JP3583921B2 - トルク検出装置及び補助動力装置付き人力走行車 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、人力走行を補助するための補助動力装置付きの自転車等に用いられるトルク検出装置及びそれを用いた補助動力装置付き走行車に関し、詳しくは、回転駆動力を伝達する回転駆動力伝達経路の途中に生ずるトルクを検出するトルク検出装置及びそれを用いた補助動力装置付き人力走行車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
補助動力装置の一例であるモータの駆動力を自転車の駆動輪に伝達可能にし、人力駆動の際、ペダルに加わる負荷の大きさに応じてモータを回転させることにより駆動輪に補助動力を作用させ、軽い人力駆動によって自転車を走行させることができる補助動力装置付き自転車が知られている。
【０００３】
人力により加えられた駆動力を測定する装置として、例えば特開平７−３０９２８４号公報には、ペダル機構のクランク軸内に踏力及び補助動力装置の駆動力の差によって捩じれ変形するトーションバーを収納すると共に、クランク軸外側にそのトーションバーの捩じれによってクランク軸の軸方向に摺動するスライダを設け、そのスライダの摺動によってポテンショメータの検出ロッドが押し込まれるように構成した踏力検出装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した従来の構成においては、ポテンションメータの検出ロッドの変位を電圧変化に変換するという機構的な変換方法を用いてトルクを検出しているために、トルクに比例して検出ロッドを能動的に変位させる変位伝達機構が必要不可欠となり、この変位伝達機構が大型化してしまうという欠点があった。
【０００５】
そこで、前述した変位伝達機構部分が小型化できるように構成することが望まれる。また、前述した変位を電圧等の物理量に変換するポテンションメータ等の変換部分が回転駆動力を伝達する伝達経路の途中の回転部材に設けられていた場合には、配線の接続上不都合が生じる場合がある。即ち、その変換部分により変換された所定の物理量に従った検出信号は所定の制御部に入力されて例えば補助動力装置を制御するために利用されるのであるが、前記制御部は一般的に所定の固定部材側に設けられているために、回転部材側に設けられた変換部分と制御部とを直接配線接続することが困難となる。例えばスリップリングとブラシとを接触させて変換部分と制御部分とを直接電気的に接続させる方法もあるが、スリップリングとブラシとの間での接触部に摩耗が生じるという不都合が発生する。そこで回転トランスを用いて変換部分と制御部分とを磁気的に接続させる方法が考えられが、回転トランスを設けることに伴って両者間における検出信号の伝送回路が複雑になるという新たな問題が生ずる。
【０００６】
更に、上述した従来の技術においては、トーションバーの捩じれによってスライダを摺動させて、その摺動によってポテンションメータの検出ロッドを押し込むように構成されているため、スライダの摺動量を稼ぐためには、トルクに起因してある程度トーションバーが捩じれるもので構成しなければならない。その結果、トルク伝達経路途中で大きな捩じれ変形が生じては困るような高い剛性を要求される箇所には用いることができないという欠点があった。
【０００７】
本発明は係る実状に鑑み考え出されたものであり、その目的は、トルクに基づいた外力をある物理量に変換する変換部分を小型化することができ且つ高剛性の要求に応えながらも、その変換部分側と制御部分側との配線接続を容易にすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のトルク検出装置は、回転駆動力を伝達する伝達経路途中におけるトルク伝達軸に生じるトルクを検出するトルク検出装置であって、所定位置に固定され、前記トルク伝達軸が挿入された固定部材と、前記固定部材の前記トルク伝達軸側に設けられた磁歪材料からなる磁歪素子と、前記トルク伝達軸に生じるトルクを当該トルク伝達軸に沿った方向の力に変換して分岐させ、当該分岐した力により前記磁歪素子に対して略垂直方向に押圧力を加えるための力分岐伝達手段と、前記押圧力による前記磁歪素子の歪みに起因して生じた磁界の変化に基づいて、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を検出して、前記トルク伝達軸に生じるトルクを検出するための検出手段とを含むことを特徴としている。
【００１０】
これにより、回転駆動力の伝達経路途中に検出部を置くことなくトルク検出を行うことができる。
【００１２】
さらに、固定部材側に用いられた磁歪素子に対し比較的簡単にトルクに比例した力を分岐して伝達することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によると、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記検出手段は、前記磁歪素子の歪み量に応じたインピーダンス変化を生ずるべく前記磁歪素子に巻回されたコイルを含み、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を前記コイルに生じたインピーダンス変化に基づいて検出することを特徴としている。
【００１４】
これにより、コイルのインピーダンス変化量という比較的検出しやすい物理量に基づいてトルク検出を行うことができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によると、補助動力装置付き人力走行車において、回転駆動力を伝達する伝達経路途中におけるトルク伝達軸と、所定の固定部材側に設けられ、磁歪材料で構成された磁歪素子と、前記トルク伝達軸に生じるトルクを当該トルク伝達軸に沿った方向の力に変換して分岐させ、当該分岐した力により前記磁歪素子に対して略垂直方向に押圧力を加えるための力分岐伝達手段と、前記押圧力による前記磁歪素子の歪みに起因して生じた磁界の変化に基づいて、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を検出して、前記トルク伝達軸に生じるトルクを検出するための検出手段と、該検出手段の検出量に基づいて前記補助動力装置の制御を行う制御手段とを含むことを特徴としている。
請求項４に記載の発明によると、補助動力装置付き人力走行車において、回転駆動力を伝達する伝達経路途中におけるトルク伝達軸と、所定位置に固定され、前記トルク伝達軸が固着された車軸が挿入された固定部材と、前記固定部材の前記トルク伝達軸側に設けられた磁歪材料からなる磁歪素子と、前記トルク伝達軸に生じるトルクを当該トルク伝達軸に沿った方向の力に変換して分岐させ、当該分岐した力により前記磁歪素子に対して略垂直方向に押圧力を加えるための力分岐伝達手段と、前記押圧力による前記磁歪素子の歪みに起因して生じた磁界の変化に基づいて、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を検出して、前記トルク伝達軸に生じるトルクを検出するための検出手段と、該検出手段の検出量に基づいて前記補助動力装置の制御を行う制御手段とを含むことを特徴としている。
【００１６】
これにより、回転駆動力の伝達経路途中に検出部をおくことなくトルク検出を行うことができ、その検出トルク量に基づいて、補助動力装置の制御が行われる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発明の構成加えて、前記力分岐伝達手段は、トルク伝達上手側部材とトルク伝達下手側部材とをカム面で当接してトルクを伝達するカム部を含み、該カム部は、伝達トルクの分力を当該カム部の回転軸に沿った方向に生じさせるように前記回転軸に対し傾斜したカム面で構成されている。
【００１８】
これにより、固定部材側に設けられた磁歪素子に対し比較的簡単にトルクに比例した力を力分岐して伝達することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
以下では、後輪１７を駆動輪とする２輪の自転車に本発明を適用した例について説明する。尚、ペダル６２を漕いだときに自転車１が進む方向を前方とし、その時の各回転部分の回転方向を正回転とし、また、自転車１の進行方向の前方に向かって左右の方向をとるものとする。
【００２１】
まず、自転車１の全体構成の説明を行い、その後で、トルク検出部５０に関する実施の形態について説明する。
【００２２】
図１には、フレーム１１の前部に前輪１６及びハンドル１４を備え、後部には駆動輪となる後輪１７を備えてなる、自転車１が示されている。
【００２３】
フレーム１１の略中央には、上端にサドル１３を備えるシートチューブ１２が配備され、シートチューブ１２の下端には、図２に示すように、ペダル機構４を枢支したボトムブラケット１５が配備されている。
【００２４】
後輪１７の車軸７２に嵌められたスプロケットよりなる従動ホイール７３と原動ホイール５との間には、無端状のチェーン７５が張設され、後輪１７に対して人力による駆動力が伝達可能となっている。尚、後輪１７の車軸７２と従動ホイール７３との間には周知のワンウェイクラッチ（図示省略）が介在されている。
【００２５】
後輪１７の外径は、前輪１６の外径よりも小さく形成されている。フレーム１１には、シートチューブ１２と後輪１７との間において、人力による駆動力を補助する補助動力ユニット２が取り付けられている。補助動力ユニット２には、補助動力としてのモータ２２と、その回転を減速して後輪１７に伝える伝達機構３とが備えられている。
【００２６】
即ち、図２および図３に示すように、フレーム１１上には、ベースプレート２４が設置され、そのベースプレート２４は、固定部材２１によってフレーム１１に固定されている。また、このベースプレート２４の上面には、後述する制御回路３００が配置されている。
【００２７】
モータ２２は、ベースプレート２４の側壁の右側に配置され、ベースプレート２４の側壁の左側には、モータ２２の出力軸２３に固定された原動プーリ３１が配置されると共に、第１従動プーリ３３が支持されている。ベルト３２は、原動プーリ３１と第１従動プーリ３３との間に張設されている。
【００２８】
第１従動プーリ３３の側方には、その第１従動プーリ３３と同軸に位置し、かつ、その第１従動プーリ３３より小径の第２従動プーリ３５が固定されている。
【００２９】
第３従動プーリ３７は、後輪１７のリム７１の左側に一体成型されている。そして、第２従動プーリ３５と第３従動プーリ３７の間には、ベルト３６が張設されている。
【００３０】
モータ２２の回転は、モータ２２の出力軸２３と一体に回転する原動プーリ３１からベルト３２を経て第１従動プーリ３３に伝わり、第２従動プーリ３５からベルト３６を経て第３従動プーリ３７に伝わる。これにより、モータ２２は伝達機構３を介して後輪１７を減速駆動することができる。モータ２２の出力は、後述するトルク検出部５０及び制御回路３００のトルク検出部分によって検出されたトルクに基づいて制御回路３００（図５、６参照）によって制御される。
【００３１】
シートチューブ１２には、モータ２２の電源となるバッテリ２６が取り付けられている。以下トルク検出部５０の各構成について説明する。
【００３２】
主に図４を参照して、後輪１７を回転可能に軸持する車軸７２には、ホイール支持部１００が固着された状態で設けられている。このホイール支持部１００に従動ホイール７３、スラストベアリング９７、支持リング９６が軸方向にスライド可能に外嵌される。またケース９５はフレーム１１に固定的に設けれられており、このケース９５に穿設された軸挿入孔９５ａに車軸７２が挿入される。
【００３３】
このケース９５の内壁面には磁歪材料からなる磁歪素子９３とバランサー９４とが固定されて設けられている。このバランサー９４も、磁歪素子９３と同じ磁歪材料からなり、大きさ及び形状においても磁歪素子９３と同一となるように構成されている。
【００３４】
従動ホイール７３は、無端状のチェーン７５により後輪に回転駆動力を伝達するためのスプロケットの形状に構成されているとともに、内側に凸部９８が設けられている。一方、ホイール支持部１００の外周面には凹部９９が設けられおり、凹部９９に前述した凸部９８が嵌合して、ホイール支持部１００の外周に従動ホイール７３が外嵌した状態となる。チェーン７５から従動ホイール７３に伝達された回転駆動力は、従動ホイール７３の凸部９８、その凸部９８に嵌合する凹部９９を介して、ホイール支持部１００に伝達され後輪１７が回転する。
【００３５】
ホイール支持部１００の外周面に形成された凹部９９は、ホイール支持部１００の回転軸に対し傾斜が設けられた状態で溝状に形成されている。このために、凹部９９とそれに嵌合した凸部９８とによりカム構造が構成され、従動ホイール７３に回転駆動力が加われば、その回転駆動力が一部分力としてホイール支持部１００の回転軸方向に分岐される。その分岐した力により、従動ホイール７３に図示矢印方向に力が加わり、その力がスラストベアリング９７、支持リング９６を介して磁歪素子９３及びバランサー９４に伝達される。
【００３６】
磁歪素子９３にはコイル９１（図５、６参照）が巻回されており、磁歪素子９３が支持リング９６により押圧された場合には、その外力に伴って磁歪素子９３に起因する磁界の変化が発生する。この磁界の変化に基づいてコイル９１のインピーダンスが変化し、後述するように、このインピーダンス変化に基づいたトルク検出信号を受けた制御部１３０がモータ２２を制御する。
【００３７】
図５を参照して、トルク検出が可能な制御回路３００は直流電源から電源供給を受けて動作するＬＣ発振回路を備えている。
【００３８】
磁歪素子９３には、ＬＣ発振回路に接続されたコイル９１が巻回されている。本実施の形態で用いる磁歪素子９３とコイル９１は、図に示すように、１０２Ｈｚ〜１０４Ｈｚの周波数帯の給電電圧で特に大きなインダクタンス変化を示すものであるが、１０５Ｈｚ程度の周波数帯の給電電圧であれば、検出可能なインダクタンス変化を示すものである。
【００３９】
また、ＬＣ発振回路２０７は、図に示すように、周波数測定回路１２０に接続されている。
【００４０】
周波数測定回路１２０では、入力された電圧波形から生成されるエッジパルスの周期がカウントされ、そのカウント値が制御部１３０に入力される。このカウント値が従動ホイール７３から分岐伝達されたトルクの大きさを示している。
【００４１】
制御部１３０は、内蔵するメモリ（図示省略）に従動ホイル７３に加わるトルクと周波数測定回路１２０の出力値との関係を記憶している。
【００４２】
自転車１の始動時、加速時、登坂時等に、従動ホイル７３に大きな負荷が加わると、この負荷により、フレーム１１に固定して設けられた磁歪材料からなる磁歪素子９３に圧縮力が加わり、磁歪素子９３を通る磁界が変化し、コイル９１のインダクタンスが変化する。このインダクタンス変化によって、ＬＣ発振回路２０７の発振数が変化し、その変化が周波数測定回路１２０にて測定されるカウント値の変化となって現れる。
【００４３】
制御部１３０により、このカウント値の変化に応じた駆動力によるモータ２２の駆動が制御される。この駆動力が伝達機構を介して後輪１７に伝達されることによって、人力の補助が行われる。
【００４４】
本実施の形態によれば、トルクを検出するためのセンサー部を、磁歪材料からなる磁歪素子９３とそれに巻回させたコイル９１とで構成したため、トルクに比例した変位をセンサー部に伝達する複雑な変位機構を設けることなく、簡単な構造とすることができ、小型軽量化を図ることができる。
【００４５】
更に、従動ホイール７３を介して力が伝達されることによりトルクを検出する構成のため、回転部や駆動力伝達経路内にセンサーが介在せず、センサーの設置が容易である上に制御部１３０と容易に配線接続できる。
【００４６】
更に、前述した変位機構を設けないために、変位機構自体の誤差や、変位機構の変形や摩耗等から生じる測定誤差等がないため、従動ホイール７３に加わるトルクを正確に測定することができる。
【００４７】
次に、図５に示されたトルク検出が可能な制御回路３００の他の例を図６に基づいて説明する。制御回路３００は直流電源から電源供給を受けて作動するＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ） 回路２１０とＬＣ発振回路２０７とを備えている。
【００４８】
磁歪素子９３には、ＬＣ発振回路に接続されたコイル９１が巻回されている。本実施の形態で用いる磁歪素子９３とコイル９１は、図７に示すように、１０２Ｈｚ〜１０４Ｈｚの周波数帯の給電電圧で特に大きなインダクタンス変化を示すものであるが、１０５Ｈｚ程度の周波数帯の給電電圧であれば、検出可能なインダクタンス変化を示すものである。
【００４９】
また、ＬＣ発振回路２０７は、図に示すように、位相比較器２１１、ローパスフィルタ２１２、電圧制御発信器２１３および分周器２１４からなるＰＬＬ回路２１０に接続されている。
【００５０】
ＰＬＬ回路２１０に入力された信号（数十ｋＨｚ帯で発振）は、位相比較器２１１で後述するように制御電圧に変換され、電圧制御発振器２１３にて発振周波数をＭＨｚ帯にまで引き上げられる。この信号は、分周比が１／１００程度の分周器２１４で分周された後、位相比較器２１１にフィードバックされ、位相比較器２１１にてＬＣ発振回路２０７の発振波形と位相の比較が行われる。位相比較器２１１は、２つの入力信号の位相差に対応する制御電圧を発生し、その電圧はローパスフィルタ２１２にて高調波成分が除去されて、電圧制御発振器２１３に入力され、ＭＨｚ帯にまで発振周波数が引き上げられる。この信号はアンプ２０９にて増幅された後、周波数測定回路１２０に入力される。
【００５１】
周波数測定回路１２０では、入力された電圧波形から生成されるエッジパルスの周器がカウントされ、そのカウント値が制御部１３０に入力される。このカウント値が従動ホイール７３から分岐伝達されたトルクを示している。
【００５２】
制御部１３０は、内蔵するメモリ（図示省略）に従動ホイルに加わるトルクと周波数測定回路１２０の出力値との関係を記憶している。
【００５３】
自転車１の始動時、加速時、登坂時等に、従動ホイル７３に大きな負荷が加わると、この負荷により、フレーム１１に固定して設けられた磁歪材料からなる磁歪素子９３に圧縮力が加わり、磁歪素子９３を通る磁界が変化し、コイル９１のインダクタンスが変化する。このインダクタンス変化によって、ＬＣ発振回路２０７の発振周波数が変化し、その変化が周波数測定回路１２０にて測定されるカウント値の変化となって現れる。
【００５４】
図６に示したトルク検出回路を用いた場合には図５に示したトルク検出回路を用いた場合に比べて、ＬＣ発振回路２０７から発振された電圧波形の周波数が、ＰＬＬ回路２１０にて数十ｋＨｚ帯からＭＨｚ帯にまで引き上げられるため、周波数測定回路１２０によって正確に周波数を検出することができ、高性能な補助動力装置付き人力走行車を提供することができる。
【００５５】
次に、以上説明した実施の形態の変形例や特徴点を以下に説明する。
本実施の形態では、従動ホイール７３から駆動力の分岐を行う場合について説明したが、従動ホイール７３に限定されることなく、原動ホイール５から駆動力の分岐を行う場合についても同様に行うことができる。
【００５６】
また、上述した実施の形態においては、後輪１７を駆動輪とする２輪の自転車に本発明を適用した場合について説明したが、前輪駆動の自転車や、その他の人力走行車にも適用することができる。
【００５７】
バッテリー２６により、モータ２２からなる補助動力装置のエネルギー源が構成されている。ベルト３２、第１従動プーリ３３、第２従動プーリ３５、ベルト３６、第３従動プーリ３７により、前記補助動力装置の駆動力を後輪１７からなる駆動輪に伝達するための補助動力伝達手段が構成されている。
【００５８】
ペダル機構４、チェーン７５、従動ホイール７３、ホイール支持部１００により、人力による駆動力を前記駆動輪に伝達するための人力駆動力伝達手段が構成されている。
【００５９】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えるべきである。
【００６０】
本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６１】
【課題を解決するための手段の具体例】
前述したケース９５により、磁歪材料で構成された磁歪素子９３が設けられる固定部材が構成されている。ホイール支持部１００、従動ホイール７３、スラストベアリング９７、支持リング９６により、回転駆動力の伝達経路途中から回転駆動力のトルクに比例した力を分岐させ、その分岐させた力を前記トルク検出部に伝達する力分岐伝達手段が構成されている。この力分岐伝達手段は、前記回転駆動力の伝達経路途中におけるトルク伝達軸（ホイール支持部１００）に生じるトルクを当該トルク伝達軸に沿った方向の力（図４の矢印で示した方向の力）に変換して分岐させる機能を有する。
【００６２】
前述した従動ホイール７３によりトルク伝達上手側部材が、また前述したホイール支持部１００によりトルク伝達下手側部材が構成されている。ホイール支持部１００の外周部分と従動ホイール７３の内周部分とにより、前記トルク伝達上手側部材と前記トルク伝達下手側部材とをカム面（凹部９９と凸部９８との当接面）で当接してトルクを伝達するカム部が構成されている。このカム部は、前述したように、伝達トルクの分力を当該カム部の回転軸に沿った方向（図４の矢印で示した方向）に生じさせるように前記回転軸に対し、傾斜したカム面に構成されている。
【００６３】
前述したコイル９１、ＬＣ発振回路２０７、直流電源２０４、周波数測定回路１２０、または、コイル９１、ＬＣ発振回路２０７、ＰＬＬ回路２１０、アンプ２０９、直流電源２０４、周波数測定回路１２０により、前記磁歪素子９３の歪みに起因して生じた磁界の変化に基づいて、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子９３に伝達された力を検出して、前記回転駆動力の伝達経路途中のトルクを検出するための検出手段が構成されている。この検出手段は、前述したように、磁歪素子９３の歪み量に応じたインピーダンス変化を生ずるべく前記磁歪素子９３に巻回されたコイル９１を含み、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子９３に伝達された力を前記コイルに生じたインピーダンス変化に基づいて検出する機能を有する。
【００６４】
前述したモータ２２により、人力走行を補助するための補助動力装置が構成されている。
【００６５】
前述した制御部１３０により、前記検出手段の検出力に基づいて、前記補助動力装置の制御を行う制御手段が構成されている。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明によればポテンションメータ等のように検出ロッドの変位を電圧変化に変換するという機構的な変換方法を用いてトルクを検出するのではなく、歪みによって磁界の変化を生じるという磁歪材料自体の特性を利用した変換方法を用いているために、検出ロッドを能動的に変位させる変位伝達機構が不要となり、電圧変化への変換部分の小型化が可能となる。しかも、回転駆動力の伝達経路途中から回転駆動力のトルクに比例した力を分岐させ、その分岐した力を前記磁歪素子に加えるようにしたために、該磁歪素子を前記回転駆動力の伝達経路中に介在させなくてすみ、磁歪素子を固定部材側に設けることができる。その結果、その磁歪素子による検出信号とその検出信号を受信して何らかの制御動作を行う制御手段との接続が容易になった。
【００６７】
さらに、磁歪素子に加えられた力にしたがってその磁歪素子に生じた磁界の変化に基づいてトルクを検出するために、磁歪素子自体外力によって大きく変形するものではないために、高剛性の要求にも応えることが可能となり、高い剛性を要求される駆動力の伝達経路途中においても用いることが可能となる。
【００６８】
請求項２記載の本発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、比較的簡単にトルクに比例した力を分岐させて磁歪素子に伝達することができ、力分岐伝達手段を比較的簡単な機構にすることができる。
【００６９】
請求項３記載の本発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果に加え、コイルのインピーダンス変化という比較的一般的で検出しやすい物理量に基づいてトルクを検出するために、検出手段を比較的一般的で且つ安価な材料で構成することができる。
【００７０】
請求項４記載の本発明によれば、ポテンションメータ等のように検出ロッドの変位を電圧変化に変換するという機構的な変換方法を用いてトルクを検出するのではなく、歪みによって磁界の変化を生じるという磁歪材料自体の特性を利用した変換方法を用いているために、検出ロッドを能動的に変位させる変位伝達機構が不要となり、その変換部分の小型化が可能となる。しかも、回転駆動力の伝達経路途中から回転駆動力のトルクに比例した力を分岐させ、その分岐した力を前記磁歪素子に加えるようにしたために、該磁歪素子を前記回転駆動力の伝達経路中に介在させなくてすみ、磁歪素子を固定部材側に設けることができる。その結果、その磁歪素子による検出信号とその検出信号を受信して補助動力装置の制御を行う制御手段との接続が容易になった。
【００７１】
しかも、磁歪素子自体外力によって大きく変形するものではないために、高剛性の要求にも応えることができ、補助動力装置付き人力走行車における回転駆動力の伝達経路途中においてトルクに起因した大きな変形が生じる不都合も極力防止できる。
【００７２】
請求項５に記載の本発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加えて、比較的簡単な機構によりトルクに比例した力を分岐させて磁歪材料に伝達することができ、力分岐伝達手段を比較的簡単な機構により構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】補助動力装置付き人力走行車の一例である、補助動力付き自転車の全体構成を表す側面図である。
【図２】図１の補助動力付き自転車の駆動機構を左斜め後方から見た斜視図である。
【図３】図１の補助動力付き自転車の駆動機構を上側から見た平面図である。
【図４】トルク検出部と動力分岐伝達手段の構成を表す分解斜視図である。
【図５】制御回路を表すブロック図である。
【図６】制御回路の他の例を表すブロック図である。
【図７】本実施例で用いた磁歪素子及びコイルの特性を表すグラフを示す図である。
【符号の説明】
２２ 補助動力装置の一例のモータ
７３ トルク伝達上手側部材の一例の従動ホイール
９１ コイル
９３ 磁歪素子
９５ 固定部材の一例のケース
９６ 支持リング
９７ スラストベアリング
９８ 凸部
９９ 凹部
１００ トルク伝達下手側部材の一例のホイール支持部
１２０ 周波数測定回路
１３０ 制御手段の一例の制御部
２０４ 直流電源
２０７ ＬＣ発振回路
２０９ アンプ
２１０ ＰＬＬ回路
３００ 制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、人力走行を補助するための補助動力装置付きの自転車等に用いられるトルク検出装置及びそれを用いた補助動力装置付き走行車に関し、詳しくは、回転駆動力を伝達する回転駆動力伝達経路の途中に生ずるトルクを検出するトルク検出装置及びそれを用いた補助動力装置付き人力走行車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
補助動力装置の一例であるモータの駆動力を自転車の駆動輪に伝達可能にし、人力駆動の際、ペダルに加わる負荷の大きさに応じてモータを回転させることにより駆動輪に補助動力を作用させ、軽い人力駆動によって自転車を走行させることができる補助動力装置付き自転車が知られている。
【０００３】
人力により加えられた駆動力を測定する装置として、例えば特開平７−３０９２８４号公報には、ペダル機構のクランク軸内に踏力及び補助動力装置の駆動力の差によって捩じれ変形するトーションバーを収納すると共に、クランク軸外側にそのトーションバーの捩じれによってクランク軸の軸方向に摺動するスライダを設け、そのスライダの摺動によってポテンショメータの検出ロッドが押し込まれるように構成した踏力検出装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した従来の構成においては、ポテンションメータの検出ロッドの変位を電圧変化に変換するという機構的な変換方法を用いてトルクを検出しているために、トルクに比例して検出ロッドを能動的に変位させる変位伝達機構が必要不可欠となり、この変位伝達機構が大型化してしまうという欠点があった。
【０００５】
そこで、前述した変位伝達機構部分が小型化できるように構成することが望まれる。また、前述した変位を電圧等の物理量に変換するポテンションメータ等の変換部分が回転駆動力を伝達する伝達経路の途中の回転部材に設けられていた場合には、配線の接続上不都合が生じる場合がある。即ち、その変換部分により変換された所定の物理量に従った検出信号は所定の制御部に入力されて例えば補助動力装置を制御するために利用されるのであるが、前記制御部は一般的に所定の固定部材側に設けられているために、回転部材側に設けられた変換部分と制御部とを直接配線接続することが困難となる。例えばスリップリングとブラシとを接触させて変換部分と制御部分とを直接電気的に接続させる方法もあるが、スリップリングとブラシとの間での接触部に摩耗が生じるという不都合が発生する。そこで回転トランスを用いて変換部分と制御部分とを磁気的に接続させる方法が考えられが、回転トランスを設けることに伴って両者間における検出信号の伝送回路が複雑になるという新たな問題が生ずる。
【０００６】
更に、上述した従来の技術においては、トーションバーの捩じれによってスライダを摺動させて、その摺動によってポテンションメータの検出ロッドを押し込むように構成されているため、スライダの摺動量を稼ぐためには、トルクに起因してある程度トーションバーが捩じれるもので構成しなければならない。その結果、トルク伝達経路途中で大きな捩じれ変形が生じては困るような高い剛性を要求される箇所には用いることができないという欠点があった。
【０００７】
本発明は係る実状に鑑み考え出されたものであり、その目的は、トルクに基づいた外力をある物理量に変換する変換部分を小型化することができ且つ高剛性の要求に応えながらも、その変換部分側と制御部分側との配線接続を容易にすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のトルク検出装置は、回転駆動力を伝達する伝達経路途中におけるトルク伝達軸に生じるトルクを検出するトルク検出装置であって、所定位置に固定され、前記トルク伝達軸が挿入された固定部材と、前記固定部材の前記トルク伝達軸側に設けられた磁歪材料からなる磁歪素子と、前記トルク伝達軸に生じるトルクを当該トルク伝達軸に沿った方向の力に変換して分岐させ、当該分岐した力により前記磁歪素子に対して略垂直方向に押圧力を加えるための力分岐伝達手段と、前記押圧力による前記磁歪素子の歪みに起因して生じた磁界の変化に基づいて、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を検出して、前記トルク伝達軸に生じるトルクを検出するための検出手段とを含むことを特徴としている。
【００１０】
これにより、回転駆動力の伝達経路途中に検出部を置くことなくトルク検出を行うことができる。
【００１２】
さらに、固定部材側に用いられた磁歪素子に対し比較的簡単にトルクに比例した力を分岐して伝達することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によると、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記検出手段は、前記磁歪素子の歪み量に応じたインピーダンス変化を生ずるべく前記磁歪素子に巻回されたコイルを含み、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を前記コイルに生じたインピーダンス変化に基づいて検出することを特徴としている。
【００１４】
これにより、コイルのインピーダンス変化量という比較的検出しやすい物理量に基づいてトルク検出を行うことができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によると、補助動力装置付き人力走行車において、回転駆動力を伝達する伝達経路途中におけるトルク伝達軸と、所定の固定部材側に設けられ、磁歪材料で構成された磁歪素子と、前記トルク伝達軸に生じるトルクを当該トルク伝達軸に沿った方向の力に変換して分岐させ、当該分岐した力により前記磁歪素子に対して略垂直方向に押圧力を加えるための力分岐伝達手段と、前記押圧力による前記磁歪素子の歪みに起因して生じた磁界の変化に基づいて、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を検出して、前記トルク伝達軸に生じるトルクを検出するための検出手段と、該検出手段の検出量に基づいて前記補助動力装置の制御を行う制御手段とを含むことを特徴としている。
請求項４に記載の発明によると、補助動力装置付き人力走行車において、回転駆動力を伝達する伝達経路途中におけるトルク伝達軸と、所定位置に固定され、前記トルク伝達軸が固着された車軸が挿入された固定部材と、前記固定部材の前記トルク伝達軸側に設けられた磁歪材料からなる磁歪素子と、前記トルク伝達軸に生じるトルクを当該トルク伝達軸に沿った方向の力に変換して分岐させ、当該分岐した力により前記磁歪素子に対して略垂直方向に押圧力を加えるための力分岐伝達手段と、前記押圧力による前記磁歪素子の歪みに起因して生じた磁界の変化に基づいて、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を検出して、前記トルク伝達軸に生じるトルクを検出するための検出手段と、該検出手段の検出量に基づいて前記補助動力装置の制御を行う制御手段とを含むことを特徴としている。
【００１６】
これにより、回転駆動力の伝達経路途中に検出部をおくことなくトルク検出を行うことができ、その検出トルク量に基づいて、補助動力装置の制御が行われる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発明の構成加えて、前記力分岐伝達手段は、トルク伝達上手側部材とトルク伝達下手側部材とをカム面で当接してトルクを伝達するカム部を含み、該カム部は、伝達トルクの分力を当該カム部の回転軸に沿った方向に生じさせるように前記回転軸に対し傾斜したカム面で構成されている。
【００１８】
これにより、固定部材側に設けられた磁歪素子に対し比較的簡単にトルクに比例した力を力分岐して伝達することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
以下では、後輪１７を駆動輪とする２輪の自転車に本発明を適用した例について説明する。尚、ペダル６２を漕いだときに自転車１が進む方向を前方とし、その時の各回転部分の回転方向を正回転とし、また、自転車１の進行方向の前方に向かって左右の方向をとるものとする。
【００２１】
まず、自転車１の全体構成の説明を行い、その後で、トルク検出部５０に関する実施の形態について説明する。
【００２２】
図１には、フレーム１１の前部に前輪１６及びハンドル１４を備え、後部には駆動輪となる後輪１７を備えてなる、自転車１が示されている。
【００２３】
フレーム１１の略中央には、上端にサドル１３を備えるシートチューブ１２が配備され、シートチューブ１２の下端には、図２に示すように、ペダル機構４を枢支したボトムブラケット１５が配備されている。
【００２４】
後輪１７の車軸７２に嵌められたスプロケットよりなる従動ホイール７３と原動ホイール５との間には、無端状のチェーン７５が張設され、後輪１７に対して人力による駆動力が伝達可能となっている。尚、後輪１７の車軸７２と従動ホイール７３との間には周知のワンウェイクラッチ（図示省略）が介在されている。
【００２５】
後輪１７の外径は、前輪１６の外径よりも小さく形成されている。フレーム１１には、シートチューブ１２と後輪１７との間において、人力による駆動力を補助する補助動力ユニット２が取り付けられている。補助動力ユニット２には、補助動力としてのモータ２２と、その回転を減速して後輪１７に伝える伝達機構３とが備えられている。
【００２６】
即ち、図２および図３に示すように、フレーム１１上には、ベースプレート２４が設置され、そのベースプレート２４は、固定部材２１によってフレーム１１に固定されている。また、このベースプレート２４の上面には、後述する制御回路３００が配置されている。
【００２７】
モータ２２は、ベースプレート２４の側壁の右側に配置され、ベースプレート２４の側壁の左側には、モータ２２の出力軸２３に固定された原動プーリ３１が配置されると共に、第１従動プーリ３３が支持されている。ベルト３２は、原動プーリ３１と第１従動プーリ３３との間に張設されている。
【００２８】
第１従動プーリ３３の側方には、その第１従動プーリ３３と同軸に位置し、かつ、その第１従動プーリ３３より小径の第２従動プーリ３５が固定されている。
【００２９】
第３従動プーリ３７は、後輪１７のリム７１の左側に一体成型されている。そして、第２従動プーリ３５と第３従動プーリ３７の間には、ベルト３６が張設されている。
【００３０】
モータ２２の回転は、モータ２２の出力軸２３と一体に回転する原動プーリ３１からベルト３２を経て第１従動プーリ３３に伝わり、第２従動プーリ３５からベルト３６を経て第３従動プーリ３７に伝わる。これにより、モータ２２は伝達機構３を介して後輪１７を減速駆動することができる。モータ２２の出力は、後述するトルク検出部５０及び制御回路３００のトルク検出部分によって検出されたトルクに基づいて制御回路３００（図５、６参照）によって制御される。
【００３１】
シートチューブ１２には、モータ２２の電源となるバッテリ２６が取り付けられている。以下トルク検出部５０の各構成について説明する。
【００３２】
主に図４を参照して、後輪１７を回転可能に軸持する車軸７２には、ホイール支持部１００が固着された状態で設けられている。このホイール支持部１００に従動ホイール７３、スラストベアリング９７、支持リング９６が軸方向にスライド可能に外嵌される。またケース９５はフレーム１１に固定的に設けれられており、このケース９５に穿設された軸挿入孔９５ａに車軸７２が挿入される。
【００３３】
このケース９５の内壁面には磁歪材料からなる磁歪素子９３とバランサー９４とが固定されて設けられている。このバランサー９４も、磁歪素子９３と同じ磁歪材料からなり、大きさ及び形状においても磁歪素子９３と同一となるように構成されている。
【００３４】
従動ホイール７３は、無端状のチェーン７５により後輪に回転駆動力を伝達するためのスプロケットの形状に構成されているとともに、内側に凸部９８が設けられている。一方、ホイール支持部１００の外周面には凹部９９が設けられおり、凹部９９に前述した凸部９８が嵌合して、ホイール支持部１００の外周に従動ホイール７３が外嵌した状態となる。チェーン７５から従動ホイール７３に伝達された回転駆動力は、従動ホイール７３の凸部９８、その凸部９８に嵌合する凹部９９を介して、ホイール支持部１００に伝達され後輪１７が回転する。
【００３５】
ホイール支持部１００の外周面に形成された凹部９９は、ホイール支持部１００の回転軸に対し傾斜が設けられた状態で溝状に形成されている。このために、凹部９９とそれに嵌合した凸部９８とによりカム構造が構成され、従動ホイール７３に回転駆動力が加われば、その回転駆動力が一部分力としてホイール支持部１００の回転軸方向に分岐される。その分岐した力により、従動ホイール７３に図示矢印方向に力が加わり、その力がスラストベアリング９７、支持リング９６を介して磁歪素子９３及びバランサー９４に伝達される。
【００３６】
磁歪素子９３にはコイル９１（図５、６参照）が巻回されており、磁歪素子９３が支持リング９６により押圧された場合には、その外力に伴って磁歪素子９３に起因する磁界の変化が発生する。この磁界の変化に基づいてコイル９１のインピーダンスが変化し、後述するように、このインピーダンス変化に基づいたトルク検出信号を受けた制御部１３０がモータ２２を制御する。
【００３７】
図５を参照して、トルク検出が可能な制御回路３００は直流電源から電源供給を受けて動作するＬＣ発振回路を備えている。
【００３８】
磁歪素子９３には、ＬＣ発振回路に接続されたコイル９１が巻回されている。本実施の形態で用いる磁歪素子９３とコイル９１は、図に示すように、１０２Ｈｚ〜１０４Ｈｚの周波数帯の給電電圧で特に大きなインダクタンス変化を示すものであるが、１０５Ｈｚ程度の周波数帯の給電電圧であれば、検出可能なインダクタンス変化を示すものである。
【００３９】
また、ＬＣ発振回路２０７は、図に示すように、周波数測定回路１２０に接続されている。
【００４０】
周波数測定回路１２０では、入力された電圧波形から生成されるエッジパルスの周期がカウントされ、そのカウント値が制御部１３０に入力される。このカウント値が従動ホイール７３から分岐伝達されたトルクの大きさを示している。
【００４１】
制御部１３０は、内蔵するメモリ（図示省略）に従動ホイル７３に加わるトルクと周波数測定回路１２０の出力値との関係を記憶している。
【００４２】
自転車１の始動時、加速時、登坂時等に、従動ホイル７３に大きな負荷が加わると、この負荷により、フレーム１１に固定して設けられた磁歪材料からなる磁歪素子９３に圧縮力が加わり、磁歪素子９３を通る磁界が変化し、コイル９１のインダクタンスが変化する。このインダクタンス変化によって、ＬＣ発振回路２０７の発振数が変化し、その変化が周波数測定回路１２０にて測定されるカウント値の変化となって現れる。
【００４３】
制御部１３０により、このカウント値の変化に応じた駆動力によるモータ２２の駆動が制御される。この駆動力が伝達機構を介して後輪１７に伝達されることによって、人力の補助が行われる。
【００４４】
本実施の形態によれば、トルクを検出するためのセンサー部を、磁歪材料からなる磁歪素子９３とそれに巻回させたコイル９１とで構成したため、トルクに比例した変位をセンサー部に伝達する複雑な変位機構を設けることなく、簡単な構造とすることができ、小型軽量化を図ることができる。
【００４５】
更に、従動ホイール７３を介して力が伝達されることによりトルクを検出する構成のため、回転部や駆動力伝達経路内にセンサーが介在せず、センサーの設置が容易である上に制御部１３０と容易に配線接続できる。
【００４６】
更に、前述した変位機構を設けないために、変位機構自体の誤差や、変位機構の変形や摩耗等から生じる測定誤差等がないため、従動ホイール７３に加わるトルクを正確に測定することができる。
【００４７】
次に、図５に示されたトルク検出が可能な制御回路３００の他の例を図６に基づいて説明する。制御回路３００は直流電源から電源供給を受けて作動するＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ） 回路２１０とＬＣ発振回路２０７とを備えている。
【００４８】
磁歪素子９３には、ＬＣ発振回路に接続されたコイル９１が巻回されている。本実施の形態で用いる磁歪素子９３とコイル９１は、図７に示すように、１０２Ｈｚ〜１０４Ｈｚの周波数帯の給電電圧で特に大きなインダクタンス変化を示すものであるが、１０５Ｈｚ程度の周波数帯の給電電圧であれば、検出可能なインダクタンス変化を示すものである。
【００４９】
また、ＬＣ発振回路２０７は、図に示すように、位相比較器２１１、ローパスフィルタ２１２、電圧制御発信器２１３および分周器２１４からなるＰＬＬ回路２１０に接続されている。
【００５０】
ＰＬＬ回路２１０に入力された信号（数十ｋＨｚ帯で発振）は、位相比較器２１１で後述するように制御電圧に変換され、電圧制御発振器２１３にて発振周波数をＭＨｚ帯にまで引き上げられる。この信号は、分周比が１／１００程度の分周器２１４で分周された後、位相比較器２１１にフィードバックされ、位相比較器２１１にてＬＣ発振回路２０７の発振波形と位相の比較が行われる。位相比較器２１１は、２つの入力信号の位相差に対応する制御電圧を発生し、その電圧はローパスフィルタ２１２にて高調波成分が除去されて、電圧制御発振器２１３に入力され、ＭＨｚ帯にまで発振周波数が引き上げられる。この信号はアンプ２０９にて増幅された後、周波数測定回路１２０に入力される。
【００５１】
周波数測定回路１２０では、入力された電圧波形から生成されるエッジパルスの周器がカウントされ、そのカウント値が制御部１３０に入力される。このカウント値が従動ホイール７３から分岐伝達されたトルクを示している。
【００５２】
制御部１３０は、内蔵するメモリ（図示省略）に従動ホイルに加わるトルクと周波数測定回路１２０の出力値との関係を記憶している。
【００５３】
自転車１の始動時、加速時、登坂時等に、従動ホイル７３に大きな負荷が加わると、この負荷により、フレーム１１に固定して設けられた磁歪材料からなる磁歪素子９３に圧縮力が加わり、磁歪素子９３を通る磁界が変化し、コイル９１のインダクタンスが変化する。このインダクタンス変化によって、ＬＣ発振回路２０７の発振周波数が変化し、その変化が周波数測定回路１２０にて測定されるカウント値の変化となって現れる。
【００５４】
図６に示したトルク検出回路を用いた場合には図５に示したトルク検出回路を用いた場合に比べて、ＬＣ発振回路２０７から発振された電圧波形の周波数が、ＰＬＬ回路２１０にて数十ｋＨｚ帯からＭＨｚ帯にまで引き上げられるため、周波数測定回路１２０によって正確に周波数を検出することができ、高性能な補助動力装置付き人力走行車を提供することができる。
【００５５】
次に、以上説明した実施の形態の変形例や特徴点を以下に説明する。
本実施の形態では、従動ホイール７３から駆動力の分岐を行う場合について説明したが、従動ホイール７３に限定されることなく、原動ホイール５から駆動力の分岐を行う場合についても同様に行うことができる。
【００５６】
また、上述した実施の形態においては、後輪１７を駆動輪とする２輪の自転車に本発明を適用した場合について説明したが、前輪駆動の自転車や、その他の人力走行車にも適用することができる。
【００５７】
バッテリー２６により、モータ２２からなる補助動力装置のエネルギー源が構成されている。ベルト３２、第１従動プーリ３３、第２従動プーリ３５、ベルト３６、第３従動プーリ３７により、前記補助動力装置の駆動力を後輪１７からなる駆動輪に伝達するための補助動力伝達手段が構成されている。
【００５８】
ペダル機構４、チェーン７５、従動ホイール７３、ホイール支持部１００により、人力による駆動力を前記駆動輪に伝達するための人力駆動力伝達手段が構成されている。
【００５９】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えるべきである。
【００６０】
本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６１】
【課題を解決するための手段の具体例】
前述したケース９５により、磁歪材料で構成された磁歪素子９３が設けられる固定部材が構成されている。ホイール支持部１００、従動ホイール７３、スラストベアリング９７、支持リング９６により、回転駆動力の伝達経路途中から回転駆動力のトルクに比例した力を分岐させ、その分岐させた力を前記トルク検出部に伝達する力分岐伝達手段が構成されている。この力分岐伝達手段は、前記回転駆動力の伝達経路途中におけるトルク伝達軸（ホイール支持部１００）に生じるトルクを当該トルク伝達軸に沿った方向の力（図４の矢印で示した方向の力）に変換して分岐させる機能を有する。
【００６２】
前述した従動ホイール７３によりトルク伝達上手側部材が、また前述したホイール支持部１００によりトルク伝達下手側部材が構成されている。ホイール支持部１００の外周部分と従動ホイール７３の内周部分とにより、前記トルク伝達上手側部材と前記トルク伝達下手側部材とをカム面（凹部９９と凸部９８との当接面）で当接してトルクを伝達するカム部が構成されている。このカム部は、前述したように、伝達トルクの分力を当該カム部の回転軸に沿った方向（図４の矢印で示した方向）に生じさせるように前記回転軸に対し、傾斜したカム面に構成されている。
【００６３】
前述したコイル９１、ＬＣ発振回路２０７、直流電源２０４、周波数測定回路１２０、または、コイル９１、ＬＣ発振回路２０７、ＰＬＬ回路２１０、アンプ２０９、直流電源２０４、周波数測定回路１２０により、前記磁歪素子９３の歪みに起因して生じた磁界の変化に基づいて、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子９３に伝達された力を検出して、前記回転駆動力の伝達経路途中のトルクを検出するための検出手段が構成されている。この検出手段は、前述したように、磁歪素子９３の歪み量に応じたインピーダンス変化を生ずるべく前記磁歪素子９３に巻回されたコイル９１を含み、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子９３に伝達された力を前記コイルに生じたインピーダンス変化に基づいて検出する機能を有する。
【００６４】
前述したモータ２２により、人力走行を補助するための補助動力装置が構成されている。
【００６５】
前述した制御部１３０により、前記検出手段の検出力に基づいて、前記補助動力装置の制御を行う制御手段が構成されている。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明によればポテンションメータ等のように検出ロッドの変位を電圧変化に変換するという機構的な変換方法を用いてトルクを検出するのではなく、歪みによって磁界の変化を生じるという磁歪材料自体の特性を利用した変換方法を用いているために、検出ロッドを能動的に変位させる変位伝達機構が不要となり、電圧変化への変換部分の小型化が可能となる。しかも、回転駆動力の伝達経路途中から回転駆動力のトルクに比例した力を分岐させ、その分岐した力を前記磁歪素子に加えるようにしたために、該磁歪素子を前記回転駆動力の伝達経路中に介在させなくてすみ、磁歪素子を固定部材側に設けることができる。その結果、その磁歪素子による検出信号とその検出信号を受信して何らかの制御動作を行う制御手段との接続が容易になった。
【００６７】
さらに、磁歪素子に加えられた力にしたがってその磁歪素子に生じた磁界の変化に基づいてトルクを検出するために、磁歪素子自体外力によって大きく変形するものではないために、高剛性の要求にも応えることが可能となり、高い剛性を要求される駆動力の伝達経路途中においても用いることが可能となる。
【００６８】
請求項２記載の本発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、比較的簡単にトルクに比例した力を分岐させて磁歪素子に伝達することができ、力分岐伝達手段を比較的簡単な機構にすることができる。
【００６９】
請求項３記載の本発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果に加え、コイルのインピーダンス変化という比較的一般的で検出しやすい物理量に基づいてトルクを検出するために、検出手段を比較的一般的で且つ安価な材料で構成することができる。
【００７０】
請求項４記載の本発明によれば、ポテンションメータ等のように検出ロッドの変位を電圧変化に変換するという機構的な変換方法を用いてトルクを検出するのではなく、歪みによって磁界の変化を生じるという磁歪材料自体の特性を利用した変換方法を用いているために、検出ロッドを能動的に変位させる変位伝達機構が不要となり、その変換部分の小型化が可能となる。しかも、回転駆動力の伝達経路途中から回転駆動力のトルクに比例した力を分岐させ、その分岐した力を前記磁歪素子に加えるようにしたために、該磁歪素子を前記回転駆動力の伝達経路中に介在させなくてすみ、磁歪素子を固定部材側に設けることができる。その結果、その磁歪素子による検出信号とその検出信号を受信して補助動力装置の制御を行う制御手段との接続が容易になった。
【００７１】
しかも、磁歪素子自体外力によって大きく変形するものではないために、高剛性の要求にも応えることができ、補助動力装置付き人力走行車における回転駆動力の伝達経路途中においてトルクに起因した大きな変形が生じる不都合も極力防止できる。
【００７２】
請求項５に記載の本発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加えて、比較的簡単な機構によりトルクに比例した力を分岐させて磁歪材料に伝達することができ、力分岐伝達手段を比較的簡単な機構により構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】補助動力装置付き人力走行車の一例である、補助動力付き自転車の全体構成を表す側面図である。
【図２】図１の補助動力付き自転車の駆動機構を左斜め後方から見た斜視図である。
【図３】図１の補助動力付き自転車の駆動機構を上側から見た平面図である。
【図４】トルク検出部と動力分岐伝達手段の構成を表す分解斜視図である。
【図５】制御回路を表すブロック図である。
【図６】制御回路の他の例を表すブロック図である。
【図７】本実施例で用いた磁歪素子及びコイルの特性を表すグラフを示す図である。
【符号の説明】
２２ 補助動力装置の一例のモータ
７３ トルク伝達上手側部材の一例の従動ホイール
９１ コイル
９３ 磁歪素子
９５ 固定部材の一例のケース
９６ 支持リング
９７ スラストベアリング
９８ 凸部
９９ 凹部
１００ トルク伝達下手側部材の一例のホイール支持部
１２０ 周波数測定回路
１３０ 制御手段の一例の制御部
２０４ 直流電源
２０７ ＬＣ発振回路
２０９ アンプ
２１０ ＰＬＬ回路
３００ 制御回路
Claims (5)
- 回転駆動力を伝達する伝達経路途中におけるトルク伝達軸に生じるトルクを検出するトルク検出装置であって、
所定の固定部材側に設けられ、磁歪材料で構成された磁歪素子と、
前記トルク伝達軸に生じるトルクを当該トルク伝達軸に沿った方向の力に変換して分岐させ、当該分岐した力により前記磁歪素子に対して略垂直方向に押圧力を加えるための力分岐伝達手段と、
前記押圧力による前記磁歪素子の歪みに起因して生じた磁界の変化に基づいて、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を検出して、前記トルク伝達軸に生じるトルクを検出するための検出手段とを含む、トルク検出装置。 - 前記検出手段は、前記磁歪素子の歪み量に応じたインピーダンス変化を生ずるべく前記磁歪素子に巻回されたコイルを含み、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を前記コイルに生じたインピーダンス変化に基づいて検出する、請求項１に記載のトルク検出装置。
- 人力走行を補助するための補助動力装置を有する補助動力装置付き人力走行車であって、
回転駆動力を伝達する伝達経路途中におけるトルク伝達軸と、
所定の固定部材側に設けられ、磁歪材料で構成された磁歪素子と、
前記トルク伝達軸に生じるトルクを当該トルク伝達軸に沿った方向の力に変換して分岐させ、当該分岐した力により前記磁歪素子に対して略垂直方向に押圧力を加えるための力分岐伝達手段と、
前記押圧力による前記磁歪素子の歪みに起因して生じた磁界の変化に基づいて、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を検出して、前記トルク伝達軸に生じるトルクを検出するための検出手段と、
該検出手段の検出量に基づいて前記補助動力装置の制御を行う制御手段とを含む、補助動力装置付き人力走行車。 - 人力走行を補助するための補助動力装置を有する補助動力装置付き人力走行車であって、
回転駆動力を伝達する伝達経路途中におけるトルク伝達軸と、
所定位置に固定され、前記トルク伝達軸が固着された車軸が挿入された固定部材と、
前記固定部材の前記トルク伝達軸側に設けられた磁歪材料からなる磁歪素子と、
前記トルク伝達軸に生じるトルクを当該トルク伝達軸に沿った方向の力に変換して分岐させ、当該分岐した力により前記磁歪素子に対して略垂直方向に押圧力を加えるための力分岐伝達手段と、
前記押圧力による前記磁歪素子の歪みに起因して生じた磁界の変化に基づいて、前記力分岐伝達手段により前記磁歪素子に伝達された力を検出して、前記トルク伝達軸に生じるトルクを検出するための検出手段と、
該検出手段の検出量に基づいて前記補助動力装置の制御を行う制御手段とを含む、補助動力装置付き人力走行車。 - 前記力分岐伝達手段は、トルク伝達上手側部材とトルク伝達下手側部材とをカム面で当接してトルクを伝達するカム部を含み、該カム部は、伝達トルクの分力を当該カム部の回転軸に沿った方向に生じさせるように前記回転軸に対し傾斜したカム面で構成されている、請求項３又は４に記載の補助動力装置付き人力走行車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP04952598A JP3583921B2 (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | トルク検出装置及び補助動力装置付き人力走行車 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP04952598A JP3583921B2 (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | トルク検出装置及び補助動力装置付き人力走行車 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11248565A JPH11248565A (ja) | 1999-09-17 |
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| JP (1) | JP3583921B2 (ja) |
-
1998
- 1998-03-02 JP JP04952598A patent/JP3583921B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH11248565A (ja) | 1999-09-17 |
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