CN1367116A - 带辅助动力的车辆 - Google Patents

Abstract

一种带辅助动力的车辆,备有由人力驱动车轮的人力驱动部和通过检测转子42的磁极位置控制定子41的旋转磁场的电动机40驱动上述车轮的电动驱动部30,在覆盖电动机40的壳体31的盖部31b的内侧安装有用于配置控制基板33的基板盒32,在与该基板盒32的上述转子42相对的面上配备有检测转子42磁极位置的位置检测装置(霍耳元件49)。从而提供一种能简单地安装转子的位置检测装置,可提高组装性能,并能使位置检测装置的定位容易且可配置在正确位置的带辅助动力的车辆。

Description

带辅助动力的车辆

技术领域

本发明涉及电动协助自行车等带辅助动力的车辆，特别是涉及这种车辆的电动机。

背景技术

作为这种带辅助动力的车辆，在特开2000-105155号公报(G01L 3/14)中公开的电动协助自行车中，在构成后轮轮毂的旋转壳体内，配置有固定在车轴上的固定壳体，其中安装有DC无刷电动机。并且，检测其转子磁极位置的位置检测传感器安装在固定壳体的内壁上，控制基板配置在固定壳体的外侧。另外，在上述公报中，还公开了在固定壳体的盖部安装有控制基板的实施例。

但是，上述公报所记载的技术中，由于必须在将电动机组装到固定壳体内之后再把位置检测传感器安装到与转子对峙的固定壳体的内壁上，因此组装性差，定位也困难，容易产生安装误差，因而有不能检测出正确位置的顾虑。

此外，在内置有电动机的固定壳体的盖部安装有控制基板的场合，由于一般在将盖部安装到固定壳体上之前必须用导线把电动机的绕线与控制基板连接在一起，因此，一旦将盖部安装于固定壳体上出现导线松弛，存在旋转的转子和导线发生干涉的顾虑。

发明内容

因此，本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的是提供一种能简单地安装转子的位置检测装置，可提高组装性能，并能使位置检测装置的定位变得容易且可配置在正确位置的带辅助动力的车辆。

此外，本发明的特点在于，还提供一种连接电动机绕线和控制基板的配线与转子不发生干涉，能够简单配线的带辅助动力的车辆。

为了实现上述目的，本发明的特征在于，设有由人力驱动车轮的人力驱动部及通过检测转子的磁极位置控制定子的旋转磁场的电动机驱动上述车轮的电动驱动部，在覆盖上述电动机的壳体盖部内侧安装有用于配置控制基板的基板盒，在与该基板盒的上述转子相对的面上配备有检测上述转子磁极位置的位置检测装置。

另外，其特征在于上述位置检测装置由霍耳元件构成。

而且，其特征在于上述基板盒在上述盖部的内侧定位并安装在该盖部的内侧。

此外，其特征在于上述位置检测装置在上述基板盒上定位并安装在上述基板盒上。

另一方面，其特征在于包括由人力驱动车轮的人力驱动部和用电动机驱动上述车轮的电动驱动部，还包括连接部，该连接部在覆盖上述电动机的壳体的盖部内侧配置有控制基板，同时，在将盖部安装在上述壳体上后连接上述电动机的绕线和控制基板的配线。

另外，其特征在于，作为上述连接部，在上述盖部形成用于使上述电动机绕线端子露出到盖部外侧的端子孔和用于将来自上述控制基板的配线端子导出至盖部外侧的导出孔。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的电动协助自行车驱动部的主要部分的剖面图。

图2是上述实施方式的固定壳体盖部的背面图。

图3是同一实施方式的从盖部侧观察固定壳体的俯视图。

图4是上述图3的A-A剖面图。

图5是表示在构成上述实施方式的减速机构的小皮带轮、大皮带轮及拉伸皮带轮上挂着皮带的状态的概略俯视图。

图6是上述图5的中央剖面图。

图7是表示将在上述实施方式的变速器上安装的电动机转子部分分解的剖面图。

图8是表示同一实施方式的电动机转子部分的放大剖面图。

图9是表示同一实施方式的转子的俯视图。

图10是表示同一实施方式的上述图9的转子的中央剖面图。

图11是表示同一实施方式的转子内圈的俯视图。

图12是表示同一实施方式的转子外圈的俯视图。

图13是表示同一实施方式的转子外圈的侧视图。

图14是表示使用本发明的电动协助自行车的整体结构的侧视图。

其中，5-踏板；11-电池；12-前链轮；13-链条；14-后轮；17-驱动部；20-车轴；21-内装式变速器；22-后链轮；23、23a、23b-旋转壳体；25-大齿轮；30-电动驱动部；31-固定壳体；31a-主体部；31b-盖部；31c-筒状部；31d-保持部件；31n-安装孔；31p-端子孔；31q-导出孔；33-控制基板；33a-配线端子；34-大皮带轮；36-单向离合器；37-小齿轮；38-拉伸皮带轮；40-DC无刷电动机；41-定子；41a-绕线端子；42-转子；46-磁铁；47-小皮带轮；49-霍耳元件；49a-基板；B-皮带。

具体实施方式

下面，以电动协助自行车为例说明本发明的实施方式。

首先，基于图14说明电动协助自行车的整体结构。

该电动协助自行车，用主车架4连接设置在前部的前管1和安装有车座2的车座管3，在连接该主车架4和上述车座管3的部分安装有用人力转动的踏板5。

在上述前管1上，安装有通过前管1连接的把手6和通过该把手的操作确定行驶方向的前轮7。另外，在图中只示出了前轮7的轮圈8和轮胎9，省略了辐条。

另外，在安装于前管1上的前框10的下面，安装有成为后述电动机等的电源的电池11，该电池11使用24伏的镍镉电池。上述电池11可装卸地容纳在电池盒内，充电时可卸下在室内充电。

此外，在上述踏板5上安装有与踏板5一起转动的前链轮12，该前链轮12上挂设有链条13，通过链条13把前链轮12的旋转传递给在后轮14的图中未示出的车轴上设置的后链轮。

成为驱动轮的后轮14由轮胎15、轮圈16、辐条(图中未示出)及用于驱动后轮14的驱动部17构成。如下所述，在该驱动部17中，内置有检测通过链条13传递的人力扭矩的扭矩检测部(扭矩传感器)、由电动机及减速机构构成的电动驱动部、以及由微型计算机等构成的控制电路等，该微型计算机输入上述扭矩检测部的检测值，并将驱动信号输出给上述电动机，同时还安装有通过安装于上述把手6上的制动杠杆18的操作制动后轮14的制动装置19。

如上所述，上述后轮14通过由踏板5、前链轮12、链条13、后链轮及变速器等组成的人力驱动部和由电动机及减速机构等组成的电动驱动部两个驱动部驱动，合并使用它们可以行驶。

接着，根据图1～图6详细说明该电动协助自行车的驱动部17。

在后轮14的车轴20上，在其长度方向的一部分上设置与普通自行车同样的内装式变速器21，该变速器21通过单向离合器(图中未示出)连接在后链轮22上，只用上述踏板5的单向转动进行动力传递，当踏板5反向转动时，向变速器21的动力传递被切断。

内装式变速器21被以车轴20为中心构成后轮14轮毂的旋转壳体23覆盖，该旋转壳体23由两个部件组成，一个是旋转壳体23a，形成用于将辐条安装在外周上的两个环状轮圈24a、24b，另一个是旋转壳体23b，在多个位置用螺栓固定在上述环状轮圈24b上，使之盖住上述旋转壳体23a的开口部。

在上述另一个旋转壳体23b的内侧，用螺栓固定有构成减速机构最末级的大齿轮25，使制动托架26在外侧分别形成与车轴20同心的圆形。在制动托架26上，通过螺钉或焊接等安装有朝向旋转壳体23b外侧形成了圆盘状立壁的旋转片27，在该旋转片27的内周设置有制动装置19，该制动装置19通过上述制动杠杆18的操作，沿外方向即沿上述旋转片27的内周滑动接触对旋转壳体23的旋转进行制动。该旋转片27和制动装置19被制动盖28覆盖。

来自上述电池11的电源线或其它信号线等的软线29穿过制动盖28，插入将构成电动驱动部30的固定壳体31上的盖部31b的一部分切槽而形成的部分，并与安装在固定壳体31盖部31b内侧上的基板盒32内的控制基板33连接。

固定壳体31用螺栓固定主体部31a和盖部31b而成，该主体部31a覆盖后述DC无刷电动机，该盖部31b上安装有内置上述控制基板33的基板盒32及构成减速机构的大皮带轮34等。主体部31a通过轴承35安装在变速器21的外周，盖部31b固定在向外侧突出的筒状部31c没有设置车轴20的变速器21的部分。控制基板33被基板盒32覆盖，并安装在由热传导性良好的铝合金等形成的盖部31b上，因此，来自控制基板33的发热通过盖部31b释放。

在固定壳体31的主体部31a的内侧面，安装有构成DC无刷电动机40的定子41，该定子41在形成18个切槽的铁芯上卷绕绕线而构成。另外，通过安装在固定壳体31的盖部31b内侧的基板盒32内的控制基板33，将用于形成三相旋转磁场的电力供给该定子41。

在上述定子41的内周侧，设置有通过两个轴承43、43在变速器21的外周可自由转动的转子42。该转子42由轻质的铝合金形成的内圈44和层压的硅钢板形成的外圈45构成，在外圈45的外周部，埋入有形成磁极的多个磁铁46，在内圈44上安装有带齿的小皮带轮47，使之向盖部31b侧突出。

在设置于上述转子42上的小皮带轮47、通过单向离合器36安装在固定壳体31的盖部31b内侧的大皮带轮34及拉伸皮带轮38(如图5所示)之间挂有皮带B。由于上述各皮带轮47、34、38及皮带B带有齿，所以不会发生滑动。另外，大皮带轮34的输出轴向盖部31b的外侧突出形成小齿轮37，该小齿轮37构成与安装在旋转壳体23b内侧的大齿轮25相啮合的结构。从而，转子42的旋转通过小皮带轮47、大皮带轮34、单向离合器36、小齿轮37及大齿轮25减速，并传递给旋转壳体23b。此外，在安装于旋转壳体23b内侧的大齿轮25和从固定壳体31的盖部31b向外侧突出并固定在车轴20上的筒状部31c的外周之间设有轴承39。

如上所述，用皮带轮47、34、38和皮带B构成快速旋转且易发生大的齿轮音的电动机40输出级的减速机构，从而能降低减速机构发出的噪音。

上述大皮带轮34如图2等所示，通过保持部件31d安装在盖部31b的内侧。保持部件31d从大皮带轮34到拉伸皮带轮38的安装位置(安装孔31n)延伸设置而成，在拉伸皮带轮38的安装位置形成有螺钉孔38b，该螺钉孔38b用于通过螺钉38a(如图5所示)可自由旋转地安装拉伸皮带轮38。如图2所示，在将皮带B挂在大皮带轮34的状态下，安装了大皮带轮34的保持部件31d用螺栓固定在与挂在各皮带轮34、38上的皮带B不接触的位置的盖部31b的里面侧。

在将盖部31b用螺栓固定组装到固定壳体31的主体部31a上之后，从作成直径大于拉伸皮带轮38的安装孔31n将拉伸皮带轮38插入盖部31b，并用螺钉38a可自由转动地安装到上述保持部件31d的螺钉孔38b中。

另外，在容纳了上述控制基板33的基板盒32的里面侧，在对应于转子42的磁铁46的位置安装有为了驱动控制DC无刷电动机40所必要的用于检测转子42磁极位置的霍耳元件49，该霍耳元件49的检测信号被输入给搭载在控制基板33上的微型计算机，制成电动机控制信号。为了控制三相旋转磁场，如图2所示，在基板49a上以给定间隔配置有三个上述霍耳元件49，该基板49a定位安装在基板盒32的里面一侧的给定位置。采用作为转子42的位置检测装置的霍耳元件49，能直接检测出转子42的磁铁46的磁极，因而，不需要磁极判断用部件，减少了零部件个数，因而能用简单的结构检测出转子42的磁极位置。

此外，如图3、图4所示，产生三相旋转磁场的定子41的三根绕线端子41a从定子41向盖部31b的方向突出配置，与之相对应，在盖部31b上，形成有使上述绕线端子41a露出到盖部31b外侧的3个端子孔31p。而且，在盖部31b上还形成有导出孔31q，通过该导出孔31q，将来自控制基板33的三根配线端子33a导出到盖部31b的外侧，该控制基板33将用于产生三相旋转磁场的电力供给定子41。导出的各配线端子33a与从各端子孔31p露出的绕线端子41a相连。

另一方面，在传递人力的后链轮22侧的变速器21的外周上，在旋转壳体23a的内侧固定有检测人力扭矩的扭矩传感器用的传感器板51。另外，在旋转壳体23a的开口周边，安装有与上述传感器板51滑动接触的密封件52，用以防水、防尘等。

在上述传感器板51的内侧，设置有传感器盒54，该传感器盒54通过轴承53安装在变速器21的外周，同时通过螺栓固定在旋转壳体23a上，该传感器板51和传感器盒54通过螺旋弹簧55连接，该螺旋弹簧55介于固定在传感器板51上的推压销51a和设置在传感器盒54上的容纳部54a之间。也就是说，从变速器21将人力驱动力传递到传感器板51上时，通过对应于人力扭矩大小的收缩量使螺旋弹簧55收缩，并通过传感器盒54使旋转壳体23a旋转。

在上述传感器盒54的内侧，可在环形托架56的外周自由滑动地配置有圆弧状铝制的圈57，该圈57在其外周的多处嵌入安装有销58，在销58上套有沿变宽方向具有弹力的螺旋弹簧59。另外，圈57与在环形托架56上形成的倾斜面(图中未示出)接触，当施加人力时，传感器板51和圈57在旋转方向上产生错位，从而圈57一边旋转一边沿环形托架56的倾斜面向车轴方向移动。另外，通过配置在该圈57外周的，与搭载了控制电路的控制基板33相连的线圈60，获得圈57沿车轴20方向的位移作为电感的变化。也就是说，该电感的变化作为表示人力扭矩大小的电信号输入给控制基板33，基于该信号值控制电动机40。

这样，由于采用了根据螺旋弹簧55的收缩，即人力扭矩的大小，位移量变化的圈57，因此，可根据人力扭矩的大小改变线圈60的电感，可以把人力扭矩的大小用电信号输出。

接着，用图7～图13说明上述电动机40的转子42的结构。另外，与上述图1～图6相同的符号表示相同的部分。

该电动机40的转子42如上所述，由用其它部件形成的内圈44和外圈45组成，内圈44由轻质部件的铝合金构成，外圈45由层压的硅钢板构成。

此外，在内圈44上，如图11等所示，在外周的多个位置以一定间隔形成有凸部44a。另外，内圈44，其外周部和内周部之间除形成了上述凸部44a的部分外都形成薄壁结构，同时，在形成薄壁的位置分别形成孔44b～44e，在其中一个位置形成体积与其它长孔44b相同而形状不同的孔(在本实施方式中为大小圆孔44c～44e)。

根据以上构成，再加上用轻质部件的铝合金形成内圈44获得的轻量化，既不损害强度又实现了进一步的轻量化。

而且，在内圈44的单侧外周部形成有锷部44f，在凸部44a形成的部分形成有切口部44g。

此外，如图12等所示，在外圈45上，在向外周突出的多个磁极部45a上形成有细长孔45b，在各个孔45b中压入磁铁用的铁板46。

另外，在外圈45的内周侧，形成有压入上述内圈44的凸部44a的凹部45c，内圈44和外圈45嵌合各个的凸部44a与凹部45c，如图10等所示，压入至形成内圈44的锷部44f的部分。因此，可简单地进行转子42的组装。而且，在上述压入时，由铝合金形成的内圈44的凸部44a上切出的铝合金切屑由切口部44g排出。这样，即使形成锷部44f，也能将压入时由凸部44a切出的切屑从切口部44g排出，因而进一步简化了组装。

上述转子42的铁板46的磁化是在整体压入后，将内圈44的形状不同的孔44c定位并固定在磁化工具上进行。即使这样，通过有效利用轻量化用孔44b～44e形成形状不同的孔44c～44e，能够简单地进行磁化时的定位。另外，由于形状不同的孔44c～44e以体积与其它孔44b相同的方式形成，所以可得到良好的旋转平衡。

这样组装的电动机40如上所述，配置在与后轮14一起旋转的旋转壳体23内的车轴20上固定的固定壳体31内。固定壳体31如上所述，由主体部31a和盖部31b构成，电动机40配置在主体部31a上，在盖部31b上安装构成减速机构的大皮带轮34、拉伸皮带轮38及配置在基板盒32内的控制基板33。在基板盒32的外侧(背侧)，安装有进行转子42的位置检测的霍耳元件49，进行电动机驱动用的转子磁极位置的检测。基板盒32在盖部31b上定位，并用螺栓固定在盖部31b上，另外，霍耳元件49也预先在基板盒32上定位，并安装在基板盒32上。

在组装固定壳体31时，首先组装成在主体部31a和盖部31b上安装各个部件的状态后，将盖部31b安装在主体部31a上。这样，转子42和霍耳元件49的定位结束。

因此，通过有效利用基板盒32，能够提高组装性，同时能够可靠地进行转子42和霍耳元件49的定位，检测出正确的转子42的磁极位置。

另外，把盖部31b安装到主体部31a上，定子41的绕线端子41a从形成于盖部31b的端子孔31p露出，在该绕线端子41a上连接通过在盖部31b上形成的导出孔31q引出的来自控制基板33的给电用端子33a。这样，定子40的绕线端子41a和控制基板33的给电用端子33a的连接结束。

如上所述，由于安装盖部31b后，在定子41的绕线端子41a上连接控制基板33的给电用端子33a，因此，导线松弛不会与转子42发生干涉，可以简单地进行配线，配线的连接处理也容易进行。

下面说明如上所述构成的电动协助自行车的动力传递。

首先说明人力驱动力的传递。

一旦从踏板5输入人力驱动力，固定在踏板5上的前链轮12转动，通过链条13使后链轮22旋转。一旦后链轮22旋转，通过单向离合器(图中未示出)只向一个方向传递动力。

传递行驶方向的动力时，通过设定了使用者指示的齿轮比的变速器21进行变速后，使构成扭矩传感器的弹簧55收缩，同时使旋转壳体23(23a)旋转，从而可以使后轮14转动。

其次，说明电动驱动力的传递。

通过上述扭矩传感器的圈57的位移，由线圈60检测的电感的变化作为电信号输入给控制基板33的微型计算机。然后，基于该信号值，给电动机40的驱动电路输出信号，通过驱动电路内的FET的开关，使定子41的磁极变化产生旋转磁场，从而通过设置在转子42上的磁铁46，转子42旋转，旋转驱动电动机40。电动机40的旋转驱动力通过由小皮带轮47、大皮带轮34、单向离合器36、小齿轮37及大齿轮25组成的减速机构减速，使旋转壳体23(23b)转动，从而使后轮14转动。

如上所述，由于人力驱动力和电动驱动力通过旋转壳体23(23a、23b)合力驱动后轮14，因此，加上与使用者踏动踏板5的力对应的电动驱动力，即使坡道等，也能轻松地行驶。

另外，在本实施方式中，通过轴承43将电动机40的转子42安装在内装式变速器21上，该内装式变速器21安装在后轮14的车轴20上，因此，可有效地将车轴20的内装式变速器21作为电动机40的轴加以利用，而且由于电动机40本身也通过上述结构轻量化，因而可实现轻量且紧凑的电动协助自行车。

另外，在上述实施方式中，虽然示出了本发明适用于电动协助自行车的情况，但是，用于协助式电动车等通过电动机辅助驱动的车辆也同样有效。

此外，在上述实施方式中，虽然示出了在车轴20上配备有内装式变速器21的结构适用本发明的情况，但是，本发明也可用于车轴上不设置变速器的结构。

另外，作为转子42的位置检测装置，虽然示出了使用一般的霍耳元件49的情况，但也可以使用霍耳元件与波形整形用的比较仪一体化的霍耳集成电路或由发光体与受光体组成的光断续器等。

如上所述根据本发明，备有用人力驱动车轮的人力驱动部和通过检测转子的磁极位置控制定子的旋转磁场的电动机驱动上述车轮的电动驱动部，在覆盖上述电动机的壳体的盖部内侧安装有用于配置控制基板的基板盒，在与该基板盒的上述转子相对的面上配备有检测转子磁极位置的位置检测装置，从而可有效地利用基板盒，简单地安装转子的位置检测装置，因此提高了组装性，另外，位置检测装置的定位也变得容易。

此外，通过由霍耳元件构成上述位置检测装置，能够用简单的结构进行转子的位置检测。

而且，上述基板盒在上述盖部的内侧定位并安装，另外，上述位置检测装置在上述基板盒上定位并安装，因而，将装有基板盒的盖部安装在安装了电动机的壳体上，从而必然确定了位置检测装置的位置，因此可检测出正确的转子的磁极位置。

另一方面，通过备有用人力驱动车轮的人力驱动部和用电动机驱动上述车轮的电动驱动部，配备有连接部，该连接部在覆盖上述电动机的壳体的盖部内侧配置控制基板，同时在上述壳体上安装了盖部后，连接电动机的绕线和控制基板的配线，从而由于在安装了盖部后与电动机的绕线连接，因此连接配线(导线)和转子不发生干涉，可简单地进行配线。

此外，作为上述连接部，在盖部上形成了用于使电动机的绕线端子露出到盖部外侧的端子孔和用于将来自控制基板的配线端子导出至盖部外侧的导出孔，从而可简单地处理配线的连接。

Claims (6)

1、一种带辅助动力的车辆，其特征在于，包括由人力驱动车轮的人力驱动部及通过检测转子的磁极位置来控制定子的旋转磁场的电动机驱动所述车轮的电动驱动部，在覆盖所述电动机的壳体盖部内侧安装有用于配置控制基板的基板盒，在与该基板盒的所述转子相对的面上配备有检测所述转子磁极位置的位置检测装置。

2、根据权利要求1所述的带辅助动力的车辆，其特征在于，所述位置检测装置由霍耳元件构成。

3、根据权利要求1或2所述的带辅助动力的车辆，其特征在于，所述基板盒在所述盖部的内侧定位并安装。

4、根据权利要求3所述的带辅助动力的车辆，其特征在于，所述位置检测装置在所述基板盒上定位并安装。

5、一种带辅助动力的车辆，其特征在于，包括由人力驱动车轮的人力驱动部和用电动机驱动所述车轮的电动驱动部，还包括连接部，该连接部在覆盖所述电动机的壳体的盖部内侧配置有控制基板，同时，在将盖部安装在上述壳体上之后，连接所述电动机的绕线和控制基板的配线。

6、根据权利要求5所述的带辅助动力的车辆，其特征在于，作为所述连接部，在所述盖部形成用于使所述电动机的绕线端子露出到盖部外侧的端子孔和用于将来自所述控制基板的配线端子导出至盖部外侧的导出孔。

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