JP6226120B2 - 電動アシスト自転車 - Google Patents

Description

本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である電動アシスト自転車に関するものである。

バッテリなどの蓄電器から給電されるモータを有し、ペダルに加えられる踏力からなる人力駆動力をトルクセンサにより検出し、人力駆動力に対応したモータの補助駆動力（アシスト力）を加えることで、上り坂等でも楽に走行できる電動アシスト自転車は既に知られている。

この電動アシスト自転車において、モータなどが内蔵されたモータ駆動ユニットを、クランク軸が設けられている箇所に配設したものがある。このような配置構成の電動アシスト自転車は、重量が比較的大きいモータ駆動ユニットが、電動アシスト自転車の前後方向中央（すなわち、前輪と後輪との間の中間）の低い位置に配置される。したがって、この配置構成の電動アシスト自転車は、モータが前輪のハブや後輪のハブに内蔵されているものと比較して、前輪や後輪を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、車体の取り回しがよく、また、走行安定性も良好である。

この種の電動アシスト自転車に設けられるモータ駆動ユニットとしては、大別して、図１０に示すように、クランク軸１０１の一端部近傍箇所に配設された人力駆動力出力輪体としての駆動スプロケット（前スプロケットや大ギヤとも称せられる）１０２とは別に、モータからの補助駆動力を出力する補助駆動力出力スプロケット１０３を備えた、いわゆる二軸式とも称せられるモータ駆動ユニット１００と、図１１、図１２に示すように、踏力による人力駆動力とモータによる補助駆動力とがモータ駆動ユニット２００の内部で合成され、合成された合力が駆動スプロケット２０１から出力されるいわゆる一軸式とも称せられるモータ駆動ユニット２００と、がある。

前記二軸式のモータ駆動ユニット１００は、例えば特許文献１等に開示されており、図１０に示すように、補助駆動力出力スプロケット１０３が、モータ駆動ユニット１００における駆動スプロケット１０２よりも後方の箇所から、モータ駆動ユニット１００のユニットケース１０４より外側に突出された状態で配設されている。そして、人力駆動力が出力される駆動スプロケット１０２と補助駆動力が出力される補助駆動力出力スプロケット１０３とのそれぞれが、無端状駆動力伝達体としてのチェーン１０５に噛み合わされており、チェーン１０５によって人力駆動力と補助駆動力が合成されて後輪側に伝達される。

補助駆動力出力スプロケット１０３のさらに後方には、補助駆動力出力スプロケット１０３に噛み合った後のチェーン１０５に噛み合って下方に案内するテンショナ装置（ガイド装置とも称せられる）１０６が配設されている。そして、このテンショナ装置１０６に設けられたテンションスプロケット１０７により、補助駆動力出力スプロケット１０３に噛み合うチェーン１０５の巻き角度を増加させている。

一方、いわゆる一軸式のモータ駆動ユニット２００は、例えば特許文献２等に開示されており、図１１、図１２に示すように、ペダルからの人力駆動力が伝達されるクランク軸２０２の外周に、セレーション結合などにより前記人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体２０３と、この人力伝達体２０３を介して伝達された人力駆動力とモータ２０４からの補助駆動力とが合成される合力体２０５とを配設している。そして、人力伝達体２０３からの人力駆動力が一方向クラッチ２０６を介して合力体２０５に伝達されるよう構成している。また、合力体２０５の一端部には、モータ２０４からの補助駆動力が減速機構２０７を介して伝達される大径歯車部２０５ａが形成され、合力体２０５の他端部には、無端状駆動力伝達体としてのチェーン２０８に噛み合わされる駆動力出力輪体としての駆動スプロケット２０１が取り付けられている。そして、合力体２０５において合成された合力が駆動スプロケット２０１からチェーン２０８を介して後輪側に伝達される。

図１１、図１２に示すように、一軸式のモータ駆動ユニット２００はチェーン２０８に駆動スプロケット２０１だけを噛み合わせて、人力駆動力と補助駆動力とを合成した合力をチェーン２０８に伝達する方式である。これに対して、二軸式のモータ駆動ユニット１００は、図１０に示すように、チェーン１０５に、人力駆動力を伝達する駆動スプロケット１０２と、補助駆動力を伝達する補助駆動力出力スプロケット１０３と、さらに、テンションスプロケット１０７とを噛み合わせる必要がある。

このため、一軸式のモータ駆動ユニット２００は、モータ２０４や減速機構２０７などの配置を工夫することで、モータ駆動ユニット２００の側面視した状態での面積（横方向からの投影面積）を、二軸式のモータ駆動ユニット１００の面積よりも小さくできる（コンパクト化できる）利点がある。また、いわゆるフロント変速機を装着しようとした場合に、一軸式のモータ駆動ユニット２００は、駆動スプロケット２０１を多段にすることで容易に装着することができる。一方、二軸式のモータ駆動ユニット１００は、チェーン１０５に駆動スプロケット１０２と補助駆動力出力スプロケット１０３とテンションスプロケット１０７とを噛み合わせる必要があるので、フロント変速機を装着することは困難である。さらに、一軸式のモータ駆動ユニット２００は、テンションスプロケット１０７などのテンショナ装置１０６を設けなくて済む利点もある。

このような利点を有する一軸式のモータ駆動ユニット２００において、クランク軸２０２からの人力駆動力が伝達される人力伝達体２０３の外周面とその対向部分に、人力駆動力を検出する磁歪式のトルクセンサ２０９が設けられているものがある。すなわち、人力伝達体２０３の外周面に磁歪発生部２０９ｂが形成されているとともに、この磁歪発生部２０９ｂに対向するように、磁歪発生部２０９ｂに対して非接触の状態で、磁歪発生部２０９ｂでの磁気の変動を検出するコイル２０９ａが配設されている。そして、左右のペダルを踏み込んだ際にクランク軸２０２が踏力（人力駆動力）により捩れるため、クランク軸２０２からの人力駆動力が伝達される人力伝達体２０３の捩れ状態を、前記トルクセンサ２０９により検出している。

ここで、電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットにおいては、例えば特許文献３に開示されているように、トルク（人力駆動力）を機械的に検出する構造のものもある。しかし、このような構造のものでは、トルクを検出する箇所で部品同士が互いに当接するなどして機械的な抵抗を生じるため、電池の出力用残量がなくなって補助駆動力を付加できなくなった場合などに、搭乗者に対する負担が大きくなる。

これに対して、図１２に示すような磁歪式のトルクセンサ２０９によりトルク（人力駆動力）を検出するモータ駆動ユニット２００では、トルク（人力駆動力）を検出するコイル２０９ａが磁歪発生部２０９ｂに対して非接触状態で配設されている。したがって、電池の出力用残量がなくなって補助駆動力を付加できなくなった場合でも、搭乗者に対する負担が殆どない利点がある。

また、前記モータ駆動ユニット２００では、磁歪発生部２０９ｂが、クランク軸２０２とは別体の人力伝達体２０３に形成されているため、以下の利点もある。
すなわち、クランク軸２０２の両端部には、回転方向に対するトルク（人力駆動力）だけでなく、ペダルを介して搭乗者の足から体重の一部が下方に加えられてクランク軸２０２を湾曲させようとする曲げ応力が作用する。したがって、クランク軸２０２に磁歪発生部２０９ｂを形成すると、この曲げ応力が、トルク（人力駆動力）を検出する際の外乱要因やノイズとなってトルクの検出能力が低下するおそれがある。また、クランク軸２０２は、大きな曲げ応力に対しても十分対応できるような材料を選定しなければならないため、材料が極めて限定されてしまい、場合によっては、トルクの検出能力が低いものを用いざるを得ない場合がある。

これに対して、図１２に示すモータ駆動ユニット２００では、磁歪発生部２０９ｂが、クランク軸２０２とは別体の人力伝達体２０３に形成されているため、曲げ応力が、クランク軸２０２よりも作用し難く、クランク軸２０２に磁歪発生部２０９ｂを形成する場合と比較して、トルクの検出能力を向上させることができる。また、人力伝達体２０３としてその外周面に磁歪発生部２０９ｂを形成するに適した材料を用いることができるので、これによっても、トルクの検出能力を向上させることができる。

また、モータ駆動ユニット２００では、人力伝達体２０３の端部と合力体２０５の大径歯車部２０５ａとの間に、補助駆動力切断用の一方向クラッチ２０６が配設されている。ここで、この補助駆動力切断用の一方向クラッチ２０６は、以下の理由で設けられている。すなわち、この種の電動アシスト自転車では、搭乗者がペダルを漕ぐことを止めても、しばらくの間だけ、モータ２０４が回転し続けるように制御する場合（いわゆる遅れ制御を行う場合）があり、この場合には、一方向クラッチ２０６が設けられていないと、モータ２０４からの補助駆動力がクランク軸２０２に伝達されて、ペダルが勝手に回転し続けようとする。したがって、このような力が、クランク軸２０２やペダルに作用しないように、一方向クラッチ２０６により、モータ２０４からの補助駆動力を切断させている。

ところで、このように、磁歪式のトルクセンサ２０９を備えたモータ駆動ユニット２００において、クランク軸２０２などの回転を検出する回転検出器２１０（図１２参照）が設けられているものがある。このモータ駆動ユニット２００では、永久磁石とコイルを備えたいわゆるピックアップセンサ（磁気センサ）からなる回転検出器２１０が、ユニットケース２１１における合力体２０５の大径歯車部２０５ａの歯部に臨む近接位置に配設されている。合力体２０５は、搭乗者がペダルを漕ぐことを止めた時（ペダル停止時）や、前記遅れ制御によりモータ２０４が回転された時（遅れ制御時）を除き、クランク軸２０２や人力伝達体２０３と同じように一体的に回転する。したがって、前記回転検出器２１０により、ペダル停止時や遅れ制御時を除いて、クランク軸２０２の回転を検出することができ、ペダルの踏み込み状態などを推測できる。

特開２００９−２０８７１０号公報 特開平１０−２５０６７３号公報 特開平１０−８１２９２号公報

しかしながら、上記のように、合力体２０５の大径歯車部２０５ａに臨むように回転検出器２１０を配設している構造では、以下のような課題がある。
まず、ペダル停止時や遅れ制御時などには、人力伝達体２０３に対して補助駆動力切断用の一方向クラッチ２０６を介して連結されている合力体２０５と、クランク軸２０２や人力伝達体２０３との回転状態が異なるため、回転検出器２１０で検知した合力体２０５の回転状態の情報が、クランク軸２０２の回転状態とは必ずしも一致しない。

補助駆動力切断用の一方向クラッチ２０６が人力伝達体２０３と合力体２０５との間に接触した状態で配設されており、一方向クラッチ２０６の切換動作時の振動やカム部の噛み合い動作や乗越え動作時の振動が、トルクセンサ２０９が設けられている人力伝達体２０３に直接伝達するため、トルク検出時のノイズとなって、トルクの検出能力が低下するおそれがある。また、一方向クラッチ２０６の振動が合力体２０５にも直接伝達するため、合力体２０５の回転を検出する際のノイズとなって、回転検出能力も低下するおそれがある。

回転検出器２１０が臨んで配設される合力体２０５の大径歯車部２０５ａの歯部にはグリスが塗られており、合力体２０５の大径歯車部２０５ａが金属である場合には、摩耗した金属粉がグリスとともに回転検出器２１０に付着する恐れがあり、これによっても回転検出器２１０の検出能力が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するもので、クランク軸とともに一体的に回転する人力伝達体の回転を常に良好に検出することができ、かつ、トルクも良好に検出することできる一軸式のモータ駆動ユニットを備えた電動アシスト自転車を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、モータを備えたモータ駆動ユニットが前輪と後輪との間の中間位置に配設され、ペダルからの踏力による人力駆動力に、前記モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である電動アシスト自転車であって、クランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達されて、前記人力駆動力を検出するためのトルクセンサの磁歪発生部が形成された筒状の人力伝達体が配設され、前記クランク軸の外周に、前記人力伝達体を介して伝達された人力駆動力とモータからの補助駆動力とが合成される合力体が配設され、前記合力体により人力駆動力と補助駆動力とが合成されてなる合力が、クランク軸と同軸心の駆動力出力輪体と、この駆動力出力輪体に掛け渡された無端状駆動力伝達体とを介して、後輪に伝達されるよう構成され、クランク軸の外周に、前記人力伝達体に係合された中間筒体が設けられ、前記中間筒体と前記合力体との間に、一方向クラッチが配設され、前記人力伝達体の回転を検出するための回転被検出体が前記人力伝達体に取り付けられ、トルクセンサのコイルを組み付けたコイル組付体が、前記人力伝達体に対して回転自在でかつ前記人力伝達体の周方向ならびに軸心に沿う方向に対して位置規制された状態で、前記人力伝達体の外周から覆うように配設され、前記回転被検出体の回転を検出する回転検出器が、前記コイル組付体に取り付けられていることを特徴とする。

この構成により、場合によっては一体的には回転しない合力体の回転を回転検出器により検出するのではなくて、クランク軸と常に一体的に回転する人力伝達体の回転を回転検出器により検出するよう構成したので、回転検出器で検知した回転状態の情報が、クランク軸の回転状態と必ず一致する。また、一方向クラッチを中間筒体と合力体との間に配設することにより、一方向クラッチが人力伝達体に直接には接触しないので、一方向クラッチの切換動作時の振動やカム部の噛み合い動作や乗越え動作時の振動が、トルクセンサの磁歪発生部や回転被検出体が設けられている人力伝達体に直接には伝達せず、トルクの検出能力や人力伝達体の回転を検出する能力が低下することを防止できる。また、合力体から離れた位置に回転被検出体や回転検出器を配設することが可能であるので、合力体の歯部にグリスが塗られている場合でも、前記グリスによる悪影響を受け難い。

また、トルクセンサのコイルを組み付けたコイル組付体を、前記人力伝達体に対して回転自在でかつ前記人力伝達体の周方向ならびに軸心に沿う方向に対して位置規制された状態で、前記人力伝達体の外周から覆うように配設し、前記コイル組付体に、前記回転検出器を取り付けているので、回転検出器をコイル組付体に取り付けてユニット化した後に、前記コイル組付体を人力伝達体の磁歪発生部に臨むように配設するだけで済み、前記回転検出器を個別に配設する手間を省くことができる。

また、補助駆動力の伝達経路に、減速用歯車部とこの減速用歯車部を支持する減速用歯車支持軸とを有する減速機構を配設し、減速用歯車部と前記減速用歯車支持軸との間に、人力駆動力をモータ側に伝達しない人力駆動力切断用の一方向クラッチを配設してもよい。

本発明によれば、前記人力伝達体に係合された中間筒体と、人力駆動力と補助駆動力とが合成される前記合力体との間に、一方向クラッチを配設し、前記人力伝達体に取り付けた回転被検出体の回転を回転検出器により検出することにより、前記人力伝達体や前記クランク軸の回転状態を常に良好に検出できる。また、一方向クラッチの切換動作時の振動やカム部の噛み合い動作や乗越え動作時の振動が、トルクセンサの磁歪発生部や回転被検出体が設けられている人力伝達体に直接には伝達せず、トルクの検出能力や人力伝達体の回転を検出する能力が低下することを防止できるので、トルクや回転状態を検出する信頼性が向上する。また、合力体から離れた位置に回転被検出体や回転検出器を配設することが可能であるので、合力体の歯部にグリスが塗られている場合でも、前記グリスによる悪影響を回転被検出体や回転検出器が受け難く、これによっても、回転被検出体の回転を回転検出器により良好に検出することができて、信頼性が向上する。
また、トルクセンサのコイルを組み付けたコイル組付体に、回転検出器を取り付けることにより、コイル組付体と回転検出器とをユニット化して、コイル組付体および回転検出器の組付作業の手間を省くことができて、作業能率が向上する。

また、人力伝達体の外周面に、非磁性部を介して磁石を周方向に対して複数設けることにより、人力伝達体、ひいてはクランク軸の回転状態を磁気センサにより良好に検出することができる。なお、回転検出器として光センサを用いてもよい。

本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車の全体側面図 同電動アシスト自転車の部分切欠側面図 （ａ）および（ｂ）は、同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの右側面図および左側面図（駆動スプロケット１３は省いている） 同モータ駆動ユニットの平面横断面図 同モータ駆動ユニットの要部拡大平面横断面図 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ同モータ駆動ユニットの回転検出器および回転体の側面図 同電動アシスト自転車における変形例のモータ駆動ユニットの要部拡大平面横断面図 同電動アシスト自転車における他の変形例のモータ駆動ユニットの要部拡大平面横断面図 同他の変形例のモータ駆動ユニットの回転検出器および回転体の側面図 従来の電動アシスト自転車の側面図 同従来の電動アシスト自転車におけるモータ駆動ユニットの平面断面図 同従来の電動アシスト自転車におけるモータ駆動ユニットの要部平面断面図

以下、本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車について図面に基づき説明する。なお、以下の説明における左右方向および前後方向とは、進行方向に向って当該電動アシスト自転車１に搭乗した状態での方向を言う。また、この発明の構成が以下で述べる構成に限定されるものではない。

図１、図２における１は本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車である。図１、図２などに示すように、この電動アシスト自転車１は、ヘッドパイプ２ａ、前フォーク２ｂ、メインパイプ２ｃ、立パイプ２ｄ、チェーンステー２ｅ、シートステー２ｆなどからなる金属製のフレーム２と、前フォーク２ｂの下端に回転自在に取り付けられた前輪３と、チェーンステー２ｅの後端に回転自在に取り付けられた後輪４と、前輪３の向きを変更するハンドル５と、サドル６と、踏力からなる人力駆動力がかけられるクランク７およびペダル８と、補助駆動力（アシスト力）を発生させる駆動源としての電動のモータ２１（図４参照）およびこのモータ２１を含めた各種の電気的制御を行う制御部２４（図４参照）などが設けられたモータ駆動ユニット２０と、モータ２１に駆動用の電力を供給する二次電池からなるバッテリ１２と、ハンドル５などに取り付けられて、搭乗者などが操作可能な手元操作部（図示せず）と、クランク軸７ａと同軸心で一体的に回転するように取り付けられ、人力駆動力および補助駆動力が合わされた合力を出力する駆動力出力輪体としての駆動スプロケット（前スプロケット、クランクスプロケットや前ギヤとも称せられる）１３と、後輪４のハブ（後ハブとも称する）９に取り付けられた後部輪体としての後スプロケット（後ギヤとも称せられることがある）１４と、駆動スプロケット１３と後スプロケット１４とにわたって回転可能な状態で無端状に巻回された無端状駆動力伝達体としてのチェーン１５と、チェーン１５などを側方から覆うチェーンカバー１７と、などを備えている。なお、バッテリ１２は蓄電器の一例であり、二次電池が好適であるが、蓄電器の他の例としてはキャパシタなどであってもよい。なお、クランク７は左右にそれぞれ設けられるクランクアーム７ｂと、左右のクランクアーム７ｂ同士を連結するクランク軸７ａとからなる。

図１、図２に示すように、この電動アシスト自転車１においても、モータ駆動ユニット２０が、クランク軸７ａの略後方など、前輪３と後輪４との間の中間位置（より詳しくは中間位置の下部）に配置されている。そして、このような配置構成にすることで、重量が比較的大きいモータ駆動ユニット２０が、電動アシスト自転車１の前後方向中央に配置されるため、前輪３や後輪４を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、電動アシスト自転車１の車体（フレーム２など）の取り回しがよく、また、走行安定性も良好となる。

図３（ａ）および（ｂ）はモータ駆動ユニット２０の右側面図および左側面図（駆動スプロケット１３は省いている）、図４および図５は、同モータ駆動ユニット２０の平面横断面図および要部拡大平面横断面図である。

図３（ａ），（ｂ）、図４などに示すように、モータ駆動ユニット２０は、モータケース２２ａ、左側ケース２２ｂ、右側ケース２２ｃからなるユニットケース２２により外殻部などが構成され、モータ駆動ユニット２０の前部をクランク軸７ａが左右に貫通している。また、クランク軸７ａの外周に、クランク軸７ａからの人力駆動力が伝達される略筒状の人力伝達体２８と、人力伝達体２８からの人力駆動力が伝達される中間筒体２３と、中間筒体２３からの人力駆動力が一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０を介して伝達され、かつ人力伝達体２８などを介して伝達された人力駆動力とモータ２１からの補助駆動力とを合成する合力体として機能する合力体２９とが配設されている。さらに、ユニットケース２２の前後方向中央部に、減速用歯車３６などを有する減速機構２５が配設され、ユニットケース２２内の後部左側にモータ２１が配設され、ユニットケース２２内の後部右側に、各種の電気的制御を行う電子部品が設けられた制御用プリント基板２４ａや各種情報の記憶部などを有する制御部２４が配設されている。

詳しくは、図４、図５に示すように、クランク軸７ａが、モータ駆動ユニット２０の前部を左右に貫通した状態で軸受２６、２７により回転自在に配設され、このクランク軸７ａにおける左側寄り部分の外周に、セレーション部（またはスプライン部）７ｃを介して、筒状の人力伝達体２８が一体的に回転する状態で嵌め込まれている。なお、人力伝達体２８の内周におけるクランク軸７ａのセレーション部（またはスプライン部）７ｃに対応する箇所にもセレーション部（またはスプライン部）２８ｂが形成されてクランク軸７ａのセレーション部（またはスプライン部）７ｃと噛み合っている。

人力伝達体２８の外周表面には、磁気異方性を付与した磁歪発生部３１ｂが形成されているとともに、その外周に一定の隙間（空間）を介してコイル３１ａが配設され、これらの磁歪発生部３１ｂおよびコイル３１ａにより磁歪式のトルクセンサ（人力検知部）３１が構成されている。なお、この実施の形態では、トルクセンサ３１のコイル３１ａを組み付けたコイル組付体３１ｃが、人力伝達体２８に対して回転自在でかつ人力伝達体２８の周方向ならびに軸心に沿う方向に対して位置規制された状態で、人力伝達体２８の外周から覆うように配設されている。より具体的には、コイル組付体３１ｃが、磁歪発生部３１ｂに対して回転自在な状態で外嵌され、コイル組付体３１ｃに取り付けられたコイル出力端子部（図示せず）が、ユニットケース２２（左側ケース２２ｂ）の一部に内側から当接されて、人力伝達体２８の周方向ならびに軸心に沿う方向に対して位置規制されている。

上記構成により、クランク軸７ａからの人力駆動力が人力伝達体２８に伝達されるとともに、トルクセンサ３１により人力駆動力が検出される。また、この磁歪式のトルクセンサ３１では、磁歪発生部３１ｂが、人力伝達体２８の軸心方向に対して例えば＋４５度と−４５度とをなす螺旋形状に形成されており、人力伝達体２８に人力駆動力が伝達されると人力伝達体２８の表面の磁歪発生部３１ｂに歪みが発生して透磁率の増加部分と減少部分とが発生するため、コイル３１ａのインダクタンス差を測定することでトルク（人力駆動力）の大きさを検出できるよう構成されている。なお、この実施の形態では、上記構成により、クランク軸７ａが反対方向に回転されたことをも検出可能に構成されているがこれに限るものではない。

中間筒体２３は、クランク軸７ａの外周における人力伝達体２８の右側に隣接した箇所で、クランク軸７ａに対しては回転自在の状態で配設されているが、人力伝達体２８の右端部外周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２８ａと、中間筒体２３の左端部内周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２３ａとで嵌合されている。なお、この実施の形態では、人力伝達体２８のセレーション部（またはスプライン部）２８ａに、中間筒体２３の左端部内周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２３ａが外側から嵌合されている。

また、上述したように、中間筒体２３と合力体２９との間に、一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０が配設されており、一方向クラッチ３０の内側に中間筒体２３が取り付けられ、一方向クラッチ３０の外側に合力体２９が取り付けられている。合力体２９は、クランク軸７ａの外周において、クランク軸７ａに対して回転自在の状態で配設され、モータ２１からの補助駆動力が伝達される。一方、前記一方向クラッチ３０は、中間筒体２３からの前進方向への人力駆動力は合力体２９に伝達するが、合力体２９からの前進方向への補助駆動力は中間筒体２３を介してクランク軸７ａやペダル８側に伝達されないよう構成されている。つまり、この電動アシスト自転車１でも、搭乗者がペダル８を漕ぐことを止めても、しばらくの間だけ、モータ２１が回転し続けるように、いわゆる遅れ制御を行うが、前記一方向クラッチ３０により補助駆動力を切断させて、クランク軸７ａやペダル８が勝手に回転し続けることが阻止されている。

さらに、図５、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、モータ駆動ユニット２０には、クランク軸７ａと一体的に回転する人力伝達体２８、ひいては、クランク軸７ａやペダル８の回転を検出する回転検出器５２が設けられている。この実施の形態では、回転検出器５２が磁気センサにより構成されている。また、人力伝達体２８（この実施の形態では、人力伝達体２８の右端部近傍の外周部）に、人力伝達体２８の回転を検出するための回転被検出体５１が取り付けられている。回転被検出体５１は、人力伝達体２８の外周面に全周にわたって取り付けられているアルミニウム含有樹脂などからなる非磁性部５１ｂと、この非磁性部５１ｂの外周に適当間隔をあけて複数（すなわち、周方向に複数）設けられた磁石５１ａとから構成されている。そして、回転検出器５２に臨む位置を磁石５１ａが通過することにより、回転検出器５２により人力伝達体２８、ひいては、クランク軸７ａやペダル８の回転数（回転量）を検出するよう構成されている。

なお、図６（ａ）に示すように、回転検出器５２は１つだけ設けてもよいが、図６（ｂ）に示すように、２つの回転検出器５２Ａ、５２Ｂはそれぞれ出力信号の位相が９０度異なる位置に配設してもよい。このように２つの回転検出器５２Ａ、５２Ｂが異なる位相の位置に設けられている場合には、回転検出器５２Ａ、５２Ｂの回転方向により入力信号が異なるため、入力信号に基づいて、人力伝達体２８、ひいては、クランク軸７ａやペダル８の正方向および逆方向の各回転方向についても検出できる。なお、図４、図５に示すように、この実施の形態では、回転検出器５２（５２Ａ、５２Ｂ）は、ユニットケース２２（左側ケース２２ｂ）の前端部内側から後方に延びる支持部材５３を介して、回転被検出体５１が配設される箇所に向けて取り付けられている。

また、合力体２９の左寄り箇所外周にはモータ２１からの補助駆動力を入力するための大径歯車部２９ｂが一体形成されており、合力体２９の右端部外周には、駆動力出力輪体としての駆動スプロケット１３が嵌め込まれて、合力体２９と駆動スプロケット１３とは一体的に回転する。なお、合力体２９に外嵌された軸受２７により、クランク軸７ａが合力体２９を介して回転自在に支持されている。なお、合力体２９とクランク軸７ａとの間や、中間筒体２３とクランク軸７ａとの間や、人力伝達体２８の右側内周面とクランク軸７ａとの間に、それぞれ薄肉の軸受などを配設してもよい。

図４に示すように、モータ２１は軸受３２、３３によりその回転軸２１ａおよびロータ部２１ｂが回転自在に支持されている。また、モータ２１の回転軸２１ａが右側方に突出され、この突出部の外周に歯部２１ｃが形成されている。減速機構２５は、減速用歯車３６を介することにより、モータ２１の回転トルク（補助駆動力）が増幅されて合力体２９の大径歯車部２９ｂに伝達するよう構成されている。ここで、減速用歯車３６の支持軸（減速用歯車支持軸）には、軸受３４、３５により回転自在に支持された減速用歯車小径支持軸部（減速用歯車支持軸の一例であり、以下、単に小径支持軸部と略す）３６ａと、これよりも大径の減速用歯車大径支持軸部（減速用歯車支持軸の他の例であり、以下、単に大径支持軸部と略す）３６ｂとが一体形成されている。また、小径支持軸部３６ａの外周に、小径支持軸部３６ａとは別体の減速用小径歯車部（減速用歯車部の一例であり、以下、単に小径歯車部と略す）３６ｃが、圧入またはセレーション部（あるいはスプライン部）などを介して、一体的に回転するように組みつけられている。そして、小径歯車部３６ｃが合力体２９の大径歯車部２９ｂに噛み合わされている。一方、減速用歯車３６の大径支持軸部３６ｂの外周に減速用大径歯車部（減速用歯車部の他の例であり、以下、単に大径歯車部と略す）３６ｄが配設されているとともに、この大径歯車部３６ｄがモータ２１の回転軸２１ａの歯部２１ｃに噛み合わされているが、減速用歯車３６における大径支持軸部３６ｂと大径歯車部３６ｄとの間には、合力体２９からの回転駆動力をモータ２１側に伝達しないための、人力駆動力切断用の一方向クラッチ３７が配設されている。

この一方向クラッチ３７は、走行中にある程度の補助駆動力が出力されるなど、モータ出力（補助駆動力）に基づく減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄの内周部分が、これに対向する大径支持軸部３６ｂの外周部分に対して、相対的に駆動スプロケット１３を前進させる方向に回転する場合（すなわち、減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄの内周の前進方向への回転数が、これに対向する大径支持軸部３６ｂの外周の前進方向への回転数よりも大きい場合）には、減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄに伝達された補助駆動力を、そのまま大径支持軸部３６ｂに伝達するように動作する。そして、補助駆動力が、小径支持軸部３６ａと小径歯部３６ｃとを介して、合力体２９の大径歯車部２９ｂに伝達される。これにより、合力体２９において、人力駆動力と補助駆動力とが合成され、これらの合成された合力が、駆動力出力輪体としての駆動スプロケット１３から、無端状駆動力伝達体としてのチェーン１５を介して、後輪４に伝達される。

一方、バッテリ１２の残容量が無くなって、モータ２１から補助駆動力が出力されない状態でペダル８を漕いだ場合など、モータ出力（補助駆動力）に基づく減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄの内周部分が、これに対向する大径支持軸部３６ｂの外周部分に対して、相対的に駆動スプロケット１３を前進させる方向とは逆方向に回転する場合（減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄの内周の前進方向への回転数が、これに対向する大径支持軸部３６ｂの外周の前進方向への回転数よりも小さい場合）には、減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄに伝達された補助駆動力が一方向クラッチ３７により切断されて、大径支持軸部３６ｂに伝達されないよう構成されている。

これにより、バッテリ１２の残容量が無くなって、モータ２１から補助駆動力が出力されない状態でペダル８を漕いだ場合などには、人力駆動力によって小径歯車部３６ｃおよび小径支持軸部３６ａや大径支持軸部３６ｂは回転されるが、大径歯車部３６ｄやモータ２１の回転軸２１ａおよびロータ部２１ｂは回転されない。

上記構成において、前進走行時にペダル８を踏み込むと、このペダル８にかけられた踏力に基づく人力駆動力が、クランク軸７ａから人力伝達体２８および中間筒体２３、合力体２９に伝達され、前記人力駆動力が、人力伝達体２８に設けられたトルクセンサ３１により検出される。そして、前記人力駆動力に対応する補助駆動力が減速機構２５の減速用歯車３６などを介して、合力体２９に伝達され、合力体２９で合わされた合力が、駆動スプロケット１３から、チェーン１５を介して、後輪４に伝達される。これにより、人力駆動力に対応したモータ２１の補助駆動力（アシスト力）を加えることで、上り坂等でも楽に走行できる。

一方、走行中に搭乗者がペダル８を漕ぐことを止めると、これに伴ってクランク軸７ａおよび人力伝達体２８の回転も停止するため、この停止状態が回転検出器５２により検出され、モータ２１が停止または制動される。このように、走行中に搭乗者がペダル８を漕ぐことを止めると、モータ２１が直ぐに停止または制動されるので、無駄にモータ２１が駆動されて、バッテリ１２の消耗を抑えることができる。

上記構成によれば、場合によっては一体的には回転しない合力体２９の回転を回転検出器により検出するではなくて、クランク軸７ａと常に一体的に回転する人力伝達体２８の回転を回転検出器５２により検出するよう構成したので、回転検出器５２で検知した回転状態の情報が、クランク軸７ａの回転状態と必ず一致する。また、補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０を中間筒体２３と合力体２９との間に配設することにより、一方向クラッチ３０が人力伝達体２８に直接には接触しないので、一方向クラッチ３０の切換動作時の振動やカム部の噛み合い動作や乗越え動作時の振動が、トルクセンサ３１の磁歪発生部３１ｂや回転被検出体５１が設けられている人力伝達体２８に直接には伝達せず、トルクの検出能力や人力伝達体２８の回転を検出する能力が低下することを防止できる。また、合力体２９から離れた位置に回転被検出体５１や回転検出器５２を配設することが可能であるので、合力体２９の大径歯車部２９ｂにグリスが塗られている場合でも、回転検出器５２が前記グリスによる悪影響を受け難い。したがって、回転被検出体５１の回転を回転検出器５２により良好に検出することができて、信頼性が向上する。

また、人力伝達体２８の外周面に、磁石５１ａを、非磁性部５１ｂを介して周方向に対して複数設けることにより回転被検出体５１を構成し、回転検出器５２として磁気センサを用いることで、人力伝達体２８、ひいてはクランク軸７ａの回転状態を良好に検出することができる。

また、図７に示すように、トルクセンサ３１のコイル３１ａを組み付けたコイル組付体３１ｂを、人力伝達体２８に対して回転自在でかつ人力伝達体２８の周方向ならびに軸心に沿う方向に対して位置規制された状態で、人力伝達体の外周から覆うように配設し、コイル組付体３１ｃに、支持部材５５などを介して回転検出器５２を取り付けてもよい。この構成によれば、回転検出器５２をコイル組付体３１ｃに取り付けてユニット化した後に、コイル組付体３１ｃを人力伝達体２８の磁歪発生部３１ｂに臨むように配設するだけで済み、回転検出器５２を個別に配設する手間を省くことができ、組付け時の作業能率が向上する。

なお、図８、図９に示すように、人力伝達体２８の回転を検出する回転検出器６０として、光センサを用いてもよい。好ましくは、図９に示すように、人力伝達体２８の回転を検出する２つの回転検出器６０（６０Ａ、６０Ｂ）を、支持部材６２などを介して設けるとよい。例えば、出射部６０ａと受光部６０ｂとからなる対となった光センサを横方向（詳しくは、後述する回転被検出体６１の歯部６１ｂの回転方向）に２つ並べて、回転検出器６０（６０Ａ、６０Ｂ）を構成するとよい。また、人力伝達体２８における右端部の外周に、回転検出器６０（６０Ａ、６０Ｂ）の光を遮断したり通過させたりする回転被検出体６１を取り付ける。回転被検出体６１は、略筒状で人力伝達体２８の右端部外周に取り付けられて固定された取付部６１ａと、この取付部６１ａの左端部からくし（櫛）歯状に外周方向に延びる歯部（遮光部）６１ｂとを有している。そして、回転検出器６０（６０Ａ、６０Ｂ）の出射部６０ａと受光部６０ｂとの間の光出射路を、歯部６１ｂや、これらの歯部６１ｂの間の歯溝部（通光部）６１ｃが通過することにより、回転検出器６０により人力伝達体２８、ひいては、クランク軸７ａやペダル８の回転数（回転量）を検出するよう構成するとよい。

なお、上記図６（ａ）に示す磁気センサからなる回転検出器５２の場合と同様に、図９に示すように、２つの回転検出器６０Ａ、６０Ｂをそれぞれ出力信号の位相が９０度異なる位置に配設するとよく、これにより、回転検出器６０Ａ、６０Ｂの回転方向により入力信号が異なるため、入力信号に基づいて、人力伝達体２８、ひいては、クランク軸７ａやペダル８の正方向および逆方向の各回転方向についても検出できる。

この構成によっても、人力伝達体２８の回転を良好に検出することができ、さらにこの場合には、回転検出器６０として光センサを用いているため、トルクセンサ３１などに磁気による影響を与えない利点もある。なお、必ずしも光センサを２つ設けなければならないものではなく、光センサを１つ設けたり、３つ以上設けたりしても差支えない。

本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である各種の電動アシスト自転車に適用可能である。

１ 電動アシスト自転車
２ フレーム
３ 前輪
４ 後輪
７ クランク
７ａ クランク軸
８ ペダル
９ ハブ
１２ バッテリ（蓄電器）
１３ 駆動スプロケット
１４ 後スプロケット
１５ チェーン（無端状駆動力伝達体）
２０ モータ駆動ユニット
２１ モータ
２２ ユニットケース
２３ 中間筒体
２４ 制御部
２５ 減速機構
２８ 人力伝達体
２９ 合力体
３０ 一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）
３１ トルクセンサ（人力検知部）
３６ 人力伝達減速歯車（減速歯車）
５１、６１ 回転被検出体
５１ｂ 非磁性部
５１ａ 磁石
５２、５２Ａ、５２Ｂ、６０、６０Ａ、６０Ｂ 回転検出器
５３、５５、６２ 支持部材

Claims (3)

1. モータを備えたモータ駆動ユニットが前輪と後輪との間の中間位置に配設され、ペダルからの踏力による人力駆動力に、前記モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である電動アシスト自転車であって、
   クランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達されて、前記人力駆動力を検出するためのトルクセンサの磁歪発生部が形成された筒状の人力伝達体が配設され、
   前記クランク軸の外周に、前記人力伝達体を介して伝達された人力駆動力とモータからの補助駆動力とが合成される合力体が配設され、
   前記合力体により人力駆動力と補助駆動力とが合成されてなる合力が、クランク軸と同軸心の駆動力出力輪体と、この駆動力出力輪体に掛け渡された無端状駆動力伝達体とを介して、後輪に伝達されるよう構成され、
   クランク軸の外周に、前記人力伝達体に係合された中間筒体が設けられ、
   前記中間筒体と前記合力体との間に、一方向クラッチが配設され、
   前記人力伝達体の回転を検出するための回転被検出体が前記人力伝達体に取り付けられ、
   トルクセンサのコイルを組み付けたコイル組付体が、前記人力伝達体に対して回転自在でかつ前記人力伝達体の周方向ならびに軸心に沿う方向に対して位置規制された状態で、前記人力伝達体の外周から覆うように配設され、
   前記回転被検出体の回転を検出する回転検出器が、前記コイル組付体に取り付けられている
   ことを特徴とする電動アシスト自転車。
2. 前記回転検出器として光センサが用いられている
   ことを特徴とする請求項１記載の電動アシスト自転車。
3. 補助駆動力の伝達経路に、減速用歯車部とこの減速用歯車部を支持する減速用歯車支持軸とを有する減速機構が配設され、
   減速用歯車部と前記減速用歯車支持軸との間に、人力駆動力をモータ側に伝達しない人力駆動力切断用の一方向クラッチが配設されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動アシスト自転車。

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