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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Antriebsmotorvorrichtung zur Verwendung in einem elektrisch angetriebenen
Fahrzeug, wie etwa einem Fahrrad mit Hilfsmotor.
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Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-319104
offenbart ein Fahrrad mit einem unter einem Sitz vorgesehenen
Motor, dessen Motorwelle in vertikaler Richtung verläuft. Ein
solcher Motor für diese Verwendungsart hat eine vollständige
geschlossene Struktur unter Verwendung eines O-Rings und eines
Dichtelements, um eine frühzeitige Abnutzung der Bürsten durch
Ablagerung von Wasser auf den Bürsten zu verhindern.
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Der Motor des oben erwähnten vollständig geschlossenen Typs
erfordert eine besonders genaue Dichtstruktur, um
Innendruckänderungen durch Selbsterwärmung oder Fluktuation der
Umgebungstemperatur aufzunehmen. Demzufolge sind hochpräzise
Bearbeitungsvorgänge, Dichtteile und Dichtprüfschritte bei der
Herstellung des Motors erforderlich, was hohe Kosten für den
Motor zur Folge hat. Daher ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, einen Motor für ein elektrisch angetriebenes
Fahrzeug anzugeben, der ohne eine geschlossene Struktur auskommt
und daher mit geringen Kosten hergestellt werden kann.
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Die DE-43 04 504 A1 offenbart eine wasserdichte Struktur für
einen Motor mit einer in vertikaler Richtung verlaufenden
Motorwelle, wobei am oberen Abschnitt des Motors ein
Stromversorgungsmechanismus vorgesehen ist, wobei der
Stromversorgungsmechanismus eine Bürste aufweist, die in einem
oberen Abschnitt in der Innenseite eines Motorgehäuses vorgesehen
ist, sowie einen Anschluß, der durch den oberen Abschnitt des
Motorgehäuses hindurch eingesetzt ist, um der Bürste Strom
zuzuführen, wobei ein wasserdichtes Dichtelement zwischen dem
Anschluß und dem Motorgehäuse angeordnet ist.
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Die EP-536 441 A1 offenbart ein Ablaufloch, welches einen
unteren Abschnitt eines Motorgehäuses durchsetzt.
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Erfindungsgemäß wird eine Antriebsmotorvorrichtung für ein
elektrisch angetriebenes Fahrzeug angegeben, umfassend
einen Montageabschnitt zum Montieren der
Antriebsmotorvorrichtung zwischen einem Vorderrad und einem Hinterrad des
Fahrzeugs; einen Motor mit einer in vertikaler Richtung
verlaufenden Motorwelle, einen Stromversorgungsmechanismus, der an
einem oberen Abschnitt des Motors vorgesehen ist, wobei der
Stromversorgungsmechanismus eine in einem oberen Abschnitt
eines Motorgehäuses vorgesehene Bürste sowie einen durch den
oberen Abschnitts des Motorgehäuses eingesetzten Anschluß zur
Stromversorgung der Bürste aufweist; wobei ein wasserdichtes
Dichtelement zwischen dem Anschluß und dem Motorgehäuse
angeordnet ist, ein Ablaufloch einen unteren Abschnitt des
Motorgehäuses durchsetzt und eine Labyrinthstruktur an dem
Montageabschnitt ausgebildet ist, um das Ablaufloch verlassendes
Wasser abzuleiten.
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Die Bürste ist in dem oberen Abschnitt des Motorgehäuses
vorgesehen, und der Anschluß durchsetzt den oberen Abschnitt des
Motorgehäuses. Ferner ist ein wasserdichtes Dichtelement
zwischen dem Anschluß und dem Motorgehäuse angeordnet. Mit dieser
Anordnung wird ein Abschnitt eines Stromversorgungsmechanismus
innerhalb des Motorgehäuses kaum Wasser vom unteren Abschnitt
des Motors ausgesetzt, und dieser Abschnitt kann allein durch
das wasserdichte Dichtelement, das im oberen Abschnitt des
Untergehäuses vorgesehen ist, effektiv gegen Wasser
abgedichtet werden.
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Andererseits durchsetzt das Ablaufloch den unteren Abschnitt
des Motorgehäuses. Auch wenn demzufolge Wasser zwischen der
Motorwelle und dem Motorgehäuse hindurch in den Motor
eintritt, läuft das Wasser schnell aus dem Ablaufloch ab. Infolge
dessen kommt man ohne ein herkömmliches wasserdichtes
Dichtelement zur Verwendung zwischen der Motorwelle und dem
Motor
gehäuse aus. Die Labyrinthstruktur verhindert, daß Wasser
durch das Ablaufloch in das Motorgehäuse eintritt.
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Ferner ist das herkömmliche, zwischen der Motorwelle und dem
Motorgehäuse verwendete wasserdichte Dichtelement teuer, weil
es auf einem Gleitabschnitt aufliegt. Demzufolge kommt die
vorliegende Erfindung ohne ein solches teures wasserdichtes
Dichtelement aus und kann daher eine offene Struktur
verwenden, die sich von der herkömmlichen geschlossenen Struktur
unterscheidet. Infolge dessen kommt man auch ohne eine
hochpräzise Bearbeitung und einen Dichtprüfschritt bei der
Herstellung des Motors aus, um hierdurch die Kosten stark zu
reduzieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrads mit einem Motor
nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung.
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Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils der
bevorzugten Ausführung.
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Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 2.
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Fig. 4 ist eine Vertikalschnittansicht des Motors nach der
bevorzugten Ausführung.
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Fig. 5 ist eine Draufsicht eines wesentlichen Teils der
bevorzugten Ausführung.
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Fig. 6 ist ein Querschnitt entlang Linie 6-6 in Fig. 5.
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Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in
den Fig. 1 bis 6 gezeigt. Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines
Fahrrads mit einem als Hilfsantrieb verwendeten Motor nach der
bevorzugten Ausführung. Das Fahrrad weist zwischen einem
Vorderrad 2 und einem Hinterrad 4 einen Frontrahmen 6 auf, der in
Seitenansicht V-förmig ist. Der Frontrahmen 6 umfaßt einen
Hauptrahmen 10, der von einem Kopfrohr 8 geradlinig abwärts
geneigt verläuft, einen Zwischenabschnitt 12, der von dem
Hauptrahmen 10 aufwärts gekrümmt nach hinten verläuft, und
einen Sitzrahmen 14, der von dem Zwischenabschnitt 12 nach
hinten geneigt aufwärts verläuft. Eine Frontgabel 16 mit
Unterenden zum Lagern des Vorderrads 2 und eine Lenkerwelle 19
mit einem Oberende zum Anbringen eines Handgriffs 12 sind
drehbar an dem Kopfrohr 8 gelagert. Ein Batteriegehäuse 20 zur
Aufnahme einer nachfolgend beschriebenen Batterie ist
entfernbar an dem Hauptrahmen derart angebracht, daß es zwischen
einem vorderen Befestigungsabschnitt 22 und einem hinteren
Verbindungsabschnitt 26 als einem an der Motorseite vorgesehenen
Steckverbinder verläuft. Die Länge des Batteriegehäuses 20 ist
im wesentlichen gleich der Länge des Hauptrahmens 10. Die
Bezugszahl 24 bezeichnet eine Sperrvorrichtung.
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Eine Hilfsantriebsvorrichtung 30 ist über eine Hängerplatte 28
an dem Zwischenabschnitt 12 gelagert. Eine hintere Gabel 32
ist an ihrem Vorderende an der Hilfsantriebsvorrichtung 30
angebracht und erstreckt sich im wesentlichen horizontal nach
hinten. Ein Paar rechter und linker hinterer Streben 34
erstreckt sich vom Oberende des Sitzrahmens 14 nach unten
geneigt nach hinten. Die Hinterenden der hinteren Gabel 32 und
die Hinterenden der hinteren Streben 34 sind an Trägern 36
miteinander verbunden, um hierdurch einen hinteren Rahmen 37
zu bilden. Eine Achse 5 des Hinterrads 4 und ein angetriebenes
Ritzel 38 sind an den Trägern 36 drehbar gelagert.
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Ein Sitzsattel 42 ist über eine Sitzsäule 40 am Oberende des
Sitzrahmens 14 gelagert. Der Frontrahmen 6 und die
Hilfsantriebsvorrichtung 30 sind von einer Rumpfabdeckung 44 umgeben.
Die Rumpfabdeckung 44 ist aus rechten und linken getrennten
Elementen zusammengesetzt. Ein vorderer Endabschnitt der
Rumpfabdeckung 44 bedeckt den vorderen Befestigungsabschnitt
22 und einen vorderen Endabschnitt des Batteriegehäuses 20.
Der vordere Endabschnitt der Rumpfabdeckung 44 hat eine
schrä
ge Oberfläche, die mit einer schrägen Wand 45 zusammenpaßt,
die am vorderen Endabschnitt des Batteriegehäuses 20
ausgebildet ist. Die schräge Wand 45 verläuft abwärts geneigt.
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Ein hinterer Endabschnitt des Batteriegehäuses 20 ist mit
einer schrägen Wand 46 ausgebildet, die nach oben geneigt
verläuft. Die schräge Wand 46 paßt mit einer schrägen Oberfläche
zusammen, die am hinteren Endabschnitt der Rumpfabdeckung 44
ausgebildet ist. Ein Abschnitt der Rumpfabdeckung 44 an der
Vorderseite des Sitzrahmens 14 ist mit einer Öffnung
ausgebildet, und diese Öffnung ist durch eine Frontplatte 48
verschlossen.
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Die Hilfsantriebsvorrichtung 30 ist mit einer Steuereinheit
50, einem Motor 52 und einem Getriebe 54 versehen. Eine
Kurbelwelle 56 als Ausgangswelle des Getriebes 54 wird integral
mit einem Antriebsritzel 58 in Drehung versetzt, um das
angetriebene Ritzel 38 des Hinterrads 4 durch eine Kette 59 in
Drehung zu versetzen.
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Ein Paar von Pedalen 57 ist an der Kurbelwelle 56 derart
angebracht, daß die Kurbelwelle 56 durch auf die Pedale 57
wirkende Muskelkraft angetrieben wird. Hierbei wird der Motor 52
durch elektrische Energie angetrieben, die von der in dem
Batteriegehäuse 20 untergebrachten Batterie zugeführt wird, um
hierdurch die die Kurbelwelle 56 antreibende Muskelkraft zu
unterstützen. Die Steuereinheit 50 steuert/regelt den Betrieb
des Motors 52 nach Maßgabe des an die Pedale 57 angelegten
Drehmoments und der Drehzahl des Antriebsritzels 58.
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Wie schematisch gezeigt, ist die Batterie in dem
Batteriegehäuse 20 mit der Steuereinheit 50 durch Leitungsdrähte 60
verbunden, und die Steuereinheit 50 ist mit Anschlüssen (werden
nachfolgend beschrieben) des Motors 52 durch Leitungsdrähte 62
verbunden.
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Die Achse J (siehe Fig. 2) einer Motorwelle des Motors 52
er
streckt sich vertikal, sodaß sie im wesentlichen parallel zum
Sitzrahmen 14 (siehe Fig. 1) geneigt ist. Das Getriebe 54
weist an der Vorderseite des Motors 52 vordere
Montageabschnitte 64 und 66 auf, die an dem Zwischenabschnitt 12 des
Frontrahmens 6 angebracht sind, und weist ferner einen
hinteren Montageabschnitt 66 an der Hinterseite des Motors 52 auf,
um das Vorderende der hinteren Gabel 32 anzubringen.
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Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Motors 52 und des Getriebes
54; Fig. 3 ist ein horizontaler Querschnitt entlang der Linie
3-3 in Fig. 2; Fig. 4 ist eine vertikale Schnittansicht des
Motors 52; Fig. 5 ist eine Draufsicht mit Darstellung eines
Motorhaltesitzes des Getriebes 54; und Fig. 6 ist ein
Querschnitt entlang Linie 6-6 in Fig. 5.
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Zu den Fig. 2 bis 6. Ein Motorgehäuse 70 des Motors 52 besteht
aus einem im wesentlichen zylindrischen unteren Abschnitt 72
und einer Kappe 74. Der untere Abschnitt 72 hat einen Boden
73. Der Boden 73 ist an seinem Mittelabschnitt an seinem
Lagerhalter 75 ausgebildet sowie einem Wellenloch 76 in der
Mitte des Lagerhalters 75. Um das Lagerloch 76 herum ist ein
Lager 78 vorgesehen. Ein weiteres Lager 80 ist am
Mittelabschnitt der Kappe 74 vorgesehen.
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Eine Motorwelle 82 des Motors 52 ist durch die Lager 78 und 80
drehbar gelagert. Die Achse J (siehe Fig. 2) der Motorwelle 82
erstreckt sich vertikal, sodaß die Oberseite der Achse J nach
hinten geneigt ist. In einem Mittelabschnitt des Motorgehäuses
70 ist ein Rotor 84 an der Motorwelle 82 angebracht.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist am oberen Endabschnitt der
Motorwelle 82 ein Kollektor 86 vorgesehen, und Bürsten 88
werden durch Federn 90 auf den Kollektor 86 gedrückt. Die Bürsten
88 sind in einem Bürstenhalter 92 gelagert. Der Bürstenhalter
92 ist an der Kappe 84 durch Anschlüsse 100 befestigt, welche
Anschlußlöcher 94 der Kappe 74 durchsetzen, sowie
Isolierelemente 96 und 98, die innerhalb und außerhalb der Kappe 74
vor
gesehen sind.
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Ein Spalt zwischen jedem Anschluß 100 und der Kappe 74 ist
durch einen O-Ring 102, der in jedes Anschlußloch 94
eingesetzt ist, gegen Wasser abgedichtet. Jeder Anschluß 100 ist an
seinen oberen und unteren Endabschnitten durch Muttern 104 und
106 gesichert. Die von der Steuereinheit 50 kommenden
Leitungsdrähte 62 sind an den jeweiligen oberen Endabschnitten
der Anschlüsse 100 angebracht.
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Der Boden 73 des unteren Abschnitts 72 ist mit einem
ringförmigen Vertiefungsabschnitt ausgebildet, der den Lagerhalter 75
umgibt. Der Vertiefungsabschnitt ist an seiner Rückseite mit
einem Ablaufloch 110 ausgebildet. Da der Motor 52 insgesamt
nach hinten geneigt ist, ist die Stelle des Ablauflochs 110
die tiefste Stelle des Motorgehäuses 70. Das Ablaufloch 110
kommuniziert mit einer Wasserpassage 114, die zwischen
benachbarten mehrerer Statormagneten 112 festgelegt ist, die um den
Rotor 84 herum vorgesehen sind.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die mehreren Statormagneten
112 im Kreis angeordnet und sind mit vorgegebenen
Umfangsabständen derart angeordnet, daß zwischen den gegenüberstehenden
Umfangsenden der benachbarten Statormagneten 112 mehrere
Zwischenräume festgelegt sind, um die Wasserpassage 114 zu bilden
und um zwei Haltebolzen 116 (siehe Fig. 2 und 3) zum Anbringen
des Motors 52 einzusetzen.
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Wie in Fig. 5 gezeigt, bezeichnet die Bezugszahl 120 einen
Haltesitz des Getriebes 54 zum Anbringen des Motors 52. Der
Haltesitz 120 ist an seinem Außenumfangsabschnitt mit einem
Halteabschnitt 122 ausgebildet, um einen Abschnitt des Bodens
73 anzubringen, wo das Ablaufloch 110 ausgebildet ist. Der
Halteabschnitt 122 ist mit einem vertikalen Loch 124
ausgebildet, das mit dem Ablaufloch 110 kommuniziert.
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Ein halbkreisförmige Vertiefung 126 an eine radiale Vertiefung
128, die sich von der halbkreisförmigen Vertiefung 126 in
Richtung radial einwärts des Haltesitzes 120 erstreckt, sind
in der Nähe des vertikalen Lochs 124 ausgebildet, um mit dem
Einlaß des vertikalen Lochs 124 zu kommunizieren. Die
Ausbildung dieser Vertiefungen 125 und 128 dient dazu, die Fläche
eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Ablaufloch 110 und
dem vertikalen Loch 124 zu vergrößern.
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Wie in den Fig. 6 und 2 gezeigt, kommuniziert das vertikale
Loch 124 an seinem Auslaß mit einem horizontalen Loch 130, das
in einem dickwandigen Abschnitt des Montageabschnitts 68
ausgebildet ist, um das vertikale Loch 124 rechtwinklig zu
schneiden. Das horizontale Loch 130 erstreckt sich durch den
Montageabschnitt 68 in dessen Querrichtung. Ferner ist das
horizontale Loch 130 von seinem einen Ende zum anderen Ende
leicht verjüngt (siehe Fig. 6), um das Wasser, welches in das
Motorgehäuse 70 eingedrungen ist, schnell abzuleiten.
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In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszahlen 132 Gewindelöcher zum
Anbringen der vorderen oder unteren Enden der Haltebolzen 116,
und die Bezugszahl 134 bezeichnet ein Motorwellenloch zum
Einsetzen der Motorwelle 82.
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Zurück zu Fig. 2. Der Motor 52 ist an dem Getriebe 54 durch
die Haltebolzen 116 angebracht, und die Motorwelle 82
erstreckt sich durch das Wellenloch 76 (siehe Fig. 4) und das
Motorwellenloch 134 (siehe Fig. 5) in das Getriebe 54. Am
vorderen oder unteren Ende der Motorwelle 82 ist ein
Ausgangszahnrad 140 ausgebildet. Das Ausgangszahnrad 140 kämmt mit
einem Oberstufen-Zahnrad 142 eines zweistufigen
Zwischengetriebes, das in der Nähe des Bodens des Getriebes 54
vorgesehen ist. Ein Unterstufen-Zahnrad 144 des zweistufigen
Zwischengetriebes kämmt mit einem Zwischenrahnrad 146.
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Ein mit dem Zwischenzahnrad 146 koaxiales Antriebskegelrad 148
kämmt mit einem angetriebenen Kegelrad 150. Das angetriebene
Kegelrad 150 ist durch eine Einwegkupplung (nicht gezeigt) mit
der Kurbelwelle 56 verbunden, um hierdurch an die Kurbelwelle
56 angelegte Muskelantriebskraft zu unterstützen. In Fig. 2
bezeichnet die Bezugszahl 152 eine Bodenkappe für das Getriebe
54.
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Nun wird der Betrieb der bevorzugten Ausführung beschrieben.
Auch wenn Wasser auf den oberen Abschnitt des Motors 12 fällt,
wird ein Wassereintritt in das Motorgehäuse 70 verhindert,
weil die Anschlußlöcher 94 der Kappe 74, durch die die
Anschlüsse 100 eingesetzt sind, durch die O-Ringe 102
abgedichtet sind. Auch wenn Wasser in den unteren Abschnitt des Motors
52 eindringt, erreicht das Wasser kaum den oberen Abschnitt
des Motors 52.
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Ein Bürstenmechanismus, der die Bürsten 88, die Federn 90 und
den Bürstenhalter 92 enthält, ist in dem oberen Abschnitt des
Motors 52 vorgesehen, und der Bürstenmechanismus ist lediglich
durch die O-Ringe 102 gegen Wasser abgedichtet, um hierdurch
zu verhindern, daß die Bürsten Wasser ausgesetzt werden.
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Ferner ist zwischen den benachbarten Statormagneten 112 der
Zwischenraum festgelegt, um die vertikal verlaufende
Wasserpassage 114 zu bilden. Auch wenn Wasser in das Motorgehäuse
170 eintritt, wird das Wasser schnell durch die Wasserpassage
114 und das Ablaufloch 114 zu dem vertikalen Loch 124
abgeleitet. Demzufolge kann das Ablagern von Wasser auf der
Oberfläche jedes Statormagnets 112 verhindert werden. Insbesondere
kann das Festfrieren von Wasser auf der Oberfläche jedes
Statormagnets 112 verhindert werden. Ferner wird das Wasser durch
die Drehung des Rotors 84 verspritzt, um die Ablagerung des
Wassers auf den Bürsten 88 zu verhindern.
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Ferner bilden das vertikale Loch 124 und das horizontale Loch
130 eine Labyrinthstruktur. Auch wenn der untere Abschnitt des
Motors 52 Wasser ausgesetzt ist, beispielsweise beim Waschen
des Fahrzeugs, tritt das Wasser überwiegend durch das
horizontale Loch 130 hindurch und tritt kaum in das vertikale Loch
124 ein.
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Auch wenn ferner durch das horizontale. Loch 130 und das
vertikale Loch 124 Wasser in das Motorgehäuse 70 eintritt, wird das
Wasser, das in das Motorgehäuse 70 eingetreten ist, schnell
durch das vertikale Loch 124 abgeleitet, weil das vertikale
Loch 124 vertikal verläuft. Demzufolge kann Wasser kaum tief
in das Motorgehäuse 70 zu dessen oberen Abschnitt hin
eindringen.
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Somit kann die Struktur des Motors 52 als eine offene Struktur
ausgebildet werden, wobei verhindert wird, daß die Bürsten 88
Wasser ausgesetzt werden. Demzufolge kommt man ohne
hochpräzise Bearbeitung, ohne teures wasserdichtes Dichtelement für
einen Gleitabschnitt zwischen der Motorwelle 82 und dem
Motorgehäuse 70 und ohne Dichtprüfschritt bei der Herstellung des
Motors aus. Daher kann der Motor für das elektrisch
angetriebene Fahrzeug mit geringen Kosten hergestellt werden.
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Zusammengefaßt ist es ein Ziel der Erfindung, eine
Antriebsmotorvorrichtung mit einer wasserdichten Struktur eines Motors
einfach und zuverlässig zu machen.
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In einem oberen Abschnitt eines Motorgehäuses 70 eines Motors
52 sind Bürsten 88 vorgesehen. Mit den Bürsten 88 verbundene
Anschlüsse 100 sind durch eine Kappe 74 des Motorgehäuses 70
eingesetzt. Ein eingestzter Abschnitt zwischen jedem Anschluß
100 und der Kappe 74 ist durch einen O-Ring 102 abgedichtet.
Andererseits ist ein Ablaufloch 110 durch den Boden eines
unteren Abschnitts 72 des Motorgehäuses 70 hindurch ausgebildet.
Auch mit einer offenen Struktur, bei der keine wasserdichte
Dichtung an einem Abschnitt des unteren Abschnitts 72, durch
den eine Motorwelle 82 eingesetzt ist, vorgesehen ist, brachen
die Bürsten 88 nur durch die O-Ringe 102 gegen Wasser
abgedichtet werden. Ferner kann Wasser, das vom Boden her in den
unteren Abschnitt 72 eingetreten ist, von dem Ablaufloch 110
schnell abgeleitet werden.