WO2016104564A1 - 自転車用ドライブユニット - Google Patents

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WO2016104564A1
WO2016104564A1 PCT/JP2015/085939 JP2015085939W WO2016104564A1 WO 2016104564 A1 WO2016104564 A1 WO 2016104564A1 JP 2015085939 W JP2015085939 W JP 2015085939W WO 2016104564 A1 WO2016104564 A1 WO 2016104564A1
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crankshaft
carrier
ring gear
rotation
drive unit
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PCT/JP2015/085939
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English (en)
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山本　貴士
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Shimano Inc
Original Assignee
Shimano Inc
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/727—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/2079—Transmissions using gears with orbital motion using freewheel type mechanisms, e.g. freewheel clutches
    • F16H2200/2082—Transmissions using gears with orbital motion using freewheel type mechanisms, e.g. freewheel clutches one freewheel mechanisms

Definitions

  • the present invention relates to a bicycle drive unit.
  • Patent Document 1 describes a continuously variable transmission type bicycle drive unit.
  • the motor controls the rotation of the components of the planetary gear mechanism, whereby torque is transmitted to the planetary gear mechanism and the speed ratio of the planetary gear mechanism can be changed steplessly.
  • the planetary gear mechanism of this bicycle drive unit includes a planet carrier and a ring gear, and the rotation input to the planet carrier is output by the ring gear.
  • a one-way clutch is interposed between the pedal crankshaft and the planet carrier. The one-way clutch mechanically connects the pedal crankshaft and the planet carrier only when the pedal crankshaft rotates in the forward rotation direction, and transmits the rotation of the pedal crankshaft to the planet carrier.
  • This one-way clutch does not transmit the rotation of the pedal crankshaft to the planetary carrier when the pedal crankshaft is rotated in the direction opposite to the forward rotation direction. Therefore, the bicycle drive unit of Patent Document 1 cannot be coaster braked.
  • An object of the present invention is to provide a bicycle drive unit capable of coaster braking.
  • One form of the bicycle drive unit according to the present invention includes a planetary gear mechanism, a first motor, and a power switching mechanism, and the planetary gear mechanism includes an input body to which rotation of a crankshaft is input, and the planetary gear mechanism.
  • the first motor controls the rotation of the transmission body, and the output body rotates in the first rotational direction from the crankshaft.
  • the power switching mechanism causes the output body to rotate when rotation in the second rotation direction is input from the crankshaft to the input body. Rotate in a direction corresponding to the second rotation direction.
  • the power switching mechanism when the rotation in the second rotation direction is input from the crankshaft to the input body, the power switching mechanism connects the input body and the output body to rotate integrally. .
  • the input body is a ring gear
  • the output body is a carrier
  • the transmission body is a sun gear.
  • the power switching mechanism when the rotation in the first rotation direction from the crankshaft is input to the ring gear, the power switching mechanism is configured to rotate the carrier faster than the rotation of the ring gear.
  • the ring gear and the carrier are connected and rotated together.
  • the power switching mechanism is disposed between the ring gear or the crankshaft and the carrier.
  • the ring gear and the carrier include a portion in which an inner periphery of the ring gear and an outer periphery of the carrier face each other in the radial direction of the planetary gear mechanism, and the power switching mechanism includes the ring gear. Of the carrier and the outer periphery of the carrier.
  • the power switching mechanism is formed on one of an inner periphery of the ring gear and an outer periphery of the carrier, and has a groove having a different depth in the circumferential direction, and a rolling element disposed inside the groove. ,including.
  • the groove becomes shallower from the circumferential intermediate portion toward both ends.
  • the power switching mechanism further includes a housing in which a first biasing member, a second biasing member, and the planetary gear mechanism are provided, and the first biasing member includes the first biasing member, A force is applied to the rolling element toward one end of the groove, the second biasing member is slidably supported by the housing, and rotation in the second rotation direction is input from the crankshaft to the input body. When this is done, a force toward the other end of the groove is applied to the rolling element.
  • the input body is a carrier
  • the output body is a ring gear
  • the transmission body is a sun gear.
  • at least a part of the power switching mechanism is disposed between the ring gear and the carrier or the crankshaft.
  • the crankshaft and the ring gear include a portion in which an outer periphery of the crankshaft and an inner periphery of the ring gear face each other in the radial direction of the planetary gear mechanism, and the power switching mechanism includes The inner periphery of the ring gear and the outer periphery of the crankshaft are arranged at a portion facing each other.
  • the power switching mechanism includes a switching unit disposed at the portion where an outer periphery of the crankshaft and an inner periphery of the ring gear face each other, and the switching unit is coupled to the carrier.
  • a rotation shaft that is parallel to the axial direction of the carrier; and a claw portion that is rotatably supported by the rotation shaft, and the switching portion is configured to move the claw portion when the crankshaft rotates in the first rotation direction. Is separated from at least one of the crankshaft and the ring gear, and when the crankshaft rotates in the second rotation direction, the claw portion rotates around the rotation shaft, so that the claw portion and the crankshaft and The ring gear contacts and couples the carrier and the ring gear.
  • the power switching mechanism includes a convex portion formed on one of the outer periphery of the crankshaft and the inner periphery of the carrier at a portion where the outer periphery of the crankshaft and the inner periphery of the carrier are opposed to each other.
  • the outer periphery of the crankshaft and the inner periphery of the carrier are formed on the other of the outer periphery of the crankshaft and the inner periphery of the carrier, and the carrier is movable relative to the ring gear.
  • the biasing member further includes a force that presses the claw portion against the outer periphery of the crankshaft, and the claw portion is configured such that when the crankshaft rotates in the first rotation direction, the crankshaft is The claw portion rotates away from the second groove of the ring gear and moves away from the ring gear, and the crankshaft is moved to the second direction.
  • the claw portion When rotating in the rotation direction, the claw portion rotates so as to enter the second groove of the ring gear by the relative movement of the crankshaft in the second rotation direction with respect to the carrier.
  • the carrier and the ring gear are connected by being fitted in the second groove of the ring gear.
  • 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.
  • a housing that houses at least the planetary gear mechanism, an output shaft or rotor of the first motor, and the housing are provided between the housing and the output of the first motor with respect to the housing.
  • a one-way clutch that allows the shaft or the rotor to rotate only in a single rotational direction.
  • the sun gear is disposed coaxially with the crankshaft about the crankshaft.
  • the first motor is disposed coaxially with the crankshaft about the crankshaft.
  • the sun gear is integrally formed with the output shaft of the first motor.
  • an output unit connected to the output body and to which a front sprocket can be attached is further provided.
  • crankshaft is further provided.
  • the apparatus further includes a second motor that transmits torque to the output body or the input body.
  • the rotation shaft of the second motor is disposed away from the crankshaft in the radial direction of the crankshaft.
  • the apparatus further includes a control unit that controls the first motor and the second motor.
  • FIG. 5 The side view of the bicycle carrying the bicycle drive unit of a 1st embodiment.
  • Sectional drawing of the drive unit for bicycles of FIG. The schematic diagram which shows the rotation direction of each component of the planetary gear mechanism of FIG.
  • the expanded sectional view of the power switching mechanism of FIG. FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 4; Sectional drawing when the crankshaft of FIG. 5 rotates in the reverse rotation direction.
  • Sectional drawing when the ring gear and carrier of the planetary gear mechanism of FIG. 5 rotate integrally in the normal rotation direction.
  • the expanded sectional view of the power switching mechanism of FIG. FIG. 12 is a sectional view taken along line 12-12 in FIG. 11; Sectional drawing when the crankshaft of FIG. 12 rotates in the reverse rotation direction.
  • 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 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 power switching mechanism 48, and a first motor 50.
  • the drive unit 40 can also include a crankshaft 42, a housing 44, and a second motor 52.
  • the housing 44 houses a planetary gear mechanism 46, a power switching mechanism 48, a first motor 50, and a second motor 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 planet carrier (sometimes simply referred to as a carrier) 62.
  • the ring gear 56 functions as an input body to which rotation of the crankshaft 42 is input.
  • the carrier 62 functions as an output body that outputs the rotation of the planetary gear mechanism 46 to the outside.
  • the sun gear 54 functions as a transmission body.
  • 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.
  • the crankshaft 42 is connected to the inner periphery (center portion) of the ring gear 56 by, for example, spline fitting or press fitting.
  • the rotation of the crankshaft 42 is input to the ring gear 56, and the ring gear 56 rotates integrally with the crankshaft 42.
  • 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.
  • 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 62A faces the end of the small diameter portion 58B of each planetary gear 58 in the axial direction
  • the second carrier 62B faces the end of the large diameter portion 58A of each planetary gear 58.
  • the first carrier 62A and the second carrier 62B are coupled so as not to move relative to each other, and rotate integrally.
  • the first carrier 62A and the second carrier 62B may be integrally formed.
  • the first carrier 62A includes a cylindrical connecting portion 62C arranged in a space formed between the inner periphery of the sun gear 54 and the crankshaft 42.
  • An output unit 64 is connected to the end of the coupling unit 62C.
  • 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 output part 64 may be formed integrally with the connecting part 62C.
  • the first motor 50 is disposed coaxially with the crankshaft 42 around the crankshaft 42.
  • the first motor 50 is disposed at a position adjacent to the planetary gear mechanism 46 in the axial direction of the crankshaft 42.
  • the first motor 50 is disposed between the planetary gear mechanism 46 and the front sprocket 30 in the axial direction of the crankshaft 42.
  • the first motor 50 is an inner rotor type motor, and includes a stator 50A supported by the housing 44 and a rotor 50B disposed on the inner peripheral side of the stator 50A.
  • 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 first motor 50.
  • the rotor 50B and the sun gear 54 can rotate with respect to the crankshaft 42.
  • the first motor 50 transmits torque to the sun gear 54 and controls the rotation of the sun gear 54.
  • the stator 50 ⁇ / b> A is fixed to the housing 44.
  • the rotating shaft of the second motor 52 is disposed away from the crankshaft 42 in the radial direction of the crankshaft 42.
  • the output gear 52 ⁇ / b> A of the second motor 52 is meshed with a gear 56 ⁇ / b> A formed on the outer periphery of the ring gear 56.
  • the second motor 52 transmits torque to the ring gear 56 via the gear 56A.
  • a one-way clutch can be provided in the power transmission path between the rotation shaft of the second motor 52 and the ring gear 56. This one-way clutch transmits the rotation of the second motor 52 to the ring gear 56, but does not transmit the rotation of the ring gear 56 when the crankshaft 42 rotates in the single rotation direction to the second motor 52. Composed.
  • the power switching mechanism 48 is disposed between the carrier 62 and the ring gear 56.
  • the outer periphery of the second carrier 62B and the inner periphery of the ring gear 56 are in the radial direction. It is arrange
  • the power switching mechanism 48 includes a plurality of rolling elements 66, a retainer 68 that holds the plurality of rolling elements 66, a first urging member 70 (see FIG. 5), and a second urging member 72.
  • the plurality of rolling elements 66 are arranged inside a groove 56 ⁇ / b> B formed on the inner periphery of the ring gear 56.
  • the depth of the groove 56B is different in the circumferential direction.
  • the groove 56B becomes shallower from the intermediate portion in the circumferential direction toward both ends.
  • the first urging member 70 is attached to the groove 56B and the retainer 68.
  • the first urging member 70 applies a force toward the one end of the groove 56 ⁇ / b> B to the plurality of rolling elements 66.
  • the direction of the force applied to the rolling element 66 by the first urging member 70 is the direction opposite to the rotation direction of the crankshaft 42 (reverse rotation direction) when the bicycle 10 moves forward.
  • the second urging member 72 is an annular spring member.
  • the second urging member 72 is a so-called slide spring.
  • the second urging member 72 is fitted into a cylindrical support portion 44 ⁇ / b> A having an annular portion provided inside the housing 44.
  • the support portion 44 ⁇ / b> A extends from the inner wall of the housing 44.
  • One end and the other end in the circumferential direction of the second urging member 72 are separated from each other.
  • One end of the second urging member 72 is fitted in a groove 68 ⁇ / b> A formed in the retainer 68.
  • the second urging member 72 is slidably supported by the support portion 44A.
  • the second urging member 72 applies a force toward the other end of the groove 56 ⁇ / b> B to the rolling element 66 when rotation in the other direction (for example, reverse direction) is input from the crankshaft 42 to the ring gear 56.
  • the direction of the force applied by the second urging member 72 to the plurality of rolling elements 66 is equal to the direction of the rotation direction (forward rotation direction) of the crankshaft 42 when the bicycle 10 moves forward.
  • the second urging member 72 applies a force toward the rolling element 66 toward one end of the groove 56B.
  • the rotation in the forward direction from the crankshaft 42 is input to the ring gear 56, the ring gear 56 rotates in the forward direction, and the rotation of the carrier 62 is in the forward direction and the ring gear 56.
  • the plurality of rolling elements 66 move to a shallow portion that is one end of the groove 56B by the cooperation of the first urging member 70 and the second urging member 72, and the ring gear 56 and the carrier 62 are moved. And For this reason, the carrier 62 rotates in the forward rotation direction integrally with the ring gear 56. Until the rotation of the carrier 62 becomes faster than the rotation of the ring gear 56, the plurality of rolling elements 66 connect the ring gear 56 and the carrier 62 and rotate together.
  • the drive unit 40 further includes a control unit 74.
  • the control unit 74 is accommodated in the housing 44.
  • the control unit 74 includes a drive circuit that drives the first motor 50 and a drive circuit that drives the second motor 52.
  • the control unit 74 drives the first motor 50 and the second motor 52 using electric power supplied from the battery 36 (see FIG. 1).
  • the control unit 74 controls the first motor 50 and the second motor 52 based on signals input from 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 a strain sensor provided in the ring gear 56, for example. In this case, the output from the strain sensor is given to the control unit 74 via a wireless communication device or a slip ring.
  • the strain sensor is, for example, a strain gauge.
  • the control unit 74 may calculate the torque based on the current applied to at least one of the first motor 50 and the second motor 52.
  • the control unit 74 receives an operation signal for changing the transmission gear ratio GR of the planetary gear mechanism 46 that is the rotation number output from the planetary gear mechanism 46 with respect to the rotation number input to the planetary gear mechanism 46.
  • the first motor 50 is controlled so that the ratio of the rotation of the output unit 64 to the rotation of the crankshaft 42 becomes a predetermined gear ratio.
  • the control unit 74 controls the second motor 52 so that the output of the second motor 52 with respect to the human driving force is increased when an operation signal for changing the assist force is input from an operation device (not shown). To do.
  • the control unit 74 and the first motor 50 and the second motor 52 may be connected via a conductor, for example.
  • the controller 74 transmits the torque in the reverse direction to the sun gear 54 by driving the first 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 carrier 62 also increases, and the gear ratio GR increases.
  • the control unit 74 can also control the gear ratio GR, that is, the rotational speed of the sun gear 54 to change stepwise. It is also possible to connect the control unit 74 and an external device wirelessly or by wire, and change the number and size of the gear ratio GR using this external device.
  • the external device is, for example, a cycle computer or a personal computer.
  • the controller 74 transmits the torque in the forward direction to the carrier 62 by driving the second motor 52. 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 rotation input to the planetary gear mechanism 46 when the sun gear 54 does not rotate relative to the housing 44. Is decelerated and output.
  • the power switching mechanism 48 rotates the carrier 62 and the ring gear 56 integrally when the rotation speed of the carrier 62 becomes equal to or lower than the rotation speed of the ring gear 56.
  • the gear ratio GR is 1 when the control unit 74 performs control to stop the rotation of the sun gear 54 relative to the housing 44.
  • the drive unit 40 has the following operations and effects.
  • the drive unit 40 includes a power switching mechanism 48 that rotates the carrier 62 in the reverse rotation direction when rotation in the reverse rotation direction is input from the crankshaft 42 to the ring gear 56. Therefore, when the driver rotates the crank arm 24 in the reverse direction, torque in the reverse direction is transmitted to the ring gear 56 and the front sprocket 30. Thus, the drive unit 40 can be coaster braked. Since the power switching mechanism 48 is mechanically configured and non-electrical, the coaster brake can function regardless of the presence or absence of a battery.
  • the power switching mechanism 48 when rotation in the reverse direction from the crankshaft 42 is input to the ring gear 56, connects the ring gear 56 and the carrier 98 to rotate integrally. For this reason, since the rotation of the ring gear 56 in the reverse rotation direction is changed by the planetary gear mechanism 86 and is transmitted to the carrier 98, the torque loss in the planetary gear mechanism 86 is reduced. It is preferable in terms of performance. Further, since the movement angle of the crankshaft 42 when the crankshaft 42 rotates in the reverse direction and the movement angle of the front sprocket 30 are equal, the drive unit 40 does not give the driver a sense of discomfort during coaster braking.
  • the power switching mechanism 48 allows relative rotation between the ring gear 56 and the carrier 62, and connects the ring gear 56 and the carrier 62 until the rotation of the carrier 62 becomes faster than the rotation of the ring gear 56. Rotate together. For this reason, even when the supply of power to the first motor 50 is stopped, rotation can be output from the planetary gear mechanism 46. Since the drive unit 40 can stop supplying power to the first motor 50 when the gear ratio GR is 1, it supplies power to the first motor 50 and maintains the phase of the sun gear 54 with respect to the housing 44. Compared with the structure to perform, it can contribute to the consumption reduction of electric power.
  • the drive unit 40 realizes the function of the coaster brake and the function of restricting the rotation of the sun gear 90 with respect to the housing 44 when the power supply to the first motor 50 is stopped by one power switching mechanism 48. ing. Therefore, the structure of the drive unit 40 can be simplified as compared with the case where these functions are realized by different mechanisms.
  • the first motor 50 is arranged around the crankshaft 42 and coaxially with 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 first 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 second motor 52 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 2nd motor 52 is arrange
  • the output unit 64 is disposed offset to 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 40 includes a second motor 52 that transmits torque to the carrier 62, and a first 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 first motor 50 and the change of the assist force by the second motor 52 can be performed independently. For this reason, the control according to a driving
  • a drive unit 80 of the second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the drive unit 80 includes a crankshaft 82, a housing 84, a planetary gear mechanism 86, a power switching mechanism 88, a first motor 50, a second motor 52, and a control unit 74. .
  • the housing 84 houses the planetary gear mechanism 86, the power switching mechanism 88, the first motor 50, the second motor 52, and the control unit 74.
  • the housing 84 supports the crankshaft 82 to be rotatable.
  • the crankshaft 82 is provided through the housing 84.
  • the planetary gear mechanism 86 includes a sun gear 90 that is a transmission body, a ring gear 92 that is an output body that outputs rotation of the planetary gear mechanism 86 to the outside, a plurality of planetary gears 94, a plurality of planetary pins 96, and a crankshaft 82.
  • a carrier 98 which is an input body to which rotation is input is provided.
  • the sun gear 90 is disposed coaxially with the crankshaft 82 around the crankshaft 82.
  • the ring gear 92 is disposed coaxially with the sun gear 90 around the sun gear 90.
  • An output unit 100 is connected to the ring gear 92.
  • One end of the output unit 100 is accommodated in the housing 84, and the other end is exposed from the housing 84.
  • a bolt B is screwed into the inner periphery of the portion of the output unit 100 exposed from the housing 84.
  • the ring gear 92 and the output unit 100 may be integrally formed.
  • the plurality of planetary gears 94 are disposed between the sun gear 90 and the ring gear 92.
  • Each planetary gear 94 includes a large diameter portion 94A and a small diameter portion 94B.
  • the outer peripheral gear of the large-diameter portion 94 ⁇ / b> A is disposed at a portion facing the outer periphery of the sun gear 90 and meshed with the sun gear 90.
  • the outer peripheral gear of the small diameter portion 94 ⁇ / b> B is disposed at a portion facing the inner periphery of the ring gear 92 and meshed with the ring gear 92.
  • the planetary gear 94 having the large-diameter portion 94A and the small-diameter portion 94B is used, but a planetary gear constituted by a normal single gear may be used.
  • the plurality of planetary pins 96 each penetrate the planetary gear 94 in the axial direction.
  • Each planetary pin 96 supports each planetary gear 94 rotatably.
  • Both end portions of each planetary pin 96 are rotatably supported by a carrier 98.
  • each planetary pin 96 may be supported by each planetary gear 94 so as not to rotate.
  • both ends of each planetary pin 96 may be supported by the carrier 98 so as not to rotate.
  • the carrier 98 is arranged coaxially with the crankshaft 82 around the crankshaft 82.
  • the carrier 98 rotatably holds a plurality of planetary gears 94 via a plurality of planetary pins 96. Therefore, the plurality of planetary gears 94 revolve around the sun gear 90 between the sun gear 90 and the ring gear 92.
  • the carrier 98 includes a first carrier 98A that supports one end of the plurality of planetary pins 96, and a second carrier 98B that supports the other end of the plurality of planetary pins 96.
  • the first carrier 98A faces the end of the small diameter portion 94B of the planetary gear 94
  • the second carrier 98B faces the end of the large diameter portion 94A of the planetary gear 94.
  • the first carrier 98A and the second carrier 98B are coupled so as not to move relative to each other, and rotate integrally.
  • the first carrier 98A and the second carrier 98B may be integrally formed.
  • the inner periphery of the second carrier 98B and the outer periphery of the crankshaft 82 include opposing portions. As shown in FIG. 12, a convex portion 98D protruding toward the crankshaft 82 is formed on the inner periphery of the second carrier 98B. A first groove 82A is formed in a portion of the crankshaft 82 facing the convex portion 98D. The convex portion 98D is fitted in the first groove 82A. The size of the first groove 82A in the circumferential direction is larger than the size of the convex portion 98D in the circumferential direction. For this reason, the second carrier 98B can move relative to the crankshaft 82 by a difference between the circumferential size of the first groove 82A and the circumferential size of the convex portion 98D.
  • the first motor 50 is disposed at a position adjacent to the planetary gear mechanism 86 in the axial direction of the crankshaft 82.
  • the first motor 50 is disposed on the opposite side of the front sprocket 30 with respect to the planetary gear mechanism 86 in the axial direction of the crankshaft 82.
  • a support portion 84A of the housing 84 is disposed between the inner periphery of the rotor 50B of the first motor 50 and the crankshaft 82.
  • the support portion 84 ⁇ / b> A has a cylindrical shape and is coaxial with the crankshaft 82.
  • the rotor 50B is rotatably supported by the support portion 84A.
  • the rotor 50B is supported by the support portion 84A via a pair of bearings 84B.
  • the end of the sun gear 90 is attached to the end of the rotor 50B in the axial direction. That is, the sun gear 90 is formed integrally with the output shaft of the first motor 50.
  • the rotor 50B and the sun gear 90 can rotate with respect to the crankshaft 82.
  • the first motor 50 transmits torque to the sun gear 90 and controls the rotation of the sun gear 90.
  • the stator 50 ⁇ / b> A is fixed to the housing 84.
  • the support portion 84 ⁇ / b> A includes a portion extending in a space formed between the inner periphery of the sun gear 90 and the crankshaft 82.
  • a one-way clutch 102 is provided between the inner periphery of the sun gear 90 and the outer periphery of the support portion 84A.
  • the one-way clutch 102 allows the sun gear 90 to rotate only in the single rotation direction with respect to the support portion 84A.
  • the one-way clutch 102 allows the sun gear 90 to rotate only in the reverse rotation direction with respect to the support portion 84A. Therefore, the sun gear 90 cannot rotate in the normal rotation direction with respect to the support portion 84A.
  • the one-way clutch 102 may be constituted by a roller clutch or a pawl type clutch.
  • the output gear 52A of the second motor 52 is meshed with a gear 98C formed on the outer periphery of the second carrier 98B.
  • the second motor 52 transmits torque to the carrier 98 via the gear 98C.
  • a one-way clutch can be provided in the power transmission path between the rotation shaft of the second motor 52 and the carrier 98. This one-way clutch is configured to transmit the rotation of the second motor 52 to the carrier 98 but not to transmit the rotation of the carrier 98 when the crankshaft 82 rotates in one direction.
  • the power switching mechanism 88 is disposed between the crankshaft 82 and the ring gear 92.
  • the outer periphery of the crankshaft 82 and the inner periphery of the ring gear 92 are planetary gear mechanisms. It arrange
  • the power switching mechanism 88 includes a switching unit 104 and an urging member 106.
  • a second groove 92 ⁇ / b> A is formed on the inner periphery of the center portion of the ring gear 92 at a position facing the claw portion 110 of the power switching mechanism 88.
  • a plurality of second grooves 92A are formed at regular intervals, for example, at regular intervals.
  • the switching unit 104 is connected to the second carrier 98B, and specifically, is connected to the inner peripheral portion of the second carrier 98B.
  • the switching unit 104 includes a rotation shaft 108 that is coupled to the second carrier 98B and is parallel to the axial direction of the second carrier 98B, and a claw portion 110 that is rotatably supported around the rotation shaft 108.
  • the biasing member 106 applies a force to the claw portion 110 to press the one end portion 110 ⁇ / b> A of the claw portion 110 against the outer periphery of the crankshaft 82.
  • a third groove 82B is formed in a portion of the crankshaft 82 where the claw portion 110 is disposed.
  • crankshaft 82 moves relative to the carrier 98 in one direction (for example, the forward rotation direction).
  • the end surface 82C in the reverse direction of the first groove 82A of the shaft 82 presses the convex portion 98D of the second carrier 98B.
  • the crankshaft 82 and the second carrier 98B rotate integrally in the forward rotation direction.
  • one end portion 110A of the claw portion 110 is pushed in a direction opposite to the direction in which the biasing member 106 is biased by a portion of the outer periphery of the crankshaft 82 where the third groove 82B is not formed. Yes.
  • the other end part 110 ⁇ / b> B of the claw part 110 moves in a direction away from the second groove 92 ⁇ / b> A of the ring gear 92.
  • the claw portion 110 is in contact with a portion of the outer periphery of the crankshaft 82 where the third groove 82B is not formed, and is not in contact with the inner periphery of the ring gear 92.
  • the relative rotation between the carrier 98 and the ring gear 92 is allowed.
  • the claw portion 110 is kept in contact with a portion of the outer periphery of the crankshaft 82 where the third groove 82B is not formed, so that the claw portion 110 is in the ring.
  • claw part 110 rotates around the rotating shaft 108 so that one end part 110A of the nail
  • the other end portion 110B of the claw portion 110 moves in a direction approaching the ring gear 92, fits into the second groove 92A of the ring gear 92, contacts the inner surface of the second groove 92A, and the second carrier. 98B and the ring gear 92 are connected.
  • the ring gear 92 and the carrier 98 are integrally rotated in the reverse direction.
  • the control unit 74 transmits the torque in the reverse rotation direction to the sun gear 90 by driving the first motor 50. Accordingly, as shown in FIG. 10, the rotation of the sun gear 90 accelerates the rotation speed of the planetary gear 94 that rotates around the sun gear 90. For this reason, the rotational speed of the ring gear 92 is also increased, and the transmission gear ratio GR is increased. Depending on the rotational speed of the sun gear 90, the transmission gear ratio GR is changed steplessly.
  • the control unit 74 shown in FIG. 9 stops the supply of power to the first motor 50, the driving of the first motor 50 is stopped. Since the one-way clutch 102 is provided between the sun gear 90 and the support portion 84A, the rotation of the sun gear 90 with respect to the support portion 84A is restricted. For this reason, when the control unit 74 stops supplying power to the first motor 50, the transmission gear ratio GR is maintained at the transmission gear ratio GR corresponding to the number of gears of each component of the planetary gear mechanism 86.
  • the planetary gear mechanism 86 is input to the planetary gear mechanism 86 when the sun gear 90 does not rotate with respect to the support portion 84A because the carrier 98 functions as an input unit and the ring gear 92 is connected to the output unit 64.
  • the gear ratio GR when the control unit 74 stops supplying power to the first motor 50 is 1 or more, for example, 1.2 or more.
  • the first motor 50 preferably changes the transmission gear ratio GR including a range of at least 1.2 to 1.5.
  • the maximum value of the gear ratio GR that is changed by the first motor 50 is, for example, 3.0 or less. In other words, the first motor 50 changes the speed ratio GR within the range of 1 to 3.0.
  • the drive unit 40 has the following operations and effects in addition to the effects according to (1) to (3) and (5) to (9) of the first embodiment.
  • the planetary gear mechanism 86 has a gear ratio GR of 1 or more when the rotation of the first 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 first motor 50 is stopped, the range of the gear ratio GR is increased without increasing the size of the first motor 50. It can be enlarged in one or more regions.
  • the rotational speed of the ring gear 92 is equal to or higher than the rotational speed of the carrier 98 when the sun gear 90 does not rotate. Since the second motor 52 is connected to the carrier 98, the second motor 52 is provided when assisting force is applied, compared to a configuration in which the second motor 52 is connected to the ring gear to transmit torque. It can suppress that the rotational speed of becomes large. For this reason, it is possible to contribute to reduction of power consumption of the second motor 52.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the power switching mechanism 48 of the first embodiment can be disposed between the crankshaft 42 and the carrier 62.
  • a groove having a different depth in the circumferential direction is formed on one of the outer periphery of the crankshaft 42 and the inner periphery of the carrier 62, and the rolling elements are disposed inside the groove.
  • the power switching mechanism 48 rotates the crankshaft 42 and the crankshaft 42 integrally, and rotates the ring gear 56 and the carrier 62 integrally.
  • grooves having different depths in the circumferential direction can be formed in a portion facing the ring gear 56.
  • the rolling element 66 is disposed in this groove.
  • the groove 56B of the ring gear 56 can be omitted.
  • the groove 56B of the ring gear 56 of the first embodiment can be changed to a groove that has a deep end in the reverse rotation direction and becomes shallower toward the normal rotation direction.
  • the rolling element 66 is disposed at the end of the groove 56B in the reverse rotation direction, the ring gear 56 and the carrier 62 can be rotated relative to each other.
  • a one-way clutch is provided between the sun gear 54 or the rotor 50B and the housing 44, and the rotation of the sun gear 54 relative to the housing 44 when the supply of power to the first motor 50 is stopped by the one-way clutch is regulated. You can also.
  • a one-way clutch can be provided between the crankshaft 42 and the carrier 62, and the rotation of the crankshaft 42 relative to the carrier 62 can be restricted when the supply of power to the first motor 50 is stopped by the one-way clutch. .
  • the power switching mechanism 48 of the first embodiment can be changed to a claw-type power switching mechanism.
  • the connection between the ring gear 56 and the carrier 62 is released, and when rotation in the reverse direction is input from the crankshaft 42, the carrier 62 and the ring gear 56 are integrated. Any configuration can be adopted as long as the configuration rotates in the reverse direction.
  • the one-way clutch 102 of 2nd Embodiment can also be provided between the rotor 50B and the support part 84A.
  • the one-way clutch 102 can be provided between the rotor 50B and a portion of the housing 84 other than the support portion 84A.
  • the one-way clutch 102 of the second embodiment can be omitted.
  • the rotational phase of the sun gear 90 relative to the housing 84 is maintained by controlling the first motor 50 not to rotate.
  • the power switching mechanism 88 of 2nd Embodiment can also be provided between the crankshaft 82 and the output part 100, as FIG. 14 shows.
  • a second groove is formed in the output unit 100, and the switching unit 104 is disposed at a portion where the inner periphery of the output unit 100 and the outer periphery of the crankshaft 82 face each other.
  • each embodiment can also drive the 1st motor 50 to a normal rotation direction.
  • the groove 56B of the ring gear 56 of the first embodiment is changed to a groove whose end in the reverse rotation direction is deep and becomes shallower toward the normal rotation direction.
  • the one-way clutch 102 of the second embodiment is not provided.
  • the first motor 50 of each embodiment can be disposed outside the crankshafts 42 and 82 in the radial direction.
  • stepped gears arranged coaxially with the crankshafts 42 and 82 are used as the sun gears 54 and 90.
  • the first motor 50 in each embodiment may be an outer rotor type motor in which the rotor 50B is arranged around the stator 50A.
  • the sun gears 54 and 90 of each embodiment and the output shaft of the first motor 50 may be configured separately, and the sun gears 54 and 90 and the output shaft of the first motor 50 may be connected by spline fitting or the like. it can.
  • the 2nd motor 52 of each embodiment can also be arrange
  • FIG. The second motor 52 in each embodiment can be omitted.
  • the second motor 52 of the first embodiment can be connected to the ring gear 56. Also, the second motor 52 of the second embodiment can be connected to the carrier 98. In short, the second motor 52 can be connected to either the input body or the output body of the planetary gear mechanisms 46 and 86.
  • crankshafts 42 and 82 may be omitted from the drive units 40 and 80 of each embodiment, and a crankshaft separate from the drive units 40 and 80 may be attached.
  • at least one of the first motor 50 and the second motor 52 can be provided outside the housings 44 and 84.
  • a reduction mechanism may be provided between the crankshafts 42 and 82 and the carriers 62 and 98 in the embodiments, or between the ring gears 56 and 92 and the front sprocket 30.
  • This reduction mechanism may be realized by at least two or more gears, or may be realized by a planetary gear mechanism.
  • the planetary gear mechanisms 46 and 86 of the embodiments may be planetary gear mechanisms in which the input body is a carrier, the output body is a sun gear, and the transmission body is a ring gear.
  • the planetary gear mechanisms 46 and 86 of each embodiment may be planetary gear mechanisms in which the input body is a sun gear, the output body is a carrier, and the transmission body is a ring gear.
  • the planetary gear mechanisms 46 and 86 of each embodiment can be planetary gear mechanisms in which the input body is a ring gear, the output body is a sun gear, and the transmission body is a carrier.
  • this planetary gear mechanism the rotation direction of the ring gear and the rotation direction of the sun gear are different. For this reason, a transmission gear for changing the rotation direction is provided between the sun gear and the front sprocket 30.
  • the planetary gear mechanisms 46 and 86 of each embodiment can be planetary gear mechanisms in which the input body is a sun gear, the output body is a ring gear, and the transmission body is a carrier.
  • this planetary gear mechanism the rotation direction of the sun gear and the rotation direction of the ring gear are different. For this reason, a transmission gear for changing the rotation direction is provided between the ring gear and the front sprocket 30.
  • crankshafts 42 and 82, the sun gears 54 and 90, the carriers 62 and 98, or the ring gears 56 and 92 may be configured separately.
  • the connecting portion 62C of the first embodiment can be configured separately from the first carrier 62A, and can be connected and rotated together by spline fitting or press-fitting.
  • portion where the second groove 92A of the ring gear 92 of the second embodiment is formed is configured separately from the outer peripheral portion of the ring gear 92, and is connected to each other by spline fitting or press-fitting to rotate integrally. Can be made.
  • the rotation direction (forward rotation direction) of the crankshaft when the bicycle 10 moves forward is the first rotation direction
  • the reverse rotation direction is the second rotation direction, but may be opposite.
  • Embodiments and modifications may be combined or replaced as appropriate. The effects obtained by such combinations or substitutions will be understood by those skilled in the art from the disclosure of the present specification and drawings.
  • This invention is not limited to what was illustrated.
  • the illustrated features should not be construed as essential to the invention, and the subject matter of the invention may reside in fewer features than all the features of the specific embodiments disclosed.

Landscapes

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Abstract

自転車用ドライブユニット（４０）は、遊星歯車機構（４６）と、第１のモータ（５０）と、動力切替機構（４８）とを含み、前記遊星歯車機構（４６）は、クランク軸（４２）の回転が入力される入力体（５６）、前記遊星歯車機構（４６）の回転を外部に出力する出力体（６２）、および伝達体（５４）を備え、前記第１のモータ（５０）は、前記伝達体（５４）の回転を制御し、前記出力体（６２）は、前記クランク軸（４２）から第１回転方向の回転が前記入力体に入力されるとき、前記第１回転方向に応じた方向に回転し、前記動力切替機構（４８）は、前記クランク軸（４２）から第２回転方向の回転が前記入力体（５６）に入力されるとき、前記出力体（６２）を前記第２回転方向に応じた方向に回転させる。

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。
　特許文献１には、無段変速式の自転車用ドライブユニットが記載されている。この自転車用ドライブユニットでは、モータが遊星歯車機構の構成要素の回転を制御することにより、遊星歯車機構にトルクを伝達し、かつ、遊星歯車機構の変速比を無段階に変更することができる。
　この自転車用ドライブユニットの遊星歯車機構は、遊星キャリアとリングギアとを含み、遊星キャリアに入力された回転をリングギアにより出力する。ペダルクランク軸と遊星キャリアとの間にワンウェイクラッチが介在されている。このワンウェイクラッチは、ペダルクランク軸が前進回転方向に回転するときにのみペダルクランク軸と遊星キャリアとを機械的に連結してペダルクランク軸の回転を遊星キャリアに伝達する。
特開２００８－２８５０６９号
　このワンウェイクラッチは、ペダルクランク軸が前進回転方向とは反対方向に回転されたときには、ペダルクランク軸の回転を遊星キャリアに伝達しない。したがって、特許文献１の自転車用ドライブユニットはコースターブレーキング不能である。
　本発明の目的は、コースターブレーキング可能な自転車用ドライブユニットを提供することにある。
　本発明に従う自転車用ドライブユニットの一形態は、遊星歯車機構と、第１のモータと、動力切替機構とを含み、前記遊星歯車機構は、クランク軸の回転が入力される入力体、前記遊星歯車機構の回転を外部に出力する出力体、および伝達体を備え、前記第１のモータは、前記伝達体の回転を制御し、前記出力体は、前記クランク軸から第１回転方向の回転が前記入力体に入力されるとき、前記第１回転方向に応じた方向に回転し、前記動力切替機構は、前記クランク軸から第２回転方向の回転が前記入力体に入力されるとき、前記出力体を前記第２回転方向に応じた方向に回転させる。
　いくつかの例では、前記動力切替機構は、前記クランク軸から前記第２回転方向の回転が前記入力体に入力されるとき、前記入力体と前記出力体とを連結して一体的に回転させる。
　いくつかの例では、前記入力体は、リングギアであり、前記出力体は、キャリアであり、前記伝達体は、サンギアである。
　いくつかの例では、前記動力切替機構は、前記クランク軸から前記第１回転方向の回転が前記リングギアに入力され、前記キャリアの回転が前記リングギアの回転よりも速いとき、前記リングギアと前記キャリアとの相対回転を許容する。
　いくつかの例では、前記動力切替機構は、前記クランク軸から前記第１回転方向の回転が前記リングギアに入力されたとき、前記キャリアの回転が前記リングギアの回転よりも速くなるまでは、前記リングギアと前記キャリアとを連結して一体的に回転させる。
　いくつかの例では、前記動力切替機構の少なくとも一部は、前記リングギアまたは前記クランク軸と、前記キャリアとの間に配置される。
　いくつかの例では、前記リングギアおよび前記キャリアは、前記リングギアの内周と前記キャリアの外周とが前記遊星歯車機構の径方向において対向する部分を含み、前記動力切替機構は、前記リングギアの内周と前記キャリアの外周とが対向する部分に配置される。
　いくつかの例では、前記動力切替機構は、前記リングギアの内周および前記キャリアの外周の一方に形成され、周方向において深さの異なる溝と、前記溝の内部に配置される転動体と、を含む。
　いくつかの例では、前記溝は、周方向の中間部から両端部に向かうにつれて浅くなる。
　いくつかの例では、前記動力切替機構は、第１の付勢部材、第２の付勢部材、および、前記遊星歯車機構が設けられるハウジングをさらに含み、前記第１の付勢部材は、前記転動体に前記溝の一端に向かう力を付与し、前記第２の付勢部材は、前記ハウジングに摺動可能に支持され、前記クランク軸から前記第２回転方向の回転が前記入力体に入力されるとき、前記転動体に前記溝の他端に向かう力を付与する。
　いくつかの例では、前記入力体は、キャリアであり、前記出力体は、リングギアであり、前記伝達体は、サンギアである。
　いくつかの例では、前記動力切替機構の少なくとも一部は、前記リングギアと、前記キャリアまたは前記クランク軸との間に配置される。
　いくつかの例では、前記クランク軸および前記リングギアは、前記クランク軸の外周と前記リングギアの内周とが前記遊星歯車機構の径方向において対向する部分を含み、前記動力切替機構は、前記リングギアの内周と前記クランク軸の外周とが対向する部分に配置される。
　いくつかの例では、前記動力切替機構は、前記クランク軸の外周と前記リングギアの内周とが対向する前記部分に配置される切替部を備え、前記切替部は、前記キャリアに連結されて前記キャリアの軸方向に平行な回転軸と、前記回転軸に回転可能に支持される爪部とを備え、前記切替部は、前記クランク軸が前記第１回転方向に回転するとき、前記爪部が前記クランク軸および前記リングギアの少なくとも一方から離れ、前記クランク軸が前記第２回転方向に回転するとき、前記爪部が前記回転軸まわりで回転することにより、前記爪部と前記クランク軸および前記リングギアとが接触して前記キャリアと前記リングギアとを連結する。
　いくつかの例では、前記動力切替機構は、前記クランク軸の外周と前記キャリアの内周とが対向する部分において前記クランク軸の外周と前記キャリアの内周の一方に形成される凸部と、前記クランク軸の外周と前記キャリアの内周とが対向する部分において前記クランク軸の外周と前記キャリアの内周の他方に形成され、前記キャリアが前記リングギアに対して移動可能になるように前記凸部を収容する第１の溝と、前記リングギアの内周において前記クランク軸の外周と対向する部分に形成される第２の溝と、前記爪部に力を付与する付勢部材とをさらに含み、前記付勢部材は、前記爪部に前記クランク軸の外周に押さえつける力を付与し、前記爪部は、前記クランク軸が前記第１回転方向に回転するとき、前記クランク軸が前記キャリアに対して前記第１回転方向に相対移動することによって、前記爪部は前記リングギアの前記第２の溝から外れるように回転して、前記リングギアから離れ、前記クランク軸が前記第２回転方向に回転するとき、前記クランク軸が前記キャリアに対して前記第２回転方向に相対移動することによって、前記爪部は前記リングギアの前記第２の溝に入るように回転して、前記リングギアの前記第２の溝に嵌まり込んで前記キャリアと前記リングギアとを連結する。
　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、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１の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１の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１のモータは、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１の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、前記出力体と接続され、かつ、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備える。
　いくつかの例では、前記クランク軸をさらに備える。
　いくつかの例では、前記出力体または前記入力体にトルクを伝達する第２のモータをさらに備える。
　いくつかの例では、前記第２のモータの回転軸は、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、前記第１のモータおよび前記第２のモータを制御する制御部をさらに備える。
　本発明によれば、コースターブレーキング可能な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。
第１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の動力切替機構の拡大断面図。 図４の５－５線の断面図。 図５のクランク軸が逆転方向に回転したときの断面図。 図２のクランク軸が逆転方向に回転したとき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５の遊星歯車機構のリングギアとキャリアとが正転方向に一体的に回転するときの断面図。 第２実施形態の自転車用ドライブユニットの断面図。 図９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１０の動力切替機構の拡大断面図。 図１１の１２－１２線の断面図。 図１２のクランク軸が逆転方向に回転したときの断面図。 第２実施形態の変形例の自転車用ドライブユニットの模式図。
　（第１実施形態）
　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。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、動力切替機構４８、第１のモータ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、および第２のモータ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、動力切替機構４８、第１のモータ５０、および、第２のモータ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、遊星キャリア（単にキャリアと呼ぶこともある）６２を備えている。リングギア５６は、クランク軸４２の回転が入力される入力体として機能する。キャリア６２は遊星歯車機構４６の回転を外部に出力する出力体として機能する。サンギア５４は伝達体として機能する。
　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。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リングギア５６の内周（中心部）に接続されている。クランク軸４２の回転はリングギア５６に入力され、リングギア５６は、クランク軸４２と一体的に回転する。
　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。大径部５８Ａおよび小径部５８Ｂを有するプラネタリギア５８の代わりに、通常のシングルギアで構成されるプラネタリギアを用いてもよい。
　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、軸方向において各プラネタリギア５８の小径部５８Ｂの端部と対向し、第２キャリア６２Ｂは、各プラネタリギア５８の大径部５８Ａ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、相互に相対移動不能に連結されており、一体的に回転する。第１キャリア６２Ａと第２キャリア６２Ｂとは、一体形成されていてもよい。
　第１キャリア６２Ａ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配置される円筒形状の連結部６２Ｃを備えている。連結部６２Ｃの端部には、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。出力部６４は、連結部６２Ｃと一体に形成されていてもよい。
　第１のモータ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１のモータ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１のモータ５０は、クランク軸４２の軸方向において、遊星歯車機構４６とフロントスプロケット３０との間に配置されている。
　第１のモータ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の内周側に配置されるロータ５０Ｂとを備えている。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１のモータ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１のモータ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。
　第２のモータ５２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２のモータ５２の出力ギア５２Ａは、リングギア５６の外周に形成されるギア５６Ａと噛み合わせられている。第２のモータ５２は、ギア５６Ａを介してリングギア５６にトルクを伝達する。なお、第２のモータ５２の回転軸とリングギア５６との間の動力伝達経路にワンウェイクラッチを設けることもできる。このワンウェイクラッチは、第２のモータ５２の回転をリングギア５６に伝達するが、クランク軸４２が単一回転方向に回転したときのリングギア５６の回転を第２のモータ５２に伝達しないように構成される。
　図４に示されるように、動力切替機構４８は、キャリア６２とリングギア５６との間に配置されており、好ましくは、第２キャリア６２Ｂの外周とリングギア５６の内周とが径方向において対向する部分に配置されている。動力切替機構４８は、複数の転動体６６、複数の転動体６６を保持するリテーナ６８、第１の付勢部材７０（図５参照）、および、第２の付勢部材７２を備えている。
　図５に示されるように、複数の転動体６６は、リングギア５６の内周に形成される溝５６Ｂの内部に配置されている。溝５６Ｂは、周方向において深さが異なる。溝５６Ｂは、周方向の中間部から両端部に向かうにつれて浅くなっている。
　第１の付勢部材７０は、溝５６Ｂとリテーナ６８とに取り付けられている。第１の付勢部材７０は、複数の転動体６６に溝５６Ｂの一端に向かう力を付与している。本実施形態では、第１の付勢部材７０が転動体６６に付与する力の向きは、自転車１０が前進するときのクランク軸４２の回転方向と反対方向（逆転方向）である。
　第２の付勢部材７２は、円環状のスプリング部材である。第２の付勢部材７２は、いわゆるスライドスプリングである。第２の付勢部材７２は、円環状の部分がハウジング４４の内部に設けられる円筒状の支持部４４Ａに嵌め込まれている。支持部４４Ａは、ハウジング４４の内壁から延びて形成されている。第２の付勢部材７２の周方向の一端と他端とは、離間している。第２の付勢部材７２の一端は、リテーナ６８に形成される溝６８Ａに嵌め込まれている。第２の付勢部材７２は、支持部４４Ａに摺動可能に支持されている。このため、第２の付勢部材７２は、クランク軸４２から他方向（例えば逆転方向）の回転がリングギア５６に入力されるとき、転動体６６に溝５６Ｂの他端に向かう力を付与する。このとき、第２の付勢部材７２が複数の転動体６６に付与する力の向きは、自転車１０が前進するときのクランク軸４２の回転方向（正転方向）の向きに等しい。第２の付勢部材７２は、クランク軸４２から一方向（例えば正転方向）の回転がリングギア５６に入力されるとき、転動体６６に溝５６Ｂの一端に向かう力を付与する。
　図５に示されるように、クランク軸４２から正転方向の回転がリングギア５６に入力されてリングギア５６が正転方向に回転し、かつ、キャリア６２がリングギア５６よりも速く正転方向に回転しているとき、転動体６６とキャリア６２との摺動抵抗が、第１の付勢部材７０と第２の付勢部材７２とによる溝５６Ｂの一方へのバイアス力よりも大きくなり、複数の転動体６６は溝５６Ｂの両端の中間であり得る深い部分に位置する。このため、リングギア５６とキャリア６２との相対回転が許容される。
　図６に示されるように、クランク軸４２から逆転方向の回転がリングギア５６に入力されてリングギア５６が逆転方向に回転しているとき、第２の付勢部材７２の支持部４４Ａに対する摺動抵抗が増大し、第２の付勢部材７２はリテーナ６８を介して複数の転動体６６に正転方向に向かう力を付与する。このため、複数の転動体６６は溝５６Ｂの他端である浅い部分に移動し、リングギア５６とキャリア６２とを連結する。このため、キャリア６２が逆転方向に回転する。このように、図７に示されるように、クランク軸４２から逆転方向の回転がリングギア５６に入力されるとき、リングギア５６とキャリア６２とは一体的に逆転方向に回転する。クランク軸４２が逆転方向に回転すると、制御部７４は、第１のモータ５０への電力の供給を停止する。
　図８に示されるように、クランク軸４２から正転方向の回転がリングギア５６に入力されてリングギア５６が正転方向に回転し、かつ、キャリア６２の回転が正転方向かつリングギア５６と等しくなったとき、複数の転動体６６は、第１の付勢部材７０および第２の付勢部材７２の協働により溝５６Ｂの一端である浅い部分に移動し、リングギア５６とキャリア６２とを連結する。このため、キャリア６２がリングギア５６と一体的に正転方向に回転する。複数の転動体６６は、キャリア６２の回転がリングギア５６の回転よりも速くなるまでは、リングギア５６とキャリアと６２を連結して一体的に回転させる。
　図２に示されるようにドライブユニット４０は、制御部７４をさらに備えている。制御部７４は、ハウジング４４に収容されている。制御部７４は、第１のモータ５０を駆動する駆動回路、第２のモータ５２を駆動する駆動回路を含む。制御部７４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のモータ５０および第２のモータ５２を駆動する。制御部７４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のモータ５０および第２のモータ５２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、たとえばリングギア５６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７４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のモータ５０および第２のモータ５２の少なくとも一方に与えられる電流に基づいて、制御部７４がトルクを演算してもよい。また、制御部７４は、遊星歯車機構４６に入力された回転数に対する遊星歯車機構４６から出力された回転数である遊星歯車機構４６の変速比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の回転に対する出力部６４の回転の比率が、所定の変速比になるように第１のモータ５０を制御する。また、制御部７４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２のモータ５２の出力が大きくなるように第２のモータ５２を制御する。制御部７４と第１モータ５０及び第２モータ５２とは例えば導体を介して接続されてよい。
　制御部７４は、第１のモータ５０を駆動させることにより、サンギア５４に逆転方向のトルクを伝達する。これにより、図３に示すように、サンギア５４の回転がサンギア５４まわりで回転するプラネタリギア５８の自転速度を加速させる。このため、キャリア６２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７４は、変速比ＧＲ、すなわちサンギア５４の回転速度を段階的に変更するように制御することもできる。また、制御部７４と外部装置とを無線または有線により接続し、この外部装置を用いて変速比ＧＲの段階の数、および、大きさを変更することもできる。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。
　制御部７４は、第２のモータ５２を駆動させることにより、キャリア６２に正転方向のトルクを伝達する。これにより、クランク軸４２から入力されたトルクにアシスト力が加えられて遊星歯車機構４６から出力する。
　遊星歯車機構４６は、リングギア５６が入力部として機能し、キャリア６２が出力部６４に接続されているため、サンギア５４がハウジング４４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減速されて出力される。動力切替機構４８は、キャリア６２の回転速度がリングギア５６の回転速度以下になったとき、キャリア６２とリングギア５６とを一体的に回転させる。このため、制御部７４がサンギア５４のハウジング４４に対する回転を停止させる制御を行うときの変速比ＧＲは１である。
　ドライブユニット４０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、クランク軸４２から逆転方向の回転がリングギア５６に入力されるとき、キャリア６２を逆転方向に回転させる動力切替機構４８を備えている。このため、運転者がクランクアーム２４を逆転方向に回転させたとき、リングギア５６およびフロントスプロケット３０に逆転方向のトルクが伝達される。このように、ドライブユニット４０はコースターブレーキング可能である。動力切替機構４８は機械的に構成されており非電気式であるので、バッテリの有無に関係なく、コースターブレーキを機能させることができる。
　（２）動力切替機構は４８、クランク軸４２から逆転方向の回転がリングギア５６に入力されるとき、リングギア５６とキャリア９８とを連結して一体的に回転させる。このため、リングギア５６の逆転方向の回転が遊星歯車機構８６により変速されてキャリア９８に伝達される構成と比較して、遊星歯車機構８６内でのトルクのロスが少なくなるため、コースターブレーキング性能の点で好ましい。また、クランク軸４２が逆転方向に回転したときのクランク軸４２の移動角度と、フロントスプロケット３０の移動角度とが等しくなるので、ドライブユニット４０はコースターブレーキング時に運転者に違和感を与えにくい。
　（３）動力切替機構４８は、リングギア５６とキャリア６２との相対回転を許容し、キャリア６２の回転がリングギア５６の回転よりも速くなるまでは、リングギア５６とキャリア６２とを連結して一体的に回転させる。このため、第１のモータ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。ドライブユニット４０は、変速比ＧＲが１のときには、第１のモータ５０へ電力の供給を停止することができるため、第１のモータ５０へ電力を供給して、サンギア５４のハウジング４４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。
　（４）ドライブユニット４０は、１つの動力切替機構４８により、コースターブレーキの機能と、第１のモータ５０への電力の供給が停止したときのサンギア９０のハウジング４４に対する回転規制の機能とを実現している。このため、これらの機能を各別の機構により実現する場合と比較して、ドライブユニット４０の構造を簡略化することができる。
　（５）第１のモータ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１のモータ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。
　（６）サンギア５４は、第１のモータ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。
　（７）第２のモータ５２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２のモータ５２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。
　（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にオフセットして配置されている。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）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２のモータ５２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１のモータ５０とを含む。このため、第１のモータ５０による変速比ＧＲの変更と、第２のモータ５２によるアシスト力の変更とを独立して行うことができる。このため、より走行状況等に応じた制御を行うことができる。
　（第２実施形態）
　図９～図１３を参照して、第２実施形態のドライブユニット８０について説明する。
　図９に示されるように、ドライブユニット８０は、クランク軸８２、ハウジング８４、遊星歯車機構８６、動力切替機構８８、第１のモータ５０、第２のモータ５２、および、制御部７４を備えている。
　ハウジング８４は、遊星歯車機構８６、動力切替機構８８、第１のモータ５０、第２のモータ５２、および、制御部７４を収容する。ハウジング８４は、クランク軸８２を回転可能に支持している。クランク軸８２は、ハウジング８４を貫通して設けられている。
　遊星歯車機構８６は、伝達体であるサンギア９０、遊星歯車機構８６の回転を外部に出力する出力体であるリングギア９２、複数のプラネタリギア９４、複数のプラネタリピン９６、および、クランク軸８２の回転が入力される入力体であるキャリア９８を備えている。
　サンギア９０は、クランク軸８２のまわりにおいてクランク軸８２と同軸に配置されている。リングギア９２は、サンギア９０のまわりにおいてサンギア９０と同軸に配置されている。リングギア９２には、出力部１００が接続されている。出力部１００の一端はハウジング８４の内部に収容され、他端はハウジング８４から露出している。出力部１００のハウジング８４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。リングギア９２と、出力部１００とは一体に形成されていてもよい。
　複数のプラネタリギア９４は、サンギア９０とリングギア９２との間に配置されている。各プラネタリギア９４は、大径部９４Ａおよび小径部９４Ｂを備えている。大径部９４Ａの外周のギアは、サンギア９０の外周と対向する部分に配置され、サンギア９０と噛み合わせられている。小径部９４Ｂの外周のギアは、リングギア９２の内周と対向する部分に配置され、リングギア９２と噛み合わせられている。ここでは、大径部９４Ａおよび小径部９４Ｂを有するプラネタリギア９４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９６は、それぞれプラネタリギア９４を軸方向に貫通している。各プラネタリピン９６は、各プラネタリギア９４を回転可能に支持している。各プラネタリピン９６の両端部は、キャリア９８により回転可能に支持されている。各プラネタリピン９６の両端部が、キャリア９８により回転可能に支持されていれば、各プラネタリピン９６は、各プラネタリギア９４に回転不能に支持されていてもよい。各プラネタリピン９６が、各プラネタリギア９４を回転可能に支持していれば、各プラネタリピン９６の両端部は、キャリア９８により回転不能に支持されていてもよい。
　キャリア９８は、クランク軸８２のまわりにおいてクランク軸８２と同軸に配置されている。キャリア９８は、複数のプラネタリピン９６を介して、複数のプラネタリギア９４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９４は、サンギア９０とリングギア９２との間において、サンギア９０まわりを公転する。
　キャリア９８は、複数のプラネタリピン９６の一端を支持する第１キャリア９８Ａと、複数のプラネタリピン９６の他端を支持する第２キャリア９８Ｂを備えている。第１キャリア９８Ａは、プラネタリギア９４の小径部９４Ｂの端部と対向し、第２キャリア９８Ｂは、プラネタリギア９４の大径部９４Ａの端部と対向している。第１キャリア９８Ａと第２キャリア９８Ｂとは、相互に相対移動不能に連結されており、一体的に回転する。第１キャリア９８Ａと第２キャリア９８Ｂとは、一体形成されていてもよい。
　第２キャリア９８Ｂの内周およびクランク軸８２の外周は、対向する部分を含んでいる。図１２に示されるように、第２キャリア９８Ｂの内周には、クランク軸８２に向かって突出する凸部９８Ｄが形成されている。クランク軸８２において凸部９８Ｄと対向する部分には、第１の溝８２Ａが形成されている。凸部９８Ｄは、第１の溝８２Ａに嵌め込まれている。第１の溝８２Ａの周方向の大きさは、凸部９８Ｄの周方向の大きさよりも大きい。このため、第２キャリア９８Ｂは、クランク軸８２に対して第１の溝８２Ａの周方向の大きさと凸部９８Ｄの周方向の大きさとの差分だけ相対移動することができる。
　図９に示されるように、第１のモータ５０は、クランク軸８２の軸方向において、遊星歯車機構８６と隣り合う位置に配置されている。第１のモータ５０は、クランク軸８２の軸方向において、遊星歯車機構８６を基準にしてフロントスプロケット３０とは反対側に配置されている。
　第１のモータ５０のロータ５０Ｂの内周とクランク軸８２との間には、ハウジング８４の支持部８４Ａが配置されている。支持部８４Ａは、円筒形状を有し、クランク軸８２と同軸である。ロータ５０Ｂは、支持部８４Ａ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８４Ｂを介して、支持部８４Ａ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９０の端部が取り付けられている。すなわち、サンギア９０は、第１のモータ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９０は、クランク軸８２に対して回転することができる。第１のモータ５０は、サンギア９０にトルクを伝達し、サンギア９０の回転を制御する。ステータ５０Ａは、ハウジング８４に固定されている。
　支持部８４Ａは、サンギア９０の内周とクランク軸８２との間に形成される空間に延びる部分を含む。サンギア９０の内周と支持部８４Ａの外周との間には、ワンウェイクラッチ１０２が設けられている。ワンウェイクラッチ１０２は、支持部８４Ａに対してサンギア９０が単一回転方向のみに回転することを許容する。例えば、ワンウェイクラッチ１０２は、サンギア９０が支持部８４Ａに対して逆転方向のみに回転することを許容する。したがって、サンギア９０は、支持部８４Ａに対して正転方向に回転できない。第１のモータ５０に電力が供給されていないときに、クランク軸８２の正転方向の回転が入力された場合、サンギア９０はワンウェイクラッチ１０２によって回転が規制される。このため、クランク軸８２の正転方向の回転が、遊星歯車機構８６によって増速されて出力部６４に伝達される。なお、ワンウェイクラッチ１０２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。
　第２のモータ５２の出力ギア５２Ａは、第２キャリア９８Ｂの外周に形成されるギア９８Ｃと噛み合わせられている。第２のモータ５２は、ギア９８Ｃを介してキャリア９８にトルクを伝達する。なお、第２のモータ５２の回転軸とキャリア９８との間の動力伝達経路にワンウェイクラッチを設けることもできる。このワンウェイクラッチは、第２のモータ５２の回転をキャリア９８に伝達するが、クランク軸８２が一方に回転したときのキャリア９８の回転を第２のモータ５２に伝達しないように構成される。
　図１１に示されるように、動力切替機構８８は、クランク軸８２とリングギア９２との間に配置されており、好ましくは、クランク軸８２の外周とリングギア９２の内周とが遊星歯車機構８６の径方向において対向する部分に配置されている。動力切替機構８８は、切替部１０４および付勢部材１０６を備えている。リングギア９２の中心部の内周には、動力切替機構８８の爪部１１０に対向する位置に、第２の溝９２Ａが形成されている。第２の溝９２Ａは、周方向に間隔をあけて、たとえば等間隔に複数形成されている。
　切替部１０４は、第２キャリア９８Ｂに連結され、具体的には、第２キャリア９８Ｂの内周部分に連結されている。切替部１０４は、第２キャリア９８Ｂに連結されて第２キャリア９８Ｂの軸方向に平行な回転軸１０８と、回転軸１０８まわりに回転可能に支持される爪部１１０とを備えている。付勢部材１０６は、爪部１１０の一端部１１０Ａをクランク軸８２の外周に押さえつける力を爪部１１０に付与する。クランク軸８２のうちの爪部１１０が配置される部分には、第３の溝８２Ｂが形成されている。
　図１２に示されるように、クランク軸８２から正転方向の回転がキャリア９８に入力されるとき、クランク軸８２がキャリア９８に対して一方向（例えば正転方向）に相対移動することによってクランク軸８２の第１の溝８２Ａの逆転方向側端面８２Ｃが第２キャリア９８Ｂの凸部９８Ｄを押す。このため、クランク軸８２と第２キャリア９８Ｂとが正転方向に一体的に回転する。このとき、爪部１１０の一端部１１０Ａは、クランク軸８２の外周のうちの第３の溝８２Ｂが形成されていない部分によって付勢部材１０６の付勢する方向とは反対の方向に押されている。このため、爪部１１０の他端部１１０Ｂがリングギア９２の第２の溝９２Ａから外れる方向に移動している。これによって、爪部１１０は、クランク軸８２の外周のうちの第３の溝８２Ｂが形成されていない部分に接触し、かつ、リングギア９２の内周から離れて接触していない状態となるので、キャリア９８とリングギア９２との相対回転が許容される。クランク軸８２が正転方向に回転しているときには、爪部１１０がクランク軸８２の外周のうちの第３の溝８２Ｂが形成されていない部分に接触した状態が維持され、爪部１１０がリングギア９２の第２の溝９２Ａから外れた状態が維持される。このため、クランク軸８２の回転速度とキャリア９８の回転速度との関係に関わらず、キャリア９８とリングギア９２との相対回転が許容される。
　図１３に示されるように、クランク軸８２から逆転方向の回転がキャリア９８に入力されるとき、凸部９８Ｄが第１の溝８２Ａの内部で移動し、クランク軸８２の第１の溝８２Ａの正転方向側端面８２Ｄが第２キャリア９８Ｂの凸部９８Ｄを押す。このため、クランク軸８２と第２キャリア９８Ｂとが逆転方向に一体的に回転する。このとき、爪部１１０の一端部１１０Ａは、クランク軸８２の外周のうちの第３の溝８２Ｂが形成されている部分に移動している。このため、爪部１１０の一端部１１０Ａが付勢部材１０６（図１１参照）の力に従って第３の溝８２Ｂ内に移動するように、爪部１１０が回転軸１０８まわりで回転する。このため、爪部１１０の他端部１１０Ｂがリングギア９２に近付く方向に移動してリングギア９２の第２の溝９２Ａに嵌まり込んで第２の溝９２Ａの内面と接触し、第２キャリア９８Ｂとリングギア９２とを連結する。このため、リングギア９２とキャリア９８とが一体的に逆転方向に回転する。
　制御部７４は、第１のモータ５０を駆動させることにより、サンギア９０に逆転方向のトルクを伝達する。これにより、図１０に示すように、サンギア９０の回転がサンギア９０まわりで回転するプラネタリギア９４の自転速度を加速させる。このため、リングギア９２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９０の回転速度に応じて、変速比ＧＲは無段階に変更される。
　図９に示す制御部７４が第１のモータ５０への電力の供給を停止したとき、第１のモータ５０の駆動が停止する。サンギア９０と支持部８４Ａとの間には、ワンウェイクラッチ１０２が設けられているため、サンギア９０の支持部８４Ａに対する回転が規制される。このため、制御部７４が第１のモータ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８６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８６は、キャリア９８が入力部として機能し、リングギア９２が出力部６４に接続されているため、サンギア９０が支持部８４Ａに対して回転しないとき、遊星歯車機構８６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７４が第１のモータ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１のモータ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１のモータ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１のモータ５０は、変速比ＧＲを１～３．０の範囲内において変更する。
　ドライブユニット４０は、第１実施形態の（１）～（３）、（５）～（９）に準じた効果に加えて、以下の作用および効果を奏する。
　（１０）遊星歯車機構８６は、第１のモータ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１のモータ５０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１のモータ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。
　（１１）遊星歯車機構８６の変速比ＧＲは１以上であるため、サンギア９０が回転しないときに、リングギア９２の回転速度は、キャリア９８の回転速度以上となる。第２のモータ５２は、キャリア９８に接続されているため、リングギアに第２のモータ５２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２のモータ５２の回転速度が大きくなることを抑制できる。このため、第２のモータ５２の電力の消費低減に貢献できる。
　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。　・第１実施形態の動力切替機構４８を、クランク軸４２とキャリア６２との間に配置することもできる。この場合、クランク軸４２の外周およびキャリア６２の内周の一方に周方向に深さの異なる溝が形成され、転動体がその溝の内部に配置される。動力切替機構４８は、クランク軸４２が逆転方向に回転するとき、クランク軸４２とクランク軸４２とを一体的に回転させ、およびリングギア５６とキャリア６２とを一体的に回転させる。
　・第１実施形態のキャリア６２の外周においてリングギア５６と対向する部分に周方向において深さの異なる溝を形成することもできる。転動体６６はこの溝に配置される。この場合、リングギア５６の溝５６Ｂを省略することもできる。
　・第１実施形態のリングギア５６の溝５６Ｂを、逆転方向の端部が深く、かつ、正転方向に向かうにつれて浅くなる溝に変更することもできる。転動体６６が溝５６Ｂの逆転方向の端部に配置されているときには、リングギア５６とキャリア６２とが相対回転可能となる。この場合、サンギア５４またはロータ５０Ｂとハウジング４４との間にワンウェイクラッチを設け、このワンウェイクラッチにより第１のモータ５０への電力の供給が停止されたときのサンギア５４のハウジング４４に対する回転を規制することもできる。また、クランク軸４２とキャリア６２との間にワンウェイクラッチを設け、このワンウェイクラッチにより第１のモータ５０への電力の供給が停止されたときクランク軸４２のキャリア６２に対する回転を規制することもできる。
　・第１実施形態の動力切替機構４８を爪式の動力切替機構に変更することもできる。クランク軸４２から正転方向の回転が入力されたときには、リングギア５６とキャリア６２との接続を解除し、クランク軸４２から逆転方向の回転が入力されたときにはキャリア６２とリングギア５６とを一体的に逆転方向に回転させる構成であれば、どのような構成も採用することができる。
　・第２実施形態のワンウェイクラッチ１０２を、ロータ５０Ｂと支持部８４Ａとの間に設けることもできる。また、ワンウェイクラッチ１０２をロータ５０Ｂとハウジング８４の支持部８４Ａ以外の部分との間に設けることもできる。
　・第２実施形態のワンウェイクラッチ１０２を省略することもできる。この場合、サンギア９０のハウジング８４に対する回転を規制するときには、第１のモータ５０が回転しないように制御することにより、サンギア９０のハウジング８４に対する回転位相を維持する。
　・第２実施形態の動力切替機構８８を、図１４に示されるようにクランク軸８２と出力部１００との間に設けることもできる。この場合、出力部１００に第２の溝が形成され、切替部１０４は、出力部１００の内周とクランク軸８２の外周とが対向する部分に配置される。
　・各実施形態の制御部７４は、第１のモータ５０を正転方向に駆動させることもできる。この場合、第１実施形態のリングギア５６の溝５６Ｂを、逆転方向の端部が深く、かつ、正転方向に向かうにつれて浅くなる溝に変更する。また、第２実施形態のワンウェイクラッチ１０２は設けない。第１のモータ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。
　・各実施形態の第１のモータ５０をクランク軸４２，８２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５４，９０として、クランク軸４２，８２に同軸に配置される段付き歯車を用いる。
　・各実施形態の第１のモータ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。
　・各実施形態のサンギア５４，９０と第１のモータ５０の出力軸とを別体に構成し、サンギア５４，９０と第１のモータ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。
　・各実施形態の第２のモータ５２をクランク軸４２，８２まわりにおいてクランク軸４２，８２と同軸に配置することもできる。
　・各実施形態の第２のモータ５２を省略することもできる。
　・第１実施形態の第２のモータ５２をリングギア５６に接続することもできる。また、第２実施形態の第２のモータ５２をキャリア９８に接続することもできる。要するに、第２のモータ５２は、遊星歯車機構４６，８６の入力体および出力体のいずれに接続することもできる。
　・各実施形態のドライブユニット４０，８０からクランク軸４２，８２を省略し、ドライブユニット４０，８０と別体のクランク軸を取り付けることもできる。
　・各実施形態の第１のモータ５０および第２のモータ５２の少なくとも一方を、ハウジング４４，８４の外部に設けることもできる。
　・各実施形態のクランク軸４２，８２とキャリア６２，９８との間、または、リングギア５６，９２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。
　・各実施形態の遊星歯車機構４６，８６を入力体がキャリアであり、出力体がサンギアであり、伝達体がリングギアである遊星歯車機構にすることもできる。
　・各実施形態の遊星歯車機構４６，８６を入力体がサンギアであり、出力体がキャリアであり、伝達体がリングギアである遊星歯車機構にすることもできる。
　・各実施形態の遊星歯車機構４６，８６を入力体がリングギアであり、出力体がサンギアであり、伝達体がキャリアである遊星歯車機構にすることもできる。この遊星歯車機構は、リングギアの回転方向とサンギアの回転方向とが異なる。このため、サンギア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を備える。
　・各実施形態の遊星歯車機構４６，８６を入力体がサンギアであり、出力体がリングギアであり、伝達体がキャリアである遊星歯車機構にすることもできる。この遊星歯車機構は、サンギアの回転方向とリングギアの回転方向とが異なる。このため、リングギア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を備える。
　・各実施形態において、クランク軸４２，８２、サンギア５４，９０、キャリア６２，９８、または、リングギア５６，９２が有する各構成については、クランク軸４２，８２、サンギア５４，９０、キャリア６２，９８、またはリングギア５６，９２と連結され、これらと一体で回転する構成であれば、これらと別体で構成されていてもよい。例えば、第１実施形態の連結部６２Ｃを第１キャリア６２Ａと別体で構成し、スプライン嵌合または圧入により接続して一体的に回転させることができる。また、第２実施形態のリングギア９２の第２の溝９２Ａが形成される部分を、リングギア９２の外周部分とは別体で構成し、スプライン嵌合または圧入により接続して一体的に回転させることができる。
　・典型的には、自転車１０が前進するときのクランク軸の回転方向（正転方向）が第１回転方向であり、逆転方向が第２回転方向であるが、反対でもよい。
　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
　３０　　フロントスプロケット
　４０　　ドライブユニット
　４２　　クランク軸
　４４　　ハウジング
　４６　　遊星歯車機構
　４８　　動力切替機構
　５０　　第１のモータ
　５２　　第２のモータ
　５４　　サンギア
　５６　　リングギア
　５６Ｂ　溝
　５８　　プラネタリギア
　６２　　キャリア
　６４　　出力部
　６６　　転動体
　６８Ａ　溝
　７０　　第１の付勢部材
　７２　　第２の付勢部材
　７４　　制御部
　８０　　ドライブユニット
　８２　　クランク軸
　８２Ａ　第１の溝
　８４　　ハウジング
　８６　　遊星歯車機構
　８８　　動力切替機構
　９０　　サンギア
　９２　　リングギア
　９２Ａ　第２の溝
　９４　　プラネタリギア
　９８　　キャリア
　９８Ｄ　凸部
　１００　出力部
　１０２　ワンウェイクラッチ
　１０４　切替部
　１０８　回転軸
　１１０　爪部
　１０６　付勢部材

Claims (25)

  1. 　遊星歯車機構と、
    　第１のモータと、
    　動力切替機構とを含み、
    　前記遊星歯車機構は、クランク軸の回転が入力される入力体、前記遊星歯車機構の回転を外部に出力する出力体、および伝達体を備え、
    　前記第１のモータは、前記伝達体の回転を制御し、
    　前記出力体は、前記クランク軸から第１回転方向の回転が前記入力体に入力されるとき、前記第１回転方向に応じた方向に回転し、
    　前記動力切替機構は、前記クランク軸から第２回転方向の回転が前記入力体に入力されるとき、前記出力体を前記第２回転方向に応じた方向に回転させる自転車用ドライブユニット。
  2. 　前記動力切替機構は、前記クランク軸から前記第２回転方向の回転が前記入力体に入力されるとき、前記入力体と前記出力体とを連結して一体的に回転させる、請求項１に記載の自転車用ドライブユニット。
  3. 　前記入力体は、リングギアであり、
    　前記出力体は、キャリアであり、
    　前記伝達体は、サンギアである、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. 　前記動力切替機構は、前記クランク軸から前記第１回転方向の回転が前記リングギアに入力され、前記キャリアの回転が前記リングギアの回転よりも速いとき、前記リングギアと前記キャリアとの相対回転を許容する、請求項３に記載の自転車用ドライブユニット。
  5. 　前記動力切替機構は、前記クランク軸から前記第１回転方向の回転が前記リングギアに入力されたとき、前記キャリアの回転が前記リングギアの回転よりも速くなるまでは、前記リングギアと前記キャリアとを連結して一体的に回転させる、請求項３または４に記載の自転車用ドライブユニット。
  6. 　前記動力切替機構の少なくとも一部は、前記リングギアまたは前記クランク軸と、前記キャリアとの間に配置される、請求項３～５のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
  7. 　前記リングギアおよび前記キャリアは、前記リングギアの内周と前記キャリアの外周とが前記遊星歯車機構の径方向において対向する部分を含み、
    　前記動力切替機構は、前記リングギアの内周と前記キャリアの外周とが対向する部分に配置される、請求項３～６のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
  8. 　前記動力切替機構は、
    　前記リングギアの内周および前記キャリアの外周の一方に形成され、周方向において深さの異なる溝と、
    　前記溝の内部に配置される転動体と、を含む請求項７に記載の自転車用ドライブユニット。
  9. 　前記溝は、周方向の中間部から両端部に向かうにつれて浅くなる、請求項８に記載の自転車用ドライブユニット。
  10. 　前記動力切替機構は、第１の付勢部材、第２の付勢部材、および、前記遊星歯車機構が設けられるハウジングをさらに含み、
    　前記第１の付勢部材は、前記転動体に前記溝の一端に向かう力を付与し、
    　前記第２の付勢部材は、前記ハウジングに摺動可能に支持され、前記クランク軸から前記第２回転方向の回転が前記入力体に入力されるとき、前記転動体に前記溝の他端に向かう力を付与する、請求項９に記載の自転車用ドライブユニット。
  11. 　前記入力体は、キャリアであり、
    　前記出力体は、リングギアであり、
    　前記伝達体は、サンギアである、請求項１に記載の自転車用ドライブユニット。
  12. 　前記動力切替機構の少なくとも一部は、前記リングギアと、前記キャリアまたは前記クランク軸との間に配置される、請求項１１に記載の自転車用ドライブユニット。
  13. 　前記クランク軸および前記リングギアは、前記クランク軸の外周と前記リングギアの内周とが前記遊星歯車機構の径方向において対向する部分を含み、
    　前記動力切替機構は、前記リングギアの内周と前記クランク軸の外周とが対向する部分に配置される、請求項１２に記載の自転車用ドライブユニット。
  14. 　前記動力切替機構は、前記クランク軸の外周と前記リングギアの内周とが対向する前記部分に配置される切替部を備え、
    　前記切替部は、前記キャリアに連結されて前記キャリアの軸方向に平行な回転軸と、前記回転軸に回転可能に支持される爪部とを備え、
    　前記切替部は、前記クランク軸が前記第１回転方向に回転するとき、前記爪部が前記クランク軸および前記リングギアの少なくとも一方から離れ、前記クランク軸が前記第２回転方向に回転するとき、前記爪部が前記回転軸まわりで回転することにより、前記爪部と前記クランク軸および前記リングギアとが接触して前記キャリアと前記リングギアとを連結する、請求項１３に記載の自転車用ドライブユニット。
  15. 　前記動力切替機構は、
    　　前記クランク軸の外周と前記キャリアの内周とが対向する部分において前記クランク軸の外周と前記キャリアの内周の一方に形成される凸部と、
    　　前記クランク軸の外周と前記キャリアの内周とが対向する部分において前記クランク軸の外周と前記キャリアの内周の他方に形成され、前記キャリアが前記リングギアに対して移動可能になるように前記凸部を収容する第１の溝と、
    　　前記リングギアの内周において前記クランク軸の外周と対向する部分に形成される第２の溝と、
    　　前記爪部に力を付与する付勢部材とをさらに含み、
    　前記付勢部材は、前記爪部に前記クランク軸の外周に押さえつける力を付与し、
    　前記クランク軸が前記第１回転方向に回転するとき、前記クランク軸が前記キャリアに対して前記第１回転方向に相対移動することによって、前記爪部は前記リングギアの前記第２の溝から外れるように回転して、前記リングギアから離れ、
    　前記クランク軸が前記第２回転方向に回転するとき、前記クランク軸が前記キャリアに対して前記第２回転方向に相対移動することによって、前記爪部は前記リングギアの前記第２の溝に入るように回転して、前記リングギアの前記第２の溝に嵌まり込んで前記キャリアと前記リングギアとを連結する、請求項１４に記載の自転車用ドライブユニット。
  16. 　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１１～１５のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
  17. 　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１の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１の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１１～１５のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
  18. 　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３～１７のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
  19. 　前記第１のモータは、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２～１８のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
  20. 　前記サンギアは、前記第１のモータの出力軸と一体的に形成される、請求項１８を引用する請求項１９に記載の自転車用ドライブユニット。
  21. 　前記出力体と接続され、かつ、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備える、請求項１～２０のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
  22. 　前記クランク軸をさらに備える、請求項１～２１のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
  23. 　前記出力体または前記入力体にトルクを伝達する第２のモータをさらに備える、請求項１～２２のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
  24. 　前記第２のモータの回転軸は、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２３に記載の自転車用ドライブユニット。
  25. 　前記第１のモータおよび前記第２のモータを制御する制御部をさらに備える、請求項２３または２４に記載の自転車用ドライブユニット。
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