JP2006347532A - 自転車用補助動力装置、この装置を備えた自転車、及び装置ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】自転車そのものは専用のものにする必要がなく、個々に取り付けなければならない部品点数を減らし、このため、簡単な構造で安価な補助動力装置付き自転車を提供でき、さらに、後付で補助動力装置をつけることが容易な補助動力装置ユニットを提供する。
【解決手段】自転車1のクランク軸3と後輪軸5とに平行に中間に中間軸11を設け、クランク軸3とこの中間軸11との間で力を伝達する第1チェーン・スプロケット機構21と、中間軸11と後輪軸5との間で力を伝達する第2チェーン・スプロケット機構27と、を設ける。そして、中間軸11をモータ軸として駆動モータ9を構成する。この中間軸11のトルクをトルク検出手段33で検出する。この検出したトルクの値によって駆動モータ9の出力を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】自転車1のクランク軸3と後輪軸5とに平行に中間に中間軸11を設け、クランク軸3とこの中間軸11との間で力を伝達する第1チェーン・スプロケット機構21と、中間軸11と後輪軸5との間で力を伝達する第2チェーン・スプロケット機構27と、を設ける。そして、中間軸11をモータ軸として駆動モータ9を構成する。この中間軸11のトルクをトルク検出手段33で検出する。この検出したトルクの値によって駆動モータ9の出力を制御する。
【選択図】図1
Description
この発明は、自転車用補助動力装置の構造、この装置を備えた自転車、及び装置ユニットに関する。
補助動力装置付き自転車は、人力によるペダルからのトルクを検出し、そのトルクに応じ補助動力であるモータを駆動するもので、その補助動力装置を図6に示す。この装置を構成する踏力センサ、モータ駆動回路、モータ等が個々に自転車に取り付けられている。
具体的には、その一例が下記の特許文献1に開示されている。また、ペダルからのトルクを検出するトルク検出器に関するものとしては、下記の特許文献2に開示されている。 このように踏力センサをクランク軸部に設けて、全体的として、自転車に個々に取り付けなければならない部品点数も多く、複雑で高価となるシステム構成になっている。
特開平9−95289号公報
特開平8−297059号公報
しかしながら、特許文献1、2の技術では、(1)自転車の例えばクランク軸付近を専用の構造に改造しなければならず、自転車そのものを専用のものにしなければならなかった。(2)また、自転車に個々に取り付けなければならない部品点数も多かった。(3)このため、補助動力装置付き自転車は複雑で高価であった。(4)さらに、補助動力装置が付いていない自転車に、後付で補助動力装置をつけることは、困難か、不可能であった。
この発明は、以上の問題点を解決するために、自転車そのものは専用のものにする必要がなく、個々に取り付けなければならない部品点数を減らし、このため、簡単な構造で安価な補助動力装置付き自転車を提供でき、さらに、後付で補助動力装置をつけることが容易な補助動力装置ユニットを提供することを目的とする。
以上の課題を解決するために、第一発明は、自転車のクランク軸と後輪軸とに平行に中間に設けられる中間軸と、前記クランク軸とこの中間軸との間で力を伝達する第1チェーン・スプロケット機構と、前記中間軸と前記後輪軸との間で力を伝達する第2チェーン・スプロケット機構と、前記中間軸に駆動力を伝える駆動モータと、前記中間軸のトルクを検出するトルク検出手段と、この検出したトルクの値によって前記駆動モータの出力を制御する制御手段と、を有することを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第二発明は、さらに、前記駆動モータは、前記中間軸をモータ軸として構成される駆動モータであることを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第三発明は、さらに、前記トルク検出手段は、前記中間軸を構成し前記クランク軸又は前記後輪軸との間で力が伝達される外筒部分と、この外筒部分の内部に配置され、前記後輪軸又は前記クランク軸との間で力を伝達する内筒部分と、前記外筒部分と前記内筒部分に伝達される前記力により生じるトルクによって得られる相対的な周方向変位を相対的な軸方向変位へ変換するよう前記外筒部分と前記内筒部分との間に形成された変位変換機構と、前記軸方向変位に抵抗するため前記外筒部分と前記内筒部分の間に設けられた圧縮バネと、前記トルクが加わって前記圧縮バネの抵抗を上回って生じる前記軸方向変位を検出する変位センサと、を有して構成されることを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第四発明は、さらに、前記変位変換機構は、送りネジ機構、または、前記内筒部分の外周に突設されたカムピンが前記外筒部分に形成された螺旋方向のカム溝に挿入されてなるカムピン機構、であることを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第五発明は、さらに、前記圧縮バネは、端部にスラスト軸受を有することを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第六発明は、さらに、前記外筒部分と前記内筒部分と前記圧縮バネを貫通してセットボルトナットが設けられ締付の程度により、前記軸方向の変位が生じるトルクの大きさを調整することを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第七発明は、さらに、前記内筒部分の端部に締付用の雄ネジ部が形成され、この雄ネジ部に螺合させた締付用のナットにより、前記圧縮バネの端部に設けたバネ受を押圧して締付け、このバネ受に設けたスナップリングが所定位置で、前記外筒部分又は前記内筒部分に形成されたリング溝に嵌合することで、前記軸方向の変位が生じるトルクの大きさを設定することを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第八発明は、第一、第二、第三、第四、第五、第六、又は第七発明に記載の自転車用補助動力装置を備えたことを特徴とする自転車である。
第九発明は、第一、第二、第三、第四、第五、第六、又は第七発明に記載の自転車用補助動力装置が一つのハウジング内に収納され、このハウジングには、自転車のフレームに対し、前記クランク軸と前記後輪軸とに平行に中間に前記中間軸が位置するよう取り付けるための取り付け機構が備えられていることを特徴とする自転車用補助動力装置ユニットである。
第二発明は、さらに、前記駆動モータは、前記中間軸をモータ軸として構成される駆動モータであることを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第三発明は、さらに、前記トルク検出手段は、前記中間軸を構成し前記クランク軸又は前記後輪軸との間で力が伝達される外筒部分と、この外筒部分の内部に配置され、前記後輪軸又は前記クランク軸との間で力を伝達する内筒部分と、前記外筒部分と前記内筒部分に伝達される前記力により生じるトルクによって得られる相対的な周方向変位を相対的な軸方向変位へ変換するよう前記外筒部分と前記内筒部分との間に形成された変位変換機構と、前記軸方向変位に抵抗するため前記外筒部分と前記内筒部分の間に設けられた圧縮バネと、前記トルクが加わって前記圧縮バネの抵抗を上回って生じる前記軸方向変位を検出する変位センサと、を有して構成されることを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第四発明は、さらに、前記変位変換機構は、送りネジ機構、または、前記内筒部分の外周に突設されたカムピンが前記外筒部分に形成された螺旋方向のカム溝に挿入されてなるカムピン機構、であることを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第五発明は、さらに、前記圧縮バネは、端部にスラスト軸受を有することを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第六発明は、さらに、前記外筒部分と前記内筒部分と前記圧縮バネを貫通してセットボルトナットが設けられ締付の程度により、前記軸方向の変位が生じるトルクの大きさを調整することを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第七発明は、さらに、前記内筒部分の端部に締付用の雄ネジ部が形成され、この雄ネジ部に螺合させた締付用のナットにより、前記圧縮バネの端部に設けたバネ受を押圧して締付け、このバネ受に設けたスナップリングが所定位置で、前記外筒部分又は前記内筒部分に形成されたリング溝に嵌合することで、前記軸方向の変位が生じるトルクの大きさを設定することを特徴とする自転車用補助動力装置である。
第八発明は、第一、第二、第三、第四、第五、第六、又は第七発明に記載の自転車用補助動力装置を備えたことを特徴とする自転車である。
第九発明は、第一、第二、第三、第四、第五、第六、又は第七発明に記載の自転車用補助動力装置が一つのハウジング内に収納され、このハウジングには、自転車のフレームに対し、前記クランク軸と前記後輪軸とに平行に中間に前記中間軸が位置するよう取り付けるための取り付け機構が備えられていることを特徴とする自転車用補助動力装置ユニットである。
第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、又は第九発明によれば、クランク軸と後輪軸とに平行に中間に設けた中間軸のトルクを検出することで、従来のように例えばクランク軸のトルクを検出する必要はなく、よって、例えばクランク軸付近を専用の構造に改造する必要がなく、自転車そのものを専用のものにする必要がない。よって、安価な補助動力装置付き自転車を提供できる。
第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、又は第九発明によれば、さらに、中間軸をモータ軸として駆動モータを構成することで、装置をよりコンパクトにできる。
第三、第四、第五、第六、第七、第八、又は第九発明によれば、さらに、簡単な構造のトルク検出手段が得られ、より安価な補助動力装置付き自転車を提供できる。
第三、第四、第五、第六、第七、第八、又は第九発明によれば、さらに、簡単な構造のトルク検出手段が得られ、より安価な補助動力装置付き自転車を提供できる。
第四、第五、第六、第七、第八、又は第九発明によれば、さらに、送りネジ機構により確実な軸方向への送りがなされるトルク検出手段が得られ、また、カムピン機構により更に安価な補助動力装置付き自転車を提供できる。
第五、第六、第七、第八、又は第九発明によれば、さらに、スラスト軸受の働きにより、トルクによって前記外筒部分と前記内筒部分が周方向へ相対的に回動する動きが滑らかになされる補助動力装置付き自転車を提供できる。
第五、第六、第七、第八、又は第九発明によれば、さらに、スラスト軸受の働きにより、トルクによって前記外筒部分と前記内筒部分が周方向へ相対的に回動する動きが滑らかになされる補助動力装置付き自転車を提供できる。
第六、第七、第八、又は第九発明によれば、さらに、簡単な構造で、補助動力装置が働くトルクの大きさを調整することが容易にできる。
第七、第八、又は第九発明によれば、さらに、簡単な構造で、補助動力装置が働くトルクの大きさを設定することが容易にできる。
第七、第八、又は第九発明によれば、さらに、簡単な構造で、補助動力装置が働くトルクの大きさを設定することが容易にできる。
第九発明によれば、さらに、自転車に個々に取り付けなければならない部品点数を減らし、一つの自転車用補助動力装置ユニットを、この装置の中間軸を自転車のフレームに対しクランク軸と後輪軸とに平行に中間になるように取り付けるだけで、後付で補助動力装置を容易につけることができる。
この発明の実施形態を、図1、図2、及び図4に示す。
(全体説明)
図1、図2に示すように、自転車1のクランク軸3と後輪軸5との中間に補助動力装置7を取り付ける。補助動力装置7の中心となる駆動モータ9のモータ軸が中間軸11になる。この中間軸11が、クランク軸3と後輪軸5と平行になるように取り付けが行われる。補助動力装置7はバッテリー13を有する。また、ハンドル15に設けられたハンドルスイッチ17により制御手段19を介して補助動力装置7のスイッチがON、OFFされる。
(全体説明)
図1、図2に示すように、自転車1のクランク軸3と後輪軸5との中間に補助動力装置7を取り付ける。補助動力装置7の中心となる駆動モータ9のモータ軸が中間軸11になる。この中間軸11が、クランク軸3と後輪軸5と平行になるように取り付けが行われる。補助動力装置7はバッテリー13を有する。また、ハンドル15に設けられたハンドルスイッチ17により制御手段19を介して補助動力装置7のスイッチがON、OFFされる。
クランク軸3とこの中間軸11との間で力を伝達する第1チェーン・スプロケット機構21は、クランク軸3に設けられた前スプロケット22と中間軸11に設けられた第1スプロケット23とに巻かれる第1チェーン25とからなる。
中間軸11と後輪軸5との間で力を伝達する第2チェーン・スプロケット機構27は、中間軸11に設けられた第2スプロケット29と後輪軸5に設けられた後スプロケット6とに巻かれる第2チェーン31とからなる。
中間軸11と後輪軸5との間で力を伝達する第2チェーン・スプロケット機構27は、中間軸11に設けられた第2スプロケット29と後輪軸5に設けられた後スプロケット6とに巻かれる第2チェーン31とからなる。
このような構成により、クランク軸3のペダル4を踏む力は、第1チェーン・スプロケット機構21と第2チェーン・スプロケット機構27を介して後輪に伝えられる。そして、この踏む力、すなわち中間軸11に伝えられるトルクが所定の値よりも大きいときは、補助動力装置7の駆動モータ9が働いて、中間軸11に補助動力が伝えられる。このトルクの検出は、中間軸11に設けられたトルク検出手段33によって行われる。
(駆動モータ9)
図4に示すように、駆動モータ9は、中間軸11をモータ軸として構成される。モータの種類はDCブラシレスモータで、中空のハウジング35と、そのハウジング35内に収容されたステータ37と、そのステータ37の中空穴を貫通するモータ軸としての中間軸11とを備えている。ステータ37は、コイル41が積層のコア43に巻き付けられて構成されている。モータ軸としての中間軸11は、ベアリング45に支持され、ステータ37の、コイル41に対向する外周面において複数の永久磁石47が周方向において交互に極性が異なるように取り付けられて構成されている。なお、駆動モータ9は電源としてバッテリー13が使える仕様ならDCブラシ付きモータや超音波モータ等のどのようなものでもよい。
図4に示すように、駆動モータ9は、中間軸11をモータ軸として構成される。モータの種類はDCブラシレスモータで、中空のハウジング35と、そのハウジング35内に収容されたステータ37と、そのステータ37の中空穴を貫通するモータ軸としての中間軸11とを備えている。ステータ37は、コイル41が積層のコア43に巻き付けられて構成されている。モータ軸としての中間軸11は、ベアリング45に支持され、ステータ37の、コイル41に対向する外周面において複数の永久磁石47が周方向において交互に極性が異なるように取り付けられて構成されている。なお、駆動モータ9は電源としてバッテリー13が使える仕様ならDCブラシ付きモータや超音波モータ等のどのようなものでもよい。
(トルク検出手段33)
図4に示すように、トルク検出手段33は、中間軸11に設けられる。中間軸11は、外筒部分49と、この外筒部分49の内部に一部が配置される内筒部分51とを有する。外筒部分49には、第1スプロケット23が設けられてクランク軸3との間で力が伝達される。内筒部分51には、第2スプロケット29が設けられ後輪軸5との間で力が伝達される。
図4に示すように、トルク検出手段33は、中間軸11に設けられる。中間軸11は、外筒部分49と、この外筒部分49の内部に一部が配置される内筒部分51とを有する。外筒部分49には、第1スプロケット23が設けられてクランク軸3との間で力が伝達される。内筒部分51には、第2スプロケット29が設けられ後輪軸5との間で力が伝達される。
外筒部分49の内周には、内筒部分51に接する部位に雌ネジ53が形成される。内筒部分51の外周には、該当部分に接する部位に雄ネジ55が形成される。これらの雌ネジ53と雄ネジが螺合して送りネジ57となる。この送りネジ57の向きは、外筒部分49と内筒部分51に伝達される力により生じるトルクによって、外筒部分49と内筒部分51が軸方向へ相対的に送られ接近するよう設定される。送りネジ57は、トルクによって外筒部分49と内筒部分51が周方向へ相対的に回動する動きである周方向変位を、外筒部分49と内筒部分51が軸方向へ相対的に送られる軸方向変位へ、変換する変位変換機構58として機能する。
外筒部分49の内部で、内筒部分51の端部に接する位置には、皿バネである圧縮バネ59が設けられる。この圧縮バネ59は、外筒部分49と内筒部分51との相対的な接近に抵抗する。よって、トルクが大きくなれば相対的な接近が起き、トルクが小さくなれば相対的に離れて後退する。圧縮バネ59はバネ受61を介して内筒部分51の端部に接する。また、圧縮バネ59の周囲にはストッパスリーブ63が設けられ、相対的な接近の限界が設定される。
外筒部分49は、装置のハウジング35に固定され、内筒部分51には変位検出体65が固定される。この変位検出体65に対向して、変位センサ67がハウジング35側に設けられる。よって、外筒部分49と内筒部分51との相対的な接近や後退が生じる際には、外筒部分49と内筒部分51との間に、軸方向の変位が生じるが、この変位を変位センサ67によって検出できる。
外筒部分49と内筒部分51と圧縮バネ59を貫通して、セットボルトナット69が設けられ、このセットボルトナット69を、トルクレンチなどを使って締め付ける締付の程度により、相対的な回動角度変位が生じるトルクの大きさを調整することができる。
(送りネジ57)
トルク検出手段33に使用されうる送りネジ57としては、いろいろのものが使用されうる。すなわち、ボールネジやローラネジタイプか、滑りネジタイプがあるが、滑りネジではネジ形状が台形、三角、四角形状のものがあるが、滑りネジはリード角を大きくして、リード角(θ)のタンジェント値(Tanθ)をネジ部滑り面の摩擦係数μより大きくする必要がある。
又、磨耗や錆及び異物混入に対してネジ部がステック(固着)やガタを生じないようにネジ面を硬化処理して、テフロン(登録商標)加工(フッ素樹脂コーティング)処理、耐食処理が必要である。
トルク検出手段33に使用されうる送りネジ57としては、いろいろのものが使用されうる。すなわち、ボールネジやローラネジタイプか、滑りネジタイプがあるが、滑りネジではネジ形状が台形、三角、四角形状のものがあるが、滑りネジはリード角を大きくして、リード角(θ)のタンジェント値(Tanθ)をネジ部滑り面の摩擦係数μより大きくする必要がある。
又、磨耗や錆及び異物混入に対してネジ部がステック(固着)やガタを生じないようにネジ面を硬化処理して、テフロン(登録商標)加工(フッ素樹脂コーティング)処理、耐食処理が必要である。
(変位センサ67)
トルク検出手段33に使用されうる変位センサ67としては、可動磁石を用いた磁気検出型センサのホール素子、磁気抵抗素子センサや近接スイッチ応用型等があるが、非接触で0〜5mm位の変位量をリニアに検出できて、温度特性がよくて耐久性があれば特に検出方式にはこだわらない。
トルク検出手段33に使用されうる変位センサ67としては、可動磁石を用いた磁気検出型センサのホール素子、磁気抵抗素子センサや近接スイッチ応用型等があるが、非接触で0〜5mm位の変位量をリニアに検出できて、温度特性がよくて耐久性があれば特に検出方式にはこだわらない。
この実施形態では、非接触リニア変位センサとして近接スイッチ型の変位センサ67(MDS-5L)を使用した。長所としては、変位検出体65が磁性体でなくてよい、ローコストでごみホコリ、外乱光の影響受けない。使用温度範囲が広い、などがある。
(制御手段19)
検出されたトルクの値、ハンドルスイッチ17のON・OFF、さらには電源としてのバッテリー13の電圧などが、制御手段19としての駆動回路に入力され、駆動モータ9が制御される。
検出されたトルクの値、ハンドルスイッチ17のON・OFF、さらには電源としてのバッテリー13の電圧などが、制御手段19としての駆動回路に入力され、駆動モータ9が制御される。
(取り付け機構)
この自転車用補助動力装置は、構成する部品が一つのハウジング35内に収納され、このハウジング35には、図示しない取り付け機構が備えられている。この取り付け機構は、自転車1のフレームに対しての位置決めと取り付けを行い、その位置決めにより、所定の位置と姿勢で自転車用補助動力装置を取り付けることができる。すなわち、クランク軸3と後輪軸5とに平行に、これらの両者の中間に中間軸11が位置するよう取り付けることができる。よって、第1チェーン及び第2チェーン31にはたるみなどが生じず、さらに、補助動力装置7の駆動モータ9のモータ軸である中間軸11はクランク軸3と後輪軸5とに平行になる。
この自転車用補助動力装置は、構成する部品が一つのハウジング35内に収納され、このハウジング35には、図示しない取り付け機構が備えられている。この取り付け機構は、自転車1のフレームに対しての位置決めと取り付けを行い、その位置決めにより、所定の位置と姿勢で自転車用補助動力装置を取り付けることができる。すなわち、クランク軸3と後輪軸5とに平行に、これらの両者の中間に中間軸11が位置するよう取り付けることができる。よって、第1チェーン及び第2チェーン31にはたるみなどが生じず、さらに、補助動力装置7の駆動モータ9のモータ軸である中間軸11はクランク軸3と後輪軸5とに平行になる。
「実施形態の効果」
この実施形態によれば、クランク軸3と後輪軸5とに平行に、中間に、モータ軸を兼ねる中間軸11を設け、この中間軸11のトルクを検出することで、従来のように例えばクランク軸3のトルクを検出する必要はない。よって、例えばクランク軸3付近を専用の構造に改造する必要がない。このため、自転車1そのものを専用のものにする必要がない。よって、安価な補助動力装置付き自転車1を提供できる。
この実施形態によれば、クランク軸3と後輪軸5とに平行に、中間に、モータ軸を兼ねる中間軸11を設け、この中間軸11のトルクを検出することで、従来のように例えばクランク軸3のトルクを検出する必要はない。よって、例えばクランク軸3付近を専用の構造に改造する必要がない。このため、自転車1そのものを専用のものにする必要がない。よって、安価な補助動力装置付き自転車1を提供できる。
さらに、簡単な構造のトルク検出手段33が得られ、より安価な補助動力装置付き自転車1を提供できる。
さらに、セットボルトナット69の締付の程度を調整するという簡単な構造で、補助動力装置7が働くトルクの大きさを調整することが容易にできる。
さらに、一つの補助動力装置7のユニットを取り付けるだけで、後付で補助動力装置7を容易につけることができる。自転車1に個々に取り付けなければならない部品点数を減らし、後付が可能、または容易になる。
さらに、セットボルトナット69の締付の程度を調整するという簡単な構造で、補助動力装置7が働くトルクの大きさを調整することが容易にできる。
さらに、一つの補助動力装置7のユニットを取り付けるだけで、後付で補助動力装置7を容易につけることができる。自転車1に個々に取り付けなければならない部品点数を減らし、後付が可能、または容易になる。
「他の実施形態」
以上の実施形態では、外筒部分49には第1スプロケット23が設けられ、内筒部分51には第2スプロケット29が設けられたが、他の実施形態では、装置の取り付け向きによっては、この外筒と内筒との位置関係は逆であっても良い。
以上の実施形態では、外筒部分49には第1スプロケット23が設けられ、内筒部分51には第2スプロケット29が設けられたが、他の実施形態では、装置の取り付け向きによっては、この外筒と内筒との位置関係は逆であっても良い。
以上の実施形態では、図2、図4に示すように、第1、及び第2スプロケット23,29は中間軸11の同じ側の端部に設けられるものであったが、他の実施形態では、図3、及び図5に示すように、第1、及び第2スプロケット23,29は中間軸11の両端部に設けられるものでも良い。これらの違いは、ペダル4の力をチェーンにて後スプロケット6に伝える機構が設けられる位置が、自転車1の右側か左側かの違いである。右側の方が従来自転車の後スプラケットをそのまま使えるので安価にできる。
以上の実施形態では、中間軸11をモータ軸と兼用としたが、他の実施形態では、図7に示すように、別々の平行な軸111、113にすることが可能である。
すなわち、駆動モータ9の回転数が特性上高すぎる場合は、減速機で回転数を落とす必要がある。モータ軸111の端部に設けたモータ側歯車115と、中間軸113側に設けたスプロケット側歯車117を噛み合わせて減速機119を構成することで、減速機付きの自転車用補助動力装置を提供できる。
すなわち、駆動モータ9の回転数が特性上高すぎる場合は、減速機で回転数を落とす必要がある。モータ軸111の端部に設けたモータ側歯車115と、中間軸113側に設けたスプロケット側歯車117を噛み合わせて減速機119を構成することで、減速機付きの自転車用補助動力装置を提供できる。
この場合には、駆動モータ9から中間軸11への駆動トルクの伝達経路上に該駆動モータ9から該中間軸11の方向にはトルクを伝達するが、その逆方向へはトルクを伝達しないよう構成、配置された一方向クラッチ手段を介在させて、駆動モータOFFでペダルを漕ぐ時には、踏力が駆動モータ9側に伝達されないようにして駆動モータ9の負荷がクランク軸に伝達されることがなくて、常に軽快な運転が可能となる。
又、外筒部分49の内部で、内筒部分51の端部に接する位置には、皿バネである圧縮バネ59が設けられているが、他の実施形態として図示は省略するが、皿バネの代わりに
外筒部分49と内筒部分51に伝達される力により生じるトルクを直接トーションバースプリングやねじりばねで受けることも可能である。
外筒部分49と内筒部分51に伝達される力により生じるトルクを直接トーションバースプリングやねじりばねで受けることも可能である。
以上の実施形態では、変位変換機構58は送りネジ機構57であったが、他の実施形態では、図8及び図9に示すカムピン機構201でも良い。
このカムピン機構201は、内筒部分51の直径方向に1本のカムピン203が貫通して固定され、カムピン203の両端が内筒部分51の外周に突設される。また、外筒部分49には、カムピン203の両端が挿入されるように、二つのカム溝205が形成される。
このカムピン203は、軸周りに回転可能に固定され、これにより、カム溝205とカムピン203との摩耗を小さくし、ピンの動きのスムーズにする。各カム溝205は、短く、外筒部分49の中心を中心とする角度θは10〜20度程度である。また、各カム溝205は、螺旋方向に斜めに形成される。この斜めになった分だけ、軸方向変位Sが得られる。
このカムピン機構201は、内筒部分51の直径方向に1本のカムピン203が貫通して固定され、カムピン203の両端が内筒部分51の外周に突設される。また、外筒部分49には、カムピン203の両端が挿入されるように、二つのカム溝205が形成される。
このカムピン203は、軸周りに回転可能に固定され、これにより、カム溝205とカムピン203との摩耗を小さくし、ピンの動きのスムーズにする。各カム溝205は、短く、外筒部分49の中心を中心とする角度θは10〜20度程度である。また、各カム溝205は、螺旋方向に斜めに形成される。この斜めになった分だけ、軸方向変位Sが得られる。
このカムピン機構201によっても、トルクによって外筒部分49と内筒部分51が周方向へ相対的に回動し周方向変位を得ると、カムピン203がカム溝205の中を移動することで、外筒部分49と内筒部分51が軸方向へ相対的に送られる軸方向変位を得る。よって、周方向変位が軸方向変位へ変換される。なお、外筒部分49は第2スプロケット29との結合を行うためのキー溝206を外周に有する。
このカムピン機構201は、送りネジ機構57よりも、加工が容易であり、しかも確実な変位変換機能を果たす。
このカムピン機構201は、送りネジ機構57よりも、加工が容易であり、しかも確実な変位変換機能を果たす。
この図8及び図9に示す実施形態は、図7の実施形態と同じように、中間軸11をモータ軸と兼用せずに、別々の平行な軸111、113にするタイプである。図4、図7の実施形態と共通、あるいは類似する部分は、同一の番号を付す。また、図4、図7の実施形態における駆動モータ9内部の詳細は省略する。また、電源13、ハンドルスイッチ17、制御手段19なども省略する。
この図8及び図9に示す実施形態では、圧縮バネ59は、皿バネ又はコイルスプリング等により構成され、また、内筒部分51に接する側の端部にスラスト軸受207及び円形プレート209を有する。このスラスト軸受207の働きにより、トルクによって外筒部分49と内筒部分51が周方向へ相対的に回動する動きが滑らかになされる。
また、圧縮バネ59が外筒部分49に接する側の端部、すなわち図8中の左端において、内筒部分51には締付用の雄ネジ部211が形成される。組み付け時に、この雄ネジ部211に螺合させた締付用のナット213(図8(B))をレンチなどの道具により回転し、これにより、圧縮バネ59の端部に設けたバネ受215を押圧して縮め、締付ける。やがて、このバネ受215に設けたスナップリング217が所定位置で、外筒部分49に形成されたリング溝219に嵌合することで、軸方向の変位が生じるトルクの大きさを設定できる。
よって、この図8及び図9に示す実施形態では、図4の実施形態で用いられるセットボルトナット69を廃止でき、簡単な構造で、補助動力装置が働くトルクの大きさを、所定の値に、設定することが容易にできる。
また、駆動モータ9から中間軸11への駆動トルクの伝達経路上に該駆動モータ9から該中間軸11の方向にはトルクを伝達するが、その逆方向へはトルクを伝達しないよう構成、配置された一方向クラッチ221を設けている。図示していないが、ペダル4を逆回転させるときに、モータ負荷による回転の抵抗を減ずるため、第1スプロケット23と内筒部分51との間に一方向クラッチ手段221を介在させてもよい。
1…自転車、3…クランク軸、5…後輪軸、7…補助動力装置、9…駆動モータ、11…中間軸、13…バッテリー、15…ハンドル、17…ハンドルスイッチ、19…制御手段、21…第1チェーン・スプロケット機構、23…第1スプロケット、25…第1チェーン、27…第2チェーン・スプロケット機構、29…第2スプロケット、31…第2チェーン、33…トルク検出手段、35…ハウジング、37…ステータ、39…ロータ、41…コイル、43…コア、45…ベアリング、47…永久磁石、49…外筒部分、51…内筒部分、53…雌ネジ、55…雄ネジ、57…ネジ、59…圧縮バネ、61…バネ受、63…ストッパスリーブ、65…変位検出体、67…変位センサ、69…セットボルトナット、111、113・・・軸、115・・・モータ側歯車、117・・・スプロケット側歯車、119・・・減速機、201・・・カムピン機構、203・・・カムピン、205・・・カム溝、206・・・キー溝、207・・・スラスト軸受、209・・・円形プレート、211・・・雄ネジ部、213・・・締付用のナット、215・・・バネ受、217・・・スナップリング、219・・・リング溝、221・・・一方向クラッチ。
Claims (9)
- 自転車のクランク軸と後輪軸とに平行に中間に設けられる中間軸と、前記クランク軸とこの中間軸との間で力を伝達する第1チェーン・スプロケット機構と、前記中間軸と前記後輪軸との間で力を伝達する第2チェーン・スプロケット機構と、前記中間軸に駆動力を伝える駆動モータと、前記中間軸のトルクを検出するトルク検出手段と、この検出したトルクの値によって前記駆動モータの出力を制御する制御手段と、を有することを特徴とする自転車用補助動力装置。
- 前記駆動モータは、前記中間軸をモータ軸として構成される駆動モータであることを特徴とする請求項1に記載の自転車用補助動力装置。
- 前記トルク検出手段は、前記中間軸を構成し前記クランク軸又は前記後輪軸との間で力が伝達される外筒部分と、この外筒部分の内部に配置され、前記後輪軸又は前記クランク軸との間で力を伝達する内筒部分と、前記外筒部分と前記内筒部分に伝達される前記力により生じるトルクによって得られる相対的な周方向変位を相対的な軸方向変位へ変換するよう前記外筒部分と前記内筒部分との間に形成された変位変換機構と、前記軸方向変位に抵抗するため前記外筒部分と前記内筒部分の間に設けられた圧縮バネと、前記トルクが加わって前記圧縮バネの抵抗を上回って生じる前記軸方向変位を検出する変位センサと、を有して構成されることを特徴とする請求項1、又は2に記載の自転車用補助動力装置。
- 前記変位変換機構は、送りネジ機構、または、前記内筒部分の外周に突設されたカムピンが前記外筒部分に形成された螺旋方向のカム溝に挿入されてなるカムピン機構、であることを特徴とする請求項1、2、又は3に記載の自転車用補助動力装置。
- 前記圧縮バネは、端部にスラスト軸受を有することを特徴とする請求項3、又は4に記載の自転車用補助動力装置。
- 前記外筒部分と前記内筒部分と前記圧縮バネを貫通してセットボルトナットが設けられ締付の程度により、前記軸方向の変位が生じるトルクの大きさを調整することを特徴とする請求項3、4、又は5に記載の自転車用補助動力装置。
- 前記内筒部分の端部に締付用の雄ネジ部が形成され、この雄ネジ部に螺合させた締付用のナットにより、前記圧縮バネの端部に設けたバネ受を押圧して締付け、このバネ受に設けたスナップリングが所定位置で、前記外筒部分又は前記内筒部分に形成されたリング溝に嵌合することで、前記軸方向の変位が生じるトルクの大きさを設定することを特徴とする請求項3、4、又は5に記載の自転車用補助動力装置。
- 請求項1、2、3、4、5、6、又は7に記載の自転車用補助動力装置を備えたことを特徴とする自転車。
- 請求項1、2、3、4、5、6、又は7に記載の自転車用補助動力装置が一つのハウジング内に収納され、このハウジングには、自転車のフレームに対し、前記クランク軸と前記後輪軸とに平行に中間に前記中間軸が位置するよう取り付けるための取り付け機構が備えられていることを特徴とする自転車用補助動力装置ユニット。
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JP2006058632A JP2006347532A (ja) | 2005-05-16 | 2006-03-03 | 自転車用補助動力装置、この装置を備えた自転車、及び装置ユニット |
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Related Child Applications (1)
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JP2009000008U Continuation JP3149256U (ja) | 2005-05-16 | 2009-01-05 | 自転車用補助動力装置、この装置を備えた自転車、及び装置ユニット |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2547578A1 (en) * | 2010-03-17 | 2013-01-23 | Propulsion Powercycle Inc. | Bicycle with electrical drive system |
CN114212178A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-03-22 | 品上佳自行车(深圳)有限公司 | 新能源电动自行车的动力装置 |
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2006
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Cited By (4)
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EP2547578A1 (en) * | 2010-03-17 | 2013-01-23 | Propulsion Powercycle Inc. | Bicycle with electrical drive system |
EP2547578A4 (en) * | 2010-03-17 | 2014-03-12 | Propulsion Powercycle Inc | BICYCLE WITH AN ELECTRIC DRIVE SYSTEM |
CN114212178A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-03-22 | 品上佳自行车(深圳)有限公司 | 新能源电动自行车的动力装置 |
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