CN102745298A - 电动自行车的中置驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种电动自行车的中置驱动系统，包括：链轮、电机、中轴、减速箱，上述链轮为碟状结构，在链轮的中间位置设置凹陷的圆形安装部，减速箱壳体设置在凹陷的安装部中并与链轮相互配合；减速箱内的减速机构为复合式双超越离合器，外离合器内圈和内离合器外圈为同一部件共用，作为混合动力源的输出端，外离合器内圈与链轮同轴相固定。本发明采用同轴安装、同轴输出、单级斜齿轮平行传动方式，成功避免了吊装式安装所带来的车架大幅度改动，采用单级减速机构实现了同轴输出，有效减小了电机体积，对自行车整体外观影响很小，从整车外观角度讲，与自行车的相似度非常高。

Description

电动自行车的中置驱动系统

技术领域

本发明涉及电动自行车的技术领域，具体说是一种与车架间采用单点同轴安装、同轴输出且单级斜齿轮平行传动，从而减小了减速箱和电机体积的电动自行车的中置驱动系统。

背景技术

目前，国内电动自行车保有量已经超过1.6亿辆，成为名副其实的第一交通工具。国内现有的电动自行车几乎全部为轮毂电机驱动形式。轮毂电机又分为轮毂直驱形式和减速形式，轮毂直驱形式基本安装在电动自行车后轮上，该类型电机重量大，体积大，电磁噪声大，骑行阻力大，由于采用了大量磁性材料，制造成本比较高。为解决轮毂直驱电机体积大、噪声大、骑行阻力大等问题，市场上出现了带有内置减速的轮毂电机，该电机一般采用行星齿轮减速形式，从而使电机转速较轮毂电机相比有所提升，这样同等功率下的电机体积有所减小。该类型轮毂电机一般采用分数槽设计技术，磁阻转矩与轮毂直驱相比大为减小，但仍有磁阻转矩存在，在人力骑行时，还是存在一定的骑行阻力。该形式的轮毂电机主要用于以锂电池为能源的电动自行车。目前国内外销的自行车款的电动自行车几乎采用该类型电机。

现有技术中电动自行车的轮毂电机虽然得到了极为广泛的应用，但其仍有缺点无法解决。

出于保护电动自行车电池的原因，控制器会对电池输出电流进行限制，36V锂电池一般限流值在12-14A左右。以配装700C出口车型的轮毂电机为例，当限流值为14A时，电机输出转矩不超过20N·m，电驱动爬坡能力不超过3°。而采用轮毂电机会导致整车重量分配不好，自行车最合理的重心应该置于中轴处，轮毂电机通常安装在前轮或后轮中心处，对自行车整车的重量分配不利。由于轮毂电机置于自行车车轮轴处，所以除承担驱动力外，同时承担整车和所承载重量的载荷，因此对轮毂电机外壳的强度和刚度要求比较高。

当轮毂电机置于前轮位置处时，驱动力通过前叉对整车起到一个拉力作用，当突然急速或转弯时，前叉受力情况非常恶略，很容易造成前叉断裂，从而对骑行者造成伤害。轮毂电机在整车上安装时一般距离控制器的距离比较远，加之考虑到走线的隐蔽性，轮毂电机的电机引线长度往往超过1米，有的甚至超过1.5米，过长的引线造成很严重的损耗。

而电动自行车中置驱动技术有效的解决了轮毂电机的以上缺点。中置驱动可以通过在自行车后轮安装变速器的方式，改变中置电机和后轮之间的传动比，有效的解决轮毂电机爬坡能力不足的问题。该专利产品的中置驱动系统在14A限流的情况下，配装外变速器后，自行车后轮可以输出40N·m转矩，爬坡能力超过6°。由于中置电机置于中轴位置，正好置于自行车最合理的重心位置处，对自行车重量分配有利。中置电机外壳不承载重力，保留了自行车最原始的传动结构。中置电机动力输出端与自行车后轮之间通过链传动，实现力传递，故不存在轮毂电机外壳承载重量所带来的安全隐患。中置电机与控制器之间的距离很近，电机引线可以很短，与轮毂电机相比，大幅度减小了线上功率损耗。

电动自行车中置驱动系统主要分为以下几种：从驱动输出形式分类，中置驱动系统分为同轴输出、小轮盘输出和双轮盘输出；从安装形式看，目前国内外市场上的中置驱动系统全部采用吊装式安装。

同轴输出，整体感强，电动和人力采用同一大链轮，保留了自行车最初的传动结构。但该结构内部设计复杂，该结构经常采用多级减速形式。小轮盘驱动，电动和人力驱动由一个公共的小轮盘输出。小轮盘输出与中轴分开（不同心），人力驱动（中轴）通过变速结构和单向结构与小轮盘连接。该结构设计复杂，基本采用多级减速形式。双轮盘驱动。电动和人力分别由两个轮盘一根链条输出，电动驱动有小轮盘输出，人力驱动（中轴）通过单向结构域大轮盘连接。该形式驱动结构简单，可以采用一级减速，但由于增加了两个链轮，对电机在整车的安装要求比较高，容易出现链传动噪声。

吊装式安装类似于摩托车发动机安装，将中置驱动系统吊装在自行车车架上。该形式安装对自行车车架的改动非常大，按照该方式安装后，电动自行车与自行车原外观之间偏差比较大。但该结构的中置驱动系统设计难度相对较低。

在上述的驱动输出形式中，同轴输出为最合理的力输出结构，但目前国内外市场的同类产品中，减速系统均为多级减速或行星轮减速，该减速系统结构复杂，减速体体积庞大，对自行车外观影响非常大。而吊装式安装方式对车架设计和安装工艺要求严格，加之其安装后外观对自行车外观影响很大这个因素，使得吊装式对自行车整体设计及制造所带来的影响不容忽视。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种与车架间采用单点同轴安装、同轴输出且单级斜齿轮平行传动，从而减小了减速箱和电机体积的电动自行车的中置驱动系统。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:

本发明的电动自行车的中置驱动系统，包括：链轮，作为电动自行车的动力输入端，通过与链轮相配合的链条将动力传送至电动自行车的后轮，驱动电动自行车行进；电机，通过电源驱动电机运转，为电动自行车行进提供动力；中轴，穿过上述链轮，并与链轮同轴设置，中轴通过两侧分别设置的曲轴与电动自行车的脚踏相连接，骑车人通过脚踏驱动中轴转动，为电动自行车行进提供动力；减速箱，包括减速箱壳体和设置在减速箱壳体内部的减速机构，减速机构将电机和中轴分别与链轮进行传动连接，并将电机和中轴输入的动力传输至链轮，上述链轮为碟状结构，在链轮的中间位置设置凹陷的圆形安装部，减速箱壳体设置在凹陷的安装部中并与链轮相互配合；减速箱内的减速机构为复合式双超越离合器，上述复合式双超越离合器由外离合器和内离合器构成，其中外离合器包括同轴设置的外离合器外圈、外离合器内圈以及设置在外离合器外圈和外离合器内圈之间的楔紧部分，电机通过齿轮副将动力传输至外离合器外圈，而内离合器包括同轴设置的外离合器内圈、中轴以及设置在外离合器内圈和中轴之间的楔紧部分；外离合器内圈构成动力输出端，并与链轮同轴相固定，在外离合器内圈与减速机壳体的内壁之间设置轴承。

本发明还可以采用以下技术方案：

所述的减速箱壳体与链轮配合的相反侧设置突出的筒状固定部，筒状固定部与复合式双超越离合器同轴设置，中轴从筒状固定部中穿出，且中轴和筒状固定部内壁之间通过轴承相互配合。

上述筒状固定部的前端设置螺纹，在电动自行车车架的五通管位置设置固定内孔，减速箱壳体上的筒状固定部由固定内孔的一侧插入并从其另一侧穿出，具有内螺纹的螺旋锁母与筒状固定部的前端配合固定，并将减速箱壳体与自行车车架锁紧固定。

所述的电机与减速箱壳体相互固定，电机的输出轴与电动自行车的中轴方向相互平行。

所述的电机和外离合器外圈之间设置的齿轮副为平行传动的圆柱斜齿轮，包括少齿数齿轮和大齿轮，少齿数齿轮与电机的输出轴同轴固定，由电机驱动旋转，外离合器外圈与大齿轮之间过盈配合。

所述的少齿数齿轮的齿数为1～4；上述齿轮副的最大减速比为30:1。

本发明具有的优点和积极效果是:

本发明的电动自行车的中置驱动系统中，采用同轴安装、同轴输出、单级斜齿轮平行传动方式，成功避免了吊装式安装所带来的车架大幅度改动，采用单级减速机构实现了同轴输出，有效减小电机体积，在电动自行车中置电机的技术领域中首次采用单级减速实现大减速比，通过大速比减速方式，使得电机自身工作转速上升，有效减小了电机体积。单级斜齿轮平行传动方式有效解决了行星轮减速系统中电机外径过大而导致的电机安装难度大及外形不美观的问题。本发明将减速箱隐藏在碟状链轮凹陷的安装部内侧，对自行车整体外观影响很小，从整车外观角度讲，与自行车的相似度非常高。本发明的电动自行车的中置驱动系统与电动自行车车架的固定方式完全没有改变自行车五通管的位置结构，采用五通管上设置固定内孔进行安装，对自行车车架的强度没有任何不利影响。

附图说明

图1是本发明的电动自行车的中置驱动系统的剖视图；

图2是本发明的电动自行车的中置驱动系统中复合式双超越离合器的局部剖视图；

图3是本发明的电动自行车的中置驱动系统中链轮的侧视图；

图4是本发明的电动自行车的中置驱动系统与电动自行车车架相固定时的俯视图。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明。

图1是本发明的电动自行车的中置驱动系统的剖视图；图2是本发明的电动自行车的中置驱动系统中复合式双超越离合器的局部剖视图；图3是本发明的电动自行车的中置驱动系统中链轮的侧视图；图4是本发明的电动自行车的中置驱动系统与电动自行车车架相固定时的俯视图。

如图1至图4所示，本发明的电动自行车的中置驱动系统，包括：链轮3，作为电动自行车的动力输入端，通过与链轮相配合的链条将动力传送至电动自行车的后轮，驱动电动自行车行进；电机9，通过电源驱动电机运转，为电动自行车行进提供动力；中轴7，穿过上述链轮3，并与链轮3同轴设置，中轴7通过两侧分别设置的曲轴与电动自行车的脚踏相连接，骑车人通过脚踏驱动中轴转动，为电动自行车行进提供动力；减速箱，包括减速箱壳体4和设置在减速箱壳体内部的减速机构，减速机构将电机和中轴分别与链轮进行传动连接，并将电机和中轴输入的动力传输至链轮，上述链轮3为碟状结构，在链轮3的中间位置设置凹陷的圆形安装部，减速箱壳体4设置在凹陷的安装部中并与链轮相互配合，通过链轮对减速箱壳体提供遮蔽，使该位置的外观更加美观；减速箱内的减速机构为复合式双超越离合器，上述复合式双超越离合器由外离合器和内离合器构成，其中外离合器包括同轴设置的外离合器外圈5、外离合器内圈6以及设置在外离合器外圈和外离合器内圈之间的楔紧部分8，电机通过齿轮副将动力传输至外离合器外圈5，而内离合器包括同轴设置的外离合器内圈6、中轴7以及设置在外离合器内圈和中轴之间的楔紧部分8；外离合器内圈构成动力输出端，并与链轮同轴相固定，在外离合器内圈与减速机壳体的内壁之间设置轴承12。

电力驱动和人力驱动同时通过复合式双超越离合器与链轮进行传动连接，由于人力驱动和电力驱动最终全部汇集到链轮，为了这两个动力源有效合并，本发明在结构上设计了复合式双超越离合器，将内外两个离合器有效结合在一起，即内离合器外圈与外离合器内圈为一个零件，为减小内离合器内圈齿轮，利用自行车中轴作为内离合器内圈使用，最大限度减小系统体积。外离合器用于电力驱动输出，外离合器外圈和外离合器内圈之间的楔紧部分8可采用楔块或滚子。同时，外离合器内圈6和中轴组成了内离合器，即外离合器内圈承担起内离合器外圈的作用，中轴作为内离合器内圈，内离合器将人力驱动动力输出。外离合器内圈和中轴之间的楔紧部分9可采用楔块或滚子。本发明紧凑、有效地将两个单向超越离合器组合到一起，外离合器内圈和内离合器外圈为同一部件共用，作为混合动力源的输出端。中轴7作为人力骑行驱动部件，直接作为内离合器内圈，有效地减小了内离合器的结构。

所述的减速箱壳体与链轮配合的相反侧设置突出的筒状固定部13，筒状固定部与复合式双超越离合器同轴设置，中轴从筒状固定部中穿出，且中轴和筒状固定部内壁之间通过轴承相互配合。

上述筒状固定部的前端设置螺纹，在电动自行车车架11的五通管位置设置固定内孔，减速箱壳体上的筒状固定部13由固定内孔的一侧插入并从其另一侧穿出，具有内螺纹的螺旋锁母10与筒状固定部的前端配合固定，并将减速箱壳体与自行车车架锁紧固定。

本发明的电动自行车的中置驱动系统与自行车车架之间采用单点连接，该安装方式可轻松实现该电机在中轴轴向方向上的定位，且安装方式非常简单。而国内外市场上同类产品均采用吊装式，该安装方式至少需要3点固定安装。

电机与减速箱壳体相互固定，电机的输出轴与电动自行车的中轴方向相互平行。

电机和外离合器外圈之间设置的齿轮副为平行传动的圆柱斜齿轮，包括少齿数齿轮和大齿轮，少齿数齿轮与电机的输出轴同轴固定，由电机驱动旋转，外离合器外圈5与大齿轮2之间过盈配合。

少齿数齿轮的齿数为1～4；上述齿轮副的最大减速比为30:1。本发明采用了少齿数、大速比、单级减速、平行传动圆柱斜齿轮减速结构，该减速结构使传动系统设计非常紧凑，占用空间最小化。目前国内外同类产品中，同轴输出中置电机均为多级减速系统，本发明使用少齿数齿轮传动实现了单级减速，齿轮副中少齿数齿轮1的齿数可以是1、2、3、4个齿，而大齿轮2的齿数最大为少齿数齿轮齿数的30倍，即少齿数齿轮可采用单齿，而同时大齿轮的齿数可以为30个齿，这在电动自行车中置电机的技术领域中首次采用单级减速实现如此大的减速比。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种电动自行车的中置驱动系统，包括：链轮，作为电动自行车的动力输入端，通过与链轮相配合的链条将动力传送至电动自行车的后轮，驱动电动自行车行进；电机，通过电源驱动电机运转，为电动自行车行进提供动力；中轴，穿过上述链轮，并与链轮同轴设置，中轴通过两侧分别设置的曲轴与电动自行车的脚踏相连接，骑车人通过脚踏驱动中轴转动，为电动自行车行进提供动力；减速箱，包括减速箱壳体和设置在减速箱壳体内部的减速机构，减速机构将电机和中轴分别与链轮进行传动连接，并将电机和中轴输入的动力传输至链轮，其特征在于：上述链轮为碟状结构，在链轮的中间位置设置凹陷的圆形安装部，减速箱壳体设置在凹陷的安装部中并与链轮相互配合；减速箱内的减速机构为复合式双超越离合器，上述复合式双超越离合器由外离合器和内离合器构成，其中外离合器包括同轴设置的外离合器外圈、外离合器内圈以及设置在外离合器外圈和外离合器内圈之间的楔紧部分，电机通过齿轮副将动力传输至外离合器外圈，而内离合器包括同轴设置的外离合器内圈、中轴以及设置在外离合器内圈和中轴之间的楔紧部分；外离合器内圈构成动力输出端，并与链轮同轴相固定，在外离合器内圈与减速机壳体的内壁之间设置轴承。

2.根据权利要求1所述的电动自行车的中置驱动系统，其特征在于：减速箱壳体与链轮配合的相反侧设置突出的筒状固定部，筒状固定部与复合式双超越离合器同轴设置，中轴从筒状固定部中穿出，且中轴和筒状固定部内壁之间通过轴承相互配合。

3.根据权利要求2所述的电动自行车的中置驱动系统，其特征在于：上述筒状固定部的前端设置螺纹，在电动自行车车架的五通管位置设置固定内孔，减速箱壳体上的筒状固定部由固定内孔的一侧插入并从其另一侧穿出，具有内螺纹的螺旋锁母与筒状固定部的前端配合固定，并将减速箱壳体与自行车车架锁紧固定。

4.根据权利要求3所述的电动自行车的中置驱动系统，其特征在于：电机与减速箱壳体相互固定，电机的输出轴与电动自行车的中轴方向相互平行。

5.根据权利要求4所述的电动自行车的中置驱动系统，其特征在于：电机和外离合器外圈之间设置的齿轮副为平行传动的圆柱斜齿轮，包括少齿数齿轮和大齿轮，少齿数齿轮与电机的输出轴同轴固定，由电机驱动旋转，外离合器外圈与大齿轮之间过盈配合。

6.根据权利要求5所述的电动自行车的中置驱动系统，其特征在于：少齿数齿轮的齿数为1～4；上述齿轮副的最大减速比为30:1。

Images