KR100327765B1

KR100327765B1 - 구동력보조장치

Info

Publication number: KR100327765B1
Application number: KR1019960705912A
Authority: KR
Inventors: 히로시 미야자와; 유타카 다카다; 쥰이치로 시노자키; 구니아키 다나카; 히로시 나카자토; 가쓰미 신카이
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 2002-11-27
Also published as: US5845727A; TW320614B; CN1064911C; WO1997000193A1; CN1153499A; JP3417147B2; JPH092368A

Abstract

인력구동력과 모우터 구동력을 합성하는 구동력 보조장치에 있어서, 인력구동수단, 보조동력 구동수단 및 밟는힘 검출수단을 구비하여 구성되고, 상기 인력 구동수단은 크랭크축에 제 1 의 일방향 클러치와, 회전력을 전달하는 탄성체 (16) 를 게재시켜 인력구동력을 출력기어 (17) 에 전달하고, 상기 보조동력 구동수단의 모우터 구동력은 크랭크축 외주에서 제 2 의 일방향 클러치를 통하여 상기 인력구동수단에 합성되며, 상기 밟는힘 검출수단 (30) 은 상기 탄성체 (16) 의 전후에 개재시킨 제 1 및 제 2회전부재 (31, 32)와, 제 1 및 제 2 회전부재 (31, 32) 에 각각 연계하는 한쌍의 우산기어 (33, 34) 와, 우산기어 (33, 34) 의 사이에 맞물려 장착되는 우산기어 (35) 와, 우산기어 (35) 를 축지지하는 지지축(36) 이 고정되는 그 지지축과 직교하는 출력축 (37) 과, 출력축 (37) 에 접속하는 센서 (38) 를 구비하였다. 이것에 의하여 소형화된 구동력 보조장치를 얻을 수 있다.

Description

구동력 보조장치

최근에 인력의 보조용으로 전동모우터를 사용한 전동자전거가 주목되고 있다.

이러한 종류의 전동자전거는 통상의 자전거에 전동모우터와, 이 모우터에 전력을 공급하는 배터리 전원부를 탑재하고, 인력의 구동력에 따라서 소정의 모우터 보조 동력을 추가 보조하여, 인력의 부하를 경감시키도록 하고 있다. 또, 이 모우터에 의한 보조구동력은 인력의 구동력을 넘는 일은 없고, 또한 주행속도가 매시 15km 까지의 경우에는 100 % 의 보조를 하고, 이 매시 15km 를 넘은 경우에는 점차 감소하며, 그리고 매시 24km 이상에서는 모우터 보조가 중지되도록 제어되고 있다.

이러한 전동자전거는 제17도에 도시한 바와 같이, 전동자전거(1)의 프레임본체의 전후에 전륜(4) 및 후륜(5)을 구비하고, 후륜(5)을 밟는힘에 의하여 구동하는 통상의 자전거를 기본으로 설치하여 구성되어 있다. 그위에, JIS 규격에서는 프레임 본체중 부호(2)로 표시한 것을 메인파이프, (3)을 시이트 파이프라고 호칭하고있으므로, 본 명세서에서도 JIS 규격에 따라 사용하고 있다.

상기 구동력 보조장치(6)는 차축과 직교하고 차체폭방향의 대략 중앙 부근에 배설된 전동모우터(M)와, 이 모우터의 회전구동력을 차축의 회전방향으로 변환함과 동시에 감속하는 변환감속기구(도시생략)와, 이 감속된 모우터 구동력을 인력의 통상 구동계에 합성함과 동시에, 인력 단독의 구동시에는 모우터 구동계를 통상 구동계로부터 절리하는 합성기구(도시생략)로 구성되어 있다.

모우터 구동계는 전동모우터를 구동원으로 한 동력전달장치에 의하여 회전구동되며, 이 전동모우터는 전기동력장치로부터 전력이 공급되고 있다. 즉, 이 전기동력장치는 여러개의 축전지를 사용한 배터리 전원부, 전력을 안정화하여 공급하는 전원회로부, 주행용의 전동모우터, 이 모우터회전을 직접 제어하는 모우터 구동회로 및 이 모우터 구동회로에 속도지령 등을 출력하는 제어회로로 구성되어 있다. 그리고, 이 모우터에서 생기는 모우터 구동력은 종래의 동력전달장치에 추가되어, 이 전달장치를 통하여 주행륜에 전달되어 자전거를 주행시키고 있다.

또, 이러한 인력의 구동력을 검출하는 방법으로서는, 인력의 구동력의 대소를 유성기어의 기어에 가해지는 반력으로 검지하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특개평 4-358987호).

그런데, 일반적으로 자전거는 진행방향에 대하여 좌우의 폭이 한정되어 있고, 따라서 길이방향으로 비교적 긴 치수를 가진 종래의 전동모우터는 차체의 전후방향을 따라 배치하여야 하기 때문에, 차체의 전후방향으로 향하는 회전축을 좌우방향으로 향하는 크랭크축의 방향으로 변환하는 것이 필요하게 된다.

그 때문에, 변환기구를 설치하여 감속기구 등이 복잡화함과 동시에 대형화하는 경향이 있다.

또, 인력의 구동력을 축의 비틀림으로 나타내어 이를 검출하는 상기 종래의 것은 토오크에 의한 비틀림 변위량이 미소하므로 충분한 측정정밀도를 확보하기 위해서는 축의 길이방향에 어느 정도의 길이가 필요하게 되며, 따라서 대형화하는 경향이 있어서 좋지 않다.

또한, 상기 종래의 것은 상기 검출이 인력구동력이 가해지는 곳에서 행하여지므로 그 인력구동력의 큰 힘에 견디는 구조를 필요로 하므로, 아무래도 장치자체가 대형화, 그리고 대중량화하는 결점이 있었다.

또, 인력구동력을 검출하는 밟는힘 검출수단이 차체의 외부에 노출하고 있는 경우에는 차체의 전도에 의하여 손상되거나 또는 손상은 되지 않더라도 동시에 큰 충격이 가하여 지므로 고장의 원인이 되거나 하여, 신뢰성이 저하하는 결점이 있다. 또, 비바람 등의 외부 자연환경으로부터의 영향이나 차량주행시에 생기는 모래먼지나 진흙의 영향을 직접으로 받게 되므로, 오류검출 등의 신뢰성이 손상되거나 장치수명의 저하 등의 염려가 있다. 또, 밟는힘 검출수단을 케이스내에 수납할 수 있으면 이들의 문제는 생기지 않느나, 케이스내의 크랭크축 근방에 배치하기 위해서는 소형화하지 않으면 안되며, 그리고 밟는힘 검출수단은 필요한 검출정밀도를 확보하면서 소형화하기가 곤란하다는 난점이 있었다.

그래서, 본 발명은 소형경량의 모우터를 일체의 케이스내에 크랭크축과 평행으로 수납할 수 있고, 감속기구를 적정 배치화하여 전체의 콤팩트화를 꾀함과 동시에, 밟는힘 검출수단을 구동력의 전달기구내에 내장함에 따라, 밟는힘 검출수단을 소형화하여 케이스내에 수납할 수 있도록 하는 구동력 보조장치를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.

[발명의 개시]

본원 제1청구항에 기재한 발명은, 인력구동력과 모우터 구동력을 합성하는 구동력 보조장치에 있어서,

인력구동수단, 보조동력 구동수단 및 밟는힘 검출수단을 구비하고,

상기 인력구동수단은 밟는힘이 전달되는 크랭크축의 외주에 제1 및 제2회전체를 가진 구동력 전달기구를 설치하여 구성되며, 상기 구동력 전달 기구는 제1의 일방향 클러치와 인력구동력을 전달하는 탄성체를 구비하고, 상기 보조동력 구동수단은 모우터 및 감속기구를 설치하여 구성되고, 또한 상기 모우터로부터의 구동력을 제2의 일방향 클러치를 통하여 상기 크랭크축 외주에서 상기 구동력 전달기구에 합성하며,

상기 밟는힘 검출수단은 상기 탄성체의 구동력 전달경로의 전후에 개재시킨 제1 및 제2회전체의 회전차를 센서로 검출하는 구성인 구동력 보조장치이다.

본원 제2청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 1에 있어서, 상기 보조 동력 구동수단의 감속기구는 감속기어를 서로 엇갈리게 배열하여 구성되는 구동력 보조장치이다.

본원 제3청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 2에 있어서, 상기 감속 기어열의 각 기어의 중심이 상기 모우터와 크랭크축을 연결하는 가상선 및 모우터의 바깥지름을 각 변으로 하는 가상 4각형내에 배치되어 있는 구동력 보조장치이다.

본원 제4청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 1에 있어서, 상기 밟는 힘 검출수단은 차동기어기구를 설치하여 구성되며, 이 차동기어기구의 2개의 축에 상기 제1 및 제2회전체를 연계함과 동시에, 그 차동기어기구의 제3축을 센서에 연계한 구동력 보조장치이다.

본원 제5청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 4에 있어서, 상기 제1 및 제2회전체로부터 상기 차동기어기구까지의 사이와, 상기 차동기어기구로부터 상기 센서까지의 사이의 한쪽 또는 양쪽에 회전을 기계적으로 증폭하는 기구가 부가되어 있는 구동력 보조장치이다.

본원 제6청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 4에 있어서, 상기 차동기어 기구에 유성기어가 사용되고 있는 구동력 보조장치이다.

본원 제7청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 1에 있어서, 상기 밟는힘 검출수단은 그 센서에 엔코더를 사용하며, 이 엔코더로 상기 제1 및 제2회전체의 회전수를 카운트하여, 이 카운트 수차로부터 인력토오크를 판정하는 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제8청구항에 기재한 발명은 인력구동력과 모우터 구동력을 합성하는 구동력 보조장치에 있어서,

상기 인력구동수단은,

상기 크랭크축의 외주에 동축상으로 배치되고, 제1의 일방향 클러치를 구비하여 상기 크랭크축의 순방향의 회전력만이 전달되는 제1회전체와, 상기 크랭크축의 외주에 동축상으로 자유회전되게 배치되는 제2회전체와, 상기 제1회전체와 제2회전체와의 사이에 장착되어 상기 제1회전체의 회전력을 제2회전체에 전달하는 탄성체와,

상기 제2회전체의 회전력이 전달되는 출력기어를 구비하고,

상기 보조동력 구동수단은,

모우터와,

상기 모우터의 구동력을 감속하는 감속기어열과,

상기 크랭크축의 외주에 동축상으로 자유롭게 회전배치되어, 외주톱니로 상기 감속기어의 최종기어와 맞물리며, 또한 내주에 제2의 일방향 클러치를 구비하여 상기 최종기어의 순방향의 회전력만을 상기 제2회전체에 전달하는 제3회전체를 구비하고,

상기 밟는힘 검출수단은,

상기 제1회전체의 외주에 고착된 제1회전부재와,

상기 제2회전체의 외주에 고착된 제2회전부재와,

상기 제1 및 제2회전부재에 각각 연계되는 한쌍의 제1 및 제2베벨기어와,

상기 한쌍의 제1 및 제2베벨기어의 사이에 맞물려 장착되는 제3베벨기어와,

상기 제3베벨기어를 축받침하는 지지축의 상기 한쌍의 제1및 제2베벨 기어에 대한 회전변화를 그 제1 및 제2베벨기어의 상호의 차동으로서 꺼내는 출력축과,

상기 출력축에 접속하는 센서를 구비한 구동력 보조장치이다.

본원 제9청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 8에 있어서, 인력구동수단, 보조동력 구동수단 또는 밟는힘 검출수단의 어느 하나에 속도검출수단이 설치되어 있는 구동력 보조장치이다.

본원 제10청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 1또는 8에 있어서, 상기 인력구동수단, 보조동력 구동수단 및 밟는힘 검출수단은 케이스내에 수납되어 있는 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제11청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 10에 있어서, 상기 케이스에는 진행방향에 따른 핀을 설치하고 있는 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제12청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 1또는 8에 있어서, 상기 탄성체가 비틀림 코일스프링인 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제13청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 1또는 8에 있어서, 상기 탄성체가 비틀림 코일스프링으로서, 이 코일스프링의 단면을 R 형상으로 형성함과 동시에, 코일스프링의 변형을 규제하는 부재가 설치되어 있는 구동력 보조장치이다.

본원 제14청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 13에 있어서, 상기 코일스프링의 단면을 받는 부위가 상기 제1 및 제2회전체에 각각 설치되어 있고, 또한 상기 코일스프링의 단면을 받는 부위가 곡면형상으로 설치되어 있는 구동력 보조장치이다.

본원 제15청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 13에 있어서, 상기 비틀림 코일스프링의 비틀림 각도가 20도 이하, 바람직하기는 10도 이하로서, 이 비틀림각도를 초과하면 상기 제1 및 제2회전체에 각각 설치되어 있는 돌출부의 측부끼리가 맞닿는 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제16청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 1또는 8에 있어서, 상기 보조동력 구동수단의 모우터와, 상기 밟는힘 검출수단을 한쪽 옆에, 또 상기 보조동력 구동수단의 기어열을 다른쪽 옆에 배치한 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제17청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 1또는 8에 있어서, 상기 보조동력 구동수단의 모우터는 그 스테이터코어의 폴의 방사방향의 단부를 케이스에 고정시킨 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제18청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 1또는 8에 있어서, 상기 밟는힘 검출수단의 센서는 상기 제1 및 제2회전체의 외주에 배치되어 있는 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제19청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 10에 있어서, 상기 케이스는 적어도 3개의 부분 이상으로 된 분할케이스를 하나로 조립하여 형성되는 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제20청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 10에 있어서, 상기 케이스의 최대폭을 일반적인 자전거의 페달아암의 간격 이하로 설정한 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제21청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 10에 있어서, 상기 케이스에 한개의 배선인출구를 형성하고, 상기 모우터 및 센서로부터의 배선을 상기 배선인출구로부터 꺼내도록 한 구동력 보조장치이다.

본원 제22청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 10에 있어서, 상기 모우터 및센서로부터의 배선을 모우터 구동회로 및 제어장치의 회로기판과 커넥터로 접속하고, 상기 회로기판과 전원부를 커넥터로 접속한 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제23청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 10에 있어서, 상기 모우터, 상기 센서 및 제어장치의 회로기판을 케이스내에 배치함과 동시에, 이들로부터의 배선을 커넥터를 통하여 케이스밖에 배치한 전원부에 접속한 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제24청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 23에 있어서, 상기 전원부를 메인파이프에 배치함과 동시에, 상기 모우터를 상기 전원부에 대향시켜 상기 케이스를 배치하고, 상기 회로기판으로부터의 배선을 커넥터를 통하여 상기 전원부에 접속한 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제25청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 23에 있어서, 상기 전원부를 시이트 파이프에 배치함과 동시에, 상기 모우터를 상기 전원부에 대향시켜 상기 케이스를 배치하고, 상기 회로기판으로부터의 배선을 커넥터를 통하여 상기 전원부에 접속한 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제26청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 10에 있어서, 상기 모우터 및 제어장치의 회로기판은 케이스 설치시에 진행방향쪽의 앞면, 윗면 또는 후면에 배치한 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제27청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 10에 있어서, 상기 모우터 구동회로 및 제어장치의 회로기판은 상기 모우터의 근방에서, 또한 감속기구의 측부에 배치한 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제28청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 27에 있어서, 상기 회로기판에 면하는 케이스에 개구부를 형성하고, 또한 상기 회로기판에 커넥터를 배치하여 상기 커넥터를 상기 개구부에 임하게 설치한 구성의 구동력 보조장치이다.

본원 제29청구항에 기재한 발명은 상기 청구항 10에 있어서, 메인파이프에 전원을 배치하고, 진행방향쪽 앞쪽의 케이스 또는 케이스 윗쪽에 설치한 커넥터로 상기 전원과 제어장치의 회로기판을 접속한 구성의 구동력 보조장치이다.

본 발명은 인력구동력과 모우터 구동력을 합성하는 구동력 보조장치에 있어서, 인력구동수단, 보조동력 구동수단 및 밟는힘 검출수단을 구비하여 구성되는 것이고, 그리고 밟는힘에 의하여 크랭크축이 순방향으로 회전되면, 이 회전력은 상기 제1의 일방향 클러치와 상기 탄성체를 경유하여 출력기어에 전달된다.

다른 한편, 상기 보조동력 구동수단의 모우터 구동력은 상기 크랭크축 외주에 있어서, 제2의 일방향 클러치를 통하여 상기 인력구동수단에 합성되어 상기 출력기어에 전달된다.

또, 상기 크랭크축의 역방향의 회전은 상기 제1의 일방향 클러치에 의하여 공전된다. 마찬가지로, 통상의 상기 인력구동수단에 있어서의 회전은 상기 제2의 일방향 클러치에 의하여 모우터쪽에 전달되는 일은 없다.

상기 밟는힘 검출수단은 상기 탄성체의 구동력 전달경로의 전후에 개재시킨 제1 및 제2회전체의 회전차를 센서로 검출하는 것으로서, 예를 들면, 차동기어기구를 설치하여 구성되고, 이 차동기어기구의 2개의 축에 상기 제1 및 제2회전체를 연결함과 동시에, 그 차동기어기구의 제3축을 센서연결한다.

따라서, 밟는힘에 의하여 크랭크축이 순방향으로 회전되면, 상기 제1의 일방향 클러치 경로의 전후에 배치된 상기 제1 및 제2회전부재가 회전하고, 이들에 연결된 차동기어기구의 베벨기어 또는 유성기어도 각각 회전한다. 밟는힘이 큰 경우에는 상기 탄성체를 탄성변형하므로, 상기 제1 및 제2회전부재는 양자사이에 진각차가 생긴다. 상기 차동기어기구는 베벨기어나 유성기어가 맞물려 장착되므로, 상기 진각차는 그 차동기어기구의 제3축, 즉 출력축의 각도로 변환된다. 이 출력축의 각도변화가 그 출력축에 접속하는 센서에 의하여 검출되고, 이에 의하여 상기 밟는힘의 크기가 검지되어, 상기 보조동력 구동수단의 모우터 구동력에 피드백된다.

이와 같이, 본 발명의 구동력 보조장치에 의하면, 각 구성부가 합리적으로 배치되어 있으므로, 소형경량의 모우터를 일체의 케이스내에 크랭크 축과 평행으로 수납할 수 있게 되고, 또한 감속기구를 적정 배치되게 하여 전체의 콤팩트화를 꾀할 수 있으며, 또 밟는힘 검출수단을 구동력의 전달기 구내에 내장하므로서 밟는힘 검출수단이 소형화되어 케이스내에 수납할 수 있게 된다.

본 발명은 예를 들면, 자전거 등의 경차량이나 보트 등에 사용되어, 밟는힘 등의 인력의 부하를 경감하는 구동력 보조장치에 관한 것으로서, 특히 장치의 콤팩트화를 꾀한 것이다.

제1도는 본 발명의 동력부를 사용한 전동자전거의 전체 개략구성을 도시한 측면도.

제2도는 본 발명의 동력부를 도시한 횡단면도.

제3도는 본 발명의 동력부를 도시한 것으로, 케이스의 일부를 벗겨서 도시한 평면도.

제4도는 본 발명의 동력부를 도시한 것으로, 케이스의 일부를 벗겨서 도시한정면도.

제5도는 본 발명의 동력부를 도시한 것으로, 케이스의 일부를 벗겨서 도시한 배면도.

제6도는 본 발명의 동력부를 도시한 것으로, 케이스의 일부를 벗겨서 도시한 배면도.

제7도는 본 발명의 동력부에 사용하는 제1회전체, 탄성체 및 제2회전체를 분리하여 도시한 사시도.

제8도는 본 발명의 동력부에 사용하는 제1회전체 및 제2회전체를 도시한 조립 사시도.

제9도는 본 발명의 동력부에 사용하는 밟는힘 검출수단을 도시한 저면도.

제10도는 본 발명의 동력부에 사용하는 밟는힘 검출수단을 도시한 저면도.

제11도는 본 발명의 동력부에 사용하는 밟는힘 검출수단을 도시한 우측면도.

제12도는 본 발명의 동력부에 사용하는 밟는힘 검출수단의 다른 실시예를 도시한 사시도.

제13도는 본 발명의 동력부에 사용하는 속도검출수단을 도시한 사시도.

제14도는 본 발명의 동력부를 사용한 전동자전거의 전체 개략 구성을 도시한 측면도.

제15도는 전동자전거에 본 발명의 동력부를 설치한 상태를 도시한 정면도.

제16도는 전동자전거에 본 발명의 동력부를 설치한 상태를 도시한 정면도.

제17도는 종래의 전동자전거를 도시한 전체 개략 구성도.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하에 본 발명을 도 1~도 16에 도시한 각 실시예에 의거하여 설명한다.

각 실시예의 인력구동에 의한 경차량으로서는, 도 1 및 후게의 제14도에 도시한 바와 같이, 자전거에 사용한 경우의 것을 도시하였다. 그리고, 여기에 도시한 자전거의 기본적인 구성은 후술하는 각 실시예에 있어서도 공통하다.

본 실시예에 있어서, 전동자전거(1)는 종래의 자전거와 마찬가지로, 프레임 본체의 전후에 차륜(4, 5)을 축걸침하고 있다. 또, 프레임 본체는 프론트 포오크측의 메인파이프(2)와, 메인파이프(2)에서 상방으로 설치된 시이트 파이프(3)등에 의하여 구성되며, 시이트 파이프(3)의 상단에는 사용자가 착석하는 안장이 설치되어 있다. 또, 메인파이프(2)의 아래쪽에는 크랭크축(13)을 구비한 동력부(11)가 장착되며, 이 크랭크축(13)에 설치된 페달 아암(7a)의 선단에는 페달(7)이 축받침되어 있다. 또, 마찬가지로 메인파이프(2)아래쪽에는, 또한 동력부(11)의 앞쪽에는 배터리 유닛(8)이 장착되어 있다.

또한, 이 동력부(11)에는 전동모우터, 감속기, 인력/모우터 구동력 합성기구, 밟는힘 검출수단이 수납되고, 페달(7)이 접속된 크랭크축(13)은 합성기구에 접속되며, 이 합성기구의 출력은 출력기어(본 실시예에서는 원동 스프로켓)(17)에 접속되어 있다. 그리고, 이 원동 스프로켓과, 후륜(5)에 동축으로 고정된 종동 스프로켓(도시생략)은 이들의 양자간에 걸쳐 걸려 있는 체인(9)에 의하여 접속되어 있다. 그리고, 도시를 생략한 것도 있으나, 기본적으로는 핸들에 설치된 브레이크레버, 그리고 브레이크기구, 야간 주행용의 라이트 등은 종래의 자전거와 똑같은 것이 사용되고 있다.

그리고, 이 전륜(4)은 프론트 포오크에 설치된 핸들에 의하여 조향되는 한편, 후륜(5)은 사용자가 페달(7)을 밟으면 통상의 자전거와 똑같이 전동 자전거가 인력으로 주행한다. 즉, 사용자의 인력에 의하여 페달(7)이 밟아지면 원동 스프로켓을 회전구동하여, 이 원동 스프로켓의 구동력이 체인을 통하여 후륜의 종동 스프로켓에 전달되어, 후륜(5)이 회전구동되어 전동 자전거가 전진한다.

상기 배터리 유니트(8)에는 전동자전거의 작동을 개시하게 하는 메인키이 스위치, 복수의 축전지 등 및 부속회로 등이 수납되어 있다.

상기 축전지는 예를 들면, 모우터용의 24V 와 같이 소정의 전압이 얻어지도록 되어 있다. 그리고, 이 축전지로부터의 전력은 모우터 및 센서나 각 회로 등의 각종 기기에 공급된다.

또, 모우터 구동회로는 전력용의 스위칭 소자인 MOS-FET 회로로 주로 구성되며, 이 FET 회로의 고속 스위칭 동작에 의한 초퍼제어에 의하여 주행용모우터에 공급하는 실효전압을 증감시켜 모우터 출력을 제어하고 있다. 또, 이 스위칭제어는 검출한 인력이나 주행속도에 기초하여 결정된 제어회로로부터의 지령에 의거하여 실행되고 있다.

이 제어회로는 동력부(11)의 밟는힘 검출수단이나 주행속도센서, 외부 환경센서 등으로부터의 센서신호가 입력되며, 모우터 구동회로에 제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터로 구성되고 있다. 이 마이크로컴퓨터는 각 입력신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 변환기, 이 디지털신호를 메모리공간에 입력하고/출력하는 I/O 포오트, 입력한 데이타신호에 의거하여 소정의 처리, 결정을 하는 CPU, 메모리 등을 구비하고 있다. 따라서, 각종 센서로부터의 검출신호에 의거하여 메모리에 격납된 프로그램에 준하여 처리하고, 모우터 구동회로에 듀티설정신호 등의 적절한 동작지령을 출력하도록 되어 있다.

따라서, 사용자가 메인키이 스위치를 온 조작하면, 배터리 유니트(8)로부터 각 탑재기기에 전력이 공급되어, 전동모우터에 의한 인력의 보조구동이 가능하게 된다. 즉, 이 상태에서 사용자가 페달(7)을 밟으면, 이에 따라 밟는힘 검출수단이 인력의 구동력을 검출함과 동시에, 속도센서가 주행속도를 검출하고, 이들의 검출신호에 의거하여 제어회로가 모우터 구동회로에 적절한 동작지령을 출력한다. 이 동작지령에 의거하여 모우터 구동회로가 주행용 모우터에 공급되는 구동전력을 증감하여 주행용 모우터의 출력을 조정한다. 그리고, 이 생성된 모우터 구동력을 감속기구에 의하여 적절한 토오크로 변환하여, 이 모우터 구동력을 합성기구에 의하여 인력구동력에 추가하여 후륜(5)에 전달되고, 전동자전거가 모우터 동력에 의하여 보조되어, 쾌적한 전진주행을 하도록 설치되어있다.

본 실시예에서는 제2도~제5도에 도시한 바와 같이, 동력부(11)는 3분할된 케이스(12)(12a, 12b, 12c)내에 페달아암(7a)이 고정된 크랭크축(13)과, 크랭크축(13)의 외주에 배치되고, 크랭크축(13)의 역회전에 의한 후진을 방지하며 및 모우터 정지시에 모우터 구동계를 자유회전시키는 래치트부를 구비한 인력에 모우터 구동력을 추가하는 합성기구와, 이 합성기구의 동력전달 경로의 도중에 배설된 밟는힘 검출수단과, 인력보조용 모우터와, 모우터의 감속장치를 수납하여 구성되어 있다. 그리고, 각 곳에는 각축을 원활하게 회전가능하게 축받침하는 베어링을 사용한 로울러 베어링 또는 슬라이드 베어링을 설치하고 있다.

상기 케이스(12)는 알루미늄 등의 열전도특성이 양호하고, 또한 가벼운 소재를 사용하여 형성되고, 전동모우터(M)를 직접 수납한 주케이스(12a)와, 이들의 좌우 양쪽을 커버하는 케이스(12b, 12c)로 구성되며, 밀폐할 수 있도록 실치되어 있다. 그리고, 모우터(M)가 작동하였을 때에는 전동모우터 작동에 따른 대량의 발열은 이 케이스(12)를 통하여 공기중에 효율적으로 방출되며, 모우터의 안정동작을 계속할 수 있도록 하고 있다.

또한, 바람직하기는 모우터 근방의 케이스에 프레임 본체에 대한 고정부를 설치하는 것이 좋다. 이에 의하여, 상기 발열을 케이스를 통하여 자전거의 프레임 본체로 빠져나가게 할 수 있다. 또, 케이스(12)에는 진행방향에 따른 핀(12d)을 설치하여 방열효과를 높일 수 있도록 하고 있다.

또, 제6도에 도시한 바와 같이, 케이스(12)내에 수납된 모우터(M)와 센서의 전원케이블 및 센서코드(이하, 간단히 배선(10a)이라고 한다)는 주 케이스(12d)에 설치된 단일한 개구부(12e)로부터 끌어내도록 구성된다.

본 실시예에서는 회로기판(8a)에 면하는 케이스에 개구부(12e)를 형성하고, 또한 회로기판(8a)에 커넥터(lOb)를 배치하여, 상기 커넥터(lOb)를 개구부(12e)에 향하게 하여 설치하고 있다. 이에 의하여, 조립성이나 보수 정비실을 향상시킬 수 있도록 되어 있다. 또한, 이들 배선(10a)은 선단에 설치된 커넥터(lOb)에 의하여 다른 전원부나 제어부와 결합되므로, 마찬가지로 조립성이나 보수 정비성이 향상된다.

또한, 본 실시예에서는 케이스(12)내의 모우터의 근방에서, 그리고 감속 기구의 측부에 모우터 구동회로 및 제어장치의 회로기판(8a)을 설치하고, 케이스덮개(12f)를 장착하여 외부로부터 차단하고 있다.

본 실시예의 구동력 보조장치인 동력부(11)는 페달(7)을 밟아 크랭크축(13)을 돌리고, 이것을 출력기어(17)인 원동 스프로켓에 구동전달하는 인력구동수단과, 모우터(M)의 구동에 의하여 크랭크축(13)의 회전을 조력하는 보조동력 구동수단 및 상기 보조동력 구동수단에 있어서의 동력여부를 결정하기 위한 밟는힘 검출수단을 구비하여 구성된다.

먼저, 상기 인력구동수단을 설명한다.

인력구동수단은 대개 크랭크축(13)의 둘레에 배설되는 것으로서, 크랭크축(13)의 외주에 동축상으로 배치되는 제1회전체(14)와, 크랭크축(13)의 외주에 동축상으로 자유릅게 회전배치되는 제2회전체(15)와, 상기 제1회 전체(14)와 제2회전체(15)와의 사이에 장착되며, 상기 제1회전체의 회전력을 제2회전체에 전달하는 탄성체(16)와, 상기 제2회전체(15)의 회전력이 전달되는 출력기어(17)를 구비한다. 그리고, 본 실시예에서는 제2회전체(16)와 출력기어(17)와의 사이에 통형상의 연결수(18)로 연결되어 있다.

그리고, 상기 제1회전체(14)는 제1의 일방향 클러치를 구비하여 상기 크랭크축의 순방향의 회전력만이 전달된다. 이 제1의 일방향 클러치는 크랭크축(13)에 바깥쪽으로 돌출하는 이송멈추기(13a)가 설치되는 한편, 제1회 전체(14)의 내주에는역전방향으로 빗면을 가진 내주톱니(14a)가 새겨 설치되어 있다. 따라서, 크랭크축(13)이 순방향, 즉 차량을 전진시키는 방향으로 회전하는 경우, 이 크랭크축(13)의 이송멈추기(13a)는 제1회전체(14)의 내주톱니(14a)에 맞물려서 구동력을 전달한다. 다른 한편, 크랭크축(13)이 주행용 모우터가 역방향, 즉 차량을 후진시키는 방향으로 회전하는 경우에는 이송멈추기(13a)가 내주톱니(14a)의 빗면을 타고넘어 양자가 맞물리지 않으므로, 크랭크축(13)이 자유회전하게 되어, 제1회전체(14)에 역회전의 구동력이 전달되지 않아 후륜(5)은 역회전하지 않는다.

상기 제1회전체(14)와 제2회전체(15)는 전술한 바와 같이, 탄성체(16), 본 실시예에서는 비틀림 코일스프링을 통하여 접속되어 있다. 이 비틀림 코일스프링은 미리 정해진 치수 및 재질에 의하여 나선상으로 형성되고, 소정의 스프링 정수가 확보됨과 동시에, 회전각에 따른 토오크를 발생하는 스프링이 사용된다.

이 코일스프링의 단면(16a)은 R 형상으로 형성되고, 그리고 이 단면(16a)에 대응하여 코일스프링의 단면을 받는 부위(14e, 15e)가 곡면형상으로 설치되어 있다. 따라서, 코일스프링의 단면(16a)은 이 코일스프링의 단면을 받는 부위(14e, 15e)에 대하여 안정되게 접촉할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 비틀림 코일스프링의 탄성변형시에 스프링의 자세를 유지하여 적정량 이상의 변형을 규제하는 연구가 이루어지고 있다. 즉, 비틀림 코일 스프링에 힘이 가해져서 탄성변형하였을 경우, 코일스프링이 이상적인 변형이 되도록 자세를 유지함과 동시에 적정량 이상의 변형을 규제하는 부재가 설치되어 있다. 본 실시예에서는 이들 코일스프링의 변형은 제1 및 제2회전체(14, 15)의 내주면의 나선형상의 홈(14b, 15b), 후술하는 돌출부(14c, 15c)의 내주 및 크랭크축(13)의 외주에 의하여 규제된다. 즉, 제1회전체 (14)와 제2회전체(15)의 축방향의 내부단면에는 이 비틀림 코일 스프링에 대응하는 나선형상의 홈부(14b, 15b)가 형성되고, 비틀림 코일스프링, 즉 탄성체(16)의 측부가 상기 나선형상의 홈부(14b, 15b)에 의하여 규제되며, 또 탄성체(16)의 외주부분은 돌출부(14c, 15c)의 내주에서 규제되고, 또한 탄성체의 안쪽부분은 크랭크축(13)의 외주에 의하여 규제된다.

따라서, 후술하는 인력의 전달시에는 이 비틀림 코일스프링이 탄성변형하면서 인력구동력을 전달하나, 코일스프링은 혹은 나선상의 홈부(14b, 15b)에 접촉하거나, 혹은 돌출부(14c, 15c)의 내주에 접촉하거나, 혹은 크랭크축(13)의 외주에 접촉하므로, 스프링이 축방향으로 전도하거나 이형(異形)으로 변형하는 것을 방지하여 있어야 할 형상으로 유지할 수 있어서, 이에 의하여 소정의 스프링 정수를 확보할 수 있다. 그위에, 본 실시예에 있어서는 비틀림 코일스프링의 단면을 밀면서 인력구동력을 전달하도록 구성하였으나, 당기면서 전달하도록 구성하여도 좋다. 또한, 탄성체(16)는 회전각에 따른 토오크를 발생하는 스프링이면 비틀림 코일스프링에 한정되지 않고 임의의 것을 사용할 수 있다.

또, 본 실시예에 있어서, 이 비틀림 스프링의 비틀림 각도는 사용자에게 위화감을 주지 않도록 20도 이하, 바람직하기는 10도 이하로 설치하면 좋다.

이와같이 하여, 제1회전체(14)에 가해진 구동토오크에 따라 비틀림 코일스프링이 스프링 정수에 준한 탄성변형을 하면서 제2회전체(15)에 구동력을 전달하도록 하고 있다. 이 결과, 이 토오크에 따라 차동하는 양 회전체의 회전각도량을 후술하는 밟는힘 검출수단(30)에 의하여 검출하여, 밟는 힘을 검출할 수 있다. 즉, 이들 제1 및 제2회전체(14, 15)의 외주에는 각각 다른 직경의 제1 및 제2회전부재(31, 32)가 고착되어 있고, 밟는힘 검출수단(30)의 입력기어(41, 42)에 맞물려 있다. 그리고, 본 실시예에서는 제1 및 제2회전부재(31, 32)는 기어이다.

또, 제1 및 제2회전체(14, 15)의 대향부위에는 원주형으로 소정 간격을 두고 돌출부(14b, 15c)가 설치되어 있고, 밟는힘이 작아서 탄성체(16)의 비토오크시에는 서로 소정의 틈새(L)가 확보되어 있다. 따라서, 인력 등에 의한 과대한 구동력이 가해진 경우에는 직접 돌출부(14c, 15c)의 측부끼리 맞닿아서 접속되어 비틀림 코일스프링의 파괴를 방지하도록 설치되어 있다.

이 제2회전체(15)는 전술한 바와 같이, 통형상의 연결수(18)와 연결되어 있다. 그렇다고는 하지만 제2회전체(15)와 연결수(18)는 본 실시예의 경우, 다른 부재로 구성되어 있으나, 일체로 형성하여도 좋다.

그리고, 본 실시예에서는 제1 및 제2회전부재(31, 32)는 도시한 바와 같이 기어를 사용하고 있다. 그렇다고는 하지만 이 제1 및 제2회전부재(31, 32)는 기어에 한하지 않고, 회전을 전달할 수 있는 로울러 등, 임의의 회전 부재를 적용할 수 있다.

다음에, 상기 보조동력 구동수단에 대하여 설명한다.

이 보조동력 구동수단은 모우터(M)와, 모우터의 구동력을 감속하는 감속 기어열과, 상기 크랭크축(13)의 외주에 동축상(同軸狀)으로 자유회전되게 배치되고, 그 외주톱니로 상기 감속기어의 최종기어와 맞물려서 내주에 제2의 일방향 클러치를 구비하고,

상기 최종기어의 순방향의 회전력만을 상기 제2회전체(15)에 전달하는 제3회전체등을 구비하고 있다.

이 모우터(M)는 모우터축(21)에 키이에 의하여 고정 접속되는 자석을 가진 회전자 코어(22)와, 이 외주에 배설되고 직접으로 케이스(12a)에 고정된 고정자 코어(23)로 구성되어 있다. 상기 고정자 코어(23)는 제4도에 도시한 바와 같이, 고정자 코어(23)의 포올(23a)의 방사방향의 단부를 모우터축과 평행한 볼트(24)로 케이스의 안에 고정시키고 있다. 즉, 이 고정자 코어(23)를 지나는 자력선의 위치를 고려하여, 그 자력선의 자속밀도가 낮은 부분을 볼트(24)로 케이스에 결합함으로써 볼트구멍이나 볼트를 설치함으로써 자속을 저해하는 등의 나쁜 영향을 최소한으로 할 수 있어서, 이에 의하여 모우터 성능이 저하하는 것을 방지할 수 있다. 또, 전용의 모우터 케이스를 불필요로 하고 있으므로 콤팩트화를 꾀할 수 있다.

상기 감속기어열은 모우터(M)의 모우터축(21)위에 고정된 제1기어 유닛(25)과, 이 제1기어 유닛에 차례로 맞물려 있는 제2, 제3기어 유닛(26, 27)으로 구성되며, 각기 작은 헬리컬 기어가 큰 헬리컬 기어에 맞물려 구동하도록 구성되어, 고속회전에 대응하고 또한 소정의 감속비를 얻을 수 있도록 되어 있다.

본 실시예에서는 상기 감속기어열의 각 기어의 중심이 모우터(M)와 크랭크축을 연결하는 가상선 및 모우터의 바깥지름을 각 변으로 하는 제5도에 일점쇄선으로 표시한 가상 대략 4각형내에 배치되어 있다. 또한, 감속기어를 서로 엇갈리게 배열하여 구성되어 있다. 이렇게 배치되는 경우에는 보조동력 구동수단의 콤팩트화를꾀할 수 있다.

또, 제3회전체(28)는 감속기어의 제3기어 유니트(27)에 맞물려서 제2회전체(15)의 외주에 배설됨과 동시에, 그 내주에는 순방향으로 빗면을 지닌 내주톱니(28a)가 새겨 설치되어 있다.

다른 한편, 제2회전체(15)에는 바깥쪽으로 돌출하는 이송멈추기(15d)가 설치되어 있고, 따라서 상기 내주톱니(28a)는 제3회전체(28)가 순방향으로 회전하였을 때에만 제2회전체(15)의 외주의 이송멈추기(15d)와 맞물리도록 설치되어 있다.

따라서, 인력에 의하여 크랭크축(13)이 순방향으로 회전구동되어 주행속도조건 등에 의하여 모우터 구동이 정지되어 있을 경우에는, 제3회전체(28)가 자유회전하여 모우터 구동계에 인력구동력이 전달되지 않도록 설치되어 있다.

상기 보조동력 구동수단은 상술한 바와 같이 구성되어 있으므로, 전동모우터로부터 얻은 출력을 기계식 감속기구에 의하여 적절한 토오크/회전수로 변환하여, 이 구동력을 효율적으로 합성기구에 전달할 수 있어서 인력을 보조하여 후륜(5)을 회전구동할 수 있다.

다음에, 밟는힘 검출수단(30)을 도시한 실시예에 의거하여 설명한다.

본 실시예에 있어서, 밟는힘 검출수단(30)은 상술한 비틀림 코일스프링을 통하여 접속된 제1, 제2회전체(14, 15)의 회전차로부터 인력토오크를 판정하는 것이다. 이 밟는힘 검출수단(30)은 제9도 내지 제11도에 도시한 바와 같이, 기본적으로는 차동기어기구를 설치하여 구성되고, 이 차동기어 기구의 2개의 축에 상기 제1 및 제2회전체(14, 15)를 연계함과 동시에, 그 차동기어기구의 제3축(출력축(37))을센서에 연계하고 있다. 여기서, 차동기어기구는 JIS 규격에 정해져 있는 바와 같이, 2개의 축에 구동을 주었을 때 제3의 축이 그들의 작용을 동시에 받아서 회전하는 기어장치로서, 유성 기어 장치가 사용되는 것이며, 차동을 목적으로 하는 것에는 태양기어, 유성기어를 베벨기어로 한 것이 많다고 한다. 본 실시예에 있어서도 후술하는 바와 같이, 차동기어기구에 베벨기어를 사용하고 있다.

즉, 밟는힘 검출수단(30)은 상기 제1회전체(14)의 외주에 고착된 제1회전부재(실시예에서는 기어)(31)와, 상기 제2회전체(15)의 외주에 고착된 제2회전부재(실시예에서는 기어)(32)와, 상기 제1 및 제2회전부재에 각기 연결하는 한쌍의 우산기어(33, 34)와, 상기 한쌍의 베벨기어의 사이에 맞물려 장착되는 여러개의 베벨기어(35, 35)와, 상기 한쌍의 베벨기어를 축받침하는 지지축(36)이 고정되는 그 지지축과 직교하는 출력축(37)과, 상기 출력축에 접속하는 센서(38)등을 구비하여 구성된다.

본 실시예에서는 차동기어기구의 제3의 축인 출력축(37)은 원호형상으로 형성됨과 동시에, 서로 평행으로 배설된 프레임(39, 39) 사이에 축받침되어 있고, 이 출력축(37)에는 제1입력기어(41)가 회전 가능하게 헐겁게 끼워져 있으며, 또 지지축(36)은 그 출력축(37)과 동행 회전한다.

상기 제1 및 제2입력기어(41, 42)는 각각 베벨기어(33, 34)를 굳게 부착시키고, 전술한 바와 같이, 이들 베벨기어(33, 34)의 사이에는 베벨기어(35, 35)를 맞물려 장착하고 있다.

또, 상기 제1 및 제2입력기어(41, 42)는 각기 직경이 다른 상기제1회전부재(31) 및 제2회전부재(32)와 연결하고 있다. 그리고, 제2입력기어(42)는 직접 제2회전부재(32)와 맞물려 있으나, 제1입력기어(41)는 작은 역전기어(43)를 통하여 제1회전부재(31)와 맞물려 있다.

이것은 베벨기어(33, 34)가 동일 회전수로 다른 방향으로 회전하는 것이 필요하기 때문에, 한쪽에서 같은 방향으로 회전하는 제1회전부재(31) 및 제2회전부재(32)의 어느 하나를 반전시키고, 다른쪽에서 이렇게 반전시키기 위하여 역전기어를 개재시키므로, 이 역전기어를 개재시키기 위한 공간을 필요로 하여 상기 제1회전부재(31) 및 제2회전부재(32)의 직경을 다르게 하고 있다.

그리고, 상기 제1회전부재(31) 및 제2회전부재(32), 제1 및 제2입력기어(41, 42)와 역전기어(43)의 기어열에 있어서, 제1회전부재(31) 및 제2회전부재(32)의 회전이 증폭되어 제1 및 제2입력기어(41, 42)에 입력되도록 톱니수를 설정한다. 또한, 출력축(37)은 회전을 증폭하는 기어(44)를 개재시켜 센서(38)(본 실시예에서는 전위차계)의 검출기어(45)에 연결시킨다.

이와 같이, 제1 및 제2회전체(14, 15)로부터 상기 차동기어기구까지의 사이와, 상기 차동기어기구에서 상기 센서(38)까지의 사이의 한쪽 또는 본 실시예와 같은 양쪽에, 회전을 기계적으로 증폭하는 기구가 부가되어 있는 경우에는 센서로 전기신호로 변환하는 경우, 그 센서에 입력되는 절대량이 큰 쪽이 보다 정확한 전기신호를 얻을 수 있다.

상기 비틀림 코일스프링에 의하여 생긴, 인력에 의한 토오크분에 따른 제1회전체(14) 및 제2회전체(15)의 진각차는 맞물려 연결하는 베벨기어(35)가출력축(37)의 둘레를 회전 이동하므로, 출력축(37)이 진각차에 따른 회전각도로 회전하게 된다. 즉, 이들 제1회전체(14) 및 제2회전체(15)의 회전속도가 서로 같을 경우에는 베벨기어(35)는 그 출력축의 각도위치 그대로 계속 회전함에 대하여, 다른 경우에는, 상대적으로 한쪽이 정지하고, 다른쪽이 회전한다고 볼 수 있어서, 이 회전차에 따라 베벨기어(35)가 출력축(37)의 둘레를 회전이동하게 되어, 베벨기어(35)의 지지축(35)이 회전차분만큼의 각도로 회전된다. 그리고, 이 각도를 기어(44)에 의하여 전위차계의 기어(45)에 증속전달하여 전위차계로 검출함으로써 인력에 의한 구동 토오크를 정확히 계측할 수 있다.

그리고, 상기 차동기어기구에는 전술한 베벨기어 대신에 유성기어를 사용 하여도 좋다는 것은 물론이다.

또, 전위차계의 검출축의 중간에는 옆쪽으로 돌출설치된 아암부재(46)가 설치되어 있고, 아암부재(46)에는 타단이 프레임에 고정된 가압스프링(47)의 일단이 접속됨과 동시에, 이 아암부재(46)에 맞닿는 스토퍼부재(48)가 설치되어 있다. 따라서, 이 가압스프링(47)에 의하여 상시 전위차계의 검출축은 일방향으로 가압되어 스토퍼부재(48)에 의하여 걸려 고정되어 있으므로, 전위차계의 제로점 보정을 확실히 확보할 수 있음과 동시에, 각 기어의 덜거덕 거림을 방지할 수 있고, 충분한 인력토오크의 계측정밀도를 확보할 수 있다.

또한, 밟는힘 검출수단의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예의 밟는힘 검출수단은 엔코더를 사용하여 제1회전체(14) 및 제2회전체(15)의 회전수를 카운트하여, 이 카운트수차로부터 인력토오크를 판정하도록 하고 있다.

즉, 제12도에 도시한 바와 같이, 제1회전체(14) 및 제2회전체(15)의 외주에 원주형상으로 일정한 슬릿을 가진 원반형상의 검출원판(제1 및 제2 회전부재(31, 32))을 설치함과 동시에, 각각의 검출원판을 끼워 설치된 발광 다이오드와 포토 트랜지스터를 구비한 광차단기(photointerrupter)방식의 회전검출센서(38)로 구성되어 있다. 따라서, 인력구동력을 전달하여 약 제1, 제2회전체(14, 15)가 회전하는 경우에, 각각의 엔코더를 통과하는 슬릿의 수를 카운트하여, 이 카운트 수차로부터 인력토오크를 계측하도록 하고 있다. 즉, 각 회전체(14, 15)의 회전에 따라 각각의 검출원판이 회전하며, 각 검출원판의 슬릿을 통과하여 각각의 발광 다이오드로부터의 발광이 포토 트랜지스터에 도달하면, 포토 트랜지스터로부터 검출신호가 출력되므로, 이 카운트수로부터 양 제1 및 제2회전체(14, 15)의 회전차, 즉 비틀림 스프링의 스프링 정수를 가미하여 인력토오크를 판정할 수 있다.

따라서, 각 제1 및 제2회전체(14, 15)에 설치된 검출원판의 회전에 따라 회전이동하는 슬릿을 카운트하는 엔코더이므로, 아나로그 ·디지털 변환기 등이 불필요하게 되어 회로구성을 간소화 할 수 있다. 또, 엔코더의 카운트 차로부터 인력토오크를 검출하고 있으므로, 정지상태에서도 인력토오크를 검출할 수 있다.

또, 일반적인 근접센서를 사용하여 구성할 수도 있다. 즉, 예를 들면, 둘레방향으로 N · S 극이 교호로 착자(着磁)된 검출원판과, 이 검출원판의 근방에 호올소자를 사용한 자기센서를 설치한 구성으로 할 수도 있다. 따라서, 각 제1 및 제2회전체(14, 15)가 약간 회전하여도 회전펄스신호를 얻을 수 있어서 회전속도를 카운트할 수 있다.

또, 본 실시예의 구성을 사용하여 전동자전거의 주행속도를 검출하는 속도 센서를 겸용시킬 수도 있다. 즉, 어느 한쪽의 회전체(14, 15)의 계측 출력에 의하여 인력구동시의 주행속도를 판정할 수 있다.

다음에, 이러한 전동자전거의 동력부(11)에 있어서의 구동력의 전달 동작을 설명한다.

먼저, 인력에 의한 구동력의 전달동작을 설명하고, 다음에 이 인력을 보조하는 모우터 구동력의 전달동작을 설명한다.

사용자가 전진방향으로 페달(7)을 밟으면 크랭크축(13)이 순방향으로 회전하고, 이 인력에 의한 회전구동력은 크랭크축(13)과 제1회전체(14)사이의 래치트(제1의 일방향 클러치)를 통하여 제1회전체(14)에 전달되어, 제1회전체(14)가 순회전한다. 그리고, 이때 사용자가 후진방향으로 페달(7)을 밟으면, 크랭크축(13)은 역방향으로 회전하나, 크랭크축(13)의 이송멈추기(13a)가 제1회전체(14)에 걸어맞춤하지 않으므로, 제1회전체(14)는 회전구동되지 않는다.

다음에, 제1회전체(14)가 회전하면, 비틀림 코일스프링(탄성체(16))을 통하여 제2회전체(15)가 회전구동된다. 이때, 이 양자간에 생기는 토오크 분의 비틀림 스프링의 탄성비틀림에 의하여 지연된 진각차를 밟는힘 검출수단(30)에 의하여 검출하고, 이 밟는힘과 주행속도 등에 의거하여 모우터의 보조구동력을 결정하고 있다.

또한, 이 제2회전체(15)는 결합되어 있는 연결수(18)를 회전구동하여, 이 연결수(18)에 결합되어 있는 원동 스프로켓(출력기어(17))을 회전구동 한다. 이때,제2회전체(15)의 외주에 배설된 제3회전체(28)는 양자간의 래치트(제2의 일방향 클러치)가 걸어맞추어지지 않으므로 제3회전체(28)를 통하여 모우터 구동계에 인력구동력이 전달되지 않는다.

끝으로, 이 원동 스프로켓(출력기어(17))에 접속된 체인(9)을 통하여 후륜(5)이 회전구동되어 전동자전거가 전진주행한다.

그리고, 이와 같이 인력이 가해짐과 동시에, 밟는힘과 주행속도가 규정된 보조범위내의 경우에는, 이 주행속도 및 인력구동력 등에 의거하여 제어부로부터 소정의 지령이 출력되어 모우터(M)가 작동하여 인력보조동작을 하게된다.

즉, 모우터(M)가 회전하여, 이 모우터 구동력이 감속기어열을 통하여 제3회전체(28)에 전달되며, 이 사이에 적절한 회전수/토오크로 변환된다.

그리고, 이 제3회전체(28)의 내주톱니(28a)가 제2회전체(15)의 이송 멈추개(15d)에 맞물려서 감속된 모우터 구동력이 제2회전체(15)에 전달되어 인력구동력에 모우터 구동력이 추가 보조된다. 그리고, 이 상태는 인력구동이 정지되거나 주행속도가 소정 범위를 넘을 때까지 계속된다.

이하에서 본 실시예에 있어서의 바람직한 실시형태를 설명한다.

상기 보조동력 구동수단의 모우터(M)와 상기 밟는힘 검출수단(30)을 한쪽에, 또 상기 보조동력 구동수단의 감속기어열을 다른쪽에 배치하고 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 감속기어열의 각 기어의 중심이 모우터(M)와 크랭크축을 연결하는 가상선 및 모우터의 바깥지름을 각 변으로 하는 가상 4각형내에 배치되어 있고, 또 감속기어를 서로 엇갈리게 배치하여 구성되어 있다. 이와 같이 배치됨으로써 부재의 균형 등을 고려한 적정 배치를 꾀하게 되고, 이에 의하여 보조동력 구동수단의 콤팩트화를 꾀할 수 있다.

상기 밟는힘 검출수단의 센서는 케이스내의 상기 크랭크축(13)의 외주에 배치되고, 그 위치는 장치의 프레임 본체의 부착에 따라 외력이 가해지기 어려운 위치로 하는 것이 좋다. 즉, 센서는 정밀부품이고, 자전거의 전도 등 외력이 가해져도 영향이 없는, 예를 들면, 메인파이프나 시이트 파이프 근방 방향에 배치하는 것이 바람직하다.

또, 전술한 바와 같이, 상기 케이스(12)는 3개의 부분으로 이루어지는 분할케이스(12a, 12b, 12c)를 하나로 조합하여 형성되어 있으나, 본 실시예의 경우에는 케이스(12)의 최대폭을 일반적인 자전거와 동등한 페달아암의 간격, 즉 l2Omm 이하로 설정하는 것이 가능하다는 것을 확인하고 있다. 이것도 본 실시예의 구동력 보조장치가 콤팩트화 할 수 있었던 결과이다.

또, 상기 케이스(12)에 한개의 배선인출구(개구부(l2e))를 형성하고, 상기 모우터 및 센서로부터의 배선(10a)을 상기 배선인출구로부터 당겨내도록 하였으므로 배선의 관리가 간단히 될 수 있다.

이들 모우터쪽의 회로군은 배터리 유닛에 설치된 커넥터에 직접 접속되는 외부접속 커넥터를 통하여 접속되어 있다. 따라서, 케이블레스로 접속할 수 있으므로 콤팩트화와 취급의 용이화를 꾀할 수 있다.

또, 제14도에 도시한 바와 같이, 모우터(M) 및 제어장치의 회로기판은 시이트 파이프(3b)의 윗쪽을 향하여 배치할 수도 있다. 이것도 본 실시예의 동력부(11)가 콤팩트화하여 길이나 폭을 작게 할 수 있기 때문이다.

또, 제15도 및 제16도에 도시한 바와 같이, 모우터(M) 및 센서로부터의 배선(10a)과, 제어장치의 회로기판(8a)을 커넥터(lOb)를 통하여 접속하거나 모우터(M), 상기 센서 및 제어장치의 회로기판(8a)을 케이스내에 배치함과 동시에, 이들로부터의 배선(10a)을 커넥터(lOb)를 통하여 케이스밖에 배치한 전원에 접속하거나 또는 모우터(M) 및 제어장치의 회로기판(8a)을 케이스내의 진행방향쪽의 앞면에 배치하거나, 혹은 메인파이프(3a)에 전원을 배치하여, 진행방향쪽의 앞쪽의 케이스 또는 케이스 윗쪽에 설치한 커넥터(lOb)로 상기 전지와 제어장치의 회로기판(8a)을 접속하는 등, 적절한 형태를 채택할 수 있는 것이다.

이상 설명한 본 실시예에 의하면, 전동모우터는 차체의 전후방향을 따라 배치하지 않고, 좌우방향으로 향한 크랭크축과 평행으로 설치할 수 있으므로, 종래와 같은 전동모우터의 회전을 크랭크축의 방향으로 변환하는 것이 필요하며, 따라서 변환기구를 설치하여 감속기구 등이 복잡화하고, 또한 대형화하는 결점을 회피할 수 있다.

또, 인력의 구동력을 축의 비틀림으로 나타내어, 이것을 검출하는 상기 종래의 것은 토오크에 의한 비틀림 변위량이 미소하므로, 충분한 측정 정밀도를 확보하기 위해서는 축의 길이방향에 어느 정도의 길이가 필요하게 되며, 따라서 대형화하는 경향에 있었으나, 본 실시예에 의하면 제1및 제2회전체의 내부에 비틀림 코일스프링을 장착하는 것이기 때문에, 축의 길이 방향의 길이가 짧아도 적당한 비틀림 변위량을 얻을 수 있어서 충분한 측정 정밀도를 확보할 수 있다.

또한, 상기 종래의 것은 상기 검출이 인력구동력이 가해지는 곳에서 행하여지므로, 그 인력구동의 큰 힘에 견딜 수 있는 구조를 필요로 하여, 자칫 장치 자체가 대형화하고, 또한 대중량화하는 결점이 있었으나, 본 실시예에 의하면 인력구동력이 가해지는 개소와는 다른 곳에서 회전차를 검출하는 구성이므로, 예를 들면, 수지제로 소형경량의 기어를 사용할 수 있는 등 장치의 소형, 경량, 저렴화를 꾀할 수 있다.

또, 인력구동력을 검출하는 밟는힘 검출수단이 케이스내에 수납되어 있으므로, 비바람 등의 외부 자연환경으로부터의 영향이나 차량주행시에 생기는 모래먼지나 진흙의 영향을 직접 받는 일이 없고, 오검출 등의 신뢰성을 손상시키거나 장치수명이 저하할 염려를 회피할 수 있다.

그리고, 본 실시예에 있어서, 본 발명을 자전거에 응용한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 보트 등의 다른 인력을 사용하여 구동하는 경차량에도 적절히 적용할 수도 있다.

본 발명은 전동자전거 등의 육상 경차량의, 또 보트 등의 해상 경차량의 구동력 보조장치에 적합하다.

Claims

인력구동수단과, 보조동력 구동수단과 밟는 힘 검출수단을 포함하여 구성되는 인력구동력과 모우터 구동력을 합성하는 구동력 보조장치에 있어서,

상기 인력구동수단은, 밟는 힘이 전달되는 크랭크축의 외주상에 위치하는 제1및 제2회전체를 갖는 구동력 전달기구를 갖고,

상기 구동력 전달기구는, 상기 인력구동력을 전달하기 위한 제1의 한 방향 클러치 및 탄성체를 포함하며,

상기 보조동력 구동수단은, 모터 및 감속기어기구를 갖고,

상기 모우터로부터 나오는 모우터 구동력은, 제2의 한 방향 클러치를 통해 상기 크랭크축의 외주에서 상기 구동력 전달기구에 합성되며,

상기 밟는 힘 검출수단은, 상기 탄성체의 동력전달 경로의 앞뒤 끝에 위치하는 제1회전체와 제2회전체 사이의 회전차를 검출하기 위한 센서수단을 갖는 점을 특징으로 하고,

상기 보조동력 구동수단의 감속기어기구는, 서로 엇갈리게 배열하여 구성되는 감속기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동력 보조장치.
제 1항에 있어서,

상기 감속기어들의 중심은, 상기 크랭크축과 모우터(M)와 수직선을 연결하는 한 쌍의 선 및 모우터의 반원형 원주로 이어지는 수직선에 의해 형성되는 실질적으로 가상 사각형 내에 배치되어 있는 구동력 보조장치.
제1항에 있어서,

상기 밟는 힘 검출수단은, 차동기어기구로 구성되고, 상기 제1회전체 및 제2회전체는 상기 차동기어기구의 두 개의 축과 상호 연결되어 있으며, 상기 차동기어기구의 제3축은 센서와 연결되어 있는 구동력 보조장치.
제3항에 있어서,

회전을 기계적으로 증대시키는 기구가 상기 제1회전치와 제2회전체 및 상기 차동기어기구 사이의 어떤 곳과, 상기 차동기어기구와 상기 센서수단 사이의 어떤 곳 사이 중 최소한 한 곳에 위치하는 구동력 보조장치.
제1항에 있어서,

상기 밟는 힘 검출장치는, 상기 센서수단용 엔코더를 사용하고, 이 엔코더는 상기 제1회전체 및 제2회전체의 회전수를 계산하며, 상기 인력 토르크는 상기 계산된 회전수와 회전수 사이의 차이로부터 판단되는 구동력 보조장치.
인력구동수단과, 보조동력 구동수단과, 밟는 힘 검출수단을 포함하여 구성되는 인력구동력과 모우터 구동력을 합성하는 구동력 보조장치에 있어서,

상기 인력구동수단은,

크랭크축의 외주상에 동축상으로 위치하는 한편 제1의 한 방향 클러치가 마련되어 상기 크랭크축의 전방으로 회전력을 수용하는 제1회전체와,

상기 크랭크축의 외주상에서 자유롭게 회전하도록 동축상으로 배열되어 있는 제2회전체와,

상기 제1회전체와 제2회전체 사이에 끼워져 상기 제1회전체의 회전력을 제2회전체로 전달하는 탄성체와,

상기 제2회전체의 회전력을 수용하는 출력기어를 포함하고;

상기 보조동력 구동수단은,

모터와,

상기 모우터의 모우터 구동력을 감소시키기 위한 감속기어열과,

동축상으로 위치하여 상기 크랭크축의 외주상에서 자유롭게 회전하는 한편, 상기 감속기어열의 제1기어와 맞물린 외주 이빨과 그 내주상에 위치하는 제2의 한 방향 클러치를 지녀서 상기 최종 기어의 순방향으로의 회전력만 상기 제2회전체로 전달하는 제3회전체와;

상기 밟는 힘 검출수단은,

상기 제1회전체의 외주에 고정된 제1회전 부재와,

상기 제2회전체의 외주에 고정된 제2회전 부재와,

상기 제1회전 부재 및 제2회전 부재와 각각 상호 연결된 한 쌍의 제1베벨 기어 및 제2베벨 기어와,

상기 한 쌍의 제1베벨 기어와 제2베벨 기어 사이에서 끼워져 맞물려 있는제3베벨 기어와,

상기 한 쌍의 제1베벨 기어 및 제2베벨 기어에 대해 상기 제3베벨 기어를 지지하기 위한 지지축의 회전 변화를, 상기 제1베벨 기어와 제2베벨 기어 사이의 이동차이로서 뽑아내는 출력 축, 및

상기 출력 축에 연결되어 있는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동력 보조장치.
제1항 또는 제6항에 있어서,

속도검출수단은, 상기 인력구동수단과, 상기 보조동력 구동수단 및 상기 밟는 힘 검출수단 중 어느 하나에 끼워져 있는 구동력 보조장치.
제1항 또는 제6항에 있어서,

상기 인력구동수단과 상기 보조동력 구동수단 및 상기 밟는 힘 검출 수단은, 상기 인력구동수단의 제1회전체와 제2회전체와 상기 밟는 힘 검출수단의 상기 센서수단이 케이싱 내에 수용된 상태로, 세 개의 분할 케이싱으로 구성된 케이싱 내에 수용되어 있는 구동력 보조장치.
제8항에 있어서,

상기 케이싱에는 핀이 마련되어 있는 구동력 보조장치.
제8항에 있어서,

상기 보조동력 구동수단의 모우터와 상기 밟는 힘 검출수단은 상기 케이싱의 한 측면에 위치하며, 상기 보조동력 구동수단의 기어열은 다른 측면에 위치하는 구동력 보조장치.
제8항에 있어서,

상기 케이싱의 최대폭은 일반적인 자전거의 페달암과 페달암 사이의 간격과 같거나 그 보다 더 작게 정해진 구동력 보조장치.
제8항에 있어서,

하나의 배선 인출구가 상기 케이싱 상에 형성되어 있는 한편 상기 모우터 및 센서로부터 나오는 배선은 상기 배선 인출구로부터 인출되는 구동력 보조장치.
제8항에 있어서,

상기 모우터 및 제어장치의 회로기판은 케이싱 면에 위치하는 구동력 보조장치.
제8항에 있어서,

모우터 구동회로와 제어장치의 회로기판은 상기 모우터 근처 및 감속 기어기구의 부근에 위치하는 구동력 보조장치.
제14항에 있어서,

개구부가 상기 회로기판에 면하는 케이싱상에 형성되어 있고, 커넥터는 회로기판 상에 위치하며, 이 커넥터는 상기 개구부를 향하도록 위치하고 있는 구동력 보조장치.
제8항에 있어서,

전원부는 메인 파이프상에 위치하고, 이 전원부 및 제어장치의 회로기판은 케이싱 위에 위치한 커넥터에 의해 연결되어 있는 구동력 보조장치.
제1항 또는 6항에 있어서,

상기 탄성체는 비틀림 코일 스프링인 구동력 보조장치.
제1항 또는 6항에 있어서,

상기 탄성체는 비틀림 코일 스프링이고, 이 코일 스프링의 양 끝면은 라운드져 있으며, 이 코일 스프링의 변형을 규제하기 위한 부재가 위치하고 있는 구동력 보조장치.
제 18항에 있어서,

상기 코일 스프링의 양 끝면을 수용하기 위한 부위는 상기 제1회전체 및 제2회전체 내에 형성되어 있는 한편, 상기 코일 스프링의 양 끝면을 수용하기 위한 부위는 곡면 형상으로 형성되어 있는 구동력 보조장치.
제18항에 있어서,

상기 비틀림 코일 스프링의 비틀림 각도는 15도 또는 그 이하로 되도록 정해져 있으며, 비틀림 각도가 상기 수준을 초과할 때, 상기 제1회전체 및 제2회전체 상에 형성되어 있는 각각의 돌출부의 측면은 서로 접촉하는 구동력 보조장치.
제1항 또는 제6항에 있어서,

상기 보조동력 구동장치의 모우터는 케이싱에 고정되어 있는 고정자코어의 반경 방향으로 형성된 포울의 양 끝을 갖는 구동력 보조장치.
제1항에 있어서,

상기 밟는 힘 검출수단의 센서수단은, 상기 제1회전체 및 제2회전체의 회전을 검출하기 위해 상기 제1회전체 및 제2회전체의 외주상에 위치하는 구동력 보조장치.
제1항 또는 제9항에 있어서,

상기 모우터 및 센서수단으로부터 나오는 배선은, 제1커넥터를 통해 모우터 구동회로 및 제어장치의 회로기판과 접속되어 있으며, 상기 회로기판 및 전원부는제2커넥터를 통해 접속되어 있는 구동력 보조장치.
제1항 또는 8항에 있어서,

상기 모우터와 상기 센서수단 및 제어장치의 회로기판은 케이싱 내에 배열되어 있으며, 그들로부터 나오는 배선은 제1커넥터를 통해 케이싱의 외부에 위치하는 전원부와 접속되어 있는 구동력 보조장치.
제24항에 있어서,

상기 전원부는 메인 파이프상에 위치하고, 상기 케이싱에는 상기 전원부 옆에 모우터가 위치하며, 상기 회로기판으로부터 나오는 배선은 제2커넥터를 통해 상기 전윈부와 접속되는 구동력 보조장치.
제24항에 있어서,

상기 전원부는 시이트 튜우브 상에 위치하고 있고, 상기 케이싱에는 상기 전원부 옆에 상기 모우터가 위치하고 있으며, 상기 회로기판으로부터 나오는 배선은 제2커넥터를 통해 상기 전원부에 접속되어 있는 구동력 보조장치.