CN102632963A

CN102632963A - 自行车电动助力装置

Info

Publication number: CN102632963A
Application number: CN2012101038878A
Authority: CN
Inventors: 马庆一
Original assignee: TONGSHENG VEHICLE INDUSTORY Co Ltd SUZHOU INDUSTRIAL GARDEN
Current assignee: TONGSHENG VEHICLE INDUSTORY Co Ltd SUZHOU INDUSTRIAL GARDEN
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明公开了一种自行车电动助力装置，其特征在于包括安装在自行车架上的中轴、藉由无齿飞轮单向离合器装配在中轴上的无齿飞轮及固定在无齿飞轮上的牙盘，所述牙盘藉由链条与固定在自行车后轮上的飞轮相连；还包括电驱动装置和电驱动链轮，所述电驱动装置包括固定在自行车架上的外壳和设于外壳内的电机、行星齿轮减速机构、内齿圈、内齿圈单向离合器和输出轴，电机转轴通过行星齿轮减速机构与内齿圈传动连接，所述内齿圈通过内齿圈单向离合器装配在输出轴上，所述输出轴伸出外壳与电驱动链轮固定，电驱动链轮则与链条啮合。本发明结构简化，运转稳定，且输出力矩大，能够大大增强电动自行车的爬坡能力。

Description

自行车电动助力装置

技术领域

本发明涉及一种自行车电动助力装置。

背景技术

电动自行车由于其轻快省力及无污染等特点，正日益在我国推广运用。目前常规的电动自行车上采用的电驱动装置多为轮毂电机，这种轮毂电机通常由主轴、通过轴承安装于主轴上的轮毂外壳，设于轮毂外壳内的电机、齿轮减速机构、离合器以及同轮毂外壳相固定的轮毂端盖共同组成。所述齿轮减速机构主要由固定在电机转子上的太阳齿轮及与太阳齿轮啮合的行星齿轮构成，所述轮毂外壳内壁上固定与行星齿轮相啮合的内齿圈，从而使得轮毂外壳能够藉由电机驱动旋转。所述离合器则与行星齿轮装配于一根通轴上。在具体工作时：采用电池及控制器来驱动电机转子旋转，电机转子则通过太阳齿轮带动行星齿轮、齿圈转动，并由齿圈通过与之耦合的单向离合器驱动轮毂外壳传递扭矩。所述轮毂外壳与自行车后轮绑定，而自行车后轮上则固定有飞轮（带齿），该飞轮通过链条与固定在自行车中轴上的牙盘相连。所述飞轮具有单向离合器功能，确保轮毂电机驱动旋转时，链条和牙盘不会跟转。

然而采用轮毂电机作为电动自行车的电驱动装置存在下述问题：1.由于轮毂电机是直接带动轮子输出扭矩的，所以无法改变速比，即没有办法像汽车一样通过换挡来降低速度从而提高输出扭矩，故爬坡能力往往不尽如人意；2. 为了要保证足够的输出扭矩，以弥补爬坡能力的不足，就必须选用较大功率的电机，这样势必增加成本和重量，还会增加电池的负担。3. 由于轮毂电机与车轮间是要通过辐条来连接的，所以，不是专业人员很难自己组装，往往不易于对自行车的维修和改装。

发明内容

本发明目的是：提供一种结构简化，运转稳定，且输出力矩大的自行车电动助力装置，这种装置安装于电动自行车上能够大大增强其爬坡能力。

本发明的技术方案是：一种自行车电动助力装置，其特征在于包括安装在自行车架上的中轴、藉由无齿飞轮单向离合器装配在中轴上的无齿飞轮及固定在无齿飞轮上的牙盘，所述牙盘藉由链条与固定在自行车后轮上的飞轮相连；还包括电驱动装置和电驱动链轮，所述电驱动装置包括固定在自行车架上的外壳和设于外壳内的电机、行星齿轮减速机构、内齿圈、内齿圈单向离合器和输出轴，电机转轴通过行星齿轮减速机构与内齿圈传动连接，所述内齿圈通过内齿圈单向离合器装配在输出轴上，所述输出轴伸出外壳与电驱动链轮固定，电驱动链轮则与链条啮合。

优选的，本发明中所述电驱动装置还进一步包括设于外壳内、与外壳固定并与电机转轴同轴设置的内轴，所述外壳上开有供输出轴伸出的轴孔，所述输出轴前端与外壳上的轴孔内缘之间安装有输出轴外轴承；而输出轴后端成型有一圈环绕内轴的内环，所述内环和内轴之间安装有输出轴内轴承，所述内齿圈单向离合器位于所述内环外围。本发明中将输出轴的一端通过输出轴内轴承定位在内轴上，另一端通过输出轴外轴承定位在电驱动装置的外壳上，因内轴和外壳之间是相互固定的，所以通过内、外两个轴承的定位可以确保输出轴承受较大的径向力，大大增强电驱动装置的运转稳定性。

优选的，本发明中所述行星齿轮减速机构的结构形式如下：其包括固定在电机转轴上的太阳齿轮和分布于太阳齿轮周围的三个双联齿轮，每个双联齿轮均由同轴固定的前级行星齿轮和后级行星齿轮构成，所述三个前级行星齿轮均与太阳齿轮啮合，而三个后级行星齿轮则均与内齿圈啮合。

优选的，本发明中所述自行车架上固定有安装架，所述电驱动装置的外壳顶部通过螺栓固定在安装架上，以此完成对于电驱动装置的上、下定位，同时所述电驱动装置的外壳一侧还固定有连接板，所述连接板上设有开孔，所述自行车架上固定有中轴套筒，所述中轴设于中轴套筒内，所述连接板藉由其上的开孔套置于中轴套筒上固定，以此完成对于电驱动装置的中心和左、右定位。

优选的，本发明还包括活动安装在外壳上的张紧器和枢转安装在张紧器上并与链条啮合的张紧链轮，所述张紧器与外壳之间还设有张紧器弹簧。所述张紧器、张紧器弹簧和张紧链轮及它们之间的装配关系均为常规技术，本发明中增加张紧链轮的目的，一是为了增加电驱动链轮的包角，保证传动功率；二是为了确保链条有一定的张紧力，不会造成掉链等故障。

优选的，本发明中所述电机为外定子内转子结构。

同常规技术一样，本发明中所述中轴的两端均固定有曲柄，曲柄上枢转安装有脚蹬。

本发明的具体运作原理如下：

所述牙盘（安装在无齿飞轮上）、电驱动链轮、飞轮（安装在自行车后轮上）、张紧链轮、链条组成了一个链传动系统。其中的牙盘、电驱动链轮均为主动轮，而飞轮则是从动轮。

当电机工作时，电驱动链轮顺时针转动，通过链条带动牙盘、无齿飞轮、飞轮和自行车后轮运转，由于安装在牙盘上的无齿飞轮具有单向离合的缘故，此时无齿飞轮是处在“离”的状态的，即中轴是不会跟着无齿飞轮转的。

当人力骑行时，通过脚踩脚蹬带动曲柄和中轴旋转，并通过与中轴安装的无齿飞轮带动牙盘顺时针转动，再由链条带动飞轮和自行车后轮运转；由于带动电驱动链轮的输出轴和带动它运转的内齿圈之间装有内齿圈单向离合器的缘故，此时，电驱动链轮和驱动它的内齿圈是处在“离”的状态的，即内齿圈、三个双联齿轮和电机转轴都不会跟着转，这样就大大减小了骑行阻力。

本发明的优点是：

本发明提供的这种自行车电动助力装置同常规的采用轮毂电机的助力装置相比，有如下三个优点：

1．对于转速较高的电机来说，本发明中的电驱动装置通过专门的输出轴上的一个电驱动链轮来带动自行车的链轮系统实施驱动，由于电驱动链轮的齿数能够设计的小于飞轮的齿数，尤其是对于多级变速车，其后轮上大飞轮的齿数甚至可以超过电驱动链轮齿数的三倍，因此能够获得很大的速比，输出更大的驱动力量，从而大大增强了电动自行车的爬坡能力。

2. 本发明中将电驱动装置的输出轴一端通过输出轴内轴承定位在内轴上，另一端通过输出轴外轴承定位在电驱动装置的外壳上，因内轴和外壳之间是相互固定的，所以通过内、外两个轴承的定位可以确保输出轴承受较大的径向力，从而大大增强本发明的运转稳定性。

3. 相比现有技术中轮毂电机外壳与自行车后轮绑定的结构，本发明中的电驱动装置具有专门的输出轴经链轮系统来对自行车后轮实施驱动，故结构更加简化和独立，拆卸也方便，容易对采用本发明的电动自行车进行维修和改装。此外由于本发明能够输出很高的扭矩，相对减轻了对于电机的高功率要求，在一定程度上降低了自行车的成本和重量。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中电驱动装置的单独结构剖视图。

其中：1、中轴；2、无齿飞轮；3、牙盘；4、链条；5、电驱动链轮；6、安装架；A、电驱动装置；7、外壳；8、电机；9、内齿圈；10、内齿圈单向离合器；11、输出轴；11a、内环；12、内轴；13、输出轴外轴承；14、输出轴内轴承；15、太阳齿轮；16、双联齿轮；16a、前级行星齿轮；16b、后级行星齿轮；17、螺栓；18、连接板；19、中轴套筒；20、张紧链轮；21、曲柄；22、螺钉；23、张紧器；24、张紧器弹簧。

具体实施方式

实施例：结合图1、图2和图3所示，本发明提供的这种自行车电动助力装置主要由中轴1、无齿飞轮2、牙盘3、链条4、电驱动链轮5、安装架6、电驱动装置A、连接板18、张紧链轮20、曲柄21、张紧器23和张紧器弹簧24共同组成。

具体如图1所示，同常规技术一样，所述自行车架（图中未画出）上固定有中轴套筒19，所述中轴1设于中轴套筒19内，所述中轴1的两端均固定有曲柄21，曲柄21上枢转安装有脚蹬（图中未画出）。所述无齿飞轮2藉由无齿飞轮单向离合器（图中不可见）装配在中轴1上，牙盘3固定在无齿飞轮2上，所述牙盘3藉由链条4与固定在自行车后轮（图中未画出）上的飞轮（图中未画出）相连。

本发明的关键特点在于对电驱动装置A的设计，该电驱动装置A具有外壳7。结合图2所示，所述自行车架上固定有安装架6，所述电驱动装置A的外壳7顶部通过螺栓17固定在安装架6上，以此完成对于电驱动装置A的上、下定位，同时所述电驱动装置A的外壳7一侧还通过螺钉22固定有连接板18，所述连接板18上设有开孔，该连接板18藉由其上的开孔套置于中轴套筒19上固定，以此完成对于电驱动装置A的中心和左、右定位。

具体结合图3所示，本发明中所述电驱动装置A的外壳7内设有电机8、行星齿轮减速机构、内齿圈9、内齿圈单向离合器10、输出轴11、内轴12、输出轴外轴承13和输出轴内轴承14。本实施例中所述电机8为外定子内转子结构，其转轴通过行星齿轮减速机构与内齿圈9传动连接，所述内齿圈9通过内齿圈单向离合器10装配在输出轴11上，所述输出轴11伸出外壳7上开有的轴孔与电驱动链轮5固定，电驱动链轮5则与链条4啮合。

本实施例中所述内轴12与外壳7固定并与电机8的转轴同轴设置，所述输出轴11前端与外壳7上的轴孔内缘之间安装输出轴外轴承13；而输出轴11后端成型有一圈环绕内轴12的内环11a，所述内环11a和内轴12之间安装有输出轴内轴承14，所述内齿圈单向离合器10位于所述内环11a外围，如图3所示。本发明中将输出轴11的一端通过输出轴内轴承14定位在内轴12上，另一端通过输出轴外轴承13定位在电驱动装置A的外壳7上，因内轴12和外壳7之间是相互固定的，所以通过内、外两个轴承的定位可以确保输出轴11承受较大的径向力，大大增强电驱动装置A的运转稳定性。

本实施例中所述行星齿轮减速机构由固定在电机8转轴上的太阳齿轮15和分布于太阳齿轮15周围的三个双联齿轮16（图3中只可见两个）构成，每个双联齿轮16均由同轴固定的前级行星齿轮16a和后级行星齿轮16b构成，所述三个前级行星齿轮16a均与太阳齿轮15啮合，而三个后级行星齿轮16b则均与内齿圈9啮合，如图3所示。

如图1所示，本实施例中所述外壳7上活动安装有张紧器23，所述张紧器23上枢转安装有与链条4啮合的张紧链轮20，所述张紧器23与外壳7之间设有张紧器弹簧24。本发明中增加张紧链轮20的目的，一是为了增加电驱动链轮5的包角，保证传动功率；二是为了确保链条4有一定的张紧力，不会造成掉链等故障。

结合图1－图3所示，本实施例的具体运作原理如下：

所述牙盘3（安装在无齿飞轮2上）、电驱动链轮5、飞轮（安装在自行车后轮上）、张紧链轮20、链条4组成了一个链传动系统。其中的牙盘3、电驱动链轮5均为主动轮，而飞轮则是从动轮。

当电机8工作时，电驱动链轮5顺时针转动，通过链条4带动牙盘3、无齿飞轮2及自行车后轮上的飞轮运转，从而带动自行车后轮转动，由于安装在牙盘3上的无齿飞轮2具有单向离合的缘故，此时无齿飞轮2是处在“离”的状态的，即中轴1是不会跟着无齿飞轮2转的。

当人力骑行时，通过脚踩脚蹬（图中未画出）带动曲柄21和中轴1旋转，并通过与中轴1安装的无齿飞轮2带动牙盘3顺时针转动，再由链条4带动飞轮和自行车后轮运转；由于带动电驱动链轮5的输出轴11和带动它运转的内齿圈9之间装有内齿圈单向离合器10的缘故，此时，电驱动链轮5和驱动它的内齿圈9是处在“离”的状态的，即内齿圈9、三个双联齿轮16和电机8转轴都不会跟着转，这样就大大减小了骑行阻力。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自行车电动助力装置，其特征在于包括安装在自行车架上的中轴（1）、藉由无齿飞轮单向离合器装配在中轴（1）上的无齿飞轮（2）及固定在无齿飞轮（2）上的牙盘（3），所述牙盘（3）藉由链条（4）与固定在自行车后轮上的飞轮相连；还包括电驱动装置（A）和电驱动链轮（5），所述电驱动装置（A）包括固定在自行车架上的外壳（7）和设于外壳（7）内的电机（8）、行星齿轮减速机构、内齿圈（9）、内齿圈单向离合器（10）和输出轴（11），电机（8）转轴通过行星齿轮减速机构与内齿圈（9）传动连接，所述内齿圈（9）通过内齿圈单向离合器（10）装配在输出轴（11）上，所述输出轴（11）伸出外壳（7）与电驱动链轮（5）固定，电驱动链轮（5）则与链条（4）啮合。

2.根据权利要求1所述的自行车电动助力装置，其特征在于所述电驱动装置（A）还包括设于外壳（7）内、与外壳（7）固定并与电机（8）转轴同轴设置的内轴（12），所述外壳（7）上开有供输出轴（11）伸出的轴孔，所述输出轴（11）前端与外壳（7）上的轴孔内缘之间安装有输出轴外轴承（13）；而输出轴（11）后端成型有一圈环绕内轴（12）的内环（11a），所述内环（11a）和内轴（12）之间安装有输出轴内轴承（14），所述内齿圈单向离合器（10）位于所述内环（11a）外围。

3.根据权利要求1或2所述的自行车电动助力装置，其特征在于所述行星齿轮减速机构包括固定在电机（8）转轴上的太阳齿轮（15）和分布于太阳齿轮（15）周围的三个双联齿轮（16），每个双联齿轮（16）均由同轴固定的前级行星齿轮（16a）和后级行星齿轮（16b）构成，所述三个前级行星齿轮（16a）均与太阳齿轮（15）啮合，而三个后级行星齿轮（16b）则均与内齿圈（9）啮合。

4.根据权利要求1所述的自行车电动助力装置，其特征在于所述自行车架上固定有安装架（6），所述电驱动装置（A）的外壳（7）顶部通过螺栓（17）固定在安装架（6）上，同时所述电驱动装置（A）的外壳（7）一侧还固定有连接板（18），所述连接板（18）上设有开孔，所述自行车架上固定有中轴套筒（19），所述中轴（1）设于中轴套筒（19）内，所述连接板（18）藉由其上的开孔套置于中轴套筒（19）上固定。

5.根据权利要求1或4所述的自行车电动助力装置，其特征在于还包括活动安装在外壳（7）上的张紧器（23）和枢转安装在张紧器（23）上并与链条（4）啮合的张紧链轮（20），所述张紧器（23）与外壳（7）之间还设有张紧器弹簧（24）。

6.根据权利要求1或2所述的自行车电动助力装置，其特征在于所述电机（8）为外定子内转子结构。

7.根据权利要求1或4所述的自行车电动助力装置，其特征在于所述中轴（1）的两端均固定有曲柄（21），曲柄（21）上枢转安装有脚蹬。