(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルの踏力によって車輪を回転する人力駆動部と、電動機の駆動によって前記車輪を回転する電動駆動部とを備え、前記踏力によって生じる人力のトルクを検出し、検出されたトルクに基づいて前記電動駆動部の回転駆動を制御する電動自転車において、前記ペダルの踏力によって伸縮すると共に該踏力を前記車輪に伝える弾性体と、該弾性体の伸縮を前記車輪の車軸方向の移動に変換する変換部材と、該変換部材を車軸方向に付勢するバネと、前記変換部材の移動量を検出するトルク検出部とを設け、前記車輪のハブに設けられ回転側ケーシングと固定側ケーシングとからなる盤状ケーシングに前記電動機及び前記弾性体、変換部材、トルク検出部を内蔵し、該トルク検出部は前記変換部材外周に配置し、前記変換部材は前記車軸周りに車軸方向に摺動可能に設けられ、前記回転側ケーシングに設けた前記弾性体の伸縮量を固定側ケーシングに設けた前記トルク検出部で電気信号として検出することを特徴とする電動自転車のトルク検出装置。
【請求項２】
前記トルク検出部は、電気的信号によって取り出すことを特徴とする請求項１記載の電動自転車のトルク検出装置。
【請求項３】
トルクの入力で回転する入力側の回転体と、該入力側の回転体と同軸に配置した出力側の回転体とを設け、前記入力側の回転体と出力側の回転体とは前記弾性体によって動力伝達されることを特徴とする請求項１記載の電動自転車のトルク検出装置。
【請求項４】
前記変換部材は、前記弾性体の伸縮によって回動する入力側の回転体と、該入力側の回転体に突設され、その端部が傾斜している傾斜部と、軸方向に摺動可能に設けた摺動部材と、該摺動部材に前記傾斜部に当接するように形成した突部と、前記摺動部材を前記入力側の回転体方向に付勢する弾性体とを備える請求項３記載の電動自転車のトルク検出装置。
【請求項５】
前記変換部材は、前記軸周りに形成したネジ歯車と、前記弾性体の伸縮によって回動すると共に軸方向に移動可能な入力側の回転体と、該入力側の回転体に形成され前記ネジ歯車に螺合したネジ部とを備える請求項３記載の電動自転車のトルク検出装置。
【請求項６】
前記トルク検出部は、磁性部材又は導電部材と、該磁性部材又は導電部材の近傍に配したコイルとを備え、その一方は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてある請求項１記載の電動自転車のトルク検出装置。
【請求項７】
前記トルク検出部は、所要距離を隔てて対向して配置した電極対と、該電極対の間隙に挿入可能に配置した誘電体とを備え、その一方は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてある請求項１記載の電動自転車のトルク検出装置。
【請求項８】
前記トルク検出部は、磁性体と、該磁性体と対向して配置した磁気検出器とを備え、その一方は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてある請求項１記載の電動自転車のトルク検出装置。
【請求項９】
前記トルク検出部は、光を反射する反射板と、該反射板に光を出射する発光部，及び前記反射板からの反射光を受光してその受光位置を検出する受光部を具備する光学部とを備え、前記反射板又は光学部は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてある請求項１記載の電動自転車のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動自転車において、人力などの回転方向に生じるトルクを検出するための電動自転車のトルク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動自転車における人力などの回転方向に生じるトルクのトルク検出装置は、例えば特開平４−３５８９８７号公報（Ｂ６２Ｍ  ２３／０２）に示す如く、人力による駆動系と電動モータによる駆動系とを並列に設け、前記人力による駆動系の駆動力をこのトルク検出装置で検出して電動モータの出力を制御するようにしたものが知られている。
【０００３】
この電動自転車に採用されるトルク検出装置は、人力による駆動系の駆動力、即ちペダルの回転トルクを検出するために、ペダルのクランク軸には筒型軸が外嵌してあり、ペダルの踏力は筒型軸から一方向クラッチを介して遊星歯車機構に伝えられ、該遊星歯車機構に歯合したドライブ軸によって後輪に伝えられるようになっている。前記遊星歯車機構にはトルク検出レバーの一端が介装してあり、他端はポテンショメータに連結した第２レバーに当接してある。第２検出レバーは復帰バネによって復帰されるようになっており、トルク検出レバーを介して第２レバーがペダルの踏力に応じた角度だけ回転し、その回転量をポテンショメータによって測定することによってクランク軸に加えられたトルクを検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成ではトルクはトルク検出レバー及び第２レバーを介してポテンショメータによって検出するようになっているため、振動によって検出誤差が発生する虞があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは回転方向に生じるトルクを軸方向の移動に変換し、その移動量を検出することによって、簡単な構成で人力によるトルクを正確に検出するトルク検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、ペダルの踏力によって車輪を回転する人力駆動部と、電動機の駆動によって前記車輪を回転する電動駆動部とを備え、前記踏力によって生じる人力のトルクを検出し、検出されたトルクに基づいて前記電動駆動部の回転駆動を制御する電動自転車において、前記ペダルの踏力によって伸縮すると共に該踏力を前記車輪に伝える弾性体と、該弾性体の伸縮を前記車輪の車軸方向の移動に変換する変換部材と、該変換部材を車軸方向に付勢するバネと、前記変換部材の移動量を検出するトルク検出部とを設け、前記車輪のハブに設けられ回転側ケーシングと固定側ケーシングとからなる盤状ケーシングに前記電動機及び前記弾性体、変換部材、トルク検出部を内蔵し、該トルク検出部は前記変換部材外周に配置し、前記変換部材は前記車軸周りに車軸方向に摺動可能に設けられ、前記回転側ケーシングに設けた前記弾性体の伸縮量を固定側ケーシングに設けた前記トルク検出部で電気信号として検出することを特徴とする。
【０００７】
第２発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記トルク検出部は、電気的信号によって取り出すことを特徴とする。
【０００８】
第３発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、トルクの入力で回転する入力側の回転体と、該入力側の回転体と同軸に配置した出力側の回転体とを設け、前記入力側の回転体と出力側の回転体とは前記弾性体によって動力伝達されることを特徴とする。
【０００９】
第４発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記変換部材は、前記弾性体の伸縮によって回動する入力側の回転体と、該入力側の回転体に突設され、その端部が傾斜している傾斜部と、軸方向に摺動可能に設けた摺動部材と、該摺動部材に前記傾斜部に当接するように形成した突部と、前記摺動部材を前記入力側の回転体方向に付勢する弾性体とを備えることを特徴とする。
【００１０】
第５発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記変換部材は、前記軸周りに形成したネジ歯車と、前記弾性体の伸縮によって回動すると共に軸方向に移動可能な入力側の回転体と、該入力側の回転体に形成され前記ネジ歯車に螺合したネジ部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第６発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記トルク検出部は、磁性部材又は導電部材と、該磁性部材又は導電部材の近傍に配したコイルとを備え、その一方は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてあることを特徴とする。
【００１２】
第７発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記トルク検出部は、所要距離を隔てて対向して配置した電極対と、該電極対の間隙に挿入可能に配置した誘電体とを備え、その一方は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてある。
【００１３】
第８発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記トルク検出部は、磁性体と、該磁性体と対向して配置した磁気検出器とを備え、その一方は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてあることを特徴とする。
【００１４】
第９発明に係る電動自転車のトルク検出装置は、第１発明において、前記トルク検出部は、光を反射する反射板と、該反射板に光を出射する発光部，及び前記反射板からの反射光を受光してその受光位置を検出する受光部を具備する光学部とを備え、前記反射板又は光学部は前記変換部材によって軸方向に移動されるようになしてあることを特徴とする。
【００１５】
第１発明の電動自転車のトルク検出装置にあっては、弾性体が人力トルクの大きさに応じて伸縮し、この伸縮を変換部材により車軸方向に変換し、この変移をトルク検出部が検出することによって人力トルクが検出される。
【００１６】
第２発明のトルク検出装置にあっては、この検出部は、電気的信号によって取り出すことができる。
【００１７】
第３発明のトルク検出装置にあっては、入力側の回転体に入力されたトルクは弾性体を介して出力側の回転体に動力が伝達される。即ち、トルクの大きさに応じて弾性体は伸縮することになる。この伸縮量を検出することでトルクを検出することができる。
【００１８】
第４発明のトルク検出装置にあっては、トルクの増加によって弾性体が縮むと共に入力側の回転体が回動し、該入力側の回転体に突設された傾斜部が回動して、これに当接した突部の当接位置が移動し、軸方向に付勢する弾性材が縮む，又は伸長して摺動部材が軸方向に移動する。また、トルクが減少すると、トルクの増加によって縮んだ弾性体が伸長することによって入力側の回転体が逆方向に回動し、摺動部材はこの回動に係る力，又は軸方向に付勢する弾性材の伸長力によって元に戻される。これによって、トルクは摺動部材の軸方向への移動量として検出される。
【００１９】
第５発明のトルク検出装置にあっては、トルクが増加すると、それに応じて弾性体が縮むと共に入力側の回転体が回動され、該入力側の回転体に形成したネジ部は軸周りに形成されたネジ歯車に倣って軸方向に螺進し、入力側の回転体が軸方向に移動する。また、トルクが減少すると、それに応じて収縮した弾性体が伸長し、前記ネジ部がネジ歯車に倣って逆進し、入力側の回転体は軸方向に元の位置まで移動する。これによって前同様、人力トルクは摺動部材の軸方向への移動量として検出される。
【００２０】
第６発明のトルク検出装置にあっては、磁性部材又は導電部材，或いはコイルの一方は摺動部材によって軸方向に移動されるようになしてあるため、磁性部材とコイルとの相対位置が接近する又はコイル内への磁性部材の挿入体積が増加すると、コイルのインダクタンスが大きくなる。また、その逆の場合は、コイルのインダクタンスが小さくなる。このときの電圧変化をトルクの変化として検出する。また、導電部材がコイル近傍を移動した場合、磁性部材と逆の作用となる。つまり、導電部材がコイルに近づくと、コイルのインクタンスが小さくなり、コイルから遠ざかると、コイルのインダクタンスが大きくなる。
【００２１】
第７発明のトルク検出装置にあっては、検出部は、所要距離を隔てて対向して配置した電極対と、該電極対の間隙に挿入可能に配置した誘電体との何れか一方は、変換部材によって軸方向に移動されるようになしてあるため、トルクに応じて変換部材が軸方向に移動して、誘電体が電極対の間隙に対して入出し、電極対の静電容量が変化する。従って、トルクに応じた静電容量の変化量を検出することによってトルクを検出する。
【００２２】
第８発明のトルク検出装置にあっては、検出部は、磁性体と、該磁性体と対向して配置された磁気検出器との何れか一方は、摺動部材によって軸方向に移動されるようになしてあるため、トルクに応じて磁性体と磁気検出器との間の距離が変化する。従って、磁気検出器においてはトルクに応じて検出される磁束密度が変化するため、この変化量を検出することによってトルクを検出する。
【００２３】
第９発明のトルク検出装置にあっては、光学部の発光部からの出射光は、反射板によって反射され、その反射光は受光部で受光される。また、発光部及び受光部と、これらに対向して配した反射板との何れか一方は、摺動部材によって軸方向に移動されるようになしてあるため、移動量に応じて受光部における反射光の受光位置が変化する。受光部は、この変化量を検出することによってトルクを検出する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図７は本発明の一実施例を示す電動自転車の全体斜視図であり、図中１は電動自転車本体である。電動自転車本体１には後述する電動機８が備えられており、人力によるトルクの大きさに応じて電動機８の駆動力を変化させ、人力による力を電動機８の力によって補助して走行させるようになっている。
【００２６】
電動自転車本体１のフレーム４には前輪２，後輪３，ハンドル１３及びサドル２１が取付けてあり、前輪２はハンドル１３によって操舵されるようになっている。後輪３の回転軸の部分には盤状ケーシング５が設けられている。盤状ケーシング５は回転側ケーシング６と電動自転車本体１に固定される固定側ケーシング７とを備えており、回転側ケーシング６が後輪３と一体になって回転するようになっている。また、盤状ケーシング５には電動機８が内蔵されており、電動駆動が必要なときに駆動して、後述する人力駆動部１０と共に前記回転側ケーシング６を回転させる。この盤状ケーシング５を備える駆動部分が電動駆動部９である。
【００２７】
人力駆動部１０はペダル１１及びチェーン１２を備えており、使用者がペダル１１を踏むことで、チェーン１２を介して前記後輪３を回転させる。本実施例ではチェーン１２を人力の伝達部材としたが、本発明はこれに限らず、チェーン１２の代わりにベルト、回転軸等によるものでも構わない。
【００２８】
前輪２の操舵をするハンドル１３の左右両端にはブレーキレバ１４，１５が取付けてあり、また前輪２及び後輪３にはブレーキ装置１８，１９が設けてあり、ブレーキレバ１４，１５とブレーキ装置１８，１８とはワイヤ１６，１７によって連結されている。そして、ブレーキレバ１４，１５を引くことでワイヤ１６，１７が引っ張られ、このワイヤ１６，１７によってそれぞれ前後のブレーキ装置１８，１９が動作するようになっている。また、ワイヤ１６，１７の途中にはブレーキスイッチ２０が設けてあり、ブレーキレバ１４，１５を操作したときに電動機８への通電が停止する機構になっている。
【００２９】
後輪３上のフレーム４には電動機８の電源となるバッテリ部２２が取付けてある。このバッテリ部２２は、フレーム４にスライド着脱可能に取付けられるバッテリケース２３と、該バッテリケース２３に収納した単一型充電式電池によって構成されており、電源電圧は略２４ボルトである。
【００３０】
次に、図８に基づき、前記盤状ケーシング５について説明する。
【００３１】
図８は、図７に示した盤状ケーシング５の構成を示す正面図であり、図中７は電動自転車本体に固定される固定側ケーシングである。固定側ケーシング７には制御基板２４，放熱板２５等からなる制御部２６、電動機８、第１プーリ２７、第２プーリ２８、最終段プーリ２９の３つのプーリからなる減速機構３０、該減速機構３０の各プーリ間及び減速機構３０と電動機８とを連結する伝達ベルト３１が配置されている。前記最終段プーリ２９は回転側ケーシング６に固定されており、前記電動機８が回転すると第１プーリから最終段プーリ２７〜２９までが伝達ベルト３１によって回転し、減速されて最終段プーリ２９と共に回転側ケーシング６が回転する。また、最終段プーリ２９に連結される第２プーリ２８の小さいほうのプーリには、一方向クラッチ（図示せず）が介入されており、ペダルからの力がかかったときに電動機８を回さないように、即ちペダルが軽いようにしてある。
【００３２】
第１プーリ２７と第２プーリ２８との間には両者を連結するベルト３１の張りを調節するための押圧部材３２が設けてあり、該押圧部材３２の回転ヘッドがベルト３１の内側に転接しそれを外側に押すことによってベルト３１を展張させている。
【００３３】
第１プーリ２７の回転軸の取付け部分には長孔が形成してあり、該長孔には調節ネジ３３が螺着してある。そして、第１プーリ２７は前記伝達ベルト３１が張る方向に移動され、その状態で前記調節ネジ３３によって固定されるようになっている。
【００３４】
後輪の車軸３９にはフリーホイール３８を介して、前記チェーンからの駆動力を回転側ケーシングに伝達するためのチェーンスプロケット３７が取付けてあり、チェーンが逆回転したとき、前記フリーホイール３８によってチェーンからの駆動力が回転側ケーシングに伝達しない構成になっている。
【００３５】
次に、出力側の回転体である最終段プーリ２９の構成について、図１乃至図３に基づき詳述する。
【００３６】
図１，図２及び図３はそれぞれ、最終段プーリの構成を示す側面断面図，正面図，他の側面断面図である。最終段プーリ２９の車軸３９への取付け部分には、車軸３９に対称に該車軸３９の略接線方向となるように弾性体であるバネ４０，４０が設けてある。バネ４０，４０は片側を最終段プーリ２９に固定してあり、他側を伸縮自在に開放してある。また、バネ４０は最終段プーリ２９に取付けたカバー３４によって施蓋してある。これによって、後輪に踏力が加わったとき、後述する押圧部材４３によって力を受けやすいようになっている。
【００３７】
バネ４０の開放側には側面視が凸状の受圧部材４１が当接してある。受圧部材４１はバネ４０の径より小さい部分と大きい部分とを有しており、小さい部分がバネ４０内に入り込み、大きい部分がバネ４０を蓋するように取付けてある。また、受圧部材４１は、鉄又はセラミックス等の滑りやすい材質のものが使われている。
【００３８】
車軸３９周りには前記チェーンスプロケット３７の回転により回動する入力側の回転体、即ち回動板４２が設けてあり、該回動板４２には車軸３９と対称に前記受圧部材４１をチェーンスプロケット３７の回転によって押さえる押圧部材４３が設けられている。この押圧部材４３も前同様、鉄又はセラミックス等の滑りやすい材質のもので形成されている。また最終段プーリ２９には、前記押圧部材４３の受圧部材４１に当接する面の背面と対向する部分に、バネ４０の付勢によって押される押圧部材４３を衝撃から防ぐためのラバープレート３５が取付けてある。
【００３９】
回動板４２は最終段プーリ２９の内側に同心円状に挿入されており、押圧部材４３がバネ４０を押さえることによって最終段プーリ２９と共に回転する。また、押圧部材４３は、受圧部材４１を押さえるときに、押さえる位置が若干ずれるため、受圧部材４１に当接する部分が曲面になっている。
【００４０】
更に、回動板４２には回動方向にむかって形成した傾斜部４４を車軸３９と対称に２ヵ所形成してあり、該傾斜部４４は回動板４２の回動と共に回動する。
【００４１】
車軸３９の回動板４２より固定側ケーシング７側の周りには摺動部材４５が車軸３９方向に摺動可能に設けてあり、該摺動部材４５の回動板４２に対向する部分には該回動板４２の傾斜部４４に当接するように突起４６が設けてある。摺動部材４５は突起４６の反対側から弾性部材、即ちバネ４７によって回動板４２方向へ付勢されるようになっている。従って、回動板４２が回動すると、摺動部材４５の突起４６はバネ４７の付勢によって傾斜部４４の斜面に沿って回動板４２側へ押され、摺動部材４５は回動板４２の回動量に相応した距離だけ回動板４２側に移動する。そして回動板４２が元の位置に戻ると、回動板４２の傾斜部４４によって突起４６が固定側ケーシング７側に押され、バネ４７が縮むと共に摺動部材４５は固定側ケーシング７側の元の位置に戻る。なお、前述した回動板４２及び摺動部材４５等を変換部材という。
【００４２】
なお、回動板４２が回動した場合、該回動板４２の傾斜部４４によって突起４６を固定側ケーシング７側に押し、回動板４２が元の位置に戻ると、突起４６への押圧が無くなり、バネ４７の作用によって摺動部材４５が回動板４２側の元の位置に戻る構成にしてもよい。
【００４３】
前記摺動部材４５の固定側ケーシング７側には、トルク検出部５１に備えられた磁性部材であるフェライト４８が設けてあり、摺動部材４５の移動と共に移動するようになっている。一方、固定側ケーシング７内には前記フェライト４８の移動範囲内に、該フェライト４８と対向するようにコイルボビン５０が取付けてあり、コイルボビン５０にはコイル４９が巻回してある。
【００４４】
次に、人力による駆動と、この駆動に係るトルクの検出について説明する。
【００４５】
電動自転車本体１が走行を始めるとき、使用者はペダル１１に力を掛けて走行する。このとき、後輪３は止まろうとする力が大きく働くが、チェーンスプロケット３７及び回動板４２は回転しようとする。そのため、回動板４２は押圧部材４３及び受圧部材４１を介してバネ４０を押さえ、バネ４０が最終段プーリ２９を押さえて該最終段プーリ２９に固定した回転側ケーシング６及び後輪３が回転することによって電動自転車本体１が走行する。このとき、回動板４２に大きなトルクが与えられるため、バネ４０は大きく縮み、それに伴って回動板４２が回動し、傾斜部４４も回動する。回動板４２が回動すると、摺動部材４５の突起４６はバネ４７の付勢によって傾斜部４４の斜面に沿って回動板４２方向へ押され、摺動部材４５は回動板４２の回動量に相応した距離だけ回動板４２側に移動する。
【００４６】
摺動部材４５が回動板４２側に移動すると、フェライト４８がコイル４９内を移動し、これによってコイル４９のインダクタンスが変化する。即ち、回転板４２に生じるトルクが大きくなればなるほどコイル４９内に挿入されるフェライト４８の体積が大きくなり、コイル４９のインダクタンスが大きくなる。制御部２６はこのインダクタンスの変化を検出することによってトルクの大きさを検出し、その検出結果に基づいて電動機８の駆動制御を行う。
【００４７】
一方、平地走行時において使用者がトルクを加えない場合、回動板４２は最終段プーリ２９と共に回転し、この状態ではトルクがないのでバネ４０は縮まず、摺動部材４５は移動しない。従って、コイル４９のインダクタンスの変化もないため、コイル４９に印加される電圧も変わらず、電動機８からの駆動は行われない。
【００４８】
また、平地及び上り坂などにおいて使用者が加速をする場合は、前述した走行を始めるときと同様、加速によるトルクが加わるとバネ４０が縮み、よって回動板４２がそのトルクに応じて回動し、傾斜部４４に当接した突起４６及び摺動部材４５が移動して、フェライト４８がコイル４９内に挿入されることによって、コイル４９のインダクタンスが大きくなり、それに応じて制御部２６は電動機８の駆動制御を行う。
【００４９】
次に、図４に基づき、トルク検出部５１の回路について説明する。
【００５０】
図４は本発明に係るトルク検出部の回路図である。前述したコイル４９には制御部２６（図８参照）に備えられたマイクロコンピュータ（以下マイコンという）から後述するパルス波形電圧が印加されるようになっており、コイル４９と直列に接続されている抵抗電圧は該コイル４９とフェライト４８との相対距離に相応する大きさのパルスを出力する。この抵抗電圧は、ＤＣ変換変換部６０で平均化された信号に変換されて増幅部６１に与えられ、ここで増幅されてマイコンに入力される。
【００５１】
図５は図４に示した回路中の各点における波形図であり、（Ａ）はコイルの入側の点Ａで、（Ｂ）はコイルの出側の点Ｂで、（Ｃ）はＤＣ変換変換部の出側の点Ｃ（共に図４参照）でのパルスの波形をそれぞれ示している。コイルには、図５（Ａ）の如き、矩形状のパルス電圧が印加されている。このようなコイルにフェライトが接近すると、コイルのインダクタンスが大きくなるため、抵抗の電圧は、図５（Ｂ）の如くそのパルス高さが、実線で示された鋸歯状波より低い鋸歯状波（破線）となる。そして、ＤＣ変換変換部によってパルス高さが平均化されると、図５（Ｃ）の如く、実線で示された信号のレベルより、コイルへのフェライトの接近量に相応する分だけ低いレベルの信号（破線）が得られる。
【００５２】
このように、トルクを車軸３９方向のフェライト４８の動きに変換し、これによって変化するコイルのインダクタンスの変化を電圧の変化に変換して電気信号を取り出しているので、正確で細かなトルクの検出ができ、的確な制御で人力を補助することができる。
【００５３】
図６は、本発明に係る電動自転車の他の最終段プーリの構成を示す側面断面図であり、図１に示した摺動部材を具備しない構成にしてある。
【００５４】
本実施例は、前述した実施例と回動板が異なるだけなので、同一部分については説明を省略し、回動板についてのみ説明をする。
【００５５】
車軸３９周りには変換部材５７の回動板５３が設けてあり、該回動板５３は前同様に、チェーンスプロケット３７の回転によって回動し、バネ４０を介して最終段プーリ２９を押さえ、最終段プーリ２９と固定した回転側ケーシング６，後輪を回転するようになっている。車軸３９周りにはネジ歯車５９が形成してあり、前記回動板５３にはネジ歯車５９に螺合するネジ５４が形成してある。そして、回動板５３はチェーンスプロケット３７の回転によって回動すると共に、ネジ歯車５９に倣って固定側ケーシング７方向へ螺進移動する。
【００５６】
また、回動板５３のネジ５４とバネ４７との間にはトルク検出部５８のフェライト５５が介装してあり、回動板５３の固定側ケーシング７方向への移動によって、フェライト５５がコイル５６内に挿入される。そして、回動板５３が回転側ケーシング６方向へ移動すると、フェライト５５はバネ４７の付勢によって回動板５３と共に回転側ケーシング６方向へ移動する。
【００５７】
本実施例にあっても前述した実施例と同様、人力によるトルクが生じると、回動板５３が回動すると共に、フェライト５５がコイル５６内に挿入され、コイル５６のインダクタンスが大きくなる。これによってコイル５６に印加された電圧が小さくなり、この変化を検出することで、電圧のレベルの大きさに応じて電動機を駆動制御する。
【００５８】
前述した実施例にあっては、コイル内に磁性材料であるフェライトを挿入するようにしてあるが、本発明おいてはこれに限らず、銅及びアルミニウム等の導電性の材料でもよい。
【００５９】
この場合、導電部材とコイルとの組み合わせを一つのトランスとみなすことができ、一次側を複数ターンのコイル、二次側を１ターンのコイルとして、二次側のコイルの距離の変化によって磁気結合の変化とし、１ターンのコイルが近づくと一次側のコイルのインダクタンスが小さくなり、１ターンのコイルが遠ざかると一次側のコイルのインダクタンスが大きくなる。このことを利用して、トルクのの変化を電圧の変化に変換して、電動機の駆動を制御することができる。
【００６０】
また、フェライトの位置はコイル内を移動するようにしたが、コイルのインダクタンスはフェライトが接近するだけでも変化するため、摺動部材又は回動板の移動によってフェライトがコイルに接近し、コイル内に挿入されない構成にしてもよいことはいうまでもない。
【００６１】
更に、前述した実施例にあっては、コイル内に磁性材料であるフェライトを挿入するようにしてあるが、本発明おいてはこれに限らず、コイルを摺動部材に取付け、フェライトに外嵌するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００６２】
以上のように、ペダルへの踏力によって生じるトルクを変換部材によって車輪の車軸方向に変換し、変換部材の移動の変位を車軸方向の移動によってトルクを検出するので、変位の量を大きくとることができ、正確で細かなトルクの検出ができ、的確な制御によって人力を補助することができる。
【００６３】
また、人力トルクに応じて磁性部材又は電動導電部材が、盤状ケーシング内に固定されたコイル内又は近傍を移動することでトルクをインダクタンスの変化による電圧の変化として検出できるので、正確で細かなトルクの検出ができ、的確な制御によって人力を補助することができる。
【００６４】
図９及び図１０は、本発明に係る他のトルク検出部の構成を示す側面断面図であり、誘電率の変化によってトルクを検出するようにしてある。なお両図９，１０において、図１，３と対応する部分には同じ符号を付してその説明を省略する。摺動部材４５のバネ４７と対向する端部には、筒状の誘電体７０が取付けてある。誘電体７０の内径は、摺動部材４５側は該摺動部材４５と略同じであり、他側はそれより大きい所要の内径にしてある。誘電体７０は回動板４２の回動によって摺動部材４５が固定側ケーシング７側に移動するのに伴って同方向へ移動し、回動板４２が元に戻るとバネ４７の付勢によって回動板４２側へ移動する。また、誘電体７０の移動域には電極７１，７１が車軸３９と同心円状に所定距離を隔てて配置してあり、誘電体７０は電極７１，７１の間隙内を進退するようになっている。
【００６５】
図１１は図９に示したトルク検出部の回路図である。前述した電極７１，７１の一方には制御部２６（図８参照）に備えられたマイコンから所定電圧のパルスが印加されるようになっており、他方は接地してある。そして回動板の回動によって摺動部材が固定側ケーシング側に摺動し、誘電体７０が移動すると、誘電体７０が電極７１，７１の間隙内に挿入されるため、この移動量に相応して電極７１，７１の静電容量が増加するため、マイコンから印加されたパルスはその高さが低い鋸歯状のパルスになる。このパルスはＤＣ変換変換部６０に与えられ、そこで平均化された信号に変換された後に増幅部６１に与えられる。そして増幅信号がマイコンに入力されると、マイコンは入力された増幅信号と基準信号とを比較して誘電体７０の移動量を算出し、算出した移動量に応じて電動機の駆動制御を行う。
【００６６】
なお、本実施例では摺動部材によって誘電体が移動されるようになっているが、本発明はこれに限らず、摺動部材によって電極が移動されるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００６７】
図１２は更に他のトルク検出部の構成を示す側面断面図であり、磁束密度の変化によってトルクを検出するようにしてある。摺動部材４５の回動板４２と逆の端には環状の磁石７４が設けてあり、固定側ケーシング６にはホール素子又は磁気抵抗素子等の磁気検出器７５が磁石７４と対向して取付けてある。このようなトルク検出部にあっては、トルクが加えられると回動板４２が回動し、摺動部材４５が固定側ケーシング７側に摺動するのに伴って磁石７４が移動して磁気検出器７５に接近する。そして、磁石７４が磁気検出器７５に接近すると、磁気検出器７５における磁束密度が増大して磁気検出器７５の出力が大きくなることによって加えられたトルクの大きさを検出することができる。
【００６８】
なお、本実施例では摺動部材に磁石が設けてあるが、本発明はこれに限らず、摺動部材に磁気検出器を設け、固定側ケーシング６に磁石を設けるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００６９】
図１３は本発明に係る更に他のトルク検出部の構成を示す側面断面図であり、反射光の受光位置の変化によってトルクを検出するようにしてある。摺動部材４５の回動板４２と逆の端には環状の反射板７７が設けてあり、固定側ケーシング７にはレンズ及びＬＥＤ（発光ダイオード）を具備する発光部７８と、ＰＳＤ（半導体位置検出素子又は光学式位置検出素子）又はリニア型ＣＣＤ（電荷転送デバイス）等を具備する受光部７９とを備える光学部８０が前記反射板７７に対向して取付けてある。
【００７０】
図１４は図１３に示した光学部８０及び反射板７７の部分拡大図である。ＬＥＤ７８ｂ  から出射された光はレンズ７８ａ  で集束されて所定の入射角度で反射板７７に入射され、該反射板７７で反射される。この反射光の進路には、受光部７９が反射光を略直角に受光するように配置してある。
【００７１】
このようなトルク検出部にあっては、トルクが加えられると回動板４２が回動し、摺動部材４５が固定側ケーシング７側に摺動するのに伴って反射板７７が移動して発光器７８に接近する。そして反射板７７が、図１４の破線で示した如く、発光器７８に接近すると、それに相応して、図１４の一点破線で示した如く、反射光の進路が平行移動するため、受光部７９における受光位置が平行移動する。従って、受光位置の変化を求めることによって加えられたトルクの大きさを検出することができる。
【００７２】
なお、本実施例では摺動部材に反射板を設けてあるが、本発明はこれに限らず、摺動部材に光学部を設けるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述した如く第１発明にかかる電動自転車のトルク検出装置にあっては、コンパクトな構成で、微妙な変化をする人力トルクを正確に検出することができる。また、軸方向の移動によってトルクを検出するため、変位の量を大きくとることができ、正確で細かなトルクの検出ができる。
【００７４】
第２，第３，第４及び第５発明に係る電動自転車のトルク検出装置にあっては、トルクの変化を比較的簡単な構成で正確に軸方向の移動に変換し得、故障が発生し難い。
【００７５】
第６，第７，第８及び第９発明に係る電動自転車のトルク検出装置にあっては、軸方向に変換された移動量を正確で細かく検出し得る等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】最終段プーリの構成を示す側面断面図である。
【図２】最終段プーリの構成を示す正面図である。
【図３】最終段プーリの構成を示す他の側面断面図である。
【図４】本発明の一実施例を示す検出部の回路図である。
【図５】図４に示した回路中の各点における波形図である。
【図６】本発明の一実施例を示す電動自転車の他の最終段プーリの構成を示す側面断面図である。
【図７】本発明の一実施例を示す電動自転車の全体斜視図である。
【図８】図７に示した盤状ケーシングの構成を示す正面図である。
【図９】本発明に係る他の検出部の構成を示す側面断面図である。
【図１０】本発明に係る他の検出部の構成を示す側面断面図である。
【図１１】図９に示した検出部の回路図である。
【図１２】更に他の検出部の構成を示す側面断面図である。
【図１３】本発明に係る更に他の検出部の構成を示す側面断面図である。
【図１４】図１３に示した光学部及び反射板の部分拡大図である。
【符号の説明】
４０    弾性体（バネ）
３９    車軸
４２    入力側の回転体（回動板）
４４    傾斜部
４５    摺動部材
４６    突起
４７    弾性体（バネ）
４８    磁性部材（フェライト）
４９    コイル
５１    変換部材
５２    検出部（トルク検出部）
５３    入力側の回転体（回動板）
２９    出力側の回転体（最終段プーリ）
５４    ネジ歯車
５５    磁性部材（フェライト）
５６    コイル
５７    変換部材
５８    トルク検出部
７０    誘電体
７１    電極
７４    磁石
７５    磁気検出器
７７    反射板
７８    発光部
７９    受光部
８０    光学部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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