TWI311194B - - Google Patents

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1311194 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於藉永久磁鐵之磁力將旋轉體之旋轉方向之 位置偏移量變換成軸線方向之位移之旋轉檢測器及轉矩感 測器。 【先前技術】 以往’例如在馬達之輸出對應於駕駛人之踏力大小之電 動自行車中，採用藉轉矩感測器檢測踏力大小之構成。作 為裝備於此種電動自行車之以往之轉矩感測器，例如有揭 不於日本特開20〇6-35927號公報（以下簡稱專利文獻丨）、曰 本特開2000-153795號公報（以下簡稱專利文獻2)、日本特 開2000-114616號公報（以下簡稱專利文獻3)、日本特開 2〇〇〇-53〇69號公報（以下簡稱專利文獻句及曰本特開平1〇_ 250673號公報（以下簡稱專利文獻5)等之轉矩感測器。 專利文獻1所示之轉矩感測器係包含與踏板曲軸成一體 地旋轉之第1旋轉體、及與後輪驅動用鏈輪成一體地旋轉 之第2旋轉體。踏板曲軸與後輪驅動用鏈輪係位於同一軸 線上，並構成一方可對他方相對旋轉，且經由動力傳達用 之壓縮螺旋彈簧被連結。 在前述第1旋轉體立設有導動銷，經由此導動銷安裝著 可動環。此可動環係形成圓筒狀，可藉導動銷而對第:旋 轉體向軸方向移動，且可在周方向—體旋轉地被支持於第 1旋轉體。可動環被喪合於導動鎖之彈簧而以脫離以旋轉 體之方式被施力。在第2旋轉體上，形成圓筒狀之定子被 114470-980205.doc 1311194 同二上’並位於前述可動環之内周部内。在可動環 ^内形成凸輪，在定子之外周部設有接觸 之凸輪從動件。 祝 别述凸輪係形成隨著可動環之由軸線方向之— 二又移動而由旋轉方向之前側向後侧傾斜延伸。 二轉::拒動力傳達用之壓縮螺旋彈簧之彈力而對第2旋 測器係藉=轉時，可使可動環向轴線方向移動。此轉矩感 d '、稭感測器檢測如此向轴線方向移動之 m w J勒$辰之位 ，並依據此位置算出踏力大小。 專利文獻2所示之轉矩感測器係包含踏板曲轴側之第厂_ 2輪機構、及後輪驅動用鍵輪側之第2行星齒輪機構： 輪機丁構星Λ輪機構之太陽齒輪係設於踏板曲相，第2行星齒 冓之太陽齒輪係設於後輪驅動用鏈輪側之旋轉軸。 =該等外周齒輪彼此係互相連接。第崎星齒輪機構之 =齒=支持用托架係固定於車體架側，第2行星齒輪機 I I輪支持用托架係連接於檢測用齒輪。在此檢測 *嚙合於電位計構成之旋轉檢測用感測器之輸入齒 輪。 依據此轉矩感測器，檢測用齒輪係藉踏板曲軸與後輪驅 藉之旋轉方向之相位偏移而旋轉。此轉矩感測器係 猎紅轉檢測用感測器檢測檢測用齒輪之旋轉角纟此 旋轉角度算出踏力大小。 專利文獻3所示之轉矩感測器係包含被施加駕歇人之踏 力之磁致伸縮元件、及設於磁致伸縮元件周圍之磁致伸縮 U4470-980205.d〇( 1311194 檢測線圈，並採用藉磁致伸縮檢測線圏檢測對應於駕駛人 之踏力大小之磁致伸縮元件之導磁力之變化之構成 專利文獻4與專利文獻5所示之轉矩感測器係包含内部插 通踏板曲軸之筒體、及内部插通此筒體之檢測用線圈二。 筒體之軸線方向之一端部結合於踏板曲軸側，他端部結合 於後輪驅動用鏈輪側，並構成可對應於踏力大小而扭轉。 在此筒體之外周部，設有形成有成為平面視呈八字狀i 圖案之多數縫隙之磁性膜（專利文獻4)、或成為八字狀之圖 案之多數突條（專利文獻5)。檢測用線圈係構成可檢測縫隙 或突條扭轉所生之導磁力之變化。 發明所欲解決之問題 專利文獻1所記載之轉矩感測器係採用藉凸輪與凸輪從 動件將旋轉變換成向軸線方向之移動之構造，故有因如以 下所述之理由而不能在徑方向小型化之問題。 在此種轉矩感測器中，可動環對定子相對旋轉時之旋轉 角度、與當時之可動環向轴線方向之移動量之比率決定於 凸輪對周方向之傾斜角度（以下將此傾斜角度簡稱為斜角 度）。此比率必須設定於對駕敬人不造成不適感且感測器 可確實檢測位移之最適值。 即，駕駛人踏人踏板後，1缩螺旋彈簧被壓縮而在至後 輪驅動用鏈輪開始旋轉為止之旋轉角度愈大，愈會對駕驶 人不泣成不適《ϋ此，可動環對^子相對旋轉時之旋轉 角度通常設定於儘可能地小。 另一方面，為了以感測器高精度地檢測第1旋轉體之移 114470-980205.doc 1311194 動了動核㈣線方向之移動量會設定於對應於 分解能之移動量。 為了不改變上述比率而將可動環與定子形成小徑，如圖 一圖26所不，必須增大凸輪之斜角度。例如，如圖25所 卜"^相對較大而斜角度為角度A之旋轉體之外徑在 變上述比率而形成較小時，如圖26所示，斜角度會變 成大於角度A之角度B。 "，角又II大時，凸輪推壓凸輪從動件時之面壓會過度增 大’使摩擦力增大而使動作變得不再圓滑，不僅有損及作 為轉㈣測器之本來功能’而且此等構件容易磨損，降低 轉矩感測器之耐用性。即， 矩感測器形成小徑之理由係 度之故。 不能將專利文獻1所記載之轉 由於必須如此形成較大之斜角 由於上述之理由’採用專利文獻i所記載之轉矩感測器 時’轉矩感測器無論如何都會變大型。 專利文獻2所5己載之轉矩感測器為了檢測踏板曲抽之旋 轉與後輪驅㈣鏈輪之旋轉之相位差，需使用複數行星齒 輪機構，故有構造複雜，製造成本增高之問題。 專利文獻3〜專利文獻5所記載之轉矩感測器有必要對檢 測導磁力之變化用之線圈一直通電，故有耗電力量增多而 相對地縮短可行車距離之問題。 又，專利文獻3〜專利文獻5所記栽之轉矩感測器係用於 檢測微小之導磁力之變化’ S/N比較低，故容易受到外磁 (雜訊）之影響’未必可正確檢測轉矩。 114470-980205.doc 1311194 專利文獻4與專利文獻5所記载之轉矩感測器為使導磁力 變化所使用之多數縫隙或突條之形狀會變得複雜，故難以 高良率地加以製造。而且，形成此等轉矩感測器之縫隙部 分或突條之磁性材料之價格相對較高。因此，專利文獻 4、5所示之轉矩感測器有製造成本升高之問題。 本發明係為解決此種問題而設計者，其目的在於提供可 在徑方向形成小型，且以簡單之構造正確地檢測二構件之 相對旋轉之旋轉檢測器及轉矩感測器。 【發明内容】 為達成此目的，本發明之旋轉檢測器包含：第i及第2旋 轉體，其係位於同一軸線上且一方可對他方相對地旋轉 者；滑塊，其係與此等第1旋轉體與第2旋轉體中之一方旋 轉體位於同一轴線上，經由滑動導動機構連接於此一方旋 轉體’以對一方旋轉體限制相對旋轉，且容許向軸線方向 之移動者；移動側磁鐵，其係被固定於此滑塊上之同一軸 線上者；及固定側磁鐵，其係被固定於他方旋轉體之同一 轴線上且被限制向軸線方向之移動者；此等移動側磁鐵與 固定側磁鐵係被磁化成藉由一方磁鐵之旋轉方向之位置相 對他方磁鐵之旋轉方向之位置變化，於軸線方向作用於兩 磁鐵之磁力大小會變化’·且包含檢測機構，其係依據此滑 塊之軸線方向之位置檢測第1旋轉體與第2旋轉體之旋轉方 向之位置偏移量者。 發明之效果 依據本發明，對固定側磁鐵之位置改變移動側磁鐵之旋 114470-980205.doc 1Π 1311194 轉方向之位置，滑塊藉磁力在軸線方向移動，利用檢測機 構檢測第1旋轉體及第2旋轉體之旋轉方向之位置偏移量。 檢測機構可利用檢測在軸線方向移動之構件位置之一般感 ’則構成。 因此，依據本發明，由於藉磁力將移動側磁鐵與固定側 磁鐵之相對旋轉變換成向軸線方向之移動，故與藉凸輪與 凸輪從動件機械性地執行此變換相比，可以不受面壓之限 制而取得較大之斜角度。因’依據本發明，與使用上述 凸輪與上述凸輪從動件之裝置相比，可提供一種在徑方向 小型化之旋轉檢測器。 尤其，藉本發明之旋轉檢測器，在電動自行車用動力單 兀檢測駕駛人之踏力時’可一面謀求在徑方向之小型化， 面駕駛人以相同於一般自行車之行車感覺駕駛，並可高 精度地檢測駕駛人之踏力。可如此之理由係如上所述，可 取得較大之斜角度，並可將移動側磁鐵與固定側磁鐵之一 方對他方相對旋轉時之角度與當時之移動側磁鐵向轴線方 向之移動量之比率設定成最合適之故。 即，由於藉由將此旋轉檢測器裝備於電動自行車用動力 早凡，作為裝設於踏板曲軸與後輪驅動用鏈輪間之動力傳 達系統之壓縮螺旋彈簧，可使用彈簧常數相對較大之彈 菁故對駕駛人於行駛時不會造成不適感。又藉由此旋 轉檢測器’由於可取得較多之移動側磁鐵之移動量，故可 藉感測n高精度地檢測此移動側磁鐵之移冑’踏力大小之 檢測精度提高。 114470-980205.doc 1311194 贫據本發月因不需要檢測磁場變化之線圈，故可提供 種面將電力/肖耗量抑制於較少，一面檢測兩個旋轉體 之旋轉方向之位置偏移之旋轉檢測器。 又’本發明之旋轉檢測器係藉移動侧磁鐵與固定側磁鐵 ^ 《磁力將旋轉方向之位置偏移量變換成軸方向移動量，可 使用單純先狀之零件構成。因此，在檢測兩個旋轉體之旋 轉方向之位置偏移之際，與採用磁性地檢測縫隙或突條之 #動方向之變$里之構成之情形或使用複數行星齒輪機構 之情形相比，構造較簡單，且可使用一般的材料構成，故 可降低製造成本。 另外本發月之旋轉檢測器在藉移動側磁鐵與固定側磁 鐵之磁力檢測向軸線方向移動之滑塊之移動量之際，可使 用設=此滑塊之位置檢測專用之磁鐵。藉由採用此構成， • 彳以單純之構造容易地獲得與移動量成正比之線性輸出， 且檢測精度亦提高。 • 加之’本發明之旋轉檢測器由於使用磁鐵，故連機械加 工難以製造之斜角度不之構件也可容㈣造，可自如 地調整對相位差之輸出值。 【實施方式】 (第1實施型態） 以下’藉圖1至圖6詳細說明本發明之旋轉檢測器之第1 實施型態。在此，說明有關藉本發明之旋轉檢測器構成電 動輔助自行車用轉矩感測器之情形之型態…在圖】 中，係以切剖狀態描繪要部之情形。 114470.980205.doc -12- 1311194 在圖1至圖6中，符號丨所示者係表示本實施型態之電動 自行車用動力單元丨。此動力單元丨係安裝於未圖示車體架 之吊架部，具備有後述之踏板曲轴2、供檢測在駕駛人踏 上連接於連接於此踏板曲軸2之踏板（未圖示）時之踏力之轉 矩感測器3、及後輪驅動用之馬達4等。此動力單元】係以 在圖1中左側為車體前側，在圖J中右側為車體後側之方 搭載於車體架。 此動力單π i之各零件係被支持於可分割於車寬方 殼體5。此殼體5係由左料部5a與右側半部5b所構成，經 由設於車體前側之端部(在圖i中左侧之端部)之安裝用托架 與設於後侧之端部之安裝用托架（未圖示）而被安裝於車 車體前側之安裝用托架6係被圖1中符號7所示之螺 栓固定於車體架。 、 殼體5係在車體前側之端部旋轉自如地支持著踏板曲軸 ，在踏板曲軸2起之車體後侧支持 安裝於殼體5之左料料 ^運係被 &响合於此小齒輪12之從動齒^於輪出軸11之小齒輪 之軸心部之單向離合Μ未圖 裝設於從動齒輪13 軸14显⑼入 (未圖不）而連接於殼體後部之輸出 軸14。卓向離合器係使用 達至輸出抽U之單向離合器。之…向之旋轉傳 輸出軸Μ係支持從動齒輪13， 持於殼體5 ,由殼艚^ 奴轉自如地支 出軸14之突出側端邻厂部％向車體右側突出。在輸 之鏈輪15。 °，設有捲掛後輪驅動用鍵（未圖示）用 H4470-980205.doc 1311194 此馬達4之輸出係被控制裝置“控制成與後述之轉矩感 測器3檢測之踏力大小略成正比。 板曲軸2之車寬方向之兩端部被軸承η、旋轉自如 支持於双體5’向車寬方向貫通殼體5。支持踏板曲軸2 車體右側之端之軸承22係裝設於旋轉自如地嵌合於踏 板曲轴2之車體右側之端部之鏈輪支持用輪轂之外周部 與殼體5之右側半部5b之間。 輪轂23係形成車體右側之端部由殼體5向右側突出。在 輪轂23之此端部，螺定著捲掛後輪驅動用鏈（未圖示）之人 力驅動用鏈輪24。此鏈捲掛於此人力驅動用鏈輪24、輸出 轴14之鏈輪15、未圖示之張力鏈輪、及後輪之飛輪。飛輪 設有由鏈側僅向輪轂側傳達之單向離合器。 在踏板曲轴2之兩端部，分別安裝有前端部具有踏板（未 圖不）之踏板曲柄25。又，在踏板曲軸2之車體右側之端部 而由设體5向右側突出之部位，以可藉花鍵嵌合而一體旋 轉方式安裝著驅動用桿26。 此驅動用桿26具有以踏板曲軸2為中心而延伸成放射狀 之複數之桿本體26a，被定位於鄰接於人力驅動用鏈輪24 之車體右側。此驅動用桿26與鏈輪24之外周部彼此係經由 後述之連結機構27互相連結。 連結機構27係在動力傳達系中，用來將踏力由位於踏板 曲軸側之驅動用桿26傳達至鏈輪24。此連結機構27係由一 體地設於驅動用桿26之桿本體26a之推壓構件（未圖示）、一 體地設於鏈輪24之受壓構件（未圖示）、及以軸線方向為指 114470-980205.doc •14- 1311194 向旋轉方向而彈性地安裝於此等推壓構件與受壓構件間之 壓縮彈簧（未圖示）所構成，在驅動用桿26與鏈輪24分別以 貫通此等之厚度方向（車寬方向）方式被安裝。 如此經由連結機構27連結驅動用桿26與鏈輪24時，駕駛 人踏入踏板時之踏力即可由驅動用桿26經連結機構27而傳 達至鏈輪24，再由鏈輪24經鏈而傳達至後輪。在此前進 時，連結機構27之壓縮彈簧會被壓縮，藉此，對鏈輪24之

旋轉方向之位置使驅動用桿2 6之位置向旋轉方向之前側偏 移。 換言之，此時，驅動用桿26及踏板曲軸2之旋轉方向之 位置在由車體右側觀察之狀態下’會呈現對鏈輪24向順時 針方向偏移。本實施型態之轉矩感測器3係檢測兩者之旋 轉方向之位置偏移量，依據此位置偏移量而透過運算求出 踏力大小。 此轉矩感測器3如圖1及圖2所示，係包含下列各構件 第1旋轉體，其係由踏板曲軸2與驅動用桿26等所構成者 第2旋轉體，其係由結合於鏈輪24之鏈輪支持用輪轂23 後述之滑動導動環35等所構成者；滑塊33，其係與此筹 方疋轉體位於同—軸線上，經由後述之滑動導動機構34連 於此第2旋轉體之滑動導動環35,以限制其對第2旋轉體 ^旋轉，且各許向軸線方向之移動者；移動側磁鐵32 被固疋於此滑塊上之同一軸線上者；&固定側磁 其係被固定於第1旋轉體（踏板曲轴2)之同一軸線上 〇 肖之移動文到規制者；及後述之檢測機構， 114470-980205.doc 1311194 依據/骨塊3 3之轴線.方向之位置檢測第1旋轉體與第2旋轉體 之旋轉方向之位置偏移量者。檢測機構係由設於滑塊33之 車體左側之端部之圓筒狀之位置檢測用磁鐵3 6、隔著間隙 與此位置檢測用磁鐵3 6之外周面相向之霍爾元件3 7、及連 接於此霍爾元件37之控制裝置16之運算機構38(參照圖丨）等 所構成。 固定側磁鐵31在本實施型態中，如圖2所示，係由谈合 於踏板曲轴2而形成圓筒狀之永久磁鐵所構成，以可在同 一轴線上一體旋轉方式被壓入、固定於踏板曲軸固定 側磁鐵3 1係被一體形成於踏板曲軸2之環狀之軸環定位 於轴線方向。 移動側磁鐵3 2係由形成圓筒狀之永久磁鐵所構成，以使 其内周面隔著間隙與上述固定側磁鐵3丨之外周面相向之方 式被固定於後述之滑塊33。即，固定側磁鐵3 1係被插入於 移動側磁鐵32之内側。 此移動側磁鐵32在本實施型態中，係被接著於後述之滑 塊33之内周部’在與踏板曲軸2及固定側磁鐵31同一軸線 上，如圖2所示，由正交於軸線方向之方向觀之，被定位 於可與固定側磁鐵31重疊之位置。此移動側磁鐵32也可藉 嵌件成形而一體形成於滑塊33。本實施型態之移動側磁鐵 3 2係在滑塊3 3位於圖1及圖2所示之初始位置之狀態下，被 定位於可與固定側磁鐵3丨之車體右側之端部之外周面相向 之位置。 此等固定側磁鐵3 1與移動側磁鐵32如圖3所示，在外周 114470-980205.doc •16· 1311194 面與内周面以分別排列於徑方向方式形成有多數磁極42、 ..。此等磁極42係以例如在外周面側⑽極時内周面側 為s極之方式磁化於磁鐵之#方向所形成，以由軸線方向 之一端向他端延伸方式形成於外周面與内周面。 、此等磁極42之極性異於鄰接於周方向之磁極42，且形成 隨著由減方向之-端向他端移動而向周方向之一方位 移。本實施型態之此等磁極42係形成構成以固定側磁鐵Η =移動側磁鐵32之轴心為中心所劃成之假想之螺旋之一部 刀之形狀’即形成螺旋狀。移動側磁鐵32與固定侧磁鐵^ 相比’雖形成外徑與内徑較大且在軸線方向較短但形成 與固定側磁鐵31同-磁化圖案。本實施型態之岐側磁鐵 31與移動側磁鐵32之磁極42係在裝備於車體之狀態從車體 右側（圖3中上側）觀之，形成構成向車體左侧向反時針方向 扭轉之螺旋之—部分之形狀。形成圓筒狀之移動側磁鐵32 之徑方向之厚度係形成薄於固定侧磁鐵31之厚度。 ，保持移動側磁鐵32之滑塊33如圖2所示，係藉合成樹脂 形成圓筒狀。在此滑塊33之車體右側之端部，形成有外徑 =於其他部位之大徑部43，在車體左側之端部形成小徑 邛44。大徑部43係以滑動自如地嵌合於滑動導動環h之外 周面方式形成。 滑動導動環35係《合支持於鏈輪支持用輪㈣之車體 左側之端部。X，此滑動導動環35係藉形成於其内周面之 扣合溝45與立設於輪轂23之㈣之扣合而規制對此輪較23 向旋轉方向之移動，使其與輪轂23成一體旋轉。 H4470-980205.di -17- 1311194 滑塊33之小徑部44係形成滑動自如地嵌合於踏板曲軸2 之外周面，在外周部保持後述之位置檢測用磁鐵36。即， 本實施型態之滑塊33在未設置後述之滑動導動機構“之狀 態下，對滑動導動環35與踏板曲軸2向旋轉方向與轴線方 向移動自如地嵌合於兩構件。又，此滑塊33係在此等二處 之礙合部分間之轴，線方向之中央部保持移動側磁鐵32，並 在車體左側之端部保持位置檢測用磁鐵3 6。 在此滑塊33之大徑部43，以向徑方向之内側突出方式立 設構成滑動導動機構34之一部分之鎖51。此銷51分別立設 於將大徑部43在周方向3等分之位置，滑動自如地嵌合於 形成在滑動導動環35之外周部之三處之凹溝52内。此等凹 溝52在本實施型態令，如圖5所示，係形成與固定側磁鐵 31及移動側磁鐵32之磁極42同一傾斜角度，且構成向反方 向即從車體右側（在圖3之上側）觀之向車體左側順時針方向 分之形狀β又’也可使凹溝似扭轉方 向與磁極42时向’但在該情形，若未將傾斜角度設定於 異於磁極42之傾斜角度之角度時，即不能使滑塊η對滑動 導動環35移動。作為不同之傾斜角度，可依據滑動導動環 35之滑動性及作為滑塊33之目標之移動量之大小等適宜地 加以變更H凹溝52也可與軸線方向保持水平。藉此 凹溝52與鎖51構成本發明所稱之滑動導動機㈣。即，滑 塊33係經由滑動導動機㈣而連接於滑動導動_，藉以 對具有滑料動環35之第2㈣體限料相料轉，且容 許向軸線方向之移動。 114470-980205.doc -18- 1311194 具有凹溝52之滑動導動環35係以可使銷51沿著凹溝_ /月地移動方式，藉摩擦係數小之合成樹脂形成。 此滑塊33在未被施加外力之狀態下，靜止於固定側磁鐵 3 1與移動側磁鐵32之互相受到之磁力穩定之位置，例如移 動側磁鐵32之S極與固定側磁鐵312n極相向之位置。 在此狀態下，使固定側磁鐵3丨對移動側磁鐵U向由車體 右側看時之料針方向旋轉時，移動侧磁鐵32會被磁力吸 引（或排斥），而有被帶著向與固定側磁鐵31同一方向旋轉 心、勢此時，因，滑塊3 3之銷5 1扣合於滑動導動環3 5之 凹溝52，故自由之帶動旋轉會受到規制而在兩磁鐵3ι、π 間發生&轉方向之偏移。而’由於此等固定側磁鐵3】與移 動側磁鐵32之互相相向之磁極42形成㈣狀，故移動側磁 鐵32會因與所謂螺紋之作用同樣之作用而受到磁力產生之 對軸線方向之把力，而有被賦予與滑塊3 3同時向車體左側 移動之態勢。 滑塊33係藉3支銷51在凹溝52内移動，在圖i及圖2所示 之初始位置、與由此初始位置向車體左側移動之移動位置 (未圖不）間，一面對著滑動導動環35沿著螺旋向旋轉方向 位移，一面向軸方向移動。依據本實施型態，由於凹溝52 之扭轉方向係形成與磁極42反方向，故銷51可在凹溝52内 圓滑地向車體左側移動。 對滑塊33之移動側磁鐵32之旋轉方向之安裝位置係被定 位於在滑塊33位於初始位置之狀態下，與固定側磁鐵3〗之 間產生之吸力最大之位置。 114470-980205.doc -19- 1311194 P本實把型態之移動側磁鐵32係在踏板曲軸2向電動 自行車前進之方向旋轉之狀態下’可藉固定側磁鐵31對移 動側磁鐵32相對地向旋轉方向之前方（由車體右端看時之 项時針方向）旋轉’而—面向與固定側磁鐵3丄同—方向旋 轉，-面向車體左側移動。χ，固㈣磁鐵Η與移動側磁 鐵32之磁極42可藉在周方向至少各排列形成1個Ν極與S 極，而發揮與本實施型態同樣之效果。

位置檢測用磁鐵36係由形成圓筒狀之永久磁鐵所構成， 内部嵌合滑塊33之小徑部44，並以位於同軸線上之狀態被 接著於此小徑部44。此位置檢測用磁鐵％如圖4所示，係 被，成磁化於徑方向，且軸線方向之-端部成為Ν極，他 端邛成為_。又’此位置檢測用磁鐵36可藉嵌件成形而 一體地形成於滑塊33上。 與此位置檢測用磁鐵36之外周面相向之霍爾元件37如圖 2所不，係被安裝於形成由徑方向之外侧覆蓋滑塊33之筒 狀之感測器用箱53。此霍爾元件37係檢測磁場強度（磁通 密度之大小）’將表示此強度之檢測信號送出至控制裝置 16。依據本實施型態，可藉此霍爾元件37構成本發明所稱 之位置檢測用感測器。 本實施型態之霍爾元件3 7係使用輸出對應於磁通密度之 大小而呈現所謂類比的變化之元件。在本實施型態中，使 用霍爾IC作為霍爾元件37。X，在檢測位置檢測用磁鐵36 之磁場強度之際，除了異於霍爾IC之其他種類之霍爾元件 以外，例如可使用簧片開關等其他磁性感測器。 114470-980205.doc 20- 1311194 感測器用箱53係在旋轉被殼體5規制且向軸線方向之移 動被踏板曲軸2規制之狀態下被支持於殼體5。霍爾元件37 係檢測對此殼體5旋轉之位置檢測用磁鐵3 6之磁通。此霍 爾元件37所檢測之位置檢測用磁鐵36之磁通密度之大小對 應於位置檢測用磁鐵3 6之軸線方向之位置而變化。因此， 藉霍爾元件3 7檢測磁通密度之大小時，可檢測位置檢測用 磁鐵36之轴線方向之位置。 由此霍爾元件37送出檢測信號之控制裝置16係檢測位置 檢測用磁鐵36之軸線方向之位置，依據此位置而藉運算求 出固定側磁鐵3 1與移動側磁鐵3 2之旋轉方向之位置偏移 量’換言之’求出驅動用桿26對人力驅動用鏈輪24之旋轉 方向之位置偏移量，再由此偏移量求出踏力大小。如此， 檢測踏力大小後，控制裝置16將馬達4之輸出控制於與踏 力大小略成正比。 在具有如此構成之轉矩感測器3之電動自行車用動力單 元1中，在前進時踏板曲軸2以無負載之狀態旋轉之情形， 連結機構27之壓縮螺旋彈簧不被壓縮，驅動用桿26與< 力 驅動用鏈輪24同步地旋轉，踏板曲軸2、輪較23、滑動導 動環35等也同步地旋轉。 此時，不會發生固定側磁鐵31與移動側磁鐵32之旋轉方 向之位置偏移，故滑塊33不向軸線方向移動。 即，踏板曲軸2(驅動用桿26)與人力驅動用鏈輪24同步 地旋轉之情形，具有移動側磁鐵32之滑塊33可維持藉磁力 使移動側磁鐵32與固定侧磁鐵3 1互相吸引 次引之狀態，與踏板 I14470-980205.doc -21 · 1311194 曲軸2同步地旋轉。 在此動力單元1中，施加於踏板曲軸2之駕駛人之踏力增 大時，裝設在驅動用桿26與人力驅動用鏈輪24間之壓縮螺 旋彈簧被壓縮，驅動用桿26對人力驅動用鏈輪24向旋轉方 向發生位置偏移。此時，驅動用桿26之旋轉方向之位置與 鏈輪24之旋轉方向之位置相比，會向旋轉方向之前方移動 相當於壓縮螺旋彈簧之壓縮部分。 如此’由於在兩者發生旋轉方向之位置偏移，故與驅動 用桿26—體旋轉之固定側磁鐵3丨會對與人力驅動用鏈輪24 一體旋轉之移動側磁鐵32在旋轉方向發生位置偏移。此情 形，固定側磁鐵3 1會對移動侧磁鐵3 2向旋轉方向位移。 固定側磁鐵3 1之旋轉方向之位置對移動側磁鐵32之旋轉 方向之位置偏移時，此等磁鐵3 1、3 2互相吸引，故移動侧 磁鐵32會被磁力吸向固定側磁鐵31之移動之方向，即被吸 向旋轉方向之前方。但，具有移動側磁鐵32之滑塊33由於 經由銷5 1被連結於人力驅動用鍵輪2 4側之滑動導動環3 5之 凹溝5 2 ’故滑塊3 3對滑動導動環3 5之相對旋轉受到限制， 且因此等固定侧磁鐵3 1與移動側磁鐵32之磁極42被磁化成 螺旋狀，故可藉固定側磁鐵3 1對移動側磁鐵32之相對的旋 轉’使將其向轴線方向施力之磁力作用於移動側磁鐵3 2。 本實施型態之移動側磁鐵32由於如此可藉磁力向轴線方 向被施力’與滑塊33同時對滑動導動環35向車體左側移 動。此時，滑動導動環35之凹溝52形成扭轉方向為與磁極 42反方向之螺旋狀，故滑塊33向上述方向移動時之銷5 1與 114470-980205.doc -22- 1311194 凹溝52之摩擦阻抗小，可使滑塊33圓滑地移動。 如此，滑塊33向車體左侧移動時，霍爾元件37可檢測位 置檢測用磁鐵36之位置變化，控制裝置16可依據位置檢測 用磁鐵36(滑塊33)向軸線方向之移動量求出踏力大小。 而，控制裝置16將馬達4之輸出控制成與踏力成正比。此 結果，在此電動自行車用動力單元1中，可藉踏力、及與 此踏力略成正比之馬達4之動力驅動後輪。

因此，構成本實施型態之旋轉檢測器及轉矩感測器3可 藉磁力將固定側磁鐵31與移動側磁鐵32之相對的旋轉變換 成向軸線方向之移動，故與藉凸輪與凸輪從動件機械性地 執行此變換相比，可以不受面壓之限制，取得較大之斜角 度。因此，依據實施型態，可一面將踏板曲轴2與驅動用 桿26等構成之第！旋轉體對人力驅動用鍵輪24、鍵輪支持 用輪較23及滑動導動環35等構成之第2旋轉體相對旋轉時 之旋轉角度、與滑塊33向軸線方向之移動量之比率設定於 最適值’ 一面製造在徑方向小型化之旋轉檢測器。 又’上述之旋轉檢測器係藉固定側磁鐵Μ及移動側磁鐵 32之磁力將旋轉方向之偏移變換成㈣ ==旋轉方向之位置偏移量，故與利用導磁力之 ΓΗ:轉檢測器(轉矩感卿比，不需要檢測磁場變 因此 可-面將電力型態之旋轉檢測器(轉矩感測器”中， 面將電力4耗量抑制於 (踏板曲轴埃人力驅動用 ’ 一面檢測二旋轉體 犍輸24)之旋轉方向之位置偏移， 114470-980205.doc -23- 1311194 可檢測在此等旋轉體發生旋轉方向之位置偏移之踏力（轉 矩）之大小。 又，使用於本實施型態之轉矩感測器3之旋轉檢測器係 藉固定側磁鐵3 1及移動侧磁鐵32之磁力檢測移動之滑塊33 向軸線方向之移動量，故可使用單純形狀之零件構成。因 此，在轉矩感測器3中，檢測二旋轉體（踏板曲軸2與人力 驅動用鏈輪24)之旋轉方向之位置偏移之際，與採用磁性 地檢測縫隙或突條之扭動方向之變形量之構成之以往之磁 致伸縮式轉矩感測器、及使用多數行星齒輪機構之轉矩感 測器相比，構造較簡單，且可使用一般的材料構成，故可 廉價地製造。 在本實施型態之轉矩感測器3中，定側磁鐵3丨與移動側 磁鐵32係被磁化成螺旋狀，故向轴線方向施力移動側磁鐵 32之磁力會隨著固定側磁鐵3丨與移動侧磁鐵32之旋轉方向 之位置偏移量之增大而逐漸變大。 因此，依據本實施型態，可和驅動用桿26與人力驅動用 鏈輪24之相對的位置偏移量之變化略成正比地使移動侧磁 鐵32向軸線方向移動，故可正確地檢測旋轉方向之位置偏 移里，即發生驅動用桿26與人力驅動用鏈輪24之旋轉方向 之位置偏移之踏力（轉矩）之大小。 在本實施型態之轉矩感測器3中，例如，如圖6所示，可 在位置檢測用磁鐵3 6設置旋轉檢測用磁鐵6〗，裝備檢測此 旋轉檢測用磁鐵61之旋轉檢測用霍爾元件以。旋轉檢測用 磁鐵61係與位置檢測用磁鐵3 6同樣地形成圓筒狀，固定於 114470-980205.doc •24· 1311194 位置檢測用磁鐵36之例如車體左側之端部。又，此旋轉檢 測用磁鐵61也可與位置檢測用磁鐵3 6 —體地形成，藉在特 定位置磁化而形成。 此旋轉檢測用磁鐵61之磁化圖案係在外周面，於周方向 形成交互重複排列多數N極61a與S極61b。採用此構成時， 可藉旋轉檢測用霍爾元件62檢測以略等於踏板曲軸2之轉 數旋轉之滑塊33之轉數。如此’由於可如此檢測踏板曲軸 2或與此同等之旋轉體（人力驅動用鏈輪24)之轉數，故在電 動自行車用動力單元1中’可藉運算而求出車速。 因此，利用此車速與踏力，在例如裝備電動式之自動變 速機（未圖示）之電動自行車中，可自動地進行變速。即， 在上升坡行車時等，儘管踏板曲軸2以低速旋轉，在踏力 相對增大之情形時，可自動地降低變速機之齒輪比，減輕 駕駛人之負載。 在本實施型態之轉矩感測器3中’作為使滑塊33向軸線 方向之移動之導動部之凹溝52雖揭示形成與磁極42同一傾 斜角度且扭轉方向與磁極42相反方向之螺旋狀之例，但， 將此凹 '°又疋成使傾斜角度異於磁極42之傾斜角度之角 度時’既可形成與磁極42相同扭射向之職狀，且可形 成與踏板曲軸2之軸線平行。將凹㈣形成與踏板曲似之 抽線平形之情形，滑塊33對滑動導動環35，不會向旋轉方 向位移，僅可向軸線方向移動。 又’與上述相反地，也可蔣、.典紅，曾名π 吧」將滑動導動環35之凹溝52形成 螺旋狀，將固定側磁鐵3丨盘 鐵η與移動側磁鐵32之磁極42形成與 114470-980205,doc -25- 1311194 踏：曲輛2之軸線平行。此情形，螺旋狀之凹溝52與銷51 ^貝上具有作為轉矩凸輪之功能，藉作用於與固定側磁鐵 1之磁力，向旋轉方向之前方施力移動側磁鐵32時，滑 可對滑動導動環35向車體左侧移動。X，在上述實施 型心中，雖揭示在滑塊33立設銷51，並在滑動導動環35形 '、、冓2之例’但也可在滑塊3 3之内周部形成凹溝μ，並 在並在滑動導動環35立設插入此凹溝52之銷51。 (第2、第3實施型態） 使用於本發明之轉矩感測器之滑動導動機構除了利用第 1實施型態所示之凹溝52與銷51所構成外，如圖7及圖8所 示’也可利用永久磁鐵構成。 圖7係表示第2實施型態之轉矩感測器之剖面圖，圖8係 表示第3實施型態之轉矩感測器之剖面圖，在此等圖中， 對於與圖1〜圖6所說明之同一或同等構件，附上同一符 號’適宜地省略詳細之說明。 圖7所示之轉矩感測器3之滑動導動機構3 4係由固定於滑 動導動環35之車體左側之端部之圓筒狀之永久磁鐵形成之 外側磁鐵63、及位於此外側磁鐵63之徑方向内側之圓筒狀 之永久磁鐵形成之内側磁鐵64所構成。 外側磁鐵63係以位於同一軸線上方式被支持於滑動導動 環35。此外側磁鐵63之軸線方向之長度係形成與固定側磁 鐵31之軸線方向之長度同等之長度。 内側磁鐵64係傲合固定於移動側磁鐵32之外周部，在位 於與移動侧磁鐵3 2同一轴線上之狀態下與此移動側磁鐵3 2 114470-980205.doc -26- 1311194 同時被支持於滑塊33。在此内側磁鐵64之外周面與外側磁 鐵63之内周面間，形成微小之間隙。本實施型態之滑塊33 係將形成於車體左側之小㈣44滑動自如地嵌合於踏板曲 軸2,旋轉自如且向軸線方向移動自如地支持著。 此等外側磁鐵63與内側磁鐵64之磁化圖案係設定成使此 等兩磁鐵彼此可被磁力互相吸引或排斥，可隨著内侧磁鐵 64之旋轉，使外側磁鐵63成一體地旋轉。例如，此等外側 磁鐵63與内側磁鐵64之磁極可形&與圖崎示之旋轉檢測 用磁鐵61之磁極（N極61a與S極61b)同等。 即，此等外側磁鐵63與内側磁鐵64係以將磁極形成於外 周面與内周面方式被磁化於徑方向，此等磁極係由軸線方 向之一端向他端與踏板曲軸2之軸線平行地延伸，且在周 方向形成多數個。又，鄰接之磁極彼此係形成不同之極 性。 外側磁鐵63與内側磁鐵64之磁極除了如上所述，形成與 踏板曲軸2之軸線平行地延伸以外，也可如第丨實施型態所 示之固定側磁鐵3 1及移動側磁鐵32之磁極42 一般形成螺旋 狀。採用此構成之情形，滑塊33與第1實施型態所示之滑 塊33同樣地’ 一面向旋轉方向位移，一面向軸線方向移 動。又，將外側磁鐵63與内側磁鐵64之磁極形成螺旋狀之 情形’也可將固定側磁鐵3 1與移動側磁鐵32之磁極42形成 與踏板曲轴2之轴線平行地延伸。 圖8所示之轉矩感測器3之滑動導動機構34係由固定於滑 動導動環35之車體左側之端部之圓筒狀之永久磁鐵形成之 H4470-980205.doc •27- 1311194 外側磁鐵63、及位於此外側磁鐵63之徑方向内側之環狀之 永久磁鐵形成之内側磁鐵64所構成。 外側磁鐵63係以位於同一軸線上之方式被支持於滑動導 動環35。此外側磁鐵63之軸線方向之長度係形成與固定側 磁鐵31之軸線方向之長度同等之長度。 内側磁鐵64係以位於與滑塊33同一軸線上方式被固定於 滑塊33之大徑部43之車體右側之端部。此等外侧磁鐵幻與 内側磁鐵64之磁化圖案係與圖7所示轉矩感測器3之外側磁 鐵63與内側磁鐵64同樣地設定。即，在圖8所示之轉矩感 測器3中，也可採取將外側磁鐵63、内側磁鐵64之磁極形 成與踏板曲軸2之軸線平行之型態、將此等兩磁鐵63、M 之磁極形成螺旋狀’並將固定側磁鐵3丨及移動側磁鐵32之 磁極42形成與踏板曲軸2之軸線平行地延伸之型態。 在上述第1實施型態或第2、第3實施型態中，係揭示使 移動側磁鐵32由位於車體右側之初始位置向車體左側移動 之例’但在本發明之旋轉檢測器中，並不受此種限訂所拘 束’可採用使可向軸線方向移動之移動側磁鐵32由位於車 體左側之初始位置向車體右侧移動之構成。又，移動側磁 鐵32之旋轉方向也可設定成與上述實施型態所示之方向相 反之方向。 (第4實施型態） 兹利用圖9至圖16詳細說明請求項8至10所載之發明之轉 矩感測器之一實施型態。 圖9係第4實施型態之電動自行車用動力單元之平面圖， U4470.980205.doc -28- 1311194 在同圖中以切剖狀態描繪其要部。圖10係將圖9之轉矩感 測器放大顯示之剖面圖。圖11A、圖11B、圖12A及圖12B 係固定側磁鐵與移動側磁鐵之2種磁化圖案之說明圖，圖 11A與圖12A係表示由軸線方向所視狀態之側面圖，圖UB 與圖12B係平面圖。在圖11A與圖12A中，以省略磁鐵之周 方向之一部分之狀態描繪。圖13係圖1〇2ΧΠΙ·χιπ線剖面 圖。圖14Α、圖14Β、圖15Α及圖15Β係表示一組磁鐵之另 一磁化例之圖《圖14Α與圖15Α係表示磁鐵由軸線方向所 視狀態之側面圖，圖14Β與圖15Β係平面圖。圖16係表示 將圖14Α，Β所示之磁鐵與圖15Α，Β所示之磁鐵組合使用之 情形之相位角與排斥力之關係之曲線圖。在此等圖中，對 於與圖1〜圖8所說明之同一或同等構件，附上同一符號， 適宜地省略詳細之說明。 本實施型態之電動自行車用動力單元1之轉矩感測器3係 包含經由後述之圓筒狀之滑塊71向軸線方向移動自如地支 持於踏板曲軸2之軸線方向之中央部之環狀永久磁鐵構成 之移動侧磁鐵72、與此移動側磁鐵72之車體右側（在圖9、 10中之上側）之端部相向之固定側磁鐵73、位於由移動側 磁鐵72靠車體左側並與移動側磁鐵72同時被支持於滑塊7} 之位置檢測用磁鐵3 6、及與位置檢測用磁鐵3 6之車體左側 之端面之位置檢測用霍爾元件37。 移動側磁鐵72如圖11A及圖11B所示，係形成在周方向 具有多磁極。詳言之’此移動側磁鐵72係以在軸線方向之 兩端面形成有多數磁極74方式在轴線方向被磁化。此等磁 114470-980205.doc -29- 1311194 並形成極性與相鄰之磁極74相

滑塊71，固定於此滑塊7!。 極7 4係排列形成於周方向， 異。在本實施型態中，各有 及圖11B所示，係开$杰A a 滑塊71之内周部滑動自如地嵌合於踏板曲軸2之外周 部。此滑塊71、 移動側磁鐵72、固定側磁鐵73及位置檢測 用磁鐵36、與踏板曲軸2係配置於同—軸線上。 滑塊71與踏板曲軸2之嵌合部如圖1〇及圖13所示，採用 將在滑塊71之内周部向徑方向内側突設之二突條乃滑動自 如地嵌合於踏板曲軸2之導溝76之構造。突條75係形成向 滑塊71之軸線方向延伸，且設置於將踏板曲軸2之外周2等 分之位置。 導溝76係在踏板曲軸2之外周面形成向軸線方向延伸。 將突條75嵌合於此導溝76，可將滑塊^與移動側磁鐵”向 軸線方向移動自如地支持於踏板曲軸2。在本實施型離 中’藉滑塊71之突條75與導溝76構成本發明所稱之滑動導 動機構。 又’滑塊71係被連接於其車體左側之端部之壓縮螺旋彈 簧77向車體右側施力，由車體左側被推壓於形成於踏板曲 114470-980205.doc -30- 1311194 轴2之周方向之軸環2a，並被規制向右方之移動。滑塊71 係以如此被軸環2a規制向右方之移動之位置作為初始位 置，而由此初始位置抗拒壓縮螺旋彈簧77之排斥力而向車 體左側移動。 壓縮螺旋彈簧77係被彈性地安裝於滑塊71、與安裝於踏 板曲軸2之車體左側之端部之受壓構件78之間。壓縮螺旋 彈簧77之車體右側之前端部77a係形成向車體右側（圖！ 〇中 上側）延伸而扣合於滑塊71之扣合孔71 a，車體左側之前端 部77b係形成向車體左側延伸而扣合於受壓構件7 8之扣合 孔 7 8 a 〇 本實施型態之壓縮螺旋彈簧77係使用彈簧特性呈所謂線 性之一般的彈簧。又，作為此壓縮螺旋彈簧77，也可使用 彈簧特性呈非線性之彈簧。 與移動側磁鐵72相向之固定側磁鐵73係形成與移動側磁 鐵72同一尺寸之環狀，如圖11A、圖nB、圖12八及圖ΐ2β 所示’被磁化成呈現與移動側磁鐵72同等之磁化圖案而設 有磁極74。即，在固定側磁鐵73之軸線方向之端面也在周 方向交互排列地形成多數N極74a與S極74b。 此固定側磁鐵73係以位置與踏板曲轴2同一軸線上之狀 態被固定支持於鏈輪支持用輪轂23之車體左側之端部。 又，此固定側磁鐵73係以在與移動側磁鐵72間形成特定間 隙方式被安裝於鏈輪支持用輪轂23。 此固定側磁鐵73與移動側磁鐵72之周方向之位置係設定 於在踏板曲軸2對人力驅動用鏈輪24未向旋轉方向發生位 U4470-980205.doc •31 - 1311194 置偏移之狀態下’可使移動側磁鐵7 2與固定側磁鐵7 3產生 之排斥力與壓縮螺旋彈簧77之彈力互相平衡之位置。另 外，移動側磁鐵72及固定側磁鐵73係構成在移動側磁鐵72 對固定侧磁鐵73由車體右側看向順時針方向旋轉時，可增 大作用於兩磁鐵之排斥力。 即’在此轉矩感測器3中，由踏板曲軸2與人力驅動用鏈 輪24 —體旋轉之狀態（初始狀態）因踏力之增大而使踏板曲 軸2對人力驅動用鏈輪24旋轉至旋轉方向之前側時（發生旋 轉相位差時），排斥力會超過壓縮螺旋彈簧77之彈力。因 此’在此轉矩感測器3中’藉此排斥力，移動側磁鐵μ會 抗拒壓縮螺旋彈簧7 7之彈力而向車體左側移動。 本實施型態之位置檢測用磁鐵36係形成與移動侧磁鐵72 及固定側磁鐵73同一尺寸之環狀，在滑塊7丨之外周部，於 車體左側鄰接於移動側磁鐵72之位置，被固定成位於與踏 板曲軸2同一軸線上。此位置檢測用磁鐵36之磁化圖案與 第1實施型態所示之位置檢測用磁鐵36(參照圖6)同樣地， 以N極與S極排列於軸線方向方式被磁化。又，在本實施型 態之轉矩感測器3中，可將位置檢測用磁鐵36與移動側磁 鐵72體形成。在採用此構成之際，磁極之構成因車體右 側之端部與車體左侧之端部而變化。此情形，移動側磁鐵 72之車體右側之端部係以在周方向呈現多極方式被磁化， 車體左側之端部係以在軸端面例如形成N極，在外周面形 成S極方式被磁化。 與此位置檢測用磁鐵36之車體左側之端部相向之位置檢 114470-980205.doc -32· 1311194 測用霍爾元件37係被配置於與位置檢測用磁鐵36在軸線方 向相離特定距離之位置，經由未圖示之托架被支持、固定 於此動力單元1之殼體5。 本實施型態之霍爾元件37係使用輸出對應於與位置檢測 用磁鐵36之距離（對應於磁通密度之大小）而呈現所謂類比 的變化之元件，構成可將顯示磁通密度之大小之檢測信號 送出至控制裝置16。 在本實施型態之轉矩感測器3中，在駕駛人之踏力變大 時等，可藉使踏板曲軸2對人力驅動用鏈輪24相對地向旋 轉方向之前方移動，使移動側磁鐵72與固定側磁鐵73之排 斥力與壓縮螺旋彈簧77之彈力由互相平衡之狀態轉移至排 斥力超過之狀態。如此，由於排斥力超過壓縮螺旋彈簧77 之彈力，故移動側磁鐵72與位置檢測用磁鐵36同時向車體 左側移動。 此時’霍爾元件37檢測與位置檢測用磁鐵36間之距離， 控制裝置16藉運算求出轉矩（踏力）大小，使馬達4之輸出與 踏力約略成正比地增大。另一方面，在踏力消失，踏板曲 軸2與人力驅動用鏈輪24之旋轉方向之位置偏移消除時， 移動側磁鐵72藉壓縮螺旋彈簧77之彈力而回到初始位置。 此結果’控制裝置16停止對馬達4之供電。 因此’在本實施型態之轉矩感測器3中，可藉切換作用 於移動側磁鐵72與固定側磁鐵73之磁力產生之排斥力與壓 縮螺旋彈簧77之彈力之平衡狀態、與排斥力大於此彈力之 狀態，以所謂〇Ν、〇FF方式檢測踏力之增減。因此，依據 114470-980205.doc -33- 1311194 此轉矩感測器3，可確實檢測對人力驅動用鏈輪24發生旋 轉方向之位置偏移之轉矩被施加至踏板曲軸2。 在本實施型態之轉矩感測器3中，可構成在移動側磁鐵 72位於初始位置之狀態下，使移動側磁鐵72與固定侧磁鐵 73間產生之排斥力與壓縮螺旋彈簀77之彈力保持平衡，並 可在踏板曲軸2與人力驅動用鏈輪24發生旋轉相位差時， 消除平衡狀態。因此，在此轉矩感測器3中，可能約略同 時發生排斥力之增加與移動側磁鐵72之移動，故在發生旋 轉相位差時’可藉良好之響應性使移動側磁鐵72移動。因 此，可正確檢測對人力驅動用鏈輪24發生旋轉方向之位置 偏移而被施加至踏板曲軸2之轉矩之大小。 在本實施型態之轉矩感測器3中，由於使用彈簧特性呈 非線性之彈簧作為壓縮螺旋彈簧7 7，故可和踏板曲軸2與 人力驅動用鏈輪24之旋轉方向之位置偏移量之變化略成正 比地使移動侧磁鐵72移動。採用此構成時，可更正確地檢 測在踏板曲軸2發生旋轉方向之位置偏移而施加之踏力（轉 矩）之大小。 本實施型態之轉矩感測器3之移動側磁鐵72與固定側磁 鐵73係在軸線方向被磁化，在轴線方向之兩端面形成磁極 74。因此’可使作用於此等兩磁鐵72、73之吸引力或排斥 力作用於軸線方向，故可有效地利用磁力。在本實施型態 之轉矩感測器3中，如圖12A及圖12B所示，藉由將移動側 磁鐵72與固定側磁鐵73之磁化圖案形成不等間距，可使吸 引力或排斥力對應於旋轉方向之位置偏移量而變化。因 114470-980205.doc •34- 1311194 此’採用此構成時，可使向軸線方向移動之移動側磁鐵72 更圓滑且正確地移動。 在本實施型態之轉矩感測器3中，雖構成使作用於移動 側磁鐵72與固定側磁鐵73之排斥力與壓縮螺旋彈簧77之彈 力在初始位置保持平衡，但，本發明之轉矩感測器（旋轉 檢測器）可採用使吸引力作用於移動側磁鐵72與固定側磁 鐵73 ’在初始位置使此吸引力與彈簧之彈力保持平衡之構 成。此情形，可採用使用向與固定侧磁鐵73相反方向拉移 動側磁鐵72之拉伸彈簧之型態、及使用由固定側磁鐵73側 向與固定側磁鐵73相反方向推壓移動側磁鐵72之壓縮螺旋 彈簧之型態。又’此情形，構成可藉使踏板曲軸2與人力 驅動用鏈輪24發生旋轉相位差，以降低吸引力。 採用此種構成之情形，增大旋轉相位差時，可降低吸引 力’並藉彈簧之彈力使移動側磁鐵72向車體左側移動，故 在旋轉相位差消除時’有不能依賴吸引力使移動側磁鐵72 正確地回到初始位置之虞。因此，採用此型態之情形，最 好裝備規制使移動側磁鐵72向轴線方向之移動量之限制 器’在旋轉相位差消除時’藉吸引力使移動側磁鐵72回到 初始位置。 在採行本實施型態之際，可使移動側磁鐵72與固定側磁 鐵73中之一方如圖14A及圖14B所示地磁化，並使他方如 圖15A及圖15B所示地磁化。 此等圖所示之磁鐵也在軸線方向被磁化。圖14A及圖 14B所示之磁極之N極74a與S極74b係分別被形成於將環狀 114470-980205.doc -35- 1311194 磁鐵在周方向4等分之位置。各74a係形成隨著向周方 向之一方（在圖14A中為反時針方向）移動而使徑方向逐漸 變窄’反之’各S極74b係形成使徑方向逐漸變寬。 圖1 5A及圖1 5B所示之磁鐵也分別被形成於將環狀磁鐵 在周方向4等分之位置。圖15A及圖15B所示磁鐵之]^fe74c 係形成使徑方向之寬度比S極74d窄。 如此形成磁鐵74之移動側磁鐵72或固定側磁鐵73係在使 N極彼此（N極74&與N極74c)互相相向之狀態下位於同一軸 線上而排列於軸線方向上使用。在圖14A中，係利用虛線 表示與同圖所示之移動側磁鐵72之；^極7物相向之固定側磁 鐵73之N極74c。 使移動側磁鐵72與固定側磁鐵73如圖14A、圖14B、圖 15A及圖15B所示磁化時，如圖14A中虛線之箭號所示對 圖14A及圖14B所示磁鐵，使他方之圖15A及圖15B所示之 磁鐵向順時針方向旋轉，可使極彼此（1^極74&與1^極 74c)之軸線方向看時重疊之部分之面積對應於相位角而呈 現線性地增大。因此，採行此構成時，如圖16所示，排斥 力會與移動側磁鐵72與固；t側磁鐵73之相位角成正比地增 大故了獲仔與踏力大小成正比之輸出。 (第5實施型態） 第1實施型態所說明之轉矩感測器可利用如圖17至圖24 所不方式形成。在此等圖中，對於與圖1〜圖6所說明之同 -或同等構件，附上同-符號，適宜地省略詳細之說明。 圖17所示之電動自行車用動力單^之轉矩感測器3係形 114470-980205.doc -36· 1311194 成比圖1及圖2所示之轉矩感測器3小型，且如後所述，可 謀求功能之提高。使用於本實施型態之轉矩感測器3之滑 塊33與第1實施型態所示之滑塊相比，在軸線方向形成比 較知·。在此滑塊33之外周部固定著位置檢測用磁鐵％。 即，此轉矩感測器3係將位置檢測用磁鐵36配設於移動側 磁鐵32之徑方向之外側，以謀求對軸線方向之小型化。 又，在此轉矩感測器3，儘管將位置檢測用磁鐵36配置

於與固定側磁鐵31、移動側磁鐵32同軸上，但可藉將固定 侧磁鐵31與移動側磁鐵32之厚度形成於必要之最小限度之 厚度，以防止在徑方向大型化。固定側磁鐵3丨係被壓入、 固定於踏板曲軸2。固定側磁鐵η之軸線方向之長度匕丨如 圖18所示，係形成於移動側磁鐵32之軸線方向之長度匕2與 移動側磁鐵32對軸線方向之移動距離^相加之長度以上之 長度。

移動側磁鐵32係形成可藉磁力使滑塊33與位置檢測用磁 鐵36移動之大小之範_之最小之大小1動側磁鐵32之 厚度T1如圖18所示，係形成於固定側磁鐵31之之厚度丁2以 下之厚度。 a 本實施型態之滑塊33如上所述，係將軸線方向之長度形 成較短，故如圖18所示，可將車體左側之端㈣轉自如i 在軸線方向滑動自如地支持於固定側磁鐵31。在滑塊似 車體左側之端部’於内周面如圖21所示，形成有以向軸心 侧凸出之狀態向周方向延伸之突條1〇1。此突條ι〇ι之内徑 係形成於被支持於固定側磁鐵3〗之尺寸。 114470-980205.doc •3*7· 1311194 於内周面如圖 另一方面， 在π塊3 3之車體右側之端部

2。突條103係形成向滑塊33之軸線方向延伸。 形成有旋轉自如且滑動自如地接觸於設在 σ面呈山形狀之多數突條103。環1〇2 之δ成樹脂形成環狀，被固定於踏板曲軸 在滑塊33之車體右側之端部，於外周面如圖18〜圖20所 示，形成有向滑塊33之軸線方向延伸之多數肋1〇4。此等 肋104係形成可移動自如地嵌合於形成在滑動導動環”之 内周部之溝105(參照圖22、圖23)内。 即，本實施型態之滑動導動機構Μ係採用藉此等肋1〇4 與溝105而將滑塊33之移動方向僅規制於向軸線方向之移 動之構成。 本實施型態之滑動導動環35如圖18及圖23所示，係藉使 突設於車體右側之端部之爪106鉤合於鏈輪支持用輪轂23 而被固定於此輪轂23。 本實施型態之轉矩感測器3如圖17及圖18所示，在固定 側磁鐵3 1之車體左側設置有支持構件丨〇7 ^此支持構件1 〇7 係用於支持旋轉檢測用磁鐵61，被形成圓板狀，且被嵌合 固疋於踏板曲轴2。又，支持構件1 〇 7係扣合於固定側磁鐵 3 1之端部，而以對固定侧磁鐵3 1之旋轉方向之位置不變方 式被規制。 旋轉檢測用磁鐵61係形成圓筒狀，且被固定於支持構件 107之外周部。本實施型態之旋轉檢測用磁鐵61係採用在 車體左側之端部與車體右側之端部各異之構成。旋轉檢測 114470-980205.doc -38- 1311194 用磁鐵61之車體左侧之端部係與圖6所示之旋轉檢測用磁 鐵61同樣地，以在外周面交互地重複排列多數N極與s極之 方式被磁化在周方向。旋轉檢測用磁鐵6 i之車體右側之端 部係以在周方向各排列丨個N極與S極之方式被磁化。旋轉 檢測用磁鐵61之車體左側之端部之磁通可藉旋轉檢測用霍 爾tl件62(參照圖8)加以檢測。又，旋轉檢測用磁鐵61之車 體右側之端部之磁通可藉設在與旋轉檢測用霍爾元件62相 同基板108之旋轉檢測用霍爾元件ι〇9加以檢測。 即，依據本實施型態，可藉旋轉檢測用霍爾元件62檢測 踏板曲軸2之轉數，並藉旋轉檢測用霍爾元件1〇9檢測踏板 曲軸2之旋轉方向之位置。依據檢測踏板曲軸2之旋轉方向 之位置可求出踏板（未圖示）之位置’故在使用此轉矩感測 器3之電動自行車用動力單元丨中，可對應於踏板位置控制 輔助動力之大小。在本實施型態中，藉此等旋轉檢測用霍 爾元件62與旋轉檢測用霍爾元件1〇9構成請求項7所載之旋 轉檢測用用感測器。 在設有此等霍爾元件62、109之基板108，設有檢測位置 檢測用磁鐵36用之霍爾元件37(旋轉檢測用用感測器）。換 言之，在1個基板108中設有3個霍爾元件37、62、1〇9。藉 由採用此構成’可儘可能地縮小裝備基板丨〇8用之空間， 故雖採用設有3個霍爾元件之構成，仍可將轉矩感測器3形 成小型。 即使如本實施型態所示構成轉矩感測器3，也如採用第i 實施型態之情形同樣地，如圖24所示增大斜角度。在圖Μ 114470-980205.doc •39- 1311194 中，以實線表示本實施型態之轉矩感測器之性能，以虛線 表不使用凸輪與凸輪從動件之以往之機械式轉矩感測器之 性能。又，同圖係表示利用摩擦係數"為〇·4之材料形成 可動部分之情形之例。 由π圖可以知悉·在以往之轉矩感測器中，斜角度超過 40時面屋會因摩擦而升高，以致於不能使用，但在本實 施型慂之轉矩感測器3中，在斜角度超過6〇。以前，面壓都 不會升兩。又’在本實施型態之轉矩感測器3中所稱之面 壓’係指滑塊33之肋1〇4與滑動導動環35之溝105之接觸部 分之壓力。 因此’在本實施型態中也可獲得與第1實施型態之轉矩 感測器3同樣之效果。即’在本實施型態之轉矩感測器3 中’也不會對駕駛人造成不適感，且可謀求轉矩感測器3 之徑方向之小型化’而不會降低踏力之檢測精度。 又’此轉矩感測器3由於位置檢測用磁鐵36位於與固定 侧磁鐵3 1、移動側磁鐵32同心圓上，故也可在轴線方向達 成小型化。 夕卜 ’此轉矩感測器3由於在1個基板108中設有3個霍爾 、62、109，故可更進一步小型地形成。 上述第1〜货 弟5實施型態之轉矩感測器3係由踏板曲軸2經 驅動用才干26與連結機構27將踏力傳達至人力驅動用鏈輪 24。因此，/由 使用於此轉矩感測器3之旋轉檢測器位於驅動 後輪之驅動+ # ^ 刀傳達糸之外，故構成此旋轉檢測器之零件只 要形成具有"Sy ± > β J支持磁力及壓縮螺旋彈簧77之彈力之必要之 114470-980205.doc 1311194 最小限度之鋼性即可。 此，可將此旋轉檢測器精簡地形 成，可一面謀求電動自行車用動力單元丄之小型化，一面 收容成可防止泥水及塵埃等進入動力單元丨内。 上述第1至第5實施型態之轉矩感測器3係藉固定側磁鐵 31、73與移動側磁鐵32、72之磁力使此等磁鐵中之一方向 軸線方向移動，與採用將機械式轉矩凸輪般之旋轉變換成 向轴線方向之往復運動之媳谣& 逆勃之機構之情形相比，只要較小之動 作所需之力即可。因此，，士笙奋& Λι, u此此專實施型態所示之轉矩感測写 3在伴同檢測轉矩時之動作而發生之振動、微小之衝擊等 不會傳達至駕駛人之腳上’故可提高搭乘電動自行車之 適感。 在上述第1至第5實施型態中，雖揭示使用本發明之旋轉 檢測器構成電動自行車用動力單元!之轉矩感測器3之例， 但本發明之旋轉檢測器並不限定於此種轉矩感測以，只 要是可以檢測二個旋轉體之相對的旋轉方向之位置偏移量 者’任何轉矩感測器皆可適用。例如’藉由使用本發明： 旋轉檢測器，可構成檢測機車之節氣門 用 閉防止裝置檢測器。 門急 產業上之可利用性 本發明之旋轉檢測器可構成檢測電動自行車之踏力之轉 矩感測器，或檢測機車之節氣門開度用之節氣門急閉防止 裝置檢測器等。 【圖式簡單說明】 圖1係裝備利用本發明之旋轉檢測器構成之轉矩感測器 114470-980205.doc • 41 · 1311194 之電動自行車用叙 仃早用動力皁元之平面圖。 2係將轉矩感測 圖3传矣1 放大顯不之剖面圖。 圑j係表不固定侧磁鐵盥 圖。 现/、移動側磁鐵之磁化圖案之立體 示位置檢測用磁鐵之磁化圖案之立體圖。 圖係表示滑動導動環之立體圖。 圖6係表示位置檢測用磁鐵之另_形成例之立體圖。 圖7係第2實施型態之轉矩感測器之剖面圖。 圖8係第3實施型態之轉矩感測器之剖面圖。 圖9係第4實施型態之電動自行車用動力單元之平面圖。 圖10係將圖9之轉矩感測器放大顯示之剖面圖。 圖1A係圖1 〇之固疋側磁鐵與移動側磁鐵之磁化圖案之 說明用之側面圖。 圖11B係圖11A之磁化圖案之說明用之平面圖。 圖12A係圖1〇之目定側磁鐵與移動側磁鐵之另一磁化例 之磁化圖案之說明用之側面圖。 圖12B係圖12A之磁化圖案之說明用之平面圖。 圖13係圖10之ΧΙΙΙ-ΧΠΐ線剖面圖。 圖14A係圖10之固定側磁鐵與移動侧磁鐵中一方磁鐵之 又另一磁化例之磁化圖案之說明用之側面圖。 圖14B係圖14A之磁化圖案之說明用之平面圖。 圖1 5 A係圖10之固定側磁鐵與移動侧磁鐵中他方磁鐵之 又另一磁化例之磁化圖案之說明用之側面圖。 圖15B係圖15A之磁化圖案之說明用之平面圖。 114470-980205.doc -42- 1311194 圖16係表示將圖14A，B所示之磁化圖案 15A，B所示之磁化圖案之磁鐵組合使用之愔取 與圖 %之相位 排斥力之關係之曲線圖。 a與 元之剖 圖1 7係第5實施型態之電動自行車用動为$ 圖 圖1 8係將圖1 7之轉矩感測器放大顯示之剖面圖 圖1 9係滑塊由車體右側所見之側面圖。 圖20係滑塊之平面圖。 圖21係圖19之XXI-XXI線剖面圖。 圖22係滑動導動環由車體左側所見之侧面圖。 圖23係圖22之ΧΧΙΠ-ΧΧΙΠ線剖面圖。 圖24係表示斜角度與面壓之關係之曲線圖。 圖25係表示外徑大之情形之斜角度之圖。 圖26係表示外徑小之情形之斜角度之圖。 【主要元件符號說明】 1 動力單元 2 踏板曲軸 2a 軸環 3 轉矩感測器 4 馬達 5 殼體 5a 左側半部 5b 右側半部 6 托架 114470-980205.d〇< •43、 1311194

7 螺栓 11 輸出軸 12 小齒輪 13 從動齒輪 14 輸出轴 15 鏈輪 16 控制裝置 21，22 軸承 23 輪轂 24 鏈輪 25 踏板曲柄 26 驅動用桿 26a 桿本體 27 連結機構 31 固定側磁鐵 32 移動側磁鐵 33 滑塊 34 滑動導動機構 35 滑動導動環 36 檢測用磁鐵 37 霍爾元件 38 運算機構 42 磁極 43 大徑部 114470-980205.doc -44 1311194 44 小徑部 45 扣合溝 46 銷 51 銷 52 凹溝 53 感測器用箱 61 旋轉檢測用磁鐵 61a N極 61b S極 62 霍爾元件 63 外側磁鐵 64 内側磁鐵 71 滑塊 71a 扣合孔 72 移動側磁鐵 73 固定側磁鐵 74 磁極 74a N極 74b S極 74c N極 74d S極 75 突條 76 導溝 77 壓縮螺旋彈簧 114470-980205.doc -45- 1311194 77a 車體右側之前端部 77b 車體左側之前端部 78 受壓構件 78a 扣合孔 101 突條 102 環 103 突條 104 肋 105 溝 106 爪 107 支持構件 108 基板 109 霍爾元件 LI, L2 軸線方向長度 Ls 移動距離 ΤΙ, T2 厚度 114470-980205.doc -46-

Claims (1)

1311194 十、申請專利範圍： 1 ·種旋轉檢測器，其特徵在於包含： 第1及第2旋轉體，其係位於同一轴線上且一方可對他 方相對地旋轉者； 滑塊’其係與此等第1旋轉體與第2旋轉體中之一方旋 轉體位於同一軸線上’經由滑動導動機構連接於此一方 旋轉體，而被限制對一方旋轉體之相對旋轉，且容許向 軸線方向之移動者； 移動侧磁鐵’其係被固定於此滑塊上之同一軸線上 者；及 固定侧磁鐵，其係被固定於他方旋轉體之同一軸線上 且被限制向軸線方向之移動者； 此等移動側磁鐵與固定側磁鐵係被磁化成藉由一方磁 鐵之紅轉方向之位置相對他方磁鐵之旋轉方向之位置變 化，於軸線方向上作用於兩磁鐵之磁力大小會變化；且 包含： 檢測機構’其係依據此滑塊之軸線方向之位置檢測第 1旋轉體與第2旋轉體之旋轉方向之位置偏移量者。 2 · 一種轉矩感測器，其特徵在於：其係使用如請求項1之 旋轉檢測器者；且 第1旋轉體與第2旋轉體係經由彈性構件互相連接，並 以可由此等兩旋轉體中之一方向他方傳達動力之方式裝 設於動力傳達系統； 檢測機構係依據滑塊之軸線方向之位置檢測在第i旋 114470-980205.doc 1311194 轉體與第2旋轉體間所傳達之轉矩大小者。 3.如請求項2之轉矩感測器，其中 移動側磁鐵與固定側磁鐵中一方磁鐵係以鬆動地嵌入 之狀態插入於他方磁鐵之中空部内； 此等移動側磁鐵及固定側磁鐵在互相相向之面上，形 成有於周方向排列並由軸線方向之一端向他端延伸之= 數個磁極； 此等磁極之極性係與於周方向鄰接之磁極相異，且形 成為延伸成以第丨及第2旋轉體之軸線為中心之螺旋狀。 4·如請求項3之轉矩感測器，其中 移動側磁鐵與固定側磁鐵分別形成為圓筒狀； 移動側磁鐵之厚度形成為固定側磁鐵之厚度以下之厚 度。 5. 如請求項3之轉矩感測器，其甲 固定側磁鐵之轴線方向之長度形成為移動侧磁鐵之轴 線方向之長度與此移動側磁鐵可移動之長度相加之長度 以上之長度。 又 6. 如請求項3之轉矩感測器，其中 第旋轉體係由電動自行車之踏板曲轴所構成； 固定側磁鐵係固定於此踏板曲軸之外周部； 第紅轉體係配設於踏板曲軸之徑方向之外側； A系、里由'月動導動機構可移動地連接於此第2旋轉 體； 檢測機構係包含固定於滑塊之位置檢測用磁鐵與支持 114470-980205.doc 1311194 '動自行車之車體架側而檢測位置檢測用磁鐵之位置 檢測用感測器； 位置檢測用磁鐵係配設於移動側磁鐵之徑方 側。 r 如叫求項6之轉矩感測器，其中 在踏板曲軸設有旋轉檢測用磁鐵； 檢測此旋轉檢測用磁鐵之磁通之旋轉檢測用感测器係 3又於與位置檢測用感測器共通之基板。 8 如睛求項2之轉矩感測器，其中 移動側磁鐵與固定側磁鐵係軸線方向之端面彼此互相 相向； 此等兩磁鐵之磁極係在各磁鐵之互相相向之面上，於 旋轉方向重複排列形成有多數N極與s極者。 9·如請求項8之轉矩感測器，其中 在與作用於移動側磁鐵與固定側磁鐵之磁力之方向相 反之方向’具備對移動側磁鐵施力之施力機構； 在第1旋轉體與第2旋轉體同步旋轉之狀態下，前述磁 力與前述施力機構之施力平衡，藉由一方磁鐵之旋轉方 向之位置相對他方磁鐵之旋轉方向之位置變化，解除前 述磁力與前述施力平衡之狀態。 1 〇.如請求項9之轉矩感測器，其中 施力機構係由彈簧特性成為非線性之彈簧所構成。 114470-980205.doc 1311194 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（2)圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明：

2 踏板曲軸 2a 軸環 3 轉矩感測器 23 輪轂 24 鏈輪 26 驅動用桿 26a 桿本體 31 固定側磁鐵 32 移動側磁鐵 33 滑塊 34 滑動導動機構 35 滑動導動環 36 檢測用磁鐵 37 霍爾元件 43 - 大徑部 44 小徑部 45 扣合溝 46 銷 51 銷 52 凹溝 53 感測器用箱 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 114470-980205.doc