專利名稱：電動(dòng)自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)自行車并特別涉及一種帶有馬達(dá)的電動(dòng)自行車，該馬達(dá)用作輔助驅(qū)動(dòng)力以輔助腳踏。
傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車包括這樣一種自行車，它由用于檢測(cè)腳踏所產(chǎn)生的主驅(qū)動(dòng)力的腳踏傳感器和用于測(cè)定基于由電池供給馬達(dá)的電池電流的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩的電池電流傳感器組成，其中由馬達(dá)產(chǎn)生輔助驅(qū)動(dòng)力并基于傳感器的輸出對(duì)其進(jìn)行控制(見，例如，日本未審查專利公開No.HEI4(1992)-100790)；傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車還包括具有僅在主驅(qū)動(dòng)超出預(yù)定值時(shí)才輸出輔助驅(qū)動(dòng)力的馬達(dá)的自行車(見，例如，日本未審查專利公開No.HEI5(1993)-246378)。
不過(guò)，這些傳統(tǒng)電動(dòng)自行車存在這樣一個(gè)問(wèn)題，即在用主驅(qū)動(dòng)力行駛時(shí)，不容易很好地對(duì)馬達(dá)進(jìn)行定時(shí)控制以提供輔助驅(qū)動(dòng)力。
本發(fā)明鑒于以上情況作出，并提供了具有根據(jù)電動(dòng)自行車的行駛加速度來(lái)產(chǎn)生所需輔助驅(qū)動(dòng)力的馬達(dá)，以便和主驅(qū)動(dòng)力一起正確地輔助行駛中的電動(dòng)自行車。
本發(fā)明提供了由腳踏產(chǎn)生的主驅(qū)動(dòng)力和另一輔助驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)自行車，它包括以下部件用于產(chǎn)生輔助驅(qū)動(dòng)力的馬達(dá)、用于向馬達(dá)提供電力的電池、用于檢測(cè)電動(dòng)自行車行駛加速度的加速度傳感器、以及用于控制供給馬達(dá)的電力以使馬達(dá)根據(jù)由此測(cè)得的行駛加速度來(lái)輸出輔助驅(qū)動(dòng)力的控制裝置。馬達(dá)根據(jù)自行車的加速度來(lái)輔出輔助驅(qū)動(dòng)力，這樣在加速時(shí)便降低了所需的主驅(qū)動(dòng)力以利于驅(qū)動(dòng)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電動(dòng)自行車的側(cè)視圖；圖2為圖1所示電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為該實(shí)施例中的控制電路；圖4為說(shuō)明該實(shí)施例操作的流程圖；圖5為說(shuō)明該實(shí)施例操作的時(shí)間圖。
如在傳統(tǒng)的自行車中所見，本發(fā)明中所指的主驅(qū)動(dòng)力是通過(guò)騎車人踩踏板而傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上的力，而且將主驅(qū)動(dòng)力由踏板傳遞至驅(qū)動(dòng)輪的機(jī)械傳輸系統(tǒng)可以是傳統(tǒng)自行車中任何一種公知的裝置。
輔助驅(qū)動(dòng)力是由馬達(dá)提供給驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力。
最好是，自行車還包括用于檢測(cè)主驅(qū)動(dòng)力的腳踏傳感器和當(dāng)腳踏傳感器未測(cè)到主驅(qū)動(dòng)力時(shí)使馬達(dá)停止輸出輔助驅(qū)動(dòng)力的終止裝置。這是由于以下理由，即當(dāng)自行車在無(wú)主驅(qū)動(dòng)力下自然加速時(shí)，例如，在向下的斜坡上時(shí)，希望停止提供輔助驅(qū)動(dòng)力以便安全行駛。
在此情況下，腳踏傳感器可包含用于產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變或變形的元件和用于將應(yīng)變或變形轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器的組合。該元件置于主驅(qū)動(dòng)力的機(jī)械傳輸系統(tǒng)中以產(chǎn)生主驅(qū)動(dòng)力所引起的機(jī)械應(yīng)變或變形。傳感器可以是，例如，應(yīng)變儀、電位計(jì)或差動(dòng)變壓器。
為了將輔助驅(qū)動(dòng)力從馬達(dá)傳遞到自行車的驅(qū)動(dòng)輪，采用了將馬達(dá)的輸出通過(guò)多級(jí)齒輪、傳動(dòng)帶或鏈條傳遞到驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)軸的裝置，在由齒輪降低了馬達(dá)輸出軸轉(zhuǎn)速后將馬達(dá)的輸出傳遞到驅(qū)動(dòng)輪的輪胎或輪緣的裝置，以及類似裝置。
最好將馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)輪通過(guò)單向離合器連接在一起，以防止在驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速高于馬達(dá)所給轉(zhuǎn)速時(shí)，阻尼力由馬達(dá)傳送到驅(qū)動(dòng)輪上。
馬達(dá)可以是，例如，無(wú)電刷馬達(dá)或整流式馬達(dá)，其中為了控制上的方便而優(yōu)選DC整流式馬達(dá)。電池可以是，例如，錳電池這樣的干電池，汞電池或堿-錳電池，或如鋁蓄電池、堿蓄電池、氧化銀-鋅蓄電池、氧化銀-鎘蓄電池或鎳-鎘電池這樣的充電電池。
電池能夠可拆卸地置于驅(qū)動(dòng)輪上方的外殼內(nèi)或可拆卸地置于構(gòu)成自行車車身骨架的圓形管內(nèi)。
行使加速度傳感器可以是壓電的加速度傳感器(由，例如，日本的YAMCO公司制造，201型)、伺服加速度計(jì)(日本TOKIMEC INC公司制造，TA25型)和線性加速度計(jì)(日本TOKYO AIR CRAFT INSTRUMENT公司制造，4311型)。另外，行駛加速度傳感器可以是速度傳感器與用于將速度傳感器的輸出進(jìn)行微分以給出加速度的電路的組合。
控制裝置可以包括用于從電池向馬達(dá)提供電力的開關(guān)元件(例如，開關(guān)晶體管和半導(dǎo)體開關(guān)元件)及根據(jù)行駛加速度控制開關(guān)元件工作系數(shù)的工作控制電路。
這種情況中，工作控制電路通過(guò)輸出具有預(yù)定頻率，例如，大約100至1000赫茲或1至10毫秒的脈沖信號(hào)來(lái)打開和關(guān)閉開關(guān)元件以改變工作系數(shù)，從而將馬達(dá)置于脈寬調(diào)制(PWM)控制之下。需注意開關(guān)元件的工作系數(shù)為該開關(guān)元件在預(yù)定頻率下被打開和關(guān)閉時(shí)，“開”的時(shí)間相對(duì)于預(yù)定頻率的比率。
速度傳感器是一種檢測(cè)電動(dòng)自行車行駛速度的傳感器。該速度傳感器的例子為旋轉(zhuǎn)編碼器和用于測(cè)定驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速表傳感器。
控制裝置對(duì)供給馬達(dá)的電力進(jìn)行控制，以使馬達(dá)根據(jù)測(cè)得的行駛加速度來(lái)輸出輔助驅(qū)動(dòng)力。這樣，在需要提高驅(qū)動(dòng)力的加速時(shí)，便輸出輔助驅(qū)動(dòng)力，從而以較少的腳踏作用來(lái)促進(jìn)電動(dòng)自行車的加速。
下面通過(guò)示于附圖中的本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。本發(fā)明并不限于此實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電動(dòng)自行車的側(cè)視圖。圖2是該電動(dòng)自行車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖。
在這些圖中，電動(dòng)自行車的車身1具有通過(guò)腳踏裝置9和馬達(dá)裝置12得以驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪2，以及用于確定行駛方向的前輪3。車身1具有包括座位管4、上部管5和下部管6的構(gòu)架，而且車座7固定于座位管4的上端。在上部管5和下部管6的會(huì)合處的上而提供了確定前輪3方向的把手8。
驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪2的腳踏裝置9象傳統(tǒng)自行車一樣裝有踏板10，以使騎車人用腳踩并轉(zhuǎn)動(dòng)踏板10以將驅(qū)動(dòng)力(也稱腳踏力)傳至鏈條11并隨后通過(guò)鏈輪11a和單向離合器11b傳至驅(qū)動(dòng)輪2，從而使驅(qū)動(dòng)輪2轉(zhuǎn)動(dòng)。
單向離合器11b是這樣的，即當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪2具有比用以傳給驅(qū)動(dòng)輪2的腳踏力的轉(zhuǎn)速還高的轉(zhuǎn)速時(shí)，該單向離合器11b防止驅(qū)動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)輪2至鏈條11的逆?zhèn)鬟f。
通過(guò)置于驅(qū)動(dòng)輪2上方的充電電池13給與腳踏裝置9一起驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪2的馬達(dá)裝置12供電，而且馬達(dá)裝置12將電力由電池13傳送給裝在驅(qū)動(dòng)輪2的軸轂之上的馬達(dá)14。
在馬達(dá)裝置12中，馬達(dá)14的輸出通過(guò)包括齒輪和傳送帶在內(nèi)的減速器裝置得以降低，并通過(guò)單向離合器14b和速度傳感器14c傳送至驅(qū)動(dòng)輪2。單向離合器14b是這樣的，即當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪2具有比用以傳給驅(qū)動(dòng)輪2的馬達(dá)14的轉(zhuǎn)速還高的轉(zhuǎn)速時(shí)，單向離合器14b防止驅(qū)動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)輪2至馬達(dá)14的逆?zhèn)鬟f。
置于驅(qū)動(dòng)輪2轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的速度傳感器14c是輸出脈沖的轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器，這些脈沖具有與驅(qū)動(dòng)輪2的轉(zhuǎn)速成比例的頻率。
現(xiàn)在翻到圖3，將詳細(xì)說(shuō)明電動(dòng)自行車的控制電路。
電池13輸出的電壓通過(guò)開關(guān)元件21和電源開關(guān)19施加給馬達(dá)14。如圖3中所示，續(xù)流二極管20與馬達(dá)14并聯(lián)布置并與之相連。
參考數(shù)字17表示包括CPU、ROM和RAM的微機(jī)，其一旦接收到速度傳感器14c的輸出信號(hào)即執(zhí)行信號(hào)處理并向脈沖發(fā)生器18發(fā)送一個(gè)工作控制信號(hào)。
脈沖發(fā)生器18，一旦收到來(lái)自微機(jī)17的工作控制信號(hào)，即控制開關(guān)元件21的工作系數(shù)。
在此實(shí)施例中，使用永磁型DC整流式馬達(dá)(最大輸出300W)作為馬達(dá)14并使用24V和5Ah的鎳-鎘電池作為電池13。
微機(jī)17以244赫茲的頻率打開和關(guān)閉開關(guān)元件21，來(lái)將馬達(dá)14置于PWM控制下。
電動(dòng)自行車的這樣一種結(jié)構(gòu)允許騎車人踩踏板10產(chǎn)生的腳踏力通過(guò)鏈條11傳至驅(qū)動(dòng)輪2。
如圖4的流程圖所示，微機(jī)17從速度傳感器14c的輸出信號(hào)測(cè)出速度V(步驟S1)，將速度V進(jìn)行微分以給出加速度α(步驟S2和S3)，根據(jù)預(yù)先建立的函數(shù)或表來(lái)確定工作系數(shù)η，它隨加速度α升高而變大(步驟S4)，以及按如此獲得的工作系數(shù)驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件21(步驟S5)。
圖5為說(shuō)明用于以上控制的速度V、加速度α和工作系數(shù)η隨時(shí)間變化的時(shí)間圖。隨著騎車人對(duì)腳踏10的蹬踏，速度V開始增加以獲得加速度α1。在根據(jù)加速度α1確定的工作系數(shù)η1下，電力由電池13供給馬達(dá)14，從而給予自行車輔助動(dòng)力(時(shí)間T1)。
如果騎車人為了進(jìn)一步加速而對(duì)踏板10作出更強(qiáng)的踩踏(時(shí)間T2)以獲得加速度α2，輔助驅(qū)動(dòng)力按基于加速度α2而確定的工作系數(shù)η2傳遞給電動(dòng)自行車。需注意在α＜0的減速時(shí)間T3中，不輸出輔助驅(qū)動(dòng)力。
這樣，為了利于驅(qū)動(dòng)，輔助驅(qū)動(dòng)力根據(jù)加速度而給出，從而在電動(dòng)自行車加速時(shí)降低了所需的主驅(qū)動(dòng)力。
根據(jù)本發(fā)明，為了利于驅(qū)動(dòng)，馬達(dá)按照電動(dòng)自行車的加速度來(lái)輸出輔助驅(qū)動(dòng)力，從而降低了電動(dòng)自行車加速時(shí)所需的腳踏力。
如此描述本發(fā)明后，明顯可見同樣的方法可在許多方面進(jìn)行變化。不認(rèn)為這樣的變化背離發(fā)明的內(nèi)容和范圍，而且意圖將所有對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員來(lái)說(shuō)明顯的修改都包括在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.由腳踏所產(chǎn)生的主驅(qū)動(dòng)力和另一輔助驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)自行車，包括產(chǎn)生該輔助驅(qū)動(dòng)力的馬達(dá)，向馬達(dá)提供電力的電池，用于檢測(cè)電動(dòng)自行車行駛加速度的加速度傳感器，以及用于控制提供給馬達(dá)的電力以使馬達(dá)根據(jù)如此測(cè)得的行駛加速度來(lái)輸出輔助驅(qū)動(dòng)力的控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)自行車，其中控制裝置包括用于向馬達(dá)提供電池電力的開關(guān)元件和用于根據(jù)行駛加速度控制開關(guān)元件工作系數(shù)的工作控制電路，工作控制電路提供隨行駛加速度升高而增加的工作系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)自行車，其中加速度傳感器包含速度傳感器和用于將速度傳感器輸出進(jìn)行微分以獲得加速度的電路的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電動(dòng)自行車，其中為了將馬達(dá)置于PWM控制之下，工作控制電路通過(guò)輸出具有預(yù)定頻率的脈沖信號(hào)來(lái)打開和關(guān)閉開關(guān)元件以改變其工作系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的電動(dòng)自行車，其中速度傳感器包括旋轉(zhuǎn)編碼器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)自行車，還包含用于檢測(cè)主驅(qū)動(dòng)力的腳踏傳感器和在腳踏傳感器未測(cè)出主驅(qū)動(dòng)力時(shí)使馬達(dá)停止輸出的終止裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電動(dòng)自行車，還包含一個(gè)踏板、一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和用于將主驅(qū)動(dòng)力由踏板傳遞至驅(qū)動(dòng)輪的機(jī)械傳輸系統(tǒng)，腳踏傳感器包含檢測(cè)一部分機(jī)械傳輸系統(tǒng)應(yīng)變的傳感器，以便把應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)自行車，還包含由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪和單向離合器，該馬達(dá)和該驅(qū)動(dòng)輪通過(guò)單向離合器連接在一起，以便防止驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速高于馬達(dá)給出轉(zhuǎn)速時(shí)，阻尼力由馬達(dá)向驅(qū)動(dòng)輪的傳送。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的電動(dòng)自行車，其中工作控制電路包括根據(jù)預(yù)先建立的函數(shù)來(lái)確定工作系數(shù)的電路，這樣工作系數(shù)就隨行駛加速度的增加而升高。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的電動(dòng)自行車，其中預(yù)定頻率為100至1000赫茲范圍內(nèi)的恒定頻率。
全文摘要
由腳踏產(chǎn)生的主驅(qū)動(dòng)力和輔助驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)自行車，包括用于產(chǎn)生輔助驅(qū)動(dòng)力的馬達(dá)，用于向馬達(dá)提供電力的電池，用于檢測(cè)電動(dòng)自行車行駛加速度的加速度傳感器，以及用于控制提供給馬達(dá)的電力以使馬達(dá)根據(jù)如此測(cè)得的行駛加速度輸出輔助驅(qū)動(dòng)力的控制裝置。
文檔編號(hào)B62M6/45GK1137996SQ9610374
公開日1996年12月18日 申請(qǐng)日期1996年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月27日
發(fā)明者松本敏宏, 田中建明, 數(shù)原壽宏 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社