CN1137996A - 电动自行车 - Google Patents
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Abstract
由脚踏产生的主驱动力和辅助驱动力驱动的电动自行车,包括:用于产生辅助驱动力的马达,用于向马达提供电力的电池,用于检测电动自行车行驶加速度的加速度传感器,以及用于控制提供给马达的电力以使马达根据如此测得的行驶加速度输出辅助驱动力的控制装置。
Description
本发明涉及一种电动自行车并特别涉及一种带有马达的电动自行车,该马达用作辅助驱动力以辅助脚踏。
传统的电动自行车包括这样一种自行车,它由用于检测脚踏所产生的主驱动力的脚踏传感器和用于测定基于由电池供给马达的电池电流的马达转矩的电池电流传感器组成,其中由马达产生辅助驱动力并基于传感器的输出对其进行控制(见,例如,日本未审查专利公开No.HEI4(1992)-100790);传统的电动自行车还包括具有仅在主驱动超出预定值时才输出辅助驱动力的马达的自行车(见,例如,日本未审查专利公开No.HEI5(1993)-246378)。
不过,这些传统电动自行车存在这样一个问题,即在用主驱动力行驶时,不容易很好地对马达进行定时控制以提供辅助驱动力。
本发明鉴于以上情况作出,并提供了具有根据电动自行车的行驶加速度来产生所需辅助驱动力的马达,以便和主驱动力一起正确地辅助行驶中的电动自行车。
本发明提供了由脚踏产生的主驱动力和另一辅助驱动力驱动的电动自行车,它包括以下部件:用于产生辅助驱动力的马达、用于向马达提供电力的电池、用于检测电动自行车行驶加速度的加速度传感器、以及用于控制供给马达的电力以使马达根据由此测得的行驶加速度来输出辅助驱动力的控制装置。马达根据自行车的加速度来辅出辅助驱动力,这样在加速时便降低了所需的主驱动力以利于驱动。
图1为根据本发明一个实施例的电动自行车的侧视图;
图2为图1所示电动自行车的驱动系统结构的示意图;
图3为该实施例中的控制电路;
图4为说明该实施例操作的流程图;
图5为说明该实施例操作的时间图。
如在传统的自行车中所见,本发明中所指的主驱动力是通过骑车人踩踏板而传递到驱动轮上的力,而且将主驱动力由踏板传递至驱动轮的机械传输系统可以是传统自行车中任何一种公知的装置。
辅助驱动力是由马达提供给驱动轮的驱动力。
最好是,自行车还包括用于检测主驱动力的脚踏传感器和当脚踏传感器未测到主驱动力时使马达停止输出辅助驱动力的终止装置。这是由于以下理由,即当自行车在无主驱动力下自然加速时,例如,在向下的斜坡上时,希望停止提供辅助驱动力以便安全行驶。
在此情况下,脚踏传感器可包含用于产生机械应变或变形的元件和用于将应变或变形转换为电信号的传感器的组合。该元件置于主驱动力的机械传输系统中以产生主驱动力所引起的机械应变或变形。传感器可以是,例如,应变仪、电位计或差动变压器。
为了将辅助驱动力从马达传递到自行车的驱动轮,采用了将马达的输出通过多级齿轮、传动带或链条传递到驱动轮旋转轴的装置,在由齿轮降低了马达输出轴转速后将马达的输出传递到驱动轮的轮胎或轮缘的装置,以及类似装置。
最好将马达和驱动轮通过单向离合器连接在一起,以防止在驱动轮转速高于马达所给转速时,阻尼力由马达传送到驱动轮上。
马达可以是,例如,无电刷马达或整流式马达,其中为了控制上的方便而优选DC整流式马达。电池可以是,例如,锰电池这样的干电池,汞电池或碱-锰电池,或如铝蓄电池、碱蓄电池、氧化银-锌蓄电池、氧化银-镉蓄电池或镍-镉电池这样的充电电池。
电池能够可拆卸地置于驱动轮上方的外壳内或可拆卸地置于构成自行车车身骨架的圆形管内。
行使加速度传感器可以是压电的加速度传感器(由,例如,日本的YAMCO公司制造,201型)、伺服加速度计(日本TOKIMEC INC公司制造,TA25型)和线性加速度计(日本TOKYO AIR CRAFT INSTRUMENT公司制造,4311型)。另外,行驶加速度传感器可以是速度传感器与用于将速度传感器的输出进行微分以给出加速度的电路的组合。
控制装置可以包括用于从电池向马达提供电力的开关元件(例如,开关晶体管和半导体开关元件)及根据行驶加速度控制开关元件工作系数的工作控制电路。
这种情况中,工作控制电路通过输出具有预定频率,例如,大约100至1000赫兹或1至10毫秒的脉冲信号来打开和关闭开关元件以改变工作系数,从而将马达置于脉宽调制(PWM)控制之下。需注意开关元件的工作系数为该开关元件在预定频率下被打开和关闭时,“开”的时间相对于预定频率的比率。
速度传感器是一种检测电动自行车行驶速度的传感器。该速度传感器的例子为旋转编码器和用于测定驱动轮转速的转速表传感器。
控制装置对供给马达的电力进行控制,以使马达根据测得的行驶加速度来输出辅助驱动力。这样,在需要提高驱动力的加速时,便输出辅助驱动力,从而以较少的脚踏作用来促进电动自行车的加速。
下面通过示于附图中的本发明的实施例来详细说明本发明。本发明并不限于此实施例。
图1是根据本发明一个实施例的电动自行车的侧视图。图2是该电动自行车驱动系统结构的示意图。
在这些图中,电动自行车的车身1具有通过脚踏装置9和马达装置12得以驱动的驱动轮2,以及用于确定行驶方向的前轮3。车身1具有包括座位管4、上部管5和下部管6的构架,而且车座7固定于座位管4的上端。在上部管5和下部管6的会合处的上而提供了确定前轮3方向的把手8。
驱动驱动轮2的脚踏装置9象传统自行车一样装有踏板10,以使骑车人用脚踩并转动踏板10以将驱动力(也称脚踏力)传至链条11并随后通过链轮11a和单向离合器11b传至驱动轮2,从而使驱动轮2转动。
单向离合器11b是这样的,即当驱动轮2具有比用以传给驱动轮2的脚踏力的转速还高的转速时,该单向离合器11b防止驱动力由驱动轮2至链条11的逆传递。
通过置于驱动轮2上方的充电电池13给与脚踏装置9一起驱动驱动轮2的马达装置12供电,而且马达装置12将电力由电池13传送给装在驱动轮2的轴毂之上的马达14。
在马达装置12中,马达14的输出通过包括齿轮和传送带在内的减速器装置得以降低,并通过单向离合器14b和速度传感器14c传送至驱动轮2。单向离合器14b是这样的,即当驱动轮2具有比用以传给驱动轮2的马达14的转速还高的转速时,单向离合器14b防止驱动力由驱动轮2至马达14的逆传递。
置于驱动轮2转动轴上的速度传感器14c是输出脉冲的转动编码器,这些脉冲具有与驱动轮2的转速成比例的频率。
现在翻到图3,将详细说明电动自行车的控制电路。
电池13输出的电压通过开关元件21和电源开关19施加给马达14。如图3中所示,续流二极管20与马达14并联布置并与之相连。
参考数字17表示包括CPU、ROM和RAM的微机,其一旦接收到速度传感器14c的输出信号即执行信号处理并向脉冲发生器18发送一个工作控制信号。
脉冲发生器18,一旦收到来自微机17的工作控制信号,即控制开关元件21的工作系数。
在此实施例中,使用永磁型DC整流式马达(最大输出:300W)作为马达14并使用24V和5Ah的镍-镉电池作为电池13。
微机17以244赫兹的频率打开和关闭开关元件21,来将马达14置于PWM控制下。
电动自行车的这样一种结构允许骑车人踩踏板10产生的脚踏力通过链条11传至驱动轮2。
如图4的流程图所示,微机17从速度传感器14c的输出信号测出速度V(步骤S1),将速度V进行微分以给出加速度α(步骤S2和S3),根据预先建立的函数或表来确定工作系数η,它随加速度α升高而变大(步骤S4),以及按如此获得的工作系数驱动开关元件21(步骤S5)。
图5为说明用于以上控制的速度V、加速度α和工作系数η随时间变化的时间图。随着骑车人对脚踏10的蹬踏,速度V开始增加以获得加速度α1。在根据加速度α1确定的工作系数η1下,电力由电池13供给马达14,从而给予自行车辅助动力(时间T1)。
如果骑车人为了进一步加速而对踏板10作出更强的踩踏(时间T2)以获得加速度α2,辅助驱动力按基于加速度α2而确定的工作系数η2传递给电动自行车。需注意在α<0的减速时间T3中,不输出辅助驱动力。
这样,为了利于驱动,辅助驱动力根据加速度而给出,从而在电动自行车加速时降低了所需的主驱动力。
根据本发明,为了利于驱动,马达按照电动自行车的加速度来输出辅助驱动力,从而降低了电动自行车加速时所需的脚踏力。
如此描述本发明后,明显可见同样的方法可在许多方面进行变化。不认为这样的变化背离发明的内容和范围,而且意图将所有对于本技术领域中的熟练人员来说明显的修改都包括在以下权利要求的范围内。
Claims (10)
1.由脚踏所产生的主驱动力和另一辅助驱动力驱动的电动自行车,包括:
产生该辅助驱动力的马达,
向马达提供电力的电池,
用于检测电动自行车行驶加速度的加速度传感器,以及
用于控制提供给马达的电力以使马达根据如此测得的行驶加速度来输出辅助驱动力的控制装置。
2.根据权利要求1的电动自行车,其中控制装置包括用于向马达提供电池电力的开关元件和用于根据行驶加速度控制开关元件工作系数的工作控制电路,工作控制电路提供随行驶加速度升高而增加的工作系数。
3.根据权利要求1的电动自行车,其中加速度传感器包含速度传感器和用于将速度传感器输出进行微分以获得加速度的电路的组合。
4.根据权利要求2的电动自行车,其中为了将马达置于PWM控制之下,工作控制电路通过输出具有预定频率的脉冲信号来打开和关闭开关元件以改变其工作系数。
5.根据权利要求3的电动自行车,其中速度传感器包括旋转编码器。
6.根据权利要求1的电动自行车,还包含用于检测主驱动力的脚踏传感器和在脚踏传感器未测出主驱动力时使马达停止输出的终止装置。
7.根据权利要求6的电动自行车,还包含一个踏板、一个驱动轮和用于将主驱动力由踏板传递至驱动轮的机械传输系统,脚踏传感器包含检测一部分机械传输系统应变的传感器,以便把应变转换为电信号。
8.根据权利要求1的电动自行车,还包含由马达驱动的驱动轮和单向离合器,该马达和该驱动轮通过单向离合器连接在一起,以便防止驱动轮转速高于马达给出转速时,阻尼力由马达向驱动轮的传送。
9.根据权利要求2的电动自行车,其中工作控制电路包括根据预先建立的函数来确定工作系数的电路,这样工作系数就随行驶加速度的增加而升高。
10.根据权利要求4的电动自行车,其中预定频率为100至1000赫兹范围内的恒定频率。
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Legal Events
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |