(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動自転車、特に、電気モータ及び筋力によってハイブリッド方式で動作される電動アシスト自転車に用いられ、
−電動自転車のチェーン動力伝達機構のチェーンホイール（１１）に連結する中空シャフト（３）が取り付けられた駆動ハウジング（７）と、
−前記中空シャフト（３）と同心に配置されており、両側の端部でペダルクランク（２３，２４）に連結するペダルクランク軸（２）と、
−前記中空シャフト（３）と前記ペダルクランク軸（２）との間に配置されており、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ（６１）と、
−出力部を有し、回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ（６２）を介して、前記出力部が前記中空シャフト（３）に接続される電気モータ（４）と、
を備えた駆動装置（１）であって、
前記中空シャフト（３）は、前記ペダルクランク軸（２）のいずれの回転方向においても、当該ペダルクランク軸（２）と結合可能であり、
バックペダルブレーキを作動させる装置が、前記ペダルクランク軸（２）と前記中空シャフト（３）との間に配置されており、前記バックペダルブレーキを作動させる装置は、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチ（６１）によって前記ペダルクランク軸（２）と前記中空シャフト（３）とが接続された場合にはフリー回転し、逆の回転方向では前記ペダルクランク軸（２）と前記中空シャフト（３）とを接続することを特徴とする、駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、前記電気モータ（４）が、電子制御装置（９）によって制御可能であり、この電子制御装置（９）は、前記ペダルクランク軸（２）の回転速度を検出するセンサ（９１）、回転方向を検出するセンサ（９１）およびねじりモーメントを検出するセンサ（９１）と接続しており、前記ペダルクランク軸（２）の回転方向が前記電動自転車の前方走行方向と逆の回転方向である場合、および／または前記ペダルクランク軸（２）のねじりモーメントが前記電動自転車の前方走行方向のときと比べて逆である場合、前記電気モータをオフにすることを特徴とする、駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の駆動装置において、前記バックペダルブレーキを作動させる装置が、クランピングローラ型フリーホイールで構成されており、このクランピングローラ型フリーホイールは、前記ペダルクランク軸（２）に回転固定で結合したフリーホイールケージ（６５）、溝にクランピングローラ（６４１）が配置された切替えハウジング（６４）、および外表面が前記ハウジング（７）に回転固定で結合した作動フリーホイール（６３）の切替え要素（６６）を含み、当該切替え要素（６６）は、前記切替えハウジング（６４）と接続しており、さらに、前記ペダルクランク軸（２）と同心に配置されて且つ当該ペダルクランク軸（２）に対して自由に運動可能であることを特徴とする、駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の駆動装置において、前記切替え要素（６６）が、前記切替えハウジング（６４）に対して周方向にねじり弾性的に接続していることを特徴とする、駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の駆動装置において、前記切替え要素（６６）が、前記ペダルクランク軸（２）に取り付けられた円筒形状のねじりばね又は渦巻きばね（１２）の一端に接続しており、かつ、前記切替えハウジング（６４）が、前記円筒形状のねじりばね又は渦巻きばね（１２）の他端に接続されていることを特徴とする、駆動装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の駆動装置において、前記電気モータ（４）のモータ軸（４０）が、ギア機構（５）および回転方向に応じてシフトされる前記第２のクラッチ（６２）を介して前記中空シャフト（３）に接続することを特徴とする、駆動装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の駆動装置において、前記ギア機構（５）が、異種のギアを含む複数段減速機で構成されることを特徴とする、駆動装置。
【請求項８】
請求項７に記載の駆動装置において、前記複数段減速機が、二段平歯車機構として形成されており、この二段平歯車機構は、前記モータ軸（４０）に結合したピニオン、二重歯車（５１）のうちの前記ピニオンに結合する大径側の平歯車、および前記二重歯車（５１）の小径側の平歯車に結合する出力平歯車（５２）を含み、さらに、当該出力平歯車（５２）が、前記中空シャフト（３）に対して同心で接続することを特徴とする、駆動装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の駆動装置において、前記電気モータ（４）を制御する前記電子制御装置（９）に、前記電動自転車の速度を検出するセンサの出力信号が供給されることを特徴とする、駆動装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の駆動装置において、前記ペダルクランク（２３，２４）を介して印加されたねじりモーメントが、別個に検出されて前記電子制御装置（９）に供給され、当該電子制御装置（９）が、前記ペダルクランク（２３，２４）を介して印加された前記ねじりモーメントを合計することを特徴とする、駆動装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項に記載の駆動装置において、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチ（６１）と前記チェーンホイール（１１）との間における前記中空シャフト（３）のねじり角が測定されて、前記ペダルクランク（２３，２４）を介して印加されたねじりモーメントを検出することを特徴とする、駆動装置。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか一項に記載の駆動装置において、前記電気モータ（４）によるねじりモーメントが印加された状態で、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチ（６１）と回転方向に応じてシフトされる前記第２のクラッチ（６２）との間における前記中空シャフト（３）のねじり角が検出されて、前記ペダルクランク（２３，２４）を介して印加されたねじりモーメントを検出することを特徴とする、駆動装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の駆動装置において、前記電子制御装置（９）が、前記ペダルクランク軸（２）を介したねじりモーメントの印加がない状態で前記電動自転車が所定の速度を超えた場合に、電気モータ（４）をオフにすることを特徴とする、駆動装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の駆動装置において、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチ（６１）によって前記ペダルクランク軸（２）が前記中空シャフト（３）から切り離されると、前記電子制御装置（９）が、前記電気モータ（４）の回転数を再調節してねじりモーメントを再調節することを特徴とする、駆動装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の駆動装置において、前記ペダルクランク軸（２）を介して印加されるねじりモーメントと前記電気モータ（４）によるねじりモーメントとの間での動力の分配の度合いが、前記電動自転車の操作部を介して調節可能であることを特徴とする、駆動装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の駆動装置において、回転方向に応じてシフトされる前記第１および第２のクラッチ（６１，６２）が、クランピングローラ型フリーホイールで構成されており、前記クランピングローラ型フリーホイールは、内輪、外輪、および当該内輪と外輪との間に配置されたクランピング体を含み、さらに、当該内輪または外輪が、当該内輪または外輪の回転方向に応じて、これら内輪と外輪とを結合する傾斜面を有することを特徴とする、駆動装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の駆動装置において、前記電動自転車が、Ｅ−ｂｉｋｅまたは電動アシスト自転車で構成され、前記電子制御装置（９）が、前記ペダルクランク軸（２）に対して反作用を生じないように電動駆動部を制御することを特徴とする、駆動装置。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の駆動装置において、前記中空シャフト（３）が、チェーンホイールフランジ（１０）と結合しており、このチェーンホイールフランジ（１０）は、前記チェーンホイール（１１）、またはチェーンホイール変速機に接続した複数のチェーンホイールと連結可能であることを特徴とする、駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載されているとおり、電動自転車に用いる駆動装置、特に、電気モータ及び筋力によってハイブリッド方式で動作される電動アシスト自転車（Ｐｅｄｅｌｅｃ）に用いる駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動自転車とは、電気自転車（Ｅ−ｂｉｋｅもしくはｅＢｉｋｅ）または電動アシスト自転車であると理解されたい。電気自転車は、蓄電池によって電気エネルギーが供給される電気モータを別個に又は一体に備えた自転車である。電動アシスト自転車の場合、電気モータは、自転車を手押ししているとき（pushing）又は時速６ｋｍまでの始動補助の時以外は、ペダルの回転がないかぎり動力（power）を供給しない。電動アシスト自転車では、電気モータをオンに切り替えたり、電気モータを制御したりする目的で：
−パワーセンサ（Kraftsensor）の信号により、ペダル、ペダルクランク、チェーン又は車輪での動力又はねじりモーメントを測定したり、
−回転数センサの信号により、ペダルの速度を測定したり、
−車輪で当該自転車の速度を測定したり（特に、時速２５ｋｍの時点で電気モータをオフにする目的で）、
−加速度を測定したり、
することがある。これらの測定値を機械的又は電子的にさらに処理することにより、電気モータをオン又はオフに切り替えたり、あるいは、制御機能によりたえず動作調整をしたりする場合がある。
【０００３】
電気モータに供給される電力は、センサのデータに基づき、モータ制御装置からの選択された補助度（supporting degree）に応じて算出される。その結果、運転者自身が印加する動力に対する特定の割合に相当する動力が、電気モータによって自動的に追加される。このような補助度（すなわち、電気モータによって追加される動力の割合）は、複数段階調節が可能であったり、製造元や整備士によって完全に固定されていたりする。
【０００４】
特許文献１によると、筋力で駆動される自転車に用いる、電気駆動部付きの駆動装置が知られている。この駆動装置は、自転車のフレーム部分のブッシュに支えられる装着スリーブと、クランク軸と、装着スリーブに取り付けられて且つクランク軸と同心に配置される駆動スリーブとを備える。そのクランク軸の端部には、ペダルと連結する筋力駆動用のクランクが設けられる。駆動スリーブは一方の端部に適合ディスクを具備し、この適合ディスクにチェーンホイールが連結する。クランク軸と駆動スリーブとの間には、回転方向依存クラッチとして、ペダルクランクフリーホイールが配置される。他方、駆動スリーブは、駆動フリーホイールおよびギアを介して電気モータのロータと接続する。さらに、クランク軸のねじりモーメントを検出するねじりモーメントセンサ、およびクランク軸の回転数を検出する回転数センサが設けられ、これらのセンサは電子制御装置に信号を送る。この電子御装装置が、運転者によって印加される動力を測定し、電気モータを制御して、運転者を補助する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２２１６２４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、前述したような種類の駆動装置であって、より小さい構造体積で複数種の機能を実行することができ、さらに、筋力や電動力による駆動力を最適に検出できる駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、請求項１の構成によって達成される。
【０００８】
本発明の解決手段により、小さい構造体積（例えば縮小した外形寸法）で複数種の機能を実行することができ、さらに、筋力や電動力による駆動力を最適に検出可能な、電動自転車に用いる駆動装置を提供することができる。本発明にかかる駆動装置は、電動アシスト動作（すなわち、電動補助付きの自転車機能）、電動駆動単独の動作（例えば、前記手押し又は始動の補助など）、および純粋な自転車動作（例えば、電気モータの電源が異常を生じた場合など）を可能にし、さらに、全ての動作タイプにおいてフリーホイール機能やバックペダル機能を利用することができる。また、コンパクトな構造を有しているので、そのペダル支承部分に、従来のチェーンホイールセットを採用することができる。さらに、制御装置の制御機能を単に変更するだけで、電動アシスト動作からＥ−ｂｉｋｅ動作への切替えが可能である。
【０００９】
回転方向依存クラッチを駆動装置に組み込むことにより、ほとんど手間をかけずに、かつ、極めて省スペースで、各種機能の実現が可能となる。ペダルクランク軸とチェーンホイールに強固に連結した中空シャフトとを互いに同心に配置することにより、運転者の筋力によって生成された動力と電気モータによって供給された動力とを合計し、これを電動自転車の駆動に利用することができる。よって各ペダルクランクによって生成されたねじりモーメントの合計は、中空シャフトに設けられたねじりモーメントセンサによって簡単に測定することができる。
【００１０】
前記中空シャフトは、前記ペダルクランク軸のいずれの回転方向においても、当該ペダルクランク軸と結合可能である。これにより、バックペダルブレーキを作動させる装置を設けることが可能となる。
【００１１】
本発明の他の構成において、前記バックペダルブレーキを動作させる装置は、前記ペダルクランク軸と前記中空シャフトとの間に配置される。前記ペダルクランク軸が、前方走行している時の回転方向に対して逆の回転方向の場合は、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチが、フリー回転（空転）する。回転方向に応じてシフトする別のクラッチが、モーメントを前記ペダルクランク軸から前記中空シャフトに伝達することにより、バックペダル機能の実施が可能となる。
【００１２】
これにより、本発明にかかる駆動装置は、電動駆動単独の際には前記中空シャフトのねじりモーメントを前記ペダルクランク軸（さらには、ペダル、前記電動自転車の前記チェーンホイールおよびチェーン動力伝達機構（chain gear））に伝達させずまたは純粋な自転車動作の際にはねじりモーメントを前記ペダルクランク軸から電動駆動部に伝達させないフリーホイール機能を具備することに加えて、当該駆動装置のそのフリーホイール機能を変更することなく、または、そのフリーホイール機能の邪魔になることもなく、バックペダルブレーキ機能も実施することができる。このように、駆動装置は、バックペダルブレーキを作動させる装置によるアップグレードも、何ら問題なく達成することができる。
【００１３】
好ましくは、前記電気モータは、電子制御装置によって制御され、この電子制御装置は、前記ペダルクランク軸の回転数を検出するセンサ、回転方向を検出するセンサおよびねじりモーメントを検出するセンサと接続しており、バックペダルブレーキを作動させる際、つまり、前記ペダルクランク軸の回転方向が前記電動自転車の前方駆動方向のときと比べて逆の回転方向である場合、および／または前記ペダルクランク軸のねじりモーメントが前記電動自転車の前方駆動方向と逆方向である場合に、前記電気モータをオフにする。これにより、バックペダルブレーキを作動させる際に、電動駆動部が、そのバックペダルブレーキの作動回転方向と逆方向のねじりモーメントを生成し、このモーメントが前記ペダルクランク軸に伝達するのを防止することができる。
【００１４】
好ましくは、バックペダルブレーキを作動させる前記装置は、クランピングローラ型フリーホイール（ワンウェイローラクラッチ（Klemmrollenfreilauf））で構成されており、このクランピングローラ型フリーホイールは、前記ペダルクランク軸に回転固定（drehfest）で結合した第１のフリーホイールダイアモンド（Freilaufstern）、溝にクランピングローラが配置された切替えハウジング、外表面が前記ハウジングに回転固定で結合した作動フリーホイールの切替え要素を含み、当該切替え要素は、前記切替えハウジングと接続しており、前記ペダルクランク軸と同心に配置されて且つ当該ペダルクランク軸に対して自由に運動可能である。
【００１５】
そのようなクランピングローラ型フリーホイールは、前記チェーンホイールに強固に連結した前記中空シャフトが、前記電動自転車の前方駆動時の前記駆動装置の回転方向と逆方向に回転することを可能にする。回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチは、フリーホイール動作により、そのような方向の回転を阻止するように構成されている。したがって、バックペダルブレーキを作動させる際には、前記ペダルクランク軸から前記中空シャフトの前方駆動と逆方向のねじりモーメントを伝達させることを可能とするために、前記第１のクラッチをバイパスする必要がある。バックペダルブレーキを作動させる際には、電動駆動部が、回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチを介して前記中空シャフトに接続されており、その場合、この回転方向にねじりモーメントが伝達されることになる。よって、これと同時に、前記電気モータがバックペダルブレーキを作動させる方向と逆方向であれば、前記電子制御装置が当該電気モータをオフにする。これにより、バックペダルブレーキ機能を作動させる際に、その動作がモータ駆動で邪魔されてしまうのを確実に防止することができる。これは、前記電子制御装置が、前記チェーンホイールに連結した前記中空シャフトの回転数に関係なく、前記ペダルクランク軸の回転数および回転方向のセンサ検出値に基づいて前記電気モータを制御することによって実現される。
【００１６】
前記ペダルクランク軸と同心に配置されて且つ当該ペダルクランク軸に対して自由に運動可能である前記切替えハウジングを、前記作動フリーホイールの前記切替え要素に回転固定で接続させる構成の一変形例として、外径側で前記ハウジングに強固に結合した前記作動フリーホイールの、前記フリーホイールダイアモンドを、前記切替えハウジングに対してねじり弾性的に接続させてもよい。
【００１７】
好ましくは、前記切替えハウジングと前記作動フリーホイールの前記フリーホイールダイアモンドとのねじり弾性的な接続部は、前記ペダルクランク軸に取り付けられた円筒形状のねじりばね又は渦巻きばねで構成されており、このねじりばね又は渦巻きばねは、その一端で前記切替えハウジングに接続して、その他端で前記作動フリーホイールの前記フリーホイールダイアモンドに接続している。
【００１８】
前記作動フリーホイールの前記フリーホイールダイアモンドと前記切替えハウジングとをねじり弾性的に接続することには、前記クランピングローラを介して前記切替えハウジングによって生成される支持モーメントが、前記作動フリーホイールの前記フリーホイールダイアモンドへと、ねじり弾性的に徐々に伝達されるという利点がある。これにより、前記作動フリーホイールがロックした状態で、前記駆動装置の後方回転方向における前記ペダルクランク軸の角度を柔軟に変化させることが可能となる。それと同時に、前記中空シャフトに強固に連結した前記チェーンホイールが、前記ねじりばね又は渦巻きばねが動かない間の可能な回転角度範囲内で、前記駆動装置の前方回転方向と逆方向に回転することができる。これにより、前記駆動装置の構成部品に結果として表れる逃げ角（clearance）は、バックペダルブレーキが作動するまで補償される。
【００１９】
好ましくは、前記電気モータのモータ軸は、ギア機構、特に、複数段減速機を介して、前記中空シャフトに接続する。
【００２０】
前記電気モータを、前記電動自転車の前記チェーン動力伝達機構の前記チェーンホイールに強固に連結した前記中空シャフトに、ギア機構を介して接続することにより、電動駆動部の回転数範囲を、筋力によって駆動される前記ペダルクランク軸の回転数範囲と合わせることが可能になる。さらに、小型で動力供給も小さい電気モータであっても、高い回転数で稼動させて使用することが可能になる。これにより、外形寸法を最小限に抑えた駆動装置を、電動自転車のフレームに組み込むことができる。
【００２１】
好ましくは、電動駆動部と前記モータ軸との間の複数段減速機は、二段平歯車機構で構成されており、この二段平歯車機構は、前記モータ軸に結合したピニオン、二重歯車のうちの前記ピニオンに噛合する大径側の平歯車、および前記二重歯車の小径側の平歯車に噛合する出力平歯車を含み、さらに、当該出力平歯車が、前記中空シャフトに対して同心で接続する。
【００２２】
好ましくは、前記駆動装置の各種動作タイプ（電動補助なしで筋力のみで生成される駆動力を用いた純粋な自転車動作、筋力で生成される駆動力を電動補助するハイブリッド方式の動作、筋力による駆動がない電動駆動単独の動作、さらには、これら各動作タイプにおけるフリーホイール機能またはバックペダルブレーキの作動）のために、入力側にセンサ信号が供給されて前記電気モータを制御する、電子制御装置が設けられる。回転方向に応じてシフトされるクラッチの機能や、バックペダルブレーキを作動させるクランピングローラ型フリーホイールの機能は、純粋に機械的なものである。よって、センサによって提供される前記センサ信号は、前記ペダルクランク軸の回転数およびねじりモーメント、ならびに前記電動自転車の走行速度に限定される。このようにして、前記電子制御装置は、入力側の前記センサ信号を処理して、電動駆動単独で電動アシスト自転車の手押し又は始動を補助する際の法で認められる最大速度：６ｋｍ／時、または電動アシスト自転車又はＥ−ｂｉｋｅを電動補助動作する際の法で認められる最大速度２５ｋｍ／時を遵守する。
【００２３】
しかし、前記電子制御装置による電動駆動部の制御のための、筋力によって生成される前記ペダルクランク軸のねじりモーメントの検出は難題である。前記ペダルクランク軸の各側の端部に設けられた両方のペダルクランクから前記ペダルクランク軸に力が加えられることにより、ねじりモーメントが前記ペダルクランク軸に印加される。そのねじりモーメントを前記ペダルクランク軸の変形に基づいて検出する場合、検出されるねじり角の推移（変化）は、両方のペダルクランクによって生成される、各側のねじりモーメントの合計である合計ねじりモーメントに比例しない。その理由は、前記ペダルクランク軸の変形の推移（変化）は、筋力駆動のねじりモーメントが前記ペダルクランク軸から前記チェーンホイール（さらには、前記電動自転車のチェーン動力伝達機構）に連結した前記中空シャフトに伝達されるポイントが、どこであるかによって決まるからである。ここでは、一方のペダルクランクが駆動側チェーンホイールに対して短い離間距離をもって前記ペダルクランク軸に連結し、他方のペダルクランクは前記ペダルクランク軸の反対側の端部に連結する。
【００２４】
各ペダルクランクは、それが連結する前記ペダルクランク軸の各側の変形のみを引き起こすのであるが、これらペダルクランクによって生成されるねじりモーメントと、これらペダルクランクの間で非対称に取り付けられた前記チェーンホイールでの駆動ねじりモーメントとの間には、釣り合いが取れる。したがって、これらペダルクランクによって印加される合計ねじりモーメントを厳密に検出するには、各ペダルクランクによって生成されるねじりモーメントを別個に測定した後、両方のねじりモーメントを合計することが要求される。
【００２５】
これらペダルクランクによって前記ペダルクランク軸に印加されるねじりモーメントを別個に検出する構成の一変形例として、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチと前記チェーンホイールとの間における前記中空シャフトのねじり角が測定される。その理由は、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチを介して前記中空シャフトに印加されたねじりモーメントから、前記中空シャフトに強固に連結した前記チェーンホイールまでの前記ペダルクランク軸のねじり角は、両方のペダルクランクによって生成されたねじりモーメントに比例するからである。
【００２６】
電動駆動部により、さらなるねじりモーメントが前記中空シャフトに印加されているならば、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチと回転方向に応じてシフトされる前記第２のクラッチとの間における前記中空シャフトのねじり角が検出される。その理由は、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチ（これを通じて前記ペダルクランク軸のねじりモーメントが前記中空シャフトに印加される）と、回転方向に応じてシフトされる前記第２のクラッチ（ここにおいて電動駆動部のねじりモーメントが前記中空シャフトに印加される）との間におけるねじり角は、前記ペダルクランク軸からのねじりモーメントに比例し、かつ、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチと前記第２のクラッチとの間の領域において測定可能だからである。
【００２７】
このようにして、本発明にかかる解決手段は、電動自転車のチェーン動力伝達機構に直接連結した中空シャフトに対して筋力で印加されるペダルモーメントを、単純かつ簡便に検出することができる。
【００２８】
電動駆動単独走行時の法で認められる最大速度は６ｋｍ／時で、電動補助動作時の法で認められる最大速度は２５ｋｍ／時とされるので、電動アシスト自転車では、本発明にかかる駆動装置を使用するとき、回転方向に応じてシフトされる機械型クラッチにより、筋力駆動部と電動駆動部とが切り離されるので、上記のような法的要件を前記電子制御装置のみで達成かつ遵守することができる。
【００２９】
つまり、前記電子制御装置は、前記ペダルクランク軸を介したねじりモーメントの印加がない状態で前記電動自転車が所定の速度を超えた場合に、前記電気モータをオフにすることができる。よって、前記電動自転車の走行速度、さらには、前記ペダルクランク軸の回転数やねじりモーメントを検出することにより、始動補助時の許容速度および電動自転車の最大速度を遵守することができる。
【００３０】
また、前記電気モータまたは前記電気モータに給電する蓄電池に過度の負担がかからないように、前記電気モータの連続駆動時間が所与の時間フレームを超えた場合にも、前記電子制御装置によって前記電気モータをオフにするようにしてもよい。
【００３１】
電動補助動作時には、前記ペダルクランク軸の回転数およびねじりモーメントが検出されて前記電子制御装置に供給される。これによって、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）により、または同様の電圧制御などによって、前記電気モータのオン切替えを制御することにより、必要となる追加のねじりモーメントを、上記回転数に合わせて、電動駆動部から、回転方向に応じてシフトされる前記第２のクラッチを介して前記中空シャフトに伝達することができる。これにより、前記電動自転車の前進動力を、運転者の筋力による力と電動による力との間で分配させることができる。
【００３２】
前記中空シャフトを駆動する電動駆動部の回転数が、前記ペダルクランク軸から前記中空シャフトに対して供給される回転数を超えると、前記ペダルクランク軸と前記中空シャフトとの間に配置されて回転方向に応じてシフトされるクラッチにより、前記ペダルクランク軸が切り離される。これにより、前記ペダルクランク軸には、ペダルを駆動させるように働くねじりモーメントは伝達されない。この時、前記電気モータの回転数を、前記必要となるねじりモーメントに再調節することができる。
【００３３】
前記電気モータによってもたらされる回転は、その回転数が前記ペダルクランク軸によってもたらされる回転数よりも少ない場合、ねじりモーメントを発生させない。その理由は、回転方向に応じてシフトされる前記第２のクラッチにより、電動駆動部が前記中空シャフトから切り離されるからである。
【００３４】
本発明のさらなる他の構成において、前記ペダルクランク軸を介して印加されるねじりモーメントと前記電気モータによるねじりモーメントとの間での動力の分配の度合いは、前記電動自転車の操作部を介して調節可能である。
【００３５】
運転者の筋力による動力と前記電気モータによる動力との間での前記分配は、段階的にまたは連続的に行われてよい。筋力で駆動される前記ペダルクランク軸と電動駆動部との切離しは機械的になされるので、そのような動力の分配は、前記電子制御装置により、法的要件を考慮して実現される。好ましくは、前記電子制御装置は、異なる法的要件に応じてプログラム可能である。
【００３６】
好ましい一実施形態において、回転方向に応じてシフトされる前記第１および第２のクラッチは、クランピングローラ型フリーホイールで構成されており、このクランピングローラ型フリーホイールは、内輪、外輪、および当該内輪と外輪との間に配置されたクランピング体を含み、さらに、当該内輪または外輪が、これら内輪と外輪とを結合する、当該内輪または外輪の回転方向の傾斜面（clamping ramps）を有する。
【００３７】
好ましくは、前記電動自転車は、Ｅ−ｂｉｋｅまたは電動アシスト自転車で構成され、前記電子制御装置は、前記ペダルクランク軸に対して反作用を生じないように電動駆動部を調節可能である。
【００３８】
本発明にかかる駆動装置は、コンパクトな構造を有しているので、Ｅ−ｂｉｋｅまたは電動アシスト自転車のペダルクランク間に設置することが可能である。その場合、前記中空シャフトを、チェーンホイールフランジと直に結合させることができる。このチェーンホイールフランジは、前記チェーンホイール、またはチェーンホイール変速機に接続した複数のチェーンホイールと連結可能である。
【００３９】
以下では、本発明および本発明の様々な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】フリーホイール機能を具備した、電動アシスト自転車に用いる駆動装置を示す部分断面斜視図である。
【図２】図１の駆動装置を示す斜視断面図である。
【図３】フリーホイール機能を説明するための駆動部およびカップリング要素の概略縦断面図である。
【図４】電動アシスト自転車運転時のフリーホイール機能を説明するための、図３の概略断面図である。
【図５】電気モータ動作時のフリーホイール機能を説明するための、図３の概略断面図である。
【図６】バックペダルブレーキを作動させる装置を具備した駆動装置を示す分解図である。
【図７】バックペダルブレーキを作動させる装置のカップリング要素およびフリーホイールを示す分解図である。
【図８】駆動装置の駆動部およびカップリング要素、ならびにバックペダルブレーキを作動させる装置を示す概略縦断面図である。
【図９】バックペダル機能を具備し、さらに、このバックペダル機能を可能とする一部の部品間のねじり弾性的な接続部を設けた駆動装置を示す分解図である。
【図１０】図９のバックペダルブレーキ機能を具備した駆動装置の部分断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１は、ハウジング７（一部のみを図示する）内にフリーホイール機能を具備した、駆動装置１の斜視図である。ハウジング７は、電動アシスト自転車もしくはＥ−ｂｉｋｅのフレームに接続されるか、またはそのようなフレームに組み込まれる。図１から分かるように、駆動装置１は、コンパクトな構造を有しているので、問題なく電動自転車のペダル間に設置することができる。それにより、駆動力が、チェーンホイール１１およびチェーンを有するチェーン動力伝達機構を経由して、後輪を駆動するチェーンピニオン（ピニオンギャ：小歯車）に伝達される。
【００４２】
駆動装置１はペダルクランク軸２を備えている。ペダルクランク軸２の両側の端部は、ペダルクランク２３，２４に連結する。さらに、ペダルクランク２３，２４の端部には、ペダル（図示せず）が交互に設けられる。運転時には、ペダルに対して筋力が印加されることで、ペダルクランク２３，２４のてこ長さに応じたねじりモーメントが発生し、これがペダルクランク軸２に伝達される。
【００４３】
ペダルクランク軸２は、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ６１（図３等）を介して、中空シャフト３に接続する。この第１のクラッチ６１は、クランピングローラ型フリーホイール（フリーホイールクラッチ）として形成される。中空シャフト３は、ペダルクランク軸２と同心に配置され、かつ、ハウジング７に回転可能に取り付けられる。中空シャフト３の一方の端部には、チェーンホイール１１と連結するチェーンホイールフランジ１０が設けられる。チェーンホイール１１は、駆動力（すなわち、駆動ねじりモーメント）を、チェーンを介して、電動自転車の後輪に接続されたチェーンピニオンに伝達する。
【００４４】
電動力は、電気モータ４によって生成される。電気モータ４は、電子制御装置９によって制御される。電子制御装置９は、電気モータ４に接続された回路基板に設けられる。電気モータ４には、蓄電池（図示せず）から電気エネルギーが供給される。この蓄電池は、電動自転車のフレームに組み込まれたり、例えば、電動自転車の荷台につながれたりする。
【００４５】
電気モータ４がそのモータ軸４０を介して供給するモーメント（Drehmoment）は、ギア機構（gear）５、および回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２（図３等）を介して、中空シャフト３に伝達される。この第２のクラッチ６２は、前記クランピングローラ型フリーホイールとして形成される。
【００４６】
モータ軸４０と回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２との間に設けられたギア機構５は、複数段（例えば二段）平歯車機構（動力伝達機構）として形成される。この二段平歯車機構は、二重歯車５１を含む。二重歯車５１のうちの大径側の歯車は、モータ軸４０に結合したピニオンに噛合し、二重歯車５１のうちの小径側の歯車は、第２のクラッチ６２に結合した出力歯車５２に噛合する。
【００４７】
図２は、ペダルクランク軸２と同心に配置された構成品を備える、駆動装置１の斜視断面図である。
【００４８】
ペダルクランク軸２は、図２で左側となる側が、第１の玉軸受（又は転がり軸受）８１を介して、回転可能に駆動装置１のハウジング７の外部へと露出する。それによって、ペダルクランク軸２の、ハウジング７から突出したピン２１は、図１の一方のペダルクランク２３と結合可能である。ペダルクランク軸２と同心に配置される中空シャフト３は、第２および第３の玉軸受（又は転がり軸受）８２，８３を介して、ペダルクランク軸２に回転可能に取り付けられ、さらに、第４の玉軸受（又は転がり軸受）８４を介して、駆動装置１のハウジング７に回転可能に取り付けられる。中空シャフト３は、ペダルクランク軸２の、ハウジング７から突出したピン２１と反対側の端部において、ハウジング７の外部へと露出し、駆動装置１のハウジング７の外部に位置したチェーンホイールフランジ１０を有する。図１に示すように、チェーンホイールフランジ１０には、チェーンホイール１１が固定される。チェーンホイール１１は、このチェーンホイール１１に転回されるチェーンおよび後輪のピニオンと協働して、電動自転車のチェーン動力伝達機構を形成する。
【００４９】
ペダルクランク軸２と中空シャフト３との間には、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ６１が配置される。第１のクラッチ６１は、前記クランピングローラ型フリーホイールとして形成される。この第１のクラッチ６１の回転方向に応じたシフト動作は、ペダルクランク軸２の回転方向が電動自転車の前方駆動を引き起こす回転方向である場合、前記クランピングローラ型フリーホイールのフリーホイールクラッチ動作をブロックすることにより、ペダルクランク軸２を中空シャフト３に結合させる。他方、第１のクラッチ６１の前記シフト動作は、ペダルクランク軸２の回転方向が逆方向である場合、ペダルクランク軸２と中空シャフト３との間をフリーホイール状態とし、ペダルクランク軸２が中空シャフト３から独立して回転可能な状態とする。
【００５０】
二段平歯車機構５の出力歯車５２は、第５の玉軸受（又は転がり軸受）８５を介して、中空シャフト３に回転可能に取り付けられ、かつ、回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２を介して、中空シャフト３に回転可能に接続する。好ましくは、第２のクラッチ６２も、前記クランピングローラ型フリーホイールとして形成される。電気モータ４およびギア機構５で構成される電動駆動部の回転方向は、常に電動自転車の前方駆動方向に一致する。したがって、電動駆動部、中空シャフト３およびペダルクランク軸２における、これらの回転数の間の差が、電動駆動部により電動生成されたねじりモーメントを中空シャフト３に印加するうえで重要となる。電動駆動部の出力歯車５２の回転数が中空シャフト３の回転数よりも大きくなると、前記クランピングローラ型フリーホイールとして形成された第２のクラッチ６２の回転方向に応じたシフト動作は、そのクランピングローラのフリーホイールクラッチ動作をブロックすることにより、電動駆動部を中空シャフト３に強固に結合させる。これにより、中空シャフト３に強固に連結したチェーンホイール１１が、電動ねじりモーメントをチェーン動力伝達機構に伝達する。
【００５１】
筋力による駆動がなくなってペダルクランク軸２が停止すると、あるいは、ペダルクランク軸２の回転数が中空シャフト３の回転数よりも少なくなると、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ６１は、中空シャフト３をペダルクランク軸２から切り離す。これにより、電動駆動部からのねじりモーメントが全くペダルクランク軸２に伝達されないので、ペダルクランク２３，２４に連結したペダルには力が全く及ばない。このようなフリーホイール機能は、Ｅ−ｂｉｋｅ機能の電動駆動や、電動アシスト自転車の手押し又は時速６ｋｍまでの始動の補助として直接使用できる。本発明にかかる駆動装置を電動アシスト自転車に使用した場合、電気モータ単独で駆動している速度が大きくなって、手押しまたは時速６ｋｍまでの始動の補助を許容するようになると、あるいは、所定の時間期間を超えると、電子制御装置９によって電気モータ４がオフに切り替えられる。
【００５２】
駆動装置１を電動アシスト自転車に使用する場合、その電動アシスト自転車の前方駆動用に供給される動力を、電気モータによって生成されて回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２を介して中空シャフト３に伝達される動力成分と、筋力によって生成されて回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ６１を介してペダルクランク軸２から中空シャフト３に伝達される動力成分とに分配して考えることが求められる。ペダルクランク軸２の回転数は、運転者の筋力で決まり、中空シャフト３の回転数さらには後輪側のチェーン駆動部を駆動するチェーンホイール１１の回転数を決定する。
【００５３】
ペダルクランク軸２によるねじりモーメントは、ペダルクランク２３，２４によって生成される部分的なねじりモーメント２つを合計したものであり、中空シャフト３に伝達されるのであるが、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ６１と回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２との間の領域に伝達される。したがって、詳細は後で説明するが、ペダルクランク軸２とペダル軸２とによってもたらされるねじりモーメントは、回転方向に応じてシフトされる２つのクラッチ６１，６２間の、中空シャフト３の外周に設けられたねじりモーメントセンサを搭載することによって測定することができる。ペダルクランク軸２の回転数を検出するセンサ、およびペダルクランク軸２の回転方向を検出するセンサが、さらに設けられる。
【００５４】
運転者の筋力によってもたらされる動力は、電子制御装置９により、上記の各センサで検出されたねじりモーメントおよび回転数から算出される。電気モータ４によって供給される運転者を補助する電動力は、電子制御装置９によって制御される。運転者の筋力によって生成される動力と電動駆動部による動力との間での動力の分配の度合い、つまり、補助度または電気モータ４によって追加される動力の割合は、操作部を介して調節・制御可能である。
【００５５】
図３〜図５は、フリーホイール機能を具備した駆動装置の、様々な動作タイプを概略的に示した図である。
【００５６】
図３には、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ６１を介した、ペダルクランク軸２から中空シャフト３への力の流れ、さらに、回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２を介した、電動駆動部の出力歯車５２から中空シャフト３への力の流れ（さらには、中空シャフト３に強固に連結した、電動自転車のチェーン動力伝達機構のチェーンホイール１１への力の流れ）が概略的に示されている。
【００５７】
図４に概略的に示す、純粋な自転車動作では、ねじりモーメントは、ペダルクランク２３，２４を介してペダルクランク軸２に生じる。ペダルクランク軸２は、その回転運動が前方駆動方向に向いたものであると、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ６１により、中空シャフト３に強固に結合する。これにより、ペダルクランク軸２によるねじりモーメントが、チェーンホイール１１（さらには、電動自転車のチェーン動力伝達機構）に伝達される。
【００５８】
運転者がペダルに全く力を印加しない場合、ペダルクランク軸２には、ペダルクランク２３，２４を介したねじりモーメントが全く発生しない。この場合、一般的には、後輪のチェーンピニオンに結合したフリーホイールが作用して、チェーンホイール１１には、回転運動が、チェーン動力伝達機構を介して全く伝達されない。
【００５９】
電動補助による駆動の場合、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ６１を介してペダルクランク軸２によってもたらされるねじりモーメントに加えて、電動駆動部によって生成されたねじりモーメントが、回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２を介して中空シャフト３に伝達される。このようにして、双方のねじりモーメントの合計により、中空シャフト３に強固に連結したチェーンホイール１１で、電動自転車が前方に駆動される。
【００６０】
図５には、電動駆動単独の動作時の駆動装置のフリーホイール機能が示されている。この場合、ねじりモーメントは、回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２を介して出力歯車５２から中空シャフト３（さらには、中空シャフト３に連結したチェーンホイール１１）に伝達される。このフリーホイールの作用方向は、純粋な自転車動作時について説明した際のフリーホイールの作用方向に対して例外なく逆方向である。よって、ペダルクランク軸２は静止することができる。
【００６１】
電動駆動単独での電動アシスト自転車の手押し又は始動を補助する際の最大許容速度：６ｋｍ／時や、電動アシスト自転車の電動補助ハイブリッド動作時の法定最大速度２５ｋｍ／時を検出するには、電子制御処理装置９にセンサ信号を供給するセンサが必要となる。この目的のために、既述したペダルクランク軸２の回転数およびねじりモーメントのセンサ検出に加えて電動アシスト自転車の移動速度が検出され、電動補助動作のために処理される。
【００６２】
中空シャフト３に連結したチェーンホイール１１での駆動力を、運転者の筋力によって生成される動力成分と、電動生成された動力成分とに分配するには、ペダルクランク軸２のねじりモーメントを検出することが必要となる。しかし、ペダルクランク軸２においてペダルによるモーメントを、２つのペダルクランクから伝達される踏力によるペダルクランク軸２の変形の測定値に基づいて検出しようとすると、誤検出が生じたり、常に明確な測定結果が得られる訳ではないといった問題が生じたりする。ペダルクランク軸２のねじりモーメントは、ペダルクランク軸２の両側の軸端部に設けられたペダルクランク２３，２４に運転者が踏み込んだ力によって生じる。このとき、ペダルクランク軸２のねじりモーメントの検出のために検出されるねじり角の推移（変化）は、２つのペダルクランク２３，２４によって生成される、各側のねじりモーメントの合計のねじりモーメントに比例しない。その理由は、変形の推移（変化）は、ねじりモーメントがさらに駆動部に伝達される、ペダルクランク軸２上の各ポイントによって決まるからである。ここでは、一方のペダルクランク２４が駆動側チェーンホイール１１に対して短い離間距離をもってペダルクランク軸２に連結するのに対し、他方のペダルクランク２３はペダルクランク軸の反対側の端部に連結する。
【００６３】
ペダルクランク２３，２４によって生成されるねじりモーメントと、ペダルクランク２３，２４間で非対称に配置されたチェーンホイール１１による駆動のねじりモーメントとの間には、釣り合いが取れる。つまり、各ペダルクランク２３，２４はペダルクランク軸２の両側の変形を引き起こすのみである。したがって、ペダルクランク２３，２４によって印加される合計ねじりモーメントを厳密に検出するには、各ペダルクランク２３，２４によって生成されるねじりモーメントを各々分けて測定した後、両方のねじりモーメントを合計することが要求される。
【００６４】
図１〜図５を参照しながら説明した駆動装置１では、ペダルクランク２３，２４によって生成されたねじりモーメントが、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ６１を介して、チェーンホイール１１に連結した中空シャフト３に伝達される。したがって、ペダルクランク軸２から中空シャフト３に印加されたねじりモーメントがかかるポイントから、中空シャフト３とフリーホイール（第２のクラッチ）６２との接続部までの間のねじり角は、両方のペダルクランク２３，２４によって生成されたねじりモーメントの合計に比例する。電動駆動部により、さらなるねじりモーメントが回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２を介して中空シャフト３に印加されるならば、ペダルクランク軸２によってねじりモーメントが印加されるポイントと電気モータによって生じたねじりモーメントが印加されるポイントとの間のねじり角は、ペダルクランク軸２からのねじりモーメントに比例するので、回転方向に応じてシフトされる２つのクラッチ６１，６２間において測定可能である。
【００６５】
駆動装置１を動作させて、電動駆動単独で電動アシスト自転車の始動補助で最大速度：６ｋｍ／時まで加速する場合、電気モータ４によるモータねじりモーメントが、回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２を介して、駆動側のチェーンホイール１１に連結した中空シャフト３に伝達される。この場合、ペダルクランク軸２と中空シャフト３との間では、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ６１により、ペダルクランク軸２が中空シャフト３から切り離されているので、ペダルクランク軸２には、中空シャフト３からのねじりモーメントが全く伝達されない。これにより、ペダルクランク軸２にペダルクランク２３，２４を介して接続されたペダルには、運動が全く発生しない。
【００６６】
電動駆動部によってもたらされる回転の回転数がペダルクランク軸２の回転数（したがって、中空シャフト３の回転数）よりも少ない場合には、電動駆動部と中空シャフト３との間に配置された回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２が、電動駆動部を中空シャフト３から切り離すので、電動駆動部に逆方向のねじりモーメントは伝達しない。
【００６７】
始動速度が許容最大速度：６ｋｍ／時を超えて駆動された場合、あるいは、所与の時間を超えた場合、電気モータ４が、電子制御装置９によってオフにされる。電子制御装置９による制限を取り除くことにより、本発明にかかる駆動装置で、電動自転車すなわちｅＢｉｋｅの純粋な電動駆動動作も理解可能である。
【００６８】
上記実施形態の一変形形態として、あるいは、追加の構成として、図１〜図５を参照しながら説明した、フリーホイール動作付きの、電動アシスト自転車に用いる駆動装置１は、バックペダルブレーキを作動させる装置をフリーホイール機能に加えて、または当該機能に代えて備えてもよい。この場合、チェーンホイール１１に強固に連結した中空シャフト３のような、バックペダルブレーキを作動させる構成品は、電動自転車の前方駆動動作時の回転方向と逆方向に回転できる。
【００６９】
この目的のためには、筋力で駆動される電動アシスト自転車のペダルにペダルクランク２３，２４を介して接続したペダルクランク軸２から、中空シャフト３に対し、上記逆方向にねじりモーメントが伝達可能とならなければならない。したがって、バックペダルブレーキを作動させる際には、回転方向に応じてシフトされ、その方向に中空シャフト３が回転するのを阻止する第１のクラッチ６１をバイパスする必要がある。バックペダルブレーキを作動させる際には、電動駆動部が、この回転方向においては、回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ６２を介して、中空シャフト３に接続されている可能性があり、その場合、中空シャフト３から電動駆動部にねじりモーメントが伝達されることになる。同時に、バックペダルブレーキを作動させるときは、電気モータ４がオフに切り替えられる。その理由は、さもなくば、バックペダルブレーキの作動回転方向と逆方向のねじりモーメントが発生するからである。
【００７０】
モータ動作のオフへの切替えは、チェーンホイール１１に強固に連結した中空シャフト３の回転数に関係なく、ペダルクランク２３，２４に連結したペダルクランク軸２の回転数および回転方向のセンサ検出値に基づいて、電子制御装置９が、電気モータ４を制御することにより、実現される。電子制御装置９は、センサによって検出される中空シャフト３に対するねじりモーメントが、電動アシスト自転車の前方駆動動作時のものと逆方向になると、電気モータ４をオフに切り替える。これにより、バックペダルブレーキを作動させる際に、電動駆動部が介入することを確実に防止することができる。
【００７１】
図６〜図１０に、バックペダルブレーキを実現するクランピングローラ型フリーホイールを備えた駆動装置１を示す。図６〜図８に示すクランピングローラ型フリーホイールは：
−円筒状の外表面がハウジング７および切替え要素６６に回転固定で結合しており、ペダルクランク軸２と同心に配置されて且つ当該ペダルクランク軸２に対して自由に運動可能である作動フリーホイール６３、
−ペダルクランク軸２に回転固定で結合したフリーホイールケージ６５であって、カップ形状のハウジング６５０を有しており、このハウジング６５０の円筒状の内表面に傾斜面６５１を具備し、さらに、このハウジング６５０の円状の底部にスロット孔６５２を具備したフリーホイールケージ６５、
−フリーホイールケージ６５に挿入された切替えハウジング６４であって、カップ形状のハウジング６４０を有しており、このハウジング６４０の円筒状の外表面に設けられた溝にクランピングローラ６４１が配置され、このハウジング６４０の円状底部６４２に設けられた孔またはピン６４３を具備した切替えハウジング６４、および
−円筒状の本体６６０とリング状フランジ６６１とを有する切替え要素６６であって、このフランジ６６１が、切替えハウジング６４の円状底部６４２に設けられてフリーホイールケージ６５のスロット孔６５２を通って案内されたピン６４３を収容する孔６６２を具備するか、あるいは、切替えハウジング６４の円状底部６４２に設けられた孔、フリーホイールケージ６５のスロット孔６５２、および当該切替え要素６６の孔６６２に挿入されて当該切替え要素６６と切替えハウジング６４とを連結する留め手段を具備している切替え要素６６、
を含む。
【００７２】
バックペダルブレーキは、チェーンホイール１１に強固に連結した中空シャフト３が、クランピングローラ型フリーホイールにより、前方駆動時の回転方向とは逆方向に回転することによって作動する。フリーホイールケージ６５はペダルクランク軸２に強固に結合しているので、ペダルクランク２３，２４によってペダルクランク軸２に対してもたらされる、前方駆動方向に駆動される際の回転方向とは逆方向のねじりモーメントが、チェーンホイール１１に伝達される。中空シャフト３は、軸方向において、図１〜図５を参照しながら説明した駆動装置の構成品からの作用を受ける部分である第１の中空円筒部位３１に加えて、切替えハウジング６４のクランピングローラ６４１を受けて支持するための本変形例において第１の中空円筒部位３１から延長された第２の中空円筒部位３２を有する。
【００７３】
ペダルクランク軸２の回転方向が、電動自転車の前方駆動方向と逆方向のときに、クランピングローラ型フリーホイールがフリーでなくなり、つまり、中空シャフト３とペダルクランク軸２との間が回転固定で接続される。すると、外表面が回転固定でハウジング７に固定されている作動フリーホイール６３、作動フリーホイール６３に接続する切替え要素６６、および切替え要素６６に回転固定で連結した切替えハウジング６４により、バックペダルブレーキが作動される。作動フリーホイール６３と、切替えハウジング６４に連結した切替え要素６６は、ペダルクランク軸２と同心に配置されて且つ当該ペダルクランク軸２に対して自由に運動可能である。
【００７４】
ペダルクランク軸２が前方駆動方向に回転している場合、切替えハウジング６４のクランピングローラ６４１がフリーホイールケージ６５の傾斜面６５１に対して所与の位置を維持することにより、中空シャフト３とペダルクランク軸２との間には結合が生じないので、作動フリーホイール６３はねじりモーメントを伝達しない。
【００７５】
ペダルクランク軸２の回転方向が、駆動方向と逆方向のときに、回転方向に応じてシフトされる電動アシスト自転車の駆動動作（走行動作）用の第１のクラッチ６１が、中空シャフト３とペダルクランク軸２との間の相対回転不能な接続を解除する。また、ペダルクランク軸２に対して相対回転不能なフリーホイールケージ６５が、その傾斜面６５１により、切替えハウジング６４のクランピング体６４１を、中空シャフト３に対してクランプする方向に移動させる。これと同時に、切替えハウジング６４の溝で案内される当該クランピング体６４１が、切替えハウジング６４を、作動フリーホイール６３のフリーホイールとなる方向とは逆方向に移動させる。これにより、作動フリーホイール６３が切替えハウジング６４をロックおよび保持するので、ペダルクランク軸２と中空シャフト３とが、電動自転車の前方駆動方向に逆方向において、互いに回転固定で接続される。さらに、中空シャフト３に連結したチェーンホイール１１は、チェーンを介して、後輪のチェーンピニオンへとバックペダルブレーキ力を伝達することが可能になる。これにより、バックペダルブレーキ機能を起動させることができる。
【００７６】
クランピングローラ型フリーホイールによりバックペダルブレーキを作動させる前述の実施形態の一変形例として、あるいは、追加の構成として、切替えハウジング６４と切替え要素６６とを上記のように回転固定で接続する代わりに、回転方向（すなわち周方向）に切替えハウジング６４と切替え要素６６とをねじり弾性的に接続するようにしてもよい。この目的のために、図９および図１０（前述したクランピングローラ型フリーホイールの構成品と同じ符号の更なる構成品は、既述したものと同一の構成を有する）に示すように、ペダルクランク軸２に、円筒形状のねじりばね又は渦巻きばね１２が取り付けられる。ねじりばね１２の一端は、作動フリーホイール６３のフリーホイールダイアモンド（diamond）６７に強固に接続し、ねじりばね１２の他端は、切替えハウジング６４に固定される。
【００７７】
作動フリーホイール６３のフリーホイールダイアモンド６７と切替えハウジング６４とをねじり弾性的に接続することには、クランピングローラ６４１を介して切替えハウジング６４によって生成される支持モーメントが、作動フリーホイール６３のフリーホイールダイアモンド６７へと、ねじり弾性によって徐々に伝達されるという利点がある。これにより、前記作動フリーホイール６３がロックすることにより、前記ペダルクランク軸２は、後方回転方向において、角度方向に運動することができるようになる。それと同時に、チェーンホイール１１が、前記ねじりばね１２をブロックすることで生じる可能な回転角度範囲内で、前方方向と逆方向に回転することができる。これにより、結果として表れる逃げ角は、バックペダルブレーキが作動するまでに補償（解消）されうる。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
［態様１］
電動自転車、特に、電気モータ及び筋力によってハイブリッド方式で動作される電動アシスト自転車に用いられ、
−電動自転車のチェーン動力伝達機構のチェーンホイール（１１）に連結する中空シャフト（３）が取り付けられた駆動ハウジング（７）と、
−前記中空シャフト（３）と同心に配置されており、両側の端部でペダルクランク（２３，２４）に連結するペダルクランク軸（２）と、
−前記中空シャフト（３）と前記ペダルクランク軸（２）との間に配置されており、回転方向に応じてシフトされる第１のクラッチ（６１）と、
−出力部を有し、回転方向に応じてシフトされる第２のクラッチ（６２）を介して、前記出力部が前記中空シャフト（３）に接続される電気モータ（４）と、
を備えた駆動装置（１）であって、
前記中空シャフト（３）は、前記ペダルクランク軸（２）のいずれの回転方向においても、当該ペダルクランク軸（２）と結合可能であることを特徴とする、駆動装置。
［態様２］
態様１に記載の駆動装置において、バックペダルブレーキを作動させる装置が、前記ペダルクランク軸（２）と前記中空シャフト（３）との間に配置されており、前記バックペダルブレーキを作動させる装置は、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチ（６１）によって前記ペダルクランク軸（２）と前記中空シャフト（３）とが接続された場合にはフリー回転し、逆の回転方向では前記ペダルクランク軸（２）と前記中空シャフト（３）とを接続することを特徴とする、駆動装置。
［態様３］
態様１または２に記載の駆動装置において、前記電気モータ（４）が、電子制御装置（９）によって制御可能であり、この電子制御装置（９）は、前記ペダルクランク軸（２）の回転速度を検出するセンサ（９１）、回転方向を検出するセンサ（９１）およびねじりモーメントを検出するセンサ（９１）と接続しており、前記ペダルクランク軸（２）の回転方向が前記電動自転車の前方走行方向と逆の回転方向である場合、および／または前記ペダルクランク軸（２）のねじりモーメントが前記電動自転車の前方走行方向のときと比べて逆である場合、前記電気モータをオフにすることを特徴とする、駆動装置。
［態様４］
態様２に記載の駆動装置において、前記バックペダルブレーキを作動させる装置が、クランピングローラ型フリーホイールで構成されており、このクランピングローラ型フリーホイールは、前記ペダルクランク軸（２）に回転固定で結合したフリーホイールケージ（６５）、溝にクランピングローラ（６４１）が配置された切替えハウジング（６４）、および外表面が前記ハウジング（７）に回転固定で結合した作動フリーホイール（６３）の切替え要素（６６）を含み、当該切替え要素（６６）は、前記切替えハウジング（６４）と接続しており、さらに、前記ペダルクランク軸（２）と同心に配置されて且つ当該ペダルクランク軸（２）に対して自由に運動可能であることを特徴とする、駆動装置。
［態様５］
態様４に記載の駆動装置において、前記切替え要素（６６）が、前記切替えハウジング（６４）に対して周方向にねじり弾性的に接続していることを特徴とする、駆動装置。
［態様６］
態様５に記載の駆動装置において、前記切替え要素（６６）が、前記ペダルクランク軸（２）に取り付けられた円筒形状のねじりばね又は渦巻きばね（１２）の一端に接続しており、かつ、前記切替えハウジング（６４）が、前記円筒形状のねじりばね又は渦巻きばね（１２）の他端に接続されていることを特徴とする、駆動装置。
［態様７］
態様１から６のいずれか一態様に記載の駆動装置において、前記電気モータ（４）のモータ軸（４０）が、ギア機構（５）および回転方向に応じてシフトされる前記第２のクラッチ（６２）を介して前記中空シャフト（３）に接続することを特徴とする、駆動装置。
［態様８］
態様１から７のいずれか一態様に記載の駆動装置において、前記ギア機構（５）が、異種のギアを含む複数段減速機で構成されることを特徴とする、駆動装置。
［態様９］
態様８に記載の駆動装置において、前記複数段減速機が、二段平歯車機構として形成されており、この二段平歯車機構は、前記モータ軸（４０）に結合したピニオン、二重歯車（５１）のうちの前記ピニオンに結合する大径側の平歯車、および前記二重歯車（５１）の小径側の平歯車に結合する出力平歯車（５２）を含み、さらに、当該出力平歯車（５２）が、前記中空シャフト（３）に対して同心で接続することを特徴とする、駆動装置。
［態様１０］
態様１から９のいずれか一態様に記載の駆動装置において、前記電気モータ（４）を制御する前記電子制御装置（９）に、前記電動自転車の速度を検出するセンサの出力信号が供給されることを特徴とする、駆動装置。
［態様１１］
態様１から１０のいずれか一態様に記載の駆動装置において、前記ペダルクランク（２３，２４）を介して印加されたねじりモーメントが、別個に検出されて前記電子制御装置（９）に供給され、当該電子制御装置（９）が、前記ペダルクランク（２３，２４）を介して印加された前記ねじりモーメントを合計することを特徴とする、駆動装置。
［態様１２］
態様１から１０のいずれか一態様に記載の駆動装置において、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチ（６１）と前記チェーンホイール（１１）との間における前記中空シャフト（３）のねじり角が測定されて、前記ペダルクランク（２３，２４）を介して印加されたねじりモーメントを検出することを特徴とする、駆動装置。
［態様１３］
態様１から１０のいずれか一態様に記載の駆動装置において、前記電気モータ（４）によるねじりモーメントが印加された状態で、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチ（６１）と回転方向に応じてシフトされる前記第２のクラッチ（６２）との間における前記中空シャフト（３）のねじり角が検出されて、前記ペダルクランク（２３，２４）を介して印加されたねじりモーメントを検出することを特徴とする、駆動装置。
［態様１４］
態様１から１３のいずれか一態様に記載の駆動装置において、前記電子制御装置（９）が、前記ペダルクランク軸（２）を介したねじりモーメントの印加がない状態で前記電動自転車が所定の速度を超えた場合に、電気モータ（４）をオフにすることを特徴とする、駆動装置。
［態様１５］
態様１から１４のいずれか一態様に記載の駆動装置において、回転方向に応じてシフトされる前記第１のクラッチ（６１）によって前記ペダルクランク軸（２）が前記中空シャフト（３）から切り離されると、前記電子制御装置（９）が、前記電気モータ（４）の回転数を再調節してねじりモーメントを再調節することを特徴とする、駆動装置。
［態様１６］
態様１５に記載の駆動装置において、前記ペダルクランク軸（２）を介して印加されるねじりモーメントと前記電気モータ（４）によるねじりモーメントとの間での動力の分配の度合いが、前記電動自転車の操作部を介して調節可能であることを特徴とする、駆動装置。
［態様１７］
態様１から１６のいずれか一態様に記載の駆動装置において、回転方向に応じてシフトされる前記第１および第２のクラッチ（６１，６２）が、クランピングローラ型フリーホイールで構成されており、前記クランピングローラ型フリーホイールは、内輪、外輪、および当該内輪と外輪との間に配置されたクランピング体を含み、さらに、当該内輪または外輪が、当該内輪または外輪の回転方向に応じて、これら内輪と外輪とを結合する傾斜面を有することを特徴とする、駆動装置。
［態様１８］
態様１から１７のいずれか一態様に記載の駆動装置において、前記電動自転車が、Ｅ−ｂｉｋｅまたは電動アシスト自転車で構成され、前記電子制御装置（９）が、前記ペダルクランク軸（２）に対して反作用を生じないように電動駆動部を制御することを特徴とする、駆動装置。
［態様１９］
態様１から１８のいずれか一態様に記載の駆動装置において、前記中空シャフト（３）が、チェーンホイールフランジ（１０）と結合しており、このチェーンホイールフランジ（１０）は、前記チェーンホイール（１１）、またはチェーンホイール変速機に接続した複数のチェーンホイールと連結可能であることを特徴とする、駆動装置。
【符号の説明】
【００７８】
１            駆動装置
２            ペダルクランク軸
３            中空シャフト
４            電気モータ
５            ギア機構
７            ハウジング
９            電子制御装置
１０          チェーンホイールフランジ
１１          チェーンホイール
１２          ねじりばね
２１，２２    ピン
２３，２４    ペダルクランク
３１          （中空シャフトの）第１の中空円筒部位
３２          （中空シャフトの）延長された第２の中空円筒部位
４０          モータ軸
５１          二重歯車
５２          出力歯車
６１          （回転方向に応じてシフトされる）第１のクラッチ
６２          （回転方向に応じてシフトされる）第２のクラッチ
６３          作動フリーホイール
６４          切替えハウジング
６５          フリーホイールケージ
６６          切替え要素
６７          （作動フリーホイールの）フリーホイールダイアモンド
８１〜８５    玉軸受（又は転がり軸受）
６４０        （切替えハウジングのカップ形状の）ハウジング
６４１        クランピングローラ（クランピング体）
６４２        （切替えハウジングの）円状底部
６４３        孔またはピン
６５０        （フリーホイールダイアモンド又はフリーホイールケージのカップ形状の）ハウジング
６５１        （フリーホイールダイアモンド又はフリーホイールケージの）傾斜面
６５２        （フリーホイールダイアモンド又はフリーホイールケージの）スロット孔
６６０        （切替え要素の円筒状の）本体
６６１        （切替え要素の）リング状フランジ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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