CN101817388A - 一种电动助力自行车助力传动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种加速顺畅、骑乘舒适的电动助力自行车助力传动机构，包括有外壳，中轴、主链盘、链条、第一轴承、第一单向离合器、助力电机、安装在助力电机上的传动链盘，主链盘与传动链盘通过链条连接，主链盘设有第一轴承，中轴穿过第一轴承，在中轴上设有带复位功能的扭矩凸轮机构，扭矩凸轮机构的主动轮固定连接有滑套，从动轮与主链盘固定连接，第一单向离合器安装在主动轮与中轴之间，在该滑套的相应位置处设有传感装置，信号处理器与传感装置和助力电机电路连接。

Description

一种电动助力自行车助力传动机构
技术领域：
本发明涉及一种电动助力自行车助力传动机构。
背景技术：
电动助力自行车国家给予的定义是人体体能脚踏为主，电机为辅进行助力驱动的自行车，目前市场上的电动助力自行车控制助力电机运转都是通过脉冲开关电路感应骑乘人骑行情况实现的，但脉冲电路的电流信号是迅时电信号，信号处理器接收到这种迅时电信号后会指令助力电机迅时加速，所以采用脉冲电路的助力自行车骑乘过程会产生顿挫加速，影响骑乘的连贯及舒适性。
另外，由于结构原因，传统助力自行车的无论中轴是顺时针旋转还是逆时针旋转，助力电机都是与中轴同步转动的，这样在纯人力骑行时，由于人力蹬踏的过程中，会带动助力电机同步转动，这时，电机转子切割磁力线产生安培磁场阻力，人骑乘起来非常吃力。
发明内容：
本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺点，提供一种传动平稳、不干扰制动、骑乘轻便的电动助力自行车助力传动机构。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种电动助力自行车助力传动机构，包括有外壳，中轴、主链盘、链条、第一轴承、第一单向离合器、助力电机、安装在助力电机上的传动链盘，主链盘与传动链盘通过链条连接，主链盘设有第一轴承，中轴穿过第一轴承，在中轴上设有带复位功能的扭矩凸轮机构，扭矩凸轮机构的主动轮固定连接有滑套，从动轮与主链盘固定连接，第一单向离合器安装在主动轮上，中轴穿过第一单向离合器，在该滑套的相应位置处设有传感装置，信号处理器与传感装置和助力电机电路连接。
所述的主动轮由弹性材料制成，沿主动轮斜齿的一侧以及其根部加工有断口槽，滑套与主动轮的斜齿固定连接，在主动轮的与主链盘配合一端的另一端紧贴有第二轴承。
主动轮的内圈成型有轴向滑槽，在第一单向离合器的外环上成型有轴向花键，外环插于主动轮内，在外环插入端的另一端边缘上成型有限位边，限位边与主动轮端面之间套装有复位弹簧。
主动轮和从动轮互相配合的端面设有直齿啮合，齿口的开口宽度比直齿大。
传感装置由磁性件和传感器构成，磁性件和传感器其一安装在滑套上，另一安装在外壳上。
所述的第一单向离合器为棘轮机构。
在助力电机的主轴与传动链盘之间连接有第二单向离合器。
本发明的电动助力自行车与传统的相比较，具有的优点是：当对脚踏施力时，中轴的扭力通过带有复位功能的扭矩凸轮机构传递给主链盘，同时推动滑套作轴向滑动，使滑套和外壳之间的感应装置产生感应信号，在这个过程，滑套的移动和感应信号的增强都是线性的，信号处理器接收到感应信号后，指令助力电机线性增加其转速，使助力电机产生的助力柔和地增加，提高骑行的舒适性，而要切断助力，只要取消蹬踏力，施加在扭矩凸轮机构的应力即瞬间消失，扭矩凸轮机构也瞬间复位，磁性件和传感器远离至磁性件脱离传感器的感应范围，信号处理器接收不到传感器的信号后，马上指令助力电机停止转动，避免紧急情况下，影响刹车效果；另外，通过在助力电机上加装第二单向离合器，从而避免纯人力蹬踏时，主链盘带动助力电机转子转动而产生安培磁场阻力，使蹬踏变得轻便。
附图说明：
图1是本发明自行车助力传动机构实施例一的结构示意图；
图2是本发明自行车助力传动机构实施例一的主链盘安装到主轴上的结构图；
图3是本发明自行车助力传动机构实施例一的立体分解图；
图4是本发明自行车助力传动机构实施例一滑套的结构示意图；
图5是本发明自行车助力传动机构实施例二的结构示意图；
图6是本发明自行车助力传动机构实施例二助力状态下主动轮轴向移动后的结构示意图；
图7是本发明电动助力自行车助力传动机构实施例二把滑套切除部分后的结构图；
图8是本发明电动助力自行车助力传动机构实施例二的立体分解图；
图9是本发明电动助力自行车助力传动机构实施例二的主链盘安装到主轴上的结构图；
图10是本发明电动助力自行车助力传动机构实施例二主动轮的结构图；
图11是本发明电动助力自行车助力传动机构实施例二的棘轮机构外环的结构图；
图12是本发明电动助力自行车助力传动机构实施例二滑套的结构图。
具体实施方式：
现结合附图详细阐述本发明：
实施例一(如图1～图4所示)
本实施例的电动助力自行车助力传动机构包括有外壳1，中轴2、主链盘3、链条(未绘出)、第一轴承4、第一单向离合器、助力电机6、安装在助力电机6上的传动链盘7，第一单向离合器为内啮合的棘轮机构5，链条同时连接主链盘3、传动链盘7和车轮链盘(未绘出)，主链盘3设有主链盘轴套8，该轴套8与中轴2通过第一轴承4连接，棘轮机构5套装于中轴2上，本实施例的棘轮机构外环51即为主动轮，而轴套8即为从动轮，该主动轮由弹性材料制成，棘轮机构5的外环51与主链盘轴套8成啮合，它们互相啮合的端面圆周上同时设有三组按120度圆周分布的斜齿啮合和直齿啮合，其中直齿啮合的直齿口9宽度比齿10的宽度略大，直齿啮合可起到限制斜齿啮合的两斜齿相互滑动的幅度，避免斜齿脱离配合，沿棘轮机构外环斜齿11的一侧以及其根部加工有断口槽12，扭力传递时，可供外环斜齿11发生轴向变形的空间，棘轮机构外环51上设有滑套13，在外环51的斜齿11上插接有限位销14，而滑套13与之配合的一端圆周上成型有缘边15，同时还加工有供限位销14插进的槽口16，在限位销14插进槽口16后，限位销14与缘边15之间套上扣环17，使棘轮机构外环51与滑套13固定连接在一起，在外环51的与主链盘3配合一端的另一端紧贴有第二轴承18，该第二轴承18的作用是在扭力传递时，与从中轴2传递过来的扭力一同配合，在斜齿的作用下，使主链盘3和外环51一同转动，转动的同时使外环斜齿11发生轴向弹性变形，变形的过程带动滑套13轴向滑动。在滑套13与斜齿11配合一端的另一端固定安装有环形磁铁19，在外壳1内部对应处设有单向线性传感器20，用以感应环形磁铁19磁场的强度，单向线性传感器20与信号处理器21电路连接。
助力传动机构的动作过程是：骑乘者蹬踏自行车脚踏，中轴2产生扭矩，经棘轮机构5的作用，扭矩被传递给棘轮机构5的外环51，利用外环51与主链盘轴套8互相配合的斜齿，在扭矩以及滑套13末端的第二轴承18相互配合下，使主链盘3和固装在一起的外环51和滑套13三者同步转动，转动的同时，外环斜齿11发生轴向弹性变形，变形过程带动滑套13作远离主链盘3的方向滑动，使环形磁铁19向单向线性传感器20作线性靠近，单向线性传感器20感应到磁场强度线性增强，同时向信号处理器21发出指令，命令助力电机6线性地提高转速，使助力电机6产生的助力柔和地增加，提高骑行的舒适性，而要切断助力时，只要取消蹬踏力，施加在棘轮机构外环51上的扭矩瞬间消失，外环斜齿11也瞬间复位，环形磁铁19和单向线性传感器20远离至环形磁铁19脱离单向线性传感器20的感应范围，信号处理器21接收不到单向线性传感器20的信号后，马上指令助力电机6停止转动。
本电动助力自行车可设置三种骑行模式，分别是人力驱动模式、电机驱动模式和人机同时驱动模式，在手把上设有模式转换器，现逐一详细描述每种工作模式：
1.人机同时驱动模式
在人力蹬踏和助力电机6同时作用下，人力蹬踏产生的人工扭力传递的路径为：中轴2-棘轮机构5-主链盘3，此时，在人工扭力的作用下，棘轮机构外环51的斜齿11与主链盘轴套8的斜齿22沿斜面产生滑动，驱使外环斜齿11产生轴向弹性变形，从而连动滑套13作轴向移动，使安装在滑套13上的环形磁铁19靠近单向线性传感器20，单向线性传感器20根据感应到的磁场强度大小向信号处理器21发出信号，信号处理器21指令助力电机6转动，骑行辅助力，辅助骑乘者驱动车辆，当然，环形磁铁19越靠近单向线性传感器20，单向线性传感器20感应到的磁场强度越强，信号处理器21指令助力电机6增加转速，使助力增大。
2.人力驱动模式
这种驱动方式助力电机6电路被切断。人蹬踏脚踏时，中轴2的扭力依次经棘轮机构5和主链盘轴套8传递，然后传递给主链盘3，此时，虽然外环斜齿11产生轴向弹性变形，驱使滑套13滑动，使环形磁铁19接近单向线性传感器20，但由于助力电机6线路被切断，所以在这个模式下助力电机6不会产生助力。
3.电机驱动模式
助力电机6转动会把动力直接传递给车轮，而它还同时带动主链盘3一起同步转动，此状态下的棘轮机构外环51始终保持与主链盘3啮合，所以主链盘3又会带动外环51转动，但由于棘轮机构5的存在，所以此时的中轴2不会转动，骑乘者可以放心的把脚置于脚踏上。
实施例二(如图5～图12所示)
本实施例的电动助力自行车助力传动机构包括有外壳1，中轴2、主链盘3、链条、第一轴承4、第一单向离合器、助力电机6、安装在助力电机6上的传动链盘7，第一单向离合器为内啮合的棘轮机构5，链条同时连接主链盘3、传动链盘7和车轮链盘，主链盘3设有主链盘轴套8，轴套8与中轴2通过第一轴承4连接，轴套8即为本实施例的从动轮，棘轮机构5套装于中轴2上，在棘轮机构5的外环51圆周表面上设有轴向花键23，在主动轮24的内圈设有轴向滑槽25，外环51插于主动轮24内，这时花键23置于滑槽25内，既实现扭力从棘轮机构5传递给主动轮24，同时又使主动轮24可沿棘轮机构外环51作轴向来回滑动，在主动轮24的外圆周上套装有滑套13，在主动轮24和滑套13两者的连接端圆周上，主动轮24成型有连接边26，滑套13成型有缘边15，连接边26和缘边15上各自相应加工有切口261和槽口16，主动轮24和滑套13通过连接边26与槽口16、缘边15与切口261互相套合，套合后在两连接边之间套上扣环17，从而使主动轮24和滑套13固接在一起，滑套13连接端的另一端内圈成型有环形缘边27，中轴2从环形缘边27轴线穿过，在棘轮机构外环51远离主链盘3的一端成型有限位边28，在棘轮机构外环51上套装有复位弹簧29，在主动轮24和滑套13固接后，棘轮机构外环51会受到滑套环形缘边27的压制，使复位弹簧29被压缩在主动轮端面与外环限位边28之间。
主链盘轴套8和主动轮24相对的端面都分别成型有互相啮合的斜齿22、30，另外，在主动轮24的端面上还成型有直齿31，而相应的主链盘轴套8端面上成型有直齿口9，直齿31伸至直齿口9内，直齿口9的开口宽度比直齿31长，从而限制主链盘2与主动轮24之间相对转动的角度，避免主链盘轴套斜齿22与主动轮斜齿30因转动过度而脱离配合。
在滑套13的环形缘边27外侧设有环形磁铁19，而在外壳1上朝环形磁铁19方向伸出一单向线性传感器20，单向线性传感器20与信号处理器21电路连接。
本实施例的电动助力自行车也可以设置成实施例一的三种骑行模式，下面介绍它的传动过程。
1.人机同时驱动模式
在人力蹬踏和助力电机6同时作用下，人力蹬踏产生的人工扭力传递的路径为：中轴2-棘轮机构5-主动轮24-主链盘3，此时，在人工扭力的作用下，主动轮24的斜齿30与主链盘轴套8的斜齿22沿斜面产生滑动，驱使主动轮24朝单向线性传感器20作轴向移动，使安装在主动轮24上的环形磁铁19靠近单向线性传感器20，其它动作与实施例一的一样。
2.人力驱动模式
这种驱动方式助力电机6是不工作的。人蹬踏脚踏时，中轴2的扭力依次经棘轮机构5和主动轮24传递，然后传递给主链盘3，此时，虽然主动轮24在斜齿22、30的作用下产生朝单向线性传感器20方向移动，使环形磁铁19接近单向线性传感器20，但可通过手把上的模式开关切断助力电机6线路，所以在这个模式下助力电机6不会产生助力。
3.电机驱动模式
助力电机6转动会把动力直接传递给车轮，而它还同时带动主链盘3一起同步转动，由于复位弹簧29的弹力作用，使此状态下的主动轮24始终保持与主链盘3啮合，所以主链盘3又会带动主动轮24转动，但由于主轴2上设置了棘轮机构5，所以此时的中轴2不会转动，骑乘者可以放心的把脚置于脚踏上。
对于上述实施例一和实施例二，在助力电机6的主轴32与传动链盘7之间连接有第二单向离合器，该第二单向离合器为超越离合器33，这样就助力电机主轴32与传动链盘7而言，当助力电机主轴32的转动作为主动力时，它可带动传动链盘7转动，相反当传动链盘7的转动作为主动力时(即人力驱动模式)，超越离合器33切断传动链盘7传递给助力电机主轴32的动力，避免纯人力蹬踏时，因助力电机6转动产生的安培阻力，增加骑乘者的体力消耗。
以上所述之实施例只为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电动助力自行车助力传动机构，包括有外壳(1)，中轴(2)、主链盘(3)、链条、第一轴承(4)、第一单向离合器(5)、助力电机(6)、安装在助力电机(6)上的传动链盘(7)，主链盘(3)与传动链盘(7)通过链条连接，主链盘(3)设有第一轴承(4)，中轴穿过第一轴承，其特征在于：在中轴(2)上设有带复位功能的扭矩凸轮机构，扭矩凸轮机构的主动轮固定连接有滑套(13)，从动轮与主链盘(3)固定连接，第一单向离合器(5)安装在主动轮与中轴(2)之间，在该滑套(13)的相应位置处设有传感装置，信号处理器(21)与传感装置和助力电机(6)电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车助力传动机构，其特征在于：所述的主动轮由弹性材料制成，沿主动轮斜齿(11)的一侧以及其根部加工有断口槽(12)，滑套(13)与主动轮的斜齿(11)固定连接，在主动轮的与主链盘(3)配合一端的另一端紧贴有第二轴承(18)。
3.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车助力传动机构，其特征在于：主动轮的内圈成型有轴向滑槽(25)，在第一单向离合器的外环(51)上成型有轴向花键(23)，外环(51)插于主动轮内，在外环(51)插入端的另一端边缘上成型有限位边(28)，限位边(28)与主动轮端面之间套装有复位弹簧(29)。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种电动助力自行车助力传动机构，其特征在于：主动轮和从动轮互相配合的端面设有直齿啮合，齿口(9)的开口宽度比直齿(31)大。
5.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车助力传动机构，其特征在于：传感装置由磁性件和传感器构成，磁性件和传感器其一安装在滑套(13)上，另一安装在外壳(1)上。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种电动助力自行车助力传动机构，其特征在于：所述的第一单向离合器为棘轮机构(5)。
7.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车助力传动机构，其特征在于：在助力电机(6)的主轴(32)与传动链盘(7)之间连接有第二单向离合器。
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