帶有助推馬達的自行車上的踏力檢測裝置的製作方法
2023-07-19 05:03:21
專利名稱：帶有助推馬達的自行車上的踏力檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有助推馬達的自行車上的踏力檢測裝置，它是把助推馬達裝在將踏腳的踏力傳遞給車輪的動力傳遞系統上，根據用踏力檢測裝置測得的踏腳的踏力控制助推馬達的輸出的。
這種帶助推馬達的自行車上的踏力檢測裝置由日本專利公報特開平5—58379號、特開平4—100790號和特開平4—244496號公開。
上述特開平5—58379號公報所記載的裝置，雖然是根據裝在把動力從曲軸傳遞到後輪的動力傳遞系統上的行星齒輪機構中的太陽輪的反作用力來檢測踏腳的踏力的，但由於這種裝置的結構複雜、重量大，而且即使在不使用助推馬達的情況下也必需用人力驅動行星齒輪機構，因而有機械能損失較大的問題。
又由於特開平4—100790號公報所記載的裝置是根據連接曲軸和後輪的驅動軸的扭擰角度來檢測踏腳的踏力的，因而有不適於一般的用鏈傳動式的自行車的問題。
由於特開平4—244496號公報記載的裝置是根據連接曲軸和後輪的鏈條的張力檢測踏腳的踏力的，因而有隨著這裝置的長期使用所產生的鏈條的延伸和張力的初始設定引起的檢測誤差的問題。
本發明是為了解決這些問題而作出的，其目的是提供一種小型輕量、機械能損失小、而且能正確檢測出踏力的帶有助推馬達的自行車上的踏力檢測裝置。
為了達到上述目的，本發明的帶有助推馬達的自行車把助推馬達裝在把踏腳的踏力傳遞到車輪的動力傳遞系統上，根據由踏力檢測裝置測得的踏腳上的踏力來控制上述的助推馬達的輸出，本發明的腳踏力檢測裝置的特徵在於上述的踏力檢測裝置由扭杆和變換裝置及傳感器構成；上述的扭杆是同軸地配置在由踏腳迴轉的曲軸的內部、一端與曲軸結合、另一端連接在助推馬達和車輪上的，上述的變換裝置是把扭杆的扭擰角度變換成曲軸的軸向位移的；傳感器是用來檢測上述軸向位移的。以上為本發明的第1方案。
本發明的第2方案是在上一方案中加上附加的特徵，這特徵在於上述的變換裝置是由能相對迴轉但不能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸的外周上、而且與扭杆的另一端相結合的驅動構件，和不能相對迴轉但能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸的外周上、而且與上述驅動構件凸輪接合的從動構件構成；與扭杆的扭擰相對應地使從動構件沿曲軸的軸向移動。
本發明的第3方案是在第1方案中加上附加的特徵，這特徵在於上述的變換裝置由能相對迴轉但不能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸外周上、而且與扭杆的另一端相結合的驅動構件，和不能相對迴轉又不能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸外周上的臂保持件，和中間部樞支在臂保持件上並具有驅動臂和從動臂的臂構件構成；與扭杆的扭擰相對應地使從動臂沿曲軸的軸向移動的；上述的驅動臂是沿曲軸的軸向延伸並與驅動構件結合的，上述的從動構件是沿曲軸的半徑方向伸出的。
圖1是本發明第1實施例的自行車整體的側視圖，圖2是沿圖1的2—2線得到的放大斷面圖，圖3是沿圖2的3—3線得到的斷面圖，圖4是沿圖3的4—4線得到的斷面圖，圖5是沿圖2的5—5線得到的放大斷面圖，圖6是圖4的6部的放大圖，圖7是圖1的從7所示方向看到的梗概圖，圖8是控制系統的方框圖，圖9是本發明第2實施例的自行車整體的側視圖，圖10是沿圖9的10—10線得到的放大斷面圖，圖11是沿圖10的11—11線得到的斷面圖，圖12是沿圖10的12—12線得到的斷面圖，圖13是沿圖10的13—13線得到的斷面圖。
下面，參照看附圖來說明本發明的實施例。
圖1—圖8是表示本發明的第1實施例，圖1是整個自行車的側視圖，圖2是沿圖1的2—2線得到的放大斷面圖，圖3是沿圖2的3—3線得到的斷面圖，圖4是沿圖3的4—4線得到的斷面圖，圖5是沿圖2的5—5線得到的放大斷面圖，圖6是圖4的6部的放大圖，圖7是圖1的從7所示方向看到的梗概圖，圖8是控制系統的方框圖。
如圖1所示，自行車B具有從側面看做成「V」字形的主架1，在這主架1的前端設置著前管2，在這前管2上能自由迴轉地支承著的前叉3的上端和下端分別支承著把手4和前輪Wf。從主架1的下端附近向後方延伸的、由撐杆5、5增強的後叉6、6上支承著後輪Wr。能自由迴轉地支承在主架1的下端的曲軸7具有左右一對曲軸臂8l、8R，在這對曲軸臂8l、8R的前端分別設置著踏腳9l、9R。由曲軸7使其迴轉的驅動鏈輪10和設置在後輪Wr的車軸上的從動鏈輪11用鏈條12連接著，當由踏腳9l、9R的踏力使曲軸7迴轉時，這迴轉通過驅動鏈輪10、鏈條12和從動鏈輪11傳遞到後輪Wr。
設置在主架1的下部、與驅動鏈輪10連接的助推馬達13產生促進踏腳9l、9R的踏力的驅動力。在主架1前部所設置的電池盒14裡裝著用來驅動助推馬達13的由多個Ni—Cd電池組成的行走用的電池15，在電池盒14的前端設置著主開關16。在主架1的後部設置著控制助推馬達13的驅動的電子控制組件和馬達驅動器等的控制裝置17。
下面，參照著圖2—圖7，詳細地說明自行車B的驅動機構D的結構。
裝有驅動機構D的齒輪罩殼由構成它的主體部的左罩殼21、在左罩21上將右側面開口部封閉的右罩殼22、和結合在左罩21的下面的下部罩殼23構成。由兩個螺栓24、24把左罩殼21的前邊上部結合在主架1的下端上，同時用一個螺栓25把左罩殼21和右罩殼22的後部一起緊固在後叉6、6的前端上，而下部罩殼23則用多個螺栓26…(圖3上只表示1個)結合在左罩殼21的下面。
套筒28通過球軸承27支承在右罩殼22上，曲軸7的右端通過滾柱軸承29支承在套筒28的內周上，而曲軸7的左端通過球軸承30支承在左罩殼21上。在曲軸7的軸向中間部分上、貫穿直徑方向並且沿軸向延伸地形成通孔71。與曲軸7同軸地裝在通孔71的內部的扭杆31，藉助它的左端(輸入端)上形成的頭部311通過卡圈32結合在曲軸7上，同時藉助它的右端(輸出端)上形成的頭312用壓入的方法結合在環狀驅動構件33內周上形成的凹溝裡(參照圖4)。如圖5較清楚的表示那樣，曲軸7的通孔71的相互面對著的壁面大致成圓弧狀地彎曲，由此，容許扭杆31的自由端側的頭部312相對於固定端側的頭部311迴轉規定的角度，同時，限制了當有過大的作用力加上時扭杆31的最大扭轉量，以防止這扭杆31被斷裂。
在固定在上述套筒28內周上的錐齒輪34和驅動構件33之間設置著第1單向離合器35。由圖5可清楚看到，第1單向離合器35由能擺動地樞支在驅動構件33外周上的、由圖上沒有表示的彈簧彈向張開方向的四個棘爪36…和在錐齒輪34內周上形成的多個棘齒341…構成。
這樣，在踩踏踏腳9l、9R，使曲軸7正轉時，曲軸7的轉矩通過扭杆31、驅動構件33、第1單向離合器35、錐齒輪34和套筒28被傳遞到與這套筒28外周花鍵結合的上述驅動鏈輪10上。而當踩踏踏腳9l、9R，使曲軸7反轉時，藉助第1單向離合器35滑移，容許上述曲軸7反轉。
如圖3所示，從支承在左罩殼21上的助推馬達13向前下向延伸的輸出軸131的前端部通過球軸承41支承在左罩殼21的下端。在左罩殼21和下部罩殼23上，通過一對球軸承42、43支承著第1中間軸44；而通過一對球軸承45、46支承著第2中間軸47。固定在助推馬達13的輸出軸131上的正齒輪48與通過第2單向離合器49支承在第1中間軸44上的正齒輪50嚙合著；固定在第1中間軸44上的正齒輪51與固定在第2中間軸47上的正齒輪52嚙合著。而且固定在第2中間軸47上的錐齒輪53與固定在上述套筒28上的錐齒輪34嚙合著。
這樣，當助推馬達13迴轉時，它的輸出軸131的轉矩通過四個正齒輪48、50、51、52，二個錐齒輪53、54和套筒28而傳遞到驅動鏈輪10。而當用行走用電池15的放電停止助推馬達13的驅動時，能不妨礙由踏腳9l、9R的踏力形成的驅動鏈輪10的迴轉地使第2單向離合器49空轉。
檢測踏腳9l、9R的踏力的踏力檢測裝置S設有能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸7的外周上、而且與曲軸7成一體地迴轉的內滑動件61。外滑動件63通過多個滾珠62…能相對迴轉地支承在內滑動件61外周上突出地設置的凸緣上。同時參照圖6就能清楚地看到，在驅動構件33的內滑動件61側的端面上，位於其直徑上地形成一對凹形的凸輪面331、331，同時在內滑動件61的端面上形成一對與上述凹形凸輪面331、331相結合的凸形凸輪面611、611。上述的驅動構件33和內滑動件61構成本發明的變換裝置C。
在左罩21裡設置著樞軸螺栓64和行程傳感器65，它們把曲軸7夾持住；行程傳感器65的傳感器臂66一端樞支在樞軸螺栓64上，另一端與行程傳感器65的檢測杆651相連接。在傳感器臂66的中央部位開設著曲軸7、內滑動件61和外滑動件63貫通的開口661(參見圖2)，形成從這開口661沿半徑方向朝裡突出的一對突起662、662(參見圖4)。在這一對突起662、662和左罩殼21之間、設置著受壓縮的彈簧67，由彈簧67的彈力作用被推向圖4右方的傳感器臂66的一對突起662、662推壓著外滑動件63，由此通過鋼珠62…使內滑動件61推壓在驅動構件33上，結果，使驅動構件33的凸輪面331、331和內滑動件61的凸輪面611、611彈性地相接。
為了檢測曲軸7的轉數，把支承在左罩殼21上的助推馬達轉數傳感器68與卡圈32外周上形成的齒部321相對著，卡圈32是把曲軸7和扭杆31的頭部311相結合的。
下面，說明具有上述結構的本發明第1實施例的作用。
當騎車人要使自行車行走而踩蹬踏腳9l、9R時，通過踏腳9l、9R使曲軸7迴轉，曲軸7的轉矩從扭杆31通過驅動構件33、第1單向離合器35、錐齒輪34、套筒28、驅動鏈輪10、鏈條12和從動鏈輪11而傳遞給後輪Wr，這時，由踏力檢測裝置S檢測踏腳9l、9R的踏力大小。
即，與踏腳9l、9R的踏力相對應的轉扭作用在扭杆31上，由此使這扭杆31相對於曲軸7隻迴轉一定的角度。當扭杆31相對於曲軸7進行相對迴轉時，如圖6所示，相對於曲軸7不能相對迴轉而且能沿軸向滑動地支承的內滑動件61沿箭頭a方向相對於結合在扭杆31的輸出端的驅動構件33進行相對迴轉。其結果使內滑動件61的凸輪面611、611壓在驅動構件33的凸輪面331、331上，由此，內滑動件61克服彈簧67的彈力，沿箭頭b方向在曲軸7上滑動，將突起壓在與內滑動件61成一體的外滑動件63上的傳感器臂66圍繞樞軸螺栓64搖動，並推壓行程傳感器65的檢測杆651。這時，由於行程傳感器65的檢測杆651的行程與扭杆31的擰扭量，即與踏腳9l、9R的踏力成比例，因而能根據行程傳感器65的輸出，檢測踏腳上的踏力。
由於由踏力檢測裝置S進行的踏力的檢測是根據安裝在把動力從踏腳9l、9R傳遞到後輪Wr的動力傳遞系統上的扭杆30擰扭量而作出的，因此，為了進行踏力的檢測，沒必要驅動上述動力傳遞系統以外的構件，能把能量損失抑制到最小限度。又由於扭杆31同軸地配設在曲軸7的內部，因而能使踏力檢測裝置S小型輕量化。
如圖8所示，根據用曲軸轉數傳感器68檢測的曲軸轉數(即車速)和用踏力檢測裝置S檢測到的踏力就能檢索到PWM的圖象91，根據該圖象91的量值，助推馬達控制裝置92就能控制助推馬達13的輸出。具體地說，用曲軸轉數傳感器68測出車速，計算出只要克服與上述車速相當的行走阻力的基準踏力，同時計算出用踏力檢測裝置S測到實際踏力與這基準踏力的偏差，使助推馬達13產生與這偏差相當的輸出轉矩。因此，在出發時、加速時、上坡時等場合下，使踏腳9l、9R的踏力增加時，就要使這踏力減少地增加助推馬達13的輸出轉矩，這樣就能減輕騎車人員的負擔。相反，在減速時和下坡時、踏腳9l、9R的踏力減少時，使助推馬達13的輸出轉矩減少，就能節省行走用電池15的能量。
另外，平時根據檢測行走用的電池15的電壓的電池電壓傳感器93的輸出，監控著行走用電池15的剩餘量，當剩餘量減少到規定量以下時，使PWM的指示器動作，限制供給助推馬達13的電流值，當剩餘量進一步減少時，使主繼電器95斷開，停止助推馬達13的驅動。而且，當行走用的電池15的剩餘量減少到不能充分助推時，由指示器96發出警報。
圖9—圖13表示本發明的第2實施例，圖9是整個自行車的側視圖，圖10是沿圖9的10—10線得到的擴大斷面圖，圖11是沿圖10的11—11線得到的斷面圖，圖12是沿圖10的12—12線得到的斷面圖，圖13是沿圖10的13—13線得到的斷面圖。第2實施例的自行車B在後輪Wr的驅動方法是軸傳動和踏力檢測裝置S的結構這兩方面與第1實施例不同，其餘的結構是和第1實施例相同的。
由圖9和圖10可見，在曲軸7的外周上，能相對迴轉地支承著的套筒28上所設置的錐齒輪70，與設置在驅動軸71的前端上的錐齒輪72嚙合著，驅動軸71是沿著後叉6朝車體前後方向延伸的；設置在驅動軸71後端的錐齒輪73與設置在後輪Wr的車軸上的錐齒輪74嚙合。這樣，當用踏腳9l、9R的踏力、或者用助推馬達13的驅動力使套筒28迴轉時，這轉矩通過驅動軸71被傳遞到後輪Wr。
下面，根據圖10—圖13，說明第2實施例的踏力檢測裝置S的結構。
與扭杆31的另一端結合、能相對迴轉而不能沿軸向滑動地支承在曲軸7的外周上的驅動構件33，在其直徑方向的兩端有一對凹部332、332。緊固在曲軸7外周上的臂保持件75具有一對沿半徑方向朝外延伸的樞銷751、751，一對臂構件76、77的中間部分別樞支在這一對樞銷751、751上。沿曲軸7的軸向、從一側的臂構件76伸出的驅動臂761結合在上述驅動構件33的一側的凹部332裡；沿曲軸7的軸向、從另一側的臂構件77伸出的驅動臂771結合在上述驅動構件33的另一側的凹部333裡。從臂構件76、77沿曲軸7的半徑方向伸出的從動臂762、772做成圓弧狀，在它們各自的外端分別形成推壓部763、773。上述的驅動構件33、臂保持件75和臂構件76、77構成本發明的變換裝置C。
在曲軸7的外周上能滑動地嵌裝著滑塊78和傳感器臂79，在滑塊78和傳感器臂79之間裝設著容許兩者相對迴轉用的滾珠80。滑塊78與臂構件76、77的推壓部763、773相結合，因此，隨著臂構件76、77的搖動而沿曲軸7的軸向滑動。傳感器臂79的一端與導引螺栓81相結合，控制成與曲軸7一起迴轉，另一端與設置在左罩殼21上的行程傳感器65的檢測杆651相接。由彈簧67的作用把傳感器臂79彈向滑塊78。
於是，由踏腳9l、9R的踏力使扭杆31擰扭，由此使得與扭杆31成一體的驅動構件33相對於與曲軸7成一體的臂保持件75進行相對迴轉，這時使驅動臂761、771推壓到驅動構件33的凹部332、333裡的臂構件76、77圍繞著樞銷751、751從圖10的實線位置搖動到雙點劃線位置上。當臂構件76、77與扭杆31的擰扭相對應地搖動時，從動臂761、772的推壓部763、773受推壓，使滑塊78和傳感器臂79沿曲軸7軸向滑動，推壓行程傳感器65的檢測杆651，由此能檢測出踏腳9l、9R上的踏力。
上面，雖然已對本發明的實施例作了詳細的說明，但本發明並不局限於這些實施例，還能在本發明範圍內作出種種設計變更。
如上所述，由於本發明的第1方案的檢測踏腳的踏力的踏力檢測裝置是由同軸地配置在由踏腳使其迴轉的曲軸的內部、一端與曲軸結合、而另一端連接在助推馬達和車輪上的扭杆；和把扭杆的扭擰角度變換成曲軸的軸向位移的變換裝置，和檢測上述的軸向位移的傳感器構成，因而能零件數少、小型輕量的結構就可檢測踏腳的踏力，又由於扭杆的扭擰、能量都蓄積在這扭杆上，因而能不受發生機械能損失的限制地有效地利用輸入。
由於本發明的第2方案的裝置中的變換裝置由能相對迴轉但不能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸外周上、而且與扭杆的另一端相結合的驅動構件；和不能相對迴轉但能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸外周上、而且與上述驅動構件凸輪結合的從動構件構成，因而能把扭杆的擰扭角度確實變換成從動構件的軸向位移，能正確地檢測出踏腳的踏力。
由於本發明第3方案的裝置中的變換裝置由能相對迴轉但不能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸的外周上、而且與扭杆的另一端相結合的驅動構件；和不能相對迴轉又不能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸外周上的臂保持件；和中間部樞支在臂保持件上並具有沿曲軸的軸向延伸、與驅動構件結合的驅動臂及沿曲軸的半徑方向伸出的從動臂的臂構件構成，因而能確實地把扭杆的擰扭角度變換成從動臂的軸向位移，能正確地檢測出踏腳的踏力。
權利要求
1.一種帶有助推馬達的自行車上的踏力檢測裝置，帶有助推馬達的自行車把助推馬達(13)裝在把踏腳(9l、9R)的踏力傳遞到車輪(Wr)的動力傳遞系統(D)上，根據由踏力檢測裝置(S)測得的踏腳(9l、9R)上的踏力來控制上述的助推馬達(13)的輸出，其特徵在於上述的踏力檢測裝置(S)由扭杆(31)和變換裝置(C)及傳感器(65)構成；上述的扭杆(31)是同軸地配置在由踏腳(9l、9R)使其迴轉的曲軸(7)的內部、一端與曲軸(7)結合、另一端連接在助推馬達(13)和車輪(Wr)上的；上述的變換裝置(C)是把扭杆(31)的擰扭角度變換成曲軸(7)的軸向位移的；傳感器(65)是用來檢測上述軸向位移的。
2.如權利要求1所述的帶有助推馬達的自行車上的踏力檢測裝置，其特徵在於上述的變換裝置(C)由能相對迴轉、但不能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸(7)的外周上、而且與扭杆(31)的另一端相結合的驅動構件(33)，和不能相對迴轉、但能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸(7)的外周上、而且與上述驅動構件(33)凸輪接合的從動構件(61)構成；與扭杆(31)的扭擰相對應地使從動構件(61)沿曲軸(7)的軸向移動。
3.如權利要求1所述的帶有助推馬達的自行車上的踏力檢測裝置，其特徵在於上述的變換裝置(C)由能相對迴轉但不能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸(7)的外周上、而且與扭杆(31)的另一端相結合的驅動構件(33)，和不能相對迴轉、不能沿軸向滑動地嵌裝在曲軸(7)的外周上的臂保持件(75)，和中間部樞支在臂保持件(75)上並具有驅動臂(761、771)和從動臂(762、772)的臂構件(76、77)構成；與扭杆(31)的扭擰相對應地使從動臂(762、772)沿曲軸(7)的軸向移動；上述驅動臂(761、771)是沿曲軸(7)的軸向延伸並與驅動構件(33)結合的，上述從動臂(762、772)是沿曲軸(7)的半徑方向伸出的。
全文摘要
本發明提供一種小型輕量、能量損失少的帶有推馬達的自行車的踏力檢測裝置。它是把由踏腳的踏力和助推馬達的輸出的差面擰扭變形的扭杆同軸地裝在曲軸的內部，使其一端與曲軸結合。把沿軸向能滑動地嵌裝在曲軸外周上的滑動件上形成的凸狀凸輪面與扭杆的另一端上所結合的驅動構件上形成的凹狀凸輪面相結合，當使扭杆擰扭變形時，被推壓在驅動構件上的滑塊沿曲軸的軸向滑動，推壓行程傳感器的檢測杆。
文檔編號G01L5/13GK1118434SQ9510631
公開日1996年3月13日 申請日期1995年5月17日 優先權日1994年5月18日
發明者黑木正宏, 早田肇 申請人:本田技研工業株式會社