JP7149325B2 - 乗物の運転パラメータの検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗物の運転パラメータの検出装置に関し、特に、オートバイ、又は自転車、又は三輪車の中心軸のトルク、位置角度、回転角度、回転速度及びパワーの検出装置に関する。

自転車、又はオートバイ、又は三輪車に乗ることは、その環境保護、省エネ、低コスト、及び実施しやすいという特徴に基づいて、現代人に益々重視される輸送、通勤、レジャー、又は競技スポーツ用の重要なツールになっている。
様々な自転車、オートバイ、三輪車があるが、電動化、電動パワステ化、又はスマート化した製品は、環境に優しく汚染がなく、モータアシスト効率を向上させ、踏み込み効率を向上させるようにインテリジェントにガイドすることができるという特性により、広く好まれている。
従来の電動アシスト車や自転車用のパワーメータ等の製品は、主に、踏み込みトルク又はクランク回転速度を検出することで、乗車効率や快適性をインテリジェントに向上させている。

例として、上記トルク検出型の電動自転車においては、多くの場合、ホールセンサによって中心軸回転速度及び踏み込みトルクを検出する。
このタイプのセンサーは、一般に、電動自転車の中心軸又はチェーンホイール等の回転部材の表面に配置される。電動自転車が踏み込まれると、中心軸又はチェーンホイールはトルクを受けて対応してねじれ変形して、ホールセンサはねじれ変形に応じて電気信号が変化し、分析処理した後で、モーターのアシストの出力を制御することができる。
ただし、このような検知装置は、そのセンサーの設置位置及びデジタル出力した後で分析する方法に基づいているため、精度が悪く、その結果、乗り心地が不良になる。

従って、市場では、自転車、電動自転車、非電動自転車、電気オートバイ、非電気オートバイ、電動三輪車又は非電動三輪車等の乗物の様々な重要な運転パラメータを同時に正確に測定できる検出装置の開発が望まれている。

本発明の目的は、中心軸の両側のトルク、位置角度、回転速度及びパワーを同時に検出することができ、且つ高信頼性及び測定の一貫性を有し、測定したデータが高分解能及び良い精度を有する乗物検出装置を提供することにある。

本発明は、チューブが力を受けて変形することで、チューブの表面の磁性材料のパターン化された形状を変え、更に透磁率を変化させ、コイルに対応する誘導起電力を発生させるように誘導し、コイル電圧値を測定することで対応する中心軸トルク値を得る乗物の運転パラメータの検出装置を提供する。
また、中心軸に固定される磁気リングは、その表面の磁束密度分布が同じ極性領域でその一部が単調増加関数又は単調減少関数である特性を有することで、中心軸の位置角度値に対応できるように、第１の又は第２のホールセンサから対応するアナログ型電圧値を出力させる。
なお、磁気リングが中心軸の回転によって駆動されて、空間磁束密度分布を変更させ、第１の又は第２のホールセンサから出力した電圧を対応的に変化させ、電圧変化を分析して中心軸に対応する回転角度値を得、また回転角度値の時間に伴う変化する値を取って中心軸に対応する回転速度値を得る。

これにより、本発明に係る技術は、電動乗物又は非電動乗物の運転時の重要パラメータを正確に得、更に補助電源出力を正確に制御し、乗り心地を改善することができる。

一実施形態において、乗物の運転パラメータの検出装置は、乗物のボトムブラケット内に配置される中心軸と、それぞれ中心軸の対向する両端に固定される左クランク及び右クランクと、中心軸に外嵌されるチューブと、接着剤を利用せずにチューブに巻き付けられて、パターン化された形状を形成する磁性材料と、磁性材料に巻き付けられて、磁性材料の磁気変化を検出するためのコイルと、中心軸に固定される磁気リングと、磁気リングに対応し、磁気リングの表面の磁束密度の数値と変化を検出する第１のホールセンサと、コイル及び第１のホールセンサに電気的に接続されて、関連する電気信号を受発信しまた演算する電気信号処理ユニットと、を含み、左クランク及び右クランクがそれぞれ中心軸にトルクを発生させ、チューブを変形させるように連動することで、磁性材料の透磁率を変えて、コイルに対応する誘導起電力を発生させ、電圧値を生成させ、電気信号処理ユニットが電圧値を分析してトルク値を得、磁気リングが中心軸の回転によって駆動されて、磁束密度分布を変更させ、第１のホールセンサから出力した電圧に対応する変化を生じ、電気信号処理ユニットが電圧の変化を分析して中心軸の回転角度値を得、電気信号処理ユニットが単位時間当たりの回転角度値変化量を計算して中心軸回転速度値を得る。

前記検出装置において、磁性材料は、溶射、ブラスト、ローレット成形加工、ローレット切削加工、粉末冶金又は埋め込みプロセスによってパターン化された形状を形成してよい。

前記検出装置において、パターン化された形状は、Ｖ字状又はＺ字状になってよい。パターン化された形状はＶ字状になり、それぞれ平行である複数のストライプを含む２つの領域に分割でき、且つ２つの領域内のストライプの平行方向が異なり、各領域内のストライプのエッジが互いに接続又は分離できる。パターン化された形状はＺ字状になり、それぞれ平行である複数のストライプを含む３つの領域に分割でき、且つ３つの領域において、中央領域内に位置するストライプとその隣接する２つの領域内のストライプの平行方向が異なり、各領域内のストライプのエッジが互いに接続又は分離できる。

前記検出装置において、各ストライプの接線とチューブの回転軸の中心線の垂直線との間に夾角が形成される。夾角は、２０度～７０度又は１１０度～１６０度の範囲にあってよい。

前記検出装置は、中心軸に外嵌されるチェーンホイールを更に含んでよい。チューブは、一端が中心軸に接続され、他端が直接又はアダプターによってチェーンホイールに接続される。

前記検出装置において、コイルは、１組、巻線方向が逆である２組、巻線方向が同じである２組、又は３組であってよい。

前記検出装置において、磁気リングの表面の磁束密度分布は、一部が広義単調増加関数又は広義単調減少関数である。より好ましくは、磁気リングの表面の磁束密度分布は、同じ極性領域で一部が狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数の波形である。前記狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数の前記波形は、正弦波又は三角波であってよい。

前記検出装置において、第１のホールセンサは、リニア出力タイプであり且つ磁気リングに対応し、第１のホールセンサから出力した電圧の波形は、一部が広義単調増加関数又は広義単調減少関数になってよい。より好ましくは、第１のホールセンサは、対応する磁気リングの同じ極性領域から出力した電圧の波形の一部が狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数である。前記波形は、正弦波又は三角波であってよい。

前記検出装置において、磁気リングは、第１のホールセンサから出力した電圧を、電圧の波形の勾配に合わせて、磁気リングの位置角度値に一意対応させる２つの磁極を含む。

前記検出装置において、磁気リングは、左クランク又は右クランクとある角度で固定的に組み立てられ、第１のホールセンサは左クランク又は右クランクの位置角度に対応して、１組の唯一の電圧値及び電圧値に対応する波形の勾配を出力する。

前記検出装置において、磁気リングの表面の磁束密度分布は、凹波形又は階段波形になってよい。

前記検出装置において、第１のホールセンサとしては、スイッチタイプを採用する。

前記検出装置において、第２のホールセンサを更に含んでよい。第２のホールセンサと第１のホールセンサが前記磁気リングに沿って円周方向にある円周角で間隔を空けて配列され、又は第１のホールセンサと第２のホールセンサとがある位相角でずれた電圧波形を出力するように配列される。前記円周角又は位相角は、９０度であってよい。第２のホールセンサとしては、スイッチタイプ又はリニア出力タイプを採用してよい。

前記検出装置において、磁気リングは、接着又は射出成形によって中心軸表面に形成されてよい。

前記検出装置において、中心軸とチューブとの間にプラスチック製のホルダが配置されてよい。コイルの周辺に電磁干渉を防ぐためのシールドが配置されてよい。

前記検出装置において、中心軸は、一端に左軸受が設けられ、他端に右軸受が設けられ、左軸受に左ワンが外嵌され、右軸受に右ワンが外嵌され、中心軸が左軸受、左ワン、右軸受及び右ワンによってボトムブラケット内に固定される。チューブの右側又は左側と中心軸との間には、ガスケットが配置されてよい。

別の実施形態において、乗物の運転パラメータの検出装置は、乗物のボトムブラケット内に配置される中心軸と、それぞれ中心軸の対向する両端に固定される左クランク及び右クランクと、中心軸に外嵌されるチューブと、接着剤を利用せずにチューブに巻き付けられて、パターン化された形状を形成する磁性材料と、磁性材料に巻き付けられて、磁性材料の磁気変化を検出するためのコイルと、中心軸と同期に回転し、その表面の２次元空間又は３次元空間での磁束密度分布が少なくとも１つの曲線軌跡になり、曲線軌跡の対応する磁束密度変化の一部が広義単調増加関数又は広義単調減少関数となる磁気リングと、磁気リングに対応し、磁気リングの表面の２次元空間又は３次元空間の磁束密度値と変化を検出し、位置が異なり、又は位置が同じであるが互いに配置方向が異なる少なくとも２つのホールセンサと、コイル及びホールセンサに電気的に接続されて、関連する電気信号を受発信し、また演算する電気信号処理ユニットと、左クランク及び右クランクがそれぞれ中心軸にトルクを発生させ、チューブを変形させるように連動することで、磁性材料の透磁率を変え、コイルに対応する誘導起電力を発生させ、電圧値を生成させ、電気信号処理ユニットが電圧値を分析してトルク値を得、磁気リングが中心軸の回転によって駆動され、磁束密度分布を変更させ、ホールセンサが、一部が広義単調増加関数又は広義単調減少関数となるように組み合わされる複数の電圧値を出力して、１次元、２次元又は３次元の磁束密度を増幅検出し、電気信号処理ユニットが電圧値と変化量を分析して中心軸の位置角度値又は回転角度値を得、電気信号処理ユニットが単位時間当たりの回転角度値変化量を計算して中心軸回転速度値を得る。

前記検出装置において、磁性材料は、溶射、ブラスト、ローレット成形加工、ローレット切削加工、粉末冶金又は埋め込みプロセスによってパターン化された形状を形成してよい。

前記検出装置において、磁束密度変化は、対応する磁気リングの同じ極性領域内で、一部が狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数である。

前記検出装置において、これらのホールセンサは、対応する磁気リングの同じ極性領域内で一部が狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数となるように組み合わされる複数の電圧値を出力する。

本発明の一実施例に係る自転車運転パラメータの検出装置構造を模式的に示す分解図である。 図１における検出装置に適用された組立状態を示す図である。 図２における検出装置の一部を示す断面図である。 本発明の検出装置のチューブ及びその上における磁性材料のパターン化された形状を示す斜視図である。 本発明の検出装置のチューブ及びその上における磁性材料のパターン化された形状を示す正面図である。 図５における磁性材料のパターン化された形状のストライプと垂直線との間に夾角が形成される様子を模式的に示す図である。 図５における磁性材料の別のパターン化された形状のストライプと垂直線との間に別の夾角が形成される様子を模式的に示す図である。 本発明のＶ字状にパターン化された形状を示す配列形態である。 本発明のＺ字状にパターン化された形状を示す配列形態である。 本発明のＶ字状にパターン化された形状を示す別の配列形態である。 本発明のＺ字状にパターン化された形状を示す別の配列形態である。 本発明のＺ字状にパターン化された形状を示すさらに別の配列形態である。 図１における検出装置の磁気リング、中心軸及び第１のホールセンサの相対位置を示す左側面図である。 図１３Ａにおける磁気リング、中心軸及び第１のホールセンサの相対位置を示す正面図である。 本発明の別の実施例における磁気リング、中心軸、第１のホールセンサ及び第２のホールセンサの相対位置を示す左側面図である。 図１４Ａにおける磁気リング、中心軸、第１のホールセンサ及び第２のホールセンサの相対位置を示す正面図である。 本発明における左、右クランクの回転角度に対応する磁気リングの表面の磁束密度が正弦波形状となることを模式的に示すグラフである。 本発明における左、右クランクの回転角度に対応する正弦波形状となる第１のホールセンサから出力した電圧を模式的に示すグラフである。 本発明における左、右クランク位置角度に対応する磁気リングの表面が２極正弦波形状となる磁束密度を模式的に示すグラフである。 本発明における左、右クランク位置角度に対応する２極正弦波形状となる第１のホールセンサから出力した電圧を模式的に示すグラフである。 本発明における左、右クランク位置角度に対応するそれぞれ正弦波と方形波形状となる第１のホールセンサ、第２のホールセンサから出力した電圧を模式的に示すグラフである。 本発明における左、右クランク位置角度に対応する２つの直交し且つ正弦波形状となる第１のホールセンサ、第２のホールセンサから出力した電圧を模式的に示すグラフである。 本発明における左、右クランクの回転角度に対応する磁気リングの表面が凹波形になる磁束密度を模式的に示すグラフである。 本発明における左、右クランクの回転角度に対応する磁気リングの表面が階段波形になる磁束密度を模式的に示すグラフである。 本発明における左、右クランクの回転角度に対応する方形波形状となる第１のホールセンサから出力した電圧を模式的に示すグラフである。 本発明における左、右クランクの回転角度に対応する２つの直交し且つ方形波形状となる第１のホールセンサ、第２のホールセンサから出力した電圧を模式的に示すグラフである。

以下に、図面で本発明の複数の実施形態を明確に説明するために、数多くの実際の細部を以下の説明と併せて説明する。しかしながら、理解すべきなのは、これらの実際の細部が、本発明を制限するためのものではないことである。つまり、本発明の実施形態の一部において、これらの実際の細部は、必ずしも必要ないものである。また、図面を簡略化するために、従来慣用の構造及び素子は、図面において簡単且つ模式的に示される。このとき、重複した素子を同じ番号で示すことがある。

図１～図５を合わせて参照されたい。
図１は、本発明の一実施例に係る乗物の運転パラメータの検出装置構造を示す模式的に示す分解図である。
図２は、図１における検出装置に適用された組立状態を示す図である。
図３は、図２における検出装置の一部を示す断面図であり、チューブ２が直接チェーンホイール２１に接続されている。
図４は、本発明の検出装置のチューブ２及びその上における磁性材料３のパターン化された形状を示す斜視図である。
図５は、本発明の検出装置のチューブ２及びその上における磁性材料３のパターン化された形状を示す正面図である。本発明に開示される乗物の運転パラメータの検出装置は、電動又は非電動の、自転車、オートバイ又は三輪車等に適用することができるが、これらに特に制限される訳ではない。以下、自転車を例として説明する。

一実施例によれば、本発明の自転車運転パラメータの検出装置は、少なくとも、中心軸１、左クランク１１、右クランク１２、チューブ２、磁性材料３、コイル４、電気信号処理ユニット７、第１のホールセンサ６及び磁気リング５を含む。

以下、上記の各素子の組合せ関係を、引き続き説明する。
中心軸１が自転車のボトムブラケット（未図示）内に配置される。左クランク１１及び右クランク１２は、それぞれ中心軸１の対向する両端に固定され、且つそれぞれ中心軸１に対して向かい合って外方に延びてトルクを発生し、この異なる位置設計によって左クランク１１又は右クランク１２の異なるデータを識別することができる。
チューブ２が中心軸１に外嵌される。磁性材料３は、チューブ２の表面に巻き付けられ、且つパターン化された形状を形成する。コイル４は、磁性材料３に巻き付けられ、磁性材料３の磁気変化を検出することに用いられる。電気信号処理ユニット７がコイル４及び第１のホールセンサ６に電気的に接続される。磁気リング５は、第１のホールセンサ６に対応し、中心軸１に連動するように接着又は射出成形によって中心軸１の表面に固定されてよい。
別に、チェーンホイール２１が中心軸１に外嵌される。チューブ２は、一端が中心軸１に接続され、他端が直接又はアダプター（未図示）を介してチェーンホイール２１に接続される。使用者が踏み込んで左クランク１１及び右クランク１２を駆動した後で、更にチェーンホイール２１を回転させ、最後にチェーン及びフライホイールによって後輪を回転させ、走行動力を提供する。

上記構造において、チューブ２は、左クランク１１及び右クランク１２のそれぞれの中心軸１へのトルクを受けて伝送して変形（剪断歪み）を発生する。このトルクの影響により、ピエゾ磁気効果に基づいて、磁性材料３のパターン化された形状における透磁率がそれぞれ応じて増減され、更に、その結果として、磁性材料３のパターン化された形状領域周辺のコイル４が対応する誘導起電力を発生し、電圧値を発生する。
また、使用者が乗って踏み込んだ後で、左クランク１１及び右クランク１２を対向して回転するように駆動し、更に中心軸１を回転駆動する。この時、中心軸１と連動する磁気リング５は、一部が単調増加関数又は単調減少関数となる表面磁束密度分布を有し、より好ましくは、同じ極性領域内の表面磁束密度分布の一部が単調増加関数又は単調減少関数である特性を有し、磁気リング５も中心軸１の回転角度に伴って変化し、更に、その結果として、その周辺の第１のホールセンサ６の位置の磁束密度分布に対応する変化が発生し、単調増加関数又は単調減少関数となる。
より好ましくは、狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数となり、これにより、第１のホールセンサ６の出力する対応のアナログ型の電圧変化が広義単調増加関数又は広義単調減少関数となってもよく、更に好ましくは、狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数（例えば、正弦波、三角波又は可能性のある他の波形）となる。
コイル４及び第１のホールセンサ６が共に電気信号処理ユニット７に電気的に接続される。この時、電気信号処理ユニット７によってコイル４及び第１のホールセンサ６の各々のアナログ型の正弦波形状となる電圧値とその変化を分析することで、それぞれ中心軸１のトルク値及び中心軸１の位置角度値又は回転角度値を正確に取得することができる。
更に、電気信号処理ユニット７は、アナログ型の正弦波形状となる電圧変化によって単位時間当たりの回転角度値の変化量を正確に計算し、つまり中心軸１の回転速度値を取得することができる。これにより、本発明の検出装置は、即時的なフィードバックを取得し、踏み込みやモーターブーストの効率を高めるために、トルク値、位置角度値、回転角度値及び回転速度値のような、自転車の中心軸１の運転パラメータを同時に迅速、安全、信頼的に測定することができる。

コイル４は、１組、又は２組、又は３組以上であってよく、且つその巻線方向が同じ又は反対であってよい。これにより、コモンモードノイズを除去することができる。

一実施例において、中心軸１とチューブ２との間にプラスチック製のホルダ４１が配置されてよい。コイル４の周辺には、電磁干渉を防ぐためのシールド２１０が配置されてよい。また、中心軸１は、一端に左軸受２２０が設けられ、他端に右軸受２５０が設けられる。左軸受２２０に左ワン２３０が外嵌され、右軸受２５０に右ワン２６０が外嵌されてよい。中心軸１が左軸受２２０、左ワン２３０、右軸受２５０及び右ワン２６０によって自転車のボトムブラケット内に固定される。また、チューブ２と中心軸１との間のスムーズな回転を確保するように、チューブ２の右側又は左側と中心軸１との間にガスケット２４０が配置されてよい。

図４～図５に続いて、図６及び図７を参照されたい。
図６は、図５における磁性材料３のパターン化された形状のストライプ３００と垂直線Ｌ１との間に夾角７００が形成される様子を模式的に示す図である。
図７は、図５における磁性材料３の別のパターン化された形状のストライプ３３と垂直線Ｌ１との間に別の夾角７０１を形成する様子を模式的に示す図である。
本発明において、磁性材料３は、接着剤を利用せずに、溶射、ブラスト、ローレット成形加工、ローレット切削加工、粉末冶金又は埋め込みプロセス等の方法によって形成されたパターン化された形状であってよい。磁性材料３がチューブ２の表面に一体化されるので、瞬時フィードバックパラメータの正確性を効果的に向上させる。
本発明において、対応する磁気変化を形成するように、パターン化された形状は、Ｖ字状又はＺ字状になってよい。
詳しく言えば、図６において、磁性材料３は、Ｖ字状のパターン化された形状となる。磁性材料３のパターン化された形状は、チューブ表面２００にストライプ３００を形成する。ストライプ３００の接線Ｌ３とチューブ２の回転軸中心線Ｌ２の垂直線Ｌ１との間に夾角７００が形成される。夾角７００は、２０度～７０度又は１１０度～１６０度の範囲にあってよい。
図７において、磁性材料３は、Ｚ字状になるパターン化された形状である。磁性材料３のパターン化された形状は、チューブ表面２００にストライプ３３を形成する。ストライプ３３の接線Ｌ３とチューブ２の回転軸中心線Ｌ２の垂直線Ｌ１との間に夾角７０１が形成される。夾角７０１は、２０度～７０度又は１１０度～１６０度の範囲にあってよい。これにより、磁性材料３は、そのパターン化された形状によって、中心軸１に伴って回転する途中で、クランクへの踏み込みによるトルク作用を受けて、コイル４の周りに電圧変化を発生させる。

本発明の磁性材料３は、様々なパターン化された形状の変化を形成してよい。図８～図１２を参照されたい。
図８は、本発明のＶ字状にパターン化された形状を示す配列形態である。
図９は、本発明のＺ字状にパターン化された形状を示す配列形態である。
図１０は、本発明のＶ字状にパターン化された形状を示す別の配列形態である。
図１１は、本発明のＺ字状にパターン化された形状を示す別の配列形態である。
図１２は、本発明のＺ字状にパターン化された形状を示すさらに別の配列形態である。

図８において、パターン化された形状がＶ字状になり、且つそれぞれ平行である複数のストライプを含む２つの領域に分割でき、且つ２つの領域内のストライプの平行方向が異なる。
図８において、各領域におけるストライプのエッジが接続されて第１の構成８００を形成する。
図９において、パターン化された形状は、Ｚ字状になり、且つそれぞれ平行である複数のストライプを含む３つの領域に分割できる。３つの領域において、中央の領域内に位置するストライプとその隣接する２つの領域内のストライプとの平行方向は異なる。
図９において、各領域内のストライプのエッジが接続されて第２の構成８０１を形成する。
図１０において、各領域におけるストライプのエッジが分離して第３の構成８０２を形成する。
図１１において、各領域内のストライプのエッジが分離して第４の構成８０３を形成する。
図１２において、中央の領域内に位置するストライプとその隣接する領域内のストライプエッジとが接続されて、その隣接する別の領域内のストライプエッジが分離して、第５の構成８０４を形成する。
異なる構成のパターン化された形状は、異なる機械的加工方法に対応して適用され、且つ異なる剪断歪み効果を発生することができる。

注意すべきなのは、磁性材料の設置時に、磁性材料で粉末冶金によってチューブ及びチューブの表面に巻き付けられるパターン化された形状を一体的に製造してもよいことである。これは、粉末冶金の加工技術の別の適用変化である。

図１３Ａ～図１４Ｂを更に参照されたい。
図１３Ａは、図１における検出装置の磁気リング５、中心軸１及び第１のホールセンサ６の相対位置を示す左側面図である。
図１３Ｂは、図１３Ａにおける磁気リング５、中心軸１及び第１のホールセンサ６の相対位置を示す正面図である。
図１４Ａは、本発明の別の実施例における磁気リング５、中心軸１、第１のホールセンサ６及び第２のホールセンサ６１の相対位置を示す左側面図である。
図１４Ｂは、図１４Ａにおける磁気リング５、中心軸１、第１のホールセンサ６及び第２のホールセンサ６１の相対位置を示す正面図である。

図１３Ａ～図１４Ｂから分かるように、本発明において、磁気リング５、中心軸１、第１のホールセンサ６及び第２のホールセンサ６１の相対位置や数の変化によって、２次元又は３次元の磁束密度を増幅検出することができるだけでなく、より正確な測定効果を得ることもできる。これについては、後の実施例で詳しく説明する。

引き続き図１５～図２４を合わせて参照されたい。
この一連の添付図面は、本発明において正弦波形状の一部の図形で示される広義単調増加又は広義単調減少、更に好ましくは、狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数である特性を有する磁気リングの表面空間における磁束密度分布状態を説明することである。
すなわち、対応するホールセンサに正弦波形状に対応して広義単調増加し又は広義単調減少し、更に好ましくは、狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数であるという特性を有するアナログ型電圧変化を出力させ、その上に任意の位置の電圧状況を取得することができ、且つ狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数の呈する波形が迅速、簡易及び正確的な信号分析に用いることができる。このため、本発明は、磁気リング５、第１のホールセンサ６及び第２のホールセンサ６１の様々な変化によって、様々な複雑な表面磁束密度分布波形及び対応する電圧変化を発生させて、アナログ型数値分析で、より正確な測定結果を得ることができる。

図１５において、磁気リング５が中心軸１によって駆動されて回転する場合の第１のホールセンサ６での磁束密度の変化を示す。
この時、第１のホールセンサ６として、リニア出力タイプを採用し、左、右クランク１１、１２の回転角度に対応する磁気リング５が径方向又は軸方向に沿って着磁されて正弦波形状となる表面磁束密度５１となるができる。
図１６において、第１のホールセンサ６は、正弦波形状となる電圧５１０を出力する。これにより、正弦波形状の電圧５１０の微細な電圧変化を分析することで、磁気リング５、中心軸１、左クランク１１及び右クランク１２の回転角度値及び対応する回転速度値を得ることができる。
前記正弦波形状は、単に狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数の１つの実施態様だけであり、本実施形態の発生可能な正弦波形状に限定されない。

本発明において、磁気リング５は、第１のホールセンサ６の出力した電圧を、電圧の波形の勾配に合わせて、磁気リング５の位置角度値に一意対応させることのできる２つの磁極を含んでよい。且つ、磁気リング５は左クランク１１又は右クランク１２とある角度で固定的に組み立てられ、第１のホールセンサ６は左クランク１１又は右クランク１２の位置角度に対応して、１組の唯一の電圧値及び前記電圧値での波形の前記勾配を出力する。

図１７において、磁気リング５は、軸方向又は径方向に沿って着磁されて２極正弦波形状となる表面磁束密度５２０を形成する。これにより、中心軸１の周方向に一周する３６０度の行程範囲内で、磁気リング５の磁束密度とその位置角度との間の対応関係を一意決定することができる。且つ、左クランク１１及び右クランク１２は、位置合わせるように中心軸１に取り付けられ、２極正弦波形状となる表面磁束密度５２０に固定的に対応する。
図１８において、左クランク１１及び右クランク１２が回転する場合、リニア出力タイプを採用する第１のホールセンサ６は、２極正弦波形状となる電圧５３０を検知し出力し、２極正弦波形状の電圧５３０の電圧値と変化量を分析することで磁気リング５、中心軸１及び左、右クランク１１、１２の所在の位置角度及び対応する回転速度値を得ることができる。

本発明において、ホールセンサの数と位置は変わってもよい。
例として、第１のホールセンサ６及び第２のホールセンサ６１を同時に使ってもよい。両者同士が円周方向に９０度の円周角で間隔をあけて配列され、又は第１のホールセンサ６と第２のホールセンサ６１とが９０度の相位角でずれた電圧波形を出力するように配列され（又は他の数の偶数対）てもよい。これにより、検知精度を向上させ又は１次元、２次元又は３次元の磁束密度を増幅検出する。
磁気リング５の表面は、２次元空間又は３次元空間での磁束密度分布が少なくとも１つの曲線軌道になる。且つこの曲線軌跡の対応する磁束密度変化は、一部が広義単調増加関数又は広義単調減少関数になり、より好ましくは、磁気リングの同じ極性領域内での分布の一部が狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数である特性を有する。左クランク１１及び右クランク１２が回転する場合、第１のホールセンサ６及び第２のホールセンサ６１は、直交する２つの電圧波形を出力することができるため、検知精度を向上させる。
図１９において、第２のホールセンサ６１がスイッチタイプを採用し、且つ左クランク１１及び右クランク１２位置角度に対応する第１のホールセンサ６及び第２のホールセンサ６１の２つの直交方形波形状と正弦波形状となる電圧５２を示す。
図２０において、第２のホールセンサ６１がリニア出力タイプになり、且つ２つの直交正弦波形状となる電圧５３を示す。

図２１において、左クランク１１及び右クランク１２の回転角度に対応する磁気リング５の凹波形になる表面磁束密度５４を示し、図２２において、磁気リング５の階段波形になる表面磁束密度５５を示す。この時、図２３に示すように、第１のホールセンサ６として、スイッチタイプを採用してもよく、同様に方形波形状となる電圧５４０を運用してもよい。

図２４において、第１のホールセンサ６及び第２のホールセンサ６１のスイッチタイプを同時に使う場合の２つの直交方形波形状となる電圧５５０を示す。
第１のホールセンサ６又は第２のホールセンサ６１によって、検出される空間磁束密度の次元を増幅して、１次元の磁束密度から２次元又は３次元の磁束密度にする。これにより、磁気リングのより多くの回転状況を得ることができ、第１のホールセンサ６及び第２のホールセンサ６１として正弦波形状の電圧変化タイプを採用する場合、更に測定の精度を向上させ、信頼性を向上させることができる。

以上の説明から分かるように、ホールセンサ６及びホールセンサ６１を使用する場合、一部が広義単調増加関数又は広義単調減少関数となるように組み合わされる。より好ましくは、対応する磁気リング５の同じ極性領域内で、一部が狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数となるように組み合される複数の電圧値を出力して、１次元、２次元又は３次元の磁束密度を増幅検出し、且つ電気信号処理ユニットによって電圧値とその変化量を分析することにより、中心軸の位置角度値又は回転角度値を得ることができる。

以上の説明から、本発明の前記目的及び効果は以下の通りであることが判明する。
一、本発明は、接着剤を利用せずに、チューブの表面に巻き回れる磁性材料によってパターン化された形状を形成することで、信頼性及び測定の精度を向上させる。
二、本発明は、狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数である特性を有する１次元又は多次元の表面磁束密度の磁気リングを使い、中心軸と連動的に回転して空間磁束密度値及び接線勾配を中心軸位置角度に一意対応させ、空間磁束の密度変化量を中心軸の回転角度値に正確に対応させることができる。
三、本発明は、第１のホールセンサ又は第２のホールセンサによって、狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数となる、対応するアナログ型電圧値を出力し、電圧変化の数値を分析して正確な電動乗物の運転パラメータ又は非電動乗物の運転パラメータをフィードバックすることができる。
四、本発明は、位置が異なり、又は位置が同じであるが互いの配置方向が異なる複数のホールセンサが利用され、複数のホールセンサによって、一部が狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数となるように組み合わされ、対応する複数の電圧を出力して、１次元、又は２次元、又は３次元の磁束密度を増幅検出することができる。

本発明では、実施形態を前述の通りに開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神や領域から逸脱しない限り、多様な変更や修飾を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

Claims (32)

1. 乗物のボトムブラケット内に配置される中心軸と、
   それぞれ前記中心軸の対向する両端に固定される左クランク及び右クランクと、
   前記中心軸に外嵌されるチューブと、
   接着剤を利用せずに前記チューブに巻き付けられて、パターン化された形状を形成する磁性材料と、
   前記磁性材料に巻き付けられて、前記磁性材料の磁気変化を検出するためのコイルと、
   前記中心軸に固定される磁気リングと、
   前記磁気リングに対応し、前記磁気リングの表面の磁束密度の数値と変化を検出する第１のホールセンサと、
   前記コイル及び前記第１のホールセンサに電気的に接続されて、関連する電気信号を受発信し、また演算する電気信号処理ユニットと、
   を含み、
   前記左クランク及び前記右クランクがそれぞれ前記中心軸に対してトルクを発生させ、前記チューブを変形させるように連動することで、前記磁性材料の透磁率を変えて、前記コイルに対応する誘導起電力を発生させ、電圧値を生成させ、前記電気信号処理ユニットが前記電圧値を分析してトルク値を得、
   前記磁気リングが前記中心軸の回転によって駆動されて、磁束密度分布を変更させ、前記第１のホールセンサから出力した電圧に対応する変化を生じ、前記電気信号処理ユニットが前記電圧の変化を分析して前記中心軸の回転角度値を得、
   前記電気信号処理ユニットが単位時間当たりの前記回転角度値の変化量を計算して前記中心軸の回転速度値を得ることを特徴とする乗物の運転パラメータの検出装置。
2. 前記磁性材料は、溶射、ブラスト、ローレット成形加工、ローレット切削加工、粉末冶金又は埋め込みプロセスによって前記パターン化された形状を形成する請求項１に記載の検出装置。
3. 前記パターン化された形状は、Ｖ字状又はＺ字状になる請求項２に記載の検出装置。
4. 前記パターン化された形状はＶ字状になり、それぞれ平行である複数のストライプを含む２つの領域に分割でき、且つ２つの領域内のストライプの平行方向が異なり、各前記領域内の前記ストライプのエッジが互いに接続又は分離できる請求項２に記載の検出装置。
5. 前記パターン化された形状はＺ字状になり、それぞれ平行である複数のストライプを含む３つの領域に分割でき、且つ前記３つの領域において、中央領域内に位置する前記ストライプとその隣接する２つの領域内の前記ストライプとの平行方向が異なり、各前記領域内の前記ストライプのエッジが互いに接続又は分離できる請求項２に記載の検出装置。
6. 各前記ストライプの接線と前記チューブの回転軸中心線の垂直線との間に夾角が形成される請求項第４又は５に記載の検出装置。
7. 前記夾角は、２０度～７０度又は１１０度～１６０度の範囲にある請求項６に記載の検出装置。
8. 前記中心軸に外嵌されるチェーンホイールを更に含み、前記チューブは、一端が前記中心軸に接続され、他端が直接又はアダプターによって前記チェーンホイールに接続される請求項１に記載の検出装置。
9. 前記コイルは、１組、又は巻線方向が逆である２組、又は巻線方向が同じである２組、又は巻線方向が同じである３組である請求項１に記載の検出装置。
10. 前記磁気リングの表面の前記磁束密度分布は、一部が広義単調増加関数又は広義単調減少関数である請求項１に記載の検出装置。
11. 前記磁気リングの表面の前記磁束密度分布は、同じ極性領域で一部が狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数の波形である請求項１０に記載の検出装置。
12. 前記狭義単調増加関数又は前記狭義単調減少関数の前記波形は、正弦波又は三角波である請求項１１に記載の検出装置。
13. 前記第１のホールセンサは、リニア出力タイプであり且つ前記磁気リングに対応し、前記第１のホールセンサから出力した前記電圧の波形は、一部が広義単調増加関数又は広義単調減少関数である請求項１０に記載の検出装置。
14. 前記第１のホールセンサは、対応する前記磁気リングの同じ極性領域から出力した前記電圧の前記波形の一部が狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数である請求項１３に記載の検出装置。
15. 前記波形は、正弦波又は三角波である請求項１４に記載の検出装置。
16. 前記磁気リングは、前記第１のホールセンサから出力した前記電圧を、前記電圧の前記波形の勾配に合わせて、前記磁気リングの位置角度値に一意対応させる２つの磁極を含む請求項１１又は１４に記載の検出装置。
17. 前記磁気リングは前記左クランク又は前記右クランクとある角度で固定的に組み立てられ、前記第１のホールセンサは前記左クランク又は前記右クランクの位置角度に対応して、１組の唯一の電圧値及び前記電圧値での波形の前記勾配を出力する請求項１６に記載の検出装置。
18. 前記磁気リングの表面の前記磁束密度分布は、凹波形又は階段波形になる請求項１に記載の検出装置。
19. 前記第１のホールセンサとして、スイッチタイプを採用する請求項１に記載の検出装置。
20. 第２のホールセンサを更に含み、前記第２のホールセンサと前記第１のホールセンサが前記磁気リングに沿って円周方向にある円周角で間隔をあけて配列され、又は前記第１のホールセンサと前記第２のホールセンサとがある位相角でずれた電圧波形を出力するように配列される請求項１に記載の検出装置。
21. 前記第１のホールセンサと前記第２のホールセンサとが円周方向に９０度の円周角で間隔を空けて配列される請求項２０に記載の検出装置。
22. 前記第１のホールセンサと前記第２のホールセンサとが９０度の位相角でずれた電圧波形を出力するように配列される請求項２０に記載の検出装置。
23. 前記第２のホールセンサとしては、リニア出力タイプ又はスイッチタイプを採用する請求項２０に記載の検出装置。
24. 前記磁気リングは、接着又は射出成形によって前記中心軸の表面に形成される請求項１に記載の検出装置。
25. 前記中心軸と前記チューブとの間にプラスチック製のホルダが配置される請求項１に記載の検出装置。
26. 前記コイルの周りに電磁干渉を防ぐためのシールドが設けられる請求項１に記載の検出装置。
27. 前記中心軸は、一端に左軸受が設けられ、他端に右軸受が設けられ、前記左軸受に左ワンが外嵌され、前記右軸受に右ワンが外嵌され、前記中心軸が前記左軸受、前記左ワン、前記右軸受及び前記右ワンによって前記ボトムブラケット内に固定される請求項１に記載の検出装置。
28. 前記チューブにガスケットが配置される請求項２５に記載の検出装置。
29. 乗物のボトムブラケット内に配置される中心軸と、
    それぞれ前記中心軸の対向する両端に固定される左クランク及び右クランクと、
    前記中心軸に外嵌されるチューブと、
    接着剤を利用せずに前記チューブに巻き付けられて、パターン化された形状を形成する磁性材料と、
    前記磁性材料に巻き付けられて、前記磁性材料の磁気変化を検出するためのコイルと、
    前記中心軸と同期に回転し、その表面の２次元空間又は３次元空間での磁束密度分布が少なくとも１つの曲線軌跡になり、前記曲線軌跡の対応する磁束密度変化の一部が広義単調増加関数又は広義単調減少関数となる磁気リングと、
    前記磁気リングに対応し、前記磁気リングの表面の前記２次元空間又は前記３次元空間の前記磁束密度値と変化を検出し、位置が異なり、又は位置が同じであるが互いに配置方向が異なる少なくとも２つのホールセンサと、
    前記コイル及び前記ホールセンサに電気的に接続されて、関連する電気信号を受発信し、また演算する電気信号処理ユニットと、
    を含み、
    前記左クランク及び前記右クランクがそれぞれ前記中心軸に対してトルクを発生させ、前記チューブを変形させるように連動することで、前記磁性材料の透磁率を変え、前記コイルに対応する誘導起電力を発生させ、電圧値を生成させ、前記電気信号処理ユニットが前記電圧値を分析してトルク値を得、
    前記磁気リングが前記中心軸の回転によって駆動され、前記磁束密度分布を変更させ、前記ホールセンサが、一部が広義単調増加関数又は広義単調減少関数になるように組み合わされる複数の電圧値を出力して、１次元、２次元又は３次元の磁束密度を増幅検出し、前記電気信号処理ユニットが前記電圧値と変化量を分析して前記中心軸の位置角度値又は回転角度値を得、
    前記電気信号処理ユニットが単位時間当たりの前記回転角度値の変化量を計算して前記中心軸の回転速度値を得ることを特徴とする乗物の運転パラメータの検出装置。
30. 前記磁性材料は、溶射、ブラスト、ローレット成形加工、ローレット切削加工、粉末冶金又は埋め込みプロセスによって前記パターン化された形状を形成する請求項２９に記載の検出装置。
31. 前記磁束密度変化は、対応する前記磁気リングの同じ極性領域内で、一部が狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数である請求項２９に記載の検出装置。
32. 前記ホールセンサは、対応する前記磁気リングの同じ極性領域内で一部が狭義単調増加関数又は狭義単調減少関数となるように組み合わされる複数の電圧値を出力する請求項２９に記載の検出装置。

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