JP6485653B2 - 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１８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１９、図２０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１８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１９、図２０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１９、図２０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１８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２０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。

また、外装変速機では、後輪側に駆動力を伝達する手段としての専用のチェーンと変速段を切り換えるフロントディレーラとを用いる構造であるため、チェーンに代えて歯付きベルトを用いることが困難である。

本発明は上記課題を解決するもので、良好に変速できながら、チェーンなどの部品の交換の頻度が多くなることを防止できるとともに、十分な補助駆動力を付加でき、また、載台やバッテリとフロントディレーラとの干渉による課題を生じることがなく、さらに、専用のフロントディレーラを開発しなくても済む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、前記モータ駆動ユニットに、人力駆動力とモータからの補助駆動力とが合成された合力を変速する遊星歯車機構が設けられ、前記遊星歯車機構に、変速用の部材の凸形状部分または凹形状部分に対して係合する状態と係合しない状態とに切り換わることで複数の変速段を切り換える変速用クラッチが設けられていることを特徴とする。

この構成により、一軸式のモータ駆動ユニットに内装変速機能を付与することができる。したがって、良好に変速できながら、チェーンなどの部品の交換の頻度が多くなることを防止できるとともに、十分な補助駆動力を付加でき、また、載台やバッテリとフロントディレーラとの干渉による課題を生じることがなく、さらに、専用のフロントディレーラを開発しなくても済む。

また、本発明は、前記遊星歯車機構の太陽歯車および内歯車が、クランク軸と同じ軸心で配設されていることを特徴とする。また、本発明は、前記人力伝達体、前記合力伝達体、および前記遊星歯車機構が、前記モータ駆動ユニットの内部に配設され、前記遊星歯車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ていることを特徴とする。なお、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。

また、本発明の遊星歯車機構は、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入力する内歯車と、変速可能とされた合力を出力するキャリアとを有していることを特徴とする。この場合に、前記変速用クラッチは、前記内歯車と前記キャリアとを一体回転状態と非一体回転状態とに切り換えると好適である。また、モータ駆動ユニットのユニットケースに固定される固定体を設け、この固定体と前記遊星歯車機構の太陽歯車との間に太陽歯車固定用の一方向クラッチを配設すると好適である。

この構成によれば、内歯車に入力された合力の回転を減速してキャリアから出力したり、内歯車に入力された合力の回転をそのままの速度でキャリアから出力したりすることができる。

また、本発明の他の遊星歯車機構は、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入力するキャリアと、変速可能とされた合力を出力する太陽歯車とを有していることを特徴とする。この場合に、前記変速用クラッチは、前記遊星歯車機構の内歯車を固定状態と回転可能状態とに切り換えると好適である。また、前記太陽歯車と前記キャリアとの間に一方向クラッチを配設すると好適である。

この構成によれば、キャリアに入力された合力の回転をそのままの速度で太陽歯車から出力したり、キャリアに入力された合力の回転を増速させて太陽歯車から出力したりすることができる。

また、本発明のさらに他の遊星歯車機構は、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入力する太陽歯車と、変速可能とされた合力を出力するキャリアとを有していることを特徴とする。この場合には、前記遊星歯車機構の内歯車を固定状態と回転可能状態とに切り換える変速用クラッチを設けると好適である。

この構成によれば、太陽歯車に入力された合力の回転を減速してキャリアから出力したり、太陽歯車に入力された合力の回転をそのままの速度でキャリアから出力したりすることができる。

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、前記人力伝達体または前記人力伝達体と連動する部品に前記人力伝達体の回転を検出する回転検出器を設けてもよく、これによれば、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、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み、チェーンの耐用年数が極めて短い期間となって部品の交換の頻度が多くなったり、補助駆動力が不充分となったりすることがない。また、フロントディレーラを設けなくて済むとともに、フロントディレーラの配設箇所について課題を生じることもない。また、遊星歯車機構を用いて変速するので、いわゆるニュートラル状態（空回転状態）となることなく出力することができる。この結果、変速時にいわゆるニュートラル状態（空回転状態）となることによって搭乗者に対して不快感やショックを与えることがない。また、駆動力を後輪側に伝達する無端状駆動力伝達体としてチェーンを用いることができるだけでなく、歯付きベルトを用いることも可能となる。

また、遊星歯車機構により、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。

また、遊星歯車機構として、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入力する内歯車と、変速可能とされた合力を出力するキャリアとを有する構成とすることで、前記遊星歯車機構により減速しながら合力を出力することができる。また、比較的高負荷で使用される高速段の際に、遊星歯車機構の歯車の噛み合いによる増減速でトルクを伝達することが無いように構成できるため、各歯車の歯面および歯元が損傷し難くなり、強度上有利となるとともに、使用可能な期間（いわゆる寿命）を延ばすことができる。

また、遊星歯車機構として、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入力する太陽歯車と、変速可能とされた合力を出力するキャリアとを有する構成とすることで、前記遊星歯車機構により減速しながら合力を出力することができる。モータとクランク軸との間に中間軸を設けて補助駆動力のトルクを増加させる構成を用いる場合に、中間軸に設ける歯車の数を減少させることが可能となり、ひいてはモータ駆動ユニットのコンパクト化を図ることができる。

また、遊星歯車機構として、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入力する太陽歯車と、変速可能とされた合力を出力するキャリアとを有する構成とすることで、前記遊星歯車機構により減速しながら合力を出力することができる。また、この場合にも、比較的高負荷で使用される高速段の際に、遊星歯車機構の歯車の噛み合いによる増減速でトルクを伝達することが無いように構成できるため、各歯車の歯面および歯元が損傷し難くなり、強度上有利となるとともに、使用可能な期間（いわゆる寿命）を延ばすことができる。また、モータとクランク軸との間に中間軸を設けて補助駆動力のトルクを増加させる構成を用いる場合に、中間軸に設ける歯車の数を減少させることが可能となり、ひいてはモータ駆動ユニットのコンパクト化を図ることができる。

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右側面図 本発明の第１の実施の形態に係る電動アシスト自転車の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）は同モータ駆動ユニットにおける図５のＡ−Ａ線矢視要部右側面図およびＢ−Ｂ線矢視要部右側面図で、変速段が低速（第１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における図７のＡ−Ａ線矢視要部右側面図およびＢ−Ｂ線矢視要部右側面図で、変速段が高速（第２速）の状態 本発明の第２の実施の形態に係る電動アシスト自転車の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における図１０のＣ１−Ｃ１線矢視要部右側面図および図１１のＣ２−Ｃ２線矢視要部右側面図で、（ａ）は変速段が低速（第１速）の状態、（ｂ）は変速段が高速（第２速）の状態 本発明の第３の実施の形態に係る電動アシスト自転車の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における図１４のＤ１−Ｄ１線矢視要部右側面図および図１５のＤ２−Ｄ２線矢視要部右側面図で、（ａ）は変速段が低速（第１速）の状態、（ｂ）は変速段が高速（第２速）の状態 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

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、後述する遊星歯車機構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はモータ駆動ユニット２０の右側面図、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、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、モータ駆動ユニット２０におけるユニットケース２２の前側右寄り箇所に、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遊星歯車機構５０が設けられている。また、モータ駆動ユニット２０における前後方向中央部には、複数の減速用歯車３６〜４０などを有する減速機構２５が配設されている。この実施の形態では、後述するように、遊星歯車機構５０により内装変速機（内装型の変速装置）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おり、人力伝達体２８に人力駆動力が伝達されると人力伝達体２８の表面の磁歪発生部３１ｂに歪みが発生して透磁率の増加部分と減少部分とが発生するため、コイル３１ａのインダクタンス差を測定することでトルク（人力駆動力）の大きさを検出できるよう構成されている。

連動筒体２３は、クランク軸７ａの外周における人力伝達体２８の右側に隣接した箇所で、クランク軸７ａに対して回転自在の状態で配設されているが、人力伝達体２８の右端部外周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２８ａと、連動筒体２３の左端部内周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２３ａとで嵌合されて、人力伝達体２８と一体的に回転する。なお、この実施の形態では、人力伝達体２８のセレーション部（またはスプライン部）２８ａに、連動筒体２３の左端部内周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２３ａが外側から嵌合されている。

また、この実施の形態では、連動筒体２３の左側部分の外周に、連動筒体２３の回転状態を検出するための回転検出体１１が取り付けられており、さらに、回転検出体１１を左右から微小隙間をあけて挟むように、回転検出器１０がユニットケース２２に取付部材１０ａを介して取り付けられて固定されている。例えば、回転検出器１０は、出射部と受光部とからなる対となった光センサが回転検出体１１の回転方向に２つ並べられて構成され、回転検出体１１は、くし（櫛）歯状に外周方向に延びる多数の歯部（遮光部）を有している。そして、回転検出体１１の歯部が回転検出器１０の出射部と受光部との間を通過することにより、光の入射状態と遮光状態とを回転検出器１０により電気的に検知して、この信号を入力する制御部２４において、連動筒体２３の回転量および回転方向を検知する。なお、光センサに代えて磁気センサを設けて連動筒体２３の回転量および回転方向を検知してもよい。ここで、連動筒体２３は人力伝達体２８と一体的に回転し、人力伝達体２８はクランク軸７ａと一体的に回転するため、連動筒体２３の回転量および回転方向を検知することで、クランク軸７ａやペダル８の回転量や回転方向も検知できるよう構成されている。

また、連動筒体２３の右側部分の外周に、一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０を介して、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などを含む減速歯車３６〜４０とを有する。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、中間軸４４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、クランク軸７ａから人力伝達体２８、連動筒体２３、補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０を介して伝達された人力が、さらに、低速用減速歯車３６および第２の中間軸減速歯車３８を介して中間軸４４に伝達され、中間軸４４において人力駆動力と補助駆動力とが合わされる。そして、この実施の形態では、人力駆動力と補助駆動力とが合わされてなる合力が、第３の中間軸減速歯車３９を介して遊星歯車機構５０に伝達され、さらに遊星歯車機構５０を介することで変速可能とされた状態で、合力伝達体２９および駆動スプロケット１３に伝達される。

図５、図６などに示すように、この実施の形態の遊星歯車機構５０は、低速用減速歯車３６における右側の小径部３６ｂの外周を介して回転自在に配設された太陽歯車５１と、太陽歯車５１の歯部に公転および自転可能な状態で噛み合う複数（例えば３つ）の遊星歯車５２と、この遊星歯車５２をそれぞれ回転自在に支持する遊星歯車軸５３と、これらの遊星歯車軸５３を公転自在に支持するキャリア５４と、遊星歯車５２に外周側から噛み合う内歯車５５と、ユニットケース２２の前側内周面に、その前側部分が嵌められて固定された固定体５７と、太陽歯車５１の左側部の外周に取り付けられ、固定体５７の内周に形成された歯部５７ａ（図６（ａ）参照）に係合可能とされて、太陽歯車５１が反時計方向に回転することを規制して太陽歯車５１を固定可能とする一方向クラッチからなる太陽歯車固定用クラッチ５６と、ロック防止用一方向クラッチ５９を介して、キャリア５４に対して軸方向にスライド可能な状態でスプライン結合され、かつロック防止用一方向クラッチ５９のカム（爪部）を傾倒可能な突状傾斜面５８ａを有する変速用クラッチ５８（図５参照）と、などを有している。なお、ロック防止用一方向クラッチ５９は、内歯車５５の内歯５５ａに係脱自在とされており、当該電動アシスト自転車１を後退させる際に、合力伝達体２９がロックすることを防止するよう作用する。

また、この実施の形態では、内歯車５５は、遊星歯車５２に噛み合う内歯５５ａが内周に形成されているとともに、外周に外歯５５ｂが形成されている。そして、内歯車５５の外歯５５ｂに第３の中間軸減速歯車３９が噛み合わされて中間軸４４からの合力が内歯車５５に伝達され、これにより、遊星歯車機構５０の内歯車５５への入力となる。また、右側のキャリア５４が合力伝達体２９と一体形成されており、遊星歯車機構５０のキャリア５４からの出力が合力伝達体２９に伝達される。すなわち、この実施の形態の遊星歯車機構５０は、合力を内歯車５５から入力し、キャリア５４から出力するよう構成されている。

また、変速段手元操作部１８の操作に伴って、ケーブルなどを介して変速用クラッチ５８が移動するよう構成されている。そして、変速段手元操作部１８が低速段（第１段）に切り換えられた際は、図４、図５に示すように、変速用クラッチ５８の突状傾斜面５８ａがロック防止用一方向クラッチ５９のカム（爪部）に当接してこのカムを倒しており、この結果、ロック防止用一方向クラッチ５９のカムが内歯車５５の内歯５５ａから離反し、キャリア５４と内歯車５５とはそれぞれ別個に回転自在とされている。一方、変速段手元操作部１８が高速段（第２段）に切り換えられると、図７に示すように、変速用クラッチ５８の突状傾斜面５８ａはロック防止用一方向クラッチ５９のカムから離反し、これにより、ロック防止用一方向クラッチ５９のカムは起立可能な状態とされ、このロック防止用一方向クラッチ５９のカムにより、キャリア５４と内歯車５５とは互いに係合して一体的に回転するよう構成されている。

上記構成において、変速段手元操作部１８が低速段（第１段）に切り換えられた際は、図４、図５などに示すように、変速用クラッチ５８の突状傾斜面５８ａがロック防止用一方向クラッチ５９のカム（爪部）に当接してこのカムを倒し、キャリア５４と内歯車５５とはそれぞれ別個に回転自在である。中間軸４４に伝達された合力は第３の中間軸減速歯車３９を介して、合力が内歯車５５に伝達され、これにより、図６（ｂ）に示すように、内歯車５５および遊星歯車５２は右側から側面視して時計方向にそれぞれ回転する。太陽歯車５１は遊星歯車５２からの反力により、逆方向である反時計方向に回転しようとするが、図６（ａ）に示すように、太陽歯車５１に取り付けられた太陽歯車固定用クラッチ５６のカムが固定体５７に係合し、太陽歯車５１は反時計方向に回転できずに固定状態となる。

この結果、キャリア５４は内歯車５５よりも減速された状態で回転される。例えば、太陽歯車５１の歯数が２９、遊星歯車５２の歯数が１３、内歯車５５の内歯５５ａの歯数が５７であり、クランク軸が６０回転／分（ｒｐｍ）の速度で回転された場合には、内歯車５５が７０回転／分（ｒｐｍ）、キャリア５４は４６．４回転／分（ｒｐｍ）で回転される（図６（ａ）、（ｂ）参照）。そして、このように合力が、遊星歯車機構５０内で減速された状態で合力伝達体２９や駆動スプロケット１３に伝達され、チェーン１５を介して後輪４側に伝達される。

変速段手元操作部１８が高速段（第２段）に切り換えられた際は、図７に示すように、変速用クラッチ５８の突状傾斜面５８ａはロック防止用一方向クラッチ５９のカムから離反し、これにより、ロック防止用一方向クラッチ５９のカム（爪部）は起立可能な状態となって内歯車５５の内歯５５ａに係合し、キャリア５４と内歯車５５とが一体的に回転する状態となる。これにより、図８（ｂ）に示すように、内歯車５５とキャリア５４や遊星歯車５２とが、互いの相対位置が変動しない状態で一体的に回転するため、内歯車５５やキャリア５４とともに、太陽歯車５１も一体的に回転する。なお、この際は、図８（ａ）に示すように、太陽歯車固定用クラッチ５６は空転状態となる。したがって、クランク軸が６０回転／分（ｒｐｍ）の速度で回転された場合には、内歯車５５とキャリア５４とがともに７０回転／分（ｒｐｍ）で回転される（図８（ａ）、（ｂ）参照）。そして、このように合力が、遊星歯車機構５０内で減速も増速もされない状態で合力伝達体２９や駆動スプロケット１３に伝達され、チェーン１５を介して後輪４側に伝達される。

上記構成によれば、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み、チェーンの耐用年数が極めて短い期間となって部品の交換の頻度が多くなったり、補助駆動力が不充分となったりすることがない。また、フロントディレーラを設けなくて済むとともに、フロントディレーラの配設箇所について課題を生じることもない。また、遊星歯車機構５０を用いて変速するので、いわゆるニュートラル状態（空回転状態）となることなく出力することができる。この結果、変速時にいわゆるニュートラル状態（空回転状態）となることによって搭乗者に対して不快感やショックを与えることはない。

また、遊星歯車機構５０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。

また、上記のように、遊星歯車機構５０として、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、内歯車５５から入力してキャリア５４から出力する構成とすることで、遊星歯車機構５０により減速しながら合力を出力することが可能となる。また、比較的高負荷で使用される高速段の際には、内歯車５５とキャリア５４と太陽歯車５１とが一体的に回転し、遊星歯車機構５０の各歯車が噛み合いによる増減速でトルクを伝達することが無いように構成できるため、低速段および高速段のいずれの場合でも遊星歯車機構５０の各歯車が噛み合いによって摺動しながらトルクを伝達する構成の場合と比較して、各歯車の歯面および歯元が損傷し難くなり、強度上有利となるとともに、遊星歯車機構５０としての使用可能な期間（いわゆる寿命）を延ばすことができる。

上記の実施の形態（第１の実施の形態）では、合力を内歯車５５から入力し、キャリア５４から出力するよう構成されている遊星歯車機構５０を用いた場合を述べたが、これに代えて、合力を、キャリア６４から入力し、太陽歯車６１から出力する遊星歯車機構６０を用いてもよい（第２の実施の形態）。なお、この実施の形態では、中間軸４４に、第２の中間軸減速歯車３８は設けられているが、第３の中間軸減速歯車３９は設けられていない。

図９、図１０などに示すように、この実施の形態の遊星歯車機構６０でも、太陽歯車６１と、太陽歯車６１の外周面に形成された歯部６１ａに対して公転および自転可能な状態で噛み合う複数（例えば３つ）の遊星歯車６２と、この遊星歯車６２をそれぞれ回転自在に支持する遊星歯車軸６３と、これらの遊星歯車軸６３を公転自在に支持するキャリア６４と、遊星歯車６２に外周側から噛み合う内歯車６５とを備えている。また、キャリア６４の大径外周部に、第２の中間軸減速歯車３８に噛み合う歯部６４ｃが形成されている。さらに、キャリア６４の内周側左寄り箇所に筒状の中径部６４ａが形成され、このキャリア６４の中径部６４ａは、補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０を介して連動筒体２３の外周に取り付けられている。また、キャリア６４の内周側右寄り箇所には筒状の小径部６４ｂが形成され、このキャリア６４の小径部６４ｂは、クランク軸７ａの外周に回転自在に配設されている。

この遊星歯車機構６０では、キャリア６４の小径部６４ｂの外周と太陽歯車６１の内周との間にも、一方向クラッチ６６が配設されており、この一方向クラッチ６６のカムが太陽歯車６１の内周面に形成された歯部６１ｂに係合可能とされている。また、太陽歯車６１は合力伝達体２９と一体形成されて、太陽歯車６１に伝達された力がそのまま合力伝達体２９に伝達される。また、内歯車６５の右側には筒状の小径部６５ａが形成され、この内歯車６５の小径部６５ａが、合力伝達体２９の外周に配設された軸受６８と、軸受６８よりも外周側に配設された軸受２７とに挟まれた状態で回転自在に支持されている。

さらに、図１２に示すように、この遊星歯車機構６０では、太陽歯車６１の外周近傍箇所に、環状の固定枠６７がユニットケース２２（右側ケース２２ｃ）に固定されている。また、この固定枠６７の所定箇所に（固定枠６７の周方向の２箇所に設けている場合を図示しているが、１箇所または周方向に３箇所以上でもよい）、軸６９ａを介して揺動可能な爪状の変速用クラッチ６９が、クランク軸７ａの軸心方向に沿って移動可能な状態で配設されている。そして、この変速用クラッチ６９は、変速段手元操作部１８の操作に伴って、ケーブルなどを介して移動するよう構成されている（図示せず）。

また、図１０に示すように、内歯車６５の、変速用クラッチ６９が臨む外周面には、変速用クラッチ６９の先端が係合可能な歯状部６５ｃが形成されているが、この歯状部６５ｃの左側部分は単なる円筒形状とされて、変速用クラッチ６９の先端が係合しないよう構成されている。なお、変速用クラッチ６９は、その先端が内歯車６５の外周面側に移動する方向に、つる巻きばね（図示せず）などにより付勢されている。

上記構成において、変速段手元操作部１８が低速段（第１段）に切り換えられた際は、図９、図１０、図１２（ａ）に示すように、変速用クラッチ６９が左寄り位置に移動されて、内歯車６５の外周部における歯状部６５ｃが形成されていない箇所に臨む位置に配設される。これにより、内歯車６５は変速用クラッチ６９によっては回転することが規制されず、自由に回転できる状態とされる。中間軸４４に伝達された補助駆動力は第２の中間軸減速歯車３８を介して、キャリア６４に伝達され、キャリア６４で補助駆動力と人力駆動力とが合わされる。また、図１２（ａ）に示すように、キャリア６４に取り付けられている一方向クラッチ６６のカムが太陽歯車６１に係合されており、これにより、太陽歯車６１はキャリア６４の小径部６４ｂと一体的に回転するとともに、内歯車６５も回転を規制されていないため、キャリア６４や遊星歯車６２とともに一体的に回転する。この結果、キャリア６４とともに内歯車６５や太陽歯車６１も同じ回転速度で一体的に回転する。したがって、例えば、上記実施の形態と同様の歯数で、キャリア６４が６０回転／分（ｒｐｍ）の速度で回転されている場合には、太陽歯車６１も６０回転／分（ｒｐｍ）で回転される。そして、このように、低速段（第１段）では、合力が、遊星歯車機構６０内で減速も増速もされない状態で合力伝達体２９や駆動スプロケット１３に伝達され、チェーン１５を介して後輪４側に伝達される。

変速段手元操作部１８が高速段（第２段）に切り換えられた際は、図１１、図１２（ｂ）に示すように、変速用クラッチ６９が右寄り位置に移動されて、内歯車６５の外周部における歯状部６５ｃに係合可能な位置に配設される。これにより、内歯車６５は変速用クラッチ５８によって所定方向（図１２（ｂ）における反時計方向）に回転することが規制される。内歯車６５が反時計方向に回転することが規制された状態で、キャリア６４が回転されるため、太陽歯車６１は増速状態で回転される。例えば、キャリア６４が６０回転／分（ｒｐｍ）の速度で回転されている場合には、太陽歯車６１は約１６０回転／分（ｒｐｍ）で回転される。そして、高速段（第２段）では、合力が、遊星歯車機構６０内で増速された状態で太陽歯車６１から出力されて合力伝達体２９や駆動スプロケット１３に伝達され、チェーン１５を介して後輪４側に伝達される。なお、この際、キャリア６４の小径部６４ｂよりも太陽歯車６１が高速で回転するため、これらの間に配設されている一方向クラッチ６６は空転する。

上記構成によっても、一軸式のモータ駆動ユニット２０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み、チェーンの耐用年数が極めて短い期間となって部品の交換の頻度が多くなったり、補助駆動力が不充分となったりすることがない。また、フロントディレーラを設けなくて済むとともに、フロントディレーラの配設箇所について課題を生じることもない。また、遊星歯車機構６０を用いて変速するので、いわゆるニュートラル状態（空回転状態）となることなく出力することができる。この結果、変速時にいわゆるニュートラル状態（空回転状態）となることによって搭乗者に対して不快感やショックを与えることはない。

また、この実施の形態では、遊星歯車機構６０のキャリア６４に人力駆動力とモータ２１からの補助駆動力とが入力されて合成され、この合成された合力を遊星歯車機構６０により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。

また、上記のように、遊星歯車機構６０として、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、キャリア６４から入力して太陽歯車６１から出力する構成とすることで、遊星歯車機構６０により増速しながら合力を出力することが可能となる。また、上記第１の実施の形態のような第３の中間軸減速歯車３９を設けなくても済み、中間軸４４に設ける歯車の数を減少できるので、ひいては、モータ駆動ユニット２０のコンパクト化を図ることができる。また、軸受３４、３５により中間軸４４をその両端で支持する構造とでき、軸受の容量（ベアリング容量）が比較的小さいコンパクトな軸受を使用でき、これによってさらにモータ駆動ユニット２０のコンパクト化（特に、モータ駆動ユニット２０の幅方向のコンパクト化）を図ることができる。

上記の実施の形態（第２の実施の形態）では、合力を、キャリア６４から入力し、太陽歯車６１から出力する遊星歯車機構６０を用いた場合を述べたが、これに代えて、合力を、太陽歯車７１から入力し、キャリア７４から出力する遊星歯車機構７０を用いてもよい（第３の実施の形態）。なお、この実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、中間軸４４に第３の中間軸減速歯車３９は設けられていない。

図１３、図１４などに示すように、この実施の形態の遊星歯車機構７０でも、太陽歯車７１と、太陽歯車７１の歯部７１ｄに公転および自転可能な状態で噛み合う複数（例えば３つ）の遊星歯車７２と、この遊星歯車７２をそれぞれ回転自在に支持する遊星歯車軸７３と、これらの遊星歯車軸７３を公転自在に支持するキャリア７４と、遊星歯車７２に外周側から噛み合う内歯車７５とを備えている。なお、この実施の形態では、太陽歯車７１（詳しくは、後述する太陽歯車本体７１Ａ）の外周部に、第２の中間軸減速歯車３８に噛み合う大径歯部７１ｃが形成されている。また、太陽歯車７１の内周側左寄り箇所に筒状の中径部７１ａが形成され、この太陽歯車７１の中径部７１ａは、補助駆動力切断用の一方向クラッチ３０を介して連動筒体２３の外周に取り付けられている。そして、人力（踏力）が付加されている場合には、太陽歯車７１で人力駆動力とモータ２１による補助駆動力とが合成されるよう構成されている。

また、この実施の形態では、太陽歯車７１に、後述する変速クラッチを装着するために、太陽歯車７１が、太陽歯車本体７１Ａと、この太陽歯車本体７１Ａの内周側右寄り箇所に形成された小径部７１ｂにセレーション部などを介して外嵌された外筒部７１Ｂとに分割されて構成されている。そして、太陽歯車７１の外筒部７１Ｂの外周右寄り箇所に、遊星歯車７２に噛み合う歯部７１ｄが形成されている。しかし、これに限るものではなく、太陽歯車７１を１つの部品で構成しても差支えない。また、太陽歯車７１は、その小径部７１ｂで、クランク軸７ａの外周に回転自在の状態で配設されている。

さらに、太陽歯車７１の外筒部７１Ｂの外周左寄り領域には、スプライン部を介して変速用クラッチ７６が軸方向にスライド自在の状態で取り付けられている。この変速用クラッチ７６は、変速段手元操作部１８の操作に伴って、ケーブルなどを介して移動するよう構成されている。また、変速用クラッチ７６の内周寄り右側面には、太陽歯車７１の外筒部７１Ｂの外周に組み付けられたロック防止用一方向クラッチ８０のカム（爪部）を傾倒可能な突状傾斜面７６ａが形成されている。なお、ロック防止用一方向クラッチ８０は、キャリア７４の内周側に形成された歯部７４ａに係脱自在とされており、当該電動アシスト自転車１を後退させる際に、合力伝達体２９がロックすることを防止するよう作用する。

そして、変速段手元操作部１８が低速段（第１段）に切り換えられた際は、図１３、図１４に示すように、変速用クラッチ７６の突状傾斜面７６ａがロック防止用一方向クラッチ８０のカム（爪部）に当接してこのカムを倒しており、この結果、ロック防止用一方向クラッチ８０のカムがキャリア７４の歯部７４ａから離反し、太陽歯車７１とキャリア７４とはそれぞれ別個に回転自在とされている。一方、変速段手元操作部１８が高速段（第２段）に切り換えられると、図１５に示すように、変速用クラッチ７６の突状傾斜面７６ａがロック防止用一方向クラッチ８０のカムから離反し、これにより、ロック防止用一方向クラッチ８０のカムは起立可能な状態とされ、このロック防止用一方向クラッチ８０のカムにより、太陽歯車７１とキャリア７４とは互いに係合して一体的に回転するよう構成されている。

また、右側のキャリア７４が合力伝達体２９と一体形成されており、遊星歯車機構７０のキャリア７４からの出力が合力伝達体２９に伝達される。すなわち、この実施の形態の遊星歯車機構７０は、合力を太陽歯車７１から入力し、キャリア７４から出力するよう構成されている。

また、図１６（ａ）、（ｂ）などに示すように、この実施の形態では、内歯車７５の外周に複数の突起部７５ａが形成され、この突起部７５ａの片側の面（図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、右側から側面視して、クランク軸７ａの軸心を中心として突起部７５ａの時計回り側の面）のみに傾斜面７５ｂが形成されている。さらに、この突起部７５ａに当接可能とされた断面略矩形形状のブロック体７７が設けられている。このブロック体７７は、ユニットケース２２の前側内周面に固定された固定リング７８に形成された収納凹部７８ａから出退自在に配設されている。収納凹部７８ａの外周寄り箇所には板ばね７９が配設されて、ブロック体７７は、内周側（内歯車７５に当接する側）に付勢されている。すなわち、ブロック体７７が内歯車７５の外周面側に押し当てられていることにより、内歯車７５は一方向（図１６（ａ）、（ｂ）における時計回りの方向）のみ回転可能とされ、いわゆる一方向クラッチと同様な機能を発揮する（遊星歯車機構７０の内歯車７５を固定状態と回転可能状態とに切り換える内歯車切換手段の一例）。なお、このような機構に代えて、カムを有する一方向クラッチを設けてもよい。

上記構成において、変速段手元操作部１８が低速段（第１段）に切り換えられた際は、図１３、図１４、図１６（ａ）に示すように、変速用クラッチ７６が右寄り位置に移動されて、変速用クラッチ７６の突状傾斜面７６ａがロック防止用一方向クラッチ８０のカム（爪部）に当接してこのカムを倒している。これにより、太陽歯車７１とキャリア７４とは互いに回転が規制されることなく自由に回転可能な状態である。そして、人力駆動力が付加された際には、太陽歯車７１は、クランク軸７ａと同じ回転数（例えば、６０回転／分（ｒｐｍ））で同方向（図１６（ａ）に示すように、時計回り）に回転し、これに伴って、遊星歯車７２は遊星回転軸７３を中心に反時計方向に自転する。一方、内歯車７５は遊星歯車７２から反力を受けて、反時計方向に回転しようとするが、この際は、ブロック体７７が、内歯車７５の突起部７５ａにおける傾斜面７５ｂが設けられていない側の側面に当接し、この結果、内歯車７５は固定状態となる。このように、内歯車７５が固定されている状態で、太陽歯車７１が回転されることにより、キャリア７４は減速状態で回転する（例えば、２０．２回転／分（ｒｐｍ））。そして、このように、低速段（第１段）では、合力が、遊星歯車機構７０内で減速された状態でキャリア７４から出力され、この減速されてトルクが増幅された合力が合力伝達体２９や駆動スプロケット１３に伝達され、チェーン１５を介して後輪４側に伝達される。

変速段手元操作部１８が高速段（第２段）に切り換えられた際は、図１５、図１６（ｂ）に示すように、変速用クラッチ７６が左寄り位置に移動されて、変速用クラッチ７６の突状傾斜面７６ａがロック防止用一方向クラッチ８０のカムから離反される。これにより、ロック防止用一方向クラッチ８０のカムが起立可能状態となり、太陽歯車７１は、クランク軸７ａと同じ回転数（例えば、６０回転／分（ｒｐｍ））で同方向（図１６（ａ）に示すように、時計回り）に、キャリア７４とともに一体回転する。また、太陽歯車７１がキャリア７４とともに一体回転するため、内歯車７５もこれに伴って一体的に回転する（例えば、６０回転／分（ｒｐｍ））。なお、この際、ブロック体７７は内歯車７５の突起部７５ａに当接するが、当接する面には傾斜面７５ｂが形成されているため、内歯車７５は時計回りに支障なく回転する。このように、高速段（第２段）では、合力が、遊星歯車機構７０内で増速されたり減速されたりすることなく、そのままの状態でキャリア７４から出力され、この合力が合力伝達体２９や駆動スプロケット１３に伝達され、チェーン１５を介して後輪４側に伝達される。

上記構成によっても、一軸式のモータ駆動ユニット２０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み、チェーンの耐用年数が極めて短い期間となって部品の交換の頻度が多くなったり、補助駆動力が不充分となったりすることがない。また、フロントディレーラを設けなくて済むとともに、フロントディレーラの配設箇所について課題を生じることもない。また、遊星歯車機構７０を用いて変速するので、いわゆるニュートラル状態（空回転状態）となることなく出力することができる。この結果、変速時にいわゆるニュートラル状態（空回転状態）となることによって搭乗者に対して不快感やショックを与えることはない。

また、この実施の形態では、遊星歯車機構７０の太陽歯車７１に人力駆動力とモータ２１からの補助駆動力とが入力されて合成され、この合成された合力を遊星歯車機構７０により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。

また、上記のように、遊星歯車機構７０として、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、太陽歯車７１から入力してキャリア７４から出力する構成とすることで、遊星歯車機構７０により減速しながら合力を出力することが可能となる。また、上記第１の実施の形態のような第３の中間軸減速歯車３９を設けなくても済み、中間軸４４に設ける歯車の数を減少できるので、ひいては、モータ駆動ユニット２０のコンパクト化（特に、モータ駆動ユニット２０の幅方向のコンパクト化）を図ることができる。また、軸受３４、３５により中間軸４４をその両端で支持する構造とでき、軸受の容量（ベアリング容量）が比較的小さいコンパクトな軸受を使用でき、これによってさらにモータ駆動ユニット２０のコンパクト化を図ることができる。

また、比較的高負荷で使用される高速段の際には、太陽歯車７１とキャリア７４と内歯車７５とが一体的に回転し、遊星歯車機構７０の各歯車が噛み合いによる増減速でトルクを伝達することが無いように構成できるため、低速段および高速段のいずれの場合でも遊星歯車機構７０の各歯車が噛み合いによって摺動しながらトルクを伝達する構成の場合と比較して、各歯車の歯面および歯元が損傷し難くなり、強度上有利となるとともに、使用可能な期間（いわゆる寿命）を延ばすことができる。

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１７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を介して後ギア（図示せず）伝達するように構成してもよい。

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

Claims (15)

1. モータを有する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、
   前記モータ駆動ユニットに、人力駆動力とモータからの補助駆動力とが合成された合力を変速する遊星歯車機構が設けられ、
   前記遊星歯車機構に、変速用の部材の凸形状部分または凹形状部分に対して係合する状態と係合しない状態とに切り換わることで複数の変速段を切り換える変速用クラッチが設けられている
   ことを特徴とする電動アシスト自転車。
2. 前記遊星歯車機構の太陽歯車および内歯車が、クランク軸と同じ軸心で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. 前記人力伝達体、前記合力伝達体、および前記遊星歯車機構が、前記モータ駆動ユニットの内部に配設され、前記遊星歯車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。
4. 前記遊星歯車機構は、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入力する内歯車と、変速可能とされた合力を出力するキャリアとを有していることを特徴とする請求項１または３に記載の電動アシスト自転車。
5. 前記変速用クラッチは、前記内歯車と前記キャリアとを一体回転状態と非一体回転状態とに切り換え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. モータ駆動ユニットのユニットケースに固定された固定体が設けられ、この固定体と前記遊星歯車機構の太陽歯車との間に太陽歯車固定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４または５に記載の電動アシスト自転車。
7. 前記遊星歯車機構は、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入力するキャリアと、変速可能とされた合力を出力する太陽歯車とを有していることを特徴とする請求項１または３に記載の電動アシスト自転車。
8. 前記変速用クラッチは、前記遊星歯車機構の内歯車を固定状態と回転可能状態とに切り換え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. 前記太陽歯車と前記キャリアとの間に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７または８に記載の電動アシスト自転車。
10. 前記遊星歯車機構は、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入力する太陽歯車と、変速可能とされた合力を出力するキャリアとを有していることを特徴とする請求項１または３に記載の電動アシスト自転車。
11. 前記変速用クラッチは、前記遊星歯車機構の前記太陽歯車と前記キャリアとを一体回転状態と非一体回転状態とに切り換え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. 前記遊星歯車機構の内歯車を固定状態と回転可能状態とに切り換える内歯車切換手段が設けら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。
13. 前記人力伝達体に、前記人力駆動力を検出するためのトルクセンサの磁歪発生部が形成されていることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
14. 前記人力伝達体または前記人力伝達体と連動する部品に前記人力伝達体の回転を検出する回転検出器が設けられていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の電動アシスト自転車。
15. 前記無端状駆動力伝達体として、歯付きベルトが用いられていることを特徴とする請求項３に記載の電動アシスト自転車。

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