专利名称：电动自行车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动自行车，尤其是以电机驱动前轮或后轮的电动自行车。
现有的电动自行车包括蓄电池、电机和控制装置，蓄电池经控制装置向电机的定子绕组提供电流。由于电机的转速为3000～4500r／min，在电机与车轮之间采用了机械减速装置，如齿轮减速器，这样一来，虽然降低了转速，增加了转矩，但同时也使得结构复杂、故障多且效率也低。
本实用新型的目的在于提供一种电动自行车，它采用电机直接驱动车轮，并能够以简单的结构提高其效率和可靠性。
实现本实用新型目的的技术方案是一种电动自行车，尤其是用电机驱动前轮或后轮的电动自行车，包括蓄电池、控制装置和电机，蓄电池经控制装置向电机的定子绕组提供电流，其独到之处是电机安装在前轮或后轮的中部，电机的外转子式外壳与车轮的轮辐相连接，定子位于转子内，转子的内壁连接着永磁体，定子轴与车体的前叉或后叉相连接并通过轴承支承转子的外壳，检测转子位置并适时将其传递给控制装置的传感器固装在定子上。
而且，转子式外壳上具有与轮辐相连接的安装孔。
而且，传感器由磁敏式霍尔效应元件构成，其导线穿过中空的定子轴的一端引向控制装置，定子绕组的导线穿过中空的定子轴的另一端引向控制装置。
而且，电机是14级12槽三相永磁无刷电机，永磁体与定子之间的径向间隙为0．4～0．7mm。
或者，电机是18级54槽三相永磁无刷电机，永磁体与定子之间的径向间隙为0．4～0．7mm。
在上述构成中，由于采用了外转子式电机的外壳直接与轮辐相连接，无需中间传动机构，即直接由电机驱动，于是简化了结构，提高了效率，与此同时，电机所处的车轮中部，恰好是轮毂的位置并取代其全部功能，从而使得结构更为紧凑。又由于采用了检测转子位置的传感器以及控制装置来取代炭刷，而更加适应车辆工况的运行要求，例如，不受雨淋影响，防护性能好。经测试表明，通过优化结构设计的本实用新型，效率将不低于80％；其电机寿命主要取决于轴承，而低速轴承的工作寿命可长达1万小时；当行驶速度为18km／h时，噪声不大于42dB(分贝)。
以下将结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的一种结构示意图。
图2是本实用新型的另一种结构示意图。
图3是本车电机的半剖视图。
图4是沿图3A-A处的剖视图。
图5是本车另一种电机的半剖视图。
图6是沿图5B-B处的剖视图。
图7是本车控制装置的电路原理图。
参照
图1～图2，本电动自行车采用电机驱动前轮1或后轮12，它包括蓄电池8、控制装置7和电机10，蓄电池8经控制装置7向电机10的定子24绕组15提供电流。所述电机10最好是采用外转子式永磁无刷电机，例如，由本申请人提交的96234911．9号专利申请(名称永磁无刷电机)即属于这类电机中的一种。为了完成本实用新型的任务(结合前图并同时参见图3～图6)，电机10应安装在前轮1或后轮12的中部，电机10的外转子23式外壳21与车轮1、12的轮辐9相连接，定子24位于转子23内，转子23的内壁连接着永磁体22，定子轴17与车体6的前叉2或后叉13相连接并通过轴承18支承转子23的外壳21，检测转子23位置并适时将其传递给控制装置7的传感器19固装在定子24上。外转子23式外壳21上可具有供其与轮辐9相连接的安装孔20，所述轮辐9可以是钢丝式的，也可以是与轮圈11铸为一体的条状轮辐，另外，还可以考虑直接将轮圈11、轮辐9和电机10的外壳21整铸成一体。
所述电机10可以是14级12槽三相永磁无刷电机(图3、4)，永磁体22与定子24之间的径向间隙为0．4～0．7mm。也可以是18级54槽三相永磁无刷电机(图5、6)，永磁体22与定子24之间的径向间隙为0．4～0．7mm。两种电机10转子23的永磁体22均可以采用粘结剂粘接在外壳21的内壁。所述“级”是指转子永磁体22的数量，所述“槽”是指供固定定子24绕组15的定子24铁芯槽，所述永磁体22可以是稀土永磁体。进一步的内容请参见《电机工程手册》，并可以按手册给出的“级”与“槽”的组合规律，选定多极少槽或少级多槽的技术方案。
由踏板14驱动链条所带动的飞轮25，可固定在转子23外壳21一侧的端盖上，这样便既可以用脚力骑行，也可以用电机10驱驶，还可以二者同时并用。
传感器19可由磁敏式霍尔效应元件构成(市场有售)，一般需安装3个，可分别粘固在定子24的槽口处，其导线16穿过中空的定子轴17的一端引向控制装置7，定子24绕组15的导线26穿过中空的定子轴17的另一端引向控制装置。
前述控制装置7的电路工作原理如图7所示，该控制装置7既可以采用集成电路，也可以由分离元件构成，二者同样有效，而且后者的性能价格比更具竞争力。与此同时，该装置的功能和原理述可参考摩托罗拉(Motorola)公司生产的永磁无刷同步电机所使用的专用芯片mc33035，由于它属现有技术，以下仅结合图7对其原理作一简述电池8电压分两路，分别供电给逆变桥32和电源电路30，电源电路30将电池8电压变换成控制电路和位置传感器19所需的+15v电源，三个位置传感器19检测转子23位置，其输出信号为互差60°的方波，位置传感器19的三路信号经译码电路28后输出6路与逆变桥32的6个功率管T1～T6相对应的控制信号。逆变桥32中上桥的3个功率管T1、T3、T5不调制，译码电路28输出的上桥信号直接送给驱动电路31后控制T1、T3、T5的开通与关断，下桥的3个功率管T2、T4、T6加上了调制载波，译码电路28输出的下桥信号与调制载波电路34(PWM)的输出能否控制下桥T2、T4、T6，还得根据电量指示电路29，初速3km／h电路27，过流保护电路33，刹车触点35的状态而定。若电池8电量不足、电动自行车启动时脚踏速度未达到3km／h、运行过程中过流、起动按钮36末合上或者刹车柄4握住其中之一种情况成立，则均会使T点的电平为零，而封锁驱动信号，使下桥3个功率管T2、T4、T6处于关断状态，使得加到定子绕组上电压为零。只有当电池8电压在设计值范围，脚踏速度大于3km／h，无过流，起动按钮36合上，刹车柄4处于松开状态同时具备的情况下，译码电路28输出和PWM产生的信号才能被允许加到驱动电路31，控制下桥T2、T4、T6的开通和关断，进而将电压加到定子24绕组15上。调制载波电路34(PWM)由一个555电路37实现调制载波，其载波脉冲占空比由给定电位器38控制，其调制频率基本不变，调节给定电位器38的大小是通过转动车把3(右侧)联动的，它可以调节调制载波脉冲的宽度，从而通过调节输出到电枢上电压大小来调速。
电池8电量指示电路29，分档指示电池8的容量，同时当电池8不足时，输出一欠压信号封锁下桥T2、T4、T6驱动信号，电量指示电路29的电量显示计和电源开关5最好装在车体6的容易观察处。初速3km／h启动电路27可保证自行车在人脚踏车速未达到3km／h时，不允许电机10启动，电机10的速度取样信号来自传感器19信号，根据霍尔器件输出频率的大小来判断电机10是否达到初速(3km／h)启动值，若未达到，则封锁驱动信号。过流保护电路33可在电机10运行过程中检测其电流大小，若电流过大，则封锁驱动信号一段时间，待电机10定子24电流下降后，又打开封锁的驱动信号，这样，可防止电机10在堵转和启动时电流过大，同时，又提供自行车在爬坡时有较大的力矩。驱动电路31将驱动信号放大后，驱动上桥T1、T3、T5P沟道的MOSFET和下桥T2、T4、T6N沟道的MOSFET。上桥T1、T3、T5的P管使用三极管来增强拉电流与灌电流的能力，考虑到下桥调制载波具有一定的频率，因而采用555电路37来为功率管提供开通、关断所需的拉电流与灌电流。
所述蓄电池8可以是全密封铅酸电池，也可以采用镍-镉或镍-锰电池，电池8的输出电压可以是48v、36v或24v。
权利要求1.一种电动自行车，尤其是用电机[10]驱动前轮[1]或后轮[12]的电动自行车，包括蓄电池[8]、控制装置[7]和电机[10]，蓄电池[8]经控制装置[7]向电机[10]的定子[24]绕组[15]提供电流，其特征是电机[10]安装在前轮[1]或后轮[12]的中部，电机[10]的外转子式外壳[21]与车轮[1、12]的轮辐[9]相连接，定子[24]位于转子[23]内，转子[23]的内壁连接着永磁体[22]，定子轴[17]与车体[6]的前叉[2]或后叉[13]相连接并通过轴承[18]支承转子[23]的外壳[21]，检测转子[23]位置并适时将其传递给控制装置[7]的传感器[19]固装在定子[24]上。
2.根据权利要求1所述的自行车，其特征是转子式外壳[21]上具有与轮辐[9]相连接的安装孔[20]。
3.根据权利要求1或2所述的自行车，其特征是传感器[19]由磁敏式霍尔效应元件构成，其导线[16]穿过中空的定子轴[17]的一端引向控制装置[7]，定子[24]绕组[15]的导线[26]穿过中空的定子轴[17]的另一端引向控制装置[7]。
4.根据权利要求3所述的自行车，其特征是电机[10]是14级12槽三相永磁无刷电机，永磁体[22]与定子[24]之间的径向间隙为0．4～0．7mm。
5.根据权利要求3所述的自行车，其特征是电机[10]是18级54槽三相永磁无刷电机，永磁体[22]与定子[24]之间的径向间隙为0．4～0．7mm。
专利摘要一种电动自行车,尤其是用电机驱动前轮或后轮的电动自行车,包括:蓄电池、控制装置和电机,其要点是:电机安装在前轮或后轮的中部,电机的外转子式外壳与车轮的轮辐相连接,定子位于转子内,转子的内壁连接着永磁体,定子轴与车体的前叉或后叉相连接并通过轴承支承转子的外壳,检测转子位置并适时将其传递给控制装置的传感器固装在定子上。本车具有结构简单、效率和可靠性高等特点。
文档编号B62M23/02GK2303788SQ9724098
公开日1999年1月13日 申请日期1997年6月24日 优先权日1997年6月24日
发明者李忠武, 周长进, 曾祥铭, 付晖, 高水华 申请人:中国船舶工业总公司第七研究院第七一二研究所