(57)【要約】【課題】後輪の軸方向の両側のバランスをとり易くすることができ、車体を安定させることができるようにする。【解決手段】電動アシスト自転車１は、ハブ軸３０と、リングギヤ５６と、電動機７と、サンギヤ３６と、プラネタリキャリア４５と、プラネタリーギヤ４７とを備えている。リングギヤ５６は、後輪６の軸方向の一側に配置され、踏力によってハブ軸３０を中心に回転する。電動機７は、後輪６の軸方向の他側に配置されており、サンギヤ３６を電磁力によって回転させる。プラネタリキャリア４５は、後輪の半径方向の内側に配置されている。そして、プラネタリーギヤ４７は、軸部４６に回転可能に支持され、リングギヤ５６及びサンギヤ３６と噛み合う。更に、プラネタリーギヤ４７は、軸部４６を中心に自転し、かつハブ軸３０を中心に公転することでリングギヤ５６及び／又はサンギヤ３６からの回転力を、プラネタリキャリア４５を介して後輪６に伝達する。【選択図】図３
2012086804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪と後輪とを有する電動アシスト自転車であって、
前記後輪の半径方向の中心を貫通するハブ軸と、
前記後輪の軸方向の一側に配置され、ペダルに入力された踏力が伝達されると共に前記踏力によって前記ハブ軸を中心に回転するリングギヤと、
前記リングギヤの反対側である前記後輪の軸方向の他側に配置される電動機と、
前記電動機の電磁力によって前記ハブ軸を中心に回転するサンギヤと、
前記後輪の半径方向の内側に配置され、かつ前記ハブ軸が貫通する開口部を有するプラネタリキャリアと、
前記プラネタリキャリアにおける前記後輪の軸方向の一側に設けられた軸部に回転可能に支持され、前記リングギヤ及び前記サンギヤと噛み合うプラネタリーギヤと、を備え、
前記プラネタリーギヤは、前記軸部を中心に自転し、かつ前記ハブ軸を中心に公転することで前記リングギヤ及び／又は前記サンギヤからの回転力を、前記プラネタリキャリアを介して前記後輪に伝達する
電動アシスト自転車。
【請求項２】
筒状に形成され、その筒孔に前記ハブ軸が貫通するハブアウターを設け、
前記ハブアウターは、前記後輪の半径方向の中心を貫通し、かつ前記ハブ軸に回転可能に支持されており、
前記サンギヤは、前記ハブアウターに形成されている
請求項１に記載の電動アシスト自転車。
【請求項３】
前記プラネタリキャリア及び前記リングギヤは、前記ハブアウターに回転可能に支持される
請求項２に記載の電動アシスト自転車。
【請求項４】
前記後輪の軸方向の一側には、前記リングギヤの回転を制動する制動装置が設けられている
請求項１〜３のいずれかに記載の電動アシスト自転車。
【請求項５】
前記電動機は、
前記後輪の軸方向の他側に配置されて、前記サンギヤに連結されるロータと、
前記後輪の軸方向の他側に固定され、かつ前記ロータの回転の中心側に配置されるステータと、からなる
請求項１〜４のいずれかに記載の電動アシスト自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者の踏力と電動機（モータ）の電磁力を合成して車輪を回転させる駆動力とする電動アシスト自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動アシスト自転車は、例えば、運転者が踏力を入力するペダルに連結されたクランク軸の近傍に電動機（モータ）を配置している。そして、クランク軸で踏力と電動機の電磁力を合成して駆動力とし、チェーンやベルト等の伝達機構によって合成した駆動力を後輪に伝達している。
【０００３】
しかしながら、電動機を後輪から離れたクランク軸の近傍に配置している。そのため、電動機の電磁力と踏力とを合成して生成した駆動力を後輪に伝達するためのチェーン、ベルトやギヤ等の伝達機構における摩擦やフリクションによる機械損失が生じていた。その結果、後輪に伝達される駆動力が損失し、エネルギー効率が悪かった。
【０００４】
近年では、上述したような課題を解決するために、後輪の軸方向の中心に電動機を配置し、直接後輪で電動機の電磁力と踏力を合成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平６−５０６８９１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、特許文献１に記載されているような電動アシスト自転車では、後輪の軸方向の中心に電動機が配置され、電動アシスト自転車の後輪の軸方向の一側には、後輪スプロケットやチェーン等が配置されている。なお、後輪の軸方向の他側には、何も配置されていなかった。その結果、従来の電動アシスト自転車では、後輪スプロケットやチェーン等が配置された後輪の軸方向の一側が重くなるため、左右のバランスが悪くなる、という問題を有していた。
【０００７】
また、後輪の左右のバランスをとるためには、後輪の軸方向の一側に配置される後輪スプロケットやチェーン等を軽量化したり、後輪の軸方向の他側に釣り合い錘等を設けたりする必要があった。その結果、電動アシスト自転車の設計が煩雑なものとなっていた。
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、後輪の軸方向の両側のバランスをとり易くし、車体を安定させることができる電動アシスト自転車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の電動アシスト自転車は、前輪と後輪とを有する電動アシスト自転車であって、後輪の半径方向の中心を貫通するハブ軸を備えている。また、後輪の軸方向の一側に配置され、ペダルに入力された踏力が伝達されると共に踏力によってハブ軸を中心に回転するリングギヤと、リングギヤの反対側である後輪の軸方向の他側に配置される電動機を備えている。さらに、電動機の電磁力によってハブ軸を中心に回転するサンギヤと、後輪の半径方向の内側に配置され、かつハブ軸が貫通する開口部を有するプラネタリキャリアと、プラネタリキャリアにおける後輪の軸方向の一側に設けられた軸部に回転可能に支持され、リングギヤ及びサンギヤと噛み合うプラネタリーギヤと、を備えている。そして、プラネタリーギヤは、軸部を中心に自転し、かつハブ軸を中心に公転することでリングギヤ及び／又はサンギヤからの回転力を、プラネタリキャリアを介して後輪に伝達するようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電動アシスト自転車によれば、ハブ軸の軸方向の一側にリングギヤ及びプラネタリーギヤを配置し、後輪を挟んでハブ軸の軸方向の他側に電動機を配置している。その結果、後輪における軸方向の両側でバランスよく部品を配置しているため、左右の重量差を軽減して後輪の左右のバランスをとり易くすることができ、車体の安定性の向上を図ることが可能となる。
【００１１】
更に、後輪の軸方向の一側に配置される後輪スプロケットやチェーン等の軽量化を図ったり、後輪の軸方向の他側に釣り合い錘等を設けたりする必要がなくなるため、電動アシスト自転車の設計を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の電動アシスト自転車における第１の実施の形態例を示す左側面図である。
【図２】本発明の電動アシスト自転車における第１の実施の形態例を示す右側面図である。
【図３】本発明の電動アシスト自転車における第１の実施の形態例の要部を示す断面図である。
【図４】本発明の電動アシスト自転車における第２の実施の形態例の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の電動アシスト自転車の実施の形態例について、図１〜図４を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、説明は以下の順序で行うが、本発明は、必ずしも以下の形態に限定されるものではない。なお、以下の説明では、電動アシスト自転車の進行方向を前後方向とし、進行方向の前方を向いた状態で上下方向、左右方向を示す。
また、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態例
１−１．電動アシスト自転車の構成例
１−２．電動アシスト自転車の動作
２．第２の実施の形態例
【００１４】
＜１．第１の実施の形態例＞
１−１．電動アシスト自転車の構成例
まず、本発明の電動アシスト自転車における第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）の構成について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本例の電動アシスト自転車を左側から見た側面図である。図２は、本例の電動アシスト自転車を右側から見た側面図である。図３は、本例の電動アシスト自転車１の要部を示す断面図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、電動アシスト自転車１は、１つの前輪４と、１つの後輪６を有する２輪自転車である。この電動アシスト自転車１は、フレーム本体２と、ハンドル３と、前輪４と、サドル５と、後輪６と、電動機７と、制御ボックス８と、ペダル９と、踏力伝達部１０とを備えて構成される。
【００１６】
［フレーム本体］
フレーム本体２は、前側と後側の２つの三角形を合わせた形状をなしており、いわゆるダイヤモンド形フレームである。
【００１７】
フレーム本体２は、ヘッドパイプ１１と、トップチューブ１２と、シートチューブ１３と、ダウンチューブ１４と、シートステイ１５と、チェーンステイ１６と、を有している。また、フレーム本体２におけるシートチューブ１３とダウンチューブ１４が接続する箇所には、ボトムブラケットシェル１７が設けられている。
【００１８】
ヘッドパイプ１１には、ハンドル３と、前輪４が回転可能に取り付けられたフロントフォーク１９が回動可能に取り付けられる。ハンドル３には、前輪４及び後輪６を制動するためのブレーキレバー２１が設けられている。
【００１９】
また、ヘッドパイプ１１には、トップチューブ１２の軸方向の一端部と、ダウンチューブ１４の軸方向の一端部が一体に接続されている。ダウンチューブ１４は、トップチューブ１２の下方に配置される。トップチューブ１２の軸方向の他端部には、シートチューブ１３の軸方向の一端部が接続されている。
【００２０】
シートチューブ１３には、サドル支柱２２が挿入されており、このサドル支柱２２の軸方向の一端には、サドル５が取り付けられる。このサドル支柱２２におけるシートチューブ１３への挿入する長さを変えることにより、サドル５の高さを調整することができる。
【００２１】
また、シートチューブ１３におけるサドル支柱２２側は、制御ボックス８が取り付けられており、この制御ボックス８は、サドル５の下方に配置される。そして、制御ボックス８内には、電動機７へ駆動用の電力を供給するバッテリー装置と、電動機７を制御する制御装置が内蔵されている。この制御ボックス８には、電動機７とブレーキレバー２１に接続する配線７３が引き出されている。
【００２２】
なお、制御ボックス８は、シートチューブ１３におけるトップチューブ１２とダウンチューブ１４の間に配置されてもよい。
【００２３】
更に、シートチューブ１３の軸方向の一端部、すなわちシートチューブ１３の上部には、シートステイ１５の軸方向の一端部が接続されている。そして、シートチューブ１３の軸方向の他端部、すなわちシートチューブ１３の下端部には、ボトムブラケットシェル１７が設けられている。
【００２４】
このボトムブラケットシェル１７には、ダウンチューブ１４の軸方向の他端部と、チェーンステイ１６の軸方向の一端部が接続される。このボトムブラケットシェル１７には、クランク２４を介してペダル９が取り付けられている。
【００２５】
クランク２４は、ボトムブラケットシェル１７に回転可能に支持された不図示のクランク軸の両端に固定される。また、図２に示すように、フレーム本体２の幅方向の一側に配置されたクランク２４には、クランクスプロケット２３が固定されている。このクランクスプロケット２３は、クランク２４及び不図示のクランク軸と一体に回転する。
【００２６】
更に、クランクスプロケット２３と後述する後輪スプロケット５１（図３参照）には、無端状のチェーン２７が係合されている。このチェーン２７と、クランクスプロケット２３及び後輪スプロケット５１が、ペダル９に入力された踏力を後輪６に伝達する伝達機構の一例を構成している。
【００２７】
また、チェーンステイ１６におけるシートチューブ１３と反対側の端部には、爪１６ａが形成されている。この爪１６ａには、ハブ軸３０を介して後輪６が取り付けられる。図１及び図２に示すように、後輪６には、電動機７と、踏力伝達部１０が取り付けられている。
【００２８】
なお、フレーム本体２は、ダイヤモンド形フレームとして形成した例を説明したが、これに限定されるものではない。フレーム本体２の形状は、例えばダウンチューブ１４とシートステイ１５を除いたＺ形フレームでもよい。あるいは、ダウンチューブ１４とトップチューブ１２を一体に構成すると共にシートステイ１５とチェーンステイ１６を一体に構成したＸ形フレーム等その他各種の形状をフレーム本体に適用することができる。
【００２９】
［ハブ軸］
図３に示すように、ハブ軸３０は、固定ねじ７０を介してチェーンステイ１６の爪１６ａに固定されている。ハブ軸３０は、後輪６の半径方向の中心において後輪６の軸方向の一側から他側にかけて貫通している。そして、ハブ軸３０の軸方向の一端が、後輪６の軸方向の一側から突出し、ハブ軸３０の他端が後輪６の軸方向の他側から突出する。このハブ軸３０は、略円柱状に形成されており、軸方向の一側が軸方向の他側よりもその直径が小さく設定されている。また、ハブ軸３０の半径方向外側には、ハブ軸３０と同心円状にハブアウター３１が配置されている。
【００３０】
［ハブアウター］
ハブアウター３１は、略円筒状に形成されており、その筒孔３１ａにハブ軸３０が軸方向に沿って貫通している。また、ハブアウター３１の筒孔３１ａとハブ軸３０との間には、第１の軸受３２と第２の軸受３３が配置される。第１の軸受３２は、ハブアウター３１の軸方向の一側に設けられ、第２の軸受３３は、ハブアウター３１の軸方向の他側に設けられる。この第１の軸受３２と第２の軸受３３によって、ハブアウター３１は、ハブ軸３０に回転可能に支持される。更に、ハブアウター３１には、一対の第３の軸受３４を介して後輪６が回転可能に取り付けられる。後輪６は、ハブ軸３０の軸方向の略中心に配置される。
【００３１】
一対の第３の軸受３４は、単列のアンギュラ玉軸受を２個組み合わせた組合せアンギュラ玉軸受であり、その組み合わせの形式は、背面組み合わせである。そして、玉の内輪と外輪の軌道がラジアル方向に対して、所定の角度をもって接触している。そのため、第３の軸受３４は、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を受けることができる。
【００３２】
ハブアウター３１における第３の軸受３４よりも軸方向の一側には、遊星歯車機構を構成するサンギヤ３６が形成されており、第３の軸受３４よりも軸方向の他側には電動機７が配置される。更に、ハブアウター３１における第３の軸受３４よりも軸方向の一側には、一対の第４の軸受３５を介して踏力伝達部１０が回転可能に支持されている。すなわち、サンギヤ３６は、後輪６の軸方向の一側に配置されており、電動機７は、後輪６の軸方向の他側に配置される。そして、踏力伝達部１０は、後輪６の軸方向の一側に配置される。
【００３３】
サンギヤ３６をハブアウター３１の側面に直接に形成することで、部品点数を削減することができる。なお、ハブアウター３１にサンギヤ３６として平歯車を取り付けても良いことは、勿論である。
【００３４】
［後輪］
次に、後輪６について説明する。
後輪６は、ホイール４１と、タイヤ４２とから構成される。ホイール４１は、円環状のリム４３と、リム４３から半径方向の中心に向かって延在するスポーク４４とを有している。リム４３の外周には、タイヤ４２が取り付けられている。また、スポーク４４におけるリム４３と反対側の端部には、遊星歯車機構を構成するプラネタリキャリア４５が固定ねじ７２によって連結されている。
【００３５】
プラネタリキャリア４５は、略円盤状に形成されており、半径方向の中心には、ハブ軸３０及びハブアウター３１が貫通する貫通孔４５ａが形成されている。このプラネタリキャリア４５は、一対の第３の軸受３４を介してハブアウター３１に回転可能に支持される。そのため、プラネタリキャリア４５に連結された後輪６が、ハブアウター３１及びハブ軸３０を中心に回転する。
【００３６】
また、プラネタリキャリア４５は、略等角度間隔に配置された複数の軸部４６を有している。この軸部４６は、プラネタリキャリア４５の２つの面のうち後輪の軸方向の一側の一面４５ｂに配置されており、軸方向の一側に向けて突出している。本例では、軸部４６を２つ設けた例について説明する。
【００３７】
軸部４６には、遊星歯車機構を構成するプラネタリーギヤ４７が回転可能に支持される。本例では、軸部４６を２つ設けているため、プラネタリーギヤ４７は、２つ配置される。このプラネタリーギヤ４７は、ハブアウター３１に形成したサンギヤ３６と、後述する踏力伝達部１０のリングギヤ５６の間に配置され、サンギヤ３６及びリングギヤ５６と噛み合っている。そして、このプラネタリーギヤ４７は、プラネタリキャリア４５に設けた軸部４６を中心に自転すると共に、軸部４６はプラネタリキャリア４５と一体にハブ軸３０及びハブアウター３１を中心に公転する。
【００３８】
したがって、プラネタリーギヤ４７の公転運動は、プラネタリーギヤ４７を支持している軸部４６に伝わる。そして、プラネタリキャリア４５の回転運動としてハブ軸３０及びハブアウター３１を中心に、プラネタリキャリア４５が回転する。ここで、プラネタリキャリア４５とホイール４１は、固定ねじ７２によって固定されている。そのため、プラネタリキャリア４５が回転することで、最終的に後輪６が回転する。
【００３９】
なお、本例では、軸部４６及びプラネタリーギヤ４７を２つ設けた例を説明したが、軸部４６及びプラネタリーギヤ４７の数は、２つに限定されるものではなく、軸部４６及びプラネタリーギヤ４７を３つ以上設けても良い。
【００４０】
［踏力伝達部］
次に、踏力伝達部１０について説明する。
踏力伝達部１０は、ハブ軸３０の軸方向の一側に配置されている。踏力伝達部１０は、後輪スプロケット５１と、リングギヤケース５２と、後輪スプロケット５１とリングギヤケース５２を連結するワンウェイクラッチ５３とを有している。
【００４１】
リングギヤケース５２は、筒部５４と、リングギヤ５６が形成されるフランジ部５５とを有している。筒部５４の筒孔５４ａには、ハブ軸３０及びハブアウター３１が貫通する。そして、筒部５４の筒孔５４ａとハブアウター３１との間には、一対の第４の軸受３５が配置されている。よって、筒部５４は、一対の第４の軸受３５を介してハブアウター３１に回転可能に支持される。筒部５４の軸方向の一側には、制動装置の一例を示すローラーブレーキ５８が配置され、軸方向の他側には、フランジ部５５が形成されている。
【００４２】
フランジ部５５は、筒部５４の軸方向の他端から半径外方向に向けて張り出している。このフランジ部５５の半径外方向の外縁は、軸方向の他側に略垂直に突出する突出片５５ａが形成されている。リングギヤケース５２をハブアウター３１に取り付けた際に、フランジ部５５は、後輪６に設けたプラネタリーギヤ４７を覆うように配置される。
【００４３】
そして、フランジ部５５の突出片５５ａにおける半径方向の内側の面は、プラネタリーギヤ４７の歯面と対向する。この突出片５５ａにおける半径方向の内側の面には、遊星機構を構成するリングギヤ５６が形成されている。そして、このリングギヤ５６は、後輪６に設けたプラネタリーギヤ４７と歯合する。
【００４４】
後輪スプロケット５１は、リングギヤケース５２の筒部５４に軸受５９を介して回転可能に支持されている。更に、後輪スプロケット５１は、ワンウェイクラッチ５３によってリングギヤケース５２と連結される。これにより、チェーン２７を介して後輪スプロケット５１に伝達された踏力がリングギヤケース５２に伝達される。なお、後輪スプロケット５１とリングギヤケース５２は、ワンウェイクラッチ５３によって一方向にのみ相対回転可能となる。
【００４５】
また、リングギヤケース５２の筒部５４の軸方向の一側に設けたローラーブレーキ５８によって、リングギヤケース５２の回転を制動している。ローラーブレーキ５８は、ハブ軸３０に固定された中空の略円柱状のドラム５８ａと、ドラム５８ａ内に配置されて筒部５４に取り付けられたブレーキシュー部材５８ｂによって構成されている。
【００４６】
ドラム５８ａにおけるリングギヤケース５２側の一面は、開口している。ブレーキシュー部材５８ｂは、カムと、ドラム５８ａの内壁と対向するブレーキシューと、カムとブレーキシューとの間に配置されたローラーとから構成されている。
【００４７】
このローラーブレーキ５８は、ブレーキシュー部材５８ｂを構成するカムがローラーを押し上げ、このローラーがブレーキシューをドラム５８ａの内壁に押し付けることで、リングギヤケース５２を制動する。
【００４８】
なお、本例では、リングギヤケース５２の制動を行う制動装置としてローラーブレーキ５８を用いた例を説明したが、これに限定されるものではない。制動装置としては、例えばディスクブレーキやドラムブレーキ等のその他各種の制動装置を用いることができる。
【００４９】
［電動機］
次に、電動機７について説明する。
電動機７は、アウターロータ式の電動機である。この電動機７は、複数のステータ６１と、複数のステータ６１を支持するステータホルダ６２と、ロータ６３とから構成されている。
【００５０】
ロータ６３は、インナーケース６６と、アウターケース６７とから構成されている。このロータ６３は、インナーケース６６とアウターケース６７が合わさることで、中空の円柱状に形成されており、筐体としての役割を有している。インナーケース６６は、ロータ６３の軸方向の一側と、ロータ６３の側面部を形成しており、アウターケース６７は、ロータの軸方向の他側を形成している。
【００５１】
インナーケース６６は、ハブアウター３１の軸方向の他側に固定される。ハブアウター３１は、不図示の突起を有するスプライン軸となっている。そして、ハブアウター３１の不図示の突起がインナーケース６６と係合し、固定ねじを締結することで、ハブアウター３１とインナーケース６６が一体に固定される。更に、インナーケース６６の側面部の内側には、複数のマグネット６４と不図示のバックヨークが配置されている。
【００５２】
また、アウターケース６７の略中心には、開口部６７ａが形成されている。アウターケース６７の開口部６７ａには、ハブ軸３０が貫通する。よって、ロータ６３は、ハブアウター３１と共にハブ軸３０を中心に回転する。これにより、電動機７が駆動することでハブアウター３１に形成したサンギヤ３６が回転する。
【００５３】
このロータ６３の内部には、複数のステータ６１及びステータホルダ６２が配置される。ステータ６１は、ハブ軸３０に固定されたステータホルダ６２によって支持されている。このステータ６１は、不図示の鉄芯と、鉄芯に巻回されたステータコイル６１ａとから構成されている。
【００５４】
ステータ６１を構成するステータコイル６１ａは、ロータ６３のインナーケース６６の内側に配置されたマグネット６４と対向する。そして、ステータ６１は、ステータコイル６１ａによって回転磁界を発生するものである。更に、ステータ６１のステータコイル６１ａは、制御ボックス８から伸びる配線７３と接続する（図１参照）。配線７３は、アウターケース６７の開口部６７ａとハブ軸３０の間を通っている。
【００５５】
更に、ロータ６３をステータ６１の半径方向の内側でなく、半径方向の外側に配置しているため、ロータ６３の直径を大きく設定することができる。これにより、ロータ６３の回転半径を大きくすることができ、ロータ６３におけるハブ軸３０のまわりのモーメント、すなわちトルクを大きくすることができる。更に、多数の磁性体を配置することができるため、トルクを大きくすることが可能である。
【００５６】
なお、本例では、ロータ６３を中空の略円柱状に形成した例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば中空の角柱状に形成してもよい。
【００５７】
上述したように、本例の電動アシスト自転車１によれば、電動機７を後輪６の軸方向の中心ではなく、後輪スプロケット５１、リングギヤケース５２やプラネタリーギヤ４７等の反対側である後輪６の軸方向の他側に配置している。よって、電動機７が、後輪６の軸方向の一側に対する釣り合い錘として作用することで、後輪６の左右の重量差を軽減して後輪６の左右のバランスをとり易くすることができる。このように、後輪６の軸方向の両側にバランスよく部品を配置することで、重心位置が後輪６の軸方向の中心に近づけることができ、車体の安定性の向上を図ることが可能となる。
【００５８】
また、電動機７が釣り合い錘として作用するため、後輪６の軸方向の他側に釣り合い錘を設ける必要がなくなる。更に、後輪６の軸方向の一側に配置される後輪スプロケット５１やチェーン２７等の軽量化を考慮する必要がなくなるため、電動アシスト自転車の設計を容易に行うことができる。
【００５９】
１−２．電動アシスト自転車の動作
次に、上述した構成を有する電動アシスト自転車１の動作について説明する。
まず、運転者がペダル９を踏み、左右の足を交互に屈伸運動すると、ペダル９を介して運転者から踏力が入力される。図２に示すように、入力された踏力は、クランクスプロケット２３、チェーン２７を介して踏力伝達部１０である後輪スプロケット５１（図３参照）に伝達される。
【００６０】
図３に示すように、後輪スプロケット５１に伝達された踏力は、ワンウェイクラッチ５３を介して連結されたリングギヤケース５２に伝達される。これにより、リングギヤケース５２に形成したリングギヤ５６がハブ軸３０及びハブアウター３１を中心に回転する。
【００６１】
なお、リングギヤ５６は、後輪６に設けたプラネタリーギヤ４７と噛み合っている。そのため、リングギヤ５６が回転することで、プラネタリーギヤ４７がプラネタリキャリア４５に設けた軸部４６を中心に自転し、かつハブ軸３０及びハブアウター３１を中心に公転する。そして、プラネタリーギヤ４７の公転運動にともなって、プラネタリキャリア４５は、第３の軸受３４に支持されてハブ軸３０を中心に回転する。その結果、連結された後輪６が回転し、電動アシスト自転車１が走行する。
【００６２】
次に、制御ボックス８に内蔵したバッテリー装置から電動機７のステータ６１に電力が供給されると、ステータ６１のステータコイル６１ａには、回転磁界が発生する。ここで、ステータ６１のステータコイル６１ａは、ロータ６３のマグネット６４と対向して配置されている。そのため、ステータ６１のステータコイル６１ａの回転磁界により、ロータ６３が回転する。
【００６３】
ロータ６３は、ハブ軸３０に回転可能に支持されたハブアウター３１と連結している。よって、ハブアウター３１は、ロータ６３が回転することで、ハブ軸３０を中心に回転する。更に、ハブアウター３１には、プラネタリーギヤ４７と噛み合うサンギヤ３６が形成されている。そのため、サンギヤ３６は、ハブアウター３１を介して電動機７の電磁力によってハブ軸３０を中心に回転する。
【００６４】
このサンギヤ３６の回転力が、プラネタリーギヤ４７に伝達され、プラネタリーギヤ４７が軸部４６を中心に自転し、ハブ軸３０を中心に公転する。そして、プラネタリーギヤ４７を支持するプラネタリキャリア４５は、プラネタリーギヤ４７の公転運動によって一対の第３の軸受３４に支持されて回転する。これにより、プラネタリキャリア４５と連結する後輪６が回転する。上述したように、一対の第３の軸受３４は、２個の単列のアンギュラ玉軸受を背面組み合わせしたものである。これにより、一対の第３の軸受３４によって、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を受けることができる。
【００６５】
すなわち、リングギヤ５６が踏力によって回転し、サンギヤ３６が電動機７の電磁力によって回転する。このリングギヤ５６の回転力とサンギヤ３６の回転力がプラネタリーギヤ４７に入力される。そして、プラネタリーギヤ４７によって踏力と電動機７の電磁力が合成され、この合成された力が後輪６を回転させる駆動力となる。その結果、合成された駆動力によって後輪６が回転することで、電動アシスト自転車１が走行する。
【００６６】
このように、後輪６に設けたプラネタリーギヤ４７で駆動力を合成しているため、チェーン等の伝達機構による機械損失を軽減でき、電動機の電磁力と踏力を効率よく後輪６に伝達することができる。
【００６７】
一般的に、クランクスプロケット２３よりも後輪スプロケット５１のほうが歯の数が少なく設定し、ペダル９に入力された踏力を増速して後輪６に伝達することが好ましい。本例では、リングギヤ５６、サンギヤ３６、プラネタリキャリア４５及びプラネタリーギヤ４７からなる遊星歯車機構を用いて、電動機７の電磁力とペダル９に入力された踏力を後輪６に伝達している。
【００６８】
ここで、サンギヤ３６からプラネタリキャリア４５に伝達された回転力は、減速し、リングギヤ５６からプラネタリキャリア４５に伝達された回転力は、増速する。すなわち、遊星歯車機構によって電動機７からの回転力を減速することができ、ペダル９に入力された踏力を増速することができる。よって、本例の電動アシスト自転車１によれば、電動機７の回転力をリングギヤ５６に伝達させ、踏力をサンギヤ３６に伝達させたものよりも回転力の伝達効率が良いことが分かる。
【００６９】
なお、本例では、プラネタリーギヤ４７を１段設けた例を説明したが、プラネタリーギヤ４７を２段以上設けてもよい。また、遊星歯車機構を２段以上組み合わせることで、さらに変速比の調整、すなわち増速あるいは減速をできるようにしてもよい。
【００７０】
＜２．第２の実施の形態例＞
次に、図４を参照して本発明の第２の実施の形態例にかかる電動アシスト自転車の構成例について説明する。
この第２の実施の形態例にかかる電動アシスト自転車８１と、第１の実施の形態例にかかる電動アシスト自転車１と異なる点は、電動機、ハブアウター及びハブ軸の構成である。そのため、ここでは、電動機、ハブアウター及びハブ軸についてのみ説明し、電動アシスト自転車１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００７１】
図４に示すように、ハブ軸３０Ａの軸方向の他端には、電動機７Ａを固定する固定部８２が設けられている。電動機７Ａは、その回転軸８３を後輪６側に向けた状態で固定部８２に固定されている。電動機７Ａの回転軸８３には、第１の伝達ギヤ８４が取り付けられている。
【００７２】
ハブアウター３１Ａにおける第３の軸受３４よりも軸方向の一側には、サンギヤ３６Ａが形成されており、ハブアウター３１Ａの軸方向の他端には、第２の伝達ギヤ８６が形成されている。この第２の伝達ギヤ８６は、電動機７Ａの回転軸８３に設けた第１の伝達ギヤ８４と噛み合っている。よって、電動機７Ａが駆動し、回転軸８３が回転すると、その回転力は、第１の伝達ギヤ８４から第２の伝達ギヤ８６に伝達される。これにより、ハブアウター３１Ａと、ハブアウター３１Ａに設けたサンギヤ３６Ａがハブ軸３０Ａを中心に回転する。
【００７３】
その他の構成は、上述した第１の実施の形態例にかかる電動アシスト自転車１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を電動アシスト自転車８１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる電動アシスト自転車１と同様の作用効果を得ることができる。
【００７４】
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１，８１…電動アシスト自転車、  ２…フレーム本体、  ３…ハンドル、  ４…前輪、  ６…後輪、  ７，７Ａ…電動機、  ８…制御ボックス、  ９…ペダル、  １０…踏力伝達部、  ３０，３０Ａ…ハブ軸、  ３１，３１Ａ…ハブアウター、  ３１ａ…筒孔、  ３２…第１の軸受、  ３３…第２の軸受、  ３４…第３の軸受、  ３５…第４の軸受、  ３６，３６Ａ…サンギヤ、  ４５…プラネタリキャリア、  ４６…軸部、  ４７…プラネタリーギヤ、  ５１…後輪スプロケット、  ５２…リングギヤケース、  ５８…ローラーブレーキ、  ６１…ステータ、  ６３…ロータ、  ８３…回転軸、  ８４…第１の伝達ギヤ、  ８６…第２の伝達ギヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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