JP2002154473A - 磁気検出型センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補助動力付き自転車のモ−タの出力を制御す
るためのセンサであって少ない部品点数で、小型・安価
なものを提供する。 【解決手段】 本発明の磁気検出型センサは、クランク
ペダル(11,12) の踏力を車輪に伝達するためのクランク
シャフト(13)を含む動力伝達系にアシストモ−タ(15)を
介装し、クランクシャフト(13)の回転の状態とこのクラ
ンクシャフト(13)が伝達する踏力の値とを検出し、この
検出結果に応じてアシストモ−タ(15)の出力を制御する
補助動力付き自転車に設置され、上記回転の状態と踏力
とを検出する。そして、この磁気検出型センサは、クラ
ンクシャフトの回転の状態を検出するための第１のホー
ル素子(31)と、このクランクシャフトが伝達する踏力を
検出するための第２のホール素子(32)とを一体として含
んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、補助動力付き自転
車に設置され、クランクシャフトによって伝達される踏
力と、このクランクシャフトの回転の状態とをホール素
子を利用して検出する磁気検出型センサに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、本出願人などによって補助動力付
き自転車が開発されてきた（特許第２８２９８０８号、
特許第２９０６０２３号、特許第２９６７３９１号
等）。この補助動力付き自転車では、クランクペダルの
踏力を車輪に伝達するためのクランクシャフトを含む動
力伝達系が構成され、この動力伝達系にアシストモ−タ
が介装される。そして、クランクシャフトの回転速度な
どの回転の状態と、このクランクシャフトによって伝達
される踏力の値とが検出され、これらの検出結果に応じ
てアシストモ−タの出力が制御される。

【０００３】従来、クランクペダルの踏力を検出するセ
ンサとしては、クランクシャフトによって伝達される踏
力に応じた量の捩じれを生じるトーションバーをこのク
ランクシャフトに取付け、このトーションバーの捩じれ
に応じてその軸線方向にスライダを変位させ、このスラ
イダの位置をストロークセンサで検出する構造のものが
開発されてきた（特許第２９６７３９１号）。また、ク
ランクシャフトの回転速度などの回転の状態を検出する
センサとしては、ロータリエンコーダなど各種のものが
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の補助動力付
き自転車では、クランクシャフトの踏力と回転状態とを
検出するためにそれぞれ個別のセンサが必要になり、そ
のぶん製造費用がかさむという問題がある。また、踏力
検出用センサは、非接触型のスラスト（クランクシャフ
ト軸方向）ストローク、摺動抵抗方式であるため、摺動
部の磨耗と、センサシャフトと可動プレートとの接触部
の磨耗も起こり耐久信頼性が低いという問題もある。

【０００５】従って、本発明の一つの目的は、補助動力
付き自転車用の少ない部品点数で小型・安価なセンサを
提供することにある。本発明の他の目的は、摺動部や接
触部の磨耗に伴う耐久信頼性の低下が生じない補助動力
付き自転車用センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の補助動力付き自
転車用磁気検出型センサは、クランクシャフトの回転の
状態を検出する第１のホール素子と、このクランクシャ
フトが伝達する踏力を検出する第２のホール素子とを一
体として含むことにより、部品点数の低減と低価格化が
実現される。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、第１，第２のホール素子は平面内に隣接して配置さ
れており、クランクシャフトには変速ギヤが取付けら
れ、第１のホール素子はこの変速ギヤの歯の側面に対向
せしめられると共に背後に磁石が設置される。これによ
り、この歯の側面の動きに応じた磁束の変化が回転の状
態として検出される。また、クランクシャフトにはこれ
が伝達する踏力に応じた量の捩じれを生じるトーション
バーと、このトーションバーの捩じれに応じてこのクラ
ンクシャフトの軸線方向に変位する可動磁石とが取付け
られている。そして、この可動磁石に第２のホール素子
が対向せしめられることによりこの可動磁石の変位量が
踏力として検出される。

【０００８】本発明の更に好適な実施の形態によれば、
第１のホール素子の背後に設置される磁石が第２のホー
ル素子の後方にもわたることにより、この第２のホール
素子の近傍の磁束密度がほぼゼロに保たれ、高い検出感
度が実現される。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の磁気検出型セン
サを、検出対象の補助動力付き自転車の関連部分と共に
示す図である。補助動力付き自転車の関連部分は、ペダ
ルアーム１１、１２、クランクシャフト１３、変速ギヤ
１４、ドライブモ−タ１５である。磁気検出型センサ
は、カム機構２１、スライダ２２、スライダアーム２
４、センサケース３０、第１のホール素子３１、第２の
ホール素子３２、固定磁石３３、可動磁石３３を備えて
いる。

【００１０】クランクシャフト１３の内部には、このク
ランクシャフトと同軸の状態でトーションバーが保持さ
れている。クランクシャフト１３のペダルアーム側の端
部において、クランクシャフトの内周面にトーションバ
ーの外周面が固定される。クランクシャフト１３のペダ
ルアーム側の端部に伝達された踏力は、トーションバー
を介して変速ギヤ１４に伝達される。伝達される踏力に
よってトーションバーが捩じれ、この捩じれに伴ってト
ーションバーが軸方向に縮む。

【００１１】このトーションバーの変速ギヤ１４の側の
端部には、この端部との間にカム機構２１を介在させる
ことにより、このトーションバーに対して軸線の回りの
相対的な回転を許容する状態でスライダ２２が設置され
ている。このスライダ２２は、トーションバーが縮む
と、上記カム機構２１を介してペダルアーム側に押し戻
されることにより、バネ２３の引っ張り力に逆らって、
変速ギヤ１４から遠ざかるように、クランクシャフト１
３の外周面上を軸線方向に変位する。

【００１２】すなわち、トーションバーが伝達する踏力
が増加すると、トーションバーが軸線方向に縮み、スラ
イダ２２が変速ギヤ１４から遠ざかる方向に軸線に沿っ
て変位する。従って、このスライダの変位量を検出する
ことによって、トーションバーが伝達するクランクペダ
ルの踏力が検出できる。この踏力検出装置の更に詳細に
ついては、必要に応じて、本出願人が先に取得した特許
第２９６７３９１号などを参照されたい。

【００１３】スライダ２２にはアーム２４が形成されて
おり、このアーム２４の先端部分には可動磁石３４が取
付けられている。この可動磁石３４と対向する位置に、
センサケース３０が設置され、このセンサケース３０の
先端部に第１、第２のホール素子３１，３２が同一平面
内に隣接して保持されている。これらのホール素子３
１、３２の後方には固定磁石３３が保持されている。第
２のホール素子３２は、スライダ２２のアーム２４に保
持された可動磁石３４に対向せしめられる。

【００１４】第１のホール素子３１は、変速ギヤ１４の
周縁部分に形成された歯の側面に対向せしめられてい
る。この変速ギヤ１４の素材は透磁率の高い鉄を含むと
共に、好適には、インボリュート歯車の形状を有してい
る。磁石３３と変速ギヤ１４の周縁部分に形成された歯
との間には第１のホール素子３１を通る磁路が形成され
る。

【００１５】まず、第１のホール素子３１によるクラン
クシャフトの回転の状態の検出方法について説明する。
変速ギヤ１４の回転に伴って第１のホール素子３１の前
面に歯の山の部分が到達すると上記磁路の磁気抵抗が低
下し、ホール素子３１を通過する磁束の量が増大する。
これに対して、ホール素子３１の前面に歯の谷の部分が
到達すると上記磁路の磁気抵抗が増大し、ホール素子３
１を通過する磁束の量が減少する。ホール素子３１は、
この磁束の量の増減に応じた振幅の電気信号を出力す
る。

【００１６】このようにホール素子３１を単一のホール
素子で構成することもできるが、このホール素子３１を
隣接して配置された二つのホール素子によって構成する
こともできる。二つのホール素子のうちどちらが変速ギ
ヤの歯の山の部分に近いかによって二つの出力の大小関
係が変化する。この二つのホール素子の出力の差分をと
り、その極性の反転回数を歯の山の部分の通過個数とし
て検出することができる。これらの電気信号は、内蔵の
増幅回路で増幅され、図示しない電線を介してモ−タ制
御部に供給される。

【００１７】上述のように、ホール素子３１から出力さ
れる電気信号のレベルの増減や極性の反転の回数は、第
１のホール素子３１の前方を通過した歯の山の部分の個
数を示す。従って、このレベルの増減や極性反転の回数
の総和は、ホール素子３１の前方を通過した歯の山の部
分の総数、すなわち回転角度や回転数を示す。また、電
気信号の単位時間内のレベルの増減や極性の反転の回数
は、単位時間内にホール素子３１の前方を通過した歯の
山の部分の総数、すなわち回転速度を表す。このよう
に、変速ギヤ１４の回転の状態、すなわちクランクシャ
フト１３の回転角度、回転数、回転速度など回転の状態
が第１のホール素子３１を用いて検出される。

【００１８】次に、踏力の検出方法について説明する。
第２のホール素子３２の背後に設置される固定磁石３３
と、このホール素子３２の前方に配置される可動磁石３
４は同一極性の側が対向するように設定される。これに
加えて、固定磁石３３と可動磁石３４のそれぞれによる
磁束が、踏力がゼロの状態で、ホール素子３２の箇所で
ほぼ等しくなるように予め設定される。この結果、踏力
がゼロの状態では、ホール素子３２を通過する磁束は磁
石３３による成分と可動磁石３４による成分とが相殺し
あってほぼゼロになる。

【００１９】この自転車の走行に伴って踏力が発生する
と、この発生した踏力に応じた距離だけ可動磁石３４が
第２のホール素子３２から遠ざかる。これに伴い、可動
磁石３４からの磁束が固定磁石３３からの磁束よりも弱
まり、両者は相殺しなくなる。この結果、第２のホール
素子３２を通過する磁束が増加し、このホール素子３２
から出力される電気信号の振幅が増加する。この電気信
号は、増幅回路じ増幅され、振幅の増加分が可動磁石３
４の移動距離、すなわちクランクシャフトによって伝達
される踏力として検出される。この検出値は、図示しな
い電線を介してモ−タ制御部に供給される。

【００２０】以上、ホール素子を用いてトーションバー
の捩じれを検出する構成として、トーションバーの捩じ
れに伴うその軸線方向への縮み量を検出することとし、
この縮み量を検出するために、トーションバーの駆動部
材にカム機構を介して接触せしめたスライダーをトーシ
ョンバーの軸線方向にスライドさせるという特許第２９
６７３９１号に開示された構成を例示した。しかしなが
ら、本発明はこの構成に限定されるものではなく、トー
ションバーの捩じれをその軸線方向へのスライダーの変
位量に変換する他の適宜な構成（例えば、特許第２８２
９８０８号に開示された構成）を採用し、このスライダ
ーに可動磁石を取付ける構成を採用することもできる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、補助動力付
き自転車用磁気検出型センサは、クランクシャフトの回
転の状態を検出する第１のホール素子と、このクランク
シャフトが伝達する踏力を検出する第２のホール素子と
を一体として含む構成であるから、部品点数の低減、小
型化・低価格化が実現される。

【００２２】また、本発明の補助動力付き自転車用磁気
検出型センサは、磁束の変化を検出する非接触型の構成
であるから、摺動部や接触部の磨耗に伴う耐久信頼性の
低下が生じないという利点もある。

【００２３】さらに、本発明の補助動力付き自転車用磁
気検出型センサは、第１，第２のホール素子を平面内に
隣接して配置する構成であるから、構造が簡単で小型化
が可能であると共に、磁石を共用することができるため
一層の小型化、製造費用の低廉化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の磁気検出型センサを、検出
対象の補助動力付き自転車の関連部分と共に示す図であ
る。

【符号の説明】

11,12 ペダルアーム 13 クランクシャフト 14 変速ギヤ 15 ドライブモ−タ 21 カム機構 22 スライダ 24 スライダアーム 30 センサケース 31,32 第１, 第２のホール素子 33 磁石 34 可動磁石

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クランクペダルの踏力を車輪に伝達するた
   めのクランクシャフトを含む動力伝達系にアシストモ−
   タを介装し、前記クランクシャフトの回転の状態とこの
   クランクシャフトが伝達する踏力の値とを検出し、これ
   らの検出結果に応じて前記アシストモ−タの出力を制御
   する補助動力付き自転車に設置され、前記回転の状態と
   踏力とを検出するセンサであって、 前記クランクシャフトの回転の状態を検出する第１のホ
   ール素子と、このクランクシャフトが伝達する踏力を検
   出する第２のホール素子とを一体として含むことを特徴
   とする磁気検出型センサ。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記第１のホール素子と第２のホール素子とは平面内に
   隣接して配置されており、 前記クランクシャフトには変速ギヤが取付けられ、前記
   第２のホール素子は前記変速ギヤの歯の側面に対向せし
   められると共に背後に磁石が設置されることによりこの
   歯の側面の動きに応じた磁束の変化が回転の状態として
   検出され、 前記クランクシャフトにはこれが伝達する踏力に応じた
   量の捩じれを生じるトーションバーと、このトーション
   バーの捩じれに応じてこのクランクシャフトの軸線方向
   に変位する可動磁石とが取付けられており、前記第２の
   ホール素子が前記可動磁石に対向せしめられることによ
   りこの可動磁石の変位量が前記踏力として検出されるこ
   とを特徴とする磁気検出型センサ。
3. 【請求項３】請求項２において、 前記第１のホール素子の背後に設置される磁石が前記第
   ２のホール素子の後方にもわたることにより、この第２
   のホール素子の近傍の磁束がほぼゼロに保たれることを
   特徴とする磁気検出型センサ。