JP2002019683A - 電動自転車のトルク検出装置およびそれを用いた電動自転車 - Google Patents
電動自転車のトルク検出装置およびそれを用いた電動自転車Info
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Abstract
用できて、製造コストも安価に済ませることができ、し
かも重量も小さ目に抑えることのできる電動自転車のト
ルク検出装置を提供する。 【解決手段】 クランク軸1を回転自在に支持するハン
ガラグ10またはその近傍箇所に、駆動用スプロケット
によりチェンを引張る力によりクランク軸1が後方へ弾
性変形しようとする力をクランク軸1から受けて支持す
るセンサー金具16を設け、このセンサー金具16に、
このセンサー金具16の弾性変形量からペダルからの足
踏み力によるトルクを検出するための歪みゲージ17を
取付けた。これにより、簡単な構成でありながら、足踏
み力に基づくトルクを良好に検出することができる。
Description
て走行中に人の踏む力を検知するためのトルク検出装置
に関する。
補助駆動部の補助駆動力を加えることで、坂道などでも
楽に走行できる電動自転車は既に実用化されている。こ
の種の電動自転車においては、ペダルに作用する人の足
踏み力(すなわち人が車輪を駆動する力)をトルクとし
て検知し、このトルク値が、予め設定した値を越える場
合には、補助駆動部を駆動させて補助駆動力を加えるこ
とができるように構成されている。
装置として、例えば特開平9−193876号公報に
は、3つの軸受や弾性材料からなる緩衝材を介装してク
ランク軸(ドライブ軸)をハンガラグ(ケーシング)に
対して弾性的に傾斜可能に配置し、ハンガラグから緩衝
材を貫通して第1、第2のセンサをねじ込み、これらの
センサの先端をクランク軸を受けている軸受外周面に当
接させて、クランク軸の傾斜変位量を測定する構造が開
示されている。
は、クランク軸を回転自在に支持する玉軸受と、この玉
軸受を受ける軸受箱との間に隙間を設け、これらを内装
するブロック状のボスと前記軸受箱とを貫通する貫通孔
を形成し、この貫通孔を通して外周側より玉軸受に当接
する接点部材を複数設け、この接点部材に設けた摺動子
に歪みゲージを内包させて、前記隙間寸法の変位を前記
歪みゲージにより測定する構造が開示されている。な
お、前記歪みゲージが内包された接点部材は貫通孔にね
じ込まれた押しばねによって押し付けられ、この押しば
ねは六角孔付きボルトにより外側から位置規制されてい
る。
開平9−193876号公報に示された構造において
は、3つの軸受や緩衝材、2つのセンサなどの多数の部
品を必要とするので、重量が大きくなったり、製造コス
トが高価となり易い不具合がある。
示された構造においては、ブロック状のボスを用いてい
るので重量が大きくなり、また、各接点部材毎に別途に
玉軸受を設けた構造であるため、これによっても、部品
点数が多くなるなどの欠点がある。
孔にセンサ機能部分をねじ込んで、その先端部だけを当
接対象物に当接させながら測定する独特な構造であるた
め、そのセンサとして用いる専用部品を高い製造精度で
製造しなければならないとともに、センサを内包する部
品のねじ込み具合や、付勢するばねの特性などによって
もセンサ出力が変化したりして、調整に手間が掛かるこ
とが多い。
的簡単な構造であり、かつ既製の部品を使用できて、製
造コストを安価に済ませることができ、しかも重量も小
さ目に抑えることのできる電動自転車のトルク検出装置
を提供することを目的とする。
に本発明の電動自転車のトルク検出装置は、後輪を回転
駆動させるためのチェンなどの駆動力伝達用索体が駆動
スプロケットなどの駆動用輪体に架け渡され、この駆動
用輪体がクランク軸の片側に固定され、ペダルからの足
踏み力によるトルクに基づいて補助駆動力を制御する電
動自転車において、クランク軸を回転自在に支持するハ
ンガラグまたはその近傍箇所に、駆動用輪体により駆動
力伝達用索体を引張る力の反力によりクランク軸が後方
へ弾性変形しようとする力をクランク軸から受けて支持
する支持板部を設け、この支持板部に、この支持板部の
弾性変形量からペダルからの足踏み力によるトルクを検
出するための歪みゲージを取付けたことを特徴とする。
足踏み力により駆動スプロケットなどの駆動用輪体が回
転され、チェンなどの駆動力伝達用索体を介して後輪が
回転されるため、駆動用輪体によってチェンなどの駆動
力伝達用索体を前方に引張る力が発生し、この反力によ
って、クランク軸が後方に弾性変形する。したがって、
上記構成のように、クランク軸が後方に弾性変形しよう
とする力をクランク軸から受けて支持する支持板部を設
けて、この支持板部に作用する、足踏み力に基づくトル
クに対応する力を歪みゲージにより測定することで、足
踏み力に基づくトルクを良好に検出することができる。
また、この場合に、歪みゲージを貼り付けた支持板部
を、クランク軸が後方に弾性変形しようとする力を受け
て支持するように配設するだけの簡単な構造であるの
で、製造コストも安価に済ませることができ、しかも、
支持板部と歪みゲージとの既製の部品を使用できるので
さらに製造コストの低減を図ることが可能となり、ま
た、センサを埋め込むためのボスなどの厚肉部などを要
しないため、比較的軽量に製造することが可能となる。
プとチェーンステーとが固設されたハンガケース内に、
クランク軸を回転自在に支持するハンガラグを内装し、
ハンガケースに、略上下方向に沿って配置され、ハンガ
ラグに後方から当接して弾性変形可能な支持板部として
のセンサー金具を取付け、このセンサー金具に歪みゲー
ジを取付ける。
テーとをハンガケースに固設したフレーム部分と、クラ
ンク軸を組付けたハンガラグ部分とをそれぞれ別個に組
付けた後に組み合わせることで、組み立て作業を能率良
く行うことができ、また、ハンガラグが複数種類のもの
がある場合でも、ハンガケースへのセンサー金具の取付
け位置の変更だけで容易に対処することができる。
ら離れた側でハンガケースとハンガラグとを固定させ、
この固定点を支持点として、ハンガラグにおける駆動用
輪体寄り部分が、ハンガケース内においてセンサー金具
を弾性変形させるように後方に移動可能に配設すること
が好ましい。
とチェーンステーとが固設されたハンガラグ内に、クラ
ンク軸を回転自在に支持する軸受を内装し、ハンガラグ
と軸受との間に、略上下方向に沿って配置され、軸受に
後方から当接して弾性変形可能な支持板部としてのセン
サー金具を取付け、このセンサー金具に歪みゲージを取
付ける。
間に、支持板部としてのセンサー金具を取付け、このセ
ンサー金具に歪みゲージを取付けるだけの極めて簡単な
構造で、足踏み力に基づくトルクを良好に測定すること
ができて、製造コストを一層低減させることができる。
プとチェーンステーとが固設されたハンガラグ内に、ク
ランク軸を回転自在に支持する軸受を内装し、ハンガラ
グにおける軸受の後端部に臨む箇所に、軸受の後端部が
集中して当接する部分を形成し、ハンガラグにおける前
記集中当接部もしくは前記集中当接部と軸受の後端部と
の間に介装した金属介装部を支持板部として用いて、歪
みゲージを取付ける。
集中当接部に歪みゲージを取付けたり、集中当接部と軸
受の後端部との間に介装した金属介装部に歪みゲージを
取付けたりするだけの極めて簡単な構造で、足踏み力に
基づくトルクを良好に測定することができて、製造コス
トを低減させることができる。
ガラグに固着されたチェーンステーを支持板部として用
い、このチェーンステーの側面に歪みゲージを取付け
る。この構成によれば、チェーンステーの側面に歪みゲ
ージを取付けるだけの極めて簡単な構造で、足踏み力に
基づくトルクを良好に測定することができて、製造コス
トをさらに低減させることができる。
また、本発明の趣旨に包含される。
に基づき説明する。図1〜図4に示すように、電動自転
車には、一般の自転車と同様に、クランク軸1の両端か
らそれぞれ反対方向にクランクアーム2が延設されてい
るとともに、これらのクランクアーム2の先端側方にペ
ダル3が回動可能に支持されて取付けられている。クラ
ンク軸1の片側(例えば平面視して右側)には駆動用輪
体としての駆動スプロケット4が固定され、この駆動ス
プロケット4には後輪5側への駆動力を伝達する駆動力
伝達用索体としてのチェン6が、後輪5に固定された従
動スプロケット7にわたって架け渡されている。なお、
チェン6の下部側は、駆動スプロケット4に噛み合った
後に、その後方で、補助駆動力の発生源としての電動モ
ータ8に連動する補助駆動用スプロケット8aにも噛み
合っている。クランク軸1は、軸受9を介して筒状金属
製のハンガラグ10に回転自在に支持されている。
属板からなるハンガケース11内に配置されている。こ
のハンガケース11には、後輪5を支持するフレームで
ある2叉のチェーンステー12と、サドルを支持するフ
レームである立パイプ13と、ハンドルポストなどに接
続されているメインパイプ14とが溶着されている。ハ
ンガケース11は、チェーンステー12が溶着される後
辺部11aと、残りの上辺部、下辺部、前辺部からなる
ケース本体11bとに2分割可能とされ、ケース連結ボ
ルト15にて結合されている。
ける後辺部11aに臨む辺の駆動スプロケット4寄り箇
所には、それぞれ切欠部11cが形成されている。ま
た、これらの切欠部11cにわたって略上下方向に延び
るように支持板部としてのセンサー金具16が取付ボル
ト19により取付けられ、このセンサー金具16は、ハ
ンガラグ10に後方から当接して弾性変形可能とされて
いる。そして、このセンサー金具16における中央裏
面、すなわちハンガラグ10に当接している箇所の裏面
に、センサー金具16の弾性変形量に基づいてペダル3
からの足踏み力によるトルクを検出するための歪みゲー
ジ17が貼り付けられている。
路に接続されており、この制御回路の演算部により歪み
ゲージ17の電圧変化に基づくトルクが算出される。そ
して、トルクが所定値を超えた際に電動モータ8が駆動
されて、補助駆動力が加えられるようになっている。
bにおける駆動スプロケット4から離れた側には、ハン
ガケース11とハンガラグ10とを固定させる固定ボル
ト18をねじ込むねじ孔11dがそれぞれ形成されてお
り、ハンガラグ10における対応する箇所にも固定ボル
ト18の先端が係合可能な穴部10aが設けられてい
る。そして、固定ボルト18をハンガケース11のねじ
孔11dからハンガラグ10の穴部10aにかけてねじ
込むことで、この点でハンガケース11とハンガラグ1
0とが固定され、この固定点を支持点として、ハンガラ
グ10における駆動用輪体寄り部分が、ハンガケース1
1内においてセンサー金具16を弾性変形させるように
後方に移動可能とされている。
ペダル3の足踏み力により駆動スプロケット4が回転さ
れ、チェン6を介して後輪5が回転される。この際、駆
動スプロケット4によってチェン6が前方に引張られる
が、このチェン6を前方に引張る力の反力により、クラ
ンク軸1の駆動スプロケット4取付箇所が前記固定点を
支持点として後方に弾性変形し、これに伴って、軸受9
およびハンガラグ10を介してクランク軸1を受けてい
るセンサー金具16も当接箇所が後方に弾性変形する。
この結果、センサー金具16に取付けた歪みゲージ17
の弾性変形に基づく電圧変化が、足踏み力に基づくトル
クに対応する値として測定される。このようにして、足
踏み力に基づくトルクを良好に検出することができる。
なお、図6は、ペダル踏力と、歪みゲージ17からのセ
ンサー出力との関係を示す特性を表す図で、図6に示す
ように、ペダル踏力に応じて直線性がよく、正確な値が
センサー出力として得られることが確認できた。
を貼り付けたセンサー金具16を、ハンガラグ10に後
方から当接するようにハンガケース11に取り付けるだ
けの簡単な構造であるので、故障することが殆どないと
ともに、製造コストも安価に済ませることができ、しか
も、歪みゲージ17としては既製の部品(例えば、株式
会社共和電業製のもの)を使用できるため、安価であり
ながら、精度の高い検出データを容易に得ることができ
る。さらに、ハンガケース11を用いたことで、フレー
ム構造としても強固となりながら、センサを埋め込むた
めのボスなどの厚肉部を要しないため、比較的軽量に製
造することが可能となる。
3、メインパイプ14(または下パイプ)などのフレー
ム構造に応じたハンガケース11を用いて、ハンガラグ
10の直径に応じた位置にセンサー金具16を取付ける
ことで、多種類の車種に対しても容易に対処することが
できる。
ー金具16を両端で支持する両持ち状態で支持した場合
を述べたが、これに限るものではなく、センサー金具1
6を片方の端部だけで支持する片持ち状態で支持しても
よく、この場合は、センサー金具16の変形が大きい片
持ち支持点近傍に歪みゲージ17を貼り付ければよい。
ルク検出装置を示すもので、この実施の形態のトルク検
出装置では、ハンガケース11が省かれており、ハンガ
ラグ20にチェーンステー12、立パイプ13、メイン
パイプ14(または下パイプ)などが直接溶着されてい
る(チェーンステー12、立パイプ13、メインパイプ
14は図示せず、略して示している)。図7に示すよう
に、クランク軸1の駆動スプロケット4寄り側には通常
のベアリングからなる軸受21が取付けられている一
方、クランク軸1の駆動スプロケット4から離れた側に
は調芯機能を有するベアリングからなる調芯軸受22が
取付けられている。そして、ハンガラグ20の片側(駆
動スプロケット4から離れた側)は通常の円筒形状とさ
れ、調芯軸受22の外周面に固定されている一方、ハン
ガラグ20の他方側(駆動スプロケット4寄り側)は、
長円の筒形状とされ、このハンガラグ20の長円筒形状
部20aと、軸受21の後部側との間に、歪みゲージ1
7が貼り付けられたセンサー金具24が介装されてい
る。なお、ハンガラグ20の長円筒形状部20aにおけ
る内面には上下2箇所にセンサー金具24を取付けるた
めの凹部20bが設けられて、この凹部20bにセンサ
ー金具24の両端が挿入されて保持されている。
むと、チェン6を前方に引張る力の反力により、クラン
ク軸1の駆動スプロケット4取付箇所が調芯軸受22の
軸受箇所を支持点として後方(図7(a)、(b)にお
ける方向a)に弾性変形し、これに伴って、軸受21を
介してクランク軸1を受けているセンサー金具24も当
接箇所が後方に弾性変形する。この結果、センサー金具
24に取付けた歪みゲージ17からの出力により、足踏
み力に基づくトルクを良好に検出することができる。
として特殊な形状のものを用いなければならないが、ハ
ンガケース11を省いた構成であるので、部品点数を低
減できて、製造コストを一層低減させることができると
ともに、さらなる軽量化を図ることができる。
にかかるトルク検出装置を示すもので、同図に示すよう
に、この実施の形態においても、ハンガケース11が省
かれており、金属製のハンガラグ30にチェーンステー
12、立パイプ13、メインパイプ14(または下パイ
プ)などが直接溶着されている。クランク軸1の駆動ス
プロケット4寄り側には通常のベアリングからなる軸受
21が取付けられている一方、クランク軸1の駆動スプ
ロケット4から離れた側には調芯機能を有するベアリン
グからなる調芯軸受22が取付けられている。
ケット4から離れた側)は通常の円筒形状とされ、調芯
軸受22の外周面に固定されている一方、ハンガラグ3
0の他方側(駆動スプロケット4寄り側)は、集中当接
部としてのくびれ部30aを有する異形の筒形状とさ
れ、このハンガラグ30のくびれ部30aが軸受21の
後部側に集中して当接している。そして、このくびれ部
30aの外側に歪みゲージ17が貼り付けられている。
の出力により、足踏み力に基づくトルクを良好に検出す
ることができ、ハンガラグ30として特殊な形状のもの
を用いなければならないが、ハンガケース11およびセ
ンサー金具16、24を省いた構成であるので、部品点
数を低減できて、製造コストを一層低減させることがで
きるとともに、さらなる軽量化を図ることができる。
かかるトルク検出装置を示すもので、同図に示すよう
に、この実施の形態においては、クランク軸1を回転自
在に支持する軸受(図示せず)が内装された、一般に使
用されている円筒形状のハンガラグ30が備えられてお
り、このハンガラグ30に溶着されている金属円柱板状
のチェーンステー12(詳しくは、駆動スプロケット4
寄りのチェーンステー12の側面)に歪みゲージ17が
貼り付けられている。
に貼り付けた歪みゲージ17からの出力により、足踏み
力に基づくトルクを良好に検出することができる。特
に、一般的な自転車用の構成部品としてのハンガラグ3
0やチェーンステー12を用いながら、チェーンステー
12に歪みゲージ17を貼り付けるだけの極めて簡単な
構成で、トルクを検出できるため、これによれば、製造
コストをさらに低減させることができる。また、これに
代えて、歪みゲージ17を、立パイプ13の側面、メイ
ンパイプ14や下パイプの下部、チェーンステー12の
下部などに取付けることも考えられるが、この場合に
は、ペダル3の踏み力により駆動スプロケット4を駆動
するための力だけでなく、乗員の乗車姿勢、体重、車速
の影響を受ける傾向がある。これに比べて、上記のよう
に、チェーンステー12の側面に歪みゲージ17を貼り
付けることによって、上述のような乗員の乗車姿勢、体
重、車速の影響を殆ど受けることなく、チェン6を前方
に引張る力が作用した際にこの応力に応じたトルクだけ
を良好に検出することができる。
伝達用索体としてチェン6を用い、駆動用輪体として駆
動スプロケット4を用いた場合を述べたが、これに限る
ものではなく、駆動力伝達用索体として歯付きベルトと
使用し、駆動用輪体として駆動歯車を用いるベルト式電
動自転車にも適用可能であることはいうまでもない。
軸を回転自在に支持するハンガラグまたはその近傍箇所
に、駆動用輪体により駆動力伝達用索体を引張る力によ
りクランク軸が後方へ弾性変形しようとする力をクラン
ク軸から受けて支持する支持板部を設け、この支持板部
に、この支持板部の弾性変形量からペダルからの足踏み
力によるトルクを検出するための歪みゲージを取付ける
ことにより、簡単な構成で、足踏み力に基づくトルクを
良好に検出することができ、製造コストも安価に済ませ
ることができ、しかも、支持板部と歪みゲージとの既製
の部品を使用でき、また、トルク検出装置として比較的
軽量に製造することが可能となる。
図である。
近傍箇所の平面図である。
面図およびB−B線矢視断面図である。
図である。
かかり方を概略的に示す平面図である。
ージ17からのセンサー出力との関係を示す特性を表す
図である。
態にかかる電動自転車のハンガラグ箇所の平面断面図お
よび図7(a)のC−C線矢視断面図である。
車のハンガラグ箇所の要部斜視図である。
電動自転車のハンガラグ箇所の平面断面図および図9
(a)のD−D線矢視断面図である。
自転車のハンガラグ箇所の要部斜視図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 後輪を回転駆動させるためのチェンなど
の駆動力伝達用索体が駆動スプロケットなどの駆動用輪
体に架け渡され、この駆動用輪体がクランク軸の片側に
固定され、ペダルからの足踏み力によるトルクに基づい
て補助駆動力を制御する電動自転車において、クランク
軸を回転自在に支持するハンガラグまたはその近傍箇所
に、駆動用輪体により駆動力伝達用索体を引張る力の反
力によりクランク軸が後方へ弾性変形しようとする力を
クランク軸から受けて支持する支持板部を設け、この支
持板部に、この支持板部の弾性変形量からペダルからの
足踏み力によるトルクを検出するための歪みゲージを取
付けた電動自転車のトルク検出装置。 - 【請求項2】 立パイプとチェーンステーとが固設され
たハンガケース内に、クランク軸を回転自在に支持する
ハンガラグを内装し、ハンガケースに、略上下方向に沿
って配置され、ハンガラグに後方から当接して弾性変形
可能な支持板部としてのセンサー金具を取付け、このセ
ンサー金具に歪みゲージを取付けた請求項1記載の電動
自転車のトルク検出装置。 - 【請求項3】 駆動用輪体から離れた側でハンガケース
とハンガラグとを固定させ、この固定点を支持点とし
て、ハンガラグにおける駆動用輪体寄り部分が、ハンガ
ケース内においてセンサー金具を弾性変形させるように
後方に移動可能に配設された請求項2に記載の電動自転
車のトルク検出装置。 - 【請求項4】 立パイプとチェーンステーとが固設され
たハンガラグ内に、クランク軸を回転自在に支持する軸
受を内装し、ハンガラグと軸受との間に、略上下方向に
沿って配置され、軸受に後方から当接して弾性変形可能
な支持板部としてのセンサー金具を取付け、このセンサ
ー金具に歪みゲージを取付けた請求項1記載の電動自転
車のトルク検出装置。 - 【請求項5】 立パイプとチェーンステーとが固設され
たハンガラグ内に、クランク軸を回転自在に支持する軸
受を内装し、ハンガラグにおける軸受の後端部に臨む箇
所に、軸受の後端部が集中して当接する部分を形成し、
ハンガラグにおける前記集中当接部もしくは前記集中当
接部と軸受の後端部との間に介装した金属介装部を支持
板部として用いて、歪みゲージを取付けた請求項1記載
の電動自転車のトルク検出装置。 - 【請求項6】 ハンガラグに固着されたチェーンステー
を支持板部として用い、このチェーンステーの側面に歪
みゲージを取付けた請求項1記載の電動自転車のトルク
検出装置。 - 【請求項7】 請求項1〜6の何れかに記載のトルク検
出装置を備えた電動自転車。
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JP2000204428A JP4428825B2 (ja) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | 電動自転車のトルク検出装置およびそれを用いた電動自転車 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2000204428A JP4428825B2 (ja) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | 電動自転車のトルク検出装置およびそれを用いた電動自転車 |
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Cited By (12)
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