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Diese Erfindung betrifft eine Eingangsdrehmomenterfassungsvorrichtung
für ein
motorunterstütztes
Fahrzeug, welches ein Eingangsbetätigungselement enthält, das
zum drehenden Antrieb eines Hinterrads manuell betätigt wird,
sowie einen Elektromotor, der in der Lage ist, entsprechend einem
an dem Eingangsbetätigungselement
vorgesehenen Eingangsdrehmoment eine Hilfskraft an dem Antriebsrad
vorzusehen, um ein an das Eingangsbetätigungsmoment angelegtes Eingangsdrehmoment zu
erfassen.
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Die DE-U-29608085 offenbart eine
Eingangsdrehmomenterfassungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
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Herkömmlich ist eine Eingangsdrehmomenterfassungsvorrichtung
zum Erfassen eines Eingangsdrehmoments eines motorunterstützten Fahrrads
bereits aus dem Amtsblatt, z. B. der japanischen Patentoffenlegungsanmeldung
Nr. Heisei 8313376 und so weiter bekannt geworden.
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Jedoch ist die oben beschriebene
herkömmliche
Vorrichtung derart aufgebaut, dass eine Drehung eines Kurbelpedals
durch einen ersten Rotationssensor erfasst wird, während die
Drehung eines Pedalritzelrads durch einen zweiten Rotationssensor erfasst
wird, und eine Phasendifferenz auf der Basis einer Zeitdifferenz
zwischen Rotationsimpulsen, die Erfassungssignale der zwei Rotationssensoren
sind, als ein Eingangsdrehmoment erkannt werden. Demzufolge kann,
so lange keine Impulssignale von den zwei Rotationssensoren ausgegeben
werden, die Zeitdifferenz nicht erfasst werden, und dementsprechend
ist es in einem Zustand der Fahrzeuggeschwindigkeit = 0, worin sich
das Pedalritzelrad nicht dreht, unmöglich, ein Eingangsdrehmoment
zu erfassen, und die Kraftunterstützung durch einen Elektromotor
kann beim Tretbeginn des Kurbelpedals aus einem stehenden Zustand
des Fahrzeugs heraus nicht durchgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist im
Hinblick auf eine solche Situation, wie sie oben beschrieben ist, gemacht
worden und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Eingangsdrehmomenterfassungsvorrichtung
für ein
motorunterstütztes
Fahrzeug anzugeben, das eine Erfassung eines Eingangsdrehmoments
gestattet, um bei Beginn der Eingabebetätigung aus einem stehenden
Zustand des Fahrzeugs heraus schnell eine Hilfskraft auf ein Antriebsrad
auszuüben.
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Zur Lösung der oben beschriebenen
Aufgabe wird gemäß der in
Anspruch 1 angegebenen Erfindung eine Eingangsdrehmomenterfassungsvorrichtung
für ein
motorunterstütztes
Fahrzeug angegeben, welches Fahrzeug ein Eingangsbetätigungselement
enthält,
das zum drehenden Antrieb eines Hinterrads manuell betätigt wird,
sowie einen Elektromotor, der in der Lage ist, entsprechend einem
an dem Eingangsbetätigungselement
vorgesehenen Eingangsdrehmoment eine Hilfskraft an dem Antriebsrad
vorzusehen, worin die Vorrichtung ein erstes Rotorelement aufweist,
das dazu ausgelegt ist, sich synchron mit der Drehung des Eingangsbetätigungselements
zu drehen, ein zweites Rotorelement, das dazu ausgelegt ist, sich
synchron mit der Drehung des Antriebsrads zu drehen, während die
Erzeugung einer Phasendifferenz in der Drehrichtung von dem ersten
Rotorelement erlaubt wird, einen ersten magnetischen Ring, der eine
Mehrzahl von N-Polen und S-Polen aufweist, die in einer ringartigen Konfiguration
angeordnet sind und in einer Umfangsrichtung einander benachbart
unterschiedliche Polaritäten
aufweisen, und der sich zusammen mit dem ersten Rotorelement dreht,
einen zweiten magnetischen Ring, der eine Mehrzahl von N-Polen und S-Polen aufweist, die
in einer ringartigen Konfiguration mit dem gleichen Winkel zu jenem
der N-Pole und S-Pole des ersten magnetischen Rings angeordnet sind,
und der sich zusammen mit dem zweiten Rotorelement dreht, eine Mehrzahl
von ersten Sensoren, die an festen Positionen in gegenüberliegender
Beziehung zu dem ersten magnetischen Ring angeordnet sind, um die
N-Pole und S-Pole des ersten magnetischen Rings zu erfassen, eine
Mehrzahl von zweiten Sensoren, die an festen Positionen in gegenüberliegender
Beziehung zu dem zweiten magnetischen Ring angeordnet sind, um die
N-Pole und S-Pole des zweiten magnetischen Rings zu erfassen, und
eine Steuereinheit zum Unterscheiden einer Drehphasendifferenz zwischen
dem ersten und dem zweiten Rotorelement auf der Basis eines Kombinationsmusters
von Erfassungssignalen der ersten und zweiten Sensoren und zum Erkennen
der Drehphasendifferenz als Information, welche das Eingangsdrehmoment
repräsentiert,
das auf das Eingangsbetätigungselement
auszuüben
ist, um den Betrieb des Elektromotors zu steuern/zu regeln.
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Da mit einer solchen Konstruktion,
wie sie oben beschrieben ist, auch in einem Zustand, worin sich
das Antriebsrad nicht dreht, in einer anfänglichen Betriebsstufe des
Eingangsbetätigungselements,
das erste Drehelement eine Drehphasenedifferenz von dem zweiten
Drehelement vorsieht und auch der erste magnetische Ring eine Drehphasendifferenz
von dem zweiten magnetischen Ring vorsieht, verändert sich das Kombinationsmuster
der Erfassungssignale von der Mehrzahl erster Sensoren und der Mehrzahl
zweiter Sensoren im Vergleich zu dem vor der Betätigung des Eingangsbetätigungselements,
und in einer Anfangsstufe von Beginn der Eingabebetätigung in
einem stehenden Zustand des Fahrzeugs kann das Eingangsdrehmoment
erfasst werden und kann sofort eine Hilfskraft durch den Elektromotor
an dem Antriebsrad vorgesehen werden.
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Mittlerweile ist gemäß der in
Anspruch 2 angegebenen Erfindung die Eingangsdrehmomenterfassungsvorrichtung
für ein
motorunterstütztes
Fahrzeug, zusätzlich
zu der oben beschriebenen Konstruktion der Erfindung gemäß Anspruch
1, derart aufgebaut, dass das erste Rotorelement mit dem Eingangsbetätigungselement
durch eine Einwegkupplung verbindbar ist, welche die Drehmomentübertragung
von der Seite des ersten Rotorelements zu der Seite des Eingangsbetätigungselements
unterbricht, und das zweite Rotorelement, zwischen welchem und dem
ersten Rotorelement eine Schraubenfeder angeordnet ist, in einer
Position benachbart dem ersten Rotorelement in einer solchen Weise
angeordnet ist, um eine Drehung desselben um die gleiche Achse wie
jener des ersten Rotorelements zu erlauben, während der erste und der zweite
magnetische Ring, die in der axialen Richtung der ersten und zweiten Rotorelemente
nebeneinander liegen, an einer Seite in der axialen Richtung des
ersten und des zweiten Rotorelements angeordnet sind. Demzufolge
wird nicht nur Raum, in dem die ersten und zweiten Sensoren angeordnet
werden sollten, an einer Seite der ersten und zweiten Rotorelement
sichergestellt, um hierdurch das Erfordernis zu beseitigen, einen
zusätzlichen
Raum zur Anordnung der zwei Sensoren sicher zu stellen, sondern
es können
auch die ersten und zweiten magnetischen Ringe und die ersten und zweiten
Sensoren gemeinsam an einer Seite der zwei Rotorelemente angebracht
werden, um hierdurch den Montagevorgang für diese zu erleichtern. Der
Raum für
die Anordnung der zwei Sensoren ist bis zum Äußersten reduziert.
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Gemäß der in Anspruch 3 angegebenen
Erfindung ist die Eingangsdrehmomenterfassungsvorrichtung für ein motorunterstütztes Fahrzeug,
zusätzlich
zu der oben beschriebenen Konstruktion der Erfindung gemäß Anspruch
2, derart aufgebaut, dass der erste und der zweite magnetische Ring
jeweils mit dem ersten und dem zweiten Rotorelement elastisch in
Eingriff steht. Dementsprechend sind die Wartung und die Montagevorgänge des
ersten und zweiten magnetischen Rings erleichtert.
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Gemäß der in Anspruch 4 angegebenen
Erfindung ist die Eingangsdrehmomenterfassungsvorrichtung für ein motorunterstütztes Fahrzeug,
zusätzlich
zu der oben beschriebenen Konstruktion der Erfindung gemäß den Ansprüchen 2 oder
3, derart aufgebaut, dass der erste und der zweite magnetische Ring
eine Mehrzahl von N-Polen und S-Polen aufweisen, die an Innenumfängen eines
jeweiligen ringförmigen
ersten und zweiten Gehäuses
vorgesehen sind, und die ersten und zweiten Sensoren an den jeweiligen
Innenseiten der beiden magnetischen Ringe angeordnet sind. Da die
zwei Sensoren innerhalb der ersten und zweiten magnetischen Ringe
angeordnet sind, welche eine zylindrische Konfiguration haben, kann
demzufolge eine weitere Reduktion des Raums erreicht werden, und
die zwei Sensoren können
mit den zwei Gehäusen
abgedeckt werden, um diese zu schützen.
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Gemäß der in Anspruch 5 angegebenen
Erfindung ist die Eingangsdrehmomenterfassungsvorrichtung für ein motorunterstütztes Fahrzeug,
zusätzlich
zu der oben beschriebenen Konstruktion der in Anspruch 2 angegebenen
Erfindung, derart aufgebaut, dass der erste und der zweite magnetische Ring
und die ersten und zweiten Sensoren von der dem ersten und dem zweiten
Rotorelement entgegengesetzten Seite her mit einem Schutzdeckel
abgedeckt sind. Dementsprechend kann eine Verschmutzung der zwei
Sensoren und der zwei magnetischen Ringe durch Wasser, Schmutz oder
dergleichen verhindert werden.
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im Folgenden wird eine Ausführung der
vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind.
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1 ist
eine Seitenansicht eines motorunterstützten Fahrrads eines ersten
Ausführungsbeispiels.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines wesentlichen Teils von 1.
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3 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von 2.
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4 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines wesentlichen Teils von 3.
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5 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 von 4.
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6 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 von 4.
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7 ist
eine vergrößerte Schnittansicht entlang
der Linie 7-7 von 2.
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8 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 von 4.
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9 ist
eine Schnittansicht antlang der Linie 9-9 von 4.
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10 ist
eine Ansicht, die eine relative Anordnung erster Sensoren und Magnetpole
eines ersten magnetischen Rings zeigt.
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11 ist
eine Ansicht zur Erläuterung
eines Erfassungsmusters der ersten Sensoren in Bezug auf eine Änderung
der Relativposition mit dem ersten magnetischen Ring in einer Umfangsrichtung.
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12 ist
ein Flussdiagramm, das einen Steuerprozess eines Elektromotors einer
Steuereinheit darstellt.
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13 ist
eine Ansicht zur Erläuterung
von Erfassungsmustern der ersten und zweiten Sensoren in Bezug auf
die Relativdrehung der ersten und zweiten magnetischen Ringe.
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14 ist
eine Ansicht zur Erläuterung
einer Phasendifferenzerfassung in einem normalen Fahrzustand.
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15 ist
eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels entsprechend
den 8 und 9.
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Die 1 bis 14 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel,
wenn die vorliegende Erfindung bei einem Fahrrad mit Hilfsmotor
angewendet wird.
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Zunächst enthält, in Bezug auf die 1 bis 3, das vorliegende motorunterstützte Fahrzeug
einen allgemein U-förmigen
Rumpfrahmen 21, der in der Seitenansicht nach oben offen
ist, und der Rumpfrahmen 21 enthält ein Kopfrohr 22,
das an einem Vorderende desselben vorgesehen ist, einen Hauptrahmen 23,
der sich von dem Kopfrohr 22 nach hinten abwärts erstreckt,
ein Tragrohr 24, das am Hinterende des Hauptrahmens 23 sicher
angebracht ist und sich nach links und rechts erstreckt, sowie einen
Sitzpfosten 25, der sich von dem Tragrohr 24 aufwärts erstreckt.
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Eine Frontgabel 26 ist an
dem Kopfrohr 22 zur Lenkbetätigung gelagert, und ein Vorderrad
WF ist am Unterende der Frontgabel 26 drehbar gelagert, während eine
Lenkstange 27 am Oberende der Frontgabel 26 vorgesehen
ist. Mittlerweile ist ein Hinterrad WR, das als Antriebsrad dient,
zwischen Hinterende eines Paars linker und rechter Heckgabeln 28L, 28R drehbar
gelagert, welche sich von dem Tragrohr 24 an einem hinteren
Abschnitt des Rumpfrahmens 21 zur Rückseite hin erstrecken, und
ein Paar linker und rechter Streben 29 ... sind zwischen einem
oberen Abschnitt des Sitzpfostens 25 und den zwei Heckgabeln 28L, 28R vorgesehen.
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Eine Tragstange 31, an deren
Oberende ein Sitz 30 vorgesehen ist, ist an dem Sitzpfosten 25 derart
angebracht, dass die vertikale Position des Sitzes 30 eingestellt
werden kann, und ein Batterieaufnahmekasten 32, um darin
eine nicht gezeigte Batterie entfernbar aufzunehmen, ist an einem
Vorderabschnitt des Sitzpfostens 25 unter dem Sitz 30 vorgesehen.
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An der Rückseite des Batterieaufnahmekastens 32 ist
eine Antriebseinheit 35 angeordnet, die einen Elektromotor 34 aufweist,
dem von der im Batterieaufnahmekasten 32 aufgenommenen
Batterie Strom zugeführt
wird, und die Antriebseinheit 35 ist an dem Sitzpfosten 35 und
der rechtsseitigen Heckgabel 28R gelagert.
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Ein Paar von Kurbelpedalen 37L, 37R,
die jeweils als Eingangsbetätigungselement
dienen, sind mit dem linken Ende und dem rechten Ende einer Kurbelwelle 36 sicher
verbunden, die sich koaxial durch das Tragrohr 24 des Rumpfrahmens 21 erstreckt,
und ein Paar von Kugellagern 39, 39 ist zwischen
der Kurbelwelle 36 und einem Paar von Deckelplatten 38L, 38R vorgesehen,
die die Kurbelwelle 36 drehbar durchsetzt und die das linke
Ende und das rechte Ende des Tragrohrs 24 jeweils abdecken. Mit
anderen Worten, die Kurbelwelle 36 ist an dem Rumpfrahmen 21 drehbar
gelagert.
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Die Tretkraft der Kurbelpedale 37L, 37R an den
entgegengesetzten linken und rechten Enden der Kurbelwelle 36 wird
synchron mit den Kurbelpedalen 37L, 37R auf eine
erste Rotorscheibe, die als erstes Rotorelement dient, übertragen,
und eine erste Einwegkupplung 41 zum Unterbrechen der Drehmomentübertragung
von der ersten Rotorscheibe 40 auf das rechtseitige Kurbelpedal 37R ist
zwischen dem Kurbelpedal 37R und der ersten Rotorscheibe 40 vorgesehen.
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Auch in Bezug auf die 4 bis 6 enthält die erste Einwegkupplung 41 eine
Kupplungsinnenlaufbahn 42, die an einem Basisendabschnitt
des rechtseitigen Kurbelpedals 37R durch eine Mehrzahl
von Bolzen 47 fest angebracht ist und die Kurbelwelle 36 koaxial
umgibt, eine Kupplungsaußenlaufbahn 43, die
die Kupplungsinnenlaufbahn 42 koaxial umgibt, und eine
Mehrzahl von z. B. drei Ratschenklinken 44 ..., die am
Außenumfang
der Kupplungsinnenlaufbahn 42 schwenkbeweglich gelagert
sind und jeweils durch eine Ringfeder 45 in einer ausfahrenden
Richtung vorgespannt sind, und Ratschenzähne 46 zum Eingriff
mit den Ratschenklinken 44 ... sind am Innenumfang der
Kupplungsaußenlaufbahn 43 ausgebildet,
während
beim Innenumfang der ersten Rotorscheibe 40 am Außenumfang
der Kupplungsaußenlaufbahn 43 durch
Verlötung
oder dergleichen fest angebracht ist.
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Wenn bei der ersten Einwegkupplung 41 mit der
oben beschriebenen Konstruktion die Kurbelpedale 37L, 37R getreten
werden, um die Kurbelwelle 36 vorwärts zu drehen, dann wird die
Tretkraft der Kurbelpedale 37L, 37R auf die erste
Rotorscheibe 40 übertragen.
Wenn jedoch die Kurbelpedale 37L, 37R getreten
werden, um die Kurbelwelle 40 rückwärts zu drehen, dann schlupft
die erste Einwegkupplung 41, um eine Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 36 zu
erlauben, und es wird kein Drehmoment von der ersten Rotorscheibe 40 zur
Seite des Kurbelpedals 37R übertragen.
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An einer Position an der Innenseite
benachbart der ersten Rotorscheibe 40 längs der Achse der Kurbelwelle 36 ist
eine zweite Rotorscheibe 48, welche als zweites Rotorelement
dient und mit einem größeren Durchmesser
als die erste Rotorscheibe 40 ausgebildet ist, derart angeordnet,
dass sie die Kurbelwelle 36 koaxial umgibt, und ein Innenumfangsabschnitt
der zweiten Rotorscheibe 48 ist relativ drehbar zwischen
der Kupplungsinnenlaufbahn 42 der ersten Einwegkupplung 41 und
einem Flanschabschnitt 50a ..., der an einem zylindrischen
Trägerelement 50 vorgesehen
ist, gehalten, während
das Trägerelement 50 die
Kurbelwelle 36 relativ drehbar umgibt und mit dem Innenumfang
der Kupplungsinnenlaufbahn 42, z. B. durch Schraubkupplung,
gekuppelt ist. Mittlerweile ist eine ringförmige Halteplatte 49 an der
Außenseite
der ersten Rotorscheibe 40 längs der axialen Linie der Kurbelwelle 36 derart
angeordnet, dass der Außenumfangsabschnitt
der ersten Rotorscheibe 40 zwischen der Halteplatte 49 und
der Scheibe 40 zwischen der Halteplatte 49 und
der zweiten Rotorscheibe 48 gehalten wird.
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An mehreren Stellen, z. B. vier Stellen,
sind mit gleichem Abstand voneinander längs einer Umfangsrichtung an
einem Abschnitt nahe am Außenumfang
der ersten Rotorscheibe 40 Führungslöcher 51, 51 ...
vorgesehen, die sich im Bogen entlang eines imaginären Kreises
erstrecken, der auf der Achse der Kurbelwelle 36 zentriert
ist, und zylindrische Krägen 52, 52 ...
die einzeln in die Führungslöcher 51, 51 ...
eingesetzt sind, sind zwischen der zweiten Rotorscheibe 48 und
der Halteplatte 49 angeordnet, während die zweite Rotorscheibe 48 mit
der Halteplatte 49 durch Nieten 53, 53 ...
verbunden ist, welche sich einzeln durch die Krägen 52, 52 ...
erstrecken. Dementsprechend können
die zweite Rotorscheibe 48 und die Halteplatte 49 eine
relative Drehung zu der ersten Rotorscheibe 40 in einem
Bereich machen, in dem sie sich in den Führungslöchern 51, 51 ...
bewegen können.
Ferner ist ein Rostschutzfilm (nicht gezeigt) zur Rostverhinderung
auf die jeweiligen gegenüberliegenden
Flächen
der ersten Rotorscheibe 40 und der zweiten Rotorscheibe 48 und
der Halteplatte 49 aufgeklebt.
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Mehrere Aufnahmelöcher 54, 54 ...,
die sich vergleichsweise lang in einer Umfangsrichtung erstrecken,
sind in der ersten Rotorscheibe derart vorgesehen, dass zwei dieser
Aufnahmelöcher 54, 54 ... zwischen
jeweils benachbarten Führungslöchern 51, 51 ...
angeordnet sind, und auch in der zweiten Rotorscheibe 48 und
der Halteplatte 49 sind Steuerlöcher 55, 55 ..., 56, 56 ...
vorgesehen, die jeweils den Aufnahmelöchern 54, 54 ...
der ersten Rotorscheibe 40 entsprechen. Schraubenfedern 57, 57 ...,
die als elastische Elemente dienen, sind in den Aufnahmelöchern 54, 54 ...
und den Steuerlöchern 55, 55 ..., 56, 56 ...
aufgenommen, und wenn die erste Rotorscheibe 40 und die
zweite Rotorscheibe 48 und die Halteplatte 49 keine
Relativdrehung machen, bleiben die entgegengesetzten Enden der Schraubenfedern 57, 57 ...
in Kontakt mit den gegenüberliegenden
Enden der Aufnahmelöcher 54, 54 ...
und der Steuerlöcher 55, 55 ..., 56, 56 ...
in Kontakt. Wenn jedoch die erste Rotorscheibe 40 eine
Relativdrehung zu der zweiten Rotorscheibe 48 und der Halteplatte 49 macht,
dann wird, während
ein Ende jeder der Schraubenfedern 57, 57 in Kontakt
mit dem einen Ende eines entsprechenden der Aufnahmelöcher 54, 54 ...
verbleibt, das andere Ende durch das andere Ende eines entsprechenden
der Steuerlöcher 55, 55 ..., 56, 56 ...
derart verschoben, dass es vom anderen Ende des einen entsprechenden
der Aufnahmelöcher 54, 54 ...
mit Abstand angeordnet wird. Mit anderen Worte, die erste Rotorscheibe 40 macht
eine Relativdrehung zu der zweiten Rotorscheibe 48 und
der Halteplatte 49, während
jede der Schraubenfedern 57, 57 ... zusammengedrückt wird.
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Um den Aufnahmezustand der Schraubenfedern 57, 57 ...
in den Aufnahmelöchern 54, 54 ...
und den Steuerlöchern 55, 55 ..., 56, 56 ...
zu halten, sind an der zweiten Rotorscheibe 48 Wandabschnitte 55a, 55a ...
vorgesehen, die sich schräg
im Wesentlichen entlang Außenumfängen der
Schraubenfedern 57, 57 ... an den gegenüberliegenden
Seitenrändern der
Steuerlöcher 55, 55 ...
erstrecken, und an der Halteplatte 49 sind Haltewandabschnitte 56a, 56a ... vorgesehen,
die sich schräg
im Wesentlichen entlang den Außenumfängen der
Schraubenfedern 57, 57 ... von den gegenüberliegenden
Seitenrändern
der Steuerlöcher 56, 56 ...
erstrecken.
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Die erste Rotorscheibe 40 und
die Halteplatte 49 sind mit einem Deckel 58 abgedeckt,
der am Außenumfang
der ersten Rotorscheibe 40 angebracht ist, und ein Lippenabschnitt 59a,
der an einer Außenumfangsseite
eines ringförmigen
elastischen Dichtungselements 59 vorgesehen ist, das an
der Kupplungsaußenlaufbahn 43 der
ersten Einwegkupplung 41 angebracht ist, ist elastisch
in Kontakt mit einer Innenseite eines Innenumfangsabschnitts des
Deckels 48 gehalten, während
ein anderer Lippenabschnitt 59b, der an einer Innenumfangsseite des
elastischen Dichtungselements 59 vorgesehen ist, elastisch
in Kontakt mit der Kupplungsinnenlaufbahn 42 gehalten ist.
Ferner ist Schmierfett 60 zwischen die Kupplungsinnenlaufbahn 42 und
die Kupplungsaußenlaufbahn 43 der
ersten Einwegkupplung 41 derart eingefüllt, dass es durch den Lippenabschnitt 59b eingeschlossen
ist.
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Ein Pedalritzelrad 61 ist
am Außenumfang der
zweiten Rotorscheibe 48 vorgesehen, und steht von dem Deckel 58 nach
außen
seitlich vor, und eine Endloskette 64 erstreckt sich zwischen
und um das Pedalritzelrad 61, ein von der Antriebseinheit 35 angetriebenes
Antriebsritzelrad 62 und ein an der Achse des Hinterrads
WR vorgesehenes Abtriebsritzelrad 63, während ein Ritzelrad 66,
das an einen Spanner 65 zum Ausüben einer Spannung auf die
Kette 64 vorgesehen ist, mit der Kette 64 zwischen
dem Antriebsritzelrad 62 und dem Abtriebsritzelrad 63 in
Eingriff steht.
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Dementsprechend wird die Tretkraft
der Kurbelpedale 37L, 37R, die durch die erste
Einwegkupplung 41 auf die erste Rotorscheibe 40 übertragen wird,
auf die zweite Rotorscheibe 48, das heißt auf das Pedalritzelrad 61, übertragen,
während
die Schraubenfedern 57, 57 ... zusammengedrückt werden,
und wird ferner durch die Endloskette 64 und das Abtriebsritzelrad 63 auf
das Hinterrad WR übertragen.
Mittlerweile wird die Unterstützungskraft,
die von der Antriebseinheit 35 auf das Antriebsritzelrad
62 ausgeübt wird,
durch die Kette 64 und das Abtriebsritzelrad 63 auf
das Hinterrad übertragen,
wobei aber das Drehmoment durch die Unterstützung von der Antriebseinheit 35,
aufgrund der Wirkung der ersten Einwegkupplung 41, nicht
auf die Seite der Kurbelpedale 37L, 37R übertragen
werden.
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In Bezug auf 7 enthält ein Gehäuse 70 der Antriebseinheit 35 eine
linke Gehäusehälfte 71, eine
rechte Gehäusehälfte 72,
die mit der linken Gehäusehälfte 71 derart
gekoppelt ist, dass sie mit der linken Gehäusehälfte 71 zur Bildung
einer ersten Aufnahmekammer 74 dazwischen zusammenwirkt,
sowie einen Deckel 73, der mit der linken Gehäusehälfte 71 derart
gekoppelt ist, dass er mit der linken Gehäusehälfte 71 zur Bildung
einer zweiten Aufnahmekammer 75 dazwischen zusammenwirkt,
und eine aus Gummi hergestellte Dichtung 76 ist an einer Kupplungsfläche des
Deckels 73 mit der linken Gehäusehälfte 71 angebracht.
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Der Elektromotor 34, dessen
Drehachse parallel zur Drehachse der Kurbelwelle ist, ist an dem Gehäuse 70 angebracht,
und die Ausgangsleistung des Elektromotors 34 wird auf
das Antriebsritzelrad 62 durch einen Untersetzungsgetriebezug 77 übertragen,
um die Tretkraft durch die Kurbelpedale 37L, 37R zu
unterstützen.
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Der Untersetzungsgetriebezug 77 zur
Kraftübertragung
des Elektromotors 34 auf das Antriebsritzelrad 62 enthält ein Antriebszahnrad 79,
das an einer Motorwelle 78 des Elektromotors 34 in
der zweiten Aufnahmekammer 75 gesichert ist, ein erstes Zwischenzahnrad 81,
das am einen Ende einer Zwischenwelle 80 in der zweiten
Aufnahmekammer 75 gesichert ist und im Zahneingriff mit
dem Antriebszahnrad 79 gehalten ist, ein zweites Zwischenzahnrad 82,
das integral mit der Zwischenwelle 80 in der ersten Aufnahmekammer 74 vorgesehen
ist, ein Abtriebszahnrad 83, das im Zahneingriff mit dem
zweiten Zwischenzahnrad 82 gehalten ist, eine Drehwelle 84,
die koaxial zu dem Antriebszahnrad 83 angeordnet ist, sowie
eine zweite Einwegskupplung 85, die zwischen dem Abtriebszahnrad 82 und der
Drehwelle 84 vorgesehen ist, und das Antriebsritzelrad 62 ist an
einem Endabschnitt der Drehwelle 84 gesichert, der von
der rechten Gehäusehälfte 72 vorsteht.
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Die Zwischenwelle 80 hat
eine Achse, die zur Motorwelle 78 des Elektromotors 34 parallel
ist, und ein Kugellager 86 ist zwischen der rechten Gehäusehälfte 72 und
der Zwischenwelle 80 angeordnet, während ein anderes Kugellager 87 zwischen
der linken Gehäusehälfte 71 und
der Zwischenwelle 80 angeordnet ist. Die Drehwelle 84 hat
eine Achse, die parallel zur Zwischenwelle 80 ist, und
ein Kugellager 88 ist zwischen der rechten Gehäusehälfte 72 und
der Drehwelle 84 angeordnet, während ein anderes Kugellager 89 zwischen
der linken Gehäusehälfte 71 und
der Drehwelle 84 angeordnet ist.
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In dem Untersetzungsgetriebezug 77 mit
der oben beschriebenen Konstruktion wird das bei Betrieb des Elektromtors 34 erzeugte
Drehmoment in reduzierter Drehzahl auf das Antriebsritzelrad 82 übertragen,
aber wenn der Betrieb des Elektromotors stoppt, wird ein Leerlauf
der Drehwelle 84 aufgrund der Wirkung der zweiten Einwegkupplung 85 erlaubt, und
die Drehung des Antriebsritzelrads 62 durch die Tretkraft
der Kurbelpedale 37L, 37R wird nicht gestört.
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Ein Paßrohrabschnitt 90,
der zu der dem Deckel 73 gegenüberliegenden Seite vorsteht,
ist integral an der linken Gehäusehälfte 71 des
Gehäuses 70 vorgesehen,
und ein mit Boden versehenes zylindrisches Motorgehäuse 91,
das an dem Elektromotor 34 vorgesehen ist, ist an der linken
Gehäusehälfte 71 durch
eine Mehrzahl von, z. B. zwei, Bolzen 92, 92 in einem
Zustand befestigt, in dem es auf dem Sitzrohrabschnitt 90 sitzt.
Im Übrigen
steht ein Positionierstift 93, der in die linke Gehäusehälfte 71 eingesetzt
ist, mit einer Öffnung
des Motorgehäuses 91 in
Eingriff, so dass das Motorgehäuse 91 und
die Achse in dem Sitzrohrabschnitt 90 herum positioniert
ist. Ferner sind Stufenabschnitte, zum Halten eines Dichtringelements 94 dazwischen
in einer entsprechenden Beziehung zueinander auf der Außenfläche nahe
dem offenen Ende des Motorgehäuses 91 und
einer Innenfläche
des Paßrohrabschnitts 90 ausgebildet, und
das Dichtungselement 94 wird zwischen dem Motorgehäuse 91 und
dem Sitzrohrabschnitt 90 durch Sitz- und Sicherung des Motorgehäuses 91 in dem
Sitzrohrabschnitt 90 gehalten.
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Der Elektromotor 34 hat
eine Motorwelle 78, die eine zur Kurbelwelle 36 parallele
Achse aufweist, und eine Mehrzahl von Bürsten 96 ... ist in
Gleitkontakt mit einem Kommutator 95 gehalten, der an der Motorwelle 78 vorgesehen
ist. Ferner ist ein Tragwandabschnitt 100, der der Öffnung des
Motorgehäuses 91 gegenüberliegt,
integral an der linken Gehäusehälfte 71 derart
vorgesehen, dass er ein Innenende des Sitzrohrabschnitts 90 verschließt, und
die Bürsten 96 ...
sind zwischen einer Trägerplatte 97, die
aus nichtleitendem Material hergestellt ist und an dem Trägerwandabschnitt 100 befestigt
ist, und an der Trägerplatte 97 angebrachten
Haltern 98 ... gehalten, während die Bürsten 96 ... in Richtung
zum gleitenden Eingriff mit dem Kommutator 95 durch Federn 99 ...
vorgespannt sind, die zwischen den Haltern 98 ... und den
Bürsten 96 ...
aufgenommen sind.
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Die Motorwelle 78 erstreckt
sich drehbar durch den Trägerwandabschnitt 100 und
steht zur Seite der zweiten Aufnahmekammer 75 vor, und
ein Kugellager 101 ist zwischen dem Trägerwandabschnitt 100 und
der Motorwelle 78 derart vorgesehen, dass es in den Trägerwandabschnitt 100 eingepresst
ist, und an der Motorwelle 78 ist ein Schnappring 102 angebracht,
um zu verhindern, dass sich eine Innenlaufbahn des Kugellagers 101 zur
Seite des Kommutators 95 hin bewegt.
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Übrigens
ist das Gehäuse 70 an
dem Sitzpfosten 25 des Rumpfrahmens 21 und der
rechten Heckgabel 28 derart abgestützt, dass der Elektromotor 34 an
einer oben liegenden Stelle an der Rückseite in Bezug auf die Kurbelwelle 36 angerdnet
ist, und ein Aufhängungsabschnitt 106 der
integral an einem oberen Abschnitt der linken Gehäusehälfte 71 vorgesehen
ist, so dass er nach oben ragt, ist an einem Beschlag 105 befestigt,
der an dem Sitzpfosten 25 durch einen Bolzen und eine Mutter 108 gesichert
ist, während
ein anderer Aufhängungsabschnitt 110,
der integral an dem linken, rechten Gehäusehälften 71, 72 derart
vorgesehen ist, dass er nach vorne ragt, an einem Beschlag 109 befestigt
ist, der an der rechtseitigen Heckgabel 28R durch einen
Bolzen 111 und eine Mutter 112 gesichert ist.
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Das Antriebszahnrad 79 sitzt
durch Keilnuten auf einen Endabschnitt der Motorwelle 78,
der in die zweite Aufnahmekammer 75 vorsteht und ein zur Motorwelle 78 koaxialer
Bolzen 113 ist in den Endabschnitt der Motorwelle 78 eingeschraubt,
so dass der mit der Innenlaufbahn des Kugellagers 101 zusammenwirkt,
um das Antriebszahnrad 79 und einen Reluktor 114 dazwischen
zu halten, so dass eine Bewegung des Antriebszahnrads 79 entlang
der Achse der Motorwelle 78 gestoppt wird und das Antriebszahnrad 79 an
der Motorwelle 78 gesichert ist.
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Ein Drehzahlsensor 116 vom
Typ mit elektromagnetischer Aufnehmerspule zum Zusammenwirken mit
dem Reluktor 114 zum Erfassen der Drehzahl der Motorwelle 78 ist
an der linken Gehäusehälfte 71 des
Gehäuses 70 derart
gesichert, dass er in einer gegenüberliegenden Beziehung zu dem
Reluktor 114 in der zweiten Aufnahmekammer 75 angeordnet
ist, wie in 2 gezeigt.
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Das erste Zwischenzahnrad 81,
das mit dem Antriebszahnrad 79 in Eingriff steht, ist an
einem Außenumfangsabschnitt,
das heißt
einem Abschnitt, an dem es mit dem Antriebszahnrad 79 in
Eingriff steht, aus Kunstharz gebildet, und ein Ringelement 119, das
in einer Ringform aus Kunstharz gebildet ist, und das an seinem
Außenumfang
einen Verzahnungsabschnitt 118 aufweist, ist an einer Nabe 117 befestigt, die
aus Metall hergestellt ist und mittels einer Mehrzahl von Bolzen 120 ...
an der Zwischenwelle 80 angekoppelt ist.
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Die Nabe 117 sitzt durch
Keilnuten auf der Zwischenwelle 80 derart, dass ihr eines
Ende die Innenlaufbahn des Kugellagers 70 kontaktiert,
die an der Zwischenwelle 80 getragen ist. Mittlerweile
ist ein Schnappring 121 an einer Außenseite eines Endabschnitts
zur Zwischenwelle 80 angebracht, und ein Aufnahmeelement 122 ist
einer Zwischenwelle 80 derart angebracht, dass seine Bewegung
in Richtung von der Nabe 117 weg durch den Schnappring 121 verändert wird,
während
eine Scheibenfeder 123 zwischen dem anderen Ende der Nabe 117 und
dem Aufnahmeelement 122 vorgesehen ist. Durch eine durch
die Scheibenfeder 123 ausgeübte Federkraft wird das erste
Zwischenzahnrad 81 zur Innenlaufbahn des Kugellagers 87 hin
gedrückt,
so dass das erste Zwischenzahnrad 81 an der Zwischenwelle 80 fest
ist. Mittlerweile wird eine aus Metall hergestellte Verstärkungsplatte 124 in
Kontakt mit dem Ringelement 119 gehalten, und die Verstärkungsplatte 124 wird
mit dem Ringelement 119 durch die Bolzen 120 ...
aneinander befestigt.
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Die Drehwelle 84 ist an
dem Gehäuse 70 drehbar
gelagert derart, dass ein unterer Abschnitt des Abtriebszahnrads 83,
das an der Drehwelle 84 mit der dazwischen angeordenten
zweiten Einwegkupplung 85 angebracht ist, zwischen den
linken und rechten Heckgabeln 28L, 28R angebracht
ist, und untere Abschnitte der linken und rechten Gehäusehälften 71, 72,
die durch mehrere Bolzen 125 ... aneinander befestigt sind,
sind derart ausgebildet, dass sie sich zwischen den zwei Heckgabeln 28L, 28R derart
nach unten erstrecken, dass sie einen unteren Abschnitt des Abtriebszahnrads 83 überdecken.
Da die unteren Abschnitte der linken und rechten Gehäusehälften 71, 72,
das heißt
die unteren Abschnitte des Gehäuses 70,
auf diese Weise tiefer angeordnet sind als die zwei Heckgabeln 28L, 28R,
ist der Schwerpunkt der Antriebseinheit 35 weitestgehend an
einer tiefliegenden Stelle angeordnet, was dazu beitragen kann,
den Schwerpunkt zu einer tieferliegenden Stelle des motorunterstützten Fahrrads
anzuordnen.
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Ein Armabschnitt 126 ist
integral an einem Unterende der linken Gehäusehälfte 71 vorgesehen, und
der Spanner 65 zum Spannen der Kette 64 ist an dem
Armabschnitt 126 angebracht. Der Spanner 65 enthält einen Hebel 127,
der an seinem Basisende an dem Armabschnitt 126 kippbeweglich
um eine zur Drehwelle 84 parallele Achse herum gelagert
ist, das Ritzelrad 66, das am einen Ende des Hebels 127 drehbar
gelagert ist, sowie eine Feder 128 zum Vorspannen des Hebels 127 in
Richtung zum Spannen der Kette 64 in Eingriff mit dem Ritzelrad 66.
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Der Hebel 127 weist an seinem
Basisendabschnitt einen zylindrischen Abschnitt 127a auf, und
eine zylindrische Tragwelle 129, die in den zylindrischen
Abschnitt 127a eingesetzt ist, ist an dem Armabschnitt 126 durch
einen Bolzen 130 derart befestigt, dass seine Achse parallel
zur Drehwelle 84 ist. Die Feder 128 ist eine Torrsionsfeder,
die den zylindrischen Abschnitt 127a umgibt, und die entgegengesetzten
Enden der Feder 128 stehen mit dem Armabschnitt 126 und
dem Hebel 127 in Eingriff.
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Eine Welle 131, die eine
zur Tragwelle 129 parallele Achse hat, ist an einem Endabschnitt
des Hebels 127 befestigt, und das Ritzelrad 66 ist
an einem Endabschnitt des Hebels 127 derart angebracht,
dass ein Kugellager 132 zwischen dem Ritzelrad 66 und
der Welle 131 angeordnet ist.
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Ein Vertiefungsabschnitt 135 ist
an der Außenseite
der liken Gehäuseseite 71 zwischen
der Drehwelle 84 und dem Elektromotor 34 vorgesehen, und
ein Deckel 137, der den Vertiefungsabschnitt 135 und
einen Teil des Elektromotors 134 überdeckt, ist an der linken
Gehäusehälfte 71 durch
eine Mehrzahl von Bolzen 138 ... befestigt, und eine Steuereinheit 140 ist
in einer Aufnahmekammer 136 aufgenommen, die durch den
Deckel 137 und den Vertiefungsabschnitt 135 ausgebildet
ist.
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Der Betrieb des Elektromotors 34 wird
durch eine Steuereinheit 140 gesteuert/geregelt, und die Steuereinheit 140 steuert
regelt den Betrieb des Elektromotors 34 auf der Basis einer
durch den Drehzahlsensor 116 erfassten Drehzahl des Elektromotors 34 und
eines Eingangsdrehmoments von Kurbelpedalen 37L, 37R.
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An der Außenseite des Deckels 137 steht
integral ein Führungsvorsprung 139 vor,
der den Umlauf der Kette 64 derart führt, dass ein Abschnitt der Kette 64,
der das Antriebsritzelrad 62 umschlingt, und ein anderer
Abschnitt der Kette 64, der sich von dem Abtriebsritzelrad 63 zu
dem Pedalritzelrad 61 erstreckt, an einem gegenseitigen
Kontakt gehindert werden können.
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Zurück zu 4. Ein erster magnetischer Ring 141,
der sich zusammen mit der ersten Rotorscheibe 40 dreht,
ist an der Seite angeordnet, die der ersten Rotorscheibe 40 in
Bezug auf die zweite Rotorscheibe 48 gegenüberliegt,
und ein zweiter magnetischer Ring 142, der sich zusammen
mit der zweiten Rotorscheibe 48 dreht, ist an einer Stelle
angeordnet, an der er mit dem ersten magnetischen Ring 141 zusammenwirkt,
um die zweite Rotorscheibe 48 dazwischen zu halten. Insbesondere
sind die ersten und zweiten magnetischen Ringe 141, 142 in
nebeneinander liegender Beziehung in axialer Richtung an einer Seite
der Achsrichtung der ersten und zweiten Rotorscheiben 40, 48 angeordnet.
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Auch in Bezug auf 8 ist der erste magnetische Ring 141 derart
ausgebaut, dass eine Mehrzahl von N-Polen 143N ... und
eine Mehrzahl von S-Polen 143S ... in einer ringförmigen Konfiguration angeordnet
sind, so dass je zwei benachbarte derselben die in Umfangsrichtung
voneinander unterschiedliche Polaritäten haben, an einem Innenumfang
eines ersten zylindrischen Gehäuses 144 vorgesehen
sind, das aus nichtmagnetischem Material, wie etwa Kunstharz hergestellt
ist, und es sind z. B. 60 solche N-Pole 143N ... und 60 solche
S-Pole 143S ... an dem Innenumfang des ersten Gehäuses 144 derart
vorgesehen, dass jeder von diesen einen Mittelwinkel von z. B. 3
Grad hat.
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Übrigens
sind Einsetzlöcher 145 ...
an einer Mehrzahl von, z. B. vier, Stellen in einer Umfangsrichtung
der zweiten Rotorscheibe 48 benachbart dem ersten magnetischen
Ring 141 vorgesehen, und Eingriffslöcher 146 ..., die den
Einsetzlöchern 145 ...
entsprechen, sind an der ersten Rotorscheibe 40 vorgesehen.
Mittlerweile sind Kontaktbeinabschnitte 144a ..., die sich
durch die Einsetzlöcher 145 ...
erstrecken und mit der ersten Rotorscheibe 40 in Kontakt
stehen und Eingriffsklinkenabschnitte 144b ..., die sich
durch die Einsetzlöcher 144b ...,
die sich durch die Einsetzlöcher 145 ...
erstrecken und Federn mit den Eingriffslöchern 146 in Eingriff
stehen, integral mit dem ersten Gehäuse 144 des ersten
magnetischen Rings 141 vorgesehen, und der erste magnetische
Ring 141 steht federnd mit der ersten Rotorscheibe 40 in Eingriff.
Da sich die ersten und zweiten Rotorscheiben 40, 48 relativ
zueinander drehen, sind somit die Einsetzlöcher 145 ... entlang
der Umfangsrichtung der zweiten Rotorscheibe 40 vergleichsweise
lang ausgebildet, so dass auch dann, wenn sich die ersten und zweiten
Rotorscheiben 40, 48 relativ zueinander drehen,
die Kontaktbeinabschnitte 144a ... und die Eingriffsklinkenabschnitte 144b ...
in der Umfangsrichtung nicht mit den entgegengesetzten Seiten der Einsetzlöcher 145 ...
in Kontakt treten können.
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Auch in Bezug auf 9 ist der magnetische Ring 142 derart
aufgebaut, dass eine Mehrzahl von N-Polen 147N ... und
eine Mehrzahl von S-Polen 147S ... in einer ringförmigen Konfiguration
angeordnet sind, so dass jeweils benachbarte derselben, die in Umfangsrichtung
voneinander unterschiedliche Polaritäten haben können, an einem Innenumfang
eines zweiten zylindrischen Gehäuses 148 vorgesehen
sind, das aus nicht magnetischen Material, wie etwa Kunstharz hergestellt
ist, und die N-Pole 147N ... und die S-Pole 147S ...
sind an dem Innenumfang des zweiten Gehäuses 148 derart vorgesehen,
dass sie einen gleichen Winkel wie jenen der N-Pole 143N ...
und der S-Pole 143S ... des ersten magnetischen Rings 141 haben.
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Eingriffslöcher 149 ... sind
an einer Mehrzahl von, z. B. vier, Stellen in Umfangsrichtung der
zweiten Rotorscheibe 48 vorgesehen, und eine Mehrzahl von,
z. B. vier, Kontaktbeinabschnitten 148a ..., die die zweite Rotorscheibe 48 kontaktieren,
und Eingriffsklinkenabschnitte 148b ..., die mit den Eingriffslöchern 141 federnd
in Eingriff stehen, sind integral an dem zweiten Gehäuse 148 des
zweiten magnetischen Rings 142 vorgesehen, und der zweite
magnetische Ring 142 steht federnd mit der zweiten Rotorscheibe 48 in
Eingriff. Da ferner Öffnungen 150 ...,
in denen die mit den Eingriffslöchern 149 ...
in Eingriff stehenden Eingriftsklinkenabschnitten 148b ...
angeordnet sind, an der ersten Rotorscheibe 40 vorgesehen
sind, und die ersten und zweiten Rotorscheiben 40, 48 sich
relativ zueinander drehen, sind die Öffnungen 150 ... entlang
einer Umfangsrichtung der ersten Rotorscheibe 40 vergleichsweise
lange ausgebildet, so dass auch dann, wenn sich die ersten und zweiten
Rotorscheiben 40, 48 relativ zueinander drehen,
die Klinkenabschnitte 148b ... in der Umfangsrichtung nicht
mit den entgegengesetzten Seiten der Öffnungen 150 ... in
Kontakt treten.
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Ferner ist ein Deckelabschnitt 148c,
der sich in einer radialen Richtung von dem Gesamtumfang an Positionen
nach außen
erstreckt, an denen die Kontaktbeinabschnitte 148a vorgesehen
sind, integral an dem zweiten Gehäuse 148 des zweiten
magnetischen Rings 142 vorgesehen, und Abschnitte, die den
Steuerlöchern 55 ...
der zweiten Rotorscheibe 48 an der zur ersten Rotorscheibe 40 entgegengesetzten
Seite entsprechen, sind mit dem Deckelabschnitt 148c abgedeckt.
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Innerhalb des ersten magnetischen
Rings 141 sind z. B, vier erste Sensoren 151 ...
zum Erfassen der N-Pole 143N ... und der S-Pole 143S ...,
die an dem Innenumfang des ersten magnetischen Rings 141 vorgesehen
sind, in der Umfangsrichtung mit gleichem Abstand voneinander angeordnet,
und innerhalb des zweiten magnetischen Rings 142 sind z.
B. vier zweite Sensoren 152 ... zum Erfassen der N-Pole 147N ...
und der S-Pole 147S ..., die an dem Innenumfang des zweiten
magnetischen Rings 142 vorgesehen sind, in der Umfangsrichtung
mit gleichem Abstand voneinander angeordnet. Die ersten und zweiten
Sensoren 151 ..., 152 ... erfordern nur, dass
sie einen Magnetpol erfassen können,
und es wird bevorzugt z. B. ein Halleffekt- Element oder ein MR-Element eingesetzt.
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Die ersten Sensoren 151 ...
und die zweiten Sensoren 152 ... sind in einem aus Kunstharz
oder dergleichen hergestellten Basiselement 153 eingebettet,
und das Basiselement 153 ist an einem Tragring 154 befestigt,
der zwischen der Deckelplatte 38R, die auf das rechte Ende
des Tragrohrs 24 des Rumpfrahmens 21 geschraubt
ist, und dem rechten Ende des Tragrohrs 24 durch eine Mehrzahl
von z. B. zwei Schraubelementen 155, 155 gehalten.
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In Bezug auf 10 sind vier erste Sensoren 151 ...
in dem Basiselement 153 mit einem 6,75 Grad-Abstand voneinander
eingebettet, während
jeder der N-Pole 143N ... und der S-Pole 143S ...
einen Winkel von 3 Grad hat, und wenn, gemäß der gerade beschriebenen
Anordnung der S-Pole 143N ... und 143S ... und
der ersten Sensoren 151 ..., der erste magnetische Ring 141 in
Bezug auf die feststehenden ersten Sensoren 151 ... in
der mit der Pfeilmarkierung in 10 angegebenen
Richtung im Winkel verlagert wird, unterscheidet sich das Kombinationsmuster
der Erfassungssignale der vier ersten Sensoren 151 ...
für unterschiedliche
Stufen ST1 bis ST8 von der ersten Stufe ST13 bis zur achten Stufe
ST8, die für
jeweils 0,75 Grad gesetzt sind.
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Hier sind die vier ersten Sensoren 151 ...
in der Reihenfolge ihrer Anordnung Nr. 1 bis Nr. 4 nummeriert, und
wenn man annimmt, dass jeder der ersten Sensoren 151 ein
Hochpegelsignal ausgibt, wenn ein N-Pol 143N erfasst wird,
dann geben die ersten Sensoren 151 ... von Nr. 1 bis Nr.
4 die in 11 dargestellten
Signale für
jede der Stufen ST1 bis ST8 aus. In anderen Worten, wenn das Hochpegelsignal mit „1" bezeichnet wird,
und das Niedrigpegelsignal mit „0" bezeichnet wird, ist in der ersten
Stufe ST1 die Kombination der Ausgangssignale der ersten Sensoren 151 ... „1111" in binärer Zahl
(0F in hexadezimaler Zahl); ist in der zweiten Stufe ST2 die Kombination der
Ausgangssignale der ersten Sensoren 151 ... „1110" in binärer Zahl
(0E in hexadezimaler Zahl); ist in der dritten Stufe ST3 die Kombination
der Ausgangssignale der ersten Sensoren 151 ... „1100" in binärer Zahl(0C
in hexadezimaler Zahl); ist in der vierten Stufe ST4 die Kombination
der Ausgangssignale der ersten Sensoren 151 ... „1000" in binärer Zahl
(08 in hexadezimaler Zahl); ist in der fünften Stufe ST5 die Kombination
der Ausgangssignale der ersten Sensoren 151 ... „0000" in binärer Zahl
(00 in hexadezimaler Zahl); ist in der sechsten Stufe ST6 die Kombination
der Ausgangssignale der ersten Sensoren 151 ... „0001" in binärer Zahl
(01 in hexadezimaler Zahl); ist in der siebten Stufe ST7 die Kombination der
Ausgangssignale der ersten Sensoren 151 ... „0011" in binärer Zahl
(03 in hexadezimaler Zahl); und ist in der achten Stufe ST8 die
Kombination der Ausgangssignale der ersten Sensoren 151 ... „0111" in binärer Zahl
(07 in hexadezimaler Zahl).
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Die vier zweiten Sensoren 152 ...
sind in dem Basiselement 153 derart eingebettet, dass sie
die gleiche relative Positionsbeziehung zu den N-Polen 147N und
den S-Polen 147S des zweiten magnetischen Rings 142 haben
wie die Relativpositionen zwischen den ersten Sensoren 151 ...
und den N-Polen 143N und
den S-Polen 143S des ersten magnetischen Rings 141,
und jedesmal, wenn der zweite magnetische Ring 142 im Winkel
von der ersten Stufe ST1 zu der achten Stufe ST8 in Bezug auf die
feststehenden zweiten Sensoren 152 ... versetzt wird, unterscheidet
das Kombinationsmuster der durch die vier zweiten Sensoren 152 ...
erfassten Signale so ähnlich
wie die durch die vier ersten Sensoren 151 ....
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Wenn dementsprechend der Maximalwert der
Drehphasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Rotorscheiben 40, 48 in
dem Bereich der achten Stufe ST8 liegt (8 × 0,75 Grad = 6 Grad), dann variiert
das Kombinationsmuster der Erfassungssignale der ersten und zweiten
Sensoren 151 ..., 152 ... entsprechend der Drehphasendifferenz,
die als ein auf die Kurbelpedale 37L, 37R ausgeübtes Eingangsdrehmoment
erzeugt wird, und die Steuereinheit 140 kann die Drehphasendifferenz
zwischen den zwei Rotorscheiben 40, 48 unterscheiden.
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Diese Erfassungssignale der ersten
Sensoren 151 ... und der zweiten Sensoren 152 ...,
wie oben beschrieben, werden in die Steuereinheit 140 eingegeben,
und die Steuereinheit 140 steuert/regelt den Betrieb des
Elektromotors 34 gemäß einer
in 12 dargestellten
Steuerprozedur in Antwort auf die Erfassungssignale der ersten und
zweiten Sensoren 151 ..., 152 ....
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In Bezug auf 12 wird in Schritt S1 die Fahrzeuggeschwindigkeit
berechnet, und in Schritt S2 wird unterschieden, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit
gleich oder höher
als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit VS ist oder nicht.
Die Unterscheidungsfahrzeuggeschwindigkeit VS wird vorab auf einen
Wert nahe „0" gesetzt, z. B. 0,5
bis 1 km/h, um zu unterscheiden, ob vor dem Fartbeginn beim Tretbeginn
der Kurbelpedale 37L, 37R das motorunterstützte Fahrrad
sich in einem wesentlichen stehenden Zustand befindet oder nicht,
und wenn unterschieden wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger
als die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit VS ist, das heißt, wenn
unterschieden wird, dass das Treten der Kurbelpedale 37L, 37R begannen
hat, geht die Steuerung zu Schritt S3 weiter.
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In Schritt S3 werden die Ausgaben
der vier ersten Sensoren 151 ... eingelesen, und im nächsten Schritt
S4 wird ein Erfassungsmuster der vier ersten Sensoren 151 ...
erfasst. Ferner werden in Schritt S5 die Aufgaben der vier zweiten
Sensoren 152 ... eingelesen, und im nächsten Schritt S6 wird ein
Erfassungsmuster der vier zweiten Sensoren 152 ... berechnet.
Ferner wird in Schritt S7 die Phasendifferenz zwischen den ersten
und zweiten magnetischen Ringen 141, 142, das
heißt
die Drehphasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Rotorscheiben 40, 48, auf
der Basis der Kombination der Erfassungsmuster der ersten Sensoren 151 ...
und der zweiten Sensoren 152 ... berechnet.
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Wenn hier ein Fall vorliegt, in der
die Drehphasendifferenz zwischen den zwei Rotorscheiben 40, 48 gemäß einer
Drehmomenteingabe erzeugt wird, und man annimmt, dass die Ausgangssignale der
ersten Sensoren 151 ... von Nr. 1 bis Nr. 4 und die Ausgangssignale
der zweiten Sensoren 152 ... von Nr. 1 bis Nr. 4 so sind,
wie in 13 dargestellt,
dann ist zur Erfassungszeit T1 das Erfassungsmuster der ersten Sensoren 151 ...
0E" (hexadezimale
Zahl), während
das Erfassungsmuster der zweiten Sensoren 151 ... „07" (hexadezimale Zahl)
ist. Während
das Erfassungsmuster auf der Basis der ersten Sensoren 151 ...
die zweite Stufe ST2 anzeigt, zeigt dementsprechend das Erfassungsmuster
auf der Basis der zweiten Sensoren 152 ... die achte Stufe
ST8 an, und die Drehphasendifferenz zwischen den zwei Rotorscheiben 40, 48 ist
(2 – 8
= –6).
Wenn demzufolge ein Komplementprozess ausgeführt wird, aufgrund der Tatsache,
dass die Stufenzahl „8" ist, dann beträgt die Drehphasendifferenz
zwei Stufen (1,5 Grad). Anders ist zur Erfassungszeit T2, während das
Erfassungsmuster der ersten Sensoren 151 „00" (hexadezimale Zahl)
beträgt,
das Erfassungsmuster der zweiten Sensoren 152 ... „08" (hexadezimale Zahl).
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Während
das Erfassungsmuster auf der Basis der ersten Sensoren 151 ...
die vierte Stufe ST5 anzeigt, zeichnet dementsprechend das Erfassungsmuster
auf der Basis der zweiten Sensoren 152 ... die vierte Stufe
ST4 an, und die Drehphasendifferenz zwischen den zwei Rotorscheiben 40, 48 beträgt (5 – 4 = 1),
und die Drehphasendifferenz beträgt
1 Stufe (0,75 Grad).
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Auf diese Weise wird in Schritt S7,
wenn ein Drehmoment gleich 1/8 bis 2/8 des erfassbaren maximalen
Drehmoments eingegeben wird, in Abhängigkeit von der Erfassungszeit,
eine Drehphasendifferenz entsprechend einer Stufe oder zwei Stufen
als digitaler Wert auf der Basis der Kombinationen der Erfassungsmuster
der ersten Sensoren 151 ... und der zweiten Sensoren 152 ...
erhalten, und in Schritt S8 kann ein Eingangsdrehmoment erhalten
werden, in dem die Drehphasendifferenz mit einer Federkonstante
der Schraubenfedern 57 multipliziert wird, die zwischen
den ersten und zweiten Rotorscheiben 40, 48 vorgesehen
sind.
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Während
in Schritt S9 ein Motorsteuerbetrag entsprechend dem in Schritt
S8 erhaltenen Eingangsdrehmoment bestimmt wird, wird der Betrieb des
Elektromotors 34 tastgesteuert, und in Schritt S9 wird
der Taststeuerbetrag des Elektromotors 34 berechnet. In
Schritt S10 wird der Steuerbetrag ausgegeben.
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Der Prozess dieser Schritte S1 bis
S10, wie oben beschrieben, wird ausgeführt, um eine Erfassung eines
Eingangsdrehmoments beim Tretbeginn der Kurbelpedale 37L, 37R und
eine Betriebssteuerung des Elektromotors 34 auf der Basis
des erfassten Eingangsdrehmoments durchzuführen, und wenn das motorunterstützte Fahrrad
in einen normalen Fahrzustand eintritt, wird der Prozess der Schritte
S8 bis S10 im Anschluss an die Prozedur der Schritte S11 bis S17
ausgeführt.
Insbesondere wenn in Schritt S2 unterschieden wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit
gleich oder höher
als die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit VS ist, dann geht die
Steuerung von Schritt S2 zu Schritt S11 weiter, und in diesem Schritt
S11 wird unterschieden, ob die Ausgabe des ersten Sensors 151 von
Nummer 1 der vier ersten Sensoren 151 sich zum hohen Pegel
geändert hat
oder nicht. Wenn die Ausgabe des ersten Sensors 151 sich
zu dem hohen Pegel geändert
hat, dann wird in Schritt S12 die Zählung durch einen Timer gestartet.
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In Schritt S13 wird unterschieden,
ob sich die Ausgabe des zweiten Sensores 152 von Nr. 1
der vier zweiten Sensoren 152 ... zum hohen Pegel geändert hat,
und wenn sich die Ausgabe des zweiten Sensors 152 zum hohen
Pegel geändert
hat, dann wird in Schritt S14 die Zählzeit t des Timers gespeichert, wenn
eine Änderung
zum hohen Pegel erfasst wird. Ferner wird in Schritt S15 unterschieden,
ob sich die Ausgabe des ersten Sensors 151 von Nr. 1 der
vier ersten Sensoren 151 ... erneut zum hohen Pegel geändert hat
oder nicht, und wenn sich die Ausgabe des ersten Sensors 151 zum
hohen Pegel ändert,
wird in Schritt S16 die Zählzeit
T durch den Timer gespeichert, und wird der Timer rückgesetzt.
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Wenn gemäß der Prozedur der Schritte
S11 bis S16, wie sie oben beschrieben ist, die Ausgabe des ersten
Sensors 151 von Nr. 1 so ist, wie in (a) von 14 dargestellt, und die
Ausgabe des zweiten Sensors 151 von Nr. 1 so ist, wie in
(b) von 14 dargestellt,
bezeichnet der Zählwert
t eine Zeitdifferenz zwischen den Ausgaben der ersten und zweiten Sensoren 151, 152 und
der Zählwert
T bezeichnet eine Erfassungsperiode des ersten Sensors 151 von Nr.
1.
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In Schritt S17 wird t/T berechnet,
und die Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen
Ring 141, 142, das heißt die Phasendifferenz zwischen
der ersten und der zweiten Rotorscheibe 40, 48,
kann in Schritt S17 als t/T erhalten werden, was ein analoger Wert
ist, und danach werden aufeinander folgende Schritte S8 bis S10 durchlaufen,
um hierdurch die Betriebssteuerung des Elektromotors 34 im
normalen Fahrzustand des motorunterstützten Fahrzeug auszuführen.
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Ein Schutzdeckel 158 ist
an dem Tragring 154 durch eine Mehrzahl von Schraubelementen 153 ...
befestigt, und die ersten und zweiten magnetischen Ringe 141, 142 und
das Basiselement 153, in dem die ersten und zweiten Sensoren 151, 152 eingebettet
sind, sind mit einem Schutzdeckel 158 von der Seite her
abgedeckt, die den ersten und zweiten Rotorscheiben 40, 48 gegenüberliegen. Übrigens
ist eine Labyrinthstruktur 160 zwischen einem Umfangsrandabschnitt
des Schutzdeckels 158, der in einem festen Zustand ist,
und dem zweiten Gehäuse 148 des
zweiten magnetischen Rings 142, das sich um die Achse der
Kurbelwelle 36 herum dreht, ausgebildet. Dementsprechend
wird die Verschmutzung der ersten und zweiten Sensoren 151 ..., 152 ...
und der zwei magnetischen Ringe 141, 142 durch
Wasser, Schmutz oder dergleichen bis zum Äußersten verhindert.
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Nachfolgend wir der Betrieb des obigen
ersten Ausführungsbeispiels
beschrieben. Wenn ein Fahrrad die Kurbelpedale 37L, 37R tritt,
um zu bewirken, dass das motorunterstützte Fahrrad fährt, dann wird
die Tretkraft der Kurbelpedale 37L, 37R auf das Pedalritzelrad 61 durch
die erste Einwegkupplung 41, die erste Rotorscheibe 40,
die Schraubenfedern 57 ... und die zweite Rotorscheibe 48 übertragen
und die Kraft wird weiter auf das Hinterrad WR durch die Kette 64 und
das Abtriebsritzelrad 63 übertragen.
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Eine Drehphasendifferenz wird zwischen
der ersten Rotorscheibe 40 und der zweiten Rotorscheibe 48 entsprechend
der Tretkraft durch die Kurbelpedale 37L, 37R erzeugt,
während
dann die Schraubenfedern 57 ... zusammengedrückt werden,
und die Steuereinheit 140 berechnet ein Eingangsdrehmoment
gemäß den Erfassungssignalen
der Mehrzahl erster Sensoren 151 ..., die die N-Pole 143N 143S des
ersten magnetischen Rings 141 erfasst, der sich zusammen
mit der ersten Rotorscheibe 40 dreht, sowie den Erfassungssignalen
der Mehrzahl zweiten Sensoren 152 ... die die N-Pole 147N und
die S-Pole 147S des zweiten magnetischen Rings 142 erfassen, der
sich zusammen mit der zweiten Rotorscheibe 148 dreht. Wenn
dann die Steuereinheit 140 den Elektromotor 34 derart
steuert/regelt, dass die Unterstützungskraft
entsprechend dem Eingangsdrehmoment durch den Elektromotor 34 aufgebracht
werden kann, wird die Drehunterstützungskraft des Antriebsritzelrads 62 gesteuert/geregelt
und kann die Last für den
Fahrer reduziert werden.
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In dem motorunterstützten Fahrrad
mit den oben beschriebenen Konstruktionen zeigt die erste Rotorscheibe 40 eine
Drehphasendifferenz von der zweiten Rotorscheibe 48 auch
in einem Zustand, in dem sich das Hinterrad WR in einer anfänglichen
Betriebsstufe der Kurbelpedale 37L, 37R nicht
dreht. Da dementsprechend auch der erste magnetische Ring 141 eine
Drehphasendifferenz von dem zweiten magnetischen Ring 142 aufzeigt,
verändert
sich das Kombinationsmuster der Erfassungssignale der ersten Sensoren 151 ...
und der zweiten Sensoren 152 ... im Vergleich zu den vor
der Betätigung
der Kurbelpedale 37L, 37R, und in einer Anfangsstufe
des Beginns der Eingabebetätigung
in einem gestoppten Zustand des Fahrzeugs kann ein Eingangsdrehmoment
sofort erfasst werden um eine Hilfskraft durch den Elektromotor 34 auf
das Hinterrad WR auszuüben.
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Während übrigens
in einem Zustand, in dem in einer anfänglichen Betriebsstufe der
Kurbelpedale 37L, 37R sich das Hinterrad nicht
dreht, ein Eingangsdrehmoment auf der Basis einer Drehphasendifferenz
berechnet wird, die als Digitalwert erhalten wird, kann, nachdem
das motorunterstützte
Fahrrad in einen normalen Fahrzustand eingetreten ist, das Eingangsdrehmoment
auf der Basis einer als Analogwert erhaltenen Drehphasendifferenz
linear berechnet werden, und kann eine Unterstützungskraft, die dem Eingangsdrehmoment
linear entspricht, derart erhalten werden, dass die dem linearen
Eingangsdrehmoment entsprechende Unterstützungskraft durch den Elektromotor 34 aufgebracht
werden kann. Somit kann in allen Bereichen einer anfänglichen
Betriebsstufe der Kurbelpedale 37L, 37R bis zum
normalen Fahrzustand das Eingangsdrehmoment sicher erfasst und kann
die Unterstützungskraft
durch den Elektromotor 34 auf das Hinterrad WR ausgeübt werden.
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Da ferner die erste Rotorscheibe 40 mit
dem rechtseitigen Kurbelpedal 37R durch die erste Einwegkupplung 41 verbunden
ist und die zweite Rotorscheibe 48, zwischen welcher und
der ersten Rotorscheibe 40 die Schraubenfedern 57 ...
vorgesehen sind, um die gleiche Achse herum drehbar an einer Position
benachbart der ersten Rotorscheibe 40 angeordnet ist, während die
ersten und zweiten magnetischen Ringe 141, 142 auf
der einen Seite der ersten und zweiten Rotorscheiben 40, 48 in
der axialen Richtung angeordnet sind, wird ein Raum, in dem die ersten
und zweiten Sensoren 151, 152 anzuordnen sind,
an der einen Seite der ersten und zweiten Rotorscheiben 40, 48 sichergestellt,
und es wird nicht nur unnötig,
einen zusätzlichen
Raum sicherzustellen, in dem beide Sensoren 151 ..., 152 ...
anzuordnen sind, sondern kann auch der Montagevorgang erleichtert
werden, indem die ersten und zweiten Magnetringe 141, 142 und
die ersten und zweiten Sensoren 151 ..., 152 ...
gemeinsam an einer Seite der ersten und zweiten Rotorscheiben 40, 48 montiert werden.
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Ferner stehen die ersten und zweiten
Magnetringe 141, 142 jeweils in federndem Eingriff
mit den ersten und zweiten Rotorscheiben 40, 48 und Wartungs-
und Montagevorgänge
der ersten und zweiten magnetischen Ringe 141, 142 sind
einfach.
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Da übrigens der erste magnetische
Ring 141 die Mehrzahl von N-Polen 143N und S-Polen 143S aufweist,
die an dem Innenumfang des ringförmigen ersten
Gehäuses 144 vorgesehen
sind, während
der zweite magnetische Ring 142 die Mehrzahl von N-Polen 147N und
S-Polen 147S aufweist, die an dem Innenumfang des ringförmigen zweiten
Gehäuses 148 vorgesehen
sind, und die ersten und zweiten Sensoren 151, 152 an
den Innenseiten der ersten und zweiten magnetischen Ringe 141, 142 derart
angeordnet sind, dass sie in dem gemeinsamen Basiselement 153 eingebettet
sind, können
beide Sensoren 151 ..., 152 ... innerhalb der
zylindrischen ersten und zweiten magnetischen Ringe 141, 142 angeordnet werden,
um eine weitere räumliche
Verkleinerung zu erreichen, und ferner können beide Sensoren 151 ..., 152 ...
mit den ersten und zweiten Gehäusen 144, 148 abgedeckt
werden, um diese zu schützen.
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15 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und ein Basiselement 1531 ,
in das die Mehrzahl erster Sensoren 151 ... zum Erfassen
der N-Pole 143N und S-Pole 143S des ersten magnetischen
Rings 141 eingebaut sind, und ein anderes Basiselement 1532 , in das die Mehrzahl zweiter Sensoren 152 ...
zum Erfassen der N-Pole 147N und S-Pole 147S des
zweiten magnetischen Rings 142 eingebaut sind, können an
festen Positionen mit 180 Grad Abstand in der Umfangsrichtung der
Kurbelwelle 36 angeordnet werden.
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Zum Beispiel kann die vorliegende
Erfindung nicht nur bei einem motorunterstützten Fahrrad angewendet werden,
sondern auch bei einem motorunterstützten Rollstuhl.
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Die Erfindung macht es in einem motorunterstützten Fahrzeug,
in dem eine Unterstützungskraft entsprechend
einem Eingangsdrehmoment von einem Elektromotor auf ein Antriebsrad
ausgeübt
werden kann, möglich,
bei Beginn einer Eingabebetätigung
aus einem stehenden Zustand des Fahrzeugs heraus das Eingangsdrehmoment
zu erfassen, um schnell eine Unterstützungskraft auf das Antriebsrad auszuüben.