DE69900619T2

DE69900619T2 - Drehmomentsensor für Fahrzeug mit Hilfsantrieb

Info

Publication number: DE69900619T2
Application number: DE1999600619
Authority: DE
Inventors: Satoshi Honda; Seishi Miura; Masayoshi Orita
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: EP0965828A3; DE69900619D1; TW381172B; JP2000002604A; CN1140780C; ES2170559T3; CN1243947A; EP0965828A2; EP0965828B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingangsdrehmoment- Erfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit Hilfsantrieb umfassend: einen ersten Rotor, der synchron mit der Drehung von Eingangsbetätigungselementen gedreht wird, die zum Drehen eines Antriebsrads durch Muskelkraft betätigt werden; und einen zweiten Rotor, der koaxial zu dem ersten Rotor angeordnet ist, wobei ein elastisches Element zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor angeordnet ist, und der synchron mit der Drehung des Antriebsrads gedreht wird; worin ein Eingangsdrehmoment in die Eingangsbetätigungselemente auf der Basis einer zwischen dem ersten und zweiten Rotor erzeugten Drehphasendifferenz erfasst wird.
Eine solche Eingangsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung ist herkömmlich beispielsweise aus der JP(A)-09-286376 bekannt. In dieser Vorrichtung ist eine Mehrzahl von N-Polen und S-Polen jeweils an dem ersten und dem zweiten Rotor vorgesehen, wobei die an beiden Rotoren vorgesehenen Magnetpole einzeln erfasst werden, um zwischen beiden Rotoren eine Drehphasendifferenz zu erhalten, um hierdurch ein Eingangsdrehmoment zu erfassen.
Die US-A-4963732 offenbart eine Struktur zum Verbinden eines Drehkodierers mit einer drehenden Welle über eine Oldham- Kupplungsverbindung, um eine Fehlausrichtung zu verhindern.
Die obige herkömmliche Vorrichtung hat jedoch einen Nachteil. Da die Mehrzahl von Magnetpolen direkt an dem ersten und zweiten Rotor vorgesehen ist, kann, wenn zwischen dem ersten und zweiten Rotor eine axiale Abweichung auftritt, die exzentrische Drehung beider Rotoren irrtümlicherweise als Auftreten von Drehmoment erkannt werden, obwohl tatsächlich kein Drehmoment auftritt.
Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf das Vorstehende, und eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Eingangsdrehmoment- Erfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit Hilfsantrieb vorzusehen, die ein Eingangsdrehmoment auch dann genau erfassen kann, wenn zwischen beiden Rotoren eine axiale Abweichung auftritt.
Zur Lösung der obigen Aufgabe wird nach der in Anspruch 1 beschriebenen Erfindung eine Eingangsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit Hilfsantrieb angegeben, die grundlegend umfasst: einen ersten Rotor, der synchron mit der Drehung von Eingangsbetätigungselementen gedreht wird, die zum Drehen eines Antriebsrads durch Muskelkraft betätigt werden; und einen zweiten Rotor, der koaxial zu dem ersten Rotor angeordnet ist, wobei ein elastisches Element zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor angeordnet ist, und der synchron mit der Drehung des Antriebsrads gedreht wird; worin ein Eingangsdrehmoment in die Eingangsbetätigungselemente auf der Basis einer zwischen dem ersten und zweiten Rotor erzeugten Drehphasendifferenz erfasst wird. Die Vorrichtung umfasst ferner einen ersten Magnetring, gebildet durch Vorsehen einer Mehrzahl von N-Polen und S-Polen, die in der Umfangsrichtung abwechselnd einander benachbart zu einer Ringform angeordnet sind, an einem elastisch verformbaren ersten Halteelement, das sich mit dem ersten Rotor dreht; einen zweiten Magnetring, gebildet durch Vorsehen einer Mehrzahl von N-Polen und S- Polen, die unter der gleichen Winkelpositionsbeziehung wie die der N-Pole und S-Pole des ersten Magnetrings zu einer Ringform angeordnet sind, an einem elastisch verformbaren zweiten Halteelement, das sich mit dem zweiten Rotor dreht; eine Mehrzahl erster Sensoren, die an zum ersten Magnetring weisenden festen Positionen angeordnet sind, um die N-Pole und S-Pole des ersten Magnetrings zu erfassen; eine Mehrzahl zweiter Sensoren, die an zum zweiten Magnetring weisenden festen Positionen angeordnet sind, um die N-Pole und S-Pole des zweiten Magnetrings zu erfassen; und ein Drehmomentbestimmungsmittel zum Bestimmen einer Drehphasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor auf der Basis eines Kombinationsmusters von Signalen, die von den ersten und zweiten Sensoren erfasst sind, und zum Erkennen der Drehphasendifferenz als ein auf die Eingabebetätigungselemente auszuübendes Eingangsdrehmoment; worin einer des Innenumfangs und des Außenumfangs des ersten Halteelements mit dem anderen des Innenumfangs und des Außenumfangs des zweiten Halteelements an einer Mehrzahl von Stellen, die in der Umfangsrichtung mit Abstandsintervallen angeordnet sind, in Kontakt steht.
Mit dieser Konfiguration tritt eine Drehphasendifferenz zwischen dem ersten Rotor, der sich mit den Eingangsbetriebselementen dreht, und dem zweiten Rotor, der sich mit dem Antriebsrad dreht, auf, und es kommt auch zu einer Drehphasendifferenz zwischen dem ersten Magnetring, der mit dem ersten Rotor gekoppelt ist, und dem zweiten Magnetring, der mit dem zweiten Rotor gekoppelt ist. Demzufolge kann ein Eingangsdrehmoment auf der Basis eines Kombinationsmusters von Signalen erfasst werden, die durch eine Mehrzahl der ersten Sensoren und eine Mehrzahl der zweiten Sensoren erfasst werden. Da ferner einer des Innenumfangs und des Außenumfangs des ersten Halteelements des mit dem ersten Rotor gekoppelten ersten Magnetrings mit dem anderen des Innenumfangs und des Außenumfangs des zweiten Halteelements des mit dem zweiten Rotor gekoppelten zweiten Magnetrings in Kontakt steht, können, auch wenn eine axiale Abweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor auftritt, die restlichen Abschnitte, außer die gegenseitigen Kontaktabschnitte, des ersten Halteelements und des zweiten Halteelements elastisch verformt werden, um hierdurch die Konzentrizität zwischen dem ersten und dem zweiten Halteelement einzuhalten. In diesem Fall kann man annehmen, dass die Reibung des ersten und zweiten Rotors zunehmen kann, weil die axiale Abweichung korrigiert wird; da jedoch das erste und das zweite Halteelement nur an einer Mehrzahl von Stellen miteinander in Kontakt stehen, die in Umfangsrichtung mit Abstandsintervallen angeordnet sind, ist es möglich, eine glatte Drehung beider Rotoren einzuhalten, indem nur die Kontaktabschnitte beider Halteelemente genau endbearbeitet sind. Auch wenn daher eine axiale Abweichung zwischen beiden Rotoren auftritt, wird so weit wie möglich verhindert, dass der nachteilige Effekt der axialen Abweichung auf den Erfassungswert des Eingangsdrehmoments einwirkt, wodurch das Eingangsdrehmoment genauer erfasst werden kann.
Nach einer in Anspruch 2 beschriebenen bevorzugten Ausführung der Erfindung ist, zusätzlich zur in Anspruch 1 beschriebenen Konfiguration der Erfindung, ein Zwischenkupplungselement mit einem des ersten und des zweiten Rotors derart gekuppelt, dass es in einem zulässigen Bereich in der Richtung entlang einer Durchmesserlinie des einen des ersten und des zweiten Rotors beweglich ist, und einer des ersten und des zweiten Magnetrings mit dem Zwischenkupplungselement ist derart gekoppelt, dass er in einem zulässigen Bereich in einer zu der Durchmesserlinie orthogonalen Richtung beweglich ist. Mit dieser Konfiguration wirkt das Zwischenkupplungselement als Oldham-Kupplung, und daher lässt sich verhindern, das auf das erste und das zweite Halteelement eine übermäßige Last einwirkt, auch wenn eine axiale Abweichung zwischen dem ersten und zweiten Rotor auftritt.
Nachfolgend wird der Modus zur Durchführung der vorliegenden Erfindung anhand von Ausführungen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 bis 19 zeigen eine erste Ausführung, in der die vorliegende Erfindung bei einem Fahrzeug mit elektrischem Hilfsantrieb angewendet ist.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit elektrischem Hilfsantrieb nach einer ersten Ausführung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 1 gezeigten wesentlichen Abschnitts;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang Linie 3-3 von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 3 gezeigten wesentlichen Abschnitts;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht entlang Linie 5-5 von Fig. 4;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang Linie 6-6 von Fig. 4;
Fig. 7 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang Linie 7-7 von Fig. 5;
Fig. 8 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang Linie 8-8 von Fig. 2;
Fig. 9 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang Linie 9-9 von Fig. 8;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht entlang Linie 10-10 von Fig. 9;
Fig. 11 ist eine Schnittansicht entlang Linie 11-11 von Fig. 4;
Fig. 12 ist eine Frontansicht eines Zwischenkupplungselements;
Fig. 13 ist eine Schnittansicht entlang Linie 13-13 von Fig. 4;
Fig. 14 ist ein Diagramm, das eine relative Anordnung zwischen ersten Sensoren und Magnetpolen eines ersten Magnetrings zeigt;
Fig. 15 ist ein Diagramm, das ein Erfassungsmuster des ersten Sensors in Abhängigkeit von einer Änderung der Umfangsposition relativ zum ersten Magnetring erläutert;
Fig. 16 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerprozess eines Elektromotors durch eine Steuereinheit zeigt;
Fig. 17 ist ein Diagramm, das Erfassungsmuster der ersten und zweiten Sensoren in Abhängigkeit von der Relativdrehung des ersten und zweiten Magnetrings erläutert;
Fig. 18a und 18b sind Diagramme, die die Erfassung einer Phasendifferenz in einem gewöhnlichen Fahrzustand erläutern;
Fig. 19a bis 19d sind Diagramme, die eine axiale Abweichung zwischen dem ersten und zweiten Magnetring erläutern;
Fig. 20 ist eine Seitenansicht eines Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb nach einer zweiten Ausführung;
Fig. 21 ist eine Seitenansicht eines Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb nach einer dritten Ausführung;
Fig. 22 ist eine Ansicht entlang Pfeil 22 von Fig. 21; und
Fig. 23 ist eine Seitenansicht eines Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb nach einer vierten Ausführung.
In Bezug auf die Fig. 1 bis 3 umfasst ein Rumpfrahmen 21A eines Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb als Fahrzeug mit Hilfsantrieb ein Kopfrohr 22, das am Außenende des Rumpfrahmens 21A angebracht ist, ein Schrägrohr 23, das sich von dem Kopfrohr 22 nach hinten unten erstreckt, ein Tragrohr 24, das am Hinterende des Schrägrohrs 23 befestigt ist und nach links und rechts absteht, sowie eine Sitzsäule 25, die von dem Tragrohr 24 nach oben hochsteht.
Am Kopfrohr 22 ist eine Frontgabel 26 lenkbar gelagert. An den Unterenden der Frontgabel 26 ist ein Vorderrad WF drehbar gelagert, und am Oberende der Frontgabel 26 ist ein Lenkergriff 27 vorgesehen. Ein Hinterrad WR als Antriebsrad ist zwischen den Hinterenden eines Paars rechter und linker Gabelabschnitte einer Heckgabel 28 drehbar gelagert, die sich von der Sitzsäule 25 nach hinten erstreckt, die an dem hinteren Abschnitt des Rumpfrahmens 21A vorgesehen ist. Ein Paar rechter und linker Streben 29 ist zwischen dem oberen Abschnitt der Sitzsäule 25 und beiden Gabelabschnitten der Heckgabel 28 vorgesehen.
Eine Tragstange 31 mit einem Sitz 30 am Oberende ist an der Sitzsäule 25 derart angebracht, dass sie eine Einstellung der Vertikalposition des Sitzes 30 gestattet. Ein Batterieaufnahmekasten 32 zum entfernbaren Aufnehmen einer Batterie (nicht gezeigt) ist an dem Frontabschnitt der Sitzsäule 25 an einer Stelle vorgesehen, die niedriger ist als die des Sitzes 30.
Eine Kurbelwelle 36 durchsetzt koaxial das Tragrohr 24 des Rumpfrahmens 21A. Kurbelpedale 37R und 37L als Eingangsbetätigungselemente sind jeweils am rechten und linken Ende der Kurbelwelle 36 fest angeschlossen. Abdeckplatten 38R und 38L sind jeweils am rechten und linken Ende des Tragrohrs 24 vorgesehen, derart, dass sie das rechte und linke Ende des Tragrohrs 24 abdecken, während sie ermöglichen, dass die Kurbelwelle 36 diese drehbar durchsetzt. Zwischen jeder dieser Abdeckplatten 38R und 38L und der Kurbelwelle 36 ist ein Kugellager 39 vorgesehen. Das heißt, die Kurbelwelle 36 ist an dem Rumpfrahmen 21A drehbar gelagert.
Eine Antriebseinheit 35 mit einem Elektromotor 34, dem von einer in dem Batterieaufnahmekasten 32 enthaltenen Batterie Strom zugeführt wird, ist an der Rückseite des Tragrohrs 24 angeordnet. Die Antriebseinheit 35 ist an dem Tragrohr 24 und dem rechten Gabelabschnitt der Heckgabel 28 gelagert.
Eine Betätigungskraft der Kurbelpedale 37R und 37L, die an beiden rechten und linken Enden der Kurbelwelle 36 vorgesehen sind, wird auf eine erste Rotorscheibe 40 als erster Rotor synchron mit der Drehung der Kurbelpedale 37R und 37L übertragen. Eine erste Einwegkupplung 41 zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung von der ersten Rotorscheibe 40 auf das rechte Kurbelpedal 37R ist zwischen dem Kurbelpedal 37R und der ersten Rotorscheibe 40 vorgesehen.
In Bezug auf die Fig. 4 bis 6 umfasst die erste Einwegkupplung 41 einen Kupplungsinnenring 42, einen Kupplungsaußenring 43 und eine Mehrzahl, beispielsweise drei, Sperrklinken 44. Der Kupplungsinnenring 42 ist integral an dem Basisendabschnitt des rechten Kurbelpedals 37R derart vorgesehen, dass er die Kurbelwelle 36 koaxial umgibt. Der Kupplungsaußenring 43 ist derart vorgesehen, dass er den Kupplungsinnenring 42 koaxial umgibt. Die Sperrklinken 44 sind am Außenumfang des Kupplungsinnenrings 42 schwenkbar gelagert und durch eine Ringfeder 45 in der Ausfahrrichtung vorgespannt. Am Innenumfang des Kapplungsaußenrings 43 sind Klinkenzähne 46 ausgebildet, mit denen die Sperrklinken 44 in Eingriff zu bringen sind. Der Innenumfang der ersten Rotorscheibe 40 ist an dem Außenumfang des Kupplungsaußenrings 43 befestigt.
Diese erste Einwegkupplung 41 arbeitet wie folgt: Wenn sich nämlich die Kurbelwelle 36 durch Betätigung der Kurbelpedale 37R und 37L vorwärts dreht, wird die Betätigungskraft der Kurbelpedale 37R und 37L auf die erste Rotorscheibe 40 übertragen; wohingegen dann, wenn die Kurbelwelle 36 durch Betätigung der Kurbelpedale 37R und 37L rückwärts gedreht wird, die erste Einwegkupplung 41 durchrutscht, um eine Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 36 zu gestatten und eine Drehmomentübertragung von der ersten Rotorscheibe 40 zum Kurbelpedal 37R hin nicht zu gestatten.
Eine zweite Rotorscheibe 48 als zweiter Rotor, deren Durchmesser größer ist als jener der ersten Rotorscheibe 40, ist innerhalb der ersten Rotorscheibe 40 entlang der Achslinie der Kurbelwelle 36 derart angeordnet, dass sie der ersten Rotorscheibe 40 benachbart ist und die Kurbelwelle 36 koaxial umgibt. Der Innenumfangsabschnitt der zweiten Rotorscheibe 48 ist relativ drehbar zwischen dem Kupplungsinnenring 42 der ersten Einwegkupplung 41 und einem Flanschabschnitt 50a eines zylindrischen Tragelements 50 angeordnet. Das Tragelement 50 ist durch eine Gewindekupplung oder dergleichen mit dem Innenumfang des Kupplungsinnenrings 42 derart gekoppelt, dass es die Kurbelwelle 36 relativ drehbar umgibt. Eine ringartige Halteplatte 49 ist außerhalb der ersten Rotorscheibe 40 entlang der Achslinie der Kurbelwelle 36 derart angeordnet, dass sie den Außenumfangsabschnitt der ersten Rotorscheibe 40 zwischen der zweiten Rotorscheibe 48 und sich selbst hält.
Führungslöcher 51, jeweils bogenförmig langgestreckt entlang einem virtuellen Kreis, der auf der Achslinie der Kurbelwelle 36 zentriert ist, sind in der ersten Rotorscheibe 40 an einer Mehrzahl, zum Beispiel vier, Stellen angeordnet, die nahe dem Außenumfang der ersten Rotorscheibe 40 angeordnet sind, derart, dass sie in der Umfangsrichtung gleiche Abstandsintervalle aufweisen. Zylindrische Krägen 52, die durch die zugeordneten Führungslöcher 51 hindurchgehen, sind zwischen der zweiten Rotorscheibe 48 und der Halteplatte 49 angeordnet. Die zweite Rotorscheibe 48 und die Halteplatte 49 sind durch Nieten 53 miteinander verbunden, welche die zugeordneten Krägen 52 durchsetzen. Demzufolge können sich die zweite Rotorscheibe 48 und die Halteplatte 49 relativ zur ersten Rotorscheibe 40 in jenem Bereich drehen, um den die Krägen 52 in den Führungslöchern 51 bewegbar sind. Rostverhinderungsfolien (nicht gezeigt), um das Auftreten von Rost zu verhindern, sind auf gegenüberliegende Ebenen der ersten Rotorscheibe 40 und jeweils der zweiten Rotorscheibe 48 und der Halteplatte 49 geklebt.
Erste Aufnahmelöcher 54, von denen jedes in der Umfangsrichtung der ersten Rotorscheibe 40 relativ länger langgestreckt ist, sind in der ersten Rotorscheibe 40 an mehreren, zum Beispiel sechs, Positionen angeordnet, die in der Umfangsrichtung der ersten Rotorscheibe 40 mit Abstandsintervallen angeordnet sind. Auch sind erste Begrenzungslöcher 55 und 56, die den ersten Aufnahmelöchern 54 der ersten Rotorscheibe 40 entsprechen, jeweils in der zweiten Rotorscheibe 48 und der Halteplatte 49 vorgesehen. Schraubenfedern 57 als elastische Elemente sind jeweils in einem Raum aufgenommen, der durch eines der ersten Aufnahmelöcher 54 und die zugeordneten ersten Begrenzungslöcher 55 und 56 gebildet ist. Wenn sich die erste Rotorscheibe 40 nicht relativ zur zweiten Rotorscheibe 48 und der Halteplatte 49 dreht, stehen beide Enden jeder Schraubenfeder 57 in Kontakt mit beiden Enden jedes des zugeordneten ersten Aufnahmelochs 54 und der ersten Begrenzungslöcher 55 und 56. Wenn andererseits eine von den Kurbelpedalen 37R und 37L zugeführte Betätigungskraft in die erste Rotorscheibe 40 eingegeben wird und die erste Rotorscheibe 40 relativ zur zweiten Rotorscheibe 48 und der Halteplatte 49 in der Richtung gedreht wird, die in Fig. 6 mit dem Pfeil 58 gezeigt ist, verbleibt ein Ende jeder Schraubenfeder 57 in Kontakt mit einem Ende des zugeordneten ersten Aufnahmelochs 54, wobei aber das andere Ende derselben durch das andere Ende jedes der zugeordneten ersten Begrenzungslöcher 55 und 56 unter Druck gesetzt wird und von dem anderen Ende des zugeordneten ersten Aufnahmelochs 54 getrennt wird. Das heißt, die erste Rotorscheibe 40 wird relativ zur zweiten Rotorscheibe 48 und der Halteplatte 49 verdreht, während die Schraubenfedern 57 zusammengedrückt werden.
Um den Aufnahmezustand der Schraubenfedern 57 in den Räumen, die durch die ersten Aufnahmelöcher 54 und die ersten Begrenzungslöcher 55 und 56 gebildet sind, zu halten, ist die zweite Rotorscheibe 48 mit Paaren von Haltewänden 55a versehen, wobei jedes Paar schräg von beiden Seitenrändern jedes ersten Aufnahmelochs 55 im Wesentlichen entlang dem Außenumfang der zugeordneten Schraubenfeder 57 absteht; während die Halteplatte 49 mit Paaren von Haltewänden 56a versehen ist, wobei jedes Paar schräg von beiden Seitenrändern des ersten Begrenzungslochs 56 im Wesentlichen entlang dem Außenumfang der zugeordneten Schraubenfeder 57 absteht.
In Bezug auf die Fig. 5, 6 und 7 sind zweite Aufnahmelöcher 60, von denen jedes in der Umfangsrichtung der ersten Rotorscheibe 40 relativ länger langgestreckt ist, in der ersten Rotorscheibe 40 an einer Mehrzahl von zum Beispiel zwei Stellen vorgesehen, die in der Umfangsrichtung der ersten Rotorscheibe 40 einen Abstand von 180º aufweisen. Zweite Begrenzungslöcher 61 und 62, die den zweiten Aufnahmelöchern 60 entsprechen, sind in der zweiten Rotorscheibe 48 bzw. der Begrenzungsplatte 49 vorgesehen.
Schraubenartige Gegenfedern 63 sind jeweils in einem Raum aufgenommen, der durch eines der zweiten Aufnahmelöcher 60 und die zugeordneten zweiten Begrenzungslöcher 61 und 62 gebildet ist. In einem Zustand, in dem eine von den Kurbelpedalen 37R und 37L zugeführte Betätigungskraft nicht in die erste Rotorscheibe 40 eingegeben wird, sind die zweiten Begrenzungslöcher 61 und 62 von den zweiten Aufnahmelöchern 60 in der Umfangsrichtung der ersten Rotorscheibe 40 versetzt, so dass jede Gegenfeder 63 zwischen dem einen Ende des zugeordneten zweiten Aufnahmelochs 60 und den anderen Enden der zugeordneten zweiten Begrenzungslöcher 61 und 62 zusammengedrückt ist. In dem Zustand, in dem keine Betätigungskraft in die erste Rotorscheibe 40 eingegeben wird, üben daher die Gegenfedern 63 Federkräfte aus, die die erste Rotorscheibe 40 in der Richtung vorspannen, die zu der mit dem Pfeil 58 in Fig. 6 gezeigten entgegengesetzt ist, und da die erste Rotorscheibe 40 relativ zur zweiten Rotorscheibe 48 und der Halteplatte 49 in der mit dem Pfeil 58 gezeigten Richtung gedreht wird, werden die Federlasten der Gegenfeder 63 kleiner.
Auch wenn mehrere, zum Beispiel sechs der Schraubenfedern 57 in den Stellkräften Veränderungen aufweisen, haben die Gegenfedern 63 die Wirkung, eine Betätigungseingabe in die erste Rotorscheibe 40 konstant zu machen, wenn sich die erste Rotorscheibe 40 relativ zur zweiten Rotorscheibe 48 und der Halteplatte 49 in der mit dem Pfeil 58 gezeigten Richtung zu drehen beginnt.
Die erste Rotorscheibe 40 und die Halteplatte 49 sind mit einer Abdeckung 64 abgedeckt, die mit dem Innenumfangsabschnitt der Halteplatte 49 mittels einer Mehrzahl von zum Beispiel vier Clips 67 verbunden ist. Ein Lippenabschnitt 65a, der an der Außenumfangsseite eines ringförmigen elastischen Abdichtelements 65 vorgesehen ist, das an dem Kupplungsaußenring 43 der ersten Einwegkupplung 41 angebracht ist, steht mit der Innenfläche des Innenumfangsabschnitts der Abdeckung 64 elastisch in Kontakt, und ein Lippenabschnitt 65b, der an der Innenumfangsseite des elastischen Abdichtelements 65 vorgesehen ist, steht mit dem Kupplungsinnenring 42 elastisch in Kontakt. Ein Raum, der zwischen dem Kupplungsinnenring 42 und dem Kupplungsaußenring 43 der ersten Einwegkupplung 41 gebildet ist, ist mit Fett 66 gefüllt und ist mit dem Lippenabschnitt 65b abgedichtet.
Ein Pedalritzel 68 ist an dem Außenumfang der zweiten Rotorscheibe 48 vorgesehen, der von der Abdeckung 64 auswärts vorsteht. Eine Endloskette 71 ist um das Pedalritzel 68, ein von der Antriebseinheit 35 angetriebenes Antriebsritzel 69 sowie ein an der Achse des Hinterrads WR vorgesehenes Abtriebsritzel 70 herumgelegt. Ein Ritzel 73 eines Spanners 72, um auf die Kette 71 eine Spannkraft auszuüben, kämmt mit der Kette 71 an einer Stelle zwischen dem Antriebsritzel 69 und dem Abtriebsritzel 70.
Die Betätigungskraft der Kurbelpedale 37R und 37L, die über die erste Einwegkupplung 41 auf die erste Rotorscheibe 40 übertragen wurde, wird auf die zweite Rotorscheibe 48 übertragen, d.h. das Pedalritzel 68, unter Kompression der Schraubenfedern 57, und wird weiter auf das Hinterrad WR über die Kette 71 und das Abtriebsritzel 70 übertragen. Andererseits wird eine Hilfskraft, die von der Antriebseinheit 35 dem Antriebsritzel 69 zugeführt wird, auf das Hinterrad WR über die Kette 71 und das Abtriebsritzel 70 übertragen. Ein Drehmoment aufgrund der Hilfskraft, die von der Antriebseinheit 35 zugeführt wird, wird, durch die Wirkung der ersten Einwegkupplung 41, nicht auf die Kurbelpedale 37R und 37L übertragen.
In Bezug auf Fig. 8 umfasst ein Gehäuse 75 der Antriebseinheit 35 eine linke Gehäusehälfte 76, eine rechte Gehäusehälfte 77 sowie eine Abdeckung 78. Die rechte Gehäusehälfte 77 ist mit der linken Gehäusehälfte 76 über eine dazwischen gesetzte erste Aufnahmekammer 79 verbunden. Die Abdeckung 78 ist mit der linken Gehäusehälfte 76 über eine dazwischen eingesetzte zweite Aufnahmekammer 80 verbunden.
Die zweite Aufnahmekammer 80 enthält den Elektromotor 34, dessen Drehachslinie zu jener der Kurbelwelle 36 parallel ist. Der Elektromotor 34 wird an der linken Gehäusehälfte 76 befestigt. Die Leistung des Elektromotors 34 wird auf das Antriebsritzel 69 über einen Drehzahluntersetzer 81 in Untersetzungsrollenbauart, einen Untersetzungsgetriebezug 82 und eine zweite Einwegkupplung 83 übertragen, um die Betätigungskraft der Kurbelpedale 37R und 37L zu unterstützen.
In Bezug auf die Fig. 8 und 9 umfasst der Drehzahluntersetzer 81 in Untersetzungsrollenbauart eine Motorwelle 84 des Elektromotors 34, einen becherartigen Außenring 85, der die Motorwelle 84 umgibt, sowie eine Mehrzahl von zum Beispiel drei Untersetzungsrollen 86, 87 und 88 in Rollkontakt mit sowohl der Außenfläche der Motorwelle 84 als auch der Innenfläche des Außenrings 85. Der Drehzahluntersetzer 81 hat die Funktion, eine von dem Elektromotor 84 erzeugte Hilfskraft in der Drehzahl zu reduzieren, ohne dass Geräusche auftreten, und die so drehzahluntersetzte Hilfskraft zum Untersetzungsgetriebezug 82 hin zu übertragen.
Die Motorwelle 84 ist durch einen zylindrischen ersten Lagerabschnitt 89, der an der linken Gehäusehälfte 76 vorgesehen ist, über ein Kugellager 90 drehbar gelagert, und der Endabschnitt der Motorwelle 84 steht aus der zweiten Aufnahmekammer 80 zur ersten Aufnahmekammer 79 hin vor. Der Außenring 85 ist in der ersten Aufnahmekammer 79 derart angeordnet, dass er den zur ersten Aufnahmekammer 79 hin vorstehenden Endabschnitt der Motorwelle 84 umgibt. Der Basisendabschnitt der Ausgangswelle 115 ist koaxial an der Mitte des geschlossenen Endabschnitts des becherartigen Außenrings 85 befestigt. Ein zylindrischer zweiter Lagerabschnitt 91, der dem Außenende der Ausgangswelle 115 entspricht, ist an der rechten Gehäusehälfte 77 vorgesehen, und das Außenende der Ausgangswelle 115 ist durch den zweiten Lagerabschnitt 91 über ein Kugellager 92 drehbar gelagert.
Die Untersetzungsrollen 86, 87 und 88 sind an Rollenwellen 93, 94 und 95 über jeweilige Nadellager 96, 97 und 98 drehbar gelagert. Die einen Enden der Rollenwellen 93 bis 95 sind an der linken Gehäusehälfte 77 gelagert, und die anderen Enden der Rollenellen 93 bis 95 sind an einer Lagerplatte 99 gelagert. Die Lagerplatte 99 ist mittels Schraubelementen 101 an Ansatzabschnitten 100 befestigt, die jeweils integral an der linken Gehäusehälfte 77 an einer Stelle zwischen zwei benachbarten der Untersetzungsrollen 86, 87 und 88 vorgesehen sind.
Von den Untersetzungsrollen 86 bis 88 ist jede der Untersetzungsrollen 86 und 87 an der linken Gehäusehälfte 77 und der Lagerplatte 99 derart gelagert, dass die Kontaktstelle jeder der Untersetzungsrollen 86 und 87 mit der Motorwelle 84 entlang der Umfangsrichtung der Motorwelle 86 fest bleibt. In der linken Gehäusehälfte 77 sind unten geschlossene Einsetzlöcher 102 vorgesehen, in die jeweils ein Ende einer der zugeordneten Rollenwellen 93 und 94 der Untersetzungsrollen 86 und 87 einzusetzen ist.
Von den Untersetzungsrollen 86 bis 88 ist die Untersetzungsrolle 88 an der linken Gehäusehälfte 77 und der Lagerplatte 99 derart gelagert, dass die Kontaktstelle der Untersetzungsrolle 88 mit der Motorwelle 84 entlang der Umfangsrichtung der Motorwelle 84 innerhalb eines zulässigen Bereichs variabel gemacht ist, damit die Untersetzungsrolle 88 zwischen der Motorwelle 84 und dem Außenring 85 durch Reibeingriff mit der Motorwelle 84 bei der Drehung der Motorwelle 84 bewegt und in Eingriff gebracht wird.
In Bezug auf die Fig. 8 und 10 ist ein unten geschlossenes Einsetzloch 103, in das ein Ende der Rollenwelle 95 der Untersetzungsrolle 88 einzusetzen ist, in der linken Gehäusehälfte 77 ausgebildet. Das Einsetzloch 103 ist entlang der Umfangsrichtung der Motorwelle 84 im Wesentlichen langgestreckt. In dem Einsetzloch 103 steht ein Ende eines Druckstifts 104 mit der Seitenfläche der Rollenwelle 95 in Kontakt. Eine Feder 105 zum Spannen des Druckstifts 104 in der Richtung, um den Druckstift 104 in Kontakt mit der Rollenwelle 95 zu bringen, ist zwischen der Druckfeder 104 und der linken Gehäusehälfte 77 vorgesehen. Die Untersetzungsrolle 88 wird durch die Federkraft der Feder 105 in der Richtung vorgespannt, in der diese Untersetzungsrolle 88 zwischen der Motorwelle 84 und dem Außenring 85 eingreift.
In Bezug auf die Untersetzungsrollen 86 bis 88 sind die Außendurchmesser der Untersetzungsrollen 86 und 88 zueinander identisch, während der Außendurchmesser der Untersetzungsrolle 87 größer ist als jener der Untersetzungsrollen 86 und 88. Demzufolge ist die Achslinie der Ausgangswelle 115 zur Achslinie der Motorwelle 84 exzentrisch.
Wenn mit dem Drehzahluntersetzer 81 in Untersetzerrollenbauart mit der obigen Konfiguration die Motorwelle 84 durch Betrieb des Elektromotors 34 in die Richtung gedreht wird, die in Fig. 9 mit dem Pfeil 106 gezeigt ist, greift die Untersetzungsrolle 88 zwischen die Motorwelle 84 und den Außenring 85 ein, um hierdurch die Keilwirkung auszuüben. Infolgedessen nehmen die Kontaktflächendrücke zwischen den Untersetzungsrollen 86 bis 88 und der Motorwelle 84 sowie den Untersetzungsrollen 86 bis 88 und dem Außenring 85 zu, so dass das Ausgangsdrehmoment des Motors 34 von der Motorwelle 84 auf die Ausgangswelle 115 über die Untersetzungsrollen 86 bis 88 und den Außenring 85 übertragen wird. Hierbei ist der Umfang der Motorwelle 84 in die drei Richtungen durch die Untersetzungsrollen 86 bis 88 eingebunden, so dass zwischen den Untersetzungsrollen 86 bis 88 und der Motorwelle 84 eine Kraft wirkt, die zu dem Antriebsdrehmoment des Elektromotors 34 proportional ist, wodurch von dem Elektromotor 34 erzeugte Vibration durch den Drehzahluntersetzer 81 in Untersetzungsrollenbauart gedämpft werden kann.
Der Untersetzungsgetriebezug 82 ist aus einem Antriebszahnrad 107 als Kraftübertragungsabschnitt und einem Abtriebszahnrad 108, das mit dem Antriebszahnrad 107 kämmt, aufgebaut. Das Antriebszahnrad 107 ist integral an der Ausgangswelle 115 an einer Stelle zwischen dem zweiten Lagerabschnitt 91 der rechten Gehäusehäflte 77 und dem Außenring 85 vorgesehen.
Übrigens wird in den oben beschriebenen Drehzahluntersetzer 81 in Untersetzungsrollenbauart die Motorwelle 84 von dem ersten Lagerabschnitt 89 der linken Gehäusehälfte 76 über das Kugellager 90 gelagert, während die Ausgangswelle 115 auslegerartig durch den zweiten Lagerabschnitt 91 der rechten Gehäusehälfte 77 über das Kugellager 92 gelagert wird. Hier ist eine Länge LA von der Mitte des Kugellagers 90 zur Achsmitte jeder der Untersetzungsrollen 86 bis 88 größer festgelegt als das Doppelte eines Außendurchmessers DA eines mit jeder der Untersetzungsrollen 86 bis 88 in Kontakt stehenden Abschnitte der Motorwelle 84 (LA > DA·2), und eine Länge LB von der Achsmitte jedes der Untersetzungsrollen 86 bis 88 zur Achsmitte des Kugellagers 92 ist größer festgelegt als die Hälfte eines Innendurchmessers DB des Außenrings 85 (LB > DB·1/2).
Bei dieser Dimensionsfestlegung kann, auch wenn die Untersetzungsrollen 86 bis 88 des Drehzahluntersetzers 81 in Untersetzungsrollenbauart mit der Motorwelle 84 relativ ungenau zusammengebaut werden, die Traglänge von dem Kugellager 90 zur Motorwelle 84 und die Ausleger-Traglänge von dem Kugellager 92 zur Ausgangswelle 115 jeweils geeignet derart festgelegt werden, dass der Effekt des obigen relativ ungenauen Zusammenbaus an dem Eingriffsabschnitt zwischen dem Antriebszahnrad 107 der Ausgangswelle 115 und dem Abtriebszahnrad 108 minimiert wird.
Das Abtriebszahnrad 108 des Untersetzungsgetriebezugs 82 ist derart angeordnet, dass es eine Drehantriebswelle 109 koaxial umgibt. Die Drehantriebswelle 109 ist an der rechten Gehäusehälfte 77 über ein Kugellager 110 drehbar gelagert und ist ferner an der linken Gehäusehälfte 76 über ein Kugellager 111 drehbar gelagert. Das Antriebsritzel 69 ist an dem von der rechten Gehäusehälfte 77 vorstehenden Endabschnitt der Drehantriebswelle 109 befestigt.
Ein Kugellager 112 und die zweite Einwegkupplung 83 sind zwischen der Drehantriebswelle 109 und dem Abtriebszahnrad 108 vorgesehen. Die zweite Einwegkupplung 83 besitzt einen Kupplungsaußenring 113, der integral an dem Abtriebszahnrad 108 vorgesehen ist, sowie einen Kupplungsinnenring 114, der integral an der Drehantriebswelle 109 vorgesehen ist. Die Konfiguration der zweiten Einwegkupplung 83 ist die gleiche wie die der ersten Einwegkupplung 41. Die zweite Einwegkupplung 83 gestattet die Übertragung eines Drehmoments, das durch Betrieb des Elektromotors 34 erzeugt wurde und durch den Drehzahluntersetzer 81 in Untersetzungsrollenbauart und den Untersetzungsgetriebezug 82 drehzahlreduziert ist, auf die Drehantriebswelle 1097 d.h. das Antriebsritzel 69; während es, während der Betrieb des Elektromotors 34 gestoppt ist, den Leerlauf der Drehantriebswelle 109 gestattet, um die Drehung des Antriebsritzels 69 durch die Betätigungskraft der Kurbelpedale 37R und 37L nicht zu behindern.
Übrigens ist das Gehäuse 75 an dem Tragrohr 24 des Rumpfrahmens 21A und dem rechten Gabelabschnitt der Heckgabel 28 derart gelagert, dass der Elektromotor 34 hinter und unter der Kurbelwelle 36 angeordnet ist. Insbesondere ist ein an dem Gehäuse 75 vorgesehener Aufhängungsabschnitt 117 an einem Träger 116 befestigt, der an dem rechten Gabelabschnitt der Heckgabel 28 befestigt ist, und ein an dem Gehäuse 75 vorgesehener Aufhängungsabschnitt 119 ist an einem Träger 118 befestigt, der an dem Tragrohr 24 fixiert ist.
Der Spanner 72 zum Strecken der Kette 71 ist an dem Gehäuse 75 an einer Stelle angebracht, die von dem Antriebsritzel 69 nach hinten und schräg nach unten versetzt ist. Der Spanner 72 umfasst einen Hebel 122, das Ritzel 73 sowie eine Feder 123. Der Hebel 122 ist an seinem Basisendabschnitt an dem Gehäuse 75 derart gelagert, dass er um die zum Antriebsritzel 69 parallele Achslinie schwenkbar ist. Das Ritzel 73 ist am Außenende des Hebels 122 drehbar gelagert. Die Feder 123 ist dazu ausgelegt den Hebel 122 in der Streckrichtung der mit dem Ritzel 73 kämmenden Kette 71 vorzuspannen.
Eine Steuereinheit 124 als Drehmomentbestimmungsmittel ist in der zweiten Aufnahmekammer 80 an der Seite des Elektromotors 34 aufgenommen. Die Steuereinheit 124 enthält eine Aluminiumplatine 125, die an der linken Gehäusehälfte 76 angebracht ist; eine gedruckte Schaltplatine 126, die an der linken Gehäusehälfte 76 mit einem Spalt zwischen der Aluminiumplatine 125 und sich selbst montiert ist; einen FET 127 und dergleichen, der auf der Aluminiumplatine 125 angeordnet ist; sowie einen Kondensator 128, ein Relais 129, eine CPU 130 und dergleichen, die auf der gedruckten Schaltplatine 126 angeordnet sind. Der Betrieb des Elektromotors 34 wird durch die Steuereinheit 124 gesteuert/geregelt.
Wieder in Bezug auf Fig. 4 ist ein erster Magnetring 131, der sich mit der ersten Rotorscheibe 40 dreht, in Bezug auf die zweite Rotorscheibe 48 gegenüber der ersten Rotorscheibe 40 angeordnet, und ein zweiter Magnetring 132, der sich mit der zweiten Rotorscheibe 48 dreht, ist an einer Stelle angeordnet, wo der erste Magnetring 131 zwischen dem zweiten Magnetring 132 und der zweiten Rotorscheibe 48 sitzt. Das heißt, der erste und der zweite Magnetring 131 und 132 sind in Achsrichtungaxial an einer Seite der ersten und der zweiten Rotorscheibe 40 und 48 in der Achsrichtung angeordnet.
In Bezug auf Fig. 11 ist der erste Magnetring 131 durch Vorsehen einer Mehrzahl von N-Polen 131N und einer Mehrzahl von S-Polen 131S ausgebildet, die abwechselnd einander benachbart in der Umfangsrichtung ringförmig auf einem elastisch verformbaren ersten Halteelement 133 angeordnet sind, das aus Kunststoff oder dergleichen hergestellt ist. Insbesondere sind 60 Stück der N-Pole 131N und 60 Stücke der S-Pole 131S abwechselnd an dem ersten Halteelement 133 angeordnet, mit einem Mittelwinkel von 3º zwischen einem N-Pol 131N und dem benachbarten S- Pol 131S.
Das erste Halteelement 133 umfasst einen zylindrischen Tragabschnitt 133a an dem Innenumfang, an dem N-Pole 131N und die S-Pole 131S vorgesehen sind, sowie ein Paar von Eingriffsklauen 133b, die von dem Tragabschnitt 133a zur ersten Rotorscheibe 40 hin abstehen. Beide Eingriffsklauen 133b sind so ausgebildet, dass sie in der Umfangsrichtung des Tragabschnitts 133a abzweigen, und sind entlang einer Durchmesserlinie des Tragabschnitts 133a angeordnet.
Durchgangslöcher 134 sind in der zweiten Rotorscheibe 48 benachbart dem ersten Magnetring 131 an einer Mehrzahl von beispielsweise vier Stellen angeordnet, die mit gleichen Abstandsintervallen in der Umfangsrichtung der zweiten Rotorscheibe 48 angeordnet sind. Ein Paar von Durchgangslöchern 135, die den Durchtritt beider Eingriffsklauen 133b erlauben, die bereits die zwei Durchgangslöcher 134 durchsetzt haben, sind in der ersten Rotorscheibe 40 vorgesehen.
Andererseits ist ein aus Kunststoff hergestelltes Zwischenkupplungselement 136, das in Fig. 12 gezeigt ist, innerhalb der Halteplatte 49 an einer Stelle zwischen der ersten Rotorscheibe 40 und der Abdeckung 64 angeordnet. Das Zwischenkupplungselement 136 umfasst integral einen Ringabschnitt 136a, der derart angeordnet ist, dass er das elastische Abdichtelement 65 umgibt, ein Paar erster Nasen 136b, die von dem Außenumfang des Ringabschnitts 136a entlang einer Durchmesserlinie des Ringabschnitts 136a nach außen vorstehen, sowie ein Paar zweiter Nasen 136c, die von dem Außenumfang des Ringabschnitts 136a entlang einer anderen Durchmesserlinie orthogonal zur obigen Durchmesserlinie, entlang der die ersten Nasen 136b angeordnet sind, nach außen vorstehen. Die ersten Nasen 135b besitzen Eingriffslöcher 137, in die die Eingriffsklauen 133b, die durch die Durchgangslöcher 135 der ersten Rotorscheibe 40 vorstehen, elastisch in Eingriff zu bringen sind. Die zweiten Nasen 136c sind integral mit zwei Eingriffsklauen 138 versehen, die in der Umfangsrichtung des Ringabschnitts 136a abzweigen, wobei die Eingriffsklauen zur ersten Rotorscheibe 40 hin vorstehen. In der ersten Rotorscheibe 40 sind Eingriffslöcher 139 vorgesehen, in die die Eingriffsklauen 138 elastisch in Eingriff zu bringen sind.
Die Eingriffsklauen 133b des ersten Halteelements 133 und die Eingriffsklauen 138 des Zwischenkupplungselements 136 sind flexibel, weil das erste Halteelement 133 und das Zwischenkupplungselement 136 jeweils aus Kunststoff hergestellt sind. Das Zwischenkupplungselement 136 ist mit der ersten Rotorscheibe 40 derart gekoppelt, dass es in einem Zulässigkeitsbereich in der Richtung entlang einer Durchmesserlinie der ersten Rotorscheibe 40 beweglich ist, und das erste Halteelement 133 des ersten Magnetrings 133 ist mit dem Zwischenkupplungselement 136 derart gekoppelt, dass es in einem Zulässigkeitsbereich in Richtung orthogonal zur obigen Durchmesserlinie beweglich ist. Das heißt, das Zwischenkupplungselement 136 kuppelt die erste Rotorscheibe 40 mit dem ersten Halteelement 133 nach Art einer Oldham-Kupplung.
Da die erste und die zweite Rotorscheibe 40 und 48 relativ verdreht werden, sind die in der zweiten Rotorscheibe 48 vorgesehenen Durchgangslöcher 134 in der Umfangsrichtung der zweiten Rotorscheibe 48 relativ länger langgestreckt, so dass die Eingriffsklauen 133b nicht mit beiden Seiten der Durchgangslöcher 134 in der Umfangsrichtung in Kontakt gebracht werden, wenn die erste und die zweite Rotorscheibe 40 und 48 relativ verdreht werden.
In Bezug auf die Fig. 4 und 13 ist der zweite Magnetring 132 ausgebildet durch Vorsehen einer Mehrzahl von N-Polen 132N und einer Mehrzahl von S-Polen 132S, die abwechselnd einander benachbart in der Umfangsrichtung ringförmig angeordnet sind, auf einem elastisch verformbaren zweiten Halteelement 140, das aus Kunststoff oder dergleichen hergestellt ist. Insbesondere sind die N-Pole 132N und die S- Pole -1325 abwechselnd an dem zweiten Halteelement 140 mit dem gleichen Mittelwinkel wie jene der N-Pole 131N und der S-Pole 131S des ersten Magnetrings 131, der zwischen einem N-Pol 132N und dem benachbarten S-Pol 132S festgelegt ist, angeordnet.
Das zweite Halteelement 140 umfasst integral einen zylindrischen Tragabschnitt 140a; einen Abdeckabschnitt 140b; eine Mehrzahl von beispielsweise vier Kontaktbeinen 140c; sowie zwei Eingriffsklauen 140d. Am Innenumfang des Tragabschnitts 140a sind die N-Pole 132N und die S- Pole 132S vorgesehen. Der Abdeckabschnitt 140b steht radial von dem Tragabschnitt 140a derart vor, dass er diejenigen Abschnitte abdeckt, die den Begrenzungslöchern 55 der zweiten Rotorscheibe 48 an der der ersten Rotorscheibe 40 gegenüberliegenden Seite entsprechen. Die Kontaktbeine 140c stehen von dem Abdeckabschnitt 140b derart vor, dass sie mit der zweiten Rotorscheibe 48 in Kontakt gebracht werden können. Die Eingriffsklauen 140d sind an dem Abdeckabschnitt 140b an vier Stellen vorgesehen, die mit gleichen Abstandsintervallen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, derart, dass sie von dem Abdeckabschnitt 140b zur Seite der zweiten Rotorscheibe 48 hin vorstehen.
Andererseits sind Eingriffslöcher 141, in die die Eingriffsklauen 140d elastisch in Eingriff zu bringen sind, in der zweiten Rotorscheibe 48 an einer Mehrzahl von zum Beispiel vier Stellen vorgesehen, die in der Umfangsrichtung mit Abstand angeordnet sind, und das zweite Halteelement 140 des zweiten Magnetrings 132 steht mit der zweiten Rotorscheibe 48 elastisch in Eingriff. In der ersten Rotorscheibe 40 sind Öffnungen 142 vorgesehen, in der die Endabschnitte der in die Eingriffslöcher 141 eingreifenden Eingriffsklauen 140d anzuordnen sind. Da die erste und die zweite Rotorscheibe 40 und 48 relativ verdreht werden, ist jede der Öffnungen 142 in der Umfangsrichtung der ersten Rotorscheibe 40 relativ länger langgestreckt, so dass die zugeordnete Eingriffsklaue 140d nicht mit beiden Seiten der Öffnung 142 in der Umfangsrichtung in Eingriff gebracht wird, wenn die erste und die zweite Rotorscheibe 40 und 48 relativ verdreht werden.
Eine kreisförmige Vertiefung 143 ist in einem an der Seite der zweiten Rotorscheibe 48 befindlichen Innenumfangsabschnitt des Tragabschnitts 140a des zweiten Halteelements 140 vorgesehen, und der Tragabschnitt 133a des ersten Halteelements 133 ist in die Vertiefung 143 eingesetzt. Vorsprünge 144 zum Gleitkontakt mit der Innenfläche der Vertiefung 143 sind integral an der Außenfläche des Tragabschnitts 133a des ersten Halteelements 133 an einer Mehrzahl von zum Beispiel vier Stellen vorgesehen, die in der Umfangsrichtung mit gleichen Abstandsintervallen angeordnet sind. Im Ergebnis steht der Außenumfang des Tragabschnitts 133a des ersten Halteelements 133 mit dem Innenumfang des Tragabschnitts 140a des zweiten Halteelements 140 an der Mehrzahl von Stellen, die in Umfangsrichtung mit Abstand angeordnet sind, in Kontakt.
An der Seite innerhalb des ersten Magnetrings 131 sind erste Sensoren 145A zum Erfassen der N-Pole 131N und S-Pole 131S, die an dem Innenumfang des ersten Magnetrings 131 vorgesehen sind, an einer Mehrzahl von zum Beispiel vier Stellen vorgesehen, die in der Umfangsrichtung mit gleichen Abstandsintervallen angeordnet sind, und ein einzelner erster Sensor 145B zum Erfassen der N-Pole 131N und der S-Pole 131S ist derart angeordnet, dass er von einem der ersten Sensoren 145A in der Umfangsrichtung einen Abstand von 180º aufweist. An der Seite innerhalb des zweiten Magnetrings 132 sind ferner zweite Sensoren 146A zum Erfassen der N-Pole 132N und der S-Pole 132S, die an dem Innenumfang des zweiten Magnetrings 132 vorgesehen sind, an einer Mehrzahl von zum Beispiel vier Stellen angeordnet, die in der Umfangsrichtung mit gleichen Abstandsintervallen angeordnet sind, und ein einzelner zweiter Sensor 146B zum Erfassen der N-Pole 132N und der S- Pole 132S ist derart angeordnet, dass er von einem der zweiten Sensoren 146A in der Umfangsrichtung einen Abstand von 180º aufweist.
Als jeder der ersten und zweiten Sensoren 145A, 1458, 146A und 1468 kann irgendein Sensor zum Erfassen eines Magnetpols vorgesehen sein, beispielsweise ein Hall-Element oder ein MR-Element.
Die ersten Sensoren 145A und 145B und die zweiten Sensoren 146A und 146B sind in einem Basiselement 147 eingebettet, das aus Kunststoff hergestellt ist, und das Basiselement 147 ist an dem Tragrohr 24 des Rumpfrahmens 21A gehaltert. Eine Tragplatte 149, deren Außenumfang mit dem Innenumfang des ersten Halteelements 131 in Kontakt und Eingriff gebracht wird, ist an dem Basiselement 147 angebracht. Die Tragplatte 149 verhindert eine Bewegung des ersten Halteelements 131 auf der Seite der zweiten Rotorscheibe 48.
Zu Fig. 14. Während die N-Pole 131N und die S-Pole 131S mit einem Mittelwinkel von 3º angeordnet sind, der zwischen zwei benachbarten derselben festgelegt ist, sind vier der ersten Sensoren 145A in dem Basiselement 147 derart eingebettet, dass sie mit gleichen Abstandsintervallen von 6,75º angeordnet sind. Wenn bei dieser Anordnung der ersten Sensoren 145A relativ zu den N-Polen 131N und den S-Polen 131S der erste Magnetring 131 im Winkel relativ zu den festen ersten Sensoren 145A in der Richtung versetzt wird, die in Fig. 14 mit dem Pfeil gezeigt ist, unterscheidet sich das Kombinationsmuster von Signalen, die durch vier der ersten Sensoren 145A erfasst werden, von jeder der ersten bis achten Stufen ST1 bis ST8, die für jeden Winkelversatz von 0,75º festgelegt sind.
Hier sind vier der ersten Sensoren 14A in der Reihenfolge mit Nr. 1 bis Nr. 4 bezeichnet, und es wird angenommen, dass jeder erste Sensor 145A bei der Erfassung des N-Pols 131N ein Hochpegelsignal ausgibt. In diesem Fall geben die ersten Sensoren 145A (Nr. 1 bis Nr. 4) für jede der Stufen ST1 bis ST8 die in Fig. 15 gezeigten Signale aus. Das heißt, wenn man das Hochpegelsignal als [1] annimmt und das Niedrigpegelsignal als [0] annimmt, ist in der ersten Stufe ST1 die Kombination der Ausgangssignale von den ersten Sensoren 145A [1111] in Binärform (0F in Hexadezimalform); ist in der zweiten Stufe ST2 die Kombination der Ausgangssignale von den ersten Sensoren 145A [1110] in Binärform (0E in Hexadezimalform); ist in der dritten Stufe ST3 die Kombination der Ausgangssignale von den ersten Sensoren 145A [1100] in Binärform (0C in Hexadezimalform); ist in der vierten Stufe ST4 die Kombination der Ausgangssignale von den ersten Sensoren 145A [1000] in Binärform (08 in Hexadezimalform); ist in der fünften Stufe ST5 die Kombination der Ausgangssignale von den ersten Sensoren 145A [0000] in Binärform (00 in Hexadezimalform); ist in der sechsten Stufe ST6 die Kombination der Ausgangssignale von den ersten Sensoren 145A [0001] in Binärform (01 in Hexadezimalform); ist in der siebten Stufe ST7 die Kombination der Ausgangssignale von den ersten Sensoren 145A [0011] in Binärform (03 in Hexadezimalform); und ist in der achten Stufe ST8 die Kombination der Ausgangssignale von den ersten Sensoren 145A [0111] in Binärform (07 in Hexadezimalform).
Vier Stück der zweiten Sensoren 146A sind in dem Basiselement 147 derart eingebettet, dass die relative Positionsbeziehung zwischen den zweiten Sensoren 146A und den N-Polen 132N und den S-Polen 132S des zweiten Magnetrings 132 die gleiche ist wie die relative Positionsbeziehung zwischen den ersten Sensoren 145A und den N-Polen 131N und den S- Polen 131S des ersten Magnetrings 131. Wenn der zweite Magnetring 132 relativ zu den festen zweiten Sensoren 146A im Winkel versetzt wird, unterscheidet sich, wie bei vier der ersten Sensoren 145A, das Kombinationsmuster der von den vier zweiten Sensoren 146A erfassten Signale bei jedem Winkelversatz, der sich von der ersten bis zur achten Stufe ST1 bis ST8 ändert.
Wenn daher der Maximalwert einer Drehphasendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Rotorscheibe 40 und 48 innerhalb eines Bereichs der achten Stufe ST8 liegt (8 · 0,75º = 6º), ändern sich die jeweiligen Kombinationsmuster der von den ersten und zweiten Sensoren 145A und 146A erfassten Signale in Abhängigkeit von der Drehphasendifferenz, die durch das Anlegen eines Eingangsdrehmoments an die Kurbelpedale 37R und 37L verursacht wird, so dass die Steuereinheit 124 die Drehphasendifferenz zwischen beiden Rotorscheiben 40 und 48 bestimmen kann.
Die von den ersten und zweiten Sensoren 145A und 146A erfassten Signale werden in die Steuereinheit 124 eingegeben, und die Steuereinheit 124 steuert den Betrieb des Elektromotors 34 auf der Basis der von den ersten und zweiten Sensoren 145A und 146A erfassten Signale gemäß einem in Fig. 16 gezeigten Steuerprozess.
In Bezug auf Fig. 16 wird zuerst in Schritt S1 eine Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet. In Schritt S2 wird entschieden, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit eine Setz-Fahrzeuggeschwindigkeit VS oder mehr ist. Die Fahrzeuggeschwindigkeit VS für das Entscheidungskriterium ist vorab auf einen Wert nahe [0] gesetzt, beispielsweise in einen Bereich von 0,5 bis 1 km/h, um zu entscheiden, ob sich, vor der Fahrt bei Betätigungsbeginn der Kurbelpedale 37R und 37L, das Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb im Wesentlichen im Stoppzustand befindet oder nicht. Wenn entschieden, wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als die Setz-Fahrzeuggeschwindigkeit VS ist, das heißt die Betätigung der Kurbelpedale 37R und 37L beginnt, geht der Prozess zu Schritt S3 weiter.
In Schritt S3 werden die Ausgaben von vier der ersten Sensoren 145A gelesen, und in Schritt S4 wird das Erfassungsmuster von vier der ersten Sensoren 145A berechnet. Dann werden in Schritt S5 die Ausgaben von vier der zweiten Sensoren 146A gelesen, und in Schritt S6 wird das Erfassungsmuster von vier der zweiten Sensoren 146A berechnet. In Schritt S7 wird eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetring 131 und 132, das heißt eine Drehphasendifferenz zwischen der ersten und zweiten Rotorscheibe 40 und 48 durch die Kombination der Erfassungsmuster der ersten Sensoren 145A und der zweiten Sensoren 146A berechnet.
Hier-wird angenommen, dass die Ausgangssignale von den ersten Sensoren 145A (Nr. 1 bis Nr. 4) und die Ausgangssignale von den zweiten Sensoren 146A (Nr. 1 bis Nr. 4), die in einem Zustand erhalten wurden, in dem eine Drehphasendifferenz zwischen beiden Rotorscheiben 40 und 48 in Abhängigkeit vom eingegebenen Drehmoment auftritt, wie in Fig. 17 gezeigt. In diesem Fall ist, zur Erfassungszeit T1, das Erfassungsmuster der ersten Sensoren 145A [0E] (Hexadezimalform), während das Erfassungsmuster der zweiten Sensoren 146A [07] (Hexadezimalform) ist. Demzufolge zeigt das Erfassungsmuster der ersten Sensoren 145A dasjenige in der zweiten Stufe ST2, während das Erfassungsmuster der zweiten Sensoren 146A dasjenige in der achten Stufe ST5 zeigt, so dass eine Drehphasendifferenz zwischen beiden Rotorscheiben 40 und 48 ein Winkelversatz der Stufen (2 - 8 = -6) ist, gefolgt durch einen komplementären Vorgang auf der Basis der Tatsache, dass die Anzahl der Stufen [8] ist, mit dem Ergebnis, dass die Drehphasendifferenz zu einem Winkelversatz von zwei Stufen wird (0,75º + 0,75º = 1,5º). Zur Erfassungszeit T2 ist das Erfassungsmuster der ersten Sensoren 145A [00] (Hexadezimalform), während das Erfassungsmuster der zweiten Sensoren 146A [08] (Hexadezimalform) ist. Das heißt, das Erfassungsmuster der ersten Sensoren 145A zeigt dasjenige der fünften Stufe ST5, während das Erfassungsmuster der zweiten Sensoren 146A dasjenige der vierten Stufe ST4 zeigt, mit dem Ergebnis, dass eine Drehphasendifferenz zwischen beiden Rotorscheiben 40 und 48 ein Winkelversatz von Stufen (5 - 4 = 1) ist, d.h. die Drehphasendifferenz zu einem Winkelversatz einer Stufe (0,75º) wird.
Wenn ein Drehmoment im Bereich von einem Achtel bis zwei Achtel des erfassbaren maximalen Drehmoments eingegeben wird, erhält man auf diese Weise in Schritt S7 eine Drehphasendifferenz, die einem Winkelversatz von einer Stufe oder zwei Stufen äquivalent ist, in digitaler Form zu einer gewählten Erfassungszeit durch die Kombination der Erfassungsmuster der ersten Sensoren 145A und der zweiten Sensoren 146A. Dann erhält man in Schritt S8 ein Eingangsdrehmoment durch Multiplizieren der obigen Drehphasendifferenz mit einer Federkonstanten der Schraubenfedern 57, die zwischen der ersten und der zweiten Rotorscheibe 40 und 48 vorgesehen sind.
In Schritt S9 wird ein Motorsteuerbetrag bestimmt, der von dem in Schritt S8 erhaltenen Eingangsdrehmoment abhängig ist. Da in diesem Fall der Betrieb des Elektromotors 34 einer Taststeuerung unterliegt, wird in Schritt S9 der Taststeuerbetrag des Elektromotors 34 berechnet, und in Schritt S10 wird der Steuerbetrag ausgegeben.
Der Prozess der Schritte S1 bis S10 wird für die Erfassung eines Eingangsdrehmoments beim Betätigungsbeginn der Kurbelpedale 37R und 37L durchgeführt sowie zur Steuerung des Betriebs des Elektromotors 34 auf der Basis des so erfassten Eingangsdrehmoments. Wenn das Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb in den gewöhnlichen Fahrzustand gelangt, wird ein Prozess der Schritte S11 bis S17 durchgeführt, gefolgt durch den Prozess der Schritte S8 bis S10. Insbesondere wird, wenn in Schritt S2 entschieden wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich oder größer als die gesetzte Fahrzeuggeschwindigkeit VS ist, der Prozess von Schritt S2 zu Schritt S11 verschoben. In Schritt S11 wird entschieden, ob die Ausgabe von Nr. 1 der vier der ersten Sensoren 145A den hohen Pegel einnimmt oder nicht. Falls JA, beginnt in Schritt S12 ein Timer zu zählen.
In Schritt S13 wird entschieden, ob die Ausgabe von Nr. 1 von vier der zweiten Sensoren 146A den hohen Pegel einnimmt. Falls JA, wird in Schritt S14 der Zähler "t" von dem Timer gespeichert. Dann wird in Schritt S15 entschieden, ob die Ausgabe von Nr. 1 von vier der ersten Sensoren 145A wieder den hohen Pegel einnimmt oder nicht. Falls JA, wird in Schritt S16 ein Zähler "T" von dem Timer gespeichert, und der Timer wird rückgesetzt.
In dem obigen Prozess der Schritte S11 bis S16 ist die Ausgabe des ersten Sensors 145A (Nr. 1) beispielsweise so, wie in Fig. 18(a) gezeigt, und die Ausgabe des zweiten Sensors 146A (Nr. 1) ist beispielsweise so, wie in Fig. 18(b) gezeigt. In diesem Fall bezeichnet der Zähler "t" eine Abweichung in der Ausgabe zwischen dem ersten und dem zweiten Sensor 145A (Nr. 1) und 146A (Nr. 1), und der Zähler "T" bezeichnet einen Erfassungszyklus des ersten Sensors 145A (Nr. 1).
In Schritt S17 wird t/T berechnet. Auf diese Weise erhält man in Schritt S17 eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetring 131 und 132, das heißt eine Phasendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Rotorscheibe 40 und 48 als Analogwert t/T. Danach wird, unter dem oben beschriebenen Prozess der Schritte S8 bis S10, die Betriebssteuerung des Elektromotors 34 im gewöhnlichen Fahrzustand des Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb durchgeführt.
Ein Kupplungsabschnitt 150 zum Abführen der Signale von den Sensoren 145A, 145B, 146A und 146B ist integral an dem Basiselement 147 vorgesehen. Eine Labyrinthstruktur 151 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetring 131 und 132 und dem Basiselement 147 vorgesehen. Ein ringförmiges Dichtelement 152 zum Gleitkontakt mit dem zweiten Magnetring 132 ist an dem Basiselement 147 vorgesehen, und ein ringförmiges Dichtelement 153 zum Gleitkontakt mit dem Basiselement 147 ist zwischen einer Abdeckplatte 38R, die in das rechte Ende des Tragrohrs 24 geschraubt ist, und dem Tragrohr 24 gehalten.
Nun wird die Funktion der ersten Ausführung beschrieben. Wenn ein Fahrer die Kurbelpedale 37R und 37L betätigt, um das Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb zu bewegen, wird die Betätigungskraft der Kurbelpedale 37R und 37L auf das Pedalritzel 68 über 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 über die Kette 71 und das Antriebsritzel 70 übertragen.
Die Betätigungskraft der Kurbelpedale 37R und 37L führt zu einer Drehphasendifferenz unter Kompression der Schraubenfedern 57 zwischen der ersten und der zweiten Rotorscheibe 40 und 48. Hierbei berechnet die Steuereinheit 124 ein Eingangsdrehmoment auf der Basis einer Kombination von Erfassungssignalen einer Mehrzahl der ersten Sensoren 145A zum Erfassen der N-Pole 131N und S-Pole 131S des ersten Magnetrings 131, der sich mit der ersten Rotorscheibe 40 dreht, und der Erfassungssignale einer Mehrzahl der zweiten Sensoren 146A zum Erfassen der N-Pole 132 N und S-Pole 132S des zweiten Magnetrings 132, der sich mit der zweiten Rotorscheibe 48 dreht. Die Steuereinheit 124 steuert/regelt den Elektromotor 34 derart, dass der Elektromotor 34 eine auf dem Eingangsdrehmoment beruhende Hilfskraft ausgibt, um die Hilfsdrehkraft des Antriebsritzels 69 zu steuern/regeln, um hierdurch die Last des Fahrers zu reduzieren.
In diesem Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb bewirkt auch im Anfangsbetätigungszustand der Kurbelpedale 37R und 37L, in dem das Hinterrad WR sich noch nicht dreht, die erste Rotorscheibe 40 eine Drehphasendifferenz in Bezug auf die zweite Rotorscheibe 48, so dass der erste Magnetring 131 eine Drehphasendifferenz in Bezug auf den zweiten Magnetring 132 erzeugt. Infolgedessen werden die Kombinationsmuster der Signale, die von den ersten Sensoren 145A und den zweiten Sensoren 146A erfasst werden, gegenüber jenen in dem Zustand vor der Betätigung der Kurbelpedale 37R und 37L geändert, so dass ein Eingangsdrehmoment unmittelbar in der Anfangsstufe des Betätigungsbeginns im Stoppzustand des Fahrzeugs erfasst werden kann und hierdurch eine auf dem Eingangsdrehmoment beruhende Hilfskraft von dem Elektromotor 34 erzeugt und auf das Hinterrad WR ausgeübt werden kann.
Nach der vorliegenden Erfindung wird in dem Zustand, in dem das Hinterrad WR in der Anfangsstufe der Betätigung der Kurbelpedale 37R und 37L sich noch nicht dreht, ein Eingangsdrehmoment auf der Basis einer in digitaler Form erhaltenen Drehphasendifferenz berechnet; wohingegen im gewöhnlichen Fahrzustand des Fahrers mit elektrischem Hilfsantrieb ein Eingangsdrehmoment auf der Basis einer in analoger Form erhaltenen Drehphasendifferenz linear berechnet wird. Demzufolge kann eine Hilfskraft erhalten werden, die linear auf dem Eingangsdrehmoment beruht, indem auf der Basis des linearen Eingangsdrehmoments durch den Elektromotor 34 die Hilfskraft erzeugt wird. Auf diese Weise ist es im gesamten Bereich von der Anfangsstufe der Betätigung der Kurbelpedale 37R und 37L bis zum gewöhnlichen Fahrzustand möglich, ein Eingangsdrehmoment sicher zu erfassen und eine vom Elektromotor 34 erzeugte Hilfskraft auf das Hinterrad WR auszuüben.
Da der Außenumfang des ersten Halteelements 133 des ersten Magnetrings 131, der sich mit der ersten Rotorscheibe 40 dreht, mit dem Innenumfang des zweiten Halteelements 140 des zweiten Magnetrings 132, der sich mit der Rotorscheibe 48 dreht, in Kontakt steht, können die verbleibenden Abschnitte, außer die im gegenseitigen Kontakt stehenden Abschnitte, des ersten Halteelements 133 und des zweiten Halteelements 140 elastisch verformt werden, um die Konzentrizität zwischen dem ersten Halteelement 133 und dem zweiten Halteelement 140 einzuhalten. In diesem Fall kann man annehmen, dass die Reibung der ersten und zweiten Rotorscheibe 40 und 48 zunimmt, weil die axiale Abweichung korrigiert wird; da jedoch das erste und zweite Halteelement 133 und 140 nur an einer Mehrzahl von Steilen mit Abstandsintervallen in der Umfangsrichtung in Kontakt miteinander stehen, ist es möglich, eine glatte Drehung beider Rotorscheiben 40 und 48 zu erhalten, indem man nur die gegenseitigen Kontaktabschnitte beider Halteelemente 133 und 140 genau endbearbeitet. Auch wenn eine axiale Abweichung zwischen beiden Rotorscheiben 40 und 48 auftritt, wird so weit wie möglich verhindert, dass der nachteilige Effekt auf den Erfassungswert des Eingangsdrehmoments einwirkt, und hierdurch kann das Eingangsdrehmoment genauer erfasst werden.
Da das Zwischenkupplungselement 135 mit der ersten Rotorscheibe 40 derart gekuppelt ist, dass es in einem zulässigen Bereich in der Richtung entlang einer Durchmesserlinie der ersten Rotorscheibe 40 beweglich ist, und der erste Magnetring 131 mit dem Zwischenkupplungselement 135 derart gekuppelt ist, dass er in einem zulässigen Bereich in der zur obigen einen Durchmesserlinie orthogonalen Richtung beweglich ist, wirkt das Zwischenkupplungselement 135 als Oldham-Kupplung. Wenn daher eine axiale Abweichung zwischen den beiden ersten und zweiten Rotorscheiben 40 und 48 auftritt, lässt sich verhindern, dass auf das erste und das zweite Halteelement 133 und 140 eine übermäßige Last einwirkt.
Übrigens sind in dieser Ausführung vier der ersten Sensoren 145A, die zu dem ersten Magnetring 131 weisen, in der Umfangsrichtung mit gleichen Abstandsintervallen angeordnet, und der einzelne erste Sensor 145B ist derart angeordnet, dass er von einem der ersten Sensoren 145A in der Umfangsrichtung einen Abstand von 180º aufweist; während vier der zweiten Sensoren 146A, die zu dem zweiten Magnetring 132 weisen, in der Umfangsrichtung mit gleichen Abstandsintervallen angeordnet sind, und der einzelne zweite Sensor 146B derart angeordnet ist, dass er von einem der zweiten Sensoren 146A in der Umfangsrichtung einen Abstand von 180º aufweist. Mit dieser Anordnung der ersten Sensoren 145A und 146B und der zweiten Sensoren 146A und 146B kann ein Eingangsdrehmoment genau erfasst werden, auch wenn eine axiale Abweichung zwischen beiden Magnetringen 131 und 132 auftritt.
Wenn man insbesondere, wie in Fig. 19(a) gezeigt, annimmt, dass beide Magnetringe 131 und 132 in Richtung längs einer geraden Linie L versetzt sind, die einen von vier der ersten Sensoren 145A mit dem einzelnen ersten Sensor 145B verbindet und einen der vier zweiten Sensoren 146A mit dem einzelnen zweiten Sensor 146B verbindet, ist keine Abweichung zwischen einer Phase, die von dem einen der ersten Sensoren 145A (oder zweiten Sensoren 146A) erfasst wird, und einer Phase, die von dem einzelnen ersten Sensor 145B (oder dem einzelnen zweiten Sensor 146B) erfasst wird, vorhanden. Wenn man, wie in Fig. 19(b) gezeigt, annimmt, dass beide Magnetringe 131 und 132 in der Richtung versetzt sind, die von der geraden Linie L um 45º verkippt ist, ist der Absolutwert einer Verzögerung -δb der Phase, die von dem einen der ersten Sensoren 145A (oder zweiten Sensoren 146A) erfasst ist, gleich dem Absolutwert einer Vorverlagerung +δb der Phase, die von dem einzelnen ersten Sensor 145B (oder dem einzelnen zweiten Sensor 146B) erfasst wird. Wenn man, wie in fig. 19(c) gezeigt, annimmt, dass beide Magnetringe 131 und 132 in der Richtung versetzt sind, die von der geraden Linie L um 90º verkippt ist, ist der Absolutwert einer Verzögerung -δc der Phase, die von dem einen der ersten Sensoren 145A (oder zweiten Sensoren 146A) erfasst ist, gleich dem Absolutwert einer Vorverlagerung + 3c der Phase, die von dem einzelnen ersten Sensor 145B (oder einzelnen zweiten Sensor 146B) erfasst ist. Wenn man, wie in Fig. 19(d) gezeigt, annimmt, dass beide Magnetringe 131 und 132 von der Richtung versetzt sind, die von der geraden Linie L um 135º verkippt ist, ist der Absolutwert einer Verzögerung -δd der Phase, die von dem einen der ersten Sensoren 145A (oder zweiten Sensoren 146A) erfasst ist, gleich dem Absolutwert einer Vorverlagerung +δd der Phase, die von dem einzelnen ersten Sensor 1458 (oder einzelnen zweiten Sensor 1468) erfasst ist. Demzufolge kann, auch wenn ein axialer Versatz zwischen beiden Magnetringen 131 und 132 auftritt, eine Phasendifferenz zwischen beiden Magnetringen 131 und 132 genau erfasst werden, indem die Summe einer Phase, die von einem von vier der ersten Sensoren 145A (oder zweiten Sensoren 146A) erfasst ist, und einer Phase, die von dem einzelnen ersten Sensor 145B (oder dem einzelnen zweiten Sensor 146B) erfasst ist, halbiert wird, und auf der Basis der so erhaltenen Phasendifferenz kann ein Eingangsdrehmoment genau erfasst werden.
Als ein Verfahren zum genauen Erhalt einer Hilfskraft auf der Basis eines Eingangsdrehmoments, auch wenn ein axialer Versatz zwischen beiden Magnetringen 131 und 132 auftritt, kann ein Verfahren zum Antrieb des Elektromotors 34 angewendet werden, indem man eine Drehphasendifferenz, die durch vier der ersten Sensoren 145A (oder zweiten Sensoren 146A) erfasst wird, und eine Drehphasendifferenz, die von dem einzelnen ersten Sensor 145B (oder dem einzelnen zweiten Sensor 146B) erfasst wird, abwechselnd ändert. Dieser Antrieb des Elektromotors 34 unter Verwendung der über den Zeitablauf abwechselnd geänderten Drehphasendifferenz ist äquivalent dem Antrieb des Elektromotors 34 unter Verwendung einer Drehphasendifferenz, die durch das obige Verfahren der Halbierung der Summe einer Phase, die von dem einen ersten Sensor 145A (oder zweiten Sensor 146A) erfasst ist, und einer Phase, die von dem einzelnen ersten Sensor 145B (oder einzelnen zweiten Sensor 1468) erfasst ist, erhalten wird, wodurch es möglich gemacht wird, eine Hilfskraft auf der Basis eines Eingangsdrehmoments genau zu erhalten.
In der vorliegenden Erfindung umfasst der Drehzahluntersetzer 81 in Untersetzungsrollenbauart zum Übertragen einer von dem Elektromotor 34 zugeführten Kraft auf den Untersetzungsgetriebezug 82 die Motorwelle 84, die mit dem Elektromotor 34 verbunden ist, eine Mehrzahl der Untersetzungsrollen 86, 87 und 88 in Rollkontakt mit der Außenfläche der Motorwelle 84 sowie den Außenring 85 mit der Innenfläche, mit der die Untersetzungsrollen 86 bis 88 in Rollkontakt stehen. In dem Drehzahluntersetzer 81 ist die Motorwelle 84 des Elektromotors 34, der an der Außenfläche der linken Gehäusehälfte 76 angebracht ist, durch den an der linken Gehäusehälfte 76 vorgesehenen ersten Lagerabschnitt 89 über das Lager 90 abgestützt; die Rollenwellen 93, 94 und 95 zum drehbaren Lagern der jeweiligen Untersetzungsrollen 86 bis 88 sind an der linken Gehäusehälfte 76 abgestützt; und das Außenende der Ausgangswelle 115, dessen Basisendabschnitt an dem Mittelabschnitt des geschlossenen Endes des Außenrings 85 befestigt ist, ist auslegerartig durch den an der rechten Gehäusehälfte 77 vorgesehenen zweiten Lagerabschnitt 91 über das Kugellager 92 abgestützt; und das Antriebszahnrad 107 zum Übertragen einer von der Ausgangswelle 115 zugeführten Kraft auf die Drehantriebswelle 109 ist an der Ausgangswelle 115 an einer Stelle zwischen dem Außenring 85 und dem zweiten Lagerabschnitt 91 vorgesehen.
Demzufolge ist die Motorwelle 84 an dem ersten Lagerabschnitt 89 der ersten Gehäusehälfte 76 abgestützt; die Ausgangswelle 115 ist auslegerartig an dem zweiten Lagerabschnitt 91 der rechten Gehäusehälfte 77 abgestützt; und das Antriebszahnrad 107 ist an der Ausgangswelle zwischen dem Außenring 85 und dem zweiten Lagerabschnitt 91 vorgesehen, so dass die Länge zwischen dem Außenring 85 und dem zweiten Lagerabschnitt 91, d.h. die Auslegerstützlänge der Ausgangswelle 115, länger gemacht wird. Auch wenn der Elektromotor 34, der Außenring 85 und die Untersetzungsrollen 86 und 88 relativ ungenau in dem Gehäuse 75 zusammengebaut werden, kann mit dieser Konfiguration die Motorwelle 84 und die Ausgangswelle 115, die in ihrer axialen Länge länger gemacht ist und auslegerartig abgestützt ist, leicht verformt werden, so dass die Untersetzungsrollen 86 bis 88 mit der Motorwelle 84 und dem Außenring 85 in sicheren Rollkontakt gebracht werden können, um hierdurch die Produktivität zu verbessern.
Fig. 20 zeigt eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur sind solche Teile, die jenen der ersten Ausführung entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
Ein Rumpfrahmen 21 B eines Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb umfasst ein Kopfrohr 22, das am Vorderende des Rumpfrahmens 21B vorgesehen ist, ein Schrägrohr 23', das von dem Kopfrohr 22 nach hinten und unten absteht, eine Sitzsäule 25, die an dem Hinterende des Schrägrohrs 23' befestigt ist und sich in der vertikalen Richtung erstreckt, sowie ein Tragrohr 24, das an dem Unterende der Sitzsäule 25 befestigt ist und nach links und rechts absteht. Ein Hinterrad WR ist an den Hinterenden eines Paars rechter und linker Gabelabschnitte einer Heckgabel 28' drehbar gelagert, die von dem Tragrohr 24 nach hinten abstehen. Ein Paar rechter und linker Streben 29 ist zwischen dem oberen Abschnitt der Sitzsäule 25 und beiden Gabelabschnitten der Heckgabel 28' vorgesehen.
Eine Antriebseinheit 35 mit einem Elektromotor 34, dem Energie aus einer in einem Batterieaufnahmekasten 32 untergebrachten Batterie zugeführt wird, ist vor dem Tragrohr 24 angeordnet. Die Antriebseinheit 35 wird von dem Tragrohr 24 und dem Schrägrohr 23' gehalten.
Eine Kette 71 ist um ein Pedalritzel 68, das durch Betätigung von Kurbelpedalen 37R und 37L in Drehung versetzt wird, ein Antriebsritzel 69 der Antriebseinheit 35, ein Abtriebsritzel 70 des Hinterrads WR und ein Ritzel 73 eines Spanners 72, der an dem rechen Gabelabschnitt der Heckgabel 28' vorgesehen ist, herumgelegt. Ein Zwischenritzel 155, um dessen obere Hälfte die Kette 71 gelegt ist, ist an dem rechten Gabelabschnitt der Heckgabel 28' an einer Stelle zwischen dem Spanner 72 und dem Pedalritzel 68 drehbar gelagert.
Nach der zweiten Ausführung ist der Abstand zwischen dem Hinterrad WR und den Kurbelpedalen 37R und 37L kleiner gemacht als jener in der ersten Ausführung. Das heißt, da in der ersten Ausführung die Antriebseinheit 35 zwischen dem Hinterrad WR und den Kurbelpedalen 37R und 37L angeordnet ist, ist es erforderlich, einen Raum zur Anordnung der Antriebseinheit 35 zwischen dem Hinterrad WR und den Kurbelpedalen 37R und 37L sicherzustellen. Da im Gegensatz hierzu in der zweiten Ausführung die Antriebseinheit 35 in einem relativ weiten Raum zwischen den Kurbelpedalen 37R und 37L und einem Vorderrad WF angeordnet ist, ist es möglich, den Abstand zwischen dem Hinterrad WR und den Kurbelpedalen 37R und 37L zu verkürzen.
Fig. 21 und 22 zeigen eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung, worin Fig. 21 eine Seitenansicht eines Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb ist und Fig. 22 eine Ansicht entlang Pfeil 22 von Fig. 21 ist.
Ein Rumpfrahmen 21C eines Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb umfasst ein Kopfrohr 22, das am Vorderende des Rumpfrahmens 21C vorgesehen ist, einen Hauptrahmen 156, der von dem Kopfrohr 22 nach hinten und unten absteht, eine Sitzsäule 25, die in der vertikalen Richtung verläuft, sowie ein Tragrohr 24, das am Unterende der Sitzsäule 25 befestigt ist und nach rechts und links absteht.
Der Heckabschnitt des Hauptrahmens 156 verzweigt sich in zwei Teile, die sich wiederum so erstrecken, dass die Sitzsäule 25 und ein Hinterrad WR dazwischen sitzen. Das Hinterrad WR ist an einer Achse 157 drehbar gelagert, die die Hinterenden eines Paars rechter und linker Gabelabschnitte einer Heckgabel 28', die von dem Tragrohr 24 nach hinten abstehen, gemeinsam mit den Hinterenden der Gabelabschnitte des Hauptrahmens 156 verbindet.
Eine Antriebseinheit 35 mit einem Elektromotor 34, dem Energie von einer Batterie zugeführt wird, die in einem an dem Hauptrahmen 156 vorgesehenen Batterieaufnahmekasten 32 untergebracht ist, ist vor der Sitzsäule 25 angeordnet. Ein Gehäuse 75 der Antriebseinheit 35 ist an dem Hauptrahmen 156 und der Sitzsäule 25 derart gehalten, dass ein Antriebsritzel 69 an der linken Seite des Rumpfrahmens 21C angeordnet ist und der Hauptrahmen 156 mit der Sitzsäule 25 über das Gehäuse 75 verbunden ist.
Ein unter dem Antriebsritzel 69 angeordnetes Abtriebsritzel 157 ist an einer Kurbelwelle 36, die an dem Tragrohr 24 drehbar gelagert ist, derart befestigt, dass es einem Linken Kurbelpedal 37L benachbart ist. Eine Endloskette 158 ist um das Antriebsritzel 69 und das Abtriebsritzel 157 herumgelegt. Das heißt, eine von dem Elektromotor 34 zugeführte Hilfskraft wird über die Kette 158 auf die Kurbelwelle 36 übertragen.
Eine Kette 71 ist um ein sich mit der Kurbelwelle 36 drehendes Pedalritzel 68 und ein Abtriebsritzel 70 des Hinterrads WR herumgelegt.
Nach der dritten Ausführung ist es möglich, den Abstand zwischen dem Hinterrad WR und den Kurbelpedalen 37R und 37L wie in der zweiten Ausführung zu verkürzen und ohne das Vorsehen des Spanners 72 auszukommen, der für die ersten und zweiten Ausführungen benötigt wird.
Fig. 23 zeigt eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur sind solche Teile, die jenen in den vorigen Ausführungen entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
Eine Antriebseinheit 35 ist vor einer Sitzsäule 25 derart angeordnet, dass ein Antriebsritzel 69 an der rechten Seite des Rumpfrahmens 21C angeordnet ist. Ein Zwischenritzel 159, das sich integral mit dem Antriebsritzel 69 dreht, ist an der rechten Seite des Rumpfrahmens 21C koaxial zum Antriebsritzel 69 angeordnet.
Eine Endloskette 160 ist um ein Pedalritzel 68, das sich mit einer Kurbelwelle 36 dreht, und das Antriebsritzel 69 herumgelegt, und eine Kette 71 ist um das Zwischenritzel 159 und ein Abtriebsritzel 70 des Hinterrads herumgelegt.
Bei der vierten Ausführung ist es wie in der dritten Ausführung möglich, den Abstand zwischen dem Hinterrad WR und den Kurbelpedalen 37R und 37L zu verkürzen und ohne das Vorsehen des Spanners 72 auszukommen, der für die ersten und zweiten Ausführungen erforderlich ist, und beide Ketten 71 und 160 an der rechten Seite des Rumpfrahmens 21C anzuordnen.
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung nicht nur bei einem Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb angewendet werden, sondern auch bei einem motorbetriebenen Rollstuhl und dergleichen.
In der obigen Ausführung ist an dem Außenumfang des ersten Halteelements 133 eine Mehrzahl der Vorsprünge 144 zum Kontakt mit dem Innenumfang des zweiten Halteelements 140 vorgesehen; jedoch kann auch an dem Innenumfang des zweiten Halteelements 140 eine Mehrzahl von Vorsprüngen zum Kontakt mit dem Außenumfang des ersten Halteelements 133 vorgesehen sein.
Als der Sensor kann, anstatt des in der obigen Ausführung beschriebenen Magnetsensors, ein optischer Sensor oder ein elektrostatischer Sensor verwendet werden.

Claims

1. Eingangsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit Hilfsantrieb, umfassend:

einen ersten Rotor (40), der synchron mit der Drehung von Eingangsbetätigungselementen (37R, 37L) gedreht wird, die zum Drehen eines Antriebsrads (WR) durch Muskelkraft betätigt werden; und

einen zweiten Rotor (48), der koaxial zu dem ersten Rotor (40) angeordnet ist, wobei ein elastisches Element (57) zwischen dem ersten Rotor (40) und dem zweiten Rotor (48) angeordnet ist, und der synchron mit der Drehung des Antriebsrads (WR) gedreht wird;

worin ein Eingangsdrehmoment in die Eingangsbetätigungselemente (37R, 37L) auf der Basis einer zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor (40, 48) erzeugten Drehphasendifferenz erfasst wird;

einen ersten Magnetring (131), gebildet durch Vorsehen einer Mehrzahl von N-Polen und S-Polen (131N, 131S), die in der Umfangsrichtung abwechselnd einander benachbart zu einer Ringform angeordnet sind, an einem elastisch verformbaren ersten Halteelement (133), das sich mit dem ersten Rotor (40) dreht;

einen zweiten Magnetring (132), gebildet durch Vorsehen einer Mehrzahl von N-Polen und S-Polen (132N, 132S), die unter der gleichen Winkelpositionsbeziehung wie die der N-Pole und S-Pole (131N, 131S) des ersten Magnetrings (131) zu einer Ringform angeordnet sind, an einem elastisch verformbaren zweiten Halteelement (140), das sich mit dem zweiten Rotor (48) dreht;

eine Mehrzahl erster Sensoren (145A, 145B), die an zum ersten Magnetring (131) weisenden festen Positionen angeordnet sind, um die N-Pole und S-Pole (131N, 131S) des ersten Magnetrings (131) zu erfassen;

eine Mehrzahl zweiter Sensoren (146A, 146B), die an zu dem zweiten Magnetring (132) weisenden festen Positionen angeordnet sind, um die N-Pole und S-Pole (132N, 132S) des zweiten Magnetrings (132) zu erfassen; und

ein Drehmomentbestimmungsmittel (124) zum Bestimmen einer Drehphasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor (40, 48) auf der Basis eines Kombinationsmusters von Signalen, die von den ersten und zweiten Sensoren (145A, 145B; 146A, 146B) erfasst sind, und zum Erkennen der Drehphasendifferenz als ein auf die Eingabebetätigungselemente (37R, 37L) auszuübendes Eingangsdrehmoment;

worin einer des Innenumfangs und des Außenumfangs des ersten Halteelements (133) mit dem anderen des Innenumfangs und des Außenumfangs des zweiten Halteelements (140) an einer Mehrzahl von Stellen, die in der Umfangsrichtung mit Abstandsintervallen angeordnet sind, in Kontakt steht.

2. Eingangsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit Hilfsantrieb nach Anspruch 1, worin ein Zwischenkupplungselement (136) mit einem des ersten und des zweiten Rotors (40, 48) derart gekuppelt ist, dass es in einem zulässigen Bereich in der Richtung entlang einer Durchmesserlinie des einen des ersten und des zweiten Rotors (40, 48) beweglich ist, und einer des ersten und des zweiten Magnetrings (131, 132) mit dem Zwischenkupplungselement (136) derart gekuppelt ist, dass er in einem zulässigen Bereich in einer zu der Durchmesserlinie orthogonalen Richtung beweglich ist.