JP6325430B2 - 自転車用ドライブユニット - Google Patents

Description

本発明は自転車用ドライブユニットに関する。

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歯車機構と、遊星歯車機構の構成要素の回転を制御するモータとを備えた自転車用ドライブユニットが知られている（例えば、特許文献１）。この自転車用ドライブユニットによれば、モータが遊星歯車機構の構成要素の回転を制御することにより、遊星歯車機構にトルクを伝達し、かつ、遊星歯車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

上記自転車用ドライブユニットは、単一のモータにより遊星歯車機構の変速比の変更と、遊星歯車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ドライブユニットが望まれる。

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ドライブユニットを提供することにある。

〔１〕本発明に従う自転車用ドライブユニットの一形態は、サンギア、前記サンギアのまわりにおいて前記サンギアと同軸に配置されるリングギア、前記サンギアと前記リングギアとの間に配置される複数のプラネタリギア、および、前記複数のプラネタリギアを回転可能に保持し、クランク軸の回転が入力されるキャリアを備える遊星歯車機構と、前記キャリアにトルクを伝達する第１モータと、前記サンギアにトルクを伝達し、前記サンギアの回転を制御する第２モータと、前記クランク軸とを含み、前記クランク軸と前記キャリアとが接続され、前記第１モータと前記キャリアとが接続される。

〔２〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、フロントスプロケットを取り付け可能な出力部をさらに含み、前記リングギアは、前記出力部と接続される。
〔３〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、前記クランク軸または前記キャリアと、前記リングギアまたは前記出力部との間に配置され、前記クランク軸に対する前記出力部の一方への回転を許容し、前記クランク軸に対する前記出力部の他方への回転を規制するワンウェイクラッチをさらに含む。

〔４〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、前記キャリアは、前記クランク軸まわりにおいて前記クランク軸と同軸に配置される。
〔５〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、前記サンギアは、前記クランク軸まわりにおいて前記クランク軸と同軸に配置される。

〔６〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、前記第２モータは、前記クランク軸まわりにおいて前記クランク軸と同軸に配置される。
〔７〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、前記サンギアは、前記第２モータの出力軸と一体的に形成され、前記第２モータは、前記クランク軸まわりにおいて前記クランク軸と同軸に配置される。

〔８〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、前記第１モータの回転軸は、前記クランク軸の径方向に前記クランク軸から離れて配置される。
〔９〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、少なくとも前記遊星歯車機構を収容するハウジングと、前記サンギアと前記ハウジングとの間に設けられ、前記ハウジングに対する前記サンギアの一方への回転を許容し、他方への回転を規制するワンウェイクラッチとをさらに含む。

〔１０〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、少なくとも前記遊星歯車機構を収容するハウジングと、前記第２モータの出力軸またはロータと前記ハウジングとの間に設けられ、前記ハウジングに対する前記第２モータの前記出力軸または前記ロータの一方への回転を許容し、他方への回転を規制するワンウェイクラッチとをさらに含む。

〔１１〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、少なくとも前記遊星歯車機構を収容するハウジングと、前記サンギアと前記ハウジングとの間に設けられ、前記ハウジングに対する前記サンギアの一方への回転を許容し、他方への回転を規制するワンウェイクラッチとをさらに含み、前記ハウジングは、前記サンギアの内周と前記クランク軸との間に形成される空間に設けられる支持部を備え、前記ワンウェイクラッチは、前記サンギアと前記支持部との間に配置される。

〔１２〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、前記第１モータおよび前記第２モータの少なくとも一方は、前記ハウジングに収容される。
〔１３〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、前記第２モータは、前記遊星歯車機構に入力される回転数に対する前記遊星歯車機構から出力される回転数である変速比を、少なくとも１．２〜１．５の範囲を含んで変更する。

〔１４〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、前記第２モータは、前記遊星歯車機構に入力される回転数に対する前記遊星歯車機構から出力される回転数である変速比を、０．２〜３．０の範囲内において変更する。

〔１５〕前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、前記第１モータおよび前記第２モータを制御する制御部をさらに含む。

上記自転車用ドライブユニットは、より走行状況等に応じた制御を行うことができる。

実施形態の自転車用ドライブユニットを搭載する自転車の側面図。 図１の自転車用ドライブユニットの断面図。 図２の遊星歯車機構の各構成要素の回転方向を示す模式図。 図２の自転車用ドライブユニットの模式図。 比較例の自転車用ドライブユニットの模式図。 第１の変形例の自転車用ドライブユニットの模式図。 第２の変形例の自転車用ドライブユニットの部分断面図。 第３の変形例の自転車用ドライブユニットの部分断面図。 第４の変形例の自転車用ドライブユニットの模式図。 第５の変形例の自転車用ドライブユニットの模式図。 第６の変形例の自転車用ドライブユニットの模式図。 第７の変形例の自転車用ドライブユニットの模式図。 第８の変形例の自転車用ドライブユニットの模式図。 第９の変形例の自転車用ドライブユニットの模式図。 第１０の変形例の自転車用ドライブユニットの模式図。 第１１の変形例の自転車用ドライブユニットの模式図。

図１を参照して、自転車用ドライブユニットを搭載する自転車の構成を説明する。
自転車１０は、フレーム１２、ハンドルバー１４、前輪１６、後輪１８、駆動機構２０、バッテリユニット２２、および、ドライブユニット４０を備えている。

駆動機構２０は、左右のクランクアーム２４、左右のペダル２６、フロントスプロケット３０、リアスプロケット３２、および、チェーン３４を含む。左右のクランクアーム２４は、ドライブユニット４０のクランク軸４２を介して回転可能にフレーム１２に取り付けられている。ペダル２６は、ペダル軸２８まわりに回転可能にクランクアーム２４に取り付けられている。

フロントスプロケット３０は、ドライブユニット４０の出力部６４（図２参照）に連結されている。フロントスプロケット３０は、クランク軸４２と同軸に設けられる。リアスプロケット３２は、後輪１８の車軸１８Ａまわりに回転可能に取り付けられている。リアスプロケット３２は、ワンウェイクラッチを介して後輪１８に連結される。チェーン３４は、フロントスプロケット３０とリアスプロケット３２とに巻き掛けられている。ペダル２６に加えられる人力駆動力によりクランクアーム２４が回転するとき、フロントスプロケット３０、チェーン３４、および、リアスプロケット３２によって、後輪１８が回転する。

バッテリユニット２２は、バッテリ３６、および、バッテリ３６をフレーム１２に着脱可能に取り付けるためのバッテリホルダ３８を備えている。バッテリ３６は、１または複数のバッテリセルを含む。バッテリ３６は、２次電池によって構成される。バッテリ３６は、ドライブユニット４０に電気的に接続されて、ドライブユニット４０に電力を供給する。

図２に示されるように、ドライブユニット４０は、クランク軸４２、ハウジング４４、遊星歯車機構４６、第１モータ４８、第２モータ５０、および、制御部５２を備えている。

ハウジング４４は、遊星歯車機構４６、第１モータ４８、第２モータ５０、および、制御部５２を収容する。ハウジング４４は、クランク軸４２を回転可能に支持している。クランク軸４２は、ハウジング４４を貫通して設けられている。

遊星歯車機構４６は、サンギア５４、リングギア５６、複数のプラネタリギア５８、複数のプラネタリピン６０、および、キャリア６２を備えている。
サンギア５４は、クランク軸４２のまわりにおいてクランク軸４２と同軸に配置されている。

リングギア５６は、サンギア５４よりもクランク軸４２の径方向の外側に配置されている。リングギア５６は、クランク軸４２のまわりにおいてクランク軸４２と同軸に配置されている。このため、リングギア５６は、サンギア５４のまわりにおいてサンギア５４と同軸に配置されている。リングギア５６には、出力部６４が接続されている。出力部６４の一端はハウジング４４の内部に収容され、他端はハウジング４４から露出している。出力部６４のハウジング４４から露出している部分の内周には、ボルトＢがねじ込まれる。フロントスプロケット３０は、スプラインによって出力部６４の周方向に回転不能に支持される。フロントスプロケット３０は、ボルトＢによって軸方向に移動不能に出力部６４に取り付けられる。

複数のプラネタリギア５８は、サンギア５４とリングギア５６との間に配置されている。各プラネタリギア５８は、大径部５８Ａおよび小径部５８Ｂを備えている。大径部５８Ａの外周のギアは、サンギア５４の外周と対向する部分に配置され、サンギア５４と噛み合わせられている。小径部５８Ｂの外周のギアは、リングギア５６の内周と対向する部分に配置され、リングギア５６と噛み合わせられている。ここでは、大径部５８Ａおよび小径部５８Ｂを有するプラネタリギア５８を用いているが、通常のシングルギアで構成されるプラネタリギアであってもよい。

複数のプラネタリピン６０は、それぞれプラネタリギア５８を軸方向に貫通している。各プラネタリピン６０は、各プラネタリギア５８を回転可能に支持している。各プラネタリピン６０の両端部は、キャリア６２により回転可能に支持されている。各プラネタリピン６０の両端部が、キャリア６２により回転可能に支持されていれば、各プラネタリピン６０は、各プラネタリギア５８に回転不能に支持されていてもよい。各プラネタリピン６０が、各プラネタリギア５８を回転可能に支持していれば、各プラネタリピン６０の両端部は、キャリア６２により回転不能に支持されていてもよい。

キャリア６２は、クランク軸４２のまわりにおいてクランク軸４２と同軸に配置されている。キャリア６２は、複数のプラネタリピン６０を介して、複数のプラネタリギア５８を回転可能に保持している。このため、複数のプラネタリギア５８は、サンギア５４とリングギア５６との間において、サンギア５４まわりを公転する。

キャリア６２は、複数のプラネタリピン６０の一端を支持する第１キャリア６２Ａと、複数のプラネタリピン６０の他端を支持する第２キャリア６２Ｂを備えている。第１キャリア６２Ａは、プラネタリギア５８のうちの小径部５８Ｂ側の端部と対向している。第２キャリア６２Ｂは、プラネタリギア５８のうちの大径部５８Ａ側の端部と対向している。第１キャリア６２Ａと第２キャリア６２Ｂとは、連結されており、一体的に回転する。第１キャリア６２Ａと第２キャリア６２Ｂとは、一体形成されていてもよい。

第１キャリア６２Ａの内周とクランク軸４２とは、例えば、スプライン嵌合または圧入等により接続されている。キャリア６２は、クランク軸４２と一体的に回転する。クランク軸４２の回転は、キャリア６２に入力される。

第１モータ４８の回転軸は、クランク軸４２の径方向にクランク軸４２から離れて配置されている。第１モータ４８の出力ギア４８Ａは、第２キャリア６２Ｂの外周に形成されるギア６２Ｃと噛み合わせられている。第１モータ４８は、ギア６２Ｃを介してキャリア６２にトルクを伝達する。なお、第１モータ４８の回転軸とキャリア６２との間の動力伝達経路に、第１モータ４８の回転をキャリア６２に伝達し、かつ、クランク軸４２が一方に回転したときの、キャリア６２の回転を第１モータ４８に伝達しないワンウェイクラッチを設けることもできる。

第２モータ５０は、クランク軸４２のまわりにおいてクランク軸４２と同軸に配置されている。第２モータ５０は、クランク軸４２の軸方向において、遊星歯車機構４６と隣り合う位置に配置されている。第２モータ５０は、クランク軸４２の軸方向において、遊星歯車機構４６よりもフロントスプロケット３０から遠い側に配置されている。

第２モータ５０は、インナーロータ式のモータであり、ハウジング４４に支持されるステータ５０Ａと、ステータ５０Ａの内部に配置されるロータ５０Ｂとを備えている。ロータ５０Ｂの内周とクランク軸４２との間には、ハウジング４４の支持部４４Ａが配置されている。支持部４４Ａは、円筒形状を有し、クランク軸４２と同軸を有する。ロータ５０Ｂは、支持部４４Ａに回転可能に支持されている。ロータ５０Ｂは、一対のベアリング４５を介して、支持部４４Ａに支持されている。ロータ５０Ｂの軸方向の端部には、サンギア５４の端部が取り付けられている。すなわち、サンギア５４は、第２モータ５０の出力軸と一体的に形成されている。ロータ５０Ｂおよびサンギア５４は、クランク軸４２に対して回転することができる。第２モータ５０は、サンギア５４にトルクを伝達し、サンギア５４の回転を制御する。ステータ５０Ａは、ハウジング４４に固定されている。

支持部４４Ａは、サンギア５４の内周とクランク軸４２との間に形成される空間に延びる部分を含む。サンギア５４の内周と支持部４４Ａの外周との間には、ワンウェイクラッチ６６が設けられている。ワンウェイクラッチ６６は、支持部４４Ａに対するサンギア５４の一方への回転を許容し、他方への回転を規制する。具体的には、サンギア５４が支持部４４Ａに対して自転車１０が前進するときのクランク軸４２の回転方向と逆方向（以下、「逆転方向」）に回転することを許容し、サンギア５４が支持部４４Ａに対して、自転車１０が前進するときのクランク軸４２の回転方向（以下、「正転方向」）に回転することを規制する。換言すれば、サンギア５４は、支持部４４Ａに対して正転方向に回転することができない。第２モータ５０に電力が供給されていない時に、クランク軸４２の正転方向の回転が入力された場合、サンギア５４はワンウェイクラッチ６６によって回転が規制されるので、クランク軸４２の正転方向の回転が、遊星歯車機構４６によって増速されて出力部６４に伝達される。ワンウェイクラッチ６６は、ローラクラッチによって構成されてもよく、爪式のクラッチによって構成されてもよい。

制御部５２は、第１モータ４８を駆動する駆動回路、第２モータ５０を駆動する駆動回路を含む。制御部５２は、バッテリ３６（図１参照）から供給される電力を用いて第１モータ４８および第２モータ５０を駆動する。制御部５２は、例えば、図示しないトルクセンサおよび車速センサ等から入力される信号に基づいて第１モータ４８および第２モータ５０を制御する。トルクセンサは、人力駆動力を検出するためのものである。トルクセンサは、たとえば第１キャリア６２Ａに設けられる歪センサによって実現される。この場合、歪センサからの出力は、無線通信装置またはスリップリングなどを介して、制御部５２に与えられる。歪センサは、たとえば歪ゲージである。トルクセンサの代わりとして、第１モータ４８および第２モータ５０の少なくとも一方に与えられる電流に基づいて、制御部５２がトルクを演算してもよい。また、制御部５２は、図示しない操作装置からアシスト力を変更するための操作信号が入力されたとき、人力駆動力に対する第１モータ４８の出力が大きくなるように第１モータ４８を制御する。また、制御部５２は、遊星歯車機構４６に入力された回転数に対する遊星歯車機構４６から出力された回転数である遊星歯車機構４６の変速比γを変更するための操作信号が入力されたとき、クランク軸４２の回転に対する出力部６４の回転の比率が、所定の変速比になるように第２モータ５０を制御する。

制御部５２は、第１モータ４８を駆動させることにより、キャリア６２に正転方向のトルクを伝達する。これにより、クランク軸４２から入力されたトルクにアシスト力が加えられて遊星歯車機構４６から出力する。

制御部５２は、第２モータ５０を駆動させることにより、サンギア５４に逆転方向のトルクを伝達する。これにより、図３に示すように、サンギア５４の回転がサンギア５４まわりで回転するプラネタリギア５８の自転速度を加速させる。このため、リングギア５６の回転速度も大きくなり、変速比γが大きくなる。サンギア５４の回転速度に応じて、変速比γは無段階に変更される。なお、制御部５２は、変速比γ、すなわちサンギア５４の回転速度を段階的に変更するように制御することもできる。また、制御部５２と外部の装置とを無線または有線により接続し、外部の装置を用いて変速比γの段階の数、および、大きさを変更することもできる。外部の装置は、たとえばサイクルコンピュータまたはパーソナルコンピュータである。

図２に示す制御部５２が第２モータ５０への電力の供給を停止したとき、第２モータ５０の駆動が停止する。図４に示すように、サンギア５４と支持部４４Ａとの間には、ワンウェイクラッチ６６が設けられているため、サンギア５４の支持部４４Ａに対する回転が規制される。このため、制御部５２が第２モータ５０への電力の供給を停止したとき、変速比γは遊星歯車機構４６の各構成要素のギア数に応じた変速比γに維持される。遊星歯車機構４６は、キャリア６２が入力部として機能し、リングギア５６が出力部６４に接続されているため、サンギア５４が支持部４４Ａに対して回転しないとき、遊星歯車機構４６に入力された回転は増速されて出力される。このため、制御部５２が第２モータ５０への電力の供給を停止したときの変速比γは、１以上であり、例えば、１．２以上である。

第２モータ５０は、変速比γを少なくとも１．２〜１．５の範囲を含んで変更することが好ましい。第２モータ５０が変更する変速比γの最大値は、例えば３．０以下である。換言すれば、第２モータ５０は、変速比γを１〜３．０以上の範囲内において変更する。

自転車用ドライブユニットは、以下の作用および効果を奏する。
（１）ドライブユニット４０は、キャリア６２にトルクを伝達する第１モータ４８と、サンギア５４にトルクを伝達し、サンギア５４の回転を制御する第２モータ５０とを含む。このため、第２モータ５０による変速比γの変更と、第１モータ４８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。

（２）遊星歯車機構４６は、第２モータ５０の回転が停止しているときの変速比γが１以上である。このため、第２モータの回転が停止しているときの変速比γが１未満の遊星歯車機構と比較して、第２モータ５０の大型化をともなわずに変速比γの範囲を１以上の領域において大きくすることができる。

（３）遊星歯車機構４６の変速比γは１以上であるため、サンギア５４が回転しないときに、リングギア５６の回転速度は、キャリア６２の回転速度以上となる。第１モータ４８は、キャリア６２に接続されているため、リングギアに第１モータを接続してトルクを伝達する構成と比較して、アシスト力を付与するときに第１モータ４８の回転速度が大きくなることを抑制できる。このため、第１モータ４８の電力の消費低減に貢献できる。

（４）第２モータ５０は、クランク軸４２まわりにおいてクランク軸４２と同軸に配置される。このため、第２モータ５０をクランク軸４２の径方向の外側に配置する構成と比較して、ドライブユニット４０のクランク軸４２の径方向の大型化を抑制できる。

（５）サンギア５４は、第２モータ５０の出力軸と一体的に形成される。このため、ドライブユニット４０の部品点数の削減に貢献できる。
（６）第１モータ４８の回転軸は、クランク軸４２の径方向にクランク軸４２から離れて配置される。このため、第１モータ４８の回転軸をドライブユニット４０のクランク軸４２と同軸に配置する場合と比較して、クランク軸４２の軸方向の大型化を抑制できる。

（７）サンギア５４と支持部４４Ａとの間にワンウェイクラッチ６６が設けられない場合、第２モータ５０への電力の供給が停止したとき、サンギア５４の支持部４４Ａまわりの回転が規制されない。このため、プラネタリギア５８に逆転方向の自転の力が加わり、サンギア５４が正転方向に回転するようになる。このため、キャリア６２およびリングギア５６がハウジング４４に対して回転しなくなり、遊星歯車機構４６から回転が出力されない。

ドライブユニット４０は、サンギア５４とハウジング４４との間に設けられるワンウェイクラッチ６６を備えているため、第２モータ５０への電力の供給が停止したときであっても、遊星歯車機構４６から回転を出力することができる。また、変速比γを最小にするときには、第２モータ５０への電力の供給を停止できる。このため、第２モータ５０へ電力を供給し、サンギア５４の支持部４４Ａに対する位相を維持する構成と比較して、電力の消費低減に貢献できる。

（８）出力部６４は、クランク軸４２の軸方向において遊星歯車機構４６よりも外側に位置している。このため、フロントスプロケット３０を取り付ける部分がクランク軸４２の軸方向において遊星歯車機構４６の内部に配置される構成と比較して、フロントスプロケット３０の取り付けおよび取り外しが容易になる。

（９）図５に示す比較例のドライブユニット２００は、クランク軸４２の回転をリングギア２０６に入力し、かつ、キャリア２０８の回転を出力する。比較例のドライブユニット２００は、第２モータ５０がハウジング２１２に支持されている。このため、出力部２１０を遊星歯車機構２０２の軸方向の外側に配置し、かつ、キャリア２０８を遊星歯車機構２０２の軸方向において、リングギア２０６と第２モータ５０との間に配置すると、キャリア２０８が第２モータ５０とクランク軸４２との間を通る構造となる。このため、キャリア２０８および遊星歯車機構２０２の構造が複雑化する。

ドライブユニット４０は、リングギア５６に出力部６４が取り付けられている。このため、キャリア６２の構造が複雑化することを抑制できる。このため、遊星歯車機構７２の構造が複雑化し、ドライブユニット４０が大型化することを抑制できる。

自転車用ドライブユニットが取り得る具体的な形態は、上記実施形態に例示された形態に限定されない。自転車用ドライブユニットは、上記実施形態とは異なる各種の形態を取り得る。以下に示される上記実施形態の変形例は、自転車用ドライブユニットが取り得る各種の形態の一例である。

・図６に示すように、第２モータ５０をクランク軸４２の径方向の外側に配置することもできる。この場合、サンギア５４として、クランク軸４２に同軸に配置される段付き歯車を用いる。ワンウェイクラッチ６６は、サンギア５４とハウジング４４との間に設ければよい。

・図６に示すように、第１モータ４８をクランク軸４２まわりにおいてクランク軸４２と同軸に配置することもできる。この場合、キャリア６２に内歯車を形成し、第１モータ４８の出力ギアと噛み合わせることもできる。

・制御部５２は、第２モータ５０を正転方向に駆動させることもできる。この場合、ワンウェイクラッチ６６は設けない。第２モータ５０が、サンギア５４を正転方向に回転させると、変速比γが小さくなる。第２モータ５０の回転速度を大きくすることにより、変速比γを１未満にすることもできる。この場合、第２モータ５０は、変速比γを０．２〜３．０の範囲内において変更することが好ましい。

・クランク軸４２とキャリア６２との間、または、リングギア５６とフロントスプロケット３０との間に減速機構を設けることもできる。この場合、減速機構により変速比γを１未満にすることもできる。この減速機構は、少なくとも２枚以上の歯車によって実現されてもよいし、遊星歯車機構によって実現されてもよい。

・ワンウェイクラッチ６６を、ロータ５０Ｂと支持部４４Ａとの間に設けることもできる。また、ワンウェイクラッチ６６をロータ５０Ｂとハウジング４４の支持部４４Ａ以外の部分との間に設けることもできる。

・第２モータ５０を、ロータ５０Ｂがステータ５０Ａのまわりに配置されるアウターロータ型のモータにすることもできる。
・サンギア５４と第２モータ５０の出力軸とを別体に構成し、サンギア５４と第２モータ５０の出力軸とをスプライン嵌合等により接続することもできる。この場合、第２モータ５０の出力軸と支持部４４Ａとの間にワンウェイクラッチ６６を設けることもできる。

・ワンウェイクラッチ６６を省略することもできる。この場合、サンギア５４のハウジング４４に対する回転を規制するときには、第２モータ５０が回転しないように制御することにより、サンギア５４のハウジング４４に対する回転位相を維持する。

・ワンウェイクラッチ６６に代えて、図７に示すように、キャリア６２とリングギア５６との間にワンウェイクラッチ６８を設けることもできる。ワンウェイクラッチ６８は、クランク軸４２およびキャリア６２に対する出力部６４およびリングギア５６の正転方向への回転を許容する。すなわち、出力部６４およびリングギア５６がクランク軸４２およびキャリア６２よりも早く回転しているとき、出力部６４およびリングギア５６と、クランク軸４２およびキャリア６２との相対回転が許容される。ワンウェイクラッチ６８は、クランク軸４２およびキャリア６２に対する出力部６４およびリングギア５６の逆転方向への回転を規制する。すなわち、出力部６４およびリングギア５６の正転方向への回転速度がクランク軸４２およびキャリア６２の回転速度に等しくなったとき、出力部６４およびリングギア５６と、クランク軸４２およびキャリア６２とが連結され、一体的に回転する。このため、例えば、第２モータ５０への電力の供給が停止されて変速比γが１になったとき、ワンウェイクラッチ６８の機能によりキャリア６２とリングギア５６とが正転方向には一体的に回転する。このため、第２モータ５０への電力の供給が停止された場合であっても、クランク軸４２の回転をフロントスプロケット３０に伝達することができる。なお、ワンウェイクラッチ６８は、ローラクラッチによって構成されてもよく、爪式のクラッチによって構成されてもよい。

・図７に示す変形例において、図８に示すように、ワンウェイクラッチ６８をクランク軸４２と出力部６４との間に設けることもできる。この場合も、図７に示す変形例と同様の効果を得ることができる。

・ドライブユニット４０からクランク軸４２を省略し、ドライブユニット４０と別体のクランク軸を取り付けることもできる。
・第１モータ４８および第２モータ５０の少なくとも一方を、ハウジング４４の外部に設けることもできる。

・図９に示すドライブユニット７０の遊星歯車機構７２は、クランク軸４２の回転がキャリア７８に入力され、サンギア７４の回転がフロントスプロケット３０に出力される。リングギア７６は、ハウジング４４に対して回転可能である。第１モータ４８は、キャリア７８に接続されて、第１モータ４８のトルクをキャリア７８に伝達する。第２モータ５０は、リングギア７６に接続されて、リングギア７６にトルクを伝達し、リングギア７６の回転を制御する。遊星歯車機構７２は、リングギア７６のハウジング４４に対する回転が規制されているとき、遊星歯車機構７２による変速比γが１未満である。このため、第２モータ５０を逆転方向に駆動することにより、変速比γを１未満の範囲および１以上の範囲において無段階に変更できる。なお、第２モータ５０を正転方向に駆動することにより、変速比γをさらに小さくできる構成を採用することもできる。

・図９に示すドライブユニット７０において、図１０に示すように第１モータ４８をサンギア７４に接続することもできる。この場合、第１モータ４８のトルクは、サンギア７４に伝達される。

・図１１に示すドライブユニット８０の遊星歯車機構８２は、クランク軸４２の回転がサンギア８４に入力され、キャリア８８の回転がフロントスプロケット３０に出力される。リングギア８６は、ハウジング４４に対して回転可能である。第１モータ４８は、サンギア８４に接続されて、第１モータ４８のトルクをサンギア８４に伝達する。第２モータ５０は、リングギア８６に接続されて、リングギア８６にトルクを伝達し、リングギア８６の回転を制御する。遊星歯車機構８２は、リングギア８６のハウジング４４に対する回転が規制されているとき、遊星歯車機構８２による変速比γが１未満である。このため、第２モータ５０を正転方向に駆動することにより、変速比γを１未満の範囲および１以上の範囲において無段階に変更できる。なお、第２モータ５０を逆転方向に駆動することにより、変速比γをさらに小さくできる構成を採用することもできる。

・図１１に示すドライブユニット８０において、図１２に示すように第１モータ４８をキャリア８８に接続することもできる。この場合、第１モータ４８のトルクは、キャリア８８に伝達される。

・図１３に示すドライブユニット９０の遊星歯車機構９２は、クランク軸４２の回転がリングギア９６に入力され、サンギア９４の回転がフロントスプロケット３０に出力される。キャリア９８は、ハウジング４４に対して回転可能である。第１モータ４８は、リングギア９６に接続されて、第１モータ４８のトルクをリングギア９６に伝達する。第２モータ５０は、キャリア９８に接続されて、キャリア９８にトルクを伝達し、キャリア９８の回転を制御する。遊星歯車機構９２は、キャリア９８のハウジング４４に対する回転が規制されているとき、リングギア９６の回転方向とサンギア９４の回転方向とが異なる。このため、サンギア９４とフロントスプロケット３０との間には回転方向を変換する伝達ギア１００が配置されている。伝達ギア１００と、サンギア９４と、フロントスプロケット３０とによって遊星歯車機構を構成する。この場合、伝達ギア１００がプラネタリギアとして機能し、サンギア９４がサンギアとして機能し、フロントスプロケット３０がリングギアとして機能する。伝達ギア１００を支持するキャリアをハウジングに固定することによって、サンギア９４の回転方向と、フロントスプロケット３０の回転方向を逆にすることができる。なお、伝達ギア１００は、クランク軸４２とリングギア９６との間に配置することもできる。

・図１３に示すドライブユニット９０において、図１４に示すように第１モータ４８をサンギア９４に接続することもできる。この場合、第１モータ４８のトルクは、サンギア９４に伝達される。

・図１５に示すドライブユニット１０２の遊星歯車機構１０４は、クランク軸４２の回転がサンギア１０６に入力され、リングギア１０８の回転がフロントスプロケット３０に出力される。キャリア１１０は、ハウジング４４に対して回転可能である。第１モータ４８は、サンギア１０６に接続されて、第１モータ４８のトルクをサンギア１０６に伝達する。第２モータ５０は、キャリア１１０に接続されて、キャリア１１０にトルクを伝達し、キャリア１１０の回転を制御する。遊星歯車機構１０４は、キャリア１１０のハウジング４４に対する回転が規制されているとき、サンギア１０６の回転方向とリングギア１０８の回転方向とが異なる。このため、リングギア１０８とフロントスプロケット３０との間には回転方向を変換する伝達ギア１１２が配置されている。伝達ギア１１２と、リングギア１０８と、フロントスプロケット３０とによって遊星歯車機構を構成する。この場合、伝達ギア１１２がプラネタリギアとして機能し、リングギア１０８がサンギアとして機能し、フロントスプロケット３０がリングギアとして機能する。伝達ギア１１２を支持するキャリアをハウジングに固定することによって、サンギア９４の回転方向と、フロントスプロケット３０の回転方向を逆にすることができる。なお、伝達ギア１１２は、クランク軸４２とサンギア１０６との間に配置することもできる。

・図１５に示すドライブユニット１０２において、図１６に示すように第１モータ４８をリングギア１０８に接続することもできる。この場合、第１モータ４８のトルクは、リングギア１０８に伝達される。

１０ 自転車
４０ ドライブユニット
４２ クランク軸
４４ ハウジング
４４Ａ 支持部
４６ 遊星歯車機構
５４ サンギア
５６ リングギア
５８ プラネタリギア
６２ キャリア
６４ 出力部
６６ ワンウェイクラッチ
４８ 第１モータ
５０ 第２モータ
５２ 制御部
６８ ワンウェイクラッチ

Claims (15)

1. サンギア、前記サンギアのまわりにおいて前記サンギアと同軸に配置されるリングギア、前記サンギアと前記リングギアとの間に配置される複数のプラネタリギア、および、前記複数のプラネタリギアを回転可能に保持し、クランク軸の回転が入力されるキャリアを備える遊星歯車機構と、
   前記キャリアにトルクを伝達する第１モータと、
   前記サンギアにトルクを伝達し、前記サンギアの回転を制御する第２モータと、
   前記クランク軸と、を含み
   前記クランク軸と、前記キャリアとが接続され、
   前記第１モータと、前記キャリアとが接続される、自転車用ドライブユニット。
2. フロントスプロケットを取り付け可能な出力部をさらに含み、
   前記リングギアは、前記出力部と接続される、請求項１に記載の自転車用ドライブユニット。
3. 前記クランク軸または前記キャリアと、前記リングギアまたは前記出力部との間に配置され、前記クランク軸に対する前記出力部の一方への回転を許容し、前記クランク軸に対する前記出力部の他方への回転を規制するワンウェイクラッチをさらに含む、請求項２に記載の自転車用ドライブユニット。
4. 前記キャリアは、前記クランク軸まわりにおいて前記クランク軸と同軸に配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
5. 前記サンギアは、前記クランク軸まわりにおいて前記クランク軸と同軸に配置される、請求項４に記載の自転車用ドライブユニット。
6. 前記第２モータは、前記クランク軸まわりにおいて前記クランク軸と同軸に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
7. 前記サンギアは、前記第２モータの出力軸と一体的に形成され、
   前記第２モータは、前記クランク軸まわりにおいて前記クランク軸と同軸に配置される、請求項５に記載の自転車用ドライブユニット。
8. 前記第１モータの回転軸は、前記クランク軸の径方向に前記クランク軸から離れて配置される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
9. 少なくとも前記遊星歯車機構を収容するハウジングと、
   前記サンギアと前記ハウジングとの間に設けられ、前記ハウジングに対する前記サンギアの一方への回転を許容し、他方への回転を規制するワンウェイクラッチとをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
10. 少なくとも前記遊星歯車機構を収容するハウジングと、
    前記第２モータの出力軸またはロータと前記ハウジングとの間に設けられ、前記ハウジングに対する前記第２モータの前記出力軸または前記ロータの一方への回転を許容し、他方への回転を規制するワンウェイクラッチとをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
11. 少なくとも前記遊星歯車機構を収容するハウジングと、
    前記サンギアと前記ハウジングとの間に設けられ、前記ハウジングに対する前記サンギアの一方への回転を許容し、他方への回転を規制するワンウェイクラッチとをさらに含み、
    前記ハウジングは、前記サンギアの内周と前記クランク軸との間に形成される空間に設けられる支持部を備え、
    前記ワンウェイクラッチは、前記サンギアと前記支持部との間に配置される、請求項５に記載の自転車用ドライブユニット。
12. 前記第１モータおよび前記第２モータの少なくとも一方は、前記ハウジングに収容される、請求項９または１０に記載の自転車用ドライブユニット。
13. 前記第２モータは、前記遊星歯車機構に入力される回転数に対する前記遊星歯車機構から出力される回転数である変速比を、少なくとも１．２〜１．５の範囲を含んで変更する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
14. 前記第２モータは、前記遊星歯車機構に入力される回転数に対する前記遊星歯車機構から出力される回転数である変速比を、０．２〜３．０の範囲内において変更する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
15. 前記第１モータおよび前記第２モータを制御する制御部をさらに含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。