JP2024041615A - ドライブユニットおよび電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライブユニットを小型化する。【解決手段】実施形態の一例であるドライブユニット２０Ａは、モータ４０と、ハウジングと、ハウジングから突出し、ハウジングに対して回転可能に取り付けられたクランク軸３０と、モータの回転力を出力する出力体６２と、モータ４０の回転力を出力体６２へ伝達する動力伝達機構５０とを備える。そして、クランク軸３０は内部に中空部３１を有し、動力伝達機構５０の少なくとも一部が、中空部３１に収容されている。【選択図】図２

Description

本開示は、ドライブユニットおよびドライブユニットを備えた電動車両に関する。

従来、電動車両に用いられるドライブユニットとして、モータおよびモータの回転力を伝達する動力伝達機構を備えるドライブユニットが知られている。特許文献１には、動力伝達機構に遊星歯車機構を含むドライブユニットが開示されている。

米国特許第１００３５５６１号明細書

特許文献１に開示されたドライブユニットは、クランク軸の径方向外側にモータを配置し、モータ径を大口径化することで、ドライブユニットの高出力化を図っている。しかしながら、ドライブユニットの小型化については考慮されておらず、小型化について改良の余地がある。電動車両に用いられるドライブユニットにおいて、ドライブユニットを小型化することは重要な課題である。

本開示の一態様である電動車両に用いられるドライブユニットは、モータと、ハウジングと、ハウジングから突出し、ハウジングに対して回転可能に取り付けられたクランク軸と、モータの回転力を出力する出力体と、モータの回転力を出力体へ伝達する動力伝達機構とを備え、クランク軸は中空部を有し、動力伝達機構の少なくとも一部が中空部に収容されている。

本開示に係るドライブユニットによれば、ドライブユニットを小型化できる。本開示に係るドライブユニットは、小型でありながら、電動車両の駆動源として十分な出力特性を発揮する。

第１実施形態の一例である電動アシスト自転車の外観を示す図である。 第１実施形態のドライブユニットの断面図である。 第１実施形態のドライブユニットのクランク軸近傍の左側拡大断面図である。 第１実施形態のドライブユニットのクランク軸近傍の右側拡大断面図である。 第１実施形態のドライブユニットの分解斜視図である。 第１実施形態のドライブユニットのクランク軸の斜視図である。 第１実施形態のドライブユニットの人力伝達体の斜視図である。 第１実施形態のドライブユニットの出力体の斜視図である。 図３中のＡＡ線断面図である。 図４中のＢＢ線断面図である。 図４中のＣＣ線断面図である。 第１実施形態のドライブユニットの変形例のクランク軸の近傍の拡大断面図である。 図１２中のＤＤ線断面図である。 第１実施形態の制御基板の斜視図である。 第１実施形態の通電ユニットの斜視図である。 第１実施形態のクランク軸およびクランクアームの斜視図である。 第１実施形態のクランクアームの固定部品の断面図である。 第２実施形態のドライブユニットの断面図である。 第２実施形態のドライブユニットのクランク軸の近傍の拡大断面図である。 第２実施形態のドライブユニットのハウジングの斜視図である。 第３実施形態のドライブユニットの断面図である。 第４実施形態のドライブユニットの断面図である。 第５実施形態のドライブユニットの断面図である。 第６実施形態のドライブユニットの断面図である。

以下、本開示のドライブユニットおよびドライブユニットを備えた電動車両の実施形態について詳細に説明する。以下で説明する実施形態はあくまでも一例であって、本開示は以下の実施形態に限定されない。また、以下で説明する複数の実施形態および変形例を選択的に組み合わせてなる形態は、本開示に含まれている。

［第１実施形態］
以下、本開示のドライブユニットおよび電動車両の第１実施形態について、図１～１７に基づいて説明する。

図１は、第１実施形態の電動車両である電動アシスト自転車１の外観を示す右側面図である。なお、本開示の電動車両は、電動アシスト自転車１に限定されず、モータの動力により走行する電動車両であればよい。また、本開示の電動アシスト自転車１は、図１に例示するようなスポーツサイクルに限定されず、例えば、シティーサイクル、折り畳み式の自転車等であってもよい。本開示の実施形態における前後、左右、上下とは、電動アシスト自転車１のサドルに乗員がハンドルに向かって着座した状態を基準とした前後、左右、上下を意味する。

電動アシスト自転車１は、ドライブユニット２０Ａと、当該ユニットに電力を供給する蓄電装置１０とを備え、運転者の踏力による駆動力（人力駆動力）をドライブユニット２０Ａのモータ４０（後述の図２参照）の動力でアシストする機能を有する。電動アシスト自転車１は、一般的な自転車と同様に、フレーム２、前輪３Ａ、後輪３Ｂ、ハンドル４、サドル５、および前照灯９を備える。

フレーム２は、前輪３Ａ、後輪３Ｂ、ハンドル４、サドル５等を連結する骨組みである。フレーム２は、複数のパイプで構成される。複数のパイプとして、ヘッドパイプ２Ａ、フロントフォーク２Ｂ、トップパイプ２Ｃ、ダウンパイプ２Ｄ、シートパイプ２Ｅ、シートステー２Ｆ、チェーンステー２Ｇ、およびボトムブラケット（図示せず）が設けられている。ボトムブラケットハンガーは、ダウンパイプ２Ｄと、シートパイプ２Ｅと、チェーンステー２Ｇとを繋ぐ箇所である。

ドライブユニット２０Ａは、ペダル７がそれぞれ取り付けられた一対のクランクアーム６を備える。クランクアーム６は、電動アシスト自転車１の左右に１つずつ設けられている。クランクアーム６の内部には、後述するモータ４０等を収容する空間が形成されている。一対のクランクアーム６の各一端部にペダル７が取り付けられ、一対のクランクアーム６の他端部同士は、クランク軸３０（図２参照）で連結されている。ドライブユニット２０Ａは、フロントスプロケット７０を有する。電動アシスト自転車１は、フロントスプロケット７０の回転力を後輪３Ｂに伝達する動力伝達機構としてチェーン８を備える。チェーン８は、フロントスプロケット７０と、後輪３Ｂに設けられた後輪スプロケット１１を連結している。なお、フロントスプロケット７０と後輪スプロケット１１とは、ベルトまたはシャフトドライブにより連結してもよい。

蓄電装置１０は、ドライブユニット２０Ａの後述する通電ユニット９０に電力を供給する電源装置である。蓄電装置１０は、図１に示すように、シートパイプ２Ｅに収容されている。なお、蓄電装置１０の位置は、シートパイプ２Ｅに設置されていてもよく、トップパイプ２Ｃまたはダウンパイプ２Ｄに設置されていてもよい。また、後述する第２実施形態（後述の図１９参照）に示すように、クランクアーム６またはペダル７など回転物に収容されていてもよい。蓄電装置１０には、二次電池を用いることが好ましいが、一次電池を用いてもよい。蓄電装置１０の電圧は、１２～４８Ｖであることが好ましい。また、蓄電装置１０には、電圧変換用の回路を設けてもよい。電圧変換用の回路は、蓄電装置１０内部に設けてもよいし、蓄電装置１０の外部に設けてもよい。

次に、図２を用いて、第１実施形態のドライブユニット２０Ａについて説明する。図２は、ドライブユニット２０Ａの断面図である。

ドライブユニット２０Ａは、ペダル７の踏力をアシストする駆動ユニットである。図２に示すように、ドライブユニット２０Ａは、ペダル７の踏力をアシストするための回転力を付与するモータ４０と、カバー２１を含むハウジングと、カバー２１に対して回転可能に取り付けられたクランク軸３０とを備える。ドライブユニット２０Ａは、さらに、モータ４０の回転力を出力する出力体６２と、モータ４０の回転力を出力体６２へ伝達する動力伝達機構５０とを備える。動力伝達機構５０は、第１遊星歯車機構５１と、第２遊星歯車機構５２と、２つのワンウェイクラッチ５６とを含む。

クランク軸３０は、カバー２１を中心軸３２方向に貫通する。ここで、中心軸３２とは、クランク軸３０の径方向中心を通る、クランク軸３０の回転軸である。クランク軸３０は、内部に中空部３１を有する筒状部材である。中空部３１には、動力伝達機構５０の少なくとも一部が収容されている。これにより、動力伝達機構５０を備えつつ、ドライブユニット２０Ａを小型化できる。つまり、電動アシスト自転車１の運転時に必要な減速比などの性能を確保しつつ、小型化したドライブユニット２０Ａを実現できる。

モータ４０は、ステータ４１と、ロータ４２と、ロータ４２と一体に回転するモータ軸４４とを備える。モータ４０は、左クランクアーム６Ａの内部およびクランク軸３０内部の中空部３１に収容されている。これにより、モータ４０のサイズを十分確保しつつ、ドライブユニット２０Ａを小型化できる。つまり、電動アシスト自転車１の駆動源として十分な出力特性を発揮しつつ、小型化したドライブユニット２０Ａを実現できる。

ドライブユニット２０Ａは、上記のように、ペダル７がそれぞれ取り付けられた一対のクランクアーム６を備える。一対のクランクアーム６は、クランク軸３０の両端に連結されている。クランク軸３０は、ペダル７に加えられた踏力による駆動力（人力駆動力）により回転する。

ドライブユニット２０Ａは、さらに、クランク軸３０と一体に回転するように取り付けられた人力伝達体６１を備える。人力伝達体６１は、クランク軸３０の中心軸３２方向に延伸する筒状部材であり、カバー２１内において、クランク軸３０の外周部に沿って配置されている。人力伝達体６１の左側端部の内周部は、クランク軸３０の外周部と嵌合している。これにより、人力伝達体６１は、クランク軸３０と一体に回転する。また、人力伝達体６１の右側端部の外周部は、出力体６２の左側端部の内周部と嵌合している。これにより、出力体６２は、人力伝達体６１と一体に回転する。

ドライブユニット２０Ａは、さらに、フロントスプロケット７０を備える。フロントスプロケット７０は、出力体６２に固定され、モータ４０の回転力を出力する。フロントスプロケット７０と後輪スプロケット１１（図１参照）とは、上記のように、チェーン８（図１参照）を介して連結されている。

ドライブユニット２０Ａにおける、動力伝達経路の概要は下記の通りである。まず、ペダル７に加えられる人力駆動力の動力伝達経路について説明する。運転者が電動アシスト自転車１のペダル７を漕ぐことにより、クランク軸３０が正方向に回転する。ここで、正方向の回転とは、電動アシスト自転車１を前進させる方向の回転を意味する。クランク軸３０が正方向に回転すると、クランク軸３０の外周部と嵌合する人力伝達体６１が、クランク軸３０と一体に正方向に回転する。そして、人力伝達体６１の正方向に回転する回転力は、モータ４０の回転力を出力する出力体６２に伝達される。そして、出力体６２および出力体６２に固定されているフロントスプロケット７０が一体に正方向に回転する。フロントスプロケット７０が正方向に回転すると、チェーン８を介して後輪スプロケット１１に正方向の回転力がかかり、後輪スプロケット１１および後輪３Ｂが正方向に回転する。これにより、電動アシスト自転車１は前進する。

次に、モータ４０の回転力の動力伝達経路について説明する。モータ４０のモータ軸４４が正方向に回転すると、その回転力は、後述する第１遊星歯車機構５１、第２遊星歯車機構５２等を含む動力伝達機構５０を介して出力体６２に伝達される。つまり、出力体６２は、前述の人力伝達体６１からの回転力と、モータ４０の回転力とが合わさる合力体として機能する。出力体６２に伝達されたモータ４０の回転力は、前述の人力駆動力と同様の動力伝達経路で後輪３Ｂへ伝達され、電動アシスト自転車１は前進する。

ドライブユニット２０Ａは、さらに、人力駆動力のトルクを検出するトルクセンサ８０と、検出したトルクに応じてモータ４０の出力を制御し、適切な電動アシスト機能を実現するための制御装置１００とを備える。

トルクセンサ８０は、人力伝達体６１の外周部に設けられ、人力伝達体６１にかかるひずみを検出する。トルクセンサ８０としては、例えば、物理的なひずみを検出するひずみセンサ、または磁気的なひずみを検出するひずみセンサを用いることができる。また、例えば、力学的刺激に対して発光する塗料を人力伝達体６１の外周部に塗布し、その光を光学センサで検出する方式を用いることもできる。トルクセンサ８０を人力伝達体６１の外周部に設けることで、左右のクランクアーム６に作用するトルクを検出できる。

ドライブユニット２０Ａでは、人力伝達体６１の外周部の周方向に対して対面となる位置に、それぞれ１つずつ、合計２つのトルクセンサ８０を設けている。なお、トルクセンサ８０は、人力伝達体６１の外周部に１つのみ設けてもよいし、３つ以上設けてもよい。また、トルクセンサ８０の設置場所は人力伝達体６１の外周部に限定されず、例えば、クランク軸３０、クランクアーム６、またはスパイダーアーム７１に設けてもよい。また、例えば、左右のクランクアーム６にそれぞれトルクセンサ８０を設け、左右のペダル７にかかる人力駆動力のトルクの検出や演算等を行ってもよい。また、例えば、後輪ハブにトルクセンサ８０を設け、モータ４０のトルクを差し引くことで人力駆動力のトルクの検出を行ってもよい。

制御装置１００は、例えば、マイコン等が実装された制御基板である。制御装置１００は、トルクセンサ８０により検出されたトルクに基づいて、モータ４０の回転を制御する。このような制御装置１００は、様々なものが適宜利用可能であり、詳細な説明は省略する。トルクセンサ８０と制御装置１００との通信は、信号線を用いてもよいが、無線通信を用いてもよい。例えば、非接触給電回路を用いてトルクセンサ８０の信号を制御装置１００へ無線送信してもよい。また、例えば、トルクセンサ８０用の蓄電装置を設置し、無線通信デバイス（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈまたはａｎｔ＋）を用いてトルクセンサ８０の信号を制御装置１００へ送信してもよい。このとき、トルクセンサ８０用の蓄電装置は、クランク軸３０の内部に設けても良いし、クランクアーム６に配置しても良い。また、トルクセンサ８０の信号を増幅させるアンプ回路を設けてもよい。

制御装置１００の設置場所は特に限定されず、例えば、図２に示すように左クランクアーム６Ａに収容してもよいし、ハウジングの外周部に設置してもよい。また、例えば、制御装置１００はフレーム２（図１参照）の内部に収容してもよい。モータ４０をクランクアーム６もしくはクランク軸３０に収容する場合、制御基板は、クランクアーム６もしくはクランク軸３０に収容することが好ましい。これにより、制御基板とモータ４０との電気的な接続が容易になる。

制御基板は、１枚の基板により構成されていてもよいし、複数の基板により構成されていてもよい。複数の制御基板を用いることで、基板１枚当たりの大きさを小型化でき、狭いスペースに制御基板を収容することが容易になる。さらに、複数の制御基板が左右のクランクアーム６の各々に収容されていてもよい。

ドライブユニット２０Ａは、さらに、通電ユニット９０を備える。通電ユニット９０は、フレーム２に収容されている蓄電装置１０（図１参照）から、クランク軸３０または左クランクアーム６Ａに収容されているモータ４０等の機器へ電力を供給する。通電ユニット９０の詳細については後述する。

以下、図３～図５を用いて、ドライブユニット２０Ａについて、さらに詳細に説明する。図３は、ドライブユニット２０Ａの左側部分の拡大断面図である。図４は、ドライブユニット２０Ａの右側部分の拡大断面図である。図５は、ドライブユニット２０Ａの分解斜視図である。

図３～図５に示すように、ドライブユニット２０Ａは、中空部３１を有するクランク軸３０と、クランク軸３０の両端に連結された左クランクアーム６Ａと、右クランクアーム６Ｂを備える。左クランクアーム６Ａの内部には空間が形成されており、左クランクアーム６Ａ内部の空間と、中空部３１はつながっている。

図３に示すように、左クランクアーム６Ａには、モータ４０と、モータ４０の回転を読み取るためのロータ回転検出基板１０５と、クランク軸３０の回転を読み取るためのクランク軸回転検出基板１０６が収容されている。図３および図４に示すように、クランク軸３０内部の中空部３１には、左側から、モータ軸４４、第１遊星歯車機構５１、ワンウェイクラッチ５６、および第２遊星歯車機構５２の一部が収容されている。また、中空部３１には、モータ軸４４を中心軸３２回りに回転可能に支持する軸受２３と、第２遊星歯車機構５２に含まれる太陽歯車５２１を、中心軸３２回りに回転可能に支持する軸受２４が収容されている。

クランク軸３０の外周部には、人力伝達体６１および出力体６２が取り付けられている。人力伝達体６１および出力体６２は、クランク軸３０と一体に回転するように取り付けられている。人力伝達体６１の外周部には、２つのトルクセンサ８０が設けられている。

クランク軸３０の径方向外側には、カバー２１が設けられている。カバー２１は、人力伝達体６１および出力体６２の左側を収容する。また、カバー２１の内部には、クランク軸３０を中心軸３２回りに回転可能に支持する、２つの軸受２２が収容されている。カバー２１の中央部には、通電ユニット９０が挿入され、固定されている。また、通電ユニット９０と制御装置１００とは通電部材１０１で接続されている。

ハウジングは、ドライブユニット２０Ａの外殻を構成する。本実施形態において、ハウジングは、カバー２１およびボトムブラケットを含む。カバー２１は、クランク軸３０の中心軸３２方向に延伸する筒状部材である。カバー２１は、後述する図１９に示すように、電動アシスト自転車１のボトムブラケットの内部に収容され、ネジ等によりボトムブラケットに固定されている。なお、カバー２１とボトムブラケットとは、一体に構成されていてもよい。すなわち、カバー２１を設けず、ボトムブラケットのみを設けてもよい。また、カバー２１をボトムブラケットに固定する際、カバー２１と固定部材との間に緩衝材２８を設けることが好ましい。緩衝材２８として、例えば、樹脂製のリング、弾性を有する接着剤を用いることができる。緩衝材２８を設けることで、カバー２１とネジ部材２７が接触する際に発生する軋み音を防止できる。

図５に示すように、カバー２１の中央部近傍には、後述する通電ユニット９０の一部を挿入する挿入孔２５が形成されている。これにより、通電ユニット９０をカバー２１に固定できる。カバー２１の材質は特に限定されず、例えばアルミニウム、ステンレス鋼等の金属により作製してもよいし、樹脂材料等の非金属により作製してもよい。

モータ４０は、上記の通り、ステータ４１と、ロータ４２と、ロータ４２と一体に回転するモータ軸４４とを備える。ステータ４１およびロータ４２は、左クランクアーム６Ａの内部に収容されており、モータ軸４４は、左クランクアーム６Ａおよびクランク軸３０の内部に収容されている。これにより、モータ４０のサイズを十分確保しつつ、ドライブユニット２０Ａを小型化できる。

ステータ４１は、圧入、接着剤またはピンによって左クランクアーム６Ａの内部に固定される。このとき、ステータ４１と左クランクアーム６Ａとの間に、ゴム部材およびウレタン等の弾性部材を設けてもよい。弾性部材を設けることで、ステータ４１の振動を低減できる。また、ステータ４１と左クランクアーム６Ａとの間に、放熱シートまたは放熱ペースト（放熱グリス、放熱ジェル等）を設けてもよい。これにより、モータ４０の放熱性を向上させ、モータ４０のオーバーヒートおよび振動を抑制できる。

ステータ４１の直径は、１００ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、モータ４０を左クランクアーム６Ａの内部に収容することが容易になり、ドライブユニット２０Ａを小型化できる。また、ステータ４１の直径は、モータ軸４４の直径以上であることが好ましい。これにより、モータ軸４４より得られるトルクを安定させることができる。

ロータ４２は、ステータ４１の内側に配置される。ロータ４２とモータ軸４４とは、セレーションにより固定されていることが好ましい。また、ロータ４２とモータ軸４４とは、圧入、焼嵌め、または冷し嵌め等で固定されていてもよい。さらに、ロータ４２とモータ軸４４とを固定する際、ロータ４２とモータ軸４４の間にゴム部材およびウレタン等の弾性部材を設けてもよい。

モータ軸４４は、回転の中心軸がクランク軸３０の中心軸３２と同軸上に配置され、中心軸３２方向にロックリング３３を貫通している。ここで、ロックリング３３は、左クランクアーム６Ａがクランク軸３０から抜け落ちることを防止するためのものである。モータ軸４４の中心軸をクランク軸３０の中心軸３２上に配置することで、モータ４０の回転力を中空部３１に収容された動力伝達機構５０に伝達する際、回転方向を変換する歯車等が不要になる。これにより、ドライブユニット２０Ａを小型化できる。

モータ軸４４は、ロックリング３３内に設けられた２つの軸受２３によって中心軸３２回りに回転可能に支持されている。なお、軸受２３の配置位置は、ロックリング３３の内部に限定されず、例えば、クランク軸３０またはクランクアーム６の内部に設けてもよい。モータ軸４４の先端のロックリング３３の外に突出した部分の外周部には、後述する第１遊星歯車機構５１の遊星歯車５１３と噛合する歯部が形成されている。

第１実施形態では、図３に示すように、１つのモータ４０を設けているが、２つ以上のモータ４０を設けてもよい。２つ以上のモータ４０を設けることで、より高い出力を発揮できる。例えば、左クランクアーム６Ａと右クランクアーム６Ｂの内部に１つずつモータを設けてもよい。また、モータ４０は、クランク軸３０の内部に設けてもよい。また、２つ以上のモータ４０を設ける場合、出力特性の異なるモータを設けてもよい。

モータ４０は、図３に示すようなインナーロータ型に限定されず、アウターロータ型でもよいし、アキシャルギャップ型でもよい。アキシャルギャップ型を用いると、クランクアーム６をより扁平化が可能となる。

次に、モータ４０の回転を読み取るためのロータ回転検出基板１０５について説明する。ロータ回転検出基板１０５は、図３に示すように、ロータ４２の近傍においてロータ４２の回転軸方向に重なる位置に配置されており、ネジ等により左クランクアーム６Ａに固定されている。ロータ回転検出基板１０５には、ホール素子が配置されている。ホール素子が、ロータ４２が回転することによる磁界の変動を検知することで、ロータ４２の回転数を計測できる。なお、ホール素子が検知する磁力は、ロータ４２と共に回転する部材の磁力でもよい。

ロータ回転検出基板１０５で検知した信号は、制御装置１００に出力される。ロータ回転検出基板１０５と制御装置１００との通信は、信号線を用いてもよいし、無線通信を用いてもよい。また、ロータ回転検出基板１０５は、制御基板に直接取り付けてもよい。直接取り付けることで、接続するコネクタや配線が不要となり、ドライブユニット２０Ａの小型化を図りやすくなる。また、モータ４０の回転の制御上の支障がなければ、ロータ回転検出基板１０５を設けなくてもよい。

クランク軸３０は、カバー２１を中心軸３２方向に貫通する。クランク軸３０は、カバー２１の両端部に設けられた軸受２２によって中心軸３２回りに回転可能に支持されている。軸受２２は、例えば、ボールベアリングである。このとき、クランク軸３０と軸受２２との間に、オイルシール材を設けてもよい。

クランク軸３０は、図３および図４に示すように、内部に中空部３１を備える。中空部３１には、動力伝達機構５０の少なくとも一部が収容される。これにより、ドライブユニット２０Ａを小型化できる。クランク軸３０の内径および外径は、中心軸３２方向にわたって均一でもよいし、異なっていてもよい。ドライブユニット２０Ａを小型化する観点から、クランク軸３０の外径は１７～３０ｍｍ程度であることが好ましい。また、クランク軸３０の中心軸３２方向の長さは、１００～１５０ｍｍであることが好ましい。

次に、クランク軸３０の回転を読み取るためのクランク軸回転検出基板１０６について説明する。クランク軸回転検出基板１０６は、図３に示すように、左クランクアーム６Ａの内部に配置され、ネジ等により左クランクアーム６Ａに固定されている。また、クランク軸回転検出基板１０６はホール素子を内蔵し、カバー２１に取り付けられたマグネット１０７の回転軸方向に重なる位置に配置されている。ホール素子が、クランク軸３０が回転することによるマグネット１０７の磁界の変動を検知することで、クランク軸３０の回転数を計測できる。

次に、動力伝達機構５０について説明する。動力伝達機構５０は、第１遊星歯車機構５１と、ワンウェイクラッチ５６と、第２遊星歯車機構５２とを含む。

第１遊星歯車機構５１は、図３および図５に示すように、外歯歯車の太陽歯車５１１と、太陽歯車５１１と同心円上に配置された内歯車５１２と、４つの遊星歯車５１３と、４つの遊星歯車軸５１４と、遊星キャリア５１５とを備える。図３に示すように、第１遊星歯車機構５１の太陽歯車５１１の一部と、内歯車５１２と、遊星歯車５１３と、遊星歯車軸５１４と、遊星キャリア５１５とが、クランク軸３０内部の中空部３１に収容されている。つまり、動力伝達機構５０の少なくとも一部が、中空部３１に収容されている。これにより、ドライブユニット２０Ａを小型化できる。

太陽歯車５１１は、モータ４０のモータ軸４４であり、第１遊星歯車機構５１の入力軸である。内歯車５１２は、クランク軸３０の内周部と嵌合することにより、クランク軸３０に対して回転不能に固定されている。遊星歯車軸５１４は、４つの遊星歯車５１３をそれぞれ回転自在に保持している。遊星キャリア５１５は、４つの遊星歯車軸５１４を公転自在に支持している。これにより、モータ４０の回転力は、第１遊星歯車機構５１を介して遊星キャリア５１５に出力される。また、入力軸である太陽歯車５１１と出力軸である遊星キャリア５１５の回転軸は、いずれもクランク軸３０の中心軸３２上に位置する。つまり、太陽歯車５１１と遊星キャリア５１５の回転軸は同軸上に位置する。これにより、動力伝達機構５０をより小型化できる。

図３および図５に示すように、２つのワンウェイクラッチ５６が、遊星キャリア５１５と第２遊星歯車機構５２の太陽歯車５２１の間に設けられている。これにより、遊星キャリア５１５から出力されたモータ４０の回転力は、ワンウェイクラッチ５６を介して、第２遊星歯車機構５２に伝達される。このワンウェイクラッチ５６を設けることで、モータ４０を駆動する蓄電装置１０の残容量が無くなった場合において、ペダル７を漕ぐ際に、モータ４０のロータ４２等が回転することを抑制できる。すなわち、そのようなワンウェイクラッチ５６が設けられていないと、蓄電装置１０の残容量が無くなった際にペダル７を漕いだとき、モータ４０のロータ４２等もペダル７の人力駆動力により回転することとなるため、モータ４０のコギングトルクなどによって引きずり抵抗が生じて、ペダル７を回転させるために大きな力が必要となる。これに対して、そのようなワンウェイクラッチ５６を設けると、モータ４０のロータ４２が回転しにくくなるので、運転者がモータ４０のコギングトルク等による力を余分にかけることを抑制できる。

ワンウェイクラッチ５６は複数設けることが好ましい。これにより、伝達可能なトルクを増加させることができる。なお、ワンウェイクラッチ５６は３つ以上設けてもよい。また、複数のワンウェイクラッチ５６を設ける場合、各々のワンウェイクラッチ５６の回転軸が同じ、つまり同軸上にあることが好ましい。これにより、ドライブユニット２０Ａを小型化できる。また、ワンウェイクラッチ５６は、ローラ式、スプラグ式、またはツメ式のクラッチを用いることが好ましい。

第２遊星歯車機構５２は、図４および図５に示すように、外歯歯車の太陽歯車５２１と、太陽歯車５１１と同心円上に配置された内歯車５２２と、２つの段付きの遊星歯車５２３と、２つの遊星歯車軸５２４とを備える。

太陽歯車５２１は、第２遊星歯車機構５２の入力軸であり、クランク軸３０の内部に設けられた２つの軸受２４によって、中心軸３２回りに回転可能に支持されている。軸受２４は、例えば、ボールペアリングである。内歯車５２２は、カバー２１の内周部とセレーションにより嵌合することで、カバー２１に対して回転不能に固定されている。遊星歯車軸５２４は、２個の段付きの遊星歯車５２３をそれぞれ回転自在に保持している。また、遊星歯車軸５２４の両端は出力体６２に挿入されている。これにより、モータ４０の回転力は、第２遊星歯車機構５２を介して、出力体６２へ出力される。なお、段付きの遊星歯車５２３は、１個でもよいし、３個以上でもよい。

以下、図６～８を用いて、クランク軸３０、人力伝達体６１、および出力体６２の詳細について説明する。

図６は、クランク軸３０の斜視図である。クランク軸３０は、内部に中空部３１を有する筒状部材である。クランク軸３０は、中空部３１が中心軸３２方向にクランク軸３０を貫通することで、両端が開口している。なお、クランク軸３０の形状はこれに限定されず、例えば、クランク軸３０の端部は、片側または両側ともに閉口していてもよい。また、クランク軸３０の一部の領域にのみ中空部３１を設け中空形状とし、その他の領域を中実形状としてもよい。また、クランク軸３０の内部に複数の中空部３１を分割して設けてもよい。

クランク軸３０の左側端部の外周部には、セレーションが形成されており、左クランクアーム６Ａが連結される。また、クランク軸３０の左側外周部には、後述する通電部材１０１が通過する、凹部形状のクランク溝３５が形成されている。また、クランク溝３５の右側には、人力伝達体６１の内周部と嵌合するスプライン部３６が形成されている。また、クランク軸３０の中央部には、第２遊星歯車機構５２の一部が貫通する貫通孔３７が形成されている。また、クランク軸３０の右側端部の外周部には、右クランクアーム６Ｂとの後述する固定方法に用いる差込部１１１および突出部孔１１２が形成されている。

図７は、人力伝達体６１の斜視図である。人力伝達体６１は、クランク軸３０の中心軸３２方向に延伸する筒状部材であり、カバー２１内において、クランク軸３０の外周部に沿って配置されている。人力伝達体６１の中心軸３２方向の長さは、人力駆動力を伝達可能であれば特に限定されないが、例えば、クランク軸３０の中心軸３２方向の長さの２０～５０％である。

人力伝達体６１の左側端部の内周部には、クランク軸３０のスプライン部３６（図６参照）と嵌合するスプライン部６１１が形成されている。これにより、人力伝達体６１はクランク軸３０と一体に回転する。なお、人力伝達体６１とクランク軸３０との嵌合箇所に欠歯を設けてもよい。これにより、組付け方向の位置決めが可能となり、容易に組立できる。また、人力伝達体６１とクランク軸３０は、圧入またはネジによって嵌合されていてもよい。

人力伝達体６１の右側端部の外周部には、出力体６２の内周部に設けられたスプライン部６２１（図８参照）と嵌合するスプライン部６１２が形成されている。また、人力伝達体の外周部には、トルクセンサ８０を配置するための人力伝達体溝６１３が２つ設けられている。２つの人力伝達体溝６１３は人力伝達体６１の外周部の周方向に対して対面となる位置にそれぞれ設けられている。

出力体６２は、モータ４０の回転力を出力する部材である。本実施形態では、出力体６２は、クランク軸３０の中心軸３２方向に延伸する筒状部材であり、クランク軸３０と共に回転する。なお、出力体６２は、クランク軸３０に対して回転可能であってもよい。出力体６２の中心軸３２方向の長さは、人力駆動力およびモータ４０の回転力を伝達可能であれば特に限定されないが、例えば、クランク軸３０の中心軸３２方向の長さの２０～５０％である。

図８は、出力体６２の斜視図である。出力体６２の左側端部の内周部には、人力伝達体６１のスプライン部６１２（図７参照）と嵌合するスプライン部６２１が形成されている。これにより、人力伝達体６１と出力体６２は一体的に回転する。また、人力伝達体６１と出力体６２の嵌合箇所に欠歯を設けてもよい。これにより、組付け方向の位置決めが可能となり、容易に組立できる。なお、本実施形態では人力伝達体６１の外周部と出力体６２の内周部が嵌合しているが、人力伝達体６１の内周部と出力体６２の外周部が嵌合していてもよい。また、出力体６２とクランク軸３０とは一体に構成されていてもよい。

出力体６２の中央部には、第２遊星歯車機構５２の遊星歯車５２３が貫通する貫通孔６２２が形成されている。また、貫通孔６２２の側面には、第２遊星歯車機構５２の遊星歯車軸５２４が挿入される挿入孔６２３が形成されている。つまり、第２遊星歯車機構５２の遊星歯車軸５２４と出力体６２は一体に回転する。これにより、第２遊星歯車機構５２に入力されたモータ４０の回転力は、出力体６２に出力される。

出力体６２の右側は、カバー２１の外部に突出している。そして、この突出した部分の外周部にはスプライン部６２４が形成されており、フロントスプロケット７０が固定される。これにより、フロントスプロケット７０は、出力体６２と一体に回転する。

第１実施形態では、人力伝達体６１と出力体６２を別個に設けているが、一体に構成されていてもよい。例えば、人力伝達体６１を設けず、出力体６２のみを設けてもよい。その際、人力駆動力によるクランク軸３０の回転力を出力体６２に伝達させることで、電動アシスト自転車１を前進させることができる。

また、人力伝達体６１と出力体６２との間に、ワンウェイクラッチを配置してもよい。このワンウェイクラッチは、人力伝達体６１が正方向に回転する場合に、この回転力を出力体６２に伝達し、人力伝達体６１が逆方向に回転する場合には、この回転力を出力体６２に伝達しない。また、このワンウェイクラッチは、出力体６２が、正方向に回転する場合に、この回転力を人力伝達体６１に伝達しない。

また、出力体６２とフロントスプロケット７０との間に、ワンウェイクラッチを配置してもよい。このワンウェイクラッチは、出力体６２が正方向に回転する場合に、この回転力をフロントスプロケット７０に伝達し、出力体６２が逆方向に回転する場合には、この回転力をフロントスプロケット７０に伝達しない。このワンウェイクラッチを設けることで、クランクアーム６を逆回転に回した時に連れまわる部品を減らすことができ、運転者が感じる重みを軽減させることが可能となる。

以下、図９～１１を用いて、動力伝達機構５０を構成する、第１遊星歯車機構５１および第２遊星歯車機構５２の詳細について説明する。

図９は、図３のＡ－Ａ線に沿う断面図であり、第１遊星歯車機構５１の断面図である。図９に示すように、第１遊星歯車機構５１は、外歯歯車の太陽歯車５１１と、太陽歯車５１１と同心円上に配置された内歯車５１２と、４つの遊星歯車５１３と、４つの遊星歯車軸５１４と、遊星キャリア５１５とを備える。内歯車５１２は、クランク軸３０の内周部と嵌合することにより、クランク軸３０に対して回転不能に固定されている。遊星歯車５１３は、太陽歯車５１１の外歯および内歯車５１２の内歯に噛合している。

なお、第１遊星歯車機構５１の構成は上記機構に限定されない。例えば、遊星キャリア５１５をクランク軸３０と嵌合させることにより、遊星キャリア５１５をクランク軸３０に対して回転不能に固定してもよい。その際、太陽歯車５１１に入力されたモータ４０の回転力は、第１遊星歯車機構５１を介して内歯車５１２に出力される。また、例えば、太陽歯車５１１をクランク軸３０と嵌合させることにより、太陽歯車５１１をクランク軸３０に対して回転不能に固定してもよい。その際、内歯車５１１を第１遊星歯車機構５１の入力軸とすることで、モータ４０の回転力は、第１遊星歯車機構５１を介して遊星キャリア５１５に出力される。

図１０は、図４のＢ－Ｂ線に沿う断面図であり、第２遊星歯車機構５２の１段目の断面図である。図１１は、図４のＣ－Ｃ線に沿う断面図であり、第２遊星歯車機構５２の２段目の断面図である。図１０および図１１に示すように、第２遊星歯車機構５２は、外歯歯車の太陽歯車５２１と、太陽歯車５１１と同心円上に配置された内歯車５２２と、２つの段付きの遊星歯車５２３と、２つの遊星歯車軸５２４と、を備える。また、段付きの遊星歯車５２３は、第１遊星歯車５２３Ａと、第１遊星歯車５２３Ａよりも小径の第２遊星歯車５２３Ｂとを含む。

図１０に示すように、第１遊星歯車５２３Ａは太陽歯車５２１の外歯に噛合している。また、第１遊星歯車５２３Ａは、クランク軸３０の貫通孔３７（図６参照）および出力体６２の貫通孔６２２（図８参照）を貫通して配置されている。また、第１遊星歯車５２３Ａは、カバー２１の内部に収容されている。

図１１に示すように、内歯車５２２は、カバー２１の内周部と嵌合することにより、カバー２１に対して回転不能に固定されている。第２遊星歯車５２３Ｂは、内歯車５２２の内歯と噛合している。また、第２遊星歯車５２３Ｂは、第１遊星歯車５２３Ａ同様、クランク軸３０の貫通孔３７（図６参照）および出力体６２の貫通孔６２２（図８参照）を貫通して配置されている。図１０および図１１に示すような段付きの遊星歯車５２３を用いることで、第２遊星歯車機構５２の減速比を大きくできる。

第１遊星歯車機構５１および第２遊星歯車機構５２の歯車には、金属歯車および樹脂歯車を用いることができる。樹脂歯車を用いることで、ドライブユニット２０Ａを軽量化でき、さらに、運行時の騒音を緩和することもできる。樹脂材料としては、例えば、ポリアセタールや４６ナイロンや６６ナイロンやＰＥＥＫや、熱硬化性樹脂を用いてもよく、スーパーエンプラを用いてもよい。また、段付きの遊星歯車５２３の第１遊星歯車５２３Ａと第２遊星歯車５２３Ｂに別の材料を用いてもよい。別の材料とすることで、第１遊星歯車５２３Ａと第２遊星歯車５２３Ｂとの間に、容易にワンウェイクラッチ５６を設けることができる。

第１遊星歯車機構５１および第２遊星歯車機構５２の各歯車は、グリスで潤滑することが好ましいが、潤滑油を用いて潤滑してもよい。潤滑油を用いるとことで、歯車の歯面の摩耗を少なくできる。

第１実施形態では、第１遊星歯車機構５１および第２遊星歯車機構５２からなる２つの遊星歯車機構を用いているが、１つの遊星歯車機構のみを用いてもよいし、３つ以上の遊星歯車機構を用いてもよい。各遊星歯車機構において、複数個の遊星歯車を用いることにより、動力伝達経路が分散され、高トルクを伝達できる、さらに、３個以上の遊星歯車を用いることで歯車の歯幅を小さくでき、ドライブユニットをより小型化できる。

また、遊星歯車機構には、ラビニヨ型の遊星歯車機構、不思議遊星歯車機構または波動歯車装置を用いてもよい。また、遊星歯車機構の歯車は、平歯車ではなく、はすば歯車を用いてもよく、平歯車とはすば歯車の両方を用いてもよい。また、動力伝達機構５０には、遊星歯車機構の他に傘歯車、ハイポイドギアまたは平行軸の歯車を含んでもよい。

動力伝達機構５０の減速比は、３～６０であることが好ましく、出力体６２に伝達されたモータ４０のトルクは５～１００Ｎｍ程度であることが好ましい。さらに、モータ４０の駆動力による出力体６２の最高回転数は、人間のケイデンスに適した４０～１５０ｒｐｍ程度であることが好ましい。

図１２は、第１実施形態の変形例のドライブユニット２０Ｂの断面図である。図１３は、図１２のＤ－Ｄ線に沿う断面図であり、第２遊星歯車機構５２の１段目の断面図である。図１２に示すドライブユニット２０Ｂと、前述のドライブユニット２０Ａ（図２等参照）とは、第２遊星歯車機構５２の構成が異なる。具体的には、ドライブユニット２０Ｂの第２遊星歯車機構５２は、段付きの遊星歯車５２３の第２遊星歯車５２３Ｂが、第１遊星歯車５２３Ａを横方向に貫通している。そしてさらに、第１遊星歯車５２３Ａの内周部と第２遊星歯車５２３Ｂの外周部との間にワンウェイクラッチ５６が設けられている。これにより、第１遊星歯車５２３Ａの回転力は、ワンウェイクラッチ５６を介して第２遊星歯車５２３Ｂに伝達される。第２遊星歯車機構５２にワンウェイクラッチ５６を設けることで、モータ４０を駆動する蓄電装置１０の残容量が無くなった場合において、第１遊星歯車機構５１と第２遊星歯車機構５２の間にワンウェイクラッチ５６を設けた場合（図２参照）と比較して、引きずり抵抗をさらに小さくできる。これにより、運転者がモータ４０のコギングトルク等による力を余分にかけることをより抑制できる。

第１実施形態では、図２及び図１２に示すように、クランク軸３０の両端にクランクアーム６が設けられた電動アシスト自動車１について説明したが、クランク軸３０の両端にクランクアーム６が設けられていない電動車両であってもよい。クランクアーム６が設けられていない電動車両であっても、動力伝達機構５０の少なくとも一部をクランク軸３０の内部の中空部３１に収容することで、ドライブユニット２０を小型化できる。

次に、ドライブユニット２０Ａの給電方法について、図１４を用いて説明する。図１４は、通電ユニット９０の斜視図である。通電ユニット９０は、フレーム２に収容されている蓄電装置１０（図１参照）から、クランク軸３０およびクランクアーム６に収容されているモータ４０等の機器へ電力を供給する。通電ユニット９０には、スリップリング機構が用いられている。これにより、クランク軸３０およびクランクアーム６が回転した状態においても、フレーム２に収容された蓄電装置１０から、クランクアーム６に収容されたモータ４０等の機器へ電力を供給できる。

通電ユニット９０は、受電部の機能を有する回転部９１と、回転部９１に電力を給電する給電部の機能を有するブラシユニット９２とを備える。図１４に示すように、回転部９１は、クランク軸３０の中心軸３２方向に延伸し、クランク軸３０が挿通される筒状部材である。回転部９１は、クランク軸３０の回転に連動して回転する。回転部９１は、外周部の全周にわたってスリップリング９３を含む。つまり、スリップリング９３は、クランク軸３０が貫通している。なお、回転部９１を設けずに、スリップリング９３をクランク軸３０または人力伝達体６１の外周部に設けてもよい。

ブラシユニット９２は、カバー２１の中央部近傍に設けられた挿入部２５（図５参照）に挿入されることでカバー２１に固定され、蓄電装置１０に接続される。つまり、ブラシユニット９２は回転部９１に対し、相対回転する。ブラシユニット９２は、スリップリング９３に当接するブラシ９４を備える。ブラシ９４は、例えば、通電可能な黒鉛を主成分とする部材から形成される。ブラシ９４は、スリップリング９３の回転によって、ブラシ９４の先端部が当接して摺動し、ブラシ９４からスリップリング９３に電力を供給するように構成されている。つまり、回転部９１とブラシユニット９２が接触式給電により、ブラシユニット９２から回転部９１に電力が給電される。通電ユニット９０では、蓄電装置１０からの電流を５０Ａ以下にすることが好ましい。

通電ユニット９０には、スリップリング機構を用いる方法以外に、非接触式給電を用いることができる。非接触式給電を用いる場合、通電ユニット９０は、回転部と、給電部とを備える。回転部は、クランク軸３０の中心軸３２方向に延伸し、クランク軸３０が貫通する筒状部材である。回転部はクランク軸３０の回転に連動して回転する。回転部は、外周部の全周にわたって受電部を備える。つまり、受電部は、クランク軸３０が貫通している。受電部は受電コイルを有する。受電コイルは、例えば、導体線を巻き回したワイヤレス電力伝送用コイルである。なお、回転部を設けずに、受電部をクランク軸３０または人力伝達体６１の外周部に設けてもよい。

給電部は、非接触で電力を受電部に送電する送電部を備えており、送電部は送電コイルを有する。送電コイルは、例えば、導体線を巻き回したワイヤレス電力伝送用コイルである。ワイヤレス給電を用いることで、クランク軸３０およびクランクアーム６が回転した状態においても、モータ４０等に電力を供給できる。

通電ユニット９０のスリップリング９３に給電された電力は、通電部材１０１（図３参照）を介して、制御装置１００およびモータ端子１０８等に供給される。通電部材１０１は、例えば、コードである。スリップリング９３から延びた通電部材１０１は、クランク軸３０の外周部の一部形成された凹部形状のクランク溝３５（図６参照）を通ってモータ４０と電気的に接続される。通電部材１０１をクランク溝３５に通すことで、ドライブユニット２０Ａを大径化することなく、通電ユニット９０からモータ４０等に電力を供給できる。また、モータ４０に通電部材１０１が接触しないように、モータ４０のロータ４２に取り外し可能なカバーを設けてもよい。また、クリップ等を用いて通電部材１０１をクランクアーム６に固定してもよい。

次に、クランクアーム６の内部の放熱機構およびクランクアーム６とクランク軸３０との固定方法について説明する。

まず、クランクアーム内部の放熱機構について説明する。上記のように、モータ４０の回転力の制御を行う制御装置１００が内蔵された制御基板は、左クランクアーム６Ａに収容されている。電動アシスト自転車１の運行時、制御基板は熱を生じるため、制御基板には放熱機構を設けることが好ましい。図１５は、ドライブユニット２０Ａの左クランクアーム６Ａ内部の斜視図である。左クランクアーム６Ａの内部には、左クランクアーム６Ａの内側のインナー部６Ａ１および左クランクアーム６Ａの外側のアウター部６Ａ２から制御基板へ向かって複数の放熱部１０２が形成されている。これにより、制御基板で生じた熱は、放熱部１０２を介して外部に放熱される。制御基板と放熱部１０２の間には、熱伝導体１０３が設けられている。これにより、制御基板の放熱性をより高めることができる。

図１５に示すように、制御基板の両面に放熱部１０２を設けることが好ましいが、片面のみに設けてもよい。また、制御基板の両面に放熱部１０２を設ける場合、放熱性を向上させる観点から、各面に設けられた放熱部１０２が、制御基板を介して重なるように設けることが好ましい。また、放熱性を向上させる観点から、放熱部１０２は２つ以上設けることが好ましく、３つ以上設けることがより好ましい。

放熱部１０２、および熱伝導体１０３は、放熱性が高い部材であれば特に限定されず、例えば、アルミニウム合金、銅、または鉄などの金属を用いることができる。また、より放熱性を高めるために、放熱部１０２の表面および側面に複数のリブを設けることが好ましい。

次に、クランク軸３０と右クランクアーム６Ｂの固定方法について、図１６、および１７を用いて説明する。図１６は、クランク軸３０およびクランクアーム６の分解斜視図である。図１６に示すように、クランク軸３０は、右側端部に、右クランクアーム６Ｂに差し込むための差込部１１１を備える。差込部１１１の外周部には、後述する右クランクアーム６Ｂの挿入孔１１４に圧入可能なセレーションが形成されている。差込部１１１の中心軸３２方向の長さは特に限定されないが、右クランクアーム６Ｂを安定して固定する観点から、例えば、５～５０ｍｍである。また、差込部１１１の外周面には、後述する固定部品１２０の突出部１２１が挿入される、突出部孔１１２が形成されている。

右クランクアーム６Ｂは、挿入孔１１４、固定孔１１５、切欠部１１８、を備える。また、右クランクアーム６Ｂは、固定部品１２０を着脱自在に備える。挿入孔１１４は、クランク軸３０の中心軸３２方向に沿って、右クランクアーム６Ｂを貫通するように延伸し、クランク軸３０の差込部１１１が挿入される孔である。挿入孔１１４の内周部には、差込部１１１のセレーションに対応するセレーションが形成されている。ここで、差込部１１１が挿入孔１１４に挿入された際、差込部１１１と挿入部１１４とは、すきまばめの関係となることが好ましい。すきまばめの関係とすることで、右クランクアーム６Ｂとクランク軸３０の取り付け、および取り外しが容易になる。また差込部１１１と挿入孔１１４との嵌合箇所に欠歯を設け、組付け方向の位置決めを行ってもよい。これにより、クランク軸３０とクランクアーム６とを容易に取り付けできる。

固定孔１１５は、差込部１１１を挿入孔１１４に挿入し固定する際に、固定用のボルト１１７を挿入するための孔である。固定孔１１５は、挿入孔１１４の延伸方向と直交し、かつ、右クランクアーム６Ｂの長手方向と直交する方向に沿って、右クランクアーム６Ｂを貫通するように延伸する。固定孔１１５は、右クランクアーム６Ｂの長手方向において、右クランクアーム６Ｂとペダル７が装着されている側と反対側（以下、「クランク軸側」とする）の端部と、挿入孔１１４の間に形成される。ドライブユニット２０Ａでは、２つの固定孔１１５を設けているが、１つでもよいし、３つ以上でもよい。

切欠部１１８は、右クランクアーム６Ｂのクランク軸側の端部から、挿入孔１１４に向かって形成された切り欠きである。差込部１１１が挿入孔１１４に挿入された状態で、固定孔１１５にボルト１１７を挿入し、締め付けることで切欠部１１８が撓み、クランク軸３０と右クランクアーム６Ｂが固定される。ボルト１１７は、金属製でもよいし、樹脂製でもよい。

図１７は、固定部品１２０の拡大断面図である。図１７に示すように、固定部品１２０には、ボルト１１７が貫通する孔が形成されている。また、固定部品１２０は、下方向に延伸する突出部１２１を有する。突出部１２１は、クランク軸３０の差込部１１１を右クランクアーム６Ｂの挿入孔１１４に挿入した際に、突出部孔１１２（図１６参照）に挿入される。これにより、クランクアーム６がクランク軸３０を中心に強く回転した場合であっても、クランクアーム６がクランク軸３０から脱落することを防止でき、かつクランク軸３０とクランクアーム６とを容易に取り付けできる。

次に、モータ４０が内部に収容されている、左クランクアーム６Ａとクランク軸３０の固定方法について説明する。左クランクアーム６Ａとクランク軸３０とは、セレーションによって係合されていることが好ましく、少なくとも一部を圧入により固定されていることがより好ましい。少なくとも一部を圧入により固定することで、左クランクアーム６Ａがクランク軸３０から抜けることを防止できる。さらに、左クランクアーム６Ａの抜けを防止するために、ロックリング３３を用いることがより好ましい（図３参照）。

ロックリング３３は、側面に菊座形状を有していることが好ましい（図５参照）。これにより、ロックリング３３のゆるみの防止効果を高めることができる。また、ロックリング３３の脱落を防止する観点から、ロックリング３３はイモネジによって左クランクアーム６Ａに固定されることが好ましい。また、よりロックリング３３の脱落を防止する観点から、ロックリング３３を左クランクアーム６Ａに固定するネジに、緩み防止のための接着剤を用いることがより好ましい。

［第２実施形態］
次に、図１８～２０を用いて、第２実施形態のドライブユニット２０Ｃを説明する。以下では、第１実施形態との相違点を主に説明し、同様の構成要素には同じ符号を使用して説明する。

図１８は、第２実施形態のドライブユニット２０Ｃの全体の断面図であり、図１９はドライブユニット２０Ｃのクランク軸３０近傍の拡大図である。図１８に示すように、ドライブユニット２０Ｃは、ペダル７の踏力をアシストするための回転力を付与するモータ４０と、カバー２１およびボトムブラケット２６を含むハウジングと、ハウジングに対して回転可能に取り付けられたクランク軸３０とを備える。ドライブユニット２０Ｃは、さらに、モータ４０の回転力をクランク軸３０へ伝達する動力伝達機構５０を備える。

クランク軸３０は、カバー２１を中心軸３２方向に貫通し、内部に中空部３１を有する筒状部材である。クランク軸３０は、軸受２２によって中心軸３２回りに回転可能に支持されている。中空部３１には、動力伝達機構５０の少なくとも一部が収容されている。これにより、動力伝達機構５０を備えつつ、ドライブユニット２０Ｃを小型化できる。つまり、電動アシスト自転車１の運転時に必要な減速比などの性能を確保しつつ、小型化したドライブユニット２０Ｃを実現できる。

モータ４０は、中空部３１に収容されている。これにより、ドライブユニット２０Ｃを小型化できる。また、モータ軸４４は、回転の中心軸がクランク軸３０の中心軸３２と同軸上に配置されている。これにより、モータ４０の回転力をクランク軸３０内部に収容された動力伝達機構５０に伝達する際、回転方向を変換する歯車等が不要になり、ドライブユニット２０Ｃをより小型化できる。

ドライブユニット２０Ｃは、さらに、ペダル７がそれぞれ取り付けられた一対のクランクアーム６を備える。一対のクランクアーム６は、クランク軸３０の両端に連結されている。クランク軸３０は、ペダル７に加えられた人力駆動力により回転する。

ドライブユニット２０Ｃは、さらに、フロントスプロケット７０を備える。フロントスプロケット７０は、右クランクアーム６Ｂに固定されている。これにより、フロントスプロケット７０は、右クランクアーム６Ｂおよびクランク軸３０と一体に回転する。また、フロントスプロケット７０と後輪スプロケット１１（図１参照）とは、チェーン８（図１参照）を介して連結されている。

ドライブユニット２０Ｃにおける、動力伝達経路の概要は下記の通りである。まず、ペダル７に加えられる人力駆動力の動力伝達経路について説明する。運転者が電動アシスト自転車１のペダル７を漕ぐことにより、クランクアーム６と、クランク軸３０と、フロントスプロケット７０が、一体に正方向に回転する。そして、フロントスプロケット７０が正方向に回転すると、チェーン８を介して後輪スプロケット１１に正方向の回転の回転力がかかり、後輪スプロケット１１および後輪３Ｂが正方向に回転する。これにより、電動アシスト自転車１は前進する。第１実施形態のドライブユニット２０Ａとの相違点として、第１実施形態のドライブユニット２０Ａでは、人力駆動力が人力伝達体６１および出力体６２を介してフロントスプロケット７０に伝達されることで、フロントスプロケット７０が回転するが、第２実施形態のドライブユニット２０Ｃでは、フロントスプロケット７０が右クランクアーム６Ｂと一体に回転する。

次に、モータ４０の回転力の動力伝達経路について説明する。モータ４０のモータ軸４４が正方向に回転すると、その回転力は、遊星歯車機構５３を含む動力伝達機構５０を介して、クランク軸３０に伝達され、クランク軸３０が正方向に回転する。クランク軸３０が正方向に回転すると、クランクアーム６と、フロントスプロケット７０が、クランク軸３０と一体に正方向に回転する。これにより、電動アシスト自転車１は前進する。第１実施形態のドライブユニット２０Ａとの相違点は以下の通りである。まず、第１実施形態のドライブユニット２０Ａでは、モータ４０の回転力がクランク軸３０と共に回転する出力体６２を介してフロントスプロケット７０に伝達されることで、フロントスプロケット７０が回転する。これに対し、第２実施形態のドライブユニット２０Ｃでは、モータ４０の回転力がクランク軸３０に伝達され、クランク軸３０と共にフロントスプロケット７０が回転する。つまり、クランク軸３０はドライブユニット２０Ｃの出力体の機能を有する。

ドライブユニット２０Ａは、さらに、人力駆動力のトルクを検出するトルクセンサ８０と、検出したトルクに応じてモータ４０の出力を制御し、適切な電動アシスト機能を実現するための制御装置１００とを備える。

トルクセンサ８０は、図１８に示すように、左クランクアーム６Ａおよび右クランクアーム６Ｂの内側面にそれぞれ設けられている。トルクセンサ８０としては、ドライブユニット２０Ａ同様、例えば、物理的なひずみを検出するひずみセンサ、または磁気的な変化を検出するひずみセンサを用いることができる。また、例えば、力学的刺激に対して発光する塗料を人力伝達体６１の外周部に塗布し、その光を光学センサで検出する方式を用いることもできる。

トルクセンサ８０は、クランクアーム６のいずれか一方のみに設けてもよいし、クランク軸３０の外周部に設けてもよい。また、トルクセンサ８０は、スパイダーアーム７１に設けてもよい。また、左右のクランクアーム６にトルクセンサ８０を設け、車輪３の中にモータ４０を設けてもよい。また、いずれか片方のクランクアーム６と、クランク軸３０の外周部にトルクセンサ８０をそれぞれ設け、車輪３の中にモータ４０を設けてもよい。

トルクセンサ８０により検出された信号は、右クランクアーム６Ｂに収容された制御基板に内蔵された制御装置１００に出力される。制御装置１００は、各トルクセンサ８０からの信号に基づいて演算し、各々のクランクアーム６にかかるトルクを求めてもよい。

次に、蓄電装置１０について説明する。図１８に示すように、蓄電装置１０は、左クランクアーム６Ａの内部に収容されている。蓄電装置１０をクランクアーム６の内部に収容することで、電動アシスト自転車１の外観を損ねずに、蓄電装置１０を電動アシスト自転車１に設けることができる。さらに、蓄電装置１０をクランクアーム６に収容することで、モータ４０等がクランク軸３０の中空部３１に設けられた場合であっても、通電ユニット９０（図２等参照）を設けずにモータ４０等に電力を供給できる。クランクアーム６に収容された蓄電装置１０の電圧は、第１実施形態のようにフレーム２に収容された蓄電装置１０の電圧よりも低くてもよい。

また、蓄電装置１０は、クランクアーム６の内部だけでなく、ペダル７の内部にも収容されていてもよい。ペダル７の内部にも蓄電装置１０を収容することで、蓄電装置１０の高容量化を実現できる。

蓄電装置１０が収容されている左クランクアーム６Ａと、クランク軸３０とは、図１６に示す固定方法を用いて固定することが好ましい。これにより、蓄電装置１０の充電の際に、左クランクアーム６Ａを容易に取り付け、取り外しでき、容易に屋内充電できる。

次に、図１９を用いて、ドライブユニット２０Ｃの動力伝達機構５０について説明する。動力伝達機構５０は、遊星歯車機構５３と、ワンウェイクラッチ５６とを含む。

図１９に示すように、ワンウェイクラッチ５６が、モータ４０のモータ軸４４と、遊星歯車機構５３の太陽歯車５３１の間に設けられている。これにより、モータ４０の回転力は、モータ軸４４からワンウェイクラッチ５６を介して遊星歯車機構５３に伝達される。なお、ワンウェイクラッチ５６および遊星歯車機構５３は複数設けてもよい。

遊星歯車機構５３は、外歯歯車の太陽歯車５３１と、太陽歯車５３１と同心円上に配置された内歯車５３２と、４つの遊星歯車５３３と、４つの遊星歯車軸５３４と、を備える。図１９に示すように、遊星歯車機構５３の太陽歯車５３１と、遊星歯車５３３の一部が、クランク軸３０内部の中空部３１に収容されている。つまり、動力伝達機構５０少なくとも一部が、中空部３１に収容されている。これにより、ドライブユニット２０Ｃを小型化できる。なお、遊星歯車５３３は１つでもよいし、複数でもよい。

太陽歯車５３１は、遊星歯車機構５３の入力軸である。内歯車５３２は、カバー２１の内周部と嵌合することにより、カバー２１に対して回転不能に固定されている。遊星歯車５３３は、太陽歯車５３１に噛合し、かつ内歯車５３２に噛合する。遊星歯車軸５３４は、４つの遊星歯車５１３をそれぞれ回転自在に保持する。また、遊星歯車軸５３４の両端は、クランク軸３０に挿入されている。これにより、モータ４０の回転力は、遊星歯車機構５３を介してクランク軸３０へ出力され、クランク軸３０は回転する。

図１９および図２０を用いて、ドライブユニット２０Ｃのハウジングについて説明する。

ハウジングは、カバー２１、ボトムブラケット２６、およびカバー２１とボトムブラケット２６を固定するネジ部材を含む。カバー２１は、クランク軸３０の中心軸３２方向に延伸する筒状部材である。カバー２１は、図１９に示すように、中空円筒形状を有するボトムブラケット２６の内部に収容され、ネジ部材２７により、ボトムブラケット２６の内部に固定されている。なお、本実施形態では、ハウジングはカバー２１およびボトムブラケット２６を含んでいるが、ハウジングは、カバー２１およびボトムブラケット２６を一体に構成してもよい。すなわち、カバー２１を設けずに、ボトムブラケット２６のみを設けてもよい。

図２０は、カバー２１の斜視図である。図２０に示すように、カバー２１の右端、および左端の外周部には、ネジ部材２７と嵌合する凹凸部２１１，２１２が形成されている。また、カバー２１の内周部には、遊星歯車機構５３の内歯車５３２と嵌合するスプライン部２１３が形成されている。

カバー２１のボトムブラケット２６への固定方法について説明する。上記のように、カバー２１は、ネジ部材２７によりボトムブラケット２６の内部に固定されている。ネジ部材２７は、図１９に示すように、カバー２１と同軸上に設けられた筒状部材であり、カバー２１の左端と嵌合する左側ネジ部材２７Ａと、カバー２１の右端と嵌合する右側ネジ部材２７Ｂを備える。各ネジ部材２７は、カバー２１の外周部の端部に設けられた凹凸部２１１，２１２と嵌合することにより、カバー２１に対して回転不能に固定されている。これにより、カバー２１内部の遊星歯車機構５３の内歯車５３２が、ボトムブラケット２６およびフレーム２（図１参照）に対して、相対的に回転しない。

カバー２１と左側ネジ部材２７Ａ、および右側ネジ部材２７Ｂの間には、緩衝材２８を設けることが好ましい。緩衝材２８として、例えば、樹脂製のリング、弾性を有する接着剤を用いることができる。緩衝材２８を設けることで、カバー２１とネジ部材２７が接触する際に発生する軋み音を防止できる。

左側ネジ部材２７Ａ、および右側ネジ部材２７Ｂは、ネジによりボトムブラケット２６に固定されている。このとき、左側ネジ部材２７Ａは右ネジのネジ山が形成されており、右側ネジ部材２７Ｂは左ネジのネジ山が形成されていることが好ましい。これにより、モータ４０のモータ軸４４が回転すると、遊星歯車機構５３の内歯車５３２から、ネジの締まり方向に反力がはたらく。その結果、ボトムブラケット２６とネジ部材２７を固定するネジが緩まず、ボトムブラケット２６にドライブユニット２０Ｃを強固に固定できる。

［第３実施形態］
次に、図２１を用いて、第３実施形態のドライブユニット２０Ｄを説明する。以下では、第１実施形態および第２実施形態との相違点を主に説明し、同様の構成要素には同じ符号を使用して説明する。

図２１は、ドライブユニット２０Ｄのクランク軸３０近傍の拡大図である。図２１に示すように、ドライブユニット２０Ｄは、カバー２１、クランク軸３０、クランクアーム６、モータ４０、動力伝達機構５０、人力伝達体６１、出力体６２、および、フロントスプロケット７０を備える。動力伝達経路に関しては、第１実施形態と同様である。ドライブユニット２０Ｄでは、人力伝達体６１および出力体６２を設けているが、第２実施形態のドライブユニット２０Ｃ（図１８参照）に示すように、人力伝達体６１および出力体６２を設けなくてもよい。

モータ４０は、モータ軸４４を備える。モータ４０は、モータ軸４４の中心軸がクランク軸３０の中心軸３２に直交する方向に延びるように、右クランクアーム６Ｂ内部に収容されている。これにより、モータ４０のサイズを大きくでき、高出力を実現できる。また、モータ４０は、電動アシスト自転車１の側面視において、モータ軸４４とクランク軸３０とが重なるように設けられている。これにより、ドライブユニット２０Ｄを小型化できる。また、モータ軸４４の先端には、後述する傘歯車５７と噛合する歯部が形成されている。モータ４０をクランクアーム６に収容する場合、小型化の観点から、モータ４０の外径は６０～１１０ｍｍ程度であることが望ましい。

動力伝達機構５０は、傘歯車５７と、遊星歯車機構５３とを備える。傘歯車５７を設けることで、モータ４０の回転力を、クランク軸３０の中心軸３２方向と同軸上に設けられた太陽歯車５３１に伝達できる。また、図２１に示すように、傘歯車５７の少なくとも一部は、クランク軸３０の中空部３１に収容されている。これにより、ドライブユニット２０Ｄを小型化できる。

遊星歯車機構５３は、外歯歯車の太陽歯車５３１と、太陽歯車５３１と同心円上に配置された内歯車５３２と、少なくとも１個の段付きの遊星歯車５３３と、複数の遊星歯車軸５３４と、を備える。

太陽歯車５３１は、遊星歯車機構５３の入力軸である。内歯車５３２は、カバー２１の内周部と嵌合することにより、カバー２１に対して回転不能に固定されている。段付きの遊星歯車５３３は、太陽歯車５３１または内歯車５３２に噛合する。遊星歯車軸５３４は、４つの遊星歯車５１３をそれぞれ回転自在に保持する。また、遊星歯車軸５３４の両端は、出力体６２に挿入されている。これにより、モータ４０の回転力は、遊星歯車機構５３を介して出力体６２へ出力され、出力体６２は回転する。

［第４実施形態］
次に、図２２を用いて、第４実施形態のドライブユニット２０Ｅを説明する。以下では、第１～第３実施形態との相違点を主に説明し、同様の構成要素には同じ符号を使用して説明する。

図２２は、ドライブユニット２０Ｅのクランク軸３０近傍の拡大図である。図２２に示すように、ドライブユニット２０Ｅは、カバー２１、クランク軸３０、クランクアーム６、モータ４０、動力伝達機構５０、およびフロントスプロケット７０を含む。動力伝達経路に関しては、第２実施形態と同様である。なお、第１実施形態のドライブユニット２０Ａ（図２参照）に示すように、人力伝達体６１および出力体６２を設けてもよい。

モータ４０は、ステータ４１およびロータ４２を備える。モータ４０は、カバー２１に収容され、かつ、クランク軸３０の径方向外側に設けられている。これにより、モータ４０の大口径化が可能となり、高出力を実現できる。

ステータ４１は、圧入等によってカバー２１の内周部に固定されている。ステータ４１の直径は、ドライブユニット２０Ｅの小型化と、モータ４０の高出力化を両立する観点から、５０～１５０ｍｍとなるように形成されることが好ましい。

ロータ４２は、ステータ４１の内側に設けられ、クランク軸３０の中心軸３２回りに回転する。また、ロータ４２は内周部にセレーションなどを形成し、第１遊星歯車機構５１の内歯車５１２の外周の歯部と係合している。これにより、ロータ４２が回転すると、第１遊星歯車機構５１の内歯車５１２が回転する。

動力伝達機構５０は、第１遊星歯車機構５１と、第２遊星歯車機構５２と、ワンウェイクラッチ５６と、を含む。

第１遊星歯車機構５１は、外歯歯車の太陽歯車５１１と、太陽歯車５１１と同心円上に配置され、内側および外側に歯部が形成された内歯車５１２と、複数の遊星歯車５１３と、複数の遊星歯車軸５１４と、を備える。

太陽歯車５１１は、第１遊星歯車機構５１の出力軸である。内歯車５１２は、第１遊星歯車機構５１の入力軸であり、ロータ４２の回転に連動して回転する。遊星歯車５１３は、太陽歯車５１１に噛合し、かつ内歯車５１２に噛合する。遊星歯車軸５１４は、複数の遊星歯車５１３をそれぞれ回転自在に保持する。また、遊星歯車軸５１４の両端はクランク軸３０に挿入されている。つまり、遊星歯車軸５１４は、クランク軸３０に対して回転不能に固定されている。これにより、モータ４０の回転力は、第１遊星歯車機構５１を介して太陽歯車５１１に出力される。

ワンウェイクラッチ５６は、第１遊星歯車機構５１の太陽歯車５１１と、第２遊星歯車機構５２の太陽歯車５２１の間に設けられている。これにより、モータ４０の回転力は、第１遊星歯車機構５１の出力軸である太陽歯車５１１からワンウェイクラッチ５６を介して第２遊星歯車機構５２の太陽歯車５２１に伝達される。

第２遊星歯車機構５２は、外歯歯車の太陽歯車５２１と、太陽歯車５２１と同心円上に配置された内歯車５２２と、複数の遊星歯車５２３と、複数の遊星歯車軸５２４と、を備える。

太陽歯車５２１は、第２遊星歯車機構５２の入力軸である。内歯車５２２は、カバー２１の内周部と嵌合することにより、カバー２１に対して回転不能に固定されている。遊星歯車５２３は、太陽歯車５２１に噛合し、かつ内歯車５２２に噛合する。遊星歯車軸５２４は、４つの遊星歯車５２３をそれぞれ回転自在に保持する。また、遊星歯車軸５２４の両端は、クランク軸３０に挿入されている。これにより、モータ４０の回転力は、第２遊星歯車機構５２を介してクランク軸３０へ出力される。

［第５実施形態］
次に、図２３を用いて、第５実施形態のドライブユニット２０Ｆを説明する。以下では、第１～第４実施形態との相違点を主に説明し、同様の構成要素には同じ符号を使用して説明する。

図２３は、ドライブユニット２０Ｆのクランク軸３０近傍の拡大図である。図２３に示すように、ドライブユニット２０Ｆは、カバー２１、クランク軸３０、クランクアーム６、モータ４０、動力伝達機構５０、およびフロントスプロケット７０を含む。動力伝達経路に関しては、第２および第４実施形態と同様である。なお、第１実施形態のドライブユニット２０Ａ（図２参照）に示すように、人力伝達体６１および出力体６２を設けてもよい。

モータ４０は、モータ軸４４を備える。モータ４０は、カバー２１に収容され、かつ、クランク軸３０の径方向外側に設けられている。モータ軸４４の中心軸は、クランク軸３０の中心軸３２と平行である。モータ軸４４の先端にはピニオンギア５８が設けられている。ピニオンギア５８は、第１遊星歯車機構５１の内歯車５１２の外周部に形成された歯部と噛合する。これにより、モータ軸４４が回転すると、第１遊星歯車機構５１の内歯車５１２が回転する。なお、ピニオンギア５８を設けずに、モータ軸４４の先端に内歯車５１２の外周部と噛合する歯部を形成することで、内歯車５１２を回転させてもよい。また、モータ軸４４と内歯車５１２の外周部との間に、遊星歯車機構などの動力伝達機構を設けてもよい。

動力伝達機構５０は、第１遊星歯車機構５１と、第２遊星歯車機構５２と、ワンウェイクラッチ５６と、を含む。

第１遊星歯車機構５１は、外歯歯車の太陽歯車５１１と、太陽歯車５１１と同心円上に配置され、内側および外側に歯部が形成された内歯車５１２と、複数の遊星歯車５１３と、複数の遊星歯車軸５１４と、を備える。

太陽歯車５１１は、第１遊星歯車機構５１の出力軸である。内歯車５１２は、第１遊星歯車機構５１の入力軸であり、モータ軸４４の回転に連動して回転する。遊星歯車５１３は、太陽歯車５１１に噛合し、かつ内歯車５１２に噛合する。遊星歯車軸５１４は、複数の遊星歯車５１３をそれぞれ回転自在に保持する。また、遊星歯車軸５１４の両端はクランク軸３０に挿入されている。つまり、遊星歯車軸５１４は、クランク軸３０に対して回転不能に固定されている。これにより、モータ４０の回転力は、第１遊星歯車機構５１を介して太陽歯車５１１に出力される。

ワンウェイクラッチ５６は、第１遊星歯車機構５１の太陽歯車５１１と、第２遊星歯車機構５２の太陽歯車５２１の間に設けられている。これにより、モータ４０の回転力は、第１遊星歯車機構５１の出力軸である太陽歯車５１１からワンウェイクラッチ５６を介して第２遊星歯車機構５２の太陽歯車５２１に伝達される。

第２遊星歯車機構５２は、外歯歯車の太陽歯車５２１と、太陽歯車５２１と同心円上に配置された内歯車５２２と、複数の遊星歯車５２３と、複数の遊星歯車軸５２４と、を備える。

太陽歯車５２１は、第２遊星歯車機構５２の入力軸である。内歯車５２２は、カバー２１の内周部と嵌合することにより、カバー２１に対して回転不能に固定されている。遊星歯車５２３は、太陽歯車５２１に噛合し、かつ内歯車５２２に噛合する。遊星歯車軸５２４は、４つの遊星歯車５２３をそれぞれ回転自在に保持する。また、遊星歯車軸５２４の両端は、クランク軸３０に挿入されている。これにより、モータ４０の回転力は、第２遊星歯車機構５２を介してクランク軸３０へ出力される。

［第６実施形態］
次に、図２４を用いて、第６実施形態のドライブユニット２０Ｇを説明する。以下では、第１～第５実施形態との相違点を主に説明し、同様の構成要素には同じ符号を使用して説明する。

図２４は、ドライブユニット２０Ｇのクランク軸３０近傍の拡大図である。図２４に示すように、ドライブユニット２０Ｇは、カバー２１、クランク軸３０、クランクアーム６、モータ４０、動力伝達機構５０、人力伝達体６１、出力体６２、および、フロントスプロケット７０を備える。動力伝達経路に関しては、第１および第３実施形態と同様である。なお、ドライブユニット２０Ｇでは、人力伝達体６１および出力体６２を設けているが、第２実施形態のドライブユニット２０Ｃ（図１８参照）に示すように、人力伝達体６１および出力体６２を設けなくてもよい。

モータ４０は、第１モータ４０Ａと第２モータ４０Ｂを備える。第１モータ４０Ａは左クランクアーム６Ａに収容され、第２モータ４０Ｂは右クランクアーム６Ｂに収容されている。第１モータ４０Ａと第２モータ４０Ｂの出力するトルクは同じでもよいし、異なっていてもよい。

第１モータ４０Ａは、第１モータ軸４４Ａを備え、第２モータ４０Ｂは、第２モータ軸４４Ｂを備える。第１モータ軸４４Ａの中心軸、および第２モータ軸４４Ｂの中心軸は、クランク軸３０の中心軸３２に直交する方向に延びるように配置されている。また、第１モータ軸４４Ａ、および第２モータ軸４４Ｂの先端には、後述する傘歯車５７と噛合する歯部が形成されている。

動力伝達機構５０は、傘歯車５７と、遊星歯車機構５３とを備える。傘歯車５７は、第１モータ軸４０Ａに噛合する第１傘歯車５７Ａと、第２モータ軸４０Ｂに噛合する第２傘歯車５７Ｂを備える。傘歯車５７を設けることで、モータ４０の回転力を、クランク軸３０の中心軸３２方向に変換できる。

遊星歯車機構５３は、太陽歯車５３１と、太陽歯車５３１と同心円上に配置された内歯車５３２と、複数の段付きの遊星歯車５３３と、複数の遊星歯車軸５３４と、を備える。

太陽歯車５３１は、遊星歯車機構５３の入力軸であり、第１太陽歯車５３１Ａと、第２太陽歯車５３１Ｂとを備える。第１太陽歯車５３１Ａは、第１傘歯車５７Ａと噛合し、第１モータ４０Ａの回転力が伝達される。第２太陽歯車５３１Ｂは、第２傘歯車５７Ｂと噛合し、第２モータ４０Ｂの回転力が伝達される。内歯車５３２は、カバー２１の内周部と嵌合することにより、カバー２１に対して回転不能に固定されている。

段付きの遊星歯車５３２は、第１太陽歯車５３１Ａおよび内歯車５３２に噛合する第１遊星歯車５３３Ａと、第２太陽歯車５３１Ｂおよび内歯車５３２に噛合する第２遊星歯車５３３Ｂを備える。ここで、第１遊星歯車５３２Ａの歯数と、第２遊星歯車５３２Ｂの歯数は異なることが好ましい。例えば、第１遊星歯車５３３Ａの歯数が、第２遊星歯車５３３Ｂの歯数よりも多い場合、第１モータ４０Ａからの出力は、第２モータ４０Ｂからの出力よりも大きく減速される。これにより、第１モータ４０Ａのみを駆動させた場合は、低速回転かつ高トルクを出力でき、第２モータ４０Ｂのみを駆動させた場合は、高速回転かつ低トルクを出力できる。また、電動アシスト自転車１の車速や登坂状況に応じて、各モータ４０の回転を制御する制御システムを併せて設けてもよい。

遊星歯車軸５３４は、４つの遊星歯車５１３をそれぞれ回転自在に保持する。また、遊星歯車軸５３４の両端は、出力体６２に挿入されている。これにより、モータ４０の回転力は、遊星歯車機構５３を介して出力体６２０へ出力される。

１ 電動アシスト自転車、２ フレーム、２Ａ ヘッドパイプ、２Ｂ フロントフォーク、２Ｃ トップパイプ、２Ｄ ダウンパイプ、２Ｅ シートパイプ、２Ｆ シートステー、２Ｇ チェーンステー、３ 車輪、３Ａ 前輪、３Ｂ 後輪、４ ハンドル、５ サドル、６ クランクアーム、６Ａ 左クランクアーム、６Ａ１ インナー部、６Ａ２ アウター部、 ６Ｂ 右クランクアーム、７ ペダル、８ チェーン、９ 前照灯、１０ 蓄電装置、１１ 後輪スプロケット、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ，２０Ｇ ドライブユニット、２１ カバー、２２、２３、２４ 軸受、２５ 挿入孔、２６ ボトムブラケット、２７ ネジ部材、２７Ａ 左側ネジ部材、２７Ｂ 右側ネジ部材、２８ 緩衝材、３０ クランク軸、３１ 中空部、３２ 中心軸、３３ ロックリング、３５ クランク溝、３６ スプライン部、３７ 貫通孔、４０ モータ、４１ ステータ、４２ ロータ、４４ モータ軸、５０ 動力伝達機構、５１ 第１遊星歯車機構、５２ 第２遊星歯車機構、５３ 遊星歯車機構、５６ ワンウェイクラッチ、５７ 傘歯車、５８ ピニオンギア、６１ 人力伝達体、６２ 出力体、７０ フロントスプロケット、７１ スパイダーアーム、８０ トルクセンサ、９０ 通電ユニット、９１ 回転部、９２ ブラシユニット、９３ スリップリング、９４ ブラシ、１００ 制御装置、１０１ 通電部材、１０２ 放熱部、１０３ 熱伝導体、１０５ モータ回転検出基板、１０６ クランク軸回転検出基板、１０７ マグネット、１０８ モータ端子、１１１、差込部、１１２ 突出部孔、１１４ 挿入孔、１１５ 固定孔、１１７ ボルト、１１８ 切欠部、１２０ 固定部品、１２１ 突出部、２１１，２１２ 凹凸部、２１３ スプライン部、５１１，５２１，５３１ 太陽歯車、５１２，５２２，５３２ 内歯車、５１３，５２３，５３３ 遊星歯車、５１４，５２４，５３４ 遊星歯車軸、５１５ 遊星キャリア、６１１，６１２，６２１，６２４， スプライン部、６１３ 人力伝達体溝、６２２ 貫通孔、６２３ 挿入孔

Claims (33)

1. 電動車両に用いられるドライブユニットであって、
   モータと、
   ハウジングと、
   前記ハウジングから突出し、前記ハウジングに対して回転可能に取り付けられたクランク軸と、
   前記モータの回転力を出力する出力体と、
   前記モータの回転力を前記出力体へ伝達する動力伝達機構と、
   を備え、
   前記クランク軸は、中空部を有し、
   前記動力伝達機構の少なくとも一部が、前記中空部に収容されている、ドライブユニット。
2. 前記出力体が、前記クランク軸と共に回転する、請求項１に記載のドライブユニット。
3. 前記出力体が、前記クランク軸に対して回転可能に取り付けられている、請求項１に記載のドライブユニット。
4. 前記モータはモータ軸を含み、
   前記モータ軸の中心軸が、前記クランク軸の中心軸と同軸上に配置されている、請求項１に記載のドライブユニット。
5. 前記モータはモータ軸を含み、
   前記モータ軸の中心軸が、前記クランク軸の中心軸と交差する方向に延びるように配置され、
   前記電動車両側面視にて前記モータ軸の少なくとも一部が前記クランク軸に重なる、請求項１に記載のドライブユニット。
6. 電力を前記モータへ供給する通電ユニットを更に備え、
   前記通電ユニットは、
   前記クランク軸が挿通される受電部と、
   前記受電部に対し相対回転し、前記受電部に電力を給電する給電部と、
   を備えた、請求項１に記載のドライブユニット。
7. 前記給電部から前記受電部に接触式給電により電力を給電する、請求項６に記載のドライブユニット。
8. 前記受電部はスリップリングを含み、
   前記給電部は前記スリップリングに対して摺動可能に当接し、前記スリップリングに電力を給電するブラシを有するブラシユニットを含む、請求項７に記載のドライブユニット。
9. 前記給電部から前記受電部に非接触式給電により電力を給電する、請求項６に記載のドライブユニット。
10. ペダルがそれぞれ取り付けられた一対のクランクアームと、
    前記クランク軸に印加される人力駆動力を検出するトルクセンサと、
    を更に備え、
    前記一対のクランクアームは前記クランク軸の両端に連結され、
    前記クランク軸は前記ペダルに加えられた前記人力駆動力により回転し、
    前記トルクセンサは少なくとも一つの前記クランクアームに設けられる、請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブユニット。
11. ペダルがそれぞれ取り付けられた一対のクランクアームと、
    前記クランク軸に印加される人力駆動力を検出するトルクセンサと、
    前記トルクセンサの検出情報に基づいて前記モータの回転力を制御する制御装置と、
    を更に備え、
    前記一対のクランクアームは前記クランク軸の両端に連結され、
    前記トルクセンサは前記クランク軸の径方向外側に設けられている、請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブユニット。
12. 前記動力伝達機構は太陽歯車、遊星キャリアおよび内歯車を備える遊星歯車機構を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブユニット。
13. 前記太陽歯車の少なくとも一部が、前記中空部に収容されている、請求項１２に記載のドライブユニット。
14. 前記内歯車は回転不能に固定されている、請求項１２に記載のドライブユニット。
15. 前記遊星キャリアは回転不能に固定されている、請求項１２に記載のドライブユニット。
16. 前記動力伝達機構は太陽歯車、遊星歯車、および内歯車を備える遊星歯車機構を２つ以上含む、請求項１２に記載のドライブユニット。
17. 前記遊星歯車機構は前記太陽歯車に噛合する第１遊星歯車と、前記第１遊星歯車よりも小径の第２遊星歯車とを含む、請求項１２に記載のドライブユニット。
18. 前記動力伝達機構は少なくとも１つ以上のワンウェイクラッチを含む、請求項１２に記載のドライブユニット。
19. 前記ワンウェイクラッチの少なくとも一部が、前記中空部に収容されている、請求項１８に記載のドライブユニット。
20. 前記動力伝達機構は太陽歯車、遊星キャリアおよび内歯車を備える遊星歯車機構を含み、
    前記遊星歯車機構は前記太陽歯車に噛合する第１遊星歯車と、前記第１遊星歯車よりも小径の第２遊星歯車とを含み、
    前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車の間に前記ワンウェイクラッチを含む、請求項１８に記載のドライブユニット。
21. 前記動力伝達機構は２つ以上のワンウェイクラッチを含む、請求項１８に記載のドライブユニット。
22. 前記動力伝達機構は傘歯車またはハイポイドギアを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブユニット。
23. 前記モータの少なくとも一部が、前記中空部に収容されている、請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブユニット。
24. 前記モータは前記ハウジングに収容され、前記クランク軸の径方向外側に設けられている、請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブユニット。
25. ペダルがそれぞれ取り付けられた一対のクランクアームを更に備え、
    前記一対のクランクアームは前記クランク軸の両端に連結され、
    前記モータの少なくとも一部が、前記クランクアームの内部に収容されている、請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブユニット。
26. ペダルがそれぞれ取り付けられた一対のクランクアームを更に備え、
    前記一対のクランクアームは前記クランク軸の両端に連結され、
    前記クランクアームおよび前記ペダルの少なくとも一方は蓄電装置を内蔵している、請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブユニット。
27. 前記モータは第１モータと第２モータとを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブユニット。
28. ペダルがそれぞれ取り付けられ、前記クランク軸が差し込まれる挿入孔がそれぞれ形成された一対のクランクアームを更に備え、
    前記一対のクランクアームの少なくとも一方には、前記挿入孔の内側に向かって突出する突出部を有し、当該クランクアームに対して前記クランク軸を固定するための固定部品が着脱可能に設けられている、請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブユニット。
29. 前記クランク軸は前記クランク軸の外周部の一部に凹部形状のクランク溝を有し、
    前記通電ユニットから延びる通電部材が、前記クランク溝を通過する、請求項６に記載のドライブユニット。
30. 前記ハウジングはボトムブラケットと、筒状のカバーと、前記ボトムブラケットの内部に前記カバーを固定するネジ部材と、を含み、
    前記カバーと前記ネジ部材との間に緩衝材が設けられている、請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブユニット。
31. 前記ネジ部材は、
    前記電動車両の後方側から見て、前記カバーの右端と前記ボトムブラケットとを結合する右側ネジ部材と、
    前記電動車両の後方側から見て、前記カバーの左端と前記ボトムブラケットとを結合する左側ネジ部材と、
    を含み、
    前記右側ネジ部材は、左ネジ構造を有し、
    前記左側ネジ部材は、右ネジ構造を有する、請求項３０に記載のドライブユニット。
32. 電動車両に用いられるドライブユニットであって、
    モータと、
    ハウジングと、
    前記ハウジングから突出し、前記ハウジングに対して回転可能に取り付けられたクランク軸と、
    前記モータの回転力を出力する出力体と、
    前記モータの回転力を前記出力体へ伝達する動力伝達機構と、
    を備え、
    前記動力伝達機構は第一のワンウェイクラッチと第二のワンウェイクラッチとを有し、
    前記第一のワンウェイクラッチと前記第二のワンウェイクラッチは回転軸が同じである、ドライブユニット。
33. 請求項１～９及び３２のいずれか一項に記載のドライブユニットを備えた、電動車両。
    

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