JP6226152B2 - 電動アシスト自転車 - Google Patents

Description

本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である電動アシスト自転車に関するものである。

バッテリなどの蓄電器から給電されるモータを有し、ペダルに加えられる踏力からなる人力駆動力をトルクセンサにより検出し、人力駆動力に対応したモータの補助駆動力（アシスト力）を加えることで、上り坂等でも楽に走行できる電動アシスト自転車は既に知られている。

この電動アシスト自転車において、モータなどが内蔵されたモータ駆動ユニットを、クランク軸が設けられている箇所に配設したものがある。このような配置構成の電動アシスト自転車は、重量が比較的大きいモータ駆動ユニットが、電動アシスト自転車の前後方向中央（すなわち、前輪と後輪との間の中間）の低い位置に配置される。したがって、この配置構成の電動アシスト自転車は、モータが前輪のハブや後輪のハブに内蔵されているものと比較して、前輪や後輪を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、車体の取り回しがよく、また、走行安定性も良好である。

この種の電動アシスト自転車に設けられるモータ駆動ユニットとしては、大別して、図１５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１６、図１７に示すように、踏力による人力駆動力とモータによる補助駆動力とがモータ駆動ユニット２００の内部で合成され、合成された合力が駆動スプロケット２０１から出力されるいわゆる一軸式とも称せられるモータ駆動ユニット２００とがある。

前記二軸式のモータ駆動ユニット１００は、例えば特許文献１等に開示されており、図１５に示すように、補助駆動力出力スプロケット１０３が、モータ駆動ユニット１００における駆動スプロケット１０２よりも後方の箇所から、モータ駆動ユニット１００のユニットケース１０４より外側に突出された状態で配設されている。そして、人力駆動力が出力される駆動スプロケット１０２と補助駆動力が出力される補助駆動力出力スプロケット１０３とのそれぞれが、無端状駆動力伝達体としてのチェーン１０５に噛み合わされており、チェーン１０５によって人力駆動力と補助駆動力が合成されて後輪側に伝達される。

補助駆動力出力スプロケット１０３のさらに後方には、補助駆動力出力スプロケット１０３に噛み合った後のチェーン１０５に噛み合って下方に案内するテンショナ装置（ガイド装置とも称せられる）１０６が配設されている。そして、このテンショナ装置１０６に設けられたテンションスプロケット１０７により、補助駆動力出力スプロケット１０３に噛み合うチェーン１０５の巻き角度を増加させている。

一方、いわゆる一軸式のモータ駆動ユニット２００は、例えば特許文献２等に開示されており、図１６、図１７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１６、図１７に示すように、一軸式のモータ駆動ユニット２００はチェーン２０８に駆動スプロケット２０１だけを噛み合わせて、人力駆動力と補助駆動力とを合成した合力をチェーン２０８に伝達する方式である。これに対して、二軸式のモータ駆動ユニット１００は、図１５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容易に装着することができる。一方、二軸式のモータ駆動ユニット１００は、チェーン１０５に駆動スプロケット１０２と補助駆動力出力スプロケット１０３とテンションスプロケット１０７とを噛み合わせる必要があるので、フロント変速機を装着することは困難である。

さらに、一軸式のモータ駆動ユニット２００は、テンションスプロケット１０７などのテンショナ装置１０６を設けなくて済む利点もある。また、電動アシスト自転車に用いられるブレーキ装置として、一般の自転車と同様に、ハンドルに取り付けたブレーキレバーを操作することで制動されるリムブレーキ、バンドブレーキ、またはローラブレーキなどが用いられる場合が多いが、地域によって、または運転者の要望などにより、ペダルを前進走行時の回転方向とは逆方向に回転することにより制動されるコースターブレーキを後輪に取り付けることが望まれる場合がある。しかし、この場合には、ペダルを逆方向に回転した際に、チェーンの下側部分を前方に引張るような張力が作用するので、二軸式のモータ駆動ユニット１００では、テンショナ装置１０６として特別の工夫が必要となる。これに対して、一軸式のモータ駆動ユニット２００では、そのような特別の工夫を必要としない利点もある。

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が形成されているとともに、この磁歪発生部に対向するように、磁歪発生部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。

このように人力伝達体２０３の外周にはトルクセンサ２０９の磁歪発生部が形成されている一方で、人力伝達体２０３の端部には、上記したように一方向クラッチ２０６が取り付けられている。この一方向クラッチ２０６は、以下の理由で設けられている。すなわち、従来のこの種の電動アシスト自転車では、搭乗者がペダルを漕ぐことを止めても、しばらくの間だけ、モータ２０４が回転し続けるように制御する場合（いわゆる遅れ制御を行う場合）があり、この場合には、一方向クラッチ２０６が設けられていないと、モータ２０４からの補助駆動力がクランク軸２０２に伝達されて、ペダルが勝手に回転し続けようとする。したがって、このような力が、クランク軸２０２やペダルに作用しないように、一方向クラッチ２０６により、モータ２０４からの補助駆動力を切断させている。なお、一方向クラッチ２０６を、補助駆動力切断用の一方向クラッチ２０６とも称す。

また、図１７に示すように、この一軸式のモータ駆動ユニット２００においては、モータ２０４における回転軸２０４ａとロータ部２０４ｂとの間にも一方向クラッチ２１０が設けられている。この一方向クラッチ２１０は、モータ２０４を駆動するバッテリの残容量が無くなった場合においてペダルを漕ぐ際に、モータ２０４のロータ部２０４ｂを回転しなくても済むように設けられている。すなわち、一方向クラッチ２１０が設けられていないと、バッテリの残容量が無くなった際にペダルを漕ぐと、モータ２０４のロータ部２０４ｂをもペダルの踏力により回転することとなるため、モータ２０４のコギングトルクなどによって、ペダルを回転させるために大きな力が必要となる（いわゆる引きずり抵抗がある）。これに対して、前記一方向クラッチ２１０が設けられることで、モータ２０４のロータ部２０４ｂを回転しなくても済むので、モータ２０４のコギングトルクなどによる力を余分にかけなくて済む。なお、前記一方向クラッチ２１０を、人力切断用の一方向クラッチ２１０とも称す。

一軸式のモータ駆動ユニットとして、例えば特許文献３等に開示されているものもある。図１８に示すように、この一軸式のモータ駆動ユニット２５０では、ペダルからの人力駆動力が伝達されるクランク軸２５１の外周に筒状の合力体２５５が配設されており、この合力体２５５は、この一端部に取り付けられた一方向クラッチ２５２を介してクランク軸２５１から人力駆動力が伝達されるとともにモータ２５３からの補助駆動力が減速機構２５４などを介して伝達されるよう構成されている。また、合力体２５５の他端部寄り箇所にはもう一つの一方向クラッチ２５８を介して減速機構２５４の出力歯車２５４ａに噛み合う大径歯車２５９が取り付けられている。そして、モータ２５３からの補助駆動力が減速機構２５４、大径歯車２５９、および一方向クラッチ２５８を介して合力体２５５に伝達され、合力体２５５において合成された合力が駆動スプロケット２５７からチェーン２５６を介して後輪側に伝達される。

この一軸式のモータ駆動ユニット２５０においては、クランク軸２５１からの人力駆動力とモータ２５３からの補助駆動力とが伝達される合力体２５５の外周面に磁歪発生部が形成されているとともに、この磁歪発生部に対向するように、磁歪発生部での磁気の変動を検出するコイルが配設されてなる磁歪式のトルクセンサ２６０が設けられている。そして、左右のペダルを踏み込んだ際にクランク軸２５１が捩れるため、クランク軸２５１からの人力駆動力が伝達される合力体２５５の捩れ状態を、トルクセンサ２６０により検出している。

図１８に示す一軸式のモータ駆動ユニット２５０においては、合力体２５５の一端部に取り付けられている一方向クラッチ２５２により、ペダルを漕ぐことを止めたにもかかわらず、しばらくの間、モータ２５３が回転し続けていた場合でも、モータ２５３からの補助駆動力が一方向クラッチ２５２により切断されてクランク軸２５１やペダルに作用しないように図られている。

特開２００９−２０８７１０号公報 特開平１０−２５０６７３号公報 特開平９−９５２８９号公報

しかしながら、従来の一軸式のモータ駆動ユニット２００では、図１７に示すように、トルクセンサ２０９が設けられている人力伝達体２０３に一方向クラッチ２０６が取り付けられていたり、図１８に示すように、トルクセンサ２６０が設けられている合力体２５５に一方向クラッチ２５２、２５８が取り付けられていたりする。したがって、これらの一方向クラッチ２０６、２５２、２５８の切替動作時の振動やカム部の噛み合い動作や乗越え動作時の振動が、トルクセンサ２０９が設けられている人力伝達体２０３や、トルクセンサ２６０が設けられている合力体２５５に直接伝達するため、トルク検出時のノイズとなって、トルクの検出能力が低下するおそれがある。

また、人力伝達体２０３や合力体２５５に一方向クラッチ２０６、２５２、２５８を取り付けた後も良好な組付け状態を維持するためには、人力伝達体２０３や合力体２５５として耐摩耗性に優れた材料を用いたり、熱処理を行ったりすることが望ましいが、人力伝達体２０３や合力体２５５の表面にはトルクセンサ２０９、２６０の磁歪発生部を形成しなければならないため、人力伝達体２０３や合力体２５５の材料が極めて限定されてしまい、場合によっては、トルクの検出能力が低いものを用いざるを得ない場合がある。

また、人力伝達体２０３や合力体２５５に一方向クラッチ２０６、２５２、２５８が取り付けられているので、コースターブレーキを後輪のハブに設けようとしても、ペダルを前進走行時と逆方向に回転させた際に、ペダルの回転が駆動スプロケット１０２、２０１、２５７やチェーン１０５、２０８、２５６に伝達できず、対応することができなかった。

また、人力伝達体２０３や合力体２５５に一方向クラッチ２０６、２５２、２５８を取り付けないと、モータ２０４からの補助駆動力がクランク軸２０２に伝達されて、ペダルが勝手に回転し続けてしまう。

本発明は上記課題を解決するもので、トルクの検出能力を良好に維持することができ、またコースターブレーキに対応することも可能な、いわゆる一軸式のモータ駆動ユニットを備えた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、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、ペダルからの人力駆動力が伝達されるクランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達されて、この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た筒状の人力伝達体が配設され、前記クランク軸の外周に、前記人力伝達体を介して伝達された人力駆動力とモータからの補助駆動力とが合成される合力体が配設され、前記合力体により人力駆動力と補助駆動力とが合成されてなる合力が、クランク軸と同軸心の駆動力出力輪体と、この人力駆動力出力輪体に掛け渡された無端状駆動力伝達体とを介して、後輪に伝達されるよう構成され、前記クランク軸と前記人力伝達体と前記合力体とにわたる駆動力の伝達経路に、一方向クラッチが配設されておらず、前記クランク軸と前記人力伝達体と前記合力体との相対的な回転方向にかかわらず、前記クランク軸の回転に伴って前記人力伝達体および前記合力体も回転され、前記クランク軸、または前記クランク軸と一体的に回転する部材の回転を検出する回転検出器が設けられ、トルクの変動状態と、回転検出器で検出した出力信号に基づいて、クランク軸の回転方向に対する位置に対応するペダルの位置を推測可能な制御部を備え、変速が指示された際に変速タイミングを調整可能な変速機を備え、変速が指示された際に、制御部によりペダルに作用する踏力が小さくなると推測されるタイミングで変速させることを特徴とする。

この構成により、クランク軸と人力伝達体と合力体とにわたる駆動力の伝達経路に一方向クラッチが配設されていないので、人力伝達体にトルクセンサの磁歪発生部が設けられていても、人力伝達体に一方向クラッチに起因する振動が伝わることがなく、トルク（人力駆動力）を良好に検出することができる。また、人力伝達体に一方向クラッチを組付ける必要がないため、人力伝達体の材料をとして広い範囲のものから選択できて、トルクの検出能力が高くなる材料を用いることができる。また、前記クランク軸、または前記クランク軸と一体的に回転する部材の回転を検出する回転検出器が設けられているので、ペダルを止めたり逆回転したりすると、この状況を前記回転検出器で検知することが可能となる。したがって、ペダルを止めたり逆回転したりすることを検知した際に、モータを停止させることが可能となる。
また、トルクの変動状態と、回転検出器で検出した出力信号に基づいて、クランク軸の回転方向に対する位置に対応するペダルの位置を推測可能な制御部を備えたことにより、ペダルが組みつけられているクランク軸と、チェーンなどの無端状駆動力伝達体が掛けられる駆動力出力輪体が取り付けられている合力体との間に一方向クラッチが設けられていないため、ペダルと、クランク軸、人力伝達体、合力体の回転方向に対する相対位置が変動しない。したがって、制御部により、クランク軸、人力伝達体、合力体の回転位置と、トルクの変動状態とから、ペダルの位置などを推測することができる。
したがって、例えば、変速が指示された際に変速タイミングを調整可能な変速機を備え、変速が指示された際に、制御部によりペダルに作用する踏力が小さくなると推測されるタイミングで変速させることにより、変速が指示された際に、変速タイミングとして好ましい、ペダルに作用する踏力が小さくなるタイミング（例えば、ペダルが上死点や下死点に位置するタイミング）で、搭乗者の足への負担を最小限に抑えながら良好に変速させることができる。

また、本発明の回転検出器は、ペダルが停止または逆方向に回転されたことを検出可能に構成され、前記回転検出器によりペダルが停止または逆方向に回転されたことが検出されると、制御部によりモータを停止または制動させるよう構成していることを特徴とする。

この構成により、走行中にペダルを漕ぐことを停止したり、逆方向に回転したりした際には、この動作が回転検出器により検出されて、モータが停止または制動されるので、モータからの補助駆動力がペダルに作用することを防止できる。

また、本発明は、前記回転検出器として光センサが設けられていることを特徴とする。この構成によれば、トルクセンサに磁気の影響を与えることなく、クランク軸、またはクランク軸と一体的に回転する部材の回転を容易かつ確実に検知することができる。すなわち、前記回転検出器として、磁気センサを別途に設けた場合にはトルクセンサに磁気の影響を与えるおそれがあり、トルク検出時のノイズとなって、トルクの検出能力が低下するおそれがあるが、前記回転検出器として光センサが設けられた場合には、トルクセンサに磁気の影響を与えることがない。また、回転検出器として、トルクセンサを兼用して用いることが考えられるが、この場合と比較すると、回転状態を容易かつ確実に検出できるとともに制御が簡単であるため迅速に検出でき、ペダルの回転が停止または逆回転されたことを迅速に検知して、モータを素早く停止できる。

なお、前記回転検出器として、トルクセンサを兼用して用いたり、別途に磁気センサを用いたりしてもよい。前記回転検出器としてトルクセンサを兼用すると、トルクセンサとは別途に回転検出器を設けなくて済むので、製造コストを低減できる。また、前記回転検出器として別途に磁気センサを用いてもよいが、この場合には、トルクセンサに、磁石などによる磁気の影響を及ぼさないように工夫する必要がある。

また、本発明は、前記合力体または前記人力伝達体の外周に、光センサの光を遮断または反射する回転体を取り付けたことを特徴とする。この構成により、光センサの光を遮断または反射する回転体をクランク軸に設けている場合よりも、大径の部分に配設することとなるため、回転検出器の分解能を向上させることができる。つまり、回転体の具体例としては、全周にわたって歯部を形成した円板や円筒などで回転体を構成し、前記歯部を挟むように出射部と受光部を設けることが考えられるが、この場合に、歯部を形成した円板や円筒などを、クランク軸よりも比較的大径の合力体または人力伝達体に取り付けることとなるため、歯部を形成した円板や円筒などとして、内径部から外径部までの径方向の寸法をあまり大きくしなくても、歯部を比較的大きい径の位置に、より多く形成できて、歯部が比較的小さい径の位置に形成されているものと比較して、回転検出器の分解能を向上させることができる。また、前記回転体をクランク軸に取り付けた場合において同様な回転検出器の分解能を得ようとすると、歯部を形成した円板や円筒などを内径部から外径部までの径方向の寸法を大きくすることが考えられるが、この場合には、歯部を形成した円板や円筒などが変形しやすくなるおそれがある。これに対して、前記回転体を、クランク軸の外周に配設されている前記合力体または前記人力伝達体に取り付けることで、内径部から外径部までの径方向の寸法をあまり大きくしなくても済むので、前記回転体が変形する可能性を最小限に抑えることができる。

また、本発明は、ペダルを前進走行時の回転方向と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキが後輪のハブに配設されていることを特徴とする。このように、コースターブレーキが後輪のハブに配設されている場合でも、前記クランク軸と前記人力伝達体と前記合力体とにわたる駆動力の伝達経路に、一方向クラッチが配設されておらず、クランク軸の回転が合力体に必ず伝達されるので、ペダルを前進走行時と逆方向に回転させた際にはこの回転がコースターブレーキに良好に伝達されて、コースターブレーキを良好に作動させることができる。

また、本発明は、モータと合力体とにわたる補助駆動力の伝達経路に、複数の減速用歯車部とこの減速用歯車部を支持する減速用歯車支持軸とを有する減速機構が配設され、何れかの減速用歯車部と前記減速用歯車支持軸との間に、前記合力体側からの人力駆動力をモータ側に伝達しない人力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。

この構成により、バッテリの残容量が無くなった際にペダルを漕いで回転させた場合でも、減速用歯車部と減速用歯車支持軸との間に配設された人力駆動力切断用の一方向クラッチによって、減速用歯車やモータを回転しなくても済み、ペダルに余分な力をかけなくて済む。

また、本発明は、モータと合力体と減速機構と制御部とがモータ駆動ユニット内に組み込まれ、モータと制御部とが側面視して重なり、かつ幅方向の互いに反対側に配設されていることを特徴とする。

この構成により、モータ駆動ユニットの側面視した状態での面積（横方向からの投影面積）を、一軸式のモータ駆動ユニットとして特に小さくできる（コンパクト化できる）。また、モータと制御部とはモータ駆動ユニットにおいて幅方向の反対側に配設したので、制御部がモータの熱の影響を受け難くなり、良好な信頼性を保持することができる。

本発明によれば、前記クランク軸と前記人力伝達体と前記合力体とにわたる駆動力の伝達経路に一方向クラッチが配設されていないので、人力伝達体にトルクセンサの磁歪発生部が設けられていても、人力伝達体に一方向クラッチに起因する振動が伝わることがなく、トルク（人力駆動力）を良好に検出することができる。また、人力伝達体に一方向クラッチを組付ける必要がないため、人力伝達体の材料をとして広い範囲のものから選択できて、トルクの検出能力が高くなる材料を用いることができる。これにより電動アシスト自転車の信頼性が向上する。また、前記クランク軸、または前記クランク軸と一体的に回転する部材の回転を検出する回転検出器が設けられているので、ペダルを止めたり逆回転したりすると、この状況を前記回転検出器で検知することが可能となる。したがって、ペダルを止めたり逆回転したりすることを検知した際に、モータを停止させることが可能となる。
また、本発明によれば、トルクの変動状態と、回転検出器で検出した出力信号に基づいて、クランク軸の回転方向に対する位置に対応するペダルの位置を推測可能な制御部を備え、変速が指示された際に変速タイミングを調整可能な変速機を備え、変速が指示された際に、制御部によりペダルに作用する踏力が小さくなると推測されるタイミングで変速させることにより、変速が指示された際に、搭乗者の足への負担を最小に抑えながら良好に変速できる。

また、前記回転検出器によりペダルが停止または逆方向に回転されたことを検出可能に構成し、前記回転検出器によりペダルが停止または逆方向に回転されたことが検出されると、制御部によりモータを停止または制動させるよう構成することにより、走行中にペダルを漕ぐことが停止されたり、逆方向に回転されたりした際には、直ぐにモータが停止または制動せることができる。したがって、モータからの補助駆動力がペダルに作用することを直ぐに防止できて、ペダルに余分な力をかけなくて済む。

また、回転検出器として、光センサを用いることにより、トルクセンサに磁気の影響を与えることなく、前記クランク軸、または前記クランク軸と一体的に回転する部材の回転を容易かつ確実に検知することができる。また、回転検出器として、トルクセンサを兼用した場合と比較すると、回転を容易かつ確実に検出できるとともに制御が簡単であるため迅速に検出でき、ペダルの回転が停止または逆回転されたことを迅速に検知して、モータを素早く停止できる利点がある。なお、回転検出器としてトルクセンサを兼用すると、トルクセンサとは別途に回転検出器を設けなくて済むので、製造コストを低減できる。

また、前記合力体または前記人力伝達体の外周に、光センサの光を遮断または反射する回転体を取り付けたことにより、回転検出器として比較的分解能のよいものを得ることができる。また、回転体として、全周にわたって歯部を形成した円板や円筒などを前記合力体または前記人力伝達体の外周に取り付けた場合でも前記回転体の内径部から外径部までの径方向の寸法をあまり大きくしなくて済むので、歯部などが変形する可能性を最小限に抑えることができて良好な信頼性を維持できる。

また、本発明によれば、ペダルを前進走行時の回転方向と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキを後輪のハブに配設した場合でも、コースターブレーキを良好に作動させることができる。

また、本発明によれば、合力体とモータとにわたる補助駆動力の伝達経路に、複数の減速用歯車部とこの減速用歯車部を支持する減速用歯車支持軸とを有する減速機構を配設し、何れかの減速用歯車部と前記減速用歯車支持軸との間に、人力駆動力切断用の一方向クラッチを配設することにより、バッテリの残容量が無くなった際にペダルを漕いで回転させた場合でも、減速用歯車やモータを回転しなくても済んで、ペダルに余分な力をかけなくて済む（いわゆる引きずり抵抗を極めて減少させることができる）。

また、モータと合力体と減速機構と制御部とがモータ駆動ユニット内に組み込まれ、モータと制御部とを側面視して重なり、かつ幅方向の互いに反対側に配設することで、モータ駆動ユニットの側面視した状態での面積（横方向からの投影面積）を、一軸式のモータ駆動ユニットとして特に小さくできる（コンパクト化できる）とともに、制御部がモータの熱の影響を受け難くなって、良好な信頼性を保持することができる。

本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車の全体側面図 同電動アシスト自転車の部分切欠側面図 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの側面図（駆動スプロケットは省いている） 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの平面横断面図 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの要部拡大平面横断面図 同電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの回転検出器および回転体の側面図 同モータ駆動ユニットの回転検出器および回転体の動作を説明するための図 同モータ駆動ユニットの回転検出器および回転体の動作を説明するための図 同電動アシスト自転車の後輪のハブの分解斜視図 同電動アシスト自転車の後輪のハブの縦断面図で、ペダルの踏力により後輪を回転駆動させている状態 同電動アシスト自転車の後輪のハブの縦断面図で、ペダルを前進走行時とは逆方向に回転させてコースターブレーキを作動させている状態、あるいは走行中にペダルの回転を停止している状態 本発明の他の実施の形態に係る電動アシスト自転車のモータ駆動ユニットの拡大平面横断面図 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のモータ駆動ユニットの拡大平面断面図 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全体側面図 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平面断面図

以下、本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車について図面に基づき説明する。なお、以下の説明における左右方向および前後方向とは、進行方向に向って当該電動アシスト自転車１に搭乗した状態での方向を言うが、この発明の構成が以下で述べる方向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に示すように、この電動アシスト自転車１は、ヘッドパイプ２ａ、前フォーク２ｂ、メインパイプ２ｃ、立パイプ２ｄ、チェーンステー２ｅ、シートステー２ｆなどからなる金属製のフレーム２と、前フォーク２ｂの下端に回転自在に取り付けられた前輪３と、チェーンステー２ｅの後端に回転自在に取り付けられた後輪４と、前輪３の向きを変更するハンドル５と、サドル６と、踏力からなる人力駆動力がかけられるクランク７およびペダル８と、補助駆動力（アシスト力）を発生させる駆動源としての電動のモータ２１（図４参照）およびこのモータ２１を含めた各種の電気的制御を行う制御部２４（図４参照）などが設けられたモータ駆動ユニット２０と、モータ２１に駆動用の電力を供給する二次電池からなるバッテリ１２と、ハンドル５などに取り付けられて、搭乗者などが操作可能な手元操作部（図示せず）と、クランク７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ことがある）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とからなる。

図１、図２に示すように、この電動アシスト自転車においても、モータ駆動ユニット２０が、クランク軸７ａの略後方など、前輪３と後輪４との間の中間位置（より詳しくは中間位置の下部）に配置されている。そして、このような配置構成にすることで、重量が比較的大きいモータ駆動ユニット２０が、電動アシスト自転車１の前後方向中央に配置されるため、前輪３や後輪４を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、電動アシスト自転車１の車体（フレーム２など）の取り回しがよく、また、走行安定性も良好となる。

図３はモータ駆動ユニット２０の側面図（駆動スプロケット１３は省いている）、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、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、この人力伝達体２８を介して伝達された人力駆動力とモータ２１からの補助駆動力とを合成する合力体２９とが配設されている。さらに、ユニットケース２２の前後方向中央部に、減速用歯車３６などを有する減速機構２５が配設され、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用プリント基板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。

詳しくは、図４に示すように、クランク軸７ａが、モータ駆動ユニット２０の前部を左右に貫通した状態で軸受２６、２７により回転自在に配設され、このクランク軸７ａにおける左側寄り部分の外周に、セレーション部（またはスプライン部）７ｃを介して、筒状の人力伝達体２８が一体的に回転する状態で嵌め込まれている。なお、人力伝達体２８の内周におけるクランク軸７ａのセレーション部（またはスプライン部）７ｃに対応する箇所にもセレーション部（またはスプライン部）２８ｂが形成されてクランク軸７ａのセレーション部（またはスプライン部）７ｃと噛み合っている。

人力伝達体２８の外周表面には、磁気異方性を付与した磁歪発生部３１ｂが形成されているとともに、その外周に一定の隙間（空間）を介してコイル３１ａが配設され、これらの磁歪発生部３１ｂおよびコイル３１ａにより磁歪式のトルクセンサ（人力検知部）３１が構成されている。これにより、クランク軸７ａからの人力駆動力が人力伝達体２８に伝達されるとともに、トルクセンサ３１により人力駆動力が検出される。また、この磁歪式のトルクセンサ３１では、磁歪発生部３１ｂが、人力伝達体２８の軸心方向に対して例えば＋４５度と−４５度とをなす螺旋形状に形成されており、人力伝達体２８に人力駆動力が伝達されると人力伝達体２８の表面の磁歪発生部３１ｂに歪みが発生して透磁率の増加部分と減少部分とが発生するため、コイル３１ａのインダクタンス差を測定することでトルク（人力駆動力）の大きさを検出できるよう構成されている。なお、この実施の形態では、上記構成により、クランク軸７ａが反対方向に回転されたことをも検出可能に構成されているがこれに限るものではない。

また、人力駆動力と補助駆動力とを合成するための合力体２９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に対しては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、合力体２９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）２９ａとが嵌合されている。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、合力体２９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）２９ａが外嵌されている。このように、クランク軸７ａと人力伝達体２８との間、および人力伝達体２８と合力体２９との間（すなわち、クランク軸７ａと人力伝達体２８と合力体２９との間の力の伝達経路）には、一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）が設けられておらず、この結果、クランク軸７ａに伝達された人力駆動力が人力伝達体２８から合力体２９に伝達されて、これらのクランク軸７ａと人力伝達体２８と合力体２９とが常に一体的に回転するよう構成されている。

さらに、図５、図６に示すように、モータ駆動ユニット２０には、クランク軸７ａと一体的に回転する部材である合力体２９、ひいては、クランク軸７ａやペダル８の回転を検出する２つの回転検出器１０（１０Ａ、１０Ｂ）が設けられている。この実施の形態では、出射部１０ａと受光部１０ｂとからなる対となった光センサが横方向（詳しくは、後述する回転体１１の歯部１１ｂの回転方向）に２つ並べられて、回転検出器１０（１０Ａ、１０Ｂ）が構成されている（図６〜図８参照）。また、合力体２９における左端部の外周に、回転検出器１０（１０Ａ、１０Ｂ）の光を遮断したり通過させたりする回転体１１が取り付けられている。回転体１１は、略筒状で合力体２９の左端部外周に取り付けられて固定された取付部１１ａと、この取付部１１ａの左端部からくし（櫛）歯状に外周方向に延びる歯部（遮光部）１１ｂとを有している。そして、回転検出器１０（１０Ａ、１０Ｂ）の出射部１０ａと受光部１０ｂとの間の光出射路を、歯部１１ｂや、これらの歯部１１ｂの間の歯溝部（通光部）１１ｃが通過することにより、回転検出器１１により合力体２９、ひいては、クランク軸７ａやペダル８の回転数（回転量）を検出するよう構成されている。また、図７、図８に示すように（図面の配置上、図６と逆の配置状態で示している）、２つの回転検出器１０Ａ、１０Ｂはそれぞれ出力信号の位相が９０度異なる位置に配設されており、これにより、回転検出器１０Ａ、１０Ｂの回転方向により入力信号が異なるため、入力信号に基づいて、合力体２９、ひいては、クランク軸７ａやペダル８の正方向および逆方向の各回転方向についても検出できるようになっている。なお、図４、図５に示すように、この実施の形態では、回転検出器１０は、ユニットケース２２の前端部内側から後方に延びる支持部材１８を介して、回転体１１が配設される箇所に向けて取り付けられている。

また、合力体２９の左寄り箇所外周にはモータ２１からの補助駆動力を入力するための大径歯車部２９ｂが一体形成されており、合力体２９の右端部外周には駆動スプロケット１３が嵌め込まれて、合力体２９と駆動スプロケット１３とは一体的に回転する。なお、合力体２９に外嵌された軸受２７により、クランク軸７ａが合力体２９を介して回転自在に支持されている。なお、合力体２９とクランク軸７ａとの間に薄肉の軸受などを配設してもよい。

モータ２１は軸受３２、３３によりその回転軸２１ａおよびロータ部２１ｂが回転自在に支持されている。また、モータ２１の回転軸２１ａが右側方に突出され、この突出部の外周に歯部２１ｃが形成されている。減速機構２５は、減速用歯車３６を介することにより、モータ２１の回転トルク（補助駆動力）が増幅されて合力体２９の大径歯車部２９ｂに伝達するよう構成されている。ここで、減速用歯車３６の支持軸（減速用歯車支持軸）には、軸受３４、３５により回転自在に支持された減速用歯車小径支持軸部（減速用歯車支持軸の一例であり、以下、単に小径支持軸部と略す）３６ａと、これよりも大径の減速用歯車大径支持軸部（減速用歯車支持軸の他の例であり、以下、単に大径支持軸部と略す）３６ｂとが一体形成されている。また、小径支持軸部３６ａの外周に、小径支持軸部３６ａとは別体の減速用小径歯車部（減速用歯車部の一例であり、以下、単に小径歯車部と略す）３６ｃが、圧入またはセレーション部（あるいはスプライン部）などを介して、一体的に回転するように組みつけられている。そして、小径歯車部３６ｃが合力体２９の大径歯車部２９ｂに噛み合わされている。一方、減速用歯車３６の大径支持軸部３６ｂの外周に減速用大径歯車部（減速用歯車部の他の例であり、以下、単に大径歯車部と略す）３６ｄが配設されているととともに、この大径歯車部３６ｄがモータ２１の回転軸２１ａの歯部２１ｃに噛み合わされているが、減速用歯車３６における大径支持軸部３６ｂと大径歯車部３６ｄとの間には、合力体２９からの回転駆動力をモータ２１側に伝達しないための、人力駆動力切断用の一方向クラッチ３７が配設されている。

この一方向クラッチ３７は、走行中にある程度の補助駆動力が出力されるなど、モータ出力（補助駆動力）に基づく減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄの内周部分が、これに対向する大径支持軸部３６ｂの外周部分に対して、相対的に駆動スプロケット１３を前進させる方向に回転する場合（すなわち、減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄの内周の前進方向への回転数が、これに対向する大径支持軸部３６ｂの外周の前進方向への回転数よりも大きい場合）には、減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄに伝達された補助駆動力を、そのまま大径支持軸部３６ｂに伝達するように動作する。そして、補助駆動力が、小径支持軸部３６ａと小径歯部３６ｃとを介して、合力体２９の大径歯車部２９ｂに伝達される。これにより、合力体２９において、人力駆動力と補助駆動力とが合成され、これらの合成された合力が、駆動スプロケット１３から、チェーン１５を介して、後輪４に伝達される。

一方、バッテリ１２の残容量が無くなって、モータ２１から補助駆動力が出力されない状態でペダル８を漕いだ場合など、モータ出力（補助駆動力）に基づく減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄの内周部分が、これに対向する大径支持軸部３６ｂの外周部分に対して、相対的に駆動スプロケット１３を前進させる方向とは逆方向に回転する場合（減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄの内周の前進方向への回転数が、これに対向する大径支持軸部３６ｂの外周の前進方向への回転数よりも小さい場合）には、減速用歯車３６の大径歯車部３６ｄに伝達された補助駆動力が一方向クラッチ３７により切断されて、大径支持軸部３６ｂに伝達されないよう構成されている。

これにより、バッテリ１２の残容量が無くなって、モータ２１から補助駆動力が出力されない状態でペダル８を漕いだ場合などには、人力駆動力によって小径歯車部３６ｃおよび小径支持軸部３６ａや大径支持軸部３６ｂは回転されるが、大径歯車部３６ｄやモータ２１の回転軸２１ａおよびロータ部２１ｂは回転されない。

また、この電動自転車１では、後輪４のブレーキ装置として、ブレーキレバーを操作することにより作動するブレーキシューを前輪のリムに押し付けるリムブレーキや、後輪のバンドブレーキやローラブレーキなどは設けられていない。そして、これらのブレーキ装置の代わりに、後ハブ９（図２参照、但し、実際には、図２に示す後スプロケット１４の向こう側に後ハブ９が設けられている）に、ペダル８を前進走行時の回転方向と逆方向に回転することにより後輪４が制動される、図９に示すようなコースターブレーキ６０が設けられている。なお、前輪３のブレーキ装置としては、ブレーキレバーを操作することによりそれぞれ作動するキャリパーブレーキやリムブレーキを設けてもよいし、設けなくてもよい（図１においては前輪３のブレーキ装置を設けていない場合を示している）。

図９は、コースターブレーキ６０が設けられている後輪４のハブ（後ハブ）９の分解斜視図、図１０、図１１は、それぞれ後ハブの断面図である。この実施の形態では、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｄ９４１９に規定する自転車用コースターハブ機構Ｂタイプの「ローラークラッチ駆動式」のコースターブレーキ６０が用いられており、後ハブ９の外郭部をなして後輪４と一体的に回転するハブ本体の内部にコースターブレーキ６０が配設されている。

図９〜図１１に示すように、コースターブレーキ６０は、後輪４のハブ軸６７に回転自在に外嵌され、その一端側（図７における右端側）外周に後スプロケット１４が一体的に回転するように固定され、その他端側（図９における左端側）に図１０、図１１に示すような突部６１ａ、大径カム面６１ｂおよび小径カム面６１ｃが周方向適当間隔ごとに形成された駆動体６１と、外周寄り部分において周方向適当間隔ごとにローラ６２が配設されているとともに軸方向に沿って図９における左側に突出するカム部６３ａを有するカム台６３と、カム台６３のカム部６３ａにその傾斜カム部６４ａが係合するとともにテーパ面６４ｂを有するエキスパンダー６４と、径方向に拡縮可能で後ハブ９の内周面に摺接可能なブレーキシュー６５と、ブレーキシュー６５を外側に移動可能なテーパ面６６ａを有するブレーキコーン６６となどから構成されている。

そして、ペダル８が通常の走行方向（前進走行時の回転方向、正方向とも称す）に回転されると、チェーン１５および後スプロケット１４などを介して、駆動体６１が図１０において示すｇ方向に回転され、これに伴い、ローラ６２が駆動体６１の大径部６１ｂにより外側に押圧される。この結果、ローラ６２が、駆動体６１と、後ハブ９のハブ本体との間に強く圧接された状態で挟持され、これによって、駆動体６１とともに前記ハブ本体が一体化されて、後輪４全体も回転される。なお、この際、カム台６３のカム部６３ａはエキスパンダー６４の傾斜カム部６４ａにおける軸方向に対して薄い厚み部分に当接している状態となり、エキスパンダー６４は図９において右側寄りに位置するため、エキスパンダー６４のテーパ面６４ｂがブレーキシュー６５に当接せず、ブレーキシュー６５も拡径されずに後ハブ９の内周面から離反されている。

一方、ペダル８が前進走行時の回転方向と逆方向に回転されて、チェーン１５を介して、後スプロケット１４が逆方向に回転された場合には、図９に示すように、駆動体６１が後スプロケット１４と同方向であるｈ方向に回転され、これにより、ローラ６２の箇所では、駆動体６１の小径カム面６１ｃに当接してハブ本体の内周面からは隙間を有する状態となる。しかしながら、駆動体６１のｈ方向への回転により、ローラ６２を介して、カム台６３がｈ方向に回転されると、カム台６３のカム部６３ａに傾斜カム部６４ａで当接しているエキスパンダー６４が図９における左側に移動される。これにより、ブレーキシュー６５が、エキスパンダー６４のテーパ面６４ｂとブレーキコーン６６のテーパ面６６ａとにより両側から押圧されて拡径して、後ハブ９のハブ本体の内周面に強く押圧され、この結果、後ハブ９を介して後輪４が制動される。

なお、走行中にペダル８が停止されて、チェーン１５を介して、後スプロケット１４の回転が停止された場合には、駆動体６１が図１０に示すようなｇ方向に回転される力がなくなるため、図１１に示すように、ローラ６２は、駆動体６１の小径カム面６１ｃ側に寄って後ハブ９の内周面から隙間を有する状態となる。また、駆動体６１が回転されないため、カム台６３も回転されず、これにより、エキスパンダー５４は図１１において右側寄りに位置した状態のままとなり、エキスパンダー６４のテーパ面６４ｂがブレーキシュー６５に当接せず、ブレーキシュー６５も拡径されずに後ハブ９の内周面から離反される。この結果、後ハブ９が回転している状態であっても、後ハブ９の回転力は、駆動体６１や後スプロケット１４には伝達されず、これらの間にフリーホイール（一方向クラッチ機構やラチェット機構）を配設した場合のように、空回り状態となって惰性走行状態が維持される。

なお、この実施の形態では、コースターブレーキ６０として、「ローラークラッチ駆動式」のものを用いた場合を述べたが、これに限るものではなく、これに代えて、「テーパーコーン駆動式」のコースターブレーキや、「多板式」のコースターブレーキを用いてもよい。

上記構成において、前進走行時にペダル８を踏み込むと、このペダル８にかけられた踏力に基づく人力駆動力が、クランク軸７ａから人力伝達体２８を介して合力体２９に伝達され、前記人力駆動力が、人力伝達体２８に設けられたトルクセンサ３１により検出される。そして、前記人力駆動力に対応する補助駆動力が減速機構２５の減速用歯車３６などを介して、合力体２９に伝達され、合力体２９で合わされた合力が、駆動スプロケット１３から、チェーン１５を介して、後輪４に伝達される。これにより、人力駆動力に対応したモータ２１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。

一方、走行中に搭乗者がペダル８を漕ぐことを止めると、これに伴ってクランク軸７ａおよび合力体２９の回転も停止するため、この停止状態が回転検出器１０により検出され、モータ２１が直ぐに停止または制動される。これにより、モータ２１からの補助駆動力がペダル８に作用することを防止できて、ペダル８に余分な力をかけなくて済む。

また、走行中に搭乗者がペダル８を逆方向に回転させると、これに伴ってクランク軸７ａ、人力伝達体２８および合力体２９を介して駆動スプロケット１３も逆方向に回転され、この動作がチェーン１５を介して後ハブ９が設けられているコースターブレーキ６０に伝達されて、コースターブレーキ６０が作動する。

また、これらの動作において、従来の一軸式のモータ駆動ユニットでは、トルクセンサが取り付けられている人力伝達体や合力体の端部に一方向クラッチが設けられていたため、一方向クラッチの切替動作時の振動やカム部の噛み合い動作や乗越え動作時の振動が直接に人力伝達体や合力体の端部に伝達されて、トルク検出時のノイズとなって、トルクの検出能力が低下するおそれがあった。また、このように、トルクの検出能力が低下すると、トルク値に対する高度な制御を行い難くなったり、トルク値に対する素早い制御が行い難くなったりするおそれもあった。また、コースターブレーキを後輪のハブに設けようとしても、ペダルを前進走行時と逆方向に回転させた際に、ペダルの回転が駆動スプロケットやチェーンに伝達できないため、コースターブレーキに対応することができなかった。

これに対して、本発明の実施の形態では、クランク軸７ａと人力伝達体２８と合力体２９とにわたる駆動力の伝達経路に一方向クラッチが全く配設されていないので、人力伝達体２８にトルクセンサ３１の磁歪発生部３１ｂが設けられていても、人力伝達体２８に一方向クラッチに起因する振動が伝わることがない。これにより、トルク（人力駆動力）を良好に検出することができて、電動アシスト自転車１の信頼性が向上する。また、人力伝達体２８に一方向クラッチを組付ける必要がないため、人力伝達体２８の材料をとして広い範囲のものから選択できて、トルクの検出能力が高くなる材料を用いることができる。これにより、トルクをより良好に検出できるトルクセンサ３１の磁歪発生部３１ｂを用いることができる。

また、上記構成によれば、走行中にペダル８を漕ぐことを停止したり、逆方向に回転したりした際には、この動作が回転検出器１０により検出されて、モータ２１が直ぐに停止または制動されるので、モータ２１からの補助駆動力がペダル８に作用することを防止できる。

また、上記構成によれば、コースターブレーキ６０が後輪４のハブ９に配設されている場合でも、クランク軸７ａと人力伝達体２８と合力体２９とにわたる駆動力の伝達経路に一方向クラッチが全く配設されておらず、ペダル８およびクランク軸７ａの回転が合力体２９に必ず伝達されるので、ペダル８を前進走行時と逆方向に回転させた際にはこの回転がコースターブレーキ６０に良好に伝達されて、コースターブレーキ６０を良好に作動させることができる。

また、上記構成によれば、回転検出器１０として、光センサを用いることにより、トルクセンサ３１に磁気の影響を与えることなく、合力体２９の回転を容易かつ確実に検知することができる。つまり、回転検出器１０として、磁気センサを別途に設けるとともに、合力体２９の一部に磁石を埋め込んだり、合力体２９の大径歯車部２９ｂを、いわゆるピックアップセンサなどからなる磁石を有する磁気センサを用いたりした場合には、磁歪発生部３１ｂにより発生される磁界の変動など、トルク検出時のノイズを生じて、トルクの検出能力が低下するおそれがある。したがって、回転検出器１０として磁気センサを用いてもよいが、この場合には、磁界の影響を少なく抑えるための、磁界を遮断する部品などを別途に設けるなどして、工夫する必要がある。これに対して、本実施の形態では、回転検出器１０として光センサを用いることで、トルクの検出能力を良好に維持した状態で合力体２９の回転を容易かつ確実に検知することができる。また、回転検出器１０として光センサを用いることで、回転を容易かつ確実に検出できるとともに制御が簡単であるため迅速に検出でき、ペダル８やクランク軸７ａの回転が停止または逆回転されたことを迅速に検知して、モータ２１を素早く停止できる利点もある。

なお、回転検出器１０や回転体１１を設ける代わりに、回転検出器として、トルクセンサ３１を兼用して用いてもよい。回転検出器としてトルクセンサ３１を兼用すると、トルクセンサ３１とは別途に回転検出器１０や回転体１１を設けなくて済むので、モータ駆動ユニット２０の製造コストを低減できる。

また、上記構成においては、合力体２９の外周に回転体１１を取り付けている。この構成により、合力体２９はクランク軸７ａの外周に配設されているので、後述するように、回転体１１をクランク軸７ａに設けている場合よりも、大径の部分に回転体１１を配設することとなるため、径方向の高さが同様な寸法の回転体１１を組み付けた場合でも、回転体１１において、より多くの歯部１１ｂを形成できるとともに回転検出器１０で支障なく検出できて、回転検出器１０の分解能を向上させることができる。

また、光センサからなる回転検出器１１をクランク軸７ａに取り付けた場合において同様な回転検出器１０の分解能を得ようとすると、歯部を形成した円板などを内径部から外径部までの径方向の寸法を大きくすることが考えられるが、この場合には、歯部を形成した円板や円筒などが変形しやすくなるおそれがある。これに対して、上記のように、回転体１１を、クランク軸７ａの外周に配設されている合力体２９に取り付けることで、回転体１１の内径部から外径部までの径方向の寸法をあまり大きくしなくても済み、回転体１１の歯部１１ｂなどが変形する可能性を最小限に抑えることができる。

また、回転体１１を合力体２９に取り付ける代わりに、図１２に示すように、クランク軸７ａの外周に配設されている人力伝達体２８に取り付けてもよい。この構成によれば、回転体１１の取り付け箇所の径が、合力体２９よりも若干小さくなるため、分解能が若干低下する場合があるものの、人力伝達体２８もクランク軸７ａと一体的に回転するため、人力伝達体２８、ひいてはクランク軸７ａやペダル８の回転を良好に検知できる。なお、回転体１１を合力体２９に取り付けた場合には、合力体２９にモータ２１側からの補助駆動力が直接作用するため、補助駆動力に起因する振動などの影響を受け易いが、回転体１１を人力伝達体２８に取り付けた場合には、合力体２９にモータ２１側からの補助駆動力が直接には作用しないため、補助駆動力に起因する振動などの影響を受け難い利点がある。

また、回転体１１の人力伝達体２８への取付方法としては、接着や圧入の方法があるが、回転体１１を人力伝達体２８に圧入して組付けると、人力伝達体２８に圧入力に起因する歪を生じて、トルクセンサ３１に悪影響を及ぼす恐れがある。これに対して、回転体１１を合力体２９に取り付ける場合には、このような不具合を生じることがないため、回転体１１を、合力体２９に容易かつ確実に、またトルクセンサ３１に悪影響を及ぼすことなく、取り付けて固定できる。

なお、回転体１１を、合力体２９や人力伝達体２８に取り付ける代わりに、図１３に示すように、クランク軸７ａに取り付けてもよい。
また、上記実施の形態では、光を遮断する歯部１１ｂを有する回転体１１を設け、歯部１１ｂの間の歯溝部１１ｃを通った光を検出するように構成した場合を述べたが、これに限るものではなく、例えば、同様の回転体を設けるとともに光を反射する位置に受光部を設けて、反射光を入力することで回転位置や回転数を検出するようにしてもよい。

また、上記構成において、合力体２９、人力伝達体２８やクランク軸７ａの回転を検出する回転検出器１０を設けて、制御部２４により、合力体２９、人力伝達体２８やクランク軸７ａが正方向（当該電動アシスト自転車１が前進する方向）に回転していることを検出した場合は、一時的に力を抜いて走行した場合や、ペダル８が上死点や下死点位置となって踏み込む力が一時的に弱くなるなどしてトルクが変動した場合でも、補助駆動力の変動を抑えるように制御してもよい。この構成によれば、走行している際での補助駆動力の変動を抑えることができて、乗り心地の向上を図ることができる。

また、上記構成においては、ペダル８が組みつけられているクランク軸７ａと、駆動スプロケット１３が取り付けられている合力体２９との間に一方向クラッチが設けられていないため、ペダル８と、クランク軸７ａ、人力伝達体２８、合力体２９の回転方向に対する相対位置が変動しない。したがって、制御部２４により、クランク軸７ａ、人力伝達体２８、合力体２９の回転位置と、トルクの変動状態とから、ペダル８の位置などを推測して、各種の制御を行ってもよい。

例えば、当該電動アシスト自転車１として、複数の変速段を有し、変速が指示された際に変速タイミングを調整可能な変速機を備えた構造とするとともに、制御部２４により、トルクの変動状態と、回転検出器１０で検出した出力信号に基づいて、合力体２９の回転方向に対する位置に対応するペダル８の位置などを推測し、変速が指示された際に、変速タイミングとして好ましい、ペダル８に作用する踏力が小さくなるタイミング（例えば、ペダル８が上死点や下死点に位置するタイミング）で変速させてもよい。この構成によれば、変速が指示された際に、搭乗者の足への負担を最小に抑えることができると同時に良好に変速できる。

また、上記構成においては、モータ２１と合力体２９とにわたる補助駆動力の伝達経路に、複数の減速用歯車部としての小径歯車部３６ｃおよび大径歯車部３６ｄと、これらの小径歯車部３６ｃおよび大径歯車部３６ｄを支持する減速用歯車支持軸としての小径支持軸部３６ａおよび大径支持軸部３６ｂとを有する減速機構２５の減速用歯車３６を配設している。そして、この実施の形態では、大径歯車部３６ｄと大径支持軸部３６ｂとの間に、合力体２９側からの人力駆動力をモータ２１側に伝達しない人力駆動力切断用の一方向クラッチ３７を配設している。

これにより、バッテリ１２の残容量が無くなって、モータ２１から補助駆動力が出力されない様態でペダル８を漕いだ場合などには、人力駆動力によって小径歯車部３６ｃおよび小径支持軸部３６ａや大径支持軸部３６ｂは回転されるが、大径歯車部３６ｄやモータ２１の回転軸２１ａおよびロータ部２１ｂは回転されず、ペダル８に余分な力をかけなくて済む（いわゆる引きずり抵抗を極めて減少させることができる）。また、図１７に示すような従来の一軸式のモータ駆動ユニットと比較しても、人力駆動力によって、大径歯車部３６ｄやモータ２１の回転軸２１ａも回転させないので、その分だけペダル８を軽い力で回転できる。

また、本実施の形態では、図３に示すように、側面視して、モータ２１と制御部２４とがほぼ重なるように配置したので、モータ駆動ユニット２０の側面視した状態での面積（横方向からの投影面積）を、一軸式のモータ駆動ユニット２０として特に小さくできる（コンパクト化できる）利点がある。そして、モータ２１と制御部２４とはモータ駆動ユニット２０において正面視や平面視して幅方向の反対側に配設した（モータ２１を左側、制御部２４を右側に配設した）ので、制御部２４がモータ２１の熱の影響を受け難くなり、良好な信頼性を保持することができる。

なお、上記実施の形態では、人力駆動力切断用の一方向クラッチ３７を大径歯車部３６ｄと大径支持軸部３６ｂとの間に配設した場合を述べたが、これに代えて、人力駆動力切断用の一方向クラッチ３７を小径歯車部３６ｃと小径支持軸部３６ａとの間に配設してもよい。

また、上記実施の形態では、後ハブ９にコースターブレーキ６０が設けられている場合を述べたが、これに限るものではない。すなわち、コースターブレーキ６０に代えて、ブレーキ装置として、一般の自転車と同様に、ハンドル５に取り付けたブレーキレバー７０（図１４参照）を操作することで制動されるリムブレーキ、バンドブレーキ、またはローラブレーキなどを設けた場合にも、上記実施の形態のモータ駆動ユニット２０を用いてもよい。なお、この場合には、後輪４の回転力をチェーン１５に伝達しないペダル停止時用の一方向クラッチを後輪４のハブ９に配設して、下り坂などの前進走行時において、ペダル８が回転しないよう構成してもよい。

なお、上記実施の形態では、フロント変速機が装着されておらず、駆動スプロケット１３が１つ（１段）である場合を述べたが、これに限るものではなく、大小の駆動スプロケットを備えたフロント変速機を装着してもよい。

本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である各種の電動アシスト自転車に適用可能である。

Claims (9)

1. ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である電動アシスト自転車であって、
   ペダルからの人力駆動力が伝達されるクランク軸の外周に、前記人力駆動力が伝達されて、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た筒状の人力伝達体が配設され、
   前記クランク軸の外周に、前記人力伝達体を介して伝達された人力駆動力とモータからの補助駆動力とが合成される合力体が配設され、
   前記合力体により人力駆動力と補助駆動力とが合成されてなる合力が、クランク軸と同軸心の駆動力出力輪体と、この人力駆動力出力輪体に掛け渡された無端状駆動力伝達体とを介して、後輪に伝達されるよう構成され、
   前記クランク軸と前記人力伝達体と前記合力体とにわたる駆動力の伝達経路に、一方向クラッチが配設されておらず、前記クランク軸と前記人力伝達体と前記合力体との相対的な回転方向にかかわらず、前記クランク軸の回転に伴って前記人力伝達体および前記合力体も回転され、
   前記クランク軸、または前記クランク軸と一体的に回転する部材の回転を検出する回転検出器が設けられ、
   トルクの変動状態と、回転検出器で検出した出力信号に基づいて、クランク軸の回転方向に対する位置に対応するペダルの位置を推測可能な制御部を備え、
   変速が指示された際に変速タイミングを調整可能な変速機を備え、変速が指示された際に、制御部によりペダルに作用する踏力が小さくなると推測されるタイミングで変速させる
   ことを特徴とする電動アシスト自転車。
2. 前記回転検出器は、ペダルが停止または逆方向に回転されたことを検出可能に構成され、前記回転検出器によりペダルが停止または逆方向に回転されたことが検出されると、制御部によりモータを停止または制動させるよう構成し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. 前記回転検出器として光センサ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。
4. 前記トルクセンサが前記回転検出器としても兼用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。
5. 前記回転検出器として、前記トルクセンサとは別途の磁気センサ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。
6. 前記合力体または前記人力伝達体の外周に、光センサの光を遮断または反射する回転体を取り付けたことを特徴とする請求項３に記載の電動アシスト自転車。
7. ペダルを前進走行時の回転方向と逆方向に回転させた際に作動するコースターブレーキが後輪のハブに配設されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
8. モータと合力体とにわたる補助駆動力の伝達経路に、複数の減速用歯車部とこの減速用歯車部を支持する減速用歯車支持軸とを有する減速機構が配設され、
   何れかの減速用歯車部と前記減速用歯車支持軸との間に、前記合力体側からの人力駆動力をモータ側に伝達しない人力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１〜７の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
9. モータと合力体と減速機構と制御部とがモータ駆動ユニット内に組み込まれ、
   モータと制御部とが側面視して重なり、かつ幅方向の互いに反対側に配設されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。

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