JP2013234989A - 電動アシスト自転車の踏力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で安価でありながら、且つ精度の高い電動アシスト自転車の踏力検出装置を提供する.
【解決手段】チェーンホイールに組み込まれた弾性体の回転方向への伸縮を利用した踏力検出装置において、円筒側面に複数個の開口部を備えた円筒形の内センサー遮断ホイールを内駆動ホイールに一体的に設け、円筒側面に内センサー遮断ホイールの開口部と略同一法線上に複数の開口部を備えた円筒形の外センサー遮断ホイールをスプロケットホイールに一体的に設け、チェーンホイールへの踏力の変化により生じる前記内センサー遮断ホイールの開口部と前記外センサー遮断ホイールの開口部のズレを読み取るセンサーを設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は電動アシスト自転車の踏力検出装置に関するもので、更に具体的にはより安価で安定した、且つ取り付けやすい踏力検出装置に関する発明である。

電動アシスト自転車の踏力検出装置に関して、様々な検出装置が提案されている。例えば特開２００１−２４９０５８号公報には回転方向に生じるペダル踏力に応じて伸縮する弾性体と、該弾性体の回転方向への伸縮を軸方向の移動に変換し、その移動量を検出する技術が開示されている。

また、特開２０１２−１３６２６号公報には回転方向にペダル踏力に応じて相対位置が変化する二つの部材のそれぞれに円周上に突起を儲け、その突起のズレを二つのセンサーで読み取る構造が開示されている。

特開２００１−２４９０５８号公報 特開２０１２−１３６２６号公報

しかしながら特開２００１−２４９０５８号公報においては、弾性体の回転方向への伸縮を軸方向の移動に変換する構造が必要であり、装置が複雑で部品点数が多く、部品精度も要求される為、コストが高くなる問題がある。

また、特開２０１２−１３６２６号公報においては、構造上、軸方向のガタが発生する為センサーと突起部の距離が安定せず、精度が悪くなる問題がある。

本発明は上記課題を一挙に解決するもので、構造が簡単で安価でありながら、且つ精度の高い電動アシスト自転車の踏力検出装置を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明ではクランクに固定された外駆動ホイールおよび内駆動ホイールと、前記外駆動ホイールと内駆動ホイールの間に相対向し、前記外駆動ホイールおよび内駆動ホイールに対し一定角度回転可能に配置されたスプロケットホイールとを備え、前記外駆動ホイールおよび内駆動ホイールには複数の押圧動作手段が、前記スプロケットホイールには前記押圧動作手段に対向する複数の押圧受止手段が備えられ、前記押圧動作手段と前記押圧受止手段との間に、前記外駆動ホイールおよび内駆動ホイールと前記スプロケットホイールの回転方向変化量に応じて伸縮する複数の弾性体を配置することにより、前記外駆動ホイールおよび内駆動ホイールと前記スプロケットホイールを間接的に連結するように構成されたチェーンホイールにおいて、円筒側面に複数個の開口部を備えた円筒形の内センサー遮断ホイールを前記内駆動ホイールに一体的に設け、円筒側面に内センサー遮断ホイールの開口部と略同一法線上に複数の開口部を備えた円筒形の外センサー遮断ホイールを前記スプロケットホイールに一体的に設け、チェーンホイールへの踏力の変化により生じる前記内センサー遮断ホイールの開口部と前記外センサー遮断ホイールの開口部のズレを読み取るセンサーを設けることにより、軸方向のガタが発生しても正確に踏力変化を読み取ることができるようにしている。

より具体的には、内センサー遮断ホイールの開口部および外センサー遮断ホイールの開口部を、前記センサーの読み取り範囲よりも広く設定することにより、軸方向のガタが発生しても、精度よく踏力変化を読み取ることができるのである。

従来のチェーンホイールに組み込まれた弾性体の回転方向への伸縮を利用した踏力検出装置においては、弾性体の回転方向への伸縮を軸方向の移動に変換する構造が必要であり、装置が複雑で部品点数が多く、部品精度も要求される為、コストが高くなる問題があるし、また別の従来品では構造上、軸方向のガタが発生する為センサーと突起部の距離が安定せず、精度が悪くなる問題があった。

本発明では、チェーンホイールに組み込まれた弾性体の回転方向への伸縮を利用した踏力検出装置において、円筒側面に複数個の開口部を備えた円筒形の内センサー遮断ホイールを内駆動ホイールに一体的に設け、円筒側面に内センサー遮断ホイールの開口部と略同一法線上に複数の開口部を備えた円筒形の外センサー遮断ホイールをスプロケットホイールに一体的に設け、チェーンホイールへの踏力の変化により生じる前記内センサー遮断ホイールの開口部と前記外センサー遮断ホイールの開口部のズレを読み取るセンサーを設けることにより、構造が簡単で安価でありながら、且つ精度の高い電動アシスト自転車の踏力検出装置を提供することができるのである。

また、センサーと演算処理装置側の双方に電池などの電源を備えることにより、通信線を使用せず無線で情報を送ることができるので、配線が不要になるため外観がすっきりするし、また、演算処理装置の設置場所の自由度も大きくなる。

更には、前記演算処理装置を前記チェーンホイールに一体的に組み込むことにより、安価で組立作業性がよく、コンパクトな踏力検出装置および演算処理装置を備えたチェーンホイールを提供することができる。

本発明の踏力検出装置を組み込んだチェーンホイールの図である。 本発明の実施形態を断面で表した図である。 スプロケットホイール、外駆動ホイール、内駆動ホイールおよびブッシュプレートの図である。 外センサー遮断ホイール、内センサー遮断ホイールの図である。 ペダル踏力が無いときのチェーンホイールの内部説明図である。 ペダル踏力がかけられたときのチェーンホイールの内部説明図である。 最大ペダル踏力がかけられたときのチェーンホイールの内部説明図である。 ペダル踏力が無いときの内センサー遮断ホイール開口部および外センサー遮断ホイール開口部の関係図である。 ペダルに踏力が掛けられたときの内センサー遮断ホイール開口部と外センサー遮断ホイール開口部の関係図である。 最大ペダル踏力が掛けられたときの内センサー遮断ホイール開口部と外センサー遮断ホイール開口部の関係図である。 遮断ホイールの別実施形態の図である。 演算処理装置を内カバーに組み込むことを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の踏力検出装置を組み込んだチェーンホイールの図面、図２は本発明の実施形態を断面で表した図面、図３はスプロケットホイール、外駆動ホイール、内駆動ホイールおよびブッシュプレートの図面、図４は外センサー遮断ホイール、内センサー遮断ホイールの図面、図５はペダル踏力が無いときのチェーンホイールの内部説明図、図６はペダル踏力がかけられたときのチェーンホイールの内部説明図、図７は最大ペダル踏力がかけられたときのチェーンホイールの内部説明図、図８はペダル踏力が無いときの内センサー遮断ホイール開口部および外センサー遮断ホイール開口部の関係図、図９はペダルに踏力が掛けられたときの内センサー遮断ホイール開口部と外センサー遮断ホイール開口部の関係図、図１０は最大ペダル踏力が掛けられたときの内センサー遮断ホイール開口部と外センサー遮断ホイール開口部の関係図、図１１は遮断ホイールの別実施形態である。なお、図３および図５ないし図７はいずれもクランク側から見た図である。

まず、本特許の踏力検出装置が組み込まれたチェーンホイールの基本構造に関して説明する。図２に示されるように、クランク３には外駆動ホイール５、ブッシュプレート８、内駆動ホイール７および内プレート１１がユニット固定ボルト２７によって一体的に固定されている。

スプロケットホイール６は、外駆動ホイール５と内駆動ホイール７の間に挟まれるように、スプロケットホイール６の厚みより若干厚い（０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ厚い）ブッシュプレート８を軸として、外駆動ホイール５と内駆動ホイール７に対し、一定角度回転可能に保持されている。一定角度回転可能にするために、スプロケットホイール６には図３および図５に示されるように複数の長穴６ｂが設けられ、外駆動ホイール５には複数のストッパーピン２６が設けられている。ストッパーピン２６は長穴６ｂの範囲内のみ回転可能となり、その結果、スプロケットホイール６は外駆動ホイール５および内駆動ホイール７にたいし、一定角度回転可能となる。

内プレート１１の外周部には内プレート１１に対し回転可能に内カバー１２が設けられ、またクランク３には外カバー４が固定されている。内カバー１２には内プレート１１に対する回転をスムーズにするため、樹脂ブッシュ１３が圧入されている。

スプロケットホイール６には図３のように、バネ２２を格納する為の複数のバネ用開口部６ａを設け、図５のように一端に押圧受止手段２３がピン２４により回転可能に保持されている。また、外駆動ホイール５および内駆動ホイール７には図３のように、前記バネ２２が接触しない様、バネ２２の外径よりも大きい複数のバネ用開口部５ａおよび７ａを設け、外駆動ホイール５のバネ用開口部５ａおよび、または内駆動ホイール７のバネ用開口部７ａの一端に複数の押圧動作手段５ａａおよび、または７ａａが設けられている。

バネ２２の一端には図５に示されるように、押圧動作手段５ａａおよび、または７ａａの力を均一に受ける目的で、押圧補助部材２５を設け、スプロケットホイール６のバネ用開口部６ａにガタなく収められている。

上述のように構成されたチェーンホイールの内駆動ホイール７に、図４のように円筒側面に複数個のセンサー用開口部１０ａを備えた円筒形の内センサー遮断ホイール１０が、スプロケットホイール６の軸中心と同心円上にボルト２０によって固定されている。

またスプロケットホイール６には、円筒側面に複数個のセンサー用開口部９ａを備えた円筒形の外センサー遮断ホイール９が、スプロケットホイール６の軸中心と同心円上にボルト１９によって固定されている。

前記内センサー遮断ホイール１０のセンサー用開口部１０ａと、前記外センサー遮断ホイール９のセンサー用開口部９ａは図８に示されるように、ペダル踏力がないときにそれぞれのセンサー用開口部が一致するように、スプロケットホイール６の軸中心に対して法線上に設定されている。

センサーケース１５にボルト２１によって固定されたこの字型のフォトセンサー１４は、前記センサー用開口部１０ａとセンサー用開口部９ａを挟むように、内カバー１２にセンサーケース１５と共にボルト２８によって固定されている。更に詳しくはフォトセンサー１４の発光部１４ａが外センサー遮断ホイール９のセンサー用開口部９ａの外側に、受光部１４ｂが内センサー遮断ホイール１０のセンサー用開口部１０ａの内側に来るように、前記センサー用開口部９ａおよびセンサー用開口部１０ａの法線上に設置されている。もちろん、発光部１４ａと受光部１４ｂは内外が逆になっても差し支えない。なお、フォトセンサー１４はセンサーケースプレート１６によってカバーされている。

上記チェーンホイールは、フレーム１に組み込まれたボトムブラケット２にクランク固定ボルト１７により回転可能に取り付けられる。回転ストッパー１８は予めボトムブラケット２によりフレーム１に対し、回転不能に固定されており、回転ストッパー１８のストッパー部１８ａに前記センサーケース１５の凹部１５ａがはまり込むように、チェーンホイールをボトムブラケット２に取り付けることにより、内カバー１２すなわちフォトセンサー１４は回転不能に保持されるのである。

本発明の詳細を上記構成において説明する。ここでは、一般的な自転車と同様、ペダルが取り付けられたチェーンホイールと後輪は、チェーンにより連結され、ペダル踏力によるチェーンホイールの回転により、後輪が回転する構造の電動アシスト自転車で説明する。なお、チェーンではなくベルトにより後輪と連結された自転車あるいは他の方法、例えばギヤとシャフトにより後輪と連結された自転車にも応用できる。すなわち、本発明は踏力検出装置に関するものであって、自転車の形態に左右されるものではない。

ペダルに踏力が掛かっていない状態、すなわち停車時や惰性走行時は、バネ２２は自然長を保持しておりスプロケットホイール６と外駆動ホイール５および内駆動ホイール７の関係は図５に示されるような状態になっている。また、内センサー遮断ホイール１０のセンサー用開口部１０ａと外センサー遮断ホイール９のセンサー用開口部９ａは図８のように法線上に並んでいる。

この状態からペダルに踏力を掛けると、スプロケットホイール６はチェーンにより後輪と連結されているため静止状態を維持し、クランク３と一体になっている外駆動ホイール５および内駆動ホイール７が図４ないし図７の図面上矢印Ｐ方向に、右回転を始める。

外駆動ホイール５と内駆動ホイール７が回転を始めると、外駆動ホイール５および、又は内駆動ホイール７の押圧動作手段５ａａおよび、または７ａａが押圧補助部材２５を矢印Ｐ方向に押圧することにより、バネ２２が図６に示されるように縮められる。そして、ある程度バネ２２が縮められると、バネ力がチェーンにより連結された後輪の接地抵抗に打ち勝ち、スプロケットホイールが回転を始めて、後輪が回転し出す。

このとき、法線上に並んでいた内センサー遮断ホイール１０のセンサー用開口部１０ａと外センサー遮断ホイール９のセンサー用開口部９ａは図９に示されるようにそれぞれの開口部が円周方向にずれ、実際に開口している部分はペダル踏力が掛かっていないときよりも少なくなる。

前記フォトセンサー１４は前述もしたが、発光部１４ａと受光部１４ｂでセンサー用開口部１０ａとセンサー用開口部９ａを挟むように設置されているのであるが、前記開口部の略中心線Ｑ上に発光部１４ａと受光部１４ｂが設置されるのが望ましい。

前述したように図８はペダル踏力が掛かっていない状態で、開口部の円周方向距離はＬ１となっている。この状態からペダル踏力が掛かるとセンサー用開口部１０ａとセンサー用開口部９ａの回転方向相対位置が図９のように変化し開口部の円周方向距離はＬ１より短いＬ２となる。更に大きな最大ペダル踏力が掛かるとセンサー用開口部１０ａとセンサー用開口部９ａの回転方向相対位置が図１０のように変化し開口部の円周方向距離はＬ２より更に短いＬ３となる。

フォトセンサー１４は前記開口部の円周方向通過時間を読み取ることにより、ペダル踏力の大きさを判断するのである。詳しく言えばフォトセンサー１４は発光部１４ａから赤外線あるいは可視光線などが受光部１４ｂへ送られている。前記内センサー遮断ホイール１０のセンサー用開口部１０ａと外センサー遮断ホイール９のセンサー用開口部９ａはチェーンホイールが回転することにより発光部１４ａと受光部１４ｂの間を順次通過していく。

そして、チェーンホイールが１回転する間の赤外線あるいは可視光線が遮断されている時間、あるいは透過している時間を読み取るのである。例えば図８のようにペダル踏力がない時は、開口部は１００％（Ｌ１）開口している。ペダルに踏力が掛かると図９のように開口部は約７０％（Ｌ２）の開口となる。更に最大ペダル踏力が掛かると図１０のように開口部は約２５％（Ｌ３）の開口となる。このペダル踏力がないときの開口部の開口率とペダル踏力が掛かっているときの開口部の開口率との比率でペダル踏力を割り出すのである。

このようにして割り出されたペダル踏力の情報を、電動アシスト自転車においては
通信線２９を介して演算処理する演算処理装置３０へ送り、モーターの出力などを決定するのである。また、フォトセンサー１４側と演算処理装置３０側の双方に電池などの電源を備えることにより、通信線を使用せず無線で情報を送ることができるので、配線が不要になるため外観がすっきりするし、また、演算処理装置３０の設置場所の自由度も大きくなる。

また、最大ペダル踏力が掛かったときでも、前記開口部は完全には遮断されず、僅かに開口させることにより、前記フォトセンサー１４は上述のようにペダル踏力を割り出すだけでなく、チェーンホイールが回転すると開口部と遮断部が交互に通過することによりチェーンホイールが回転しているのかどうかの判断もできるし、また、開口部を均等割することによりチェーンホイールの回転速度も判断できるのである。

すなわち、市販されている電動アシスト車では信号待ちなどでペダルに片足荷重を掛けて停車しているとき、ペダルに一定以上の荷重がかかるとモーターに出力指令が出て車輪が回転し出し、危険な場合がある。本発明ではチェーンホイールが回転していないことを判断し、モーターに出力しないようにすることができるので、安全であるし、また、チェーンホイールの回転速度を算出できることから、車輪の回転速度情報とあわせて現在のギヤ比も簡単に算出できるのである。

なお、前記内センサー遮断ホイール１０のセンサー用開口部１０ａと外センサー遮断ホイール９のセンサー用開口部９ａは、図４においては穴形状にしているが、図１１のように片側を開口したこの字形状でも本発明の効果は達成できる。

また、本発明では前記演算処理装置を前記チェーンホイールに一体的に組み込むことが可能で、例えば図１２に示されるように演算処理装置を前記内カバー１２に組み込むことができる。内カバー１２は前述のようにフレーム１に対し回転不能に保持されるので、フレーム１の空間を利用して演算処理装置を取り付けることにより、安価で組立作業性がよく、コンパクトな踏力検出装置および演算処理装置を備えたチェーンホイールを提供することができる。

１…フレーム、２…ボトムブラケット、３…クランク、４…外カバー、５…外駆動ホイール、５ａ…外駆動ホイールのバネ用開口部、５ａａ…外駆動ホイールの押圧動作手段、６…スプロケットホイール、６ａ…スプロケットホイールのバネ用開口部、６ｂ…長穴、７…内駆動ホイール、７ａ…内駆動ホイールのバネ用開口部、７ａａ…内駆動ホイールの押圧動作手段、８…ブッシュプレート、９…外センサー遮断ホイール、９ａ…外センサー遮断ホイールのセンサー用開口部、１０…内センサー遮断ホイール、１０ａ…内センサー遮断ホイールのセンサー用開口部、１１…内プレート、１２…内カバー、１３…樹脂ブッシュ、１４…フォトセンサー、１４ａ…フォトセンサー発光部、１４ｂ…フォトセンサー受光部、１５…センサーケース、１５ａ…センサーケース凹部、１６…センサーケースプレート、１７…クランク固定ボルト、１８…回転ストッパー、１８ａ…回転ストッパーのストッパー部、１９、２０、２１、２８…ボルト、２２…バネ、２３…押圧受止手段、２４…ピン、２５…押圧補助部材、２６…ストッパーピン、２７…ユニット固定ボルト、２９…通信線、３０…演算処理装置

Claims (4)

1. クランクに固定された外駆動ホイールおよび内駆動ホイールと、前記外駆動ホイールと内駆動ホイールの間に相対向し、前記外駆動ホイールおよび内駆動ホイールに対し一定角度回転可能に配置されたスプロケットホイールとを備え、前記外駆動ホイールおよび、または内駆動ホイールには複数の押圧動作手段が、前記スプロケットホイールには前記押圧動作手段に対向する複数の押圧受止手段が備えられ、前記押圧動作手段と前記押圧受止手段との間に、前記外駆動ホイールおよび内駆動ホイールと前記スプロケットホイールの回転方向変化量に応じて伸縮する複数の弾性体を配置することにより、前記外駆動ホイールおよび内駆動ホイールと前記スプロケットホイールを間接的に連結するように構成されたチェーンホイールにおいて、円筒側面に複数個の開口部を備えた円筒形の内センサー遮断ホイールを前記内駆動ホイールに一体的に設け、円筒側面に内センサー遮断ホイールの開口部と略同一法線上に複数の開口部を備えた円筒形の外センサー遮断ホイールを前記スプロケットホイールに一体的に設け、チェーンホイールへの踏力の変化により生じる前記内センサー遮断ホイールの開口部と前記外センサー遮断ホイールの開口部のズレを読み取るセンサーを設けたことを特徴とする電動アシスト自転車の踏力検出装置。
2. 前記センサーとしてフォトセンサーを備えた請求項１に記載の電動アシスト自転車の踏力検出装置。
3. 前記センサーで読み取った情報を演算処理する演算処理装置を、前記チェーンホイールに組み込んだ請求項１に記載の電動アシスト自転車の踏力検出装置。
4. 前記センサーで読み取った情報を無線により、演算処理装置へ送る請求項１に記載の電動アシスト自転車の踏力検出装置。

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