专利名称：电动助力车辆的输入扭矩检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动助力车辆的用于检测施加到输入操作部件上的输入扭矩的输入扭矩检测装置，该电动助力车辆备有输入操作部件及马达，输入操作部件通过用于旋转驱动驱动轮的人力来操作，马达把对应于施加到输入操作部件上的输入扭矩的辅助动力施加给驱动轮。
以往，用于检测电动助力自行车的输入扭矩的输入扭矩检测装置已是公知技术，例如日本特开平8-313376号公报中所公开的结构。
但是，上述以往技术用第1旋转传感器检测曲轴踏板的转动，同时用第2旋转传感器检测踏板链轮的转动，根据两个旋转传感器检测信号的转动脉冲时间差确认作为输入扭矩的相位差。这样，只要从两个旋转传感器不输出脉冲信号，就不能检测出上述时间差，因此，在踏板链轮不转动、车速=0的状态下，不可能检测出输入扭矩，所以，不能在由车辆停止状态开始踏动曲轴踏板时提供马达的辅助动力。
鉴于此，本发明的目的是提供一种电动助力车辆的输入扭矩检测装置，它能够迅速在从车辆停止状态开始的操作输入开始时检测出输入扭矩，从而迅速地将辅助动力施加给驱动轮。
为了完成上述目的，本发明方案1所记载的发明，是关于电动助力车辆的输入扭矩检测装置，该装置包括借助于人力操作来驱动驱动轮旋转的输入操作部件、把对应于施加到该输入操作部件的输入扭矩的辅助动力施加给驱动轮的马达，其特征是，还包括与输入操作部件同步转动的第1旋转体；与前述驱动轮同步转动的第2旋转体，在第2旋转体与第1旋转体之间可以产生旋转相位差；与第1旋转体同时转动的第1磁环，具有配置成环状且沿圆周方向邻接的极性不同的数个N极及S极；与第2旋转体同时转动的第2磁环，具有在与第1磁环的N极及S极相同的角度下配置成环状的数个N极及S极；在相对于第1磁环的固定位置设置成数个的用于检测第1磁环的N极及S极的第1传感器；在相对于第2磁环的固定位置设置成数个的用于检测第2磁环的N极及S极的第2传感器；以及控制装置，该控制装置根据第1及第2传感器的检测信号的组合模式判断第1及第2旋转体的旋转相位差，同时，确认把该旋转相位差施加给前述输入操作部件的输入扭矩，对马达的动作进行控制。
根据上述结构，即使在输入操作部件的操作初期、驱动轮不转动的状态下，由于第1旋转体相对于第2旋转体产生了旋转相位差，第1磁环也相对于第2磁环产生了旋转相位差，所以与输入操作部件的操作之前相比，数个第1及第2传感器的检测信号的组合模式发生变化，在车辆停止状态下的输入操作开始初期，可以立刻检测出输入扭矩，通过马达给后轮施加辅助动力。
根据本发明方案2所记载的发明，是在本发明方案1的基础上做出的，前述输入操作部件通过单向离合器与前述第1旋转体连接，该单向离合器用于隔断扭矩从第1旋转体向输入操作部件侧的传递；在第1旋转体与第2旋转体之间设有弹性部件，该第2旋转体绕与第1旋转体相同的轴线旋转，并配置在与第1旋转体邻接的位置，沿着第1及第2旋转体的轴线方向并排设置的第1及第2磁环设置在第1及第2旋转体的轴线方向一侧，由此，能保证在第1及第2旋转体的一侧的第1及第2传感器的设置空间，并能确保不给两个传感器留出多余的配置空间，可以把第1及第2磁环、第1及第2传感器的安装汇集在两旋转体的一侧，使安装作业容易。
根据本发明方案3所记载的发明，是在本发明方案2的基础上做出的，第1及第2磁环分别与第1及第2旋转体弹性地配合，由此，能使第1磁环及第2磁环的维修与安装作业容易。
根据本发明方案4所记载的发明，是在本发明方案2或3的基础上做出的，第1及第2磁环分别通过在环状的第1及第2壳罩的内周设置数个N极及S极而构成，第1及第2传感器配置在两磁环的里侧，因此，通过把两传感器配置在圆筒状的第1及第2磁环的里侧，可进一步节省空间，同时又能利用两个壳罩保护两传感器。
根据本发明方案5所记载的发明，是在本发明方案2的基础上做出的，第1及第2磁环与第1及第2传感器由保护盖从第1及第2旋转体的相反一侧覆盖，从而可以防止水、泥等对两传感器及两磁环的污染。
图1是第1实施例的电动助力自行车的侧视图。
图2是图1主要部分的放大图。
图3是图2的3-3截面的剖视图。
图4是图3主要部分的放大图。
图5是图4的5-5截面的剖视图。
图6是图4的6-6截面的剖视图。
图7是图2的7-7截面的放大剖视图。
图8是图4的8-8截面的剖视图。
图9是图4的9-9截面的剖视图。
图10是表示第1传感器与第1磁环的磁极相对配置的示意图。
图11是用于说明随着第1磁环的周向相对位置的变化的第1传感器检测模式的示意图。
图12是表示控制装置中的马达控制顺序的程序方框图。
图13是用于说明随着第1及第2磁环的相对转动的第1及第2传感器检测模式的示意图。
图14是用于说明通常行驶状态的相位差检测的说明图。
图15是第2实施例的对应于图8及图9的剖视图。
下文根据图示的本发明的实施例说明本发明的实施形式。
图1～图14示出了适应于本发明的电动助力自行车的第1实施例，图1是电动助力自行车的侧视图，图2是图1主要部分的放大图，图3是图2的3-3截面的剖视图，图4是图3主要部分的放大图，图5是图4的5-5截面的剖视图，图6是图4的6-6截面的剖视图，图7是图2的7-7截面的放大剖视图，图8是图4的8-8截面的剖视图，图9是图4的9-9截面的剖视图，图10是表示第1传感器与第1磁环的磁极相对配置的示意图，图11是用于说明随着第1磁环的周向相对位置的变化的第1传感器检测模式的示意图，图12是表示控制装置中的马达控制顺序的程序方框图，图13是用于说明随着第1及第2磁环的相对转动的第1及第2传感器检测模式的示意图，图14是用于说明通常行驶状态的相位差检测的说明图。
首先，在图1～3中，该电动助力自行车具有从侧面看大致为朝上方敞开的U字形的车架21，该车架21包括位于其前端的前管22、从前管22朝后向下延伸的主车架23、固定在主车架23后端并朝左右延伸的支持管24以及从支持管24向上方直立的车座支柱25。
在前管22上可操作地支撑着前叉26，在该前叉26的下端用轴支撑着前轮WF，在该前叉26的上端设有操纵手把27。此外，在从车架21后部的支持管24朝后方一侧延伸的左、右一对后叉28L、28R的后端之间，用轴支撑着作为驱动轮的后轮WR，在车座支柱25的上部及两后叉28L、28R之间设置有左、右一对支柱29。
在车座支柱25上安装有支撑轴31，在支撑轴31的上端装有车座30，支撑轴31能够调整车座30的上下位置。在车座30下方的车座支柱25的前部设有电池储存箱32，图中未示的电池可拔插地容纳在该电池储存箱32中。
在电池储存箱32的后方侧配置带有马达34的动力装置35，来自容纳在该电池储存箱32中的电池的电力供给该马达34。动力装置35由车座支柱25和右侧后叉28R支撑。
在同轴地穿过车架21的支持管24的曲轴36的左端及右端分别固定地连接有作为输入操作部件的曲轴踏板37L、37R，在盖板38L、38R与曲轴36之间分别设置滚珠轴承39、39，盖板38L、38R分别将支持管24的左端和右端盖住，曲轴36能转动自如地穿过该盖板38L、38R。也就是说，曲轴36可转动自如地支撑在车架21上。
通过曲轴36左右两端的曲轴踏板37L、37R施加的脚蹬力，在曲轴踏板37L、37R转动的同时传递给作为第1旋转体的第1旋转体40，在右侧曲轴踏板37R与第1旋转体40之间设有第1单向超越离合器41，把从第1旋转体40向曲轴踏板37R的扭矩传递隔断。
下文同时参照图4～图6进行叙述，第1单向超越离合器41包括由数个螺栓47固定在右侧曲轴踏板37R基端上的同轴地围绕曲轴36而设置的离合器内圈42、同轴地围绕该离合器内圈42而设置的离合器外圈43以及数个例如3个棘爪44。这些棘爪44枢轴地支撑在离合器内圈42的外周上，并由环状弹簧45朝张开的方向施力。在离合器外圈43的内周，形成与上述各棘爪44配合的棘齿46，并且该离合器外圈43的外周通过焊接等与第1旋转体40的内周相固连。
采用这种的第1单向超越离合器41，当踏动曲轴踏板37L、37R使曲轴36正转时，曲轴踏板37L、37R的脚蹬力传递给第1旋转体40，但是，当踏动曲轴踏板37L、37R使曲轴36反转时，第1单向超越离合器41滑动，允许曲轴36反转，而来自第1旋转体40的扭矩不能向曲轴踏板37R侧传递。
沿着曲轴36的轴线，在与第1旋转体40的里侧邻接的位置，围绕曲轴36同轴地设置有直径大于第1旋转体40的作为第2旋转体的第2旋转体48。该第2旋转体48的内周部可相对转动地夹持在第1单向超越离合器41的离合器内圈42与带有圆筒状支持部件50的凸缘部50a之间。支持部件50可相对自由转动地围绕曲轴36设置，并通过诸如螺钉连接等方式与离合器内圈42的内周相结合。另外，在第1旋转体40的外侧位置，沿着曲轴36的轴线配置有环状夹持板49，该夹持板49与第2旋转体48夹持着第1旋转体40的外周部。
在沿着靠近第1旋转体40外周部分的圆周方向的数个位置处例如等间隔地4个位置处，分别设置有导向孔51。这些导向孔51沿着以曲轴36的轴线为中心的假想圆呈圆弧状地延伸。在各导向孔51中分别配置有可穿过这些导向孔的圆筒状轴环52，这些轴环52位于第2旋转体48与夹持板49之间。第2旋转体48及夹持板49借助于穿过各轴环52的铆钉53相互连接在一起。因此，在各轴环52沿导向孔51内部移动的范围内，第2旋转体48及夹持板49可相对于第1旋转体40作相对转动。而且在第1旋转体40、第2旋转体48及夹持板49相互对峙的面上，分别粘有防止生锈的防锈薄膜(图中未示出)。
在第1旋转体40上设置有数个安装孔54，这些安装孔54为沿着该第1旋转体40的圆周方向较长地延伸的孔，并在每两个导向孔51之间比如各配置两个。在第2旋转体48及夹持板49上也分别设置有数个与第1旋转体40上的安装孔54对应的限制孔55和56。在各安装孔54及各限制孔55、56中容纳有作为弹性部件的螺旋弹簧57。当第1旋转体40、第2旋转体48及夹持板49不作相对转动时，各螺旋弹簧57的两端处于与各安装孔54及各限制孔55、56的两端接触的状态。然而，当第1旋转体40、第2旋转体48及夹持板49作相对转动时，各螺旋弹簧57的一端处于与各安装孔54的一端按原方式接触的状态，而另一端推压在各限制孔55、56的另一端上并背离各安装孔54的另一端。即是说，第1旋转体40、第2旋转体48及夹持板49一边压缩各螺旋弹簧57一边作相对地转动。
为了保持各螺旋弹簧57在前述各安装孔54及各限制孔55、56中的安装状态，在第2旋转体48上设有多个从各限制孔55的两侧缘大体沿螺旋弹簧57的外周倾斜延伸的多个保持壁部55a；在夹持板49上也设有多个从各限制孔56的两侧缘大体沿螺旋弹簧57的外周倾斜延伸的多个保持壁部56a。
第1旋转体40及夹持板49由安装在第1旋转体40外周上的盖58覆盖。在该盖58的内周部里面，安装在第1单向超越离合器41的离合器外圈43上的环状弹性密封部件59外周侧所设置的唇部59a与前述盖58内周部的内表面接触，而且，设置在前述弹性密封部件59内周侧的唇部59b与离合器内圈42弹性接触。在第1单向超越离合器41的离合器内圈42与离合器外圈43之间充填有由前述唇部59b密封的润滑脂。
在从前述盖58朝外侧伸出的第2旋转体48的外周上，设有踏板链轮61，在该踏板链轮61、由动力装置35驱动的驱动链轮62及设置在后轮WR车轴上的从动链轮63上卷挂有环形链条64。链轮66带有对链条64施加张力的张力器65，并且在驱动链轮62和从动链轮63之间与链条64啮合。
因此，通过第1单向超越离合器41传递给第1旋转体40的曲轴踏板37L、37R的脚蹬力，在使各螺旋弹簧57、57压缩的同时，传递给第2旋转体48即踏板链轮61，并进一步通过链条64及从动链轮63传递给后轮WR。此外，从动力装置35施加给驱动链轮62的辅助动力经过链条64及从动链轮63传递给后轮WR，由该动力装置35的辅助动力所产生的扭矩通过使第1单向超越离合器41动作，而不会传递给曲轴踏板37L、37R侧。
在图7中，动力装置35的壳体70由左半壳体71、右半壳体72和盖73组成。右半壳体72与左半壳体71相结合，并且在右半壳体72与左半壳体71之间形成第1安装室74，盖73也与左半壳体71相结合，并且在该盖73与左半壳体71之间形成第2安装室75，在盖73的与左半壳体71相结合的面上，安装有由橡胶制成的密封垫76。
马达34具有与曲轴36的旋转轴线平行的旋转轴线，并安装在壳体70上。该马达34的输出通过减速齿轮系77传递给驱动链轮62。减速齿轮系77对曲轴踏板37L、37R所产生的脚蹬力起辅助作用。
用于把马达34的动力传递给驱动链轮62的减速齿轮系77包括位于第2安装室75内并固定在马达34的马达轴78上的驱动齿轮79、位于第2安装室75内并固定在惰性轴80一端且与前述驱动齿轮79啮合的第1中间齿轮81、位于第1安装室74内且一体地设置在惰性轴80上的第2中间齿轮82、与该第2中间齿轮82啮合的从动齿轮83、与从动齿轮83同轴设置的旋转轴84以及设置在从动齿轮83与旋转轴84之间的第2单向超越离合器85。前述旋转轴84的从右半壳体72向外伸出的端部上固定有驱动链轮62。
惰性轴80具有与马达34的马达轴78平行的轴线，在右半壳体72与惰性轴80之间装有滚珠轴承86，另外，在左半壳体71与惰性轴80之间装有滚珠轴承87。旋转轴84具有与惰性轴80平行的轴线，在右半壳体72与旋转轴84之间装有滚珠轴承88，另外，在左半壳体71与旋转轴84之间装有滚珠轴承89。
利用这样的减速齿轮系77，随着马达34的驱动所产生的扭矩在减速后传递给驱动链轮62，但是，当马达34停止工作时，通过第2单向超越离合器85的动作，允许旋转轴84空转，不会妨碍由曲轴踏板37L、37R的脚蹬力带动驱动链轮62的转动。
在壳体70的左半壳体71上一体地设置有从盖73的相反一侧伸出的嵌合筒部90。配备马达34的有底圆筒状马达壳体91在与该嵌合筒部90相嵌合的状态下，通过数个例如2个螺栓92固定地连接在左半壳体71上。另外，插入左半壳体71中的定位销93与马达壳体91的开口部相配合，确定马达壳体91的嵌合筒部90内的轴线旋转位置。进一步，在靠近马达壳体91开口端的外面和嵌合筒部90的里面，形成在两者之间夹持环状密封部件94的彼此对应的台阶部，嵌合并固定在马达壳体91的嵌合筒部90内的密封部件94保持在马达壳体91与嵌合筒部90之间。
马达34具有马达轴78，该马达轴78的轴线与曲轴36平行。设置在马达轴78上的转换开关95与数个电刷96滑动接触。而且，在左半壳体71上一体地设置有与马达壳体91的开口部对峙的支持壁部100，该支持壁部100把嵌合筒部90的内端盖住。各电刷96保持在螺纹连接于支持壁部100上的非导电性材料制成的支持板97和安装于该支持板97上的保持架98之间。电刷96由容纳在保持架98与电刷96之间的弹簧99朝着使该电刷96与转换开关95滑动接触的方向施力。
马达轴78可自由转动地穿过支持壁部100，并伸出到第2安装室75一侧。在支持壁部100与马达轴78之间设置压入支持壁部100的滚珠轴承101。在马达轴78上还装有用于限制滚珠轴承101内圈向转换开关95侧移动的挡圈102。
可是，壳体70做成把马达34配置在曲轴36后侧上部的位置的结构，并由车架21的车座支柱25及右侧后叉28R支持。通过从左半壳体71上部向上方隆起而一体设置的盖部106，由螺栓107及螺母108螺纹连接到固定于车座支柱25的托架105上。此外，通过从左、右半壳体71、72向前方伸出而一体设置的盖部110，由螺栓111及螺母112螺纹连接到固定于右侧后叉28R的托架109上。
驱动齿轮79通过花键嵌合在伸到第2安装室75中的马达轴78的端部。与马达轴78同轴的螺钉113螺纹连接到马达轴78的端部，将前述驱动齿轮79及磁阻部件(リラクタ)114夹持在该螺钉113与滚珠轴承101的内圈之间，由此，可阻止驱动齿轮79沿马达轴78轴线的移动，将驱动齿轮79固定在马达轴78上。
如图2所示，电磁拾取线圈式转速传感器116，用于检测与前述磁阻部件114共同运动的马达轴78的转速，以与前述磁阻部件114对峙的方式配置在第2安装室75内，并固定在壳体70的左半壳体71上。
与驱动齿轮79啮合的第1中间齿轮81的外周部即与驱动齿轮79啮合的部位是由合成树脂制成的，在其与惰性轴80结合的由金属制成的轮毂117上通过数个螺栓120螺纹连接有环状体119，该环状体119的外周上带有齿118，并由合成树脂制成环状。
轮毂117用花键嵌合在惰性轴80上，其一端与支持惰性轴80的滚珠轴承87的内圈接触。另一方面，在惰性轴80端部的外面装有挡圈121，在该惰性轴80上还装有支撑部件122，通过该挡圈121阻止该支撑部件122沿背离轮毂117方向的移动。在轮毂117的另一端与支撑部件122之间设有碟形弹簧123。利用碟形弹簧123所产生的弹力将第1中间齿轮81向滚珠轴承87的内圈侧推压，由此把第1中间齿轮81固定在惰性轴80上。另外，由金属制成的加强板124与上述环状体119接触，并通过前述螺栓120螺纹连接到该环状体119上。
旋转轴84由壳体70可转动自如地支撑着，并做成能使从动齿轮83的下部配置在左、右后叉28L、28R之间的结构，从动齿轮83通过第2单向超越离合器85而安装在该旋转轴84上。由数个螺栓125相互连接的右半壳体72与左半壳体71的下部在两后叉28L、28R之间向下方延伸，并将上述从动齿轮83下部盖住。通过把该右半壳体72与左半壳体71的下部、即壳体70的下部配置在两后叉28L、28R的下方，能尽可能地将动力装置35的重心设置在下方，达到电动助力自行车低重心化的目的。
在左半壳体71的下端一体地设置有臂部126，在该臂部126上安装用于张紧链条64的张力器65。该张力器65具有杆127、可自由转动地支持在该杆127顶端的链轮66及弹簧128。杆127可绕平行于旋转轴84的轴线摇动，其基端部支持在臂部126上。弹簧128朝张紧与链轮66啮合的链条64的方向对杆127施力。
杆127的基端部设有圆筒部127a，插入该圆筒部127a内的圆筒状支撑轴129具有与旋转轴84平行的轴线，并用螺栓130螺纹连接到臂部126上。弹簧128是围绕前述圆筒部127a的扭转弹簧，该弹簧128的两端系挂在臂部126及杆127上。
在杆127的顶端部固定有轴131，该轴131的轴线平行于前述支撑轴129。链轮66装在杆127的顶端，在链轮66与轴131之间装有滚珠轴承132。
在左半壳体71的外面侧，在旋转轴84与马达34之间设有凹部135。用于覆盖该凹部135及马达34的一部分的盖137通过数个螺栓138螺纹连接到该左半壳体71上。在由该盖137及前述凹部135形成的安装室136中容纳有控制装置140。
马达34的动作由控制装置140控制。控制装置140根据转速传感器检测的马达34的转速以及曲轴踏板37L、37R的输入扭矩来控制马达34的动作。
在前述盖137的外面一体地突出地设置导向凸部139，该导向凸部139对链条64的行走进行导向，使链条64的卷挂到驱动链轮62上的部分与该链条64的从动链轮63至踏板链轮61的这一部分彼此之间不相互接触。
再参照图4，在第2旋转体48的与第1旋转体40相对的一侧，设有与第1旋转体40一起转动的第1磁环141。第2磁环142设置在把第1磁环141夹持在第2磁环142与第2旋转体48之间的位置，并与第2旋转体48一起转动。即是说，第1磁环141、第2磁环142沿轴向并排配置在第1旋转体40与第2旋转体48的轴向一侧。
同时参照图8，第1磁环141的沿圆周方向邻接的、磁极彼此不同的、配置成环状的数个N极143N、数个S极143S设置在由合成树脂等非磁性材料组成的圆筒状第1壳套144的内周。N极143N、S极143S有例如3度的中心角，并且在第1壳套144的内周按每60个极一组设置。
可是，在邻接第1磁环141的第2旋转体48圆周方向的数个位置例如4个位置处设有通孔145，在第1旋转体40上设有与前述各通孔145对应的配合孔146。另一方面，在第1磁环141的第1壳套144上一体地设置有接触脚部144a及配合爪部144b，接触脚部144a穿过通孔145并与第1旋转体40接触，配合爪部144b穿过通孔145而与配合孔146弹性地配合，由此，使第1磁环141与第1旋转体40弹性地结合在一起。另外，由于第1旋转体40与第2旋转体48作相对旋转运动，所以把各通孔145做成沿着第2旋转体48圆周方向比较长的孔，这样，当第1旋转体40与第2旋转体48作相对转动时，各接触脚部144a及各配合爪部144b不会与通孔145的圆周方向两侧接触。
同时参照图9，第2磁环142的沿圆周方向邻接的、磁极彼此不同的、配置成环状的数个N极147N、数个S极147S设置在由合成树脂等非磁性材料组成的圆筒状第2壳套148的内周，并且N极147N、S极147S以与第1磁环141的N极143N、S极143S相同的角度配置在该第2壳套148的内周。
在第2旋转体48圆周方向的数个位置例如4个位置处设有配合孔149，在第2磁环142的第2壳套148上一体地设置有数个例如4个接触脚部148a及配合爪部148b，接触脚部148a与第2旋转体48接触，配合爪部148b与配合孔149弹性地配合，由此，使第2磁环142与第2旋转体48弹性地结合在一起。另外，在第1旋转体40上设有开口部150，在各开口部150中分别配置着上述的与配合孔149配合的配合爪部148b。由于第1旋转体40与第2旋转体48作相对旋转运动，所以把各开口部150做成沿着第1旋转体40圆周方向比较长的孔，这样，当第1旋转体40与第2旋转体48作相对转动时，各配合爪部148b不会与各开口部150的圆周方向两侧接触。
另外，在第2磁环142的第2壳套148上一体地设置有盖部148c，该盖部148c从设置接触脚部148a的位置沿整个圆周向半径方向的外方延伸，将第1旋转体40相反一侧的第2旋转体48的与各限制孔55对应的部分盖住。
在第1磁环141的内侧沿圆周方向等间隔地设置例如4个第1传感器151，该第1传感器151用于检测配置在第1磁环141内周的N极143N及S极143S。此外，在第2磁环142内侧沿圆周方向等间隔地设置例如4个第2传感器152，该第2传感器152用于检测配置在第2磁环142内周的N极147N及S极147S。第1传感器151、第2传感器152由于是用于检测磁极，所以最好采用例如霍尔元件或MR元件。
第1传感器151及第2传感器152埋设在由合成树脂等制成的基座部件153中。该基座部件153通过数个例如2个螺钉部件155螺纹连接到支撑环154上。支撑环154被夹持在螺纹连接到车架21上的支持管24右端的盖板38R与支持管24的右端之间。
如图10所示，4个第1传感器151相对于各有3度角度的N极143N、S极143S来说每相隔6．75度的角度埋设在基座部件153上。根据这样的N极143N、S极143S与第1传感器151的设置，当第1磁环141相对于固定的第1传感器151沿图10箭头所示方向作角位移时，在平均以0．75度设定的第1阶段ST1～第8阶段ST8的各个阶段ST1～ST8中，由4个第1传感器151检测出的信号的组合模式不相同。
在此，4个第1传感器151依次标有序号NO．1～NO．4，以检测出的N极143N的高电平信号作为第1传感器151的输出时，NO．1～NO．4的第1传感器151在各阶段ST1～ST8输出用图11表示的信号。即是说，当高电平信号用1表示、低电平信号用0表示时，在第1阶段ST1中，各第1传感器151的输出信号的组合在二进制下为1111(在十六进制下为0F)；在第2阶段ST2中，各第1传感器151的输出信号的组合在二进制下为1110(在十六进制下为0E)；在第3阶段ST3中，各第1传感器151的输出信号的组合在二进制下为1100(在十六进制下为0C)；在第4阶段ST4中，各第1传感器151的输出信号的组合在二进制下为1000(在十六进制下为08)；在第5阶段ST5中，各第1传感器151的输出信号的组合在二进制下为0000(在十六进制下为00)；在第6阶段ST6中，各第1传感器151的输出信号的组合在二进制下为0001(在十六进制下为01)；在第7阶段ST7中，各第1传感器151的输出信号的组合在二进制下为0011(在十六进制下为03)；在第8阶段ST8中，各第1传感器151输出信号的组合在二进制下为0111(在十六进制下为07)。
4个第2传感器152以与第1传感器151相对于第1磁环141的N极143N、S极143S相同的相对位置关系保持在第2磁环142的N极147N及S极147S之间，并埋设在基座部件153中。当第2磁环142相对于固定的第2传感器152每一次在第1阶段ST1～第8阶段ST8中作角位移时，同样由4个第2传感器152检测出的信号的组合模式也是不相同的。
因此，如果第1旋转体40与第2旋转体48的旋转相位差的最大值在第8阶段ST8的范围(8×0．75度=6度)内，根据曲轴踏板37L、37R的输入扭矩的增加所产生的前述旋转相位差，第1传感器151及第2传感器152的检测信号的组合模式发生变化，这时控制装置140可以检测出两旋转体40、48的旋转相位差。
这种第1传感器151及第2传感器152的检测信号被输入到控制装置140中，控制装置140根据第1传感器151及第2传感器152的检测信号，并按照图12所示的控制顺序控制马达34的动作。
在图12中，在步骤S1中对车速进行演算，在步骤S2中判断车速是否为设定车速VS以上。该车速VS预先设定成用于在开始踏动曲轴踏板37L、37R时判断电动助力自行车是否为开始行驶前的基本停车状态的0近似值，例如0．5～1km／h，当判断车速未达到设定车速VS时，即是说，当判断曲轴踏板37L、37R的为开始踏动时间时，进入步骤S3。
在步骤S3中，读取4个第1传感器151的输出，然后在步骤S4中算出4个第1传感器151的检测模式。另外，在步骤S5中，读取4个第2传感器152的输出，接着在步骤S6中算出4个第2传感器152的检测模式。进一步，在步骤S7中，通过第1传感器151及第2传感器152的检测模式的组合，算出第1磁环141及第2磁环142的相位差、即第1旋转体40与第2旋转体48之间的旋转相位差。
在此，随着对应于扭矩的输入而在两个旋转体40、48之间的旋转相位差的产生，假想NO．1～NO．4的第1传感器151的输出信号及NO．1～NO．4的第2传感器152的输出信号为图13所示的场合，在检测定时T1中，对应于第1传感器151的检测模式为0E(十六进制)的情况，第2传感器152的检测模式为07(十六进制)。因此相对于第1传感器151的检测模式表示为第2阶段ST2的情况，第2传感器152的检测模式表示为第8阶段ST8的形式，两个旋转体40、48的旋转相位差为(2-8=-6)，因而根据阶段数为8进行补数处理时，很明显，旋转相位差为2个阶段(1．5度)。此外，在检测定时T2中，针对于第1传感器151的检测模式为00(十六进制)的情况，第2传感器152的检测模式为08(十六进制)。因此针对于第1传感器151的检测模式表示为第5阶段ST5的情况，第2传感器152的检测模式表示为第4阶段ST4的形式，两个旋转体40、48的旋转相位差为(5-4=1)，很明显，旋转相位差为1个阶段(0．75度)。
于是，当把检测出的最大扭矩的1／8～2／8的扭矩输入时，以根据检测定时的1或2阶段的旋转相位差获得作为步骤S7的数字值，该数字值可通过第1传感器151及第2传感器152的检测模式的组合而得到，在步骤S8中，算出第1旋转体40与第2旋转体48之间所设置的螺旋弹簧57的弹簧系数和前述相位差的乘积，由此得到输入扭矩。
在步骤S9中，确定对应于步骤S8中得到的输入扭矩的马达控制量，以此对马达34的动作进行功率控制，并算出步骤S9中的马达34的功率控制量，在步骤S10中，将该控制量输出。
步骤S1～步骤S10的顺序是基于开始踏动曲轴踏板37L、37R时的输入扭矩的检测及检测的输入扭矩对马达34的动作进行控制的顺序，而当电动助力自行车处在通常的行驶状态时，继续步骤S11～步骤S17的过程，并按照步骤S8～步骤S10的顺序进行。即是说，在步骤S2中，当判断车速为设定车速VS以上时，从步骤S2进入步骤S11，在步骤S11中，判断4个第1传感器151中的NO．1的第1传感器151的输出是否为高电平，若为高电平时，在步骤S12中用计时器开始计时。
在步骤S13中，判断4个第2传感器152中的NO．1的第2传感器152的输出是否为高电平，若为高电平时，在步骤S14中记忆计时器的计时值t。进一步，在步骤S15中，判断4个第1传感器151中的NO．1的第1传感器151的输出是否再次为高电平，当再次为高电平时，在步骤S16中记忆由计时器得到的计时值T，同时复位计时器。
根据步骤S11～步骤S16的顺序进行时，NO．1的第1传感器151的输出用图14(a)表示，NO．1的第2传感器152的输出用图14(b)表示，这时，计时值t表示了第1传感器151及第2传感器152的错开时间，而计时值T表示了NO．1的第1传感器151的检测周期。
在步骤S17中算出t／T，可以在步骤S17作为模拟值t／T的得到第1磁环141、第2磁环142的相位差、即第1旋转体40与第2旋转体48的相位差，之后顺次经过步骤S8～S10，在电动助力自行车的通常行驶状态下，对马达34的动作进行控制。
在支持环154上用数个螺钉部件159连接有保护盖158，从埋设有第1磁环141、第2磁环142及第1传感器151、第2传感器152的基座部件153处以及从第1旋转体40、第2旋转体48的相反一侧用该保护盖158盖住。而且在固定状态下的该保护盖158的周缘部和围绕曲轴36的轴线旋转的第2磁环142的第2壳套148之间构成迷宫式密封结构160。因此能可靠地防止水、泥等污染第1传感器151、第2传感器152及两磁环141、142。
下文叙述第1实施例的作用，为了使电动助力自行车行驶，驾驶者踏动曲轴踏板37L、37R时，曲轴踏板37L、37R的脚蹬力通过第1单向离合器41、第1旋转体40、各螺旋弹簧57及第2旋转体48传递给踏板链轮61，并进一步通过链条64及从动链轮63传递给后轮WR。
这时，根据由曲轴踏板37L、37R所产生的脚蹬力，在第1旋转体40与第2旋转体48之间压缩螺旋弹簧57，同时产生旋转相位差。根据用于检测随第1旋转体40一起旋转的第1磁环141的N极143N及143S的数个第1传感器151的检测信号及用于检测随第2旋转体48一起旋转的第2磁环142的N极147N及147S的数个第2传感器152的检测信号两者的组合，演算出控制装置140的输入扭矩。控制装置140对马达34进行控制，使对应于该输入扭矩的辅助动力由马达34产生，由此，控制驱动链轮62的旋转辅助动力，减轻驾驶者的负荷。
在这样的电动助力自行车中，即使在曲轴踏板37L、37R的操作初期后轮WR不转动的状态下，第1旋转体40也能相对于第2旋转体48产生旋转相位差，因此，第1磁环141也相对于第2磁环142产生旋转相位差，与曲轴踏板37L、37R操作前相比，第1传感器151及第2传感器152的检测信号组合模式发生变化，在车辆停止状态的输入操作开始的初期，可以立即检测出输入扭矩，通过马达34把辅助动力施加给后轮WR。
另外，在曲轴踏板37L、37R的操作初期后轮WR不转动的状态下，根据作为数字值所得到的旋转相位差演算输入扭矩、使电动助力自行车进入正常的行驶状态时，可以根据作为模拟值所得到的旋转相位差演算出输入扭矩的线性值，在马达34中产生对应于该线性输入扭矩的辅助动力，可以得到对应于该输入扭矩的辅助动力，可靠地检测出从曲轴踏板37L、37R的操作初期到正常行驶状态的整个区域的输入扭矩，通过马达34把辅助动力施加给后轮WR。
再者，由于第1旋转体40通过第1单向超越离合器41与右侧曲轴踏板37R连接，第2旋转体48在与第1旋转体40邻接的位置能绕同一轴线旋转地配置，在第2旋转体48与第1旋转体40之间设有数个螺旋弹簧57，第1磁环141与第2磁环142配置在第1旋转体40与第2旋转体48的轴向一侧，因此，能保证在第1旋转体40与第2旋转体48一侧的第1传感器151、第2传感器152的设置空间，并能确保不给两个传感器151、152留出多余的配置空间，可以把第1磁环141与第2磁环142、第1传感器151与第2传感器152的安装汇集在两旋转体40、48的一侧，使安装作业容易。
进一步，第1磁环141及第2磁环142分别与第1旋转体40及第2旋转体48弹性地配合，因而第1磁环141与第2磁环142的维修及安装作业容易。
而且，第1磁环141是通过在环状的第1壳套144内周分别设有数个N极143N及S极143S而构成的，第2磁环142是通过在环状的第2壳套148内周分别设有数个N极147N及S极147S而构成的，第1传感器151与第2传感器152埋设在共用的基座部件153中，配置在各磁环141、142的内侧，因而使两个传感器151、152配置在圆筒状第1磁环141及第2磁环142的里侧，可进一步节省空间，能用第1壳套144及第2壳套148覆盖并保护两个传感器151、152。
图15示出了本发明的第2实施例，用于检测第1磁环141的N极143N及S极143S的数个第1传感器151内置在基座部件1531的里面，用于检测第2磁环148的N极147N及S极147S的数个第2传感器152内置在基座部件1532的里面，两个基座部件1531和1532固定地配置在沿曲轴36的圆周方向相互错开180度的位置。
以上详细叙述了本发明的实施例，然而本发明并不限于上述实施例，在不脱离本发明的权利要求书记载范围的前提下，还可以做出种种设计变更。
例如，本发明不仅适用于电动助力车辆，还适用于电动车椅子。
根据以上权利要求1记载的发明，即使在输入操作部件的操作初期驱动轮不转动的状态下，第1磁环与第2磁环之间仍能产生相位差，与输入操作部件的操作之前相比，数个第1及第2传感器的检测信号的组合模式发生变化，在车辆停止状态下的输入操作开始初期，可以立刻检测出输入扭矩，通过马达给驱动轮施加动力。
根据权利要求2记载的发明，能够尽力地减少两传感器的配置空间，可以把第1磁环与第2磁环、第1及第2传感器的安装汇集在两旋转体的一侧，使安装作业容易。
根据权利要求3记载的发明，能使第1磁环及第2磁环的维修与安装作业容易。
根据权利要求4记载的发明，通过把两传感器配置在第1磁环及第2磁环的里侧，可进一步节省空间，同时又能利用两个壳套保护两传感器。
根据权利要求5记载的发明，可以防止水、泥等对两传感器、两磁环的污染。
权利要求
1.一种电动助力车辆的输入扭矩检测装置，包括靠人力操作驱动驱动轮(WR)旋转的输入操作部件(37L、37R)、把对应于施加到该输入操作部件(37L、37R)的输入扭矩的辅助动力施加给驱动轮(WR)的马达(34)，其特征是，还包括与输入操作部件(37L、37R)同步转动的第1旋转体(40)；与前述驱动轮(WR)同步转动的第2旋转体(48)，在第2旋转体(48)与第1旋转体(40)之间可以产生相位差；与第1旋转体(40)同时转动的第1磁环(141)，它具有配置成环状且沿圆周方向邻接的极性不同的数个N极及S极(143N、143S)；与第2旋转体(48)同时转动的第2磁环(142)，它具有在与第1磁环(141)的N极及S极(143N、143S)相同的角度下配置成环状的数个N极及S极(147N、147S)；在相对于第1磁环(141)的固定位置设置成数个的用于检测第1磁环(141)的N极及S极(143N、143S)的第1传感器(151)；在相对于第2磁环(142)的固定位置设置成数个的用于检测第2磁环(142)的N极及S极(147N、147S)的第2传感器(152)；以及控制装置(140)，该控制装置(140)根据第1及第2传感器(151、152)的检测信号的组合模式判断第1及第2旋转体(40、48)的旋转相位差，同时，把该旋转相位差识别为施加到前述输入操作部件(37L、37R)的输入扭矩，对马达(34)的动作进行控制。
2.根据权利要求1所述的电动助力车辆的输入扭矩检测装置，其特征是，前述输入操作部件(37L、37R)通过单向超越离合器(41)与前述第1旋转体(40)连接，该单向超越离合器(41)用于隔断从第1旋转体(40)向输入操作部件(37L、37R)侧的扭矩传递，在第1旋转体(40)与第2旋转体(48)之间设有弹性部件(57)，该第2旋转体(48)可围绕与第1旋转体(40)相同的轴线旋转，且配置在与第1旋转体(40)邻接的位置，沿着第1及第2旋转体(40、48)的轴线方向排列设置的第1及第2磁环(141、142)设置在第1及第2旋转体(40、48)的轴线方向一侧。
3.根据权利要求2所述的电动助力车辆的输入扭矩检测装置，其特征是，第1及第2磁环(141、142)分别与第1及第2旋转体(40、48)弹性地配合。
4.根据权利要求2或3所述的电动助力车辆的输入扭矩检测装置，其特征是，第1及第2磁环(141、142)分别通过在环状的第1及第2壳套(144、148)的内周设置数个N极及S极(143N、143S、147N、147S)而构成，第1及第2传感器(151、152)配置在两磁环(141、142)的里侧。
5.根据权利要求2所述的电动助力车辆的输入扭矩检测装置，其特征是，第1及第2磁环(141、142)及第1及第2传感器(151、152)由保护盖(158)从第1及第2旋转体(40、48)的相反一侧覆盖。
全文摘要
在把对应于输入扭矩的辅助动力从马达施加给驱动轮的电动助力车辆中,能迅速测出由车辆停止状态到操作输入开始时施加给驱动轮的辅助动力的输入扭矩。第1磁环随着与输入操作部件同步转动的第1旋转体一起转动,其所拥有的数个N极及S极由数个第1传感器检测,第2磁环随着与驱动轮同步运动的第2旋转体一起转动,其所拥有的数个N极及S极由数个第2传感器检测,控制装置根据第1、2传感器的检测信号的组合模式判断第1、2旋转体的旋转相位差,并确认其是否为输入扭矩,对马达的进行控制。
文档编号G01L3/14GK1205432SQ9811601
公开日1999年1月20日 申请日期1998年7月13日 优先权日1997年7月14日
发明者三浦信夫, 三浦静止 申请人:本田技研工业株式会社