CN109353443A - 一种无阻力电动自行车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无阻力电动自行车，其包括车架、前轮、后轮、控制器、电机、电源，车架中部设置有中轴，中轴长度方向的两端设置有脚踏板；两个脚踏板之间还设置有与中轴同轴相连的第一单向棘轮、第一链盘、连接器、第二单向棘轮和第二链盘，第一单向棘轮与第二单向棘轮相反，第一单向棘轮与第一链盘、第二单向棘轮与第二链盘之前均为内齿合式，第二单向棘轮通过连接器与中轴转动连接，连接器远离第二单向棘轮的一端与第一链盘固定连接，第一单向棘轮与脚踏板固定；中轴上设有与控制器相连的力矩传感器，第一链盘与后轮之间前通过链条传动，第二链盘与电机之间通过传动链传动。本发明具有无阻力、骑乘轻便、可实现人机同时驱动的效果。

Description

一种无阻力电动自行车
技术领域
本发明涉及自行车领域，特别的，涉及一种无阻力电动自行车。
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，电机为辅进行驱动的自行车，但目前市场上的电动助力自行车存在人机分离驱动的异常现象。即电机运转时由于其转速高于人体脚踏速度，在电机驱动的情况下，人根本不能助它“一臂之力”。由于上述原因，传统的这种电动助力自行车的驱动方式要么只能电机单独驱动，要么只能人力蹬踏骑行，完全没有体现到电动助力自行车的助力功能，违背了国家对其给定的定义。传统的电动助力自行车无疑都有一个难以解决的问题，即骑行和滑行时都存在阻力。永磁高速带齿的轮毂电机，骑行或滑行时，因行星齿轮围绕着太阳轮转动，为骑行者带来阻力；普通的永磁无齿的轮毂电机，因无法消除电机内部永久磁场，骑行时阻力更大，骑行者骑行非常吃力，甚至骑不动。
发明内容
本发明的目的是提供一种无阻力、骑乘轻便、可实现人机同时驱动的无阻力电动自行车。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种无阻力电动自行车，包括车架、前轮、后轮、控制器、电机、电源，所述车架中部设置有中轴，所述中轴长度方向的两端设置有脚踏板；
两个所述脚踏板之间还设置有与中轴同轴相连的第一单向棘轮、第一链盘、连接器、第二单向棘轮和第二链盘，所述第一单向棘轮与第二单向棘轮相反，所述第一单向棘轮与第一链盘、第二单向棘轮与第二链盘之前均为内齿合式，所述第二单向棘轮通过连接器与中轴转动连接，所述连接器远离第二单向棘轮的一端与第一链盘固定连接，所述第一单向棘轮与脚踏板固定；
所述中轴上设有与控制器相连的力矩传感器，所述第一链盘与后轮之间前通过链条传动，所述第二链盘与电机之间通过传动链传动。
通过采用上述技术方案，脚踏时，脚的作用力通过脚踏板、第一单向棘轮（顺时针旋转），此时第一单向棘轮的棘牙带动第一链盘顺时针旋转，第一链盘通过链条带动自行车后轮旋转，实现自行车前行。同时，在第一链盘内侧设置的第二单向棘轮通过连接器固定在第一链盘上，当第一链盘旋转时，第一链盘带动连接器和第二单向棘轮一起旋转，由于第二单向棘轮与第一单向是反向的，所以不能带动第二链盘转动，即脚踏时的作用力与电机分离，没有了骑行阻力。纯电动时，打开电源，转动车把，通过控制器控制电机工作，电机带动链轮顺时针旋转，进而与链轮通过同步链传动的第二链盘顺时针旋转，第二链盘带动反向的第二单向棘轮旋转，第二单向棘轮带动连接器转动，连接器带动第一链盘旋转，第一链盘通过链条带动后轮旋转，实现自行车的前行，同时由于第一链盘与第一单向棘轮内齿合连接，第一单向棘轮与第二单向棘轮反向，因而第一链盘的转动不能驱动第一单向棘轮转动，进而脚踏板不会随着第一牙盘转动。助力骑行时，打开电源，脚踏时，作用在第一链盘和中轴上的力产生力矩，此力矩所产生的信号通过中轴力矩传感器传递给控制器，控制器控制电机工作，电机驱动第二链盘顺时针旋转，电机工作后的工作原理与纯电动时基本一样，不一样的是，脚踏板仍在踏动，这时电机的作用力即助力和脚踏时的作用力合二为一，使得骑行十分轻松。
本发明进一步设置为：所述连接器包括固定套筒和滚针轴承，所述第二单向棘轮通过滚针轴承与中轴转动连接，所述滚针轴承靠近第一单向棘轮的一侧与固定套筒固定连接，所述固定套筒远离第二单向棘轮的一侧与第一链盘固定连接。
通过采用上述技术方案，反向的第二单向棘轮是通过滚针轴承固定在中轴上的，脚踏时，均无阻力，与普通自行车骑行完全一样。
本发明进一步设置为：所述固定套筒与第一链盘通过螺钉固定连接。
通过采用上述技术方案，方便了第一链盘的拆装，便于对检修维护。
本发明进一步设置为：所述第一链盘包括与固定套筒固定的第一棘轮外圈，以及固定在第一棘轮外圈外圆周内侧的第一牙盘，所述第一牙盘的外径小于固定盘外径，所述第一牙盘外沿与第一棘轮外圈侧壁之间形成作用于链条的限位部。
通过采用上述技术方案，该结构简单便于生产加工，而限位部的设置则用于减少脱链的可能。
本发明进一步设置为：所述第一牙盘铆接或螺栓连接在第一棘轮外圈内侧。
通过采用上述技术方案，方便了第一牙盘的拆装和维护。
本发明进一步设置为：所述第二链盘包括第二棘轮外圈和第二牙盘，所述第二牙盘固定在第二单向棘轮外圈朝向第一链盘的一侧。
通过采用上述技术方案，实现了第二链盘的分体式连接，使其便于加工和维护。
本发明进一步设置为：所述电机固定在车架上并位于中轴的正上方，所述电机的输出轴同轴固定连接有链轮，所述链轮与第二链盘通过传动链传动。
通过采用上述技术方案，中置电机，便于电机的安装固定。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.采用了第一单向棘轮、第二单向棘轮、第一链盘和第二链盘，相对于传统的电动自行车，省去了行星齿轮传动结构，进而充分减少了纯人力时的阻力，进而起到轻便、阻力小的效果；
2.采用了滚针轴承，能够起到进一步减少骑行阻力的效果；
3.本发明的自行车的两个作用力（脚踏和电机）之间互不干扰，相互平衡，又能够合二为一，毫无阻力，无论在任何工作状态下，中轴均能够倒转，不影响任何功能，与自行车一样。并且该结构简单，便于生产加工，省去的现有自行车常用的行星齿轮结构，进而减少了行星齿轮带来的摩擦阻力问题，能够做到充分降低阻力的效果。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明用于体现第一单向棘轮和第二单向棘轮结构的示意图。
图3是本发明用于体现第一链盘结构的示意图。
图中，1、车架；11、前轮；12、后轮；13、控制器；14、电机；141、链轮；2、中轴；21、力矩传感器；3、脚踏板；4、第一单向棘轮；41、第一链盘；411、第一棘轮外圈；412、第一牙盘；413、限位部；5、连接器；51、固定套筒；52、滚针轴承；6、第二单向棘轮；61、第二链盘；611、第二棘轮外圈；612、第二牙盘；7、链条；8、传动链。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
参照图1，为本发明公开的一种无阻力电动自行车，包括车架1、前轮11、后轮12、控制器13、电机14、电源，车架1中部设置有中轴2，中轴2长度方向的两端设置有脚踏板3。电机14固定在车架1上并位于中轴2的正上方，电机14的输出轴同轴固定连接有链轮141。
为减少电机14暴露在空气中，日晒雨淋环境下的损坏现象，可在电机14外设置有电机罩。同时，也可选配不同功率的电机14，以适应不同规格、不同种类自行车的需求。而为便于电机4的安装，可在车架1上设定用于安装电机14的支架，电机4通过支架定位安装固定在车架1上，从而减少电机14安装偏差造成的脱链现象的发生。
参照图1和图2，两个脚踏板3之间还设置有与中轴2同轴相连的第一单向棘轮4、第一链盘41、连接器5、第一单向棘轮4和第二链盘61。第一单向棘轮4与第二单向棘轮6相反，第一单向棘轮4与第一链盘41、第二单向棘轮6与第二链盘61之前均为内齿合式，第二单向棘轮6通过连接器5与中轴2转动连接，连接器5远离第二单向棘轮6的一端与第一链盘41固定连接。中轴2上设有与控制器13相连的力矩传感器21，第一链盘41与后轮12之间前通过链条7传动，第二链盘61与链轮141之间通过传动链8传动。
参照图2，连接器5包括固定套筒51和滚针轴承52。第二单向棘轮6通过滚针轴承52与中轴2连接，滚针轴承52靠近第一单向棘轮4的一侧与固定套筒51固定连接，固定套筒51远离第二单向棘轮6的一侧与第一链盘41通过螺钉固定连接，固定套筒51和第一链盘41的固定方式不限于螺钉固定，还可设置为焊接或其他方式固定。由于第二单向棘轮6是通过滚针轴承52固定在中轴2上的，从而在脚踏时，能够有效减少第二链盘61与中轴2的摩擦阻力，进而相对于市面上传统的行星齿轮的连接方式，使得该电动自行车具有零阻力，骑行时与普通自行车骑行完全一样。
参照图2和图3，第一链盘41与第二链盘61的结构相同。第一链盘41包括与固定套筒51固定的第一棘轮外圈411，以及固定在第一棘轮外圈411圆周外侧壁的第一牙盘412；第二链盘61包括第二棘轮外圈611和第二牙盘612，所述第二牙盘612固定在第二单向棘轮6外圈朝向第一链盘41的一侧。第一牙盘412的外径小于固定盘外径，第二牙盘612的外径小于第二棘轮外圈611的外径，第一牙盘412外沿与第一棘轮外圈411侧壁形成限位部413。上述限位部413的设置，用于减少链条7传动过程中脱链现象的发生。为便于第一链盘41和第二链盘61的组装，第一牙盘412和第一棘轮外圈411、第二牙盘612和第二棘轮外圈611之间通过螺栓连接或铆钉连接。
本实施例的实施原理为：
状态一：不开电源
脚踏时，脚的作用力通过脚踏板3、曲柄、第一单向棘轮4（顺时针旋转），此时第一单向棘轮4的棘牙带动第一棘轮外圈411旋转，由于第一牙盘412是固定在第一棘轮外圈411上的，所以第一牙盘412也顺时针旋转，第一牙盘412通过链条7带动自行车后轮12旋转，实现自行车前行。同时，在第一链盘41内侧设置的第二单向棘轮6通过连接器5固定在第一牙盘412上，当第一牙盘412旋转时，第一牙盘412带动连接器5和第二单向棘轮6一起旋转，由于第二单向棘轮6与第一棘轮是反向的，所以不能带动反向的第二单向棘轮6外圈和固定在第二单向棘轮6外圈的第二牙盘612旋转，即脚踏时的作用力与电机14分离，又因反向的第二单向棘轮6是通过滚针轴承52固定在中轴2上的，脚踏时，均无阻力，与普通自行车骑行完全一样。
状态二：打开电源、纯电动
打开电源，转动车把，通过控制器13控制电机14工作，电机14带动链轮141顺时针旋转，进而与链轮141通过同步链传动的第二牙盘612顺时针旋转，第二牙盘612带动反向的第二单向棘轮6旋转，第二单向棘轮6带动连接器5转动，连接器5带动第一牙盘412旋转，第一牙盘412通过链条7带动后轮12旋转，实现自行车的前行。同时由于第一牙盘412通过第一棘轮外圈411与第一单向棘轮4连接，第一单向棘轮4与第二单向棘轮6反向，因而第一牙盘412的转动不能驱动第一单向棘轮4转动，进而脚踏板3不会随着第一牙盘412转动。
状态三：打开电源，助力骑行
打开电源，脚踏时，作用在第一牙盘412和中轴2上的力产生力矩，此力矩所产生的信号通过中轴2力矩传感器21传递给控制器13，控制器13控制电机14工作，电机14驱动第二牙盘612顺时针旋转，电机14工作后的工作原理与纯电动时基本一样，不一样的是，脚踏板3仍在踏动，这时电机14的作用力即助力和脚踏时的作用力合二为一，使得骑行十分轻松。
本发明的自行车的两个作用力（脚踏和电机14）之间互不干扰，既相互分离，又能够合二为一，毫无阻力。无论在任何工作状态下，中轴2均能够倒转，不影响任何功能，与自行车一样。并且该结构简单，便于生产加工，省去的现有自行车常用的行星齿轮结构，进而减少了行星齿轮带来的摩擦阻力问题，能够做到充分降低阻力的效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种无阻力电动自行车，包括车架(1)、前轮(11)、后轮(12)、控制器(13)、电机(14)、电源，所述车架(1)中部设置有中轴(2)，所述中轴(2)长度方向的两端设置有脚踏板(3)；
其特征在于：两个所述脚踏板(3)之间还设置有与中轴(2)同轴相连的第一单向棘轮(4)、第一链盘(41)、连接器(5)、第二单向棘轮(6)和第二链盘(61)，所述第一单向棘轮(4)与第二单向棘轮(6)相反，所述第一单向棘轮(4)与第一链盘(41)、第二单向棘轮(6)与第二链盘(61)之前均为内齿合式，所述第二单向棘轮(6)通过连接器(5)与中轴(2)转动连接，所述连接器(5)远离第二单向棘轮(6)的一端与第一链盘(41)固定连接，所述第一单向棘轮(4)与脚踏板(3)固定；
所述中轴(2)上设有与控制器(13)相连的力矩传感器(21)，所述第一链盘(41)与后轮(12)之间前通过链条(7)传动，所述第二链盘(61)与电机(14)之间通过传动链(8)传动。
2.根据权利要求1所述的一种无阻力电动自行车，其特征在于：所述连接器(5)包括固定套筒(51)和滚针轴承(52)，所述第二单向棘轮(6)通过滚针轴承(52)与中轴(2)转动连接，所述滚针轴承(52)靠近第一单向棘轮(4)的一侧与固定套筒(51)固定连接，所述固定套筒(51)远离第二单向棘轮(6)的一侧与第一链盘(41)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种无阻力电动自行车，其特征在于：所述固定套筒(51)与第一链盘(41)通过螺钉固定连接。
4.根据权利要求2述的一种无阻力电动自行车，其特征在于：所述第一链盘(41)包括与固定套筒(51)固定的第一棘轮外圈(411)，以及固定在第一棘轮外圈(411)外圆周内侧的第一牙盘(412)，所述第一牙盘(412)的外径小于固定盘外径，所述第一牙盘(412)外沿与第一棘轮外圈(411)侧壁之间形成作用于链条(7)的限位部(413)。
5.根据权利要求4述的一种无阻力电动自行车，其特征在于：所述第一牙盘(412)铆接或螺栓连接在第一棘轮外圈(411)内侧。
6.根据权利要求2述的一种无阻力电动自行车，其特征在于：所述第二链盘(61)包括第二棘轮外圈(611)和第二牙盘(612)，所述第二牙盘(612)固定在第二单向棘轮(6)外圈朝向第一链盘(41)的一侧。
7.根据权利要求1所述的一种无阻力电动自行车，其特征在于：所述电机(14)固定在车架(1)上并位于中轴(2)的正上方，所述电机(14)的输出轴同轴固定连接有链轮(141)，所述链轮(141)与第二链盘(61)通过传动链(8)传动。
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