CN1096385C - 电动机动力辅助推进的车用减速装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电动机动力辅助推进车辆的减速装置(40)，它包括具有第二齿轮(21)和第三齿轮(22)的第一公共轴(20)，以及具有第四齿轮(23)和第五齿轮(25)的第二公共轴(24)，所述第二齿轮(21)和在电动机(30)的输出轴(31)上形成的第一齿轮(32)啮合，同时第三齿轮(22)和第四齿轮(23)啮合，第二和第四齿轮(21、23)中的至少一个齿轮由一种合成树脂复合材料制成，这样一来，在重量减轻的同时，电机驱动机构的噪声生成可以被充分抑制。

Description

电动机动力辅助推进的车用减速装置

本发明通常涉及一种电机驱动机构的减速装置，尤其是涉及一种用于具有电机驱动机构的、由电动机动力辅助推进的车(下面称为“电机助动车”)的减速装置，通过检测电机助动车的行驶速度，电动机的动力根据人力载荷而变化，从而在一给定的动力范围内辅助人工动力。

现在已设计出许多类型的电机助动车，如电机助动自行车。通过提供彼此并联的一电机驱动机构和一人力驱动机构，传统的电机助动自行车实现了把电机驱动动力和人工驱动力组合在一起，从而根据人力踏板载荷的数值，在一给定的范围内，由电机动力辅助人工动力。但是，在这种传统的电机辅助自行车中，电机动力对人工动力的辅助范围必须根据车速来控制。即当车速在0-15Km/h的第一低速范围时，电机动力辅助比率固定在如50％，并且随车速增加而逐渐减小，当车速达到15-24Km/h的第二范围时，该比率由50％降至0％，当车速达到24Km/h或更高的第三范围时，该比率固定在0％。

在这种结构中，电机驱动机构具有一电动机，减速装置，检测人力踏板载荷的踏板载荷检测器，检测车速的速度传感器，以及一控制单元。控制单元包括一微型电子计算机，根据由踏板载荷检测器获得的人力踏板载荷的数据和由速度传感器获得的车速数据，它决定电动机的驱动情况，从而在上述范围内，控制电机驱动动力。

此外，考虑到由电机动力辅助人力驱动的目的，则希望用于电机助动车的电机驱动机构在尺寸和重量上应该尽可能的小。为了满足这一需要，已经开发并提出了多种类型的用于电机驱动机构的、与电动机相结合的减速装置。

例如，日本专利(未审查)公开公报305478/1994公开了一种与三级齿轮型减速装置相结合的柱型直流电动机。但是，在这种结构中，由于均高速转动的电动机轴齿轮和减速装置的第一级齿轮的啮合接触，不可避免地会产生较大噪声的问题。这是由于为确保机械强度的可靠性，用于减速装置的齿轮由诸如：SCM145和类似的金属材料制成。为了抑制这种金属齿轮造成的噪声产生，考虑采用一种除去齿边毛刺和选择润滑油的改进型齿轮，但是由于经济和其它原因的限制，这些改进是不够的。

日本专利(未审查)公开公报95744/1995公开了另外一个传统的例子。一个行星滚柱型减速装置和电动机相连而用于一级减速，其中一个行星滚柱位于一电机轴和一外轮之间，同时电动机和减速装置对齐，从而通过减少接合点的数目而提高接合精度。按照这种方法，虽然噪声可以被有效的抑制，但是会产生另外一难题，即减速装置的重量及成本增加。

为了提供一种令人满意的电机助动车，需要一种尺寸小，重量轻的减速装置，该装置在机械强度方面具有高可靠性，同时可抑制噪声。

这样一来，本发明的一个主要目的是以低成本提供一种用于电机助动车的重量轻并可抑制噪声的改进的减速装置，它是通过使一个或多个高速转动的减速齿轮由合成树脂复合材料制成而实现的。

为了达到上述目的，按照本发明的第一个特征，与一电动机配合使用的一个减速装置包含在一个驱动机构中，该机构用于把附加在电机动力上的人工驱动力传递给目标轮，其中电动机包括一个电机动力输出轴，其上一体形成第一齿轮，同时减速装置包括一个具有第二和第三齿轮的第一公共轴，以及具有第四和第五齿轮的第二公共轴，其中第二齿轮和第一齿轮啮合，同时第三齿轮和第四齿轮啮合，并且第二和第四齿轮中的至少一个齿轮由合成树脂复合材料制成，添加在合成树脂材料中的玻璃纤维材料的长度为8mm和更长。

在这种布置中，由于第二或第四齿轮由合成树脂复合材料制成，电机驱动机构的噪声生成可以被有效的抑制，重量可以减轻。

按照本发明的第二个特征，形成第二和第四齿轮中至少一个齿轮的合成树脂复合材料加有玻璃纤维材料。

在这种布置中，合成树脂齿轮的机械强度被加强，并且在大负荷情况下使用时，合成树脂复合材料制造的齿轮具有良好的耐用性。

按照本发明的第三个特征，加在合成树脂材料上的玻璃纤维平行对齐齿轮的每个齿表面。

在这种布置中，因为玻璃纤维成一直线的覆盖齿表面，尤其当和第一齿轮啮合而摩擦时，其可具有足够的寿命。

按照本发明的第四个特征，较大尺寸玻璃纤维的添加量为重量30-50％的范围内。

在这种布置中，当使用注塑成型齿轮时，其可具有足够的机械强度及良好的成型性能。

参照附图，通过对最优实施例的下列描述，可使本发明的目的及特征变得更明显，其中：

图1是按照本发明第一个实施例的电机辅助自行车的平面图；

图2是本发明的电机助动自行车中的驱动机构的方框图；

图3是按照本发明的电机驱动机构的剖面图；

图4是示出本发明的一个减速装置的齿轮啮合模式的平面方框图；

图5是示出用于齿轮的合成树脂复合材料的机械强度和玻璃纤维添加量之间关系的曲线图；

图6是按照本发明的减速齿轮的轮廓示意图；

图7是示出排布有较大尺寸玻璃纤维添加物的减速齿轮的一个实施例的示意图；以及

图8是示出排布有较大尺寸玻璃纤维添加物的减速齿轮的另一个实施例的示意图。

下面参照附图1-8，描述本发明的一个最优实施例。

图1示出了一个具有框架，后轮5及前轮6的电机辅助自行车的示意构造。框架包括一个由前叉立管7向下朝一曲轴17倾斜延伸的主支架管2。该曲轴17具有一对通过踏板臂曲柄16与其端部相连的踏板构件15，从而构成了一个人力驱动机构10(参见图2)。用作座椅支架的鞍座支管3由曲轴部分17向上升高。一下支架8从后轮轴部伸展并和鞍座支管3的上中部相连，主支架管2的最下部和鞍座支管3的最下部在接近曲轴处彼此相连。

在这种结构中，电机驱动机构1安装在鞍座支管3下面的曲轴部附近的框架部分上。一充电电池4装配在位于鞍座支管3和下支架8下方的后轮5之间的电池腔中，其中充电电池4通过线束部件(未示出)和电机驱动机构电连接，以便向电机驱动机构1提供电能。因此，人力驱动机构10和电机驱动机构1相接合构成电机辅助自行车的驱动机构。在这种布置中，当人工驱动力通过踏板构件15作用在曲轴17上时，电机驱动机构1中产生动力以辅助人工驱动力。

图2示出了电机辅助自行车中的驱动机构的方框图，其包括人力驱动机构10和电机驱动机构1。

在人力驱动机构10中，作用在踏板构件15上的人工驱动力传递给曲轴17，通过一个行星(周转)齿轮18，曲轴17的输出动力被传递给一内齿轮26。通过链结构9，内齿轮26的转动力经由用作单向离合器的自由轮(未示出)被传递给后轮5。

同时，电机驱动机构1包括一个电动机30，减速装置40，踏板载荷检测器52，车速传感器54以及控制单元56。在这种结构中，曲轴17的输出借助于并联的踏板载荷检测器52及车速传感器54和控制单元56电连接，以检测人力踏板载荷及车辆行驶速度。

控制单元56包括一个微型电子计算机(未示出)，它根据踏板载荷检测器52获得的人力踏板载荷数据及车速传感器54获得的车速数据决定电动机30的驱动情况，从而在一给定的范围内控制电机驱动动力。电动机30产生的电机驱动力传递给减速装置40，然后转速减小的输出动力传递给内齿轮26，在该处电机驱动力和人工驱动力相组合。通过链结构9，组合转动力被传递给后轮5。

图3示出了电机驱动机构1的一种结构的例子，图4示出了减速装置40的一种齿轮啮合模式。

如图3及图4所示，电动机30是具有一输出轴31的直流平型电机，同时减速装置40包括一个具有一第二齿轮21和一第三齿轮22的第一公共轴20，还包括一个具有第四齿轮23及第五齿轮25的第二公共轴24。电动机30的输出轴31具有一个一体形成在其顶部上的第一齿轮32，第一齿轮32和在第一公共轴20上形成的第二齿轮21啮合，从而实现第一级减速。第二齿轮21借助于一个位于第二齿轮21和第一轴20之间的滚柱离合器33支撑在第一公共轴20上，以便只在一个方向上传递扭矩。

第三齿轮22在第一公共轴20的圆周面上形成，它和一体形成在减速装置40的第二公共轴24上的第四齿轮23啮合，从而借助于第五齿轮25把扭矩传递给内齿轮26。

在生产本实施例的减速装置的过程中，第一轴20的第二齿轮21通过注塑法由合成树脂材料制成，例如：由其中添加占重量35％的玻璃纤维材料的聚胺树脂复合材料制成。

通过这种布置，电动机30的输出扭矩由在输出轴31上形成的第一齿轮32传递至由合成树脂复合材料制成的第二齿轮21。由于第二齿轮21和第三齿轮22在公共轴20上形成，同时第二公共轴24上的第四齿轮23与第三齿轮22啮合，因此借助于第三齿轮22，输出扭矩由第二齿轮21传递至第四齿轮23。

在这种结构中，由于第二齿轮21由合成树脂复合材料制造，随着重量的减轻，电机驱动机构中的噪声生成能够被有效地抑制。

在最优实施例中，第二公共轴24上的第四齿轮23也可以由一种合成树脂复合材料制造，以便进一步减少噪声和重量。与内齿轮26啮合的第五齿轮25也在具有第四齿轮23的第二公共轴24上一体形成。这样一来，电动机30的输出扭矩被传递给内齿轮26。

同时，如图2所示，借助于曲轴17和行星齿轮18，人工踏板力被传递给内齿轮26，以便和电动机30传递来的扭矩组合。内齿轮26在链轮29上形成，并且借助于链轮29和链结构9，人工踏板力和电机驱动力的合成扭矩由内齿轮26传递至后轮5。

当使用短尺寸玻璃纤维时，添加在合成树脂材料中，用以注塑成型第二齿轮21和/或第四齿轮23的玻璃纤维材料通常具有2-3mm的长度，此外，当使用较长玻璃纤维时，其通常具有8mm或更大的长度。

图5示出了合成树脂复合材料的机械强度和玻璃纤维材料添加量占重量之间百分比关系，其中抗拉强度(MPa)被看作机械强度，图中的Ts1表示短尺寸玻璃纤维，Ts2表示较长尺寸玻璃纤维。

如图5所示，在使用短尺寸玻璃纤维Ts1时，随着玻璃纤维添加量的增加，抗拉强度增大，当添加量占重量的35％或更多时，抗拉强度达到极限。但是，当玻璃纤维的添加量过分增大时，用合成材料注塑时的成型性能被破坏，因此，实际使用时，玻璃纤维的最佳添加量范围是占重量的30％-35％。

在使用较长尺寸玻璃纤维Ts2，抗拉强度通常随玻璃纤维的添加量成比例增加，并且没有极值点。因此，在保证成型性能的条件下，更希望玻璃纤维的添加量尽可能大。

发明人在研究和试验中发现，只要在注塑过程中采用一装置确保注塑过程的实现，较大尺寸的玻璃纤维Ts2就可在实际使用中获得良好的生产率，例如提供一个较大的浇口以获得良好的注塑流动性。同时也发现，在注塑过程完成后，大尺寸玻璃纤维Ts2的机械强度较小尺寸玻璃纤维Ts1的机械强度进一步得到改进。

按照发明人的试验，当较大尺寸玻璃纤维的添加量在占重量的30-55％的范围内时，可获得足够的机械强度及良好的成型性能。

特别是当由添加玻璃纤维材料的合成树脂注塑而成的齿轮产品和诸如轴承及类似的金属部件一起使用时，可获得和金属材料几乎相同的良好的热膨胀性能及其它机械性能。

图6示出了用于第一级减速、在第一公共轴20上形成的、由合成树脂复合材料制造的第二齿轮21的一种结构的例子。

在如图7所示的一最优实施例中，较大尺寸玻璃纤维添加物71平行排布于齿轮的每个齿表面72，以便进一步提供机械强度，尤其是耐摩擦性能。这样一来，在大负荷使用时，由合成树脂复合材料生产的齿轮具有良好的耐用性，而且这种齿轮能够与第二级减速齿轮及减速过程中具有高扭矩的最后一级齿轮相接合。同时，齿轮的根部具有和传统的金属齿轮相同程度的良好的机械强度。

在如图8所示的另一实施例中，较大尺寸玻璃纤维添加物71平行于齿轮的每一个齿表面72横向地排布。在这种布置中，由于玻璃纤维成一直线地覆盖齿表面，在和输出轴的第一齿轮32啮合而摩擦时，其可获得足够的耐用性，同时可抑制噪声的生成。

需要指出的是，在这一实施例中，尽管聚胺树脂材料用作本实施例的一种合成树脂复合材料，但是并不只限于这种材料，其它具有良好的润滑性能的材料也能够被使用，例如聚丙烯树脂或类似的材料。

如上所述，按照本发明的减速装置，高速转动的一部分齿轮由添加玻璃纤维材料的一种合成树脂复合材料制成，以便以低成本来减少重量，同时抑制噪声的产生，并且提供一种令人满意的电机助动车辆。通过使用齿轮减速装置，本发明的这些特性能够在广泛的机械领域应用。

尽管参照附图，通过例子对本发明已经进行了详细的描述，但是应注意，对本领域的技术人员而言，各种各样的变化及改进是显而易见的。因此，只要这种变化及改进不脱离本发明权利要求所限定的范围，它们都应该被认为包括在本发明之中。

Claims (6)

1.与一电动机(30)共同使用的一种减速装置(40)，该装置包括在一驱动机构中，用于把附加有电机驱动力的人工驱动力传递至目标轮(5)，

所述电动机包括一电机动力输出轴(31)，一个第一齿轮(32)在该轴上形成，

所述减速装置包括一个具有一第二齿轮(21)和一第三齿轮(22)的第一公共轴(20)，以及一个具有一第四齿轮(23)及一第五齿轮(25)的第二公共轴(24)，其中所述第二齿轮(21)和所述第一齿轮(32)啮合，同时所述第三齿轮(22)和第四齿轮(23)啮合，

其特征在于：第二和第四齿轮(21、23)中的至少一个齿轮由合成树脂复合材料制成，添加在合成树脂材料中的玻璃纤维材料的长度为8mm或更长。

2.如权利要求1所述的减速装置，其特征在于：该装置适用于电动机动力辅助推进的车辆，电机动力随人工驱动力而变化，从而在一给定的动力范围内辅助人工驱动力。

3.如权利要求1所述的减速装置，其特征在于：所述驱动机构包括用于传递人工驱动力的一人力驱动机构(10)以及用于把电机驱动力传递至目标轮的一电机驱动机构(1)。

4.如权利要求3所述的减速装置，其特征在于：所述人力驱动机构(10)包括一个踏板构件(15)和一个曲轴(17)，同时所述电机驱动机构(1)还进一步包括一个用于检测作用在踏板构件上的人工驱动力的踏板载荷检测器(52)，一个用于检测车速的车速传感器(54)以及一个控制电机驱动力的控制单元(56)，借助于并联布置的踏板载荷检测器(52)和车速传感器(54)，所述曲轴(17)的输出和控制单元电连接，以便根据人工驱动力控制电机驱动力，而在一给定的动力范围内，由电机驱动力辅助人工驱动力。

5.如权利要求1所述的减速装置，其特征在于：一种玻璃纤维材料添加在形成所述第二和第四齿轮中至少一个齿轮的所述合成树脂复合材料中。

6.如权利要求1所述的减速装置，其特征在于：所述玻璃纤维平行排布于被生产齿轮的每个齿表面。

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