CN103381868B - 电动辅助自行车的踏力检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动辅助自行车的踏力检测装置，其构造简单、廉价且精度高。在踏力检测装置中，利用了组装在齿盘上的弹性体朝旋转方向的伸缩，其中，在圆筒侧面具有多个开口部的圆筒形的内传感器阻断轮被一体地设置在内驱动轮上，圆筒形的外传感器阻断轮一体地设置在齿盘上，在该外传感器阻断轮的圆筒侧面、且在与内传感器阻断轮的开口部大致相同法线上具有多个开口部，并且该踏力检测装置还设置有读取偏移的传感器，该偏移为：依据对齿盘的踏力的改变所产生的、前述内传感器阻断轮的开口部与前述外传感器阻断轮的开口部的偏移。
Description
技术领域
本发明有关电动辅助自行车的踏力检测装置，更具体而言，为关于更廉价而稳定且安装容易的踏力检测装置的发明。
背景技术
关于电动辅助自行车的踏力检测装置，已提出有各种检测装置。例如在日本特开2001-249058中揭示有下述技术：对应于旋转方向所产生的踏板踏力而伸缩的弹性体；以及将对该弹性体的朝旋转方向的伸缩转换成轴方向的移动，并检测出其移动量。
又，日本特开2012-13626中揭示有下述结构。在旋转方向对应踏板踏力而使相对位置改变的两个构件分别在圆周上设置突起，并以两个传感器读取该突起的偏移。
发明内容
[发明要解决的课题]
然而，日本特开2001-249058中，必须有将弹性体朝旋转方向的伸缩转换成轴方向的移动的构造，装置复杂而零件数量多，而且也要求高的零件精度，因此存在有成本变高的问题。
又，日本特开2012-13626中，在结构上，由于会产生轴方向的松动而使传感器与突起部的距离不稳定，因此存在有精度变差的问题。
本发明为一举解决上述课题的发明，提供构造简单而廉价且高精度的电动辅助自行车的踏力检测装置。
[用以解决课题的手段]
为达成上述目的，本发明的电动辅助自行车的踏力检测装置包含：固定在曲柄上的外驱动轮及内驱动轮；链轮，该链轮在前述外驱动轮与内驱动轮间相对向、且配置成可相对前述外驱动轮及内驱动轮旋转一定角度，其中，在前述外驱动轮及内驱动轮上具有多个加压动作机构，在前述链轮上具有与前述加压动作机构对向的多个加压承受机构，在前述加压动作机构与前述加压承受机构间配置有多个弹性体，该弹性体响应前述外驱动轮及内驱动轮与前述链轮的旋转方向改变量而伸缩，由此，在将前述外驱动轮及内驱动轮与前述链轮间接地连结的方式所构成的齿盘中，圆筒形的内传感器阻断轮被一体地设置在前述内驱动轮上，在该内传感器阻断轮的圆筒侧面具有多个开口部，圆筒形的外传感器阻断轮一体地设置在前述链轮上，在该外传感器阻断轮的圆筒侧面、且在与内传感器阻断轮的开口部大致相同的法线上具有多个开口部，并且该踏力检测装置还设置有读取偏移的传感器，该偏移为依据对齿盘的踏力的改变所产生的、前述内传感器阻断轮的开口部与前述外传感器阻断轮的开口部的偏移，由此即使产生轴方向的松动也能正确地读取踏力变化。
更具体而言，根据将内传感器阻断轮的开口部及外传感器阻断轮的开口部设定成比前述传感器的读取范围还广的方式，即使产生轴方向的松动也能以良好精度读取踏力变化。
附图说明
图1A～图1C分别为组装有本发明的踏力检测装置的齿盘的三方向视图。
图2A、图2B为以剖面表示本发明的实施方式的附图及局部放大图。
图3A～图3D分别为链轮、外驱动轮、内驱动轮及衬套板的附图。
图4A～图4D分别为内传感器阻断轮、外传感器阻断轮的两方向视图。
图5为无踏板踏力时齿盘的内部说明图。
图6为有施加踏板踏力时齿盘的内部说明图。
图7为施加最大踏板踏力时齿盘的内部说明图。
图8为无踏板踏力时内传感器阻断轮开口部及外传感器阻断轮开口部的关系图。
图9为有施加踏板踏力时内传感器阻断轮开口部及外传感器阻断轮开口部的关系图。
图10为施加最大踏板踏力时内传感器阻断轮开口部及外传感器阻断轮开口部的关系图。
图11A、图11B为阻断轮的另一实施例的两方向视图。
图12A～图12C为将本发明的运算处理装置组装在内盖的三方向视图。
具体实施方式
实施例
以下依据附图来说明本发明的实施例。图1A～图1C分别为组装有本发明的踏力检测装置的齿盘(chain wheel)的三方向视图，图2A、图2B为以剖面表示本发明的实施方式的附图及局部放大图，图3A～图3D分别为链轮(sprocket wheel)、外驱动轮、内驱动轮及衬套板(bush plate)的附图，图4A～图4D分别为内传感器阻断轮、外传感器阻断轮的附图，图5为无踏板踏力时齿盘的内部说明图，图6为有施加踏板踏力时齿盘的内部说明图，图7为施加最大踏板踏力时齿盘的内部说明图，图8为无踏板踏力时内传感器阻断轮开口部及外传感器阻断轮开口部的关系图，图9为有施加踏板踏力时内传感器阻断轮开口部及外传感器阻断轮开口部的关系图，图10为施加最大踏板踏力时内传感器阻断轮开口部及外传感器阻断轮开口部的关系图，图11A、图11B为阻断轮的另一实施例的两方向视图。此外，图3A～图3D及图5～图7均为从曲柄侧观看到的图。
首先，说明组装有本发明的踏力检测装置的齿盘的基本构造。如图2A、图2B所示，外驱动轮5、衬套板8、内驱动轮7及内板11通过单元固定螺栓27而被一体地固定在曲柄3上。
链轮6以被夹在外驱动轮5与内驱动轮7间的方式，以比链轮6的厚度还厚若干(0.1mm～0.2mm厚度)的衬套板8作为轴，可相对在外驱动轮5与内驱动轮7保持着旋转一定角度。由于设成能旋转一定角度，因此如图3A～图3D及图5所示，在链轮6设置有多个长孔6b，而在外驱动轮5设置有多个停止器梢26。停止器梢26仅能在长孔6b的范围内旋转，其结果，链轮6可相对于外驱动轮5与内驱动轮7旋转一定角度。
在内板11的外周部设置有可相对内板11旋转的内盖12，此外，外盖4被固定在曲柄3上。为了顺畅地进行相对内板11的旋转，在内盖12中压入有树脂衬套13。
如图3A所示，在链轮6设置有多个弹簧用开口部6a，用以收纳弹簧22，如图5所示，加压承受机构23通过梢24而可旋转地保持在开口部6a的一端。又，如图3B、图3C所示，以前述弹簧22不接触的方式在外驱动轮5及内驱动轮7上设置有比弹簧22的外径还大的多个弹簧用开口部5a及7a，外驱动轮5的弹簧用开口部5a及/或内驱动轮7的弹簧用开口部7a的一端设置有多个加压动作机构5aa及/或7aa。
如图5所示，以均匀地接受加压动作机构5aa及/或7aa的力量为目的，而在弹簧22的一端设置有加压辅助构件25，并以无松动的方式收纳在链轮6的弹簧用开口部6a上。
如图4A～图4D所示，圆筒形的内传感器阻断轮10的圆筒侧面具有多个传感器用开口部10a，在内传感器阻断轮10与链轮6的轴中心的同心圆上，通过螺栓20固定在如上述方式所构成的齿盘的内驱动轮7上。
又，圆筒形的外传感器阻断轮9的圆筒侧面具有多个传感器用开口部9a，在外传感器阻断轮9与链轮6的轴中心同心圆上，通过螺栓19固定在链轮6上。
前述内传感器阻断轮10的传感器用开口部10a与前述外传感器阻断轮9的传感器用开口部9a如图8所示，在无踏板踏力时以各个传感器用开口部一致的方式，相对链轮6的轴中心而设定在法线上。
通过螺栓21固定在传感器盒15上的匸字型的光传感器14为以夹着前述传感器用开口部10a与传感器用开口部9a的方式，与传感器盒15一同通过螺栓28固定在内盖12上。更详细地说，设置在前述传感器用开口部9a及传感器用开口部10a的法线上，以光传感器14的发光部14a到达外传感器阻断轮9的传感器用开口部9a的外侧、且受光部14b到达内传感器阻断轮10的传感器用开口部10a的内侧的方式设置。当然，发光部14a与受光部14b即使呈内外相反也无妨。此外，光传感器14被传感器盖板16所覆盖。
上述齿盘通过曲柄固定螺栓17可旋转地安装在组装于框1的中轴组件2上。旋转停止器18预先通过中轴组件2而相对框1固定成不能旋转，而前述传感器盒15的凹部15a以嵌入旋转停止器18的停止器部18a的方式，将齿盘安装在中轴组件2上，由此，内盖12即光传感器14被保持成不能旋转。
在上述构成说明了本发明的详细内容。在此，对与一般的自行车同样构造的电动辅助自行车进行说明，其中，安装有踏板的齿盘与后轮是通过链条连结，并根据踏板踏力所产生的齿盘的旋转而使后轮旋转的。此外，也可运用在非链条而由皮带与后轮连结的自行车或其它方法，例如通过齿轮与轴同后轮连结的自行车。即，本发明为关于踏力检测装置的发明，并非被自行车的形态所限制。
在未对踏板施加踏力的状态，即停车时或惰性(无动力)行进时，弹簧22保持着自然的长度，链轮6与外驱动轮5及内驱动轮7的关系如图5所示的状态。又，内传感器阻断轮10的传感器用开口部10a与外传感器阻断轮9的传感器用开口部9a如图8所示并列在法线上。
当由此状态对踏板施加踏力时，则链轮6通过链条与后轮连结，因此维持静止状态，与曲柄3呈一体的外驱动轮5及内驱动轮7朝图5至图7所示的附图上的箭头P方向开始向右旋转。
当外驱动轮5与内驱动轮7开始旋转时，则通过外驱动轮5及/或内驱动轮7的加压动作机构5aa及/或7aa将加压辅助构件25朝箭头P方向加压，而使弹簧22以如图6所示的方式压缩。而且，当弹簧22被压缩至某程度时，则弹簧弹力克服通过连结链条而连结的后轮的接地阻力，链轮开始旋转，后轮旋转起来。
此时，并列在法线上的内传感器阻断轮10的传感器用开口部10a与外传感器阻断轮9的传感器用开口部9a如图9所示，各个开口部在圆周方向错开，实际开口的部分比未施加踏板踏力时更少。
前述光传感器14虽已在前说明，为以发光部14a与受光部14b夹着传感器用开口部10a与传感器用开口部9a的方式来设置，但是最好是在前述开口部的大致中心线Q上设置发光部14a与受光部14b。
如前所述，图8显示在未施加踏板踏力的状态下，开口部的圆周方向距离为L1。由此状态施加踏板踏力时，则传感器用开口部10a与传感器用开口部9a的旋转方向相对位置如图9的方式变化，而开口部的圆周方向距离为比L1还短的L2。再者，当施加更大的最大踏板踏力时，则传感器用开口部10a与传感器用开口部9a的旋转方向相对位置如图10的方式变化，而开口部的圆周方向距离为比L2还短的L3。
光传感器14通过读取前述开口部的圆周方向通过时间而判断踏板踏力的大小。若详细言之，光传感器14从发光部14a朝受光部14b发送红外线或可见光线等。前述内传感器阻断轮10的传感器用开口部10a与外传感器阻断轮9的传感器用开口部9a借由齿盘旋转而依序通过发光部14a与受光部14b之间。
再者，读取齿盘在一次旋转期间红外线或可见光线被阻断的时间、或透过的时间。例如，如图8所示，无踏板踏力时开口部开口100%(L1)。当施加踏板踏力时则如图9所示，开口部为约70%(L2)的开口。再者，当施加更大且为最大踏板踏力时，则如图10所示开口部为约25%(L3)的开口。依据该无踏板踏力时的开口部的开口率与施加了踏板踏力时的开口部的开口率的比率来算出踏板踏力。
如此算出的踏板踏力的信息在电动辅助自行车中，通过通信线29传送至进行运算处理的运算处理装置30，决定马达的输出等。又，根据在光传感器14侧与运算处理装置30侧的双方具备电池等电源，能不使用通信线而以无线来传送信息，因此，不需要配线，因此外观整齐精致且运算处理装置30的设置位置的自由度也大。
又，即使是施加最大踏力时，前述开口也不会完全被阻断，且根据微小开口，能使前述光传感器14不仅如以上所述的方式算出踏板踏力，并且当齿盘旋转时，开口部与阻断部交互地通过，由此也能判断齿盘是否在旋转，此外，通过将开口部均等分割，也能判断出齿盘的旋转速度。
即，市售的电动辅助车因等待灯号而将单脚荷重施加在踏板来停车时，当对在踏板施加一定以上的荷重时，会有对马达发出输出指令而使车轮旋转起来的危险情况。本发明则因判断齿盘未旋转而能不对马达输出指令，因此安全，而且，因能算出齿盘的旋转速度，所以与车轮的旋转速度信息配合后也能简单地算出现在的齿轮比。
此外，前述内传感器阻断轮10的传感器用开口部10a与外传感器阻断轮9的传感器用开口部9a在图4A～图4D中为形成孔形状，即使是如图11A、图11B所示形成单侧开口的匚字形状也能达成本发明的效果。
又，本发明可将前述运算处理装置一体地安装在前述齿盘，例如，如图12A～图4C所示可将前述运算处理装置组装在前述内盖12内。如前述一般，内盖12被保持成相对框1无法旋转，因此，利用框1的空间来安装运算处理装置，由此可提供具有廉价而组装作业性良好且紧凑的踏力检测装置及运算处理装置的齿盘。
[发明效果]
已知的利用组装在齿盘内的弹性体朝旋转方向的伸缩的踏力检测装置中，必须有将弹性体朝旋转方向的伸缩转换成轴方向的移动的构造，因此装置复杂而零件数量多，而且也要求零件精度，所以存在有成本变高的问题，又，其它已知产品在构造上会发生轴方向的松动，因此传感器与突起部的距离不稳定而存在有精度变差的问题。
本发明在踏力检测装置中，利用组装在齿盘内的弹性体朝旋转方向的伸缩，在圆筒侧面具有多个开口部的圆筒形的内传感器阻断轮被一体地设置在内驱动轮，圆筒形外传感器阻断轮一体地设置在链轮上，在外传感器阻断轮的圆筒侧面、且在与内传感器阻断轮的开口部大致相同法线上具有多个开口部，并且该踏力检测装置设置有读取偏移的传感器，该偏移为依据对齿盘的踏力的改变所产生的、前述内传感器阻断轮的开口部与前述外传感器阻断轮的开口部的偏移，由此，可提供构造简单而廉价且高精度的电动辅助自行车的踏力检测装置。
又，根据在传感器与运算处理装置侧的双方具备电池等电源，能不使用通信线而以无线来传送信息，因此，由于不需要配线，外观整齐精致且运算处理装置的设置位置的自由度也大。
再者，根据将前述运算处理装置一体地安装在前述齿盘，可提供廉价而组装作业性良好且紧凑的踏力检测装置及运算处理装置的齿盘。
符号说明
1 框
2 中轴组件
3 曲柄
4 外盖
5 外驱动轮
5a 外驱动轮的弹簧用开口部
5aa 外驱动轮的加压动作机构
6 链轮
6a 链轮的弹簧用开口部
6b 长孔
7 内驱动轮
7a 内驱动轮的弹簧用开口部
7aa 内驱动轮的加压动作机构
8 衬套板
9 外传感器的阻断轮
9a 外传感器的阻断轮的传感器用开口部
10 内传感器的阻断轮
10a 内传感器的阻断轮的传感器用开口部
11 内板
12 内盖
13 树脂衬套
14 光传感器
14a 光传感器发光部
14b 光传感器受光部
15 传感器盒
15a 传感器盒凹部
16 传感器盒板
17 曲柄固定螺栓
18 旋转停止器
18a 旋转停止器的停止器部
19、20、21、28 螺栓
22 弹簧
23 加压承受机构
24 梢
25 加压辅助机构
26 停止器梢
27 单元固定螺栓
29 通信线
30 运算处理装置
Claims (4)
1.一种电动辅助自行车的踏力检测装置，其特征在于包含：固定在曲柄上的外驱动轮及内驱动轮；链轮，该链轮在前述外驱动轮与内驱动轮之间相对向、且配置成能够相对前述外驱动轮及内驱动轮旋转一定角度，其中，在前述外驱动轮及/或内驱动轮上具有多个加压动作机构，在前述链轮上具有与前述加压动作机构对向的多个加压承受机构，前述加压动作机构与前述加压承受机构之间配置有多个弹性体，该弹性体响应前述外驱动轮及内驱动轮与前述链轮的旋转方向改变量而伸缩，由此，在将前述外驱动轮及内驱动轮与前述链轮间接地连结的方式所构成的齿盘中，圆筒形的内传感器阻断轮被一体地设置在前述内驱动轮上，在该内传感器阻断轮的圆筒侧面具有多个开口部，圆筒形的外传感器阻断轮一体地设置在前述链轮上，在该外传感器阻断轮的圆筒侧面具有多个开口部，位于与内传感器阻断轮的开口部大致相同的法线上，并且该踏力检测装置还设置有读取偏移的传感器，该偏移为依据对齿盘的踏力的改变所产生的、前述内传感器阻断轮的开口部与前述外传感器阻断轮的开口部的偏移。
2.如权利要求1所述的电动辅助自行车的踏力检测装置，其中，包含有光传感器作为前述传感器。
3.如权利要求1所述的电动辅助自行车的踏力检测装置，其中，在前述齿盘内组装有运算处理装置，用于对前述传感器所读取的信息进行运算处理。
4.如权利要求1所述的电动辅助自行车的踏力检测装置，其中，前述传感器所读取的信息以无线方式传送至运算处理装置。
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