自転車用駆動装置のようにクランク軸の全周囲の外側に遊星機構が配置されてしまうことがない。このためクランク軸３２と駆動輪との距離が大きくなってしまうことを抑制することができる。また自転車用駆動装置３０は、第２のモータ４０の回転軸の内周側にクランク軸３２が挿通していないので、第２のモータ４０の構成が複雑化になってしまうことを抑制することができる。

仮に出力部の回転軸心がクランク軸の回転軸心から離間し、出力部がクランク軸の外周側に配置される場合、フロントスプロケットとクランクとが干渉しないように、出力部とクランク軸との距離を大きくしたり、フロントスプロケットの歯数を制限する必要があったりする。このため、自転車用駆動装置が大型化したり、必要な歯数のフロントスプロケットを取り付けることができなかったりするおそれがある。これに対して、自転車用駆動装置３０では、出力部３４が、クランク軸３２の回転軸心まわりに回転可能に配置されるので、必要なフロントスプロケット歯数に応じて自転車用駆動装置３０が大型化したり、フロントスプロケットの歯数が制限されたりすることが抑制される。

遊星機構に入力されるトルクが大きいほど、第２のモータに要求される出力トルクは大きくなる。自転車用駆動装置３０は、増速機構４４がクランク軸３２の回転を増速して遊星機構３６に伝達するため、遊星機構３６に入力されるトルクが小さくなる。このため、第２のモータ４０の小型化に貢献できる。

自転車用駆動装置３０は、減速機構４６が出力体５８の回転を減速して出力部３４に伝達する。このため、出力部３４のトルクが増大するため、フロントスプロケット１６および駆動輪に伝達されるトルクが過度に小さくなることを抑制できる。

自転車用駆動装置３０は、増速機構４４の増速比と減速機構４６の減速比とが、第２のモータ４０が動作していないときにクランク軸３２の回転速度と出力部３４の回転速度とが一致しないように選ばれている。このため、増速機構４４において歯車が噛合う位相と、減速機構４６において歯車が噛合う位相とを異ならせることができるので、機械ノイズが抑制される。

第２のモータ４０の出力軸４０Ａの回転軸心は、入力体５６の回転軸心と同軸線上に配置されるため、第２のモータ４０の出力軸４０Ａの回転軸心と入力体５６の回転軸心とが異なる場合と比較して、自転車用駆動装置３０の構成を簡単にすることができる。

自転車用駆動装置３０の切替機構５２は、クランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転するときにクランク軸３２と出力部３４とを一体に回転させる。このため、自転車１０の運転者がクランク軸３２を第２の方向ＲＢに回転させることによって、駆動輪を制動するコースタブレーキを作動させることができる。

自転車用駆動装置３０の支持部３２Ｃは、クランク軸本体３２Ａの外径よりも大きい外径を有する。このため、出力部３４から切替機構５２にかかるトルクを小さくなる。このため、強度を確保するために切替機構５２が大型化してしまうことを抑制することができる。

自転車用駆動装置では、入力体５６と出力体５８との間に第１のワンウェイクラッチ４８が設けられているので、第２のモータ４０への電力の供給が停止した状態でも、クランク軸３２を第１の方向ＲＡに回転させると、クランク軸３２の回転を出力部３４に伝達することができる。

（第２の実施の形態）
図５を参照して、第２の実施の形態の自転車用駆動装置３０Ａについて説明する。第１の実施の形態と共通する部分については、第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。自転車用駆動装置３０Ａは、第１の実施の形態の自転車用駆動装置３０の第１のワンウェイクラッチ４８を省略し、第２のワンウェイクラッチ５０を含む。

第２のワンウェイクラッチ５０は、第２のモータ４０の出力軸４０Ａとハウジング４２との間に配置される。第２のワンウェイクラッチ５０は、第２のモータ４０の出力軸４０Ａの一方向への回転を許容し、他方向への回転を阻止する。一例では、第２のワンウェイクラッチ５０は、ローラクラッチまたは爪式のクラッチによって構成される。第２のモータ４０の出力軸４０Ａがハウジング４２に対して一方向に回転するとき、入力体５６の回転速度に対して出力体５８の回転速度が大きくなる。クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転するとき、プラネタリギア６２からサンギア６０Ａおよび出力軸４０Ａを他方向に回転させるトルクが加えられている。第２のモータ４０への電力の供給が停止しているとき、および、第２のモータ４０の出力トルクがプラネタリギア６２から加えられるトルクよりも小さいとき、第２のワンウェイクラッチ５０の機能により、第２のモータ４０の出力軸４０Ａおよびサンギア６０Ａのハウジング４２に対する他方向の回転が規制される。このため、第２のモータ４０の駆動が停止しているときに遊星機構３６に入力された回転は、サンギア６０Ａの歯数、プラネタリギア６２の歯数、および、リングギア５６Ａの歯数に基づいた減速比によって減速されて、出力体５８から出力される。第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態に準じた効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
図６を参照して、第３の実施の形態の自転車用駆動装置３０Ｂについて説明する。第１および第２の実施の形態と共通する部分については、第１および第２の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。自転車用駆動装置３０Ｂは、自転車用駆動装置３０，３０Ａとは、遊星機構、増速機構、および減速機構の構成が異なり、その他の構成は、自転車用駆動装置３０Ｃと同様である。

本実施の形態の自転車用駆動装置３０Ｂは、遊星機構８０、第１のモータ３８、第２のモータ４０、および、出力部３４を含む。一例では、自転車用駆動装置３０は、クランク軸３２、ハウジング４２、増速機構４４、減速機構４６、第２のワンウェイクラッチ５０、切替機構５２、および、制御部５４をさらに含む。

遊星機構８０は、遊星歯車機構である。遊星機構８０は、入力体８２、伝達体８４、および、出力体８６を含む。入力体８２は、クランク軸３２の回転が入力される。
入力体８２は、複数のプラネタリギア８８、複数のプラネタリピン９０、および、キャリア９２を含む。プラネタリギア８８は、小径部８８Ａおよび大径部８８Ｂを含む。プラネタリギア８８は、段付きのプラネタリギアである。小径部８８Ａの歯は、出力体８６のリングギア８６Ａに噛み合う。大径部８８Ｂの歯は、伝達体８４のサンギア８４Ａに噛み合う。キャリア９２の外周部には、第２のギア９２Ａが設けられる。増速機構４４は、第１のギア３２Ｂおよび第２のギア９２Ａを含む。第２のギア９２Ａのうちの第１のギア３２Ｂと噛み合う部分と異なる部分は、第１のモータ３８のギア３８Ｂと噛み合う。

伝達体８４は、入力体８２の回転を出力体８６に伝達するために設けられている。伝達体８４は、サンギア８４Ａを含む。
出力体８６は、入力体８２の回転に応じて回転する。出力体８６は、リングギア８６Ａを含む。リングギア８６Ａは、出力体８６の内周部に設けられる。減速機構４６は、第３のギア８６Ｂと第４のギア３４Ｂを含む。第３のギア８６Ｂは、出力体５８の外周部に設けられる。増速機構４４の増速比と、減速機構４６の減速比とは、第２のモータ４０が停止している状態でクランク軸３２を第１の方向ＲＡに回転させたとき、クランク軸３２の回転速度と出力部３４の回転速度が近い速度になるように設定されている。

第１のモータ３８は、入力体８２を回転可能である。ギア３８Ｂの歯数は、第２のギア９２Ａの歯数よりも少ない。このため、第１のモータ３８の回転は、回転速度が減速かつトルクが増大されて入力体８２に伝達される。

第２のワンウェイクラッチ５０は、第２のモータ４０の出力軸４０Ａの一方向への回転を許容し、他方向への回転を阻止する。第２のモータ４０の出力軸４０Ａがハウジング４２に対して一方向に回転するとき、入力体８２の回転速度に対して出力体８６の回転速度が大きくなる。クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転するとき、プラネタリギア８８からサンギア８４Ａおよび出力軸４０Ａを他方向に回転させるトルクが加えられている。第２のモータ４０への電力の供給が停止しているとき、および、第２のモータ４０の出力トルクがプラネタリギア８８から加えられるトルクよりも小さいとき、第２のワンウェイクラッチ５０の機能により、第２のモータ４０の出力軸４０Ａおよびサンギア８４Ａのハウジング４２に対する他方向の回転が規制される。このため、第２のモータ４０の駆動が停止しているときに遊星機構３６に入力された回転は、サンギア８４Ａの歯数、プラネタリギア８８の歯数、および、リングギア８６Ａの歯数に基づいた変速比によって増速されて、出力体８６から出力される。遊星機構３６の変速比ｒは常に「１」よりも大きい。第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態に準じた効果を得ることができる。

（第４の実施の形態）
図７〜図１０を参照して、第４の実施の形態の自転車用駆動装置３０Ｃについて説明する。第１の実施の形態と共通する部分については、第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態の自転車用駆動装置３０Ｃは、第１の実施の形態の自転車用駆動装置３０において、切替機構５２に代えて、図７に示す切替機構９４を含み、他の構成は自転車用駆動装置３０と同様である。

切替機構９４は、少なくとも一部がクランク軸３２の外周部と出力部３４の内周部との間に配置される。切替機構９４は、複数の爪９６、リング部材９８、および、第３の付勢部材１００を含む。爪９６は、基部９６Ａおよび先端部９６Ｂを含む。基部９６Ａは、クランク軸３２の外周部に設けられる凹部３２Ｅに配置される。先端部９６Ｂは、凹部３２Ｅから突出可能である。爪９６には、付勢部材（図示略）によって先端部９６Ｂが凹部３２Ｅから突出する力が付与される。爪９６は、出力部３４およびリング部材９８の内周部に対向している。

リング部材９８は、出力部３４の内周部に配置される。リング部材９８は、フロントスプロケット１６と一体に形成される。別の例では、リング部材９８は、フロントスプロケット１６と別体に形成されて、互いに回転不能に取り付けられる。リング部材９８の外周部には複数の凸部９８Ａが設けられる。複数の凸部９８Ａは、周方向に並んでいる。凸部９８Ａは、出力部３４の内周部に設けられる複数の凹部３４Ｃに嵌め込まれる。凸部９８Ａの周方向の長さは、凹部３４Ｃの周方向の長さよりも大きい。このため、凸部９８Ａは凹部３４Ｃの内部において移動可能である。このため、リング部材９８は、出力部３４に対して所定の角度にわたり回転可能である。

リング部材９８の内周部には、複数の凹部９８Ｂが設けられる。複数の凹部９８Ｂは、周方向に並んでいる。凹部９８Ｂの第１の方向ＲＡ側の端面は、爪９６が引っかからないように傾斜している。凹部９８Ｂの第２の方向ＲＢ側の端面９８Ｄは、リング部材９８の径方向に沿って延びている。

第３の付勢部材１００は、出力部３４の外周部に配置される。第３の付勢部材１００は、出力部３４とリング部材９８とに連結され、出力部３４に対してリング部材９８に第２の方向ＲＢへの力を付与する。

クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転したとき、出力部３４は、第１の方向ＲＡに回転する。このため、凹部３４Ｃの第１の方向ＲＡ側の端面がリング部材９８の凸部９８Ａの第２の方向ＲＢ側の端面と接触し、出力部３４とリング部材９８とは等しい速度で第１の方向ＲＡに回転する。このとき、図８に示されるとおり、出力部３４の突出部３４Ｄが凹部９８Ｂの端面９８Ｄよりも第１の方向ＲＡに突出する。突出部３４Ｄは、爪９６が引っかからないように傾斜している傾斜面を有する。出力部３４の第１の方向ＲＡへ回転速度がクランク軸３２の回転速度よりも高い場合であっても、爪９６の先端部９６Ｂが凹部９８Ｂの内部に嵌まり込んでも、図９に示されるように突出部３４Ｄの傾斜面が爪９６の先端部９６Ｂをクランク軸３２側に押し下げながら、出力部３４が第１の方向ＲＡに回転する。

図６に示すクランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転したとき、制御部５４が第２のモータ４０の回転軸を回転しないように制御していれば、クランク軸３２から入力される回転力は遊星機構３６を介して出力部３４に伝達されて、出力部３４は第２の方向ＲＢに回転する。図８に示されるとおり、爪９６の先端部９６Ｂが凹部９８Ｂと対向する位置にあるとき、爪９６の先端部９６Ｂは凹部９８Ｂの内部に嵌まり込む。この状態においてさらにクランク軸３２がリング部材９８に対して第２の方向ＲＢに回転し、図７に示す出力部３４が第２の方向ＲＢに回転する力が第３の付勢部材１００から出力部３４に与えられる力を上回ると、出力部３４がリング部材９８に対して第２の方向ＲＢへ移動し、リング部材９８の凸部９８Ａの第２の方向ＲＢ側の端面が凹部３４Ｃの第２の方向ＲＢ側の端面と接触する。このとき出力部３４の突出部３４Ｄが、凹部９８Ｂの端面９８Ｄよりも第２の方向ＲＢ側に退避するので、図１０に示されるとおり、爪９６の先端部９６Ｂが凹部９８Ｂの端面９８Ｄと係合する。この状態においてさらにクランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転すると、クランク軸３２が爪９６を介してリング部材９８を第２の方向に回転させる。クランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転させると、リング部材９８および出力部３４は、クランク軸３２と等しい速度で第２の方向ＲＢに回転することになる。第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態に準じた効果を得ることができる。

（変形例）
上記各実施の形態に関する説明は、本発明に従う自転車用駆動装置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駆動装置は、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。

・第１の実施の形態の切替機構５２は、支持部３２Ｃの外周部ではなく、出力部３４の内周部に転動体６８が配置される溝を形成してもよい。
・各実施の形態の第１のモータ３８は、入力体５６，８２ではなく、出力体５８，８６を回転可能に構成することもできる。例えば、出力体５８，８６の外周部にギアを設け、第１のモータ３８の出力軸３８Ａのギア３８Ｂと噛み合わせる。

・各実施の形態の自転車用駆動装置は、第１のモータ３８の回転を減速して入力体５６に伝達する減速機構をさらに含むこともできる。
・各実施の形態の増速機構４４は、第１のギア３２Ｂと第２のギア５６Ｂ，９２Ａとの間に第１のギア３２Ｂの回転を増速して第２のギア５６Ｂ，９２Ａに伝達するギアをさらに含むこともできる。また、増速機構４４としてクランク軸３２と入力体５６，８２とに巻かれるベルトまたはチェーンを用いることもできる。要するに、クランク軸３２の回転を増速して入力体５６，８２に伝達できる増速機構であればいずれの構成を採用することもできる。

・各実施の形態の増速機構４４を減速機構または等速機構にすることもできる。この場合、例えば、第１のギア３２Ｂの歯数を第２のギア５６Ｂ，９２Ａの歯数以下にする。
・各実施の形態の減速機構４６は、第３のギア６６Ａ，８６Ｂと第４のギア３４Ｂとの間に第３のギア６６Ａ，８６Ｂの回転を増速して第４のギア３４Ｂに伝達するギアをさらに含むこともできる。また、減速機構４６として出力体５８，８６と出力部３４とに巻かれるベルトまたはチェーンを用いることもできる。要するに、出力体５８，８６の回転を減速して出力体５８，８６に伝達できる増速機構であればいずれの構成を採用することもできる。なお、増速機構４４および減速機構４６にベルトまたはチェーンを用いる場合、各実施の形態の遊星機構３６，８０の部材の回転方向とクランク軸３２および出力部３４の回転方向との関係が逆転する。このため、ワンウェイクラッチ４８および５０の向き、および第１のモータおよび第２のモータの駆動方向を各実施の形態とは反対にする必要がある。

・各実施の形態の減速機構４６を増速機構または等速機構にすることもできる。この場合、例えば、第３のギア６６Ａ，８６Ｂの歯数を第４のギア３４Ｂの歯数以上にする。増速機構４４の増速比と減速機構４６の減速比とは、第２のモータ４０が動作していないときに、クランク軸３２の回転速度と出力部３４の回転速度とが一致しないように選ばれている。

・各実施の形態の切替機構５２，９４を省略することもできる。
・各実施の形態の遊星機構３６，８０は、遊星ローラ機構にすることもできる。この場合、サンギア６０Ａ，８４Ａはサンローラであり、プラネタリギア６２，８８は、プラネタリローラであり、リングギア５６Ａ，８６Ａはリングローラである。

・各実施の形態において、各遊星機構は、入力体、出力体および伝達体がそれぞれ以下の（Ａ）〜（Ｃ）の１つを含み、かつ、入力体、出力体および伝達体が以下の（Ａ）〜（Ｃ）の全てからなる組み合わせを含んでいれば、いずれの構成とすることも可能である。（Ａ）は、サンギアである。（Ｂ）は、リングギアである。（Ｃ）は、プラネタリギアおよびキャリアである。

・各実施の形態において、各ギアは平ギアによって形成されていてもよく、ヘリカルギアによって形成されていてもよい。各実施の形態において、各ギアは、金属製であってもよく、樹脂製であってもよい。

・増速機構４４の増速比と減速機構４６の減速比とは、第２のモータ４０が動作していないときに、クランク軸３２の回転速度と出力部３４の回転速度とが一致するように選ばれてもよい。

３０…自転車用駆動装置、３２…クランク軸、３２Ａ…クランク軸本体、３２Ｂ…第１のギア、３２Ｃ…支持部、３２Ｄ…溝、３４…出力部、３４Ａ…孔、３４Ｂ…第４のギア、３６…遊星機構、３８…第１のモータ、４０…第２のモータ、４２…ハウジング、４４…増速機構、４６…減速機構、４８…第１のワンウェイクラッチ、５０…第２のワンウェイクラッチ、５２…切替機構、５４…制御部、５６…入力体、５６Ａ…リングギア、５６Ｂ…第２のギア、５８…出力体、６０…伝達体、６０Ａ…サンギア、６２…プラネタリギア、６４…プラネタリピン、６６…キャリア、６６Ａ…第３のギア、６８…転動体、７０…保持部、７２…第１の付勢部材、７４…第２の付勢部材。

図２に示されるとおり、自転車用駆動装置３０は、遊星機構３６、第１のモータ３８、第２のモータ４０、および、出力部３４を含む。一例では、自転車用駆動装置３０は、クランク軸３２、ハウジング４２、増速機構４４、減速機構４６、第１のワンウェイクラッチ４８、第２のワンウェイクラッチ５０、切替機構５２、および、制御部５４をさらに含む。自転車用駆動装置３０は、クランク１２に入力される人力駆動力をアシストする。クランク軸３２は、ハウジング４２に対する回転が可能な状態でハウジング４２によって支持される。クランク軸３２は、ハウジング４２に対して、自転車１０を前進させる正転方向（以下では「第１の方向ＲＡ」）、および、正転方向とは反対の方向（以下では「第２の方向ＲＢ」）に回転可能である。クランク軸３２は、中実に形成されてもよく、中空に形成されていてもよい。

第１のワンウェイクラッチ４８は、リングギア５６Ａとキャリア６６との間に配置される。一例では、第１のワンウェイクラッチ４８は、ローラクラッチまたは爪式のクラッチによって構成される。第１のワンウェイクラッチ４８は、クランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転したときにリングギア５６Ａの回転をキャリア６６に伝達しない。第１のワンウェイクラッチ４８は、クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転したとき、かつ、キャリア６６の回転速度がリングギア５６Ａの回転速度よりも高いとき、キャリア６６とリングギア５６Ａとの相対回転を許容する。第１のワンウェイクラッチ４８は、クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転したとき、かつ、キャリア６６の回転速度がリングギア５６Ａの回転速度以下のとき、キャリア６６とリングギア５６Ａとを一体に回転させる。

保持部７０は、複数の転動体６８を保持する。複数の転動体６８は、保持部７０に回転可能に保持される。第１の付勢部材７２は、保持部７０を介して転動体６８を第２の方向ＲＢに付勢する。第２の付勢部材７４は、ハウジング４２に摺動可能に支持される。第２の付勢部材７４は、クランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転するとき、保持部７０を介して転動体６８をクランク軸３２に対して第１の方向ＲＡに相対移動させる。第１の付勢部材７２は、たとえばコイルスプリングなどのバネによって形成される。第２の付勢部材７４は、たとえばスライドスプリングによって形成される。第２の付勢部材７４は、環状に形成される環状部分７４Ａと、環状部分７４Ａから径方向の内側に突出する一端部７４Ｂとを有する。第２の付勢部材７４の環状部分７４Ａが、クランク軸３２の周方向に回転可能にハウジング４２に支持されている。第２の付勢部材７４の一端部７４Ｂは、保持部７０に接触可能に設けられている。

制御部５４は、第１のモータ３８を回転させることによって、入力体５６を正転方向に回転させる。入力体５６が正転方向に回転するとき、出力部３４には自転車１０が前進する方向への回転が伝達される。本実施の形態では、入力体５６の正転方向は、クランク軸３２の第１の方向ＲＡと反対の方向である。

自転車用駆動装置３０では、入力体５６と出力体５８との間に第１のワンウェイクラッチ４８が設けられているので、第２のモータ４０への電力の供給が停止した状態でも、クランク軸３２を第１の方向ＲＡに回転させると、クランク軸３２の回転を出力部３４に伝達することができる。

（第３の実施の形態）
図６を参照して、第３の実施の形態の自転車用駆動装置３０Ｂについて説明する。第１および第２の実施の形態と共通する部分については、第１および第２の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。自転車用駆動装置３０Ｂは、自転車用駆動装置３０，３０Ａとは、遊星機構、増速機構、および減速機構の構成が異なり、その他の構成は、自転車用駆動装置３０Ａと同様である。

伝達体８４は、入力体８２の回転を出力体８６に伝達するために設けられている。伝達体８４は、サンギア８４Ａを含む。
出力体８６は、入力体８２の回転に応じて回転する。出力体８６は、リングギア８６Ａを含む。リングギア８６Ａは、出力体８６の内周部に設けられる。減速機構４６は、第３のギア８６Ｂと第４のギア３４Ｂを含む。第３のギア８６Ｂは、出力体８６の外周部に設けられる。増速機構４４の増速比と、減速機構４６の減速比とは、第２のモータ４０が停止している状態でクランク軸３２を第１の方向ＲＡに回転させたとき、クランク軸３２の回転速度と出力部３４の回転速度が近い速度になるように設定されている。

第２のワンウェイクラッチ５０は、第２のモータ４０の出力軸４０Ａの一方向への回転を許容し、他方向への回転を阻止する。第２のモータ４０の出力軸４０Ａがハウジング４２に対して一方向に回転するとき、入力体８２の回転速度に対して出力体８６の回転速度が大きくなる。クランク軸３２が第１の方向ＲＡに回転するとき、プラネタリギア８８からサンギア８４Ａおよび出力軸４０Ａを他方向に回転させるトルクが加えられている。第２のモータ４０への電力の供給が停止しているとき、および、第２のモータ４０の出力トルクがプラネタリギア８８から加えられるトルクよりも小さいとき、第２のワンウェイクラッチ５０の機能により、第２のモータ４０の出力軸４０Ａおよびサンギア８４Ａのハウジング４２に対する他方向の回転が規制される。このため、第２のモータ４０の駆動が停止しているときに遊星機構８０に入力された回転は、サンギア８４Ａの歯数、プラネタリギア８８の歯数、および、リングギア８６Ａの歯数に基づいた変速比によって増速されて、出力体８６から出力される。遊星機構８０の変速比ｒは常に「１」よりも大きい。第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態に準じた効果を得ることができる。

リング部材９８は、出力部３４の内周部に配置される。リング部材９８は、フロントスプロケット１６と一体に形成される。別の例では、リング部材９８は、フロントスプロケット１６と別体に形成されて、互いに回転不能に取り付けられる。リング部材９８の外周部には複数の凸部９８Ａが設けられる。複数の凸部９８Ａは、周方向に並んでいる。凸部９８Ａは、出力部３４の内周部に設けられる複数の凹部３４Ｃに嵌め込まれる。凸部９８Ａの周方向の長さは、凹部３４Ｃの周方向の長さよりも小さい。このため、凸部９８Ａは凹部３４Ｃの内部において移動可能である。このため、リング部材９８は、出力部３４に対して所定の角度にわたり回転可能である。

図２に示すクランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転したとき、制御部５４が第２のモータ４０の回転軸を回転しないように制御していれば、クランク軸３２から入力される回転力は遊星機構３６を介して出力部３４に伝達されて、出力部３４は第２の方向ＲＢに回転する。図８に示されるとおり、爪９６の先端部９６Ｂが凹部９８Ｂと対向する位置にあるとき、爪９６の先端部９６Ｂは凹部９８Ｂの内部に嵌まり込む。この状態においてさらにクランク軸３２がリング部材９８に対して第２の方向ＲＢに回転し、図７に示す出力部３４が第２の方向ＲＢに回転する力が第３の付勢部材１００から出力部３４に与えられる力を上回ると、出力部３４がリング部材９８に対して第２の方向ＲＢへ移動し、リング部材９８の凸部９８Ａの第１の方向ＲＡ側の端面が凹部３４Ｃの第２の方向ＲＢ側の端面と接触する。このとき出力部３４の突出部３４Ｄが、凹部９８Ｂの端面９８Ｄよりも第２の方向ＲＢ側に退避するので、図１０に示されるとおり、爪９６の先端部９６Ｂが凹部９８Ｂの端面９８Ｄと係合する。この状態においてさらにクランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転すると、クランク軸３２が爪９６を介してリング部材９８を第２の方向に回転させる。クランク軸３２が第２の方向ＲＢに回転させると、リング部材９８および出力部３４は、クランク軸３２と等しい速度で第２の方向ＲＢに回転することになる。第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態に準じた効果を得ることができる。

・各実施の形態の増速機構４４を減速機構または等速機構にすることもできる。この場合、例えば、第１のギア３２Ｂの歯数を第２のギア５６Ｂ，９２Ａの歯数以下にする。
・各実施の形態の減速機構４６は、第３のギア６６Ａ，８６Ｂと第４のギア３４Ｂとの間に第３のギア６６Ａ，８６Ｂの回転を増速して第４のギア３４Ｂに伝達するギアをさらに含むこともできる。また、減速機構４６として出力体５８，８６と出力部３４とに巻かれるベルトまたはチェーンを用いることもできる。要するに、出力体５８，８６の回転を減速して出力体５８，８６に伝達できる減速機構であればいずれの構成を採用することもできる。なお、増速機構４４および減速機構４６にベルトまたはチェーンを用いる場合、各実施の形態の遊星機構３６，８０の部材の回転方向とクランク軸３２および出力部３４の回転方向との関係が逆転する。このため、ワンウェイクラッチ４８および５０の向き、および第１のモータおよび第２のモータの駆動方向を各実施の形態とは反対にする必要がある。

Claims (21)

1. クランク軸の回転が入力される入力体、前記入力体の回転に応じて回転する出力体、および、前記入力体の回転を前記出力体に伝達するための伝達体を含み、外周側に前記クランク軸が配置される遊星機構と、
   前記入力体または前記出力体を回転可能な第１のモータと、
   前記伝達体を回転可能な第２のモータと、
   前記クランク軸が挿通する孔を有し、前記クランク軸の回転軸心まわりに回転可能に配置され、前記出力体の回転が伝達される出力部とを含む、自転車用駆動装置。
2. 前記クランク軸の回転を増速して前記入力体に伝達する増速機構をさらに含む、請求項１に記載の自転車用駆動装置。
3. 前記増速機構は、
   前記クランク軸に設けられ、前記クランク軸と一体に回転する第１のギアと、
   前記入力体に設けられ、前記入力体と一体に回転し、かつ前記第１のギアと噛み合う第２のギアとを含む、請求項２に記載の自転車用駆動装置。
4. 前記出力体の回転を、減速して前記出力部に伝達する減速機構をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の自転車用駆動装置。
5. 前記減速機構は、
   前記出力体に設けられる第３のギアと、
   前記出力部に設けられ、前記第３のギアと噛み合う第４のギアを含む、請求項４に記載の自転車用駆動装置。
6. 前記増速機構の増速比と、前記減速機構の減速比とは、前記第２のモータが動作していないときに、前記クランク軸の回転速度と前記出力部の回転速度とが一致しないように選ばれている、請求項２または３を引用する請求項４または５に記載の自転車用駆動装置。
7. 前記第２のモータの出力軸の回転軸心は、前記入力体の回転軸心と同軸線上に配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の自転車用駆動装置。
8. 前記第２のモータは、前記クランク軸の軸方向において、前記遊星機構を挟んで、前記出力部とは反対側に配置される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自転車用駆動装置。
9. 前記クランク軸が第１の方向に回転するときに前記クランク軸と前記出力部との相対回転を許容し、前記クランク軸が第２の方向に回転するときに前記クランク軸と前記出力部とを一体に回転させる切替機構をさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自転車用駆動装置。
10. 前記切替機構の少なくとも一部は、前記クランク軸と前記出力部との間に配置される、請求項９に記載の自転車用駆動装置。
11. 前記切替機構は、
    前記クランク軸の外周部と前記出力部の内周部との間に配置される転動体と、
    前記クランク軸の外周部および前記出力部の内周部の一方に形成され、前記転動体が配置される溝をと含み、
    前記溝は、前記第２の方向に向かうにつれて深くなる、請求項１０に記載の自転車用駆動装置。
12. 前記クランク軸は、
    クランク軸本体と、
    クランク軸本体に設けられて前記クランク軸本体と一体に回転し、前記クランク軸本体の外径よりも大きい外径を有し、前記転動体に接触可能な支持部を含み、
    前記支持部の外周部に前記転動体が配置される、請求項１１に記載の自転車用駆動装置。
13. 前記支持部の外周部に前記溝が形成されている、請求項１２に記載の自転車用駆動装置。
14. 前記遊星機構、前記第１のモータ、前記第２のモータおよび前記出力部が設けられるハウジングをさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の自転車用駆動装置。
15. 前記切替機構は、前記転動体を保持する保持部、第１の付勢部材および第２の付勢部材をさらに含み、
    前記第１の付勢部材は、前記保持部を介して転動体を前記第２の方向に付勢し、
    前記第２の付勢部材は、前記ハウジングに摺動可能に支持され、前記クランク軸が前記第２の方向に回転するとき、前記保持部を介して前記転動体を前記クランク軸に対して前記第１の方向に相対移動させる、請求項１１を直接的または間接的に引用する請求項１４に記載の自転車用駆動装置。
16. 前記入力体は、リングギアを含み、
    前記出力体は、プラネタリギアとキャリアとを含み、
    前記伝達体は、サンギアを含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の自転車用駆動装置。
17. 前記リングギアと前記キャリアとの間に配置され、前記クランク軸が前記第２の方向に回転したときに前記リングギアの回転を前記キャリアに伝達しない第１のワンウェイクラッチをさらに含む、請求項１６に記載の自転車用駆動装置。
18. 前記入力体は、プラネタリギアとキャリアとを含み、
    前記出力体は、リングギアを含み、
    前記伝達体は、サンギアを含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の自転車用駆動装置。
19. 前記第２のモータの出力軸の一方向の回転を許容し、他方向の回転を阻止する第２のワンウェイクラッチをさらに含む、請求項１４を引用する請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の自転車用駆動装置。
20. 前記クランク軸をさらに備える、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の自転車用駆動装置。
21. 前記第１のモータおよび前記第２のモータを制御する制御部をさらに備える、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の自転車用駆動装置。

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