(57)【要約】【課題】人力駆動力の損失を低減できる人力駆動車用ドライブユニットを提供する。【解決手段】人力駆動車用ドライブユニットは、人力駆動車の推進をアシストする電気モータと、クランク軸と、前記クランク軸に連結され、第１回転方向に前記クランク軸が回転する場合、前記第１回転方向に回転し、前記第２回転方向に前記クランク軸が回転する場合、前記第２回転方向に回転する出力部と、前記電気モータの回転速度を複数段階で減速する減速機構と、前記出力部と前記減速機構との間に設けられ、前記減速機構から前記出力部に前記電気モータの回転力を伝達するクラッチ機構と、を含む、【選択図】図４
2019206315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力駆動車の推進をアシストする電気モータと、
クランク軸と、
前記クランク軸に連結され、第１回転方向に前記クランク軸が回転する場合、前記第１回転方向に回転し、前記第２回転方向に前記クランク軸が回転する場合、前記第２回転方向に回転する出力部と、
前記電気モータの回転速度を複数段階で減速する減速機構と、
前記出力部と前記減速機構との間に設けられ、前記減速機構から前記出力部に前記電気モータの回転力を伝達するクラッチ機構と、を含む、人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項２】
前記減速機構は、
前記電気モータの出力軸に設けられる第１歯車と、
第１歯車と噛み合う第２歯車と、を含む、請求項１に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項３】
人力駆動車の推進をアシストする電気モータと、
クランク軸と、
前記クランク軸に連結される出力部と
前記電気モータの回転速度を複数段階で減速する減速機構と、
前記出力部と前記減速機構との間に設けられ、前記減速機構から前記出力部に前記電気モータの回転力を伝達するクラッチ機構と、を含み、
前記減速機構は、
前記電気モータの出力軸に設けられる第１歯車と、
前記第１歯車と噛み合う第２歯車とを含む、人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項４】
前記クランク軸から前記出力部までの人力駆動力の伝達経路に設けられる第１ワンウェイクラッチをさらに含む、請求項３に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項５】
前記クラッチ機構は、第２ワンウェイクラッチを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項６】
前記減速機構は、
前記第２ワンウェイクラッチの外周部に設けられる第３歯車と、
前記第３歯車と噛み合う第４歯車と、をさらに含む、請求項５に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項７】
前記クラッチ機構は、第２ワンウェイクラッチを含み、
前記減速機構は、
前記第２ワンウェイクラッチの外周部に設けられる第３歯車と、
前記第３歯車と噛み合う第４歯車と、をさらに含み、
前記出力部および前記第３歯車は、第１回転軸心まわりに回転するように構成され、
前記電気モータの出力軸および前記第１歯車は、前記第１回転軸心に平行な第２回転軸心まわりに回転するように構成され、
前記第２歯車および前記第４歯車は、前記第１回転軸心および前記第２回転軸心に平行な第３回転軸心まわりに回転するように構成され、
前記第１回転軸心、前記第２回転軸心、および、前記第３回転軸心は、同一平面上に配置される、請求項２〜４のいずれか一項に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項８】
前記クラッチ機構は、第２ワンウェイクラッチを含み、
前記減速機構は、
前記第２ワンウェイクラッチの外周部に設けられる第３歯車と、
前記第３歯車と噛み合う第４歯車と、をさらに含み、
前記出力部および前記第３歯車は、第１回転軸心まわりに回転するように構成され、
前記電気モータの出力軸および前記第１歯車は、前記第１回転軸心に平行な第２回転軸心まわりに回転するように構成され、
前記第２歯車および前記第４歯車は、前記第１回転軸心および前記第２回転軸心に平行な第３回転軸心まわりに回転するように構成され、
前記第３回転軸心は、前記第１回転軸心および前記第２回転軸心を含む平面から離間する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項９】
前記第１回転軸心と前記第２回転軸心との最短距離は、前記第１回転軸心と前記第３回転軸心との最短距離よりも長い、請求項７または８に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項１０】
前記第１回転軸心に平行な方向から見た場合、前記第３歯車は、前記電気モータからオフセットして配置される、請求項７〜９のいずれか一項に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項１１】
前記第２ワンウェイクラッチは、ローラ式ワンウェイクラッチ、ラチェット式ワンウェイクラッチ、および、スプラグ式ワンウェイクラッチの少なくとも１つを含む、請求項５〜９のいずれか一項に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項１２】
前記減速機構は、前記電気モータの回転速度を歯車のみで減速するように構成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項１３】
前記電気モータを制御する制御部の少なくとも一部が設けられる回路基板をさらに含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項１４】
前記回路基板は、前記クランク軸の軸方向に交差する方向に延びる、請求項１３に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項１５】
前記クランク軸の軸方向に交差する方向において、前記回路基板は前記減速機構に重なるように配置される、請求項１４に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項１６】
前記回路基板は、凹部を含み、
前記凹部には、前記電気モータの出力軸の一部が配置される、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項１７】
前記クランク軸の少なくとも一部を収容するハウジングをさらに含み、
前記クランク軸の軸方向から見て、前記クランク軸の回転軸心および前記電気モータの回転軸心を含む平面上において、前記クランク軸の回転軸心から前記ハウジングの外面までの最短距離は、７０ｍｍ以下である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【請求項１８】
前記クランク軸と、前記出力部のうち前記クラッチ機構が連結される部分と、の間の人力駆動力の伝達経路に設けられ、前記人力駆動力を検出する検出部をさらに含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の人力駆動車用ドライブユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人力駆動車用ドライブユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示されている人力駆動車用ドライブユニットは、人力駆動車の推進をアシストする電気モータを含む。クランク軸に入力された人力駆動力と電気モータの回転力とは、出力部に入力される。電気モータは、減速機構を介して出力部に回転力を伝達するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４９０６９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている人力駆動車用ドライブユニットでは、電気モータが停止している場合であっても、人力駆動力が減速機構および電気モータに伝達されるため、減速機構および電気モータの回転抵抗によって人力駆動力の損失が大きくなる。
本発明の目的の１つは、人力駆動力の損失を低減できる人力駆動車用ドライブユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の第１側面に従う人力駆動車用ドライブユニットは、人力駆動車の推進をアシストする電気モータと、クランク軸と、前記クランク軸に連結され、第１回転方向に前記クランク軸が回転する場合、前記第１回転方向に回転し、前記第２回転方向に前記クランク軸が回転する場合、前記第２回転方向に回転する出力部と、前記電気モータの回転速度を複数段階で減速する減速機構と、前記出力部と前記減速機構との間に設けられ、前記減速機構から前記出力部に前記電気モータの回転力を伝達するクラッチ機構と、を含む、人力駆動車用ドライブユニット。
第１側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、クラッチ機構が出力部と減速機構との間に設けられるため、電気モータの駆動が停止している場合には、人力駆動力は出力部よりも電気モータ側に伝達されないようにできる。このため、人力駆動力の損失を低減できる。また、クランク軸が第１回転方向および第２回転方向のいずれに回転する場合であっても、クランク軸の回転を出力部に伝達できる。
【０００６】
本開示の第１側面に従う第２側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記減速機構は、前記電気モータの出力軸に設けられる第１歯車と、第１歯車と噛み合う第２歯車と、を含む。
第２側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、第１歯車と第２歯車によって減速機構を簡単な構造で構成できる。
【０００７】
本開示の第３側面に従う人力駆動車用ドライブユニットは、人力駆動車の推進をアシストする電気モータと、クランク軸と、前記クランク軸に連結される出力部と前記電気モータの回転速度を複数段階で減速する減速機構と、前記出力部と前記減速機構との間に設けられ、前記減速機構から前記出力部に前記電気モータの回転力を伝達するクラッチ機構と、を含み、前記減速機構は、前記電気モータの出力軸に設けられる第１歯車と、前記第１歯車と噛み合う第２歯車とを含む。
第３側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、クラッチ機構が出力部と減速機構との間に設けられるため、電気モータの駆動が停止している場合には、人力駆動力は出力部よりも電気モータ側に伝達されないようにできる。このため、人力駆動力の損失を低減できる。また、第１歯車と第２歯車によって減速機構を簡単な構造で構成できる。
【０００８】
本開示の第３側面に従う第４側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記クランク軸から前記出力部までの人力駆動力の伝達経路に設けられる第１ワンウェイクラッチをさらに含む。
第４側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、クランク軸が第２回転方向に回転する場合に出力部に回転が伝達されない。
【０００９】
本開示の第１〜第４側面のいずれか１つに従う第５側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記クラッチ機構は、第２ワンウェイクラッチを含む。
第５側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、第２ワンウェイクラッチによって、減速機構から出力部に電気モータの回転力を好適に伝達できる。
【００１０】
本開示の第５側面に従う第６側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記減速機構は、前記第２ワンウェイクラッチの外周部に設けられる第３歯車と、前記第３歯車と噛み合う第４歯車と、をさらに含む。
第６側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、第３歯車と第４歯車によって減速機構を簡単な構造で構成できる。
【００１１】
本開示の第２〜第４側面のいずれか１つに従う第７側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記クラッチ機構は、第２ワンウェイクラッチを含み、前記減速機構は、前記第２ワンウェイクラッチの外周部に設けられる第３歯車と、前記第３歯車と噛み合う第４歯車と、をさらに含み、前記出力部および前記第３歯車は、第１回転軸心まわりに回転するように構成され、前記電気モータの出力軸および前記第１歯車は、前記第１回転軸心に平行な第２回転軸心まわりに回転するように構成され、前記第２歯車および前記第４歯車は、前記第１回転軸心および前記第２回転軸心に平行な第３回転軸心まわりに回転するように構成され、前記第１回転軸心、前記第２回転軸心、および、前記第３回転軸心は、同一平面上に配置される。
第７側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、第１回転軸心、第２回転軸心、および、第３回転軸心が含まれる平面と交差する方向のサイズを小型化しやすい。
【００１２】
本開示の第２〜第４側面のいずれか１つに従う第８側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記クラッチ機構は、第２ワンウェイクラッチを含み、前記減速機構は、前記第２ワンウェイクラッチの外周部に設けられる第３歯車と、前記第３歯車と噛み合う第４歯車と、をさらに含み、前記出力部および前記第３歯車は、第１回転軸心まわりに回転するように構成され、前記電気モータの出力軸および前記第１歯車は、前記第１回転軸心に平行な第２回転軸心まわりに回転するように構成され、前記第２歯車および前記第４歯車は、前記第１回転軸心および前記第２回転軸心に平行な第３回転軸心まわりに回転するように構成され、前記第３回転軸心は、前記第１回転軸心および前記第２回転軸心を含む平面から離間する。
第８側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、第１回転軸心および第２回転軸心を含む平面に沿う方向で、かつ第１回転軸心および第２回転軸心と直交する方向のサイズを子型化しやすい。
【００１３】
本開示の第７または第８側面に従う第９側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記第１回転軸心と前記第２回転軸心との最短距離は、前記第１回転軸心と前記第３回転軸心との最短距離よりも長い。
第９側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、減速機構の中間の歯車の回転軸心を、第１回転軸心と第３回転軸心との間の領域に配置できる。
【００１４】
本開示の第７〜第９側面のいずれか１つに従う第１０側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記第１回転軸心に平行な方向から見た場合、前記第３歯車は、前記電気モータからオフセットして配置される。
第１０側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、第１回転軸心に平行な方向におけるサイズを小型化しやすい。
【００１５】
本開示の第５〜第９側面のいずれか１つに従う第１１側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記第２ワンウェイクラッチは、ローラ式ワンウェイクラッチ、ラチェット式ワンウェイクラッチ、および、スプラグ式ワンウェイクラッチの少なくとも１つを含む。
第１１側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、ローラ式ワンウェイクラッチ、ラチェット式ワンウェイクラッチ、および、スプラグ式ワンウェイクラッチの少なくとも１つによって人力駆動力が電気モータ側に伝達されることを好適に抑制できる。
【００１６】
本開示の第１〜第１１側面のいずれか１つに従う第１２側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記減速機構は、前記電気モータの回転速度を歯車のみで減速するように構成される。
第１２側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、減速機構を歯車によって減速機構を簡単な構造で構成できる。
【００１７】
本開示の第１〜第１２側面のいずれか１つに従う第１３側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記電気モータを制御する制御部の少なくとも一部が設けられる回路基板をさらに含む。
第１３側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、回路基板を人力駆動車用ドライブユニットに設けることができる。
【００１８】
本開示の第１３側面に従う第１４側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記回路基板は、前記クランク軸の軸方向に交差する方向に延びる。
第１４側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、回路基板をドライブユニットに好適に配置することができる。
【００１９】
本開示の第１４側面に従う第１５側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記クランク軸の軸方向に交差する方向において、前記回路基板は前記減速機構に重なるように配置される。
第１５側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、回路基板をドライブユニットに好適に配置することができる。
【００２０】
本開示の第１３〜第１５側面のいずれか１つに従う第１６側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記回路基板は、凹部を含み、前記凹部には、前記電気モータの出力軸の一部が配置される。
第１６側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、回路基板を電気モータの出力軸のまわりにも配置できる。
【００２１】
本開示の第１〜第１６側面のいずれか１つに従う第１７側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記クランク軸の少なくとも一部を収容するハウジングをさらに含み、前記クランク軸の軸方向から見て、前記クランク軸の回転軸心および前記電気モータの回転軸心を含む平面上において、前記クランク軸の回転軸心から前記ハウジングの外面までの最短距離は、７０ｍｍ以下である。
第１７側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、クランク軸から駆動輪の軸心までの距離を抑制できる。
【００２２】
本開示の第１〜第１７側面のいずれか１つに従う第１８側面の人力駆動車用ドライブユニットにおいて、前記クランク軸と、前記出力部のうち前記クラッチ機構が連結される部分と、の間の人力駆動力の伝達経路に設けられ、前記人力駆動力を検出する検出部をさらに含む。
第１８側面の人力駆動車用ドライブユニットによれば、トルクセンサによって人力駆動力を好適に検出できる。
【発明の効果】
【００２３】
本開示の人力駆動車用ドライブユニットは、人力駆動力の損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態の人力駆動車用ドライブユニットの斜視図。
【図２】図１の人力駆動車用ドライブユニットの右側面図。
【図３】図１の人力駆動車用ドライブユニットの左側面図。
【図４】図２のＤ４−Ｄ４線に沿う断面図。
【図５】図４の一部を拡大して示す断面図。
【図６】図２の人力駆動車用ドライブユニットに第１回転軸心、第２回転軸心、および、第３回転軸心の位置を示した右側面図。
【図７】図２から第１ハウジングを外した状態の人力駆動車用ドライブユニットの右側面図。
【図８】図１の第２ハウジングの斜視図。
【図９】図８のＤ９−Ｄ９線に沿う断面図。
【図１０】第１変形例の人力駆動車用ドライブユニットに第１回転軸心、第２回転軸心、および、第３回転軸心の位置を示した右側面図。
【図１１】第２変形例の人力駆動車用ドライブユニットの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１〜図９を参照して、実施形態の人力駆動車用ドライブユニット１０について説明する。以後、人力駆動車用ドライブユニット１０を、単にドライブユニット１０と記載する。ドライブユニット１０は、人力駆動車に設けられる。人力駆動車は、少なくとも人力駆動力によって駆動することができる車である。人力駆動車は、車輪の数が限定されず、例えば１輪車および３輪以上の車輪を有する車も含む。人力駆動車は、例えばマウンテンバイク、ロードバイク、シティバイク、カーゴバイク、および、リカンベントなど種々の種類の自転車、ならびに、電動アシスト自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ）を含む。以下、実施の形態において、人力駆動車を、自転車として説明する。
【００２６】
ドライブユニット１０は、人力駆動車の推進をアシストする電気モータ１２と、クランク軸１４と、出力部１６と、電気モータ１２の回転速度を複数段階で減速する減速機構１８と、クラッチ機構２０とを含む。出力部１６は、クランク軸１４に連結される。出力部１６は、第１回転方向にクランク軸１４が回転する場合、第１回転方向に回転し、第２回転方向にクランク軸１４が回転する場合、第２回転方向に回転する。クラッチ機構２０は、出力部１６と減速機構１８との間に設けられ、減速機構１８から出力部１６に電気モータ１２の回転力を伝達するように構成される。第１回転方向は、人力駆動車を前進させる場合のクランク軸１４の回転方向である。
【００２７】
減速機構１８は、好ましくは、電気モータ１２の出力軸２２に設けられる第１歯車２４と、第１歯車２４と噛み合う第２歯車２６とを含む。好ましくは、第１歯車２４の直径は、第２歯車２６の直径よりも小さく、第１歯車２４の歯数は、第２歯車の歯数よりも少ない。
【００２８】
ドライブユニット１０は、好ましくは、クランク軸１４の少なくとも一部を収容するハウジング２８をさらに含む。ハウジング２８は、第１ハウジング３０および第２ハウジング３２を含む。第１ハウジング３０および第２ハウジング３２の一方は、クランク軸１４の軸方向Ａ１において、ドライブユニット１０の第１側面を含み、第１ハウジング３０および第２ハウジング３２の他方は、クランク軸１４の軸方向Ａ１において、ドライブユニット１０の第２側面を含む。ハウジング２８は、ドライブユニット１０を人力駆動車のフレームに取り付けるための取付部３４を含む。取付部３４は、第１ハウジング３０に設けられることが好ましい。取付部３４は、複数設けられることが好ましい。取付部３４は、ハウジング２８のクランク軸１４まわりの外周部に突出する凸部２８Ａに設けられる。取付部３４は、ドライブユニット１０をフレームに取り付けるためのボルトが挿入される孔３４Ａを含む。
【００２９】
図４に示されるとおり、第１ハウジング３０および第２ハウジング３２は、第１ハウジング３０の第１取付面３０Ｓと、第２ハウジング３２の第２取付面３２Ｓとが重ね合わせられた状態でボルト２８Ｂによって互いに取り付けられている。第１ハウジング３０と第２ハウジング３２とによって形成される空間Ｓに、電気モータ１２の一部、クランク軸１４の一部、出力部１６の一部、減速機構１８、および、クラッチ機構２０が収容されている。空間Ｓに配置される電気モータ１２の一部は、電気モータ１２の出力軸２２の一部を含む。空間Ｓに配置されるクランク軸１４の一部は、クランク軸１４の軸方向Ａ１の第１端部１４Ａおよび第２端部１４Ｂを除く中間部分を含む。空間Ｓに配置される出力部１６の一部は、クランク軸１４の軸方向Ａ１における出力部１６の第１端部１６Ａを除く部分を含む。
【００３０】
ハウジング２８は、電気モータ１２を収容するためのモータハウジング３６をさらに含む。モータハウジング３６は、第２ハウジング３２の外面に取り付けられる。モータハウジング３６と第２ハウジング３２とは、一体に形成されていてもよい。ハウジング２８は、金属によって形成されていてもよく、樹脂によって形成されていてもよく、金属と樹脂との両方によって形成されていてもよい。ハウジング２８を、金属と樹脂との両方によって形成する場合、例えば第１ハウジング３０および第２ハウジング３２を金属によって形成し、モータハウジング３６を樹脂によって形成することができる。
【００３１】
図２および図４に示されるとおり、第１ハウジング３０は、クランク軸１４の第１端部１４Ａおよび出力部１６の第１端部１６Ａが突出する第１孔３０Ａを含む。空間Ｓには、第１孔３０Ａの近傍に、第１ハウジング３０と出力部１６とに接触する第１シール部材２９Ａが設けられる。
【００３２】
図３および図４に示されるとおり、第２ハウジング３２は、クランク軸１４の第２端部１４Ｂが突出する第２孔３２Ａを含む。空間Ｓには、第２孔３２Ａの近傍に、第２ハウジング３２とクランク軸１４とに接触する第２シール部材２９Ｂが設けられる。第２ハウジング３２は、電気モータ１２の出力軸２２が挿入される第３孔３２Ｂを含む。第１シール部材２９Ａおよび第２シール部材２９Ｂは、弾性を有する樹脂材料によって形成される。弾性を有する樹脂材料は、たとえば合成ゴムを含む。
【００３３】
図４に示されるとおり、出力部１６は、中空軸であり、クランク軸１４の第１回転軸心Ｃ１と出力部１６の回転軸心とが等しくなるようにクランク軸１４のまわりに配置される。出力部１６は、クランク軸１４と一体に回転するようにクランク軸１４に設けられることが好ましい。出力部１６は、例えば、スプライン嵌合によってクランク軸１４に取り付けられる。出力部１６は、好ましくは、クランク軸１４に対して、第１回転軸心Ｃ１まわりに相対回転しないようにクランク軸１４に取り付けられる。出力部１６は、クランク軸１４に対して所定角度の回転可能にクランク軸１４に取り付けられてもよい。所定角度は、例えば、１０度未満である。出力部１６は、第１ハウジング３０の第１孔３０Ａの付近かつハウジング２８の内部に設けられる第１軸受３８によってハウジング２８に対して回転可能に支持される。第１軸受３８は、例えば転がり軸受を含む。本実施形態では、出力部１６の第２端部１６Ｂは、クランク軸１４の軸方向Ａ１において、クランク軸１４の中央よりもクランク軸１４の第２端部１４Ｂ側に配置される。出力部１６の第２端部１６Ｂの内周部は、スプラインを有し、クランク軸１４の外周部に結合される。
【００３４】
クランク軸１４の第１端部１４Ａは、出力部１６の内周部に設けられる第２軸受４０を介して出力部１６に支持される。第２軸受４０は、例えばすべり軸受を含む。クランク軸１４の第２端部１４Ｂは、第２ハウジング３２の第２孔３２Ａの付近かつハウジング２８の内部に設けられる第３軸受４２によってハウジング２８に対して回転可能に支持される。第３軸受４２は、例えば転がり軸受を含む。
【００３５】
電気モータ１２は、インナロータ型のモータであることが好ましい。電気モータ１２は、ステータ１２Ａおよびロータ１２Ｂを含む。本実施形態の場合、ロータ１２Ｂに出力軸２２が固定される。ステータ１２Ａおよびロータ１２Ｂは、モータハウジング３６に収容される。ステータ１２Ａは、モータハウジング３６の内面に固定して設けられる。出力軸２２の中間部は、第２ハウジング３２の第３孔３２Ｂの内周部に設けられる第４軸受４４によってハウジング２８に対して回転可能に支持される。第４軸受４４は、例えば転がり軸受を含む。出力軸２２の第１端部２２Ａは、モータハウジング３６に設けられる第５軸受４６によってハウジング２８に対して回転可能に支持される。第５軸受４６は、例えば転がり軸受を含む。
【００３６】
クラッチ機構２０は、好ましくは、第２ワンウェイクラッチ４８を含む。第２ワンウェイクラッチ４８は、好ましくは、ローラ式ワンウェイクラッチ、ラチェット式ワンウェイクラッチ、および、スプラグ式ワンウェイクラッチの少なくとも１つを含む。第２ワンウェイクラッチ４８は、例えば、内輪体４８Ａ、外輪体４８Ｂおよび内輪体４８Ａと外輪体４８Ｂとの間に設けられる伝達体４８Ｃとを含む。伝達体４８Ｃは、例えば、ローラ、爪、および、スプラグを含む。第２ワンウェイクラッチ４８は、出力部１６の第１回転軸心Ｃ１まわりの外周部に設けられる。第２ワンウェイクラッチ４８の内輪体４８Ａが出力部１６の外周部に設けられる。第２ワンウェイクラッチ４８の内輪体は、出力部１６に一体に形成されてもよい。第２ワンウェイクラッチ４８の内輪体４８Ａの外径は、出力部１６の外径よりも大きい。
【００３７】
減速機構１８は、好ましくは、第２ワンウェイクラッチ４８の外周部に設けられる第３歯車５０と、第３歯車５０と噛み合う第４歯車５２と、をさらに含む。好ましくは、第３歯車５０の直径は、第４歯車５２の直径よりも大きく、第３歯車５０の歯数は、第４歯車５２の歯数よりも多い。第２ワンウェイクラッチ４８の外輪体４８Ｂは、第３歯車５０の内周部に設けられる。第２ワンウェイクラッチ４８の外輪体４８Ｂは、第３歯車５０と一体に形成されてもよい。減速機構１８は、電気モータ１２の回転速度を歯車のみで減速するように構成されることが好ましい。本実施形態の減速機構１８は、電気モータ１２の回転速度を２段階で減速するが、３段階以上で減速する構成にしてもよい。第１歯車２４および第２歯車２６は、好ましくは、ヘリカルギアを含む。第１歯車２４は、電気モータ１２の出力軸２２に一体に形成されてもよく、電気モータ１２の出力軸２２とは別体に形成され、出力軸２２に取り付けられてもよい。第１歯車２４および第２歯車２６は、平歯車を含んでいてもよい。第３歯車５０および第４歯車５２は、好ましくは、ヘリカルギアを含む。第３歯車５０および第４歯車５２は、平歯車を含んでいてもよい。
【００３８】
減速機構１８は、第２歯車２６と第４歯車５２とが設けられる回転体５４をさらに含む。第２歯車２６と第４歯車５２とは、一体に回転するように構成される。好ましくは、第２歯車２６の直径は、第４歯車５２の直径よりも大きく、第２歯車２６の歯数は、第４歯車５２の歯数よりも多い。回転体５４は、好ましくは、金属材料によって形成される。回転体５４の第１端部５４Ａは、第１ハウジング３０の内面に設けられる第６軸受５６によってハウジング２８に対して回転可能に支持される。第６軸受５６は、例えば転がり軸受を含む。第６軸受５６は、クランク軸１４の軸方向Ａ１において第１軸受３８に少なくとも一部が重なる位置に配置される。回転体５４の第２端部５４Ｂは、第２ハウジング３２の内面に設けられる第７軸受５８によってハウジング２８に対して回転可能に支持される。第７軸受５８は、例えば転がり軸受を含む。第２歯車２６は、内径部が外径部よりもクランク軸１４の軸方向Ａ１における幅が小さくなるように構成される。第７軸受５８は、クランク軸１４の軸方向Ａ１において、第２歯車２６の幅方向の両端の間に配置されることが好ましい。第７軸受５８は、実質的にその全体が第２歯車２６の外径部と回転体５４の第２端部５４Ｂの外周部との間に形成される空間に配置される。これによって、クランク軸１４の軸方向Ａ１における第２歯車２６の外径部の幅を大きくしても、クランク軸１４の軸方向Ａ１において回転体５４が第２ハウジング３２側に長くなることを抑制することができる。このため、クランク軸１４の軸方向Ａ１におけるドライブユニット１０の幅を小型化できる。好ましくは、第１端部５４Ａおよび第２端部５４Ｂの直径は、第４歯車５２の直径と実質的に等しい。第６軸受５６および第７軸受５８の外輪体の外径は、好ましくは、第２歯車２６の直径と実質的に等しい。回転体５４は、第３回転軸心Ｃ３を有する。クランク軸１４の軸方向Ａ１において、第２歯車２６は、第４歯車５２よりも電気モータ１２に近い位置に配置される。第３歯車５０の内径部のうちのクランク軸１４の軸方向Ａ１の一端部５０Ａは、クランク軸１４の軸方向Ａ１において第２ワンウェイクラッチ４８の内輪体４８Ａと第１軸受３８の内輪体との間に配置される。本実施形態では、第３歯車５０の内径部のうちのクランク軸１４の軸方向Ａ１の一端部５０Ａは、出力部１６の外周部の段差部１６Ｄ（図５参照）と第１軸受３８の内輪体との間に配置される。これによって、第３歯車５０をクランク軸１４の軸方向Ａ１において位置決めすることができる。
【００３９】
好ましくは、第４歯車５２は、回転体５４の第３回転軸心Ｃ３まわりの外周部に一体に形成される。第４歯車５２は、好ましくは、金属材料によって形成される。第４歯車５２は、好ましくは、回転体５４の第３回転軸心Ｃ３まわりの外周部に一体成形される。第４歯車５２と、第２歯車２６とは、回転体５４の第３回転軸心Ｃ３の延びる方向において隣り合う。第２歯車２６は、好ましくは樹脂材料を含む。第４歯車５２を形成するための凹凸は、第３回転軸心Ｃ３方向に延び、第２歯車２６が設けられる部分にも形成される。第４歯車５２を形成するための凹凸のうちの第２歯車２６が設けられる部分よりも第１端部５４Ａ側の部分が第４歯車５２として機能する。第４歯車５２を形成するための凹凸に第２歯車２６の内周部が設けられることによって、第２歯車２６の回転体５４に対する回転が抑制される。回転体５４には、第３回転軸心Ｃ３まわりの外周部に、径方向に凹む凹部５４Ｃが形成されている。凹部５４Ｃは、環状に形成されていてもよく、第３回転軸心Ｃ３まわりに断続的に設けられていてもよく、１つのみ設けられていてもよい。第２歯車２６の内周部が凹部５４Ｃに設けられることによって、第２歯車２６の回転体５４に対する第３回転軸心Ｃ３の延びる方向への移動が抑制される。回転体５４の第１端部５４Ａおよび第２端部５４Ｂの外径は、好ましくは、第４歯車５２の外径よりも小さくなるように構成される。本実施の形態では、回転体５４および第４歯車５２は、金属材料によって一体に形成され、第２歯車２６は、樹脂材料によって形成される。第２歯車２６は、好ましくは、回転体５４の外周部にインサート成形によって設けられる。具体的には、第４歯車５２を形成するための凹凸および凹部５４Ｃが切削および転造等によって一体成形された金属の回転体５４に、樹脂が凹部５４Ｃおよび第４歯車５２を形成するための凹凸に入り込むようにインサート成形を行うことによって、第２歯車２６が回転体５４の外周部に設けられる。好ましくは、凹部５４Ｃは、クランク軸１４の軸方向Ａ１において、回転体５４の中央部に形成される。
【００４０】
図４および図６を参照して、電気モータ１２、クランク軸１４、出力部１６、および、減速機構１８の位置関係について説明する。
出力部１６および第３歯車５０は、第１回転軸心Ｃ１まわりに回転するように構成される。電気モータ１２の出力軸２２および第１歯車２４は、第１回転軸心Ｃ１に平行な第２回転軸心Ｃ２まわりに回転するように構成される。第２歯車２６および第４歯車５２は、第１回転軸心Ｃ１および第２回転軸心Ｃ２に平行な第３回転軸心Ｃ３まわりに回転するように構成される。第１回転軸心Ｃ１、第２回転軸心Ｃ２、および、第３回転軸心Ｃ３は、同一平面上に配置される。
【００４１】
好ましくは、第１回転軸心Ｃ１と第２回転軸心Ｃ２との最短距離Ｌ１は、第１回転軸心Ｃ１と第３回転軸心Ｃ３との最短距離Ｌ２よりも長い。第２回転軸心Ｃ２と第３回転軸心Ｃ３との最短距離Ｌ３は、好ましくは、第１回転軸心Ｃ１と第３回転軸心Ｃ３との最短距離Ｌ２よりも短い。第１回転軸心Ｃ１と第２回転軸心Ｃ２との最短距離Ｌ１は、第１回転軸心Ｃ１と第３回転軸心Ｃ３との最短距離Ｌ２と等しくてもよい。第２回転軸心Ｃ２と第３回転軸心Ｃ３との最短距離Ｌ３は、第１回転軸心Ｃ１と第３回転軸心Ｃ３との最短距離Ｌ２と等しくてもよい。
【００４２】
好ましくは、クランク軸１４の軸方向Ａ１から見て、クランク軸１４の回転軸心Ｃ１および電気モータ１２の回転軸心Ｃ２を含む平面上において、クランク軸１４の回転軸心Ｃ１からハウジング２８の外面までの最短距離Ｌ４は、７０ｍｍ以下である。人力駆動車が、前輪および後輪を有し、かつ、後輪を駆動輪とする場合、ドライブユニット１０は、好ましくは、クランク軸１４が電気モータ１２の出力軸２２よりも人力駆動車の後方側に配置される状態で、人力駆動車のフレームに取り付けられる。
【００４３】
第１回転軸心Ｃ１に平行な方向から見た場合、第３歯車５０は、好ましくは、電気モータ１２からオフセットして配置される。第１回転軸心Ｃ１に平行な方向から見た場合、第３歯車５０は、電気モータ１２のステータ１２Ａと重ならないように配置される。この場合、減速機構１８を構成する歯車を大きくすることができるので、減速機構１８の減速比について設計の自由度が向上する。第１回転軸心Ｃ１に平行な方向から見た場合、第３歯車５０は、電気モータ１２のステータ１２Ａと重なるように配置されていてもよい。この場合、第１回転軸心Ｃ１および第３回転軸心Ｃ３を含む平面に沿う方向におけるドライブユニット１０の寸法を小型化できる。
【００４４】
図４および図７に示されるとおり、ドライブユニット１０は、好ましくは、電気モータ１２を制御する制御部の少なくとも一部が設けられる回路基板６０をさらに含む。制御部は、予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。制御部は、１または複数のマイクロコンピュータを含んでいてもよい。回路基板６０には、好ましくは記憶部がさらに設けられる。記憶部には、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられる情報が記憶される。記憶部は、例えば不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含む。回路基板６０には、電子部品６１が実装される。回路基板６０には、基板の厚み方向の両面に電子部品６１が実装されてもよい。電子部品６１は、例えばマイクロプロセッサ、コンデンサおよび抵抗器などを含む。
【００４５】
回路基板６０は、好ましくは、クランク軸１４の軸方向Ａ１に交差する方向に延びる。クランク軸１４の軸方向Ａ１と交差する方向から見て、回路基板６０は、電気モータ１２に重なるように配置される。回路基板６０は、第１ハウジング３０と第２ハウジング３２によって形成される空間Ｓに収容される。クランク軸１４の軸方向に交差する方向において、回路基板６０は、好ましくは、減速機構１８に重なるように配置される。例えば、クランク軸１４の軸方向Ａ１に交差する方向において、回路基板６０は、第１歯車２４および第２歯車２６に重なるように配置される。クランク軸１４の軸方向Ａ１に交差する方向は、クランク軸１４に直交する方向を含む。回路基板６０は、好ましくは、凹部６０Ａを含み、凹部６０Ａには、電気モータ１２の出力軸２２の一部が配置される。凹部６０Ａは、回路基板６０の外周部に形成される。回路基板６０の周縁は、第１歯車２４および第２歯車２６の外周部に近接して配置され、第１歯車２４および第２歯車２６の外周の一部に沿うように形成されている。電気モータ１２の電気端子１２Ｃは、第２ハウジング３２に形成される貫通穴を通過して、回路基板６０に直接接続される。
【００４６】
ドライブユニット１０は、好ましくは、人力駆動力を検出する検出部６２を含む。検出部６２は、好ましくは、クランク軸１４と、出力部１６のうちクラッチ機構２０が連結される部分１６Ｃと、の間の人力駆動力の伝達経路に設けられる。検出部６２は、トルクセンサを含む。トルクセンサは、人力駆動力のトルクを検出するために用いられる。トルクセンサは、例えば、歪センサ６２Ａを含む。歪センサ６２Ａは、例えば歪ゲージおよび半導体ひずみセンサなどを含む。歪センサ６２Ａは、出力部１６の外周面に設けられる。歪センサ６２Ａは、複数設けられてもよい。歪センサ６２Ａが２つ設けられる場合、例えば第１回転軸心Ｃ１まわりで１８０°離れた位置に配置される。検出部６２には、フレキシブルプリント配線基板を介して、第１回路基板６４が接続されている。第１回路基板６４には、検出部６２から出力される信号を処理する第１信号処理回路と、第１信号処理回路に接続される第１アンテナ部が設けられる。第１回路基板６４は、基板ホルダ６５を介して出力部１６に取り付けられる。ハウジング２８の空間Ｓには、第１回転軸心Ｃ１方向において第１回路基板６４に対向し、第１回路基板６４との間に隙間をあけて配置される第２回路基板６６が設けられる。第２回路基板６６は、例えば基板ホルダ６７を介してハウジング２８に取り付けられるが、ハウジング２８に直接取り付けられていてもよい。第２回路基板６６には、第１アンテナ部に対向する第２アンテナ部が設けられる。第２回路基板６６には、第２アンテナ部が受信する信号を処理する第２信号処理回路と、第２アンテナ部を介して、第１アンテナ部に電力を供給する電力供給回路とが設けられる。第２回路基板６６は、回路基板６０に電気ケーブルを介して電気的に接続される。検出部６２の出力は、第１アンテナ部を介して第２アンテナ部に無線送信される。制御部は、検出部６２の出力に応じて電気モータ１２を制御することが好ましい。例えば制御部は、検出部６２によって検出される人力駆動力に対応する信号に応じて、人力駆動力と電気モータ１２による推進力とが予め定める比率となるように電気モータを駆動する。トルクセンサは、歪センサ６２Ａに代えて、磁歪センサを含んでいてもよい。この場合、磁歪素子を人力駆動力の伝達経路に設けて、磁歪センサを磁歪素子の周囲に設け、第１回路基板６４および第２回路基板６６を省略することができる。
【００４７】
図３、図８、および、図９を参照して、第２ハウジング３２の製造方法について説明する。
第２ハウジング３２の製造方法は、第１工程および第２工程を含む。
第１工程は、第２ハウジング３２の製造工程を含む。第１工程において、第２ハウジング３２の外周部には、外周に向かって突出する凸部３２Ｃが形成される。凸部３２Ｃは、２つ以上形成されることが好ましい。凸部３２Ｃは、第２ハウジング３２の第２取付面３２Ｓから離れた位置に設けられる。凸部３２Ｃは、クランク軸１４の軸方向Ａ１において、凸部２８Ａに対向する位置に設けられる。凸部２８Ａは、第１取付面３０Ｓよりも第２ハウジング３２側に突出するように形成される。図３に示される凸部２８Ａには、凸部３２Ｃが嵌まる凹部２８Ｃが形成される。第１ハウジング３０と第２ハウジング３２とを取り付けた状態で、凸部３２Ｃは凹部２８Ｃに嵌まることによって、凸部３２Ｃがハウジング２８の外観に影響を与えることを抑制することができる。
【００４８】
第２工程は、第２ハウジング３２の第２取付面３２Ｓの切削工程を含む。第２工程では、第２ハウジング３２の凸部３２Ｃを治具Ｄによって挟み込んで保持した状態で、第２取付面３２Ｓが平面になるように、第２取付面３２Ｓが切削される。治具Ｄを第２取付面３２Ｓよりも凸部３２Ｃ側に配置することによって、凸部３２Ｃおよび治具Ｄは、第２取付面３２Ｓの切削を阻害しにくい。
【００４９】
（変形例）
実施形態に関する説明は、本発明に従う人力駆動車用ドライブユニットが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う人力駆動車用ドライブユニットは、例えば以下に示される変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。以下の変形例において、実施形態と共通する部分については、実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
・図１０に示されるように、第３回転軸心Ｃ３は、第１回転軸心Ｃ１および第２回転軸心Ｃ２を含む平面から離間するように配置されてもよい。この場合も、好ましくは、第１回転軸心Ｃ１と第２回転軸心Ｃ２との最短距離Ｌ１は、第１回転軸心Ｃ１と第３回転軸心Ｃ３との最短距離Ｌ２よりも長い。ドライブユニット１０をフレームに取り付けた状態で、クランク軸１４の軸方向Ａ１から見て、第３回転軸心Ｃ３は、第１回転軸心Ｃ１および第２回転軸心Ｃ２を含む平面よりも下方に設けられるように配置されてもよい。好ましくは、第１回転軸心Ｃ１は、クランク軸１４の軸方向Ａ１から見て、取付部３４の孔３４Ａの中心を結ぶ三角形の領域Ｒ内に配置される。クランク軸１４の軸方向Ａ１から見て、取付部３４の孔３４Ａの中心を結ぶ三角形の領域Ｒ内に、第３回転軸心Ｃ３Ｘが配置されていてもよい。第２回転軸心Ｃ２と第３回転軸心Ｃ３との最短距離Ｌ３は、好ましくは、第１回転軸心Ｃ１と第３回転軸心Ｃ３との最短距離Ｌ２よりも短い。図１０に示す変形例では、第１回転軸心Ｃ１に平行な方向から見た場合、第３歯車５０は、電気モータ１２のステータ１２Ａと重なるように配置されてもよい。第１回転軸心Ｃ１に平行な方向から見た場合に、第３歯車５０と電気モータ１２とが重なる領域に、第２歯車２６の少なくとも一部が重なるように配置される。
【００５１】
・図１１に示されるように、ドライブユニット１０は、クランク軸１４から出力部１６までの人力駆動力の伝達経路に設けられる第１ワンウェイクラッチ６８をさらに含んでいてもよい。図１１に示す変形例では、第１ワンウェイクラッチ６８は、出力部１６に設けられる。出力部１６は、第１端部１６Ａを含む第１部分１６Ｘと、第２端部１６Ｂを含む第２部分１６Ｙとに分割される。第１部分１６Ｘと、第２部分１６Ｙとの間に、第１ワンウェイクラッチ６８が設けられる。第１ワンウェイクラッチ６８は、第１回転方向にクランク軸１４が回転する場合、第２部分１６Ｙを第１回転軸心Ｃ１まわりの第１回転方向に回転させ、第２回転方向にクランク軸１４が回転する場合、第２部分１６Ｙを第１回転軸心Ｃ１まわりの第２回転方向に回転させない。第１ワンウェイクラッチ６８は、ローラ式ワンウェイクラッチ、ラチェット式ワンウェイクラッチ、および、スプラグ式ワンウェイクラッチの少なくとも１つを含む。この場合、検出部６２は、出力部１６の第２部分１６Ｙに設けられる。第１ワンウェイクラッチ６８の一部は、第１部分１６Ｘおよび第２部分１６Ｙの少なくとも一方と一体に形成されていてもよい。
【００５２】
・クラッチ機構２０は、出力部１６と減速機構１８との間の回転力を伝達可能な状態と、伝達不能な状態とを切り替えるように構成されていてもよい。この場合、ドライブユニット１０は、クラッチ機構２０を動作させるためのアクチュエータをさらに含み、回路基板６０に設けられる制御部によってアクチュエータが制御されて、クラッチ機構２０の状態が切り替えられることが好ましい。クラッチ機構２０は、ワンウェイクラッチに代えて、ツーウェイクラッチを含んでいてもよい。
【００５３】
・減速機構１８は、歯車以外によって電気モータ１２の回転速度を減速する構成を含んでいてもよい。減速機構１８は、プーリおよびベルトによって回転速度を減速してもよい。例えば、第３歯車５０および第４歯車５２をそれぞれプーリに置き換え、２つのプーリをベルトまたはチェーンによって連結してもよい。また、第１歯車２４および第２歯車２６をそれぞれプーリに置き換え、２つのプーリをベルトまたはチェーンによって連結してもよい。減速機構１８は、遊星歯車機構を含んでいてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０…人力駆動車用ドライブユニット、１２…電気モータ、２２…出力軸、１４…クランク軸、１６…出力部、１８…減速機構、２４…第１歯車、２６…第２歯車、５０…第３歯車、５２…第４歯車、２０…クラッチ機構、４８…第２ワンウェイクラッチ、２８…ハウジング、６０…回路基板、６０Ａ…凹部、６２…検出部、６８…第１ワンウェイクラッチ。
【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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【図１１】
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