JP3953210B2 - Torque detection device for electric bicycle - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は電動自転車のトルク検出装置に関し、特にたとえば自転車にバッテリと電動モータを搭載して、搭乗者の踏力トルクを検出して電動モータの駆動力を付加してアシスト走行する電動自転車のトルク検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、自転車にバッテリおよび電動モータを搭載して搭乗者の人力(踏力)に電動モータの補助動力を適宜付加して走行する電動自転車が実用化されている。
この電動自転車は、搭乗者が発生する踏力トルクの大きさに応じて電動モータの補助動力を発生するように構成されており、そのために踏力トルクを検出するトルク検出装置を装備している。たとえば特開平4−100790号公報[B62M23/02]に開示されているように、人的駆動力を捩り棒に作用させ、その捩れの大きさをポテンショメータ(回転角検出器)で検出したり、あるいは捩り棒に張りつけた歪みゲージで検出する方式のものが知られている。また、特開平4−244496号公報[B60L15/20]に開示されているように、チェーンの張力を検出する方式のものも知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような捩り棒の捩り角度をポテンショメータや歪みゲージにより人的駆動力を検出する従来の方式では、ポテンショメータや歪みゲージが回転する捩り棒に取付けられているため、これらの検出信号を回転側から車体側(固定側)に伝達するために固定部に変位を伝達する機構が必要になり、構造が複雑で高価になると共に、摩耗による劣化で信頼性や耐久性に問題がある。
【0004】
また、チェーンの張力を検出する方式のものでは露出部が多く、チェーンの張力を外部から容易に変更できるため、危険である。
それゆえに、この発明の主たる目的は、構成が簡単で損傷や劣化が生じにく小型化が可能でしかも剛性に優れた電動自転車のトルク検出装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明は、自転車にバッテリと電動モータを搭載し、搭乗者の踏力に電動モータの駆動力を付加して走行する電動自転車において、ペダルにより回転するクランク部材、センサー収納部を有するリング状のセンサーケース部材、前記クランク部材と前記センサーケース部材とで回転可能に挟持固定される駆動歯車ホイール(36)、前記センサー収納部に収納されかつ受圧部材(92)を有するトルクセンサを備え、前記駆動歯車ホイールには、前記リング状のセンサーケース部材を嵌め込み可能な中心開孔(36a)、および前記中心開孔と連通し前記センサー収納部を配置せしめる溝部(96)が形成されており、前記センサー収納部は、前記溝部の一端と他端の間に設けられ、前記受圧部材は、前記溝部の一端により押圧される、電動自転車のトルク検出装置である。
【0006】
【作用】
ペダルにより回転するクランク部材とセンサー収納部を有するリング状のセンサーケース部材とで駆動歯車ホイールを回転可能に挟持固定すると共に、センサー収納部に収納されたトルクセンサの受圧部材に駆動歯車ホイールに形成された押圧手段により、ペダルの回転力に伴うトルクが付与される。
【0007】
【発明の効果】
この発明によれば、搭乗者の踏力トルクを検出するトルクセンサはクランク回転部に内蔵することができるから、小型で性能の良いトルク検出装置を簡単な機構で提供する。また、センサー収納部に対するトルクセンサの挿入も側面から容易に行うことができ検出装置の組立ても簡単になる。
【0008】
【実施例】
この発明の一実施例を図1〜図8に基づいて説明する。
先ず図1はトルク検出装置10を備えた電動自転車12を示し、この自転車12は、本体フレーム14の前部に前輪16及びハンドル18を備え、本体フレーム14の後部には後輪20を備えている。
【0009】
また、本体フレーム14の略中央部には上端にサドル22を備えるシートチューブ24が配備され、このシートチューブ24の下端には、図2に示すようにペダル機構26を枢支したボトムブラケット28が配備されている。
ペダル機構26は、ボトムブラケット28に枢支されたクランク軸30と、このクランク軸30の両端に固定されたクランクアーム32,32と、このクランクアーム32の各先端に枢支されたペダル34、34と、クランク軸30の右側に相対回転可能に嵌められたスプロケットよりなる駆動歯車ホイール36を備えている。
【0010】
また、後輪20の車軸40に嵌められたスプロケットよりなる従動歯車ホイール(図示されず)と駆動歯車ホイール36との間に無端状のチェーン42が張設され、後輪20に対して搭乗者の人力による駆動力が伝達される。後輪20の径は、前輪16の径よりも2/3と小さく構成することによりデザイン面の向上と小型軽量化を可能としている。
【0011】
本体フレーム14には、シートチューブ24と後輪20の間に位置するフレーム部44おいて人力による駆動力を補助する補助動力ユニット46が取付基板48を介して装着されている。この補助動力ユニット46は、補助動力源としての直流電動モータ50とこのモータの電源となるバッテリ52とを備え、更にモータ50の出力軸54にはモータプーリ56が固定されている。このモータプーリ56と後輪20のリム58の左側に略同径で一体成形された回転体としての従動プーリ60との間には直流電動モータ50の補助動力を後輪20に直接伝達する帯状伝動ベルト62が張設されている。
【0012】
そして、直流電動モータ50の回転数は、モータ出力軸54に固定されたモータプーリ56の径と後輪20のリム58と一体成形された従動プーリ60の径の関係で後輪には減速して伝達される。この減速比は1/10〜1/20の範囲で適宜設定されるが、1/10の減速比が望ましい。この場合には、直流電動モータ50の最大出力時で電動自転車のアシスト走行速度は時速24Kmとなる。
【0013】
たとえば、モータプーリ56の半径をrcm、従動プーリ60の半径を10rcmとした場合、減速比は2πr/20πr=1/10となり、直流電動モータ50の回転数は1/10に減速されて後輪20に伝達される。
また、この帯状伝動ベルト62の張力を調節するためにベルトに当接する回転ローラ64とこのローラをベルトに押圧付勢するコイルばね66を有する張力自動調節装置68を取付基板48に装着している。
【0014】
直流電動モータ50の出力は、以下に説明するトルク検出装置10からのトルク信号に基づいてマイコンを含む制御部(図示されず)で制御される。すなわち、このトルク検出装置10を構成するトルクセンサは、たとえば踏力トルクを印加することにより磁化が変化する磁歪材料を使用した円柱状の磁歪素子10aと、この磁歪素子10aの磁化の変化によりインダクタンスが変化する磁歪検出コイル10bとで構成される磁歪センサが望ましい。
【0015】
次にこのトルク検出装置10について図3〜図8に基づき説明する。
トルク検出装置10を配置したクランク回転部70は、ボトムブラケット28に挿通された筒状のクランク軸受72に軸支されるクランク軸30と、クランク軸受72のホイール側端部にハンガリング73を介して係止される円板状のスリップリング部74と、右側のクランクアーム32の基端に固定された円盤状の取付板76と、三面を開口するセンサー収納部78を突出して一体形成したリング状のセンサーケース部材80と、駆動歯車ホイール36および回転側スリップリング部82を含む。
【0016】
そして、回転側スリップリング部82を円盤状の取付板76とリング状のセンサーケース部材80の間に介在すると共に、センサーケース部材80に形成したリング状の段部80aに駆動歯車ホイール36の中心部に形成した略円形状の中心開孔36aを嵌めこみ、螺子等の止具を用いてセンサーケース部材80と取付板76との間で駆動歯車ホイール36を回転可能に挟持固定している。更に、クランク軸30にコイルスプリング38を挿入すると共に、固定側のスリップリング部74はコイルスプリング38により回転側スリップリング部82に押しつけられて接触状態を保持する。また、固定側スリップリング部74と回転側スリップリング部82の間にリング状のスポンジ部材84を配置して外部からの塵埃や水の侵入を防止すると共に、クランクアーム32の基端部をナット等の止具86を用いてクランク軸30に固定している。
【0017】
一方センサーケース部材80に形成されたセンサー収納部78には、図7に示すように検出コイル10bを巻回したボビン88に挿入された磁歪素子10aが受圧板90を介して横方向から収納され、更に磁歪素子10aの先端面に球面状受圧部材92を設けてケース蓋94によりセンサー収納部78は受圧部材92の球面部が露出するように閉塞されている。また、磁歪素子10aの両面にテフロン(登録商標)シートを貼り付けることにより材料の凹凸を吸収し、面全体で均一に受圧することができる。センサーケース部材80およびケース蓋94を磁性体で構成すると精度のよいトルク検出を行うことができる。
【0018】
更に、クランクアーム32に固定された取付板76とリング状のセンサーケース部材80の間に回転可能に挟持固定された駆動歯車ホイール36にはセンサー収納部78を配置せしめる横長状溝部96が形成されている。この溝部96は駆動歯車ホイール36の中心開孔36aと連通し、その一端縁96aはセンサー収納部78に収納された球面状受圧部材92を介して磁歪素子10aに駆動歯車ホイール36の回転力、すなわちペダル34からクランクアーム32を介して伝達される搭乗者の人力による踏力トルクを受けることになる。なお、この溝部96に臨むクランクアーム32の取付板76にも対応する切欠部98を形成している。また、横長状溝部96の他端縁96bと対向するセンサー収納部78にはU字状板ばね100を配置して受圧部材92が常にこの溝部96の一端縁96aに当接するようにしている。
【0019】
そして、踏力トルクの変動により磁歪素子10aに磁化の変化が生じ、この磁化の変化により磁歪検出コイル10bのインダクタンスが変化する。このインダクタンス変化を磁歪検出コイル10bで電気信号に変換してマイコンを含む制御部で処理する。その処理結果に基づき直流電動モータ50の補助動力が調整されて人力による踏力トルクに付加され、アシスト走行が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例である電動自転車の全体構成を示す図解図である。
【図2】図1における要部を拡大した斜視図である。
【図3】図2におけるクランク回転部を右側から見た要部平面図である。
【図4】図3におけるA−A矢視の断面図である。
【図5】この発明の一実施例におけるクランク回転部の組み立て状態を示す要部斜視図である。
【図6】図5におけるクランク回転部の組み立て状態を示す要部平面図である。
【図7】図6におけるB−B矢視の断面図である。
【図8】図5に示すクランク回転部の分解斜面図であある。
【符号の説明】
10 …トルク検出装置
10a …磁歪素子
10b …磁歪検出コイル
12 …電動自転車
14 …本体フレーム
30 …クランク軸
32 …クランクアーム
36 …駆動歯車ホイール
36a …中心開孔
50 …直流電動モータ
70 …クランク回転部
72 …クランク軸受
76 …取付板
78 …センサー収納部
80 …センサーケース部材
92 …受圧部材
94 …ケース蓋
96 …横長状溝部
96a …一端縁[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a torque detection device for an electric bicycle, and in particular, for example, a battery and an electric motor mounted on a bicycle, detects a pedaling force torque of a passenger, and adds a driving force of the electric motor to detect the torque of the electric bicycle. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
Recently, an electric bicycle that has a battery and an electric motor mounted on the bicycle and appropriately adds auxiliary power of the electric motor to the human power (stepping force) of a passenger has been put into practical use.
This electric bicycle is configured to generate auxiliary power of the electric motor in accordance with the magnitude of the pedaling force torque generated by the passenger, and is equipped with a torque detection device for detecting the pedaling force torque for that purpose. For example, as disclosed in JP-A-4-100790 [B62M23 / 02], a human driving force is applied to a torsion bar, and the magnitude of the torsion is detected by a potentiometer (rotation angle detector). Alternatively, a method of detecting with a strain gauge attached to a torsion bar is known. Further, as disclosed in JP-A-4-244496 [B60L15 / 20], there is also known a system for detecting the tension of a chain.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method in which the torsion angle of the torsion bar as described above is used to detect the human driving force with a potentiometer or strain gauge, the potentiometer or strain gauge is attached to the rotating torsion bar. In order to transmit from the vehicle body side (fixed side) to the vehicle body, a mechanism for transmitting the displacement to the fixed portion is required, the structure is complicated and expensive, and there is a problem in reliability and durability due to deterioration due to wear.
[0004]
In addition, the method of detecting the chain tension is dangerous because there are many exposed portions and the chain tension can be easily changed from the outside.
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a main object of the present invention is to provide a torque detector for an electric bicycle that has a simple structure, is less likely to be damaged or deteriorated, can be reduced in size, and has excellent rigidity.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an electric bicycle in which a battery and an electric motor are mounted on a bicycle and the driving force of the electric motor is added to the rider's stepping force, and a crank member that is rotated by a pedal, and a ring-shaped sensor having a sensor housing portion. A drive gear wheel (36) rotatably held between the crank member and the sensor case member; a torque sensor housed in the sensor housing portion and having a pressure receiving member (92); The wheel is formed with a central opening (36a) into which the ring-shaped sensor case member can be fitted, and a groove (96) in communication with the central opening for disposing the sensor storage portion. parts, said provided between the one end and the other end of the groove, the pressure receiving member is pressed by one end of the groove, electrostatic A torque detection device of the bicycle.
[0006]
[Action]
A drive gear wheel is rotatably clamped and fixed by a crank member rotated by a pedal and a ring-shaped sensor case member having a sensor housing portion, and formed on the pressure receiving member of a torque sensor housed in the sensor housing portion. Torque associated with the rotational force of the pedal is applied by the pressed means.
[0007]
【The invention's effect】
According to the present invention, the torque sensor for detecting the pedaling force torque of the occupant can be incorporated in the crank rotating portion, so that a small and high performance torque detecting device is provided with a simple mechanism. Further, the torque sensor can be easily inserted into the sensor storage portion from the side surface, and the detection device can be easily assembled.
[0008]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, FIG. 1 shows an electric bicycle 12 equipped with a
[0009]
In addition, a seat tube 24 having a saddle 22 at the upper end is disposed at a substantially central portion of the
The
[0010]
Further, an endless chain 42 is stretched between a driven gear wheel (not shown) made of a sprocket fitted to the
[0011]
An
[0012]
The rotational speed of the DC
[0013]
For example, when the radius of the
Further, in order to adjust the tension of the belt-
[0014]
The output of the DC
[0015]
Next, the
The crank rotation unit 70 in which the
[0016]
The rotation-side slip ring portion 82 is interposed between the disc-shaped mounting
[0017]
On the other hand, the
[0018]
Further, the
[0019]
Then, a change in magnetization occurs in the magnetostrictive element 10a due to fluctuations in the pedaling torque, and the inductance of the magnetostrictive detection coil 10b changes due to this change in magnetization. This inductance change is converted into an electrical signal by the magnetostriction detection coil 10b and processed by a control unit including a microcomputer. On the basis of the processing result, the auxiliary power of the DC
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an illustrative view showing an overall configuration of an electric bicycle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged perspective view of a main part in FIG.
FIG. 3 is a plan view of a main part when the crank rotation part in FIG. 2 is viewed from the right side;
4 is a cross-sectional view taken along arrow AA in FIG. 3;
FIG. 5 is a perspective view of a principal part showing an assembled state of a crank rotating part in one embodiment of the present invention.
6 is a plan view of relevant parts showing an assembled state of the crank rotation part in FIG. 5. FIG.
7 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
FIG. 8 is an exploded perspective view of the crank rotation unit shown in FIG. 5;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
ペダルにより回転するクランク部材、
センサー収納部を有するリング状のセンサーケース部材、
前記クランク部材と前記センサーケース部材とで回転可能に挟持固定される駆動歯車ホイール、
前記センサー収納部に収納されかつ受圧部材を有するトルクセンサ、を備え、
前記駆動歯車ホイールには、前記リング状のセンサーケース部材を嵌め込み可能な中心開孔(36a)、および前記中心開孔と連通し前記センサー収納部を配置せしめる溝部(96)が形成されており、
前記センサー収納部は、前記溝部の一端と他端の間に設けられ、
前記受圧部材は、前記溝部の一端により押圧される、電動自転車のトルク検出装置。In an electric bicycle that runs with a battery and an electric motor mounted on the bicycle and the driving force of the electric motor is added to the pedaling force of the passenger,
A crank member rotated by a pedal,
A ring-shaped sensor case member having a sensor housing,
A drive gear wheel rotatably clamped and fixed by the crank member and the sensor case member;
A torque sensor housed in the sensor housing section and having a pressure receiving member,
The drive gear wheel is formed with a central opening (36a) into which the ring-shaped sensor case member can be fitted, and a groove (96) in communication with the central opening and in which the sensor housing portion is disposed.
The sensor storage portion is provided between one end and the other end of the groove portion,
The torque detection device for an electric bicycle, wherein the pressure receiving member is pressed by one end of the groove .
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