JP6678846B2 - 駆動補助ユニットおよびそれを備えた電動アシスト装置 - Google Patents

Description

本発明は駆動補助ユニットおよびそれを備えた電動アシスト装置に関し、特に、駆動力を伝達するクラッチを構成する部材が駆動入力軸に沿って配設された駆動補助ユニットおよびそれを備えた電動アシスト装置に関する。

一般的な駆動補助ユニットでは、使用者による人力をモータの駆動力で補助するため、ユニット内の動力伝達経路にクラッチが介装されている。クラッチを繋ぐことで動力供給側と動力出力側が駆動的に接続され、クラッチを遮断することで動力供給側と動力出力側が駆動的に分離される。

特許文献１には、クラッチ機構が内蔵されたローラ減速装置およびそれを備えた補助駆動装置付き自転車が記載されている。ここでは、減速装置の内部で、モータの出力を減速機で減速した後に、その動力をチェーンスプロケットに伝達している。また、減速後の動力をクラッチで伝達している。係る構成とすることで、モータおよび減速機構をケーシングの内部にコンパクトに収納することができ、重量配分を良好にすることができる。

特開平９−１６９２９０号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載されたローラ減速装置では、動力を適宜伝達させるクラッチ機構が半径方向外側を向くように構成されていたため、クラッチ機構を小型化することが容易でなかった。

また、上記のように、クラッチ機構がシャフトに対して半径方向外側を向くように構成されると、クラッチ面同士が接触する面積を大きくすることが容易でなく、大きなトルクを伝達させるためには、大きなクラッチ機構が必要になってしまう課題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、比較的小型であり且つ大きなトルクを伝達することができる駆動補助ユニットおよびそれを備えた電動アシスト装置を提供することにある。

本発明の駆動補助ユニットは、使用者が動力入力軸に与える人力駆動をモータで補助し、動力出力軸から動力を外部に取り出す駆動補助ユニットであり、前記使用者の人力駆動力により回転し、第１クラッチ面を有する第１クラッチと、前記モータのモータ駆動力により回転し、第２クラッチ面を有する第２クラッチと、前記動力出力軸に駆動的に接続され、第３クラッチ面を有する第３クラッチと、を具備し、前記第１クラッチ面および前記第２クラッチ面と、前記第３クラッチ面とは、前記動力入力軸の軸方向に沿って対向し、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチは略同心円状に配置されることを特徴とする。

また、本発明の駆動補助ユニットでは、前記第１クラッチ、前記第２クラッチおよび前記第３クラッチは略円環形状を呈しており、前記第１クラッチ、前記第２クラッチおよび前記第３クラッチの孔部を、前記動力入力軸が貫通することを特徴とする。

また、本発明の駆動補助ユニットでは、前記第１クラッチ面、前記第２クラッチ面および前記第３クラッチ面は、それぞれ、半径方向に沿って伸びるウォッシュボード状のクラッチ歯を有することを特徴とする。

また、本発明の駆動補助ユニットでは、前記人力駆動力は、前記第１クラッチ、前記第２クラッチおよび前記第３クラッチを貫通する前記動力入力軸を介して入力され、前記動力入力軸は、前記動力出力軸を貫通していることを特徴とする。

また、本発明の駆動補助ユニットでは、前記モータの駆動力を前記第２クラッチに伝達する減速機を更に有し、前記動力入力軸は、前記減速機を貫通することを特徴とする。

また、本発明の駆動補助ユニットでは、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチは、付勢手段により前記第３クラッチの側に向かって付勢されていることを特徴とする。

また、電動アシスト装置は、上記の駆動補助ユニットを備えていることを特徴とする。

本発明の駆動補助ユニットは、使用者が動力入力軸に与える人力駆動をモータで補助し、動力出力軸から動力を外部に取り出す駆動補助ユニットであり、前記使用者の人力駆動力により回転し、第１クラッチ面を有する第１クラッチと、前記モータのモータ駆動力により回転し、第２クラッチ面を有する第２クラッチと、前記動力出力軸に駆動的に接続され、第３クラッチ面を有する第３クラッチと、を具備し、前記第１クラッチ面および前記第２クラッチ面と、前記第３クラッチ面とは、前記動力入力軸の軸方向に沿って対向し、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチは略同心円状に配置されることを特徴とする。従って、第１クラッチおよび第２クラッチと、第３クラッチとは、それぞれのクラッチ面が対向して配置されることで、第１クラッチと第３クラッチのクラッチ面を歯合させることで、簡易な構成で使用者の駆動力を出力軸に伝達することができる。また、第２クラッチと第３クラッチとを歯合させることで、モータの駆動力を出力軸に伝達することが出来る。更に、第１クラッチおよび前記第２クラッチが略同心円的に配置されることで、簡素な構造によりモータの駆動力で使用者を補助することが出来る。

また、本発明の駆動補助ユニットでは、前記第１クラッチ、前記第２クラッチおよび前記第３クラッチは略円環形状を呈しており、前記第１クラッチ、前記第２クラッチおよび前記第３クラッチの孔部を、前記動力入力軸が貫通することを特徴とする。従って、出力軸周りのスペースに各クラッチを配置することで駆動補助ユニットを構成する部材をコンパクトにすることができる。

また、本発明の駆動補助ユニットでは、前記第１クラッチ面、前記第２クラッチ面および前記第３クラッチ面は、それぞれ、半径方向に沿って伸びるウォッシュボード状のクラッチ歯を有することを特徴とする。従って、半径方向に沿って伸びるウォッシュボード状のクラッチ歯を各クラッチが有することで、稼働時に各クラッチどうしを容易に歯合させることが出来る。

また、本発明の駆動補助ユニットでは、前記人力駆動力は、前記第１クラッチ、前記第２クラッチおよび前記第３クラッチを貫通する前記動力入力軸を介して入力され、前記動力入力軸は、前記動力出力軸を貫通していることを特徴とする。従って、動力入力軸の一部が動力出力軸に内蔵されるため、ユニットの全体構成を簡素化することが出来る。

また、本発明の駆動補助ユニットでは、前記モータの駆動力を前記第２クラッチに伝達する減速機を更に有し、前記動力入力軸は、前記減速機を貫通することを特徴とする。従って、動力入力軸が部分的に減速機に内蔵されるため、ユニットの全体構成を簡素化することが出来る。

また、本発明の駆動補助ユニットでは、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチは、付勢手段により前記第３クラッチの側に向かって付勢されていることを特徴とする。従って、第１クラッチおよび第２クラッチが、バネなどの付勢手段で第３クラッチ側に付勢されることで、第１クラッチおよび第２クラッチのクラッチ面と、第３クラッチのクラッチ面とを安定的に歯合させることができ、安定的に動力を伝達させることができる。

また、電動アシスト装置は、上記の駆動補助ユニットを備えていることを特徴とする。従って、駆動力を伝達する構成を簡素化できるため、電動アシスト移動装置の全体構成を簡素化でき、更にその全体重量を軽くすることが出来る。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る駆動補助ユニットを示す斜視図であり、（Ｂ）は本発明の実施の形態に係る自転車を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る駆動補助ユニットの接続構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る駆動補助ユニットの構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る駆動補助ユニットの構成を別の角度から示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る駆動補助ユニットを示す図であり、モータの他の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る駆動補助ユニットの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る駆動補助ユニットを示す図であり、（Ａ）は駆動補助ユニットの要所を左方から見た分解斜視図であり、（Ｂ）は同部を右方から見た分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る駆動補助ユニットの動作を示すフローチャートである。 （Ａ）から（Ｄ）は、本発明の実施形態に係る駆動補助ユニットの動作を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る駆動補助ユニットを示す図であり、スロットルの開度と速度との関係を示すグラフである。

以下、図を参照して本実施形態に係る駆動補助ユニット１０およびそれを備えた電動アシスト装置を説明する。以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。更に以下の説明では、上下前後左右の各方向を用いるが、左右とは電動アシスト装置の進行方向を向いた場合の方向を示している。また、本出願に於いて、実質的とは、製造誤差や取付誤差の範囲を考慮した範囲を意味している。

図１（Ａ）を参照して、駆動補助ユニット１０は、ケース２９と、ケース２９の右方側に取り付けられたクランク４３と、クランク４３の外側端部に回転可能に取り付けられたペダル４５と、ケース２９の左方側に取り付けられたクランク４４と、クランク４４の外側端部に回転可能に取り付けられたペダル４６と、ケース２９の右方側に取り付けられたスプロケット３９と、を有している。

駆動補助ユニット１０は、後述する電動アシスト装置としての自転車４０に補助駆動力を与えるユニットであり、使用者がペダル４５、４６に与える人力駆動力を補助する。具体的には、駆動補助ユニット１０は、補助駆動力でスプロケット３９を回転させ、これにより使用者が大きな人力駆動力をペダル４５、４６に与えなくても、総合的に十分な駆動力を得ることができる。更には、後述するように、駆動補助ユニット１０から発生する駆動力のみで、自転車等の電動アシスト装置を運転することもできる。

図１（Ｂ）に、上記した駆動補助ユニット１０が組み込まれた電動アシストの一例として自転車４０を示す。自転車４０は、駆動補助ユニット１０で駆動力が補助される所謂電動アシスト機能付き自転車である。

上記した駆動補助ユニット１０は、自転車４０のフレームに固定されている。また、自転車４０の上記したスプロケット３９と車輪５０の図示しないスプロケットとの間には、チェーン３３が掛けられている。更に、自転車４０のフレームには着脱式のバッテリ４１が備えられており、駆動補助ユニット１０の動作を制御する制御装置４２も、自転車４０に備えられている。また、ここでは図示しないが、自転車４０のハンドル近傍には、駆動補助ユニット１０の補助駆動力を制御するためのスロットル４７が備えられる。

駆動補助ユニット１０は、制御装置４２の指示に基づいて、バッテリ４１から供給される電力で補助駆動力を発生させ、この補助駆動力でチェーン３３を介して車輪５０を回転させる。このようにすることで、使用者がペダル４６に与える人力駆動力に比して自転車４０を高速に移動させることができ、自転車運転に伴う使用者の疲労を軽減することができる。更には、自転車４０で高速に移動することができる。

図２は、駆動補助ユニット１０の接続構成を示すブロック図である。この図を参照して、駆動補助ユニット１０は、制御装置４２、トルク検出部４８、モータ１２、減速機３５、第１クラッチ１４、第２クラッチ１５および第３クラッチ１６を有している。

また、駆動補助ユニット１０は、ペダル４５、４６の人力駆動力、スロットル４７の操作量、および、バッテリ４１の電力が入力される。駆動補助ユニット１０は、これらの入力に基づいて、上記した自転車４０の車輪５０を回転させるための補助駆動力を出力する。

トルク検出部４８は、ペダル４５、４６を使用者が漕ぐことで発生するトルクの大きさを検出し、そのトルクの大きさに応じた電気信号を制御装置４２に伝送する。また、モータ１２の回転数を示す情報も制御装置４２に入力される。

制御装置４２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有する。制御装置４２は、トルク検出部４８から入力されたトルクの大きさを示す情報等に基づいて、組み込まれた所定のプログラム等を用いて所定の演算処理を行い、モータ１２を所定の速度で回転させる制御信号を生成する。

モータ１２が回転することで発生する補助駆動力は、減速機３５で所定の回転速度およびトルクに変換され、第２クラッチ１５に伝達される。一方、第１クラッチ１４は、ペダル４５、４６と駆動的に接続されている。第１クラッチ１４および第２クラッチ１５は、第３クラッチ１６と適宜歯合する構成となっている。第３クラッチ１６は、上記したスプロケット３９と駆動的に接続されており、第３クラッチ１６が回転することで、車輪５０を回転させて自転車４０を前進させることができる。

図３および図４を参照して、上記した駆動補助ユニット１０の具体的な構成を説明する。図３は駆動補助ユニット１０を左方側から見た分解斜視図であり、図４は駆動補助ユニット１０を右方側から見た分解斜視図である。

図３および図４を参照して、上記したケース２９は、右側ケース３０、中央ケース３２および左側ケース３１から構成されており、駆動補助ユニット１０を構成する各部材は、ケース２９に内蔵される。右側ケース３０の右方側には、スパイダ３８、スプロケット３９およびクランク４３が配設されている。スパイダ３８およびスプロケット３９は、第３クラッチ１６と駆動的に接続されており、これらの部材は共に回転する。

クランク４３は、動力入力軸１１の右端側に嵌合されている。また、動力入力軸１１の左端側には、ペダル４６が取り付けられたクランク４４が嵌合されている。動力入力軸１１は、ペダル４５、４６を使用者が漕ぐことで発生する人力駆動力（踏力）を、第１クラッチ１４に伝達する機能を有する。ここで、動力入力軸１１はクランクシャフトとも称される。

右側ケース３０の左方には、クラッチ機構を構成する第１クラッチ１４、第２クラッチ１５および第３クラッチ１６が配置されている。第１クラッチ１４は、上記したように人力駆動力を第３クラッチ１６に適宜伝達する。第２クラッチ１５は、モータ１２から生じる補助駆動力を第３クラッチ１６に適宜伝達する。第１クラッチ１４、第２クラッチ１５および第３クラッチ１６の詳細は後述する。

第３クラッチ１６は、人力駆動力および補助駆動力のいずれか一方または両方の駆動力を受けるクラッチである。第３クラッチ１６の右方側端部はスパイダ３８に連結されており、第３クラッチ１６とスパイダ３８とは同期して回転する。

ここで、第３クラッチ１６の内部には、ニードルベアリング２６が配設されている。ニードルベアリング２６は、所謂軸受であり、第３クラッチ１６と動力入力軸１１との間に配置され、第３クラッチ１６と動力入力軸１１との非同期回転を許容する。

第１クラッチ１４の左方側にはバネ２８が配置されている。バネ２８は、左右方向に巻回軸を有するコイルバネであり、第１クラッチ１４の円周方向に沿って複数個が配設されている。バネ２８は、第１クラッチ１４を右方側に向かって付勢している付勢手段である。バネ２８の左方側端部は、アウトプットケース５１で支えられている。

第２クラッチ１５は、上述したモータ１２の補助駆動力で回転する略円環状に形成されたクラッチである。第２クラッチ１５と第３クラッチ１６とは適宜歯合し、歯合する両者を介して、モータ１２の補助駆動力はスパイダ３８に伝達される。

第２クラッチ１５の左方側にはバネ２７が配置されている。バネ２７は、左右方向に巻回軸を有するコイルバネであり、第２クラッチ１５の円周方向に沿って複数個が配設されている。バネ２７は、第２クラッチ１５を右方側に向かって付勢している付勢手段である。バネ２７の左方側端部は、アウトプットケース５１で支えられている。

アウトプットケース５１は、第２クラッチ１５と減速機３５との間に配設されており、減速機３５で減速された補助駆動力を第２クラッチ１５に伝達させるための略円環状の部材である。ここでは図示しないが、第２クラッチ１５の半径方向の端部を外側に向かって突出させた爪部を、アウトプットケース５１の切り込み部に係合させる。これにより、アウトプットケース５１と第２クラッチ１５とは同期して回転する。また、アウトプットケース５１の左方側面は、減速機３５の出力面に接続されている。係る構成により、第２クラッチ１５と減速機３５とは駆動的に接続される。

減速機３５は、その左端側に配置された入力部から入力された補助駆動力を、その内部に配設された減速機構で回転数を減じることでトルクを増大させ、変換後の補助駆動力をその右端側に配置された出力部から出力する。減速機３５の入力側はモータ１２に接続され、減速機３５の出力側は、アウトプットケース５１を介して第２クラッチ１５に接続されている。

モータ１２は、インナーロータ型でもアウタロータ型でも良い。モータ１２がアウタロータ型の場合は、モータ１２はステータ４９とアウタロータ３４とから構成されている。ステータ４９は、例えば、円周方向に沿って配設された複数の電気磁石を有し、アウタロータ３４は円周方向に沿って配設された複数の永久磁石を有する。アウタロータ３４は減速機３５の駆動入力部に接続されている。

図５を参照して、モータ１２がインナーロータ型の場合は、モータ１２はステータ６０とインナーロータ６１とから構成されている。ステータ６０は、例えば、円周方向に沿って巻線された複数の電気磁石を有し、インナーロータ６１は、円周方向に沿って配設された複数の永久磁石を有する。また、ステータ６０は、ビスで中央ケース３２に固定される。インナーロータ６１は減速機３５の駆動入力部に接続されている。また、インナーロータ６１の左方には輪止め６２が配設されている。ここで、インナーロータ６１の右側面にザグリ部を形成し、このザグリ部にドライブプレート６３を嵌め合わせ、ステータ６０の中心を貫通して減速機３５のシャフトと接続している。

ここで、モータ１２として、アウタロータ型を採用しても、インナーロータ型を採用しても、バッテリ４１との接続、および制御装置４２の制御動作および駆動補助ユニット１０のサイズは同じとなる。

上記したように、動力入力軸１１の両端にクランク４３、４４が接続されており、使用者がペダル４５、４６を漕ぐことで動力入力軸１１は回転する。また、動力入力軸１１は、駆動補助ユニット１０を構成する各部材を貫通している。具体的には、右方側から、動力入力軸１１は、スプロケット３９、スパイダ３８、右側ケース３０、第３クラッチ１６、ニードルベアリング２６、第１クラッチ１４、第２クラッチ１５、アウトプットケース５１、減速機３５、モータ１２、左側ケース３１、を貫通している。このように、動力入力軸１１が各部材を貫通する構成とすることで、駆動補助ユニット１０の全体構成を簡素化することができる。また、動力入力軸１１は、第１クラッチ１４と駆動的に接続されており、動力入力軸１１に同期して第１クラッチ１４は回転する。

ここで、図３および図４では図示しないが、クランク４４と左側ケース３１との間には、オイルシール、シールキャップ、輪止め、ベアリング等が配設される。また、減速機３５とアウトプットケース５１との間には、ベアリング、輪止め等が配設される。更に、右側ケース３０とスパイダ３８との間には、オイルシール、シールキャップが配置される。更に、アウトプットケース５１の右方側にはインナーケース５２が配置される。

また、駆動補助ユニット１０を構成する各部材は、左右方向に伸びる軸５５を中心に配設されている。

図６は、上記した構成を有する駆動補助ユニット１０の断面図である。この図に示す各部材の詳細は上記した通りである。また、上記したトルク検出部４８は、駆動補助ユニット１０に内蔵されているが、トルク検出部４８の動作は、本発明の特徴から離れるため、以後の駆動補助ユニット１０の説明では、その詳細説明を省略している。

図７を参照して、上記した人力駆動力および補助駆動力を伝達させるクラッチ機構を説明する。図７（Ａ）は第１クラッチ１４、第２クラッチ１５および第３クラッチ１６を左方側から見た分解斜視図であり、図７（Ｂ）はこれらの部材を右方側から見た分解斜視図である。

図７（Ａ）を参照して、第３クラッチ１６は左方側主面に、略円環形状の第３クラッチ面１９が形成されている。また、第３クラッチ１６の右方部分は筒状部３７が形成されており、この筒状部３７は、上記した右側ケース３０を貫通し、スパイダ３８に接続される。筒状部３７は、動力を外部に取り出す動力出力軸として機能している。第３クラッチ面１９は、半径方向に沿って伸びる第３クラッチ歯２５が、円周方向に沿って略等間隔に形成されている。換言すると、放射線状に伸びる複数の第３クラッチ歯２５により第３クラッチ面１９が形成されている。第３クラッチ歯２５は、円周方向に沿ってウォッシュボード形状を呈している。具体的には、第３クラッチ歯２５を左方側から見た場合、第３クラッチ歯２５は、時計回りに沿って左方側に向かって傾斜する傾斜面５３と、軸５５に対して平行な軸平行面５４とから構成されている。ここで、傾斜面５３および軸平行面５４は、例えば平坦面として形成されており、かかる事項は他の第１クラッチ１４および第２クラッチ１５でも同様である。

また、上記した、第１クラッチ１４、第２クラッチ１５および第３クラッチ１６には、それぞれ、略円形の孔部２０、２１、２２が形成されている。孔部２０、２１、２２は、上記した動力入力軸１１が貫通する。

図７（Ｂ）を参照して、第１クラッチ１４および第２クラッチ１５は、軸５５を中心として略同心円状に配置されている。更に、第１クラッチ１４および第２クラッチ１５は、それぞれ、略円環形状を呈している。また、第１クラッチ１４は、第２クラッチ１５の内側に配置されている。即ち、第１クラッチ１４と第２クラッチ１５の左右方向の位置は一致している。

第１クラッチ１４の右方側の主面、即ち第３クラッチ１６と向かい合う主面には、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９と適宜歯合する第１クラッチ面１７が形成されている。また、第１クラッチ面１７には、半径方向に沿って伸びる第１クラッチ歯２３が、円周方向に沿って等間隔に形成されている。第１クラッチ１４の第１クラッチ面１７の形状は、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９と凹凸が反転した形状である。具体的には、第１クラッチ１４を右方から見た場合、第１クラッチ歯２３は、時計回りに沿って右方側に向かって傾斜する傾斜面５６と、軸５５に対して平行な軸平行面５７とから構成されている。

第１クラッチ１４が、係る形状の第１クラッチ面１７を有することで、第１クラッチ１４と第３クラッチ１６とが所定方向で係合することができる。具体的には、図７（Ａ）に示した第３クラッチ１６の第３クラッチ歯２５の軸平行面５４と、図７（Ｂ）に示す第１クラッチ１４の第１クラッチ歯２３の軸平行面５７とが、円周方向に向かい合って当接する。この状態で、右方から見た場合、第１クラッチ１４が時計回りに回転すると、第１クラッチ１４の第１クラッチ歯２３と、第３クラッチ１６の第３クラッチ歯２５とが歯合しているので、第１クラッチ１４の駆動力で第３クラッチ１６を回転させることができる。この場合、人力駆動力が、第１クラッチ１４および第３クラッチ１６を経由して、上述したスプロケット３９を回転させ、自転車４０の車輪５０を回転させる。

第２クラッチ１５の右方側の主面、即ち第３クラッチ１６と向かい合う主面には、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９と適宜歯合する第２クラッチ面１８が形成されている。また、第２クラッチ面１８には、半径方向に沿って伸びる第２クラッチ歯２４が、円周方向に沿って等間隔に形成されている。第２クラッチ１５の第２クラッチ歯２４の形状は、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９と凹凸が反転した形状である。具体的には、第２クラッチ１５を右方から見た場合、第２クラッチ歯２４は、時計回りに沿って右方側に向かって傾斜する傾斜面５８と、軸５５に対して平行な軸平行面５９とから構成されている。

第２クラッチ１５が、上記した形状の第２クラッチ面１８を有することで、第２クラッチ１５と第３クラッチ１６とが所定方向で係合することができる。具体的には、図７（Ａ）に示した第３クラッチ１６の第３クラッチ歯２５の軸平行面５４と、図７（Ｂ）に示す第２クラッチ１５の第２クラッチ歯２４の軸平行面５９とが、円周方向に向かい合って当接する。この状態で、右方から見た場合、第２クラッチ１５が時計回りに回転すると、第２クラッチ１５の第２クラッチ歯２４と、第３クラッチ１６の第３クラッチ歯２５とが歯合しているので、第２クラッチ１５の駆動力で第３クラッチ１６を回転させることができる。この場合、モータ１２による補助駆動力が、第２クラッチ１５および第３クラッチ１６を経由して、上述したスプロケット３９を回転させ、自転車４０の車輪５０を回転させる。

ここで、第１クラッチ１４、第２クラッチ１５、第３クラッチ１６を駆動補助ユニット１０に組み込んだ状態に於いて、第１クラッチ面１７の内周部は、第３クラッチ面１９の内周部と略一致している。また、この状態に於いて、第２クラッチ面１８の外周部は、第３クラッチ面１９の外周部と略一致している。このようにすることで、第１クラッチ面１７、第２クラッチ面１８、第３クラッチ面１９のほぼ全域を、歯合する面として有効に利用することができる。

ここで、上記したように、本実施形態に係るクラッチ構成では、第１クラッチ１４の第１クラッチ面１７、第２クラッチ１５の第２クラッチ面１８、および、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９が、何れも軸５５に沿って平行に向かい合っている。このようにすることで、第１クラッチ面１７と第３クラッチ面１９とが歯合する面積、および、第２クラッチ面１８と第３クラッチ面１９とが歯合する面積を大きくすることができる。よって、小さなクラッチ構成で大きなトルクを伝達できることから、駆動補助ユニット１０全体の構成を小型化することができる。

更に、本実施形態では、第１クラッチ１４と第２クラッチ１５とが同心円状に配置されている。具体的には、本実施形態のクラッチ構造は、第１クラッチ１４、第２クラッチ１５および第３クラッチ１６から構成されるが、第１クラッチ１４と第２クラッチ１５とが動力入力クラッチであり、第３クラッチ１６が動力出力クラッチである。ここでは、動力入力クラッチである第１クラッチ１４および第２クラッチ１５を、軸５５を中心として同心円状に配置している。このようにすることで、人力駆動力を伝達する第１クラッチ１４と、モータ１２からの補助駆動力を伝達する第２クラッチ１５とを、容易に切り替えることができ、更には、両者を狭いスペースに収納することができる。

更にまた、第１クラッチ１４の第１クラッチ面１７、第２クラッチ１５の第２クラッチ面１８、および、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９が、面的に接触している。よって、動力を伝達する有効面積を大きく確保することができる。更には、製造工程に於いて、第１クラッチ１４、第２クラッチ１５および第３クラッチ１６を簡易に組み立てることができる。

また、図７（Ａ）に示した、動力出力軸である第３クラッチ１６の筒状部３７の内部を、図３等に示す動力入力軸１１が貫通している。よって、動力が入出力される動力入力軸１１および筒状部３７を、駆動補助ユニット１０の内部にコンパクトに収納させることができる。

図８および図９に基づいて、更に上記した各図も参照しつつ、駆動補助ユニット１０の動作を説明する。図８は駆動補助ユニット１０の動作を示すフローチャートであり、図９は各状態に於けるクラッチ構造の状態を示す模式図である。

以下の説明において、フリー状態とは、各クラッチのクラッチ面同士が歯合していない状態、即ちクラッチ面同士を介してトルクが第３クラッチ１６に伝達されていない状態を示している。また、ロック状態とは、各クラッチのクラッチ面同士が歯合している状態、即ちクラッチ面同士を介してトルクが第３クラッチ１６に伝達される状態を示している。また、図９の各図では、動力を伝達しているクラッチどうしを模式的に密着して示し、動力を伝達していないクラッチどうしを模式的に離間して示している。

先ず、ステップＳ１０では、自転車４０が停止状態であるか否かが判断される。自転車４０が停止状態であれば、即ちステップＳ１０がＹＥＳであれば、第１クラッチ１４および第２クラッチ１５がフリー状態となる（ステップＳ１７）。この状態を図９（Ａ）に示している。このステップでは、第１クラッチ１４の第１クラッチ面１７は、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９は歯合していない。また、第２クラッチ１５の第２クラッチ面１８は、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９には歯合していない。よって、自転車４０の車輪５０は自由に回転することができる。このステップでは、第３クラッチ１６は回転するが、第１クラッチ１４および第２クラッチ１５は回転しない。このステップＳ１７では、ペダル４５、４６の回転数はゼロであり、且つ減速機３５（モータ１２）の出力回転数もゼロである。

自転車４０が停止状態でなく、即ちステップＳ１０がＮＯであり、且つ人力走行状態であれば（ステップＳ１０のＹＥＳ）、第１クラッチ１４はロック状態となり、第２クラッチ１５はフリー状態となる（ステップＳ１８）。この状態を図９（Ｂ）に示している。このステップでは、第１クラッチ１４の第１クラッチ面１７と、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９とは歯合している。第２クラッチ１５の第２クラッチ面１８と、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９とは歯合していない。よって、使用者がペダル４５、４６を漕ぐことで発生するトルクは、第１クラッチ１４および第３クラッチ１６を介して車輪５０に伝達され、自転車４０は使用者が望む速度で前進する。このステップＳ１８では、第１クラッチ１４および第３クラッチ１６は回転するが、第２クラッチ１５は回転しない。また、このステップＳ１８では、減速機３５（モータ１２）の出力回転数もゼロである。

自転車４０の走行状態が人力走行状態でなければ（ステップＳ１１のＮＯ）、自転車４０の走行状態がアシスト走行状態であるか否かが判断される（ステップＳ１２）。自転車４０の走行状態がアシスト走行状態であれば、即ちステップＳ１２がＹＥＳであれば、ステップＳ１３からステップＳ１５でペダル４５、４６の回転数Ｐ（回転速度）と、減速機３５の出力回転数Ａ（回転速度）との比較結果に基づく駆動制御を行う。

具体的には、ペダル４５、４６の回転数Ｐが、減速機３５の出力回転数Ａよりも高速であれば、図９（Ｂ）に示すように、第１クラッチ１４がロック状態となり、第２クラッチ１５がフリー状態となる（ステップＳ１３のＹＥＳ、ステップＳ１９）。よって、使用者がペダル４５、４６を漕ぐことで発生するトルクは、第１クラッチ１４および第３クラッチ１６を介して車輪５０に伝達され、自転車４０は使用者が望む速度で前進する。

ペダル４５、４６の回転数Ｐと、減速機３５の出力回転数Ａとが略同一の速度であれば（ステップＳ１３のＮＯ、ステップＳ１４のＹＥＳ）、第１クラッチ１４がロック状態となり、第２クラッチ１５もロック状態となる（ステップＳ２０）（図９（Ｄ）参照）。よって、使用者がペダル４５、４６を漕ぐことで発生するトルクは、第１クラッチ１４および第３クラッチ１６を介して車輪５０に伝達される。本ステップでは、例えば、図２に示したトルク検出部４８の出力に基づいて、制御装置４２がモータ１２を所定の回転速度で回転させる。更に、モータ１２が回転することで発生するトルクも、減速機３５および第２クラッチ１５を介して車輪５０に伝達される。従って、使用者は、疲労を軽減しつつ自転車４０を所定速度で走行させることができる。

ペダル４５、４６の回転数Ｐが、減速機３５の出力回転数Ａよりも低速であれば（ステップＳ１４のＮＯ、ステップＳ１５）、第１クラッチ１４がフリー状態となり、第２クラッチ１５がロック状態となる（ステップＳ２１）（図９（Ｃ）参照）。よって、使用者がペダル４５、４６を漕ぐことで発生するトルクは、車輪５０に伝達されない。一方、モータ１２が回転することで発生するトルクは、減速機３５および第２クラッチ１５を介して車輪５０に伝達される。また、本ステップでは、スロットル４７の開度を大きくすると、制御装置４２の指示に基づいて、モータ１２から発生するトルクが大きくなり、アシスト走行状態に於いて大きな補助駆動力を得ることができ、使用者が自転車４０を用いて更に快適に移動することができる。

かかる事項を、図１０を参照して説明する。図１０のグラフの横軸はスロットル４７の開度を示し、縦軸は自転車４０の走行速度を示している。この図を参照して、上記したステップＳ２１に於いて、使用者がスロットル４７の開度を大きくすると、スロットル４７の開度に正比例して自転車４０の走行速度が速くなる。よって、使用者はスロットル４７の開度を大きくすることで、自らが望む速さで自転車４０を用いて移動することができる。また、スロットル４７の開度が一定以上になると、例えばスロットル４７の開度が９０％程度に達すると、それ以上スロットル４７の開度を大きくしても、自転車４０の速度は上がらない設定となっている。

自転車４０の走行状態がＥＶ走行状態であれば（ステップＳ１２のＮＯ、ステップＳ１６のＹＥＳ）、第１クラッチ１４がフリー状態となり、第２クラッチ１５はロック状態となる（ステップＳ２２）。よって、使用者はペダル４５、４６を漕ぐ必要が無い。一方、モータ１２が回転することにより発生するトルクは、減速機３５および第２クラッチ１５を介して車輪５０に伝達される。また、本ステップでは、ステップＳ２１と同様に、スロットル４７の開度を大きくすると、制御装置４２の指示に基づいて、モータ１２から発生するトルクが大きくなり、大きな補助駆動力を得ることができ、使用者が自転車４０を用いて更に快適に移動することができる。ステップＳ１６に於ける判断が終了したら（ステップＳ１６のＮＯ）、ステップＳ１０に戻る。

以上、本発明の実施形態を示したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、図１（Ｂ）で電動アシスト装置として自転車４０を例示したが、電動アシスト装置としては自転車４０以外の装置を採用することも可能である。例えば、電動アシスト装置として、２輪以上の車輪を有する装置を採用することができる。また、電動アシスト装置として、電動アシストバイク、カーゴタイプの電動アシスト装置、電動マウンテンバイク、レジャー用電動アシスト自転車、ボート等を採用することもできる。

また、図７を参照して、第１クラッチ１４の第１クラッチ面１７、第２クラッチ１５の第２クラッチ面１８、および、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９は、互いに密着するように構成されているが、クラッチ構成の状況に応じて、各クラッチ面を適宜離間できる。即ち、図７（Ａ）を参照して、第２クラッチ１５と第３クラッチ１６とが歯合する際に、第１クラッチ１４の第１クラッチ面１７を、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９から離間させても良い。また、第１クラッチ１４と第３クラッチ１６とが歯合する際に、第３クラッチ１６の第２クラッチ面１８を、第３クラッチ１６の第３クラッチ面１９から離間させても良い。このようにすることで、歯合していないクラッチ面同士が接触することで騒音が発生することを抑制することができる。

更に、図３を参照して、第１クラッチ１４および第２クラッチ１５は、付勢手段であるバネ２８およびバネ２７で第３クラッチ１６の方に向かって付勢されているが、付勢手段として他の構成を採用することもできる。具体的には、付勢手段として、第１クラッチ１４および第２クラッチ１５の円周にそれぞれ１個のコイルバネないし１個のスプリングプレートを採用することで、駆動補助ユニット１０を構成する部品点数を削減することができる。

１０ 駆動補助ユニット
１１ 動力入力軸
１２ モータ
１４ 第１クラッチ
１５ 第２クラッチ
１６ 第３クラッチ
１７ 第１クラッチ面
１８ 第２クラッチ面
１９ 第３クラッチ面
２０ 孔部
２１ 孔部
２２ 孔部
２３ 第１クラッチ歯
２４ 第２クラッチ歯
２５ 第３クラッチ歯
２６ ニードルベアリング
２７ バネ
２８ バネ
２９ ケース
３０ 右側ケース
３１ 左側ケース
３２ 中央ケース
３３ チェーン
３４ アウタロータ
３５ 減速機
３７ 筒状部
３８ スパイダ
３９ スプロケット
４０ 自転車
４１ バッテリ
４２ 制御装置
４３ クランク
４４ クランク
４５ ペダル
４６ ペダル
４７ スロットル
４８ トルク検出部
４９ ステータ
５０ 車輪
５１ アウトプットケース
５２ インナーケース
５３ 傾斜面
５４ 軸平行面
５５ 軸
５６ 傾斜面
５７ 軸平行面
５８ 傾斜面
５９ 軸平行面
６０ ステータ
６１ インナーロータ
６２ 輪止め
６３ ドライブプレート

Claims (7)

1. 使用者が動力入力軸に与える人力駆動をモータで補助し、動力出力軸から動力を外部に取り出す駆動補助ユニットであり、
   前記使用者の人力駆動力により回転し、第１クラッチ面を有する第１クラッチと、
   前記モータのモータ駆動力により回転し、第２クラッチ面を有する第２クラッチと、
   前記動力出力軸に駆動的に接続され、第３クラッチ面を有する第３クラッチと、を具備し、
   前記第１クラッチ面および前記第２クラッチ面と、前記第３クラッチ面とは、前記動力入力軸の軸方向に沿って対向し、
   前記第１クラッチおよび前記第２クラッチは略同心円状に配置されることを特徴とする駆動補助ユニット。
2. 前記第１クラッチ、前記第２クラッチおよび前記第３クラッチは略円環形状を呈しており、
   前記第１クラッチ、前記第２クラッチおよび前記第３クラッチの孔部を、前記動力入力軸が貫通することを特徴とする請求項１に記載の駆動補助ユニット。
3. 前記第１クラッチ面、前記第２クラッチ面および前記第３クラッチ面は、それぞれ、半径方向に沿って伸びるウォッシュボード状のクラッチ歯を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動補助ユニット。
4. 前記人力駆動力は、前記第１クラッチ、前記第２クラッチおよび前記第３クラッチを貫通する前記動力入力軸を介して入力され、
   前記動力入力軸は、前記動力出力軸を貫通していることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の駆動補助ユニット。
5. 前記モータの駆動力を前記第２クラッチに伝達する減速機を更に有し、
   前記動力入力軸は、前記減速機を貫通することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の駆動補助ユニット。
6. 前記第１クラッチおよび前記第２クラッチは、付勢手段により前記第３クラッチの側に向かって付勢されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の駆動補助ユニット。
7. 請求項１から請求項６の何れかに記載の駆動補助ユニットを備えていることを特徴とする電動アシスト装置。
   

Images