JP5127961B2 - 電動自転車のトルク検出装置 - Google Patents

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    • B62M6/50Control or actuating devices therefor characterised by detectors or sensors, or arrangement thereof

Description

本発明は電動自転車のトルク検出装置に関する。
走行時において、ペダルを踏み込む人の踏力に、電動モータの補助駆動力を付加することで、上り坂等でも楽に走行できる電動自転車(電動アシスト自転車とも称される)は既に知られている。前記電動自転車には、バッテリなどの蓄電器と、この蓄電器から給電される電動モータとが設けられているとともに、ペダルに作用する人の踏力(すなわち人力駆動力)をトルクとして検出するトルク検出装置が備えられている。
図16は従来のトルク検出装置を搭載した電動自転車のハンガー部(ボトムブラケット部とも称せられる)の断面図、図17は図16のA部拡大図を示す(特許文献1参照)。図16、図17において、101は電動自転車のハンガー部で、ハンガー部101内には両端部にねじ孔103a,103bを有するクランク軸104が挿通され、このクランク軸104は転がり軸受け105a,105bを介して回転自在に支持されている。106aは基部に嵌合孔を有するクランクアームで、該嵌合孔がクランク軸104の一方の端部に嵌合され、ねじ孔103aに螺入したボルト107aによりクランク軸104の一方の端部に固定されており、このクランクアーム106aの先端部にはペダル(図示せず)が回転自在に装着されている。106bは基部に嵌合孔を有する円筒状のボス108を備えたクランクアームで、該嵌合孔が前記クランク軸104の他方の端部に嵌合され、ねじ孔103bに螺入したボルト107bによりクランク軸104の他方の端部に固定されており、このクランクアーム106aの先端部にはペダル(図示せず)が回転自在に装着されている。なお、クランク軸104とクランクアーム106a、106bとでクランクが構成される。
図16、図17において、110はトルク検出装置で、円筒部113aとフランジ113bとからなり、ペダルを踏むことによりねじり応力が発生する検出部113と、内周に検出コイル114a,114bが装着された有底円筒状のコイルユニット115とから構成されている。検出部113はFe−Ni系合金等の磁性合金からなり、検出部113の円筒部113aの中心部にはクランク軸104が挿通する孔が設けられている。検出部113はボルト116a,116bにより、クランクアーム106bのボス108に固定されている。また、検出部113のフランジ113bにはギヤ保持部117がボルト118a,118bにより固着されているとともに、ギヤ保持部117にはチェーン(図示せず)が掛けられた駆動ギヤ(前ギヤとも称される)119がボルト120a,120bにより固着されている。さらにまた、検出部113の円筒部113aの、検出コイル114a,114bに対向する部分には、互いに反対方向の磁気異方性が付与されている。
ペダルを踏んでクランクアーム106bを電動自転車が前進する方向に回転させると、その回転力は、クランクアーム106bのボス108、検出部113、ギヤ保持部117を経て、駆動ギヤ119に伝達される。この時、クランクアーム106bと一体に結合された検出部113には、クランクアーム106bによる回転力とチェーンによる張力によりねじり応力が発生する。これにより、検出部113の円筒部113aの検出コイル114aに対向する部分には引張応力が加わり、検出部113の円筒部113aの検出コイル114bに対向する部分には圧縮応力が加わるため、これに対応して各々の部分の透磁率が増減する。これにより、検出コイル114a,114bの自己インダクタンスが変化して、これらの検出コイル114a,114bを含むブリッジ回路からクランク軸104に加えられたトルクに対応する出力電圧が得られるものである。
特開平8−338773号公報
しかしながら、上記従来のトルク検出装置を用いた電動自転車等においては、基部に嵌合孔を有する円柱状のボス108を備えたクランクアーム106b、互いに反対方向の磁気異方性を備えた部分を有する磁性合金製の検出部113などの特殊な部品や、検出コイル114a,114bを使用せねばならないため、組立てが煩雑であるとともに軽量化が困難となるのみならず、高価なものとなってしまう、という課題があった。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、特殊な部品や重量部品を使用することなく構成され、組立てが簡単で軽量、安価な電動自転車のトルク検出装置を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、本発明の電動自転車のトルク検出装置は、後輪を回転駆動させるためのチェーンなどの駆動力伝達体が、クランク軸と一体的に回転する駆動スプロケットなどの人力駆動輪体と、後輪に取り付けられた従動輪体とにわたって架け渡され、ペダルからの踏力に基づいて補助駆動力を付加可能に構成された電動自転車において、前記人力駆動輪体によって前記駆動力伝達体を前方に引張る力の反力によりクランク軸が後方へ弾性変形しようとする力を受けて弾性変形する1つの弾性変形部を設け、この弾性変形部に、この弾性変形部の弾性変形量から前記踏力を検出する1つの歪み検出センサを取付け、フレームに固定されたハンガー部内に、クランク軸を回転自在に支持する左右で対となり、前記人力駆動輪体が取り付けられた側に配設されている一方の軸受と、前記人力駆動輪体が取り付けられた側と反対側に配設されている他方の軸受とを設け、前記ハンガー部と、前記人力駆動輪体が取り付けられた側に配設されている前記一方の軸受との間に、この一方の軸受に後方から当接して弾性変形可能な前記1つの弾性変形部を有するセンサ支持部材を取付け、前記センサ支持部材の前記弾性変形部に前記1つの歪み検出センサを取付け、前記ハンガー部は側面視して円形状とされ、前記一方の軸受の後面部と前記センサ支持部材の後面領域との間とに隙間を有する形状となるように前記センサ支持部材を形成し、前記一方の軸受の後面部における上寄り部分と前記センサ支持部材におけるこれに対向する部分との間と、前記一方の軸受の後面部における下寄り部分と前記センサ支持部材におけるこれに対向する部分との間とに、後方への力を伝達する支点軸を配設したことを特徴とする。
上記構成により、ハンガー部と、人力駆動輪体が取り付けられた側に配設されている前記一方の軸受との間に、センサ支持部材を取付け、このセンサ支持部材の弾性変形部に取り付けた1つの歪み検出センサにより、クランク軸における人力駆動輪体が取り付けられた側に加えられる踏力を検出することができる。すなわち、磁性合金製の検出部などの特殊な部品や、検出コイルなどを使用することなく、比較的簡単な構成でペダルを踏み込む人の踏力を検出することができる。
また、人が踏み込むことによりペダルに加わる踏力において、実際に後輪を回転させる人力に係る駆動力は、駆動スプロケットなどの人力駆動輪体によりチェーンなどの駆動力伝達体の上側部分を前方に引張る力が実質的に走行させる力として作用しているので、このような駆動力伝達体の前方への張力に対応する力を検出することができれば、実際に後輪を駆動するための人力駆動力を測定できる。上記構成によれば、クランク軸から人力駆動輪体を介して駆動力伝達体に伝達される力の反力、すなわち、踏力における実際に後輪側に伝達されて走行する力となる駆動力伝達体への張力を良好に検出できる。
また、センサ支持部材が介装されている軸受が、人力駆動輪体が取り付けられた側に配設されている前記一方の軸受であるので、人力駆動輪体が取り付けられた側と反対側に配設されている前記他方の軸受との間に介装されている場合と比較して、良好な感度で、踏力を検出することができる。
また、上記構成により、フレームに結合されてクランク軸を回転自在に支持する一般的な側面視して円形状のハンガー部を用いて、踏力を良好に検出することができる。すなわち、特殊な形状ではなくて、一般的なハンガー部を用いることができるので、製造コストを安価に済ますことができる。
また、本発明の前記センサ支持部材は、前記弾性変形部が薄肉となるように後部が平面形状に切欠かれた略円形形状部品であり、前記弾性変形部の最も薄肉となった箇所に歪み検出センサが取り付けられていることを特徴とする。
この構成により、極めて簡単な構成で、前記弾性変形部が安定した姿勢で配置され、しかも前記弾性変形部の最も薄肉となった箇所に歪み検出センサが取り付けられているので、前記検出センサにより高感度に力を検出できる。また、平面形状に切欠く寸法を調整することにより、前記弾性変形部の最も薄肉となる厚みを安定して容易に変更できて、感度調整を容易に行うことができる。しかも、後部が平面形状に切欠かれた箇所を前記弾性変形部とすることにより、ペダルからの踏力における上下方向の力を分離して、踏力における実際に後輪を駆動するための人力駆動力を良好に測定できる。
また、本発明は、前記ハンガー部と前記センサ支持部材との周方向の相対位置を決める位置決めキーなどの位置決め部材が設けられていることを特徴とする。この構成により、位置決め部材の配設する凹部などの位置を変更することで、弾性変形部および歪み検出センサの位置を容易に変更でき、弾性変形部および歪み検出センサが最も適切な位置になるように配設することで、極めて良好にトルクを検出することができる。
なお、前記ハンガー部の外殻部を、左右に2分割されているユニットケースの一部により構成してもよい。また、前記ハンガー部を、補助駆動力を発生する電動モータを備えたモータユニットに設け、前記モータユニットにおける補助駆動力をモータユニットから出力する補助駆動力出力輪体と電動モータの出力軸との間に一方向クラッチを配設し、前記クランク軸と前記人力駆動輪体との間にも他の一方向クラッチを配設してもよい。
本発明によれば、フレームに固定されているハンガー部と、人力駆動輪体が取り付けられた側に配設されている前記一方の軸受との間に、センサ支持部材を取付け、このセンサ支持部材の弾性変形部に1つの歪み検出センサを取り付けるという簡単な構成で製造コストの低減化やハンガー部の箇所の軽量化を図りながら、人の踏力を良好に検出することができる。また、人が踏み込むことによりペダルに加わる踏力における、実際に後輪を回転させる人力に係る駆動力を測定できる利点もある。
また、前記センサ支持部材を、前記弾性変形部が薄肉となるように後部が平面形状に切欠かれた略円形形状部品とし、前記弾性変形部の最も薄肉となった箇所に検出センサを取り付けることにより、極めて簡単な構成で、前記弾性変形部が安定した姿勢で配置できるとともに、前記検出センサにより高感度に力を検出できる。また、前記弾性変形部の最も薄肉となる厚みを安定して容易に変更できて、感度調整を容易に行うことができる。
また、前記センサ支持部材を、前記弾性変形部が薄肉となるように後部が平面形状に切欠かれた略円形形状部品とした構成において、前記ハンガー部と前記センサ支持部材との周方向の相対位置を規制する位置決めキーなどの位置決め部材を設けることにより、前記弾性変形部および前記検出センサの位置調整と位置決めとを良好に行うことができる。
本発明の実施の形態に係るトルク検出装置を備えた電動自転車の全体側面図 同電動自転車の側面図 同電動自転車の制御ユニットの平面断面図 同電動自転車の制御ユニットの側面断面図 同電動自転車のトルク検出装置の側面図 同電動自転車のクランク、軸受およびペダルの位置関係を概略的に示す図 同電動自転車の変形例のトルク検出装置の側面図 同電動自転車の他の変形例のトルク検出装置の側面図 同電動自転車のさらに他の変形例のトルク検出装置の側面図 本発明の他の実施の形態に係るトルク検出装置を備えた電動自転車の全体側面図 同電動自転車の側面図 同電動自転車のモータ駆動ユニットの側面図 同電動自転車のモータ駆動ユニットの平面断面図 踏力(人力駆動力)と補助駆動力とチェーン張力(合計駆動力)との関係を示す図 制御部における、踏力(人力駆動力)に係る踏力(人力駆動力)を算出する演算処理部を概念的に示すブロック図 従来のトルク検出装置の正面断面図 同従来のトルク検出装置の要部拡大断面図
以下、本発明の実施の形態に係る電動自転車について図面に基づき説明する。なお、以下の説明における左右とは、電動自転車に搭乗して前方(進行方向)に向いた状態での左右方向をいう。図1、図2における1は本発明の実施の形態に係る電動自転車である。図1、図2に示すように、この電動自転車1は、ヘッドパイプ2a、前フォーク2b、メインパイプ2c、立パイプ2d、チェーンステー2e、シートステー2fなどからなる金属製のフレーム2と、前フォーク2bの下端に回転自在に取り付けられた前輪3と、チェーンステー2eの後端に回転自在に取り付けられた後輪4と、前輪3の向きを変更するハンドル5と、サドル6と、クランク軸7aおよびクランクアーム7bからなるクランク7と、クランク7の両端部に回転自在に取り付けられ、人力駆動力としての踏力が加えられる左右のペダル8と、補助駆動力(アシスト力)を発生させる電動モータ10と、電動モータ10を含めた各種の電気的制御を行う制御部11と、電動モータ10に駆動用の電力を供給する二次電池からなるバッテリ12と、ハンドル5などに取り付けられて、搭乗者などが操作可能な手元操作部(図示せず)と、クランク7と一体的に回転するように取り付けられた人力駆動輪体としての駆動スプロケット(前スプロケットや前ギヤ、クランクスプロケットやクランクギヤとも称せられる)13と、後輪4のハブ(後ハブとも称する)9に取り付けられた従動輪体としての従動スプロケット(後スプロケットや後ギヤ、後輪ギヤとも称せられる)14と、駆動スプロケット13と従動スプロケット14とにわたって架け渡された無端状の駆動力伝達体としてのチェーン15と、チェーン15などを側方から覆うチェーンカバー21などを備えている。
そして、ペダル8に人力駆動力である踏力が加えられると、クランク7がクランク軸7aを中心に回転し、この人力駆動力が、駆動スプロケット13、チェーン15、および従動スプロケット14を介して後輪4に伝達されて回転される。なお、この実施の形態では、駆動スプロケット13の上端部分と従動スプロケット14の上端部分とにわたって架け渡されたチェーン15の上側部分が、水平線に沿う姿勢で配設されている。また、電動モータ10が、前輪3の中心部に配設されている金属製のハブ(以下、前ハブとも称する)16に内蔵されている。また、バッテリ12は蓄電器の一例であり、二次電池が好適であるが、蓄電器の他の例としてはキャパシタなどであってもよい。
図3、図4に示すように、制御部11は、左右に2分割されたユニットケース22a、22bにより外殻部が構成されている制御ユニット22の、中央部から後部に設けられた制御空間部22cに配設されている。図2に示すように、制御ユニット22は、電動自転車1の中央下部に、チェーンステー2eの前端部とメインパイプ2cの後端部と立パイプ2dの下端部とを連結するように配設された支持ブラケット19などを介して、吊り下げられた姿勢で固定されている。制御部11は、電動自転車1の各構成要素(電動モータ10を含む)の制御を行う制御基板や記憶回路などから構成されている。図3、図4に示すように、制御ユニット22の前部に、クランク軸7aが横方向(左右の水平方向)に挿通されているとともにクランク軸7aを回転自在に支持する左右の軸受25、26が配設されている円筒形状のハンガー部20が設けられている。また、右のクランクアーム7bにおける、クランク軸7aに嵌まり込んでいる部分に、駆動スプロケット13がクランク軸7aと一体的に回転するように取り付けられている。
制御ユニット22の前部に設けられているハンガー部20の内部には、駆動スプロケット13によってチェーン15を前方に引張る力の反力によりクランク軸7aが後方へ弾性変形しようとする力を受けて弾性変形する弾性変形部23aが配設されている。そして、この弾性変形部23aに、この弾性変形部23aの弾性変形量から前記人力駆動力を検出する歪み検出センサ24を取付けている。
図4、図5に示すように、前記弾性変形部23aは、制御ユニット22のハンガー部20における右側、すなわち、駆動スプロケット13に近い側に配設されている軸受(一方の軸受)26と、右側のユニットケース22bにおけるハンガー部20との間に配設された、センサ支持部材としての略リング形状のセンサリング23の一部に形成されている。つまり、センサリング23における後部の外周側が平面形状に切欠かれて薄肉部が形成され、この薄肉部により弾性変形部23aが構成されている。そして、これらの弾性変形部23aと歪み検出センサ24とにより、弾性変形部23aの平面部分やこれに沿って配設されている歪み検出センサ24の表面部分にほぼ直交する方向の力を感度良く検出し、弾性変形部23aの平面部分や歪み検出センサ24の表面部分に沿う方向(ほぼチェーン15に直交する方向、上下方向)への力は殆ど検出しない(キャンセルする)よう構成されている。センサリング23の弾性変形部23aの平面部分に直交する方向の感度と沿う方向の感度との比は、例えば50〜200:1となる応力分布を有する。歪み検出センサ24としては、わずかな変位、すなわち微小な応力に対しても良好に検知できる、高感度で、かつ機械的に高い耐力を有するMEMS(Micro Electro Mechanical System)を応用した荷重センサを用いることが好ましい。また、弾性変形部23aおよび歪み検出センサ24は、左右方向における人力駆動輪体としての駆動スプロケット13が取り付けられた側だけに、すなわち1つだけしか設けられていない。また、ハンガー部20とセンサリング23との前部には、これらにわたって係合する位置決め部材としての位置決めキー29が嵌め込まれており、この位置決めキー29により、ハンガー部20とセンサリング23との周方向の相対位置が決定される。なお、図6は、当該電動自転車のクランク(クランク軸7aおよびクランクアーム7b)、駆動スプロケット13、軸受25、26およびペダル8の位置関係を概略的に示す図である。
上記構成において、人がペダル8を踏み込むと、この際の踏力が、クランクアーム7bを介してクランク軸7aおよび駆動スプロケット13に伝達され、駆動スプロケット13によりチェーン15を前方に引張る力で後輪4の従動スプロケット14に伝達される。そして、従動スプロケット14への力が伝達されて後輪4が回転される。また、この際に、駆動スプロケット13によりチェーン15を前方に引張る力の反力として、クランク軸7aが後方へ弾性変形しようとする力を軸受25、26が受ける。この場合に、特に駆動スプロケット13が取り付けられた右側の軸受(一方の軸受)26が、駆動スプロケット13が取り付けられた側と反対側に配設されている左側の軸受(他方の軸受)25よりも近接して配設されているので、クランク軸7aにおける駆動スプロケット13が取り付けられている箇所からの反力を大きく受ける。この力により、軸受26とハンガー部20との間に配設されているセンサリング23の後部に形成された薄肉の弾性変形部23aが変形するため、この箇所の変形状態(トルク)を歪み検出センサ24により良好に検出することができる。すなわち、この構成によれば、クランク軸7aから駆動スプロケット13を介してチェーン15に伝達される力の反力、すなわち、踏力における実際に後輪4側に伝達されて走行する力となるチェーン15への張力を良好に検出できる。なお、歪み検出センサ24により検出されたトルク値に応じて、前ハブに内蔵された電動モータ10が駆動されて補助駆動力が加えられながら当該電動自転車が走行する。
また、上記構成によれば、チェーンステー2eの前端部などのフレーム2に固定されたハンガー部20内に、クランク軸7aを回転自在に支持する軸受26を内装し、ハンガー部20と軸受26との間に、軸受26に後方から当接して弾性変形可能な弾性変形部23aを有するセンサ支持部材としてのセンサリング23を取付け、このセンサリング23の弾性変形部23aに歪み検出センサ24を取付けている。この構成により、比較的簡単な構成でありながら、チェーン15を前方に引張る力に対応する力を良好に検出することができる。また、磁性合金製の検出部などの特殊な部品や、検出コイルなどを使用することがないので、製造コストを安価に済ませることができる上に、電動自転車の軽量化を図ることができる。
また、センサ支持部材としてのセンサリング23を、前記弾性変形部23aが薄肉となるように平面形状に切欠かれたリング形状部品で構成している。これにより、簡単な構成でありながら、センサリング23に対して上下方向に作用する力(厳密には、弾性変形部23aの平面部分に沿う方向への力)を殆ど検出せずに、弾性変形部23aの平面部分や歪み検出センサ24の表面部分にほぼ直交する方向の力だけを感度良く検出できて、チェーン15を前方に引張る力に対応する力をさらに良好に検出することができる。このように、軸受26に作用する回転や変動する荷重を一方向成分のみに分離するセンシング機構部品を用いることで、チェーン15を前方に引張る力に対応する力だけを良好に検出することができる。
また、上記構成によれば、フレーム2に結合されてクランク軸7aを回転自在に支持する一般的な側面視して円形状のハンガー部20を用いて、踏力を良好に検出することができる。すなわち、特殊な形状ではなくて、一般的なハンガー部20を用いることができるので、製造コストを安価に済ますことができる。
また、上記構成によれば、弾性変形部23aが簡単な構成で安定した姿勢でハンガー部20と軸受26との間に配置され、しかも弾性変形部23aの最も薄肉となった箇所に歪み検出センサ24が取り付けられているので、歪み検出センサ24により高感度に力を検出できる。また、センサリング23の平面形状に切欠く寸法を調整することにより、弾性変形部23aの最も薄肉となる厚みを安定して容易に変更できて、感度調整を容易に行うことができる。しかも、後部が平面形状に切欠かれた箇所を弾性変形部23aとすることにより、ペダル8からの踏力における上下方向の力を分離して、踏力における実際に後輪4を駆動するための人力駆動力を良好に測定できる。
また、ハンガー部20と軸受26との間に円形のセンサリング23を配設し、ハンガー部20と軸受26との周方向の相対位置を決める位置決めキー29を設けた構成としたので、センサリング23の配設姿勢を変更することも容易に行える。すなわち、位置決めキー29が嵌まり込むキー溝の位置を変更することで、弾性変形部23aおよび歪み検出センサ24の位置を容易に変更でき、弾性変形部23aおよび歪み検出センサ24が最も適切な位置になるように配設することで、極めて良好にトルクを検出することができる。例えば、図7に示すように、弾性変形部23aおよび歪み検出センサ24を、側面視して、駆動スプロケット13によってチェーン15を前方に引張る方向と平行でクランク軸7aの軸心7a’を通る線よりも斜め下方に傾斜した後方位置に配設してもよい。このように構成することで、搭乗者がペダル8を踏み込んで走行する際に、クランク軸7aよりも前方では前上がり状態でペダル8を踏み込んだ場合でも、ペダル8を踏む姿勢に起因する前方や後方への分力の影響を抑えることができて、チェーン15を前方に引張る力に対応する力を良好に検出することができる。
また、上記実施の形態では、ハンガー部20と軸受26との間に円形のセンサリング23だけを配設した場合を述べたが、これに限るものではない。例えば、図8に示すように、軸受26の後面部とセンサリング23の内周面の後面領域との間とに隙間を有する形状となるようにセンサリング23を形成し、軸受26の後面部における上寄り部分とセンサリング23におけるこれに対向する部分との間と、軸受26の後面部における下寄り部分とセンサリング23におけるこれに対向する部分との間とに、後方への力を伝達する支点軸28を配設してもよい。また、図9に示すように、軸受26の後部における上寄り部分および下寄り部分と、センサリング23の内周面の後部における上寄り部分および下寄り部分との間とに隙間を有する形状となるようにセンサリング23の切欠部23bを形成し、軸受26の後部とセンサリング23の後部とにおいて、後面部の中央部分だけで、軸受26とセンサリング23とが当接するよう構成してもよい。これらの構成によっても、比較的簡単な構成でありながら、センサリング23に対して上下方向に作用する力(厳密には、弾性変形部23aの平面部分に沿う方向への力)を殆ど検出せずに、弾性変形部23aの平面部分や歪み検出センサ24の表面部分にほぼ直交する方向の力だけを感度良く検出できて、チェーン15を前方に引張る力に対応する力を良好に検出することができる。また、図9に示す構成によれば、軸受26から、センサリング23の弾性変形部23aに対して後方への力だけを良好に伝達することができる利点がある。
上記の実施の形態では、電動モータ10が、前輪3の中心部に配設されている前ハブ16に内蔵されている場合を述べたが、これに限るものではない。図10〜図13は本発明の他の実施の形態に係る電動自転車を示すものである。この実施の形態では、電動モータ10が、前輪3と後輪4との間の中間位置(より詳しくは中間位置の下部)に配置されているモータ駆動ユニット50の内部に配設されている。そして、このような配置構成にすることで、重量が比較的大きいモータ駆動ユニット50が、電動自転車1の前後方向中央に配置されるため、前輪3や後輪4を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、電動自転車の車体(フレーム2など)の取り回しがよく、また、走行安定性も良好となるよう図られている。
図13に示すように、モータ駆動ユニット50は、外殻部および仕切壁部をなすユニットケース51の内部が、前側に配設されて、クランク軸7aが回転自在に支持されてなるクランク軸配設部52と、前後方向の中央に配設されて、制御基板や各種の電子部品などからなる制御部11が配設された制御領域部53と、後寄り左側に配設されて、電動モータ10が内蔵されたモータ部54と、減速歯車55や補助駆動力出力軸56などが回転自在に配設されてなる減速機構57が配設された減速機構部などに区画されている。また、クランク軸配設部52の外殻をなす部分、すなわち、ユニットケース51の前部がハンガー部70とされている。なお、モータ駆動ユニット50のユニットケース51は、左右に2分割されたユニットケース51a、51bと、電動モータ10を覆うユニットケース51cとから構成されているが、クランク軸配設部52の外殻部は、左右に2分割されたユニットケース51a、51bにより構成されている。
また、モータ駆動ユニット50における駆動スプロケット13の後方箇所に、電動モータ10で発生した補助駆動力を出力する補助駆動輪体としての補助駆動スプロケット60が、モータ駆動ユニット50から突出する補助駆動力出力軸56に取り付けられた姿勢で配設されている。そして、補助駆動スプロケット60を、駆動スプロケット13の後方箇所で、チェーン15の下側部分を上方に持ち上げる状態で噛み合わせて配置することにより、人力駆動力に補助駆動力を加えて、これらの駆動力を後輪4に伝達する構成としている。また、クランク軸7aと駆動スプロケット13との間に一方向クラッチ71および介装筒72が配設されている。これにより、例えば、走行中にペダルを回転させることを止めて、いわゆる惰性走行した際に、電動モータ10による補助駆動力によりチェーン15が移動されていた場合でも、クランク7やペダル8が回転されないよう図られている。また、モータユニット50における補助駆動力出力軸56と電動モータ10の出力軸10aとの間にも、この実施の形態では、補助駆動力出力軸56と減速歯車55との間にも一方向クラッチ73が配設されている。これにより、補助駆動用電源のOFF時など、電動モータ10が動作していない状態で、人がペダル8を回転させた際でも、電動モータ10を回転させなくても済むので、ペダルの踏み込みが重くなるなどの負担が生じることがない。また、図11、図12における62は、補助駆動スプロケット60にチェーン15が噛み合う巻き角度が適切な角度まで増加するように案内しているとともに、チェーン15の弛みを吸収してチェーン15の張り状態を適度に保っているテンショナ装置である。
そして、この構成においても、ハンガー部70と、駆動スプロケット13に近い側に配設されている軸受26との間に、上記実施の形態と同様に、クランク軸7aの後面部とセンサリング23の内周面の後面領域との間とに隙間を有する形状となるようにセンサリング23が配設されている(図5参照)。つまり、センサリング23における後部の外周側が平面形状に切欠かれて薄肉部が形成され、この薄肉部により弾性変形部23aが構成され、歪み検出センサ24が貼り付けられている。
この構成においても、弾性変形部23aおよび歪み検出センサ24により上記実施の形態と同様な作用効果を得ることができる。但し、この場合には、図14、図15に示すように、チェーン張力が、搭乗者である人間の踏力による人力駆動力と電動モータ10による補助駆動力との合算値となる。そのため、歪み検出センサで計測された値から、電動モータ10による補助駆動力を差し引いて、人力駆動力(踏力)を算出する。なお、図14は、人力駆動力と補助駆動力とチェーン張力(合計駆動力)との関係を示す図で、図14において、Aで示す領域は人力駆動力(踏力)、Bで示す領域は電動モータ10による補助駆動力、Cで示す線は後輪への出力値(合算値)であるチェーン張力(合計駆動力)を示している。また、図15は、制御部における、人力駆動力に係る人力駆動力を算出する演算処理部を概念的に示すブロック図である。すなわち、図15に示すように、歪み検出センサ24によって計測されるチェーン張力(合計駆動力)は、人力駆動力と補助駆動力との合算値であるので、歪み検出センサ24によって計測されるチェーン張力(合計駆動力)から、補助駆動力を減算して人力駆動力を算出する。なお、図14に示すように、補助駆動力は電動モータ10の電流値とほぼ比例するので、制御部の演算処理部では電動モータ10の電流値から補助駆動力の値を算出して、前記補助駆動力の値として用いる。これにより、人力駆動力を算出して、制御部は前記人力駆動力に基づいて出力すべき補助駆動力を決定する。
また、上記実施の形態では、ペダル8からの踏力を後輪4に伝達する駆動力伝達体として、チェーン15を用いた場合を述べたが、これに限るものではなく、チェーンに代えて歯付きベルトを用いてもよい。なお、歯付きベルト(駆動力伝達歯付きベルト)を用いた場合には、人力駆動力を出力する人力駆動輪体として、駆動スプロケット13に代えて駆動歯車を用い、後部輪体として後スプロケット14に代えて後歯車を用いるとよい。
本発明は、実際に走行する電動自転車に好適に適用できるが、これに限るものではなく、スポーツジムなどに設置される固定されたトレーニング用の電動自転車にも適用することが可能である。
1 電動自転車
2 フレーム
3 前輪
4 後輪
5 ハンドル
7 クランク
7a クランク軸
7b クランクアーム
8 ペダル
9 ハブ(後ハブ)
10 電動モータ
11 制御部
12 バッテリ
13 駆動スプロケット(人力駆動輪体)
14 従動スプロケット(後部輪体)
15 チェーン(駆動力伝達体)
16 ハブ(前ハブ)
20、70 ハンガー部
22 制御ユニット
23 センサリング(センサ支持部材)
23a 弾性変形部
23b 切欠部
24 歪み検出センサ(センサ)
25、26 軸受
28 支点軸
29 位置決めキー(位置決め部材)
50 モータ駆動ユニット
51 ユニットケース
60 補助駆動スプロケット(補助駆動輪体)
71 一方向クラッチ
73 一方向クラッチ

Claims (5)

  1. 後輪を回転駆動させるためのチェーンなどの駆動力伝達体が、クランク軸と一体的に回転する駆動スプロケットなどの人力駆動輪体と、後輪に取り付けられた従動輪体とにわたって架け渡され、ペダルからの踏力に基づいて補助駆動力を付加可能に構成された電動自転車において、
    前記人力駆動輪体によって前記駆動力伝達体を前方に引張る力の反力によりクランク軸が後方へ弾性変形しようとする力を受けて弾性変形する1つの弾性変形部を設け、
    この弾性変形部に、この弾性変形部の弾性変形量から前記踏力を検出する1つの歪み検出センサを取付け、
    フレームに固定されたハンガー部内に、クランク軸を回転自在に支持する左右で対となり、前記人力駆動輪体が取り付けられた側に配設されている一方の軸受と、前記人力駆動輪体が取り付けられた側と反対側に配設されている他方の軸受とを設け、
    前記ハンガー部と、前記人力駆動輪体が取り付けられた側に配設されている前記一方の軸受との間に、この一方の軸受に後方から当接して弾性変形可能な前記1つの弾性変形部を有するセンサ支持部材を取付け、
    前記センサ支持部材の前記弾性変形部に前記1つの歪み検出センサを取付け
    前記ハンガー部は側面視して円形状とされ、
    前記一方の軸受の後面部と前記センサ支持部材の後面領域との間とに隙間を有する形状となるように前記センサ支持部材を形成し、
    前記一方の軸受の後面部における上寄り部分と前記センサ支持部材におけるこれに対向する部分との間と、前記一方の軸受の後面部における下寄り部分と前記センサ支持部材におけるこれに対向する部分との間とに、後方への力を伝達する支点軸を配設したことを特徴とする電動自転車のトルク検出装置。
  2. 前記センサ支持部材は、前記弾性変形部が薄肉となるように後部が平面形状に切欠かれた略円形形状部品であり、前記弾性変形部の最も薄肉となった箇所に歪み検出センサが取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の電動自転車のトルク検出装置。
  3. 前記ハンガー部と前記センサ支持部材との周方向の相対位置を決める位置決めキーなどの位置決め部材が設けられていることを特徴とする請求項に記載の電動自転車のトルク検出装置。
  4. 前記ハンガー部の外殻部が、左右に2分割されているユニットケースの一部により構成されていることを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の電動自転車のトルク検出装置。
  5. 前記ハンガー部が、補助駆動力を発生する電動モータを備えたモータユニットに設けられ、前記モータユニットにおける補助駆動力をモータユニットから出力する補助駆動力出力輪体と電動モータの出力軸との間に一方向クラッチが配設され、前記クランク軸と前記人力駆動輪体との間にも他の一方向クラッチが配設されていることを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の電動自転車のトルク検出装置。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014240248A (ja) * 2013-06-12 2014-12-25 ブリヂストンサイクル株式会社 電動アシスト自転車
TWI475203B (ja) * 2013-06-13 2015-03-01
JP5607225B1 (ja) * 2013-09-04 2014-10-15 株式会社シマノ 自転車用制御装置
CN106197788A (zh) * 2016-07-01 2016-12-07 武汉千斤智能科技有限公司 力矩传感器系统、力矩信号测量方法、电动助力自行车
US10444098B2 (en) 2017-04-10 2019-10-15 Fanuc Corporation Torque sensor and robot
JP6549687B2 (ja) * 2017-04-10 2019-07-24 ファナック株式会社 トルクセンサおよびロボット
EP3743175A4 (en) * 2018-01-26 2021-10-20 Michael Grassi SHAFT REDUCING AN ELLIPTICALIZATION CONSTRAINT ERROR TO A MINIMUM
JP2021094870A (ja) * 2019-12-13 2021-06-24 パナソニックIpマネジメント株式会社 自転車用コンポーネント及び自転車

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3832897A (en) * 1973-04-02 1974-09-03 C Schenck Stationary device sensitive to torque in rotating shafts
JPH1170890A (ja) * 1996-09-26 1999-03-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電動自転車用駆動ユニット
JPH11258078A (ja) * 1998-03-09 1999-09-24 Toyoda Mach Works Ltd トルク検出装置
JP4428825B2 (ja) * 2000-07-06 2010-03-10 パナソニック株式会社 電動自転車のトルク検出装置およびそれを用いた電動自転車
JP3882993B2 (ja) * 2001-11-02 2007-02-21 本田技研工業株式会社 電動車両の回生制御装置
DE10339304A1 (de) * 2003-08-27 2005-05-19 Feo Elektronik Gmbh Sensorträger

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