(57)【要約】【課題】車輪駆動装置の軸方向の寸法を低減する。【解決手段】二輪車１は、後輪２のハブ１２の内部に収納され、ハブ１２をシャフト２０に対して回転させる車輪駆動装置を備える。前記車輪駆動装置は、シャフト２０に固定されたステータ７０との磁気的な相互作用によりシャフト２０の周りで回転するロータ３０と、ロータ３０からの回転出力を減速してハブ１２に伝える減速機構と、人力による回転出力を変速してハブ１２に伝える変速機構と、を備える。ロータ３０と、減速機構と、変速機構は、シャフト１２を軸としてこの順に並び、変速機構は、３段の変速段を有する。【選択図】図３
2015074381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪のハブの内部に収納され、当該ハブをシャフトに対して回転させる車輪駆動装置を備える電動車両であって、
前記車輪駆動装置は、
前記シャフトに固定されたステータとの磁気的な相互作用により前記シャフトの周りで回転するロータと、
前記ロータからの回転出力を減速して前記ハブに伝える減速機構と、
人力による回転出力を変速して前記ハブに伝える変速機構と、を備え、
前記ロータと、減速機構と、変速機構は、前記シャフトを軸としてこの順に並び、
前記変速機構は、３から６段の変速段を有することを特徴とする電動車両。
【請求項２】
前記ステータは、
円環部とそこから半径方向内向きに伸びる複数の突極とを含むコアと、
前記複数の突極に巻き線されて形成されるコイルと、
前記シャフトに固定され、前記コアを支持するケースと、を含み、
前記車輪駆動装置はさらに、前記複数の突極と半径方向に対向し、周方向に複数の磁極が形成された環状の磁気駆動部材を備え、
前記ロータは、
前記磁気駆動部材の内周面が圧接される部材保持部と、
前記部材保持部よりも大径かつ前記減速機構側に設けられ、前記磁気駆動部材の前記減速機構側の面と軸方向で対向する部材対向部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
【請求項３】
前記シャフトに沿った方向における前記ハブの寸法が９０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両。
【請求項４】
前記シャフトに沿った方向における前記ハブの寸法が９０ｍｍ以上１３０ｍｍ以下で、前記変速機構は、３段の変速段を有することを特徴とする請求項３に記載の電動車両。
【請求項５】
前記シャフトに沿った方向における前記ハブの寸法が１００ｍｍ以上１４０ｍｍ以下で、前記変速機構は、４段の変速段を有することを特徴とする請求項３に記載の電動車両。
【請求項６】
前記シャフトに沿った方向における前記ハブの寸法が１１０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下で、前記変速機構は、５段または６段の変速段を有することを特徴とする請求項３に記載の電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪のハブをシャフトに対して回転させる車輪駆動装置を備える電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両を走行させるための駆動源の１つとしてインホイールモータが利用されている。インホイールモータの適用対象となる車両は、例えば電動自転車、電動車椅子、電動台車等である。
【０００３】
例えば特許文献１には、車輪のハブにモータを内包して、その駆動力が伝達機構を介して車輪のハブを回転駆動するようにしたインハブ型の車輪駆動装置が記載されている。この駆動装置では、モータのロータがギア列を介してハブの内壁面に固定されたリング状の内歯ギアに接続され、ロータの回転力をハブに伝達する構造になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８０３２５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インハブ型の車輪駆動装置に対しては、車両の車幅を抑えて車両をより狭いスペースに収容できるように小型化、特に軸方向の寸法を小さくすることが求められている。また、デザイン上からも車輪駆動装置を軸方向に薄くすることが要請されている。
【０００６】
また、インハブ型の車輪駆動装置を備える電動車両では、通常、ハブの外部に変速機構が設けられる。つまり、変速機構はむき出し状態になる。そのため、防塵、防水上の問題がある。また、デザイン性の観点からも問題がある。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は軸方向の寸法を低減できる車輪駆動装置を備える電動車両の提供にある。また、変速機構に関する悪影響を低減できる電動車両の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電動車両は、車輪のハブの内部に収納され、当該ハブをシャフトに対して回転させる車輪駆動装置を備える電動車両であって、車輪駆動装置は、シャフトに固定されたステータとの磁気的な相互作用によりシャフトの周りで回転するロータと、ロータからの回転出力を減速してハブに伝える減速機構と、人力による回転出力を変速してハブに伝える変速機構と、を備える。ロータと、減速機構と、変速機構は、シャフトを軸としてこの順に並び、変速機構は、３から６段の変速段を有する。
【０００９】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、軸方向の寸法を低減できる車輪駆動装置を備える電動車両を提供できる。また、変速機構に関する悪影響を低減できる電動車両を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る二輪車を示す図である。
【図２（ａ）】実施の形態に係るハブおよびその内部に収容される車輪駆動装置の分解立体図である。
【図２（ｂ）】実施の形態に係るハブおよびその内部に収容される車輪駆動装置の分解立体図である。
【図３】実施の形態に係るハブおよびその内部に収容される車輪駆動装置の断面図である。
【図４（ａ）】ペダルからの人力が変速機構を介してハブに伝達されるときの伝達経路を説明するための説明図である。
【図４（ｂ）】ペダルからの人力が変速機構を介してハブに伝達されるときの伝達経路を説明するための説明図である。
【図４（ｃ）】ペダルからの人力が変速機構を介してハブに伝達されるときの伝達経路を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１３】
図１は、実施の形態に係る二輪車１を示す。二輪車１の後輪２のハブ１２内には車輪駆動装置１０が収納される。車輪駆動装置１０はハブ１２をシャフト２０に対して回転させる。具体的には、ペダル３、クランク４、フロントスプロケット５、チェーン６およびリアスプロケット７を介して車輪駆動装置１０に入力される回転力と、車輪駆動装置１０のモータの回転力とにより、ハブ１２をシャフト２０に対して回転させる。ハブ１２の外周部には放射線状に延びる複数のスポーク１４の一端側が固定されている。また、スポーク１４の他端側は、タイヤ部１６を支持するリム１８に固定されている。リム１８は、スポーク１４を介してハブ１２と結合されて後輪２の骨格を形成する。シャフト２０はハブ１２の回転軸に沿ってハブ１２の両側に突出し、その突出した部分はフレームの一部であるリアエンド２２に支持されている。これにより、ハブ１２、スポーク１４、タイヤ部１６、リム１８を含む後輪２はシャフト２０を中心に回転する。つまり、二輪車１は、ペダル３を踏む力（人力）と、車輪駆動装置１０のモータの動力との合力によって後輪２を駆動させる、電動アシスト自転車である。
【００１４】
なお、図１の例ではハブ１２、スポーク１４、タイヤ部１６、リム１８を含む、いわゆるスポークホイールが示されているが、例えばスポーク１４の代わりに円板を用いた、いわゆるディスクホイールに本実施の形態の技術的思想を適用してもよい。
【００１５】
図２（ａ）、（ｂ）は、ハブ１２およびその内部に収納される車輪駆動装置１０の分解立体図である。図３は、ハブ１２およびその内部に収容される車輪駆動装置１０の断面図である。車輪駆動装置１０は、モータを構成するロータ３０およびステータ７０と、配線部材５２と、引き出し配線５４と、減速機構８６と、変速機構９０と、遊星支持部材８７と、を備える。モータ、減速機構８６、変速機構９０はシャフト２０を軸としてこの順に並ぶ。
【００１６】
ステータ７０はシャフト２０に固定される。ステータ７０は、コイル４０と、コア４２と、第１ケース４４と、第２ケース４６と、を含む。第１ケース４４はコア４２を支持する略カップ状の部材である。コア４２は第１ケース４４の減速機構８６側（以下、第１ケース４４から見て減速機構８６側を上側とする）の上面４４ｃ上で支持される。第１ケース４４にはハブ１２の回転軸Ｒを中心とするシャフト孔４４ａが設けられている。シャフト２０がシャフト孔４４ａに挿入されそこで圧入または接着により固定されることにより、第１ケース４４はシャフト２０に対して固定される。
【００１７】
コア４２は第１ケース４４の外周寄りの位置に複数のネジにより固定される。コア４２は薄型の電磁鋼板を積層することにより形成される。コア４２は円環部とそこから半径方向内向きに伸びる１２本の突極４２ａとを有する。コア４２の各突極４２ａにはコイル４０が巻回される。このコイル４０に交流の駆動電流が流れることにより突極４２ａに沿って磁束が発生する。
【００１８】
第２ケース４６は回転軸Ｒに沿った方向すなわち軸方向においてコア４２を挟んで第１ケース４４と対向する。第２ケース４６は第４玉軸受７７を介してロータ突出部６６ｂ（後述）に取り付けられる。また、第２ケース４６はその外周側で第１ケース４４に固着される。第２ケース４６のコイル４０に対応する位置、すなわち第２ケース４６のコイル４０と軸方向で対向する位置に孔部が形成されてもよい。孔部は第２ケース４６を貫通してもよいししなくてもよい。この場合、孔部には対応するコイル４０の一部を進入させる。これにより、ステータ７０の軸方向の寸法を低減することができる。加えて、ステータ７０の放熱性が向上する。
【００１９】
配線部材５２は、第１ケース４４の下面４４ｄにネジで固定されるプリント基板である。配線部材５２は、第１ケース４４に設けられた貫通孔であるホール素子孔４４ｈに挿入され第１ケース４４の上側に露出するホール素子５２ａを有する。ホール素子５２ａは、マグネット６３の磁束（すなわち、ロータ３０の位置）を検出して、駆動電流の通電タイミングを決めるための位置検出信号を出力する素子である。ホール素子５２ａは配線部材５２を介して引き出し配線５４と接続され、引き出し配線５４を通じて位置検出信号を外部に送信する。
【００２０】
コイル４０のコイル端４０ａは、第１ケース４４に設けられた貫通孔であるワイヤ孔４４ｅを通過し配線部材５２と接続される。配線部材５２は、コイル端４０ａと引き出し配線５４の一端とを接続する。引き出し配線５４を通じて外部からコイル４０に電力が供給される。
【００２１】
第１ケース４４には第２玉軸受７５（後述）よりも半径方向外側に第１貫通孔４４ｆが形成される。第１ケース４４のシャフト孔４４ａの周面には第２貫通孔４４ｇが形成される。シャフト２０の周面には、第２貫通孔４４ｇに対応するすなわち第２貫通孔４４ｇと連通する第２周面開口２０ｂが形成される。シャフト２０のうちハブ１２から下側に突出する下突出部５６の周面には第１周面開口２０ａが形成される。第１周面開口２０ａと第２周面開口２０ｂとは、シャフト２０に回転軸Ｒに沿って設けられたシャフト中心孔２０ｃによって連通されている。
【００２２】
シャフト中心孔２０ｃは下突出部５６の端面５６ａから回転軸Ｒに沿って形成された孔である。すなわち、下突出部５６は、少なくとも部分的に中空に形成される。この場合、シャフト２０を軽量化でき、放熱性も向上する。
【００２３】
第２周面開口２０ｂ、シャフト中心孔２０ｃおよび第１周面開口２０ａは、シャフト２０に形成される連通路７２を構成する。連通路７２は、第１ケース４４の上側とハブ１２の外部とを連通する。
【００２４】
引き出し配線５４は、第１貫通孔４４ｆを通じて第１ケース４４の下側から上側に引き出され、第２貫通孔４４ｇを通じて連通路７２に導かれる。引き出し配線５４は、連通路７２を通過し、第１周面開口２０ａからハブ１２の外部に引き出される。引き出し配線５４はチェーンステー８（図１参照）に沿うよう第１周面開口２０ａから引き出される。チェーンステー８が中空に形成されている場合は、引き出し配線５４は第１周面開口２０ａからチェーンステー８の内側に導かれてもよい。この場合、引き出し配線５４をより確実に保護することができると共に車両の車幅を低減できる。なお、引き出し配線５４はチェーンステー８を通さなくてもよい。また、チェーンステー８の他にシートステー９（図１参照）が中空に形成されている場合、引き出し配線５４はシートステー９の内側に導かれてもよい。
【００２５】
ロータ３０は、ステータ７０との磁気的な相互作用によりシャフト２０の周りで回転する。ロータ３０はロータコア６２と１０個のマグネット６３とロータホルダ６６とを含む。シャフト２０はロータ３０を貫通し、それを回転自在に支持する。
【００２６】
１０個のマグネット６３はロータコア６２の中に周方向に沿って等間隔に埋め込まれる。ロータコア６２は珪素鋼板を積層することにより形成され、コア４２の１２本の突極４２ａと半径方向に対向する。
【００２７】
ロータホルダ６６はロータコア６２と太陽歯車３４とを機械的に接続する部材である。ロータホルダ６６はシャフト２０を環囲する。ロータホルダ６６は例えば炭素鋼などの鉄鋼材料により形成される。ロータホルダ６６とシャフト２０とには第３玉軸受７６および第７玉軸受８０が介在し、シャフト２０は第３玉軸受７６および第７玉軸受８０を介してロータホルダ６６を回転自在に支持する。
【００２８】
ロータホルダ６６は、ロータコア６２が嵌合され固定される嵌合部６６ａと、嵌合部６６ａから上側に突出するロータ突出部６６ｂと、を有する。嵌合部６６ａは半径方向において第３玉軸受７６とロータコア６２とに挟まれる。ロータ突出部６６ｂとシャフト２０とには第７玉軸受８０が介在する。第７玉軸受８０は第４玉軸受７７に環囲される。したがって、ロータ突出部６６ｂは第４玉軸受７７と第７玉軸受８０とにより半径方向で挟まれている。
【００２９】
嵌合部６６ａは、ロータコア６２の内周面６２ａが圧接されるロータコア保持部６６ｃと、ロータコア保持部６６ｃよりも上側に設けられたロータコア対向部６６ｄと、を有する。ロータコア対向部６６ｄはロータコア保持部６６ｃよりも大径となるよう形成される。ロータコア対向部６６ｄは、ロータコア６２の上面と軸方向で対向する。特に、ロータコア対向部６６ｄはロータコア６２の上面の一部と接している。
【００３０】
ロータコア６２をロータホルダ６６に取り付ける際は、ロータコア６２をロータコア保持部６６ｃに下側から挿入して圧入固定する。ロータコア６２は、ロータコア６２の上面がロータコア対向部６６ｄに接するまで圧入される。すなわち、ロータコア対向部６６ｄはロータコア６２を挿入する際のストッパとして機能する。これにより、ロータホルダの下側にそのようなストッパが設けられ、ロータコアが上側から挿入される場合と比較して、ロータホルダが下側に出っ張る度合いを低減できる。その結果、引き出し配線５４や配線部材５２やホール素子５２ａなどの配線や素子のためのスペースをより多くとることができる。また、ロータホルダ６６を第１ケース４４により近づけることができ、車輪駆動装置１０の薄型化に貢献できる。なお、ロータコア６２とロータコア保持部６６ｃとを圧入固定に代えて接着固定してもよい。
【００３１】
減速機構８６は、ロータ３０を回転させようとするトルクをロータ３０からハブ１２へ伝達する。減速機構８６は、太陽歯車３４と、３つの減速機遊星歯車３６からなる減速機遊星歯車群と、内歯車３８と、を含む。
【００３２】
太陽歯車３４は、ロータ突出部６６ｂと例えば平行ピン３２により結合される。太陽歯車３４はロータ３０の回転を受け、シャフト２０の周りで回転する。太陽歯車３４はシャフト２０を隙間を介して環囲する外歯車である。すなわち、シャフト２０は太陽歯車３４を貫通し、それを回転自在に支持する。
【００３３】
３つの減速機遊星歯車３６はシャフト２０の周りに実質的に等間隔すなわち１２０度間隔で設けられている。減速機遊星歯車３６は、第１の歯車列３６ａと、第１の歯車列３６ａとはピッチ円直径が異なる第２の歯車列３６ｂとを有する。第１の歯車列３６ａと第２の歯車列３６ｂとは実質的に同軸に設けられる。第１の歯車列３６ａは太陽歯車３４と噛み合い、第２の歯車列３６ｂは内歯車３８と噛み合う。第１の歯車列３６ａと第２の歯車列３６ｂとは一体に形成され、同時に回転する。
【００３４】
太陽歯車３４は内歯車３８よりもピッチ円直径が小さく、また太陽歯車３４は内歯車３８よりも軸方向で下側に設けられているので、第１の歯車列３６ａのピッチ円直径は第２の歯車列３６ｂのピッチ円直径よりも大きく、また第１の歯車列３６ａは軸方向で第２の歯車列３６ｂよりも下側に設けられる。
【００３５】
内歯車３８は樹脂を射出成型することにより形成される。内歯車３８は第１カバー部２６の内周側に圧入、接着、または圧入と接着とを併用して固定される。
【００３６】
変速機構９０は、ペダル３（図２、３では不図示）を踏む力（人力）をハブ１２へ伝達する。変速機構９０は、クラッチホルダ９２と、クラッチシャフト９３と、第１クラッチ９４と、第２クラッチ９６と、第３クラッチ９８と、第１クラッチリング１００と、第２クラッチリング１０２と、第３クラッチリング１０４と、３つの第１変速機遊星歯車１０６からなる第１変速機遊星歯車群と、３つの第２変速機遊星歯車１０８からなる第２変速機遊星歯車群と、プッシュロッド１１０と、シフトキー１１２と、シフトチェンジャー１１４と、を有する。
【００３７】
３つの第１変速機遊星歯車１０６はシャフト２０の周りに実質的に等間隔すなわち１２０度間隔で設けられている。第１変速機遊星歯車１０６は、第１の歯車列１０６ａと、第１の歯車列１０６ａとはピッチ円直径が異なる第２の歯車列１０６ｂとを有する。第１の歯車列１０６ａと第２の歯車列１０６ｂとは実質的に同軸に設けられる。第１の歯車列１０６ａは第１クラッチリング１００と噛み合い、第２の歯車列１０６ｂは第２クラッチリング１０２と噛み合う。また第１の歯車列１０６ａは、第２変速機遊星歯車１０８とも噛み合う。第１の歯車列１０６ａと第２の歯車列１０６ｂとは一体に形成され、同時に回転する。
【００３８】
３つの第２変速機遊星歯車１０８は、第１変速機遊星歯車１０６と同様、シャフト２０の周りに実質的に等間隔すなわち１２０度間隔で設けられている。第２変速機遊星歯車１０８は、第１の歯車列１０８ａと、第１の歯車列１０８ａとはピッチ円直径が異なる第２の歯車列１０８ｂとを有する。第１の歯車列１０８ａと第２の歯車列１０８ｂとは実質的に同軸に設けられる。第１の歯車列１０８ａは内歯車３８と噛み合い、第２の歯車列１０８ｂは第１変速機遊星歯車１０６の第１の歯車列１０６ａと噛み合う。第１の歯車列１０８ａと第２の歯車列１０８ｂとは一体に形成され、同時に回転する。
【００３９】
クラッチホルダ９２は、第１クラッチ９４〜第３クラッチ９８を保持する円筒状の部材である。クラッチホルダ９２はシャフト２０を環囲する。クラッチホルダ９２とシャフト２０とには第８玉軸受８１が介在し、シャフト２０は第８玉軸受８１を介してクラッチホルダ９２を回転自在に支持する。クラッチホルダ９２の上端は第１カバー部２６より上方に突出し、その突出した部分にはリアスプロケット７が取り付けられる。したがってクラッチホルダ９２はリアスプロケット７の回転を受けて回転する。クラッチホルダ９２の下方には、クラッチシャフト９３を介して第１クラッチ９４、第２クラッチ９６および第３クラッチ９８が取り付けられる。特に、上から第２クラッチ９６、第３クラッチ９８、第１クラッチ９４の順に取り付けられ、それぞれ第２クラッチリング１０２、第３クラッチリング１０４、第１クラッチリング１００に環囲される。
【００４０】
第１クラッチリング１００は、第１クラッチ９４を介してクラッチホルダ９２の回転を受け、シャフト２０の周りで回転する。同様に、第２クラッチリング１０２は第２クラッチ９６を介して、第３クラッチリング１０４は第３クラッチ９８を介してクラッチホルダ９２の回転を受け、それぞれシャフト２０の周りで回転する。第２クラッチリング１０２は第１カバー部２６の内周側にネジにより固定される。
【００４１】
プッシュロッド１１０は、シャフト２０のうちハブ１２から上側に突出する上突出部５７に形成されたロッド孔２０ｄに収容される。プッシュロッド１１０の下端には棒状のシフトキー１１２が固定される。シフトキー１１２の両端はシャフト２０から半径方向外側に突出し、円筒状のシフトチェンジャー１１４と係合する。そのため、シフトチェンジャー１１４は、プッシュロッド１１０およびシフトキー１１２の移動に伴って軸方向に移動する。このシフトキー１１２の移動により、第１クラッチ９４と第１クラッチリング１００とが噛み合った状態と、第２クラッチ９６と第２クラッチリング１０２とが噛み合った状態と、第３クラッチ９８と第３クラッチリング１０４とが噛み合った状態とが切り換えられる。
【００４２】
遊星支持部材８７は、３つの減速機遊星歯車３６と、３つの第１変速機遊星歯車１０６と、３つの第２変速機遊星歯車１０８と、を回転自在に支持する。遊星支持部材８７は、３つの第１遊星歯車シャフト８８と、３つの第２遊星歯車シャフト８９と、シャフトホルダ５８と、を備える。第１遊星歯車シャフト８８は対応する減速機遊星歯車３６を貫通し、互いに軸方向に離間して設けられた第５玉軸受７８および第６玉軸受７９を介して減速機遊星歯車３６を回転自在に支持する。また第１遊星歯車シャフト８８は対応する第１変速機遊星歯車１０６を貫通し、互いに軸方向に離間して設けられた第９玉軸受８２および第１０玉軸受８３を介して第１変速機遊星歯車１０６を回転自在に支持する。つまり、減速機遊星歯車３６と第１変速機遊星歯車１０６は、同一のシャフトにより支持される。第１遊星歯車シャフト８８の下端は第２ケース４６に固定される。
【００４３】
シャフトホルダ５８は第２遊星歯車シャフト８９を保持する略円板状の部材である。シャフトホルダ５８はその内周側で第１遊星歯車シャフト８８に固定される。特に、シャフトホルダ５８は、減速機遊星歯車３６と第１変速機遊星歯車１０６に挟まれるようにして第１遊星歯車シャフト８８に固定される。シャフトホルダ５８の外周側には第２遊星歯車シャフト８９の下端が固定される。第２遊星歯車シャフト８９は対応する第２変速機遊星歯車１０８を貫通し、互いに軸方向に離間して設けられた第１１玉軸受８４および第１２玉軸受８５を介して第２変速機遊星歯車１０８を回転自在に支持する。
【００４４】
図４（ａ）〜（ｃ）は、ペダル３（図４（ａ）〜（ｃ）では不図示）からの人力が変速機構９０を介してハブ１２に伝達されるときの伝達経路を説明するための説明図である。図４（ａ）は第１クラッチ９４と第１クラッチリング１００とが噛み合い、変速機構９０が低速ギアとして動作する場合を示す。図４（ｂ）は第２クラッチ９６と第２クラッチリング１０２とが噛み合い、変速機構９０が中速ギアとして動作する場合を示す。図４（ｃ）は第３クラッチ９８と第３クラッチリング１０４とが噛み合い、変速機構９０が高速ギアとして動作する場合を示す。
【００４５】
図４（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合も、リアスプロケット７がペダル３からの回転力を受け、リアスプロケット７およびリアスプロケット７が固定されたクラッチホルダ９２がシャフト２０の周りを回転する。
【００４６】
図４（ａ）の場合、第１クラッチリング１００が第１クラッチ９４を介してクラッチホルダ９２の回転を受け、シャフト２０の周りで回転する。第１クラッチリング１００の回転は、第１変速機遊星歯車１０６の第１の歯車列１０６ａ、第２変速機遊星歯車１０８の第２の歯車列１０８ｂ、内歯車３８、ハブ１２の順に伝達される。
【００４７】
図４（ｂ）の場合、第２クラッチリング１０２が第２クラッチ９６を介してクラッチホルダ９２の回転を受ける。第２クラッチリング１０２はハブ１２に固定されているため、第２クラッチリング１０２の回転は、ハブ１２に伝達される。
【００４８】
図４（ｃ）の場合、第３クラッチリング１０４が第３クラッチ９８を介してクラッチホルダ９２の回転を受け、シャフト２０の周りで回転する。第３クラッチリング１０４の回転は、第１変速機遊星歯車１０６の第２の歯車列１０６ｂ、第２変速機遊星歯車１０８の第２の歯車列１０８ｂ、内歯車３８、ハブ１２の順に伝達される。
【００４９】
図２、３に戻り、ハブ１２は、第１玉軸受７４を介してクラッチホルダ９２に取り付けられる第１カバー部２６と、第２玉軸受７５を介してシャフト２０に回転自在に取り付けられる第２カバー部２８と、を含む。
【００５０】
第１カバー部２６と第２カバー部２８とはネジにより結合される。第１カバー部２６と第２カバー部２８との結合部分にはＯリング５０による防水処理が施されている。
【００５１】
第１カバー部２６は、略円筒状のハウジング部２６ａと、第１玉軸受７４を介してシャフト２０に取り付けられるカップ部２６ｂと、を有する。カップ部２６ｂは上に凸な曲面を描くよう形成されている。カップ部２６ｂと第２クラッチリング１０２との接合部分６０は、第１玉軸受７４を環囲する。すなわち、軸方向における接合部分６０の存在範囲と、軸方向における第１玉軸受７４の存在範囲とには共通部分が存在する。
【００５２】
以上のように構成された車輪駆動装置１０の動作を説明する。引き出し配線５４を通じて３相の駆動電流がコイル４０に供給される。その駆動電流がコイル４０を流れることにより、１２本の突極４２ａに沿って磁束が発生する。この磁束によってマグネット６３にトルクが与えられる。減速機構８６は、ロータ３０を回転させようとするトルクをロータ３０からハブ１２に伝達する。一方、変速機構９０は、ペダル３を踏む力（人力）をハブ１２に伝達する。これらにより、車輪はシャフト２０に対して回転しようとする。
【００５３】
本実施の形態に係る二輪車１では、モータ、減速機構８６、変速機構９０はシャフト２０を軸として並ぶ。例えば太くするなどシャフト２０の剛性は容易に高められるため、各機構をシャフト２０を基準に取り付けることで全体の耐衝撃性を向上させやすくなる。また、各機構を構成する部材はシャフト２０を中心に配置されるため、部材の質量を周方向に均等に配置しやすくなる。その結果、回転部分のアンバランスを低減しやすくなる。
【００５４】
また、本実施の形態に係る二輪車１では、モータおよび減速機構８６に加え、変速機構９０もハブ１２に内装される。これにより、変速機構９０の防塵性、防水性が向上するため、メンテナンスの必要性を低減できる。また、変速機構９０が外部から視認されなくなるため、デザイン性が向上する。
【００５５】
また、本実施の形態に係る二輪車１では、引き出し配線５４は第２玉軸受７５と第１ケース４４との間を避けるよう配線されている。これにより、第１ケース４４と第２玉軸受７５とを軸方向により近づけて配置できる。また、第４玉軸受７７は第７玉軸受８０を環囲する。また、接合部分６０の存在範囲と、軸方向における第１玉軸受７４の存在範囲とは共通部分を有する。これらによると車輪駆動装置１０ひいてはハブ１２の軸方向の寸法を低減できる。
【００５６】
ハブ１２の軸方向の厚みが大きいと、二輪車１の美観を損ねることがある。また、ハブ１２の軸方向の厚みが大きいと、その分、フロントスプロケット５とリアスプロケット７とチェーン６とが軸方向で外寄りに配設される。シミュレーションによると、例えばハブ１２の軸方向の厚みが１６０ｍｍを超えて大きい場合は、クランク４がチェーンステー８とぶつかる可能性が高くなる。したがって、ハブ１２の軸方向の厚みは１６０ｍｍ以下が好ましい。
【００５７】
ハブ１２の軸方向の厚みが小さいと、その分内装する変速機構９０の構成部材を薄く構成する必要が生じるため、強度が低下し、運転中の衝撃で故障する可能性が高くなる。シミュレーションによると、例えばハブ１２の軸方向の厚みが９０ｍｍ以上である場合には、３段の変速段を内装しても、部材の強度は実用上ほとんど問題ないことが確認されている。
【００５８】
本実施の形態係る二輪車１では、一例として、ハブ１２の軸方向の厚みは９０ｍｍ以上１３０ｍｍ以下となる。つまり、ハブ１２内にモータ、減速機構８６および変速機構９０を内装しつつも、ハブ１２の軸方向の厚みを比較的薄くすることができる。その結果、車輪駆動装置１０を搭載する二輪車１のデザイン性が向上する。
【００５９】
また、本実施の形態に係る二輪車１では、第３玉軸受７６、第４玉軸受７７および第７玉軸受８０によって、車輪駆動装置１０の中心付近で太陽歯車３４を保持する。したがって、太陽歯車３４の回転の精度を高めることができる。
【００６０】
また、本実施の形態に係る二輪車１では、減速機遊星歯車３６と第１変速機遊星歯車１０６は同一のシャフトにより支持される。これにより、そうでない場合と比べ組み立てが容易となり加工コストを低減できる。また部品点数が減るため材料コストも低減できる。
【００６１】
以上、実施の形態に係る車輪駆動装置１０の構成と動作について説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６２】
（変形例１）
実施の形態では、二輪車１の後輪２のハブ１２に車輪駆動装置１０が収納される場合について説明したが、これに限られない。車輪駆動装置１０は前輪のハブの内部に収納され、前輪のハブをシャフトに対して回転させてもよい。
【００６３】
（変形例２）
実施の形態では、車輪のハブの内部に車輪駆動装置１０を搭載する車両が２輪車である場合について説明したが、これに限られない。例えば、一輪車、例えば電動立ち乗り二輪車のように１つのシャフトに２つの車輪が配置された二輪車、三輪車、車椅子や台車などの四輪以上の車輪を有する車両であってもよい。
【００６４】
（変形例３）
実施の形態では、内歯車３８とハウジング２４とは別体である場合について説明したが、これに限られず、それらを一体に形成してもよい。
【００６５】
（変形例４）
実施の形態では、変速機構９０が、低速、中速および高速の３段の変速段を有する場合について説明したが、これに限られない。クラッチ、クラッチリング、変速機遊星歯車の数を増やすことにより、変速段を４段、５段、６段、あるいはそれ以上とすることもできる。
【００６６】
変速段数が小さい場合は、ペダル３を踏むトルクや回転数を有効に利用できず加速性または高速性が低下する。また、変速段数が大きい場合は、ハブ１２の軸方向の厚みが大きくなりデザイン性が低下する。一例では、変速機構９０の変速段が４段で、ハブ１２の軸方向の厚みが１００ｍｍ以上１４０ｍｍ以下である場合に、通勤・通学等の街乗り用途に好適なデザイン性を維持しつつ、この用途において実用上ほとんど問題ないレベルの加速性が得られることがシミュレーションによって確認されている。また、別の一例では、変速機構９０の変速段が５段または６段で、ハブ１２の軸方向の厚みが１１０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下である場合に、サイクリング等のスポーツ用途に好適なデザイン性を維持しつつ、この用途において実用上ほとんど問題ないレベルの加速性が得られることがシミュレーションによって確認されている。
【００６７】
（変形例５）
所定の速度を超えた場合や運転者の要求があった場合にクラッチ機構を離脱させ、ペダル回転力のみで自転車を走行させるようにしてもよい。また、ペダル３を踏む力（トルク）の検出器をモータを駆動する駆動回路に組み込むことによって、トルクに応じたレベルのアシストを車輪駆動装置１０で行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１  二輪車、１０  車輪駆動装置、  １２  ハブ、  ２０  シャフト、  ３０  ロータ、  ３４  太陽歯車、  ３６  減速機遊星歯車、  ３８  内歯車、  ４０  コイル、  ４２  コア、  ７０  ステータ、  ８６  減速機構、  ８８  第１遊星歯車シャフト、  ８９  第２遊星歯車シャフト、  ９０  変速機構、  ９２  クラッチホルダ、  ９４  第１クラッチ、  ９６  第２クラッチ、  ９８  第３クラッチ、  １００  第１クラッチリング、  １０２  第２クラッチリング、  １０４  第３クラッチリング、  １０６  第１変速機遊星歯車１０６、  １０８  第２変速機遊星歯車１０８。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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