CN1140681A - 带助动电动机的自行车上的踏力检测装置 - Google Patents

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Abstract

在带助动电动机的自行车上谋求曲柄脚踏板踏力检测装置结构简化并提高检测精度。将齿轮架45和驱动链轮10回转自如地支承在由曲柄脚踏板回转的曲柄轴7的外周，曲柄轴7的转矩是通过一个经由设置于齿轮架45上的空转轴49由4个正齿轮51～54组成的齿轮系传递给驱动链轮10。助动电动机13的转矩通过卷绕在链轮29、32上的链条33和2个正齿轮38、40传递给驱动链轮10。曲柄脚踏板的踏力可根据一个回转力矩检测出，该回转力矩使齿轮架45与上述踏力相适应地围绕曲柄轴回转。

Description

带助动电动机的自行车上的踏力检测装置
本发明涉及带助动电动机的自行车，尤其是涉及其踏力检测装置；该自行车是在将曲柄脚踏板的踏力传递给车轮的动力传递系统中夹装助动电动机，根据由踏力检测机构检测出的曲柄踏板的踏力控制上述助动电动机的输出。
作为这样的带助动电动机的自行车上的踏力检测装置，日本专利特开平4-365690号公报所揭示的内容是众所周知的。
上述带助电动机的自行车包括有由恒量齿轮、内啮合齿轮、行星齿轮载体和行星齿轮构成的行星齿轮机构，将输入给曲柄轴的曲柄脚踏板的踏力通过固定在该曲柄轴上的行星齿轮载体、行星齿轮和内啮合齿轮传递给后轮，同时将助动电动机的转矩输入给内啮合齿轮并传递给后轮。并且，曲柄脚踏板的踏力大小可根据恒星齿轮回转反力检测出。
但是，上述的现有结构，由于采用行星齿轮机构，存在有零件数量增加和尺寸大型化不可避免的问题。并且，如果行星齿轮载体的加工精度不是足够高时，偏心力将会作用于相对回转自如地支承于曲柄轴外周的恒星齿轮上，因此恒星齿轮将会在曲柄轴上受到拖拉，造成上述回转反力不稳定，其结果，有不能精密检测出曲柄脚踏板的踏力的可能性。
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种结构简单并且能精密地检测出曲柄脚踏板的踏力的带助动电动机的自行车上的踏力检测装置。
为了达到上述目的，权利要求1所述的发明是在带助动电动机的自行车上，这种自行车是在将曲柄脚踏板的踏力传递给车轮的动力传递系统中夹装助动电动机，根据踏力检测机构所检测出的曲柄脚踏板的踏力控制上述助动电动机的输出，其特征在于具备在这种自行车上包括有：回转自如地支承于曲柄轴外周的齿轮架；与曲柄轴平行地支承在齿轮架上的空转轴；回转自如地支承在曲柄轴的外周，并将转矩传递给车轮的输出构件；通过空转轴将曲柄轴的转矩传递给输出构件的正齿轮系；检测围绕着曲柄轴作用于齿轮架上的转动力矩的踏力检测机构。
另外，权利要求2所述的发明是在权利要求1的构成的基础上附加下述特征：将齿轮架收容于支承曲柄轴的壳体的内部，使设置于上述齿轮架上的踏力检测凸起与设置于壳体上的踏力检测机构碰触。
另外，权利要求3所述的发明是在权利要求1的构成的基础上附加下述，特征：将助动电动机的转子围绕着曲柄轴的外周进行配置，将该转子通过单向离合器与输出构件连接。
另外，权利要求4所述的发明是在权利要求1的构成的基础上附加下述，特征：在将曲柄轴的转矩通过空转轴传递给输出构件的正齿轮系中，夹装单向离合器。
采用权利要求1的构成时，当踏力作用于曲柄脚踏板上，与上述踏力相适应的转动力矩作用于支承空转轴和正齿轮系的齿轮架上，此空转轴和正齿轮系将转矩由曲柄轴传递给输出构件；上述转动力矩是由踏力检测机构检测出。
采用权利要求2的构成时，由于踏力作用于曲柄脚踏板上使转动力矩作用于齿轮架上，设置于齿轮架上的踏力检测凸起推压设置于壳体上的踏力检测机构，因而检测出踏力。
采用权利要求3的构成时，围绕着曲柄轴的外周配置的助动电动机转子的回转通过单向离合器传递给输出构件。在助动电动机停止时，由于单向离合器打滑，利用曲柄脚踏板进行的曲柄轴的回转能不受妨碍地进行。
采用权利要求4的构成时，曲柄轴的回转是经由夹装有单向离合器的正齿轮系传递给输出构件。通过单向离合器打滑，能随意地使曲柄脚踏板反转。
图1是自行车的总体侧视图；
图2是动力装置的主要部放大剖视图(图3的2-2剖视图)；
图3是图2的3-3剖视图；
图4是齿轮架的分解立体图；
图5是有关第2实施例的与上述图3对应的剖视图。
下面，根据附图说明本发明的实施例。
图1～图4表示本发明的第1实施例，图1是自行车的总体侧视图，图2是动力装置的主要部放大剖视图)图3的2-2剖视图〕，图3是图2的3-3剖视图，图4是齿轮架的分解立体图。
如图1所示，由侧面看自行车B具备V字形的主车架1，头管2设置在该主车架1的前端，前叉3转动自如地支承在头管2内，车把4和前轮wf分别支承在前叉3的上端和下端。后叉6、6由主车架1的下端附近向后方延伸并由撑杆5、5加强，后轮Wr由后叉6、6支承。回转自如地支承在主车架1下端的曲柄轴7具备左右一对曲柄8L、8R，在这两个曲柄8L、8R的末端分别设置曲柄脚踏板9L、9R。由曲柄轴7回转的驱动链轮10和设在后轮Wr的车轴上的从动链轮11由链条12连接，曲柄轴7借助曲柄脚踏板9L、9R的踏力而回转时，其回转通过驱动链轮10、链条12和从动链轮11传递给后轮Wr。
设置在主车架1下部的动力装置P包括有：助动电动机13，用于产生驱动力，以增加曲柄脚踏板9L、9R的踏力。在设置于主车架1前部的电池箱14中放置有驱动上述助动电动机13的由多个Ni-Cd电池组成的行驶用电池组15，在电池箱14的前部设置电源开关16。在主车架1的后部设置有控制助动电动机13的驱动的电子控制单元和电动机驱动等的控制装置17。
下面，根据图2～图4详述动力装置P的构造。
动力装置P包括有分割成左右两部分并以多枚螺栓20结合起来的左壳体21和右壳体22，在右壳体22的前面和上面突出设置的安装托架221、222是用螺栓24、25固定在动力装置以承构件23上，该动力装置支承构件23焊接在主车架1的下端，同时在突出设置于右壳体22后面的左右一对安装托架223、223上用螺栓26、26固定着上述后叉6、6。
配置在动力装置P后部的助动电动机13包括有以球轴承27支承在左壳体21上的输出轴28，第1链轮29固定在该输出轴28上。在助动电动机13的前下方，中间轴31由一对球轴承30、30支承在左壳体21和右壳体22上，固定在该中间轴31上的第2链轮32和上述第1链轮29由链条33进行连接。
左右贯穿动力装置P前部的曲柄轴7，其左端通过球轴承34支持在左壳体21上，同时在其外圆上通过一对滚针轴承35、35相对回转自如地安装着套筒36，而套筒36通过球轴承37支承在右壳体22上。与中间轴31整体形成的第1正齿轮38与第2正齿轮40啮合，该第2正齿轮40通过第1单向离合器39支承在套筒36的外圆上。上述驱动链轮10通过花键结合在由右壳体22向外部突出的套筒36的右端，并用螺母41进行固定。
因此，当助动电动机13回转时，其输出轴28的转矩通过第1链轮29、链条33、第2链轮32、中间轴31、第1正齿轮38、第二正齿轮40、第1单向离合器39和套筒36传递给驱动链轮10，然后通过链条12和从动链轮11传递给后轮Wr。在不由助动电动机13进行助动行驶的情况下，或是由于行驶用电池组15的放电等致使助动电动机13的驱动停止时，第1单向离合器39打滑，以便不妨碍利用曲柄脚踏板9L、9R的踏力进行的驱动链轮10的回转。第1单向离合器39是设置于由助动电动机13向驱动链轮10传力的传递系统的下游端，因此在利用人力进行行驶时不需要增加克服上述动力传递系的摩擦力的踏力。
由图4可知，以4枚螺栓44将左半体42和右半体43结合而成的齿轮架45通过球轴承46、47回转自如地支承在曲柄轴7的外圆和套筒36的外圆上。空转轴49通过一对球轴承48、48支承在齿轮架45上，通过第2单向离合器50支承在曲柄轴7上的第3正齿轮51与形成于空转轴49上的第4正齿轮52啮合。固定于空转轴49上的第5正齿轮53与形成于套筒36上的第6正齿轮54啮合。在齿轮架45的左半体42和右半体43上形成缺口部421、431，用于避免与上述第5正齿轮53发生干涉。
因此，脚踏曲柄脚踏板9L、9R使曲柄轴7正转时，曲柄轴7的转矩通过第2单向离合器50、第3正齿轮51、第4正齿轮52、空转轴49、第5正齿轮53、第6正齿轮54和套筒36传递给驱动链轮10，然后通过链条12和从动链轮11传递给后轮Wr。另外，在脚踏曲柄脚踏板9L、9R使曲柄轴7反转的情况下，或在行驶中停止脚蹬曲柄脚踏板9L、9R而使曲柄轴7停止的情况下，第2单向离合器50打滑，容许上述曲柄轴7反转或停止。
在齿轮架45的右半体43的外周上，整体地形成踏力检测凸起432和定程凸起433。固定在右壳体22上的由厚膜阻力式测力传感器构成的踏力传感器55与上述踏力检测凸起432碰触，同时旋入右壳体22内的定程螺栓56与上述定程凸起433碰触。固定在右壳体22上的转速传感器57松动插入齿轮架45左半体42上形成的孔422内，并与上述第3正齿轮51的外圆对向着。由踏力传感器55和转速传感器57发出的信号在上述控制装置17内进行运算处理，根据其结果控制助动电动机13的驱动。
下面，说明具备上述结构的本发明的实施例的作用。
为了进行助动行驶在将电源开关16放在on的状态下，骑车人脚踏曲柄脚踏板9L、9R时，曲柄轴7通过曲柄8L、8R进行回转，其曲柄轴7的转矩通过第2单向离合器50、第3正齿轮51、第4正齿轮52、空转轴49、第5正齿轮53、第6正齿轮54和套筒36传递给驱动链轮10。
这时，与上述踏力的大小相适应的转动力矩作用于齿轮架45上使该齿轮架45围绕着曲柄轴7沿着图2的反时针方向进行回转。其结果，设置于齿轮架45右半体43上的踏力检测凸起432推压踏力传感器55的检测部而检测出踏力。又由于定程凸起433和定程螺栓56的碰触，即使踏力不作用时，踏力检测凸起432也保持在与踏力传感器55的检测部相对的位置上。
然后，控制装置17根据踏力传感器55检测出的踏力和转速传感器57检测出的车速，变换检索助动转矩量，控制助动电动机13的驱动使其产生其应有的助动转矩。其结果，助动电动机13的输出轴28的转矩通过第1链轮29、链条33、第2链轮32、中间轴31、第1正齿轮38、第2正齿轮40、第1单向离合器39和套筒36传递给驱动链轮10，实行由助动电动机13进行的助动行驶。
如上述那样，在动力装置P的动力传递系统中没有使用零件数量多的行星齿轮机构和动力传递效率低的锥齿轮，只是必要最低限度地使用简单的正齿轮、链轮和链条，因此能简化结构和提高动力传递效率。另外，由于根据作用于齿轮架45上的转动力矩检测出曲柄脚踏板9L、9R的踏力，因此关于各部的摩擦力，能使影响成为最小限度，并能实现精密的踏力检测。
另外，在后轮Wr的直径小的自行车上有必要使驱动链轮10的直径加大，但是通过适当地设定由第3正齿轮51、第4正齿轮52、第5正齿轮53和第6正齿轮54组成的正齿轮系的齿轮比，能避免使上述驱动链轮10的直径加大。
下面，根据图5说明本发明的第2实施例。
第2实施例是使助动电动机13与曲柄轴7配置成同轴，以谋求动力装置P的小型化。即助动电动机13包括有固定于右壳体22内面上的定子60和通过第1单向离合器39支承于套筒36外周的转子61，助动电动机13的转矩是通过第1单向离合器39直接传递给套筒36。
采用该第2实施例时，则不需要第1实施例中的第1链轮29、链条33、第2链轮32、中间轴31、第1正齿轮38和第2正齿轮40，因此可进一步削减零件数量和使动力装置P更加小型化。
上面，详细叙述了本发明的实施例，但是本发明在不脱离其主要点的范围内可进行各种设计变更。
例如，在实施例中作为踏力传感器55例示出厚膜阻力式测力传感器，但除此以外还可以使用应变仪式测力传感器和压电元件等的微小位移传感器。另外，除了将助动电动机13与动力装置P组装成为一体以外，也可以将助动电动机13单另设置。
如上所述，采用权利要求1所述的发明时，在回转自如地支承于曲柄轴外周的齿轮架上与曲柄轴平行地支承着空转轴，使曲柄轴的转矩通过一个经由空转轴的正齿轮系传递给回转自如地支承在曲柄轴外周的输出构件，因此不使用零件数量多的行星齿轮机构和动力传递效率低的锥齿轮，即能将曲柄轴的转矩传递给输出构件，因此，能使结构简化和提高动力传递效率。而且根据与踏力相适应地作用于齿轮架上的转动力矩，检测出上述踏力，因此关于各部的摩擦力，能使影响成为最小限度，并能实现精密的踏力检测。再者，通过设定正齿轮系的齿轮比，能随意调节由曲柄脚踏板传递给车轮的转矩的大小。
另外采用权利要求2所述的发明时，在支承曲柄轴的壳体的内部收容有齿轮架，使设置于该齿轮架上的踏力检测凸起与设置于壳体上的踏力检测机构碰触，因此能直接检测出齿轮架的转动力矩，进一步提高检测精度。
另外采用权利要求3所述的发明时，将助动电动机的转子围绕着曲柄轴的外周进行配置，使该转子通过单向离合器与输出构件连接，因此使助动电动机与曲柄轴配置成同轴，不仅能谋求小型化，而且在助动电动机停止时，使单向离合器打滑，可以不妨碍由曲柄脚踏板进行的曲柄轴的回转。
另外采用权利要求4所述的发明时，在将曲柄轴的转矩通过空转轴传递给输出构件的正齿轮系中夹装单向离合器，因此能使曲柄脚踏板随意反转而任意调节回转位置。

Claims (4)

1.一种带助动电动机的自行车上的踏力检测装置，在这种带助动电动机的自行车上，是在将曲柄脚踏板(9L、9R)的踏力传递给车轮(Wr)的动力传递系统中夹装助动电动机(13)，根据踏力检测机构(55)所检测出的曲柄脚踏板(9L、9R)的踏力控制上述助动电动机(13)的输出，上述自行车上的踏力检测装置的特征在于它包括有：
回转自如地支承在曲柄轴(7)的外周的齿轮架(45)；
与曲柄轴(7)平行地支承于齿轮架(45)上的空转轴(49)；
回转自如地支承在曲柄轴(7)的外周，并将转矩传递给车轮(Wr)的输出构件(10)；
通过空转轴(49)将曲柄轴(7)的转矩传递给输出构件(10)的正齿轮系(51～54)；检测围绕着曲柄轴(7)作用于齿轮架(45)上的转动力矩的踏力检测机构(55)。
2.按权利要求1所述的带助动电动机的自行车上的踏力检测装置，其特征在于：在支承曲柄轴(7)的壳体(21、22)的内部收容有齿轮架(45)，使设置于该齿轮架(45)上的踏力检测凸起(432)与设置于壳体(21、22)上的踏力检测机构(55)碰触。
3.按权利要求1所述的带助动电动机的自行车上的踏力检测装置，其特征在于：将助动电动机(13)的转子(61)围绕着曲柄轴(7)的外周进行配置，将该转子(61)通过单向离合器(39)与输出构件(10)连接。
4.按权利要求1所述的带助动电动机的自行车上的踏力检测装置，其特征在于：在将曲柄轴(7)的转矩通过空转轴(49)传递给输出构件(10)的正齿轮系(51～54)中，夹装单向离合器(50)。
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