CN1088513C - 带有助推马达的自行车上的踏力检测装置 - Google Patents

带有助推马达的自行车上的踏力检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种小型轻量、能量损失少的带有推马达的自行车的踏力检测装置。它是把由踏脚的踏力和助推马达的输出的差面拧扭变形的扭杆同轴地装在曲轴的内部，使其一端与曲轴结合。把沿轴向能滑动地嵌装在曲轴外周上的滑动件上形成的凸状凸轮面与扭杆的另一端上所结合的驱动构件上形成的凹状凸轮面相结合，当使扭杆拧扭变形时，被推压在驱动构件上的滑块沿曲轴的轴向滑动，推压行程传感器的检测杆。

Description

带有助推马达的自行车上的踏力检测装置
技术领域
本发明涉及一种带有助推马达的自行车上的踏力检测装置，它是把助推马达装在将踏脚的踏力传递给车轮的动力传递系统上，根据用踏力检测装置测得的踏脚的踏力控制助推马达的输出的。
背景技术
这种带助推马达的自行车上的踏力检测装置由日本专利公报特开平5-58379号、特开平4-100790号和特开平4-244496号公开。
上述特开平5-58379号公报所记载的装置，虽然是根据装在把动力从曲轴传递到后轮的动力传递系统上的行星齿轮机构中的太阳轮的反作用力来检测踏脚的踏力的，但由于这种装置的结构复杂、重量大，而且即使在不使用助推马达的情况下也必需用人力驱动行星齿轮机构，因而有机械能损失较大的问题。
又由于特开平4-100790号公报所记载的装置是根据连接曲轴和后轮的驱动轴的扭拧角度来检测踏脚的踏力的，因而有不适于一般的用链传动式的自行车的问题。
由于特开平4-244496号公报记载的装置是根据连接曲轴和后轮的链条的张力检测踏脚的踏力的，因而有随着这装置的长期使用所产生的链条的延伸和张力的初始设定引起的检测误差的问题。
发明内容
本发明是为了解决这些问题而作出的，其目的是提供一种小型轻量、机械能损失小、而且能正确检测出踏力的带有助推马达的自行车上的踏力检测装置。
为了达到上述目的，本发明的带有助推马达的自行车把助推马达装在把踏脚的踏力传递到车轮的动力传递系统上，根据由踏力检测装置测得的踏脚上的踏力来控制上述的助推马达的输出，本发明的脚踏力检测装置的特征在于上述的踏力检测装置由扭杆和变换装置及传感器构成；上述的扭杆是同轴地配置在由踏脚回转的曲轴的内部、一端与曲轴结合、另一端连接在助推马达和车轮上的，上述的变换装置是把扭杆的扭拧角度变换成曲轴的轴向位移的；传感器是用来检测上述轴向位移的。以上为本发明的第1方案。
本发明的第2方案是在上一方案中加上附加的特征，这特征在于上述的变换装置是由能相对回转但不能沿轴向滑动地嵌装在曲轴的外周上、而且与扭杆的另一端相结合的驱动构件，和不能相对回转但能沿轴向滑动地嵌装在曲轴的外周上、而且与上述驱动构件凸轮接合的从动构件构成；与扭杆的扭拧相对应地使从动构件沿曲轴的轴向移动。
本发明的第3方案是在第1方案中加上附加的特征，这特征在于上述的变换装置由能相对回转但不能沿轴向滑动地嵌装在曲轴外周上、而且与扭杆的另一端相结合的驱动构件，和不能相对回转又不能沿轴向滑动地嵌装在曲轴外周上的臂保持件，和中间部枢支在臂保持件上并具有驱动臂和从动臂的臂构件构成；与扭杆的扭拧相对应地使从动臂沿曲轴的轴向移动的；上述的驱动臂是沿曲轴的轴向延伸并与驱动构件结合的，上述的从动构件是沿曲轴的半径方向伸出的。
附图简介
图1是本发明第1实施例的自行车整体的侧视图，
图2是沿图1的2-2线得到的放大断面图，
图3是沿图2的3-3线得到的断面图，
图4是沿图3的4-4线得到的断面图，
图5是沿图2的5-5线得到的放大断面图，
图6是图4的6部的放大图，
图7是图1的从7所示方向看到的梗概图，
图8是控制系统的方框图，
图9是本发明第2实施例的自行车整体的侧视图，
图10是沿图9的10-10线得到的放大断面图，
图11是沿图10的11-11线得到的断面图，
图12是沿图10的12-12线得到的断面图，
图13是沿图10的13-13线得到的断面图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施例。
图1-图8是表示本发明的第1实施例，图1是整个自行车的侧视图，图2是沿图1的2-2线得到的放大断面图，图3是沿图2的3-3线得到的断面图，图4是沿图3的4-4线得到的断面图，图5是沿图2的5-5线得到的放大断面图，图6是图4的6部的放大图，图7是图1的从7所示方向看到的梗概图，图8是控制系统的方框图。
如图1所示，自行车B具有从侧面看做成“V”字形的主架1，在这主架1的前端设置着前管2，在这前管2上能自由回转地支承着的前叉3的上端和下端分别支承着把手4和前轮Wf。从主架1的下端附近向后方延伸的、由撑杆5、5增强的后叉6、6上支承着后轮Wr。能自由回转地支承在主架1的下端的曲轴7具有左右一对曲轴臂8l、8R，在这对曲轴臂8l、8R的前端分别设置着踏脚9L、9R。由曲轴7使其回转的驱动链轮10和设置在后轮Wr的车轴上的从动链轮11用链条12连接着，当由踏脚9L、9R的踏力使曲轴7回转时，这回转通过驱动链轮10、链条12和从动链轮11传递到后轮Wr。
设置在主架1的下部、与驱动链轮10连接的助推马达13产生促进踏脚9L、9R的踏力的驱动力。在主架1前部所设置的电池盒14里装着用来驱动助推马达13的由多个Ni-Cd电池组成的行走用的电池15，在电池盒14的前端设置着主开关16。在主架1的后部设置着控制助推马达13的驱动的电子控制组件和马达驱动器等的控制装置17。
下面，参照着图2-图7，详细地说明自行车B的作为动力传递系统D的驱动机构的结构。
装有作为动力传递系统D的驱动机构的齿轮罩壳由构成它的主体部的左罩壳21、在左罩壳21上将右侧面开口部封闭的右罩壳22、和结合在左罩壳21的下面的下部罩壳23构成。由两个螺栓24、24把左罩壳21的前边上部结合在主架1的下端上，同时用一个螺栓25把左罩壳21和右罩壳22的后部一起紧固在后叉6、6的前端上，而下部罩壳23则用多个螺栓26…(图3上只表示1个)结合在左罩壳21的下面。
套筒28通过球轴承27支承在右罩壳22上，曲轴7的右端通过滚柱轴承29支承在套筒28的内周上，而曲轴7的左端通过球轴承30支承在左罩壳21上。在曲轴7的轴向中间部分上、贯穿直径方向并且沿轴向延伸地形成通孔71。与曲轴7同轴地装在通孔71的内部的扭杆31，借助它的左端(输入端)上形成的头部311通过卡圈32结合在曲轴7上，同时借助它的右端(输出端)上形成的头312用压力的方法结合在环状驱动构件33内周上形成的凹沟里(参照图4)。如图5较清楚的表示那样，曲轴7的通孔71的相互面对着的壁面大致成圆弧状地弯曲，由此，容许扭杆31的自由端侧的头部312相对于固定端侧的头部311回转规定的角度，同时，限制了当有过大的作用力加上时扭杆31的最大扭转量，以防止这扭杆31被断裂。
在固定在上述套筒28内周上的锥齿轮34和驱动构件33之间设置着第1单向离合器35。由图5可清楚看到，第1单向离合器35由能摆动地枢支在驱动构件33外周上的、由图上没有表示的弹簧弹向张开方向的四个棘爪36…和在锥齿轮34内周上形成的多个棘齿341…构成。
这样，在踩踏踏脚9L、9R，使曲轴7正转时，曲轴7的转矩通过扭杆31、驱动构件33、第1单向离合器35、锥齿轮34和套筒28被传递到与这套筒28外周花键结合的上述驱动链轮10上。而当踩踏踏脚9L、9R，使曲轴7反转时，借助第1单向离合器35滑移，容许上述曲轴7反转。
如图3所示，从支承在左罩壳21上的助推马达13向前下方延伸的输出轴131的前端部通过球轴承41支承在左罩壳21的下端。在左罩壳21和下部罩壳23上，通过一对球轴承42、43支承着第1中间轴44；而通过一对球轴承45、46支承着第2中间轴47。固定在助推马达13的输出轴131上的正齿轮48与通过第2单向离合器49支承在第1中间轴44上的正齿轮50啮合着；固定在第1中间轴44上的正齿轮51与固定在第2中间轴47上的正齿轮52啮合着。而且固定在第2中间轴47上的锥齿轮53与固定在上述套筒28上的锥齿轮34啮合着。
这样，当助推马达13回转时，它的输出轴131的转矩通过四个正齿轮48、50、51、52，二个锥齿轮53、34和套筒28而传递到驱动链轮10。而当用行走用电池15的放电停止助推马达13的驱动时，能不妨碍由踏脚9L、9R的踏力形成的驱动链轮10的回转地使第2单向离合器49空转。
检测踏脚9L、9R的踏力的踏力检测装置S设有能沿轴向滑动地嵌装在曲轴7的外周上、而且与曲轴7成一体地回转的作为从动构件61的内滑动件。外滑动件63通过多个滚珠62…能相对回转地支承在作为从动构件61的内滑动件外周上突出地设置的凸缘上。同时参照图6就能清楚地看到，在驱动构件33的作为从动构件61的内滑动件侧的端面上，位于其直径上地形成一对凹形的凸轮面331、331，同时在作为从动构件61的内滑动件的端面上形成一对与上述凹形凸轮面331、331相结合的凸形凸轮面611、611。上述的驱动构件33和作为从动构件61的内滑动件构成本发明的变换装置C。
在左罩21里设置着枢轴螺栓64和作为传感器65的行程传感器，它们把曲轴7夹持住；作为传感器65的行程传感器的传感器臂66一端枢支在枢轴螺栓64上，另一端与作为传感器65的行程传感器的检测杆651相连接。在传感器臂66的中央部位开设着曲轴7、作为从动构件61的内滑动件和外滑动件63贯通的开口661(参见图2)，形成从这开口661沿半径方向朝里突出的一对突起662、662(参见图4)。在这一对突起662、662和左罩壳21之间、设置着受压缩的弹簧67、由弹簧67的弹力作用被推向图4右方的传感器臂66的一对突起662、662推压着外滑动件63，由此通过钢珠62…使作为从动构件61的内滑动件推压在驱动构件33上，结果，使驱动构件33的凸轮面331、331和作为从动构件61的内滑动件的凸轮面611、611弹性地相接。
为了检测曲轴7的转数，把支承在左罩壳21上的助推马达转数传感器68与卡圈32外周上形成的齿部321相对着，卡圈32是把曲轴7和扭杆31的头部311相结合的。
下面，说明具有上述结构的本发明第1实施例的作用。
当骑车人要使自行车行走而踩蹬踏脚9L、9R时，通过踏脚9L、9R使曲轴7回转，曲轴7的转矩从扭杆31通过驱动构件33、第1单向离合器35、锥齿轮34、套筒28、驱动链轮10、链条12和从动链轮11而传递给后轮Wr，这时，由踏力检测装置S检测踏脚9L、9R的踏力大小。
即，与踏脚9L、9R的踏力相对应的扭转作用在扭杆31上，由此使这扭杆31相对于曲轴7只回转一定的角度。当扭杆31相对于曲轴7进行相对回转时，如图6所示，相对于曲轴7不能相对回转而且能沿轴向滑动地支承的作为从动构件61的内滑动件沿箭头a方向相对于结合在扭杆31的输出端的驱动构件33进行相对回转。其结果使作为从动构件61的内滑动件的凸轮面611、611压在驱动构件33的凸轮面331、331上，由此，作为从动构件61的内滑动件克服弹簧67的弹力，沿箭头b方向在曲轴7上滑动，将突起压在与作为从动构件61的内滑动件成一体的外滑动件63上的传感器臂66围绕枢轴螺栓64摇动，并推压作为传感器65的行程传感器的检测杆651。这时，由于作为传感器65的行程传感器的检测杆651的行程与扭杆31的拧扭量，即与踏脚9L、9R的踏力成比例，因而能根据作为传感器65的行程传感器的输出，检测踏脚上的踏力。
由于由踏力检测装置S进行的踏力的检测是根据安装在把动力从踏脚9L、9R传递到后轮Wr的动力传递系统上的扭杆31拧扭量而作出的，因此，为了进行踏力的检测，没必要驱动上述动力传递系统以外的构件，能把能量损失抑制到最小限度。又由于扭杆31同轴地配设在曲轴7的内部，因而能使踏力检测装置S小型轻量化。
如图8所示，根据用曲轴转数传感器68检测的曲轴转数(即车速)和用踏力检测装置S检测到的踏力就能检索到动力调制“Power With Modulation(PWM)”的图像91，根据该图像91的量值，助推马达控制装置92就能控制助推马达13的输出。具体地说，用曲轴转数传感器68测出车速，计算出只要克服与上述车速相当的行走阻力的基准踏力，同时计算出用踏力检测装置S测到实际踏力与这基准踏力的偏差，使助推马达13产生与这偏差相当的输出转矩。因此，在出发时、加速时、上坡时等场合下，使踏脚9L、9R的踏力增加时，就要使这踏力减少地增加助推马达13的输出转矩，这样就能减轻骑车人员的负担。相反，在减速时和下坡时、踏脚9L、9R的踏力减小时，使助推马达13的输出转矩减小，就能节省行走用电池15的能量。
另外，平时根据检测行走用的电池15的电压的电池电压传感器93的输出，监控着行走用电池15的剩余量，当剩余量减少到规定量以下时，使动力调制“Power With Modulation(PWM)”的指示器动作，限制供给助推马达13的电流值，当剩余量进一步减少时，使主继电器95断开，停止助推马达13的驱动。而且，当行走用的电池15的剩余量减少到不能充分助推时，由指示器96发出警报。
图9-图13表示本发明的第2实施例，图9是整个自行车的侧视图，图10是沿图9的10-10线得到的扩大断面图，图11是沿图10的11-11线得到的断面图，图12是沿图10的12-12线得到的断面图，图13是沿图10的13-13线得到的断面图。第2实施例的自行车B在后轮Wr的驱动方法是轴传动和踏力检测装置S的结构这两方面与第1实施例不同，其余的结构是和第1实施例相同的。
由图9和图10可见，在曲轴7的外周上，能相对回转地支承着的套筒28上所设置的锥齿轮70，与设置在驱动轴71的前端上的锥齿轮72啮合着，驱动轴71是沿着后叉6朝车体前后方向延伸的；设置在驱动轴71后端的锥齿轮73与设置在后轮Wr的车轴上的锥齿轮74啮合。这样，当用踏脚9L、9R的踏力、或者用助推马达13的驱动力使套筒28回转时，这转矩通过驱动轴71被传递到后轮Wr。
下面，根据图10-图13，说明第2实施例的踏力检测装置S的结构。
与扭杆31的另一端结合、能相对回转而不能沿轴向滑动地支承在曲轴7的外周上的驱动构件33、在其直径方向的两端有一对凹部332、332。紧固在曲轴7外周上的臂保持件75具有一对沿半径方向朝外延伸的枢销751、751，一对臂构件76、77的中间部分别枢支在这一对枢销751、751上。沿曲轴7的轴向、从一侧的臂构件76伸出的驱动臂761结合在上述驱动构件33的一侧的凹部332里；沿曲轴7的轴向、从另一侧的臂构件77伸出的驱动臂771结合在上述驱动构件33的另一侧的凹部333里。从臂构件76、77沿曲轴7的半径方向伸出的从动臂762、772做成圆弧状，在它们各自的外端分别形成推压部763、773。上述的驱动构件33、臂保持件75和臂构件76、77构成本发明的变换装置C。
在曲轴7的外周上能滑动地嵌装着滑块78和传感器臂79，在滑块78和传感器臂79之间装设着容许两者相对回转用的滚珠80。滑块78与臂构件76、77的推压部763、773相结合，因此，随着臂构件76、77的摇动而沿曲轴7的轴向滑动。传感器臂79的一端与导引螺栓81相结合，控制成与曲轴7一起回转，另一端与设置在左罩壳21上的作为传感器65的行程传感器的检测杆651相接。由弹簧67的作用把传感器臂79弹向滑块78。
于是，由踏脚9L、9R的踏力使扭杆31拧扭，由此使得与扭杆31成一体的驱动构件33相对于与曲轴7成一体的臂保持件75进行相对回转，这时使驱动臂761、771推压到驱动构件33的凹部332、333里的臂构件76、77围绕着枢销751、751从图10的实线位置摇动到双点划线位置上。当臂构件76、77与扭杆31的拧扭相对应地摇动时，从动臂762、772的推压部763、773受推压，使滑块78和传感器臂79沿曲轴7轴向滑动，推压作为传感器65的行程传感器的检测杆651，由此能检测出踏脚9L、9R的踏力。
上面，虽然已对本发明的实施例作了详细的说明，但本发明并不局限于这些实施例，还能在本发明范围内作出种种设计变更。
如上所述，由于本发明的第1方案的检测踏脚的踏力的踏力检测装置是由同轴地配置在由踏脚使其回转的曲轴的内部、一端与曲轴结合、而另一端连接在助推马达和车轮上的扭杆；和把扭杆的扭拧角度变换成曲轴的轴向位移的变换装置，和检测上述的轴向位移的传感器构成，因而能使零件数少、小型轻量的结构就可检测踏脚的踏力，又由于扭杆的扭拧、能量都蓄积在这扭杆上，因而能不受发生机械能损失的限制地有效地利用输入。
由于本发明的第2方案的装置中的变换装置由能相对回转但不能沿轴向滑动地嵌装在曲轴外周上、而且与扭杆的另一端相结合的驱动构件；和不能相对回转但能沿轴向滑动地嵌装在曲轴外周上、而且与上述驱动构件凸轮结合的从动构件构成，因而能把扭杆的拧扭角度确实变换成从动构件的轴向位移，能正确地检测出踏脚的踏力。
由于本发明第3方案的装置中的变换装置由能相对回转但不能沿轴向滑动地嵌装在曲轴的外周上、而且与扭杆的另一端相结合的驱动构件；和不能相对回转又不能沿轴向滑动地嵌装在曲轴外周上的臂保持件；和中间部枢支在臂保持件上并具有沿曲轴的轴向延伸、与驱动构件结合的驱动臂及沿曲轴的半径方向伸出的从动臂的臂构件构成，因而能确实地把扭杆的拧扭角度变换成从动臂的轴向位移，能正确地检测出踏脚的踏力。

Claims (3)

1.一种带有助推马达的自行车上的踏力检测装置，带有助推马达的自行车把助推马达(13)装在把踏脚(9L、9R)的踏力传递到车轮(Wr)的动力传递系统(D)上，根据由踏力检测装置(S)测得的踏脚(9L、9R)上的踏力来控制上述的助推马达(13)的输出，其特征在于上述的踏力检测装置(S)由扭杆(31)和变换装置(C)及传感器(65)构成；上述的扭杆(31)是同轴地配置在由踏脚(9L、9R)使其回转的曲轴(7)的内部、一端与曲轴(7)结合、另一端连接在助推马达(13)和车轮(Wr)上的；上述的变换装置(C)是把扭杆(31)的拧扭角度变换成曲轴(7)的轴向位移的；传感器(65)是用来检测上述轴向位移的。
2.如权利要求1所述的带有助推马达的自行车上的踏力检测装置，其特征在于上述的变换装置(C)由能相对回转、但不能沿轴向滑动地嵌装在曲轴(7)的外周上、而且与扭杆(31)的另一端相结合的驱动构件(33)、和不能相对回转、但能沿轴向滑动地嵌装在曲轴(7)的外周上、而且与上述驱动构件(33)凸轮接合的从动构件(61)构成；与扭杆(31)的扭拧相对应地使从动构件(61)沿曲轴(7)的轴向移动。
3.如权利要求1所述的带有助推马达的自行车上的踏力检测装置，其特征在于上述的变换装置(C)由能相对回转但不能沿轴向滑动地嵌装在曲轴(7)的外周上、而且与扭杆(31)的另一端相结合的驱动构件(33)，和不能相对回转、不能沿轴向滑动地嵌装在曲轴(7)的外周上的臂保持件(75)，和中间部枢支在臂保持件(75)上并具有驱动臂(761、771)和从动臂(762、772)的臂构件(76、77)构成；与扭杆(31)的扭拧相对应地使从动臂(762、772)沿曲轴(7)的轴向移动；上述驱动臂(761、771)是沿曲轴(7)的轴向延伸并与驱动构件(33)结合的，上述从动臂(762、772)是沿曲轴(7)的半径方向伸出的。
CN95106316A 1994-05-18 1995-05-17 带有助推马达的自行车上的踏力检测装置 Expired - Fee Related CN1088513C (zh)

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