JP2001249058A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成でトルクを正確に検出するトルク検
出装置を提供する。 【構成】回転方向に生じるトルクに応じて伸縮するバネ
40を設け、バネ40の伸縮でトルクの大きさを検出し、バ
ネ40の伸縮を検出するために、変換部材51によってバネ
40の伸縮を車軸39方向の移動に変換し、この移動量をフ
ェライト48がコイル49内を移動することによるインダク
タンスの変化を検出してトルクの大きさを電気的に検出
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、人力などの回転方
向に生じるトルクを検出するためのトルク検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、人力などの回転方向に生じるトル
クのトルク検出装置は、例えば電動自転車に採用され
る、特開平４−３５８９８７号公報（Ｂ６２Ｍ ２３／
０２）に示す如く、人力による駆動系と電動モータによ
る駆動系とを並列に設け、前記人力による駆動系の駆動
力をこのトルク検出装置で検出して電動モータの出力を
制御するようにしたものが知られている。

【０００３】この電動自転車に採用されるトルク検出装
置は、人力による駆動系の駆動力、即ちペダルの回転ト
ルクを検出するために、ペダルのクランク軸には筒型軸
が外嵌してあり、ペダルの踏力は筒型軸から一方向クラ
ッチを介して遊星歯車機構に伝えられ、該遊星歯車機構
に歯合したドライブ軸によって後輪に伝えられるように
なっている。前記遊星歯車機構にはトルク検出レバーの
一端が介装してあり、他端はポテンショメータに連結し
た第２レバーに当接してある。第２検出レバーは復帰バ
ネによって復帰されるようになっており、トルク検出レ
バーを介して第２レバーがペダルの踏力に応じた角度だ
け回転し、その回転量をポテンショメータによって測定
することによってクランク軸に加えられたトルクを検出
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成ではトルクはトルク検出レバー及び第２レバー
を介してポテンショメータによって検出するようになっ
ているため、振動によって検出誤差が発生する虞があっ
た。

【０００５】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは回転方向に生じるトルク
を軸方向の移動に変換し、その移動量を検出することに
よって、簡単な構成で人力によるトルクを正確に検出す
るトルク検出装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１発明に係るトルク検
出装置は、回転方向に生じるトルクの大きさに応じて伸
縮する弾性体と、該弾性体の伸縮を前記回転方向の軸方
向の移動に変換する変換部材と、該変換部材の移動量を
検出する検出部とからなることを特徴とする。

【０００７】第２発明に係るトルク検出装置は、第１発
明において、前記検出部は、電気的信号によって取り出
すことを特徴とする。

【０００８】第３発明に係るトルク検出装置は、第１発
明において、トルクの入力で回転する入力側の回転体
と、該入力側の回転体と同軸に配置した出力側の回転体
とを設け、前記入力側の回転体と出力側の回転体とは前
記弾性体によって動力伝達されることを特徴とする。

【０００９】第４発明に係るトルク検出装置は、第１発
明において、前記変換部材は、前記弾性体の伸縮によっ
て回動する入力側の回転体と、該入力側の回転体に突設
され、その端部が傾斜している傾斜部と、軸方向に摺動
可能に設けた摺動部材と、該摺動部材に前記傾斜部に当
接するように形成した突部と、前記摺動部材を前記入力
側の回転体方向に付勢する弾性体とを備えることを特徴
とする。

【００１０】第５発明に係るトルク検出装置は、第１発
明において、前記変換部材は、前記軸周りに形成したネ
ジ歯車と、前記弾性体の伸縮によって回動すると共に軸
方向に移動可能な入力側の回転体と、該入力側の回転体
に形成され前記ネジ歯車に螺合したネジ部とを備えるこ
とを特徴とする。

【００１１】第６発明に係るトルク検出装置は、第１発
明において、前記検出部は、磁性部材又は導電部材と、
該磁性部材又は導電部材の近傍に配したコイルとを備
え、その一方は前記変換部材によって軸方向に移動され
るようになしてあることを特徴とする。

【００１２】第７発明に係るトルク検出装置は、第１発
明において、前記検出部は、所要距離を隔てて対向して
配置した電極対と、該電極対の間隙に挿入可能に配置し
た誘電体とを備え、その一方は前記変換部材によって軸
方向に移動されるようになしてある。

【００１３】第８発明に係るトルク検出装置は、第１発
明において、前記検出部は、磁性体と、該磁性体と対向
して配置した磁気検出器とを備え、その一方は前記変換
部材によって軸方向に移動されるようになしてあること
を特徴とする。

【００１４】第９発明に係るトルク検出装置は、第１発
明において、前記検出部は、光を反射する反射板と、該
反射板に光を出射する発光部，及び前記反射板からの反
射光を受光してその受光位置を検出する受光部を具備す
る光学部とを備え、前記反射板又は光学部は前記変換部
材によって軸方向に移動されるようになしてあることを
特徴とする。

【００１５】第１発明のトルク検出装置にあっては、弾
性体が人力トルクの大きさに応じて伸縮し、この伸縮を
変換部材により車軸方向に変換し、この変移を検出部が
検出することによって人力トルクが検出される。

【００１６】第２発明のトルク検出装置にあっては、こ
の検出部は、電気的信号によって取り出すことができ
る。

【００１７】第３発明のトルク検出装置にあっては、入
力側の回転体に入力されたトルクは弾性体を介して出力
側の回転体に動力が伝達される。即ち、トルクの大きさ
に応じて弾性体は伸縮することになる。この伸縮量を検
出することでトルクを検出することができる。

【００１８】第４発明のトルク検出装置にあっては、ト
ルクの増加によって弾性体が縮むと共に入力側の回転体
が回動し、該入力側の回転体に突設された傾斜部が回動
して、これに当接した突部の当接位置が移動し、軸方向
に付勢する弾性材が縮む，又は伸長して摺動部材が軸方
向に移動する。また、トルクが減少すると、トルクの増
加によって縮んだ弾性体が伸長することによって入力側
の回転体が逆方向に回動し、摺動部材はこの回動に係る
力，又は軸方向に付勢する弾性材の伸長力によって元に
戻される。これによって、トルクは摺動部材の軸方向へ
の移動量として検出される。

【００１９】第５発明のトルク検出装置にあっては、ト
ルクが増加すると、それに応じて弾性体が縮むと共に入
力側の回転体が回動され、該入力側の回転体に形成した
ネジ部は軸周りに形成されたネジ歯車に倣って軸方向に
螺進し、入力側の回転体が軸方向に移動する。また、ト
ルクが減少すると、それに応じて収縮した弾性体が伸長
し、前記ネジ部がネジ歯車に倣って逆進し、入力側の回
転体は軸方向に元の位置まで移動する。これによって前
同様、人力トルクは摺動部材の軸方向への移動量として
検出される。

【００２０】第６発明のトルク検出装置にあっては、磁
性部材又は導電部材，或いはコイルの一方は摺動部材に
よって軸方向に移動されるようになしてあるため、磁性
部材とコイルとの相対位置が接近する又はコイル内への
磁性部材の挿入体積が増加すると、コイルのインダクタ
ンスが大きくなる。また、その逆の場合は、コイルのイ
ンダクタンスが小さくなる。このときの電圧変化をトル
クの変化として検出する。また、導電部材がコイル近傍
を移動した場合、磁性部材と逆の作用となる。つまり、
導電部材がコイルに近づくと、コイルのインクタンスが
小さくなり、コイルから遠ざかると、コイルのインダク
タンスが大きくなる。

【００２１】第７発明のトルク検出装置にあっては、検
出部は、所要距離を隔てて対向して配置した電極対と、
該電極対の間隙に挿入可能に配置した誘電体との何れか
一方は、変換部材によって軸方向に移動されるようにな
してあるため、トルクに応じて変換部材が軸方向に移動
して、誘電体が電極対の間隙に対して入出し、電極対の
静電容量が変化する。従って、トルクに応じた静電容量
の変化量を検出することによってトルクを検出する。

【００２２】第８発明のトルク検出装置にあっては、検
出部は、磁性体と、該磁性体と対向して配置された磁気
検出器との何れか一方は、摺動部材によって軸方向に移
動されるようになしてあるため、トルクに応じて磁性体
と磁気検出器との間の距離が変化する。従って、磁気検
出器においてはトルクに応じて検出される磁束密度が変
化するため、この変化量を検出することによってトルク
を検出する。

【００２３】第９発明のトルク検出装置にあっては、光
学部の発光部からの出射光は、反射板によって反射さ
れ、その反射光は受光部で受光される。また、発光部及
び受光部と、これらに対向して配した反射板との何れか
一方は、摺動部材によって軸方向に移動されるようにな
してあるため、移動量に応じて受光部における反射光の
受光位置が変化する。受光部は、この変化量を検出する
ことによってトルクを検出する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。

【００２５】図７は本発明の一実施例を示す電動自転車
の全体斜視図であり、図中１は電動自転車本体である。
電動自転車本体１には後述する電動機８が備えられてお
り、人力によるトルクの大きさに応じて電動機８の駆動
力を変化させ、人力による力を電動機８の力によって補
助して走行させるようになっている。

【００２６】電動自転車本体１のフレーム４には前輪
２，後輪３，ハンドル13及びサドル21が取付けてあり、
前輪２はハンドル13によって操舵されるようになってい
る。後輪３の回転軸の部分には盤状ケーシング５が設け
られている。盤状ケーシング５は回転側ケーシング６と
電動自転車本体１に固定される固定側ケーシング７とを
備えており、回転側ケーシング６が後輪３と一体になっ
て回転するようになっている。また、盤状ケーシング５
には電動機８が内蔵されており、電動駆動が必要なとき
に駆動して、後述する人力駆動部10と共に前記回転側ケ
ーシング６を回転させる。この盤状ケーシング５を備え
る駆動部分が電動駆動部９である。

【００２７】人力駆動部10はペダル11及びチェーン12を
備えており、使用者がペダル11を踏むことで、チェーン
12を介して前記後輪３を回転させる。本実施例ではチェ
ーン12を人力の伝達部材としたが、本発明はこれに限ら
ず、チェーン12の代わりにベルト、回転軸等によるもの
でも構わない。

【００２８】前輪２の操舵をするハンドル13の左右両端
にはブレーキレバ14，15が取付けてあり、また前輪２及
び後輪３にはブレーキ装置18，19が設けてあり、ブレー
キレバ14，15とブレーキ装置18，18とはワイヤ16，17に
よって連結されている。そして、ブレーキレバ14，15を
引くことでワイヤ16，17が引っ張られ、このワイヤ16，
17によってそれぞれ前後のブレーキ装置18，19が動作す
るようになっている。また、ワイヤ16，17の途中にはブ
レーキスイッチ20が設けてあり、ブレーキレバ14，15を
操作したときに電動機８への通電が停止する機構になっ
ている。

【００２９】後輪３上のフレーム４には電動機８の電源
となるバッテリ部22が取付けてある。このバッテリ部22
は、フレーム４にスライド着脱可能に取付けられるバッ
テリケース23と、該バッテリケース23に収納した単一型
充電式電池によって構成されており、電源電圧は略２４
ボルトである。

【００３０】次に、図８に基づき、前記盤状ケーシング
５について説明する。

【００３１】図８は、図７に示した盤状ケーシング５の
構成を示す正面図であり、図中７は電動自転車本体に固
定される固定側ケーシングである。固定側ケーシング７
には制御基板24，放熱板25等からなる制御部26、電動機
８、第１プーリ27、第２プーリ28、最終段プーリ29の３
つのプーリからなる減速機構30、該減速機構30の各プー
リ間及び減速機構30と電動機８とを連結する伝達ベルト
31が配置されている。前記最終段プーリ29は回転側ケー
シング６に固定されており、前記電動機８が回転すると
第１プーリから最終段プーリ27〜29までが伝達ベルト31
によって回転し、減速されて最終段プーリ29と共に回転
側ケーシング６が回転する。また、最終段プーリ29に連
結される第２プーリ28の小さいほうのプーリには、一方
向クラッチ（図示せず）が介入されており、ペダルから
の力がかかったときに電動機８を回さないように、即ち
ペダルが軽いようにしてある。

【００３２】第１プーリ27と第２プーリ28との間には両
者を連結するベルト31の張りを調節するための押圧部材
32が設けてあり、該押圧部材32の回転ヘッドがベルト31
の内側に転接しそれを外側に押すことによってベルト31
を展張させている。

【００３３】第１プーリ27の回転軸の取付け部分には長
孔が形成してあり、該長孔には調節ネジ33が螺着してあ
る。そして、第１プーリ27は前記伝達ベルト31が張る方
向に移動され、その状態で前記調節ネジ33によって固定
されるようになっている。

【００３４】後輪の車軸39にはフリーホイール38を介し
て、前記チェーンからの駆動力を回転側ケーシングに伝
達するためのチェーンスプロケット37が取付けてあり、
チェーンが逆回転したとき、前記フリーホイール38によ
ってチェーンからの駆動力が回転側ケーシングに伝達し
ない構成になっている。

【００３５】次に、出力側の回転体である最終段プーリ
29の構成について、図１乃至図３に基づき詳述する。

【００３６】図１，図２及び図３はそれぞれ、最終段プ
ーリの構成を示す側面断面図，正面図，他の側面断面図
である。最終段プーリ29の車軸39への取付け部分には、
車軸39に対称に該車軸39の略接線方向となるように弾性
体であるバネ40，40が設けてある。バネ40，40は片側を
最終段プーリ29に固定してあり、他側を伸縮自在に開放
してある。また、バネ40は最終段プーリ29に取付けたカ
バー34によって施蓋してある。これによって、後輪に踏
力が加わったとき、後述する押圧部材43によって力を受
けやすいようになっている。

【００３７】バネ40の開放側には側面視が凸状の受圧部
材41が当接してある。受圧部材41はバネ40の径より小さ
い部分と大きい部分とを有しており、小さい部分がバネ
40内に入り込み、大きい部分がバネ40を蓋するように取
付けてある。また、受圧部材41は、鉄又はセラミックス
等の滑りやすい材質のものが使われている。

【００３８】車軸39周りには前記チェーンスプロケット
37の回転により回動する入力側の回転体、即ち回動板42
が設けてあり、該回動板42には車軸39と対称に前記受圧
部材41をチェーンスプロケット37の回転によって押さえ
る押圧部材43が設けられている。この押圧部材43も前同
様、鉄又はセラミックス等の滑りやすい材質のもので形
成されている。また最終段プーリ29には、前記押圧部材
43の受圧部材41に当接する面の背面と対向する部分に、
バネ40の付勢によって押される押圧部材43を衝撃から防
ぐためのラバープレート35が取付けてある。

【００３９】回動板42は最終段プーリ29の内側に同心円
状に挿入されており、押圧部材43がバネ40を押さえるこ
とによって最終段プーリ29と共に回転する。また、押圧
部材43は、受圧部材41を押さえるときに、押さえる位置
が若干ずれるため、受圧部材41に当接する部分が曲面に
なっている。

【００４０】更に、回動板42には回動方向にむかって形
成した傾斜部44を車軸39と対称に２ヵ所形成してあり、
該傾斜部44は回動板42の回動と共に回動する。

【００４１】車軸39の回動板42より固定側ケーシング７
側の周りには摺動部材45が車軸39方向に摺動可能に設け
てあり、該摺動部材45の回動板42に対向する部分には該
回動板42の傾斜部44に当接するように突起46が設けてあ
る。摺動部材45は突起46の反対側から弾性部材、即ちバ
ネ47によって回動板42方向へ付勢されるようになってい
る。従って、回動板42が回動すると、摺動部材45の突起
46はバネ47の付勢によって傾斜部44の斜面に沿って回動
板42側へ押され、摺動部材45は回動板42の回動量に相応
した距離だけ回動板42側に移動する。そして回動板42が
元の位置に戻ると、回動板42の傾斜部44によって突起46
が固定側ケーシング７側に押され、バネ47が縮むと共に
摺動部材45は固定側ケーシング７側の元の位置に戻る。
なお、前述した回動板42及び摺動部材45等を変換部材と
いう。

【００４２】なお、回動板42が回動した場合、該回動板
42の傾斜部44によって突起46を固定側ケーシング７側に
押し、回動板42が元の位置に戻ると、突起46への押圧が
無くなり、バネ47の作用によって摺動部材45が回動板42
側の元の位置に戻る構成にしてもよい。

【００４３】前記摺動部材45の固定側ケーシング７側に
は、トルク検出部51に備えられた磁性部材であるフェラ
イト48が設けてあり、摺動部材45の移動と共に移動する
ようになっている。一方、固定側ケーシング７内には前
記フェライト48の移動範囲内に、該フェライト48と対向
するようにコイルボビン50が取付けてあり、コイルボビ
ン50にはコイル49が巻回してある。

【００４４】次に、人力による駆動と、この駆動に係る
トルクの検出について説明する。

【００４５】電動自転車本体１が走行を始めるとき、使
用者はペダル11に力を掛けて走行する。このとき、後輪
３は止まろうとする力が大きく働くが、チェーンスプロ
ケット37及び回動板42は回転しようとする。そのため、
回動板42は押圧部材43及び受圧部材41を介してバネ40を
押さえ、バネ40が最終段プーリ29を押さえて該最終段プ
ーリ29に固定した回転側ケーシング６及び後輪３が回転
することによって電動自転車本体１が走行する。このと
き、回動板42に大きなトルクが与えられるため、バネ40
は大きく縮み、それに伴って回動板42が回動し、傾斜部
44も回動する。回動板42が回動すると、摺動部材45の突
起46はバネ47の付勢によって傾斜部44の斜面に沿って回
動板42方向へ押され、摺動部材45は回動板42の回動量に
相応した距離だけ回動板42側に移動する。

【００４６】摺動部材45が回動板42側に移動すると、フ
ェライト48がコイル49内を移動し、これによってコイル
49のインダクタンスが変化する。即ち、回転板42に生じ
るトルクが大きくなればなるほどコイル49内に挿入され
るフェライト48の体積が大きくなり、コイル49のインダ
クタンスが大きくなる。制御部26はこのインダクタンス
の変化を検出することによってトルクの大きさを検出
し、その検出結果に基づいて電動機８の駆動制御を行
う。

【００４７】一方、平地走行時において使用者がトルク
を加えない場合、回動板42は最終段プーリ29と共に回転
し、この状態ではトルクがないのでバネ40は縮まず、摺
動部材45は移動しない。従って、コイル49のインダクタ
ンスの変化もないため、コイル49に印加される電圧も変
わらず、電動機８からの駆動は行われない。

【００４８】また、平地及び上り坂などにおいて使用者
が加速をする場合は、前述した走行を始めるときと同
様、加速によるトルクが加わるとバネ40が縮み、よって
回動板42がそのトルクに応じて回動し、傾斜部44に当接
した突起46及び摺動部材45が移動して、フェライト48が
コイル49内に挿入されることによって、コイル49のイン
ダクタンスが大きくなり、それに応じて制御部26は電動
機８の駆動制御を行う。

【００４９】次に、図４に基づき、トルク検出部51の回
路について説明する。

【００５０】図４は本発明に係るトルク検出部の回路図
である。前述したコイル49には制御部26（図８参照）に
備えられたマイクロコンピュータ（以下マイコンとい
う）から後述するパルス波形電圧が印加されるようにな
っており、コイル49と直列に接続されている抵抗電圧は
該コイル49とフェライト48との相対距離に相応する大き
さのパルスを出力する。この抵抗電圧は、ＤＣ変換変換
部60で平均化された信号に変換されて増幅部61に与えら
れ、ここで増幅されてマイコンに入力される。

【００５１】図５は図４に示した回路中の各点における
波形図であり、（Ａ）はコイルの入側の点Ａで、（Ｂ）
はコイルの出側の点Ｂで、（Ｃ）はＤＣ変換変換部の出
側の点Ｃ（共に図４参照）でのパルスの波形をそれぞれ
示している。コイルには、図５（Ａ）の如き、矩形状の
パルス電圧が印加されている。このようなコイルにフェ
ライトが接近すると、コイルのインダクタンスが大きく
なるため、抵抗の電圧は、図５（Ｂ）の如くそのパルス
高さが、実線で示された鋸歯状波より低い鋸歯状波（破
線）となる。そして、ＤＣ変換変換部によってパルス高
さが平均化されると、図５（Ｃ）の如く、実線で示され
た信号のレベルより、コイルへのフェライトの接近量に
相応する分だけ低いレベルの信号（破線）が得られる。

【００５２】このように、トルクを車軸39方向のフェラ
イト48の動きに変換し、これによって変化するコイルの
インダクタンスの変化を電圧の変化に変換して電気信号
を取り出しているので、正確で細かなトルクの検出がで
き、的確な制御で人力を補助することができる。

【００５３】図６は、本発明に係る電動自転車の他の最
終段プーリの構成を示す側面断面図であり、図１に示し
た摺動部材を具備しない構成にしてある。

【００５４】本実施例は、前述した実施例と回動板が異
なるだけなので、同一部分については説明を省略し、回
動板についてのみ説明をする。

【００５５】車軸39周りには変換部材57の回動板53が設
けてあり、該回動板53は前同様に、チェーンスプロケッ
ト37の回転によって回動し、バネ40を介して最終段プー
リ29を押さえ、最終段プーリ29と固定した回転側ケーシ
ング６，後輪を回転するようになっている。車軸39周り
にはネジ歯車59が形成してあり、前記回動板53にはネジ
歯車59に螺合するネジ54が形成してある。そして、回動
板53はチェーンスプロケット37の回転によって回動する
と共に、ネジ歯車59に倣って固定側ケーシング７方向へ
螺進移動する。

【００５６】また、回動板53のネジ54とバネ47との間に
はトルク検出部58のフェライト55が介装してあり、回動
板53の固定側ケーシング７方向への移動によって、フェ
ライト55がコイル56内に挿入される。そして、回動板53
が回転側ケーシング６方向へ移動すると、フェライト55
はバネ47の付勢によって回動板53と共に回転側ケーシン
グ６方向へ移動する。

【００５７】本実施例にあっても前述した実施例と同
様、人力によるトルクが生じると、回動板53が回動する
と共に、フェライト55がコイル56内に挿入され、コイル
56のインダクタンスが大きくなる。これによってコイル
56に印加された電圧が小さくなり、この変化を検出する
ことで、電圧のレベルの大きさに応じて電動機を駆動制
御する。

【００５８】前述した実施例にあっては、コイル内に磁
性材料であるフェライトを挿入するようにしてあるが、
本発明おいてはこれに限らず、銅及びアルミニウム等の
導電性の材料でもよい。

【００５９】この場合、導電部材とコイルとの組み合わ
せを一つのトランスとみなすことができ、一次側を複数
ターンのコイル、二次側を１ターンのコイルとして、二
次側のコイルの距離の変化によって磁気結合の変化と
し、１ターンのコイルが近づくと一次側のコイルのイン
ダクタンスが小さくなり、１ターンのコイルが遠ざかる
と一次側のコイルのインダクタンスが大きくなる。この
ことを利用して、トルクのの変化を電圧の変化に変換し
て、電動機の駆動を制御することができる。

【００６０】また、フェライトの位置はコイル内を移動
するようにしたが、コイルのインダクタンスはフェライ
トが接近するだけでも変化するため、摺動部材又は回動
板の移動によってフェライトがコイルに接近し、コイル
内に挿入されない構成にしてもよいことはいうまでもな
い。

【００６１】更に、前述した実施例にあっては、コイル
内に磁性材料であるフェライトを挿入するようにしてあ
るが、本発明おいてはこれに限らず、コイルを摺動部材
に取付け、フェライトに外嵌するようにしてもよいこと
はいうまでもない。

【００６２】以上のように、ペダルへの踏力によって生
じるトルクを変換部材によって車輪の車軸方向に変換
し、変換部材の移動の変位を車軸方向の移動によってト
ルクを検出するので、変位の量を大きくとることがで
き、正確で細かなトルクの検出ができ、的確な制御によ
って人力を補助することができる。

【００６３】また、人力トルクに応じて磁性部材又は電
動導電部材が、盤状ケーシング内に固定されたコイル内
又は近傍を移動することでトルクをインダクタンスの変
化による電圧の変化として検出できるので、正確で細か
なトルクの検出ができ、的確な制御によって人力を補助
することができる。

【００６４】図９及び図10は、本発明に係る他のトルク
検出部の構成を示す側面断面図であり、誘電率の変化に
よってトルクを検出するようにしてある。なお両図９，
10において、図１，３と対応する部分には同じ符号を付
してその説明を省略する。摺動部材45のバネ47と対向す
る端部には、筒状の誘電体70が取付けてある。誘電体70
の内径は、摺動部材45側は該摺動部材45と略同じであ
り、他側はそれより大きい所要の内径にしてある。誘電
体70は回動板42の回動によって摺動部材45が固定側ケー
シング７側に移動するのに伴って同方向へ移動し、回動
板42が元に戻るとバネ47の付勢によって回動板42側へ移
動する。また、誘電体70の移動域には電極71，71が車軸
39と同心円状に所定距離を隔てて配置してあり、誘電体
70は電極71，71の間隙内を進退するようになっている。

【００６５】図11は図９に示したトルク検出部の回路図
である。前述した電極71，71の一方には制御部26（図８
参照）に備えられたマイコンから所定電圧のパルスが印
加されるようになっており、他方は接地してある。そし
て回動板の回動によって摺動部材が固定側ケーシング側
に摺動し、誘電体70が移動すると、誘電体70が電極71，
71の間隙内に挿入されるため、この移動量に相応して電
極71，71の静電容量が増加するため、マイコンから印加
されたパルスはその高さが低い鋸歯状のパルスになる。
このパルスはＤＣ変換変換部60に与えられ、そこで平均
化された信号に変換された後に増幅部61に与えられる。
そして増幅信号がマイコンに入力されると、マイコンは
入力された増幅信号と基準信号とを比較して誘電体70の
移動量を算出し、算出した移動量に応じて電動機の駆動
制御を行う。

【００６６】なお、本実施例では摺動部材によって誘電
体が移動されるようになっているが、本発明はこれに限
らず、摺動部材によって電極が移動されるようにしても
よいことはいうまでもない。

【００６７】図12は更に他のトルク検出部の構成を示す
側面断面図であり、磁束密度の変化によってトルクを検
出するようにしてある。摺動部材45の回動板42と逆の端
には環状の磁石74が設けてあり、固定側ケーシング６に
はホール素子又は磁気抵抗素子等の磁気検出器75が磁石
74と対向して取付けてある。このようなトルク検出部に
あっては、トルクが加えられると回動板42が回動し、摺
動部材45が固定側ケーシング７側に摺動するのに伴って
磁石74が移動して磁気検出器75に接近する。そして、磁
石74が磁気検出器75に接近すると、磁気検出器75におけ
る磁束密度が増大して磁気検出器75の出力が大きくなる
ことによって加えられたトルクの大きさを検出すること
ができる。

【００６８】なお、本実施例では摺動部材に磁石が設け
てあるが、本発明はこれに限らず、摺動部材に磁気検出
器を設け、固定側ケーシング６に磁石を設けるようにし
てもよいことはいうまでもない。

【００６９】図13は本発明に係る更に他のトルク検出部
の構成を示す側面断面図であり、反射光の受光位置の変
化によってトルクを検出するようにしてある。摺動部材
45の回動板42と逆の端には環状の反射板77が設けてあ
り、固定側ケーシング７にはレンズ及びＬＥＤ（発光ダ
イオード）を具備する発光部78と、ＰＳＤ（半導体位置
検出素子又は光学式位置検出素子）又はリニア型ＣＣＤ
（電荷転送デバイス）等を具備する受光部79とを備える
光学部80が前記反射板77に対向して取付けてある。

【００７０】図14は図13に示した光学部80及び反射板77
の部分拡大図である。ＬＥＤ78b から出射された光はレ
ンズ78a で集束されて所定の入射角度で反射板77に入射
され、該反射板77で反射される。この反射光の進路に
は、受光部79が反射光を略直角に受光するように配置し
てある。

【００７１】このようなトルク検出部にあっては、トル
クが加えられると回動板42が回動し、摺動部材45が固定
側ケーシング７側に摺動するのに伴って反射板77が移動
して発光器78に接近する。そして反射板77が、図14の破
線で示した如く、発光器78に接近すると、それに相応し
て、図14の一点破線で示した如く、反射光の進路が平行
移動するため、受光部79における受光位置が平行移動す
る。従って、受光位置の変化を求めることによって加え
られたトルクの大きさを検出することができる。

【００７２】なお、本実施例では摺動部材に反射板を設
けてあるが、本発明はこれに限らず、摺動部材に光学部
を設けるようにしてもよいことはいうまでもない。

【００７３】

【発明の効果】以上詳述した如く第１発明にかかるトル
ク検出装置にあっては、コンパクトな構成で、微妙な変
化をする人力トルクを正確に検出することができる。ま
た、軸方向の移動によってトルクを検出するため、変位
の量を大きくとることができ、正確で細かなトルクの検
出ができる。

【００７４】第２，第３，第４及び第５発明に係るトル
ク検出装置にあっては、トルクの変化を比較的簡単な構
成で正確に軸方向の移動に変換し得、故障が発生し難
い。

【００７５】第６，第７，第８及び第９発明に係るトル
ク検出装置にあっては、軸方向に変換された移動量を正
確で細かく検出し得る等、本発明は優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】最終段プーリの構成を示す側面断面図である。

【図２】最終段プーリの構成を示す正面図である。

【図３】最終段プーリの構成を示す他の側面断面図であ
る。

【図４】本発明の一実施例を示す検出部の回路図であ
る。

【図５】図４に示した回路中の各点における波形図であ
る。

【図６】本発明の一実施例を示す電動自転車の他の最終
段プーリの構成を示す側面断面図である。

【図７】本発明の一実施例を示す電動自転車の全体斜視
図である。

【図８】図７に示した盤状ケーシングの構成を示す正面
図である。

【図９】本発明に係る他の検出部の構成を示す側面断面
図である。

【図１０】本発明に係る他の検出部の構成を示す側面断
面図である。

【図１１】図９に示した検出部の回路図である。

【図１２】更に他の検出部の構成を示す側面断面図であ
る。

【図１３】本発明に係る更に他の検出部の構成を示す側
面断面図である。

【図１４】図13に示した光学部及び反射板の部分拡大図
である。

【符号の説明】

40 弾性体（バネ） 39 車軸 42 入力側の回転体（回動板） 44 傾斜部 45 摺動部材 46 突起 47 弾性体（バネ） 48 磁性部材（フェライト） 49 コイル 51 変換部材 52 検出部（トルク検出部） 53 入力側の回転体（回動板） 29 出力側の回転体（最終段プーリ） 54 ネジ歯車 55 磁性部材（フェライト） 56 コイル 57 変換部材 58 トルク検出部 70 誘電体 71 電極 74 磁石 75 磁気検出器 77 反射板 78 発光部 79 受光部 80 光学部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 征史 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 田中 建明 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 数原 寿宏 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 松本 敏宏 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転方向に生じるトルクの大きさに応じ
   て伸縮する弾性体と、該弾性体の伸縮を前記回転方向の
   軸方向の移動に変換する変換部材と、該変換部材の移動
   量を検出する検出部とからなることを特徴とするトルク
   検出装置。
2. 【請求項２】 前記検出部は、電気的信号によって取り
   出すことを特徴とする請求項１記載のトルク検出装置。
3. 【請求項３】 トルクの入力で回転する入力側の回転体
   と、該入力側の回転体と同軸に配置した出力側の回転体
   とを設け、前記入力側の回転体と出力側の回転体とは前
   記弾性体によって動力伝達されることを特徴とする請求
   項１記載のトルク検出装置。
4. 【請求項４】 前記変換部材は、前記弾性体の伸縮によ
   って回動する入力側の回転体と、該入力側の回転体に突
   設され、その端部が傾斜している傾斜部と、軸方向に摺
   動可能に設けた摺動部材と、該摺動部材に前記傾斜部に
   当接するように形成した突部と、前記摺動部材を前記入
   力側の回転体方向に付勢する弾性体とを備える請求項３
   記載のトルク検出装置。
5. 【請求項５】 前記変換部材は、前記軸周りに形成した
   ネジ歯車と、前記弾性体の伸縮によって回動すると共に
   軸方向に移動可能な入力側の回転体と、該入力側の回転
   体に形成され前記ネジ歯車に螺合したネジ部とを備える
   請求項３記載のトルク検出装置。
6. 【請求項６】 前記検出部は、磁性部材又は導電部材
   と、該磁性部材又は導電部材の近傍に配したコイルとを
   備え、その一方は前記変換部材によって軸方向に移動さ
   れるようになしてある請求項１記載のトルク検出装置。
7. 【請求項７】 前記検出部は、所要距離を隔てて対向し
   て配置した電極対と、該電極対の間隙に挿入可能に配置
   した誘電体とを備え、その一方は前記変換部材によって
   軸方向に移動されるようになしてある請求項１記載のト
   ルク検出装置。
8. 【請求項８】 前記検出部は、磁性体と、該磁性体と対
   向して配置した磁気検出器とを備え、その一方は前記変
   換部材によって軸方向に移動されるようになしてある請
   求項１記載のトルク検出装置。
9. 【請求項９】 前記検出部は、光を反射する反射板と、
   該反射板に光を出射する発光部，及び前記反射板からの
   反射光を受光してその受光位置を検出する受光部を具備
   する光学部とを備え、前記反射板又は光学部は前記変換
   部材によって軸方向に移動されるようになしてある請求
   項１記載のトルク検出装置。