專利名稱：帶有輔助動力的人力車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛如自行車，用于根據(jù)人力負荷而補充動力。
背景技術(shù)：
已知的輔助動力的自行車具有連接電動機的驅(qū)動輪。當自行車受人力驅(qū)動時，電動機根據(jù)加在腳蹬上的負荷而受驅(qū)動。這產(chǎn)生補充人力的輔助動力。因此，該自行車可用少量人力驅(qū)動。
日本未審專利公告No.4-100790描述一個如何測量由人施加的驅(qū)動力的例子。一個扭桿用作腳蹬曲柄軸。扭桿上設(shè)置一個檢測器如電位計或應變儀，以檢測扭桿的扭轉(zhuǎn)量，并因此測量施加的轉(zhuǎn)矩。
但是，該電位計或應變儀設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸上。因此，代表被檢測值的信號必須是利用滑動環(huán)或電刷的輸出。結(jié)果，存在由于摩擦和磨損而在信號中包括噪聲的傾向。這使得難于精確地檢測轉(zhuǎn)矩。
此外，使用滑環(huán)或電刷，當自行車運動時產(chǎn)生由摩擦產(chǎn)生的聽力噪聲。此種噪聲可能使騎車人感覺不舒服。
其次，當磨損發(fā)生時滑環(huán)和電刷必須替換。此種替換是麻煩的。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有轉(zhuǎn)矩檢測器的裝有輔助動力的人力車輛，該轉(zhuǎn)矩檢測器以不接觸方式檢測施加在轉(zhuǎn)動曲柄軸上的轉(zhuǎn)矩，以便防止產(chǎn)生由于摩擦或磨損而引起的噪聲，并精確地檢測轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的另一目的是提供一種裝有輔助動力的人力車輛，它能防止當自行車行駛時由于磨損而產(chǎn)生聽力噪聲，并因而不會使騎車人感到不舒服。
本發(fā)明的又一目的是提供一種裝有輔助動力的人力車輛，它能防止部件之間的磨損，因而不需要替換此類部件。
本發(fā)明的再一目的是提供一種裝有輔助動力的人力車輛，它能檢測沿曲柄軸和同一平面內(nèi)的主動齒輪的轉(zhuǎn)動方向作用的負荷，并因此有效地使用受限制的空間。
發(fā)明的公開本發(fā)明的裝有輔助動力的人力車輛是一種使用人力的車輛，它包括一個具有動力源的輔助動力設(shè)備，以補充該人力車輛的驅(qū)動。該人力車輛包括一個主體；一個由該主體支承并由人力驅(qū)動的轉(zhuǎn)動體；一個與該轉(zhuǎn)動體同軸地安置的轉(zhuǎn)動線圈；一個電氣連接到該轉(zhuǎn)動線圈上的可變阻抗裝置，其阻抗根據(jù)加到轉(zhuǎn)動體上的負荷而變化；一個這樣固定到主體上的固定線圈，使得該固定線圈與轉(zhuǎn)動線圈同心并與轉(zhuǎn)動線圈間隔一預定距離，并且與轉(zhuǎn)動線圈存在電磁耦合；一個與固定線圈連接的檢測機構(gòu)，檢測根據(jù)通過可變阻抗機構(gòu)改變的阻抗而由轉(zhuǎn)動線圈產(chǎn)生的固定線圈的電流或電壓中的變化；以及一個控制機構(gòu)，用于根據(jù)檢測電路的輸出值來控制電源。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，在轉(zhuǎn)動體上施加負荷會改變安置在轉(zhuǎn)動線圈中的可變阻抗裝置的阻抗。該變化的阻抗通過轉(zhuǎn)動線圈和固定線圈之間的電磁耦合而傳送給固定線圈。這改變固定線圈的電流或電壓。電流或電壓的變化由檢測裝置檢測。輔助動力裝置的動力源根據(jù)該測得值來驅(qū)動。
在本發(fā)明中，加在轉(zhuǎn)動體上的負荷改變可變阻抗裝置的阻抗，該可變阻抗裝置與轉(zhuǎn)動體整體轉(zhuǎn)動。這種變化利用轉(zhuǎn)動線圈和固定線圈之間的電磁耦合傳送到檢測電路。因此，不需要滑環(huán)來提取轉(zhuǎn)矩信號，防止了由于摩擦或磨損而產(chǎn)生的噪聲。因而，精確地測量了加在轉(zhuǎn)動體上的轉(zhuǎn)矩。其次，消除了在車輛運動期間由于摩擦而產(chǎn)生的噪聲。于是，操作者不會感到會從此種摩擦噪聲產(chǎn)生的不舒服。此外，部件不會磨損。因此，部件不需替換。這提高了可靠性和耐用性。
本發(fā)明的人力車輛還提供一個可沿轉(zhuǎn)動體的軸向移動的支承板而使固定線圈設(shè)置在該支承板上，一個間隔件安置在該支承板和轉(zhuǎn)動體之間以保持兩個線圈之間的距離，一個推動部件用于影響該支承板，使間隔件保持該距離。使用這種結(jié)構(gòu)，固定線圈和轉(zhuǎn)動線圈之間的距離由間隔件保持。因此，即使當擺動或振動發(fā)生時，固定線圈和轉(zhuǎn)動線圈之間的距離也能保持住。這提高了測得的轉(zhuǎn)矩信號的可靠性和精度。
最好是該間隔件包括一個滾珠軸承，該軸承具有一對軸承套和多個置于兩套之間的鋼珠。利用此種結(jié)構(gòu)，固定線圈和轉(zhuǎn)動線圈通過滾珠軸承相對轉(zhuǎn)動。
推動部件的膨脹和收縮與間隔件的存在，使得即使曲于應用于因生產(chǎn)而尺寸不同的車輛或應用于不同型號的車輛而導致從主體伸出的軸的長度不相同，固定線圈和轉(zhuǎn)動線圈之間的距離也能保持恒定。因此，兩個線圈可以設(shè)計成對每一種車型都具有恒定的線圈之間距離。此外，不需要精細地調(diào)整兩個線圈之間的距離。
滾珠軸承設(shè)置在支承板和轉(zhuǎn)動件之間，支承板上安置有固定線圈，轉(zhuǎn)動體上安置有轉(zhuǎn)動線圈，這樣即使推動部件向轉(zhuǎn)動體推動支承板，也能保持平滑轉(zhuǎn)動。
最好是，輔助動力設(shè)備包括一個電源電路，用于以周期方式向固定線圈供給電力。在這種情況下，由電源電路供給到固定線圈上的周期性電力與固定線圈和轉(zhuǎn)動線圈之間的電磁感應在轉(zhuǎn)動線圈中產(chǎn)生感應電動勢。其次，受到由可變阻抗裝置改變的阻抗影響的互感，作用在固定線圈上。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，轉(zhuǎn)動體包括一個由主體樞軸式支承的曲柄軸和一個轉(zhuǎn)動式聯(lián)接在曲柄軸周期上的主動齒輪。一個曲柄臂具有一個固定在曲柄軸上的底端和一個遠端，遠端上設(shè)置一個腳蹬，以便使曲柄臂與曲柄軸整體地轉(zhuǎn)動。主動齒輪連接在人力驅(qū)動輪上。曲柄軸和主動齒輪通過一個彈性體連接，以便互相成整體地轉(zhuǎn)動。利用此種結(jié)構(gòu)，腳蹬的轉(zhuǎn)動利用彈性體傳送給主動齒輪，而作用在主動輪上的負荷使曲柄軸和主動齒輪之間的位置關(guān)系沿克服彈性體彈性的轉(zhuǎn)動方向發(fā)生相對位移。
在此種情況下，主動齒輪并不沿曲柄軸的軸向移動。這消除了對軸向空間的需要，因此能使轉(zhuǎn)矩檢測器具有薄的結(jié)構(gòu)。
此外，可變阻抗裝置包括一個部件，用于根據(jù)曲柄軸和主動齒輪之間的相對位移量改變阻抗。
該可變阻抗裝置最好包括一個用磁致伸縮材料制成的芯件和一個安置在該芯件的一部分外表面上的線圈。該芯件的外表面的其余部分被支承在曲柄軸和主動齒輪之間。利用此種結(jié)構(gòu)，線圈的阻抗由于與作用在主動齒輪上的負荷相對應的芯件形變而改變。
在另一個實施例中，固定在曲柄軸上的曲柄臂包括一個向主動齒輪伸出的壓緊片，而主動齒輪包括一個沿轉(zhuǎn)動方向面向壓緊片的接受片。芯件安置在壓緊片和接受片之間。在此種情況下，芯片安置在曲柄臂和主動齒輪之間而不需要容納芯件的獨立空間。其次，芯件受到主動齒輪和曲柄臂的包圍，因而受到保護。這防止芯件受到損傷。
最好是，一個容器容納芯件和線圈，而該容器用磁體制成。在這樣的構(gòu)造中，該容器形成圍繞線圈的磁路，因此消除了從被容器包圍的部分出來的泄漏通量。最好是，該容器呈一種杯形。
最好是，壓緊片的壓緊表面或接受片的接受表面用一個彈性板連接在芯片上。在這樣一種結(jié)構(gòu)中，壓緊片的壓緊表面或接受片的接受表面可以相對于芯件的端面傾斜。
或者是壓緊片的壓緊表面或者是接受片的接受表面可以是圓形的，而一個板部件和一個彈性板可以用于將該圓形表面連接到芯件的一個端面上。在此種結(jié)構(gòu)中，或者是壓緊片或者是接受片的圓形壓緊表面在一個單獨的點緊靠該板部件。這利用彈性部件以均勻的方式將力加在芯件的端面上。更具體地說，該板部件利用一個磁體。這與該容器一起圍繞線圈形成一個磁路。這樣，除了被容器包圍的部分外，消除了從板部件包圍的部分出來的泄漏通量。
在本發(fā)明中使用的檢測電路測量流過固定線圈的電流或線圈電壓。在一個優(yōu)選實施例中，輔助動力設(shè)備包括一個振蕩電路，該振蕩電路根據(jù)由可變阻抗裝置改變的阻抗而改變振蕩頻率。利用這個結(jié)構(gòu)，可變阻抗裝置的阻抗變化完全改變了固定線圈的電感。這改變了振蕩電路的振蕩頻率。在此情況下，轉(zhuǎn)動線圈的各種電路不需要供給電力。這簡化了電路結(jié)構(gòu)。
在又一個實施例中，輔助動力設(shè)備包括一個振蕩電路，該電路根據(jù)由可變阻抗裝置改變的阻抗而改變振蕩頻率。利用該結(jié)構(gòu)，可變阻抗裝置的阻抗變化使振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生變化。該變化的振蕩頻率通過轉(zhuǎn)動線圈和固定線圈之間的電磁耦合傳送到固定線圈的電路。在此種情況下，利用由轉(zhuǎn)動線圈產(chǎn)生的感應電動勢作為電源來驅(qū)動轉(zhuǎn)動線圈電路。
在本發(fā)明的另一實施例中，根據(jù)振蕩頻率的波動檢測施加在曲柄軸上的轉(zhuǎn)矩的變化。與轉(zhuǎn)動線圈的安裝有關(guān)的機械差別跟轉(zhuǎn)矩的變化無關(guān)。因此，轉(zhuǎn)矩的檢測具有高可靠性。
附圖簡述

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的一種裝有輔助動力的人力車輛的整個結(jié)構(gòu)；圖2是圖1的裝有輔助動力的人力車輛的左后透視圖；圖3是表示圖1的裝有輔助動力的人力車輛的驅(qū)動機構(gòu)的平面圖；圖4是表示第一實施例中使用的腳蹬機構(gòu)結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖5是沿圖4中線5-5截取的截面圖，表示腳蹬機構(gòu)；圖6是圖4的腳蹬機構(gòu)的前視圖；圖7是表示第一實施例中使用的轉(zhuǎn)矩檢測電路的框圖；圖8(a)和8(b)是表示施加在固定線圈上的電壓波形和由該電壓施加所產(chǎn)生的電流波形的圖形；圖9是表示施加在主動齒輪上的轉(zhuǎn)矩和一個差動放大器的輸出之間的關(guān)系的圖形；圖10是表示本發(fā)明第二實施例中所用腳蹬機構(gòu)的結(jié)構(gòu)的前視圖；圖11是表示第二實施例中使用的轉(zhuǎn)矩檢測電路的框圖；圖12是表示第二實施例中使用的頻率監(jiān)控電路的框圖；圖13(a)和(b)是當使用第二實施例的轉(zhuǎn)矩檢測方法時繪制的圖形，(a)表示施加在固定線圈上的電壓波形，而(b)表示由一帶通濾波器產(chǎn)生的電壓波形；圖14(a)和(b)是當使用第二實施例的另一轉(zhuǎn)矩檢測方法時繪制的圖形，(a)表示施加在固定線圈上的電壓波形，而(b)表示由一帶通濾波器產(chǎn)生的電壓波形；圖15是表示第三實施例中使用的轉(zhuǎn)矩檢測電路的框圖；圖16是表示第二至第七實施例中使用的芯件和線圈的特征的圖形；圖17是表示第四實施例中使用的轉(zhuǎn)矩檢測電路的框圖；圖18是表示第五實施例中和第六實施例中使用的主動齒輪和曲柄臂的結(jié)構(gòu)的前視圖；圖19是表示第五實施例的沿圖18中線19-19截取的放大截面圖；圖20是表示第六實施例的對應于圖19的放大截面圖；圖21是第七實施例中使用的腳蹬結(jié)構(gòu)的截面圖；以及圖22表示可以在第七實施例中使用的另一腳蹬結(jié)構(gòu)的截面圖。
實施本發(fā)明的最佳方案現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的實施例。
本發(fā)明用一種兩輪自行車實施，該車有一個用作主動輪的后輪門。當轉(zhuǎn)動腳蹬62時，自行車1前進的方向稱為向前，轉(zhuǎn)動部件沿其轉(zhuǎn)動的方向稱為前面，而向左方向和向右方向是相對于自行車1的前進方向確定的。
首先描述自行車1的整個結(jié)構(gòu)。然后描述第一至第四實施例，它們涉及轉(zhuǎn)矩檢測器50，第五和第六實施例涉及芯件90的安裝，而第七實施例涉及轉(zhuǎn)動線圈201和固定線圈101的安裝。
如圖1中所示，自行車1有一個位于車架11前部的前輪16。起主動輪作用的后輪17位于車架11的后部。
車座管12位于車架11的中部。鞍座13安裝在車座管12的頂端。底部托架15設(shè)置在車座管12的底端上，以便樞軸式支承一個腳蹬機構(gòu)4，如圖2中所示。
如圖4和5中所示，腳蹬機構(gòu)4包括一個樞軸式支承在底部托架15中的曲柄軸40、一個固定在曲柄軸40的每一端上的曲柄臂61、一個樞軸式支承在每個曲柄臂61的遠端上的腳蹬62和一個主動齒輪5。主動齒輪5是一個鏈輪，安裝在曲柄軸40的右端，并相對于曲柄軸40可以轉(zhuǎn)動地支承。
更具體地說，塊狀件41從曲柄軸40的每一端(僅示出右端)伸出，以嚙合相應的曲柄臂61。塊狀件41裝入在曲柄臂61的底端處形成的方形腔63中。螺母77通過墊圈76插入并緊固在塊狀體41中形成的螺孔內(nèi)，以便將曲柄臂61固定在曲柄軸40上。
曲柄軸40用螺簧55連接在主動齒輪5上。后輪17有一個軸72。從動齒輪73是一個鏈輪，它固定在軸72上。循環(huán)鏈條75連接從動齒輪73和主動齒輪5，以便將由人力產(chǎn)生的驅(qū)動力傳送到后輪17上。在后輪17的軸72和從動齒輪73之間設(shè)置一個已知的單向離合器(未示出)。
如圖6中所示，主動齒輪5有一個在其周邊上限定的有齒部分51、一個在中心部分處限定的轂環(huán)54，以及五個連接有齒部分51和轂環(huán)54的肋52。一個轉(zhuǎn)動電路200設(shè)置在主動齒輪5的對底部托架15閉合的表面上。
后輪17的外徑小于前輪16的外徑。輔助動力裝置2安裝在車座管12和后輪17之間的車架11上，以補充由人力產(chǎn)生的驅(qū)動力。輔助動力裝置2包括一個用作輔助動力源的電動機22和傳動機構(gòu)3，傳動機構(gòu)3使電動機22的速度減速并將電動機22的轉(zhuǎn)動力傳送給后輪17。
更具體地說，如圖2和3中所示，基板24用緊固件21固定在車架11上。固定電路100設(shè)置在基板24的上表面上，它包括一個將在后面描述的固定線圈201。
基板24有一壁，在其右側(cè)上安置電動機22。電動機22有一輸出軸23，它固定在主動滑輪31上。輸出軸23、主動滑輪31和第一從動滑輪33支承在基板24的壁的左側(cè)上。皮帶32連接主動滑輪31和第一從動滑輪33。
第二從動滑輪35固定在第一從動滑輪33的一側(cè)上，它與第一從動滑輪33同軸，其直徑小于第一從動滑輪35的直徑。
后輪17有一輪圈71。第三從動滑輪37與輪圈71的左側(cè)整體形成。皮帶36連接第二從動滑輪35和第三從動滑輪37。
電動機22的轉(zhuǎn)動力通過皮帶32從主動滑輪31傳送到第一從動滑輪33上，主動滑輪31與電動機22的輸出軸23整體轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動力通過皮帶36又從第二從動滑輪35傳到第三從動滑輪37。這樣，當利用傳動機構(gòu)3驅(qū)動后輪17時，電動機22的速度可以減速。電動機22產(chǎn)生的動力由控制器130根據(jù)從轉(zhuǎn)矩檢測器50送出的轉(zhuǎn)矩檢測信號控制。
用作電動機22的電源的電池26附接在車座管12上。
現(xiàn)在將描述轉(zhuǎn)矩檢測器50的結(jié)構(gòu)。
第一實施例在第一實施例中，螺簧55安置在曲柄軸40和主動齒輪5之間。曲柄軸40的轉(zhuǎn)動由螺簧55傳送到主動齒輪5。施加到主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩是通過檢測當螺簧55收縮時曲柄軸40和主動齒輪5之間沿轉(zhuǎn)動方向的相對位移量來測量的。
如圖4中所示，一個盤狀支承板66固定在右曲柄臂61的底端上。五個相等間隔的壓緊件68從面對主動齒輪5的表面(左表面)上的支承板66的周邊伸出。
如圖6中所示，主動齒輪5的四個肋52的每一個肋上固定一支持片58，以支持一個螺簧55，螺簧起彈簧體作用并沿主動齒輪5的逆轉(zhuǎn)方向延伸。一個支持片58也固定在多余的肋52上，以支持一個直接作用式電位計202，后者起可變阻抗機構(gòu)的作用并沿主動齒輪5的逆轉(zhuǎn)方向延伸。電位計202包括一檢測銷203以檢測位移。銷203的伸出量使一個電阻值以正比或反比方式變化。
四個螺簧55的遠端分別緊靠四個壓緊片68，而電位計202的檢測銷203的遠端壓緊一個壓緊片68。
在該結(jié)構(gòu)中，如果腳蹬62轉(zhuǎn)動，那么支承板66就與曲柄40一起整體地轉(zhuǎn)動。這使四個與螺簧55對置的壓緊片68壓緊螺簧55并使主動齒輪5轉(zhuǎn)動，后者又使后輪17與鏈條75一起轉(zhuǎn)動。如果當轉(zhuǎn)動腳蹬62時施加在主動齒輪5上的力是小的而施加在后輪17上的負荷也因此是小的，也就是，如果自行車容易地前進，那么螺簧55的收縮量也是小的。于是，曲柄軸40和主動齒輪5基本上彼此整體地轉(zhuǎn)動，而基本上沒有相對的轉(zhuǎn)動位移。因此，電位計202的檢測銷203基本上沒有被相關(guān)的壓緊片68壓緊。
另一方面，如果施加在主動齒輪5上的力量大的而作用在后輪17上的負荷也因此是大的，也就是，如果自行車1難于前進，那么被壓緊片68壓緊的螺簧55大大變形。這造成主動齒輪5相對于曲柄軸40轉(zhuǎn)動位移。在這種狀態(tài)下，電位計202的檢測銷被相關(guān)的壓緊片68壓緊，使其伸出量大大變化而因此改變電阻值。
如圖5中所示，一個橫截面為U形的環(huán)芯43被安置在轂環(huán)54的面向底部托架15的側(cè)部中，它有一個面向底部托架15的開孔。轉(zhuǎn)動線圈201設(shè)置在環(huán)芯43中，它被纏繞成沿主動齒輪5的轉(zhuǎn)動方向延伸。如圖7中所示，轉(zhuǎn)動線圖201電氣連接在電位計202上，以形成轉(zhuǎn)動電路202。
在對應于底部托架15中的轉(zhuǎn)動線圈201的位置處，安置一個截面為U形的環(huán)芯42，它有一個面向轉(zhuǎn)動線圈201的開孔。固定線圈101安置在環(huán)芯42中，平行于轉(zhuǎn)動線圈201并在其鄰近處，固定線圈101被纏繞成沿主動齒輪5的轉(zhuǎn)動方向延伸。通過將截面為U形的環(huán)芯42、43安置成使它們的開孔彼此面對，形成一個閉合的磁路。線圈101、201的繞組數(shù)目之比是任意的，例如可以為1比1。但是，該比例隨用作可變阻抗機構(gòu)的元件之類的狀態(tài)而變化。
如圖7中所示，固定線圈101有一個第一端部，該端部連接在電源電路102的直流電源103上，形成固定電路100，該電源電路102包括一個開關(guān)晶體管105。雖然線圈101、201之間的空間最好為1毫米或更小，但該空間不限于這樣的數(shù)值。
固定線圈101還有一個第二端，它利用電阻106接地。晶體管105的集電極側(cè)通過一個流通二極管104接地。
差動放大器109用作檢測機構(gòu)，它有一個連接在固定線圈101和電阻器106上的輸入，并輸出一個電壓差，這個電壓差是在流過固定線圈101的電流中由電阻器106產(chǎn)生的電壓降和將在以后描述的參考電壓Vref之間的電壓差。該電壓差由一低通濾波器108濾波，然后供給控制器130。
驅(qū)動電路107將一個如圖8(a)中所示的具有預定間隔(約20千赫)的矩形波信號輸入到晶體管105的基極。該信號的通/斷控制電力的供給并將一矩形電壓施加到固定線圈101上。
因此，一個脈動電流流過固定線圈101。固定線圈101和轉(zhuǎn)動線圈201的相互感應使流過固定線圈101的電流受轉(zhuǎn)動電路200的阻抗變化的影響，轉(zhuǎn)動電路200包括轉(zhuǎn)動線圈201。線圈101、201并不直接連接。因此，轉(zhuǎn)動線圈201中由于在轉(zhuǎn)動線圈201和固定線圈101之間出現(xiàn)的相互感應而產(chǎn)生感應電動勢。然后在轉(zhuǎn)動電路200中流過電流，并在轉(zhuǎn)動線圈201中產(chǎn)生自感應電動勢。因此，產(chǎn)生對應于相互感應電動勢和自感應電動勢之和的電動勢的感應電壓。該感應電壓產(chǎn)生流過轉(zhuǎn)動電路200的電流。該電流引起作用在固定線圈101上的相互感應，并在固定線圈101中產(chǎn)生感應電動勢。
如果腳蹬62不轉(zhuǎn)動，或如果腳蹬62轉(zhuǎn)動但主動齒輪5與曲柄軸40整體轉(zhuǎn)動，那么主動齒輪5和曲柄軸40之間沒有沿轉(zhuǎn)動方向的相對移動。因此，連接在轉(zhuǎn)動線圈201上的電位計202的電阻值仍然基本上不變。轉(zhuǎn)動線圈201和固定線圈101是同軸的。因此，即使轉(zhuǎn)動線圈201相對于固定線圈101轉(zhuǎn)動，互連磁通量也不會變化，因為轉(zhuǎn)動線圈201和固定線圈101是同心的。在此種狀態(tài)下，流過固定線圈101的電流有一個預定的波形，該波形對應于由固定線圈101的自感和互感產(chǎn)生的電壓，如圖8(b)中實線所示。
如果在主動齒輪5和曲柄軸40之間沒有相對移動，那么由驅(qū)動電路107施加在晶體管105的基極上的通/斷控制信號的一部分作為通過一積分電路的參考電壓波形Vref輸出，并施加在差動放大器109的參考電壓端子上，使得電阻106上的電壓波形匹配參考電壓波形Vref的波形和相位。
當轉(zhuǎn)動腳蹬62以便開始移動自行車1、加速自行車1或用自行車1爬坡時，一個大的負荷施加在主動齒輪5上。該負荷壓縮螺簧55并使其變形。這使主動齒輪5相對于曲柄軸40移動。
如果主動齒輪5和曲柄軸40之間發(fā)生位移，那么電位計202的檢測銷203被相關(guān)的壓緊片68壓緊。這增大電阻值并改變流過轉(zhuǎn)動電路200的電流。因此，流過固定線圈101的電流受電阻值變化的影響，使得如圖8(b)中所示，波形從預定波形(實線)變?yōu)槿缣摼€所示的波形。
電阻器106上測得的由電流波形產(chǎn)生的電壓波形正比于波形變化。差動放大器109測量被檢測到的電壓波形和參考電壓波形Vref之間的差別，從而輸出一電壓差信號。
被差動放大器109檢測的電壓差通過低通濾波器濾波，并作為直流電壓信號送到控制器130。
控制器130包括一個存儲器(未示出)，其中儲存電壓差和施加在主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，如圖9中所示。電動機22產(chǎn)生一個對應于電壓差信號的驅(qū)動力。該驅(qū)動力由傳動機構(gòu)3傳送到后輪17上，以補充人力。
在該第一實施例中，信號經(jīng)過轉(zhuǎn)動線圈201和固定線圈101之間的預定空間在它們之間傳送。這阻止噪聲的產(chǎn)生，本來當使用一個滑環(huán)或電刷時這種噪聲是會產(chǎn)生的。于是，轉(zhuǎn)矩被精確地檢測。其次，防止了產(chǎn)生由摩擦引起的不舒服的聽覺噪聲，本來當使用一個滑環(huán)或電刷時這種聽覺噪聲是會產(chǎn)生的。此外，沒有磨損的部件需要替換。
在該實施例中，主動齒輪5和曲柄軸40通過螺簧55連接，使它們彼此整體地轉(zhuǎn)動。這樣，如果施加一個負荷，主動齒輪5和曲柄軸40沿轉(zhuǎn)動方向彼此相對地移動。但是，主動齒輪5和曲柄軸40并不沿軸向移動。此外，不需要提供能夠進行主動齒輪5的此種移動用的空間。從而，轉(zhuǎn)矩檢測器50可以有一個薄的結(jié)構(gòu)。
在該實施例中，轉(zhuǎn)動線圈201設(shè)置在主動齒輪5中。但是，轉(zhuǎn)動線圈201可以設(shè)置在曲柄軸40的周面部分中。
在該實施例中，采用直接作用式電位計202作為可變阻抗機構(gòu)。但是，也可采用轉(zhuǎn)動式電位計、其它類型的可變電阻器(如磁阻裝置和磁體)、可變電容器或可變阻抗線圈作為可變阻抗機構(gòu)。
在該實施例中，采用螺簧55作為彈性體。但是，也可采用片簧、橡膠等作為彈性體。
第二實施例在第一實施例中，施加在主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩是通過檢測當電流流過固定線圈101時電阻器106處電壓的變化來測得的。
如圖10至13中所示，第二實施例使用一個電感器作為可變阻抗機構(gòu)。在轉(zhuǎn)動電路200中設(shè)置一個LC振蕩電路207，用作轉(zhuǎn)動的振蕩機構(gòu)。LC振蕩電路207的振蕩頻率隨施加在主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩而變化。然后LC振蕩電路207的信號分量與轉(zhuǎn)動電路200的電壓波形疊加，并經(jīng)過電磁感應傳送到固定線圈101上。通過固定電路100測量LC振蕩電路207的振蕩頻率，以檢測施加在主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩。該實施例的描述將主要集中在與第一實施例不同的部分。
如圖10中所示，支承板166固定在曲柄臂61的底端上。壓緊片168從支承板166的周邊部分伸出。主動齒輪5有五個肋52，其中之一有一個從其伸出的接受片158并面對壓緊片168設(shè)置。在圖11中例示的轉(zhuǎn)動電路200延伸在具有接受片158的肋52和鄰近的肋52之間。
壓緊片168和接受片158通過一個用磁致伸縮材料制成的圓筒形芯件90互相連接。因此，曲柄軸40和主動齒輪5彼此整體地轉(zhuǎn)動。
線圈91圍繞芯件90纏繞而形成一電感器，后者用作可變阻抗機構(gòu)。線圈91連接在轉(zhuǎn)動電路200上。
轉(zhuǎn)動電路200有一轉(zhuǎn)動線圈201和一整流電源電路204，轉(zhuǎn)動線圈201安置在固定線圈101附近。整流電源電路204連接振蕩正弦波的LC振蕩電路207、用作LC振蕩電路207的電感電路的芯件90和線圈91，以及放大器208，后者放大由LC振蕩電路207振蕩的信號并將這些信號傳送給轉(zhuǎn)動線圈201。
整流電源電路204包括一整流/濾波電路205和一穩(wěn)壓電路206。在轉(zhuǎn)動線圈201中由電磁感應產(chǎn)生的電動勢是以固定線圈101的交流電壓為基礎(chǔ)的，它通過整流/濾波電路205進行整流和濾波。然后穩(wěn)壓電路206穩(wěn)定電動勢的電壓并驅(qū)動轉(zhuǎn)動電路200。
如圖11中所示，固定電路100包括電源電路102、連接在電源電路102上的固定線圈101和帶通濾波器111，通過濾波器111的信號具有像LC振蕩電路207通道一樣的頻率帶寬。固定電路100包括一個連接到放大器112上的頻率測量電路120和一個連接頻率測量電路120的控制器130。像第一實施例中一樣，固定電路100設(shè)置在基板24上。
電源電路102包括一個直流電源103和一個開關(guān)電路110，直流電源103利用電池26產(chǎn)生直流電壓以驅(qū)動電動機22，開關(guān)電路110利用脈沖寬度調(diào)制(PWM)以預定的間隔(約20千赫)接通/斷開由直流電源103產(chǎn)生的電壓。這產(chǎn)生一個被施加在固定線圈101上的具有預定間隔的矩形波電壓。
如圖12中所示，頻率測量電路120有一個比較器121、邊緣檢測電路122和計數(shù)電路123。從轉(zhuǎn)動電路200傳送的電壓波形(振蕩波形)通過帶通濾波器111，以分離電源電路102的開關(guān)波形。然后放大器112放大該波形。其后，比較電路121與預定的電壓比較該放大的波形。該電壓波形的等于或大于預定電壓的部分被轉(zhuǎn)換為電源電壓電平(高電平)。其余部分被轉(zhuǎn)換為接地電平，以合成一個方波。邊緣檢測電路122檢測方波的前沿邊緣和后沿邊緣，以形成邊緣脈沖。這樣得到邊緣脈沖，其周期對應于傳送給固定線圈101的交流電壓波形的頻率。
邊緣脈沖輸入計數(shù)電路123，后者的操作速度比LC振蕩電路207的振蕩頻率快得多，例如為8兆赫的自由運行頻率。每次邊緣脈沖輸入到計數(shù)電路123中，計數(shù)器數(shù)值輸出到控制電路130，然后歸零。結(jié)果，邊緣脈沖的周期間隔被表示為計數(shù)電路123的計數(shù)器數(shù)值。因此，檢測到從轉(zhuǎn)動電路200傳送到固定線圈101的電壓波形的頻率，或LC振蕩電路207的振蕩頻率。
現(xiàn)在參照圖11和12描述該實施例中使用的固定電路100和轉(zhuǎn)動電路200的操作。
當固定電路100的電源電路102對固定線圈201施加一個受開關(guān)電路110通/斷控制的矩形波電壓(20千赫)時，轉(zhuǎn)動線圈201和固定線圈101之間的電磁感應在轉(zhuǎn)動線圈201中產(chǎn)生一個感應電動勢，其方式與第一實施例相同。因此，在轉(zhuǎn)動電路200中流動一個感應電流。
在轉(zhuǎn)動電路200中產(chǎn)生的電動勢形成一個交流波形。直流電源電路204對該交流波形整流和濾波，以獲得一恒定電壓。整流電源電路204以該恒定電壓供應LC振蕩電路，使其以對應于線圈91的電感的頻率振蕩(20千赫或以上和100千赫或以下)。
由LC振蕩電路207產(chǎn)生的振蕩電壓波形由放大器208放大并加到轉(zhuǎn)動線圈201上。該電壓波形與轉(zhuǎn)動電路200的電壓波形疊加，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動線圈201和固定線圈101之間的相互感應，此相互感應在固定線圈101中產(chǎn)生感應電動勢。換句話說，如圖13(a)中所示，由電源電路102供給的矩形波電壓引起的相互感應所產(chǎn)生的電壓波形，與通過LC振蕩電路207振蕩的振蕩電壓波形疊加。
如圖13(b)中所示，帶通濾波器111在固定線圈101的電壓波形上提取從LC振蕩電路207產(chǎn)生的信號中來的頻率成分，并利用放大器112將濾波后波形輸入到頻率測量電路120中。
頻率測量電路120對由輸入電壓波形產(chǎn)生的邊緣脈沖的周期進行計數(shù)。計數(shù)值而后輸入控制電路130。該計數(shù)值指示加到主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩。
控制電路130包括一存儲器(未示出)，以存儲被加到主動齒輪5的轉(zhuǎn)矩和頻率測量電路120的輸出值之間的關(guān)系。
當轉(zhuǎn)動腳蹬62以便開始移動自行車1、加速自行車1或用自行車1爬坡時，一個大的負荷加在主動齒輪5上。該負荷壓縮螺簧55并使其變形，這使主動齒輪5相對于曲柄軸40移動。該負荷對芯件90施加一壓力，芯件90用磁致伸縮材料制成并安置在曲柄軸40和主動齒輪5之間。這改變磁致伸縮材料的磁通量并改變線圈91的電感。電感的變化改變LC振蕩電路207的振蕩頻率。改變的振蕩頻率表現(xiàn)為計數(shù)值的變化，計數(shù)值由固定電路100的頻率測量電路120測量。
控制器130根據(jù)計數(shù)值的變化驅(qū)動電動機22。電動機的驅(qū)動力通過傳動機構(gòu)3傳送給后輪17，以補充人力。
在該實施例中，可變阻抗機構(gòu)包括用磁致伸縮材料制成的芯件90和纏繞在芯件90上的線圈91。因此，曲柄軸40和主動齒輪5之間的相對位移實際上并不發(fā)生。因此，騎車人繼續(xù)蹬腳蹬而不會注意到任何變化。
因為芯件90基本上沒有機械移動，所以從此種位移產(chǎn)生的誤差很小，而加到主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩被精確測量。
施加到主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩的變化是根據(jù)LC振蕩電路207的振蕩頻率的變化來檢測的。因此，即使轉(zhuǎn)動線圈201是由外力移動的或在裝配期間發(fā)生位移，轉(zhuǎn)矩檢測信號的幅度可能改變，但其頻率將不會改變。因此，轉(zhuǎn)動線圈201的機械誤差將不會影響轉(zhuǎn)矩變化。這導致高可靠度的精確檢測。
該實施例可以在轉(zhuǎn)動電路200的整流電源電路204中使用一個充電電容器并對一預定時間停止電壓的通/斷控制，這種控制是通過固定電路100的電源電路102來實施的。在停止時間內(nèi)，從電容器來的電荷驅(qū)動LC振蕩電路207。振蕩頻率是用頻率測量電路120通過放大器208測量的，其方式和上述一樣。
在這種情況下，在圖14(b)中用α表示的電壓波形被輸入固定線圈101中。在電源停止時(時間A)的頻率通過放大器112放大并用頻率測量電路120測量。
因此，將通過供給到電源電路102的矩形波的相互感應而產(chǎn)生的電壓波形與由LC振蕩電路207產(chǎn)生的振蕩波形相疊加而獲得的波形不需要濾波來僅僅提取振蕩器電壓波形。其次，在由電源電路102供給的矩形波電壓的頻率和由LC振蕩電路207產(chǎn)生的振蕩波形的頻率之間的干擾變?yōu)榱恪Ｒ虼耍蒐C振蕩電路207產(chǎn)生的電壓波形的頻率在固定電路100中被精確地檢測。
該實施例使用LC振蕩電路207作為轉(zhuǎn)動的振蕩機構(gòu)。但是，可以替代地使用一個不穩(wěn)多諧振蕩器。其次，如果使用一個電位計作為可變阻抗機構(gòu)，那么可以使用一個RC振蕩電路作為轉(zhuǎn)動的振蕩機構(gòu)。
在該實施例中，轉(zhuǎn)動電路200由固定電路100供給的電源驅(qū)動。但是，作為替代，可以在轉(zhuǎn)動電路100中使用一個電池。在這種情況下，固定電路100不需要向轉(zhuǎn)動電路200供給電力。在此情況下，不需要固定電路100中的開關(guān)電路110和轉(zhuǎn)動電路200中的整流電源電路204。
第三實施例本實施例中使用的轉(zhuǎn)動電路200與上兩個實施例中使用的不同。與第一和第二實施例中使用的部件相同的部件將不再描述。在本實施例中，固定電路100的結(jié)構(gòu)與第二實施例的相同。
如圖15中所示，在轉(zhuǎn)動電路200中，轉(zhuǎn)動線圈201連接在整流電源電路204上，它包括一個整流/濾波電路205和一個穩(wěn)壓電路206。轉(zhuǎn)動電路200還包括一個鎖相環(huán)(PLL)電路210和一個LC振蕩電路207，該鎖相環(huán)電路210由整流電源電路204供給電源。
以第二實施例中同樣方式，主動齒輪5和曲柄軸40連接在一個芯件90上(參照圖10)，芯件90用磁致伸縮材料制成。一個連接到LC振蕩電路207的線圈91，纏繞在芯件90上。如圖16中所示，當電源電壓處于102赫至104赫的頻率帶寬中時，芯件90和線圈91的電感大大變化。但是，只要電源電壓保持低于約105赫，就可以檢測電感的變化。
如圖15中所示，LC振蕩電路207連接在鎖相環(huán)電路210上，該電路包括相位比較器211、低通濾波器212、電壓控制振蕩器213和分壓器214。
通到鎖相環(huán)電路211的信號輸入(在20千赫或以上和100千赫或以下振蕩的信號)由相位比較器211轉(zhuǎn)換為控制電壓。然后電壓控制振蕩器213將振蕩頻率升高到兆赫頻帶。隨后，該信號由分壓器214以1/100的分壓比進行分壓。然后將分壓后信號反饋到相位比較器211，使其相位與LC振蕩電路207的振蕩頻率相比較。
相位比較器211產(chǎn)生一個對應于兩個輸入信號之間相位差的控制電壓。然后低通濾波器212從控制電壓中消除高諧波成分。當控制電壓輸入電壓控制振蕩器213時，振蕩頻率升高到兆赫頻帶。然后信號由放大器209放大并疊加在轉(zhuǎn)動電路200的電壓波形上，而且由線圈201、101的電磁感應傳送到固定電路100上。
在該實施例中，由轉(zhuǎn)動電路200的LC振蕩電路207產(chǎn)生的電壓波形的頻率，由鎖相環(huán)電路210從20赫或以上和100赫或以下的帶寬升高到兆赫頻帶。這樣，就不會產(chǎn)生對作為電源從固定電路100傳送到轉(zhuǎn)動電路200的電壓波形(20千赫)的干擾。因此，由LC振蕩電路207產(chǎn)生的電壓波形的頻率在固定電路100中被精確地檢測。
第四實施例在第二和第三實施例中，LC振蕩電路207設(shè)置在轉(zhuǎn)動電路200中，而LC振蕩電路207的振蕩頻率由固定電路100測量，以便檢測加到主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩。
在第四實施例中，如圖17中所示，用作固定振蕩機構(gòu)的LC振蕩電路113設(shè)置在固定電路100中。固定線圈101側(cè)的電感隨施加在主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩而變。在這種狀態(tài)下，測量LC振蕩電路113的振蕩頻率，從而獲得施加在主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩。
該實施例中使用的頻率測量電路120與第二實施例中使用的相同。
以圖10中所示的第二實施例的相同方式，齒輪5和曲柄軸40用芯件90相互連接，芯件用圓柱形磁致伸縮材料制成。如圖17中所示，轉(zhuǎn)動電路200包括芯件90、線圈91和轉(zhuǎn)動線圈201，其中芯件90用作可變阻抗機構(gòu)并用磁致伸縮材料制成，轉(zhuǎn)動線圈201連接在線圈91上。
固定電路100包括一個設(shè)置在轉(zhuǎn)動線圈201附近的固定線圈101；用于根據(jù)固定線圈101的電感改變振蕩頻率的LC振蕩電路113；用于測量由LC振蕩電路113振蕩的信號的振蕩頻率的頻率測量電路120；一個用于根據(jù)頻率測量電路120的測量結(jié)果控制電動機22的驅(qū)動力的控制器130；以及一個直流電源103。
LC振蕩電路113產(chǎn)生一個正弦波，它根據(jù)固定線圈101的電感的變化而在約4.4千赫至4.7千赫的振蕩頻率內(nèi)變化。在此種狀態(tài)下，固定線圈101的電感由其自感、轉(zhuǎn)動線圈201的電感和線圈91的電感確定。
當開始移動自行車1、加速自行車1或用自行車1爬坡時，一個大的負荷加在主動齒輪5上。該負荷對芯件90施加一個壓縮力，芯件90用磁致伸縮材料制成，并位于曲柄軸40和主動齒輪5之間。這改變芯件90的磁場并改變線圈91的電感。結(jié)果，固定線圈101的電感發(fā)生變化。因此，連接在LC振蕩電路113上的固定線圈101的變化的電感，使LC振蕩電路113的振蕩頻率發(fā)生變化。
由LC振蕩電路113產(chǎn)生的振蕩電壓波形輸入頻率測量電路120。頻率測量電路120對振蕩電壓波形產(chǎn)生的邊緣脈沖周期進行計數(shù)，并將計數(shù)值輸出到控制器130。
控制器130控制電動機22的驅(qū)動力，這種控制以LC振蕩電路113的振蕩頻率和施加到主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩為基礎(chǔ)，該振蕩頻率存儲在內(nèi)裝的存儲器(未示出)中。該驅(qū)動力然后利用傳動機構(gòu)3傳送到后輪17，以補充人力。
在該實施例中，用作固定振蕩機構(gòu)的LC振蕩電路113設(shè)置在固定電路100中，以檢測由于LC振蕩電路113的頻率變化而產(chǎn)生的施加到主動齒輪5上的轉(zhuǎn)矩的變化。因此，不需要對轉(zhuǎn)動電路200供給電力。這簡化了轉(zhuǎn)動電路200的結(jié)構(gòu)。
第五實施例在該實施例中，用磁致伸縮材料制成的圓柱形芯件90用不同于上述實施例的方式支承。芯件90安置在主動齒輪5和曲柄臂61之間的空間內(nèi)。
如圖18和19中所示，聯(lián)接件256固定在主動齒輪5的兩個相鄰的肋52上，從聯(lián)接件256向著曲柄臂61伸出一個接受板258。桿狀聯(lián)接件266插入通過曲柄臂61的孔并由此固定，從聯(lián)接件266沿轉(zhuǎn)動方向面向接受板258伸出一個壓緊片268。
芯件90有一個第二端面93和一個第一端面92，第二端面93與接受板258聯(lián)接并固定于其上，第一端面92與壓緊片268聯(lián)接。線圈91與第二至第四實施例中使用的線圈相同，線圈91纏繞在芯件90的周面上。電路結(jié)構(gòu)與第四實施例中使用的相同。
在該實施例中，芯件90安置在主動齒輪5和曲柄臂61之間的空間內(nèi)。這樣，芯件90受主動齒輪5和曲柄臂61的包圍。因此，騎車人的腳、飛起的沙石之類不會擊中和/或損傷芯件90。
因為壓緊片268聯(lián)接在曲柄臂61上，所以不需要使用如圖10中所示的在第二實施例中使用的支承板166。
在該實施例中，芯件90安置在主動齒輪5和曲柄臂61之間的空間中。但是，轉(zhuǎn)動電路200也可以安置在主動齒輪5和曲柄臂61之間的空間內(nèi)。
其次，在該實施例中，壓緊片268和接受板258以及芯件90的相關(guān)端面92、93彼此直接連接。但是，在壓緊片268和芯件90的第一端面92之間或接受板258和芯件90的第二端面93之間可以安置用橡膠等制成的彈性板。這會得到壓緊片268的壓緊表面和芯件90的第一端面92之間或接受板258的接受表面和芯件90的第二端面93之間的所需平行性。
第六實施例在該實施例中，使用芯件90的另一壓緊方式，芯件90用磁致伸縮材料制成。與第五實施例中使用的部件相同的部件將不再描述。
參照圖20，芯件90安置在杯狀容器97中，該芯件為一磁體，其上繞有線圈91。線圈91被容器97的各壁包圍。芯件90的第一端面92面對容器97的一個開孔。第二端面93面對容器97的底部內(nèi)表面，并因此被該表面覆蓋。
起彈性板作用的橡膠板94安置在芯件90的第二端面93和容器97的底部內(nèi)表面之間。起板部件作用的金屬板附接在第一端面92上，兩者之間安置一橡膠板95，后者起彈性板作用。橡膠板94、95和金屬板96的形狀和尺寸基本上與芯件90的端面92、93的形狀和尺寸相同。
容器97的底部外表面固定在主動齒輪5的聯(lián)接件256上的接受板258上，并這樣設(shè)置，使得金屬板96緊靠壓緊片268的圓形壓緊表面269。
在該結(jié)構(gòu)中，當力施加在曲柄臂61上時，圓形壓緊表面269使壓緊片268在一個單獨的點處對金屬板96施力。這樣，一個均勻的力利用橡膠板95施加在芯件90的整個第一端面92上。這防止了由于芯件90的偏壓緊靠和局部疲勞或損傷而產(chǎn)生的錯誤檢測。
設(shè)置在接受板258和芯件90之間的橡膠板94防止接受板258和芯件90之間的偏置緊靠。芯件90和接納接受板258的容器97用磁體制成。因此，減小了從芯件91的泄漏通量。這提高了檢測靈敏度。
在該實施例中，壓緊片268的壓緊表面269是圓形的。但是，接受板258可以設(shè)置一圓形壓力接受表面而使壓緊片268具有一平的壓緊表面269。在此情況下，容器97的底部外表面固定在主動齒輪5的聯(lián)接件上的壓緊片268上并這樣設(shè)置，使得金屬板96緊靠接受板258的圓形緊靠表面。
在該實施例中，橡膠板94、95用作彈性板。但是，彈性板的材料不限于橡膠。可以代之以使用具有彈性的材料如合成橡膠來作為彈性板。
在該實施例中，金屬板96用作板部件。但是，板部件的材料不限于金屬，只要當腳蹬62轉(zhuǎn)動時板部件不會由于施加在壓緊片268或接受板258上的力而巨大變形和破裂。其次，如板部件是磁性的，那么該板部件和容器97就消除從線圈91來的泄漏通量并改善檢測靈敏度。
第七實施例在該實施例中，使用另一方式安裝轉(zhuǎn)動線圈201和固定線圈101。
如圖21中所示，一個用作支承板的環(huán)形帽48在底部托架15的右側(cè)處聯(lián)接在曲柄軸40上，使一個用作推進機構(gòu)的螺簧78安置在曲柄軸40和環(huán)形帽48之間。環(huán)形帽48可以沿曲柄軸40的軸向移動。其次，環(huán)形帽48利用一個聯(lián)接機構(gòu)如托架(未示出)支承在底部托架15附近，因此即使曲柄軸40轉(zhuǎn)動，環(huán)形帽48也仍然固定在一定的位置上。螺簧78的一端固定在底部托架15上，而其另一端固定在環(huán)形帽48的左表面上，以防止螺簧78隨主動齒輪5轉(zhuǎn)動。因此，螺簧78的推力持續(xù)地向著主動齒輪5推動環(huán)形帽48。
一個軸承套49a和一個具有U形截面的環(huán)狀芯件42同軸地固定在環(huán)形帽48的右表面上。環(huán)狀芯件42具有U形截面，其開口面向主動齒輪5。固定線圈101在該開口內(nèi)沿主動齒輪5的轉(zhuǎn)動方向纏繞。
座架44固定在主動齒輪5的左表面上。座架44包括一個環(huán)狀底部部分47、一個環(huán)形外壁部分45和一個環(huán)形內(nèi)壁部分46，該環(huán)形外壁部分45沿底部部分47的周邊向環(huán)形帽48凸出，該環(huán)形內(nèi)壁部分46在一個從外壁部分45向內(nèi)的位置向環(huán)形帽48凸出。
軸承套49b固定在內(nèi)壁部分46的內(nèi)側(cè)上。多個鋼珠49c保持在兩個軸承套49a、49b之間。軸承套49a、49b和鋼珠49c形成一個止推軸承49，它用作間隔件和滾珠軸承。一個具有U形截面的環(huán)狀芯件43面向環(huán)狀芯件42地固定在底部部分47上，環(huán)狀芯件42固定在環(huán)形帽48上。環(huán)狀芯件43有一個開口，其中轉(zhuǎn)動線圈201沿主動齒輪5的轉(zhuǎn)動方向纏繞。
在該實施例中，內(nèi)部設(shè)有固定線圈101的環(huán)形帽48向轉(zhuǎn)動線圈201持續(xù)地推進。這在固定線圈101和轉(zhuǎn)動線圈201之間保持一恒定距離而不管擺動或振動如何。因此，提高了被測轉(zhuǎn)矩信號的可靠性和測量精度。
在該實施例中，止推軸承49安置在支持固定線圈101的環(huán)形帽48和支持轉(zhuǎn)動線圈201的座架44之間。因此，盡管環(huán)形帽48被螺簧78推向主動齒輪5，但設(shè)置在座架44內(nèi)的轉(zhuǎn)動線圈101仍保持平滑地轉(zhuǎn)動。
其次，即使從底部托架15伸出的曲柄軸40的長度由于在生產(chǎn)期間產(chǎn)生的尺寸差異或由于應用于不同類型的自行車而不同，但線圈彈簧78的膨脹和收縮與止推軸49的存在在固定線圈42和轉(zhuǎn)動線圈43之間保持一恒定距離。因此，不需要對每種自行車類型設(shè)計與線圈42、43有關(guān)的結(jié)構(gòu)，以在線圈42、43之間保持恒定的距離。其次，不需要完成麻煩的過程如精細調(diào)整線圈42、43之間的距離。
此外，該實施例防止泥沙和灰塵滲入座架44。
在該實施例中，螺簧78用作推動機構(gòu)。但是，也可以使用片簧、橡膠之類作為推動機構(gòu)。
在該實施例中，使用止推軸承49作為間隔件和滾珠軸承。但是，如圖22中所示，也可以代之而使用徑向軸承149。在這種情況下，軸承套149a固定在環(huán)形帽48上，軸承套149b固定在座架44的內(nèi)壁部分46的內(nèi)側(cè)上，而鋼珠149c以止推軸承49的相同方式保持在兩個軸承套149a和149b之間。
在該實施例中，軸承套49b和環(huán)狀芯件43可以與主動齒輪5直接聯(lián)接。
在第一至第七實施例中，本發(fā)明應用于一輛兩輪自行車，其主動輪為后輪17。但是，本發(fā)明也可應用于一輛用前輪作為主動輪的自行車或其它類型的人力車輛。
在第一至第七實施例中，檢測了沿主動齒輪5和曲柄軸40的轉(zhuǎn)動方向施加的轉(zhuǎn)矩。但是，也可以檢測沿從動齒輪73和軸72的轉(zhuǎn)動方向施加的轉(zhuǎn)矩。
在第一至第七實施例中，后輪17為主動輪，它由人力產(chǎn)生的驅(qū)動力和由一輔助動力設(shè)備產(chǎn)生的驅(qū)動力驅(qū)動。但是，由人力產(chǎn)生的驅(qū)動力和由一輔助動力設(shè)備產(chǎn)生的驅(qū)動力可以供給到兩個不同的輪子上。例如，在一輛兩輪自行車中，后輪可以是人力驅(qū)動輪而前輪可以是動力設(shè)備驅(qū)動輪。
權(quán)利要求書按照條約第19條的修改1．一種裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，該輔助動力設(shè)備有一動力源，用于補充人力車輛的驅(qū)動，其中該裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛的特征在于一個人力車輛的主體；一個由該主體支承并由人力驅(qū)動的轉(zhuǎn)動體；一個與該轉(zhuǎn)動體同軸地安置的轉(zhuǎn)動線圈；一個電氣連接到該轉(zhuǎn)動線圈上的可變阻抗機構(gòu)，其阻抗根據(jù)加到轉(zhuǎn)動體上的負荷而變化；一個這樣固定到主體上的固定線圈，使得該固定線圈與轉(zhuǎn)動線圈同心并與轉(zhuǎn)動線圈間隔一預定距離，并且與轉(zhuǎn)動線圈存在電磁耦合；一個與固定線圈連接的檢測機構(gòu)，檢測根據(jù)通過可變阻抗機構(gòu)改變的阻抗而由轉(zhuǎn)動線圈產(chǎn)生的固定線圈的電流或電壓中的變化；以及一個控制機構(gòu)，用于根據(jù)檢測機構(gòu)的輸出值來控制電源。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于一個可沿轉(zhuǎn)動體的軸向移動并安置在該主體上的支承板；設(shè)置在該支承板上的固定線圈；一個設(shè)置在該支承板和轉(zhuǎn)動體之間的間隔件，用以保持兩個線圈之間的距離；以及一個推動機構(gòu)，用于影響該支承板，使該間隔件保持距離。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于該間隔件包括一個滾珠軸承，該軸承有一對軸承套和多個置于套內(nèi)的鋼珠。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于該輔助動力設(shè)備還包括一個電源電路，用于以周期方式向固定線圈供給電力；以及以周期方式向固定線圈供給電力而在轉(zhuǎn)動線圈中產(chǎn)生感應電動勢。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于
該轉(zhuǎn)動體包括一個由主體樞軸式支承的第一轉(zhuǎn)動體，和一個與第一轉(zhuǎn)動體配合轉(zhuǎn)動的第二轉(zhuǎn)動體；由人力產(chǎn)生的驅(qū)動力被傳送給第一轉(zhuǎn)動體或第二轉(zhuǎn)動體中的任一個，而第一轉(zhuǎn)動體或第二轉(zhuǎn)動體中的另一個連接到一個人力驅(qū)動輪上。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于第一轉(zhuǎn)動體包括一個曲柄軸、一個具有固定在曲柄軸上的底端的曲柄臂和一個遠端，在遠端上設(shè)置一個腳蹬，以使曲柄臂與曲柄軸整體轉(zhuǎn)動；以及第二轉(zhuǎn)動體包括一個主動齒輪，該主動齒輪可以轉(zhuǎn)動地聯(lián)接在曲柄軸的周邊上并連接在一個人力驅(qū)動輪上。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，曲柄軸和主動齒輪由一彈性體連接，以便彼此整體轉(zhuǎn)動，其中腳蹬的轉(zhuǎn)動利用該彈性體傳送給主動齒輪，而且其中作用在主動輪上的負荷使曲柄軸和主動齒輪之間的位置關(guān)系沿克服彈性體彈性的轉(zhuǎn)動方向發(fā)生相對位移。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，可變阻抗機構(gòu)包括一個部件，用于根據(jù)曲柄軸和主動齒輪之間的相對位移量來改變阻抗。
9．根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于該可變阻抗機構(gòu)包括一個用磁致伸縮材料制成的芯件和一個安置在該芯件的一部分外表面上的線圈，其中該芯件的外表面的其余部分支承在第一轉(zhuǎn)動體和第二轉(zhuǎn)動體之間；以及該線圈的阻抗由于對應于作用在第一轉(zhuǎn)動體或第二轉(zhuǎn)動體上的負荷的芯件形變而變化。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于第一轉(zhuǎn)動體包括一個曲柄軸、一個固定在曲柄軸的底端上的曲柄臂和一個遠端，在遠端上設(shè)置一個腳蹬，以使曲柄臂與曲柄軸整體轉(zhuǎn)動；以及第二轉(zhuǎn)動體包括一個主動齒輪，該主動齒輪可以轉(zhuǎn)動地聯(lián)接在曲柄軸的周邊上并連接在一個人力驅(qū)動輪上。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于曲柄臂包括一個向主動齒輪伸出的壓緊片，而主動齒輪包括一個沿轉(zhuǎn)動方向面向壓緊片的接受片；以及該芯片安置在壓緊片和接受片之間。
12．根據(jù)權(quán)利要求9或11所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，一個容器至少包圍芯件和線圈組合中的線圈，而該容器用磁體制成。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于該芯件為圓柱形，并有互相對置的第一和第二端面及一個周面；以及該容器為杯形，并有一個包圍線圈的周壁、一個面對第一端面的開口和一個包圍芯件第二端面的底部部分。
14．根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，壓緊片的一個壓緊表面或接受片的一個接受表面用一彈性板連接在芯件上。
15．根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，或者是壓緊片的一個壓緊表面或者是接受片的一個接受表面被制成圓形，而一個板部件安置在該圓形表面和芯件之間。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，該板部件包括一個磁體。
17．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，該檢測機構(gòu)測量流過固定線圈的電流或電壓強度。
18．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其中該輔助動力設(shè)備包括一個振蕩機構(gòu)，該振蕩機構(gòu)根據(jù)可變阻抗機構(gòu)改變的阻抗而改變振蕩頻率。
19．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，該振蕩機構(gòu)連接在固定線圈或轉(zhuǎn)動線圈上。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于該輔助動力設(shè)備還包括一個電源電路，用于以周期方式向固定線圈供給電力；向固定線圈供給的周期性電力在轉(zhuǎn)動線圈中產(chǎn)生感應電動勢；該輔助動力設(shè)備利用由轉(zhuǎn)動線圈產(chǎn)生的感應電動勢作為電力源而進行操作。
21．根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，該振蕩機構(gòu)連接在轉(zhuǎn)動線圈上，而且由振蕩機構(gòu)通過轉(zhuǎn)動線圈供給到固定線圈上的信號頻率不同于由電源電路通過固定線圈供應到轉(zhuǎn)動線圈上的電源頻率。
22．根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，由振蕩機構(gòu)通過轉(zhuǎn)動線圈供給到固定線圈上的信號計時不同于由電源電路通過固定線圈供應到轉(zhuǎn)動線圈上的電源電力計時。
權(quán)利要求
1．一種裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，該輔助動力設(shè)備有一動力源，用于補充人力車輛的驅(qū)動，其中該裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛的特征在于一個人力車輛的主體；一個由該主體支承并由人力驅(qū)動的轉(zhuǎn)動體；一個與該轉(zhuǎn)動體同軸地安置的轉(zhuǎn)動線圈；一個電氣連接到該轉(zhuǎn)動線圈上的可變阻抗機構(gòu)，其阻抗根據(jù)加到轉(zhuǎn)動體上的負荷而變化；一個這樣固定到主體上的固定線圈，使得該固定線圈與轉(zhuǎn)動線圈同心并與轉(zhuǎn)動線圈間隔一預定距離，并且與轉(zhuǎn)動線圈存在電磁耦合；一個與固定線圈連接的檢測機構(gòu)，它根據(jù)通過可變阻抗機構(gòu)改變的阻抗檢測由轉(zhuǎn)動線圈產(chǎn)生的固定線圈的電流或電壓中的變化；以及一個控制機構(gòu)，用于根據(jù)檢測機構(gòu)的輸出值來控制電源。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于一個可沿轉(zhuǎn)動體的軸向移動并安置在該主體上的支承板；設(shè)置在該支承板上的固定線圈；一個設(shè)置在該支承板和轉(zhuǎn)動體之間的間隔件，用以保持兩個線圈之間的距離；以及一個推動機構(gòu)，用于影響該支承板，使該間隔件保持距離。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于該間隔件包括一個滾珠軸承，該軸承有一對軸承套和多個置于套內(nèi)的鋼珠。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于該輔助動力設(shè)備還包括一個電源電路，用于以周期方式向固定線圈供給電力；以及以周期方式向固定線圈供給電力而在轉(zhuǎn)動線圈中產(chǎn)生感應電動勢。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于該轉(zhuǎn)動體包括一個由主體樞軸式支承的曲柄軸和一個可以轉(zhuǎn)動地聯(lián)接在曲柄軸周邊上的主動齒輪；以及一個曲柄臂具有一個固定在曲柄軸上的底端和一個遠端，遠端上裝有一個腳蹬，用于使曲柄臂與曲柄軸整體轉(zhuǎn)動，其中該主動齒輪連接在人力驅(qū)動輪上。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，曲柄軸和主動齒輪由一個彈性體連接，以便彼此整體地轉(zhuǎn)動，其中腳蹬的轉(zhuǎn)動利用彈性體傳送給主動齒輪，而且其中作用在主動齒輪上的負荷使曲柄軸和主動齒輪之間的位置關(guān)系沿克服彈性體彈性的轉(zhuǎn)動方向發(fā)生相對位移。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，該可變阻抗機構(gòu)包括一個部件，用于根據(jù)曲柄軸和主動齒輪之間的相對位移量來改變阻抗。
8．根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于該可變阻抗機構(gòu)包括一個用磁致伸縮材料制成的芯件和一個安置在該芯件的一部分外表面上的線圈，其中該芯件的外表面的其余部分支承在曲柄軸和主動齒輪之間；以及該線圈的阻抗由于對應于作用在主動齒輪上的負荷的芯件形變而變化。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于曲柄臂包括一個向主動齒輪伸出的壓緊片，而主動齒輪包括一個沿轉(zhuǎn)動方向面向壓緊片的接受片；以及該芯件安置在壓緊片和接受片之間。
10．根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，一個容器至少包圍芯件和線圈組合中的線圈，而該容器用磁體制成。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于該芯件為圓柱形，并有互相對置的第一和第二端面及一個周面；以及該容器為杯形，并有一個包圍線圈的周壁、一個面對第一端面的開口和一個包圍芯件第二端面的底部部分。
12．根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，壓緊片的一個壓緊表面或接受片的一個接受表面用一彈性板連接在芯件上。
13．根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，或者是壓緊片的一個壓緊表面或者是接受片的一個接受表面被制成圓形，而一個板部件安置在該圓形表面和芯件之間。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，該板部件包括一個磁體。
15．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，該檢測機構(gòu)測量流過固定線圈的電流或電壓強度。
16．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其中該輔助動力設(shè)備包括一個振蕩機構(gòu)，該振蕩機構(gòu)根據(jù)可變阻抗機構(gòu)改變的阻抗而改變振蕩頻率。
17．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，該振蕩機構(gòu)連接在固定線圈或轉(zhuǎn)動線圈上。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝有輔助動力設(shè)備的人力車輛，其特征在于，該輔助動力設(shè)備利用感應電動勢來操作，該感應電動勢是用轉(zhuǎn)動線圈作為電力源而產(chǎn)生的。
全文摘要
一種具有輔助動力裝置的人力操作的行駛車輛,它能檢測以非接觸方式施加在轉(zhuǎn)動曲柄軸(40)上的轉(zhuǎn)矩。在主體(15)上支承一個人力操作的主動輪(5)。主動輪(5)上同軸設(shè)置一個轉(zhuǎn)動線圈(201)。可變阻抗裝置(202)電氣連接在轉(zhuǎn)動線圈(201)上,使得阻抗隨加在主動輪(5)上的負荷而變化。固定線圈(101)固定在主體(15)上,與轉(zhuǎn)動線圈(201)同軸并隔開,兩者之間有一預定間隔,固定線圈(101)電磁連接在轉(zhuǎn)動線圈(201)上。檢測電路(109)連接在固定線圈(101)上,以根據(jù)可變阻抗裝置(202)中的阻抗變化檢測從轉(zhuǎn)動線圈(201)加到固定線圈(101)上的電流或電壓的變化。控制裝置(130)根據(jù)從檢測電路(109)發(fā)出的輸出值而控制輔助動力裝置的動力源。
文檔編號G01L3/14GK1223719SQ97195796
公開日1999年7月21日 申請日期1997年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月25日
發(fā)明者角谷和重, 青木英明, 河上日出生, 富仁夫 申請人:三洋電機株式會社