JPWO2016030921A1 - 電動アシスト自転車 - Google Patents

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Abstract

人力駆動力と補助駆動力を内部で合成する駆動ユニットに内装変速機を設けた構成であり、かつ変速段を自動で切り換えることもできる電動アシスト自転車を提供する。前輪と後輪との間の中間位置に配設される駆動ユニット内に、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を複数段に切り換えて変速しながら伝達する変速機構（２５）が設けられ、変速機構（２５）には、回転される際の遠心力に応じて姿勢が変化する変速用おもり（８１）が設けられ、クランク軸（７ａ）の回転速度が大きくなることで、前記変速用おもり（８１）の姿勢が変化して低速段側から高速段側に切り換えられるよう構成されている。

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駆動ユニットとしては、いわゆる一軸式と称せられる駆動ユニットと、いわゆる二軸式と称せられる駆動ユニットとがある。二軸式の駆動ユニットは、クランク軸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）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を備えている。すなわち、前記二軸式の駆動ユニットを備えた電動アシスト自転車では、人力駆動力と補助駆動力とが、チェーンなどの駆動ユニットの外部で合わされて合力として後輪側に伝達される。一方、一軸式の駆動ユニットでは、踏力による人力駆動力とモータによる補助駆動力とが駆動ユニットの内部で合成され、合成された合力が駆動スプロケットから出力される。
前記二軸式の駆動ユニットは、例えば特許文献１等に開示されている。この二軸式の駆動ユニットでは、補助駆動力出力スプロケットが、駆動ユニットのユニットケース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とのそれぞれが、無端状駆動力伝達体としてのチェーンに噛み合っており、チェーン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のさらに後方には、補助駆動力出力スプロケットに噛み合った後のチェーン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）が配設されている。そして、このテンショナ装置に設けられたテンションスプロケットにより、補助駆動力出力スプロケットに噛み合うチェーンの巻き角度を増加させている。
一方、いわゆる一軸式の駆動ユニットは、例えば特許文献２等に開示されている。この一軸式の駆動ユニットは、ペダルからの人力駆動力が伝達されるクランク軸の外周に、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と、この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とを配設している。そして、前記人力伝達体からの人力駆動力が一方向クラッチを介して合力体に伝達されるよう構成している。また、前記合力体の一端部には、モータからの補助駆動力が減速機構を介して伝達される大径歯車部が形成され、前記合力体の他端部には、無端状駆動力伝達体としてのチェーン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が取り付けられている。そして、前記合力体において合成された合力が前記駆動スプロケットからチェーンを介して後輪側に伝達される。
一軸式の駆動ユニットは、チェーンに駆動スプロケット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に伝達する方式である。これに対して、二軸式の駆動ユニットでは、チェーンに、人力駆動力を伝達する駆動スプロケットと、補助駆動力を伝達する補助駆動力出力スプロケットと、さらに、テンションスプロケットとを噛み合わせる必要がある。
このため、一軸式の駆動ユニットは、モータや減速機構などの配置を工夫することで、駆動ユニットの側面視した状態での面積（横方向からの投影面積）を、二軸式の駆動ユニット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、一軸式の駆動ユニットは、駆動スプロケットを多段にすることで前記フロント変速機を装着することが可能となる。一方、二軸式の駆動ユニットは、チェーンに駆動スプロケットと補助駆動力出力スプロケットとテンションスプロケット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、一軸式の駆動ユニットは、テンションスプロケットなどのテンショナ装置を設けなくて済む利点もある。
ところで、このように駆動ユニットの内部で人力駆動力と補助駆動力とを合成するいわゆる一軸式の駆動ユニットにおいて、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、駆動スプロケット用の配設箇所に、複数の駆動スプロケットを、クランク軸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問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問題を生じる。
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問題も生じる。
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、外装変速機では、後輪側に駆動力を伝達する手段としての専用のチェーンと変速段を切り換えるフロントディレーラとを用いる構造であるため、チェーンに代えて歯付きベルトを用いることが困難である。
これに対処する方法としては、駆動ユニットの内部に、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などとを有して複数段に変速可能な変速機構を設け、例えば、ハンドルなどに取り付けた変速用のレバーを手動で操作することで、この変速用のレバーに連結されたワイヤーなどを介して前記選択クラッチを移動させて、前記変速機構の変速段を切り換えることが考えられる。
この構成によれば、一軸式の駆動ユニットにいわゆる内装変速機を設けた構造となるので、一軸式の駆動ユニットに外装変速機を設けた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。
しかしながら、このように、一軸式の駆動ユニットにいわゆる内装変速機を設けた構造とすることで各種の利点を得ることができる一方で、変速する際には、手動で変速段を切り換えなければならないため、手間がかかる短所がある。
本発明は上記課題を解決するもので、人力駆動力と補助駆動力を内部で合成する駆動ユニットに内装変速機を設けた構成でありながら、変速段を自動で切り換えることもできる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、前記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、前記駆動ユニット内に、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を複数段に切り換えて変速しながら伝達する変速機構が設けられ、前記変速機構には、回転される際の遠心力に応じて姿勢が変化する変速用おもりが設けられ、前記クランク軸の回転速度が大きくなることで、前記変速用おもりの回転速度も連動して大きくなり、前記変速用おもりの姿勢が変化して低速段側から高速段側に切り換えられるよう構成されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記変速用おもりが、合力により回転されることを特徴とする。
また、本発明は、前記クランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達される人力伝達体と、合力が伝達される合力伝達体と、が配設されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記人力伝達体、前記合力伝達体、および前記変速機構が、前記駆動ユニットの内部に配設され、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有し、前記変速機構を介して前記合力伝達体に伝達された合力が、前記駆動力出力輪体と前記無端状駆動力伝達体とを介して後輪に伝達されることを特徴とする。
また、本発明は、人力駆動力が伝達される人力伝達体と、合力を駆動ユニットから出力する出力輪体が組み付けられる合力伝達体と、合力を低速回転で前記合力伝達体に伝達する低速用減速歯車と、合力を高速回転で前記合力伝達体に伝達する高速用減速歯車と、が備えられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記高速用減速歯車と前記合力伝達体との間に、前記高速用減速歯車の回転力を前記合力伝達体に伝達可能とする高速用一方向クラッチが配設され、前記変速用おもりの遠心力による姿勢の変更により、前記高速用一方向クラッチが切断状態と接合可能状態とに切り換えられることを特徴とする。
また、本発明は、前記変速用おもりが、クランク軸と同じ軸心周りに回転する軸を中心に回動するよう配設されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記変速用おもりが、合力が伝達される合力伝達体に連結された連結ピンを中心に回動するよう配設されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記変速用おもりが、前記高速用一方向クラッチに設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記変速用おもりが、クランク軸の軸心を中心とする半径方向に移動可能な状態で、クランク軸と同じ軸心周りに回転するよう配設されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記変速用おもりが、前記高速用減速歯車に取り付けられている高速回転部に配設されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記変速用おもりが、前記高速用減速歯車に取り付けられている高速回転部に配設され、前記高速回転部に、前記変速用おもりの遠心力に基づいて位置が切り換えられる移動部材が設けられ、前記移動部材により、前記高速用一方向クラッチが切断状態と接合可能状態とに切り換えられることを特徴とする。
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、前記人力伝達体または前記人力伝達体と連動する部品に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が好ましい。また、前記無端状駆動力伝達体として、歯付きベルトが用いられていてもよい。
本発明によれば、前輪と後輪との間の中間に配置された駆動ユニット内に、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を複数段に切り換えて変速しながら伝達する変速機構を設け、前記変速機構に、回転される際の遠心力に応じて姿勢が変化する変速用おもりを設け、前記クランク軸の回転速度が大きくなることで、前記変速用おもりの回転速度も連動して大きくなり、前記変速用おもりの姿勢が変化して低速段側から高速段側に切り換えられるよう構成したことにより、ペダルを高速で回転させると、クランク軸の回転速度が大きくなるので、変速用おもりを有する部品の姿勢が連動して変化して低速段側から高速段側に切り換えられる。これにより、一軸式の駆動ユニットに内装変速機能を付与することができるとともに、変速段を自動で切り換えることもできる。
また、走行し始める際など、クランク軸の回転速度が小さい場合には必ず低速段とされるため、合力を後輪側に伝達する合力伝達体や駆動力出力輪体、無端状駆動力伝達体などの合力伝達部品や、モータとして、高回転で大きなトルクでも耐えられるような部品（モータにおいては、高回転で大きなトルクを出力可能なモータ）を用いなくても済むため、高回転で大きなトルクでも耐えられるような部品を用いる場合と比較して、信頼性を落とすことなく、製造コストを比較的安価なもので済ますことができる。
また、前記変速用おもりを、合力により回転することにより、人力駆動力だけや補助駆動力だけで前記変速用おもりを回転する場合よりも、前記変速用おもりを大きな力で良好に回転することができる。したがって、変速段の切り換えを比較的安定して行うことができて、良好な信頼性を得ることができる。
また、前記変速用おもりを、前記高速用一方向クラッチに設けることで、極めて簡単な構成で自動的に変速することができる。これにより、製造コストの低減化を図ることができる。
また、前記変速用おもりを、クランク軸の軸心を中心とする半径方向に移動可能な状態で、クランク軸と同じ軸心周りに回転するよう配設することによっても、製造コストを比較的低く抑えることができる。
また、前記変速用おもりを、前記高速用減速歯車に取り付けられている高速回転部に配設することにより、変速用おもりが高速で回転されるので、変速用おもりに作用する遠心力も比較的大きくなり、変速段の切り換え動作を比較的安定して行うことができて、良好な信頼性を得ることができる。したがって、変速用おもりとして比較的小さなもので済ますことが可能となり、ひいては、内装変速機を備えたいわゆる一軸式の駆動ユニットとしてコンパクト化を図ることもできる。
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 同電動アシスト自転車の駆動ユニットの右側面図 本発明の第１の実施の形態に係る電動アシスト自転車の駆動ユニットの平面断面図で、変速段が低速（第１速）の状態 同駆動ユニットの要部平面断面図で、変速段が低速（第１速）の状態 は同駆動ユニットにおける図５のＡ−Ａ線矢視側面断面図で、変速段が低速（第１速）の状態 同駆動ユニットにおける図５のＢ−Ｂ線矢視側面断面図で、変速段が低速（第１速）の状態 同駆動ユニットにおける図５のＣ−Ｃ線矢視側面断面図で、変速段が低速（第１速）の状態 同駆動ユニットの要部平面断面図で、変速段が高速（第２速）の状態 同駆動ユニットにおける図９のＤ−Ｄ線矢視側面断面図で、変速段が高速（第２速）の状態 同駆動ユニットにおける図９のＥ−Ｅ線矢視側面断面図で、変速段が高速（第２速）の状態 同駆動ユニットにおける図９のＦ−Ｆ線矢視側面断面図で、変速段が高速（第２速）の状態 本発明の第２の実施の形態に係る電動アシスト自転車の駆動ユニットの要部平面断面図で、変速段が低速（第１速）の状態 同駆動ユニットの高速用一方向クラッチ（変速用おもり）の斜視図 同駆動ユニットの同駆動ユニットにおける図１３のＧ−Ｇ線矢視側面断面図で、変速段が低速（第１速）の状態 同駆動ユニットの要部平面断面図で、変速段が高速（第２速）の状態 同駆動ユニットにおける図１６のＨ−Ｈ線矢視側面断面図で、変速段が高速（第２速）の状態 本発明の第３の実施の形態に係る電動アシスト自転車の駆動ユニットの要部平面断面図で、変速段が低速（第１速）の状態 同駆動ユニットにおける図１８のＩ−Ｉ線矢視側面断面図で、変速段が低速（第１速）の状態 同駆動ユニットの要部平面断面図で、変速段が高速（第２速）の状態 同駆動ユニットにおける図２０のＪ−Ｊ線矢視側面断面図で、変速段が高速（第２速）の状態 本発明の第４の実施の形態に係る電動アシスト自転車の駆動ユニットの要部平面断面図で、変速段が低速（第１速）の状態 同駆動ユニットのおもり保持部の斜視図 同駆動ユニットの要部平面断面図で、変速段が高速（第２速）の状態
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、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、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設されるため、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３は駆動ユニット２０の右側面図、図４は駆動ユニット２０の平面横断面図である。
図３、図４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などを有する変速機構（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、変速機構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。
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などに示すように、クランク軸７ａが、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に取付部材１０ａを介して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、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、変速機構２５に設けられた低速用減速歯車（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変速機構２５の低速用減速歯車３６に伝達される。
図４に示すように、モータ２１はモータ軸受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、変速機構（減速機構）２５は、クランク軸７ａと平行に配設された中間軸４４と、低速用減速歯車３６および後述する高速用減速歯車４１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、低速用一方向クラッチ５１および高速用一方向クラッチ５２と、連結ピン５４を介して合力伝達体２９に連結された変速用おもり４５と、変速用おもり４５に連動し、高速用一方向クラッチ５２に係脱自在な変速用係合部材４３となど、を有する。そして、変速機構２５は、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、複数段（この実施の形態では低速段と高速段との２段）に変速可能な状態で、合力伝達体２９に伝達する。
中間軸４４は、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ている。中間軸４４には、人力駆動力切断用の一方向クラッチ４７と、大径の第１の中間軸減速歯車３７と、小径の第２の中間軸減速歯車３８と、小径であるが第２の中間軸減速歯車３８よりも大径である第３の中間軸減速歯車３９と、などが取り付けられている。そして、人力駆動力切断用の一方向クラッチ４７が切断されていない場合には、第１〜第３の中間軸減速歯車３７〜３９は中間軸４４とともに一体的に回転する。
モータ２１の回転軸２１ａに形成されたモータ軸減速歯車４０は小径とされて、大径の第１の中間軸減速歯車３７に噛み合う。これにより、モータ２１の回転が減速され、モータ２１からの補助駆動力のトルクが増幅されて中間軸４４側に伝達される。小径の第２の中間軸減速歯車３８は、クランク軸７ａの外周に回転自在に配設された大径の低速用減速歯車３６に噛み合う。これにより、中間軸４４に伝達された補助駆動力のトルクがさらに増幅されて低速用減速歯車３６に伝達される。小径の第３の中間軸減速歯車３９は、クランク軸７ａの外周に回転自在に配設された大径（但し、低速用減速歯車３６よりも小径）の高速用減速歯車４１に噛み合う。これにより、中間軸４４に伝達された補助駆動力のトルクがさらに増幅されて高速用減速歯車４１に伝達される。なお、高速用減速歯車４１は低速用減速歯車３６よりも高速で回転される。また、人力駆動力切断用の一方向クラッチ４７は、中間軸４４と第１の中間軸減速歯車３７との間に配設され、人力伝達減速歯車３６側からの人力駆動力をモータ２１側に伝達しないように動作し、補助駆動力を発生していない場合に、ペダル８からの力によりモータ２１が回転されることを阻止して搭乗者のペダル８を回す力を軽減している。
図５などに示すように、低速用減速歯車３６は、歯部３６ａの基部よりも右側に延びる小径の筒状部３６ｂを有し、クランク軸７ａの外周に回転自在に配設されている。また、低速用減速歯車３６の筒状部３６ｂの外周に、低速用一方向クラッチ５１が組み付けられ、低速用一方向クラッチ５１のカム（ラチェット爪）５１ａは、合力伝達体２９に形成された中径筒状部２９ａの内周側に形成された歯部２９ｄ（図５〜図７等参照）に対して係脱自在とされている。合力伝達体２９は、クランク軸７ａの外周に、回転自在に配設されており、左側に位置する中径筒状部２９ａと右側に位置する小径筒状部２９ｂとを有する。そして、合力伝達体２９における小径筒状部２９ｂの端部外周に、駆動スプロケット１３が取り付けられて、駆動スプロケット１３が合力伝達体２９と一体的に回転する。
図５〜図７などに示すように、合力伝達体２９の小径筒状部２９ｂにおける左側寄り箇所の外周に、軸受５３を介して、高速用減速歯車４１が回転自在に配設されている。高速用減速歯車４１の左側部分の内周には、高速用一方向クラッチ５２に係脱自在の歯部４１ａが形成されている。また、合力伝達体２９の中径筒状部２９ａにおける右寄り箇所の外周に、高速用一方向クラッチ５２が取り付けられている。そして、高速用一方向クラッチ５２の外周側に突出する（起立する）ように環状のコイルスプリングにより付勢されている高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａは、所定方向に回転する場合には、高速用減速歯車４１の歯部４１ａに係合して一体的に回転可能に構成されている。また、この実施の形態においては、図４、図５などに示すように、低速用一方向クラッチ５１と高速用一方向クラッチ５２とがクランク軸７ａの軸心に直交する方向に対して重なるように配設されているが、これに限るものではない。
図５、図６、図９、図１０に示すように、合力伝達体２９の中径筒状部２９ａにおける左寄り箇所の外周には、さらに太径の円弧状太径部２９ｆが周方向複数箇所（この実施の形態では３箇所）に形成されるとともに、これらの円弧状太径部２９ｆにクランク軸７ａの軸心と平行な方向に延びるようにそれぞれ連結ピン５４が挿通されている。そして、連結ピン５４を介して、先端部側におもり部４５ａが一体形成された変速用おもり４５が、図６に示すような、いわゆる閉じた姿勢から、図１０に示すような、いわゆる開いた姿勢にわたって、回動自在の状態で取り付けられている。なお、連結ピン５４には、変速用おもり４５を図６に示すような閉じた姿勢となるように付勢する捩じりコイルばね５５が外装されている。
さらに、各おもり部４５ａにおける連結ピン５４の挿通箇所よりも外径側の箇所には、クランク軸７ａの軸心と平行な方向に延びるように連動用ピン４２が圧入されるなどして組み付けられている。また、各連動用ピン４２に溝部４３ｂで嵌り合うように、略環状の係合部材４３が組み付けられている。係合部材４３は、内周側に形成された円弧面４３ｃが合力伝達体２９に形成された円弧面２９ｆに摺接するなどして、クランク軸７ａの軸心を中心に合力伝達体２９に対して周方向に相対的に移動可能な状態で配設されている。また、係合部材４３の内周の一部には、高速用一方向クラッチ５２の左側のカム（ラチェット爪）５２ａに係脱自在の歯部４３ａが形成されている。
そして、ペダル８を介してクランク軸７ａが前進方向に低速で回転される場合には、図５〜図７に示すように、捩じりコイルばね５５の付勢力によって、変速用おもり４５のおもり部４５ａの内周側部分が、合力伝達体２９の中径筒状部２９ａの外周面にほぼ沿う閉じた姿勢となり、これに伴って、連動用ピン４２を介して、係合部材４３が高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａを傾倒する（起立できない状態）位置となる。これにより、図８に示すように、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａは高速用減速歯車４１の歯部４１ａから離反し、高速用減速歯車４１の回転は合力伝達体２９には伝達されない。したがって、低速用減速歯車３６の回転力だけが低速用一方向クラッチ５１を介して、合力伝達体２９に伝達され、合力伝達体２９および駆動スプロケット１３は低速で回転される。
一方、ペダル８を介してクランク軸７ａが前進方向に高速で回転されると、図９〜図１１に示すように、変速用おもり４５のおもり部４５ａが、捩じりコイルばね５５の付勢力よりも大きくなって、遠心力により外径方向に拡がる姿勢（開いた姿勢）となり、これに伴って、係合部材４３がａ方向（図１１参照）に移動し、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが起立可能な位置となる。これにより、図１２に示すように、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが高速用減速歯車４１の歯部４１ａに噛み合い可能な状態となって、高速用一方向クラッチ５２を介して高速用減速歯車４１の回転が合力伝達体２９に伝達される。この結果、合力伝達体２９および駆動スプロケット１３は高速で回転される。なお、この際、低速用一方向クラッチ５１は空転する。
上記構成によれば、ペダル８を高速で回転させると、クランク軸７ａおよび変速用おもり４５の回転速度が大きくなるので、変速用おもり４５の姿勢が連動して変化して（開いて）低速段側から高速段側に自動的に切り換えられる。また、ペダル８の回転が高速から低速になると、変速用おもり４５の姿勢が連動して変化して（閉じて）高速段側から低速段側に自動的に切り換えられる。これにより、変速段を自動で切り換えることができて、手動で変速段を切り換える手間を省くことができる。
また、走行し始める際など、ペダル８には、ペダル８を介してクランク軸７ａの回転速度が小さい場合に大きな踏力が加えられることが多いが、このように、クランク軸７ａの回転速度が小さい場合には必ず低速段とされる。したがって、合力を後輪４側に伝達する合力伝達体２９や駆動スプロケット１３、チェーン１５などの合力伝達部品や、モータ２１として、高回転で大きなトルクでも耐えられるような部品（モータ２１においては、高回転で大きなトルクを出力可能なモータ２１）を用いなくても済むため、高回転で大きなトルクでも耐えられるような部品を用いる場合と比較して、信頼性を落とすことなく、製造コストなどが比較的安価なもので済ますことができる利点がある。
つまり、変速段が手動で切り替えられる場合には、走行し始める際など、大きな踏力が加えられる場合でも高速段である可能性があるため、合力を後輪４側に伝達する合力伝達体２９や駆動スプロケット１３、チェーン１５などの合力伝達部品や、モータ２１として、高回転で大きなトルクでも耐えられるような部品（モータ２１においては、高回転で大きなトルクを出力可能なモータ２１）を用いる必要があるため、製造コストなども高価なものを用いざるを得なかったが、本発明の実施の形態に係る駆動ユニット２０によればこのようなことがない。
また、上記実施の形態によれば、変速用おもり４５を合力により回転する構成であるので、人力駆動力だけや補助駆動力だけで変速用おもりを回転する場合よりも、変速用おもり４５を大きな力で良好に回転することができる。したがって、変速段の切り換えを比較的安定して行うことができて、良好な信頼性を得ることができる。
また、この駆動ユニット２０は、合力を駆動スプロケット１３から出力するいわゆる一軸式のものであるため、モータ２１や変速機構などの配置を工夫することで、駆動ユニット２０の側面視した状態での面積（横方向からの投影面積）を、二軸式の駆動ユニット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、テンションスプロケットなどのテンショナ装置を設けなくて済む利点もある。
また、駆動ユニット２０の内部に変速機構２１を配設して、いわゆる内装変速機を有する構造としたので、一軸式の駆動ユニットに外装変速機を設けた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、および変速機構２１が、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、信頼性が向上する。
上記実施の形態（第１の実施の形態）では、変速用おもり４５を、連動用ピン４２を介して合力伝達体２９に回動自在に取り付けた場合を述べたが、これに限るものではない。図１３〜図１７は、本発明の第２の実施の形態に係る駆動ユニット２０の変速機構２５を示すものである。この実施の形態の変速機構２５では、合力伝達体２９と高速用減速歯車４１の歯部４１ａが設けられている箇所との間に配設されている高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａの片側（図１３や図１４における左側）部分が変速用おもり（おもり部）６１とされて一体形成されている。
また、この実施の形態では、高速用一方向クラッチ５２の左右方向の中間に設けられた溝部５２ｃに嵌め込まれた環状のコイルスプリングにより、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａは、内周側に沿って傾倒する方向（非起立方向）に付勢されている。すなわち、図１４、図１６に簡略的に示すように、高速用一方向クラッチ５２の溝部５２ｃに嵌め込まれた環状のコイルスプリング５２ｄにより内周側に押圧される、高速用一方向クラッチ５２の基部５２ｂの断面形状が、カム（ラチェット爪）５２ａが内周側に沿って傾倒している際には、基部の断面部外周側がコイルスプリングの内周面に沿うような非起立状態となり、カム（ラチェット爪）５２ａが外周側に向けて起立している際には、基部の断面部外周側がコイルスプリングの内周面よりも外側に突出して起立状態となるような形状とされている。
上記構成において、ペダル８を介してクランク軸７ａが前進方向に低速で回転される場合には、コイルスプリング５２ｄの付勢力によって、図１３、図１５に示すように、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが傾倒した状態（非起立状態）となる。これにより、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａは高速用減速歯車４１の歯部４１ａから離反し、高速用減速歯車４１の回転は合力伝達体２９には伝達されない。したがって、低速用減速歯車３６の回転力だけが低速用一方向クラッチ５１を介して、合力伝達体２９に伝達され、合力伝達体２９および駆動スプロケット１３は低速で回転される。
一方、ペダル８を介してクランク軸７ａが前進方向に高速で回転されると、高速用一方向クラッチ５２の変速用おもり（おもり部）６１に作用する遠心力が、コイルスプリング５２ｄの付勢力よりも大きくなって、図１６、図１７に示すように、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが外径方向に拡がって起立する姿勢となる。高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが高速用減速歯車４１の歯部４１ａに噛み合い可能な状態となって、高速用一方向クラッチ５２を介して高速用減速歯車４１の回転が合力伝達体２９に伝達される。この結果、合力伝達体２９および駆動スプロケット１３は高速で回転される。なお、この際、低速用一方向クラッチ５１は空転する。
上記構成によっても、ペダル８を高速で回転させると、クランク軸７ａおよび変速用おもり（おもり部）６１の回転速度が大きくなるので、変速用おもり（おもり部）６１の姿勢が連動して変化して（開いて）低速段側から高速段側に自動的に切り換えられる。また、ペダル８の回転が高速から低速になると、変速用おもり（おもり部）６１の姿勢が連動して変化して（閉じて）高速段側から低速段側に自動的に切り換えられる。これにより、変速段を自動で切り換えることができて、手動で変速段を切り換える手間を省くことができる。また、クランク軸７ａの回転速度が小さい場合には必ず低速段とされるため、合力を後輪４側に伝達する合力伝達体２９や駆動スプロケット１３、チェーン１５などの合力伝達部品や、モータ２１として、高回転で大きなトルクでも耐えられるような部品（モータ２１においては、高回転で大きなトルクを出力可能なモータ２１）を用いなくても済んで、製造コストの低減化を図ることができる。
また、上記実施の形態によれば、変速用おもり６１を合力により回転する構成であるので、人力駆動力だけや補助駆動力だけで変速用おもりを回転する場合よりも、変速用おもり６１を大きな力で良好に回転することができる。したがって、変速段の切り換えを比較的安定して行うことができて、良好な信頼性を得ることができる。
また、上記構成においては、高速用一方向クラッチ５２の一部に変速用おもり（おもり部）６１を一体形成した構成であるので、図５〜図１２に示す実施の形態のような、連結ピン５４、連動用ピン４２、係合部材４３などを設けなくて済み、極めて簡単な構成とすることができる。これにより、製造コストのさらなる低減化を図ることができる。
また、図１８〜図２１は、本発明の第３の実施の形態に係る駆動ユニット２０の変速機構２５を示すものである。この実施の形態の変速機構２５では、高速用一方向クラッチ５２として、おもり部を有しない一般的なものが用いられている。また、高速用一方向クラッチ５２は、溝部に嵌められた環状のコイルスプリングにより、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが外周側に突出する（起立する）ように付勢されている。
一方、この実施の形態では、径方向に移動自在の変速用おもり７１が配設されている。図１８〜図２１に示すように、変速用おもり７１は、周方向に対して複数に分割され（この実施の形態では３分割され）た側面視略円弧形状とされている。また、変速用おもり７１は、変速用おもり７１の外周側から覆うように合力伝達体２９の左端部に取り付けられた外周カバー７２と、合力伝達体２９の太径部２９ｇ（図１９、図２１参照）との間で、径方向（半径方向）に移動自在に配設されている。
なお、変速用おもり７１の内周両端部には、合力伝達体２９に形成された凹部２９ｈに嵌り合う突部７１ａが形成され、周方向の移動が規制されている。また、３つの変速用おもり７１の外周面から内周側に付勢するように環状のコイルスプリングからなる付勢ばね７３が配設されており、この付勢ばね７３によって、変速用おもり７１は内径側に付勢されている。なお、外周カバー７２にはリブ７２ａが形成され、このリブ７２ａにより、付勢ばね７３が、図１８における左側に移動しないよう規制している。
図１８〜図２１に示すように、変速用おもり７１はその内周面で、高速用一方向クラッチ５２は、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａの左側部分に当接可能な姿勢で配設されている。また、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａの右側部分は、高速用減速歯車４１の歯部４１ａに噛み合い可能な状態で配設されている。
上記構成において、ペダル８を介してクランク軸７ａが前進方向に低速で回転される場合には、付勢ばね７３の付勢力によって、図１８、図１９に示すように、変速用おもり７１が内径側に寄った位置となる。そして、変速用おもり７１の内周面により、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが内径側に押されて、倒れた状態（非起立状態）となる。これにより、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａは高速用減速歯車４１の歯部４１ａから離反し、高速用減速歯車４１の回転は合力伝達体２９には伝達されない。したがって、低速用減速歯車３６の回転力だけが低速用一方向クラッチ５１を介して、合力伝達体２９に伝達され、合力伝達体２９および駆動スプロケット１３は低速で回転される。
一方、ペダル８を介してクランク軸７ａが前進方向に高速で回転されると、変速用おもり７１に作用する遠心力が、付勢ばね７３の付勢力よりも大きくなって、図２０、図２１に示すように、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａよりも外周側に離反する姿勢となる。これにより、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが高速用減速歯車４１の歯部４１ａに噛み合い可能な状態となって、高速用一方向クラッチ５２を介して高速用減速歯車４１の回転が合力伝達体２９に伝達される。この結果、合力伝達体２９および駆動スプロケット１３は高速で回転される。なお、この際、低速用一方向クラッチ５１は空転する。
この構成によっても、ペダル８を高速で回転させると、クランク軸７ａおよび変速用おもり７１の回転速度が大きくなって変速用おもり７１の遠心力も大きくなるので、変速用おもり７１が外径側に移動して、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが高速用減速歯車４１の歯部４１ａに噛み合い可能な状態となり、低速段側から高速段側に自動的に切り換えられる。また、ペダル８の回転が高速から低速になると、変速用おもり７１が内径側に移動して、高速用一方向クラッチ５２が高速用減速歯車４１から離反し、高速段側から低速段側に自動的に切り換えられる。これにより、変速段を自動で切り換えることができて、手動で変速段を切り換える手間を省くことができる。また、クランク軸７ａの回転速度が小さい場合には必ず低速段とされるため、合力を後輪４側に伝達する合力伝達体２９や駆動スプロケット１３、チェーン１５などの合力伝達部品や、モータ２１として、高回転で大きなトルクでも耐えられるような部品（モータ２１においては、高回転で大きなトルクを出力可能なモータ２１）を用いなくても済んで、製造コストの低減化を図ることができる。
また、上記実施の形態によれば、変速用おもり７１を合力により回転する構成であるので、人力駆動力だけや補助駆動力だけで変速用おもりを回転する場合よりも、変速用おもり７１を大きな力で良好に回転することができる。したがって、変速段の切り換えを比較的安定して行うことができて、良好な信頼性を得ることができる。
また、上記構成によっても、比較的簡単な構成で、自動的に変速できる。これにより、製造コストを比較的低く抑えることができる。
上記第１〜第３の実施の形態では、変速用おもり４５、６１、７１が何れも、合力伝達体２９に取り付けられている場合を述べたが、これに限るものではない。図２２〜図２４は、本発明の第４の実施の形態に係る電動アシスト自転車の駆動ユニット２０の変速機構２５を示すものである。この実施の形態の変速機構２５では、ボールベアリングのように複数のボールを周方向に多数保持する高速回転部としてのおもり保持部８０が、支持スライド軸８２を介して、高速用減速歯車４１に取り付けられている。ここで、前記ボールが変速用おもり８１として機能する。
この構成について詳しく述べると、図２２、図２４に示すように、高速用減速歯車４１における歯部４１ａよりも外周側の箇所から、左側方に突出するように、支持スライド軸８２が取り付けられ、この支持スライド軸８２を介して、おもり保持部８０が取り付けられている。図２２、図２３などに示すように、おもり保持部８０は、ボールからなる多数の変速用おもり８１を、インナ部材（移動部材）８３とアウタ部材８４とにより両側（左右）から挟んだ状態で保持する構造とされている。図２２などにおいて、右側に配設されるアウタ部材８４は高速用減速歯車４１の左側面に固定された状態で取り付けられる一方、左側に配設されるインナ部材８３は支持スライド軸８２を介して、左側方に移動自在に支持されている。また、支持スライド軸８２の左側部分には、インナ部材（移動部材）８３を右側に付勢する付勢ばね８５が配設されている。
図２２、図２４の下方寄り位置に示すように、インナ部材８３とアウタ部材８４とのボールからなる変速用おもり８１を挟む箇所には、変速用おもり８１を挟む寸法が外径側ほど小さくなるような傾斜面８３ａ、８４ａがそれぞれ形成されている。また、インナ部材８３における高速用一方向クラッチ５２の近傍箇所には、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａの左側部分に当接して、カム（ラチェット爪）５２ａを傾倒させることが可能な傾倒用傾斜面８３ｂが形成されている。
上記構成において、ペダル８を介してクランク軸７ａが前進方向に低速で回転される場合には、変速用おもり８１に作用する遠心力が小さいため、付勢ばね８５の付勢力によって、図２２に示すように、インナ部材８３が右側に寄った位置となる。そして、インナ部材８３の傾倒用傾斜面８３ｂにより、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが内径側に押されて、倒れた状態（非起立状態）となる。これにより、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａは高速用減速歯車４１の歯部４１ａから離反し、高速用減速歯車４１の回転は合力伝達体２９には伝達されない。したがって、低速用減速歯車３６の回転力だけが低速用一方向クラッチ５１を介して、合力伝達体２９に伝達され、合力伝達体２９および駆動スプロケット１３は低速で回転される。
一方、ペダル８を介してクランク軸７ａが前進方向に高速で回転されると、ボールからなる変速用おもり８１に作用する遠心力が大きくなって、傾斜面８３ａからインナ部材８３を左に押し広げる力が大きくなって、付勢ばね８５の付勢力に抗して、図２４に示すように、移動部材としてのインナ部材８３が左に移動する。これにより、インナ部材８３の傾倒用傾斜面８３ｂが、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａよりも左側に離反する姿勢となる。これにより、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが高速用減速歯車４１の歯部４１ａに噛み合い可能な状態となって、高速用一方向クラッチ５２を介して高速用減速歯車４１の回転が合力伝達体２９に伝達される。この結果、合力伝達体２９および駆動スプロケット１３は高速で回転される。なお、この際、低速用一方向クラッチ５１は空転する。
この構成によっても、ペダル８を高速で回転させると、クランク軸７ａおよび変速用おもり８１の回転速度が大きくなって変速用おもり８１の遠心力も大きくなるので、変速用おもり８１が外径側に移動して、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが高速用減速歯車４１の歯部４１ａに噛み合い可能な状態となり、低速段側から高速段側に自動的に切り換えられる。また、ペダル８の回転が高速から低速になると、変速用おもり８１が内径側に移動して、高速用一方向クラッチ５２が高速用減速歯車４１から離反し、高速段側から低速段側に自動的に切り換えられる。これにより、変速段を自動で切り換えることができて、手動で変速段を切り換える手間を省くことができる。また、クランク軸７ａの回転速度が小さい場合には必ず低速段とされるため、合力を後輪４側に伝達する合力伝達体２９や駆動スプロケット１３、チェーン１５などの合力伝達部品や、モータ２１として、高回転で大きなトルクでも耐えられるような部品（モータ２１においては、高回転で大きなトルクを出力可能なモータ２１）を用いなくても済んで、製造コストの低減化を図ることができる。
また、上記実施の形態によれば、変速用おもり８１を合力により回転する構成であるので、人力駆動力だけや補助駆動力だけで変速用おもりを回転する場合よりも、変速用おもり８１を大きな力で良好に回転することができる。したがって、変速段の切り換えを比較的安定して行うことができて、良好な信頼性を得ることができる。
また、この第４の実施の形態に係る変速機構２５では、常に高速に回転される高速用減速歯車４１に、高速回転部としてのおもり保持部８０が取り付けられており、変速用おもり８１が高速で回転されるので、変速用おもり８１に作用する遠心力も比較的大きくなる。したがって、変速段の切り換え動作を比較的安定して行うことができて、良好な信頼性を得ることができる。
また、上記第１〜第３の実施の形態のように、変速用おもり４５、６１、７１を合力伝達体２９に取り付けられている場合と比較して、ペダル８を低速で回転させた場合に、合力伝達体２９よりも高速用減速歯車４１が高速で回転するため、変速用おもり８１として比較的小さなもので済ますことができて、ひいては、内装変速機を備えたいわゆる一軸式の駆動ユニット２０としてコンパクト化を図ることもできる。
なお、上記実施の形態では、何れも変速用おもり４５、６１、７１、８１を合力により回転する構成である場合を述べたが、これに限るものではなく、人力駆動力のみもしくはモータ駆動力（補助駆動力）のみにより変速用おもりを回転するよう構成してもよい。
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。
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。

Claims (15)

  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、
    前記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、
    前記駆動ユニット内に、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を複数段に切り換えて変速しながら伝達する変速機構が設けられ、
    前記変速機構には、回転される際の遠心力に応じて姿勢が変化する変速用おもりが設けられ、
    前記クランク軸の回転速度が大きくなることで、前記変速用おもりの回転速度も連動して大きくなり、前記変速用おもりの姿勢が変化して低速段側から高速段側に切り換えら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. 前記変速用おもりが、合力により回転される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. 前記クランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達される人力伝達体と、合力が伝達される合力伝達体と、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。
  4. 前記人力伝達体、前記合力伝達体、および前記変速機構が、前記駆動ユニットの内部に配設され、
    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有し、
    前記変速機構を介して前記合力伝達体に伝達された合力が、前記駆動力出力輪体と前記無端状駆動力伝達体とを介して後輪に伝達される
    ことを特徴とする請求項３に記載の電動アシスト自転車。
  5. 人力駆動力が伝達される人力伝達体と、合力を駆動ユニットから出力する出力輪体が組み付けられる合力伝達体と、合力を低速回転で前記合力伝達体に伝達する低速用減速歯車と、合力を高速回転で前記合力伝達体に伝達する高速用減速歯車と、が備えられている
    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。
  6. 前記高速用減速歯車と前記合力伝達体との間に、前記高速用減速歯車の回転力を前記合力伝達体に伝達可能とする高速用一方向クラッチが配設され、
    前記変速用おもりの遠心力による姿勢の変更により、前記高速用一方向クラッチが切断状態と接合可能状態とに切り換えられる
    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. 前記変速用おもりが、クランク軸と同じ軸心周りに回転する軸を中心に回動するよう配設されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
  8. 前記変速用おもりが、合力が伝達される合力伝達体に連結された連結ピンを中心に回動するよう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。
  9. 前記変速用おもりが、前記高速用一方向クラッチに設けられていることを特徴とする請求項６に記載の電動アシスト自転車。
  10. 前記変速用おもりが、クランク軸の軸心を中心とする半径方向に移動可能な状態で、クランク軸と同じ軸心周りに回転するよう配設されている
    ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
  11. 前記変速用おもりが、前記高速用減速歯車に取り付けられている高速回転部に配設されていることを特徴とする請求項５または６に記載の電動アシスト自転車。
  12. 前記変速用おもりが、前記高速用減速歯車に取り付けられている高速回転部に配設され、
    前記高速回転部に、前記変速用おもりの遠心力に基づいて位置が切り換えられる移動部材が設けられ、
    前記移動部材により、前記高速用一方向クラッチが切断状態と接合可能状態とに切り換えられる
    ことを特徴とする請求項６に記載の電動アシスト自転車。
  13. 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１〜１２の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
  14. 前記人力伝達体または前記人力伝達体と連動する部品に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１〜１３の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
  15. 前記無端状駆動力伝達体として、歯付きベルトが用いら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。
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