JP6429822B2 - 電動アシスト車および電動アシスト車用モジュール - Google Patents
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この電動アシスト車のメリットの例をあげれば、
1:ペダルが軽い
2:重い荷物も積載が可能、足腰に負担がかからない
3:坂道でも楽に登れる、体力に自信がない、高齢者やご婦人でも簡単に乗れる
4:向かい風でも心配なく走れる
5:体力の消耗が少ない
など、である。
そのため、駆動モジュール自体に重量があるため、その分、バッテリーを消費させており、走行距離の向上を妨げていた。
更には、箱形の駆動モジュールをブラケットの中に配置する為、バッテリーとの接続に必要な電線(ハーネス)が、ブラケットとケースの間の空間に配置していた。そのため、ブラケットとケースの間は、所定の間隔を設ける必要があり、ブラケットを含めた駆動モジュール全体の小型化を妨げていた。
前記底面に設けられ、表面に導電パターンを有する実装基板と、
前記導電パターンと電気的に接続され、発熱部が前記第1側壁の内面に沿って配置されて前記実装基板に設けられた発熱素子と、
前記導電パターンと電気的に接続され、前記発熱素子よりも前記第2側壁側の前記実装基板に設けられた、前記発熱素子よりも低背の電子部品と、
前記発熱素子の頭部(またはその上部)から前記電子部品の頭部(またはその上部)に渡り覆い、前記第1側壁近傍の表面よりも低い表面を有する封止樹脂と、を有する事で解決するものである。
低背の電子部品の所は、覆う封止樹脂を低くする事ができ、その分の封止樹脂を削減できる。
特に、駆動回路を構成するスイッチング素子は、高背で且つ発熱するため、このスイッチング素子の発熱部を第1側壁内壁に設ける事で、放熱をしつつ、樹脂の削減が可能と成る。
また前記封止樹脂表面の傾斜に沿って、前記第1側壁よりも前記第2側壁を低く構成する事で解決するもので、ケース自体を軽量化できる。
続いて、前記ケース全体を、金属にすれば、ケース自体の重さは、かなりの重量である。元々金属製ケースであれば、第2側壁を低くすることにより得られる重量の低下は、バッテリー寿命にとって非常に有効である。
前記車体フレームに取り付けられた車輪を駆動する電動モータと、
前記電動モータへ電力を供給するバッテリーと、
前記バッテリーおよび前記電動モータを駆動する駆動回路が内蔵されてなり、前記駆動回路を構成するスイッチング素子の放熱部が取り付けられた部位が、前記開放部に設けられて前記ブラケット内に収納固定された金属製のケースと、
前記駆動回路を構成し、前記スイッチング素子よりも低背で、前記ケース内に設けられた電子部品と、
前記スイッチング素子の頭部(またはその上部)から前記電子部品の頭部(またはその上部)に向かって低くなる封止樹脂と、を有する事で解決するものである。
前述したように、電動アシスト車用モジュールの重量を軽減でき、バッテリーの寿命を延ばせることから、電動アシスト車の走行距離を拡大できる。
図8に示す様に、低背の第2側壁がブラケットの上面に対向配置される事から、ブラケットの第1側面と上面から成る角部と駆動モジュールとの間には、空間Sを設ける事が出来る。そのため、電線(ハーネス)は、この空間に配置でき、ケースの第2側壁をブラケットの上面に近接または当接配置できる。よってブラケットを含む駆動モジュール全体のサイズを小さくでき、電動アシスト車自体のサイズをよりコンパクトにできる特徴を有する。
まず図1に、車両の一例として電動アシスト車(例えば二輪自転車)の外観を示した。図1に示すように、電動アシスト自転車1は、前後に延びるフレーム10、サドル11、クランク12、ペダル13、チェーン14、ハンドル15、前輪16、後輪17、電池パック18(蓄電装置)、制御ユニット100が内蔵された駆動モジュール19、モータ20(電動機)等から構成されている。尚、以下の説明において、上下、左右、前後という場合、電動アシスト車1のハンドル15に正対してサドル11に正しい運転姿勢で着座している運転者を基準とした方向を意味するものとする。またこの図面では、モータ20が前輪に配置された前輪駆動で説明しているが、クランク軸の周りに配置されたセンター駆動、または後輪に設けられた後輪駆動であっても良い。
フレーム10は、ヘッドチューブ30、ヘッドチューブ30から後方斜め下方に伸びるダウンチューブ31、ダウンチューブ31後端から斜め上方に伸びるシートチューブ32、シートチューブ32の後方に延出するシートステー33及びチェーンステー(不図示)等を有する。サドル11は、シートチューブ33の上端に設けられる。
ステム34の上端はハンドル15が軸支されている。ハンドル15は、ステム34の上端を中心として電動アシスト自転車1の幅方向(左右両方向)に延出している。ハンドル15の各端部(左側端部、右側端部)には、運転者の握り手となるグリップ38が設けられている。
フレーム10にはクランク12が取り付けられている。クランク12は、クランク軸41を回転軸として回転する。クランク12は、搭乗者の踏力がペダル13を介して作用することにより回転する。クランク12には、搭乗者によるペダル13の踏み込みによりクランク12に生ずるトルクを検出するトルクセンサ42(機械式や磁歪式等)が設けられている。
前輪16のハブとなる部分にはモータ20が内蔵されている。前輪16はモータ20によって回転駆動される。モータ20は、例えば、三相直流ブラシレスモータであるが、他の種類のモータであってもよい。
電池パック18は、二次電池等の蓄電素子を内蔵する。電池パック18は、電動アシスト自転車1のフレーム10と後輪17との間、特にシートチューブ32と後輪17との間で、サドル11の下方に着脱自在に設けられる。電池パック18は、制御ユニット(駆動モジュール)19、前照灯36またはモータ20などに電力を供給する。
制御ユニット(駆動モジュール)19は、シートチューブ32と後輪17との間で、電池パック18の下方に設けられる。制御ユニット(駆動モジュール)19は、電池パック18から供給される電力によるモータ駆動(以下、アシスト動作とも称する。)の制御を行う駆動制御機構、及びモータ20の回生動作時に生じる電力により電池パック18を充電(以下、回生動作(回生充電)とも称する。)する回生制御機構として機能する。
また制御回路101は、トルクセンサ42、ブレーキセンサ40および回転センサ(図示せず)から入力される信号に基づき生成した制御信号をモータ駆動回路102に入力し、アシスト動作に関する各種制御や回生動作に関する制御等を行う。例えば、制御回路101は、走行速度の算出、トルクセンサ42からの入力信号に基づく踏力の算出、トルクセンサ42からの入力信号に基づくアシスト量の算出、モータ20の回転数に基づくモータ出力電圧の算出(回生動作時)、ブレーキセンサ40からの入力信号に応じた回生ブレーキ要求量の算出、ブレーキセンサ40からの入力信号から把握されるブレーキレバー39の操作量に応じた制動力(回生ブレーキ)の調節等を行う。
そしてここで示すモータ駆動回路102は、アシスト動作時は電池パック18からモータ20に駆動電力を供給し、回生動作(回生充電)時はモータ20から電池パック18に回生電力(充電電力)を供給する。
このブラケット50は、手前に第1側面53が、対向した位置に第2側面54があり、車体フレームの長さ方向に延在している。また第1側面53の頭部と前記第2側面の頭部に渡り(フレームの幅方向に)設けられた上面55がある。そしてこの第1側面53の下端部と前記第2側面の下端部に渡る領域は、開放部56と成っている。破線A−Aで示す断面で見ると、πの形状である。図4では、符号50で示すπ型の部分が、それに相当する。尚符号57は、開口部であり、バッテリーと電気的に接続された電線(ハーネス)69Aが通過する領域である。そしてコネクタ68A、68Bを接続する事で、制御ユニット(駆動モジュール)と電気的に接続される。
また、樹脂表面が第1側壁頭部に向かって斜め左下に傾斜しているため、仮に雨水などがケースに浸入しても、留まることなく、雨滴は、その傾斜に沿って外側に排出できる。この効果は図8でも同様である。
具体的には、先ず紙面手前の第1側壁64Aは、発熱素子であるスイッチング素子65の発熱部が熱的に結合された部分である。この第1側壁64Aと対向する位置には、第2側壁64Bがある。図面では六つの第2側壁がジクザクに連なっている。尚、底面が矩形の、一般の箱型ケースも実施例として考えると、ここの六つの側壁は、一枚の側壁にしても良いので、ここでは、まとめて64Bとする。
そして、第1側壁64Aの右側辺には、第1側壁とほぼ90度の角部を構成し、第2側壁64Bの最も右側辺に延在する第3側壁64Cが設けられる。また第1側壁64Aの左側辺には、この第1側壁と略90度の角部を構成し、第2側壁64Bの最も左に位置する左側辺へ延在する第4側壁64Dが設けられる。尚、この角度は、ここでは、ほぼ90度であるが、90度以下、以上でも良い。また駆動モジュール19は、図3に示す様に、円筒状のクランク軸41に当接または近接されて設けられているため、6つの第2側壁64Bの内、一番左側の側壁は、クランク軸41の曲面に沿って湾曲部が形成されている。尚、ケース60は、ブラケット50と、ネジまたは溶接で機械的に固定されている。
続いて、ケース60の底面には、実装基板66が設けられている。この実装基板66は、一般には、PCB(printed circuit board)からなり、少なくもその表面に回路を構成する為の導電パターンが形成されている。尚、セラミックス基板でも良い。この導電パターンは、図2の制御ユニット19の為の導電パターンである。前述したように、三相ブリッジのインバータ回路が含まれるため、第1側壁64Aには、このインバータを構成する高背のスイッチング素子が6個設けられている。ここで、スイッチング素子は、TO220の如き、リードを有するディスクリート型のパワートランジスタであり、リードがプリント基板の導電パターンと電気的に接続されて立設され、アイランド裏面が第1側壁64Aと熱的に固定されている。アイランド自体は、ベアチップ裏面が電気的に接続されて固着されるため、アイランドと第1側壁64Aの間は、電気破壊を防止する意味で、絶縁材料から成る伝熱シート、または伝熱ペースト等が設けられている。尚、アイランドと第1側壁64Aが直接固定され、両者をGNDに落としても良い。この場合、半田等のロウ材、Agペースト等の導電ペーストを使って固着される。
続いて、この高背なスイッチング素子65よりも低背な電子部品67、例えば、チップコンデンサ、チップ抵抗またはソレノイド等の受動素子、またマイコンやメモリ、駆動制御するICなどの能動素子である半導体IC(最近は、BGAであったり、軽薄短小の傾向から、スイッチング素子よりも低背である。)が実装基板66に設けられている。そして、この回路の入出力として、任意の場所に、コネクタ68Aと一体の電線(ハーネス)68Bが実装基板66と電気的に接続され、この実装基板面に対して垂直に立ちあがっている。この様に、電線またはハーネス68Bをほぼ垂直に立ちあげると、組み立ての際に不良が発生しない。作業者がどうしてもこのハーネスを持つため、斜めに取り付けると、余分に力がハーネスと封止樹脂に加わり、剥離が発生するからである。
尚、符号70は、電解コンデンサで、前記スイッチング素子の高さより高いものである。しかしキャンタイプであるため、完全に封止する必要が無く、頭部およびその近傍が露出している。
尚、低背の電子部品の頭部に箱などを置いて、封止樹脂62を注入すれば、そこは、樹脂が注入されず開放部を有する中空部が形成されて樹脂が削減できる。
続いて、実装基板66の高背部品65と低背部品67の程度により、ケース60を第1側壁64A側に傾ける。続いて、ディスペンサーのノズルDから流動性のある封止樹脂62を注入し、左側の高背なスイッチング素子の頭部が覆われるか、その上部まで覆われ、且つ、第2側壁64Bの電子部品の頭部またはその上部が覆われたら、この注入を停止する。一例としては、点線で示す仮想線が、注入樹脂の表面と成る。
尚、前述したように、コード68Bは、実装基板またはケース底面に対して垂直に延在する様に保持して、ポッティングすると良い。これは、コード68Bが斜めに延在していると、モジュールの組み込みの際に、余分な力がコードに加わり、具体的にはコードを引っ張る事で、封止樹脂と内壁の剥離が発生する。しかしながら垂直に保持して硬化させるため、この問題を抑止できるメリットを有する。
そして、このポッティングの後、若干の間、静止させる(レベリングする)事で、封止樹脂62の表面が平坦な水平面と成ったら、熱を加えて硬化させる。この様な方法で、図5の様に、表面が傾斜した封止樹脂62を形成できる。その結果、第2側壁64Bでは、H1の高さだけ、低くでき、第3、第4側壁では、手前の第1側壁64Aから第2側壁64Bに向かって徐々に低くなり、この傾斜の分だけ、封止樹脂62の表面を低くできる。よってこの部分の樹脂が削減でき、駆動モジュール全体の重量を削減できる。
図6は、樹脂の這い上がりを説明したものである。硬化前の流動性を維持した樹脂は、静止時間を設ける事で、這い上がり現象が発生するため、この現象を有効利用したものである。第1側壁64Aの頭部80まで、またはこの頭部80を介してその外壁まで、樹脂の這い上がりを利用して、薄い膜を形成する事で、ケースとの剥がれを防止できる。また第2側壁64B〜第4側壁は、内壁が露出しているため、この内壁に、上部に向かって樹脂の這い上がり領域を設けている。この這い上がり領域は、湿気等の延面距離を長くでき、信頼性を更に向上できるものである。
図8に戻ると、第1側壁64A側に高背のスイッチング素子65、そしてそのスイッチング素子から第2側壁64Bに向かって低背の電子部品67が配置されているため、封止樹脂62自体が傾斜面を有している。その結果、ブラケット50の第1側面53とケース60(または封止樹脂62)との間は、記号Sで示す空間が形成できる。
また別の表現をすると、ブラケットの第1側面と上面から成る角部と駆動モジュールとの間には、空間Sを設ける事が出来る。
図4では、第2〜第4側壁(64B〜64D)の上部が壁を作っているので、第2側壁64Bを開口部57の下端(間隔d1)にまで下げないと、電線(ハーネス)は、通過できなかった。
しかし前述した切除により、壁の邪魔を無くせ、第2〜第4側壁の頭部と前記ブラケットとの間、傾斜面とブラケットの間を通過させる事ができる。よって図8で示す間隔d2の距離を短くできたり、あるいはd2をなくし、上面55に第2側壁64Bを当接させることも可能と成る。尚、第2側壁64Bの高さが、第2側面54からブラケット開口部Gまでの距離よりも短くなる事で、当接が可能と成る。
よって、この間隔d2を短くしたり、あるいは無くせる事から、ブラケット50自体も、第1側面、第2側面の深さを浅くでき、その重量を少なくすることができる。
32:シートチューブ、 41:クランク軸
50:ブラケット、 53:第1側面、 54:第2側面、 55:上面、
56:開放部、 57:開口部
60:ケース、 61:開放部、 62:封止樹脂、 63:底面、
64A〜64D:第1側壁〜第4側壁、 65:スイッチング素子、 66:実装基板
67:電子部品、 68A、68B:コネクタ、 69A、69B:電線(ハーネス)、
80:第1側壁の頭部、 102:モータ駆動回路
Claims (5)
- 少なくともシートチューブを有する車体フレームと、
前記車体フレームに取り付けられた前輪および後輪からなる車輪と、
前記シートチューブと前記後輪との間に搭載されたバッテリーと、
前記バッテリーより電力が供給され、前記車体フレームに取り付けられた車輪を駆動する電動モータと、
前記バッテリーまたは/および前記電動モータを駆動制御する駆動回路と、
前記シートチューブと前記後輪との間で且つ前記バッテリーの下方に設けられ、第1側壁と、前記第1側壁と対向して設けられた第2側壁と、前記第1側壁下端から前記第2側壁下端に渡り設けられた底面とを有し、前記第2側壁が前記バッテリーの下端と前記第1側壁との間に位置するように配置された、金属から成るケースと、
前記バッテリーの下端と前記ケースとの間に設けられた金属から成るブラケットと、
前記底面に設けられ、表面に導電パターンを有する実装基板と、
前記導電パターンと電気的に接続され、発熱部が前記第1側壁の内面に沿って配置されて前記実装基板に設けられた、駆動回路を構成するスイッチング素子と、
前記導電パターンと電気的に接続されて前記スイッチング素子よりも前記第2側壁側の前記実装基板に設けられた、前記スイッチング素子よりも低背の電子部品と、
前記スイッチング素子の頭部(またはその上部)から前記電子部品の頭部(またはその上部)に渡り覆い、前記第1側壁近傍の表面よりも低い表面を有し、前記第1側壁から前記第2側壁に向かって傾斜する封止樹脂と、を有し、
前記封止樹脂表面の傾斜に沿って、前記第1側壁よりも前記第2側壁が低く構成されている電動アシスト車。 - 前記第1側壁の頭部または前記頭部から前記第1側壁の外壁に渡り、前記封止樹脂の膜が設けられる請求項1に記載の電動アシスト車。
- 前記低く構成された第2側壁と対向する前記ブラケットの上面からは、前記バッテリーと電気的に接続された電線(またはハーネス)が設けられ、前記電線(またはハーネス)は、前記封止樹脂表面を低くしたことで発生する空間を通過する請求項1に記載の電動アシスト車。
- 車体フレームの一つであり、金属製のシートパイプの下部に取り付けられ、上面、前記上面から下方および前記車体フレームの長さ方向に延在する一対の第1側面および第2側面、および前記第1側面下端から前記第2側面下端に渡り開放部を有する金属製のブラケットと、
前記車体フレームに取り付けられた車輪を駆動する電動モータと、
前記電動モータへ電力を供給するバッテリーと、
前記バッテリーの下方に設けられ、前記バッテリーおよび前記電動モータを駆動する駆動回路が内蔵されてなり、前記駆動回路を構成するスイッチング素子の放熱部が取り付けられた部位が、前記開放部に設けられて前記ブラケット内に収納固定された金属製のケースと、
前記駆動回路を構成し、前記スイッチング素子よりも低背で、前記ケース内に設けられた電子部品と、
前記スイッチング素子の頭部(またはその上部)から前記電子部品の頭部(またはその上部)に向かって低くなる封止樹脂と、を有し、
前記ケースは、第1側壁と、前記第1側壁と対向して設けられた第2側壁と、前記第1側壁下端から前記第2側壁下端に渡り設けられた底面とを有し、前記第2側壁が前記バッテリーの下端と前記第1側壁との間に位置するように配置され、
前記スイッチング素子の放熱部が前記第1側壁の内面に沿って配置され、前記電子部品が前記スイッチング素子よりも前記第2側壁側に設けられ、
前記封止樹脂は、前記スイッチング素子頭部から前記第2側壁に向かって傾斜し、
前記封止樹脂表面の傾斜に沿って、前記ケースを構成する側壁が傾斜されている
電動アシスト車用モジュール。 - 前記ブラケットの上面からは、前記バッテリーと電気的に接続された電線(またはハーネス)が設けられ、前記電線(またはハーネス)は、前記側壁または封止樹脂の傾斜領域と前記ブラケットとの間を通過する請求項4に記載の電動アシスト車用モジュール。
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