(57)【要約】【課題】内装変速機を備えたセンタモータ式の電動補助自転車において、できる限り装置を複雑化することなく、回生充電を可能とする。【解決手段】  前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータを取り付け、クランク軸から伝達された踏力又は前記モータの出力による駆動力を駆動輪に伝達可能とし、非駆動時には、前記駆動輪から前記モータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を前記二次電池に還元する回生機構を備えた電動補助自転車において、前記駆動輪に設けたハブ１内部に変速機構５と第一ワンウェイクラッチ２とを備え、前記変速機構５は、前記踏力又は前記モータの出力による駆動力をスプロケット７を通じて前記駆動輪に伝達する機能を有し、前記第一ワンウェイクラッチ２は、前記踏力又は前記モータの出力による駆動時には空転し、非駆動時には、前記駆動輪からの逆入力を前記スプロケット７に伝達できる機能を有する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータを取り付け、クランク軸から伝達された踏力又は前記モータの出力による駆動力を駆動輪に伝達可能とし、非駆動時には、前記駆動輪から前記モータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を前記二次電池に還元する回生機構を備えた電動補助自転車において、
前記駆動輪に設けたハブ（１）内部に変速機構（５）と第一ワンウェイクラッチ（２）とを備え、前記変速機構（５）は、前記踏力又は前記モータの出力による駆動力をスプロケット（７）を通じて前記駆動輪に伝達する機能を有し、前記第一ワンウェイクラッチ（２）は、前記踏力又は前記モータの出力による駆動時には空転し、非駆動時には、前記駆動輪からの逆入力を前記スプロケット（７）に伝達できる機能を有することを特徴とする回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項２】
前記変速機構（５）は、前記車軸（１１）の外周に設けた太陽歯車（５ａ）と、その太陽歯車（５ａ）に噛み合う遊星歯車（５ｂ）、その遊星歯車（５ｂ）を保持する遊星キャリア（５ｃ）、及び前記遊星歯車（５ｂ）に噛み合う外輪歯車（５ｄ）とを備え、減速時には、前記太陽歯車（５ａ）を固定部材、前記外輪歯車（５ｄ）を入力部材、前記遊星キャリア（５ｃ）を出力部材とし、等速時には、前記外輪歯車（５ｄ）を入出力部材とした２段変速の遊星歯車減速機からなることを特徴とする請求項１に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項３】
前記駆動輪の車軸（１１）に対し軸方向へ移動可能なスライド部材（８）を設け、前記変速機構（５）の変速切り替えを、前記スライド部材（８）の軸方向への移動により行うことを特徴とする請求項２に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項４】
前記変速機構（５）が複数の前記太陽歯車（５ａ；５ｆ，５ｇ，５ｈ）を備え、その複数の前記太陽歯車（５ａ；５ｆ，５ｇ，５ｈ）のいずれかを固定部材、前記外輪歯車（５ｄ）を入力部材、前記遊星キャリア（５ｃ）を出力部材とすることで、これらの歯数比が複数となるギアの組み合わせを備えた減速機からなり、複数の前記太陽歯車（５ａ；５ｆ，５ｇ，５ｈ）のうちいずれかを前記固定部材に選択する機能を有する変速制御機構（３０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項５】
前記変速機構（５）が複数の前記太陽歯車（５ａ；５ｆ，５ｇ，５ｈ）を備え、その複数の前記太陽歯車（５ａ；５ｆ，５ｇ，５ｈ）のいずれかを固定部材、前記遊星キャリア（５ｃ）を入力部材、前記外輪歯車（５ｄ）を出力部材とすることで、これらの歯数比が複数となるギアの組み合わせを備えた増速機からなり、複数の前記太陽歯車（５ａ；５ｆ，５ｇ，５ｈ）のうちいずれかを前記固定部材に選択する機能を有する変速制御機構（３０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項６】
前記変速制御機構（３０）は、前記車軸（１１）周りに回転可能に支持されている複数の前記太陽歯車（５ａ；５ｆ，５ｇ，５ｈ）のいずれかを、駆動力及びタイヤからの逆入力の両者に対して、前記車軸（１１）周りに回転可能または回転不能とに切り替えて変速を行う機能を有していることを特徴とする請求項４又は５に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項７】
前記変速制御機構（３０）はスナップキー（３０ａ）を備え、前記変速機構（５）の変速切り替えを、前記車軸（１１）内を通って外部から前記スナップキー（３０ａ）を軸方向へ移動させることにより行い、前記スナップキー（３０ａ）が噛み合う太陽歯車（５ａ；５ｆ，５ｇ，５ｈ）のいずれかは、駆動力及びタイヤからの逆入力の両者に対して、車軸（１１）周りに回転不能とされることを特徴とする請求項６に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項８】
前記第一ワンウェイクラッチ（２）が、ブレーキ操作と連動して係合することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項９】
前記第一ワンウェイクラッチ（２）が、ローラクラッチからなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１０】
前記第一ワンウェイクラッチ（２）が、スプラグクラッチからなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１１】
クランク軸とクランクスプロケットの間に、駆動輪に対して駆動力を伝達する方向にロックし、駆動輪からの逆入力に対して空転するセンタワンウェイクラッチを設けたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１２】
前記センタワンウェイクラッチが、ローラクラッチからなることを特徴とする請求項１１に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１３】
前記センタワンウェイクラッチが、スプラグクラッチからなることを特徴とする請求項１１に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１４】
前記センタワンウェイクラッチが、ラチェットクラッチからなることを特徴とする請求項１１に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車には、電動補助力を与えるためのモータ用電源としてバッテリが搭載される。このバッテリは、１回の充電で長時間走行できることが望ましいことから、自走中のエネルギーを有効に利用し、その自走中の回生発電により、バッテリを充電する機能を備えた電動補助自転車が開発されている。
【０００３】
その回生発電によるバッテリの充電装置として、例えば、特許文献１に、ブレーキレバーの操作を検出して回生装置に回生作動を指令する回生制御装置の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この種の電力回生機能を搭載する場合、例えば、特許文献２に示すように、車軸周辺にモータ及び変速機を設けた電動補助自転車（ハブモータ方式）の場合は、車軸とモータのロータを直結とすることで、電力回生は比較的容易に実現できる（例えば、特許文献２参照）。
しかし、このハブモータ方式の場合、モータから二次電池までの距離が遠くなりがちであり、その二次電池までの配線の取り回しが煩雑になる傾向がある。また、モータをフロントの車軸に配置すると操作性が悪化し、リア側に配置すると変速機との両立が困難になるという問題もある。
【０００５】
このため、電力回生機能を搭載する場合、操作性と構造の簡素化を求めるならば、例えば、特許文献３のように、クランク軸及びその軸受等を含む人力駆動系と、モータによる補助動力をクランク軸に合力させる駆動系とを単一のハウジングに収容した駆動装置、いわゆるセンタモータユニットを備えた構造（センタモータ方式）とするのが有利である（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
センタモータ方式で、電力回生機能を搭載した電動補助自転車として、例えば、特許文献４に示すものがある。
この電動補助自転車では、モータ出力軸と駆動スプロケットとの間に第一ワンウェイクラッチを設け、踏力が入力されるペダルクランク軸と駆動スプロケットとの間に第二のワンウェイクラッチを設け、さらにブレーキ操作に応じて第一ワンウェイクラッチをロックする直結手段を設けることで、制動時の電力回生を実現している。なお、リアハブとリアスプロケットとは、回生時にタイヤからの逆入力トルクをモータに伝えることができるように直結されている。
【０００７】
また、同じく、電力回生機能を搭載した電動補助自転車として、例えば、特許文献５に示すものがある。
この電動補助自転車では、センタモータユニット内で、モータの出力軸にブレーキ操作に連動してロック方向を切り替えることが出来るツーウェイクラッチを設け、制動時の電力回生を実現している。
【０００８】
すなわち、モータアシスト時には、ツーウェイクラッチを正回転方向でロックさせることにより、モータの出力を車軸に伝達することができ、モータアシストが可能となる。また、乗員のブレーキ操作に連動してツーウェイクラッチのロック方向を切替え、ツーウェイクラッチを逆回転方向でロックさせれば、車軸側からの逆入力トルク（正回転方向）をモータに伝達することができ、これによって回生発電およびブレーキアシストが可能となる。この構成では、回生時に車軸側からの逆入力トルクをモータ側に伝達させる必要があるため、リアハブとリアスプロケットとは直結としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１４０２１２号公報
【特許文献２】特開２００３−１６６５６３号公報
【特許文献３】特開平１０−２５０６７３号公報
【特許文献４】特開２００１−２１３３８３号公報
【特許文献５】特開２００４−２６８８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、電動補助自転車は、モータを、クランク軸周辺に設けたセンタモータ方式と、モータを、フロントハブ若しくはリアハブに内装したハブモータ方式とに大別できる。
【００１１】
ハブモータ方式では、モータの他、減速機も併せてリアハブ内に組み込む必要があるが、スペース的に高減速比とすることが困難で、大きなトルクを得ることが出来ないという問題がある。また、重量物が、自転車の重心から離れた位置に配置されることで、操縦性が悪く、モータと電池が離れることで配線の取り回しも複雑になるという問題がある。さらには、タイヤからの衝撃が直接減速機及びモータに伝わるため、故障が起きやすいという欠点がある。そのため、現在ではセンタモータ方式が主流となっている。
【００１２】
センタモータ方式の駆動系において、電力回生機能を搭載する場合、車輪からの逆入力トルクをモータ軸に伝えるため、上記特許文献４や特許文献５では、リアハブとリアスプロケットは直結されている。
【００１３】
この点、一般的な自転車の変速機構は、クランク軸又はリア車軸の何れか一方、もしくは両方の同軸上に多段のスプロケットを設け、ディレイラーによってチェーンをスプロケット間で移動させることによって変速する方式（外装変速機）とリアハブの内部に設けた歯車を掛けかえることによって変速する方式（内装変速機）がある。内装変速機内には通常ワンウェイクラッチが設けられており、タイヤからの逆入力はリアハブからリアスプロケットに伝わらない。
外装変速機は構造が簡単で軽量であるが、スプロケットやチェーンが摩耗する原因になり、チェーン外れの原因にもなる。一方、内装変速機は防塵、防水性があり、メンテナンスフリーであるためシティサイクルに使われることが多い。現在のところ、電動アシスト自転車はシティサイクル自転車を中心に展開しており、その殆どが内装変速機を採用している。
【００１４】
しかし、このように、内装変速機を採用すると、そのままでは、車輪からの逆入力はリアハブからリアスプロケットに伝わらない。このため、車輪からの逆入力によりセンタモータを回転、回生することができない。
逆入力に対応するため、例えば、車軸からクランク軸、及び車軸からモータ軸をそれぞれ別々の動力伝達要素で結合することも可能であるが、２本の伝達要素を用いることはレイアウト的にもコスト的にも商品価値の大幅な低下を招く。
【００１５】
そこで、この発明は、内装変速機を備えたセンタモータ式の電動補助自転車において、できる限り装置を複雑化することなく、回生充電を可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、この発明は、前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータを取り付け、クランク軸から伝達された踏力又は前記モータの出力による駆動力を駆動輪に伝達可能とし、非駆動時には、前記駆動輪から前記モータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を前記二次電池に還元する回生機構を備えた電動補助自転車において、前記駆動輪に設けたハブ内部に変速機構と第一ワンウェイクラッチとを備え、前記変速機構は、前記踏力又は前記モータの出力による駆動力をスプロケットを通じて前記駆動輪に伝達する機能を有し、前記第一ワンウェイクラッチは、前記踏力又は前記モータの出力による駆動時には空転し、非駆動時には、前記駆動輪からの逆入力を前記スプロケットに伝達できる機能を有することを特徴とする回生機構を備えた電動補助自転車の構成を採用した。
【００１７】
上記構成により、駆動前進時には、駆動輪のスプロケットからハブに駆動力が伝達され、自転車は前進する。非駆動前進時には、第一ワンウェイクラッチをロックさせることで、ハブからの逆入力がスプロケットに伝達され、さらに、スプロケットから動力伝達要素を通してモータ駆動スプロケットにトルクが伝わることで、回生発電が可能となる。
【００１８】
この構成において、前記変速機構は、前記車軸の外周に設けた太陽歯車と、その太陽歯車に噛み合う遊星歯車、その遊星歯車を保持する遊星キャリア、及び前記遊星歯車に噛み合う外輪歯車とを備え、減速時には、前記太陽歯車を固定部材、前記外輪歯車を入力部材、前記遊星キャリアを出力部材とし、等速時には、前記外輪歯車を入出力部材とした２段変速の遊星歯車減速機からなる構成を採用することができる。
【００１９】
変速機構の変速切り替えは、前記入力部材、出力部材間において歯車の噛み合いを変更し得る周知の手段を採用することができる。例えば、前記駆動輪の車軸に対し軸方向へ移動可能なスライド部材を設け、前記変速機構の変速切り替えを、前記スライド部材の軸方向への移動により行う構成とすることができる。このようにすれば、車軸を通じてスライド部材が外部へ引き出し可能であるので、そのスライド部材を通じて外部からの変速操作が容易に実現できる。
【００２０】
また、前記変速機構が複数の前記太陽歯車を備え、その複数の前記太陽歯車のいずれかを固定部材、前記外輪歯車を入力部材、前記遊星キャリアを出力部材とすることで、これらの歯数比が複数となるギアの組み合わせを備えた減速機からなり、複数の前記太陽歯車のうちいずれかを前記固定部材に選択する機能を有する変速制御機構を備える構成を採用することができる。
【００２１】
また、前記変速機構が複数の前記太陽歯車を備え、その複数の前記太陽歯車のいずれかを固定部材、前記遊星キャリアを入力部材、前記外輪歯車を出力部材とすることで、これらの歯数比が複数となるギアの組み合わせを備えた増速機からなり、複数の前記太陽歯車のうちいずれかを前記固定部材に選択する機能を有する変速制御機構を備える構成を採用することができる。
【００２２】
これらの変速制御機構を備える構成において、前記車軸周りに回転可能に支持されている複数の前記太陽歯車のいずれかを、駆動力及びタイヤからの逆入力の両者に対して、前記車軸周りに回転可能または回転不能とに切り替えて変速を行う機能を有している構成を採用することができる。
【００２３】
さらに、その変速制御機構はスナップキーを備え、前記変速機構の変速切り替えを、前記車軸内を通って外部から前記スナップキーを軸方向へ移動させることにより行い、前記スナップキーが噛み合う太陽歯車のいずれかは、駆動力及びタイヤからの逆入力の両者に対して、車軸周りに回転不能とされる構成を採用することができる。
【００２４】
なお、前記第一ワンウェイクラッチのロック（係合）及びその解除を、ブレーキ操作と連動させることもできる。後進非駆動時には、前記第一ワンウェイクラッチをロックせず、前進駆動時と同様、逆入力を遮断することができる。
【００２５】
前記第一ワンウェイクラッチとしては、周知のワンウェイクラッチを採用することができ、例えば、ローラクラッチやスプラグクラッチを採用することができる。
【００２６】
なお、センタユニット内においては、モータ出力軸とモータ駆動スプロケットとを直結することにより、駆動力及び逆入力の両方向のトルクを伝達することが出来る。
【００２７】
また、クランク軸とクランクスプロケット（人力駆動スプロケット）との間には、駆動力のみ伝達し、逆入力時は空回りするセンタワンウェイクラッチを組み込むことにより、逆入力によりペダルが強制的に回転するのを防止することができる。
【００２８】
センタワンウェイクラッチとしては、周知のワンウェイクラッチを採用することができ、例えば、ローラクラッチやスプラグクラッチ、ラチェットクラッチを採用することができる。
【発明の効果】
【００２９】
この発明は、回生エネルギーを二次電池に蓄えることができ、回生充電しない場合と比較して充電１回当たりの航続距離を大幅に延ばすことができる。また、現行の回生機能付き電動補助自転車は、フロント若しくはリアハブ内に重量の大きなモータを配置しているが、この発明によれば、モータを重心に近いクランク軸付近に配置することができるため、自転車全体の操縦性がよい。また、変速機構を備えているためにスタート時の踏力が少なくて済み、バランスを崩し難い上にアシストパワーも節約でき、更に航続距離が延びる。逆入力伝達用の第一ワンウェイクラッチの作動をブレーキ操作と連動させれば、制動力を高めることができる。
【００３０】
変速機構は、駆動輪のハブに内装されるため、耐久性が高くメンテナンスフリーとすることができる。すなわち、内装変速機を備えたセンタモータ式の電動補助自転車において、できる限り装置を複雑化することなく、回生充電を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第一の実施形態の直結状態を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図
【図２】同第一の実施形態の減速状態を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図
【図３】第二の実施形態の直結状態を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図
【図４】同第二の実施形態の減速状態を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図
【図５】第三の実施形態を示す側面図
【図６】第四の実施形態を示す側面図
【図７】第五の実施形態を示す側面図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第一の実施形態）
この発明の第一の実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。この実施形態の電動補助自転車は、前輪と後輪間の中央部付近において、その前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータ（センタモータユニット）を取り付けたセンタモータ方式である。
【００３３】
駆動時、すなわち、ペダルを通じてクランク軸から伝達された踏力、又は前記モータの出力による駆動力が入力された場合は、図示しないセンタモータユニットのクランクスプロケットと、駆動輪である後輪のリアスプロケット（スプロケット）７とを結ぶチェーン等の動力伝達要素を介して、その後輪に駆動力が伝達可能となっている。また、非駆動時には、後輪のリアハブ１から前記モータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を、前記センタモータユニットの二次電池に還元する回生機構を備えている。
【００３４】
リアハブ１は、図１に示すように、後輪の車軸１１と同軸に設けたハブケース１２内に、変速機構５と第一ワンウェイクラッチ２とを備えている。
【００３５】
第一ワンウェイクラッチ２の構成は、図１（ａ）に示すように、同軸上に配置された内輪２ｃと外輪２ｂとが軸周り相対回転可能であり、その内輪２ｃの外周面と、外輪２ｂの溝２ｆとの間に設けられた周方向に伸びる楔空間に、ローラ２ａが配置されている。ローラ２ａは、環状の保持器２ｄによって周方向に保持されているとともに、弾性部材２ｅによって、その保持器２ｄを介して前記楔空間が拡がる方向へ付勢されている。また、保持器２ｄと内輪２ｃとの間には軸受部１５が設けられており、互いに相対回転可能である。
【００３６】
内輪２ｃは、前記リアスプロケット７と一体に回転可能に支持されている。また、外輪２ｂは、前記ハブケース１２と一体に回転可能に設けられている。
内輪２ｃと車軸１１との間、及びハブケース１２と車軸１１との間には、それぞれ軸受部１３が設けられ、互いに相対回転可能に支持されている。内輪２ｃとハブケース１２との間にも、軸受部１４が設けられて相対回転可能となっている。
【００３７】
この第一ワンウェイクラッチ２は、リアスプロケット７及び内輪２ｃが、外輪２ｂに対して後退方向に回転すると、ローラ２ａが溝２ｆ内を楔空間の狭まる方向へ移動して内輪２ｃと外輪２ｂとを結合しロックする。また、リアスプロケット７及び内輪２ｃが、外輪２ｂに対して前進方向に回転すると、その結合が解除され、ロックが外れる機構となっている。
これにより、リアスプロケット７に入力された前進方向のトルクは伝えられないが、後退方向のトルク（前進非駆動時の逆入力トルクを含む）は伝えられるのである。
【００３８】
ただし、通常状態（保持器２ｄに外力を加えない状態）では、弾性体２ｅによって付勢された保持器２ｄが、ローラ２ａを楔空間の拡がる方向へ押し付けているため、両方向の回転入力に対してロックすることはない。しかし、外部から保持器２ｄに力が加わり、保持器２ｄが弾性体２ｅの付勢に打ち勝って、外輪２ｂに対して後退方向に相対回転すると、ローラ２ａは外輪２ｂの楔空間の浅い位置でスタンバイ状態となる。この時に、タイヤ側からの逆入力があると、ローラ２ａは内輪２ｃと外輪２ｂの溝２ｆとの間で楔契合し、第一ワンウェイクラッチ２の内輪２ｃと外輪２ｂが結合しロックするのである。
【００３９】
すなわち、第一ワンウェイクラッチ２は、前進駆動時には空回りし、前進非駆動時にタイヤからの逆入力トルクを、リアスプロケット７に伝達することができる。
【００４０】
また、前記変速機構５は、前記車軸１１と一体に回転する太陽歯車５ａと、その太陽歯車５ａに噛み合う遊星歯車５ｂ、その遊星歯車５ｂを保持する遊星キャリア５ｃ、及び前記遊星歯車５ｂに噛み合う外輪歯車５ｄとを備えている。
【００４１】
さらに、この変速機構５は、前記外輪歯車５ｄと前記ハブケース１２との間に、第二ワンウェイクラッチ３が組み込まれている。また、前記内輪２ｃと前記外輪歯車５ｄとの間に、第三ワンウェイクラッチ４が組み込まれている。この実施形態では、第二ワンウェイクラッチ３、第三ワンウェイクラッチ４の構造として、ラチェットクラッチを採用しているが、ローラクラッチやスプラグクラッチなど、他の構造のワンウェイクラッチを採用することは差し支えない。
【００４２】
この第二ワンウェイクラッチ３、第三ワンウェイクラッチ４を備えたことにより、変速機構５は、スプロケット７に入力された前進方向のトルクは、第三ワンウェイクラッチ４を介して、スプロケット７側からタイヤ側に伝えられるが、後退方向のトルクはスプロケット７側からタイヤ側に伝えられないように機能する。
【００４３】
つぎに、この変速機構５の変速機能について説明すると、変速機構５の減速と直結（等速）との切り替えは、車軸１１に設けられたスライド部材８が軸方向に移動（スライド）することで行われる。車軸１１には軸穴１１ａが空けられており、その軸穴１１ａの開口部から挿入された操作部材（図示せず）で、前記スライド部材８を車軸１１の軸方向に沿って移動させることが出来る。
【００４４】
操作部材により、図１（ｂ）に示す状態から図２（ｂ）に示す状態へと、スライド部材８が奥側へ押し込まれると、第三ワンウェイクラッチ４の内輪２ｃに保持されたラチェット爪４ａが、図１（ａ）に示す状態から図２（ａ）に示す状態へと、ハブケース１２の内周に設けた溝に噛み込み、リアスプロケット７及び内輪２ｃと、ハブケース１２とが直結してトルクが伝達可能な状態となる（直結（等速）状態）。
【００４５】
この時、リアスプロケット７及び内輪２ｃと一体化した外輪歯車５ｄから、前記遊星歯車５ｂ及び遊星キャリア５ｃにも回転は伝わっているが、遊星キャリア５ｃの回転速度よりもハブケース１２の回転速度の方が速いため、第二ラチェットクラッチ３が空回りして、遊星キャリア５ｃからハブケース１２へのトルクの伝達は生じないようになっている。
【００４６】
また、操作部材から前記スライド部材８を奥側に押し込む力を解放すると、圧縮スプリング６の反力により、スライド部材８が、図２（ｂ）に示す状態から図１（ｂ）に示す状態へと手前側に押し戻される。
【００４７】
このとき、スライド部材８のテーパ部８ａに沿って、第三ワンウェイクラッチ４のラチェット爪４ａが押圧されて、図２（ａ）に示す状態から図１（ａ）に示す状態へと円周方向に倒れ込む。ラチェット爪４ａが倒れることで、そのラチェット爪４ａは、噛みこんでいたケース１２の内周に設けた溝から外れるため、第三ワンウェイクラッチ４は空回りする。
このため、リアスプロケット７から入力された回転トルクは、内輪２ｃを通じて、外輪歯車５ｄから遊星歯車５ｂ、遊星キャリア５ｃへと伝わり、第二ワンウェイクラッチ３がロックして、最終的に、ハブケース１２に伝えられる。このとき、回転数は外輪歯車５ｄから遊星キャリア５ｃへと伝わる間に減速するのである（減速状態）。
【００４８】
すなわち、この変速機構５は、減速状態では、前記太陽歯車５ａを固定部材、前記外輪歯車５ｄを入力部材、前記遊星キャリア５ｃを出力部材とし、直結状態では、前記外輪歯車５ｄを入出力部材として機能させた、減速と直結の２段変速遊星歯車減速機となっている。
【００４９】
より詳しく説明すると、減速状態の前進駆動時（図１に示す状態）には、リアスプロケット７から入力された前進方向の駆動トルクが、リアスプロケット７と一体化された内輪２ｃ及び外輪歯車５ｄを前進方向に回転させる。変速機構５は、太陽歯車５ａが車軸１１に固定されており、前記外輪歯車５ｄの前進方向の回転に伴い、遊星歯車５ｂが同方向に自転しながら公転し、遊星歯車５ｂをガイドする遊星キャリア５ｃも遊星歯車５ｂの公転と同期して回転する。
【００５０】
この時、太陽歯車５ａの歯数をａ、外輪歯車５ｄの歯数をｄとすると、減速機の減速比は（ａ＋ｄ）／ｄとなる。遊星キャリア５ｃとハブケース１２との間には、第二ワンウェイクラッチ３が組み込まれており、この減速比で、遊星キャリア５ｃの回転をケース１２に伝達する。
【００５１】
一方、内輪２ｃとハブケース１２との間に組み込まれた第一ワンウェイクラッチ２は、弾性体２ｅに付勢された保持器２ｄが、ローラ２ａを溝２ｆの深い方（楔空間の拡がる方向）へ押し付けているため、通常は空転状態となっている。
仮に、運転者が行うブレーキ操作により、摩擦部材１０から保持器２ｄに力が加わると、保持器２ｄが弾性体２ｅの付勢に打ち勝ち、外輪２ｂに対して後退方向に相対回転する。
この相対回転により、ローラ２ａが、外輪２ｂの溝２ｆの浅い位置でスタンバイ状態となったとしても、内輪２ｃの回転速度が外輪２ｂの回転速度より速い状態（前記減速状態）である限り、ローラ２ａは、内輪２ｃと外輪２ｂの溝２ｆで形成される楔空間から外れるため、第一ワンウェイクラッチ２はロックしない。
【００５２】
また、直結（等速）状態の前進駆動時（図２に示す状態）には、リアスプロケット７から入力された前進方向の駆動トルクが、そのリアスプロケット７と一体化された内輪２ｃに保持された第三ワンウェイクラッチ４を通して、ハブケース１２に直接伝わる。
【００５３】
一方、内輪２ｃとハブケース１２の間に組み込まれた第一ワンウェイクラッチ２は、弾性体２ｅに付勢された保持器２ｄが、ローラ２ａを溝２ｆの深い方へ押し付けているため、ロックしない。
【００５４】
仮に、運転者が行うブレーキ操作により、摩擦部材１０から保持器２ｄに力が加わると、保持器２ｄが弾性体２ｅの付勢に打ち勝ち、外輪２ｂに対して後退方向に相対回転する。
この相対回転により、ローラ２ａが外輪の溝２ｆの浅い位置でスタンバイ状態となったとしても、内輪２ｃの回転速度が外輪２ｂの回転速度と等しく（前記直結（等速）状態）、ローラ２ａが内輪２ｃと外輪２ｂの溝２ｆで形成される楔に噛み込んでいかないため、ワンウェイクラッチ２はロックしない。
【００５５】
さらに、前進非駆動時（例えば、自転車で坂道をペダルを漕がずに下るような状況）には、リアハブ１にタイヤ側から逆入力トルクが入る。この時、第二ワンウェイクラッチ３及び第三ワンウェイクラッチ４は空転するため、この第二ワンウェイクラッチ３及び第三ワンウェイクラッチ４を通じて、逆入力トルクを伝えることはできない。
【００５６】
一方、このとき、第一ワンウェイクラッチ２は、弾性体２ｅに付勢された保持器２ｄが、ローラ２ａを溝２ｆの深い方（楔空間の広がる方向）へ押し付けているため、通常状態（保持器２ｄに外力を加えない状態）では空転している。
【００５７】
ただし、運転者が行うブレーキ操作により、摩擦部材１０から保持器２ｄに力が加わると、保持器２ｄが弾性体２ｅの付勢に打ち勝ち、外輪２ｂに対して後退方向に相対回転する。
この相対回転により、ローラ２ａが外輪の溝２ｆの浅い位置でスタンバイ状態となると、内輪２ｃの回転速度より外輪２ｂの回転速度の方が速い（非駆動状態）ため、ローラ２ａが内輪２ｃと外輪２ｂの溝２ｆとで形成される楔空間に噛み込み、第一ワンウェイクラッチ２がロックして、ハブケース１２とリアスプロケット７とが直結される。
【００５８】
これにより、駆動輪である後輪のタイヤからの逆入力トルクが、リアスプロケット７からチェーン等の動力伝達要素を通してモータ軸に伝わり、回生充電が可能な状態となる。
【００５９】
なお、図示していないが、クランク軸とクランクスプロケットの間には、駆動力を伝達する方向にロックし、逆入力に対して空転するセンターワンウェイクラッチが設けられている。このため、逆入力によって、クランク軸やペダル等に対して駆動力が伝達されないようになっている。このセンターワンウェイクラッチとしては、ローラクラッチ、スプラグクラッチ、ラチェットクラッチ等、周知のワンウェイクラッチを採用できる。
【００６０】
この実施形態では、保持器２ｄに加えられる外力として、運転者が行うブレーキ操作により、摩擦部材１０から保持器２ｄに外力が加わることを想定しているが、ブレーキ操作に限定されず、他の要素による外力を想定してもよい。
【００６１】
なお、後進非駆動時（自転車を降りて、後方に引くような状況）では、絶対的な回転方向は逆となるが、リアスプロケット７とハブケース１２との相対回転の関係は、前進駆動時と同じである。
【００６２】
すなわち、スライド部材８の軸方向位置に応じて、減速状態では、第二ワンウェイクラッチ３がロックし、直結状態では、第三ワンウェイクラッチ４がロックする。一方で、第一ワンウェイクラッチ２は常に空転している。
【００６３】
以上のように、前記変速機構５は、前記踏力又は前記モータの出力による駆動力をリアスプロケット７を通じて、ハブケース１２、すなわち、駆動輪である後輪に伝達する機能を有し、前記第一ワンウェイクラッチ２は、前記踏力又は前記モータの出力による駆動時には空転し、非駆動時には、前記後輪からの逆入力をリアスプロケット７に伝達できる機能を有するものである。
【００６４】
（第二の実施形態）
この発明の第二の実施形態を図３及び図４に示す。この第二の実施形態は、第一の実施形態との差異点を中心に説明すると、まず、変速機構５を、３段増速切り替えの遊星歯車機構で構成している。
【００６５】
また、逆入力伝達用の前記第一ワンウェイクラッチ２を、外輪歯車５ｄに噛み合う内輪２ｃと、ハブケース１２との間に配置したローラクラッチで構成している。
【００６６】
前記変速機構５は、前記車軸１１の外周に同軸上に回転可能に支持された三つの太陽歯車５ｆ，５ｇ，５ｈを備えている。また、前記各太陽歯車５ｆ，５ｇ，５ｈに噛み合う３段の歯車を有する遊星歯車５ｅ、その遊星歯車５ｅを保持する遊星キャリア５ｃ、及び前記遊星歯車５ｅに噛み合う外輪歯車５ｄとを備えている。
【００６７】
さらに、前記外輪歯車５ｄとハブケース１２との間に、第二ワンウェイクラッチ３が組み込まれている。また、前記内輪２ｃと前記外輪歯車５ｄとはスプライン等で噛み合っている。
【００６８】
前記太陽歯車５ｆ，５ｇ，５ｈは、変速制御装置３０によって、そのいずれかひとつを選択的に車軸１１に対して回転不能とすることができ、前記変速機構５は、その太陽歯車５ｆ，５ｇ，５ｈの選択により変速することができる。
【００６９】
例えば、太陽歯車５ｈを車軸１１に対して回転不能とした場合、太陽歯車５ｈの歯数をａ、外輪歯車５ｄの歯数をｄとすると、遊星キャリア５ｃから外輪歯車５ｄへの増速比は（ａ＋ｄ）／ｄとなる。
このとき、太陽歯車５ｆ及び５ｇは空転状態であり、その太陽歯車５ｆ及び５ｇはトルク伝達に関与しない。
【００７０】
すなわち、前記各太陽歯車５ｆ，５ｇ，５ｈは異なる歯数であり、いずれか一つを車軸１１に対し回転不能とすることで、増速比を変化させることができる。
【００７１】
一方、内輪２ｃとハブケース１２との間に組み込まれた第一ワンウェイクラッチ２は、前述の実施形態を示す図１（ａ）及び図２（ａ）と同様、弾性体２ｅに付勢された保持器２ｄが、ローラ２ａを溝２ｆの深い方（楔空間の拡がる方向）へ押し付けているため、通常は、空転状態となっている。
【００７２】
前進駆動時（図３に示す状態）において、リアスプロケット７に駆動力が入力されると、遊星キャリア５ｃ、遊星歯車５ｅ、外輪歯車５ｄ、第二ワンウェイクラッチ３、ハブケース１２の順にトルクが伝達される。
このとき、第一ワンウェイクラッチ２は、空転状態である。通常状態（保持器２ｄに外力を加えない状態）では、弾性体２ｅによって付勢された保持器２ｄが、ローラ２ａを溝２ｆの深い方（楔空間の拡がる方向）へ押し付けているため、その第一ワンウェイクラッチ２は、両方向の回転入力に対してロックすることはないからである。
【００７３】
さらに、前進非駆動時（例えば、自転車で坂道をペダルを漕がずに下るような状況／図４に示す状態）には、リアハブ１にタイヤ側から逆入力トルクが入る。この時、第二ワンウェイクラッチ３は空転するため、この第二ワンウェイクラッチ３を通じて、逆入力トルクを伝えることはできない。
【００７４】
一方、このとき、第一ワンウェイクラッチ２は、弾性体２ｅに付勢された保持器２ｄが、ローラ２ａを溝２ｆの深い方（楔空間の広がる方向）へ押し付けているため、通常状態（保持器２ｄに外力を加えない状態）では空転している。
【００７５】
ただし、運転者が行うブレーキ操作により、摩擦部材１０から保持器２ｄに力が加わると、保持器２ｄが弾性体２ｅの付勢に打ち勝ち、外輪２ｂに対して後退方向に相対回転する。
この相対回転により、ローラ２ａが外輪の溝２ｆの浅い位置でスタンバイ状態となると、内輪２ｃの回転速度より外輪２ｂの回転速度の方が速い（非駆動状態）ため、ローラ２ａが内輪２ｃと外輪２ｂの溝２ｆとで形成される楔空間に噛み込み、第一ワンウェイクラッチ２がロックして、ハブケース１２とリアスプロケット７とが直結される。
【００７６】
これにより、駆動輪である後輪のタイヤからの逆入力トルクが、リアスプロケット７からチェーン等の動力伝達要素を通してモータ軸に伝わり、回生充電が可能な状態となる。
【００７７】
なお、前記変速制御装置３０の構成は、この実施形態では、次なる構成を採用している。すなわち、図３（ａ）（ｂ）に示すように、変速制御装置３０は、車軸１１内に設けた軸穴１１ａに軸部材３０ｂが軸方向進退可能に挿通されており、その軸部材３０ｂに、径方向に突出するスナップキー３０ａが設けられている。また、その軸孔１１ａの奥部には、弾性部材３０ｂが収容されている。この実施形態では、弾性部材３０ｃとしてコイルバネを採用している。
【００７８】
また、各太陽歯車５ｆ，５ｇ，５ｈの内径部には、それぞれ、図３（ａ）、図４（ａ）に示すような溝５ｉが、周方向に沿って複数個形成されている。前記スナップキー３０ａは各太陽歯車のいずれかに対して、その溝５ｉを介して選択的にかみ合うことが可能で、太陽歯車５ｆ，５ｇ，５ｈのいずれか一つを車軸１１に対して回転不能とする。
【００７９】
前述のように、図３（ａ）は、リアスプロケット７から駆動力が伝達されている時の状態を示しており、一方、図４（ａ）はタイヤからの逆入力が伝達されているときの状態を示している。
駆動力と逆入力では太陽歯車にかかるトルクの方向が逆転するため、各太陽歯車５ｆ，５ｇ，５ｈの溝５ｉ、及びスナップキー３０ａは、その両方向のトルクに対してロックする構造となっている。
【００８０】
前進非駆動時に、第一ワンウェイクラッチ２をロックすると、タイヤからの逆入力は、ハブケース１２、第一ワンウェイクラッチ２、内輪２ｃ、外輪歯車５ｄ、遊星歯車５ｅ、遊星キャリア５ｃ、リアスプロケット７順に伝達され、チェーン等の動力伝達要素を通してモータ軸に伝わり、回生充電が可能な状態となる。
【００８１】
なお、遊星歯車５ｅが噛み合う前記太陽歯車５ｆ，５ｇ，５ｈの選択は、外部より車軸１１の軸穴１１ａ内を通して、軸部材３０ｂ及びスナップキー３０ａを車軸１１に対して軸方向へ相対移動させることによって、そのスナップキー３０ａが噛み合う太陽歯車５ｆ，５ｇ，５ｈを変更することにより行うことができる。
【００８２】
（第三の実施形態）
第三の実施形態を図５に示す。この実施形態は、外輪歯車５ｄと第一ワンウェイクラッチ２の内輪２ｃとを一体の部材で構成したものである。その基本的な作動については、第二の実施形態と同じである。
【００８３】
（第四の実施形態）
第四の実施形態を、図６に示す。この実施形態は、変速機構５を、３段減速切り替えの遊星歯車機構で構成し、逆入力伝達用の第一ワンウェイクラッチ２を、ハブケース１２と内輪２ｃとの間のローラクラッチで構成している。
【００８４】
前記内輪２ｃは遊星キャリア５ｃとスプラインで噛み合っている。この場合、ペダルからの駆動力は、リアハブ１のリアスプロケット７から、外輪歯車５ｄ、遊星歯車５ｅ、遊星キャリア５ｃ、第二ワンウェイクラッチ３、ハブケース１２の順に減速されて伝達される。その他の基本的な作動については、第二の実施形態と同じである。
【００８５】
（第五の実施形態）
この発明の第五の実施形態を図７に示す。この第五の実施形態は、第四の実施形態と同様、変速機構５を、３段減速切り替えの遊星歯車機構で構成している。また、逆入力伝達用の第一ワンウェイクラッチ２を、ハブケース１２と外輪歯車５ｄの間のローラクラッチで構成している。その他の基本的な作動については、第二の実施形態と同じである。
【符号の説明】
【００８６】
１  リアハブ
２  第一ワンウェイクラッチ
２ａ  ローラ
２ｂ  外輪
２ｃ  内輪
２ｄ  保持器
２ｅ  弾性体
２ｆ  溝
３  第二ワンウェイクラッチ（ラチェットクラッチ）
４  第三ワンウェイクラッチ（ラチェットクラッチ）
５  変速機構
５ａ，５ｆ，５ｇ，５ｈ  太陽歯車
５ｂ，５ｅ  遊星歯車
５ｃ  遊星キャリア
５ｄ  外輪歯車
６  弾性部材
７  リアスプロケット
８  スライド部材
９  シール
１０  摩擦部材
１１  車軸
１１ａ  軸穴
１２  ハブケース
１３，１４，１５  軸受部
３０  変速制御機構
３０ａ  スナップキー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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