JP2006143216A - Power-assisted bicycle - Google Patents

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Akihito Yoshiie
彰人 吉家
Kyosuke Kokatsu
京介 小勝
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power-assisted bicycle capable of minimizing the modification of a conventional bicycle body frame, and realizing easy installation, space saving and weight reduction of a vehicle speed detection mechanism and a torque detection mechanism. <P>SOLUTION: The power-assisted bicycle 1 comprises a gear to be rotated as a bicycle travels, a flexible ring magnet formed in a sheet shape of the predetermined thickness, a rotational speed detection means which detects the magnetic field at the fixed position adjacent to the surface of the ring magnet and obtains the rotational speed of the gear based on the magnetic field, a one-way clutch having two components and an elastic means in order to transfer only the one-way rotation of a drive shaft to a sprocket, a stepping force detection means which detects the distortion of the elastic means and obtains the pedal stepping force based on the distortion, a power unit 13 to output the assist power, and a control means to control the assist power based on the obtained rotational speed of the gear and the obtained pedal stepping force. A plurality of magnet sections are formed on the surface of the ring magnet. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ペダル踏力に補助動力を付加する動力アシスト自転車に関する。   The present invention relates to a power-assisted bicycle that adds auxiliary power to pedal effort.

通常の自転車には、車速を表示するメータを取り付けることにより運転上の安全性を高めたものがある。特に、検出した踏力の大きさに従って電動モータによるアシストトルクを踏力に付加して人力を補助する電動アシスト自転車においては、安全なアシストを行う上で、車速及び踏力の両方を検出することが必須となる。   Some normal bicycles are equipped with a meter for displaying the vehicle speed to improve driving safety. In particular, in an electrically assisted bicycle that assists human power by adding assist torque from an electric motor to the pedaling force according to the magnitude of the detected pedaling force, it is essential to detect both the vehicle speed and the pedaling force for safe assist. Become.

一般に、自転車の車速を検出するための回転速度センサーは、自転車の走行やペダル回転と共に回転する回転盤・ギア等の回転体を被検出部としてその回転速度を検出するように取り付けられる。   In general, a rotation speed sensor for detecting the vehicle speed of a bicycle is attached so as to detect the rotation speed of a rotating body such as a rotating disk / gear that rotates as the bicycle runs and the pedal rotates.

従来では、例えば、上記回転体として外周面に複数の凹凸が等間隔に形成された金属製ロータを用い、これら凹凸面に向かって高周波磁界を発生させるセンサーをロータに近接して取り付ける。センサーに対向した一つの凹面又は凸面には、センサーからの高周波磁界により渦電流が発生する。そこで、このセンサーは、この渦電流により発生した磁場、又は、検出コイルのインダクタンスの変化を検出する。ロータ外周面とセンサーとの間の距離は、凹凸面により回転体の回転と共に変化するので、渦電流により発生する磁場の強度、又は、検出コイルのインダクタンスも変動する。この変動周期は、回転体の回転速度に逆比例するので、センサーにより検出された強度信号の変動周期を抽出することにより、回転体の回転速度及び従って自転車の車速を検出できる。   Conventionally, for example, a metal rotor having a plurality of irregularities formed at equal intervals on the outer peripheral surface is used as the rotating body, and a sensor that generates a high-frequency magnetic field toward these irregular surfaces is attached close to the rotor. On one concave surface or convex surface facing the sensor, an eddy current is generated by a high-frequency magnetic field from the sensor. Therefore, this sensor detects a change in the magnetic field generated by the eddy current or the inductance of the detection coil. Since the distance between the rotor outer peripheral surface and the sensor changes with the rotation of the rotating body due to the uneven surface, the strength of the magnetic field generated by the eddy current or the inductance of the detection coil also varies. Since this fluctuation cycle is inversely proportional to the rotation speed of the rotator, the rotation speed of the rotator and therefore the bicycle speed can be detected by extracting the fluctuation period of the intensity signal detected by the sensor.

また、別の従来技術では、図17に示すように、上記回転体として円環体のバンド表面に凸状マグネットを等間隔に取り付けたものを用い、この円環体に隣接してホール素子を配置する。上記従来技術と同様に、ホール素子により検出された磁場強度信号の変動周期を検出すれば、円環体の回転速度を求めることができる。   In another prior art, as shown in FIG. 17, a rotating magnet having convex magnets attached to the band surface of the torus at equal intervals is used, and a Hall element is provided adjacent to the torus. Deploy. Similar to the above prior art, the rotational speed of the torus can be obtained by detecting the fluctuation period of the magnetic field strength signal detected by the Hall element.

しかし、上記いずれの従来技術においても、凹凸のある大型の回転体を用いているため、簡単には製作できないばかりか、自転車フレーム内でスペースを取り、また、凹凸形成のため剛性を高める必要から重量も増加するという問題が発生する。従って、従来の車体構造を有する自転車に、車体フレームの変更無しに上記従来技術のような車速検出手段を取り付けることは困難となる。特に、トルク検出手段や電動モータ等を新たに付与しなければならない動力アシスト自転車にとっては、上記問題を有する車速検出手段は好ましくない。   However, in any of the above prior arts, since a large rotating body with unevenness is used, not only can it not be easily manufactured, but it is also necessary to take up space in the bicycle frame and to increase rigidity for forming unevenness. The problem is that the weight also increases. Therefore, it is difficult to attach the vehicle speed detection means as in the prior art to a bicycle having a conventional body structure without changing the body frame. In particular, the vehicle speed detection means having the above-mentioned problem is not preferable for a power-assisted bicycle that must be newly provided with a torque detection means, an electric motor, or the like.

また、踏力検出センサーに関しても、自転車フレーム、クランクシャフト等に新たにトーションバー等の踏力検出用の部材を組み込むため、トルク検出機構が占めるスペース及び重量が大きくなり、また従来の車体フレームを大幅に変更しなければならないという問題が発生する。   Also, with regard to the treading force detection sensor, since a new treading force detection member such as a torsion bar is incorporated into the bicycle frame, crankshaft, etc., the space and weight occupied by the torque detection mechanism is increased, and the conventional body frame is greatly increased. The problem of having to change arises.

本発明は、上記事実に鑑みなされたもので、従来の車体フレームの変更を最小限に抑え、車速検出機構及びトルク検出機構の、設置の容易性、省スペース化及び軽量化を達成した、動力アシスト自転車を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described facts, and has achieved the ease of installation, space saving, and weight reduction of the vehicle speed detection mechanism and the torque detection mechanism while minimizing changes in the conventional body frame. The purpose is to provide an assist bicycle.

本発明は、ドライブ軸に作用するペダル踏力に応じた補助動力を該ペダル踏力に並列に付加して走行する動力アシスト自転車において、動力アシスト自転車の走行に伴って回転するギアと、略平坦な表面を備え、実質的に全域に亘って厚さ一定のシート状に形成された、可撓性を有するリングマグネットであって、該リングマグネットは、該表面が前記ギアの回転軸に垂直に配置されるように該ギアに取り付けられ、該表面には、周方向に沿って一定角度周期で空間的に変化する磁場を該表面上に生じさせるように複数の磁石区分が形成された、前記リングマグネットと、該リングマグネットの表面に隣接した固定位置で磁場を検出し、該磁場に基づいて前記ギアの回転速度を求める回転速度検出手段と、ドライブ軸の一方向の回転のみをスプロケットに伝達するようにドライブ軸とスプロケットとを連結する一方向クラッチ手段であって、該一方向クラッチ手段は、ドライブシャフトの軸方向に沿って隣接して配置された2つの部品と弾性手段とを有し、該2つの部品は、前記一方向の回転時には互いに係合して弾性手段の弾性力により対抗されながら軸方向の部品間隔を増加させ、一方向とは反対方向の回転時には係合が解除される、前記一方向クラッチ手段と、該弾性手段の歪みを検出し、該歪みに基づいてペダル踏力を求める踏力検出手段と、該回転速度検出手段により求められたギアの回転速度及び踏力検出手段により求められたペダル踏力に基づいて補助動力を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。   The present invention relates to a power assist bicycle that travels by adding auxiliary power corresponding to a pedal depression force acting on a drive shaft in parallel to the pedal depression force, a gear that rotates as the power assist bicycle travels, and a substantially flat surface. A flexible ring magnet formed in a sheet shape with a substantially constant thickness over the entire area, the ring magnet having a surface arranged perpendicular to the rotation axis of the gear. The ring magnet is attached to the gear so that a plurality of magnet sections are formed on the surface so as to generate a magnetic field spatially changing on the surface at a constant angular period along a circumferential direction. And a rotational speed detecting means for detecting a magnetic field at a fixed position adjacent to the surface of the ring magnet and obtaining the rotational speed of the gear based on the magnetic field, and scanning only in one direction of the drive shaft. One-way clutch means for connecting a drive shaft and a sprocket so as to transmit to a rocket, the one-way clutch means comprising two parts and an elastic means arranged adjacent to each other along the axial direction of the drive shaft The two parts engage with each other when rotating in the one direction and increase the distance between the parts in the axial direction while being countered by the elastic force of the elastic means, and engage when rotating in the direction opposite to the one direction. The one-way clutch means, the pedaling force detection means for detecting the pedal depression force based on the distortion, the gear rotation speed and the pedaling force obtained by the rotation speed detection means Control means for controlling auxiliary power based on the pedal effort determined by the detection means.

リングマグネットの略平坦な表面には、周方向に沿って一定角度周期で空間的に変化する磁場を該表面上に生じさせる複数の磁石区分が形成されたので、回転速度検出手段において固定位置で検出される磁場は、上記一定角度周期及びリングマグネットの回転速度に応じた周期で変動する。よって、回転速度検出手段は、検出された磁場信号の周期から、リングマグネットの回転速度及び従ってギアの回転速度を求めることができる。   On the substantially flat surface of the ring magnet, a plurality of magnet sections are formed on the surface to generate a magnetic field that varies spatially at a constant angular period along the circumferential direction. The detected magnetic field fluctuates at a period according to the constant angular period and the rotation speed of the ring magnet. Therefore, the rotation speed detecting means can determine the rotation speed of the ring magnet and hence the rotation speed of the gear from the detected period of the magnetic field signal.

リングマグネットの凹凸の無い略平坦な表面上に複数の磁石区分を設け、該表面に隣接して磁場検出手段を配置したので、上記従来技術と比べて、リングマグネットの径方向及び軸方向のいずれにも省スペース化を達成することができる。   Since a plurality of magnet sections are provided on a substantially flat surface having no irregularities of the ring magnet and the magnetic field detecting means is disposed adjacent to the surface, either the radial direction or the axial direction of the ring magnet is compared with the conventional technique. In addition, space saving can be achieved.

また、リングマグネットは、実質的に全域に亘って厚さ一定のシート状に形成されているので、ギアへの組み付けの容易性及び軽量化をより促進することができる。更に、リングマグネットには可撓性があるので、ギアへの組み付けがより容易となる。   In addition, since the ring magnet is formed in a sheet shape having a substantially constant thickness over the entire region, it is possible to further promote the ease of assembly to the gear and the reduction in weight. Furthermore, since the ring magnet is flexible, it can be easily assembled to the gear.

ここで、磁石区分の形態及び配列は、周方向に沿って一定角度周期で空間的に変化する磁場を生じさせる限り任意のものを採用することができる。好ましくは、隣接する2つの磁石区分が張る角度を一定角度周期として正弦波状に変化するのがよい。例えば、複数の磁石区分が、周方向に沿って交互に反転した磁極をリングマグネットの略平坦な表面に各々向けている形態を取り得る。即ち、周方向に輪状に配置された複数の磁石区分のうち隣接する任意の2つの磁石区分が磁場の大きさが相等しいN極及びS極から必ず構成されるようにするのがよい。ここで、複数の磁石区分が張る各々の角度が実質的に等角度であるようにすれば、1空間周期を互いに等しくすることができる。   Here, any form and arrangement of the magnet sections can be adopted as long as a magnetic field that changes spatially at a constant angular period along the circumferential direction is generated. Preferably, the angle between two adjacent magnet sections is changed to a sine wave with a constant angular period. For example, a plurality of magnet sections may take a form in which magnetic poles alternately reversed along the circumferential direction are respectively directed to a substantially flat surface of the ring magnet. That is, it is preferable that any two adjacent magnet sections among a plurality of magnet sections arranged in a ring shape in the circumferential direction are always composed of an N pole and an S pole having the same magnitude of the magnetic field. Here, if each angle formed by the plurality of magnet sections is substantially equal, one spatial period can be made equal to each other.

このようにして、2つの磁石区分が占める角度を周期とした空間的に変化する磁場を生成することができる。このとき、1空間周期内で磁極の強さがN極乃至S極に変化するので磁場波形が鋭くなり、信号処理手段による回転速度検出を高精度に行うことが可能になる。また、N極及びS極が隣接しているため磁石区分における磁性の維持という観点からも好ましい。隣接する磁石区分は互いに接している、即ち、境界に磁化されていない領域を無くすことにより、リングマグネットの面積効率を高めることができる。   In this way, it is possible to generate a magnetic field that changes spatially with the period occupied by the two magnet sections as a period. At this time, since the magnetic pole strength changes from N pole to S pole within one spatial period, the magnetic field waveform becomes sharp, and the rotation speed can be detected by the signal processing means with high accuracy. Further, since the N pole and the S pole are adjacent to each other, it is preferable from the viewpoint of maintaining magnetism in the magnet section. Adjacent magnet sections are in contact with each other, i.e., the area efficiency of the ring magnet can be increased by eliminating a region that is not magnetized at the boundary.

複数の磁石区分は、各々、一方の磁極を表面に向け、他方の磁極を該表面と反対側の面に向けているのが好ましい。更に好ましくは、各々の磁石区分の両磁極を結ぶ方向は、リングマグネットの軸方向に略平行に各々整列されているのがよい。これにより、リングマグネット上の磁場を強くして検出精度を向上することができ、磁性も良好に維持できる。   Each of the plurality of magnet sections preferably has one magnetic pole facing the surface and the other magnetic pole facing the surface opposite to the surface. More preferably, the direction connecting both magnetic poles of each magnet section is preferably aligned substantially parallel to the axial direction of the ring magnet. Thereby, the magnetic field on a ring magnet can be strengthened and detection accuracy can be improved, and magnetism can also be maintained satisfactorily.

リングマグネットは、例えば、リング状の強磁性体の各区分を各々磁化することにより作ることができる。また、磁石区分に相当する磁石を接続して作ってもよい。従って、製造はきわめて容易である。   A ring magnet can be made by, for example, magnetizing each section of a ring-shaped ferromagnetic material. Moreover, you may make by connecting the magnet corresponded to a magnet division. Therefore, manufacturing is very easy.

リングマグネットは、トポロジー的にリング形態であれば任意の形状を採用することができる。例えば、N個の磁石区分を有する場合、中央に孔を持つ正N角形の図形として形成することができる。また、リングマグネットは、中央に孔が形成された円環形状であるのが、磁場の対称性や被検査部への組み付けの容易性等の点から好ましい。   The ring magnet can adopt an arbitrary shape as long as it is topologically ring-shaped. For example, in the case of having N magnet sections, it can be formed as a regular N-gon figure having a hole in the center. Moreover, it is preferable that the ring magnet has an annular shape with a hole formed in the center from the viewpoints of the symmetry of the magnetic field and the ease of assembly to the part to be inspected.

好ましい態様では、リングマグネットは、被検出部に形成された溝の中に収容される。これによって、回転速度センサーの占めるスペースを減少することができる。更に、溝の中に収容されたリングマグネットの表面と、被検出部の前記溝の外側にある面とは面一であるようにすれば、従来の被検査部に凹凸を設けなくて済むという利点がある。また、リングマグネットは、溝の中に接着剤で固定可能にすれば、組み付けがより簡便となる。   In a preferred embodiment, the ring magnet is accommodated in a groove formed in the detected part. As a result, the space occupied by the rotation speed sensor can be reduced. Furthermore, if the surface of the ring magnet housed in the groove is flush with the surface of the detected portion outside the groove, it is not necessary to provide irregularities in the conventional inspected portion. There are advantages. The ring magnet can be assembled more easily if it can be fixed in the groove with an adhesive.

磁場検出手段として、磁場の検出精度及び省スペースの点でホール素子が好ましい。   As the magnetic field detection means, a Hall element is preferable in terms of magnetic field detection accuracy and space saving.

運転者がペダルを踏んで走行する際には、一方向クラッチの内部に収容された2つの部品が、互いに係合して軸方向の部品間隔を増加させる。この間隔の増大は、弾性手段により対抗される。弾性手段は、ペダル踏力に応じて弾性的に歪むため、弾性手段の歪みはペダル踏力を反映する。踏力検出手段は、弾性手段の歪みを検出し、該歪みに基づいてペダル踏力を求める。2つの部品は、運転者が踏力をかけていないときは係合が解除されて弾性手段の弾性力により増大した間隔が元に戻される。   When the driver steps on the pedal, the two components housed in the one-way clutch engage with each other to increase the axial component interval. This increase in spacing is countered by elastic means. Since the elastic means is elastically distorted according to the pedal effort, the distortion of the elastic means reflects the pedal effort. The pedaling force detection means detects the distortion of the elastic means and obtains the pedaling force based on the distortion. When the driver does not apply the pedaling force, the two parts are disengaged and the interval increased by the elastic force of the elastic means is restored.

本発明によれば、制御手段が、回転速度検出手段により求められたギアの回転速度(自転車の車速に対応)及び踏力検出手段により求められたペダル踏力に基づいて補助動力を制御する。例えば、高速で走行中は、アシスト比(補助動力/踏力)を小さくして安全性を高め、低速で走行中は、アシスト比を大きくして軽快な運転を可能にする。   According to the present invention, the control means controls the auxiliary power based on the rotation speed of the gear (corresponding to the vehicle speed of the bicycle) obtained by the rotation speed detection means and the pedal depression force obtained by the pedaling force detection means. For example, when traveling at high speed, the assist ratio (auxiliary power / stepping force) is decreased to increase safety, and during traveling at low speed, the assist ratio is increased to enable light driving.

本発明によれば、自転車に必須の構成部品である一方向クラッチ手段の内部に踏力を検出する手段を設けると共に、車速を検出するため実質的に全域に亘って厚さ一定のシート状に形成されたリングマグネットを用いるようにしたので、踏力検出手段及び車速検出手段を、ほとんどスペースを取らずに車体に容易に設置することができる。かくして、自転車のフレーム構造をほとんど変更する必要がなくなり、製造の容易さ及び軽量化を高いレベルで実現した軽快なフィーリング運転の電動アシスト自転車を実現することができる、というきわめて優れた効果が得られる。   According to the present invention, a means for detecting the pedaling force is provided inside the one-way clutch means, which is an essential component of the bicycle, and is formed in a sheet shape having a substantially constant thickness over the entire area in order to detect the vehicle speed. Since the ring magnet is used, the pedal force detection means and the vehicle speed detection means can be easily installed on the vehicle body with little space. Thus, it is unnecessary to change the frame structure of the bicycle, and it is possible to achieve an extremely advantageous effect that it is possible to realize an electric assist bicycle with a light feeling driving that realizes ease of manufacture and weight reduction at a high level. It is done.

発明の実施の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1実施形態;回転速度センサー)
図2には、本発明の第1実施形態に係る回転速度センサーを構成するNS分極リングマグネット200が示されている。このリングマグネット200は、その中央に開口205を有する略平坦なリングに形成されている。リングマグネット200は、そのリングを等角度毎に区分する複数の磁石区分からなり、これらの磁石区分では、その正面から見てN極側を向けたN極区分202と、S極側を向けたS極区分204とが交互に配置されている。この場合、側面図に示すように、N極区分202の反対側がS極となり、S極区分204の反対側がN極となるべく磁力線の向きがリング面に略垂直となるように磁石区分のN−S極を配向するのが好ましい。図の例では、12個の磁石区分が形成されているが、これよりも多くても少なくてもよく、被検出部の回転速度及び要求される検出精度に応じて任意好適に変更可能である。
(First embodiment; rotational speed sensor)
FIG. 2 shows an NS polarization ring magnet 200 constituting the rotational speed sensor according to the first embodiment of the present invention. The ring magnet 200 is formed in a substantially flat ring having an opening 205 at the center thereof. The ring magnet 200 includes a plurality of magnet sections that divide the ring into equal angles. In these magnet sections, the N pole section 202 facing the N pole side as viewed from the front and the S pole side facing. The S pole sections 204 are alternately arranged. In this case, as shown in the side view, the opposite side of the N pole section 202 is the S pole, and the opposite side of the S pole section 204 is the N pole so that the direction of the magnetic field lines is approximately perpendicular to the ring surface. It is preferable to orient the south pole. In the example of the figure, twelve magnet sections are formed, but the number may be more or less than this, and can be arbitrarily and suitably changed according to the rotation speed of the detected portion and the required detection accuracy. .

なお、リング面に対し磁場の垂直成分が存在すれば、各磁石区分のN−S極の配向の仕方は任意好適に変更できる。例えば隣接するN極区分及びS極区分を一つの磁石の両極として周方向に配置してもよい。この場合、N極区分202の反対側もN極となり、S極区分204の反対側もS極となるが、磁場の強度の点では、図2の例が好ましいと考えられる。   In addition, if the perpendicular component of a magnetic field exists with respect to a ring surface, the method of the orientation of NS pole of each magnet division can be changed arbitrarily suitably. For example, adjacent N pole sections and S pole sections may be arranged in the circumferential direction as both poles of one magnet. In this case, the opposite side of the N-pole section 202 is also the N-pole, and the opposite side of the S-pole section 204 is also the S-pole. However, the example of FIG.

図3には、回転速度の被検出部としてのギア210が示されている。ギア210は、シャフト214により伝達されたトルクにより回転し、その一方の表面には、リングマグネット200を収容できる寸法及び形状のリング溝208が形成されている。このリング溝208にリングマグネット200が収容され、接着剤等で貼り付けられる。このとき、図示のように、リングマグネット200とギア210の表面とが面一になることが好ましい。これにより、ギア表面からリングマグネットが突出せず、回転速度センサーの設置によるスペースの減少を最小限に抑えることができる。   FIG. 3 shows a gear 210 as a detected part of the rotational speed. The gear 210 is rotated by the torque transmitted by the shaft 214, and a ring groove 208 having a size and shape capable of accommodating the ring magnet 200 is formed on one surface thereof. The ring magnet 200 is accommodated in the ring groove 208 and attached with an adhesive or the like. At this time, as shown in the figure, it is preferable that the ring magnet 200 and the surface of the gear 210 are flush with each other. As a result, the ring magnet does not protrude from the gear surface, and the space reduction due to the installation of the rotation speed sensor can be minimized.

ギア210に設置されたリングマグネット208に隣接して、磁場を検出するためのホール素子212が配置されている。このホール素子は、半導体内の電流の流れる方向と直角に磁場がある場合、ホール効果により、電流及び磁場と直角方向に電流と磁場に比例する起電力を生じさせる既存の磁場検出素子である。勿論、磁場を検出できれば、ホール素子以外の磁場検出センサー、例えばコイル等を用いてもよい。ホール素子212の出力端は、コントローラ14に接続される。図3の回転速度センサー220を斜視図で表すと、図4に示す通りとなる。   A hall element 212 for detecting a magnetic field is disposed adjacent to the ring magnet 208 installed on the gear 210. This Hall element is an existing magnetic field detection element that generates an electromotive force proportional to the current and the magnetic field in the direction perpendicular to the current and the magnetic field by the Hall effect when a magnetic field is perpendicular to the direction of current flow in the semiconductor. Of course, as long as the magnetic field can be detected, a magnetic field detection sensor other than the Hall element, such as a coil, may be used. The output terminal of the hall element 212 is connected to the controller 14. If the rotational speed sensor 220 of FIG. 3 is represented with a perspective view, it will become as shown in FIG.

コントローラ14は、ホール素子212からの磁場検出信号を任意好適な方法により解析してギア210の回転速度を検出する。ここで、ホール素子212からコントローラ14に出力される磁場信号の波形の一例を図5に示す。コントローラ14は、例えば、磁場信号のゼロ交差点(磁場強度ゼロの点の時刻)、N極側ピーク、或いは、S極側ピークを検出して、それらの時刻を求める機能を有する。図5に示すN極側ピーク222及びS極側ピーク224は、N極区分及びS極区分の最大磁極がホール素子212の検出領域を通過した時点を各々示しているので、各ピークの出現数及びその時刻によりギア210が一回転するのに要する時間Tを検出することができる。かくして、ギア210の回転速度(2π/T)を直ちに求めることができる。勿論、ギア210の一回転を待たなくとも、所定角度回転したときにギアの回転速度を求めてもよい。   The controller 14 detects the rotational speed of the gear 210 by analyzing the magnetic field detection signal from the Hall element 212 by any suitable method. Here, an example of the waveform of the magnetic field signal output from the Hall element 212 to the controller 14 is shown in FIG. For example, the controller 14 has a function of detecting a zero crossing point (time at a point where the magnetic field intensity is zero), an N-pole side peak, or an S-pole side peak of a magnetic field signal, and obtaining those times. Since the N pole side peak 222 and the S pole side peak 224 shown in FIG. 5 indicate the time points when the maximum magnetic poles of the N pole section and the S pole section pass through the detection region of the Hall element 212, the number of appearance of each peak The time T required for the gear 210 to make one rotation can be detected based on the time. Thus, the rotational speed (2π / T) of the gear 210 can be obtained immediately. Of course, the rotation speed of the gear may be obtained when the gear 210 is rotated by a predetermined angle without waiting for one rotation of the gear 210.

本実施形態の回転速度センサーは、NS分極リングマグネット200が平坦なリング形状であるので、嵩張らず省スペース化及び軽量化を達成することができる。また、非常に簡易な構造なので製作が容易となり、従ってコスト削減を図ることもできる。   Since the NS polarization ring magnet 200 has a flat ring shape, the rotation speed sensor of this embodiment can achieve space saving and weight reduction without being bulky. Further, since the structure is very simple, the manufacture is easy, and therefore the cost can be reduced.

また、複数の磁石区分が一つの平坦なリングにまとめられたので、機器への組み付けも非常に容易となる。例えば、図3に示すように、ギア210の表面にリング状の溝を掘り、そこにリングマグネットを埋め込んで接着剤等で固定するだけである。分極に相当する個々の磁石をギアに埋め込んでいく作業と比べて、各段に作業効率の向上を図ることができる。その上、溝の深さとリングマグネットの高さとを揃えれば、全く外部に突出せず、省スペース化に寄与する。   In addition, since the plurality of magnet sections are combined into one flat ring, it is very easy to assemble the apparatus. For example, as shown in FIG. 3, a ring-shaped groove is dug in the surface of the gear 210, and a ring magnet is embedded therein and fixed with an adhesive or the like. Compared with the work of embedding individual magnets corresponding to polarization in gears, the work efficiency can be improved at each stage. In addition, if the groove depth and the height of the ring magnet are aligned, it does not protrude at all and contributes to space saving.

また、各磁石区分が占める角度範囲を小さくすることによって、回転速度の時間分解能を向上させることができる。   Moreover, the time resolution of the rotational speed can be improved by reducing the angle range occupied by each magnet section.

以下、本発明の第1実施形態に係る回転速度センサーを組み込んだ他の実施形態に係る自転車について図面を参照して説明する。なお、以下で述べる自転車は、一例として電動モータにより補助トルクを与える電動アシスト自転車として説明する。
(第2実施形態;電動アシスト自転車)
図1には、本発明の第2実施形態に係る電動アシスト自転車1の概略が示されている。なお、第1実施形態と同様の構成要素に関しては、同様の符号を用いることとする。
Hereinafter, a bicycle according to another embodiment incorporating the rotation speed sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The bicycle described below will be described as an electrically assisted bicycle that gives an auxiliary torque by an electric motor as an example.
(Second embodiment; electric assist bicycle)
FIG. 1 shows an outline of an electrically assisted bicycle 1 according to a second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol shall be used about the component similar to 1st Embodiment.

同図に示すように、この電動アシスト自転車1の主要な骨格部分は、金属管製の車体フレーム3から構成されており、該車体フレーム3には、前輪20、該前輪を操舵するためのハンドル16、後輪22及びサドル18などが周知の態様で取り付けられている。   As shown in the figure, the main skeleton part of the electrically assisted bicycle 1 is composed of a body frame 3 made of a metal tube, and the body frame 3 includes a front wheel 20 and a handle for steering the front wheel. 16, rear wheel 22 and saddle 18 are attached in a known manner.

また、車体フレーム3の中央下部には、該車体フレーム3に対して回転自在にドライブ軸4が軸支され、該ドライブ軸の左右両端部には、クランク棒6L、6Rを介してペダル8L、8Rが各々取り付けられている。この駆動側としてのドライブ軸4には、後述するラチェットギアを介して、被駆動側としてのスプロケット2が同軸に取り付けられ、このラチェットギアは、自転車1を前進させる一方向(R方向)の回転トルクのみが駆動側から被駆動側に伝達されるように構成、配置されている。   Further, a drive shaft 4 is pivotally supported at the center lower portion of the vehicle body frame 3 so as to be rotatable with respect to the vehicle body frame 3, and pedals 8L and 6L are connected to left and right ends of the drive shaft via crank rods 6L and 6R, respectively. 8R is attached to each. A sprocket 2 as a driven side is coaxially attached to the drive shaft 4 as a driving side via a ratchet gear, which will be described later, and this ratchet gear rotates in one direction (R direction) to advance the bicycle 1. It is constructed and arranged so that only torque is transmitted from the drive side to the driven side.

更に、後輪22の中央部には、伝達された踏力を該後輪に与えるための後輪動力機構10が設けられており、該後輪動力機構の内部に設けられた図示しないフリーホイールとスプロケット2との間には無端回動のチェーン12が張設されている。   Further, a rear wheel power mechanism 10 is provided at the central portion of the rear wheel 22 to give the transmitted pedal force to the rear wheel. A free wheel (not shown) provided inside the rear wheel power mechanism and An endlessly rotating chain 12 is stretched between the sprocket 2.

周知のように、ペダル8に与えられた前進方向のペダル踏力はクランク棒6を介してドライブ軸4を回転させ、この回転力が図のR方向の踏み込みトルクとしてスプロケット2を回転させ、該踏み込みトルクはチェーン12を介して後輪動力機構10に伝達され、その結果、後輪22を回転させて自転車1を前方に走らせる。   As is well known, the forward pedaling force applied to the pedal 8 rotates the drive shaft 4 via the crank rod 6, and this rotational force rotates the sprocket 2 as a stepping torque in the R direction in the figure. Torque is transmitted to the rear wheel power mechanism 10 via the chain 12, and as a result, the rear wheel 22 is rotated to run the bicycle 1 forward.

回転速度センサー220は、走行速度を反映するように回転する任意の被検出部に取り付けることができる。この被検出部として、例えば、後輪動力伝達機構10内に配置された図示しないギア、スプロケット2、後述するスプロケット駆動ギア11、及び、前輪車軸の回転部分等が挙げられる。コントローラ14は、これらの被検査部の回転速度を車体の走行速度に変換する参照テーブルを有する。   The rotation speed sensor 220 can be attached to any detected part that rotates to reflect the traveling speed. Examples of the detected portion include a gear (not shown) arranged in the rear wheel power transmission mechanism 10, a sprocket 2, a sprocket drive gear 11 described later, and a rotating portion of a front wheel axle. The controller 14 has a reference table for converting the rotational speed of these parts to be inspected into the traveling speed of the vehicle body.

次に、本実施形態に係るトルク検出機構の構成を図6乃至図9を用いて説明する。   Next, the configuration of the torque detection mechanism according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、図7には、スプロケット2及び該スプロケット2に連結されたラチェットギア39の正面図と、該正面図のS−S’線に沿って取られた該スプロケット2及びラチェットギア39の断側面図が示されている。同正面図に示すように、スプロケット2は、剛性を有するボディ部38の外周に亘ってチェーン12と嵌合するための複数の歯24及び隣接する歯の間に凹部25が形成され、ボディ部38の中央部にはドライブ軸4を貫通させるための孔41、及び該孔41の周囲を取り囲む円筒状のストッパー46が形成されている。   First, FIG. 7 shows a front view of the sprocket 2 and the ratchet gear 39 connected to the sprocket 2, and a cross-sectional side view of the sprocket 2 and the ratchet gear 39 taken along the line SS ′ of the front view. The figure is shown. As shown in the front view, the sprocket 2 has a plurality of teeth 24 for fitting with the chain 12 over the outer periphery of the rigid body portion 38 and recesses 25 formed between adjacent teeth. A hole 41 for allowing the drive shaft 4 to pass therethrough and a cylindrical stopper 46 surrounding the periphery of the hole 41 are formed in the central portion of 38.

ラチェットギア39は、スプロケット中心(図では、ドライブ軸線5に一致)から等距離のところに等角度毎にスプロケット2のボディ部38にそれぞれ固定配置された3つのラチェット駒40と、該ラチェット駒に嵌合するようにスプロケット2の片面側に配置されたラチェット歯部43と、を含んで構成される。   The ratchet gear 39 includes three ratchet pieces 40 fixedly arranged on the body portion 38 of the sprocket 2 at equal angles at equal distances from the sprocket center (in the figure, coincident with the drive axis 5), and the ratchet pieces 39 And ratchet teeth 43 arranged on one side of the sprocket 2 so as to be fitted.

図7の断側面図は、スプロケット2及びラチェットギア39をドライブ軸4に取り付けた状態を示している。同図によれば、ドライブ軸4の回りには、該ドライブ軸と同心に該軸に対し動かないように固定されたドライブシャフト42が設けられている。このドライブシャフト42には、その外周囲に軸線5に略平行な円筒シャフト面を有する台座45が形成されている。この台座45には、スプロケット2及びラチェット歯部43が係合した状態で配置される。スプロケット2は、ラチェットギア39のクラッチが作用しない方向には、台座45内で、ドライブシャフト42から独立に回転することができ、ラチェット歯部43は後述するようにドライブシャフト42に対し固定されている。   7 shows a state in which the sprocket 2 and the ratchet gear 39 are attached to the drive shaft 4. According to the figure, a drive shaft 42 is provided around the drive shaft 4 so as to be concentric with the drive shaft so as not to move relative to the shaft. The drive shaft 42 is formed with a pedestal 45 having a cylindrical shaft surface substantially parallel to the axis 5 on the outer periphery thereof. The pedestal 45 is disposed in a state where the sprocket 2 and the ratchet teeth portion 43 are engaged. The sprocket 2 can rotate independently of the drive shaft 42 in the pedestal 45 in the direction in which the clutch of the ratchet gear 39 does not act, and the ratchet tooth portion 43 is fixed to the drive shaft 42 as described later. Yes.

ここで、スプロケット2及びラチェット歯部43の係合状態及びクラッチ機能に関して、図8及び図9を用いて概念的に説明する。   Here, the engagement state and the clutch function of the sprocket 2 and the ratchet tooth portion 43 will be conceptually described with reference to FIGS. 8 and 9.

図8には、スプロケット2及びラチェット歯部43を分解した状態の図式的な斜視図が示されている。同図に示すように、ラチェット駒40は、弾性を備えた細長い金属製平板を折り曲げた爪状部材として形成され、該爪状部材の先端部40aがスプロケット2のボディ部38に対してある一定の傾斜角度をなすように後部40bが該ボディ部38に溶接等により固定されている。   FIG. 8 shows a schematic perspective view of the sprocket 2 and the ratchet tooth portion 43 in an exploded state. As shown in the figure, the ratchet piece 40 is formed as a claw-like member obtained by bending a long and thin metal flat plate having elasticity, and a tip end portion 40a of the claw-like member is fixed to the body portion 38 of the sprocket 2. The rear portion 40b is fixed to the body portion 38 by welding or the like so as to form an inclination angle of.

また、ラチェット歯部43は、平坦な表面を持つ円板部60を有し、スプロケット面と向かい合う側の該円板部60の面上には、その外周に沿って周全体にラチェット駒40と係合するための複数の歯44が形成されている。各々の歯44は、より緩やかな斜面44a及びより急な斜面44bを夫々有する。更に、円板部60の中央部には、軸方向に延在する円筒状のセンターシャフト54が該円板部の平面から両外側に突出するように設けられ、該センターシャフトには、ドライブ軸4の回りに設けられたドライブシャフト42を受け入れるための開口部57が貫通している。また、円板部60のスプロケット面に向かう側と反対側にあるセンターシャフト54の内部には、開口部57の直径に亘って橋渡しするように平板状の回り止め部52がシャフト内壁に固定連結されている。更に、センターシャフト54には、コイルバネ50が挿入され、該コイルバネ50の一方の端部は、回り止め部52に当接し、他方の端部は、図示しないがドライブシャフト42に固定されている。   Further, the ratchet tooth portion 43 includes a disc portion 60 having a flat surface. On the surface of the disc portion 60 on the side facing the sprocket surface, the ratchet piece 40 and the ratchet piece 40 are provided along the outer circumference. A plurality of teeth 44 for engagement are formed. Each tooth 44 has a gentler slope 44a and a steeper slope 44b, respectively. Furthermore, a cylindrical center shaft 54 extending in the axial direction is provided at the center of the disc portion 60 so as to protrude outward from the plane of the disc portion, and the center shaft has a drive shaft. An opening 57 for receiving a drive shaft 42 provided around 4 passes therethrough. Further, in the center shaft 54 on the side opposite to the side facing the sprocket surface of the disc portion 60, a flat plate-like detent 52 is fixedly connected to the inner wall of the shaft so as to bridge over the diameter of the opening 57. Has been. Further, a coil spring 50 is inserted into the center shaft 54, one end portion of the coil spring 50 abuts against the rotation preventing portion 52, and the other end portion is fixed to the drive shaft 42 (not shown).

スプロケット2及びラチェット歯部43の係合状態では、図9に示すように、ラチェット駒40の先端部40aが隣接する斜面44a及び斜面44bにより画成された凹所内に入り込み、その最先端部分が、より急な斜面44bに対峙した状態でこれに当接する。また、センターシャフト54の開口部57は、ドライブシャフト42を受け入れている。このとき、図示しないが、回り止め部52は、ドライブシャフト42の軸方向に沿って該シャフト部を貫通するように形成されたより長いスロット58の中に挿入された状態になっている。これによって、ラチェット歯部43は、ドライブシャフト42に対して回転せず、踏み込みトルクによって回転するドライブ軸4と一緒に回転する。また、回り止め部52の軸方向幅はスロット58の長さより小さいため、回り止め部52はスロット58に沿って軸方向に摺動可能である。このとき、回り止め部52は、コイルバネ50によってスプロケット2に向かう方向に付勢されているため、ラチェット駒40の最先端部分がラチェット歯部43に係合したその高さのところで係止される。   In the engaged state of the sprocket 2 and the ratchet tooth portion 43, as shown in FIG. 9, the tip end portion 40a of the ratchet piece 40 enters into the recess defined by the adjacent slope 44a and slope 44b, and its most advanced portion is , Abuts against a steeper slope 44b. The opening 57 of the center shaft 54 receives the drive shaft 42. At this time, although not shown, the rotation preventing portion 52 is inserted into a longer slot 58 formed so as to penetrate the shaft portion along the axial direction of the drive shaft 42. As a result, the ratchet teeth 43 do not rotate with respect to the drive shaft 42 but rotate together with the drive shaft 4 that rotates by the stepping torque. Further, since the axial width of the anti-rotation portion 52 is smaller than the length of the slot 58, the anti-rotation portion 52 can slide in the axial direction along the slot 58. At this time, since the rotation preventing portion 52 is urged in the direction toward the sprocket 2 by the coil spring 50, the leading end portion of the ratchet piece 40 is locked at the height where the ratchet tooth portion 43 is engaged. .

図9の下図に示すように、ドライブシャフト42が自転車1の前進方向に相当するR方向に回転すると、ラチェット駒40の最先端部分が歯44のより急な斜面44bに突き当たった状態で斜面に沿って滑らないため、ドライブシャフト42と共に、ラチェット歯部43及びスプロケット2が一緒にR方向に回転する。これに対し、ドライブシャフト42がR方向とは反対方向に回転すると、先端部40aの背面がより緩やかな斜面44aに当接するため、係止されずに該斜面に沿って滑り出し、ドライブシャフト42の回転はスプロケット2に伝達しない。これが、ラチェットギア39の一方向クラッチの原理である。   As shown in the lower part of FIG. 9, when the drive shaft 42 rotates in the R direction corresponding to the advancing direction of the bicycle 1, the most advanced portion of the ratchet piece 40 comes into contact with the slope 44 b with the steeper slope 44 b of the tooth 44. Since it does not slide along, the ratchet teeth 43 and the sprocket 2 together with the drive shaft 42 rotate in the R direction. On the other hand, when the drive shaft 42 rotates in the direction opposite to the R direction, the back surface of the tip end portion 40a comes into contact with the gentler slope 44a, so that the drive shaft 42 starts to slide along the slope without being locked. The rotation is not transmitted to the sprocket 2. This is the principle of the one-way clutch of the ratchet gear 39.

ドライブシャフト42のR方向の回転がラチェット歯部43を介してスプロケット2に伝達される場合、図9の下図に示すように、より急な斜面44bから受ける回転力に抗して弾性を持つラチェット駒40が立ち上がる。このため、ラチェット歯部43は、通常の軸方向位置(図6、図7の位置48a)からコイルバネ50の付勢力に抗しながらスプロケット2からより離れるように軸方向に変位し、ペダル踏力による回転力とラチェット駒40の弾性力とが釣り合った位置(図6、図7の位置48b)で停止する。踏み込みトルクが減少すると、より急な斜面44bから受ける回転力が弱くなるため、ラチェット駒40がその弾性によって元の高さに戻ろうとし、これと共にコイルバネ50で下方に付勢されたラチェット歯部43がスプロケット2に近づくように軸方向に変位する。かくして、ラチェット歯部43の軸方向変位量△L(図7)は、踏み込みトルクの大きさを反映する。   When the rotation of the drive shaft 42 in the R direction is transmitted to the sprocket 2 via the ratchet teeth 43, as shown in the lower diagram of FIG. 9, the ratchet has elasticity against the rotational force received from the steeper slope 44b. The piece 40 stands up. For this reason, the ratchet teeth 43 are displaced in the axial direction from the normal axial position (position 48a in FIGS. 6 and 7) so as to be further away from the sprocket 2 while resisting the biasing force of the coil spring 50, and the pedal depression force It stops at a position where the rotational force and the elastic force of the ratchet piece 40 are balanced (position 48b in FIGS. 6 and 7). When the stepping torque is reduced, the rotational force received from the steeper slope 44b is weakened. Therefore, the ratchet piece 40 tries to return to its original height due to its elasticity, and the ratchet tooth portion urged downward by the coil spring 50 together with this. 43 is displaced in the axial direction so as to approach the sprocket 2. Thus, the axial displacement amount ΔL (FIG. 7) of the ratchet tooth portion 43 reflects the magnitude of the depression torque.

このラチェット歯部43の軸方向変位量を検出するため、図6に示すように、所定位置からラチェット歯部43の円板部60までの軸方向距離を検出する位置センサー34を車体フレームに配設する。なお、この位置センサー34は、例えば、円板部60の軸方向変位に応じて軸方向に移動するように取り付けられたフェライト等の磁性材料からなる検出体と、該検出体の近傍に配置されたコイルと、該コイルのインダクタンスの変化をインピーダンスの変化として電気的に検出することが可能な検出回路と、によって実現できる。この構成の場合、ラチェット歯部43の軸方向変位量に応じて検出体がコイルに接近したり或いは遠ざかるが、検出体とコイルとの距離に応じてコイルのインダクタンスが変化するので、この変化を検出回路により検出することによってラチェット歯部43までの軸方向距離L1を演算することができる。勿論、ラチェット歯部43の軸方向距離又はその変位量△Lを検出できる限り、これ以外の型式の任意のセンサーを用いてもよく、また、センサーによってはラチェットギア39内に配置することもできる。   In order to detect the axial displacement of the ratchet teeth 43, as shown in FIG. 6, a position sensor 34 for detecting the axial distance from a predetermined position to the disc 60 of the ratchet teeth 43 is arranged on the vehicle body frame. Set up. The position sensor 34 is disposed, for example, in the vicinity of a detection body made of a magnetic material such as ferrite attached so as to move in the axial direction in accordance with the axial displacement of the disc portion 60. And a detection circuit capable of electrically detecting a change in inductance of the coil as a change in impedance. In the case of this configuration, the detection body approaches or moves away from the coil according to the axial displacement amount of the ratchet teeth 43, but the inductance of the coil changes according to the distance between the detection body and the coil. By detecting with the detection circuit, the axial distance L1 to the ratchet tooth portion 43 can be calculated. Of course, any other type of sensor may be used as long as the axial distance of the ratchet tooth portion 43 or its displacement ΔL can be detected, and depending on the sensor, it may be arranged in the ratchet gear 39. .

位置センサー34の出力端には、該センサーからの検出信号を受信するコントローラ14が接続されている。このコントローラ14は、いわゆるマイクロコンピュータなどで実現することができ、受信した軸方向距離に関する検出信号に基づいて踏み込みトルクの値を演算する演算機能などを有する。   A controller 14 that receives a detection signal from the sensor is connected to an output terminal of the position sensor 34. The controller 14 can be realized by a so-called microcomputer or the like, and has a calculation function for calculating a stepping torque value based on the received detection signal regarding the axial distance.

次に、本実施形態の電動アシスト手段を説明する。この電動アシスト手段は、図6に示すように、スプロケット2に直接嵌合するスプロケット駆動ギア11と、図示しないバッテリーで回転駆動し、その補助トルクを回転軸37aを介して伝達する電動モータ37と、電動モータ37の回転軸37a回りの回転速度を減速してギア軸35aを介してスプロケット駆動ギア11に伝達する減速機構35と、演算した踏み込みトルクの値に基づいて電動モータ37を制御する上記コントローラ14と、を含んで構成される。   Next, the electric assist means of this embodiment will be described. As shown in FIG. 6, the electric assist means includes a sprocket drive gear 11 that is directly fitted to the sprocket 2, an electric motor 37 that is rotationally driven by a battery (not shown), and transmits the auxiliary torque via a rotating shaft 37a. The speed reduction mechanism 35 that reduces the rotational speed of the electric motor 37 around the rotation shaft 37a and transmits it to the sprocket drive gear 11 via the gear shaft 35a, and the electric motor 37 is controlled based on the calculated stepping torque value. And the controller 14.

このうち減速機構35は、例えば、複数のギア等を組み合わせて構成されており、これらのギアにより構成された補助トルクの伝達経路の途中には、一方向にだけ動力を伝達する、いわゆるワンウェイクラッチ(図示せず)が設けられている。このワンウェイクラッチは、電動モータ37からの補助トルクをスプロケット駆動ギア11に伝達するが、その逆方向、即ちスプロケット駆動ギアから減速機構35へはトルクを伝達しないように構成・接続される。これによって、非駆動時の電動モータ37の負荷がスプロケット2には伝達せず、常に軽快な運転が可能となる。   Of these, the speed reduction mechanism 35 is configured by combining a plurality of gears, for example, and is a so-called one-way clutch that transmits power in only one direction in the middle of an auxiliary torque transmission path constituted by these gears. (Not shown) is provided. The one-way clutch is configured and connected so as to transmit the auxiliary torque from the electric motor 37 to the sprocket drive gear 11 but not in the opposite direction, that is, from the sprocket drive gear to the speed reduction mechanism 35. As a result, the load of the electric motor 37 when not driven is not transmitted to the sprocket 2, and a light operation is always possible.

スプロケット駆動ギア11及びスプロケット2の嵌合状態の正面図を図10(クランク棒の図示省略)に示す。ここに、スプロケット2に張設されたチェーン12は、2枚のまゆ型のリンクプレートに2本のピンを圧入したピンリンクと、2個のブッシュを2枚のリングプレートに圧入し、そのブッシュの外周囲にローラを回転自在にはめ込んだローラリンクとを交互に組み合わせてなるものである。チェーン12のピンリンク及びローラリンクを構成する各ローラは、スプロケット2の各歯に嵌合するように、ピッチ及び直径が定められている。   A front view of the sprocket drive gear 11 and the sprocket 2 in a fitted state is shown in FIG. 10 (the crank rod is not shown). Here, the chain 12 stretched on the sprocket 2 has a pin link in which two pins are press-fitted into two eyebrows-type link plates, and two bushes are press-fitted into two ring plates. A roller link in which a roller is rotatably fitted around the outer periphery of the roller is alternately combined. Each roller constituting the pin link and the roller link of the chain 12 has a pitch and a diameter so as to be fitted to each tooth of the sprocket 2.

スプロケット駆動ギア11は、上記チェーン12の嵌合と同じ態様でスプロケット2に嵌合するように、例えば図11に示すように構成されている。スプロケット駆動ギア11は、平行に対置された2枚のローラプレート17a、17bと、これらのプレート間を連結するようにプレートの周囲領域に沿ってチェーン12のローラと同一ピッチ毎に該プレートに対し略垂直に圧入された複数(図の例では6個)の円筒形のブシュ(ローラ軸)15と、これらのブシュの外周囲を覆って回転自在に各々はめ込まれた複数(図の例では6個)の円筒形のローラ21と、を備えている。ローラプレート17a、17bは、その中央部に、駆動手段13に取り付けるための取り付け孔19が形成され、隣接するローラ21の間の外周部には、内側に凹んだ凹部33が形成されている。   For example, the sprocket drive gear 11 is configured as shown in FIG. 11 so as to be fitted to the sprocket 2 in the same manner as the fitting of the chain 12. The sprocket drive gear 11 has two roller plates 17a and 17b arranged in parallel to each other, and the plate 12 along the peripheral region of the plate so as to connect the plates to each other at the same pitch as the rollers of the chain 12. A plurality (six in the illustrated example) of cylindrical bushes (roller shafts) 15 press-fitted substantially vertically, and a plurality (six in the illustrated example) that are rotatably fitted around the outer periphery of these bushes. ) Cylindrical rollers 21. The roller plates 17a and 17b are formed with an attachment hole 19 for attachment to the driving means 13 in the center thereof, and an indented recess 33 is formed in the outer peripheral portion between the adjacent rollers 21.

スプロケット駆動ギア11の隣接する2つのローラ21はスプロケット2の凹部25に係合し、これらローラ間の間隙には、スプロケット2の一つの歯24が各々進入する(図10参照)。なお、スプロケット駆動ギア11の上述した凹部33は、チェーン12の歯がローラ21の間に嵌合しやすいように成形されるのがよく、例えばチェーン12のまゆ型のリンクプレートの中央のくびれ部分と略同一形状に成形されるのが好ましい。   Two adjacent rollers 21 of the sprocket drive gear 11 engage with the recess 25 of the sprocket 2, and one tooth 24 of the sprocket 2 enters the gap between these rollers (see FIG. 10). The above-described recess 33 of the sprocket drive gear 11 is preferably formed so that the teeth of the chain 12 can be easily fitted between the rollers 21. For example, the constricted portion at the center of the eyebrow-shaped link plate of the chain 12 It is preferable to be formed into substantially the same shape as the above.

次に、本発明の第2実施形態の作用を各図面を参照して説明する。   Next, the operation of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

搭乗者がペダル8R、8Lにペダル踏力を与え、ドライブ軸4をR方向に回転させると、回り止め部52によってドライブ軸4に回転不能に固定されたラチェット歯部43が該ドライブ軸4と共に回転し、その歯44に係合したラチェット駒40を介して、チェーン12からの引張力が負荷として作用するスプロケット2に踏み込みトルクを印加する。このとき、弾性を持つラチェット駒40は、ラチェット歯のより急な斜面44bから受ける回転力に抗して立ち上がり、このため、ラチェット歯部43は、通常の軸方向位置(図7の位置48a)からコイルバネ50の付勢力に抗しながらスプロケット2からより離れるように軸方向に変位し、ペダル踏力による回転力とラチェット駒40の弾性力とが釣り合った位置(図7の位置48b)で停止する。   When the rider applies a pedaling force to the pedals 8R and 8L and rotates the drive shaft 4 in the R direction, the ratchet tooth portion 43 fixed to the drive shaft 4 so as not to rotate by the rotation preventing portion 52 rotates together with the drive shaft 4. The stepping torque is applied to the sprocket 2 on which the tensile force from the chain 12 acts as a load via the ratchet piece 40 engaged with the teeth 44. At this time, the elastic ratchet piece 40 stands up against the rotational force received from the steep slope 44b of the ratchet teeth, and therefore the ratchet tooth portion 43 has a normal axial position (position 48a in FIG. 7). Is displaced axially away from the sprocket 2 while resisting the biasing force of the coil spring 50, and stops at a position (position 48b in FIG. 7) where the rotational force of the pedal depression force and the elastic force of the ratchet piece 40 are balanced. .

図6の位置センサー34は、その固定された位置からラチェット歯部43の円板部60までの軸方向距離を常時検出し、その検出信号(位置48bに対応)をコントローラ14に伝達する。コントローラ14は、内部メモリに予め記憶しておいた踏み込みトルクが作用していないときのラチェット歯部43の位置48aと、受信した検出信号が示す位置48bとから、その差分を演算して軸方向変位量△Lを求める。この軸方向変位量△Lは、踏み込みトルクが大きいほど大きくなるので、両者の対応関係からコントローラ14は、踏み込みトルクの値を演算することができる。これは、例えば、軸方向変位量△Lと踏み込みトルクとの関係を予め実験的に求めておき、この関係を表す参照テーブルをコントローラ14の内部メモリに記憶しておけば実現できる。   The position sensor 34 in FIG. 6 constantly detects the axial distance from the fixed position to the disc portion 60 of the ratchet tooth portion 43, and transmits the detection signal (corresponding to the position 48 b) to the controller 14. The controller 14 calculates the difference between the position 48a of the ratchet tooth 43 when the stepping torque stored in the internal memory is not acting and the position 48b indicated by the received detection signal, and calculates the axial direction. A displacement amount ΔL is obtained. Since this axial displacement amount ΔL increases as the stepping torque increases, the controller 14 can calculate the stepping torque value from the correspondence between the two. This can be achieved, for example, by experimentally obtaining a relationship between the axial displacement amount ΔL and the stepping torque in advance and storing a reference table representing this relationship in the internal memory of the controller 14.

次に、コントローラ14は、少なくとも演算された踏み込みトルクTに基づいて印加すべきアシスト用の補助トルクTeを演算し、該補助トルクで回転駆動するように電動モータ37を指令する制御信号を演算出力する。好ましくは、コントローラ14は、回転速度センサー220により検出された回転速度を車速に変換し、踏み込みトルクT及び回転速度センサー車速の両方に基づいて補助トルクTeを演算するのがよい。   Next, the controller 14 calculates an assisting auxiliary torque Te to be applied based on at least the calculated stepping torque T, and outputs a control signal for instructing the electric motor 37 to be driven to rotate with the auxiliary torque. To do. Preferably, the controller 14 converts the rotational speed detected by the rotational speed sensor 220 into a vehicle speed, and calculates the auxiliary torque Te based on both the stepping torque T and the rotational speed sensor vehicle speed.

例えば、最も簡単な電動アシスト制御の場合、演算された踏み込みトルクTが所定値以上となったとき、電動モータ37をオンにして踏み込みトルクに対し所定の比率を保つような補助トルクを指令するモータ制御信号を出力し、それ以外では電動モータをオフにするモータ制御信号を出力する。この場合、軸方向変位量△Lそれ自体を直接用いて、この値が一定値以上となったときのみに電動モータ37をオンにしてもよい。   For example, in the simplest electric assist control, when the calculated stepping torque T is equal to or greater than a predetermined value, the motor that instructs the auxiliary torque to turn on the electric motor 37 and maintain a predetermined ratio with respect to the stepping torque. A control signal is output, otherwise a motor control signal for turning off the electric motor is output. In this case, the electric motor 37 may be turned on only when the axial displacement amount ΔL itself is directly used and this value becomes a certain value or more.

電動モータ37がオンとなって回転すると、この回転力は、減速機構35を介してスプロケット駆動ギア11に伝達され、スプロケット駆動ギア11は、その駆動中心軸9の回りに図10に示すK方向に回転する。このとき、各々のローラ21がスプロケット2のそれぞれの凹部25に、順次、係合していき、これと共に、スプロケット2がドライブ軸4の中心軸線5の回りのR方向の駆動トルクを与えられる。このように本実施形態では、電動モータ37からの補助トルクがスプロケット駆動ギア11を介して剛性の高い歯24が形成されたスプロケット2の領域に伝達されるため、スプロケット2を撓ませることなく、且つ回転中心がずれることなく踏力を補助することができる。このように踏み込みトルクが一定以上とみなされるような条件下で、アシスト用補助トルクが加わるので、ペダル運転を楽に行うことができる。   When the electric motor 37 is turned on and rotated, this rotational force is transmitted to the sprocket drive gear 11 via the speed reduction mechanism 35, and the sprocket drive gear 11 is rotated around the drive center shaft 9 in the K direction shown in FIG. Rotate to. At this time, the respective rollers 21 are sequentially engaged with the respective concave portions 25 of the sprocket 2, and at the same time, the sprocket 2 is given a driving torque in the R direction around the central axis 5 of the drive shaft 4. Thus, in this embodiment, since the auxiliary torque from the electric motor 37 is transmitted to the region of the sprocket 2 where the highly rigid teeth 24 are formed via the sprocket drive gear 11, the sprocket 2 is not bent. In addition, it is possible to assist the pedaling force without shifting the center of rotation. As described above, the assisting auxiliary torque is applied under such a condition that the depression torque is considered to be a certain level or more, so that the pedal operation can be easily performed.

以上のように本実施形態では、剛性が高く体積及び重量が大きい弾性部材や伝達機構などを、既存の電動アシスト自転車に別途、追加することなく、一般の自転車でも必要となるラチェットギア内部の軸方向変位量に基づいてトルクを演算するようにしたので、トルク検出機構のスペース及び重量を大幅に削減すると共にその機構を簡素化することができる。   As described above, in the present embodiment, the shaft inside the ratchet gear that is also required for a general bicycle without adding an elastic member, a transmission mechanism, etc. having high rigidity and large volume and weight separately to an existing electric assist bicycle. Since the torque is calculated based on the amount of directional displacement, the space and weight of the torque detection mechanism can be greatly reduced and the mechanism can be simplified.

また、本実施形態では、電動モータ37からの補助トルクがスプロケット駆動ギア11を介して、直径が大きいスプロケット2の外周部分に伝達されるため、ドライブ軸4から補助トルクを付加するという構造と比べて減速比を大きく取れるという利点がある。これによって、合力機構の小型軽量化並びに簡素化を図ることができる。   Further, in the present embodiment, since the auxiliary torque from the electric motor 37 is transmitted to the outer peripheral portion of the sprocket 2 having a large diameter via the sprocket drive gear 11, the auxiliary torque is applied from the drive shaft 4. There is an advantage that a large reduction ratio can be obtained. As a result, the resultant force mechanism can be reduced in size and weight and simplified.

更に、本実施形態では、トルク検出機構の弾性変位部分をラチェットギアに一体的に含ませると共に、スプロケット駆動ギア11と駆動手段13とを設けるだけで電動アシスト手段を構成したので、従来の車体のフレーム構造を変更する必要はほとんどなくなり、電動アシスト自転車の更なる小型軽量化、簡素化、及びコスト削減を図ることができる。
(第3実施形態)
本発明の第3の実施形態に係るトルク検出機構を図12(a)、(b)に示す。なお、トルク検出機構以外は第2の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略し、同様の構成要件については同一の符号を附すことにする。
Furthermore, in the present embodiment, the elastic displacement portion of the torque detection mechanism is integrally included in the ratchet gear, and the electric assist means is configured only by providing the sprocket drive gear 11 and the drive means 13. There is almost no need to change the frame structure, and the electric assist bicycle can be further reduced in size and weight, simplified, and reduced in cost.
(Third embodiment)
FIGS. 12A and 12B show a torque detection mechanism according to the third embodiment of the present invention. In addition, since it is the same as that of 2nd Embodiment except a torque detection mechanism, detailed description is abbreviate | omitted and it attaches | subjects the same code | symbol about the same component.

図12(a)、(b)に示すように、第3実施形態に係るトルク検出機構は、その中央部に円筒収容部82を有するスプロケット70を備える。この円筒収容部82は、スプロケット70の一方の板面側に円筒状に突出し、他方の板面側で凹んでいる。スプロケット70は、円筒収容部82の凹み部分が、ペダル側に向くように配置され、該凹み部分には、一方向の回転のみを、その駆動側部からその被駆動側部に伝達する一方向クラッチ72が収容されている。この一方向クラッチ72は、R方向のみの回転をスプロケット70に伝達するように、円筒収容部82の凹み部分との係合部において、その被駆動側部が固定連結され、その被駆動側部がドライブ軸4に固定連結されている。なお、スプロケット70は、軽量化のため、円筒収容部82の回りに複数の孔84(図12(a))が形成されている。   As shown in FIGS. 12A and 12B, the torque detection mechanism according to the third embodiment includes a sprocket 70 having a cylindrical housing portion 82 at the center thereof. The cylindrical housing portion 82 projects cylindrically on one plate surface side of the sprocket 70 and is recessed on the other plate surface side. The sprocket 70 is disposed so that the recessed portion of the cylindrical housing portion 82 faces the pedal side, and the recessed portion transmits only one direction of rotation from the driving side portion to the driven side portion. A clutch 72 is housed. This one-way clutch 72 is fixedly connected at its driven side portion at the engaging portion with the recessed portion of the cylindrical housing portion 82 so as to transmit the rotation only in the R direction to the sprocket 70. Is fixedly connected to the drive shaft 4. Note that the sprocket 70 has a plurality of holes 84 (FIG. 12A) formed around the cylindrical housing portion 82 for weight reduction.

この一方向クラッチ72として、ドライブ軸4がR方向に回転してその回転力がスプロケット70に伝達されるとき一方向クラッチ72の被駆動側部が踏み込みトルクの大きさに対応した変位量だけ軸方向に沿ってスプロケット側に変位する型式のクラッチが選択される。一例として、第2実施形態のラチェットギア型式の一方向クラッチなどがある。   As the one-way clutch 72, when the drive shaft 4 rotates in the R direction and the rotational force is transmitted to the sprocket 70, the driven side portion of the one-way clutch 72 has an amount of displacement corresponding to the magnitude of the stepping torque. A type of clutch that is displaced toward the sprocket along the direction is selected. An example is the ratchet gear type one-way clutch of the second embodiment.

一方、これとは反対側のスプロケット70のより内側の面には、ベアリング74が円筒収容部82の突出部分の回りに配置され、その側面周囲から該円筒収容部を保持している。このベアリング74は、軸方向及び径方向の両荷重に対応するのが好ましい。更に、弾性を備えた金属製の円錐台形状の皿バネ76がこのベアリング74の外周囲を覆うようにベアリング74を保持し、該皿バネ76は剛性の支持台78を介して車体に固定されている。即ち、スプロケット70は、一方向クラッチ72と反対側において、車体に対し回転可能なように弾力的に保持されている。図12(b)より明らかに、一方向クラッチ72の軸方向幅と、皿バネ76の軸方向幅とをドライブ軸4の中心軸線に射影したとき、その軸位置において互いに重なり合う領域を有していることがわかる。   On the other hand, a bearing 74 is arranged around the protruding portion of the cylindrical accommodating portion 82 on the inner surface of the sprocket 70 on the opposite side, and holds the cylindrical accommodating portion from the periphery of the side surface. This bearing 74 preferably accommodates both axial and radial loads. Further, a disc-shaped conical disc spring 76 having elasticity holds the bearing 74 so as to cover the outer periphery of the bearing 74, and the disc spring 76 is fixed to the vehicle body via a rigid support base 78. ing. That is, the sprocket 70 is elastically held on the side opposite to the one-way clutch 72 so as to be rotatable with respect to the vehicle body. As apparent from FIG. 12B, when the axial width of the one-way clutch 72 and the axial width of the disc spring 76 are projected onto the central axis of the drive shaft 4, there is an overlapping region at the axial position. I understand that.

また、皿バネ76には、印加された応力による皿バネの歪みを検出する歪みゲージ80が取り付けられ、該歪みゲージ80は、コントローラ14(図6参照)に接続されている。この歪みゲージ80は、例えば薄膜金属抵抗の素子などから形成できる。この薄膜金属抵抗素子の場合、鏡面研磨した皿バネ76の表面に薄い酸化皮膜の絶縁層を設け、その上に複数の素子からなる抵抗体をスパッタリングなどの手法でブリッジ状に形成する。コントローラ14は、皿バネ76に加わった応力歪みによるブリッジ素子の抵抗の変化を検出することによって、その応力の大きさを検知することができる。歪みゲージ80は、皿バネ76の最も応力変形を受けやすいところに、その応力変形量による抵抗値の変化が可能な限り大きくなるように設置するのが検出精度を向上する上で好ましい。   Further, a strain gauge 80 for detecting the strain of the disc spring due to the applied stress is attached to the disc spring 76, and the strain gauge 80 is connected to the controller 14 (see FIG. 6). The strain gauge 80 can be formed of, for example, a thin film metal resistance element. In the case of this thin-film metal resistance element, a thin oxide film insulating layer is provided on the surface of the mirror-polished disc spring 76, and a resistor composed of a plurality of elements is formed in a bridge shape by a technique such as sputtering. The controller 14 can detect the magnitude of the stress by detecting the change in the resistance of the bridge element due to the stress strain applied to the disc spring 76. In order to improve the detection accuracy, it is preferable that the strain gauge 80 is installed at a place where the disk spring 76 is most susceptible to stress deformation so that the change in resistance value due to the amount of stress deformation is as large as possible.

なお、歪みゲージ80の代替手段として、皿バネ76に加わった圧力による抵抗の変化を検出するピエゾ圧電抵抗素子、或いは、皿バネ76表面の変位量を検出する位置センサーなどがある。   As an alternative to the strain gauge 80, there is a piezo-piezoresistive element that detects a change in resistance due to pressure applied to the disc spring 76, or a position sensor that detects the amount of displacement of the disc spring 76 surface.

次に、第3の実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of the third embodiment will be described.

搭乗者がペダル8R、8Lにペダル踏力を与え、ドライブ軸4をR方向に回転させると、この回転力が一方向クラッチ72の駆動側部分を介してスプロケット70に伝達される。このとき、一方向クラッチ72の被駆動側部が軸方向に沿ってスプロケット側に踏み込みトルクに対応した変位量だけ変位しようとするため、スプロケット70には、軸方向に沿って、より内側に押し込む力が作用する。この押し込む力は、ベアリング74を介してスプロケット70を保持する皿バネ76に加わり、皿バネ76に応力歪みをもたらす。この応力歪みは、一方向クラッチ72によるスプロケット70の軸方向移動量、即ち踏み込みトルクの大きさを反映している。   When the rider applies a pedal depression force to the pedals 8R and 8L and rotates the drive shaft 4 in the R direction, this rotational force is transmitted to the sprocket 70 via the drive side portion of the one-way clutch 72. At this time, the driven side portion of the one-way clutch 72 tries to displace the sprocket 70 along the axial direction by a displacement corresponding to the stepping torque, so that the sprocket 70 is pushed further inward along the axial direction. Force acts. This pushing force is applied to the disc spring 76 that holds the sprocket 70 via the bearing 74, and causes a strain on the disc spring 76. This stress strain reflects the amount of movement of the sprocket 70 in the axial direction by the one-way clutch 72, that is, the magnitude of the stepping torque.

皿バネ76の応力歪みによって歪みゲージ80の抵抗値が変化する。この変化した抵抗値は、コントローラ14によって検知される。コントローラ14は、その内部メモリに、予め歪みゲージ80の抵抗値と踏み込みトルクとの対応関係を示す参照テーブルを記憶しており、検知した歪みゲージの抵抗値を該参照テーブルに照合することによって踏み込みトルクTを求める。そして、第2の実施形態と同様に、コントローラ14は、踏み込みトルクTに基づき演算した補助トルクTeで回転駆動するように電動モータ37を制御し、この補助トルクがスプロケット駆動ギア11を介してスプロケット70に直接伝達される。   The resistance value of the strain gauge 80 changes due to the stress strain of the disc spring 76. This changed resistance value is detected by the controller 14. The controller 14 stores a reference table indicating the correspondence between the resistance value of the strain gauge 80 and the depression torque in advance in its internal memory, and the depression is performed by comparing the detected resistance value of the strain gauge with the reference table. Torque T is obtained. As in the second embodiment, the controller 14 controls the electric motor 37 so as to be rotationally driven by the auxiliary torque Te calculated based on the stepping torque T, and the auxiliary torque is transmitted via the sprocket drive gear 11 to the sprocket. 70 is transmitted directly.

以上のように第3実施形態においても、剛性が高く体積及び重量が大きい弾性部材や伝達機構などを、既存の電動アシスト自転車に別途、追加することなく、一般の自転車でも必要となる一方向クラッチ72の押し込み力による皿バネ76の応力歪みに基づいてトルクを演算するようにしたので、トルク検出機構のスペース及び重量を大幅に削減すると共にその機構を簡素化することができる。   As described above, also in the third embodiment, a one-way clutch that is necessary even for a general bicycle without adding an elastic member, a transmission mechanism, or the like having high rigidity and large volume and weight to an existing electric assist bicycle. Since the torque is calculated based on the stress distortion of the disc spring 76 due to the pushing force of 72, the space and weight of the torque detection mechanism can be greatly reduced and the mechanism can be simplified.

更に、第3の実施形態においては、一方向クラッチ72がスプロケット70の円筒収容部82の内部に収容され、その収容部の外周から間接的に皿バネ76が保持するという、同じ幅内に両者を配置した構造であるため、軸方向のストロークがより短くて済む。この利点は、皿バネ76の表面に薄く形成された歪みゲージ80によって踏み込みトルクに対応する量を検出する手段の採用により、更に前進する。これより、第3の実施形態は、省スペースという点において、第2の実施形態よりも更に優れた効果を有する。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態に係るトルク検出機構を図13乃至図15を用いて説明する。なお、トルク検出機構以外は第2及び第3の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略し、同様の構成要件については同一の符号を附すことにする。
Further, in the third embodiment, the one-way clutch 72 is housed in the cylindrical housing portion 82 of the sprocket 70, and both the disc springs 76 are indirectly held from the outer periphery of the housing portion within the same width. Therefore, the axial stroke is shorter. This advantage is further advanced by adopting a means for detecting the amount corresponding to the stepping torque by the strain gauge 80 formed thin on the surface of the disc spring 76. Thus, the third embodiment has an effect that is further superior to the second embodiment in terms of space saving.
(Fourth embodiment)
A torque detection mechanism according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, since it is the same as that of 2nd and 3rd Embodiment except a torque detection mechanism, detailed description is abbreviate | omitted and it attaches | subjects the same code | symbol about the same component.

図13に示すように、スプロケット2は、ラチェットギアを介してドライブ軸4に軸支される。このラチェットギアは、図14に示すように、駒部100及び歯部112を備える。   As shown in FIG. 13, the sprocket 2 is pivotally supported on the drive shaft 4 via a ratchet gear. As shown in FIG. 14, the ratchet gear includes a piece part 100 and a tooth part 112.

駒部100では、3つのラチェット駒102が周方向に沿って等角度毎にその第2の係合面110に配置されている。このラチェット駒102は剛体でできており、第2の係合面110に近く且つ該係合面の略径方向に沿った軸の回りに回動可能とされている。ラチェット駒102は、ラチェット駒102に力が作用していないとき、その長さ方向が第2の係合面110に対して所定の角度をなす(図15の平衡方向160)ように駒立ち上げスプリング104によって付勢されている。図15に示すように、ラチェット駒102が平衡方向160から上昇方向a又は下降方向bに偏倚するとき、駒立ち上げスプリング104は、その偏倚を平衡方向160に戻すようにラチェット駒102に僅かな弾性力を及ぼす。   In the piece part 100, three ratchet pieces 102 are arranged on the second engagement surface 110 at equal angles along the circumferential direction. The ratchet piece 102 is made of a rigid body and is rotatable around an axis that is close to the second engagement surface 110 and substantially along the radial direction of the engagement surface. When the ratchet piece 102 is not acting on the ratchet piece 102, the piece rises so that the length direction forms a predetermined angle with respect to the second engagement surface 110 (equilibrium direction 160 in FIG. 15). The spring 104 is biased. As shown in FIG. 15, when the ratchet piece 102 is biased from the equilibrium direction 160 in the ascending direction a or the descending direction b, the piece raising spring 104 is slightly in the ratchet piece 102 so as to return the bias to the equilibrium direction 160. Exerts an elastic force.

また、駒部100の中央部には、ドライブ軸4を受け入れるための駒部ボア106が形成され、この駒部ボア106は、駒部100の裏面101から突出した円筒部103も貫通している。裏面101には、円筒部103の外周囲に円状溝155(図13)が形成され、該円状溝155の中には、多数の鋼球152が回転自在に嵌め込まれている。これによって、裏面101には、軸方向の荷重受け兼滑り軸受け用のベアリングが形成される。   In addition, a piece portion bore 106 for receiving the drive shaft 4 is formed at the center portion of the piece portion 100, and this piece portion bore 106 also penetrates the cylindrical portion 103 protruding from the back surface 101 of the piece portion 100. . A circular groove 155 (FIG. 13) is formed on the outer periphery of the cylindrical portion 103 on the back surface 101, and a large number of steel balls 152 are rotatably fitted in the circular groove 155. As a result, a bearing for an axial load bearing and sliding bearing is formed on the back surface 101.

皿バネ124が、その中心孔127に円筒部103を通して駒部100の裏面101に当接される。このとき、皿バネ124は、駒部100からの圧力に弾力で対抗する方向に鋼球152即ち荷重受けベアリングを介して裏面101に滑動可能に接する。皿バネ124の表面には、180度の位置関係で対向する2個所に、歪みゲージ126が設置される。これらの歪みゲージ126は、リード線128を介してコントローラ14に電気的に接続される。更に好ましくは、3個以上の歪みゲージを皿バネ124に設置してもよい。このとき、複数の歪みゲージを、皿バネ124の表面上で夫々が回転対称の位置となるように設置するのが好ましい。   The disc spring 124 is brought into contact with the back surface 101 of the piece portion 100 through the cylindrical portion 103 in the center hole 127. At this time, the disc spring 124 is slidably in contact with the back surface 101 via the steel ball 152, that is, the load receiving bearing, in a direction that opposes the pressure from the piece portion 100 with elasticity. On the surface of the disc spring 124, strain gauges 126 are installed at two locations facing each other with a positional relationship of 180 degrees. These strain gauges 126 are electrically connected to the controller 14 via lead wires 128. More preferably, three or more strain gauges may be installed on the disc spring 124. At this time, it is preferable that the plurality of strain gauges are installed on the surface of the disc spring 124 so as to be in rotationally symmetric positions.

皿バネ124は、椀状の支持器130の内底部132に収められる。支持器130には、ドライブ軸4を受け入れるため中央部を貫通する支持ボア133及び後面から突出する支持円筒部134が形成される。この支持円筒部134の内壁には、軸方向及び径方向の両荷重対応のベアリング138が係合される(図13参照)。ベアリング138は、ドライブ軸4に形成されたストッパー斜面144によって係止される。   The disc spring 124 is accommodated in the inner bottom portion 132 of the bowl-shaped supporter 130. The supporter 130 is formed with a support bore 133 that passes through the center portion for receiving the drive shaft 4 and a support cylindrical portion 134 that protrudes from the rear surface. A bearing 138 corresponding to both axial and radial loads is engaged with the inner wall of the support cylindrical portion 134 (see FIG. 13). The bearing 138 is locked by a stopper inclined surface 144 formed on the drive shaft 4.

駒部ボア106の内壁には、軸方向5に延びる第1の回転防止用溝108が4個所に形成されている。駒部ボア106の内壁と摺接するドライブ軸4の外壁部分にも、第1の回転防止用溝108と対面するように軸方向5に延びる第2の回転防止用溝140が4個所に形成されている。図16(a)に示すように、第1の回転防止用溝108及びこれに対面する第2の回転防止用溝140は、軸方向に沿って延びる円柱溝を形成し、各々の円柱溝の中には、これを埋めるように多数の鋼球150が収容される。これによって、駒部100は、軸方向5に沿って摩擦抵抗最小で移動できると共に、ドライブ軸4に対する相対回転が防止される。これは、一種のボールスプラインであるが、他の形式のボールスプライン、例えば無端回動のボールスプラインなどを、このような摺動可能な回転防止手段として適用することができる。   Four first anti-rotation grooves 108 extending in the axial direction 5 are formed in the inner wall of the piece bore 106. Four second anti-rotation grooves 140 extending in the axial direction 5 so as to face the first anti-rotation groove 108 are also formed at four locations on the outer wall portion of the drive shaft 4 that is in sliding contact with the inner wall of the piece bore 106. ing. As shown in FIG. 16A, the first antirotation groove 108 and the second antirotation groove 140 facing the first antirotation groove form a cylindrical groove extending along the axial direction. Inside, a large number of steel balls 150 are accommodated so as to fill them. Thereby, the piece part 100 can move along the axial direction 5 with the minimum frictional resistance, and the relative rotation with respect to the drive shaft 4 is prevented. This is a kind of ball spline, but other types of ball splines, such as an endless rotating ball spline, can be applied as such a slidable rotation preventing means.

また、ボールスプライン以外の手段を用いることも可能である。例えば、図16(b)に示すように、軸方向に延びる突起部140aをドライブ軸4に設け、該突起部140aを収容する第3の回転防止用溝108aを駒部100に形成する、いわゆるキースプライン形式も回転防止手段として適用可能である。なお、図16(b)において、突起部140aを駒部100側に、第3の回転防止用溝108aをドライブ軸4側に設けてもよい。更に、図16(c)に示すように、軸方向に延びる第4の回転防止用溝108b及びこれに対面する第5の回転防止用溝140bを駒部100及びドライブ軸4に夫々設け、これらの溝が形成する直方体状の溝の中にキープレートを収容する、いわゆるキー溝形式も回転防止手段として適用可能である。なお、第2実施形態で示した回り止め部52も第4実施形態で採用できる。   It is also possible to use means other than the ball spline. For example, as shown in FIG. 16B, a protrusion 140a extending in the axial direction is provided on the drive shaft 4, and a third anti-rotation groove 108a that accommodates the protrusion 140a is formed in the piece 100. A key spline type is also applicable as a rotation prevention means. In FIG. 16B, the protrusion 140a may be provided on the piece 100 side and the third rotation prevention groove 108a may be provided on the drive shaft 4 side. Further, as shown in FIG. 16 (c), a fourth rotation prevention groove 108b extending in the axial direction and a fifth rotation prevention groove 140b facing this are provided in the piece portion 100 and the drive shaft 4, respectively. A so-called key groove type in which the key plate is accommodated in a rectangular parallelepiped groove formed by the groove is also applicable as the rotation preventing means. Note that the detent 52 shown in the second embodiment can also be employed in the fourth embodiment.

歯部112の第1の係合面121には、ラチェット駒102と係合するための複数のラチェット歯114が形成されている。ラチェット歯114は、歯部の周方向に沿って互い違いに周期的に形成された、第1の係合面121に対してより急な斜面118と、より緩やかな斜面116と、から構成される。   A plurality of ratchet teeth 114 for engaging with the ratchet piece 102 are formed on the first engagement surface 121 of the tooth portion 112. The ratchet teeth 114 are configured by steep slopes 118 and gentler slopes 116 with respect to the first engagement surface 121, which are alternately and periodically formed along the circumferential direction of the tooth portion. .

歯部112は、その第1の係合面121を駒部100の第2の係合面110に対面させるようにドライブ軸4に軸支され、ラチェット駒102とラチェット歯112とが係合される(図15)。このとき、ドライブ軸4はカラー111を介して歯部112の中央部に形成された歯部ボア120を通過し、ワッシャー122を介して端部142から固定される(図13)。更に、歯部112は、スプロケット2並びにドライブ軸4に対して回転自在の支持器130と連結される。かくして、車体前進方向のドライブ軸4の回転のみをスプロケット2に伝達するようにドライブ軸4とスプロケット2とを連結するラチェットギアが完成する。   The tooth portion 112 is pivotally supported by the drive shaft 4 so that the first engagement surface 121 thereof faces the second engagement surface 110 of the piece portion 100, and the ratchet piece 102 and the ratchet teeth 112 are engaged. (FIG. 15). At this time, the drive shaft 4 passes through the tooth bore 120 formed at the center of the tooth portion 112 via the collar 111 and is fixed from the end portion 142 via the washer 122 (FIG. 13). Further, the tooth portion 112 is connected to a support 130 that is rotatable with respect to the sprocket 2 and the drive shaft 4. Thus, the ratchet gear for connecting the drive shaft 4 and the sprocket 2 so as to transmit only the rotation of the drive shaft 4 in the vehicle body forward direction to the sprocket 2 is completed.

好ましくは、オフセット用バネ136が、ドライブ軸4のストッパー斜面144と、駒部100の裏面101との間に介在されるのがよい。このオフセット用バネ136は、ペダル踏力が所定値以下の場合(例えば事実上ゼロに近い場合)、裏面101に収容された鋼球152と皿バネ124との間にクリアランスを生じさせるように駒部100を軸方向に偏倚させる。   Preferably, the offset spring 136 is interposed between the stopper inclined surface 144 of the drive shaft 4 and the back surface 101 of the piece portion 100. The offset spring 136 is configured to generate a clearance between the steel ball 152 accommodated on the back surface 101 and the disc spring 124 when the pedal depression force is equal to or less than a predetermined value (for example, substantially close to zero). 100 is biased axially.

次に、第4実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of the fourth embodiment will be described.

搭乗者がペダル8R、8Lにペダル踏力を与え、ドライブ軸4を車体前進方向に回転させると、この回転力は、ドライブ軸4に対し回転不可能に軸支された駒部100に伝達される。このとき、図15に示すように、ラチェット駒102は、駒部100からペダル踏力に対応する力Fdを与えられので、その先端部は歯部112のラチェット歯のより急な斜面118に当接し、この力をラチェット歯に伝達しようとする。ラチェット歯部112は、スプロケット2に連結されているので、ラチェット駒102の先端部は、駆動のための負荷による力Fpをより急な斜面118から受ける。その両端部から互いに反対向きの力Fp及びFdを与えられたラチェット駒102は、a方向に回転して立ち上がる。駒部100は、ラチェット駒102の立ち上がりによって軸方向内側に移動し、駒部100と支持器130との間に介在する皿バネ124を押し込む。皿バネ124は、これに対抗して弾性力Frを駒部100に作用する。この力Frと、駒部100を軸方向に移動させるペダル踏力を反映した力とは短時間で釣り合う。かくして、皿バネ124の応力歪み、駒部100と歯部112との間のクリアランス、ラチェット駒102の第2の係合面110に対する角度、駒部100の車体フレームに対する位置及び皿バネ124が押し込まれる圧力などはペダル踏力を反映する物理量となる。従って、これらのうち少なくとも1つを検出することによって踏み込みトルクを推定することが可能となる。   When the rider applies a pedal depression force to the pedals 8R and 8L and rotates the drive shaft 4 in the vehicle body forward direction, this rotational force is transmitted to the piece portion 100 that is pivotally supported with respect to the drive shaft 4. . At this time, as shown in FIG. 15, the ratchet piece 102 is given a force Fd corresponding to the pedal depression force from the piece portion 100, so that the tip end portion thereof comes into contact with the steep slope 118 of the ratchet teeth of the tooth portion 112. Try to transmit this force to the ratchet teeth. Since the ratchet teeth 112 are connected to the sprocket 2, the tip of the ratchet piece 102 receives a force Fp due to a load for driving from a steeper slope 118. The ratchet piece 102 to which opposite forces Fp and Fd are applied from both ends thereof rotates in the direction a and rises. The piece part 100 moves inward in the axial direction when the ratchet piece 102 rises, and pushes the disc spring 124 interposed between the piece part 100 and the supporter 130. The disc spring 124 opposes this and acts the elastic force Fr on the piece part 100. This force Fr and the force reflecting the pedal depression force that moves the piece part 100 in the axial direction are balanced in a short time. Thus, the stress strain of the disc spring 124, the clearance between the piece portion 100 and the tooth portion 112, the angle of the ratchet piece 102 with respect to the second engagement surface 110, the position of the piece portion 100 with respect to the vehicle body frame, and the disc spring 124 are pushed in. The applied pressure is a physical quantity that reflects the pedal effort. Therefore, it is possible to estimate the depression torque by detecting at least one of these.

本実施形態では、一例として皿バネ124の応力歪みを検出する。コントローラ14は、皿バネ124に設けられた2つの歪みゲージ126からの信号を少なくとも加算演算する(平均演算を含む)。このように複数箇所の応力歪み量を平均化して計測することによって、同じ踏み込みトルクでも出力変化を大きくとれ且つノイズ成分を平滑化することができるので、SN比を改善し、トルク推定精度を更に向上させることができる。この効果は、歪みゲージの個数が増えるほど大きくなる。   In the present embodiment, as an example, the stress strain of the disc spring 124 is detected. The controller 14 adds at least the signals from the two strain gauges 126 provided on the disc spring 124 (including an average calculation). By averaging and measuring the stress strain amounts at a plurality of locations in this way, the output change can be increased and the noise component can be smoothed even with the same stepping torque, so the SN ratio is improved and the torque estimation accuracy is further improved. Can be improved. This effect increases as the number of strain gauges increases.

また、ペダル踏力が所定値以下の場合などでは、オフセット用バネ136は、駒部100の裏面101と皿バネ124との間にクリアランスを生じさせているため、鋼球152が皿バネ124に頻繁に衝突することが少なくなる。これによって、歪みゲージ信号のノイズ成分が軽減して、トルク検出及び電動アシスト制御の安定性を向上させることができる。   Further, when the pedal depression force is less than a predetermined value, the offset spring 136 creates a clearance between the back surface 101 of the piece 100 and the disc spring 124, so that the steel ball 152 is frequently applied to the disc spring 124. Less impact. Thereby, the noise component of the strain gauge signal can be reduced, and the stability of torque detection and electric assist control can be improved.

本実施形態の電動アシスト制御の流れは、第2及び第3の実施形態と同様である。   The flow of the electric assist control of the present embodiment is the same as that of the second and third embodiments.

第4実施形態には以下のような更に優れた効果がある。
1.ラチェットギアとトルク検出機構とを一つの機構で実現したので、部品点数の削減化が図られ、小型、軽量化及び低コストを達成できる。
2.踏み込みトルクを検出する部分に、受け荷重ユニットと荷重検出センサーとを一体化した皿バネを用い、2つの機能を1ユニットで実現したので、上記効果に加えて更に小型、軽量化及び低コストを達成できる。
3.上記項目1及び2に示したようにトルク検出機構の小型、軽量化及び簡素化をより高いレベルで達成したので、通常の自転車であってもトルク検出機構を取り付ける可能性が更に広がった。
4.上記項目1及び2で示した理由により、従来機構に比べて荷重の伝達ロスが少なくなり、制御の応答性のよいアシストフィーリングを実現できる。
5.上記項目1及び2で示した理由により、従来機構(コイルバネ使用)に比べ、ペダルに無駄な動き(センサーが感知するまで)が無くなり、ペダルを踏み込んだときのフィーリングは、従来機構は踏み込み時に弾力感があったのに対し、本実施形態では、通常の自転車のフィーリングと同様になった。
The fourth embodiment has the following more excellent effects.
1. Since the ratchet gear and the torque detection mechanism are realized by a single mechanism, the number of parts can be reduced, and a reduction in size, weight, and cost can be achieved.
2. The disc spring that integrates the load receiving unit and the load detection sensor is used in the part that detects the depression torque, and two functions are realized in one unit, so in addition to the above effects, further miniaturization, weight reduction and low cost can be achieved. Can be achieved.
3. As shown in the above items 1 and 2, since the torque detection mechanism has been reduced in size, weight and simplification at a higher level, the possibility of attaching the torque detection mechanism has been further expanded even for a normal bicycle.
4). For the reasons described in items 1 and 2 above, the load transmission loss is reduced as compared with the conventional mechanism, and an assist feeling with good control responsiveness can be realized.
5. Due to the reasons shown in items 1 and 2 above, there is no useless movement (until the sensor senses) the pedal compared to the conventional mechanism (using a coil spring), and the feeling when the pedal is depressed is While there was a feeling of elasticity, in this embodiment, it was the same as the feeling of a normal bicycle.

以上が本発明の各実施形態であるが、本発明は、上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において任意好適に変更可能である。   Although the above is each embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the above example, and can be arbitrarily and suitably changed within the scope of the gist of the present invention.

例えば、上記各実施形態では、補助トルクを提供する手段として電動モータを例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、他の任意の動力手段、例えばガソリンエンジンなどを用いることも可能である。   For example, in each of the above embodiments, the electric motor is exemplified as the means for providing the auxiliary torque. However, the present invention is not limited to this, and any other power means such as a gasoline engine can be used. is there.

また、各実施形態において、ラチェットギアの駒及び歯のいずれか一方をスプロケットに取り付け、他方をドライブ軸に取り付けるかは、任意好適に変更可能である。例えば第4実施形態の場合、駒部100をスプロケット側に取り付け、歯部112をドライブ軸4に摺動可能且つ回転不可能に取り付け、歯部112によって皿バネ124を押し込めるようにしてもよい。   Moreover, in each embodiment, it can change arbitrarily suitably whether any one of the piece and teeth of a ratchet gear is attached to a sprocket, and the other is attached to a drive shaft. For example, in the case of the fourth embodiment, the piece part 100 may be attached to the sprocket side, the tooth part 112 may be slidably attached to the drive shaft 4 and cannot be rotated, and the disc spring 124 may be pushed by the tooth part 112.

第2及び第4実施形態では、ラチェット駒が3個の例を示したが、2個又は4個以上あってもよいことは勿論である。図16(a)、(b)、(c)に示した回転防止手段の溝の数及び突起部の数も、上記した以外の数であってもよい。   In the second and fourth embodiments, an example in which there are three ratchet pieces has been described, but it is needless to say that there may be two or more ratchet pieces. The number of grooves and the number of protrusions of the rotation preventing means shown in FIGS. 16A, 16B, and 16C may be other than those described above.

上記1又は2つの実施形態で説明したが、他の実施形態では説明しなかった構成要件は、当該他の実施形態にもその要旨を変更しない範囲内で適用可能である。例えば、図16(a)、(b)、(c)に示した回転防止手段は、第2及び第3実施形態に共に適用できる。また、第3実施形態の一方向クラッチは、第2及び第4実施形態のラチェットギアが共に適用可能である。また、第3実施形態の歪みゲージを第4実施形態と同様に複数設置し、その出力信号を平均演算してもよい。   The configuration requirements described in the above-described one or two embodiments but not described in other embodiments can be applied to the other embodiments within the scope of not changing the gist thereof. For example, the rotation preventing means shown in FIGS. 16A, 16B, and 16C can be applied to both the second and third embodiments. Further, the ratchet gears of the second and fourth embodiments can be applied to the one-way clutch of the third embodiment. Further, a plurality of strain gauges according to the third embodiment may be provided in the same manner as in the fourth embodiment, and the output signals may be averaged.

また、ラチェットギアの変形に対抗して配置される弾性体も任意好適に種類及びその形状を変更可能である。皿バネやコイルバネ以外に例えばゴム弾性体などを用いることもできる。   In addition, the type and shape of the elastic body arranged against the deformation of the ratchet gear can be arbitrarily and suitably changed. For example, a rubber elastic body can be used in addition to the disc spring and the coil spring.

各実施形態で検出する物理量は、第4実施形態の説明で挙げた例のようにラチェットギアの変形に基づくものであれば任意好適に選択することができる。例えば第2実施形態では、ラチェット歯部の軸方向変位による押し出し圧力の変化を検出する圧電センサーを用いてもよい。また、ラチェット駒に歪みゲージを取り付け、ラチェット駒の応力歪み量に基づいて踏み込みトルクを演算することも可能である。また、第4実施形態では支持器の内底部に圧電センサーを配置してもよい。また、ラチェット駒の回転角度をその回転軸に設けたエンコーダーなどで検出してもよい。更に、歯部に対する駒部の位置を検出する位置センサーを設けてもよい。   The physical quantity detected in each embodiment can be arbitrarily selected as long as it is based on the deformation of the ratchet gear as in the example given in the description of the fourth embodiment. For example, in the second embodiment, a piezoelectric sensor that detects a change in the extrusion pressure due to the axial displacement of the ratchet tooth portion may be used. It is also possible to attach a strain gauge to the ratchet piece and calculate the depression torque based on the stress strain amount of the ratchet piece. In the fourth embodiment, a piezoelectric sensor may be disposed on the inner bottom of the support. Further, the rotation angle of the ratchet piece may be detected by an encoder provided on the rotation shaft. Furthermore, a position sensor that detects the position of the piece portion with respect to the tooth portion may be provided.

また、応力歪みを検出する手段として、歪みゲージを例にしたが、応力歪みに関連した物理量を検出できれば、これに限定されるものではない。   In addition, as a means for detecting stress strain, a strain gauge is taken as an example, but the present invention is not limited to this as long as a physical quantity related to stress strain can be detected.

図1は、本発明に係る動力アシスト自転車の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a power-assisted bicycle according to the present invention. 図2は、本発明の第1実施形態に係る回転速度センサーを構成するNS分極リングマグネットの上面図及び側面図である。FIG. 2 is a top view and a side view of the NS polarization ring magnet constituting the rotational speed sensor according to the first embodiment of the present invention. 図3は、図2のNS分極リングマグネットをギア表面に組み付けて第1実施形態に係る回転速度センサーを構成した状態を示す正面図及び垂直線に沿って取られた側断面図である。FIG. 3 is a front view showing a state in which the rotational speed sensor according to the first embodiment is configured by assembling the NS polarization ring magnet of FIG. 2 on the gear surface, and a sectional side view taken along a vertical line. 図4は、第1実施形態に係る回転速度センサーの斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of the rotation speed sensor according to the first embodiment. 図5は、NS分極リングマグネットに隣接して配置されたホール素子により検出された磁場信号の時間的変化を示す波形である。FIG. 5 is a waveform showing a temporal change of the magnetic field signal detected by the Hall element arranged adjacent to the NS polarization ring magnet. 図6は、本発明の回転速度センサーを組み付けた第2実施形態に係る動力アシスト自転車のトルク検出機構を示す図である。FIG. 6 is a view showing a torque detection mechanism of a power-assisted bicycle according to a second embodiment in which the rotational speed sensor of the present invention is assembled. 図7は、本発明の第2実施形態に係る動力アシスト自転車で用いられるスプロケット及びラチェットギアが嵌合した状態の正面図並びに側面図である。FIG. 7 is a front view and a side view of a state in which a sprocket and a ratchet gear used in the power-assisted bicycle according to the second embodiment of the present invention are fitted. 図8は、スプロケット及びラチェット歯部を分解した状態の図式的な斜視図である。FIG. 8 is a schematic perspective view of a state in which the sprocket and the ratchet teeth are disassembled. 図9は、ラチェット歯部の軸方向変位を説明するため、スプロケット及びラチェットギアを嵌合させた状態で示した図式的な斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view showing a state in which a sprocket and a ratchet gear are fitted in order to explain the axial displacement of the ratchet tooth portion. 図10は、第2実施形態に係る動力アシスト自転車のスプロケット及びスプロケット駆動ギアの正面図である。FIG. 10 is a front view of the sprocket and the sprocket drive gear of the power-assisted bicycle according to the second embodiment. 図11は、スプロケット駆動ギアの正面図及び側面図である。FIG. 11 is a front view and a side view of the sprocket drive gear. 図12は、本発明の第3実施形態に関する図であって、(a)は、第3実施形態に係るスプロケットの正面図、(b)は、第3実施形態に係るトルク検出機構の側断面図である。12A and 12B are diagrams related to the third embodiment of the present invention, in which FIG. 12A is a front view of a sprocket according to the third embodiment, and FIG. 12B is a side cross-sectional view of a torque detection mechanism according to the third embodiment. FIG. 図13は、本発明の第4実施形態に係るトルク検出機構の側断面図である。FIG. 13 is a side sectional view of a torque detection mechanism according to the fourth embodiment of the present invention. 図14は、図13に示されたトルク検出機構を構成するラチェットギアの分解斜視図である。FIG. 14 is an exploded perspective view of the ratchet gear constituting the torque detection mechanism shown in FIG. 図15は、ラチェットギアの歯及び駒の嵌合状態を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a fitting state of the teeth and pieces of the ratchet gear. 図16は、ドライブ軸に対する駒部の相対回転を防止する回転防止手段の例を示す図であり、(a)はボールスプライン、(b)はスプラインキー、(c)はキー溝の概略構成を示す上面図である。FIG. 16 is a diagram showing an example of rotation preventing means for preventing relative rotation of the frame portion with respect to the drive shaft, (a) is a ball spline, (b) is a spline key, and (c) is a schematic configuration of a keyway. FIG. 図17は、従来の回転速度センサーの斜視図である。FIG. 17 is a perspective view of a conventional rotational speed sensor.

Claims (17)

ドライブ軸に作用するペダル踏力に応じた補助動力を該ペダル踏力に並列に付加して走行する動力アシスト自転車であって、
前記動力アシスト自転車の走行に伴って回転するギアと、
略平坦な表面を備え、実質的に全域に亘って厚さ一定のシート状に形成された、可撓性を有するリングマグネットであって、該リングマグネットは、該表面が前記ギアの回転軸に垂直に配置されるように該ギアに取り付けられ、該表面には、周方向に沿って一定角度周期で空間的に変化する磁場を該表面上に生じさせるように複数の磁石区分が形成された、前記リングマグネットと、
前記リングマグネットの表面に隣接した固定位置で磁場を検出し、該磁場に基づいて前記ギアの回転速度を求める回転速度検出手段と、
前記ドライブ軸の一方向の回転のみをスプロケットに伝達するように前記ドライブ軸と前記スプロケットとを連結する一方向クラッチ手段であって、該一方向クラッチ手段は、前記ドライブシャフトの軸方向に沿って隣接して配置された2つの部品と弾性手段とを有し、該2つの部品は、前記一方向の回転時には互いに係合して前記弾性手段の弾性力により対抗されながら軸方向の部品間隔を増加させ、前記一方向とは反対方向の回転時には係合が解除される、前記一方向クラッチ手段と、
前記弾性手段の歪みを検出し、該歪みに基づいて前記ペダル踏力を求める踏力検出手段と、
前記回転速度検出手段により求められた前記ギアの回転速度及び前記踏力検出手段により求められたペダル踏力に基づいて前記補助動力を制御する制御手段と、
を備える、動力アシスト自転車。
A power-assisted bicycle that travels by adding auxiliary power corresponding to the pedal depression force acting on the drive shaft in parallel to the pedal depression force,
A gear that rotates as the power-assisted bicycle travels;
A ring magnet having flexibility that is formed in a sheet shape having a substantially flat surface and having a substantially constant thickness over the entire area, and the ring magnet has a surface on the rotating shaft of the gear. Attached to the gear to be vertically arranged, the surface was formed with a plurality of magnet sections so as to generate a magnetic field on the surface that varied spatially with a constant angular period along the circumferential direction. The ring magnet;
Rotational speed detection means for detecting a magnetic field at a fixed position adjacent to the surface of the ring magnet and obtaining the rotational speed of the gear based on the magnetic field;
One-way clutch means for connecting the drive shaft and the sprocket so as to transmit only rotation in one direction of the drive shaft to the sprocket, the one-way clutch means extending along the axial direction of the drive shaft Two parts arranged adjacent to each other and elastic means are arranged, and the two parts engage with each other during rotation in the one direction and are opposed to each other by the elastic force of the elastic means, thereby maintaining an axial part interval. The one-way clutch means to be increased and disengaged when rotating in a direction opposite to the one direction;
Treading force detecting means for detecting distortion of the elastic means and obtaining the pedal depression force based on the distortion;
Control means for controlling the auxiliary power based on the rotation speed of the gear obtained by the rotation speed detection means and the pedal depression force obtained by the pedal effort detection means;
Power assisted bicycle with
前記リングマグネットの前記複数の磁石区分は、前記周方向に沿って交互に反転した磁極を前記表面に各々向けている、請求項1に記載の動力アシスト自転車。 2. The power assist bicycle according to claim 1, wherein the plurality of magnet sections of the ring magnet respectively have magnetic poles alternately reversed along the circumferential direction facing the surface. 前記リングマグネットの各々の磁石区分は、一方の磁極を前記表面に向け、他方の磁極を前記表面と反対側の面に向けている、請求項2に記載の動力アシスト自転車。 The power-assisted bicycle according to claim 2, wherein each magnet section of the ring magnet has one magnetic pole facing the surface and the other magnetic pole facing the surface opposite to the surface. 前記リングマグネットの各々の磁石区分の両磁極を結ぶ方向は、前記リングマグネットの軸方向に略平行に整列されている、請求項3に記載の動力アシスト自転車。 The power assist bicycle according to claim 3, wherein a direction connecting both magnetic poles of each magnet section of the ring magnet is aligned substantially parallel to an axial direction of the ring magnet. 前記リングマグネットの前記複数の磁石区分が張る各々の角度は、実質的に等角度である、請求項2に記載の動力アシスト自転車。 The power-assisted bicycle according to claim 2, wherein each angle formed by the plurality of magnet sections of the ring magnet is substantially equal. 前記リングマグネットの隣接する磁石区分は互いに接している、請求項2に記載の動力アシスト自転車。 The power-assisted bicycle according to claim 2, wherein adjacent magnet sections of the ring magnet are in contact with each other. 前記リングマグネットの前記リングマグネットの表面上に生じる磁場は、隣接する2つの磁石区分が張る角度を一定角度周期として正弦波状に変化する、請求項1に記載の動力アシスト自転車。 The power-assisted bicycle according to claim 1, wherein the magnetic field generated on the surface of the ring magnet of the ring magnet changes in a sine wave shape with an angle between two adjacent magnet sections as a constant angular period. 前記リングマグネットは、中央に孔が形成された円環形状である、請求項1に記載の回転速度検出センサー。 The rotational speed detection sensor according to claim 1, wherein the ring magnet has an annular shape with a hole formed in the center. 前記リングマグネットは、前記ギアに形成された溝の中に収容される、請求項1に記載の動力アシスト自転車。 The power assist bicycle according to claim 1, wherein the ring magnet is housed in a groove formed in the gear. 前記リングマグネットは、前記溝の中に接着剤で固定される、請求項9に記載の動力アシスト自転車。 The power assist bicycle according to claim 9, wherein the ring magnet is fixed in the groove with an adhesive. 前記溝の中に収容されたリングマグネットの表面と、前記被検出部の前記溝の外側にある面とは面一である、請求項9に記載の動力アシスト自転車。 The power-assisted bicycle according to claim 9, wherein a surface of the ring magnet housed in the groove is flush with a surface outside the groove of the detected portion. 前記回転速度検出手段は、ホール素子を用いて前記リングマグネットの磁場を検出する、請求項1に記載の動力アシスト自転車。 The power-assisted bicycle according to claim 1, wherein the rotation speed detection means detects a magnetic field of the ring magnet using a Hall element. 前記2つの部品のいずれか一方は、前記軸方向に沿って摺動可能で且つ該ドライブ軸に対する相対回転が防止されるように回転防止手段を介して該ドライブ軸に取り付けられ、他方は、前記スプロケットに連結される、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の動力アシスト自転車。 Either one of the two parts is slidable along the axial direction and is attached to the drive shaft via an anti-rotation means so as to prevent relative rotation with respect to the drive shaft, and the other is The power-assisted bicycle according to any one of claims 1 to 12, wherein the power-assisted bicycle is connected to a sprocket. 前記回転防止手段を介して前記軸方向に摺動可能に取り付けられた前記2つの部品のいずれか一方は、その係合面の反対側の裏面に前記弾性手段が当接可能に支持される、請求項13に記載の動力アシスト自転車。 Any one of the two parts slidably attached in the axial direction via the rotation preventing means is supported so that the elastic means can come into contact with the back surface opposite to the engagement surface. The power-assisted bicycle according to claim 13. 前記弾性手段は、皿バネである、請求項14に記載の動力アシスト自転車。 The power-assisted bicycle according to claim 14, wherein the elastic means is a disc spring. 前記皿バネには、前記弾性手段の歪みを検出するため1つ又は複数の歪みゲージが設置される、請求項15に記載の動力アシスト自転車。 The power-assisted bicycle according to claim 15, wherein the disc spring is provided with one or more strain gauges for detecting strain of the elastic means. 前記補助動力は電動モータにより供給される、請求項14に記載の動力アシスト自転車。 The power assisted bicycle according to claim 14 , wherein the auxiliary power is supplied by an electric motor.
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