JP7842875B2 - 自転車の電動アシストユニット及び電動アシスト自転車 - Google Patents

Description

本発明は、自転車の電動アシストユニット及び電動アシスト自転車に関する。

特許文献１には、駆動力を発生する駆動用モータと、人力の駆動力をハブケース（ケース）に伝達する変速機構部と、駆動用モータの駆動力をハブケースに伝達する減速機構部と、を備える自転車用ハブユニットが開示されている。

特開２０１３－０３９８６５号公報

ところで、電動アシスト自転車では、通常の自転車と比べてバッテリや電動アシストユニットなど多くの部品が必要であるため、電動アシストユニットの更なる小型化が求められている。

しかしながら、特許文献１のハブユニットでは、変速機構部は、変速機用太陽歯車（サンギヤ）と、変速機用遊星歯車（プラネタリギヤ）と、変速機用遊星キャリア（キャリア）と、変速機用外輪歯車（リングギヤ）と、を備え、変速機用外輪歯車に人力の駆動力が入力され、変速機用遊星キャリアがハブケースへ駆動力を出力する。また、減速機構部は、減速機用太陽歯車と、減速機用遊星歯車と、減速機用外輪歯車と、を備え、減速機用遊星歯車が減速機用外輪歯車に噛み合い、減速機用遊星歯車を保持する変速機用遊星キャリアがハブケースへ駆動力を出力する。このように、特許文献１のハブユニットでは、変速機構部と減速機構部とにそれぞれ太陽歯車、遊星歯車、及び外輪歯車が設けられるので、構造が複雑であり小型化が困難である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電動アシストユニットを小型化することを目的とする。

本発明のある態様によれば、自転車の電動アシストユニットは、互いに異なる歯数を有して運転者によるペダル踏力が選択的に入力される複数のサンギヤと、前記複数のサンギヤにそれぞれ噛み合う歯面を有する第１プラネタリギヤと、前記ペダル踏力をアシストする駆動力を発生する電動モータと、前記電動モータからの前記駆動力が入力される前記複数のサンギヤとは異なるサンギヤと、前記第１プラネタリギヤと一体に公転及び自転し、前記複数のサンギヤとは異なるサンギヤと噛み合う第２プラネタリギヤと、回転不能に設けられて前記第２プラネタリギヤと噛み合うリングギヤと、前記第１プラネタリギヤと前記第２プラネタリギヤとを支持するキャリアと、前記キャリアと連結されて前記ペダル踏力と前記駆動力との少なくとも一方を駆動輪に伝達するケースと、を備える。

本発明のある態様によれば、回転不能に設けられて第１プラネタリギヤと一体に公転及び自転する第２プラネタリギヤと噛み合う単一のリングギヤが設けられる。よって、運転者によるペダル踏力を伝達する減速機構部と電動モータからの駆動力を伝達する変速機構部とに各々リングギヤを設ける必要はない。したがって、電動アシストユニットを小型化することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る自転車の電動アシストユニット及び電動アシスト自転車の概要を説明する側面図である。 図２Ａは、電動アシストユニットの構成図である。 図２Ｂは、変形例に係る電動アシストユニットの構成図である。 図３Ａは、電動アシストユニットの共線図であり、第１段に切り替えられた状態を示す図である。 図３Ｂは、電動アシストユニットの共線図であり、第２段に切り替えられた状態を示す図である。 図３Ｃは、電動アシストユニットの共線図であり、第３段に切り替えられた状態を示す図である。 図４は、電動アシストユニットの断面図であり、第１段に切り替えられた状態を示す図である。 図５は、電動アシストユニットの断面図であり、第２段に切り替えられた状態を示す図である。 図６は、電動アシストユニットの断面図であり、第３段に切り替えられた状態を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る自転車の電動アシストユニット（以下、単に「電動アシストユニット」と称する。）１００及び電動アシストユニット１００を備える電動アシスト自転車（以下、単に「自転車」と称する。）１について説明する。

まず、図１を参照して、自転車１の全体構成について説明する。

図１は、電動アシストユニット１００を備える自転車１の概要を説明する側面図である。

図１に示すように、自転車１は、フレーム２と、前輪３ａと、駆動輪としての後輪３ｂと、ハンドル４と、サドル５と、駆動スプロケット６ａと、被駆動スプロケット６ｂと、チェーン６ｃと、一対のペダル７と、一対のクランク部としてのクランクアーム７ｂと、クランクシャフト７ｃと、支持軸８と、コントローラ９ａと、蓄電部９ｂと、電動アシストユニット１００と、を備える。

自転車１は、運転者が跨ってサドル５に着座し、ペダル７を介してクランクアーム７ｂを漕いで運転するものである。自転車１は、クランクアーム７ｂからクランクシャフト７ｃに伝達されるペダル踏力（駆動トルク）と、当該ペダル踏力に応じた大きさの電動アシストユニット１００による駆動力（アシストトルク）と、によって後輪３ｂを駆動するものである。

フレーム２は、側面視略平行四辺形状のいわゆるダイヤモンド型フレームである。フレーム２には、前輪３ａ及び後輪３ｂが回転可能に取り付けられる。フレーム２は、前輪３ａを支持するフロントフォーク２ａを有する。

前輪３ａは、運転者のハンドル４の操作によってフロントフォーク２ａが回動することで左右に転舵される。

後輪３ｂは、支持軸８を中心に回転する。後輪３ｂには、被駆動スプロケット６ｂと、電動アシストユニット１００と、が取り付けられる。

被駆動スプロケット６ｂには、クランクアーム７ｂからの駆動力が入力される駆動スプロケット６ａとの間に掛け回されたチェーン６ｃを介して駆動トルクが伝達される。

電動アシストユニット１００は、運転者によるペダル踏力をアシストするアシストトルクを発生する。電動アシストユニット１００については、図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら、後で詳細に説明する。

ペダル７は、運転者が駆動トルクを入力するものである。ペダル７は、クランクアーム７ｂを介してクランクシャフト７ｃに連結されている。

支持軸８は、フレーム２に取り付けられる。支持軸８は、フレーム２に対して回転不能に設けられる。

コントローラ９ａは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ９ａは、複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。コントローラ９ａは、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することで各種の処理を行う。具体的には、コントローラ９ａは、後述するトルクセンサ（図示省略）から入力されたペダル踏力の大きさに対応する電気信号に基づいてアシストトルクを演算し、当該アシストトルクを電動モータ７０が発生するように指令信号を出力する。

蓄電部９ｂは、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池等の充放電可能な二次電池である。蓄電部９ｂは、フレーム２から取り外し可能に設けられる。

次に、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、電動アシストユニット１００の構成について説明する。

図２Ａは、電動アシストユニット１００の構成図である。図２Ｂは、変形例に係る電動アシストユニット１００の構成図である。

図２Ａに示すように、電動アシストユニット１００は、ケースユニット１０と、遊星歯車機構２０と、トルクセンサ（図示省略）と、電動モータ７０と、複数（ここでは３つ）のワンウェイクラッチ８１，８２，８３と、動力入力部材９０と、を備える。電動アシストユニット１００は、第１段（最Ｌｏｗ段）と、第２段と、第３段（最Ｈｉｇｈ段）と、の３段に変速段が切り替え可能である。

ケースユニット１０は、固定ケース１１と、ケースとしての回転ケース１２と、支持部材１３と、モータ支持部１４と、を有する。

固定ケース１１は、支持軸８に固定される。固定ケース１１は、支持軸８に対して回転しない。

回転ケース１２は、固定ケース１１とは別体に設けられる。回転ケース１２は、後輪３ｂを支持軸８に対して回転自在に支持する。回転ケース１２は、遊星歯車機構２０の後述するキャリア５０と一体に設けられる。回転ケース１２は、支持軸８に対してキャリア５０と共に回転する。回転ケース１２は、キャリア５０と連結されてペダル踏力と駆動力との少なくとも一方を後輪３ｂに伝達する。回転ケース１２は、支持軸８を中心として、固定ケース１１に対して後輪３ｂと共に回転する。回転ケース１２の外周には、スポーク（図示省略）を介して後輪３ｂが取り付けられる。

支持部材１３は、回転ケース１２（キャリア５０）と共に回転する。支持部材１３は、遊星歯車機構２０の後述するプラネタリギヤ４０，４３を、回転ケース１２に支持する。支持部材１３は、遊星歯車機構２０の後述するプラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３との間を回転ケース１２に支持する。

このように、支持部材１３がプラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３との間を回転ケース１２に支持するので、プラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３とは、回転ケース１２に両持ちで支持される。よって、プラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３とを回転ケース１２で端部から片持ちで支持する場合と比べて、プラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３とを安定して回転ケース１２に支持することができる。また、電動モータ７０の回転を減速するために大径に形成されるプラネタリギヤ４３よりも、支持部材１３を支持する回転ケース１２の内周面側に、支持部材１３のキャリア５０側の支持部を配置しているので、支持部材１３のプラネタリギヤ径方向の長さを短くすることができ、支持部材１３を小型化することができる。

なお、図２Ｂに示すように、プラネタリギヤ４０，４３を軸方向に順に並べて設け、支持部材１３が回転ケース１２の内周面から最も離れた位置を支持部材１３で支持するようにしてもよい。即ち、回転ケース１２と支持部材１３とによって、プラネタリギヤ４０，４３を両端で支持する両持ち支持としてもよい。

モータ支持部１４は、固定ケース１１の一部として形成される。モータ支持部１４は、電動モータ７０の後述するステータ７１を回転不能に支持する。モータ支持部１４は、遊星歯車機構２０の後述するリングギヤ６０を回転不能に支持する。

遊星歯車機構２０は、複数のサンギヤとしてのサンギヤ３１，３２と、複数のサンギヤとは異なるサンギヤとしてのサンギヤ３３と、第１プラネタリギヤとしてのプラネタリギヤ４０と、第２プラネタリギヤとしてのプラネタリギヤ４３と、キャリア５０と、リングギヤ６０と、を備える。

サンギヤ３１，３２は、互いに異なる歯数を有する。サンギヤ３１，３２には、運転者によるペダル踏力が選択的に入力される。

サンギヤ３１は、動力入力部材９０の外周に設けられる。サンギヤ３１は、回転ケース１２の内周面との間にサンギヤ３２を挟むように設けられる。サンギヤ３１は、変速段が最も減速比の大きな第１段に切り替えられたときに、プラネタリギヤ４０の後述する歯面４１に動力を伝達する。

サンギヤ３２は、動力入力部材９０の外周に設けられる。サンギヤ３２は、サンギヤ３１と軸方向に並んで回転ケース１２の内周面に面するように設けられる。サンギヤ３２は、サンギヤ３１よりも外径が大きい。サンギヤ３２は、変速段が第１段よりも減速比が小さな第２段に切り替えられたときに、プラネタリギヤ４０の後述する歯面４２に動力を伝達する。

サンギヤ３３は、サンギヤ３１，３２とは別に設けられる。サンギヤ３３は、支持軸８の外周に設けられる。サンギヤ３３には、電動モータ７０からの駆動力が入力される。サンギヤ３３は、電動モータ７０のアシストトルクをプラネタリギヤ４３に伝達する。

プラネタリギヤ４０は、キャリア５０に支持される。プラネタリギヤ４０は、回転軸Ａを中心に自転すると共に、サンギヤ３１の外周を公転する。プラネタリギヤ４０は、サンギヤ３１，３２に各々噛み合い、同軸に設けられて一体に回転する複数の歯面４１，４２を有する。即ち、複数の歯面４１、４２が互いに同軸に設けられ、プラネタリギヤ４０を構成している。

歯面４１は、回転ケース１２の内周面との間に歯面４２を挟むように設けられる。歯面４１は、サンギヤ３１と噛み合う。歯面４１には、変速段が第１段に切り替えられたときにサンギヤ３１からの動力が伝達される。

歯面４２は、歯面４１と軸方向に並んで回転ケース１２の内周面に面するように設けられる。歯面４２は、歯面４１と同軸に設けられて一体に回転する。歯面４２は、サンギヤ３２と噛み合う。歯面４２は、歯面４１よりも外径が小さく形成される。歯面４２には、変速段が第２段に切り替えられたときにサンギヤ３２からの動力が伝達される。

プラネタリギヤ４３は、プラネタリギヤ４０とは別に設けられ、キャリア５０に支持される。プラネタリギヤ４３は、プラネタリギヤ４０との間に支持部材１３の支持部を挟むように設けられる。プラネタリギヤ４３は、回転軸Ａを中心に自転すると共に、サンギヤ３３の外周を公転する。プラネタリギヤ４３は、プラネタリギヤ４０と同軸に設けられて一体に公転及び自転する。プラネタリギヤ４３は、サンギヤ３３と噛み合う歯面４４と、リングギヤ６０と噛み合う歯面４５と、を有する。

歯面４４は、歯面４１，４２，４４，４５の中で外径が最も大きく形成される。歯面４４には、変速段に関わらず電動モータ７０からのアシストトルクがサンギヤ３３を介して伝達される。

歯面４５は、歯面４４と軸方向に並んで歯面４４よりも回転ケース１２のプラネタリギヤ４０側の内周面から離れた位置に設けられる。歯面４５は、歯面４４と同軸に設けられて一体に回転する。歯面４５は、プラネタリギヤ４０よりも外径が大きく、かつ歯面４４よりも外径が小さく形成される。歯面４５は、リングギヤ６０の内周と噛み合う。

このように、リングギヤ６０の内周と噛み合う歯面４５の外径が歯面４４の外径よりも小さいので、回転ケース１２が径方向に大きくなることを抑制できると共に、電動モータ７０の減速比を大きくしてアシストトルクを大きくすることができる。これに代えて、歯面４５を設けずに、リングギヤ６０が歯面４４の外周と噛み合うように構成してもよい。この場合、歯面４５を設ける必要がないので、電動アシストユニット１００の軸方向の長さを小さくすることができる。

キャリア５０は、回転ケース１２と一体に設けられてプラネタリギヤ４０，４３の軸方向の一端を支持する。プラネタリギヤ４０，４３の軸方向の一端から離れた箇所は、支持部材１３によって支持される。即ち、プラネタリギヤ４０，４３は、キャリア５０と支持部材１３とによって二か所が支持される。キャリア５０は、プラネタリギヤ４０及びプラネタリギヤ４３を、回転軸Ａを中心に回転（自転）可能に支持する。キャリア５０は、プラネタリギヤ４０，４３の公転に伴い、支持軸８を中心に回転ケース１２と共に回転する。

このように、運転者によるペダル踏力は、サンギヤ３１，３２、プラネタリギヤ４０、キャリア５０、回転ケース１２、後輪３ｂの順に内周から外周に向かって伝達される。そのため、変速機構であるキャリアの外側のリングギヤから駆動力を入力し、リングギヤの外側の回転ケースに駆動力を出力する場合と比べて、駆動力の入力経路と出力経路とをシンプルな構造にすることができる。したがって、電動アシストユニット１００を小型化することができる。

また、電動モータ７０から駆動力が入力される駆動力入力ギヤをサンギヤ３３とすることで、ペダル踏力の入力と同様に、電動モータ７０からの駆動力は、サンギヤ３３、プラネタリギヤ４３、キャリア５０、回転ケース１２、後輪３ｂの順に内周から外周に向かって伝達される。そのため、変速機構であるキャリアの外側のリングギヤから駆動力を入力し、リングギヤの外側の回転ケースに駆動力を出力する場合と比べて、駆動力の入力経路と出力経路とをシンプルな構造にすることができる。したがって、電動アシストユニット１００を小型化することができる。

また、電動アシストユニット１００には、回転不能に設けられてプラネタリギヤ４０と一体に公転及び自転するプラネタリギヤ４３と噛み合う単一のリングギヤ６０が設けられる。よって、運転者によるペダル踏力を伝達する変速機構部と電動モータ７０からの駆動力を伝達する減速機構部とに各々リングギヤを設ける必要はない。したがって、電動アシストユニット１００を小型化することができる。

リングギヤ６０は、支持軸８に回転不能に支持される。リングギヤ６０は、プラネタリギヤ４３の歯面４５とだけ噛み合うが、プラネタリギヤ４０，４３は同軸に設けられて一体に公転及び自転するので、プラネタリギヤ４０，４３の共通のリングギヤである。

このように、運転者によるペダル踏力の入力経路と電動モータ７０による駆動力の入力経路とでリングギヤ６０が共用されるので、部品点数を削減することができる。

電動モータ７０は、運転者によるペダル踏力に応じて駆動力をアシストする。電動モータ７０は、コントローラ９ａからの指令によって駆動される。電動モータ７０は、蓄電部９ｂから供給される電力によってアシストトルクを発生する。

トルクセンサは、運転者がペダル７を介してクランクアーム７ｂを漕いで発生しクランクシャフト７ｃに伝達された駆動トルクを検出する。トルクセンサは、例えば、磁気によって計測したクランクシャフト７ｃのねじれに基づいてトルクを検出する非接触式トルクセンサである。

ワンウェイクラッチ８１は、サンギヤ３１の内周と動力入力部材９０の外周との間に設けられる。ワンウェイクラッチ８１は、運転者によるペダル踏力を、動力入力部材９０を介してサンギヤ３１に伝達する状態と、サンギヤ３１の回転をペダル７に伝達しない状態を切り替える。これにより、ワンウェイクラッチ８１は、運転者によるペダル踏力を、動力入力部材９０を介してサンギヤ３１に伝達する。ワンウェイクラッチ８１は、サンギヤ３１の回転をペダル７に伝達しない。

ワンウェイクラッチ８２は、サンギヤ３２の内周と動力入力部材９０の外周との間に設けられる。ワンウェイクラッチ８２は、運転者によるペダル踏力を、動力入力部材９０を介してサンギヤ３２に伝達する状態と、サンギヤ３２の回転をペダル７に伝達しない状態を切り替える。これにより、ワンウェイクラッチ８２は、運転者によるペダル踏力を、動力入力部材９０を介してサンギヤ３２に伝達する。ワンウェイクラッチ８２は、サンギヤ３２の回転をペダル７に伝達しない。

ワンウェイクラッチ８３は、回転ケース１２の内周と動力入力部材９０の外周との間に設けられる。ワンウェイクラッチ８３は、運転者によるペダル踏力を、動力入力部材９０を介して回転ケース１２に伝達する状態と、回転ケース１２の回転をペダル７に伝達しない状態を切り替える。ワンウェイクラッチ８３は、運転者によるペダル踏力を、動力入力部材９０を介して回転ケース１２に伝達する。

このように、複数のワンウェイクラッチ８１，８２，８３が設けられるので、変速時にワンウェイクラッチ８１，８２，８２のうち隣り合う二つからペダル踏力が入力されたとしても、サンギヤ３１，３２，及び回転ケース１２のうち回転速度の高い方にはペダル踏力は伝達されない。よって、変速段の変更をスムーズに行うことができる。

動力入力部材９０は、ペダル踏力が入力される被駆動スプロケット６ｂの内周に設けられる。動力入力部材９０は、支持軸８の外周に回転自在に設けられる筒状の部材である。動力入力部材９０は、被駆動スプロケット６ｂから入力される駆動トルクをワンウェイクラッチ８１，８２，８３のいずれかを介してサンギヤ３１，３２，及び回転ケース１２のいずれかに選択的に伝達する。

次に、図３Ａから図３Ｃを参照して、電動アシストユニット１００の各変速段について説明する。

図３Ａは、電動アシストユニット１００の共線図であり、第１段に切り替えられた状態を示す図である。図３Ｂは、電動アシストユニット１００の共線図であり、第２段に切り替えられた状態を示す図である。図３Ｃは、電動アシストユニット１００の共線図であり、第３段に切り替えられた状態を示す図である。

図３Ａに示すように、変速段が最Ｌｏｗ段である第１段に切り替えられた状態では、被駆動スプロケット６ｂから動力入力部材９０を介して入力される駆動トルクは、ワンウェイクラッチ８１を介してサンギヤ３１に伝達される。サンギヤ３１は、プラネタリギヤ４０の歯面４１と噛み合っているので、サンギヤ３１からプラネタリギヤ４０へと駆動力が伝達され、プラネタリギヤ４０の公転がキャリア５０から回転ケース１２に伝達される。これにより、運転者のペダル踏力が減速されて後輪３ｂに伝達される。

このとき、サンギヤ３１の外径はサンギヤ３２よりも小さく、プラネタリギヤ４０における歯面４１の外径は歯面４２よりも大きい（歯面４１に形成される歯数が歯面４２に形成される歯数よりも多い）ので、運転者のペダル踏力が最も大きな減速比で後輪３ｂに伝達される。

図３Ｂに示すように、変速段が第２段に切り替えられた状態では、被駆動スプロケット６ｂから動力入力部材９０を介して入力される駆動トルクは、ワンウェイクラッチ８２を介してサンギヤ３２に伝達される。サンギヤ３２は、プラネタリギヤ４０の歯面４２と噛み合っているので、サンギヤ３２からプラネタリギヤ４０へと駆動力が伝達され、プラネタリギヤ４０の公転がキャリア５０から回転ケース１２に伝達される。これにより、運転者のペダル踏力が減速されて後輪３ｂに伝達される。

このとき、サンギヤ３２の外径はサンギヤ３１よりも大きく、プラネタリギヤ４０における歯面４２の外径は歯面４１よりも小さい（歯面４２に形成される歯数が歯面４１に形成される歯数より少ない）ので、変速段が第１段である場合と比較して小さな減速比で運転者のペダル踏力が後輪３ｂに伝達される。

図３Ｃに示すように、変速段が最Ｈｉｇｈ段である第３段に切り替えられた状態では、被駆動スプロケット６ｂから動力入力部材９０を介して入力される駆動トルクは、ワンウェイクラッチ８３を介して回転ケース１２に直接伝達される。このとき、被駆動スプロケット６ｂ、動力入力部材９０、及び回転ケース１２は、一体になって回転する。これにより、運転者のペダル踏力が減速されずに後輪３ｂに直接伝達される。

次に、図４から図６を参照して、電動アシストユニット１００の具体的な構成について説明する。なお、電動アシストユニット１００の構成は、既に図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明しているので、重複する説明は適宜省略する。

図４は、電動アシストユニット１００の断面図であり、第１段に切り替えられた状態を示す図である。図５は、電動アシストユニット１００の断面図であり、第２段に切り替えられた状態を示す図である。図６は、電動アシストユニット１００の断面図であり、第３段に切り替えられた状態を示す図である。

電動アシストユニット１００は、ケースユニット１０と、遊星歯車機構２０と、トルクセンサと、電動モータ７０と、複数のワンウェイクラッチ８１，８２，８３と、動力入力部材９０と、変速シャフト９２と、摺動係合部材９４と、を備える。

ケースユニット１０は、固定ケース１１と、回転ケース１２と、支持部材１３と、モータ支持部１４と、を有する。

固定ケース１１は、軸方向の一方の面の略全面が開口する略カップ状に形成される。固定ケース１１は、支持軸８に取り付けられ、支持軸８と一体に回転する。固定ケース１１は、電動モータ７０と、サンギヤ３３と、リングギヤ６０と、を収容する。

回転ケース１２は、第１ケース１２ａと、第２ケース１２ｂと、締結部材としての複数のボルト１２ｃと、を有する。

第１ケース１２ａは、軸方向の他方の面の略全面が開口する略カップ状に形成される。第１ケース１２ａは、軸受け１６を介して動力入力部材９０の外周に回転自在に支持される。第１ケース１２ａは、サンギヤ３１，３２、プラネタリギヤ４０，４３、及びワンウェイクラッチ８１，８２，８３、を収容する。第１ケース１２ａは、固定ケース１１と開口部が対向するように設けられる。第１ケース１２ａの外周には、スポークが連結される一方のフランジ１７が、外周に突出するように設けられる。

第２ケース１２ｂは、軸方向の一方の面の略全面が開口する略カップ状に形成される。第２ケース１２ｂは、固定ケース１１の外側を覆うように、固定ケース１１の外面との間に間隔をあけて設けられる。第２ケース１２ｂは、軸受け１５を介して固定ケース１１の外周に回転自在に支持される。第２ケース１２ｂは、第１ケース１２ａと開口部が対向するように設けられ、ボルト１２ｃによって第１ケース１２ａに締結される。第２ケース１２ｂの開口部は、固定ケース１１の開口部と同じ向きに開口する。第２ケース１２ｂの外周には、スポークが連結される他方のフランジ１７が、外周に突出するように設けられる。

これにより、第１ケース１２ａ内にサンギヤ３１，３２、プラネタリギヤ４０，４３、及びワンウェイクラッチ８１，８２，８３、を収容し、固定ケース１１内に電動モータ７０と、サンギヤ３３と、リングギヤ６０と、を収容した状態で、第１ケース１２ａと固定ケース１１との開口部どうしを対向させ、第２ケース１２ｂを取り付けて第１ケース１２ａとボルト１２ｃによって締結するだけで、電動アシストユニット１００の組み立てが可能である。

支持部材１３は、軸方向の一方の面の略全面が開口し、他方の面の回転中心部とその近傍は、支持軸８を挿入可能に開口する略カップ状に形成される。支持部材１３は、第１ケース１２ａよりも外径が小さく形成される。支持部材１３は、一方の開口面が第１ケース１２ａの径方向に延在する内壁面と対向するように第１ケース１２ａの径方向に延在する内壁面に取り付けられる。支持部材１３は、軸受け１３ａを介してプラネタリギヤ４０，４３を、回転軸Ａを中心に自転可能に支持する。支持部材１３は、プラネタリギヤ４０，４３の公転に伴い、プラネタリギヤ４０，４３と共に支持軸８を中心として回転する。

キャリア５０は、回転ケース１２と一体に設けられる。換言すると、キャリア５０は、回転ケース１２の一部を構成する。キャリア５０は、軸受け５０ａを介してプラネタリギヤ４０，４３を、回転軸Ａを中心に自転可能に支持する。キャリア５０は、プラネタリギヤ４０，４３の公転に伴い、プラネタリギヤ４０，４３と共に支持軸８を中心として回転する。

電動モータ７０は、ステータ７１と、ロータ７２と、を有する。ステータ７１は、モータ支持部１４によって回転不能に支持される。ロータ７２は、ステータ７１の内周側に設けられ、ステータ７１に対して回転する。ロータ７２には、サンギヤ３３が取り付けられる。ロータ７２は、サンギヤ３３と共に回転する。

動力入力部材９０は、軸受け９１を介して支持軸８の外周に回転自在に支持される。動力入力部材９０は、第１係合部としてのスプライン９０ａと、第２係合部としてのスプライン９０ｂと、を有する。

スプライン９０ａは、大径に形成される大径部の外周に形成され、被駆動スプロケット６ｂの内周面に形成されたスプラインと係合する。

スプライン９０ｂは、スプライン９０ａよりも小径に、かつ軸方向にオフセットした位置に形成される小径部の外周に形成され、摺動係合部材９４のスプライン９４ａと係合する。スプライン９０ｂは、摺動係合部材９４の軸方向の位置に関わらず常にスプライン９４ａと係合する。

変速シャフト９２は、支持軸８の内部を軸方向に摺動可能であり、摺動係合部材９４との軸方向の係合位置によって摺動係合部材９４がどのインナーレース８１ａ，８２ａ，８３ａと共に回転するかを切り替える。

これにより、運転者の操作に基づき変速シャフト９２の軸方向の位置を変更するだけで、変速段を変更することができる。よって、例えば、通常の自転車の変速と同様に、運転者による手元のレバー等の操作によって変速段を変更することが可能である。

連結部材９３は、変速シャフト９２の中心軸に対して直角に設けられ、変速シャフト９２に対して軸方向に係合する。連結部材９３は、変速シャフト９２と摺動係合部材９４とを連結し、軸方向に一体に移動させる。

摺動係合部材９４は、動力入力部材９０に対して軸方向に摺動自在に設けられ、動力入力部材９０と共に回転するように動力入力部材９０に係合する。摺動係合部材９４は、複数のワンウェイクラッチ８１，８２，８３のインナーレース８１ａ，８２ａ，８３ａのいずれかと共に回転するように係合する。

具体的には、摺動係合部材９４は、同軸の二つの筒状部からなる部材である。摺動係合部材９４の内周側に位置する小径の筒状部の内周面は、連結部材９３と係合する。摺動係合部材９４の外周側に位置する大径の筒状部の内周面には、第３係合部としてのスプライン９４ａが形成され、外周面には第４係合部としてのスプライン９４ｂが形成される。

スプライン９４ａは、動力入力部材９０のスプライン９０ｂと係合する。スプライン９４ｂは、ワンウェイクラッチ８１，８２，８３のインナーレース８１ａ，８２ａ，８３ａのいずれかと選択的に係合する。

これにより、摺動係合部材９４を軸方向に摺動させるだけで、動力入力部材９０から入力されるペダル踏力をワンウェイクラッチ８１，８２，８３のいずれかに伝達させることができる。

続いて、電動アシストユニット１００の各変速段について説明する。

図４に示す状態では、電動アシストユニット１００の変速段は、第１段に変速されている。このとき、被駆動スプロケット６ｂから動力入力部材９０を介して入力される駆動トルクは、摺動係合部材９４及びワンウェイクラッチ８１を介してサンギヤ３１に伝達される。サンギヤ３１は、プラネタリギヤ４０の歯面４１と噛み合っているので、サンギヤ３１からプラネタリギヤ４０へと駆動力が伝達され、プラネタリギヤ４０の公転がキャリア５０から回転ケース１２に伝達される。これにより、運転者のペダル踏力により回転される被駆動スプロケット６ｂの回転が減速されて後輪３ｂに伝達される。この状態から、運転者の操作に基づき変速シャフト９２がケースユニット１０から退出する方向へ摺動すると、図５に示す状態に切り替えられる。

図５に示す状態では、電動アシストユニット１００の変速段は、第２段に変速されている。このとき、被駆動スプロケット６ｂから動力入力部材９０を介して入力される駆動トルクは、摺動係合部材９４及びワンウェイクラッチ８２を介してサンギヤ３２に伝達される。サンギヤ３２は、プラネタリギヤ４０の歯面４２と噛み合っているので、サンギヤ３２からプラネタリギヤ４０へと駆動力が伝達され、プラネタリギヤ４０の公転がキャリア５０から回転ケース１２に伝達される。これにより、運転者のペダル踏力により回転される被駆動スプロケット６ｂの回転が減速されて後輪３ｂに伝達される。この状態から、運転者の操作に基づき変速シャフト９２がケースユニット１０から退出する方向へ更に摺動すると、図６に示す状態に切り替えられる。

図６に示す状態では、電動アシストユニット１００の変速段は、第３段に変速されている。このとき、被駆動スプロケット６ｂから動力入力部材９０を介して入力される駆動トルクは、摺動係合部材９４及びワンウェイクラッチ８３を介して回転ケース１２に直接伝達される。このとき、被駆動スプロケット６ｂ、動力入力部材９０、及び回転ケース１２は、一体になって回転する。これにより、運転者のペダル踏力により回転される被駆動スプロケット６ｂの回転が減速されずに後輪３ｂに直接伝達される。

このように、電動アシストユニット１００では、第３速で入力と出力とが等速となり、第１速及び第２速とが減速側の変速比を有するように構成される。これにより、電動モータ７０によりアシストトルクが駆動輪である後輪３ｂに伝達される場合に最も使用頻度の高い最Ｈｉｇｈ段である第３速に切り替えられた状態では、運転者のペダル踏力は、遊星歯車機構２０の各構成を介さずに、回転ケース１２に直接伝達される。よって、電動アシストユニット１００の遊星歯車機構２０の各構成にかかる負荷を回避して電動アシストユニット１００の耐久性を向上させることができる。

以上の本実施形態の構成及び作用効果について、まとめて説明する。

（１）（７）自転車１の電動アシストユニット１００は、互いに異なる歯数を有して運転者によるペダル踏力が選択的に入力される複数のサンギヤ３１，３２と、複数のサンギヤ３１，３２にそれぞれ噛み合う歯面４１，４２を有するプラネタリギヤ４０と、ペダル踏力をアシストする駆動力を発生する電動モータ７０と、電動モータ７０からの駆動力が入力される複数のサンギヤ３１，３２とは異なるサンギヤ３３と、プラネタリギヤ４０と一体に公転及び自転し、複数のサンギヤ３１，３２とは異なるサンギヤ３３と噛み合うプラネタリギヤ４３と、回転不能に設けられてプラネタリギヤ４３と噛み合うリングギヤ６０と、プラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３とを支持するキャリア５０と、キャリア５０と連結されてペダル踏力と駆動力との少なくとも一方を後輪３ｂに伝達する回転ケース１２と、を備える。

この構成によれば、電動アシストユニット１００には、回転不能に設けられてプラネタリギヤ４０と一体に公転及び自転するプラネタリギヤ４３と噛み合う単一のリングギヤ６０が設けられる。よって、運転者によるペダル踏力を伝達する変速機構部と電動モータ７０からの駆動力を伝達する減速機構部とに各々リングギヤを設ける必要はない。したがって、電動アシストユニット１００を小型化することができる。

また、運転者によるペダル踏力は、サンギヤ３１，３２、プラネタリギヤ４０、キャリア５０、回転ケース１２、後輪３ｂの順に内周から外周に向かって伝達される。そのため、変速機構であるキャリアの外側のリングギヤから駆動力を入力し、リングギヤの外側の回転ケースに駆動力を出力する場合と比べて、駆動力の入力経路と出力経路とをシンプルな構造にすることができる。したがって、電動アシストユニット１００を小型化することができる。

（２）また、回転ケース１２は、後輪３ｂを支持軸８に対して回転自在に支持し、支持軸８に対してキャリア５０と共に回転する。

この構成によれば、運転者のペダル踏力が駆動スプロケット６ａと被駆動スプロケット６ｂとを介して電動アシストユニット１００のサンギヤ３１，３２又は回転ケース１２に入力されることになる。駆動スプロケット６ａの歯数に対し、被駆動スプロケット６ｂの歯数が少ない場合には、駆動スプロケット６ａから被駆動スプロケット６ｂに伝達された駆動力は、増速されるため、サンギヤ３１，３２又は回転ケース１２に入力されるトルクはその分小さくなる。このため、電動アシストユニット１００の各構成部品の耐力を小さくすることができ、電動アシストユニット１００の大型化を抑制することができる。

（３）また、電動アシストユニット１００は、運転者によるペダル踏力を複数のサンギヤ３１，３２に各々伝達する状態と、複数のサンギヤ３１，３２の回転をペダル７に伝達しない状態と、を切り替える複数のワンウェイクラッチ８１，８２を更に備える。

この構成によれば、ワンウェイクラッチ８１，８２が設けられるので、変速時にワンウェイクラッチ８１，８２の両方からペダル踏力が入力されたとしても、サンギヤ３１，３２のうち回転速度の高い方にはペダル踏力は伝達されない。よって、変速段の変更をスムーズに行うことができる。

（４）また、電動アシストユニット１００は、ペダル踏力が入力される被駆動スプロケット６ｂの内周に設けられる動力入力部材９０と、動力入力部材９０に対して軸方向に摺動自在に設けられ、動力入力部材９０と共に回転するように動力入力部材９０に係合し、複数のワンウェイクラッチ８１，８２，８３のインナーレース８１ａ，８２ａ，８３ａのいずれかと共に回転するように係合する摺動係合部材９４と、を更に備える。

この構成によれば、摺動係合部材９４を軸方向に摺動させるだけで、動力入力部材９０から入力されるペダル踏力をワンウェイクラッチ８１，８２，８３のいずれかに伝達させることができる。

（５）また、電動アシストユニット１００は、支持軸８の内部を軸方向に摺動可能であり、摺動係合部材９４との軸方向の係合位置によって摺動係合部材９４がどのインナーレース８１ａ，８２ａ，８３ａと共に回転するかを切り替える変速シャフト９２を更に備える。

この構成によれば、運転者の操作に基づき変速シャフト９２の軸方向の位置を変更するだけで、変速段を変更することができる。よって、例えば、通常の自転車の変速と同様に、運転者による手元のレバー等の操作によって変速段を変更することが可能である。

（６）また、電動アシストユニット１００は、プラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３との間を回転ケース１２に支持する支持部材１３を更に備える。

この構成によれば、支持部材１３がプラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３との間を回転ケース１２に支持するので、プラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３とは、回転ケース１２に片持ちで支持される。よって、プラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３とを両端から支持する場合と比べて、プラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３との軸方向の長さを小さくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、電動アシストユニット１００は、被駆動スプロケット６ｂと共に後輪３ｂに取り付けられる。しかしながら、電動アシストユニット１００は、駆動スプロケット６ａと共にクランクシャフト７ｃに取り付けられてもよい。この場合、運転者がペダル７を介してクランクアーム７ｂを漕いで、クランクアーム７ｂからクランクシャフト７ｃに伝達されるペダル踏力（駆動トルク）がサンギヤ３１，３２又は回転ケース１２に入力されるように構成してもよい。また、電動アシストユニット１００の出力は、回転ケース１２を介して駆動スプロケット６ａに伝達され、駆動スプロケット６ａとの間に掛け回されたチェーン６ｃを介して被駆動スプロケット６ｂに伝達され、後輪３ｂを回転させる構成としてもよい。

また、上記実施形態では、ロータ７２は、ステータ７１の内周に設けられるいわゆるインナーロータである。これに代えて、ステータを内周側に設けて、ロータがステータの外周を回転するいわゆるアウターロータとしてもよい。

また、上記実施形態では、運転者によるペダル踏力を複数のサンギヤ３１，３２に各々伝達する状態と、サンギヤ３１，３２の回転をペダル７に伝達しない状態とを切り替える複数のワンウェイクラッチ８１，８２を備える構成とした。これに代えて、単に、運転者によるペダル踏力を複数のサンギヤ３１，３２に各々伝達する状態と、サンギヤ３１，３２の回転をペダル７に伝達しない状態とを切り替える複数のクラッチを設けてもよい。

また、上記実施形態では、ペダル踏力が入力される被駆動スプロケット６ｂの内周に設けられる動力入力部材９０と、動力入力部材９０に対して軸方向に摺動自在に設けられ、動力入力部材９０と共に回転するように動力入力部材９０に係合し、複数のワンウェイクラッチ８１，８２，８３のインナーレース８１ａ，８２ａ，８３ａのいずれかと共に回転するように係合する摺動係合部材９４と、を備える構成とした。これに代えて、軸に対して回転することで、複数のワンウェイクラッチ８１，８２，８３のインナーレース８１ａ，８２ａ，８３ａのいずれかと共に回転するように係合する回転係合部材を備える構成としてもよい。

また、上記実施形態では、プラネタリギヤ４０とプラネタリギヤ４３との間を回転ケース１２に支持する支持部材１３を更に備える構成、及びプラネタリギヤ４０，４３を軸方向に順に並べて設け、支持部材１３がプラネタリギヤ４０側の回転ケース１２の内周面から最も離れた位置を支持する構成とした。これに代えて、支持部材１３を備えず、回転ケース１２の壁部でのみキャリア５０を支持する片持ちの構成としてもよい。

１００ 電動アシストユニット
１ 自転車
３ｂ 後輪（駆動輪）
６ｂ 被駆動スプロケット
７ ペダル
８ 支持軸
１２ 回転ケース（ケース）
１３ 支持部材
３１，３２ サンギヤ
３３ サンギヤ
４０ プラネタリギヤ（第１プラネタリギヤ）
４１，４２ 歯面
４３ プラネタリギヤ（第２プラネタリギヤ）
４４，４５ 歯面
５０ キャリア
６０ リングギヤ
７０ 電動モータ
８１，８２，８３ ワンウェイクラッチ
８１ａ，８２ａ，８３ａ インナーレース
９０ 動力入力部材
９２ 変速シャフト
９４ 摺動係合部材

Claims (7)

1. 自転車の電動アシストユニットであって、
   互いに異なる歯数を有して運転者によるペダル踏力が選択的に入力される複数のサンギヤと、
   前記複数のサンギヤにそれぞれ噛み合う歯面を有する第１プラネタリギヤと、
   前記ペダル踏力をアシストする駆動力を発生する電動モータと、
   前記電動モータからの前記駆動力が入力される前記複数のサンギヤとは異なるサンギヤと、
   前記第１プラネタリギヤと一体に公転及び自転し、前記複数のサンギヤとは異なるサンギヤと噛み合う第２プラネタリギヤと、
   回転不能に設けられて前記第２プラネタリギヤと噛み合うリングギヤと、
   前記第１プラネタリギヤと前記第２プラネタリギヤとを支持するキャリアと、
   前記キャリアと連結されて前記ペダル踏力と前記駆動力との少なくとも一方を駆動輪に伝達するケースと、
   を備える、
   自転車の電動アシストユニット。
2. 請求項１に記載の自転車の電動アシストユニットであって、
   前記ケースは、前記駆動輪を支持軸に対して回転自在に支持し、前記支持軸に対して前記キャリアと共に回転する、
   自転車の電動アシストユニット。
3. 請求項２に記載の自転車の電動アシストユニットであって、
   運転者による前記ペダル踏力を前記複数のサンギヤに各々伝達する状態と、前記複数のサンギヤの回転をペダルに伝達しない状態と、を切り替える複数のワンウェイクラッチを更に備える、
   自転車の電動アシストユニット。
4. 請求項３に記載の自転車の電動アシストユニットであって、
   前記ペダル踏力が入力される被駆動スプロケットの内周に設けられる動力入力部材と、
   前記動力入力部材に対して軸方向に摺動自在に設けられ、前記動力入力部材と共に回転するように前記動力入力部材に係合し、前記複数のワンウェイクラッチのインナーレースのいずれかと共に回転するように係合する摺動係合部材と、
   を更に備える、
   自転車の電動アシストユニット。
5. 請求項４に記載の自転車の電動アシストユニットであって、
   前記支持軸の内部を軸方向に摺動可能であり、前記摺動係合部材との軸方向の係合位置によって前記摺動係合部材がどの前記インナーレースと共に回転するかを切り替える変速シャフトを更に備える、
   自転車の電動アシストユニット。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の自転車の電動アシストユニットであって、
   前記第１プラネタリギヤと前記第２プラネタリギヤとの間を前記ケースに支持する支持部材を更に備える、
   自転車の電動アシストユニット。
7. 電動アシスト自転車であって、
   互いに異なる歯数を有して運転者によるペダル踏力が選択的に入力される複数のサンギヤと、
   前記複数のサンギヤにそれぞれ噛み合う歯面を有する第１プラネタリギヤと、
   前記ペダル踏力をアシストする駆動力を発生する電動モータと、
   前記電動モータからの前記駆動力が入力される前記複数のサンギヤとは異なるサンギヤと、
   前記第１プラネタリギヤと一体に公転及び自転し、前記複数のサンギヤとは異なるサンギヤと噛み合う第２プラネタリギヤと、
   回転不能に設けられて前記第２プラネタリギヤと噛み合うリングギヤと、
   前記第１プラネタリギヤと前記第２プラネタリギヤとを支持するキャリアと、
   前記キャリアと連結されて前記ペダル踏力と前記駆動力との少なくとも一方を駆動輪に伝達するケースと、
   を備える、
   電動アシスト自転車。