JP4326420B2 - 車輌の走行駆動装置 - Google Patents
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回転トルクの検出は、人力で回転する第1回転体に対して、車輪に回転伝達を行なう第2回転体を弾性部材によって反回転方向に付勢して配備し、両回転体の位相のズレによってトルクを検出する(特許文献1)。
上記弾性部材に圧縮コイルバネを用い、該バネを第2回転体に設けた開口部に収容し、第2回転体を挟んで第1回転体に一体回転可能に取り付けられたカバー体と第1回転体との間に該バネを挟んで支持する場合、該バネが伸縮する際に、該バネの筒状外周部が、第1回転部材やカバー体に擦れて異常音が発生し、又、擦れ部が損耗する。
これを防止するため、バネ保持部に多量のグリスを充填していたが、グリスの漏れで周辺が汚れ、又、定期的なグリスの補充が必要となる問題があった。
ペタル(10)に走行駆動装置(2)が連繋され後車輪(13)を回転させる。
前車輪(15)のハブ部に補助モータ(ハブモータ)(14)が配備され、走行駆動装置(2)に内蔵した後記するトルク検出手段(5)の信号を制御回路(図示せず)が処理してハブモータ(14)を作動させ、補助的に前車輪(15)を回転駆動する。
ハブモータ(14)は、車体(19)の適所に配備したバッテリー(17)から電力供給を受ける。
該バッテリー(17)は、前照用のライト(16)にも電力供給を行なう。
ハブモータ(14)は、ブレーキレバー(20)を操作してフレーキをかけたとき、ブレーキ検出スイッチ(図示せず)が働いて、前車輪(15)の回転で該ハブモータ(14)のロータ(図示せず)が回転して発電(回生発電)する発電機となり、バッテリー(17)に充電を行なう。
以下の説明で、「正回転方向」とは、電動アシスト自転車(1)を前進させるためにペタル(10)を踏み込んだ際の回転方向、「逆回転方向」とは「正回転方向」に対して反対側の回転方向である。
走行駆動装置(2)は、第1回転体(3)と、該第1回転体に対して圧縮コイルバネ(8)によって逆回転方向に付勢され第1回転体(3)の回転によって回転し後車輪(13)に回転伝達を行なう第2回転体(4)と、両回転体(3)(4)の位相のズレによって回転トルクを検出するトルク検出手段(5)と、第2回転体(4)を挟んで第1回転体(3)と一体回転可能に配備されたカバー体(7)とによって構成される。
第1回転体(3)の外周縁はクランク(11)から離れる方向に屈曲して周壁(32)を形成している。
第1回転体(3)の外周寄りに、3本の当り軸(33)がカバー体(7)側に向けて、該回転体(3)の回転方向に等間隔を存して突設されている。第1回転体(3)の内周寄りに、3本のガイドピン(34)がカバー体(7)側に向けて、該回転体(3)の回転方向に等間隔を存して突設されている。 当り軸(33)とガイドピン(34)は60°ズレている。
第1回転体(3)の外周部には、3つのビス孔(35)が該回転体(3)の回転方向に等間隔に開設されている。
図3に示す如く、第2回転体(4)は、周方向に3つの開口部(45)及び、隣り合う開口部(45)(45)間に3つの小開口部(47)を開設し、外周縁に第1回転体(3)より大径のチェンスプロケット(46)を有している。
開口部(45)は第2回転体(4)の半径方向と直交する方向に長く形成されており、圧縮コイルバネ(8)及び該圧縮コイルバネ(8)の一端に当てた当り軸(33)を、該バネ(8)が伸縮する方向に殆んど余裕のない状態に収容する。
小開口部(47)には、後記するカバー体(7)のボス軸(71)が余裕のある状態に嵌まる。
チェンスプロケット(46)は、無端状チェン(21)によって後車輪(13)に連繋される。
クローズエンドの圧縮コイルバネは、端部ではバネの伸縮の影響を殆んど受けない特徴がある。
図4は、走行駆動装置(2)の無負荷状態(ペタルの踏込み前)を示しており、圧縮コイルバネ(8)の、回転体(3)の逆回転方向の端面は、開口部(45)に侵入した当り軸(33)に当たり、他端は開口部(45)の端縁(45b)に当たっている。
圧縮コイルバネ(8)の自由長は、当り軸(33)と端縁(45b)との間隔より若干長く形成されており、その分だけ圧縮コイルバネ(8)は圧縮荷重が掛かっている。
開口部(45)の幅は、圧縮コイルバネ(8)の筒部の外周径より少し大である。
図2、図8に示す如く、カバー体(7)の内縁は少し内側に湾曲しており、内面(第1、第2回転体に向く面)には、周方向に等間隔に3本のボス軸(71)が突設されている。ボス軸(71)には軸芯にネジ穴(72)が開設されている。
隣り合うボス軸(71)(71)の間には半径方向に凸部(73)が形成され、該凸部に連続してカバー体(7)の内縁の接線方向にガード部(74)が形成されている。
図4において、凸部(73)は、圧縮コイルバネ(8)の当り軸(33)側の端部に当接可能な位置にあり、ガード部(74)は凸部(73)から矢印Aで示すカバー体(7)の正回転方向に延びている。
凸部(73)は圧縮コイルバネ(8)の外周に対応して円弧状に形成されている。 ガード部(74)は、圧縮コイルバネ(8)の通常の伸縮動作では該バネ(8)に接しない高さに形成され、万一のときの圧縮コイルバネ(8)に対する外れ止めのガイドの役割をなす。
カバー体(7)の外面には、無端状の2つの周壁(77)(77)がカバー体(7)と同心に突設されている。
図14aに示す如く、上記ボス軸(71)が前記第2回転体(4)の小開口部(47)を貫通して第1回転体(3)の内面に向かっても、ボス軸(71)が小開口部(47)の圧縮コイルバネ(8)側の端縁(47a)に当たって、第1回転体(3)のビス孔(35)とボス軸(71)には少し位置ズレが生じている。図7に示す如く、第1回転体(3)は、当り軸(33)が圧縮コイルバネ(8)の端面(81)に当たっているため、該バネを圧縮する方向、即ち、前記ビス孔(35)とネジ穴(72)の位置ズレを修正する方向には容易に回転しない。そこで、第1回転体(3)のビス孔(35)にビス(76)を傾けた状態でボス軸(71)のネジ穴(72)に締付けを開始する。締付けの進行に伴って、ビス(76)はボス軸(71)の軸芯と一致する様に姿勢が矯正されつつネジ穴(72)に螺入する。ビス(76)の締付けが完了した時点では、ボス軸(71)とビス孔(35)の最初の位置ズレ分だけ、ビス(76)に押されて第1回転体(3)が回転し、圧縮コイルバネ(8)を圧縮する。
従って、カバー体(7)を第1回転体(3)にビス止め固定した状態では、圧縮コイルバネ(8)は少し圧縮状態にセットされており、圧縮コイルバネ(8)が第2回転体(4)の開口部(45)内でガタつくことはない。
実施例の組付け方法では、バネを圧縮状態に組み付けるのに、特別な部品や治具は不要であり、上記問題を解消できる。
圧縮コイルバネ(8)の他端面(81a)は第2回転体(4)の開口部(45)の端縁(45b)に当たっているが、カバー体(7)寄りに当たっているため、圧縮コイルバネ(8)は該端縁(81a)がカバー体(7)に接近する方向に少し傾いている。このため、圧縮コイルバネ(8)は、当り軸(33)側の先端部を除いて、その筒部はカバー体(7)及び第1回転体(3)の内面に無接触で支持されている。
図2、図9、図10、図11に示す如く、可動リング(52)は外周面に等間隔に3つの脚部(55)を有している。脚部(55)は、可動リング(52)から第1回転体(3)側に少し延びて、外向きに屈曲しており、屈曲端に開設した孔(55a)に前記第1回転体(3)上のガイドピン(34)をスライド可能に嵌めている。ガイドピン(34)には可動リング(52)をカバー体(7)側に付勢するバネ(50)が嵌まっている。
可動リング(52)の内面に、周方向に等間隔に3つの隆起部(57)が形成され、各隆起部(57)には、図9の矢印Bで示す該リングの逆回転方向の先端に、螺旋方向延びるカム面(57a)が形成されている。カム面(57a)は、可動リング(52)のカバー体(7)側先端縁から前記脚部(55)の一部に掛かる長さに形成されている。
各隆起部(57)から正回転方向にガイド突条(59)が延びている。ガイド突条(59)は、可動リング(52)のカバー体(7)の側端面から、少し奥側に位置している。
突部(58)は、可動リング(52)の軸方向移動範囲において、カム面(57a)に対する摺接面の全面が常時カム面(57a)に接する様に摺接面の長さ及び位置が決められている。
突部(58)から可動リング(52)の逆回転方向に補強部(58a)が連続しており、該補強部(58a)に、固定子(51)を前記取付け部材(42)の筒部(44)にネジ止めするためのビス孔(58b)が開設されている。
固定子(51)のカバー体(7)側端面には外向きにフランジ(53)が突設され、該フランジ(53)には、可動リング(52)のカム面(57a)の端部が侵入可能な切欠(54)が3箇所に開設されている。
後記の如く、第1回転体(3)と第2回転体(4)に位相のズレが生じると、可動リング(52)はそのカム面(57a)を固定子(51)の突部(58)に摺接させて回転しつつ該リングの軸方向に移動するが、ガイド突条(59)が固定リング(51)のフランジ(53)に当たって可動リング(52)の抜止めが図られる。
可動リング(52)の巻回コイル(61)内への侵入量が大きくなればなるほど、巻回コイル(61)のインダクタンスが大きくなる。巻回コイル(61)に連繋した制御回路がこのインダクタンスの変化を検出し、その結果に基づいてハブモータ(14)の駆動を制御する。
被せ板(63)は、自転車フレーム(19)に突設した支持ブラケット(65)によって、前記カバー体(7)と同心に該フレーム(19)上に固定配備される。
被せ板(63)は、トルク検出手段(5)への異物の侵入を防止するためのものである。実施例では、被せ板(63)の外周面はカバー体(7)側に屈曲して周壁(64)を形成しており、該周壁(64)は、カバー体(7)上の周壁(77)(77)間に少し余裕のある状態に嵌まる。
第1回転体(3)の位相が第2回転体(4)より進むと、第1回転体(3)上に該回転体と一体回転可能に且つカバー体(7)側にバネ(50)によって付勢された可動リング(52)は、そのカム面(57a)を固定子(51)の突部(58)に摺接させて巻回コイル(61)に侵入する方向に移動する。可動リング(52)の侵入によって巻回コイル(61)のインダクタンスが大きくなり、巻回コイル(61)に連繋した制御回路がこのインダクタンスの変化を検出し、その結果に基づいてハブモータ(14)の駆動を制御する。
又、圧縮コイルバネ(8)の支持部へのグリスの充填は必要ではなく、又は少なくでき、グリス漏れによる周辺の汚れは解消され、又、定期的なグリス補充の面倒から開放される。
即ち、ワッシャー(75)を、圧縮コイルバネ(8)の端部を支える第1回転体(3)上の凸部(73a)とするのである。この場合、圧縮コイルバネ(8)が伸縮する際の、第1回転体(3)の内面及びカバー体(7)に対する擦れ防止効果は、図5の場合よりも大きい。
尚、図7において、カバー体(7)側の凸部(73)を省略して、第1回転体(3)側の凸部(73a)によって圧縮コイルバネ(8)の端面(81)の動きを拘束することができる。この場合、必要に応じて、凸部(73a)の厚みを大きくし、又、圧縮コイルバネ(8)の当り軸(33)とは反対側の端部(81a)が第1回転体(3)に接近する様に、第2回転体(4)の開口部(45)の端縁(45b)の圧縮コイルバネ(8)の端面(81a)に対する当たり位置を設計変更すればよい。
例えば、図13に示す如く、合成樹脂製の固定子(51)にカム面(51a)を形成し、金属製の可動リング(52)に該カム面(51a)に線接触又は小さな面積で接する突部(52a)を形成して、可動リング(52)を軸方向に移動させる場合、固定子(51)のカム面(52a)が早期に損耗して凹みが生じ、カム面(51a)と突部(52a)の円滑な摺接ができなくなる。
実施例では、図11a、bに示す如く、突部(58)の摺接面は、その全面が常時カム面(57a)に接するから、突部(58)は均一に摩耗する。このため、長期使用による突部(58)の損耗が容易に予測でき、部品交換の時期を誤ることはない。
周壁(64)(77)の数は問わず、互いの嵌まり合いが多いほど、異物混入防止効果が高まるのは勿論である。
従って、バッテリーの容量に対するハブモータ(14)への給電量が制限されると共に、ライトを点けたまま所定時間以上走行し、バッテリー残量がなくなると、ライト(16)を照らすことができなくなる。
そこで実施例では、モータ(14)はロータを回転させると発電(回生発電)できることに着目し、バッテリー(17)の残量が一定値以下になり、且つライト(16)のスイッチがONの状態では、モータ(14)か発電機となり、ライトに電力供給をおこなって、残った電力はバッテリー(17)の充電に回す様に回路構成した。
例えば、従来であれば、図15aに示す如く、バッテリー(17)を満充電した時を100%とすると、残り5%で、踏込みトルクの変化に無関係にハブモータ(14)への通電を遮断してライト点灯及び回路起動用としたのが、実施例では図15bに示す如く、回路起動用として充電残が極少、例えは1.3%になるまでハブモータ(14)への給電が可能となった。
これは、1回当たりの充電に対して、ハブモータ(14)の使用時間、換言すれば自転車の走行距離を延ばすことができる。
然も、ライト(16)への給電分も確保できるので、夜間の走行に支障はない。
例えば、第2回転体(4)から車輪に回転力を伝達するのは、チェーンに限定されることはなく、タイミングベルト、歯車とシャフト等伝達手段は問わない。
又、本発明の走行駆動装置(2)は、アシスト自転車に限らず車椅子等、モータアシスト式の人力車輌に実施可能である。
又、第1回転体(3)に対して第2回転体(4)を走行時の反回転方向に付勢する圧縮コイルバネ(8)は、3つに限ることはなく、1又は複数個で実施可能であり、その場合、圧縮コイルバネ(8)の取付けに関係する部品は、圧縮コイルバネ(8)の数に対応する様に設計すれば可い。
又、圧縮コイルバネ(8)に代えて、該バネと同様の役割を成す弾性部材を用いることも可能である。
又、実施例では、第1回転体(3)とカバー体(7)のビス止め固定に際し、第1回転体(3)にビス孔(35)を開設し、カバー体(7)にネジ穴(72)付きのボス軸(71)を突設したが、第1回転体(3)にネジ穴付きのボス軸を突設し、カバー体(7)にビス孔を開設しても可い。
又、トルク検出手段(5)は、上記実施例に限らず、第1回転体(3)と第2回転体(4)の位相のズレからトルク検出できるものであれば構成は問わない。
又、アシスト用のモータは、ロータとステータを有するモータであればハブモータに限定されない。
2 走行駆動装置
3 第1回転体
4 第2回転体
5 トルク検出手段
51 固定子
52 可動リング
6 センサー
7 カバー体
8 圧縮コイルバネ
Claims (2)
- 人力によって回転する第1回転体(3)と、該第1回転体に対して弾性部材によって反回転方向に付勢され第1回転体(3)の回転によって回転し車輪に回転伝達を行う第2回転体(4)と、両回転体(3)(4)の位相のズレによって回転トルクを検出するトルク検出手段(5)と、第2回転体(4)を挟んで第1回転体(3)と一体回転可能に配備されたカバー体(7)を有する走行駆動装置において、弾性部材は第2回転体(4)の開口部(45)に収容された圧縮コイルバネ(8)であって、該バネの筒部外周において、その端部が第1回転体(3)に形成された凸部(73a)によって動きが拘束され、該筒部の端部以外の外周部分は他の部材に無接触で支持可能であって、凸部(73a)は、第1回転体(3)に圧縮コイルバネ(8)の軸方向と直交する方向に突設され圧縮コイルバネの一端が当たる当り軸(33)に嵌めたワッシャー(75)にて形成した車両の走行駆動装置。
- 請求項1に記載の走行駆動装置(2)及びトルク検出手段(5)によるトルク検出に応じてモータの回転力を車輪の回転に補助的に加える電動アシスト自転車。
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