专利名称：电动助力装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测加在自行车脚踏板上的脚踏力(人力)以产生辅助动力的电动助力装置，特别是涉及一种内装响应各种传感器提供的信号控制辅助动力的控制基板或控制装置的电动助力装置。
在并列设置脚踏力驱动系统和由电动机进行的驱动系统的电动助力自行车、即所谓助力自行车中，设置检测加在脚踏板上的脚踏力的踏力传感器和根据曲柄轴等的旋转速度检测车速的旋转传感器等各种传感器，并按照各种传感器的检测结果控制电动机的驱动转矩。电动机驱动转矩的控制，通过调制(チヨツピング)控制连接在如电池和电动机之间的功率晶体管，增减由电池向电动机提供的驱动电流量来进行。
以往，调制控制功率晶体管的控制基板或控制装置，与电动助力装置分别载置于车辆的适当部位处。但是，当把控制基板或控制装置装载在电动助力装置的外部时，必须额外确保安装控制基板或控制装置的空间，此外，还必须在车身上拉设将电动助力装置中的驱动电动机与外部控制基板或控制装置连接的引线，从而导致生产效率低及维修操作性能差等问题。
为解决这种技术问题，例如在特开平8-175462号公报中，提出了一种内置控制基板的电动助力装置。
此外，例如在特开平8-175471号公报中，提出了一种内置控制装置的电动助力装置。
根据上述前一种现有技术，没有必要在车辆上确保用于装载控制基板的空间，此外，连接控制基板与驱动电动机的导线也可以缩短。
但是，在上述现有技术中，为了将控制基板高效率地配置在电动助力装置内，把控制基板分割为二，配置在已有的空间内，而基板变成多个且形状复杂，并且没有全面考虑控制基板的冷却特性和重量分配等问题。
根据上述后一种现有技术，在车辆上不必确保为载置控制装置的空间，同时，连接控制装置和驱动电动机的导线也可缩短。但是，需要在电动助力系统上设置检测曲柄轴转数等并求出车速的旋转传感器等，需要进一步增加成本。
同时，检测车速的旋转传感器的输出信号一般为脉冲信号，当连接车速传感器与控制装置的信号线长时，容易受到噪音的影响。进而，由于在连接电池和驱动电动机的电源线上流过过大的电流，所以其导线越短越好。但是，在现有技术中，没有全面考虑与电池的接点接触的外部电极和控制装置的相对位置关系，两者是间隔开配置的。
本发明的第一个目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供一种内置的控制基板的冷却性能优异，且重心低的电动助力装置。
本发明的第二个目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供一种不必加大电动助力装置而能够内置控制装置且可缩短信号线和电源线的配线长度的电动助力装置。
为了实现上述第一个目的，本发明的特征为，在内置响应于输入到曲柄轴上的脚踏力以产生辅助动力的电动机及其控制基板、并将辅助动力与脚踏力合成并传递给驱动轮的电动助力装置中，相对于将该电动助力装置安装到车身架上的位置，前述控制基板配置在曲柄轴的前方下部位置处。
根据上述特征，对于行进中的控制基板的冷却效果变大，提高了冷却效率。同时，通过将控制基板配置在低的位置处，可降低重心。
为达到上述第二个目的，在本发明中，于内置有响应输入到曲柄轴上的脚踏力以产生辅助动力的电动机及其控制基板、并把辅助动力与脚踏力合成传递到驱动轮的电动助力装置内，其特征为，采取以下措施(参照权利要求6)。
(1)控制基板至少配置检测曲柄轴的旋转速度的旋转传感器，为将和曲柄轴同步旋转的旋转体与旋转传感器的相对位置关系保持在预定的关系，将控制基板配置在前述旋转体的近旁。
(2)包含有露出装置外壳的一个主平面固定的正负接点、以及在装置外壳内侧把前述正负接点和电动机连接起来的供电电缆、向前述电动机供电的电池，装载在前述正负接点露出的装置外壳的一个主平面上与前述正负接点电连接。
根据上述特征(1)，由于可将旋转传感器设置在控制基板上，从而即使将控制基板装于其内也不用加大电动助力装置的尺寸。同时，由于把旋转传感器安装在控制装置的基板上，可以缩短旋转传感器的信号线，可抑制噪音混入信号线。
根据上述特征(2)，由于可把电池直接配置在电动助力装置上，可缩短连接电动助力装置与电池的电源线的配线长度。
图1是应用本发明的电动助力装置的电动助力自行车的侧视图。
图2是表示图1所示的自行车的主要部分的右侧视图。
图3是图1的主要部分的放大图。
图4是电动助力装置的第一个实施例的部分透视图。
图5是表示沿图4的A-A线的齿轮列的剖面图。
图6是表示沿图4的B-B线的齿轮列的剖面图。
图7是电动助力装置的第二个实施例的部分透视图。
图8是表示沿图7的A-A线的齿轮列的剖面图。
图9是表示沿图7的B-B线的齿轮列的剖面图。
图10是用于说明第一惰轮轴的功能的视图。
图11是电动助力装置及电池容纳箱附近的侧视图。
图12是表示电池装卸方法的视图。
图13是设在电池上的充电余量计的操作·显示面板的俯视图。
图14是应用本发明的电动助力装置的第三个实施例的侧视图。
图15是从上部观察时所看到的电池容纳箱底部内侧的视图。
图16是电动助力装置的第四个实施例的部分透视图。
图17是表示沿图16的A-A线的齿轮列的剖面图。
图18是表示控制装置的安装方法的剖面图。
下面参照附图对本发明进行详细说明。图1是采用本发明的电动助力自行车的左侧视图，图2是表示同一个自行车的主要部分的右侧视图，图3是图1的主要部分的放大图。
如图1所示，电动助力自行车的车身架2配备有位于车身前方的前叉套管21，从前叉套管21向后下方且成向下凸状延伸的下弯梁(主车架)22以及从下弯梁22的终端附近起向上后方升起的车座支架23。
通过将前述车座支架23与下弯梁22结合成一个整体，作为总体的车身架2形成呈向下凸起状的U字形。车座支架23从与下弯梁22的结合部向上后方延伸，下弯梁22本身由该结合部向前上方延伸，所以两者之间的间隔相互之间从该结合部起向上方逐步扩大。从而在上下车时，使用者可很容易地跨越U字形车身架2。
下弯梁22与车座支架23的结合部及其周边部，用分成上下两部分并可装卸的树脂罩33覆盖。车把支架27A可自由旋转地贯穿前叉套管21，在车把支架的上端部连结车把27，其下端部连结有前叉26。由于前叉26连结在车把支架27A上，从而可借助车把27掌握方向。前轮WF可自由旋转地用轴支承在前叉26的终端上。
在车身架2的下部，设有包含辅助脚踏力用的电动机的电动助力装置1。电动助力装置1的电源开关29设置在下弯梁22上靠近前叉套管21的附近。此外，电源开关29也可以设置在车把支架27A前方的车把27上。
脚踏板12经过曲柄11用轴支承在可自由旋转地支承在电动助力装置1上的曲柄轴101的左右两端上。作为驱动轮的后轮WR，用轴支承在从电动助力装置1向后方侧延伸出来的左右一对后下臂25的后端之间。在车座支架23的上端和两个后下臂25的终端之间，设有左右一对后上臂24。在车座支架23上，可自由滑动地安装有其上端备有车座30的车座管31，使调整车座30的上下位置成为可能。
在车座30的下方车座支架23的后部安装有容纳电池4的电池容纳箱5(下面称之为容纳箱)。电池4包括容纳在大致成矩形的电池容纳箱内的多个蓄电池，该电池4以其长度方向大致为上下方向的方式沿车座支架23设置。
在电池4的长度方向的端部(图1中的上端)上，设置将夹持部定位在靠近车身右侧的手柄41。手柄41相对于电池4可自由旋转地用轴支承，平时保存在设置在电池拐角处的凹部内。一般地，骑车人大多站在车身的左侧，通过将手柄41的夹持部配置在车身右侧，把其旋转轴(图中未示出)配置在车身的中央，可很容易地将手柄41立起。此外，为了使骑车人从乘坐位置确定电池的剩余电量，在从车座30偏向左侧的位置处设置电池剩余电量计42。
在图3中，在电池4的后方，设置对该电池锁定和解锁用的操作杆45以及车轮抱闸装置100。操作杆45设置在电池容纳箱的后侧，插入上下方向长且截面近似于矩形的侧室50内，在侧室50的下部，设置由扭簧51向从右侧观察时顺时针方向加载的配合锁52。该配合锁52在装入电池时，与设在电池4下方的截面为 字形的凹部47配合，将电池固定在容纳箱5上，由于电池4被配合锁52固定在下部，所以即使车身振动也不会左右移动，维持着稳定的安装状态。
设在车座支架23上部的车座30，可通过对操作杆65的解除锁定操作，可将车座30进行旋转使之往前倒向对拉出电池4不产生障碍的位置处。但是，即使把车座30倒向前方之后，在配合锁52与凹部47配合的状态下，也不能把电池4向上拉出。
操作杆45平时由悬挂在形成侧室50的壁之间的弹簧(图中未示出)向上方加载。当把电池4向自行车上安装时，把车座30倒向前方，将充好电的电池从上方插入到容纳箱5内。当电池4基本上全部进入容纳箱5内时，电池4的下端与配合锁52的侧部接触，将配合锁52向逆时针方向压紧。进而，当电池4被向容纳箱5的内部存放时，配合锁52弹性地配合到电池4的 字形凹部47内，电池4被固定在容纳箱5中。与此同时，把设在电池4底部的正、负输出端子(放电接点)与用螺栓固定在利用焊接等固定于车座架23上的电池托架49上的接点部件60进行机械和电连接。这种连接通过电池4自身的重量和配合锁52的压紧变得很稳定。
在卸下电池4时，向下推压操作杆45，用其尖端压紧配合锁52。当用操作杆45的前端推压时，配合锁52反抗弹簧51向图中的逆时针方向转动。从而，配合锁52脱离凹部47，解除对它的固定。当解除配合锁52与凹部47的配合时，可向上方拉出电池4。可利用前述的手柄41拉出电池4。
电池容纳部5的上部可利用螺栓39固定在用焊接等方式固定于后上臂24上的托架40上，还可利用螺栓44a，44b基本经由车轮抱闸装置100、后挡泥板34分别固定在该托架40上。
电池托架49的前端焊接在车座支架23上，且后下臂25的前端相对于吊架90用螺栓结合到电池托架49的后端上。电动助力装置1，在下弯梁22的后端、电池托架49的前端附近及电池托架49的后端附近的后下臂25三个部位处，利用吊架92，91，90相对于车身架2用螺栓紧固机械固定和悬挂。特别是，吊架部92，位于比电动助力装置1的曲柄轴101更靠下的位置处，即，令U字形的车身架2的谷部，也就是最下端部，位于比曲柄轴101更靠下的位置处。
从而，由于压低了车身架2的谷部的高度，提高了“跨越容易程度”。同时，由于电动助力装置1可由设在下弯梁22的下端部的低的位置处的吊架部92支承，可配置在更靠下的位置处，从而达到降低重心的作用。
在电动助力装置1内，设置有曲柄轴101，第一惰轮轴102，第二惰轮轴103，与驱动链轮13结合的输出轴105，以及在这些轴之间传递动力的齿轮111，102d，102e，115等。同时安装具有和前述曲柄轴101平行的旋转轴104的电动机M。电动机M由于从电动助力装置1向后方的突出部变小，所以其旋转轴104按照与曲柄轴101平行的方式配置。从而，可缩小曲柄轴101与后轮WR之间的间隔，可避免加长轮轴距。
由曲柄轴101输入的脚踏力被加速地传递给第一惰轮轴102，进而由第一惰轮轴102传递给输出轴105，使驱动链轮13旋转。驱动链轮13的旋转经由链条6传递给后轮WR的链轮14(参照图1)。关于电动助力装置1的结构，后面将参照图4～图6进一步进行说明。
载置于车座支架23后方的电池托架49上的电池4向电动机M供电，电动机M将按照第一惰轮轴102上的脚踏力检测机构(后面将详细描述)所检测出的脚踏力产生辅助动力。电动机M的旋转传递给第二惰轮轴103，与由第一惰轮轴102来的人工力(脚踏力)合成并传递给输出轴105。
另外，如图1和图2所示，驱动链轮13的全部和链条6的上半部分由链套32覆盖。这种自行车并不一定与曲柄轴101同心地配置驱动链轮，所以链套不一定必须具有以曲柄轴101为轴的圆弧部分。但是从外观的角度以及防止剐脚，或保护电动助力装置1的目的，以及不损害自行车长期的外观形象的观点出发，将链套32扩展成以曲柄轴101为中心的圆周形外周。
图4是前述电动助力装置1的第一个实施例的部分透射侧视图，图5是表示沿图4的A-A线的齿轮列的剖面图，图6是表示沿图4的B-B线的齿轮列的剖面图，与前面相同的符号分别表示同一个或等同的部分。
在图4，5中，电动助力装置1的外壳10由铝制成，外壳10的左侧壳体(左壳体)10L和右侧壳体(右壳体)10R用多个螺栓781结合在一起构成。
本实施例中，在前述各吊架90，91，92上没有左右壳体的分割面，所以可在将电动助力装置1装载于车身架2上保持不动的状态下，通过卸下螺栓781把左右壳体分开。具体地说，各吊架90，91，92仅设置在左壳体10L上，可在把左壳体10L留在车身架2上不动的状态下把右壳体10R卸下，从而可很容易地对内置的控制装置8和电动机M进行维修。同时，在对左壳体10L侧的电动机M及其驱动系统进行维修时，可将后面描述的树脂罩10A卸下，露出装置的内部。
作为脚踏力输入轴的曲柄轴101，借助轴承181，182轴支承在外壳10上。大直径的加速齿轮111经由单向超越离合器161轴支承在曲柄轴101上。从而，即使曲柄轴101反转，加速齿轮111也不会反转。为使曲柄轴101的旋转方向与驱动链轮13的旋转方向一致用的第一惰轮轴102轴支承在曲柄轴101的后方下部，在本实施例中，该第一惰轮轴102备有检测脚踏力(转矩)的机构。
前述第一惰轮轴102主要由以下部分构成分成左右两个横向同轴配置的中空的第一和第二主动轴102a，102b，贯穿各主动轴102a，102b内部、并在两端部用花键与各主动轴102a，102b结合的扭杆102c，以及将前述各主动轴102a，102b相互向轴向加载的弹簧102s，其中，形成于第一主动轴102a的外周小直径部的小直径齿轮齿113与前述曲柄轴101的加速齿轮111啮合。前述第一和第二主动轴102a，102b分别借助轴承183a，183b以及轴承184，分别相对于左壳体10L和右壳体10R可自由旋转的轴支承着。
利用这种结构，输入到曲柄轴101的脚踏力借助加速齿轮111和齿轮齿113加速，因该转矩被降低，降低了加在扭杆102c上的转矩。因此，可使扭杆102c小型化，能够使脚踏力检测机构的整体变得更紧凑。
此外，在本实施例中，为将第一主动轴102组装起来作为一个整体容易使用，把压板771配合到钮杆102c的左端上，防止在非轴支承的状态各主动轴102a，102b脱落，进而也防止其它结构部件散落。即，将第二主动轴102b压入固定在扭杆102c的右侧端，将第一主动轴102a可自由插入拔出地保持在其左端侧。
第一齿轮102d结合在前述第二主动轴102b的外周小直径部上，第二齿轮102e经过单向超越离合器162连结在其外周的大直径部上。从而，在电动机M停止的状态下借助人力行进时，从齿轮102e开始的电动机侧不旋转。
在端面上具有两个凸轮部921a的滑块921通过花键结合可向轴向滑动地结合在第一主动轴102a的外周大直径部上。滚珠帽924与位移检测杆152(图6)配合，平时由盘簧923压向第二主动轴102b侧。滚珠帽924一面吸收前述滑块921的旋转，一面平时将其压向第二主动轴102b。
图10为用于说明前述第二主动轴102b的功能的视图，该图的图(a)为剖面图，(b)为从图10(a)的C-C线观察时所看到的视图，图10(c)为将前述端面上的侧面用直线模拟的视图，与前面相同的符号表示同一个或等同的部分。
本实施例中，在第二主动轴102b的端面上沿圆周方向形成两个凹状槽922，所述凹状槽与设置在前述滑块921的第二主动轴102b侧端面上的两个凸状凸轮部921a配合。
当根据输入到曲柄轴101上的脚踏力，在第一和第二主动轴102a，102b之间产生旋转方向的扭转(位相差)时，在第二主动轴102b与滑块921之间也产生位相差，凸状凸轮921a和凹状凸轮槽922的相对位置，从图10(c)左侧所示的位置关系变化到其右侧所示的位置关系，滑块921沿轴向向车身左侧滑动。从而，前述位移检测杆152抗拒前述盘簧923的弹性力，沿轴向位移到车身的左侧方向。
从而，在本实施例中，位移检测杆152向轴向的位移量代表输入到曲柄轴101上的脚踏力。利用上述脚踏力检测机构，作为向轴向的位移量检测的脚踏力，借助后面将要详细描述的冲程传感器150(参见图6)转换为电信号输送到控制装置8中。
同时，在第二主动轴102b的端面上，设置止动孔922a，该止动孔与设置在第一主动轴102a的端面上的止动凸部921b配合，用于防止各主动轴102a，102b过分地扭转。借此，可有效地保护小型化的扭杆102c，可达到进一步的小型化。
此外，在图5，6中，以扭杆102c为中心，右侧表示凸状凸轮921a与凹状凸轮922重合没有脚踏力转矩的状态〔图10(c)的左侧〕，左侧表示由于各凸轮的作用，滑块921向车身左侧移动有脚踏力转矩的状态〔图10(c)的右侧〕。
第二惰轮轴103借助轴承185、186可自由旋转地轴支承在前述第一惰轮轴102的后下方。在第二惰轮轴103的外周部，形成与前述第二主动轴102b的第二齿轮102e啮合的齿轮齿114，树脂齿轮115用螺栓固定在端部上。
在前述第二惰轮轴103的后下方配置电动机M，其旋转轴104借助轴承187、188可自由旋转地轴支承着。前述轴承187、188和电动机外壳10M仅相对于左壳体10L被保持，而不被右壳体10R所保持。从而，当装卸右壳体10R时不必装卸电动机M，可很容易地进行右壳体10R的装卸。
前述电动机外壳10M借助螺栓782经过O环10S紧固在左壳体10L上。在电动机M的旋转轴104上固定含有电机绕组的定子转子131(ステ-タ口-タ)，在定子转子131的周围设有磁铁132。与前述第二惰轮轴103的树脂齿轮115啮合的齿轮齿116，固定在旋转轴104的一端上。从而可抑制高速旋转的齿轮115、116的齿轮声。在各齿轮115、116的车身左侧，利用螺栓783将树脂罩10A紧固在左壳体10L上，进一步提高隔音效果。
在树脂罩10A与左壳体10L的接合面上，在整个面上设置防水密封件10B。进而，通过沿该接合面的外周设置防水凸缘10C，进一步提高防水性。因此，即使在用螺栓783紧固时树脂罩10A发生变形也可确保防水性。
在图6中，输出轴105借助轴承191、192可自由旋转地轴支承在前述第一惰轮轴102的后上方。在输出轴105上，设置与前述第二主动轴102b的第一齿轮102d啮合的第四齿轮118，前述驱动链轮13固定在从外壳10露出的输出轴端部上。
如图3、5所示，在前述外壳10的前方空间内，控制该电动助力装置1的平板状控制装置8装载在曲柄轴101的前方下部上。控制装置8，将控制基板82容纳在树脂制的碟状壳体81内，利用绝缘树脂83通过模塑树脂构成其间隙部和基板表面。在前述控制基板82上，装载各种控制电路820及多个功率晶体管(FET)821a，二极管821b以及旋转传感器822，伴有发热的各元件821a、821b，以面接触的方式固定在铝制的散热板829上。散热板829以面接触的方式固定在铝制的右壳体10R上。
前述控制装置8从车身前方向后方，朝后下方配置，并且，控制基板82的零部件安装面以指向内侧的方式安装。前述旋转传感器822，在控制基板82的端部附近，以与曲柄轴101的加速齿轮111的齿轮齿对向的方式固定。从而，各发热元件821a、821b所产生的热，向右壳体10R散热，不会对配置在左壳体10L附近的旋转传感器造成不利的热影响。
这样，在本实施例中，由于将旋转传感器822设置在控制装置8上，以把旋转传感器822配置在与曲柄轴101同步旋转的旋转体(大直径齿轮111)的近旁的方式来配置控制装置8，从而没有必要确保另外的用于设置旋转传感器用的额外的空间，可将电动助力系统的整体紧凑。同时，由于可缩短旋转传感器822与控制装置8之间的距离，从而不仅不需要引线，还可抑制混入旋转传感器822的输出信号内的噪音。
进而，控制装置8在电动助力装置1安装到车身架2上的位置中，被配置在曲柄轴101的前方下部处，所以在行进时可获得高的空气冷却效果，提高冷却效率。
进而，在本实施例中，在该电动助力装置1安装到车身架2上的位置中，把控制基板82从车身架的前方向后方背后朝下的配置，所以不会使电动助力装置的前方下部的外观形状变形，且可有效地利用已有的内部空间，把控制基板装在电动助力装置内部。这时，如果将控制基板82以其安装电路零部件的安装面指向内侧的方向配置的话，可更容易进行维修。
另一方面，与旋转传感器822的安装位置相对应的碟状壳体81的底部外侧，形成沿底面平行延伸的定位销811，在外壳10的对向部分，形成用于使前述定位销811穿过的定位孔911。同样地，在碟状壳体81侧面的外侧(参照图4)，形成沿侧面平行延伸的定位销812，于外壳10的对向部分形成用于使前述定位销812穿过的定位孔912。借此，可把装置8的两个面定位，从而能够以规定的状态保持旋转传感器822与大直径齿轮111之间的余隙。
由于当前述各定位销811，812向各定位孔911，912的入口接触时，前述旋转传感器822尚未与大直径的加速齿轮111对向，之后，当定位销811，812向孔911，912的插入开始之后，加速齿轮111的齿轮齿与旋转传感器822的相对位置关系(对向关系)成为预定的关系，控制装置，即碟状壳体81，相对于前述外壳10定位。从而，在固定控制装置8时，靠近的加速齿轮111与旋转传感器822相互不产生干扰，容易组装。
同时，如图5所示，控制装置8相对于外壳10的固定，通过在与设置前述旋转传感器822及定位销811的端部对向侧的端部处，用螺栓831(831a，831b，参见图4)把碟状壳体81的两个侧部旋紧固定在外壳10上来进行。
从而，在本实施例中，由于在控制装置8上设置作为定位装置的定位销811，812，以预定的状态能把控制装置8固定在电动助力装置1内的规定位置处，所以，除把控制装置8定位固定之外，还可以将旋转传感器822与旋转体(加速齿轮111)之间的相对位置关系保持在预定的位置关系，能确保转数的检测精度。
并且，在本实施例中，利用设置在控制装置8的一个侧部的定位装置将控制装置8的一个侧部配合到电动助力装置1上，而在另一个侧部用连接装置进行连接，从而连接结构简单，也减少了部件数目。
而本实施例的电动机M，如图5所示，其电源端子752配置在输出提取侧的端面上，所以其电源线751必须从电动机M的输出提取侧拉到前述控制装置8处。但是，由于在外壳10内，在电动机M的输出提取侧配置多个齿轮列，所以电源线751最好沿右壳体10R的内侧端面而不是沿左壳体10L的内侧端面拉设。
因此，在本实施例中，另外设置与电机罩10M邻接设置的左壳体10L的内壁756平行的第二内壁754，形成由各内壁754，756围成的空间(导线通路)753，令从电动机M的输出提取侧的端面引出的电源线751通过前述导线通路753，拉到右壳体10R的内侧端面，进而沿该内侧端面拉到控制装置8。
根据上述特征，电源导线经过导线通路从装置壳体内的左壳体10L侧的内侧端面被导向右壳体10R的内侧端面，从而不存在电源导线与齿轮列及其它结构构件等干扰的危险。
进而，在本实施例中，为把电源导线751限制在右壳体10R的内侧端面上，将竖立设置在右壳体10R内侧端面上的支承前述轴承184，185用的各轴承用轴衬749，748搭接，设置夹持器755，前述电源线751通过由各轴衬749，748及夹持器755围起来的通路，并被夹紧。从而，通过将已有的轴衬749，748搭接设置夹持器755，可利用简单的结构把电源线751可靠地夹紧。
在这种结构中，作为人力的脚踏力，经由脚踏板12和曲柄11输入到曲柄轴101，进而经加速齿轮111由第一惰轮轴102的第一主动轴102a传递到第二主动轴102b。另一方面，电动机M的旋转转矩，经由齿轮115和第二惰轮轴103，齿轮114，第二齿轮102e传递到第二主动轴102b，并与前述脚踏力合成。第二主动轴102b上的合成力经由第一齿轮102d和第四齿轮118传递到输出轴105，进而经由驱动链轮13和链条6传递给后轮WR。
这里，第一惰轮轴102的滚珠帽924上，如图6所示，配合有其一端由销153可自由摆动地支撑的位移检测杆152的隐含的中央部，在位移检测杆152的另一端上，连接有固定于右壳体10R上的冲程检测传感器150的冲程检测轴151。从而，随着输入到曲柄轴101上的脚踏力，第一惰轮轴102的第一和第二主动轴102a，102b之间产生位相差，当滚珠帽924根据这一位相差在轴向上位移时，使位移检测杆152摆动，传递到冲程传感器150并被检测。
被检测出来的脚踏力被转换为电信号，供给控制装置8。控制装置8，根据由前述旋转传感器822检测出来的曲柄轴(加速齿轮111)的旋转速度与前述检测出来的脚踏力，决定最佳辅助转矩，为使电动机M产生该辅助转矩，由前述功率晶体管821a适当控制提供给该电动机M的驱动电流。
在本实施例中，由于把输入曲柄轴101的脚踏力转换成机械位移量的脚踏力检测机构设置在邻接该曲柄轴101的第一惰轮轴102上，从而不需要在另外设置脚踏力检测机构时所必须准备的空间，从而在不使电动助力装置1大型化的情况下，可确保控制装置8用的空间。
进而，在本实施例中，由于第二主动轴102b平时由弹簧102s向右壳体10R侧(轴承184)压紧进行定位，从而，形成于该第二主动轴102b侧端面上的凹状凸轮槽922的轴向位置也相对于右壳体10R进行定位。同时，由于冲程传感器150也固定在设于右壳体10R上的轴衬上，从而可相对于右壳体10R正确定位。
这里，在本实施例中，第一主动轴102a相对于第二主动轴102b的位移量，由冲程传感器150作为脚踏力被检测出来，所以当第二主动轴102b与冲程传感器150之间的相对位置具有个体之间的差异时，不能高精度地检测出脚踏力。与此相反，在本实施例中，第二主动轴102b和冲程传感器150相对于同一物体(右壳体10R)进行定位，两者的相对位置总是保持一定，从而可高精度地检测出脚踏力。
图7是前述电动助力装置1的第二个实施例的部分透射侧视图，图8为表示沿图7的B-B线的齿轮列的剖面图，图9为表示沿图7的A-A线的齿轮列的剖面图，其中，与前面相同的符号表示同一个或同等的部分。
在上述第一实施例中，驱动电动机M产生的辅助动力经由第二惰轮轴103传递到第一惰轮轴102，在该第一惰轮轴102上，与脚踏力合成后传递到输出轴105，但在本实施例中，驱动电动机M产生的辅助动力经由第二惰轮轴103直接传递给输出轴105。
就是说，在驱动电机的旋转轴104上产生的辅助动力经由树脂齿轮115传递给第二惰轮轴103。在该第二惰轮轴103上形成与输出轴105的齿轮119啮合的齿轮齿103a，传递到第二惰轮轴103上的辅助动力经由齿轮齿103a，齿轮119，传递给输出轴105。
另一方面，输入到曲柄轴101上的脚踏力，经由加速齿轮111，第二惰轮轴103及第一主动轴102a的齿轮齿113传递给第一惰轮轴102，进而，经由第二主动轴102b的齿轮齿及输出轴105的第四齿轮118向输出轴105传递，在这里构成前述的辅助动力。
这样，在本实施例中，由于可把电动机M产生的辅助动力直接传递给输出轴105，与如上述各实施例那样，经由作为合力轴的第一惰轮轴的场合相比，可减少设在第一惰轮轴上的齿轮的数目。因此，增大了设在第一惰轮轴上的脚踏力检测机构所能占有的空间，增加了设计自由度。
现在回到图1，对本发明的电动助力装置中控制装置的实施例进行说明。
对于和前述控制基板具有共同结构的部分，省略对其说明。
在本实施例中，由于下弯梁22与车座支架23的结合部配置在电动助力装置1的前部，从而可把电动助力装置1配置在低的位置处，可使重心降低。同时，可压底车架的高度，提高“跨越容易程度”。
在电池4长度方向的端部(图1中的上端)，如图13所示，手柄41设置在靠近车身的右侧(旋转轴41a位于车身左侧)处。
前述手柄41可自由旋转地安装，平时压在电池4上。一般地，骑车人大多站在车身的左侧，从而，通过将前述手柄41配置在车身右侧，将其旋转轴41a配置在车身左侧，可很容易地拉起手柄41。
在设置前述手柄41的电池4的上表面上，设置充电剩余电量计42当按下按钮43时，显示剩余电量。为使前述剩余电量计42可很容易地从车座30后部的上方确认，在图12中安装在由箭头指向的面上。借此，骑车人可从上方确认电池的剩余电量。
此外，在本实施例中，与通常的自行车不同，在曲柄轴101的底部不存在驱动链轮，为了外观性能，防止剐脚，或者保护电动助力装置1的目的，就好像驱动链轮连接在曲柄轴101的底部一样，链套32的前方，成为以曲柄轴101为中心的大致上为圆形的形状。
如图5所示，在前述壳体10前方的空间内，控制该电动助力装置1的控制装置8载置于曲柄轴101的前方下部处。控制装置8，将控制电路基板82容纳在树脂的碟状壳体81内，用绝缘树脂83模塑制成间隙部和基板表面。旋转传感器822和各种控制电路820及多个功率晶体管(FET)821a，二极管821b(参见图16)一起载置在前述控制电路基板82上，伴有发热的各元件821a，821b以面接触的方式固定在铝制的散热板829上。前述旋转传感器822，在控制电路基板82的端部附近，以与曲柄轴101的加速齿轮111的齿轮齿对向的方式固定。从而，各发热元件821a，821b所产生的热向右壳体10R散热，不会对配置在左壳体10L附近的旋转传感器产生不良的热影响。
这样，在本实施例中，把旋转传感器822设置在控制装置8上，以将旋转传感器822配置在与曲柄轴101同步旋转的旋转体(大直径齿轮111)近旁的方式配置控制装置8，从而不必另外确保设置旋转传感器用的空间，可将电动助力系统总体变得紧凑。同时，由于可缩短旋转传感器822与控制装置8之间的距离，可抑制向旋转传感器822的输出信号混入噪音。
进而在电动助力装置1安装到车身架2上的位置中，控制装置8配置在曲柄轴101的前方下部，从而在行进时可获得高的冷却效果，提高冷却效率。
另一方面，在对应于旋转传感器822的安装位置的碟状壳体81的底部外侧，形成沿底面平行延伸的定位销811，在外壳10的对向部分上，形成使前述定位销811穿过的定位孔911。同样地，在碟状壳体81的侧面的外侧(参照图4)，形成沿侧面平行延伸的定位销812，在壳体10的对向部分，形成使前述定位销812穿过的定位孔912。从而，可将装置8的两个面定位，可在规定的状态保持旋转传感器822与大直径齿轮111的余隙。
当前述各定位销811，812与各定位孔911，912的入口接触时，前述旋转传感器822尚未与大直径加速齿轮111对向，其后，在销811，812开始插入孔911，912之后，加速齿轮111的齿轮齿和旋转传感器822的相对位置关系(对向关系)成为预定的关系，控制装置8，即碟状壳体81相对于前述壳体10定位。
此外，如图5所示，控制装置8相对于外壳10的固定，通过在与设置前述旋转传感器822及定位销811的端部对向的端部，将碟状壳体81的两个侧部用螺栓831(831a，831b，参见图4)旋紧在外壳10上来进行。
这样，在本实施例中，在控制装置8上设置作为定位装置的定位销811，812，将控制装置8在辅助动力装置1内的预定位置处按预定的姿势进行固定，从而不仅对控制装置8定位固定，同时还可将旋转传感器822与旋转体(加速齿轮111)之间的相对位置关系保持在预定的关系，可确保转数检测精度。
而且，在本实施例中，借助设置在控制装置8的一个侧部的定位装置将控制装置8的一个侧部配合到电动助力装置1上，在另一个侧部利用连接装置进行连接，从而使连接结构简化且减少部件数目。
所检测出的脚踏力被转换成电信号，提供给控制装置8。控制装置8根据由前述旋转传感器822检测出的曲柄轴(加速齿轮111)的旋转速度及所检测出的脚踏力，决定最佳辅助转矩，为使电动机M产生该辅助转矩，利用前述功率晶体管821a适当控制向该电动机M提供的驱动电流。
在本实施例中，将输入到曲柄轴101的脚踏力转换成机械位移量的脚踏力检测机构，设置在邻接该曲柄轴101的第一惰轮轴102上，所以不需要另外设置脚踏力检测机构时所必须的空间，不必使电动助力装置1大型化就可确保控制装置8的设置空间。
图11是上述电动助力自行车的电动助力装置1和电池容纳箱5附近的侧视图，这里，为容易看清图示，图中省略了前述链套32及脚踏板12等。
在本实施例中，在电动助力装置1载置于车身架的状态下的上部装有电极插座701，在该电极插座701的上面露出电极711，712。前述电极711，712的引线(图中未示出)贯穿电动助力装置1的外壳与装置内部的电动机M及控制装置8等连接。
筒状的电池容纳箱5，其底部的侧缘部5a，以跨越连接车座支架23与链条撑条25的托架49的方式安装在车座支架23的后方，在其内侧的底部上露出前述电极插座701的电极711，712。在前述电池4的底面上，设置装入电池容纳箱5内时与前述各电极711，712电连接的接点(图中未示出)。
前述电池4，从上部插入或拉出电池容纳箱5，但由于在电池4的装卸通路上存在着车座30，如果保持车座原封不动，则不可能装卸电池4。因此，在本实施例中，如图12所示，在插入和卸下电池4时，以轴302支承的车座锁定杆301将相对于设在车座管31上端的车座托架304向车辆的前方移动，以轴302为中心摆动，将车座闭锁钩301a与车座托架304的孔304a的配合解除。从而借助在车座锁定杆301与车座托架304之间压缩配置的弹簧305的弹性力，以轴303为支点将车座托架304向前方突起，然后，通过用手操作把车座30拉起，确保电池4的插入抽出的路径。
电池容纳箱5的车身左侧的后上部设置加锁装置501，在加锁状态，锁销501a从容纳箱5的内部突出，与电池4的凹部4a配合阻止从电池容纳箱5中卸下电池4。
在本实施例中，利用电源开关29的钥匙旋转加锁装置501，使锁销501a退回就可卸下电池4。此外，锁销501a通常被向突出状态加载，当把电池4插入容纳箱5内时，由电池4使锁销501a退回到开锁状态，当插入结束时，锁销501a与凹部4a配合加锁。
其次，对本发明的其它实施例进行说明。图14是适用于本发明的电动助力装置的第三个实施例的侧视图，和前面相同的符号表示同一个或等同的部分。
本实施例的车身架2，经由电动助力装置1，通过把各部支架相互连接起来构成，由于电动助力装置1构成车身架的一部分，所以可使车身架构件轻量化，进而，由于电动助力装置1配置在最低位置，从而提高“跨越容易程度”。
下弯梁22在设于电动助力装置1前方的吊架661，662处直接与电动助力装置1连接。车座支架23和链条撑条25经过托架28相互连接，托架28在设于电动助力装置1的后方上部的吊架部663，664处与电动助力装置1连接。采用这种结构，由于电动助力装置1可成为连接各支架的加强构件，从而可实现轻量且高强度的车身。
电动助力装置1，在安装于车身架的状态下，其上部具有和车座支架23垂直的电池载置面401，在该载置面401上，设有后面所述的接点座860。在接点座860上，形成与外部连接用的各种端子(接点)。电池容纳箱51在车座支架23的前方，载置在前述电池载置面401上。由电动助力装置1突出出来贯穿接点座860的接点851(851a，851b)等，进一步贯穿电池容纳箱51的底面并从内部露出。
图15是从上部观察时所看到的电池容纳箱51的底面内侧视图，在前述电池载置面401上形成接点座860，在接点座860上，在具有一对正负接点851a，851b的同时，还保持有从控制装置8传递输入输出开关信号，传感器信号等控制信号用的插头852。在电池44的底面上，设有当电池容纳在电池容纳箱51内时，与前述各电极851a，851b接触的电连接接点以及与前述插头852连接的插座(图中未示出)。
图16是前述电动助力装置1的第四个实施例的部分透射侧视图，图17是表示沿图16的A-A线的齿轮列的剖面图，与前面相同的符号表示同一个或等同的部分。
曲柄轴201备有脚踏力检测机构，其一端由轴承281相对于外壳10可自由旋转地轴支承。第一主动齿轮202经由滚针轴承291，292在曲柄轴201的另一端的外周部上公转，该第一主动齿轮202借助轴承282相对于外壳可自由旋转地轴支承。脚踏板链轮200花键结合在从外壳10露出的第一主动齿轮202的外周部上，并利用螺母紧固。
在前述曲柄轴201的隐含的中央部上，经由单向超越离合器261安装有第二主动齿轮203，前述第一和第二主动齿轮202，203，彼此经过在其圆周方向发出弹性力的盘簧204可相对旋转地连接在一起。在前述第二主动齿轮203外周的小直径部上，通过花键结合可在轴向自由滑动地安装有沿圆周方向形成槽的滑块205，前述槽的深度沿圆周方向连续地变化。配合销271固定在前述第一主动齿轮202的外周上，该配合销271与前述滑块205的槽配合。
在前述曲柄轴201的后方，借助轴承284，285轴支承第一惰轮轴210，形成于其外周的齿轮齿262与前述曲柄轴201的第一主动齿轮202啮合。在第一惰轮轴210上，进一步经过单向超越离合器263连接有齿轮264。
在前述第一惰轮轴210的后方，借助轴承286，287轴支承第二惰轮轴220，在其外周形成的齿轮齿265与前述第一惰轮轴210的齿轮264啮合。树脂齿轮266连接到前述惰轮轴220的一端上。
在前述第二惰轮220的上方，借助轴承288，289可自由旋转地支承有电动机M的旋转轴230。转子231固定在旋转轴230上，在转子231的周围设有定子232。在旋转轴230的一端上，形成齿轮齿276，该齿轮齿276与前述第二惰轮轴220的树脂齿轮266啮合。
在上述的结构中，作为人力的脚踏力，经由前述脚踏板12和曲柄11输入到曲柄轴201，经由单向超越离合器261与第二主动齿轮203同步旋转的同时，经由弹簧204传递给第一主动齿轮202。
另一方面，电动机M的转矩(辅助动力)，经由齿轮267，齿轮266，第二惰轮轴220及单向超越离合器263传递给第一惰轮轴210，并经由齿轮262传递给第一主动齿轮202。传递给第一主动齿轮202的脚踏力与辅助动力的合力。经由脚踏板链轮200和链条6传递给后轮WR。
这时，随着输入到曲柄轴201的脚踏力前述弹簧204向圆周方向压缩，各主动齿轮202，203相对地旋转，两者产生位相差。从而，前述配合销2021在滑块205的槽内转动，滑块205抗拒弹簧260的弹力在曲柄轴201上滑动，其滑动的程度，等于根据转动量所改变的槽的深度。滑块205在轴向的滑动量，经由位移检测杆152使冲程传感器150的检测轴151位移，从而可由冲程传感器150检测出脚踏力。
控制装置8，如图18所示，配置在前述电池载置面401的里面的内侧，在其碟状壳体81内，容纳控制电路基板82，用绝缘树脂83采用模塑的方式构成其间隙和基板表面。旋转传感器822与各种控制电路820及功率晶体管821a，二极管821b一起，载置于前述控制电路基板82上，各功率晶体管821a及二极管821b以面接触固定在散热板829上。
前述旋转传感器822在控制电路基板82的端部附近，与曲柄轴201的第一主动齿轮202的齿轮齿对向的方式固定。在碟状壳体81上，与前面所述一样形成定位销，在壳体10R的对应部分上形成定位孔。
控制装置8，以如下方式相对于外壳10进行定位，即，当前述各定位销穿过各定位孔时，前述旋转传感器822以预定的高度固定在控制电路基板82的规定位置处，与齿轮齿的相对位置关系成预定的关系。
此外，如图18所示，控制装置8对外壳10的紧固，通过在与设置前述旋转传感器822的端部对向侧的端部，将碟状壳体81的两侧(参照图16)用螺栓831拧紧在左壳体10L上来进行。
根据本实施例，由于把外部电极成一体地设置在电动助力装置1的外壳的外表面上，能够把电池44直接配置在电动助力装置1上，可以缩短连接电动助力装置1和电池44的供电导线。
另外，在本实施例中，由于把脚踏力检测机构设置在曲柄轴201上，不需要另外设置脚踏力检测机构时必要的空间，不用使电动助力装置大型化就可确保控制装置8的设置空间。
根据本发明，可以获得以下的效果。
(1)根据权利要求1所述的发明，控制基板变成一块，减少了部件数目，且容易安装。同时，在行进中，对控制基板的空气冷却效果加大，提高冷却效率。进而，由于把控制基板配置在低的位置处，从而重心降低。
(2)根据权利要求2所述的发明，不使电动助力装置的前方下部的外观形状变形，且有效地利用现有空间，在确保控制基板面积的同时，可将其内装在电动助力装置内。
(3)根据权利要求3的发明，由于回路部件的安装面指向内侧，容易维修。
(4)根据权利要求4所述的发明，由将质量大的电动助力装置载置于车身架的下方，可降低助力自行车的重心。
(5)根据权利要求5所述的发明，质量大的电动机和电池，分别配置在车辆的底部和前后方向的中央部，从而可将重心位置置于车辆中心的下部，提高操作性能。
根据本发明，还可以达到以下的效果。
(1)旋转传感器设置在控制装置内，以把旋转传感器配置在与曲柄轴同步旋转的旋转体附近的方式配置控制装置，从而不必额外确保旋转传感器设置空间，可将电动助力系统总体紧凑化。同时，由于可缩短旋转传感器与控制装置之间的距离，从而可抑制混入旋转传感器输出信号的噪音。
(2)在控制装置上设置定位装置，能够以规定的姿势将辅助动力装置固定在规定的位置上，除了将控制装置定位固定，还可把旋转传感器与旋转体的相对位置关系保持在预定的关系，保持高的转数检测精度。
(3)将控制装置用设在它的一个侧部的定位装置配合到电动助力装置上，在另一个侧部用连接装置进行连接，从而连接结构简单，同时也减少连接部件的数量。
(4)在曲柄轴上配置大直径齿轮，在曲柄轴的周围确保控制装置的配置空间来配置控制装置，从而可由大直径齿轮检测出曲柄轴的转数。
(5)由于在电动助力装置安装到车身架上的状态，将控制装置配置在曲柄轴的前方下部，在行进中空气冷却效果加大，提高冷却效率。
(6)输出响应脚踏力的电信号的传感器内装在电动助力装置内，所以可有效地利用外壳内的无用空间，使电动助力装置进一步小型化成为可能。同时，由于不必把脚踏力传感器导线(引线)拉到装置之外，能进一步提高装置的密封性。
(7)由于正负接点设在电动助力装置外壳的外表面上，可把电池直接与电动助力装置接触，能够缩短连接电动助力装置与电池的供电导线。进而，可把电池和电动助力装置作为一个组件对待，从而可提高紧凑性和处理性能。
(8)由于在把电动助力装置安装到车身架的状态下，将控制装置配置在曲柄轴的上方，如果沿车座支架载置长方形的电池时，可将电池配置在控制装置上，缩短连接控制装置与电池的配线。同时由于可把重量大的装置集中配置车身的中央部，从而能够把车身的重心置于中央部。
权利要求
1．一种电动助力装置，内装响应输入到曲柄轴上的脚踏力产生辅助动力的电动机和控制基板、将前述辅助动力和脚踏力合成并传递到驱动轮，其特征在于，在该电动助力装置安装到车身架上的状态下，前述控制基板配置在曲柄轴的前方下部。
2．如权利要求1所述的电动助力装置，其特征在于，在该电动助力装置安装到车身架的状态，前述控制基板从车身架的前方向后方，配置在后部下方。
3．如权利要求1或2所述的电动助力装置，其特征在于，前述控制基板以电路部件的安装面朝向内侧的方式配置。
4．如权利要求1至3中任何一项所述的电动助力装置，其特征在于，前述车身架包含有从前方向后部下方延伸的向下成凸状的主车架，从前述主车架的后部附近分支并向后方上部延伸的车座支架，前述电动助力装置，在其前方比曲柄轴更低的位置处与前述主车架的后端连接，其上部以悬挂在前述车座支架上的方式连接。
5．如权利要求4所述的电动助力装置，其特征在于，在把该电动助力装置安装到车身架的状态下，前述电动机配置在曲柄轴的后方，向该电动机供电的电池沿前述车座支架的后侧载置于前述电动助力装置上。
6．如权利要求1所述的电动助力装置，其特征在于，前述控制基板至少安装有检测曲柄轴旋转速度的旋转传感器，前述控制基板，以把和前述曲柄轴同步旋转的旋转体及前述旋转传感器的相对位置关系保持在预定的关系的方式，配置在前述旋转体的近旁。
7．如权利要求6所述的电动助力装置，其特征在于，为将前述旋转传感器与旋转体的相对位置关系保持在预定的关系，前述控制基板具有将其自身相对于电动助力装置定位的定位装置。
8．如权利要求7所述的电动助力装置，其特征在于，前述旋转传感器和定位装置，设在控制基板的一个侧部的近旁，控制基板在前述的一个侧部由前述定位装置配合保持在电动助力装置上，在其另一个侧部由连接装置连接到电动助力装置上。
9．如权利要求6所述的电动助力装置，其特征在于，该装置包含有作为设在前述曲柄轴上的旋转体的大直径齿轮，与前述曲柄轴并列配置，并具有与前述大直径齿轮啮合的小直径齿轮的惰轮轴，与前述惰轮轴并列配置，并与之啮合的输出轴，将前述输出轴连接到驱动轮上的连接装置，设在前述惰轮轴上、检测输入到曲柄轴的脚踏力的脚踏力检测装置；前述旋转传感器配置在前述大直径齿轮近旁，检测该大直径齿轮的旋转速度。
10．如权利要求9所述的电动助力装置，其特征在于，前述脚踏力检测装置包含以固定在电动助力装置外壳的内壁上的方式内装着、以输出响应脚踏力的电信号的传感器。
11．一种电动助力装置，内装响应输入到曲柄轴的脚踏力产生辅助动力的电动机和控制装置，将前述辅助动力及脚踏力合成并传递给驱动轮，其特征在于，该装置包含有露出在装置外壳的一个主表面上并被固定的正负接点，以及在前述装置外壳的内侧将前述正负接点和电动机进行电连接的供电导线，向前述电动机供电的电池，载置在露出前述正负接点的一个主平面上，并与前述正负接点进行电连接。
12．如权利要求11所述的电动助力装置，其特征在于，前述控制装置在该电动助力装置安装在车身架的状态下配置在曲柄轴的上方。
全文摘要
一种电动助力装置,内装响应输入到曲柄轴的脚踏力产生辅助动力的电动机和控制基板82或控制装置8,将辅助动力与脚踏力合成并传递给驱动轮,控制基板82在该电动助力装置1安装到车身架的状态下配置在曲柄轴101的前方下部的位置处。控制基板82至少安装检测曲柄轴旋转速度的旋转传感器822,以将和曲柄轴101同步旋转的旋转体111与旋转传感器822的相对位置关系保持在预定的关系的方式,把前述控制基板82配置在旋转体111附近,采用上述结构可提高控制基板冷却性能,降低重心,缩短信号线和电源线的配线长度的电动助力装置。
文档编号B62M6/00GK1293139SQ0012842
公开日2001年5月2日 申请日期2000年10月13日 优先权日1999年10月13日
发明者五十岚政志, 矢萩邦夫, 伊势野满, 丸山智千 申请人:本田技研工业株式会社