JPWO2016024300A1 - 駆動ユニットおよび電動アシスト自転車 - Google Patents

Abstract

人力駆動力によって回転自在なクランク軸１４と、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合成駆動力によって回転自在な合力伝達体１５と、合力伝達体１５に設けられた出力輪体１６と、合力伝達体１５の回転速度を変える変速機構１７とを有し、クランク軸１４と合力伝達体１５とが同軸に設けられ、変速機構１７はギヤ比の異なる複数の選択可能な変速段を有し、選択されている変速段を検出する検出装置が備えられている。

Description

本発明は、駆動ユニットおよび駆動ユニットを備えた電動アシスト自転車に関する。

従来、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２６に示すように、ペダルクランク軸２０１を有する人力駆動系と、ペダルクランク軸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がペダルクランク軸２０１と同一軸線上に回転自在に設けられている。両駆動系は合力軸２０３の一端に連結され、合力軸２０３の他端から後輪へ動力が伝達される。

ペダルクランク軸２０１は筒状の中間軸２０４を貫通し、中間軸２０４は、合力軸２０３に隣接するとともに、ペダルクランク軸２０１と同一軸線上に回転自在に設けられている。また、中間軸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、中間軸２０４の他端はペダルクランク軸２０１に結合されている。

合力軸２０３は外周部に複数の歯２０６を有している。合力軸２０３にはスプロケット２０７が設けられ、スプロケット２０７にはチェン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２１０が形成され、出力歯車２１０と合力軸２０３の歯２０６との間には、減速機２１１の歯車２１２，２１３が歯合している。

これによると、ペダルを踏むことにより、人力駆動力がペダルクランク軸２０１から中間軸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成駆動力によって回転し、合力軸２０３と共にスプロケット２０７が回転することにより、合成駆動力がチェン２０８を介して後輪に伝達され、後輪が回転する。
尚、上記のような電動アシスト自転車の駆動ユニット２１５は例えば下記特許文献１に記載されている。

特開平１０−２５０６７３

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。

本発明は、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合成駆動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することができることを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１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付加して走行可能な電動アシスト自転車に設けられる駆動ユニットであって、
人力駆動力によって回転自在なクランク軸と、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合成駆動力によって回転自在な合力伝達体と、合力伝達体に設けられた出力輪体と、合力伝達体の回転速度を変える変速機構とを有し、
クランク軸と合力伝達体とが同軸に設けられ、
変速機構はギヤ比の異なる複数の選択可能な変速段を有し、
選択されている変速段を検出する検出装置が備えられているものである。

これによると、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。

本第２発明における駆動ユニットは、検出装置は、変速段が切り換えられる際、切換え前の変速段と切換え後の変速段との間の切換え途中の状態を検出することができ、
検出装置によって変速段の切換え途中状態が検出されると、補助駆動力が一時的に低下するようにモータが制御されるものである。
これによると、電動アシスト自転車で走行中に、変速段を切り換える際、検出装置によって変速段の切換え途中状態が検出されると、モータの補助駆動力が一時的に低下する。これにより、例えば、高速段から低速段へ切り換える（シフトダウンする）際、合力伝達体に作用する合成駆動力のトルクが一時的に低下し、大きなトルクが急激に合力伝達体に作用することはなく、従って、高速段から低速段へ円滑に切り換える（シフトダウンする）ことができる。このため、変速段を切り換える（シフトダウンする）際、合力伝達体に瞬間的に過大な合成駆動力が作用することはく、合力伝達体の強度を過剰に高く保つ必要はない。

本第３発明における駆動ユニットは、検出装置はオンとオフに切換自在な複数の検出器を有し、
オン又はオフに切り換えられている検出器の個数に基づいて、選択されている変速段および変速段の切換え途中状態が検知されるものである。

本第４発明における駆動ユニットは、変速段は選択可能な低速段と高速段からなり、
変速機構は、低速段用変速歯車と、高速段用変速歯車と、変速段を切り換える変速段切換機構とを有し、
低速段用変速歯車と高速段用変速歯車とはモータに連動し、
変速段切換機構は低速段切換位置と高速段切換位置とに移動自在な可動切換部材を有し、
低速段が選択された場合、可動切換部材が低速段切換位置に移動し、合成駆動力が低速段用変速歯車を介して合力伝達体に伝達されて、合力伝達体が回転し、
高速段が選択された場合、可動切換部材が高速段切換位置に移動し、合成駆動力が高速段用変速歯車を介して合力伝達体に伝達されて、合力伝達体が回転するものである。

これによると、例えば、高速段から低速段へ切り換えた（シフトダウンした）場合、変速段切換機構の可動切換部材が高速段切換位置から低速段切換位置に移動し、高速段用変速歯車を介して合力伝達体に伝達されていた合成駆動力が低速段用変速歯車を介して合力伝達体に伝達され、合力伝達体が回転する。
この際、高速段から低速段への切換え途中の状態が検出されると、モータの補助駆動力が一時的に低下するため、高速段から低速段へ切り換える際、合力伝達体に作用する合成駆動力のトルクが一時的に低下し、大きなトルクが急激に合力伝達体に作用することはない。

本第５発明における駆動ユニットは、検出装置が可動切換部材の切換位置を検出することにより、選択されている変速段が認識され、
検出装置が可動切換部材の低速段切換位置と高速段切換位置との中間位置を検出することにより、変速段の切換え途中状態であることが認識されるものである。

これによると、例えば、高速段から低速段へ切り換える（シフトダウンする）際、検出装置が可動切換部材の高速段切換位置と低速段切換位置との中間位置を検出することにより、高速段から低速段への切換え途中の状態であることが認識され、モータの補助駆動力が一時的に低下する。これにより、高速段から低速段へ切り換える際、大きなトルクが急激に合力伝達体に作用することはない。
その後、検出装置が可動切換部材の低速段切換位置を検出することにより、低速段に切り換えられたことが認識される。

本第６発明における駆動ユニットは、上記第１発明から第５発明のいずれか１項に記載の駆動ユニットを備えた電動アシスト自転車であって、
後輪に後部輪体が設けられ、
出力輪体と後部輪体とに無端状の駆動力伝達部材が掛け渡されているものである。

以上のように本発明によると、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、電動アシスト自転車で走行中に、変速段を切り換える際、検出装置によって変速段の切換え途中状態が検出されると、モータの補助駆動力が一時的に低下する。これにより、例えば、高速段から低速段へ切り換える際、大きなトルクが急激に合力伝達体に作用することはなく、従って、高速段から低速段へ円滑に切り換えることができる。このため、変速段を切り換える際、合力伝達体に瞬間的に過大な合成駆動力が作用することはなく、合力伝達体の強度を過剰に高く保つ必要はない。

本発明の第１の実施の形態における自転車の側面図である。 同、電動アシスト自転車の一部切欠側面図である。 同、電動アシスト自転車の駆動ユニットの右側面図である。 同、駆動ユニットの右側面断面図である。 同、駆動ユニットの平面断面図であり、低速段に切り換えられた状態を示す。 図５における駆動ユニットの要部を拡大表示した平面断面図である。 同、駆動ユニットの低速用一方向クラッチと高速用一方向クラッチとの概念的な側面図であり、低速段に切り換えられた状態を示す。 同、駆動ユニットの切換クラッチの断面図である。 同、駆動ユニットの平面断面図であり、高速段に切り換えられた状態を示す。 図９における駆動ユニットの要部を拡大表示した平面断面図である。 同、駆動ユニットの低速用一方向クラッチと高速用一方向クラッチとの概念的な側面図であり、高速段に切り換えられた状態を示す。 同、駆動ユニットの変速段切換機構の断面図であり、低速段に切り換えられた状態を示す。 同、駆動ユニットの検出装置の光センサの斜視図である。 同、駆動ユニットの検出装置の検出片の斜視図である。 同、駆動ユニットの検出装置の光センサと検出片との位置関係を示す図であり、低速段に切り換えられた状態を示す。 同、駆動ユニットの変速段切換機構の断面図であり、高速段に切り換えられた状態を示す。 同、駆動ユニットの検出装置の光センサと検出片との位置関係を示す図であり、高速段に切り換えられた状態を示す。 同、駆動ユニットの変速段切換機構の断面図であり、取換え途中の状態を示す。 同、駆動ユニットの検出装置の光センサと検出片との位置関係を示す図であり、取換え途中の状態を示す。 本発明の第２の実施の形態における駆動ユニットの検出装置の光センサと検出片との位置関係を示す図であり、低速段に切り換えられた状態を示す。 同、駆動ユニットの検出装置の光センサと検出片との位置関係を示す図であり、高速段に切り換えられた状態を示す。 同、駆動ユニットの検出装置の光センサと検出片との位置関係を示す図であり、取換え途中の状態を示す。 本発明の第３の実施の形態における駆動ユニットの検出装置の光センサと検出片との位置関係を示す図であり、低速段に切り換えられた状態を示す。 同、駆動ユニットの検出装置の光センサと検出片との位置関係を示す図であり、高速段に切り換えられた状態を示す。 同、駆動ユニットの検出装置の光センサと検出片との位置関係を示す図であり、取換え途中の状態を示す。 従来の駆動ユニットの平面断面図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）

図１、図２における１は本発明の第１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、フレーム２と、前輪３と、後輪４と、ハンドル５と、サドル６と、ペダル８と、モータ９を備えた駆動ユニット１０と、モータ９に電力を供給する二次電池からなるバッテリ１１等を有しており、ペダル８からの踏力による人力駆動力に、モータ９により発生する補助駆動力（アシスト力）を付加して走行可能である。

図３〜図５に示すように、駆動ユニット１０は、モータ９と、人力駆動力によって回転自在なクランク軸１４と、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合成駆動力によって回転自在な合力伝達体１５と、合力伝達体１５に設けられた出力スプロケット１６（出力輪体の一例）と、モータ９の回転を減速して合力伝達体１５に伝達する減速機構２０と、複数の変速段に応じて合力伝達体１５の回転速度を変える変速機構１７と、制御部１８と、ケース１９等を有している。

図２に示すように、後輪４の中心部には後部スプロケット２５（後部輪体の一例）が設けられ、出力スプロケット１６と後部スプロケット２５とに無端状のチェン２６（駆動力伝達部材の一例）が掛け渡されている。

図３〜図８に示すように、変速機構１７は、低速段用変速歯車２９と、高速段用変速歯車３０と、変速段を切り換える変速段切換機構３１（図１２参照）と備えている。

クランク軸１４は、駆動ユニット１０のケース１９に貫通して、回転自在に保持されている。クランク軸１４の左右両端部にはクランクアーム３４が設けられ、ペダル８は各クランクアーム３４の先端部に設けられている。

合力伝達体１５と低速段用変速歯車２９とはクランク軸１４の外周に配設され、さらに、円筒状の人力伝達体３７と連動筒体３８とがクランク軸１４の外周に配設されている。人力伝達体３７はクランク軸１４からの人力駆動力を連動筒体３８に伝達する部材であり、連動筒体３８は人力伝達体３７からの人力駆動力を合力伝達体１５に伝達する部材である。

人力伝達体３７の内周とクランク軸１４の左側寄り部分の外周とにはそれぞれ、互いに噛み合うセレーション部３９（又はスプライン部）が形成されている。人力伝達体３７は、クランク軸１４の左側寄り部分に外嵌され、セレーション部３９を介してクランク軸１４と一体に回転自在である。

連動筒体３８の左端部内周と人力伝達体３７の右端部外周とにはそれぞれ、互いに噛み合うセレーション部４０（又はスプライン部）が形成されている。連動筒体３８は、クランク軸１４に外嵌されて、人力伝達体３７の右隣りに位置しており、セレーション部４０を介して人力伝達体３７と一体に回転自在である。

人力伝達体３７の外周面には磁歪発生部４２が設けられ、磁歪発生部４２の外周方には、一定の隙間をあけてコイル４３が設けられている。磁歪発生部４２とコイル４３とでトルクセンサ４４が構成され、クランク軸１４からの人力駆動力がトルクセンサ４４により検出される。

連動筒体３８の外周には被検出体４５が設けられている。また、連動筒体３８の外周方には、一定の隙間をあけて回転検出器４６が設けられている。被検出体４５と回転検出器４６とで回転検出装置４７が構成され、連動筒体３８の回転量および回転方向が回転検出装置４７により検出され、これに基づいて、クランク軸１４やペダル８の回転量および回転方向も検知できる。尚、回転検出器４６には、例えば光センサ等が用いられ、また、被検出体４５には、周方向に複数の歯部（遮光部）を有する円環状の部材等が用いられる。

低速段用変速歯車２９は、高速段用変速歯車３０よりも大径であり、外周部に形成された歯部４９と、内周部に形成されて右側へ突出する小径の円筒部５０とを有しており、クランク軸１４に回転自在に外嵌されている。また、低速段用変速歯車２９と連動筒体３８とは一方向クラッチ５１を介して連動可能であり、一方向クラッチ５１は、周方向において、低速段用変速歯車２９と連動筒体３８とを接続および離脱する。

合力伝達体１５は、クランク軸１４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５３と、右側に形成された小径筒状部５４と、中径筒状部５３の内周に形成された歯部５５と、中径筒状部５３の外周に形成されたスプライン部５６とを有している。尚、クランク軸１４と合力伝達体１５とは同軸に設けられている。また、出力スプロケット１６は、小径筒状部５４に外嵌されて、合力伝達体１５と一体的に回転する。

低速段用変速歯車２９の円筒部５０は合力伝達体１５の中径筒状部５３内に挿入され、低速段用変速歯車２９の円筒部５０の外周には低速用一方向クラッチ５８が設けられている。図６，図７，図１０，図１１に示すように、低速用一方向クラッチ５８は、径方向に起立横倒自在な複数のカム５８ａ（ラチェット爪）と、カム５８ａが起立するように径方向外側へ付勢する円環状のばね５８ｂとを有している。低速用一方向クラッチ５８のカム５８ａは合力伝達体１５の歯部５５に係脱自在であり、図７に示すように、カム５８ａが起立姿勢に切り換えられた場合、カム５８ａは歯部５５に係合し、図１１に示すように、カム５８ａが横倒姿勢に切り換えられた場合、カム５８ａは歯部５５から離脱する。

高速段用変速歯車３０は、軸受６０を介して、合力伝達体１５の小径筒状部５４に回転自在に外嵌されている。高速段用変速歯車３０は、外周部に形成された歯部６１と、内周部に形成されて右側へ突出する小径円筒部６２と、歯部６１と小径円筒部６２との間に形成されて左側へ突出する中径円筒部６３と、中径円筒部６３の内周に形成された歯部６４とを有している。尚、高速段用変速歯車３０の直径は低速段用変速歯車２９の直径よりも小さい。

合力伝達体１５の中径筒状部５３の外周には高速用一方向クラッチ６６が設けられている。図６，図７，図１０，図１１に示すように、高速用一方向クラッチ６６は、径方向に起立横倒自在な複数のカム６６ａ（ラチェット爪）と、カム６６ａが起立するように径方向外側へ付勢する円環状のばね６６ｂとを有している。高速用一方向クラッチ６６のカム６６ａは高速段用変速歯車３０の歯部６４に係脱自在であり、図１１に示すように、カム６６ａが起立姿勢に切り換えられた場合、カム６６ａは歯部６４に係合し、図７に示すように、カム６６ａが横倒姿勢に切り換えられた場合、カム６６ａは歯部６４から離脱する。

尚、図５，図６に示すように、クランク軸１４の左端部は一方の軸受６７を介して回転自在にケース１９に支持され、高速段用変速歯車３０の小径円筒部６２は、クランク軸１４の右端部と合力伝達体１５と共に、他方の軸受６８を介して回転自在にケース１９に支持されている。

モータ９は、ステータ７０と、ロータ７１と、ロータ７１と一体に回転自在な回転駆動軸７２とを有している。尚、回転駆動軸７２の先端部外周には回転駆動歯車７３が形成されている。

減速機構２０は、クランク軸１４と回転駆動軸７２との間に平行に設けられた中間軸７４と、中間軸７４に設けられた第１〜第３の減速歯車７５〜７７と、一方向クラッチ７８とを有している。中間軸７４は一対の軸受７９を介して回転自在にケース１９内に設けられている。第１の減速歯車７５の直径は第２の減速歯車７６の直径よりも大きく、第３の減速歯車７７の直径は第２の減速歯車７６の直径よりも大きく且つ第１の減速歯車７５の直径よりも小さい。

第１の減速歯車７５は回転駆動歯車７３に歯合し、第２の減速歯車７６は低速段用変速歯車２９に歯合し、第３の減速歯車７７は高速段用変速歯車３０に歯合している。これにより、低速段用変速歯車２９と高速段用変速歯車３０とは減速機構２０を介してモータ９に連動している。また、一方向クラッチ７８は、人力駆動力を切断するためのものであり、中間軸７４の外周と第１の減速歯車７５の内周との間に設けられている。中間軸７４と第１の減速歯車７５とが一方向クラッチ７８を介してつながっている場合、第１〜第３の減速歯車７５〜７７は中間軸７４と共に一体的に一方向へ回転する。

尚、変速機構１７はギヤ比の異なる選択可能な低速段（変速段の一例）と高速段（変速段の一例）とを有している。低速段が選択された場合、低速段用変速歯車２９の回転が合力伝達体１５に伝えられ、高速段が選択された場合、高速段用変速歯車３０の回転が合力伝達体１５に伝えられる。

図６，図８，図１２に示すように、変速段切換機構３１は、高速用一方向クラッチ６６のカム６６ａの姿勢を切り換える切換クラッチ８１と、低速段切換位置Ｌと高速段切換位置Ｈとに移動自在な可動切換部材８２とを有している。

切換クラッチ８１は、円環状の部材であり、内周にスプライン部８４を有し、外周に凹部８５を有し、合力伝達体１５の中径筒状部５３に外嵌されている。切換クラッチ８１のスプライン部８４と合力伝達体１５のスプライン部５６とが周方向において噛み合っている。切換クラッチ８１は、スプライン部５６，８４を介してクランク軸１４の軸心方向Ａに移動自在である。

切換クラッチ８１の内周面の右端の角部には、端面に近付くほど径方向外側へ拡がる傾斜面８６が形成されている。傾斜面８６は高速用一方向クラッチ６６のカム６６ａを横倒姿勢に案内するものであり、図６に示すように、切換クラッチ８１が一方向Ｂに移動した場合、切換クラッチ８１が高速用一方向クラッチ６６のカム６６ａに当接して、カム６６ａが横倒姿勢に切り換わる。また、図１０に示すように、切換クラッチ８１が他方向Ｃに移動した場合、切換クラッチ８１が高速用一方向クラッチ６６のカム６６ａから離間して、カム６６ａが起立姿勢に切り換わる。

図４，図１２に示すように、可動切換部材８２は、切換クラッチ８１を移動させる部材であり、切換軸８８と、クラッチアーム８９と、連動筒９０と、ワッシャ９１とを有している。切換軸８８は、ケース１９内に設けられた一対の支持部９３，９４に支持され、クランク軸１４と平行に設けられ、軸心方向Ａに移動自在である。

クラッチアーム８９は、筒部９６と、筒部９６に設けられたＣ字形状のアーム部９７とを有している。図６，図８に示すように、アーム部９７が切換クラッチ８１の凹部８５に嵌め込まれている。図１２に示すように、ワッシャ９１は、切換軸８８に外嵌され、クラッチアーム８９の筒部９６と連動筒９０との間に位置している。切換軸８８はクラッチアーム８９の筒部９６と連動筒９０とに挿通されており、クラッチアーム８９と連動筒９０とは切換軸８８と共に軸心方向Ａへ移動自在である。また、可動切換部材８２は、コイル状のばね９８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。尚、切換軸８８の一端部には係合リング１００が設けられている。

図１に示すように、ハンドル５には、変速段を選択する手元操作部１０１が設けられており、搭乗者が手元操作部１０１を操作することにより、低速段および高速段を選択することができる。また、電動アシスト自転車１には、手元操作部１０１に対する操作に応じて可動切換部材８２を移動させる切換作動装置１０２が設けられている。図１２に示すように、切換作動装置１０２はケーブル１０３とリンク１０４とを有している。リンク１０４は、支点１０４ａを中心に回動自在であり、切換軸８８の係合リング１００に係合する係合アーム１０４ｂを有している。また、ケーブル１０３は手元操作部１０１とリンク１０４との間に接続されている。

図１２〜図１５に示すように、駆動ユニット１０のケース１９内には、手元操作部１０１で選択されている変速段を検出する検出装置１０８が備えられている。検出装置１０８は、オンとオフに切換自在な２個（複数個）の光センサ１０９ａ，１０９ｂ（検出器の一例）と、２個（複数個）の検出片１１０ａ，１１０ｂとを有している。

光センサ１０９ａ，１０９ｂはそれぞれ、一方の発光部１１２から放射された検出光１１３を他方の受光部１１４で受ける透過型のものであり、取付基板１１５に取り付けられている。取付基板１１５はケース１９内に設けられている。尚、光センサ１０９ａ，１０９ｂは、軸心方向Ａにおいて一部同士が重なるとともに、軸心方向Ａに直交する方向Ｄへずれて並べられている。

検出片１１０ａ，１１０ｂは、可動切換部材８２と共に軸心方向Ａへ移動して、光センサ１０９ａ，１０９ｂの発光部１１２から放射された検出光１１３を遮断するものであり、連動筒９０の外周部に設けられている。
駆動ユニット１０の制御部１８（図５参照）は、検出装置１０８による検出に基づいて、モータ９等を制御する。
以下、上記構成における作用を説明する。
（１）駆動ユニット１０の作動について

（1-1）電動アシスト自転車１で走行している際、例えば搭乗者が手元操作部１０１を操作して低速段を選択した場合、図１２に示すように、ケーブル１０３が一方向Ｅに移動し、ばね９８の付勢力によって、可動切換部材８２が低速段切換位置Ｌに移動する。

これにより、図６に示すように、切換クラッチ８１が、クラッチアーム８９に連動して一方向Ｂに移動し、高速用一方向クラッチ６６のカム６６ａに当接する。これにより、図７に示すように、カム６６ａが横倒姿勢に切り換わり、合力伝達体１５と高速段用変速歯車３０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５，図６に示すように、クランク軸１４が回転し、人力伝達体３７と連動筒体３８とが回転する。このとき、連動筒体３８は、回転方向において、一方向クラッチ５１を介して低速段用変速歯車２９に接続されている。このため、連動筒体３８の回転が低速段用変速歯車２９に伝達される。

また、モータ９が駆動することにより、回転駆動軸７２が回転し、減速機構２０の第１の減速歯車７５と中間軸７４とが回転し、第２および第３の減速歯車７６，７７が回転し、第２の減速歯車７６の回転が低速段用変速歯車２９に伝達され、第３の減速歯車７７の回転が高速段用変速歯車３０に伝達される。

これにより、低速段用変速歯車２９と高速段用変速歯車３０とがそれぞれ回転し、この際、図５〜図７に示すように、低速段用変速歯車２９は、回転方向において、低速用一方向クラッチ５８を介して合力伝達体１５に接続されている。従って、低速段用変速歯車２９の回転が合力伝達体１５に伝達されて合力伝達体１５が回転し、出力スプロケット１６が回転するとともにチェン２６が回動して、後輪４が回転する。この際、クランク軸１４に作用する人力駆動力とモータ９の補助駆動力とが合成された合成駆動力が、低速段用変速歯車２９から合力伝達体１５に伝達され、合成駆動力によって合力伝達体１５が回転する。

尚、この際、高速用一方向クラッチ６６のカム６６ａが横倒姿勢に切り換わり、合力伝達体１５と高速段用変速歯車３０との間が切断されているため、高速段用変速歯車３０の回転は合力伝達体１５に伝達されない。

（1-2）また、搭乗者が手元操作部１０１を操作して高速段を選択した場合、図１６に示すように、ケーブル１０３が他方向Ｆに移動してリンク１０４が他方向へ回動し、可動切換部材８２がばね９８の付勢力に抗して高速段切換位置Ｈに移動する。

これにより、図１０に示すように、切換クラッチ８１が、クラッチアーム８９に連動して他方向Ｃに移動し、高速用一方向クラッチ６６のカム６６ａから離間する。これにより、図９〜図１１に示すように、カム６６ａがばね６６ｂの付勢力により起立姿勢に切り換わり、合力伝達体１５と高速段用変速歯車３０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１４が回転し、人力伝達体３７と連動筒体３８とが回転する。このとき、連動筒体３８は、回転方向において、一方向クラッチ５１を介して低速段用変速歯車２９に接続されている。このため、連動筒体３８の回転が低速段用変速歯車２９に伝達される。

また、モータ９の駆動により、回転駆動軸７２が回転し、減速機構２０の第１の減速歯車７５と中間軸７４とが回転し、第２および第３の減速歯車７６，７７が回転し、第２の減速歯車７６の回転が低速段用変速歯車２９に伝達され、第３の減速歯車７７の回転が高速段用変速歯車３０に伝達される。

これにより、低速段用変速歯車２９と高速段用変速歯車３０とがそれぞれ回転し、この際、高速段用変速歯車３０は、回転方向において、高速用一方向クラッチ６６を介して合力伝達体１５に接続されている。従って、高速段用変速歯車３０の回転が合力伝達体１５に伝達されて、合力伝達体１５が回転し、この際、合成駆動力が高速段用変速歯車３０から合力伝達体１５に伝達され、合成駆動力によって合力伝達体１５が回転する。

尚、このとき、低速段用変速歯車２９と高速段用変速歯車３０とがそれぞれ回転しているが、ギヤ比の違いによって、高速段用変速歯車３０の回転速度が低速段用変速歯車２９の回転速度よりも高速となる。これにより、合力伝達体１５の回転速度も低速段用変速歯車２９の回転速度より高速となり、図１１に示すように、低速用一方向クラッチ５８のカム５８ａが合力伝達体１５の歯部５５に係合せず、低速段用変速歯車２９は空回り状態に保たれる。

また、上記（1-1）で説明した低速段に切り換えた場合（図６参照）における低速段用変速歯車２９から合力伝達体１５に伝達される合成駆動力のトルクは、上記（1-2）で説明した高速段に切り換えた場合（図１０参照）における高速段用変速歯車３０から合力伝達体１５に伝達される合成駆動力のトルクよりも大きい。

従って、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１０１を操作して低速段を選択することにより、高トルクの合成駆動力が後輪４に伝達されるため、モータ９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１０１を操作して高速段を選択することにより、合力伝達体１５のトルクは低下するが合力伝達体１５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。
（２）検出装置１０８の作動について

上記（1-1）において説明したように、低速段が選択されて、可動切換部材８２が低速段切換位置Ｌに移動した場合（図１２参照）、図１５に示すように、第１の検出片１１０ａが第１の光センサ１０９ａの発光部１１２と受光部１１４との間に挿入されるとともに、第２の検出片１１０ｂが第２の光センサ１０９ｂの発光部１１２と受光部１１４との間に挿入されるため、第１の光センサ１０９ａの検出光１１３が第１の検出片１１０ａによって遮断されるとともに、第２の光センサ１０９ｂの検出光１１３が第２の検出片１１０ｂによって遮断される。

これにより、第１の光センサ１０９ａと第２の光センサ１０９ｂとが両者ともオンとなり、これに基づいて、制御部１８は、図１２に示すように、可動切換部材８２が低速段切換位置Ｌに到達したことを検出し、この検出に基づいて、変速機構１７が低速段に切り換えられたことを認識する。

また、上記（1-2）において説明したように、高速段が選択されて、可動切換部材８２が高速段切換位置Ｈに移動した場合（図１６参照）、図１７に示すように、第１の検出片１１０ａが第１の光センサ１０９ａの発光部１１２と受光部１１４との間から離脱するとともに、第２の検出片１１０ｂが第２の光センサ１０９ｂの発光部１１２と受光部１１４との間から離脱するため、第１の光センサ１０９ａの検出光１１３が、遮断されずに、受光部１１４で受けられるとともに、第２の光センサ１０９ｂの検出光１１３が、遮断されずに、受光部１１４で受けられる。

これにより、第１の光センサ１０９ａと第２の光センサ１０９ｂとが両者ともオフとなり、これに基づいて、制御部１８は、図１６に示すように、可動切換部材８２が高速段切換位置Ｈに到達したことを検出し、この検出に基づいて、変速機構１７が高速段に切り換えられたことを認識する。

また、変速機構１７を高速段に切り換えた状態で電動アシスト自転車１を走行させ、搭乗者が手元操作部１０１を操作して高速段から低速段に切り換えた（シフトダウンした）場合、ばね９８の付勢力によって、可動切換部材８２が高速段切換位置Ｈ（図１６参照）から低速段切換位置Ｌ（図１２参照）に移動する。この際、図１８，図１９に示すように、可動切換部材８２が高速段切換位置Ｈから低速段切換位置Ｌに移動するまでの切換途中の位置Ｍ（中間位置の一例）において、第１の検出片１１０ａは第１の光センサ１０９ａの発光部１１２と受光部１１４との間に挿入されるが、第２の検出片１１０ｂは、第２の光センサ１０９ｂの発光部１１２と受光部１１４との間に挿入されず、離脱したままの状態となるため、第１の光センサ１０９ａの検出光１１３が第１の検出片１１０ａによって遮断されるとともに、第２の光センサ１０９ｂの検出片１１０ｂの検出光１１３が、遮断されずに、受光部１１４で受けられる。

これにより、第１の光センサ１０９ａがオンとなり、第２の光センサ１０９ｂがオフとなるため、制御部１８は、可動切換部材８２が切換途中の位置Ｍに到達したことを検出し、この検出に基づいて、変速機構１７が高速段（切換え前の変速段の一例）から低速段（切換え後の変速段の一例）への切換え途中の状態であることを認識する。

このようにして、高速段から低速段への切換え途中の状態が認識されると、制御部１８は、補助駆動力が一時的に低下するようにモータ９を制御する。これにより、変速時に合力伝達体１５に作用する合成駆動力のトルクが一時的に低下し、大きなトルクが急激に合力伝達体１５に作用することはなく、従って、高速段から低速段へ円滑に切り換える（シフトダウンする）ことができる。このため、合力伝達体１５に瞬間的に過大な合成駆動力が作用することはく、合力伝達体１５の強度を過剰に高く保つ必要はない。

また、高速段から低速段への切換え途中における高速用一方向クラッチ６６のカム６６ａと高速段用変速歯車３０の歯部６４との当接力（係合力）が一時的に低下するため、図７に示すように、カム６６ａが歯部６４から離脱し易くなり、図６に示すように、合力伝達体１５と高速段用変速歯車３０との間が確実に切断され、円滑に高速段から低速段に切換えられる（シフトダウンされる）。

尚、仮に、モータ９の補助駆動力を一時的に低下する制御を行わない場合は、高速段用変速歯車３０の歯部６４が高速用一方向クラッチ６６のカム６６ａに強く当接されるため、カム６６ａが歯部６４から離脱し難くなるといった問題がある。このような問題は、上り坂を走行している際に大きな踏力がペダル８に作用し、大きな駆動力が駆動ユニット１０に作用している状況で発生し易い傾向にある。

尚、可動切換部材８２が高速段切換位置Ｈ（図１６参照）から切換途中の位置Ｍ（図１８参照）を通過して低速段切換位置Ｌ（図１２参照）に到達した場合、図１５に示すように、上記検出装置１０８の第１の光センサ１０９ａと第２の光センサ１０９ｂとが両者ともオンとなり、制御部１８は、可動切換部材８２が低速段切換位置Ｌに到達したことを検出し、この検出に基づいて、モータ９の補助駆動力を上げて元の補助駆動力に戻す。

また、変速機構１７を低速段に切り換えた状態で電動アシスト自転車１を走行させ、搭乗者が手元操作部１０１を操作して低速段から高速段に切り換える（シフトアップする）場合も、上記シフトダウンと同様に、制御部１８は、図１８，図１９に示すように、可動切換部材８２が切換途中の位置Ｍに到達したことを検出して、変速機構１７が低速段（切換え前の変速段の一例）から高速段（切換え後の変速段の一例）への切換え途中の状態であることを認識し、補助駆動力が一時的に低下するようにモータ９を制御する。これにより、変速途中時に合力伝達体１５に作用する合成駆動力のトルクが一時的に低下し、低速段から高速段へ円滑に切り換える（シフトアップする）ことができる。

尚、上記実施の形態では、変速機構１７が低速段から高速段に切り換えられる途中と変速機構１７が高速段から低速段に切り換えられる途中との両者の場合において、モータ９の補助駆動力を一時的に低下させているが、高速段から低速段に切り換えられる途中においてのみ、モータ９の補助駆動力を一時的に低下させ、低速段から高速段に切り換えられる途中においては、モータ９の補助駆動力を低下させないように制御してもよい。

また、上記実施の形態では、図１３，図１５に示すように、検出装置１０８の第１および第２の光センサ１０９ａ，１０９ｂは、軸心方向Ａにおいて一部同士が重なるとともに、軸心方向Ａに直交する方向Ｄへずれて並べられている。しかしながら、このような配置に限定されるものではなく、例えば、以下の第２および第３の実施の形態で示す検出装置１０８であってもよい。
（第２の実施の形態）

第２の実施の形態では、図２０〜図２２に示すように、第１および第２の光センサ１０９ａ，１０９ｂは、軸心方向Ａに直交する方向Ｄにおいて、隣接して並べられている。また、第２の検出片１１０ｂの長さは第１の検出片１１０ａの長さよりも短く形成されている。

これによると、図２０に示すように、低速段が選択された場合、可動切換部材８２が低速段切換位置Ｌに移動し、第１の光センサ１０９ａの検出光１１３が第１の検出片１１０ａによって遮断されるとともに、第２の光センサ１０９ｂの検出光１１３が第２の検出片１１０ｂによって遮断される。これにより、第１の光センサ１０９ａと第２の光センサ１０９ｂとが両者ともオンに切り換えられる。

また、図２１に示すように、高速段が選択された場合、可動切換部材８２が高速段切換位置Ｈに移動し、第１の光センサ１０９ａの検出光１１３が受光部１１４で受けられるとともに、第２の光センサ１０９ｂの検出光１１３が受光部１１４で受けられる。これにより、第１の光センサ１０９ａと第２の光センサ１０９ｂとが両者ともオフに切り換えられる。

また、図２２に示すように、高速段から低速段への切換え途中（変速途中）の状態または低速段から高速段への切換え途中（変速途中）の状態では、第１の光センサ１０９ａの検出光１１３が第１の検出片１１０ａによって遮断されるとともに、第２の光センサ１０９ｂの検出光１１３が受光部１１４で受けられる。これにより、第１の光センサ１０９ａがオンとなり、第２の光センサ１０９ｂがオフとなる。

上記第１および第２の実施の形態では、検出装置１０８は、光センサ１０９ａ，１０９ｂと検出片１１０ａ，１１０ｂとをそれぞれ２個ずつ有しているが、３個以上の複数個ずつ有していてもよい。この場合、変速機構１７が高速段から低速段または低速段から高速段への切換え途中の状態であることを、正確に検出することができる。
（第３の実施の形態）

第３の実施の形態では、図２３〜図２５に示すように、第１および第２の光センサ１０９ａ，１０９ｂは、軸心方向Ａにおいて、隣接して並べられている。また、連動筒９０の外周部には、検出片１１０が１本のみ設けられている。

これによると、図２３に示すように、低速段が選択された場合、可動切換部材８２が低速段切換位置Ｌに移動し、第１の光センサ１０９ａの検出光１１３と第２の光センサ１０９ｂの検出光１１３とが検出片１１０によって遮断される。これにより、第１の光センサ１０９ａと第２の光センサ１０９ｂとが両者ともオンに切り換えられる。

また、図２４に示すように、高速段が選択された場合、可動切換部材８２が高速段切換位置Ｈに移動し、第１の光センサ１０９ａの検出光１１３が受光部１１４で受けられるとともに、第２の光センサ１０９ｂの検出光１１３が受光部１１４で受けられる。これにより、第１の光センサ１０９ａと第２の光センサ１０９ｂとが両者ともオフに切り換えられる。

また、図２５に示すように、高速段から低速段への切換え途中（変速途中）の状態または低速段から高速段への切換え途中（変速途中）の状態では、第１の光センサ１０９ａの検出光１１３が検出片１１０によって遮断されるとともに、第２の光センサ１０９ｂの検出光１１３が受光部１１４で受けられる。これにより、第１の光センサ１０９ａがオンとなり、第２の光センサ１０９ｂがオフとなる。

上記第３の実施の形態では、検出装置１０８は、光センサ１０９ａ，１０９ｂを２個有しているが、３個以上の複数個有していてもよい。この場合、変速機構１７が高速段から低速段または低速段から高速段への切換え途中の状態であることを、正確に検出することができる。

上記各実施の形態では、変速機構１７が低速段に切り換えられた場合、第１の光センサ１０９ａと第２の光センサ１０９ｂとがオンに切り換わるが、オフに切り換わってもよい。また、変速機構１７が高速段に切り換えられた場合、第１の光センサ１０９ａと第２の光センサ１０９ｂとがオフに切り換わるが、オンに切り換わってもよい。また、変速機構１７が高速段から低速段または低速段から高速段への切換え途中の状態である場合、第１の光センサ１０９ａがオンになり、第２の光センサ１０９ｂがオフになるが、第１の光センサ１０９ａがオフとなり、第２の光センサ１０９ｂがオンとなってもよい。

上記各実施の形態では、検出装置１０８に、光センサ１０９ａ，１０９ｂと検出片１１０，１１０ａ，１１０ｂとを用いることによって、非接触で検出片１１０，１１０ａ，１１０ｂを検出することができる。尚、光センサ１０９ａ，１０９ｂの代わりに、近接スイッチ等の接触式のセンサを用いてもよい。

上記各実施の形態では、変速機構１７は、切換え自在な高速段と低速段との２段の変速段を備えているが、２段に限定されるものではなく、３段以上の複数の変速段を備えていてもよい。

Claims (6)

1. 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付加して走行可能な電動アシスト自転車に設けられる駆動ユニットであって、
   人力駆動力によって回転自在なクランク軸と、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合成駆動力によって回転自在な合力伝達体と、合力伝達体に設けられた出力輪体と、合力伝達体の回転速度を変える変速機構とを有し、
   クランク軸と合力伝達体とが同軸に設けられ、
   変速機構はギヤ比の異なる複数の選択可能な変速段を有し、
   選択されている変速段を検出する検出装置が備えられていることを特徴とする駆動ユニット。
2. 検出装置は、変速段が切り換えられる際、切換え前の変速段と切換え後の変速段との間の切換え途中の状態を検出することができ、
   検出装置によって変速段の切換え途中状態が検出されると、補助駆動力が一時的に低下するようにモータが制御されることを特徴とする請求項１記載の駆動ユニット。
3. 検出装置はオンとオフに切換自在な複数の検出器を有し、
   オン又はオフに切り換えられている検出器の個数に基づいて、選択されている変速段および変速段の切換え途中状態が検知されることを特徴とする請求項２記載の駆動ユニット。
4. 変速段は選択可能な低速段と高速段からなり、
   変速機構は、低速段用変速歯車と、高速段用変速歯車と、変速段を切り換える変速段切換機構とを有し、
   低速段用変速歯車と高速段用変速歯車とはモータに連動し、
   変速段切換機構は低速段切換位置と高速段切換位置とに移動自在な可動切換部材を有し、
   低速段が選択された場合、可動切換部材が低速段切換位置に移動し、合成駆動力が低速段用変速歯車を介して合力伝達体に伝達されて、合力伝達体が回転し、
   高速段が選択された場合、可動切換部材が高速段切換位置に移動し、合成駆動力が高速段用変速歯車を介して合力伝達体に伝達されて、合力伝達体が回転することを特徴とする請求項２または請求項３記載の駆動ユニット。
5. 検出装置が可動切換部材の切換位置を検出することにより、選択されている変速段が認識され、
   検出装置が可動切換部材の低速段切換位置と高速段切換位置との中間位置を検出することにより、変速段の切換え途中状態であることが認識されることを特徴とする請求項４記載の駆動ユニット。
6. 上記請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の駆動ユニットを備えた電動アシスト自転車であって、
   後輪に後部輪体が設けられ、
   出力輪体と後部輪体とに無端状の駆動力伝達部材が掛け渡されていることを特徴とする電動アシスト自転車。