JP5820982B2 - ハブユニットおよび電動自転車 - Google Patents

Description

この発明は、電動自転車の車輪に取り付けられるハブユニット、および、これを備える電動自転車に関する。

モータを内蔵したハブユニットが車輪に取り付けられた電動自転車が知られている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載の電動アシスト自転車では、前輪のハブがハブユニットを構成している。ハブにはモータが内蔵されている。このモータでは、ステータが自転車のフロントフォークに固定されていて、ロータがワンウェイクラッチを介して前輪に連結されている。

上り坂等、乗り手にとって人力でペダルを漕いで進むには負担が大きい路面では、モータが、乗り手がペダルを漕ぐ強さ（トルク）に応じた駆動力を発生して、ロータを回転させる。ロータの回転速度（換言すれば、角速度）が前輪の回転速度を超えると、ワンウェイクラッチがつながって、ロータの回転力がワンウェイクラッチを介して前輪に伝達される。これにより、前輪がモータの駆動力にアシストされることで力強く回転するので、上り坂等において乗り手がペダルを漕ぐ負担を低減することができる。

一方、電動自転車の走行スピードにある程度の勢いがつくと、モータによるアシストが不要になることからモータの駆動が停止するので、前輪の回転速度がロータの回転速度を上回った状態になるのだが、この場合には、ワンウェイクラッチが切れているので、ロータと前輪とが遮断されている。これにより、乗り手は、ペダルを漕いで車輪を回転させる際に、ロータを空転させる負担を負わずに済むので、その分、軽い力でペダルを漕ぐことができる。

特開２００９−１２６２７号公報

特許文献１に記載のハブにおいてワンウェイクラッチを省略した構成が想定される。この場合、ロータと前輪とが常につながった状態となる。そのため、前輪が回転している最中に、モータによるアシストが不要になったことによってモータの駆動が停止すると、今度は、前輪につながったロータが前輪の回転に伴って従動回転し、これによって、モータが回生電力を発生する。発生した回生電力は、電動自転車に設けられたバッテリーの充電に利用される。

しかし、この構成では、常にロータと車輪とがつながっているので、回生電力を発生させる必要がない状態、たとえば、電動自転車の電源を切っている状態等であっても、乗り手は、ペダルを漕ぐ際に常にロータを空転させねばならず、このことが、ペダルを漕ぐ乗り手にとって負担となる。
この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、回生電力を発生できる構成において、乗り手に対する負担を軽減することができるハブユニット、および、これを備える電動自転車を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、電動自転車の車輪に取り付けられるハブユニットであって、回転軸を有するロータを備え、電力で前記ロータを回転させることによって補助駆動力を発生することができ、前記ロータが電力で回転される回転速度で回転されることによって回生電力を発生することができるモータと、前記モータを収容し、前記車輪と一体回転するハブケースと、前記ロータの回転を減速する減速機構と、前記減速機構を介して前記ロータに連結され、前記ハブケースと同心状で回転可能な出力軸と、前記出力軸と前記ハブケースとの間に介在され、前記出力軸に対して前記ハブケースが一方側へ回転するときは、前記ハブケースと前記出力軸とを一体回転させ、前記出力軸に対して前記ハブケースが他方側へ回転するときは、前記ハブケースのみを自由回転状態とするワンウェイクラッチと、前記モータが回生電力を発生するときは前記ハブケースと前記出力軸とを連結し、前記モータが回生電力を発生しないときは前記ハブケースと前記出力軸との連結を解除する連結解除機構とを有することを特徴とする、ハブユニットである。
また、請求項２記載の発明は、前記ハブユニットは、電動自転車の前輪に取り付けられることを特徴とする、ハブユニットである。

請求項３記載の発明は、前記連結解除機構は、前記ハブケースに設けられた溝と、前記出力軸に設けられ、前記溝に対して進退可能な爪とを含み、前記爪が進出して前記溝に嵌まり込むことで前記ハブケースと前記出力軸とが連結され、前記爪が退避して前記溝から外れることで前記ハブケースと前記出力軸との連結が解除されることを特徴とする、請求項１記載のハブユニットである。

請求項４記載の発明は、前記連結解除機構は、前記出力軸に設けられ、前記ハブケースに対して進退可能なブレーキ部材を含み、前記ブレーキ部材が進出して前記ハブケースとの間で摩擦力を発生させることで前記ハブケースと前記出力軸とが連結され、前記ブレーキ部材が退避して前記ハブケースから離間することで前記ハブケースと前記出力軸との連結が解除されることを特徴とする、請求項１記載のハブユニットである。

請求項５記載の発明は、請求項３記載のハブユニットと、回生電力の発生が必要であるか否かを判別する第１判別手段と、回生電力の発生が必要であると前記第１判別手段が判別したのに応じて、前記ハブケースの回転と前記出力軸の回転とが同期しているか否かを判別する第２判別手段と、前記ハブケースの回転と前記出力軸の回転とが同期していないと前記第２判別手段が判別したのに応じて、前記ハブケースの回転と前記出力軸の回転とが同期するように前記モータの駆動を制御する駆動制御手段と、前記ハブケースの回転と前記出力軸の回転とが同期していると前記第２判別手段が判別したのに応じて、前記出力軸側の爪を進出させることで前記ハブケースと前記出力軸とを連結させる連結制御手段とを有することを特徴とする、電動自転車である。

請求項６記載の発明は、請求項４記載のハブユニットと、回生電力の発生が必要であるか否かを判別する第１判別手段と、回生電力の発生が必要であると前記第１判別手段が判別したのに応じて、前記出力軸側のブレーキ部材を進出させることで前記ハブケースと前記出力軸とを連結させる連結制御手段とを有することを特徴とする、電動自転車である。
請求項７記載の発明は、前記連結制御手段は、回生電力の発生が不要であると前記第１判別手段が判別したのに応じて、前記連結解除機構による前記ハブケースと前記出力軸との連結を解除させることを特徴とする、請求項５または６記載の電動自転車である。

請求項１記載の発明によれば、ハブユニットは、電動自転車の車輪に取り付けられるものであり、モータと、ハブケースと、減速機構と、出力軸と、ワンウェイクラッチと、連結解除機構とを有している。
ハブケースは、モータを収容し、車輪と一体回転する。減速機構は、モータのロータの回転を減速する。出力軸は、減速機構を介してロータに連結され、ハブケースと同心状で回転可能である。

ワンウェイクラッチは、出力軸とハブケースとの間に介在され、出力軸に対してハブケースが一方側へ回転するときは、ハブケースと出力軸とを一体回転させる。そのため、この場合には、モータが発生した補助駆動力が、一体回転するハブケースおよび出力軸によって、出力軸からハブケースに伝達されて、車輪の回転をアシストする。
一方、ワンウェイクラッチは、出力軸に対してハブケースが他方側へ回転するときは、ハブケースのみを自由回転状態とする。そのため、モータの補助駆動力によるアシストが不要な場合には、車輪が引き続き回転することで（車輪と一体回転する）ハブケースが出力軸に対して他方側へ回転しようとしても、ハブケースと出力軸側のロータとが遮断される。これにより、乗り手は、電動自転車のペダルを漕いで車輪を回転させる際に、ロータを空転させる負担を負わずに済むので、その分、軽い力でペダルを漕ぐことができる。

そして、連結解除機構は、モータが回生電力を発生するときはハブケースと出力軸とを連結するので、ハブユニットではワンウェイクラッチが省略された状態となり、車輪が回転すると、ハブケースと出力軸側のロータとが一体回転することで、モータが回生電力を発生することができる。
一方、連結解除機構は、モータが回生電力を発生しないときはハブケースと出力軸との連結を解除する。そのため、モータが回生電力を発生しないときには、出力軸とハブケースとの間に介在されたワンウェイクラッチが、その機能を発揮できる状態となるので、モータの補助駆動力によるアシストが不要な場合には、乗り手は、ロータを空転させる負担を負わずに、軽い力でペダルを漕ぐことができる。

その結果、回生電力を発生できる構成において、乗り手に対する負担を軽減することができる。
請求項３記載の発明によれば、連結解除機構は、ハブケースに設けられた溝と、出力軸に設けられ、溝に対して進退可能な爪とを含む構成であってもよい。この場合、爪が進出して溝に嵌まり込むことでハブケースと出力軸とが連結され、爪が退避して溝から外れることでハブケースと出力軸との連結が解除される。

請求項４記載の発明によれば、連結解除機構は、出力軸に設けられ、ハブケースに対して進退可能なブレーキ部材を含む構成であってもよい。この場合、ブレーキ部材が進出してハブケースとの間で摩擦力を発生させることでハブケースと出力軸とが連結され、ブレーキ部材が退避してハブケースから離間することでハブケースと出力軸との連結が解除される。

請求項５記載の発明によれば、請求項３記載のハブユニットを有する電動自転車は、第１判別手段と、第２判別手段と、駆動制御手段と、連結制御手段とを有している。
第１判別手段は、回生電力の発生が必要であるか否かを判別する。第２判別手段は、回生電力の発生が必要であると第１判別手段が判別したのに応じて、ハブケースの回転と出力軸の回転とが同期しているか否かを判別する。

駆動制御手段は、ハブケースの回転と出力軸の回転とが同期していないと第２判別手段が判別したのに応じて、ハブケースの回転と出力軸の回転とが同期するようにモータの駆動を制御する。
連結制御手段は、ハブケースの回転と出力軸の回転とが同期していると第２判別手段が判別したのに応じて、出力軸側の爪を進出させることでハブケースと出力軸とを連結させる。

そのため、連結解除機構では、ハブケースの回転と出力軸の回転とが同期していることによってこれらの回転方向における溝および爪のそれぞれの位置がある程度一致している状態で、爪が進出して溝に確実に嵌まり込むので、回生電力の発生が必要であるときにハブケースと出力軸とを確実に連結できる。
請求項６記載の発明によれば、請求項４記載のハブユニットを有する電動自転車は、第１判別手段と、連結制御手段とを有している。第１判別手段は、回生電力の発生が必要であるか否かを判別する。連結制御手段は、回生電力の発生が必要であると第１判別手段が判別したのに応じて、出力軸側のブレーキ部材を進出させることでハブケースと出力軸とを連結させる。

そのため、連結解除機構では、回生電力の発生が必要であるときに、ハブケースの回転と出力軸の回転とが同期していなくても、ブレーキ部材を進出させれば、ブレーキ部材とハブケースとの間で摩擦力が発生することによって、ハブケースと出力軸とを確実に連結できる。
請求項７記載の発明によれば、連結制御手段は、回生電力の発生が不要であると第１判別手段が判別したのに応じて、連結解除機構によるハブケースと出力軸との連結を解除させる。そのため、回生電力の発生が必要でないときには、出力軸とハブケースとの間に介在されたワンウェイクラッチが、その機能を発揮できる状態となるので、モータの補助駆動力によるアシストが不要な場合には、乗り手は、モータのロータを空転させる負担を負わずに、軽い力でペダルを漕ぐことができる。

図１は、この発明の一実施形態に係る電動自転車１の右側面図である。 図２は、ハブユニット４の正断面図である。 図３（ａ）は、図２の要部拡大図であって、図３（ｂ）は、図３（ａ）においてアクチュエータ６２がＯＦＦになっている状態を示す。 図４は、電動自転車１の制御回路ブロック図である。 図５は、電動自転車１において行われる制御動作の一例を示すフローチャートである。 図６は、変形例に係るハブユニット４の正断面図である。 図７（ａ）は、図６の要部拡大図であって、図７（ｂ）は、図７（ａ）においてアクチュエータ６２がＯＦＦになっている状態を示す。 図８は、電動自転車１において行われる制御動作の変形例を示すフローチャートである。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動自転車１の右側面図である。
なお、以下では、電動自転車１を正面側（図１における左側）から見たときを基準として、電動自転車１の方向を規定する。そのため、図１では、紙面左側が前側で、紙面右側が後側で、紙面手前側が右側で、紙面奥側が左側である。

図１を参照して、電動自転車１では、フロントフォーク２の先端（下端）に、モータ３を内蔵したハブユニット４が取り付けられていて、前側の車輪（前輪）５のリム６とハブユニット４とをスポーク７でつないでいる。また、電動自転車１では、シートポスト８と後輪９との間にバッテリー１０が搭載されている。そして、電動自転車１では、ペダル１１を踏み込む力（踏力）が作用する位置に、ペダル１１に与えられる踏力を検出するセンサー１２が設けられていて、センサー１２が、踏力が所定以上であることを検出すると、バッテリー１０からハブユニット４のモータ３に通電がなされ、モータ３が前輪５に駆動力（「補助駆動力」という）を発生させる。この補助駆動力によって前輪５が回転されることによって、小さい踏力でも電動自転車１を前進させることができる。つまり、この電動自転車１では、ペダル１１を人力回転することにより生じる駆動力が、モータ３による補助駆動力でアシストされる。

ここで、この電動自転車１では、前輪５にハブユニット４が取り付けられていて、前輪５の回転がハブユニット４からの補助駆動力でアシストされる。そのため、電動自転車１の進行方向における先頭側の前輪５が力強く回転するので、電動自転車１は、進行方向へ向けて先頭側から引っ張られることで、円滑に加速することができる。また、前輪５にハブユニット４といった重量物が取り付けられていれば、下り坂等で電動自転車１が惰性走行している場合に、前輪５の回転に対する抵抗を低減して、前輪５を円滑に回転させることができる。

図２は、ハブユニット４の正断面図である。
図２を参照して、ハブユニット４は、その外郭をなすハブケース２０と、前述したモータ３と、減速機構２１と、出力軸６０と、ワンウェイクラッチ２２と、連結解除機構６１とを含んでいる。
ハブケース２０は、左右方向に延びる中心軸を有する中空円筒状である。ハブケース２０の外周面において、左右方向に間隔を隔て、かつ、周方向に間隔を隔てた複数の位置に、ハブケース２０から径方向外側へ突出した突出部２３が一体的に設けられている。各突出部２３には、貫通穴２４が形成されていて、貫通穴２４にスポーク７（図１参照）が係止される。ハブケース２０は、右側の突出部２３の位置において、左右に分割可能であり、ハブケース２０の左側部分と右側部分とは、ねじ２５によって組み付けることができる。ハブケース２０の左右の側壁は、円板形状であり、それぞれの円中心位置には、これらの側壁を左右に貫通する丸い挿通穴２６が形成されている。ハブケース２０の右側壁の左側面において、挿通穴２６よりも径方向外側の位置には、挿通穴２６（挿通穴２６の円中心）を円中心とする環状のリング部材３０がハブケース２０に対して一体的に設けられている。つまり、リング部材３０は、ハブケース２０の一部である。リング部材３０は、ハブケース２０の右側壁の左側面からハブケース２０の内部へ向けて左側へ突き出ている。

モータ３は、ハブケース２０内において、左寄りの位置に配置されている。モータ３は、その外郭をなすモータケース２７と、ステータ２８と、ロータ２９とを含んでいる。モータケース２７は、左右方向に延びる中心軸を有する中空円筒状であり、ハブケース２０と同心状に配置されている。モータケース２７では、その左端部２７Ａが縮径されていて、ハブケース２０の左側壁の挿通穴２６に対して右側から挿通されている。モータケース２７の左端部２７Ａと、ハブケース２０の左側壁において挿通穴２６を縁取る部分との間には、環状の軸受３１が介在されている。そのため、ハブケース２０とモータケース２７とは相対回転可能に連結されている。

モータケース２７の左端部２７Ａの左端面は、ハブケース２０の左側壁の挿通穴２６から左側へ露出されており、左端部２７Ａの左端面には、バッテリー１０（図１参照）側から延びてきた配線５７がつながっている。
モータケース２７の左端部２７Ａには、左端部２７Ａの円中心位置から左外側へ突出する支持軸３２が一体的に設けられている。支持軸３２の右端面は、モータケース２７の内部に臨んでいて、この右端面には、左側へ窪む凹部３３が形成されている。凹部３３には、環状の軸受３４が嵌め込まれている。モータケース２７の右側壁は、円板形状であり、その円中心位置には、この右側壁を左右に貫通する貫通穴３５が形成されている。貫通穴３５には、環状の軸受３６が嵌め込まれている。そして、この右側壁において貫通穴３５よりの径方向外側の位置には、右方向外側へ突出する軸３７が、貫通穴３５を中心とする周方向に等間隔を隔てて３つ設けられている。

ステータ２８は、左右方向に延びる中心軸を有する環状であり、モータケース２７の内部に収容されている。ステータ２８は、ねじ（図示せず）によってモータケース２７に固定されている。ステータ２８の中空部分には、ロータ２９がステータ２８と同心状に配置されている。ロータ２９では、ステータ２８の円中心位置に一致する位置に、左右両側へ突出する回転軸３９が一体的に設けられている。回転軸３９は、モータケース２７の右側壁の貫通穴３５の軸受３６の中空部分と、モータケース２７の左端部２７Ａ側の支持軸３２の軸受３４の中空部分とに挿通されている。これにより、ロータ２９は、軸受３６および軸受３４を介してモータケース２７によって回転可能に支持されている。回転軸３９の右端部は、モータケース２７の右側壁から右外側へはみ出ていて、その外周面には、ギヤ歯４０が形成されている。

前述した配線５７は、ステータ２８に対して電気的に接続されている。これにより、バッテリー１０（図１参照）からモータ３に対する電力の供給が可能となっている。
減速機構２１は、ハブケース２０内において、モータ３の右隣に配置されている。減速機構２１は、３つの歯車４５と、回転盤４６と、ホルダ４４とを含んでいる。なお、図２では、歯車４５が１つだけ図示されている。

各歯車４５は、左右に延びる中心軸を有する円筒状であって、その円中心部分に、モータケース２７の右側壁におけるいずれかの軸３７が左側から挿通されていて、各歯車４５は、対応する軸３７によって回転可能に支持されている。各歯車４５は、左側の大径部４５Ａと、大径部４５Ａより右側において大径部４５Ａよりも縮径された小径部４５Ｂとを一体的に有している。大径部４５Ａおよび小径部４５Ｂのそれぞれの外周面には、ギヤ歯４７が形成されている。各歯車４５の大径部４５Ａのギヤ歯４７は、ロータ２９の回転軸３９の右端部のギヤ歯４０に噛み合っている。

回転盤４６は、各歯車４５の小径部４５Ｂと左右方向でほぼ一致する位置に配置されている。回転盤４６は、左右方向から見てリング部材３０とほぼ同じ外径の円板形状であり、その外側周縁部は、全周に亘って左側へ折り曲げられており、この折り曲げられた部分の内周面には、ギヤ歯４８が形成されている。ギヤ歯４８は、各歯車４５の小径部４５Ｂのギヤ歯４７に噛み合っている。そのため、回転軸３９のギヤ歯４０を太陽歯車とし、３つの歯車４５を遊星歯車とする遊星歯車減速機構が構成されている。

ホルダ４４は、左右方向から見て回転盤４６よりも小径の円板形状であり、３つの歯車４５の右隣の位置において、各歯車４５および回転盤４６と非接触の状態で配置されている。ホルダ４４は、モータケース２７の右側壁に対して３つの歯車４５を挟んだ状態で右側から対向配置されており、当該右側壁の各軸３７の右端部を支持している。ホルダ４４は、ねじ（図示せず）によってモータケース２７の右側壁に固定されている。ホルダ４４の円中心位置には、左右に延びる支持軸５０が挿通されていて、ホルダ４４に固定されている。支持軸５０は、ホルダ４４から右外側へ突出している。ホルダ４４の右端面には、給電端子４９が設けられている。給電端子４９は、ホルダ４４の右端面における周上１箇所（複数箇所でも構わない）の位置に設けられていて、右側へ突出している。給電端子４９は、図示しない中継配線を介して、前述した配線５７に対して電気的に接続されている。

出力軸６０は、ハブケース２０内において、減速機構２１の右隣かつリング部材３０の左隣に配置されている。出力軸６０は、左右方向に延びる中心軸を有する円環状であり、その外周部分が、ねじ（図示せず）によって減速機構２１の回転盤４６に固定されている。そのため、出力軸６０は、減速機構２１を介してモータ３のロータ２９に連結されている。

出力軸６０の外径は、リング部材３０および回転盤４６のそれぞれの外径とほぼ同じである。出力軸６０の内周部分６０Ａは、右側へ筒状に突出している。内周部分６０Ａの外径は、前述したリング部材３０の内径よりも小さく、内周部分６０Ａは、リング部材３０と左右方向で同じ位置にあって、リング部材３０に対して内嵌された状態になっている。出力軸６０の中空部分（内周部分６０Ａの中空部分でもある）には、環状の軸受５５が嵌め込まれていて、軸受５５の中空部分には、ホルダ４４の支持軸５０が左から挿通されている。支持軸５０は、軸受５５を介して、出力軸６０および回転盤４６を回転可能に支持している。この状態で、出力軸６０および回転盤４６は、ハブケース２０と同心状になっており、ハブケース２０と同心状で回転可能である。

ワンウェイクラッチ２２は、ハブケース２０内において、出力軸６０とリング部材３０（ハブケース２０）との間に介在されている。具体的には、ワンウェイクラッチ２２は、ハブケース２０の径方向における出力軸６０の内周部分６０Ａとリング部材３０との間に介在されている。ワンウェイクラッチ２２は、第１回転盤５１と、第２回転盤５２とを含んでいる。

第１回転盤５１は、左右方向に延びる中心軸を有する円環状であり、出力軸６０の内周部分６０Ａに対して右側から外嵌されており、この状態で、内周部分６０Ａに固定されている。第１回転盤５１の外周面には、複数のラチェット爪５４が設けられている。各ラチェット爪５４は、第１回転盤５１の周方向における一方向（詳しくは、電動自転車１が前進しているときの前輪５の回転方向に一致する方向）へ向かいつつ、径方向外側へ弾性的に突出している。

第２回転盤５２は、左右方向に延びる中心軸を有する円環状であり、その外径は、リング部材３０の内径とほぼ同じであり、その内径は、第１回転盤５１の外径より大きい。第２回転盤５２は、リング部材３０に対して内嵌されていて、リング部材３０に対して固定されている。第２回転盤５２の内周面には、全周に亘って多数のラチェット溝５８が形成されている。各ラチェット溝５８は、第２回転盤５２の周方向における一方向（詳しくは、電動自転車１が前進しているときの前輪５の回転方向に一致する方向）へ向かいつつ、径方向外側へ向かって窪んでいる。なお、第２回転盤５２とリング部材３０とは別体であってもよいし、一体であってもよい。

ここで、ハブケース２０の右側壁の円中心位置における挿通穴２６には、環状の軸受５６が嵌め込まれていて、軸受５６の中空部分には支持軸５０が左から挿通されている。支持軸５０は、軸受５６を介して、ハブケース２０（リング部材３０も含む）および第２回転盤５２を回転可能に支持している。支持軸５０の右端部は、ハブケース２０の右側壁から右外側へはみ出ている。

第１回転盤５１のラチェット爪５４は、第２回転盤５２のラチェット溝５８と左右方向で同じ位置にあり、ラチェット溝５８に対して径方向内側に位置にしている。右側面視において、第１回転盤５１および第２回転盤５２が、反時計回り（前輪５の回転方向）に回転している場合において、第１回転盤５１の回転速度が第２回転盤５２の回転速度を上回ると、ラチェット爪５４がラチェット溝５８に食い込んで第１回転盤５１および第２回転盤５２が一体化される。この状態が、ワンウェイクラッチ２２がつながった状態である。

これにより、つながった状態のワンウェイクラッチ２２は、第１回転盤５１側の出力軸６０に対して第２回転盤５２側のリング部材３０（ハブケース２０）が一方側（右側面視における時計回りの方向）へ回転するときは、出力軸６０とハブケース２０とを一体回転させる。換言すれば、つながった状態のワンウェイクラッチ２２は、第２回転盤５２側のリング部材３０（ハブケース２０）に対して第１回転盤５１側の出力軸６０が他方側（右側面視における反時計回りの方向）へ回転するときは、出力軸６０とハブケース２０とを一体回転させる。そのため、この場合には、モータ３が発生した補助駆動力が、一体回転するハブケース２０および出力軸６０によって、出力軸６０からハブケース２０に伝達されて、前輪５の回転をアシストする。

一方、前輪５の回転方向における第１回転盤５１の回転速度が第２回転盤５２の回転速度を下回ると、ラチェット爪５４がラチェット溝５８から外れて第１回転盤５１および第２回転盤５２が分離される。この状態が、ワンウェイクラッチ２２が切れた状態である。第１回転盤５１および第２回転盤５２が回転中にワンウェイクラッチ２２が切れた状態では、ラチェット爪５４が弾性的に第１回転盤５１の径方向内側へ引っ込むことから各ラチェット溝５８に対して回転方向において引っ掛からないので、第１回転盤５１と第２回転盤５２とは、引っ掛からずに相対回転できる。

つまり、切れた状態のワンウェイクラッチ２２は、第１回転盤５１側の出力軸６０に対して第２回転盤５２側のリング部材３０（ハブケース２０）が前記他方側（右側面視における反時計回りの方向）へ回転するときは、ハブケース２０のみを自由回転状態とする。
このようなハブユニット４では、モータケース２７側の支持軸３２，５０がフロントフォーク２（図２参照）の先端に固定されている。そして、ハブケース２０の外周面の各突出部２３の貫通穴２４に前輪５のスポーク７（図２参照）が係止されている。そのため、ハブユニット４では、少なくとも、モータケース２７と、ステータ２８と、減速機構２１において回転盤４６以外の部分とがフロントフォーク２に固定されていて、ハブケース２０および第２回転盤５２が前輪５に固定されている。そのため、前輪５の回転速度は、ハブケース２０および第２回転盤５２の回転速度と同じである。つまり、ハブケース２０および第２回転盤５２は、前輪５と一体回転する。

そして、モータ３が、配線５７を介してバッテリー１０（図１参照）から電力を受けると、この電力でロータ２９を右側面視で前輪５と同心状に時計回りに回転させて、前述した補助駆動力を発生する。この補助駆動力は、ロータ２９の回転軸３９から、減速機構２１の各歯車４５を介して回転盤４６に伝達され、回転盤４６が、出力軸６０とワンウェイクラッチ２２の第１回転盤５１とを伴って、右側面視で反時計回りに回転する。

減速機構２１が存在することにより、第１回転盤５１の回転速度は、ロータ２９の回転速度よりも低くなっている。つまり、減速機構２１は、ロータ２９の回転を減速する。また、減速機構２１が存在することにより、第１回転盤５１の回転方向とロータ２９の回転方向とが逆になっている。
ここで、第１回転盤５１の回転速度が第２回転盤５２（前輪５）の回転速度と同じ（ともに零の場合もある）か、第２回転盤５２の回転速度以上の場合には、第１回転盤５１と第２回転盤５２とが共回りすることで、ワンウェイクラッチ２２がつながる。すると、第２回転盤５２が固定されたハブケース２０が、第１回転盤５１と同じ方向（右側面視で反時計回りの方向）へ回転し、前輪５（図１参照）を同じ方向へ回転させる。

一方、第１回転盤５１の回転速度が第２回転盤５２（前輪５）の回転速度未満になれば、ワンウェイクラッチ２２は切れる。
つまり、ワンウェイクラッチ２２は、ロータ２９（厳密には、第１回転盤５１）の回転速度が前輪５（第２回転盤５２）の回転速度未満のときには切れていてロータ２９と前輪５との間の力の伝達を遮断し、ロータ２９の回転速度が前輪５の回転速度まで上昇すると、つながってロータ２９から前輪５に補助駆動力を伝達する。なお、ワンウェイクラッチ２２についての詳細は、前述した特許文献１（特開２００９−１２６２７号公報）に開示されている。

前述したように、切れた状態のワンウェイクラッチ２２は、第１回転盤５１側の出力軸６０に対して第２回転盤５２側のリング部材３０（ハブケース２０）が前記他方側（右側面視における反時計回りの方向）へ回転するときは、ハブケース２０のみを自由回転状態とする。そのため、モータ３の補助駆動力によるアシストが不要な場合には、前輪５が引き続き回転することで（前輪５と一体回転する）ハブケース２０が出力軸６０に対して他方側へ回転しようとしても、ハブケース２０と出力軸６０側のロータ２９とが遮断される。これにより、乗り手は、電動自転車１のペダル１１を漕いで前輪５を回転させる際に、ロータ２９を空転させる負担を負わずに済むので、その分、軽い力でペダルを漕ぐことができる。

なお、ロータ２９を空転させると、ロータ２９を空転させるために減速機構２１内の歯車等を回転させることで生じる機械的抵抗や、ロータ２９の回転に伴う鉄損抵抗が、前述した負担となる。
連結解除機構６１は、出力軸６０（回転盤４６の一部も含まれる）とハブケース２０のリング部材３０とに跨って設けられている。連結解除機構６１は、アクチュエータ６２と、リンク部材６３と、リターンスプリング６４と、溝６５とを含んでいる。

図３（ａ）は、図２の要部拡大図であって、図３（ｂ）は、図３（ａ）においてアクチュエータ６２がＯＦＦになっている状態を示す。
図３（ａ）を参照して、アクチュエータ６２は、出力軸６０の外周部分に設けられて出力軸６０（回転盤４６の一部も含まれる）に固定されている。出力軸６０の外周部分には、出力軸６０の右端面から右側へ露出される切欠き７０が形成されていて、切欠き７０内にアクチュエータ６２が収容されている。なお、アクチュエータ６２は、出力軸６０の周方向１箇所に１つだけ設けられていてもよく、複数のアクチュエータ６２が、出力軸６０の周方向において等しい間隔を隔てて配置されていてもよい。ただし、ここでは、アクチュエータ６２は、１つだけあるものとして説明する。

アクチュエータ６２は、左右方向に延びる中心軸を有する中空円筒状のホルダ６６と、ホルダ６６の中空部分に挿通されるアーム６７とを含んでいる。ホルダ６６の中空部分では、左端が塞がれていて、右端が右側へ開放されている。アーム６７は、左右方向に延びる円柱の軸であり、ホルダ６６の中空部分に対して右側から挿通されており、アーム６７の右端部は、ホルダ６６の中空部分の右端（開放された部分）から右側へはみ出ている。アーム６７は、この状態で左右方向へスライドできるように、ホルダ６６によって保持されている。左側へ目一杯スライドしたアーム６７は、「左位置」にあり（図３（ａ）参照）、右側へ目一杯スライドしたアーム６７は、「右位置」にある（図３（ｂ）参照）。アーム６７は、左位置、右位置およびこれらの間の位置のいずれにあっても、出力軸６０の切欠き７０から外へはみ出ることはない。アーム６７の右端部には、挿通穴７１が形成されている。挿通穴７１は、アーム６７をその径方向において貫通する丸穴である。

ホルダ６６は、図示しないソレノイドで構成されていて、アクチュエータ６２がＯＮになると、このソレノイドが駆動（ＯＮ）されることによってアーム６７は左位置までスライドさせられて左位置で位置決めされる。一方、アクチュエータ６２がＯＦＦになると、ソレノイドの駆動が停止（ＯＦＦ）されることによって、アーム６７は左位置で位置決めされなくなる。

ここで、アクチュエータ６２が設けられる出力軸６０の左側面には、出力軸６０と同心状の環状をなす金属製のリング端子７２が取り付けられている。リング端子７２は、出力軸６０内において、図示しない中継配線を介してアクチュエータ６２に対して電気的に接続されている。また、支持軸５０（図２参照）を中心とする径方向において、リング端子７２と、ホルダ４４の給電端子４９とは同じ位置にあり、給電端子４９は、リング端子７２の周上におけるいずれかの部分に対して左側から接触している。

配線５７（図２参照）からの電力を受けてモータ３が駆動されている際、モータケース２７やステータ２８は回転しないので、モータケース２７に固定されたホルダ４４も回転しない。その一方で、出力軸６０は回転するのだが、その際、ホルダ４４の給電端子４９と、出力軸６０のリング端子７２とはスリップリングを構成して常に摺接しており、給電端子４９とリング端子７２との電気的接続関係は維持されている。そのため、配線５７からの電力が、給電端子４９およびリング端子７２を介してアクチュエータ６２に供給されるようになっている。これにより、モータ３の駆動中に、アクチュエータ６２の駆動が可能になっており、アクチュエータ６２をＯＮ／ＯＦＦすることができる。

前述したリターンスプリング６４は、左右に延びるコイルばねであり、ホルダ６６の中空部分においてアーム６７の左側の領域に配置されている。この状態で、リターンスプリング６４は、左右に伸縮でき、アーム６７を右位置へ向けて常に付勢している。そのため、アクチュエータ６２がＯＮからＯＦＦに切り換わると、今まで左位置にあったアーム６７は、リターンスプリング６４によって、右位置までスライドさせられる（図３（ｂ）参照）。

リンク部材６３は、正面視で略Ｖ字形状をなすように途中で折り曲げられている。リンク部材６３の折れ曲った途中部分には、支持軸６８が挿通されている。支持軸６８は、出力軸６０の周方向（回転方向）に対する接線方向に沿って延びていて、出力軸６０に固定されている。リンク部材６３は、支持軸６８を中心として回動可能である。リンク部材６３は、支持軸６８を挟む１対の端部を有しており、一方の端部を、爪６３Ａといい、他方の端部を、連結部６３Ｂということにする。図３（ａ）において、爪６３Ａは、支持軸６８から右側へ延びている端部であり、連結部６３Ｂは、支持軸６８から左下側へ延びている端部である。爪６３Ａは、支持軸６８から離れるに従って細くなっているが、その角は丸められていて尖っていない。

連結部６３Ｂには、支持軸６８と平行に延びる支持軸６９が一体的に設けられている。支持軸６９は、アーム６７の右端部の挿通穴７１に挿通されている。これにより、リンク部材６３とアーム６７とが連結されている。
図３（ａ）に示す状態では、リンク部材６３の爪６３Ａは、出力軸６０の切欠き７０から右側へはみ出ており、出力軸６０の右側面から右側へ突出している。このときの爪６３Ａの左右方向における位置を「進出位置」という。爪６３Ａが進出位置にある状態では、アクチュエータ６２のアーム６７が左位置にある。この状態で、アーム６７を右位置へ向けてスライドさせると、爪６３Ａが左側へ退避し、かつ、連結部６３Ｂが右側へ移動するようにリンク部材６３が回動する。

アーム６７が右位置に配置されると、図３（ｂ）に示すように、爪６３Ａは、出力軸６０の切欠き７０内に収まり、リンク部材６３全体が切欠き７０内に完全に収まる。このときの爪６３Ａの左右方向における位置を「退避位置」という。この状態でアーム６７を左位置までスライドさせると、リンク部材６３が逆向きに回動し、その結果、図３（ａ）に示すように爪６３Ａが進出位置に配置される。

溝６５は、リング部材３０において出力軸６０の右側面に対向する左側面に形成されていて、右側へ窪んでいる。溝６５は、多数形成されており、これらの溝６５は、支持軸５０（図２参照）を中心とする径方向で爪６３Ａと同じ位置にあり、周方向で所定の間隔を隔てて並んでいる。
アクチュエータ６２をＯＮにすると、図３（ａ）に示すように、アーム６７が左位置までスライドし、これに連動して爪６３Ａが進出位置まで進出する。このとき、爪６３Ａは、リング部材３０のいずれかの溝６５に対しても進出して、当該いずれかの溝６５に対して左側から嵌まり込む。これにより、爪６３Ａを有する出力軸６０と、溝６５を有するリング部材３０（ハブケース２０）とが直接連結されて一体化される。そのため、出力軸６０とハブケース２０とは、相対回転不能になる。そして、出力軸６０とハブケース２０とが連結されているので、ワンウェイクラッチ２２が機能できない状態（「ロック」された状態ということにする）にある。

この場合、図２を参照して、たとえば、配線５７からモータ３への電力供給を停止した状態で、ペダル１１を漕いだり、下り坂を走行したりすることで車輪（前輪５および後輪９）を回転させると（図１参照）、前輪５に固定されたハブケース２０とともに、出力軸６０が回転する。これにより、出力軸６０の回転力が減速機構２１を介してロータ２９に伝達されてロータ２９が従動回転し、モータ３が発電機となって回生電力を発生する。ロータ２９が従動回転する（回転される）ときのロータ２９の回転速度は、モータ３が電力を受けたときにロータ２９が当該電力で回転されるときの回転速度になっている。

このように、モータ３が回生電力を発生するときは、連結解除機構６１は、ハブケース２０と出力軸６０とを連結する。この場合、ハブユニット４ではワンウェイクラッチ２２が省略された状態となり、前輪５が回転すると、ハブケース２０と出力軸６０側のロータ２９とが一体回転することで、モータ３が回生電力を発生することができる。
一方で、アクチュエータ６２をＯＦＦにすると、図３（ｂ）に示すように、アーム６７がリターンスプリング６４に付勢されることで右位置までスライドし、これに連動して爪６３Ａが退避位置まで退避し、今まで嵌まり込んでいた溝６５から退避して完全に外れる。これにより、出力軸６０とリング部材３０（ハブケース２０）との直接の連結が解除される。そのため、今までロックされていたワンウェイクラッチ２２は、機能できる状態（「フリー」の状態）にある。このときは、前輪５に固定されたハブケース２０が出力軸６０よりも高速回転しようとしても、ワンウェイクラッチ２２が切れていてロータ２９が回転しないので、モータ３は回生電力を発生しない。

このように、モータ３が回生電力を発生しないときには、連結解除機構６１は、ハブケース２０と出力軸６０との連結を解除する。これにより、出力軸６０とハブケース２０との間に介在されたワンウェイクラッチ２２が、その機能を発揮できるフリーの状態となるので、モータ３の補助駆動力によるアシストが不要な場合には、乗り手は、ロータ２９を空転させる負担を負わずに、軽い力でペダル１１を漕ぐことができる。つまり、回生電力を発生できる構成のハブユニット４を有する電動自転車１において、乗り手に対する負担を軽減することができる。

また、図１を参照して、電動自転車１のハンドル８０には、手元操作部８１が取り付けられている。ユーザは、手元操作部８１を操作することによって、平坦面を走行するときのモードや、坂道を走行するときのモード等の複数の走行モードに応じて、モータ３の補助駆動力の大きさや出力特性等を設定することができる。
図４は、電動自転車１の制御回路ブロック図である。

図４を参照して、手元操作部８１には、電源スイッチ８２、モード設定スイッチ８３、ライト点灯スイッチ８４、ブレーキ検出部８５、車輪回転情報部８６、バッテリー残量表示部８７およびモード表示部８８が設けられている。
電源スイッチ８２は、電動自転車１の電源をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチである。モード設定スイッチ８３は、前述した走行モードを設定するためのスイッチである。ライト点灯スイッチ８４は、ライト７４（図１参照）を点灯または消灯するためのスイッチである。ブレーキ検出部８５は、ハンドル８０に取り付けられたブレーキレバー７５（図１参照）が操作されてブレーキ（図示せず）が作動中であるか否かを検出する。ブレーキが作動中であるときには、手元操作部８１の表示ランプ（図示せず）を点灯させるなどで、その旨を報知してもよい。車輪回転情報部８６は、前輪５（換言すれば、前述した第２回転盤５２およびハブケース２０）の回転速度を検出する部分である。厳密には、車輪回転情報部８６において、実際に前輪５の回転速度を検出する部分は、前輪５の近傍に取り付けられている。車輪回転情報部８６は、前輪５の回転速度から電動自転車１の走行速度も検出できる。バッテリー残量表示部８７は、バッテリー１０の残量を表示するものである。モード表示部８８は、現在の走行モードを表示する。

また、電動自転車１には、マイクロコンピュータ等で構成された制御部８９（第１判別手段、第２判別手段、駆動制御手段、連結制御手段）が備えられている。電動自転車１において、制御部８９には、手元操作部８１（手元操作部８１内の車輪回転情報部８６等の各部品）、速度検出部９０、前述したセンサー１２、アクチュエータ６２、バッテリー１０およびモータ３が電気的に接続されている。バッテリー１０およびモータ３は、充放電回路９１を介して制御部８９に接続されている。

速度検出部９０は、出力軸６０（図２参照）の回転速度を検出する。制御部８９の制御により、バッテリー１０の電力が充放電回路９１を介してモータ３に供給されたり、モータ３が発生した回生電力が充放電回路９１を介してバッテリー１０に供給されることでバッテリー１０が充電されたりする。
図５は、電動自転車１において行われる制御動作の一例を示すフローチャートである。

図５を参照して、電源スイッチ８２（図４参照）がＯＮになった直後に、制御部８９は、アクチュエータ６２をＯＦＦにして、ワンウェイクラッチ２２をフリーにする（ステップＳ１）。なお、電源スイッチ８２をＯＮにする以前（ＯＦＦの状態）では、アクチュエータ６２（ホルダ６６のソレノイド）が常にＯＦＦになっているので、ステップＳ１の処理は省略される。

次いで、制御部８９は、乗り手によるペダル１１（図１参照）の踏力（入力トルク）についてのセンサー１２（図４参照）による検出結果を参照し、踏力が所定の閾値以上であるか否かを確認する（ステップＳ２）。補助駆動力が必要な路面を走行する場合、ユーザは、前記所定の閾値（たとえば、１４Ｎ・ｍ）以上の踏力でペダル１１を漕ぐ。つまり、ステップＳ２では、制御部８９は、ペダル１１の踏力に基づいて、補助駆動力が必要か否かを判断する。

踏力が所定の閾値以上であれば（ステップＳ２でＹＥＳ）、補助駆動力が必要なので、制御部８９は、モータ３をＯＮにして補助駆動力を発生させる運転（「アシスト運転」ということにする）を開始する（ステップＳ３）。アシスト運転により、電動自転車１の走行速度が徐々に上昇していくのだが、電動自転車１の走行速度の上昇に応じて、段階的に補助駆動力を小さくすることでアシストを減らしていってもよい。たとえば、走行速度が０ｋｍ／ｈから１０ｋｍ／ｈの間で上昇しているときは、補助駆動力を最大値で一定とし、走行速度が１０ｋｍ／ｈから２４ｋｍ／ｈの間で上昇しているときは、補助駆動力を最大値から徐々に（段階的でもよい）小さくする。

アシスト運転中、制御部８９は、電動自転車１の走行速度が、所定速度（ここでは、２４ｋｍ／ｈ）以上まで上昇したか否かを監視している（ステップＳ４）。当該所定速度になると、電動自転車１が高速走行しているので、補助駆動力が不要となる。
電動自転車１の走行速度が前記所定速度以上まで上昇すると（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御部８９は、モータ３をＯＦＦにしてアシスト運転を停止する（ステップＳ５）。このように電動自転車１が高速走行している際、ワンウェイクラッチ２２がステップＳ１（後述するステップＳ１３も含む）でフリーになっていて切れているので、乗り手は、停止したモータ３のロータ２９を空転させる負担を負わずに、ペダル１１を軽い踏力で円滑に漕ぐことができる。

そして、電源スイッチ８２がＯＦＦになるまでの間（ステップＳ７でＮＯ）、制御部８９は、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。
なお、電源スイッチ８２がＯＦＦになったときには（ステップＳ７でＹＥＳ）、ワンウェイクラッチ２２は必ずフリーになっている。そのため、乗り手は、この状態で、ハンドル８０を握って電動自転車１を手押ししたり、電動自転車１が補助駆動力の無いただの自転車となった状態でペダル１１を漕いだりしても、ロータ２９を空転させる負担を負わなくてもよいので、電動自転車１を円滑に手押ししたり、ペダル１１を円滑に漕いだりできる。

また、アシスト運転中において、電動自転車１の走行速度が前記所定速度以上まで上昇していないが（ステップＳ４でＮＯ）、電源スイッチ８２がＯＦＦになったのであれば（ステップＳ６でＹＥＳ）、制御部８９は、モータ３をＯＦＦにしてアシスト運転を停止する（ステップＳ５）。たとえば、電動自転車１の走行速度が前記所定速度以上まで上昇していないものの、乗り手が、これ以上のアシスト運転は不要と考えて、電源スイッチ８２を手動でＯＦＦにすることが考えられる。

一方、アシスト運転中において、電動自転車１の走行速度が前記所定速度以上まで上昇しておらず（ステップＳ４でＮＯ）、電源スイッチ８２が引き続きＯＮである場合（ステップＳ６でＮＯ）、制御部８９は、ペダル１１の踏力が前記所定の閾値以上であるか否かを確認する（ステップＳ８）。ステップＳ８では、制御部８９は、回生電力を発生させる運転（「回生運転」ということにする）を行うか否か（回生電力の発生が必要であるか否か）を判別する。

つまり、踏力が所定の閾値以上であれば（ステップＳ８でＹＥＳ）、補助駆動力が引き続き必要なので、制御部８９は、ステップＳ４以降の処理を行ってアシスト運転を継続する。一方、踏力が所定の閾値未満であれば（ステップＳ８でＮＯ）、電動自転車１の走行速度がある程度上昇してきて補助駆動力が不要となったので、制御部８９は、回生運転を行う（回生電力の発生が必要である）と判別する。

制御部８９は、回生運転を行うと判別したのに応じて、車輪回転情報部８６および速度検出部９０（図４参照）のそれぞれの検出結果に基づいて、出力軸６０の回転とハブケース２０の回転とが同期しているか否かを判別する（ステップＳ９）。つまり、ここでは、制御部８９は、出力軸６０の回転速度とハブケース２０の回転速度とが同じになっているか否かを判別する。

なお、ここでは、制御部８９は、車輪回転情報部８６および速度検出部９０のそれぞれの検出結果に基づいて判別しているが、別の方法で判別してもよい。具体的には、出力軸６０の回転とハブケース２０の回転とが同期していない場合には、必ずハブケース２０（前輪５）が出力軸６０よりも勢いよく（速く）回転しているので、出力軸６０からハブケース２０に補助駆動力が伝達されておらず、出力軸６０側のモータ３には、負荷がかかっていない。逆に、出力軸６０の回転とハブケース２０の回転とが同期している場合には、出力軸６０からハブケース２０に補助駆動力が伝達されているので、モータ３には、所定の負荷がかかっている。そこで、制御部８９は、モータ３の負荷を監視していて、モータ３の負荷の有無に応じて、出力軸６０の回転速度とハブケース２０の回転速度とが同じになっているか否かを判別してもよい。

出力軸６０の回転とハブケース２０の回転とが同期していないと判別した場合には（ステップＳ９でＮＯ）、前述したようにハブケース２０（前輪５）が出力軸６０よりも勢いよく（速く）回転しているので、制御部８９は、モータ３（ロータ２９）の回転数を上昇させて、出力軸６０の回転速度を上げる（ステップＳ１０）。つまり、制御部８９は、出力軸６０の回転とハブケース２０の回転とが同期するようにモータ３の駆動を制御する。

その結果、出力軸６０の回転とハブケース２０の回転とが同期すれば、つまり、これらの回転が同期していると制御部８９が判別したのに応じて（ステップＳ９でＹＥＳ）、制御部８９は、モータ３をＯＦＦにしてアシスト運転を停止するとともに、アクチュエータ６２をＯＮにしてワンウェイクラッチ２２をロックする（ステップＳ１１）。すると、出力軸６０側の爪６５Ａが進出することで出力軸６０とハブケース２０とが連結されるので（図２および図３（ａ）参照）、前輪５の回転に伴ってロータ２９が従動回転され、モータ３が回生電力を発生する。つまり、回生運転が実施される。

ここで、連結解除機構６１では、ハブケース２０の回転と出力軸６０の回転とが同期していることによってこれらの回転方向における溝６５および爪６３Ａのそれぞれの位置がある程度一致している状態で、爪６３Ａが進出して溝６５に確実に嵌まり込むので、回生電力の発生が必要であるときにハブケース２０と出力軸６０とを確実に連結できる（図３（ａ）参照）。

なお、厳密には、ハブケース２０の回転と出力軸６０の回転とが同期していても、これらの回転方向における溝６５および爪６３Ａのそれぞれの位置が多少ずれている場合が想定されるので、溝６５および爪６３Ａの位置合わせを行なう処理が制御部８９によって別途行われてもよい。もちろん、溝６５において、入口側を広げることで誘い込みが設けられていれば（図３参照）、溝６５および爪６３Ａのそれぞれの位置が多少ずれていても、ハブケース２０の回転と出力軸６０の回転とが同期すれば、進出した爪６５Ａがいずれかの溝６５に確実に嵌まり込むので、ハブケース２０と出力軸６０との確実な連結を達成できる（図３（ａ）参照）。

回生運転中、ペダル１１の踏力が所定の閾値以上になれば（ステップＳ１２でＹＥＳ）、補助駆動力（アシスト運転の開始）が必要となったので、制御部８９は、回生電力の発生が不要であると判別する。これに応じて、制御部８９は、アクチュエータ６２をＯＦＦにして、連結解除機構６１による出力軸６０とハブケース２０との連結を解除させ、ワンウェイクラッチ２２をフリーにすることで回生運転を停止する（ステップＳ１３）。これにより、回生電力の発生が必要でないときには、出力軸６０とハブケース２０との間に介在されたワンウェイクラッチ２２が、その機能を発揮できる状態となるので（図３（ｂ）参照）、モータ３の補助駆動力によるアシストが不要な場合には、乗り手は、モータ３のロータ２９を空転させる負担を負わずに、軽い力でペダル１１を漕ぐことができる。

ステップＳ１３の後、制御部８９は、ステップＳ３に戻ってアシスト運転を開始する。
次に、変形例について説明する。
図６は、変形例に係るハブユニット４の正断面図である。図７（ａ）は、図６の要部拡大図であって、図７（ｂ）は、図７（ａ）においてアクチュエータ６２がＯＦＦになっている状態を示す。

なお、図６および図７において、図２や図３と重複する部分については、同じ符号を付してその説明を省略する。
変形例では、連結解除機構６１の構成だけが、前述した実施例（図２〜図５参照）と異なる。ただし、変形例に係る連結解除機構６１の役割は、前述した実施例に係る連結解除機構６１の役割と同じである。

変形例に係る連結解除機構６１は、アクチュエータ６２と、リンク部材９５と、リターンスプリング６４と、ブレーキ部材９６とを含んでいる。
アクチュエータ６２およびリターンスプリング６４の構成は、前述した実施例と同じである。つまり、アクチュエータ６２がＯＮになると、アクチュエータ６２のホルダ６６を構成するソレノイド（図示せず）が駆動（ＯＮ）されることによってアーム６７は左位置までスライドさせられて左位置で位置決めされる（図７（ａ）参照）。一方、アクチュエータ６２がＯＦＦになると、ソレノイド（図示せず）の駆動が停止（ＯＦＦ）されることによって、アーム６７は、左位置で位置決めされなくなり、リターンスプリング６４によって、右位置までスライドさせられる（図７（ｂ）参照）。

リンク部材９５は、正面視でハブケース２０の中心軸側へ向って左右に幅広となる略三角形状をなすブロック形状である。リンク部材９５においてハブケース２０の中心軸側へ偏った部分には、支持軸９７が挿通されている。支持軸９７は、出力軸６０の周方向（回転方向）に対する接線方向に沿って延びていて、出力軸６０に固定されている。リンク部材９５は、支持軸９７を中心として回動可能である。リンク部材９５は、支持軸９７を挟む１対の端部を有しており、一方の端部を、押圧部９５Ａといい、他方の端部を、連結部９５Ｂということにする。図７（ａ）において、押圧部９５Ａは、支持軸９７からハブケース２０の中心軸側かつ右側へ延びている端部であり、連結部９５Ｂは、支持軸９７から下側（ハブケース２０の径方向外側）へ延びている端部である。押圧部９５Ａの右側面は、押圧面９５Ｃとされ、右側へ向って円弧状に膨出する滑らかな湾曲面である。

連結部９５Ｂには、支持軸９７と平行に延びる支持軸９８が一体的に設けられている。支持軸９８は、アーム６７の右端部の挿通穴７１に挿通されている。これにより、リンク部材９５とアーム６７とが連結されている。
図７（ａ）に示す状態では、リンク部材９５の押圧部９５Ａは、出力軸６０の切欠き７０内において目一杯右側に位置している。このときの押圧部９５Ａの左右方向における位置を「進出位置」という。押圧部９５Ａが進出位置にある状態では、アクチュエータ６２のアーム６７が左位置にある。この状態で、アーム６７を右位置へ向けてスライドさせると、押圧部９５Ａが左側へ退避し、かつ、連結部９５Ｂが右側へ移動するようにリンク部材９５が回動する。アーム６７が右位置に配置されると、図７（ｂ）に示すように、押圧部９５Ａは、切欠き７０内において目一杯左側へ移動する。このときの押圧部９５Ａの左右方向における位置を「退避位置」という。この状態でアーム６７を左位置までスライドさせると、リンク部材６３が逆向きに回動し、その結果、図７（ａ）に示すように押圧部９５Ａが進出位置に配置される。

ブレーキ部材９６は、左右方向に延びる中心軸を有する円板形状あり、保持プレート９９とブレーキパッド１００（図７において黒く塗り潰した部分）とを左右に重ね合わせることで構成されている。保持プレート９９およびブレーキパッド１００は、ともに円板形状であり、ブレーキパッド１００が、保持プレート９９の右側にあって、出力軸６０の切欠き７０から右側へ露出されており、出力軸６０の右側面から右側へはみ出ている。ブレーキパッド１００は、接触した物との間で摩擦力を発生させる材料で形成されている。ブレーキ部材９６は、ばね等の付勢部材（図示せず）によって、左側（切欠き７０の内側）へ向けて付勢されていて、この状態で、出力軸６０によって左右にスライド可能に支持されている。なお、切欠き７０において出力軸６０の右側面に形成された部分は、ブレーキ部材９６がちょうど嵌まり込める丸穴になっていて、これにより、ブレーキ部材９６の左右への円滑なスライドが確保されている。

リンク部材９５の押圧部９５Ａの押圧面９５Ｃは、出力軸６０の切欠き７０内において、ブレーキ部材９６の保持プレート９９の左側面に対して左側から対向している。ブレーキ部材９６は、前述したように左側へ向けて付勢されていることから、押圧部９５Ａが図７（ｂ）に示すように退避位置にあるときには、退避位置にある押圧部９５Ａの押圧面９５Ｃに対して右側から当接している。このときのブレーキ部材９６は、目一杯左側の位置（「退避位置」という）にある。

押圧部９５Ａおよびブレーキ部材９６がいずれも退避位置にある状態で、押圧部９５Ａを右側の進出位置へ向けて移動させると、押圧部９５Ａは、押圧面９５Ｃにおいて、ブレーキ部材９６の保持プレート９９を左側から押圧する。この際、押圧面９５Ｃが湾曲面であることから、押圧部９５Ａは、保持プレート９９に対して引っ掛かることなく円滑に押圧できる。押圧部９５Ａが保持プレート９９を押圧することによって、ブレーキ部材９６は、自身を左側へ付勢する付勢部材（図示せず）の付勢力に抗して、右側へスライドする。押圧部９５Ａが進出位置までスライドすると、図７（ａ）に示すように、ブレーキ部材９６は、目一杯右側の位置（「進出位置」という）までスライドする。進出位置にあるブレーキ部材９６は、退避位置（図７（ｂ）参照）にあったときよりも右側へずれており、ハブケース２０のリング部材３０の左側面に対して進出して左側から圧接している。このとき、ブレーキ部材９６のブレーキパッド１００がリング部材３０の左側面に対して面接触している。

一方、押圧部９５Ａおよびブレーキ部材９６がいずれも進出位置にある状態で、押圧部９５Ａを左側の退避位置へ向けて移動させると、ブレーキ部材９６の保持プレート９９に対する押圧部９５Ａの押圧力が弱まり、図７（ｂ）に示すように、ブレーキ部材９６は、自身を左側へ付勢する付勢部材（図示せず）の付勢力によって、左側の退避位置までスライドする。これにより、ブレーキパッド１００（ブレーキ部材９６全体）は、ハブケース２０のリング部材３０の左側面から左側へ退避して離間する。

なお、押圧部９５Ａが退避位置側へ移動してブレーキ部材９６の保持プレート９９に対する押圧部９５Ａの押圧力が弱まるのに応じて、ブレーキ部材９６が押圧部９５Ａに対する反力で退避位置までスライドできるのであれば、ブレーキ部材９６を左側へ付勢する前述した付勢部材（図示せず）を省略しても構わない。
以上の構成の連結解除機構６１において、アクチュエータ６２をＯＮにすると、図７（ａ）に示すように、アーム６７が左位置までスライドし、これに連動して押圧部９５Ａおよびブレーキ部材９６が進出位置まで進出して、ブレーキ部材９６のブレーキパッド１００がハブケース２０のリング部材３０の左側面に対して左側から圧接する。これにより、ブレーキパッド１００とリング部材３０の左側面との間に摩擦力が発生するので、ブレーキパッド１００（ブレーキ部材９６）を有する出力軸６０と、リング部材３０（ハブケース２０）とが連結されて一体化される。そのため、出力軸６０とハブケース２０とは、相対回転不能になり、ワンウェイクラッチ２２がロックされて機能できない状態になる。なお、ブレーキパッド１００がリング部材３０の左側面に対して効果的に圧接できるようにするために、リング部材３０の左側面においてブレーキパッド１００と接触する部分は、平坦面であることが好ましい。

一方で、アクチュエータ６２をＯＦＦにすると、図７（ｂ）に示すように、アーム６７がリターンスプリング６４に付勢されることで右位置までスライドし、これに連動して押圧部９５Ａおよびブレーキ部材９６が退避位置まで退避して、今までリング部材３０に圧接していたブレーキパッド１００がリング部材３０から完全に離間し、ブレーキ部材９６とリング部材３０とが非接触状態となる。これにより、出力軸６０とリング部材３０（ハブケース２０）との連結が解除される。そのため、今までロックされていたワンウェイクラッチ２２は、機能できるフリーの状態になる。

図８は、電動自転車１において行われる制御動作の変形例を示すフローチャートである。
図８を参照して、電源スイッチ８２（図４参照）がＯＮになった直後に、制御部８９は、アクチュエータ６２をＯＦＦにして、ワンウェイクラッチ２２をフリーにする（ステップＳ２１）。なお、電源スイッチ８２をＯＮにする以前（ＯＦＦの状態）では、アクチュエータ６２（ホルダ６６のソレノイド）が常にＯＦＦになっているので、ステップＳ１の処理は省略される。

次いで、制御部８９は、前述したステップＳ２と同様に、ペダル１１（図１参照）の踏力が所定の閾値以上であるか否かを確認する（ステップＳ２２）。つまり、ステップＳ２２では、制御部８９は、ペダル１１の踏力に基づいて、補助駆動力が必要か否かを判断する。
踏力が所定の閾値以上であれば（ステップＳ２２でＹＥＳ）、補助駆動力が必要なので、制御部８９は、モータ３をＯＮにしてアシスト運転を開始する（ステップＳ２３）。アシスト運転開始後、前述した実施例と同様に、アシスト運転に伴う電動自転車１の走行速度の上昇に応じて、段階的に補助駆動力を小さくすることでアシストを減らしていってもよい。

アシスト運転中、制御部８９は、前述したステップＳ４と同様に、電動自転車１の走行速度が、所定速度（ここでは、２４ｋｍ／ｈ）以上まで上昇したか否かを監視している（ステップＳ２４）。当該所定速度になると、電動自転車１の走行速度にある程度の勢いが付いたので、補助駆動力が不要となる。
電動自転車１の走行速度が前記所定速度以上まで上昇して電動自転車１が高速走行状態になると（ステップＳ２４でＹＥＳ）、制御部８９は、前述したステップＳ５と同様に、モータ３をＯＦＦにしてアシスト運転を停止する（ステップＳ２５）。このように電動自転車１が高速走行している際、ワンウェイクラッチ２２がステップＳ２１（後述するステップＳ３１も含む）でフリーになっていて切れているので、乗り手は、停止したモータ３のロータ２９を空転させる負担を負わずに、ペダル１１を軽い踏力で円滑に漕ぐことができる。

そして、電源スイッチ８２がＯＦＦになるまでの間（ステップＳ２７でＮＯ）、制御部８９は、ステップＳ２２以降の処理を繰り返す。
なお、電源スイッチ８２がＯＦＦになったときには（ステップＳ２７でＹＥＳ）、ワンウェイクラッチ２２は必ずフリーになっている。そのため、乗り手は、この状態で、ハンドル８０を握って電動自転車１を手押ししたり、電動自転車１が補助駆動力の無いただの自転車となった状態でペダル１１を漕いだりしても、ロータ２９を空転させる負担を負わずに済むので、電動自転車１を円滑に手押ししたり、ペダル１１を円滑に漕いだりできる。

また、アシスト運転中において、電動自転車１の走行速度が前記所定速度以上まで上昇していないが（ステップＳ２４でＮＯ）、アシストが不要と判断した乗り手の操作によって電源スイッチ８２がＯＦＦになったのであれば（ステップＳ２６でＹＥＳ）、制御部８９は、モータ３をＯＦＦにしてアシスト運転を停止する（ステップＳ２５）。
一方、アシスト運転中において、電動自転車１の走行速度が前記所定速度以上まで上昇しておらず（ステップＳ２４でＮＯ）、電源スイッチ８２が引き続きＯＮである場合（ステップＳ２６でＮＯ）、制御部８９は、ペダル１１の踏力が前記所定の閾値以上であるか否かを確認する（ステップＳ２８）。ステップＳ２８では、ステップＳ８と同様に、制御部８９は、回生運転を行うか否か（回生電力の発生が必要であるか否か）を判別する。

つまり、踏力が所定の閾値以上であれば（ステップＳ２８でＹＥＳ）、補助駆動力が引き続き必要なので、制御部８９は、ステップＳ２４以降の処理を行ってアシスト運転を継続する。一方、踏力が所定の閾値未満であれば（ステップＳ２８でＮＯ）、電動自転車１の走行速度がある程度上昇してきて補助駆動力が不要となったので、制御部８９は、回生運転を行うと判別する。

制御部８９は、回生運転を行う（回生電力の発生が必要である）と判別したのに応じて（ステップＳ２８でＮＯ）、モータ３をＯＦＦにしてアシスト運転を停止するとともに、アクチュエータ６２をＯＮにしてワンウェイクラッチ２２をロックする（ステップＳ２９）。すると、出力軸６０側のブレーキ部材９６がハブケース２０まで進出するので、連結解除機構６１によって出力軸６０とハブケース２０とが連結され（図７（ａ）参照）、これによって、前輪５の回転に伴ってロータ２９が従動回転されて、モータ３が回生電力を発生する。つまり、回生運転が実施される。

ここで、連結解除機構６１では、回生電力の発生が必要であるときに、ハブケース２０の回転と出力軸６０の回転とが同期していなくても、ブレーキ部材９６を進出させれば、ブレーキ部材９６とハブケース２０との間で摩擦力が発生することによって、ハブケース２０と出力軸６０とを確実に連結できる（図７（ａ）参照）。
回生運転中、ペダル１１の踏力が所定の閾値以上になれば（ステップＳ３０でＹＥＳ）、補助駆動力（アシスト運転の開始）が必要となったので、制御部８９は、回生電力の発生が不要であると判別する。これに応じて、制御部８９は、アクチュエータ６２をＯＦＦにして、連結解除機構６１による出力軸６０とハブケース２０との連結を解除させ、ワンウェイクラッチ２２をフリーにすることで回生運転を停止する（ステップＳ３１）。これにより、回生電力の発生が必要でないときには、出力軸６０とハブケース２０との間に介在されたワンウェイクラッチ２２が、その機能を発揮できる状態となるので、モータ３の補助駆動力によるアシストが不要な場合には、乗り手は、モータ３のロータ２９を空転させる負担を負わずに、軽い力でペダルを漕ぐことができる（図７（ｂ）参照）。

ステップＳ３１の後、制御部８９は、ステップＳ２３に戻ってアシスト運転を開始する。
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、バッテリー１０（図１参照）の残量がなくなった場合にはハブユニット４によるアシストが不可能になるので、バッテリー１０の残量が所定量まで低下すると、連結解除機構６１による出力軸６０とハブケース２０との連結が解除されるようになっていてもよい（図３（ｂ）および図７（ｂ）参照）。そうすれば、ハブユニット４によるアシストが無い状態でペダル１１を漕ぐ乗り手に対して、モータ３のロータ２９を空回りさせる負担をかけずに済む。

一方、バッテリー１０の残量がなくなった電動自転車１が下り坂を走行している間は、乗り手がペダル１１を漕がなくても電動自転車１が走行できるので、出力軸６０とハブケース２０とを連結して回生運転を実施して（図３（ａ）および図７（ａ）参照）、バッテリー１０を充電してもよい。なお、センサー１２が検出するペダル１１の踏力が前述した所定の閾値以上ないにもかかわらず、車輪回転情報部８６（図４参照）が検出した電動自転車１の走行速度が上昇している場合には、制御部８９は、電動自転車１が下り坂を走行していると判断する。

１ 電動自転車
３ モータ
４ ハブユニット
５ 前輪
２０ ハブケース
２１ 減速機構
２２ ワンウェイクラッチ
２９ ロータ
３９ 回転軸
６０ 出力軸
６１ 連結解除機構
６３Ａ 爪
６５ 溝
８９ 制御部
９６ ブレーキ部材

Claims (7)

1. 電動自転車の車輪に取り付けられるハブユニットであって、
   回転軸を有するロータを備え、電力で前記ロータを回転させることによって補助駆動力を発生することができ、前記ロータが電力で回転される回転速度で回転されることによって回生電力を発生することができるモータと、
   前記モータを収容し、前記車輪と一体回転するハブケースと、
   前記ロータの回転を減速する減速機構と、
   前記減速機構を介して前記ロータに連結され、前記ハブケースと同心状で回転可能な出力軸と、
   前記出力軸と前記ハブケースとの間に介在され、前記出力軸に対して前記ハブケースが一方側へ回転するときは、前記ハブケースと前記出力軸とを一体回転させ、前記出力軸に対して前記ハブケースが他方側へ回転するときは、前記ハブケースのみを自由回転状態とするワンウェイクラッチと、
   前記モータが回生電力を発生するときは前記ハブケースと前記出力軸とを連結し、前記モータが回生電力を発生しないときは前記ハブケースと前記出力軸との連結を解除する連結解除機構とを有することを特徴とする、ハブユニット。
2. 前記ハブユニットは、電動自転車の前輪に取り付けられることを特徴とする、請求項１記載のハブユニット。
3. 前記連結解除機構は、前記ハブケースに設けられた溝と、前記出力軸に設けられ、前記溝に対して進退可能な爪とを含み、
   前記爪が進出して前記溝に嵌まり込むことで前記ハブケースと前記出力軸とが連結され、前記爪が退避して前記溝から外れることで前記ハブケースと前記出力軸との連結が解除されることを特徴とする、請求項１記載のハブユニット。
4. 前記連結解除機構は、前記出力軸に設けられ、前記ハブケースに対して進退可能なブレーキ部材を含み、
   前記ブレーキ部材が進出して前記ハブケースとの間で摩擦力を発生させることで前記ハブケースと前記出力軸とが連結され、前記ブレーキ部材が退避して前記ハブケースから離間することで前記ハブケースと前記出力軸との連結が解除されることを特徴とする、請求項１記載のハブユニット。
5. 請求項３記載のハブユニットと、
   回生電力の発生が必要であるか否かを判別する第１判別手段と、
   回生電力の発生が必要であると前記第１判別手段が判別したのに応じて、前記ハブケースの回転と前記出力軸の回転とが同期しているか否かを判別する第２判別手段と、
   前記ハブケースの回転と前記出力軸の回転とが同期していないと前記第２判別手段が判別したのに応じて、前記ハブケースの回転と前記出力軸の回転とが同期するように前記モータの駆動を制御する駆動制御手段と、
   前記ハブケースの回転と前記出力軸の回転とが同期していると前記第２判別手段が判別したのに応じて、前記出力軸側の爪を進出させることで前記ハブケースと前記出力軸とを連結させる連結制御手段とを有することを特徴とする、電動自転車。
6. 請求項４記載のハブユニットと、
   回生電力の発生が必要であるか否かを判別する第１判別手段と、
   回生電力の発生が必要であると前記第１判別手段が判別したのに応じて、前記出力軸側のブレーキ部材を進出させることで前記ハブケースと前記出力軸とを連結させる連結制御手段とを有することを特徴とする、電動自転車。
7. 前記連結制御手段は、回生電力の発生が不要であると前記第１判別手段が判別したのに応じて、前記連結解除機構による前記ハブケースと前記出力軸との連結を解除させることを特徴とする、請求項５または６記載の電動自転車。

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