(57)【要約】【課題】  簡易であり、信頼性が高いねじ力データを読み取ることができる補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置を提供する。【解決手段】  機構の枠４は、色々な部品が内部に設けられている。天心軸２は、機構の枠４に付けられ、両端は機構の枠４に軸受があり、自由に動ける。軸心軸受５は、機構の枠４の中に設けられ、軸心軸受５を経由してフレーム１２と繋ぎ、機構の枠４を自由に動かす。フレーム１２に吊り下げ式の固定法を使い、機構の枠４が下がることを防ぐ。軸心軸受５が天心軸２の真上にあり、垂直線がその二つの中心に通り、軸心軸受５と天心軸２は一直線になる。弾性件７は、機構の枠４とフレーム１２との間に置かれ、機構の枠４の動きが生じる作用力を受ける。感応装置は、機構の枠４が動く角度の大きさによって起電力を感応する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機構の枠と、天心軸と、軸心軸受と、弾性件と、感応手段とを備え、
機構の枠は、色々な部品がその中に設けられ、防水機能付きであり、
天心軸は、機構の枠の上に付けられ、天心軸の両端は機構の枠に軸受があり、自由に動くことが可能であり、
軸心軸受は、機構の枠の中に設けられ、軸心軸受を経由してフレームと繋ぎ、機構の枠を自由に動かすものであり、フレームに適切な吊り下げ式の固定法を使い、機構の枠が下がることを防ぎ、軸心軸受が天心軸の真上にあり、垂直線がその二つの中心に通り、軸心軸受と天心軸は一直線になり、
弾性件は、機構の枠とフレームとの間に置かれ、機構の枠の動きが生じる作用力を受け、
感応手段は、機構の枠が動く角度の大きさによって起電力を感応し、起電力がモーター制御の信号になることを特徴とする補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置。
【請求項２】
弾性件は、バネやバネ板であることを特徴とする請求項１記載の補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置。
【請求項３】
フレームの上に付けた弾性件と軸心軸受との間の決めた所に下へ伸ばして機構の枠の中に届く永久磁石が設けられ、機構の枠の内部の決めた所にホールジェネレータが設けられ、二者の相対的な位置差によって起電力を生じ、その起電力が力のモーメントの大きさを測定可能であることを特徴とする請求項１記載の補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置。
【請求項４】
圧力観測器を使う方法でもあり、フレームから下の機構の枠の中まで圧力棒を伸ばし、機構の枠の内部に固定する圧力観測器（１１）が設けられ、機構の枠が振動すると、圧力棒から圧力観測器の圧力口に圧力が加えられ、コントロール信号が感応され、それによって、モーターがアウトプットする電力の大きさが決まることを特徴とする請求項３記載の補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置。
【請求項５】
軸心軸受は、天心軸の真下にあり、垂直線がその二つの中心に通り、軸心軸受と天心軸は一直線になり、機構の枠はフレームの上に付けられる場合があることを特徴とする請求項１記載の補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置。
【請求項６】
感応装置は、モーターのコントロールシステムと完全に配合し、モーターを正しく作動させることを特徴とする請求項１記載の補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置である。その装置は、電動自転車後輪の前側及びフレームの下側の軸心の近くに付けられる。踏み板を踏むことよって生じるねじ力が装置の外の枠を動かす。正しくデザインされた機械構造による感応装置の枠とフレームとの間にその力のモーメントに対応する応力が生じ、装置の枠が元の位置に戻る。その枠が動いている間に、弾力がある物質の変形や圧力によって電圧或いは電流メッセージが生じ、その信号が感応装置をコントロールする信号になり、それによって、駆動電力の大きさが決められ、補助駆動の目的が果たせるようになる。
【背景技術】
【０００２】
補助型電動自転車の作動システムについて説明する。回転速度が速い電動モーターがあり、そのモーターが補助動力の基本になる。補助式電動自転車に乗る者が乗り難い道を楽に乗れるように補助する。スピードダウンの機構によって、モーターのアウトプット運転スピードも遅くなり、それで、相対的なアウトプットのねじ力が高まる。スピードダウンしたら、モーターのパワーと乗る者の踏む力は動力混合機構に併合され、チェーンの歯車に伝達し、補助型電動自転車が前に進み、体力を節約する目的が果たせる。
【０００３】
道の状況に従ってモーターのアウトプットパワーを調整できるため、踏む力を伝達するルートに踏む力測定器の機構を加え、それで、乗る者が踏み板に加える力が大きくなったかどうかを測定し、その測定結果によってモーターのアウトプットパワーをコントロールでき、乗る者の体力を節約できるようになる。
【０００４】
ねじ力を測定できる補助型電動自転車は、二つのタイプに分けられる。タイプ１は、モーターに簡単なスイッチが付いているタイプである。踏む力から生じるねじ力がある測定値以上になると、モーターがスイッチオンになり、その一方、踏む力から生じるねじ力がある測定値以下になると、モーターがスイッチオフになる。タイプ２は、ねじ力測定機構で測定されるねじ力の大きさによってモーターがアウトプットのパワーを調整する。タイプ１のデメリットは、モーターのパワーが足りず、乗る者に必要な補助を出せない場合があることである。タイプ２のねじ力測定機構は、複雑な遊星車装置セットが生じる偏差効果、また、偏差した筋違い位置差をねじ力の測定値に転換する。前に述べたねじ力測定機構、例えば、自転車ねじ力測定装置は、遊星車装置セットと位置差測定部品の組み合わせにより、遊星車装置エレメントのリムが大きいねじ力を受ける際、ある連接棒を細かい動きに連動させ、磁性エレメントと位置差が測定部品の相対的な位置差を生じさせる（特許文献１参照）。また、位置差を測定する部品も相対的な位置差を生じ、位置差を測定する部品の感応側に起電力を感応し、その起電力は感応するコントロールの信号になる。その信号は、電力を起動させ、電力駆動の目的を果たせる。但し、前に述べた遊星車装置セット機構は、コストが高くなり、多数の伝動部品は複雑な機構になる。
現時点で、簡易なねじ力感応装置を提供し、補助型電動自転車のコストを大幅に削減できることは、業界にとって、重要な課題である。
【０００５】
【特許文献１】特許第０９２２０５２４９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主な目的は、簡易なねじ力感応装置を提供し、補助型電動自転車元来の機構部品と部品内部に自然に存在している力のモーメントを利用し、更に力のモーメントを測定できる機械構造を作る。
【０００７】
本発明の第二の目的は、ねじ力のデータを簡単に判別できるねじ力感応装置を提供することである。力のモーメントの構成要素を考え、軸心軸受及びクランク軸受の上下垂直配置をうまく利用し、クランクねじ力の数字を単純に読み取り、両足の踏む力がデータを読み取ることを混乱させないように工夫する。
【０００８】
本発明の第三の目的は、信頼性が高いねじ力データを読み取れるねじ力感応装置を提供することである。一つの固定する測定部品の電圧値を読み取ることによって、ねじ力の計算ができる。回転式連続電極の信頼性が低いというデメリットをクリアできる。
本発明の第四の目的は、汚れ難いねじ力測定部品でねじ力感応装置を提供できることである。防水のため、測定部品と回路とねじ力感応モジュールとをケースの中に置く。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置である。その装置は、補助式電動自転車を乗っている間に生じるねじ力を測定でき、そのねじ力の大きさを根拠として補助する電動モーターのアウトプットパワーの強さを正しく制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の一実施例による補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置の図面である。図４は、本実施例が補助式電動自転車に付けられる場合の図面である。図１は、チェーン３の作用力Ｆ３の位置が軸心軸受より高い配置である。機構の枠４の位置が低すぎるときに足踏みクランク１が地面に接触する問題を防ぐため、図面のような配置状態が理想的である。足踏みクランク１の踏み板にＦ１の踏む力を受けると、チェーン３のチェーンの歯車６の接線のところにあるブローチＦ３が生じ、機構の枠４もＦ１の踏む力に影響され、軸心軸受４を中心に時計回りの方向に動くようになり、さらに、弾性件７に作用力に与え、弾性件７が反力Ｆ２を生じる。Ｆ１は天心軸２に対して力のモーメントτ１が生じ、Ｆ２は軸心軸受５に対してτ１と逆方向の力のモーメントτ２が生じる。Ｆ３は、軸心軸受５に対してτ１と逆方向の力のモーメントτ３が生じる。力のバランス原理によりこれらの力のモーメントを分析すると、下記の算式が出る
【００１１】
τ１＝Ｆ１×Ｌ１＝Ｆ３×(Ｌ４+Ｌ３)
Ｆ３×Ｌ４+Ｆ２×Ｌ２=Ｆ１×Ｌ１=τ１
τ１（Ｌ３÷（Ｌ４+Ｌ３)）=Ｆ２×Ｌ２
τ１=Ｆ２×Ｌ２×(Ｌ４+Ｌ３)÷Ｌ３
【００１２】
図２は、軸心軸受５中心とチェーン３が同一直線上であることを示す。その配置手法は、特別な例である。足踏みクランク１の踏み板がＦ１の踏み力を受けると同時に、機構の枠４もＦ１の力に影響され、軸心軸受５を中心に時計回りの方向に動き、更に、弾性件７に作用力を与え、弾性件７が反力Ｆ２を生じる。Ｆ１は天心軸２に対して力のモーメントτ１を生じ、Ｆ２は軸心軸受５に対してτ１と逆方向の力のモーメントτ２を生じる。力のバランス原理によりこれらの力のモーメントを分析すると、下記の算式が出る
τ１＝τ２＝Ｆ２×Ｌ２＝Ｆ１×Ｌ１
【００１３】
図１が示す状況のように、踏み板が天心軸２に対して生じる力のモーメントτ１は、弾性件７の作用力Ｆ２が軸心軸受５に対して生じる力のモーメントτ２と、チェーン３のブローチＦ３が軸心軸受５に対して生じる力のモーメントτ３との和である。
【００１４】
図２が示す状況のように、踏み板が天心軸２に対して生じる力のモーメントτ１は、弾性件７の作用力Ｆ２が軸心軸受５に対して生じる力のモーメントτ２である。つまり、踏み板を踏むときに生じる力のモーメントτ１は、機構の枠４が軸心軸受５を中心に時計回りの方向に動かせ、弾性件７の作用力Ｆ２が生じる力のモーメントτ２とチェーン３のブローチが生じる力のモーメントτ３（図１の状況）は、動いた機構の枠４を元の位置に戻し、力のバランスの状態を維持する。弾性件７と軸心軸受５との間の決めたところに下へ伸ばして機構の枠４の中に届く永久磁石８を設け、更に機構の枠の内部の決めたところにホールジェネレータ９を設け、機構の枠４が振られるときに、ホールジェネレータ９と永久磁石８は相対的な位置差が生じる。ホールジェネレータ９は起電力を感応し、その起電力は感応装置のコントロール信号になる。その信号によってモーターのアウトプット電力の大きさが決められ、電力駆動の目的に至る。この実行の例について、機構の枠４は後輪が端に近付き、フレーム１２に適切な吊り下げ式の固定方法を使い（図の中には無表示）、機構の枠４が下がることを防ぐ。また、機構の枠４をフレーム１２の上に置き、天心軸２が軸心軸受５の真上という付け方法を使っても、本発明の効能を発揮し、目的が果たせる。
【００１５】
図３が示すように、前述の感応部品について、圧力観測器１１を使う方法もある。フレーム１２から下の機構の枠４の中まで圧力棒１０を伸ばし、機構の枠４の内部に固定する圧力観測器１１を設け、機構の枠４が振動すると、圧力棒１０から圧力観測器１１の圧力口に圧力が加えられ、コントロール信号が感応され、それによって、モーターがアウトプットする電力の大きさが決まる。
【００１６】
上記の技術手法によって、自転車に乗って踏み板を踏むときに、天心軸２は機構の枠４と一緒に軸心軸受５を中心に動き、永久磁石８とホールジェネレータ９との間に相対的な位置差が生じ、或いは、圧力棒１０から圧力観測器１１の圧力口に圧力を加え、踏む力が大きくなればなるほど、機構の枠４が動く角度や生じる作用力Ｆ２も大きくなる。永久磁石８とホールジェネレータ９との間の相対的な位置差や圧力観測器１１の受ける圧力が大きくなればなるほど、ホールジェネレータ９や圧力観測器１１の電気信号によってモーターを起動させ、補助動力を提供する。
【００１７】
前述から本発明のメリットは以下のようにまとめられる。
１．補助式電動自転車の元の機構部品と部品との間に自然に存在する力のモーメントをうまく利用し、力のモーメントを測定する機構構造を作ることができる。構造が簡単である。
【００１８】
２．力のモーメントが生じる要件を考え、軸心軸受５と天心軸２の上下垂直配置をうまく利用し、クランクねじ力の数字を単純に読み取り、両足の踏む力がデータを読み取ることを混乱させないように工夫する。
３．一つの動かないと回らない測定部品の電圧値を読み取ることにねじ力の計算ができる。回転式連続電極の信頼性が低いというデメリットをクリアできる。
【００１９】
４．線状のホールジェネレータを使え、ノータッチ式のねじ力測定システムを作ることができる。
５．構造が簡単で、汚れる心配がない。
６．測定部品及び回路を機構の枠４の中に置き、防水の要求を満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例による補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施例による補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置のもう一つの配置を示す模式図である。
【図３】本発明のもう一つの実施例による補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置のねじ力測定を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施例による補助式電動自転車に使われるクランクのねじ力に対する感応装置が補助式電動自転車に付けられた状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  踏みクランク、２  天心軸、３  チェーン、４  機構の枠、５  軸心軸受、６  チェーンの歯車、７  弾性件、８  永久磁石、９  ホールジェネレータ、１０  圧力棒、１１  圧力観測器、１２  フレーム
【図１】
2006213140.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006213140.tif 000005
【図４】
2006213140.tif 000006