CN111372841B - 电动助力自行车的驱动单元及电动助力自行车 - Google Patents

电动助力自行车的驱动单元及电动助力自行车 Download PDF

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Abstract

本发明提供可最小限地抑制绕曲轴的区域的小型的驱动单元及具备该驱动单元的电动助力自行车。具备电动机的驱动单元(20)配置在前轮与后轮之间的中间位置，曲轴(7a)和电动机(21)在驱动单元(20)中以相互不同的轴心配置，在驱动单元(20)内配置基板(24)，该基板(24)以在沿着曲轴(7a)侧面观察驱动单元(20)的情况下，具有与电动机(21)的定子(21c)重合的部分的方式配置。

Description

电动助力自行车的驱动单元及电动助力自行车
技术领域
本发明涉及安装于可对来自踏板的踏力的人力驱动力施加由电动机产生的助力驱动力进行行驶的电动助力自行车的驱动单元及电动助力自行车。
背景技术
已知有如下的电动助力自行车(也称为电动自行车)，具有作为电源的蓄电池和具备从该蓄电池供电的电动机的驱动单元，且对施加于踏板的踏力产生的人力驱动力施加上述驱动单元的辅助驱动力(助力)，由此，即使上坡等也可轻松地行驶的电动助力自行车(也称为电动自行车)已经广为人知。
该电动助力自行车中，将内置有电动机等的驱动单元配设在设有曲轴的部位。这种配置结构的电动助力自行车中，重量较大的驱动单元配置在电动助力自行车的前后方向的中央(即，前轮与后轮之间的中间)的较低的位置。因此，该配置结构的电动助力自行车相比于电动机内置于前轮的轮毂或后轮的轮毂的电动助力自行车具有如下优点，即，容易抬起前轮及后轮，即使在行驶路上有台阶，也能够容易地越过等，车身的处理良好，且行驶稳定性也良好。
驱动单元中内置有搭载了驱动或控制电动机的各种电子零件等的基板(也称为主基板或驱动用基板)。该基板搭载FET等的较大的电子零件或较多的电子零件，因此，成为较大的面积。另外，该基板也如例如特开2016-203735号公报等所示，侧面观察(从曲轴心方向观察)绕曲轴而配置。
但是，近年来，在电动助力自行车中，从曲轴到后轮或前轮的距离与普通自行车变化不大，有时期望也能够良好地发挥作为自行车的功能。但是，当采用在绕曲轴配置有基板的驱动单元时，产生以下课题，即，随着上述基板变大，绕曲轴需要更大的区域，作为驱动单元也大型化，即使研究驱动单元的配置，从曲轴到后轮的车轴的距离也很长。
发明内容
本发明是解决上述课题的发明，其目的在于提供可最小限地抑制绕曲轴的区域等能够小型化，且可良好地发挥作为自行车的功能的电动助力自行车的驱动单元及具备该驱动单元的电动助力自行车。
为了解决上述课题，本发明的电动助力自行车的驱动单元，安装于可对来自踏板的踏力的人力驱动力施加电动机的辅助驱动力进行行驶的电动助力自行车，并具备所述电动机，其特征在于，具有：安装部，其安装于所述电动助力自行车的前轮与后轮之间的中间部位；曲轴插通区域，其被传递来自所述踏板的人力驱动力的曲轴插通；驱动力输出轮体，其输出驱动力，所述曲轴与所述电动机以相互不同的轴心配置，在该驱动单元的内部配置基板，该基板以在沿着曲轴侧面观察的情况下，具有与电动机的定子重合的部分的方式配置。此外，也可以在驱动单元的内部设置多个基板，在该情况下，具有与电动机的定子重合的部分的所述基板是所述多个基板中的最大面积的基板。
根据该结构，在侧面观察的情况下，基板以具有与电动机的定子重合的部分的方式配置，因此，作为基板能够采用充分大的面积的基板。另外，在绕曲轴也配置基板(额外的基板或所述基板的一部分)的情况下，也能够较少地抑制该绕曲轴的基板的面积，因此，能够通过研究驱动单元的配置等，使从曲轴到后轮的车轴的距离接近普通自行车。
此外，优选的是，侧面观察，所述基板以通过电动机的定子的一半以上的面积重合的方式配置。另外，也可以侧面观察，以从配置电动机的定子的区域到绕曲轴的区域重合的方式配置所述基板。
另外，也可以在所述基板安装读取电动机的旋转的电动机旋转传感器或读取曲轴的旋转的曲轴旋转传感器，由此，可减少零件数量及安装的麻烦。
另外，优选的是，以电动机的旋转经由二级减速机构向输出驱动力的驱动力输出轮体传递的方式构成，且以电动机的转速相对于驱动力输出轮体的转速的比即减速比成为30～37的方式构成。另外，优选的是，绕曲轴的最小半径为50mm以下。
另外，本发明提供一种具备驱动单元的电动助力自行车，其特征在于，设置具有多对减速齿轮的减速机构，所述减速机构具有：中间轴，其与所述曲轴平行地配设；多个中间轴减速齿轮，其设置于所述中间轴；曲轴减速齿轮，其在所述曲轴的外周配设成旋转自如，并传递人力驱动力及助力驱动力；电动机轴减速齿轮，其设置于电动机轴，具有将所述中间轴支承为旋转自如的中间轴轴承，所述中间轴相对于前后方向配置于曲轴与电动机轴之间，并且在电动机轴配置于比曲轴靠前方的情况下，所述中间轴配置于比连结曲轴和电动机轴的直线靠下方，在电动机轴配置于比曲轴靠后方的情况下，中间轴配置于比连结曲轴和电动机轴的直线靠上方。
另外，优选的是，在该情况下，在朝向电动助力自行车的行进方向从右侧进行侧面观察的状态下，以连结曲轴的轴心和中间轴的轴心的线相对于连结曲轴的轴心和电动机轴的轴心的线的交叉角度沿顺时针旋转方向为30度～70度以内的方式，配置曲轴、电动机轴、中间轴。
该结构中，在减速齿轮彼此啮合时产生反力，对中间轴作用较大的反力，因此，将旋转自如地支承所述中间轴的中间轴轴承的至少一方使用能够支承较大的力的大型的轴承，其结果，存在驱动单元容易大型化(特别是驱动单元的宽度方向尺寸容易变大)的倾向。
但是，根据上述结构(曲轴、电动机轴、中间轴的配置结构)，能够抑制为使减速齿轮彼此啮合时产生的向中间轴的反力相互抵消且成为最小限。其结果，能够使中间轴轴承小型化(在宽度方向及半径方向上小型化)，进而且，能够使驱动单元小型化(例如，使驱动单元在宽度方向等上小型化)。
另外，本发明提供一种电动助力自行车的驱动供电装置，其特征在于，具备所述驱动单元和向该驱动单元供给电力的蓄电器。
另外，本发明的电动助力自行车，其特征在于，具备所述任一项所记载的电动助力自行车的驱动单元或所述驱动供电装置。
根据本发明，通过以侧面观察具有与电动机的定子重合的部分的方式配置基板，作为基板能够采用足够大的面积的基板，同时即使在绕曲轴配置基板(额外的基板或所述基板的一部分)的情况下，也能够将该绕曲轴的基板的面积抑制得较少。由此，通过研究该驱动单元的配置等，能够使从曲轴到后轮的车轴的距离接近普通自行车。另外，通过以侧面观察具有与电动机的定子重合的部分的方式配置基板，还具有能够利用基板阻隔电动机产生的声音的所谓的隔音效果。
另外，根据本发明，以电动机的旋转经由二级减速机构向安装于驱动单元的驱动力输出轮体传递的方式构成，且以电动机的转速相对于驱动力输出轮体的转速的比即减速比成为30～37的方式构成，由此，作为与曲轴同轴心的减速齿轮，能够使用直径较小的齿轮，可减小驱动单元的绕曲轴的直径(半径及直径)。由此，能够使从曲轴到后轮的车轴的距离接近普通自行车(例如，所谓的运动型的自行车)。
另外，通过将驱动单元的、绕曲轴(绕曲轴)的最小半径设为50mm以下，可使从曲轴到后轮的车轴的距离更接近普通自行车(例如，所谓的运动型的自行车)。
另外，根据本发明，在将中间轴相对于前后方向配置于曲轴与电动机轴之间，并且电动机轴配置于比曲轴靠前方的情况下，中间轴配置于比连结曲轴和电动机轴的直线靠下方，在电动机轴配置于比曲轴靠后方的情况下，中间轴配置于比连结曲轴和电动机轴的直线靠上方，或进一步在朝向行进方向从右侧侧面观察驱动单元的状态下，以连结曲轴的轴心和中间轴的轴心的线相对于连结曲轴的轴心和电动机轴的轴心的线的交叉角度沿着顺时针旋转方向为30度～70度以内的方式，配置曲轴、电动机轴、中间轴。通过该结构，能够抑制为减速齿轮彼此啮合时产生的向中间轴的反力相互抵消且成为最小限，能够将中间轴轴承、进而驱动单元小型化(例如，将驱动单元在宽度方向等上小型化)。其结果，可使曲柄臂间的距离接近普通自行车(例如，所谓的运动型的自行车)。
附图说明
图1是安装有本发明实施方式的驱动单元的电动助力自行车的整体左侧视图。
图2是同实施方式(第一实施方式)的电动助力自行车的驱动单元的平面剖视图。
图3是同驱动单元的简单的右侧面剖视图。
图4是本发明第一实施方式的第一变形例的驱动单元的平面剖视图。
图5是本发明第一实施方式的第二变形例的驱动单元的平面剖视图。
图6是本发明第二实施方式的电动助力自行车的驱动单元的平面剖视图，高速级离合器为非连接状态。
图7是同驱动单元的简单的右侧面剖视图，高速级离合器为连接状态。
图8是同驱动单元的中间轴及其附近部位的主要部分扩大平面剖视图，高速级离合器为非连接状态。
图9是同驱动单元的平面剖视图，高速级离合器为连接状态。
图10是同驱动单元的中间轴及其附近部位的主要部分扩大平面剖视图，高速级离合器为连接状态。
图11是表示本发明第一实施方式的电动助力自行车的驱动单元的、电动机轴、中间轴、曲轴及组装于这些轴上的减速齿轮的简单的俯视图。
图12是表示同驱动单元的、作用于齿轮的接触部的力矢量(反力)的简单的右侧面剖视图。
图13是表示同驱动单元的、所述力矢量(反力)作用于中间轴的状态的简单的右侧面剖视图。
图14是本发明第三实施方式的电动助力自行车的驱动单元的平面剖视图。
图15是表示同驱动单元的、作用于齿轮的接触部的力矢量(反力)的简单的右侧面剖视图。
图16是表示同驱动单元的、力矢量(反力)作用于中间轴的状态的简单的右侧面剖视图。
图17是本发明第三实施方式的变形例的驱动单元的右侧面剖视图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，基于附图说明本发明实施方式的电动助力自行车的驱动单元及安装有该驱动单元的电动助力自行车。此外，以下的说明中的左右方向及前后方向是指朝向行进方向且人搭乘于该电动助力自行车1的状态下的方向。另外，该发明的结构不限定于以下叙述的结构。
图1的1是安装有本发明实施方式的驱动单元的电动助力自行车。如图1所示，该电动助力自行车1具备：金属制的车架2，其由头管2a、前叉2b、上管2c、下管2g、立管2d、链条架2e、后上叉2f等构成；前轮3，其在前叉2b的下端旋转自如地安装；后轮4，其在链条架2e的后端旋转自如地安装；车把5，其变更前轮3的方向；车座6，其用于搭乘者就座；曲柄7及踏板8，其被施加由踏力构成的人力驱动力；产生助力驱动力(助力)的作为驱动源的电动的电动机21(也参照图2)及设置有进行包含该电动机21在内的各种电气零件的控制的控制部等的驱动单元(驱动单元装置)20；电池12，其由向电动机21供给驱动用的电力的二次电池构成；手边操作部18，其安装于车把5等上，搭乘者等可操作，且可进行该电动助力自行车1的电源的切换及设定变更行驶模式等；作为驱动力输出轮体的驱动链轮(也称为前链轮、曲柄链轮及前齿轮)13，其以通过与曲轴7a相同的轴心一体地旋转的方式安装，并输出人力驱动力及助力驱动力合并的合力；作为后部轮体的后链轮14(有时也称为后齿轮)，其安装于后轮4的轮毂(也称为后轮毂)9上；作为环状驱动力传递体的链条15，其在可遍及驱动链轮13和后链轮14旋转的状态下卷绕成环状等。另外，利用驱动单元20和电池12构成驱动供电装置(驱动单元模块)。
该电动助力自行车1可对来自踏板8的踏力的人力驱动力追加由电动机21产生的助力驱动力而进行行驶，对人力驱动力施加了助力驱动力的合力从驱动链轮13经由链条15及后链轮14等向后轮4传递。
此外，电池12为蓄电器的一例，优选为二次电池，但上述蓄电器也可以为电容器等。此外，曲柄7由分别设置于左右的曲柄臂7b和将左右的曲柄臂7b彼此连结的曲轴7a构成，在曲柄臂7b的端部旋转自如地安装有踏板8。
如图1所示，该电动助力自行车1中，驱动单元20配设于前轮3与后轮4之间的中间位置，更详细而言，配设于曲轴7a贯通的部位。而且，通过设为这种配置结构，重量较大的驱动单元20配置于电动助力自行车1的前后方向中央。由此，容易抬起前轮3及后轮4，即使在行驶路上有台阶，也能够容易地越过等，电动助力自行车1的车身(车架2等)的处理良好，且行驶稳定性也良好。
如图2所示，驱动单元20利用由第一～第三壳体22a～22c构成的单元壳体22构成外壳部等，曲轴7a将驱动单元20(在本实施方式中，设置于驱动单元20的后部的曲轴插通区域16)沿左右贯通。另外，单元壳体22一体形成有将该驱动单元20安装于上述电动助力自行车中的前轮与后轮之间的中间部位的安装部22d。另外，在曲轴7a的外周配设有：传递来自曲轴7a的人力驱动力的大致筒状的人力传递体28、传递来自人力传递体28的人力驱动力的连动筒体23、来自连动筒体23的人力驱动力经由单向离合器(助力驱动力切断用的单向离合器)30等传递并且将合成了人力驱动力和来自电动机21的助力驱动力的合力向驱动链轮13传递的合力传递体29。
另外，在驱动单元20的单元壳体22内配设有将电动机21的旋转减速并向合力传递体29侧(该实施方式中，为中间轴40)传递的减速机构25和作为助力驱动力(助力)驱动源的电动机21，并且还配设有设置有进行各种电控制的电子零件的基板(也称为驱动基板或主基板)24。利用基板24和装配于该基板的电子零件(FET(场效应晶体管)24a、电容器、微型计算机等)构成控制部。此外，如图2、图3所示，电动机21的旋转轴21a的轴心、曲轴7a的轴心、后述的中间轴40的轴心的位置相互不同。另外，该实施方式中，从前方依次配置电动机21的旋转轴21a、中间轴40、曲轴7a，与连结曲轴7a和电动机轴21a的直线相比，中间轴40配置于下方。另外，在驱动单元20内(详细而言，驱动单元20的单元壳体22内)设置有除曲轴7a的两端部之外的部分、人力传递体28、连动筒体23、合力传递体29、减速机构25、电动机21、后述的扭矩传感器31、旋转检测体11、旋转检测器(旋转传感器)10等。而且，在驱动单元20内合成人力驱动力和助力驱动力，该合成的合力构成为从设置于驱动单元20外(详细而言，驱动单元20的单元壳体22外)的驱动链轮13输出。
对驱动单元20进行更详细地叙述。如图2、图3所示，曲轴7a在沿左右贯通驱动单元20的后部的状态下利用轴承(曲轴轴承)26、27配设成旋转自如。而且，在该曲轴7a的靠左侧部分的外周，经由锯齿部(或花键部)7c，筒状的人力传递体28在与曲轴7a一体旋转的状态下嵌合。此外，在人力传递体28的内周的与曲轴7a的锯齿部(或花键部)7c对应的部位也形成锯齿部(或花键部)28b，并与曲轴7a的锯齿部(或花键部)7c啮合。
在人力传递体28的外周表面形成有赋予了磁各向异性的磁致伸缩产生部31b，并且在其外周经由一定的间隙(空间)配设有线圈31a，利用这些磁致伸缩产生部31b及线圈31a构成磁致伸缩型的扭矩传感器(人力检测部)31。由此，来自曲轴7a的人力驱动力向人力传递体28传递，并且利用扭矩传感器31检测人力驱动力。另外，该磁致伸缩型的扭矩传感器31中，磁致伸缩产生部31b形成为相对于人力传递体28的轴心方向构成例如+45度和-45度的螺旋形状。而且，当向人力传递体28传递人力驱动力时，在人力传递体28的表面的磁致伸缩产生部31b产生应变，并产生导磁率的增加部分和减少部分，因此，构成为通过测定线圈31a的电感差，能够检测扭矩(人力驱动力)的大小。
连动筒体23在曲轴7a外周的与人力传递体28的右侧相邻的部位，在相对于曲轴7a旋转自如的状态下配设。而且，形成于人力传递体28的右端部外周的锯齿部(或花键部)28a与形成于连动筒体23的左端部内周的锯齿部(或花键部)23a相互嵌合，连动筒体23与人力传递体28一体旋转。此外，该实施方式中，形成于连动筒体23的左端部内周的锯齿部(或花键部)23a从外侧嵌合于人力传递体28的锯齿部(或花键部)28a。
另外，该实施方式中，在连动筒体23的左侧部分的外周安装有用于检测连动筒体23的旋转状态的旋转检测体11。另外，以从外周侧面向旋转检测体11的方式，作为曲轴旋转传感器的旋转检测器(旋转传感器)10安装固定于单元壳体22侧。例如，旋转检测器10的具有射出部和受光部的光传感器沿着旋转检测体11的旋转方向排列构成(未图示)，旋转检测体11在其外周侧部位具有向右侧延伸成梳(梳)齿状的多个齿部。而且，在具有旋转检测体11的齿部的情况下，通过将射出的光反射并接收，由此，利用旋转检测器10的受光部电气检测光的入射状态和非入射状态，并且将该检测到的信号在控制部输入并检测连动筒体23的转速(旋转量)及旋转方向。此外，也可以代替光传感器，设置霍尔IC等的磁传感器并检测连动筒体23的转速(旋转量)及旋转方向。在此，连动筒体23与人力传递体28一体旋转，且人力传递体28与曲轴7a一体旋转，因此，构成为通过检测连动筒体23的旋转量及旋转方向，也能够检测曲轴7a及踏板8的转速(旋转量)及旋转方向。
另外，在连动筒体23的右侧部分的外周，经由单向离合器(助力驱动力切断用的单向离合器)30配设有合力传递体29。而且，在蹬踏踏板8而前进的情况下，传递至连动筒体23的人力驱动力经由单向离合器30向合力传递体29传递。
电动机21利用电动机轴轴承32、33旋转自如地支承其旋转轴21a及转子21b。另外，电动机21的旋转轴21a向右侧方突出，在该突出部的外周形成有后述的电动机轴减速齿轮39。
减速机构25具有与曲轴7a平行地配设的中间轴40、包含形成于合力传递体29的靠左部分的大径的减速齿轮(第一减速齿轮：曲轴侧减速齿轮)36的两对减速齿轮36～39等，构成二级减速机构。而且，减速机构25将通过曲轴7a传递的人力驱动力和从电动机21传递的助力驱动力合成，且将合成上述人力驱动力和上述助力驱动力而成的合力向合力传递体29传递。
中间轴40在驱动单元20的前后方向中央部向左右延伸，以与曲轴7a平行的姿势，在利用轴承(中间轴轴承)34、35支承为旋转自如的状态下配设。在中间轴40安装有大径的第二中间轴减速齿轮37、小径的第三中间轴减速齿轮38、人力驱动力切断用的单向离合器42。
人力驱动力切断用的单向离合器42配设于中间轴40的外周与第二中间轴减速齿轮37的内周之间，用于切断来自踏板8的人力驱动力。即，以如下方式构成，利用该单向离合器42，在未驱动电动机21而未产生助力驱动力的情况下，来自踏板8的人力驱动力被人力驱动力切断用的单向离合器42切断，不需要使电动机21的转子21b旋转。另一方面，在电动机21被驱动并旋转的情况下，中间轴40与第二中间轴减速齿轮37经由单向离合器42而连接，第二、第三中间轴减速齿轮37、38与中间轴40一起一体地旋转。
而且，形成于电动机21的旋转轴21a的小径的电动机轴减速齿轮39与大径的第二中间轴减速齿轮37啮合，因此，在电动机21旋转并输出助力驱动力的情况下，电动机21的旋转减速，来自电动机21的助力驱动力的扭矩被放大并向中间轴40侧传递。另外，小径的第三中间轴减速齿轮38与一体形成于合力传递体29的大径的第一减速齿轮36啮合，因此，传递至中间轴40的助力驱动力的扭矩进一步被放大并向第一减速齿轮36传递。而且，一体形成有第一减速齿轮36的合力传递体29中，人力驱动力与来自电动机21的助力驱动力合成，并从作为驱动力输出轮体的驱动链轮13输出。在此，电动机21的转速相对于驱动链轮13的转速的比即减速比设为30～37(30以上且37以下)。另外，驱动单元20的、绕曲轴7a(绕曲轴)的最小半径设为50mm以下。
另外，在该实施方式中，在驱动单元20的单元壳体22内，作为基板，仅设置有较大面积的一块基板24。而且，该基板24以如下方式配置，在沿着曲轴7a侧面观察驱动单元20的情况下(沿着曲轴7a的轴心方向侧面观察的情况下)，如图3所示，具有与电动机21的定子(更详细而言，电动机21的定子中的设置有定子铁芯的区域)21c重合的部分。另外，该实施方式中，该基板24以电动机21的定子21c的一半以上的面积重合的方式配置。另外，该实施方式中，该基板24以从电动机21的配置有定子21c的区域到绕曲轴7a的区域重合的方式配置。
另外，该实施方式中，在侧面观察的情况下，如图3所示，基板24也设置于与电动机21的转子21b重合的区域。而且，该基板24以电动机21的转子21b的一半以上的面积重合的方式配置。即，该实施方式中，在侧面观察的情况下，如图3所示，基板24也设置于与电动机21(电动机整体)重合的区域，该基板24以电动机21的一半以上的面积重合的方式配置。
另外，该实施方式中，在侧面观察的情况下，如图3所示，基板24也设置于第一减速齿轮36与电动机21的定子21c不重合的区域。另外，如图2所示，进行俯视时(或正面看)，基板24设置于电动机21与第一减速齿轮36或合力传递体29、连动筒体23之间。另外，在正面看的情况下(沿着前后方向观察的情况下)，如图2中概略地所示，基板24设置于与人力传递体28重合的区域。此外，该实施方式中，在侧面观察的情况下，如图3所示，基板24设置于不与第二减速齿轮37重合的区域。另外，在正面看的情况下(沿着前后方向观察的情况)，如图2中概略地所示，基板24设置于不与第二减速齿轮37重合的区域。但是，不限于该情况，在侧面观察基板24的情况下，也可以以一部分与第二减速齿轮37重合的方式设置。
另外，该实施方式中，在该基板24安装有读取曲轴的旋转的作为曲轴旋转传感器的旋转检测器(旋转传感器)10(更详细而言，旋转检测器(旋转传感器)10的连接用腿部)。此外，该实施方式中，如图2所示，俯视时，基板24设置于旋转检测体11或旋转检测器(旋转传感器)10与支承曲轴7a等的轴承26(从曲轴7a中的设置有驱动链轮13的一侧的相反侧支承的轴承26)或扭矩传感器31之间。
另外，在该实施方式中，在电动机21的转子21b，多个磁体以相邻的磁体的磁极不同的方式沿着周向排列配设，但配设具有与该磁极相同的磁极的大致圆筒形状的磁性赋予部件21d。该磁性赋予部件21d的外周部设为向右侧突出的形状，以面向该突出的磁性赋予部件21d的端部21da的方式，配设有读取电动机21的旋转的电动机旋转传感器43。而且，该电动机旋转传感器43安装于基板24。
此外，磁性赋予部件21d也可以仅其端部21da与电动机21的转子21b的配置同样地赋予磁性。另外，在该实施方式中，磁性赋予部件21d也兼用作将配设有具有多个减速齿轮36～39等的减速机构25的区域(减速机构配设区域)与配设有电动机21的区域(电动机配设区域)隔开的分隔部件。而且，谋求不使降低减速齿轮36～39彼此的摩擦的润滑脂等侵入电动机21侧，但不限于该情况。另外，图2中的21ca是用于向定子21c的线圈通电的连接线。
在上述结构中，如果在前行进驶时踏入踏板8，则基于施加于该踏板8的踏力的人力驱动力从曲轴7a向人力传递体28及连动筒体23、合力体29传递，上述人力驱动力利用设置于人力传递体28的扭矩传感器31检测。而且，与上述人力驱动力对应的辅助驱动力经由减速机构25的减速用齿轮36等向合力传递体29传递，在合力传递体29合并的合力从驱动链轮13经由链条15向后轮4传递。由此，通过施加与人力驱动力对应的电动机21的助力驱动力(助力)，即使上坡等也能够轻松地行驶。
另外，根据上述结构，在侧面观察的情况下，基板24以具有与电动机21的定子21c重合的部分的方式配置，因此，作为基板24，能够采用足够大的面积的基板。另外，如该实施方式，即使在绕曲轴7a也配置该基板24的情况下，能够将该基板24的绕曲轴7a的区域的面积抑制得较少，因此，通过研究驱动单元21的配置(例如，将电动机21配置于比曲轴7a靠前侧)等，能够使从曲轴7a到后轮4的车轴的距离接近普通自行车(例如，所谓的运动型的自行车)。
另外，如上述，侧面观察，基板24以通过电动机21的定子21c的一半以上的面积重合的方式配置，由此，能够最小限度地抑制基板24中的绕曲轴7a的区域的面积。因此，能够使该电动助力自行车1的从曲轴7a到后轮4的车轴的距离更接近普通自行车(例如，所谓的运动型的自行车)的距离。另外，通过将基板24以侧面观察具有与电动机21的定子21c重合的部分的方式配置，能够利用基板24阻隔电动机21中产生的声音。即，如上述，基板24以通过电动机21的定子21c的一半以上的面积重合的方式配置，能够进一步提高隔音效果。
另外，上述实施方式中，在基板24安装有读取电动机21的旋转的电动机旋转传感器43、读取曲轴7a的旋转的作为曲轴旋转传感器的旋转检测器10。通过该结构，能够使驱动单元20内的基板24本身的零件数量仅一个即可，可减少零件数量及基板的安装的麻烦。而且，在本发明中，如图2中概略所示，俯视时(或正面看)，将基板24设置于电动机21与第一减速齿轮36或合力传递体29、连动筒体23之间，因此，具有容易向基板24安装电动机旋转传感器43及作为曲轴旋转传感器的旋转检测器10的优点。另外，如图2所示，侧面观察，基板24以与电动机21的转子21b或磁性赋予部件21d重合的方式设置，因此，还具有容易向基板24安装电动机旋转传感器43的优点。
但是，不限于此，也可以如图4所示，以如下方式构成，将安装作为曲轴旋转传感器的旋转检测器10的曲轴旋转传感器用助力基板24A与基板(主基板)24分开设置，并将该曲轴旋转传感器用助力基板24A连接于基板(主基板)24上(第一实施方式的第一变形例)。另外，也可以如图5所示，以如下方式构成，即，将安装电动机旋转传感器43的电动机旋转检测用助力基板24B与基板(主基板)24分开设置，并将电动机旋转检测用助力基板24B连接于基板(主基板)24(第一实施方式的第二变形例)。此外，该实施方式中，如图4、图5所示，俯视时，基板(主基板)24设置于旋转检测体11或旋转检测器(旋转传感器)10与支承曲轴7a等的轴承26(曲轴7a的设置有驱动链轮13的侧的相反侧的轴承26)或扭矩传感器31之间。此外，即使在这些的情况下，也优选基板(主基板)24比曲轴旋转传感器用助力基板24A或电动机旋转检测用助力基板24B大(较大的面积)。
另外，以电动机21的旋转经由二级减速机构25向作为驱动力输出轮体的驱动链轮13传递的方式构成，且以电动机21的转速相对于驱动链轮13的转速的比即减速比成为30～37的方式构成。由此，作为与曲轴7a同轴心的第一减速齿轮36，能够使用直径较小的齿轮。其结果，可缩小驱动单元20中的绕曲轴7a的直径(半径及直径)，进而，通过研究驱动单元21的配置(例如，将电动机21配置于比曲轴7a靠前侧)等，能够使从曲轴7a到后轮4的车轴的距离接近普通自行车(例如，所谓的运动型的自行车)。
另外，通过驱动单元20的、绕曲轴7a(绕曲轴)的最小半径设为50mm以下，可使从曲轴7a到后轮4的车轴的距离更接近普通自行车(例如，所谓的运动型的自行车)。而且，通过将驱动单元20的、绕曲轴7a(绕曲轴)的最小半径设为45mm以下，可使从曲轴7a到后轮4的车轴的距离进一步接近普通自行车(例如，所谓的运动型自行车)。
(第二实施方式)
在上述实施方式中，叙述了减速机构25的减速比一定的情况，但不限于此，也可以将具有可选择切换多个减速比(该实施方式中，为二级变速级)的变速功能的减速机构25A设置于驱动单元20内。
设置于该实施方式的驱动单元20的减速机构25A如图6～图10所示，在连动筒体23的外周侧及右侧方经由单向离合器(助力驱动力切断用的单向离合器)30具有传动比不同的可进行多个选择的变速级(该实施方式中，为低速级和高速级的二级变速级)，将驱动力向合力传递体29传递。
减速机构25A具备：旋转传递筒49，其在曲轴7a的外周旋转自如地配置，经由单向离合器(助力驱动力切断用的单向离合器)30传递连动筒体23的旋转；低速级变速齿轮(也称为曲轴侧低速级变速齿轮)36A，其从该旋转传递筒49的右侧筒状部分向径向外侧延伸并一体形成；低速级离合器51，其配置于旋转传递筒49与合力传递体29之间，可将曲轴侧低速级变速齿轮36A的驱动力向合力传递体29传递；高速级变速齿轮(也称为曲轴侧高速级变速齿轮)36B，其在合力传递体29的外周旋转自如地配置；低速级变速齿轮(也称为中间轴侧低速级变速齿轮)38A，其与中间轴40一体形成，并与曲轴侧低速级变速齿轮36A啮合；中间轴齿部40a，其与中间轴40一体形成，并与形成于后述的高速级离合器55的内周侧的齿部(或锯齿部或花键部)55b啮合；高速级离合器55，其设置于中间轴40的中间轴齿部40a的外周和其右侧区域，可将来自中间轴40的合力向曲轴侧高速级变速齿轮36B及合力传递体29传递；高速级变速齿部(中间轴侧高速级变速齿部，所谓的高速级离合器55的卡合用爪部)38B，其由从该高速级离合器55(详细而言，高速级离合器55的主体部55a)向外周侧出退自如的卡合爪构成并与曲轴侧高速级变速齿轮36B卡合脱离自如(参照图9、图10)；变速级切换体61，其从外周侧与该中间轴侧高速级变速齿部38B的右侧部分卡合脱离自如，并根据选择的变速级移动；变速移动用臂62等，其与变速级切换体61卡合并使变速级切换体61沿着曲轴方向移动。
而且，在蹬踏踏板8前进的情况下，传递至连动筒体23的人力驱动力向旋转传递筒49传递。此外，该实施方式中，高速级离合器55在中间轴40的外周侧配设成沿着与中间轴40的轴心相同的轴心方向移动自如。
在此，曲轴侧低速级变速齿轮36A的直径比曲轴侧高速级变速齿轮36B的直径大，中间轴侧低速级变速齿轮38A的直径比中间轴侧高速级变速齿部38B的直径小。由此，中间轴40的旋转力以低速旋转向曲轴侧低速级变速齿轮36B及旋转传递筒49传递，并且以高速旋转向曲轴侧高速级变速齿轮36B传递。
此外，优选变速移动用臂62利用设置于驱动单元20的内部(或驱动单元的外部)的电动变速装置51(在图7中简单地表示)驱动，例如，优选在手边操作部18设置变速级切换用的开关，将变速级构成为可切换。但是，不限于此，也可以将变速移动用臂(经由引线等移动的变速部)62设置于车把附近。
在选择了低速级的情况下，如图6、图8所示，利用变速移动用臂62，变速级切换体61向靠左侧位置移动，由高速级离合器55的出退自如的卡合爪构成的中间轴侧高速级变速齿部38B被推倒，并与曲轴侧高速级变速齿轮36B分离。因此，从连动筒体23侧经由单向离合器(助力驱动力切断用的单向离合器)30传递的人力驱动力和从电动机侧经由中间轴40或中间轴侧低速级变速齿轮38A传递的助力驱动力在较低旋转的状态下向旋转传递筒49传递并合并，该旋转驱动力(合力)经由低速级离合器51及合力传递体29从驱动链轮13输出。
在选择了高速级的情况下，如图9、图10等所示，利用变速移动用臂62使变速级切换体61向靠右侧位置移动，可与高速级离合器55的曲轴侧高速级变速齿轮36B(详细而言，曲轴侧高速级变速齿轮36B的齿部)卡合的爪部可立起，成为曲轴侧高速级变速齿轮36B的旋转可向合力传递体29传递的状态。因此，从连动筒体23侧经由单向离合器(助力驱动力切断用的单向离合器)30传递的人力驱动力经由曲轴侧低速级变速齿轮36A及中间轴侧低速级变速齿轮38A向中间轴40传递，并且合并辅助驱动力而成为合力。而且，该合力经由中间轴侧高速级变速齿轮38B及曲轴侧高速级变速齿轮36B，在较高速旋转的状态下经由高速级离合器55向合力传递体29传递并从驱动链轮13输出。此外，此时，合力传递体29以比旋转传递筒49高的速度旋转，因此，低速级离合器51空转。
这样，通过使用该驱动单元20，也可在驱动单元20内切换变速级。另外，该实施方式中，通过与上述实施方式一样的配置设置基板24等，由此，能够得到同样的作用效果。另外，通过以电动机21的转速相对于低速级下的驱动链轮13的转速的比即减速比成为30～37，高速级下的减速比成为其以下的方式构成，作为与曲轴7a同轴心的曲轴侧低速级变速齿轮36A(及曲轴侧高速级变速齿轮36B)，能够使用直径较小的齿轮，能够得到同样的作用效果。
此外，上述实施方式中，说明了将高速级离合器55设置于中间轴40的外周的情况，但不限于此，也可以设置于曲轴7a的外周区域。另外，也可以与上述实施方式同样，以如下方式构成，即，将安装作为曲轴旋转传感器的旋转检测器10的曲轴旋转传感器用助力基板24A与基板(主基板)24分开设置，并将该曲轴旋转传感器用助力24A连接于基板(主基板)24。另外，也可以以如下方式构成，将安装电动机旋转传感器43的电动机旋转检测用助力基板24B与基板(主基板)24分开设置，并将电动机旋转检测用助力基板24B连接于基板(主基板)24。
上述实施方式(第一及第二实施方式)中，电动机轴(电动机21的旋转轴21a)配置于比曲轴7a靠前方，中间轴40配置于比连结曲轴7a和电动机轴21a的直线靠下方。此外，安装于中间轴40的第二、第三中间轴减速齿轮37、38、安装于电动机轴21a的电动机轴减速齿轮39、配置于曲轴7a的外周的第一减速齿轮(曲轴侧减速齿轮)36如图11所示，均设为斜(斜齿)齿轮而实现静音化。此外，图11与第一实施方式对应。另外，驱动电动机21并输出助力驱动力时，电动机轴21a及电动机轴减速齿轮39在右侧面观察的状态下沿着顺时针方向(顺时针方向)旋转，与电动机轴减速齿轮39啮合的第二中间轴减速齿轮37、中间轴40及第三中间轴减速齿轮38在右侧面观察的状态下沿着逆时针方向(逆时针方向)旋转，与第三中间轴减速齿轮38啮合的第一曲轴侧减速齿轮36在右侧面观察的状态下沿着顺时针方向(顺时针方向)旋转。
在这种构成中，如图12所示，减速机构25的减速齿轮36～39彼此啮合时，产生力矢量(反力)V1～P6，如图13所示地作用于中间轴40。此外，图12表示作用于齿轮的接触部的力矢量(反力)(最终与中间轴40相关的力矢量(反力))，图13表示力矢量(反力)作用于中间轴40的状态(力矢量集中在中间轴40的轴心的状态)。
图12、图13中，V1是电动机轴减速齿轮39与第二中间轴减速齿轮37的啮合产生的向中间轴轴承35的接线力矢量，V2是电动机轴减速齿轮39与第二中间轴减速齿轮37的啮合产生的向中间轴轴承35的分离力矢量，V3是电动机轴减速齿轮39与第二中间轴减速齿轮37的啮合产生的向中间轴轴承35的推力的载荷矢量。另外，V4是第一减速齿轮(曲轴侧减速齿轮)36与第三中间轴减速齿轮38的啮合产生的向中间轴轴承35的接线力矢量，V5是第一减速齿轮(曲轴侧减速齿轮)36与第三中间轴减速齿轮38的啮合产生的向中间轴轴承35的分离力矢量，V6是第一减速齿轮(曲轴侧减速齿轮)36与第三中间轴减速齿轮38的啮合产生的向中间轴轴承35的推力的载荷矢量，V7是作用于(合并)中间轴40的反力(合力)矢量。
根据上述配置结构，减速齿轮36～39彼此啮合时产生的向中间轴40的力矢量V1～P6较少地相互抵消，因此，在这些力矢量V1～P6合并的状态下对中间轴40作用较大的力矢量V7。因此，旋转自如地支承中间轴40的中间轴轴承34、35，特别是距与传递合力的第一曲轴侧减速齿轮36啮合的第三中间轴减速齿轮38较近的右侧的中间轴轴承35受到较大的反力，因此，使用能够承受较大的力的大型的齿轮，其结果，驱动单元20大型化(特别是本实施方式中，驱动单元20的配设中间轴40的部位的宽度方向尺寸变大)。
这样，当驱动单元20大型化，且驱动单元20的宽度方向尺寸变大时，左右的曲柄臂7b间的距离L1(参照图2)比普通自行车(例如，所谓的运动型的自行车)大幅增加，因此，存在难以接近作为普通自行车(例如，所谓的运动型的自行车)的功能的难点。
为了应对这种难点，图14～图16所示的本发明第三实施方式的电动助力自行车的驱动单元20中，从前方起依次配置有电动机21的旋转轴21a、中间轴40、曲轴7a(该配置与上述实施方式相同)，但与上述实施方式不同，中间轴40配置于比连结曲轴7a和电动机轴21a的直线靠上方。另外，在该情况下，在将驱动单元20朝向行进方向并从右侧进行侧面观察的状态下，如图15所示，以连结曲轴7a的轴心和中间轴40的轴心的线相对于连结曲轴7a的轴心和电动机轴21a的轴心的线A交叉的角度α沿着顺时针旋转方向为30度～70度以内的方式，配置曲轴7a、电动机轴21a、中间轴40。
此外，该第三实施方式的电动助力自行车的驱动单元20与上述第一实施方式的驱动单元20相比，主要是中间轴40、曲轴7a、电动机轴21a的配置和伴随该配置的轴承的结构(大小等)不同，其它的结构与上述第一实施方式的驱动单元20一样。即，安装于中间轴40的第二、第三中间轴减速齿轮37、38、安装于电动机轴21a的电动机轴减速齿轮39、配置于曲轴7a的外周的第一减速齿轮(曲轴侧减速齿轮)36如图11所示，均设为斜(斜齿)齿轮，实现静音化。另外，驱动电动机21并输出助力驱动力时，电动机轴21a及电动机轴减速齿轮39在右侧面观察的状态下沿着顺时针方向(顺时针方向)旋转，与电动机轴减速齿轮39啮合的第二中间轴减速齿轮37、中间轴40及第三中间轴减速齿轮38在右侧面观察的状态下沿着逆时针方向(逆时针方向)旋转，与第三中间轴减速齿轮38啮合的第一曲轴侧减速齿轮36在右侧面观察的状态下沿着顺时针方向(顺时针方向)旋转。
这种结构中，如图15所示，减速机构25的减速齿轮36～39彼此啮合时，产生力矢量(反力)V11～P16，并如图16所示作用于中间轴40。此外，图15表示作用于齿轮的接触部的力矢量(反力)(最终与中间轴40相关的力矢量(反力))，图16表示力矢量(反力)作用于中间轴40的状态(使力矢量集中于中间轴40的轴心的状态)。
在图15、图16中，V11是电动机轴减速齿轮39与第二中间轴减速齿轮37的啮合产生的向中间轴轴承35的接线力矢量，V12是电动机轴减速齿轮39与第二中间轴减速齿轮37的啮合产生的向中间轴轴承35的分离力矢量，V13是电动机轴减速齿轮39与第二中间轴减速齿轮37的啮合产生的向中间轴轴承35的推力的载荷矢量。另外，V14是第一减速齿轮(曲轴侧减速齿轮)36与第三中间轴减速齿轮38的啮合产生的向中间轴轴承35的接线力矢量，V15是第一减速齿轮(曲轴侧减速齿轮)36与第三中间轴减速齿轮38的啮合产生的向中间轴轴承35的分离力矢量，V16是第一减速齿轮(曲轴侧减速齿轮)36与第三中间轴减速齿轮38的啮合产生的向中间轴轴承35的推力的载荷矢量，P17是作用于中间轴40的(合并的)反力(合力)矢量。
根据上述配置结构，减速齿轮36～39彼此啮合时产生的向中间轴40的V11～P16相互抵消，最终作用于中间轴的反力(合力)P17变小，因此，作为中间轴轴承35，能够采用能够支承较小的载荷的小型的轴承(宽度方向或半径方向上小型化的轴承)，进而，能够使驱动单元20小型化(例如，将驱动单元20在宽度方向等上小型化)。其结果，能够使曲柄臂间的距离L2接近普通自行车(例如，所谓的运动型的自行车)的曲柄臂间距离。
另外，该实施方式中，作为驱动链轮13，使用中央侧向右侧鼓起的形状的链轮，但作为中间轴轴承35，通过使用小型的轴承，能够以使中间轴轴承35或第一壳体22a中的保持中间轴轴承35的部位进入驱动链轮13的鼓起部分的方式配置，能够使驱动单元20更小型化(例如，使驱动单元20在宽度方向等上小型化)。其结果，可使曲柄臂间的距离L2更接近普通自行车(例如，所谓的运动型的自行车)。
此外，第三实施方式的电动助力自行车的驱动单元20中，叙述了在电动机轴(电动机21的旋转轴)21a配置于比曲轴7a靠前方的情况下，中间轴40配置于比连结曲轴7a和电动机轴21a的直线靠下方的情况，但不限于此。即，如图17所示，在电动机轴21a配置于比曲轴7a靠后方的情况下，只要以中间轴40配置于比连结曲轴7a和电动机轴21a的直线靠上方的方式构成即可。
另外，即使在中间轴40配置于比连结曲轴7a和电动机轴21a的直线靠右侧或靠左侧的情况等、任意情况下，均优选在将驱动单元20朝向行进方向并从右侧侧面观察的状态下，以连结曲轴7a的轴心和中间轴40的轴心的线相对于连结曲轴7a的轴心和电动机轴21a的轴心的线的交叉角度沿着顺时针旋转方向为30度～70度以内的方式，配置曲轴7a、电动机轴21a、中间轴40。
另外，如第二实施方式的电动助力自行车的驱动单元20，内置变速机构的驱动单元20中，通过应用同样的配置结构，均可得到同样的作用效果。
产业上的可利用性
本发明可适用于可对来自踏板的踏力的人力驱动力施加由电动机产生的助力驱动力进行行驶的各种电动助力自行车用的驱动单元及这种电动助力自行车。

Claims (11)

1.一种电动助力自行车的驱动单元，其安装于可对来自踏板的踏力的人力驱动力施加电动机的助力驱动力进行行驶的电动助力自行车，并具备所述电动机，其特征在于，
具有：安装部，其安装于所述电动助力自行车的前轮与后轮之间的中间部位；曲轴插通区域，其被传递来自所述踏板的人力驱动力的曲轴插通；驱动力输出轮体，其输出驱动力，
所述曲轴与所述电动机以相互不同的轴心配置，
在该驱动单元的内部配置基板，该基板以在沿着曲轴侧面观察的情况下，具有与电动机的定子重合的部分的方式配置，
侧面观察，所述基板以与电动机的定子的一半以上的面积重合的方式配置，
所述基板设置在所述电动机与第一减速齿轮之间。
2.如权利要求1所述的电动助力自行车的驱动单元，其特征在于，
侧面观察，所述基板以在从电动机的配置有定子的区域到绕曲轴的区域重合的方式配置。
3.如权利要求1或2所述的电动助力自行车的驱动单元，其特征在于，在所述基板安装有读取电动机的旋转的电动机旋转传感器。
4.如权利要求1或2所述的电动助力自行车的驱动单元，其特征在于，在所述基板安装有读取曲轴的旋转的曲轴旋转传感器。
5.如权利要求1或2所述的电动助力自行车的驱动单元，其特征在于，
在所述基板安装有读取电动机的旋转的电动机旋转传感器和读取曲轴的旋转的曲轴旋转传感器。
6.如权利要求1或2所述的电动助力自行车的驱动单元，其特征在于，
设置有多个基板，具有与电动机的定子重合的部分的所述基板为所述多个基板中的面积最大的基板。
7.如权利要求1或2所述的电动助力自行车的驱动单元，其特征在于，
以电动机的旋转经由二级减速机构向输出驱动力的驱动力输出轮体传递的方式构成，
电动机的转速相对于驱动力输出轮体的转速的比即减速比为30～37。
8.如权利要求1或2所述的电动助力自行车的驱动单元，其特征在于，绕曲轴的最小半径为50mm。
9.一种具备驱动单元的电动助力自行车，其特征在于，
设置具有多对减速齿轮的减速机构，
所述减速机构具有：中间轴，其与曲轴平行地配设；多个中间轴减速齿轮，其设置于所述中间轴；曲轴侧减速齿轮，其在所述曲轴的外周旋转自如地配设，传递人力驱动力及助力驱动力；电动机轴减速齿轮，其设置于电动机轴，
具有将所述中间轴旋转自如地支承的中间轴轴承，
所述中间轴相对于前后方向配置于曲轴与电动机轴之间，并且在电动机轴配置于比曲轴靠前方的情况下，所述中间轴配置于比连结曲轴和电动机轴的直线靠下方，在电动机轴配置于比曲轴靠后方的情况下，中间轴配置在比连结曲轴和电动机轴的直线靠上方，
在朝向电动助力自行车的行进方向从右侧进行侧面观察的状态下，以连结曲轴的轴心和中间轴的轴心的线相对于连结曲轴的轴心和电动机轴的轴心的线的交叉角度在顺时针旋转方向上为30度～70度以内的方式，配置曲轴、电动机轴、中间轴，
在该驱动单元的内部配置基板，该基板以在沿着曲轴侧面观察的情况下，具有与电动机的定子重合的部分的方式配置，
侧面观察，所述基板以与电动机的定子的一半以上的面积重合的方式配置，
所述基板设置在所述电动机与第一减速齿轮之间。
10.一种驱动供电装置，其特征在于，具备权利要求1～8中任一项所述的电动助力自行车的驱动单元和向该驱动单元供给电力的蓄电器。
11.一种电动助力自行车，其特征在于，具备权利要求1～8中任一项所述的电动助力自行车的驱动单元，或权利要求10所述的驱动供电装置。
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