JP3583996B2

JP3583996B2 - Electric bicycle torque detector

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Publication number: JP3583996B2
Application number: JP2001019379A
Authority: JP
Inventors: 康夫広瀬; 克己乾; 征史山口; 建明田中; 寿宏数原; 敏宏松本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JP2001249058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動自転車において、人力などの回転方向に生じるトルクを検出するための電動自転車のトルク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動自転車における人力などの回転方向に生じるトルクのトルク検出装置は、例えば特開平４−３５８９８７号公報（Ｂ６２Ｍ２３／０２）に示す如く、人力による駆動系と電動モータによる駆動系とを並列に設け、前記人力による駆動系の駆動力をこのトルク検出装置で検出して電動モータの出力を制御するようにしたものが知られている。
【０００３】
この電動自転車に採用されるトルク検出装置は、人力による駆動系の駆動力、即ちペダルの回転トルクを検出するために、ペダルのクランク軸には筒型軸が外嵌してあり、ペダルの踏力は筒型軸から一方向クラッチを介して遊星歯車機構に伝えられ、該遊星歯車機構に歯合したドライブ軸によって後輪に伝えられるようになっている。前記遊星歯車機構にはトルク検出レバーの一端が介装してあり、他端はポテンショメータに連結した第２レバーに当接してある。第２検出レバーは復帰バネによって復帰されるようになっており、トルク検出レバーを介して第２レバーがペダルの踏力に応じた角度だけ回転し、その回転量をポテンショメータによって測定することによってクランク軸に加えられたトルクを検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成ではトルクはトルク検出レバー及び第２レバーを介してポテンショメータによって検出するようになっているため、振動によって検出誤差が発生する虞があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは回転方向に生じるトルクを軸方向の移動に変換し、その移動量を検出することによって、簡単な構成で人力によるトルクを正確に検出するトルク検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、ペダルの踏力によって車輪を回転する人力駆動部と、電動機の駆動によって前記車輪を回転する電動駆動部とを備え、前記踏力によって生じる人力のトルクを検出し、検出されたトルクに基づいて前記電動駆動部の回転駆動を制御する電動自転車において、前記ペダルの踏力によって伸縮すると共に該踏力を前記車輪に伝える弾性体と、該弾性体の伸縮を前記車輪の車軸方向の移動に変換する変換部材と、該変換部材を車軸方向に付勢するバネと、前記変換部材の移動量を検出するトルク検出部とを設け、前記車輪のハブに設けられ回転側ケーシングと固定側ケーシングとからなる盤状ケーシングに前記電動機及び前記弾性体、変換部材、トルク検出部を内蔵し、該トルク検出部は前記変換部材外周に配置し、前記変換部材は前記車軸周りに車軸方向に摺動可能に設けられ、前記回転側ケーシングに設けた前記弾性体の伸縮量を固定側ケーシングに設けた前記トルク検出部で電気信号として検出することを特徴とする。
【０００７】
第２発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記トルク検出部は、電気的信号によって取り出すことを特徴とする。
【０００８】
第３発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、トルクの入力で回転する入力側の回転体と、該入力側の回転体と同軸に配置した出力側の回転体とを設け、前記入力側の回転体と出力側の回転体とは前記弾性体によって動力伝達されることを特徴とする。
【０００９】
第４発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記変換部材は、前記弾性体の伸縮によって回動する入力側の回転体と、該入力側の回転体に突設され、その端部が傾斜している傾斜部と、軸方向に摺動可能に設けた摺動部材と、該摺動部材に前記傾斜部に当接するように形成した突部と、前記摺動部材を前記入力側の回転体方向に付勢する弾性体とを備えることを特徴とする。
【００１０】
第５発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記変換部材は、前記軸周りに形成したネジ歯車と、前記弾性体の伸縮によって回動すると共に軸方向に移動可能な入力側の回転体と、該入力側の回転体に形成され前記ネジ歯車に螺合したネジ部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第６発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記トルク検出部は、磁性部材又は導電部材と、該磁性部材又は導電部材の近傍に配したコイルとを備え、その一方は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてあることを特徴とする。
【００１２】
第７発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記トルク検出部は、所要距離を隔てて対向して配置した電極対と、該電極対の間隙に挿入可能に配置した誘電体とを備え、その一方は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてある。
【００１３】
第８発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記トルク検出部は、磁性体と、該磁性体と対向して配置した磁気検出器とを備え、その一方は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてあることを特徴とする。
【００１４】
第９発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記トルク検出部は、光を反射する反射板と、該反射板に光を出射する発光部，及び前記反射板からの反射光を受光してその受光位置を検出する受光部を具備する光学部とを備え、前記反射板又は光学部は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてあることを特徴とする。
【００１５】
第１発明の電動自転車のトルク検出装置にあっては、弾性体が人力トルクの大きさに応じて伸縮し、この伸縮を変換部材により車軸方向に変換し、この変移をトルク検出部が検出することによって人力トルクが検出される。
【００１６】
第２発明のトルク検出装置にあっては、この検出部は、電気的信号によって取り出すことができる。
【００１７】
第３発明のトルク検出装置にあっては、入力側の回転体に入力されたトルクは弾性体を介して出力側の回転体に動力が伝達される。即ち、トルクの大きさに応じて弾性体は伸縮することになる。この伸縮量を検出することでトルクを検出することができる。
【００１８】
第４発明のトルク検出装置にあっては、トルクの増加によって弾性体が縮むと共に入力側の回転体が回動し、該入力側の回転体に突設された傾斜部が回動して、これに当接した突部の当接位置が移動し、軸方向に付勢する弾性材が縮む，又は伸長して摺動部材が軸方向に移動する。また、トルクが減少すると、トルクの増加によって縮んだ弾性体が伸長することによって入力側の回転体が逆方向に回動し、摺動部材はこの回動に係る力，又は軸方向に付勢する弾性材の伸長力によって元に戻される。これによって、トルクは摺動部材の軸方向への移動量として検出される。
【００１９】
第５発明のトルク検出装置にあっては、トルクが増加すると、それに応じて弾性体が縮むと共に入力側の回転体が回動され、該入力側の回転体に形成したネジ部は軸周りに形成されたネジ歯車に倣って軸方向に螺進し、入力側の回転体が軸方向に移動する。また、トルクが減少すると、それに応じて収縮した弾性体が伸長し、前記ネジ部がネジ歯車に倣って逆進し、入力側の回転体は軸方向に元の位置まで移動する。これによって前同様、人力トルクは摺動部材の軸方向への移動量として検出される。
【００２０】
第６発明のトルク検出装置にあっては、磁性部材又は導電部材，或いはコイルの一方は摺動部材によって軸方向に移動されるようになしてあるため、磁性部材とコイルとの相対位置が接近する又はコイル内への磁性部材の挿入体積が増加すると、コイルのインダクタンスが大きくなる。また、その逆の場合は、コイルのインダクタンスが小さくなる。このときの電圧変化をトルクの変化として検出する。また、導電部材がコイル近傍を移動した場合、磁性部材と逆の作用となる。つまり、導電部材がコイルに近づくと、コイルのインクタンスが小さくなり、コイルから遠ざかると、コイルのインダクタンスが大きくなる。
【００２１】
第７発明のトルク検出装置にあっては、検出部は、所要距離を隔てて対向して配置した電極対と、該電極対の間隙に挿入可能に配置した誘電体との何れか一方は、変換部材によって軸方向に移動されるようになしてあるため、トルクに応じて変換部材が軸方向に移動して、誘電体が電極対の間隙に対して入出し、電極対の静電容量が変化する。従って、トルクに応じた静電容量の変化量を検出することによってトルクを検出する。
【００２２】
第８発明のトルク検出装置にあっては、検出部は、磁性体と、該磁性体と対向して配置された磁気検出器との何れか一方は、摺動部材によって軸方向に移動されるようになしてあるため、トルクに応じて磁性体と磁気検出器との間の距離が変化する。従って、磁気検出器においてはトルクに応じて検出される磁束密度が変化するため、この変化量を検出することによってトルクを検出する。
【００２３】
第９発明のトルク検出装置にあっては、光学部の発光部からの出射光は、反射板によって反射され、その反射光は受光部で受光される。また、発光部及び受光部と、これらに対向して配した反射板との何れか一方は、摺動部材によって軸方向に移動されるようになしてあるため、移動量に応じて受光部における反射光の受光位置が変化する。受光部は、この変化量を検出することによってトルクを検出する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図７は本発明の一実施例を示す電動自転車の全体斜視図であり、図中１は電動自転車本体である。電動自転車本体１には後述する電動機８が備えられており、人力によるトルクの大きさに応じて電動機８の駆動力を変化させ、人力による力を電動機８の力によって補助して走行させるようになっている。
【００２６】
電動自転車本体１のフレーム４には前輪２，後輪３，ハンドル１３及びサドル２１が取付けてあり、前輪２はハンドル１３によって操舵されるようになっている。後輪３の回転軸の部分には盤状ケーシング５が設けられている。盤状ケーシング５は回転側ケーシング６と電動自転車本体１に固定される固定側ケーシング７とを備えており、回転側ケーシング６が後輪３と一体になって回転するようになっている。また、盤状ケーシング５には電動機８が内蔵されており、電動駆動が必要なときに駆動して、後述する人力駆動部１０と共に前記回転側ケーシング６を回転させる。この盤状ケーシング５を備える駆動部分が電動駆動部９である。
【００２７】
人力駆動部１０はペダル１１及びチェーン１２を備えており、使用者がペダル１１を踏むことで、チェーン１２を介して前記後輪３を回転させる。本実施例ではチェーン１２を人力の伝達部材としたが、本発明はこれに限らず、チェーン１２の代わりにベルト、回転軸等によるものでも構わない。
【００２８】
前輪２の操舵をするハンドル１３の左右両端にはブレーキレバ１４，１５が取付けてあり、また前輪２及び後輪３にはブレーキ装置１８，１９が設けてあり、ブレーキレバ１４，１５とブレーキ装置１８，１８とはワイヤ１６，１７によって連結されている。そして、ブレーキレバ１４，１５を引くことでワイヤ１６，１７が引っ張られ、このワイヤ１６，１７によってそれぞれ前後のブレーキ装置１８，１９が動作するようになっている。また、ワイヤ１６，１７の途中にはブレーキスイッチ２０が設けてあり、ブレーキレバ１４，１５を操作したときに電動機８への通電が停止する機構になっている。
【００２９】
後輪３上のフレーム４には電動機８の電源となるバッテリ部２２が取付けてある。このバッテリ部２２は、フレーム４にスライド着脱可能に取付けられるバッテリケース２３と、該バッテリケース２３に収納した単一型充電式電池によって構成されており、電源電圧は略２４ボルトである。
【００３０】
次に、図８に基づき、前記盤状ケーシング５について説明する。
【００３１】
図８は、図７に示した盤状ケーシング５の構成を示す正面図であり、図中７は電動自転車本体に固定される固定側ケーシングである。固定側ケーシング７には制御基板２４，放熱板２５等からなる制御部２６、電動機８、第１プーリ２７、第２プーリ２８、最終段プーリ２９の３つのプーリからなる減速機構３０、該減速機構３０の各プーリ間及び減速機構３０と電動機８とを連結する伝達ベルト３１が配置されている。前記最終段プーリ２９は回転側ケーシング６に固定されており、前記電動機８が回転すると第１プーリから最終段プーリ２７〜２９までが伝達ベルト３１によって回転し、減速されて最終段プーリ２９と共に回転側ケーシング６が回転する。また、最終段プーリ２９に連結される第２プーリ２８の小さいほうのプーリには、一方向クラッチ（図示せず）が介入されており、ペダルからの力がかかったときに電動機８を回さないように、即ちペダルが軽いようにしてある。
【００３２】
第１プーリ２７と第２プーリ２８との間には両者を連結するベルト３１の張りを調節するための押圧部材３２が設けてあり、該押圧部材３２の回転ヘッドがベルト３１の内側に転接しそれを外側に押すことによってベルト３１を展張させている。
【００３３】
第１プーリ２７の回転軸の取付け部分には長孔が形成してあり、該長孔には調節ネジ３３が螺着してある。そして、第１プーリ２７は前記伝達ベルト３１が張る方向に移動され、その状態で前記調節ネジ３３によって固定されるようになっている。
【００３４】
後輪の車軸３９にはフリーホイール３８を介して、前記チェーンからの駆動力を回転側ケーシングに伝達するためのチェーンスプロケット３７が取付けてあり、チェーンが逆回転したとき、前記フリーホイール３８によってチェーンからの駆動力が回転側ケーシングに伝達しない構成になっている。
【００３５】
次に、出力側の回転体である最終段プーリ２９の構成について、図１乃至図３に基づき詳述する。
【００３６】
図１，図２及び図３はそれぞれ、最終段プーリの構成を示す側面断面図，正面図，他の側面断面図である。最終段プーリ２９の車軸３９への取付け部分には、車軸３９に対称に該車軸３９の略接線方向となるように弾性体であるバネ４０，４０が設けてある。バネ４０，４０は片側を最終段プーリ２９に固定してあり、他側を伸縮自在に開放してある。また、バネ４０は最終段プーリ２９に取付けたカバー３４によって施蓋してある。これによって、後輪に踏力が加わったとき、後述する押圧部材４３によって力を受けやすいようになっている。
【００３７】
バネ４０の開放側には側面視が凸状の受圧部材４１が当接してある。受圧部材４１はバネ４０の径より小さい部分と大きい部分とを有しており、小さい部分がバネ４０内に入り込み、大きい部分がバネ４０を蓋するように取付けてある。また、受圧部材４１は、鉄又はセラミックス等の滑りやすい材質のものが使われている。
【００３８】
車軸３９周りには前記チェーンスプロケット３７の回転により回動する入力側の回転体、即ち回動板４２が設けてあり、該回動板４２には車軸３９と対称に前記受圧部材４１をチェーンスプロケット３７の回転によって押さえる押圧部材４３が設けられている。この押圧部材４３も前同様、鉄又はセラミックス等の滑りやすい材質のもので形成されている。また最終段プーリ２９には、前記押圧部材４３の受圧部材４１に当接する面の背面と対向する部分に、バネ４０の付勢によって押される押圧部材４３を衝撃から防ぐためのラバープレート３５が取付けてある。
【００３９】
回動板４２は最終段プーリ２９の内側に同心円状に挿入されており、押圧部材４３がバネ４０を押さえることによって最終段プーリ２９と共に回転する。また、押圧部材４３は、受圧部材４１を押さえるときに、押さえる位置が若干ずれるため、受圧部材４１に当接する部分が曲面になっている。
【００４０】
更に、回動板４２には回動方向にむかって形成した傾斜部４４を車軸３９と対称に２ヵ所形成してあり、該傾斜部４４は回動板４２の回動と共に回動する。
【００４１】
車軸３９の回動板４２より固定側ケーシング７側の周りには摺動部材４５が車軸３９方向に摺動可能に設けてあり、該摺動部材４５の回動板４２に対向する部分には該回動板４２の傾斜部４４に当接するように突起４６が設けてある。摺動部材４５は突起４６の反対側から弾性部材、即ちバネ４７によって回動板４２方向へ付勢されるようになっている。従って、回動板４２が回動すると、摺動部材４５の突起４６はバネ４７の付勢によって傾斜部４４の斜面に沿って回動板４２側へ押され、摺動部材４５は回動板４２の回動量に相応した距離だけ回動板４２側に移動する。そして回動板４２が元の位置に戻ると、回動板４２の傾斜部４４によって突起４６が固定側ケーシング７側に押され、バネ４７が縮むと共に摺動部材４５は固定側ケーシング７側の元の位置に戻る。なお、前述した回動板４２及び摺動部材４５等を変換部材という。
【００４２】
なお、回動板４２が回動した場合、該回動板４２の傾斜部４４によって突起４６を固定側ケーシング７側に押し、回動板４２が元の位置に戻ると、突起４６への押圧が無くなり、バネ４７の作用によって摺動部材４５が回動板４２側の元の位置に戻る構成にしてもよい。
【００４３】
前記摺動部材４５の固定側ケーシング７側には、トルク検出部５１に備えられた磁性部材であるフェライト４８が設けてあり、摺動部材４５の移動と共に移動するようになっている。一方、固定側ケーシング７内には前記フェライト４８の移動範囲内に、該フェライト４８と対向するようにコイルボビン５０が取付けてあり、コイルボビン５０にはコイル４９が巻回してある。
【００４４】
次に、人力による駆動と、この駆動に係るトルクの検出について説明する。
【００４５】
電動自転車本体１が走行を始めるとき、使用者はペダル１１に力を掛けて走行する。このとき、後輪３は止まろうとする力が大きく働くが、チェーンスプロケット３７及び回動板４２は回転しようとする。そのため、回動板４２は押圧部材４３及び受圧部材４１を介してバネ４０を押さえ、バネ４０が最終段プーリ２９を押さえて該最終段プーリ２９に固定した回転側ケーシング６及び後輪３が回転することによって電動自転車本体１が走行する。このとき、回動板４２に大きなトルクが与えられるため、バネ４０は大きく縮み、それに伴って回動板４２が回動し、傾斜部４４も回動する。回動板４２が回動すると、摺動部材４５の突起４６はバネ４７の付勢によって傾斜部４４の斜面に沿って回動板４２方向へ押され、摺動部材４５は回動板４２の回動量に相応した距離だけ回動板４２側に移動する。
【００４６】
摺動部材４５が回動板４２側に移動すると、フェライト４８がコイル４９内を移動し、これによってコイル４９のインダクタンスが変化する。即ち、回転板４２に生じるトルクが大きくなればなるほどコイル４９内に挿入されるフェライト４８の体積が大きくなり、コイル４９のインダクタンスが大きくなる。制御部２６はこのインダクタンスの変化を検出することによってトルクの大きさを検出し、その検出結果に基づいて電動機８の駆動制御を行う。
【００４７】
一方、平地走行時において使用者がトルクを加えない場合、回動板４２は最終段プーリ２９と共に回転し、この状態ではトルクがないのでバネ４０は縮まず、摺動部材４５は移動しない。従って、コイル４９のインダクタンスの変化もないため、コイル４９に印加される電圧も変わらず、電動機８からの駆動は行われない。
【００４８】
また、平地及び上り坂などにおいて使用者が加速をする場合は、前述した走行を始めるときと同様、加速によるトルクが加わるとバネ４０が縮み、よって回動板４２がそのトルクに応じて回動し、傾斜部４４に当接した突起４６及び摺動部材４５が移動して、フェライト４８がコイル４９内に挿入されることによって、コイル４９のインダクタンスが大きくなり、それに応じて制御部２６は電動機８の駆動制御を行う。
【００４９】
次に、図４に基づき、トルク検出部５１の回路について説明する。
【００５０】
図４は本発明に係るトルク検出部の回路図である。前述したコイル４９には制御部２６（図８参照）に備えられたマイクロコンピュータ（以下マイコンという）から後述するパルス波形電圧が印加されるようになっており、コイル４９と直列に接続されている抵抗電圧は該コイル４９とフェライト４８との相対距離に相応する大きさのパルスを出力する。この抵抗電圧は、ＤＣ変換変換部６０で平均化された信号に変換されて増幅部６１に与えられ、ここで増幅されてマイコンに入力される。
【００５１】
図５は図４に示した回路中の各点における波形図であり、（Ａ）はコイルの入側の点Ａで、（Ｂ）はコイルの出側の点Ｂで、（Ｃ）はＤＣ変換変換部の出側の点Ｃ（共に図４参照）でのパルスの波形をそれぞれ示している。コイルには、図５（Ａ）の如き、矩形状のパルス電圧が印加されている。このようなコイルにフェライトが接近すると、コイルのインダクタンスが大きくなるため、抵抗の電圧は、図５（Ｂ）の如くそのパルス高さが、実線で示された鋸歯状波より低い鋸歯状波（破線）となる。そして、ＤＣ変換変換部によってパルス高さが平均化されると、図５（Ｃ）の如く、実線で示された信号のレベルより、コイルへのフェライトの接近量に相応する分だけ低いレベルの信号（破線）が得られる。
【００５２】
このように、トルクを車軸３９方向のフェライト４８の動きに変換し、これによって変化するコイルのインダクタンスの変化を電圧の変化に変換して電気信号を取り出しているので、正確で細かなトルクの検出ができ、的確な制御で人力を補助することができる。
【００５３】
図６は、本発明に係る電動自転車の他の最終段プーリの構成を示す側面断面図であり、図１に示した摺動部材を具備しない構成にしてある。
【００５４】
本実施例は、前述した実施例と回動板が異なるだけなので、同一部分については説明を省略し、回動板についてのみ説明をする。
【００５５】
車軸３９周りには変換部材５７の回動板５３が設けてあり、該回動板５３は前同様に、チェーンスプロケット３７の回転によって回動し、バネ４０を介して最終段プーリ２９を押さえ、最終段プーリ２９と固定した回転側ケーシング６，後輪を回転するようになっている。車軸３９周りにはネジ歯車５９が形成してあり、前記回動板５３にはネジ歯車５９に螺合するネジ５４が形成してある。そして、回動板５３はチェーンスプロケット３７の回転によって回動すると共に、ネジ歯車５９に倣って固定側ケーシング７方向へ螺進移動する。
【００５６】
また、回動板５３のネジ５４とバネ４７との間にはトルク検出部５８のフェライト５５が介装してあり、回動板５３の固定側ケーシング７方向への移動によって、フェライト５５がコイル５６内に挿入される。そして、回動板５３が回転側ケーシング６方向へ移動すると、フェライト５５はバネ４７の付勢によって回動板５３と共に回転側ケーシング６方向へ移動する。
【００５７】
本実施例にあっても前述した実施例と同様、人力によるトルクが生じると、回動板５３が回動すると共に、フェライト５５がコイル５６内に挿入され、コイル５６のインダクタンスが大きくなる。これによってコイル５６に印加された電圧が小さくなり、この変化を検出することで、電圧のレベルの大きさに応じて電動機を駆動制御する。
【００５８】
前述した実施例にあっては、コイル内に磁性材料であるフェライトを挿入するようにしてあるが、本発明おいてはこれに限らず、銅及びアルミニウム等の導電性の材料でもよい。
【００５９】
この場合、導電部材とコイルとの組み合わせを一つのトランスとみなすことができ、一次側を複数ターンのコイル、二次側を１ターンのコイルとして、二次側のコイルの距離の変化によって磁気結合の変化とし、１ターンのコイルが近づくと一次側のコイルのインダクタンスが小さくなり、１ターンのコイルが遠ざかると一次側のコイルのインダクタンスが大きくなる。このことを利用して、トルクのの変化を電圧の変化に変換して、電動機の駆動を制御することができる。
【００６０】
また、フェライトの位置はコイル内を移動するようにしたが、コイルのインダクタンスはフェライトが接近するだけでも変化するため、摺動部材又は回動板の移動によってフェライトがコイルに接近し、コイル内に挿入されない構成にしてもよいことはいうまでもない。
【００６１】
更に、前述した実施例にあっては、コイル内に磁性材料であるフェライトを挿入するようにしてあるが、本発明おいてはこれに限らず、コイルを摺動部材に取付け、フェライトに外嵌するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００６２】
以上のように、ペダルへの踏力によって生じるトルクを変換部材によって車輪の車軸方向に変換し、変換部材の移動の変位を車軸方向の移動によってトルクを検出するので、変位の量を大きくとることができ、正確で細かなトルクの検出ができ、的確な制御によって人力を補助することができる。
【００６３】
また、人力トルクに応じて磁性部材又は電動導電部材が、盤状ケーシング内に固定されたコイル内又は近傍を移動することでトルクをインダクタンスの変化による電圧の変化として検出できるので、正確で細かなトルクの検出ができ、的確な制御によって人力を補助することができる。
【００６４】
図９及び図１０は、本発明に係る他のトルク検出部の構成を示す側面断面図であり、誘電率の変化によってトルクを検出するようにしてある。なお両図９，１０において、図１，３と対応する部分には同じ符号を付してその説明を省略する。摺動部材４５のバネ４７と対向する端部には、筒状の誘電体７０が取付けてある。誘電体７０の内径は、摺動部材４５側は該摺動部材４５と略同じであり、他側はそれより大きい所要の内径にしてある。誘電体７０は回動板４２の回動によって摺動部材４５が固定側ケーシング７側に移動するのに伴って同方向へ移動し、回動板４２が元に戻るとバネ４７の付勢によって回動板４２側へ移動する。また、誘電体７０の移動域には電極７１，７１が車軸３９と同心円状に所定距離を隔てて配置してあり、誘電体７０は電極７１，７１の間隙内を進退するようになっている。
【００６５】
図１１は図９に示したトルク検出部の回路図である。前述した電極７１，７１の一方には制御部２６（図８参照）に備えられたマイコンから所定電圧のパルスが印加されるようになっており、他方は接地してある。そして回動板の回動によって摺動部材が固定側ケーシング側に摺動し、誘電体７０が移動すると、誘電体７０が電極７１，７１の間隙内に挿入されるため、この移動量に相応して電極７１，７１の静電容量が増加するため、マイコンから印加されたパルスはその高さが低い鋸歯状のパルスになる。このパルスはＤＣ変換変換部６０に与えられ、そこで平均化された信号に変換された後に増幅部６１に与えられる。そして増幅信号がマイコンに入力されると、マイコンは入力された増幅信号と基準信号とを比較して誘電体７０の移動量を算出し、算出した移動量に応じて電動機の駆動制御を行う。
【００６６】
なお、本実施例では摺動部材によって誘電体が移動されるようになっているが、本発明はこれに限らず、摺動部材によって電極が移動されるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００６７】
図１２は更に他のトルク検出部の構成を示す側面断面図であり、磁束密度の変化によってトルクを検出するようにしてある。摺動部材４５の回動板４２と逆の端には環状の磁石７４が設けてあり、固定側ケーシング６にはホール素子又は磁気抵抗素子等の磁気検出器７５が磁石７４と対向して取付けてある。このようなトルク検出部にあっては、トルクが加えられると回動板４２が回動し、摺動部材４５が固定側ケーシング７側に摺動するのに伴って磁石７４が移動して磁気検出器７５に接近する。そして、磁石７４が磁気検出器７５に接近すると、磁気検出器７５における磁束密度が増大して磁気検出器７５の出力が大きくなることによって加えられたトルクの大きさを検出することができる。
【００６８】
なお、本実施例では摺動部材に磁石が設けてあるが、本発明はこれに限らず、摺動部材に磁気検出器を設け、固定側ケーシング６に磁石を設けるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００６９】
図１３は本発明に係る更に他のトルク検出部の構成を示す側面断面図であり、反射光の受光位置の変化によってトルクを検出するようにしてある。摺動部材４５の回動板４２と逆の端には環状の反射板７７が設けてあり、固定側ケーシング７にはレンズ及びＬＥＤ（発光ダイオード）を具備する発光部７８と、ＰＳＤ（半導体位置検出素子又は光学式位置検出素子）又はリニア型ＣＣＤ（電荷転送デバイス）等を具備する受光部７９とを備える光学部８０が前記反射板７７に対向して取付けてある。
【００７０】
図１４は図１３に示した光学部８０及び反射板７７の部分拡大図である。ＬＥＤ７８ｂから出射された光はレンズ７８ａで集束されて所定の入射角度で反射板７７に入射され、該反射板７７で反射される。この反射光の進路には、受光部７９が反射光を略直角に受光するように配置してある。
【００７１】
このようなトルク検出部にあっては、トルクが加えられると回動板４２が回動し、摺動部材４５が固定側ケーシング７側に摺動するのに伴って反射板７７が移動して発光器７８に接近する。そして反射板７７が、図１４の破線で示した如く、発光器７８に接近すると、それに相応して、図１４の一点破線で示した如く、反射光の進路が平行移動するため、受光部７９における受光位置が平行移動する。従って、受光位置の変化を求めることによって加えられたトルクの大きさを検出することができる。
【００７２】
なお、本実施例では摺動部材に反射板を設けてあるが、本発明はこれに限らず、摺動部材に光学部を設けるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述した如く第１発明にかかる電動自転車のトルク検出装置にあっては、コンパクトな構成で、微妙な変化をする人力トルクを正確に検出することができる。また、軸方向の移動によってトルクを検出するため、変位の量を大きくとることができ、正確で細かなトルクの検出ができる。
【００７４】
第２，第３，第４及び第５発明に係る電動自転車のトルク検出装置にあっては、トルクの変化を比較的簡単な構成で正確に軸方向の移動に変換し得、故障が発生し難い。
【００７５】
第６，第７，第８及び第９発明に係る電動自転車のトルク検出装置にあっては、軸方向に変換された移動量を正確で細かく検出し得る等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】最終段プーリの構成を示す側面断面図である。
【図２】最終段プーリの構成を示す正面図である。
【図３】最終段プーリの構成を示す他の側面断面図である。
【図４】本発明の一実施例を示す検出部の回路図である。
【図５】図４に示した回路中の各点における波形図である。
【図６】本発明の一実施例を示す電動自転車の他の最終段プーリの構成を示す側面断面図である。
【図７】本発明の一実施例を示す電動自転車の全体斜視図である。
【図８】図７に示した盤状ケーシングの構成を示す正面図である。
【図９】本発明に係る他の検出部の構成を示す側面断面図である。
【図１０】本発明に係る他の検出部の構成を示す側面断面図である。
【図１１】図９に示した検出部の回路図である。
【図１２】更に他の検出部の構成を示す側面断面図である。
【図１３】本発明に係る更に他の検出部の構成を示す側面断面図である。
【図１４】図１３に示した光学部及び反射板の部分拡大図である。
【符号の説明】
４０弾性体（バネ）
３９車軸
４２入力側の回転体（回動板）
４４傾斜部
４５摺動部材
４６突起
４７弾性体（バネ）
４８磁性部材（フェライト）
４９コイル
５１変換部材
５２検出部（トルク検出部）
５３入力側の回転体（回動板）
２９出力側の回転体（最終段プーリ）
５４ネジ歯車
５５磁性部材（フェライト）
５６コイル
５７変換部材
５８トルク検出部
７０誘電体
７１電極
７４磁石
７５磁気検出器
７７反射板
７８発光部
７９受光部
８０光学部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric bicycle torque detecting device for detecting torque generated in a rotational direction such as human power in an electric bicycle.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a torque detecting device for a torque generated in a rotational direction such as human power in an electric bicycle has been disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-35887 (B62M 23/02), in which a drive system using human power and a drive system using an electric motor are arranged in parallel. And the output of the electric motor is controlled by detecting the driving force of the driving system by the human power with the torque detecting device.
[0003]
In order to detect the driving force of the drive system by human power, that is, the rotational torque of the pedal, the torque detecting device employed in this electric bicycle has a cylindrical shaft fitted on the crankshaft of the pedal, and the pedaling force of the pedal. Is transmitted from the cylindrical shaft to the planetary gear mechanism via the one-way clutch, and is transmitted to the rear wheel by the drive shaft meshed with the planetary gear mechanism. One end of a torque detection lever is interposed in the planetary gear mechanism, and the other end is in contact with a second lever connected to a potentiometer. The second detection lever is returned by a return spring, and the second lever rotates through an angle corresponding to the pedaling force of the pedal via the torque detection lever, and the amount of rotation is measured by a potentiometer, whereby the crankshaft is rotated. The torque applied to the motor is detected.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a configuration, since the torque is detected by the potentiometer via the torque detection lever and the second lever, a detection error may occur due to vibration.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to convert torque generated in a rotational direction into axial movement, and to detect the amount of movement, thereby enabling a simple configuration of human-assisted torque. Is to provide a torque detecting device for accurately detecting the torque.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A torque detecting device for an electric bicycle according to a first aspect of the present invention includes a human-powered driving unit that rotates a wheel by the pedaling force of a pedal, and an electric-powered driving unit that rotates the wheel by driving an electric motor, and detects a human-powered torque generated by the pedaling force. An electric bicycle that detects and detects and controls the rotational drive of the electric drive unit based on the detected torque, the elastic body that expands and contracts by the pedaling force of the pedal and transmits the pedaling force to the wheels, and the expansion and contraction of the elastic body A conversion member for converting the movement of the wheel in the axle direction; A spring for urging the conversion member in the axle direction; A torque detection unit that detects the amount of movement of the conversion member, and the motor and the elastic body, the conversion member, and the torque detection unit are provided in a disk-shaped casing that is provided on the hub of the wheel and that includes a rotating casing and a fixed casing. Built-in, the torque detection unit is disposed on the outer periphery of the conversion member, and the conversion member is provided slidably in the axle direction around the axle, and the expansion / contraction amount of the elastic body provided on the rotating casing is fixed. It is characterized in that the torque is detected as an electric signal by the torque detector provided in the casing.
[0007]
A torque detecting device for an electric bicycle according to a second invention is characterized in that, in the first invention, the torque detecting section extracts the electric signal by an electric signal.
[0008]
A torque detecting device for an electric bicycle according to a third invention is the electric bicycle according to the first invention, further comprising: an input-side rotator that rotates by inputting torque; and an output-side rotator disposed coaxially with the input-side rotator. The power is transmitted between the rotating body on the input side and the rotating body on the output side by the elastic body.
[0009]
In the torque detecting device for an electric bicycle according to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the conversion member is provided on an input-side rotating body that rotates by expansion and contraction of the elastic body, and is protruded from the input-side rotating body, An inclined portion whose end is inclined, a sliding member slidably provided in the axial direction, a projection formed on the sliding member so as to contact the inclined portion, and the sliding member. And an elastic body biasing in the direction of the rotating body on the input side.
[0010]
In the torque detecting device for an electric bicycle according to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the conversion member includes a screw gear formed around the axis, and an input that rotates by expansion and contraction of the elastic body and is movable in the axial direction. And a screw portion formed on the input-side rotator and screwed to the screw gear.
[0011]
The torque detecting device for an electric bicycle according to a sixth aspect is the first aspect, wherein the torque detecting section includes a magnetic member or a conductive member, and a coil disposed near the magnetic member or the conductive member. It is characterized by being moved in the axial direction by the conversion member.
[0012]
The torque detecting device for an electric bicycle according to a seventh aspect is the electric bicycle according to the first aspect, wherein the torque detecting section is provided with a pair of electrodes arranged to face each other at a required distance, and a dielectric member arranged to be inserted into a gap between the pair of electrodes. A body, one of which is adapted to be moved axially by the conversion member.
[0013]
The torque detection device for an electric bicycle according to an eighth invention is the electric bicycle according to the first invention, wherein the torque detection unit includes a magnetic body and a magnetic detector arranged to face the magnetic body, one of which is the conversion member. Characterized by being moved in the axial direction.
[0014]
According to a ninth aspect of the present invention, in the electric bicycle torque detecting device according to the first aspect, the torque detecting unit includes a reflecting plate that reflects light, a light emitting unit that emits light to the reflecting plate, and a reflection from the reflecting plate. An optical unit having a light receiving unit for receiving light and detecting a light receiving position thereof, wherein the reflecting plate or the optical unit is moved in the axial direction by the conversion member.
[0015]
In the torque detecting device for an electric bicycle according to the first invention, the elastic body expands and contracts in accordance with the magnitude of the human-powered torque, and the expansion and contraction is converted in the axle direction by the conversion member, and this change is detected by the torque detecting unit. As a result, the manual torque is detected.
[0016]
In the torque detecting device according to the second aspect of the invention, the detecting section can be extracted by an electric signal.
[0017]
In the torque detection device according to the third aspect, the torque input to the input-side rotating body is transmitted to the output-side rotating body via the elastic body. That is, the elastic body expands and contracts according to the magnitude of the torque. The torque can be detected by detecting the amount of expansion and contraction.
[0018]
In the torque detecting device of the fourth invention, the elastic body contracts due to the increase in the torque, and the rotating body on the input side rotates, and the inclined portion protruding from the rotating body on the input side rotates, The abutting position of the protruding portion that abuts on this moves, and the elastic member that urges in the axial direction contracts or expands, and the sliding member moves in the axial direction. Also, when the torque decreases, the elastic body contracted by the increase of the torque expands, so that the rotating body on the input side rotates in the opposite direction, and the sliding member biases in the direction of the rotation or in the axial direction. It is restored by the stretching force of the elastic material. Thus, the torque is detected as an amount of movement of the sliding member in the axial direction.
[0019]
In the torque detecting device according to the fifth aspect of the present invention, when the torque increases, the elastic body shrinks and the input-side rotator is rotated accordingly, and the thread portion formed on the input-side rotator rotates around the axis. The screw rotates in the axial direction following the formed screw gear, and the rotating body on the input side moves in the axial direction. When the torque decreases, the contracted elastic body expands accordingly, the screw portion reversely moves along the screw gear, and the rotating body on the input side moves to the original position in the axial direction. Thus, as before, the manual torque is detected as the amount of movement of the sliding member in the axial direction.
[0020]
In the torque detecting device according to the sixth aspect, one of the magnetic member, the conductive member, and the coil is moved in the axial direction by the sliding member, so that the relative positions of the magnetic member and the coil are close to each other. As the volume of the magnetic member inserted into the coil increases, the inductance of the coil increases. In the opposite case, the inductance of the coil becomes small. The voltage change at this time is detected as a change in torque. When the conductive member moves in the vicinity of the coil, the operation is opposite to that of the magnetic member. That is, when the conductive member approaches the coil, the inductance of the coil decreases, and when the conductive member moves away from the coil, the inductance of the coil increases.
[0021]
In the torque detecting device according to a seventh aspect of the present invention, the detecting unit is configured such that either one of the electrode pair disposed to face each other at a predetermined distance and a dielectric disposed so as to be insertable into a gap between the electrode pairs is Since the conversion member is moved in the axial direction by the conversion member, the conversion member moves in the axial direction in accordance with the torque, the dielectric enters and exits the gap between the electrode pairs, and the capacitance of the electrode pair decreases. Change. Therefore, the torque is detected by detecting the amount of change in the capacitance according to the torque.
[0022]
In the torque detecting device according to an eighth aspect of the present invention, the detecting unit is configured such that one of the magnetic body and the magnetic detector arranged to face the magnetic body is moved in the axial direction by the sliding member. As a result, the distance between the magnetic body and the magnetic detector changes according to the torque. Therefore, in the magnetic detector, the detected magnetic flux density changes according to the torque, and the torque is detected by detecting the amount of change.
[0023]
In the torque detecting device according to the ninth aspect, the light emitted from the light emitting unit of the optical unit is reflected by the reflector, and the reflected light is received by the light receiving unit. In addition, one of the light-emitting unit and the light-receiving unit, and one of the reflectors disposed opposite to the light-emitting unit and the light-receiving unit, are configured to be moved in the axial direction by the sliding member. The light receiving position of the reflected light changes. The light receiving unit detects the torque by detecting the amount of change.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 7 is an overall perspective view of an electric bicycle showing one embodiment of the present invention, in which 1 is an electric bicycle main body. The electric bicycle body 1 is provided with an electric motor 8 to be described later. The driving force of the electric motor 8 is changed in accordance with the magnitude of the torque by human power so that the power of the electric power can be assisted by the power of the electric motor 8 to run. Has become.
[0026]
The front wheel 2, rear wheel 3, handle 13 and saddle 21 are attached to the frame 4 of the electric bicycle body 1, and the front wheel 2 is steered by the handle 13. A disk-shaped casing 5 is provided on the rotation shaft of the rear wheel 3. The disc-shaped casing 5 includes a rotating casing 6 and a fixed casing 7 fixed to the electric bicycle main body 1. The rotating casing 6 rotates integrally with the rear wheel 3. An electric motor 8 is built in the board-shaped casing 5, and is driven when electric driving is required, and rotates the rotating casing 6 together with a human-powered driving unit 10 described later. The driving portion including the disc-shaped casing 5 is the electric driving unit 9.
[0027]
The human-powered drive unit 10 includes a pedal 11 and a chain 12. When the user steps on the pedal 11, the rear wheel 3 is rotated via the chain 12. In the present embodiment, the chain 12 is a transmission member of human power, but the present invention is not limited to this, and a chain, a rotating shaft, or the like may be used instead of the chain 12.
[0028]
Brake levers 14 and 15 are attached to both left and right ends of a steering wheel 13 for steering the front wheel 2, and brake devices 18 and 19 are provided for the front wheel 2 and the rear wheel 3. 18 and 18 are connected by wires 16 and 17. The wires 16, 17 are pulled by pulling the brake levers 14, 15, and the front and rear brake devices 18, 19 are operated by the wires 16, 17 respectively. A brake switch 20 is provided in the middle of the wires 16 and 17, so that when the brake levers 14 and 15 are operated, the power supply to the electric motor 8 is stopped.
[0029]
A battery section 22 serving as a power source for the electric motor 8 is attached to the frame 4 on the rear wheel 3. The battery section 22 is composed of a battery case 23 slidably attached to the frame 4 and a single rechargeable battery housed in the battery case 23. The power supply voltage is approximately 24 volts.
[0030]
Next, the board-shaped casing 5 will be described with reference to FIG.
[0031]
FIG. 8 is a front view showing the configuration of the board-like casing 5 shown in FIG. 7, and 7 in the figure is a stationary casing fixed to the electric bicycle main body. The fixed-side casing 7 includes a control unit 26 including a control board 24, a radiator plate 25, and the like; A transmission belt 31 is arranged between each pulley 30 and between the speed reduction mechanism 30 and the electric motor 8. The last-stage pulley 29 is fixed to the rotary casing 6. When the electric motor 8 rotates, the first pulley to the last-stage pulleys 27 to 29 rotate by the transmission belt 31, and are decelerated to rotate together with the last-stage pulley 29. The side casing 6 rotates. Further, a one-way clutch (not shown) is interposed in the smaller pulley of the second pulley 28 connected to the final-stage pulley 29, and the motor 8 is turned when a force from the pedal is applied. There is no, that is, the pedal is light.
[0032]
Between the first pulley 27 and the second pulley 28, there is provided a pressing member 32 for adjusting the tension of a belt 31 connecting the two, and the rotating head of the pressing member 32 rolls inside the belt 31 so as to be in contact therewith. The belt 31 is extended by pushing it outward.
[0033]
An elongated hole is formed in a portion where the rotation shaft of the first pulley 27 is attached, and an adjusting screw 33 is screwed into the elongated hole. The first pulley 27 is moved in the direction in which the transmission belt 31 is stretched, and is fixed by the adjustment screw 33 in that state.
[0034]
A chain sprocket 37 for transmitting the driving force from the chain to the rotating casing via a freewheel 38 is mounted on the rear wheel axle 39. When the chain rotates in the reverse direction, the chain sprocket 37 is used. Is not transmitted to the rotating casing.
[0035]
Next, the configuration of the final stage pulley 29, which is the rotating body on the output side, will be described in detail with reference to FIGS.
[0036]
1, 2, and 3 are a side sectional view, a front view, and another side sectional view showing the configuration of the final stage pulley, respectively. Attached to the axle 39 of the final-stage pulley 29 are springs 40, 40, which are elastic bodies, provided symmetrically to the axle 39 so as to be substantially tangential to the axle 39. The springs 40, 40 have one side fixed to the last-stage pulley 29 and the other side open to extend and contract. The spring 40 is covered by a cover 34 attached to the final stage pulley 29. Thereby, when a pedaling force is applied to the rear wheel, the force is easily received by a pressing member 43 described later.
[0037]
A pressure receiving member 41 having a convex shape in side view is in contact with the open side of the spring 40. The pressure receiving member 41 has a portion smaller than the diameter of the spring 40 and a larger portion. The small portion enters the spring 40, and the large portion covers the spring 40. The pressure receiving member 41 is made of a slippery material such as iron or ceramics.
[0038]
An input-side rotating body that rotates by the rotation of the chain sprocket 37, that is, a rotating plate 42, is provided around the axle 39. The pressure receiving member 41 is symmetrically mounted on the rotating plate 42 with the axle 39 on the chain sprocket. A pressing member 43 that is pressed by the rotation of 37 is provided. This pressing member 43 is also formed of a slippery material such as iron or ceramics as before. Further, a rubber plate 35 for preventing the pressing member 43 pressed by the bias of the spring 40 from being impacted is attached to a portion of the final stage pulley 29 facing the back surface of the surface of the pressing member 43 abutting on the pressure receiving member 41. It is.
[0039]
The rotating plate 42 is inserted concentrically inside the final stage pulley 29, and rotates together with the final stage pulley 29 when the pressing member 43 presses the spring 40. In addition, when the pressing member 43 presses the pressure receiving member 41, the pressing position is slightly shifted, so that a portion that contacts the pressure receiving member 41 has a curved surface.
[0040]
Further, the turning plate 42 has two inclined portions 44 formed in the turning direction symmetrically with respect to the axle 39, and the inclined portions 44 turn with the turning of the turning plate 42.
[0041]
A sliding member 45 is provided so as to be slidable in the direction of the axle 39 around the fixed casing 7 side of the rotating plate 42 of the axle 39, and a portion of the sliding member 45 facing the rotating plate 42 is provided. A projection 46 is provided so as to contact the inclined portion 44 of the rotating plate 42. The sliding member 45 is urged toward the rotating plate 42 by an elastic member, that is, a spring 47 from the opposite side of the protrusion 46. Therefore, when the rotating plate 42 rotates, the projection 46 of the sliding member 45 is pushed toward the rotating plate 42 along the slope of the inclined portion 44 by the bias of the spring 47, and the sliding member 45 is It moves toward the rotation plate 42 by a distance corresponding to the amount of rotation of the rotation 42. When the rotating plate 42 returns to the original position, the projection 46 is pushed toward the fixed casing 7 by the inclined portion 44 of the rotating plate 42, the spring 47 is contracted, and the sliding member 45 is moved toward the fixed casing 7. Return to the original position. The rotating plate 42 and the sliding member 45 described above are referred to as conversion members.
[0042]
When the rotating plate 42 rotates, the protrusion 46 is pushed toward the fixed casing 7 by the inclined portion 44 of the rotating plate 42, and when the rotating plate 42 returns to the original position, the protrusion 46 is pressed. May be eliminated, and the sliding member 45 may return to the original position on the rotating plate 42 side by the action of the spring 47.
[0043]
On the fixed casing 7 side of the sliding member 45, a ferrite 48, which is a magnetic member provided in the torque detecting section 51, is provided, and moves with the movement of the sliding member 45. On the other hand, a coil bobbin 50 is mounted in the fixed casing 7 so as to face the ferrite 48 within a moving range of the ferrite 48, and a coil 49 is wound around the coil bobbin 50.
[0044]
Next, driving by human power and detection of torque related to this driving will be described.
[0045]
When the electric bicycle main body 1 starts running, the user applies power to the pedal 11 to run. At this time, the rear wheel 3 exerts a large force to stop, but the chain sprocket 37 and the rotating plate 42 try to rotate. Therefore, the rotating plate 42 presses the spring 40 via the pressing member 43 and the pressure receiving member 41, and the spring 40 presses the final stage pulley 29 and the rotating side casing 6 and the rear wheel 3 fixed to the final stage pulley 29 rotate. By doing so, the electric bicycle main body 1 runs. At this time, since a large torque is applied to the rotating plate 42, the spring 40 contracts greatly, and accordingly, the rotating plate 42 rotates and the inclined portion 44 also rotates. When the rotating plate 42 rotates, the projection 46 of the sliding member 45 is pushed toward the rotating plate 42 along the slope of the inclined portion 44 by the bias of the spring 47, and the sliding member 45 It moves toward the rotation plate 42 by a distance corresponding to the rotation amount.
[0046]
When the sliding member 45 moves to the rotating plate 42 side, the ferrite 48 moves in the coil 49, thereby changing the inductance of the coil 49. That is, as the torque generated in the rotating plate 42 increases, the volume of the ferrite 48 inserted into the coil 49 increases, and the inductance of the coil 49 increases. The controller 26 detects the magnitude of the torque by detecting the change in the inductance, and controls the drive of the electric motor 8 based on the detection result.
[0047]
On the other hand, when the user does not apply torque during traveling on level ground, the rotating plate 42 rotates together with the final-stage pulley 29, and in this state, there is no torque, so that the spring 40 does not contract and the sliding member 45 does not move. Accordingly, since the inductance of the coil 49 does not change, the voltage applied to the coil 49 does not change, and the driving from the electric motor 8 is not performed.
[0048]
Further, when the user accelerates on a flat ground or an uphill, as in the case of starting the above-mentioned traveling, the spring 40 contracts when the torque due to the acceleration is applied, so that the rotating plate 42 rotates according to the torque. Then, the protrusion 46 and the sliding member 45 abutting on the inclined portion 44 move, and the ferrite 48 is inserted into the coil 49, whereby the inductance of the coil 49 increases. 8 is controlled.
[0049]
Next, a circuit of the torque detection unit 51 will be described with reference to FIG.
[0050]
FIG. 4 is a circuit diagram of the torque detector according to the present invention. A pulse waveform voltage to be described later is applied to the coil 49 from a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) provided in the control unit 26 (see FIG. 8), and is connected in series with the coil 49. The resistance voltage outputs a pulse having a magnitude corresponding to the relative distance between the coil 49 and the ferrite 48. This resistance voltage is converted into a signal averaged by the DC conversion conversion unit 60 and provided to the amplification unit 61, where it is amplified and input to the microcomputer.
[0051]
5 is a waveform diagram at each point in the circuit shown in FIG. 4, (A) is a point A on the input side of the coil, (B) is a point B on the output side of the coil, and (C) is DC. The waveforms of the pulses at the point C on the output side of the conversion converter (both refer to FIG. 4) are shown. A rectangular pulse voltage is applied to the coil as shown in FIG. When the ferrite approaches such a coil, the inductance of the coil increases. Therefore, as shown in FIG. 5B, the voltage of the resistor has a sawtooth wave (pulse height lower than the sawtooth wave shown by the solid line). (Broken line). When the pulse heights are averaged by the DC conversion converter, as shown in FIG. 5C, the level of the signal is lower than that of the signal indicated by the solid line by an amount corresponding to the amount of the ferrite approaching the coil. A signal (dashed line) is obtained.
[0052]
As described above, since the torque is converted into the movement of the ferrite 48 in the direction of the axle 39, and the change in the inductance of the coil, which is changed thereby, is converted into a change in the voltage, an electric signal is taken out. And human power can be assisted with accurate control.
[0053]
FIG. 6 is a side cross-sectional view showing the configuration of another final stage pulley of the electric bicycle according to the present invention, which is configured without the sliding member shown in FIG.
[0054]
This embodiment is different from the above-described embodiment only in the rotation plate, and therefore the description of the same parts will be omitted, and only the rotation plate will be described.
[0055]
A turning plate 53 of the conversion member 57 is provided around the axle 39, and the turning plate 53 is turned by the rotation of the chain sprocket 37 as before, and presses the final stage pulley 29 via the spring 40, The rotation side casing 6 fixed to the final stage pulley 29 and the rear wheel rotate. A screw gear 59 is formed around the axle 39, and a screw 54 screwed to the screw gear 59 is formed on the rotating plate 53. Then, the rotating plate 53 is rotated by the rotation of the chain sprocket 37, and is also moved in the direction of the fixed casing 7 along the screw gear 59.
[0056]
A ferrite 55 of a torque detector 58 is interposed between the screw 54 of the rotating plate 53 and the spring 47, and the ferrite 55 is coiled by the movement of the rotating plate 53 toward the fixed casing 7. 56. When the rotating plate 53 moves in the direction of the rotating casing 6, the ferrite 55 moves in the direction of the rotating casing 6 together with the rotating plate 53 by the bias of the spring 47.
[0057]
In this embodiment, as in the above-described embodiment, when torque is generated by human power, the rotating plate 53 rotates and the ferrite 55 is inserted into the coil 56, so that the inductance of the coil 56 increases. As a result, the voltage applied to the coil 56 decreases. By detecting this change, the drive of the electric motor is controlled in accordance with the magnitude of the voltage level.
[0058]
In the above-described embodiment, the ferrite, which is a magnetic material, is inserted into the coil. However, the present invention is not limited to this, and a conductive material such as copper and aluminum may be used.
[0059]
In this case, the combination of the conductive member and the coil can be regarded as one transformer, and the primary side is a multiple-turn coil, the secondary side is a one-turn coil, and the magnetic coupling is performed by changing the distance between the secondary side coils. When the one-turn coil approaches, the inductance of the primary coil decreases, and when the one-turn coil moves away, the inductance of the primary coil increases. By utilizing this fact, a change in torque can be converted into a change in voltage to control the driving of the electric motor.
[0060]
In addition, although the position of the ferrite moves inside the coil, the inductance of the coil changes even when the ferrite approaches, so the movement of the sliding member or rotating plate causes the ferrite to approach the coil, and the ferrite moves inside the coil. It goes without saying that a configuration in which no insertion is performed may be adopted.
[0061]
Furthermore, in the above-described embodiment, the ferrite, which is a magnetic material, is inserted into the coil. However, the present invention is not limited to this. It goes without saying that it may be possible to do so.
[0062]
As described above, the torque generated by the pedaling force on the pedal is converted in the axle direction of the wheel by the conversion member, and the displacement of the movement of the conversion member is detected by the movement in the axle direction, so that the amount of displacement can be increased. It is possible to detect accurate and fine torque and assist human power by appropriate control.
[0063]
In addition, since the magnetic member or the electrically conductive member moves in or near the coil fixed in the disk-shaped casing according to the manual torque, the torque can be detected as a change in voltage due to a change in inductance. The torque can be detected, and human power can be assisted by appropriate control.
[0064]
FIGS. 9 and 10 are side sectional views showing the configuration of another torque detector according to the present invention, in which torque is detected by a change in dielectric constant. 9 and 10, parts corresponding to those in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. A cylindrical dielectric 70 is attached to an end of the sliding member 45 facing the spring 47. The inner diameter of the dielectric 70 is substantially the same as the sliding member 45 on the sliding member 45 side, and the required inner diameter is larger on the other side. The dielectric 70 moves in the same direction as the sliding member 45 moves toward the fixed casing 7 by the rotation of the rotation plate 42, and when the rotation plate 42 returns to its original position, the spring 47 biases the spring 70. It moves to the rotating plate 42 side. Further, electrodes 71, 71 are arranged at a predetermined distance concentrically with the axle 39 in the moving range of the dielectric 70, and the dielectric 70 moves forward and backward in the gap between the electrodes 71, 71. .
[0065]
FIG. 11 is a circuit diagram of the torque detector shown in FIG. A pulse of a predetermined voltage is applied to one of the electrodes 71, 71 from a microcomputer provided in the control unit 26 (see FIG. 8), and the other is grounded. When the sliding member slides toward the fixed casing due to the rotation of the rotating plate, and the dielectric 70 moves, the dielectric 70 is inserted into the gap between the electrodes 71, 71, and the amount of movement corresponds to the amount of movement. As a result, the capacitance of the electrodes 71, 71 increases, so that the pulse applied from the microcomputer becomes a sawtooth pulse having a low height. This pulse is applied to a DC conversion converter 60, where it is converted into an averaged signal and then applied to an amplifier 61. When the amplified signal is input to the microcomputer, the microcomputer compares the input amplified signal with the reference signal, calculates the amount of movement of the dielectric 70, and controls the drive of the electric motor according to the calculated amount of movement.
[0066]
In this embodiment, the dielectric is moved by the sliding member. However, the present invention is not limited to this. Needless to say, the electrode may be moved by the sliding member. Absent.
[0067]
FIG. 12 is a side sectional view showing still another configuration of the torque detecting section, in which torque is detected by a change in magnetic flux density. An annular magnet 74 is provided at an end of the sliding member 45 opposite to the rotating plate 42, and a magnetic detector 75 such as a Hall element or a magnetoresistive element is mounted on the fixed casing 6 so as to face the magnet 74. It is. In such a torque detecting unit, when a torque is applied, the rotating plate 42 rotates, and the magnet 74 moves as the sliding member 45 slides toward the fixed casing 7 side. It approaches the detector 75. When the magnet 74 approaches the magnetic detector 75, the magnetic flux density in the magnetic detector 75 increases and the output of the magnetic detector 75 increases, so that the magnitude of the applied torque can be detected.
[0068]
In the present embodiment, a magnet is provided on the sliding member. However, the present invention is not limited to this. The magnet may be provided on the sliding member and the magnet may be provided on the fixed casing 6. Needless to say.
[0069]
FIG. 13 is a side sectional view showing the configuration of still another torque detector according to the present invention, in which a torque is detected by a change in a light receiving position of reflected light. An annular reflecting plate 77 is provided at an end of the sliding member 45 opposite to the rotating plate 42, and a light emitting unit 78 including a lens and an LED (light emitting diode) and a PSD (semiconductor position) are provided in the fixed casing 7. An optical section 80 including a light receiving section 79 having a detecting element or an optical position detecting element) or a linear CCD (charge transfer device) or the like is mounted to face the reflection plate 77.
[0070]
FIG. 14 is a partially enlarged view of the optical unit 80 and the reflection plate 77 shown in FIG. The light emitted from the LED 78b is converged by the lens 78a, enters the reflector 77 at a predetermined incident angle, and is reflected by the reflector 77. On the path of the reflected light, the light receiving section 79 is arranged so as to receive the reflected light at a substantially right angle.
[0071]
In such a torque detecting unit, when a torque is applied, the rotating plate 42 rotates, and the reflecting plate 77 moves as the sliding member 45 slides toward the fixed casing 7 side. It approaches the light emitter 78. When the reflection plate 77 approaches the light emitter 78 as shown by the broken line in FIG. 14, the reflected light path moves in parallel as shown by the dashed line in FIG. Is shifted in parallel. Therefore, the magnitude of the applied torque can be detected by determining the change in the light receiving position.
[0072]
In the present embodiment, the reflection plate is provided on the sliding member. However, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that the sliding member may be provided with an optical unit.
[0073]
【The invention's effect】
As described in detail above, the torque detecting device for an electric bicycle according to the first aspect of the present invention can accurately detect a human torque that changes delicately with a compact configuration. Further, since the torque is detected by moving in the axial direction, the amount of displacement can be increased, and accurate and fine torque can be detected.
[0074]
In the torque detecting device for an electric bicycle according to the second, third, fourth and fifth inventions, a change in torque can be accurately converted to axial movement with a relatively simple configuration, and failure occurs. hard.
[0075]
In the torque detecting device for the electric bicycle according to the sixth, seventh, eighth and ninth inventions, the present invention has excellent effects such that the amount of movement converted in the axial direction can be accurately and finely detected. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a final stage pulley.
FIG. 2 is a front view showing a configuration of a final stage pulley.
FIG. 3 is another side sectional view showing the configuration of the last-stage pulley.
FIG. 4 is a circuit diagram of a detection unit showing one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a waveform chart at each point in the circuit shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a side sectional view showing the configuration of another final stage pulley of the electric bicycle showing one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an overall perspective view of an electric bicycle showing one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a front view showing a configuration of the board-like casing shown in FIG.
FIG. 9 is a side sectional view showing a configuration of another detection unit according to the present invention.
FIG. 10 is a side sectional view showing a configuration of another detection unit according to the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram of a detection unit shown in FIG. 9;
FIG. 12 is a side sectional view showing a configuration of still another detection unit.
FIG. 13 is a side sectional view showing a configuration of still another detection unit according to the present invention.
FIG. 14 is a partially enlarged view of the optical unit and the reflector shown in FIG.
[Explanation of symbols]
40 elastic body (spring)
39 axles
42 Input side rotating body (rotating plate)
44 Inclined part
45 Sliding member
46 protrusion
47 Elastic body (spring)
48 Magnetic Materials (Ferrite)
49 coils
51 Conversion member
52 detecting section (torque detecting section)
53 Input side rotating body (rotating plate)
29 Rotating body on output side (final stage pulley)
54 screw gear
55 Magnetic material (ferrite)
56 coils
57 Conversion member
58 Torque detector
70 Dielectric
71 electrodes
74 magnet
75 Magnetic detector
77 Reflector
78 Light emitting unit
79 Receiver
80 Optical part

Claims

A human-powered drive unit that rotates wheels by a pedaling force; and an electric-powered driving unit that rotates the wheels by driving an electric motor, detects a human-powered torque generated by the pedaling force, and performs the electric drive based on the detected torque. In an electric bicycle that controls the rotational drive of the unit, an elastic body that expands and contracts by the pedaling force of the pedal and transmits the pedaling force to the wheel, and a conversion member that converts expansion and contraction of the elastic body into movement of the wheel in the axle direction, A spring for urging the conversion member in the axle direction, and a torque detection unit for detecting the amount of movement of the conversion member are provided, and a disk-shaped casing provided on the hub of the wheel and including a rotating casing and a fixed casing is provided. The electric motor and the elastic body, a conversion member, a torque detection unit are built in, the torque detection unit is disposed on the outer periphery of the conversion member, and the conversion member is disposed around the axle. Torque detection for an electric bicycle, wherein the amount of expansion and contraction of the elastic body provided on the rotating casing is detected as an electric signal by the torque detecting unit provided on the fixed casing. apparatus.

The torque detecting device for an electric bicycle according to claim 1, wherein the torque detecting unit extracts the torque based on an electric signal.

An input-side rotator that is rotated by input of torque and an output-side rotator disposed coaxially with the input-side rotator are provided, and the input-side rotator and the output-side rotator are the elastic members. The torque detecting device for an electric bicycle according to claim 1, wherein the power is transmitted by:

The conversion member is slidable in the axial direction with an input-side rotator that is rotated by expansion and contraction of the elastic body, an inclined portion that is protruded from the input-side rotator and whose end is inclined. A sliding member provided on the input member, a projection formed on the sliding member so as to contact the inclined portion, and an elastic body for urging the sliding member in the direction of the rotating body on the input side. 3. The torque detecting device for an electric bicycle according to 3.

The conversion member includes a screw gear formed around the axis, an input-side rotator that is rotated by expansion and contraction of the elastic body and is movable in the axial direction, and the screw gear that is formed on the input-side rotator. The torque detecting device for an electric bicycle according to claim 3, further comprising:

2. The torque detecting section includes a magnetic member or a conductive member, and a coil disposed near the magnetic member or the conductive member, one of which is moved in the axial direction by the conversion member. The torque detecting device for an electric bicycle according to the above.

The torque detecting unit includes an electrode pair disposed facing each other at a required distance, and a dielectric disposed so as to be insertable into a gap between the electrode pairs, one of which is moved in the axial direction by the conversion member. The torque detecting device for an electric bicycle according to claim 1, wherein

2. The electric motor according to claim 1, wherein the torque detection unit includes a magnetic body and a magnetic detector arranged to face the magnetic body, one of which is moved in the axial direction by the conversion member. 3. Bicycle torque detector.

The torque detecting unit includes a reflector that reflects light, a light emitting unit that emits light to the reflector, and an optical unit that includes a light receiving unit that receives light reflected from the reflector and detects the light receiving position. 2. The torque detecting device for an electric bicycle according to claim 1, further comprising: a reflection plate or an optical unit that is moved in an axial direction by the conversion member.