JP2000142550A - 電動自転車のトルク検出装置 - Google Patents

電動自転車のトルク検出装置

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JP2000142550A
JP2000142550A JP31310398A JP31310398A JP2000142550A JP 2000142550 A JP2000142550 A JP 2000142550A JP 31310398 A JP31310398 A JP 31310398A JP 31310398 A JP31310398 A JP 31310398A JP 2000142550 A JP2000142550 A JP 2000142550A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 ペダル34により回転するクランクアーム3
2の基端に固定した取付板76とセンサー収納部78を
有するリング状のセンサーケース部材80の間に駆動歯
車ホイール36を回転可能に挟持固定すると共に、セン
サー収納部78に検出コイル10bとこのコイルを巻回
したボビン88に挿入される磁歪素子10aとで構成す
るトルクセンサおよび受圧部材92を横方向から収納し
てケース蓋94で受圧部材92を露出するように覆い、
駆動歯車ホイール36に形成した溝部96の端縁により
受圧部材92を介して磁歪素子10aに駆動歯車ホイー
ル36の回転力に伴う圧力を付与する。 【効果】 この発明によれば、搭乗者の踏力トルクを検
出するトルクセンサはクランク回転部に内蔵することが
できるから、小型で性能の良い電動自転車のトルク検出
装置を簡単な機構で提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電動自転車のトルク検
出装置に関し、特にたとえば自転車にバッテリと電動モ
ータを搭載して、搭乗者の踏力トルクを検出して電動モ
ータの駆動力を付加してアシスト走行する電動自転車の
トルク検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、自転車にバッテリおよび電動モー
タを搭載して搭乗者の人力(踏力)に電動モータの補助
動力を適宜付加して走行する電動自転車が実用化されて
いる。この電動自転車は、搭乗者が発生する踏力トルク
の大きさに応じて電動モータの補助動力を発生するよう
に構成されており、そのために踏力トルクを検出するト
ルク検出装置を装備している。たとえば特開平4−10
0790号公報[B62M23/02]に開示されてい
るように、人的駆動力を捩り棒に作用させ、その捩れの
大きさをポテンショメータ(回転角検出器)で検出した
り、あるいは捩り棒に張りつけた歪みゲージで検出する
方式のものが知られている。また、特開平4−2444
96号公報[B60L15/20]に開示されているよ
うに、チェーンの張力を検出する方式のものも知られて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のような捩り棒の
捩り角度をポテンショメータや歪みゲージにより人的駆
動力を検出する従来の方式では、ポテンショメータや歪
みゲージが回転する捩り棒に取付けられているため、こ
れらの検出信号を回転側から車体側(固定側)に伝達す
るために固定部に変位を伝達する機構が必要になり、構
造が複雑で高価になると共に、摩耗による劣化で信頼性
や耐久性に問題がある。
【0004】また、チェーンの張力を検出する方式のも
のでは露出部が多く、チェーンの張力を外部から容易に
変更できるため、危険である。それゆえに、この発明の
主たる目的は、構成が簡単で損傷や劣化が生じにく小型
化が可能でしかも剛性に優れた電動自転車のトルク検出
装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、自転車にバ
ッテリと電動モータを搭載し、搭乗者の踏力に電動モー
タの駆動力を付加して走行する電動自転車において、ペ
ダルにより回転するクランク部材、センサー収納部を有
するリング状のセンサーケース部材、クランク部材とセ
ンサーケース部材とで回転可能に挟持固定される駆動歯
車ホイール、センサー収納部に収納されかつ受圧部材を
有するトルクセンサ、および駆動歯車ホイールに形成さ
れ受圧部材を押圧する押圧手段を備える、電動自転車の
トルク検出装置である。
【0006】
【作用】ペダルにより回転するクランク部材とセンサー
収納部を有するリング状のセンサーケース部材とで駆動
歯車ホイールを回転可能に挟持固定すると共に、センサ
ー収納部に収納されたトルクセンサの受圧部材に駆動歯
車ホイールに形成された押圧手段により、ペダルの回転
力に伴うトルクが付与される。
【0007】
【発明の効果】この発明によれば、搭乗者の踏力トルク
を検出するトルクセンサはクランク回転部に内蔵するこ
とができるから、小型で性能の良いトルク検出装置を簡
単な機構で提供する。また、センサー収納部に対するト
ルクセンサの挿入も横方向から容易に行うことができ検
出装置の組立ても簡単になる。
【0008】
【実施例】この発明の一実施例を図1〜図8に基づいて
説明する。先ず図1はトルク検出装置10を備えた電動
自転車12を示し、この自転車12は、本体フレーム1
4の前部に前輪16及びハンドル18を備え、本体フレ
ーム14の後部には後輪20を備えている。
【0009】また、本体フレーム14の略中央部には上
端にサドル22を備えるシートチューブ24が配備さ
れ、このシートチューブ24の下端には、図2に示すよ
うにペダル機構26を枢支したボトムブラケット28が
配備されている。ペダル機構26は、ボトムブラケット
28に枢支されたクランク軸30と、このクランク軸3
0の両端に固定されたクランクアーム32,32と、こ
のクランクアーム32の各先端に枢支されたペダル3
4、34と、クランク軸30の右側に相対回転可能に嵌
められたスプロケットよりなる駆動歯車ホイール36を
備えている。
【0010】また、後輪20の車軸40に嵌められたス
プロケットよりなる従動歯車ホイール(図示されず)と
駆動歯車ホイール36との間に無端状のチェーン42が
張設され、後輪20に対して搭乗者の人力による駆動力
が伝達される。後輪20の径は、前輪16の径よりも2
/3と小さく構成することによりデザイン面の向上と小
型軽量化を可能としている。
【0011】本体フレーム14には、シートチューブ2
4と後輪20の間に位置するフレーム部44おいて人力
による駆動力を補助する補助動力ユニット46が取付基
板48を介して装着されている。この補助動力ユニット
46は、補助動力源としての直流電動モータ50とこの
モータの電源となるバッテリ52とを備え、更にモータ
50の出力軸54にはモータプーリ56が固定されてい
る。このモータプーリ56と後輪20のリム58の左側
に略同径で一体成形された回転体としての従動プーリ6
0との間には直流電動モータ50の補助動力を後輪20
に直接伝達する帯状伝動ベルト62が張設されている。
【0012】そして、直流電動モータ50の回転数は、
モータ出力軸54に固定されたモータプーリ56の径と
後輪20のリム58と一体成形された従動プーリ60の
径の関係で後輪には減速して伝達される。この減速比は
1/10〜1/20の範囲で適宜設定されるが、1/1
0の減速比が望ましい。この場合には、直流電動モータ
50の最大出力時で電動自転車のアシスト走行速度は時
速24Kmとなる。
【0013】たとえば、モータプーリ56の半径をrc
m、従動プーリ60の半径を10rcmとした場合、減
速比は2πr/20πr=1/10となり、直流電動モ
ータ50の回転数は1/10に減速されて後輪20に伝
達される。また、この帯状伝動ベルト62の張力を調節
するためにベルトに当接する回転ローラ64とこのロー
ラをベルトに押圧付勢するコイルばね66を有する張力
自動調節装置68を取付基板48に装着している。
【0014】直流電動モータ50の出力は、以下に説明
するトルク検出装置10からのトルク信号に基づいてマ
イコンを含む制御部(図示されず)で制御される。すな
わち、このトルク検出装置10を構成するトルクセンサ
は、たとえば踏力トルクを印加することにより磁化が変
化する磁歪材料を使用した円柱状の磁歪素子10aと、
この磁歪素子10aの磁化の変化によりインダクタンス
が変化する磁歪検出コイル10bとで構成される磁歪セ
ンサが望ましい。
【0015】次にこのトルク検出装置10について図3
〜図8に基づき説明する。トルク検出装置10を配置し
たクランク回転部70は、ボトムブラケット28に挿通
された筒状のクランク軸受72に軸支されるクランク軸
30と、クランク軸受72のホイール側端部にハンガリ
ング73を介して係止される円板状のスリップリング部
74と、右側のクランクアーム32の基端に固定された
円盤状の取付板76と、三面を開口するセンサー収納部
78を突出して一体形成したリング状のセンサーケース
部材80と、駆動歯車ホイール36および回転側スリッ
プリング部82を含む。
【0016】そして、回転側スリップリング部82を円
盤状の取付板76とリング状のセンサーケース部材80
の間に介在すると共に、センサーケース部材80に形成
したリング状の段部80aに駆動歯車ホイール36の中
心部に形成した略円形状の中心開孔36aを嵌めこみ、
螺子等の止具を用いてセンサーケース部材80と取付板
76との間で駆動歯車ホイール36を回転可能に挟持固
定している。更に、クランク軸30にコイルスプリング
38を挿入すると共に、固定側のスリップリング部74
はコイルスプリング38により回転側スリップリング部
82に押しつけられて接触状態を保持する。また、固定
側スリップリング部74と回転側スリップリング部82
の間にリング状のスポンジ部材84を配置して外部から
の塵埃や水の侵入を防止すると共に、クランクアーム3
2の基端部をナット等の止具86を用いてクランク軸3
0に固定している。
【0017】一方センサーケース部材80に形成された
センサー収納部78には、図8に示すように検出コイル
10bを巻回したボビン88に挿入された磁歪素子10
aが受圧板90を介して横方向から収納され、更に磁歪
素子10aの先端面に球面状受圧部材92を設けてケー
ス蓋94によりセンサー収納部78は受圧部材92の球
面部が露出するように閉塞されている。また、磁歪素子
10aの両面にテフロンシートを貼り付けることにより
材料の凹凸を吸収し、面全体で均一に受圧することがで
きる。センサーケース部材80およびケース蓋94を磁
性体で構成すると精度のよいトルク検出を行うことがで
きる。
【0018】更に、クランクアーム32に固定された取
付板76とリング状のセンサーケース部材80の間に回
転可能に挟持固定された駆動歯車ホイール36にはセン
サー収納部78を配置せしめる横長状溝部96が形成さ
れている。この溝部96は駆動歯車ホイール36の中心
開孔36aと連通し、その一端縁96aはセンサー収納
部78に収納された球面状受圧部材92を介して磁歪素
子10aに駆動歯車ホイール36の回転力、すなわちペ
ダル34からクランクアーム32を介して伝達される搭
乗者の人力による踏力トルクを受けることになる。な
お、この溝部96に臨むクランクアーム32の取付板7
6にも対応する切欠部98を形成している。また、横長
状溝部96の他端縁96bと対向するセンサー収納部7
8にはU字状板ばね100を配置して受圧部材92が常
にこの溝部96の一端縁96aに当接するようにしてい
る。
【0019】そして、踏力トルクの変動により磁歪素子
10aに磁化の変化が生じ、この磁化の変化により磁歪
検出コイル10bのインダクタンスが変化する。このイ
ンダクタンス変化を磁歪検出コイル10bで電気信号に
変換してマイコンを含む制御部で処理する。その処理結
果に基づき直流電動モータ50の補助動力が調整されて
人力による踏力トルクに付加され、アシスト走行が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例である電動自転車の全体構
成を示す図解図である。
【図2】図1における要部を拡大した斜視図である。
【図3】図2におけるクランク回転部を右側から見た要
部平面図である。
【図4】図3におけるA−A矢視の断面図である。
【図5】この発明の一実施例におけるクランク回転部の
組み立て状態を示す要部斜視図である。
【図6】図5におけるクランク回転部の組み立て状態を
示す要部平面図である。
【図7】図6におけるB−B矢視の断面図である。
【図8】図5に示すクランク回転部の分解斜面図でああ
る。
【符号の説明】
10 …トルク検出装置 10a …磁歪素子 10b …磁歪検出コイル 12 …電動自転車 14 …本体フレーム 30 …クランク軸 32 …クランクアーム 36 …駆動歯車ホイール 36a …中心開孔 50 …直流電動モータ 70 …クランク回転部 72 …クランク軸受 76 …取付板 78 …センサー収納部 80 …センサーケース部材 92 …受圧部材 94 …ケース蓋 96 …横長状溝部 96a …一端縁

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自転車にバッテリと電動モータを搭載し、
    搭乗者の踏力に電動モータの駆動力を付加して走行する
    電動自転車において、 ペダルにより回転するクランク部材、 センサー収納部を有するリング状のセンサーケース部
    材、 前記クランク部材と前記センサーケース部材とで回転可
    能に挟持固定される駆動歯車ホイール、 前記センサー収納部に収納されかつ受圧部材を有するト
    ルクセンサ、および前記駆動歯車ホイールに形成され前
    記受圧部材を押圧する押圧手段を備える、電動自転車の
    トルク検出装置。
  2. 【請求項2】前記トルクセンサは前記受圧部材に印加さ
    れる圧力により磁化の変化を生じる磁歪素子と前記磁歪
    素子の磁化の変化によりインダクタンスを変化する磁歪
    検出コイルを含む、請求項1記載の電動自転車のトルク
    検出装置。
  3. 【請求項3】前記センサー収納部は少なくとも2側面に
    開口部を備え、この開口部を利用して横方向から前記ト
    ルクセンサを前記センサー収納部に挿入し、蓋板により
    前記受圧部材が露出するように前記開口部を閉塞する、
    請求項1または2記載の電動自転車のトルク検出装置。
  4. 【請求項4】前記センサーケース部材および前記蓋板を
    磁性体で構成する、請求項3記載の電動自転車のトルク
    検出装置。
  5. 【請求項5】前記押圧手段は溝部を含む、請求項1ない
    し4のいずれかに記載の電動自転車のトルク検出装置。
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