Brevet FR2815192A1 — publié le 20020412

VEHICULE ENTRAINE PAR MOTEUR ELECTRIQUE La présente invention concerne un véhicule entraîné par moteur électrique et en particulier un véhicule entraîné par moteur électrique dans lequel la structure de l'unité motrice comportant un régulateur et un dispositif d'entraînement est simplifiée et une concentration des masses est obtenue. Un véhicule entraîné par moteur électrique tel qu'une bicyclette utilisant un moteur électrique en tant que source d'entraînement est muni d'un régulateur et d'un dispositif d'entraînement du moteur électrique (ci-après appelé simplement "moteur"). Jusqu'à maintenant, le régulateur et analogue a été disposé de manière séparée de l'unité motrice comportant le moteur, une transmission de puissance du moteur et analogue, et, par conséquent, l'assemblage et l'entretien de ceux-ci se sont avérés peu commodes. En tant que véhicule entraîné par moteur électrique qui élimine cet inconvénient, on a proposé une bicyclette motorisée dans laquelle le régulateur est disposé dans l'espace existant à l'intérieur de l'unité motrice, à savoir, un carter-moteur supportant un arbre à manivelle, contribuant ainsi à la concentration des masses (voir le Brevet Japonais Mis à l'Inspection Publique n Hei 8-175 462). Contenir seulement le régulateur dans l'unité motrice comme dans le cas de l'unité motrice décrite dans la publication s'est cependant avéré insuffisant à certains points de vue. Tout d'abord, lorsqu'un commutateur destiné à rendre le régulateur ACTIF et INACTIF est disposé à l'extérieur de l'unité motrice, il est nécessaire d'agencer un cordon haute-tension à l'extérieur de l'unité motrice. De plus, dans le cas o la sortie du moteur est régulée en tournant une poignée de guidon, un détecteur destiné à détecter la quantité de régulation est disposé loin de l'unité motrice, à savoir au voisinage de la poignée, de sorte qu'il est nécessaire de tirer un cordon de détecteur incluant une terre haute- tension vers l'intérieur de l'unité motrice, et la concentration des masses n'est pas nécessairement suffisante. Un but de la présente invention consiste à fournir un véhicule entraîné par moteur électrique qui peut résoudre les problèmes indiqués ci-dessus, peut contribuer à une concentration des masses vers l'unité motrice et peut contribuer à enfermer le système haute-tension. Afin d'atteindre le but ci-dessus, la présente invention est caractérisée tout d'abord en ce que, dans un véhicule entraîné par moteur électrique utilisant un moteur en tant que source d'entraînement, un régulateur destiné à commander la rotation du moteur est disposé à l'intérieur d'un carter d'une unité motrice destinée à transmettre la rotation du moteur à une roue ou des roues motrices, et un commutateur du type à induction destiné à mettre sous tension le régulateur est agencé à l'intérieur du carter de l'unité motrice. Selon un premier perfectionnement à la présente invention, un convertisseur de source de courant du type à isolation entrée-sortie destiné à entraîner un équipement électrique monté sur le véhicule est prévu à l'intérieur du carter de l'unité motrice. Selon un autre perfectionnement à la présente invention, un détecteur d'ouverture d'accélérateur destiné à détecter une demande de sortie moteur est prévu à l'intérieur du carter de l'unité motrice. Conformément aux caractéristiques ci-dessus, le commutateur du régulateur ainsi que le convertisseur de source de courant et le détecteur d'ouverture d'accélérateur sont agencés à l'intérieur du carter de l'unité motrice, de sorte qu'il est inutile de tirer un cordon haute-tension à l'extérieur de l'unité motrice. Par ailleurs, puisque le convertisseur de source de courant et le détecteur d'ouverture d'accélérateur sont agencés à l'intérieur du carter de l'unité motrice, on peut obtenir une concentration plus importante des masses vers l'unité motrice. On va maintenant décrire la présente invention, à titre d'exemple uniquement, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue latérale générale d'une bicyclette entraînée par moteur électrique selon un mode de réalisation de la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe d'une unité motrice comportant un moteur sans balai, - la figure 3 est une vue en coupe d'une unité de transmission, - la figure 4 est une vue en coupe du moteur sans balai situé dans l'unité motrice, - la figure 5 est une vue de dessus partiellement arrachée du moteur sans balai, - la figure 6 est un schéma fonctionnel d'un circuit d'entraînement destiné à entraîner le moteur sans balai, - la figure 7 montre la technique d'agencement d'un détecteur d'ouverture d'accélérateur, - la figure 8 est une vue latérale en coupe représentant une construction de clé incluant un commutateur à tige, - la figure 9 est une vue de dessus en coupe représentant la construction de clé incluant le commutateur à tige, - la figure 10 est une vue latérale représentant l'état aimanté de la clé, - la figure 11 représente l'action de la clé lorsque la clé n'est pas appropriée, - la figure 12 représente l'action de la clé lorsque la clé est appropriée. Ci-après, on va décrire en détail la présente invention en se reportant aux dessins. La figure 1 est une vue latérale d'une bicyclette entraînée par moteur électrique selon la présente invention, qui a une fonction de déplacement électrique pour être déplacée par une force d'entraînement d'un moteur sans balai et une fonction de déplacement par force humaine pour avoir un déplacement par une force humaine (force de pédalage) entrée à partir de pédales. Une partie avant du corps du véhicule et une partie arrière du corps du véhicule sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'un cadre de corps de véhicule 1, et un tube de siège 2 est érigé vers le haut à l'arrière d'une partie centrale du cadre de corps de véhicule 1. Une tige de selle 15 est insérée dans le tube de siège 2, et une selle 8 munie en une seule pièce d'une lampe arrière 12 et de clignotants gauche et droit 13 est agencée à l'extrémité supérieure de la tige de selle 15. A l'extrémité avant du cadre de corps de véhicule 1, un phare 11 est agencé de manière à éclairer vers l'avant, et un support avant 12 est agencé sur le côté supérieur du phare 11. Une fourche avant 3 est supportée de façon tournante sur un tube de tête 16 situé à l'extrémité avant du cadre de corps de véhicule, et un guidon 9 est agencé sur l'extrémité supérieure de la fourche avant 3. Une roue avant FW est supportée de manière rotative à l'extrémité inférieure de la fourche avant 3. Des poignées de frein 14 (celle de droite n'est pas représentée) pour les roues avant et arrière sont agencées à la gauche et à la droite du guidon 9, et une poignée droite (non-représentée) parmi deux poignées agencées aux extrémités gauche et droite du guidon 9 agit également en tant que poignée d'accélérateur 58 (voir figure 6). Une unité motrice 5 est fixée sur le côté inférieur du cadre de corps de véhicule 1, et une roue arrière RW est supportée de manière rotative par une unité de transmission 6. L'unité motrice 5 comporte un moteur sans balai M, et une force de pédalage introduite vers un arbre à manivelle 520 à travers un manivelle 517 ou une force d'entraînement produite par le moteur sans balai M est transmise à l'unité de transmission 6. L'unité de transmission 6 est fixée sur le cadre de corps de véhicule 1 par l'intermédiaire d'un cadre du type en U 4. Une unité de commande 50 est disposée à la partie inférieure avant de l'unité motrice 5. Une béquille du type à ressort 19 est agencée à une partie inférieure de l'unité motrice 5. Un transformateur abaisseur 52 en tant qu'équipement électrique entraînant un convertisseur de source de courant pour ajuster la tension d'un courant délivré à l'équipement électrique général à travers l'unité motrice 5 et un commutateur à tige 54 en tant que commutateur principal sont disposés sur le côté supérieur du moteur M de l'unité motrice 5. La figure 2 est une vue en coupe de l'unité motrice 5 prise selon un plan passant par l'arbre de manivelle 520 et par un arbre d'entraînement 521, et les mêmes symboles que ceux de la figure 1 indiquent les mêmes parties ou des parties équivalentes. Un carter de l'unité motrice 5 est constitué d'un corps principal de carter 512 et d'un carter gauche 513 et d'un carter droit 511 qui recouvrent la partie gauche et la partie droite du corps principal de carter 512. Le corps principal de carter 512 et le carter gauche 513 et le carter droit 511 recouvrant la gauche et la droite du corps principal de carter 512 sont de préférence constitués d'un métal non-ferreux, par exemple de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, mais peuvent être formés d'une résine ayant une grande propriété d'isolation électrique. L'arbre à manivelle 520 a sa première extrémité supportée de manière rotative par le carter droit 511 par l'intermédiaire d'un palier 531, et son autre extrémité supportée de manière rotative par le carter gauche 513 par l'intermédiaire d'un palier 532. Une manivelle 517 disposée à l'extérieur du carter droit 511 est fixée à une extrémité du vilebrequin 520 et une roue dentée d'entraînement 514 est supportée de manière rotative entre la manivelle 517 et le carter droit 511 par l'intermédiaire d'un embrayage unidirectionnel 515. La roue dentée d'entraînement 514 et une roue dentée entraînée 614 (décrite ultérieurement) de l'unité de transmission sont reliées l'une à l'autre par une chaîne 516. D'autre part, l'arbre d'entraînement 521 mis en rotation par le moteur M est supporté de manière rotative sur le corps principal de carter 512 par l'intermédiaire de paliers 533, 534. Le moteur sans balai M ayant l'arbre d'entraînement 521 en tant qu'arbre de rotation est agencé à une extrémité de l'arbre d'entraînement 521, et une poulie côté entraînement 540 est agencée à l'autre extrémité de l'arbre d'entraînement 521. La poulie côté entraînement 540 et une poulie côté entraîné 610 (décrite ultérieurement) sont reliées l'une à l'autre par une courroie en V 543 pour constituer une transmission automatique. Le moteur sans balai M est constitué d'un stator intérieur 580 qui comporte un noyau de stator 581 et un bobinage d'induit 582, un rotor extérieur 570 qui comporte un volant en forme de bobine 571 ayant une partie de noyau de rotor en forme d'anneau 573 en tant que partie principale et une pluralité d'aimants d'entraînement 572 disposés le long de la surface périphérique intérieure de la partie de noyau de rotor 573, et un détecteur magnétique 590 destiné à détecter la position relative du rotor extérieur 570 en référence au stator 580 sur la base des champs magnétiques des aimants d'entraînement 572. Le moteur sans balai M va être détaillé ultérieurement en référence aux figures 4 et 5. La poulie côté entraînement 540 est constituée d'une partie de poulie fixe 542 dont les mouvements dans les directions de rotation et dans les directions axiales par rapport à l'arbre d'entraînement 521 sont fixés, et une partie de poulie mobile 541 pouvant coulisser librement dans la direction axiale par rapport à l'arbre d'entraînement 521. Une plaque de retenue 545 est agencée sur la surface arrière, c'est-à-dire la surface qui n'est pas en contact avec la courroie en V 543, de la partie de poulie mobile 541. La plaque de retenue 545 a des mouvements limités dans les directions de rotation et les directions axiales par rapport à l'arbre d'entraînement 521, et est mise en rotation sous la forme d'un tout avec l'arbre d'entraînement 521. Un espace vacant entouré par la plaque de retenue 545 et la partie de poulie mobile 541 forme une poche destinée à contenir un rouleau 544 servant de poids régulateur. La figure 3 est une vue en coupe de l'unité de transmission 6 prise le long d'un plan passant par l'arbre de sortie 620. Un carter de l'unité de transmission 6 est constitué d'un corps principal de carter 612 et d'un carter gauche 613 et d'un carter droit 611 qui recouvrent les parties gauche et droite du corps principal de carter 612 et une extrémité de l'arbre de sortie 620 est supportée de manière rotative sur le carter droit 611 par l'intermédiaire d'un palier 632. Une partie centrale de l'arbre de sortie 620 est supportée de manière rotative sur le corps principal de carter 512 par l'intermédiaire d'un palier 633. La roue dentée entraînée 614 reliée à la roue dentée d'entraînement 514 de l'unité motrice 5 par la chaîne 516 est agencée à une extrémité de l'arbre de sortie 620. Une partie de poulie fixe 651 de la poulie côté entraîné 610 est supportée de manière rotative sur l'autre extrémité de l'arbre de sortie 620 par l'intermédiaire d'un manchon extérieur 653, d'un palier à aiguilles 658 et d'un manchon intérieur 659. Une plaque d'embrayage en forme de coupelle 661 est agencée à une partie d'extrémité de l'arbre de sortie 620. A la périphérie extérieure du manchon extérieur 653, une partie de poulie mobile 652 est supportée de manière rotative pour pouvoir coulisser par rapport à l'arbre de sortie 620. La partie de poulie mobile 652 est en prise avec un disque d'embrayage 654 de manière à pouvoir tourner sous la forme d'un seul bloc autour de l'arbre de sortie 620. Entre le disque d'embrayage 654 et la partie de poulie mobile 652, un ressort hélicoïdal de compression 655 crée une force de rappel dans la direction destinée à agrandir la distance entre ceux-ci. Une force d'entraînement transmise à partir de la courroie en V 543 à la partie de poulie mobile 652 est transmise par l'intermédiaire d'un patin 662 du disque d'embrayage 654 à une plaque d'embrayage 661, et ensuite est transmise à travers le manchon intérieur 659, des premier et second mécanismes à train planétaire 671, 681 et l'arbre de sortie 620, à la roue arrière RW. La figure 4 est une vue à plus grande échelle du moteur sans balai M de l'unité motrice 5, et la figure 5 est une vue en plan partiellement arrachée d'une partie principale de celui-ci. Comme représenté sur la figure 4, le noyau de stator 581 mentionné ci-dessus est vissé sur le corps principal de carter 512 à l'aide d'une vis 563. Le volant 571 du rotor extérieur 570 est fixé sur l'arbre d'entraînement 521. La partie de noyau de rotor 573 du volant 571 est munie à sa partie d'ouverture d'une partie de rebord 573a ouverte vers l'extérieur, et le détecteur magnétique 590 mentionné ci-dessus est dressé verticalement à partir d'un support de détecteur 591 et est positionné sur un trajet magnétique formé dans une partie il d'entrefer existant entre la partie de rebord 573a et les aimants d'entraînement 572. Dans le présent mode de réalisation, au moins une partie du détecteur magnétique 590 est disposée de manière à être contenue dans l'entrefer existant entre la partie de rebord 573a et les aimants d'entraînement 572. Le support de détecteur 591 est vissé sur une plaque 592 à l'aide d'une vis 597. La plaque 592 est vissée sur le corps principal de carter 512 à l'aide d'une vis 598. Ainsi, dans le présent mode de réalisation, le détecteur magnétique 590 est disposé dans la partie d'entrefer existant entre la partie de rebord 573a ouvrant largement vers l'extérieur à l'extrémité d'ouverture de la partie de noyau de rotor 573 et les aimants d'entraînement 572, de sorte que, tout en assurant une action magnétique forte entre les aimants d'entraînement 572 et le stator 580, une action magnétique suffisante peut être assurée également entre le détecteur magnétique 590 situé sur l'extérieur et les aimants d'entraînement 572. En conséquence, tout en faisant agir les aimants d'entraînement 572 également en tant qu'aimants de détection d'angle, la position en rotation de ceux-ci peut être détectée de manière précise par le détecteur magnétique 590. La figure 6 est un schéma fonctionnel représentant la constitution d'un circuit d'entraînement destiné à entraîner le moteur sans balai M, et les mêmes symboles que ceux des figures 1 à 5 indiquent les mêmes parties ou des parties équivalentes. L'unité de commande 50 envoie un courant de source de courant haute-tension (48 V) fourni par une batterie 10 (une première et une seconde batteries de 24 V 10a et 10b) à travers un rupteur 51 vers chaque bobine d'induit 582 du moteur M. Le transformateurabaisseur 52 abaisse à 12 V la tension élevée fournie par la batterie 10, et envoie la tension abaissée vers l'équipement électrique général 57. Le commutateur à tige 54 est adopté en tant que commutateur principal, et est ouvert et fermé d'une manière sans contact en amenant une clé magnétique 56 à proximité du commutateur à tige 54. La clé magnétique 56 et le commutateur à tige 54 vont être décrits plus en détail ultérieurement. Un détecteur d'ouverture d'accélérateur 55 détecte l'amplitude de la demande de sortie du moteur M, c'est-à-dire la quantité de rotation de la poignée d'accélérateur 58 (ouverture de l'accélérateur). De manière concrète, la rotation de la poignée d'accélérateur 58 est transmise par l'intermédiaire d'un cable 60 à un arbre du détecteur d'ouverture d'accélérateur 55, et l'ouverture est détectée par l'intermédiaire d'une sortie correspondant à la quantité de rotation de l'arbre. Le détecteur d'ouverture d'accélérateur 55 et le commutateur à tige 54 sont contenus dans le carter de l'unité motrice 5, et sont disposés à proximité de la surface de paroi du carter de sorte qu'ils sont accessibles à partir de l'extérieur du carter. L'unité de commande 50 comporte un convertisseur courant continu/courant continu 501 destiné à convertir la tension élevée fournie par la batterie 10 en une tension de courant continu prédéterminée, un régulateur 502 et un circuit d'entraînement 503. Le régulateur 502 est entraînée par la tension de sortie du convertisseur courant continu/courant continu 501 et détermine l'amplitude et la synchronisation d'un courant fourni à chaque bobine d'induit 582 du moteur sans balai M sur la base des sorties provenant du détecteur d'ouverture d'accélérateur 55 et du détecteur magnétique 590. Le circuit d'entraînement 503 est entraîné par une tension de sortie du convertisseur courant continu/courant continu 501, et envoie un courant vers chaque bobine d'induit 582 du moteur sans balai M en réponse à une instruction provenant du régulateur 502. L'unité de commande 50 est contenue dans une partie inférieure de l'unité motrice 5, comme cela a été décrit. Dans le présent mode de réalisation, la tension élevée (48 V) fournie par la batterie 10 est enfermée dans le carter de l'unité motrice 5 pour être dans un état flottant, de sorte que la tension élevée ne va jamais fuir vers l'extérieur à travers le carter de l'unité motrice 5. La figure 7 représente la technique d'agencement du détecteur d'ouverture d'accélérateur 55. Sur la figure, une console 20 est fixée sur la surface intérieure du carter 5a de l'unité motrice 5, et le détecteur d'ouverture d'accélérateur 55 est supporté sur la console 20. Une poulie 552 est fixée sur un arbre tournant 555 du détecteur d'ouverture d'accélérateur 55, et une extrémité du câble 60 est fixée sur la périphérie extérieure de la poulie 552. Le câble 60 est amené à l'extérieur à travers un trou formé dans le carter 5a, et est guidé dans une gaine de guidage 61 qui est reliée à son extrémité à la poignée 58 du guidon 9. La figure 8 est une vue latérale en coupe représentant la construction d'une clé incluant le commutateur à tige 54, la figure 9 étant une vue en coupe prise le long de la ligne A-A de la figure 8 et la figure 10 étant une vue latérale représentant un état aimanté d'une clé. Sur la figure 10, la clé 21 est munie de deux bandes aimantées, dont l'une est une bande aimantée M1 destinée à la vérification du numéro de clé et l'autre est une bande aimantée M2 destinée à actionner le commutateur à tige 54. Sur les figures 8 et 9, le carter 5a est muni d'une fente pour clé 22 dans laquelle est insérée la clé 21. Un corps mobile 23 disposé perpendiculairement à la surface supérieure 5as du carter 5a est agencé en dessous d'une ouverture 221 de la fente pour clé 22. Le corps mobile 23 comporte une partie aimantée 231 ayant une bande aimantée M3 qui constitue une paire avec la bande aimantée Ml de la clé appropriée, et une partie de retenue de clé 232 reliée à l'extrémité inférieure de la partie aimantée 231. Le corps mobile 23 est rappelé par un ressort 24 à partir du côté arrière. La surface de paroi de la fente pour clé 22 est munie d'une partie creusée 222 du côté de l'intérieur du carter 5a, et une plaque de base 25 est agencée de manière à fermer la partie creusée 222. Le commutateur à tige 54 est fixé sur la plaque de base 25 de manière à établir le contact avec la surface de fond de la partie creusée 222. Le fonctionnement à l'aide de la clé va être décrit en se reportant aux figures 11 et 12. Tout d'abord, lorsque la clé n'est pas appropriée, comme représenté en (a) sur la figure 11, la force de répulsion existant entre la bande aimantée M1 de la clé 21 insérée dans la fente pour clé 22 et la bande aimantée M2 du corps mobile 23 est faible, de sorte que le corps mobile 23 n'est pas déplacé du côté du ressort 24. Par conséquent, la clé 21 ne peut pas être mise en rotation du fait qu'elle est retenue par la partie de retenue de clé 232 comme représenté en (b) sur la figure 11. Lorsque la clé 21 ne peut pas être mise en rotation, la bande aimantée M2 de la clé 21 ne peut pas venir à proximité du commutateur à tige 54, de sorte que le commutateur à tige 54 n'est pas fermé. C'est-à-dire que le commutateur principal n'est pas fermé. D'autre part, lorsque la clé est appropriée, comme représenté en (a) sur la figure 12, une force de répulsion suffisante est produite entre la bande aimantée Ml de la clé 21 insérée dans la fente pour clé 22 et la bande aimantée M2 du corps mobile 23, de sorte que le corps mobile 23 est déplacé du côté du ressort 24. En conséquence, la retenue de la clé 21 par la partie de retenue de clé 232 est libérée, et la clé 21 peut être mise en rotation. Ici, comme représenté en (b) sur la figure 12, la clé 21 est mise en rotation pour amener la bande aimantée M2 de la clé 21 à proximité du commutateur à tige 54, de sorte que le commutateur à tige 54 est fermé, c'est-à-dire que le commutateur principal est fermé. Selon la présente invention, le système à tension élevée peut être enfermé dans l'unité motrice. De plus, puisque le convertisseur de source de courant et le détecteur d'ouverture d'accélérateur sont agencés à l'intérieur du carter de l'unité motrice, on obtient une concentration plus importante des masses vers l'unité motrice. REVENDICATIONS 1. Véhicule entraîné par moteur électrique utilisant un moteur en tant que source d'entraînement, caractérisé en ce qu'il comporte: un régulateur (502) destiné à commander la mise en rotation dudit moteur (M) et disposé à l'intérieur d'un carter (5a) d'une unité motrice (5) destinée à transmettre la rotation dudit moteur à une roue ou des roues motrices (RW), un commutateur du type à induction (54) destiné à mettre sous tension ledit régulateur, le commutateur étant disposé à l'intérieur du carter de l'unité motrice. 2. Véhicule entraîné par moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un convertisseur (52) de source de courant du type à isolement entrée-sortie est agencé pour entraîner un équipement électrique (57) monté sur le véhicule, et le convertisseur de source de courant est disposé à l'intérieur du carter de l'unité motrice. 3. Véhicule entraîné par moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un détecteur d'ouverture d'accélérateur (55) destiné à détecter une demande de sortie dudit moteur est fourni, et le détecteur d'ouverture d'accélérateur est disposé à l'intérieur du carter de l'unité motrice.