(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車にバッテリと電動モータを搭載し、搭乗者の踏力に電動モータの駆動力を付加して走行する電動自転車において、
ペダルにより回転するクランク部材、
センサー収納部を有するリング状のセンサーケース部材、
前記クランク部材と前記センサーケース部材とで回転可能に挟持固定される駆動歯車ホイール、
前記センサー収納部に収納されかつ受圧部材を有するトルクセンサ、を備え、
前記駆動歯車ホイールには、前記リング状のセンサーケース部材を嵌め込み可能な中心開孔（３６ａ）、および前記中心開孔と連通し前記センサー収納部を配置せしめる溝部（９６）が形成されており、
前記センサー収納部は、前記溝部の一端と他端の間に設けられ、
前記受圧部材は、前記溝部の一端により押圧される、電動自転車のトルク検出装置。
【請求項２】
前記トルクセンサは前記受圧部材に印加される圧力により磁化の変化を生じる磁歪素子と前記磁歪素子の磁化の変化によりインダクタンスを変化する磁歪検出コイルを含む、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】
【産業上の利用分野】
この発明は電動自転車のトルク検出装置に関し、特にたとえば自転車にバッテリと電動モータを搭載して、搭乗者の踏力トルクを検出して電動モータの駆動力を付加してアシスト走行する電動自転車のトルク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、自転車にバッテリおよび電動モータを搭載して搭乗者の人力（踏力）に電動モータの補助動力を適宜付加して走行する電動自転車が実用化されている。
この電動自転車は、搭乗者が発生する踏力トルクの大きさに応じて電動モータの補助動力を発生するように構成されており、そのために踏力トルクを検出するトルク検出装置を装備している。たとえば特開平４−１００７９０号公報［Ｂ６２Ｍ２３／０２］に開示されているように、人的駆動力を捩り棒に作用させ、その捩れの大きさをポテンショメータ（回転角検出器）で検出したり、あるいは捩り棒に張りつけた歪みゲージで検出する方式のものが知られている。また、特開平４−２４４４９６号公報［Ｂ６０Ｌ１５／２０］に開示されているように、チェーンの張力を検出する方式のものも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような捩り棒の捩り角度をポテンショメータや歪みゲージにより人的駆動力を検出する従来の方式では、ポテンショメータや歪みゲージが回転する捩り棒に取付けられているため、これらの検出信号を回転側から車体側（固定側）に伝達するために固定部に変位を伝達する機構が必要になり、構造が複雑で高価になると共に、摩耗による劣化で信頼性や耐久性に問題がある。
【０００４】
また、チェーンの張力を検出する方式のものでは露出部が多く、チェーンの張力を外部から容易に変更できるため、危険である。
それゆえに、この発明の主たる目的は、構成が簡単で損傷や劣化が生じにく小型化が可能でしかも剛性に優れた電動自転車のトルク検出装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、自転車にバッテリと電動モータを搭載し、搭乗者の踏力に電動モータの駆動力を付加して走行する電動自転車において、ペダルにより回転するクランク部材、センサー収納部を有するリング状のセンサーケース部材、前記クランク部材と前記センサーケース部材とで回転可能に挟持固定される駆動歯車ホイール（３６）、前記センサー収納部に収納されかつ受圧部材（９２）を有するトルクセンサを備え、前記駆動歯車ホイールには、前記リング状のセンサーケース部材を嵌め込み可能な中心開孔（３６ａ）、および前記中心開孔と連通し前記センサー収納部を配置せしめる溝部（９６）が形成されており、前記センサー収納部は、前記溝部の一端と他端の間に設けられ、前記受圧部材は、前記溝部の一端により押圧される、電動自転車のトルク検出装置である。
【０００６】
【作用】
ペダルにより回転するクランク部材とセンサー収納部を有するリング状のセンサーケース部材とで駆動歯車ホイールを回転可能に挟持固定すると共に、センサー収納部に収納されたトルクセンサの受圧部材に駆動歯車ホイールに形成された押圧手段により、ペダルの回転力に伴うトルクが付与される。
【０００７】
【発明の効果】
この発明によれば、搭乗者の踏力トルクを検出するトルクセンサはクランク回転部に内蔵することができるから、小型で性能の良いトルク検出装置を簡単な機構で提供する。また、センサー収納部に対するトルクセンサの挿入も側面から容易に行うことができ検出装置の組立ても簡単になる。
【０００８】
【実施例】
この発明の一実施例を図１〜図８に基づいて説明する。
先ず図１はトルク検出装置１０を備えた電動自転車１２を示し、この自転車１２は、本体フレーム１４の前部に前輪１６及びハンドル１８を備え、本体フレーム１４の後部には後輪２０を備えている。
【０００９】
また、本体フレーム１４の略中央部には上端にサドル２２を備えるシートチューブ２４が配備され、このシートチューブ２４の下端には、図２に示すようにペダル機構２６を枢支したボトムブラケット２８が配備されている。
ペダル機構２６は、ボトムブラケット２８に枢支されたクランク軸３０と、このクランク軸３０の両端に固定されたクランクアーム３２，３２と、このクランクアーム３２の各先端に枢支されたペダル３４、３４と、クランク軸３０の右側に相対回転可能に嵌められたスプロケットよりなる駆動歯車ホイール３６を備えている。
【００１０】
また、後輪２０の車軸４０に嵌められたスプロケットよりなる従動歯車ホイール（図示されず）と駆動歯車ホイール３６との間に無端状のチェーン４２が張設され、後輪２０に対して搭乗者の人力による駆動力が伝達される。後輪２０の径は、前輪１６の径よりも２／３と小さく構成することによりデザイン面の向上と小型軽量化を可能としている。
【００１１】
本体フレーム１４には、シートチューブ２４と後輪２０の間に位置するフレーム部４４おいて人力による駆動力を補助する補助動力ユニット４６が取付基板４８を介して装着されている。この補助動力ユニット４６は、補助動力源としての直流電動モータ５０とこのモータの電源となるバッテリ５２とを備え、更にモータ５０の出力軸５４にはモータプーリ５６が固定されている。このモータプーリ５６と後輪２０のリム５８の左側に略同径で一体成形された回転体としての従動プーリ６０との間には直流電動モータ５０の補助動力を後輪２０に直接伝達する帯状伝動ベルト６２が張設されている。
【００１２】
そして、直流電動モータ５０の回転数は、モータ出力軸５４に固定されたモータプーリ５６の径と後輪２０のリム５８と一体成形された従動プーリ６０の径の関係で後輪には減速して伝達される。この減速比は１／１０〜１／２０の範囲で適宜設定されるが、１／１０の減速比が望ましい。この場合には、直流電動モータ５０の最大出力時で電動自転車のアシスト走行速度は時速２４Ｋｍとなる。
【００１３】
たとえば、モータプーリ５６の半径をｒｃｍ、従動プーリ６０の半径を１０ｒｃｍとした場合、減速比は２πｒ／２０πｒ＝１／１０となり、直流電動モータ５０の回転数は１／１０に減速されて後輪２０に伝達される。
また、この帯状伝動ベルト６２の張力を調節するためにベルトに当接する回転ローラ６４とこのローラをベルトに押圧付勢するコイルばね６６を有する張力自動調節装置６８を取付基板４８に装着している。
【００１４】
直流電動モータ５０の出力は、以下に説明するトルク検出装置１０からのトルク信号に基づいてマイコンを含む制御部（図示されず）で制御される。すなわち、このトルク検出装置１０を構成するトルクセンサは、たとえば踏力トルクを印加することにより磁化が変化する磁歪材料を使用した円柱状の磁歪素子１０ａと、この磁歪素子１０ａの磁化の変化によりインダクタンスが変化する磁歪検出コイル１０ｂとで構成される磁歪センサが望ましい。
【００１５】
次にこのトルク検出装置１０について図３〜図８に基づき説明する。
トルク検出装置１０を配置したクランク回転部７０は、ボトムブラケット２８に挿通された筒状のクランク軸受７２に軸支されるクランク軸３０と、クランク軸受７２のホイール側端部にハンガリング７３を介して係止される円板状のスリップリング部７４と、右側のクランクアーム３２の基端に固定された円盤状の取付板７６と、三面を開口するセンサー収納部７８を突出して一体形成したリング状のセンサーケース部材８０と、駆動歯車ホイール３６および回転側スリップリング部８２を含む。
【００１６】
そして、回転側スリップリング部８２を円盤状の取付板７６とリング状のセンサーケース部材８０の間に介在すると共に、センサーケース部材８０に形成したリング状の段部８０ａに駆動歯車ホイール３６の中心部に形成した略円形状の中心開孔３６ａを嵌めこみ、螺子等の止具を用いてセンサーケース部材８０と取付板７６との間で駆動歯車ホイール３６を回転可能に挟持固定している。更に、クランク軸３０にコイルスプリング３８を挿入すると共に、固定側のスリップリング部７４はコイルスプリング３８により回転側スリップリング部８２に押しつけられて接触状態を保持する。また、固定側スリップリング部７４と回転側スリップリング部８２の間にリング状のスポンジ部材８４を配置して外部からの塵埃や水の侵入を防止すると共に、クランクアーム３２の基端部をナット等の止具８６を用いてクランク軸３０に固定している。
【００１７】
一方センサーケース部材８０に形成されたセンサー収納部７８には、図７に示すように検出コイル１０ｂを巻回したボビン８８に挿入された磁歪素子１０ａが受圧板９０を介して横方向から収納され、更に磁歪素子１０ａの先端面に球面状受圧部材９２を設けてケース蓋９４によりセンサー収納部７８は受圧部材９２の球面部が露出するように閉塞されている。また、磁歪素子１０ａの両面にテフロン（登録商標）シートを貼り付けることにより材料の凹凸を吸収し、面全体で均一に受圧することができる。センサーケース部材８０およびケース蓋９４を磁性体で構成すると精度のよいトルク検出を行うことができる。
【００１８】
更に、クランクアーム３２に固定された取付板７６とリング状のセンサーケース部材８０の間に回転可能に挟持固定された駆動歯車ホイール３６にはセンサー収納部７８を配置せしめる横長状溝部９６が形成されている。この溝部９６は駆動歯車ホイール３６の中心開孔３６ａと連通し、その一端縁９６ａはセンサー収納部７８に収納された球面状受圧部材９２を介して磁歪素子１０ａに駆動歯車ホイール３６の回転力、すなわちペダル３４からクランクアーム３２を介して伝達される搭乗者の人力による踏力トルクを受けることになる。なお、この溝部９６に臨むクランクアーム３２の取付板７６にも対応する切欠部９８を形成している。また、横長状溝部９６の他端縁９６ｂと対向するセンサー収納部７８にはＵ字状板ばね１００を配置して受圧部材９２が常にこの溝部９６の一端縁９６ａに当接するようにしている。
【００１９】
そして、踏力トルクの変動により磁歪素子１０ａに磁化の変化が生じ、この磁化の変化により磁歪検出コイル１０ｂのインダクタンスが変化する。このインダクタンス変化を磁歪検出コイル１０ｂで電気信号に変換してマイコンを含む制御部で処理する。その処理結果に基づき直流電動モータ５０の補助動力が調整されて人力による踏力トルクに付加され、アシスト走行が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である電動自転車の全体構成を示す図解図である。
【図２】図１における要部を拡大した斜視図である。
【図３】図２におけるクランク回転部を右側から見た要部平面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ矢視の断面図である。
【図５】この発明の一実施例におけるクランク回転部の組み立て状態を示す要部斜視図である。
【図６】図５におけるクランク回転部の組み立て状態を示す要部平面図である。
【図７】図６におけるＢ−Ｂ矢視の断面図である。
【図８】図５に示すクランク回転部の分解斜面図であある。
【符号の説明】
１０  …トルク検出装置
１０ａ  …磁歪素子
１０ｂ  …磁歪検出コイル
１２  …電動自転車
１４  …本体フレーム
３０  …クランク軸
３２  …クランクアーム
３６  …駆動歯車ホイール
３６ａ  …中心開孔
５０  …直流電動モータ
７０  …クランク回転部
７２  …クランク軸受
７６  …取付板
７８  …センサー収納部
８０  …センサーケース部材
９２  …受圧部材
９４  …ケース蓋
９６  …横長状溝部
９６ａ  …一端縁
【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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