(57)【要約】【課題】車軸に沿って減速機、電動機、変速機構を並列に備えた構成において、装置をコンパクトにし、変速比や変速段数の設計上の自由度を高める。【解決手段】リアハブ１内部に、変速機構３、減速機構１６及び駆動用モータ１５を車軸５の軸方向に並列して配置し、変速機構３は、踏力をスプロケット４を通じて駆動輪４５に伝達し、減速機構１６は駆動用モータ１５からの駆動力を駆動輪４５に伝達する。変速機構３は変速機用太陽歯車３ａと変速機用遊星歯車３ｂ及び変速機用遊星キャリア３ｃを備え、駆動力に対して変速機用太陽歯車３ａが車軸５周りに回転可能又は不能とに切り替える変速制御機構１０を備える。減速機構１６は減速機用太陽歯車１６ａと減速機用遊星歯車１６ｂとを備え、減速機用遊星歯車１６ｂを前記変速機用遊星キャリア３ｃで保持し、減速機用遊星歯車１６ｂに噛み合う減速機用外輪歯車１６ｄとモータハウジング１５ｂとの間にツーウェイクラッチ３０を設けた。【選択図】図１
2012040941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪のハブ（１）内部に、変速機構（３）、減速機構（１６）及び駆動用モータ（１５）を車軸（５）の軸方向に並列して配置し、前記変速機構（３）は、ペダルからの踏力による駆動力を駆動力伝達要素から前記駆動輪に伝達する機能を有し、前記減速機構（１６）は、前記駆動用モータ（１５）からの駆動力を前記駆動輪に伝達する機能を有し、
前記変速機構（３）は、遊星歯車機構によって構成されて、少なくとも１つの変速機用太陽歯車（３ａ）と、その変速機用太陽歯車（３ａ）に噛み合う変速機用遊星歯車（３ｂ）と、その変速機用遊星歯車（３ｂ）に噛み合う変速機用外輪歯車（３ｄ）と、その変速機用遊星歯車（３ｂ）を保持する変速機用遊星キャリア（３ｃ）と、変速制御機構（１０）により、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用太陽歯車（３ａ）を前記車軸（５）周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができる変速機用第一クラッチ（３ｅ）とを備え、ペダルからの踏力による駆動力は前記駆動力伝達要素から前記変速機用遊星キャリア（３ｃ）に入力されてその遊星キャリア（３ｃ）から等速以上で前記駆動輪に伝達され、
前記減速機構（１６）は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも１つの減速機用太陽歯車（１６ａ）と、その減速機用太陽歯車（１６ａ）に噛み合う減速機用遊星歯車（１６ｂ）と、その減速機用遊星歯車（１６ｂ）に噛み合う減速機用外輪歯車（１６ｄ）を備え、前記減速機用遊星歯車（１６ｂ）を、前記変速機用遊星キャリア（３ｃ）又はその変速機用遊星キャリア（３ｃ）と一体に回転する部材で保持したことを特徴とする回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項２】
前記変速機構（３）は、前記変速機用太陽歯車（３ａ）と前記変速機用遊星キャリア（３ｃ）との間に、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用太陽歯車（３ａ）と前記変速機用遊星キャリア（３ｃ）とを相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができる変速機用第二クラッチ（３ｈ）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項３】
前記変速機用遊星歯車（３ｂ）は複数の歯車部を有し、前記変速機用太陽歯車（３ａ）は前記歯車部の数と同数設けられて、前記各歯車部に対してそれぞれ一つの変速機用太陽歯車（３ａ）が噛み合っており、駆動力に対して複数の前記変速機用太陽歯車（３ａ）のいずれか一つを選択的に前記車軸（５）に相対回転不能とすることにより、駆動力が複数段階の増速状態に変速可能であることを特徴とする請求項２に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項４】
前記変速機用第二クラッチ（３ｈ）は、複数の前記変速機用太陽歯車（３ａ）のうち、前記変速機用遊星歯車（３ｂ）の歯数の最も少ない歯車部と噛み合う前記変速機用太陽歯車（３ａ）と前記変速機用遊星キャリア（３ｃ）との間に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項５】
前記駆動力伝達要素と前記変速機用遊星キャリア（３ｃ）とは、前記ハブ（１）に対して車軸（５）の一端側に設けた入力部材（４）を介して接続され、前記駆動用モータ（１５）は前記ハブ（１）に対して前記車軸（５）の他端側に設けられ、前記変速機構（３）及び前記減速機構（１６）は、前記入力部材（４）と前記駆動用モータ（５）との間に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項６】
前記駆動用モータ（５）はモータハウジング（１５ｂ）に収容され、そのモータハウジング（１５ｂ）と前記減速機用外輪歯車（１６ｄ）との間に、その係合方向を切り替えることが可能なツーウェイクラッチ（３０）を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項７】
前記ツーウェイクラッチ（３０）がローラクラッチによって構成されたことを特徴とする請求項６に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項８】
前記ツーウェイクラッチ（３０）の切替が、ブレーキ操作と連動して行われることを特徴とする請求項６又は７に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項９】
前記変速機用第一クラッチ（３ｅ）が、ラチェットクラッチからなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１０】
前記変速機用第一クラッチ（３ｅ）は、前記車軸（５）の外面に変速機用第一クラッチ爪（３ｇ）を備え、前記変速機用太陽歯車（３ａ）の内面に、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチ爪（３ｇ）が係合可能な変速機用第一クラッチカム面（３ｆ）が備えられていることを特徴とする請求項９に記載の電動補助自転車。
【請求項１１】
前記変速機用第二クラッチ（３ｈ）が、ラチェットクラッチからなることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１２】
前記変速機用第二クラッチ（３ｈ）は、前記変速機用太陽歯車（３ａ）の外面に変速機用第二クラッチ爪（３ｊ）を備え、前記変速機用遊星キャリア（３ｃ）の内面に、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチ爪（３ｊ）が係合可能な変速機用第二クラッチカム面（３ｉ）が備えられていることを特徴とする請求項１１に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１３】
前記変速制御機構（１０）は、前記車軸（５）周りに切欠部（１０ｄ）を有する変速用スリーブ（１０ｂ）を備え、その変速用スリーブ（１０ｂ）は前記車軸（５）の円周方向へ回転運動自在であり、前記変速用スリーブ（１０ｂ）の回転運動とともに前記車軸（５）の軸方向へ移動する変速用第二クラッチ切替部（１０ｃ）を備え、変速用スリーブ（１０ｂ）が円周方向へ回転することにより、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチ（３ｅ）を係合状態及び係合解除状態とに切り替え、前記変速機用第二クラッチ切替部（１０ｃ）が前記車軸（５）の軸方向へ移動することにより、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチ（３ｈ）を係合状態及び係合解除状態とに切り替えることを特徴とする請求項１２に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１４】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）に連結された変速操作部（１０ａ）が前記ハブ（１）の外部へ引き出されており、その変速操作部（１０ａ）を操作することにより、変速用スリーブ（１０ｂ）が前記車軸（５）の円周方向へ回転することを特徴とする請求項１３に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１５】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）は、第一弾性部材（１０ｇ）によって前記車軸（５）の円周方向一方向に付勢され、前記変速機用第二クラッチ切替部（１０ｃ）は第二弾性部材（１０ｈ）によって前記車軸（５）の軸方向一方向に付勢されており、前記変速用スリーブ（１０ｂ）を前記第一弾性部材（１０ｇ）の付勢力に抗して前記車軸（５）の円周方向他方向へ回転させれば、前記変速機用第二クラッチ切替部（１０ｃ）は前記第二弾性部材（１０ｈ）の付勢力に抗して前記車軸（５）の軸方向他方向へ移動し、前記変速用スリーブ（１０ｂ）が前記第一弾性部材（１０ｇ）の付勢力により前記車軸（５）の円周方向一方向へ回転すれば、前記変速機用第二クラッチ切替部（１０ｃ）は前記第二弾性部材（１０ｈ）の付勢力により前記車軸（５）の軸方向一方向へ移動することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１６】
前記変速機用第一クラッチ爪（３ｇ）は、変速機用クラッチ軸（３ｋ）周りに揺動運動可能に前記車軸（５）に支持されて、弾性部材によってその変速機用第一クラッチ爪（３ｇ）の一端が前記変速機用第一クラッチカム面（３ｆ）に係合する方向に付勢され、その他端が、前記変速用スリーブ（１０ｂ）に当接することで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチ爪（３ｇ）の揺動を拘束して前記変速機用第一クラッチ爪（３ｇ）と前記変速機用第一クラッチカム面（３ｆ）との係合解除状態を維持し、前記他端が、前記変速用スリーブ（１０ｂ）の前記切欠部（１０ｄ）に入り込むことで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチ爪（３ｇ）の揺動の拘束が解除されて前記変速機用第一クラッチ爪（３ｇ）と前記変速機用第一クラッチカム面（３ｆ）とが係合状態とされることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１７】
前記変速機用第二クラッチ爪（３ｊ）は、変速機用クラッチ軸（３ｍ）周りに揺動運動可能に前記太陽歯車（３ａ）に支持されて、弾性部材によってその変速機用第二クラッチ爪（３ｊ）の一端が前記変速機用第二クラッチカム面（３ｉ）に係合する方向に付勢され、その他端が、前記変速機用第二クラッチ切替部（１０ｃ）に当接することで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチ爪（３ｊ）の揺動を拘束して前記変速機用第二クラッチ爪（３ｊ）と前記変速機用第二クラッチカム面（３ｉ）との係合解除状態を維持し、前記他端が、前記変速機用第二クラッチ切替部（１０ｃ）から離脱することで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチ爪（３ｊ）の揺動の拘束が解除されて前記変速機用第二クラッチ爪（３ｊ）と前記変速機用第二クラッチカム面（３ｉ）とが係合状態とされることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１８】
前記切欠部（１０ｄ）は、前記車軸（５）の円周方向一方の端部に第一テーパ面（１０ｅ）を他方の端部に第二テーパ面（１０ｆ）を有し、変速時に、前記変速機用第二クラッチ爪（３ｊ）と前記変速機用第二クラッチカム面（３ｉ）との係合が解除される際に、前記変速用スリーブ（１０ｂ）を前記車軸（５）の軸周りいずれの方向に回転させても、前記変速機用第二クラッチ爪（３ｊ）の他端は、前記第一テーパ面（１０ｅ）又は前記第二テーパ面（１０ｆ）に接することを特徴とする請求項１７に記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項１９】
前記減速機用遊星歯車（１６ｂ）は、歯数の異なる二段の歯車部を備えることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項２０】
前記駆動力伝達要素と前記変速機用遊星キャリア（３ｃ）とは入力部材（４）を介して接続され、前記入力部材（４）と前記変速機用遊星キャリア（３ｃ）との間にワンウェイクラッチ（８）を設けたことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【請求項２１】
駆動用モータ（１５）の出力軸（１５ａ）と前記車軸（５）とを同軸状に接続し、前記出力軸（１５ａ）と車軸（５）とを軸受（２０）によって相対回転可能に支持したことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか一つに記載の回生機構を備えた電動補助自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自転車の変速機には、様々な種類のものが存在する。このような中で、一般的には、クランク軸又はリア車軸の何れか一方、もしくは両方の同軸上に多段のスプロケットを設け、ディレイラーによってチェーンをスプロケット間で移動させることによって変速する方式（外装変速機）と、駆動輪である後輪のリアハブの内部に設けた歯車を掛けかえることによって変速する方式（内装変速機）がある。
【０００３】
外装変速機は、構造が簡単で軽量であるが、スプロケットやチェーンが摩耗する原因になり、チェーン外れの原因にもなる。一方、内装変速機は、防塵、防水性に優れており、メンテナンスフリーといった利点があるため、シティサイクルに使われることが多い。
【０００４】
ところで、電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車において、その自転車の駆動輪である後輪のリアハブ内に、モータ、減速機構、変速機構が備えられたものがある。
【０００５】
リアハブに駆動用のモータを設けた、所謂リアハブモータ方式の電動補助自転車は、変速機構と組み合わせる場合、前記外装変速機、又は内装変速機のいずれかを用いることができる。
【０００６】
ただし、外装変速機を用いる場合、ハブの構造は、主としてモータと減速機とから構成されるので簡素となるが、前述のような外装変速機ゆえのメンテナンス上の問題がある。一方、内装変速機を用いる場合、ハブの構造は、モータ、減速機構及び変速機構とから構成されるので、ハブ自体の構造は複雑となるが、前述のような内装変速機ゆえの利点があるので有利である。
【０００７】
現在のところ、電動補助自転車はシティサイクルを中心に展開しており、その殆どが内装変速機を採用している。従って、リアハブモータ方式の電動補助自転車においても、内装変速機とすることが望ましいと考えられている。
【０００８】
この種の内装変速機を備えた電動補助自転車の構造として、例えば、特許文献１，２に記載のものがある。
【０００９】
これらの構造では、リアハブ内において、電動機による駆動機構としては、駆動用の電動機と、その電動機の回転数を減速する動力系の減速機構を内蔵している。また、人力の入力機構としては、駆動輪の入力用のスプロケットと、車軸の中心から外周に向かって順に備えられた変速機構、減速機構がある。
【００１０】
また、リアハブは、回転ケーシングと固定ケーシングとを備え、前記人力の入力機構は回転ケーシング側に、前記電動機による駆動機構は、主として固定ケーシング側に配置されている。
【００１１】
ペダルによって与えられた人力による駆動力は、チェーンによって駆動輪の入力用のスプロケットに伝達され、変速機で変速された後、人力系の減速機構に伝達されて、回転ケーシングを通じて駆動輪を回転させる。また、電動機による駆動力は、前述の人力系の減速機構とは別に備えた動力系の減速機構で減速されて、その後、回転ケーシングにおいて人力駆動力と電動駆動力とが合力されて、駆動輪に伝達される。
【００１２】
このとき、電気信号に変換された前記人力による駆動力と、速度センサからの走行速度の電気信号とが、その電動補助自転車が備える制御部に入力され、その制御部が、所定の条件に基づいて駆動信号を出力し、電動機を制御するようになっている。
【００１３】
しかし、これらの構造では、電動機は、車軸の軸心から偏心した位置に配置されている。このため、ハブの外径が大きくなるという問題がある。ハブの外径が大きいと、重量バランスが悪くなる傾向がある。
【００１４】
この点、特許文献３，４に記載の構造によれば、減速機構、電動機、変速機構を、車軸に沿って並列した構成となっているから、上記ハブの大型化は抑制できる。
【００１５】
すなわち、これらの構造では、駆動輪である後輪のリアハブ内に、減速機構、電動機と変速機構とが車幅方向に並設されており、ペダルによって与えられた人力は、チェーンを介して後輪のスプロケットに伝達され、一方向クラッチを経て変速機構で変速された後、回転ケーシングを通じて駆動輪を回転させる。また、電動機による駆動力は、その車軸の周囲に設けた遊星歯車機構からなる減速機構で減速されて、その後、回転ケーシングにおいて人力駆動力と電動駆動力とが合力されて、駆動輪に伝達されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平９−５８５６８号公報
【特許文献２】特開２０００−０４３７８０号公報
【特許文献３】特開２００２−２９３２８５号公報
【特許文献４】特開２００３−１６００８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、上記特許文献３，４に記載の構造によれば、電動機からの出力は減速機構を介してハブケース（回転ケーシング）に伝達され、ペダルからの駆動力は変速機構を介してハブケース（回転ケーシング）に伝達されている。
【００１８】
このため、車軸の軸心に沿って並列する減速機構、電動機、変速機構の３つの機構は、それぞれ独立した構造となっている。すなわち、人力駆動力の伝達機構と、電動駆動力の伝達機構とが、それぞれ別ルートで独立して介在している。
【００１９】
駆動輪の車軸方向のスペースには限りがあるので、このような構造では、変速機構のスペースが小さくなり、変速段数を増やすことが困難である。
【００２０】
そこで、この発明は、車軸の軸心に沿って減速機構、電動機、変速機構の３つの機構を並列に備えた構成において、装置をコンパクトにすることにより、変速比や変速段数の設計上の自由度を高めることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を解決するために、この発明は、駆動輪のハブ内部に、変速機構、減速機構及び駆動用モータを車軸の軸方向に並列して配置し、前記変速機構は、ペダルからの踏力による駆動力を駆動力伝達要素から前記駆動輪に伝達する機能を有し、前記減速機構は、前記駆動用モータからの駆動力を前記駆動輪に伝達する機能を有し、前記変速機構は、遊星歯車機構によって構成されて、少なくとも１つの変速機用太陽歯車と、その変速機用太陽歯車に噛み合う変速機用遊星歯車と、その変速機用遊星歯車に噛み合う変速機用外輪歯車と、その変速機用遊星歯車を保持する変速機用遊星キャリアと、変速制御機構により、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用太陽歯車を前記車軸周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができる変速機用第一クラッチとを備え、ペダルからの踏力による駆動力は前記駆動力伝達要素から前記変速機用遊星キャリアに入力されてその遊星キャリアから等速以上で前記駆動輪に伝達され、前記減速機構は、遊星歯車機構によって構成されて少なくとも１つの減速機用太陽歯車と、その減速機用太陽歯車に噛み合う減速機用遊星歯車と、その減速機用遊星歯車に噛み合う減速機用外輪歯車を備え、前記減速機用遊星歯車を、前記変速機用遊星キャリア又はその変速機用遊星キャリアと一体に回転する部材で保持したことを特徴とする回生機構を備えた電動補助自転車とした。
【００２２】
この構成によれば、減速機用遊星歯車が、変速機用遊星キャリア又はその変速機用遊星キャリアと一体に回転する部材で保持される。すなわち、変速機用遊星キャリアと減速機用遊星キャリアとが一体に回転する構造となるので、そのキャリアを共通化することができ、車軸方向の装置のコンパクト化が実現でき、大きな変速比が得られる構成、多段の変速段数を備えた構成が可能となる。
【００２３】
また、この構成によれば、前進駆動時には、駆動力伝達要素からの踏力による駆動力は、変速機構を介してハブに伝達され、駆動用モータによる駆動力は、減速機構、変速機構を介してハブに伝達され、自転車は前進する。また、前進非駆動時には、ハブから変速機構、減速機構を介して駆動用モータに逆入力が伝わることで、回生発電が可能となる。このように機能するのは、変速機用第一クラッチは、変速制御機構によって、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用太陽歯車を前記車軸周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができるからである。
【００２４】
なお、駆動輪のハブからの逆入力が駆動用モータに伝達された際、回生充電を行うか否かは、別に設けた周知の制御機構によって制御することができる。例えば、ブレーキレバーの操作によって回生充電のスイッチが入るようにすることもできる。
【００２５】
この構成において、前記変速機構は、前記変速機用太陽歯車と前記変速機用遊星キャリアとの間に、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用太陽歯車と前記変速機用遊星キャリアとを相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができる変速機用第二クラッチを備えた構成を採用することができる。
【００２６】
この変速機用第二クラッチを備えた構成によれば、駆動力伝達要素から変速機用遊星キャリアに入力された回転を、直結状態でハブに伝達することができる。
すなわち、その直結状態（等速状態）は、変速機用第二クラッチが、変速制御機構によって、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して変速機用太陽歯車と変速機用遊星キャリアとを相対回転不能とすることにより成立することができる。また、変速機用第二クラッチが、変速機用太陽歯車と変速機用遊星キャリアとの間に設けられることで、変速機用第一クラッチの切替に用いる変速制御機構を、近接する変速機用第二クラッチの切替にも用いることができ、変速制御機構を共用すれば、各クラッチの切替操作が容易である。
【００２７】
また、これらの各構成において、前記変速機用遊星歯車は複数の歯車部を有し、前記変速機用太陽歯車は前記歯車部の数と同数設けられて、前記各歯車部に対してそれぞれ一つの変速機用太陽歯車が噛み合っており、駆動力及び逆入力それぞれに対して複数の前記変速機用太陽歯車のいずれか一つを選択的に前記車軸に相対回転不能とすることにより、駆動力が複数段階の増速状態に変速可能である構成を採用することができる。これにより、シンプルな変速機構の構成によって、増速状態を複数段とすることができる。
【００２８】
このとき、全ての前記変速機用太陽歯車と前記車軸の間にそれぞれ変速機用第一クラッチを備えることができ、前記変速制御機構は、その各変速機用第一クラッチによって、前記各変速機用太陽歯車の車軸に対する係合、係合解除の切り替えを行うことができる。
【００２９】
また、前記変速機用第二クラッチは、複数の前記変速機用太陽歯車のうち、前記変速機用遊星歯車の歯数の最も少ない歯車部と噛み合う前記変速機用太陽歯車と前記変速機用遊星キャリアとの間に設けられていることが望ましい。
【００３０】
また、これらの各構成において、前記駆動力伝達要素と前記変速機用遊星キャリアとは、前記ハブに対して車軸の一端側に設けた入力部材を介して接続され、前記駆動用モータは前記ハブに対して前記車軸の他端側に設けられ、前記変速機構及び前記減速機構は、前記入力部材と前記駆動用モータとの間に設けられる構成を採用することができる。
【００３１】
このように、変速機構及び減速機構を、車軸の一端側の入力部材、他端側の駆動用モータとの間に設ければ、変速機用遊星キャリアと減速機用遊星キャリアとが近接するので、キャリアを共通化するための構造をさらに簡素とし得る。なお、駆動力伝達要素は、ペダルのクランク軸と駆動論の入力部材とを結ぶ無端状部材であり、チェーン駆動を採用している場合、駆動力伝達要素は前後スプロケット間を結ぶチェーンに相当し、入力部材は駆動輪側のスプロケットに相当する。
【００３２】
さらに、これらの各構成において、前記駆動用モータはモータハウジングに収容され、そのモータハウジングと前記減速機用外輪歯車との間に、その係合方向を切り替えることが可能なツーウェイクラッチを設けた構成を採用することができる。
【００３３】
このツーウェイクラッチを設けたことにより、駆動用モータからの駆動力は遊星キャリアに伝達されるが、前進駆動時にアシスト（駆動用モータからの駆動力の入力）が無い状態では、スプロケットから遊星キャリアに伝達された踏力は、減速機用遊星歯車に入力されるが、ツーウェイクラッチにより減速機用外輪歯車がモータハウジングに対して空回りし、トルクを受けることができない。このため、前記踏力は駆動用モータの出力軸には伝達されず、モータの引き摺り抵抗を切り離すことが可能となり、前進駆動時にアシストが無い状態でも、モータを引き摺ってしまうことがなく、ペダルが重くならない。したがって、快適な走行が可能である。
また、前進非駆動時には、ツーウェイクラッチを逆入力に対して係合させることにより、駆動輪からの逆入力がモータに伝達されて回生発電が可能となる切替機能を付与することができる。
【００３４】
なお、このツーウェイクラッチの係合、係合解除の切替を、前述の回生充電のスイッチと同様に、例えば、ブレーキ操作と連動して行われるようにすることができる。すなわち、例えば、ブレーキ操作が行われた際に、ツーウェイクラッチを逆入力に対して係合させるようにし、ツーウェイクラッチを介して逆入力が駆動用モータに伝達されて回生発電が成されるように設定できる。
【００３５】
また、このツーウェイクラッチとして、周知のクラッチ機構を採用できるが、例えば、ローラクラッチを採用することができる。
【００３６】
ツーウェイクラッチをローラクラッチによって構成する場合、ローラ、保持器及びローラクラッチカム面を、固定部材であるモータハウジング側に設けることが望ましい。これにより、係合方向の切替が容易に行うことが可能となる。また、ローラは弾性部材によってモータからの駆動力に対して係合する方向に付勢しておき、前進非駆動時には外部操作によって逆方向に係合するように構成することが望ましい。この構成とすることにより、回生が必要な時にのみ前記ツーウェイクラッチの切替を行えばよいため、構造が簡素となる。
【００３７】
前記変速機用第一クラッチとしては、スプラグクラッチやローラクラッチ等の周知のワンウェイクラッチの構成を採用できるが、例えば、ラチェットクラッチからなる構成を採用することができる。
【００３８】
このとき、例えば、前記変速機用第一クラッチは、前記車軸の外面に変速機用第一クラッチ爪を備え、前記変速機用太陽歯車の内面に、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチ爪が係合可能な変速機用第一クラッチカム面が備えられている構成を採用することができる。これは、変速機用太陽歯車の内面は、相対的に車軸の外面よりも大径であるから、その大径である側に変速機用クラッチカム面を設けることで、カム面の溝数を多く確保し、係合時のタイムラグを短くできるからである。
【００３９】
また、前記変速機用第二クラッチとしては、スプラグクラッチやローラクラッチ等の周知のワンウェイクラッチの構成を採用できるが、例えば、ラチェットクラッチからなる構成を採用することができる。
【００４０】
このとき、例えば、前記変速機用第二クラッチは、前記変速機用太陽歯車の外面に変速機用第二クラッチ爪を備え、前記変速機用遊星キャリアの内面に、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチ爪が係合可能な変速機用第二クラッチカム面が備えられている構成を採用することができる。これは、変速機用遊星キャリアの内面は、相対的に変速機用太陽歯車の外面よりも大径であるから、その大径である側に変速機用第二クラッチカム面を設けることでカム面の溝数を多く確保し、係合時のタイムラグを短くするためである。
【００４１】
このように、変速機用第一クラッチや変速機用第二クラッチとして、ラチェットクラッチを用いることにより、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して係合可能で、さらに、その駆動力及び逆入力のそれぞれに対して、容易に切替（係合する状態と係合しない状態との切替）が可能な構造とすることができる。
【００４２】
変速機用第一クラッチ及び変速機用第二クラッチとしてラチェットクラッチを用いた各構成において、前記変速制御機構は、前記車軸周りに切欠部を有する変速用スリーブを備え、その変速用スリーブは前記車軸の円周方向へ回転運動自在であり、前記変速用スリーブの回転運動とともに前記車軸の軸方向へ移動する変速用第二クラッチ切替部を備え、変速用スリーブが円周方向へ回転することにより、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチを係合状態及び係合解除状態とに切り替え、前記変速機用第二クラッチ切替部が前記車軸の軸方向へ移動することにより、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチを係合状態及び係合解除状態とに切り替える構成を採用することができる。
【００４３】
ハブ内の車軸の軸方向へのスペースには制約があることから、変速制御機構は、このように、変速用スリーブを車軸周りに回転運動（揺動運動）させることによって、変速機用第一クラッチや変速機用第二クラッチの切替を行う機構を用いることが好ましい。
【００４４】
この構成において、前記変速用スリーブに連結された変速操作部が前記ハブの外部へ引き出されており、その変速操作部を操作することにより、変速用スリーブが前記車軸の円周方向へ回転する構成を採用することができる。
【００４５】
また、変速用スリーブや変速操作部の操作の一部を、バネ等の弾性部材の付勢力によって補助することもできる。
【００４６】
例えば、前記変速用スリーブは、第一弾性部材によって前記車軸の円周方向一方向に付勢され、前記変速機用第二クラッチ切替部は第二弾性部材によって前記車軸の軸方向一方向に付勢されており、前記変速用スリーブを前記第一弾性部材の付勢力に抗して前記車軸の円周方向他方向へ回転させれば、前記変速機用第二クラッチ切替部は前記第二弾性部材の付勢力に抗して前記車軸の軸方向他方向へ移動し、前記変速用スリーブが前記第一弾性部材の付勢力により前記車軸の円周方向一方向へ回転すれば、前記変速機用第二クラッチ切替部は前記第二弾性部材の付勢力により前記車軸の軸方向一方向へ移動する構成を採用することができる。
【００４７】
すなわち、この構成では、変速用スリーブは、第一弾性部材によって車軸の円周方向一方向（軸周り一方向）へ付勢されており、その付勢力に抗して変速用スリーブを車軸の円周方向他方向へ回転させることにより、変速機用第二クラッチ切替部が第二弾性部材の付勢力に抗して車軸の軸方向一方向へ移動する。また、変速用スリーブを車軸の円周方向他方向へ回転させる力を解除すれば、あるいは弱めれば、変速用スリーブは、第一弾性部材の付勢力によって車軸の円周方向一方向へ回転して元の状態に復帰し、また、変速機用第二クラッチ切替部は、第二弾性部材の付勢力によって、車軸の軸方向他方へ移動し、元の状態に復帰する。
【００４８】
なお、変速用スリーブと変速機用第二クラッチ切替部とは一体に軸周り回転し、且つ、一定の条件で軸方向に相対移動するように接合されていればよい。例えば、変速用スリーブの外面に軸方向に形成されたスリット部に、変速機用第二クラッチ切替部の内面に設けられた案内部が挿入されており、変速用スリーブと変速機用第二クラッチ切替部との間には、外面に周方向に案内溝が形成された固定部材が設けられた構造とすることができる。
この場合、変速用スリーブを車軸周りに回転運動させると、変速用スリーブのスリット部側面が、変速機用第二クラッチ切替部の案内部に接触し、変速機用第二クラッチ切替部も車軸周りに回転運動する。ここで、固定部材の案内部がテーパ状となっており軸方向に向かって傾斜しているため、周方向に移動する変速機用第二クラッチ切替部の案内部がテーパ状の案内部に接することで、変速機用第二クラッチ切替部は回転運動しながら軸方向に移動する。変速用スリーブのスリット部は、変速機用第二クラッチ切替部の案内部の軸方向移動を可能とするため、軸方向にある程度の長さが必要である。
【００４９】
この変速機用第一クラッチに関し、前記変速機用第一クラッチ爪は、変速機用クラッチ軸周りに揺動運動可能に前記車軸に支持されて、弾性部材によってその変速機用第一クラッチ爪の一端が前記変速機用第一クラッチカム面に係合する方向に付勢され、その他端が、前記変速用スリーブに当接することで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチ爪の揺動を拘束して前記変速機用第一クラッチ爪と前記変速機用第一クラッチカム面との係合解除状態を維持し、前記他端が、前記変速用スリーブの前記切欠部に入り込むことで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第一クラッチ爪の揺動の拘束が解除されて前記変速機用第一クラッチ爪と前記変速機用第一クラッチカム面とが係合状態とされる構成を採用することができる。
【００５０】
さらに、その構成において、変速機用第二クラッチに関し、前記変速機用第二クラッチ爪は、変速機用クラッチ軸周りに揺動運動可能に前記太陽歯車に支持されて、弾性部材によってその変速機用第二クラッチ爪の一端が前記変速機用第二クラッチカム面に係合する方向に付勢され、その他端が、前記変速機用第二クラッチ切替部に当接することで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチ爪の揺動を拘束して前記変速機用第二クラッチ爪と前記変速機用第二クラッチカム面との係合解除状態を維持し、前記他端が、前記変速機用第二クラッチ切替部から離脱することで、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して前記変速機用第二クラッチ爪の揺動の拘束が解除されて前記変速機用第二クラッチ爪と前記変速機用第二クラッチカム面とが係合状態とされる構成を採用することができる。
【００５１】
前記変速用スリーブの外面に切欠部を備えた構成において、前記切欠部は、前記車軸の円周方向一方の端部に第一テーパ面を他方の端部に第二テーパ面を有し、変速時に、前記変速機用第二クラッチ爪と前記変速機用第二クラッチカム面との係合が解除される際に、前記変速用スリーブを前記車軸の軸周りいずれの方向に回転させても、前記変速機用第二クラッチ爪の他端は、前記第一テーパ面又は前記第二テーパ面に接する構成を採用することができる。
【００５２】
この構成によれば、前記切欠部における車軸の軸周り方向両端部に、それぞれ第一テーパ面、第二テーパ面が設けられているので、変速時、すなわち、変速用スリーブの回転によって太陽歯車の車軸に対する係合、係合解除を切り替える際に、前記変速機用第一クラッチ爪の他端、すなわち、前記変速用スリーブ側端部において、その変速用スリーブの回転方向に応じて前記第一テーパ面と前記第二テーパ面のいずれかを接触させることができる。すなわち、回転方向によって、異なる面を接触させることができる。このため、例えば、変速用スリーブを軸周り一方に回転させるシフトアップ（１速から２速に変速するような状態）、及び、変速用スリーブを軸周り他方に回転させるシフトダウン（２速から１速に変速するような状態）の両方において、変速機用第一クラッチ爪と変速機用第一クラッチカム面との係合を解除する力を大きくすることが可能となり、スムーズな変速ができる。
【００５３】
なお、前記減速機構が備える減速機用遊星歯車としては、例えば、二段歯車とすることができる。減速機用遊星歯車として歯数の異なる二段の歯車を用いることによって、高減速比とすることが可能となる。もちろん、この段数は、電動補助自転車に求められる仕様に応じて任意に設定できるから、例えば、一段とすることもできるし、三段以上とすることもできる。
【００５４】
また、前記駆動力伝達要素が接続される入力部材と変速機用遊星キャリアとの間にワンウェイクラッチを設けることにより、駆動力伝達要素、入力部材からの踏力は変速機用遊星キャリアに伝達されるが、駆動輪からの逆入力は、入力部材、駆動力伝達要素に伝達されないように設定できる。このため、前進非駆動時にチェーン等の駆動力伝達要素が回転しないため安全性が向上する。
【００５５】
さらに、前記駆動用モータの出力軸と前記車軸とを同軸状に接続し、前記出力軸と前記車軸とを軸受によって相対回転可能に支持した構成を採用することができる。車軸と駆動用モータの出力軸を軸受によって相対回転可能に支持することによって、車軸と駆動用モータの剛性が向上する。
【発明の効果】
【００５６】
この発明は、車軸の軸心に沿って減速機、電動機、変速機構の３つの機構を並列に備えた構成において、変速機用遊星キャリアと減速機用遊星キャリアとが一体に回転する構造としたので、そのキャリアを共通化することができ、車軸方向の装置のコンパクト化が実現できるから、変速比や変速段数の設計上の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の一実施形態の直結状態を示すリアハブの縦断面図
【図２】直結状態を示し、（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ断面図
【図３】同実施形態の増速１段目の状態を示すリアハブの縦断面図
【図４】増速１段目の状態を示し、（ａ）は図３のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ断面図
【図５】同実施形態の増速２段目の状態を示すリアハブの縦断面図
【図６】増速２段目の状態を示し、（ａ）は図５のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図５のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図５のＣ−Ｃ断面図
【図７】同実施形態の前進非駆動時（変速は増速２段目）の状態を示すリアハブの縦断面図
【図８】前進非駆動時（変速は増速２段目）の状態を示し、（ａ）は図７のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図７のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図７のＣ−Ｃ断面図
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、変速機用第一ワンウェイクラッチ切替部の詳細を示す平面図
【図１０】モータ駆動時の状態を示す図１のＤ−Ｄ断面図
【図１１】前進駆動時（アシスト無し）時の状態を示す図１のＤ−Ｄ断面図
【図１２】回生時の状態を示す図７のＤ−Ｄ断面図
【図１３】電動補助自転車の側面図
【発明を実施するための形態】
【００５８】
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。この実施形態の電動補助自転車は、駆動輪４５である後輪のハブ１（以下、「リアハブ１」と称する）内部に駆動用モータ１５が設けられている、リアハブモータ方式の電動補助自転車である。
【００５９】
駆動時、例えば、図１３に示すペダル４０を通じてクランク軸４１から伝達された踏力が入力された場合は、フロントスプロケット４４と後輪の入力部材（スプロケット）４（以下、「リアスプロケット４」と称する。）とを結ぶ無端状部材であるチェーン４３等の駆動力伝達要素を介して、後輪に駆動力が伝達可能となっている。
【００６０】
また、駆動用モータ１５の出力による駆動力は、ハブ内部の減速機構１６等を介して、その後輪に伝達可能となっている。なお、図１３中の符号４６は、駆動用モータ１５の電源となるバッテリ（二次電池）を収容したケースである。
【００６１】
また、前進非駆動時に、後輪からの逆入力が前記減速機構１６（逆入力の場合は増速される）等を介して前記駆動用モータ１５に伝達され、逆入力によって生じた回生電力を図示しない前記二次電池に還元する回生機構を備えている。その回生機構は、リアハブ１内か、あるいは、前記二次電池を収容したケース４６内等に設けられる。
【００６２】
リアハブ１は、図１に示すように、後輪の車軸５と同軸に設けたハブケース７内に、変速機構３と減速機構１６と駆動用モータ１５とを備えている。変速機構３は、直結と２段階の増速が可能な３段変速の遊星歯車機構で構成している。なお、図中の符号６は、後輪と一体のハブフランジである。
【００６３】
前記変速機構３は、前記車軸５の外周に設けられた２つの変速機用太陽歯車３ａ、すなわち、変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２を備える。
【００６４】
変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２が、それぞれ変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１、第二クラッチ部３ｅ−２を介して、車軸５に接続されている。
【００６５】
この実施形態では、変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１、第二クラッチ部３ｅ−２は、いずれもラチェットクラッチを採用している。
【００６６】
また、変速機構３は、変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２に対してそれぞれ噛み合う２段の歯車部を有する変速機用遊星歯車３ｂを備えている。その２段の歯車部は、互いに異なる歯数となっている。
【００６７】
さらに、変速機構３は、変速機用遊星歯車３ｂを保持する変速機用遊星キャリア３ｃ、変速機用遊星歯車３ｂに噛み合う変速機用外輪歯車３ｄと一体であるハブケース７、及び変速機用遊星キャリア３ｃと変速機用第二太陽歯車３ａ−２との間に設けられた変速機用第二クラッチ３ｈを備えている。
【００６８】
この実施形態では、変速機用第二クラッチ３ｈとして、ラチェットクラッチを採用している。
【００６９】
変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１、第二クラッチ部３ｅ−２は、後述の変速制御機構１０によって、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して、変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２を車軸５周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができる。
【００７０】
すなわち、例えば、駆動力に対して、変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２の一方を車軸５周りに相対回転可能に、他方を相対回転不能とに切り替えたり、あるいは、駆動力に対して、変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２の両方を車軸５周りに相対回転可能に切り替えたりすることができる。
また、例えば、逆入力に対して、変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２の一方を車軸５周りに相対回転可能に、他方を相対回転不能とに切り替えたり、さらに、逆入力に対して、変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２の両方を車軸５周りに相対回転可能に切り替えたりすることができる。
【００７１】
また、変速機用第二クラッチ３ｈは、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して変速機用太陽歯車３ａのうち、変速機用第二太陽歯車３ａ−２と変速機用遊星キャリア３ｃとを相対回転可能又は相対回転不能とに切り替えることができる。
【００７２】
すなわち、駆動力に対して、変速機用第二太陽歯車３ａ−２と変速機用遊星キャリア３ｃとを相対回転可能に切り替えることができ、さらに、駆動力に対して、変速機用第二太陽歯車３ａ−２と変速機用遊星キャリア３ｃとを相対回転不能に切り替えたりすることができる。
また、逆入力に対して、変速機用第二太陽歯車３ａ−２と変速機用遊星キャリア３ｃとを相対回転可能に切り替えることができ、さらに、逆入力に対して、変速機用第二太陽歯車３ａ−２と変速機用遊星キャリア３ｃとを相対回転不能に切り替えたりすることができる。
【００７３】
また、この実施形態では、変速機用外輪歯車３ｄは、変速機用遊星歯車３ｂの歯数が多い方の歯車部と噛み合っている。他の歯車部と噛み合わせることも可能であるが、最も増速比を大きくすることができるため、この実施形態が望ましい。
【００７４】
また、この実施形態では、変速機用外輪歯車３ｄはハブケース７と一体に形成されているが、変速機用外輪歯車３ｄとハブケース７とを別体で形成して、それらを共に回転するように接合する構成も考えられる。
【００７５】
また、変速機用遊星キャリア３ｃと車軸５との間、及びハブケース７と変速機用遊星キャリア３ｃとの間には、それぞれ軸受部１１，１２が設けられている。この軸受部１１，１２によって、変速機用遊星キャリア３ｃと車軸５、及び変速機用遊星キャリア３ｃとハブケース７とは、それぞれ相対回転可能に支持されている。
また、駆動用のモータ１５を保持するモータハウジング１５ｂとハブケース７との間にも、軸受部１４が設けられている。この軸受部１４によって、モータハウジング１５ｂとハブケース７と車軸５とは相対回転可能に支持されている。
【００７６】
また、リアスプロケット４と変速機用遊星キャリア３ｃとの間にはワンウェイクラッチ８が設けられており、ペダルからの踏力は変速機用遊星キャリア３ｃに伝達されるが、変速機用遊星キャリア３ｃからの逆入力はリアスプロケット４に伝達されない。このため、前進非駆動時にチェーン４３が回らないため安全性が向上する。このワンウェイクラッチ８としては、周知のワンウェイクラッチ機構を用いることができる。
【００７７】
変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１及び第二クラッチ部３ｅ−２は、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、それぞれ、車軸５の外面に変速機用第一クラッチ爪３ｇを、変速機用太陽歯車３ａの内面には、その変速機用第一クラッチ爪３ｇが噛み合う変速機用第一クラッチカム面３ｆが設けられている。
【００７８】
なお、第一クラッチ部３ｅ−１に関しては、変速機用第一クラッチ爪３ｇを、以下、第一爪部３ｇ−１と称し、変速機用第一クラッチカム面３ｆを第一カム面部３ｆ−１と称する。第二クラッチ部３ｅ−２に関しては、変速機用第一クラッチ爪３ｇを、以下、第二爪部３ｇ−２と称し、変速機用第一クラッチカム面３ｆを第二カム面部３ｆ−２と称する。
【００７９】
この第一爪部３ｇ−１、第二爪部３ｇ−２は、車軸５の軸方向と同方向に配置された共通の変速機用クラッチ軸３ｋによって、その車軸５に揺動可能に支持されている。
【００８０】
また、この第一爪部３ｇ−１、第二爪部３ｇ−２が変速機用クラッチ軸３ｋ周りに揺動することにより、対応する変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２の内面に設けられた第一カム面部３ｆ−１、第二カム面部３ｆ−２に対し、係合又は係合解除する構造となっている。
【００８１】
なお、この第一クラッチ部３ｅ−１において、複数備えられている第一爪部３ｇ−１は、それぞれ図示しない弾性部材によって、その第一爪部３ｇ−１の車軸５周りの周方向端部が第一カム面部３ｆ−１に向かって、起き上がる方向に付勢されている。
その一部のものは、その第一爪部３ｇ−１の車軸５周りの周方向一方側の端部が弾性部材によって第一カム面部３ｆ−１に向かって起き上がる方向に付勢されており、残りのものは、その第一爪部３ｇ−１の車軸５周りの周方向他方側の端部が弾性部材によって第一カム面部３ｆ−１に向かって起き上がる方向に付勢されている。
【００８２】
すなわち、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周り一方向に付勢されている第一爪部３ｇ−１と、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周り他方向に付勢されている第一爪部３ｇ−１とが混在する。図２（ｃ）において、図中上側の第一爪部３ｇ−１は、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周りに時計回り方向に付勢されており、図中下側の第一爪部３ｇ−１は、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周りに反時計回り方向に付勢されている。第一カム面部３ｆ−１は、その付勢方向の異なる両方の第一爪部３ｇ−１が係合することができるよう、周方向に沿って凹凸が繰り返す形状となっている。
【００８３】
この実施形態では、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周り一方向に付勢されている第一爪部３ｇ−１と、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周り他方向に付勢されている第一爪部３ｇ−１とが一つずつ設けられているが、付勢方向の異なる第一爪部３ｇ−１が混在していればよい。このため、第一爪部３ｇ−１の数は、最低２つ以上配置していればよい。
【００８４】
また、第二クラッチ部３ｅ−２についても同様であり、複数備えられている第二爪部３ｇ−２は、それぞれ図示しない弾性部材によって、その第二爪部３ｇ−２の車軸５周りの周方向端部が第二カム面部３ｆ−２に向かって、起き上がる方向に付勢されている。
その一部のものは、その第二爪部３ｇ−２の車軸５周りの周方向一方側の端部が弾性部材によって第二カム面部３ｆ−２に向かって起き上がる方向に付勢されており、残りのものは、その第二爪部３ｇ−２の車軸５周りの周方向他方側の端部が弾性部材によって第二カム面３ｆ−２に向かって起き上がる方向に付勢されている。
【００８５】
すなわち、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周り一方向に付勢されている第二爪部３ｇ−２と、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周り他方向に付勢されている第二爪部３ｇ−２とが混在する。図２（ｂ）において、図中上側の第二爪部３ｇ−２は、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周りに時計回り方向に付勢されており、図中下側の第二爪部３ｇ−２は、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周りに反時計回り方向に付勢されている。第二カム面部３ｆ−２は、その付勢方向の異なる両方の第二爪部３ｇ−２が係合することができるよう、周方向に沿って凹凸が繰り返す形状となっている。
【００８６】
この実施形態では、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周り一方向に付勢されている第二爪部３ｇ−２と、変速機用クラッチ軸３ｋの軸周り他方向に付勢されている第二爪部３ｇ−２とが一つずつ設けられているが、付勢方向の異なる第二爪部３ｇ−２が混在していればよい。このため、第二爪部３ｇ−２の数は、最低２つ以上配置していればよい。
【００８７】
また、変速機用第二クラッチ３ｈは、図２（ａ）に示すように、それぞれ、変速機用第二太陽歯車３ａ−２の外面に変速機用第二クラッチ爪３ｊを、変速機用遊星キャリア３ｃの内面には、その変速機用第二クラッチ爪３ｊが噛み合う変速機用第二クラッチカム面３ｉが設けられている。
【００８８】
この変速機用第二クラッチ爪３ｊは、車軸５の軸方向と同方向に配置された変速機用クラッチ軸３ｍによって、その変速機用第二太陽歯車３ａ−２に揺動可能に支持されている。
【００８９】
また、この変速機用第二クラッチ爪３ｊが変速機用クラッチ軸３ｍ周りに揺動することにより、変速機用遊星キャリア３ｃの内面に設けられた変速機用第二クラッチカム面３ｉに対し、係合又は係合解除する構造となっている。
【００９０】
なお、この変速機用第二クラッチ３ｈにおいて、複数備えられている変速機用第二クラッチ爪３ｊは、それぞれ図示しない弾性部材によって、その変速機用第二クラッチ爪３ｊの車軸５周りの周方向端部が変速機用第二クラッチカム面３ｉに向かって、起き上がる方向に付勢されている。
その一部のものは、その変速機用第二クラッチ爪３ｊの車軸５周りの周方向一方側の端部が、図示しない弾性部材によって変速機用第二クラッチカム面３ｉに向かって起き上がる方向に付勢されており、残りのものは、その変速機用第二クラッチ爪３ｊの車軸５周りの周方向他方側の端部が、図示しない弾性部材によって変速機用第二クラッチカム面３ｉに向かって起き上がる方向に付勢されている。
【００９１】
すなわち、変速機用クラッチ軸３ｍの軸周り一方向に付勢されている変速機用第二クラッチ爪３ｊと、変速機用クラッチ軸３ｍの軸周り他方向に付勢されている変速機用第二クラッチ爪３ｊとが混在する。図２（ａ）において、図中上側と下側の変速機用第二クラッチ爪３ｊは、変速機用クラッチ軸３ｍの軸周りに時計回り方向に付勢されており、図中左側と右側の変速機用第二クラッチ爪３ｊは、変速機用クラッチ軸３ｍの軸周りに反時計回り方向に付勢されている。変速機用第二クラッチカム面３ｉは、その付勢方向の異なる両方の変速機用第二クラッチ爪３ｊが係合することができるよう、周方向に沿って凹凸が繰り返す形状となっている。
【００９２】
この実施形態では、変速機用クラッチ軸３ｍの軸周り一方向に付勢されている変速機用第二クラッチ爪３ｊと、変速機用クラッチ軸３ｍの軸周り他方向に付勢されている変速機用第二クラッチ爪３ｊとが二つずつ設けられているが、付勢方向の異なる変速機用第二クラッチ爪３ｊが混在していればよい。このため、変速機用第二クラッチ爪３ｊの数は、最低２つ以上配置していればよい。
【００９３】
また、前述のように、変速機用太陽歯車３ａは、変速制御機構１０を操作することで、駆動力に対して、そのいずれかひとつの歯車を選択的に車軸５に固定するか、あるいは全てをフリーにすることができる。すなわち、変速制御機構１０を操作することで、変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２は、それぞれに対応する変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１、第二クラッチ部３ｅ−２により、そのいずれかが駆動力に対して車軸５に固定（相対回転不能）とされ、そのとき、他は、車軸５に対してフリー（相対回転可能）となるように切り替えられる。あるいは、第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２の両方が、車軸５に対して相対回転可能となるように切り替えられる。
【００９４】
つまり、変速制御機構１０を操作することで、変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１、第二クラッチ部３ｅ−２、及び、変速機用第二クラッチ３ｈのいずれかを、駆動力及び逆入力のそれぞれに対して係合可能（相対回転不能）な状態とし、そのとき残りを係合不能（相対回転可能）な状態とすることにより変速を行うことができる。
【００９５】
例えば、変速機用第二クラッチ３ｈにより、変速機用第二太陽歯車３ａ−２を変速機用遊星キャリア３ｃに相対回転不能とし、変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１及び第二クラッチ部３ｅ−２により、変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２を車軸５に対して相対回転可能な状態にした場合に、リアスプロケット４から駆動力が入力されると、変速機用遊星キャリア３ｃを介して変速機用遊星歯車３ｂに駆動力が伝達される。このとき、変速機用第一太陽歯車３ａ−１が変速機用遊星キャリア３ｃと一体であるため、等速（直結）状態で変速機用遊星歯車３ｂから変速機用外輪歯車３ｄ（ハブケース７）へ駆動力が伝達される。
【００９６】
また、変速機用第二クラッチ３ｈにより、変速機用第二太陽歯車３ａ−２を変速機用遊星キャリア３ｃに相対回転可能とし、変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１により変速機用第一太陽歯車３ａ−１を車軸５に相対回転不能とし、第二クラッチ部３ｅ−２により変速機用第二太陽歯車３ａ−２を車軸５に相対回転可能とした場合、変速機用第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、変速機用外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、変速機用遊星キャリア３ｃから変速機用外輪歯車３ｄへの増速比は、
（ａ＋ｄ）／ｄ
となる。このとき、変速機用第二太陽歯車３ａ−２は空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
【００９７】
また、変速機用第二クラッチ３ｈにより、変速機用第二太陽歯車３ａ−２を変速機用遊星キャリア３ｃに相対回転可能とし、変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１により、変速機用第一太陽歯車３ａ−１を車軸５に相対回転可能とし、第二クラッチ部３ｅ−２により変速機用第二太陽歯車３ａ−２を車軸５に相対回転不能とした場合、変速機用第二太陽歯車３ａ−２の歯数をａ、変速機用第一太陽歯車３ａ−１と噛み合う変速機用遊星歯車３ｂの歯数をｂ、変速機用第二太陽歯車３ａ−２と噛み合う変速機用遊星歯車３ｂの歯数をｃ、変速機用外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、変速機用遊星キャリア３ｃから変速機用外輪歯車３ｄへの増速比は
［（ａ×ｂ）／（ｃ×ｄ）］＋１
となる。このとき、変速機用第一太陽歯車３ａ−１は空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
【００９８】
すなわち、変速機用第一太陽歯車３ａ−１、変速機用第二太陽歯車３ａ−２は異なる歯数であり、変速機用第一太陽歯車３ａ−１と変速機用第二太陽歯車３ａ−２を車軸５に対して全てフリーとして、変速機用第二太陽歯車３ａ−２と変速機用遊星キャリア３ｃとを固定するか、変速機用第一太陽歯車３ａ−１と変速機用遊星キャリア３ｃとをフリーとして、変速機用第一太陽歯車３ａ−１と変速機用第二太陽歯車３ａ−２を車軸５に対していずれか１つを固定することで増速比を変化させることができる。
【００９９】
この変速機用第一クラッチ３ｅ及び変速機用第二クラッチ３ｈの切り替え、すなわち、変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１と第二クラッチ部３ｅ−２のうち、選択した一つをロックし、他をフリーとし、さらに、変速機用第二クラッチ３ｈをフリーとするための切り替え、あるいは、変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１と第二クラッチ部３ｅ−２の両方をフリーとし、さらに、変速機用第二クラッチ３ｈをロックするための切り替え操作は、変速制御機構１０によって行うことができる。
【０１００】
変速制御機構１０は、車軸５の外周に設けた変速用スリーブ１０ｂを、車軸５の軸回りに回転運動（揺動運動）させることにより行うことができる。変速用スリーブ１０ｂは、車軸５周りに沿う円筒面状の部分を有し、その変速用スリーブ１０ｂが車軸５の軸周りに回転可能に支持されている。
【０１０１】
この変速用スリーブ１０ｂが、第一クラッチ部３ｅ−１の第一爪部３ｇ−１と車軸５との間、及び、第二クラッチ部３ｅ−２の第二爪部３ｇ−２と車軸５の間に配置される。また、変速用スリーブ１０ｂは、その軸方向一端がハブケース７外に突出するように設けられた変速操作部１０ａに連結されている。その変速用スリーブ１０ｂが、変速機用第一クラッチ３ｅの変速機用第一クラッチ爪３ｇと車軸５の間に配置される。
【０１０２】
ハブケース７外からの操作（外部操作）により、変速操作部１０ａを車軸５の軸周りに回転操作することにより、変速用スリーブ１０ｂを車軸５の軸周りに回転させ、変速を行うことを可能としている。
【０１０３】
変速用スリーブ１０ｂは、外面に切欠部１０ｄを有している。切欠部１０ｄは、車軸５の軸心に近づく方向に向かって凹む凹部となっている。
この切欠部１０ｄは、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、その車軸５周りの円周方向の両端部に、その切欠部１０ｄの外側に向かうにつれて徐々に外径側に向かうように傾斜する第一テーパ面１０ｅ及び第二テーパ面１０ｆを有している。
【０１０４】
また、変速制御機構１０は、その変速用スリーブ１０ｂとともに回転し、且つ、その変速操作部１０ａの回転ともに、一定の条件で軸方向へ移動する環状の変速用第二クラッチ切替部１０ｃが備えられている。
【０１０５】
変速用スリーブ１０ｂは、車軸５の周囲に設けられた第一弾性部材１０ｇにより、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）で示す反時計回りの方向に付勢されている。また、変速用第二クラッチ切替部１０ｃは、車軸５の周囲に設けられた第二弾性部材１０ｈにより、図１で示す左方向に付勢されている。なお、この実施形態では、第一弾性部材１０ｇ、第二弾性部材１０ｈとしてコイルバネを採用し、そのコイルバネを車軸５の周囲に配置しているが、板バネ、皿バネ等の他の構成からなる弾性部材を用いても良い。
【０１０６】
変速操作部１０ａを操作することにより、変速用スリーブ１０ｂが第一弾性部材１０ｇの付勢力に抗して、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す時計回りに回転すると、変速用第二クラッチ切替部１０ｃも同じく時計回りに回転する。
【０１０７】
このとき、図９に示すように、変速用第二クラッチ切替部１０ｃ内面に内径側に突出するように設けた案内部１０ｉが、車軸５の外周に設けた固定部材９の案内溝９ａにガイドされる。
【０１０８】
すなわち、第一弾性部材１０ｇの弾性力に抗して、変速機用第二クラッチ切替部１０ｃが、図９（ａ）に示すｙ方向へ回転（前記時計回り方向に相当）すると、その案内部１０ｉが案内溝９ａにガイドされて、車軸５の軸方向、つまり、図９（ａ）に示すｘ方向に移動し、図９（ｂ）に示す状態となる。このｘ方向への移動は、第二弾性部材１０ｈの付勢力に抗して軸方向に移動するような構造となっている。
【０１０９】
そして、さらに、変速機用第二クラッチ切替部１０ｃがｙ方向へ回転すると、その案内部１０ｉが、図９（ｂ）に示す位置から図９（ｃ）に示す位置へと移動する。
この位置で、案内部１０ｉは第二弾性部材１０ｈの付勢力によって案内溝９ａの内面９ｂに押し付けられ、変速機用第二クラッチ切替部１０ｃは動かないように保持される。
【０１１０】
逆に、この図９（ｃ）の位置から、変速用スリーブ１０ｂを、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す反時計回りに回転させると、変速機用第二クラッチ切替部１０ｃの案内部１０ｉは、図９（ｃ）に示す位置から−ｙ方向へ回転し、第二弾性部材１０ｈの付勢力によって案内溝９ａの内面９ｂに押し付けられながら、図９（ｂ）に示す位置を経て、その回転とともに車軸５の軸方向、つまり、図９（ａ）に示す−ｘ方向に移動し、図９（ａ）の位置に復帰する。案内部１０ｉは第二弾性部材１０ｈの付勢力によって案内溝９ａの内面に押し付けられ、変速機用第二クラッチ切替部１０ｃは動かないように保持される。
【０１１１】
変速機用第二クラッチ３ｈについては、この変速機用第二クラッチ切替部１０ｃの軸方向移動により、係合状態、及び係合解除状態とに切り替えられる。すなわち、図１や図２（ａ）に示すように、変速機用第二クラッチ切替部１０ｃが、全ての変速機用第二クラッチ爪３ｊから退避した位置にあれば、変速機用第二クラッチ３ｈは係合状態、すなわち、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して係合可能な状態となる。この状態は、例えば、図９（ａ）に示す状態に対応させることができる。
【０１１２】
また、図３や図４（ａ）に示すように、変速機用第二クラッチ切替部１０ｃが、変速機用第二クラッチ爪３ｊに当接した位置にあれば、その変速機用第二クラッチ切替部１０ｃが全ての変速機用第二クラッチ爪３ｊを外径側へ押し上げて、変速機用第二クラッチ３ｈは係合解除状態、すなわち、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して係合不能な状態となる。
この状態は、例えば、図９（ｂ）及び（ｃ）に示す状態に対応させることができる。
【０１１３】
また、変速機用第一クラッチ３ｅについては、変速用スリーブ１０ｂの円周方向への回転により、第一クラッチ部の第一爪部３ｇ−１の位置に変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｄが移動し、且つ、第二クラッチ部３ｅ−２の全ての第二爪部３ｇ−２の位置から切欠部１０ｄが退避すれば、第一爪部３ｇ−１は変速用スリーブ１０ｂによる揺動の拘束が解除され、図示しない弾性部材の付勢力によって変速機用クラッチ軸３ｋ周りに回転し、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して第一爪部３ｇ−１が第一カム面部３ｆ−１に係合可能となる。また、第二爪部３ｇ−２は変速用スリーブ１０ｂによりその揺動が拘束されているので、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して第二爪部３ｇ−２は第二カム面部３ｆ−２に係合不能となる。この状態は、例えば、図９（ｂ）に示す状態に対応させることができる。
【０１１４】
変速用スリーブ１０ｂの円周方向への回転により、第一クラッチ部の第一爪部３ｇ−１の位置から変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｄが退避し、且つ、第二クラッチ部３ｅ−２の全ての第二爪部３ｇ−２の位置に切欠部１０ｄが移動すれば、第一爪部３ｇ−１は変速用スリーブ１０ｂによりその揺動が拘束されているので、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して第一爪部３ｇ−１は第一カム面部３ｆ−１に係合不能となる。また、第二爪部３ｇ−２は変速用スリーブ１０ｂによる揺動の拘束が解除され、図示しない弾性部材の付勢力によって変速機用クラッチ軸３ｋ周りに回転し、駆動力又は逆入力のそれぞれに対して第二爪部３ｇ−２が第一カム面部３ｆ−２に係合可能となる。この状態は、例えば、図９（ｃ）に示す状態に対応させることができる。
【０１１５】
変速１段目（直結）の状態を、図１及び図２に示す。変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１及び第二クラッチ部３ｅ−２は、それぞれ、全ての第一爪部３ｇ−１、第二爪部３ｇ−２の変速用スリーブ１０ｂ側の端部が、その変速用スリーブ１０ｂに当接しており、弾性部材の付勢力に抗して、強制的に第二カム面部３ｆ−１、第二カム面部３ｆ−２と係合しない状態にその揺動が拘束されている。このため、変速機用第一太陽歯車３ａ−１及び変速機用第二太陽歯車３ａ−２は、車軸５の軸周りに相対回転可能となっている。
【０１１６】
一方、変速機用遊星キャリア３ｃと変速機用第二太陽歯車３ａ−２は、変速機用第二クラッチ３ｈによって、駆動力に対して相対回転不能となっている。したがって、リアスプロケット４から駆動力は、変速機用遊星キャリア３ｃ、変速機用遊星歯車３ｂ、ハブケース７（変速機用外輪歯車３ｄ）の順に等速で伝達される。
【０１１７】
変速２段目（増速１）の状態を図３及び図４に示す。変速制御機構１０の変速操作部１０ａを、外部操作により円周方向にある位置まで回転させることにより、変速用スリーブ１０ｂも円周方向に回転し、第一クラッチ部３ｅ−１の全ての第一爪部３ｇ−１の位置に変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｄが移動する。
【０１１８】
これにより、第一クラッチ部３ｅ−１の全ての第一爪部３ｇ−１は変速用スリーブ１０ｂによる拘束が解除され、そのうち、変速機用第一太陽歯車３ａ−１の回転方向と同方向、すなわち図中で時計回り方向に付勢された第一爪部３ｇ−１は、図示しない弾性部材の付勢力によって変速機用クラッチ軸３ｋ周りに回転し、その第一爪部３ｇ−１が第一カム面部３ｆ−１に係合可能となる。このため、変速機用第一太陽歯車３ａ−１は、駆動力に対して、車軸５に相対回転不能となる。
【０１１９】
一方、変速用第二クラッチ切替部１０ｃが、変速用スリーブ１０ｂの回転とともに軸方向へ（図９（ａ）に示す状態から図９（ｂ）に示す状態へ）移動することによって、変速用第二クラッチ切替部１０ｃに設けられたテーパ面１０ｊが、全ての変速機用第二クラッチ爪３ｊの変速用第二クラッチ切替部１０ｃ側の端部に接触し、その変速機用第二クラッチ爪３ｊは、変速機用第二クラッチカム面３ｉから切り離される。このため、変速機用遊星キャリア３ｃと変速機用第二太陽車３ａ−２は相対回転可能となる。
【０１２０】
この状態では、リアスプロケット４からの駆動力は、変速機用第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、変速機用外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、増速比
（ａ＋ｄ）／ｄ
でハブケース７に伝達される。
【０１２１】
変速３段目（増速２）の状態を図５及び図６に示す。変速制御機構１０の変速操作部１０ａを、外部操作によりさらに回転させることにより、変速用スリーブ１０ｂも円周方向に回転し、第二クラッチ部３ｅ−２の全ての第二爪部３ｇ−２の位置に変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｄが移動する。
【０１２２】
これにより、第二クラッチ部３ｅ−２の全ての第二爪部３ｇ−２は、変速用スリーブ１０ｂによる揺動の拘束が解除され、そのうち、変速機用第二太陽歯車３ａ−２の回転方向と同方向、すなわち図中で時計回り方向に付勢された第二爪部３ｇ−２は、図示しない弾性部材の付勢力によって変速機用クラッチ軸３ｋ周りに回転し、その第二爪部３ｇ−２が第二カム面部３ｆ−２に係合可能となる。このため、変速機用第二太陽歯車３ａ−２は、駆動力に対して、車軸５に相対回転不能となる。
【０１２３】
一方、第一クラッチ部３ｅ−１の全ての第一爪部３ｇ−１は、変速用スリーブ１０ｂ側の端部がその変速用スリーブ１０ｂに当接し、弾性部材の付勢力に抗して、強制的に第一カム面部３ｆ−１と係合しない状態にその揺動が拘束される。このとき、切欠部１０ｄに設けられた第二テーパ面１０ｆによって、係合が解除される方向にモーメントが負荷されるため、スムーズに係合が解除されて、変速機用第一太陽歯車３ａ−１は車軸５に相対回転可能となる。
【０１２４】
また、変速機用第二クラッチ３ｈの全ての変速機用第二クラッチ爪３ｊは、変速用第二クラッチ切替部１０ｃによって、変速機用第二クラッチカム面３ｉから切り離されているため、変速機用遊星キャリア３ｃと変速機用第二太陽歯車３ａ−２は相対回転可能となっている。変速用スリーブ１０ｂが、図９（ｂ）に示す状態から図９（ｃ）に示す状態へと移動する間、変速用第二クラッチ切替部１０ｃは車軸５の軸方向へ移動しないからである。
【０１２５】
この状態では、リアスプロケット４からの駆動力は、変速機用第二太陽歯車３ａ−２の歯数をａ、変速機用第一太陽歯車３ａ−１と噛み合う変速機用遊星歯車３ｂの歯数をｂ、変速機用第二太陽歯車３ａ−２と噛み合う変速機用遊星歯車３ｂの歯数をｃ、変速機用外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、増速比
［（ａ×ｂ）／（ｃ×ｄ）］＋１
でハブケース７に伝達される。
【０１２６】
シフトダウン時（変速３段目から２段目に戻す場合や、変速２段目から１段目に戻す場合）は、第一弾性部材１０ｇによって変速用スリーブ１０ｂが逆方向に回転するが、切欠部１０ｄの第一テーパ面１０ｅによって、第一カム面部３ｆ−１に係合している第一爪部３ｇ−１及び第二カム面部３ｆ−２に係合している第二爪部３ｇ−２を押し上げる力が強くなり、変速用スリーブ１０ｂが戻り易くなるため、スムーズな変速が可能となる。
【０１２７】
一方、駆動用モータ１５は、変速機構３、減速機構１６に対して軸方向に並列する位置に配置されている。駆動用モータ１５の出力は、減速機構１６を介して変速機用遊星キャリア３ｃに減速されて伝達される。さらに変速機用遊星キャリア３ｃからは、変速機構３によって増速されてハブケース７に伝達される。このときの増速比は、変速制御機構１０による変速機用第一クラッチ３ｅ、変速機用第二クラッチ３ｈの状態によって異なる。
【０１２８】
また、減速機構１６は、駆動用モータ１５の出力軸１５ａの外周に設けられた歯を減速機用太陽歯車１６ａとし、それに噛み合う二段の減速機用遊星歯車１６ｂ、モータハウジング１５ｂに対して軸受部１３及びツーウェイクラッチ３０を介して相対回転可能となっている減速機用外輪歯車１６ｄ、及び、減速機用遊星歯車１６ｂを保持する遊星キャリアとを備える。
【０１２９】
また、この減速機用の遊星キャリアは、変速機構３が備える変速機用遊星キャリア３ｃによって構成されている。すなわち、変速機用遊星歯車３ｂと減速機用遊星歯車１６ｂとが共通の軸１６ｃで、前記変速機用遊星キャリア３ｃに支持されている。変速機構の遊星キャリアと減速機構の遊星キャリアを共通化することにより、車軸方向のコンパクト化が図られている。
【０１３０】
なお、この実施形態では、駆動用モータ１５の出力軸１５ａと、前記車軸５とは、軸受２０によって同軸状に接続されている。その軸受２０によって、出力軸１５ａと車軸５とは、軸周り相対回転可能である。駆動用モータ１５の出力軸１５ａを、車軸５に対して軸受２０によって相対回転可能に支持することによって、車軸５と駆動用モータ１５の剛性が向上する効果が期待できる。
【０１３１】
ツーウェイクラッチ３０は、この実施形態では、ローラクラッチによって構成されている。その構成は、モータハウジング１５ｂの外面に設けた内輪３０ｃにローラクラッチカム面３０ｅが形成されている。そのローラクラッチカム面３０ｅ上には、保持器３０ｂによってローラ３０ａが保持されている。減速機用外輪歯車１６ｄの内面に、円筒状の外輪３０ｄが設けられており、前記ローラ３０ａは図示しない弾性部材によって、駆動用モータ１５からの駆動力に対して係合する方向に付勢されている（図１０の反時計回りの方向）。
【０１３２】
この状態では、駆動用モータ１５からの駆動力は、減速機用太陽歯車１６ａと噛み合う減速機用遊星歯車１６ｂの歯数をａ、減速機用外輪歯車１６ｄの歯数をｂ、減速機用太陽歯車１６ａの歯数をｃ、減速機用外輪歯車１６ｄと噛み合う減速機用遊星歯車１６ｂの歯数をｄとすると、減速機用太陽歯車１６ａから遊星キャリア３ｃへは減速比
［（ａ×ｂ）／（ｃ×ｄ）］＋１で伝達される。
【０１３３】
このように、駆動用モータ１５からの駆動力が、減速機用太陽歯車１６ａから変速機用遊星キャリア３ｃへ伝達されるのは、ツーウェイクラッチ３０により、減速機用外輪歯車１６ｄがモータハウジング１５ｂ周りにロックされているからである。
【０１３４】
図１０において、矢印ａは、駆動用モータ１５の駆動力における変速機用遊星キャリア３ｃの回転方向を、矢印ｂは、その際の減速機用遊星歯車１６ｂの回転方向を、矢印ｃは、ツーウェイクラッチ３０による減速機用外輪歯車１６ｄのモータハウジング１５ｂ周りのロック方向を、矢印ｄは、出力軸１５ａの回転方向を示している。
【０１３５】
一方、駆動用モータ１５からの駆動力が無い状態（アシストが無い状態）では、図１１に示すように、ペダル４０からの踏力及び駆動輪４５からの逆入力は、変速機用遊星キャリア３ｃを介して減速機用遊星歯車１６ｂに伝わる。
【０１３６】
図１１において、矢印ｅは、駆動用モータ１５からの駆動力が無い状態における、ペダル４０からの踏力及び駆動輪４５からの逆入力による変速機用遊星キャリア３ｃの回転方向を、矢印ｆは、その際の減速機用遊星歯車１６ｂの回転方向を、矢印ｇは、減速機用外輪歯車１６ｄのモータハウジング１５ｂ周りの回転方向（フリー）を示している。
【０１３７】
このとき、減速機用外輪歯車１６ｄの回転方向（トルク方向）はアシストがある状態とは逆になるため、ツーウェイクラッチ３０は係合しない。このため、減速機用外輪歯車１６ｄはモータハウジング１５ｂ周りにフリーで回転する（矢印ｇ参照）。減速機用外輪歯車１６ｄがモータハウジング１５ｂ周りにフリーで回転するため、駆動用モータ１５の出力軸１５ａにはトルクが伝達されることはなく、モータの引き摺り抵抗を受けずに前進することができる。
【０１３８】
これは、減速機用外輪歯車１６ｄがモータハウジング１５ｂに対して空回りし、トルクを受けることができないから、踏力は，駆動用モータ１５の出力軸１５ａには伝達されないからである。
【０１３９】
前進非駆動時は、駆動輪からの逆入力がハブケース７から、変速機用遊星歯車３ｂに伝達される。このとき、その逆入力は、変速制御機構１０によって、選択されている変速段に応じた減速比で変速機用遊星キャリア３ｃに伝達される。図７及び図８では、一例として変速２段目の状態を示している。この場合、変速機用第一太陽歯車３ａ−１が車軸５に相対回転不能となっているため、ハブケース７からの逆入力は、変速機用第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、変速機用外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、減速比
（ａ＋ｄ）／ｄ
で変速機用遊星キャリア３ｃに伝達される。
【０１４０】
その結果、駆動輪４５からの逆入力は、変速機構３を介して減速されて変速機用遊星キャリア３ｃに伝達され、さらに、減速機構１６を介して駆動用モータ１５に増速されて伝達され、回生充電可能となる。
【０１４１】
このとき、保持器３０ｂに連結された切替装置３０ｆを車軸５外から操作することにより、図１２に示すように、ローラ３０ａが逆入力に対して係合する方向に付勢された状態にできる（図１２の時計回りの方向）。これにより、減速機用遊星歯車１６ｂは逆入力に対してモータハウジング１５ｂに固定され、逆入力は増速されて出力軸１５ａに伝達され、回生発電可能となる。
【０１４２】
この切替装置３０ｆは、保持器３０ｂに対する前記付勢（図示しない弾性部材による逆入力に対して係合する方向への付勢）による、その保持器３０ｂの係合方向への移動を規制したり、あるいはその規制を解除できるものである。すなわち、保持器３０ｂの周方向への移動を規制した状態とすることにより、逆入力が入力されてもツーウェイクラッチ３０がロックしないようにでき、また、規制を解除することにより、逆入力が入力された際にツーウェイクラッチ３０がロックするように設定できるものである。
【０１４３】
図１２において、矢印ｈは、駆動用モータ１５の駆動力における変速機用遊星キャリア３ｃの回転方向を、矢印ｉは、その際の減速機用遊星歯車１６ｂの回転方向を、矢印ｊは、ツーウェイクラッチ３０による減速機用外輪歯車１６ｄのモータハウジング１５ｂ周りのロック方向を、矢印ｋは、出力軸１５ａの回転方向を示している。
【０１４４】
これにより、減速機用外輪歯車１６ｄは、逆入力に対してモータハウジング１５ｂに固定され、逆入力は増速されて出力軸１５ａに伝達され、回生発電可能となる。
【０１４５】
なお、後退時（自転車を手で押してバックするような状態）に関しては、変速制御機構１０の操作により、係合可能な変速用クラッチが、変速機用第一クラッチ３ｅの第一クラッチ部３ｅ−１、第二クラッチ部３ｅ−２、及び変速機用第二クラッチ３ｈの中で常に一つである。このため、各クラッチ同士が干渉することはない。従って、いずれの変速段においても後退が可能である。
【０１４６】
以上のように、リアスプロケット４からの駆動力（踏力）は増速されて駆動輪４５に伝達される。また、駆動用モータ１５からの駆動力は、減速機構１６を介して減速されて変速機用遊星キャリア３ｃに伝達され、その後、変速機構３を介して増速されて駆動輪４５に伝達される。
一方、駆動輪４５からの逆入力は、切替装置３０ｆを操作することにより、変速機構３で減速されて伝達され、さらに、減速機構１６により増速されて駆動用モータ１５に伝わり、回生充電が可能な状態となる。
【０１４７】
さらに、減速機用外輪歯車１６ｄとモータハウジング１５ｂとの間に、車軸５外からの操作によって係合方向を切替可能なツーウェイクラッチ３０を設けることにより、前進駆動時にアシストが無い状態ではモータの引き摺り抵抗を切り離して快適に走行することが可能となり、前進非駆動時にツーウェイクラッチを逆方向に係合させることにより回生発電を行うことができ、任意に回生の切替が可能となる。また、直結と複数段の増速を備えた変速機構とすることによって、コンパクトな構造で変速比を大きくすることが可能となる。
【０１４８】
なお、この実施形態では、変速機用遊星歯車３ｂの段数を二段として、直結状態と合わせて合計三段の変速機構３としているが、この変速機用遊星歯車３ｂの段数は、一段又は三段以上とすることもできる。
【０１４９】
また、変速制御機構１０の他の構成としては、例えば、前記変速用スリーブ１０ｂを車軸５に対して軸方向に移動操作するものも考えられる。すなわち、変速用スリーブ１０ｂを前記車軸５の軸方向に移動させることにより、前記切欠部が前記変速機用クラッチ爪の位置と前記変速機用クラッチ爪の位置から退避した位置との間で移動し、その移動によって、変速機用第一クラッチ３ｅや変速機用第二クラッチ３ｈの切り替えが行われる構成である。
【０１５０】
また、これらの実施形態では、ラチェットクラッチで構成された変速機用第一クラッチ３ｅにおいて、そのラチェットクラッチの各クラッチ爪のクラッチカム面への噛合を、変速用スリーブ１０ｂによって係合できる状態と係合できない状態とに切り替える方式を採用したが、車軸５と変速機用太陽歯車３ａとを相対回転可能、相対回転不能とに切り替える手段としては、その他の構成を採用してもよい。また、変速機構として、公知の自転車の変速機構を用いてもよい。
【０１５１】
また、この実施形態では、変速機用第一クラッチ３ｅ、変速機用第二クラッチ３ｈは、それぞれラチェットクラッチを採用しているが、ローラクラッチ、スプラグクラッチ等、他の構成からなるクラッチを採用することもできる。また、ツーウェイクラッチ３０としてローラクラッチを採用したが、スプラグクラッチを採用することもできる。
【０１５２】
また、このツーウェイクラッチ３０に代えて、ラチェットクラッチ、ローラクラッチ、スプラグクラッチ機構等を用いたワンウェイクラッチを採用することもできる。ツーウェイクラッチ３０に代えてワンウェイクラッチを採用する場合は、駆動用モータ１５からの駆動力が無い状態における、ペダル４０からの踏力及び駆動輪４５からの逆入力に対し、そのワンウェイクラッチが係合しないように設定することができる。
これにより、減速機用外輪歯車１６ｄ及び減速機用遊星歯車１６ｂはモータハウジング１５ｂ周りにフリーで回転するため、駆動用モータ１５の出力軸１５ａにはトルクが伝達されることはなく、モータの引き摺り抵抗を受けずに前進することができる。
【符号の説明】
【０１５３】
１  リアハブ（ハブ）
３  変速機構
３ａ  変速機用太陽歯車
３ａ−１  変速機用第一太陽歯車
３ａ−２  変速機用第二太陽歯車
３ｂ  変速機用遊星歯車
３ｃ  変速機用遊星キャリア
３ｄ  変速機用外輪歯車
３ｅ  変速機用第一クラッチ
３ｅ−１  第一クラッチ部
３ｅ−２  第二クラッチ部
３ｆ  変速機用第一クラッチカム面
３ｆ−１  第一カム面部
３ｆ−２  第二カム面部
３ｇ  変速機用第一クラッチ爪
３ｇ−１  第一爪部
３ｇ−２  第二爪部
３ｈ  変速機用第二クラッチ
３ｉ  変速機用第二クラッチカム面
３ｊ  変速機用第二クラッチ爪
３ｋ，３ｍ  変速機用クラッチ軸
４  スプロケット（入力部材）
５  車軸
６  ハブフランジ
７  ハブケース
８  ワンウェイクラッチ
１０  変速制御機構
１０ａ  操作部
１０ｂ  変速用スリーブ
１０ｃ  変速機用第二クラッチ切替部
１０ｄ  切欠部
１０ｅ，１０ｆ  テーパ面
１０ｇ  第一弾性部材
１０ｈ  第二弾性部材
１０ｉ  案内部
１１，１２，１３，１４  軸受部
１５  駆動用モータ
１５ａ  出力軸
１５ｂ  モータハウジング
１６  減速機構
１６ａ  減速機用太陽歯車
１６ｂ  減速機用遊星歯車
１６ｃ  軸
１６ｄ  減速機用外輪歯車
２０  軸受
３０  ツーウェイクラッチ
３０ａ  ローラ
３０ｂ  保持器
３０ｃ  内輪
３０ｄ  外輪
３０ｅ  ローラクラッチカム面
３０ｆ  切替装置
【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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