CN104953759B - 电动自行车用可变减速比的中置电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动自行车用可变减速比的中置电机，包括壳体、电机、一级大、小齿轮、二级大、小齿轮和动力输出套，其特征是：所述二级大齿轮与双层单向超越离合器及差动行星齿轮减速机构固接，二级大齿轮反转通过差动行星齿轮减速机构及双层单向超越离合器内圈带动双层单向超越离合器中间输出圈及动力输出套构成低速输出机构；二级大齿轮正转通过双层单向超越离合器外圈带动双层单向超越离合器中间输出圈及动力输出套构成高速输出机构。有益效果：通过一个驱动机构和两个输出机构使轮毂电机可以输出两种不同减速比的动力，克服了目前电动自行车用电机只有单一固定减速比的缺陷，解决了电动自行车起步能力及爬坡能力差的问题。

Description

电动自行车用可变减速比的中置电机

技术领域

本发明属于中置电机，尤其涉及一种电动自行车用可变减速比的中置电机。

背景技术

目前，电动自行车不仅用作代步工具，而且也作为运动工具深受广大骑行爱好者的青睐。采用中置电机的自行车重心稳定、骑行安全感强，主要应用于运动型山地电动自行车上。骑行运动型山地电动自行的主要目的是运动和娱乐，尤其是享受平地上高速骑行的速度感和爬山等较大坡度道路上骑行的力量感和刺激感。要满足上述要求，对电机的工作效率区间要求非常大，即既要满足高速特性又要满足低速大扭矩特性。为了尽可能满足上述要求，现有自行车中置电机全部采用电机加减速器的减速电机，而且在自行车整车上应用时，后轮还需加上外置链条减速器辅助变速，以满足不同骑行路况的需要。减速电机加上外置链条减速器的方案在一定程度上满足了上述要求，但骑行时还需人工对后轮链条减速器进行变速，非常麻烦。

当前普遍使用的中置电机结构，包括壳体、电机、一级小齿轮，一级大齿轮，二级小齿轮，二级大齿轮，一级小齿轮键接在电机输出轴上，所述一级小齿轮与一级大齿轮啮合，与一级大齿轮同轴的二级小齿轮与二级大齿轮啮合，二级大齿轮与动力输出套键接，动力输出套固接牙盘，动力输出套通过单向超越离合器和动力输出套支撑轴承支撑在自行车主轴上。中置电机通过电机和两级齿轮减速机构输出固定减速比的转速。

当前，电机的初始设计仅能满足一个最佳效率转速。如果按高速行驶时为最佳效率来设计则低速性能很差，实际使用时的起步爬坡能力差；如果按起步爬坡时为最佳效率来设计则高速行驶性能很差，会很费电。目前的电机设计长期维持在高速特性或低速特性二选一的取舍转状态。为了保证电动自行车的续航能力，电机设计时仍以高速行驶时效率定位为最佳方案。一般为20～25km/h。因此当前电动自行车的最大缺点是起步和爬坡能力很差，起步和爬坡时必须脚蹬辅助才可以。如果紧靠电机来起步或爬坡，因负荷大，使电机发生阻转现象，易烧毁电机，而且大电流放电对蓄电池造成冲击性伤害，缩短蓄电池使用寿命。上述缺点是目前电动自行车行业的最大未解决课题。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种电动自行车用可变减速比的中置电机，改变了中置电机只能输出单一减速比的缺陷，通过电机转子的正反向转动，可以随机选择高低两种不同减速比的输出，实现了电动自行车续航能力和起步、爬坡能力二者能够兼得的效果。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种电动自行车用可变减速比的中置电机，包括壳体、电机、一级小齿轮、一级大齿轮、二级小齿轮、二级大齿轮和动力输出套，所述一级小齿轮键接在电机输出轴上，所述一级小齿轮与一级大齿轮啮合，与一级大齿轮同轴的二级小齿轮与二级大齿轮啮合，动力输出套固接牙盘，动力输出套通过单向超越离合器和动力输出套支撑轴承支撑在自行车主轴上，其特征是：所述二级大齿轮与双层单向超越离合器及差动行星齿轮减速机构固接，所述双层单向超越离合器中间输出圈与动力输出套固接，所述二级大齿轮反转通过差动行星齿轮减速机构及双层单向超越离合器内圈带动双层单向超越离合器中间输出圈及动力输出套构成低速输出机构；所述二级大齿轮正转通过双层单向超越离合器外圈带动双层单向超越离合器中间输出圈及动力输出套构成高速输出机构。

所述差动行星齿轮减速机构包括右侧行星架、左侧行星架套筒、右侧行星轮支撑轴承、左侧行星轮支撑轴承、行星轮支撑轴、第一太阳轮、第一行星轮、第二太阳轮、第二行星轮和行星轮连接花键套，所述右侧行星架扣合在左侧行星架套筒端口上构成圆柱形行星架，所述圆柱形行星架上固接有行星轮支撑轴，行星轮支撑轴上套有第一行星轮、第二行星轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第二行星轮通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一体，所述第一太阳轮与中间壳体固接、第一太阳轮与第一行星轮啮合，所述第二太阳轮与双层单向超越离合器内圈固接，所述圆柱形行星架左侧通过左侧行星架支撑轴承支撑在中间壳体上、右侧通过双层单向超越离合器外圈及中间输出圈支撑在动力输出套上。

所述双层单向超越离合器由双层单向超越离合器外圈、双层单向超越离合器中间输出圈、双层单向超越离合器内圈和双层单向超越离合器侧挡圈构成，所述双层单向超越离合器外圈和双层单向超越离合器内圈通过双层单向超越离合器中间输出圈构成径向双层第一超越离合器结构及第二超越离合器结构的复合式双层单向超越离合器。

所述二级大齿轮与双层单向超越离合器外圈及圆柱形行星架固接呈整体。

所述双层单向超越离合器中间输出圈上固接有三级小齿轮，所述三级小齿轮与三级大齿轮啮合，所述三级大齿轮与动力输出套固接并通过三级大齿轮支撑轴承支撑在中间壳体上，所述双层单向超越离合器中间输出圈通过双层单向超越离合器中间输出圈支撑轴承支撑在右侧壳体上。

所述壳体由右侧壳体、左侧壳体、电机保护盖和中间壳体固接构成整体。

有益效果：本发明通过一个驱动机构和两个输出机构使轮毂电机可以输出两种不同减速比的动力，克服了目前电动自行车用中置电机只有单一固定减速比的缺陷，解决了电动自行车起步能力及爬坡能力差的问题。安装在电动自行车中轴位置的电机可以电力驱动和人力驱动，当人力与电力共同驱动或分别驱动时互相不干扰和影响，运动中能耗小，力的传递稳定可靠，爬坡能力强。

附图说明

图1-1是本发明实施例1的外观轴向视图；

图1-2是图1-1的A向视图；

图1-3是图1-2的B向视图；

图2是图1-3的C-C向剖面图；

图3-1是本发明实施例2的外观轴向视图；

图3-2是图3-1的A向视图；

图3-3是图3-2的B-B向视图；

图4是图3-3的C-C向剖面图；

图中：1、右侧脚蹬，1-1、左侧脚蹬，2、主轴，3、电机，4、电机输出轴，5、一级小齿轮，6、一级大齿轮，7、二级小齿轮，8、二级大齿轮，9、齿轮支撑轴，10、右侧齿轮支撑轴承，10-1、左侧齿轮支撑轴承，11、双层单向超越离合器外圈，12、双层单向超越离合器中间输出圈，13、双层单向超越离合器内圈，14、双层单向超越离合器侧挡圈，15、右侧行星架，15-1、左侧行星架套筒，16、右侧行星轮支撑轴承，16-1、左侧行星轮支撑轴承，17、行星轮支撑轴，18、第一太阳轮，19、第一行星轮，20、第二太阳轮，21、第二行星轮，22、行星轮连接花键套，23、左侧行星架支撑轴承，24、动力输出套，25、单向超越离合器外圈，26、单向超越离合器内圈，27、单向超越离合器侧挡圈，28、右侧壳体，29、右侧壳体支撑轴承，30、动力输出套支撑轴承，31、中间壳体，31-1、中间壳体五通连接部，32、中间壳体支承轴承，33、轴承锁定圈，34、左侧壳体，35、左侧壳体密封圈，36、电机保护盖，37、牙盘，38、右侧壳体密封圈，39、主轴密封圈，40、齿轮固定螺栓，41、电机固定螺栓，42、右侧壳体固定螺栓，42-1、右侧壳体固定中心位置螺栓，43、左侧行星架固定螺栓，44、控制器，45、三级小齿轮，46、三级大齿轮,47、双层单向超越离合器中间输出圈支撑轴承，48、三级大齿轮支撑轴承，49、中间壳体五通连接部右侧支撑轴承，49-1、中间壳体五通连接部左侧支撑轴承，50、轴承锁紧螺母，51、五通，52、五通锁紧螺母，53、动力输出套固定螺栓。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：

实施例1

详见附图，与现有技术相比，本发明提供了一种电动自行车用可变减速比的中置电机，包括壳体、电机3、一级小齿轮5、一级大齿轮6、二级小齿轮7、二级大齿轮8和动力输出套24，所述一级小齿轮键接在电机输出轴4上，所述一级小齿轮与一级大齿轮啮合，与一级大齿轮同轴的二级小齿轮与二级大齿轮啮合，一级大齿轮和二级小齿轮与齿轮支撑轴9键接，齿轮支撑轴通过右侧齿轮支撑轴承10及左侧齿轮支撑轴承10-1分别支撑在右侧壳体28和中间壳体31上。动力输出套24内环通过动力输出套支撑轴承30支撑，其外环通过右侧壳体支撑轴承29支撑在右侧壳体上。右侧壳体内侧设有右侧壳体密封圈38，主轴与动力输出套之间设有主轴密封圈39。动力输出套外侧通过动力输出套固定螺栓53固接牙盘37，动力输出套通过单向超越离合器和动力输出套支撑轴承30支撑在自行车主轴2上，自行车主轴左端通过中间壳体支承轴承32支撑在中间壳体上，中间壳体支承轴承通过轴承锁定圈33锁定。单向超越离合器由单向超越离合器外圈25、单向超越离合器内圈26和单向超越离合器侧挡圈27构成。所述二级大齿轮与双层单向超越离合器及差动行星齿轮减速机构通过齿轮固定螺栓40固接，所述双层单向超越离合器中间输出圈12与动力输出套固接，所述二级大齿轮反转通过差动行星齿轮减速机构及双层单向超越离合器内圈13带动双层单向超越离合器中间输出圈及动力输出套构成低速输出机构；所述二级大齿轮正转通过双层单向超越离合器外圈11带动双层单向超越离合器中间输出圈及动力输出套构成高速输出机构。所述差动行星齿轮减速机构包括右侧行星架15、左侧行星架套筒15-1、右侧行星轮支撑轴承16、左侧行星轮支撑轴承16-1、行星轮支撑轴17、第一太阳轮18、第一行星轮19、第二太阳轮20、第二行星轮21和行星轮连接花键套22，所述右侧行星架扣合在左侧行星架套筒端口上构成圆柱形行星架，本实施例是左侧行星架上有过孔，右侧行星架上有螺纹孔，左侧行星架固定螺栓43经过左侧行星架过孔拧到右侧行星架上，把左右行星架拉紧，防止左右侧行星架轴向分离。所述圆柱形行星架上固接行星轮支撑轴，行星轮支撑轴上套有第一行星轮、第二行星轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第二行星轮通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一体，所述第一太阳轮与中间壳体固接、第一太阳轮与第一行星轮啮合，所述第二太阳轮与双层单向超越离合器内圈固接，所述圆柱形行星架左侧通过左侧行星架支撑轴承23支撑在中间壳体上、右侧通过双层单向超越离合器外圈11及中间输出圈12支撑在动力输出套24上。

所述双层单向超越离合器由双层单向超越离合器外圈11、双层单向超越离合器中间输出圈12、双层单向超越离合器内圈13和双层单向超越离合器侧挡圈14构成，所述双层单向超越离合器外圈和双层单向超越离合器内圈通过双层单向超越离合器中间输出圈构成径向双层第一超越离合器结构及第二超越离合器结构的复合式双层单向超越离合器。所述二级大齿轮与双层单向超越离合器外圈及圆柱形行星架固接呈整体。所述壳体由右侧壳体28、左侧壳体34、电机保护盖36和中间壳体31通过右侧壳体固定螺栓42、右侧壳体固定中心位置螺栓42-1固接构成整体。电机通过电机固定螺栓41固定在中间壳体上。左侧壳体内置有控制器44。左侧壳体与中间可以之间设有左侧壳体密封圈35。

实施例2

在实施例1的基础上增加三级减速齿轮，可以将中置电机的壳体直接插入五通51中，在中间壳体五通连接部31-1贯穿主轴，并通过中间壳体五通连接部右侧支撑轴承49、中间壳体五通连接部左侧支撑轴承49-1支撑，左侧支撑轴承用轴承锁紧螺母50锁紧，中间壳体通过五通锁紧螺母52与五通锁紧。实施例2适用于现有普通自行车，在整车车架结构不变的情况下可将普通自行车改装为电动自行车。

具体优化结构，所述双层单向超越离合器中间输出圈上固接有三级小齿轮45，所述三级小齿轮与三级大齿轮46啮合，所述三级大齿轮与动力输出套固接并通过三级大齿轮支撑轴承48支撑在中间壳体上，所述双层单向超越离合器中间输出圈通过双层单向超越离合器中间输出圈支撑轴承47支撑在右侧壳体上。

动力传递路径

单纯脚蹬时：

前蹬，脚蹬→主轴→单向超越离合器→动力输出套→牙盘；

后蹬，主轴→单向超越离合器打滑，不影响内部减速机构

单纯电动时：

正转，一二级减速→双层单向超越离合器外圈→外圈与中间圈咬合传递动力(内圈与中间圈打滑不传递动力)→双层单向超越离合器中间输出圈→动力输出套→牙盘；

反转，一二级减速→双层单向超越离合器外圈→外圈与中间圈打滑不传递动力,经行星架和差动行星减速机构，由第二太阳轮输出到双层单向超越离合器内圈→内圈与中间圈咬合传递动力→双层单向超越离合器中间输出圈→动力输出套→牙盘；

差动行星减速机构减速比为负值，即输入到行星架的动力旋转方向与第二太阳轮输出动力转向始终相反。输入为正转时双层单向超越离合器外圈直接带动中间输出圈，此时为高速驱动状态；输入为反转时双层单向超越离合器外圈打滑不能直接带动中间输出圈，且差动行星减速机构减速比为负值，因此经差动行星减速机构减速后旋转方向为正转，经双层单向超越离合器内圈带动中间输出圈，此时为低速驱动状态。

上述参照实施例对该一种电动自行车用可变减速比中置电机进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电动自行车用可变减速比的中置电机，包括壳体、电机、一级小齿轮、一级大齿轮、二级小齿轮、二级大齿轮和动力输出套，所述一级小齿轮键接在电机输出轴上，所述一级小齿轮与一级大齿轮啮合，与一级大齿轮同轴的二级小齿轮与二级大齿轮啮合，动力输出套固接牙盘，动力输出套通过单向超越离合器和动力输出套支撑轴承支撑在自行车主轴上，其特征是：所述二级大齿轮与双层单向超越离合器及差动行星齿轮减速机构固接，双层单向超越离合器中间输出圈与动力输出套固接，所述二级大齿轮反转通过差动行星齿轮减速机构及双层单向超越离合器内圈带动双层单向超越离合器中间输出圈及动力输出套构成低速输出机构；所述二级大齿轮正转通过双层单向超越离合器外圈带动双层单向超越离合器中间输出圈及动力输出套构成高速输出机构；所述差动行星齿轮减速机构包括右侧行星架、左侧行星架套筒、右侧行星轮支撑轴承、左侧行星轮支撑轴承、行星轮支撑轴、第一太阳轮、第一行星轮、第二太阳轮、第二行星轮和行星轮连接花键套，所述右侧行星架扣合在左侧行星架套筒端口上构成圆柱形行星架，所述圆柱形行星架上固接有行星轮支撑轴，行星轮支撑轴上套有第一行星轮、第二行星轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第二行星轮通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一体，所述第一太阳轮与中间壳体固接、第一太阳轮与第一行星轮啮合，所述第二太阳轮与双层单向超越离合器内圈固接，所述圆柱形行星架左侧通过左侧行星架支撑轴承支撑在中间壳体上、右侧通过双层单向超越离合器外圈及中间输出圈支撑在动力输出套上。

2.根据权利要求1所述的电动自行车用可变减速比的中置电机，其特征是：所述双层单向超越离合器由双层单向超越离合器外圈、双层单向超越离合器中间输出圈、双层单向超越离合器内圈和双层单向超越离合器侧挡圈构成，所述双层单向超越离合器外圈和双层单向超越离合器内圈通过双层单向超越离合器中间输出圈构成径向双层第一超越离合器结构及第二超越离合器结构的复合式双层单向超越离合器。

3.根据权利要求1所述的电动自行车用可变减速比的中置电机，其特征是：所述二级大齿轮与双层单向超越离合器外圈及圆柱形行星架固接呈整体。

4.根据权利要求1或2所述的电动自行车用可变减速比的中置电机，其特征是：所述双层单向超越离合器中间输出圈上固接有三级小齿轮，所述三级小齿轮与三级大齿轮啮合，所述三级大齿轮与动力输出套固接并通过三级大齿轮支撑轴承支撑在中间壳体上，所述双层单向超越离合器中间输出圈通过双层单向超越离合器中间输出圈支撑轴承支撑在右侧壳体上。

5.根据权利要求1所述的电动自行车用可变减速比的中置电机，其特征是：所述壳体由右侧壳体、左侧壳体、电机保护盖和中间壳体固接构成整体。