WO2016098842A1 - 自転車用ドライブユニット - Google Patents

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WO2016098842A1
WO2016098842A1 PCT/JP2015/085314 JP2015085314W WO2016098842A1 WO 2016098842 A1 WO2016098842 A1 WO 2016098842A1 JP 2015085314 W JP2015085314 W JP 2015085314W WO 2016098842 A1 WO2016098842 A1 WO 2016098842A1
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WO
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motor
drive unit
crankshaft
sun gear
gear
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PCT/JP2015/085314
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English (en)
French (fr)
Inventor
山本　貴士
Original Assignee
株式会社 シマノ
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a bicycle drive unit.
  • Patent Document 1 describes a bicycle equipped with a continuously variable transmission.
  • This continuously variable transmission includes a planetary gear mechanism coupled to a crankshaft and a motor that controls the rotation of the components of the planetary gear mechanism.
  • Patent Document 1 The continuously variable transmission of Patent Document 1 can change the gear ratio steplessly.
  • a single motor changes the gear ratio of the planetary gear mechanism and transmits torque to the planetary gear mechanism. For this reason, the gear ratio and the magnitude of torque cannot be changed independently.
  • An object of the present invention is to provide a bicycle drive unit capable of performing a control suitable for a traveling situation or the like.
  • a bicycle drive unit includes a planetary gear mechanism, a first motor, and a second motor, and the planetary gear mechanism is a sun gear, a ring disposed coaxially with the sun gear around the sun gear.
  • a first planetary gear comprising: a gear; a plurality of planetary gears disposed between the sun gear and the ring gear; and a carrier that rotatably holds the plurality of planetary gears and receives rotation of a crankshaft. Is configured to transmit torque to the carrier, and the first motor is configured to transmit torque to the sun gear and to control rotation of the sun gear.
  • the bicycle drive unit further includes an output unit to which a front sprocket can be attached, and the ring gear is connected to the output unit.
  • the bicycle drive unit further includes the crankshaft, and the crankshaft and the carrier are connected.
  • the carrier is disposed about the crankshaft and coaxially with the crankshaft.
  • the sun gear is disposed coaxially with the crankshaft about the crankshaft.
  • the second motor is disposed coaxially with the crankshaft around the crankshaft.
  • the sun gear is formed integrally with an output shaft of the second motor.
  • the rotating shaft of the first motor is disposed away from the crankshaft in the radial direction of the crankshaft.
  • a one-way that is provided between at least the housing that houses the planetary gear mechanism and the sun gear and the housing and allows the sun gear to rotate only in a single rotation direction relative to the housing.
  • the bicycle drive unit is provided between a housing that houses at least the planetary gear mechanism, an output shaft or rotor of the second motor, and the housing. And a one-way clutch that allows the output shaft of the motor or the rotor to rotate only in a single rotation direction.
  • the housing includes a support portion provided in a space formed between an inner periphery of the sun gear and the crankshaft, and the one-way clutch is provided between the sun gear and the support portion. Be placed.
  • the bicycle drive unit is disposed between the crankshaft or the carrier and the ring gear or the output unit, and the output unit is only in a single rotation direction with respect to the crankshaft. And a one-way clutch that allows rotation.
  • At least one of the first motor and the second motor is housed in the housing.
  • the second motor changes a speed ratio of the planetary gear mechanism including a range of at least 1.2 to 1.5.
  • the second motor changes a speed ratio of the planetary gear mechanism within a range of 0.2 to 3.0.
  • the bicycle drive unit further includes a controller that controls the first motor and the second motor.
  • the schematic diagram of the drive unit for bicycles of FIG. The schematic diagram of the drive unit for bicycles of a comparative example.
  • the schematic diagram of the drive unit for bicycles of the 7th modification The schematic diagram of the drive unit for bicycles of the 8th modification.
  • the schematic diagram of the drive unit for bicycles of the 9th modification The schematic diagram of the bicycle drive unit of a 10th modification.
  • the schematic diagram of the drive unit for bicycles of the 11th modification The schematic diagram of the drive unit for bicycles of the 7th modification.
  • the bicycle 10 includes a frame 12, a handle bar 14, a front wheel 16, a rear wheel 18, a drive mechanism 20, a battery unit 22, and a drive unit 40.
  • the drive mechanism 20 includes left and right crank arms 24, left and right pedals 26, a front sprocket 30, a rear sprocket 32, and a chain 34.
  • the left and right crank arms 24 are rotatably attached to the frame 12 via a crankshaft 42 of the drive unit 40.
  • the pedal 26 is attached to the crank arm 24 so as to be rotatable around a pedal shaft 28.
  • the front sprocket 30 is connected to the output unit 64 (see FIG. 2) of the drive unit 40.
  • the front sprocket 30 is provided coaxially with the crankshaft 42.
  • the rear sprocket 32 is rotatably mounted around the axle 18A of the rear wheel 18.
  • the rear sprocket 32 is connected to the rear wheel 18 via a one-way clutch.
  • the chain 34 is wound around the front sprocket 30 and the rear sprocket 32.
  • the battery unit 22 includes a battery 36 and a battery holder 38 for detachably attaching the battery 36 to the frame 12.
  • the battery 36 includes one or a plurality of battery cells.
  • the battery 36 is constituted by a secondary battery.
  • the battery 36 is electrically connected to the drive unit 40 and supplies power to the drive unit 40.
  • the drive unit 40 includes a planetary gear mechanism 46, a first motor 48, and a second motor 50.
  • the drive unit 40 can also include a crankshaft 42, a housing 44, and a control unit 52.
  • the housing 44 houses the planetary gear mechanism 46, the first motor 48, the second motor 50, and the control unit 52.
  • the housing 44 supports the crankshaft 42 to be rotatable.
  • the crankshaft 42 is provided through the housing 44.
  • the planetary gear mechanism 46 includes a sun gear 54, a ring gear 56, a plurality of planetary gears 58, a plurality of planetary pins 60, and a carrier 62.
  • the sun gear 54 is disposed coaxially with the crankshaft 42 around the crankshaft 42.
  • the ring gear 56 is disposed outside the sun gear 54 in the radial direction of the crankshaft 42.
  • the ring gear 56 is disposed coaxially with the crankshaft 42 around the crankshaft 42. Therefore, the ring gear 56 is disposed coaxially with the sun gear 54 around the sun gear 54.
  • An output unit 64 is connected to the ring gear 56.
  • One end of the output part 64 is accommodated in the housing 44, and the other end is exposed from the housing 44.
  • a bolt B is screwed into the inner periphery of the portion of the output portion 64 exposed from the housing 44.
  • the front sprocket 30 is supported by the spline so as not to rotate in the circumferential direction of the output unit 64.
  • the front sprocket 30 is attached to the output unit 64 by a bolt B so as not to move in the axial direction.
  • the plurality of planetary gears 58 are disposed between the sun gear 54 and the ring gear 56.
  • Each planetary gear 58 includes a large diameter portion 58A and a small diameter portion 58B.
  • the outer peripheral gear of the large diameter portion 58 ⁇ / b> A is disposed in a portion facing the outer periphery of the sun gear 54 and meshed with the sun gear 54.
  • the outer peripheral gear of the small diameter portion 58 ⁇ / b> B is disposed at a portion facing the inner periphery of the ring gear 56 and meshed with the ring gear 56.
  • the planetary gear 58 having the large-diameter portion 58A and the small-diameter portion 58B is used, but a planetary gear constituted by a normal single gear may be used.
  • the plurality of planetary pins 60 respectively penetrate the planetary gear 58 in the axial direction.
  • Each planetary pin 60 supports each planetary gear 58 rotatably. Both ends of each planetary pin 60 are rotatably supported by a carrier 62. As long as both ends of each planetary pin 60 are rotatably supported by the carrier 62, each planetary pin 60 may be supported by each planetary gear 58 so as not to rotate. As long as each planetary pin 60 supports each planetary gear 58 in a rotatable manner, both ends of each planetary pin 60 may be supported by the carrier 62 so as not to rotate.
  • the carrier 62 is arranged around the crankshaft 42 and coaxially with the crankshaft 42.
  • the carrier 62 rotatably holds a plurality of planetary gears 58 via a plurality of planetary pins 60. Therefore, the plurality of planetary gears 58 revolve around the sun gear 54 between the sun gear 54 and the ring gear 56.
  • the carrier 62 includes a first carrier 62A that supports one end of the plurality of planetary pins 60, and a second carrier 62B that supports the other end of the plurality of planetary pins 60.
  • the first carrier 62 ⁇ / b> A faces the end portion on the small diameter portion 58 ⁇ / b> B side of the planetary gear 58.
  • the second carrier 62 ⁇ / b> B faces the end of the planetary gear 58 on the large diameter portion 58 ⁇ / b> A side.
  • the first carrier 62A and the second carrier 62B are connected and rotate integrally.
  • the first carrier 62A and the second carrier 62B may be integrally formed.
  • the crankshaft 42 is connected to the inner periphery of the first carrier 62A by, for example, spline fitting or press fitting.
  • the carrier 62 rotates integrally with the crankshaft 42.
  • the rotation of the crankshaft 42 is input to the carrier 62.
  • the rotation shaft of the first motor 48 is disposed away from the crankshaft 42 in the radial direction of the crankshaft 42.
  • the output gear 48A of the first motor 48 is meshed with a gear 62C formed on the outer periphery of the second carrier 62B.
  • the first motor 48 transmits torque to the carrier 62 via the gear 62C.
  • a one-way clutch may be interposed between the rotation shaft of the first motor 48 and the carrier 62. This one-way clutch is configured to transmit the rotation of the first motor 48 to the carrier 62 but not to transmit the rotation of the carrier 62 when the crankshaft 42 rotates in a predetermined single rotation direction.
  • the second motor 50 is disposed coaxially with the crankshaft 42 around the crankshaft 42.
  • the second motor 50 is disposed at a position adjacent to the planetary gear mechanism 46 in the axial direction of the crankshaft 42.
  • the second motor 50 is disposed farther from the front sprocket 30 than the planetary gear mechanism 46 in the axial direction of the crankshaft 42.
  • the second motor 50 is an inner rotor type motor, and includes a stator 50A supported by the housing 44 and a rotor 50B disposed inside the stator 50A.
  • a support portion 44A of the housing 44 is disposed between the inner periphery of the rotor 50B and the crankshaft 42.
  • the support portion 44 ⁇ / b> A has a cylindrical shape and is coaxial with the crankshaft 42.
  • the rotor 50B is rotatably supported by the support portion 44A.
  • the rotor 50B is supported by the support portion 44A via a pair of bearings 45.
  • the end of the sun gear 54 is attached to the end of the rotor 50B in the axial direction. That is, the sun gear 54 is formed integrally with the output shaft of the second motor 50.
  • the rotor 50B and the sun gear 54 can rotate with respect to the crankshaft 42.
  • the second motor 50 transmits torque to the sun gear 54 and controls the rotation of the sun gear 54.
  • the support portion 44A includes a portion extending in a space formed between the inner periphery of the sun gear 54 and the crankshaft 42.
  • a one-way clutch 66 is provided between the inner periphery of the sun gear 54 and the outer periphery of the support portion 44A.
  • the one-way clutch 66 allows the sun gear 54 to rotate only in the single rotation direction with respect to the support portion 44A.
  • the sun gear 54 is allowed to rotate in the direction opposite to the rotation direction of the crankshaft 42 (hereinafter referred to as “reverse rotation direction”) when the bicycle 10 moves forward with respect to the support portion 44A.
  • the portion 44A is restricted from rotating in the rotation direction of the crankshaft 42 (hereinafter, “forward rotation direction”) when the bicycle 10 moves forward.
  • the sun gear 54 cannot rotate in the normal rotation direction with respect to the support portion 44A.
  • the rotation of the crankshaft 42 in the forward rotation direction is input when no electric power is supplied to the second motor 50, the rotation of the sun gear 54 is restricted by the one-way clutch 66.
  • the rotation is accelerated by the planetary gear mechanism 46 and transmitted to the output unit 64.
  • the one-way clutch 66 may be constituted by a roller clutch or a pawl type clutch.
  • the control unit 52 includes a drive circuit that drives the first motor 48 and a drive circuit that drives the second motor 50.
  • the control unit 52 drives the first motor 48 and the second motor 50 using electric power supplied from the battery 36 (see FIG. 1).
  • the controller 52 and the first motor 48 and the second motor 50 may be connected via a conductor, for example.
  • the control unit 52 controls the first motor 48 and the second motor 50 based on signals input from, for example, a torque sensor and a vehicle speed sensor (not shown).
  • the torque sensor is for detecting human power driving force.
  • the torque sensor is realized by, for example, a strain sensor provided on the first carrier 62A. In this case, the output from the strain sensor is given to the control unit 52 via a wireless communication device or a slip ring.
  • the strain sensor is, for example, a strain gauge.
  • the controller 52 may calculate the torque based on the current applied to at least one of the first motor 48 and the second motor 50.
  • control unit 52 controls the first motor 48 so that the output of the first motor 48 with respect to the human driving force is increased when an operation signal for changing the assist force is input from an operating device (not shown). Further, the control unit 52 receives an operation signal for changing the transmission gear ratio GR of the planetary gear mechanism 46, which is the ratio of the output rotation speed from the planetary gear mechanism 46 to the input rotation speed to the planetary gear mechanism 46.
  • the second motor 50 is controlled so that the ratio of the rotation speed (or rotation angle) of the output unit 64 to the rotation speed (or rotation angle) of the crankshaft 42 becomes a predetermined gear ratio.
  • the controller 52 transmits the torque in the forward rotation direction to the carrier 62 by driving the first motor 48. As a result, an assist force is applied to the torque input from the crankshaft 42 and output from the planetary gear mechanism 46.
  • the controller 52 transmits the torque in the reverse direction to the sun gear 54 by driving the second motor 50.
  • the rotation of the sun gear 54 accelerates the rotation speed of the planetary gear 58 that rotates around the sun gear 54.
  • the rotational speed of the ring gear 56 also increases, and the gear ratio GR increases.
  • the transmission gear ratio GR is changed steplessly.
  • the control unit 52 can also control the gear ratio GR, that is, the rotational speed of the sun gear 54 to be changed stepwise.
  • the control unit 52 may be configured to be communicably connected to an external device in a wireless or wired manner, and may be configured to change the number and magnitude of the speed ratio GR according to a command supplied from the external device.
  • This external device is, for example, a cycle computer or a personal computer.
  • the second motor 50 preferably changes the gear ratio GR including at least a range of 1.2 to 1.5.
  • the maximum value of the transmission gear ratio GR that is changed by the second motor 50 is, for example, 3.0 or less. In other words, the second motor 50 changes the speed ratio GR within the range of 1 to 3.0.
  • the bicycle drive unit 40 has the following operations and effects.
  • the drive unit 40 includes a first motor 48 that transmits torque to the carrier 62 and a second motor 50 that transmits torque to the sun gear 54 and controls the rotation of the sun gear 54. For this reason, the change of the gear ratio GR by the second motor 50 and the change of the assist force by the first motor 48 can be performed independently. Therefore, the bicycle drive unit can perform control suitable for the driving situation.
  • the bicycle drive unit can be configured to precisely change both the gear ratio and the assisting force in accordance with a traveling situation or the like.
  • the planetary gear mechanism 46 has a gear ratio GR of 1 or more when the rotation of the second motor 50 is stopped. For this reason, compared with the planetary gear mechanism having a gear ratio GR of less than 1 when the rotation of the second motor is stopped, the range of the gear ratio GR is set to 1 or more without increasing the size of the second motor 50. Can be enlarged in the area.
  • the transmission gear ratio GR of the planetary gear mechanism 46 is 1 or more, when the sun gear 54 does not rotate, the rotational speed of the ring gear 56 is equal to or higher than the rotational speed of the carrier 62. Since the first motor 48 is connected to the carrier 62, the rotational speed of the first motor 48 is higher when the assist force is applied compared to the configuration in which the first motor is connected to the ring gear to transmit the torque. It can suppress becoming large. For this reason, it is possible to contribute to reduction of power consumption of the first motor 48.
  • the second motor 50 is disposed coaxially with the crankshaft 42 around the crankshaft 42. For this reason, compared with the structure which arrange
  • the sun gear 54 is formed integrally with the output shaft of the second motor 50. For this reason, it can contribute to the reduction of the number of parts of the drive unit 40.
  • the rotating shaft of the first motor 48 is disposed away from the crankshaft 42 in the radial direction of the crankshaft 42. For this reason, compared with the case where the rotating shaft of the 1st motor 48 is arrange
  • the drive unit 40 includes a one-way clutch 66 provided between the sun gear 54 and the housing 44, rotation is output from the planetary gear mechanism 46 even when power supply to the second motor 50 is stopped. can do. Further, when the transmission gear ratio GR is minimized, the supply of power to the second motor 50 can be stopped. For this reason, compared with the structure which supplies electric power to the 2nd motor 50 and maintains the phase with respect to 44 A of support parts of the sun gear 54, it can contribute to reduction of electric power consumption.
  • the output unit 64 is located outside the planetary gear mechanism 46 in the axial direction of the crankshaft 42. For this reason, the front sprocket 30 can be easily attached and detached as compared with the configuration in which the portion to which the front sprocket 30 is attached is disposed inside the planetary gear mechanism 46 in the axial direction of the crankshaft 42.
  • the drive unit 200 of the comparative example shown in FIG. 5 inputs the rotation of the crankshaft 42 to the ring gear 206 and outputs the rotation of the carrier 208.
  • the second motor 50 is supported by the housing 212. Therefore, when the output unit 210 is disposed outside the planetary gear mechanism 202 in the axial direction and the carrier 208 is disposed between the ring gear 206 and the second motor 50 in the axial direction of the planetary gear mechanism 202, the carrier 208 is configured to pass between the second motor 50 and the crankshaft 42. For this reason, the structures of the carrier 208 and the planetary gear mechanism 202 are complicated.
  • an output unit 64 is attached to the ring gear 56. For this reason, it can suppress that the structure of the carrier 62 becomes complicated. For this reason, it can suppress that the structure of the planetary gear mechanism 72 becomes complicated, and the drive unit 40 increases in size.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the second motor 50 can be disposed outside the crankshaft 42 in the radial direction.
  • a stepped gear arranged coaxially with the crankshaft 42 is used as the sun gear 54.
  • the one-way clutch 66 may be provided between the sun gear 54 and the housing 44.
  • the first motor 48 can be arranged around the crankshaft 42 and coaxially with the crankshaft 42.
  • an internal gear can be formed on the carrier 62 and meshed with the output gear of the first motor 48.
  • the control unit 52 can also drive the second motor 50 in the forward rotation direction.
  • the one-way clutch 66 is not provided.
  • the gear ratio GR becomes small.
  • the transmission gear ratio GR can be reduced to less than 1.
  • a reduction mechanism may be provided between the crankshaft 42 and the carrier 62, or between the ring gear 56 and the front sprocket 30.
  • the gear ratio GR can be reduced to less than 1 by the speed reduction mechanism.
  • This reduction mechanism may be realized by at least two or more gears, or may be realized by a planetary gear mechanism.
  • the one-way clutch 66 can be provided between the rotor 50B and the support portion 44A. Further, the one-way clutch 66 can be provided between the rotor 50B and the portion of the housing 44 other than the support portion 44A.
  • the second motor 50 may be an outer rotor type motor in which the rotor 50B is arranged around the stator 50A.
  • the sun gear 54 and the output shaft of the second motor 50 can be configured separately, and the sun gear 54 and the output shaft of the second motor 50 can be connected by spline fitting or the like.
  • a one-way clutch 66 may be provided between the output shaft of the second motor 50 and the support portion 44A.
  • the one-way clutch 66 can be omitted. In this case, when the rotation of the sun gear 54 relative to the housing 44 is restricted, the rotation phase of the sun gear 54 relative to the housing 44 is maintained by controlling the second motor 50 not to rotate.
  • a one-way clutch 68 can be provided between the carrier 62 and the ring gear 56 as shown in FIG.
  • the one-way clutch 68 allows the output portion 64 and the ring gear 56 to rotate in the forward rotation direction with respect to the crankshaft 42 and the carrier 62. That is, when the output unit 64 and the ring gear 56 rotate faster than the crankshaft 42 and the carrier 62, relative rotation between the output unit 64 and the ring gear 56 and the crankshaft 42 and the carrier 62 is allowed.
  • the one-way clutch 68 regulates the rotation of the output portion 64 and the ring gear 56 in the reverse rotation direction with respect to the crankshaft 42 and the carrier 62.
  • the one-way clutch 68 may be constituted by a roller clutch or a pawl type clutch.
  • the one-way clutch 68 can be provided between the crankshaft 42 and the output part 64 as shown in FIG. In this case, the same effect as that of the modification shown in FIG. 7 can be obtained.
  • the crankshaft 42 may be omitted from the drive unit 40, and a crankshaft separate from the drive unit 40 may be attached. -At least one of the first motor 48 and the second motor 50 may be provided outside the housing 44.
  • the rotation of the crankshaft 42 is input to the carrier 78, and the rotation of the sun gear 74 is output to the front sprocket 30.
  • the ring gear 76 is rotatable with respect to the housing 44.
  • the first motor 48 is connected to the carrier 78 and transmits the torque of the first motor 48 to the carrier 78.
  • the second motor 50 is connected to the ring gear 76, transmits torque to the ring gear 76, and controls the rotation of the ring gear 76.
  • the transmission gear ratio GR by the planetary gear mechanism 72 is less than 1.
  • the gear ratio GR can be changed steplessly in the range of less than 1 and in the range of 1 or more. It is also possible to employ a configuration in which the gear ratio GR can be further reduced by driving the second motor 50 in the forward rotation direction.
  • the first motor 48 can be connected to the sun gear 74 as shown in FIG. In this case, the torque of the first motor 48 is transmitted to the sun gear 74.
  • the rotation of the crankshaft 42 is input to the sun gear 84, and the rotation of the carrier 88 is output to the front sprocket 30.
  • the ring gear 86 is rotatable with respect to the housing 44.
  • the first motor 48 is connected to the sun gear 84 and transmits the torque of the first motor 48 to the sun gear 84.
  • the second motor 50 is connected to the ring gear 86, transmits torque to the ring gear 86, and controls the rotation of the ring gear 86.
  • the transmission gear ratio GR by the planetary gear mechanism 82 is less than 1.
  • the transmission gear ratio GR can be changed steplessly in a range of less than 1 and in a range of 1 or more. It is also possible to employ a configuration in which the gear ratio GR can be further reduced by driving the second motor 50 in the reverse direction.
  • the first motor 48 can be connected to the carrier 88 as shown in FIG. In this case, the torque of the first motor 48 is transmitted to the carrier 88.
  • the rotation of the crankshaft 42 is input to the ring gear 96, and the rotation of the sun gear 94 is output to the front sprocket 30.
  • the carrier 98 is rotatable with respect to the housing 44.
  • the first motor 48 is connected to the ring gear 96 and transmits the torque of the first motor 48 to the ring gear 96.
  • the second motor 50 is connected to the carrier 98, transmits torque to the carrier 98, and controls the rotation of the carrier 98.
  • the rotation direction of the ring gear 96 and the rotation direction of the sun gear 94 are different.
  • a transmission gear 100 that changes the rotation direction is disposed between the sun gear 94 and the front sprocket 30.
  • the transmission gear 100, the sun gear 94, and the front sprocket 30 constitute a planetary gear mechanism.
  • the transmission gear 100 functions as a planetary gear
  • the sun gear 94 functions as a sun gear
  • the front sprocket 30 functions as a ring gear.
  • the transmission gear 100 may be disposed between the crankshaft 42 and the ring gear 96.
  • the first motor 48 can be connected to the sun gear 94 as shown in FIG. In this case, the torque of the first motor 48 is transmitted to the sun gear 94.
  • the rotation of the crankshaft 42 is input to the sun gear 106 and the rotation of the ring gear 108 is output to the front sprocket 30.
  • the carrier 110 is rotatable with respect to the housing 44.
  • the first motor 48 is connected to the sun gear 106 and transmits the torque of the first motor 48 to the sun gear 106.
  • the second motor 50 is connected to the carrier 110, transmits torque to the carrier 110, and controls the rotation of the carrier 110.
  • the rotation direction of the sun gear 106 and the rotation direction of the ring gear 108 are different.
  • a transmission gear 112 for changing the rotation direction is arranged between the ring gear 108 and the front sprocket 30.
  • the transmission gear 112, the ring gear 108, and the front sprocket 30 constitute a planetary gear mechanism.
  • the transmission gear 112 functions as a planetary gear
  • the ring gear 108 functions as a sun gear
  • the front sprocket 30 functions as a ring gear.
  • the first motor 48 can be connected to the ring gear 108 as shown in FIG. In this case, the torque of the first motor 48 is transmitted to the ring gear 108.

Abstract

本発明は、走行状況等に相応しい制御を行うことができる自転車用ドライブユニットを提供するものである。自転車用ドライブユニット（４０）は、遊星歯車機構（４６）と、第１モータ（４８）と、第２モータ（５０）とを含む。遊星歯車機構（４６）は、サンギア（５４）、サンギア（５４）のまわりにおいてサンギア（５４）と同軸に配置されるリングギア（５６）、サンギア（５４）とリングギア（５６）との間に配置される複数のプラネタリギア（５８）、および、複数のプラネタリギア（５８）を回転可能に保持し、クランク軸（４２）の回転が入力されるキャリア（６２）を備える。第１モータ（４８）は、キャリア（６２）にトルクを伝達するように構成されている。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）の回転を制御するように構成されている。

Description

自転車用ドライブユニット
　本発明は自転車用ドライブユニットに関する。
　従来より、特許文献１には、無段変速装置を備えた自転車が記載されている。この無段変速装置は、クランク軸に結合された遊星歯車機構と、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る。
特開平１０－２０３４６６号
　特許文献１の無段変速装置は、変速比を無段階に変更可能である。しかし、単一のモータが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う。このため、変速比とトルクの大きさとを独立して変更することができない。
　そこで、本願発明者は走行状況等に相応しい制御を実行できる自転車用ドライブユニットの開発に取り組んだ。
　本発明の目的は、走行状況等に相応しい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。
　本発明の一側面に従う自転車用ドライブユニットは、遊星歯車機構と、第１モータと、第２モータとを含み、前記遊星歯車機構は、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、前記第１モータは前記キャリアにトルクを伝達するように構成されており、前記第１モータは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ように構成されている。
　いくつかの例では、前記自転車用ドライブユニットは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。
　前記自転車用ドライブユニットの一形態によれば、前記クランク軸をさらに含み、前記クランク軸と、前記キャリアとが接続される。
　いくつかの例では、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。
　いくつかの例では、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。
　いくつかの例では、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。
　いくつかの例では、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る。
　いくつかの例では、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。
　いくつかの例では、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して前記サンギアが単一回転方向のみに回転することを許容するワンウェイクラッチとをさらに含む。
　いくつかの例では、前記自転車用ドライブユニットは、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して前記第２モータの前記出力軸または前記ロータが単一回転方向のみに回転することを許容するワンウェイクラッチとをさらに含む。
　いくつかの例では、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。
　いくつかの例では、前記自転車用ドライブユニットは、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して前記出力部が単一回転方向のみに回転することを許容するワンウェイクラッチとをさらに含む。
　いくつかの例では、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。
　いくつかの例では、前記第２モータは、前記遊星歯車機構の変速比を、少なくとも１．２～１．５の範囲を含んで変更する。
　いくつかの例では、前記第２モータは、前記遊星歯車機構の変速比を、０．２～３．０の範囲内において変更する。
　いくつかの例では、前記自転車用ドライブユニットは、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。
　本発明によれば、走行状況等に相応しい制御を行うことができる自転車用ドライブユニットが得られる。本発明の他の側面および利点は本発明の技術的思想の例を示す図面と共に以下の記載から明らかとなる。
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、遊星歯車機構４６、第１モータ４８、および第２モータ５０を備えている。ドライブユニット４０は、クランク軸４２、ハウジング４４、および制御部５２を備えることもできる。
　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。
　クランク軸４２は、例えば、スプライン嵌合または圧入等により第１キャリア６２Ａの内周に接続されている。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との間にワンウェイクラッチを介在してもよい。このワンウェイクラッチは、第１モータ４８の回転をキャリア６２に伝達するが、クランク軸４２が所定の単一回転方向に回転したときのキャリア６２の回転を第１モータ４８に伝達しないように構成される。
　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に対してサンギア５４が単一回転方向のみに回転することを許容する。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と第１モータ４８及び第２モータ５０とは例えば導体を介して接続されてよい。
　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への入力回転数に対する遊星歯車機構４６からの出力回転数の比である遊星歯車機構４６の変速比ＧＲ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の回転数（または回転角度）に対する出力部６４の回転数（または回転角度）の比が、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を駆動することにより、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を駆動することにより、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ＧＲが大きくなる。サンギア５４の回転速度に応じて、変速比ＧＲは無段階に変更される。なお、制御部５２は、変速比ＧＲを、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。制御部５２は、外部装置と無線または有線により通信可能に接続され、この外部装置から供給される指令に従って変速比ＧＲの段階の数、および、大きさを変更するように構成されてもよい。この外部装置は、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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲを１～３．０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ＧＲ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。したがって、自転車用ドライブユニットは走行状況等に相応しい制御を行うことができる。例えば、自転車用ドライブユニットは走行状況等に応じて変速比とアシスト力の両方を精密に変更するように構成され得る。
　（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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲ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。
　本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、以下のように変更してもよい。
　・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を正転方向に駆動することもできる。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ＧＲ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ＧＲを１未満に低下させることもできる。この場合、第２モータ５０は、変速比ＧＲ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ＧＲを１未満に低下させることもできる。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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲ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ＧＲ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。
　実施形態および変形例は適宜組合せまたは置換してもよい。こうした組合せまたは置換によって得られる作用効果は本願明細書および図面の開示から当業者であれば理解できるであろう。本発明は、例示したものに限定されるものではない。例えば、例示した特徴が本発明にとって必須であると解釈されるべきでなく、本発明の主題は、開示した特定の実施形態の全ての特徴より少ない特徴に存在することがある。
　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 (16)

  1. 　自転車用ドライブユニットであって、
    　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ように構成された第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ように構成された第２モータとを含む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. 　前記クランク軸をさらに含み、
    　前記クランク軸と、前記キャリアとが接続される、請求項１または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る、請求項５を引用する請求項６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して前記サンギアが単一回転方向のみに回転することを許容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して前記第２モータの前記出力軸または前記ロータが単一回転方向のみに回転することを許容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. 　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を引用する請求項９に記載の自転車用ドライブユニット。
  12. 　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して前記出力部が単一回転方向のみに回転することを許容するワンウェイクラッチとをさらに含む、請求項２または請求項２を引用する請求項３～１１のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
  13. 　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。
  14. 　前記第２モータは、前記遊星歯車機構の変速比を、少なくとも１．２～１．５の範囲を含んで変更する、請求項１～１３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２モータは、前記遊星歯車機構の変速比を、０．２～３．０の範囲内において変更する、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。
  16. 　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１～１５のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
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