WO2012137427A1

WO2012137427A1 - ハブユニットおよび電動自転車

Info

Publication number: WO2012137427A1
Application number: PCT/JP2012/001879
Authority: WO
Inventors: 雅人西森
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2012-10-11
Also published as: JP2012214157A

Abstract

ワンウェイクラッチを備える構成において小型化を図ることができるハブユニットと電動自転車を提供する。ハブユニット４は、モータ３と、ハブケース２０と、インターナル歯車１４と、遊星歯車減速機構２１とを有している。モータ３は、ロータ２９を回転させることによって補助駆動力を発生する。ハブケース２０は、モータ３を収容し、電動自転車１の前車輪５と一体回転する。インターナル歯車１４は、ハブケース２０に取り付けられる。遊星歯車減速機構２１は、ロータ２９の回転軸３９に取り付けられた太陽歯車４０、ならびに、太陽歯車４０およびインターナル歯車１４に噛み合う複数の遊星歯車４５を有している。各遊星歯車４５は、太陽歯車４０と噛み合う第１歯車５１と、インターナル歯車１４と噛み合う第２歯車５２と、ワンウェイクラッチ５３との一体成形品である。

Description

ハブユニットおよび電動自転車

　この発明は、ハブユニット、および、これを備える電動自転車に関する。

　モータが内蔵されたハブユニットが前輪または後輪のハブ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に記載の電動自転車では、前輪のハブがハブユニットを構成している。このハブは、筒状のハブケーシング内に、モータと、遊星歯車減速機構と、ワンウェイクラッチとを備えている。

　モータは、ハブケーシングと同心状で回転駆動されるロータを有している。遊星歯車減速機構は、ロータの回転軸に設けられた太陽歯車と、太陽歯車の周囲に配置されて太陽歯車と噛み合う複数の遊星歯車と、内歯歯車とを有している。内歯歯車は、ロータと同心状をなす円板状であり、その外周部分がハブケーシングの内周面に接近した位置で軸方向に沿うように折り曲げられていて、当該外周部分の内周面に形成された内歯が各遊星歯車と噛み合っている。ワンウェイクラッチは、内歯歯車とハブケーシングの内壁面との間に介在されている。

　モータが駆動されるとロータが回転され、ロータの回転が、遊星歯車減速機構によって太陽歯車と内歯歯車との間で減速されてから、ワンウェイクラッチによって内歯歯車からハブケーシングに伝達されることで、前輪がハブケーシングと一体回転する。これにより、モータの駆動力によって前輪がアシストされて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。

特開２００９－１２６２７号公報

　特許文献１に記載の内歯歯車の外径は、ハブケーシングの内径とほぼ等しいので、内歯歯車は、単体の部材としては、ハブケーシング内の部材の中で比較的大きく重い。そして、このような内歯歯車とハブケーシングの内壁面との間に介在されるワンウェイクラッチは、これらの間で駆動力を伝達するために頑丈でなければならないので、比較的大きく重い部材になってしまう。

　そのため、ハブケーシング内には、ワンウェイクラッチを配置するための専用のスペースを確保せねばならず、その分、ハブユニット全体が大型化してしまう虞がある。また、ワンウェイクラッチが大きくなると、その分、ワンウェイクラッチを構成する部品間の遊びが大きくなるので、ワンウェイクラッチの作動中に大きな作動音が発生したり、ワンウェイクラッチが作動する（つながったり切れたりする）までのタイムラグが大きくなってしまったりする虞がある。

　この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、ワンウェイクラッチを備える構成において小型化を図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、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、前記ハブケースに取り付けられ、前記ロータの回転軸と同心状の環状をなすインターナル歯車と、前記ロータの回転軸に取り付けられた太陽歯車、ならびに、前記太陽歯車の周囲に配置されて前記太陽歯車およびインターナル歯車のそれぞれと噛み合う複数の遊星歯車を有し、前記ロータの回転を減速して前記インターナル歯車に伝達することによって前記補助駆動力を前記ハブケースに伝達する遊星歯車減速機構とを有し、前記各遊星歯車は、前記太陽歯車と噛み合う第１歯車と、前記インターナル歯車と噛み合う第２歯車と、前記第１歯車と前記第２歯車との間に介在され、前記第１歯車に対して前記第２歯車が一方側へ回転するときは前記第１歯車と前記第２歯車とを一体回転させ、前記第１歯車に対して前記第２歯車が他方側へ回転するときは前記第２歯車のみを自由回転状態とするワンウェイクラッチとの一体成形品であることを特徴とする、ハブユニットである。

　請求項２記載の発明は、前記各遊星歯車では、前記第１歯車は、前記第２歯車と比べて相対的に歯数の多い大径歯車であり、前記第２歯車は、前記第１歯車と比べて相対的に歯数の少ない小径歯車であり、前記第１歯車および前記第２歯車は、それらの回転軸が同芯でかつ直線状になるように配置されていて、前記第１歯車と前記第２歯車との間に前記ワンウェイクラッチが設けられてい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３記載の発明は、前記第１歯車は、はすば歯車であることを特徴とする、請求項１または２記載のハブユニットである。
　請求項４記載の発明は、前記第１歯車が前記太陽歯車で回転されるときに、前記第１歯車には、前記第２歯車方向への補力が働くことを特徴とする、請求項３記載のハブユニットである。

　請求項５記載の発明は、前車輪のハブに、請求項１～４のいずれかに記載のハブユニットを有することを特徴とする、電動自転車である。

　請求項１記載の発明によれば、電動自転車の車輪に取り付けられるハブユニットは、モータと、ハブケースと、インターナル歯車と、遊星歯車減速機構とを有している。
　モータは、回転軸を有するロータを備え、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。ハブケースは、モータを収容し、車輪と一体回転する。インターナル歯車は、ハブケースに取り付けられ、ロータの回転軸と同心状の環状をなしている。

　遊星歯車減速機構は、ロータの回転軸に取り付けられた太陽歯車、ならびに、太陽歯車の周囲に配置されて太陽歯車およびインターナル歯車のそれぞれと噛み合う複数の遊星歯車を有している。このような構成の遊星歯車減速機構は、ロータの回転を減速してインターナル歯車に伝達することによって補助駆動力をハブケースに伝達する。これにより、車輪は、この補助駆動力にアシストされて回転する。

　遊星歯車減速機構において、各遊星歯車は、太陽歯車と噛み合う第１歯車と、インターナル歯車と噛み合う第２歯車と、ワンウェイクラッチとの一体成形品である。ワンウェイクラッチは、第１歯車と第２歯車との間に介在され、第１歯車に対して第２歯車が一方側へ回転するときは第１歯車と第２歯車とを一体回転させ、第１歯車に対して第２歯車が他方側へ回転するときは第２歯車のみを自由回転状態とする。

　そのため、ワンウェイクラッチが第１歯車と第２歯車とを一体回転させることで、ロータの回転（つまり、補助駆動力）が、第１歯車から第２歯車に伝達され、インターナル歯車およびハブケースを介して車輪に伝達される。一方で、補助駆動力がなくても車輪がある程度高い速度で回転している場合等には、ワンウェイクラッチは、第２歯車のみを自由回転状態とすることによって、車輪とモータのロータとの間を遮断するので、電動自転車のペダルの漕ぐ乗り手に対して、ロータを空転させる負担を与えずに済み、乗り手は円滑にペダルを漕ぐことができる。

　そして、このようなワンウェイクラッチが、遊星歯車減速機構の各遊星歯車において、第１歯車および第２歯車と一体成形されることで遊星歯車に内蔵されていることから、小さく構成されているので、ハブユニットの小型化を図ることができる。
　請求項２記載の発明によれば、各遊星歯車では、第１歯車は、第２歯車と比べて相対的に歯数の多い大径歯車であり、第２歯車は、第１歯車と比べて相対的に歯数の少ない小径歯車である。そのため、ロータの回転は、第１歯車および第２歯車を経ることで減速されてから、インターナル歯車に伝達される。

　そして、各遊星歯車では、第１歯車および第２歯車は、それらの回転軸が同芯でかつ直線状になるように配置されていて、第１歯車と第２歯車との間にワンウェイクラッチが設けられている。これにより、遊星歯車をシンプルな構成にすることができる。
　第１歯車は、請求項３記載の発明のように、はすば歯車であることが好ましい。この場合、請求項４記載の発明のように、第１歯車が太陽歯車で回転されるときに、第１歯車には、第２歯車方向への補力が働くとよい。これにより、各遊星歯車では、第１歯車は、回転中において、補力によって第２歯車へ接近するように付勢されているので、第１歯車と第２歯車とが分離してしまうことを防止できる。

　請求項５記載の発明によれば、電動自転車は、前車輪のハブにハブユニットを有しているので、前車輪の回転がハブユニットからの補助駆動力でアシストされる。そのため、電動自転車の進行方向における先頭側の前車輪が力強く回転するので、電動自転車は、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、前車輪にハブユニット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が惰性走行している場合に、前車輪の回転に対する抵抗を低減して、前車輪を円滑に回転させることができる。

図１は、この発明の一実施形態に係る電動自転車１の左側面図である。図２は、ハブユニット４の縦断面を背面側から見た図である。図３は、図２のＡ－Ａ矢視断面の要部を拡大した図である。図４は、ハブユニット４の分解斜視図である。

　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の左側面図である。
　なお、以下では、電動自転車１を背面側（図１における右側）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、紙面手前側が左側で、紙面奥側が右側である。

　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（前車輪）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と後車輪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、乗り手がペダル１１を踏み込む力（踏力）が作用する位置に、乗り手によってペダル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が前車輪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車輪５が回転されることによって、乗り手は、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、前車輪５のハブ（回転中心部分）にハブユニット４が取り付けられていて、前車輪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車輪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、前車輪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、前車輪５の回転に対する抵抗を低減して、前車輪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の縦断面を背面側から見た図である。図３は、図２のＡ－Ａ矢視断面の要部を拡大した図である。図４は、ハブユニット４の分解斜視図である。
　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、インターナル歯車１４と、遊星歯車減速機構２１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は、左側の突出部２３の位置において左右に分割可能である。ハブケース２０は、左部分２０Ａと右部分２０Ｂとに分割される。左部分２０Ａは、ハブケース２０の左側壁をなす円板の蓋形状であり、右部分２０Ｂは、右側に底を有して左側に開口部を有する円筒のボックス状である。左部分２０Ａと右部分２０Ｂとは、ねじ２５によって組み付けることができ、左部分２０Ａと右部分２０Ｂとが組み付けられると、右部分２０Ｂの左側の開口部が左部分２０Ａによって塞がれる。

　インターナル歯車１４は、左右に延びる中心軸を有する環状である。インターナル歯車１４の外径は、ハブケース２０の内径よりやや小さい。インターナル歯車１４の内周面には、全周に亘ってギヤ歯１５が形成されている。インターナル歯車１４は、平歯車であり、各ギヤ歯１５は、インターナル歯車１４の中心軸と平行（つまり、左右方向）に延びている。インターナル歯車１４は、ハブケース２０の内部に収容され、この状態で、ねじ１６によってハブケース２０の左部分２０Ａに対して右側から取り付けられて固定されている。この状態で、インターナル歯車１４とハブケース２０とは同心状になっている。

　モータ３は、ハブケース２０の右部分２０Ｂ内において、右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の外周面には、複数の露出穴２７Ａが形成されている（図４も参照）。各露出穴２７Ａは、モータケース２７の周壁を肉厚方向に貫通していて、モータケース２７の内外を連通させている。これにより、モータケース２７内に外気を取り込んでモータケース２７内を冷却することができる。

　モータケース２７では、その右端部２７Ｂが縮径されていて、ハブケース２０の右側壁の挿通穴２６に対して左側から挿通されている。モータケース２７の右端部２７Ｂと、ハブケース２０の右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の右端部２７Ｂの右端面は、ハブケース２０の右側壁の挿通穴２６から右側へ露出されており、右端部２７Ｂの右端面には、バッテリー１０側から延びてきた配線５７（図１参照）がつながっている。これにより、モータ３とバッテリー１０とが電気的に接続されていて、バッテリー１０からモータ３に対する電力の供給が可能となっている。また、右端部２７Ｂの右端面には、係止フック３８が取り付けられている。係止フック３８は、右端部２７Ｂの右端面に沿ってモータケース２７の径方向外側へ延びた後、右外方へ略直角に折り曲げられている。

　モータケース２７の右端部２７Ｂには、右端部２７Ｂの円中心位置から右外側へ突出する支持軸３２が一体的に設けられている。右端部２７Ｂの左端面は、モータケース２７の内部に臨んでいて、この左端面には、右側へ窪む凹部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の左側壁は、円板形状であり、その円中心位置には、この左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、この左側壁において貫通穴３５よりの径方向外側の位置には、左方向外側へ突出する円柱状の軸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。なお、図２では、軸３７が２本図示されている。

　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３０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の左側壁の貫通穴３５の軸受３６の中空部分と、モータケース２７の右端部２７Ｂ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の左端部は、モータケース２７の左側壁から左外側へはみ出ている。ここで、ロータ２９の回転軸３９と、インターナル歯車１４の中心軸とは同心状になっている。

　遊星歯車減速機構２１は、ハブケース２０内において、モータ３の左隣、つまり、モータ３とインターナル歯車１４との間に配置されている。遊星歯車減速機構２１は、１つの太陽歯車４０と、複数（ここでは、３つ）の遊星歯車４５と、ホルダ４６とを含んでいる。なお、図２では、遊星歯車４５が２つ図示されている。
　太陽歯車４０は、左右方向に延びる中心軸を有する環状または円柱状であり、ロータ２９の回転軸３９の左端部（モータケース２７の左側壁から左外側へはみ出た部分）に取り付けられている。太陽歯車４０の外周面には、全周に亘ってギヤ歯４１が形成されている。太陽歯車４０は、はすば歯車であり、各ギヤ歯４１は、太陽歯車４０の径方向外側から見て、太陽歯車４０の中心軸に傾斜して延びている。ギヤ歯４１がロータ２９の回転軸３９の左端部の外周面に形成されることで、太陽歯車４０が回転軸３９と一体形成されていてもよい。

　各遊星歯車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の左側壁におけるいずれかの軸３７が右側から挿通されていて、各遊星歯車４５は、対応する軸３７によって回転可能に支持されている。各遊星歯車４５は、第１歯車５１と、第２歯車５２と、ワンウェイクラッチ５３との一体成形品である。
　第１歯車５１は、左右に延びる中心軸（回転軸）５１Ａを有する円環状であって、その外周面にギヤ歯５４が形成されている。第１歯車５１の内周面には段付き５１Ｂが形成されていて、第１歯車５１の内径は、左側領域において大きくなっている。第１歯車５１は、はすば歯車であり、各ギヤ歯５４は、第１歯車５１の径方向外側から見て、第１歯車５１の中心軸５１Ａに傾斜して延びている（図４参照）。

　第２歯車５２は、左右に延びる中心軸（回転軸）５２Ａを有する円筒状であって、その右端部５２Ｂが縮径されている。右端部５２Ｂの外径は、第１歯車５１の右側領域における内径（左側領域における内径よりも小さい）に対して僅かに小さい。第２歯車５２において、右端部５２Ｂより左側の部分における外周面にギヤ歯５５が形成されている。第２歯車５２は、平歯車であり、各ギヤ歯５５は、第２歯車５２の中心軸５２Ａと平行に延びている（図４参照）。

　第１歯車５１および第２歯車５２を比較すると、外径については、第１歯車５１が第２歯車５２に対して２倍程度大きく、左右方向（回転軸方向）寸法については、第２歯車５２が第１歯車５１に対して２～３倍程度大きい。そして、第１歯車５１の各ギヤ歯５４の厚み（歯厚）は、第２歯車５２の各ギヤ歯５５の厚みとほぼ同じで、第１歯車５１において周方向で隣り合うギヤ歯５４の間隔（ピッチ）は、第２歯車５２において周方向で隣り合うギヤ歯５５の間隔とほぼ同じである（図４参照）。以上より、第１歯車５１は、第２歯車５２と比べて相対的に歯数（ギヤ歯の数）の多い大径歯車であり、第２歯車５２は、第１歯車５１と比べて相対的に歯数の少ない小径歯車であることがわかる（図４参照）。

　第１歯車５１は、第２歯車５２の右端部５２Ｂに対して右側から外嵌されている。換言すれば、第２歯車５２の右端部５２Ｂが、第１歯車５１の中空部分に対して左側から挿通されている。この状態では、第１歯車５１および第２歯車５２は、それらの中心軸５１Ａ，５２Ａが同芯でかつ直線状になるように配置されている。このとき、各遊星歯車４５では、第１歯車５１のギヤ歯５４が、第２歯車５２のギヤ歯５５よりも右寄り（モータ３側）に位置している。また、第１歯車５１の内周面の左側領域と、第２歯車５２の右端部５２Ｂの外周面の左側領域との間には、右端部５２Ｂを中心とする環状をなすスペースＳが確保されている。

　そして、各遊星歯車４５では、第２歯車５２の中空部分に、モータケース２７の左側壁におけるいずれかの軸３７が右側から挿通されていて、これにより、各遊星歯車４５は、対応する軸３７によって回転可能に支持されている。この状態では、各遊星歯車４５において、第１歯車５１の中心軸５１Ａおよび第２歯車５２の中心軸５２Ａと、軸３７の円中心（軸中心）とが一致して左右に延びている。

　ワンウェイクラッチ５３は、第１歯車５１と第２歯車５２との間に介在され、前述したスペースＳに配置されている。なお、ワンウェイクラッチ５３が第１歯車５１と第２歯車５２との間に介在されていない場合には、第１歯車５１は、第２歯車５２の右端部５２Ｂに遊嵌された状態となっている。
　ワンウェイクラッチ５３の説明に際し、図３を参照する。図３では、図２におけるワンウェイクラッチ５３を右から見た状態が示されている。ワンウェイクラッチ５３は、第１回転体６１と、第２回転体６２と、保持リング６３と、ローラ６４とを含んでいる。

　第１回転体６１は、第１歯車５１と同心状の環状であり、その外径は、第１歯車５１の左側領域における内径とほぼ同じである（図２参照）。第１回転体６１の内周面には、第１回転体６１の外周面側へ窪む複数（ここでは、７つ）の凹部６５が形成されている。これらの凹部６５は、第１回転体６１の周方向に沿って等間隔で並んでいる。ハブユニット４を右方向から見て（図３の紙面手前側から見て）、各凹部６５の深さ方向（第１回転体６１の径方向）における寸法は、時計回りの方向へ向うに従って大きくなっている。つまり、各凹部６５は、時計回りの方向へ向うに従って太くなる楔状の空間である。

　このような凹部６５に伴って、第１回転体６１の内周面には、各凹部６５を縁取る受け面６６および区画面６７が形成されている。受け面６６および区画面６７のそれぞれは、凹部６５と同じ数だけ設けられている。各受け面６６は、図３の紙面手前側から見て、時計回りの方向へ向うに従って第１回転体６１の外周面側へ膨出するように湾曲している。区画面６７は、第１回転体６１の径方向に沿って延びている。区画面６７は、第１回転体６１の周方向において隣り合う２つの受け面６６をつないでいる。

　第２回転体６２は、第１回転体６１の内周面よりも小さい外径を有する環状である。第２回転体６２は、第１回転体６１の中空部分に対して、遊びを持って挿入されていて、この状態で、第１回転体６１と同心状になっている。そのため、第２回転体６２の外周面６２Ａは、第１回転体６１の内周面に接触していない。
　保持リング６３は、環状である。保持リング６３は、第２回転体６２に対して外嵌されている。この状態で、保持リング６３は、第１回転体６１および第２回転体６２と同心状になっていて、さらに、第１回転体６１の内周面よりも径方向内側にあって、第１回転体６１の内周面にほとんど接触していない。保持リング６３には、第１回転体６１の内周面の凹部６５と同じ数の切欠き６８が形成されている。これらの切欠き６８は、保持リング６３の周壁を肉厚方向に貫通しつつ、保持リング６３の周方向において等間隔で並んでいる。

　ローラ６４は、左右方向（図３では、紙面の厚さ方向）に延びる中心軸を有する細長い円柱状であり、第１回転体６１の内周面の凹部６５と同じ数だけ設けられている。各ローラ６４は、保持リング６３におけるいずれかの切欠き６８内に１つずつ配置されているとともに、いずれかの凹部６５に１つずつ嵌まり込んでいる。そのため、各ローラ６４は、凹部６５内において、第１回転体６１の径方向（第２回転体６２や保持リング６３の径方向でもある）において、この凹部６５を区画する受け面６６と第２回転体６２の外周面６２Ａとの間に配置されている。

　このような構成のワンウェイクラッチ５３は、第１歯車５１の内周面の左側領域と第２歯車５２の右端部５２Ｂの内周面の左側領域との間のスペースＳに配置されている（図２参照）。このとき、ワンウェイクラッチ５３では、第１回転体６１が第１歯車５１と一体化されていて第１歯車５１と同心状になっており、第２回転体６２が第２歯車５２と一体化されていて第２歯車５２と同心状になっている（図２参照）。第１回転体６１と第１歯車５１とを一体化するために、たとえば、第１回転体６１を第１歯車５１の中空部分に圧入することで取り付けてもよいし、第１回転体６１と第１歯車５１とが一体形成されてもよい。同様に、第２回転体６２と第２歯車５２とを一体化するために、たとえば、第２歯車５２を第２回転体６２の中空部分に圧入することで取り付けてもよいし、第２回転体６２と第２歯車５２とが一体形成されてもよい。

　ここで、ハブユニット４を右側から見た状態（図３の紙面手前側から見た状態）で、第２回転体６２が静止した状態で、第１歯車５１側の第１回転体６１を時計回り（図３の実線矢印の方向）に回転させようとすると、各凹部６５内におけるローラ６４は、凹部６５を区画する受け面６６に接触することで時計回りに自転する。そして、第１回転体６１が回転するのに従って、受け面６６において第１回転体６１の外周面から遠い部分（時計回りの方向における上流側の部分）がローラ６４に接触する。これにより、各ローラ６４は、凹部６５において反時計回りの方向へ寄った狭い領域に配置され、第１回転体６１の受け面６６と第２回転体６２の外周面６２Ａとに挟持された状態となる。その結果、第１回転体６１と第２回転体６２とが、これらの間に各ローラ６４を噛み込んだ状態で一体化され、ワンウェイクラッチ５３がつながった状態となる。

　つまり、凹部６５において反時計回りの方向へ寄った狭い領域にローラ６４が配置されるように、第１回転体６１と第２回転体６２とを相対回転させると、ワンウェイクラッチ５３がつながる。
　そのため、つながった状態のワンウェイクラッチ５３は、第１歯車５１側の第１回転体６１に対して第２歯車５２側の第２回転体６２が一方側（図３における反時計回りの方向であり、破線矢印の方向）へ回転するときは、引き続きつながった状態を維持して、第１回転体６１（第１歯車５１）と第２回転体６２（第２歯車５２）とを一体回転させる。また、つながった状態のワンウェイクラッチ５３は、第２歯車５２側の第２回転体６２に対して第１歯車５１側の第１回転体６１が他方側（図３における時計回りの方向であり、実線矢印の方向）へ回転するときは、引き続きつながった状態を維持して、第１回転体６１（第１歯車５１）と第２回転体６２（第２歯車５２）とを一体回転させる。

　逆に、凹部６５において時計回りの方向へ寄った広い領域にローラ６４が配置されるように、第１回転体６１と第２回転体６２とを相対回転させると、ワンウェイクラッチ５３は切れる。
　具合的には、ワンウェイクラッチ５３がつながった状態で、第１歯車５１側の第１回転体６１だけを、今までとは逆の向き（図３における反時計回りであり、破線矢印の方向）に回転させると、受け面６６において第１回転体６１の外周面に遠い部分（時計回りの方向における上流側の部分）がローラ６４から離間していく。これにより、各ローラ６４は、凹部６５において時計回りの方向へ寄った広い領域に配置され、第１回転体６１の受け面６６と第２回転体６２の外周面６２Ａとの間で自由に動ける状態（受け面６６と第２回転体６２の外周面６２Ａとの両方または片方と接触しない状態）となる。その結果、第１回転体６１と第２回転体６２とが、これらの間で各ローラ６４を噛み込まなくなって、第１回転体６１と第２回転体６２との間が遮断されるので、ワンウェイクラッチ５３が切れた状態となる。

　切れた状態のワンウェイクラッチ５３は、第１歯車５１側の第１回転体６１に対して第２歯車５２側の第２回転体６２が前記他方側（図３における時計回りの方向であり、実線矢印参照）へ回転するときは、第２回転体６２（第２歯車５２）のみを自由回転状態とする。
　なお、各ローラ６４が保持リング６３におけるいずれかの切欠き６８内に配置されているので、保持リング６３の周方向（第１回転体６１および第２回転体６２の周方向でもある）において、全てのローラ６４が略等間隔に並ぶように保持リング６３によって保持されている。これにより、凹部６５内におけるローラ６４の位置が、ローラ６４に応じてばらつくことがない。そのため、ワンウェイクラッチ５３がつながるときには、全てのローラ６４が、第１回転体６１の受け面６６と第２回転体６２の外周面６２Ａとに挟持された状態となり、ワンウェイクラッチ５３が切れるときには、全てのローラ６４が、第１回転体６１の受け面６６と第２回転体６２の外周面６２Ａとの間で自由に動ける状態となる。

　そして、図２を参照して、各遊星歯車４５では、前述したように、第１歯車５１および第２歯車５２は、それらの回転軸（中心軸５１Ａ，５２Ａ）が同芯でかつ直線状になるように配置されていて、第１歯車５１と第２歯車５２との間にワンウェイクラッチ５３が設けられている。これにより、遊星歯車４５をシンプルな構成にすることができる。
　また、ワンウェイクラッチ５３が、各遊星歯車４５において、第１歯車５１および第２歯車５２と一体成形されることで遊星歯車４５に内蔵されていることから、小さく構成されているので、ハブユニット４全体の小型化（軽量化）を図ることができる。

　ワンウェイクラッチ５３が小型になると、その分、ワンウェイクラッチ５３の構成部品（第１回転体６１や第２回転体６２や保持リング６３やローラ６４）が小さくなって、これらの構成部品間の遊びが小さくなるので、ワンウェイクラッチ５３の作動時におけるがたつき（ワンウェイクラッチ５３の偏心）の発生を抑えて、ワンウェイクラッチ５３の作動音を小さくすることができる。特に、ワンウェイクラッチ５３は遊星歯車４５に内蔵されているので、ワンウェイクラッチ５３の作動音が遊星歯車４５の外に漏れにくくなっている。また、がたつきが少ない分、ワンウェイクラッチ５３の作動に生じ得るタイムラグを短く抑えることができるので、電動自転車１における運転制御をおこなうソフトウェアによる制御タイミングと、ワンウェイクラッチ５３の作動タイミングとを同期させやすい。

　また、モータ３からの補助駆動力を、複数の遊星歯車４５において均等に分散してハブケース２０側へ伝達できる。そのため、１つの遊星歯車４５のワンウェイクラッチ５３が伝達する補助駆動力を小さく抑えることができるので、その分、ワンウェイクラッチ５３を小型化できる。
　さらに、たとえば、遊星歯車減速機構を有する既存のハブユニットにおいて、遊星歯車を、本発明のワンウェイクラッチ５３内蔵の遊星歯車４５に変更することで、ハブユニットに簡単にワンウェイクラッチを組み込むことができる。

　このような３つの遊星歯車４５は、太陽歯車４０の周囲（太陽歯車４０を中心とする径方向外側）に配置され、各遊星歯車４５では、第２歯車５２が、インターナル歯車１４の内側に配置されている。各遊星歯車４５では、第１歯車５１のギヤ歯５４が、太陽歯車４０のギヤ歯４１と左右方向で同じ位置にあり、第２歯車５２のギヤ歯５５が、インターナル歯車１４のギヤ歯１５と左右方向で同じ位置にある。そして、各遊星歯車４５では、第１歯車５１のギヤ歯５４が、太陽歯車４０のギヤ歯４１と噛み合っていて、第２歯車５２のギヤ歯５５が、インターナル歯車１４のギヤ歯１５と噛み合っている。つまり、各遊星歯車４５は、太陽歯車４０およびインターナル歯車１４のそれぞれと噛み合っている。

　ここで、ハブユニット４を組み立てるために、各遊星歯車４５の第２歯車５２とインターナル歯車１４とを噛み合わせる際、これらの歯車の位置合わせをしなくても、第２歯車５２だけを自由回転させることによって、第２歯車５２とインターナル歯車１４とを円滑に噛み合わせることができる。そのため、ハブユニット４の組み立ての円滑化を図ることができる。

　ホルダ４６は、左右方向から見てインターナル歯車１４の内周部分よりも小径の円板形状であり、３つの遊星歯車４５の左隣かつインターナル歯車１４の内側の位置において、各遊星歯車４５、インターナル歯車１４およびハブケース２０と非接触の状態で配置されている。ホルダ４６は、モータケース２７の左側壁に対して３つの遊星歯車４５を挟んだ状態で左側から対向配置されており、当該左側壁の各軸３７の左端部を支持している（図４も参照）。ホルダ４６は、ねじ（図示せず）によってモータケース２７の左側壁に固定されている。ホルダ４６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４６に固定されている。支持軸５０は、ホルダ４６から左外側へ突出している。

　ここで、ハブケース２０の左側壁（左部分２０Ａ）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が右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を回転可能に支持している。支持軸５０の左端部は、ハブケース２０の左側壁から左外側へはみ出ている。
　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１参照）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に前車輪５のスポーク７（図１参照）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、遊星歯車減速機構２１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およびインターナル歯車１４が前車輪５に固定されている。そのため、ハブケース２０およびインターナル歯車１４は、前車輪５と同心状で一体回転する。前車輪５の回転速度は、ハブケース２０およびインターナル歯車１４の回転速度と同じである。ここで、モータケース２７の右端部２７Ｂに取り付けられた係止フック３８が右側のフロントフォーク２（図１参照）に引っ掛かっているので、モータケース２７（ステータ２８や遊星歯車減速機構２１も含む）は、フロントフォーク２に確実に固定されており、前車輪５と共回りすることはない。

　前述したように、乗り手がペダル１１を所定以上の踏力で漕ぐと、センサー１２が、当該所定以上の踏力を検出し、バッテリー１０からハブユニット４のモータ３に通電がなされる（図１参照）。これにより、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、この電力でロータ２９を右側面視で前車輪５と同心状に反時計回りに回転させて、前述した補助駆動力を発生する。ロータ２９の回転軸３９に取り付けられた太陽歯車４０が、ロータ２９と一体で、右側面視で反時計回りに回転する。

　すると、太陽歯車４０と噛み合っている各遊星歯車４５の第１歯車５１が、太陽歯車４０の回転に伴って、太陽歯車４０とは逆向き（右側面視で時計回りであり、図３の実線矢印の方向）に回転する。
　ここで、互いに噛み合っている太陽歯車４０および第１歯車５１は、いずれも、はすば歯車である。そして、第１歯車５１の各ギヤ歯５４は、第１歯車５１の径方向外側から見て、右側から左側へ向うに従って第１歯車５１の回転方向（図４の実線矢印参照）とは逆方向（右側面視で反時計回りの方向であり、左側面視で時計回りの方向）へ向うように傾斜している（図４参照）。一方、太陽歯車４０の各ギヤ歯４１は、第１歯車５１の各ギヤ歯５４と噛み合えるように、ギヤ歯５４と逆向きに傾斜している（図示せず）。

　そのため、太陽歯車４０の回転に伴って太陽歯車４０のギヤ歯４１が各遊星歯車４５の第１歯車５１のギヤ歯５４に当接すると、太陽歯車４０で回転される第１歯車５１には、太陽歯車４０のギヤ歯４１との接触位置において左向きの補力が働く。第１歯車５１に対して左向きとは、第２歯車５２方向である。これにより、各遊星歯車４５では、第１歯車５１は、回転中において、補力によって第２歯車５２へ接近するように付勢されているので、第１歯車５１と第２歯車５２とが分離してしまうことを防止できる。

　そして、各遊星歯車４５では、第１歯車５１が、太陽歯車４０（ロータ２９）と逆向きの方向である右側面視で時計回り（図３の実線矢印の方向）に回転することで、前述したようにワンウェイクラッチ５３がつながって、第１歯車５１および第２歯車５２を同じ方向（右側面視で時計回り）へ一体回転させる。これに伴い、各遊星歯車４５の第２歯車５２と噛み合っているインターナル歯車１４が第１歯車５１および第２歯車５２と同じ方向（右側面視で時計回り）へ一体回転する。これにより、ハブケース２０および前車輪５が、インターナル歯車１４とともに、インターナル歯車１４と同じ方向へ回転する（図４の破線矢印参照）。つまり、ロータ２９の回転（つまり、モータ３が発生した補助駆動力）が、第１歯車５１から第２歯車５２に伝達され、インターナル歯車１４およびハブケース２０を介して前車輪５に伝達される。そのため、前車輪５が右側面視で時計回り（図１における左側面視では反時計回り）に力強く回転するので、電動自転車１の進行速度が上昇する。

　ここで、遊星歯車減速機構２１が存在することにより、インターナル歯車１４（ハブケース２０）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、遊星歯車減速機構２１は、ロータ２９の回転を、第１歯車５１および第２歯車５２を経ることで減速してインターナル歯車１４に伝達することによって、補助駆動力をハブケース２０に伝達する。これにより、前車輪５は、前述したように、この補助駆動力にアシストされて回転する。また、遊星歯車減速機構２１が存在することにより、インターナル歯車１４の回転方向とロータ２９の回転方向とが逆になっている。

　電動自転車１の進行速度がある程度上昇すると、乗り手がペダル１１を漕ぐ力（踏力）が弱まるので、センサー１２が、踏力が前記所定未満になったことを検出し、バッテリー１０からハブユニット４のモータ３への通電が停止される（図１参照）。これにより、モータ３の駆動が停止して、ロータ２９の回転が停止する。この際、各遊星歯車４５では、ロータ２９の回転軸３９に取り付けられた太陽歯車４０と噛み合う第１歯車５１がロータ２９に伴って回転を停止しようとするのに対し、前車輪５とともに引き続き回転しているインターナル歯車１４と噛み合う第２歯車５２は、引き続き同じ方向（図３の実線矢印の方向）に回転しようとする。そのため、各遊星歯車４５では、第１歯車５１と一体化された第１回転体６１が、第２歯車５２と一体化された第２回転体６２に対して、今までとは逆向き（図３の破線矢印の方向）に相対回転することになるので、ワンウェイクラッチ５３が切れる。

　つまり、補助駆動力によるアシストがなくても前車輪５がある程度高い速度で回転している場合等には、ワンウェイクラッチ５３は、第２歯車５２のみを自由回転状態とすることによって、第２歯車５２側のハブケース２０（前車輪５）と、第１歯車５１側のモータ３のロータ２９との間を遮断する。これにより、電動自転車１のペダル１１（図１参照）の漕ぐ乗り手に対して、電動自転車１のペダル１１を漕いで前車輪５を回転させる際に、ロータ２９を空転させる負担を与えずに済み、乗り手は円滑にペダル１１を漕ぐことができる。

　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、ワンウェイクラッチ５３のローラ６４（図３参照）は、円柱状でなく、球状であってもよい。

Claims

　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、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、
　前記ハブケースに取り付けられ、前記ロータの回転軸と同心状の環状をなすインターナル歯車と、
　前記ロータの回転軸に取り付けられた太陽歯車、ならびに、前記太陽歯車の周囲に配置されて前記太陽歯車およびインターナル歯車のそれぞれと噛み合う複数の遊星歯車を有し、前記ロータの回転を減速して前記インターナル歯車に伝達することによって前記補助駆動力を前記ハブケースに伝達する遊星歯車減速機構とを有し、
　前記各遊星歯車は、
　前記太陽歯車と噛み合う第１歯車と、
　前記インターナル歯車と噛み合う第２歯車と、
　前記第１歯車と前記第２歯車との間に介在され、前記第１歯車に対して前記第２歯車が一方側へ回転するときは前記第１歯車と前記第２歯車とを一体回転させ、前記第１歯車に対して前記第２歯車が他方側へ回転するときは前記第２歯車のみを自由回転状態とするワンウェイクラッチとの一体成形品であることを特徴とする、ハブユニット。
　前記各遊星歯車では、
　前記第１歯車は、前記第２歯車と比べて相対的に歯数の多い大径歯車であり、
　前記第２歯車は、前記第１歯車と比べて相対的に歯数の少ない小径歯車であり、
　前記第１歯車および前記第２歯車は、それらの回転軸が同芯でかつ直線状になるように配置されていて、
　前記第１歯車と前記第２歯車との間に前記ワンウェイクラッチが設けられていることを特徴とする、請求項１記載のハブユニット。
　前記第１歯車は、はすば歯車であることを特徴とする、請求項１または２記載のハブユニット。
　前記第１歯車が前記太陽歯車で回転されるときに、前記第１歯車には、前記第２歯車方向への補力が働くことを特徴とする、請求項３記載のハブユニット。
　前車輪のハブに、請求項１～４のいずれかに記載のハブユニットを有することを特徴とする、電動自転車。