(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の車輪と、フレームと、モータを有する駆動ユニットとを有し、ペダルからの踏力による人力駆動力にモータによる補助駆動力を加えて走行可能であるとともに、車輪が接地面から受ける受動回転力を前記モータに伝達して回生可能である電動自転車に設けられるハブ装置であって、
前記電動自転車のフレームに取付け可能なハブ軸と、
前記ハブ軸を中心として回転自在に設けられ、車輪と一体的に回転するハブ胴体と、
受動回転力を前記駆動ユニットへ出力する回転輪体と、
ハブ胴体に伝達された受動回転力をハブ胴体の回転数よりも小さな回転数に減速して前記回転輪体に伝達する受動回転力減速伝達経路と、
を備え、
前記ハブ装置は前記車輪の少なくとも一方に設けられ、
当該ハブ装置に入力された人力駆動力または補助駆動力を車輪に伝達する回転数を外部からの操作に基づいて複数の異なる回転数にわたって切り替える変速機構を、当該ハブ装置に有しない
ことを特徴とする電動自転車のハブ装置。
【請求項２】
遊星歯車機構を有し、前記受動回転力減速伝達経路は、前記遊星歯車機構を介することで小さな回転数に減速して前記回転輪体に伝達されることを特徴とする請求項１に記載の電動自転車のハブ装置。
【請求項３】
前記ハブ装置に、車輪の後退方向にハブ胴体が回転することを許容させる後退許容機構が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動自転車のハブ装置。
【請求項４】
前記回転輪体は、人力駆動力および補助駆動力における少なくとも一方の駆動力をハブ装置に入力する駆動力入力体としても用いられ、前記回転輪体が、駆動力入力時にハブ胴体と一体的に回転可能に連結されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動自転車のハブ装置。
【請求項５】
前記回転輪体は、人力駆動力および補助駆動力における少なくとも一方の駆動力をハブ装置に入力する駆動力入力体としても用いられ、受動回転力を伝達する減速比との逆数である増速比とは異なる回転速度比で、前記回転輪体に入力された駆動力をハブ胴体に伝達する駆動力伝達経路を有していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動自転車のハブ装置。
【請求項６】
複数の車輪と、フレームと、モータを有する駆動ユニットとを有し、ペダルからの踏力による人力駆動力にモータによる補助駆動力を加えて走行可能であるとともに、車輪が接地面から受ける受動回転力を前記モータに伝達して回生可能である電動自転車であって、
車輪にハブ装置が設けられ、このハブ装置が、
前記フレームに取付け可能なハブ軸と、
前記ハブ軸を中心として回転自在に設けられ、車輪と一体的に回転するハブ胴体と、
受動回転力を前記駆動ユニットへ出力する回転輪体と、
ハブ胴体に伝達された受動回転力をハブ胴体の回転数よりも小さな回転数に減速して前記回転輪体に伝達する受動回転力減速伝達経路と、
を備え、
前記ハブ装置は前記車輪の少なくとも一方に設けられ、
前記ハブ装置に入力された人力駆動力または補助駆動力を車輪に伝達する回転数を外部からの操作に基づいて複数の異なる回転数にわたって切り替える変速機構を、前記ハブ装置に有しない
ことを特徴とする電動自転車。
【請求項７】
前記駆動ユニットが、前輪と後輪との間の中間位置に配設され、無端状力伝達体を介して、前記駆動ユニットと回転輪体との間で力が伝達されていることを特徴とする請求項６に記載の電動自転車。
【請求項８】
前記駆動ユニットに、人力駆動力と補助駆動力との合力を出力する合力出力輪体が取り付けられ、前記合力出力輪体の受動回転力をモータに伝達する受動回転力モータ伝達経路を有していることを特徴とする請求項６または７に記載の電動自転車。
【請求項９】
前記駆動ユニットに、補助駆動力を出力する補助駆動力出力輪体が取り付けられ、前記補助駆動力出力輪体の受動回転力をモータに伝達する受動回転力モータ伝達経路を有していることを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の電動自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動自転車および電動自転車用のハブ装置に関し、特に、回生動作が可能である電動自転車および電動自転車用のハブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源としてのバッテリと、このバッテリから給電されるモータを備えた駆動ユニットとを有し、ペダルに加えられる踏力による人力駆動力に、前記駆動ユニットの補助駆動力（アシスト力）を加えることで、上り坂等でも楽に走行できる電動自転車（電動アシスト自転車とも称せられる）は既に知られている。また、この種の電動自転車において、下り坂走行時などに車輪の回転力（受動回転力とも称す）をモータに伝達し、このモータを発電機として用いて回生電力を発生させバッテリに充電し、バッテリの充電作業回数に対する走行距離を増加させる、いわゆる回生動作が可能なものも知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、このように回生動作を行う電動自転車に対応可能な自転車用の内装変速ハブが開示されている。この自転車用の内装変速ハブでは、下り坂走行時などに車輪が接地面から受動回転力を受けた際に、ハブ胴体（ハブシェル）と後輪のスプロケット（後輪に設けられた回転輪体であり、チェーンに噛み合う。以下、後スプロケットと称す）とを一体的に回転できるよう構成して、受動回転力を後スプロケットから外部に出力可能に構成されている。
【０００４】
この構成によれば、受動回転力を、後スプロケットからチェーンを介して、駆動ユニットに設けられたモータに伝達して、回生動作させることが可能となる。そして、下り坂走行時などに車輪（後輪）が接地面から受動回転力を受けた際には、車輪と同じ回転数で後スプロケットが回転されて、受動回転力が出力されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１６４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に開示されている自転車用の内装変速ハブを用いると、車輪と同じ回転数で後スプロケットが回転されて受動回転力がチェーンなどに出力される構造であるため、下り坂の惰性走行（慣性走行とも称せられる）時などに高速域（例えば時速３０ｋｍ以上）では電動自転車の回生動作を行えなくなったり、モータとバッテリとの間を遮断するＦＥＴ（Field Effect Transistor 電界効果トランジスタ）などの遮断用装置が必要となったりする。
【０００７】
すなわち、下り坂惰性走行時などに高速（例えば、時速３０ｋｍ以上）で電動自転車が走行している際には、車輪の回転が例えば３００ｒｐｍ（回転数／分）を越えることがある。したがって、車輪と同じ回転数で後輪のスプロケットが回転されて受動回転力がチェーンに出力されて伝達されると、モータが、無負荷最高回転数（モータを無負荷状態で回転させた際の最高回転数）を大きく越える回転数で回転してしまい、この際に、回生動作を続けるとバッテリに悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。したがって、この場合には、遮断用装置によりバッテリとモータとの電気的接続を遮断してモータの回生動作を停止させる必要がある。
【０００８】
これにより、下り坂惰性走行時などの高速走行時に、回生動作を行うことができなくてバッテリを充電できなかったり、高速走行時の回生動作に伴う制動動作を行えなかったりする。また、ＦＥＴなどの遮断用装置が必要となったり、大型の遮断用装置が必要となって、製造コストの増加や、発熱量の増加を招いたりする。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、高速走行時でも回生できるとともに、回生動作遮断用のＦＥＴなどの遮断用装置を省いたり小型化できたりする電動自転車用のハブ装置および電動自転車を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の電動自転車のハブ装置は、複数の車輪と、フレームと、モータを有する駆動ユニットとを有し、ペダルからの踏力による人力駆動力にモータによる補助駆動力を加えて走行可能であるとともに、車輪が接地面から受ける受動回転力を前記モータに伝達して回生可能である電動自転車に設けられるハブ装置であって、前記電動自転車のフレームに取付け可能なハブ軸と、前記ハブ軸を中心として回転自在に設けられ、車輪と一体的に回転するハブ胴体と、受動回転力を前記駆動ユニットへ出力する回転輪体と、ハブ胴体に伝達された受動回転力をハブ胴体の回転数よりも小さな回転数に減速して前記回転輪体に伝達する受動回転力減速伝達経路と、を備え、前記ハブ装置は前記車輪の少なくとも一方に設けられ、当該ハブ装置に入力された人力駆動力または補助駆動力を車輪に伝達する回転数を外部からの操作に基づいて複数の異なる回転数にわたって切り替える変速機構を、当該ハブ装置に有しないことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の電動自転車は、複数の車輪と、フレームと、モータを有する駆動ユニットとを有し、ペダルからの踏力による人力駆動力にモータによる補助駆動力を加えて走行可能であるとともに、車輪が接地面から受ける受動回転力を前記モータに伝達して回生可能である電動自転車であって、車輪にハブ装置が設けられ、このハブ装置が、前記フレームに取付け可能なハブ軸と、前記ハブ軸を中心として回転自在に設けられ、車輪と一体的に回転するハブ胴体と、受動回転力を前記駆動ユニットへ出力する回転輪体と、ハブ胴体に伝達された受動回転力をハブ胴体の回転数よりも小さな回転数に減速して前記回転輪体に伝達する受動回転力減速伝達経路と、を備え、前記ハブ装置は前記車輪の少なくとも一方に設けられ、前記ハブ装置に入力された人力駆動力または補助駆動力を後輪に伝達する回転数を外部からの操作に基づいて複数段の回転数にわたって切り替える変速機構を、前記ハブ装置に有しないことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、車輪からハブ胴体に伝達された受動回転力は、受動回転力減速伝達経路を通ることで、ハブ胴体の回転数よりも小さな回転数に回転輪体が減速されてハブ装置の回転輪体から出力される。これにより、電動自転車が下り坂の惰性走行時などに高速走行している場合でも、モータが、無負荷最高回転数（モータを無負荷状態で回転させた際の最高回転数）を大きく越える回転数で回転することがなくなり、回生動作を続けてもバッテリに悪影響を及ぼしてしまうことがなくなったり、悪影響を及ぼす可能性を最小限に抑えたりすることができる。
【００１３】
また、本発明の電動自転車のハブ装置は、前記ハブ装置に、車輪の後退方向にハブ胴体が回転することを許容させる後退許容機構が設けられていることを特徴とする。この構成により、当該電動自転車を支障なく後退させることができる。
【００１４】
また、本発明の電動自転車のハブ装置は、前記回転輪体が、人力駆動力および補助駆動力における少なくとも一方の駆動力をハブ装置に入力する駆動力入力体としても用いられ、前記回転輪体が、駆動力入力時にハブ胴体と一体的に回転可能に連結されていることを特徴とする。この構成により、人力駆動力や補助駆動力により当該電動自転車が走行している際には、前記回転輪体と同じ回転数で車輪を回転させて走行することができる。
【００１５】
また、本発明の電動自転車のハブ装置は、前記回転輪体は、人力駆動力および補助駆動力における少なくとも一方の駆動力をハブ装置に入力する駆動力入力体としても用いられ、受動回転力を伝達する減速比との逆数である増速比とは異なる回転速度比で、前記回転輪体に入力された駆動力をハブ胴体に伝達する駆動力伝達経路を有していることを特徴とする。この構成により、人力駆動力や補助駆動力により当該電動自転車が走行している際には、受動回転力を伝達する減速比との逆数である増速比とは異なる回転速度比で、車輪を回転させて走行することができる。
【００１６】
また、本発明の電動自転車は、前記駆動ユニットが、前輪と後輪との間の中間位置に配設され、無端状力伝達体を介して、前記駆動ユニットと回転輪体との間で力が伝達されていることを特徴とする。この構成により、前記駆動ユニットが、前輪と後輪との間の中間位置に配設されている場合でも、無端状力伝達体を介して受動回転力を駆動ユニットに伝達することができる。
【００１７】
また、本発明の電動自転車は、前記駆動ユニットに、人力駆動力と補助駆動力との合力を出力する合力出力輪体が取り付けられ、前記合力出力輪体の受動回転力をモータに伝達する受動回転力モータ伝達経路を有していることを特徴とする。この構成により、受動回転力モータ伝達経路を介して、前記駆動ユニットに入力された受動回転力をモータに良好に伝達することができる。
【００１８】
また、本発明の電動自転車は、前記駆動ユニットに、補助駆動力を出力する補助駆動力出力輪体が取り付けられ、前記補助駆動力出力輪体の受動回転力をモータに伝達する受動回転力モータ伝達経路を有していることを特徴とする。この構成により、受動回転力モータ伝達経路を介して、前記駆動ユニットに入力された受動回転力をモータに良好に伝達することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、車輪に設けられるハブ装置に、電動自転車のフレームに取付け可能なハブ軸と、前記ハブ軸を中心として回転自在に設けられ、車輪と一体的に回転するハブ胴体と、受動回転力を前記駆動ユニットへ出力する回転輪体と、ハブ胴体に伝達された受動回転力をハブ胴体の回転数よりも小さな回転数に減速して前記回転輪体に伝達する受動回転力減速伝達経路と、を備え、前記ハブ装置は前記車輪の少なくとも一方に設けられ、当該ハブ装置に入力された人力駆動力または補助駆動力を車輪に伝達する回転数を外部からの操作に基づいて複数の異なる回転数にわたって切り替える変速機構を、当該ハブ装置に有しないので、製造コストの低減や、発熱量の低減を図ることができる。
【００２０】
また、前記ハブ装置に、車輪の後退方向にハブ胴体が回転することを許容させる後退許容機構を設けることにより、当該電動自転車を支障なく後退させることができる。
【００２１】
また、前記回転輪体を、駆動力入力時にハブ胴体と一体的に回転可能に連結したり、受動回転力伝達力を伝達する減速比との逆数である増速比とは異なる回転速度比で、前記回転輪体に入力された駆動力をハブ胴体に伝達する駆動力伝達経路を設けたりすることで、人力駆動力や補助駆動力により良好に走行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動自転車の全体右側面図
【図２】同電動自転車の部分右側面図
【図３】同電動自転車の駆動ユニットの右側面図
【図４】同電動自転車の駆動ユニットの平面断面図
【図５】同電動自転車の駆動ユニットの要部平面断面図
【図６】同電動自転車のハンドルとブレーキ装置とを概略的に示す図
【図７】同電動自転車のハブ装置（後ハブ装置）の縦断面背面図
【図８】図７のＡ−Ａ線矢視断面図（通常駆動時の右側面断面図）
【図９】図７のＢ−Ｂ線矢視断面図（通常駆動時の右側面断面図）
【図１０】図７のＡ−Ａ線矢視断面図（通常駆動時の右側面断面図）
【図１１】図７のＢ−Ｂ線矢視断面図（通常駆動時の右側面断面図）
【図１２】同ハブ装置（後ハブ装置）の縦断面背面図（駆動力伝達経路Ｘ１を記載）
【図１３】図７のＡ−Ａ線矢視断面図（回生時の右側面断面図）
【図１４】図７のＢ−Ｂ線矢視断面図（回生時の右側面断面図）
【図１５】図７のＡ−Ａ線矢視断面図（回生時の右側面断面図）
【図１６】図７のＢ−Ｂ線矢視断面図（回生時の右側面断面図）
【図１７】図７のＡ−Ａ線矢視断面図（回生時の右側面断面図）
【図１８】図７のＢ−Ｂ線矢視断面図（回生時の右側面断面図）
【図１９】同ハブ装置（後ハブ装置）の縦断面背面図（受動回転力減速伝達経路Ｘ２を記載）
【図２０】図７のＡ−Ａ線矢視断面図（後退時の右側面断面図）
【図２１】図７のＢ−Ｂ線矢視断面図（後退時の右側面断面図）
【図２２】図７のＡ−Ａ線矢視断面図（後退時の右側面断面図）
【図２３】図７のＢ−Ｂ線矢視断面図（後退時の右側面断面図）
【図２４】図７のＡ−Ａ線矢視断面図（後退時の右側面断面図）
【図２５】図７のＢ−Ｂ線矢視断面図（後退時の右側面断面図）
【図２６】図７のＡ−Ａ線矢視断面図（後退時の右側面断面図）
【図２７】図７のＢ−Ｂ線矢視断面図（後退時の右側面断面図）
【図２８】本発明の他の実施の形態に係るハブ装置（後ハブ装置）の縦断面背面図
【図２９】本発明の電動自転車の駆動ユニットの要部拡大平面断面図
【図３０】同電動自転車の駆動ユニットの要部拡大平面断面図
【図３１】同電動自転車の駆動ユニットの平面断面図（受動回転力モータ伝達経路Ｘ３を記載）
【図３２】本発明の他の実施の形態に係る電動自転車の駆動ユニットの平面断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係る電動自転車および電動自転車用のハブ装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明における左右方向および前後方向とは、進行方向に向って当該電動自転車１に搭乗した状態での方向を言う。また、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態に限定されるものではない。
【００２４】
図１、図２における１は本発明の実施の形態に係る電動自転車である。図１、図２などに示すように、この電動自転車１は、ヘッドパイプ２ａ、前フォーク２ｂ、メインパイプ２ｃ、立パイプ２ｄ、チェーンステー２ｅ、シートステー２ｆなどからなる金属製のフレーム２と、前フォーク２ｂの下端に回転自在に取り付けられた前輪３と、チェーンステー２ｅの後端に回転自在に取り付けられた後輪４と、前輪３の向きを変更するハンドル５と、着座用のサドル６と、踏力からなる人力駆動力がかけられるクランク７およびペダル８と、補助駆動力（アシスト力）を発生させる駆動源としての電動のモータ２１（図４などを参照）およびこのモータ２１を含めた各種の電気的制御を行う制御部２４（図４などを参照）などが設けられた駆動ユニット２０と、モータ２１に駆動用の電力を供給する二次電池からなるバッテリ１２と、クランク軸７ａと同軸心で一体的に回転するように取り付けられ、人力駆動力および補助駆動力が合わされた合力を出力する駆動力出力輪体としての前スプロケット（クランクスプロケットや前ギヤ、駆動スプロケットとも称せられる）１３と、後輪４の中心部に設けられたハブ装置（後ハブ装置とも称する）５０と、このハブ装置（後ハブ装置）５０に設けられた回転輪体としての後スプロケット（後ギヤとも称せられる）１４と、前スプロケット１３と後スプロケット１４とにわたって回転可能な状態で無端状に巻回された無端状力伝達体としてのチェーン１５と、チェーン１５などを側方から覆うチェーンカバー１７と、などを備えている。なお、図１などにおける７ｂはペダルが回転自在に取り付けられるクランクアームである。
【００２５】
図３〜図５などに示すように、駆動ユニット２０は、詳しくは後述するが、前部においてクランク軸７ａが左右に貫通する状態で配設されているとともに、モータ２１と、ペダル８からの踏力を検出するトルクセンサ３１と、モータ２１から出力される回転を減速しながら伝達する減速機構２５と、制御部２４と、などが内部に配設されている。駆動ユニット２０は、図示しない支持ブラケットを介して、フレーム２におけるメインパイプ２ｃと立パイプ２ｄとチェーンステー２ｅとの接続部（いわゆるハンガラグの配設箇所）の近傍に固定されており、これにより、駆動ユニット２０は、前輪３と後輪４との間の中間位置（いわゆる中央部）に配設されている。そして、このような配置構成にすることで、重量が比較的大きい駆動ユニット２０が、電動自転車１の前後方向中央に配置されるため、前輪３や後輪４を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、電動自転車１の車体（フレーム２など）の取り回しがよく、また、走行安定性も良好とされている。そして、駆動ユニット２０において、ペダル８からの踏力（人力駆動力）をトルクセンサ３１により検出し、この踏力に応じてモータ２１から補助駆動力を発生させるよう構成されている。補助駆動力は人力駆動力と合わせられ、合わせられた合力が、チェーン１５を介して、後輪４側（詳しくは、後輪４の後スプロケット１４）に伝達されるように構成されている。また、詳しくは後述するが、この電動自転車１の駆動ユニット２０では、後輪４が接地面から受ける受動回転力がチェーン１５に伝達され、チェーン１５に伝達された受動回転力が、後述する前スプロケット１３を介して、（あるいは、後述する補助駆動力出力輪体としてのモータスプロケット１９（図３２参照）を介して、）モータ２１に伝達されるよう構成されている。
【００２６】
図６に示すように、ハンドル５の左右両端部に取り付けられたグリップの下方には、左右のブレーキレバー９０Ａ、９０Ｂが回動自在に枢支された状態で取り付けられている。一方（例えば右側）のブレーキレバー９０Ａには、ブレーキワイヤ９１Ａを介して、前輪３に対して機械的に制動力を与える前部ブレーキ装置９２が物理的に連動するように連結されている。他方（例えば左側）のブレーキレバー９０Ｂには、ブレーキワイヤ９１Ｂを介して、後輪４に対して機械的に制動力を与える後部ブレーキ装置９３が物理的に連動するように連結されている。
【００２７】
さらに、この電動自転車では、ブレーキ操作時にモータ２１を発電機として作動させることによりモータ２１による回生電力を発生させてバッテリ１２を充電する回生動作を実行可能に構成している。なお、ハンドル５の一部には、補助駆動力の追加動作（いわゆるアシスト動作）や回生動作を電気的にＯＮ・ＯＦＦするためのスイッチボタン（図示せず）などを複数備えた動作用操作部９４が取り付けられている。また、各ブレーキレバー９０Ａ、９０Ｂの取付箇所には、各ブレーキレバー９０Ａ、９０Ｂの操作状態を検知するブレーキスイッチ９５Ａ、９５Ｂが配設され、これらのブレーキスイッチ９５Ａ、９５Ｂによりブレーキレバー９０Ａ、９０Ｂの操作状態を検知しながら、制御部２４により回生充電機能を適切に働かせるように制御されている。
【００２８】
本発明の電動自転車１では、ペダル８が踏み込まれず、踏力が殆ど検知されていない状態で走行する際（すなわち、人力駆動力および補助駆動力との何れも加えられていない時、あるいは、これらの駆動力および補助駆動力が、後述する受動回転力よりも小さい時）には、後述するように、後輪４が接地面から受ける受動回転力が、ハブ装置（後ハブ装置）５０および後スプロケット１４を介してチェーン１５に伝達されるように構成されている。これにより、前記受動回転力が駆動ユニット２０の前スプロケット１３を介してモータ２１に伝達されてこのモータ２１が回転される。そして、このような状況（受動走行時と称す）下で、少なくとも一方のブレーキレバー９０Ａ、９０Ｂが操作されてこの状態がブレーキスイッチ９４Ａ、９４Ｂで検知された際に、回生動作を実行するように制御部２４により制御される（回生制御する方法の１例）。したがって、この際にはモータ２１の回転を利用して回生動作が実行されてバッテリ１２が充電される。なお、ペダル８が踏み込まれていない状態では、チェーン１５は後輪４１の回転に伴って駆動（移動）されるが、後述するように、前スプロケット１３とクランク軸７ａとの間に一方向クラッチ３０（図４、図５参照）が介装されているので、クランク軸７ａやクランクアーム７ｂ、ペダル８は回転しない。
【００２９】
ところで、従来の電動自転車の後輪のハブ装置では、ペダルが踏み込まれず、後輪が接地面から受動回転力を受けていた際には、この受動回転力が後スプロケットに伝達されない構造とされていた。したがって、この構造では、モータに受動回転力が伝達されないため、回生動作を行うことができなかった。一方、前記特許文献１に開示されている自転車用内装変速ハブでは、下り坂走行時などに後輪が接地面から受動回転力を受けた際に、ハブ胴体（ハブシェル）と後スプロケットとを一体的に回転できるよう構成して、受動回転力を後輪のスプロケットから外部に出力可能に構成されている。したがって、この構成によれば、受動回転力を、後輪のスプロケットからチェーンを介して、駆動ユニットに設けられたモータに伝達して、回生動作させることが可能となる利点があった。
【００３０】
しかしながら、前記特許文献１に開示されている自転車用内装変速ハブを用いると、車輪と同じ回転数で後輪のスプロケットが回転されて受動回転力がチェーンなどに出力される構造である。したがって、前記特許文献１に開示されている自転車用内装変速ハブでは、下り坂の惰性走行（慣性走行とも称せられる）時などに高速域（例えば、時速３０ｋｍ以上）においては電動自転車の回生動作を行えなくなったり、モータとバッテリとの間を遮断するＦＥＴなどの遮断用装置が必要となったり、さらには、漕がない状態で走行する惰性走行時でのモータの引きずり抵抗が大きくなったりする課題を有していた。
【００３１】
この課題を解決すべく、本発明の実施の形態に係るハブ装置（後ハブ装置）５０では、このハブ装置５０が、フレーム２に取付け可能なハブ軸５１と、このハブ軸５１を中心として回転自在に設けられ、後輪４と一体的に回転するハブ胴体５２と、受動回転力を駆動ユニット２０へ出力する回転輪体としての後スプロケット１４と、ハブ胴体５２に伝達された受動回転力をハブ胴体５２の回転数よりも小さな回転数に減速して後スプロケット１４に伝達する受動回転力減速伝達経路Ｘ２（図１９参照）、Ｘ２’（図２８参照）を備えている。すなわち、本発明のハブ装置５０では、ペダル８が踏み込まれず、人力駆動力や補助駆動力がチェーン１５に加えられていない状態では、後輪４が接地面から受ける受動回転力によって後輪４およびハブ胴体５２に伝達された受動回転力がハブ胴体５２の回転数よりも小さな回転数に減速されて後スプロケット１４やチェーン１５に伝達されるように構成されている。そして、この点が本発明のハブ装置５０の大きな特徴である。
【００３２】
図７は、本発明の第１の実施の形態に係る電動自転車１のハブ装置（後ハブ装置）５０の縦断面背面図（ハブ装置５０を前後に２分割してハブ装置５０の前側部分を後方から見た図）である。図８は図７のＡ−Ａ線矢視断面図（右側面断面図）、図９は図７のＢ−Ｂ線矢視断面図（右側面断面図）である。
【００３３】
図７〜図９において、５１は、左右のチェーンステー２ｅの後端部に跨って水平姿勢に固定されたハブ軸、５２は、第１〜第３の軸受（この実施の形態ではボール軸受）５４、５５、５６などを介してハブ軸５１に対して回転自在に配設され、左側部分が細径、右側部分が太径に形成されたハブ胴体、５２ａおよび５７は、ハブ胴体４２の外周部から外側に延ばされ、後輪４のスポークの中心側端部が取り付けられるスポーク用鍔部およびスポーク用鍔体、５８は、後スプロケット１４が一体的に回転するように取り付けられた力伝達回転体である。
【００３４】
図７などに示すように、この実施の形態では、ハブ軸５１の左側部に第１の軸受５４のインナ部５４ａが固定され、第１の軸受５４のアウタ部５４ｂの外周にハブ胴体５２の左筒状部が嵌め込まれて、ハブ胴体５２と一体的に回転されるように固定されている。また、ハブ軸５１の右側部には第２の軸受５５のインナ部５５ａが固定され、第２の軸受５５のアウタ部５５ｂは、力伝達回転体５８と一体形成されている。力伝達回転体５８は、第３の軸受５６のインナ部５６ａとしても一体形成されており、第３の軸受５６のアウタ部５６ｂは左側に筒状に延びる延設部５６ｃが一体形成されている。第３の軸受５６の延設部５６ｃはその外周部で、ハブ胴体５２の右筒状部が嵌め込まれて、ハブ胴体５２と一体的に回転されるように固定されている。
【００３５】
また、力伝達回転体５８においても、左側に筒状に延びる延設部５８ａが一体形成され、この力伝達回転体５８の延設部５８ａと第３の軸受５６の延設部５６ｃとの間には、チェーン１５および後スプロケット１４を介して駆動力（人力駆動力と補助駆動力との合力）をハブ胴体５２に伝達する一方、ハブ胴体５２から受動回転力を受けた際には空転する駆動力伝達用一方向クラッチ（詳しくは、駆動力伝達用一方向クラッチの爪体）５９が配設されている。すなわち、力伝達回転体５８の延設部５８ａの外周には駆動力伝達用一方向クラッチ（詳しくは、駆動力伝達用一方向クラッチのカム）５９の基部が、起立方向に付勢された状態ではめ込まれているとともに、第３の軸受５６の延設部５６ｃの内周面に、駆動力伝達用一方向クラッチ５９のカムの先端（外周の爪部）に所定の回転方向で係合する係合面が形成されている。したがって、力伝達回転体５８の延設部５８ａは駆動力伝達用一方向クラッチ５９のインナ部として機能し、第３の軸受５６の延設部５６ｃは駆動力伝達用一方向クラッチ５９のアウタ部としても機能する。さらに、後述するように、力伝達回転体５８の延設部５８ａの内周面には歯部が形成され、力伝達回転体５８の延設部５８ａは、第１遊星歯車機構６０の内歯車としても機能する。
【００３６】
この実施の形態では、ハブ胴体５２の内部に、直列に接続された２つの遊星歯車機構６０、６５と、後輪４からハブ胴体５２に伝達された受動回転力を遊星歯車機構６０、６５に伝達可能に構成された受動回転力伝達用クラッチ機構７０と、後輪４の後退方向にハブ胴体５２が回転することを許容させる後退許容機構８０と、が配設されている。
【００３７】
第１遊星歯車機構６０は、ハブ軸５１の中央部右寄り箇所にスプライン結合（またはセレーション結合）されて回転しない状態に固定されたキャリア６１と、このキャリア６１により支持されたキャリア軸６２と、このキャリア軸６２により回転（自転）自在に支持された遊星歯車６３と、その細径部６４ａがハブ軸５１におけるキャリア６１を結合した部分の左側において回転自在に配設され、細径部６４ａの外周面に歯部が形成されて遊星歯車６３に内周側から噛み合い、第１遊星歯車機構６０においては細径部６４ａが太陽歯車として機能する異形筒状体６４と、遊星歯車６３に外周側から噛み合い可能で、第１遊星歯車機構６０の内歯車として機能する力伝達回転体５８の延設部５８ａとを有している。
【００３８】
そして、力伝達回転体５８から駆動力（人力駆動力と補助駆動力との合力）が伝達された際には、第１遊星歯車機構６０において力伝達回転体５８に伝達された回転駆動力が逆方向の向きで増速されて（例えば、約２倍の回転数に増速されて）、異形筒状体６４の細径部６４ａに伝達される。また、異形筒状体６４の細径部６４ａには受動回転力が伝達されるよう構成されており、異形筒状体６４の細径部６４ａに受動回転力が伝達された際には、第１遊星歯車機構６０において受動回転力が逆方向の向きで減速されて（例えば、約１／２の回転数に減速されて）力伝達回転体５８に伝達される。
【００３９】
第２遊星歯車機構６５は、ハブ軸５１の中央部にスプライン結合（またはセレーション結合）されて回転しない状態に固定されたキャリア６６と、このキャリア６６により支持されたキャリア軸６７と、このキャリア軸６７により回転（自転）自在に支持された遊星歯車６８と、その細径部７１ａがハブ軸５１におけるキャリア６６を結合した部分の左側において回転自在に配設され、細径部７１ａの外周面に歯部が形成されて遊星歯車６８に内周側から噛み合い、第２遊星歯車機構６５においては細径部７１ａが太陽歯車として機能する受動回転体７１と、遊星歯車６８に外周側から噛み合い可能で、第２遊星歯車機構６５においては内歯車として機能する異形筒状体６４の太径部６４ｂとを有している。
【００４０】
そして、第１遊星歯車機構６０を介して異形筒状体６４に駆動力（人力駆動力と補助駆動力との合力）が伝達された際には、第２遊星歯車機構６５において異形筒状体６４に伝達された回転駆動力が逆方向の向きで増速されて（例えば、約２倍の回転数に増速されて）、受動回転体７１の細径部７１ａに伝達される。また、受動回転体７１の細径部７１ａには受動回転力が伝達されるよう構成されており、受動回転体７１の細径部７１ａに受動回転力が伝達された際には、第２遊星歯車機構６５において受動回転力が逆方向の向きで減速されて（例えば、約１／２の回転数に減速されて）異形筒状体６４に伝達される。
【００４１】
図７、図８などに示すように、受動回転力伝達用クラッチ機構７０は、その細径部７１ａでハブ軸５１の略中央部に回転自在に外嵌され、外方に延びる腕部７１ｂを介して、ハブ軸５１と同軸心で公転する複数（２つ）の公転軸７２を支持する受動回転体７１と、公転軸７２を中心として回動自在に支持され、内径側に突出可能な内径側突起７３ａと外径側に突出可能な外径側突起７３ｂとを有するカム体７３と、このカム体７３の内径側突起７３ａが内径側に突出し、かつカム体７３の外径側突起７３ｂが外径側に突出するようにカム体７３を付勢する第１ばね材（図示せず）と、ハブ胴体５２の内周側に円弧状に一体形成された円弧状部５２ｂの内側で摺動自在に配設されて、周方向複数箇所（２箇所）に突起部７５ａが形成された略円筒形状の筒状回動体７５と、ハブ胴体５２の外周面の内側に収納されて、筒状回動体７５が、図８に示すように側面視して、ハブ胴体５２に対して時計方向に回動するように付勢する第２ばね材７６とが設けられている。また、筒状回動体７５の内周面には、筒状回動体７５に対して、カム体７３および受動回転体７１が相対的に逆時計方向に回転する際に係合するように複数の係止凹部７５ｂが形成されている。また、カム体７３の内径側突起７３ａは、後述する後退用回転体８１の右延設部８１ａ間の空間８１ｂに嵌り込み可能とされている。さらに、後述するように、後退用回転体８１の右延設部８１ａは、受動回転体７１の腕部７１ｂから左内径側に延びる突部７１ｃに対して周方向に対して当接可能とされている。
【００４２】
図７に示すように、後輪４の後退方向にハブ胴体５２が回転することを許容させる後退許容機構８０は、ハブ軸５１の左側部に所定のトルクで嵌合しているトルクリミッタ８２と、トルクリミッタ８２の外周側に配設されている後退用回転体８１と、この後退用回転体８１とトルクリミッタ８２との間に配設されて、図２４、図２６に示すように、側面視して、後退用回転体８１がトルクリミッタ８２よりも反時計方向に回転する場合に接続される後退用一方向クラッチ８５とを備えている。後退用回転体８１には右側に延びる複数の右延設部８１ａが形成され、これらの右延設部８１ａ間の空間８１ｂにカム体７３の内径側突起７３ａが嵌り込み可能とされている（図８参照）とともに、右延設部８１ａは、受動回転体７１の腕部７１ｂから左内径側に延びる突部７１ｃに周方向に当接可能（図２４参照）とされている。トルクリミッタ８２は、ハブ軸５１に嵌め込まれた一対のＯリング間にオイルが封入された構造とされているが、これに限るものではなく、回転方向にかかわらず所定のトルク以下だと、ハブ軸５１とともに回転しない状態を維持する一方で、前記所定のトルクを越えると、ハブ軸５１に対して回転することを許容する。
【００４３】
ペダル８を漕いで電動自転車１を走行させる際には、人力駆動力と補助駆動力との合力（電動自転車１が比較的高速の場合には、補助駆動力が発生されることなく人力駆動力のみが駆動ユニット２０から出力される）からなる駆動力がチェーン１５を介して後スプロケット１４に伝達される。これにより、図９、図１１および図１２に示すように、後スプロケット１４に連結された力伝達回転体５８に前記駆動力が伝達され、この駆動力は、駆動力伝達用一方向クラッチ５９を介して、ハブ胴体５２に伝達され、その結果、後スプロケット１４および力伝達回転体５８を介して同じ回転数（回転速度）で、ハブ胴体５２が回転される。そして、これにより、駆動力が後輪４に伝達されて電動自転車１を走行させることができる。ここで、図１２において、後スプロケット１４に入力された駆動力をハブ胴体５２に伝達する駆動力伝達経路Ｘ１を示す。
【００４４】
なお、このように、駆動力が力伝達回転体５８に伝達された際には、力伝達回転体５８の延設部５８ａが第１遊星歯車機構６０の遊星歯車６３にも噛み合っているため、第１遊星歯車機構６０および第２遊星歯車機構６５にも駆動力が伝達され、これにより受動回転力伝達用クラッチ機構７０の受動回転体７１も回転する。しかし、受動回転体７１は、図８および図１０に示すように、高速（この実施の形態では力伝達回転体５８の約４倍の回転数）で回転するため、カム体７３が倒れた姿勢となり、受動回転体７１はハブ胴体５２に対しては空回りするだけである。すなわち、この際は、受動回転力伝達用クラッチ機構７０を介しては、駆動力（人力駆動力と補助駆動力との合力）はハブ胴体５２側に伝達されない。
【００４５】
一方、下り坂を惰性走行するなどして、ペダル８を漕ぐことが止められて、駆動力がハブ装置５０に伝達されていない状態では、後輪４の接地面に対する受動回転力が、後輪４と一体的に回転するハブ胴体５２にスポークを介して伝達される。後輪４とともにハブ胴体５２が回転されると、図１３、図１５に示すように、ハブ胴体５２の受動回転力が第２ばね材７６を介して筒状回動体７５に伝達され、ハブ胴体５２と筒状回動体７５とがほぼ同じ回転数で回転される。そして、図１５、図１７に示すように、受動回転力伝達用クラッチ機構７０において、筒状回動体７５の係合凹部７５ｂにカム体７３の外径側突起７３ｂが係合し、これにより、受動回転体７１も筒状回動体７５とほぼ同じ回転数で回転する。
【００４６】
受動回転体７１が受動回転力により回転すると、まず、第２遊星歯車機構６５において受動回転力が逆方向の向きで減速されて（例えば、約１／２の回転数に減速されて）異形筒状体６４に伝達される（図１９など参照）。次に、第１遊星歯車機構６０において受動回転力が逆方向の向きで（すなわち、元のハブ胴体５２の回転方向と同じ向きで）、さらに受動回転力が逆方向の向きで減速されて、すなわち、例えば、ハブ胴体５２の約１／４の回転数に減速されて力伝達回転体５８に伝達される（図１４、図１６、図１８など参照）。また、この際、力伝達回転体５８よりも大きな回転数で（すなわち、高速で）ハブ胴体５２が回転されているため、駆動力伝達用一方向クラッチ５９のカムは倒れた姿勢となって空回りする。これにより、下り坂などでペダル８を漕ぐことが止められて、駆動力がハブ装置５０に伝達されていない状態では、後輪４の接地面に対する受動回転力が、図１９に示すような、ハブ胴体５２、受動回転力伝達用クラッチ機構７０、第２遊星歯車機構６５、第１遊星歯車機構６０、力伝達回転体５８を順に通る受動回転力減速伝達経路Ｘ２を介して、ハブ胴体の回転数よりも小さな回転数に減速された状態で回転輪体としての後スプロケット１４に伝達される。
【００４７】
電動自転車１が後退される際には、図２０、図２１などに示すように、ハブ胴体５２が右側面視して逆時計方向に回転するため、図２１、図２３、図２５、図２７に示すように、駆動力伝達用一方向クラッチ５９のカムが起立姿勢となり、これに伴って、力伝達回転体５８も側面視して逆時計方向に回転する。また、力伝達回転体５８の回転に伴い、第１遊星歯車機構６０および第２遊星歯車機構６５を通して、受動回転力伝達用クラッチ機構７０のカム体７３が、ハブ胴体５２や力伝達回転体５８などと同方向（逆時計方向）に、高速（例えば４倍の回転数）で回転しようとする。この際に、受動回転力伝達用クラッチ機構７０のカム体７３が起立状態となると、異なる速度（低速）で回転する筒状回動体７５の内周面に係合してしまい、ロック状態となって、後退できなくなる。
【００４８】
したがって、このようなロック状態を解除するために、後輪４の後退方向にハブ胴体５２が回転することを許容させる後退許容機構８０が設けられている。電動自転車１が後退されると、図２２に示すように、カム体７３で押圧された筒状回動体７５により第２ばね材７６が縮まり、カム体７３は、筒状回動体７５の内周面に噛み合った（係合した）状態から解除されて倒れた状態に回動可能な状態となる。この際、トルクリミッタ８２は小さいトルクしか作用していないため、ハブ軸５１に固定されたままの状態である。また、後退時には、後退用一方向クラッチ８５が接続されているため、後退用回転体８１も固定された状態のままとなる。
【００４９】
この状態で、さらに電動自転車１が後退されると、これに伴い、図２４に示すように、ハブ胴体５２よりも高速で受動回転体７１が回転するため、これにより、カム体７３の内径側突起７３ａが、後退用回転体８１の右延設部８１ａに乗り上げた状態となり、カム体７３が筒状回動体７５に係合しない姿勢（倒れた姿勢）となる。また、同時に、後退用回転体８１の他の延設部８１ａ’に、受動回転体７１の突部７１ｃに当接し、これにより、図２６に示すように、カム体７３が倒れた姿勢に維持される。そして、この状態で、さらに電動自転車１が後退される力が加わってトルクリミッタ８２に作用するトルクが一定値を超えることで、カム体７３が倒れた姿勢となり、かつ受動回転体７１および後退用回転体８１が相対位置を保持した状態で逆時計方向に回転し、この結果、カム体７３によるロックが解除されて電動自転車１の後退が許容された状態が維持される。
【００５０】
上記構成によれば、ハブ装置（後ハブ装置）５０において、後輪４からハブ胴体５２に伝達された受動回転力は、２つの遊星歯車機構６０、６５を通る受動回転力減速伝達経路Ｘ２を介して、ハブ胴体５２の回転数より小さな回転数に減速された状態で回転輪体としての後スプロケット１４に伝達される。これにより、電動自転車１が下り坂惰性走行時などに高速走行している場合でも、モータ２１が、無負荷最高回転数（モータ２１を無負荷状態で回転させた際の最高回転数）を大きく越える回転数で回転するなどしてバッテリ１２に悪影響を及ぼすことがなくなる。したがって、高速走行している場合でも、バッテリを良好に充電できる。また、高速走行時の回生動作に伴う制動動作を良好に実行できる。また、高速走行時での充電電流を遮断するＦＥＴなどの遮断用装置を設けなくても済み、製造コストの低減や、発熱量の低減を図ることができる。
【００５１】
また、上記構成においては、２つの遊星歯車機構６０、６５を設けるとともに、それぞれキャリア６１、６６を固定した状態で、受動回転力を、太陽歯車としての受動回転体７１の細径部７１ａや異形筒状体６４の細径部６４ａから入力し、減速して内歯車としての異形筒状体６４の太径部６４ｂや力伝達回転体５８の延設部５８ａから出力する構成である。これにより、ハブ胴体５２に受けた受動回転力を極めて良好に減速して後スプロケット１４に伝達することができる。
【００５２】
また、上記構成によれば、ハブ装置５０に、後輪４の後退方向にハブ胴体５２が回転することを許容させる後退許容機構８０が設けられているため、当該電動自転車１を後退させた際に、ロックして後退不能となることが防止できて支障なく後退させることができる。
【００５３】
また、上記構成によれば、回転輪体としての後スプロケット１４が、駆動力（人力駆動力および補助駆動力）をハブ装置５０に入力する駆動力入力体として用いられるとともに、車輪（後輪４）が受けた受動回転力を駆動ユニットへ出力する受動回転力出力体としても機能するので、１本のチェーン１５で、モータ２１が設けられている駆動ユニット２０とハブ装置５０との間で、駆動力および受動回転力を良好に入出力できる。
【００５４】
また、上記構成によれば、回転輪体としての後スプロケット１４が、駆動力入力時にハブ胴体５２と一体的に回転可能に連結されている。これにより、人力駆動力や補助駆動力により当該電動自転車１を走行させている際には、後スプロケット１４と同じ回転数で後輪４を回転させて走行することができる。これにより、補助駆動力を加えている場合には、人力駆動力に補助駆動力を加えた合力が後スプロケット１４に作用することとなるが、ハブ装置５０としての耐久性を大幅に向上させなくても済み、製造コストの増加を抑えることができる。
【００５５】
また、受動回転力のトルクは比較的小さいため、受動回転力減速伝達経路Ｘ２となる遊星歯車機構６０、６５の歯車などの受動回転力伝達部品としては、樹脂などの安価な材料でも支障を来たすことがなくなり、これにより、製造コストの増加を最小限で抑えることが可能となる。
【００５６】
また、上記構成によれば、受動回転力を伝達する減速比（例えば１／４）との逆数である増速比（例えば４）とは異なる回転速度比（この実施の形態では１）で、回転輪体としての後スプロケット１４に入力された駆動力をハブ胴体５２に伝達する駆動力伝達経路Ｘ１を有している。この構成により、人力駆動力や補助駆動力により当該電動自転車１を走行させている際には、受動回転力を伝達する減速比との逆数である増速比とは異なる回転速度比で、車輪（後輪４）を回転させて良好に走行することができる。
【００５７】
なお、上記構成によれば、回転輪体としての後スプロケット１４が、駆動力入力時にハブ胴体５２と一体的に回転可能に連結されている場合を述べたが、これに限るものではなく、駆動力をハブ胴体５２に伝達する駆動力伝達経路に減速用歯車や増速用歯車を配設して、減速したり増速したりして駆動力をハブ胴体５２に伝達する構成としてもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態では、それぞれキャリア６１、６６を固定し、受動回転力を、太陽歯車としての受動回転体７１の細径部７１ａや異形筒状体６４の細径部６４ａから入力し、減速して内歯車としての異形筒状体６４の太径部６４ｂや力伝達回転体５８の延設部５８ａから出力する構成である場合を述べた。しかし、この構成に限るものではなく、図２８に示すように、それぞれ太陽歯車６９Ａ、６９Ｂをハブ軸５１に連結して固定するとともに、公転軸７２やカム体７３を支持する受動回転体７１に第２遊星歯車機構６５Ａの内歯車部７１ｄを一体形成し、第２遊星歯車機構６５Ａのキャリア６６Ａと第１遊星歯車機構６０Ａの内歯車部６４Ａとを一体形成し、力伝達回転体５８Ａを第１遊星歯車機構６０Ａのキャリアとして機能させてもよい。この場合には、受動回転力が、内歯車部７１ｄや内歯車部６４Ａから入力され、減速されて第２遊星歯車機構６５Ａのキャリア６６Ａや力伝達回転体５８Ａから出力されることとなる。なお、Ｘ２’は受動回転力減速伝達経路を示す。
【００５９】
この構成によっても、前記実施の形態の場合よりも減速比が小さくなる（約１／２）ものの、ハブ装置（後ハブ装置）５０Ａにより、ハブ胴体５２で受けた受動回転力を第２遊星歯車機構６５Ａおよび第１遊星歯車機構６０Ａにより減速して回転輪体としての後スプロケット１４に伝達することができる。これにより、電動自転車１が下り坂惰性走行時などに高速走行している場合でも、バッテリ１２を良好に充電できるとともに、高速走行時での充電電流を遮断するＦＥＴなどの遮断用装置を設けなくても済み、製造コストの低減や、発熱量の低減を図ることができる。
【００６０】
また、上記の実施の形態では、何れの場合にも２つの遊星歯車機構６０、６０Ａ、６５、６５Ａを直列に接続して減速した場合を述べたが、遊星歯車機構を１つだけ設けて減速したり、遊星歯車機構を３つ以上設けて減速したりしてもよい。また、遊星歯車機構に代えて、互いに噛み合う減速用歯車を介して減速するように構成してもよい。
【００６１】
また、モータ２１を有する駆動ユニット２０としては、チェーン１５に伝達された受動回転力がモータ２１に伝達可能な構造であればよい。図４、図５に示す駆動ユニット２０では、チェーン１５に伝達された受動回転力をモータ２１に伝達可能な減速機構２５を有している。また、駆動ユニット２０に、人力駆動力と補助駆動力との合力を出力する合力出力輪体としての前スプロケット１３が取り付けられ、合力出力輪体の受動回転力をモータ２１に伝達する受動回転力モータ伝達経路Ｘ３（図３１参照）を有している。
【００６２】
この駆動ユニット２０について以下に説明する。
図３〜図５に示すように、駆動ユニット２０は、モータケース２２ａ、左側ケース２２ｂ、右側ケース２２ｃからなるユニットケース２２により外殻部などが構成され、駆動ユニット２０の前部をクランク軸７ａが左右に貫通している。また、クランク軸７ａの外周に、クランク軸７ａからの人力駆動力が伝達される略筒状の人力伝達体２８と、人力伝達体２８からの人力駆動力が伝達される連動筒体２３と、連動筒体２３からの人力駆動力が一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０を介して伝達されるとともに、人力駆動力とモータ２１からの補助駆動力とを合成した合力を前スプロケット１３に伝達する合力伝達体２９と、が配設されている。
【００６３】
また、ユニットケース２２の前側右寄り箇所から前後方向中央部などにかけて、複数対の減速用歯車３６〜３９などを有する減速機構２５が配設されている。また、ユニットケース２２内の後部左側にモータ２１が配設され、ユニットケース２２内の後部右側に、各種の電気的制御を行う電子部品が設けられた制御基板２４ａや各種情報の記憶部などを有する制御部２４が配設されている。
【００６４】
駆動ユニット２０についてさらに詳しく述べると、図４、図５に示すように、クランク軸７ａが、駆動ユニット２０の前部を左右に貫通した状態で軸受２６、２７により回転自在に配設され、このクランク軸７ａにおける左側寄り部分の外周に、セレーション部（またはスプライン部）７ｃを介して、筒状の人力伝達体２８が一体的に回転する状態で嵌め込まれている。なお、人力伝達体２８の内周におけるクランク軸７ａのセレーション部（またはスプライン部）７ｃに対応する箇所にもセレーション部（またはスプライン部）２８ｂが形成されてクランク軸７ａのセレーション部（またはスプライン部）７ｃと噛み合っている。
【００６５】
人力伝達体２８の外周表面には、磁気異方性を付与した磁歪発生部３１ｂが形成されているとともに、その外周に一定の隙間（空間）を介してコイル３１ａが配設され、これらの磁歪発生部３１ｂおよびコイル３１ａにより磁歪式のトルクセンサ（人力検知部）３１が構成されている。これにより、クランク軸７ａからの人力駆動力が人力伝達体２８に伝達されるとともに、トルクセンサ３１により人力駆動力が検出される。また、この磁歪式のトルクセンサ３１では、磁歪発生部３１ｂが、人力伝達体２８の軸心方向に対して例えば＋４５度と−４５度とをなす螺旋形状に形成されている。そして、人力伝達体２８に人力駆動力が伝達されると、人力伝達体２８の表面の磁歪発生部３１ｂに歪みが発生して透磁率の増加部分と減少部分とが発生するため、コイル３１ａのインダクタンス差を測定することでトルク（人力駆動力）の大きさを検出できるよう構成されている。
【００６６】
連動筒体２３は、クランク軸７ａの外周における人力伝達体２８の右側に隣接した箇所で、クランク軸７ａに対して回転自在の状態で配設されているが、人力伝達体２８の右端部外周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２８ａと、連動筒体２３の左端部内周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２３ａとで嵌合されて、人力伝達体２８と一体的に回転する。なお、この実施の形態では、人力伝達体２８のセレーション部（またはスプライン部）２８ａに、連動筒体２３の左端部内周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２３ａが外側から嵌合されている。
【００６７】
また、この実施の形態では、連動筒体２３の左側部分の外周に、連動筒体２３の回転状態を検出するための回転検出体１１が取り付けられている。また、回転検出体１１を左右から微小隙間をあけて挟むように、回転検出器１０がユニットケース２２側に取り付けられて固定されている。例えば、回転検出器１０は、出射部と受光部とからなる対となった光センサが回転検出体１１の回転方向に２つ並べられて構成され、回転検出体１１は、くし（櫛）歯状に外周方向に延びる多数の歯部（遮光部）を有している。そして、回転検出体１１の歯部が回転検出器１０の出射部と受光部との間を通過することにより、光の入射状態と遮光状態とを回転検出器１０により電気的に検知して、この信号を入力する制御部２４において、連動筒体２３の回転量および回転方向を検知する。なお、光センサに代えて磁気センサを設けて連動筒体２３の回転量および回転方向を検知してもよい。ここで、連動筒体２３は人力伝達体２８と一体的に回転し、人力伝達体２８はクランク軸７ａと一体的に回転するため、連動筒体２３の回転量および回転方向を検知することで、クランク軸７ａやペダル８の回転量や回転方向も検知できるよう構成されている。
【００６８】
また、連動筒体２３の右側部分の外周に、一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０を介して、合力伝達体２９が配設されている。そして、ペダル８を漕いで前進している場合には、連動筒体２３に伝達された人力駆動力が一方向クラッチ３０を介して合力伝達体２９に伝達される。
【００６９】
図４に示すように、モータ２１はモータ軸受３２、３３によりその回転軸２１ａおよびロータ部２１ｂが回転自在に支持されている。また、モータ２１の回転軸２１ａが右側方に突出され、この突出部の外周に後述するモータ軸減速歯車３９が形成されている。
【００７０】
図４、図５に示すように、減速機構２５は、クランク軸７ａと平行に配設された中間軸４４と、合力伝達体２９の左寄り部分に形成された大径の減速歯車３６を含めた複数対（この実施の形態では２対）の減速歯車３６〜３９とを有する。そして、減速機構２５は、クランク軸７ａを通して伝達された人力駆動力とモータ２１から伝達された補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を合力伝達体２９に伝達する。
【００７１】
中間軸４４は、駆動ユニット２０の前後方向中央部において左右に延びてクランク軸７ａと平行な姿勢で、軸受３４、３５により回転自在に支持された状態で配設されている。中間軸４４には、大径の第１の中間軸減速歯車３７と、小径の第２の中間軸減速歯車３８とが取り付けられている。そして特に、この実施の形態では、図２９に示すように、中間軸４４に、大径の第１の中間軸減速歯車３７が軸心方向に圧入されたり、あるいは、図３０に示すように、中間軸４４に、大径の第１の中間軸減速歯車３７が軸心方向に対して僅かに傾斜するセレーション部４７を介して結合されたりしている。したがって、この構成により、モータ２１からの補助駆動力が中間軸４４や合力伝達体２９を介して前スプロケット１３から良好に出力されるようになっているとともに、チェーン１５や前スプロケット１３から後輪側の受動回転力が伝達された際に、合力伝達体２９や中間軸４４を介して前記受動回転力がモータ２１に良好に伝達されるよう構成されている。なお、第１、第２の中間軸減速歯車３７、３８は常に中間軸４４とともに一体的に回転する。
【００７２】
モータ２１の回転軸２１ａに形成されたモータ軸減速歯車３９は小径とされて、大径の第１の中間軸減速歯車３７に噛み合う。これにより、モータ２１が回転されて補助駆動力が出力される場合には、モータ２１の回転が減速され、モータ２１からの補助駆動力のトルクが増幅されて中間軸４４側に伝達される。小径の第２の中間軸減速歯車３８は、合力伝達体２９に一体形成された大径の減速歯車３６に噛み合う。これにより、中間軸４４に伝達された補助駆動力のトルクがさらに増幅されて減速歯車３６に伝達される。そして、合力伝達体２９において、人力駆動力とモータ２１からの補助駆動力とが合成され、前スプロケット１３から出力される。
【００７３】
一方、上記構成において、ペダル８が踏み込まれず人力駆動力（踏力）が加えられていない状態で、惰性走行などして走行中である場合には、後輪４に受けた受動回転力がハブ装置５０や、後スプロケット１４、チェーン１５を介して、前スプロケット１３に伝達されてくる。そして、前スプロケット１３に伝達された受動回転力は、図３１に示すように、合力伝達体２９から減速歯車３６（受動回転力モータ伝達経路Ｘ３）を介して、モータ２１に伝達される。これにより、モータ２１が受動回転力により回転され、回生動作を行うことで、バッテリ１２への充電動作を良好に行うことができる。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、補助駆動力が人力駆動力と合成されて、回転輪体としての前スプロケット１３から出力される、いわゆる一軸式の駆動ユニット２０である場合を述べた。しかし、これに限るものではなく、図３２に示すように、モータ２１Ａからの補助駆動力が、減速機構２５Ａを介して、チェーン１５Ａに噛み合うモータスプロケット１９から出力され、前スプロケット１３Ａからは人力駆動力だけが出力されて、チェーン１５Ａにより、人力駆動力とモータ２１Ａからの補助駆動力とが合成されるいわゆる２軸式の駆動ユニット２０Ａの場合でも適応可能である。
【００７５】
すなわち、この場合には、ペダル８が踏み込まれず人力駆動力（踏力）が加えられていない状態で、惰性走行などして走行中である場合には、後輪４に受けた受動回転力がハブ装置５０や、後スプロケット１４、チェーン１５を介して、前スプロケット１３およびモータスプロケット１９に伝達されてくる。そして、モータスプロケット１９に伝達された受動回転力が、減速機構２５Ａを介して、モータ２１に伝達される。なお、図３２におけるＸ４は受動回転力モータ伝達経路である。これにより、モータ２１Ａが受動回転力により回転され、回生動作を行うことで、バッテリ１２への充電動作を良好に行うことができる。
【００７６】
なお、上記の実施の形態では、ペダル８からの踏力（人力駆動力）を後輪４に伝達する無端状力伝達体として、チェーン１５が用いられた場合を述べたが、これに限るものではなく、チェーンに代えて歯付きベルトを用いてもよい。また、同様に、歯付きベルト（駆動力伝達歯付きベルト）を用いる場合には、前スプロケット１３に代えて前歯車、回転輪体としての後スプロケット１４に代えて後歯車、補助駆動力を出力する補助駆動力出力輪体として、モータスプロケットに代えてモータ出力歯車を用いるとよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の電動自転車は、人力駆動力に、モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能であるとともに、モータに対して回生動作を実行可能な各種の電動自転車に対応させることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１      電動自転車
２      フレーム
３      前輪
４      後輪
７ａ    クランク軸
８      ペダル
１２    バッテリ
１３、１３Ａ    前スプロケット（駆動力出力輪体）
１４、１４Ａ    後スプロケット（回転輪体、駆動力入力体、受動回転力出力体）
１５、１５Ａ    チェーン（無端状力伝達体）
２０、２０Ａ    駆動ユニット
２１、２１Ａ    モータ
２５、２５Ａ    減速機構
２９    合力伝達体
３１    トルクセンサ
５０、５０Ａ    ハブ装置（後ハブ装置）
５１    ハブ軸
５２    ハブ胴体
５８    力伝達回転体
６０、６０Ａ    第１遊星歯車機構
６５、６５Ａ    第２遊星歯車機構
７０    受動回転力伝達用クラッチ機構
８０    後退許容機構
Ｘ１    駆動力伝達経路
Ｘ２、Ｘ２’    受動回転力減速伝達経路
Ｘ３、Ｘ４    受動回転力モータ伝達経路
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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