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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Drehmoment- und einen Drehzahlsensor, die bevorzugt an einem
elektrisch unterstützten
Fahrrad, einem elektrisch unterstützten Rollstuhl oder dgl. anwendbar
sind.
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Es ist ein Rollstuhl bekannt, der
ein Potentiometer zum Erfassen des Eingangsdrehmoments enthält, um entsprechend
dem Eingangsdrehmoment eine Hilfskraft auf die Räder zu übertragen, wie in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 8-117291 offenbart.
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Es gab ein starkes Bedürfnis, die
Drehzahl und eine Laufgeschwindigkeit von rotierenden Elementen
wie etwa Rädern
sowie das Eingangsdrehmoment zu erfassen, um die Hilfskraft eines
elektrisch unterstützten
Fahrrads oder Rollstuhls zu steuern/regeln. Um diesem Bedürfnis nachzukommen,
ist ein solches herkömmliches
Fahrzeug nicht nur mit einem Eingangsdrehmomentsensor wie einem
Potentiometer versehen, sondern auch mit einem Drehzahlsensor, der
hauptsächlich
einen Reluktor oder ein Zahnrad aufweist, das mit drehenden Elementen verbunden
ist, und eine elektromagnetische Aufnehmerspule. Dies bedeutet eine
erhöhte
Anzahl von Komponenten.
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Die US-A-S 350 955 offenbart einen
Sensor mit einem stationären
Element und einem drehenden Element, das mit Schleifringe bildenden
Ringbahnen an der selben Seite des Drehelements versehen ist.
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Die vorliegende Erfindung ist erdacht
worden, um das vorstehende Problem zu überwinden und hat als erste
Aufgabe, einen Drehmomentsensor zum Erfassen nicht nur des Drehmoments
sondern auch der Drehzahl von drehenden Elementen anzugeben, um
die Anzahl der Komponenten zu erhöhen. Eine zweite Aufgabe der
vorliegnden Erfindung ist es, einen neuartigen und vereinfachten
Drehzahlsensor anzugeben, der die Drehzahl der drehenden Element erfassen
kann.
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Zur Lösung der ersten Aufgabe der
Erfindung definiert Anspruch 1 einen Drehmoment- und Drehzahlsensor,
umfassend: ein Ausgangsdrehelement; ein Eingangsdrehelement, das
koaxial zu dem Ausgangsdrehelement drehbar ist; ein Kraftübertragungselement,
das in Antwort auf eine Drehmomenteingabe in das Eingangsdrehmoment
elastisch verformt wird und das Drehmoment auf das Ausgangsdrehelement überträgt; ein
stationäres
Element, das an einer vorbestimmten Position in Bezug auf das Ausgangs-
und das Eingangsdrehelement angeordnet ist; ein Erfassungselement
zum Erfassen eines relativen Winkelversatzes des Ausgangs- und Eingangsdrehelements
in Antwort auf die Drehmomenteingabe in das Eingangsdrehelement;
sowie einen Schleifring, der eine Mehrzahl von Leiterbahnen aufweist,
die integral mit einem des Ausgangsdrehelements und des Eingangsdrehelements
drehbar sind, um dem stationären
Element elektrische Signale zu liefern, die von dem Erfassungselement
erfasst werden, und die konzentrisch und ringförmig angeordnet sind, worin
Drehzahlerfassungsringbahnen Drehzahlerfassungsbürsten mit dem Schleifring kontaktieren,
konzentrisch zu der Mehrzahl von Leiterbahnen angeordnet sind und
von den Drehzahlerfassungsbürsten
elektrische Signale empfangen, die sich in Antwort auf die Drehung
des Schleifrings periodisch verändern,
worin die Mehrzahl von Leiterbahnen und die Drehzahlerfassungsbahnen
auf einer ersten Fläche
des Schleifrings angeordnet sind, die dem stationären Element
gegenüberliegt,
und das Erfassungselement zwischen einer zweiten Fläche des
Schleifrings und einem Erfassungsdrehelement angeordnet ist, das
der zweiten Fläche
des Schleifrings gegenüberliegt,
derart, dass das andere des Ausgangsdrehelements und des Eingangsdrehelements
mit dem Erfassungsdrehelement integral drehbar ist.
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Daher kann die Drehzahl unter Verwendung des
Schleifrings zum Erhalt des Drehmoments erfasst werden, der ein
elektrisches Signal von einem Erfassungsabschnitt erfasst, ohne
die Anzahl der Komponenten für
die Drehzahlerfassung zu erhöhen.
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Die effiziente Nutzung der Vorder-
und Rückseiten
des Schleifrings ermöglichen
die Erfassung des Drehmoments und der Drehzahl mittels einer kompakten
Struktur.
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Die Erfindung wird in Bezug auf die
Ausführungen
beschrieben, die in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt sind.
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1 ist
eine Seitenansicht eines elektrisch unterstützten Rollstuhls, bei dem die
erste Ausführung
der Erfindung anwendbar ist.
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2 ist
eine Rückansicht,
betrachtet in Richtung von Pfeil 2-2 in 1.
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3 ist
ein vergrößerter Längsschnitt
eines Hauptteils entlang Linie 3-3
in 4.
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4 ist
eine Ansicht, betrachtet in Richtung von Pfeil 4 in 3.
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5 ist
ein vergrößerter Längsschnitt
entlang Linie 5-5 in 4.
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6 ist
eine Vorderansicht des Schleifrings, betrachtet in der Richtung
von Pfeil 6-6 in 3.
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7 ist
eine Rückansicht
der Innenabdeckung, betrachtet in Richtung von Pfeil 7-7 in 3.
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8 ist
eine Vorderansicht des Schleifrings, betrachtet in Richtung von
Pfeil 8-8 in 3.
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9 ist
eine Vorderansicht der Außenabdeckung,
betrachtet in Richtung von Pfeil 9-9 in 3.
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10 ist
ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Drehmoment- und Drehzahlerfassungsschaltung
zeigt.
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11 ist
ein Zeitdiagramm, das die Ausgabe von der Drehzahlerfassungsschaltung
und die wellengeformten Ausgaben zeigt.
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12 ist
ein Querschnitt entlang Linie 12-12 in 3.
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13 ist
eine Vorderansicht des Schleifrings in der zweiten Ausführung, ähnlich 6.
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14 ist
ein Zeitdiagramm des elektrischen Signals zur Drehzahlerfassung,
erhalten von dem in 13 gezeigten
Schleifrings.
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15 ist
eine Rückansicht
der Innenabdeckung, die in der dritten Ausführung angewendet wird, ähnlich 7.
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In Bezug auf 1 umfasst zuallerst der elektrisch unterstützte Rollstuhl
einen Sitz 15, ein Paar von Hinterrädern WR ...,
die an entgegengesetzten Seiten des Sitzes 15 angeordnet
sind, ein Paar von Vorderrädern
WF ..., die vor den Hinterrädern WR ... angeordnet sind. Der Sitz 15 ist
durch obere Rahmen 16 abgestützt, und die Vorder- und Hinterräder WF ... und WR ...
sind jeweils durch ein Paar linker und rechter unterer Rahmen 17 gestützt.
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Die oberen Rahmen 16 sind
an ihrer Oberseite mit einem Armpaar 18a abgedeckt und
umfassen ein Paar von Seitenrahmen 18 ..., die an den entgegengesetzten
Seiten des Sitzes 15 angeordnet sind, Querelemente 19 und 20,
die sich quer über
die Seitenrahmen 18 ... unter einem Sitzbereich 15a erstrecken,
um den Sitzbereich 15a an zwei getrennten Punkten abzustützen, sowie
ein anderes Querelement 21, das sich quer über die
Seitenrahmen 18... hinter einer Sitzlehne 15b erstreckt,
um die Sitzlehne 15b zu stützen.
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Die unteren Rahmen 16 erstrecken
sich unter den oberen Rahmen 16 nach vorne und hinten und
umfassen ein Paar von Vorderradträgern 22, ein Paar
von Hinterradträgern 23 sowie
in Paar von oberen und unteren Rahmenrohrelementen 24, 25 zum Kuppeln
der Vorder- und Hintenadträger 22 und 23. Die
Rahmenelemente 24 und 25 sind an ihren Mittelabschnitten
nach unten gekrümmt.
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Jeder der Vorderradträger 22 enthält als integrales
Teil einen Tragzylinder 22a, der zu seiner oberseite hin
leicht nach hinten geneigt ist. Jede Tragstange 26 durchsetzt
den Tragzylinder 22a und ist dann fest gelagert. Die Höhe der Tragstange 26 ist einstellbar.
Eine Fußraste 27 erstreckt
sich über
die Unterenden der Tragstangen 26, die am Vorderende der
unteren Rahmen 17 ... durch die Tragzylinder 22a abgestützt sind.
Ferner ist ein Querelelement 28 zwischen hinteren Abschnitten
der Vordenadträger 22 ... angeordnet.
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Die Vorderräder WF sind
Schwenkräder,
die an den Unterenden der Tragelemente 30, die an ihren
oberenden Schwenkwellen 29 aufweisen, schwenkbar angebracht
sind. Die Schwenkwellen 29 sind durch Lagergehäuse 31 drehbar
gelagert, die an vorderen Zwischenabschnitten der Vorderradträger 22 befestigt
sind.
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In Bezug sowohl auf 2 als auch 3, umfasst jedes Hinterrad
Wr eine Nabe 32 als ringförmiges Ausgangsdrehelement,
eine Mehrzahl von Speichen 33 ..., die von mehreren Abstandspositionen
der Nabe 32 zu einer Felge 34 verlaufen, und einen
Reifen 35, der um die Felge 34 herum angebracht
ist.
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Ein Deckel 36, der eine
Innenseite der Nabe 32 abgedeckt und ein Ende einer mit
dem Hinterrad WR koaxialen Achse 37 sind
an dem Hintenadträger 23 unter
dem unteren Rahmen 17 abnehmbar befestigt. Die Achse 37 erstreckt
sich durch den Deckel 36 und die Nabe 32 nach
außen.
Ein Elektromotor 38, dessen Drehachse von der Achse der
Achse 37 abweicht, ist mit dem Deckel 36 gekoppelt.
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Die Nabe 32 umfasst eine
erste Nabenhälfte 39,
die zylindrisch ist, koaxial zu der Achse 37 und nach außen verjüngt ist,
sowie eine zweite Nabenhälfte 40,
die als integrales Teil eine die Achse 37 koaxial umgebende
Buchse 40a aufweist und an einen Außenumfangsrand der ersten Nabenhälfte 39 gebolzt
ist. Eine Hälfte
der Speichen 33 ... ist mit der ersten Nabenhälfte 39 verbunden,
während
die andere Hälfte
der Speichen 33 ... mit der zweiten Nabenhälfte 40 verbunden
ist. Ferner ist ein ringförmiges
Dichtungselement 32, das mit dem Innenrand der ersten Nabenhälfte der
Nabe 32 in elastischen Kontakt kommt, um einen Außenumfangsrand
des Deckels 36 herum angebracht, um zu verhindern, dass
Staub in eine Arbeitskammer 41 eindringt, die durch den
Deckel 36 und die Nabe 32 definiert ist.
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Ferner ist in Bezug auf 4 eine Handfelgennabe 43 als
Eingangsdrehelement koaxial zur Achse 23 angeordnet. Eine
Mehrzahl von Speichen 44 verlaufen von der Handfelgennabe 43 zu
einer Handringfelge 45, die koaxial zu der Achse 37 ist.
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Ein Ringelement 46, das
koaxial zu der Achse 37 ist, ist an der Innenseite der
Handfelgennabe 43 durch eine Mehrzahl von Bolzen 47 ...
befestigt. Ein Lager 48 ist zwischen dem Ringelement 46 und der
zweiten Nabenhälfte 40 der
Nabe 32 angeordnet. Ein Paar von Lagern 49, 49 ist
zwischen der Achse 37 und dem Ringelement 46 angeordnet.
In der Arbeitskammer 41 ist eine Tragplatte 50 an
einer Innenfläche
des Deckels 35 angebracht. Ein Lager 51 ist zwischen
einem Innenrad der Buchse 44a und der Tragplatte 50 angeordnet.
Daher ist die Nabe 42 um die Achse 37 herum drehbar.
Die Handfelgennabe 43 ist um die Achse 37 herum
derart drehbar, dass sie relativ zu der Nabe 32 im Winkel
verlagerbar ist.
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Eine mit dem Elektromotor 38 gekoppelte Antriebswelle 52 ist
in die Arbeitskammer 41 eingesetzt. Ein Abtriebszahnrad 54 in
Eingriff mit einem an der Antriebswelle 52 befestigten
Antriebszahnrad 53 ist mit der Buchse 40a der
Nabe 32 über
eine Keilnut 55 gekoppelt. Daher wird die Kraft des Elektromotors 38 auf
die Nabe 32, d. h. die Hinterrad WR übertragen.
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Eine Ausnehmung 57 ist an
einer äußeren mittleren
Fläche
der Handfelgennabe 43 ausgebildet, um eine Mutter 56 aufzunehmen,
die in ein Außenende
der Achse 37 geschraubt ist, um zu verhindern, dass sich
die Lager 49, 49 axial aus der Achse 37 heraus
verlagern. Eine Kappe 58 ist elastisch an der Mutter 37 in
der Ausnehmung 57 angebracht, um das Außenende der Achse 37 und
der Mutter 56 abzudecken.
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Ferner ist in Bezug auf 5 ein Kraftübertragungselement 61 zwischen
der Handfelgennabe 43 und der Nabe 32 angeordnet
und liefert der Nabe 32 ein Eingangsdrehmoment, das in
die Handfelgennabe 43 eingegeben wird, wenn die Handfelge 45 manuell
gedreht wird. Das Kraftübertragungselement 61 hat
im Wesentlichen die Form des Buchstabens C entlang einem virtuellen
Kreis, der die Achse der Achsen 37 umgibt, wenn keine externe
Kraft anliegt. Insbesondere ist das Kraftübertragungselement 61 zwischen
der Handfelgennabe 43 und der zweiten Nabenhälfte 40 der
Nabe 32 angeordnet, und sein eines Ende ist mit der Handfelgennabe 43 durch
einen Stift 62 gekoppelt, der in die Handfelgennabe 43 eingepresst
ist. Das andere Ende des Kraftübertragungselements 61 ist
mit der zweiten Nabenhälfte 40 der
Nabe 32 durch einen Bolzen 63 gekoppelt. Ferner
weist die zweite Nabenhälfte 40 einen
konkaven Abschnitt 64 auf, um einen Kopf des Stifts 62 lose aufzunehmen.
Die Handfelgennabe 43 weist eine Kreisöffnung 65 auf, um
den Bolzen 63 lose aufzunehmen.
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In Antwort auf das in die Handfelgennabe 43 eingegebene
Drehmoment verformt sich das Kraftübertragungselement 61 selbst
elastisch, um hierdurch das Eingangsdrehmoment auf die Nabe 32 zu übertragen.
Das Kraftübertragungselement 61 benötigt einen
relativ kleinen Raum in Richtung längs der Achse der Achse 37,
was bedeutet, dass die Struktur zur Kraftübertragung von der Handfelgennabe 43 auf die
Nabe 32 kompakt gemacht und vereinfacht werden kann.
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Die Arbeitskammer 41 umschließt einen Schleifring 68 als
zu erfassendes Element, eine Innenabdeckung 69 mit der
Funktion als stationäres Element
zum Abdecken der sich längs
der Achse 37 erstreckenden Innenseite des Schleifrings 68,
und eine Außenabdeckung 70 mit
der Funktion als Erfassungsdrehelement und zur Abdeckung des sich längs der
Achse 37 erstreckenden Außenseite des Schleifrings 68.
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Der Schleifring 68 ist an
der Innenoberfläche des
Außenendes
der zweiten Nabenhälfte 39 der Nabe 32 durch
eine Mehrzahl von Bolzen 71 ... befestigt. Wie in 6 gezeigt, sind erste bis
dritte winklige Leiterbahnen 72, 73 und 74 auf
einer ersten oberfläche
des Schleifrings 68 angeordnet, d. h. an der der Innenabdeckung 69 gegenüberliegenden Fläche. Die
Leiterbahnen 72, 73 und 74 sind zur Achse 73 konzentrisch,
sind in der genannten Reihenfolge an dem Schleifring 68 angebracht
und sind voneinander mit Abstand angeordnet, d. h. Die erste Winkelbahn 72 ist
dem Schleifring 68 am nächsten. Eine
Winkelbahn 75 zur Drehzahlerfassung ist innerhalb der dritten
Leiterbahn 74 angeordnet und ist konzentrisch zu den Leiterbahnen 72 bis 74.
Der Schleifring 68 ist aus einem nicht leitenden Material in
der Form einer Ringplatte hergestellt. Die ersten bis dritten Leiterbahnen 72 bis 74 sind
aus Leitfolien hergestellt und sind an der ersten Fläche des
Schleifrings 68 angebracht. Die Drehzahlerfassungsbahn 75 enthält Pole 76 ...,
die aus leitendem Material hergestellt sind und die an einer Mehrzahl
von Positionen, z. B. 12 getrennten Positionen vorhanden sind, und
eine Mehrzahl von (z. B. 12) elektrischen Widerständen 77 ...,
die abwechselnd zu den Polen 76 ... angeordnet sind. Die
Pole 76 ... stehen mit der dritten Leiterbahn 74 an
12 getrennten Positionen in Verbindung, sodass die Pole 76 ...
das gleiche Potenzial haben wie das der dritten Leiterbahn 74.
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In Bezug auf 7 sind die folgenden Bauteile ringförmig auf
der Innenabdeckung 69 an der dem Schleifring 68 gegenüberliegenden
Seite angeordnet: eine erste Bürste 78 in
Gleitkontakt mit der ersten Leiterbahn 72, eine zweite
Bürste 79 in
Gleitkontakt mit der zweiten Leiterbahn 73, eine dritte Bürste 80 in
Gleitkontakt mit der dritten Leiterbahn 74 sowie eine Drehzahlerfassungsbürste 81 in
Gleitkontakt mit der Drehzahlerfassungsbahn 75. Die Bürsten 78, 79, 80 und 81 sind
in der genannten Reihenfolge zur Mitte der Innenabdeckung 69 hin
angeordnet und sind mit Abstand voneinander angeordnet.
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Die Innenabdeckung 69 weist
zwei integral vorgesehene Arme 82, 82 auf, die
mit Abstand voneinander angeordnet sind und sich von dem Umfangsrand
der Innenabdeckung 69 auswärts erstrecken. Spitzen von
Führungsstiften 83 ...,
die in die an dem Deckel 63 befestigte Tragplatte 50 eingebettet sind,
durchsetzen die Arme 82, 82. Jeder Führungsstift 83 ist
mit einer armförmigen
Aufnahme 84 versehen, die mit dem Arm 82 in Kontakt
steht und auf dem Führungsstift 83 axial
beweglich ist. Federn 85 ... erstrecken sich zwischen den
Aufnahmen 84 ... und der Tragplatte 84. Die Federn 85 ...
haben eine relativ schwache Elastizität zum Vorspannen der Innenabdeckung 89 derart,
dass die vorstehenden Bürsten 78 bis 81 in
elastischem Kontakt mit ihren entsprechenden Bahnen 72 bis 75 gebracht
werden.
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Die Innenabdeckung 69 weist
an ihrer Außenumfangsfläche eine
Ringnut 86 auf, durch die mit den Bürsten 78 bis 81 verbundene
Leiter (nicht gezeigt) nach außen
verlaufen.
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Ein Kupplungselement 88 ist
durch zwei Bolzen 89 ... an dem Ringelement 46,
das an der Handfelgennabe 43 befestigt ist, an zwei getrennten
Stellen fest angebracht. Insbesondere ist das Kupplungselement 88 an
dem Ringelement 46 durch die Bolzen 89 ... durch
Durchgangslöcher 90 ...
befestigt, die an der Buchse 40a der zweiten Nabenhälfte 40 der Nabe 32 ausgebildet
sind. Die Durchgangslöcher 90 ...
haben eine Größe, die
einen relativen Winkelversatz der Nabe 32 (d. h. der Buchse 40a)
und der Handfelgennabe 43 (d. h. dem Kupplungselement 88)
gestattet.
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In Bezug auf 8 ist die Außenabdeckung 70 aus
einem nicht leitenden Material hergestellt, ist im Wesentlichen
sektorförmig
ist und mit dem Kupplungselement 88 durch Bolzen 91 ...
an zwei Stellen entlang seinem Außenumfangsrand gekoppelt. Die Außenabdeckung 70 ist
gegenüber
dem Schleifring 68 an der Seite angeordnet, die der Innenabdeckung 68 entgegensetzt
ist. Ferner enthält
die Außenabdeckung 70 an
ihrem Innenumfangsrand ein zylindrisches Regulierelement 70a,
das die Buchse 40a als integrales Element umgibt. Das zylindrische
Regulierelement 70a trägt
und reguliert die Buchse 40a derart, dass vorbestimmte
Abtstände
zwischen dem Schleifring 68 und dem Innenumfang der Innenabdeckung 69 und
dem Schleifring 68 und den Innen- und Außenabdeckungen 69 und 70 eingehalten
werden.
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Ein Erfassungselement 94 erfasst
den relativen Winkelversatz zwischen der Nabe 32 (d. h.
dem Schleifring 68) und der Handfelgennabe 43 (d.
h. der Außenabdeckung 70 in
Antwort auf das in die Handfelgennabe 43 eingegebene Drehmoment,
und ist zwischen der Außenabdeckung 70 und
der ersten Fläche
des Schleifrings 68 angeordnet, die der zweiten Fläche entgegengesetzt
ist, die der Innenabdeckung 68 gegenüberliegt, und ist mit den ersten
bis dritten Leiterbahnen 72 bis 74 und der Drehzahlerfassungsbahn 75 versehen.
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Wie in 9 gezeigt,
ist das Erfassungselement sektorförmig und zur Achse 37 koaxial
und umfasst einen Leiterabschnitt 95, der auf der ersten
Fläche
des Schleifrings 68 ausgebildet ist, einen elektrischen
Widerstand 96, der sektorförmig und zur Achse 37 koaxial
ist und der sich innerhalb des Leiterabschnitts 95 auf
der zweiten Fläche
des Schleifrings 68 befindet, eine vierte Bürste 97,
die auf der Außenabdeckung 70 befestigt
ist, um in Gleitkontakt mit dem Leiterabschnitt 95 zu kommen,
sowie eine fünfte Bürste 98,
die auf der Außenabdeckung 70 befestigt ist,
mit der vierten Bürste 97 elektrisch
verbunden ist und mit dem elektrischen Widerstand 96 in
Kontakt kommt.
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Der elektrische Widerstand 96 ist
an entgegengesetzten Enden 96a und 96b mit der
zweiten bzw. dritten Leiterbahn 73 bzw. 74 elektrisch
verbunden.
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Die elektrische Schaltung auf dem
Schleifring 68 und die Innen- und Außenabdeckungen 69 und 70 sind
so konfiguriert, wie in 10 gezeigt.
Die ersten bis dritten Buchsen 78 bis 80 und die
Drehzahlertassungsbürste 81 sind
an der Innenabdeckung 69 befestigt, die sich in Bezug auf
den Schleifring 68 und die Außenabdeckung 70 an
einer vorbestimmten Position befindet. Die erste Bürste 78 in
Gleitkontakt mit der ersten Leiterbahn 72 ist mit einem
Drehmomenterfassungsanschluss 99 verbunden. Die zweite Bürste 79 in
Gleitkontakt mit der zweiten Leiterbahn 73 ist mit einer
positiven Seite einer Batterie 100 verbunden. Die dritte
Bürste 80 in
Gleitkontakt mit der dritten Leiterbahn 74 ist geerdet.
Eine fünfte
Bürste 98 steht
in Gleitkontakt mit den elektrischen Widerständen 96, dessen Enden 96a und 96b mit
der zweiten bzw. dritten Leiterbahn 72, 73 elektrisch
verbunden sind. Die fünfte
Bürste 98 ist
mit der ersten Leiterbahn 72 über die vierte Bürste 79 und
den Leiterabschnitt 95 elektrisch verbunden. Daher wirkt
in dem Erfassungsabschnitt 96 eine Spannung über dem
elektrischen Widerstand 96 entsprechend einer Ausgangsspannung
der Batterie 100. Wenn ein relativer Winkelversatz zwischen
dem Schleifring 68 und der Außenabdeckung 70 in
Antwort auf das an die Handfelgennabe 43 eingegebene Drehmoment
auftritt, gibt der Drehmomentertassungsabschnitt 99 eine
Ausgangsspannung entsprechend dem Eingangsdrehmoment aus, in Abhängigkeit
von einer Position, wo die fünfte
Bürste 98 in
Kontakt mit dem elektrischen Widerstand 96 kommt und dem
Abstand zwischen den entgegengesetzten Enden des elektrischen Widerstands 96.
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Die Drehzahlertassungsbürste 81 mit
Gleitkontakt mit der Drehzahlerfassungsbahn 75 ist mit
einer positiven Seite der Batterie 100 über einen Spannungsteiler 101 verbunden.
Ein Drehzahlerfassungsanschluss 102 ist zwischen der Bürste 81 und
dem Spannungsteiler 101 angeschlossen. Die Pole 76 ... der
Drehzahlerfassungsbahn 75 sind mit der dritten Leiterbahn 74 elektrisch
verbunden und sind geerdet. Wenn sich daher der Schleifring 68 dreht,
erhält
der Drehzahlerfassungsanschluss 102 eine Ausgangsspannung,
wie sie in 11a gezeigt
ist, oder eine Ausgangsspannung, wie sie in 11b gezeigt ist, die variabel ist mit
der Position, wo die Drehzahlerfassungsbahn 75 in Kontakt
mit der Drehzahlertassungsbürste 81 kommt.
Die Ausgabe von dem Drehzahlertassungsanschluss 81 ist
wellenförmig,
um hierdurch ein elektrisches Signal zu erhalten, das periodisch
varabel ist und pulsförmig
ist, wie in 11c gezeigt.
Eine Frequenz des pulsförmigen
elektrischen Signals verändert
sich mit der Drehrate des Schleifrings 68, d. h. der Nabe 32,
sodass es möglich ist,
die Drehrate des Schleifrings 68, d. h. der Nabe 32,
durch Zählen
der Pulssignale pro Zeiteinheit zu erfassen.
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Der Betrieb des Elektromotors 38 wird
auf der Basis des erfassten Eingangsdrehmoments und der Drehzahlen
gesteuert/geregelt, wie oben beschrieben. Um zu bestimmen, ob der
Elektromotor 38 vorwärts
oder rückwärts drehen
sollte, ist ein Schalter 104 zum Erfassen einer Drehrichtung
an der Tragplatte 50 befestigt, wie in 12 gezeigt. Eine Feder 105 ist
am Außenumfang
einer Basis des Abtriebszahnrads 54 angebracht und dreht
sich in Reibkontakt mit dem Abtriebszahnrad 54, wenn sie
betätigt wird.
Die Feder 105 weist als integrales Teil ein Druckelement 105a auf,
das im Wesentlichen die Form des Buchstabens U hat, das in Kontakt
mit einem Erfassungsstück 104a des
Schalters 104 kommt und das den Schalter 104 leitend
macht, wenn das Abtriebszahnrad 54 im Gegenuhrzeigersinn
gedreht, wie in 12 gezeigt.
Ferner ist in die Tragplatte 50 ein Regulierstift 106 eingebettet.
Der Stift 106 befindet sich an einer Position entsprechend
dem Druckelement 105a. Wenn das Druckelement 105a in
Kontakt mit dem Regulierstift 106 kommt, hört die Feder 105 auf,
sich dem Abtriebszahnrad 54 folgend zu drehen.
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Nachfolgend wird der Betrieb der
ersten Ausführung
beschrieben. Der Schleifring 68 ist an der Nabe 32 befestigt.
Der Schleifring 68 ist mit der Drehzahlerfassungsbahn 75 versehen,
welche eine Mehrzahl gemeinsam geerdeter Pole 76 ... sowie
eine Mehrzahl von zwischen den Polen 76 ... angeordneten
elektrischen Widerständen 77 ....
aufweist, die um die Achse der Nabe 32 herum angeordnet
sind. Die Drehzahlertassungsbürste 81 in
Gleitkontakt mit der Drehzahlerfassungsbahn 75 ist auf
der Innenabdeckung 69 angeordnet, die in Bezug auf die
Nabe 32 fest positioniert ist. In dieser Konfiguration
ist es möglich,
die in 11 gezeigten
periodischen Signale zu erhalten, die sich mit den Kontaktpositionen
der elektrischen Widerstände 77 ...
mit den Polen 76 ... in Antwort auf die Drehung der Nabe 32 verändern. Daher
kann die Drehrate der Nabe 32 erfasst werden, da sie die
Frequenz der elektischen Signale mit der veränderlichen Drehrate der Nabe 32 verändert.
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Der Schleifring 68 ist konzentrisch
zu den ersten bis dritten Leiterbahnen 72 bis 74,
die daran angebracht sind, um hierdurch der Innenabdeckung 69 das
elektrische Signal entsprechend dem vom Erfassungsabschnitt 94 erfassten
Drehmoment zuzuführen.
Die effiziente Nutzung des Schleifrings 68 erleichtert
die Erfassung der Drehrate der Nabe 32 unter Verwendung
einer vereinfachten und kompakten Struktur ohne Zunahme der Anzahl
von Komponenten.
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Die ersten bis dritten Leiterbahnen 72 bis 74 und
die Drehzahlerfassungsbahn 75 sind auf der ersten Fläche der
Innenabdeckung 69 des Schleifrings 68 angeordnet.
Der Erfassungsabschnitt 94 zur Drehmomenterfassung ist
zwischen der zweiten Fläche
des Schleifrings 68 und der Außenabdeckung 70 angeordnet,
die sich integral mit der Handfelgennabe 43 dreht. Somit
ist es durch die effiziente Nutzung der entgegengesetzten Flächen des
Schleifrings 68 möglich,
das Drehmoment und die Drehzahl unter Verwendung der kompakten Struktur
zu erfassen.
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13 und 14 zeigen eine zweite Ausführung der
Erfindung.
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Die folgenden Bauteile sind auf dem
Schleifring 68 konzentrisch angeordnet: eine Drehzahlerfassungsbahn 751 , die eine Mehrzahl (z. B. 12) Polen 761 ... enthält, die aus leitendem Material
hergestellt und mit gleichem Abstand angeordnet sind, sowie elektrische
Widerstände 771 ..., die zwischen den Polen 761 ... angeordnet sind; sowie eine Drehzahlerfassungsbahn 752 , die eine Mehrzahl (z. B. 12) Polen 762 enthält, die mit gleichem Abstand
angeordnet sind, sowie elektrische Widerstände 772 ...,
die zwischen den Polen 762 ...
angeordnet sind. Beide Pole 761 ...
und 762 .... sind gemeinsam mit
der dritten Leiterbahn 74 verbunden und haben das gleiche
Potenzial wie das der dritten Leiterbahn 74.
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Die Drehzahlerfassungsbahnen 751 und 752 sind
auf dem Schleifring 68 im Winkel mit einer Phasendifferenz α angeordnet.
Daher ist es möglich, zwei
elektrische Pulssignale zu erhalten, deren Phasen um α verschoben
sind, wie in den 14a und 14b gezeigt. Die Drehrichtungen
des Schleifrings 68, d. h. der Nabe 32, können auf
der Basis der Tatsache erfasst werden, dass eine Relativzeit dieser
elektrischen Pulssignale mit den Drehrichtungen des Schleifrings 68 variiert.
Wenn z. B. der Anstieg des Signals (a) nach der Phasendifferenz α, dem Anstieg des
Signals (b) folgend, erfasst wird, wird angenommen, dass sich die
Nabe 32 vorwärtsdreht.
Umgekehrt, wenn der Anstieg des Signals (b) nach der Phasendifferenz α, dem Anstieg
des Signals (a) folgend, erfasst wird, wird angenommen, dass die
Nabe 32 rückwärtsdreht.
Daher kann, zusätzlich
zur Drehzahl, die Drehrichtung erfasst werden.
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Eine dritte Ausführung der Erfindung ist in 15 gezeigt. Ein Paar von
Drehzahlerfassungsbürsten 81,
und 812 ist an der Innenabdeckung 69 befestigt
und steht in Gleitkontakt mit der Drehzahlerfassungsbahn 75 auf
dem Schleifring 68.
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Ferner sind die Drehzahlerfassungsbürsten 811 und 812 um
{n·(2 π/N) + α} voneinander
versetzt, wobei N eine Anzahl der Pole 76 ... und elektrischer Widerstände 77 ...
bezeichnet und in dieser Ausführung 12 beträgt, und "n" eine ganze Zahl von 1 bis N bezeichnet.
In anderen Worten ist ein Paar der Drehzahlerfassungsbürsten 811 , und 812 in
Kontakt mit der Drehzahlerfassungsbahn 75 derart angeordnet, dass
sie mit den Polen 76 ... und elektrischen Widerständen 77 ...
auf der Drehzahlerfassungsbahn 75 an Positionen in Kontakt
kommen, die um die Phasendifferenz α versetzt sind.
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Gemäß der dritten Ausführung ist
es möglich,
von den Bürsten 811 und 812 die
elektrischen Pulssignale zu erhalten, die zu den in 14a und 14b gezeigten Zeiten
erzeugt werden. Ähnlich
der zweiten Ausführung
kann sowohl die Drehrichtung als auch die Drehzahl erfasst werden.
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In den vorstehenden Ausführungen
ist der zu erfassende Schleifring 68 an der Nabe 32 als
Ausgangsdrehmoment befestigt. Alternativ kann das erfasste Element
an dem Eingangsdrehelement befestigt werden, und das Drehzahlerfassungselement kann
an dem Ausgangsdrehelement befestigt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist in
Bezug auf den elektrisch unterstützten
Rollstuhl beschrieben worden. Alternativ ist die Erfindung auch
als Drehmomentsensor oder Drehzahlsensor für eine Vorrichtung anwendbar,
worin ein in ein Eingangsdrehelement eingegebenes Drehmoment auf
ein Ausgangsdrehelement über
ein Kraftübertragungselement übertragen
wird, das in Antwort auf das Drehmoment elastisch verformt wird.
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Die Erfindung liefert eine Erfassungsschaltung
zum Erfassen nicht nur des Drehmoments sondern auch der Drehzahl
von Drehelementen, ohne die Anzahl von Komponenten zu erhöhen.
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Die Drehzahlertassungsbahn 75,
die ringförmig
ist und auf dem stationären
Element angeordnete Drehzahlerfassungsbürsten kontaktiert, ist auf dem
stationären
Element angeordnet, wobei der Schleifring 68 konzentrisch
zu einer Mehrzahl von Leiterbahnen 72 bis 74 auf
dem Schleifring 46 angeordnet ist, damit die Drehzahlerfassungsbahn 75 von den
Drehzahlerfassungsbürsten
elektrische Signale empfängt,
die sich in Antwort auf die Drehung des Schleifrings 68 periodisch
verändern.