專利名稱：電動(dòng)助力式自行車和位置檢測(cè)用磁鐵的磁化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及兼有人力驅(qū)動(dòng)力和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)助力式自行車，特別涉及安裝在自行車上的彈性接頭和位置檢測(cè)用磁鐵的磁化方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)式助力式自行車具有兩種驅(qū)動(dòng)力，其一是使由人力蹬踏腳蹬產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力通過鏈條和殼的回轉(zhuǎn)側(cè)、驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，另一個(gè)是構(gòu)成檢測(cè)加于腳蹬的轉(zhuǎn)矩，以對(duì)應(yīng)于該轉(zhuǎn)矩大小的轉(zhuǎn)矩使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪。作為這種電動(dòng)助力式自行車，如專利文獻(xiàn)1是眾所周知的。該專利文獻(xiàn)1的電動(dòng)自行車，在驅(qū)動(dòng)部配設(shè)電機(jī)，與此同時(shí)，以謀求該結(jié)構(gòu)的小型化輕量化為目的，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速化，通過齒輪和滑輪減速，獲得必要的轉(zhuǎn)矩。
現(xiàn)在的電動(dòng)助力式自行車，由于在后輪部設(shè)減速機(jī)構(gòu)，因此，零件安裝位置增大，而成為阻礙輕量小型化的主要原因，并且，必須大幅度變更普通自行車的基本結(jié)構(gòu)，使成本增高。另外，在行駛途中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)用電池沒有充電電壓時(shí)，為行駛所必需的人力驅(qū)動(dòng)力增大，產(chǎn)生疲勞。另外，因?yàn)椴捎糜须娝⒌碾姍C(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所以，電機(jī)和行駛輪之間的傳動(dòng)效率低，存在即使重新制動(dòng)，也由于電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗，制動(dòng)能被吸收，不能對(duì)電池充電等問題。
作為解決專利文獻(xiàn)1的問題的手段，專利文獻(xiàn)2是眾所周知的。該專利文獻(xiàn)2的電動(dòng)助力式自行車，把一種用與通過腳蹬鏈條傳遞的人力驅(qū)動(dòng)力成比例的轉(zhuǎn)矩控制的電機(jī)作成外轉(zhuǎn)子型的DC無刷電機(jī)，用無齒輪方式與人力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)合，用該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的扭矩檢測(cè)人力驅(qū)動(dòng)力。
特開平10-324288號(hào)公報(bào)；[專利文獻(xiàn)2]特開2002-46685號(hào)公報(bào)。
如專利文獻(xiàn)2，作為把人踏腳蹬的踏力向后輪傳送的轉(zhuǎn)矩傳遞路的人力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，為了檢測(cè)在該機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩必須位移，并且，必需有機(jī)械強(qiáng)度和撓性。對(duì)電機(jī)的控制和自行車騎行的舒適度產(chǎn)生影響的彈性接頭現(xiàn)在還沒有組裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單具有適當(dāng)性能的產(chǎn)品。另外，檢測(cè)腳蹬踏力的磁鐵，由于轉(zhuǎn)矩檢測(cè)的原點(diǎn)分散，助力電機(jī)的設(shè)定力矩不確定，控制性能不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供轉(zhuǎn)矩檢測(cè)精度高、安裝簡(jiǎn)單的彈性接頭及其位置檢測(cè)用磁鐵的磁化方法。
本發(fā)明的第一方面的兼有人力驅(qū)動(dòng)力和由永磁鐵形成的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)助力式自行車，其在把由人力獲得的轉(zhuǎn)矩通過彈性接頭向轉(zhuǎn)動(dòng)部傳遞的機(jī)構(gòu)中，上述彈性接頭由環(huán)形彈簧和兩個(gè)固定部件構(gòu)成，該環(huán)形彈簧前端部開口且有扭曲，該兩個(gè)固定部件具有比該彈簧的厚度大的切口部，在該切口部?jī)?nèi)分別有間隙地安裝彈簧的各前端。
本發(fā)明的第二方面，上述兩個(gè)固定部件的切口部形成為臺(tái)階形，在該臺(tái)階形的臺(tái)階部上分別有間隙地安裝上述彈簧的各前端。
本發(fā)明的第三方面，上述彈性接頭配設(shè)在與傳遞腳蹬的踏力的鏈輪構(gòu)成一體的接合器和作為轉(zhuǎn)動(dòng)部的輪轂之間，在接合器和輪轂上分別配設(shè)成為位置檢測(cè)用的磁鐵的環(huán)形傳感器。
本發(fā)明的第四方面，上述彈簧由約0.8圈的環(huán)形彈簧形成。
本發(fā)明的第五方面，上述兩個(gè)固定部件中，其中一個(gè)把沒有切口的部分與接合器固定連接，另一個(gè)把沒切口的部分與輪轂固定連接，在各固定部件的切口部上分別以不加面壓力的游動(dòng)狀態(tài)設(shè)置間隙并安裝彈簧的一端。
本發(fā)明的第六方面的兼有人力驅(qū)動(dòng)力和由永磁鐵形成的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)助力式自行車，其把由人力獲得的轉(zhuǎn)矩通過腳蹬、接合器和彈性接頭傳遞到轉(zhuǎn)動(dòng)部的輪轂。其中，在上述接合器和輪轂上分別配設(shè)環(huán)形傳感器，各環(huán)形傳感器在對(duì)接合器施加壓力的狀態(tài)一體磁化。
本發(fā)明的第七方面，上述施加的壓力是成為腳蹬踏力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)原點(diǎn)的壓力。
發(fā)明的效果如上述，根據(jù)本發(fā)明，在構(gòu)成彈性接頭的彈簧和固定部件之間，以不產(chǎn)生剩余壓力的游動(dòng)狀態(tài)安裝，因此，由于腳蹬踏力彎曲滯后非常小，提高檢測(cè)精度，提高助力率的控制性能。另外，檢測(cè)腳蹬踏力的兩個(gè)磁鐵通過把壓力施加在腳蹬踏力方向直到轉(zhuǎn)矩檢測(cè)原點(diǎn)之后，兩者一體磁化，所以轉(zhuǎn)矩檢測(cè)沒有分散，總能夠由原點(diǎn)檢測(cè)，因此，更提高助力率的控制性能。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的局部縱剖正面圖；圖2是本發(fā)明使用的彈簧的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明使用的固定部件的結(jié)構(gòu)圖；圖4是彈性接頭組裝局部圖；圖5是彈性接頭的安裝說明圖；圖6是表示第一環(huán)形傳感器的固定連接狀態(tài)的立體圖；圖7是表示第二環(huán)形傳感器的固定連接狀態(tài)的正面圖；圖8是彈性接頭部分的組裝完成狀態(tài)的說明圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是表示使用本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)部的結(jié)構(gòu)圖，1是車軸，2是與車軸嵌合的軸承，在軸承外側(cè)，通過接合器3成一體地轉(zhuǎn)動(dòng)自如固定連接著鏈輪4。在該鏈輪4上，掛著與腳蹬連接設(shè)置的鏈條，圖示省略。5是輪轂，形成有中空部的圓盤形，其內(nèi)徑側(cè)通過軸承6連接設(shè)置于接合器3上。另外，外側(cè)穿透設(shè)置安裝車輪的輻條用的輻條孔7。輪轂5的中空部形成密封結(jié)構(gòu)。在其內(nèi)部，在徑向延伸設(shè)置固定連接于車軸1上的支柱板8。在支柱板8的前端部，沿圓周方向配設(shè)固定鐵芯9，在該固定鐵芯9上卷繞安裝定子線圈10。另外，在與固定鐵芯9對(duì)向的輪轂5的內(nèi)面，通過間隙G，沿圓周N、S極交替地配設(shè)永磁鐵11形成轉(zhuǎn)子。
12是設(shè)置于輪轂5的軛部，由上述9～12構(gòu)成外轉(zhuǎn)子型永磁鐵同步電機(jī)，通過輻條張?jiān)O(shè)接合該電機(jī)的轉(zhuǎn)子和輪胎部，不設(shè)置減速機(jī)構(gòu)就能高效率驅(qū)動(dòng)輪胎。13是印刷回路板，在該印刷回路板13上，安裝圖中省略的電變換部的元件和用于控制該元件的控制部的回路部件，通過螺釘固定于支柱板8上。20是根據(jù)本發(fā)明形成的彈性接頭，配設(shè)于接合器3的鍔部3a和與該鍔部3a對(duì)向的輪轂5之間。14是安裝于接合器的鍔部3a的第一環(huán)形傳感器(磁鐵)，15是安裝于輪轂5的臺(tái)部的第二環(huán)形傳感器(磁鐵)，形成第一環(huán)形傳感器14比第二環(huán)形傳感器15直徑小。各環(huán)形傳感器交替形成N、S極地被磁化。另外，在與各環(huán)形傳感器對(duì)向的位置的固定側(cè)，配設(shè)由霍爾元件等構(gòu)成的位置檢測(cè)部16、17，固定于支柱板8上。
彈性接頭20，由圖2所示的彈簧21和圖3所示的固定部件(螺母)22組成。彈簧21使用環(huán)形件，但其不是連接完整的環(huán)形，而使用約0.8圈的環(huán)形件，而且開口部前端形成上下方向扭曲的形狀，設(shè)有固定用的孔21a、21b。螺母22用兩個(gè)，其分別形成具有臺(tái)階的形狀，在臺(tái)階部低處形成螺紋孔23b，在臺(tái)階部高處形成螺紋孔23。
具有臺(tái)階的兩個(gè)螺母22(22a、22b)，如圖4所示，分別配置于彈簧21的開口的各前端側(cè)的孔21a、21b中，其安裝方式，如圖5所示，分別通過螺栓，一方固定于輪轂5，另一方固定于接合器3的鍔部3a。作為該固定方法，通過螺栓24b把臺(tái)階螺母22a固定連接于接合器的鍔部3a的側(cè)面，把彈簧21的一端插入臺(tái)階螺母22a的切口空間部?jī)?nèi)，通過螺栓24a安裝于接合器的鍔部3a。用于安裝彈簧21的另一端的臺(tái)階螺母22b，通過螺栓24c固定連接于輪轂5，把彈簧21的前端部插入該臺(tái)階螺母的切口空間部?jī)?nèi)，通過螺栓24d安裝。該安裝后的彈簧21和臺(tái)階螺母22的狀態(tài)，如圖4所示，安裝成在螺母的臺(tái)部和彈簧的前端部形成間隙W1，在螺母之間產(chǎn)生間隙W2，構(gòu)成彈簧為可動(dòng)狀態(tài)、不施加面壓力的結(jié)構(gòu)。為此，形成在彈簧上穿設(shè)的孔21a、21b的孔徑大于螺栓24a、24d的外徑。另外，圖3所示的固定部件22，用形成臺(tái)階形狀的螺母緊固，然而，也可以不形成臺(tái)階形狀，而形成比彈簧的厚度大的切口狀的切入部。
如上述構(gòu)成的電動(dòng)助力式自行車，通過踏腳蹬，經(jīng)鏈輪4、接合器3和彈性接頭20，向輪轂5傳遞驅(qū)動(dòng)力，上述部件由軸承2、6支承，在車軸1上轉(zhuǎn)動(dòng)。由該轉(zhuǎn)動(dòng)，固定連接于輪轂5的永久磁鐵11也轉(zhuǎn)動(dòng)，利用在轉(zhuǎn)動(dòng)的永磁鐵11和定子線圈10之間發(fā)生的吸引力，通過由圖中省略的轉(zhuǎn)子的位置檢測(cè)器檢測(cè)出的位置信號(hào)，切換在固定線圈10中流動(dòng)的電流方向，使轉(zhuǎn)動(dòng)繼續(xù)。
另外，用后述的方法，由轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相似、多個(gè)N、S極交替配置地被磁化的環(huán)形傳感器14、15，檢測(cè)出與伴隨腳蹬踏力產(chǎn)生的彈性接頭20的扭曲對(duì)應(yīng)的相位差。以該信號(hào)為人力驅(qū)動(dòng)力，導(dǎo)入電力變換部的控制回路，成為對(duì)永磁同步電機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值。即，因?yàn)橛来攀酵诫姍C(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流成正比，所以求出轉(zhuǎn)矩設(shè)定值和被檢測(cè)電流的誤差信號(hào)，對(duì)應(yīng)于誤差信號(hào)，產(chǎn)生PWM信號(hào)，控制作為電力變換部的變換器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為人力驅(qū)動(dòng)的助力。
圖6是固定了環(huán)形傳感器14的接合器3的立體圖，圖7是固定了環(huán)形傳感器15的輪轂5的、從內(nèi)部側(cè)看的正面圖。另外，圖8是組裝接合器3、輪轂5、環(huán)形傳感器14、15和彈性接頭20的完成圖。直徑不同的兩個(gè)環(huán)形傳感器14、15是磁鐵，兩者分別N、S極交替并且以多個(gè)同極排列。而且，通過與腳蹬踏力相對(duì)應(yīng)，彈性接頭20彎曲，在磁鐵(環(huán)形傳感器)14和15之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)位移，在由位置檢測(cè)部16、17檢測(cè)的磁通中產(chǎn)生相位差。
此時(shí)，磁鐵14、15用彈性接頭20連接，在無負(fù)載狀態(tài)兩者的位置關(guān)系不會(huì)由于受伴隨踏力反復(fù)產(chǎn)生的負(fù)載而改變。即，在從無負(fù)載狀態(tài)施加負(fù)載時(shí)的力矩檢測(cè)原點(diǎn)，兩磁鐵14、15的相位經(jīng)常必須一致，然而，現(xiàn)在在該力矩檢測(cè)原點(diǎn)使相位一致是困難的。
在本發(fā)明，在構(gòu)成彈性接頭的彈簧21的前端設(shè)間隙W1和W2，構(gòu)成在無負(fù)載時(shí)的自由的狀態(tài)兩者之間的位置關(guān)系不產(chǎn)生變化的結(jié)構(gòu)，如圖8所示，在接合器3和輪轂5安裝各環(huán)形傳感器后，對(duì)接合器3施加壓力，在該狀態(tài)，通過對(duì)環(huán)形傳感器14、15由眾所周知的方法一體磁化，使轉(zhuǎn)矩檢測(cè)原點(diǎn)一定。
另外，如上述構(gòu)成彈性接頭20是根據(jù)如下理由。
作為在接合器3和輪轂5之間配置彈性接頭的方法有種種考慮。例如，作為接頭也有按本發(fā)明利用彈簧，用螺釘夾住該彈簧的兩端部，通過面壓固定的方法。此時(shí)，由于尺寸的限制，由螺釘緊固的面壓不能完全固定彈簧，在彈簧安裝孔有游隙程度的間隙，由組裝后的外力，造成與該間隙相應(yīng)的位置偏移，保持在具有彈簧剩余壓力的狀態(tài)。在該狀態(tài)發(fā)生如下的問題。
(1)因?yàn)閺椈蓮木哂惺Ｓ鄩毫Φ臓顟B(tài)，對(duì)應(yīng)腳蹬踏力的增減而彎曲，所以，彈簧彎曲特性的滯后增大，影響檢測(cè)精度。
(2)彈簧的剩余壓力狀態(tài)，在組裝工序不容易施加與腳蹬踏力相當(dāng)?shù)呢?fù)載，設(shè)備負(fù)擔(dān)增加，不能對(duì)應(yīng)批量生產(chǎn)。另外，用簡(jiǎn)單的荷重在剩余壓力狀態(tài)產(chǎn)生分散，初期狀態(tài)(轉(zhuǎn)矩檢測(cè)原點(diǎn))不穩(wěn)定。
在上述本發(fā)明，使用如圖4或圖5所示具有尺寸比彈簧21的厚度稍大的臺(tái)階和具有兩個(gè)螺孔23a、23b的螺母22a、22b，把各螺母的非臺(tái)階的高的部分分別通過螺栓24b、24c固定連接于接合器3和輪轂5。而且，構(gòu)成在各螺母22a、22b的各臺(tái)階的部分分別插入彈簧21的前端、用螺栓24a、24d安裝的結(jié)構(gòu)。這樣，接合器3和輪轂5之間通過彈簧21連接，并且，彈簧21通過螺母的臺(tái)階部的間隙安裝成無剩余壓力的自由狀態(tài)。因而，彈簧21從自然長(zhǎng)度通過腳蹬踏力彎曲，因此，滯后變得非常小，達(dá)到能夠忽略影響檢測(cè)精度的程度的水平，另外，能夠用組裝工序的小的荷重進(jìn)行轉(zhuǎn)矩檢測(cè)原點(diǎn)的確立。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)助力式自行車，其兼有人力驅(qū)動(dòng)力和由永磁鐵形成的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，其特征在于，在把由人力獲得的轉(zhuǎn)矩通過彈性接頭向轉(zhuǎn)動(dòng)部傳遞的機(jī)構(gòu)中，上述彈性接頭由環(huán)形彈簧和兩個(gè)固定部件構(gòu)成，該環(huán)形彈簧前端部開口且有扭曲，該兩個(gè)固定部件具有比該彈簧的厚度大的切口部，在該切口部?jī)?nèi)分別有間隙地安裝彈簧的各前端。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)助力式自行車，其特征在于，上述兩個(gè)固定部件的切口部形成為臺(tái)階形，在該臺(tái)階形的臺(tái)階部上分別有間隙地安裝上述彈簧的各前端。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)助力式自行車，其特征在于，上述彈性接頭配設(shè)在與傳遞腳蹬的踏力的鏈輪構(gòu)成一體的接合器和作為轉(zhuǎn)動(dòng)部的輪轂之間，在接合器和輪轂上分別配設(shè)成為位置檢測(cè)用的磁鐵的環(huán)形傳感器。
4.如權(quán)利要求1～3項(xiàng)所述的電動(dòng)助力式自行車，其特征在于，上述彈簧由約0.8圈的環(huán)形彈簧形成。
5.如權(quán)利要求1～4項(xiàng)所述的電動(dòng)助力式自行車，其特征在于，上述兩個(gè)固定部件，其中一個(gè)把沒有切口的部分與接合器固定連接，另一個(gè)把沒有切口的部分與輪轂固定連接，在各固定部件的切口部上分別以不加面壓力的游動(dòng)狀態(tài)設(shè)置間隙并安裝彈簧的一端。
6.一種電動(dòng)助力式自行車的位置檢測(cè)用磁鐵的磁化方法，該電動(dòng)助力式自行車兼有人力驅(qū)動(dòng)力和由永磁鐵形成的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，其特征在于，在把由人力獲得的轉(zhuǎn)矩通過腳蹬、接合器和彈性接頭向轉(zhuǎn)動(dòng)部的輪轂傳送的機(jī)構(gòu)中，在上述接合器和輪轂上分別配設(shè)環(huán)形傳感器，各環(huán)形傳感器在對(duì)接合器施加壓力的狀態(tài)一體磁化。
7.如權(quán)利要求6所述的電動(dòng)助力式自行車的位置檢測(cè)用磁鐵的磁化方法，其特征在于，上述施加的壓力是成為腳蹬踏力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)原點(diǎn)的壓力。
全文摘要
一種電動(dòng)助力式自行車，其為提高助力性能，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制，要求高精度的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)和容易組裝的彈性接頭。該電動(dòng)助力式自行車，通過在其各端不施加面壓力而安裝的切口形狀的固定部件，把前端部開口且在兩端有扭曲的彈簧固定連接于連接器和輪轂上。另外，通過把分別固定連接于接合器和輪轂的環(huán)形傳感器向接合器施加壓力的同時(shí)一體磁化而形成轉(zhuǎn)矩檢測(cè)原點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L3/10GK1799934SQ20051012691
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者長(zhǎng)澤清, 上符敏昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社明電舍