帶輔助動力的車輛的制作方法

專利名稱：帶輔助動力的車輛的制作方法
技術領域：
本發明涉及電動協助自行車等帶輔助動力的車輛，特別是涉及這種車輛的電動機。
背景技術：
作為這種帶輔助動力的車輛，在特開2000-105155號公報(G01L 3/14)中公開的電動協助自行車中，在構成后輪輪轂的旋轉殼體內，配置有固定在車軸上的固定殼體，其中安裝有DC無刷電動機。并且，檢測其轉子磁極位置的位置檢測傳感器安裝在固定殼體的內壁上，控制基板配置在固定殼體的外側。另外，在上述公報中，還公開了在固定殼體的蓋部安裝有控制基板的實施例。
但是，上述公報所記載的技術中，由于必須在將電動機組裝到固定殼體內之后再把位置檢測傳感器安裝到與轉子對峙的固定殼體的內壁上，因此組裝性差，定位也困難，容易產生安裝誤差，因而有不能檢測出正確位置的顧慮。
此外，在內置有電動機的固定殼體的蓋部安裝有控制基板的場合，由于一般在將蓋部安裝到固定殼體上之前必須用導線把電動機的繞線與控制基板連接在一起，因此，一旦將蓋部安裝于固定殼體上出現導線松弛，存在旋轉的轉子和導線發生干涉的顧慮。

發明內容
因此，本發明是為了解決上述問題而提出的，其目的是提供一種能簡單地安裝轉子的位置檢測裝置，可提高組裝性能，并能使位置檢測裝置的定位變得容易且可配置在正確位置的帶輔助動力的車輛。
此外，本發明的特點在于，還提供一種連接電動機繞線和控制基板的配線與轉子不發生干涉，能夠簡單配線的帶輔助動力的車輛。
為了實現上述目的，本發明的特征在于，設有由人力驅動車輪的人力驅動部及通過檢測轉子的磁極位置控制定子的旋轉磁場的電動機驅動上述車輪的電動驅動部，在覆蓋上述電動機的殼體蓋部內側安裝有用于配置控制基板的基板盒，在與該基板盒的上述轉子相對的面上配備有檢測上述轉子磁極位置的位置檢測裝置。
另外，其特征在于上述位置檢測裝置由霍耳元件構成。
而且，其特征在于上述基板盒在上述蓋部的內側定位并安裝在該蓋部的內側。
此外，其特征在于上述位置檢測裝置在上述基板盒上定位并安裝在上述基板盒上。
另一方面，其特征在于包括由人力驅動車輪的人力驅動部和用電動機驅動上述車輪的電動驅動部，還包括連接部，該連接部在覆蓋上述電動機的殼體的蓋部內側配置有控制基板，同時，在將蓋部安裝在上述殼體上后連接上述電動機的繞線和控制基板的配線。
另外，其特征在于，作為上述連接部，在上述蓋部形成用于使上述電動機繞線端子露出到蓋部外側的端子孔和用于將來自上述控制基板的配線端子導出至蓋部外側的導出孔。
圖2是上述實施方式的固定殼體蓋部的背面圖。
圖3是同一實施方式的從蓋部側觀察固定殼體的俯視圖。
圖4是上述圖3的A-A剖面圖。
圖5是表示在構成上述實施方式的減速機構的小皮帶輪、大皮帶輪及拉伸皮帶輪上掛著皮帶的狀態的概略俯視圖。
圖6是上述圖5的中央剖面圖。
圖7是表示將在上述實施方式的變速器上安裝的電動機轉子部分分解的剖面圖。
圖8是表示同一實施方式的電動機轉子部分的放大剖面圖。
圖9是表示同一實施方式的轉子的俯視圖。


圖10是表示同一實施方式的上述圖9的轉子的中央剖面圖。
圖11是表示同一實施方式的轉子內圈的俯視圖。
圖12是表示同一實施方式的轉子外圈的俯視圖。
圖13是表示同一實施方式的轉子外圈的側視圖。
圖14是表示使用本發明的電動協助自行車的整體結構的側視圖。
其中，5-踏板；11-電池；12-前鏈輪；13-鏈條；14-后輪；17-驅動部；20-車軸；21-內裝式變速器；22-后鏈輪；23、23a、23b-旋轉殼體；25-大齒輪；30-電動驅動部；31-固定殼體；31a-主體部；31b-蓋部；31c-筒狀部；31d-保持部件；31n-安裝孔；31p-端子孔；31q-導出孔；33-控制基板；33a-配線端子；34-大皮帶輪；36-單向離合器；37-小齒輪；38-拉伸皮帶輪；40-DC無刷電動機；41-定子；41a-繞線端子；42-轉子；46-磁鐵；47-小皮帶輪；49-霍耳元件；49a-基板；B-皮帶。
首先，基于圖14說明電動協助自行車的整體結構。
該電動協助自行車，用主車架4連接設置在前部的前管1和安裝有車座2的車座管3，在連接該主車架4和上述車座管3的部分安裝有用人力轉動的踏板5。
在上述前管1上，安裝有通過前管1連接的把手6和通過該把手的操作確定行駛方向的前輪7。另外，在圖中只示出了前輪7的輪圈8和輪胎9，省略了輻條。
另外，在安裝于前管1上的前框10的下面，安裝有成為后述電動機等的電源的電池11，該電池11使用24伏的鎳鎘電池。上述電池11可裝卸地容納在電池盒內，充電時可卸下在室內充電。
此外，在上述踏板5上安裝有與踏板5一起轉動的前鏈輪12，該前鏈輪12上掛設有鏈條13，通過鏈條13把前鏈輪12的旋轉傳遞給在后輪14的圖中未示出的車軸上設置的后鏈輪。
成為驅動輪的后輪14由輪胎15、輪圈16、輻條(圖中未示出)及用于驅動后輪14的驅動部17構成。如下所述，在該驅動部17中，內置有檢測通過鏈條13傳遞的人力扭矩的扭矩檢測部(扭矩傳感器)、由電動機及減速機構構成的電動驅動部、以及由微型計算機等構成的控制電路等，該微型計算機輸入上述扭矩檢測部的檢測值，并將驅動信號輸出給上述電動機，同時還安裝有通過安裝于上述把手6上的制動杠桿18的操作制動后輪14的制動裝置19。
如上所述，上述后輪14通過由踏板5、前鏈輪12、鏈條13、后鏈輪及變速器等組成的人力驅動部和由電動機及減速機構等組成的電動驅動部兩個驅動部驅動，合并使用它們可以行駛。
接著，根據圖1～圖6詳細說明該電動協助自行車的驅動部17。
在后輪14的車軸20上，在其長度方向的一部分上設置與普通自行車同樣的內裝式變速器21，該變速器21通過單向離合器(圖中未示出)連接在后鏈輪22上，只用上述踏板5的單向轉動進行動力傳遞，當踏板5反向轉動時，向變速器21的動力傳遞被切斷。
內裝式變速器21被以車軸20為中心構成后輪14輪轂的旋轉殼體23覆蓋，該旋轉殼體23由兩個部件組成，一個是旋轉殼體23a，形成用于將輻條安裝在外周上的兩個環狀輪圈24a、24b，另一個是旋轉殼體23b，在多個位置用螺栓固定在上述環狀輪圈24b上，使之蓋住上述旋轉殼體23a的開口部。
在上述另一個旋轉殼體23b的內側，用螺栓固定有構成減速機構最末級的大齒輪25，使制動托架26在外側分別形成與車軸20同心的圓形。在制動托架26上，通過螺釘或焊接等安裝有朝向旋轉殼體23b外側形成了圓盤狀立壁的旋轉片27，在該旋轉片27的內周設置有制動裝置19，該制動裝置19通過上述制動杠桿18的操作，沿外方向即沿上述旋轉片27的內周滑動接觸對旋轉殼體23的旋轉進行制動。該旋轉片27和制動裝置19被制動蓋28覆蓋。
來自上述電池11的電源線或其它信號線等的軟線29穿過制動蓋28，插入將構成電動驅動部30的固定殼體31上的蓋部31b的一部分切槽而形成的部分，并與安裝在固定殼體31蓋部31b內側上的基板盒32內的控制基板33連接。
固定殼體31用螺栓固定主體部31a和蓋部31b而成，該主體部31a覆蓋后述DC無刷電動機，該蓋部31b上安裝有內置上述控制基板33的基板盒32及構成減速機構的大皮帶輪34等。主體部31a通過軸承35安裝在變速器21的外周，蓋部31b固定在向外側突出的筒狀部31c沒有設置車軸20的變速器21的部分。控制基板33被基板盒32覆蓋，并安裝在由熱傳導性良好的鋁合金等形成的蓋部31b上，因此，來自控制基板33的發熱通過蓋部31b釋放。
在固定殼體31的主體部31a的內側面，安裝有構成DC無刷電動機40的定子41，該定子41在形成18個切槽的鐵芯上卷繞繞線而構成。另外，通過安裝在固定殼體31的蓋部31b內側的基板盒32內的控制基板33，將用于形成三相旋轉磁場的電力供給該定子41。
在上述定子41的內周側，設置有通過兩個軸承43、43在變速器21的外周可自由轉動的轉子42。該轉子42由輕質的鋁合金形成的內圈44和層壓的硅鋼板形成的外圈45構成，在外圈45的外周部，埋入有形成磁極的多個磁鐵46，在內圈44上安裝有帶齒的小皮帶輪47，使之向蓋部31b側突出。
在設置于上述轉子42上的小皮帶輪47、通過單向離合器36安裝在固定殼體31的蓋部31b內側的大皮帶輪34及拉伸皮帶輪38(如圖5所示)之間掛有皮帶B。由于上述各皮帶輪47、34、38及皮帶B帶有齒，所以不會發生滑動。另外，大皮帶輪34的輸出軸向蓋部31b的外側突出形成小齒輪37，該小齒輪37構成與安裝在旋轉殼體23b內側的大齒輪25相嚙合的結構。從而，轉子42的旋轉通過小皮帶輪47、大皮帶輪34、單向離合器36、小齒輪37及大齒輪25減速，并傳遞給旋轉殼體23b。此外，在安裝于旋轉殼體23b內側的大齒輪25和從固定殼體31的蓋部31b向外側突出并固定在車軸20上的筒狀部31c的外周之間設有軸承39。
如上所述，用皮帶輪47、34、38和皮帶B構成快速旋轉且易發生大的齒輪音的電動機40輸出級的減速機構，從而能降低減速機構發出的噪音。
上述大皮帶輪34如圖2等所示，通過保持部件31d安裝在蓋部31b的內側。保持部件31d從大皮帶輪34到拉伸皮帶輪38的安裝位置(安裝孔31n)延伸設置而成，在拉伸皮帶輪38的安裝位置形成有螺釘孔38b，該螺釘孔38b用于通過螺釘38a(如圖5所示)可自由旋轉地安裝拉伸皮帶輪38。如圖2所示，在將皮帶B掛在大皮帶輪34的狀態下，安裝了大皮帶輪34的保持部件31d用螺栓固定在與掛在各皮帶輪34、38上的皮帶B不接觸的位置的蓋部31b的里面側。
在將蓋部31b用螺栓固定組裝到固定殼體31的主體部31a上之后，從作成直徑大于拉伸皮帶輪38的安裝孔31n將拉伸皮帶輪38插入蓋部31b，并用螺釘38a可自由轉動地安裝到上述保持部件31d的螺釘孔38b中。
另外，在容納了上述控制基板33的基板盒32的里面側，在對應于轉子42的磁鐵46的位置安裝有為了驅動控制DC無刷電動機40所必要的用于檢測轉子42磁極位置的霍耳元件49，該霍耳元件49的檢測信號被輸入給搭載在控制基板33上的微型計算機，制成電動機控制信號。為了控制三相旋轉磁場，如圖2所示，在基板49a上以給定間隔配置有三個上述霍耳元件49，該基板49a定位安裝在基板盒32的里面一側的給定位置。采用作為轉子42的位置檢測裝置的霍耳元件49，能直接檢測出轉子42的磁鐵46的磁極，因而，不需要磁極判斷用部件，減少了零部件個數，因而能用簡單的結構檢測出轉子42的磁極位置。
此外，如圖3、圖4所示，產生三相旋轉磁場的定子41的三根繞線端子41a從定子41向蓋部31b的方向突出配置，與之相對應，在蓋部31b上，形成有使上述繞線端子41a露出到蓋部31b外側的3個端子孔31p。而且，在蓋部31b上還形成有導出孔31q，通過該導出孔31q，將來自控制基板33的三根配線端子33a導出到蓋部31b的外側，該控制基板33將用于產生三相旋轉磁場的電力供給定子41。導出的各配線端子33a與從各端子孔31p露出的繞線端子41a相連。
另一方面，在傳遞人力的后鏈輪22側的變速器21的外周上，在旋轉殼體23a的內側固定有檢測人力扭矩的扭矩傳感器用的傳感器板51。另外，在旋轉殼體23a的開口周邊，安裝有與上述傳感器板51滑動接觸的密封件52，用以防水、防塵等。
在上述傳感器板51的內側，設置有傳感器盒54，該傳感器盒54通過軸承53安裝在變速器21的外周，同時通過螺栓固定在旋轉殼體23a上，該傳感器板51和傳感器盒54通過螺旋彈簧55連接，該螺旋彈簧55介于固定在傳感器板51上的推壓銷51a和設置在傳感器盒54上的容納部54a之間。也就是說，從變速器21將人力驅動力傳遞到傳感器板51上時，通過對應于人力扭矩大小的收縮量使螺旋彈簧55收縮，并通過傳感器盒54使旋轉殼體23a旋轉。
在上述傳感器盒54的內側，可在環形托架56的外周自由滑動地配置有圓弧狀鋁制的圈57，該圈57在其外周的多處嵌入安裝有銷58，在銷58上套有沿變寬方向具有彈力的螺旋彈簧59。另外，圈57與在環形托架56上形成的傾斜面(圖中未示出)接觸，當施加人力時，傳感器板51和圈57在旋轉方向上產生錯位，從而圈57一邊旋轉一邊沿環形托架56的傾斜面向車軸方向移動。另外，通過配置在該圈57外周的，與搭載了控制電路的控制基板33相連的線圈60，獲得圈57沿車軸20方向的位移作為電感的變化。也就是說，該電感的變化作為表示人力扭矩大小的電信號輸入給控制基板33，基于該信號值控制電動機40。
這樣，由于采用了根據螺旋彈簧55的收縮，即人力扭矩的大小，位移量變化的圈57，因此，可根據人力扭矩的大小改變線圈60的電感，可以把人力扭矩的大小用電信號輸出。
接著，用圖7～圖13說明上述電動機40的轉子42的結構。另外，與上述圖1～圖6相同的符號表示相同的部分。
該電動機40的轉子42如上所述，由用其它部件形成的內圈44和外圈45組成，內圈44由輕質部件的鋁合金構成，外圈45由層壓的硅鋼板構成。
此外，在內圈44上，如圖11等所示，在外周的多個位置以一定間隔形成有凸部44a。另外，內圈44，其外周部和內周部之間除形成了上述凸部44a的部分外都形成薄壁結構，同時，在形成薄壁的位置分別形成孔44b～44e，在其中一個位置形成體積與其它長孔44b相同而形狀不同的孔(在本實施方式中為大小圓孔44c～44e)。
根據以上構成，再加上用輕質部件的鋁合金形成內圈44獲得的輕量化，既不損害強度又實現了進一步的輕量化。
而且，在內圈44的單側外周部形成有鍔部44f，在凸部44a形成的部分形成有切口部44g。
此外，如圖12等所示，在外圈45上，在向外周突出的多個磁極部45a上形成有細長孔45b，在各個孔45b中壓入磁鐵用的鐵板46。
另外，在外圈45的內周側，形成有壓入上述內圈44的凸部44a的凹部45c，內圈44和外圈45嵌合各個的凸部44a與凹部45c，如圖10等所示，壓入至形成內圈44的鍔部44f的部分。因此，可簡單地進行轉子42的組裝。而且，在上述壓入時，由鋁合金形成的內圈44的凸部44a上切出的鋁合金切屑由切口部44g排出。這樣，即使形成鍔部44f，也能將壓入時由凸部44a切出的切屑從切口部44g排出，因而進一步簡化了組裝。
上述轉子42的鐵板46的磁化是在整體壓入后，將內圈44的形狀不同的孔44c定位并固定在磁化工具上進行。即使這樣，通過有效利用輕量化用孔44b～44e形成形狀不同的孔44c～44e，能夠簡單地進行磁化時的定位。另外，由于形狀不同的孔44c～44e以體積與其它孔44b相同的方式形成，所以可得到良好的旋轉平衡。
這樣組裝的電動機40如上所述，配置在與后輪14一起旋轉的旋轉殼體23內的車軸20上固定的固定殼體31內。固定殼體31如上所述，由主體部31a和蓋部31b構成，電動機40配置在主體部31a上，在蓋部31b上安裝構成減速機構的大皮帶輪34、拉伸皮帶輪38及配置在基板盒32內的控制基板33。在基板盒32的外側(背側)，安裝有進行轉子42的位置檢測的霍耳元件49，進行電動機驅動用的轉子磁極位置的檢測。基板盒32在蓋部31b上定位，并用螺栓固定在蓋部31b上，另外，霍耳元件49也預先在基板盒32上定位，并安裝在基板盒32上。
在組裝固定殼體31時，首先組裝成在主體部31a和蓋部31b上安裝各個部件的狀態后，將蓋部31b安裝在主體部31a上。這樣，轉子42和霍耳元件49的定位結束。
因此，通過有效利用基板盒32，能夠提高組裝性，同時能夠可靠地進行轉子42和霍耳元件49的定位，檢測出正確的轉子42的磁極位置。
另外，把蓋部31b安裝到主體部31a上，定子41的繞線端子41a從形成于蓋部31b的端子孔31p露出，在該繞線端子41a上連接通過在蓋部31b上形成的導出孔31q引出的來自控制基板33的給電用端子33a。這樣，定子40的繞線端子41a和控制基板33的給電用端子33a的連接結束。
如上所述，由于安裝蓋部31b后，在定子41的繞線端子41a上連接控制基板33的給電用端子33a，因此，導線松弛不會與轉子42發生干涉，可以簡單地進行配線，配線的連接處理也容易進行。
下面說明如上所述構成的電動協助自行車的動力傳遞。
首先說明人力驅動力的傳遞。
一旦從踏板5輸入人力驅動力，固定在踏板5上的前鏈輪12轉動，通過鏈條13使后鏈輪22旋轉。一旦后鏈輪22旋轉，通過單向離合器(圖中未示出)只向一個方向傳遞動力。
傳遞行駛方向的動力時，通過設定了使用者指示的齒輪比的變速器21進行變速后，使構成扭矩傳感器的彈簧55收縮，同時使旋轉殼體23(23a)旋轉，從而可以使后輪14轉動。
其次，說明電動驅動力的傳遞。
通過上述扭矩傳感器的圈57的位移，由線圈60檢測的電感的變化作為電信號輸入給控制基板33的微型計算機。然后，基于該信號值，給電動機40的驅動電路輸出信號，通過驅動電路內的FET的開關，使定子41的磁極變化產生旋轉磁場，從而通過設置在轉子42上的磁鐵46，轉子42旋轉，旋轉驅動電動機40。電動機40的旋轉驅動力通過由小皮帶輪47、大皮帶輪34、單向離合器36、小齒輪37及大齒輪25組成的減速機構減速，使旋轉殼體23(23b)轉動，從而使后輪14轉動。
如上所述，由于人力驅動力和電動驅動力通過旋轉殼體23(23a、23b)合力驅動后輪14，因此，加上與使用者踏動踏板5的力對應的電動驅動力，即使坡道等，也能輕松地行駛。
另外，在本實施方式中，通過軸承43將電動機40的轉子42安裝在內裝式變速器21上，該內裝式變速器21安裝在后輪14的車軸20上，因此，可有效地將車軸20的內裝式變速器21作為電動機40的軸加以利用，而且由于電動機40本身也通過上述結構輕量化，因而可實現輕量且緊湊的電動協助自行車。
另外，在上述實施方式中，雖然示出了本發明適用于電動協助自行車的情況，但是，用于協助式電動車等通過電動機輔助驅動的車輛也同樣有效。
此外，在上述實施方式中，雖然示出了在車軸20上配備有內裝式變速器21的結構適用本發明的情況，但是，本發明也可用于車軸上不設置變速器的結構。
另外，作為轉子42的位置檢測裝置，雖然示出了使用一般的霍耳元件49的情況，但也可以使用霍耳元件與波形整形用的比較儀一體化的霍耳集成電路或由發光體與受光體組成的光斷續器等。
如上所述根據本發明，備有用人力驅動車輪的人力驅動部和通過檢測轉子的磁極位置控制定子的旋轉磁場的電動機驅動上述車輪的電動驅動部，在覆蓋上述電動機的殼體的蓋部內側安裝有用于配置控制基板的基板盒，在與該基板盒的上述轉子相對的面上配備有檢測轉子磁極位置的位置檢測裝置，從而可有效地利用基板盒，簡單地安裝轉子的位置檢測裝置，因此提高了組裝性，另外，位置檢測裝置的定位也變得容易。
此外，通過由霍耳元件構成上述位置檢測裝置，能夠用簡單的結構進行轉子的位置檢測。
而且，上述基板盒在上述蓋部的內側定位并安裝，另外，上述位置檢測裝置在上述基板盒上定位并安裝，因而，將裝有基板盒的蓋部安裝在安裝了電動機的殼體上，從而必然確定了位置檢測裝置的位置，因此可檢測出正確的轉子的磁極位置。
另一方面，通過備有用人力驅動車輪的人力驅動部和用電動機驅動上述車輪的電動驅動部，配備有連接部，該連接部在覆蓋上述電動機的殼體的蓋部內側配置控制基板，同時在上述殼體上安裝了蓋部后，連接電動機的繞線和控制基板的配線，從而由于在安裝了蓋部后與電動機的繞線連接，因此連接配線(導線)和轉子不發生干涉，可簡單地進行配線。
此外，作為上述連接部，在蓋部上形成了用于使電動機的繞線端子露出到蓋部外側的端子孔和用于將來自控制基板的配線端子導出至蓋部外側的導出孔，從而可簡單地處理配線的連接。
權利要求
1.一種帶輔助動力的車輛，其特征在于，包括由人力驅動車輪的人力驅動部及通過檢測轉子的磁極位置來控制定子的旋轉磁場的電動機驅動所述車輪的電動驅動部，在覆蓋所述電動機的殼體蓋部內側安裝有用于配置控制基板的基板盒，在與該基板盒的所述轉子相對的面上配備有檢測所述轉子磁極位置的位置檢測裝置。
2.根據權利要求1所述的帶輔助動力的車輛，其特征在于，所述位置檢測裝置由霍耳元件構成。
3.根據權利要求1或2所述的帶輔助動力的車輛，其特征在于，所述基板盒在所述蓋部的內側定位并安裝。
4.根據權利要求3所述的帶輔助動力的車輛，其特征在于，所述位置檢測裝置在所述基板盒上定位并安裝。
5.一種帶輔助動力的車輛，其特征在于，包括由人力驅動車輪的人力驅動部和用電動機驅動所述車輪的電動驅動部，還包括連接部，該連接部在覆蓋所述電動機的殼體的蓋部內側配置有控制基板，同時，在將蓋部安裝在上述殼體上之后，連接所述電動機的繞線和控制基板的配線。
6.根據權利要求5所述的帶輔助動力的車輛，其特征在于，作為所述連接部，在所述蓋部形成用于使所述電動機的繞線端子露出到蓋部外側的端子孔和用于將來自所述控制基板的配線端子導出至蓋部外側的導出孔。
全文摘要
一種帶輔助動力的車輛,備有由人力驅動車輪的人力驅動部和通過檢測轉子42的磁極位置控制定子41的旋轉磁場的電動機40驅動上述車輪的電動驅動部30,在覆蓋電動機40的殼體31的蓋部31b的內側安裝有用于配置控制基板33的基板盒32,在與該基板盒32的上述轉子42相對的面上配備有檢測轉子42磁極位置的位置檢測裝置(霍耳元件49)。從而提供一種能簡單地安裝轉子的位置檢測裝置,可提高組裝性能,并能使位置檢測裝置的定位容易且可配置在正確位置的帶輔助動力的車輛。
文檔編號B62M11/16GK1367116SQ02102718
公開日2002年9月4日 申請日期2002年1月24日 優先權日2001年1月24日
發明者相良弘明, 友重一弘, 山口征史, 松本和久 申請人:三洋電機株式會社