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助力自行车

基本信息

  • 申请号 CN00810401.8 
  • 公开号 CN1115278C 
  • 申请日 2000/06/05 
  • 公开日 2003/07/23 
  • 申请人 新时代技研株式会社 环球-新时代公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 吉家彰人 小胜京介  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 日本大阪府 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 
  • 当前专利状态 发明专利权部分无效宣告的公告 
  • 代理人 肖鹂 
  • 有效性 失效 
  • 法律状态 失效
  •  

权利要求书


1.一种助力自行车,根据作用在驱动轴上的脚踏力加入辅助力,包括: 将所述驱动轴与链轮连接的单向离合器系统,它用于只将所述驱动轴的 单向转动传递给所述链轮,当所述脚踏力作用在驱动轴上时,所述离合器系 统变形; 检测系统,用于检测随着所述单向离合器根据所述脚踏力变形而变化的 物理量;和 控制系统,用于根据至少利用所述检测系统检测的物理量控制所述辅助 力。

2.如权利要求1所述的助力自行车,其特征在于,所述单向离合器系统 在所述驱动轴的轴向方向上变形。

3.如权利要求2所述的助力自行车,其特征在于,弹性力作用从而抵 抗所述单向离合器的变形。

4.如权利要求3所述的助力自行车,其特征在于,在所述单向离合器系 统上设置弹性件,提供至少部分弹性力。

5.如权利要求4所述的助力自行车,其特征在于,所述弹性件为扁平 形式,其轴向长度比其径向长度小,并且所述弹性件设置成其轴向方向与所 述单向离合器系统变形的方向一致。

6.如权利要求1所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统检测 构成所述单向离合器系统结构的至少一个部件因应力引起的变形,作为所述 的物理量。

7.如权利要求1所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统检测 构成所述单向离合器系统结构的至少一个部件相对于自行车车身框架的位 置,作为所述的物理量。

8.如权利要求1所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统检测 构成所述单向离合器系统结构的至少两个部件之间的相对位置关系,作为所 述的物理量。

9.如权利要求1所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统检测 在所述单向离合器系统的变形方向上的阻力引起的压力变化,作为所述的物 理量。

10.如权利要求1所述的助力自行车,其特征在于,所述单向离合器为 棘轮装置。

11.如权利要求10所述的助力自行车,其特征在于,所述棘轮装置构造 并设置成在其轴向上根据所述脚踏力弹性地变形。

12.如权利要求10所述的助力自行车,其特征在于,所述棘轮装置包 括: 带有形成在第一啮合表面上的多个棘齿的齿部分;和 带有形成在第二啮合表面上的多个棘轮块的块部分; 其中,在与所述轴向方向基本上垂直的方向上,所述第一啮合表面和所 述第二啮合表面彼此相向;和 其中,当所述驱动轴作所述基本上为单向的转动时,所述棘轮块与所述 棘齿啮合,使所述块部分与所述齿部分之间的相对转动停止;而当所述驱动 轴作与所述基本上为单向的转动相反的反向转动时,所述棘轮块与所述棘齿 脱开,使上述相对转动可以实现。

13.如权利要求12所述的助力自行车,其特征在于,所述多个棘齿中的 每一个棘齿都包括陡的斜面和逐渐倾斜的表面,这两个表面在所述齿部分圆 周方向的所述第一啮合表面上周期性地设置; 所述棘轮块枢转地安装在所述块部分上;和 当所述驱动轴作所述基本上为单向的转动时,所述棘轮块与所述陡的斜 面配合;而当所述驱动轴作反向转动时,所述棘轮块靠紧所述的逐渐倾斜的 表面。

14.如权利要求12所述的助力自行车,其特征在于,所述齿部分和所述 块部分中的任何一个通过防转动系统安装在所述驱动轴上,所述防转动系统 防止相对于所述驱动轴的相对转动,但允许在所述轴向方向上滑动;而所述 齿部分和所述块部分中的另一个与所述链轮连接。

15.如权利要求14所述的助力自行车,其特征在于,弹性单元设置在通 过所述防转动系统在轴向方向可滑动地安装的所述齿部分和所述块部分中 的任何一个上,靠紧在与啮合表面相对的后表面上。

16.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统为检 测所述弹性单元困应力引起的变形的变形检测传感器。

17.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统包括 位置传感器,用于检测可滑动地安装在所述驱动轴上的所述齿部分或所述块 部分中的任何一个相对于车身框架的轴向位置。

18.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统包括 位置传感器,用于检测所述齿部分和所述块部分之间的间隙。

19.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统包括 用于检测所述棘轮块相对于所述第二啮合表面的变形的传感器。

20.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统包括 用于检测由所述后表面加在所述弹性单元上的压力的压电传感器。

21.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,所述弹性单元包括 盘形弹簧。

22.如权利要求21所述的助力自行车,其特征在于,所述盘形弹簧带有 多个应变仪作为所述的检测系统。

23.如权利要求22所述的助力自行车,其特征在于,所述控制系统,通 过对从所述多个应变仪发出的信号进行至少一次附加运算,产生用于确定所 述辅助力的脚踏力。

24.如权利要求22或23所述的助力自行车,其特征在于,所述多个应 变仪设置在所述盘形弹簧表面上,使它们彼此转动对称。

25.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,所述弹性单元为螺 旋弹簧。

26.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,所述弹性部件由弹 性橡胶制成。

27.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,设置偏置弹性件, 当所述脚踏力小于预先确定的值时,该偏置弹性件使所述齿部分或所述块部 分中的任何一个偏移,在所述后表面和所述弹性单元之间形成间隙。

28.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,所述弹性单元由安 装在所述驱动轴上的支承件支承,使它可以转动和轴向滑动。

29.如权利要求28所述的助力自行车,其特征在于,所述支承件与所述 链轮连接。

30.如权利要求29所述的助力自行车,其特征在于,所述支承件为空 心的圆柱形件,并且在所述空心圆柱形件内的底面上支承着所述弹性单元。

31.如权利要求28~30中任何一项所述的助力自行车,其特征在于,所 述支承件通过轴承安装在所述驱动轴上。

32.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,所述弹性单元紧靠 着的所述齿部分或所述块部分中任何一个的所述后表面,带有负载轴承或滑 动轴承。

33.如权利要求32所述的助力自行车,其特征在于,所述轴承由许多可 转动地装在所述后表面上作出的圆形槽中的钢球组成。

34.如权利要求14所述的助力自行车,其特征在于,所述防转动系统 包括滚珠花键轴。

35.如权利要求15所述的助力自行车,其特征在于,所述轴向方向上 滑动地安装的所述齿部分和所述块部分中的任何一个带有容纳所述驱动轴 的孔。

36.如权利要求35所述的助力自行车,其特征在于,所述防转动系统包 括:一排或多排在所述孔的内壁上形成并在所述轴向延伸的第一槽;一排或 多排在所述驱动轴上形成、与所述第一槽相对,并在所述轴向延伸的第二 槽;和放置在所述第一和第二组槽中的钢球。

37.如权利要求35所述的助力自行车,其特征在于,所述防转动系统包 括:一排或多排形成在所述孔的内壁上并在所述轴向延伸的第一槽;一排或 多排在所述驱动轴上形成、与所述第一槽相对的、并在所述轴向延伸的第二 槽;和安放在所述第一和第二槽中的平板。

38.如权利要求35所述的助力自行车,其特征在于,所述防转动系统包 括:一排或多排在所述孔的内壁上形成、并在所述轴向延伸的槽;和一排或 多排在所述驱动轴上形成而可以容纳在所述槽中的突出部分。

39.如权利要求35所述的助力自行车,其特征在于,所述防转动系统包 括:一排或多排在所述孔的内壁上形成、并在所述轴向上延伸的突出部分; 和一排或多排在所述驱动轴上形成的、容纳所述突出部分的槽。

40.如权利要求35所述的助力自行车,其特征在于,所述防转动系统包 括:在所述孔的整个直径上延伸并与所述孔的内壁连接的板件;和在所述驱 动轴上形成的、在所述轴向贯穿所述驱动轴的通槽;所述板件与所述通槽为 滑动配合。

41.如权利要求12所述的助力自行车,其特征在于,所述棘轮块由刚 性体构成,设置成其长度方向围绕着与所述第二啮合表面成给定角度的方向 枢转。

42.如权利要求12所述的助力自行车,其特征在于,所述棘轮块由弹 性件构成。

43.如权利要求42所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统为用 于检测所述棘轮块的因应力引起的变形的变形检测传感器。

44.如权利要求42所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统为固 定在自行车车身框架上用于检测所述齿部分的轴向位移量的位置传感器。

45.如权利要求10~14中任何一项所述的助力自行车,其特征在于,设 置了具有弹性的弹性固定部件,用于可转动地将所述链轮固定在自行车车身 框架上,使该弹性固定部件抵抗所述单向离合器系统的变形。

46.如权利要求45所述的助力自行车,其特征在于,所述检测系统为用 于检测所述弹性固定部件的因应力引起的变形的变形检测传感器。

47.如权利要求45所述的助力自行车,其特征在于,所述弹性固定部件 固定所述链轮,当所述单向离合器系统和所述弹性固定部件投影到驱动轴的 中心轴线上时,在轴向位置形成所述单向离合器的轴向宽度图像与所述弹性 固定部件的轴向宽度图像重叠的区域。

48.如权利要求45所述的助力自行车,其特征在于,所述弹性固定部件 从所述单向离合器安装在所述链轮上的相对一侧固定所述链轮。

49.如权利要求48所述的助力自行车,其特征在于: 所述链轮具有从链轮一侧伸向一个平板表面的伸长空心圆柱形部分; 所述单向离合器系统放置在所述伸长的空心圆柱形部分内的空心部分 中;和 所述弹性固定部件从所述伸长的空心圆柱形部分的外圆周固定所述链 轮。

50.如权利要求49所述的助力自行车,其特征在于,轴承与所述伸长的 空心圆柱形部分的外圆周配合,将所述轴承固定在自行车车身框架上。

51.如权利要求50所述的助力自行车,其特征在于,所述轴承承受来自 径向方向和轴向方向的负载。

52.如权利要求50所述的助力自行车,其特征在于,所述弹性固定部件 在所述轴承被弹性固定部件覆盖的状态下支承该轴承;并且,该弹性固定部 件为固定在自行车车身框架上的盘形弹性体。

53.如权利要求1所述的助力自行车,其特征在于,所述辅助力通过与 所述链轮啮合的链轮驱动装置传递。
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说明书

技术领域 本发明涉及一种将辅助动力加在脚踏力上的助力自行车。
更具体地说, 本发明涉及一种带有扭矩检测系统的助力自行车,其中扭矩检测系统安装在 只将驱动轴的单向转动传递给链轮的单向离合器部件中。
背景技术 以前曾经提出和使用过一种助力自行车,它是通过检测作用在由脚踏力 驱动的回转机构上的脚踏扭矩;并根据所检测的脚踏扭矩的变化,施加电气 扭矩,以增加脚踏力。
这种助力自行车带有检测脚踏扭矩的扭矩检测系统, 该系统包括安装在曲柄轴或后轮轴上根据脚踏力产生扭转变形的扭转杆。
另 外,该扭矩检测系统可以使用如下技术,该技术包括:检测由凸轮或任何其 他与该扭转杆连接的相应零件将扭转杆的扭转变形转化而成的直接的线性 运动所造成的一个电位计的电阻变化,作为输入扭矩;或者它包括直接检测 该扭转杆的扭转角度。
然而,这些技术的问题是,由于扭转杆安装在曲柄轴等上,使安装扭矩 检测系统需要的空间较大,并且,扭矩检测系统的重量较重,这就必须对通 常的自行车的车身框架进行较大的改动。
另一个问题是,为了将扭矩杆的扭 转变形转化为直接的线性运动,需要设置凸轮或任何其他相应的零件;或 者,需要增加从该扭转杆的两端的每一端,直接检测由扭转引起的回转角度 的系统。
这些都可能产生问题,从而使机构变得更复杂。
因此,为了减轻扭矩检测系统的重量并使其结构简单,提出了一种技 术,该技术是通过设置将回转相位差转换为曲柄的轴向位移量的转换系统, 来检测曲柄的轴向位移作为脚踏扭矩。
该回转相位差是在驱动零件与被驱动 零件之间产生的;从曲柄轴来的脚踏力直接作用在驱动零件上,而该驱动零 件与被驱动零件连接,将脚踏扭矩传递给车轮转动机构系统。
例如,日本专利公开公报H8-230756号公布了一种检测圆盘相对于框架 的距离变化作为与脚踏扭矩相应的物理量的方法。
该距离变化是由螺旋弹簧 在曲柄的轴向方向的伸长产生的,该伸长因为受到脚踏扭矩的作用在该螺旋 弹簧两端之间造成回转相位差引起。
在这个系统中,用于将从曲柄轴接收的 对脚踏板的输入传递给另一个机构的圆盘(例如链轮等),支承在框架上;可 以在该圆盘与曲柄轴同轴的状态下转动和在轴向方向移动。
该螺旋弹簧的一 端固定在曲柄轴上;而其另一端则固定在圆盘上,曲柄轴向内插入。
另外,日本专利公开公报H10-76987号公布了一种扭矩检测机构系 统。
该系统包括:直接与驱动轴连接的驱动圆盘;直接与链轮连接的从动圆 盘板;两片放在驱动圆盘和从动圆盘板之间的U形弹簧板;放置在彼此滑动 接合的驱动圆盘和从动圆盘板之间的外圆周的连接处上,将驱动圆盘与从动 圆盘板之间的回转相位差转换为轴向位移的凸轮部分;包围着该驱动圆盘, 并与驱动圆盘一起作轴向方向沿滑动的滑动盖;在其一个触点与该滑动盖啮 合的状态下,检测在轴向方向的位移的电位计;和使该滑动盖在轴向方向向 着被驱动的圆盘偏移的螺旋弹簧。
日本专利公开公报H8-230756号中所述的扭矩检测机构系统可以达到 使机构简单的目的;但因为该螺旋弹簧由与曲柄轴同轴的框架支承,根据脚 踏扭矩大小不同,螺旋弹簧直径会扩张或收缩,造成该弹簧在轴向方向伸长 或收缩,从而使整个曲柄轴在轴向方向加长;因此,不能很好地解决节约扭 矩检测机构系统所占空间的问题。
另外,因为该螺旋弹簧刚度和弹性模量大 以承受脚踏力,因此,加入重量重和尺寸大的螺旋弹簧,会给扭矩检测机构 系统的重量轻的结构带来问题。
此外,由于脚踏时保持有阻力,因此这种自 行车还有脚踏时有阻力感觉的问题。
另外,对于如日本专利公开公报H10-76987号所述的扭矩检测机构系 统,设有凸轮部分,并增加了可根据回转相位差在轴向方向滑动的驱动圆盘 和从动圆盘板。
然而,这种结构与以上所述的先前方法一样,不能节约大量 的空间或使扭矩检测机构系统结构的重量减轻。
发明内容 本发明是考虑到上述的情况而提出的,其目的是要提供一种可以使用只 需稍微改动的通常的车身框架,并可使扭矩检测机构系统结构简单,重量 轻,还可以节约空间的助力自行车。
为了达到上述目的,本发明提供了一种助力自行车,根据作用在驱动轴 上的脚踏力加入辅助力,包括:将所述驱动轴与链轮连接的单向离合器系 统,它用于基本上只将所述驱动轴的单向转动传递给所述链轮;检测系统, 用于根据所述脚踏力,检测随着所述单向离合器的变形而变化的物理量;和 控制系统,用于根据至少利用所述检测系统检测的物理量控制所述辅助力。
根据本发明,当加脚踏力使驱动轴在一个方向(与自行车骑行前进方向相 对应)转动时,脚踏扭矩通过单向离合器系统传递给链轮。
链条的拉力作为负 载作用在链轮上,并且由该负载和脚踏扭矩之间的相互作用产生的应力使单 向离合器系统变形;和/或该变形使结构零件沿着变形方向,或在变形方向上 产生位移。
这个变形可以根据脚踏力确定。
换句话说,当脚踏力较大时,变 形程度较大。
相反,当脚踏力较小时,变形程度也较小。
引起变形的应力, 与对抗该应力的对抗力保持平衡。
最好,使变形回复其原来形状的弹性,作 为与上述引起变形的应力相对抗的力作用在单向离合器上。
例如,可以设置 一个弹性件,让其弹性来对抗单向离合器系统的变形。
还可以使单向离合器 系统的结构零件具有至少部分弹性。
单向离合器系统的变形可以包括,例如:作为单向离合器系统的刚性件 的结构零件之间的相对位置的变化(包括转动),和单向离合器系统的全部或 部分结构零件的弹性变形为了最有效地根据脚踏力产生变形,希望单向离合 器变形,在沿着驱动轴的轴向方向上,伸长或收缩至与脚踏力相对应的长 度。
检测系统检测随着单向离合器系统根据脚踏力产生的变形而变化的物 理量。
该物理量可以包括(例如):单向离合器系统结构零件的物理量;和与 该单向离合器系统相关的另一个零件的物理量。
例如,该物理量可以包括: 构成单向离合器系统结构的至少一部分的相对于车身框架的位置变形或应 力;单向离合器系统结构的至少两个零件之间的相对位置关系(包括间隙,零 件之间的角度等);单向离合器系统中,相对于变形方向的压力变化;和单向 离合器系统中,放在相对于变形方向上的零件(例如,弹性件)因应力引起的 变形。
控制系统可根据检测的物理量形成一个脚踏力,因为物理量的变化可 根据脚踏力确定,从而可使控制系统控制辅助力。
根据本发明,可以根据随着自行车所需要的,单向离合器系统根据脚踏 力产生的变形的变化而改变的物理量,来控制辅助力。
因此,根据本发明的 助力自行车,不需要增加在通常的自行车中不用的单独零件(例如用于检测扭 矩的大尺寸的螺旋弹簧或圆盘),就可达到所希望的目的。
另外,根据本发明 的助力自行车,最好设置一个可抵抗单向离合器系统变形的弹性件;并且, 该弹性件不需要很大,因为它不直接承受引起变形的应力,而只通过单向离 合器系统,承受在变形方向的力。
另外,该单向离合器系统的变形量较小, 因此,一般为扁平结构且高度比宽度小的弹性件,可以放置成使其高度方向 与单向离合器系统的变形方向在一直线上。
这样可以节省大量的空间。
这种 一般为扁平的弹性件例如可包括盘形弹簧。
在本发明的一个优选实施例中,该单向离合器系统可以包括棘轮装置, 该装置可以变形,可以在驱动轴的轴向方向上伸长或收缩至与脚踏力相符合 的长度。
所述棘轮装置包括:带有形成在第一啮合表面上的多个棘齿的齿部 分;和带有形成在第二啮合表面上的多个棘轮块的块部分;其中,在与所述 轴向方向基本上垂直的方向上,所述第一啮合表面和所述第二啮合表面彼此 相向;其中,当所述驱动轴作所述基本上为单向的转动时,所述棘轮块与所 述棘齿啮合,使所述块部分与所述齿部分之间的相对转动停止;而当所述驱 动轴作与所述基本上为单向的转动相反的反向转动时,所述棘轮块与所述棘 齿脱开,使上述相对转动可以实现。
所述齿部分和所述块部分中的任何一个 通过防转动系统安装在所述驱动轴上,所述防转动系统防止相对于所述驱动 轴的相对转动,但允许在所述轴向方向上滑动;而所述齿部分和所述块部分 中的另一个与所述链轮连接。
在本发明的另一个优选实施例中,通过所述防转动系统可在轴向方向滑 动地安装的所述齿部分和所述块部分中的任何一个受到支承,可使弹性单元 靠紧在与啮合表面相对的后表面上。
所述检测系统为检测所述弹性单元因应 力引起的变形的变形检测传感器。
最好是使用一个盘形弹簧作为弹性件,以 节省空间;和使用多个放置在该盘形弹簧表面上的应变仪,作为变形检测传 感器。
在这个实施例中,本发明的效果还可以进一步改善;因为作为最重要 的结构部分,该单向离合器系统可用作扭矩检测机构系统;而将一个背面加 载部件与一个负载检测传感器作成一个整体的盘形弹簧,可用作弹性件和检 测脚踏扭矩装置的一部分。
因此,根据本发明的助力自行车只需对通常的自 行车的车架结构进行少量改动;重量轻,结构简单,并且使用时安静。
本发明的其他实施例和效果,在下面结合附图进行的说明中将会了解。
                         附图说明 图1为根据本发明的助力自行车的简图; 图2为根据本发明的第一实施例的助力自行车的扭矩检测机构系统的 图; 图3为表示用于根据本发明的第一实施例的助力自行车中的链轮和棘轮 装置互相啮合的状态的正视图和侧视图; 图4为表示链轮和棘齿部分的分解状态的示意性透视图; 图5为表示为了说明棘齿部分轴向位移的链轮与棘轮装置啮合状态的示 意性透视图; 图6为表示根据本发明的第一实施例的助力自行车的链轮和链轮驱动装 置的正视图; 图7为表示链轮驱动装置的正视图和侧视图; 图8为表示本发明的第二实施例的视图,其中(a)为表示第二实施例的链 轮的正视图;(b)为表示根据第二实施例的扭矩检测机构系统的截面侧视图; 图9为表示根据本发明的第三实施例的扭矩检测机构系统的截面侧视 图; 图10为表示构成图9所示的扭矩检测机构系统的棘轮装置的分解透视 图; 图11为表示棘轮装置的齿与块之间的啮合状态的图; 图12为表示防止棘轮装置的块部分相对于驱动轴作相对转动的防止转 动系统的一个例子的视图;其中,(a)为表示一个滚珠花键轴的简略结构的平 面图;(b)为表示花键轴的键的简略结构的平面图;和(c)为表示一个键槽的简 略结构的平面图。
                         具体实施方式 下面,将结合附图,对根据本发明的每一个实施例的助力自行车进行说 明。
下述的助力自行车是作为可利用电机提供辅助扭矩的助力自行车的一个 例子来说明的。
第一实施例图1为根据本发明第一实施例的助力自行车1的简图。
如图1所示,助 力自行车1的主要骨架结构包括:由金属管制成的车身框架3;和包括如普 通自行车那样,用通常的方式安装在车身框架3上的前轮20、操纵前轮的手 把16、后轮22和车座18等的各种零件。
在该车身框架3的中心下部,驱动轴4安装在车身框架3上而可以转动, 脚踏板8L和8R通过曲柄轴6L和6R分别安装在驱动轴4的左端和右端部 分上。
如以后将要更详细地说明那样,作为被驱动件的链轮2,通过棘轮装 置,同轴地安装在作为驱动件的驱动轴4上。
该棘轮装置只将自行车1向前 运动的单方向(方向R)的回转扭矩从驱动件传递给被驱动件。
另外,在后轮22的中心部分,设置将脚踏的力传递给后轮22的后轮动 力机构系统10。
在链轮2和后轮动力机构系统内的自由轮(没有示出)之间卷 绕着环形链条12。
由脚踏板8提供的在前进方向上的脚踏力,通过曲柄杆6转动驱动轴4, 并且,作为图中所示的R方向上的脚踏扭矩,转动力作用在链轮2上,使链 轮2转动,通过链条12,链轮将脚踏扭矩传递给后轮动力机构系统10,结 果,后轮22转动,自行车1向前行进。
现在,参照图2~5来说明根据本发明的这个实施例的扭矩检测机构系 统的结构。
首先参见图3,图中表示链轮2和与它连接的棘轮装置39的正视图;和 沿着正视图中的S-S′线所取的链轮2和棘轮装置39的截面侧视图。
如正视图 所示,链轮2包括刚性体部分38,带有许多齿24和相邻的齿24之间的凹下 部分25;链条12,卷绕在该刚性体部分38的外圆周上。
在刚性体部分38 的中心部分上设有孔41;驱动轴4可以穿过该孔并插入其中。
另外,在该孔 41的圆周周围设有圆柱形挡块46。
棘轮装置39包括三块棘轮块40和一个棘齿部分43 。
该三块棘轮块40 中的每一块,都固定在链轮2的刚性体部分38上,它们相隔的角度相等, 与链轮中心的距离也相等(图中链轮中心与驱动轴线5一致)。
棘齿部分43设 置在链轮2的一个表面上,可以与上述棘轮块40啮合。
图3的截面侧视图表示链轮2和棘轮装置39安装在驱动轴4上的状态。
从图中可看出,驱动中心轴42绕驱动轴4以固定方式同心地设置,因此不 能围绕驱动轴4运动。
驱动中心轴42的外圆周上,带有座45,其圆柱形的 轴表面基本上与驱动轴线5平行。
该座45使链轮2和棘齿部分43处在啮合 状态。
链轮2设置成:在该座45内,在棘轮装置的离合器不工作的方向上, 链轮2可以独立于驱动中心轴42而单独地转动;而该棘齿部分43则用以后 所说明的方式与驱动中心轴42固定。
现在,参照图4和图5来说明链轮2与棘齿部分43的啮合状态,以及 离合器的作用。
图4为链轮2和棘齿部分43的分解状态的示意性透视图。
如图4所示, 每一个棘轮块40都作成带有金属制细长、扁平和弹性弯曲的平板的一种挡 板形零件;并且该棘轮块40的后部40b利用焊接或任何其他合适的方法, 固定在链轮2的刚性体部分38上,使该挡板形零件的端部40a相对于上述链 轮的刚性体部分38倾斜一个预先确定的角度。
棘齿部分43具有带平表面的圆盘部分60。
在该圆盘部分60面向链轮表 面一侧的平表面上,在整个外圆周上作出许多可以与上述棘轮块40啮合的 齿44。
每一个齿44具有逐渐倾斜的表面44a和陡的倾斜表面44b。
另外, 在该圆盘部分60的中心部分具有圆柱形的中心轴54;该轴从该圆盘部分60 的平表面的两侧轴向延伸,并向外突出出来。
该中心轴54带有通孔57,可 以容纳放在上述驱动轴4周围的驱动中心轴42。
在该中心轴54内,在上述 圆盘部分60的面向链轮表面的相对侧上,平板形式的隔板部分52与轴内壁 面连接并固定在一起;在直径方向跨接在通孔57上。
另外,螺旋弹簧50插 入中心轴54中,弹簧50的一端与该隔板部分52靠紧,另一端固定在驱动 轴上(图中没有示出)。
在链轮2与上述棘齿部分43啮合的状态下,上述棘轮块40的末端部分 40a进入由齿44的相邻倾斜表面44a和44b形成的凹下部分中;并且,该末 端部分的最顶部以与上述陡的倾斜表面44b相反的状态,靠紧该凹下部分, 如图5所示那样。
中心轴54的孔57中安放着驱动中心轴42。
在这种情况下, 虽然图中没有示出,隔板部分52插入沿该驱动中心轴42的轴向方向,穿过 其轴部分作出的一个细长的槽58中。
这个结构可使棘齿部分43与由脚踏扭 矩带动转动的驱动轴4一起转动;但不会相对于该驱动中心轴42转动。
为隔板部分52的轴向长度比槽58的长度短;因此,该隔板部分52可以沿 着槽58在轴向方向滑动。
这时,因为上述棘齿部分43被上述螺旋弹簧50 压向链轮2的方向,该隔板部分52在上述棘轮块40的最顶端部分啮合的高 度上,与该棘齿部分43啮合。
如图5的下部分所示,当驱动中心轴42在与自行车1向前运动的方向 相对应的R方向转动时,因为该棘轮块40的最顶端部分靠紧上述棘齿44的 陡倾斜表面44b,使该最顶端部分不能沿着上述倾斜表面滑动,因此,该棘 齿部分43和链轮2与驱动中心轴42一起在R方向转动。
另一方面,当驱动 中心轴42在与R方向相反的方向转动时,因为该棘轮块40的末端部分40a 的后表面与齿44的逐渐倾斜表面44a靠紧,因此,该棘轮块40的最顶端部 分不能与该倾斜表面啮合,并沿着该倾斜表面滑动;这样,驱动中心轴42 的转动,不会传给链轮2。
这就是棘轮装置39的单向离合器机构的原理。
又如图5的下部分所示,当驱动中心轴42在R方向的转动通过上述棘 齿部分43传给链轮2时,弹性棘轮块40对由齿44的陡的倾斜表面44b所 加的回转力的阻力增大。
因此,棘齿部分43在轴向方向上偏离正常的轴向 位置(图2和图3所示的位置48a),离开链轮2产生位移,以抗衡螺旋弹簧 50的偏压力;并停止在脚踏力引起的回转力与棘轮块40的弹性平衡的位置 (图2和图3所示的位置48b)。
当脚踏扭矩减小时,由上述陡的倾斜表面44b 所加的回转力变小,因此,在棘轮块弹性作用下,棘轮块40被强制返回至 原来位置;同时,被螺旋弹簧50向下偏压的棘齿部分43在轴向方向产生位 移,接近链轮2。
因此,棘齿部分43的轴向位移量ΔL(图3)反映脚踏扭矩的 大小。
如图2所示,为了检测棘齿部分43的轴向位移量,可将位置传感器34 安装在自行车车身框架上,以检测从一个预先确定的位置至棘齿部分43的 圆盘部分60的轴向距离。
该位置传感器34,例如可由下列元件来实现:由 磁性材料(例如,铁氧体等)制成的安装成可根据圆盘部分60的轴向位移而轴 向运动的检测件;一个放置在该检测件附近的线圈;和一个可以用电气方法 检测该线圈的电感变化作为阻抗变化的检测电路。
在这种结构的情况下,虽 然根据棘齿部分43的轴向位移量大小,该检测件可以更接近或离开该线圈; 然而,该线圈的电感可以随着该检测件与线圈之间的距离变化而改变;这 样,可以根据该检测电路检测的电感变化,来计算距离棘齿部分43的轴向 距离L1。
应当理解,只要能检测出距离棘齿部分43的轴向距离或该齿部分 43的轴向位移量ΔL,也可以使用不是上述形式的某种选定形式的传感器, 一些传感器也可放置在棘轮装置39内。
位置传感器34的输出端与接收从传感器发出的检测信号的控制器14连 接。
控制器14可由微型计算机等实现,它具有根据接收到的检测信号计算 脚踏的扭矩值与上述轴向距离的关系的运算函数。
下面,将说明根据本发明的这个实施例的助力系统。
如图2所示,该助 力系统可包括:直接与链轮2啮合的链轮驱动装置11;由电池驱动(没有示 出)转动并通过回转轴37a传送辅助扭矩的电机37;降低电机37在回转轴37a 上的转速,并将回转运动通过齿轮轴35a传递给链轮驱动装置11的减速齿轮 机构35;和根据脚踏扭矩的计算值控制电机37的控制器14。
减速齿轮机构35例如可以包括多个齿轮等的组合。
在由齿轮等组成的 辅助扭矩传动通道的中间部分,可以设置只在一个方向传递动力的所谓单向 离合器(没有示出)。
该单向离合器可将辅助扭矩从电机37传递至链轮驱动装 置11;但不能反向传递,即不能在从链轮驱动装置至减速齿轮机构35的方 向上传递动力。
这种结构可以保证自行车运转连续、平稳和轻巧,不会在没 有骑行时将电机37的负载传递给链轮2。
图6表示链轮驱动装置11与链轮2啮合状态的正视图(图中省略了曲柄 杆)。
如图6所示,卷绕在链轮2上的链条12包括销子链节与滚子链节交替 综合的结构,其中,两个销子加力压入蚕茧式的两个环状平板中,而滚子链 节的两个套管,加力压入两个环状平板中,并且滚子插入套管的外圆周中而 可以转动。
对于构成链条12的销子链节和滚子链节的每一个滚子,要使滚 子之间的间距和滚子直径限定为可与链轮2的每一个齿啮合。
又如图6和图7所示,链轮驱动装置11与链轮2的啮合方式,基本上 与链条12的啮合方式相同。
链轮驱动装置11可以包括:两个平行放置的滚 子板17a和17b;多个圆柱形套管15(滚子轴),每一个套管基本上垂直地压 入上述滚子板中,沿着板圆周区域的间距等于链条12的滚子间距,圆柱形 套管将上述滚子板彼此连接起来。
另外,链轮驱动装置11还包括多个(在图 示例子中为6个)圆柱形滚子21,每一个滚子都可转动地插入每一个套管上, 将每一个套管的外圆周覆盖起来。
每一个滚子板17a和17b的中心部分都有 一个安装孔19;驱动部件13可以安装在该孔上。
链轮驱动装置11在相邻的 两个滚子21之间的外圆周部分上,形成向内凹入的凹入部分33。
又如图6所示,链轮驱动装置11的两个相邻的滚子21与链轮2的凹入 部分25啮合;而链轮2的一个齿24进入滚子之间的间隙中。
链轮驱动装置 11的凹入部分33,最好作成使链轮2的齿容易与滚子21啮合。
例如,最好 使凹入部分33的形状,基本上与蚕茧形状的链条12的链节平板的窄的中心 部分的形状相同。
现在,参照附图来说明本发明的第一实施例的动作。
当骑车人向下蹬脚踏板8R和8L使驱动轴4在R方向转动时,借助隔 板部分52不转动地固定在驱动轴4上的棘齿部分43,可与驱动轴4一起转 动;并通过与棘齿部分43的齿44啮合的棘轮块40,将脚踏扭矩加在链轮2 上。
这样,链条12的拉力作用在上面的链轮2成为负载。
这时,弹性棘轮 块40上升以克服上述棘齿部分的陡的斜面44b所施加的回转力;该棘齿部 分43产生轴向位移,与链轮2从其普通的轴向位置(图3中的位置48a)分开, 同时抵抗螺旋弹簧的偏压力;并停止在由脚踏力产生的回转力与棘轮块40 的弹性平衡的位置上(图3中的位置48b)。
现参见图2,位置传感器34总是检测从其固定位置至棘齿部分43的圆 盘部分60的轴向距离;并将检测信号(与位置48b相对应)传递给控制器14。
然后,控制器14从预先存储在内部存储器中的脚踏扭矩没有起作用时的棘 齿部分43的位置48a,与由所接收到的检测信号所代表的位置48b之间的 差,确定轴向位移量ΔL。
当脚踏扭矩增大时,轴向位移量ΔL增大;控制器 14可以从以上二元素的关系,计算脚踏扭矩的值。
这点(例如)可通过用实验 确定轴向位移量ΔL与脚踏扭矩的关系;并将代表这种关系的一张参考表存 储在控制器14的内部存储器中来实现。
然后,控制器14至少是根据计算的脚踏扭矩T确定要施加的辅助扭矩 Te。
接着,控制器14借助该辅助扭矩计算指示电机37的控制信号,以便用 电气方法驱动和转动该电机。
以后,控制器14输出该控制信号。
还可以在 自行车上安装一个自行车速度传感器;并根据脚踏扭矩T和自行车的速度, 计算辅助扭矩Te。
例如,在最简单的助力控制情况下,当计算的脚踏扭矩T达到预先确定 的值或更高时,产生电机控制信号,指令电机37启动,并产生辅助扭矩, 以保持对于脚踏扭矩的预先确定的比值。
在其他情况下,控制器14产生一 个电机控制信号,指令电机37断开。
在这种情况下,只有当上述轴向位移 量ΔL达到预先确定的值或更高时,才可以直接利用该值ΔL启动电机37。
当电机37启动和转动时,回转力通过减速齿轮机构35传给链轮驱动装 置11,并且,链轮驱动装置11在图6所示的K方向上,围绕着中心驱动轴 9转动。
这时,链轮装置11的每一个滚子21一个接一个地与链轮2的凹入 部分25啮合;同时,链轮2产生沿着R方向的围绕着驱动轴4的中心轴线5 的驱动扭矩。
如上所述,在这个实施例中,由电机37产生的辅助扭矩,通 过链轮驱动装置11,传递至形成刚度很高的齿24的链轮2的区域;因此, 可增大脚踏力而不会使链轮2弯曲和偏离回转中心。
这样,在脚踏扭矩达到 预先确定的值或更高的条件下,可以加入辅助扭矩,从而容易蹬动自行车。
在上述实施例中,可以根据通常的自行车也需要设置的棘轮装置的轴向 位移量计算扭矩;而不需要在这种通常的自行车上增加刚性、体积和重量都 很大的、包括弹性件或传动机构系统在内的单独的零件和系统。
因此,可以 大大减小扭矩检测机构系统所占的空间和该机构的重量。
这也可使扭矩检测 机构系统变得简单。
另外,在本发明的这个实施例中,由电机37产生的辅助扭矩通过链轮 驱动装置11传至直径较大的链轮2的外圆周部分上,使这种结构具有这样 的优点,即:与由驱动轴4加入辅助扭矩的结构比较,降速比较大。
这可使 扭矩检测机构系统尺寸较小和较轻,机构较简单。
另外,在本发明的这个实施例中,助力系统结构简单,包括与棘轮装置 作成一个整体的扭矩检测机构系统的弹性变形部分,并设置链轮驱动装置11 与驱动部件13;不需要对通常的自行车的车身框架结构进行大的改动或改 变。
因此,这个实施例的助力自行车可以作得较小、较轻,并降低制造成本。
第二实施例图8(a)和8(b)表示根据本发明的第二实施例的扭矩检测机构系统。
在这 个实施例中,除了扭矩检测机构系统以外的其他零件与第一实施例的相应零 件相同,因此用相同的标号表示这种结构相同的零件;并且为了简单起见, 省略了相同的详细说明。
如图8(a)和8(b)所示,第二实施例的扭矩检测机构系统带有链轮70,在 其中心部分具有圆柱形的容纳部分82。
该圆柱形容纳部分82的形状,作成 向着链轮70的一个平面侧突出出来,而在链轮的另一个平面侧凹入下去的 圆柱形形状。
链轮70可以设置成使该圆柱形容纳部分82的凹部向着脚踏板 一侧,并且其凹部中容纳只能在从驱动侧部分向被驱动剖分的一个方向上传 递转动的单向离合器72。
单向离合器72的被驱动侧部分,在驱动轴4与圆 柱形容纳部分82凹部的接合部与驱动轴4固定和连接,从而只将在R方向 的转动传给链轮70。
为了减轻链轮的重量,该链轮70围绕着该圆柱形容纳 部分82作有许多孔84(见图8(a))。
作为单向离合器72,可以选择这样一种形式的离合器:当驱动轴4在R 方向转动并将转动力传递给链轮70时,该离合器可将单向离合器72的被驱 动侧部分,向着链轮一侧,沿着轴向方向,移动一个与脚踏扭矩大小相适应 的位移量。
作为一个例子,可以使用如在本发明的第一实施例中所用的一种 棘轮装置式的单向离合器。
在链轮70的相对一侧的内表面上,在该圆柱形容纳部分82的突出部周 围放置着轴承74,用于从周围支承该圆柱形容纳部分82。
最好,该轴承74 可承受轴向和径向负载。
另外,最好设置一个截锥形式的弹性和金属的盘形 弹簧76以固定轴承74,该弹簧包围该轴承74的外圈。
另外,该盘形弹簧76 可通过刚性支承件18固定在自行车车身上。
换句话说,链轮70被弹性地固 定在自行车车身上,可以在与单向离合器72相对的一侧转动。
从图8(b)可以 看出,在轴向位置中有一个区域,在该区域中,当单向离合器72和盘形弹 簧76的轴向宽度投影在驱动轴4的中心轴线上时,单向离合器72的轴向宽 度图像与盘形弹簧76的轴向度宽图像重叠。
另外,盘形弹簧76带有用于根据所受的应力检测盘形弹簧变形的应变 仪80,并且,该应变仪80与控制器14连接(参见图2)。
应变仪80可以由(例 如)金属薄层制成的电阻元件构成。
当利用这种薄层金属电阻元件制造应变仪 80时,在该盘形弹簧76的镜面抛光表面上可以设置氧化物薄膜的绝缘层; 并且,由多个元件组成的电阻件,可用喷镀或任何其他通常的方法作成电桥 形式。
控制器14可以检测由于加在盘形弹簧76上的应力引起的变形所造成 的电桥元件电阻的变化,然后确定应力的大小。
为了提高检测精度,最好将 该应变仪80安装在盘形弹簧76最可能受到应力引起的变形的位置上,使应 力引起的变形造成电阻值的变化尽可能的大。
作为应变仪80的替代品,可以使用(例如)通过加在盘形弹簧76上的压 力来检测电阻变化的压电式电阻元件,或使用检测盘形弹簧76的表面的位 移量的位置传感器。
现在,更详细地来说明本发明的第二实施例的动作。
当骑车人蹬下脚踏板8R和8L使驱动轴4在R方向转动时,转动力通 过单向离合器72的驱动侧部分传至链轮70。
这时,单向离合器72的被驱动 侧部分具有沿着轴向方向向着链轮一侧移动与脚踏扭矩相对应的位移量的 趋势,使得压在内侧的力沿着轴向方向作用在链轮70上。
这个压向内侧的 力通过轴承74作用在固定链轮70的盘形弹簧76上,造成该盘形弹簧76因 应力而产生变形。
这个应力引起的变形,反映了单向离合器72造成的链轮 70的轴向位移量,即反映了脚踏扭矩的大小。
应变仪80的电阻值,随着盘形弹簧76因应力引起的变形而变化。
电阻 值的变化用控制器14检测,该控制器又将以参考表形式表示的应变仪80的 电阻值与脚踏扭矩的关系预先存储在控制器的内部存储器中,然后通过将应 变仪80的检测的电阻值,与该参考表对照,来确定脚踏扭矩T。
控制器14 再利用与上述本发明的第一实施例相同的方法,控制电机37;通过根据脚踏 扭矩T计算的辅助扭矩Te驱动和转动电机37;并且,辅助扭矩通过链轮驱 动装置11直接传给链轮70。
如上所述,在本发明的第二实施例中,也可以根据由在通常的自行车上 也需要设置的单向离合器72的压紧力产生的盘形弹簧76的因应力引起的变 形,来计算扭矩;而不需要在通常的助力自行车上添加刚性、体积都很大, 重量很重的单独的弹性件和传动机构系统等。
因此,本发明的第二实施你可 以大大地减小扭矩检测机构系统所占的空间和重量,并使机构简单。
另外,第二实施例还可缩短在轴向方向的行程,因为单向离合器72和 盘形弹簧76设置在同样的宽度范围内,前者是放置在链轮70的圆柱形容纳 部分82中,而后者则覆盖该圆柱形容纳部分82的外圆周。
通过采用借助在 盘形弹簧76的表面上形成薄形的应变仪80,检测与脚踏扭矩相对应的量的 方法,可以进一步改善这个优点;因此,本发明的第二实施例,在节约空间 方面,比第一实施例的效果更明显。
第三实施例现参照图9~图11来更详细地说明根据本发明第三实施例的扭矩检测 机构系统。
因为除了扭矩检测机构系统以外的其他零件,与第一和第二实施 例的相应零件相同,因此用相同的标号来表示这些零件,并且在以后的说明 中,省略这些相同零件的详细说明。
如图9所示,链轮2由驱动轴4通过棘轮装置支承,该棘轮装置具有块 部分100和齿部分112,如图10所示那样。
该块部分100可以包括设置在第二啮合表面110上,沿着圆周方向的夹 角相等的三个棘轮块102。
每一个棘轮块102都可由刚性材料制成,并且可 在上述第二啮合表面110附近并基本上在该第二啮合表面的径向方向上,围 绕着轴枢转。
该棘轮块102受到片状隆起的弹簧104的偏压;因此,当没有 力作用在棘轮块102上时,该块的长度方向,相对于上述块部分的第二啮合 表面110成一个给定的角度(这里所述的长度方向为图11中的平衡方向 160)。
如图11所示,当棘轮块102在上升方向a或下降方向b上偏离平衡方 向160时,该片状隆起弹簧104将微小的弹性力作用在该棘轮块102上,使 它的偏离回复至平衡方向160。
在上述块部分100的中心部分,作出容纳驱动轴4的孔106,并且,从 该块部分100的后表面101突出出来的圆柱形部分103插入该孔106中。
该 块部分100的后表面101,在上述圆柱形部分103的外圆周上,作出圆形槽 155(图9),许多钢球152放置在该圆形槽155中。
这样,该后表面101形成 可承受轴向负载的轴承和可轴向滑动的轴承。
将上述圆柱形部分103插入中心孔127中,可使盘形弹簧124靠紧该块 部分100的后表面101。
在这种情况下,盘形弹簧124在弹性地抗衡由上述 块部分100产生的压力的方向上,通过钢球152,即通过负载轴承,可滑动 地抵靠上述后表面101。
在该盘形弹簧124的前表面的两个成180°角的相 对位置上可以放置应变仪126。
应变仪126通过导线128与控制器14电连 接。
最好是,应变仪放置在盘形弹簧124的三个或更多个位置上。
这时,最 好多个应变仪放置在盘形弹簧124的前表面上的彼此回转对称的多个位置 上。
盘形弹簧124安放在碗形的支承件130的内面底部132中。
支承件130 具有穿过其中心部分、用于安放驱动轴4的支承通孔133,且圆柱形支承部 分134从支承件130的后表面突出出来。
该圆柱形支承部分134的内壁与承 受轴向和径向方向负载的轴承138啮合(如图9所示)。
该轴承138与在驱动 轴4上形成的倾斜的挡止表面144接合。
块部分的孔106的内壁在四个位置上作出第一防转动槽108,每一个都 在轴向方向5上延伸。
可滑动地与上述孔106的内壁靠紧的驱动轴4在外壁 的四个与上述第一防转动槽108相对的位置上,作出第二防转动槽,每一个 都在轴向方向5上延伸。
如图12(a)所示,第一防转动槽108和与其相对的第 二防转动槽140中的每一个槽,都构成一个在轴向方向延伸的柱状的槽。
在 每一个柱状槽中放置着充满该槽的许多钢球150。
这种结构允许上述块部分 100以最小的摩擦阻力在轴向方向5上移动,并且可防止相对于驱动轴4转 动。
这种系统可以说是某种形式的滚珠花键轴。
还应指出,可以使用不同形 式的滚珠花键轴,例如无接缝的枢轴式的滚珠花键轴,作为可滑动的防转动 装置。
另外,还可以使用不是这种滚珠花键轴的系统。
例如,如图12(b)所示, 还可以利用一个所谓键式花键轴作为防转动系统。
该系统的结构是这样的: 驱动轴4带有在轴向方向延伸的突出部分140a,而上述棘轮装置的块部分 100则带有容纳该突出部分140a的第三防转动槽108a。
在图12(b)中,该突 出部分140a可以设置在上述块部分100的侧面上,而该第三防转动槽108a 则可设置在驱动轴4的侧面上。
另外,如图12(c)所示,还可以使用一个所谓 的键槽式花键作为防转动系统。
该系统的结构是这样的:该块部分100带有 在轴向方向延伸的第四防转动槽108b;而驱动轴4则带有面向该第四防转动 槽108b的、第五防转动槽140b。
这些槽构成一个键板放置在其中的方棱柱 形的槽。
在第三实施例中,也可以使用如在第一实施例中所用的隔板部分 52。
上述棘轮装置的齿部分112的第一啮合表面121带有许多与上述棘轮块 102啮合的棘齿114。
每一个棘齿114均由相对于该第一啮合表面121的陡 的斜面118和逐渐倾斜的表面116组成,这两个斜面沿着该齿部分的圆周方 向交替地和周期性地形成。
该齿部分112放置成使棘轮块102与棘齿114啮合,如图11所示那样; 这样,该第一啮合表面121在轴向支承在驱动轴4上,面向上述块部分100 的第二啮合表面110。
这时,驱动轴4通过套环111,穿过形成在该齿部分 112的中心部分的孔120,并且,驱动轴4的末端部分142通过垫圈122固 定。
如图9所示。
另外,该齿部分112与支承件130连接,可相对于链轮2 和驱动轴4转动。
这个结构可使将驱动轴4与链轮2连接的棘轮装置,只能 将驱动轴4在自行车向前行驶方向的转动传给链轮2。
在驱动轴4的倾斜挡止表面144和上述块部分100的后表面101之间, 最好加入偏置弹簧136。
当脚踏力小于预先确定的值时,例如,当脚踏力接 近零时,该偏置弹簧136在轴向方向偏移,使得在安装在该后表面101上的 钢球152和盘形弹簧124之间形成间隙。
下面,将要说明本发明的第三实施例的动作。
当骑车人蹬下脚踏板8R和8L施加一个脚踏力和使驱动轴4在自行车向 前行驶的方向转动时,所产生的转动力传递至以非转动方式在轴向固定在驱 动轴4上的块部分100。
如图11所示,这时,与脚踏力相对应的力Fd从该 块部分100加在上述棘轮块102上,使该棘轮块的顶部末端部分靠紧该齿部 分112的棘齿114的陡斜面118,以便将所产生的力传递给棘齿。
当棘齿部 分112与链轮2连接时,棘轮块102的顶端从陡斜面118接受驱动负载产生 的力Fp
如果棘轮块102从其两个末端接受方向相反的力Fp和Fd,则会使 棘轮块在a方向抬起。
当棘轮块120在a方向抬起时,该块部分100在轴向 方向向内移动并下压放在块部分100和支承件130之间的盘形弹簧124。
另 一方面,弹性力Fr作用在盘形弹簧124上,与压在盘形弹簧124上的力抗衡。
该弹性力Fr可以在短时间内与反映使该块部分100在轴向移动的脚踏力的力 平衡。
因此,可以利用应力引起的盘形弹簧124的变形、该块部分100与齿 部分112之间的间隙、棘轮块102相对于第二啮合表面110的角度、块部分 100相对于自行车车身框架的位置和在盘形弹簧124上的压力等,作为反映 脚踏力的物理量度。
因此,通过检测至少一个上述物理量度可以预报脚踏扭 矩。
在该第三实施例中,盘形弹簧124的因应力引起的变形作为物理量度的 一个例子进行检测。
控制器14对从放置在盘形弹簧124上的至少两个应变 仪126发出的信号进行附加的运算(包括一个平均化的运算)。
通过利用上述 方法,对在多个位置上的应力引起的变形量进行平均,即使对于同样的脚踏 扭矩,也可使输出有较大变化;并可使噪声分量均衡;因此可以改善信/噪(S/N) 比,进一步提高扭矩预报的精度。
当应变仪的数目增加时,这种效果更明显。
另外,如果脚踏力比预先确定的值低,则偏置弹簧136在块部分100的 后表面101和盘形弹簧124之间形成间隙;因此,可以降低钢球152对盘形 弹簧124的冲击频率。
这可以减小从应变仪发出的信号的噪声分量,以改善 扭矩的检测和助力控制的稳定性。
应当指出,本发明第三实施例中的助力控制基本上与第一和第二实施例 中的助力控制相同。
第三实施例具有下述明显的优点: (1)棘轮装置和扭矩检测机构系统可以作成一个机构系统;因此,零件 数目可以减少。
结果,自行车尺寸更紧凑、重量更轻,并且制造成本比通常 自行车更低。
(2)除了上述的效果以外,因为在要检测脚踏扭矩的部分,使用了带有 一体形成接收加在脚踏板上的负载的元件和负载(扭矩)检测传感器的盘形弹 簧,因此二种功能可以用一个装置实现,使结构进一步紧凑,重量进一步减 轻,制造成本进一步降低。
(3)因为如以上(1)和(2)所述,本发明的扭矩检测机构系统结构非常紧 凑,重量很轻,结构也很简单;因此可以将该扭矩检测机构系统安装在通常 的自行车上。
(4)由于以上(1)和(2)所述的理由,与通常的扭矩检测机构系统比较,可 以减少作用在脚踏板上的负载传递损失;因此,容易实现助力,并且对控制 的响应也快。
(5)由于以上(1)和(2)所述的理由,与通常的扭矩检测机构系统(使用一 个螺旋弹簧)比较,可以减少脚踏板的无效运动(直到传感器检测到该时间为 止);因此,脚蹬根据本发明的助力自行车的感觉,就象脚蹬通常的自行车一 样,而采用通常的扭矩检测机构系统,在蹬时有阻力的感觉。
虽然,本发明已通过每一个实施例进行了说明,但应当了解,本发明的 任何一个方面都不是仅限制于这些实施例;并且本发明涵盖不偏离本发明的 范围和精神的任何改进和改变。
例如,在本发明的每一个实施例中,电机都是作为提供辅助扭矩的装置 的一个例子来说明的。
应当理解,事实上,提供辅助扭矩的装置并不仅限于 电机,它可以包括任何选择的动力装置,例如汽油发动机等。
另外,在本发明的每一个实施例中,应当理解,将棘轮装置的块部分和 齿部分中的任何一个部分安装在链轮上,而将另一个部分安装在驱动轴上的 方式,是可以任何选定及相应方式进行改变的。
例如,在第三实施例的情况 下,该块部分100可以安装在链轮上,而齿部分112可以安装在驱动轴4上, 使它们可滑动而不转动,从而使该齿部分112压缩盘形弹簧124。
虽然,作为例子,在第一和第三实施例中采用了三个棘轮块;但棘轮块 的数目也可以是两个或四个或更多个。
另外,还应注意,作为防转动系统的 槽和突出部分的数目,如图12(a),(b),(c)所示那样,也不只是仅限于以上 所述的数目。
还应指出,在不偏离本发明的范围和精神的条件下,在一个或多个实施 例中说明过,但没有在其他实施例中说明过的结构零件,也以用在其他实施 例中。
例如,如图12(a),(b)和(c)所示的防转动系统,同样可用在第一和第 二实施例中。
另外,在第二实施例中所述的单向离合器系统,也可用于第一 和第三实施例中的棘轮装置中。
另外,第二实施例中的多个应变仪,也可按 照第三实施例中的相同方式配置;并且,输出信号也可以进行平均化运算。
用于抗衡棘轮装置变形的弹性件的种类和形状,也可以进行选定和相应 的改进和改变。
除了盘形弹簧和螺旋弹簧以外,也可以使用由橡胶材料制成 的弹性件。
在本发明的每一个实施例中,只要是根据棘轮装置的变形,如第三实施 例所示那样,则需要检测的物理量可以自由地和相应地选择。
例如,在第一 实施例中,也可以使用压电传感器来根据棘齿部分的轴向位移,检测作用力 引起的压力变化。
另外,还可以将应变仪安装在棘轮块上,并根据棘轮块由 应力引起的变形量,计算脚踏扭矩。
在第三实施例中,还可将压电传感器放 置在支承件的内部底面部分上。
棘轮块的转动角度也可以利用一个放置在其 回转轴上的编码器检测。
另外,还可以设置位置传感器,来检测该棘轮装置 的块部分相对于其齿部分的位置。
虽然,利用应变仪作为检测困应力引起的变形的装置的一个例子,但该 装置不是仅限于应变仪,只要能检测与应力引起的变形相联系的物理量即 可。
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