JP3203473U

JP3203473U - トルクギア構造

Info

Publication number: JP3203473U
Application number: JP2016000233U
Authority: JP
Inventors: 沈▲うえい▼宸
Original assignee: YUAN HONG BICYCLE PARTS CO., LTD.
Current assignee: YUAN HONG BICYCLE PARTS CO., LTD.
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2026-01-20

Abstract

【課題】構造に取り付けて使用する適用性を高め、取付け構造の利便性が高い、トルクギア構造を提供する。【解決手段】トルクギア構造は、内嵌カバー１０、ギアベース２０及びクランク３０を備える。内嵌カバー１０の中央部には、自転車のボトムブラケットシェルを取付ける貫通孔が形成される。内嵌カバー１０の内部には、貫通孔を円心として複数の誘導コイルが環設される。ギアベース２０は、内嵌カバー１０に積層される。ギアベース２０の中央部には、枢着孔２１が形成され、枢着孔２１を中心として３つの収容弧状槽２２が一側面に凹設される。収容弧状槽２２には、弾性部材２３が収容される。３つの収容弧状槽２２は、一側に向かって連通溝２２１が拡開される。ギアベース２０は、２つの収容弧状槽２２間に形成された収容槽２４を有する。収容槽２４には、誘導コイルに信号接続された回路基板２５が設置される。【選択図】図３

Description

本考案は、ギア構造に関するものであり、さらに詳しくは、トルクギア構造に関するものである。

電動アシスト自転車は、推進力によりライダーの運転をアシストし、自動化に向かって開発されたものである。このアシスト自転車では、ユーザが運転する際の抵抗力の大きさに応じて異なる推進力を供給して運転をアシストするが、開発上の最大の技術的問題点として、ライダーがペダルを漕ぐときに加える力の大きさに基づいて抵抗力を判断しなければならないことであった。しかし、従来技術では、抵抗力を正確に測定するシステムは存在しなかった。

そのため、上述したような従来の問題点及び欠点を改善するために、メーカーによりトルクセンサーギア構造が開発されている。そのギア構造は、歯車構造に組み合わせたセンサーユニットにより、ライダーがペダルを漕ぐ際に発生するトルクを感知し、ライダーがペダルを漕ぐときに発生する抵抗力を算出し、電機駆動装置は補助動力を何時でも供給することが可能であり、ユーザが加える力の負荷を減らし、動力出力を何時でも調整し、ライダーがペダルを漕ぐことを適時アシストする以外に、ライダー自身が電機駆動装置の出力パワーを随時制御しなければならない不便性がないため、有用なものであった。

しかし、上述した従来構造を詳しく見ると分かるように、欠点があり、その主な原因は以下の通りである。

従来の全体構造が複雑で、組み合わせ部材の開発、取付けが容易でないため、大量生産が不便である上、トルクギアが第１のマグネットリング及び第２のマグネットリングを介してペダルを漕ぐ際に発生する抵抗力により位置がずれ、センサユニットにより第１のマグネットリングと第２のマグネットリングとの間の移動距離を感知するため、センサユニットには、第１のマグネットリング及び第２のマグネットリングに対してそれぞれ２つのホールＩＣが設けられた。これによりリアルタイムで距離差を測定して知ることができるが、構造が複雑なため、計測時の相互干渉が発生し、誤差が発生するリスクが増えて故障率が高まる上、既に市販されている車体に連結して取付ける適用度が低く、実用的でないという問題があった。

従って、本考案の第1の課題は、ライダーがペダルを漕ぐときに電機駆動装置により適時動力をアシストする際、ライダーが電機駆動装置の出力パワーを随時制御しなければならないという手間を省くと共に出力の調整が可能なトルクギア構造を提供することにある。

本考案の第２の課題は、構造が簡素で組み立てが容易であると共に低コストであり、取付け構造の利便性の高いトルクギア構造を提供することにある。

そこで、本考案者は、前記の本考案の課題を解決するため、鋭意検討を重ねた結果、第1の課題に対しては、ギアベースとクランクとの間で、弾性部材及び制御凸部が当接連動し、回路基板の組み合せにより、ペダルを踏んだときのトルク変化を感知し、ライダーがペダルを踏む動作により発生する抵抗値を検出し、電機駆動装置により動力をアシストすると共に、ホールＩＣを介してリアルタイムで２つの誘導磁石間で感知してトルク値の変化を換算し、コントローラーを利用することにより電機駆動装置の動力出力を無段階で調整できることにより前記課題を解決できることに着目し、かかる知見に基いて本考案を想到するに至った。

また、第２の課題に対しては、ホールＩＣを介して２つの誘導磁石間で感応して検知することにより、構造間の互換性の問題又は信号干渉を防止できる点に着目し、前記課題を解決できることに着目し、本考案の想到に至った。

すなわち、本考案の第１の目的は、ギアベースとクランクとの間で、弾性部材及び制動凸部が当接連動し、回路基板の組み合わせにより、ペダルを踏んだときのトルク変化を感知し、ライダーがペダルを踏む動作により発生する抵抗値を算出し、電機駆動装置により動力をアシストし、ライダーが力を加えてペダルを漕ぐ負荷を減らし、ライダーがペダルを漕ぐ際に適時アシストする以外に、ホールＩＣを介してリアルタイムで２つの誘導磁石間で感知してトルク値の変化を換算し、コントローラを利用して電機駆動装置の動力出力を無段階で調整するため、ライダーが電機駆動装置の出力パワーを随時制御しなければならない手間を無くし、出力が大きくなりすぎたり小さくなりすぎることを防ぎ、実際の応用上、利便性が高くて実用的である、トルクギア構造を提供することにある。

また、本考案の第２の目的は、構造が簡素で組立てが容易である上、構造の開発、組立てにかかるコストを効果的に節約し、トルクギアは、ホールＩＣを介して２つの誘導磁石間で感応して検知し、構造間の互換性の問題又は信号干渉を防ぐことができるため、故障率が大幅に下がり、構造に取り付けて使用する適用性を高め、取付け構造の利便性が高い、トルクギア構造を提供することにある。
かくして、本考案の要旨は次の通りである。

（１）内嵌カバー、ギアベース及びクランクを備えたトルクギア構造であって、
前記内嵌カバーの中央部には、自転車のボトムブラケットシェルを取付ける貫通孔が形成され、前記内嵌カバーの内部には、前記貫通孔を円心として複数の誘導コイルが環設され、
前記ギアベースは、前記内嵌カバーに積層され、前記ギアベースの中央部には、枢着孔が形成され、前記枢着孔を中心として３つの収容弧状槽が一側面に凹設され、前記収容弧状槽には、弾性部材が収容され、前記３つの収容弧状槽は、一側に向かって連通溝が拡開され、前記ギアベースは、２つの前記収容弧状槽間に形成された収容槽を有し、前記収容槽には、前記誘導コイルに信号接続された回路基板が設置され、前記回路基板上には、ホールＩＣが設けられ、前記収容槽と前記枢着孔との間には、感知弧状溝が形成され、前記収容槽と前記感知弧状溝との間には、連通した切欠き溝が形成され、前記切欠き溝を介して前記感知弧状溝内へ突出した前記ホールＩＣが配設され、
前記クランクの一端部には、前記ギアベースと組み合わされる蓋板部が形成され、前記蓋板部の内側中央部には、結合凸軸が設けられ、前記結合凸軸の周辺には、連通溝に対応するように複数の制動凸部が設けられ、前記蓋板部には、２つの誘導磁石が固設されることを特徴とするトルクギア構造。
（２）前記誘導コイルは、コントローラに電気的に接続され、前記コントローラを介して電機駆動装置が連結駆動されることを特徴とする前記（１）に記載のトルクギア構造。
（３）前記クランクの前記結合凸軸と、前記ギアベースの前記枢着孔との間には、軸受部が設けられることを特徴とする前記（１）に記載のトルクギア構造。
（４）前記ボトムブラケットシェルの内径に形成された雌ねじ部を介し、前記内嵌カバーの前記貫通孔を介して前記ボトムブラケットシェルに押付けスリーブが螺着され、前記内嵌カバーが前記ボトムブラケットシェルに固設され、前記ボトムブラケットシェルには、前記クランクを取付ける制動軸心が挿設され、前記内嵌カバーの前記貫通孔から前記制動軸心が突出されることを特徴とする前記（１）に記載のトルクギア構造。
（５）前記結合凸軸には、非円孔状の結合孔が形成され、前記結合孔を介して自転車のクランク軸と組み合わされて連動することを特徴とする前記（４）に記載のトルクギア構造。
（６）前記収容槽の底部には、前記ギアベースに貫通された複数の穿孔が形成され、
前記回路基板は、前記穿孔を介して前記内嵌カバーの前記誘導コイルに当接される３本の信号ピンを有することを特徴とする前記（１）、（２）又は（４）に記載のトルクギア構造。
（７）前記ギアベースの外周辺には、ギアを取付ける複数の結合部が設けられていることを特徴とする前記（１）に記載のトルクギア構造。

本考案は、前記の通りの構成からなり、後述のように、電機駆動装置の動力出力を無段階で調整するため、ライダーが電機駆動装置の出力パワーを随時制御する手間を省くことができ、出力の変動を防止することができる。また、トツクギアは、ホールＩＣを介して２つの誘導磁石間で感応し、検知することにより、構造間の互換性の問題又は信号干渉の問題を防止することができ、取付け適用性を改善することができる。

図１は、本考案の一実施形態に係るトルクギア構造を示す斜視図である。図２は、本考案の一実施形態に係るトルクギア構造を示す分解斜視図である。図３は、本考案の一実施形態に係るトルクギア構造を示す分解斜視図である。図４は、本考案の一実施形態に係るトルクギア構造に取付けるギアを示す分解斜視図である。図５は、本考案の他の実施形態に係るトルクギア構造に取付けるギアを示す斜視図である。図６は、本考案の一実施形態に係るトルクギア構造を示す組合せ断面図である。図７は、本考案の一実施形態に係る常態下でペダルを漕ぐときのトルクギア構造を別の角度から見たところを示す説明図である。図８は、本考案の一実施形態に係るトルクギア構造のトルク変化の運転状態を示す説明図である。

まず、図１〜図３を参照する。図１〜図３に示すように、本考案の一実施形態に係るトルクギア構造は、内嵌カバー１０、ギアベース２０及びクランク３０を含む。

内嵌カバー１０の中央部には、自転車４０のボトムブラケットシェル４１を取付ける貫通孔１１が形成される。自転車４０は、ボトムブラケットシェル４１の内径に形成された雌ねじ部を介し、内嵌カバー１０の貫通孔１１を介してボトムブラケットシェル４１に押付けスリーブ４２が螺着され、内嵌カバー１０がボトムブラケットシェル４１に固設される。ボトムブラケットシェル４１には、クランク３０を取付けるクランク軸４３が挿設され、内嵌カバー１０の貫通孔１１からクランク軸４３が突出する。内嵌カバー１０の内部には、貫通孔１１を円心として複数の誘導コイル１２が環設される。これら複数の誘導コイル１２は、コントローラ１３と電気的に接続され、コントローラ１３を介して電機駆動装置と連結駆動される（図示せず）。

ギアベース２０は、内嵌カバー１０に積層される。ギアベース２０の中央部には、枢着孔２１が形成され、枢着孔２１を中心として３つの収容弧状槽２２が一側面に凹設される。収容弧状槽２２には、弾性部材２３が収容される。３つの収容弧状槽２２は、一側に向かって連通溝２２１が拡開されている。ギアベース２０は、２つの収容弧状槽２２間に形成された収容槽２４を有する。収容槽２４は、誘導コイル１２に信号接続された回路基板２５が設置される。収容槽２４の底部には、ギアベース２０に貫通された複数の穿孔２４１が形成される。回路基板２５は、穿孔２４１を介して内嵌カバー１０の誘導コイル１２に当接される３本の信号ピン２５１を有する。回路基板２５上には、ホールＩＣ２５２が設けられる。収容槽２４と枢着孔２１との間には、感知弧状溝２６が形成され、収容槽２４と感知弧状溝２６との間には、連通した切欠き溝２６１が形成され、切欠き溝２６１を介して感知弧状溝２６内へ突出したホールＩＣ２５２が配設される。

クランク３０の一端部には、ギアベース２０と組み合わされる蓋板部３１が形成される。蓋板部３１の内側中央部には、結合凸軸３２が設けられる。結合凸軸３２とギアベース２０の枢着孔２１との間には、軸受部３３が設けられる。結合凸軸３２の端部には、非円孔状の結合孔３２１が形成され、結合孔３２１を介して自転車４０のクランク軸４３と組み合わされて連動する。蓋板部３１の結合凸軸３２の周辺には、連通溝２２１に対応するように複数の制動凸部３４が設けられ、結合凸軸３２に隣接した箇所に２つの誘導磁石３５が固設される。２つの誘導磁石３５は、感知間隔３５１を有する。

その構造の組成は、図２、図３、図６及び図７に示すように、内嵌カバー１０が押付けスリーブ４２を介して自転車４０のボトムブラケットシェル４１に取り付けられ、ボトムブラケットシェル４１に挿設されたクランク軸４３は、貫通孔１１から突出される。ギアベース２０は、内嵌カバー１０の外側に積層され、３つの収容弧状槽２２には、弾性部材２３が組み入れられる。収容槽２４には、回路基板２５が取り付けられる。回路基板２５のホールＩＣ２５２は、切欠き溝２６１から感知弧状溝２６内へ延び、信号ピン２５１が収容槽２４の穿孔２４１から突出されて内嵌カバー１０の誘導コイル１２に当接される。クランク３０は、蓋板部３１を介してギアベース２０に当接される。蓋板部３１の中央部の結合凸軸３２は、ギアベース２０の枢着孔２１に組み入れられる。枢着孔２１と結合凸軸３２との間には、２つの軸受部３３が設けられ、結合凸軸３２の結合孔３２１とクランク軸４３とが嵌合されて連動する。結合凸軸３２の周辺に設けられた制動凸部３４は、連通溝２２１内に順次嵌入され、クランク３０は、結合凸軸３２がギアベース２０の連通溝２２１内で変位してずれた状態となるとともに、弾性部材２３により当接され、クランク３０がギアベース２０と連動して同期で回転可能な状態となる。蓋板部３１の２つの誘導磁石３５が感知弧状溝２６内に円滑に組み入れられ、回路基板２５のホールＩＣ２５２が２つの誘導磁石３５の２つの感知間隔３５１間に介装され、そのうちの一つの誘導磁石３５に隣接する。ギアベース２０の外周辺には、ギア２８を取付ける複数の結合部２７が設けられる（図４を参照する）。ギア２８は、内嵌方式によりギアベース２０とクランク３０の蓋板部３１との間に取り付けられ（図５を参照する）、トルクギア構造が完成する。

図６及び図７を参照する。図６及び図７に示すように、本考案のトルクギア構造を実際に使用して平坦な道又は下り坂で自転車に乗るときは、ライダーの脚にかかる負担が少なく対応が容易なため、ライダーは特に力を加えなくとも少ない力でクランクを漕ぐことができ、漕ぐ力はギアベース２０の弾性部材２３より少なくて良く、このときクランク３０により連動された蓋板部３１は、弾性部材２３が制動凸部３４に押し当てられて蓋板部３１とギアベース２０とが同期で回転し、ギアベース２０外周のギア２８により後輪が駆動されて走行可能な状態となり、常態の運転状態となる。

反対に、自転車に長い距離乗るときか、上り坂で乗るときは、図８に示すように、普通に漕ぐ状態の脚力ではクランク３０をスムーズに漕ぐことができず、ライダーは必ず立ち漕ぎしなければならないが、大きな力を加えて漕いでクランク３０を回す必要があり、クランク３０を漕ぐために加える圧力が弾性部材２３の弾性係数より大きいため、制動凸部３４により弾性部材２３が圧縮され、蓋板部３１とギアベース２０とがずれるとともに、蓋板部３１の２つの誘導磁石３５がずれて変位し、回路基板２５によりホールＩＣ２５２を介して磁場変化の信号を得るとともにトルク信号へ変換し、信号ピン２５１を利用して信号を誘導コイル１２からコントローラ１３へ伝送して電機駆動装置（図示せず）を起動し、電機駆動装置により別途動力を得て、運転をアシストする。また、ライダーはペダルを踏む力の大きさに応じ、ホールＩＣ２５２は、２つの誘導磁石３５間の距離の変化とともに、磁場も変化し、回路基板２５により異なるトルク信号がコントローラ１３へ伝送されたことを知り、電機駆動装置が出力する動力を制御することができるため、アシスト動力に適合し、運転の実用性が向上する。

上述したことから分かるように、本考案のトルクギア構造は、以下（１）及び（２）の長所を有する。
（１）ギアベース２０とクランク３０との間で、弾性部材２３及び制動凸部３４が当接連動し、回路基板２５の組み合わせにより、ペダルを踏んだときのトルク変化を感知し、ライダーがペダルを踏む動作により発生する抵抗値を算出し、電機駆動装置により動力をアシストし、ライダーが力を加えてペダルを漕ぐ負荷を減らし、ライダーがペダルを漕ぐ際に適時アシストする以外に、ホールＩＣ２５２を介してリアルタイムで２つの誘導磁石３５間で感知してトルク値の変化を換算し、コントローラ１３を利用して電機駆動装置の動力出力を無段階で調整するため、ライダーが電機駆動装置の出力パワーを随時制御しなければならない手間を無くし、出力が大きくなりすぎたり小さくなりすぎることを防ぎ、実際の応用上、利便性が高くて実用的である。
（２）構造が簡素で組立てが容易である上、構造の開発、組立てにかかるコストを効果的に節約し、トルクギアは、ホールＩＣ２５２を介して２つの誘導磁石３５間で感応して検知し、構造間の互換性の問題又は信号干渉を防ぐことができるため、故障率が大幅に下がり、構造に取り付けて使用する適用性を高め、構造の取付け構造の利便性を高めることができる。

１０内嵌カバー
１１貫通孔
１２誘導コイル
１３コントローラ
２０ギアベース
２１枢着孔
２２収容弧状槽
２３弾性部材
２４収容槽
２５回路基板
２６感知弧状溝
２７結合部
２８ギア
３０クランク
３１蓋板部
３２結合凸軸
３３軸受部
３４制動凸部
３５誘導磁石
４０自転車
４１ボトムブラケットシェル
４２押付けスリーブ
４３クランク軸
２２１連通溝
２４１穿孔
２５１信号ピン
２５２ホールＩＣ
２６１切欠き溝
３２１結合孔
３５１感知間隔

Claims

内嵌カバー、ギアベース及びクランクを備えたトルクギア構造であって、
前記内嵌カバーの中央部には、自転車のボトムブラケットシェルを取付ける貫通孔が形成され、前記内嵌カバーの内部には、前記貫通孔を円心として複数の誘導コイルが環設され、
前記ギアベースは、前記内嵌カバーに積層され、前記ギアベースの中央部には、枢着孔が形成され、前記枢着孔を中心として３つの収容弧状槽が一側面に凹設され、前記収容弧状槽には、弾性部材が収容され、前記３つの収容弧状槽は、一側に向かって連通溝が拡開され、前記ギアベースは、２つの前記収容弧状槽間に形成された収容槽を有し、前記収容槽には、前記誘導コイルに信号接続された回路基板が設置され、前記回路基板上には、ホールＩＣが設けられ、前記収容槽と前記枢着孔との間には、感知弧状溝が形成され、前記収容槽と前記感知弧状溝との間には、連通した切欠き溝が形成され、前記切欠き溝を介して前記感知弧状溝内へ突出した前記ホールＩＣが配設され、
前記クランクの一端部には、前記ギアベースと組み合わされる蓋板部が形成され、前記蓋板部の内側中央部には、結合凸軸が設けられ、前記結合凸軸の周辺には、連通溝に対応するように複数の制動凸部が設けられ、前記蓋板部には、２つの誘導磁石が固設されることを特徴とするトルクギア構造。
前記誘導コイルは、コントローラに電気的に接続され、前記コントローラを介して電機駆動装置が連結駆動されることを特徴とする請求項１に記載のトルクギア構造。
前記クランクの前記結合凸軸と、前記ギアベースの前記枢着孔との間には、軸受部が設けられることを特徴とする請求項１に記載のトルクギア構造。
前記ボトムブラケットシェルの内径に形成された雌ねじ部を介し、前記内嵌カバーの前記貫通孔を介して前記ボトムブラケットシェルに押付けスリーブが螺着され、前記内嵌カバーが前記ボトムブラケットシェルに固設され、前記ボトムブラケットシェルには、前記クランクを取付ける制動軸心が挿設され、前記内嵌カバーの前記貫通孔から前記制動軸心が突出されることを特徴とする請求項１に記載のトルクギア構造。
前記結合凸軸には、非円孔状の結合孔が形成され、前記結合孔を介して自転車のクランク軸と組み合わされて連動することを特徴とする請求項４に記載のトルクギア構造。
前記収容槽の底部には、前記ギアベースに貫通された複数の穿孔が形成され、
前記回路基板は、前記穿孔を介して前記内嵌カバーの前記誘導コイルに当接される３本の信号ピンを有することを特徴とする請求項１、２又は４に記載のトルクギア構造。
前記ギアベースの外周辺には、ギアを取付ける複数の結合部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトルクギア構造。