JP2011085573A - Device for detecting pedal force of vehicle - Google Patents
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Abstract
【課題】クランク軸9の回転をチェーン12で後輪WRに伝達する車両の踏力検出装置において、クランク軸9に入力される踏力が後輪WRに直接伝達されるダイレクト感を損なうことなく踏力検出出力を得ることができる踏力検出装置を提供する。
【解決手段】クランク軸9に結合されるクランクスプロケット13と、モータ11で駆動される合力スプロケット14と、後輪スプロケット16とにチェーン12を架け渡す。クランク軸9を支持する軸受27、28のうち、クランクスプロケット13側の軸受28を収容する軸受収容凹部35の内径を、軸受28の外径より僅かに大きくする。軸受28の外周面に対して車体後方から当接するピストン38と、ピストン38およびセンサ受圧部76間に設けた油圧室42とを有する油圧センサ36を設ける。
【選択図】図4In a vehicle treading force detection device for transmitting rotation of a crankshaft 9 to a rear wheel WR with a chain 12, treading force detection is performed without impairing the direct feeling that the treading force input to the crankshaft 9 is directly transmitted to the rear wheel WR. Provided is a pedaling force detection device capable of obtaining an output.
A chain 12 is bridged between a crank sprocket 13 coupled to a crankshaft 9, a resultant sprocket 14 driven by a motor 11, and a rear wheel sprocket 16. Of the bearings 27 and 28 that support the crankshaft 9, the inner diameter of the bearing housing recess 35 that houses the bearing 28 on the crank sprocket 13 side is made slightly larger than the outer diameter of the bearing 28. A hydraulic sensor 36 having a piston 38 that comes into contact with the outer peripheral surface of the bearing 28 from the rear of the vehicle body and a hydraulic chamber 42 provided between the piston 38 and the sensor pressure receiving portion 76 is provided.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、踏力検出装置に関し、特に、二輪車のクランク軸に結合されたスプロケットを回転させている踏力の大きさを検出する車両の踏力検出装置に関する。 The present invention relates to a pedaling force detection device, and more particularly to a pedaling force detection device for a vehicle that detects the magnitude of a pedaling force that rotates a sprocket coupled to a crankshaft of a two-wheeled vehicle.
クランク軸に加えられている踏力を検出し、その踏力に応じた電動補助力を駆動輪に付加することによって人力を補助するようにした駆動補助機付き自転車が知られている。この駆動補助機付き自転車ではクランク軸に加えられた踏力の大きさを正確に検出することで適当な補助力を発生することができることから、種々の踏力検出装置が考えられている。 2. Description of the Related Art A bicycle with a driving assist device is known in which a pedaling force applied to a crankshaft is detected and an electric assisting force corresponding to the pedaling force is applied to driving wheels to assist human power. In this bicycle with a driving assist device, an appropriate assisting force can be generated by accurately detecting the magnitude of the pedaling force applied to the crankshaft, and therefore various pedaling force detection devices have been considered.
例えば、特許文献1では、自転車の踏力検出装置であって、クランク軸の支持部内周とクランク軸を支持するベアリングの外周と、ベアリングを支持する支持部の内周との間に、機械的な歪みに応じて電気抵抗が変化する特性を有するセンサチップを内蔵するセンサスリーブを設け、このセンサチップで自転車に作用する駆動力と逆向きの駆動トルクを検出する踏力検出装置が提案されている。
For example,
特許文献1に記載された踏力検出装置では、ベアリングと、車体フレームに設けられたベアリング支持部との間にセンサチップ(歪みセンサ)を内蔵するセンサスリーブを配置しているので、車体フレームやベアリングなどの製造誤差(公差)や経年劣化によって生じる部品同士の隙間の変化により、センサチップに加えられる踏力にばらつきが生じるため、このようなばらつきへの対応が必要であった。
In the pedaling force detection device described in
また、センサチップに踏力が直接作用することになるので、センサチップへの衝撃荷重に対する配慮をしたり、より高い耐久性の要求に応えたりすることが必要であった。
本発明の目的は、上記課題に対して、製造誤差や経年劣化によるセンサ装置の隙間ばらつきを比較的低コストで解決し、センサへの耐衝撃荷重や耐久性に優れたペダル踏力の検出構造を提供することにある。
In addition, since the pedal force acts directly on the sensor chip, it is necessary to consider the impact load on the sensor chip and to meet the demand for higher durability.
The object of the present invention is to solve the above problems by solving a gap in the sensor device due to manufacturing errors and aging deterioration at a relatively low cost, and to provide a pedal depression force detection structure that is excellent in impact resistance load and durability to the sensor. It is to provide.
前記目的を達成するための本発明は、ペダルクランクに入力される踏力で回転するクランク軸と、クランク軸を2点で支持する軸受と、クランク軸に結合されたクランクスプロケットおよび後輪スプロケット間に架け渡されたチェーンとを有する自転車の踏力検出装置において、前記軸受の一方が、車体フレームに対して間隙を設けて配置されており、ペダルクランクのペダリングによって前記間隙を設けて配置された軸受が該間隙の範囲で移動可能に構成するとともに、前記間隙を設けて配置された軸受の外周に当接して配置され、該軸受の移動に応じて変位するピストンと、該ピストンにより加減圧される非圧縮流体を収容する流体圧室と、該流体圧室の圧に応じたペダル踏力を出力する流体圧センサとを備えている点に第1の特徴がある。 To achieve the above object, the present invention provides a crankshaft that is rotated by a pedaling force input to a pedal crank, a bearing that supports the crankshaft at two points, and a crank sprocket and a rear wheel sprocket coupled to the crankshaft. In a bicycle treading force detection device having a chain that is bridged, one of the bearings is disposed with a gap with respect to the vehicle body frame, and a bearing that is disposed with the gap provided by pedaling of a pedal crank is provided. The piston is configured to be movable within the range of the gap, and is disposed in contact with the outer periphery of the bearing arranged with the gap, and is displaced according to the movement of the bearing, and the non-pressurized and depressurized by the piston. A first feature is that it includes a fluid pressure chamber that accommodates a compressed fluid, and a fluid pressure sensor that outputs a pedal effort according to the pressure in the fluid pressure chamber. .
また、本発明は、前記軸受のうち、クランクスプロケット側の軸受の外周面と、該軸受を収容する軸受収容凹部との間の、少なくとも車体後方側に間隙が形成されるように、該軸受収容凹部の寸法が決定されている点に第2の特徴がある。
また、本発明は、前記複数の軸受のうち、クランクスプロケットから遠い側の軸受が自動調心軸受である点に第3の特徴がある。
Further, the present invention provides the bearing housing so that a gap is formed at least on the vehicle body rear side between the outer peripheral surface of the bearing on the crank sprocket side of the bearing and the bearing housing recess for housing the bearing. The second feature is that the dimension of the recess is determined.
In addition, the present invention has a third feature in that, among the plurality of bearings, a bearing far from the crank sprocket is a self-aligning bearing.
また、本発明は、ペダルクランクに入力される踏力で回転するクランク軸を2点で支持する軸受と、クランク軸に結合されたクランクスプロケットと、クランクスプロケットおよび後輪スプロケット間に架け渡されたチェーンとを有する駆動補助機付き自転車の踏力検出装置において、前記軸受のうち、前記クランクスプロケット側から遠い側を支持する軸受を収容する軸受箱と、前記軸受のうち、前記クランクスプロケット側に近い側を支持する軸受を収容する第2の軸受箱と、前記軸受箱および前記第2の軸受箱の外周を保持する筒状ホルダと、流体圧ピストンおよび流体圧ピストンの変位を受圧部に伝達する非圧縮性流体を収容した流体圧室を有する流体圧センサとを備え、前記第2の軸受箱が、前記筒状ホルダに対して変位可能なように、互いに間隙を有して係合し、かつ前記筒状ホルダから前記クランクスプロケット側に突出している部分を有しており、前記流体圧センサのピストンが前記第2の軸受箱の前記突出部分に当接配置されている点に第4の特徴がある。 The present invention also provides a bearing that supports a crankshaft that rotates with a pedaling force input to a pedal crank at two points, a crank sprocket coupled to the crankshaft, and a chain spanned between the crank sprocket and the rear wheel sprocket. In the pedal effort detection device for a bicycle with a drive assisting machine, a bearing box that houses a bearing that supports a side of the bearing far from the crank sprocket side, and a side of the bearing that is close to the crank sprocket side. A second bearing housing that houses a bearing to be supported, a cylindrical holder that holds the outer periphery of the bearing housing and the second bearing housing, and a non-compressed portion that transmits the displacement of the fluid pressure piston and the fluid pressure piston to the pressure receiving portion. A fluid pressure sensor having a fluid pressure chamber containing a natural fluid, and the second bearing box is displaceable with respect to the cylindrical holder. And a portion projecting from the cylindrical holder toward the crank sprocket side, wherein the piston of the fluid pressure sensor is the projecting portion of the second bearing box. There is a fourth feature in that it is disposed in contact with each other.
また、本発明は、前記後輪スプロケットが、前記クランク軸に入力される踏力、および後輪のハブに設けられたパワーユニットの出力で駆動される点に第5の特徴がある。 Further, the present invention has a fifth feature in that the rear wheel sprocket is driven by a pedaling force input to the crankshaft and an output of a power unit provided in a hub of the rear wheel.
また、本発明は、前記流体圧センサのピストン、受圧部、流体圧室、および流体圧室につながるセンサ本体が一列に整列して配置され、その整列方向が車体の前後方向に沿って設定されている点に第6の特徴がある。 In the present invention, the piston of the fluid pressure sensor, the pressure receiving portion, the fluid pressure chamber, and the sensor main body connected to the fluid pressure chamber are arranged in a line, and the alignment direction is set along the longitudinal direction of the vehicle body. There is a sixth feature.
また、本発明は、ペダルクランクに入力される踏力で回転するクランク軸と、クランク軸にギヤ対を介して連結される合力軸と、駆動補助機としてのモータと、該モータの出力軸の回転を、減速して前記合力軸に連結する減速ギヤと、前記合力軸の回転を外部に導出するパワーユニット出力軸と、パワーユニット出力軸に結合される駆動側スプロケットと、駆動側スプロケットおよび従動側スプロケット間に架け渡されたチェーンとを有する車両の踏力検出装置において、前記ギヤ対がヘリカルギヤによって構成され、前記クランク軸の回転によって前記ギヤ対に生じるスラストで前記合力軸が所定量変位可能なように、該合力軸を軸受で支持するとともに、前記合力軸の端部に当接配置され、前記スラストによる合力軸の変位に応じて変位するピストンおよび該ピストンの変位を受圧部に伝達する非圧縮性流体を収容した流体圧室を有する流体圧センサとを備えている点に第7の特徴がある。 The present invention also provides a crankshaft that is rotated by a pedaling force input to a pedal crank, a resultant force shaft that is coupled to the crankshaft via a gear pair, a motor as a drive assist device, and rotation of an output shaft of the motor. A reduction gear that decelerates and connects to the resultant force shaft, a power unit output shaft that guides the rotation of the resultant force shaft to the outside, a drive side sprocket coupled to the power unit output shaft, and between the drive side sprocket and the driven side sprocket In the treading force detection device for a vehicle having a chain stretched over, the gear pair is constituted by a helical gear, and the resultant force shaft can be displaced by a predetermined amount by thrust generated in the gear pair by rotation of the crankshaft. The resultant force shaft is supported by a bearing and arranged in contact with the end of the resultant force shaft, and is displaced according to the displacement of the resultant force shaft by the thrust. There are seventh feature in that and a fluid pressure sensor having a fluid pressure chamber containing a non-compressible fluid which transmits the piston and displacement of the piston to the pressure receiving portion that.
さらに、本発明は、流体圧室の油圧が所定値以上の過大な圧力となったときに、該流体圧室内の流体を流体圧室から排出するリリーフ装置を備えている点に第8の特徴がある。 Furthermore, the present invention has an eighth feature in that a relief device is provided for discharging the fluid in the fluid pressure chamber from the fluid pressure chamber when the hydraulic pressure in the fluid pressure chamber becomes an excessive pressure equal to or higher than a predetermined value. There is.
また、本発明は、ペダルクランク軸に付加された人力トルクをドライブチェーンで後輪に伝達するクランクスプロケットと、前記ペダルクランク軸に付加された人力トルクを検出するトルク検出手段とを有する踏力検出装置において、前記ペダルクランク軸の長手方向に変位可能に設けられるピストンと、前記クランクスプロケットの側部に設けられ、該クランクスプロケットで駆動される後輪負荷と前記ペダルクランク軸に負荷される人力トルクとの差によって前記ピストンをペダルクランク軸の長手方向に変位させる機構と、前記ピストンの変位に応じて内部の油圧が変化する油圧室とを備え、前記トルク検出手段が、前記油圧室に接続され、該油圧室の油圧を、前記人力トルクを代表する情報として検出するように構成されている点に第9の特徴がある。 Further, the present invention provides a pedaling force detection device having a crank sprocket that transmits a manual torque applied to a pedal crankshaft to a rear wheel by a drive chain, and a torque detection means that detects the manual torque applied to the pedal crankshaft. A piston provided to be displaceable in the longitudinal direction of the pedal crankshaft, a rear wheel load provided on a side portion of the crank sprocket and driven by the crank sprocket, and a human torque applied to the pedal crankshaft. A mechanism for displacing the piston in the longitudinal direction of the pedal crankshaft by a difference between the hydraulic pressure chamber and a hydraulic chamber in which an internal hydraulic pressure changes according to the displacement of the piston, and the torque detecting means is connected to the hydraulic chamber, It is configured to detect the hydraulic pressure of the hydraulic chamber as information representative of the human power torque. 9 there is a feature of.
また、前記トルク検出手段は、その長手方向が、車幅方向を指向するように配置されている点に第10の特徴がある。 The torque detecting means has a tenth feature in that the longitudinal direction of the torque detecting means is arranged in the vehicle width direction.
第1および第4の特徴を有する本発明によれば、クランク軸の軸受が車体フレームとの間に間隙を有して配置しているので、ペダリング時に生ずる踏力によって前記間隙の中で軸受が変位し、この軸受の変位がピストンに伝達され、さらにピストンの変位は、オイル等の非圧縮流体を介してセンサに伝達される。したがって、踏力検出装置の部品の製造誤差や経年劣化によって生ずる各部品間の隙間の変動は、前記予め設けられている間隙によって吸収される。また、流体圧センサにペダリング時の衝撃荷重が影響する程度が小さくなるので、耐久性を向上させることもできる。 According to the present invention having the first and fourth features, the bearing of the crankshaft is disposed with a gap between it and the vehicle body frame, so that the bearing is displaced in the gap by the pedaling force generated during pedaling. The displacement of the bearing is transmitted to the piston, and the displacement of the piston is transmitted to the sensor via an incompressible fluid such as oil. Therefore, fluctuations in the gaps between the parts caused by manufacturing errors of parts of the pedal force detection device and aging deterioration are absorbed by the gaps provided in advance. Further, since the degree to which the impact load at the time of pedaling affects the fluid pressure sensor is reduced, durability can be improved.
また、非圧縮性流体に踏力を作用させるので、クランク軸への摩擦抵抗の影響を低減できるし、歪みセンサを使用する従来の装置におけるペダリング時のロストモーションがないので、ロストモーションによって使用者がペダリング中に違和感を覚えることを防止することができる。 In addition, since the pedaling force is applied to the incompressible fluid, the influence of the frictional resistance on the crankshaft can be reduced, and there is no lost motion during pedaling in the conventional device using a strain sensor. It is possible to prevent the user from feeling uncomfortable during pedaling.
第2の特徴を有する本発明によれば、クランク軸の軸受と軸受収容凹部との間に間隙を設けることによって、軸受が変位するのを許容し、この変位に基づいて踏力検知が可能である。 According to the present invention having the second feature, by providing a gap between the bearing of the crankshaft and the bearing housing recess, the bearing is allowed to displace, and the pedaling force can be detected based on this displacement. .
第3の特徴を有する本発明によれば、クランク軸のうち、クランクスプロケットが結合されている側が自動調心軸受を中心に容易に変位可能である。 According to the present invention having the third feature, the side of the crankshaft to which the crank sprocket is coupled can be easily displaced around the self-aligning bearing.
第5の特徴を有する本発明によれば、クランク軸周りにパワーユニットを設けていないので、筒状ホルダ内に、軸受箱および第2の軸受箱を支持させるようにし、かつ油圧センサを筒状ホルダに取り付けるだけの変更で、既存の車両に踏力検知装置を容易に組み込むことができる。 According to the present invention having the fifth feature, since the power unit is not provided around the crankshaft, the bearing box and the second bearing box are supported in the cylindrical holder, and the hydraulic sensor is connected to the cylindrical holder. The treading force detection device can be easily incorporated into an existing vehicle by simply changing the attachment to the vehicle.
第6の特徴を有する本発明によれば、流体圧センサを車体の前後方向に延びる細長いスペースに収容することができる。 According to the present invention having the sixth feature, the fluid pressure sensor can be accommodated in an elongated space extending in the front-rear direction of the vehicle body.
第7の特徴を有する本発明によれば、クランク軸の回転がヘリカルギヤを介して合力軸に伝達されるときに、合力軸にスラストを発生させ、このスラストが踏力を代表する力として流体圧センサで検出される。スラストは、クランク軸がチェーン張力の反力で車体後方に変位する力と比べて小さいので、流体圧センサを小型化することができる。 According to the present invention having the seventh characteristic, when the rotation of the crankshaft is transmitted to the resultant force shaft via the helical gear, a thrust is generated on the resultant force shaft, and the thrust is a fluid pressure sensor as a force representing the pedaling force. Is detected. Since the thrust is smaller than the force that causes the crankshaft to be displaced rearward by the reaction force of the chain tension, the fluid pressure sensor can be reduced in size.
第8の特徴を有する本発明によれば、衝撃荷重等によって流体圧センサに過大な圧力がかかったときに流体圧室の圧力を減圧して流体圧センサを保護し、その耐久性を向上させることができる。 According to the present invention having the eighth feature, when an excessive pressure is applied to the fluid pressure sensor due to an impact load or the like, the pressure in the fluid pressure chamber is reduced to protect the fluid pressure sensor and improve its durability. be able to.
第9の特徴を有する本発明によれば、ピストンがペダルクランク軸の長手方向に変位可能に設けられるので、ピストンはペダルクランク軸の周囲に拡張した形状にすることができ、ピストン径を大きくすることができる。したがって、トルク検出手段として、比較的低油圧に対応するセンサを使用することができ、コストを低減することができる。また、ピストンをペダルクランク軸の長手方向に変位させる機構は、これをクランクスプロケットの側部に設けることで、既存の自転車に備えられるクランクハブ機構を含む車体フレーム構造に変更を加えることなく人力トルク(踏力)を検出することが可能である。 According to the present invention having the ninth feature, since the piston is provided to be displaceable in the longitudinal direction of the pedal crankshaft, the piston can be expanded around the pedal crankshaft, and the piston diameter is increased. be able to. Therefore, a sensor corresponding to a relatively low oil pressure can be used as the torque detection means, and the cost can be reduced. Moreover, the mechanism for displacing the piston in the longitudinal direction of the pedal crankshaft is provided on the side of the crank sprocket, so that the manual torque can be applied without changing the vehicle body frame structure including the crank hub mechanism provided in the existing bicycle. (Stepping force) can be detected.
第10の特徴を有する本発明によれば、ペダルクランク軸の長手方向(軸方向)に沿った部分のデッドスペースを有効に活用できるので、効率的なレイアウトが可能である。 According to the present invention having the tenth feature, the dead space in the portion along the longitudinal direction (axial direction) of the pedal crankshaft can be effectively utilized, so that an efficient layout is possible.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る踏力検出装置を備えた駆動補助機付き自転車の左側面図、図2は、同要部拡大図である。図1、2において、駆動補助機付き自転車(以下、単に「自転車」という)1の車体フレームは、ヘッドパイプ2と、メインパイプ3と、立パイプ4と、シートステー5と、チェーンステー6とを備える。メインパイプ3の後端部および立パイプ4の下端部は、ブラケット7に接合され、ブラケット7は、詳細を後述するパワーユニット8にボルトで結合される。チェーンステー6は、前端部がパワーユニット8の後方上部に連結される。シートステー5の前端部は立パイプ4に連結され、シートステー5の後端部は、チェーンステー6の後端部と連結されて後輪WRの支持部を構成している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a left side view of a bicycle with a drive assisting device provided with a pedaling force detection device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of the main part. 1 and 2, a body frame of a bicycle with a drive assist device (hereinafter simply referred to as “bicycle”) 1 includes a
パワーユニット8に支持されるクランク軸9の両端には、ペダルを有する車体左側クランク10Lおよび車体右側クランク10Rがそれぞれ連結される。パワーユニット8に支持されたクランク軸9とモータ11とによる駆動力を後輪WRに伝達するドライブチェーン(以下、単に「チェーン」という)12が、クランクスプロケット13、合力スプロケット14、アイドルスプロケット15、および後輪スプロケット16に架け渡されている。チェーン12の上方には、チェーンカバー17が設けられる。パワーユニット8には、クランク軸9の車体後方側に踏力検知ユニット18が配置されている。
A vehicle body left crank 10L and a vehicle body right crank 10R having pedals are connected to both ends of the
後輪WRには、後輪泥よけ19が設けられ、後輪泥よけ19の前部と立パイプ4との間のスペースにはパワーユニット8の電源となるバッテリユニット20と、コントローラ21とが配置される。
The rear wheel WR is provided with a
ヘッドパイプ2を上下方向に貫通してステアリング軸22が延び、ステアリング軸22の上部には車幅左右方向に延びたステアリングハンドル23が結合される。ヘッドパイプ2の下方でステアリング軸22の下端にはフロントフォーク24の上部が結合され、フロントフォーク24の下端には前輪軸25によって前輪WFが回転自在に支持される。
A steering
図3は、パワーユニットの平面断面図、図4は、図3の要部拡大図である。図3、図4において、パワーユニット8は、中央ケース部分81、車体左側ケース部分82、および車体右側ケース部分83からなるケース26を備える。ケース26の前部(図中左側部位)には、車体左側ケース部分82および車体右側ケース部分83に固定された玉軸受27、28で回転自在にクランク軸9が支持される。軸受27は、内輪が2列の軌道をもち、外輪の軌道が球面をなしていている自動調心玉軸受であるのがよい。軸受27とクランク軸9との間にはダストシール29が設けられ、軸受28とクランク軸9との間にはダストシール30が設けられる。また、軸受28の外周と車体右側ケース部分83と間にはオーリング31が設けられる。
FIG. 3 is a plan sectional view of the power unit, and FIG. 4 is an enlarged view of a main part of FIG. 3 and 4, the
ケース26から車体両側に突出したクランク軸9の突出部分に、クランク10L、10Rが結合される。車体右側のクランク10Rと軸受28との間で、クランク軸9には、ラチェットワンウェイ32を介してクランクスプロケット13が結合される。ラチェットワンウェイ32は、クランク軸9に対してスプライン係合により結合された内輪32aと爪部32bと外輪32cとを有し、外輪32cとクランクスプロケット13とがリベット33で結合される。クランクスプロケット13と外輪32cは軸受34を介して内輪32aの外周に対して回転自在に設けられる。クランク軸9の一方向の回転(車体を後輪WRによって推進させる方向の回転)のみが爪部32bを介して内輪32aから外輪32cに伝達され、クランクスプロケット13が駆動される。
Cranks 10 </ b> L and 10 </ b> R are coupled to protruding portions of the
軸受28を収容するため車体右側ケース83に形成された軸受収容凹部35の内径は、軸受28の外径より僅かに大きく形成されるか、車体後方側が削られるかして、軸受28の外周面と凹部35の内周面との間に隙間が形成された状態で、軸受28が軸受収容凹部35内に収容される。したがって、軸受28は、軸受27の調心中心27aを中心にして、少なくとも車体後方へ微小寸法だけ変位自在である。
The inner diameter of the
車体右側ケース83には、踏力検知ユニット18の一要素である油圧センサ36を収容するセンサ収容凹部37が形成される。油圧センサ36は、凹部37の長手方向に変位可能に配置されたピストン38と、ピストン38を軸受28寄りに付勢するように作用するコイルバネ39と、センサ本体40とからなる。ピストン38は、センサ収容凹部37の内周面との間を液密に維持するオーリング41を備え、ピストン38の先端小径部38aは、センサ収容凹部37の底部に形成された孔を貫通して軸受28の外周面に当接する。コイルバネ39は、センサ本体40とピストン38との間に形成される油圧室42内に配置される。油圧室42は、後述するオイルリザーバのオイル溜めに連通する。ピストン38が軸受28側に付勢された状態では、軸受28の外周面とセンサ収容凹部37を形成している車体右側ケース83との間には、隙間Gが生じている。センサ本体40は、センサ収容凹部37との間に設けられたストップリング43によって車体右側ケース部分83に保持される。このように、油圧センサ36は軸受28に当接するピストン41、コイルバネ39、センサ本体40がクランク軸9に直交して車体の前後方向に整列して配置される。このような配置によって、ケース26とクランクスプロケット13との間のスペースに油圧センサ36を容易に配置できる。
The vehicle body
軸受27と28との間で、クランク軸9上には、その回転方向に所定間隔をおいて突起9aが形成され、この突起9aの形成位置に、対向配置して、クランク軸9の回転数センサ44が配置される。回転数センサ44は、車体左側ケース部分82の前部壁を貫通して配置されており、ボルト45を使用して車体左側ケース部分82に固定される。
Between the
クランク軸9に対して車体後方に配置されるモータ11は、ロータ46、ステータ47およびモータ軸48とを備える。モータ軸48は中央ケース部分81に保持された軸受49と車体左側ケース部分82に保持された軸受50とによって支持され、ロータ46は、このモータ軸48に例えばスプライン係合される。ステータ47は、ステータコイル51を備え、中央ケース部分81にボルト52で固定される。
The
モータ軸48の一端(車体右側)にはピニオン53が設けられる。このピニオン53と噛み合う中間ギヤ54を有する減速軸55が、軸受56、57によって中央ケース部分81と、車体右側ケース部分83とに支持される。減速軸55には、中間ギヤ54より小径の減速ギヤ58が固定されており、この減速ギヤ58と噛み合う最終段ギヤ59を有する出力軸60が、軸受61、62によって中央ケース部分81と、車体右側ケース部分83とに支持される。出力軸60の端部には、合力スプロケット14が結合される。
A
また、車体右側ケース部分83には、アイドル軸(ボルト)63が立設されており、このボルト63によって、軸受64を介してアイドルスプロケット15が回転自在に支持される。クランクスプロケット13、合力スプロケット14、およびアイドルスプロケット15、さらには、図1、図2に示した後輪スプロケット16は、平面視で1列に整列される。
An idle shaft (bolt) 63 is erected on the vehicle body right
このパワーユニット8の構成において、ペダルを踏んでクランク10L、10Rを回転させると、クランクスプロケット13が回転し、チェーン12によってクランクスプロケット13の回転は後輪スプロケット16に伝達される。
In the configuration of the
さらに、踏力検知ユニット18によって、クランク軸9に入力される踏力(クランク軸9を回転させる力)が検知され、検知された踏力に応じて予め設定された電流(または通電デューティ)でモータ11が駆動される。そうすると、ロータ46の回転はピニオン53、中間ギヤ54、減速ギヤ58、および最終段ギヤ59を介して合力ピニオン14に伝達される。その結果、チェーン12は、人力による踏力と、モータ11による駆動力(補助動力)とが後輪スプロケット16に伝達されて、自転車は小さい踏力で走行可能となる。
Further, a pedaling force input to the crankshaft 9 (a force for rotating the crankshaft 9) is detected by the pedaling
なお、駆動補助機付き自転車1は、踏力に応じてモータ11を駆動するのに限らず、踏力が入力されていないときにモータ11のみで後輪を駆動する構成とすることができる。つまり、人力とモータ駆動力とを、個別にまたは双方を合力して後輪を駆動するハイブリッド形式の自転車であってもよい。
Note that the
図5は、踏力検知ユニット18の拡大断面図である。図5において、センサ収容凹部37が形成された車体右側ケース部分83には、さらにオイルリザーバ65が、センサ収容凹部37に直交して形成されている。オイルリザーバ65は、油圧センサ36側の油圧室42に通路66を介して連通されるオイル溜め67を有している。通路66には、逆止弁68が螺着されている。逆止弁68は、ハウジング69と、弁体70と、弁体70を図中下方に付勢するばね71と弁体70下方のチェックボール72と、ボール保持具73とからなる。オイル溜め67には、オーリング74で封止されたキャップ75が螺着される。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the pedaling
弁体70は、ばね71で下方に押し下げられていて、弁体71の下面(座)がチェックボール72と当接している。この弁体71とチェックボール72との当接圧は、油圧室42内の圧力が油圧センサ36の検出圧力範囲の上限値とほぼ同一となるように設定されている。したがって、検出範囲内の通常の圧力では、弁体71とチェックボール72との当接は維持される一方、衝撃荷重等によって、油圧室42内の圧力が検出範囲を超えるような大きいものとなったときには、高まった油圧によって弁体71がばね71の力に抗して押し上げられ、弁体71の座とチェックボール72との間に隙間が生じ、油圧室42は減圧される。つまり、油圧のリリーフ機能が作用する。このリリーフ機能は、油圧センサ36に衝撃荷重等による過大な圧力がかかるのを防止して、油圧センサ36の耐久性向上に大いに貢献することができる。
The
センサ本体40は、油圧室42を挟んでピストン38に対向する受圧部76を有していて、センサ本体40とセンサ収容凹部37との間にはオーリング77が配置され、センサ本体40とセンサ収容凹部37との間を液密に維持している。
The
この踏力検知ユニット18の作用は、次の通りである。クランク軸9に踏力が作用すると、チェーン12に張力が作用し、その反力(チェーン反力)が、軸受28を軸受収容凹部35内で右内壁側、つまりピストン38側に変位させようとする力(矢印78)を生じさせる。
The operation of the pedaling
軸受28が力78によって変位しようとすると、ピストン38の先端小径部38aに圧力が加わり、ピストン38が変位する。このピストン38の変位によって油圧室42内の非圧縮性オイルが加圧されてチェックボール72が弁体70を塞ぐ。前記間隙Gはチェックボール72が弁体70に着座するストロークを確保するために設けられる。チェックボール72が弁体70に着座した後は、前記力78は油圧室42内の非圧縮性オイルを介して受圧部76に伝達される。このように、ピストン38を介して受圧部76に伝達される力に応じてセンサ本体40は踏力を表す検出信号を出力する。なお、軸受27を自動調心型としているので、踏力増大によるチェーン反力によってピストン38側に軸受28が容易に変位可能である。
When the
続いて、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態は、パワーユニットが後輪側に設けられた自転車に関する。図6は、第2実施形態に係る自転車を示す左側面図であり、図1と同符号は同一または同等部分を示す。自転車100のメインパイプ3および立パイプ4ならびにチェーンステー6のそれぞれの端部は、クランク軸91を支持する筒状ホルダ79に接合される。クランク軸91には、ドライブスプロケット84が連結され、後輪側には後輪スプロケット86が設けられる。ドライブスプロケット84の回転を後輪スプロケット86に伝達するためのチェーン12が、ドライブスプロケット84と後輪スプロケット86との間に架け渡される。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment relates to a bicycle in which a power unit is provided on the rear wheel side. FIG. 6 is a left side view showing the bicycle according to the second embodiment, and the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or equivalent parts. The ends of the
後輪スプロケット86に補助駆動力を付与するパワーユニット87が設けられる。パワーユニット87は車体左右に1本ずつ設けられるチェーンステー6、6によって軸支される。
A
筒状ホルダ79の前部(車体前方側部位)には、回転数センサ44が取り付けられ、筒状ホルダ79の後部(車体後方側部位)には、油圧センサ36を含む踏力検知ユニット18が取り付けられる。
A
図7は、第2実施形態に係る自転車の要部平面断面図である。筒状ホルダ79の一端部(車体左側部分)には、軸受箱89が螺着され、さらに軸受箱89の外周には、ナット90が螺着されている。つまり軸受箱89はダブルナット方式で筒状ホルダ79に固定される。軸受箱89には、自動調心玉軸受92が収容される。
FIG. 7 is a cross-sectional plan view of an essential part of the bicycle according to the second embodiment. A
筒状ホルダ79の他端部(車体右側部分)には、第2の軸受箱93が設けられる。第2の軸受箱93は、2個の軸受94a、94bを収容している。第2の軸受箱93は筒状であり、その外周面と、筒状ホルダ79の内周面との間に隙間を有するように、第2の軸受箱93の外径と筒状ホルダ79の内径が決定されている。このため、軸受94a、94bとクランク軸91との位置関係(クランク軸91の長手方向における軸受94a、94bの位置)を固定するため、環状スペーサ94とストップリング95が配置される。つまり、車体右側からクランク軸91に軸受94a、94bを順に嵌め込み、軸受94aがクランク軸91の段部91aに当接する位置まで寄せる。それから、スペーサ94をクランク軸91に嵌めて、さらにストップリング96で固定する。この構造により、第2の軸受箱93はクランク軸91の長手方向には、位置が固定される一方、自動調心玉軸受92の調心中心92aを中心とする変位は、筒状ホルダ79と第2の軸受箱89との間に形成される隙間Gの範囲で可能である。つまり、図7において、第2の軸受箱93は左右に変位可能である。
A
第2の軸受箱93には、ドライブスプロケット84側端部にフランジ93aが形成されており、このフランジ93aの外周端面にピストン38の先端小径部38aが当接するように油圧センサ36が配置される。油圧センサ36は、センサハウジング36aに形成されるセンサ収容凹部37に収容される。センサ収容凹部37を有するセンサハウジング36aは、図5に関して説明したものと同様のオイル溜めを有する図示しないオイルリザーバに接続される。
The
また、回転数センサ44が、筒状ホルダ79の前側に接合されるブラケット80に、ボルト85を使って固定される。回転数センサ44の感知面44aは、ドライブスプロケット84に設けられた円板97に対向しており、円板97に所定間隔で形成された孔97aの検知間隔に基づいて円板97の回転数、すなわちクランク軸91の回転数を検出する。例えば、回転数センサ44は、光反射型センサで構成することができる。
Further, the
この第2実施形態の自転車では、ペダルを踏んでドライブスプロケット84を回転させると、チェーン12の張力が増大し、図5に関して説明したのと同様、第2の軸受箱93を後輪側に変位させるようにチェーン反力が生じ、油圧センサ36のピストン38を押圧する。その結果、油圧室42内の非圧縮性オイルは、油圧センサ36の受圧部76に圧力変化を生じさせ、油圧センサ36は踏力に応じた検出信号を出力する。
In the bicycle according to the second embodiment, when the
図8は、油圧センサ36が出力する油圧信号に応じて駆動される駆動補助機としてのモータの断面図である。図8において、チェーンステー6の後端およびシートステー5(図6参照)の下端の接合部から後方に張り出したプレート98には、変速機を組み込んだシリンダ99が軸101で支持される。軸101はプレート98に形成され、車体前後方向に長い長孔98a内で、車体前後方向に位置調節可能に支持される。この位置調節によってチェーン12の張力が調節される。なお、調節ボルト等を含む位置調節部材は、本発明の要部ではないし、周知の構造であるので図示は省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a motor as a drive assisting device driven in accordance with a hydraulic pressure signal output from the
シリンダ99の外周にはホイールハブ102が嵌合される。ホイールハブ102は内筒102aおよび外筒102bを有する環状体であり、内筒102aの内周面がシリンダ99の外周に当接する。ホイールハブ102の側面には、シリンダ99から張り出したフランジ103がボルト104によって固定される。ホイールハブ102の外筒102bの内周にはパワーユニット87に含まれるモータ130のロータ側磁極を構成するネオジウム磁石105が所定間隔をおいて配置される。すなわち、外筒102bは磁石105を保持したロータコアを構成する。
A
シリンダ99の車体左側を覆うキャップ106が、ブレーキベース107とともに、軸101にナット108で共締め固定される。キャップ106の外周面には軸受109が嵌められ、この軸受109によってロータカバー110が支持される。ロータカバー110は、ホイールハブ102の外壁102bと同じ外径を有し、ホイールハブ102と組み合わさって、モータ130のステータ収容スペースを形成する。
A
キャップ106の開放側(図中右側)には、ステータ支持板111が接合される。ステータ支持板111は、環状であり、その内周には、軸受112が嵌められる。軸受112は、ホイールハブ102の内壁102aに当接して、ホイールハブ102を支持する。ステータ保支持板111には、ステータ113がボルト114によって取り付けられる。ステータ113には、3相ステータコイル113aが巻回されている。
A
ロータカバー110は、車体左側(図中下側)に向けて突出した環状壁115を有しており、この環状壁115の内周面には、摩擦板116が貼り付けられている。そして、ブレーキベース107には、ブレーキ軸118とブレーキ軸118に対して揺動自在に設けられるブレーキシュー(ハブ119のみを示す)と、ブレーキシューを摩擦板116側に付勢するカム120とを備える。カム120はブレーキベース107に回動自在に支持され、端部には、カム120を回動させるレバー121と戻しバネ122が設けられる。レバー121は、図示しないブレーキハンドルで操作される。
The
ホイールハブ102には、変速機に内蔵されるワンウェイクラッチを介して後輪スプロケット86が連結される。ホイールハブ102の外壁102bには、リム123が接合されており、リム123には図示しない後輪スポークが結合される。
A
このように構成されたパワーユニット87のモータ130のステータコイル113aには、踏力検知ユニット18で検出された踏力に応じて通電される。そうすると、この通電によって生じる磁界と磁石105との作用によりホイールハブ102が回転し、後輪スプロケット86が回転される。モータ130の回転力は、人力によってクランク軸91から、ドライブスプロケット84およびチェーン12を介して後輪スプロケット86に伝達される回転力と合力されてホイールハブ102を駆動する。
The
なお、第2実施形態の自転車100も、駆動補助機付き自転車に限らず、踏力の大小にかかわらずモータ130を独立して駆動するハイブリッド車両とすることができる。
The
次に、本発明の第3実施形態を説明する。図9は、第3実施形態に係る自転車の左側面図である。自転車200は、前部アセンブリ201と、中央アセンブリ202と、後部アセンブリ203と、シートアセンブリ204とからなる。前部アセンブリ201は、車体前方に位置するヘッドパイプ205およびヘッドパイプ205に接合され、略水平後方に延びたパイプ状の前フレーム206を備える。ヘッドパイプ205には前フォーク207がその上部に形成された軸部を介して回動自在に保持される。この軸部の上端にはジョイント208を介してハンドルポスト209が結合され、ハンドルポスト209の上部にはステアリングハンドル210が結合される。ジョイント208はノブ211およびレバー212の操作によって緩めることができ、これらの操作により、ジョイント208を中心にハンドルポスト209を折り畳むことができる。前フォーク207の下端には前輪WFが回転自在に軸支される。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a left side view of the bicycle according to the third embodiment. The
ステアリングハンドル210の両端に設けられるブレーキレバー(図示せず)から下方に延びる前ブレーキワイヤ213の先端は前フォーク207に設けられた前ブレーキ214に結合される。ブレーキレバーにはさらに1本のワイヤ(後ブレーキワイヤ)215が結合され、この後ブレーキワイヤ215は車体沿って後方に延び、後ブレーキ216に結合される。後ブレーキワイヤ215は前フレーム206に設けられた止め具217によって垂れないように保持される。
The front end of a
中央アセンブリ202は、パワーユニット218と、パワーユニット218に電力を供給するバッテリ219とを個別に収容する空間を形成するケーシング220を有する。すなわち、ケーシング220はパワーユニットを収容する小部屋(駆動部ハウジング)と、バッテリ219を収容する小部屋(バッテリケース)とを一体で構成する。ケーシング220は、左右一対のアルミニュームのダイキャスト製品からなる分割フレームとして構成される。
The
パワーユニット218は人力駆動系およびモータ駆動系それぞれの動力伝達機構を備える。人力駆動系には、人力を入力するためのクランク軸219およびクランク軸219の両端に結合されるクランク220ならびに入力された人力の伝達歯車機構が含まれる。一方、モータ駆動系には、モータ221およびモータ動力の伝達歯車機構が含まれる。この歯車機構のうち、合力軸(後述)には、踏力検知ユニット18が取り付けられる。歯車機構等についてはさらに後述する。
The
ケーシング220は、前方に前フレーム206との連結部222を有するとともに、前方上部にシートアセンブリ204との連結部223を備え、かつ、後方に後部アセンブリ203を連結する連結部224を備える。
The
後部アセンブリ203は中央アセンブリ202に連結部224で結合される後部フレーム225と、後部フレーム224の後端に設けられる軸受部226と、軸受部226で支持される従動側スプロケット227および後輪WRとを有する。後部フレーム225は、車体の左右にそれぞれ設けられて対をなし、上部には、後ブレーキ216が装着される。従動側スプロケット227は、中央アセンブリ202に設けられる駆動側スプロケット(後述)とチェーン12で連結される。
The
シートアセンブリ204は、シートポスト228と、シートポスト228の上端に設けられたシート229とからなり、シートポスト228にはリフレクタ230が取り付けられる。
The
中央アセンブリ202の前方上部に設けられた連結部223には、シートポスト228を保持するためのボスおよびボスを締め付けるクランパが設けられ、シートポスト228はこのボスをクランパで締め付けることにより、ケーシング220に確実に保持される。クランパを緩めることにより、シートポスト228を上下移動してシート229の高さを調節することができる。
A boss for holding the
ケーシング220には、分割された左右ケーシングを締め付け固定するボルトを貫通するためのボスが複数設けられ、そのうちのボス231が、シートポスト228の延長線上に位置してシートポスト228の前方上部と外周同士で当接するように設けられる。このような配置により、シート229に荷重がかかったとき、連結部223を中心にしてシートポスト228の下端が図中時計方向に変位するのを制止することができ、シート229にかかる大きい荷重も確実に支えることができる。
The
前フレーム206とケーシング220との連結部222は、車体上下方向に延びる枢軸を有するヒンジとびロック装置とを有していて、このロック装置のロックを解除することにより、ヒンジの枢軸で車体を折り畳むことができるし、さらにヒンジの結合を解除することにより、前部アセンブリ201および中央アセンブリ202を互いに分離することもできる。
The connecting
後フレーム225とケーシング220との連結部224は、後フレーム225およびケーシング220の双方に形成されたボスと、このボスを貫通するボルト、ならびにこのボルトに螺着するナット(ボルト・ナットは図示していない)で構成される。
A connecting
図10は、パワーユニット218を構成するギヤ配列を示す模式図である。図10において、クランク軸219にはラチェットワンウェイ(後述)を介して人力駆動ギヤ232が結合される。人力駆動ギヤ232は、合力軸233に形成された小ギヤ234と噛み合い、合力軸233の中ギヤ235は、出力軸235に結合された最終段ギヤ236と噛み合う。出力軸237には、前記従動側スプロケット227とチェーン12で連結される駆動側スプロケット238が結合される(図11参照)。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a gear arrangement constituting the
さらに、合力軸233上には、ラチェットワンウェイ(後述)を介して大ギヤ239が結合されている。この大ギヤ239には、減速軸240に結合された小ギヤ241が噛み合う。減速軸240にはさらに大ギヤ242が設けられており、この大ギヤ242はモータ221の出力軸243に結合されるピニオン244と噛み合う。
Further, a
合力軸233の端部には、踏力検知ユニット18が取り付けられる。踏力検知ユニット18は油圧センサ36とオイルリザーバ65とからなる。詳細は後述する。
A pedal
この構成において、クランク220によってクランク軸219に入力された踏力で、クランク軸219は回転し、その回転は、人力駆動ギヤ232と小ギヤ234を介して合力軸233に伝達される。
In this configuration, the
一方、モータ221の回転は、ピニオン244と大ギヤ242を介して減速軸240に伝達され、さらに、減速軸240の回転は小ギヤ241と、合力軸233上の大ギヤ239とを介して合力軸233に伝達される。こうして、合力軸233上で踏力とモータ221の動力とが合力され、合力された駆動力は、中ギヤ235および最終段ギヤ238を介して出力軸237に伝達され、駆動側スプロケット238を回転させる。
On the other hand, the rotation of the
図11は、A−A位置におけるパワーユニットの断面図、図12は、B−B位置におけるパワーユニットの断面図である。図11、図12において、パワーユニット218は、右ケース245と左ケース246とからなる駆動部ハウジング247を備え、クランク軸219は右ケース245に保持された軸受248と左ケース246に保持された軸受249とで支持される。クランク軸219上の、駆動部ハウジング247内の左側(軸受249寄り)には、ラチェットワンウェイ250が取り付けられ、このラチェットワンウェイ250を介してクランク軸219に人力駆動ギヤ232が係合される。
11 is a cross-sectional view of the power unit at the AA position, and FIG. 12 is a cross-sectional view of the power unit at the BB position. 11 and 12, the
合力軸233は、右ケース245に保持された軸受251と左ケース246に保持された軸受252とで支持される。合力軸233には、図中左から順に小ギヤ234、大ギヤ239、および中ギヤ235が設けられる。大ギヤ239は、ラチェットワンウェイ253を介して合力軸233に取り付けられる。人力駆動ギヤ232と合力軸233上の小ギヤ234は、ヘリカルギヤである。合力軸233の一端部(図中右端部)には、ピストン255を収容するとともに、油圧室254を有するピストン収容室が形成される。
The
減速軸240は、右ケース245に保持された軸受256と左ケース256に保持された軸受257とで支持される。
The
図12において、モータ221は、出力軸243と、モータハウジング257とモータハウジング257に設けられた軸受258、259と、ステータ(磁石)261と、コイルを巻回されたロータ262と、ブラシ263とからなる。
12, the
図11において、出力軸237は、右ケース245に保持された軸受264と左ケース256に保持された軸受265とで支持される。最終段ギヤ236は、出力軸237に対してスプライン係合により結合される。
In FIG. 11, the
図13は、第3実施形態に係る自転車のパワーユニットの要部断面図である。図13において、図11、12と同符号は同一または同等部分を示す。 FIG. 13: is principal part sectional drawing of the power unit of the bicycle which concerns on 3rd Embodiment. 13, the same reference numerals as those in FIGS. 11 and 12 denote the same or equivalent parts.
図13において、クランク軸219に形成されたフランジ266と保持リング部材267とで挟まれた段部268にラチェットワンウェイ250が設けられており、ラチェットワンウェイ250の爪は、人力駆動ギヤ232の内周部のラチェット歯269に係止する。保持リング部材267はストップリング270でクランク軸219の長手方向に関する位置を規制して固定される。軸受248とクランク軸219との位置関係は、ストップリング271で規定される。
In FIG. 13, a ratchet one-
合力軸233上の大ギヤ239も、人力駆動ギヤ232と同様、合力軸233に形成されたフランジ272と保持リング部材273とで挟まれた段部274にラチェットワンウェイ253が設けられており、ラチェットワンウェイ253の爪は、大ギヤ239の内周部のラチェット歯275に係止する。
The
人力駆動ギヤ232および合力軸233の小ギヤ234はヘリカルギヤであるため、人力駆動ギヤ232が回転すると、小ギヤ234と人力駆動ギヤ232との間には、互いに相反するスラスト(クランク軸219に平行な方向に作用する力)が発生する。本実施形態では、クランク軸219を、自転車200が前進する方向に回転させると、合力軸233に図中右方向のスラスト(矢印276)が生じるように、ヘリカルギヤのねじれ方向を設定する。
Since the
合力軸233の右側に位置する右ケース245のピストン収容室277には、ピストン255が収容されている。ピストン255は、ピストン収容室277内に、オーリング278によって液密に収容されており、バネ279で、合力軸233側に付勢されている。ピストン255と合力軸233の端面との間にはボール(鋼球)280が介在されている。ピストン255の背後(合力軸233の側とは反対側)に、バネ279を有する油圧室254が設けられており、この油圧室254は、オイルリザーバ65内のオイル溜めに連通する。なお、踏力検知ユニットのオイルリザーバ65や油圧センサは第1実施形態(図5)のものと同様に構成される。
A
この構成により、ピストン255で押されている合力軸23は、図中左側に付勢されているので、クランク軸219に踏力が作用していないとき、中ギヤ235と軸受251との間には隙間Gが生じる。
With this configuration, the
そして、自転車200を走行させるためにクランク軸219に踏力を作用させたときは、スラスト276によって合力軸233は隙間Gを小さくする方向(車体右側)に変位しようとする。ピストン255が、図示しないオイルリザーバのチェックボールが弁体に着座するまでピストン収容室277内に押し込まれると、その後は、スラストにより、ピストン255および油圧室254内の非圧縮性オイルを介して油圧センサ36のセンサ本体4の受圧部76(図5参照)に作用する油圧を高め、センサ本体4は、スラスト力(踏力に対応)に応じた検出信号を出力する。
When a pedaling force is applied to the
なお、モータ221による駆動力が合力軸233に加わって、相対的に踏力が小さくなっているときはスラスト力276が小さくなるので、ピストン255はバネ279に押されて合力軸233を変位させ、隙間Gが最大値側に開く。そして、駆動力が加わることによって、スラスト力276は小さくなるので、ピストン255が図中左側に変位して油圧室254の圧力が低下する。これにより、今度は、踏力が小さくなったことが検出され、モータ221による補助駆動力が低下し、踏力が増大するので、再びスラスト力276が増大する。
Note that when the driving force by the
こうして、油圧センサ36から出力される検出信号によってモータによる駆動力が合力軸233に付与されて、クランク220によってクランク軸219に入力される踏力が所定値以下に軽減される。
Thus, the driving force by the motor is applied to the
続いて、本発明の第4実施形態を説明する。図14は、第4実施形態に係る自転車を示す左側面図であり、図1、図6と同符号は同一または同等部分を示す。第4実施形態の踏力検出装置を備えた自転車300は、第2実施形態と同様、パワーユニットが後輪側に設けられた自転車である。図14において、自転車300のメインパイプ3および立パイプ4ならびにチェーンステー6のそれぞれの端部は、クランク軸91を支持するハブ機構の構成要素である筒状ホルダ79に接合される。クランク軸91には、ドライブスプロケット84が連結され、後輪側には後輪スプロケット86が設けられる。
Subsequently, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a left side view showing the bicycle according to the fourth embodiment, and the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 6 denote the same or equivalent parts. A
後輪スプロケット86には、後輪スプロケット86に補助駆動力を付与するパワーユニット87の出力軸が連結される。パワーユニット87は図8に関して説明したものと同じ構成とすることができる。クランク軸91とドライブスプロケット84との間には、油圧アクチュエータ140と、油圧センサ36と、油圧センサ36の保護機構180とを含む踏力検出ユニット170が装着される。
An output shaft of a
次に、踏力検出ユニット170の構成を説明する。図15は、図14のC−C矢視図である。図15において、クランク軸91は、車体幅方向に延在した筒状ホルダ79の両端に設けられる玉軸受171、172で支持される。ドライブスプロケット84側の玉軸受171は、筒状ホルダ79の一端側から螺着されるハウジング173と複数の玉174とからなり、玉174は、ハウジング173とクランク軸91の段部91aとで囲繞されたスペースに収容される。
Next, the configuration of the pedaling
一方、ドライブスプロケット84から遠い側の玉軸受172は、筒状ホルダ79の他端側から螺着されるハウジング175と、複数の玉176と、ハウジング175の外周に螺着されるナット177とからなる。玉176はハウジング175とクランク軸91のもう一つの段部91bとで囲繞されたスペースに収容される。なお、ナット177は、筒状ホルダ79の端部と協働してハウジング173および175の緩み止め用ダブルナットとして作用する。
On the other hand, the
クランク軸91のうち、玉軸受171から突き出した右部分91Rの端部には車体右側クランク10Rが取り付けられ、玉軸受172から突き出した左部分91Lの端部には、車体左側クランク10Lが取り付けられる。
Of the
クランク軸91の右部分91Rには、踏力検出ユニット170が装着される。踏力検出ユニット170は、ドライブスプロケット84とともにクランク軸91に組み付けられる油圧アクチュエータ140と油圧アクチュエータ140により油圧室(後述)に生じる油圧を検知する油圧センサ36とからなる。
A pedal
油圧アクチュエータ140は、クランク軸91の右部分91Rの外周に固定されるアタッチメント141を備える。アタッチメント141は、例えばスプラインによりクランク軸91に係合する筒状部分141aと筒状部分141aの端部から外周方向に展開している円板部分141bとからなる。アタッチメント141は、筒状部分141aの両端に位置してクランク軸91の外周に係合するストップリング142、143によってクランク軸91の長手方向の位置が規制されている。油圧アクチュエータ140は、さらに、ピストン144およびピストン144を収容する油圧室ハウジング145と、油圧センサ36の保護機構180とを含む。
The
油圧室ハウジング145には、油圧室ハウジング145の回り止め用ボス146が形成される。回り止め用ボス146にはキャップ147が被せられ、このキャップ147は踏力検出ユニットカバー148に嵌装され、踏力検出ユニットカバー148は、玉軸受171のハウジング173と筒状ホルダ79とによって挟持される。なお、踏力検出ユニットカバー148は、チェーンカバー17と一体に形成することができる。
The
油圧アクチュエータ140の構成を、図16を参照して詳述する。図16は図15の要部拡大図である。図16において、アタッチメント141の筒状部分141aの外周側には油圧室ハウジング145が装着される。油圧室ハウジング145は、内周面がアタッチメント141の筒状部分141aの外周面に対向する筒状部分145aと、筒状部分145aの端部から外周方向に展開している円板部分145bとを有する。円板部分145bの周縁はクランク軸91の長手方向に沿って車体右側に向けて立ち上がった環状壁部150をなしている。
The configuration of the
この環状壁部150の内周面と筒状部分145aの外周面との間に円板状のピストン144が配置される。ピストン144の中心部(ハブ)144aの内周面は、環状シール151を介して油圧室ハウジング145の筒状部分145aの外周に係合している。一方、ピストン144の外周縁はシール152を介して油圧室ハウジング145の環状壁部150の内周面に係合している。
A disc-shaped
こうして、ピストン144と油圧室ハウジング145との間には、油圧室153が形成される。ピストン144と油圧室ハウジング145との対向面に波形座金(ウェーブワッシャ)165が配置される。ウェーブワッシャ165はピストン144と油圧室ハウジング145との対向面間隔を拡大する方向に力を作用させ、踏力低下で油圧室153の油圧が下がったときに、玉156とアタッチメント141およびドライブスプロケット84間に隙間が生じないようにする。
Thus, a
油圧室153は非圧縮性オイルで充満される。油圧室ハウジング145の円板部145bの外周寄りには、前記環状壁部148とは反対方向に突き出したセンサ取り付け用のボス154が形成される。ボス154には油圧室153に連通するセンサ取付用のねじ孔154aが設けられ、このねじ孔154aには、感知部が油圧室153に面するようにして油圧センサ36がねじ込まれる。油圧センサ36は、全体形状が略円柱状であり、その長手方向が、クランク軸91の長手方向、つまり自転車300の車幅方向を指向するように配置され、ボス154に取り付けられる。油圧センサ36はハーネス155によって前記コントローラ21と電気的に接続される。
The
また、油圧室ハウジング145の円板部分145bの、外周寄りの他の部分にはセンサ保護機構180が設けられる。センサ保護機構180については、後で詳述する。
In addition, a
アタッチメント141とピストン144との間には、ドライブスプロケット84が配置される。ドライブスプロケット84は、ハブ84aと外輪部84bとからなり、両者は互いにリベット33で結合されている。アタッチメント141の円板部分141bとドライブスプロケット84のハブ84aとは玉156を収容する溝を有し、これら円板部分141bとハブ84aとは、玉156を挟んで対向している。ドライブスプロケット84のハブ84aはクランク軸91の長手方向に沿って立ち上がった環状壁部157を有しており、この環状壁部157の内周面にはアタッチメント141の円板部分141bの周縁部が環状のシール158を介して対向している。
A
ドライブスプロケット84のハブ84aとピストン144との間にはニードルスラスト軸受159が配置される。一方、アタッチメント141の筒状部分141aの周囲には、油圧室ハウジング145の円板部分145bにかかるスラストを受けるニードルスラスト軸受162が配置される。ニードルスラスト軸受162に対して、筒状部分141aの端部側にスラストプレート160が設けられ、スラストプレート160から筒状部分141aのさらに端部側にはストップリング161が配置される。
A needle thrust bearing 159 is disposed between the
これらの構成要素を有する油圧アクチュエータ14は、アタッチメント141に対して、ドライブスプロケット84、並びにピストン144および油圧室ハウジング145を整列配置した状態で、アタッチメント141の筒状部分141aに、ニードルスラスト軸受162を装着し、さらにスラストプレート160を嵌装した後、ストップリング161を筒状部分141aに係合させて、スラストプレート160を固定する。
The
なお、スラストプレート160と油圧室ハウジング145との間には、シール163が設けられ、ドライブスプロケット84のハブ84とピストン144との間にはシール164が設けられる。
A
図16を参照して踏力検出ユニット170の動作を説明する。図16において、クランク軸91が踏力によって回転すると、これとともにアタッチメント141が回転し、さらにアタッチメント141の回転は玉156を介してドライブスプロケット84に伝達される。このドライブスプロケット84の回転はチェーン12によって後輪スプロケット86に伝達され、前記パワーユニット87の出力に合力されて後輪WRが駆動させる。
The operation of the pedal
パワーユニット87の駆動力を決定するための踏力は、アタッチメント141とドライブスプロケット84との差動により検出される。つまり、踏力が小さい場合は、アタッチメント141の回転は玉156を介してドライブスプロケット84に伝わり、ドライブスプロケット84はアタッチメント141に追従して回転する。一方、踏力が増大した場合、つまり後輪WRの負荷が増大した場合、この負荷はドライブスプロケット84がアタッチメント141の回転を阻止する方向の力として作用する。したがって、ドライブスプロケット84およびアタッチメント141の相対位置が変化しようとする。
The pedaling force for determining the driving force of the
しかし、ドライブスプロケット84とアタッチメント141との間には、玉156が介在しているので、ドライブスプロケット84が玉156に乗り上げることで相対位置の変化が可能になる。つまり、ドライブスプロケット84、アタッチメント141および玉156によってトルクカムの機能を有することになる。ここで、アタッチメント141は前記ストップリング142、143でクランク軸91に対してクランク軸91の長手方向の位置が規制されているのでクランク軸91に対して動くことはなく、結局、ドライブスプロケット84がクランク軸91の長手方向でピストン144側に変位する。この変位は、ニードルスラスト軸受159を介してピストン144に伝達され、ピストン144は、油圧室ハウジング145の筒状部145aの外周面と環状壁部150の内周面とで案内されて油圧室153を縮小させる方向に変位する。
However, since the
油圧室153内には非圧縮性オイルが充満されているので、ピストン144の変位によって油圧室153の圧力は上昇し、その圧力上昇は油圧センサ36によって検知される。油圧室153の圧力は、アクチュエータ141とドライブスプロケット84との回転方向の変位量、つまり踏力を表す。したがって、油圧センサ36の検知信号はコントローラ21に伝達され、コントローラ21は、この検知信号で代表される踏力に応じた駆動力を出力させる指示をパワーユニット87に送出する。
Since the
油圧室153の圧力が上昇しすぎることを防止する観点で、油圧センサ保護機構180を設けるのが望ましい。図17は、油圧センサ保護機構を示す踏力検出ユニットの要部拡大図である。図17において、油圧室ハウジング145の周縁部に油圧センサ保護機構180が設けられる。油圧センサ保護機構180は、ボディ181と、ボディ181に螺着されてシールリング183で密着されたキャップ182とを備える。
From the viewpoint of preventing the pressure in the
ボディ181とキャップ182とによって形成されるバルブ室184にはバルブ装置185が組み込まれる。バルブ室184は油圧室152に至る連通路186を有する。バルブ室184には、筒状のシート187が外周をシールリング188で封止された状態で配置される。シート187の孔には、チェックボール189が配置され、チェックボール189には、キャップ182側からリリーフバルブ190が配置される。リリーフバルブ190とキャップ182との間にはリリーフバルブ190をチェックボール189側に付勢するリリーフバルブスプリング191が設けられる。キャップ182には、ボディ181側に凹部182aが形成されており、この凹部182aとシート187の中空部は、リリーフバルブ190とリリーフバルブスプリング191を収容するとともに、オイル溜まりとしても機能する。
A
このセンサ保護機構180によれば、油圧室153の圧力が上昇して、連通路186の圧力がリリーフバルブスプリング191の付勢力を上回ると、チェックボール189はシート187から離れて油圧室153のオイルがオイル溜まりに流入する。これによって、油圧室153の圧力が所定値以上に上昇するのを回避して油圧センサ36を保護することができる。
According to this
このように、第4実施形態では、玉156とアタッチメント141およびドライブスプロケット84とで形成されるカム機構により、踏力を、クランク軸91の長手方向におけるドライブスプロケット84の動きに変換し、ピストン144を動かすことができる。その結果、踏力を油圧室153の圧力で代表させることができる。
Thus, in the fourth embodiment, the pedal force is converted into the movement of the
上述の第3実施形態の自転車200、および第4実施形態の自転車300はいずれも自転車1や100と同様、踏力に応じてモータ221を駆動するのに限らず、踏力が入力されていないときにモータ221のみで後輪を駆動する構成し、人力とモータ駆動力とを、個別にまたは双方を合力して後輪を駆動するハイブリッド形式の自転車としてもよい。
The
上述のように、第1、第2実施形態によれば、クランク軸の僅かな変位を油圧センサで検知して踏力を検出することができる。また、第3実施形態では、クランク軸にギヤを介して係合される合力軸の軸方向の変化を油圧センサで検知して踏力を検出することができる。 As described above, according to the first and second embodiments, it is possible to detect the pedal effort by detecting a slight displacement of the crankshaft by the hydraulic sensor. Moreover, in 3rd Embodiment, the pedal force can be detected by detecting the change of the axial direction of the resultant force shaft engaged with a crankshaft via a gear with a hydraulic sensor.
また、第4実施形態では、クランク軸91の一方側(車体右側)にアタッチメントとの結合が可能な加工、例えばスプライン等の加工を施すだけで、既存の車体フレーム構造に対して容易に踏力検出ユニットを装着することができる。
Further, in the fourth embodiment, it is possible to easily detect the pedaling force with respect to the existing vehicle body frame structure only by performing processing that can be coupled with the attachment on one side (right side of the vehicle body) of the
したがって、いずれの実施形態においても、クランク軸の回転は、緩衝部材を介することなく直接、クランクスプロケットや駆動側スプロケットに伝達されるので、歪みセンサを使用する従来の装置において懸念されるペダリング時のロストモーションがなくなる。したがって、ロストモーションによって使用者がペダリング中に違和感を覚えることを防止し、良好な乗り心地が得られる。 Accordingly, in any of the embodiments, the rotation of the crankshaft is directly transmitted to the crank sprocket and the driving side sprocket without passing through the buffer member, and therefore, during pedaling, which is a concern in the conventional apparatus using the strain sensor. Lost motion disappears. Therefore, it is possible to prevent the user from feeling uncomfortable during pedaling due to the lost motion and to obtain a good riding comfort.
本明細書では、本発明を実施形態に従って説明したが、本発明はこれに限定されない。当業者は、請求項に記載した範囲で、周知技術を適用する等して本発明を実施することができる。例えば、第3実施形態において、モータ221を減速軸240の下方に配置したが、モータ221の位置は、減速軸240の後方(図9、図10において右側)に設定してもよい。例えば、図10に符号243aで示す位置にモータ221の出力軸が位置するようにモータ221を配置することができる。これによって、パワーユニット218実質的な高さを小さくすることができる。
Although the present invention has been described according to the embodiment in the present specification, the present invention is not limited to this. Those skilled in the art can implement the present invention by applying well-known techniques within the scope described in the claims. For example, in the third embodiment, the
なお、上述の実施形態では、2輪自転車を参照して本発明を説明したが、本発明の踏力検出装置が適用可能な車両は2輪自転車に限らず、3輪車、4輪車であってもよく、要は、クランク軸に入力される踏力で車輪が駆動され、かつ、少なくとも踏力に応じて踏力を補助するように駆動されるモータを備えた車両であればよい。 In the above-described embodiment, the present invention has been described with reference to a two-wheeled bicycle. However, a vehicle to which the treading force detection device of the present invention can be applied is not limited to a two-wheeled bicycle, but a three-wheeled vehicle or a four-wheeled vehicle. In short, any vehicle may be used as long as the vehicle is provided with a motor that is driven by a pedaling force input to the crankshaft and that is driven to assist the pedaling force according to at least the pedaling force.
1、100、200…動力補助機付き自転車、 2…ヘッドパイプ、 3…メインフレーム、 6…チェーンステー、 8、87…パワーユニット、 9、91、219…クランク軸、 10L、10R…クランク、 11、130、221…モータ、 12…チェーン、 13、84…クランクスプロケット、 14…合力スプロケット、 16、86…後輪スプロケット、 18…踏力検知ユニット、 26…パワーユニットケース、 27、92…自動調心玉軸受、 28…軸受、 35…軸受収容凹部、 36…油圧センサ、 37…センサ収容凹部、 38…ピストン、 39…コイルバネ、 40…センサ本体、 41…オーリング、 65…オイルリザーバ、 67…オイル溜め、 68…逆止弁、 76…受圧部、 79…筒状ホルダ、 89…軸受箱、 93…第2の軸受箱、 140…油圧アクチュエータ、 141…アタッチメント、 144…ピストン、 145…油圧室ハウジング、 170…踏力検出ユニット、 180…油圧センサ保護機構、 227…従動側スプロケット、 238…駆動側スプロケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100,200 ... Bicycle with power auxiliary machine, 2 ... Head pipe, 3 ... Main frame, 6 ... Chain stay, 8, 87 ... Power unit, 9, 91, 219 ... Crankshaft, 10L, 10R ... Crank, 11, 130, 221 ... motor, 12 ... chain, 13, 84 ... crank sprocket, 14 ... resultant sprocket, 16, 86 ... rear wheel sprocket, 18 ... pedaling force detection unit, 26 ... power unit case, 27, 92 ... self-aligning
Claims (10)
前記軸受(27、28)の一方が、車体フレームに対して間隙(G)を設けて配置されており、
ペダルクランク(10L、10R)のペダリングによって前記間隙(G)を設けて配置された軸受(28)が該間隙(G)の範囲で移動可能に構成するとともに、
前記間隙(G)を設けて配置された軸受(28)の外周に当接して配置され、該軸受(28)の移動に応じて変位するピストン(38)と、該ピストン(38)により加減圧される非圧縮流体を収容する流体圧室(42)と、該流体圧室(42)の圧に応じたペダル踏力を出力する流体圧センサ(36)とを備えていることを特徴とする車両の踏力検出装置。 The crankshaft (9) that rotates with the pedaling force input to the pedal crank (10L, 10R), the bearings (27, 28) that support the crankshaft (9) at two points, and the crankshaft (9) In a pedaling force detection device for a vehicle having a chain (12) bridged between a crank sprocket (13) and a rear wheel sprocket (16),
One of the bearings (27, 28) is disposed with a gap (G) with respect to the vehicle body frame,
The bearing (28) provided with the gap (G) by pedaling of the pedal crank (10L, 10R) is configured to be movable within the range of the gap (G).
The piston (38) disposed in contact with the outer periphery of the bearing (28) disposed with the gap (G) and displaced in accordance with the movement of the bearing (28), and the pressure by the piston (38) A vehicle, comprising: a fluid pressure chamber (42) that accommodates an incompressible fluid to be compressed; and a fluid pressure sensor (36) that outputs a pedal depression force corresponding to the pressure in the fluid pressure chamber (42). Pedal force detection device.
前記軸受(94a、94b、92)のうち、前記クランクスプロケット(84)側から遠い側を支持する軸受(92)を収容する軸受箱(89)と、
前記軸受(94a、94b、92)のうち、前記クランクスプロケット(84)側に近い側を支持する軸受(94a、94b)を収容する第2の軸受箱(93)と、
前記軸受箱(89)および前記第2の軸受箱(93)の外周を保持する筒状ホルダ(79)と、
流体圧ピストン(38)および該流体圧ピストン(38)の変位を受圧部(76)に伝達する非圧縮性流体を収容した流体圧室(42)を有する流体圧センサ(36)とを備え、
前記第2の軸受箱(93)が、前記筒状ホルダ(79)に対して変位可能なように、互いに間隙(G)を有して係合し、かつ前記筒状ホルダ(79)から前記クランクスプロケット(84)側に突出している部分(93a)を有しており、
前記流体圧センサ(36)のピストン(38)が前記第2の軸受箱(93)の前記突出部分(93a)に当接配置されていることを特徴とする車両の踏力検出装置。 Bearings (94a, 94b, 92) that support the crankshaft (91) that is rotated by the pedal force input to the pedal crank (10L, 10R) at two points, and a crank sprocket (84) that is coupled to the crankshaft (91) And a pedaling force detection device for a vehicle having a chain (12) spanned between a crank sprocket (84) and a rear wheel sprocket (86),
A bearing box (89) that houses a bearing (92) that supports a side of the bearing (94a, 94b, 92) far from the crank sprocket (84) side;
A second bearing box (93) that houses a bearing (94a, 94b) that supports a side close to the crank sprocket (84) side of the bearings (94a, 94b, 92);
A cylindrical holder (79) for holding the outer periphery of the bearing box (89) and the second bearing box (93);
A fluid pressure piston (38) and a fluid pressure sensor (36) having a fluid pressure chamber (42) containing an incompressible fluid that transmits the displacement of the fluid pressure piston (38) to the pressure receiving part (76),
The second bearing housing (93) is engaged with each other with a gap (G) so as to be displaceable with respect to the cylindrical holder (79) and from the cylindrical holder (79). Having a portion (93a) projecting to the crank sprocket (84) side,
A pedaling force detecting device for a vehicle, wherein a piston (38) of the fluid pressure sensor (36) is disposed in contact with the protruding portion (93a) of the second bearing housing (93).
前記ギヤ対(232、234)がヘリカルギヤによって構成され、
前記クランク軸(219)の回転によって前記ギヤ対(232、234)に生じるスラストで前記合力軸(233)が所定量変位可能なように、該合力軸(233)を軸受(251、252)で支持するとともに、
前記合力軸(233)の端部に当接配置され、前記スラストによる合力軸(233)の変位に応じて変位するピストン(255)および該ピストン(255)の変位を受圧部に伝達する非圧縮性流体を収容した流体圧室(254)を有する流体圧センサ(36)とを備えていることを特徴とする車両の踏力検出装置。 A crankshaft (219) that is rotated by a pedaling force input to the pedal crank (10L, 10R), a resultant shaft (233) that is coupled to the crankshaft (219) via a gear pair (232, 234), and driving assistance A motor (221) as a machine, a reduction gear that decelerates the rotation of the output shaft (243) of the motor (221) and connects to the resultant force shaft (233), and the rotation of the resultant force shaft (233) externally The power unit output shaft (237) led out to the power unit, the drive side sprocket (238) coupled to the power unit output shaft (237), and a chain (between the drive side sprocket (238) and the driven side sprocket (227) ( 12) a pedal effort detecting device for a vehicle having
The gear pair (232, 234) is constituted by a helical gear;
The resultant force shaft (233) is moved by bearings (251, 252) so that the resultant force shaft (233) can be displaced by a predetermined amount by thrust generated in the gear pair (232, 234) by the rotation of the crank shaft (219). While supporting
The piston (255) disposed in contact with the end of the resultant force shaft (233) and displaced in accordance with the displacement of the resultant force shaft (233) due to the thrust, and the non-compressed portion that transmits the displacement of the piston (255) to the pressure receiving portion And a fluid pressure sensor (36) having a fluid pressure chamber (254) containing a sexual fluid.
前記ペダルクランク軸(91)の長手方向に変位可能に設けられるピストン(144)と、
前記クランクスプロケット(84)の側部に設けられ、該クランクスプロケット(84)で駆動される後輪負荷と前記ペダルクランク軸(91)に負荷される人力トルクとの差によって前記ピストン(144)をペダルクランク軸(91)の長手方向に変位させる機構(141、156)と、
前記ピストン(144)の変位に応じて内部の油圧が変化する油圧室(153)とを備え、
前記トルク検出手段(36)が、前記油圧室(153)に接続され、該油圧室(153)の油圧を、前記人力トルクを代表する情報として検出するように構成されていることを特徴とする車両の踏力検出装置。 A crank sprocket (84) for transmitting the pedal crankshaft (91) and the manual torque applied to the pedal crankshaft (91) to the rear wheel (WR) by the drive chain (12), and the pedal crankshaft (91) A treading force detecting device having a torque detecting means (36) for detecting the generated human power torque,
A piston (144) provided to be displaceable in the longitudinal direction of the pedal crankshaft (91);
The piston (144) is provided on the side of the crank sprocket (84), and the piston (144) is driven by a difference between a rear wheel load driven by the crank sprocket (84) and a manual torque applied to the pedal crankshaft (91). A mechanism (141, 156) for displacing in the longitudinal direction of the pedal crankshaft (91);
A hydraulic chamber (153) in which the internal hydraulic pressure changes according to the displacement of the piston (144),
The torque detection means (36) is connected to the hydraulic chamber (153), and is configured to detect the hydraulic pressure of the hydraulic chamber (153) as information representative of the human torque. Vehicle treading force detection device.
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