JP2000074760A - トルク検出機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高いトルク伝達効率を維持しつつ簡単な構成
でトルクを検出することができるトルク検出機構を提供
すること。 【構成】 同軸的且つ相対回転可能に配されたクランク
軸（入力軸）２と合力軸（出力軸）４の間に弾性体を介
設し、クランク軸２と合力軸４との相対回転量を検出す
ることによってクランク軸２に入力されるトルクを検出
するトルク検出機構において、前記弾性体をトーション
バー２５で構成してこれの捩れを前記クランク軸２に摺
動自在に支持されたカム板３１の軸方向変位に変換する
とともに、該カム板３１の軸方向変位をカム機構（カム
３３と支点ピン３４）によって当該カム板３１の回転変
位に変換してその回転変位を変位センサー３５によって
検出する構成とする。本発明によれば、クランク軸２に
入力されたトルクはトーションバー２５を介して合力軸
４に伝達されるため、高いトルク伝達効率を維持しつつ
簡単な構成でトルクを検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同軸的且つ相対回
転可能に配された入力軸と出力軸の間に弾性体を介設
し、入力軸と出力軸との相対回転量を検出することによ
って入力軸に入力されるトルクを検出するトルク検出機
構に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、踏力に比例する補助動力を発生
する電動ユニットを備える電動自転車においては、入力
軸であるクランク軸に入力されるトルク（踏力）を検出
するトルク検出機構が不可欠である。

【０００３】ところで、斯かる電動自転車に設けられる
トルク検出機構としては、クランク軸とこれに同軸的且
つ相対回転可能に配された出力軸である合力軸との間に
遊星ギヤ機構を介設し、該遊星ギヤ機構を構成する例え
ばサンギヤを弾性体によって弾性支持し、入力トルクに
比例するトルク反力によるサンギヤの回転量をセンサー
によって検出することによってクランク軸に入力される
トルク（踏力）を検出する方式を採用したものが知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
トルク検出機構は遊星ギヤ機構を採用するため、ギヤ効
率に応じた入力損失が不可避的に生じ、その損失分だけ
消費電力が大きくなって電動自転車の航続距離が短くな
るという問題があった。

【０００５】従って、本発明は、高いトルク伝達効率を
維持しつつ簡単な構成でトルクを検出することができる
トルク検出機構を提供することを目的とする。

【０００６】又、従来のトルク検出機構においては、セ
ンサーの零点調整は該センサーの取付位置を調整するこ
とによってなされていたため、その調整が容易でないと
いう問題があった。

【０００７】従って、本発明は、センサーの零点調整を
簡単に行うことができるトルク検出機構を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、同軸的且つ相対回転可能に
配された入力軸と出力軸の間に弾性体を介設し、入力軸
と出力軸との相対回転量を検出することによって入力軸
に入力されるトルクを検出するトルク検出機構におい
て、前記弾性体をトーションバーで構成してこれの捩れ
を前記入力軸又は出力軸に摺動自在に支持されたカム板
の軸方向変位に変換するとともに、該カム板の軸方向変
位をカム機構によって当該カム板の回転変位に変換して
その回転変位を変位センサーによって検出するようにし
たことを特徴とする。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記カム機構を前記カム板に形成されたカ
ムと該カムの斜面状のカム面に当接する支点ピンとで構
成するとともに、前記支点ピンを前記カム板の摺動方向
に移動可能に取り付けたことを特徴とする。

【００１０】従って、請求項１記載の発明によれば、入
力軸に入力されたトルクはトーションバーを介して出力
軸に伝達されるため、高いトルク伝達効率を維持しつつ
簡単な構成でトルクを検出することができる。

【００１１】又、請求項２記載の発明によれば、カム機
構の支点ピンの取付位置を変更することによって変位セ
ンサーの零点調整を簡単に行うことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１３】図１は本発明に係るトルク検出機構を備え
る電動自転車の電動ユニット部の平断面図、図２は同電
動ユニットの破断側面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面
図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図、図５は本発明に係る
トルク検出機構の構成を示す斜視図、図６及び図７は同
トルク検出機構の構成と作用を説明するための部分斜視
図である。

【００１４】図１及び図２に示す電動ユニット１におい
ては、幅方向に水平に配された入力軸であるクランク軸
２がハウジング３に回転自在に挿通保持されており、こ
のクランク軸２の一端外周には出力軸である中空状の合
力軸４が同軸的且つ相対回転可能に挿通支持されてい
る。

【００１５】ここで、上記合力軸４はボールベアリング
５によってハウジング３に回転自在に支持され、そのハ
ウジング３内に臨む一端には大径のギヤ６が一体に形成
され、同合力軸４のハウジング３外へ延出する他端外周
にはチェーンスプロケット７が固着されている。尚、図
示しないが、チェーンスプロケット７と電動自転車の後
輪に取り付けられた小径のホイールスプロケットとの間
にはチェーンが巻装されている。

【００１６】又、前記クランク軸２はその一端がニード
ルベアリング８を介して合力軸４に回転自在に支持さ
れ、他端がボールベアリング９を介してハウジング３に
回転自在に支持されており、その左右端部にはクランク
１０が取り付けられており、各クランク１０の端部には
図５に示すペダル１１がそれぞれ軸支されている。

【００１７】一方、ハウジング３の内端面には電動モー
タ１２が水平に取り付けられており、該電動モータ１２
のモータ軸１３及びこれに取り付けられた小径のピニオ
ン１５は左右のボールベアリング１４を介してハウジン
グ３に回転自在に支持されている。

【００１８】そして、上記ピニオン１５はハウジング３
にボールベアリング１６を介して回転自在に支持された
中間軸１７に固定されたギヤ１８に噛合しており、中間
軸１７に固定された小径のピニオン１９は別の中間軸２
０にワンウェイクラッチ２１を介して支持されたギヤ２
２に噛合している。

【００１９】上記中間軸２０はその両端がボールベアリ
ング２３を介してハウジング３に回転自在に支持されて
おり、これに一体に形成された小径のピニオン２４は前
記ギヤ６に噛合している。

【００２０】ところで、図５に示すように、前記合力軸
４に一体に形成されたギヤ６の側面には２つのトーショ
ンバー２５がクランク軸２及び合力軸４の軸線に対して
軸直角方向に取り付けられており、各トーションバー２
５の長尺部２５ａはその両端２箇所が係止部材２６によ
って係止されており、その一端から直角に内側に折り曲
げられた固定部２５ｂは固定部材２７によってギヤ６の
側面に固定されている。又、各トーションバー２５の他
端側の自由端はクランク軸２及び合力軸４の軸方向に向
かって直角に折り曲げられて突出部２５ｃを構成してお
り、該突出部２５ｃの端部は直角に内側に折り曲げられ
て前記固定部２５ｂと平行を成す当接部２５ｄを構成し
ている。尚、２つのトーションバー２５はギヤ６の側面
上においてクランク軸２及び合力軸４の軸心を中心とし
て点対称に配置されている。

【００２１】一方、クランク軸２には推進方向に作用す
るラチェット２８を介してアーム軸２９が支持されてお
り、該アーム軸２９の相対向する部位から径方向に一体
に延出するアーム３０の各端部はトーションバー２５の
前記突出部２５ｃに係合している。そして、図６及び図
７に示すように、アーム軸２９の外周には略円板状のカ
ム板３１が回動可能且つ軸方向に摺動自在に嵌合保持さ
れており、このカム板３１はこれとハウジング３間に縮
装され且つ両端がそれぞれカム板３１とハウジング３に
係止されたリターンスプリング３２によって回動復帰習
性が付与されると共にトーションバー２５側に付勢さ
れ、その一端面が各トーションバー２５の当接部２５ｄ
に当接している。

【００２２】又、図１、図４、図６及び図７に示すよう
に、上記カム板３１の他端面の一部にはカム３３が形成
されており、同カム板３１の外周の一部にはアーム部３
１ａが一体に形成されている。そして、カム板３１の前
記カム３３の斜面状のカム面３３ａにはハウジング３に
位置調整可能に螺着された支点ピン３４の先端部が当接
している。

【００２３】他方、ハウジング３の上記支点ピン３４に
近い部位には変位センサー３５が取り付けられており、
該変位センサー３５のハウジング３内に延出する入力軸
３５ａはレバー３６及び該レバー３６の端部に結着され
たピン３７を介して前記カム板３１のアーム部３１ａの
先部に形成された切欠き３１ｂに連結されている。

【００２４】而して、本発明に係るトルク検出機構は以
上説明したトーションバー２５、アーム軸２９（アーム
３０）、カム板３１（カム３３）、リターンスプリング
３２、支点ピン３４、変位センサー３５等を含んで構成
されており、クランク軸２に入力されるトルク（踏力）
は該トルク検出機構によって検出される。

【００２５】次に、電動ユニット１における動力伝達を
説明しながら本発明に係るトルク検出機構の作用を説明
する。

【００２６】電動自転車において乗員が図５に示す左右
のペダル１１（図５には一方のみ図示）を交互に漕いで
クランク軸２を回転駆動すると、該クランク軸２にラチ
ェット２８を介して支持された前記アーム軸２９がクラ
ンク軸２と共に回転してその各アーム３０の先端が各ト
ーションバー２５の自由端側の突出部２５ｃを図３の矢
印ａ方向に押圧し、クランク軸２の回転は２つのトーシ
ョンバー２５を介してギヤ６に伝達されるため、該ギヤ
６と合力軸４及びチェーンスプロケット７が一体的にが
回転駆動される。尚、所定値以上のトルク（踏力）がク
ランク軸２に入力されてアーム軸２９のアーム３０が一
方の係止部材２６に当接した場合には、トルクはクラン
ク軸２からアーム３０及び係止部材２６を経てギヤ６及
び合力軸４にダイレクトに伝達される。

【００２７】而して、上述のように各アーム３０の先端
が各トーションバー２５の自由端側の突出部２５ｃを図
３の矢印ａ方向に押圧すると、各トーションバー２５は
その長尺部２５ａが軸心を中心としてクランク軸２及び
合力軸４の軸線に対して直角方向に捩れ変形し、その結
果、各トーションバー２５の自由端側の当接部２５ｄが
図３及び図７に示すように変形してカム板３１をリター
ンスプリング３２の付勢力に抗してアーム軸２９に沿っ
て軸方向（図３及び図７の矢印ｂ方向）に摺動させる。
尚、このとき、アーム部３１ａの切欠き３１ｂもピン３
７に沿って摺動する。

【００２８】上述のようにカム板３１が軸方向（図３及
び図７の矢印ｂ方向）に摺動すると、該カム板３１に形
成されたカム３３のカム面３３ａが支点ピン３４に沿っ
て摺動するためにカム板３１はリターンスプリング３２
の付勢力に抗してアーム軸２９を中心として図４及び図
７の矢印ｃ方向に所定角度だけ回転する。そして、この
カム板３１の回転は該カム板３１に形成されたアーム部
３１ａとレバー３６によって拡大されて変位センサー３
５に伝達されるため、該変位センサー３５によってカム
板３１の回転量が検出され、その検出信号は不図示のコ
ントローラに送信される。

【００２９】即ち、クランク軸２に入力されるトルクに
よる各トーションバー２５の捩れ変形によってクランク
軸２と合力軸４との間に相対回転が生じるとともに、各
トーションバー２５の捩れ変形はカム板３１の軸方向変
位に変換され、このカム板３１の軸方向変位はカム３３
と支点ピン３４によって構成されるカム機構によってカ
ム板３１の回転に変換され、このカム板３１の回転量が
変位センサー３５によって検出される。

【００３０】而して、各トーションバー２５の捩れ変形
量はクランク軸２に入力されるトルク（乗員の踏力）の
大きさに比例するため、カム板３１の軸方向変位量と回
転角もクランク軸２に入力されるトルク（乗員の踏力）
の大きさに比例する。従って、カム板３１の回転角を変
位センサー３５によって検出することによってクランク
軸２に入力されるトルクの大きさを検出することができ
る。

【００３１】以上のようにしてクランク軸２に入力され
るトルク（踏力）が検出され、前述のようにその検出信
号が不図示のコントローラに送信されると、コントロー
ラは不図示のバッテリからトルク（踏力）に比例する電
流を前記電動モータ１２に供給して該電動モータ１２に
トルク（踏力）に比例する補助動力を発生させる。

【００３２】而して、電動モータ１２が駆動されると、
そのモータ軸１３の回転はピニオン１５、ギヤ１８、中
間軸１７、ピニオン１９、ギヤ２２、中間軸２０、ピニ
オン２４及びギヤ６を経て減速されながら合力軸４に伝
達される。又、クランク軸２に入力されたトルク（踏
力）は、クランク軸２からラチェット２８、アーム軸２
９（アーム３０）及びトーションバー２５を経て合力軸
４に伝達される。

【００３３】従って、合力軸４は乗員の踏力と電動モー
タ１２の補助動力との合力によって回転駆動され、この
合力軸４の回転はチェーンスプロケット７と不図示のチ
ェーン及びホイールスプロケットを介して後輪に伝達さ
れ、後輪が回転駆動されることによって電動自転車が所
定の速度で走行せしめられ、踏力に比例する補助動力に
よって乗員の負担が軽減される。

【００３４】以上のように、本実施の形態に係るトルク
検出機構によれば、動力伝達に遊星ギヤ機構を用いるこ
となく、クランク軸２に入力されたトルクはトーション
バー２５を介して合力軸４に伝達されるため、高いトル
ク伝達効率を維持しつつ簡単な構成でトルクを検出する
ことができる。そして、高い伝達効率が維持される結
果、消費電力が小さく抑えられて電動自転車の航続可能
距離が延長される。

【００３５】又、変位センサー３５の零点調整はカム機
構の支点ピン３４をドライバー等の工具を用いて回して
その取付位置を変更することによって容易になされる。

【００３６】ところで、本実施の形態では、トーション
バー２５を出力軸である合力軸４側に取り付け、該トー
ションバー２５に作用するアーム軸２９（アーム３０）
を入力軸であるクランク軸２側に取り付けたが、これと
は逆にトーションバー２５を入力軸であるクランク軸２
側に取り付け、該トーションバー２５に作用するアーム
軸２９（アーム３０）を出力軸である合力軸４側に取り
付けても良い。

【００３７】尚、以上は本発明を電動自転車の電動ユニ
ットに適用した場合について説明したが、本発明は他の
任意の動力伝達系に設けられるトルク検出機構に対して
も同様に適用可能であることは勿論である。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
記載の発明によれば、入力軸に入力されたトルクはトー
ションバーを介して出力軸に伝達されるため、高いトル
ク伝達効率を維持しつつ簡単な構成でトルクを検出する
ことができるという効果が得られる。

【００３９】又、請求項２記載の発明によれば、カム機
構の支点軸の取付位置を変更することによって変位セン
サーの特性の調整を簡単に行うことができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトルク検出機構を備える電動自転
車の電動ユニット部の平断面図である。

【図２】本発明に係るトルク検出機構を備える電動自転
車の電動ユニット部の破断側面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】本発明に係るトルク検出機構の構成を示す斜視
図である。

【図６】本発明に係るトルク検出機構の構成と作用を説
明するための部分斜視図である。

【図７】本発明に係るトルク検出機構の構成と作用を説
明するための部分斜視図である。

【符号の説明】

１ 電動ユニット ２ クランク軸（入力軸） ４ 合力軸（出力軸） ２５ トーションバー（弾性体） ３１ カム板 ３１ａ アーム部 ３１ｂ 突起 ３３ カム ３３ａ カム面 ３４ 支点ピン ３５ 変位センサー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同軸的且つ相対回転可能に配された入力
   軸と出力軸の間に弾性体を介設し、入力軸と出力軸との
   相対回転量を検出することによって入力軸に入力される
   トルクを検出するトルク検出機構において、 前記弾性体をトーションバーで構成してこれの捩れを前
   記入力軸又は出力軸に摺動自在に支持されたカム板の軸
   方向変位に変換するとともに、該カム板の軸方向変位を
   カム機構によって当該カム板の回転変位に変換してその
   回転変位を変位センサーによって検出するようにしたこ
   とを特徴とするトルク検出機構。
2. 【請求項２】 前記カム機構を前記カム板に形成された
   カムと該カムの斜面状のカム面に当接する支点ピンとで
   構成するとともに、前記支点ピンを前記カム板の摺動方
   向に移動可能に取り付けたことを特徴とする請求項１記
   載のトルク検出機構。