JP7257063B2

JP7257063B2 - 動力代替構造

Info

Publication number: JP7257063B2
Application number: JP2021175894A
Authority: JP
Inventors: 哲文連; 騏禎田; 培升謝
Original assignee: 姚立和
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2023-04-13
Anticipated expiration: 2041-10-27
Also published as: EP3992066A3; US12110078B2; CN114435527A; TW202218933A; CN114435527B; TWI756895B; US20220135178A1; CN216805715U; JP3235758U; EP3992066A2; JP2022074073A

Description

本発明は、必要に応じて初期動力、助力動力または外部動力の提供を選択して駆動し、異なる駆動ニーズに対応することができる、動力代替構造に関する。

現有の自転車のトルク検出機構は、主に、クランク軸表面に歪みゲージが設置され、左右両側のクランクが踏み込まれたとき、クランク軸にねじれ力によって変形が発生するが、このとき該歪みゲージが該クランク軸の歪み量を検出して、コントローラが補助モーターの出力する補助動力を制御するか、または直接駆動するというものである。しかしながら、前述の構造において、チェーンスプロケットが設置されたクランクを踏み込んだとき、力の一部がスプロケット上に伝達されるため、クランク軸に導入されるトルクには極めて大きな誤差があり、測定の正確性が低下して、モーターが出力する補助動力の大きさにも連動的に影響する。

つまり、現有のトルク検出機構は、クランク軸のトルク測定時に誤差が存在し、その補助動力の提供に悪影響を引き起こしており、また直接外力を使用して駆動する必要があるときも、初期動力と補助動力が相互に干渉し、部品の破損を引き起こす可能性があり、使用者の実際のニーズに応じて切り替えを行うことができないことがある。

本発明の主な目的は、必要に応じて初期動力、助力動力または外部動力の提供を選択して駆動し、異なる駆動ニーズに対応することができる、動力代替構造を提供することにある。

本発明の別の目的は、簡単な構造を利用することで、入力軸の作用力が伝達される際の損耗を減少し、入力軸のトルク値をすぐに、正確に測定でき、入力軸のトルク値の測定誤差を大幅に減少して、補助動力の出力をより円滑かつ安定させ、歪みを生じたり、突然暴走したりする現象を防止することで、補助動力による駆動の信頼性を高めることができる、動力代替構造を提供することにある。

以下この考案について説明する。請求項１に記載する動力代替構造は、被駆動体を駆動するための動力代替構造であって、入力軸と、検出軸スリーブ部材と、出力ユニットと、補助動力ユニットと、を含み、
前記入力軸が、少なくとも１つの初期動力を受けて駆動され、
前記検出軸スリーブ部材が、前記入力軸上に設置され、前記入力軸のトルク値の大きさを直接検出し、対応する歪み信号を発することができ、
前記出力ユニットが、第１伝動軸スリーブと、第２伝動軸スリーブと、出力部材を備え、該第１伝動軸スリーブが前記入力軸上に被せて設置され、前記第２伝動軸スリーブが前記入力軸と前記第１伝動軸スリーブの外側に被せて設置され、かつ前記第２伝動軸スリーブと前記第１伝動軸スリーブ間に少なくとも１つのワンウェイベアリングが設置され、前記第１伝動軸スリーブが前記入力軸の初期動力入力方向に沿って一方向に前記第２伝動軸スリーブを動かすことができ、また前記出力部材を前記第２伝動軸スリーブ上に設置して、前記被駆動体を駆動することができ、
前記補助動力ユニットが、前記第２伝動軸スリーブ上に被せて設置され、動力部材を有し、かつ前記動力部材と前記第２伝動軸スリーブ間に少なくとも１つのワンウェイベアリングが設置され、前記動力部材が前記出力部材により前記被駆動体を駆動する方向に沿って一方向に前記第２伝動軸スリーブを動かし、前記歪み信号に基づき前記第２伝動軸スリーブを補助して駆動する補助動力を発生することができる。

請求項２に記載する動力代替構造は、請求項１における出力ユニットの第１伝動軸スリーブが一端に接合部を備え、前記検出軸スリーブ部材の対応する端部に対応して連接される接合部が形成され、前記入力軸が前記検出軸スリーブ部材を介して前記第１伝動軸スリーブを動かすことができる。

請求項３に記載する動力代替構造は、請求項２における検出軸スリーブ部材の接合部が、外縁噛合歯を有し、前記第１伝動軸スリーブの接合部が、対応して噛み合わせることができる内縁噛合歯を有する、ことを特徴とする、請求項２に記載の動力代替構造。

請求項４に記載する動力代替構造は、請求項１における出力ユニットの第２伝動軸スリーブと前記入力軸の間に少なくとも１つの軸受が設置される。

請求項５に記載する動力代替構造は、請求項１または２または４における出力ユニットの第１伝動軸スリーブと前記入力軸の間に少なくとも１つの軸受が設置される。

請求項６に記載する動力代替構造は、請求項１における出力ユニットの第２伝動軸スリーブが、前記ワンウェイベアリングの両側にそれぞれ径方向位置決め部材を有する。

請求項７に記載する動力代替構造は、請求項６における出力ユニットの径方向位置決め部材の開口側に軸方向位置決め部材が設置される。

請求項８に記載する動力代替構造は、請求項１における補助動力ユニットの動力部材が前記ワンウェイベアリングの一側に径方向位置決め部材を備える。

請求項９に記載する動力代替構造は、請求項８における補助動力ユニットの径方向位置決め部材の開口側に軸方向位置決め部材が設置される。

請求項１０に記載する動力代替構造は、請求項１における被駆動体が自転車であり、前記入力軸が前記自転車のクランク軸であり、かつ前記クランク軸が両端のクランクを踏み込むことで駆動の初期動力を発生する。

本発明の動力代替構造は、該入力軸上の検出軸スリーブ部材を利用して該出力ユニットの第１伝動軸スリーブ、第２伝動軸スリーブを間接的に動かし、且つ該第１伝動軸スリーブ、第２伝動軸スリーブと該入力軸間に微動静止摩擦力の現象を形成し、該検出軸スリーブ部により直接かつ正確に該入力軸のトルク値の大きさを測定させることができるため、小さい力を効果的に検出できない、または大きな力になるまで累積させることで補助動力の暴走を発生する現象を回避し、補助動力を円滑かつ安定的に出力させることができ、同時に該第２伝動軸スリーブと該第１伝動軸スリーブ及び動力部材間にそれぞれワンウェイベアリングを設置する設計を通じ、第２伝動軸スリーブ上の出力部材に実際の必要に応じて駆動力の出所を選択させることができ、その作動の柔軟性を高めることができる。

本発明の立体外観図である。本発明の立体分解図である。本発明の組み立て後の側面断面図である。本発明の初期動力を利用した駆動の側面断面図である。本発明の外部電力を利用した駆動の側面断面図である。

本発明の構成は、図１、図２に示すように、入力軸１０と、一検出軸スリーブ部材２０と、出力ユニット３０と、補助動力ユニット４０から構成され、そのうち、該入力軸１０と補助動力ユニット４０が個別にまたは共同で、該出力ユニット３０に対してそれぞれ出力し、自転車などの被駆動体を駆動することができる。

詳細な構成は、図２、図３に示すように、該入力軸１０の両端のうち少なくとも１端が、初期動力の入力を通じて作動し、その軸心で旋回させることができ、該入力軸１０は自転車のクランク軸とすることができ、両端に設置されたクランクを踏み込んで該クランク軸を作動させ、クランク軸上のスプロケットを通じてチェーンを動かし、自転車の駆動に用いることができる。かつ該検出軸スリーブ部材２０が該入力軸１０の中段部に被着され、該検出軸スリーブ部材２０を該入力軸１０と連動して旋回させることができ、かつ該検出軸スリーブ部材２０が、該入力軸１０のトルク値の大きさを測定し、トルク値の大きさに対応する歪み信号を生成し、該検出軸スリーブ部材２０がコントローラ（図示しない）に電気的に接続され、該コントローラが該歪み信号または作動信号（例えば外力駆動モードへの切り替え）に基づいて駆動部材（例えばモーター）を操作し、該補助動力ユニット４０を作動させて補助動力を出力させることができる。また、該検出軸スリーブ部材２０の一端に接合部２５が形成され、該出力ユニット３０と固定されて連動を発生し、そのうち、該接合部２５は外縁噛合歯または内縁噛合歯とすることができ、本発明の検出軸スリーブ部材２０の接合部２５は、外縁噛合歯を主要な実施例とする。

前述の出力ユニット３０は、第１伝動軸スリーブ３１と、第２伝動軸スリーブ３５と、出力部材３８から構成され、そのうち、該第１伝動軸スリーブ３１が該入力軸１０上に被せて設置され、かつ該第１伝動軸スリーブ３１が中心に段付軸孔３１０を備え、該段付軸孔３１０の一端に該検出軸スリーブ部材２０の接合部２５に対応して接合可能な接合部３２が設けられ、そのうち、該第１伝動軸スリーブ３１の接合部３２は内縁噛合歯または外縁噛合歯とすることができ、本発明の第１伝動軸スリーブ３１の接合部３２は、該検出軸スリーブ部材２０の接合部２５の外縁噛合歯に対応して噛合させることができる内縁噛合歯を主要な実施例とする。かつ、該第１伝動軸スリーブ３１の段付軸孔３１０の他端と該入力軸１０の間に少なくとも１つの軸受３３が設置され、該第１伝動軸スリーブ３１と該入力軸１０の両者間に微動静止磨擦力を存在させ、該入力軸１０の入力する作用力が該第１伝動軸スリーブ３１に直接伝達されないようにする。該第２伝動軸スリーブ３５が該入力軸１０と該第１伝動軸スリーブ３１の外側に被せて設置され、該第２伝動軸スリーブ３５が中心に段付軸孔３５０を備え、かつ該第２伝動軸スリーブ３５の段付軸孔３５０の一端と該入力軸１０間に少なくとも１つの軸受３６が設置され、該第２伝動軸スリーブ３５と該入力軸１０の両者間に微動静止磨擦力を存在させ、該入力軸１０の入力する作用力が該第２伝動軸スリーブ３５上に直接伝達されないようにする。また、該第２伝動軸スリーブ３５の段付軸孔３５０の他端と該第１伝動軸スリーブ３１間に少なくとも１つのワンウェイベアリング３７が設置され、該第１伝動軸スリーブ３１が入力軸１０の初期動力入力方向に沿って一方向に該第２伝動軸スリーブ３５を動かすことができ、逆方向は空転するようにさせることができる。また、該ワンウェイベアリング３７の両側のうち少なくとも一側に径方向位置決め部材３７１が設置され、かつそのうち１つの径方向位置決め部材３７１の一側に軸方向位置決め部材３７２が設置され、該第２伝動軸スリーブ３５を安定的に該第１伝動軸スリーブ３１上で運転させることができる。さらに、該出力部材３８が該第２伝動軸スリーブ３５の一端に設置され、該出力部材３８が該第２伝動軸スリーブ３５により動かされるようにする。該出力部材３８は自転車のスプロケットとすることができ、チェーンにより自転車の前輪または後輪を駆動する。

また、該補助動力ユニット４０は、該歪み信号に基づいてコントローラ駆動部材（図示しない）の作動により対応する大きさの補助動力を出力し、該出力ユニット３０の第２伝動軸スリーブ３５出力部材３８を駆動し、該補助動力ユニット４０が出力ユニット３０の第２伝動軸スリーブ３５上に被せて設置された動力部材４１を備え、かつ該動力部材４１の内縁と該第２伝動軸スリーブ３５間に少なくとも１つのワンウェイベアリング４２が設置され、該動力部材４１が出力部材３８により該被駆動体を駆動する方向に沿って一方向に該第２伝動軸スリーブ３５を動かすことができ、逆方向は空転するようにさせることができる。また、該ワンウェイベアリング４２の一側に径方向位置決め部材４３が設置され、かつ該径方向位置決め部材４３の一側に軸方向位置決め部材４４が設置され、該動力部材４１を安定的に該第２伝動軸スリーブ３５上で運転させることができる。

これにより、該入力軸１０を回転させる初期動力で該出力ユニット３０の出力部材３８を駆動し、該検出軸スリーブ部材２０が入力軸１０の初期動力の歪み信号を測定するか、オンオフ動作を切り替え、コントローラの駆動部材を利用して該補助動力ユニット４０の動力部材４１を動かし、該出力ユニット３０の出力部材３８に対して対応する大きさの駆動動力を提供することで、動力代替構造を構成する。

本発明の構造を実際に動作させるときは、図１、図４に示すように、該入力軸１０が両端のうち少なくとも一端の初期動力を得たとき、例えば入力軸１０が自転車のクランク軸であるとき、両端のクランクを踏み込んで初期動力が入力され、該入力軸１０が該検出軸スリーブ部材２０を介して該出力ユニット３０の第１伝動軸スリーブ３１を動かし、かつワンウェイベアリング３７を介して該第２伝動軸スリーブ３５を作動させ、該第２伝動軸スリーブ３５上の出力部材３８を初期動力で駆動させることができ、かつ該第２伝動軸スリーブ３５はその外縁のワンウェイベアリング４２により該動力部材４１に対して空転を形成し、コントローラの駆動部材を動かして破損することがないようにする。同時に、該検出軸スリーブ部材２０は該入力軸１０のトルク値の大きさを測定することができ、かつコントローラに対して対応する歪み信号を発し、該コントローラにより所定値を超過していないか判断するために用いられる。例えば、該入力軸１０のトルク値が補助動力ユニット４０を作動させる設定値に達していない場合、該補助動力ユニット４０の動力部材４１は静止した状態となり、該出力ユニット３０の第２伝動軸スリーブ３５と補助動力ユニット４０の動力部材４１間にワンウェイベアリング４２の設置により空転を形成し、該補助動力ユニット４０の動力部材４１に噛み合わされたコントローラ駆動部材（例えばモーター）を作動させるに至らず、該駆動部材の破損を回避することができる。

該入力軸１０が初期動力により駆動されトルク値が大きくなり（例えば、自転車に乗っていて坂道を上がるとき）該コントローラの所定値に達した、または駆動部材を直接作動させたいときは、図１、図５に示すように、該コントローラが補助動力ユニット４０の動力部材４１と噛み合わされた駆動部材を作動させ、該補助動力ユニット４０により対応する補助動力を出力し、該動力部材４１に該ワンウェイベアリング４２を介して出力ユニット３０の第２伝動軸スリーブ３５を駆動させ、その出力部材３８を回動させることができる。かつ該出力ユニット３０の第２伝動軸スリーブ３５と第１伝動軸スリーブ３１間にワンウェイベアリング３７が設置されているため、両者間に空転が形成され、入力軸１０から伝達される初期動力と該補助動力ユニット４０の動力部材４１から伝達される補助動力または駆動動力が互いに干渉するに至らない。

前述の設計と説明から、本発明は該入力軸１０上の検出軸スリーブ部材２０を利用して該出力ユニット３０の第１伝動軸スリーブ３１、第２伝動軸スリーブ３５を間接的に動かし、かつ該第１伝動軸スリーブ３１、第２伝動軸スリーブ３５と該入力軸１０間に軸受３３、３６が設置されることで、微動静止摩擦力の現象を形成し、該入力軸１０が入力する初期動力が該検出軸スリーブ部材２０による測定を経ないとき、その作用力が該出力ユニット３０の第１伝動軸スリーブ３１、第２伝動軸スリーブ３５上に分散されることがなく、入力軸１０のトルク量に影響せず、該検出軸スリーブ部材２０により直接かつ正確に該入力軸１０のトルク値の大きさを測定させることができ、同時に遅滞現象がなく、測定値も歪みを生じることがない。このため、測定誤差が小さく、感度が高いことで、小さい力を効果的に検出できない、または大きな力になるまで累積させることで補助動力の暴走を発生する現象を回避し、補助動力を円滑かつ安定的に出力させることができる。同時に、該第２伝動軸スリーブ３５と第１伝動軸スリーブ３１及び動力部材４１間にそれぞれワンウェイベアリング３７、４２を設置する設計を通じ、第２伝動軸スリーブ３５上の出力部材３８に実際の必要に応じて駆動力の出所を選択させることができ、その作動の柔軟性を高めることができる。

１０入力軸
２０検出軸スリーブ部材
２５接合部
３０出力ユニット
３１第１伝動軸スリーブ
３１０段付軸孔
３２接合部
３３軸受
３５第２伝動軸スリーブ
３５０段付軸孔
３６軸受
３７ワンウェイベアリング
３７１径方向位置決め部材
３７２軸方向位置決め部材
３８出力部材
４０補助動力ユニット
４１動力部材
４２ワンウェイベアリング
４３径方向位置決め部材
４４軸方向位置決め部材

Claims

被駆動体を駆動するための動力代替構造であって、
入力軸と、検出軸スリーブ部材と、出力ユニットと、補助動力ユニットと、を含み、
前記入力軸が、少なくとも１つの初期動力を受けて駆動され、
前記検出軸スリーブ部材が、前記入力軸上に設置され、前記入力軸のトルク値の大きさを直接検出し、対応する歪み信号を発することができ、
前記出力ユニットが、第１伝動軸スリーブと、第２伝動軸スリーブと、出力部材と、を備え、
該第１伝動軸スリーブが前記入力軸上に被せて設置され、
前記第２伝動軸スリーブが前記入力軸と前記第１伝動軸スリーブの外側に被せて設置され、かつ前記第２伝動軸スリーブと前記第１伝動軸スリーブ間に少なくとも１つのワンウェイベアリングが設置され、前記第１伝動軸スリーブが前記入力軸の初期動力入力方向に沿って一方向に前記第２伝動軸スリーブを動かすことができ、
また前記出力部材を前記第２伝動軸スリーブ上に設置して、前記被駆動体を駆動することができ、
前記補助動力ユニットが、前記第２伝動軸スリーブ上に被せて設置され、動力部材を有し、かつ前記動力部材と前記第２伝動軸スリーブ間に少なくとも１つのワンウェイベアリングが設置され、
前記動力部材が前記出力部材により前記被駆動体を駆動する方向に沿って一方向に前記第２伝動軸スリーブを動かし、前記歪み信号に基づき前記第２伝動軸スリーブを補助して駆動する補助動力を発生することができ
前記出力ユニットの第１伝動軸スリーブが一端に接合部を備え、前記検出軸スリーブ部材の対応する端部に対応して連接される接合部が形成され、前記入力軸が前記検出軸スリーブ部材を介して前記第１伝動軸スリーブを動かすことができる
ことを特徴とする動力代替構造。
請求項１に記載の動力代替構造において、
前記検出軸スリーブ部材の接合部が、外縁噛合歯を有し、前記第１伝動軸スリーブの接合部が、対応して噛み合わせることができる内縁噛合歯を有する
ことを特徴とする動力代替構造。
請求項１に記載の動力代替構造において、
前記出力ユニットの第２伝動軸スリーブと前記入力軸の間に少なくとも１つの軸受が設置される
ことを特徴とする動力代替構造。
被駆動体を駆動するための動力代替構造であって、
入力軸と、検出軸スリーブ部材と、出力ユニットと、補助動力ユニットと、を含み、
前記入力軸が、少なくとも１つの初期動力を受けて駆動され、
前記検出軸スリーブ部材が、前記入力軸上に設置され、前記入力軸のトルク値の大きさを直接検出し、対応する歪み信号を発することができ、
前記出力ユニットが、第１伝動軸スリーブと、第２伝動軸スリーブと、出力部材と、を備え、
該第１伝動軸スリーブが前記入力軸上に被せて設置され、
前記第２伝動軸スリーブが前記入力軸と前記第１伝動軸スリーブの外側に被せて設置され、かつ前記第２伝動軸スリーブと前記第１伝動軸スリーブ間に少なくとも１つのワンウェイベアリングが設置され、前記第１伝動軸スリーブが前記入力軸の初期動力入力方向に沿って一方向に前記第２伝動軸スリーブを動かすことができ、
また前記出力部材を前記第２伝動軸スリーブ上に設置して、前記被駆動体を駆動することができ、
前記補助動力ユニットが、前記第２伝動軸スリーブ上に被せて設置され、動力部材を有し、かつ前記動力部材と前記第２伝動軸スリーブ間に少なくとも１つのワンウェイベアリングが設置され、
前記動力部材が前記出力部材により前記被駆動体を駆動する方向に沿って一方向に前記第２伝動軸スリーブを動かし、前記歪み信号に基づき前記第２伝動軸スリーブを補助して駆動する補助動力を発生することができ、
前記出力ユニットの第１伝動軸スリーブと前記入力軸の間に少なくとも１つの軸受が設置される
ことを特徴とする動力代替構造。
被駆動体を駆動するための動力代替構造であって、
入力軸と、検出軸スリーブ部材と、出力ユニットと、補助動力ユニットと、を含み、
前記入力軸が、少なくとも１つの初期動力を受けて駆動され、
前記検出軸スリーブ部材が、前記入力軸上に設置され、前記入力軸のトルク値の大きさを直接検出し、対応する歪み信号を発することができ、
前記出力ユニットが、第１伝動軸スリーブと、第２伝動軸スリーブと、出力部材と、を備え、
該第１伝動軸スリーブが前記入力軸上に被せて設置され、
前記第２伝動軸スリーブが前記入力軸と前記第１伝動軸スリーブの外側に被せて設置され、かつ前記第２伝動軸スリーブと前記第１伝動軸スリーブ間に少なくとも１つのワンウェイベアリングが設置され、前記第１伝動軸スリーブが前記入力軸の初期動力入力方向に沿って一方向に前記第２伝動軸スリーブを動かすことができ、
また前記出力部材を前記第２伝動軸スリーブ上に設置して、前記被駆動体を駆動することができ、
前記補助動力ユニットが、前記第２伝動軸スリーブ上に被せて設置され、動力部材を有し、かつ前記動力部材と前記第２伝動軸スリーブ間に少なくとも１つのワンウェイベアリングが設置され、
前記動力部材が前記出力部材により前記被駆動体を駆動する方向に沿って一方向に前記第２伝動軸スリーブを動かし、前記歪み信号に基づき前記第２伝動軸スリーブを補助して駆動する補助動力を発生することができ、
前記出力ユニットの第２伝動軸スリーブが、前記ワンウェイベアリングの両側にそれぞれ径方向位置決め部材を有する
ことを特徴とする動力代替構造。
請求項５に記載の動力代替構造において、
前記出力ユニットの径方向位置決め部材の開口側に軸方向位置決め部材が設置される、
ことを特徴とする動力代替構造。
請求項１、請求項４および請求項５のうちのいずれかに記載の動力代替構造において、
前記補助動力ユニットの動力部材が前記ワンウェイベアリングの一側に径方向位置決め部材を備える、
ことを特徴とする動力代替構造。
被駆動体を駆動するための動力代替構造であって、
入力軸と、検出軸スリーブ部材と、出力ユニットと、補助動力ユニットと、を含み、
前記入力軸が、少なくとも１つの初期動力を受けて駆動され、
前記検出軸スリーブ部材が、前記入力軸上に設置され、前記入力軸のトルク値の大きさを直接検出し、対応する歪み信号を発することができ、
前記出力ユニットが、第１伝動軸スリーブと、第２伝動軸スリーブと、出力部材と、を備え、
該第１伝動軸スリーブが前記入力軸上に被せて設置され、
前記第２伝動軸スリーブが前記入力軸と前記第１伝動軸スリーブの外側に被せて設置され、かつ前記第２伝動軸スリーブと前記第１伝動軸スリーブ間に少なくとも１つのワンウェイベアリングが設置され、前記第１伝動軸スリーブが前記入力軸の初期動力入力方向に沿って一方向に前記第２伝動軸スリーブを動かすことができ、
また前記出力部材を前記第２伝動軸スリーブ上に設置して、前記被駆動体を駆動することができ、
前記補助動力ユニットが、前記第２伝動軸スリーブ上に被せて設置され、動力部材を有し、かつ前記動力部材と前記第２伝動軸スリーブ間に少なくとも１つのワンウェイベアリングが設置され、
前記動力部材が前記出力部材により前記被駆動体を駆動する方向に沿って一方向に前記第２伝動軸スリーブを動かし、前記歪み信号に基づき前記第２伝動軸スリーブを補助して駆動する補助動力を発生することができ、
前記補助動力ユニットの動力部材が前記ワンウェイベアリングの一側に径方向位置決め部材を備え、
前記補助動力ユニットの径方向位置決め部材の開口側に軸方向位置決め部材が設置される
ことを特徴とする動力代替構造。
請求項１、請求項４、請求項５および請求項８のうちのいずれかに記載の動力代替構造において、
前記被駆動体が自転車であり、前記入力軸が前記自転車のクランク軸であり、かつ前記クランク軸が両端のクランクを踏み込むことで駆動の初期動力を発生する、
ことを特徴とする動力代替構造。