CN1064317C - 踏板助推装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供使发动机恒速旋转的辅助驱动系。辅助驱动系15包括：装有定转速油门控制调节器的发动机16、轴向型液压泵20、油压调节器21、液压马达22、给料泵23，在转动的发动机16的作用下，液压泵20供给的一定量的油从油压调节器21导入液压马达22并使之旋转，从而获得辅助动力。本辅助驱动系使液压泵20恒速旋转，同时使设置在油压调节器21上的定压阀38的减压与踏力成比例地变化，因此，液压泵22产生与踏力成比例的扭矩。

Description

踏板助推装置

本发明涉及装有辅助发动机的自行车的踏板助推装置，其原理是利用该辅助发动机的动力，帮助踏板驱动。

在特公昭52-45098中，展示了为帮助踏板驱动，装有根据踏力来控制发动机油门的带有辅助发动机的自行车。再者，在特公昭56-25077中，展示了以车速等诸要素为参数，利用计算机控制油门的自行车。

可是，辅助驱动中所必需的动力特性是当发动机低速转动时，可获得较大的扭矩，以转速为横坐标，以扭矩为纵坐标，其动力特性为向右下倾的曲线(参见图7)。

但是，在以前的上述实例中，都不具备这样的发动机输出特性，而且发动机的转速随踏力的变化而变化，所以，每当踩踏板时，发动机的转速便发生变化，容易产生音响和振动。

为解决上述课题，本发明的第一方面，采用发动机的动力补充装有辅助发动机的自行车的踏板驱动力的踏板助推装置，其特征在于：辅助驱动系包括：根据负荷控制油门开度以维持转速恒定的定转速发动机、由该发动机驱动并产生一定量加压油的液压泵、由该液压泵供给的高压油驱动旋转并输出辅助动力的液压马达；

同时，设置根据踏板踏力控制由液压泵供给液压马达的加压油的油量的阀，以便与踏板压力成比例地输出辅助动力。

本发明的第二方面，在第一方面所述的踏板助推装置中，具有下列特征：上述阀为在联接液压泵和液压马达的高压油路上设置的定压阀，可通过设置在踏板曲轴上的扭矩检测装置根据踏板压力调节该定压阀的减压。

图1：驱动部分的侧视图，

图2：踏板助推自行车的侧视图，

图3：驱动部分的平剖视图，

图4：扭矩调节的概要说明图，

图5：油压调节器部分的详图，

图6：图5的6-6线剖面图，

图7：输出特性图。

下面以图面为基础来说明实施的形式。图2是装有辅助发动机的整架自行车的侧视图，手柄轴2被支撑在向斜下方后边延伸的盒式机架1的前部。

手柄轴2的上方装有手柄3，下方通过前叉4支撑在前轮5上。

后叉6的前端部安装在机架1的后端部上，后轮7支撑着后轮叉6的后端部，坐柱8从机架1的后方向上延伸，在它的上端部安装着车座9。

驱动系部件收纳在机架1内，作为主动力，并设有由主动力通过从机架1延伸到外边的踏板10以及踏板曲柄11驱动旋转的主动链轮12，它通过链条13驱动后轮7的从动链轮14。

在机架1的内部还装有辅助驱动系15，构成辅助驱动系15的发动机16的上方，收纳燃料箱17、18是化油器。

图1是辅助驱动系15的侧视图、图3是它的平剖视图，辅助驱动系15具有动力部分(图1)和由并列在该动力部分旁边的轮系组成的传动部分(图3)，其中动力部分具有安装在组合外壳19上的发动机16、轴向型液压泵20、油压调节器21、轴向型液压马达22以及给料泵23。

发动机16是装有油门开度随负荷的变化而变化并保持转速恒定的定转速油门控制调速器的发动机，它的输出轴24上的初级齿轮25与设置在轴向型液压泵20的输入轴26上的第1齿轮27相啮合。

在输入轴26上，除第一齿轮27外，还设置有与输入轴26一起旋转的第2齿轮28及通过单向滚子29驱动的第3齿轮30(图3)，第2齿轮28与给料泵23的第4齿轮31相啮合(图1)，给料泵的排出口与液压泵20的吸入侧相连通。

液压泵20具有以花键联接形式与输入轴26相联接并整体旋转的旋转部分32、设置在与输入轴26平行的方向上并出入自由的活塞33以及与输入轴26成倾角的导向构件34。

导向构件34是沿活塞33突出端的旋转轨迹设置的，以便在活塞33旋转时，其突出端能够滑动，一对皮带扣34a间夹着滚针轴承34b，且用环状的轴承导轨34c包围着四周，导向构件34就是这样的象轴承一样的构件。

多个活塞33等间隔地设置在输入轴26的四周，随着旋转部分32的旋转，活塞33的突出端通过在导向构件34的导向面上的滑动而沿轴向往复运动。

从图1可以看出：油路由高压油路35、低压油路36以及连通两油路的环流路37、进料油路39所组成。

大致呈“コ”形的高压油路35设置在油压调节器21上，它的一端35a与液压泵20的排出部分相连接，另一端35b与液压马达22的流入部分相连接。

定压阀38设置在联络部分35c的中间部，同时通过该定压阀38使闭合流路37的一端与联络部35c相连接。

环流路37的另一端连接在与液压马达22的排出部分以及液压泵20的流入部分相连通的低压油路36的中间部分上。

给料泵23的排出部分与该低压油路36的中间部分相连接，进料油路39与给料泵23的流入部分相连接，从其前端的过滤器39a补充液压油。

液压马达22的结构与液压泵20的基本相同，它具有输出轴40、以花键联接的形式与输出轴40相联接的旋转部分41、沿圆周方向按规定间隔配置的多个活塞42以及导向部分43，输出齿轮第4齿轮44设置在输出轴40上。

从图3可以看出：液压马达22利用通过高压油路35由油压泵20供给的油压获得能量，使活塞42向着导向部分43的方向伸出来，由于活塞的突出端压向导向部分43，因而旋转部分41产生旋转。

使活塞42伸向导向部分43的高压油，由于旋转部分41的旋转而使油压下降，此后，从油压马达22的排出部分返回到低压油路36。

从图3可以看出：连接第4齿轮44的减速轮系包括：设置在过桥轴45的上过桥齿轮即大直径的第5齿轮46和同轴的小直径的第6齿轮47以及最后减速齿轮即第7齿轮48。

第7齿轮48通过单向卡块52支撑转动轴51上，转动轴51通过滚柱轴承50套在踏板曲柄11的旋转轴49的周围。

在转动轴51的周围，还设置有能够整体旋转的起动用第8齿轮53，该齿轮与第3齿轮30相啮合。在转动轴51的端部安装着主动链轮12。

此外，在曲轴44的轴49的周围，设置有形状象碟形弹簧的反力弹簧60及扭矩检测部分即扭矩凸轮61，该扭矩凸轮61由相互在轴向形成可滑动的接合面的起阀器62和棘轮毂63所组成。

棘轮毂63与转动轴51之间用单向棘爪54相连接，只能将轴49正方向旋转传递到转动轴51，在符号55、56为滚珠。

在起阀器62和棘轮毂63的接合面上形成面凸轮，由于踏力的作用，反力弹簧60使起阀器62产生一定的位移，这样，起阀器62推向棘轮毂63，从而棘轮63的移动受制于轴部49的凸缘56。

当棘轮毂63与轴49一起旋转时，扭矩凸轮61便根据加到踏板曲柄11上的扭矩而抵抗反力弹簧60的作用使起阀器62向图的左边移动。

扭矩凸轮一侧的起阀器杠杆65的端部66对接在起阀器62上，起阀器62的中央部分安装在轴67上且能在轴67上自由转动，阀一侧的端部68如下所述与定压阀38相对接。

轴67通过初期位置调节螺钉69固定在组合外壳19一侧，通过旋转初期位置调节螺钉69便能使其沿螺钉的轴向自由移动，结果，在初期位置调节螺钉69的轴向方向的轴67的位置能被自由调节。

扭矩凸轮61、反力弹簧60、起阀器杠杆65、初期位置调节螺钉69，构成扭矩检测部分。此外，反力弹簧60也可以采用盘簧等其它适当的弹簧装置。

图4为表示定压阀38和油压调节器21之间油路的概略图，从图中可以看出：在横穿联络部35c的方向上形成的减压通路70与环流路37(图1)接通，同时采用定压阀38开启／关阀该接通部分。

定压阀38具有开启／关闭减压通路70的制逆球71、活塞72、减压弹簧73以及弹簧帽74。

活塞72在液压缸75内滑动，并由此带动制逆球71的移动。

减压弹簧73一端与活塞72对接，另一端盖上弹簧帽74，通过采用阀一侧的端部68推动弹簧帽74，使活塞72向液压缸75的内部移动，继而用制逆球71关闭减压通路70。

制逆球71抵抗减压通路70的内部压力并把该通路关闭的力即减压，与由阀一侧的端部68加到减压弹簧73上的力成比例。

阀一侧端部68的位移量与起阀器杠杆65的扭矩凸轮一侧的端部66的位移量成比例，扭矩凸轮一侧端部66的位移量与踏板压力成比例。因此，如果增大踏板压力，减压便成比例地提高。

减压一提高，仅此很多的油量就由高压油路35的另一端356供给液压马达22，液压马达22的输出扭矩增大，因而液压马达22能够输出与踏板压力成比例的分扭矩。

此外，如果把起阀器杠杆65的回转中心设在它的长度方向的中央，则由于从轴67到两个端部的距离相同，因而阀一侧的端部68与扭矩凸轮一侧的端部66的位移量之比为1∶1。该力臂比是可以任意设定的。

减压的初期设定是通过让初期位置调节螺钉69沿轴向前进或后退使轴67的位置移动，从而调节阀一侧端部68的初期位置。

因此，如果在踏板压力为零时，把阀一侧端部68的初始位置设定在减压也为0的位置上，则制逆球71在减压通路70的内部压力作用下开放该通路，因而加压油从液压泵20出发，仅在高压油路35、减压通路70、流路37、低压油路36、油压泵20之间循环，而设有液压马达22的输出。

图5详细描绘了定压阀38和油压调节器21之间的油路，图6是图5中的6-6线的剖面图。从图中可以看出：在油压调节器21上设有垂直横穿联络部35c的贯通孔，以此为油缸75，从该油缸75的一端(与起阀器杠杆65一侧的端部方向相反的另一端)插入阀体76，然后拧上螺栓77加以固定。

在螺栓77的周围车有外螺纹78，在油压缸75的一端部车有内螺纹，以螺纹联结的形式把两者联接起来。阀体76的与高压油路35相交的部分直径较小，在它的外围形成一环状沟79。

该环状沟79和减压通路70通过联络孔80相连通。由沿轴向贯通阀体76的孔和螺栓77的轴向孔形成减压通路70。

定压阀38一侧的减压通路70为大直径部分81，过渡到该大直径部分81的一段呈锥形，并成为制逆球71的底部82。

在大直径部分81的外围也形成环状沟83，并与贯穿孔84连通，如果制逆球71离开其座部82，则减压通路70通过贯穿孔84与环状沟83连通。

从图6中可以看出：该环状沟83通过贯穿孔84和斜对着环流路37的环流联络路线85连通，该环流联络路线85和图1的环流路37连通。

因此，在制逆球71离开座部82使定压阀38处于开启状态的情况下，加压油经由高压油路35、减压通路70、环状沟83、环流联络路线35、环流路37的路径回到液压泵20。

另外，从图5中可以看出：在活塞72的外围并与之垂直的背压通路86与高压油路35的联络部35c连通，而且通过开设排气孔89(图6)，使活塞72动作平稳。图5中的符号87、88为塞子。

下面说明本例的作用。首先，当踏动踏板10使踏板曲柄11旋转时，旋转轴49通过单向棘、爪55与转动轴51联结，使主动链轮12旋转并通过链条13驱动后轮7。

这时，由于单向卡块52的作用，转动轴51和第7齿轮48之间的驱动力传递被阻断。同时，与转动轴51一起旋转的第8齿轮53使得第3齿轮30旋转，并且通过单向滚子29使输出轴24旋转，从而使发动机16得以启动。

装有定转速油门控制调节器的发动机16，起动后通过油门控制调节器而保持转速恒定，它的旋转通过输出轴24、初级齿轮25、第1齿轮27传递给输入轴26，使液压泵20的旋转部分32旋转。

同时，由发动机16驱动的输入轴26的旋转速度比第3齿轮30的快，所以，发动机起动后，在单向滚子29的作用下，第3齿轮30从输入轴26分离而空转，因此，第3齿轮30和第8齿53专门用于启动的。

旋转部分32的旋转导致活塞33沿轴向往复运动，结果，把加压油送到油压调节器21的高压侧油路35上。由于发动机16及旋转部分32的转速均恒定不变，所以，由液压泵20输出的油量也是恒定的。

该加压油通过油压调节器21的高压侧油路35送到液压马达22的吸入侧。同时，对应于定压阀38的减压，它的一部分或全部又从环流路37回流到液压泵20。

即，在没有给踏板施加踏力的情况下，利用加压油(压力与给料泵油压一样)的油压使制逆球71离开其座部82，因而加压油从定压阀38经由环流路37回到液压泵20，液压马达22不工作。

当给踏板施加踏力时，制逆球71被推向座部82，因而环流路37被断开，液压马达22进入工作状态，但是，当高压侧油路35一侧的内压增加到比减压还大时，则定压阀38被打开，多余的油量被阻止而产生回流。

该定压阀38的减压是随加到踏板10上的踏力成比例变化的，所以，踏力越大，减压量越小。

另外，由于液压泵20的排油量是一定的，所以当车速提高时，就具有图7所示的向右下垂的动力特性。图7的纵坐标代表加到踏板曲柄11上的扭矩和踏力，横坐标代表踏板曲柄11的转速及车速。

因此，由扭矩凸轮61检测出的与踏力的分力成比例的分扭矩被决定，由液压马达22的第4齿轮44输出，通过减速轮系传到第7齿轮47，再通过单向卡块52加到转动轴51上，帮助踏板驱动。

这样一来，辅助驱动系的动力具有理想的往右下垂的输出特性，因此，在踏板曲柄11低速旋转时，可得到足够大的扭矩，而且可得到随踏板压力变化而变化的理想的扭矩特性。另外，由于可根据踏板压力获得辅助扭矩，因而不会破坏踏踏板的感觉。

另外，由于发动机的转速是一定的，每当踏踏板10时，发动机的转速不会变化，因而难以产生声音和振动。

本发明申请不限于上述的实施形态，可以有各种变化，液压泵及液压马达均可采用次摆线泵、齿轮泵等其它液压泵。

另外，对液压马达的油压调整也可以不必通过上述的扭矩检测部分及定压阀38，例如也可以用适当的传感器检测车速、踏板曲柄的转速踏力等参数，并以此为基础用微机控制油压阀。

此外，对扭转检测部分而言，也可以用扭力杆等部件代替反力弹簧60和起阀器杠杆65。

Claims (2)

1．一种踏板助推装置，采用发动机的动力补充装有辅助发动机的自行车的踏板驱动力，其特征在于：

辅助驱动系包括：根据负荷控制油门开度以维持转速恒定的定转速发动机、由该发动机驱动并产生一定量加压油的液压泵、由该液压泵供给的加压油驱动旋转并输出辅助动力的液压马达；同时

设有根据踏板踏力控制由液压泵供给液压马达的加压油的油量的阀，以输出与踏板踏力成比例的辅助动力。

2．根据权利要求1所述的踏板助推装置，其特征在于：上述阀为在联结液压泵和液压马达的高压油路上设置的定压阀，可通过设置在踏板曲轴上的扭矩检测装置根据踏板踏力调节该定压阀的减压。

Images