专利名称：电动车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动自行车、电动车椅子、三轮车、手推车、和电力汽车等的电动车的车轮驱动装置。
但在自行车、车椅子等为电动化了的场合，相比较于汽车，其全体重量较轻、价格便宜、和效率良好等方面显得更为重要。但中间齿轮的存在，从任何一点来看都不是所需要的。因此，偶而会出现用无齿轮马达直接对轮毂轴进行驱动的电力自行车。但马达特别地价高，且效率也不好。因此，为行走同样的距离所需的电池容量会增大，使价格增高。
作为无中间齿轮的典型的驱动方法，有对车轮外周进行驱动的方法。但由于一般车轮会产生摇晃，所以提出了一种在车轮的轮径方向的轮缘上设置齿轮而进行驱动的方法。但在自行车等上，车体宽度的薄度会受到损害，所以不是一种好的方法。
另外，在自行车、车椅子等轻型交通工具的车轮驱动装置上，对作为装置电源的电池的充电，在很多场合是用另外设置着的充电器而进行的。的确，由于通过仅仅搬运电池即可发挥功能，所以也有其便利的一面。但存在着重电池的掉落、故障、以及全体的成本增加等缺点。
另一方面，多数的电力汽车等都具有再生功能。即所谓的在施加有刹车时，将马达作为发电机使用，从而将电力储存在电池上这样的功能。但由于发电电压比电池电压要低，所以不能进行对电池的充电。因此，在以往就需要设置升压回路，使用重的转换或复杂的回路。
发明内容
本发明就是为了解决这样的缺点而进行的，其目的是在车轮外周驱动装置上，发明一种在无电力时可以较轻微地产生转动、而在驱动时可以确实地进行驱动的、车轮部较薄的机构；发明一种较低成本的、且噪声小的充放电(控制)装置；提供一种装载有可以对风车、太阳能、马达再生的电压效率良好地进行回收的充放电装置的电动车；对电动车椅子可以由护理者和被护理者用共同的杆进行操作。
图2为车轮外周驱动机构的底面概略图(滚子式)。
图3为车轮外周驱动机构的断面概略图(轨道式)。
图4为车轮外周驱动机构的断面概略图(内齿轮、轨道式)。
图5为车轮外周驱动机构的断面概略图(滚子式)。
图6为车轮外周驱动机构的断面概略图(滚子式)。
图7为电动车用放电装置的回路构成图。
图8为电动车用充放电装置的回路构成图。
图9为电容器分割型充放电装置的概要构成图。
图10为AC电压、太阳能和风力电压、再生电压的波形概要图。
图11为带共同杆的电动车椅子的侧面概要图。
首先，当马达4停止，而只有轮胎1转动时，导辊10、11和齿轮5产生转动。由于导辊10与轮胎1、11与轮缘2或轮胎1分别轻轻地接触着，所以在转动轴上的摩擦力会比较小。
又，由于以在齿轮5和轮缘齿轮之间留有若干间隙的方式而确定导辊10的直径，所以可以在齿与齿间无接触音的情况下使齿轮5产生转动。这时，由于齿轮5成为单向滚子，所以在马达轴的周围由轻力而产生转动。
接着，在驱动时，即当在马达4上输入有电力、齿轮5驱动着轮缘齿轮6时，在垂直方向会产生反力，使齿轮间有相互离开的趋势。而对这由与马达4相结合着的导向部件8所阻止。
在现有的技术上，也有用下述这样的方法在轮缘上设置齿轮皮带，并将导辊10和带齿轮的可变向马达用弹簧按压在齿轮皮带上，从而产生驱动。
这时，在导辊10的中心部上施加有大的作用力，所以存在损失增大的缺点。在本发明中，新设置了对抗反力的导向部件，并在空转时使在导辊上不施加有作用力。
导辊支柱8具有若干弹性，从而在小石子等被挟持在轮缘齿轮上时，可以防止齿被打破。图2为底面概略图。但是，该方式的缺点是，在因轮胎击穿而进行修理时，若不卸下导辊11，就不能卸下轮胎1。
图8、图4为除去了这样的缺点的其它车轮外周驱动装置的断面概略图。在该图中，没有设置2个导辊，而代之设有导轨7，并在导向支柱8的前端(凹状)挟持着轨道7。其结果是，可以将驱动齿轮5和环形齿轮6保持在既不紧贴也不分离的状态上。
轨道7、凹状导向支柱8的材质由摩擦阻力和磨耗小的材料所构成，可以经得住齿轮5的反力；并且，在挟持着小石子时，具有可以进行齿牙翻越的若干的弹性。
对马达前端也可以用导向弹簧12进行按压。弹簧12的形状也可以为梯形。这样，当马达的反作用力较小时，位移也小，而当反作用力较大时，产生大的位移，所以可以由齿轮的齿牙翻越而防止齿被打坏。又，在图4中，设有与车轮不同的圆盘、与圆盘成直角的环形齿轮、和导轨6、7，并由马达齿轮5所驱动着。依据本发明，对这样的内部驱动(被认为可以得到高的转矩)，即使在安装精度较低时也可以实现。
又，图5为用与上述不同的、无凹凸的滚子对车轮外周部进行驱动的构造的概略断面图。由滚子5和滚子11用强的力挟持着圆盘6而进行驱动。由于用强力挟持着，所以导向部件8的连结了滚子间的部分被作为弹簧83。又，为可以施行应力集中，滚子5的圆周部成为球状，且圆盘6为硬的材质。又，导向部件的先端部的弹簧83的作用是对导向部件8施加向下方向的力，使与之相连结着的滚子5、滚子11向下方产生移动，结果是与圆盘6相分开。
图6为使驱动滚子5为圆锥状、具有变速功能的车轮外周驱动机构的断面概要图。即，当将导向部件8向下方向进行按压时，随即滚子5会产生下降，使圆盘6的圆形的突起在滚子5的前端部受到驱动。即，成为一种转矩大、速度小的驱动方式。相反，当使导向部件8向上方向移动时，滚子5的下端部会对圆盘的突起进行驱动，从而可以实现对车轮的高速转动驱动。
下面，对充放电装置(简易型)的方案进行说明。
图7为本方案的回路构成概要图，相当于现有的充电器和控制装置。在该图中，20为AC电压的全波整流器，13、24～27为半导体等的高速开关，22和23为电容器，28为马达，29为微型计算机，30为积分器。下面，依据本图对其动作进行说明。首先，当输入商用AC电压时，由20而得到全波整流。然后，从微型计算机(以下称作微机)29中输出所谓的PWM波形，使开关13产生“通、断”动作。由积分器30，可以将140V波高值(波峰)的AC电压变为30-40V的低电压。蓄电池22、23由于分别约为12V，所以可由上述电压而得到充电。微机通过另一途径对蓄电池的电压或电流进行检测；当判断为充电终了时，使开关13停止。
接着是进行放电。而这是通过由阶梯状的PWM波形对马达进行驱动而实现的。即首先，使开关25和27处于“通”的位置，将12V的电压供给马达。在经过固定的短时间后，使25处于“断”的位置、24为“通”的位置，从而将24V的电压供给马达。该供给24V电压的时间与从别的途经指示着的输出指令值成比例；当到达该时间后，首先，开关27为“断”，而使26为“通”位置；然后，在经过了固定的时间后，将全部开关置于“断”的位置。(一直到下个周期为止)。
将以上所述的设定为PWM波形的1个单元(セツト)，并将该单元随周期一起产生重复。(将此命名为通常放电)。除该通常放电外，还有可被称作个别放电的放电。这是一种使开关25和27、或开关24和26置于“通”位置，而只使一方的12V电压产生放电的功能。
如上所述，本装置可以以简单的构成从AC电源直接进行充电；并由将在脉冲的上升和下降时的电压变为阶梯状的PWM而产生放电；可以实现电磁波发生的50％的削减、个别放电、和再生。
又，图7是只对马达28进行驱动的电路。而图8为还可以进行当马达成为发电机时的再生(刹车时)的回路构成图。在该图8中，在进行马达驱动时，开关24、27的“通”/“断”的PWM波形被供给到马达上。该PWM由于容易发生电磁波噪声，所以通过波形圆滑化滤波器74、75、76而使之接近为直流。又，77为用于检测电池等的温度上升的热敏电阻。例如，当温度为T℃时，以马达驱动的PWM波的‘通’时间幅度“＝”计算上的‘通’时间幅度-α(T℃-45℃)的方式，当超过45℃时，最好将马达的输出降低。
图8中的其它开关70、71、72、73用于使在刹车时从发电机(马达)28的再生分两步得到进行。当来自28的电压为高电压时，使开关70、73置于“通”位置；而当电压降低时，将开关70、72和开关71、73交替且高速地进行“通”/“断”动作。
该动作也可以与脚踩刹车的深度相连动。即，当较浅地被踩着时，也可以将上述开关的“通”时间的幅度进一步变狭小。78为该刹车的深度检测器。
下面，对充电侧也由分割电容器和并列开关所进行的、正式的充放电装置的方案进行说明。这对将马达作为发电机、并输入再生电压的电力汽车、和输入太阳能电压或风力电压的供电机是特利有效的。
图9为本发明的充放电装置的构成概要图；20为AC电压全波整流器，28为马达，68为风力发电机，69为太阳能板，37、38和31～36分别为AC电压、马达、风力发电机、太阳能板用的开关。42至51为用于对被分割成4个单元时的电容器进行充放电的开关。40、41为上述开关42～51的公共线的出入口。53～56为由电池或电容器等所构成的电容器。图10显示了在横轴为时间、纵轴为电压时的各电压变化的概略情况。65为AC全波整流电压，67为将马达作为发电机时的再生电压，66为风力发电机或太阳能的电压。
下面，根据该图对其动作进行说明。首先，如AC电压60所示，当高速地由对称电压对电容器进行充电时，在将21和40、22和41相接续后，如下所述，通过将开关置于“通”/“断”而进行充电。
首先，当AC电压为低电压时，使45、51置于“通”位置而进行充电；随着电压增加，使44、43、42相继地置于“通”(使45、44、43、依次地置于“断”的位置)；而随着电压降低，在42被保持为“通”的状态下，使50、49、48依次变为“通”位置(使51、50、49依次变为“断”位置)。这样，各分割电容器可以储存大致平均了的电量。(称作通常充电)。
各电容器的充电量在微机29内的4个计数器上得到计量和存储。当充电量为非均匀时，可以进行个别充电。例如，当62的电容器的充电量为不足时，只要使43、49处于“通”的位置即可。关于从该AC的充电方法，已经被公开发表。
下面，对作为本方案之一的再生电压的充电进行说明。
在图7中，当将马达端子开关31与41、32与40相接续时，可以作为马达进行驱动。但当将马达在刹车时等进行强制性的转动时，就成为发电机。微机29对变为发电机的情况由对电压或电流的监视而进行判断，而切换开关。(将31与40、32与41相接续)。之后，在开关42～51中，对适当的开关进行切换，然后开始充电。
例如，当再生电压值为高值时，对开关42和49、开关44和51交替和分时地进行“通”/“断”操作，以对电容器每次为2个平均地进行充电。当电压值变低时，对42和48、43和49、44和50、45和51分时和高速地进行“通”/“断”操作，以对电容器每次为1个地平均地进行充电。当电压值为最高时，只是将开关42和51置于“通”位置，以对电容器4个一次性地进行充电。
这样，依据本发明，即使不使用现有那样的在电压值减小时的升压回路，也可以提高充电利用率。又，在以往虽然并不是没有使用分割电容器的方法的(USA专利N03867643)，但相对于本发明中的称作开关并联的回路方式，是采用一种可以称作串联的回路方式的。在该方式时，由“通”阻抗所引起的开关损失会较大。
例如，在使用全部4个分割充电器时，在本发明的方式中，只有开关42和51(充电时)、47和46(放电时)的每次为2个的“通”阻抗；但在现有的方式中，变成每次为8个的“通”阻抗。图10中的66为来自风力发电机或太阳能板的电压，其波动比上述的要缓慢一些，但充电方法也可以相同。即，当电压低时，对电容器61～64每次1个地进行充电；随着电压升高，可以每次对2个、或4个进行充电。由于根据电压，使充电器的电压也可以产生变化，所以充电阻抗值也较小。充电损失较小也是本发明中的方式的优点。
不过，在至今为止的说明中，作为充电用电源，是举出了AC商用电压、再生电压、风力电压、太阳能电压；而作为放电对象，是举出了马达的。但作为充电用电源，除此之外也可以是由汽油发动机等的发电机输出、和商用以外的AC电压；而作为放电对象，也可以是除马达之外的灯具、扬声器、和振动体。
但是，在图9的例中，对上述充电用电源和放电对象物不能同时地进行开动。在电动自行车等场合由于是在充电终了后进行行走的，所以不存在充电和放电的重合时间带，所以用该开关回路1组即可。在电动汽车的场合，由于行走和再生不相重合，所以仍然只需1组即可。但在对左右的车轮独立地进行驱动时，(马达为2个时)对与图9大致相同的开关回路就需要设置2组。
又，在由于道路旁边(道路胁)等而同时输入有风力和太阳能的能量的充放电装置(特别是电力汽车用供电装置)的场合，也必须使用2组开关回路。
又，图11为由本方案的电动车椅子的侧面概要图。80为共同操作杆，81为车体安装部件，82为可变阻抗(电阻)，83为弹簧。
与现有技术的不同之处是，使市售品的手动车椅子电动化了。特别是，取代于在以往只有被护理者开动的操纵杆，而设有护理者也可以同时地进行操作的杆。
杆80由弹簧83而被收容在右侧。但当护理者或被护理者将杆80按向左向时，与该力的大小成(比例)的长度部分向左滑动，电位器82的杆也等量地产生变化。由从其它途经设置着的处理装置和电池，将相当于电位器82的变化量部分的电力供给马达28，使车体可以产生右转。当对设在车体的另一侧面上的另一组杆也同样地进行操作时，也可以进行向前行进或向左转动。
当设置在与电位器82不同的转动用电位器时，通过将杆80在转动的同时按向左向，就可以以仅仅一组的杆而实现车体的左转动、右转动、向前行进、和后退等动作。
又，也可以将杆分割成护理者用和被护理者用的2个杆，并进行电力操作。例如，也可以使被护理者的杆动作优先地反映在马达的动作上。
以上，依据本发明，可以用较简单的构造对电动车的车轮确实地进行驱动。又，不仅可以由效率好的再生手段而实现电动车自身的蓄电效率良好的电动车；而且还可以实现将太阳能、风力等能量直接储存在外部充电器上的、并用其它的供给手段对行走中或停止中的电动车供给能量的、即所谓的外部供电装置。又，可以提供对护理者也负担小的电动车椅子。
权利要求
1.一种车轮驱动装置，其特征为，在车轮外周驱动装置上设有带有使产生变向的驱动齿轮的马达；设在车轮外周横面上的环形齿轮；和与车轮的振动无关的、用于使该两个齿轮间的间隙保持为一定的导向机构。
2.一种车轮驱动机构，其特征为，在车轮外周驱动装置上设有带有使产生变向的驱动齿轮的马达；垂直设置在车轮外周横面上的内侧齿轮；和与安装精度无关的、用于使该两个齿轮间的间隙保持为一定的导向机构。
3.一种车轮外周驱动装置，该车轮外周驱动装置的构成为带有使产生转向的驱动滚子的马达；设在车轮外周横面上的环形圆盘；和挟持着该圆盘的导辊。
全文摘要
一种较简单构造和成本低的电力自行车、电动车椅子；实现新交通系统(电力汽车+供电机)的实用化；提供一种对护理者也负担小的电动车椅子。本发明的构成为车轮外周驱动装置、充放电装置、和电动车椅子。在轮缘附近的齿轮驱动和滚子驱动不以车轮的变薄为牺牲条件的情况下进行驱动。可以对再生太阳能、风力等能量直接或储存在电容器上而使用。可以实现将由太阳能、风力等所储存着的能量供给电力汽车等上的供电机。
文档编号B60K1/00GK1398739SQ0112434
公开日2003年2月26日 申请日期2001年7月27日 优先权日2001年7月27日
发明者藤冈一路 申请人:藤冈一路