CN105358422A - 电动助力自行车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动助力自行车，能够良好地变速，同时能够附加足够的辅助驱动力，还不产生底座或蓄电池与前变速器的干扰的课题，进而不会导致扭矩的传递效率的下降。在曲轴的外周配设传递人力驱动力的筒状的人力传递体，在所述曲轴的外周配设对将人力驱动力和来自电动机的辅助驱动力合成的合力进行传递的合力传递体，并设有减速机构，该减速机构具有多对减速齿轮和可与这些减速齿轮卡合的选择离合器，将所述人力驱动力和所述辅助驱动力合成，且对所述人力驱动力和所述辅助驱动力合成而成的合力进行变速。

Description

电动助力自行车
技术领域
本发明涉及在来自踏板的踏力产生的人力驱动力上加上由电动机产生的辅助驱动力而可行驶的电动助力自行车。
背景技术
已知有如下的电动助力自行车，即，具有从蓄电池等蓄电器供电的电动机，利用扭矩传感器检测由施加于踏板上的踏力构成的人力驱动力，通过加上与人力驱动力对应的电动机的辅助驱动力(助力)，即使是上坡等也能够轻松行驶。
在该电动助力自行车中，具有将内置有电动机等的电动机驱动单元配设在设有曲轴的部位的构成。就这种配置构成的电动助力自行车而言，重量比较大的电动机驱动单元配置在电动助力自行车的前后方向中央(即，前轮与后轮之间的中间)的较低位置。因此，该配置构成的电动助力自行车与电动机内置于前轮的轮毂或后轮的轮毂的电动助力自行车相比，容易抬高前轮或后轮，即使公路上有台阶也能够容易地跨过等，车身的操作性良好，另外，行驶稳定性也良好。
作为设于这种电动助力自行车的电动机驱动单元，大体上具有电动机驱动单元100和电动机驱动单元200，电动机驱动单元100也称为所谓的双轴式，如图14所示，与配设在曲轴101的一端部附近的作为人力驱动力输出轮体的驱动链轮(也称为前链轮或大齿轮)102分体地具备将来自电动机的辅助驱动力输出的辅助驱动力输出链轮103；电动机驱动单元200也称为所谓的单轴式，如图15、图16所示，将由踏力实现的人力驱动力和由电动机实现的辅助驱动力在电动机驱动单元200内部合成，将合成的合力从驱动链轮201输出。
所述双轴式的电动机驱动单元100在例如专利文献1等中公开，如图14所示，辅助驱动力输出链轮103以从电动机驱动单元100的驱动链轮102的更靠后方的部位向比电动机驱动单元100的单元壳体104的更外侧突出的状态配设。而且，输出人力驱动力的驱动链轮102和输出辅助驱动力的辅助驱动力输出链轮103分别与作为环状驱动力传递体的链条105啮合，利用链条105将人力驱动力和辅助驱动力合成并向后轮侧传递。
在辅助驱动力输出链轮103的更后方配设有与啮合于辅助驱动力输出链轮103之后的链条105啮合并向下方进行引导的张紧装置(也称为导向装置)106。而且，通过设于该张紧装置106的张紧链轮107，使与辅助驱动力输出链轮103啮合的链条105的卷绕夹角增加。
另一方面，所谓单轴式的电动机驱动单元200在例如专利文献2等中公开，如图15、图16所示，在对来自踏板的人力驱动力进行传递的曲轴202的外周配设有：通过细齿花键结合等传递所述人力驱动力的筒状人力传递体203、将经由该人力传递体203传递的人力驱动力和来自电动机204的辅助驱动力合成的合力体205。而且，来自人力传递体203的人力驱动力经由单向离合器206向合力体205传递而构成。另外，在合力体205的一端部形成有经由减速机构207传递来自电动机204的辅助驱动力的大径齿轮部205a，在合力体205的另一端部安装有与作为环状驱动力传递体的链条208啮合的作为驱动力输出轮体的驱动链轮201。而且，在合力体205中被合成的合力从驱动链轮201经由链条208向后轮侧传递。
如图15、图16所示，单轴式的电动机驱动单元200是仅使驱动链轮201与链条208啮合，将人力驱动力和辅助驱动力合成后的合力向链条208传递的方式。与之相对，如图14所示，双轴式的电动机驱动单元100需要使传递人力驱动力的驱动链轮102和传递辅助驱动力的辅助驱动力输出链轮103与链条105啮合，还需要使张紧链轮107与链条105啮合。
因此，单轴式的电动机驱动单元200通过设计电动机204或减速机构207等的配置，具有使电动机驱动单元200的侧面看的状态下的面积(来自横向的投影面积)比双轴式的电动机驱动单元100的面积小(可紧凑化)的优点。另外，在要安装所谓的前变速器的情况下，单轴式的电动机驱动单元200通过将驱动链轮201形成多级而可安装。另一方面，双轴式的电动机驱动单元100由于需要使驱动链轮102、辅助驱动力输出链轮103和张紧链轮107与链条105啮合，故而难以安装前变速器。
另外，单轴式的电动机驱动单元200还具有可以不设置张紧链轮107等张紧装置106的优点。另外，作为用于电动助力自行车的制动装置，与普通的自行车一样，大多情况下使用通过操作安装于车把上的制动杆而进行制动的轮边制动器、带式制动器或辊式制动器等，但根据地域不同，或根据司机的期望等不同，有时期望将通过使踏板向与前进行驶时的旋转方向相反的方向旋转而进行制动的倒蹬闸安装在后轮。在该情况下，在使踏板反向旋转时，作用将链条的下侧部分向前方拉伸那样的张力，因此，在双轴式的电动机驱动单元100中，作为张紧装置106需要特别的设计。而在单轴式的电动机驱动单元200中，还具有不需要这种特别的设计的优点。
此外，在具有这种优点的单轴式的电动机驱动单元200中，大多情况下在对来自曲轴202的人力驱动力进行传递的人力传递体203的外周面和其对向部分设置检测人力驱动力的磁致伸缩式扭矩传感器209。即，在人力传递体203的外周面形成有磁致伸缩发生部209b，并且以与该磁致伸缩发生部209b相对的方式配设有检测在磁致伸缩发生部209b的磁变动的线圈209a。而且，在踏下左右踏板时，曲轴202由于踏力(人力驱动力)而扭转，故而利用所述扭矩传感器209检测对来自曲轴202的人力驱动力进行传递的人力传递体203的扭转状态。
但是，在这样的单轴式的电动机驱动单元200中，在安装前变速器的情况下，考虑将设于运动用的自行车等那样的外装变速器配设在曲轴的侧方。即，考虑在图16所示那样的驱动链轮201的部位，相对于沿着曲轴202的轴心方向的方向(也称为车宽方向)错开位置而配设多个驱动链轮，并且在这些驱动链轮的附近设置使链条在车宽方向移动的前变速器。
专利文献1：(日本)特开2009－208710号公报
专利文献2：(日本)特开平10－250673号公报
但是，在这种单轴式的电动机驱动单元设置外装变速器的情况下，可能产生以下的课题。
首先，由于是将多个驱动链轮横向并排地配设的构成，并且是对这些多个驱动链轮切换链条的构成，故而需要使用相对于车宽方向比普通的链条小的尺寸的(薄)链条。但是，这种电动助力自行车中，不仅人力驱动力作用于链条上，而且合并了辅助驱动力的力也作用于链条上，故而，当使用相对于车宽方向比普通的链条小的尺寸的(薄)链条时，链条的耐用年数成为极短的期间，产生零件更换的频率变快，或辅助驱动力不充分的课题。
另外，在将前变速器设于自行车的情况下，大多情况下设置在驱动链轮的斜上后方位置，但在电动助力自行车中，该部位配设有蓄电池的底座或蓄电池，故而还产生这些零件(底座或蓄电池)与前变速器发生干扰，难以良好地配设二者的课题。
另外，由于前变速器在外部露出而设置，故而前变速器或链条与前变速器的啮合部分等在行驶中可能与障碍物等抵接等而损伤或链条脱落，可靠性降低。
另外，在电动助力自行车中，不仅人力驱动力作用于链条上，而且合并了辅助驱动力的力也作用于链条上，因此，作为前变速器，也必须开发即使在作用较大的扭矩的情况下也能够切换的专用的前变速器。
此外，考虑代替在单轴式的电动机驱动单元设置外装变速器，而内装使用了行星齿轮机构的变速器，但在该情况下，由于使用行星齿轮机构，扭矩的传递效率可能会下降。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的目的在于提供一种电动助力自行车，能够良好地进行变速，且可防止链条等零件的更换频率变快，并且可附加足够的辅助驱动力，还不产生底座或蓄电池与前变速器的干扰的课题，进而不开发专用的前变速器即可，并且不会导致扭矩的传递效率的下降。
为了解决上述课题，本发明提供一种电动助力自行车，具备电动机的电动机驱动单元配设在前轮与后轮之间的中间位置，在来自踏板的踏力产生的人力驱动力上加上由电动机产生的辅助驱动力而可行驶，其中，对来自所述踏板的人力驱动力进行传递的曲轴和所述电动机以将相互不同的轴心为中心进行旋转地配设，在所述曲轴的外周配设有对所述人力驱动力进行传递的筒状的人力传递体，在所述曲轴的外周配设有对将人力驱动力和来自电动机的辅助驱动力合成的合力进行传递的合力传递体，并且设有减速机构，该减速机构具有多对减速齿轮和可与这些减速齿轮卡合的选择离合器，将所述人力驱动力和所述辅助驱动力合成，并且对所述人力驱动力和所述辅助驱动力合成而成的合力进行变速，所述人力传递体、所述合力传递体及所述减速机构配设在所述电动机驱动单元的内部，经由所述减速机构传递至所述合力传递体的合力经由与曲轴同轴心的驱动力输出轮体和挂设于该人力驱动力输出轮体上的环状驱动力传递体向后轮传递。
在上述构成中，通过使所述减速机构的选择离合器从所述减速齿轮中选择性地卡合，经由所述减速机构传递至所述合力传递体的合力经由与曲轴同轴心的驱动力输出轮体和挂设于该人力驱动力输出轮体的环状驱动力传递体向后轮传递。
另外，本发明的上述减速机构具有：人力传递减速齿轮，其旋转自如地配设在所述曲轴的外周，对人力驱动力进行传递；中间轴，其与所述曲轴平行地配设；多个中间轴减速齿轮，其设置在所述中间轴上；合力减速齿轮，其旋转自如地设置且与所述中间减速齿轮啮合；选择离合器，其与所述合力传递体卡合并一体旋转，并且与所述人力传递减速齿轮或所述合力减速齿轮选择性地卡合。
通过该构成，通过使选择离合器与所述人力传递减速齿轮或所述合力减速齿轮选择性地卡合，能够一边进行变速，一边向后轮侧良好地传递合力。另外，在使设于中间轴的多个中间轴减速齿轮和旋转自如地配设于所述曲轴的外周的人力传递减速齿轮或旋转自如地设于所述合力传递体的合力减速齿轮啮合的状态下，对人力驱动力或辅助驱动力的合力进行传递，因此，与使用行星齿轮机构的情况相比，能够提高扭矩(力)的传递效率。
另外，本发明在所述人力传递体上形成有用于检测所述人力驱动力的扭矩传感器的磁致伸缩发生部。
此外，在所述曲轴与所述人力传递减速齿轮之间的人力驱动力的传递路径上也可以配设辅助驱动力切断用的单向离合器，以不向曲轴侧传递来自电动机侧的辅助驱动力。另外，在该情况下，也可以在所述曲轴的外周设置与所述人力传递体卡合的连动筒体，在该连动筒体与所述人力传递减速齿轮之间配设所述辅助驱动力切断用的单向离合器。
根据该构成，由于在所述人力传递体与所述人力传递减速齿轮之间设有连动筒体，故而即使在所述人力传递体上形成有用于检测所述人力驱动力的扭矩传感器的磁致伸缩发生部的情况下，所述选择离合器的切换时的振动或所述辅助驱动力切断用的单向离合器的振动也难以向所述人力传递体传递，其结果，与不设置连动筒体的情况相比，扭矩传感器的可靠性提高。
另外，也可以设置检测所述连动筒体或所述人力传递体的旋转的旋转检测器，据此，能够检测所述连动筒体或所述人力传递体的旋转即曲轴的旋转。
此外，也可以不在所述曲轴与所述人力传递减速齿轮之间的人力驱动力的传递路径上配设单向离合器，不管所述曲轴、所述人力传递体和所述人力传递减速齿轮的相对的旋转方向如何，随着所述曲轴的旋转，所述人力传递体及所述人力传递减速齿轮均旋转。因此，例如，即使在使踏板向与前进行驶时的旋转方向相反的方向旋转时动作的倒蹬闸配设在后轮的轮毂的情况下，使所述曲轴向前进行驶时的旋转方向的相反方向旋转时，该相反方向的旋转也良好地向倒蹬闸传递，能够使倒蹬闸良好地动作。
根据本发明，在配设于所述电动机驱动单元的内部的所述减速机构设置多对减速齿轮和可与这些减速齿轮卡合的选择离合器，利用所述减速机构将所述人力驱动力和所述辅助驱动力合成，并且对将所述人力驱动力和所述辅助驱动力合成而成的合力进行变速，由此，也可以不使用在单轴式的电动机驱动单元设置外装变速器的情况下所必须的相对于车宽方向较小的尺寸的(薄)链条，不会成为链条的耐用年数极短的期间，零件的更换频率变快，或辅助驱动力不充分的情况。另外，也可以不设置前变速器，并且前变速器的配设部位也不会产生课题。另外，所述人力传递体、所述合力传递体及所述减速机构配设在所述电动机驱动单元的内部而受到外部的保护，故而可靠性提高。
另外，在所述减速机构中设置：人力传递减速齿轮，其旋转自如地配设于所述曲轴的外周而传递人力驱动力；中间轴，其与所述曲轴平行地配设；多个中间轴减速齿轮，其设于该中间轴；合力减速齿轮，其旋转自如地设于所述合力传递体且与所述中间减速齿轮啮合；选择离合器，其与所述合力传递体卡合而一体旋转，并且与所述人力传递减速齿轮或所述合力减速齿轮选择性地卡合，由此，能够一边进行变速一边向后轮侧良好地传递合力。另外，与使用行星齿轮机构的情况相比，能够在提高扭矩(力)的传递效率的状态下将合力向驱动链轮等驱动力输出轮体输出。
附图说明
图1是本发明实施方式的电动助力自行车的整体侧视图；
图2是该电动助力自行车的局部剖切侧视图；
图3(a)、(b)是该电动助力自行车的电动机驱动单元的右侧视图及右侧面剖视图；
图4是该电动助力自行车的(具有二级变速部)电动机驱动单元的平面剖视图，是变速部为第一速的状态；
图5是该电动助力自行车的电动机驱动单元的主要部分放大平面剖视图；
图6(a)～(c)分别是该电动助力自行车的电动机驱动单元的剖视图，(a)是图5的A－A线向视侧面剖视图，(b)是图5的B－B线向视侧面剖视图，(c)是图5的C－C线向视侧面剖视图；
图7是该电动助力自行车的电动机驱动单元的平面剖视图，是变速部为第二速的状态；
图8是本发明另一实施方式的电动助力自行车的(具有三级变速部)电动机驱动单元的平面剖视图，是变速部为第一速的状态；
图9是该电动助力自行车的电动机驱动单元的主要部分放大平面剖视图；
图10是该电动助力自行车的电动机驱动单元的平面剖视图，是变速部为第二速的状态；
图11是该电动助力自行车的电动机驱动单元的平面剖视图，是变速部为第三速的状态；
图12是本发明又一实施方式的(具有二级变速部)电动助力自行车的电动机驱动单元的平面剖视图；
图13是该电动助力自行车的电动机驱动单元的主要部分放大平面剖视图；
图14是现有的电动助力自行车中的双轴式的电动机驱动单元及其附近部位的侧视图；
图15是现有的电动助力自行车中的单轴式的电动机驱动单元的侧视图；
图16是该单轴式的电动机驱动单元的平面剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明实施方式的电动助力自行车。此外，以下说明中的左右方向及前后方向是指朝向行进方向且搭乘于该电动助力自行车1的状态下的方向。另外，该发明的构成不限于以下说明的构成。
图1、图2中的1是本发明实施方式的电动助力自行车。如图1、图2等所示，该电动助力自行车1具备：由头管2a、前叉2b、车架管2c、立管2d、链条支架2e、座椅支架2f等构成的金属制车架2、旋转自如地安装在前叉2b的下端的前轮3、旋转自如地安装于链条支架2e的后端的后轮4、变更前轮的方向的车把5、车座6、施加由踏力构成的人力驱动力的曲柄7及踏板8、设有产生辅助驱动力(助力)的作为驱动源的电动的电动机21(参照图4)及进行包含该电动机21在内的各种电控制的控制部24(参照图4)等的电动机驱动单元20、向电动机21供给驱动用电力的由二次电池构成的蓄电池12、安装于车把5等上且搭乘者等可操作且设定后述的变速器(变速部)的速度(第一速或第二速)的变速档手边操作部18、安装于车把5等且搭乘者等可操作而设定该电动助力自行车1的电源的切换或行驶模式等的手边设定部(未图示)、以与曲轴7a同轴心且一体旋转的方式安装并将合成了人力驱动力及辅助驱动力的合力输出的作为驱动力输出轮体的驱动链轮(也称为前链轮、曲柄链轮或前齿轮)13、安装于后轮4的轮毂(也称为后轮毂)9的作为后部轮体的后链轮(有时也称为后齿轮)14、遍及驱动链轮13和后链轮14而以可旋转的状态卷绕成环状的作为环状驱动力传递体的链条15、从侧方覆盖链条15等的链条罩17等。此外，蓄电池12是蓄电器的一例，优选为二次电池，但作为蓄电器的另一例，也可以为电容器等。此外，曲柄7由分别设于左右的曲柄臂7b和将左右的曲柄臂7b彼此连结的曲轴7a构成，在曲柄臂7b的端部旋转自如地安装有踏板8。
如图1、图2所示，在该电动助力自行车1中，电动机驱动单元20配置在从曲轴7a的大致后方等、前轮3与后轮4之间的中间位置(更详细而言，中间位置的下部)。而且，通过设为这种配置构成，由于重量比较大的电动机驱动单元20配置在电动助力自行车1的前后方向的中央，因此，容易抬高前轮3或后轮4，即使行进路上有台阶，也能够容易跨过等，电动助力自行车1的车身(车架2等)的操作性良好，另外，行驶稳定性也良好。
图3(a)及(b)是电动机驱动单元20的右侧视图及右侧面剖视图，图4是电动机驱动单元20的平面横剖视图。
如图3(a)、(b)、图4所示，电动机驱动单元20中，利用由电动机壳体22a、左侧壳体22b、右侧壳体22c构成的单元壳体22构成外壳部等，曲轴7a左右贯通电动机驱动单元20的前部。另外，在曲轴7a的外周配设有：传递来自曲轴7a的人力驱动力的大致筒状的人力传递体28、传递来自人力传递体28的人力驱动力的连动筒体23、经由单向离合器(辅助驱动力切断用的单向离合器)30等传递来自连动筒体23的人力驱动力并且将人力驱动力和来自电动机21的辅助驱动力合成的合力向驱动链轮13传递的合力传递体29。
另外，从单元壳体22的前侧靠右部位到前后方向中央部等配设有具有多对减速用齿轮36～41等的减速机构25，该实施方式中，如后述，减速机构25中也可以赋予作为内装变速器(内装型的变速部)的功能。另外，在单元壳体22内的后部左侧配设有电动机21，在单元壳体22内的后部右侧配设有控制部24，该控制部24具有设有进行各种电控制的电子零件的控制基板24a或各种信息的存储部等。
当对电动机驱动单元20进行更详细地说明时，如图4、图5、图6等所示，以左右贯通电动机驱动单元20的前部的状态通过轴承26、27而旋转自如地配设有曲轴7a，在该曲轴7a中的靠左侧部分的外周，经由细齿花键部(或花键部)7c而以一体地旋转的状态嵌入有筒状的人力传递体28。此外，在人力传递体28的内周中的与曲轴7a的细齿花键部(或花键部)7c对应的部位也形成有细齿花键部(或花键部)28b，而与曲轴7a的细齿花键部(或花键部)7c啮合。
在人力传递体28的外周表面形成有赋予磁各向异性的磁致伸缩发生部31b，并且在其外周经由一定的间隙(空间)配设有线圈31a，利用这些磁致伸缩发生部31b及线圈31a构成磁致伸缩式的扭矩传感器(人力检测部)31。由此，来自曲轴7a的人力驱动力向人力传递体28传递，并且由扭矩传感器31检测人力驱动力。另外，在该磁致伸缩式的扭矩传感器31中，以如下方式构成：磁致伸缩发生部31b形成为相对于人力传递体28的轴心方向成例如+45度和－45度的螺旋形状，当向人力传递体28传递人力驱动力时，在人力传递体28的表面的磁致伸缩发生部31b产生变形而产生透磁率的增加部分和减少部分，因此，通过测定线圈31a的电感差，可检测扭矩(人力驱动力)的大小。
连动筒体23在曲轴7a的外周中的与人力传递体28的右侧邻接的部位，以相对于曲轴7a旋转自如的状态配设，但将形成于人力传递体28的右端部外周的细齿花键部(或花键部)28a和形成于连动筒体23的左端部内周的细齿花键部(或花键部)23a嵌合，而与人力传递体28一体旋转。此外，该实施方式中，形成于连动筒体23的左端部内周的细齿花键部(或花键部)23a从外侧与人力传递体28的细齿花键部(或花键部)28a嵌合。
另外，在该实施方式中，在连动筒体23的左侧部分的外周安装有用于检测连动筒体23的旋转状态的旋转检测体11，另外，以从左右隔开微小间隙地夹持旋转检测体11的方式，将旋转检测器10安装固定于单元壳体22侧。例如，旋转检测器10将由射出部和受光部构成的成对的光传感器在旋转体11的旋转方向上排列两个而构成，旋转体11具有梳(梳)齿状地沿外周方向延伸的多个齿部(遮光部)。而且，旋转体11的齿部通过旋转检测器10的射出部与受光部之间，由此，利用旋转检测器10电检测光的入射状态和遮光状态，在输入该信号的控制部24中，检测连动筒体23的旋转量及旋转方向。此外，也可以代替光传感器而设置磁传感器来检测连动筒体23的旋转量及旋转方向。在此，连动筒体23与人力传递体28一体旋转，人力传递体28与曲轴7a一体旋转，因此，通过检测连动筒体23的旋转量及旋转方向，也可检测曲轴7a或踏板8的旋转量及旋转方向。
另外，在连动筒体23的右侧部分的外周，经由单向离合器(辅助驱动力切断用的单向离合器)30配设有设于减速机构25的人力传递减速齿轮(减速齿轮之一)36。而且，在踩踏踏板8进行前进的情况下，传递至连动筒体23的人力驱动力向减速机构25的人力传递减速齿轮36传递。
如图4所示，电动机21由轴承32、33旋转自如地支承其旋转轴21a及转子部21b。另外，电动机21的旋转轴21a在右侧方突出，在该突出部的外周形成有后述的电动机轴减速齿轮40。
如图4、图5所示，减速机构25具有包含人力传递减速齿轮36的多对(该实施方式中为3对)减速齿轮36～41和可与人力传递减速齿轮36和后述的合力减速齿轮41卡合的选择离合器45等。而且，以如下方式构成，即，将通过曲轴7a而传递的人力驱动力和从电动机21传递的辅助驱动力合成，且将合成所述人力驱动力和所述辅助驱动力而成的合力，通过使选择离合器45从减速齿轮36、41中选择性地卡合而进行变速。
详细而言，减速机构25具有：旋转自如地配设在曲轴7a的外周而传递人力驱动力的大径的人力传递减速齿轮36；在电动机驱动单元20的前后方向中央部沿左右延伸且以与曲轴7a平行的姿势，在利用轴承34、35旋转自如地支承的状态下配设的中间轴44；设于该中间轴44的第一～第三中间轴减速齿轮37、38、39；形成于电动机21的旋转轴21a，且与大径的第一中间轴减速齿轮37啮合的小径的电动机轴减速齿轮40；经由轴承43旋转自如地设于合力传递体29且与小径的第三中间减速齿轮39啮合的大径的合力减速齿轮41；在经由花键部29a、45a沿左右(即，沿着曲轴7a的轴心方向)移动自如的状态下与合力传递体29卡合而一体旋转，并且与人力传递减速齿轮36或合力减速齿轮41选择性地卡合的选择离合器45；移动自如地配设于左右，与形成于选择离合器45的外周部的槽部45b卡合，使选择离合器45左右移动而与人力传递减速齿轮36或合力减速齿轮41选择性地卡合的离合器驱动部46；配设于中间轴44与第一中间轴减速齿轮37之间，用于不向电动机21侧传递来自人力传递减速齿轮36侧的人力驱动力的人力驱动力切断用的单向离合器47等。此外，电动机21的旋转轴21a也与中间轴44一样，以与曲轴7a平行的姿势配设。
而且，为了使该电动助力自行车1前进，在使电动机21向规定方向旋转时，电动机21的旋转(辅助驱动力)经由小径的电动机轴减速齿轮40和大径的第一中间轴减速齿轮37的啮合部而减速(即，扭矩变大)并向中间轴44传递，进而，通过经由小径的第二中间轴减速齿轮38和大径的人力传递减速齿轮36的啮合部而进一步减速，使人力传递减速齿轮36旋转。
此外，该实施方式中以如下方式构成，即，第二中间轴减速齿轮38与中间轴44本身一体形成，另一方面，第三中间轴减速齿轮39通过将与中间轴44分开的零件压入或细齿花键结合等而固定，与中间轴44一体旋转。另外，第三中间轴减速齿轮39的直径比第二中间轴减速齿轮38的直径略大，与第三中间轴减速齿轮39啮合的合力减速齿轮41的直径比与第二中间轴减速齿轮38啮合的人力传递减速齿轮36的直径略小。因此，第二中间轴减速齿轮38及第三中间轴减速齿轮39与中间轴44一起一体旋转时，合力减速齿轮41以比人力传递减速齿轮36更高的速度旋转。
另外，在选择离合器45的左侧内周部形成有可与形成于人力传递减速齿轮36的齿部36a啮合的齿部45c。而且，如图4、图5所示，选择离合器45位于左侧时，选择离合器45的齿部45c与人力传递减速齿轮36的齿部36a啮合而卡合，经由选择离合器45将人力传递减速齿轮36的旋转力向合力传递体29传递。另外，在选择离合器45的右侧面形成有多个卡合突部45d，该多个卡合突部45d从其右侧面向侧方突出，可与沿周向形成于合力减速齿轮41的多个卡合孔41a卡合。而且，如图7所示，在选择离合器45位于右侧时，选择离合器45的卡合突部45d插入合力减速齿轮41的卡合孔41a而卡合，经由选择离合器45将合力减速齿轮41的旋转力向合力传递体29传递。此外，虽然未作图示，但若是选择离合器45位于图4、图5所示那样的左侧的状态和位于图7所示那样的右侧的状态的中间位置，则选择离合器45既不与人力传递减速齿轮36卡合，也不与合力减速齿轮41卡合。
驱动选择离合器45的离合器驱动部46在该实施方式中如图3(b)或图6(b)中简略地表示那样，在沿着与曲轴7a平行地沿左右延伸的导杆48可移动的状态下，利用分叉状的前端部夹持选择离合器45。而且，离合器驱动部46经由引线等与安装于车把5等上的变速档手边操作部18连动，通过操作变速档手边操作部18，经由离合器驱动部46使选择离合器45向左右移动。
在上述构成中，当操作变速档手边操作部18并设定在第一速侧时，选择离合器45位于图4、图5所示的靠左的位置，选择离合器45的齿部45c与人力传递减速齿轮36的齿部36a啮合。
在该状态下，当踏板8向前进方向旋转时，来自踏板8的人力驱动力经由曲轴7a向人力传递体28传递，进一步经由连动筒体23及单向离合器(辅助驱动力切断用的单向离合器)30向人力传递减速齿轮36传递。此时，利用扭矩传感器31检测人力驱动力的扭矩，并驱动电动机21，以输出与之对应的辅助驱动力。而且，来自电动机21的旋转驱动力通过经由第一中间轴减速齿轮37、单向离合器(人力驱动力切断用的单向离合器)47、中间轴44及第二中间轴减速齿轮38，一边减速(一边增加扭矩)，一边向人力传递减速齿轮36传递。此外，此时，伴随中间轴44的旋转，与第三中间轴减速齿轮39啮合的合力减速齿轮41也进行旋转，但合力减速齿轮41不与选择离合器45卡合，因此，仅为空转。
通过向人力传递减速齿轮36传递辅助驱动力，人力驱动力和辅助驱动力在人力传递减速齿轮36合成。而且，合成的合力经由齿部36a、45c向选择离合器45传递，进一步经由花键部45a、29a向合力传递体29传递，从安装于合力传递体29的驱动链轮13经由链条15向后轮4传递，使后轮4旋转驱动。
另外，当操作变速档手边操作部18并设定在第二速侧时，如图7所示，选择离合器45向靠右的位置移动，选择离合器45的齿部45c从人力传递减速齿轮36的齿部36a背离，然后，选择离合器45的卡合突部45d嵌入合力减速齿轮41的卡合孔41a而卡合。
在该状态下，当踏板8向前进方向旋转时，来自踏板8的人力驱动力与设定在第一速的情况一样，经由曲轴7a、人力传递体28、连动筒体23、单向离合器(辅助驱动力切断用的单向离合器)30向人力传递减速齿轮36传递，但进一步从人力传递减速齿轮36经由第二中间轴减速齿轮38向中间轴44传递。另外，当利用扭矩传感器31检测人力驱动力的扭矩，且从电动机21输出与之对应的辅助驱动力时，来自电动机21的旋转驱动力经由第一中间轴减速齿轮37、单向离合器(人力驱动力切断用的单向离合器)47向中间轴44传递，由此，人力驱动力和辅助驱动力在中间轴44合成。
而且，在中间轴44合成的合力经由第三中间轴减速齿轮39向合力减速齿轮41传递，在该合力减速齿轮41中，卡合突部45d嵌入其卡合孔41a，将选择离合器45卡合，因此，合力向选择离合器45传递。进而，合力经由合力传递体29向驱动链轮13传递，且从驱动链轮13经由链条15向后轮4传递，而使后轮4旋转驱动。另外，以比人力传递减速齿轮36更高速旋转的合力减速齿轮41的旋转驱动力(合力)向合力传递体29及驱动链轮13传递使之驱动，因此，驱动链轮13以比第一速更高速的第二速旋转。
通过该构成，使选择离合器45与人力传递减速齿轮36或合力减速齿轮41选择性地卡合，由此，能够一边进行变速，一边向后轮4侧良好地传递合力。另外，不是仅变速人力驱动力，或仅变速辅助驱动力，而是使合并了人力驱动力和辅助驱动力的合力变速，因此，使用可输出能够与人力驱动力良好地组合的辅助驱动力的电动机21或减速机构25，可良好地变速与人力驱动力对应的合力(与人力驱动力大致成比例的合力)，可极其良好地行驶。
另外，根据本发明的实施方式，是利用设于电动机驱动单元20内的减速机构25构成变速部(变速机构)的构成，不是具备具有多个驱动链轮的所谓的外装变速器的构成。因此，也可以不使用在单轴式的电动机驱动单元设置外装变速器的情况下必须的相对于车宽方向较小的尺寸的(薄)链条，不会形成链条的耐用年数成为极短的期间，零件的更换频率变快，或辅助驱动力不充分的情况。另外，也可以不设置前变速器，并且前变速器的配设部位也不会产生课题。另外，人力传递体28、合力传递体29及减速机构25配设在电动机驱动单元20的内部而被保护不受外部的影响，因此，这些零件在行驶中等几乎不会损伤，可维持良好的可靠性。
另外，在使设于中间轴44的多个中间轴减速齿轮37、38、39和旋转自如地配设在与中间轴44平行地配设的曲轴7a的外周的人力传递减速齿轮36或旋转自如地设于合力传递体29的合力减速齿轮41啮合的状态下，传递人力驱动力及辅助驱动力的合力，因此，与使用行星齿轮机构的情况相比，还具有能够提高扭矩(力)的传递效率的优点。
此外，在上述构成中，在曲轴7a与人力传递减速齿轮36之间的人力驱动力的传递路径上配设有辅助驱动力切断用的单向离合器30，以不向曲轴7a侧传递来自电动机21侧的辅助驱动力。利用该辅助驱动力切断用的单向离合器30如下构成，来自人力传递体28或连动筒体23的朝向前进方向的人力驱动力向人力传递减速齿轮36传递，但来自中间轴44或人力传递减速齿轮36的朝向前进方向的辅助驱动力不会经由连动筒体23或人力传递体28向曲轴7a或踏板8侧传递。另外，在该电动助力自行车1中，即使搭乘者停止踩踏踏板8，也仅在暂时的期间，以电动机21持续旋转的方式进行所谓的延迟控制，但利用所述辅助驱动力切断用的单向离合器30切断辅助驱动力，阻止曲轴7a及踏板8持续随意地旋转。由此，即使搭乘者停止踩踏踏板8，也阻止曲轴7a或踏板8持续随意地旋转，便利性提高。
另外，在上述构成中，在中间轴44与第一中间轴减速齿轮37之间配设有用于不向电动机21侧传递来自人力传递减速齿轮36的人力驱动力的人力驱动力切断用的单向离合器47。由此，在蓄电池12的剩余容量消失，且不从电动机21输出辅助驱动力的状态下踩踏踏板8的情况下等，通过人力驱动力，中间轴44或第二、第三中间轴减速齿轮38、39旋转，但第一中间轴减速齿轮37或电动机21的旋转轴21a及转子部21b不旋转，也可以不对踏板8施加多余的力(尽可能减少所谓的拖动阻力)。
另外，根据上述构成，在人力传递体28与人力传递减速齿轮29之间设有连动筒体23，因此，即使在人力传递体28形成有用于检测人力驱动力的扭矩传感器31的磁致伸缩发生部31b的情况下，选择离合器45的切换时的振动或辅助驱动力切断用的单向离合器30的振动也难以向人力传递体28传递，其结果，与不设置连动筒体23的情况相比，扭矩传感器31的可靠性提高。
另外，根据上述构成，由于设有检测连动筒体23的旋转的旋转检测器10，因此，能够良好地检测连动筒体23或人力传递体28的旋转即曲轴7a的旋转。另外，作为旋转检测器10，还具有通过设置光传感器，不会对扭矩传感器31造成磁影响等的优点，但不限于此，作为旋转检测器10，也可以设置磁传感器，也可以设置隔绝该磁传感器和扭矩传感器31的磁影响的磁遮蔽体。
另外，在上述实施方式中，作为变速部，示例了可切换成第一速和第二速的两个速度(二级)的构成(所谓的二级变速结构)的情况，但不限于此，也可以设为可以切换成3个速度或3个以上的级数的构造。
图8～图11是表示本发明另一实施方式的具有所谓的三级变速构造的电动机驱动单元50的图。如图8、图9等所示，在该电动机驱动单元50中，在上述实施方式的电动机驱动单元20的变速机构25中，在上述构造的基础上，还具备以下的构成要素。即，在该电动机驱动单元50中，变速机构25中具备：设于中间轴44的直径较小的第四中间轴减速齿轮52；经由轴承55旋转自如地设于合力传递体29，且与所述小径的第四中间减速齿轮52啮合的大径的第二合力减速齿轮51；经由花键部29b、53a在左右(即，沿着曲轴7a的轴心方向)移动自如的状态下与合力传递体29卡合而一体旋转，并且与合力减速齿轮41(称为第一合力减速齿轮41)或第二合力减速齿轮51选择性地卡合的选择离合器53；左右移动自如地配设，与形成于选择离合器53的外周部的槽部53b卡合，使选择离合器53左右移动而与第一合力减速齿轮41或第二合力减速齿轮51选择性地卡合的离合器驱动部54。
另外，第四中间轴减速齿轮52的直径比第三中间轴减速齿轮39的直径略大，与第四中间轴减速齿轮52啮合的第二合力减速齿轮51的直径比与第三中间轴减速齿轮38啮合的第一合力减速齿轮41的直径略小。因此，如下构成，即，在人力传递减速齿轮36旋转时，与该人力传递减速齿轮36啮合的第二中间轴减速齿轮38旋转，并且经由形成有该第二中间轴减速齿轮38的中间轴44，第三中间轴减速齿轮39及第四中间轴减速齿轮52以与第二中间轴减速齿轮38相同的转速旋转，进而，与第三中间轴减速齿轮39啮合的第一合力减速齿轮41和与第四中间轴减速齿轮52啮合的第二合力减速齿轮51分别连动而旋转，但此时，第一合力减速齿轮41比人力传递减速齿轮36更高速地旋转，且第二合力减速齿轮51比第一合力减速齿轮41更高速地旋转。
另外，与选择离合器(也称为第一选择离合器)45一样，在选择离合器(也称为第二选择离合器)53的右侧面形成有从其右侧面向侧方突出的卡合突部53d，该第二选择离合器53的卡合突部53d可与沿周向形成于第二合力减速齿轮51的多个卡合孔51a卡合。而且，如图11所示，在第二选择离合器53位于右侧时，第二选择离合器53的卡合突部53d插入第二合力减速齿轮51的卡合孔51a而卡合，经由第二选择离合器53向合力传递体29传递第二合力减速齿轮51的旋转力。此外，在第二选择离合器53位于图8～图10所示那样的左侧的状态下，第二选择离合器53不与第二合力减速齿轮51卡合，当然，也不会与第一合力减速齿轮41卡合。
在上述构成中，当操作变速档手边操作部18而设定在第一速侧时，第一选择离合器45位于图8、图9所示的靠左的位置，第一选择离合器45与人力传递减速齿轮36卡合。因此，在上述实施方式中，与设定在第一速侧的情况一样，相对于踏板8的旋转，驱动链轮13以较慢的速度(第一速)旋转驱动，可使后轮4旋转行驶。
另外，当操作变速档手边操作部18并设定在第二速侧时，第一选择离合器45位于图10所示的靠右的位置，第一选择离合器45与第一合力减速齿轮41卡合。因此，在上述实施方式中，与设定在第二速侧的情况一样，相对于踏板8的旋转，驱动链轮13以较快的速度(第二速)旋转驱动，可使后轮4旋转行驶。此外，在将变速档手边操作部18设定在这些第一速侧或第二速侧的情况下，第二选择离合器43位于靠左的位置，不与第二合力减速齿轮51卡合。
另外，当操作变速档手边操作部18并设定在第三速侧时，如图11所示，第一选择离合器45向中间位置移动，第一选择离合器45均不与人力传递减速齿轮36及第一合力减速齿轮41卡合。另一方面，第二选择离合器53位于靠右的位置，其卡合突部53d插入第二合力减速齿轮51的卡合孔51a而卡合。
因此，在该状态下，当踏板8向前进方向旋转时，来自踏板8的人力驱动力与设定在第二速的情况一样，经由曲轴7a、人力传递体28、连动筒体23、单向离合器(辅助驱动力切断用的单向离合器)30向人力传递减速齿轮36传递，进而从人力传递减速齿轮36经由第二中间轴减速齿轮38向中间轴44传递。另外，从电动机21输出与人力驱动力对应的辅助驱动力，来自电动机21的旋转驱动力经由第一中间轴减速齿轮37、单向离合器(人力驱动力切断用的单向离合器)47向中间轴44传递，由此，人力驱动力和辅助驱动力在中间轴44合成。
而且，在中间轴44合成的合力经由第四中间轴减速齿轮52向第二合力减速齿轮51传递，并且进而经由第二选择离合器53及合力传递体29向驱动链轮13传递，驱动链轮13以比第二速更高速的第三速旋转。
通过该构成，通过使第一、第二选择离合器45、53与人力传递减速齿轮36或第一、第二合力减速齿轮41、51选择性地卡合，能够一边在从第一速到第三速之间变速，一边向后轮4侧良好地传递合力。另外，同样也可以通过增加中间轴减速齿轮或合力减速齿轮、选择离合器等，设为可变速成4级以上的多级的构成。
在上述实施方式中，说明了在形成有扭矩传感器31的磁致伸缩发生部31b的人力传递体28与安装有驱动链轮13的合力传递体29之间(该实施方式中，在连动筒体23与人力传递减速齿轮36之间)配设有辅助驱动力切断用的单向离合器30的情况，但不限于此，也可以不设置辅助驱动力切断用的单向离合器30。例如，如图12、图13所示，也可以以人力传递体28和人力传递减速齿轮36也可以在细齿花键部(或花键部)28a、36b卡合而一体旋转的方式构成。
此外，在该情况下，通过所谓的延迟控制，即使搭乘者停止踩踏踏板8，而暂时持续驱动电动机21时，有时曲轴7a或踏板8也持续随意地旋转。因此，为了不产生这种现象，优选如下构成，即，利用旋转检测器10立即检测从合力传递体29或人力传递体28、进而曲轴7a的旋转状态，搭乘者停止踩踏踏板8，使电动机21立即停止或制动。
另外，在使用该构成的情况下，使踏板8倒转时，该逆旋转从曲轴7a经由合力传递体29及人力传递体28、驱动链轮13、链条15等向后轮4侧无障碍地传递，因此，也可以在例如后轮的轮毂配设使踏板向前进行驶时的旋转方向的相反方向旋转时动作的倒蹬闸。即，在该情况下，当踏板8倒转时，该逆旋转经由链条15等向设于后轮4的轮毂的倒蹬闸传递，能够使倒蹬闸良好地动作。
另外，在上述实施方式中，说明了驱动选择离合器45、53的离合器驱动部46在沿与曲轴7a平行地沿左右延伸的导杆48可移动的状态下，利用分叉状的前端部夹持选择离合器45使之移动的情况，但不限于此，例如，也可以使用凸轮机构使选择离合器移动，或使用以支点为中心进行摆动的离合器驱动部使选择离合器移动。
产业上的可利用性
本发明可适用于可通过来自踏板的踏力的人力驱动力上加上由电动机产生的辅助驱动力而可行驶的各种电动助力自行车。

Claims (8)

1.一种电动助力自行车，具备电动机的电动机驱动单元配设在前轮与后轮之间的中间位置，在来自踏板的踏力产生的人力驱动力上加上由电动机产生的辅助驱动力而可行驶，其特征在于，
对来自所述踏板的人力驱动力进行传递的曲轴和所述电动机以将相互不同的轴心为中心进行旋转地配设，
在所述曲轴的外周配设有对所述人力驱动力进行传递的筒状的人力传递体，
在所述曲轴的外周配设有对将人力驱动力和来自电动机的辅助驱动力合成的合力进行传递的合力传递体，
并且设有减速机构，该减速机构具有多对减速齿轮和可与这些减速齿轮卡合的选择离合器，将所述人力驱动力和所述辅助驱动力合成，并且对所述人力驱动力和所述辅助驱动力合成而成的合力进行变速，
所述人力传递体、所述合力传递体及所述减速机构配设在所述电动机驱动单元的内部，
经由所述减速机构传递至所述合力传递体的合力经由与曲轴同轴心的驱动力输出轮体和挂设于该人力驱动力输出轮体上的环状驱动力传递体向后轮传递。
2.如权利要求1所述的电动助力自行车，其特征在于，
所述减速机构具有：人力传递减速齿轮，其旋转自如地配设在所述曲轴的外周，对人力驱动力进行传递；中间轴，其与所述曲轴平行地配设；多个中间轴减速齿轮，其设置在所述中间轴上；合力减速齿轮，其旋转自如地设置且与所述中间减速齿轮啮合；选择离合器，其与所述合力传递体卡合并一体旋转，并且与所述人力传递减速齿轮或所述合力减速齿轮选择性地卡合。
3.如权利要求1或2所述的电动助力自行车，其特征在于，
在所述人力传递体上形成有用于检测所述人力驱动力的扭矩传感器的磁致伸缩发生部。
4.如权利要求2所述的电动助力自行车，其特征在于，
在所述曲轴与所述人力传递减速齿轮之间的人力驱动力的传递路径上配设有辅助驱动力切断用的单向离合器，以不将来自电动机侧的辅助驱动力向曲轴侧传递。
5.如权利要求4所述的电动助力自行车，其特征在于，
在所述曲轴的外周设有与所述人力传递体卡合的连动筒体，在该连动筒体与所述人力传递减速齿轮之间配设有所述辅助驱动力切断用的单向离合器。
6.如权利要求5所述的电动助力自行车，其特征在于，
设有检测所述连动筒体或所述人力传递体的旋转的旋转检测器。
7.如权利要求2所述的电动助力自行车，其特征在于，
不在所述曲轴与所述人力传递减速齿轮之间的人力驱动力的传递路径上配设单向离合器，不管所述曲轴、所述人力传递体和所述人力传递减速齿轮的相对的旋转方向如何，随着所述曲轴的旋转，所述人力传递体及所述人力传递减速齿轮均旋转。
8.如权利要求7所述的电动助力自行车，其特征在于，
在后轮的轮毂配设有在使踏板向与前进行驶时的旋转方向的相反方向旋转时动作的倒蹬闸。
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