JPH08313376A - トルク検出装置及び自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】例えば自転車等に適用してペダルの重さを簡易
かつ確実に検出することができるトルク検出装置とこの
トルク検出装置を適用した自転車を提案する。 【構成】相対位置が変位するように弾性部材１２により
第１及び第２の回転体６及び８を連結して駆動力を伝達
し、この相対位置を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トルク検出装置及び自
転車に関し、相対位置が変位するように弾性部材により
第１及び第２の回転体を連結して駆動力を伝達し、この
相対位置を検出することにより、例えば自転車等に適用
してペダルの重さを簡易かつ確実に検出することができ
るようにする。

【０００２】

【従来の技術】従来、自転車においては、モータ等の駆
動力を補助的に使用するようになされたものがある。す
なわちこの種の自転車は、例えば急坂等を登坂するよう
な場合に、所定の操作子を操作することにより、モータ
等の補助動力装置を起動し、この補助動力装置の駆動力
によりペダルの踏力を軽減するようになされていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの種の自転
車において、ペダルの重さを簡易かつ確実に検出するこ
とができれば、この種の自転車の使い勝手を一段と向上
できると考えられる。すなわちペダルの重さを簡易かつ
確実に検出することができれば、例えば急坂を登坂する
場合のようなペダルが重いときだけ補助動力装置を利用
することができ、これにより運転者の負担を軽減するこ
とができる。またモータを駆動するバッテリーについて
も、負担を軽減でき、さらにはモータによる不必要な駆
動を中止して安全性も向上することができる。

【０００４】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、例えば自転車等に適用してペダルの重さを簡易かつ
確実に検出することができるトルク検出装置とこのトル
ク検出装置を適用した自転車を提案しようとするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、動力源の駆動力により、規定の回
転中心軸を回転中心にして回転する第１の回転体と、先
の回転中心軸を回転中心にして回転し、規定の駆動対象
に回転駆動力を伝達する第２の回転体と、この第２の回
転体の負荷に応じて、第１及び第２の回転体の相対位置
が先の回転中心軸を中心にして変位するように、第１及
び第２の回転体を連結し、第１の回転体の駆動力を第２
の回転体に伝達する弾性部材と、この相対位置を検出す
る検出手段とを備えるようにする。

【０００６】またペダルの駆動力により、規定の回転中
心軸を回転中心にして回転する第１の回転体と、先の回
転中心軸を回転中心にして回転し、駆動輪に回転駆動力
を伝達する第２の回転体と、この第２の回転体の負荷に
応じて、第１及び第２の回転体の相対位置が先の回転中
心軸を中心にして変位するように、第１及び第２の回転
体を連結し、第１の回転体の駆動力を第２の回転体に伝
達する弾性部材と、先の相対位置を検出し、検出結果を
出力する検出手段と、この検出結果に基づいて、駆動輪
を駆動する駆動用モータとを備えるようにする。

【０００７】

【作用】第２の回転体の負荷に応じて、第１及び第２の
回転体の相対位置が先の回転中心軸を中心にして変位す
るように弾性部材により連結し、第１の回転体の駆動力
を第２の回転体に伝達すれば、この相対位置は、第２の
回転体の回転対象を駆動するために必要なトルクに応じ
て変化することになる。これにより検出手段によりこの
相対位置を検出して、トルクを検出することができる。

【０００８】またペダルの駆動力により回転する第１の
回転体、駆動輪に駆動力を伝達する第２の回転体につい
て、第２の回転体の負荷に応じて、第１及び第２の回転
体の相対位置が先の回転中心軸を中心にして変位するよ
うに弾性部材により連結し、第１の回転体の駆動力を第
２の回転体に伝達すれば、この相対位置は、駆動輪を駆
動するために必要なペダルの重さに応じて変化すること
になる。従って検出手段によりこの相対位置を検出し、
この検出結果に基づいて駆動用モータにより駆動輪を駆
動することにより、ペダルが重いときだけ駆動用モータ
の駆動力により運転者の負担を軽減することができる。

【０００９】

【実施例】以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施
例を詳述する。

【００１０】図１は、本発明の一実施例に係る自転車の
前ギヤの周辺構成を示す側面図である。この自転車１
は、補助動力源に駆動用モータを使用して必要に応じて
ペダルの踏力を低減する。

【００１１】すなわち図１及び図２に示すように、自転
車１において、フレーム２は、クランクシャフト３を回
転自在に保持し、クランクシャフト３は、両端にクラン
ク４及び５が固定されるようになされている。またこの
クランク４及び５の先端にはそれぞれペダル（図示せ
ず）が回転自在に装着され、これにより自転車１におい
ては、ペダルの踏力をクランクシャフト３の回転駆動力
に変換するようになされている。

【００１２】このクランクシャフト３は、外観形状がほ
ぼ円盤形状の歯車６を軸止し、これによりペダルの踏力
を歯車６に伝達して、この歯車６を回転駆動するように
なされている。

【００１３】この歯車６は、内側端面に位相検出板７を
保持するのに対し、外側端面に前ギヤ８を保持する。こ
こでこの位相検出板７は、鉄板等の磁性材をリング状に
加工して形成され、歯車６と共に回転するように、歯車
６に同軸状に固定されて保持されるようになされてい
る。さらに位相検出板７は、規定の角間隔で、周囲に矩
形形状の切り欠きが形成され、この切り欠きの部分に、
フレーム２に固定されたセンサ９が配置されるようにな
されている。

【００１４】このセンサ９は、前面を磁性材料が横切る
と、検出出力Ｓ１を立ち上げる磁気センサでなり、これ
により歯車６は、このセンサ９の検出出力Ｓ１で、位相
検出板７の周囲に形成した切り欠きがセンサ９の前面を
横切るタイミングを検出して、回転位相をすることがで
きるように形成されている。

【００１５】さらにこの位相検出板７において、この矩
形形状の切り欠きは、前ギヤ８の周囲に形成された歯に
対応するように、前ギヤ８の歯数と同一の個数に選定さ
れるようになされている。

【００１６】これに対して前ギヤ８は、円周方向に、等
間隔で８個の長孔１０が形成され、歯車６の端面に配置
された円柱形状の突起１１が、各長孔１０に挿通される
ことにより、矢印Ａで示すように、歯車６に対してこの
長孔１０の長さの分だけ変位可能な状態に保持されて、
歯車６と共に回転するようになされている。

【００１７】さらに前ギヤ８は、背面（図１にて前ギヤ
の裏面になる）に、突起１１に対応するように複数の突
起が形成され、これら各突起とこの歯車６の突起１１と
の間にバネ１２が配置され、矢印Ｂで示すように、駆動
時における前ギヤ８の回転方向に、このバネ１２によ
り、歯車６に対して押し付けられて保持されるようにな
されている。これにより前ギヤ８は、バネ１２を介して
歯車６の回転駆動力が伝達され、自転車１では、この駆
動力をチェーン１４を介して駆動輪に伝達するようにな
されている。

【００１８】ここで図３に示すように、このように歯車
６及び前ギヤ８をバネ１２により連結し、歯車６の駆動
力を前ギヤ８に伝達する場合において、例えば坂道を登
坂する場合、自転車１には大きな負荷がかかる。この負
荷は、前ギヤ８の回転を抑制するように働き、結局、回
転を抑制する方向に前ギヤ８にトルクＦ２が加わるよう
になる。この状態でペダルを踏んで、矢印Ｃで示すよう
に歯車６を回転駆動した場合、ばね１２においては、ト
ルクＦ２の分だけ縮まって、歯車６から前ギヤ８に回転
駆動力を伝達することになる。

【００１９】すなわちバネ１２においては、前ギヤ８に
印加されるトルクＦ２に応じて、歯車６及び前ギヤ８の
相対位置が変位するように、歯車６及び前ギヤ８を連結
し、歯車６から前ギヤ８に回転駆動力を伝達することに
なる。従って歯車６及び前ギヤ８において、この相対位
置の変化量θを検出すれば、前ギヤ８に加わっているト
ルクＦ２を検出することができ、これによりペダルの重
さを検出することができる。

【００２０】このとき歯車６及び前ギヤ８が、共にペダ
ルの踏力により回転することにより、この相対位置の変
化量θは、歯車６（すなわちこの歯車６と共に回転する
位相検出板７）及び前ギヤ８の回転位相の差として検出
することができる。このためこの実施例において前ギヤ
８は、周囲の歯の部分に、フレーム２に固定されてセン
サ１６が配置されるようになされている。このセンサ１
６は、センサ９と同一構成で、これにより前ギヤ８は、
歯車６と同様に、このセンサ１６の検出出力Ｓ２で、前
ギヤ８の歯がセンサ１６の前面を横切るタイミングを検
出することができるように形成されている。

【００２１】駆動部１７は、電源、駆動用モータ、シス
テム制御回路等を内蔵し、この駆動用モータの回転駆動
軸１８がクランクシャフト３の回転中心軸に直交するよ
うに、この駆動用モータを保持する。この駆動用モータ
の回転駆動軸１８には、傘歯車１９が配置され、この傘
歯車１９には、傘歯車２０が噛み合うようになされてい
る。

【００２２】この傘歯車２０は、クランクシャフト３の
回転中心軸と回転中心軸が平行に設定され、歯車６と噛
み合う歯車２１が回転中心軸に軸止されるようになされ
ている。これにより駆動部１７においては、必要に応じ
て内蔵の駆動用モータを駆動して、該駆動用モータの駆
動力を歯車６に伝達し、これによりペダルの踏力を軽減
するようになされている。

【００２３】図４は、この駆動部１７に収納されるシス
テム制御回路等を示すブロック図である。すなわちこの
自転車１において、センサ９は、図示しない波形整形回
路で検出出力Ｓ１を波形整形した後、この検出出力Ｓ１
をカウンタ３０に出力する。これに対してセンサ１６
は、同様に図示しない波形整形回路で検出出力Ｓ２を波
形整形した後、カウンタ３０及び３１に出力する。

【００２４】図５に示すように、カウンタ３１は、この
検出出力Ｓ２（図５（Ａ）〜（Ｃ））の立ち上がりのタ
イミングを規準にして規準信号生成回路３２から出力さ
れる規準クロックＣＫ（図５（Ｄ））をカウントするこ
とにより、検出出力Ｓ２の繰り返し周期Ｔ１〜Ｔ３を計
測する。

【００２５】ここでこの検出出力Ｓ２においては、前ギ
ヤ８の歯がセンサ１６の前面を横切るタイミングで信号
レベルが立ち上がることにより、駆動輪がゆっくり回転
しているとき、すなわち自転車の速度が遅いとき、長い
周期で信号レベルが変化する。これに対して駆動輪の回
転速度が増大し、自転車の速度が増大すると、その分周
期も短くなる。

【００２６】これによりカウンタ３１は、この周期検出
結果Ｔ１〜Ｔ３により自転車１の速度を検出することが
でき、この検出結果Ｓ３をシステム制御回路３４に出力
する。

【００２７】これに対して図６に示すように、カウンタ
３０は、検出出力Ｓ２の信号レベルの立ち上がりにて規
準クロックＣＫのカウントを開始した後（図６（Ａ）及
び（Ｅ）、検出出力Ｓ１の信号レベルの立ち上がりにて
カウント動作を終了することにより（図６（Ｂ）〜
（Ｄ））、検出出力Ｓ２の信号レベルが立ち上がった
後、検出出力Ｓ１の信号レベルが立ち上がるまでの期間
Ｔ５、Ｔ６を検出する。

【００２８】ここでこの検出出力Ｓ１は、位相検出板７
の周囲に形成した切り欠きがセンサ９の前面を横切るタ
イミングで信号レベルが立ち上がり、さらにこの切り欠
きが前ギヤ８の歯に対応していることにより、前ギヤ８
が一定の回転速度で回転している状態で、前ギヤ８の回
転を抑制するトルクＦ２が増大すると、バネ１２が押圧
されることにより、検出出力Ｓ２より遅延して信号レベ
ルが立ち上がるようになる。

【００２９】これによりこの期間の検出結果Ｔ５、Ｔ６
を検出出力Ｓ２の１周期Ｔ１〜Ｔ３の期間で割り算すれ
ば、トルクＦ２に応じて変化する前ギヤ８と歯車６との
相対位置の変化を検出することができ、これにより前ギ
ヤ８の回転を抑制するトルクＦ２を検出することができ
る。

【００３０】これによりマイクロコンピュータ構成のシ
ステム制御回路３４は、カウンタ３０及び３１のカウン
ト結果Ｓ３及びＳ４を規定のタイミングで取り込んだ
後、カウンタ３１のカウント結果Ｓ４をカウンタ３０の
カウント結果Ｓ３で割り算し、これにより前ギヤ８の回
転を抑制するトルクＦ２を検出する。

【００３１】これにより自転車１においては、同一の検
出機構により、自転車１の速度とペダルの重さとを検出
することができるように形成され、その分簡易な構成で
確実にトルクを検出することができるようになされてい
る。

【００３２】さらにシステム制御回路３４は、規定の処
理手順を実行することにより、このトルク量が０のと
き、電源回路３５に制御信号を出力して電源を遮断し、
これにより消費電力を低減する。これに対してカウンタ
３０のカウント結果Ｓ３より、自転車１が押されて移動
していると判断されるとき、また走行速度が規定値以上
のとき、電源回路３５に制御信号を出力して電源を遮断
し、これにより消費電力を低減する。

【００３３】これに対して走行速度が規定の範囲のと
き、システム制御回路３４は、トルクＦ２に応じて駆動
回路３６に制御信号を出力し、この駆動回路３６により
駆動用モータ３８を駆動する。すなわちシステム制御回
路３４は、速度が比較的遅く、例えば坂道を登坂してい
ると判断されるような場合、トルクに応じて駆動用モー
タ３８の駆動力を増大し、これによりペダルの踏力を軽
減する。

【００３４】さらにシステム制御回路３４は、速度が比
較的速い場合、この速度が規定値を越えない範囲で、ト
ルクに応じて駆動用モータ３８の駆動力を増大し、これ
によりペダルの踏力を軽減する。これにより自転車１に
おいては、簡易な構成で前ギヤ８の回転を抑制するトル
クＦ２を検出し、この検出結果より補助動力装置を駆動
してペダルの重さを軽減するようになされている。

【００３５】以上の構成において、ペダルの踏力は、ク
ランク４、５、クランクシャフト３により回転駆動力に
変換され、歯車６に伝達される。この歯車６の回転駆動
力は、前ギヤ８に伝達され、チェーン１４を介して駆動
輪に伝達される。

【００３６】このとき前ギヤ８の周辺部に配置されたセ
ンサ１６により、センサ１６の前面を前ギヤ８の歯が横
切るタイミングが検出され、このセンサ１６の検出出力
Ｓ１を規準にしてカウンタ３１によりセンサ１６の前面
を前ギヤ８の歯が横切る周期が検出され、駆動輪の回転
速度が検出される。これにより自転車１の速度が検出さ
れる。

【００３７】これに対して歯車６と共に回転する位相検
出板７の周辺部に配置されたセンサ９により、位相検出
板７に形成された矩形形状の切り欠きが、センサ９の前
面を横切るタイミングが検出され、このセンサ９の検出
出力Ｓ２とセンサ１６の検出出力Ｓ１とから、カウンタ
３０において、センサ１６の前面を前ギヤ８の歯が横切
った後、続いてセンサ９の前面を位相検出板７の切り欠
きが横切るまでの期間が検出される。

【００３８】この歯車６においては、歯車６に対して回
動するように前ギヤ８を保持し、さらに前ギヤ８の回転
を抑制するトルクＦ２に応じて前ギヤ８の相対位置が変
化するように、バネ１２により前ギヤ８と連結され、こ
のバネ１２を介して前ギヤ８に駆動力を伝達することに
より、このカウンタ３０によって検出される期間は、前
ギヤ８の回転を抑制するトルクＦ２に応じて歯車６に対
する前ギヤ８の相対位置が変化すると、これに応じて変
化し、また駆動輪の回転速度に応じても変化する。

【００３９】これによりこのカウンタ３０の検出結果Ｓ
４が、システム制御回路３４において、カウンタ３１の
検出結果Ｓ３より割り算されて、前ギヤ８の回転を抑制
するトルクＦ２が検出され、駆動用モータ３８が駆動さ
れ、この検出結果に基づいてペダルの踏力を軽減する。

【００４０】以上の構成によれば、歯車６に対して回動
するように前ギヤ８を保持すると共に、バネ１２を介し
て前ギヤ８に歯車６の駆動力を伝達し、前ギヤ８の回転
を抑制するトルクＦ２に応じて変化する歯車６及び前ギ
ヤ８の相対位置を検出することにより、簡易かつ確実に
前ギヤ８の回転を抑制するトルクＦ２を検出することが
できる。これによりペダルの重さを検出することがで
き、この検出結果に基づいて駆動用モータ３８を駆動し
て、ペダルの踏力を軽減することができる。

【００４１】なお上述の実施例においては、磁気センサ
により歯車６及び前ギヤ８の回転位相を検出する場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、例えば光セン
サを用いてもよい。

【００４２】また上述の実施例においては、歯車６の歯
及び位相検出板７の切り欠きにより、歯車６及び前ギヤ
８の回転位相を検出する場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、例えば何らトルクＦ２が印加されてい
ない状態で重なり合うように、歯車６及び前ギヤ８に窓
を形成し、この窓により回転位相を検出してもよい。こ
のようにすれば、例えば光センサにより窓の重なりを検
出してカウンタ３０と同様の検出結果を得ることがで
き、またこの窓による開口の大きさを検出してトルクを
検出することができる。

【００４３】さらに上述の実施例においては、駆動用モ
ータ３８の駆動力を歯車６に伝達する場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、前ギヤ８に駆動力を伝達
する場合、さらには直接駆動輪に伝達する場合等、種々
の駆動方法を広く適用することができる。

【００４４】また上述の実施例においては、前ギヤ８に
形成した長孔１０にそれぞれバネ１２を配置する場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じて
長孔１０の数に対してバネ１２の数を減らすようにして
もよい。

【００４５】さらに上述の実施例においては、前ギヤ８
に８個の長孔を形成し、これに対応するように突起１１
を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、この数を減らすようにしても良く、また長孔と突起
とによらず、歯車に前ギヤを回動し得るように保持する
種々の保持方法を広く適用することができる。

【００４６】また上述の実施例においては、歯車６に固
定した位相検出板７により歯車６の回転を検出する場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、直接歯車６
の回転を検出してもよく、またこれに代えてクランクシ
ャフトに位相検出板７を直接固定することにより歯車６
の回転を検出してもよい。

【００４７】さらに上述の実施例においては、バネ１２
により歯車６の回転力を前ギヤ８に伝達する場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、例えばクランクシ
ャフトにコイルスプリングを挿通して配置し、これによ
り歯車６の回転力を前ギヤ８に伝達する場合等、さらに
はバネ、コイルスプリングに代えて種々の弾性部材を用
いて回転力を伝達する場合等、種々の駆動力伝達方法を
広く適用することができる。

【００４８】また上述の実施例においては、チェーンに
より駆動力を駆動輪に伝達する場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、ベルトにより伝達する場合等、
広く適用することができる。

【００４９】さらに上述の実施例においては、本発明を
自転車に適用した場合について述べたが、本発明はこれ
に限らず、種々の駆動源の駆動力により駆動対象を駆動
する構成において、この駆動対象の負荷によるトルクを
検出する場合に広く適用することができる。

【００５０】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、相対位置
が変位するように弾性部材により第１及び第２の回転体
を連結して駆動力を伝達し、この相対位置を検出するこ
とにより、例えば自転車等に適用してペダルの重さを簡
易かつ確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による自転車の詳細構成を示
す側面図である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】図１の前ギヤの拡大図である。

【図４】図１の自転車の電気的接続を示すブロック図で
ある。

【図５】図４の速度検出の説明に供する信号波形図であ
る。

【図６】図４のトルク検出の説明に供する信号波形図で
ある。

【符号の説明】

１ 自転車 ３ クランクシャフト ４、５ クランク ６ 歯車 ７ 位相検出板 ８ 前ギヤ ９、１６ センサ １０ 長孔 １１ 突起 １２ バネ ３０、３１ カウンタ ３４ システム制御回路 ３８ 駆動用モータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】動力源の駆動力により、規定の回転中心軸
   を回転中心にして回転する第１の回転体と、 前記回転中心軸を回転中心にして回転し、規定の駆動対
   象に回転駆動力を伝達する第２の回転体と、 前記第２の回転体の負荷に応じて、前記第１及び第２の
   回転体の相対位置が前記回転中心軸を中心にして変位す
   るように、前記第１及び第２の回転体を連結し、前記第
   １の回転体の駆動力を前記第２の回転体に伝達する弾性
   部材と、 前記相対位置を検出する検出手段とを備えることを特徴
   とするトルク検出装置。
2. 【請求項２】ペダルの駆動力により、規定の回転中心軸
   を回転中心にして回転する第１の回転体と、 前記回転中心軸を回転中心にして回転し、駆動輪に回転
   駆動力を伝達する第２の回転体と、 前記第２の回転体の負荷に応じて、前記第１及び第２の
   回転体の相対位置が前記回転中心軸を中心にして変位す
   るように、前記第１及び第２の回転体を連結し、前記第
   １の回転体の駆動力を前記第２の回転体に伝達する弾性
   部材と、 前記相対位置を検出し、検出結果を出力する検出手段
   と、 前記検出結果に基づいて、前記駆動輪を駆動する駆動用
   モータとを備えることを特徴とする自転車。