JP2001066203A - トルク検出装置 - Google Patents

トルク検出装置

Info

Publication number
JP2001066203A
JP2001066203A JP24249799A JP24249799A JP2001066203A JP 2001066203 A JP2001066203 A JP 2001066203A JP 24249799 A JP24249799 A JP 24249799A JP 24249799 A JP24249799 A JP 24249799A JP 2001066203 A JP2001066203 A JP 2001066203A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
torque
signal
rotating body
side rotating
relative position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP24249799A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunji Oshima
俊二 大島
Yasuhito Eguchi
安仁 江口
Naomasa Sato
直正 佐藤
Masaji Tanina
正次 谷名
Toshiro Hayashi
俊郎 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP24249799A priority Critical patent/JP2001066203A/ja
Priority to EP00307277A priority patent/EP1081480A2/en
Priority to US09/649,887 priority patent/US6439065B1/en
Publication of JP2001066203A publication Critical patent/JP2001066203A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1407—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
    • G01L3/1428—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/20—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power generated by humans or animals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/52—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by DC-motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/66—Arrangements of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/12—Bikes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/40—Electrical machine applications
    • B60L2220/44—Wheel Hub motors, i.e. integrated in the wheel hub
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/12—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423—Torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/48—Drive Train control parameters related to transmissions
    • B60L2240/486—Operating parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2250/00—Driver interactions
    • B60L2250/16—Driver interactions by display
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2250/00—Driver interactions
    • B60L2250/26—Driver interactions by pedal actuation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、トルク検出装置に関し、例えば補
助動力して電動機を有する電動自転車に適用して、簡易
な構成で高い精度によりトルクを検出することができる
ようにする。 【解決手段】 本発明は、トルクにより相対位置が変化
する回転体により駆動力を伝達し、この相対位置の変化
に応じた共振周波数の変化を非接触により検出し、又は
トルクにより相対位置が変化する回転体により駆動力を
伝達し、この相対位置の変化に応じた変調信号を非接触
により伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トルク検出装置に
関し、例えば補助動力してモータを有する電動自転車に
適用することができる。本発明は、トルクにより相対位
置が変化する回転体により駆動力を伝達し、この相対位
置の変化に応じた共振周波数の変化を非接触により検出
することにより、又はトルクにより相対位置が変化する
回転体により駆動力を伝達し、この相対位置の変化に応
じた変調信号を非接触により伝達することにより、簡易
な構成で高い精度によりトルクを検出することができる
ようにする。
【０００２】
【従来の技術】従来、電動自転車においては、安全性を
損なわない範囲で、ユーザーによるペダルの操作に応じ
てモータの動力により駆動輪の駆動を補助するようにな
されている。
【０００３】すなわち電動自転車においては、ユーザー
によるペダルの踏力とモータによる駆動力との比率がア
シスト比率により表される。このアシスト比率は、比較
的車速の遅い車速０〜１５〔ｋｍ／ｈ〕の範囲において
は１：１になるように、また車速が１５〜２５〔ｋｍ／
ｈ〕の範囲おいては、車速に応じて１：１から１：０に
順次低減するようになされている。
【０００４】このため電動自転車においては、各種トル
ク検出機構によりユーザーによるペダルの踏力を検出す
るようになされ、この踏力の検出結果に基づいてモータ
を駆動するようになされている。
【０００５】例えば図２９は、この種のトルク検出機構
を示す側面図であり、このトルク検出機構１において
は、遊星歯車２によりペダルの踏力を伝達する機構にお
いて、固定歯車３側に発生するトルク反力を検出するこ
とによりペダルの踏力を検出する。
【０００６】すなわちこのトルク検出機構１は、矢印Ａ
により部分的に拡大して示すように、外周側に歯が形成
されてなる固定歯車３を固定部４に配置して構成され、
固定歯車３の内側に突出する突片３Ａと固定部４の外周
側に突出する突片４Ａとの間に配置された圧縮バネ５に
より、固定歯車３が固定部４に拘束される。
【０００７】遊星歯車２は、リング状部材６に回転自在
に保持されて、この固定歯車３の外周側に約１２０度の
角間隔で、固定歯車３に歯が噛み合うようにして配置さ
れる。このトルク検出機構１では、このリング状部材６
にクランクが連結され、さらには図示しない伝達機構を
介してモータの駆動力が伝達される。
【０００８】トルク検出機構１では、この遊星歯車２を
囲むように駆動歯車８が配置され、この駆動歯車８の内
周側に形成された歯が遊星歯車２の歯と噛み合うように
配置される。トルク検出機構１は、クランクを介して遊
星歯車２に伝達された駆動力により駆動歯車８が回転す
るようになされ、この駆動歯車８の外周に掛けわたされ
たチェーン９に駆動力を伝達するようになされている。
【０００９】このようにして駆動力を伝達すると、固定
歯車３においては、トルク反力により圧縮バネ５の押圧
力に抗して、矢印Ｂに示すように、トルクの大きさに応
じて変位することになる。このトルク検出機構１は、こ
れにより踏力に応じて変化するトルクを固定歯車３の変
位量に変換する。
【００１０】このトルク検出機構１は、固定部４に保持
した可変抵抗器等によりこの変位量を電気信号に変換
し、この電気信号の信号処理により、踏力によりユーザ
ーがペダルを操作している場合に限り、ユーザーの踏力
をモータにより補助するようになされている。
【００１１】これに対して図３０は、他の例によるトル
ク検出機構を示す平面図であり、このトルク検出機構１
１においては、同軸状に保持されてなるトルク変換部１
３、駆動力伝達回転体１２を順次介して駆動力を伝達す
る。トルク変換部１３は、伸縮するばね等の弾性部材を
介して駆動力を駆動力伝達回転体１２に伝達し、これに
より回転する２つの回転体１２及び１３の相対位置が駆
動力に応じて変化するようになされている。
【００１２】トルク変換部１３は、この相対位置の変化
により伝達ピン１４の突出量が変化するように構成さ
れ、符号Ｃにより示すように、軸に回転自在に保持され
た受け付け板１５をこの伝達ピン１４が変位させるよう
になされている。トルク検出機構１１では、この受け付
け板１５が固定部本体１６に取り付けられたバネ１７に
より付勢されるように構成され、さらにこの受け付け板
１５の変位をてこ１８により拡大してトルク検出部１９
に伝達する。ここでトルク検出部１９は、例えばてこ１
８を介して伝達される変位量に応じて抵抗値が変化する
可変抵抗等により構成される。これによりこのトルク検
出機構１１は、トルクに応じた回転体上の変化を固定し
た部材側に伝達するようになされ、この可変抵抗器等よ
り得られる電気信号を信号処理して駆動トルクを検出す
るようになされている。
【００１３】図３１は、さらに他の例によるトルク検出
機構を示す平面図及び側面図である。このトルク検出機
構２１は、同軸状に第１及び第２の回転体２２及び２３
が配置され、第１の回転体２２がペダルの踏力により回
転するのに対し、第２の回転体２３にチェーン２４が掛
けわたされるようになされている。これら第１及び第２
の回転体２２及び２３は、ばね等の弾性部材を介して駆
動力を伝達するように構成され、これにより相対位置が
踏力に応じて変化するようにする。
【００１４】さらにこれら第１及び第２の回転体２２及
び２３は、重なり合うように窓２２Ａ及び２３Ａが形成
され、踏力に応じて相対位置が変化すると、窓２２Ａ及
び２３Ａにより形成される開口の大きさが変化するよう
になされている。
【００１５】このトルク検出機構２１は、この開口を挟
むように、発光部２６及び受光部２７が配置され、この
発光部２６より出射された測定光を受光部２７で検出す
ることにより、図３２に示すように、踏力に応じてデュ
ーティー比が変化してなるトルク検出信号を検出するよ
うになされている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ところで図２９につい
て上述したような遊星歯車による構成にあっては、固定
歯車の周辺構成を踏力、駆動力に耐える碩丈なものとす
ることが必要なことにより、構成が煩雑になり、また重
量も重くなる。また効率も低く、無駄な力が必要となる
問題がある。
【００１７】これに対して図３０について上述したよう
な２つの回転体の相対的な変化を機械的に検出する方式
にあっては、遊星歯車による場合に比して構成を簡略化
することができ、また騒音等の発生も低減することがで
きる。しかしながらこの方法の場合、可動側で検出され
る踏力の検出結果を機械的に本体側に伝達することによ
り、受け板１５等を精度良く作成する必要があり、その
分構成が煩雑になる問題があり、また回転体と固定部材
間との間の磨耗による経時変化等も問題となる。
【００１８】これに対して図３１について上述したよう
な２つの回転体の相対的な変化を光学的に検出する方式
にあっては、２つの回転体の相対的な変化により検出さ
れる踏力の検出結果を非接触により検出できることによ
り、上述した２つの方式の問題点を解決することができ
る。しかしながらこの方式の場合、間欠的にトルクを検
出することになり、トルクを検出困難な期間を短くする
ためには開口の作成個数を増大することが必要になる。
また検出精度を向上するためには、開口の作成精度も高
くする必要があり、その分加工が煩雑になる問題があ
る。
【００１９】これらの他にも、例えばチェーンの弛み量
により踏力を検出する方法等も提案されているが、何れ
の方法の場合であっても、実用上未だ不十分な問題があ
る。
【００２０】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、簡易な構成で高い精度によりトルクを検出すること
ができるトルク検出装置を提案しようとするものであ
る。
【００２１】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め請求項１に係る発明においては、トルクに応じて変化
する動力源側回転体と出力側回転体との相対位置の変化
に応じたトルク信号により変調されたトルク変調信号を
生成する変位検出手段と、動力源側回転体側から固定さ
れた部位に、又は出力側回転体側から固定された部位
に、非接触によりトルク変調信号を伝達する信号伝達手
段とを備えるようにする。
【００２２】請求項１の構成によれば、トルクに応じて
変化する動力源側回転体と出力側回転体との相対位置の
変化に応じたトルク信号により変調されたトルク変調信
号を生成する変位検出手段と、動力源側回転体側から固
定された部位に、又は出力側回転体側から固定された部
位に、非接触によりトルク変調信号を伝達する信号伝達
手段とを備えることにより、固定側においては、非接触
によりこのトルク変調信号を復調してトルクを検出する
ことができ、これにより磨耗等による精度の劣化を防止
し、また簡易な構成で、高い精度によりトルクを検出す
ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。
【００２４】（１）第１の実施の形態 （１−１）第１の実施の形態の構成 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る電動自転車を
示す側面図である。この電動自転車３１は、クランクギ
ヤ部３２にトルク検出部３３が配置され、このトルク検
出部３３でペダルの踏力を検出する。さらにこの検出結
果に基づいて電池パックＢの電力を用いたモータ制御部
３４の制御によりモータ３５を駆動する。
【００２５】ここで電動自転車３１は、モータ３５によ
り前輪を駆動するいわゆるフロントドライブ方式により
構成され、これによりクランクギアの周辺構成を簡略化
できるようになされている。さらにモータ３５は、アウ
ターローター型であり、固定子側及び回転子側がそれぞ
れ前輪フォーク及び前輪に接続され、これによりダイレ
クトドライブにより前輪を駆動して低損失により駆動で
きるようになされている。なお電動自転車３１は、ハン
ドル３６に表示部３７が配置され、これにより電池パッ
クＢの電力等を監視できるようになされ、またこの表示
部３７に近接して配置した電源スイッチの操作により電
源を立ち上げることができるようになされている。
【００２６】図３は、自転車における走行特性を示す特
性曲線図である。この特性曲線は、登り勾配を正方向に
取って各勾配（角度により示す）における駆動力、走行
抵抗の速度による変化を示すものである。走行抵抗は、
勾配がきつくなるほど大きくなり、速度が増大すると風
損等により増大する。自転車は、走行抵抗より大きな駆
動力を与えれば加速して速度が増大し、走行抵抗より小
さな駆動力では減速して速度が下がり、走行抵抗と駆動
力が一致した場合に一定の速度となる。
【００２７】このような特性において、符号Ｄにより示
すように、ユーザーの踏力による駆動力（以下人力駆動
力と呼ぶ）は、車速２５〔ｋｍ／ｈ〕までは一定で、車
速２５〔ｋｍ／ｈ〕以上では速度の増大と共に低減する
と仮定する。この種の電動自転車にあっては、車速０〜
１５〔ｋｍ／ｈ〕の範囲においてはアシスト比率１：１
以下になるように、また車速１５（Ｖ１）〜２５（Ｖ
２）〔ｋｍ／ｈ〕の範囲おいては、車速に応じてアシス
ト比率１：１から１：０に順次低減するようになされて
いることにより、この場合、符号Ｅにより示すように、
モータによる駆動力（アシスト駆動力）を制御すること
が必要になる。なおこれにより人力駆動力とアシスト駆
動力との合計による駆動力は、符号Ｆにより示すよう
に、時速１５〔ｋｍ／ｈ〕までは人力による場合の２倍
の駆動力となる。
【００２８】この特性よりモータ制御部３４において
は、平地で走行している場合には、勾配０度の特性曲線
と合計駆動力とが交差する速度Ｖ３（図３にあっては速
度約２７〔ｋｍ／ｈ〕）まで加速し、勾配６度の場合に
は、勾配６度の特性曲線と合計駆動力とが交差する速度
Ｖ４（図３にあっては速度約１６〔ｋｍ／ｈ〕）まで加
速する。
【００２９】かくするにつきモータ制御部３４は、この
ようなモータ３５の制御をトルク検出部３３によるトル
ク検出結果と、図示しない速度検出機構による速度検出
結果に基づいて実行し、これによりモータ３５の駆動力
を適正に制御して予定したアシスト比率により確実にモ
ータ３５を駆動するようになされている。
【００３０】図４は、このトルク検出部３３を周辺構成
と共に示す平面図及び断面図である。この電動自転車３
１は、ベアリング４２を介してクランクシャフト４１が
回転自在にフレーム４３に保持され、このクランクシャ
フト４１の両端にクランク４４が取り付けられる。さら
にこのクランクシャフト４１にクランク側円板４５が固
定され、これによりペダルの踏力によりクランク側円板
４５が回転するようになされている。
【００３１】さらに電動自転車３１は、クランク側円板
４５と同軸に、軸受４６を介してスプロケットギア４７
が配置され、所定の伝達機構を介してクランク側円板４
５の駆動力がこのスプロケットギア４７に伝達されるよ
うになされている。これにより電動自転車３１は、この
スプロケットギア４７に掛けわたされたチェーン４９を
介して後輪を駆動できるようになされている。
【００３２】ここでこの伝達機構は、クランク側円板４
５とスプロケットギア４７とにそれぞれ対向するように
形成された突起４５Ａ及び４７Ａと、これら突起４５Ａ
及び４７Ａの間に配置された弾性部材であるスプリング
５０により構成されるようになされている。これにより
電動自転車３１は、このスプリング５０を介してクラン
ク側円板４５の駆動力をスプロケットギア４７に伝達
し、このとき踏力に応じて変化するスプリング５０の伸
縮によりクランク側円板４５とスプロケットギア４７と
の相対位置が変位するようになされている。
【００３３】トルク検出部３３は、クランク側円板４５
に軸支されたレバー５２の一端がスプロケットギア４７
側の突起４７Ａに押し当てられ、これによりクランク側
円板４５とスプロケットギア４７との相対位置の変位を
拡大して、レバー５２の他端を変位させる。トルク検出
部３３は、クランク側円板４５に配置されたセンサ部５
３にこの他端が接続され、クランク側円板４５に配置さ
れた図示しない信号処理回路とこのセンサ部５３によ
り、レバー５２の他端の変位を検出する。さらにトルク
検出部３３は、クランク側円板４５の根元部分のそれぞ
れフレーム４３側及びクランク側円板４５に結合素子５
４Ａ及び５４Ｂが配置される。トルク検出部３３は、こ
の結合素子５４Ａ及び５４Ｂを介して、センサ部５３に
よる検出結果をフレーム４３側に伝達し、フレーム４３
に配置された信号処理部５５により信号処理してトルク
を検出するようになされている。
【００３４】図５は、このクランク側円板４５に配置さ
れた信号処理回路に対する電力供給機構を示す斜視図及
び側面図である。クランク側円板４５は、根元部分に１
対のスリップリング４５Ｃ及び４５Ｄが配置され、フレ
ーム側にあっては、このスリップリング４５Ｃ及び４５
Ｄにそれぞれ接触する摺動子５７Ａ及び５７Ｂが配置さ
れる。電動自転車３１は、スリップリング４５Ｃ及び４
５Ｄがクランク側円板４５に配置された信号処理回路に
接続されるのに対し、摺動子５７Ａ及び５７Ｂが電源ス
イッチを介して電池パックＢに接続される。これにより
電動自転車３１は、可動部側であるクランク側円板４５
に配置された信号処理回路に電源を供給するようになさ
れている。
【００３５】図１は、この電動自転車３１のセンサ部５
３からモータ３５までの構成を示すブロック図である。
ここでセンサ部５３は、レバー５２の他端の変位により
インダクタンスが変化するコイルであり、信号処理回路
６０に保持された共振コンデンサ６１と共に共振回路を
構成する。
【００３６】すなわち図６に示すように、センサ部５３
は、矢印Ｆにより示すように、レバー５２の他端の変位
により可動片５３Ａが空芯コイル５３Ｂより引き出され
るように構成され、この可動片５３Ａがアルミ、銅等の
非磁性材料により構成される。これによりセンサ部５３
は、踏力が増大して可動片５３Ａが空芯コイル５３Ｂよ
り引き出されると、その分インダクタンスが増大するよ
うになされ、共振コンデンサ６１との共振回路において
共振周波数が低減するよになされている。
【００３７】発振回路６１（図１）は、この共振回路の
共振周波数により正弦波信号を発振して出力する。これ
により図７に示すように、発振回路６１は、踏力に応じ
て発振周波数が変化するように正弦波信号Ｓ１を出力す
る（図７（Ａ１）及び（Ａ２））。なおこの実施の形態
では、可動片５３Ａとしてアルミを使用し、キャリア周
波数１０〔ＭＨｚ〕、周波数偏移約２００〔ｋＨｚ〕の
周波数変調信号により正弦波信号Ｓ１を出力するように
なされている。なお発振回路６１は、例えばハートレー
型、コルピッツ型、位相反転型等の種々のＬＣ発振回路
の構成を適用することができる。
【００３８】出力回路６３は、この発振回路の出力信号
Ｓ１を増幅して結合素子５４Ａに出力する。ここで結合
素子５４Ａは、プリント配線基板の配線パターンにより
作成された空芯コイルであり、同一構成の結合素子５４
Ｂと対向するように保持されて出力回路６３の出力信号
を結合素子５４Ｂに伝搬する。
【００３９】これにより電動自転車３１においては、共
振回路を用いた発振周波数の変化により踏力を検出する
と共に、非接触により可動側のクランク側より固定側で
ある本体側に検出結果を伝搬するようになされている。
なおこの実施の形態において、結合素子５４Ａ及び５４
Ｂを構成する空芯コイルは、コイル直径約７〔ｃｍ〕、
５ターンである。
【００４０】受信回路６４は、この結合素子５４Ｂの出
力信号を増幅して出力し、波形整形回路６５は、この受
信回路６４の出力信号Ｓ２を２値化して２値化信号Ｓ３
を出力する（図７（Ｂ１）及び（Ｂ２））。
【００４１】分周回路（１／ｎ）６６は、この２値化信
号Ｓ３を所定の分周比により分周して出力し、ハイパス
フィルタ（ＨＰＦ）／検波回路６７は、この分周回路６
６の出力信号を帯域制限して得られる正負信号の正部分
を出力する（図７（Ｃ１）及び（Ｃ２））。なお図７に
おいては、分周比が２の場合である。
【００４２】ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６８は、この
ハイパスフィルタ／検波回路６７の出力信号Ｓ４を帯域
制限してパルス成分を除去する。これにより踏力に応じ
て発振回路６２における発振周波数が変化すると、この
周波数に応じて直流レベルが変化してなるトルク検出信
号Ｓ５を出力する（図７（Ｄ））。
【００４３】これによりこの実施の形態においては、こ
のトルク検出信号Ｓ５をモータ制御部３４のマイコン６
９により処理し、ドライブ７０を介して、この処理結果
によりモータ３５を駆動するようになされ、このとき図
３について上述したような特性によりモータ３５を駆動
するようになされている。
【００４４】（１−２）第１の実施の形態の動作 以上の構成において、この電動自転車３１においては
（図２）、表示部３７に近接して配置された電源スイッ
チの操作によりモータ制御部３４が動作を開始し、また
トルク検出部３３に電源の供給が開始され、これにより
トルク検出部３３における踏力の検出結果に基づいてモ
ータ３５が駆動される。これにより電動自転車３１で
は、モータ３５の駆動力によりユーザーによる踏力を補
助するように前輪が駆動される。
【００４５】すなわち電動自転車３１においては（図
４）、クランク４４を介してクランク側円板４５にペダ
ルの踏力が与えられ、弾性部材であるスプリング５０を
介してこのクランク側円板４５がスプロケットギア４７
に伝達され、このスプロケットギア４７によりチェーン
４９が駆動されて後輪が駆動される。これにより電動自
転車３１においては、ペダルが重たくなってユーザーに
よる踏力が大くなればなる程、すなわち大きなトルクに
より駆動される場合程、スプリング５０が大きく変形し
てクランク側円板４５とスプロケットギア４７との相対
位置が変化する。電動自転車３１においては、この相対
的な相対位置の変化がレバー５２により拡大され、セン
サ部５３に伝達される。
【００４６】さらに電動自転車３１は（図５）、クラン
ク側円板４５の根元部分に配置されたスリップリング４
５Ｃ及び４５Ｄ、このスリップリング４５Ｃ及び４５Ｄ
にそれぞれ接触する摺動子５７Ａ及び５７Ｂを介して、
フレーム側よりクランク側円板４５に配置された信号処
理回路に電源が供給され、この信号処理回路によりセン
サ部５３に伝達された変位量に対応する正弦波信号Ｓ１
が生成される。
【００４７】すなわち電動自転車３１は（図６）、セン
サ部５３において、空芯コイル５３Ｂに挿入されたアル
ミによる可動片５３Ａがレバー５２により引き出され、
これにより踏力が大きくなると、その分空芯コイル５３
Ｂのインダクタンスが増大し、この空芯コイル５３Ｂと
共振コンデンサ６１とによる共振周波数が低下する。電
動自転車３１は、クランク側円板４５に配置にした信号
処理回路において、この共振回路を用いた発振回路６２
により正弦波信号をＳ１を生成することにより、踏力が
増大してトルクが増大すると、その分正弦波信号Ｓ１の
周波数が低減するように構成される。
【００４８】電動自転車３１においては、この正弦波信
号Ｓ１が出力回路６３により増幅された後、結合素子５
４Ａ及び５４Ｂを介して非接触によりフレーム側に伝達
され、この結合素子５４Ｂの出力信号が分周回路６６に
より分周された後、ハイパスフィルタ６７により帯域制
限されて検波される。さらにこの検波結果がローパスフ
ィルタ６８により積分され、これにより正弦波信号Ｓ１
の周波数に応じて、すなわち踏力に応じて直流レベルが
変化してなるトルク検出信号Ｓ５が検出される。
【００４９】これにより電動自転車においては、バネに
より結合された２つの回転体の相対的位置が踏力により
変位するように構成して、例えば図２９について上述し
た遊星歯車を用いた構成によりトルクを検出する場合に
比して全体構成を簡略化することができ、またノイズの
発生を低減することができる。また、結合素子５４Ａ及
び５４Ｂを用いた電磁力による結合により、踏力により
変化する共振回路の共振周波数を検出することにより、
非接触によりトルクを検出することができ、その分簡易
な構成で高い精度によりトルクを検出することができ
る。またこの非接触によるトルクの検出においては、図
３１について説明したような、離散的な検出に代えて、
連続した信号レベルの変化によりトルクの変化を検出す
ることができ、その分簡易な構成により高い精度でトル
クを検出することができる。
【００５０】これらにより電動自転車においては、高い
精度によりユーザーの踏力を補助すすることができ、そ
の分期待される特性によりユーザーによるペダルの操作
を補助することができる。
【００５１】（１−３）第１の実施の形態の効果 以上の構成によれば、バネにより結合された２つの回転
体の相対的位置が踏力により変位するように構成して、
この変位によりインダクタンスが変化するようにし、さ
らにこのインダクタンスの変化による共振周波数の変化
を結合素子５４Ａ及び５４Ｂを用いた電磁力による結合
により非接触で検出することにより、簡易な構成で高い
精度によりトルクを検出することができる。
【００５２】すなわち可動側においては、コイルによる
センサ部５３と信号処理回路等を配置すれば良く、固定
側においては、伝送された信号を信号処理する構成を配
置すれば良く、その分簡易な構成で、さらには小型、軽
量な構成によりトルクを検出することができる。また遊
星歯車による場合のような損失を防止でき、またセンサ
部の設定等により高い検出精度を確保することができ
る。また非接触によりトルクを検出できることにより、
信頼性を向上することができる。
【００５３】（２）第２の実施の形態 図８は、本発明の第２の実施の形態に係る電動自転車を
示すブロック図である。この電動自転車７１は、クラン
ク側円板４５に配置された信号処理回路７２の構成が異
なる点を除いて、第１の実施の形態に係る電動自転車３
１と同一に構成されることにより、この説明では、この
異なる構成についてのみ説明し、重複した説明は省略す
る。
【００５４】この信号処理回路７２は、発振回路（ＯＳ
Ｃ）７３により所定周波数の局部発振信号を生成し、ミ
クサ（ＭＩＸ）７４において、この局部発振信号により
発振回路６１の出力信号を高周波数側に周波数変換す
る。この信号処理回路７２は、この周波数変換結果を出
力回路６３より出力する。
【００５５】図８に示す構成によれば、周波数変換して
共振周波数の変化を伝達するようにしても、第１の実施
の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】（３）第３の実施の形態 図９は、本発明の第３の実施の形態に係る電動自転車を
示すブロック図である。この電動自転車８１は、センサ
部５３と共振コンデンサ６１とによる共振周波数の変化
を、本体側（フレーム側）に配置した発振回路６２によ
り検出する。
【００５７】すなわちこの実施の形態においては、結合
素子としてロータリートランス８２が適用され、このロ
ータリートランス８２の一次側巻線にセンサ部５３と共
振コンデンサ６１とによる共振回路が接続される。また
ロータリートランス８２の二次側巻線に発振回路６２が
接続され、これにより発振回路６２は、ロータリートラ
ンス８２を介して接続された共振回路の共振周波数によ
り正弦波信号Ｓ１を出力するようになされている。
【００５８】ここでロータリートランス８２は、図１０
に示すように、同心円状の巻線溝に巻線してなる円板状
の磁性材料８２Ａ及び８２Ｂを対向させて、それぞれフ
レーム側及びクランク側に配置してなる構成のものが適
用される。
【００５９】復調回路６３は、図１について上述した波
形整形回路６５、分周回路６６、ハイパスフィルタ６
７、ローパスフィルタ６８により構成され、これにより
発振回路６２の出力信号を信号処理して共振周波数の変
化に応じて信号レベルが変化するトルク検出信号Ｓ５を
出力する。
【００６０】図９及び図１０に示す構成によれば、発振
回路を本体側に配置して共振周波数の変化を検出するよ
うにしても、第１の実施の形態と同様の効果を得ること
ができる。
【００６１】（４）第４の実施の形態 図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る電動自転車
の信号処理回路を周辺構成と共に示すブロック図であ
る。この電動自転車は、図１について上述した信号処理
回路６０及びセンサ部５３に代えて、この信号処理回路
８５及びセンサ部８６が適用される。
【００６２】ここでセンサ部８６は、レバー５２の他端
の変位により容量が変化する可変容量コンデンサにより
構成される。具体的には、図１２に示すように、平行に
配置された複数の固定電極８６Ａの間に、同様に平行に
配置した可動電極８６Ｂが挿入されるように構成され、
この挿入量がレバー５２の他端の変位により変化するよ
うになされている。
【００６３】信号処理回路８５は、この可変容量コンデ
ンサによるセンサ部８６が共振コイル８７と並列に接続
されて共振回路が構成され、発振回路６２において、こ
の共振回路の共振周波数により正弦波信号Ｓ１を生成す
るようになされている。これによりこの実施の形態で
は、踏力により容量が変化するようにして共振回路の共
振周波数を変化させ、この共振周波数を検出して踏力を
検出するようになされている。
【００６４】図１１及び図１２に示す構成によれば、イ
ンダクタンスに代えて容量の可変により共振回路の共振
周波数を変化させ、この共振周波数を検出して踏力を検
出するようにしても、第１の実施の形態と同様の効果を
得ることができる。
【００６５】（５）第５の実施の形態 図１３は、本発明の第５の実施の形態に係る電動自転車
の信号処理回路を周辺構成と共に示すブロック図であ
る。この電動自転車は、図１について上述した信号処理
回路６０及びセンサ部５３に代えて、この信号処理回路
９０及びセンサ部９１が適用される。
【００６６】ここでセンサ部９１は、セラミックス振動
子であり、図１４に示すように、所定の材料による強誘
電体積層セラミックスの対向する２つの面に蒸着により
電極を作成して作成される。センサ部９１は、バネ等の
弾性部材を介してレバー５２の他端によりこの強誘電体
結晶を押圧し、これにより踏力に応じて共振周波数が変
化するようになされている。
【００６７】信号処理回路９０において、発振回路９２
は、このセンサ部９１であるセラミックス振動子による
発振回路であり、このセラミックス振動子の共振周波数
により正弦波信号Ｓ１を出力する。
【００６８】図１３及び図１４に示すように、振動子を
押圧して変化する共振周波数の変化を検出するようにし
ても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。
【００６９】（６）他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、空芯コイル５３Ｂに
対して非磁性材料による可動片５３Ａの挿入量を可変し
てインダクタンスを可変する場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、フェライト等の磁性材料により可
動片５３Ａを構成しても、上述の実施の形態と同様の効
果を得ることができる。但し、磁性材料により可動片５
３Ａを構成する場合には、挿入量に対するインダクタン
スの変化が非磁性材料による場合とは逆になる。
【００７０】また上述の実施の形態においては、空芯コ
イル５３Ｂに対して可動片５３Ａの挿入量を可変してイ
ンダクタンスを可変する場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、図１５に示すように、空芯コイル９３
Ｂの内側に磁歪材料によるコアを配置し、バネ等の弾性
部材を介してレバー５２の他端によりこのコアを押圧す
るようにしてもよい。このようにしてもインダクタンス
を可変することができ、上述の実施の形態と同様の効果
を得ることができる。
【００７１】また上述の実施の形態においては、平行に
配置された固定電極８６Ａに対する可動電極８６Ｂの挿
入量を可変して容量を可変する場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、電極間の間隔を可変して容量を
可変するようにしてもよい。なおこの場合、図１６に示
すように、平行平板電極の間隔ｄを可変する場合、さら
には図１７において矢印Ｇにより示すように、支点Ｐを
基準にして１方の電極を回動させて電極の間隔を可変す
る場合等が考えられる。また図１８に示すように、平行
平板電極間に誘電体を配置するようにし、この誘電体の
挿入量を可変して容量を変化させるようにしてもよい。
【００７２】また上述の実施の形態においては、振動子
の押圧力を変化させて共振周波数を変化させる場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、図１９において
矢印Ｈにより示すように、強誘電体積層セラミックスを
撓ませて共振周波数を変化させるようにしてもよい。
【００７３】また上述の実施の形態においては、インダ
クタンス、容量等の変化により共振周波数を可変する場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、これらを
組み合わせて共振周波数を可変してもよい。
【００７４】また上述の実施の形態においては、円板状
の磁性材料８２Ａ及び８２Ｂを対向させた形式のロータ
リートランスを使用して共振周波数の変化を伝送する場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、図２０に
断面を取って示すように、円筒形状のコアを用いる形式
のロータリートランスを使用するようにしてもよい。
【００７５】また上述の実施の形態においては、空芯コ
イル、ロータリートランスを使用して共振周波数の変化
を伝達する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、空芯コイルに磁気回路を配置して構成しても良い。
この場合、図２１に断面を取って示すように、円板状の
コアを対向させ、この対向する面に巻線を配置すること
が考えられる。また図２２に断面を取って示すように、
円筒形状の１対のコアの内周面及び外周面に巻線を形成
する場合も考えられる。
【００７６】また上述の実施の形態においては、巻線の
磁気的な結合により共振周波数の変化を伝達する場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、電極間の静電
容量による結合により共振周波数の変化を伝達するよう
にしてもよい。この場合、図２３に断面を取って示すよ
うに、円板状の保持部材を対向させ、この対向する面に
絶縁して対向電極を配置することが考えられる。なおこ
の場合、図１との対比により図２４に示すように、信号
伝達系を表すことができる。なおここでＣは対向電極間
の静電容量である。またこの場合、図２５に断面を取っ
て示すように、１対の円筒形状による保持部材の対向す
る面である内側面及び外側面にそれぞれ絶縁して対向電
極を作成することも考えられる。
【００７７】また上述の実施の形態においては、スリッ
プリングを用いた集電方式により可動部側に電力を供給
する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、種
々の方法を適用することができる。この場合、図５との
対比により図２６に斜視図及び断面図を示すように、ロ
ータリートランスを用いて電源を供給することが考えら
れ、またこのロータリートランスによる場合には、この
ロータリートランスにより共振周波数の変化を併せて伝
達することが考えられる。また可動側に電池を配置し、
この電池の電力により動作させることも考えられる。な
おこの場合、図２７に示すように、例えばレバー９６の
他端を延長して先端を折り曲げ、この折り曲げた先端に
して電源スイッチ９７を配置する構成等の採用により、
踏力がある程度かかった場合にのみ電源を供給して、そ
の分電力消費を低減することが考えられる。
【００７８】また上述の実施の形態においては、単に周
波数変調信号を復調してトルクを検出する場合について
述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じて復調
時、さらには周波数変調時、復調回路、変調回路の特性
の設定によりトルクと検出結果であるトルク検出信号の
信号レベルとの関係を所望の特性に設定するようにして
もよい。この場合、例えば図２８において、符号Ｌ１に
示すように、直線性を重視した特性とする場合、符号Ｌ
２に示すように、トルクが小さな部分での感度を重視し
た特性とする場合等が考えられる。
【００７９】また上述の実施の形態においては、アナロ
グ信号処理により正弦波信号Ｓ１の周波数の変化を検出
してトルク検出信号を得る場合について述べたが、本発
明はこれに限らず、例えばカウンタによる周波数計測に
よりトルク検出信号を生成してもよく、種々の周波数復
調手法を広く適用することができる。またこのようにし
て周波数を検出する際に、伝送された信号を低域変換し
て処理することも考えられる。
【００８０】また上述の実施の形態においては、共振周
波数の変化により踏力であるトルクを検出する場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、センサ部に可変
抵抗器を使用して踏力の変化を電圧の変化により検出す
るようにしてもよい。このようにすれば、発振回路にあ
っては、ＰＬＬ回路、ＶＣＯ等を適用することができ
る。
【００８１】また上述の第１の実施の形態等において
は、共振周波数の変化を伝達することにより、結局、周
波数変調によりトルク検出結果を伝送する場合について
述べたが、本発明はこれに限らず、パルス幅変調の含む
広義の位相変調等、必要に応じて種々の変調方式を広く
適用することができる。
【００８２】また上述の実施の形態においては、バネを
介して駆動力を伝達することにより、トルクに応じて２
つの回転体の相対位置を変化させる場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、バネに代えて種々の弾性部
材を使用することができる。
【００８３】また上述の実施の形態においては、本発明
を電動自転車に適用してトルクとして踏力を検出する場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、種々の機
器に適用してトルクを検出する場合に広く適用すること
ができる。
【００８４】また上述の実施の形態においては、電動自
転車に適用してトルクを検出することにより、１方向に
ついてのみ回転する駆動系にてトルクを検出する場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、回転方向が切
り換わる場合にも広く適用することができる。
【００８５】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、トルクに
より相対位置が変化する回転体により駆動力を伝達し、
この相対位置の変化に応じた共振周波数の変化を非接触
により検出することにより、又はトルクにより相対位置
が変化する回転体により駆動力を伝達し、この相対位置
の変化に応じた変調信号を非接触により伝達することに
より、簡易な構成で高い精度によりトルクを検出するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電動自転車を
示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電動自転車を
示す側面図である。
【図３】図２の電動自転車のモータ制御部３４による制
御の説明に供する特性曲線図である。
【図４】図２の電動自転車のトルク検出部３３を示す平
面図及び断面図である。
【図５】図２の電動自転車の電力供給機構を示す斜視図
及び側面図である。
【図６】図２の電動自転車のセンサ部５３を示す断面図
である。
【図７】図２の電動自転車の動作の説明に供する信号波
形図である。
【図８】図１との対比により示す本発明の第２の実施の
形態に係る電動自転車のブロック図である。
【図９】図８との対比により示す本発明の第３の実施の
形態に係る電動自転車のブロック図である。
【図１０】図９の電動自転車のロータリートランスを示
す断面図である。
【図１１】図９との対比により示す本発明の第４の実施
の形態に係る電動自転車のブロック図である。
【図１２】図１１の電動自転車のセンサ部を示す略線図
である。
【図１３】図９との対比により示す本発明の第５の実施
の形態に係る電動自転車のブロック図である。
【図１４】図１３の電動自転車のセンサ部を示す断面図
である。
【図１５】他の実施の形態によるインダクタンスの変化
により共振周波数を可変する構成に係るセンサ部を示す
断面図である。
【図１６】他の実施の形態による容量の変化により共振
周波数を可変する構成に係るセンサ部を示す断面図であ
る。
【図１７】図１６の実施の形態とは異なる構成に係るセ
ンサ部を示す断面図である。
【図１８】誘電体の挿入量により容量を可変する構成の
センサ部を示す断面図である。
【図１９】押圧力により容量を可変する構成のセンサ部
を示す断面図である。
【図２０】他の実施の形態によるロータリートランスを
示す断面図である。
【図２１】他の実施の形態によるコアを有する空芯コイ
ルによる結合素子を示す断面図である。
【図２２】図２１の実施の形態とは異なる構成に係る結
合素子を示す断面図である。
【図２３】静電容量を利用した結合素子を示す断面図で
ある。
【図２４】図２３の結合素子による信号伝達系を示すブ
ロック図である。
【図２５】図２３の実施の形態とは異なる構成に係る結
合素子を示す断面図である。
【図２６】他の実施の形態による電力供給機構を示す斜
視図及び断面図である。
【図２７】トルクに応じて電源供給を制御する構成を示
す平面図である。
【図２８】トルク検出の特性の補正の説明に供する特性
曲線図である。
【図２９】遊星歯車を用いたトルク検出機構を示す平面
図である。
【図３０】回転体の相対変位によるトルク検出機構を示
す側面図である。
【図３１】光学的手法によるトルク検出機構を示す側面
図である。
【図３２】図３１のトルク検出機構の説明に供する特性
曲線図である。
【符号の説明】
１、１１、２１……トルク検出機構、３１、７１……電
動自転車、３３……トルク検出部、４５……クランク側
円板、４７……スプロケットギア、５３、８６、９１…
…センサ部、５４Ａ、５４Ｂ、８２……結合素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 直正 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 谷名 正次 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 林 俊郎 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の弾性部材を介して、動力源側回転体
    より出力側回転体に駆動力を伝達することにより、前記
    動力源側回転体に対する前記出力側回転体の相対位置を
    トルクに応じて変化させる駆動力伝達手段と、 前記動力源側回転体又は前記出力側回転体に保持され
    て、前記相対位置の変化に応じたトルク信号により変調
    されたトルク変調信号を生成する変位検出手段と、 前記動力源側回転体側から固定された部位に、又は前記
    出力側回転体側から固定された部位に、非接触により前
    記トルク変調信号を伝達する信号伝達手段と、 前記信号伝達手段の出力信号に基づいてトルク検出結果
    を出力する信号処理手段とを備えることを特徴とするト
    ルク検出装置。
  2. 【請求項２】前記トルク変調信号は、 周波数変調信号又は位相変調信号であることを特徴とす
    る請求項１に記載のトルク検出装置。
  3. 【請求項３】前記変位検出手段は、 前記相対位置の変化によりインダクタンス及び又は容量
    を変化させて、前記トルク変調信号を生成する周波数変
    調手段であることを特徴とする請求項１に記載のトルク
    検出装置。
  4. 【請求項４】前記変位検出手段は、 前記相対位置の変化により振動子への押圧力を変化させ
    て、前記トルク変調信号を生成する周波数変調手段であ
    ることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
  5. 【請求項５】前記信号伝達手段は、 巻線の磁気的な結合により前記トルク変調信号を伝達す
    ることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
  6. 【請求項６】前記信号伝達手段は、 電極間の静電容量による結合により前記トルク変調信号
    を伝達することを特徴とする請求項１に記載のトルク検
    出装置。
  7. 【請求項７】前記変位検出手段の電源を、前記動力源側
    回転体又は前記出力側回転体に保持した電池より供給す
    ることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
  8. 【請求項８】前記変位検出手段の電源を、前記固定した
    部位側より供給する電力供給手段を有することを特徴と
    する請求項１に記載のトルク検出装置。
  9. 【請求項９】前記動力源側回転体又は前記出力側回転体
    に、前記相対位置に応じて、前記信号処理回路への電源
    の供給をオンオフ制御するスイッチを有することを特徴
    とする請求項７又は請求項８に記載のトルク検出装置。
  10. 【請求項１０】前記トルク検出結果を処理する検出結果
    処理手段を有し、 前記駆動力伝達手段は、 ペダルの踏力による駆動力を伝達し、 前記出力側回転体は、 前記駆動力により前輪又は後輪を駆動し、 前記検出結果処理手段は、 前記トルク検出結果に基づいて、前記ペダルによる踏力
    を補助する駆動力を発生することを特徴とする請求項１
    に記載のトルク検出装置。
  11. 【請求項１１】所定の弾性部材を介して、動力源側回転
    体より出力側回転体に駆動力を伝達することにより、前
    記動力源側回転体に対する前記出力側回転体の相対位置
    をトルクに応じて変化させる駆動力伝達手段と、 前記動力源側回転体又は前記出力側回転体に保持され
    て、前記相対位置の変化による変調信号を出力する変調
    手段と、 前記動力源側回転体側から固定された部位に、又は前記
    出力側回転体側から固定された部位に、非接触により前
    記変調信号を伝達する信号伝達手段と、 前記信号伝達手段を介して伝達される前記変調信号を処
    理してトルク検出結果を出力する信号処理手段とを備え
    ることを特徴とするトルク検出装置。
  12. 【請求項１２】前記変調手段は、 周波数変調又は位相変調により前記変調信号を生成する
    ことを特徴とする請求項１１に記載のトルク検出装置。
  13. 【請求項１３】前記変調手段は、 前記相対位置の変化によるインダクタンス及び又は容量
    の変化により、前記変調信号を生成することを特徴とす
    る請求項１１に記載のトルク検出装置。
  14. 【請求項１４】前記変調手段は、 前記相対位置の変化により振動子への押圧力を変化させ
    て、前記振動子の共振周波数を変化させることにより、
    前記変調信号を生成することを特徴とする請求項１１に
    記載のトルク検出装置。
  15. 【請求項１５】前記信号伝達手段は、 巻線の磁気的な結合により前記変調信号を伝達すること
    を特徴とする請求項１１に記載のトルク検出装置。
  16. 【請求項１６】前記信号伝達手段は、 電極間の静電容量による結合により前記変調信号を伝達
    することを特徴とする請求項１１に記載のトルク検出装
    置。
  17. 【請求項１７】前記変調手段の電源を電池より供給する
    ことを特徴とする請求項１１に記載のトルク検出装置。
  18. 【請求項１８】前記固定した部位側より前記変調手段の
    電力を供給する電力供給手段を有することを特徴とする
    請求項１１に記載のトルク検出装置。
  19. 【請求項１９】前記動力源側回転体又は前記出力側回転
    体に、前記相対位置に応じて、前記変調手段への電源の
    供給をオンオフ制御するスイッチを有することを特徴と
    する請求項１７又は請求項１８に記載のトルク検出装
    置。
  20. 【請求項２０】前記トルク検出結果を処理する検出結果
    処理手段を有し、 前記駆動力伝達手段は、 ペダルの踏力による駆動力を伝達し、 前記出力側回転体は、 前記駆動力により前輪又は後輪を駆動し、 前記検出結果処理手段は、 前記トルク検出結果に基づいて、前記ペダルによる踏力
    を補助する駆動力を発生することを特徴とする請求項１
    １に記載のトルク検出装置。
JP24249799A 1999-08-30 1999-08-30 トルク検出装置 Pending JP2001066203A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24249799A JP2001066203A (ja) 1999-08-30 1999-08-30 トルク検出装置
EP00307277A EP1081480A2 (en) 1999-08-30 2000-08-23 Torque detecting apparatus
US09/649,887 US6439065B1 (en) 1999-08-30 2000-08-28 Torque detecting apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24249799A JP2001066203A (ja) 1999-08-30 1999-08-30 トルク検出装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001066203A true JP2001066203A (ja) 2001-03-16

Family

ID=17089979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24249799A Pending JP2001066203A (ja) 1999-08-30 1999-08-30 トルク検出装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6439065B1 (ja)
EP (1) EP1081480A2 (ja)
JP (1) JP2001066203A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013179646A1 (ja) * 2012-05-31 2013-12-05 パナソニック株式会社 トルク検出装置
JP2014509573A (ja) * 2011-04-01 2014-04-21 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 自転車用のクランク駆動装置
JP2014509574A (ja) * 2011-04-01 2014-04-21 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 自転車用のクランク駆動装置

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1236640B1 (en) * 2001-02-28 2007-11-07 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Control unit for motor-assisted bicycle
DE102004015771B4 (de) * 2004-03-31 2006-04-13 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Anordnung zur Drehmomentmessung von rotierenden Maschinenteilen
US20130179016A1 (en) * 2009-07-02 2013-07-11 Stephen William Gale Power Assisted Vehicles
JP5149938B2 (ja) * 2010-06-11 2013-02-20 株式会社シマノ モータ内蔵自転車用ハブ
CN102424092A (zh) * 2011-11-10 2012-04-25 南京英狮澳车业有限公司 电动自行车压力传感器
CN202372284U (zh) * 2011-12-15 2012-08-08 陆永刚 与电动自行车电机一体化的力矩传感器
ITPD20130279A1 (it) * 2013-10-08 2015-04-09 Claudio Tiso Dispositivo di cambio dei rapporti di trasmissione per biciclette
ITPD20130331A1 (it) * 2013-12-05 2015-06-06 Claudio Tiso Dispositivo di visualizzazione e controllo per biciclette
FR3025488B1 (fr) * 2014-09-08 2018-01-19 Continental Automotive France Systeme de transmission et cycle comportant un dispositif de mesure d'effort a element sensible en materiau magnetostrictif
EP3112833B1 (en) * 2015-07-03 2018-05-09 Honeywell International Inc. Systems and methods for measuring torque on rotating shaft
KR20180137695A (ko) * 2017-06-19 2018-12-28 주식회사 마이크로오토메이션 토크의 측정이 가능한 동력전달장치 및 이를 이용한 동력 발생장치
US10479445B2 (en) 2017-10-03 2019-11-19 PalTorc, Inc. Smart crank control for E-bike
US20190100275A1 (en) * 2017-10-03 2019-04-04 PalTorc, Inc. Smart crank control for e-bike
JP6867325B2 (ja) * 2018-03-22 2021-04-28 株式会社シマノ 人力駆動車両用制御装置
CN113237585B (zh) * 2021-03-29 2022-08-23 湖南久钰电子有限公司 电容式扭矩传感器及智能车辆监测系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR890000890A (ko) * 1987-06-22 1989-03-17 미타 가츠시게 토크검출장치
US5234066A (en) * 1990-11-13 1993-08-10 Staodyn, Inc. Power-assisted wheelchair
US5508609A (en) * 1993-06-30 1996-04-16 Simmonds Precision Product Inc. Monitoring apparatus for detecting axial position and axial alignment of a rotating shaft
JP3725545B2 (ja) * 1994-08-25 2005-12-14 ティー・アール・ダブリュー・ルーカス・ヴァリティ・エレクトリック・ステアリング・リミテッド 変位センサおよびトルク・センサ
US5837909A (en) * 1997-02-06 1998-11-17 Wireless Data Corporation Telemetry based shaft torque measurement system for hollow shafts

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014509573A (ja) * 2011-04-01 2014-04-21 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 自転車用のクランク駆動装置
JP2014509574A (ja) * 2011-04-01 2014-04-21 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 自転車用のクランク駆動装置
WO2013179646A1 (ja) * 2012-05-31 2013-12-05 パナソニック株式会社 トルク検出装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP1081480A2 (en) 2001-03-07
US6439065B1 (en) 2002-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2001066203A (ja) トルク検出装置
US6304014B1 (en) Motor control system
JPH07170772A (ja) 超音波モータおよび超音波モータ付電子機器
US5619089A (en) Ultrasonic motor and electronic apparatus provided with an ultrasonic motor
EP0731514B1 (en) Ultrasonic motor and electronic apparatus provided with ultrasonic motor
JP2000043780A (ja) 電動車
JP5463071B2 (ja) 踏力検出装置を備えた電動車
JP2001097274A (ja) 補助動力付き車両
JPH1114475A (ja) 波動減速機における伝達トルク検出装置
JPH1159555A (ja) シャフト駆動式移動装置
JP4123273B2 (ja) 多機能時計
JP3182385B2 (ja) 補助動力付人力走行車
JPH11248566A (ja) 電動アシスト式自転車
JP2924455B2 (ja) 超音波モータの駆動方法
JPS59231225A (ja) ガバナ装置
JPH07267174A (ja) 電動自転車
KR100230037B1 (ko) 차량용 조향장치의 토오크 센서
JP3238578B2 (ja) 超音波モータおよび超音波モータ付電子機器
JP3369747B2 (ja) 電動自転車
JP2003227766A (ja) 差動増幅回路
JPH11281505A (ja) トルク検出装置
SU790044A1 (ru) Пьезоэлектрический привод
JP3596281B2 (ja) 電子制御式機械時計
WO2023017211A1 (en) Pedal shaft measurement arrangement and system, and method for controlling power unit
ES2168552T3 (es) Procedimiento y dispositivo para determinar el desplazamiento de fase de dos señales correlacionadas.