WO2015186159A1 - 電動アシスト自転車 - Google Patents

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WO2015186159A1
WO2015186159A1 PCT/JP2014/003015 JP2014003015W WO2015186159A1 WO 2015186159 A1 WO2015186159 A1 WO 2015186159A1 JP 2014003015 W JP2014003015 W JP 2014003015W WO 2015186159 A1 WO2015186159 A1 WO 2015186159A1
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WO
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clutch
speed
driving force
force
way clutch
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PCT/JP2014/003015
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English (en)
French (fr)
Inventor
将史 川上
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/24—Freewheels or freewheel clutches specially adapted for cycles

Definitions

  • the present invention relates to an electrically assisted bicycle capable of traveling by adding an auxiliary driving force generated by a motor to a human driving force generated by a pedaling force from a pedal.
  • Some of these electric assist bicycles have a motor drive unit with a built-in motor disposed at a place where a crankshaft is provided.
  • the motor drive unit having a relatively large weight is disposed at a low position in the center in the front-rear direction of the electrically assisted bicycle (that is, between the front wheel and the rear wheel). Therefore, the electrically assisted bicycle with this arrangement is easier to lift the front and rear wheels and has a step on the road than a motor built in the front wheel hub or rear wheel hub.
  • the vehicle body is easy to handle and the running stability is also good.
  • the motor drive unit provided in this type of electric assist bicycle is roughly divided into a drive sprocket (front wheel) as a manpower driving force output wheel disposed near one end of the crankshaft 101.
  • 26 and 27 which is also referred to as a so-called biaxial type, provided with an auxiliary driving force output sprocket 103 that outputs auxiliary driving force from the motor.
  • the motor driving unit 200 called a so-called single-shaft type in which the human driving force by the treading force and the auxiliary driving force by the motor are combined inside the motor driving unit 200 and the combined resultant force is output from the driving sprocket 201. There is.
  • the biaxial motor drive unit 100 is disclosed in, for example, Patent Document 1 and the like. As shown in FIG. 25, the biaxial motor drive unit 100 has an auxiliary drive force output sprocket 103 from a position behind the drive sprocket 102 in the motor drive unit 100 from a unit case 104 of the motor drive unit 100. It is arranged in a state of protruding outward. Each of the driving sprocket 102 for outputting the human driving force and the auxiliary driving force output sprocket 103 for outputting the auxiliary driving force are engaged with a chain 105 as an endless driving force transmitting body. Human power driving force and auxiliary driving force are combined and transmitted to the rear wheel side.
  • a tensioner device (also referred to as a guide device) 106 that engages with the chain 105 after meshing with the auxiliary driving force output sprocket 103 and guides it downward is disposed further behind the auxiliary driving force output sprocket 103.
  • the tension angle of the chain 105 that meshes with the auxiliary driving force output sprocket 103 is increased by a tension sprocket 107 provided in the tensioner device 106.
  • this single-shaft motor drive unit 200 is a cylinder in which the human driving force is transmitted to the outer periphery of the crankshaft 202 to which the human driving force from the pedal is transmitted by serration coupling or the like.
  • the resultant force body 205 in which the human power driving force transmitted through the human power transmitting body 203 and the auxiliary driving force from the motor 204 are combined. And it is comprised so that the manpower driving force from the manpower transmission body 203 may be transmitted to the resultant force body 205 via the one-way clutch 206.
  • a large-diameter gear portion 205 a to which auxiliary driving force from the motor 204 is transmitted via the speed reduction mechanism 207 is formed at one end portion of the resultant force body 205, and endless drive is provided at the other end portion of the resultant force body 205.
  • a driving sprocket 201 is attached as a driving force output wheel that meshes with a chain 208 as a force transmission body. The resultant force synthesized in the resultant force body 205 is transmitted from the drive sprocket 201 to the rear wheel side via the chain 208.
  • the single-shaft motor drive unit 200 is a system in which only the drive sprocket 201 is engaged with the chain 208 and the resultant force obtained by combining the human drive force and the auxiliary drive force is transmitted to the chain 208. It is.
  • a drive sprocket 102 that transmits human power drive force to a chain 105
  • an auxiliary drive force output sprocket 103 that transmits auxiliary drive force
  • the uniaxial motor drive unit 200 devise the arrangement of the motor 204, the speed reduction mechanism 207, etc., so that the area of the motor drive unit 200 as viewed from the side (projected area from the lateral direction) There is an advantage that it can be made smaller (compact) than the area of the shaft type motor drive unit 100.
  • the single-shaft motor drive unit 200 can be mounted with the front transmission by making the drive sprocket 201 multistage.
  • the biaxial motor drive unit 100 it is necessary to mesh the drive sprocket 102, the auxiliary driving force output sprocket 103, and the tension sprocket 107 with the chain 105, so it is difficult to mount the front transmission. Further, the single-shaft motor drive unit 200 has an advantage that it is not necessary to provide the tensioner device 106 such as the tension sprocket 107.
  • magnetostriction for detecting the human driving force is detected on the outer peripheral surface of the human power transmission body 203 to which the human driving force from the crankshaft 202 is transmitted and the opposite portion thereof.
  • a torque sensor 209 of the type is often provided. That is, a magnetostriction generation unit 209b is formed on the outer peripheral surface of the human power transmission body 203, and a coil 209a for detecting a magnetic variation in the magnetostriction generation unit 209b is disposed so as to face the magnetostriction generation unit 209b. ing.
  • crankshaft 202 When the left and right pedals are depressed, the crankshaft 202 is twisted by the pedaling force (manpower driving force), so that the torsion state of the human power transmission body 203 to which the manpower driving force from the crankshaft 202 is transmitted is indicated by the torque sensor 209. It is detected by.
  • JP 2009-208710 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-250673
  • an exterior transmission is provided in such a single-shaft motor drive unit, the following problems may occur.
  • this type of electrically assisted bicycle not only the human driving force but also the combined auxiliary driving force acts on the chain. If it is used, there will be a problem that the service life of the chain will be extremely short, and the frequency of replacement of parts will increase, and the auxiliary driving force will be insufficient.
  • the front derailleur when the front derailleur is provided on the bicycle, it is often provided at an obliquely upper and rear position of the drive sprocket.
  • a battery platform and a battery are provided.
  • the front derailleur is exposed to the outside, the front derailleur and the meshing part of the chain and the front derailleur will be damaged by contact with obstacles etc. during traveling, or the chain may come off There is a fear, reliability is reduced.
  • a cylindrical human power transmission body in which the human driving force is transmitted to the outer periphery of the crankshaft 301 to which the human driving force from the pedal is transmitted.
  • the resultant force transmission body 305 to which the resultant force obtained by combining the human driving force and the auxiliary driving force from the motor 304 is transmitted, and the auxiliary driving force from the motor 304 is transmitted at different peripheral speeds (that is, different rotational speeds). It is conceivable to provide a low-speed reduction gear 308 and a high-speed principle gear 309, and a selection clutch 310 that can be selectively engaged with the reduction gears 308 and 309.
  • the selection clutch 310 is disposed so as to be movable and rotatable along the axis of the resultant force transmission body 305 (also the axis of the crankshaft 301).
  • the auxiliary driving force from the motor 304 includes a small-diameter motor shaft reduction gear 315 formed at the end of the rotating shaft of the motor 304, an intermediate shaft reduction gear 316 that engages with the motor shaft reduction gear 315, an intermediate shaft 317, It is configured to be transmitted to the low speed reduction gear 308 and the high speed reduction gear 309 at different peripheral speeds via the intermediate shaft reduction gears 318, 319 and the like.
  • the selection clutch 310 is driven by a clutch drive unit 311 that is moved via a wire or the like by a shift lever (not shown) attached to a handle or the like, so that the shaft center of the resultant force transmission body 305 (even the shaft center of the crankshaft 301). It is configured to be movable along
  • the selection clutch 310 is spline-coupled to the resultant force transmission body 305 on the inner peripheral side thereof, and a tooth portion that can be engaged with a tooth portion 308 a formed on the low speed reduction gear 308 on one side inner periphery of the selection clutch 310. 310a is formed (see FIG. 21). On the other side of the selection clutch 310, an engagement protrusion 310b that can be engaged with an engagement hole 309a formed in the high speed reduction gear 309 is formed.
  • the selection clutch 310 is positioned so that the tooth portion 310a of the selection clutch 310 is engaged with the tooth portion 308a of the low speed reduction gear 308, whereby a relatively small rotational speed ( The auxiliary driving force from the motor 304 is transmitted to the resultant force transmission body 305 through the low speed reduction gear 308 rotating at a low rotation speed).
  • a relatively small rotational speed The auxiliary driving force from the motor 304 is transmitted to the resultant force transmission body 305 through the low speed reduction gear 308 rotating at a low rotation speed.
  • a relatively large rotational speed The auxiliary driving force from the motor 304 is transmitted at a high rotational speed
  • the resultant force transmitted to the resultant force transmission body 305 is transmitted to the rear wheel side via the drive sprocket 320 and the chain 321.
  • reference numeral 330 denotes a motor drive unit in which the motor 304 and the above-described speed change mechanism are disposed
  • 325 denotes an interlocking cylinder that transmits human power from the human power transmission body 302
  • 326 denotes cutting of the auxiliary driving force.
  • One-way clutch for use. The one-way clutch 326 for cutting the auxiliary driving force prevents the auxiliary driving force from the motor 304 from being transmitted to the pedal side when the rotation of the pedal is stopped.
  • a speed reduction unit (transmission mechanism) is configured by a speed reduction mechanism provided in the motor drive unit 330, and is not a configuration having a so-called exterior transmission having a plurality of drive sprockets. It is not necessary to use a (thin) chain with a small dimension in the vehicle width direction, which is necessary when providing an exterior transmission, and it is not necessary to provide a front derailleur.
  • the selection clutch 310 is selectively engaged with the low speed reduction gear 308 or the high speed reduction gear 309. That is, since the low speed reduction gear 308 and the high speed reduction gear 309 have different rotational speeds, the selection clutch 310 must not be engaged with the low speed reduction gear 308 and the high speed reduction gear 309 at the same time. Therefore, this causes a so-called neutral state (idle state) in which the selection clutch 310 is not engaged with either the low speed reduction gear 308 or the high speed reduction gear 309.
  • the selection clutch 310 is forcibly moved so as to be engaged with either one of the resultant force reduction gears 308 and 309 in the neutral state. Since the switching is performed once the neutral state is reached, the same problem occurs.
  • the present invention solves the above problems, and not only can a transmission mechanism be provided in a so-called motor drive unit, but also an electric assist bicycle that can minimize discomfort and shock given to a passenger during a shift. Is intended to provide.
  • the present invention is an electrically assisted bicycle that includes a motor drive unit having a motor and is capable of traveling by adding an auxiliary drive force generated by the motor to a human drive force generated by a pedaling force from a pedal.
  • the crankshaft to which the manpower driving force from the pedal is transmitted and the motor are arranged so as to rotate around different shaft centers, and the manpower driving force is transmitted to the outer periphery of the crankshaft.
  • a plurality of pairs of reduction gears are disposed on the outer periphery of the crankshaft, and a resultant force transmission body for transmitting a resultant force obtained by combining the manpower driving force and the auxiliary driving force from the motor is disposed on the outer periphery of the crankshaft.
  • a selection clutch a reduction mechanism that combines the human driving force and the auxiliary driving force, and shifts a resultant force obtained by combining the human driving force and the auxiliary driving force
  • the reporter force transmission body, the resultant force transmission body, and the speed reduction mechanism are disposed inside the motor drive unit, and the resultant force transmitted to the resultant force transmission body via the speed reduction mechanism is coaxial with the crankshaft. It is configured to be transmitted to a rear wheel via a driving force output wheel body and an endless driving force transmission body stretched over the driving force output wheel body, and the speed reduction mechanism is parallel to the crankshaft.
  • An intermediate shaft that is disposed, a plurality of intermediate shaft reduction gears provided on the intermediate shaft, and a low-speed drive that is rotatably disposed on the outer periphery of the crankshaft to transmit a manual driving force and an auxiliary driving force.
  • a one-way clutch for low speed and the high speed A high-speed one-way clutch disposed between a reduction gear and the resultant force transmission body; and the selection clutch removably disposed on the high-speed one-way clutch.
  • the high-speed one-way clutch is in a free state when engaged with the high-speed one-way clutch, and the high-speed one-way clutch is caused to function when disengaged from the high-speed one-way clutch.
  • the selection clutch may be slidably disposed with respect to the resultant force transmission body. Further, a chain may be used as the endless driving force transmission body, but a toothed belt may be used instead.
  • the high speed one-way clutch When the selected clutch is disengaged from the high speed one-way clutch, the high speed one-way clutch functions in addition to the low speed one-way clutch. A force from the high-speed reduction gear that rotates at a high rotation is transmitted to the resultant force transmission body and output.
  • the auxiliary driving force from the motor is switched to either the low speed reduction gear or the high speed reduction gear and transmitted to the resultant force transmission body, so-called neutral state (idle state) and never become. Therefore, it is possible to minimize discomfort and shock given to the passenger at the time of shifting.
  • the low-speed one-way clutch and the high-speed one-way clutch may be arranged so as to overlap each other in a direction perpendicular to the axis of the crankshaft. According to this configuration, the low-speed one-way clutch and the high-speed one-way clutch are compared to the case where the low-speed one-way clutch and the high-speed one-way clutch are disposed at different positions with respect to the axial direction of the crankshaft.
  • the high-speed one-way clutch can be arranged with a small size with respect to the axial direction of the crankshaft, and thus the motor drive unit can be made compact with respect to the axial direction of the crankshaft.
  • the position detecting means is configured such that the selected clutch or the interlocking component is in the low speed position, the high speed position, or the intermediate position between the low speed position and the high speed position. If it is configured so that it can be detected, it is possible to detect switching between the low speed position and the high speed position, and it is also possible to perform a better control operation according to such a situation. .
  • the control unit when the position detecting means detects that the selected clutch or the interlocking component has moved from the high speed position side to the low speed position side, the control unit temporarily reduces the auxiliary driving force. More preferably, the motor is controlled so that
  • the selected clutch or the interlocking component when the selected clutch or the interlocking component is about to be moved from the high speed position side to the low speed position side, such as when the passenger performs a switching operation from the high speed stage to the low speed stage, etc.
  • the auxiliary driving force is temporarily reduced, the high-speed one-way clutch is easily switched from the connected state to the disconnected state. That is, when a switching operation from the high speed stage to the low speed stage is performed, a relatively large force often continues to be applied.
  • the cam (ratchet pawl) of the high-speed one-way clutch is a tooth portion or the like. It may be difficult to change from the engaged state to the disconnected state. Therefore, even in such a case, by temporarily reducing the auxiliary driving force as described above, for example, the cam (ratchet pawl) of the one-way clutch for high speed is easily disconnected from the tooth portion and the like.
  • a force applying mechanism that applies a force so that the selective clutch is tilted by the selective clutch when the selective clutch is moved from the high speed position side to the low speed position side. It is preferable. According to this configuration, when the selected clutch is about to be moved from the high speed position side to the low speed position side, such as when a passenger performs a switching operation from the high speed stage to the low speed stage, the force is reduced.
  • the applying mechanism applies a force so that the selected clutch tilts the cam of the high-speed one-way clutch, and the high-speed one-way clutch is easily switched from the connected state to the disconnected state.
  • the force applying mechanism includes an urging unit that urges the selected clutch to tilt the cam of the high-speed one-way clutch, and the urging force of the urging unit is used to move the selected clutch to the axis of the crankshaft. It is preferable to have an impact force generating means for applying an impact force that moves in a direction along the direction. According to this configuration, when the selected clutch is about to be moved from the high speed position side to the low speed position side, the impact force generating means moves the selected clutch in a direction along the axial direction of the crankshaft. An impact force is applied, and the high-speed one-way clutch is easily switched from the connected state to the disconnected state.
  • the impact force generating means may be a projecting portion provided on a surface of the selected clutch that comes into contact with a clutch drive arm that drives the selected clutch. Accordingly, the high-speed one-way clutch can be easily switched from the connected state to the disconnected state with a relatively simple configuration.
  • the force applying mechanism is a component force that moves the selected clutch in a direction to engage the one-way clutch for high speed when the selected clutch is about to move from the high-speed position side to the low-speed position side.
  • produces may be sufficient. According to this configuration, when the selection clutch is about to be moved from the high speed position side to the low speed position side, the selection clutch is moved in the direction to engage the high speed one-way clutch by the inclined surface. A component force is applied, and the high-speed one-way clutch is easily switched from the connected state to the disconnected state.
  • the selection clutch and the resultant force transmission body are fitted so as to be relatively rotatable within a predetermined angle about the axis of the crankshaft, and the inclined surface is provided on one of the selection clutch and the resultant force transmission body.
  • a protrusion that contacts the inclined surface may be formed on the other of the selection clutch and the resultant force transmission body. This also makes it easy to switch the high-speed one-way clutch from the engaged state to the disconnected state with a relatively simple configuration.
  • the selection clutch and the resultant force transmission body are fitted so as to be relatively rotatable about the axis of the crankshaft, and the force applying mechanism is formed on an inner peripheral surface of the selection clutch.
  • An accommodating recess capable of accommodating the cam even when the cam of the high-speed one-way clutch stands upright, and a diameter that is small enough to move in the circumferential direction of the inner peripheral surface of the selection clutch.
  • An inner peripheral inclined surface that is inclined to be in a position to make the cam tilted, and a tilted posture maintaining surface that is formed on the inner peripheral surface of the selection clutch and maintains the cam in the tilted posture. There may be.
  • the cam of the high speed one-way clutch is housed in the housing recess, and then the inner circumferential inclined surface. A force is applied such that the high-speed one-way clutch is easily switched from the connected state to the disconnected state.
  • a one-way clutch for cutting off the auxiliary driving force that prevents the auxiliary driving force from the motor side from being transmitted to the crankshaft side in the transmission path of the human driving force between the crankshaft and the low speed reduction gear. It may be arranged. Also, in this case, an interlocking cylinder engaged with the human power transmission body is provided on the outer periphery of the crankshaft, and the auxiliary driving force cutting is provided between the interlocking cylinder and the low speed reduction gear. A one-way clutch may be provided.
  • the interlocking cylinder is provided between the human power transmission body and the low speed reduction gear, the magnetostriction generating portion of the torque sensor for detecting the human power driving force is provided on the human power transmission body. Even when the selected clutch is switched, the vibration of the one-way clutch for cutting the auxiliary driving force and the vibration of the auxiliary driving force cutting are not easily transmitted to the human power transmission body, and as a result, no interlocking cylinder is provided. As a result, the reliability of the torque sensor is improved.
  • a rotation detector that detects the rotation of the interlocking cylinder or the human power transmission body may be provided. According to this, the rotation of the interlocking cylinder or the human power transmission body, that is, the rotation of the crankshaft is detected. can do.
  • the speed reduction mechanism As the speed reduction mechanism disposed in the motor drive unit, the speed reduction mechanism is rotatably disposed on the outer periphery of the crankshaft and transmits the manpower driving force and the auxiliary driving force.
  • a gear a high-speed reduction gear that is rotatably disposed on the outer periphery of the crankshaft and transmits a human driving force and an auxiliary driving force, and is disposed between the low-speed reduction gear and the resultant force transmission body.
  • the one-way clutch for low speed, the one-way clutch for high-speed disposed between the high-speed reduction gear and the resultant force transmission body, and the one-way clutch for high-speed disengagement.
  • the resultant force is transmitted by properly switching between the resultant force from the low speed reduction gear and the resultant force from the high speed reduction gear without entering a so-called neutral state (idle rotation state). body It can be transmitted to output. As a result, it is possible to minimize the discomfort and shock given to the passenger during the shift. Further, since the reduction mechanism is configured to shift the resultant force obtained by combining the manpower driving force and the auxiliary driving force from the motor, the structure of combining the auxiliary driving force after shifting the manpower driving force, and the auxiliary driving force There is also an advantage that the output range of the force can be expanded compared to the case of combining with the human driving force after shifting.
  • the low-speed one-way clutch and the high-speed one-way clutch are arranged so as to overlap each other in a direction perpendicular to the axis of the crankshaft, so that the motor drive unit is arranged in the direction of the axis of the crankshaft. It can be made compact.
  • control unit and a position detection means for detecting the position of the selection clutch and the interlocking parts interlocking with the selection clutch are provided, and the position detection that the selection clutch has moved from the high speed position side to the low speed position side.
  • the control unit controls the motor so as to temporarily reduce the auxiliary driving force, so that the one-way clutch for high speed can be easily switched from the engaged state to the disconnected state, and the speed change operation is improved. Can be done and reliability is improved.
  • the force applying mechanism may be an impact force generating means for applying an impact force when the selected clutch is about to be moved from the high speed position side to the low speed position side.
  • a configuration having an inclined surface that generates a component force that moves the clutch in a direction in which the clutch is engaged with the high-speed one-way clutch may be used.
  • the force applying mechanism formed on the inner peripheral surface of the selection clutch, formed in a receiving recess that can store the cam even in a posture in which the cam of the high-speed one-way clutch stands up, and the receiving recess, Even if the configuration has an inner peripheral inclined surface that inclines so as to become a position of a smaller diameter as it moves in the circumferential direction of the inner peripheral surface of the selection clutch, and a tilted posture maintaining surface that maintains the cam in a tilted posture. Good.
  • FIG. 1 Partially cutaway side view of the same electric assist bicycle (A) And (b) is a right side view and a right side cross-sectional view of the motor drive unit of the same electrically assisted bicycle.
  • (A) and (b) are conceptual side views of the low-speed one-way clutch and the high-speed one-way clutch of the motor drive unit, respectively, and (a) shows a state in which the gear stage is at a low speed (first speed). Yes, (b) is the state where the gear position is high speed (second speed) Sectional view of the selection clutch of the motor drive unit
  • the motor drive unit is a cross-sectional plan view, and the gear stage is at high speed (second speed)
  • the gear drive is at a high speed (second speed) in an enlarged plan sectional view of the main part of the motor drive unit.
  • (A) And (b) is a schematic diagram showing a clutch drive arm, a clutch drive shaft and the like of the motor drive unit, and (a) is a low speed (first speed) position of the clutch drive arm and the clutch drive shaft. In a certain state, (b) is a state in which the clutch drive arm and the clutch drive shaft are in a middle position between the low speed (first speed) position and the high speed (second speed) position. Schematic diagram showing the clutch drive arm and clutch drive shaft of the motor drive unit, with the clutch drive arm and clutch drive shaft in the high speed (second speed) position.
  • FIGS. 3A and 3B are a bottom view and a right side view taken along line AA in FIG. 3B showing a clutch drive arm, a selection clutch, a resultant force transmission body, a high-speed one-way clutch, and the like of the motor drive unit.
  • the gear position is at high speed (2nd speed)
  • (A), (b), and (c) are bottom views as viewed from the line AA in FIG.
  • FIG. 3 (b) showing a clutch drive arm, a selection clutch, a resultant force transmission body, a high-speed one-way clutch, and the like of the motor drive unit. Waiting for switching from high speed (2nd speed) to low speed (1st speed) in figure, right side view, and partially cutaway rear view (A), (b), and (c) are bottom views as viewed from the line AA in FIG. 3 (b) showing a clutch drive arm, a selection clutch, a resultant force transmission body, a high-speed one-way clutch, and the like of the motor drive unit.
  • FIGS. 3A to 3D are a bottom view and a right side view taken along line AA in FIG.
  • FIGS. 3A to 3D are a bottom view and a right side view taken along line AA in FIG. 3B showing a clutch drive arm, a selection clutch, a resultant force transmission body, a high-speed one-way clutch, and the like of the motor drive unit.
  • FIGS. 3A to 3D are a bottom view and a right side view taken along line AA in FIG. 3B showing a clutch drive arm, a selection clutch, a resultant force transmission body, a high-speed one-way clutch, and the like of the motor drive unit.
  • FIGS. 3A to 3D are a bottom view and a right side view taken along line AA in FIG. 3B showing a clutch drive arm, a selection clutch, a resultant force transmission body, a high-speed one-way clutch, and the like of the motor drive unit.
  • FIGS. 3A to 3D are a bottom view and a right side view taken along line AA in FIG. 3B showing a clutch drive arm, a selection clutch, a resultant force transmission body, a high-speed one-way clutch, and the like of the motor drive unit.
  • the main part enlarged side view and the main part enlarged cross-sectional view, the state where the gear stage is switched to a low speed (first speed) Plan sectional drawing of the motor drive unit of the electrically assisted bicycle which concerns on other embodiment of this invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional plan view of another conventional single-shaft motor drive unit in which the gear position is at a low speed (first speed).
  • FIG. 6 is an enlarged plan cross-sectional view of a main part of another conventional single-shaft motor drive unit in a state where the gear position is low speed (first speed).
  • FIG. 6 is a cross-sectional plan view of another conventional single-shaft motor drive unit in which the speed change unit is at a high speed (second speed).
  • the left-right direction and the front-rear direction refer to directions in a state in which the electric assist bicycle 1 is boarded in the traveling direction.
  • the configuration of the present invention is not limited to the configuration described below.
  • this electric assist bicycle 1 includes a metal frame 2 including a head pipe 2a, a front fork 2b, a main pipe 2c, a standing pipe 2d, a chain stay 2e, a seat stay 2f, and the like.
  • a front wheel 3 rotatably attached to the lower end of the front fork 2b, a rear wheel 4 rotatably attached to the rear end of the chain stay 2e, a handle 5 for changing the direction of the front wheel 3, a saddle 6,
  • a crank 7 and a pedal 8 to which a human driving force including a pedaling force is applied, an electric motor 21 (see FIG.
  • a motor drive unit 20 provided with a control unit 24 (see FIG. 4) for performing dynamic control and a secondary battery for supplying drive power to the motor 21.
  • a gear stage that is attached to the terry 12 and the handle 5 and can be operated by a passenger and sets the speed (low speed (first speed) or high speed (second speed)) of the speed reduction function of the speed reduction mechanism 25 described later.
  • a crankshaft 7a Drive sprocket as a driving force output wheel that outputs a combined force that is a combination of human driving force and auxiliary driving force (also called front sprocket, crank sprocket and front gear) 13 and a rear sprocket (also referred to as a rear gear) 14 as a rear wheel attached to a hub (also referred to as a rear hub) 9 of the rear wheel 4;
  • a chain 15 as an endless driving force transmission body wound endlessly in a rotatable state across the dynamic sprocket 13 and the rear sprocket 14, a chain cover 17 that covers the chain 15 and the like from the side, and the like are provided. Yes.
  • the battery 12 is an example of a capacitor, and a secondary battery is preferable.
  • another example of the capacitor may be a capacitor.
  • the crank 7 includes a crank arm 7b provided on each of the left and right sides, and a crank shaft 7a that connects the left and right crank arms 7b.
  • a pedal 8 is rotatably attached to an end of the crank arm 7b.
  • the motor drive unit 20 has an intermediate position between the front wheel 3 and the rear wheel 4 (more specifically, an intermediate position, such as substantially behind the crankshaft 7a). At the bottom).
  • the motor drive unit 20 having a relatively large weight is arranged at the center in the front-rear direction of the electrically assisted bicycle 1, so that the front wheels 3 and the rear wheels 4 can be easily lifted, and the travel path
  • the vehicle body (such as the frame 2) of the electric assist bicycle 1 can be easily handled even if there is a step, and the running stability is also good.
  • FIGS. 3A and 3B are a right side view and a right side cross-sectional view of the motor drive unit 20, and FIG. 4 is a plan cross-sectional view of the motor drive unit 20.
  • the motor drive unit 20 includes a motor case 22a, a left case 22b, and a right case 22c.
  • a crankshaft 7a penetrates the front portion of the unit 20 from side to side.
  • the human driving force from the interlocking cylinder 23 is transmitted through a one-way clutch (a one-way clutch for cutting auxiliary driving force) 30 and the like, and the resultant force is a combination of the human driving force and the auxiliary driving force from the motor 21.
  • a speed reduction mechanism 25 having a plurality of pairs of speed reduction gears 36 to 41 and the like is disposed from the front right side portion of the unit case 22 to the center portion in the front-rear direction.
  • the speed reduction mechanism 25 also provides a function as an internal transmission (internal transmission).
  • a motor 21 is disposed on the rear left side in the unit case 22, and a control board 24a on which electronic components for performing various electrical controls are provided on the rear right side in the unit case 22, a storage unit for various information, and the like.
  • the control part 24 which has is arrange
  • crankshaft 7 a is rotatable by bearings 26 and 27 with the front part of the motor drive unit 20 penetrating left and right.
  • a cylindrical human power transmission body 28 is fitted into the outer periphery of the left side portion of the crankshaft 7a via a serration portion (or spline portion) 7c so as to rotate integrally.
  • a serration portion (or spline portion) 28b is also formed at a location corresponding to the serration portion (or spline portion) 7c of the crankshaft 7a on the inner periphery of the human power transmission body 28, so that the serration portion (or spline portion) of the crankshaft 7a is formed. ) Meshed with 7c.
  • a magnetostriction generating portion 31b having magnetic anisotropy is formed on the outer peripheral surface of the human power transmission body 28, and a coil 31a is disposed on the outer periphery via a certain gap (space).
  • the generator 31b and the coil 31a constitute a magnetostrictive torque sensor (human power detector) 31.
  • the magnetostrictive generator 31 b is formed in a spiral shape that forms, for example, +45 degrees and ⁇ 45 degrees with respect to the axial direction of the human power transmission body 28.
  • the magnetostriction generating portion 31b on the surface of the manpower transmitting body 28 is distorted to generate an increase portion and a decrease portion of the magnetic permeability.
  • the magnitude of torque can be detected.
  • the interlocking cylinder 23 is disposed at a position adjacent to the right side of the human power transmission body 28 on the outer periphery of the crankshaft 7a so as to be rotatable with respect to the crankshaft 7a.
  • the serration part (or spline part) 28a formed on the left side of the interlocking cylinder 23 and the serration part (or spline part) 23a formed on the inner periphery of the interlocking cylinder 23 are fitted together to rotate integrally with the human power transmission body 28. To do.
  • a serration portion (or spline portion) 23a formed on the inner periphery of the left end portion of the interlocking cylinder 23 is fitted to the serration portion (or spline portion) 28a of the human power transmission body 28 from the outside.
  • the rotation detector 11 for detecting the rotation state of the interlocking cylinder 23 is attached to the outer periphery of the left portion of the interlocking cylinder 23. Further, the rotation detector 10 is attached and fixed to the unit case 22 side so as to sandwich the rotation detector 11 from the left and right with a small gap.
  • the rotation detector 10 is configured by arranging two pairs of optical sensors each having an emission portion and a light receiving portion in the rotation direction of the rotation detection body 11, and the rotation detection body 11 is composed of comb (comb) teeth. It has a large number of tooth portions (light shielding portions) extending in the outer peripheral direction.
  • the rotation amount and rotation direction of the interlocking cylinder 23 are detected.
  • a rotation amount and a rotation direction of the interlocking cylinder 23 may be detected by providing a magnetic sensor instead of the optical sensor.
  • the interlocking cylinder 23 rotates integrally with the human power transmission body 28 and the human power transmission body 28 rotates integrally with the crankshaft 7a, the rotation amount and the rotation direction of the interlocking cylinder 23 are detected.
  • the rotation amount and the rotation direction of the crankshaft 7a and the pedal 8 can be detected.
  • a low speed reduction gear (one of the reduction gears) provided in the reduction mechanism 25 via a one-way clutch (one-way clutch for cutting auxiliary driving force) 30 on the outer periphery of the right side portion of the interlocking cylinder 23. 36 is arranged.
  • the rotation shaft 21a and the rotor portion 21b of the motor 21 are rotatably supported by motor bearings 32 and 33. Further, the rotation shaft 21a of the motor 21 protrudes to the right side, and a motor shaft reduction gear 40 described later is formed on the outer periphery of the protrusion.
  • the speed reduction mechanism 25 includes a plurality of pairs (this embodiment) including an intermediate shaft 44 disposed in parallel with the crankshaft 7a, a low speed reduction gear 36, and a high speed reduction gear 41 described later.
  • this embodiment there are three pairs of reduction gears 36 to 41, a low-speed one-way clutch 51, a high-speed one-way clutch 52, a selection clutch 45 that can be freely engaged with and disengaged from the high-speed one-way clutch 52, and the like.
  • the speed reduction mechanism 25 combines the manpower driving force transmitted through the crankshaft 7a and the auxiliary driving force transmitted from the motor 21, and the resultant force obtained by combining the manpower driving force and the auxiliary driving force. Is transmitted to the resultant force transmission body 29 in a state where shifting is possible.
  • the intermediate shaft 44 extends in the left-right direction in the central portion in the front-rear direction of the motor drive unit 20 and is disposed in a state of being rotatably supported by bearings 34 and 35 in a posture parallel to the crankshaft 7a.
  • the intermediate shaft 44 includes a one-way clutch 47 for cutting a manpower driving force, a large-diameter first intermediate-shaft reduction gear 37, a small-diameter second intermediate-shaft reduction gear 38, and a small-diameter second shaft.
  • a third intermediate shaft reduction gear 39 having a larger diameter than the intermediate shaft reduction gear 38 and the like are attached.
  • the motor shaft reduction gear 40 formed on the rotating shaft 21a of the motor 21 has a small diameter and meshes with the first intermediate shaft reduction gear 37 having a large diameter. Thereby, the rotation of the motor 21 is decelerated, and the torque of the auxiliary driving force from the motor 21 is amplified and transmitted to the intermediate shaft 44 side.
  • the small-diameter second intermediate shaft reduction gear 38 meshes with a large-diameter low-speed reduction gear 36 that is rotatably disposed on the outer periphery of the crankshaft 7a. As a result, the torque of the auxiliary driving force transmitted to the intermediate shaft 44 is further amplified and transmitted to the low speed reduction gear 36.
  • the small-diameter third intermediate shaft reduction gear 39 meshes with a high-speed reduction gear 41 having a large diameter (smaller diameter than the low-speed reduction gear 36) disposed rotatably on the outer periphery of the crankshaft 7a.
  • a high-speed reduction gear 41 having a large diameter (smaller diameter than the low-speed reduction gear 36) disposed rotatably on the outer periphery of the crankshaft 7a.
  • the low speed reduction gear 36 has a small-diameter cylindrical portion 36b that extends to the right side of the base portion of the tooth portion 36a, and is rotatably disposed on the outer periphery of the crankshaft 7a.
  • a low speed one-way clutch 51 is assembled to the outer periphery of the cylindrical portion 36 b of the low speed reduction gear 36, and a cam (ratchet pawl) 51 a of the low speed one-way clutch 51 is formed in the resultant force transmission body 29.
  • the tooth portion 29d (see FIG. 5, FIG. 6, etc.) formed on the inner peripheral side of the diameter cylindrical portion 29a can be engaged and disengaged.
  • the resultant force transmission body 29 is rotatably disposed on the outer periphery of the crankshaft 7a, and has a medium diameter cylindrical portion 29a positioned on the left side and a small diameter cylindrical portion 29b positioned on the right side. Then, the drive sprocket 13 is attached to the outer periphery of the end portion of the small diameter cylindrical portion 29 b in the resultant force transmission body 29, and the drive sprocket 13 rotates integrally with the resultant force transmission body 29.
  • a high speed reduction gear 41 is rotatably disposed via a bearing 53 on the outer periphery of the left side portion of the small diameter cylindrical portion 29b of the resultant force transmission body 29.
  • a tooth portion 41a that can be freely engaged with and disengaged from the high speed one-way clutch 52 is formed.
  • a high-speed one-way clutch 52 is attached to the outer periphery of the right-side portion of the medium diameter cylindrical portion 29a of the resultant force transmission body 29.
  • the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52 that is urged by the spring (annular coil spring) S so as to protrude (stand up) on the outer peripheral side of the high-speed one-way clutch 52 is When rotating in the direction, it engages with the tooth portion 41a of the high speed reduction gear 41 and rotates integrally.
  • the low speed one-way clutch 51 and the high speed one-way clutch 52 are overlapped with each other in a direction perpendicular to the axis of the crankshaft 7a.
  • the present invention is not limited to this.
  • the selection clutch 45 is arranged on the outer periphery of the left-side portion of the medium diameter tubular portion 29a of the resultant force transmitting body 29 via the spline portions 29c and 45a so as to be movable in the axial direction. It is installed.
  • a spline portion 45 a that protrudes inward is formed at the left side of the inner peripheral surface of the selection clutch 45, and at the right corner of the inner peripheral surface of the selection clutch 45.
  • a concave portion 45c is formed on the outer peripheral surface of the selection clutch 45, and a clutch drive arm 48 having a substantially C-shaped gripping arm portion is fitted in the concave portion 45c.
  • the clutch drive arm 48 is movable together with a clutch drive shaft 49 supported in a posture that can move in a posture parallel to the crankshaft 7a.
  • a clutch interlocking cylinder 43 is disposed adjacent to the clutch drive arm 48 via a washer 42 fitted to the clutch drive shaft 49, and the clutch interlocking cylinder 43 is movable together with the clutch drive arm 48. Yes.
  • the clutch drive shaft 49 to which the clutch drive arm 48 is attached is engaged with the end of the transmission cable 55 that transmits the operation of the gear position proximal operation unit 18. Then, it is driven through the transmission link 56 that rotates around the fulcrum 56a.
  • the clutch interlocking cylinder 43 supported movably together with the clutch drive arm 48 and the clutch drive shaft 49 has a small-diameter cylindrical portion 43b and an inclined surface 43c that inclines in a radial direction from the end of the small-diameter cylindrical portion 43b. And the large diameter part 43d following the edge part of this inclined surface 43c is formed.
  • two position detection sensors (position detection means) 57 and 58 for detecting the position of the clutch interlocking cylinder 43 in conjunction with the clutch drive arm 48 are disposed.
  • reference numerals 22c and 22d denote support portions that support the clutch drive shaft 49 so as to be movable in the axial direction
  • 59 denotes a tip arm of the transmission link 56 that is attached to the clutch drive shaft 49.
  • An engagement ring 46 that engages 56b is a direction in which the clutch drive shaft 49, the selection clutch 45, and the clutch interlocking cylinder 43 are moved in the right direction in FIG. This is a clutch biasing spring that biases the cam 52a in the direction of engagement.
  • the selection clutch 45 is configured to move through the transmission cable 55, the clutch drive shaft 49, the clutch drive arm 48, and the like in accordance with the operation of the shift stage proximal operation unit 18.
  • the gear position proximal operation unit 18 is set to the low speed stage (first stage) (when the clutch drive arm 48, the selection clutch 45, etc. are in the low speed position), as shown in FIG.
  • the detection units 57a and 58a of the first and second position detection sensors 57 and 58 are not pressed and are turned on. In the middle of moving the gear position operating unit 18 from the low speed stage (first stage) to the high speed stage (second stage) (when the clutch drive arm 48, the clutch interlocking cylinder 43, the selection clutch 45, etc.
  • the first position detection sensor 57 is in the OFF state when the detection portion 57a is pressed, and the second position detection sensor 58 is in the non-pressed state. Therefore, it remains in the ON state.
  • the gear position operating unit 18 is set to the high speed stage (second stage) (when the clutch drive arm 48, the clutch interlocking cylinder 43, the selection clutch 45, etc. are at the high speed position)
  • FIG. As shown, the detection parts of the first and second position detection sensors 57 and 58 are both pressed and turned off.
  • the position detection sensor 57 indicates that the clutch drive arm 48 and the clutch interlocking cylinder 43 as interlocking parts interlocked with the selection clutch 45 have moved from the high speed position side to the low speed position side, for example, from the high speed position to the intermediate position.
  • the control unit 24 controls the motor 21 so as to temporarily reduce the auxiliary driving force, so that the switching operation from the high speed stage to the low speed stage is favorably performed.
  • the selection clutch 45 is a high speed one-way clutch as shown in FIGS. 52
  • the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52 is tilted (non-standing posture).
  • the resultant force transmission body 29 is separated from the high speed reduction gear 41 and only the low speed reduction gear 36 is connected via the low speed one-way clutch 51. Therefore, the force from the low speed reduction gear 36 that rotates at a low rotation of the auxiliary drive force from the motor 21 is combined with the human drive force and transmitted to the resultant force transmission body 29 and output from the drive sprocket 13.
  • the auxiliary driving force from the motor 21 is switched to either the low speed reduction gear 36 or the high speed reduction gear 41 and transmitted to the resultant force transmission body 29, so-called neutral state (idling state) ). Therefore, it is possible to prevent the rider who is stroking the electrically assisted bicycle 1 from feeling uncomfortable by, for example, suddenly lightening the pedal 8 during shifting. Also, once in a neutral state, a large impact is generated at the time of shifting, shocking the occupant, reducing the life of the reduction gears 36 to 41, or generating abnormal noise. And the reliability is improved.
  • the reduction mechanism 25 shifts the resultant force obtained by combining the human driving force and the auxiliary driving force from the motor 21, the human driving force is shifted and then combined with the auxiliary driving force. There is also an advantage that the output range of the force can be expanded as compared with the case where the force is shifted and then combined with the human driving force.
  • the low-speed one-way clutch 51 and the high-speed one-way clutch 52 are arranged so as to overlap each other in a direction perpendicular to the axis of the crankshaft 7a. Therefore, according to this configuration, the low-speed one-way clutch 51 and the high-speed one-way clutch 52 are used for low speed compared to the case where they are arranged at different positions with respect to the direction orthogonal to the axis of the crankshaft 7a.
  • the one-way clutch 51 and the high-speed one-way clutch 52 can be arranged with a small size with respect to the axial direction of the crankshaft 7a, and can be made compact.
  • the present invention is not limited to this, and the low-speed one-way clutch 51 and the high-speed one-way clutch 52 may be disposed at different positions with respect to the axial direction of the crankshaft 7a.
  • the gears can be shifted well without being in the idling state.
  • the position detection sensors 57 and 58 as the position detection means for detecting the positions of the clutch drive arm 48 and the clutch interlocking cylinder 43 which are interlocking parts interlocking with the selection clutch 45 are provided, It can be detected whether the clutch 45, the clutch drive arm 48, the clutch interlocking cylinder 43, etc. are in the low speed position (first stage position) or the high speed position (second stage position). As a result, the auxiliary driving force can be controlled in accordance with the respective shift speeds of the low speed position and the high speed position.
  • the position detection sensors 57 and 58 allow the selection clutch 45, the clutch drive arm 48, and the clutch interlocking cylinder 43 (interlocking part) to be operated not only at the low speed position and the high speed position but also at the low speed position and the high speed position. It is possible to detect that the vehicle is at an intermediate position between the low-speed position and the high-speed position, so that it is possible to detect switching between the low-speed position and the high-speed position. It is also possible to perform control operations relating to driving force.
  • the clutch drive arm 48 is moved from the high speed position side to the low speed position side by, for example, a switching operation (so-called shift down operation) from the high speed stage to the low speed stage performed by a passenger or the like.
  • a switching operation so-called shift down operation
  • the auxiliary driving force is temporarily reduced, so that the high-speed one-way clutch 52 is easily switched from the connected state to the disconnected state. That is, when a switching operation from a high speed stage to a low speed stage is performed, a relatively large force often continues to be applied, for example, when the pedal 8 is depressed while traveling on an uphill or the like.
  • the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52 is in strong contact with the teeth of the high-speed reduction gear 41 and is not easily disengaged from the engaged state (the cam 52a remains standing). Sometimes). That is, at this time, since the urging force of the clutch urging spring 46 acts only in the direction in which the clutch drive arm 48 moves from the high speed position side to the low speed position side, It is difficult for the cam 52a to be released from the engaged state and changed to the disconnected state. On the other hand, in the present embodiment, the auxiliary driving force is temporarily reduced as described above, so that, for example, the cam 52a of the high-speed one-way clutch 52 is moved from the tooth portion of the high-speed reduction gear 41 or the like. It becomes easy to come off and cut, making it easier to shift and improving convenience.
  • the interlocking cylinder 23 is provided between the human power transmission body 28 and the low speed reduction gear 36, the torque sensor 31 for detecting the human power driving force is detected on the human power transmission body 28. Even when the magnetostriction generating portion 31b is formed, the vibration at the time of switching the selection clutch 45 and the vibration of the one-way clutch 30 for cutting the auxiliary driving force are hardly transmitted to the human power transmission body 28. As a result, the interlocking cylinder body Compared with the case where 33 is not provided, the reliability of the torque sensor 31 is improved.
  • the rotation detector 10 for detecting the rotation of the interlocking cylinder 33, the rotation of the interlocking cylinder 33 and the human power transmission body 28, that is, the rotation of the crankshaft 7a is detected. Can do. Instead of detecting the rotation of the interlocking cylinder 33 by the rotation detector 10, the rotation detector 10 may detect the rotation of the human power transmission body 28.
  • the present invention is not limited to this, and a detection sensor for detecting the shift operation of the shift stage by the shift stage hand operating unit 18 and a clutch moving motor for moving the clutch drive arm 48 and the selection clutch 45 are provided.
  • the clutch driving arm 48 and the selection clutch 45 may be moved by the clutch moving motor when the shift speed switching operation by the shift speed hand operating section 18 is detected.
  • the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52 is engaged with the teeth of the high-speed reduction gear 41 when a switching operation from high speed to low speed (so-called shift down operation) is performed. It may be difficult to change from the engaged state to the disconnected state. Therefore, in the above embodiment, the position detection sensors 57 and 58 for detecting the positions of the clutch drive arm 48 and the clutch interlocking cylinder 43 interlocked with the selected clutch 45 are provided, and the clutch drive arm 48 and the clutch interlocking cylinder 43 are used for high speed. When the position detection sensors 57 and 58 detect that the position has moved from the position side to the low speed position side, the control unit 24 controls the motor 21 so as to temporarily reduce the auxiliary driving force.
  • the present invention is not limited to the above configuration, and the configuration of the above embodiment (a means for detecting the position of the clutch drive arm 48 or the like is provided so that the clutch drive arm 48 or the like moves from the high speed position side to the low speed position side. In addition to or in place of this configuration, the clutch drive arm 48 or the like is moved from the high speed position side to the low speed position side.
  • a force applying mechanism may be provided that applies a force so that the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52 is tilted by the selection clutch 45 or the like (when so-called downshifting).
  • FIGS. 12 to 16 show a configuration provided with this force applying mechanism.
  • a plurality of projecting portions 45d protruding leftward are formed on the right side surface of the recess 45c of the selection clutch 45 where the clutch drive arm 48 comes into contact. Yes.
  • both sides of the projecting portion 45d of the selection clutch 45 are inclined and connected to a location where the projecting portion 45d is not provided.
  • a clutch urging spring 46 is provided as urging means (see FIGS. 10 and 11). The clutch drive arm 48 is biased to the right side in FIG. 10 and FIG.
  • FIGS. 13 (a), 13 (b) and 14 (a) to 14 (c) show a state where the gear stage is at a high speed (second speed)
  • FIGS. 14 (a) to 14 (c) show a waiting state in which the gear position is switched from high speed (second speed) to low speed (first speed)
  • the clutch drive arm 48 and the like are in the low speed position.
  • FIGS. 15A to 15C show a state where the clutch drive arm 48 and the like have been moved to the low speed position.
  • the selection clutch 45 is forced toward the high speed stage (the right side in FIG. 13A, FIG. 14A, etc.) (the right side surface portion of the tip portion 48b of the clutch drive arm 48 is the protrusion 45d of the selection clutch 45).
  • the selection clutch 45 makes it easy for the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52 to fall, and the high-speed one-way clutch 52 is disconnected from the engaged state and disconnected. It becomes easy to be changed to a state. That is, the projecting portion 45d of the selection clutch 45 uses an urging force of a clutch urging spring 46 as an urging means to apply an impact force that moves the selection clutch 45 in a direction along the axial direction of the crankshaft 7a. It functions as an impact force generating means.
  • the inner peripheral surface of the selection clutch 45 protrudes toward the inner diameter side and rotates around the resultant force transmission body 29.
  • a plurality of protrusions 45a ′ that also function as stops (spline portions 45a) are formed in the circumferential direction.
  • a stepped portion 29c ′ (shown in FIGS. 16A and 16B) that meshes with the projection 45a ′ of the selection clutch 45 and also functions as a spline portion 29c on the outer periphery of the resultant force transmission body 29.
  • a step portion between the large diameter surface 29f and the small diameter surface 29g) is formed.
  • the resultant force transmission body 29 and the selection clutch 45 are formed with a gap in the circumferential direction so as to be rotatable by a certain angle in the circumferential direction, and the small-diameter surface 29g is on the right side.
  • An inclined surface 29h is formed on a part of the step portion 29c ′ (specifically, the step portion 29c ′ on the downstream surface in the rotation direction of the resultant force transmitting body 29) so as to spread.
  • the protrusion 45d of the selection clutch 45 is the resultant force transmission body 29 at the step portion 29c ′ of the resultant force transmission body 29.
  • the clutch drive arm 48 or the like tries to move from the high speed position to the low speed position, the protrusion 45a ′ of the selection clutch 45 is stepped by the step portion of the resultant force transmission body 29. It abuts on the inclined surface 29h at 29c ′.
  • the selection clutch 45 moves to the right side while being given a force (component force) so as to move to the high speed side (right side in FIG. 16 and the like). Is prompted.
  • the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52 is pressed with a stronger force in the direction in which the selection clutch 45 falls, and the high-speed one-way clutch 52 is released from the engaged state and disconnected. It becomes easy to change.
  • the clutch urging spring 46, the protruding portion (impact force generating means) 45d of the selection clutch 45, the inclined surface 29h of the step portion 29d of the resultant force transmitting body 29, and the protrusion of the selection clutch 45 The portion 45a ′ constitutes a force applying mechanism that applies a force so that the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52 is tilted.
  • the cam (ratchet pawl) 52a of the high speed one-way clutch 52 is relatively easy by the selection clutch 45.
  • the high-speed one-way clutch 52 is favorably changed to the disengaged state, and the switching operation from the high speed stage to the low speed stage is favorably performed.
  • the reliability as the electrically assisted bicycle 1 is improved.
  • the selection clutch 45 is moved to the direction along the axial center direction of the crankshaft 7a using the urging
  • the projecting portion 45d serving as an impact force generating means for applying an impact force and the selection clutch 45 are moved from the high speed position side to the low speed position side, the selection clutch 45 is engaged with the high speed one-way clutch 52. And an inclined surface 29h that generates a component force that moves in the direction of joining.
  • the release function of the high-speed one-way clutch 52 at the time of downshifting works very well, and the high speed stage.
  • the switching operation from the low speed stage to the low speed stage is performed extremely well, and the reliability of the electrically assisted bicycle 1 is further improved.
  • the present invention is not limited to this, and it may be configured to have only one of the impact force generation function by the projecting portion 45d and the component force generation function by the inclined surface 29h as the force applying mechanism. Therefore, the function of favorably performing the switching operation from the high speed stage to the low speed stage is exhibited.
  • the present invention is not limited to this, and an inclined surface that generates a component force generation function may be formed in the selection clutch 45, and a protrusion that contacts the inclined surface may be formed in the resultant force transmission body 29.
  • the resultant force transmission body 29 and the selection clutch 45 are rotatable by a certain angle in the circumferential direction, and the selection clutch 45 is moved from the high speed position side to the low speed position.
  • the case where the inclined surface 29h that generates the component force for moving the selection clutch 45 in the direction in which the selection clutch 45 is engaged with the high-speed one-way clutch 52 when being moved to the side is described, but is not limited thereto. .
  • FIGS. 17 to 23 show other embodiments of the present invention.
  • There is no detent such as a spline portion 45a that restricts the rotatable range with respect to the direction, and the resultant force transmission body 29 and the selection clutch 45 are relatively rotatable about the axis of the crankshaft 7a ( (It can rotate in the circumferential direction).
  • 29j in FIG. 17 is a hollow part formed in the resultant force transmission body 29 and capable of accommodating the cam (ratchet claw) 52a of the high-speed one-way clutch 52.
  • an accommodation recess 45g that can be accommodated even when the cam 52a of the high-speed one-way clutch 52 stands up is provided on the inner peripheral surface of the selection clutch 45.
  • the inner peripheral inclined surface 45f is inclined so that the cam 52a is tilted so as to become a position having a smaller diameter as it moves in the circumferential direction, and the cam 52a is tilted.
  • a small-diameter tilt posture maintaining surface 45h to be maintained is formed.
  • the housing recess 45g and the inner peripheral inclined surface 45f receive or abut the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52 when switching from a high speed to a low speed (so-called shift down operation).
  • the selection clutch 45 is formed on the right side of the inner peripheral surface of the selection clutch 45.
  • the inner peripheral inclined surface 45f is inclined so that the position of the diameter becomes smaller as the inner peripheral surface of the selection clutch 45 moves in the circumferential direction along the rotation direction of the resultant force transmitting body 29.
  • cams (ratchet claws) 52a of the high-speed one-way clutch 52 are provided at three locations in the circumferential direction (provided at intervals of 120 degrees with respect to the circumferential direction).
  • the cam (ratchet claw) 52a is accommodated so that it can be accommodated even in a state where the cam (ratchet pawl) 52a projects outward from the resultant force transmission body 29 at the location where the high-speed one-way clutch 52 is provided.
  • Recesses 45g are provided at three locations, and an inner peripheral inclined surface 45f is formed that gradually inclines so as to move to the circumferential direction along the rotation direction of the resultant force transmitting body 29 and to have a smaller diameter following the accommodation recess 45g. Has been.
  • cam 52a is maintained in a tilted position from the center to the left side of the inner peripheral surface of the selection clutch 45 so as to have the same size (thickness) as the portion having the smallest diameter of the inner peripheral inclined surface 45f.
  • a tilt posture maintaining surface 45h is formed.
  • the number of cams (ratchet pawls) 52a of the high-speed one-way clutch 52 is not limited to three, and may be two or four or more, and correspondingly, an accommodation recess 45g and an inner peripheral inclined surface 45f are formed. do it.
  • the left side protrudes to the right side surface where the clutch drive arm 48 contacts the recess 45c of the selection clutch 45.
  • a plurality of protruding portions 45d are formed in the circumferential direction.
  • both sides of the projecting portion 45d of the selection clutch 45 are connected to be inclined with respect to a location where the projecting portion 45d is not provided.
  • the clutch urging spring 46 is provided as urging means, and the selection clutch 45 is a cam (ratchet) of the one-way clutch 52 for high speed.
  • the claw is biased in the direction of engagement with the 52a side.
  • FIGS. 18A to 18C the left side surface of the recess 45c of the selection clutch 45 is omitted so that the protrusion 45d of the selection clutch 45 can be easily understood.
  • FIGS. 19 (a) to 19 (d) show a state where the gear stage is at a high speed (second speed).
  • FIGS. 20 (a) to (d), FIGS. 21 (a) to (d), and FIGS. (D) shows a waiting state where the gear stage is switched from high speed (second speed) to low speed (first speed)
  • FIGS. 23 (a) to 23 (d) show the gear stage changing to low speed (first speed). Indicates the state of switching (the state of having moved to the low speed position). As shown in FIGS.
  • the selection clutch 45 is separated from the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52, and the cam (ratchet pawl) of the high-speed one-way clutch 52 is separated.
  • 52 a stands up and engages with the tooth portion of the high speed reduction gear 41.
  • the selection clutch 45 is forced to the high speed side (the right side in FIG. 19A, FIG. 20A, etc.) (the right side surface portion of the tip portion 48b of the clutch drive arm 48 is the protrusion 45d of the selection clutch 45)
  • the selection clutch 45 makes it easy for the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52 to fall down.
  • the high speed one-way clutch 52 is easily disengaged from the engaged state and changed to the disconnected state. That is, the projecting portion 45d of the selection clutch 45 uses an urging force of a clutch urging spring 46 as an urging means to apply an impact force that moves the selection clutch 45 in a direction along the axial direction of the crankshaft 7a. It functions as a means for generating an impact force to be applied, and this point has the same action as the embodiment shown in FIGS.
  • the tip end portion 48b of the clutch drive arm 48 comes into contact with the protruding portion 45d of the selection clutch 45, so that it becomes difficult to rotate the selection clutch 45 in the circumferential direction. Accordingly, the rotation speed of the selection clutch 45 rotates in a state where it is slower than the resultant force transmission body 28. At this time, the selection clutch 45 tends to move in the axial direction (the right side in FIG. 19 (a), FIG. 20 (a), etc.) approaching the cam (ratchet pawl) 52a of the one-way clutch 52 for high speed.
  • the high-speed one-way clutch 52 rotates together with the resultant force transmission body 29, so that the cam (ratchet pawl) 52a of the high-speed one-way clutch 52 is an inner peripheral inclined surface formed in the circumferential direction following the housing recess 45g. It rotates while coming into contact with 45f. Since the inner peripheral inclined surface 45f is inclined so as to have a position with a smaller diameter as it moves in the circumferential direction, as shown in FIGS. 21 (a) to (d) and FIGS. 22 (a) to (d). As the high-speed one-way clutch 52 rotates, the cam 52a falls. The clutch drive arm 48 is further moved to the low speed position side (the right side in FIG. 22A, FIG.
  • the cam (ratchet pawl) 52a of the high speed one-way clutch 52 has a small diameter.
  • the tilted posture maintaining surface 45h is maintained in a tilted posture.
  • the present invention is not limited to this.
  • the toothed belt 19 is used as an endless driving force transmission body, and the force from the driving gear 13 'corresponding to the driving sprocket is applied to the toothed belt 19 as shown in FIG.
  • the rear gear (not shown) may be transmitted via the relay.
  • the present invention is not limited to this, and as a reduction gear, there are provided a reduction gear for 1 to 3 stages capable of shifting to 3 stages, three one-way clutches for transmission, two selection clutches, etc. Only the one-way clutch for the first speed functions, only the one-way clutch for the first speed and the one-way clutch for the second speed function at the second speed, and all the one-way clutches function at the third speed. May be. As a result, it is possible to add a three-stage speed change function to the motor drive unit 20, and even in this case, it is possible to shift the gear without entering the neutral state (idle rotation state).
  • the present invention is applicable to various types of electrically assisted bicycles that can travel by adding an auxiliary driving force generated by a motor to a human driving force generated by a pedaling force from a pedal.

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Abstract

　変速機構をいわゆるモータ駆動ユニット内に設けることができるだけでなく、変速時に搭乗者に対して与える不快感やショックを最小限に抑えることができる電動アシスト自転車を提供する。モータ駆動ユニット２０に設けられる減速機構２５に、低速用減速歯車３６と、高速用減速歯車４１と、低速用減速歯車３６と合力伝達体２９との間に配設された低速用一方向クラッチ５１と、高速用減速歯車４１と合力伝達体２９との間に配設された高速用一方向クラッチ５２と、高速用一方向クラッチ５２に係脱自在に配設された選択クラッチ４５とを設けた。そして、選択クラッチ４５は、高速用一方向クラッチ５２への係合時にはこの高速用一方向クラッチ５２をフリー状態とし、高速用一方向クラッチ５２からの離脱時にはこの高速用一方向クラッチ５２を機能させる。

Description

電動アシスト自転車
　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２５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２６、図２７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等に開示されている。この二軸式のモータ駆動ユニット１００は、図２５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等に開示されている。この一軸式のモータ駆動ユニット２００は、図２６、図２７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２６、図２７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では、図２５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。
　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２７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、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。
　これらの問題を解決する方法としては、図２８、図２９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３０１の外周に、人力駆動力が伝達される筒状の人力伝達体３０２と、人力駆動力とモータ３０４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３０５と、モータ３０４からの補助駆動力が異なる周速度（すなわち、異なる回転数）で伝達される低速用減速歯車３０８および高速用原則歯車３０９と、これらの減速歯車３０８、３０９に対して選択的に係合可能な選択クラッチ３１０と、を設けることが考えられる。
　なお、選択クラッチ３１０は、合力伝達体３０５の軸心（クランク軸３０１の軸心でもある）に沿って移動自在かつ回転自在に配設する。ここで、モータ３０４からの補助駆動力は、モータ３０４の回転軸の端部に形成された小径のモータ軸減速歯車３１５、このモータ軸減速歯車３１５に噛み合う中間軸減速歯車３１６、中間軸３１７、中間軸減速歯車３１８、３１９などを介して、低速用減速歯車３０８および高速用減速歯車３０９に異なる周速度で伝達されるよう構成する。
　また、選択クラッチ３１０は、ハンドルなどに取り付けられた変速レバー（図示せず）によってワイヤなどを介して移動されるクラッチ駆動部３１１によって、合力伝達体３０５の軸心（クランク軸３０１の軸心でもある）に沿って移動自在に構成する。
　選択クラッチ３１０は、その内周側で合力伝達体３０５にスプライン結合され、選択クラッチ３１０の一側面内周に、低速用減速歯車３０８に形成された歯部３０８ａに係合可能とされた歯部３１０ａを形成する（図２１参照）。また、選択クラッチ３１０の他側面には、高速用減速歯車３０９に形成された係合孔３０９ａに係合可能とされた係合突部３１０ｂを形成する。
　そして、図２８、図２９に示すように、選択クラッチ３１０の歯部３１０ａが低速用減速歯車３０８の歯部３０８ａに係合するように選択クラッチ３１０を位置させることで、比較的小さい回転数（低回転数）で回転する低速用減速歯車３０８を介してモータ３０４からの補助駆動力を合力伝達体３０５に伝達させる。また、図３０に示すように、選択クラッチ３１０の係合突部３１０ｂが高速用減速歯車３０９の係合孔３０９ａに係合するように選択クラッチ３１０を位置させることで、比較的大きい回転数（高回転数）で、モータ３０４からの補助駆動力を伝達させて、合力伝達体３０５に伝達させる。合力伝達体３０５に伝達された合力は、駆動スプロケット３２０およびチェーン３２１を介して後輪側に伝達される。
　なお、図２８～図３０において、３３０はモータ３０４や上記変速機構などが配設されるモータ駆動ユニット、３２５は人力伝達体３０２からの人力が伝達される連動筒体、３２６は補助駆動力切断用の一方向クラッチである。この補助駆動力切断用の一方向クラッチ３２６は、ペダルの回転を止めた際に、モータ３０４からの補助駆動力がペダル側に伝達されないようにする。
　この図２８～図３０に示すような構成を用いることで、変速させながら、合力を後輪側に伝達させることができる。また、モータ駆動ユニット３３０内に設けた減速機構により変速部（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ので、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むとともに、フロントディレーラを設けなくて済む。
　しかしながら、この図２８～図３０に示すような構成では、選択クラッチ３１０により、低速用減速歯車３０８または高速用減速歯車３０９に選択的に係合させている。すなわち、低速用減速歯車３０８と高速用減速歯車３０９とは回転速度が異なるため、選択クラッチ３１０が低速用減速歯車３０８と高速用減速歯車３０９とに同時に係合することがないようにしなければならず、このために、選択クラッチ３１０が低速用減速歯車３０８と高速用減速歯車３０９との何れにも係合しない、いわゆるニュートラル状態（空転状態）を生じてしまう。
　このように、選択クラッチ３１０が低速用減速歯車３０８と高速用減速歯車３０９との何れにも係合しない、いわゆるニュートラル状態では、人力駆動力や補助駆動力が後輪側に伝達されない状態となるため、ペダルが急に軽くなるなどして、電動アシスト自転車を漕いでいる搭乗者に不快感を与えるおそれがある。また、一時的に人力駆動力や補助駆動力が後輪側に伝達されないため、ニュートラル状態を介して低速用減速歯車３０８や高速用減速歯車３０９と係合させる際の変速時に大きな衝撃を発生し、搭乗者にショックを与えたり、減速歯車３０８、３０９の寿命が低下したり、異音を発生したりするおそれがある。
　また、さらに、ニュートラル状態となった際に、何れか一方の合力減速歯車３０８、３０９に係合するように強制的に選択クラッチ３１０が移動するように構成することが考えられるが、この場合でも、一旦ニュートラル状態となってから切り換えられるため、同様の不具合を生じてしまう。
　本発明は上記課題を解決するもので、変速機構をいわゆるモータ駆動ユニット内に設けることができるだけでなく、変速時に搭乗者に対して与える不快感やショックを最小限に抑えることが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、モータを有するモータ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、前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力および補助駆動力が伝達される低速用減速歯車と、前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力および補助駆動力が伝達される高速用減速歯車と、前記低速用減速歯車と前記合力伝達体との間に配設された低速用一方向クラッチと、前記高速用減速歯車と前記合力伝達体との間に配設された高速用一方向クラッチと、前記高速用一方向クラッチに係脱自在に配設された前記選択クラッチと、を有し、前記選択クラッチは、前記高速用一方向クラッチへの係合時にはこの高速用一方向クラッチをフリー状態とし、前記高速用一方向クラッチからの離脱時にはこの高速用一方向クラッチを機能させることを特徴とする。なお、前記選択クラッチを、前記合力伝達体に対してスライド自在に配設させてもよい。また、前記無端状駆動力伝達体として、チェーンを用いてもよいが、これに代えて歯付きベルトを用いてもよい。
　この構成において、選択クラッチを、前記高速用一方向クラッチに係合させてフリー状態とすると、前記低速用一方向クラッチだけが作動するので、この低回転一方向クラッチを介して、モータからの補助駆動力が低回転で回転する前記低速用減速歯車からの力が前記合力伝達体に伝達されて出力される。
　また、選択クラッチを、前記高速用一方向クラッチにから離脱させると、前記低速用一方向クラッチに加えて前記高速用一方向クラッチも機能するので、この高速用一方向クラッチを介して、モータからの補助駆動力が高回転で回転する前記高速用減速歯車からの力が前記合力伝達体に伝達されて出力される。
　このように構成することで、モータからの補助駆動力が、前記低速用減速歯車または前記高速用減速歯車の何れかに切り換えられて合力伝達体に伝達され、いわゆるニュートラル状態（空回転状態）となることはない。したがって、変速時に搭乗者に対して与える不快感やショックを最小限に抑えることができる。
　また、前記低速用一方向クラッチと前記高速用一方向クラッチとをクランク軸の軸心に直交する方向に対して重ねて配設してもよい。この構成によれば、前記低速用一方向クラッチと前記高速用一方向クラッチとをクランク軸の軸心方向に対して異なる位置に配設した場合と比較して、前記低速用一方向クラッチと前記高速用一方向クラッチとを、クランク軸の軸心方向に対して少ない寸法で配設することができて、ひいてはモータ駆動ユニットをクランク軸の軸心方向に対してコンパクト化することができる。
　また、制御部と、前記選択クラッチまたは前記選択クラッチに連動する連動部品の位置を検知する位置検知手段と、を設けるとよい。この構成によると、前記選択クラッチや連動部品などが低速用位置または高速用位置の何れにあるかを検知できるため、各位置に応じて補助駆動力を制御することが可能となる。また、この場合に、前記位置検知手段を、前記選択クラッチまたは前記連動部品が、低速用位置にあること、または高速用位置にあること、または低速用位置と高速用位置との間の中間位置にあることとを検知可能に構成すると、低速用位置と高速用位置との間で切り換えつつあることなどを検知できるため、このような状況に応じたより良好な制御動作を行うことも可能となる。
　また、この場合に、前記選択クラッチまたは前記連動部品が高速用位置側から低速用位置側に移動したことを前記位置検知手段により検知した際に、前記制御部により補助駆動力を一時的に低下させるように前記モータを制御するとより好ましい。
　この構成によれば、搭乗者などにより高速段から低速段への切り換え操作が行われるなどして、前記選択クラッチや連動部品が高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、補助駆動力が一時的に低下されるので、前記高速用一方向クラッチが結合状態から切断状態に切り換わりやすくなる。つまり、高速段から低速段への切り換え操作が行われる際には、比較的大きな力が作用し続けている場合が多いため、例えば前記高速用一方向クラッチのカム（ラチェット爪）が歯部などに係合した状態から外れて切断状態に変更され難いことがある。したがって、このような場合でも、上記のように補助駆動力を一時的に低下させることにより、例えば前記高速用一方向クラッチのカム（ラチェット爪）が歯部などから外れて切断し易くなる。
　また、前記選択クラッチが高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、前記選択クラッチによって前記高速用一方向クラッチのカムを倒すように力を付与する力付与機構が設けられていることが好ましい。この構成によれば、搭乗者などにより高速段から低速段への切り換え操作が行われるなどして、前記選択クラッチが高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、前記力付与機構により、前記選択クラッチが前記高速用一方向クラッチのカムを倒すように力を付与され、前記高速用一方向クラッチが結合状態から切断状態に切り換わりやすくなる。
　前記力付与機構は、前記選択クラッチによって前記高速用一方向クラッチのカムを倒すように付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力を利用して前記選択クラッチをクランク軸の軸心方向に沿う方向に移動させる衝撃力を与える衝撃力発生手段と、を有することが好ましい。この構成によれば、前記選択クラッチが高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、前記衝撃力発生手段により前記選択クラッチをクランク軸の軸心方向に沿う方向に移動させる衝撃力が与えられ、前記高速用一方向クラッチが結合状態から切断状態に切り換わりやすくなる。
　前記衝撃力発生手段としては、前記選択クラッチにおける、前記選択クラッチを駆動させるクラッチ駆動アームと当接する面に設けられた突状部であってもよい。これにより、比較的簡単な構成で、前記高速用一方向クラッチが結合状態から切断状態に切り換わりやすくなる。
　また、前記力付与機構は、前記選択クラッチが高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、前記選択クラッチを前記高速用一方向クラッチに係合する方向に移動させる分力を発生させる傾斜面を有する構成であってもよい。この構成によれば、前記選択クラッチが高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、前記傾斜面により前記選択クラッチを前記高速用一方向クラッチに係合する方向に移動させる分力が与えられ、前記高速用一方向クラッチが結合状態から切断状態に切り換わりやすくなる。
　前記選択クラッチと前記合力伝達体とが、前記クランク軸の軸心を中心として所定角度内で相対的に回動可能に嵌合され、前記選択クラッチおよび前記合力伝達体の一方に前記傾斜面が形成され、前記選択クラッチおよび前記合力伝達体の他方に前記傾斜面に当接する突起部が形成されていてもよい。これによっても、比較的簡単な構成で、前記高速用一方向クラッチが結合状態から切断状態に切り換わりやすくなる。
　また、前記選択クラッチと前記合力伝達体とが、前記クランク軸の軸心を中心として相対的に回動可能に嵌合されており、前記力付与機構が、選択クラッチの内周面に形成され、高速用一方向クラッチのカムが起立した姿勢でも前記カムを収容可能な収容凹部と、この収容凹部に続いて形成されて、前記選択クラッチの内周面の周方向に移動するほど小さい径の位置となるように傾斜してカムを倒れた姿勢にする内周傾斜面と、選択クラッチの内周面に形成されて、カムを倒れた姿勢に維持する傾倒姿勢維持面と、を有する構成であってもよい。この構成によれば、前記選択クラッチが高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、高速用一方向クラッチのカムが前記収容凹部に収容された後、内周傾斜面に当接しながら倒れるように力が付与され、前記高速用一方向クラッチが結合状態から切断状態に切り換わりやすくなる。
　なお、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を形成してもよい。また、前記クランク軸と前記低速用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低速用減速歯車との間に、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低速用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。
　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る前記減速機構として、前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力および補助駆動力が伝達される低速用減速歯車と、前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力および補助駆動力が伝達される高速用減速歯車と、前記低速用減速歯車と前記合力伝達体との間に配設された低速用一方向クラッチと、前記高速用減速歯車と前記合力伝達体との間に配設された高速用一方向クラッチと、前記高速用一方向クラッチに係脱自在に配設された前記選択クラッチと、を有する構成としたので、いわゆるニュートラル状態（空回転状態）となることなく、前記低速用減速歯車からの合力と前記高速用減速歯車からの合力とを良好に切り換えて前記合力伝達体に伝達して出力することができる。この結果、変速時に搭乗者に対して与える不快感やショックを最小限に抑えることができる。また、減速機構により、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変速する構成であるので、人力駆動力を変速した後に補助駆動力と合成する構成や、補助駆動力を変速した後に人力駆動力と合成する構成の場合よりも、力の出力範囲を広げることができる利点もある。
　また、前記低速用一方向クラッチと前記高速用一方向クラッチとをクランク軸の軸心に直交する方向に対して重ねて配設することにより、モータ駆動ユニットをクランク軸の軸心方向に対してコンパクト化することができる。
　また、制御部と、選択クラッチや選択クラッチに連動する連動部品の位置を検知する位置検知手段と、を設け、前記選択クラッチが高速用位置側から低速用位置側に移動したことを前記位置検知手段により検知した際に、前記制御部により補助駆動力を一時的に低下させるようにモータを制御することにより、高速用一方向クラッチを結合状態から切断状態に切り換え易くなり、変速動作を良好に行うことができて、信頼性が向上する。
　また、前記選択クラッチが高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、前記選択クラッチによって前記高速用一方向クラッチのカムを倒すように力を付与する力付与機構を設けると、変速動作を良好に行うことができて、信頼性が向上する。この場合に、前記力付与機構としては、前記選択クラッチが高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、衝撃力を与える衝撃力発生手段であってもよいし、前記選択クラッチを前記高速用一方向クラッチに係合する方向に移動させる分力を発生させる傾斜面を有する構成であってもよい。また、前記力付与機構として、選択クラッチの内周面に形成され、高速用一方向クラッチのカムが起立した姿勢でも前記カムを収容可能な収容凹部と、この収容凹部に続いて形成されて、前記選択クラッチの内周面の周方向に移動するほど小さい径の位置となるように傾斜する内周傾斜面と、カムを倒れた姿勢に維持する傾倒姿勢維持面とを有する構成であってもよい。
本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車の全体側面図 同電動アシスト自転車の部分切欠側面図 （ａ）および（ｂ）は同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの右側面図および右側面断面図 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、変速段が低速（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で、変速段が低速（第１速）の状態 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ同モータ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、（ａ）は変速段が低速（第１速）の状態であり、（ｂ）は変速段が高速（第２速）の状態 同モータ駆動ユニットの選択クラッチの断面図 同モータ駆動ユニットの平面断面図で、変速段が高速（第２速）の状態 同モータ駆動ユニットの要部拡大平面断面図で、変速段が高速（第２速）の状態 （ａ）および（ｂ）は同モータ駆動ユニットの、クラッチ駆動アームやクラッチ駆動軸などを示す概略的な図で、（ａ）はクラッチ駆動アームやクラッチ駆動軸が低速（第１速）位置にある状態、（ｂ）はクラッチ駆動アームやクラッチ駆動軸が低速（第１速）位置と高速（第２速）位置との中間の位置にある状態 同モータ駆動ユニットの、クラッチ駆動アームやクラッチ駆動軸などを示す概略的な図で、クラッチ駆動アームやクラッチ駆動軸が高速（第２速）位置にある状態 （ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は本発明の他の実施の形態に係る電動アシスト自転車におけるモータ駆動ユニットの選択クラッチの斜視図、正面図、および側面図（但し、選択クラッチの凹部における左側面部を省いた状態で示す） （ａ）および（ｂ）は同モータ駆動ユニットのクラッチ駆動アーム、選択クラッチ、合力伝達体、高速用一方向クラッチなどを示す図３（ｂ）のＡ－Ａ線矢視底面図および右側面図で、変速段が高速（第２速）の状態 （ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は同モータ駆動ユニットのクラッチ駆動アーム、選択クラッチ、合力伝達体、高速用一方向クラッチなどを示す図３（ｂ）のＡ－Ａ線矢視底面図、右側面図、および部分切欠背面図で、高速（第２速）から低速（第１速）への切り換わり待ち状態 （ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は同モータ駆動ユニットのクラッチ駆動アーム、選択クラッチ、合力伝達体、高速用一方向クラッチなどを示す図３（ｂ）のＡ－Ａ線矢視底面図、右側面図、および部分切欠背面図で、変速段が低速（第１速）に切り換わった状態 （ａ）および（ｂ）は同モータ駆動ユニットの合力伝達体の側面図および斜視図 本発明のその他の実施の形態に係る電動アシスト自転車におけるモータ駆動ユニットの合力伝達体の斜視図 （ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は本発明のその他の実施の形態に係る電動アシスト自転車におけるモータ駆動ユニットの選択クラッチの斜視図、正面図、および側面図（但し、選択クラッチの凹部における左側面部を省いた状態で示す） （ａ）～（ｄ）は同モータ駆動ユニットのクラッチ駆動アーム、選択クラッチ、合力伝達体、高速用一方向クラッチなどを示す図３（ｂ）のＡ－Ａ線矢視底面図および右側面図、要部拡大側面図および要部拡大断面図で、変速段が高速（第２速）の状態 （ａ）～（ｄ）は同モータ駆動ユニットのクラッチ駆動アーム、選択クラッチ、合力伝達体、高速用一方向クラッチなどを示す図３（ｂ）のＡ－Ａ線矢視底面図、右側面図、要部拡大側面図および要部拡大断面図で、高速（第２速）から低速（第１速）への切り換わり待ち状態 （ａ）～（ｄ）は同モータ駆動ユニットのクラッチ駆動アーム、選択クラッチ、合力伝達体、高速用一方向クラッチなどを示す図３（ｂ）のＡ－Ａ線矢視底面図、右側面図、要部拡大側面図および要部拡大断面図で、高速（第２速）から低速（第１速）への切り換わり待ち状態 （ａ）～（ｄ）は同モータ駆動ユニットのクラッチ駆動アーム、選択クラッチ、合力伝達体、高速用一方向クラッチなどを示す図３（ｂ）のＡ－Ａ線矢視底面図、右側面図、要部拡大側面図および要部拡大断面図で、高速（第２速）から低速（第１速）への切り換わり待ち状態 （ａ）～（ｄ）は同モータ駆動ユニットのクラッチ駆動アーム、選択クラッチ、合力伝達体、高速用一方向クラッチなどを示す図３（ｂ）のＡ－Ａ線矢視底面図、右側面図、要部拡大側面図および要部拡大断面図で、変速段が低速（第１速）に切り換わった状態 本発明のさらに他の実施の形態に係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 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 他の従来の一軸式のモータ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 同他の従来の一軸式のモータ駆動ユニットの要部拡大平面断面図で、変速段が低速（第１速）の状態 同他の従来の一軸式のモータ駆動ユニットの平面断面図で、変速部が高速（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、後述する減速機構２５の変速機能の速度（低速（第１速）または高速（第２速））を設定する変速段手元操作部１８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（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されている。
　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、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減速機構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、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、高速用一方向クラッチ５２に係脱自在な選択クラッチ４５となど、を有する。そして、減速機構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、変速可能な状態で、合力伝達体２９に伝達する。
　中間軸４４は、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６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６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）ようにスプリング（環状のコイルばね）Ｓ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する。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７などに示すように、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、スプライン部２９ｃ、４５ａを介して、選択クラッチ４５が軸方向に移動自在に配設されている。図７に簡略的に示すように、選択クラッチ４５の内周面の左寄り箇所には、内側に突出するスプライン部４５ａが形成されているとともに、選択クラッチ４５の内周面の右寄り箇所角部には、側方ほど外周側に広がって高速用一方向クラッチ５２のカム５２ａを倒れた姿勢（非起立姿勢）に案内する傾斜面４５ｂが形成されている。また、選択クラッチ４５の外周面には凹部４５ｃが形成され、この凹部４５ｃには、略Ｃ字形状の把持アーム部を有するクラッチ駆動アーム４８がはめ込まれている。図３（ｂ）、図１０などに示すように、このクラッチ駆動アーム４８は、クランク軸７ａと平行な姿勢で移動可能な姿勢で支持されたクラッチ駆動軸４９とともに移動自在とされている。また、クラッチ駆動軸４９に外嵌されたワッシャ４２を介して、クラッチ駆動アーム４８に隣接してクラッチ連動筒４３が配設され、このクラッチ連動筒４３はクラッチ駆動アーム４８とともに移動可能とされている。
　そして、クラッチ駆動アーム４８とともに選択クラッチ４５が、図４、図５に示すように、右寄り位置にあるときは、図５、図６（ａ）に示すように、高速用一方向クラッチ５２のカム５２ａが倒れた姿勢となって、高速用一方向クラッチ５２と高速用減速歯車４１とが離反し、高速用減速歯車４１からの力が合力伝達体２９に伝達されない状態となる。一方、図８、図９に示すように、クラッチ駆動アーム４８とともに選択クラッチ４５が、左寄り位置にあるときは、選択クラッチ４５が高速用一方向クラッチ５２のカム５２ａに対して離反し、これにより、高速用一方向クラッチ５２のカム５２ａが起立可能な状態となる。この結果、高速用一方向クラッチ５２と高速用減速歯車４１とが係合して、高速用減速歯車４１からの力を合力伝達体２９に伝達可能な状態となる。
　ここで、図１０、図１１などに示すように、クラッチ駆動アーム４８が取り付けられているクラッチ駆動軸４９は、変速段手元操作部１８の操作を伝達する変速用ケーブル５５の端部に係合して支点５６ａを中心に回動する伝達リンク５６を介して、駆動される。クラッチ駆動アーム４８やクラッチ駆動軸４９とともに移動自在に支持されたクラッチ連動筒４３には、小径筒状部４３ｂと、この小径筒状部４３ｂの端部から径方向に傾斜して広がる傾斜面４３ｃと、この傾斜面４３ｃの端部に続く大径部４３ｄとが形成されている。また、クラッチ連動筒４３の近傍箇所には、クラッチ駆動アーム４８に連動してクラッチ連動筒４３の位置を検出するための２つの位置検出センサ（位置検知手段）５７、５８が配設されている。なお、図１０、図１１における２２ｃ、２２ｄは、クラッチ駆動軸４９を軸心方向に移動可能に支持している支持部、５９は、クラッチ駆動軸４９に取り付けられて、伝達リンク５６の先端アーム５６ｂに係合する係合リング、４６は、クラッチ駆動軸４９や、選択クラッチ４５、クラッチ連動筒４３を、図１０などにおける右方向に移動する方向（選択クラッチ４５が高速用一方向クラッチ５２のカム５２ａに係合する方向）に付勢するクラッチ付勢ばねである。
　そして、変速段手元操作部１８の操作に伴って、変速用ケーブル５５、クラッチ駆動軸４９、クラッチ駆動アーム４８などを介して、選択クラッチ４５が移動するよう構成されている。例えば、変速段手元操作部１８を低速段（第１段）にしている場合（クラッチ駆動アーム４８や選択クラッチ４５などが低速用位置である場合）には、図１０（ａ）に示すように、第１、第２の位置検出センサ５７、５８の検出部５７ａ、５８ａが両方とも押圧されていない状態とされてＯＮ状態とされる。変速段手元操作部１８を低速段（第１段）から高速段（第２段）に移動させる途中の場合（クラッチ駆動アーム４８や、クラッチ連動筒４３、選択クラッチ４５などが中間位置の場合）には、図１０（ｂ）に示すように、第１の位置検出センサ５７はその検出部５７ａが押圧されてＯＦＦ状態となり、第２の位置検出センサ５８はその検出部５８ａが非押圧状態であるため、ＯＮ状態のままである。変速段手元操作部１８を高速段（第２段）に設定している場合（クラッチ駆動アーム４８や、クラッチ連動筒４３、選択クラッチ４５などが高速用位置である場合）には、図１１に示すように、第１、第２の位置検出センサ５７、５８の検出部が両方とも押圧状態とされてＯＦＦ状態となる。
　そして、選択クラッチ４５に連動する連動部品としてのクラッチ駆動アーム４８やクラッチ連動筒４３が高速用位置側から低速用位置側、例えば、高速用位置から中間位置に移動したことを位置検知センサ５７、５８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になっている。
　上記構成において、変速段手元操作部１８が低速段（第１段）にされている場合は、図４、図５、図６（ａ）に示すように、選択クラッチ４５が高速用一方向クラッチ５２に係合して、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが倒れた姿勢（非起立姿勢）とされている。これにより、合力伝達体２９は、高速用減速歯車４１とは離反し、低速用一方向クラッチ５１を介して低速用減速歯車３６のみ接続された状態となる。したがって、モータ２１からの補助駆動力が低回転で回転する低速用減速歯車３６からの力が人力駆動力と合わされて合力伝達体２９に伝達されて駆動スプロケット１３から出力される。
　上記構成において、変速段手元操作部１８が高速段（第２段）にされている場合は、図６（ｂ）、図７～図９、に示すように、選択クラッチ４５が高速用一方向クラッチ５２から離脱して、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが起立可能な姿勢とされている。これにより、合力伝達体２９は、高速用一方向クラッチ５２を介して高速用減速歯車４１と接続可能であり、かつ低速用一方向クラッチ５１を介して低速用減速歯車３６にも接続可能な状態となる。ただし、高速用減速歯車４１が低速用減速歯車３６よりも高速で回転しているため、低速用減速歯車３６は空回り状態となり、高速用減速歯車４１が接続される。したがって、モータ２１からの補助駆動力が高回転で回転する高速用減速歯車４１からの力が人力駆動力と合わされて合力伝達体２９に伝達されて駆動スプロケット１３から出力される。
　このように構成することで、モータ２１からの補助駆動力が、低速用減速歯車３６または高速用減速歯車４１の何れかに切り換えられて合力伝達体２９に伝達され、いわゆるニュートラル状態（空回転状態）となることはない。したがって、変速時にペダル８が急に軽くなるなどして、電動アシスト自転車１を漕いでいる搭乗者に不快感を与えることを防止できる。また、一旦、ニュートラル状態となる場合のように、変速時に大きな衝撃を発生して、搭乗者にショックを与えたり、減速歯車３６～４１の寿命が低下したり、異音を発生したりすることがなくなり、信頼性が向上する。また、減速機構２５により、人力駆動力とモータ２１からの補助駆動力とが合成された合力を変速する構成であるので、人力駆動力を変速した後に補助駆動力と合成する構成や、補助駆動力を変速した後に人力駆動力と合成する構成の場合よりも、力の出力範囲を広げることができる利点もある。
　また、上記構成によれば、低速用一方向クラッチ５１と高速用一方向クラッチ５２とをクランク軸７ａの軸心に直交する方向に対して重ねて配設している。したがって、この構成によれば、低速用一方向クラッチ５１と高速用一方向クラッチ５２とをクランク軸７ａの軸心に直交する方向に対して異なる位置に配設した場合と比較して、低速用一方向クラッチ５１と高速用一方向クラッチ５２とを、クランク軸７ａの軸心方向に対して少ない寸法で配設することができて、コンパクト化することができる。ただし、これに限るものではなく、低速用一方向クラッチ５１と高速用一方向クラッチ５２とをクランク軸７ａの軸心方向に対して異なる位置に配設してもよく、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、良好に変速できる。
　また、上記構成によれば、選択クラッチ４５に連動する連動部品であるクラッチ駆動アーム４８やクラッチ連動筒４３の位置を検知する位置検知手段としての位置検出センサ５７、５８を備えているため、選択クラッチ４５やクラッチ駆動アーム４８、クラッチ連動筒４３などが低速用位置（第１段位置）または高速用位置（第２段位置）の何れにあるかを検知できる。これにより、低速用位置と高速用位置とのそれぞれの変速段に応じて補助駆動力を制御することが可能となる。
　また、上記構成によれば、位置検出センサ５７、５８により、選択クラッチ４５やクラッチ駆動アーム４８、クラッチ連動筒４３（連動部品）が低速用位置や高速用位置だけでなく、低速用位置と高速用位置との間の中間位置にあることも検知できるため、低速用位置と高速用位置との間で切り換えつつあることなども検知でき、このような状況に応じたより細かく良好な制御動作（補助駆動力に関する制御動作など）を行うことも可能となる。
　また、上記構成によれば、搭乗者などにより高速段から低速段への切り換え操作（いわゆるシフトダウン操作）が行われるなどして、クラッチ駆動アーム４８が高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、補助駆動力が一時的に低下されるので、高速用一方向クラッチ５２が結合状態から切断状態に切り換わり易くなる。つまり、高速段から低速段への切り換え操作が行われる際には、上り坂などを走行してペダル８を踏み込んでいる場合など、比較的大きな力が作用し続けている場合が多いため、例えば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の歯部などに強く当接して、係合状態から外れて切断状態に変更され難い（カム５２ａが起立したままの状態となる）ことがある。すなわち、この際には、クラッチ駆動アーム４８が高速用位置側から低速用位置側に移動する方向に、クラッチ付勢ばね４６の付勢力が作用するだけであるため、高速用一方向クラッチ５２のカム５２ａが係合状態から外れて切断状態に変更され難い。これに対して、本実施の形態では、上記のように補助駆動力を一時的に低下させるので、これにより、例えば高速用一方向クラッチ５２のカム５２ａが高速用減速歯車４１の歯部などから外れて切断し易くなり、変速を行い易くなって利便性が向上する。
　また、上記構成によれば、人力伝達体２８と低速用減速歯車３６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３３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３３の回転を検出する回転検出器１０を設けたことにより、連動筒体３３や人力伝達体２８の回転、すなわち、クランク軸７ａの回転を検知することができる。なお、回転検出器１０により連動筒体３３の回転を検出する代わりに、人力伝達体２８の回転を回転検出器１０により検出するように構成してもよい。
　また、上記構成では、ハンドル５に取り付けられた変速段手元操作部１８による変速段の切り換え動作が、変速用ケーブル５５を介して、クラッチ駆動アーム４８や選択クラッチ４５に伝達されて変速される場合を述べた。しかしこれに限るものではなく、変速段手元操作部１８による変速段の切り換え動作を検知する検知センサなどを設けるとともに、クラッチ駆動アーム４８や選択クラッチ４５を移動させるクラッチ移動用モータなどを設けて、変速段手元操作部１８による変速段の切り換え動作を検知した際に、前記クラッチ移動用モータにより、クラッチ駆動アーム４８や選択クラッチ４５を移動させてもよい。
　また、上記構成においては、高速段から低速段への切り換え操作（いわゆるシフトダウン操作）が行われる際に、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の歯部などに強く当接して、係合状態から外れて切断状態に変更され難いことがある。したがって、上記実施の形態では、選択クラッチ４５に連動するクラッチ駆動アーム４８やクラッチ連動筒４３の位置を検知する位置検出センサ５７、５８を設けて、クラッチ駆動アーム４８やクラッチ連動筒４３が高速用位置側から低速用位置側に移動したことを位置検出センサ５７、５８により検知した際に、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を制御するようにした。
　しかし、上記構成に限るものではなく、上記実施の形態の構成（クラッチ駆動アーム４８などの位置を検出する手段を設けて、クラッチ駆動アーム４８などが高速用位置側から低速用位置側に移動したことを検知した際に、補助駆動力を一時的に低下させる構成）に加えて、または、この構成に代えて、クラッチ駆動アーム４８などが高速用位置側から低速用位置側に移動される際（いわゆるシフトダウンされる際）に、選択クラッチ４５などにより高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａを倒すように力を付与する力付与機構を設けてもよい。
　図１２～図１６はこの力付与機構を備えた構成を示すものである。
　この実施の形態では、図１２～図１５に示すように、選択クラッチ４５の凹部４５ｃにおけるクラッチ駆動アーム４８が当接する右側面に、左側に突出する突状部４５ｄが周方向に複数形成されている。なお、この実施の形態では、選択クラッチ４５の突状部４５ｄの両側が、突状部４５ｄが設けられていない箇所に対して傾斜して接続されている。また、この実施の形態でも、図１０、図１１に示す場合と同様に、付勢手段としてのクラッチ付勢ばね４６を有しており（図１０、図１１参照）、クラッチ付勢ばね４６の付勢力によりクラッチ駆動アーム４８が、図１０、図１１における右側（選択クラッチ４５が高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａ側に係合する方向）に付勢されている。なお、図１２（ａ）～（ｃ）では、選択クラッチ４５における突状部４５ｄがわかりやすくなるように、選択クラッチ４５の凹部４５ｃにおける左側面を省いた状態で示している。
　そして、図１３（ａ）、（ｂ）、図１４（ａ）～（ｃ）に示すように（図１３（ａ）、（ｂ）は変速段が高速（第２速）の状態を示し、図１４（ａ）～（ｃ）は変速段が高速（第２速）から低速（第１速）への切り換わり待ち状態を示す）、クラッチ駆動アーム４８などが高速用位置の状態から低速用位置（図１３における右側）へ移動しようとした際に、クラッチ付勢ばね４６の付勢力がクラッチ駆動アーム４８に作用する。これにより、クラッチ駆動アーム４８の先端部４８ｂの右側面部が、合力伝達体２８とともに回転する選択クラッチ４５の突状部４５ｄに当接しながら回転する。なお、図１５（ａ）～（ｃ）はクラッチ駆動アーム４８などが低速用位置へ移動し終わった状態を示している。
　これにより、選択クラッチ４５が高速段側（図１３（ａ）、図１４（ａ）などにおける右側）に力（クラッチ駆動アーム４８の先端部４８ｂの右側面部が、選択クラッチ４５の突状部４５ｄを乗り越える際の衝撃力）を与えられながら回転し、選択クラッチ４５により高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが倒れ易くなり、高速用一方向クラッチ５２が係合状態から外れて切断状態に変更され易くなる。すなわち、選択クラッチ４５の突状部４５ｄは、付勢手段としてのクラッチ付勢ばね４６の付勢力を利用して、選択クラッチ４５をクランク軸７ａの軸心方向に沿う方向に移動させる衝撃力を与える衝撃力発生手段として機能する。
　さらに、図１４（ｃ）、図１５（ｃ）、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、選択クラッチ４５の内周面には、内径側に突出して、合力伝達体２９に対する回り止め（スプライン部４５ａ）としても機能する突起部４５ａ’が周方向に対して複数形成されている。これに対応して、合力伝達体２９の外周には、選択クラッチ４５の突起部４５ａ’に噛み合ってスプライン部２９ｃとしても機能する段差部２９ｃ’（図１６（ａ）、（ｂ）に示す、太径面２９ｆと細径面２９ｇとの間の段差部分）が形成されている。ここで、合力伝達体２９と選択クラッチ４５とは周方向にある角度だけ回動可能となるように、周方向に対して隙間を開けた状態で形成されているとともに、細径面２９ｇが右側ほど広がるように、段差部２９ｃ’の一部（詳しくは、合力伝達体２９の回転方向の下流側の面の段差部２９ｃ’）には傾斜面２９ｈが形成されている。
　そして、合力伝達体２９と選択クラッチ４５とは周方向にある角度だけ回動可能とされているため、選択クラッチ４５の突起部４５ｄは合力伝達体２９の段差部２９ｃ’における、合力伝達体２９の回転方向の下流側の面に当接し、クラッチ駆動アーム４８などが高速用位置から低速用位置へ移動しようとした際には、選択クラッチ４５の突起部４５ａ’が合力伝達体２９の段差部２９ｃ’における傾斜面２９ｈに当接する。この結果、傾斜面２９ｈからの反力に基づく分力よって、選択クラッチ４５が、高速段側（図１６などにおける右側）に移動するように力（分力）を与えられながら右側に移動することが促される。これにより、選択クラッチ４５によって高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが倒れる方向により強い力で押圧されて倒れやすくなり、高速用一方向クラッチ５２が係合状態から外れて切断状態に変更され易くなる。
　このように、この実施の形態では、クラッチ付勢ばね４６や、選択クラッチ４５の突状部（衝撃力発生手段）４５ｄ、合力伝達体２９の段差部２９ｄの傾斜面２９ｈ、選択クラッチ４５の突起部４５ａ’により、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａを倒すように力を付与する力付与機構が構成されている。そして、この力付与機構により、高速段から低速段への切り換え操作（いわゆるシフトダウン操作）が行われる際に、選択クラッチ４５によって高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが比較的容易に倒されて、高速用一方向クラッチ５２が切断状態に良好に変更され、高速段から低速段への切り換え動作が良好に行われる。この結果、電動アシスト自転車１としての信頼性が向上する。
　また、上記実施の形態によれば、力付与機構として、付勢手段としてのクラッチ付勢ばね４６の付勢力を利用して、選択クラッチ４５をクランク軸７ａの軸心方向に沿う方向に移動させる衝撃力を与える衝撃力発生手段としての突状部４５ｄと、選択クラッチ４５が高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、選択クラッチ４５を高速用一方向クラッチ５２に係合する方向に移動させる分力を発生させる傾斜面２９ｈとを有する。したがって、突状部４５ｄによる衝撃力発生機能と傾斜面２９ｈによる分力発生機能との相乗効果により、いわゆるシフトダウン時の高速用一方向クラッチ５２の解除機能が極めて良好に作用して、高速段から低速段への切り換え動作が極めて良好に行われ、電動アシスト自転車１としての信頼性が一層向上する。
　しかしながら、これに限るものではなく、突状部４５ｄによる衝撃力発生機能と傾斜面２９ｈによる分力発生機能との何れか一方だけを力付与機構として有している構成であってもよく、これによっても、これらの高速段から低速段への切り換え動作を良好に行わせる機能は発揮される。
　なお、上記実施の形態では、分力発生機能を生じる傾斜面２９ｈが合力伝達体２９の外周に形成され、傾斜面２９ｈに当接する突起部４５ａ’が選択クラッチ４５に形成されている場合を述べたが、これに限るものではなく、分力発生機能を生じる傾斜面を選択クラッチ４５に形成し、傾斜面に当接する突起部を合力伝達体２９に形成してもよい。
　また、図１２～図１６に示す実施の形態では、合力伝達体２９と選択クラッチ４５とは周方向にある角度だけ回動可能とされており、選択クラッチ４５が高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、選択クラッチ４５を高速用一方向クラッチ５２に係合する方向に移動させる分力を発生させる傾斜面２９ｈを有する場合を述べたが、これに限るものではない。
　図１７～図２３は本発明のその他の実施の形態を示す。図１７、図１８に示すように、この実施の形態では、合力伝達体２９（詳しくは合力伝達体２９の外周箇所）と選択クラッチ４５（詳しくは選択クラッチ４５の内周側箇所）との周方向に対する回転可能範囲を規制するようなスプライン部４５ａなどの回り止めは設けられておらず、合力伝達体２９と選択クラッチ４５とがクランク軸７ａの軸心を中心として相対的に回動可能（周方向に回転可能）に嵌合されている。なお、図１７における２９ｊは、合力伝達体２９に形成され、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが収納可能とされた窪み部である。
　また、図１８～図２３に示すように、力付与機構として、選択クラッチ４５の内周面に、高速用一方向クラッチ５２のカム５２ａが起立した姿勢でも収容可能な収容凹部４５ｇが設けられているとともに、この収容凹部４５ｇに続いて、周方向に移動するほど小さい径の位置となるように傾斜してカム５２ａを倒れた姿勢にする内周傾斜面４５ｆと、カム５２ａを倒れた姿勢に維持する小径の傾倒姿勢維持面４５ｈと、が形成されている。
　収容凹部４５ｇおよび内周傾斜面４５ｆは、高速段から低速段への切り換え操作時（いわゆるシフトダウン操作時）に、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが収容されたり当接したりする選択クラッチ４５の内周面における右寄り箇所に形成されている。そして、内周傾斜面４５ｆは、選択クラッチ４５の内周面において合力伝達体２９の回転方向に沿う周方向に移動するほど小さい径の位置となるように傾斜している。この実施の形態では、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが周方向に対して３箇所設けられている（周方向に対して１２０度間隔で設けられている）。また、これに対応して、カム（ラチェット爪）５２ａがこの高速用一方向クラッチ５２が設けられている箇所の合力伝達体２９よりも外側に突出した状態（起立状態）でも収容できるように収容凹部４５ｇが３箇所に設けられ、この収容凹部４５ｇに続いて合力伝達体２９の回転方向に沿う周方向に移動するほど小さい径の位置となるように徐々に傾斜する内周傾斜面４５ｆが形成されている。また、内周傾斜面４５ｆの最も小さい径となっている箇所と同じ寸法（厚み）となるように、選択クラッチ４５の内周面における中央から左寄り箇所に、カム５２ａを倒れた姿勢に維持する傾倒姿勢維持面４５ｈが形成されている。なお、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａは３つに限るものでなく、２つあるいは４つ以上でもよく、これに対応して、収容凹部４５ｇおよび内周傾斜面４５ｆを形成すればよい。
　また、図１２～図１６に示す実施の形態と同様に、この実施の形態でも、図１８に示すように、選択クラッチ４５の凹部４５ｃにおけるクラッチ駆動アーム４８が当接する右側面に、左側に突出する突状部４５ｄが周方向に複数形成されている。なお、この実施の形態でも、選択クラッチ４５の突状部４５ｄの両側が、突状部４５ｄが設けられていない箇所に対して傾斜して接続されているが、高速（第２速）などの際に合力伝達体２９の回転方向に沿う方向にも選択クラッチ４５が回転している際に、突状部４５ｄに当接し始める箇所の傾斜角度が小さくされて、クラッチ駆動アーム４８が突状部４５ｄに当接する振動を少なめに抑えるように図られている。また、この実施の形態でも、図１０、図１１に示す場合と同様に、付勢手段としてのクラッチ付勢ばね４６を有しており、選択クラッチ４５が高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａ側に係合する方向）に付勢されている。なお、図１８（ａ）～（ｃ）においては、選択クラッチ４５における突状部４５ｄがわかりやすくなるように、選択クラッチ４５の凹部４５ｃにおける左側面を省いた状態で示している。
　図１９（ａ）～（ｄ）は変速段が高速（第２速）の状態を示し、図２０（ａ）～（ｄ）、図２１（ａ）～（ｄ）、図２２（ａ）～（ｄ）は変速段が高速（第２速）から低速（第１速）への切り換わり待ち状態をそれぞれ示し、図２３（ａ）～（ｄ）は変速段が低速（第１速）に切り換わった状態（低速用位置へ移動し終わった状態）を示す。図１９（ａ）～（ｄ）に示すように、選択クラッチ４５は、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａから離反しており、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが起立して、高速用減速歯車４１の歯部に係合している。
　高速段から低速段への切り換え操作（いわゆるシフトダウン操作）が行われると、クラッチ駆動アーム４８などが高速用位置の状態から低速用位置（図１９（ａ）、図２０（ａ）などにおける右側）へ移動しようとした際に、クラッチ付勢ばね４６の付勢力がクラッチ駆動アーム４８に作用し、これにより、クラッチ駆動アーム４８の先端部４８ｂの右側面部が、合力伝達体２８とともに回転する選択クラッチ４５の突状部４５ｄに当接しながら回転する。
　これにより、選択クラッチ４５が高速段側（図１９（ａ）、図２０（ａ）などにおける右側）に力（クラッチ駆動アーム４８の先端部４８ｂの右側面部が、選択クラッチ４５の突状部４５ｄを乗り越える際の衝撃力）を与えられながら回転し、選択クラッチ４５により高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが倒れやすくなる。この結果、高速用一方向クラッチ５２が係合状態から外れて切断状態に変更され易くなる。すなわち、選択クラッチ４５の突状部４５ｄは、付勢手段としてのクラッチ付勢ばね４６の付勢力を利用して、選択クラッチ４５をクランク軸７ａの軸心方向に沿う方向に移動させる衝撃力を与える衝撃力発生手段として機能し、この点は、図１２～図１５に示す実施の形態と同様な作用を有している。
　また、上記のようにクラッチ駆動アーム４８の先端部４８ｂが選択クラッチ４５の突状部４５ｄに当接することにより、選択クラッチ４５の周方向へ回転し難い状態となる。したがって、選択クラッチ４５の回転速度が、合力伝達体２８よりも遅くなった状態で回転する。この際、選択クラッチ４５は、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａなどに近づく軸心方向（図１９（ａ）、図２０（ａ）などにおける右側）に移動しようとするため、選択クラッチ４５の収容凹部４５ｇの側方に高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが位置した際に、選択クラッチ４５の収容凹部４５ｇに高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａが起立状態のまま収容される。
　さらに、合力伝達体２９とともに高速用一方向クラッチ５２が回転することにより、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａは、収容凹部４５ｇに続いて周方向に形成された内周傾斜面４５ｆに当接しながら回転する。内周傾斜面４５ｆは周方向に移動するほど小さい径の位置となるように傾斜した形状であるため、図２１（ａ）～（ｄ）、図２２（ａ）～（ｄ）に示すように、高速用一方向クラッチ５２は回転するにつれて、そのカム５２ａが倒れた姿勢となる。そして、クラッチ駆動アーム４８がさらに低速用位置側（図２２（ａ）、図２３（ａ）などにおける右側）へ移動されることで、高速用一方向クラッチ５２のカム（ラチェット爪）５２ａは小径の傾倒姿勢維持面４５ｈに当接した状態となって倒れた姿勢に維持される。この結果、高速段から低速段への切り換え操作（いわゆるシフトダウン操作）時に、高速用一方向クラッチ５２のカム５２ａが高速用減速歯車４１の歯部などから外れて切断し易くなり、変速を行い易くなって利便性が向上する。
　なお、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、図２４に示すように、無端状駆動力伝達体として歯付きベルト１９を用いて、駆動スプロケットに相当する駆動ギヤ１３’からの力を、歯付きベルト１９を介して後ギヤ（図示せず）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、モータ駆動ユニット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段変速機能をモータ駆動ユニット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。
　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 (17)

  1. 　モータを有するモータ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、
    前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力および補助駆動力が伝達される低速用減速歯車と、
    前記クランク軸の外周に回転自在に配設されて、人力駆動力および補助駆動力が伝達される高速用減速歯車と、
    前記低速用減速歯車と前記合力伝達体との間に配設された低速用一方向クラッチと、
    前記高速用減速歯車と前記合力伝達体との間に配設された高速用一方向クラッチと、
    前記高速用一方向クラッチに係脱自在に配設された前記選択クラッチと、
    を有し、
    前記選択クラッチは、前記高速用一方向クラッチへの係合時にはこの高速用一方向クラッチをフリー状態とし、前記高速用一方向クラッチからの離脱時にはこの高速用一方向クラッチを機能させる
    ことを特徴とする電動アシスト自転車。
  2. 　前記選択クラッチは、前記合力伝達体に対してスライド自在に配設されてい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. 　前記低速用一方向クラッチと前記高速用一方向クラッチとがクランク軸の軸心に直交する方向に対して重ねられて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. 　制御部と、
    前記選択クラッチまたは前記選択クラッチに連動する連動部品の位置を検知する位置検知手段と、
    を設けたことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
  5. 　前記位置検知手段は、前記選択クラッチまたは前記連動部品が、低速用位置にあること、または高速用位置にあること、または低速用位置と高速用位置との間の中間位置にあることとを検知可能に構成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. 　前記選択クラッチまたは前記連動部品が高速用位置側から低速用位置側に移動したことを前記位置検知手段により検知した際に、前記制御部により補助駆動力を一時的に低下させるように前記モータを制御することを特徴とする請求項４または５に記載の電動アシスト自転車。
  7. 　前記選択クラッチが高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、前記選択クラッチによって前記高速用一方向クラッチのカムを倒すように力を付与する力付与機構が設け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。
  8. 　前記力付与機構は、前記選択クラッチによって前記高速用一方向クラッチのカムを倒すように付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力を利用して前記選択クラッチをクランク軸の軸心方向に沿う方向に移動させる衝撃力を与える衝撃力発生手段と、を有す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. 　前記衝撃力発生手段は、前記選択クラッチにおける、前記選択クラッチを駆動させるクラッチ駆動アームと当接する面に設けられた突状部であることを特徴とする請求項８に記載の電動アシスト自転車。
  10. 　前記力付与機構は、前記選択クラッチが高速用位置側から低速用位置側に移動されようとした際に、前記選択クラッチを前記高速用一方向クラッチに係合する方向に移動させる分力を発生させる傾斜面を有することを特徴とする請求項７～９の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
  11. 　前記選択クラッチと前記合力伝達体とが、前記クランク軸の軸心を中心として所定角度内で相対的に回動可能に嵌合され、前記選択クラッチおよび前記合力伝達体の一方に前記傾斜面が形成され、前記選択クラッチおよび前記合力伝達体の他方に前記傾斜面に当接する突起部が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電動アシスト自転車。
  12. 　前記選択クラッチと前記合力伝達体とが、前記クランク軸の軸心を中心として相対的に回動可能に嵌合されており、前記力付与機構は、選択クラッチの内周面に形成されて、高速用一方向クラッチのカムが起立した姿勢でも前記カムを収容可能な収容凹部と、この収容凹部に続いて形成されて、前記選択クラッチの内周面の周方向に移動するほど小さい径の位置となるように傾斜してカムを倒れた姿勢にする内周傾斜面と、選択クラッチの内周面に形成されて、カムを倒れた姿勢に維持する傾倒姿勢維持面と、を有することを特徴とする請求項７～９の何れか１項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. 　前記クランク軸と前記低速用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１～１３の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
  15. 　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低速用減速歯車との間に、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１４に記載の電動アシスト自転車。
  16. 　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１５に記載の電動アシスト自転車。
  17. 　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１～１６の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
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