CN1799934A - 电动助力式自行车和位置检测用磁铁的磁化方法 - Google Patents

Abstract

一种电动助力式自行车，其为提高助力性能，实现稳定的控制，要求高精度的转矩检测和容易组装的弹性接头。该电动助力式自行车，通过在其各端不施加面压力而安装的切口形状的固定部件，把前端部开口且在两端有扭曲的弹簧固定连接于连接器和轮毂上。另外，通过把分别固定连接于接合器和轮毂的环形传感器向接合器施加压力的同时一体磁化而形成转矩检测原点。

Description

电动助力式自行车和位置检测用磁铁的磁化方法

技术领域

本发明涉及兼有人力驱动力和电动驱动力的电动助力式自行车，特别涉及安装在自行车上的弹性接头和位置检测用磁铁的磁化方法。

技术背景

电动式助力式自行车具有两种驱动力，其一是使由人力蹬踏脚蹬产生的驱动力通过链条和壳的回转侧、驱动车轮转动的驱动力，另一个是构成检测加于脚蹬的转矩，以对应于该转矩大小的转矩使电机转动，通过减速机构驱动车轮。作为这种电动助力式自行车，如专利文献1是众所周知的。该专利文献1的电动自行车，在驱动部配设电机，与此同时，以谋求该结构的小型化轻量化为目的，实现驱动电机高速化，通过齿轮和滑轮减速，获得必要的转矩。

现在的电动助力式自行车，由于在后轮部设减速机构，因此，零件安装位置增大，而成为阻碍轻量小型化的主要原因，并且，必须大幅度变更普通自行车的基本结构，使成本增高。另外，在行驶途中，当驱动电机用电池没有充电电压时，为行驶所必需的人力驱动力增大，产生疲劳。另外，因为采用有电刷的电机作为驱动电机，所以，电机和行驶轮之间的传动效率低，存在即使重新制动，也由于电机和传动机构的损耗，制动能被吸收，不能对电池充电等问题。

作为解决专利文献1的问题的手段，专利文献2是众所周知的。该专利文献2的电动助力式自行车，把一种用与通过脚蹬链条传递的人力驱动力成比例的转矩控制的电机作成外转子型的DC无刷电机，用无齿轮方式与人力传动机构结合，用该传动机构产生的扭矩检测人力驱动力。

[专利文献1]特开平10-324288号公报；

[专利文献2]特开2002-46685号公报。

如专利文献2，作为把人踏脚蹬的踏力向后轮传送的转矩传递路的人力传动机构，为了检测在该机构产生的转矩必须位移，并且，必需有机械强度和挠性。对电机的控制和自行车骑行的舒适度产生影响的弹性接头现在还没有组装结构简单具有适当性能的产品。另外，检测脚蹬踏力的磁铁，由于转矩检测的原点分散，助力电机的设定力矩不确定，控制性能不稳定。

发明内容

因此，本发明的目的是提供转矩检测精度高、安装简单的弹性接头及其位置检测用磁铁的磁化方法。

本发明的第一方面的兼有人力驱动力和由永磁铁形成的电动驱动力的电动助力式自行车，其在把由人力获得的转矩通过弹性接头向转动部传递的机构中，上述弹性接头由环形弹簧和两个固定部件构成，该环形弹簧前端部开口且有扭曲，该两个固定部件具有比该弹簧的厚度大的切口部，在该切口部内分别有间隙地安装弹簧的各前端。

本发明的第二方面，上述两个固定部件的切口部形成为台阶形，在该台阶形的台阶部上分别有间隙地安装上述弹簧的各前端。

本发明的第三方面，上述弹性接头配设在与传递脚蹬的踏力的链轮构成一体的接合器和作为转动部的轮毂之间，在接合器和轮毂上分别配设成为位置检测用的磁铁的环形传感器。

本发明的第四方面，上述弹簧由约0.8圈的环形弹簧形成。

本发明的第五方面，上述两个固定部件中，其中一个把没有切口的部分与接合器固定连接，另一个把没切口的部分与轮毂固定连接，在各固定部件的切口部上分别以不加面压力的游动状态设置间隙并安装弹簧的一端。

本发明的第六方面的兼有人力驱动力和由永磁铁形成的电动驱动力的电动助力式自行车，其把由人力获得的转矩通过脚蹬、接合器和弹性接头传递到转动部的轮毂。其中，在上述接合器和轮毂上分别配设环形传感器，各环形传感器在对接合器施加压力的状态一体磁化。

本发明的第七方面，上述施加的压力是成为脚蹬踏力的转矩检测原点的压力。

发明的效果

如上述，根据本发明，在构成弹性接头的弹簧和固定部件之间，以不产生剩余压力的游动状态安装，因此，由于脚蹬踏力弯曲滞后非常小，提高检测精度，提高助力率的控制性能。另外，检测脚蹬踏力的两个磁铁通过把压力施加在脚蹬踏力方向直到转矩检测原点之后，两者一体磁化，所以转矩检测没有分散，总能够由原点检测，因此，更提高助力率的控制性能。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的局部纵剖正面图；

图2是本发明使用的弹簧的结构图；

图3是本发明使用的固定部件的结构图；

图4是弹性接头组装局部图；

图5是弹性接头的安装说明图；

图6是表示第一环形传感器的固定连接状态的立体图；

图7是表示第二环形传感器的固定连接状态的正面图；

图8是弹性接头部分的组装完成状态的说明图。

具体实施方式

图1是表示使用本发明的驱动部的结构图，1是车轴，2是与车轴嵌合的轴承，在轴承外侧，通过接合器3成一体地转动自如固定连接着链轮4。在该链轮4上，挂着与脚蹬连接设置的链条，图示省略。5是轮毂，形成有中空部的圆盘形，其内径侧通过轴承6连接设置于接合器3上。另外，外侧穿透设置安装车轮的辐条用的辐条孔7。轮毂5的中空部形成密封结构。在其内部，在径向延伸设置固定连接于车轴1上的支柱板8。在支柱板8的前端部，沿圆周方向配设固定铁芯9，在该固定铁芯9上卷绕安装定子线圈10。另外，在与固定铁芯9对向的轮毂5的内面，通过间隙G，沿圆周N、S极交替地配设永磁铁11形成转子。

12是设置于轮毂5的轭部，由上述9～12构成外转子型永磁铁同步电机，通过辐条张设接合该电机的转子和轮胎部，不设置减速机构就能高效率驱动轮胎。13是印刷回路板，在该印刷回路板13上，安装图中省略的电变换部的元件和用于控制该元件的控制部的回路部件，通过螺钉固定于支柱板8上。20是根据本发明形成的弹性接头，配设于接合器3的锷部3a和与该锷部3a对向的轮毂5之间。14是安装于接合器的锷部3a的第一环形传感器(磁铁)，15是安装于轮毂5的台部的第二环形传感器(磁铁)，形成第一环形传感器14比第二环形传感器15直径小。各环形传感器交替形成N、S极地被磁化。另外，在与各环形传感器对向的位置的固定侧，配设由霍尔元件等构成的位置检测部16、17，固定于支柱板8上。

弹性接头20，由图2所示的弹簧21和图3所示的固定部件(螺母)22组成。弹簧21使用环形件，但其不是连接完整的环形，而使用约0.8圈的环形件，而且开口部前端形成上下方向扭曲的形状，设有固定用的孔21a、21b。螺母22用两个，其分别形成具有台阶的形状，在台阶部低处形成螺纹孔23b，在台阶部高处形成螺纹孔23。

具有台阶的两个螺母22(22a、22b)，如图4所示，分别配置于弹簧21的开口的各前端侧的孔21a、21b中，其安装方式，如图5所示，分别通过螺栓，一方固定于轮毂5，另一方固定于接合器3的锷部3a。作为该固定方法，通过螺栓24b把台阶螺母22a固定连接于接合器的锷部3a的侧面，把弹簧21的一端***台阶螺母22a的切口空间部内，通过螺栓24a安装于接合器的锷部3a。用于安装弹簧21的另一端的台阶螺母22b，通过螺栓24c固定连接于轮毂5，把弹簧21的前端部***该台阶螺母的切口空间部内，通过螺栓24d安装。该安装后的弹簧21和台阶螺母22的状态，如图4所示，安装成在螺母的台部和弹簧的前端部形成间隙W1，在螺母之间产生间隙W2，构成弹簧为可动状态、不施加面压力的结构。为此，形成在弹簧上穿设的孔21a、21b的孔径大于螺栓24a、24d的外径。另外，图3所示的固定部件22，用形成台阶形状的螺母紧固，然而，也可以不形成台阶形状，而形成比弹簧的厚度大的切口状的切入部。

如上述构成的电动助力式自行车，通过踏脚蹬，经链轮4、接合器3和弹性接头20，向轮毂5传递驱动力，上述部件由轴承2、6支承，在车轴1上转动。由该转动，固定连接于轮毂5的永久磁铁11也转动，利用在转动的永磁铁11和定子线圈10之间发生的吸引力，通过由图中省略的转子的位置检测器检测出的位置信号，切换在固定线圈10中流动的电流方向，使转动继续。

另外，用后述的方法，由转动半径相似、多个N、S极交替配置地被磁化的环形传感器14、15，检测出与伴随脚蹬踏力产生的弹性接头20的扭曲对应的相位差。以该信号为人力驱动力，导入电力变换部的控制回路，成为对永磁同步电机的助力转矩设定值。即，因为永磁式同步电机的转矩与电流成正比，所以求出转矩设定值和被检测电流的误差信号，对应于误差信号，产生PWM信号，控制作为电力变换部的变换器，驱动电机作为人力驱动的助力。

图6是固定了环形传感器14的接合器3的立体图，图7是固定了环形传感器15的轮毂5的、从内部侧看的正面图。另外，图8是组装接合器3、轮毂5、环形传感器14、15和弹性接头20的完成图。直径不同的两个环形传感器14、15是磁铁，两者分别N、S极交替并且以多个同极排列。而且，通过与脚蹬踏力相对应，弹性接头20弯曲，在磁铁(环形传感器)14和15之间产生转动位移，在由位置检测部16、17检测的磁通中产生相位差。

此时，磁铁14、15用弹性接头20连接，在无负载状态两者的位置关系不会由于受伴随踏力反复产生的负载而改变。即，在从无负载状态施加负载时的力矩检测原点，两磁铁14、15的相位经常必须一致，然而，现在在该力矩检测原点使相位一致是困难的。

在本发明，在构成弹性接头的弹簧21的前端设间隙W1和W2，构成在无负载时的自由的状态两者之间的位置关系不产生变化的结构，如图8所示，在接合器3和轮毂5安装各环形传感器后，对接合器3施加压力，在该状态，通过对环形传感器14、15由众所周知的方法一体磁化，使转矩检测原点一定。

另外，如上述构成弹性接头20是根据如下理由。

作为在接合器3和轮毂5之间配置弹性接头的方法有种种考虑。例如，作为接头也有按本发明利用弹簧，用螺钉夹住该弹簧的两端部，通过面压固定的方法。此时，由于尺寸的限制，由螺钉紧固的面压不能完全固定弹簧，在弹簧安装孔有游隙程度的间隙，由组装后的外力，造成与该间隙相应的位置偏移，保持在具有弹簧剩余压力的状态。在该状态发生如下的问题。

(1)因为弹簧从具有剩余压力的状态，对应脚蹬踏力的增减而弯曲，所以，弹簧弯曲特性的滞后增大，影响检测精度。

(2)弹簧的剩余压力状态，在组装工序不容易施加与脚蹬踏力相当的负载，设备负担增加，不能对应批量生产。另外，用简单的荷重在剩余压力状态产生分散，初期状态(转矩检测原点)不稳定。

在上述本发明，使用如图4或图5所示具有尺寸比弹簧21的厚度稍大的台阶和具有两个螺孔23a、23b的螺母22a、22b，把各螺母的非台阶的高的部分分别通过螺栓24b、24c固定连接于接合器3和轮毂5。而且，构成在各螺母22a、22b的各台阶的部分分别***弹簧21的前端、用螺栓24a、24d安装的结构。这样，接合器3和轮毂5之间通过弹簧21连接，并且，弹簧21通过螺母的台阶部的间隙安装成无剩余压力的自由状态。因而，弹簧21从自然长度通过脚蹬踏力弯曲，因此，滞后变得非常小，达到能够忽略影响检测精度的程度的水平，另外，能够用组装工序的小的荷重进行转矩检测原点的确立。

Claims (7)

1.一种电动助力式自行车，其兼有人力驱动力和由永磁铁形成的电动驱动力，其特征在于，在把由人力获得的转矩通过弹性接头向转动部传递的机构中，上述弹性接头由环形弹簧和两个固定部件构成，该环形弹簧前端部开口且有扭曲，该两个固定部件具有比该弹簧的厚度大的切口部，在该切口部内分别有间隙地安装弹簧的各前端。

2.如权利要求1所述的电动助力式自行车，其特征在于，上述两个固定部件的切口部形成为台阶形，在该台阶形的台阶部上分别有间隙地安装上述弹簧的各前端。

3.如权利要求1或2所述的电动助力式自行车，其特征在于，上述弹性接头配设在与传递脚蹬的踏力的链轮构成一体的接合器和作为转动部的轮毂之间，在接合器和轮毂上分别配设成为位置检测用的磁铁的环形传感器。

4.如权利要求1～3项所述的电动助力式自行车，其特征在于，上述弹簧由约0.8圈的环形弹簧形成。

5.如权利要求1～4项所述的电动助力式自行车，其特征在于，上述两个固定部件，其中一个把没有切口的部分与接合器固定连接，另一个把没有切口的部分与轮毂固定连接，在各固定部件的切口部上分别以不加面压力的游动状态设置间隙并安装弹簧的一端。

6.一种电动助力式自行车的位置检测用磁铁的磁化方法，该电动助力式自行车兼有人力驱动力和由永磁铁形成的电动驱动力，其特征在于，在把由人力获得的转矩通过脚蹬、接合器和弹性接头向转动部的轮毂传送的机构中，在上述接合器和轮毂上分别配设环形传感器，各环形传感器在对接合器施加压力的状态一体磁化。

7.如权利要求6所述的电动助力式自行车的位置检测用磁铁的磁化方法，其特征在于，上述施加的压力是成为脚蹬踏力的转矩检测原点的压力。

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