CN100406343C - 电动自行车中置驱动同轴式动力组 - Google Patents

电动自行车中置驱动同轴式动力组 Download PDF

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Abstract

一种电动自行车中置驱动同轴式动力组由电动力传动装置、人力传动装置和扭力检测机构组成，电机转子、人力输入轴和管状输出轴同轴心，人力传动装置和电动力传动装置分别经人力行星齿轮系和电动力行星齿轮系实现人力增速和电动力减速传动后共同驱动端部分别设有内棘轮和外棘轮的输出轴，并配合链条和飞轮实现动力传输，电动力行星齿轮系以轴承固定输出轴，并以输出轴的外棘轮与电动力行星齿轮系的棘爪机构单向啮合实现电动力单向传动，人力行星齿轮系以轴承固定人力输入轴，并以输出轴的内棘轮与人力行星齿轮系的棘爪机构单向啮合实现人力单向传动，本发明实现人力踩踏时不带动电机目的，扭力检测根据人力踩踏力控制电机转速实现电机转速控制。

Description

电动自行车中置驱动同轴式动力组
技术领域
本发明涉及一种电动自行车驱动装置，特别是涉及一种由电动力传动装置、人力传动装置和扭力检测机构组成的电动自行车中置驱动同轴式动力组。
背景技术
电动自行车作为低污染、低噪音的新型绿色便捷交通工具，对社会经济和生态环境，对改变能源利用结构等诸多方面都有着极其深远的社会意义。而当前的电动自行车驱动装置主要有二大类：一类以轮毂直接驱动后(或前)轮，结构简单为最普通结构，但难以实现机械变速及智能功能；第二类为摩擦轮驱动，电机固定于后(或前)轮，靠电机轴摩擦轮胎产生驱动力，该结构可实现变速功能，但智能功能仍不足。
发明内容
为了弥补以上不足，本发明提供了电动自行车中置驱动同轴式动力组，能同时提供人力驱动和电动力驱动，并且实现人力踩踏驱动时不带动电动力电机，同时具有检测人力踩踏力来控制电机驱动，具有结构更紧凑、体积小、效率高和免维护等功能。
本发明的技术方案是这样：一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，由电动力传动装置、人力传动装置和扭力检测机构组成，其特征在于，该电动力传动装置之电机转子、人力传动装置之人力输入轴和管状输出轴为同一轴心设置，该人力传动装置和电动力传动装置分别基于人力行星齿轮系和电动力行星齿轮系，实现人力增速传动和电动力减速传动后，共同驱动该管状输出轴，并由该管状输出轴带动链旋转，配合链条、飞轮实现动力传输，该管状输出轴端部分别设有内棘轮和外棘轮，用以分别实现人力单向传动输出和电动力单向传动输出。
作为本发明的进一步改进，该电动力行星齿轮系配合该动力组之外壳上设有的储油池实现稀油润滑，用以获得低噪音、高效率及长寿命的目标。
作为本发明的进一步改进，该电动力行星齿轮系基于轴承固定于该管状输出轴，并基于该管状输出轴的外棘轮与该电动力行星齿轮系的棘爪机构单向啮合，实现该管状输出轴的电动力单向传动。
作为本发明的进一步改进，该电动力行星齿轮系为，多个双级行星齿轮分别基于电机行星轮轴固定于电机左行星架和电机右行星架间，基于第一轴承固定于该管状输出轴的电机太阳轮同时与该多个双级行星齿轮之主动齿轮啮合，固定于该动力组之外壳上的电机环轮同时与该双级行星齿轮之从动齿轮啮合，该电动力传动装置的电机定子固定于该外壳，而该电机转子与该电机太阳轮固定，该电机左行星架一端第二轴承固定于该管状输出轴，另一端设有的棘爪机构与该管状输出轴的外棘轮单向啮合，实现该管状输出轴的电动力单向传动。
作为本发明的进一步改进，2至4个双级行星齿轮基于电机行星轮轴固定于电机左行星架和电机右行星架间。
作为本发明的进一步改进，该人力行星齿轮系基于轴承固定于该人力输入轴，并基于该管状输出轴的内棘轮与该人力行星齿轮系的棘爪机构单向啮合，实现该管状输出轴的人力单向传动。
作为本发明的进一步改进，该人力行星齿轮系为，多个人力行星轮分别基于人力行星轮轴固定于人力左行星架和人力右
行星架间，该人力左行星架与该人力输入轴固定，该多个人力行星轮同时与人力环轮啮合，同时与基于滚针轴承固定于该人力输入轴的人力太阳轮一端啮合，该人力太阳轮另一端设有的棘爪机构与该管状输出轴的内棘轮单向啮合，实现该管状输出轴的人力单向传动。
作为本发明的进一步改进，2至4个人力行星轮基于人力行星轮轴固定于人力左行星架和人力右行星架间。
作为本发明的进一步改进，该扭力检测机构为，该人力环轮轮缘设有一对磁石保持架，两磁石分别沾着于该磁石保持架的对应位置，并搭配以其球状端头紧贴该保持架的扭力推杆、活动套于该扭力推杆的扭力弹簧、一端活动套于该扭力推杆并封压该扭力弹簧，而另一端通过该外壳上设有的对应螺孔以旋固方式调整至使该扭力弹簧处于受压状态的扭力调整钮，该两磁石位移通过霍尔传感器转化为电压变化，作为控制该电机转动的输入量之一。
作为本发明的进一步改进，该动力组使用1至6套所述扭力检测机构用以实现合理的转换因子及顺滑的机构动作。
作为本发明的进一步改进，该外壳由一端基于第三轴承固定于该人力输入轴的左箱体和一端基于第四轴承固定于该管状输出轴的右箱体组成。
该电机转子与基于第一轴承固定于该管状输出轴的电机太阳轮固定，多个双级行星齿轮基于电机行星轮轴固定于电机左行星架和电机右行星架间，该电机太阳轮与该双级行星齿轮之主动齿轮啮合实现电动力传动，而该双级行星齿轮之从动齿轮与固定于外壳上的电机环轮啮合，实现电动力减速，该电机左行星架一端设有的棘爪机构与该管状输出轴的外棘轮单向啮合，实现电动力单向传动，该电机左行星架另一端基于第二轴承固定于该管状输出轴。当车速大于电机输出速度，即对应的该管状输出轴转速大于该左行星架转速时(如电动车处于下坡路时管状输出轴转速较高)，该管状输出轴与该左行星架间脱离单向啮合，即电机驱动处于“空转”状态(如无电骑行)，反之，当车速小于电机输出速度，电机通过该电动力行齿轮系实现减速传动后，驱动该管状输出轴实现电动力传动输出。
该人力踩踏力通过人力输入轴输入，该人力太阳轮固定于该人力输入轴，由人力太阳轮、多个人力行星轮基于人力行星轮轴固定于人力左行星架和人力右行星架间，以及该人力行星轮与人力环轮啮合组成人力增速机构，而人力行星轮同时与基于滚针轴承固定于该人力输入轴的人力太阳轮一端部啮合实现人力增速传动，该人力太阳轮另一端部设有的棘爪机构与该套筒型输出轴的内棘轮单向啮合实现人力单向传动，这样，当车速小于人力输入速度，该人力太阳轮与该管状输出轴单向啮合，实现人力单向传动输出(如电动车处于爬坡或启动时)，反之，当车速大于人力输入速度，该人力太阳轮与该管状输出轴脱离单向啮合，如下坡或者电机速度较高时状态，踩踏处于“空踩”状态(如纯电动起行)；
由此实现了人力驱动和(或)电动力驱动有机组合。(如爬坡及平路高速行使)
扭力检测机构的引入，可将人力踩踏力量的大小转换成对应磁石的位移，再通过霍尔传感器将此位移转化电压变化并作为控制电机转速的控制量之一输入控制器，从而根据需求实现电机转速控制。
考虑功率分流及制造装配的合理性，所述电动力行星齿轮系的双级行星轮个数为2-4，同样人力行星齿轮系的人力行星轮为2-4个。
外壳上特定位置的储油槽设计保证了电机减速机构能够得到有效且低能耗润滑作用，用以获得低噪音、高效率及长寿命的目标。
附图说明
图1为本发明涉及的所述电动自行车中置同轴式动力组之轴向剖面图；
图2为本发明涉及的所述电动力传动装置之轴向剖面图；
图3为本发明涉及的所述人力传动装置之轴向剖面图；
图4为本发明涉及的所述扭力检测机构结构示意图。
对照图1至图4作如下进一步说明：
1电动力传动装置        3扭力检测机构
2人力传动装置          12滚针轴承
4人力输入轴            201人力行星轮
5管状输出轴            202人力行星轮轴
6左箱体                203人力左行星架
7右箱体                204人力右行星架
101电机定子            205人力环轮
102电机转子            206人力太阳轮
103电机太阳轮          301保持架
104双级行星齿轮        302磁石
108电机环轮            303扭力推杆
106电机左行星架        304扭力弹簧
107电机右行星架        305扭力调整钮
105电机行星轮轴        10A第一轴承
10B第二轴承            10C第三轴承
10D第四轴承
具体实施例
对照图1至图4以下做进一步阐述：
本发明所公开的一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，由电动力传动装置1、人力传动装置2和扭力检测机构3组成，该电动力传动装置之电机转子、人力传动装置之人力输入轴和管状输出轴为同一轴心设置，该人力传动装置和电动力传动装置分别基于人力行星齿轮系和电动力行星齿轮系，实现人力增速传动和电动力减速传动后，共同驱动该管状输出轴，并由该管状输出轴带动链旋转，配合链条、飞轮实现动力传输。该管状输出轴端部分别设有内棘轮和外棘轮，用以分别实现人力单向传动输出和电动力单向传动输出。
该电动力行星齿轮系配合该动力组之外壳上设有的储油池实现稀油润滑，用以获得低噪音、高效率及长寿命的目标。
结合图2和图1，该电动力行星齿轮系基于轴承固定于该管状输出轴，并基于该管状输出轴的外棘轮与该电动力行星齿轮系的棘爪机构单向啮合，实现该管状输出轴的电动力单向传动。该电动力行星齿轮系为，多个双级行星齿轮104分别基于电机行星轮轴105固定于电机左行星架106和电机右行星架107间，基于第一轴承(10A)固定于该管状输出轴的电机太阳轮103同时与该多个双级行星齿轮之主动齿轮啮合，固定于该动力组之外壳上的电机环轮108同时与该双级行星齿轮之从动齿轮啮合，该电动力传动装置的电机定子101固定于该外壳，而该电机转子102与该电机太阳轮固定，该电机左行星架一端基于第二轴承(10B)固定于该管状输出轴，另一端设有的棘爪机构与该管状输出轴的外棘轮单向啮合，实现该管状输出轴的电动力单向传动。该双级行星齿轮104可以设有2至4个为最佳。
结合图3和图1，该人力行星齿轮系基于轴承固定于该人力输入轴，并基于该管状输出轴的内棘轮与该人力行星齿轮系的棘爪机构单向啮合，实现该管状输出轴的人力单向传动。该人力行星齿轮系为，多个人力行星轮201分别基于人力行星轮轴202固定于人力左行星架203和人力右行星架204间，该人力左行星架与该人力输入轴固定，该多个人力行星轮同时与人力环轮205啮合，同时与基于滚针轴承(12)固定于该人力输入轴的人力太阳轮206一端啮合，该人力太阳轮另一端设有的棘爪机构与该管状输出轴的内棘轮单向啮合，实现该管状输出轴的人力单向传动。该人力行星轮201可以设有2至4个最佳。
结合图4，该扭力检测机构为，该人力环轮205轮缘设有一对磁石保持架301，两磁石302分别沾着于该磁石保持架301的对应位置，并搭配以其球状端头紧贴该保持架的扭力推杆303、活动套于该扭力推杆的扭力弹簧304、一端活动套于该扭力推杆并封压该扭力弹簧，而另一端通过该外壳上设有的对应螺孔以旋固方式调整至使该扭力弹簧处于受压状态的扭力调整钮305，该两磁石位移通过霍尔传感器转化为电压变化，作为控制该电机转动的输入量之一。该动力组可以使用1至6套所述扭力检测机构用以实现合理的转换因子及顺滑的机构动作。
结合图1，该外壳由一端基于第三轴承(10C)固定于该人力输入轴的左箱体6和一端基于第四轴承(10D)固定于该管状输出轴的右箱体7组成。
该电动力行星齿轮系的减速传动是这样实现：该电机转子与基于轴承固定于该管状输出轴的电机太阳轮固定，该电机太阳轮与该双级行星齿轮之主动齿轮啮合实现电动力传动，而该双级行星齿轮之从动齿轮与固定于外壳上的电机环轮啮合，实现电动力减速，该电机左行星架一端设有的棘爪机构与该管状输出轴的外棘轮单向啮合，实现电动力单向传动。
该电动力驱动装置增速传动是这样：当车速小于电机输出速度，电机通过该电动力行齿轮系实现减速传动后，驱动该管状输出轴实现电动力传动输出(如电动车处于上坡路或启动时)；当车速大于电机输出速度，即对应的该管状输出轴转速大于该左行星架转速时(如电动车处于下坡路时管状输出轴转速较高)，该管状输出轴与该左行星架间脱离单向啮合，即电机驱动处于“空转”状态(如无电骑行或者下坡路)。
该人力行星齿轮系增速传动是在这样实现：该人力踩踏力通过人力输入轴输入，该人力太阳轮固定于该人力输入轴，由人力太阳轮、多个人力行星轮基于人力行星轮轴固定于人力左行星架和人力右行星架间，以及该人力行星轮与人力环轮啮合组成人力行星增速齿轮系，而人力行星轮同时与基于滚针轴承(12)固定于该人力输入轴的人力太阳轮一端部啮合实现人力增速传动，该人力太阳轮另一端部设有的棘爪机构与该套筒型输出轴的内棘轮单向啮合实现人力单向传动。
该人力驱动装置增速驱动是这样实现：当车速小于人力输入速度，该人力太阳轮与该管状输出轴单向啮合，实现人力单向传动输出(如电动车处于爬坡或启动时)，反之，当车速大于人力输入速度，该人力太阳轮与该管状输出轴脱离单向啮合，如下坡或者电机速度较高时状态，踩踏处于“空踩”状态(如纯电动起行)。
扭力检测机构设置可以根据检测到的人力输入速度来控制电机输出速度，这样可以将电动车的运行速度控制在安全速度范围内，确保骑车人安全。

Claims (11)

1.一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，由电动力传动装置(1)、人力传动装置(2)和扭力检测机构(3)组成，其特征在于，该电动力传动装置之电机转子(102)、人力传动装置之人力输入轴(4)和管状输出轴(5)为同一轴心设置，该人力传动装置和电动力传动装置分别基于人力行星齿轮系和电动力行星齿轮系，实现人力增速传动和电动力减速传动后，共同驱动该管状输出轴，并由该管状输出轴带动链旋转，配合链条、飞轮实现动力传输，该管状输出轴端部分别设有内棘轮和外棘轮，用以分别实现人力单向传动输出和电动力单向传动输出。
2.如权利要求1所述的一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，其特征在于，该电动力行星齿轮系配合该动力组之外壳上设有的储油池实现稀油润滑，用以获得低噪音、高效率及长寿命的目标。
3.如权利要求1所述的一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，其特征在于，该电动力行星齿轮系基于轴承固定于该管状输出轴，并基于该管状输出轴的外棘轮与该电动力行星齿轮系的棘爪机构单向啮合，实现该管状输出轴的电动力单向传动。
4.如权利要求3所述的一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，其特征在于，该电动力行星齿轮系为，多个双级行星齿轮(104)分别基于电机行星轮轴(105)固定于电机左行星架(106)和电机右行星架(107)间，基于第一轴承(10A)固定于该管状输出轴的电机太阳轮(103)同时与该多个双级行星齿轮之主动齿轮啮合，固定于该动力组之外壳上的电机环轮(108)同时与该双级行星齿轮之从动齿轮啮合，该电动力传动装置的电机定子(101)固定于该外壳，而该电机转子(102)与该电机太阳轮固定，该电机左行星架一端基于第二轴承(10B)固定于该管状输出轴，另一端设有的棘爪机构与该管状输出轴的外棘轮单向啮合，实现该管状输出轴的电动力单向传动。
5.如权利要求4所述的一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，其特征在于，2至4个双级行星齿轮(104)基于电机行星轮轴(105)固定于电机左行星架(106)和电机右行星架(107)间。
6.如权利要求1所述的一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，其特征在于，该人力行星齿轮系基于轴承固定于该人力输入轴，并基于该管状输出轴的内棘轮与该人力行星齿轮系的棘爪机构单向啮合，实现该管状输出轴的人力单向传动。
7.如权利要求6所述的一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，其特征在于，该人力行星齿轮系为，多个人力行星轮(201)分别基于人力行星轮轴(202)固定于人力左行星架(203)和人力右行星架(204)间，该人力左行星架与该人力输入轴固定，该多个人力行星轮同时与人力环轮(205)啮合，同时与基于滚针轴承(12)固定于该人力输入轴的人力太阳轮(206)一端啮合，该人力太阳轮另一端设有的棘爪机构与该管状输出轴的内棘轮单向啮合，实现该管状输出轴的人力单向传动。
8.如权利要求7所述的一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，其特征在于，2至4个人力行星轮(201)基于人力行星轮轴(202)固定于人力左行星架(203)和人力右行星架(204)间。
9.如权利要求7所述的一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，其特征在于，该扭力检测机构为，该人力环轮(205)轮缘设有一对磁石保持架(301)，两磁石(302)分别沾着于该磁石保持架(301)的对应位置，并搭配以其球状端头紧贴该保持架的扭力推杆(303)、活动套于该扭力推杆的扭力弹簧(304)、一端活动套于该扭力推杆并封压该扭力弹簧，而另一端通过该外壳上设有的对应螺孔以旋固方式调整至使该扭力弹簧处于受压状态的扭力调整钮(305)，该两磁石位移通过霍尔传感器转化为电压变化，作为控制该电机转动的输入量之一。
10.如权利要求9所述的一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，其特征在于，该动力组使用1至6套所述扭力检测机构用以实现合理的转换因子及顺滑的机构动作。
11.如权利要求4所述的一种电动自行车中置驱动同轴式动力组，其特征在于，该外壳由一端基于第三轴承(10C)固定于该人力输入轴的左箱体(6)和一端基于第四轴承(10D)固定于该管状输出轴的右箱体(7)组成。
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