JP2018159442A - 電動補助車両用動力ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電動補助車両用動力ユニットにおいて、ハブケース及び変速リングギヤ間の第１ワンウェイクラッチと、変速リングギヤ及び変速キャリア間の第２ワンウェイクラッチとが、互いに軸方向にずれた位置で変速リングギヤ上に直列配置される新規構造に関連して動力ユニットの小型化を図る。【解決手段】変速機構部Ｔは、ハブ軸１１に対し固定状態と相対回転可能状態とに切換え可能な変速サンギヤ２３と、踏力が入力される変速キャリア２２と、変速リングギヤ２５からハブケースＨ側へのみ動力伝達する第１ワンウェイクラッチＣ１と、キャリア延出部２２Ｂａと変速リングギヤ２５間に介装されてキャリア延出部から変速リングギヤ側へのみ動力伝達する第２ワンウェイクラッチＣ２と、キャリア延出部とハブケースＨ間のハブ支持用軸受Ｂ２とを備え、軸受Ｂ２の少なくとも一部が第２ワンウェイクラッチＣ２の少なくとも一部と軸方向で同一位置にある。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両、特にハブ軸に回転可能に支持される車輪のハブケースに、ペダルから入力された踏力を変速可能にハブケースに伝達する変速機構部と、モータの駆動力をハブケースに出力するモータ駆動系とが軸方向に並んで収容される電動補助車両用動力ユニットに関する。

尚、本発明及び本明細書において、「軸方向」及び「径方向」は、それぞれハブ軸を基準にした軸方向及び径方向をいう。

上記電動補助車両用動力ユニットとして、例えば変速機構部が、ハブ軸に支持されて切換手段によりハブ軸に対し固定状態と回転可能状態とに切換え可能な変速サンギヤと、ペダル踏力が入力される変速キャリアと、変速キャリアに回転可能に支持されて変速サンギヤに噛合する変速遊星ギヤと、変速遊星ギヤに噛合する変速リングギヤと、変速リングギヤ及びハブケース間に介装されて、変速リングギヤからハブケース側へのみ動力伝達を可能とする第１ワンウェイクラッチと、第１ワンウェイクラッチとは軸方向にずれた位置で変速キャリア及びハブケース間に介装されて、変速キャリアからハブケース側へのみ動力伝達を可能とする第２ワンウェイクラッチと、変速キャリア及びハブケース間に介装されるハブ支持用軸受とを備えるものが知られている（例えば下記特許文献１を参照）。

特許第４４３７６２３号公報

ところで上記従来構造では、第１，第２ワンウェイクラッチ及びハブ支持用軸受の三者が軸方向で並んで配置されるため、それだけ変速機構部が軸方向に嵩張ってしまい、従って、動力ユニットの小型化を図る上で不利である。

また上記従来構造では、ハブケースの、変速機構部側の一端壁部に、モータ駆動系からの動力を受ける被動部に加えて、第１，第２ワンウェイクラッチからの被動部も各々設ける必要がある。従って、荷重負担の大きい都合３系統の被動部を一端壁部に別々に、しかも一端壁部の剛性強度を確保しつつ設ける必要が有ることから、一端壁部の大型化や構造複雑化を招く要因となり、これまた動力ユニットの小型化を図る上で不利である。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、変速リングギヤ上に第１，第２ワンウェイクラッチを配置した新規構造に基づいて小型化を達成可能とした電動補助車両用動力ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ハブ軸に回転可能に支持される車輪のハブケースに、ペダルから入力された踏力を変速可能に該ハブケースに伝達する変速機構部と、モータの駆動力を該ハブケースに出力するモータ駆動系とが軸方向に並んで収容される電動補助車両用動力ユニットであって、前記変速機構部は、前記ハブ軸に支持されて、切換手段により該ハブ軸に対し固定状態と回転可能状態とに切換え可能な変速サンギヤと、前記踏力が入力される変速キャリアと、前記変速キャリアに回転可能に支持されて前記変速サンギヤに噛合する変速遊星ギヤと、前記変速遊星ギヤに噛合する変速リングギヤと、前記変速リングギヤ及び前記ハブケース間に介装されて、該変速リングギヤから該ハブケース側へのみ動力伝達を可能とする第１ワンウェイクラッチと、前記変速リングギヤよりも大径に形成されて前記変速キャリアより延出するキャリア延出部と、前記第１ワンウェイクラッチとは軸方向にずれた位置で前記キャリア延出部の内周と前記変速リングギヤの外周との間に介装されて、該キャリア延出部から該変速リングギヤ側へのみ動力伝達を可能とする第２ワンウェイクラッチと、前記キャリア延出部の外周と前記ハブケースとの間に介装されるハブ支持用軸受とを備え、前記ハブ支持用軸受の少なくとも一部が前記第２ワンウェイクラッチの少なくとも一部と軸方向で同一位置にあることを第１の特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明は、ハブ軸に回転可能に支持される車輪のハブケースに、ペダルから入力された踏力を変速可能に該ハブケースの一端壁部に伝達する変速機構部と、モータの駆動力を前記一端壁部に出力するモータ駆動系とが軸方向に並んで収容される電動補助車両用動力ユニットであって、前記変速機構部は、前記ハブ軸に支持されて切換手段により該ハブ軸に対し固定状態と相対回転可能な状態とに切換え可能な変速サンギヤと、前記踏力が入力される変速キャリアと、前記変速キャリアに回転可能に支持されて前記変速サンギヤに噛合する変速遊星ギヤと、前記変速遊星ギヤに噛合する変速リングギヤと、前記変速リングギヤと前記一端壁部との間に介装されて、該変速リングギヤから該一端壁部側へのみ動力伝達を可能とする第１ワンウェイクラッチと、前記変速リングギヤよりも大径に形成されて前記変速キャリアより一体に延出するキャリア延出部と、前記第１ワンウェイクラッチとは軸方向にずれた位置で前記キャリア延出部と前記変速リングギヤとの対向周面間に介装されて、該キャリア延出部から該変速リングギヤ側へのみ動力伝達を可能とする第２ワンウェイクラッチとを備え、前記ハブケースの前記一端壁部には、前記モータ駆動系からの動力が入力される被動部が設けられることを第２の特徴とする。

また本発明は、第１又は第２の特徴に加えて、前記変速リングギヤは、前記変速遊星ギヤと噛合する内歯を有するリングギヤ本体部と、前記リングギヤ本体部から軸方向で前記モータ駆動系とは反対側に延びるリングギヤ延出部とを有しており、前記第２ワンウェイクラッチは、前記リングギヤ延出部の外周と前記キャリア延出部の内周との間に介装されることを第３の特徴とする。

また本発明は、第３の特徴に加えて、前記リングギヤ延出部の内周と前記変速キャリアとの対向周面間に介装される変速リングギヤ支持用軸受を備え、前記変速リングギヤ支持用軸受の少なくとも一部は、前記第２ワンウェイクラッチの少なくとも一部と軸方向で同一位置にあることを第４の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、ハブケース及び変速リングギヤ間に介装した第１ワンウェイクラッチと、変速リングギヤ及び変速キャリア間に介装した第２ワンウェイクラッチとが、互いに軸方向にずれた位置で変速リングギヤ上に配置され、更に変速キャリアとハブケース間に介装されるハブ支持用軸受が、第２ワンウェイクラッチの少なくとも一部と軸方向で同一位置となるようにして第２ワンウェイクラッチの周囲を取り囲むので、第１及び第２ワンウェイクラッチ、並びにハブ支持用軸受の三者が軸方向に並ぶ従来構造に比べて変速機構部が軸方向に小型化され、これにより、動力ユニットの小型化に寄与することができる。

また第２の特徴によれば、ハブケースの一端壁部及び変速リングギヤ間に介装した第１ワンウェイクラッチと、変速リングギヤ及び変速キャリア間に介装した第２ワンウェイクラッチとが、互いに軸方向にずれた位置で変速リングギヤ上に配置され、ハブケースの一端壁部には、モータ駆動系からの動力が入力される被動部が設けられるので、ハブケースの一端壁部において動力を受ける被動部としては、モータ駆動系からの被動部と第１ワンウェイクラッチからの被動部とを設けるだけで済み、それだけ一端壁部の小型化や構造簡素化が図られ、動力ユニットの小型化に寄与することができる。

また特に第３の特徴によれば、変速リングギヤは、変速遊星ギヤと噛合する内歯を有するリングギヤ本体部と、リングギヤ本体部から軸方向でモータ駆動系とは反対側に延びるリングギヤ延出部とを有し、第２ワンウェイクラッチは、リングギヤ延出部の外周とキャリア延出部の内周との間に介装されるので、第１，第２ワンウェイクラッチの軸方向合計幅が変速遊星ギヤの歯幅より長くなっても、両クラッチを、互いに軸方向に隣接させた状態で変速リングギヤ上に無理なく直列配置することができる。

また特に第４の特徴によれば、リングギヤ延出部の内周と変速キャリアとの対向周面間に介装される変速リングギヤ支持用軸受を備え、変速リングギヤ支持用軸受の少なくとも一部は、第２ワンウェイクラッチの少なくとも一部と軸方向で同一位置にあるので、変速リングギヤは、これが第１，第２ワンウェイクラッチの直列配置に伴い軸方向に長くなっても、変速リングギヤ支持用軸受を介して変速キャリアに安定よく支持され、従って、変速リングギヤと噛合する変速遊星ギヤがスムーズに回転可能となる。しかも変速リングギヤ支持用軸受は、これがリングギヤ延出部と径方向に一部オーバラップすることで、該軸受の軸方向張出しが抑えられるため、動力ユニットの軸方向小型化に寄与することができる。

本発明の第１実施形態における電動補助自転車用動力ユニットの全体縦断面図 図１の２矢視部拡大図 図１の３矢視部拡大図（図４の３−３線断面図） ハブ軸に対する変速サンギヤのロック状態を示すものであって、（Ａ）は、図３の４Ａ−４Ａ線断面図、（Ｂ）は図３の４Ｂ−４Ｂ線断面図である ハブ軸に対する変速サンギヤのアンロック状態を示すものであって、（Ａ）は、図４の（Ａ）対応図、（Ｂ）は、図４の（Ｂ）対応図である 本発明の第２実施形態を示す図２対応図 本発明の第３実施形態を示す図２・図６対応図

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて以下に説明する。

先ず、図１〜図５に基づいて、本発明の電動補助車両用動力ユニットの第１実施形態を説明する。

電動補助車両用動力ユニットの一例である電動補助自転車用動力ユニットＵは、電動自転車の車輪、例えば後輪を支持する車軸として機能する単一のハブ軸１１と、後輪のハブ部として機能すべくハブ軸１１に回転可能に支持されるハブケースＨと、ハブケースＨに収容されて、ペダルから入力された踏力を変速可能にハブケースＨに伝達する変速機構部Ｔと、ハブケースＨ内で変速機構部Ｔに対し軸方向に隣接配置されてハブケースＨを電動で駆動し得るモータ駆動系ＭＤとを備える。

ハブ軸１１は、本実施形態では鍛造又は機械加工により一体物の軸として形成される。ハブ軸１１の両端部は、図示はしないが、従来周知の電動自転車と同様に、左右のリヤフォークに嵌挿、支持され、且つナット等の締結手段で結合、固定される。

ハブケースＨは、一端が開放され且つ他端に端壁部Ｈｍｂを一体に有する有底円筒状のハブケース本体Ｈｍと、ハブケース本体Ｈｍの開放された一端部Ｈｍｅに着脱可能に結合される環状の端壁部材Ｈｅとを備える。

端壁部材Ｈｅは、本実施形態では製作加工を容易化するために、例えば円環状の第１端壁部材半体Ｈｅ１と、第１端壁部材半体Ｈｅ１を囲繞するようにして第１端壁部材半体Ｈｅ１の外周部に嵌合、固定される第２端壁部材半体Ｈｅ２とより分割構成される。第２端壁部材半体Ｈｅ２の外周部はハブケース本体Ｈｍの一端部Ｈｍｅにインロー嵌合される。第１，第２端壁部材半体Ｈｅ１，Ｈｅ２の相互間は、適当な結合手段、例えば圧入、溶接、螺合等により結合してもよく、或いは一体に形成してもよい。

端壁部材Ｈｅのハブケース本体Ｈｍへの結合手段は、本実施形態では端壁部材Ｈｅ（より具体的には第２端壁部材半体Ｈｅ２）を貫通してハブケース本体Ｈｍの一端部Ｈｍｅの外周ボス部に螺挿される複数のボルト１４で構成されるが、その他の適当な結合手段、例えば圧入も採用可能である。ハブケース本体Ｈｍの外周部には、後輪のスポーク（図示せず）が固定される。

ハブケースＨは、これの端壁部Ｈｍｂがハブ支持用第１軸受Ｂ１を介して、また端壁部材Ｈｅがハブ支持用第２軸受Ｂ２を介してそれぞれハブ軸１１に回転自在に支持される。

その支持構造をより具体的に説明すると、ハブ軸１１には、ハブ支持用第１軸受Ｂ１を端壁部Ｈｍｂ内周との間で保持するハブ支持リング１５ｒが、支持ナット１５ｎを介して支持される。支持ナット１５ｎは、ハブ支持リング１５ｒの内周部を嵌合、支持するものであって、ハブ軸１１に螺合され、その螺合位置はロックナット１６で固定される。而して、端壁部Ｈｍｂをハブ支持用第１軸受Ｂ１及びハブ支持リング１５ｒを介してハブ軸１１に支持させる組立工程では、支持ナット１５ｎによりハブ支持用第１軸受Ｂ１に対する予圧を調整可能である。

またハブ軸１１には、ハブ支持用第２軸受Ｂ２を端壁部材Ｈｅ（より具体的には第１端壁部材半体Ｈｅ１）内周との間で保持する、変速機構部Ｔの変速キャリア２２が、後述するようにキャリア支持用軸受Ｂ３を介して回転可能に支持される。

尚、ハブ支持用第１，第２軸受Ｂ１，Ｂ２は、ハブ軸１１と直交する投影面で見て、モータ駆動系ＭＤ（従ってモータＭ）の外径よりも径方向内方側に配置される。

次に変速機構部Ｔの一例を説明する。変速機構部Ｔは、ペダルからの踏力が入力される入力部材としての被動スプロケット２１と、被動スプロケット２１に一体に回転するよう結合されてハブ軸１１上を回転可能な変速キャリア２２と、ハブ軸１１の外周に回転自在に嵌合、支持された変速サンギヤ２３と、変速サンギヤ２３及びハブ軸１１間に介装されて変速サンギヤ２３をハブ軸１１に固定状態と回転可能状態とに切換え可能な切換手段としてのシフト機構Ｓと、変速キャリア２２に回転可能に支持されて変速サンギヤ２３に噛合する複数の変速遊星ギヤ２４と、変速遊星ギヤ２４に噛合する変速リングギヤ２５と、変速サンギヤ２３のハブ軸１１に対する前記固定状態では変速キャリア２２に入力された踏力を変速遊星ギヤ２４及び変速リングギヤ２５を介してハブケースＨの端壁部材Ｈｅに伝達させ、また前記回転可能状態では上記踏力を変速遊星ギヤ２４を介さずに端壁部材Ｈｅに伝達させる一方向伝動機構ＯＴとを備える。

被動スプロケット２１には、被動スプロケット２１を含むチェーン伝動機構を介してペダルの踏力が回転力として伝達され、その回転力が変速キャリア２２に伝わり、更に変速機構部Ｔを介してハブケースＨに伝達されて後輪を駆動する。

変速キャリア２２は、本実施形態では製作加工を容易化するために、例えば円筒状の第１キャリア半体２２Ａと、円板状の第２キャリア半体２２Ｂとより分割構成される。第１キャリア半体２２Ａの一端部２２Ａａは、キャリア軸２７の両端部を支持するキャリア軸支持壁部を一体に有しており、これにより、一端部２２Ａａは、キャリア軸２７、変速遊星ギヤ２４及び変速サンギヤ２３を介してハブ軸１１に支持される。一方、第１キャリア半体２２Ａの他端部２２Ａｂの内周と、ハブ軸１１外周に相対回転不能に嵌着（例えば圧入）されるストッパリング１７の外周との間にはキャリア支持用軸受Ｂ３が介装されており、これより、他端部２２Ａｂは、キャリア支持用軸受Ｂ３を介してハブ軸１１に回転自在に支持される。

また第１キャリア半体２２Ａの軸方向中間部の外周には、第２キャリア半体２２Ｂの内周部が圧入により嵌合、固定される。更に第１キャリア半体２２Ａの外周には、第２キャリア半体２２Ｂに隣接する被動スプロケット２１の各内周部がスプライン嵌合され、且つワッシャ２８及び止め輪２９により固定される。

尚、被動スプロケット２１の固定手段として、止め輪２９に代えて、他の適当な固定手段、例えばナットを使用してもよい。尚また、第１，第２キャリア半体２２Ａ，２２Ｂの相互は、他の適当な結合手段、例えば溶接、螺合、接着等により結合してもよく、或いは一体に形成してもよい。

また第２キャリア半体２２Ｂの外周部の軸方向内側面には、モータＭ側に延びる円筒状のキャリア延出部２２Ｂａが一体に突設され、キャリア延出部２２Ｂａは、変速リングギヤ２５よりも大径の円筒状に形成される。そして、キャリア延出部２２Ｂａの外周と、端壁部材Ｈｅ（より具体的には第２端壁部材半体Ｈｅ２）の内周との対向周面間には、前述のハブ支持用第２軸受Ｂ２が介装される。

変速リングギヤ２５は、変速遊星ギヤ２４と噛合する内歯２５ｍｇを有するリングギヤ本体部２５ｍと、リングギヤ本体部２５ｍから軸方向でモータ駆動系ＭＤとは反対側に延びるリングギヤ延出部２５ａとを一体に有しており、リングギヤ延出部２５ａは、キャリア延出部２２Ｂａにより同心状に囲繞される。リングギヤ延出部２５ａの内周と変速キャリア２２（より具体的には第１キャリア半体２２Ａの一端部２２Ａａ）外周との対向周面間には、変速リングギヤ支持用軸受Ｂ４が介装される。

次に一方向伝動機構ＯＴの一例を説明する。一方向伝動機構ＯＴは、変速リングギヤ２５及び端壁部材Ｈｅ間に設けられて、変速リングギヤ２５から端壁部材Ｈｅ側へのみ動力伝達を可能とする第１ワンウェイクラッチＣ１と、第１ワンウェイクラッチＣ１とは軸方向にずれた位置で変速キャリア２２及び変速リングギヤ２５間に設けられて、変速キャリア２２から変速リングギヤ２５側へのみ動力伝達を可能とする第２ワンウェイクラッチＣ２とを備える。

特に本実施形態において、第１ワンウェイクラッチＣ１は、リングギヤ本体部２５ｍの外周と第１端壁部材半体Ｈｅ１の内周ボス部６３との対向周面間に介装され、また第２ワンウェイクラッチＣ２は、キャリア延出部２２Ｂａの内周とリングギヤ延出部２５ａの外周との対向周面間に介装される。

而して、第２ワンウェイクラッチＣ２の少なくとも一部（本実施形態では大部分）と、変速リングギヤ支持用軸受Ｂ４の少なくとも一部（本実施形態では全部）とは軸方向で同一位置にあり、即ち径方向にオーバラップした配置である。また第２ワンウェイクラッチＣ２の少なくとも一部（本実施形態では全部）と、ハブ支持用第２軸受Ｂ２の少なくとも一部（本実施形態では大部分）とは軸方向で同一位置にあり、即ち径方向にオーバラップした配置である。

第１，第２ワンウェイクラッチＣ１，Ｃ２は、従来周知のワンウェイクラッチ構造と同様の構造を有するものであって、図示はしないが、例えば、インナレース及びアウタレース相互の対向周面のうちの何れか一方の周面に間隔をおいて設けられる複数の係合溝と、その何れか他方の周面に揺動可能に軸支されて係合溝に係脱可能な係合子（例えばラチェット爪）と、各係合子を係合溝との係止方向に弾発するばねとを備える。尚、インナレース及びアウタレースは、第１，第２ワンウェイクラッチＣ１，Ｃ２が設けられる部材と別体、後付けでもよいし、或いは一体に形成してもよい。

また、本実施形態では、変速リングギヤ２５における第１，第２ワンウェイクラッチＣ１，Ｃ２の取付面となるリングギヤ本体部２５ｍ及びリングギヤ延出部２５ａの各外周面が同一径である。また端壁部材Ｈｅにおける第１ワンウェイクラッチＣ１の取付面となる第１端壁部材半体Ｈｅ１の内周ボス部６３の内周面と、変速キャリア２２における第２ワンウェイクラッチＣ２の取付面となるキャリア延出部２２Ｂａの内周面も同一径である。従って、第１，第２ワンウェイクラッチＣ１，Ｃ２は、同一仕様の部品を使用可能となり、部品共通化によるコスト節減が図られる。但し、第１，第２ワンウェイクラッチＣ１，Ｃ２は、動力伝達方向が互いに逆向きであるため、第１ワンウェイクラッチＣ１における係合子及び係合溝の周方向の向きは、第２ワンウェイクラッチＣ２のそれとは互いに逆向きに設定される。

次にシフト機構Ｓの一例を、主として図３〜図５を参照して説明する。

シフト機構Ｓは、変速サンギヤ２３の内周面に周方向に間隔をおいて凹設された複数のラチェット溝２３ａと、ハブ軸１１の外周面に周方向に間隔をおいて凹設された複数の爪収納孔１１ａと、爪収納孔１１ａに起伏揺動可能に嵌合、支持され且つその起伏揺動により爪本体部４１ａの爪先部分４１ａｓがラチェット溝２３ａに係脱し得るラチェット爪４１と、ラチェット爪４１をラチェット溝２３ａへの係合方向（即ちラチェット爪４１の起立方向）に常時付勢すべくハブ軸１１外周に弾性収縮状態で嵌装され且つラチェット爪４１の中間部４１ｍ外周に圧接するリングばね４２と、ラチェット爪４１の基端部４１ｂの爪先部分４１ｂｓが出没可能な凹部４３１ｉを内周面に有すると共に所定のロック位置・アンロック位置間を回動可能としてハブ軸１１外周に嵌合支持される操作ドラム４３と、操作ドラム４３をアンロック位置（即ち図５（Ｂ）の位置）側に回動付勢すべく操作ドラム４３に可動端４４ａを係止させる捩じりばねよりなる戻しばね４４と、ハブ軸１１外周に相対回転不能に嵌着（例えば圧入）されて戻しばね４４の固定端４４ｂを係止させるばね受けリング４５と、操作ドラム４３の外端に隣接配置されてハブ軸１１外周に相対回転不能に嵌着（例えば圧入）される操作ドラム抜止め用の固定リング４６とを備えている。

操作ドラム４３は、相対回転不能に相互が連結（例えば噛み合い結合）される第１，第２ドラム半体４３１，４３２より分割構成される。第２ドラム半体４３２の外端からは、操作ドラム４３の周方向に間隔をおいて並ぶ複数の操作杆部４３２ｔが軸方向外方側に一体に延出している。そして、各操作杆部４３２ｔは、固定リング４６及びストッパリング１７の各内周面にそれぞれ凹設した挿通溝を緩く貫通して変速キャリア２２の外方に突出する。操作杆部４３２ｔは、後述する操作ユニットＣＵにより操作ドラム４３をロック位置・アンロック位置間で回動操作できるようになっている。

而して、操作ドラム４３が、図５（Ｂ）に示すアンロック位置に保持されるときは、操作ドラム４３に連動するラチェット爪４１の爪本体部４１ａがリングばね４２の付勢力に抗してラチェット溝２３ａから離脱した状態（即ち爪収納孔１１ａへの収納状態）におかれる。これにより、変速サンギヤ２３がハブ軸１１に対し回転可能状態となり、変速遊星ギヤ２４も変速サンギヤ２３と同様、フリー回転可能である。そのため、踏力に応動した変速キャリア２２の回転は、第２ワンウェイクラッチＣ２、変速リングギヤ２５、第１ワンウェイクラッチＣ１を経て端壁部材Ｈｅ従ってハブケースＨに直接（即ち変速遊星ギヤ２４を介さずに）伝達される。かくして、変速機構部Ｔにおいて第１速が確立する。

それに対し、操作ドラム４３が戻しばね４４に抗して図４（Ｂ）に示すロック位置に保持されるときは、操作ドラム４３より解放されたラチェット爪４１が、リングばね４２の付勢力に基づきラチェット溝２３ａへの係止状態に切換わるため、変速サンギヤ２３がハブ軸１１に対し接続即ち固定状態となって回転不能となる。これにより、変速サンギヤ２３と噛合する変速遊星ギヤ２４が、変速キャリア２２の回転に伴いハブ軸１１回りを公転しつつ変速キャリア軸２７回りを自転するため、変速キャリア２２の回転は、変速遊星ギヤ２４で増速されて変速リングギヤ２５に伝達され、その増速された変速リングギヤ２５の回転が第２ワンウェイクラッチＣ２を経て端壁部材Ｈｅ従ってハブケースＨに伝達される。かくして、変速機構部Ｔにおいて第１速よりも増速された第２速が確立する。

ところでハブ軸１１の外周には、シフト機構Ｓを切換操作するための操作ユニットＣＵのユニットケースＣＵｃが、変速キャリア２２の軸方向外方側に隣接した位置でナット１８により固定される。ユニットケースＣＵｃ内には、シフト機構Ｓの操作杆部４３２ｔに係合して操作ドラム４３を回動操作し得る作動板７１が回動可能に収容、支持される。

作動板７１には、ユニットケースＣＵｃ外に張り出して作動板７１を回動操作可能な操作レバー７２が連結され、操作レバー７２は、外部から遠隔操作可能である。従って、乗員は、手元操作で操作ユニットＣＵを操作でき、その操作入力に基づいてシフト機構Ｓの操作ドラム４３をロック位置・アンロック位置の何れかに選択的に切換えることにより、前述の第１速と第２速の変速切換操作を任意に行うことができる。

次にモータ駆動系ＭＤの一例を説明する。モータ駆動系ＭＤは、電動式のモータＭと、モータＭの駆動力を減速してハブケースＨの端壁部材Ｈｅに伝達する減速機構部Ｒとを備える。

モータＭは、例えば、一端部３１ａが開放され且つ端壁部材Ｈｅに対向する有底円筒状のモータケース３１と、モータケース３１の胴部内周面に固着したステータ３２と、ステータ３２の径方向内方側に配置される永久磁石付きロータ３３と、ロータ３３を外周部に固定する円筒状のモータ軸３４とを備える。モータ軸３４は、ハブ軸１１外周に一対のモータ軸支持用第１，第２軸受Ｂ５，Ｂ５′を介して回転自在に嵌合、支持される。

モータケース３１の底壁となる端壁部３１ｂの、ボス状をなす内周部は、例えばハブ軸１１の外周に嵌合固定（本実施形態では圧入）したボス部材３５の外周に嵌合固定（本実施形態ではスプライン圧入）される。尚、本実施形態とは異なる固定手段（例えば、スプラインと止め輪の併用、螺合等）により、端壁部３１ｂの内周部をハブ軸１１外周に固定してもよい。

またモータケース３１の端壁部３１ｂ外面には、モータＭ（より具体的にはステータ３２のコイル部）への通電制御を行う電子制御装置ＥＣＵが付設される。電子制御装置ＥＣＵから延びる配線は、ハブ支持リング１５ｒの貫通孔を通して外部に引き出される。尚、その配線は、図示しない踏力検出手段や車載バッテリ等に接続される。

次に減速機構部Ｒの一例を説明する。減速機構部Ｒは、モータＭにより回転駆動される減速サンギヤ５１と、減速サンギヤ５１に噛合する第１ギヤ５２ａ、及び第１ギヤ５２ａに対し小径且つ同軸に並ぶ第２ギヤ５２ｂを一体的に結合してなる複数の減速遊星ギヤ５２と、減速遊星ギヤ５２を回転自在に支持する減速キャリア５３と、モータケース３１の一端部３１ａに嵌着されて第１ギヤ５２ａに噛合する第１減速リングギヤ５４と、第２ギヤ５２ｂに噛合する第２減速リングギヤ５５とを備える。

減速サンギヤ５１は、後述する減速キャリア支持用第１軸受Ｂ６に隣接してハブ軸１１外周に圧入、固定される。尚、減速サンギヤ５１の固定手段としては、本実施形態とは異なる固定手段、例えば溶接、カシメ、接着、スプライン嵌合及び止め輪の併用等を採用してもよい。

減速キャリア５３は、各々の減速遊星ギヤ５２を回転自在に貫通、支持する減速キャリア軸５６と、減速キャリア軸５６の一端部を固定する第１側壁部ｓ１を有する第１キャリア半体５３ａと、第１側壁部ｓ１との間に減速遊星ギヤ５２を挟み且つ減速キャリア軸５６の他端部を固定する第２側壁部ｓ２を有する第２キャリア半体５３ｂとを備える。第１キャリア半体５３ａは、複数の連結腕部５３ａｕを一体に有しており、連結腕部５３ａｕの先部が、第２キャリア半体５３ｂに固定される。

第１側壁部ｓ１は、第１キャリア半体５３ａの内周及びモータ軸３４の対向周面間に介装した減速キャリア支持用第１軸受Ｂ６を介してモータ軸３４（従ってモータ軸３４を介してハブ軸１１）に回転自在に支持される。一方、第２側壁部ｓ２は、第２キャリア半体５３ｂの内周及びハブ軸１１の対向周面間に介装した減速キャリア支持用第２軸受Ｂ６′を介してハブ軸１１に回転自在に支持される。尚、ハブ軸１１外周には、減速キャリア支持用第２軸受Ｂ６′のインナレースに係合して第２軸受Ｂ６′（従って減速キャリア５３）をハブ軸１１上に保持するための固定リング５７が嵌着（例えば圧入）される。

第１減速リングギヤ５４は、第１ギヤ５２ａと噛合する内歯５４ｍｇを有するリングギヤ本体部５４ｍと、リングギヤ本体部５４ｍから軸方向でモータケース３１外に延出するリングギヤ延出部５４ａとを一体に有する。

ところで端壁部材Ｈｅ、特に第２端壁部材半体Ｈｅ２の軸方向内側面には、軸方向内方側に延出してハブケース本体Ｈｍ内周に嵌合する円筒状の外側延出部６１が一体に突設され、また第２端壁部材半体Ｈｅ２の軸方向内側面の内周部には、軸方向内方側に延出し且つ外側延出部６１により同心状に囲繞される円筒状の内側延出部６２が一体に突設される。そして、第１減速リングギヤ５４のリングギヤ延出部５４ａが、外側延出部６１及び内側延出部６２の相互間に画成される環状空隙に突入している。

またリングギヤ延出部５４ａの内周と内側延出部６２の外周との間には、第１減速リングギヤ５４をハブケースＨ（より具体的には第２端壁部材半体Ｈｅ２）を介して回転自在に支持させる第１減速リングギヤ支持用軸受Ｂ７が介装される。従って、リングギヤ延出部５４ａの内周面が上記軸受Ｂ７の第１減速リングギヤ５４側の取付面となる。

而して、モータＭに駆動される減速サンギヤ５１の回転が減速遊星ギヤ５２の第１ギヤ５２ａに伝えられると、第１減速リングギヤ５４がモータケース３１に固定されていることから、減速キャリア５３に回転可能に支持された減速遊星ギヤ５２がハブ軸１１回りを公転しながら減速キャリア軸５６回りに自転する。そして、この減速遊星ギヤ５２の公転及び自転が第２ギヤ５２ｂから第２減速リングギヤ５５に伝達されることで、後述するように、駆動用電動モータ４の回転をハブケースＨに高い減速比で伝達可能となる。

次に、第１実施形態の作用を説明する。電動補助自転車の走行中、搭乗者によるペダルの踏力は、変速機構部Ｔを介して二段階（第１速又は第２速）に変速されて端壁部材Ｈｅ、従ってハブケースＨに伝達される。

例えば、シフト機構Ｓの操作ドラム４３がアンロック位置に在って、変速サンギヤ２３とハブ軸１１間の接続が解除されているときは、変速キャリア２２の回転が第２ワンウェイクラッチＣ２、変速リングギヤ２５、第１ワンウェイクラッチＣ１を経て直接、端壁部材Ｈｅに伝達される。これにより、後輪の一部であるハブケースＨが変速キャリア２２と同じ回転数で回転する。

一方、シフト機構Ｓの操作ドラム４３がロック位置に在って、変速サンギヤ２３がハブ軸１１に固定されているときは、変速キャリア２２の回転が変速遊星ギヤ２４及び変速リングギヤ２５を経て増速されて端壁部材Ｈｅに伝達される。これにより、ハブケースＨが、変速キャリア２２の回転に対し増速されて回転する。

尚、変速キャリア２２及び変速リングギヤ２５間には第２ワンウェイクラッチＣ２が、また変速リングギヤ２５及び端壁部材Ｈｅ間には第１ワンウェイクラッチＣ１がそれぞれ介装されるため、例えば、下り坂において、ペダルの回転が遅くハブケースＨの回転が速い場合でも、ハブケースＨの回転がペダル側に伝達されることはない。

また、電動補助自転車の走行中、図示しない負荷検出手段により後輪の走行負荷増大が検出されると、電子制御装置ＥＣＵからモータＭに通電がなされ、モータ軸３４の回転が減速機構部Ｒを経て十分に減速されて端壁部材Ｈｅ従ってハブケースＨに伝達される。これにより、踏力不足がモータＭの駆動力で補助されるため、例えば、登り坂でも無理なく走行可能となる。

また本実施形態の変速機構部Ｔにおいては、端壁部材Ｈｅ及び変速リングギヤ２５間に介装した第１ワンウェイクラッチＣ１と、変速リングギヤ２５及び変速キャリア２２間に介装した第２ワンウェイクラッチＣ２とが、互いに軸方向にずれた位置で変速リングギヤ２５上（より具体的には変速リングギヤ本体２５ｍ及びリングギヤ延出部２５ａの各外周面）に直列配置され、更に変速キャリア２２と端壁部材Ｈｅ間に介装されるハブ支持用第２軸受Ｂ２が、第２ワンウェイクラッチＣ２の大部分と軸方向で同一位置となる（即ち径方向にオーバラップする）ようにして第２ワンウェイクラッチＣ２の周囲を取り囲む配置となっている。これにより、第１，第２ワンウェイクラッチＣ１，Ｃ２、並びにハブ支持用第２軸受Ｂ２の三者が軸方向に並ぶ従来構造に比べて変速機構部Ｔが軸方向に小型化されるため、それだけ動力ユニットＵの小型化が達成される。

また第１，第２ワンウェイクラッチＣ１，Ｃ２が、上記のように変速リングギヤ２５上に直列配置される一方で、ハブケースＨの一端壁部、即ち端壁部材Ｈｅには、モータ駆動系ＭＤからの動力が入力される被動部（より具体的には第２端壁部材半体Ｈｅ２の内側延出部６２）が設けられる。これにより、端壁部材Ｈｅが動力を受ける被動部としては、モータ駆動系ＭＤからの被動部（第２端壁部材半体Ｈｅ２の内側延出部６２）と第１ワンウェイクラッチＣ１からの被動部（第１端壁部材半体Ｈｅ１の内周ボス部６３）しかなく、それだけ端壁部材Ｈｅの小型化や構造簡素化が図られ、延いては動力ユニットＵの小型化が図られる。

また変速リングギヤ２５は、変速遊星ギヤ２４と噛合する内歯２５ｍｇを有するリングギヤ本体部２５ｍと、リングギヤ本体部２５ｍから軸方向外方に延びるリングギヤ延出部２５ａとを有しており、第２ワンウェイクラッチＣ２がリングギヤ延出部２５ａの外周とキャリア延出部２２Ｂａの内周との間に介装される。これにより、第１，第２ワンウェイクラッチＣ１，Ｃ２の軸方向合計幅が変速遊星ギヤ２４の歯幅より長くても、両クラッチＣ１，Ｃ２を、互いに軸方向に隣接させた状態で変速リングギヤ２５上に無理なく直列配置可能となる。

更にリングギヤ延出部２５ａの内周と変速キャリア２２との対向周面間には変速リングギヤ支持用軸受Ｂ４が介装されており、この変速リングギヤ支持用軸受Ｂ４は、第２ワンウェイクラッチＣ２の大部分と軸方向で同一位置に配置される。これにより、変速リングギヤ２５は、これが第１，第２ワンウェイクラッチＣ１，Ｃ２の前記した直列配置に伴い軸方向に長くなっても、変速リングギヤ支持用軸受Ｂ４を介して変速キャリア２２に安定よく支持されるから、変速遊星ギヤ２４との歯当たりも良好であり、変速遊星ギヤ２４がスムーズ且つ静粛に回転可能となる。しかも変速リングギヤ支持用軸受Ｂ４は、これがリングギヤ延出部２５ａと径方向に一部オーバラップすることで、該軸受Ｂ４の軸方向張出しが抑えられることから、動力ユニットＵの軸方向小型化が図られる。

また、本実施形態の減速機構部Ｒにおいては、減速遊星ギヤ５２が同軸に並ぶ第１，第２ギヤ５２ａ，５２ｂを有し、第１ギヤ５２ａに噛合する第１減速リングギヤ５４が有底筒状のモータケース３１の一端部３１ａに嵌着され、第２ギヤ５２ｂに噛合する第２減速リングギヤ５５が端壁部材Ｈｅ（より具体的には第２端壁部材半体Ｈｅ２の内側延出部６２の内周）に設けられ、第１減速リングギヤ５４と、端壁部材Ｈｅ（より具体的には上記内側延出部６２の外周）との間には、第１減速リングギヤ支持用軸受Ｂ７が介装される。これにより、減速機構部Ｒは、高い減速比を確保しながらも、その減速比確保のための第１，第２減速リングギヤ５４，５５の支持剛性が、端壁部材Ｈｅを活用して十分に確保可能である。

特に第１減速リングギヤ５４は、これがモータケース３１の一端部３１ａ、即ち自由端部（開放端部）に固定されていて、ハブ軸１１に対しては片持ち支持形態であるが、この第１減速リングギヤ５４のリングギヤ延出部５４ａを、第１減速リングギヤ支持用軸受Ｂ７を介して端壁部材Ｈｅに支持させたことで、第１減速リングギヤ５４が実質的に両持ち支持形態となって支持が安定し、軸ずれ防止に有効である。従って、第１減速リングギヤ５４にモータＭの回転振動が直接伝達されても、第１減速リングギヤ５４の振動を極力抑制できるため、第１減速リングギヤ５４と減速遊星ギヤ５２（より具体的には第１ギヤ５２ａ）との噛合部の歯当たりを良好にして耐久性を高めることができ、また噛合部からの騒音の発生を低減可能となる。

また上記のようにモータケース３１の一端部３１ａを第１減速リングギヤ５４及び第１減速リングギヤ支持用軸受Ｂ７を介してハブケースＨ側に支持させたことで、ハブ軸１１にモータケース３１の一端部３１ａ側を支持させる必要はなくなり、それに伴い、ハブ軸１１周囲にスペースの余裕が生じる。そして、本実施形態では、このスペースを利用して、減速キャリア５３の両側壁部ｓ１，ｓ２（第１，第２キャリア半体５３ａ，５３ｂ）を減速キャリア支持用第１，第２軸受Ｂ６，Ｂ６′を介してハブ軸１１上に支持するため、軸方向に幅広の減速キャリア５３を、軸方向に長い支持スパンを以て両持ち支持可能となる。これにより、動力ユニットＵの小型化を図りながら減速キャリア５３の安定支持が図られる。

さらに本実施形態の第１減速リングギヤ５４は、モータケース３１の一端部３１ａよりモータケース３１外に軸方向に延出するリングギヤ延出部５４ａを一体に有していて、このリングギヤ延出部５４ａの周面が、第１減速リングギヤ支持用軸受Ｂ７の取付面とされているため、モータケース３１自体を特別に大径化しなくても十分な軸受径を確保可能となる。

次に、図６に基づいて、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態では、第１減速リングギヤ支持用軸受Ｂ７が、第１減速リングギヤ５４のリングギヤ延出部５４ａ′の外周と第２端壁部材半体Ｈｅ２の外側延出部６１′の内周との間に介装されていて、リングギヤ延出部５４ａ′の外周面及び外側延出部６１′の内周面が第１減速リングギヤ支持用軸受Ｂ７の取付面となる点だけが、第１実施形態と相違する。

第２実施形態の電動補助自転車用動力ユニットＵのその他の構成は、第１実施形態の動力ユニットＵと同じであるので、図６において各構成要素には、第１実施形態の対応する構成要素と同じ参照符号を付すにとどめ、これ以上の構造説明は省略する。而して、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果が期待できる。

次に、図７に基づいて、本発明の第３実施形態を説明する。第１，第２実施形態では、端壁部材Ｈｅの軸方向内側面に各々突設した外側延出部６１，６１′及び内側延出部６２，６２′の対向周面間に環状空隙を画成し、その環状空隙に第１減速リングギヤ５４のリングギヤ延出部５４ａ，５４ａ′を突入させ、その環状空隙に臨むリングギヤ延出部５４ａ，５４ａ′の周面を第１減速リングギヤ支持用軸受Ｂ７の取付面としている。

これに対し第３実施形態では、端壁部材Ｈｅの軸方向内側面に突設した外側延出部６１″の内周側に内側延出部６２″を一体に連設して、内側延出部６２″（従って第２減速リングギヤ５５）の剛性強度を高めており、また第１減速リングギヤ５４のリングギヤ延出部５４ａ″の延出端が内側延出部６２″の延出端と対向近接している。

第３実施形態の電動補助自転車用動力ユニットＵのその他の構成は、第２実施形態の動力ユニットＵと同じであるので、図７において各構成要素には、第２実施形態の対応する構成要素と同じ参照符号を付すにとどめ、これ以上の構造説明は省略する。而して、第３実施形態においても、第１，第２実施形態と同様の作用効果が期待できる。

以上、本発明の第１〜第３実施形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、前記実施形態では、動力ユニットＵを後輪に配置しているが、これを前輪に配置することもできる。

また前記実施形態では、動力ユニットＵを搭載した車両が電動補助自転車であるものについて説明したが、本発明の動力ユニットは、足踏み式の電動補助三，四輪車にも適用可能である。

また前記実施形態には示されていないが、モータＭの引きずりを防止するためにハブケースＨ（端壁部材Ｈｅ）と第２減速リングギヤ５５との間に、第２減速リングギヤ５５からハブケースＨ側へのみ動力を伝達するワンウェイクラッチを配置してもよい。

Ｂ２・・・・ハブ支持用軸受
Ｂ４・・・・変速リングギヤ支持用軸受
Ｃ１，Ｃ２・・第１，第２ワンウェイクラッチ
Ｈ・・・・・ハブケース
Ｈｅ・・・・端壁部材（一端壁部）
ＭＤ・・・・モータ駆動系
Ｍ・・・・・モータ
Ｓ・・・・・シフト機構（切換手段）
Ｔ・・・・・変速機構部
Ｕ・・・・・電動補助自転車用動力ユニット（電動補助車両用動力ユニット）
１１・・・・ハブ軸
２２・・・・変速キャリア
２２Ｂａ・・キャリア延出部
２３・・・・変速サンギヤ
２４・・・・変速遊星ギヤ
２５・・・・変速リングギヤ
２５ａ・・・リングギヤ延出部
２５ｍ・・・リングギヤ本体部
２５ｍｇ・・内歯
６２・・・・第２端壁部材半体の内側延出部（被動部）

Claims (4)

1. ハブ軸（１１）に回転可能に支持される車輪のハブケース（Ｈ）に、ペダルから入力された踏力を変速可能に該ハブケース（Ｈ）に伝達する変速機構部（Ｔ）と、モータ（Ｍ）の駆動力を該ハブケース（Ｈ）に出力するモータ駆動系（ＭＤ）とが軸方向に並んで収容される電動補助車両用動力ユニットであって、
   前記変速機構部（Ｔ）は、
   前記ハブ軸（１１）に支持されて切換手段（Ｓ）により該ハブ軸（１１）に対し固定状態と回転可能状態とに切換え可能な変速サンギヤ（２３）と、
   前記踏力が入力される変速キャリア（２２）と、
   前記変速キャリア（２２）に回転可能に支持されて前記変速サンギヤ（２３）に噛合する変速遊星ギヤ（２４）と、
   前記変速遊星ギヤ（２４）に噛合する変速リングギヤ（２５）と、
   前記変速リングギヤ（２５）及び前記ハブケース（Ｈ）間に介装されて、該変速リングギヤ（２５）から該ハブケース（Ｈ）側へのみ動力伝達を可能とする第１ワンウェイクラッチ（Ｃ１）と、
   前記変速リングギヤ（２５）よりも大径に形成されて前記変速キャリア（２２）より延出するキャリア延出部（２２Ｂａ）と、
   前記第１ワンウェイクラッチ（Ｃ１）とは軸方向にずれた位置で前記キャリア延出部（２２Ｂａ）の内周と前記変速リングギヤ（２５）の外周との間に介装されて、該キャリア延出部（２２Ｂａ）から該変速リングギヤ（２５）側へのみ動力伝達を可能とする第２ワンウェイクラッチ（Ｃ２）と、
   前記キャリア延出部（２２Ｂａ）の外周と前記ハブケース（Ｈ）との間に介装されるハブ支持用軸受（Ｂ２）とを備え、
   前記ハブ支持用軸受（Ｂ２）の少なくとも一部が前記第２ワンウェイクラッチ（Ｃ２）の少なくとも一部と軸方向で同一位置にあることを特徴とする、電動補助車両用動力ユニット。
2. ハブ軸（１１）に回転可能に支持される車輪のハブケース（Ｈ）に、ペダルから入力された踏力を変速可能に該ハブケース（Ｈ）の一端壁部（Ｈｅ）に伝達する変速機構部（Ｔ）と、モータ（Ｍ）の駆動力を前記一端壁部（Ｈｅ）に出力するモータ駆動系（ＭＤ）とが軸方向に並んで収容される電動補助車両用動力ユニットであって、
   前記変速機構部（Ｔ）は、
   前記ハブ軸（１１）に支持されて切換手段により該ハブ軸（１１）に対し固定状態と相対回転可能な状態とに切換え可能な変速サンギヤ（２３）と、
   前記踏力が入力される変速キャリア（２２）と、
   前記変速キャリア（２２）に回転可能に支持されて前記変速サンギヤ（２３）に噛合する変速遊星ギヤ（２４）と、
   前記変速遊星ギヤ（２４）に噛合する変速リングギヤ（２５）と、
   前記変速リングギヤ（２５）と前記一端壁部（Ｈｅ）との間に介装されて、該変速リングギヤ（２５）から該一端壁部（Ｈｅ）側へのみ動力伝達を可能とする第１ワンウェイクラッチ（Ｃ１）と、
   前記変速リングギヤ（２５）よりも大径に形成されて前記変速キャリア（２２）より一体に延出するキャリア延出部（２２Ｂａ）と、
   前記第１ワンウェイクラッチ（Ｃ１）とは軸方向にずれた位置で前記キャリア延出部（２２Ｂａ）と前記変速リングギヤ（２５）との対向周面間に介装されて、該キャリア延出部（２２Ｂａ）から該変速リングギヤ（２５）側へのみ動力伝達を可能とする第２ワンウェイクラッチ（Ｃ２）とを備え、
   前記ハブケース（Ｈ）の前記一端壁部（Ｈｅ）には、前記モータ駆動系（ＭＤ）からの動力が入力される被動部（６２）が設けられることを特徴とする、電動補助車両用動力ユニット。
3. 前記変速リングギヤ（２５）は、前記変速遊星ギヤ（２４）と噛合する内歯（２５ｍｇ）を有するリングギヤ本体部（２５ｍ）と、前記リングギヤ本体部（２５ｍ）から軸方向で前記モータ駆動系（ＭＤ）とは反対側に延びるリングギヤ延出部（２５ａ）とを有しており、
   前記第２ワンウェイクラッチ（Ｃ２）は、前記リングギヤ延出部（２５ａ）の外周と前記キャリア延出部（２２Ｂａ）の内周との間に介装されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動補助車両用動力ユニット。
4. 前記リングギヤ延出部（２５ａ）の内周と前記変速キャリア（２２）との対向周面間に介装される変速リングギヤ支持用軸受（Ｂ４）を備え、
   前記変速リングギヤ支持用軸受（Ｂ４）の少なくとも一部は、前記第２ワンウェイクラッチ（Ｃ２）の少なくとも一部と軸方向で同一位置にあることを特徴とする、請求項３に記載の電動補助車両用動力ユニット。