JP4864166B1 - Torque detection device, torque detection device unit, and electrically assisted bicycle - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で漕ぎ出し直後から人力によるペダル踏力を算出することが可能なトルク検出装置を得る。
【解決手段】トルク検出装置２０は、クランク軸７に設けられる軸部回転体３０と、軸部回転体３０とコイルバネ５０を介して連結され、チェーン１０が噛み合わされる歯部４０ｄが外周部に形成された歯部回転体４０と、軸部回転体３０に設けられ、等間隔角度でＮ極、Ｓ極の順に磁石３７，３８が配置された支持部３２と、歯部回転体４０に設けられ、支持部３２と同じ等間隔角度でＮ極、Ｓ極の順に磁石４７，４８が配置された支持部４２と、所定の電気角だけずらして配置され、支持部３２の磁界を略正弦波状の検出信号として検出するホールセンサー３５，３６と、所定の電気角だけずらして配置され、支持部４２の磁界を略正弦波状の検出信号として検出するホールセンサー４５，４６と、を備えたものである。
【選択図】図６A torque detection device capable of calculating pedal force by human power immediately after starting rowing with a simple configuration.
A torque detector 20 includes a shaft rotating body 30 provided on a crankshaft 7 and a toothed portion 40d connected to the shaft rotating body 30 via a coil spring 50 and meshed with a chain 10 on an outer peripheral portion. Provided on the formed tooth portion rotating body 40 and the shaft portion rotating body 30, and provided on the tooth portion rotating body 40, a support portion 32 in which magnets 37 and 38 are arranged in order of N pole and S pole at equal intervals. And the support part 42 in which the magnets 47 and 48 are arranged in the order of the N pole and the S pole at the same equal angle as the support part 32 and are shifted by a predetermined electrical angle, and the magnetic field of the support part 32 is substantially sinusoidal. Hall sensors 35 and 36 that detect the detection signals as the detection signals, and Hall sensors 45 and 46 that are arranged by being shifted by a predetermined electrical angle and detect the magnetic field of the support 42 as a substantially sinusoidal detection signal. is there.
[Selection] Figure 6
Description
本発明は、電動アシスト自転車に使用されるトルク検出装置、このトルク検出装置を備えたトルク検出装置ユニット、及びこのトルク検出装置又はこのトルク検出装置ユニットを備えた電動アシスト自転車に関するものである。 The present invention relates to a torque detection device used in a power-assisted bicycle, a torque detection device unit including the torque detection device, and a torque detection device or a power-assisted bicycle including the torque detection device unit.
従来より、人力で駆動する自転車に電気駆動系を並列に付加し、人力によるペダル踏力の変化（つまり、ペダルと接続されたクランク軸に作用する踏み込みトルク）に基づいて電気駆動系の出力を制御し、これによって人力によるペダル踏力を補助する電動アシスト自転車が実施されている。このような従来の電動アシスト自転車には、クランク軸に作用する踏み込みトルクを検出するトルク検出装置として、ポテンショメーターを用いたトルク検出装置や磁歪材を用いたトルク検出装置等、種々の方式のものが採用されている。 Conventionally, an electric drive system is added in parallel to a bicycle driven by human power, and the output of the electric drive system is controlled based on the change in pedal depression force caused by human power (that is, the stepping torque acting on the crankshaft connected to the pedal). Thus, an electrically assisted bicycle that assists pedaling force by human power has been implemented. Such conventional electric assist bicycles include various types of torque detection devices that detect the stepping torque acting on the crankshaft, such as a torque detection device using a potentiometer and a torque detection device using a magnetostrictive material. It has been adopted.
また、従来の電動アシスト自転車には、磁気センサーを用いてクランク軸に作用する踏み込みトルクを非接触で検出することにより、トルク検出装置の構造の簡易化を図ったものも提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載のトルク検出装置は、クランク軸に設けられる軸部回転体と、該軸部回転体と弾性体を介して連結され、チェーンが噛み合わされる歯部が外周部に形成された歯部回転体と、を備えている。これら軸部回転体及び歯部回転体のそれぞれには等間隔角度で配置された複数の磁石が設けられている。そして、特許文献１に記載の電動自転車は、これら磁石が磁気センサーの下方を通過する際に検出する検出パルスの時間間隔により、軸部回転体及び歯部回転体それぞれの位相を算出し、これら位相の位相差に基づいてクランク軸に作用する踏み込みトルクを求めている。 In addition, a conventional electric assist bicycle has been proposed in which the structure of the torque detection device is simplified by detecting the stepping torque acting on the crankshaft in a non-contact manner using a magnetic sensor (for example, Patent Document 1). The torque detection device described in Patent Document 1 includes a shaft portion rotating body provided on a crankshaft, and a shaft portion that is connected to the shaft portion rotating body via an elastic body, and a tooth portion that meshes with a chain is formed on the outer peripheral portion. And a tooth part rotating body. Each of the shaft portion rotating body and the tooth portion rotating body is provided with a plurality of magnets arranged at equal intervals. The electric bicycle described in Patent Document 1 calculates the phases of the shaft rotating body and the tooth rotating body based on the time intervals of detection pulses detected when these magnets pass below the magnetic sensor, The stepping torque acting on the crankshaft is obtained based on the phase difference.
電動アシスト自転車においては、道路交通法施行規則により、人力によるペダル踏力を補助する際に付与できる出力（アシスト力）が人力によるペダル踏力の２倍までと規定されている。しかしながら、特許文献１に記載の電動アシスト自転車は、検出パルスの時間間隔により軸部回転体及び歯部回転体の位相を検出するため、軸部回転体及び歯部回転体をある程度回転させなければこれらの位相を算出できないという課題があった。このため、特許文献１に記載の電動アシスト自転車は、漕ぎ出し直後に最適なアシスト力を付与できないという課題があった。 In electrically assisted bicycles, the road traffic law enforcement regulations stipulate that the output (assist force) that can be applied when assisting the pedaling force by human power is up to twice the pedaling force by human power. However, since the electric assist bicycle described in Patent Document 1 detects the phase of the shaft rotator and the tooth rotator based on the detection pulse time interval, the shaft rotator and the tooth rotator must be rotated to some extent. There was a problem that these phases could not be calculated. For this reason, the electrically assisted bicycle described in Patent Document 1 has a problem in that an optimum assist force cannot be applied immediately after rowing.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で漕ぎ出し直後から人力によるペダル踏力を算出することが可能で、漕ぎ出し直後から最適なアシスト力を付与することを可能とするトルク検出装置、このトルク検出装置を備えたトルク検出装置ユニット、及びこのトルク検出装置又はこのトルク検出装置ユニットを備えた電動アシスト自転車を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to calculate the pedaling force by human power immediately after starting rowing with a simple configuration, and to provide optimum assist force immediately after starting rowing. It is an object of the present invention to provide a torque detection device that can perform this, a torque detection device unit that includes the torque detection device, and an electric assist bicycle that includes the torque detection device or the torque detection device unit.
本発明に係るトルク検出装置は、電動アシスト自転車に使用されるトルク検出装置であって、人力駆動系のクランク軸に設けられる軸部回転体と、軸部回転体と弾性体を介して連結され、チェーンが噛み合わされる歯部が外周部に形成された歯部回転体と、軸部回転体に設けられ、等間隔角度でＮ極、Ｓ極の順に第１の着磁部材が配置された第１の支持部と、歯部回転体に設けられ、等間隔角度でＮ極、Ｓ極の順に第２の着磁部材が配置された第２の支持部と、第１の着磁部材の磁界を略正弦波状の検出信号として検出する第１のホールセンサーと、第１のホールセンサーと所定の電気角だけずらして配置され、第１の着磁部材の磁界を略正弦波状の検出信号として検出する第２のホールセンサーと、第２の着磁部材の磁界を略正弦波状の検出信号として検出する第３のホールセンサーと、第３のホールセンサーと所定の電気角だけずらして配置され、第２の着磁部材の磁界を略正弦波状の検出信号として検出する第４のホールセンサーと、を備えたものである。 A torque detection device according to the present invention is a torque detection device used for an electrically assisted bicycle, and is connected via a shaft rotating body provided on a crankshaft of a human-powered drive system, a shaft rotating body and an elastic body. The tooth part with which the chain is engaged is provided on the tooth part rotating body formed on the outer peripheral part and the shaft part rotating body, and the first magnetized member is arranged in order of N pole and S pole at equal intervals. A first support part, a second support part provided on the tooth rotor, wherein the second magnetizing member is arranged in the order of N poles and S poles at equally spaced angles, and the first magnetizing member A first hall sensor that detects the magnetic field as a substantially sinusoidal detection signal, and a first hall sensor that is shifted from the first hall sensor by a predetermined electrical angle, and the magnetic field of the first magnetized member is used as a substantially sinusoidal detection signal. The second Hall sensor to be detected and the magnetic field of the second magnetized member are detected in a substantially sinusoidal shape. A third hall sensor that detects signals as a signal, and a fourth hall sensor that is arranged with a predetermined electrical angle shifted from the third hall sensor and detects the magnetic field of the second magnetized member as a substantially sinusoidal detection signal. And.
また、本発明に係るトルク検出装置ユニットは、上記のトルク検出装置と、クランク軸と、このクランク軸の両端部にクランクバーを介して接続されたペダルと、を備えたものである。 A torque detection device unit according to the present invention includes the torque detection device described above, a crankshaft, and pedals connected to both ends of the crankshaft via crank bars.
また、本発明に係る電動アシスト自転車は、上記のトルク検出装置又は上記のトルク検出装置ユニットを備えたものである。 Moreover, the electrically assisted bicycle according to the present invention includes the torque detection device or the torque detection device unit.
本発明においては、第１のホールセンサー及び第２のホールセンサーの検出値に基づいて軸部回転体の位相を算出し、第３のホールセンサー及び第４のホールセンサーの検出値に基づいて歯部回転体の位相を算出するので、漕ぎ出し直後（つまり、ペダル踏力によって軸部回転体が回転し、弾性体は弾性変形しているが、歯部回転体は未だ回転していない状態）から軸部回転体及び歯部回転体の位相を検出することができる。このため、本発明においては、簡単な構成で、漕ぎ出し直後から人力によるペダル踏力を算出することができ、漕ぎ出し直後から最適なアシスト力を付与することができる。 In the present invention, the phase of the shaft rotating body is calculated based on the detection values of the first hall sensor and the second hall sensor, and the teeth are calculated based on the detection values of the third hall sensor and the fourth hall sensor. Since the phase of the rotator is calculated, immediately after rowing (that is, the shaft rotator is rotated by the pedal depression force, the elastic body is elastically deformed, but the tooth rotator is not yet rotated). The phases of the shaft rotor and the tooth rotor can be detected. For this reason, in the present invention, with a simple configuration, it is possible to calculate the pedal effort by human power immediately after starting rowing, and it is possible to apply the optimum assist force immediately after starting rowing.
実施の形態．
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係るトルク検出装置、このトルク検出装置を備えたトルク検出装置ユニット、及びこのトルク検出装置又はこのトルク検出装置ユニットを備えた電動アシスト自転車について説明する。なお、以下に示す図面では、各構成要素の形状や大きさ等が図面ごとに異なる場合がある。また、以下に示すトルク検出装置、このトルク検出装置を備えたトルク検出装置ユニット、及びこのトルク検出装置又はこのトルク検出装置ユニットを備えた電動アシスト自転車は、あくまでも一例である。以下の図面に示す構成により、本発明に係るトルク検出装置、このトルク検出装置を備えたトルク検出装置ユニット、及びこのトルク検出装置又はこのトルク検出装置ユニットを備えた電動アシスト自転車の構成が限定されるものではない。
Embodiment.
Hereinafter, a torque detection device according to an embodiment of the present invention, a torque detection device unit including the torque detection device, and an electric assist bicycle including the torque detection device or the torque detection device unit will be described with reference to the drawings. explain. In the drawings shown below, the shape, size, and the like of each component may vary from drawing to drawing. Further, the torque detection device described below, the torque detection device unit including the torque detection device, and the torque detection device or the electrically assisted bicycle including the torque detection device unit are merely examples. The configurations shown in the following drawings limit the configurations of the torque detection device according to the present invention, the torque detection device unit including the torque detection device, and the torque detection device or the electrically assisted bicycle including the torque detection device unit. It is not something.
図１は、本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車を示す左側面図である。
電動アシスト自転車１の主要な骨格部分は、例えば金属管製のフレーム２によって構成されている。このフレーム２の前方には、前輪５が配置されている。前輪５には、前輪５を操舵するためのハンドル３が接続されており、ハンドル３は、フレーム２の前部に設けられたヘッドパイプ２ａに回転自在に保持されている。また、ヘッドパイプ２ａには、夜間等に電動アシスト自転車１の前方を照射するライト１１が設けられている。
FIG. 1 is a left side view showing an electrically assisted bicycle according to an embodiment of the present invention.
The main skeleton part of the electric assist bicycle 1 is constituted by a frame 2 made of a metal tube, for example. A front wheel 5 is disposed in front of the frame 2. A handle 3 for steering the front wheel 5 is connected to the front wheel 5, and the handle 3 is rotatably held by a head pipe 2 a provided at the front portion of the frame 2. The head pipe 2a is provided with a light 11 for irradiating the front of the electric assist bicycle 1 at night or the like.
フレーム２の略中央部の上側には、サドル４が設けられている。また、サドル４の下方（つまり、フレーム２の略中央部の下側）には、人力駆動系となるクランク軸７、クランクバー８Ｌ，８Ｒ、及びペダル９Ｌ，９Ｒが設けられている。クランク軸７は、左右方向に沿って配置されたものであり、その左側端部にはクランクバー８Ｌを介してペダル９Ｌが接続され、その右側端部にはクランクバー８Ｒを介してペダル９Ｒが接続されている。また、クランクバー８Ｌ及びクランクバー８Ｒの延設方向は、クランク軸７を中心として互いに１８０°回転した位置となっている。 A saddle 4 is provided on the upper side of the substantially central portion of the frame 2. A crankshaft 7, crank bars 8L and 8R, and pedals 9L and 9R serving as a manual drive system are provided below the saddle 4 (that is, below the substantially central portion of the frame 2). The crankshaft 7 is disposed along the left-right direction. A pedal 9L is connected to the left end of the crankshaft 7 via a crank bar 8L, and a pedal 9R is connected to the right end of the crank shaft 7 via a crank bar 8R. It is connected. Further, the extending direction of the crank bar 8L and the crank bar 8R is a position rotated by 180 ° with respect to the crank shaft 7.
このクランク軸７は、トルク検出装置２０の略中央部を貫通して、トルク検出装置２０と接続されている。このトルク検出装置２０は、その外周部に歯部が形成されており、当該歯部に噛み合わされたチェーン１０により後輪６と接続されている。つまり、ペダル９Ｌ，９Ｒに人力によるペダル踏力が付与されると、このペダル踏力は、クランク軸７、トルク検出装置２０及びチェーン１０を介して後輪６に伝達されることとなる。
なお、トルク検出装置２０は、人力によるペダル踏力（つまり、クランク軸７に作用する踏み込みトルク）を検出する際にも用いられるものであり、詳細構成については後述する。
The crankshaft 7 passes through a substantially central portion of the torque detection device 20 and is connected to the torque detection device 20. The torque detection device 20 has teeth formed on the outer periphery thereof, and is connected to the rear wheel 6 by a chain 10 meshed with the teeth. That is, when a pedaling force by human power is applied to the pedals 9L and 9R, the pedaling force is transmitted to the rear wheel 6 via the crankshaft 7, the torque detection device 20, and the chain 10.
The torque detection device 20 is also used when detecting pedal depression force by human power (that is, depression torque acting on the crankshaft 7), and the detailed configuration will be described later.
また、電動アシスト自転車１には、バッテリー２１、コントローラー２２、手元コンソール２３及びモーター２４が設けられている。手元コンソール２３は、ユーザーがアシスト力のＯＮ・ＯＦＦ等を入力するものである。この入力値は、コントローラー２２に出力される。コントローラー２２は、トルク検出装置２０の検出値及び手元コンソール２３からの入力値に基づき、人力によるペダル踏力を算出するものである。また、コントローラー２２は、このペダル踏力に対応したアシスト力を算出し、当該アシスト力が付与されるようにモーター２４を制御するものである。モーター２４は、例えば前輪５の回転軸と接続されており、例えば前輪５にアシスト力を付与するものである。バッテリー２１は、コントローラー２２やモーター２４の駆動電力を供給するものである。 In addition, the battery-assisted bicycle 1 is provided with a battery 21, a controller 22, a hand console 23, and a motor 24. The hand console 23 is used by the user to input ON / OFF of the assist force. This input value is output to the controller 22. The controller 22 calculates pedal effort by human power based on the detection value of the torque detection device 20 and the input value from the hand console 23. The controller 22 calculates an assist force corresponding to the pedal depression force, and controls the motor 24 so that the assist force is applied. The motor 24 is connected to the rotating shaft of the front wheel 5, for example, and applies an assist force to the front wheel 5, for example. The battery 21 supplies driving power for the controller 22 and the motor 24.
（トルク検出装置２０の詳細構成）
続いて、本実施の形態１に係るトルク検出装置２０の詳細構成について説明する。
(Detailed configuration of torque detector 20)
Next, a detailed configuration of the torque detection device 20 according to the first embodiment will be described.
図２及び図３は、本発明の実施の形態に係るトルク検出装置を示す斜視図である。なお、図２は、フレーム２側（図１の紙面奥側）から見たトルク検出装置２０を示す斜視図である。また、図３は、クランクバー８Ｌ側（図１の紙面手前側）から見たトルク検出装置２０を示す斜視図である。なお、図２及び図３ではフレーム２とクランクバー８Ｌとの間にトルク検出装置２０を配置した場合を例に説明するが、トルク検出装置２０は、フレーム２とクランクバー８Ｒとの間に配置してもよい。 2 and 3 are perspective views showing a torque detector according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the torque detection device 20 as viewed from the frame 2 side (the back side in FIG. 1). FIG. 3 is a perspective view showing the torque detection device 20 as viewed from the crank bar 8L side (the front side in FIG. 1). 2 and 3, an example in which the torque detection device 20 is disposed between the frame 2 and the crank bar 8L will be described. However, the torque detection device 20 is disposed between the frame 2 and the crank bar 8R. May be.
図２及び図３に示すように、トルク検出装置２０は、軸部回転体３０及び歯部回転体４０を備えている。
軸部回転体３０は、クランク軸７に取り付けられるものであり、略円板形状をしている。この軸部回転体３０の外周部には、コイルバネ５０が配置される切欠き３０ａが形成されている。そして、この切欠き３０ａには、コイルバネ５０の一方の端部に挿入される凸部３０ｂが形成されている。なお、本実施の形態では複数の切欠き３０ａを形成しているが、切欠き３０ａの個数は任意である。後述のように、コイルバネ５０は、軸部回転体３０に付与された踏み込みトルクを歯部回転体４０に伝達するものである。このため、切欠き３０ａの個数（つまり、コイルバネ５０の設置個数）は、使用されるコイルバネ５０の弾性力等を勘案して適宜決定すればよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the torque detection device 20 includes a shaft rotating body 30 and a tooth rotating body 40.
The shaft rotating body 30 is attached to the crankshaft 7 and has a substantially disk shape. A cutout 30 a in which the coil spring 50 is disposed is formed on the outer peripheral portion of the shaft rotating body 30. The notch 30 a is formed with a convex portion 30 b that is inserted into one end of the coil spring 50. In the present embodiment, a plurality of notches 30a are formed, but the number of notches 30a is arbitrary. As will be described later, the coil spring 50 transmits the stepping torque applied to the shaft portion rotating body 30 to the tooth portion rotating body 40. For this reason, the number of notches 30a (that is, the number of installed coil springs 50) may be appropriately determined in consideration of the elastic force of the coil springs 50 used.
軸部回転体３０の一方の面（フレーム２側の面）には、クランク軸７が挿入されるクランク軸挿入部３１が形成されている。つまり、軸部回転体３０は、クランク軸７の軸心を中心として、クランク軸７と共に回転するものである。なお、クランク軸７と軸部回転体３０（より詳しくはクランク軸挿入部３１）との固定方法は、従来より用いられている公知の固定方法を用いればよい。また、軸部回転体３０のこの面（フレーム２側の面）には、例えば略リング形状の支持部３２（第１の支持部）が設けられている。なお、本実施の形態では、軸部回転体３０と支持部３２とを別部品として構成しているが、軸部回転体３０と支持部３２とを一体形成してもよい。 A crankshaft insertion portion 31 into which the crankshaft 7 is inserted is formed on one surface (the surface on the frame 2 side) of the shaft portion rotating body 30. That is, the shaft portion rotating body 30 rotates with the crankshaft 7 around the axis of the crankshaft 7. In addition, what is necessary is just to use the well-known fixing method conventionally used for the fixing method of the crankshaft 7 and the axial part rotary body 30 (more specifically, the crankshaft insertion part 31). Further, for example, a substantially ring-shaped support portion 32 (first support portion) is provided on this surface (the surface on the frame 2 side) of the shaft rotating body 30. In addition, in this Embodiment, although the axial part rotary body 30 and the support part 32 are comprised as a separate component, you may form the axial part rotary body 30 and the support part 32 integrally.
この支持部３２には、等間隔角度で複数の凹部３３が形成されている。これら凹部３３には、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８が交互に配置される（後述の図６参照）。なお、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８は、種々の磁石（例えばネオジウム磁石やフェライト磁石等）を使用することができ、磁石の種類を限定するものではない。例えば、多極磁石として、支持部３２とＮ極磁石３７及びＳ極磁石３８とを一体形成してもよい。ここで、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８が、本発明における第１の着磁部材に相当する。 A plurality of recesses 33 are formed in the support portion 32 at equal intervals. In these recesses 33, N-pole magnets 37 and S-pole magnets 38 are alternately arranged (see FIG. 6 described later). In addition, the N pole magnet 37 and the S pole magnet 38 can use various magnets (for example, a neodymium magnet, a ferrite magnet, etc.), and the kind of magnet is not limited. For example, the support portion 32, the N-pole magnet 37, and the S-pole magnet 38 may be integrally formed as a multipole magnet. Here, the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38 correspond to the first magnetized member in the present invention.
また、軸部回転体３０の他方の面（クランクバー８Ｌ側の面）には、クランクバー８Ｌが取り付けられている。なお、クランクバー８Ｌの取り付け方法は、任意である。例えば、軸部回転体３０のクランク軸挿入部３１に挿入されたクランク軸７の端部に、クランクバー８Ｌを取り付けてもよい。また例えば、トルク検出装置ユニットとしてトルク検出装置２０と共にクランク軸７、クランクバー８Ｌ，８Ｒ及びペダル９Ｌ，９Ｒを販売する等の場合、クランクバー８Ｌと軸部回転体３０を一体形成しても勿論よい。 The crank bar 8L is attached to the other surface (the surface on the crank bar 8L side) of the shaft rotating body 30. In addition, the attachment method of the crank bar 8L is arbitrary. For example, the crank bar 8L may be attached to the end portion of the crankshaft 7 inserted into the crankshaft insertion portion 31 of the shaft portion rotating body 30. For example, when selling the crankshaft 7, the crankbars 8L and 8R, and the pedals 9L and 9R together with the torque detector 20 as a torque detector unit, the crankbar 8L and the shaft rotating body 30 may be integrally formed. Good.
歯部回転体４０は、略リング形状をしており、外周部にはチェーン１０が噛み合わされる歯部４０ｄが形成されている。また歯部回転体４０の内周部の直径は、軸部回転体３０に設けられた支持部３２の外周部の直径よりも若干大きく形成されている。歯部回転体４０の内周部に軸部回転体３０の支持部３２を挿入し、歯部回転体４０に形成された係止部４０ｃで軸部回転体３０を係止することにより、歯部回転体４０は、軸部回転体３０に回転自在に取り付けられる。なお、歯部回転体４０の軸部回転体３０への取り付け構造は、本実施の形態に示す構造に限定されるものではない。クランク軸７の軸心を中心として歯部回転体４０が回転自在となるように歯部回転体４０を軸部回転体３０へ取り付ける構造であれば、両者の取り付け構造は任意である。 The tooth part rotating body 40 has a substantially ring shape, and a tooth part 40d with which the chain 10 is engaged is formed on the outer peripheral part. Further, the diameter of the inner peripheral portion of the tooth portion rotating body 40 is formed to be slightly larger than the diameter of the outer peripheral portion of the support portion 32 provided on the shaft portion rotating body 30. The support portion 32 of the shaft portion rotating body 30 is inserted into the inner peripheral portion of the tooth portion rotating body 40, and the shaft portion rotating body 30 is locked by the locking portion 40c formed on the tooth portion rotating body 40. The part rotating body 40 is rotatably attached to the shaft part rotating body 30. In addition, the attachment structure to the shaft part rotary body 30 of the tooth part rotary body 40 is not limited to the structure shown in this Embodiment. As long as the toothed portion rotating body 40 is attached to the shaft portion rotating body 30 so that the toothed portion rotating body 40 is rotatable around the axis of the crankshaft 7, the attachment structure of both is arbitrary.
また、歯部回転体４０には、軸部回転体３０の切欠き３０ａと整合する位置に、コイルバネ５０が配置される開口部４０ａが形成されている。そして、この開口部４０ａには、コイルバネ５０の他方の端部（つまり、切欠き３０ａの凸部３０ｂが挿入される端部と反対側の端部）に挿入される凸部４０ｂが形成されている。 In addition, an opening 40 a in which the coil spring 50 is disposed is formed in the tooth portion rotating body 40 at a position aligned with the notch 30 a of the shaft portion rotating body 30. The opening 40a is formed with a convex portion 40b that is inserted into the other end of the coil spring 50 (that is, the end opposite to the end where the convex portion 30b of the notch 30a is inserted). Yes.
歯部回転体４０一方の面（フレーム２側の面）には、例えば略リング形状の支持部４２（第２の支持部）が設けられている。より詳しくは、支持部４２の内周部の直径は軸部回転体３０に設けられた支持部３２の外周部の直径よりも大きく形成されており、支持部４２は支持部３２の外周側に配置されている。なお、本実施の形態では、歯部回転体４０と支持部４２とを別部品として構成しているが、歯部回転体４０と支持部４２とを一体形成してもよい。 For example, a substantially ring-shaped support portion 42 (second support portion) is provided on one surface (surface on the frame 2 side) of the tooth portion rotating body 40. More specifically, the diameter of the inner peripheral portion of the support portion 42 is formed larger than the diameter of the outer peripheral portion of the support portion 32 provided on the shaft rotating body 30, and the support portion 42 is located on the outer peripheral side of the support portion 32. Has been placed. In addition, in this Embodiment, although the tooth | gear part rotary body 40 and the support part 42 are comprised as a separate component, you may form the tooth | gear part rotary body 40 and the support part 42 integrally.
この支持部４２には、支持部３２の凹部３３と同じ等間隔角度で、複数の凹部４３が形成されている。これら凹部４３には、Ｎ極磁石４７及びＳ極磁石４８が交互に配置される（後述の図６参照）。なお、Ｎ極磁石４７及びＳ極磁石４８は、種々の磁石（例えばネオジウム磁石やフェライト磁石等）を使用することができ、磁石の種類を限定するものではない。例えば、多極磁石として、支持部４２とＮ極磁石４７及びＳ極磁石４８とを一体形成してもよい。ここで、Ｎ極磁石４７及びＳ極磁石４８が、本発明における第２の着磁部材に相当する。 A plurality of concave portions 43 are formed in the support portion 42 at the same equiangular angles as the concave portions 33 of the support portion 32. N-pole magnets 47 and S-pole magnets 48 are alternately arranged in these recesses 43 (see FIG. 6 described later). Various magnets (for example, a neodymium magnet and a ferrite magnet) can be used for the N-pole magnet 47 and the S-pole magnet 48, and the type of magnet is not limited. For example, the support part 42, the N-pole magnet 47, and the S-pole magnet 48 may be integrally formed as a multipole magnet. Here, the N-pole magnet 47 and the S-pole magnet 48 correspond to the second magnetized member in the present invention.
また、本実施の形態に係るトルク検出装置２０には、図４に示すように、支持部３２の磁界（より詳しくは、支持部３２に設けられたＮ極磁石３７及びＳ極磁石３８の磁界）を検出するホールセンサー３５（第１のホールセンサー）及びホールセンサー３６（第２のホールセンサー）が設けられている。また、ホールセンサー３５及びホールセンサー３６は支持部３２の回転軌跡上に設けられており、ホールセンサー３５とホールセンサー３６とは電気角で９０°ずれた位置に配置されている。同様に、本実施の形態に係るトルク検出装置２０には、図４に示すように、支持部４２の磁界（より詳しくは、支持部４２に設けられたＮ極磁石４７及びＳ極磁石４８の磁界）を検出するホールセンサー４５（第３のホールセンサー）及びホールセンサー４６（第４のホールセンサー）が設けられている。また、ホールセンサー４５及びホールセンサー４６は支持部４２の回転軌跡上に設けられており、ホールセンサー４５とホールセンサー４６とは電気角で９０°ずれた位置に配置されている。 In addition, as shown in FIG. 4, the torque detection device 20 according to the present embodiment includes a magnetic field of the support portion 32 (more specifically, magnetic fields of the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38 provided on the support portion 32. ) Is detected, and a hall sensor 36 (second hall sensor) is provided. In addition, the hall sensor 35 and the hall sensor 36 are provided on the rotation locus of the support portion 32, and the hall sensor 35 and the hall sensor 36 are disposed at positions shifted by 90 ° in electrical angle. Similarly, in the torque detection device 20 according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the magnetic field of the support portion 42 (more specifically, the N-pole magnet 47 and the S-pole magnet 48 provided on the support portion 42. A hall sensor 45 (third hall sensor) and a hall sensor 46 (fourth hall sensor) for detecting a magnetic field are provided. In addition, the hall sensor 45 and the hall sensor 46 are provided on the rotation locus of the support portion 42, and the hall sensor 45 and the hall sensor 46 are disposed at positions shifted by 90 ° in electrical angle.
本実施の形態においては、これらホールセンサー３５、ホールセンサー３６、ホールセンサー４５及びホールセンサー４６は、シールドカバー７０（より詳しくは、後述するシールドカバー７０の平板部７１）に設けられている。このシールドカバー７０は、支持部３２、ホールセンサー３５、ホールセンサー３６、支持部４２、ホールセンサー４５及びホールセンサー４６の回りを覆うような形状となっている。 In the present embodiment, the hall sensor 35, the hall sensor 36, the hall sensor 45, and the hall sensor 46 are provided on a shield cover 70 (more specifically, a flat plate portion 71 of the shield cover 70 described later). The shield cover 70 is shaped to cover the support portion 32, the hall sensor 35, the hall sensor 36, the support portion 42, the hall sensor 45, and the hall sensor 46.
より詳しくは、シールドカバー７０は、平板部７１、内周側縁部７２及び外周側縁部７３を備えている。平板部７１は、略リング形状の平板であり、支持部３２及び支持部４２と所定の間隔をあけて対向配置されている。内周側縁部７２は、平板部７１の内周側端部から支持部３２及び支持部４２の方向に突設された縁部である。この内周側縁部７２には、ベアリング６０の外輪６１が挿入されている。そして、ベアリング６０は、その内輪に軸部回転体３０のクランク軸挿入部３１が挿入されている。これにより、クランク軸７、軸部回転体３０（支持部３２）及び歯部回転体４０（支持部４２）が回転した際にも、シールドカバー７０が回転しない構成となっている。外周側縁部７３は、平板部７１の外周側端部から支持部３２及び支持部４２の方向に突設された縁部である。 More specifically, the shield cover 70 includes a flat plate portion 71, an inner peripheral side edge portion 72, and an outer peripheral side edge portion 73. The flat plate portion 71 is a substantially ring-shaped flat plate, and is disposed to face the support portion 32 and the support portion 42 with a predetermined interval. The inner peripheral edge 72 is an edge projecting from the inner peripheral end of the flat plate portion 71 toward the support portion 32 and the support portion 42. The outer ring 61 of the bearing 60 is inserted into the inner peripheral edge 72. And as for the bearing 60, the crankshaft insertion part 31 of the axial part rotation body 30 is inserted in the inner ring | wheel. Thus, the shield cover 70 does not rotate even when the crankshaft 7, the shaft rotating body 30 (supporting part 32), and the toothed part rotating body 40 (supporting part 42) rotate. The outer peripheral edge 73 is an edge projecting from the outer peripheral end of the flat plate portion 71 in the direction of the support portion 32 and the support portion 42.
本実施の形態に係るトルク検出装置２０はクランク軸７に取り付けられることとなる。このとき、クランク軸７の形状（例えば表面形状等）によっては支持部３２や支持部４２の磁界（磁束）に影響を及ぼす場合がある。また、クランク軸７の形状は、各メーカーによって異なる場合がある。この場合、クランク軸７が支持部３２や支持部４２の磁界（磁束）に及ぼす影響は、クランク軸７の形状ごとに異なるものとなる。しかしながら、本実施の形態に係るシールドカバー７０（支持部３２、ホールセンサー３５、ホールセンサー３６、支持部４２、ホールセンサー４５及びホールセンサー４６の回りを覆うシールドカバー）を設けることにより、クランク軸７が支持部３２や支持部４２の磁界（磁束）に影響を及ぼすことを防止することができる。つまり、クランク軸７の形状にかかわらず、共通仕様のトルク検出装置２０を採用することができる。 The torque detection device 20 according to the present embodiment is attached to the crankshaft 7. At this time, depending on the shape (for example, the surface shape) of the crankshaft 7, the magnetic field (magnetic flux) of the support portion 32 and the support portion 42 may be affected. Further, the shape of the crankshaft 7 may differ depending on each manufacturer. In this case, the influence of the crankshaft 7 on the magnetic field (magnetic flux) of the support portion 32 and the support portion 42 varies depending on the shape of the crankshaft 7. However, the crankshaft 7 is provided by providing the shield cover 70 (the shield cover covering the support portion 32, the hall sensor 35, the hall sensor 36, the support portion 42, the hall sensor 45, and the hall sensor 46) according to the present embodiment. Can be prevented from affecting the magnetic field (magnetic flux) of the support portion 32 and the support portion 42. That is, regardless of the shape of the crankshaft 7, the common specification torque detection device 20 can be employed.
（ホールセンサーと支持部の位置関係）
ここで、本実施の形態に係るトルク検出装置２０においては、ホールセンサーと支持部を次のような位置関係で配置している。なお、ホールセンサー４５，４６と支持部４２の位置関係は、ホールセンサー３５，３６と支持部３２の位置関係と同様になる。このため、以下では、ホールセンサー３５，３６と支持部３２の位置関係について説明する。
(Relationship between Hall sensor and support)
Here, in the torque detection device 20 according to the present embodiment, the Hall sensor and the support portion are arranged in the following positional relationship. The positional relationship between the hall sensors 45 and 46 and the support portion 42 is the same as that between the hall sensors 35 and 36 and the support portion 32. Therefore, hereinafter, the positional relationship between the hall sensors 35 and 36 and the support portion 32 will be described.
図５は、本発明の実施の形態に係るホールセンサーと支持部との位置関係を示す説明図である。以下、この図５を用いて、後述の図８を参照しながら、ホールセンサー３５，３６と支持部３２の位置関係について説明する。
従来より、ロータリーエンコーダー等においては、多極着磁リング磁石（多極磁石で形成されたリング状部材）と磁気ヘッドとを、図８のような位置関係で配置している。つまり、図８に示すように、多極着磁リング磁石１０１の磁極間隔をｄとした場合、磁気ヘッド１０２と多極着磁リング磁石１０１との距離ｈがｈ≧ｄを満たすように、磁気ヘッド１０２及び多極着磁リング磁石１０１を配置している。このように、磁気ヘッド１０２及び多極着磁リング磁石１０１を配置することにより、磁気ヘッド１０２の検出信号を略正弦波形状とすることができる。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the hall sensor and the support portion according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, the positional relationship between the hall sensors 35 and 36 and the support portion 32 will be described with reference to FIG.
Conventionally, in a rotary encoder or the like, a multipolar magnetized ring magnet (ring-shaped member formed of a multipolar magnet) and a magnetic head are arranged in a positional relationship as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 8, when the magnetic pole interval of the multipolar magnetized ring magnet 101 is d, the magnetic distance is set so that the distance h between the magnetic head 102 and the multipolar magnetized ring magnet 101 satisfies h ≧ d. A head 102 and a multipolar magnetized ring magnet 101 are disposed. In this manner, by arranging the magnetic head 102 and the multipolar magnetized ring magnet 101, the detection signal of the magnetic head 102 can be formed into a substantially sine wave shape.
本実施の形態に係るホールセンサー３５，３６と支持部３２の位置関係に着目すると（図５）、ホールセンサーは磁石の極性を判定できるものであるため、ホールセンサー３５，３６を支持部３２（つまり、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８）から所定の距離だけ離して配置することにより、ホールセンサー３５，３６の検出信号を略正弦波形状とすることができる。このとき、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８を凹部３３に取り付けた本実施の形態に係る支持部３２においても、当業者は通常、上述した磁気ヘッド１０２及び多極着磁リング磁石１０１の位置関係に倣ってホールセンサー３５，３６及び支持部３２を配置するはずである。つまり、当業者は通常、次式（１）を満たすようにホールセンサー３５，３６を配置するはずである。
ｈ１≧ｄ…（１）
ここで、ｈ１は、支持部３２のＮ極磁石３７及びＳ極磁石３８とホールセンサー３５，３６との間の最短距離を示す。また、ｄは、Ｎ極磁石３７とＳ極磁石３８の中心間距離を示す。つまり、ｄは、｛支持部３２（つまり、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８）の走行軌跡の直径｝／（Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８の数）を示す。
Focusing on the positional relationship between the hall sensors 35 and 36 and the support portion 32 according to the present embodiment (FIG. 5), the hall sensor can determine the polarity of the magnet. In other words, the detection signals of the Hall sensors 35 and 36 can be formed in a substantially sine wave shape by disposing them by a predetermined distance from the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38). At this time, even in the support portion 32 according to the present embodiment in which the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38 are attached to the concave portion 33, those skilled in the art usually position the magnetic head 102 and the multipole magnetized ring magnet 101 described above. The hall sensors 35 and 36 and the support portion 32 should be arranged following the relationship. That is, those skilled in the art should normally arrange the Hall sensors 35 and 36 so as to satisfy the following expression (1).
h1 ≧ d (1)
Here, h <b> 1 indicates the shortest distance between the N-pole magnet 37 and S-pole magnet 38 of the support portion 32 and the Hall sensors 35 and 36. D indicates the distance between the centers of the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38. That is, d indicates {the diameter of the travel locus of the support portion 32 (that is, the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38)} / (the number of the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38).
しかしながら、出願人は、鋭意検討を重ねることにより、次式（２）を満たすようにホールセンサー３５，３６を配置することにより、ホールセンサー３５，３６の検出信号が略正弦波形状になることを見出した。
ｈ１≧ｄ’…（２）
ここで、ｄ’は、Ｎ極磁石３７とＳ極磁石３８の最短距離を示す。つまり、ｄ’は、［｛支持部３２（つまり、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８）の走行軌跡の直径｝／（Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８の数）］−（Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８の直径）、を示す。
However, the applicant has made extensive studies and has arranged the hall sensors 35 and 36 to satisfy the following expression (2), so that the detection signals of the hall sensors 35 and 36 have a substantially sinusoidal shape. I found it.
h1 ≧ d ′ (2)
Here, d ′ represents the shortest distance between the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38. That is, d ′ is [{diameter of travel locus of support portion 32 (that is, N-pole magnet 37 and S-pole magnet 38)} / (number of N-pole magnet 37 and S-pole magnet 38)]-(N-pole magnet). 37 and the diameter of the S-pole magnet 38).
このため、本実施の形態に係るトルク検出装置２０は、次式（３）を満たすようにホールセンサー３５，３６を配置している。
ｄ’≦ｈ１＜ｄ…（３）
For this reason, in the torque detection device 20 according to the present embodiment, the hall sensors 35 and 36 are arranged so as to satisfy the following expression (3).
d ′ ≦ h1 <d (3)
このようにホールセンサー３５，３６を配置することにより、ホールセンサー３５，３６を従来よりも支持部３２に近づけて配置することができる。上述の図１からもわかるように、トルク検出装置２０は、電動アシスト自転車１のフレーム２とクランクバー８Ｌ（又はクランクバー８Ｒ）との間に配置されるものである。このため、トルク検出装置２０の厚みは極力薄い方が望ましい。したがって、本実施の形態のようにホールセンサー３５，３６を配置したトルク検出装置２０は、電動アシスト自転車１に搭載するトルク検出装置として非常に有用なものとなる。 By arranging the hall sensors 35 and 36 in this way, the hall sensors 35 and 36 can be arranged closer to the support portion 32 than in the prior art. As can be seen from FIG. 1 described above, the torque detection device 20 is disposed between the frame 2 of the electrically assisted bicycle 1 and the crank bar 8L (or the crank bar 8R). For this reason, it is desirable that the thickness of the torque detection device 20 be as thin as possible. Therefore, the torque detection device 20 in which the hall sensors 35 and 36 are arranged as in the present embodiment is very useful as a torque detection device mounted on the electric assist bicycle 1.
なお、本実施の形態に係るトルク検出装置２０は、ホールセンサー３５，３６，４５，４６をシールドカバー７０に取り付けているが、ホールセンサー３５，３６，４５，４６が取り付けられるセンサーブラケットを別途設けてもよい。また、支持部３２（つまり、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８）の高さと支持部４２（つまり、Ｎ極磁石４７及びＳ極磁石４８）の高さが異なっている場合、高さの高い支持部の磁界を検出するホールセンサーが次式（３）を満たすように、ホールセンサー３５，３６，４５，４６を配置すればよい。 In the torque detection device 20 according to the present embodiment, the hall sensors 35, 36, 45, and 46 are attached to the shield cover 70, but a sensor bracket to which the hall sensors 35, 36, 45, and 46 are attached is provided separately. May be. Further, when the height of the support portion 32 (that is, the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38) is different from the height of the support portion 42 (that is, the N-pole magnet 47 and the S-pole magnet 48), the height is high. The hall sensors 35, 36, 45, and 46 may be arranged so that the hall sensor that detects the magnetic field of the support portion satisfies the following expression (3).
また、本実施の形態では、ホールセンサー３５，３６を支持部３２の走行軌跡上に配置し、ホールセンサー４５，４６を支持部４２の走行軌跡上に配置したが、ホールセンサー３５，３６，４５，４６の配置位置はこれに限定されるものではない。例えば、ホールセンサー３５，３６を支持部３２の走行軌跡よりも内周側縁部７２寄りに配置し、ホールセンサー４５，４６を支持部４２の走行軌跡よりも外周側縁部７３寄りに配置してもよい。これにより、ホールセンサー３５，３６における支持部４２の磁界による影響を抑制でき、ホールセンサー４５，４６における支持部３２の磁界による影響を抑制できる。 In the present embodiment, the hall sensors 35 and 36 are arranged on the traveling locus of the support portion 32, and the hall sensors 45 and 46 are arranged on the traveling locus of the support portion 42. However, the hall sensors 35, 36, and 45 are arranged. , 46 is not limited to this. For example, the hall sensors 35 and 36 are arranged closer to the inner peripheral edge 72 than the travel locus of the support portion 32, and the hall sensors 45 and 46 are arranged closer to the outer periphery side edge 73 than the travel locus of the support portion 42. May be. Thereby, the influence by the magnetic field of the support part 42 in Hall sensors 35 and 36 can be suppressed, and the influence by the magnetic field of the support part 32 in Hall sensors 45 and 46 can be suppressed.
また、上述の式（２）及び式（３）は、略円柱形状のＮ極磁石３７及びＳ極磁石３８を支持部３２の凹部３３に設けた場合を想定したものとなっているが、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８の形状は任意である。例えば、支持部３２の走行軌跡と垂直方向にＮ極磁石３７及びＳ極磁石３８を見た場合、これらの形状が円形状でないとする。このような場合、式（２）及び式（３）のｄ’を算出する際、「Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８の直径」に換えて「Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８の走行軌跡方向の長さ」を用いればよい。 In addition, the above formulas (2) and (3) are assumed to be provided when the substantially cylindrical N-pole magnet 37 and S-pole magnet 38 are provided in the concave portion 33 of the support portion 32. The shape of the polar magnet 37 and the S polar magnet 38 is arbitrary. For example, when the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38 are viewed in the direction perpendicular to the travel locus of the support portion 32, it is assumed that these shapes are not circular. In such a case, when calculating d ′ in the equations (2) and (3), the “travel of the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38” is used instead of the “diameter of the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38”. The “length in the trajectory direction” may be used.
（トルク検出装置の位相検出方法）
図６は、本発明の実施の形態に係るトルク検出装置の位相検出方法を説明するための説明図である。なお、図６（ａ）は、支持部３２，４２とホールセンサー３５，３６，４５，４６との位置関係を示す説明図である。また、図６（ｂ）は、ホールセンサー３５，３６，４５，４６の検出波形を説明する説明図である。
以下、この図６及び上述の図１〜図５に基づき、本実施の形態に係るトルク検出装置２０の位相検出方法について説明する。
(Phase detection method of torque detector)
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a phase detection method of the torque detection device according to the embodiment of the present invention. FIG. 6A is an explanatory diagram showing the positional relationship between the support portions 32 and 42 and the hall sensors 35, 36, 45, and 46. FIG. 6B is an explanatory diagram for explaining detection waveforms of the hall sensors 35, 36, 45, 46.
Hereinafter, a phase detection method of the torque detection device 20 according to the present embodiment will be described based on FIG. 6 and FIGS. 1 to 5 described above.
上述のように、人力によるペダル踏力はクランク軸７を介して軸部回転体３０に伝達される。つまり、人力によるペダル踏力がペダル９Ｌ，９Ｒに付与されると、クランク軸７と共に軸部回転体３０が回転する。軸部回転体３０の回転に伴って、軸部回転体３０と歯部回転体４０とを接続するコイルバネ５０には人力によるペダル踏力（つまり、クランク軸７に作用する踏み込みトルク）が作用し、コイルバネ５０が圧縮される。そして、圧縮された際のコイルバネ５０の反力（弾性力）と人力によるペダル踏力とが釣り合った状態になると、歯部回転体４０が回転し始める。これにより、人力によるペダル踏力は、歯部回転体４０に噛み合わされたチェーン１０を介して、後輪６へ伝達される。つまり、軸部回転体３０と歯部回転体４０との間には、人力によるペダル踏力に相当する位相差△θが発生する。 As described above, the pedal effort by human power is transmitted to the shaft rotating body 30 via the crankshaft 7. That is, when the pedal effort by human power is applied to the pedals 9L and 9R, the shaft rotating body 30 rotates together with the crankshaft 7. Along with the rotation of the shaft portion rotating body 30, a pedal depression force by human power (that is, a stepping torque acting on the crankshaft 7) acts on the coil spring 50 connecting the shaft portion rotating body 30 and the tooth portion rotating body 40. The coil spring 50 is compressed. When the reaction force (elastic force) of the coil spring 50 when compressed and the pedal effort by human power are balanced, the tooth portion rotating body 40 starts to rotate. As a result, pedal effort by human power is transmitted to the rear wheel 6 via the chain 10 meshed with the toothed portion rotating body 40. That is, a phase difference Δθ corresponding to the pedaling force by human power is generated between the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body 40.
そこで、本実施の形態では、軸部回転体３０の位相と歯部回転体４０の位相を算出し、人力によるペダル踏力に相当するこれらの位相差を求めている。 Therefore, in the present embodiment, the phase of the shaft portion rotating body 30 and the phase of the tooth portion rotating body 40 are calculated, and these phase differences corresponding to the pedal effort by human power are obtained.
例えば、軸部回転体３０が初期位相状態（無負荷状態で回転し始める前の状態）のとき、ホールセンサー３５が、略正弦波状の検出波形の上限位置を検出するとする。同様に、歯部回転体４０が初期位相状態（無負荷状態で回転し始める前の状態）のとき、ホールセンサー４５が、略正弦波状の検出波形の上限位置を検出するとする。この状態で人力によるペダル踏力がペダル９Ｌ，９Ｒに付与され、軸部回転体３０及び歯部回転体４０が回転すると、ホールセンサー３５及びホールセンサー４５の検出信号は図６（ｂ）に示すものとなる。このため、コントローラー２２は、ホールセンサー３５及びホールセンサー４５から入力されるこれらの検出信号に基づき、人力によるペダル踏力に相当する位相差△θ（＝θ１−θ２）を算出することができる。 For example, when the shaft rotating body 30 is in an initial phase state (a state before starting to rotate in a no-load state), the Hall sensor 35 detects an upper limit position of a substantially sinusoidal detection waveform. Similarly, when the tooth rotator 40 is in an initial phase state (a state before starting to rotate in a no-load state), the Hall sensor 45 detects the upper limit position of a substantially sinusoidal detection waveform. In this state, when pedal force by human power is applied to the pedals 9L and 9R and the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body 40 rotate, the detection signals of the hall sensor 35 and the hall sensor 45 are as shown in FIG. It becomes. For this reason, the controller 22 can calculate the phase difference Δθ (= θ1−θ2) corresponding to the pedal effort by human power based on these detection signals input from the hall sensor 35 and the hall sensor 45.
このとき、本実施の形態に係るトルク検出装置２０はホールセンサー３６及びホールセンサー４６を備えているため、コントローラー２２は、これらホールセンサーの検出信号を用いることにより、軸部回転体３０及び歯部回転体４０の位相検出を開始した直後にこれらの位相の絶対値を算出することもできる。 At this time, since the torque detection device 20 according to the present embodiment includes the hall sensor 36 and the hall sensor 46, the controller 22 uses the detection signals of these hall sensors to obtain the shaft portion rotating body 30 and the tooth portion. The absolute value of these phases can also be calculated immediately after the phase detection of the rotator 40 is started.
例えば、ホールセンサー３５の検出信号が０の場合、ホールセンサー３６の検出信号が無ければ、コントローラー２２は、歯部回転体の位相が図６（ｂ）に示すＡ点であるのかＢ点であるのかの判別を行うことができない。一方、ホールセンサー３６の検出信号がコントローラー２２に入力されていれば、コントローラー２２は、ホールセンサー３５の検出信号が０でホールセンサー３６の検出信号が正の場合は軸部回転体３０の位相がＡ点であると判別することができ、ホールセンサー３５の検出信号が０でホールセンサー３６の検出信号が負の場合は軸部回転体３０の位相がＢ点であると判別することができる。つまり、コントローラー２２は、ホールセンサー３５及びホールセンサー３６の検出信号に基づき、軸部回転体３０の位相検出を開始した直後に、軸部回転体３０が電気角で何度ずれた状態か（つまり、θ１の値）を算出することができる。同様に、コントローラー２２は、ホールセンサー４５及びホールセンサー４６の検出信号に基づき、歯部回転体４０の位相検出を開始した直後に、歯部回転体４０が電気角で何度ずれた状態か（つまり、θ２の値）を算出することができる。 For example, when the detection signal of the hall sensor 35 is 0 and there is no detection signal of the hall sensor 36, the controller 22 determines whether the phase of the tooth portion rotating body is the point A shown in FIG. Cannot be determined. On the other hand, if the detection signal of the hall sensor 36 is input to the controller 22, the controller 22 determines that the phase of the shaft portion rotating body 30 is 0 when the detection signal of the hall sensor 35 is 0 and the detection signal of the hall sensor 36 is positive. When the detection signal of the Hall sensor 35 is 0 and the detection signal of the Hall sensor 36 is negative, it can be determined that the phase of the shaft rotating body 30 is the B point. That is, the controller 22 determines how many times the shaft rotating body 30 is deviated by the electrical angle immediately after starting the phase detection of the shaft rotating body 30 based on the detection signals of the hall sensor 35 and the hall sensor 36 (that is, , Θ1 value) can be calculated. Similarly, on the basis of the detection signals of the hall sensor 45 and the hall sensor 46, the controller 22 immediately determines how many times the tooth rotor 40 has shifted in electrical angle immediately after starting the phase detection of the tooth rotor 40 ( That is, the value of θ2 can be calculated.
なお、本実施の形態では、コントローラー２２は、例えば次のようにθ１及びθ２の値を算出している。ここで、θ１とθ２の算出方法は同様の方法を用いるので、以下ではθ１の算出方法について説明する。 In the present embodiment, the controller 22 calculates the values of θ1 and θ2 as follows, for example. Here, since the same calculation method is used as the calculation method of θ1 and θ2, the calculation method of θ1 will be described below.
ホールセンサー３５及びホールセンサー３６の振幅の最大値をｋとすると、ホールセンサー３５の検出信号Ｖ１及びホールセンサー３６の検出信号Ｖ２は、次式（４）及び次式（５）のように表すことができる。
Ｖ１＝ｋｓｉｎθ１…（４）
Ｖ２＝ｋｃｏｓθ１…（５）
そして、これら式（４）及び式（５）を用いることにより、θ１は次式（６）のように表すことができる。
θ１＝ｔａｎ-1｛（ｓｉｎθ１）／（ｃｏｓθ１）｝…（６）
When the maximum amplitude value of the hall sensor 35 and the hall sensor 36 is k, the detection signal V1 of the hall sensor 35 and the detection signal V2 of the hall sensor 36 are expressed by the following equations (4) and (5). Can do.
V1 = ksin θ1 (4)
V2 = k cos θ1 (5)
And using these Formula (4) and Formula (5), (theta) 1 can be represented like following Formula (6).
θ1 = tan −1 {(sin θ1) / (cos θ1)} (6)
このため、本実施の形態では、コントローラー２２は、ホールセンサー３５の検出信号をｓｉｎθ１とし、ホールセンサー３６の検出信号をｃｏｓθ１として、θ１を上記の式（６）から求めている。 振幅の最大値ｋは、支持部３２（より詳しくは、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８）とホールセンサー３６，３７の距離により変化する値である。また、振幅の最大値ｋは、支持部３２（より詳しくは、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８）によっても変化する。つまり、振幅の最大値ｋは、経年変化する値である。しかしながら、θ１を上記の式（６）から求めることにより、θ１の算出にｋを用いる必要がなくなり、θ１を経年変化の影響なく正確に求めることが可能となる。 For this reason, in the present embodiment, the controller 22 obtains θ1 from the above equation (6), where the detection signal of the hall sensor 35 is sin θ1 and the detection signal of the hall sensor 36 is cos θ1. The maximum value k of the amplitude is a value that changes depending on the distance between the support portion 32 (more specifically, the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38) and the Hall sensors 36 and 37. Further, the maximum value k of the amplitude varies depending on the support portion 32 (more specifically, the N-pole magnet 37 and the S-pole magnet 38). That is, the maximum value k of the amplitude is a value that changes over time. However, by obtaining θ1 from the above equation (6), it is not necessary to use k for calculating θ1, and θ1 can be obtained accurately without the influence of secular change.
また、本実施の形態では、コントローラー２２は、例えば次のように人力によるペダル踏力を算出している。コントローラー２２は、軸部回転体３０と歯部回転体４０の位相差と、人力によるペダル踏力と、を対応づけたテーブルや計算式を予め記憶している。そして、コントローラー２２は、上述のように算出された軸部回転体３０と歯部回転体４０の位相差をこのテーブルや計算式に代入し、人力によるペダル踏力を算出する。なお、このテーブルや計算式は、例えばコイルバネ５０のバネ常数に基づいて算出してもよいし、例えばシミュレーションにより求めてもよいし、例えば実測により求めてもよい。 Moreover, in this Embodiment, the controller 22 is calculating the pedal effort by human power as follows, for example. The controller 22 stores in advance a table and a calculation formula in which the phase difference between the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body 40 is associated with the pedal effort by human power. Then, the controller 22 substitutes the phase difference between the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body 40 calculated as described above into this table and calculation formula, and calculates the pedal effort by human power. In addition, this table and calculation formula may be calculated based on the spring constant of the coil spring 50, for example, may be obtained by simulation, or may be obtained by actual measurement, for example.
以上、このように本実施の形態に係るトルク検出装置２０を用いることにより、コントローラー２２は、軸部回転体３０及び歯部回転体４０の位相検出を開始した直後にこれらの位相の絶対値を算出することができるので、漕ぎ出し直後から人力によるペダル踏力を算出することができる。このため、漕ぎ出し直後から最適なアシスト力を付与することができる。 As described above, by using the torque detection device 20 according to the present embodiment as described above, the controller 22 calculates the absolute values of these phases immediately after starting the phase detection of the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body 40. Since it can be calculated, the pedal effort by human power can be calculated immediately after starting rowing. For this reason, an optimal assist force can be applied immediately after rowing.
なお、本実施の形態では、ホールセンサー３５とホールセンサー３６とを電気角で９０°ずれた位置に配置したが、ホールセンサー３５とホールセンサー３６のずれ角は電気角９０°に限定されるものではない。支持部３２の電気角０°から電気角３６０°の間には、ホールセンサー３５が同一の検出値を示す箇所が複数ある。この同一検出値がどの電気角となるかを判断できれば、ホールセンサー３５とホールセンサー３６のずれ角は任意である。
例えば、ホールセンサー３５とホールセンサー３６のずれ角がθｈの場合、上記の式（５）及び式（６）に換えて、次式（７）及び次式（８）を用いればよい。
Ｖ２＝ｋｓｉｎ（θ１＋θｈ）…（７）
θ１＝ｔａｎ-1［Ｖ１／｛（Ｖ２−Ｖ１ｃｏｓθｈ）／ｓｉｎθｈ｝］…（８）
同様に、ホールセンサー４５とホールセンサー４６のずれ角も任意である。
In the present embodiment, the hall sensor 35 and the hall sensor 36 are arranged at positions shifted by 90 ° in electrical angle. However, the deviation angle between the hall sensor 35 and the hall sensor 36 is limited to an electrical angle of 90 °. is not. Between the electrical angle 0 ° and the electrical angle 360 ° of the support portion 32, there are a plurality of places where the Hall sensor 35 shows the same detection value. If it is possible to determine which electrical angle is the same detection value, the deviation angle between the hall sensor 35 and the hall sensor 36 is arbitrary.
For example, when the deviation angle between the hall sensor 35 and the hall sensor 36 is θh, the following equations (7) and (8) may be used instead of the above equations (5) and (6).
V2 = ksin (θ1 + θh) (7)
θ1 = tan −1 [V1 / {(V2−V1 cos θh) / sin θh}] (8)
Similarly, the deviation angle between the hall sensor 45 and the hall sensor 46 is also arbitrary.
また、本実施の形態では、軸部回転体３０と歯部回転体とを圧縮式のコイルバネ５０で接続したが、軸部回転体３０と歯部回転体とを接続する弾性体は種々のものを用いることができる。例えば、軸部回転体３０と歯部回転体とを接続する弾性体として、ゴムや引っ張り式のコイルバネを用いてもよい。また例えば、図７に示すように、軸部回転体３０と歯部回転体とを接続する弾性体として、板バネを用いてもよい。なお、図７に示すトルク検出装置２０は、軸部回転体３０とクランクバー８Ｌが一体形成されており、軸部回転体３０の外周部から複数の板バネ５１が延設されている。そして、これら板バネ５１の端部が歯部回転体４０の突片４０ｅに固定されることで、軸部回転体３０と歯部回転体４０とが接続されている。本実施の形態に示したトルク検出装置２０は、支持部３２，４２とホールセンサー３５，３６，４５，４６との距離が重要であるため、軸部回転体３０と歯部回転体４０の位置関係が回転軸方向（クランク軸７の軸心方向）に対してずれないようにすることが望ましい。軸部回転体３０と歯部回転体とを板バネ５１で接続することにより、位置ずれ防止用の構成を別途設けなくとも軸部回転体３０と歯部回転体４０の回転軸方向のずれを防止でき、トルク検出装置２０を安価に製造することができる。 Further, in this embodiment, the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body are connected by the compression coil spring 50, but there are various elastic bodies that connect the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body. Can be used. For example, rubber or a tension type coil spring may be used as an elastic body that connects the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body. Further, for example, as shown in FIG. 7, a leaf spring may be used as an elastic body that connects the shaft portion rotating body 30 and the tooth portion rotating body. In the torque detector 20 shown in FIG. 7, the shaft portion rotating body 30 and the crank bar 8 </ b> L are integrally formed, and a plurality of plate springs 51 are extended from the outer peripheral portion of the shaft portion rotating body 30. And the axial part rotary body 30 and the tooth part rotary body 40 are connected by fixing the edge part of these leaf | plate springs 51 to the protrusion 40e of the tooth part rotary body 40. FIG. In the torque detection device 20 shown in the present embodiment, since the distance between the support portions 32 and 42 and the hall sensors 35, 36, 45, and 46 is important, the position of the shaft portion rotating body 30 and the tooth portion rotating body 40. It is desirable that the relationship does not deviate with respect to the rotation axis direction (axial direction of the crankshaft 7). By connecting the shaft rotator 30 and the tooth rotator with a leaf spring 51, the shaft rotator 30 and the tooth rotator 40 can be displaced in the direction of the rotation axis without providing a separate misalignment prevention structure. The torque detection device 20 can be manufactured at a low cost.
また、本実施の形態では、軸部回転体３０と歯部回転体４０の位相差を検出する際に初期補正を特に行っていないが、軸部回転体３０と歯部回転体４０の位相差を検出する際に初期補正を行ってもよい。例えば、トルク検出装置２０の構成部品の製作誤差や組立誤差等により、支持部３２とホールセンサー３５，３６との位置関係や支持部４２とホールセンサー４５，４６との位置関係が変化する。これにより、軸部回転体３０及び歯部回転体４０に負荷（ペダル踏力）がかかっていない状態において、軸部回転体３０と歯部回転体４０との間に位相差が生じてしまう場合がある。この初期位相差を予めコントローラー２２に記憶させ、軸部回転体３０と歯部回転体４０の位相差を検出する際、上記のように検出された軸部回転体３０と歯部回転体４０の位相差をこの初期位相差で補正することにより、軸部回転体３０と歯部回転体４０の位相差をより正確に算出することができる。 Further, in the present embodiment, initial correction is not particularly performed when detecting the phase difference between the shaft portion rotating body 30 and the tooth portion rotating body 40, but the phase difference between the shaft portion rotating body 30 and the tooth portion rotating body 40. Initial correction may be performed when detecting. For example, the positional relationship between the support portion 32 and the hall sensors 35 and 36 and the positional relationship between the support portion 42 and the hall sensors 45 and 46 change due to manufacturing errors and assembly errors of the components of the torque detection device 20. Thereby, in a state where no load (pedal pedaling force) is applied to the shaft portion rotating body 30 and the tooth portion rotating body 40, a phase difference may occur between the shaft portion rotating body 30 and the tooth portion rotating body 40. is there. When the initial phase difference is stored in the controller 22 in advance and the phase difference between the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body 40 is detected, the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body 40 detected as described above are detected. By correcting the phase difference with the initial phase difference, the phase difference between the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body 40 can be calculated more accurately.
また、本実施の形態では、凹部４３が凹部３３と同じ等間隔角度となるように支持部４２を構成した。しかしながら、凹部４３は、各凹部４３が等間隔角度に配置されていればよく、凹部３３と同じ等間隔角度である必要はない。つまり、Ｎ極磁石４７及びＳ極磁石４８は、これらが等間隔角度に配置されていればよく、Ｎ極磁石３７及びＳ極磁石３８と同じ等間隔角度である必要はない。 In the present embodiment, the support portion 42 is configured so that the recesses 43 have the same equiangular angles as the recesses 33. However, the recesses 43 only need to be arranged at equal intervals, and the recesses 43 do not have to be at the same interval angle as the recesses 33. In other words, the N-pole magnet 47 and the S-pole magnet 48 need only be arranged at equal intervals, and need not be at the same equal intervals as the N-pole magnet 37 and S-pole magnet 38.
つまり、支持部３２の極対数をｐｆ１、支持部４２の極対数をｐｆ２、ホールセンサー３５（又はホールセンサー３６）から近傍のＮ極磁石３７までの電気角をθｅ１、ホールセンサー４５（又はホールセンサー４６）から近傍のＮ極磁石４７までの電気角をθｅ２とすると、軸部回転体３０と歯部回転体４０の機械的位相差△θは、次式（９）で表すことができる。
△θ＝θ１−θ２＝（θｅ１／ｐｆ１）−（θｅ２／ｐｆ２）…（９）
例えば、支持部３２の極対数が６（Ｎ極磁石３７が６個、Ｓ極磁石３８が６個）で支持部４２の極対数も６（Ｎ極磁石４７が６個、Ｓ極磁石４８が６個）の場合、つまり、支持部３２の極対数と支持部４２の極対数が同数の場合、式（９）は、次式（１０）となる。
△θ＝θ１−θ２＝（θｅ１／６）−（θｅ２／６）…（１０）
また例えば、支持部３２の極対数が６（Ｎ極磁石３７が６個、Ｓ極磁石３８が６個）で支持部４２の極対数が１２（Ｎ極磁石４７が１２個、Ｓ極磁石４８が１２個）の場合、つまり、支持部４２の極対数が支持部３２の極対数の２倍となっている場合、式（９）は、次式（１１）となる。
△θ＝θ１−θ２＝（θｅ１／６）−（θｅ２／１２）＝（θｅ１／６）−｛（θｅ２／６）／２｝…（１１）
したがって、支持部４２の極対数が支持部３２の極対数のｊ（＝ｐｆ２／ｐｆ１）倍となっている場合、電気角θｅ２を１／ｊ倍した値を電気角θｅ１から引いた減算値を求め、当該減算値をｐｆ１（支持部３２の極対数）で割ることにより、軸部回転体３０と歯部回転体４０の機械的位相差△θを求めることができる。
That is, the number of pole pairs of the support part 32 is pf1, the number of pole pairs of the support part 42 is pf2, the electrical angle from the Hall sensor 35 (or Hall sensor 36) to the nearby N pole magnet 37 is θe1, and the Hall sensor 45 (or Hall sensor). If the electrical angle from 46) to the nearby N-pole magnet 47 is θe2, the mechanical phase difference Δθ between the shaft rotor 30 and the tooth rotor 40 can be expressed by the following equation (9).
Δθ = θ1-θ2 = (θe1 / pf1) − (θe2 / pf2) (9)
For example, the support portion 32 has 6 pole pairs (6 N-pole magnets 37 and 6 S-pole magnets 38), and the support portion 42 also has 6 pole pairs (6 N-pole magnets 47 and 6 S-pole magnets 48). 6), that is, when the number of pole pairs of the support portion 32 and the number of pole pairs of the support portion 42 are the same, Equation (9) becomes the following Equation (10).
Δθ = θ1−θ2 = (θe1 / 6) − (θe2 / 6) (10)
Further, for example, the support portion 32 has 6 pole pairs (6 N pole magnets 37 and 6 S pole magnets 38) and the support portion 42 has 12 pole pairs (12 N pole magnets 47 and S pole magnets 48). 12), that is, when the number of pole pairs of the support portion 42 is twice the number of pole pairs of the support portion 32, the equation (9) becomes the following equation (11).
Δθ = θ1−θ2 = (θe1 / 6) − (θe2 / 12) = (θe1 / 6) − {(θe2 / 6) / 2} (11)
Therefore, when the number of pole pairs of the support portion 42 is j (= pf2 / pf1) times the number of pole pairs of the support portion 32, a subtracted value obtained by subtracting a value obtained by multiplying the electrical angle θe2 by 1 / j from the electrical angle θe1 is obtained. The mechanical phase difference Δθ between the shaft rotating body 30 and the tooth rotating body 40 can be determined by determining and dividing the subtracted value by pf1 (the number of pole pairs of the support portion 32).
１ 電動アシスト自転車、２ フレーム、２ａ ヘッドパイプ、３ ハンドル、４ サドル、５ 前輪、６ 後輪、７ クランク軸、８Ｌ クランクバー（左側）、８Ｒ クランクバー（右側）、９Ｌ ペダル（左側）、９Ｒ ペダル（右側）、１０ チェーン、１１ ライト、２０ トルク検出装置、２１ バッテリー、２２ コントローラー、２３ 手元コンソール、２４ モーター、３０ 軸部回転体、３０ａ 切欠き、３０ｂ 凸部、３１ クランク軸挿入部、３２ 支持部、３３ 凹部、３５ ホールセンサー、３６ ホールセンサー、３７ Ｎ極磁石、３８ Ｓ極磁石、４０ 歯部回転体、４０ａ 開口部、４０ｂ 凸部、４０ｃ 係止部、４０ｄ 歯部、４０ｅ 突片、４２ 支持部、４３ 凹部、４５ ホールセンサー、４６ ホールセンサー、４７ Ｎ極磁石、４８ Ｓ極磁石、５０ コイルバネ、５１ 板バネ、６０ ベアリング、６１ 外輪、７０ シールドカバー、７１ 平板部、７２ 内周側縁部、７３ 外周側縁部、１０１ 多極着磁リング磁石、１０２ 磁気ヘッド。 1 Electric Assist Bicycle, 2 Frame, 2a Head Pipe, 3 Handle, 4 Saddle, 5 Front Wheel, 6 Rear Wheel, 7 Crankshaft, 8L Crankbar (Left), 8R Crankbar (Right), 9L Pedal (Left), 9R Pedal (right side), 10 chain, 11 light, 20 torque detector, 21 battery, 22 controller, 23 hand console, 24 motor, 30 shaft rotating body, 30a notch, 30b convex portion, 31 crankshaft insertion portion, 32 Support part, 33 concave part, 35 hall sensor, 36 hall sensor, 37 N pole magnet, 38 S pole magnet, 40 tooth rotating body, 40a opening, 40b convex part, 40c locking part, 40d tooth part, 40e protruding piece 42 Supporting part 43 Recessed part 45 Hall sensor 46 Hall sensor 47 Polar magnet, 48 S pole magnet, 50 coil spring, 51 leaf spring, 60 bearing, 61 outer ring, 70 shield cover, 71 flat plate portion, 72 inner peripheral side edge, 73 outer peripheral side edge, 101 multipolar magnetized ring magnet, 102 Magnetic head.
Claims (10)
人力駆動系のクランク軸に設けられる軸部回転体と、
該軸部回転体と弾性体を介して連結され、チェーンが噛み合わされる歯部が外周部に形成された歯部回転体と、
前記軸部回転体に設けられ、等間隔角度でＮ極、Ｓ極の順に第１の着磁部材が配置された第１の支持部と、
前記歯部回転体に設けられ、等間隔角度でＮ極、Ｓ極の順に第２の着磁部材が配置された第２の支持部と、
前記第１の着磁部材の磁界を略正弦波状の検出信号として検出する第１のホールセンサーと、
前記第１のホールセンサーと所定の電気角だけずらして配置され、前記第１の着磁部材の磁界を略正弦波状の検出信号として検出する第２のホールセンサーと、
前記第２の着磁部材の磁界を略正弦波状の検出信号として検出する第３のホールセンサーと、
前記第３のホールセンサーと所定の電気角だけずらして配置され、前記第２の着磁部材の磁界を略正弦波状の検出信号として検出する第４のホールセンサーと、
を備えたことを特徴とするトルク検出装置。 A torque detection device used in an electric assist bicycle,
A shaft rotating body provided on a crankshaft of a human-powered drive system;
A toothed rotor connected to the shaft rotor via an elastic body, and a toothed part formed on the outer periphery of a toothed portion engaged with the chain;
A first support portion provided in the shaft portion rotating body, wherein a first magnetizing member is arranged in order of N poles and S poles at equal intervals;
A second support portion provided in the tooth portion rotating body, wherein a second magnetized member is arranged in order of N poles and S poles at equal intervals;
A first Hall sensor that detects a magnetic field of the first magnetized member as a substantially sinusoidal detection signal;
A second Hall sensor that is arranged to be shifted from the first Hall sensor by a predetermined electrical angle and detects the magnetic field of the first magnetized member as a substantially sinusoidal detection signal;
A third Hall sensor for detecting the magnetic field of the second magnetized member as a substantially sinusoidal detection signal;
A fourth hall sensor, which is arranged to be shifted from the third hall sensor by a predetermined electrical angle and detects the magnetic field of the second magnetized member as a substantially sinusoidal detection signal;
A torque detection device comprising:
前記第１のホールセンサー及び前記第２のホールセンサーは、
前記第１のホールセンサー及び前記第２のホールセンサーと前記第１の着磁部材との間の最短距離ｈ１が、［｛（前記第１の着磁部材の走行軌跡の直径／前記第１の着磁部材の数）−前記第１の着磁部材の走行軌跡方向の長さ｝≦ｈ１＜（前記第１の着磁部材の走行軌跡の直径／前記第１の着磁部材の数）］となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。 The first magnetized member is a magnet attached to the first support portion,
The first hall sensor and the second hall sensor are:
The shortest distance h1 between the first hall sensor and the second hall sensor and the first magnetized member is [{(diameter of travel locus of the first magnetized member / the first magnetized member]. Number of magnetized members) −length of travel path direction of first magnetized member} ≦ h1 <(diameter of travel trajectory of first magnetized member / number of first magnetized members)] The torque detection device according to claim 1, wherein the torque detection device is arranged to be
前記第３のホールセンサー及び前記第４のホールセンサーは、
前記第３のホールセンサー及び前記第４のホールセンサーと前記第２の着磁部材との間の最短距離ｈ２が、［｛（前記第２の着磁部材の走行軌跡の直径／前記第２の着磁部材の数）−前記第２の着磁部材の走行軌跡方向の長さ｝≦ｈ２＜（前記第２の着磁部材の走行軌跡の直径／前記第２の着磁部材の数）］となるように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトルク検出装置。 The second magnetized member is a magnet attached to the second support part,
The third hall sensor and the fourth hall sensor are:
The shortest distance h2 between the third Hall sensor and the fourth Hall sensor and the second magnetized member is [{(diameter of travel locus of the second magnetized member / the second magnetized member). Number of magnetized members) −length of travel direction of second magnetized member} ≦ h2 <(diameter of travel trajectory of second magnetized member / number of second magnetized members)] The torque detection device according to claim 1, wherein the torque detection device is arranged so as to be.
該コントローラーに接続されるモーターを備え、
前記コントローラーは、
前記第１のホールセンサーで検出した略正弦波状の検出信号と、前記第２のホールセンサーで検出した略正弦波状の検出信号と、に基づいて前記軸部回転体の位相を算出し、
前記第３のホールセンサーで検出した略正弦波状の検出信号と、前記第４のホールセンサーで検出した略正弦波状の検出信号と、に基づいて前記歯部回転体の位相を算出し、
前記モーターの出力値を、前記軸部回転体と前記歯部回転体との位相差に対応する出力値に制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のトルク検出装置。 A controller connected to the first hall sensor, the second hall sensor, the third hall sensor, and the fourth hall sensor;
A motor connected to the controller;
The controller is
Based on the substantially sinusoidal detection signal detected by the first hall sensor and the substantially sinusoidal detection signal detected by the second hall sensor, the phase of the shaft rotating body is calculated,
Based on the substantially sinusoidal detection signal detected by the third hall sensor and the substantially sinusoidal detection signal detected by the fourth hall sensor, the phase of the tooth rotator is calculated,
5. The output value of the motor is controlled to an output value corresponding to a phase difference between the shaft portion rotating body and the tooth portion rotating body. 6. Torque detection device.
前記第４のホールセンサーは、前記第３のホールセンサーに対して電気角で９０°ずらして配置され、
前記コントローラーは、
前記第１のホールセンサー及び前記第２のホールセンサーで検出した正弦波状の検出信号のそれぞれをｓｉｎθ１及びｃｏｓθ１として、θ１＝ｔａｎ-1｛（ｓｉｎθ１）／（ｃｏｓθ１）｝を算出し、
前記第３のホールセンサー及び前記第４のホールセンサーで検出した正弦波状の検出信号のそれぞれをｓｉｎθ２及びｃｏｓθ２として、θ２＝ｔａｎ-1｛（ｓｉｎθ２）／（ｃｏｓθ２）｝を算出し、
前記軸部回転体と前記歯部回転体との位相差△θを、△θ＝θ１−θ２として求めることを特徴とする請求項５に記載のトルク検出装置。 The second hall sensor is arranged with an electrical angle of 90 ° with respect to the first hall sensor,
The fourth hall sensor is arranged with an electrical angle shifted by 90 ° with respect to the third hall sensor,
The controller is
Θ1 = tan −1 {(sin θ1) / (cos θ1)} is calculated with sin θ1 and cos θ1 as the sinusoidal detection signals detected by the first hall sensor and the second hall sensor,
The sinusoidal detection signals detected by the third hall sensor and the fourth hall sensor are set to sin θ2 and cos θ2, respectively, and θ2 = tan −1 {(sin θ2) / (cos θ2)} is calculated.
The torque detection device according to claim 5, wherein a phase difference Δθ between the shaft portion rotating body and the tooth portion rotating body is obtained as Δθ = θ1−θ2.
前記歯部回転体に外部からの負荷がかかっていない状態で検出した前記軸部回転体と前記歯部回転体との初期位相差を予め記憶しており、
前記歯部回転体に外部からの負荷がかかった状態で検出した前記軸部回転体と前記歯部回転体との位相差を前記初期位相差で補正することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のトルク検出装置。 The controller is
The initial phase difference between the shaft rotor and the tooth rotor detected in a state where no external load is applied to the tooth rotor is stored in advance,
6. The phase difference between the shaft rotor and the tooth rotor detected in a state where an external load is applied to the tooth rotor is corrected by the initial phase difference. Item 7. The torque detection device according to Item 6.
前記クランク軸と、
該クランク軸の両端部にクランクバーを介して接続されたペダルと、
を備えたことを特徴とするトルク検出装置ユニット。 The torque detection device according to any one of claims 1 to 8,
The crankshaft;
A pedal connected to both ends of the crankshaft via a crank bar;
A torque detection device unit comprising:
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