專利名稱：電動車的制作方法
技術領域：
本發明涉及裝有人力驅動部分和馬達驅動部分的電動車，可用馬達驅動力對人力驅動力作助推行駛。
在以往的這類電動車中，人力驅動部分和馬達驅動部分是彼此并列設置的，對馬達驅動部分的輸出控制是對應于人力驅動力的改變進行的如日本未經審查的專利申請33070/1995(B62M 23/02)所示。這種電動車裝有變連器，其高速級用于較小的馬達和人力輸出比，其低速級用于與高速級相比較大的馬達和人力輸出比。
但，采用以上結構，人力驅動系統的作用力和馬達驅動系統的作用力的合力是通過驅動軸、單向離合器和變速器傳遞到輪上的，作用其上的負荷與一般自行車相比，也就是與只有人力驅動系統的自行車相比較大，因此必須加強這些部件以提高其耐用性。
此外，必須對后輪軸設變速器和在曲軸上設馬達，這就使驅動部分的結構變得很復雜，而且組裝也很困難，制動機構的設置使結構變得很大。
而且，必須探測變速器的變速級以便通過控制器對人力驅動力校正馬達驅動系統的輸出，因而使控制器的組成也較復雜。
鑒于以下缺點，本發明的目的是提供一種電動車，其結構簡單而緊湊，其組裝方便，其變速器的負荷較低，控制也較簡單。
本發明的電動車具有人車驅動系統，用以使人力驅動力通過變速器加在輪子上使之旋轉，還具有馬達驅動系統，用以使馬達驅動力直接轉動輪子，其中，馬達是根據用轉矩探測器測得的人力驅動力值進行驅動的。轉矩探測器裝在變速器和輪子之間，用以探測轉矩。
此外，馬達的輸出可根據來自速度傳感器的信號調變。
輪轂由裝在輪子上的旋轉殼體和裝在車體上的固定殼體構成，馬達是通過裝在固定殼體上的探測器進行驅動的。裝在旋轉殼體內的彈性件位于變速器和輪子之間，速度傳感器裝在輪轂內，用以探測輪子的轉速。
彈性件的伸縮可轉換成軸向移動而使磁性件或導電件移動，并使繞組的電感量變動，從而測得運動量，也就是人力轉矩。
此外，本發明的結構使變速器和減速機構依次從軸體向外設置，使制動機構與變速器在軸上作并列設置，并將制動機構用殼體罩住而靠近殼體設置。
本發明電動車的結構使變速器、轉矩探測器和傳動機構依次從軸體向外周設置，使變速器與軸體同心設置，并使傳動機構和馬達在殼體的空間內偏離軸體設置。
此外，用以控制馬達驅動力的控制板在殼體內與傳動機構錯開設置。
圖1為本發明電動車實施例中動力系統的圖解；圖2為實施例中驅動部分的側剖面圖；圖3為驅動部分的平面結構圖；圖4為實施例中轉矩探測器操作簡圖；圖5為實施例中馬達驅動力和人力驅動力之比與行駛速度之間的關系曲線圖；圖6為實施例的總結構圖。
現對圖1-6所示本發明電動車的實施例說明如下。
首先，對圖6所示電動自行車的整體結構進行說明。
主車架1使前部管件2與車座3下面的管件4連接，主車架1裝在車座管件4與腳蹬5相接的部分上，用人力可使腳蹬轉動。
前輪6是與把手7聯動的，前輪的行駛方向取決于對把手7的操縱，前輪6具有輻條8、輪圈9和輪胎10。
后輪11為驅動輪，后輪11也具有輪胎12、輪圈13、輻條14和用以驅動后輪11的驅動部分15。
前鏈輪16隨腳蹬5轉動，鏈子17繞在前鏈輪16上而將前鏈輪16的轉動傳遞給后鏈輪27(圖2)，后鏈輪裝在作為動力的驅動部分15的軸上。
電池18是電動車馬達49的動力源，電池為一24伏的鎳鎘電池。電池18可取下而在室內充電。
圖中示有前車筐19和用以在停車時支撐自行車的支撐20。
驅動部分15的具體結構示于圖2和3。
盤形固定殼體21在主車架1上作固定安裝；旋轉殼體22在固定殼體21外面與之同軸旋轉。固定殼體21和旋轉殼體22組成一輪轂。在旋轉殼體22的外緣形成兩個環形肋24，輻條14從環形肋24延伸到輪圈13(圖6)，車胎12裝在輪圈上。
轂軸內含式變速器25(如“Kabushiki Kaisha shimano”生產的SG-3531型變速器)通過棘輪26與后鏈輪27連接。也就是來自鏈17的人力只在一個方向上通過棘輪26起作用，在相反的旋轉方向上施加作用力時驅動力就失效。變速器25裝在筒體33內，在筒體33一端的整個周邊上形成一凸緣28。在變速器25內，變速桿30在軸29的中空部分內作可滑動的外伸狀插裝，左右移動變速桿30可使變速器25內的齒輪(未示出)轉換。推壓器31用以推壓變速桿30而壓靠在變速桿30上，用以操縱攜壓器31的操縱器(未示出)裝在把手7近處而用金屬絲32與之連接。通過操縱器牽位金屬絲32可使推壓器31移動，也就使變速桿30移動，從而轉換變速級。
管狀套筒34與變速器25的筒體33作壓入配合而圍在筒體33的外周，套筒34通過螺栓固定在凸緣28上。
旋轉板35裝在變速器25的外周而與套筒34和凸緣28作整體旋轉。現對旋轉板35參照圖4所示操作簡圖說明如下。
旋轉板35具有大于變速器25筒體33的外周直徑而與變速器25同心的圓形外形，在旋轉板上推桿36和轉換桿37在相對的兩個位置上與板連成一體而作軸向延伸。推桿36成柱狀而具有壓在彈性件，也就是壓在彈簧38上的寺廟鐘形表面。這樣，旋轉35在使彈簧38伸縮的情況下在變速器25的外緣上以筒體33的外緣為導向體與變速器25作同心旋轉。轉換桿37也是朝向軸29延伸的長方形構件，具有斜度而使其沿旋轉方向的前部較短。
彈簧38的一端受推于推桿36，其另一端可與旋轉殼體22的一部分接觸，從而在使人力驅動力傳遞到旋轉板35，再傳遞到推桿36時，彈簧38就伸縮而轉動旋轉殼體22。因此，旋轉板35在旋轉中隨著伸縮彈簧38的伸縮程度與旋轉殼體22之間產生少量的應變。這樣，旋轉板35隨著人力所產生的應變在變速器25的周緣上轉動。因此，轉換桿37隨著旋轉板35的少量轉動也作相應轉動，從而使凸體部分40與轉換桿37前部的傾斜部分39相接觸，并受推而朝向軸29移動。凸體部分40上裝有磁性件，也就是裝有環形鐵氧體41，致使凸體部分40移動，鐵氧體41也隨之移動。鐵氧體41的前端設有C形環42和彈簧43，用以將鐵氧體41推向旋轉板35。因此，鐵氧體41可通過旋轉殼體22和旋轉板35之間的應變量朝向軸29移動。
磁性探測件，也就是繞組44，在固定殼體21上靠近鐵氧體41設置，可將由于鐵氧體41的靠近所產生的電感量變化轉化成電信號。利用信號輸出可測出人力轉矩。
圖4所示這些構件總起來稱作轉矩探測器45。轉換桿37、凸體部分40、磁性件41和磁性探測件44在這里總起來也就稱作探測器，可用以探測彈性件的伸縮程度。轉換桿37和凸體部分40總起來稱作轉換件，用以將彈性件38在旋轉方向上的伸縮轉化成軸29方向的移動。
盡管在上述結構中鐵氧體用作磁性件，但此環可采用導電材料如鋁。同樣，盡管將彈簧用作彈性件，此彈性件可采用橡膠一類材料，探測器可由一能測出橡膠伸縮度的刻度盤構成。此外，將壓敏橡膠用作彈性件，就可將伸縮壓力作為電信號測出。
內內輪46用螺釘旋裝在旋轉殼體22上，對于內內輪46可用加強塑料如聚醛樹脂構成其內內部分。為加強內內輪46可用金屬殼體圍住其外周而構成其外部。
軸管47與內內輪46作整體模制，軸承48裝在軸管47和套筒34之間以便軸管在旋轉板35轉動時作平穩旋轉。
馬達49裝在固定殼體21內內馬達49的外軸50上裝有皮帶51，皮帶51與第一皮帶輪52接合。第一皮帶輪52通過軸承53在固定殼體21上作旋轉安裝。第2皮帶輪56通過單向離合器54和軸承55與第一皮帶輪52作同軸安裝，從而將來自第一皮帶輪52的動力僅作單向傳遞。第二皮帶輪56與齒輪57連成一體，從而使齒輪57與內齒內46嚙合而通過馬達49的驅動力轉動旋轉殼體22。單向離合器54用以使馬達49和人力的驅動力不受外來影響，也就是使馬達49和后輪11在用手推動自行車時并不會轉動，以致通過動力制動，對使用人是不可能加上另外的負荷的。這些減速機構在旋轉板34外周和固定殼體21外周之間很寬的空間內作拱形安裝。
制動件58與變速器25作同軸并列安裝而與筒體33一起轉動，制動件58在與固定殼體21模制成一體的制動匣59內與后輪11一起旋轉，而裝在制動匣59內的制動塊60可通過裝在把手7上的制動桿(未示出)張開而緊壓在制動件58上，從而對后輪11的轉動進行制動。這些用以制動的結構稱作制動機構。
在旋轉殼體22上裝有與殼體22一起旋轉的磁鐵(未示出)，而在固定殼體21上裝有舌簧接點(未示出)，用以探測磁鐵。從舌簧接點上的輸入信號數可得出后輪11的轉數，也就是需探測的行駛速度。
使張力輪61推壓皮帶可調整連接馬達49和第一皮帶輪52的皮帶51的緊度，張力輪61具有輥子62和基座63，通過用以固定基座63一端的長孔64可調整壓在皮帶51上的作用力。
用以控制馬達49旋轉的控制板68裝在固定殼體21上，控制板68和減速機構67離軸29大體上具有相同的距離，控制板裝在減速機構67空出的空間內。控制板68上裝有用以通過對脈沖寬度的調制來控制馬達49的驅動電路、用以向微計算機輸入起動電壓的恒壓電路以及用以按轉矩探測器45的輸出信號控制馬達49轉速的轉矩探測電路和微計算機。
現對圖1所示具有以上結構的動力系統圖說明如下。
就人力驅動系統來說，來自腳蹬5的人力通過鏈17的傳遞到后棘輪27，經變速器25變速而通過旋轉板35和彈簧38轉動后輪11。就馬達驅動系統來說，彈簧38的伸縮量，也就是旋轉板35的行程通過轉換件37轉化成軸29方向的移動，從而使鐵氧體41隨之移動。鐵氧體41的移動轉化成繞組44電感量的變化，這一變化作為電信號輸入控制器65。控制器65裝在固定殼體21內。來自繞組44的信號和來自速度傳感器的行駛速度信號輸入控制器65，控制器由此向馬達49輸出驅動信號使之旋轉。馬達49的輸出經第一皮帶輪52和第二皮帶輪56這類減速機構67減速而轉動后輪11。后棘輪27、減速機構69、后輪11、轉換件37和鐵氧體41裝在旋轉殼體22上，而控制器65、繞組44、速度傳感器66、馬達49和減速機構67則裝在固定殼體21內。
現按圖5對控制器65的操作說明如下。
圖5在櫻花坐標上示出行駛速度而在縱坐標上示出助推比，也就是馬達驅動力與人力驅動力之比。如圖所示，馬達49輸出與人力驅動力相同的驅動力直至達到一預定的速度H，以致在比整段時間內助推比是1∶1。控制器使助推比在超過速度H時逐漸下降而使行駛速度不致過高。最后，電力驅動力變為零，在這之后的速度下，行駛僅由人力來完成。
按權利要求1，電動車的特征是電動車具有一人力驅動系統，用以使人力驅動力通過一變速器加在輪子上使之轉動，它具有一馬達驅動系統，用以使馬達的驅動力直接轉動輪子；人力驅動系統具有用以探測人力驅動力的轉矩探測器以便由轉矩探測器測得的人力驅動力來驅動馬達，致使不必采用一種特別耐用的變速器而可采用一種普通的自行車變速器，從而取得結構簡單的效果。
按權利要求2，轉矩探測器裝在變速器和輪子之間，用以探測由人力驅動力經變速器后變換成的轉矩，馬達驅動力是根據測得的值給出的，以致不必通過變速級改變馬達驅動力和人力驅動力之比，也不必探測變速級，從而取得用簡單的控制器準確地對人力進行助推的效果。
按權利要求3，電動車的特征是具有用以探測輪子轉速的速度傳感器，由轉矩探測器向馬達輸出的信號是按來自速度傳感器的信號調變的，致使馬達驅動力不必根據變速級和速度之間的關系來計算而可通過人力驅動力和行駛速度來計算，從而取得控制十分簡單的效果。
按權利要求4，人力驅動系統和馬達驅動系統彼此并列設置，輪轂具有裝在輪子上的旋轉殼體和裝在車體上的固定殼體；旋轉殼體內裝有人力系統的輸入部分、變速器和根據人力轉矩作伸縮的彈性件；固定殼體內裝有用以探測彈性件伸縮的探測器和用以轉動旋轉體的馬達以便根據探測器的輸出信號驅動馬達，致使馬達的輸出不是通過變速器傳遞的，因此不必采用較通用變速器更為耐用的變速器而只須采用普通的自行車變速器。此外，探測器和馬達裝在具有固定和旋轉殼體的輪轂內，從而取得良好的整體外觀的效果。
按權利要求5，彈性件裝在變速器和輪子之間，使人力轉矩是在變速之后測得的，根據這樣測得的值來控制馬達的輸出，因而可不必考慮所用變速級數而取得正確的助推作用。也就是不必根據變速級調變助推比，從而取得控制簡單的效果。
按權利要求6，用以探測輪子轉速的速度傳感器裝在具有固定和旋轉殼體的輪轂內，使速度傳感器不易從外面使之變動。
按權利要求7，變速器以軸為中心裝在筒體內，彈性件裝在筒體和旋轉體之間；彈性件通過人力轉矩沿筒體外壁大體上在旋轉方向上伸縮，因而彈性件可用筒體作為導向體進行伸縮，從而可測得正確的人力轉矩。此外，不難將彈性伸縮件裝在變速器的筒體上，從而取得組裝和結構簡單的效果。
按權利要求8，旋轉殼體通過套筒裝在變速器的外周上，使任何通用的裝在輪轂內的自行車變速器不論其直徑大小通過變動套筒的直徑都可采用。
按權利要求9，旋轉板與變速器筒體外壁作整體旋轉；彈性件裝在旋轉板和旋轉殼體之間，使旋轉板只須裝在變速器筒體上，從而取得改善加工性的效果。
按權利要求10所示結構，設有用以將彈性件的伸縮轉0換成軸向移動的轉換件和由轉換件推動的磁性件或導電件；探測器具有裝在磁性件或導電件近處的繞組，從而通過因定殼體可探測人力轉矩而使人力轉矩的探測很易進行。
按權利要求11，變速器和減速機構作從輪軸向外的安裝，也就是減速機構裝在變速器的外周，從而可構成緊湊的驅動部分。由于減速機構裝在變速器的外周，使多種減速機構都能采用，此外，制動機構在軸上與變速器作并列安裝，其效果是即使將制動機構裝在內部已繞變速器裝有減速機構而已很緊湊的驅動部分內，結構仍不增大而可作緊湊的安裝。
按權利要求12，制動機構用構成驅動部分的殼體罩住，使輪子旋轉時在輪子附近揚起的塵土少石不會進入制動機構內。這就可取得制動安全可靠的效果。
按權利要求13，制動機構裝在構成驅動部分的殼體附近，使制動機構操作時產生的熱量可通過殼體消散出去。這就可取得制動力不會因發熱而降低，從而提高安全性的效果。
按權利要示主4，輪子的轂軸上裝有驅動部分；驅動部分內設有驅動馬達、用以將馬達的轉動傳遞到輪子上的傳動機構和變速器；變速器和傳動機構依次作從輪軸向外周的安裝。因此，可將變速器裝在軸上，將傳動機構裝在變速器周圍而構成緊湊的驅動部分。這就可取得將傳動機構繞變速器安裝而可采用多種變速器的效果。
按權利要求15，人力驅動系統和馬達驅動系統彼此作并列設置；驅動部分裝在輪子的轂軸上；驅動部分具有用以探測人力轉矩的轉矩探測器、驅動力取決于轉矩探測器測得的轉矩值的驅動馬達和變速器；變速器、轉矩探測器和傳動機構依次作從軸體向外周的安裝，其效果是變速器裝在輪軸上，轉矩探測器裝在變速器的外周，這樣便于探測變速器之后產生的轉矩，因而不必探測變速級就可取得正確的助推行駛，而且，將傳動機構裝在轉矩探測器外周使驅動部分更加緊湊。
按權利要求16，驅動部分內設有與軸體同軸的變速器；傳動機構和馬達偏離軸體設置，其效果是馬達和傳動機構利用驅動部分的變速器外周空間設置，從而取得一種緊湊的結構。
按權利要求17，在驅動部分內變速器和轉矩探測器與軸同心設置；傳動機構和馬達偏離軸體設置，其效果是馬達和傳動機構利用驅動部分的變速器和轉矩探測器外周空間設置，從而取得一種緊湊的結構。
按權利要求18，設有用以控制馬達驅動馬達驅動力的控制板；控制板位于離軸與減速機構離軸大體上相同距離上，使除傳動機構外控制板也利用驅動部分的空間設置，因而更加緊湊，而且也不必進行接線，從而取得裝配工作方便而結構簡單的效果。
權利要求
1.一種電動車，具有一人力驅動系統和一馬達驅動系統，在人力驅動系統內使人力驅動力通過一變速器加在一輪子上而使之旋轉，在馬達驅動系統內使馬達驅動力直接轉動輪子，其中在人力驅動系統內裝有一轉矩探測器，用以探測人力驅動力以便按轉矩探測器測得的人力驅動力值驅動馬達。
2.按權利要求1所述電動車，其中轉矩探測器裝在變速器和輪子之間。
3.按權利要求1所述電動車，其中設有一用以探測輪子轉速的速度傳感器，使轉矩探測器向馬達輸出的信號按速度傳感器的信號進行調變。
4.一種電動車，具有彼此并列設置的一人力驅動系統和一馬達驅動系統，以及一由一裝在輪子上的旋轉殼體和一裝在車體上的固定殼體構成的輪轂，旋轉殼體內設一人力系統輸入部分、一變速器和一隨人力轉矩伸縮的彈性件，固定殼體內設有一用以探測彈性件伸縮量的探測器和用以轉動旋轉殼體的馬達，從而隨探測器的輸出信號驅動馬達。
5.按權利要求4所述電動車，其中彈性件裝在變速器和輪子之間。
6.按權利要求4所述電動車，其中設有一速度傳感器，用以探測輪子的轉速，位于由固定和旋圍殼體構成的輪轂內。
7.按權利要求4所述電動車，其中變速器以一軸為中心裝在一筒體內；彈性件裝在筒體和旋轉殼體之間；彈性件通過人力轉矩沿筒體外壁大體上在旋轉方向上伸縮。
8.按權利要求4所述電動車，其中旋轉殼體通過一套筒裝在變速器的外周上。
9.按權利要求7所述電動車，其中設有一與變速器筒體外壁作整體旋轉的旋轉板，彈性件裝在旋轉板和旋轉殼體之間。
10.按權利要求4所述電動車，其中設有一轉換件，用以將彈性件的伸縮轉換成軸向移動，還設有一磁性件或導電件，通過轉換件使之移動，探測器具有一裝在磁性件或導電件附近的繞組。
11.一電動車，具有一位于一輪子轂軸上的驅動部分，驅動部分內設有一驅動馬達、一用以降低馬達轉速的減速機構和一變速器，其中變速器和減速機構依次從一輪軸向外設置，一制動機構在軸上與變速器作并列設置。
12.按權利要求11所述電動車，其中用一構成驅動部分的殼體罩住制動機構。
13.按權利要求11所述電動車，其中制動機構裝在一構成驅動部分的殼體附近。
14.一電動車，具有裝在一輪子轂軸上的驅動部分，驅動部分內設有一驅動馬達、一用以將馬達的轉動傳遞到輪子上的傳動機構和一變速器，其中變速器和傳動機構依次從一輪軸向外周設置。
15.一電動車，具有一人力驅動系統和一馬達驅動系統，彼此并列設置；一驅動部分，裝在一輪子的轂軸上，具有一用以探測人力轉矩的轉矩探測器；一驅動馬達，其驅動力取決于轉矩探測器測得的轉矩值；和一變速器，其中變速器、轉矩探測器和傳動機構依次從軸體向外周設置。
16.按權利要求14所述電動車，其中，變速器在軸上與之作同心設置，傳動機構和馬達偏離軸體設置。
17.按權利要求15所述電動車，其中變速器和轉矩探測器在驅動部分內與軸同心設置。
18.按權利要求14和15中之一所述電動車，其中設有一控制板，用以控制馬達的驅動力，控制板位于離軸與減速機構離軸大體上相同的距離上。
全文摘要
一種電動車，具有人力驅動系統和馬達驅動系統，人力驅動系統用以通過變速器將人力驅動力加在輪上使之旋轉，馬達驅動系統用以將馬達驅動力直接加在輪上。人力驅動系統內設有轉矩探測器，用以探測人力驅動力以便根據由轉矩探測器得的人力驅動力值驅動馬達。因而不必再用特別耐用的變速器而可采用普通的自行車變速器，從而取得簡化結構的效果。
文檔編號B62M6/55GK1148559SQ9611123
公開日1997年4月30日 申請日期1996年8月28日 優先權日1995年8月30日
發明者藤原正勝, 田中優, 田中建明, 石原裕康, 數原壽宏, 松本和久 申請人:三洋電機株式會社