CN1234565C - 电动车 - Google Patents

Abstract

一种电动车，具有人力驱动系统和马达驱动系统，人力驱动系统用以通过变速器将人力驱动力加在轮上使之旋转，马达驱动系统用以将马达驱动力直接加在轮上。人力驱动系统内设有转矩探测器，用以探测人力驱动力以便根据由转矩探测器得的人力驱动力值驱动马达。因而不必再用特别耐用的变速器而可采用普通的自行车变速器，从而取得简化结构的效果。

Description

电动车

本发明涉及装有人力驱动部分和马达驱动部分的电动车，可用马达驱动力对人力驱动力作助推行驶。

在以往的这类电动车中，人力驱动部分和马达驱动部分是彼此并列设置的，对马达驱动部分的输出控制是对应于人力驱动力的改变进行的如日本未经审查的专利申请33070/1995(B62M 23/02)所示。这种电动车装有变连器，其高速级用于较小的马达和人力输出比，其低速级用于与高速级相比较大的马达和人力输出比。

但，采用以上结构，人力驱动系统的作用力和马达驱动系统的作用力的合力是通过驱动轴、单向离合器和变速器传递到轮上的，作用其上的负荷与一般自行车相比，也就是与只有人力驱动系统的自行车相比较大，因此必须加强这些部件以提高其耐用性。

此外，必须对后轮轴设变速器和在曲轴上设马达，这就使驱动部分的结构变得很复杂，而且组装也很困难，制动机构的设置使结构变得很大。

而且，必须探测变速器的变速级以便通过控制器对人力驱动力校正马达驱动系统的输出，因而使控制器的组成也较复杂。

鉴于以下缺点，本发明的目的是提供一种电动车，其结构简单而紧凑，其组装方便，其变速器的负荷较低，控制也较简单。

本发明的电动车具有人车驱动系统，用以使人力驱动力通过变速器加在轮子上使之旋转，还具有马达驱动系统，用以使马达驱动力直接转动轮子，其中，马达是根据用转矩探测器测得的人力驱动力值进行驱动的。转矩探测器装在变速器和轮子之间，用以探测转矩。

此外，马达的输出可根据来自速度传感器的信号调变。

轮毂由装在轮子上的旋转壳体和装在车体上的固定壳体构成，马达是通过装在固定壳体上的探测器进行驱动的。装在旋转壳体内的弹性件位于变速器和轮子之间，速度传感器装在轮毂内，用以探测轮子的转速。

弹性件的伸缩可转换成轴向移动而使磁性件或导电件移动，并使绕组的电感量变动，从而测得运动量，也就是人力转矩。

此外，本发明的结构使变速器和减速机构依次从轴体向外设置，使制动机构与变速器在轴上作并列设置，并将制动机构用壳体罩住而靠近壳体设置。

本发明电动车的结构使变速器、转矩探测器和传动机构依次从轴体向外周设置，使变速器与轴体同心设置，并使传动机构和马达在壳体的空间内偏离轴体设置。

此外，用以控制马达驱动力的控制板在壳体内与传动机构错开设置。

图1为本发明电动车实施例中动力系统的图解；

图2为实施例中驱动部分的侧剖面图；

图3为驱动部分的平面结构图；

图4为实施例中转矩探测器操作简图；

图5为实施例中马达驱动力和人力驱动力之比与行驶速度之间的关系曲线图；

图6为实施例的总结构图。

现对图1-6所示本发明电动车的实施例说明如下。

首先，对图6所示电动自行车的整体结构进行说明。

主车架1使前部管件2与车座3下面的管件4连接，主车架1装在车座管件4与脚蹬5相接的部分上，用人力可使脚蹬转动。

前轮6是与把手7联动的，前轮的行驶方向取决于对把手7的操纵，前轮6具有辐条8、轮圈9和轮胎10。

后轮11为驱动轮，后轮11也具有轮胎12、轮圈13、辐条14和用以驱动后轮11的驱动部分15。

前链轮16随脚蹬5转动，链子17绕在前链轮16上而将前链轮16的转动传递给后链轮27(图2)，后链轮装在作为动力的驱动部分15的轴上。

电池18是电动车马达49的动力源，电池为一24伏的镍镉电池。电池18可取下而在室内充电。

图中示有前车筐19和用以在停车时支撑自行车的支撑20。

驱动部分15的具体结构示于图2和3。

盘形固定壳体21在主车架1上作固定安装；旋转壳体22在固定壳体21外面与之同轴旋转。固定壳体21和旋转壳体22组成一轮毂。在旋转壳体22的外缘形成两个环形肋24，辐条14从环形肋24延伸到轮圈13(图6)，车胎12装在轮圈上。

毂轴内含式变速器25(如“Kabushiki Kaisha shimano”生产的SG-3531型变速器)通过棘轮26与后链轮27连接。也就是来自链17的人力只在一个方向上通过棘轮26起作用，在相反的旋转方向上施加作用力时驱动力就失效。变速器25装在筒体33内，在筒体33一端的整个周边上形成一凸缘28。在变速器25内，变速杆30在轴29的中空部分内作可滑动的外伸状插装，左右移动变速杆30可使变速器25内的齿轮(未示出)转换。推压器31用以推压变速杆30而压靠在变速杆30上，用以操纵携压器31的操纵器(未示出)装在把手7近处而用金属丝32与之连接。通过操纵器牵位金属丝32可使推压器31移动，也就使变速杆30移动，从而转换变速级。

管状套筒34与变速器25的筒体33作压入配合而围在筒体33的外周，套筒34通过螺栓固定在凸缘28上。

旋转板35装在变速器25的外周而与套筒34和凸缘28作整体旋转。现对旋转板35参照图4所示操作简图说明如下。

旋转板35具有大于变速器25筒体33的外周直径而与变速器25同心的圆形外形，在旋转板上推杆36和转换杆37在相对的两个位置上与板连成一体而作轴向延伸。推杆36成柱状而具有压在弹性件，也就是压在弹簧38上的寺庙钟形表面。这样，旋转35在使弹簧38伸缩的情况下在变速器25的外缘上以筒体33的外缘为导向体与变速器25作同心旋转。转换杆37也是朝向轴29延伸的长方形构件，具有斜度而使其沿旋转方向的前部较短。

弹簧38的一端受推于推杆36，其另一端可与旋转壳体22的一部分接触，从而在使人力驱动力传递到旋转板35，再传递到推杆36时，弹簧38就伸缩而转动旋转壳体22。因此，旋转板35在旋转中随着伸缩弹簧38的伸缩程度与旋转壳体22之间产生少量的应变。这样，旋转板35随着人力所产生的应变在变速器25的周缘上转动。因此，转换杆37随着旋转板35的少量转动也作相应转动，从而使凸体部分40与转换杆37前部的倾斜部分39相接触，并受推而朝向轴29移动。凸体部分40上装有磁性件，也就是装有环形铁氧体41，致使凸体部分40移动，铁氧体41也随之移动。铁氧体41的前端设有C形环42和弹簧43，用以将铁氧体41推向旋转板35。因此，铁氧体41可通过旋转壳体22和旋转板35之间的应变量朝向轴29移动。

磁性探测件，也就是绕组44，在固定壳体21上靠近铁氧体41设置，可将由于铁氧体41的靠近所产生的电感量变化转化成电信号。利用信号输出可测出人力转矩。

图4所示这些构件总起来称作转矩探测器45。转换杆37、凸体部分40、磁性件41和磁性探测件44在这里总起来也就称作探测器，可用以探测弹性件的伸缩程度。转换杆37和凸体部分40总起来称作转换件，用以将弹性件38在旋转方向上的伸缩转化成轴29方向的移动。

尽管在上述结构中铁氧体用作磁性件，但此环可采用导电材料如铝。同样，尽管将弹簧用作弹性件，此弹性件可采用橡胶一类材料，探测器可由一能测出橡胶伸缩度的刻度盘构成。此外，将压敏橡胶用作弹性件，就可将伸缩压力作为电信号测出。

内齿轮46用螺钉旋装在旋转壳体22上，对于内齿轮46可用加强塑料如聚醛树脂构成其内齿部分。为加强内齿轮46可用金属壳体围住其外周而构成其外部。

轴管47与内齿轮46作整体模制，轴承48装在轴管47和套筒34之间以便轴管在旋转板35转动时作平稳旋转。

马达49装在固定壳体21内，马达49的外轴50上装有皮带51，皮带51与第一皮带轮52接合。第一皮带轮52通过轴承53在固定壳体21上作旋转安装。第2皮带轮56通过单向离合器54和轴承55与第一皮带轮52作同轴安装，从而将来自第一皮带轮52的动力仅作单向传递。第二皮带轮56与齿轮57连成一体，从而使齿轮57与内齿轮46啮合而通过马达49的驱动力转动旋转壳体22。单向离合器54用以使马达49和人力的驱动力不受外来影响，也就是使马达49和后轮11在用手推动自行车时并不会转动，以致通过动力制动，对使用人是不可能加上另外的负荷的。这些减速机构在旋转板34外周和固定壳体21外周之间很宽的空间内作拱形安装。

制动件58与变速器25作同轴并列安装而与筒体33一起转动，制动件58在与固定壳体21模制成一体的制动匣59内与后轮11一起旋转，而装在制动匣59内的制动块60可通过装在把手7上的制动杆(未示出)张开而紧压在制动件58上，从而对后轮11的转动进行制动。这些用以制动的结构称作制动机构。

在旋转壳体22上装有与壳体22一起旋转的磁铁(未示出)，而在固定壳体21上装有舌簧接点(未示出)，用以探测磁铁。从舌簧接点上的输入信号数可得出后轮11的转数，也就是需探测的行驶速度。

使张力轮61推压皮带可调整连接马达49和第一皮带轮52的皮带51的紧度，张力轮61具有辊子62和基座63，通过用以固定基座63一端的长孔64可调整压在皮带51上的作用力。

用以控制马达49旋转的控制板68装在固定壳体21上，控制板68和减速机构67离轴29大体上具有相同的距离，控制板装在减速机构67空出的空间内。控制板68上装有用以通过对脉冲宽度的调制来控制马达49的驱动电路、用以向微计算机输入起动电压的恒压电路以及用以按转矩探测器45的输出信号控制马达49转速的转矩探测电路和微计算机。

现对图1所示具有以上结构的动力系统图说明如下。

就人力驱动系统来说，来自脚蹬5的人力通过链17的传递到后棘轮27，经变速器25变速而通过旋转板35和弹簧38转动后轮11。就马达驱动系统来说，弹簧38的伸缩量，也就是旋转板35的行程通过转换件37转化成轴29方向的移动，从而使铁氧体41随之移动。铁氧体41的移动转化成绕组44电感量的变化，这一变化作为电信号输入控制器65。控制器65装在固定壳体21内。来自绕组44的信号和来自速度传感器的行驶速度信号输入控制器65，控制器由此向马达49输出驱动信号使之旋转。马达49的输出经第一皮带轮52和第二皮带轮56这类减速机构67减速而转动后轮11。后棘轮27、减速机构69、后轮11、转换件37和铁氧体41装在旋转壳体22上，而控制器65、绕组44、速度传感器66、马达49和减速机构67则装在固定壳体21内。

现按图5对控制器65的操作说明如下。

图5在横坐标上示出行驶速度而在纵坐标上示出助推比，也就是马达驱动力与人力驱动力之比。如图所示，马达49输出与人力驱动力相同的驱动力直至达到一预定的速度H，以致在比整段时间内助推比是1∶1。控制器使助推比在超过速度H时逐渐下降而使行驶速度不致过高。最后，电力驱动力变为零，在这之后的速度下，行驶仅由人力来完成。

电动车的特征是：电动车具有一人力驱动系统，用以使人力驱动力通过一变速器加在轮子上使之转动，它具有一马达驱动系统，用以使马达的驱动力直接转动轮子；人力驱动系统具有用以探测人力驱动力的转矩探测器以便由转矩探测器测得的人力驱动力来驱动马达，致使不必采用一种特别耐用的变速器而可采用一种普通的自行车变速器，从而取得结构简单的效果。

转矩探测器装在变速器和轮子之间，用以探测由人力驱动力经变速器后变换成的转矩，马达驱动力是根据测得的值给出的，以致不必通过变速级改变马达驱动力和人力驱动力之比，也不必探测变速级，从而取得用简单的控制器准确地对人力进行助推的效果。

电动车的特征是：具有用以探测轮子转速的速度传感器，由转矩探测器向马达输出的信号是按来自速度传感器的信号调变的，致使马达驱动力不必根据变速级和速度之间的关系来计算而可通过人力驱动力和行驶速度来计算，从而取得控制十分简单的效果。

人力驱动系统和马达驱动系统彼此并列设置，轮毂具有装在轮子上的旋转壳体和装在车体上的固定壳体；旋转壳体内装有人力系统的输入部分、变速器和根据人力转矩作伸缩的弹性件；固定壳体内装有用以探测弹性件伸缩的探测器和用以转动旋转体的马达以便根据探测器的输出信号驱动马达，致使马达的输出不是通过变速器传递的，因此不必采用较通用变速器更为耐用的变速器而只须采用普通的自行车变速器。此外，探测器和马达装在具有固定和旋转壳体的轮毂内，从而取得良好的整体外观的效果。

弹性件装在变速器和轮子之间，使人力转矩是在变速之后测得的，根据这样测得的值来控制马达的输出，因而可不必考虑所用变速级数而取得正确的助推作用。也就是不必根据变速级调变助推比，从而取得控制简单的效果。

用以探测轮子转速的速度传感器装在具有固定和旋转壳体的轮毂内，使速度传感器不易从外面使之变动。

变速器以轴为中心装在筒体内，弹性件装在筒体和旋转体之间；弹性件通过人力转矩沿筒体外壁大体上在旋转方向上伸缩，因而弹性件可用筒体作为导向体进行伸缩，从而可测得正确的人力转矩。此外，不难将弹性伸缩件装在变速器的筒体上，从而取得组装和结构简单的效果。

旋转壳体通过套筒装在变速器的外周上，使任何通用的装在轮毂内的自行车变速器不论其直径大小通过变动套筒的直径都可采用。

旋转板与变速器简体外壁作整体旋转；弹性件装在旋转板和旋转壳体之间，使旋转板只须装在变速器筒体上，从而取得改善加工性的效果。

设有用以将弹性件的伸缩转换成轴向移动的转换件和由转换件推动的磁性件或导电件；探测器具有装在磁性件或导电件近处的绕组，从而通过因定壳体可探测人力转矩而使人力转矩的探测很易进行。

变速器和减速机构作从轮轴向外的安装，也就是减速机构装在变速器的外周，从而可构成紧凑的驱动部分。由于减速机构装在变速器的外周，使多种减速机构都能采用，此外，制动机构在轴上与变速器作并列安装，其效果是：即使将制动机构装在内部已绕变速器装有减速机构而已很紧凑的驱动部分内，结构仍不增大而可作紧凑的安装。

制动机构用构成驱动部分的壳体罩住，使轮子旋转时在轮子附近扬起的尘土少石不会进入制动机构内。这就可取得制动安全可靠的效果。

制动机构装在构成驱动部分的壳体附近，使制动机构操作时产生的热量可通过壳体消散出去。这就可取得制动力不会因发热而降低，从而提高安全性的效果。

轮子的毂轴上装有驱动部分；驱动部分内设有驱动马达、用以将马达的转动传递到轮子上的传动机构和变速器；变速器和传动机构依次作从轮轴向外周的安装。因此，可将变速器装在轴上，将传动机构装在变速器周围而构成紧凑的驱动部分。这就可取得将传动机构绕变速器安装而可采用多种变速器的效果。

人力驱动系统和马达驱动系统彼此作并列设置；驱动部分装在轮子的毂轴上；驱动部分具有用以探测人力转矩的转矩探测器、驱动力取决于转矩探测器测得的转矩值的驱动马达和变速器；变速器、转矩探测器和传动机构依次作从轴体向外周的安装，其效果是：变速器装在轮轴上，转矩探测器装在变速器的外周，这样便于探测变速器之后产生的转矩，因而不必探测变速级就可取得正确的助推行驶，而且，将传动机构装在转矩探测器外周使驱动部分更加紧凑。

驱动部分内设有与轴体同轴的变速器；传动机构和马达偏离轴体设置，其效果是：马达和传动机构利用驱动部分的变速器外周空间设置，从而取得一种紧凑的结构。

在驱动部分内变速器和转矩探测器与轴同心设置；传动机构和马达偏离轴体设置，其效果是：马达和传动机构利用驱动部分的变速器和转矩探测器外周空间设置，从而取得一种紧凑的结构。

设有用以控制马达驱动马达驱动力的控制板；控制板位于离轴与减速机构离轴大体上相同距离上，使除传动机构外控制板也利用驱动部分的空间设置，因而更加紧凑，而且也不必进行接线，从而取得装配工作方便而结构简单的效果。

Claims (3)

1.一种车辆，有一人力驱动系统和一马达驱动系统，它们相互平行设置，车辆还有一驱动部分，该驱动部分装在一轮轴上，并具有一用于探测人力转矩的转矩探测器、一马达和一传动机构，用于根据转矩探测器探测的转矩值提供驱动力，车辆还有一变速器，其特征在于：变速器，转矩探测器和传动机构依次从轴体向驱动部分的外周设置，其中，变速器布置得离轮轴比传动装置离轮轴更近。

2.如权利要求1所述的车辆，其特征在于：变速器和转矩探测器在驱动部分内与轮轴同心设置。

3.如权利要求1所述的车辆，其特征在于：还设有一控制板，用于控制马达的驱动力，控制板位于离轮轴与变速器离轮轴的相同的距离上。

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