CN106604863A - 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，其构成为，在内部合成人力驱动力和辅助驱动力的驱动单元内设有内装变速器，且能够自动地切换变速级。在配设于前轮和后轮之间的中间位置的驱动单元内，设置有进行多级切换变速的同时传递将人力驱动力和来自电动机的辅助驱动力合成而得到的合力的变速机构(25)，在变速机构(25)设置有根据旋转时的离心力而变化姿势的变速用配重(81)，通过曲柄轴(7a)的转速增大，由此，所述变速用配重(81)的姿势变化，从低速级侧切换为高速级侧。

Description

电动助力自行车
技术领域
本发明涉及一种可通过在来自踏板的踏力产生的人力驱动力加上由电动机产生的辅助驱动力进行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的踏力构成的人力驱动力，加上与人力驱动力对应的电动机的辅助驱动力(辅助力)，由此，即使是上坡等，也能够轻松地行驶。
在该电动助力自行车中，有将内装电动机等的驱动单元配设在设置有曲柄轴的部位的结构。就这种配置结构的电动助力自行车而言，重量较大的驱动单元配置于电动助力自行车的前后方向中央(即，前轮和后轮之间的中间)的较低的位置。因此，该配置结构的电动助力自行车与电动机内装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，车身的操作良好，另外，行驶稳定也良好。
作为设置于这种电动助力自行车的驱动单元，有称为所谓单轴式的驱动单元和称为所谓双轴式的驱动单元。双轴式的驱动单元与配设于曲柄轴的一端部附近部位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)分体地具备输出来自电动机的辅助驱动力的辅助驱动力输出链轮。即，在具备了上述双轴式的驱动单元的电动助力自行车中，人力驱动力和辅助驱动力在链条等驱动单元的外部被结合，并作为合力传递到后轮侧。另一方面，单轴式的驱动单元中，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驱动单元的内部被合成，被合成的合力从驱动链轮输出。
上述双轴式的驱动单元例如公开在专利文献1等。在该双轴式的驱动单元中，辅助驱动力输出链轮在比驱动单元的单元壳体更向外侧突出的状态下配设。而且，输出人力驱动力的驱动链轮和输出辅助驱动力的辅助驱动力输出链轮分别与作为环状驱动力传递体的链条啮合，通过链条，人力驱动力和辅助驱动力被合成并传递到后轮侧。
在辅助驱动力输出链轮的更后方配设有与辅助驱动力输出链轮啮合后的链条啮合并向下方导向的张紧装置(也称为导向装置)。而且，通过设置在该张紧装置的张紧链轮，使与辅助驱动力输出链轮啮合的链条的卷绕角度增加。
另一方面，所谓单轴式的驱动单元例如公开在专利文献2等。该单轴式驱动单元在传递来自踏板的人力驱动力的曲柄轴的外周配设有通过花键结合等来传递上述人力驱动力的筒状的人力传递体、和将经由该人力传递体传递的人力驱动力和来自电动机的辅助驱动力合成的合力体。而且，来自上述人力传递体的人力驱动力经由单向离合器传递到合力体。另外，在上述合力体的一端部形成有经由减速机构传递来自电动机的辅助驱动力的大径齿轮部，在所述合力体的另一端部安装有与作为环状驱动力传递体的链条啮合的作为驱动力输出轮体的驱动链轮。而且，在上述合力体中被合成的合力从上述驱动链轮经由链条传递到后轮侧。
单轴式的驱动单元是仅使驱动链轮与链条啮合，将人力驱动力和辅助驱动力合成的合力传递到链条的方式。与此相对，双轴式的驱动单元需要使传递人力驱动力的驱动链轮、和传递辅助驱动力的辅助驱动力输出链轮与链条啮合，还需要与张紧链轮啮合。
因此，单轴式的驱动单元通过对电动机或减速机构等的配置进行下功夫，具有能够使驱动单元的在侧视的状态下的面积(来自横向的投影面积)比双轴式的驱动单元的面积更小(能够小型化)的优点。另外，在安装所谓前变速器的情况下，单轴式的驱动单元通过将驱动链轮制成多级，能够安装上述前变速器。另一方面，双轴式的驱动单元因需要使驱动链轮和辅助驱动力输出链轮和张紧链轮与链条啮合，所以难以安装前变速器。进而，单轴式的驱动单元还具有不需要设置张紧链轮等张紧装置的优点。
然而，这样在驱动单元的内部合成人力驱动力和辅助驱动力的所谓单轴式的驱动单元中，考虑到，在安装前变速器的情况下，在曲柄轴的侧方配设设置在运动用的自行车等的外装变速器。即，考虑到，在驱动链轮用的配设部位，相对于沿着曲柄轴的轴心方向的方向(也称为车宽方向)错开位置配设多个驱动链轮，并且在这些驱动链轮的附近设有使链条向车宽方向移动的前变速器。
现有技术文献
专利文献
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
发明所要解决的课题
但是，在这样的单轴式的驱动单元设有外装变速器的情况下，会产生以下的问题。
首先，由于是横向排列配设多个驱动链轮的结构，并且是相对于这些多个驱动链轮切换链条的结构，因此，需要使用相对于车宽方向比一般的链条更小的尺寸(薄的)链条。然而，在这种电动助力自行车中，不仅人力驱动力，还合并了辅助驱动力的力作用在链条，因此，在使用相对于车宽方向比一般的链条更小的尺寸的(薄的)链条时，产生链条的耐用年数为极短的期间，或零部件的交换频率增多，或辅助驱动力不充分的问题。
另外，在自行车设有前变速器的情况下，大多是在驱动链轮的斜上后方位置设置前变速器的情况，但该部位在电动助力自行车中配设有蓄电池的载台或蓄电池，因此，还产生这些零部件(载台或蓄电池)与前变速器干涉，难以良好地配设两者的这样的问题。
另外，由于前变速器露出在外部而设置，因此，前变速器、链条和前变速器的啮合的部分等在行驶中与障碍物等抵接，会产生损伤，或链条脱开，可靠性降低。
另外，在外装变速器中，是使用作为向后轮侧传递驱动力的手段的专用链条和切换变速级的前变速器的构造，因此，难以代替链条而使用齿带。
作为应对这些的方法，考虑到，在驱动单元的内部设置多级可变速的变速机构，该变速机构具有多对减速齿轮和与这些减速齿轮可卡合的选择离合器等，例如通过利用手动操作安装于车把等的变速用的操纵杆，经由与该变速用的操纵杆连结的钢丝等使上述选择离合器移动，切换上述变速机构的变速级。
根据该结构，由于在单轴式的驱动单元设置所谓内装变速器的构造，因此，也不需要使用在单轴式的驱动单元设有外装变速器的情况需要的相对于车宽方向小的尺寸(薄的)链条，不会产生链条的耐用年数为极短的期间或零部件的交换频率变多，或辅助驱动力不充分的问题。另外，不需要设置前变速器，并且对于前变速器的配设部位也没有产生课题。另外，上述人力传递体、上述合力传递体及上述减速机构配设于上述驱动单元的内部，被保护免受来自外部的影响，从而可靠性提高。
然而，这样，通过设为在单轴式的驱动单元设置所谓内装变速器的构造，可以得到各种优点，另一方面，但是，在变速时因必须通过手动切换变速级，所以具有操作麻烦的缺点。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而创立的，其目的在于，提供一种电动助力自行车，其为在内部合成人力驱动力和辅助驱动力的驱动单元设有内装变速器的结构，同时，也能够通过自动地切换变速级。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的电动助力自行车具备具有电动机的驱动单元，可通过在来自踏板的踏力产生的人力驱动力加上由电动机产生的辅助驱动力来行驶，其特征在于，所述驱动单元配设在前轮与后轮之间的中间位置，在所述驱动单元内设置有在进行多级切换变速的同时传递将人力驱动力和来自电动机的辅助驱动力合成所得到的合力的变速机构，在所述变速机构设置有根据旋转时的离心力而变化姿势的变速用配重，通过所述曲柄轴的转速增大，所述变速用配重的转速也连动增大，所述变速用配重的姿势变化，从而从低速级侧切换到高速级侧。
另外，本发明的特征在于，所述变速用配重通过合力旋转。
另外，本发明的特征在于，在所述曲柄轴的外周配设有传递所述人力驱动力的人力传递体和传递合力的合力传递体。
另外，本发明的特征在于，所述人力传递体、所述合力传递体及所述变速机构配设于所述驱动单元的内部，具有：与曲柄轴同轴心的驱动力输出轮体、卷绕于该人力驱动力输出轮体的环状驱动力传递体，经由所述变速机构传递到所述合力传递体的合力，经由所述驱动力输出轮体和所述环状驱动力传递体传递到后轮。
另外，本发明的特征在于，具备：人力传递体，其传递人力驱动力；合力传递体，其组装有从驱动单元输出合力的输出轮体；低速用减速齿轮，其以低速旋转将合力传递到所述合力传递体；高速用减速齿轮，其以高速旋转将合力传递到所述合力传递体。
另外，本发明的特征在于，在所述高速用减速齿轮与所述合力传递体之间配设有可将所述高速用减速齿轮的旋转力传递到所述合力传递体的高速用单向离合器，通过利用所述变速用配重的离心力进行姿势的变更，所述高速用单向离合器切换为切断状态和可接合状态。
另外，本发明的特征在于，所所述变速用配重配设为，以绕与曲柄轴相同的轴心旋转的轴为中心进行转动。
另外，本发明的特征在于，所述变速用配重配设为，以与传递合力的合力传递体连结的连结销为中心转动。
另外，本发明的特征在于，所述变速用配重设置在所述高速用单向离合器。
另外，本发明的特征在于，所述变速用配重配设为，在可沿以曲柄轴的轴心为中心的半径方向移动的状态下，绕与曲柄轴相同的轴心旋转。
另外，本发明的特征在于，所述变速用配重配设在安装于所述高速用减速齿轮的高速旋转部。
另外，本发明的特征在于，所述变速用配重配设在安装于所述高速用减速齿轮的高速旋转部，在所述高速旋转部设置有基于所述变速用配重的离心力而切换位置的移动部件，通过所述移动部件，所述高速用单向离合器切换为切断状态和可接合状态。
另外，本发明的特征在于，在所述人力传递体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产生部。此外，优选在所述人力传递体或与所述人力传递体连动的部件设置有检测所述人力传递体的旋转的旋转检测器。另外，作为所述环状驱动力传递体，也可以使用齿带。
发明效果
根据本发明，通过在配置于前轮和后轮之间的中间的驱动单元内设置将合成人力驱动力和来自电动机的辅助驱动力而得的合力进行多级切换变速并传递的变速机构，在所述变速机构设置根据旋转时的离心力而变化姿势的变速用配重，增大所述曲柄轴的转速，由此，所述变速用配重的转速也连动增大，所述变速用配重的姿势变化，从低速级侧切换为高速级侧，由此，在使踏板在高速下旋转时，因曲柄轴的转速增大，所以具有变速用配重的零部件的姿势连动变化，从而从低速级侧切换为高速级侧。由此，能够向单轴式的驱动单元赋予内装变速功能，而且，还能自动地切换变速级。
另外，开始行驶时等，在曲柄轴的转速小的情况下必然是低速级，因此也不需要使用将合力传递到后轮侧的合力传递体或驱动力输出轮体、环状驱动力传递体等合力传递部件以及作为电动机，在高旋转、大扭矩下也能承受的部件(电动机中在高旋转下可输出大的扭矩的电动机)，与使用在高旋转、大扭矩下也能承受的部件的情况比较，不会降低可靠性，能够以比较廉价的形式实现制造成本。
另外，通过合力旋转所述变速用配重，由此，与仅利用人力驱动力或辅助驱动力旋转所述变速用配重的情况相比，能够在大的力作用下良好地旋转所述变速用配重。因此，可以比较稳定地进行变速级的切换，能够得到良好的可靠性。
另外，通过在所述高速用单向离合器设置所述变速用配重，能够以极简单的结构自动地变速。可以实现制造成本降低。
另外，通过在以曲柄轴的轴心为中心的半径方向可移动的状态下，将所述变速用配重绕与曲柄轴相同的轴心旋转而配设，也可以将制造成本抑制得较低。
另外，通过将所述变速用配重配设在安装于所述高速用减速齿轮的高速旋转部，变速用配重在高速下旋转，因此，作用在变速用配重的离心力也变得较大，能够比较稳定地进行变速级的切换动作，能够得到良好的可靠性。因此，作为变速用配重能够以较小的结构实现，进而，作为具备内装变速器的所谓单轴式的驱动单元，能够实现小型化。
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面图；
图2是同上电动助力自行车的切掉了一部分的侧面图；
图3是同上电动助力自行车的驱动单元的右侧面图；
图4是本发明第一实施方式的电动助力自行车的驱动单元的平面剖面图，是变速级为低速(第一速)的状态；
图5是同上驱动单元的主要部分平面剖面图，是变速级为低速(第一速)的状态；
图6是同上驱动单元的图5的A－A线向视侧面剖面图，是变速级为低速(第一速)的状态；
图7是同上驱动单元的图5的B－B线向视侧面剖面图，是变速级为低速(第一速)的状态；
图8是同上驱动单元的图5的C－C线向视侧面剖面图，是变速级为低速(第一速)的状态；
图9是同上驱动单元的主要部分平面剖面图，是变速级为高速(第二速)的状态；
图10是同上驱动单元的图9的D－D线向视侧面剖面图，是变速级为高速(第二速)的状态；
图11是同上驱动单元的图9的E－E线向视侧面剖面图，是变速级为高速(第二速)的状态；
图12是同上驱动单元的图9的F－F线向视侧面剖面图，是变速级为高速(第二速)的状态；
图13是本发明第二实施方式的电动助力自行车的驱动单元的主要部分平面剖面图，是变速级为低速(第一速)的状态；
图14是同上驱动单元的高速用单向离合器(变速用配重)的立体图；
图15是同上驱动单元的同驱动单元的图13的G－G线向视侧面剖面图，是变速级为低速(第一速)的状态；
图16是同上驱动单元的主要部分平面剖面图，是变速级为高速(第二速)的状态；
图17是同上驱动单元的图16的H－H线向视侧面剖面图，是变速级为高速(第二速)的状态；
图18是本发明第三实施方式的电动助力自行车的驱动单元的主要部分平面剖面图，是变速级为低速(第一速)的状态；
图19是同上驱动单元的图18的I－I线向视侧面剖面图，是变速级为低速(第一速)的状态；
图20是同上驱动单元的主要部分平面剖面图，是变速级为高速(第二速)的状态；
图21是同上驱动单元的图20的J－J线向视侧面剖面图，是变速级为高速(第二速)的状态；
图22是本发明的第四实施方式的电动助力自行车的驱动单元的主要部分平面剖面图，是变速级为低速(第一速)的状态；
图23是同上驱动单元的配重的保持部的立体图；
图24是同上驱动单元的主要部分平面剖面图，是变速级为高速(第二速)的状态。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明实施方式的电动助力自行车进行说明。此外，以下的说明中的左右方向及前后方向是指朝向进行方向，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叙述的构成。
图1、图2的1是本发明实施方式的电动助力(electric assisted)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、链条支承件2e、座位支承件2f等构成的金属制的车架2、旋转自如地安装于前叉2b的下端的前轮3、旋转自如地安装于链条支承件2e的后端的后轮4、变更前轮3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、设置有产生辅助驱动力(辅助力)的作为驱动源的电动的电动机21(参照图4等)及进行包含该电动机21的各种电器控制的控制部24(参照图4)等的驱动单元20、向电动机21供给驱动用的电力的由二次电池构成的蓄电池12、安装于车把等而搭乘者等可操作且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18、以与曲柄轴7a同轴心地一体旋转的方式安装且输出合成人力驱动力及辅助驱动力而得到的合力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，优选二次电池，但作为蓄电器的其它例子，也可以是电容器等。此外，曲柄7由分别设置于左右的曲柄臂7b和连结左右曲柄臂7b彼此的曲柄轴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，驱动单元20配设于曲柄轴7a的大致后方等前轮3和后轮4之间的中间位置(更详细而言，中间位置的下部)。而且，通过设为这种配置结构，由于重量较大的驱动单元20配置于电动助力自行车1的前后方向中央，所以容易抬高前轮3或后轮4，即使公路有台阶，也能够容易跨过等，电动助力自行车1的车身(车架2等)的操作良好，另外，行驶稳定性也良好。
图3是驱动单元20的右侧面图，图4是驱动单元20的平面横剖面图。
如图3、图4所示，驱动单元20通过由电动机壳体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，曲柄轴7a左右贯通驱动单元20的前部。另外，在曲柄轴7a的外周配设有：传递来自曲柄轴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合成人力驱动力和来自电动机21的辅助驱动力的合力传递到驱动链轮13的合力传递体29。
另外，从单元壳体22的前侧靠右部位一直到前后方向中央部等配设有具有多对减速用齿轮36～41等的变速机构(减速机构)25，在该实施方式中，如后述，在变速机构25中还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具有设置了进行各种电器控制的电子零部件的控制基板24a及各种信息的存储部等的控制部24。
对于驱动单元20再进行详细叙述时，如图4、图5等，曲柄轴7a在左右贯通驱动单元20的前部的状态下，通过轴承26、27而旋转自如地配设，经由花键部(或花键部)7c，筒状的人力传递体28在一体旋转的状态下嵌入在该曲柄轴7a的靠左侧部分的外周。此外，在人力传递体28的内周的与曲柄轴7a的花键部(或花键部)7c对应的部位也形成有花键部(或花键部)28b，与曲柄轴7a的花键部(或花键部)7c啮合。
在人力传递体28的外周表面形成有带磁各向异性的磁致伸缩产生部31b，并且在其外周经由一定的间隙(空间)配设有线圈31a，通过这些磁致伸缩产生部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，来自曲柄轴7a的人力驱动力传递到人力传递体28，并且通过扭矩传感器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，磁致伸缩产生部31b以与人力传递体28的轴心方向为例如+45度和－45度的螺旋形状形成，人力驱动力传递到人力传递体28时，在人力传递体28的表面的磁致伸缩产生部31b产生变形，产生导磁率的增加部分和减少部分，因此，通过测量线圈31a的电感差，可以检测扭矩(人力驱动力)的大小。
连动筒体23在曲柄轴7a的外周的与人力传递体28的右侧邻接的部位，相对于曲柄轴7a以旋转自如的状态配设，但通过形成于人力传递体28的右端部外周的花键部(或花键部)28a、和形成于连动筒体23的左端部内周的花键部(或花键部)23a嵌合，与人力传递体28一体地旋转。此外，在该实施方式中，形成于连动筒体23的左端部内周的花键部(或花键部)23a从外侧与人力传递体28的花键部(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，进而，以从左右隔开微小间隙隔着旋转检测体11的方式将旋转检测器10经由安装部件10a安装固定在单元壳体22上。例如，旋转检测器10通过由射出部和受光部构成的成对的光传感器在旋转检测体11的旋转方向排列两个而构成，旋转检测体11具有以梳(梳形)齿状向外周方向延伸的多个齿部(遮光部)。而且，旋转检测体11的齿部通过旋转检测器10的射出部和受光部之间，从而利用旋转检测器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，检测连动筒体23的旋转量及旋转方向。此外，代替光传感器，设有磁传感器也可以检测连动筒体23的旋转量及旋转方向。在此，由于连动筒体23与人力传递体28一体旋转，人力传递体28与曲柄轴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，也可以检测曲柄轴7a或踏板8的旋转量或旋转方向。
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配设有设置于变速机构25的低速用减速齿轮(减速齿轮的一个)36。而且，在蹬下踏板8前进的情况下，传递到连动筒体23的人力驱动力传递到变速机构25的低速用减速齿轮36。
如图4所示，电动机21通过电动机轴承32、33，其旋转轴21a及转子部21b被旋转自如地支承。另外，电动机21的旋转轴21a向右侧方突出，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，变速机构(减速机构)25具有：与曲柄轴7a平行配设的中间轴44、包含低速用减速齿轮36及后述的高速用减速齿轮41的多对(该实施方式中为3对)减速齿轮36～41、低速用单向离合器51及高速用单向离合器52、经由连结销54与合力传递体29连结的变速用配重45、与变速用配重45连动且与高速用单向离合器52卡脱自如的变速用卡合部件43等。而且，变速机构25合成通过曲柄轴7a传递的人力驱动力和从电动机21传递的辅助驱动力，且将合成上述人力驱动力和上述辅助驱动力而得到的合力在可变速为多级(在该实施方式中为低速级和高速级的两级)的状态下传递到合力传递体29。
中间轴44在驱动单元20的前后方向中央部向左右延伸，以与曲柄轴7a平行的姿势，在通过轴承34、35被旋转自如地支承的状态下配设。在中间轴44安装有：人力驱动力切断用的单向离合器47、大径的第一中间轴减速齿轮37、小径的第二中间轴减速齿轮38、虽然小径但比第二中间轴减速齿轮38大径的第三中间轴减速齿轮39等。而且，在没有切断人力驱动力切断用的单向离合器47的情况下，第一～第三中间轴减速齿轮37～39与中间轴44一起一体地旋转。
形成于电动机21的旋转轴21a的电动机轴减速齿轮40制成小径，与大径的第一中间轴减速齿轮37啮合。由此，电动机21的旋转被减速，来自电动机21的辅助驱动力的扭矩被增大并传递到中间轴44侧。小径的第二中间轴减速齿轮38与旋转自如地配设于曲柄轴7a的外周的大径的低速用减速齿轮36啮合。由此，传递到中间轴44的辅助驱动力的扭矩进一步被增大，传递到低速用减速齿轮36。小径的第三中间轴减速齿轮39与旋转自如地配设于曲柄轴7a的外周的大径(但比低速用减速齿轮36小径)的高速用减速齿轮41啮合。由此，传递到中间轴44的辅助驱动力的扭矩再被增大传递到高速用减速齿轮41。此外，高速用减速齿轮41以比低速用减速齿轮36高速而旋转。另外，人力驱动力切断用的单向离合器47配设于中间轴44和第一中间轴减速齿轮37之间，以不向电动机21侧传递来自人力传递减速齿轮36侧的人力驱动力的方式进行动作，在没有产生辅助驱动力的情况下，通过来自踏板8的力阻止电动机21旋转，减轻搭乘者旋转踏板8的力。
如图5等所示，低速用减速齿轮36具有从齿部36a的基部向右侧延伸的小径的筒状部36b，并旋转自如地配设于曲柄轴7a的外周。另外，在低速用减速齿轮36的筒状部36b的外周组装有低速用单向离合器51，低速用单向离合器51的凸轮(棘爪)51a与形成在合力传递体29的中径筒状部29a的内周侧所形成的齿部29d(参照图5～图7等)卡脱自如。合力传递体29在曲柄轴7a的外周旋转自如地配设，具有位于左侧的中径筒状部29a和位于右侧的小径筒状部29b。而且，在合力传递体29的小径筒状部29b的端部外周安装有驱动链轮13，驱动链轮13与合力传递体29一体旋转。
如图5～图7等所示，在合力传递体29的小径筒状部29b的靠左侧部位的外周经由轴承53旋转自如地配设有高速用减速齿轮41。在高速用减速齿轮41的左侧部分的内周形成有与高速用单向离合器52卡脱自如的齿部41a。另外，在合力传递体29的中径筒状部29a的靠右部位的外周安装有高速用单向离合器52。而且，以向高速用单向离合器52的外周侧突出的(立起)的方式通过环状的盘簧施力的高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a向规定方向旋转的情况下，与高速用减速齿轮41的齿部41a卡合可一体旋转。另外，在该实施方式中，如图4、图5等所示，低速用单向离合器51和高速用单向离合器52以在与曲柄轴7a的轴心正交的方向重叠的方式配设，但不限于此。
如图5、图6、图9、图10所示，在合力传递体29的中径筒状部29a的靠左部位的外周，进而在周向多个部位(该实施方式中为3个部位)形成粗径的圆弧状粗径部29f，并且在这些圆弧状粗径部29f以向曲柄轴7a的轴心平行的方向延伸的方式插通连结销54。而且，经由连结销54在前端部侧一体形成有配重部45a的变速用配重45从如图6所示的所谓闭合姿势经过如图10所示的所谓打开姿势在转动自如的状态下被安装。此外，在连结销54外装有以成为图6所示的闭合姿势的方式对变速用配重45施力的扭转螺旋弹簧55。
另外，在各配重部45a的比连结销54的插通部位更靠外径侧的部位，以向与曲柄轴7a的轴心平行的方向延伸的方式压入连动用销42等进行组装。另外，大致环状的卡合部件43以在槽部43b嵌合的方式组装在各连动用销42。卡合部件43的形成于内周侧的圆弧面43c与形成于合力传递体29的圆弧面29f滑动接触等，以曲柄轴7a的轴心为中心，在相对于合力传递体29沿周向可相对移动的状态下配设。另外，在卡合部件43的内周的局部形成有与高速用单向离合器52的左侧的凸轮(棘爪)52a卡脱自如的齿部43a。
而且，经由踏板8，曲柄轴7a向前进方向以低速旋转的情况下，如图5～图7所示，通过扭转螺旋弹簧55的作用力，变速用配重45的配重部45a的内周侧部分成为大体沿着合力传递体29的中径筒状部29a的外周面的闭合的姿势，随之，经由连动用销42，卡合部件43成为使高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a倾倒(不能立起的状态)的位置。由此，如图8所示，高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a从高速用减速齿轮41的齿部41a脱离，高速用减速齿轮41的旋转不能传递到合力传递体29。因此，只有低速用减速齿轮36的旋转力经由低速用单向离合器51传递到合力传递体29，合力传递体29及驱动链轮13以低速旋转。
另一方面，经由踏板8，曲柄轴7a向前进方向以高速旋转时，如图9～图11所示，变速用配重45的配重部45a变得比扭转螺旋弹簧55的作用力大，成为通过离心力向外径方向扩张的姿势(打开姿势)，随之，卡合部件43向a方向(参照图11)移动，高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a成为可立起的位置。由此，如图12所示，成为高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a与高速用减速齿轮41的齿部41a可啮合的状态，经由高速用单向离合器52，高速用减速齿轮41的旋转传递到合力传递体29。其结果，合力传递体29及驱动链轮13以高速旋转。此外，这时低速用单向离合器51空转。
根据上述结构，使踏板8以高速旋转时，因曲柄轴7a及变速用配重45的转速增大，所以变速用配重45的姿势连动变化(打开)，从低速级侧自动切换为高速级侧。另外，踏板8的旋转从高速变为低速时，变速用配重45的姿势连动变化(闭合)从高速级侧自动切换为低速级侧。由此，可以自动地切换变速级，可以省去利用手动切换变速级的麻烦。
另外，开始行驶时等，大多在曲柄轴7a的转速小的情况下经由踏板8向踏板8施加大的踏力，这样，在曲柄轴7a的转速小的情况下必然为低速级。因此，不需要使用将合力传递到后轮4侧的合力传递体29及驱动链轮13、链条15等的合力传递零部件或作为电动机21在高旋转、大的扭矩下也能承受的零部件(电动机21中，在高旋转可输出大的扭矩的电动机21)，因此，与使用在高旋转、大的扭矩下也能承受的零部件的情况比较，具有不会降低可靠性，利用制造成本等较廉价的零部件就可以实现的优点。
即，在利用手动切换变速级的情况下，开始行驶时等，即使在施加大的踏力的情况下也可能是高速级，因此，需要使用将合力传递到后轮4侧的合力传递体29及驱动链轮13、链条15等合力传递零部件或作为电动机21在高旋转、大的扭矩下也能承受的零部件(电动机21中在高旋转下可输出大的扭矩的电动机21)，所以不得不使用制造成本等高价的零部件，但根据本发明的实施方式的驱动单元20，不会有没有这种情况。
另外，根据上述实施方式，利用合力旋转变速用配重45，因此，与仅利用人力驱动力或仅利用辅助驱动力旋转变速用配重的情况比较，可以在大的力作用下良好地旋转变速用配重45。因此，能够比较稳定地进行变速级切换，可以获得良好的可靠性。
另外，该驱动单元20因为是从驱动链轮13输出合力的所谓单轴式结构，所以通过对电动机21或变速机构等的配置下功夫，具有能够使驱动单元20的侧视的状态下的面积(从横方向的投影面积)比双轴式的驱动单元的面积小(能够小型化)的优点。另外，还具有不需要设置张紧链轮等张紧装置的优点。
另外，在驱动单元20的内部配设变速机构21，形成具有所谓内装变速器的构造，因此，也不需要使用在单轴式的驱动单元设置外装变速器的情况所需要的相对于车宽方向小的尺寸的(薄)链条，不会有链条的耐用年数为极短的期间，零部件的交换频率增加，或辅助驱动力不充分的情况。另外，不需要设置前变速器，并且对于前变速器的配设部位也不产生课题。另外，人力传递体28、合力传递体29及变速机构21配设于驱动单元20的内部，被保护不受外部影响，因此，可靠性提高。
上述实施方式(第一实施方式)中，叙述了将变速用配重45经由连动用销42转动自如地安装在合力传递体29的情况，但不限于此。图13～图17是表示本发明第二实施方式的驱动单元20的变速机构25的结构。在该实施方式的变速机构25中，配设于合力传递体29和设置有高速用减速齿轮41的齿部41a的部位之间的高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a的单侧(图13或图14的左侧)部分作为变速用配重(配重部)61一体地形成。
另外，在该实施方式中，通过在设置于高速用单向离合器52的左右方向的中间的槽部52c嵌入的环状的盘簧，高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a向沿着内周侧倾倒的方向(非立起方向)被施力。即，如图14、图16简略所示，通过嵌入高速用单向离合器52的槽部52c的环状的盘簧52d，向内周侧推压的高速用单向离合器52的基部52b的截面形状在凸轮(棘爪)52a沿着内周侧倾倒时，基部的截面部外周侧成为沿着盘簧的内周面的非立起状态，在凸轮(棘爪)52a朝向外周侧立起时，基部的截面部外周侧成为从盘簧的内周面向外侧突出而立起状态的形状。
在上述结构中，在经由踏板8，曲柄轴7a向前进方向以低速旋转的情况下，通过盘簧52d的作用力，如图13、图15所示，高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a成为倾倒的状态(非立起状态)。由此，高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a从高速用减速齿轮41的齿部41a脱离，高速用减速齿轮41的旋转不向合力传递体29传递。因此，只有低速用减速齿轮36的旋转力经由低速用单向离合器51传递到合力传递体29，合力传递体29及驱动链轮13以低速旋转。
另一方面，当经由踏板8，曲柄轴7a向前进方向以高速旋转时，作用于高速用单向离合器52的变速用配重(配重部)61的离心力比盘簧52d的作用力大，如图16、图17所示，高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a成为向外径方向扩大立起的姿势。成为高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a与高速用减速齿轮41的齿部41a可啮合的状态，高速用减速齿轮41的旋转经由高速用单向离合器52传递到合力传递体29。其结果，合力传递体29及驱动链轮13以高速旋转。此外，这时，低速用单向离合器51空转。
根据上述结构，当使踏板8以高速旋转时，曲柄轴7a及变速用配重(配重部)61的转速增大，因此，变速用配重(配重部)61的姿势连动变化(打开)，从低速级侧自动地切换为高速级侧。另外，踏板8的旋转从高速变成低速时，变速用配重(配重部)61的姿势连动变化(闭合)，从高速级侧自动地切换为低速级侧。由此，能够自动地切换变速级，可以省去利用手动切换变速级的麻烦。另外，曲柄轴7a的转速小的情况下必然为低速级，因此，不需要使用将合力传递到后轮4侧的合力传递体29及驱动链轮13、链条15等合力传递零部件或作为电动机21，在高旋转、大的扭矩下也能承受的零部件(电动机21中在高旋转可输出大的扭矩的电动机21)，能够实现制造成本的降低。
另外，根据上述实施方式，因为通过合力旋转变速用配重61，所以与只利用人力驱动力或只利用辅助驱动力旋转变速用配重的情况相比，可以在大的力作用下良好地旋转变速用配重61。因此，能够比较稳定地进行变速级的切换，可以得到良好的可靠性。
另外，在上述结构中，因为在高速用单向离合器52的一部分一体形成变速用配重(配重部)61，所以不需要设置如图5～图12所示的实施方式的连结销54、连动用销42、卡合部件43等，能够形成极简单的结构。由此，可以实现制造成本进一步的降低。
另外，图18～图21是表示本发明第三实施方式的驱动单元20的变速机构25的结构。该实施方式的变速机构25中，作为高速用单向离合器52使用没有配重部的一般的离合器。另外，高速用单向离合器52通过嵌入槽部的环状的盘簧以高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a向外周侧突出(立起)的方式被施力。
另一方面，在该实施方式中，配设有沿径向移动自如的变速用配重71。如图18～图21所示，变速用配重71形成为相对于周向被分割成多个(在该实施方式中被分割成3个)的侧视大致圆弧形状。另外，变速用配重71在以从变速用配重71的外周侧覆盖的方式安装于合力传递体29的左端部的外周罩72和合力传递体29的粗径部29g(参照图19、图21)之间沿径向(半径方向)移动自如地配设。
此外，在变速用配重71的内周两端部形成有与形成于合力传递体29的凹部29h嵌合的突部71a，并被限制周向的移动。另外，以从3个变速用配重71的外周面向内周侧施力的方式配设有由环状的盘簧构成的施力弹簧73，通过该施力弹簧73，向内径侧对变速用配重71施力。此外，在外周罩72形成有肋72a，通过该肋72a，施力弹簧73被限制为不向图18的左侧移动。
如图18～图21所示，变速用配重71在其内周面可与高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a的左侧部分抵接的姿势配设。另外，高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a的右侧部分以可与高速用减速齿轮41的齿部41a啮合的状态配设。
上述结构中，在经由踏板8，曲柄轴7a向前进方向以低速旋转的情况下，通过施力弹簧73的作用力，如图18、图19所示，变速用配重71成为靠向内径侧的位置。而且，通过变速用配重71的内周面，高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a向内径侧被推压，成为倒下状态(非立起状态)。由此，高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a从高速用减速齿轮41的齿部41a脱离，高速用减速齿轮41的旋转不传递到合力传递体29。因此，只有低速用减速齿轮36的旋转力经由低速用单向离合器51传递到合力传递体29，合力传递体29及驱动链轮13以低速旋转。
另一方面，经由踏板8，曲柄轴7a向前进方向以高速旋转时，作用在变速用配重71的离心力比施力弹簧73的作用力大，如图20、图21所示，成为从高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a向外周侧脱离的姿势。由此，成为高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a可与高速用减速齿轮41的齿部41a啮合的状态，高速用减速齿轮41的旋转经由高速用单向离合器52传递到合力传递体29。其结果，合力传递体29及驱动链轮13以高速旋转。此外，这时，低速用单向离合器51空转。
根据该结构，当使踏板8以高速旋转时，曲柄轴7a及变速用配重71的转速增大，变速用配重71的离心力也增大，因此，变速用配重71向外径侧移动，成为高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a可与高速用减速齿轮41的齿部41a啮合的状态，从低速级侧自动地切换为高速级侧。另外，踏板8的旋转从高速变为低速时，变速用配重71向内径侧移动，高速用单向离合器52从高速用减速齿轮41脱离，从高速级侧自动地切换为低速级侧。由此，可以自动地切换变速级，可以省去利用手动切换变速级的麻烦。另外，曲柄轴7a的转速小的情况下，必然为低速级，所以不需要使用将合力传递到后轮4侧的合力传递体29或驱动链轮13、链条15等的合力传递零部件或作为电动机21，在高旋转大的扭矩下也能承受的零部件(电动机21中在高旋转可输出大的扭矩的电动机21)，可以实现制造成本的降低。
另外，根据上述实施方式，由于利用合力旋转变速用配重71，所以与只利用人力驱动力或只利用辅助驱动力旋转变速用配重的情况相比，可以在大的力的作用下良好地旋转变速用配重71。因此，能够比较稳定地进行变速级的切换，可以得到良好的可靠性。
另外，根据上述结构，能够以比较的简单的结构自动地变速。由此，可以将制造成本抑制得较低。
上述第一～第三实施方式中叙述了变速用配重45、61、71都安装在合力传递体29的情况，但不限于此。图22～图24是表示本发明的第四实施方式的电动助力自行车的驱动单元20的变速机构25的结构。在该实施方式的变速机构25中，作为在周向保持多个如滚珠轴承那样的滚珠的多个高速旋转部的配重保持部80经由支承滑动轴82安装在高速用减速齿轮41。在此，上述滚珠作为变速用配重81发挥功能。
对于该结构进行详细叙述时，如图22、图24所示，从比高速用减速齿轮41的齿部41a更靠外周侧的部位，以向左侧方突出的方式安装有支承滑动轴82，经由该支承滑动轴82安装有配重保持部80。如图22、图23等所示，配重保持部80设为通过内侧部件(移动部件)83和外侧部件84从两侧(左右)夹着由滚珠构成的多个的变速用配重81的状态下并保持的构造。在图22等中，配设于右侧的外侧部件84在固定于高速用减速齿轮41的左侧面的状态下被安装，另一方面，配设于左侧的内侧部件83经由支承滑动轴82，向左侧方移动自如地被支承。另外，在支承滑动轴82的左侧部分配设有对内侧部件(移动部件)83向右侧施力的施力弹簧85。
如图22、图24的靠下方位置所示，在内侧部件83和外侧部件84的夹着由滚珠构成的变速用配重81的部位分别形成有夹着变速用配重81的尺寸越靠外径侧越小的倾斜面83a、84a。另外，在内侧部件83的高速用单向离合器52的附近部位形成有与高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a的左侧部分抵接且可使凸轮(棘爪)52a倾倒的倾倒用倾斜面83b。
上述结构中，在经由踏板8，曲柄轴7a向前进方向以低速旋转的情况下，因作用在变速用配重81的离心力小，通过施力弹簧85的作用力，如图22所示，内侧部件83成为靠向右侧的位置。而且，利用内侧部件83的倾倒用倾斜面83b，高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a被压向内径侧，成为倒下的状态(非立起状态)。由此，高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a从高速用减速齿轮41的齿部41a脱离，高速用减速齿轮41的旋转不传递到合力传递体29。因此，仅低速用减速齿轮36的旋转力经由低速用单向离合器51传递到合力传递体29，合力传递体29及驱动链轮13以低速旋转。
另一方面，在经由踏板8，曲柄轴7a向前进方向以高速旋转时，作用在由滚珠构成的变速用配重81的离心力增大，从倾斜面83a将内侧部件83向左按压并扩张的力增大，抵抗施力弹簧85的作用力，如图24所示，作为移动部件的内侧部件83向左移动。由此，成为内侧部件83的倾倒用倾斜面83b从高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a向左侧脱离的姿势。由此，成为高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a可与高速用减速齿轮41的齿部41a啮合的状态，高速用减速齿轮41的旋转经由高速用单向离合器52传递到合力传递体29。其结果，合力传递体29及驱动链轮13以高速旋转。此外，此时，低速用单向离合器51空转。
根据该结构，当使踏板8以高速旋转时，因曲柄轴7a及变速用配重81的转速增大，变速用配重81的离心力也增大，所以变速用配重81向外径侧移动，成为高速用单向离合器52的凸轮(棘爪)52a可与高速用减速齿轮41的齿部41a啮合的状态，从低速级侧自动地切换为高速级侧。另外，踏板8的旋转从高速变为低速时，变速用配重81向内径侧移动，高速用单向离合器52从高速用减速齿轮41脱离，从高速级侧自动地切换为低速级侧。由此，可以自动地切换变速级，可以省去利用手动切换变速级的麻烦。另外，曲柄轴7a的转速低的情况下，必然为低速级，因此不需要使用将合力传递到后轮4侧的合力传递体29及驱动链轮13、链条15等的合力传递零部件或作为电动机21在高旋转、大的扭矩下也能承受的零部件(电动机21中可在高旋转输出大的扭矩的电动机21)，可以实现制造成本的降低。
另外，根据上述实施方式，因为利用合力旋转变速用配重81，所以与只利用人力驱动力或只利用辅助驱动力旋转变速用配重的情况比较，可以在大的力作用下良好地旋转变速用配重81。因此，能够比较稳定地进行变速级的切换，可以得到良好的可靠性。
另外，在该第四实施方式的变速机构25中，在总是以高速旋转的高速用减速齿轮41安装有作为高速旋转部的配重保持部80，因变速用配重81以高速旋转，所以作用在变速用配重81的离心力也比较大。因此，可以比较稳定地进行变速级的切换动作，可以得到良好的可靠性。
另外，如上述第一～第三实施方式，与在合力传递体29安装变速用配重45、61、71的情况比较，在使踏板8以低速旋转的情况下，与合力传递体29相比高速用减速齿轮41以高速旋转，因此，作为变速用配重81可以利用比较小的结构完成，进而，作为具备内装变速器的所谓单轴式的驱动单元20，还可以实现小型化。
此外，上述实施方式中叙述了都是利用合力使变速用配重45、61、71、81旋转的结构的情况，但不限于此，也可以只利用人力驱动力或只利用电动机驱动力(辅助驱动力)使变速用配重旋转。
另外，上述实施方式中叙述了作为环状驱动力传递体使用链条15，经由链条15将来自驱动链轮13的力传递到后链轮14的情况。但是，不限于此，也可以构成为，作为环状驱动力传递体使用齿带，经由齿带将相当于驱动链轮的驱动齿轮的力传递到后齿轮。
产业上的可利用性
本发明能够适于通过在来自踏板的踏力的人力驱动力加上由电动机产生的辅助驱动力来行驶的各种电动助力自行车。

Claims (15)

1.一种电动助力自行车，具备具有电动机的驱动单元，可通过在来自踏板的踏力产生的人力驱动力加上由电动机产生的辅助驱动力来行驶，其特征在于，
所述驱动单元配设在前轮与后轮之间的中间位置，
在所述驱动单元内设置有在进行多级切换变速的同时传递将人力驱动力和来自电动机的辅助驱动力合成所得到的合力的变速机构，
在所述变速机构设置有根据旋转时的离心力而变化姿势的变速用配重，
通过所述曲柄轴的转速增大，所述变速用配重的转速也连动增大，所述变速用配重的姿势变化，从而从低速级侧切换到高速级侧。
2.如权利要求1所述的电动助力自行车，其特征在于，
所述变速用配重通过合力而旋转。
3.如权利要求1或2所述的电动助力自行车，其特征在于，
在所述曲柄轴的外周配设有传递所述人力驱动力的人力传递体和传递合力的合力传递体。
4.如权利要求3所述的电动助力自行车，其特征在于，
所述人力传递体、所述合力传递体及所述变速机构配设于所述驱动单元的内部，
具有：与曲柄轴同轴心的驱动力输出轮体、卷绕于该人力驱动力输出轮体的环状驱动力传递体，
经由所述变速机构传递到所述合力传递体的合力，经由所述驱动力输出轮体和所述环状驱动力传递体传递到后轮。
5.如权利要求1或2所述的电动助力自行车，其特征在于，
具备：人力传递体，其传递人力驱动力；合力传递体，其组装有从驱动单元输出合力的输出轮体；低速用减速齿轮，其以低速旋转将合力传递到所述合力传递体；高速用减速齿轮，其以高速旋转将合力传递到所述合力传递体。
6.如权利要求5所述的电动助力自行车，其特征在于，
在所述高速用减速齿轮与所述合力传递体之间配设有可将所述高速用减速齿轮的旋转力传递到所述合力传递体的高速用单向离合器，
通过利用所述变速用配重的离心力进行姿势的变更，所述高速用单向离合器切换为切断状态和可接合状态。
7.如权利要求1～6中任一项所述的电动助力自行车，其特征在于，
所述变速用配重配设为，以绕与曲柄轴相同的轴心旋转的轴为中心进行转动。
8.如权利要求7所述的电动助力自行车，其特征在于，
所述变速用配重配设为，以与传递合力的合力传递体连结的连结销为中心转动。
9.如权利要求6所述的电动助力自行车，其特征在于，
所述变速用配重设置在所述高速用单向离合器。
10.如权利要求1～6中任一项所述的电动助力自行车，其特征在于，
所述变速用配重配设为，在可沿以曲柄轴的轴心为中心的半径方向移动的状态下，绕与曲柄轴相同的轴心旋转。
11.如权利要求5或6所述的电动助力自行车，其特征在于，
所述变速用配重配设在安装于所述高速用减速齿轮的高速旋转部。
12.如权利要求6所述的电动助力自行车，其特征在于，
所述变速用配重配设在安装于所述高速用减速齿轮的高速旋转部，
在所述高速旋转部设置有基于所述变速用配重的离心力而切换位置的移动部件，
通过所述移动部件，所述高速用单向离合器切换为切断状态和可接合状态。
13.如权利要求1～12中任一项所述的电动助力自行车，其特征在于，
在所述人力传递体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产生部。
14.如权利要求1～13中任一项所述的电动助力自行车，其特征在于，
在所述人力传递体或与所述人力传递体连动的部件设置有检测所述人力传递体的旋转的旋转检测器。
15.如权利要求4所述的电动助力自行车，其特征在于，
作为所述环状驱动力传递体，使用有齿带。
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