JP6857858B2 - 電動アシスト自転車 - Google Patents

Description

本発明は駆動ユニットを備えた電動アシスト自転車に関する。

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検出してこの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。

従来の電動アシスト自転車に備えられた駆動ユニットとしては、例えば図３１に示すように、クランク軸２０１を有する人力駆動系と、クランク軸２０１に加えられた踏力に応じてモータ２０２の出力が増減するモータ駆動系とが備えられ、筒状の合力軸２０３がクランク軸２０１と同一軸線上に回転自在に設けられている構成のものがある（特許文献１等）。両駆動系は合力軸２０３の一端に連結され、人力駆動系と補助駆動力（アシスト力）とが合成された合力が、合力軸２０３の他端から電動アシスト自転車の後輪へ伝達される。

クランク軸２０１は筒状の人力伝達軸２０４を貫通し、人力伝達軸２０４は、合力軸２０３に隣接するとともに、クランク軸２０１と同一軸線上に回転自在に設けられている。また、人力伝達軸２０４の一端は一方向クラッチ２０５を介して合力軸２０３に連結され、人力伝達軸２０４の他端はクランク軸２０１に連結されている。

合力軸２０３の一端には大径の外周部に複数の歯２０３ａが形成されている。合力軸２０３の他端部には駆動力（合力）を出力する出力スプロケット２０７が設けられ、出力スプロケット２０７には駆動力（合力）を後輪に伝達するチェーン２０８が巻回されている。また、モータ２０２の出力軸２０９には出力歯車２０９ａが形成され、出力歯車２０９ａと合力軸２０３の歯２０３ａとの間には、減速機２１１の歯車２１２，２１３が噛み合った状態で配設されている。

この構成により、ペダルを踏むことにより、人力駆動力がクランク軸２０１から人力伝達軸２０４および一方向クラッチ２０５を介して合力軸２０３に伝達される。また、モータ２０２から発生する補助駆動力が減速機２１１を介して合力軸２０３に伝達され、合力軸２０３は人力駆動力と補助駆動力とが合成された合力によって回転する。そして、合力軸２０３と共に出力スプロケット２０７が回転することにより、合力がチェーン２０８を介して後輪に伝達され、後輪が回転する。

特開平１０−２５０６７３号公報

しかしながら上記の駆動ユニット２１５は変速機構を備えていないため、電動アシスト自転車で急な上り坂を走行する場合、モータ２０２や自転車の搭乗者に過大な負荷がかかるといった問題がある。

この問題に対処する方法としては、駆動ユニット２１５の内部に複数の変速段を切り換えることが変速機構を備えるとともに、ハンドルに変速段切換の操作レバーを設け、このレバーの動きを、ワイヤを介して、前記変速機構に伝達することが考えられる。

しかしながら、この場合には、操作レバーの動作をワイヤの動作に変更する変速段ワイヤ伝達機構（いわゆる変速用シフタ）をハンドルに取り付けなければならず、この変速段ワイヤ伝達機構がハンドルを持つ手の動きを阻害するおそれがある。また、長年使用するとワイヤが伸びてしまい、前記変速機構への切換動作が良好には行われないおそれがある。

本発明は、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合力によって合力伝達体が回転し、この合力伝達体の回転が後輪に伝えられる駆動ユニットおよび電動アシスト自転車において、モータや搭乗者の負荷を軽減でき、しかも、ハンドルを持つ手の動きが阻害されたり、変速機構への切換動作が良好に行われなかったりすることのない、電動アシスト自転車を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、モータを有する駆動ユニットを備え、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であって、駆動ユニットが、前輪と後輪との間の中間箇所に配設され、駆動ユニットに、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合力によって回転自在な合力伝達体と、合力伝達体の回転が伝達される駆動力出力輪体と、ギヤ比の異なる複数の選択可能な変速段を有して駆動力を合力伝達体に伝達する変速機構とが設けられ、変速機構は、低速段変速歯車および高速段変速歯車を含む複数の変速歯車と、選択された変速段に応じて移動される変速段切換体と、低速段において低速段変速歯車と合力伝達体とを接続し、高速段においては低速段変速歯車と合力伝達体とを接続しない低速段一方向クラッチと、高速段一方向クラッチと、を有して、人力駆動力と補助駆動力とが合成されてなる合力を変速し、低速段一方向クラッチおよび高速段一方向クラッチの軸心が、モータの軸心とは異なっており、駆動ユニットまたはその近傍に、変速段切換体を移動させる駆動力を発生する変速段切換用駆動源を有する切換体移動機構を配設し、
変速段切換用駆動源の駆動力を減速させて変速段切換体に伝達させる減速機構を有し、
変速段切換体が移動したことを検出するセンサが設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、上記において、低速段と高速段との切換時に合力伝達体からの駆動力が駆動力出力輪体に力が伝達されない空転状態がないことを特徴とする。
なお、モータの回転軸の軸心とクランク軸の軸心とは異なっていることが好ましい。

この構成によれば、電動アシスト自転車で走行している際、走行路面の傾斜等に応じて最適な変速段を選択することにより、モータや搭乗者の負荷を軽減することができて、走行路面に適した走行が行える。また、駆動ユニットまたはその近傍に、変速段切換体を移動させる駆動力を発生する変速段切換用駆動源を有する切換体移動機構を配設したので、操作レバーの動作をワイヤの動作に変更する変速段ワイヤ伝達機構（いわゆる変速用シフタ）をハンドルに取り付けなくても済み、ハンドルを持つ手の動きが阻害されることがない。また、ワイヤが延びることによる変速機構への切換動作の不良を生じないため、変速機構への切換動作を良好に行うことができる。

また、本発明は、変速段切換用駆動源が変速段切換用モータであり、変速段切換用モータを有する切換体移動機構としての電動切換装置が、駆動ユニットの外殻部をなすユニットケースの内部に配設されていることを特徴とする。

また、本発明は、変速段切換用駆動源からの駆動力が伝達されて、変速段切換体を移動される移動自在の変速段切換用出力部品に、磁石が取り付けられ、磁石に対向可能な箇所に、磁石の磁力によって変速段切換用出力部品の位置を検知する位置検知センサが設けられることを特徴とする。なお、位置検知センサがリニアホール素子であり、変速段位置だけでなく変速段の中間位置も１つのリニアホール素子で検知可能であると好適である。

また、本発明は、変速段切換用駆動源が変速段切換用モータであり、変速段切換用モータを有する切換体移動機構としての電動切換装置に基板が設けられ、基板に、変速段切換用モータに着脱自在の変速段切換用モータ接続用端子が直付けされていることを特徴とする。

また、本発明は、変速段切換用駆動源が変速段切換用モータであり、変速段切換用モータを有する切換体移動機構としての電動切換装置に設けられる外殻部を、互いに着脱可能な複数のケースで構成し、電動切換装置の出力部品に付勢手段の付勢力に抗する負荷が作用するように変速段切換用モータが駆動される際に、変速段切換用モータから伝達された駆動力のスラスト反力が所定のケースに作用するよう構成したことを特徴とする。

また、本発明は、駆動ユニットに、変速段切換用モータを変速段切換用駆動源とする電動切換装置と、手動の変速段操作による動作を伝達するワイヤからの動きを伝達するワイヤ連動式切換機との何れも選択して装着可能とされ、電動切換装置からの動作を変速段切換体に伝達する切換体移動部と、ワイヤ連動式切換機からの動作を変速段切換体に伝達する切換体移動部とが、共用されていることを特徴とする。

また、本発明は、変速段切換体またはこの変速段切換体に連動する連動部品が、クランク軸に沿って、またはクランク軸と平行に、移動自在に配設され、変速段切換体またはこの変速段切換体に連動する連動部品を、クランク軸に沿った方向に、またはクランク軸と平行な所定方向に、付勢する付勢手段が設けられ、電動切換装置の出力部品への駆動力が、付勢手段の付勢方向に抗する方向に作用するよう構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、変速機構が、人力駆動力と補助駆動力とが合成されてなる合力を変速することを特徴とする。

本発明によれば、駆動ユニットに、ギヤ比の異なる複数の選択可能な変速段を有して駆動力を合力伝達体に伝達する変速機構を設けることにより、電動アシスト自転車で走行している際、走行路面の傾斜等に応じて最適な変速段を選択することにより、モータや搭乗者の負荷を軽減することができ、走行路面に適した走行が行える。また、駆動ユニットまたはその近傍に、変速段切換体を移動させる駆動力を発生する変速段切換用駆動源を有する切換体移動機構を配設することで、操作レバーの動作をワイヤの動作に変更する変速段ワイヤ伝達機構（いわゆる変速用シフタ）をハンドルに取り付けなくても済み、ハンドルを持つ手の動きが阻害されることがない。また、ワイヤが延びることによる変速機構への切換動作の不良を生じないため、変速機構への切換動作を良好に行うことができる。

また、変速段切換用駆動源としての変速段切換用モータを有する電動切換装置を、駆動ユニットの外殻部をなすユニットケース内に配設することで、電動切換装置に防水用のシール材などを配設しなくても済み、その結果、変速段切換用モータとして小型のものを用いても、変速段切換体を良好に駆動する（移動させる）ことができる。

また、変速段切換用駆動源としての変速段切換用モータを有する電動切換装置に基板を設け、基板に、変速段切換用モータに着脱自在の変速段切換用モータ接続用端子が直付けすることで、変速段切換用モータを基板に取り付ける際に、変速段切換用モータ接続用端子に装着するだけで済み、変速段切換用モータの端子をはんだ付けしなくても済む。

また、変速段切換用駆動源としての変速段切換用モータを有する電動切換装置に設けられる外殻部を、互いに着脱可能な複数のケースで構成し、電動切換装置の出力部品に付勢手段の付勢力に抗する負荷が作用するように変速段切換用モータが駆動される際に、電動切換装置に設けられて円筒ウォームと噛み合うウォームホイールなどの歯車の歯部に、変速段切換用モータから伝達された駆動力のスラスト反力が所定のケースに作用するよう構成することで、駆動力を伝達するウォームホイールと円筒ウォームとを良好な伝達効率で接触させることが可能となる。

また、変速機構が、人力駆動力と補助駆動力とが合成されてなる合力を変速することにより、人力駆動力と補助駆動力との何れかの駆動力を変速して他の駆動力と合成する場合よりも広いトルク変速範囲で出力することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車の全体左側面図 同電動アシスト自転車の駆動ユニットの左側面図 同駆動ユニットの右側面図で、クランクアーム駆動スプロケットや右側ケースなどを取り外した状態 同駆動ユニットの平面断面図で、変速段が低速段（第１速）の状態 同駆動ユニットの要部拡大平面断面図で、変速段が低速段（第１速）の状態 同駆動ユニットの低速段クラッチと高速段クラッチとの概念的な側面図で、変速段が低速段（第１速）の状態 同駆動ユニットの平面断面図で、変速段が高速段（第２速）の状態 同駆動ユニットの要部拡大平面断面図で、変速段が高速段（第２速）の状態 同駆動ユニットの低速段クラッチと高速段クラッチとの概念的な側面図で、変速段が高速段（第２速）の状態 同駆動ユニットの合力伝達体、高速段クラッチおよび変速段切換体の斜視図 同駆動ユニットの変速段切換機構の断面図で、変速段が低速段（第１速）の状態 同駆動ユニットの変速段切換機構の断面図で、変速段が低速段（第１速）の状態 同駆動ユニットの変速段切換機構の断面図で、変速段が低速段（第１速）と高速段（第２速）との中間の状態 同駆動ユニットの変速段切換機構の断面図で、変速段が高速段（第２速）の状態 同駆動ユニットの変速段切換体の斜視図 同変速段切換体の右側面図 同変速段切換体の断面図で、図１６のＦ−Ｆ線で切断した断面図 同変速段切換体の断面図で、図１６のＨ−Ｈ線で切断した断面図 同駆動ユニットの電動切換装置の側面図（但し、ケース部は仮想線で示す） 同電動切換装置の下ケースを外した状態の底面図 同電動切換装置の下ケースの平面図 同電動切換装置の下ケースの側面断面図 同電動切換装置の上ケースの平面図 同電動切換装置の上ケースの側面断面図 同電動切換装置の駆動体のアーム部の位置と位置検出センサで検知する磁束密度との上ケースの側面断面図 本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車の、ワイヤ連動式切換機を備えた駆動ユニットの左側面図 同ワイヤ連動式切換機を備えた駆動ユニットの変速段切換機構の断面図で、変速段が低速段（第１速）の状態 同ワイヤ連動式切換機の変速段検出装置およびその近傍箇所の概略的な平面図 同駆動ユニットの変速段切換機構の断面図で、変速段が低速段（第１速）と高速段（第２速）との中間の状態 同駆動ユニットの変速段切換機構の断面図で、変速段が高速段（第２速）の状態 従来の電動アシスト自転車における駆動ユニットの平面断面図

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、上パイプ２ｃ、下パイプ２ｇ、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、搭乗者が着座するサドル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など参照）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で、当該電動アシスト自転車１の電源の切り換えや走行モードなどに加えて、後述する変速機構（減速変速機構）２５の速度（低速段（第１速）または高速段（第２速））を設定変更可能な手元操作部１８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、などを備えている。そして、当該電動アシスト自転車１は、ペダル８からの踏力による人力駆動力に、モータ２１により発生する補助駆動力を加えて走行可能であり、人力駆動力に補助駆動力を加えた合力が、駆動スプロケット１３からチェーン１５および後スプロケット１４などを介して後輪４に伝達される。

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とからなり、クランクアーム７ｂの端部にペダル８が回転自在に取り付けられている。

図１に示すように、この電動アシスト自転車１では、駆動ユニット２０が、前輪３と後輪４との間の中間位置、より詳しくはクランク軸７ａが貫通される箇所に配設されている。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されている。

図２〜図４などに示すように、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、切換部カバー２２ｄ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、駆動ユニット２０（この実施の形態では駆動ユニット２０の後部）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連動筒体２３と、連動筒体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などを介して伝達されるとともに、人力駆動力とモータ２１からの補助駆動力とを合成した合力を駆動スプロケット１３に伝達する合力伝達体２９とが、配設されている。

また、図４などに示すように、駆動ユニット２０のユニットケース２２内には、モータ２１の回転を減速して合力伝達体２９側（この実施の形態では中間軸４４）に伝達する減速機構２５と、複数の変速段に応じて合力伝達体２９への回転速度を変更して伝達する変速機構１７とが配設されている。また、駆動ユニット２０のユニットケース２２内には、モータ２１が配設されているとともに、各種の電気的制御を行う電子部品が設けられた制御基板２４ａや各種情報の記憶部などを有する制御部２４も配設されている。なお、図４などに示すように、モータ２１の回転軸２１ａの軸心とクランク軸７ａの軸心とは異なっている。

駆動ユニット２０についてさらに詳しく述べる。図４、図５、図７、図８などに示すように、クランク軸７ａが、駆動ユニット２０の後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がクランク軸７ａと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。これにより、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いる。そして、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。

連動筒体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、連動筒体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、人力伝達体２８と一体的に回転する。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、連動筒体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、この実施の形態では、連動筒体２３の左側部分の外周に、連動筒体２３の回転状態を検出するための回転検出体１１が取り付けられている。また、回転検出体１１を左右から微小隙間をあけて挟むように、回転検出器１０がユニットケース２２側に取り付けられて固定されている。例えば、回転検出器１０は、出射部と受光部とからなる対となった光センサが回転検出体１１の回転方向に２つ並べられて構成され、回転検出体１１は、くし（櫛）歯状に外周方向に延びる多数の歯部（遮光部）を有している。そして、回転検出体１１の歯部が回転検出器１０の出射部と受光部との間を通過することにより、光の入射状態と遮光状態とを回転検出器１０により電気的に検知して、この信号を入力する制御部２４において、連動筒体２３の回転量および回転方向を検知する。なお、光センサに代えて磁気センサを設けて連動筒体２３の回転量および回転方向を検知してもよい。ここで、連動筒体２３は人力伝達体２８と一体的に回転し、人力伝達体２８はクランク軸７ａと一体的に回転するため、連動筒体２３の回転量および回転方向を検知することで、クランク軸７ａやペダル８の回転量や回転方向も検知できるよう構成されている。

また、図４〜図９などに示すように、連動筒体２３の右側方および外周側に、一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０を介して、ギヤ比の異なる複数の選択可能な変速段を有して駆動力を合力伝達体２９に伝達する変速機構１７が配設されている。変速機構１７は、低速段変速歯車３６および高速段変速歯車４１と、高速段変速歯車４１の駆動力を合力伝達体２９に伝達可能な高速段クラッチ５５と、高速段クラッチ５５に係脱自在とされ、選択された変速段に応じて移動される変速段切換体６１と、低速段変速歯車３６の駆動力を合力伝達体２９に伝達可能な低速段クラッチ５１などを備えている。そして、ペダル８を漕いで前進している場合には、連動筒体２３に伝達された人力駆動力が変速機構１７の低速段変速歯車３６に伝達される。

低速段変速歯車３６は、高速段変速歯車４１よりも大径であり、大径の外周部に形成された歯部３６ａと、内周部に形成されて右側へ突出する小径の円筒部３６ｂとを有している。そして、低速段変速歯車３６は、回転筒４２を介してクランク軸７ａの外周に回転自在に配設されている。また、低速段変速歯車３６と連動筒体２３とは一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０を介して連動可能であり、一方向クラッチ３０は、周方向において、低速段変速歯車３６と連動筒体２３とを接続および離脱する。

図４〜図１０などに示すように、合力伝達体２９は、クランク軸７ａに回転自在に外嵌された円筒状の部材であり、左側に形成された中径筒状部２９ａと、右側に形成された小径筒状部２９ｂと、中径筒状部２９ａの内周に形成された歯部２９ｄと、中径筒状部２９ａにおいて周方向所定角度毎に設けられて、後述する高速段クラッチ５５の係合部材５６（ラチェット爪やカムとも称せられる）が起立傾倒可能な状態で収容される収容凹部２９ｃと、後述する高速段クラッチ５５のスプリングからなる付勢ばね５７が収縮された状態で収容される付勢ばね収容溝部２９ｆと、高速段クラッチ５５の係合部材５６が左側に移動することを規制する規制ばねが収容される規制ばね収容溝部２９ｇと、小径の右側筒状部の外周面に形成されて、駆動スプロケット１３が装着されるセレーション部（またはスプライン部）２９ｈなどを有している。なお、合力伝達体２９はクランク軸７ａの外周に同軸かつ回転自在の状態で配設されている。また、合力伝達体２９の小径筒状部２９ｂの右端部は、ユニットケース２２より外側に突出されて、この小径筒状部２９ｂの突出部分に駆動スプロケット１３が外嵌され、合力伝達体２９と駆動スプロケット１３とが一体的に回転する。

図４〜図９などに示すように、低速段変速歯車３６の円筒部３６ｂは合力伝達体２９の中径筒状部２９ａ内に挿入され、低速段変速歯車３６の円筒部３６ｂの外周には一方向クラッチからなる低速段クラッチ（低速段一方向クラッチ）５１が設けられている。図５，図６，図８，図９に示すように、低速段クラッチ５１は、径方向に起立横倒自在なラチェット爪（カム）からなる複数の係合部材５２と、係合部材５２が起立するように径方向外側へ付勢する円環状のスプリングからなる付勢ばね５３と、を有している。低速段クラッチ５１の係合部材５２は合力伝達体２９の歯部２９ｄに係脱自在であり、図６に示すように、係合部材５２が起立姿勢に切り換えられた場合、係合部材５２は合力伝達体２９の歯部２９ｄに係合し、図９に示すように、係合部材５２が傾倒姿勢に切り換えられた場合、係合部材５２は合力伝達体２９の歯部２９ｄから離脱する。

図４〜図９などに示すように、高速段変速歯車４１は、軸受４８を介して、合力伝達体２９の小径筒状部２９ｂに回転自在に外嵌されている。高速段変速歯車４１は、大径の外周部に形成された歯部４１ａと、小径の内周部に形成されて右側へ突出する小径円筒部４１ｂと、歯部４１ａと小径円筒部４１ｂとの間に形成されて左側へ突出する中径円筒部４１ｃと、中径円筒部４１ｃの内周に形成された歯部４１ｄとを有している。なお、高速段変速歯車４１の歯部４１ａの直径は低速段変速歯車３６の歯部３６ａの直径よりも小さい。

図５，図６，図８〜図１０などに示すように、合力伝達体２９の中径筒状部２９ａの外周側には一方向クラッチからなる高速段クラッチ５５が設けられている。高速段クラッチ５５は、径方向に起立傾倒自在なラチェット爪（カム）からなる複数の係合部材５６と、係合部材５６が起立するように径方向外側へ付勢する円環状のスプリングからなる付勢ばね５７とを有している。高速段クラッチ５５の係合部材５６は高速段変速歯車４１の歯部４１ｄに係脱自在であり、図９に示すように、係合部材５６が起立姿勢に切り換えられた場合、係合部材５６は高速段変速歯車４１の歯部４１ｄに係合し、図６に示すように、係合部材５６が傾倒姿勢に切り換えられた場合、係合部材５６は高速段変速歯車４１の歯部４１ｄから離脱する。なお、係合部材５６は後述する変速段切換体６１にも係脱自在である。

このように、本実施の形態では、クランク軸７ａの軸心方向に対して、トルクセンサ３１（トルクセンサ３１の磁歪発生部３１ｂ）や回転検出体１１と、駆動力出力輪体としての駆動スプロケット１３との間に、高速段クラッチ５５や低速段クラッチ５１を有する変速機構１７が配設されている。クランク軸７ａの軸心を中心として、低速段クラッチ５１の外側に高速段クラッチ５５が配設されている。

なお、図４，図５，図７，図８などに示すように、クランク軸７ａの左端部は一方の軸受２６を介して回転自在にユニットケース２２（詳しくは左側ケース２２ｂ）に支持され、高速段変速歯車４１の小径円筒部４１ｂは、クランク軸７ａの右端部と合力伝達体２９とともに、他方の２つの軸受２７Ａ、２７Ｂを介して回転自在にユニットケース２２（詳しくは右側ケース２２ｃ）に支持されている。

モータ２１は、ステータ部２１ｃと、モータ軸受３２、３３により回転自在に支持されたロータ部２１ｂと、ロータ部２１ｂと一体に回転自在なモータ回転軸２１ａとを有している。モータ２１のモータ回転軸２１ａが右側方に突出され、この突出軸部の外周に減速機構２５のモータ軸減速歯車４０が形成されている。

減速機構２５は、クランク軸７ａとモータ回転軸２１ａとの間に平行に設けられた中間軸４４と、中間軸４４に設けられた第１〜第３の減速歯車３７〜３９と、人力駆動力切断用の一方向クラッチ４７とを有している。中間軸４４は一対の軸受３４、３５を介してユニットケース２２内に回転自在に配設されている。第１の減速歯車３７の直径は第２の減速歯車３８および第３の減速歯車３９の直径よりも大きく、第２の減速歯車３８の直径は第１の減速歯車３７および第３の減速歯車３９の直径よりも小さく、第３の減速歯車３９の直径は第２の減速歯車３８の直径よりも大きく且つ第１の減速歯車３７の直径より小さい。

第１の減速歯車３７はモータ軸減速歯車４０に噛み合い、第２の減速歯車３８は低速段変速歯車３６に噛み合い、第３の減速歯車３９は高速段変速歯車４１に噛み合っている。これにより、低速段変速歯車３６と高速段変速歯車４１とは減速機構２５を介してモータ２１に連動している。また、一方向クラッチ４７は、中間軸４４の外周と第１の減速歯車３７の内周との間に配設されており、人力駆動力を切断するためのものである。すなわち、この一方向クラッチ４７により、モータ２１が駆動されずに補助駆動力が発生していない場合には、ペダル８からの力によりモータ２１のロータ部２１ｂを回転させなくても済むように構成されている。中間軸４４と第１の減速歯車３７とが一方向クラッチ４７を介して接続されている場合には、第１〜第３の減速歯車３７〜３９は中間軸４４とともに一体的に一方向へ回転する。

変速機構１７はギヤ比の異なる選択可能な低速段（いわゆる第１速で、変速段の一例）と高速段（いわゆる第２速で、変速段の一例）とを有している。低速段が選択された場合、低速段変速歯車３６の回転が合力伝達体２９に伝えられ、高速段が選択された場合、高速段変速歯車４１の回転が合力伝達体２９に伝えられる。また、変速機構１７には、変速段を切り換える変速段切換機構６０（図１１〜図１４参照）が設けられている。

変速段切換機構６０は、図５、図８などに示すように、高速段クラッチ５５の係合部材５６の姿勢を切り換えて変速段を切り換える変速段切換体６１と、図３、図５、図８、図１１〜図１４などに示すように、駆動ユニット２０内でクランク軸７ａと平行に支持された切換用案内軸６３に沿って低速段切換位置Ｌ（図１１、図１２参照）と高速段切換位置Ｈ（図１４参照）とに移動自在で半円弧状のフォーク体６５などを有するフォークからなる切換体移動部６２とを有している。

図１５、図１６などに示すように、変速段切換体６１は、円環状の部材であり、合力伝達体２９の中径筒状部２９ａの外周面（図１０参照）に摺接して、クランク軸７ａの軸心を中心として回転自在で、かつクランク軸７ａの軸心方向に移動自在（スライド自在）の状態で外嵌されている。変速段切換体６１の右側面には外周側に鍔状に延びる鍔部６１ａが一体形成され、また、変速段切換体６１の外周の左寄り部分には、Ｃ字形状の取付リング６１ｂを装着する装着溝６１ｃが形成されている。そして、変速段切換体６１の外周（詳しくは、変速段切換体６１の鍔部６１ａの左側の断面凹形状部分６１ｅ）に、切換体移動部６２のフォーク体６５を組付けた状態で、取付リング６１ｂ（図１７、図１８参照）が装着される。また、切換体移動部材６２のフォーク体６５の右側面と、これに対向する変速段切換体６１の鍔部６１ａの左側面とには、互いに噛み合う凹凸部６１ａ’が形成され、これにより、変速段切換体６１が周方向に回転しないように規制されている。

ここで、変速段切換体６１には、この変速段切換体６１を高速段クラッチ５５に当接させた際に、高速段クラッチ５５の係合部材５６を合力伝達体２９に対して接続姿勢から切断姿勢となるように変速段切換体６１から高速段クラッチ５５に力を与える力付与機構が設けられている。この力付与機構の１つとして、変速段切換体６１の右側部内周に、端面に近づくほど径方向外側へ傾斜しながら拡がる面取り形状部６１ｄ（図１５〜図１８など参照）が形成されている。この面取り形状部６１ｄは、変速段切換体６１がクランク軸７ａの軸心方向に沿って右方向に移動されることで高速段クラッチ５５の係合部材５６に左側方から当接してこの係合部材５６が傾倒するように荷重を付与する。

また、他の力付与機構として、変速段切換体６１の面取り形状部６１ｄの一部を外周側楕円円弧形状に窪ませるように、側面視して周方向所定角度（この実施の形態では９０度）毎に複数（この実施の形態では４つ）のカム面６１ｆが形成されている。この変速段切換体６１のカム面６１ｆは、当該電動アシスト自転車１が走行中であり、高速段クラッチ５５の係合部材５６が合力伝達体２９とともにクランク軸７ａと同じ軸心を中心として公転する際に、係合部材５６が嵌り込んで徐々に内径側に押圧することで、係合部材５６を傾倒姿勢に導くよう荷重を付与する。

但し、図１７、図１８に示すように、変速段切換体６１のカム面６１ｆは、係合部材５６がクランク軸７ａの軸心方向に沿って出退自在に入り込む箇所の手前側ほど少し広がるように傾斜して形成されており（図１７に示す図１６のＦ−Ｆ断面では傾斜角度α、図１８に示す図１６のＨ−Ｈ断面では傾斜角度β）、これにより、係合部材５６が所定値以上の大きな力で高速段変速歯車４１の歯部４１ｄに噛み合っている場合には、カム面６１ｆの傾斜に沿って右側に移動して、カム面６１ｆから離脱可能に構成されている。さらに、図１７、図１８に示すように、このカム面６１ｆの径方向に切断した場合の傾斜角度は、係合部材５６が円周方向に、公転して進むにつれて、徐々に小さくなるように形成されている（すなわち、傾斜角度β＞傾斜角度α）。なお、前記カム面６１ｆのクランク軸心方向に対する傾斜角度α、βは、２５度以下であることが好ましい。

また、電動アシスト自転車１が停止している状態で、変速段切換体６１が右側に移動された際に、係合部材５６が変速段切換体６１のカム面６１ｆに嵌り込んだ場合でも、係合部材５６を傾倒できるように、変速段切換体６１におけるカム面６１ｆが形成されている箇所のクランク軸７ａの軸心方向奥側（左側）にも面取り形状部６１ｇが形成されている。

これらの力付与機構により、高速段から低速段に切り換えるべく、変速段切換体６１が高速段クラッチ５５に当接された際に、高速段クラッチ５５の係合部材５６が高速段変速歯車４１の歯部４１ｄに所定値以上の大きな力で噛み合っていない限り、変速段切換体６１により高速段クラッチ５５の係合部材５６が傾倒されて、高速段クラッチ５５が良好に切断され、変速されるよう図られている。また、高速段クラッチ５５の係合部材５６の高速段変速歯車４１の歯部４１ｄへの噛み合っている力が所定値以上である場合には、無理に、変速段切換体６１により力を加えてこの変速段切換体６１や高速段クラッチ５５が損傷することが防止されている。

図５、図８、図１１〜図１４などに示すように、変速段切換機構６０の切換体移動部６２は、変速段切換体６１を移動させる部材であり、切換軸６３と、フォーク体６５と、連動筒６６と、止め輪６７などを有している。切換軸６３は、ユニットケース２２（左側ケース２２ｂと右側ケース２２ｃ）内に設けられた一対の支持部６８Ａ、６８Ｂに支持され、クランク軸７ａと平行に配設され、軸心方向Ａに移動自在である。なお、図３、図１１〜図１４における２２ｄは、切換軸６３の一端部などを覆う切換部カバーである。

フォーク体６５は、筒状部６５ａと、筒状部６５ａに繋がるＣ字形状のフォーク部６５ｂとを有している。図１１〜図１４などに示すとともに上述したように、フォーク部６５ｂが変速段切換体６１の装着溝６１ｃに外周側から嵌め込まれている。止め輪６７は、切換軸６３に外嵌され、フォーク体６５の筒状部６５ａと連動筒６６との間に位置している。切換軸６３はフォーク体６５の筒状部６５ａと連動筒６６とに挿通されており、フォーク体６５と連動筒６６とは切換軸６３と共に軸心方向Ａへ移動自在である。また、切換体移動部６２は、付勢手段としてのコイル状のばね６９によって、高速段切換位置Ｈから低速段切換位置Ｌの方向へ移動するように付勢されている。なお、切換体移動部６２は、前記ばね６９よりも小さい付勢力のばね８３により、フォーク体６５が連動筒６６に連動するよう構成されているが、このばね８３は、極めて小さい付勢力しか有していない。

さらに、本実施の形態では、図２、図３、図１１〜図１４および図１９、図２０などに示すように、切換体移動部６２（連動筒６６など）を低速段切換位置Ｌや高速段切換位置Ｈに移動させる（ひいては、変速段切換体６１を低速段切換位置Ｌや高速段切換位置Ｈに移動させる）切換体移動機構の一例である電動切換装置７０が設けられている。電動切換装置７０は、２分割可能なケース部７１と、基板８２と、基板８２上に載せられた小型の変速段切換用モータ（切換用モータとも称す）７２と、この変速段切換用モータ７２などに接続されたコネクタ部７３と、変速段切換用モータ７２の回転軸に取り付けられた小径のモータ減速歯車７４と、このモータ減速歯車７４に噛み合う大径の第１減速歯車７５と、この第１減速歯車７５と一体的に回転する円筒ウォーム７６（歯車の１種）と、この円筒ウォーム７６に噛み合う大径のウォームホイール７７（歯車の１種）と、ウォームホイール７７と一体的に回転する小径の第２減速歯車７８と、第２減速歯車７８にその円弧状歯部７９ａで噛み合うとともに連動筒６６に係合するアーム部７９ｂが設けられた駆動体７９などを有する。駆動体７９は支持軸７９ｃを中心として、回転自在とされ、アーム部７９ｂが、連動筒６６に形成された凹部６６ａに挿入されている。そして、変速段切換用モータ７２が駆動されることで、この変速段切換用モータ７２の回転駆動力が、減速歯車７４、７５、７８や円筒ウォーム７６、ウォームホイール７７を介して減速されながら駆動体７９に伝達され、駆動体７９のアーム部７９ｂが駆動される。これにより、連動筒６６を介して、切換体移動部６２およびフォーク体６５を、ばね６９の付勢力に抗して駆動可能とされている。

この実施の形態では、図１９〜図２４などに示すように、ケース部７１は、互いに上下に分割された上ケース８４と下ケース８５とからなり、下ケース８５に形成された複数の爪部８５ａが上ケース８４に形成された複数の係止用突部８４ａに係合離脱自在とされている。また、基板８２には、変速段切換用モータ７２に着脱自在の一対の変速段切換用モータ接続用端子（モータ接続用端子とも称す）８７が立設姿勢で直付けされており、これらのモータ接続用端子８７がモータ本体に形成された孔部を通して内部に突入される状態で変速段切換用モータ７２を装着することで、変速段切換用モータ７２に通電されるよう構成されている。

また、ケース部７１（上ケース８４と下ケース８５）の一端部には、駆動体７９の軸部を支持する支持筒８８Ａ、８８Ｂが嵌め込まれる孔部８４ｂ、８５ｂが形成されているとともに、ケース部７１をユニットケース内の所定位置に固定するためのねじなどを挿通する固定アーム８４ｆ、８５ｆや、変速段切換用モータ７２の本体部の回転軸側を受ける受部８４ｇ、８５ｇ、円筒ウォーム７６および減速歯車７５の軸部を上下から保持する軸受部８４ｈ、８５ｈが形成されている。さらに、下ケース８５には、基板８２の一端部を横方向から挿入することで上下に移動しないよう規制する複数の係止爪８５ｂが形成されている。また、下ケース８５には、ウォームホイール７７を回転自在に支持する支持軸８６が立設姿勢で固着されており、この支持軸８６の取り付け部分には、ウォームホイール７７を回転自在に載せることができる円筒台座８５ｃが一体形成されている。また、下ケース８５には、基板が載せられる位置規制用の円筒突部８５ｄが一体形成され、上ケース８４には基板８２をケース部７１内の底部の所定位置に押し付ける押圧リブ８４ｃなども一体形成されている。

また、ウォームホイール７７の外周には、円筒ウォーム７６に噛み合う歯部が形成されており、図１９に示すように、この歯部は、円筒ウォーム７６に噛み合うように、側面視して少し傾斜するように形成されている（図１９においては、傾斜を誇張して示している）が、電動変速機に負荷が作用する際（この実施の形態では低速段から高速段側に移動する際）に、円筒ウォーム７６からのスラスト反力が片方のケース（この実施の形態では下ケース８５）に作用するよう構成されている。

すなわち、この実施の形態では、低速段切換位置Ｌから高速段切換位置Ｈに移動するように、変速段切換用モータ７２を所定方向に回転させる際には、連動筒６６などを含めた切換体移動部６２をばね６９の付勢力に抗して移動させなければならないため、変速段切換用モータ７２を含めた電動切換装置７０の負荷が大きくなる。また、いわゆる平歯車同士の力伝達効率は高い一方で、円筒ウォーム７６とウォームホイール７７とは減速率（トルク増加率）は大きいが、その力伝達効率は５０％強と比較的低めであるため、円筒ウォーム７６とウォームホイール７７との噛み合い位置がずれると、力伝達効率がさらに大幅に低下する。したがって、円筒ウォーム７６とウォームホイール７７との噛み合い位置を良好にすることが望ましい。しかし、ウォームホイール７７の組み付け位置は、ケース部７１（上ケース８４と下ケース８５）による製造誤差により係止位置が必ずしも正確とならない。このような状況でも良好に対処するため、本実施の形態では、ウォームホイール７７における円筒ウォーム７６との接触箇所では僅かに斜め下方に傾斜する方向となるように配設されている。これにより、変速段切換用モータ７２を、負荷が大きくなる高速段側となるように回転する際に、円筒ウォーム７６からのスラスト反力が下ケース８５に作用するよう構成されている。その結果、大きな負荷が作用する際には、円筒ウォーム７６とウォームホイール７７との噛み合い位置が、最適な状態となり、変速段切換用モータ７２として小型のものを用いた場合でも、駆動体７９を良好に駆動することができる。

また、図１１〜図１４、図２０などに示すように、駆動体７９には扇形状の磁石８０が貼り付けられているとともに、駆動体７９が所定の変速段位置（低速段）となった際に、磁石８０に近接する位置に駆動体７９の位置を検出するためのリニアホール素子（リニアホールＩＣ）からなる位置検出センサ８１が基板８２上に取り付けられている。磁石８０は、駆動体７９の支持軸７９ｃを中心として扇形状となり、円弧の周方向一端側がＮ極、周方向他方側がＳ極であるものが用いられている。位置検出センサ８１は、図２５に示すように、駆動体７９の位置（この実施の形態では、低速段および高速段およびこれらの間の中間位置）をリニア状態、すなわち、直線または曲線状に位置を多段階（無数段階）で検出することが可能とされている。

電動切換装置７０の切換用モータ７２や位置検出センサ８１は、コネクタ部７３に接続された配線を介して制御部２４に接続され、ハンドル５に取り付けられた手元操作部１８の搭乗者による操作に応じて切換用モータ７２が駆動されて駆動体７９が移動される。また、手元操作部１８から出力される変速段信号も含めた各種信号が手元操作部１８と駆動ユニット２０とを電気的に接続する配線部を通して、制御部２４に入出力されるよう構成され、制御部２４からの信号（あるいは基板８２に設けられた切換用モータ制御部からの信号）により切換用モータ７２が駆動される。また、位置検出センサ８１からの位置情報に関する信号が制御部２４または切換用モータ制御部に出力されて、前記位置情報に関する信号に対応して切換用モータ７２が駆動される。

なお、この実施の形態では、変速段切換体６１に連動する連動部品としての切換体移動部６２（フォーク体６５、切換軸６３および連動筒６６など）が高速段切換位置Ｈ側から低速段切換位置Ｌ側、例えば、高速段切換位置Ｈから中間位置に移動したことを位置検知センサ８１により検知した際には、制御部２４により補助駆動力を一時的に低下させるようにモータ２１を制御して、高速段から低速段への切り換え動作が良好に行われるよう構成されている。

上記構成において、高速段状態において搭乗者が手元操作部１８を操作して、低速段（第１速）を選択した場合には、切換用モータ７２が駆動されて駆動体７９が図１１に示す位置まで移動される。そして、ばね６９の付勢力により切換体移動部６２（切換体移動部６２のフォーク体６５など）が低速段切換位置Ｌに移動する。なお、図１１に示す状態では、ばね６９の付勢力によりフォーク体６５が右側ケース２２ｃに当接するまで移動している。そして、駆動体７９のアーム部７９ｂは、連動筒６６から離反しており、ばね６９の付勢力が駆動体７９を含めた電気変速機７０には作用しない状態とされている。

切換体移動部６２が低速段切換位置Ｌに切り換えられることにより、図５に示すように、変速段切換体６１が、フォーク体８９に連動してＢ方向に移動し、高速段クラッチ５５の係合部材５８に当接する。これにより、図６に示すように、係合部材５８が傾倒姿勢に切り換わり、合力伝達体２９と高速段変速歯車４１との間が切断される。

この状態でペダル８を踏み込むことにより、図４、図５に示すように、クランク軸７ａが回転し、人力伝達体２８と連動筒体２３とが回転する。このとき、連動筒体２３は、回転方向において、低速段クラッチ５１を介して低速段変速歯車３６に接続されている。このため、連動筒体２３の回転が低速段用変速歯車３６に伝達される。

また、モータ２１が駆動されてモータ回転軸２１ａが回転されることにより、減速機構２５の第１の減速歯車３７と中間軸４４とが回転する。これに伴い、第２および第３の減速歯車３８、３９が回転し、第２の減速歯車３８の回転が低速段変速歯車３６に伝達され、第３の減速歯車３９の回転が高速段変速歯車４１に伝達される。

これにより、低速段変速歯車３６および高速段変速歯車４１がそれぞれ回転し、この際、図４〜図６に示すように、低速段変速歯車３６は、回転方向において、低速段クラッチ５１を介して合力伝達体２９に接続されている。従って、低速段変速歯車３６の回転が合力伝達体２９に伝達されて合力伝達体２９が回転し、駆動スプロケット１３が回転するとともにチェーン１５が回動して、後輪４が回転する。この際、クランク軸７ａに作用する人力駆動力とモータ２１の補助駆動力とが合成された合力が、低速段変速歯車３６から合力伝達体２９に伝達され、合力によって合力伝達体２９が回転する。

なお、この際、高速段クラッチ５５の係合部材５６が傾倒姿勢に切り換わり、合力伝達体２９と高速段変速歯車４１との間が切断されているため、高速段変速歯車４１の回転は合力伝達体２９に伝達されない。

一方、搭乗者が、低速段状態において、搭乗者が手元操作部１８を操作して、高速段（第２速）を選択した場合には、切換用モータ７２が駆動されて駆動体７９がＤ方向に回動されて、図１１に示す位置から図１２、図１３に示す位置を介して、図１４に示す位置まで移動され、切換体移動部６２（切換体移動部６２のフォーク体６５など）がばね６９の付勢力に抗しながら高速段切換位置Ｈに移動する。なお、この際、切換用モータ７２が駆動されて駆動体７９は、先ず、駆動体７９のアーム部７９ｂは連動筒６６に当接する位置までＤ方向に回動され、その後、さらにＤ方向に回動されて、図１３に示す中間位置から図１４に示す位置までＤ方向に回動される。そして、このような駆動体７９のアーム部７９ｂの位置は、駆動体７９の位置を多段階（無数段階）で検出可能な位置検出センサ８１によって随時検知され、所定位置まで順次駆動体７９が回動されて、切換体移動部６２が高速段切換位置Ｈに移動する。

これにより、図８に示すように、変速段切換体６１が、フォーク体８９に連動してＣ方向に移動し、高速段クラッチ５５の係合部材５６から離反する。これにより、図８に示すように、係合部材５６が付勢ばね５７の付勢力によって起立姿勢に切り換わり、合力伝達体２９と高速段変速歯車４１との間が接続される。

この状態でペダル８を踏み込むことにより、クランク軸７ａが回転し、人力伝達体２８と連動筒体２３とが回転する。このとき、連動筒体２３は、回転方向において、低速段クラッチ５１を介して低速段変速歯車３６に接続されている。このため、連動筒体２３の回転が低速段変速歯車３６に伝達される。

また、モータ２１が駆動されてモータ回転軸２１ａが回転されることにより、減速機構２５の第１の減速歯車３７と中間軸４４とが回転する。これに伴い、第２および第３の減速歯車３８、３９が回転し、第２の減速歯車３８の回転が低速段変速歯車３６に伝達され、第３の減速歯車３９の回転が高速段変速歯車４１に伝達される。

これにより、低速段変速歯車３６と高速段変速歯車４１とがそれぞれ回転し、この際、高速段変速歯車４１は、回転方向において、高速段クラッチ５５を介して合力伝達体２９に接続されている。従って、高速段変速歯車４１の回転が合力伝達体２９に伝達されて、合力伝達体２９が回転し、この際、合成駆動力が高速段変速歯車４１から合力伝達体２９に伝達され、合成駆動力によって合力伝達体２９が回転する。

このとき、低速段変速歯車３６と高速段変速歯車４１とがそれぞれ回転しているが、ギヤ比の違いによって、高速段変速歯車４１の回転速度が低速段変速歯車３６の回転速度よりも高速となる。これにより、合力伝達体２９の回転速度も低速段変速歯車３６の回転速度より高速となり、図９に示すように、低速段クラッチ５１の係合部材５２が合力伝達体２９の歯部２９ｄに係合せず、低速段変速歯車３６は空回り状態に保たれる。

また、低速段に切り換えた場合（図５、図６参照）における低速段変速歯車３６から合力伝達体２９に伝達される合力のトルクは、高速段に切り換えた場合（図８、図９参照）における高速段変速歯車４１から合力伝達体２９に伝達される合力のトルクよりも大きい。

したがって、例えば電動アシスト自転車１で上り坂を走行する場合などにおいて、手元操作部１８を操作して低速段を選択することにより、高トルクの合力が後輪４に伝達されるため、モータ２１や搭乗者の負荷を軽減することができる。また、平坦な路面等を走行中に走行速度を高くしたい場合などにおいて、手元操作部１８を操作して高速段を選択することにより、合力伝達体２９のトルクは低下するが合力伝達体２９の回転速度が高くなるため、後輪４の回転速度が上がり、容易に電動アシスト自転車１の走行速度を上げることができる。

また、上記構成によれば、駆動ユニット２０に、切換体移動機構としての電動切換装置７０が設けられているため、ハンドル５に変速段切換用の操作レバーなどの動作をワイヤの動作に変更する変速段ワイヤ伝達機構（いわゆる変速用シフタ）を取り付けなくても済み、ハンドル５を持つ手の動きが阻害されることがない。また、当該アシスト自転車１を長期間使用しても、変速用のワイヤが延びることによる変速機構への切換動作の不良を生じないため、変速機構への切換動作を良好に行うことができる。

また、変速段切換用駆動源として切換用モータ７２を有する電動切換装置７０を、駆動ユニット２０の外殻部をなすユニットケース２２の内部に配設することで、電動切換装置７０に防水用のシール材などを配設しなくても済み、その結果、切換用モータ７２として小型のものを用いても、変速段切換体を良好に駆動する（移動させる）ことができる。すなわち、ユニットケース２２は内部に水などが入らない防水構造であるため、ユニットケース２２の内部に配設する電動切換装置７０には、例えば電動切換装置７０の出力部品である駆動体７９の近傍などに、Ｏリングなどのシール部品を配設しなくて済む。Ｏリングなどのシール部品を配設すると、そのシール部品との間の摩擦により、切換用モータ７２として大型のものが必要となるが、本実施の形態では、そのようなことがなく、小型のもので済ませることができ、製造コストの低減化や駆動ユニット２０の小型化を実現できる。

また、上記構成によれば、変速段切換用駆動源としての切換用モータ７２からの駆動力が伝達されて、変速段切換体６１を移動される移動自在の変速段切換用出力部品としての駆動体７９に、磁石８０が取り付けられ、磁石８０に対向可能な箇所に、磁石８０の磁力によって駆動体７９の位置を検知する位置検知センサ８１が設けられている。これにより、駆動体７９の位置を良好に検知することができる。また、上記実施の形態では、位置検知センサ８１がリニアホール素子であり、変速段位置だけでなく変速段の中間位置も１つのリニアホール素子で検知可能であるため、極めて少ない部品数でありながら駆動体７９の中間位置も含めた詳細な位置を良好に検知できる利点がある。しかし、必ずしも位置検知センサ８１がリニアホール素子ではなくてもよく、異なる位置にオン状態とオフ状態とに切り換え自在な複数のホール素子を用いたり、駆動体７９にポテンショメータを取り付けて検知したりしてもよい。

また、上記構成によれば、変速段切換用駆動源としての切換用モータ７２を有する電動切換装置７０に基板８２を設け、基板８２に、切換用モータ７２に着脱自在の変速段切換用モータ接続用端子８７を直付けしている。これにより、切換用モータ７２を基板８２に取り付ける際に、変速段切換用モータ接続用端子７２に装着するだけで済み、変速段切換用モータに別途はんだ固定用の端子を設けてはんだ付けしなくても済む。この結果、製造時の生産性が向上するとともに、基板８２として省スペース化を図ることができ、ひいては、駆動ユニット２０の小型化を促進できる。

また、上記構成によれば、変速段切換用駆動源としての切換用モータ８２を有する電動切換装置７０に設けられる外殻部を、互いに着脱可能な複数のケース部７１（この実施の形態では上ケース８４と下ケース８５）で構成し、電動切換装置７０の出力部品である駆動体７９に付勢手段としてのばね６９の付勢力に抗する負荷が作用するように切換用モータ７２が駆動される際（この実施の形態では高速段側に駆動される際）に、電動切換装置７０に設けられて円筒ウォーム７６と噛み合うウォームホイール７７の歯部に、切換用モータ７２から伝達された駆動力のスラスト反力が所定のケース部（この実施の形態では下ケース８５）に作用するよう構成されている。これにより、駆動体７９を支持する下ケース８５や上ケース８４などの支持部分に製造誤差などによる隙間などを有しており、負荷がかかっていない場合に、円筒ウォーム７６とウォームホイール７７との噛み合わせ状態が最適でない場合でも、切換用モータ７２からの負荷が作用することで、ウォームホイール７７が下ケース８５側の噛み合わせ最適位置になる。したがって、駆動力を伝達するウォームホイール７７と円筒ウォーム７６とを良好な駆動力の伝達効率で接触させることが可能となる。これによっても、小型の切換用モータ７２でも良好に駆動体７９を駆動させることができ、製造コストの低減化や駆動ユニット２０の小型化を実現できる。

また、上記構成によれば、変速機構１７が、人力駆動力と補助駆動力とが合成されてなる合力を変速する構成である。これにより、人力駆動力と補助駆動力との何れかの駆動力を変速して他の駆動力と合成する場合よりも広いトルク変速範囲で出力することが可能となる利点も有する。

また、本実施の形態では、駆動ユニット２０に用いられる切換体移動機構として電動切換装置７０に代えて、図２６〜図３０に示すようなワイヤ連動式切換機９０を使用可能に構成されている。ワイヤ連動式切換機９０が用いられる場合には、ハンドル５に変速段用の手元操作部およびこの変速段用の手元操作部の動作を変速段用ワイヤに伝達する変速段ワイヤ伝達機構（いわゆる変速用シフタ）とが設けられ、この変速段ワイヤ伝達機構（いわゆる変速用シフタ）に変速段伝達用のワイヤ１００の一端部が接続される。

図２７などに示すように、このワイヤ連動式切換機９０を用いる場合でも、フォーク体６５、連動筒６６、ばね６９、切換軸６３などの切換移動体６２は、電動切換装置７０が用いられる場合とほぼ同じ構造の共通部品が用いられる（連動筒６６のみ、後述する位置検出用突片部９６ａ、９６ｂが設けられている）。図２６〜図２８などに示すように、ワイヤ連動式切換機９０は、変速段手元操作部により変速段の操作が伝達されるワイヤ（ワイヤケーブル１００ａ）１００の他端部に連結された連動リンク９１を有しているとともに切換移動体６２（具体的には連動筒６６）の位置（すなわち変速段の位置）を検出する変速段検出装置９３が設けられている。連動リンク９１は軸９１ａを中心に回動自在とされ、係止アーム９１ｂが、切換軸６３の一端に係止されたワッシャ９２に係合可能とされている。変速段検出装置９３は、オン状態とオフ状態とに切り換え自在な複数個（この実施の形態では２つ）の光センサ９４ａ、９４ｂが設けられ、また、連動筒６６に、位置検出用の複数（この実施の形態では２つ）の位置検出用突片部９６ａ、９６ｂが設けられる。

この構成において、高速段状態において搭乗者が手元操作部１８を操作して、低速段（第１速）を選択した場合には、変速段伝達用のワイヤ１００のワイヤケーブル１００ａがＥ方向に延ばされ、これに伴って、ばね６９の付勢力で、切換軸６３や連動筒６６、フォーク体６５を含む切換体移動部６２が低速段切換位置Ｌに移動する。なお、この際、位置検出用突片部９６ａ、９６ｂにより両方の光センサ９４ａ、９４ｂの光が遮られてオフ状態となり、切換体移動部６２が低速段切換位置Ｌに移動したことを検知する。

これにより、図５、図６に示すように、係合部材５８が傾倒姿勢に切り換わり、合力伝達体２９と高速段変速歯車４１との間が切断され、人力駆動力とモータ２１の補助駆動力とが合成された合力が、低速段変速歯車３６から合力伝達体２９に伝達され、合力によって合力伝達体２９が低速段状態で回転する。

一方、低速段状態において搭乗者が変速段用の手元操作部を操作して、高速段（第２速）を選択した場合には、図２９、図３０に示すように、変速段伝達用のワイヤ１００のワイヤケーブル１００ａがＦ方向に引っ張られ、これに伴って、ばね６９の付勢力に抗して、切換軸６３や連動筒６６、フォーク体６５を含む切換体移動部６２が高速段切換位置Ｈに移動する。なお、この際、低速段と高速段との中間位置では、位置検出用突片部９６ａによりの光センサ９４ａの光が遮られてオフ状態となる一方、光センサ９４ｂの光は遮られなくなってオン状態となり、中間位置状態を検知する。また、高速段切換位置Ｈでは、両方の光センサ９４ａ、９４ｂの光が遮られなくなってオン状態となり、切換体移動部６２が高速段切換位置Ｈに移動したことを検知する。

これにより、図８、図９に示すように、係合部材５６が起立姿勢に切り換わり、合力伝達体２９と高速段変速歯車４１との間が接続され、人力駆動力とモータ２１の補助駆動力とが合成された合力が、高速段変速歯車４１から合力伝達体２９に伝達され、合力によって合力伝達体２９が高速段状態で回転する。

このように、このワイヤ連動式切換機９０を用いた場合でも、良好に変速段が切り換えられるとともに、切換体移動部６２の低速段切換位置Ｌ、高速段切換位置Ｈおよびその中間位置を検出可能である。

また、このように、ワイヤ連動式切換機９０を用いた場合でも、電動切換装置７０を用いる場合と、共通部品である切換移動体６２などを用いることができるため、少ない部品の変更で何れの形式にも容易に変更できて便利であるとともに、製造コストの増加も最小限で抑えることができる利点がある。

また、何れの場合でも、変速段切換体６１には、ばね６９の付勢力が作用するだけで、電動切換装置７０の切換用モータ７２の力やワイヤの引張力に起因する力などが作用しないため、変速段切換体６１や高速段クラッチ５５の係合部品５６などに無理な力が作用せず、良好な信頼性を得ることができる。

なお、上記の実施の形態では、切換体移動機構としての電動切換装置７０やワイヤ連動式切換機９０を駆動ユニット２０の内部に配設した場合を述べたが、これに限るものではなく、駆動ユニット２０の近傍に配設することも可能である。また、変速段切換体を移動させる駆動力を発生する変速段切換用駆動源として、電動切換装置７０を設けた場合を述べたが、これに限るものではない。

また、上記実施の形態では、無端状駆動力伝達体としてチェーン１５を用いて、駆動スプロケット１３からの力を、チェーン１５を介して後スプロケット１４に伝達する場合を述べた。しかし、これに限るものではなく、無端状駆動力伝達体として歯付きベルトを用いて、駆動スプロケットに相当する駆動ギヤからの力を、歯付きベルトを介して後ギヤに伝達するように構成してもよい。

また、上記実施の形態では、駆動ユニット２０に２段変速機能を設けた場合を述べた。しかし、これに限るものではなく、減速用歯車として、３段に変速できる１〜３段用の減速歯車と変速用の３つの一方向クラッチ、および２つの選択クラッチなどを設けて、１速時には１速用の一方向クラッチのみが機能し、２速時には１速用の一方向クラッチおよび２速用の一方向クラッチのみが機能し、３速時には、全ての一方向クラッチが機能するように構成してもよい。これにより、３段変速機能を駆動ユニット２０に付加することが可能であり、この場合でも、ニュートラル状態（空回転状態）となることなく、変速させることができる。

また、上記の実施の形態では、高速段クラッチ５５や低速段クラッチを用いた変速機構を用いた場合を述べたが、遊星歯車変速機構など、他の種類の変速機構を用いた場合でも適用可能であることはもちろんである。

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
１２ バッテリ（蓄電器）
１３ 駆動スプロケット（駆動力出力輪体）
１４ 後スプロケット（後部輪体）
１５ チェーン（無端状駆動力伝達体）
１７ 変速機構
１８ 変速段手元操作部
２０ 駆動ユニット
２１ モータ
２２ ユニットケース
２３ 連動筒体
２４ 制御部
２５ 減速機構
２８ 人力伝達体
２９ 合力伝達体
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 低速段変速歯車
４１ 高速段変速歯車
３７〜３９ 第１〜第３の減速歯車
４４ 中間軸
４７ 一方向クラッチ（人力駆動力切断用の一方向クラッチ）
５１ 低速段クラッチ
５５ 高速段クラッチ
５６ 係合部材
６０ 変速段切換機構
６１ 変速段切換体
６２ 切換体移動部
６３ 切換用案内軸
６５ フォーク体
６９ ばね
７０ 電動切換装置
７２ 切換用モータ
７９ 駆動体
８０ 磁石
８１ 位置検出センサ
８２ 基板
９０ ワイヤ連動式切換器

Claims (10)

1. モータを有する駆動ユニットを備え、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であって、
   駆動ユニットが、前輪と後輪との間の中間箇所に配設され、
   駆動ユニットに、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合力によって回転自在な合力伝達体と、合力伝達体の回転が伝達される駆動力出力輪体と、ギヤ比の異なる複数の選択可能な変速段を有して駆動力を合力伝達体に伝達する変速機構とが設けられ、
   変速機構は、低速段変速歯車および高速段変速歯車を含む複数の変速歯車と、選択された変速段に応じて移動される変速段切換体と、低速段において低速段変速歯車と合力伝達体とを接続し、高速段においては低速段変速歯車と合力伝達体とを接続しない低速段一方向クラッチと、高速段一方向クラッチと、を有して、人力駆動力と補助駆動力とが合成されてなる合力を変速し、
   低速段一方向クラッチおよび高速段一方向クラッチの軸心が、モータの軸心とは異なっており、
   駆動ユニットまたはその近傍に、変速段切換体を移動させる駆動力を発生する変速段切換用駆動源を有する切換体移動機構を配設し、
   変速段切換用駆動源の駆動力を減速させて変速段切換体に伝達させる減速機構を有し、
   変速段切換体が移動したことを検出するセンサが設けられていることを特徴とする電動アシスト自転車。
2. 低速段と高速段との切換時に合力伝達体からの駆動力が駆動力出力輪体に力が伝達されない空転状態がないことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
3. モータの回転軸の軸心とクランク軸の軸心とが異なっ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。
4. 変速段切換用駆動源が変速段切換用モータであり、変速段切換用モータを有する切換体移動機構としての電動切換装置が、駆動ユニットの外殻部をなすユニットケースの内部に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。
5. 変速段切換用駆動源からの駆動力が伝達されて、変速段切換体を移動させる移動自在の変速段切換用出力部品に、磁石が取り付けられ、
   変速段切換体が移動したことを検出するセンサは、磁石に対向可能な箇所に設けられて、磁石の磁力によって変速段切換用出力部品の位置を検知する位置検知センサであ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。
6. 位置検知センサがリニアホール素子であり、変速段位置だけでなく変速段の中間位置も１つのリニアホール素子で検知可能であることを特徴とする請求項５に記載の電動アシスト自転車。
7. 変速段切換用駆動源が変速段切換用モータであり、変速段切換用モータを有する切換体移動機構としての電動切換装置に基板が設けられ、基板に、変速段切換用モータに着脱自在の変速段切換用モータ接続用端子が直付け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。
8. 変速段切換用駆動源が変速段切換用モータであり、変速段切換用モータを有する切換体移動機構としての電動切換装置に設けられる外殻部を、互いに着脱可能な複数のケースで構成し、電動切換装置の出力部品に付勢手段の付勢力に抗する負荷が作用するように変速段切換用モータが駆動される際に、変速段切換用モータから伝達された駆動力のスラスト反力が所定のケースに作用するよう構成した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。
9. 駆動ユニットに、変速段切換用モータを変速段切換用駆動源とする電動切換装置と、手動の変速段操作による動作を伝達するワイヤからの動きを伝達するワイヤ連動式切換機との何れも選択して装着可能とされ、
   電動切換装置からの動作を変速段切換体に伝達する切換体移動部と、ワイヤ連動式切換機からの動作を変速段切換体に伝達する切換体移動部とが、共用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。
10. 変速段切換体またはこの変速段切換体に連動する連動部品が、クランク軸に沿って、またはクランク軸と平行に、移動自在に配設され、
    変速段切換体またはこの変速段切換体に連動する連動部品を、クランク軸に沿った方向に、またはクランク軸と平行な所定方向に、付勢する付勢手段が設けられ、
    電動切換装置の出力部品への駆動力が、付勢手段の付勢方向に抗する方向に作用するよう構成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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