JPWO2015008314A1 - 電動アシスト自転車 - Google Patents

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Abstract

良好に変速できながら、十分な補助駆動力を付加でき、また、載台やバッテリとフロントディレーラとの干渉による課題を生じることがなく、さらに、トルクの伝達効率の低下を招くことのない電動アシスト自転車を提供する。クランク軸の外周に、人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体が配設され、前記クランク軸の外周に、人力駆動力とモータからの補助駆動力とが合成された合力が伝達される合力伝達体が配設され、複数対の減速歯車とこれらの減速歯車と係合可能な選択クラッチとを有し、前記人力駆動力と前記補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を変速する減速機構を設けた。

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１４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１５、図１６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１４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１５、図１６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１５、図１６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１４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装着することが可能となる。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。また、電動アシスト自転車に用いられるブレーキ装置として、一般の自転車と同様に、ハンドルに取り付けたブレーキレバーを操作することで制動されるリムブレーキ、バンドブレーキ、またはローラブレーキなどが用いられる場合が多いが、地域によって、または運転者の要望などにより、ペダルを前進走行時の回転方向とは逆方向に回転することにより制動されるコースターブレーキを後輪に取り付けることが望まれる場合がある。この場合には、ペダルを逆方向に回転した際に、チェーンの下側部分を前方に引張るような張力が作用するので、二軸式のモータ駆動ユニット１００では、テンショナ装置１０６として特別の工夫が必要となる。これに対して、一軸式のモータ駆動ユニット２００では、そのような特別の工夫を必要としない利点もある。
なお、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においては、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が設けられる場合が多い。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。
ところで、このような一軸式のモータ駆動ユニット２００において、フロント変速機を装着する場合には、スポーツ用の自転車などに設けられているような外装変速機をクランク軸の側方に配設することが考えられる。すなわち、図１６に示すような駆動スプロケット２０１の箇所に、複数の駆動スプロケットを、クランク軸２０２の軸心方向に沿う方向（車幅方向とも称す）に対して位置をずらして配設するとともに、これらの駆動スプロケットの近傍に、チェーンを車幅方向に移動させるフロントディレーラを設けることが考えられる。
特開２００９−２０８７１０号公報 特開平１０−２５０６７３号公報
しかしながら、このような一軸式のモータ駆動ユニットに外装変速機を設けた場合には以下のような課題を生じるおそれがある。
まず、複数の駆動スプロケットを横並びに配設する構成であるとともに、これらの複数の駆動スプロケットに対してチェーンを切り換る構成であるため、一般のチェーンよりも車幅方向に対して小さい寸法の（薄い）チェーンを用いる必要がある。しかしながら、この種の電動アシスト自転車では、人力駆動力だけでなく、補助駆動力も合わせられた力がチェーンに作用するため、一般のチェーンよりも車幅方向に対して小さい寸法の（薄い）チェーンを用いると、チェーンの耐用年数が極めて短い期間となって部品の交換の頻度が多くなったり、補助駆動力が不充分となったりする課題を生じる。
また、フロントディレーラを自転車に設ける場合には、駆動スプロケットの斜め上後方位置に設ける場合が多いが、この箇所は、電動アシスト自転車では、バッテリの載台やバッテリが配設されているため、これらの部品（載台やバッテリ）とフロントディレーラとが干渉して、両者を良好に配設することが困難であるという課題も生じる。
また、フロントディレーラが外部に露出して設けられるため、フロントディレーラや、チェーンとフロントディレーラとの噛み合い部分などが、走行中に障害物などに当接するなどして損傷したり、チェーンが外れたりする恐れがあり、信頼性が低下する。
また、電動アシスト自転車では、人力駆動力だけでなく、補助駆動力も合わせられた力がチェーンに作用するため、フロントディレーラとしても大きなトルクが作用した場合でも切り換えることが可能な専用のフロントディレーラを開発しなければならない。
なお、一軸式のモータ駆動ユニットに外装変速機を設ける代わりに、遊星歯車機構を用いた変速機を内装することが考えられるが、この場合には、遊星歯車機構を用いることに起因してトルクの伝達効率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、良好に変速できながら、チェーンなどの部品の交換の頻度が多くなることを防止できるとともに、十分な補助駆動力を付加でき、また、載台やバッテリとフロントディレーラとの干渉による課題を生じることがなく、さらに、専用のフロントディレーラを開発しなくても済み、しかもトルクの伝達効率の低下を招く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、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、前記ペダルからの人力駆動力が伝達されるクランク軸と、前記モータとが、互いに異なる軸心を中心として回転するように配設され、前記クランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体が配設され、前記クランク軸の外周に、人力駆動力とモータからの補助駆動力とが合成された合力が伝達される合力伝達体が配設され、複数対の減速歯車とこれらの減速歯車と係合可能な選択クラッチとを有し、前記人力駆動力と前記補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を変速する減速機構が設けられ、前記人力伝達体、前記合力伝達体、および前記減速機構が、前記モータ駆動ユニットの内部に配設され、前記減速機構を介して前記合力伝達体に伝達された合力が、クランク軸と同軸心の駆動力出力輪体と、この人力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ていることを特徴とする。
上記構成において、前記減速機構の選択クラッチを前記減速歯車から選択して係合させることにより、前記減速機構を介して前記合力伝達体に伝達された合力が、クランク軸と同軸心の駆動力出力輪体と、この人力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。
また、本発明の前記減速機構は、前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力が伝達される人力伝達減速歯車と、前記クランク軸と平行に配設された中間軸と、この中間軸に設けられた複数の中間軸減速歯車と、回転自在に設けられ前記中間減速歯車に噛み合う合力減速歯車と、前記合力伝達体に係合して一体的に回転するとともに、前記人力伝達減速歯車または前記合力減速歯車に選択的に係合する選択クラッチと、を有することを特徴とする。
この構成により、選択クラッチを前記人力伝達減速歯車または前記合力減速歯車に選択的に係合させることで、変速させながら、合力を良好に後輪側に伝達させることができる。また、中間軸に設けられた複数の中間軸減速歯車と、前記クランク軸の外周に回転自在に配設された人力伝達減速歯車や前記合力伝達体に回転自在に設けられた合力減速歯車とを噛み合わせた状態で、人力駆動力や補助駆動力の合力を伝達するため、遊星歯車機構を用いた場合よりもトルク（力）の伝達効率を向上させることができる。
また、本発明は、前記人力伝達体に、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ていることを特徴とする。
なお、前記クランク軸と前記人力伝達減速歯車との間の人力駆動力の伝達経路に、モータ側からの補助駆動力をクランク軸側に伝達しないようにする補助駆動力切断用の一方向クラッチを配設してもよい。また、この場合に、前記クランク軸の外周に、前記人力伝達体に係合された連動筒体を設け、この連動筒体と前記人力伝達減速歯車との間に、前記補助駆動力切断用の一方向クラッチを配設してもよい。
この構成によれば、前記人力伝達体と前記人力伝達減速歯車との間に連動筒体を設けているので、前記人力伝達体に、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ている場合でも、前記選択クラッチの切換時の振動や前記補助駆動力切断用の一方向クラッチの振動が、前記人力伝達体に伝わり難くなり、この結果、連動筒体を設けない場合と比較して、トルクセンサの信頼性が向上する。
また、前記連動筒体または前記人力伝達体の回転を検出する回転検出器を設けてもよく、これによれば、前記連動筒体または前記人力伝達体の回転、すなわち、クランク軸の回転を検知することができる。
なお、前記クランク軸と前記人力伝達減速歯車との間の人力駆動力の伝達経路に、一方向クラッチを配設しなくてもよく、この場合には、前記クランク軸と前記人力伝達体と前記人力伝達減速歯車との相対的な回転方向にかかわらず、前記クランク軸の回転に伴って前記人力伝達体および前記人力伝達減速歯車も回転される。したがって、例えば、ペダルを前進走行時の回転方向と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキを後輪のハブに配設した場合でも、前記クランク軸を前進走行時の回転方向と逆方向に回転させると、この逆方向の回転がコースターブレーキに良好に伝達されて、コースターブレーキを良好に作動させることができる。
本発明によれば、前記モータ駆動ユニットの内部に配設された前記減速機構に、複数対の減速歯車とこれらの減速歯車と係合可能な選択クラッチとを設けて、前記減速機構により、前記人力駆動力と前記補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を変速するように構成したことにより、一軸式のモータ駆動ユニットに外装変速機を設ける場合に必要となる車幅方向に対して小さい寸法の（薄い）チェーンを用いなくても済み、チェーンの耐用年数が極めて短い期間となって部品の交換の頻度が多くなったり、補助駆動力が不充分となったりすることがない。また、フロントディレーラを設けなくて済むとともに、フロントディレーラの配設箇所について課題を生じることもない。また、前記人力伝達体、前記合力伝達体、および前記減速機構が、前記モータ駆動ユニットの内部に配設されて外部から保護されるため、信頼性が向上する。
また、前記減速機構に、前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力が伝達される人力伝達減速歯車と、前記クランク軸と平行に配設された中間軸と、この中間軸に設けられた複数の中間軸減速歯車と、前記合力伝達体に回転自在に設けられ前記中間減速歯車に噛み合う合力減速歯車と、前記合力伝達体に係合して一体的に回転するとともに、前記人力伝達減速歯車または前記合力減速歯車に選択的に係合する選択クラッチと、を設けることで、変速させながら、合力を良好に後輪側に伝達させることができる。また、遊星歯車機構を用いた場合よりもトルク（力）の伝達効率を向上させた状態で合力を駆動スプロケットなどの駆動力出力輪体に出力することができる。
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右側面断面図 同電動アシスト自転車の（２段変速部を有する）モータ駆動ユニットの平面断面図で、変速部が第１速の状態 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの要部拡大平面断面図 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの断面図で、（ａ）は図５のＡ−Ａ線矢視側面断面図、（ｂ）は図５のＢ−Ｂ線矢視側面断面図、（ｃ）は図５のＣ−Ｃ線矢視側面断面図 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの平面断面図で、変速部が第２速の状態 本発明の他の実施の形態に係る電動アシスト自転車の（３段変速部を有する）モータ駆動ユニットの平面断面図で、変速部が第１速の状態 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの要部拡大平面断面図 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの平面断面図で、変速部が第２速の状態 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの平面断面図で、変速部が第３速の状態 本発明のその他の実施の形態に係る（２段変速部を有する）電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの平面断面図 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの要部拡大平面断面図 従来の電動アシスト自転車における二軸式のモータ駆動ユニットおよびその近傍箇所の側面図 従来の電動アシスト自転車における一軸式のモータ駆動ユニットの側面図 同一軸式のモータ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、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で、後述する変速機（変速部）の速度（第１速または第２速）を設定する変速段手元操作部１８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を設定する手元設定部（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、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の右側面図および右側面断面図、図４はモータ駆動ユニット２０の平面横断面図である。
図３（ａ）、（ｂ）、図４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、ユニットケース２２の前側右寄り箇所から前後方向中央部などにかけて、複数対の減速用歯車３６〜４１などを有する減速機構２５が配設され、この実施の形態では、後述するように、減速機構２５において内装変速機（内装型の変速部）としての機能も付与している。また、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。
モータ駆動ユニット２０についてさらに詳しく述べると、図４、図５、図６などに示すように、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。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。
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が取り付けられており、さらに、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体１１の回転方向に２つ並べられて構成され、回転体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、連動筒体２３の右側部分の外周に、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、減速機構２５に設けられた人力伝達減速歯車（減速歯車の１つ）３６が配設されている。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減速機構２５の人力伝達減速歯車３６に伝達される。
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後述するモータ軸減速歯車４０が形成されている。
図４、図５に示すように、減速機構２５は、人力伝達減速歯車３６を含む複数対（この実施の形態では３対）の減速歯車３６〜４１と、人力伝達減速歯車３６と後述する合力減速歯車４１とに係合可能な選択クラッチ４５となど、を有する。そして、クランク軸７ａを通して伝達された人力駆動力とモータ２１から伝達された補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を、選択クラッチ４５を減速歯車３６、４１から選択して係合させることにより変速するよう構成されている。
詳しくは、減速機構２５は、クランク軸７ａの外周に回転自在に配設されて、人力駆動力が伝達される大径の人力伝達減速歯車３６と、モータ駆動ユニット２０の前後方向中央部において左右に延びてクランク軸７ａと平行な姿勢で、軸受３４、３５により回転自在に支持された状態で配設された中間軸４４と、この中間軸４４に設けられた第１〜第３の中間軸減速歯車３７、３８、３９と、モータ２１の回転軸２１ａに形成され、大径の第１の中間軸減速歯車３７に噛み合う小径のモータ軸減速歯車４０と、合力伝達体２９に軸受４３を介して回転自在に設けられ小径の第３の中間減速歯車３９に噛み合う大径の合力減速歯車４１と、合力伝達体２９にスプライン部２９ａ、４５ａを介して左右に（すなわち、クランク軸７ａの軸心方向に沿って）移動自在な状態で係合して一体的に回転するとともに、人力伝達減速歯車３６または合力減速歯車４１に選択的に係合する選択クラッチ４５と、左右に移動自在に配設されて、選択クラッチ４５の外周部に形成された溝部４５ｂに係合して、選択クラッチ４５を左右に移動させて人力伝達減速歯車３６または合力減速歯車４１に選択的に係合させるクラッチ駆動部４６と、中間軸４４と第１の中間軸減速歯車３７との間に配設されて人力伝達減速歯車３６側からの人力駆動力をモータ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４７と、などを有する。なお、モータ２１の回転軸２１ａも、中間軸４４と同様に、クランク軸７ａと平行な姿勢で配設されている。
そして、当該電動アシスト自転車１を前進させるべく、モータ２１が所定方向に回転された際には、モータ２１の回転（補助駆動力）が、小径のモータ軸減速歯車４０と大径の第１の中間軸減速歯車３７との噛み合い部を介することで、減速されて（すなわち、トルクが大きくされて）中間軸４４に伝達され、さらに、小径の第２の中間軸減速歯車３８と大径の人力伝達減速歯車３６との噛み合い部を介することで一層減速されて人力伝達減速歯車３６を回転させる。
なお、この実施の形態では、第２の中間軸減速歯車３８は、中間軸４４自体に一体形成されている一方、第３の中間軸減速歯車３９は中間軸４４とは別部品のものが圧入またはセレーション結合などされて固定され、中間軸４４と一体的に回転するよう構成されている。また、第２の中間軸減速歯車３８よりも第３の中間軸減速歯車３９が若干大径とされ、第２の中間軸減速歯車３８に噛み合う人力伝達減速歯車３６よりも、第３の中間軸減速歯車３９に噛み合う合力減速歯車４１が若干小径とされている。したがって、中間軸４４とともに、第２の中間軸減速歯車３８および第３の中間軸減速歯車３９が一体的に回転した際には、人力伝達減速歯車３６よりも合力減速歯車４１が高速で回転する。
また、選択クラッチ４５には、左側内周部に、人力伝達減速歯車３６に形成された歯部３６ａに噛み合い可能な歯部４５ｃが形成されている。そして、図４、図５に示すように、選択クラッチ４５が左側に位置する際には、選択クラッチ４５の歯部４５ｃが人力伝達減速歯車３６の歯部３６ａに噛み合って係合し、選択クラッチ４５を介して、人力伝達減速歯車３６の回転力が合力伝達体２９に伝達される。また、選択クラッチ４５の右側面には、この右側面から側方に突出して、合力減速歯車４１に周方向に複数形成された係合孔４１ａに係合可能な複数の係合突部４５ｄが形成されている。そして、図７に示すように、選択クラッチ４５が右側に位置する際には、選択クラッチ４５の係合突部４５ｄが合力減速歯車４１の係合孔４１ａに挿入されて係合し、選択クラッチ４５を介して、合力減速歯車４１の回転力が合力伝達体２９に伝達される。なお、図示しないが、選択クラッチ４５が、図４、図５に示すような左側に位置する状態と、図７に示すような右側に位置する状態との中間の位置では、選択クラッチ４５は人力伝達減速歯車３６にも合力減速歯車４１にも係合しない。
選択クラッチ４５を駆動させるクラッチ駆動部４６は、この実施の形態では、図３（ｂ）や図６（ｂ）に簡略的に示すように、クランク軸７ａと平行に左右に延びるガイドロッド４８に沿って移動可能な状態で、二又状の先端部により選択クラッチ４５を挟持している。そして、クラッチ駆動部４６は、ハンドル５などに取り付けられた変速段手元操作部１８にワイヤなどを介して連動され、変速段手元操作部１８が操作されることで、クラッチ駆動部４６を介して選択クラッチ４５を左右に移動させる。
上記構成において、変速段手元操作部１８を操作して、第１速側に設定すると、選択クラッチ４５が、図４、図５に示す左寄りの位置とされて、選択クラッチ４５の歯部４５ｃは人力伝達減速歯車３６の歯部３６ａに噛み合う。
この状態で、ペダル８が前進方向に回転されると、ペダル８からの人力駆動力がクランク軸７ａを介して人力伝達体２８に伝達され、さらに、連動筒体２３および一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０を介して、人力伝達減速歯車３６に伝達される。この際、トルクセンサ３１により人力駆動力のトルクが検出され、これに対応する補助駆動力を出力するようにモータ２１が駆動される。そして、モータ２１からの回転駆動力が第１の中間軸減速歯車３７、一方向クラッチ（人力駆動力切断用の一方向クラッチ）４７、中間軸４４、および第２の中間軸減速歯車３８を介することで、減速されながら（トルクを増加させながら）、人力伝達減速歯車３６に伝達される。なお、この際、中間軸４４の回転に伴って、第３の中間軸減速歯車３９に噛み合う合力減速歯車４１も回転するが、合力減速歯車４１は選択クラッチ４５に係合していないため、単に空回りするだけである。
補助駆動力が人力伝達減速歯車３６に伝達されることにより、人力駆動力と補助駆動力とが人力伝達減速歯車３６で合成される。そして、合成された合力が、歯部３６ａ、４５ｃを介して選択クラッチ４５に伝達され、さらに、スプライン部４５ａ、２９ａを介して合力伝達体２９に伝達され、合力伝達体２９に取り付けられた駆動スプロケット１３からチェーン１５を介して後輪４に伝達されて、後輪４が回転駆動される。
また、変速段手元操作部１８を操作して、第２速側に設定すると、図７に示すように、選択クラッチ４５が右寄りの位置に移動して、選択クラッチ４５の歯部４５ｃが人力伝達減速歯車３６の歯部３６ａから離反し、その後、選択クラッチ４５の係合突部４５ｄが合力減速歯車４１の係合孔４１ａに嵌まり込んで係合する。
この状態で、ペダル８が前進方向に回転されると、ペダル８からの人力駆動力は、第1速に設定された場合と同様に、クランク軸７ａ、人力伝達体２８、連動筒体２３、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、人力伝達減速歯車３６に伝達されるが、さらに、人力伝達減速歯車３６から第２の中間軸減速歯車３８を介して中間軸４４に伝達される。また、トルクセンサ３１により人力駆動力のトルクが検出され、これに対応する補助駆動力がモータ２１から出力されると、モータ２１からの回転駆動力が第１の中間軸減速歯車３７、一方向クラッチ（人力駆動力切断用の一方向クラッチ）４７を介して、中間軸４４に伝達され、これにより、人力駆動力と補助駆動力とが中間軸４４で合成される。
そして、中間軸４４で合成された合力は、第３の中間軸減速歯車３９を介して合力減速歯車４１に伝達され、この合力減速歯車４１には、その係合孔４１ａに係合突部４５ｄが嵌まり込んで、選択クラッチ４５が係合しているため、合力が選択クラッチ４５に伝達される。さらに、合力が合力伝達体２９を介して駆動スプロケット１３に伝達され、駆動スプロケット１３からチェーン１５を介して後輪４に伝達されて、後輪４が回転駆動される。また、人力伝達減速歯車３６よりも高速で回転する合力減速歯車４１の回転駆動力（合力）が合力伝達体２９および駆動スプロケット１３に伝達されて駆動されるため、駆動スプロケット１３は第１速よりも高速である第２速で回転される。
この構成により、選択クラッチ４５を人力伝達減速歯車３６または合力減速歯車４１に選択的に係合させることで、変速させながら、合力を良好に後輪４側に伝達させることができる。また、人力駆動力のみを変速させたり、補助駆動力だけを変速させたりするのではなくて、人力駆動力と補助駆動力とを合わせた合力を変速させるので、人力駆動力に良好に組み合わせることのできる補助駆動力を出力できるモータ２１や減速機構２５を用いて、人力駆動力に対応する合力（人力駆動力にほぼ比例する合力）を良好に変速できて、極めて良好に走行できる。
また、本発明の実施の形態によれば、モータ駆動ユニット２０内に設けた減速機構２５により変速部（変速機構）を構成したものであり、複数の駆動スプロケットを有するいわゆる外装変速機を有する構成ではない。したがって、一軸式のモータ駆動ユニットに外装変速機を設ける場合に必要となる車幅方向に対して小さい寸法の（薄い）チェーンを用いなくても済み、チェーンの耐用年数が極めて短い期間となって部品の交換の頻度が多くなったり、補助駆動力が不充分となったりすることがない。また、フロントディレーラを設けなくて済むとともに、フロントディレーラの配設箇所について課題を生じることもない。また、人力伝達体２８、合力伝達体２９、および減速機構２５が、モータ駆動ユニット２０の内部に配設されて外部から保護されるため、これらの部品が走行中などに損傷することは殆どなく、良好な信頼性が維持される。
また、中間軸４４に設けられた複数の中間軸減速歯車３７、３８、３９と、中間軸４４と平行に配設されたクランク軸７ａの外周に回転自在に配設された人力伝達減速歯車３６や合力伝達体２９に回転自在に設けられた合力減速歯車４１とを噛み合わせた状態で、人力駆動力や補助駆動力の合力を伝達するため、遊星歯車機構を用いた場合よりもトルク（力）の伝達効率を向上させることができる利点もある。
なお、上記構成においては、クランク軸７ａと人力伝達減速歯車３６との間の人力駆動力の伝達経路に、モータ２１側からの補助駆動力をクランク軸７ａ側に伝達しないようにする補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０が配設されている。この補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０により、人力伝達体２８や連動筒体２３からの前進方向への人力駆動力は人力伝達減速歯車３６に伝達するが、中間軸４４や人力伝達減速歯車３６からの前進方向への補助駆動力は連動筒体２３や人力伝達体２８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。また、この電動アシスト自転車１では、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、前記補助駆動力切断用の一方向クラッチ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。これにより、搭乗者がペダル８を漕ぐことを止めても、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、利便性が向上する。
また、上記構成においては、中間軸４４と第１の中間軸減速歯車３７との間に、人力伝達減速歯車３６からの人力駆動力をモータ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４７が配設されている。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中間軸４４や第２、第３の中間軸減速歯車３８、３９は回転されるが、第１の中間軸減速歯車３７やモータ２１の回転軸２１ａおよびロータ部２１ｂは回転されず、ペダル８に余分な力をかけなくて済む（いわゆる引きずり抵抗を極めて減少させることができる）。
また、上記構成によれば、人力伝達体２８と人力伝達減速歯車２９との間に連動筒体２３を設けているので、人力伝達体２８に人力駆動力を検出するためのトルクセンサ３１の磁歪発生部３１ｂが形成されている場合でも、選択クラッチ４５の切換時の振動や補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０の振動が、人力伝達体２８に伝わり難くなり、この結果、連動筒体２３を設けない場合と比較して、トルクセンサ３１の信頼性が向上する。
また、上記構成によれば、連動筒体２３の回転を検出する回転検出器１０を設けているため、連動筒体２３や人力伝達体２８の回転、すなわち、クランク軸７ａの回転を良好に検知することができる。また、回転検出器１０として、光センサを設けることで、トルクセンサ３１に対して、磁気の影響などを及ぼすことがない利点も有するが、これに限るものではなく、回転検出器１０として、磁気センサを設けて、この磁気センサとトルクセンサ３１との磁気の影響を遮断するような磁気遮蔽体を設けてもよい。
また、上記実施の形態においては、変速部として、第１速と第２速との２つの速度（２段）に切り換えることが可能な構造（いわゆる二段変速構造）である場合を示したが、これに限るものではなく、３つの速度またはそれ以上の段数に切り換え可能な構造としてもよい。
図８〜図１１は、本発明の他の実施の形態に係る、いわゆる三段変速構造を有するモータ駆動ユニット５０を示すものである。図８、図９などに示すように、このモータ駆動ユニット５０においては、前記実施の形態のモータ駆動ユニット２０の変速機構２５において、上記構成に加えて、さらに以下の構成要素を備えている。すなわち、このモータ駆動ユニット５０においては、変速機構２５に、中間軸４４に設けられた比較的小径の第４の中間軸減速歯車５２と、合力伝達体２９に軸受５５を介して回転自在に設けられ、前記小径の第４の中間減速歯車５２に噛み合う大径の第２の合力減速歯車５１と、合力伝達体２９にスプライン部２９ｂ、５３ａを介して左右に（すなわち、クランク軸７ａの軸心方向に沿って）移動自在な状態で係合して一体的に回転するとともに、合力減速歯車４１（第１の合力減速歯車４１と称す）または第２の合力減速歯車５１に選択的に係合する選択クラッチ５３と、左右に移動自在に配設されて、選択クラッチ５３の外周部に形成された溝部５３ｂに係合して、選択クラッチ５３を左右に移動させて第１の合力減速歯車４１または第２の合力減速歯車５１に選択的に係合させるクラッチ駆動部５４と、を備えている。
また、第３の中間軸減速歯車３９よりも第４の中間軸減速歯車５２が若干大径とされ、第３の中間軸減速歯車３８に噛み合う第１の合力減速歯車４１よりも、第４の中間軸減速歯車５２に噛み合う第２の合力減速歯車５１がよりも若干小径とされている。したがって、人力伝達減速歯車３６が回転した際には、この人力伝達減速歯車３６に噛み合う第２の中間軸減速歯車３８が回転するとともに、この第２の中間軸減速歯車３８が形成された中間軸４４を介して、第３の中間軸減速歯車３９および第４の中間軸減速歯車５２が第２の中間軸減速歯車３８と同じ回転数で回転し、さらに、第３の中間軸減速歯車３９に噛み合う第１の合力減速歯車４１と、第４の中間軸減速歯車５２に噛み合う第２の合力減速歯車５１とがそれぞれ連動して回転するが、この時に、人力伝達減速歯車３６よりも第１の合力減速歯車４１が高速に回転し、さらに第１の合力減速歯車４１よりも第２の合力減速歯車５１が高速に回転するよう構成されている。
また、選択クラッチ（第２の選択クラッチとも称す）５３には、選択クラッチ（第１の選択クラッチとも称す）４５と同様に、その右側面に、この右側面から側方に突出する係合突部５３ｄが形成されており、この第２の選択クラッチ５３の係合突部５３ｄは、第２の合力減速歯車５１に周方向に複数形成された係合孔５１ａに係合可能とされている。そして、図１１に示すように、第２の選択クラッチ５３が右側に位置する際には、第２の選択クラッチ５３の係合突部５３ｄが第２の合力減速歯車５１の係合孔５１ａに挿入されて係合し、第２の選択クラッチ５３を介して、第２の合力減速歯車５１の回転力が合力伝達体２９に伝達される。なお、第２の選択クラッチ５３が、図８〜図１０に示すような左側に位置する状態では、第２の選択クラッチ５３は、第２の合力減速歯車５１に係合しないし、当然ながら、第１の合力減速歯車４１にも係合しない。
上記構成において、変速段手元操作部１８を操作して、第１速側に設定すると、第１の選択クラッチ４５が、図８、図９に示す左寄りの位置とされて、第１の選択クラッチ４５が人力伝達減速歯車３６に係合する。したがって、上記実施の形態において第１速側に設定した場合と同様に、ペダル８の回転に対して駆動スプロケット１３が比較的遅い速度（第１速）で回転駆動されて後輪４が回転させて走行できる。
また、変速段手元操作部１８を操作して、第２速側に設定すると、第１の選択クラッチ４５が、図１０に示す右寄りの位置とされて、第１の選択クラッチ４５が第１の合力減速歯車４１に係合する。したがって、上記実施の形態において第２速側に設定した場合と同様に、ペダル８の回転に対して駆動スプロケット１３が比較的早い速度（第２速）で回転駆動されて後輪４が回転させて走行できる。なお、これらの第１速側や第２速側に変速段手元操作部１８が設定されている場合に、第２の選択クラッチ４３は、左寄りの位置とされて、第２の合力減速歯車５１に係合していない。
また、変速段手元操作部１８を操作して、第３速側に設定すると、図１１に示すように、第１の選択クラッチ４５は中間位置に移動し、第１の選択クラッチ４５は、人力伝達減速歯車３６および第１の合力減速歯車４１の何れにも係合しない。一方、第２の選択クラッチ５３は右寄りの位置とされて、その係合突部５３ｄが第２の合力減速歯車５１の係合孔５１ａに挿入して係合する。
したがって、この状態で、ペダル８が前進方向に回転されると、ペダル８からの人力駆動力は、第２速に設定された場合と同様に、クランク軸７ａ、人力伝達体２８、連動筒体２３、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、人力伝達減速歯車３６に伝達され、さらに、人力伝達減速歯車３６から第２の中間軸減速歯車３８を介して中間軸４４に伝達される。また、人力駆動力に対応する補助駆動力がモータ２１から出力され、モータ２１からの回転駆動力が第１の中間軸減速歯車３７、一方向クラッチ（人力駆動力切断用の一方向クラッチ）４７を介して、中間軸４４に伝達され、これにより、人力駆動力と補助駆動力とが中間軸４４で合成される。
そして、中間軸４４で合成された合力が、第４の中間軸減速歯車５２を介して第２の合力減速歯車５１に伝達されるとともに、さらに第２の選択クラッチ５３および合力伝達体２９を介して駆動スプロケット１３に伝達され、駆動スプロケット１３は第２速よりもさらに高速である第３速で回転される。
この構成により、第１、第２の選択クラッチ４５、５３を人力伝達減速歯車３６または第１、第２の合力減速歯車４１、５１に選択的に係合させることで、第１速から第３速の間で変速させながら、合力を良好に後輪４側に伝達させることができる。また、同様に、中間軸減速歯車や、合力減速歯車、選択クラッチなどを増やすことで、４段以上の多段に変速可能な構造とすることもできる。
上記実施の形態においては、トルクセンサ３１の磁歪発生部３１ｂが形成されている人力伝達体２８と、駆動スプロケット１３が取り付けられている合力伝達体２９との間に（この実施の形態では、連動筒体２３と人力伝達減速歯車３６との間に）補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０が配設されている場合を述べたが、これに限るものではなく、補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０を設けなくてもよい。例えば、図１２、図１３に示すように、人力伝達体２８と人力伝達減速歯車３６とがセレーション部（またはスプライン部）２８ａ、３６ｂとで係合されて一体的に回転するように構成してもよい。
なお、この場合には、いわゆる遅れ制御により、搭乗者がペダル８を漕ぐことを止めても、しばらくモータ２１を駆動させ続けると、クランク軸７ａやペダル８が勝手に回転し続けることがある。したがって、このような現象を生じないように、回転検出器１０により、合力伝達体２９や人力伝達体２８、ひいてはクランク軸７ａの回転状態から、搭乗者がペダル８を漕ぐことを止めたことを直ぐに検知して、モータ２１を直ぐに停止したり、制動したりするよう構成することが好ましい。
また、この構成を用いた場合には、ペダル８を逆転した際に、この逆回転が、クランク軸７ａから合力伝達体２９や人力伝達体２８、駆動スプロケット１３、チェーン１５などを介して、後輪４側に支障なく伝達されるので、例えば、後輪のハブに、ペダルを前進走行時の回転方向と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキを配設してもよい。すなわち、この場合には、ペダル８を逆転させると、この逆回転がチェーン１５などを介して、後輪４のハブに設けたコースターブレーキに伝達され、コースターブレーキを良好に作動させることができる。
また、上記実施の形態では、選択クラッチ４５、５３を駆動させるクラッチ駆動部４６が、クランク軸７ａと平行に左右に延びるガイドロッド４８に沿って移動可能な状態で、二又状の先端部により選択クラッチ４５を挟持して移動させる場合を述べたが、これに限るものではなく、例えば、カム機構を用いて選択クラッチを移動させたり、支点を中心として揺動するクラッチ駆動部を用いて選択クラッチを移動させたりしてもよい。
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。
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１４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１５、図１６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１４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１５、図１６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１５、図１６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１４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装着することが可能となる。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。また、電動アシスト自転車に用いられるブレーキ装置として、一般の自転車と同様に、ハンドルに取り付けたブレーキレバーを操作することで制動されるリムブレーキ、バンドブレーキ、またはローラブレーキなどが用いられる場合が多いが、地域によって、または運転者の要望などにより、ペダルを前進走行時の回転方向とは逆方向に回転することにより制動されるコースターブレーキを後輪に取り付けることが望まれる場合がある。この場合には、ペダルを逆方向に回転した際に、チェーンの下側部分を前方に引張るような張力が作用するので、二軸式のモータ駆動ユニット１００では、テンショナ装置１０６として特別の工夫が必要となる。これに対して、一軸式のモータ駆動ユニット２００では、そのような特別の工夫を必要としない利点もある。
なお、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においては、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が設けられる場合が多い。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。
ところで、このような一軸式のモータ駆動ユニット２００において、フロント変速機を装着する場合には、スポーツ用の自転車などに設けられているような外装変速機をクランク軸の側方に配設することが考えられる。すなわち、図１６に示すような駆動スプロケット２０１の箇所に、複数の駆動スプロケットを、クランク軸２０２の軸心方向に沿う方向（車幅方向とも称す）に対して位置をずらして配設するとともに、これらの駆動スプロケットの近傍に、チェーンを車幅方向に移動させるフロントディレーラを設けることが考えられる。
特開２００９−２０８７１０号公報 特開平１０−２５０６７３号公報
しかしながら、このような一軸式のモータ駆動ユニットに外装変速機を設けた場合には以下のような課題を生じるおそれがある。
まず、複数の駆動スプロケットを横並びに配設する構成であるとともに、これらの複数の駆動スプロケットに対してチェーンを切り換る構成であるため、一般のチェーンよりも車幅方向に対して小さい寸法の（薄い）チェーンを用いる必要がある。しかしながら、この種の電動アシスト自転車では、人力駆動力だけでなく、補助駆動力も合わせられた力がチェーンに作用するため、一般のチェーンよりも車幅方向に対して小さい寸法の（薄い）チェーンを用いると、チェーンの耐用年数が極めて短い期間となって部品の交換の頻度が多くなったり、補助駆動力が不充分となったりする課題を生じる。
また、フロントディレーラを自転車に設ける場合には、駆動スプロケットの斜め上後方位置に設ける場合が多いが、この箇所は、電動アシスト自転車では、バッテリの載台やバッテリが配設されているため、これらの部品（載台やバッテリ）とフロントディレーラとが干渉して、両者を良好に配設することが困難であるという課題も生じる。
また、フロントディレーラが外部に露出して設けられるため、フロントディレーラや、チェーンとフロントディレーラとの噛み合い部分などが、走行中に障害物などに当接するなどして損傷したり、チェーンが外れたりする恐れがあり、信頼性が低下する。
また、電動アシスト自転車では、人力駆動力だけでなく、補助駆動力も合わせられた力がチェーンに作用するため、フロントディレーラとしても大きなトルクが作用した場合でも切り換えることが可能な専用のフロントディレーラを開発しなければならない。
なお、一軸式のモータ駆動ユニットに外装変速機を設ける代わりに、遊星歯車機構を用いた変速機を内装することが考えられるが、この場合には、遊星歯車機構を用いることに起因してトルクの伝達効率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、良好に変速できながら、チェーンなどの部品の交換の頻度が多くなることを防止できるとともに、十分な補助駆動力を付加でき、また、載台やバッテリとフロントディレーラとの干渉による課題を生じることがなく、さらに、専用のフロントディレーラを開発しなくても済み、しかもトルクの伝達効率の低下を招く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、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、前記ペダルからの人力駆動力が伝達されるクランク軸と、前記モータとが、互いに異なる軸心を中心として回転するように配設され、前記クランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体が配設され、前記クランク軸の外周に、人力駆動力とモータからの補助駆動力とが合成された合力が伝達される合力伝達体が配設され、複数対の減速歯車とこれらの減速歯車と係合可能な選択クラッチとを有し、前記人力駆動力と前記補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を変速する減速機構が設けられ、前記人力伝達体、前記合力伝達体、および前記減速機構が、前記モータ駆動ユニットの内部に配設され、前記減速機構を介して前記合力伝達体に伝達された合力が、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、前記減速機構は、前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力が伝達される人力伝達減速歯車と、前記クランク軸と平行に配設された中間軸と、この中間軸に設けられた複数の中間軸減速歯車と、回転自在に設けられ前記中間減速歯車に噛み合う合力減速歯車と、前記合力伝達体に係合して一体的に回転するとともに、前記人力伝達減速歯車または前記合力減速歯車に選択的に係合する選択クラッチと、を有することを特徴とする。
上記構成において、前記減速機構の選択クラッチを前記減速歯車から選択して係合させることにより、前記減速機構を介して前記合力伝達体に伝達された合力が、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。
また、この構成により、選択クラッチを前記人力伝達減速歯車または前記合力減速歯車に選択的に係合させることで、変速させながら、合力を良好に後輪側に伝達させることができる。また、中間軸に設けられた複数の中間軸減速歯車と、前記クランク軸の外周に回転自在に配設された人力伝達減速歯車や前記合力伝達体に回転自在に設けられた合力減速歯車とを噛み合わせた状態で、人力駆動力や補助駆動力の合力を伝達するため、遊星歯車機構を用いた場合よりもトルク（力）の伝達効率を向上させることができる。
また、本発明は、前記人力伝達体に、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ていることを特徴とする。
なお、前記クランク軸と前記人力伝達減速歯車との間の人力駆動力の伝達経路に、モータ側からの補助駆動力をクランク軸側に伝達しないようにする補助駆動力切断用の一方向クラッチを配設してもよい。また、この場合に、前記クランク軸の外周に、前記人力伝達体に係合された連動筒体を設け、この連動筒体と前記人力伝達減速歯車との間に、前記補助駆動力切断用の一方向クラッチを配設してもよい。
この構成によれば、前記人力伝達体と前記人力伝達減速歯車との間に連動筒体を設けているので、前記人力伝達体に、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ている場合でも、前記選択クラッチの切換時の振動や前記補助駆動力切断用の一方向クラッチの振動が、前記人力伝達体に伝わり難くなり、この結果、連動筒体を設けない場合と比較して、トルクセンサの信頼性が向上する。
また、前記連動筒体または前記人力伝達体の回転を検出する回転検出器を設けてもよく、これによれば、前記連動筒体または前記人力伝達体の回転、すなわち、クランク軸の回転を検知することができる。
なお、前記クランク軸と前記人力伝達減速歯車との間の人力駆動力の伝達経路に、一方向クラッチを配設しなくてもよく、この場合には、前記クランク軸と前記人力伝達体と前記人力伝達減速歯車との相対的な回転方向にかかわらず、前記クランク軸の回転に伴って前記人力伝達体および前記人力伝達減速歯車も回転される。したがって、例えば、ペダルを前進走行時の回転方向と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキを後輪のハブに配設した場合でも、前記クランク軸を前進走行時の回転方向と逆方向に回転させると、この逆方向の回転がコースターブレーキに良好に伝達されて、コースターブレーキを良好に作動させることができる。
本発明によれば、前記モータ駆動ユニットの内部に配設された前記減速機構に、複数対の減速歯車とこれらの減速歯車と係合可能な選択クラッチとを設けて、前記減速機構により、前記人力駆動力と前記補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を変速するように構成したことにより、一軸式のモータ駆動ユニットに外装変速機を設ける場合に必要となる車幅方向に対して小さい寸法の（薄い）チェーンを用いなくても済み、チェーンの耐用年数が極めて短い期間となって部品の交換の頻度が多くなったり、補助駆動力が不充分となったりすることがない。また、フロントディレーラを設けなくて済むとともに、フロントディレーラの配設箇所について課題を生じることもない。また、前記人力伝達体、前記合力伝達体、および前記減速機構が、前記モータ駆動ユニットの内部に配設されて外部から保護されるため、信頼性が向上する。
また、前記減速機構に、前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力が伝達される人力伝達減速歯車と、前記クランク軸と平行に配設された中間軸と、この中間軸に設けられた複数の中間軸減速歯車と、前記合力伝達体に回転自在に設けられ前記中間減速歯車に噛み合う合力減速歯車と、前記合力伝達体に係合して一体的に回転するとともに、前記人力伝達減速歯車または前記合力減速歯車に選択的に係合する選択クラッチと、を設けることで、変速させながら、合力を良好に後輪側に伝達させることができる。また、遊星歯車機構を用いた場合よりもトルク（力）の伝達効率を向上させた状態で合力を駆動スプロケットなどの駆動力出力輪体に出力することができる。
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右側面断面図 同電動アシスト自転車の（２段変速部を有する）モータ駆動ユニットの平面断面図で、変速部が第１速の状態 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの要部拡大平面断面図 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの断面図で、（ａ）は図５のＡ−Ａ線矢視側面断面図、（ｂ）は図５のＢ−Ｂ線矢視側面断面図、（ｃ）は図５のＣ−Ｃ線矢視側面断面図 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの平面断面図で、変速部が第２速の状態 本発明の他の実施の形態に係る電動アシスト自転車の（３段変速部を有する）モータ駆動ユニットの平面断面図で、変速部が第１速の状態 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの要部拡大平面断面図 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの平面断面図で、変速部が第２速の状態 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの平面断面図で、変速部が第３速の状態 本発明のその他の実施の形態に係る（２段変速部を有する）電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの平面断面図 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの要部拡大平面断面図 従来の電動アシスト自転車における二軸式のモータ駆動ユニットおよびその近傍箇所の側面図 従来の電動アシスト自転車における一軸式のモータ駆動ユニットの側面図 同一軸式のモータ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、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で、後述する変速機（変速部）の速度（第１速または第２速）を設定する変速段手元操作部１８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を設定する手元設定部（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、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の右側面図および右側面断面図、図４はモータ駆動ユニット２０の平面横断面図である。
図３（ａ）、（ｂ）、図４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、ユニットケース２２の前側右寄り箇所から前後方向中央部などにかけて、複数対の減速用歯車３６〜４１などを有する減速機構２５が配設され、この実施の形態では、後述するように、減速機構２５において内装変速機（内装型の変速部）としての機能も付与している。また、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。
モータ駆動ユニット２０についてさらに詳しく述べると、図４、図５、図６などに示すように、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。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。
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が取り付けられており、さらに、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体１１の回転方向に２つ並べられて構成され、回転体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、連動筒体２３の右側部分の外周に、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、減速機構２５に設けられた人力伝達減速歯車（減速歯車の１つ）３６が配設されている。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減速機構２５の人力伝達減速歯車３６に伝達される。
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後述するモータ軸減速歯車４０が形成されている。
図４、図５に示すように、減速機構２５は、人力伝達減速歯車３６を含む複数対（この実施の形態では３対）の減速歯車３６〜４１と、人力伝達減速歯車３６と後述する合力減速歯車４１とに係合可能な選択クラッチ４５となど、を有する。そして、クランク軸７ａを通して伝達された人力駆動力とモータ２１から伝達された補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を、選択クラッチ４５を減速歯車３６、４１から選択して係合させることにより変速するよう構成されている。
詳しくは、減速機構２５は、クランク軸７ａの外周に回転自在に配設されて、人力駆動力が伝達される大径の人力伝達減速歯車３６と、モータ駆動ユニット２０の前後方向中央部において左右に延びてクランク軸７ａと平行な姿勢で、軸受３４、３５により回転自在に支持された状態で配設された中間軸４４と、この中間軸４４に設けられた第１〜第３の中間軸減速歯車３７、３８、３９と、モータ２１の回転軸２１ａに形成され、大径の第１の中間軸減速歯車３７に噛み合う小径のモータ軸減速歯車４０と、合力伝達体２９に軸受４３を介して回転自在に設けられ小径の第３の中間減速歯車３９に噛み合う大径の合力減速歯車４１と、合力伝達体２９にスプライン部２９ａ、４５ａを介して左右に（すなわち、クランク軸７ａの軸心方向に沿って）移動自在な状態で係合して一体的に回転するとともに、人力伝達減速歯車３６または合力減速歯車４１に選択的に係合する選択クラッチ４５と、左右に移動自在に配設されて、選択クラッチ４５の外周部に形成された溝部４５ｂに係合して、選択クラッチ４５を左右に移動させて人力伝達減速歯車３６または合力減速歯車４１に選択的に係合させるクラッチ駆動部４６と、中間軸４４と第１の中間軸減速歯車３７との間に配設されて人力伝達減速歯車３６側からの人力駆動力をモータ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４７と、などを有する。なお、モータ２１の回転軸２１ａも、中間軸４４と同様に、クランク軸７ａと平行な姿勢で配設されている。
そして、当該電動アシスト自転車１を前進させるべく、モータ２１が所定方向に回転された際には、モータ２１の回転（補助駆動力）が、小径のモータ軸減速歯車４０と大径の第１の中間軸減速歯車３７との噛み合い部を介することで、減速されて（すなわち、トルクが大きくされて）中間軸４４に伝達され、さらに、小径の第２の中間軸減速歯車３８と大径の人力伝達減速歯車３６との噛み合い部を介することで一層減速されて人力伝達減速歯車３６を回転させる。
なお、この実施の形態では、第２の中間軸減速歯車３８は、中間軸４４自体に一体形成されている一方、第３の中間軸減速歯車３９は中間軸４４とは別部品のものが圧入またはセレーション結合などされて固定され、中間軸４４と一体的に回転するよう構成されている。また、第２の中間軸減速歯車３８よりも第３の中間軸減速歯車３９が若干大径とされ、第２の中間軸減速歯車３８に噛み合う人力伝達減速歯車３６よりも、第３の中間軸減速歯車３９に噛み合う合力減速歯車４１が若干小径とされている。したがって、中間軸４４とともに、第２の中間軸減速歯車３８および第３の中間軸減速歯車３９が一体的に回転した際には、人力伝達減速歯車３６よりも合力減速歯車４１が高速で回転する。
また、選択クラッチ４５には、左側内周部に、人力伝達減速歯車３６に形成された歯部３６ａに噛み合い可能な歯部４５ｃが形成されている。そして、図４、図５に示すように、選択クラッチ４５が左側に位置する際には、選択クラッチ４５の歯部４５ｃが人力伝達減速歯車３６の歯部３６ａに噛み合って係合し、選択クラッチ４５を介して、人力伝達減速歯車３６の回転力が合力伝達体２９に伝達される。また、選択クラッチ４５の右側面には、この右側面から側方に突出して、合力減速歯車４１に周方向に複数形成された係合孔４１ａに係合可能な複数の係合突部４５ｄが形成されている。そして、図７に示すように、選択クラッチ４５が右側に位置する際には、選択クラッチ４５の係合突部４５ｄが合力減速歯車４１の係合孔４１ａに挿入されて係合し、選択クラッチ４５を介して、合力減速歯車４１の回転力が合力伝達体２９に伝達される。なお、図示しないが、選択クラッチ４５が、図４、図５に示すような左側に位置する状態と、図７に示すような右側に位置する状態との中間の位置では、選択クラッチ４５は人力伝達減速歯車３６にも合力減速歯車４１にも係合しない。
選択クラッチ４５を駆動させるクラッチ駆動部４６は、この実施の形態では、図３（ｂ）や図６（ｂ）に簡略的に示すように、クランク軸７ａと平行に左右に延びるガイドロッド４８に沿って移動可能な状態で、二又状の先端部により選択クラッチ４５を挟持している。そして、クラッチ駆動部４６は、ハンドル５などに取り付けられた変速段手元操作部１８にワイヤなどを介して連動され、変速段手元操作部１８が操作されることで、クラッチ駆動部４６を介して選択クラッチ４５を左右に移動させる。
上記構成において、変速段手元操作部１８を操作して、第１速側に設定すると、選択クラッチ４５が、図４、図５に示す左寄りの位置とされて、選択クラッチ４５の歯部４５ｃは人力伝達減速歯車３６の歯部３６ａに噛み合う。
この状態で、ペダル８が前進方向に回転されると、ペダル８からの人力駆動力がクランク軸７ａを介して人力伝達体２８に伝達され、さらに、連動筒体２３および一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０を介して、人力伝達減速歯車３６に伝達される。この際、トルクセンサ３１により人力駆動力のトルクが検出され、これに対応する補助駆動力を出力するようにモータ２１が駆動される。そして、モータ２１からの回転駆動力が第１の中間軸減速歯車３７、一方向クラッチ（人力駆動力切断用の一方向クラッチ）４７、中間軸４４、および第２の中間軸減速歯車３８を介することで、減速されながら（トルクを増加させながら）、人力伝達減速歯車３６に伝達される。なお、この際、中間軸４４の回転に伴って、第３の中間軸減速歯車３９に噛み合う合力減速歯車４１も回転するが、合力減速歯車４１は選択クラッチ４５に係合していないため、単に空回りするだけである。
補助駆動力が人力伝達減速歯車３６に伝達されることにより、人力駆動力と補助駆動力とが人力伝達減速歯車３６で合成される。そして、合成された合力が、歯部３６ａ、４５ｃを介して選択クラッチ４５に伝達され、さらに、スプライン部４５ａ、２９ａを介して合力伝達体２９に伝達され、合力伝達体２９に取り付けられた駆動スプロケット１３からチェーン１５を介して後輪４に伝達されて、後輪４が回転駆動される。
また、変速段手元操作部１８を操作して、第２速側に設定すると、図７に示すように、選択クラッチ４５が右寄りの位置に移動して、選択クラッチ４５の歯部４５ｃが人力伝達減速歯車３６の歯部３６ａから離反し、その後、選択クラッチ４５の係合突部４５ｄが合力減速歯車４１の係合孔４１ａに嵌まり込んで係合する。
この状態で、ペダル８が前進方向に回転されると、ペダル８からの人力駆動力は、第1速に設定された場合と同様に、クランク軸７ａ、人力伝達体２８、連動筒体２３、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、人力伝達減速歯車３６に伝達されるが、さらに、人力伝達減速歯車３６から第２の中間軸減速歯車３８を介して中間軸４４に伝達される。また、トルクセンサ３１により人力駆動力のトルクが検出され、これに対応する補助駆動力がモータ２１から出力されると、モータ２１からの回転駆動力が第１の中間軸減速歯車３７、一方向クラッチ（人力駆動力切断用の一方向クラッチ）４７を介して、中間軸４４に伝達され、これにより、人力駆動力と補助駆動力とが中間軸４４で合成される。
そして、中間軸４４で合成された合力は、第３の中間軸減速歯車３９を介して合力減速歯車４１に伝達され、この合力減速歯車４１には、その係合孔４１ａに係合突部４５ｄが嵌まり込んで、選択クラッチ４５が係合しているため、合力が選択クラッチ４５に伝達される。さらに、合力が合力伝達体２９を介して駆動スプロケット１３に伝達され、駆動スプロケット１３からチェーン１５を介して後輪４に伝達されて、後輪４が回転駆動される。また、人力伝達減速歯車３６よりも高速で回転する合力減速歯車４１の回転駆動力（合力）が合力伝達体２９および駆動スプロケット１３に伝達されて駆動されるため、駆動スプロケット１３は第１速よりも高速である第２速で回転される。
この構成により、選択クラッチ４５を人力伝達減速歯車３６または合力減速歯車４１に選択的に係合させることで、変速させながら、合力を良好に後輪４側に伝達させることができる。また、人力駆動力のみを変速させたり、補助駆動力だけを変速させたりするのではなくて、人力駆動力と補助駆動力とを合わせた合力を変速させるので、人力駆動力に良好に組み合わせることのできる補助駆動力を出力できるモータ２１や減速機構２５を用いて、人力駆動力に対応する合力（人力駆動力にほぼ比例する合力）を良好に変速できて、極めて良好に走行できる。
また、本発明の実施の形態によれば、モータ駆動ユニット２０内に設けた減速機構２５により変速部（変速機構）を構成したものであり、複数の駆動スプロケットを有するいわゆる外装変速機を有する構成ではない。したがって、一軸式のモータ駆動ユニットに外装変速機を設ける場合に必要となる車幅方向に対して小さい寸法の（薄い）チェーンを用いなくても済み、チェーンの耐用年数が極めて短い期間となって部品の交換の頻度が多くなったり、補助駆動力が不充分となったりすることがない。また、フロントディレーラを設けなくて済むとともに、フロントディレーラの配設箇所について課題を生じることもない。また、人力伝達体２８、合力伝達体２９、および減速機構２５が、モータ駆動ユニット２０の内部に配設されて外部から保護されるため、これらの部品が走行中などに損傷することは殆どなく、良好な信頼性が維持される。
また、中間軸４４に設けられた複数の中間軸減速歯車３７、３８、３９と、中間軸４４と平行に配設されたクランク軸７ａの外周に回転自在に配設された人力伝達減速歯車３６や合力伝達体２９に回転自在に設けられた合力減速歯車４１とを噛み合わせた状態で、人力駆動力や補助駆動力の合力を伝達するため、遊星歯車機構を用いた場合よりもトルク（力）の伝達効率を向上させることができる利点もある。
なお、上記構成においては、クランク軸７ａと人力伝達減速歯車３６との間の人力駆動力の伝達経路に、モータ２１側からの補助駆動力をクランク軸７ａ側に伝達しないようにする補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０が配設されている。この補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０により、人力伝達体２８や連動筒体２３からの前進方向への人力駆動力は人力伝達減速歯車３６に伝達するが、中間軸４４や人力伝達減速歯車３６からの前進方向への補助駆動力は連動筒体２３や人力伝達体２８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。また、この電動アシスト自転車１では、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、前記補助駆動力切断用の一方向クラッチ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。これにより、搭乗者がペダル８を漕ぐことを止めても、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、利便性が向上する。
また、上記構成においては、中間軸４４と第１の中間軸減速歯車３７との間に、人力伝達減速歯車３６からの人力駆動力をモータ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４７が配設されている。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中間軸４４や第２、第３の中間軸減速歯車３８、３９は回転されるが、第１の中間軸減速歯車３７やモータ２１の回転軸２１ａおよびロータ部２１ｂは回転されず、ペダル８に余分な力をかけなくて済む（いわゆる引きずり抵抗を極めて減少させることができる）。
また、上記構成によれば、人力伝達体２８と人力伝達減速歯車２９との間に連動筒体２３を設けているので、人力伝達体２８に人力駆動力を検出するためのトルクセンサ３１の磁歪発生部３１ｂが形成されている場合でも、選択クラッチ４５の切換時の振動や補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０の振動が、人力伝達体２８に伝わり難くなり、この結果、連動筒体２３を設けない場合と比較して、トルクセンサ３１の信頼性が向上する。
また、上記構成によれば、連動筒体２３の回転を検出する回転検出器１０を設けているため、連動筒体２３や人力伝達体２８の回転、すなわち、クランク軸７ａの回転を良好に検知することができる。また、回転検出器１０として、光センサを設けることで、トルクセンサ３１に対して、磁気の影響などを及ぼすことがない利点も有するが、これに限るものではなく、回転検出器１０として、磁気センサを設けて、この磁気センサとトルクセンサ３１との磁気の影響を遮断するような磁気遮蔽体を設けてもよい。
また、上記実施の形態においては、変速部として、第１速と第２速との２つの速度（２段）に切り換えることが可能な構造（いわゆる二段変速構造）である場合を示したが、これに限るものではなく、３つの速度またはそれ以上の段数に切り換え可能な構造としてもよい。
図８〜図１１は、本発明の他の実施の形態に係る、いわゆる三段変速構造を有するモータ駆動ユニット５０を示すものである。図８、図９などに示すように、このモータ駆動ユニット５０においては、前記実施の形態のモータ駆動ユニット２０の変速機構２５において、上記構成に加えて、さらに以下の構成要素を備えている。すなわち、このモータ駆動ユニット５０においては、変速機構２５に、中間軸４４に設けられた比較的小径の第４の中間軸減速歯車５２と、合力伝達体２９に軸受５５を介して回転自在に設けられ、前記小径の第４の中間減速歯車５２に噛み合う大径の第２の合力減速歯車５１と、合力伝達体２９にスプライン部２９ｂ、５３ａを介して左右に（すなわち、クランク軸７ａの軸心方向に沿って）移動自在な状態で係合して一体的に回転するとともに、合力減速歯車４１（第１の合力減速歯車４１と称す）または第２の合力減速歯車５１に選択的に係合する選択クラッチ５３と、左右に移動自在に配設されて、選択クラッチ５３の外周部に形成された溝部５３ｂに係合して、選択クラッチ５３を左右に移動させて第１の合力減速歯車４１または第２の合力減速歯車５１に選択的に係合させるクラッチ駆動部５４と、を備えている。
また、第３の中間軸減速歯車３９よりも第４の中間軸減速歯車５２が若干大径とされ、第３の中間軸減速歯車３８に噛み合う第１の合力減速歯車４１よりも、第４の中間軸減速歯車５２に噛み合う第２の合力減速歯車５１がよりも若干小径とされている。したがって、人力伝達減速歯車３６が回転した際には、この人力伝達減速歯車３６に噛み合う第２の中間軸減速歯車３８が回転するとともに、この第２の中間軸減速歯車３８が形成された中間軸４４を介して、第３の中間軸減速歯車３９および第４の中間軸減速歯車５２が第２の中間軸減速歯車３８と同じ回転数で回転し、さらに、第３の中間軸減速歯車３９に噛み合う第１の合力減速歯車４１と、第４の中間軸減速歯車５２に噛み合う第２の合力減速歯車５１とがそれぞれ連動して回転するが、この時に、人力伝達減速歯車３６よりも第１の合力減速歯車４１が高速に回転し、さらに第１の合力減速歯車４１よりも第２の合力減速歯車５１が高速に回転するよう構成されている。
また、選択クラッチ（第２の選択クラッチとも称す）５３には、選択クラッチ（第１の選択クラッチとも称す）４５と同様に、その右側面に、この右側面から側方に突出する係合突部５３ｄが形成されており、この第２の選択クラッチ５３の係合突部５３ｄは、第２の合力減速歯車５１に周方向に複数形成された係合孔５１ａに係合可能とされている。そして、図１１に示すように、第２の選択クラッチ５３が右側に位置する際には、第２の選択クラッチ５３の係合突部５３ｄが第２の合力減速歯車５１の係合孔５１ａに挿入されて係合し、第２の選択クラッチ５３を介して、第２の合力減速歯車５１の回転力が合力伝達体２９に伝達される。なお、第２の選択クラッチ５３が、図８〜図１０に示すような左側に位置する状態では、第２の選択クラッチ５３は、第２の合力減速歯車５１に係合しないし、当然ながら、第１の合力減速歯車４１にも係合しない。
上記構成において、変速段手元操作部１８を操作して、第１速側に設定すると、第１の選択クラッチ４５が、図８、図９に示す左寄りの位置とされて、第１の選択クラッチ４５が人力伝達減速歯車３６に係合する。したがって、上記実施の形態において第１速側に設定した場合と同様に、ペダル８の回転に対して駆動スプロケット１３が比較的遅い速度（第１速）で回転駆動され、後輪４を回転させて走行できる。
また、変速段手元操作部１８を操作して、第２速側に設定すると、第１の選択クラッチ４５が、図１０に示す右寄りの位置とされて、第１の選択クラッチ４５が第１の合力減速歯車４１に係合する。したがって、上記実施の形態において第２速側に設定した場合と同様に、ペダル８の回転に対して駆動スプロケット１３が比較的早い速度（第２速）で回転駆動され、後輪４を回転させて走行できる。なお、これらの第１速側や第２速側に変速段手元操作部１８が設定されている場合に、第２の選択クラッチ４３は、左寄りの位置とされて、第２の合力減速歯車５１に係合していない。
また、変速段手元操作部１８を操作して、第３速側に設定すると、図１１に示すように、第１の選択クラッチ４５は中間位置に移動し、第１の選択クラッチ４５は、人力伝達減速歯車３６および第１の合力減速歯車４１の何れにも係合しない。一方、第２の選択クラッチ５３は右寄りの位置とされて、その係合突部５３ｄが第２の合力減速歯車５１の係合孔５１ａに挿入して係合する。
したがって、この状態で、ペダル８が前進方向に回転されると、ペダル８からの人力駆動力は、第２速に設定された場合と同様に、クランク軸７ａ、人力伝達体２８、連動筒体２３、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、人力伝達減速歯車３６に伝達され、さらに、人力伝達減速歯車３６から第２の中間軸減速歯車３８を介して中間軸４４に伝達される。また、人力駆動力に対応する補助駆動力がモータ２１から出力され、モータ２１からの回転駆動力が第１の中間軸減速歯車３７、一方向クラッチ（人力駆動力切断用の一方向クラッチ）４７を介して、中間軸４４に伝達され、これにより、人力駆動力と補助駆動力とが中間軸４４で合成される。
そして、中間軸４４で合成された合力が、第４の中間軸減速歯車５２を介して第２の合力減速歯車５１に伝達されるとともに、さらに第２の選択クラッチ５３および合力伝達体２９を介して駆動スプロケット１３に伝達され、駆動スプロケット１３は第２速よりもさらに高速である第３速で回転される。
この構成により、第１、第２の選択クラッチ４５、５３を人力伝達減速歯車３６または第１、第２の合力減速歯車４１、５１に選択的に係合させることで、第１速から第３速の間で変速させながら、合力を良好に後輪４側に伝達させることができる。また、同様に、中間軸減速歯車や、合力減速歯車、選択クラッチなどを増やすことで、４段以上の多段に変速可能な構造とすることもできる。
上記実施の形態においては、トルクセンサ３１の磁歪発生部３１ｂが形成されている人力伝達体２８と、駆動スプロケット１３が取り付けられている合力伝達体２９との間に（この実施の形態では、連動筒体２３と人力伝達減速歯車３６との間に）補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０が配設されている場合を述べたが、これに限るものではなく、補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０を設けなくてもよい。例えば、図１２、図１３に示すように、人力伝達体２８と人力伝達減速歯車３６とがセレーション部（またはスプライン部）２８ａ、３６ｂとで係合されて一体的に回転するように構成してもよい。
なお、この場合には、いわゆる遅れ制御により、搭乗者がペダル８を漕ぐことを止めても、しばらくモータ２１を駆動させ続けると、クランク軸７ａやペダル８が勝手に回転し続けることがある。したがって、このような現象を生じないように、回転検出器１０により、合力伝達体２９や人力伝達体２８、ひいてはクランク軸７ａの回転状態から、搭乗者がペダル８を漕ぐことを止めたことを直ぐに検知して、モータ２１を直ぐに停止したり、制動したりするよう構成することが好ましい。
また、この構成を用いた場合には、ペダル８を逆転した際に、この逆回転が、クランク軸７ａから合力伝達体２９や人力伝達体２８、駆動スプロケット１３、チェーン１５などを介して、後輪４側に支障なく伝達されるので、例えば、後輪のハブに、ペダルを前進走行時の回転方向と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキを配設してもよい。すなわち、この場合には、ペダル８を逆転させると、この逆回転がチェーン１５などを介して、後輪４のハブに設けたコースターブレーキに伝達され、コースターブレーキを良好に作動させることができる。
また、上記実施の形態では、選択クラッチ４５、５３を駆動させるクラッチ駆動部４６が、クランク軸７ａと平行に左右に延びるガイドロッド４８に沿って移動可能な状態で、二又状の先端部により選択クラッチ４５を挟持して移動させる場合を述べたが、これに限るものではなく、例えば、カム機構を用いて選択クラッチを移動させたり、支点を中心として揺動するクラッチ駆動部を用いて選択クラッチを移動させたりしてもよい。
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。
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、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、前記ペダルからの人力駆動力が伝達されるクランク軸と、前記モータとが、互いに異なる軸心を中心として回転するように配設され、前記クランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体が配設され、前記クランク軸の外周に、人力駆動力とモータからの補助駆動力とが合成された合力が伝達される合力伝達体が配設され、複数対の減速歯車とこれらの減速歯車と係合可能な選択クラッチとを有し、前記人力駆動力と前記補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を変速する減速機構が設けられ、前記人力伝達体、前記合力伝達体、および前記減速機構が、前記モータ駆動ユニットの内部に配設され、前記減速機構を介して前記合力伝達体に伝達された合力が、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、前記減速機構は、前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力が伝達される人力伝達減速歯車と、前記クランク軸と平行に配設された中間軸と、この中間軸に設けられた複数の中間軸減速歯車と、回転自在に設けられ前記中間軸減速歯車に噛み合う合力減速歯車と、前記合力伝達体に係合して一体的に回転するとともに、前記人力伝達減速歯車または前記合力減速歯車に選択的に係合する選択クラッチと、を有することを特徴とする。
また、前記減速機構に、前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力が伝達される人力伝達減速歯車と、前記クランク軸と平行に配設された中間軸と、この中間軸に設けられた複数の中間軸減速歯車と、前記合力伝達体に回転自在に設けられ前記中間軸減速歯車に噛み合う合力減速歯車と、前記合力伝達体に係合して一体的に回転するとともに、前記人力伝達減速歯車または前記合力減速歯車に選択的に係合する選択クラッチと、を設けることで、変速させながら、合力を良好に後輪側に伝達させることができる。また、遊星歯車機構を用いた場合よりもトルク（力）の伝達効率を向上させた状態で合力を駆動スプロケットなどの駆動力出力輪体に出力することができる。
詳しくは、減速機構２５は、クランク軸７ａの外周に回転自在に配設されて、人力駆動力が伝達される大径の人力伝達減速歯車３６と、モータ駆動ユニット２０の前後方向中央部において左右に延びてクランク軸７ａと平行な姿勢で、軸受３４、３５により回転自在に支持された状態で配設された中間軸４４と、この中間軸４４に設けられた第１〜第３の中間軸減速歯車３７、３８、３９と、モータ２１の回転軸２１ａに形成され、大径の第１の中間軸減速歯車３７に噛み合う小径のモータ軸減速歯車４０と、合力伝達体２９に軸受４３を介して回転自在に設けられ小径の第３の中間軸減速歯車３９に噛み合う大径の合力減速歯車４１と、合力伝達体２９にスプライン部２９ａ、４５ａを介して左右に（すなわち、クランク軸７ａの軸心方向に沿って）移動自在な状態で係合して一体的に回転するとともに、人力伝達減速歯車３６または合力減速歯車４１に選択的に係合する選択クラッチ４５と、左右に移動自在に配設されて、選択クラッチ４５の外周部に形成された溝部４５ｂに係合して、選択クラッチ４５を左右に移動させて人力伝達減速歯車３６または合力減速歯車４１に選択的に係合させるクラッチ駆動部４６と、中間軸４４と第１の中間軸減速歯車３７との間に配設されて人力伝達減速歯車３６側からの人力駆動力をモータ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４７と、などを有する。なお、モータ２１の回転軸２１ａも、中間軸４４と同様に、クランク軸７ａと平行な姿勢で配設されている。
図８〜図１１は、本発明の他の実施の形態に係る、いわゆる三段変速構造を有するモータ駆動ユニット５０を示すものである。図８、図９などに示すように、このモータ駆動ユニット５０においては、前記実施の形態のモータ駆動ユニット２０の変速機構２５において、上記構成に加えて、さらに以下の構成要素を備えている。すなわち、このモータ駆動ユニット５０においては、変速機構２５に、中間軸４４に設けられた比較的小径の第４の中間軸減速歯車５２と、合力伝達体２９に軸受５５を介して回転自在に設けられ、前記小径の第４の中間軸減速歯車５２に噛み合う大径の第２の合力減速歯車５１と、合力伝達体２９にスプライン部２９ｂ、５３ａを介して左右に（すなわち、クランク軸７ａの軸心方向に沿って）移動自在な状態で係合して一体的に回転するとともに、合力減速歯車４１（第１の合力減速歯車４１と称す）または第２の合力減速歯車５１に選択的に係合する選択クラッチ５３と、左右に移動自在に配設されて、選択クラッチ５３の外周部に形成された溝部５３ｂに係合して、選択クラッチ５３を左右に移動させて第１の合力減速歯車４１または第２の合力減速歯車５１に選択的に係合させるクラッチ駆動部５４と、を備えている。

Claims (8)

  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、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、
    前記ペダルからの人力駆動力が伝達されるクランク軸と、前記モータとが、互いに異なる軸心を中心として回転するように配設され、
    前記クランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体が配設され、
    前記クランク軸の外周に、人力駆動力とモータからの補助駆動力とが合成された合力が伝達される合力伝達体が配設され、
    複数対の減速歯車とこれらの減速歯車と係合可能な選択クラッチとを有し、前記人力駆動力と前記補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を変速する減速機構が設けられ、
    前記人力伝達体、前記合力伝達体、および前記減速機構が、前記モータ駆動ユニットの内部に配設され、
    前記減速機構を介して前記合力伝達体に伝達された合力が、クランク軸と同軸心の駆動力出力輪体と、この人力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ている
    ことを特徴とする電動アシスト自転車。
  2. 前記減速機構は、前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力が伝達される人力伝達減速歯車と、前記クランク軸と平行に配設された中間軸と、この中間軸に設けられた複数の中間軸減速歯車と、回転自在に設けられ前記中間減速歯車に噛み合う合力減速歯車と、前記合力伝達体に係合して一体的に回転するとともに、前記人力伝達減速歯車または前記合力減速歯車に選択的に係合する選択クラッチと、を有す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. 前記人力伝達体に、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. 前記クランク軸と前記人力伝達減速歯車との間の人力駆動力の伝達経路に、モータ側からの補助駆動力をクランク軸側に伝達しないようにする補助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２に記載の電動アシスト自転車。
  5. 前記クランク軸の外周に、前記人力伝達体に係合された連動筒体が設けられ、この連動筒体と前記人力伝達減速歯車との間に、前記補助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４に記載の電動アシスト自転車。
  6. 前記連動筒体または前記人力伝達体の回転を検出する回転検出器が設けられてい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. 前記クランク軸と前記人力伝達減速歯車との間の人力駆動力の伝達経路に、一方向クラッチが配設されておらず、前記クランク軸と前記人力伝達体と前記人力伝達減速歯車との相対的な回転方向にかかわらず、前記クランク軸の回転に伴って前記人力伝達体および前記人力伝達減速歯車も回転されることを特徴とする請求項２に記載の電動アシスト自転車。
  8. ペダルを前進走行時の回転方向と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキが後輪のハブに配設されていることを特徴とする請求項７に記載の電動アシスト自転車。
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