JP2019188925A - 駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】駆動輪が正転方向に回転する場合の走行抵抗の増加を抑制できる駆動システムを提供する。【解決手段】駆動システムは、人力駆動力が入力されるクランクと、人力駆動力によって駆動される駆動輪とを備える人力駆動車に用いられる駆動システムであって、クランクから駆動輪までの動力伝達経路に設けられるクラッチ機構と、駆動輪から離間して配置され、クラッチ機構を介して駆動輪に接続されて、駆動輪から駆動力が与えられる場合に駆動輪を制動するように構成されるモータと、を含み、クラッチ機構は、クランクが第１方向に回転する場合に、人力駆動力を駆動輪に伝達して、駆動輪を第２方向に回転させる第１状態と、駆動輪が第２方向に回転する場合に、駆動輪からモータに力が伝達されない第２状態と、駆動輪が第２方向に回転する場合に、駆動輪からモータに力が伝達される第３状態と、で動作可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、駆動システムに関する。

例えば、特許文献１に記載されている駆動システムでは、人力駆動車が前進する場合、クランクの回転力を動力伝達経路の下流側に伝達して駆動輪を正転方向に回転させることができ、かつ、駆動輪の正転方向への回転力を駆動伝達経路の上流側に伝達させて、モータによって回生制動することができる。

特開２０１６−２０３７３５号公報

従来技術の駆動システムでは、回生制動が必要ではない場合でもコースティング時に駆動輪の正転方向への回転力を駆動伝達経路の上流側に常に伝達するので、走行抵抗が増加する。
本発明の目的の１つは、駆動輪が正転方向に回転する場合の走行抵抗の増加を抑制できる駆動システムを提供することである。

本開示の第１側面の駆動システムは、人力駆動力が入力されるクランクと、前記人力駆動力によって駆動される駆動輪とを備える人力駆動車に用いられる駆動システムであって、前記クランクから前記駆動輪までの動力伝達経路に設けられるクラッチ機構と、前記駆動輪から離間して配置され、前記クラッチ機構を介して前記駆動輪に接続されて、前記駆動輪から駆動力が与えられる場合に前記駆動輪を制動するように構成されるモータと、を含み、前記クラッチ機構は、前記クランクが第１方向に回転する場合に、前記人力駆動力を前記駆動輪に伝達して、前記駆動輪を第２方向に回転させる第１状態と、前記駆動輪が前記第２方向に回転する場合に、前記駆動輪から前記モータに力が伝達されない第２状態と、前記駆動輪が前記第２方向に回転する場合に、前記駆動輪から前記モータに力が伝達される第３状態と、で動作可能である。
第１側面に従う駆動システムによれば、クラッチ機構が第１状態で動作することによって、人力駆動力によって人力駆動車を推進でき、クラッチ機構が第２状態で動作することによって走行抵抗の増加を抑制でき、クラッチ機構が第３状態で動作することによって、人力駆動車両を制動できる。

本開示の第１側面に従う第２側面の駆動システムにおいて、前記モータは、回生制動可能に構成される。
第２側面に従う駆動システムによれば、制動に必要な電力の消費を抑制できる。

本開示の第１または第２側面に従う第３側面の駆動システムにおいて、前記クラッチ機構を制御する制御部をさらに含み、前記制御部は、予め定める条件が満たされると、前記クラッチ機構を前記第３状態で動作させる。
第３側面に従う駆動システムによれば、予め定める条件が満たされた場合にクラッチ機構を第３状態で動作させることができる。

本開示の第１または第２側面に従う第４側面の駆動システムにおいて、前記人力駆動車に設けられる操作部が操作されると、前記クラッチ機構を前記第３状態で動作させる制御部をさらに含む。
第４側面に従う駆動システムによれば、ユーザによって操作部が操作されるとクラッチ機構を第３状態で動作させることができる。

本開示の第４側面に従う第５側面の駆動システムにおいて、前記操作部は、ブレーキレバーを含む。
第５側面に従う駆動システムによれば、ユーザによってブレーキレバーが操作されるとクラッチ機構を第３状態で動作させることができる。

本開示の第１〜第５側面のいずれか１つに従う第６側面の駆動システムにおいて、前記クラッチ機構は、前記第３状態において、前記クランクが前記第１方向に回転しても、前記人力駆動力を前記駆動輪に伝達しないように構成される。
第６側面に従う駆動システムによれば、第３状態では、クランクによって人力駆動車を推進させないようにすることができる。

本開示の第１〜第６側面のいずれか１つに従う第７側面の駆動システムにおいて、前記モータは、前記クランクが前記第１方向に回転する場合に、前記人力駆動力に応じて、前記人力駆動車の推進をアシストするように構成される。
第７側面に従う駆動システムによれば、モータによって人力駆動車の推進をアシストできる。

本開示の第１〜第７側面のいずれか１つに従う第８側面の駆動システムにおいて、前記モータは、前記クランクの近傍に配置される。
第８側面に従う駆動システムによれば、クランクとモータとを備えるドライブユニットを構成しやすい。

本開示の第１〜第８側面のいずれか１つに従う第９側面の駆動システムにおいて、前記クランクを回転可能に支持するベース部を含み、前記モータは、前記ベース部に設けられる。
第９側面に従う駆動システムによれば、ベース部によってクランクおよびモータを好適に支持できる。

本開示の第１〜第９側面のいずれか１つに従う第１０側面の駆動システムにおいて、前記クラッチ機構は、ツーウェイクラッチを含む。
第１０側面に従う駆動システムによれば、ツーウェイクラッチによって第１状態、第２状態、および、第３状態を容易に形成できる。

本開示の第１０側面に従う第１１側面の駆動システムにおいて、前記クラッチ機構は、第１部材と、第２部材と、前記第１部材および前記第２部材の一方に設けられ、前記第１部材および前記第２部材の他方に係合可能に構成される第１爪部材と、前記第１部材および前記第２部材の一方に設けられ、前記第１部材および前記第２部材の他方に係合可能に構成される第２爪部材と、を含み、前記第１爪部材は、前記第１部材、前記第２部材と共に第１ワンウェイクラッチを構成し、前記第２爪部材は、前記第１部材および前記第２部材と共に、前記第１ワンウェイクラッチとは前記第１部材および前記第２部材が相対回転する方向が異なる第２ワンウェイクラッチを構成する。
第１１側面に従う駆動システムによれば、第１ワンウェイクラッチと第２ワンウェイクラッチによって第１状態、第２状態、および、第３状態を容易に形成できる。

本開示の第１〜第１１側面のいずれか１つに従う第１２側面の駆動システムにおいて、前記クラッチ機構は、前記駆動輪に設けられる。
第１２側面に従う駆動システムによれば、第２状態において動力伝達経路のうちの駆動輪に近い位置で駆動輪の回転が動力伝達経路の上流側に伝達されることを抑制できる。

本開示の第１２側面に従う第１３側面の駆動システムにおいて、前記駆動輪は、内装変速機を含み、前記クラッチ機構は、前記内装変速機に設けられる。
第１３側面に従う駆動システムによれば、内装変速機とクラッチ機構とを一体にできる。

本開示の第１〜第１３側面のいずれか１つに従う第１４側面の駆動システムにおいて、前記クラッチ機構は、前記クランクの近傍に設けられる。
第１４側面に従う駆動システムによれば、第２状態において動力伝達経路のうちのクランクに近い位置で駆動輪の回転が動力伝達経路の上流側に伝達されることを抑制できる。

本開示の第１〜第１３側面のいずれか１つに従う第１５側面の駆動システムにおいて、前記駆動輪から前記モータまでの動力伝達経路に設けられ、前記駆動輪から前記モータに力を伝達する場合には、回転速度を減少させ、前記モータから前記駆動輪に力を伝達する場合には、回転速度を変更しないように構成される回転速度変換装置をさらに含む。
第１５側面に従う駆動システムによれば、回転速度変換装置によって、第３状態において、駆動輪からモータに力を伝達する場合には、モータに伝達される回転速度を減少させることができる。

本開示の駆動システムは、駆動輪が正転方向に回転する場合の走行抵抗の増加を抑制することができる。

実施形態の駆動システムを含む人力駆動車の側面図。 実施形態の人力駆動車の動力伝達経路を示すブロック図。 図２のクラッチ機構の第１状態を示す模式図。 図２のクラッチ機構が第１状態の場合の駆動機構の回転方向を示す模式図。 図２のクラッチ機構の第２状態を示す模式図。 図２のクラッチ機構が第２状態の場合の駆動機構の回転方向を示す模式図。 図２のクラッチ機構の第３状態を示す模式図。 図２のクラッチ機構が第３状態の場合の駆動機構の回転方向を示す模式図。 実施形態の人力駆動車の電気的な構成を示すブロック図。 図９の制御部によって実行されるクラッチ機構の動作を切り替える処理のフローチャート。 第１変形例の人力駆動車の動力伝達経路を示すブロック図。 第２変形例の人力駆動車の動力伝達経路を示すブロック図。 第３変形例の制御部によって実行されるクラッチ機構の動作を切り替える処理のフローチャート。

図１〜図１０を参照して、実施形態の人力駆動車１０の駆動システム４０について説明する。駆動システム４０は、人力駆動車１０に設けられる。人力駆動車１０は、少なくとも人力駆動力によって駆動することができる車である。人力駆動車１０は、車輪の数が限定されず、例えば１輪車および３輪以上の車輪を有する車も含む。人力駆動車１０は、例えばマウンテンバイク、ロードバイク、シティバイク、カーゴバイク、および、リカンベントなど種々の種類の自転車、ならびに、電動アシスト自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ）を含む。以下、実施の形態において、人力駆動車１０を、自転車として説明する。

図１に示されるとおり人力駆動車１０は、人力駆動力Ｈが入力されるクランク１２と、人力駆動力Ｈによって駆動される駆動輪１４とを備える。人力駆動車１０は、フレーム１６をさらに含む。クランク１２は、フレーム１６に対して回転可能なクランク軸１２Ａと、クランク軸１２Ａの軸方向の両端部にそれぞれ設けられるクランクアーム１２Ｂとを含む。各クランクアーム１２Ｂには、ペダル１８が連結される。駆動輪１４は、クランク１２が回転することによって駆動される。駆動輪１４は、フレーム１６に支持される。クランク１２と駆動輪１４とは、駆動機構２０によって連結される。駆動機構２０は、クランク軸１２Ａに結合される第１回転体２２を含む。クランク軸１２Ａと第１回転体２２とは、ワンウェイクラッチ２０Ａ（図２参照）を介して結合されている。ワンウェイクラッチ２０Ａは、クランク１２が前転した場合に、第１回転体２２を前転させ、クランク１２が後転した場合に、第１回転体２２を後転させないように構成される。ワンウェイクラッチ２０Ａは、ローラクラッチ、ラチェット式のクラッチ、または、スプラグクラッチによって構成される。第１回転体２２は、スプロケット、プーリ、または、ベベルギアを含む。駆動機構２０は、連結部材２６と、第２回転体２４とをさらに含む。連結部材２６は、第１回転体２２の回転力を第２回転体２４に伝達する。連結部材２６は、例えば、チェーン、ベルト、または、シャフトを含む。

第２回転体２４は、駆動輪１４に連結される。第２回転体２４は、スプロケット、プーリ、または、ベベルギアを含む。

人力駆動車１０は、前輪および後輪を含む。フレーム１６には、フロントフォーク１６Ａを介して前輪が取り付けられている。フロントフォーク１６Ａには、ハンドルバー１６Ｃがステム１６Ｂを介して連結されている。以下の実施形態では、後輪を駆動輪１４として説明するが、前輪が駆動輪１４であってもよい。

本実施の形態では、駆動輪１４は、内装変速機２８を含む。内装変速機２８は、変速比を変更するように構成される。変速比は、クランク１２の回転速度Ｎに対する駆動輪１４の回転速度の比率である。内装変速機２８は、遊星歯車機構によって変速比を段階的に変更するように構成されてもよく、無段変速機によって構成されてもよい。

人力駆動車１０には、操作部３０が設けられる。操作部３０は、ブレーキレバー３０Ａを含むことが好ましい。操作部３０は、制動装置を動作させるために用いられる。制動装置は、人力駆動車１０の一部に接触して制動力を発生させる摩擦部を含むことが好ましい。制動装置は、ディスクブレーキ、リムブレーキ、ドラムブレーキ、および、ローラブレーキの少なくとも１つを含む。ディスクブレーキは、車輪と一体回転可能に車輪に設けられるディスクブレーキロータに摩擦部を接触させることによって車輪を制動する。リムブレーキは、車輪のリムに摩擦部を接触させることによって車輪を制動する。摩擦部は、ブレーキパットまたはブレーキシューを含んで構成される。ブレーキレバーは、制動装置を動作させるケーブルを牽引可能に設けられてもよく、制動装置を動作させる油圧ケーブルの油圧を制御するように構成されていてもよい。操作部３０は、駆動システム４０の制御部４２と有線または無線によって通信可能に接続されている。操作部３０は、例えば電力線通信（ＰＬＣ；power line communication）によって制御部４２と通信可能である。操作部３０は、それぞれ例えば操作部材と、操作部材の動きを検出する検出部３０Ｂ（図９参照）と、検出部３０Ｂの出力信号に応じて、制御部４２と通信を行う電気回路とを含む。操作部３０がブレーキレバー３０Ａを含む場合、操作部材は、ブレーキレバー３０Ａを含むことが好ましい。ユーザによって操作部材が操作されることによって、操作部３０は、制御部４２に出力信号を送信する。ブレーキレバー３０Ａが操作されることによって、制動装置による制動が行われ、かつ、制御部４２に出力信号が送信される。操作部３０がブレーキレバー３０Ａを含まない場合、操作部材およびその動きを検出する検出部３０Ｂは、プッシュスイッチ、レバー式スイッチ、または、タッチパネルを含んで構成されていてもよい。

人力駆動車１０には、バッテリ３２が設けられる。バッテリ３２は、１または複数のバッテリセルを含む。バッテリセルは、充電池を含む。バッテリ３２は、人力駆動車１０に設けられ、バッテリ３２と有線で電気的に接続されている他の電気部品、例えば、モータ４４および制御部４２に電力を供給する。バッテリ３２は、制御部４２と有線または無線によって通信可能に接続されている。バッテリ３２は、例えば電力線通信（ＰＬＣ）によって制御部４２と通信可能である。バッテリ３２は、フレーム１６の外部に取り付けられてもよく、少なくとも一部がフレーム１６の内部に収容されてもよい。

駆動システム４０は、人力駆動車１０に用いられる。駆動システム４０は、図２〜図８に示すクラッチ機構４６と、モータ４４と、を含む。クラッチ機構４６は、クランク１２から駆動輪１４までの動力伝達経路Ｔに設けられる。モータ４４は、駆動輪１４から離間して配置され、クラッチ機構４６を介して駆動輪１４に接続されて、駆動輪１４から駆動力が与えられる場合に駆動輪１４を制動するように構成される。クラッチ機構４６は、クランク１２が第１方向Ａ１に回転する場合に、人力駆動力Ｈを駆動輪１４に伝達して、駆動輪１４を第２方向Ａ２に回転させる第１状態と、駆動輪１４が第２方向Ａ２に回転する場合に、駆動輪１４からモータ４４に力が伝達されない第２状態と、駆動輪１４が第２方向Ａ２に回転する場合に、駆動輪１４からモータ４４に力が伝達される第３状態と、で動作可能である。クラッチ機構４６は、第３状態において、クランク１２が第１方向Ａ１に回転しても、人力駆動力Ｈを駆動輪１４に伝達しないように構成される。クランク１２の第１方向Ａ１は、人力駆動車１０を前進させる場合におけるクランク１２の回転方向と対応する。駆動輪１４の第２方向Ａ２は、人力駆動車１０を前進させる場合における駆動輪１４の回転方向と対応する。以下では、動力伝達経路Ｔに含まれる各回転体の人力駆動車１０を前進させる回転方向を正転方向とし、正転方向と反対の回転方向を後転方向と記載する場合がある。

本実施形態では、図１に示されるとおりモータ４４は、クランク１２の近傍に配置される。好ましくは、駆動システム４０は、クランク１２を回転可能に支持するベース部４８を含む。好ましくは、モータ４４は、ベース部４８に設けられる。ベース部４８は、クランク軸１２Ａを支持する。好ましくは、ベース部４８は、モータ４４の少なくとも一部を収容するハウジングを含む。駆動システム４０は、駆動回路４４Ｂ（図９参照）をさらに含む。モータ４４は、駆動回路４４Ｂとともにドライブユニット４４Ａを構成する。好ましくは、モータ４４および駆動回路４４Ｂは、ベース部４８に設けられる。駆動回路４４Ｂは、バッテリ３２からモータ４４に供給される電力を制御する。駆動回路４４Ｂは、駆動システム４０の制御部４２と有線または無線によって通信可能に接続されている。駆動回路４４Ｂは、例えばシリアル通信によって制御部４２と通信可能である。駆動回路４４Ｂは、制御部４２からの制御信号に応じてモータ４４を駆動させる。好ましくは、モータ４４は、人力駆動車１０の推進をアシストするように構成される。モータ４４は、クランク１２が第１方向Ａ１に回転する場合に、人力駆動力Ｈに応じて、人力駆動車１０の推進をアシストするように構成される。好ましくは、モータ４４は、回生制動可能に構成される。モータ４４は、直流制動可能に構成されていてもよい。モータ４４は、電気モータを含む。モータ４４は、ペダル１８から後輪までの人力駆動力Ｈの動力伝達経路Ｔに回転力を伝達するように設けられる。本実施形態では、モータ４４は、クランク軸１２Ａから第１回転体２２までの動力伝達経路Ｔ（図２参照）に結合される。モータ４４および駆動回路４４Ｂが設けられるベース部４８には、モータ４４および駆動回路４４Ｂ以外の構成が設けられてもよく、例えばモータ４４の回転速度を減速して出力する減速機が設けられてもよい。

図２に示す動力伝達経路Ｔは、第１状態における第１動力伝達経路Ｔ１と、第２状態における第２動力伝達経路Ｔ２とを含む。

第１動力伝達経路Ｔ１を、図２において実線で示す。第１動力伝達経路Ｔ１において、クランク１２の第１方向Ａ１の回転力は、クラッチ機構４６の第１ワンウェイクラッチ４６Ａを介して駆動輪１４に伝達される。クランク１２の第１方向Ａ１の回転力が駆動輪１４に伝達され、かつ、モータ４４が人力駆動車１０の推進をアシストする場合、モータ４４の出力は、駆動機構２０に含まれる出力部２０Ｂで、人力駆動力Ｈと合流する。出力部２０Ｂは、例えば、出力部２０Ｂの回転軸心がクランク軸１２Ａの回転軸心と一致し、かつ、クランク軸１２Ａの回転軸心まわりにクランク軸１２Ａの一部を囲むように配置される。ワンウェイクラッチ２０Ａは、動力伝達経路Ｔのうちのクランク軸１２Ａと出力部２０Ｂとの間に設けられることが好ましい。

第２動力伝達経路Ｔ２を、図２において破線で示す。第２動力伝達経路Ｔ２において、駆動輪１４の第２方向Ａ２の回転力は、クラッチ機構４６の第２ワンウェイクラッチ４６Ｂを介してモータ４４に伝達される。駆動輪１４からモータ４４に伝達された力によって、モータ４４が正転方向に回転されて、回生制動が行われる。

好ましくは、クラッチ機構４６は、ツーウェイクラッチを含む。好ましくは、クラッチ機構４６は、図３に示す第１部材５０と、第２部材５２と、第１爪部材５４と、第２爪部材５６と、を含む。第１爪部材５４は、第１部材５０および第２部材５２の一方に設けられ、第１部材５０および第２部材５２の他方に係合可能に構成される。第２爪部材５６は、第１部材５０および第２部材５２の一方に設けられ、第１部材５０および第２部材５２の他方に係合可能に構成される。第１爪部材５４は、第１部材５０、第２部材５２と共に第１ワンウェイクラッチ４６Ａを構成する。第２爪部材５６は、第１部材５０および第２部材５２と共に、第１ワンウェイクラッチ４６Ａとは第１部材５０および第２部材５２が相対回転する方向が異なる第２ワンウェイクラッチ４６Ｂを構成する。クラッチ機構４６は、第１ワンウェイクラッチ４６Ａと、第２ワンウェイクラッチ４６Ｂとが別体に構成されていていてもよい。この場合、第１ワンウェイクラッチ４６Ａと、第２ワンウェイクラッチ４６Ｂとは、動力伝達経路Ｔのうちの異なる部分に設けることもできる。クラッチ機構４６は、爪部材を含む爪式のクラッチであってもよく、ローラクラッチであってもよく、ディスククラッチであってもよい。クラッチ機構４６は、ツーウェイクラッチに代えて、電磁クラッチを含んでいてもよい。

本実施形態では、図２に示されるとおり、クラッチ機構４６は、駆動輪１４に設けられる。本実施形態では、クラッチ機構４６は、内装変速機２８に設けられる。駆動システム４０は、内装変速機２８を含んで構成されていてもよい。内装変速機２８は、駆動輪１４のハブシェル１４Ａと、第２回転体２４との間の動力伝達経路Ｔに設けられる。好ましくは、内装変速機２８はハブシェル１４Ａに収容される。クラッチ機構４６は、ハブシェル１４Ａと第２回転体２４との間の動力伝達経路Ｔに設けられる。好ましくは、クラッチ機構４６は、ハブシェル１４Ａに収容される。

本実施形態では、図３に示す第１部材５０は、第２回転体２４と一体に回転可能に第２回転体２４に設けられる。本実施形態では、第２部材５２は、内装変速機２８の入力部と一体に回転可能に、内装変速機２８の入力部に設けられる。この場合、内装変速機２８の出力部は、ハブシェル１４Ａを含む。第１部材５０は、内装変速機２８の出力部と一体に回転可能に内装変速機２８の出力部に設けられ、第２部材５２は、ハブシェル１４Ａと一体に回転可能にハブシェル１４Ａに設けられてもよい。この場合、内装変速機２８の出力部は、内装変速機２８のうちのハブシェル１４Ａと相対回転可能な回転体を含む。第１部材５０は、内装変速機２８の内部の回転体と一体に回転可能に内装変速機２８に設けられ、第２部材５２は、内装変速機２８の内部の回転体のうち、第１部材５０の設けられる回転体よりも下流側の回転体と一体に回転可能に内装変速機２８に設けられてもよい。

第１部材５０および第２部材５２は、回転軸心Ｃ１まわりに回転可能である。第１部材５０および第２部材５２の一方は、回転軸心Ｃ１に垂直な方向において、第１部材５０および第２部材５２の他方の内側に配置される。本実施形態では、第２部材５２は略円筒形状に形成され、第１部材５０は回転軸心Ｃ１に垂直な方向において、第２部材５２によって囲まれる空間に配置される。第１爪部材５４および第２爪部材５６は、第１部材５０と第２部材５２との間に配置される。複数の第１爪部材５４が、第１部材５０と第２部材５２との間に配置されてもよい。複数の第２爪部材５６が、第１部材５０と第２部材５２との間に配置されてもよい。第１部材５０および第２部材５２の一方には、溝５８が形成される。本実施形態では、第２部材５２の内周部に溝５８が形成される。第１爪部材５４および第２爪部材５６は、溝５８に係合可能に構成される。第１爪部材５４および第２爪部材５６は、溝５８に係合して第１部材５０と第２部材５２との間で回転力を伝達可能な第１位置と、溝５８と係合せず第１部材５０と第２部材との相対回転を許容する第２位置との間で移動する。好ましくは、クラッチ機構４６は、第１爪部材５４を第１部材５０および第２部材５２の一方に向かって突出させる方向に付勢する第１付勢部材をさらに含む。好ましくは、クラッチ機構４６は、第２爪部材５６を第１部材５０および第２部材５２の一方に向かって突出させる方向に付勢する第２付勢部材をさらに含む。第１付勢部材および第２付勢部材は、ばねを含む。

第１爪部材５４および第２爪部材５６は、第１位置と第２位置との間で移動可能な状態と、第２位置に保持される状態とが切り替え可能に構成される。第１爪部材５４は、第１位置と第２位置との間で移動可能な状態の場合、かつ、第１部材５０が第２部材５２の回転速度以上の回転速度で正転方向に回転する場合、第１位置に位置する。第１爪部材５４は、第１位置と第２位置との間で移動可能な状態の場合、かつ、第２部材５２が第１部材５０の回転速度以上の回転速度で正転方向に回転する場合、溝５８と係合しない。第１爪部材５４は、第１位置に位置し、第１部材５０が第２部材５２の回転速度以上の回転速度で正転方向に回転する場合、第１部材５０の正転方向の回転力を第２部材５２に伝達する。第２爪部材５６は、第１位置と第２位置との間で移動可能な状態の場合、かつ、第２部材５２が第１部材５０の回転速度以上の回転速度で正転方向に回転する場合、第１位置に位置する。第２爪部材５６は、第１位置と第２位置との間で移動可能な状態の場合、かつ、第１部材５０が第２部材５２の回転速度以上の回転速度で正転方向に回転する場合、溝５８と係合しない。第２爪部材５６は、第１位置に位置し、第２部材５２が第１部材５０の回転速度以上の回転速度で正転方向に回転する場合、第２部材５２の正転方向の回転力を第１部材５０に伝達する。

制御部４２は、第１爪部材５４および第２爪部材５６の少なくとも１つを、第２位置に保持することによって、クラッチ機構４６を第１状態、第２状態、および、第３状態で動作させる。本実施形態では、制御部４２は、第１爪部材５４を第１位置と第２位置との間で移動可能にし、かつ、第２爪部材５６を第２位置に保持することによって、クラッチ機構４６を第１状態で動作させる。制御部４２は、第１爪部材５４を第２位置に保持し、かつ、第２爪部材５６を第２位置に保持することによって、クラッチ機構４６を第２状態で動作させる。制御部４２は、第１爪部材５４を第２位置に保持し、第２爪部材５６を第１位置と第２位置との間で移動可能にすることによって、クラッチ機構４６を第３状態で動作させる。

図３および図４は、第１状態のクラッチ機構４６を示す。クラッチ機構４６が第１状態で動作している場合、第１ワンウェイクラッチ４６Ａによってクランク１２の第１方向Ａ１への回転力が駆動輪１４に伝達され、第２ワンウェイクラッチ４６Ｂによってクランク１２と駆動輪１４との間で回転力が伝達されない。第１状態において、クランク１２が第１方向Ａ１に回転する場合、第１爪部材５４は溝５８に係合する第１位置にある。第１状態において、クランク１２が第１方向Ａ１に回転する場合、第２爪部材５６は溝５８に係合しない第２位置にある。このため、クランク１２を第１方向Ａ１に回転させると、人力駆動力Ｈが駆動輪１４に伝達されて、駆動輪１４が第２方向Ａ２に回転する。

図５および図６は、第２状態のクラッチ機構４６を示す。クラッチ機構４６が第２状態で動作している場合、第１ワンウェイクラッチ４６Ａによってクランク１２と駆動輪１４との間で回転力が伝達されず、第２ワンウェイクラッチ４６Ｂによってクランク１２と駆動輪１４との間で回転力が伝達されない。第２状態において、駆動輪１４が第２方向Ａ２に回転する場合、第１爪部材５４は溝５８に係合しない第２位置にある。第２状態において、駆動輪１４が第２方向Ａ２に回転する場合、第２爪部材５６は溝５８に係合しない第２位置にある。このため、駆動輪１４を第２方向Ａ２に回転させると、駆動輪１４からモータ４４に力が伝達されない。クラッチ機構４６が第２状態で動作している場合、第１爪部材５４および第２爪部材５６が、第１部材および第２部材の一方に接触しないように配置されるので、クラッチ機構４６から発生する音を低減することができる。

図７および図８は、第３状態のクラッチ機構４６を示す。クラッチ機構４６が第３状態で動作している場合は、第１ワンウェイクラッチ４６Ａによってクランク１２と駆動輪１４との間で回転力が伝達されず、第２ワンウェイクラッチ４６Ｂによって駆動輪１４の第２方向Ａ２への回転力が第１回転体２２に伝達される。第３状態において、駆動輪１４が第２方向Ａ２に回転する場合、第１爪部材５４は溝５８に係合しない第２位置にある。第２状態において、駆動輪１４が第２方向Ａ２に回転する場合、第２爪部材５６は溝５８に係合する第１位置にある。このため、駆動輪１４が第２方向Ａ２に回転すると、駆動輪１４からモータ４４に力が伝達される。

駆動システム４０は、クラッチ機構４６を制御する制御部４２をさらに含む。図９に示す制御部４２は、予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。制御部４２は、１または複数のマイクロコンピュータを含んでいてもよい。制御部４２は、複数の場所に離れて配置される複数の演算処理装置を含んでいてもよい。駆動システム４０は、記憶部６０をさらに含む。記憶部６０には、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられる情報が記憶される。記憶部６０は、例えば不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含む。制御部４２および記憶部６０は、例えばモータ４４が設けられるベース部４８に設けられる。制御部４２は、駆動回路４４Ｂを含んでいてもよい。

制御部４２は、予め定める条件が満たされると、クラッチ機構４６を第３状態で動作させる。本実施形態では、制御部４２は、人力駆動車１０に設けられる操作部３０が操作されると、クラッチ機構４６を第３状態で動作させる。予め定める条件は、操作部３０の操作を含む。制御部４２は、検出部３０Ｂの出力に応じてクラッチ機構４６の動作状態を、第１状態、第２状態、および、第３状態の間で切り替える。

駆動システム４０は、アクチュエータ６２をさらに含む。アクチュエータ６２は、第１爪部材５４および第２爪部材５６を動作させる。アクチュエータ６２は、例えば電気モータおよびソレノイドなどを含む。制御部４２は、アクチュエータ６２を制御することによって、第１爪部材５４と第２爪部材５６とを第１位置および第２位置の間での移動が可能な状態と、第２位置に保持される状態とを切り替えて、第１状態、第２状態、および、第３状態を切り替える。アクチュエータ６２は、第１爪部材５４および第２爪部材５６の揺動軸を回転させて、第１爪部材５４および第２爪部材５６を動かす構成としてもよい。アクチュエータ６２は、第１爪部材５４および第２爪部材５６の揺動軸方向の側面部に突起を設けて、突起を抑えるように構成されるアーム部材を動作させることによって、第１爪部材５４および第２爪部材５６を動かす構成としてもよい。

駆動システム４０は、好ましくは、クランク回転センサ６４、車速センサ６６、および、トルクセンサ６８をさらに含む。

クランク回転センサ６４は、クランク１２の回転速度Ｎを検出するために用いられる。クランク回転センサ６４は、人力駆動車１０のフレーム１６またはモータ４４が設けられるベース部４８に取り付けられる。クランク回転センサ６４は、磁界の強度に応じた信号を出力する磁気センサを含んで構成される。周方向に磁界の強度が変化する環状の磁石が、クランク軸１２Ａまたはクランク軸１２Ａから第１回転体２２までの間の動力伝達経路に設けられる。クランク回転センサ６４は、制御部４２と有線または無線によって通信可能に接続されている。クランク回転センサ６４は、クランク１２の回転速度Ｎに応じた信号を駆動システム４０の制御部４２に出力する。

クランク回転センサ６４が検出する磁石は、クランク軸１２Ａから第１回転体２２までの人力駆動力Ｈの動力伝達経路において、クランク軸１２Ａと一体に回転する部材に設けられてもよい。

車速センサ６６は、車輪の回転速度を検出するために用いられる。車速センサ６６は、有線または無線によって制御部４２と電気的に接続されている。車速センサ６６は、制御部４２と有線または無線によって通信可能に接続されている。車速センサ６６は、車輪の回転速度に応じた信号を制御部４２に出力する。制御部４２は、車輪の回転速度に基づいて人力駆動車１０の車速Ｖを演算する。車速センサ６６は、リードスイッチを構成する磁性体リード、または、ホール素子を含むことが好ましい。車速センサ６６は、フレーム１６のチェーンステイに取り付けられ、後輪に取り付けられる磁石を検出する構成としてもよく、フロントフォーク１６Ａに設けられ、前輪に取り付けられる磁石を検出する構成としてもよい。

トルクセンサ６８は、例えばモータ４４が設けられるベース部４８に設けられる。トルクセンサ６８は、クランク１２に入力される人力駆動力ＨのトルクＴＨを検出するために用いられる。トルクセンサ６８は、例えば、動力伝達経路Ｔのうちのワンウェイクラッチ２０Ａよりも上流側に設けられる。トルクセンサ６８は、歪センサまたは磁歪センサなどを含む。歪センサは、歪ゲージを含む。トルクセンサ６８が歪センサを含む場合、歪センサは、例えば動力伝達経路Ｔに含まれる回転体の外周部に設けられる。トルクセンサ６８は、制御部４２と有線または無線によって接続されている。トルクセンサ６８は、無線または有線の通信部を含んでいてもよい。この場合、トルクセンサ６８の通信部は、制御部４２と通信可能に構成される。

制御部４２は、人力駆動車１０に入力される人力駆動力Ｈに応じてモータ４４を制御するように構成される。制御部４２は、クランク１２に入力される人力駆動力Ｈに対するモータ４４によるアシスト力Ｍの比率Ｘが、予め定める比率になるようにモータ４４を制御するように構成される。予め定める比率は、一定値であってもよく、人力駆動力Ｈに応じて変化する値であってもよく、車速Ｖに応じて変化する値であってもよく、クランク１２の回転速度Ｎによって変化する値であってもよい。人力駆動力Ｈは、人力駆動力ＨのトルクＴＨまたは人力駆動力Ｈの仕事率（ワット）を含む。人力駆動車１０に入力される人力駆動力ＨのトルクＴＨに対するモータ４４によるアシスト力ＭのトルクＴＭの比率ＸＴを、比率Ｘと記載する場合がある。人力駆動車１０に入力される人力駆動力Ｈの仕事率（ワット）に対するモータ４４によるアシスト力Ｍの仕事率（ワット）の比率ＸＷを、比率Ｘと記載する場合がある。人力駆動力Ｈの仕事率は、クランク１２に入力される人力駆動力ＨのトルクＴＨとクランク１２の回転速度Ｎとの乗算によって算出される。モータ４４の出力が減速機を介して人力駆動力Ｈの動力伝達経路に入力される場合は、減速機の出力を、モータ４４によるアシスト力Ｍとする。制御部４２は、人力駆動車１０の速度が、予め定める速度以上になると、モータ４４によるアシストを停止する。予め定める速度は、例えば２５ｋｍ／ｈ、または４５ｋｍ／ｈである。

図１０を参照して、クラッチ機構４６を制御する処理について説明する。制御部４２は、制御部４２にバッテリ３２から電力が供給されると、処理を開始して図１０に示すフローチャートのステップＳ１１に移行する。駆動システム４０は、電源スイッチを含む。電源スイッチは、例えばハンドルバー１６Ｃに設けられる。制御部４２にバッテリ３２から電力が供給されていない状態で、ユーザが電源スイッチを操作すると、制御部４２にバッテリ３２から電力が供給される。制御部４２にバッテリ３２から電力が供給されていない場合では、クラッチ機構４６は、初期状態として第１状態となっている。

制御部４２は、ステップＳ１１において、操作部３０が操作されたか否かを判定する。制御部４２は、例えば、検出部３０Ｂから制動装置を作動させるためのブレーキレバー３０Ａの操作が行われた場合の信号を受け取った場合、操作部３０が操作されたと判定する。制御部４２は、操作部３０が操作された場合、ステップＳ１２に移行する。

制御部４２は、ステップＳ１２においてクラッチ機構４６を第３状態で動作させる。具体的には、制御部４２は、アクチュエータ６２を制御して、第１爪部材５４を第２位置に保持させ、第２爪部材５６を第１位置と第２位置との移動が可能な状態に変更させる。これによって駆動輪１４の第２方向Ａ２の回転がモータ４４に伝達される。

制御部４２は、ステップＳ１２の処理を実行した後、ステップＳ１３に移行する。制御部４２は、ステップＳ１３において、電源をＯＦＦにする指令を受け取ったか否かを判定する。制御部４２にバッテリ３２から電力が供給されている状態で、ユーザが電源スイッチを操作すると、制御部４２は、電源をＯＦＦにする指令を受け取る。制御部４２は、電源をＯＦＦにする指令を受け取ったと判定すると、ステップＳ１４に移行し、クラッチ機構４６を第１状態で動作させて、処理を終了する。具体的には、制御部４２は、アクチュエータ６２を制御して、第１爪部材５４を第１位置と第２位置との移動が可能な状態に変更させ、第２爪部材５６を第２位置に保持させる。これによってクランク１２の第１方向Ａ１の回転が駆動輪１４に伝達される。制御部４２は、電源をＯＦＦにする指令を受け取っていないと判定すると、処理を終了する。

ステップＳ１１において、制御部４２が、操作部３０が操作されていないと判定すると、ステップＳ１５に移行する。制御部４２は、ステップＳ１５において、クランク回転センサ６４を用いて検出されるクランク１２の回転速度Ｎと変速比との乗算値が、車速センサ６６を用いて検出される車輪の回転速度未満になっているか否かを判定する。制御部４２は、クランク１２の回転速度Ｎと変速比との乗算値が、車輪の回転速度未満になっていると判定した場合、ステップＳ１６に移行する。制御部４２は、ステップＳ１６において、クラッチ機構４６を第２状態で動作させて、ステップＳ１３に移行する。具体的には、制御部４２は、アクチュエータ６２を制御して、第１爪部材５４を第２位置に保持させ、第２爪部材５６を第２位置に保持させる。これによって駆動輪１４の第２方向Ａ２の回転がモータ４４に伝達されない。

ステップＳ１５において、制御部４２は、クランク１２の回転速度Ｎと変速比との乗算値が、車輪の回転速度未満になっていないと判定した場合、ステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７において、制御部４２は、クラッチ機構４６を第１状態で動作させて、ステップＳ１３に移行する。

（変形例）
実施形態に関する説明は、本発明に従う駆動システム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。本発明に従う駆動システムは、例えば以下に示される実施形態の変形例、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。以下の変形例において、実施形態の形態と共通する部分については、実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

・クラッチ機構４６は、クランク１２の近傍に設けられるようにしてもよい。図１１に示すクラッチ機構４６は、ドライブユニット４４Ａに設けられる。この場合、クラッチ機構４６は、例えば、出力部２０Ｂとモータ４４との間の動力伝達経路Ｔに設けられてもよく、第１回転体２２と出力部２０Ｂとの間の動力伝達経路Ｔに設けられてもよい。

・駆動システム４０は、図１２に示す回転速度変換装置７０をさらに含んでもよい。回転速度変換装置７０は、駆動輪１４からモータ４４までの動力伝達経路Ｔに設けられ、駆動輪１４からモータ４４に力を伝達する場合には、回転速度を減少させ、モータ４４から駆動輪１４に力を伝達する場合には、回転速度を変更しないように構成される。回転速度変換装置７０は、内装変速機２８に設けられてもよい。この場合、例えば、第２ワンウェイクラッチ４６Ｂと第２回転体２４との間の動力伝達経路Ｔに設けられる。回転速度変換装置７０は、例えば、特開２０１６−２０３７３５号の構造を採用することができる。

・制御部４２は、操作部３０の操作以外の予め定める条件が満たされると、クラッチ機構４６を第３状態で動作させるようにしてもよい。例えば、制御部４２は、図１０の処理のステップＳ１１の処理に代えて、図１３のステップＳ２１の処理を実行する。図１３の処理において、制御部４２は、ステップＳ２１において、予め定める条件が満たされたか否かを判定する。制御部４２は、予め定める条件が満たされた場合、ステップＳ２１に移行する。制御部４２は、予め定める条件が満たされない場合、ステップＳ１５に移行する。予め定める条件は、例えば、クランク１２の回転速度Ｎが所定速度以下、かつ、車速Ｖが第１速度以上の場合を含む。この場合、例えば、クランク１２が停止し、かつ、人力駆動車１０が走行している状態において、車速Ｖが第１速度以上になると、回生制動が実行される。

・実施形態およびその変形例において、第２状態において第１爪部材５４を第１位置と第２位置との間で移動可能にしてもよい。第１爪部材５４および第２爪部材５６は、第１状態と同じ状態にしてもよい。具体的には、第１爪部材５４が第１位置と第２位置との間で移動可能にされ、かつ、第２爪部材５６が第２位置に保持される。この場合であっても、駆動輪が第２方向Ａ２に回転する場合に、駆動輪１４からモータ４４に力が伝達されない。第２状態と、第１状態とで、第２状態における第１爪部材５４および第２爪部材５６の状態が同じ場合、制御部４２の制御負荷を低減することができる。この場合、例えば、図１０および図１３のフローチャートからステップＳ１５およびＳ１６を省略して、制御部４２は、ステップＳ１１またはステップＳ２１でＮＯの場合には、ステップＳ１７に移行する。

・実施形態およびその変形例において、制御部４２にバッテリ３２から電力が供給されていない場合、クラッチ機構４６は、初期状態として第２状態で動作していてもよい。

・実施形態およびその変形例において、制御部４２にバッテリ３２から電力が供給されていない場合、クラッチ機構４６は、初期状態として第３状態で動作していてもよい。

・実施形態およびその変形例において、制御部４２は、ブレーキレバー３０Ａ以外の操作部３０の操作に応じて、クラッチ機構４６の状態を切り換えてもよい。

・制御部４２がアクチュエータ６２を操作することによって、クラッチ機構４６を制御するのではなく、ブレーキワイヤと連動するワイヤによって機械的にクラッチ機構４６が制御される構成としてもよい。

・図１０および図１３のフローチャートのステップＳ１５において、制御部４２は、クランク１２の回転速度Ｎと変速比との乗算値が、所定値未満になっているか否かを判定してもよい。所定値は、車輪の回転速度未満の値であり、例えば、車輪の回転速度の４分の３の値である。この場合、ユーザがクランク１２の回転速度Ｎを上昇させて、人力駆動車１０を加速させる場合に、よりスムーズに駆動輪１４にクランク１２の回転力を伝達させることができる。

１０…人力駆動車、１２…クランク、１４…駆動輪、２８…内装変速機、３０…操作部、３０Ａ…ブレーキレバー、４０…駆動システム、４６…クラッチ機構、４６Ａ…第１ワンウェイクラッチ、４６Ｂ…第２ワンウェイクラッチ、５０…第１部材、５２…第２部材、５４…第１爪部材、５６…第２爪部材、４４…モータ、４８…ベース部、４２…制御部、７０…回転速度変換装置。

Claims (15)

1. 人力駆動力が入力されるクランクと、前記人力駆動力によって駆動される駆動輪とを備える人力駆動車に用いられる駆動システムであって、
   前記クランクから前記駆動輪までの動力伝達経路に設けられるクラッチ機構と、
   前記駆動輪から離間して配置され、前記クラッチ機構を介して前記駆動輪に接続されて、前記駆動輪から駆動力が与えられる場合に前記駆動輪を制動するように構成されるモータと、を含み、
   前記クラッチ機構は、
   前記クランクが第１方向に回転する場合に、前記人力駆動力を前記駆動輪に伝達して、前記駆動輪を第２方向に回転させる第１状態と、
   前記駆動輪が前記第２方向に回転する場合に、前記駆動輪から前記モータに力が伝達されない第２状態と、
   前記駆動輪が前記第２方向に回転する場合に、前記駆動輪から前記モータに力が伝達される第３状態と、で動作可能である、駆動システム。
2. 前記モータは、回生制動可能に構成される、請求項１に記載の駆動システム。
3. 前記クラッチ機構を制御する制御部をさらに含み、
   前記制御部は、予め定める条件が満たされると、前記クラッチ機構を前記第３状態で動作させる、請求項１または２に記載の駆動システム。
4. 前記人力駆動車に設けられる操作部が操作されると、前記クラッチ機構を前記第３状態で動作させる制御部をさらに含む、請求項１または２に記載の駆動システム。
5. 前記操作部は、ブレーキレバーを含む、請求項４に記載の駆動システム。
6. 前記クラッチ機構は、前記第３状態において、前記クランクが前記第１方向に回転しても、前記人力駆動力を前記駆動輪に伝達しないように構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の駆動システム。
7. 前記モータは、前記クランクが前記第１方向に回転する場合に、前記人力駆動力に応じて、前記人力駆動車の推進をアシストするように構成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の駆動システム。
8. 前記モータは、前記クランクの近傍に配置される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の駆動システム。
9. 前記クランクを回転可能に支持するベース部を含み、
   前記モータは、前記ベース部に設けられる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の駆動システム。
10. 前記クラッチ機構は、ツーウェイクラッチを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の駆動システム。
11. 前記クラッチ機構は、
    第１部材と、
    第２部材と、
    前記第１部材および前記第２部材の一方に設けられ、前記第１部材および前記第２部材の他方に係合可能に構成される第１爪部材と、
    前記第１部材および前記第２部材の一方に設けられ、前記第１部材および前記第２部材の他方に係合可能に構成される第２爪部材と、を含み、
    前記第１爪部材は、前記第１部材、前記第２部材と共に第１ワンウェイクラッチを構成し、
    前記第２爪部材は、前記第１部材および前記第２部材と共に、前記第１ワンウェイクラッチとは前記第１部材および前記第２部材が相対回転する方向が異なる第２ワンウェイクラッチを構成する、請求項１０に記載の駆動システム。
12. 前記クラッチ機構は、前記駆動輪に設けられる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の駆動システム。
13. 前記駆動輪は、内装変速機を含み、
    前記クラッチ機構は、前記内装変速機に設けられる、請求項１２に記載の駆動システム。
14. 前記クラッチ機構は、前記クランクの近傍に設けられる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の駆動システム。
15. 前記駆動輪から前記モータまでの動力伝達経路に設けられ、前記駆動輪から前記モータに力を伝達する場合には、回転速度を減少させ、前記モータから前記駆動輪に力を伝達する場合には、回転速度を変更しないように構成される回転速度変換装置をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の駆動システム。