(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】2019522198
(43)【公表日】20190808
(54)【発明の名称】トルクセンサーシステム、トルク信号測定方法及び電動アシスト自転車
(51)【国際特許分類】
   G01L 3/14 20060101AFI20190712BHJP
   B62M 6/50 20100101ALI20190712BHJP
【FI】
   !G01L3/14 A
   !B62M6/50
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】20
(21)【出願番号】2018569131
(86)(22)【出願日】20170519
(85)【翻訳文提出日】20181228
(86)【国際出願番号】CN2017085180
(87)【国際公開番号】WO2018000985
(87)【国際公開日】20180104
(31)【優先権主張番号】201610516807.X
(32)【優先日】20160701
(33)【優先権主張国】CN
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ
(71)【出願人】
【識別番号】519001730
【氏名又は名称】武漢天謄動力科技有限公司
【氏名又は名称原語表記】WUHAN TTIUM MOTOR TECHNOLOGY CO.,LTD.
【住所又は居所】中国湖北省武漢市東湖新技術開発区花城大道9号武漢軟件新城A6棟502室 430000
【住所又は居所原語表記】Room 502,Building A6,No.9 Avenue Huacheng East Lake High−Tech Development Zone Wuhan,Hubei 430000,China
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】陳俊
【住所又は居所】中国湖北省武漢市東湖新技術開発区花城大道9号武漢軟件新城1.1期A6棟502室 430000
(72)【発明者】
【氏名】梅良
【住所又は居所】中国湖北省武漢市東湖新技術開発区花城大道9号武漢軟件新城1.1期A6棟502室 430000
(72)【発明者】
【氏名】李輝
【住所又は居所】中国湖北省武漢市東湖新技術開発区花城大道9号武漢軟件新城1.1期A6棟502室 430000
(57)【要約】
本発明は、交通手段の技術分野に関し、トルクセンサーシステム、トルク信号測定方法及び電動アシスト自転車に関し、従来のトルクセンサーシステムにおける、一般的に動力入力軸と共に回転しないとライダーの踏力を正確に測定できないという問題を解決する。トルクセンサーシステムは、動力入力部品、動力出力部品およびトルク検出部品を有する遊星歯車機構1と、トルク検出部品に設置される弾性体2と、弾性体2に設置されるトルクセンサー3と、を備る。外力が遊星歯車機構1の動力入力部品を介して入力されかつ動力出力部品を介して出力される際、遊星歯車機構から出力される動力の反作用の力は、トルク検出部品における弾性体2まで伝達されることで、弾性体2が変形され、同時に、トルクセンサー3は、弾性体2の変形を測定することで、入力されるトルクの大きさを取得する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
動力入力部品、動力出力部品およびトルク検出部品を有する遊星歯車機構と、
前記トルク検出部品に設置される弾性体と、及び
前記弾性体に設置されるトルクセンサーと、を備え、
外力が前記遊星歯車機構の前記動力入力部品を介して入力され、かつ前記動力出力部品を介して出力される際、前記遊星歯車機構から出力される動力の反作用の力は、前記トルク検出部品における弾性体まで伝達され、前記弾性体が変形され、同時に、前記トルクセンサーは、前記弾性体の変形を測定することで、入力されるトルクの大きさを取得するように配置される、ことを特徴とするトルクセンサーシステム。
【請求項2】
前記トルクセンサーからトルク信号を受信し、コントロール装置へ伝送するように配置される信号処理装置をさらに備える、ことを特徴とする請求項1に記載のトルクセンサーシステム。
【請求項3】
前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、
前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、
前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、
前記弾性体と前記リングギアとは、同軸固定し接続されるように配置される、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトルクセンサーシステム。
【請求項4】
前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、
前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、
前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、
前記弾性体と前記リングギアとは、同軸固定し接続されるように配置される、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトルクセンサーシステム。
【請求項5】
前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、
前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、
前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、
前記弾性体と前記太陽歯車とは、同軸固定し接続されるように配置される、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトルクセンサーシステム。
【請求項6】
前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、
前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、
前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、
前記弾性体と前記太陽歯車とは、同軸固定し接続されるように配置される、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトルクセンサーシステム。
【請求項7】
前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、
前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、
前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、
前記弾性体と前記遊星キャリアとは、同軸固定し接続されるように配置される、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトルクセンサーシステム。
【請求項8】
前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、
前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、
前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、
前記弾性体と前記遊星キャリアとは、同軸固定し接続されるように配置される、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトルクセンサーシステム。
【請求項9】
外力が、遊星歯車機構の動力入力部品を介して入力され、かつ動力出力部品を介して出力されるステップと、
前記遊星歯車機構から出力される動力の反作用の力が、トルク検出部品における弾性体まで伝達され、弾性体が変形されるステップと、
トルクセンサーが、前記弾性体の変形を測定することで、入力されるトルクの大きさを取得し、前記外力のトルク信号とするステップとを含む、ことを特徴とするトルク信号測定方法。
【請求項10】
請求項1ないし請求項8のいずれかに記載のトルクセンサーシステムを備える、ことを特徴とする電動アシスト自転車。
【請求項11】
前記電動アシスト自転車は、前記トルクセンサーシステムに接続されるミッドモーターを備え、
前記トルクセンサーシステムの遊星歯車機構は、前記電動アシスト自転車のボトムブラケットに設けられることを特徴とする請求項10に記載の電動アシスト自転車。
【請求項12】
前記トルクセンサーの遊星キャリアは、前記電動アシスト自転車のボトムブラケットに固定し接続され、前記ボトムブラケットを介して入力される動力を受けるように配置され、
前記トルクセンサーの太陽歯車は、前記電動アシスト自転車の出力盤にシャフト接続され、動力を出力し、
前記トルクセンサーの弾性体は、前記ミッドモーター内に固定し配置され、
前記トルクセンサーのリングギアは、前記弾性体に接続される、ことを特徴とする請求項11に記載の電動アシスト自転車。
【請求項13】
前記遊星キャリアと前記ミッドモーターの前記シャフトとの間に、前記ミッドモーターのシャフトから入力される動力を受け、遊星キャリアへ伝達するように配置されるオーバーランニングクラッチが配置される、ことを特徴とする請求項12に記載の電動アシスト自転車。
【請求項14】
前記トルクセンサーシステムの前記遊星歯車機構は、前記電動アシスト自転車のボトムブラケットに配置されることを特徴とする請求項10に記載の電動アシスト自転車。
【請求項15】
前記トルクセンサーの前記遊星キャリアは、前記ボトムブラケットに固定し接続され、且つ前記ボトムブラケットを介して入力される動力を受けるように配置され、
前記トルクセンサーの前記太陽歯車は、前記電動アシスト自転車のスプロケットに固定し接続され、且つ動力を出力するように配置され、
前記トルクセンサーの弾性体は、前記電動アシスト自転車のフレームに固定し配置され、
前記トルクセンサーのリングギアは、前記弾性体に接続される、ことを特徴とする請求項14に記載の電動アシスト自転車。
【請求項16】
前記遊星歯車機構は、遊星キャリアを介して入力されかつリングギアを介して出力されるように配置され、
前記トルク検出部品は、前記太陽歯車であり、
前記弾性体は、カップリングを介して前記太陽歯車に同軸固定し接続される、ことを特徴とする請求項14に記載の電動アシスト自転車。
【請求項17】
前記遊星歯車機構は、前記リングギアを介して入力されかつ前記遊星キャリアを介して出力されるように配置され、
前記トルク検出部品は、前記太陽歯車であり、
前記弾性体は、カップリングを介して前記太陽歯車に同軸固定し接続される、ことを特徴とする請求項14に記載の電動アシスト自転車。
【請求項18】
前記電動アシスト自転車は、内部に前記遊星歯車機構が配置されるハブモーターを備える、ことを特徴とする請求項10に記載の電動アシスト自転車。
【請求項19】
前記遊星歯車機構の遊星キャリアは、前記電動アシスト自転車のハブスプロケットに固定し接続され、動力は遊星キャリアを介して入力され、
前記リングギアは、前記ハブモーターのアウターロータに接続され動力を出力し、
前記太陽歯車は、前記ハブモーターシャフトに固定し接続され、
前記弾性体は、太陽歯車に配置される、ことを特徴とする請求項18に記載の電動アシスト自転車。
【請求項20】
前記遊星歯車機構は、動力がリングギアを介して入力されかつ太陽歯車を介して出力され、トルク検出部品として遊星キャリアであるように配置され、
前記トルク検出部品の前記弾性体は、カップリングを介して遊星キャリアに同軸固定し接続される、ことを特徴とする請求項18に記載の電動アシスト自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、2016年07月01日に、中国特許庁に提出した出願番号が201610516807Xであり、名称が「トルクセンサーシステム、トルク信号測定方法、電動アシスト自転車」である中国特許出願を優先権として主張し、その全ての内容を本願に援用する。
【0002】
本発明は、交通手段の技術分野に関し、特にトルクセンサーシステム、トルク信号測定方法、電動アシスト自転車に関する。
【背景技術】
【0003】
電動アシスト自転車は、一般的な自転車を基に、モーター、コントローラなどの部品が取付けられ、電池を補助エネルギーとする個人用交通手段である。電動アシスト自転車は、電力で人力を補助して自転車の走行に必要なエネルギーを提供する際、コントローラがライダーの意図を判断できるように、トルクセンサーシステムでサイクリング中にライダーが自転車に加える力を検出しコントローラに伝送し、コントローラは、人力とモーターとの出力がマッチされ共同で自転車を駆動して走行させるように、人力の出力状況に基づいてモーターの出力を制御する。
【0004】
先行技術におけるあるトルクセンサーシステムは、トルクセンサーを自転車のボトムブラケットと共に回転できるように自転車のボトムブラケットに設け、ワイヤレス信号発信および受信装置(または、その他の非接触式信号伝送装置)を利用して、トルクセンサーの測定信号をコントローラに伝送することで、トルクの変化を検出する。
【0005】
先行技術におけるもう一つのトルクセンサーシステムにおいて、該トルクセンサーは、遊星歯車機構の太陽歯車、遊星歯車(遊星キャリア)、リングギアの三つの部品のうちの一つを動力入力部品、一つを動力出力部品とし、もう一つの部品には回転角度を制限するための制限機構を設置する。具体的には、外部から入力されるトルクは、動力入力部品を通じて遊星歯車機構に伝達され、アクティブトルクを生成して制限機構のリセットスプリングに作用し、該アクティブトルクがリセットスプリングにより生成されるリバーストルクより大きい場合、制限機構のスウィングバーを一定角度揺動し、同時にトルク信号機構によりスウィングバーの回転角度情報をタイムリーに採取し、これに基づいてトルクの大きさを確定する。
【0006】
しかしながら、本願発明者は、上記一つ目のトルクセンサーシステムを採用する場合、一般的にはその構造が複雑で生産コストが高く、またワイヤレス伝送やワイヤレス供電方式を採用するため、システムの電力消費も比較的に大きいことに気づいた。また、上記二つ目のトルクセンサーシステムを採用する場合、測定を始めるたびに、遊星歯車機構は一定の変移が必要であり、トルク信号を取得する際の感度が高くなく、且つトルク信号はリセットスプリングによるスウィングバーの揺動角度に基づいて取得するため、測定の精度も足りないことに気がついた。
【発明の概要】
【0007】
本発明は、従来のトルクセンサーシステムにおける、一般的に動力入力軸と共に回転しないとライダーの踏力を正確に測定できないという問題を解決するための、トルクセンサーシステム、トルク信号測定方法、電動アシスト自転車を提供するためのものである。
【0008】
本発明は、動力入力部品、動力出力部品およびトルク検出部品を有する遊星歯車機構と、前記トルク検出部品に設置される弾性体と、及び前記弾性体に設置されるトルクセンサーと、を備えるトルクセンサーシステムを提供し、外力が前記遊星歯車機構の前記動力入力部品を介して入力され、かつ前記動力出力部品を介して出力される際、前記遊星歯車機構から出力される動力の反作用の力は、前記トルク検出部品における弾性体まで伝達され、前記弾性体が変形され、同時に、前記トルクセンサーは、前記弾性体の変形を測定することで、入力されるトルクの大きさを取得する。
【0009】
実際の応用において、前記トルクセンサーシステムは、前記トルクセンサーからトルク信号を受信し、コントロール装置へ伝送するように配置される信号処理装置をさらに備える。
【0010】
好ましくは、前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、前記弾性体と前記リングギアとは、同軸固定し接続されるように配置される。
【0011】
好ましくは、前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、前記弾性体と前記リングギアとは、同軸固定し接続されるように配置される。
【0012】
好ましくは、前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、前記弾性体と前記太陽歯車とは、同軸固定し接続されるように配置される。
【0013】
好ましくは、前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、前記弾性体と前記太陽歯車とは、同軸固定し接続されるように配置される。
【0014】
好ましくは、前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、前記弾性体と前記遊星キャリアとは、同軸固定し接続されるように配置される。
【0015】
好ましくは、前記動力入力部品は、前記遊星歯車機構の太陽歯車であり、前記動力出力部品は、前記遊星歯車機構のリングギアであり、前記トルク検出部品は、前記遊星歯車機構の遊星キャリアであり、前記弾性体と前記遊星キャリアとは、同軸固定し接続されるように配置される。
【0016】
本発明に記載のトルクセンサーシステムは、先行技術に比べ、下記のような優位性を有する。
【0017】
本発明が提供するトルクセンサーシステムでは、動力入力部品、動力出力部品およびトルク検出部品を有する遊星歯車機構と、トルク検出部品に設置される弾性体と、弾性体に設置されるトルクセンサーと、を備える。具体的には、外力が遊星歯車機構の動力入力部品を通じて入力されかつ動力出力部品を通じて出力される際、遊星歯車機構が出力する動力の反作用の力は、トルク検出部品にある弾性体まで伝達できることで、弾性体が変形され、同時に、トルクセンサーは、弾性体の変形を測定することで、入力トルクの大きさを取得する。これから分かるように、本発明の実施例が提供するトルクセンサーシステムにおいて、トルクセンサーが、遊星歯車機構のトルク検出部品にある弾性体に固定するように設けられているため、トルクセンサーは、回転部品(動力入力部品または動力出力部品)と共に回転する必要がなく、非接触式信号の形態で伝送する必要がなく、トルク信号を直接コントローラに伝送でき、構造の複雑性を効果的に減少させた。また、本発明の実施例が提供するトルクセンサーシステムは、信号転換を行う必要がなく、最初トルク信号を直接測定することができ、トルク信号の測定感度と精度も比較的に高い。同時に、ワイヤレス伝送とワイヤレス供電方式を使用する必要がないため、ワイヤレス信号を伝送するための信号調整装置、信号増幅装置、信号発信装置、信号受信装置、信号復調装置など、および、ワイヤレス供電のためのスリップリング、誘導コイル、ワイヤレス供電発信装置、ワイヤレス供電受信装置、整流平滑装置などを省き、これにより、生産コストとシステムの消費電力を効果的に下げた。
【0018】
本発明は、外力が、遊星歯車機構の動力入力部品を介して入力され、かつ動力出力部品を介して出力されるステップと、前記遊星歯車機構から出力される動力の反作用の力が、トルク検出部品における弾性体まで伝達され、弾性体が変形されるステップと、トルクセンサーが、前記弾性体の変形を測定することで、入力されるトルクの大きさを取得し、前記外力のトルク信号とするステップとを含むトルク信号測定方法をさらに提供する。
【0019】
前記トルク信号測定方法は、先行技術に対し、上記トルクセンサーシステムと同じ優位性を持ち、ここでは繰り返し説明しない。
【0020】
本発明は、上記記載のトルクセンサーシステムを備える、電動アシスト自転車をさらに提供する。
【0021】
好ましくは、電動アシスト自転車は、トルクセンサーシステムに接続されるミッドモーターを備え、トルクセンサーシステムの遊星歯車機構は、電動アシスト自転車のボトムブラケットに設けられる。
【0022】
好ましくは、トルクセンサーの遊星キャリアは、電動アシスト自転車のボトムブラケットに固定し接続され、ボトムブラケットを介して入力される動力を受けるように配置され、トルクセンサーの太陽歯車は、電動アシスト自転車の出力盤にシャフト接続され、動力を出力し、トルクセンサーの弾性体は、ミッドモーター内に固定し配置され、トルクセンサーのリングギアは、弾性体に接続される。
【0023】
好ましくは、遊星キャリアとミッドモーターのシャフトとの間に、ミッドモーターのシャフトから入力される動力を受け、遊星キャリアへ伝達するように配置されるオーバーランニングクラッチが配置される。
【0024】
好ましくは、トルクセンサーシステムの遊星歯車機構は、電動アシスト自転車のボトムブラケットに配置される。
【0025】
好ましくは、トルクセンサーの遊星キャリアは、ボトムブラケットに固定し接続され、且つボトムブラケットを介して入力される動力を受けるように配置され、トルクセンサーの太陽歯車は、電動アシスト自転車のスプロケットに固定し接続され、且つ動力を出力するように配置され、トルクセンサーの弾性体は、電動アシスト自転車のフレームに固定し配置され、トルクセンサーのリングギアは、弾性体に接続される。
【0026】
好ましくは、遊星歯車機構は、遊星キャリアを介して入力されかつリングギアを介して出力されるように配置され、トルク検出部品は、太陽歯車であり、弾性体は、カップリングを介して太陽歯車に同軸固定し接続される。
【0027】
好ましくは、遊星歯車機構は、リングギアを介して入力されかつ遊星キャリアを介して出力されるように配置され、トルク検出部品は、太陽歯車であり、弾性体は、カップリングを介して太陽歯車に同軸固定し接続される。
【0028】
好ましくは、電動アシスト自転車は、内部に遊星歯車機構が配置されるハブモーターを備える。
【0029】
好ましくは、遊星歯車機構の遊星キャリアは、電動アシスト自転車のハブスプロケットに固定し接続され、動力は遊星キャリアを介して入力され、リングギアは、ハブモーターのアウターロータに接続され動力を出力し、太陽歯車は、ハブモーターシャフトに固定し接続され、弾性体は、太陽歯車に配置される。
【0030】
好ましくは、遊星歯車機構は、動力がリングギアを介して入力されかつ太陽歯車を介して出力され、トルク検出部品として遊星キャリアであるように配置され、トルク検出部品の弾性体は、カップリングを介して遊星キャリアに同軸固定し接続される。
【0031】
前記電動アシスト自転車は、先行技術に対し、上記トルクセンサーシステムと同じ優位性を持ち、ここでは繰り返し説明しない。
【図面の簡単な説明】
【0032】
本発明の具体的な実施形態、または従来技術の技術方案をより明確に説明するために、以下、具体的な実施形態または従来技術の説明に必要な図面について簡単に説明する。以下の説明における図面は、本発明の一部の実施形態にすぎず、当業者にとって、創造的な労働なしにこれらの図面から他の図面を得られることは自明なことである。
【図1】図1は、本発明の実施例が提供するトルクセンサーシステムの構造模式図である。
【図2】図2は、本発明の実施例が提供するもう一つのトルクセンサーシステムの構造模式図である。
【図3】図3は、本発明の実施例が提供するまたもう一つのトルクセンサーシステムの構造模式図である。
【図4】図4は、実施例1が提供するトルクセンサーシステムの構造模式図である。
【図5】図5は、実施例2が提供するトルクセンサーシステムの構造模式図である。
【図6】図6は、実施例3が提供するトルクセンサーシステムの構造模式図である。
【図7】図7は、本発明の実施例が提供するトルク信号測定方法の方法フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、図面に結合し、本発明における技術案を明確かつ完全に説明する。説明される実施例は、本発明の実施例の一部の実施例にすぎず、全部の実施例ではないことは自明なことである。本発明における実施例に基づいて、当業者が創造的な労働なしに得られる他のすべての実施例は、いずれも本発明の保護範囲内に入るべきものである。
【0034】
本発明の説明において、留意すべきものは、用語「中心」、「上」、「下」「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「内」、「外」などが指す方位や位置関係は、図面に基づく方位や位置関係であり、本発明の説明と簡単な説明を便利にするためのものにすぎず、表示される装置又は素子が、必ずしも特定の方位を持って特定の方位で構成または操作される必要があることを提示又は暗示するものではなく、本発明を制限するものと理解してはいけない。また、用語「第1」、「第2」、「第3」は、説明のために使用されるものに過ぎず、相対的な重要性を提示または暗示するものと理解してはいけない。
【0035】
本発明の説明において、留意すべきものは、別に明確に規定又は限定をしない限り、「設置」、「接続」、「連結」などは、広い意味で理解しなければならず、例えば、固定連結とか着脱可能な連結であってもよく、又は一体連結であってよく、機械的連結とか電気的連結であってもよく、直接接続とか中間媒体を介しての間接接続であってもよく、二つの素子の内部の間の連通であってもよい。当業者は、具体的な状況に応じて、上述した用語を本発明の具体的な意味で理解してもよい。
【0036】
図1は、本発明の実施例が提供するトルクセンサーシステムの構造模式図である。図2は、本発明の実施例が提供するもう一つのトルクセンサーシステムの構造模式図である。図3は、本発明の実施例が提供するまたもう一つのトルクセンサーシステムの構造模式図である。
【0037】
図1ないし図3に示すように、本発明が提供するトルクセンサーシステムは、動力入力部品、動力出力部品およびトルク検出部品を有する遊星歯車機構1と、トルク検出部品に設置される弾性体2と、弾性体2に設置されるトルクセンサー3と、を備る。外力が遊星歯車機構1の動力入力部品を介して入力されかつ動力出力部品を介して出力される際、遊星歯車機構から出力される動力の反作用の力は、トルク検出部品における弾性体2まで伝達されることで、弾性体2が変形され、同時に、トルクセンサー3は、弾性体2の変形を測定することで、入力されるトルクの大きさを取得する。
【0038】
本発明の実施例に記載のトルクセンサーシステムは、先行技術に比べ、下記のような優位性を有する。
【0039】
本発明の実施例が提供するトルクセンサーシステムは、図1ないし図3に示すように、動力入力部品、動力出力部品およびトルク検出部品を有する遊星歯車機構1と、トルク検出部品に設置される弾性体2と、弾性体2に設置されるトルクセンサー3と、を備える。具体的には、外力が遊星歯車機構1の動力入力部品を通じて入力されかつ動力出力部品を通じて出力される際、遊星歯車機構が出力する動力の反作用の力は、トルク検出部品にある弾性体2まで伝達できることで、弾性体2が変形され、同時に、トルクセンサー3は、弾性体2の変形を測定することで、入力トルクの大きさを取得する。これから分かるように、本発明の実施例が提供するトルクセンサーシステムにおいて、トルクセンサー3が、遊星歯車機構1のトルク検出部品にある弾性体2に固定するように設けられているため、トルクセンサー3は、回転部品(動力入力部品または動力出力部品)と共に回転する必要がなく、非接触式信号の形態で伝送する必要がなく、トルク信号を直接コントローラに伝送でき、構造の複雑性を効果的に減少させた。また、本発明の実施例が提供するトルクセンサーシステムは、信号転換を行う必要がなく、最初トルク信号を直接測定することができ、トルク信号の測定感度と精度も比較的に高い。同時に、ワイヤレス伝送とワイヤレス供電方式を使用する必要がないため、ワイヤレス信号を伝送するための信号調整装置、信号増幅装置、信号発信装置、信号受信装置、信号復調装置など、および、ワイヤレス供電のためのスリップリング、誘導コイル、ワイヤレス供電発信装置、ワイヤレス供電受信装置、整流平滑装置などを省き、これにより、生産コストとシステムの消費電力を効果的に下げた。
【0040】
ここで、補足しなければならないのは、図1ないし図3に示すように、上記動力入力部品、動力出力部品およびトルク検出部品は、それぞれ太陽歯車、遊星キャリアおよびリングギアであってもよく、三者間は互いに転換可能である。例えば、図1に示すように、トルク検出部品は、トルクセンサー3が設けられている弾性体2が配置されるリングギア103であってもよく、図2に示すように、トルク検出部品は、トルクセンサー3が設けられている弾性体2が配置される太陽歯車102であってもよく、図3に示すように、トルク検出部品は、トルクセンサー3が設けられている弾性体2が配置される遊星キャリア101であってもよい。
【0041】
実際の応用では、本発明の実施例が提供するトルクセンサーシステムは、信号処理装置をさらに備え、該信号処理装置が、上記トルクセンサー3のトルク信号を受信し、前記トルク信号をコントロール装置に伝送することにより、コントローラは、ライダーのサイクリング状況に合わせて、モーターのアシストの大きさを合理的に調整できる。
図1に示すように、上記動力入力部品は、遊星歯車機構1の遊星キャリア101でもあってよく、上記動力出力部品は、遊星歯車機構1の太陽歯車102であってもよく、上記トルク検出部品は、遊星歯車機構1のリングギア103であってもよい。組み立てにおいて、具体的に、弾性体2は、カップリング4を通じてリングギア103に同軸固定で接続されることができる。または(図示せず)、動力入力部品は、太陽歯車102であってもよく、動力出力部品は、遊星キャリア101であってもよく、トルク検出部品はリングギア103であってもよく、これに対応して、弾性体2は、カップリング4を通じてリングギア103と同軸固定で接続することができる。
【0042】
説明しなければならないのは、本発明の本実施例において、カップリング4は、キージョイントでリングギア103と弾性体2とを接続することができる。
【実施例】
【0043】
実施例1
図4は、実施例1が提供するトルクセンサーシステムの構造模式図である。
【0044】
実施例1は、電動アシスト自転車に使用されるミッドモータートルクセンサーシステムを提供する。本実施例で、電動アシスト自転車は、ミッドモーター、ミッドモーターシャフト51、出力盤53、ペダルユニット(相互に接続されているペダルとクランクとを有する)および図4に示されるトルクセンサーシステムを備える。そのうち、ミッドモーターとペダルユニットは、いずれもトルクセンサーシステムの遊星歯車機構1を通じて、ミッドモーターシャフト51に接続され、ミッドモーターシャフト51の一端は出力盤53に接続される。
【0045】
好ましくは、図4と図1とを組み合わせ示すように、ミッドモーターシャフト51には遊星歯車機構1が設置され、且つ該遊星歯車機構1は、遊星キャリア101を介して入力しかつ太陽歯車102を介して出力する形態を採用する。実際の組み立てと実行プロセスにおいて、遊星歯車機構1の遊星キャリア101とミッドモーターシャフト51との間には、オーバーランニングクラッチ52が設けられてもよく、動力はミッドモーターシャフト51を通じて入力され、オーバーランニングクラッチ52を通じて遊星キャリア101に伝達される。遊星歯車機構1の太陽歯車102は出力盤53にシャフト接続してもよく、太陽歯車102を通じて動力を出力し、遊星歯車機構1のリングギア103は、カップリング4を通じて弾性体2に接続してもよく、且つ弾性体2はミッドモーターの中に固定され、これにより、弾性体2に設置されているトルクセンサー3は、ライダーから自転車へ提供される踏力を検出することができ、信号処理装置を通じてコントロール装置に伝送し、処理を行う。
【0046】
実施例2
図5は、実施例2が提供するトルクセンサーシステムの構造模式図である。
【0047】
実施例2は、電動アシスト自転車に使用されるボトムブラケットトルクセンサーシステムを提供する。本実施例で、電動アシスト自転車は、フレーム、ボトムブラケット54、スプロケット55、ペダルユニット(相互に接続されているペダルとクランクとを有する)および図5に示されるトルクセンサーシステムを備える。そのうち、ペダルユニットは、いずれもトルクセンサーシステムの遊星歯車機構1を通じてボトムブラケット54に接続され、ボトムブラケット54の一端はスプロケット55に接続され、遊星歯車機構1の弾性体2はフレームに接続される。
【0048】
好ましくは、図5と図1とを組み合わせ示すように、ボトムブラケット54には遊星歯車機構1が設置され、且つ該遊星歯車機構1は、遊星キャリア101で入力しかつ太陽歯車102で出力する形態を採用する。実際の組み立てと実行プロセスにおいて、遊星歯車機構1の遊星キャリア101は、ボトムブラケット54に固定し接続されてもよく、動力はボトムブラケット54を通じて入力されて、遊星キャリア101に伝達される。遊星歯車機構1の太陽歯車102は、スプロケット55に固定し接続されてもよく、太陽歯車102を通じて動力を出力する。遊星歯車機構1のリングギア103は、カップリング4を通じて弾性体2に接続してもよく、且つ弾性体2は自転車のフレームに固定され、これにより、弾性体2に設置されているトルクセンサー3により、ライダーから自転車へ提供される踏力を検出することができ、信号処理装置を通じてコントロール装置に伝送し、処理を行う。
【0049】
説明しなければならないのは、好ましくは、図2に示すように、上記動力入力部品は遊星歯車機構1の遊星キャリア101であってもよく、上記動力出力部品は遊星歯車機構1のリングギア103であってもよく、上記トルク検出部品は遊星歯車機構1の太陽歯車102であってもよい。組み立てにおいて、具体的に、弾性体2はカップリング4を通じて太陽歯車102と同軸固定で接続されることができる。
【0050】
好ましくは、(図示せず)、動力入力部品はリングギア103であってもよく、動力出力部品は遊星キャリア101であってもよく、トルク検出部品は太陽歯車102であってもよく、これに対応して、弾性体2はカップリング4を通じて太陽歯車102と同軸固定で接続されてもよい。
【0051】
実施例3において、
図6は、実施例3が提供するトルクセンサーシステムの構造模式図である。実施例3は、電動アシスト自転車に使用されるハブモータートルクセンサーシステムを提供する。
【0052】
本実施例で、電動アシスト自転車は、ハブモーター、ハブモーターシャフト58、ハブスプロケット56、ペダルユニット(相互に接続されているペダルとクランクとを有する)および上記トルクセンサーシステムを備える。そのうち、ハブモーターとペダルユニットは、いずれもトルクセンサーシステムの遊星歯車機構1を通じてハブモーターシャフト58に接続され、ミッドモーターシャフト51の一端はハブスプロケット56に接続される。
【0053】
好ましくは、図6と図2とを組み合わせ示すように、ハブモーターには遊星歯車機構1が設置され、且つ該遊星歯車機構1は、遊星キャリア101で入力しかつリングギア103で出力する形態を採用する。実際の組み立てと実行プロセスにおいて、遊星歯車機構1の遊星キャリア101は、ハブスプロケット56に固定し接続されてもよく、動力は遊星キャリア101から入力される。遊星歯車機構1のリングギア103と、ハブモーター用アウターロータ57との間には、オーバーランニングクラッチ52が設けられてもよく、動力は該オーバーランニングクラッチ52を通じて出力される。遊星歯車機構1の太陽歯車102は弾性体2であり(でもよい)、ハブモーターシャフト58に固定し接続され、これにより、遊星歯車機構1の太陽歯車102に設置されているトルクセンサー3は、ライダーから自転車へ提供される踏力を検出することができ、信号処理装置を通じてコントロール装置に伝送し、処理を行う。
【0054】
説明しなければならないのは、発明者は、上記機能を実現できる状況で、遊星歯車機構1の太陽歯車102が弾性体2であることは、トルクセンサーシステムの構造をより簡略化でき、トルクセンサーシステムの安定性と利便性の保障に資することに気がついた。
【0055】
好ましくは、図3に示すように、上記動力入力部品は遊星歯車機構1のリングギア103であってもよく、上記動力出力部品は遊星歯車機構1の太陽歯車102であってもよく、上記トルク検出部品は遊星歯車機構1の遊星キャリア101であってもよい。組み立において、具体的に、弾性体2はカップリング4を通じて遊星キャリア101と同軸固定で接続されることができる。
【0056】
好ましくは(図示せず)、動力入力部品は太陽歯車102であってもよく、動力出力部品はリングギア103であってもよく、トルク検出部品は遊星キャリア101であってもよく、これに対応して、弾性体2はカップリング4を通じて遊星キャリア101と同軸固定で接続されることができる。
【0057】
図7は、本発明の実施例が提供するトルク信号測定方法の方法フロー図である。
【0058】
本発明の実施例は、トルク信号測定方法をさらに提供し、図7に示すように、下記のようなステップを含むことができる。
【0059】
ステップS1において、外力は、遊星歯車機構の動力入力部品を通じて入力され、かつ動力出力部品を通じて出力される。
【0060】
ステップS2において、遊星歯車機構から出力される動力の反作用の力は、トルク検出部品における弾性体まで伝達され、弾性体が変形される。
【0061】
ステップS3において、トルクセンサーは、前記弾性体の変形を測定することで、入力トルクの大きさを取得し、外力のトルク信号とする。
【0062】
本発明の実施例は、電動アシスト自転車をさらに提供し、上記のいずれか一つに記載のトルクセンサーシステムを備える。
【0063】
本発明の実施例が提供するトルクセンサーシステム、トルク信号測定方法、電動アシスト自転車は、主に以下のような四つの優位性を有する。
【0064】
1、トルクセンサーを遊星歯車機構のトルク検出部品における弾性体に設け、回転する必要なく、トルク信号を取得することができ、且つ該トルク信号は、信号転換を行わずに直接最初トルク信号を採集するため、構造の複雑性を効果的に減少させた。
【0065】
2、トルクセンサーを利用して直接に測定されるルク信号をコントローラに伝達することで、非接触式信号の形態で伝送する必要がなく、信号転換や処理のような中間プロセスを省略することができ、これにより、トルクセンサーの信号を測定する感度や精度を効果的に高めた。
【0066】
3、トルクセンサーは、ワイヤレス供電方式を使用する必要がなく、スリップリング、誘導コイル、ワイヤレス供電発信装置、ワイヤレス供電受信装置、整流平滑装置などの使用を省くことができ、これにより、干渉源を効果的に減少させただけでなく、生産コストとシステムの消費電力を下げた。
【0067】
4、トルクセンサーは、ワイヤレス信号伝送方式を使用する必要がなく、信号調整装置、信号増幅装置、信号発信装置、信号受信装置、信号復調装置などの使用を省くことができ、これにより、干渉源を減少させ、信号が干渉されることを避け、信号の完全性を強め、同時に生産コストを下げシステムの消費電力を減らした。
【0068】
最後に、留意すべき点は、以上の各実施例は、本発明の技術方案を説明するために使用され、これを制限しようとするものではなく、前述の各実施例を参照して、本発明について詳細に説明したが、当業者にとって、依然と前述の実施例に記載された技術方案について変更、又は、その一部もしくは全部の技術の特徴について均等な置換を行ってもよく、これらの変更や置換において、その対応する技術方案は、本質的に本発明の各実施例の技術方案の範囲を逸脱しないことを理解しすべきである。
【符号の説明】
【0069】
1−遊星歯車機構
2−弾性体
3−トルクセンサー
101−遊星キャリア
102−太陽歯車
103−リングギア
4−カップリング
51−ミッドモーターシャフト
52−オーバーランニングクラッチ
53−出力盤
54−ボトムブラケット
55−自転車スプロケット
56−ハブスプロケット
57−ハブモーター用アウターロータ
58−ハブモーターシャフト
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】