DE69620078T2

DE69620078T2 - Motorfahrzeug

Info

Publication number: DE69620078T2
Application number: DE69620078T
Authority: DE
Inventors: Masakatsu Fujiwara; Hiroyasu Ishihara; Kazuhisa Matsumoto; Toshihiro Suhara; Masaru Tanaka; Tatsuaki Tanaka
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: EP0760335A3; CN1322642A; EP0760335A2; TW451881U; KR100260597B1; CN1095782C; ATE215040T1; DE69620078D1; US5984038A; EP0760335B1; CN1148559A; KR970010574A; CN1234565C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Motorfahrzeug, welches mit einen Muskelkraftantriebsteil und einem Motorantriebsteil ausgerüstet ist und durch Unterstützung einer Muskelkraftantriebsleistung mit einer Motorkraftantriebsleistung fahren kann.
Bisher war als ein solches Motorfahrzeug ein Motorfahrzeug bekannt, in welchem ein Muskelkraftantriebsteil und ein Motorkraftantriebsteil parallel zueinander vorgesehen sind, wobei eine Ausgangsleistung des Motorantriebsteils in Antwort auf eine Veränderung der Antriebsleistung durch Muskelkraft gesteuert ist, wie in der JP-A-07033070, veröffentlicht am 3. Februar 1995, gezeigt ist. Dieses Motorfahrzeug ist mit einem Schaltgetriebe ausgerüstet, dessen Hochgeschwindigkeitsstufe ausgelegt ist, ein kleines Verhältnis der Ausgangsleistung des Motors zu der Muskelkraft einzustellen, und dessen Niedriggeschwindigkeitsstufe angepasst ist, das Verhältnis der Ausgangsleistung des Motors zu der Muskelkraft größer zu machen als jenes in der Hochgeschwindigkeitsstufe.
Jedoch wird mit der vorgenannten Konstruktion eine resultierende Leistung aus der Muskelkraftantriebssystemleistung der Motorantriebssystemleistung über eine Antriebswelle, eine Einwegkupplung und das Schaltgetriebe auf ein Rad übertragen, so dass die Last darauf größer ist als für ein herkömmliches Fahrrad, d. h. ein Fahrzeug das lediglich mit dem Muskelkraftantriebssystem ausgerüstet ist, und somit müssen diese Teile verstärkt und hinsichtlich der Haltbarkeit verbessert werden.
Ferner ist es erforderlich, das Schaltgetriebe an einer Achse des Hinterrads und einen Motor an der Kurbelwelle vorzusehen, so dass die Konstruktion des Antriebsteils komplex wird und zusätzlich der Zusammenbau schwierig wird, wobei ferner das Vorsehen eines Bremsmechanismus bewirkt, dass die Konstruktion in ihren Abmessungen groß wird.
Ferner bestand das Problem, dass eine Gangstufe des Schaltgetriebes erfasst werden muss, um die Ausgangsleistung des Motorantriebssystems mittels eines Steuergeräts auf die Muskelkraftantriebsleistung zu korrigieren, wodurch die Steuerung komplex wird.
Die EP 0 590 674 A1 zeigt ein Hybridfahrrad, welches einen Drehmomentsensor verwendet, der nahe dem Tretlager angeordnet ist, um das Drehmoment der Muskelkraft zu erfassen, und eine geeignete Steuerung ist vorgesehen, um die elektromotorische Kraft mit einem vorbestimmten Unterstützungsverhältnis zu steuern, wobei das Unterstützungsverhältnis mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrrads variiert werden kann. Die elektromotorische Leistung wird auf die Kurbelwelle aufgebracht, von der die Gesamtleistung an der Kurbelwelle auf das Hinterrad des Fahrrads übertragen wird.
Ferner zeigt die EP 0 561 268 A1 ein Hybridfahrrad, in welchem ein Motor zu Unterstützung der Muskelkraft in der Nähe des Hinterrads des Fahrrads angeordnet ist und die elektromotorische Unterstützungsleistung auf eine Nabe mit einem einzigen Gang aufgebracht wird, auf die das hintere Kettenrad des Fahrrads einwirkt.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorgenannten Nachteile gemacht und es ist Aufgabe der Erfindung, ein Motorfahrzeug zu schaffen, welches hinsichtlich der Konstruktion einfach und kompakt ist und gut zusammenzubauen ist, wobei eine einfache Steuerung ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Motorfahrzeug mit den Merkmalen von irgendeinem der unabhängigen Ansprüche 1, 4 und 15 gelöst. Vorteilhafte Modifikationen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Motorfahrzeug ein Muskelkraftantriebssystem, in welchem eine Antriebsleistung durch Muskelkraft über ein Schaltgetriebe auf ein Rad zum Drehen aufgebracht wird, und ein Motorantriebssystem, in welchem das Rad direkt durch eine Antriebsleistung eines Motors gedreht wird, wobei das Muskelkraftantriebssystem mit einem Drehmomentdetektor zur Erfassung einer Muskelkraftantriebsleistung ausgerüstet ist, um den Motor entsprechend einer Größe der durch den Drehmomentdetektor erfassten Muskelkraftantriebsleistung anzutreiben, so dass ein besonders haltbares Schaltgetriebe nicht erforderlich ist und somit ein herkömmliches Schaltgetriebe für Fahrräder verwendet werden kann, wodurch die Konstruktion vereinfacht ist.
Der Drehmomentdetektor kann zwischen dem Schaltgetriebe und dem Rad zwischengeordnet sein und erfasst ein durch das Schaltgetriebe im Gangwechsel verändertes Drehmoment als das Drehmoment der Muskelkraftantriebsleistung, wodurch die Motorantriebsleistung entsprechend dem so erfassten Wert vorgegeben ist, so dass das Verhältnis der Motorantriebsleistung zu der Muskelkraftantriebsleistung nicht durch einen Gangstufenwechsel geändert werden muss und die Gangwechselstufe ebenfalls nicht erfasst werden muss, wodurch die Unterstützung der Muskelkraft durch eine einfache Steuerung genau ausgeführt werden kann.
Ferner kann ein Geschwindigkeitssensor zur Erfassung einer Drehgeschwindigkeit des Rads vorgesehen sein und ein Ausgang von dem Drehmomentdetektor zu dem Motor wird entsprechend einem Signal von dem Geschwindigkeitssensor verändert, so dass die Motorantriebsleistung nicht unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen der Gangwechselstufe und der Geschwindigkeit berechnet werden muss, und die Motorantriebsleistung durch die Eingabe von sowohl der Muskelkraftantriebsleistung als auch der Fahrgeschwindigkeit berechnet werden kann, wodurch eine sehr einfache Steuerung ausgeführt werden kann.
In einer alternativen Lösung gemäß der Erfindung sind das Muskelkraftantriebssystem und das Motorantriebssystem parallel zueinander vorgesehen; die Nabe umfasst ein drehendes Gehäuse, das an dem Rad vorgesehen ist, und ein festes Gehäuse, das an dem Rahmen vorgesehen ist, wobei das drehende Gehäuse mit dem Muskelkraftsystemeingang, dem Schaltgetriebe und dem elastischen Element, das entsprechend dem Muskelkraftdrehmoment expandiert/kontrahiert, vereinigt ist; und das feste Gehäuse ist mit dem Detektor zur Erfassung der Expansion/Kontraktion des elastischen Elements und dem Motor zum Drehen des drehenden Gehäuses vereinigt, um den Motor entsprechend dem Ausgang des Detektors anzutreiben, wodurch die Ausgangsleistung des Motors nicht über das Schaltgetriebe übertragen wird, und somit kein Schaltgetriebe erforderlich ist, das haltbarer ist als ein allgemein übliches Schaltgetriebe, d. h. es kann ein übliches Schaltgetriebe für Fahrräder verwendet werden. Ferner sind der Detektor und der Motor in der Nabe vereinigt, die das feste und das drehende Gehäuse umfasst, wodurch das Gesamterscheinungsbild gut wird.
Das elastische Element kann zwischen dem Schaltgetriebe und dem Rad zwischengeordnet sein, so dass ein Muskelkraftdrehmoment nach dem Gangwechsel erfasst wird und entsprechend dem so erfassten Wert die Ausgangsleistung des Motors gesteuert wird, wodurch eine korrekte Unterstützung unabhängig von der Anzahl der verwendeten Gangstufen ausgeführt werden kann. Dies bedeutet, dass sich das Unterstützungsverhältnis nicht in Abhängigkeit von den Gangwechselstufen ändern muss, wodurch die Steuerung einfach wird.
Ferner kann der Geschwindigkeitssensor zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit des Rads in der Habe mit dem festen und dem drehenden Gehäuse vorgesehen sein, so dass der Geschwindigkeitssensor nicht auf leichte Weise von außen modifiziert werden kann.
Zudem kann das Schaltgetriebe in einem zylindrischen Behälter, der die Achse als eine Mitte hat, angeordnet werden; das elastische Element kann zwischen dem Behälter und dem drehenden Gehäuse zwischengeordnet werden; und das elastische Element expandiert/kontrahiert durch das Muskelkraftdrehmoment entlang der Außenwand des Behälters im Wesentlichen in der Drehrichtung, so dass das elastische Element mit dem Behälter als eine Führung expandiert/kontrahiert werden kann, wodurch die Erfassung eines korrekten Muskelkraftdrehmoments möglich ist. Ferner ist es ausreichend, ein elastisches Expansions- /Kontraktionselement an dem Behälter des Schaltgetriebes anzubringen, wodurch der Zusammenbauvorgang und die Konstruktion einfach sind.
Das drehende Gehäuse kann über die Hülse an dem Außenumfang des Schaltgetriebes angebracht werden, so dass jedwedes Allzwecknabenschaltgetriebe für Fahrräder unabhängig von seinem Durchmesser auf jedwedes Modell angewendet werden kann, indem der Hülsendurchmesser geändert wird.
Ferner kann die Drehplatte, die einstückig mit der Außenwand des Behälters des Schaltgetriebes dreht, vorgesehen sein; und das elastische Element, das zu der Drehplatte zwischengeordnet sein kann, muss lediglich an dem Behälter des Schaltgetriebes angebracht werden, wodurch die Herstellbarkeit verbessert ist.
Ebenso ist gemäß einer weiteren modifizierten Konstruktion ein Wandlerelement zum Umwandeln der Expansion/Kontraktion des elastischen Elements in eine Bewegung in Achsenrichtung vorgesehen, und das magnetische Material oder ein elektrisch leitfähiges Material wird durch das Wandlerelement bewegt; und der Detektor umfasst die Spule, die in der Nähe des magnetischen Materials oder des elektrisch leitfähigen Materials vorgesehen ist, so dass das Muskelkraftdrehmoment durch das feste Gehäuse erfasst werden kann und somit die Erfassung des Muskelkraftdrehmoments leicht ausgeführt werden kann.
Das Schaltgetriebe und der Untersetzungsmechanismus können, in dieser Reihenfolge, von der Radachse in Richtung der Außenseite angeordnet sein, d. h. der Untersetzungsmechanismus ist an dem Umfang des Schaltgetriebes angeordnet, wodurch ein kompaktes Antriebsteil konstruiert werden kann. Die Anordnung des Untersetzungsmechanismus am Umfang des Schaltgetriebes macht es möglich, dass viele Untersetzungsmechanismen verwendet werden können und zusätzlich der Bremsmechanismus auf der Achse parallel mit dem Schaltgetriebe angeordnet werden kann, was bewirkt, dass auch wenn der Bremsmechanismus in dem kompakten Antriebsteil angeordnet ist, in welchem der Untersetzungsmechanismus um das Schaltgetriebe angeordnet ist, die Konstruktion nicht groß wird und auf kompakte Weise angeordnet werden kann.
Ferner kann der Bremsmechanismus mit dem das Antriebsteil bildenden Gehäuse abgedeckt werden, so dass Schlamm oder kleine Steine, die in der Nähe des Rads infolge der Drehung des Rads herumfliegen, nicht in das Innere des Bremsmechanismus eintreten. Dies zeigt die Wirkung, dass die Hemmung durch die Bremse sicher ausgeführt wird, wodurch die Sicherheit verbessert ist.
Ferner kann der Bremsmechanismus in der Nähe des das Antriebsteil bildenden Gehäuses angeordnet werden, so dass die bei der Betätigung des Bremsmechanismus erzeugte Wärme durch das Gehäuse dissipiert wird. Dies bedeutet, dass die Bremskraft nicht durch Wärmeerzeugung vermindert ist, wodurch die Sicherheit verbessert ist.
Die Nabenwelle des Rads kann mit dem Antriebsteil ausgerüstet sein; in das Antriebsteil können der Motor zum Antrieb, der Übertragungsmechanismus zur Übertragung der Drehung des Motors auf das Rad und das Schaltgetriebe eingebaut sein; und das Schaltgetriebe und der Übertragungsmechanismus können, in dieser Reihenfolge, von der Achse des Rads in Richtung des Außenumfangs angeordnet sein. Entsprechend kann ein kompaktes Antriebsteil konstruiert werden, indem das Schaltgetriebe auf der Achse vorgesehen wird und indem der Übertragungsmechanismus darum angeordnet wird. Dies zeigt zudem die Wirkung, dass der Übertragungsmechanismus um das Schaltgetriebe angeordnet ist, so dass eine Vielzahl von Zahnrädern verwendet werden können.
In einer weiteren alternativen Lösung gemäß der Erfindung sind das Muskelkraftantriebssystem und das Motorantriebssystem parallel zueinander vorgesehen; das Antriebsteil ist auf der Nabenwelle des Rads vorgesehen; in das Antriebsteil sind der Drehmomentdetektor zur Erfassung des Muskelkraftdrehmoments, der Motor zum Antrieb durch die Antriebsleistung entsprechend der Größe eines Drehmoments des Drehmomentdetektors und das Schaltgetriebe eingebaut; und das Schaltgetriebe, der Drehmomentdetektor und der Übertragungsmechanismus sind in dieser Reihenfolge von der Achse in Richtung auf den Außenumfang angeordnet, was bewirkt, dass der Drehmomentdetektor am Außenumfang entfernt von dem auf der Achse vorgesehenen Schaltgetriebe vorgesehen ist, wodurch die Erfassung des Drehmoments, das nach dem Schaltgetriebe anliegt, erleichtert, und somit eine korrekt unterstützte Fahrt ermöglicht, auch ohne die Gangwechselstufe zu erfassen, und dass der Übertragungsmechanismus am Außenumfang des Drehmomentdetektors angeordnet ist, um das Antriebsteil kompakter zu machen.
Ferner kann das Schaltgetriebe koaxial mit der Achse und in das Antriebsteil eingebaut sein; und der Übertragungsmechanismus und der Motor können an einer gegenüber der Achse exzentrischen Position eingebaut sein, wodurch der Motor und der Übertragungsmechanismus den Raum am Außenumfang des Schaltgetriebes des Antriebsteils nutzen, um eine kompakte Konstruktion zu ermöglichen.
Das Schaltgetriebe und der Drehmoment detektor können mit der Achse konzentrisch und in das Antriebsteil eingebaut sein; und der Übertragungsmechanismus und cler Motor können an einer bezüglich der Achse exzentrischen Position vorgesehen sein, wodurch der Motor und der Übertragungsmechanismus den Raum am Außenumfang des Schaltgetriebes des Antriebsteils und des Drehmomentdetektors nutzen, um eine kompakte Konstruktion zu ermöglichen.
Schließlich kann eine Steuerplatine zur Steuerung des Antriebs des Motors vorgesehen sein; und die Steuerplatine kann an einer Position angeordnet werden, die im Wesentlichen um den gleichen Abstand von der Achse entfernt ist, wie der Untersetzungsmechanismus, so dass die Steuerplatine abweichend von dem Übertragungsmechanismus ebenfalls eingebaut werden kann, indem der Raum des Antriebsteils genutzt wird, um kompakter zu werden und Verdrahtung oder dgl. überflüssig zu machen, wodurch bewirkt wird, dass der Zusammenbauvorgang gut geht und eine einfache Konstruktion gemacht werden kann.
Fig. 1 ist ein Diagramm eines Leistungssystems eines Ausführungsbeispiels eines Motorfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Antriebsteils des Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf das Antriebsteil;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Betriebs eines Drehmomentdetektors des Ausführungsbeispiels;
Fig. 5 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Verhältnis einer Motorantriebsleistung zu einer Muskelkraftantriebsleistung und einer Fahrgeschwindigkeit in dem Ausführungsbeispiel zeigt; und
Fig. 6 ist eine Gesamtansicht des Ausführungsbeispiels.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 6 wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines Motorfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung nachfolgend im Einzelnen erläutert.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 die Gesamtkonstruktion eines Elektrofahrrades erläutert.
Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Hauptrahmen zur Verbindung eines Steuersatzrohrs 2, das am vorderen Abschnitt vorgesehen ist, mit einem Sitzrohr 4, das unter einem Sattel 3 vorgesehen ist, wobei der Hauptrahmen 1 an einem mit dem Sitzrohr 4 verbundenen Abschnitt mit Pedalen 5 versehen ist, die durch Muskelkraft gedreht werden können.
Bezugszeichen 6 bezeichnet ein Vorderrad, welches mit der Bewegung eines Lenkers 7 gekoppelt ist und dessen Laufrichtung durch die Betätigung des Lenkers 7 vorgegeben wird, wobei das Vorderrad 6 Speichen 8, eine Felge 9 und einen Reifen 10 umfasst.
Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Hinterrad als ein Antriebsrad, wobei das Hinterrad ebenfalls einen Reifen 12, eine Felge 13, Speichen 14 sowie ein Antriebsteil 15 zum Antrieb des Hinterrads 11 hat.
Bezugszeichen 16 bezeichnet ein vorderes Kettenrad, das zusammen mit der Drehung der Pedale 5 dreht, wobei eine Kette 17 um das vordere Kettenrad 16 gewunden ist, um die Drehung des vorderen Kettenrads 16 als eine Antriebsleistung auf ein hinteres Kettenrad 27 (siehe Fig. 2) zu übertragen, das auf einer Achse des Antriebsteils 15 vorgesehen ist.
Bezugszeichen 18 bezeichnet eine Batterie als eine Stromquelle für einen Motor 49, der später beschrieben wird, in der eine 24 Volt Nickel-Cadmium-Batterie enthalten ist. Die Batterie 18 ist abnehmbar und kann drinnen aufgeladen werden.
Bezugzeichen 19 bezeichnet einen Frontkorb; und 20 einen Ständer zum Abstützen des stehenden Fahrrads.
Eine spezielle Konstruktion des Antriebsteils 15 ist in Fig. 2 und 3 gezeigt.
Bezugszeichen 21 bezeichnet ein tellerförmiges festes Gehäuse, das fest an dem Hauptrahmen 1 angebracht ist, und 22 bezeichnet ein drehendes Gehäuse, das außerhalb des festen Gehäuses 21 und koaxial mit dem Gehäuse 21 dreht. Das feste Gehäuse 21 und das drehende Gehäuse 22 sind kombiniert, um eine Nabe zu bilden. Am Außenumfang des drehenden Gehäuses 22 sind zwei ringförmige Rippen 24 ausgebildet und die Speichen 14 erstrecken sich von den ringförmigen Rippen 24 in Richtung der Felge 13 (siehe Fig. 6), auf der der Reifen 12 montiert ist.
Bezugszeichen 25 bezeichnet ein in eine Nabenwelle integriertes Schaltgetriebe (beispielsweise das SG-3531, das durch die Kabushiki Kaisha Shimano produziert wird), wobei das Schaltgetriebe 25 über einen Freilauf 26 mit dem hinteren Kettenrad 27 verbunden ist. Dies bedeutet, dass eine Muskelkraft von der Kette 17 lediglich in eine Richtung durch den Freilauf 26 aufgebracht wird, und wenn eine Kraft in der entgegengesetzten Drehrichtung aufgebracht wird, wird die Antriebsleistung unterbrochen. Das Schaltgetriebe 25 ist in einem zylindrischen Behälter 33 aufgenommen, und ein Kragen 28 ist um den vollen Umfang an einem Ende des Behälters 33 ausgebildet. In dem Schaltgetriebe 25 ist eine Schaltstange 30 verschiebbar und in einem auswärts vorgespannten Zustand in den hohlen Abschnitt einer Achse 29 eingeführt und die Bewegung der Schaltstange 30 nach rechts und nach links bewirkt ein Umschalten der Gänge (nicht gezeigt) in dem Schaltgetriebe 25. Eine Andruckeinrichtung 31 zum Drücken der Schaltstange 30 ist auf eine Weise vorgesehen, dass sie gegen die Schaltstange 30 gedrückt ist und ein Betätigungsgriff (nicht gezeigt) zur Betätigung des Halters 31 ist in der Nähe des Lenkers 7 und auf eine Weise vorgesehen, in der er mit einem Draht 32 verbunden ist. Kurz gesagt, Ziehen des Drahts 32 durch den örtlichen Betätigungshebel veranlasst den Halter 31 sich zu bewegen und somit die Schaltstange 30 zu bewegen, wodurch eine Gangwechselstufe geändert wird.
Bezugszeichen 34 bezeichnet eine rohrförmige Hülse, welche auf den Behälter 33 des Schaltgetriebes 35 aufgepresst ist, um den Außenumfang des Behälters 33 zu umgeben, wobei die Hülse 34 mittels einer Schraube an dem Kragen 28 befestigt ist.
Bezugszeichen 35 bezeichnet eine Drehplatte, die am Außenumfang des Schaltgetriebes 25 angeordnet ist und einstückig mit der Hülse 34 und dem Kragen 28 dreht. Die Drehplatte 35 wird unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung des Betriebs gemäß Fig. 4 erläutert.
Die Drehplatte 35 hat einen größeren Außendurchmesser als der Behälter 33 des Schaltgetriebes 25 und hat eine Kreisform konzentrisch mit dem Schaltgetriebe 25, wobei auf der Platte ein Spannstab 36 und ein Wandlerstab 37 einstückig in Axialrichtung und an zwei gegenüberliegenden Orten ausgebildet sind. Der Spannstab 36 ist säulenförmig ausgebildet mit einer glockenförmigen Oberfläche, wodurch ein elastisches Element, d. h. eine Feder 38, mit der glockenförmigen gekrümmten Oberfläche gedrückt wird. Die Drehplatte 35 dreht an dem Außenumfang des Schaltgetriebes 25, während die Feder 38 expandiert/kontrahiert wird, und zur gleichen Zeit dreht sie konzentrisch mit dem Schaltgetriebe 25 unter Verwendung des Außenumfangs des Behälters 33 als eine Führung. Ferner ist der Wandlerstab 37 ein rechteckiges Element, das sich in Richtung der Achse 29 erstreckt und in Diagonalrichtung so geformt ist, dass der Kopfabschnitt in Richtung der Drehrichtung kürzer wird.
Die Feder 38, die an einem Ende durch den Spannstab 36 eingespannt ist, hat ein anderes Ende, das in Kontakt mit einem Teil des drehenden Gehäuses 22 ist, wodurch die Muskelkraftantriebsleistung auf die Drehplatte 35 übertragen wird, der der Spannstab 36 folgt, und dann wird die Feder 38 expandiert/kontrahiert, um das drehende Gehäuse 22 zu drehen. Die Drehplatte 35 dreht dann unter Entwicklung einer geringen Spannung bezüglich des drehenden Gehäuses 22 entsprechend einer Größe der Expansion/Kontraktion der Feder 38, die somit expandiert/kontrahiert. Somit dreht die Drehplatte 35 auf dem Umfang des Schaltgetriebes 25 in folge einer Spannung durch Muskelkraft. Dann dreht der Wandlerstab 37 ebenfalls gleichzeitig mit einer kleinen Drehung der Drehplatte 35, wobei ein hügelförmiger Abschnitt 40, der in Anlage mit einem Schrägabschnitt 39 ist, der am Kopf des Wandlerstabs 37 ausgebildet ist, gedrückt wird, um sich in Richtung der Achse 29 zu bewegen. Der hügelförmige Abschnitt 40 ist mit einem magnetischen Element, d. h. ein Ferritring 41, versehen, so dass, wenn sich der hügelförmige Abschnitt 40 bewegt, sich der Ferritring 41 ebenfalls bewegt. Am Kopf des Ferritrings 41 sind ein Sprengring 42 und eine Feder 43 vorgesehen, um den Ferritring 41 zur Seite der Drehplatte 35 vorzuspannen. Folglich ist der Ferritring 41 so ausgelegt, dass er sich durch einen Spannungsbetrag von dem drehenden Gehäuse 22 und der Drehplatte 35 in Richtung der Achse 29 bewegt.
Bezugszeichen 44 bezeichnet ein Magneterfassungselement, d. h. ein Spule, welche in der Nähe des Ferritrings 41 an dem festen Gehäuse 21 vorgesehen ist, wobei die Spule 44 in der Lage ist, eine Veränderung der Induktivität - infolge der Annäherung des Ferritrings 41 - in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Die Verwendung des Ausgangs gestattet die Erfassung eines Muskelkraftdrehmoments.
Die in Fig. 4 gezeigten Elemente werden zusammen als Drehmomentdetektor 45 bezeichnet. Zudem werden der Wandlerstab 37, der hügelförmige Abschnitt 40, das magnetische Element 41 und das Magneterfassungselement 44 hier zusammengefasst als ein Detektor bezeichnet, mit dem ein Grad der Expansion/Kontraktion des elastischen Elements erfasst werden kann. Zudem werden der Wandlerstab 37 und der hügelförmige Abschnitt 40 zusammen als Wandlerelement bezeichnet, durch welches die Expansion/Kontraktion des elastischen Elements 38 in der Drehrichtung in eine Bewegung in Richtung der Achse 29 verwandelt wird.
Obwohl in der vorgenannten Konstruktion Ferrit als das magnetische Element verwendet wird, kann der Ring aus einem elektrisch leitfähigem Material wie Aluminium gebildet sein. Ebenso kann, obwohl die Feder als das elastische Element verwendet wird, Gummi und dgl. als das elastische Element verwendet werden und der Detektor kann so aufgebaut sein, dass er einen Maßstab verwendet, mit dem die Expansion/Kontraktion des Gummis erfasst werden kann. Ferner kann mit einem druckempfindlichen Gummi, der als ein elastisches Element verwendet wird, ein Expansions-/Kontraktionsdruck als ein elektrisches Signal aufgenommen werden.
Bezugszeichen 46 bezeichnet ein inneres Zahnrad, das mittels Schrauben an dem drehenden Gehäuse 22 angeschraubt ist, wobei das innere Zahnrad 46 aus einem verstärkten Kunststoff wie Polyacetalharz, für den innenseitig ausgebildeten Zahnradabschnitt gebildet ist. Ein metallisches Gehäuse wird für den äußeren Abschnitt verwendet, um den Außenumfang abzudecken und das innere Zahnrad 46 zu verstärken.
Bezugszeichen 47 bezeichnet ein Wellenrohr, das einstückig mit dem inneren Zahnrad 46 geformt ist, wobei das Wellenrohr 47 zwischen sich und der Hülse 34 angeordnete Lager 48 hat, um sanft zu drehen, wenn die Drehplatte 35 dreht.
Bezugszeichen 49 bezeichnet einen in das feste Gehäuse 21 eingebauten Motor, wobei eine Ausgangswelle 50 des Motors 49 mit einem Riemen 51 versehen ist, und der Riemen 51 mit einer ersten Riemenscheibe 52 verbunden ist. Die erste Riemenscheibe 52 ist über Lager 53 drehbar an dem festen Gehäuse 21 angebracht. Ferner ist eine zweite Riemenscheibe 56, die mit der ersten Riemenscheibe 52 koaxial ist, über eine Einwegkupplung 54 und Lager 55 vorgesehen, wodurch die Leistung von der ersten Riemenscheibe 52 lediglich in einer Richtung übertragen wird. Die zweite Riemenscheibe 56 ist mit einem Zahnrad 57 ausgebildet, so dass das Zahnrad 57 mit dem inneren Zahnrad 46 in Eingriff ist, um das drehende Gehäuse 22 durch die Antriebsleistung des Motors 49 zu drehen. Die Einwegkupplung 54 ist vorgesehen, um die Antriebsleitung von dem Motor 49 und die der Muskelkraft voneinander unabhängig zu machen, dies bedeutet, dass beispielsweise, wenn das Fahrrad von Hand geschoben wird, der Motor 49 nicht zusammen mit dem Hinterrad 11 dreht, so dass keine zusätzliche Last durch dynamisches Bremsen dem Benutzer aufgebürdet wird. Diese Untersetzungsmechanismen sind in einem grolen Raum zwischen dem Außenumfang der Drehplatte 34 und dem des festen Gehäuses 21 angeordnet und bogenförmig aufgenommen.
Bezugszeichen 58 bezeichnet einen Bremskörper, welcher koaxial und parallel mit dem Schaltgetriebe 25 angeordnet ist und zusammen mit dem Behälter 30 dreht, wobei der Bremskörper 58 zusammen mit dem Hinterrad 11 und in einem Bremsengehäuse 59 gedreht wird, das einstückig mit festen Gehäuse 21 ausgeformt ist, so dass ein in dem Bremsengehäuse 59 vorgesehener Bremsschuh durch einen an dem Lenker 7 vorgesehenen Bremshebel (nicht gezeigt) ausdehnen kann, um gegen den Bremskörper 58 gepresst zu werden, wodurch die Drehung des Hinterrads 11 abgebremst wird. Dieser Aufbau einer Bremse wird als ein Bremsmechanismus bezeichnet.
Das drehende Gehäuse 22 ist mit einem Magneten (nicht gezeigt) versehen, der zusammen mit der Drehung des Gehäuses 22 dreht, während das feste Gehäuse 21 mit einem Reed-Schalter (nicht gezeigt) versehen ist, um den Magnet zu erfassen. Die Anzahl der Impulse des Reedschalters erlaubt die Zählung der Anzahl der Drehungen des Hinterrads 11, d. h. eine Fahrgeschwindigkeit kann erfasst werden.
Bezugszeichen 61 bezeichnet eine Spannrolle zum Einstellen der Spannung des Riemens 51, der den Motor 49 mit der ersten Riemenscheibe 52 verbindet, indem der Riemen beaufschlagt wird, wobei die Spannrolle 61 eine Rolle 62 und eine Grundplatte 63 umfasst und ausgelegt ist, eine Andruckkraft gegen den Riemen 51 durch einen Schlitz 64 zum Befestigen des einen Endes der Grundplatte 63 einzustellen.
Bezugszeichen 68 bezeichnet eine Steuerplatine zur Steuerung der Drehung, die an dem festen Gehäuse 21 an einer Position angebracht ist, die im Wesentlichen um den gleichen Abstand von der Achse 29 entfernt ist, wie ein Untersetzungsmechanismus 67, und die in einem Raum eingebaut ist, wo der Untersetzungsmechanismus 67 fehlt. Die Steuerplatine 68 ist mit einem Treiberschaltkreis für die PWM-Steuerung des Motors 49, einem Konstantspannungsschaltkreis zur Eingabe einer Startspannung an einen Mikrocomputer, einem Drehmomenterfassungsschaltkreis sowie mit einem Mikrocomputer zur Steuerung der Drehung des Motors 49 entsprechend den ausgegebenen Ergebnissen von dem Drehmomentdetektor 45 ausgerüstet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein Diagramm eines Leistungssystems mit dem obigen Aufbau nachfolgend erläutert.
Zunächst wird in dem Muskelkraftantriebssystem eine Muskelkraft, die durch die Pedale 5 eingegeben wird, durch die Kette 17 auf das hintere Kettenrad 27 übertragen, in dem Schaltgetriebe im Gang verändert und dann zum Drehen des Hinterrads 11 durch die Drehplatte 35 und die Feder 38 verwendet. In dem Motorantriebssystem wird die Größe der Expansion/Kontraktion der Feder 38, d. h. eine Bewegung der Drehplatte 35 durch das Wandlerelement 37 in eine Bewegung in Richtung der Achse 29 umgewandelt, wodurch der Ferritring 41 veranlasst wird, sich zusammen mit der Bewegung zu bewegen. Die Bewegung des Ferritrings 41 wird in eine Änderung der Induktivität der Spule 44 umgewandelt, wobei die Änderung als ein elektrisches Signal in ein Steuergerät 65 eingegeben wird. Das Steuergerät 65 ist in dem festen Gehäuse 21 eingebaut. In dem Steuergerät 65 werden ein Signal von der Spule 44 und ein Fahrgeschwindigkeitssignal von dem Geschwindigkeitssensor in das Steuergerät 65 eingegeben und dann gibt das Steuergerät ein Antriebssignal auf dieser Basis an den Motor 49 ab, so dass dieser dreht. Dann wird der Ausgang des Motors 49 hinsichtlich der Drehzahl durch den Untersetzungsmechanismus 67, wie der ersten Riemenscheibe 52 und der zweiten Riemenscheibe 56, verringert, um das Hinterrad 11 zu drehen. Das hintere Kettenrad 27, der Untersetzungsmechanismus 69, das Hinterrad 11, das Wandlerelement 37 und der Ferritring 41 sind in dem drehenden Gehäuse 22 eingebaut, während das Steuergerät 65, die Spule 44, der Geschwindigkeitssensor 66, der Motor 49 und der Untersetzungsmechanismus 67 in dem festen Gehäuse 21 eingebaut sind.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird der Betrieb des Steuergeräts 65 nachfolgend erläutert.
Fig. 5 ist Graph, der eine Fahrgeschwindigkeit auf der Abszissenachse und ein Unterstützungsverhältnis, d. h. ein Verhältnis der Motorantriebsleistung zu der Muskelkraftantriebsleistung auf der Ordinatenachse zeigt. Wie aus dem Graphen zu erkennen ist, wird die gleiche Antriebsleistung wie die Muskelkraftantriebsleistung von dem Motor 49 abgegeben, bis eine vorbestimmte Geschwindigkeit H erreicht ist, so dass die Unterstützung mit einem Verhältnis 1 zu 1 zu jeder Zeit ausgeführt wird. Die Steuerung wird so ausgeführt, dass, wenn die Geschwindigkeit H überschritten ist, das Unterstützungsverhältnis allmählich vermindert wird, so dass die Fahrgeschwindigkeit nicht zu groß wird. Schließlich wird die elektrische Antriebsleistung zu Null und bei einer Geschwindigkeit oberhalb dieses Punkts wird lediglich mit Muskelkraft gefahren.

Claims

1. Ein Motorfahrzeug mit einem Muskelkraftantriebssystem, in welchem eine Antriebsleistung durch Muskelkraft auf ein Rad (11) zum Drehen aufgebracht wird, und einem Motorantriebssystem, in welchem das Rad (11) durch eine Antriebsleistung eines Motors (49) gedreht wird, wobei das Muskelkraftantriebssystem mit einem Drehmomentdetektor (45) ausgerüstet ist, um eine Muskelkraftantriebsleistung zu erfassen, um den Motor (49) entsprechend einer Größe der Muskelkraftantriebsleistung anzutreiben, die durch den Drehmomentdetektor (45) erfasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass

die Antriebsleistung durch Muskelkraft auf das Rad (11) über ein Schaltgetriebe (25) aufgebracht wird, während die Antriebsleistung des Motors (49) unmittelbar auf das Rad (10) aufgebracht wird.

2. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Drehmomentdetektor (45) zwischen dem Schaltgetriebe (25) und dem Rad (11) angeordnet ist.

3. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 1, wobei ein Geschwindigkeitssensor zur Erfassung einer Drehgeschwindigkeit des Rads (11) vorgesehen ist und ein Ausgang von dem Drehmomentdetektor (45) zu dem Motor (49) entsprechend einem Signal von dem Geschwindigkeitssensor verändert ist.

4. Ein Motorfahrzeug mit einem Muskelkraftantriebssystem, in welchem eine Antriebsleistung durch Muskelkraft auf ein Rad (11) zum Drehen aufgebracht wird, und einem Motorantriebssystem, in welchem das Rad (11) durch eine Antriebsleistung eines Motors (49) gedreht wird, wobei das Muskelkraftantriebssystem mit einem Drehmomentdetektor (45) zu Erfassung einer Muskelkraftantriebsleistung ausgerüstet ist, um den Motor (49) entsprechend einer Größe des durch den Drehmomentdetektor (45) erfassten Muskelkraftantriebsleistung anzutreiben, gekennzeichnet durch eine Nabe mit einem drehbaren Gehäuse (22), das an dem Rad (11) vorgesehen ist, und ein festes Gehäuse (21), das fest an einem Rahmen (1) des Motorfahrzeugs befestigt ist, wobei das drehbare Gehäuse (22) mit einem Muskelkraftsystemeingang mit einem Schaltgetriebe (25) und einem elastischen Element (38), das entsprechend einem Muskelkraftdrehmoment expandiert/kontrahiert, vereinigt ist, und das feste Gehäuse (21) mit einem Detektor (45) zur Erfassung der Expansion/Kontraktion des elastischen Elements (38) und dem Motor (49) vereinigt ist, um das drehbare Gehäuse (22) unmittelbar zu drehen.

5. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 4, wobei das elastische Element (38) zwischen dem Schaltgetriebe (25) und dem Rad (11) zwischengeordnet ist.

6. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 4, wobei der Geschwindigkeitssensor zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit des Rads (11) in der Nabe vorgesehen ist, die das feste (21) und das drehbare (22) Gehäuse umfasst.

7. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 4, wobei das Schaltgetriebe (25) in einem zylindrischen Behälter (33), der eine Achse (29) des Rads (11) als eine Mitte nimmt, angeordnet ist, wobei das elastische Element (38) zwischen dem Behälter (33) und dem drehbaren Gehäuse (22) zwischengeordnet ist, und wobei das elastische Element durch das Muskelkraftdrehmoment entlang der Außenwand des Behälters (33) im Wesentlichen in einer Drehrichtung expandiert/kontrahiert.

8. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 4, wobei das drehbare Gehäuse (22) über eine Hülse (34) an einem Außenumfang des Schaltgetriebes (25) angebracht ist.

9. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 7, wobei eine Drehplatte (35), die einstückig mit einer Außenwand des Behälters (33) des Schaltgetriebes (25) dreht, vorgesehen ist, und wobei das elastische Element (38) zwischen der Drehplatte (35) und dem drehbaren Gehäuse (22) zwischengeordnet ist.

10. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 4, wobei ein Wandlerelement (37) zum Umwandeln der Expansion/Kontraktion des elastischen Elements (38) in eine Bewegung in einer Achsenrichtung sowie ein magnetisches Material (41) oder ein elektrisch leitfähiges Material, das durch das Wandlerelement (37) bewegt wird, vorgesehen sind, und der Detektor (45) eine Spule (44) umfasst, die in der Nähe des magnetischen Materials oder des elektrisch leitfähigen Materials vorgesehen ist.

11. Motorfahrzeug nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Antriebsteil an einer Nabenwelle des Rads (11), wobei das Antriebsteil darin den Motor (49) zum Antrieb, einen Untersetzungsmechanismus (67) zur Drehzahlreduzierung des Motors (49) und das Schaltgetriebe (25) aufnimmt, wobei das Schaltgetriebe (25) und der Untersetzungsmechanismus (67) in dieser Reihenfolge von einer Achse (29) des Rads (11) angeordnet sind, und ein Bremsmechanismus an der Achse (29) parallel mit dem Schaltgetriebe (25) angeordnet ist.

12. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 11, wobei der Bremsmechanismus von einem Gehäuse (21) abgedeckt ist, das das Antriebsteil bildet.

13. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 11, wobei der Bremsmechanismus in der Nähe eines Gehäuses (21) angeordnet ist, das das Antriebsteil bildet.

14. Motorfahrzeug nach Anspruch 11 mit Antriebsteil an der Nabenwelle des Rads (11), wobei das Antriebsteil darin den Motor (49) zum Antrieb, einen Übertragungsmechanismus zur Übertragung der Drehung des Motors (49) auf das Rad (11), und das Schaltgetriebe (25) aufnimmt, wobei das Schaltgetriebe (25) und der Übertragungsmechanismus in dieser Reihenfolge von der Achse (29) des Rads (11) in der Richtung eines Außenumfangs angeordnet sind.

15. Motorfahrzeug mit einem Muskelkraftantriebssystem, in welchem eine Antriebsleistung durch Muskelkraft auf ein Rad (11) zum Drehen aufgebracht wird, und einem Motorantriebssystem, in welchem das Rad (11) durch eine Antriebsleistung eines Motors (49) gedreht wird, wobei das Muskelkraftantriebssystem mit einem Drehmomentdetektor (45) zur Erfassung einer Muskelkraftantriebslelstung versehen ist, um den Motor (49) entsprechend einer Größe der durch den Drehmomentdetektor (45) erfassten Muskelkraftantriebslelstung anzutreiben, gekennzeichnet durch ein Antriebsteil, das auf der Nabenwelle des Rads (11) vorgesehen ist, wobei das Antriebsteil darin den Drehmomentdetektor (45) zu Erfassung eines Muskelkraftdrehmoments, den Motor (49) und ein mit dem Muskelkraftantriebssystem verbundenes Schaltgetriebe (25) aufnimmt, wobei das Schaltgetriebe (25), der Drehmomentdetektor (45) und der Übertragungsmechanismus zur Übertragung der Drehung des Motors (49) auf das Rad (11) in dieser Reihenfolge von der Achse (29) des Rads (11) in Richtung des Außenumfangs angeordnet sind.

16. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 14, wobei das Schaltgetriebe (25) in die Achse (29) und koaxial dazu eingebraut ist, und wobei der Übertragungsmechanismus und der Motor (49) in einer bezüglich der Achse (29) exzentrischen Position eingebaut sind.

17. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 15, wobei das Schaltgetriebe (25) und der Drehmomentdetektor (45) in das Antriebsteil eingebaut sind, um mit der Achse (29) konzentrisch zu sein.

18. Das Motorfahrzeug nach Anspruch 14 oder 15, wobei eine Steuerplatine (68) zur Steuerung des Antriebs des Motors (49) vorgesehen ist, und wobei die Steuerplatine (68) an einer Position angeordnet ist, die im Wesentlichen um den gleichen Abstand von der Achse (29) entfernt ist, wie der Untersetzungsmechanismus.