CN111232120A - 一种异轴式自动无段混动变速系统及助力自行车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异轴式自动无段混动变速系统及助力自行车，该系统包括电机、控制器、谐波传动减速器和脚踏通轴；控制器与电机导通连接，电机与谐波传动减速器的波发生器驱动连接；脚踏通轴穿设在谐波传动减速器上，且脚踏通轴的一端可转动地从谐波传动减速器的波发生器伸出，另一端从谐波传动减速器的柔性齿轮伸出并与柔性齿轮驱动连接；谐波传动减速器的刚性齿轮上设有混合动力输出齿盘。这样即可根据骑行需要选择混合动力模式、纯电动模式和纯踩踏模式，骑行灵活、便利，骑行乐趣高，且在中速和高速时也能保持踩踏骑行容易、轻松，同时可以很好地将电机传递过来的动力和脚踏通轴传递过来的动力依据设定的转速比例混和动力输出,实现了无段位的无极变速，实现更舒适更智能的骑行。

Description

一种异轴式自动无段混动变速系统及助力自行车

技术领域

本发明属于助力自行车技术领域，特别涉及一种异轴式自动无段混动变速系统及助力自行车。

背景技术

助力自行车，具有省力、负载大、车速快等优势，很快就已成为了人们途短出行和运输的主要工具。但是，申请人发现：目前市场上现有的助力自行车都是采用机械变速系统，导致在混合动力模式时，车速与脚踏转速按变速器速比变化，在不同车速时需调整变速比，使踩踏在舒适踏速下运转，而且这种机械变速系统都是段位式变速(如图4的曲线图所示，图中b为机械式变速器的段位式变速曲线)，在骑行过程时由于机械变速系统的段位式变速，使助力自行车间断地出现突然前冲，使骑行车产生的不舒适感。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有选择混合动力、纯电动和纯踩踏三种动力模式，骑行灵活、便利、乐趣高，且可实现无段位的无极变速,实现舒适和智能的骑行的异轴式自动无段混动变速系统，以及应用了该异轴式自动无段混动变速系统的助力自行车。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种异轴式自动无段混动变速系统，包括电机、控制器、谐波传动减速器和脚踏通轴；其中，所述控制器与电机导通连接，所述电机与谐波传动减速器的波发生器驱动连接；所述脚踏通轴穿设在谐波传动减速器上，且脚踏通轴的一端可转动地从谐波传动减速器的波发生器伸出，另一端从谐波传动减速器的柔性齿轮伸出并与柔性齿轮驱动连接；所述谐波传动减速器的刚性齿轮上设有混合动力输出齿盘。

进一步地，所述电机的转动轴上设有主动轮，所述波发生器的一端伸出柔性齿轮外并设有从动轮，所述主动轮通过传动件与从动轮驱动连接。

进一步地，所述脚踏通轴穿过波发生器和柔性齿轮的位置均设有轴承，且所述脚踏通轴穿过柔性齿轮处还设有第一离合器，所述脚踏通轴通过第一离合器与柔性齿轮驱动连接。

进一步地，所述脚踏通轴穿过波发生器的位置设有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承分别位于波发生器内部的左右两侧；所述脚踏通轴穿过柔性齿轮的位置设有第三轴承和第一离合器。

进一步地，该异轴式自动无段混动变速系统还包括有用于实时检测脚踏通轴转速的速度传感器，所述速度传感器由磁环和霍尔元件组成，并与控制器导通连接。

进一步地，所述刚性齿轮上设有刚性连接座，所述混合动力输出齿盘安装固定在刚性连接座上。

进一步地，所述刚性连接座是中空的管形连接座，并罩住柔性齿轮，所述刚性连接座的一端与刚性齿轮连接固定，另一端安装有所述混合动力输出齿盘，而且所述刚性连接座安装有混合动力输出齿盘的一端内部设有第四轴承，所述第四轴承位于刚性连接座和柔性齿轮之间。

进一步地，所述柔性齿轮和刚性齿轮之间还设有第二单向器。

进一步地，该异轴式自动无段混动变速系统还包括有外壳，所述电机、控制器、谐波传动减速器、第一离合器和脚踏通轴均设于外壳内，且所述脚踏通轴的两端伸出外壳外。

一种助力自行车，包括有车体和上述异轴式自动无段混动变速系统，所述车体上设有电池组，所述电池组与异轴式自动无段混动变速系统的控制器和电机导通连接，供给驱动电能；所述混合动力输出齿盘与车体上的后车轮驱动连接。

本发明主要具有以下有益效果：

本发明通过上述技术方案，即可根据骑行需要选择混合动力模式、纯电动模式和纯踩踏模式，大大提高骑行的灵活性和便利性，以及骑行乐趣，而且通过谐波传动减速器可以在混合动力骑行模式下使车速与脚踏转速的变量比范围更大，在中速和高速时也能保持踩踏骑行容易、轻松，同时可以很好地将电机传递过来的动力和脚踏通轴传递过来的动力依据设定的转速比例混和动力输出,实现了无段位的无极变速,实现更舒适更智能的骑行。

附图说明

图1是本发明所述一种异轴式自动无段混动变速系统实施例的结构示意图；

图2是本发明所述一种异轴式自动无段混动变速系统实施例在混合动力模式下的变速曲线图；

图3是本发明所述一种助力自行车实施例的结构示意图；

图4是现有机械变速系统的变速曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2中所示：

本发明实施例所述一种异轴式自动无段混动变速系统，包括电机1、控制器2、谐波传动减速器3和脚踏通轴4。其中，该谐波传动减速器3包括带柔性轴承34的波发生器31、柔性齿轮32和刚性齿轮33，其结构和工作原理与现有的波传动减速器相同，在此不再详细赘述；所述控制器2与电机1导通连接，所述电机1与谐波传动减速器3的波发生器31驱动连接；所述脚踏通轴4穿设在谐波传动减速器3上，且脚踏通轴4的一端可转动地从谐波传动减速器3的波发生器31伸出，另一端从谐波传动减速器3的柔性齿轮32伸出并与柔性齿轮32驱动连接；所述谐波传动减速器3的刚性齿轮33上设有混合动力输出齿盘35。

具体结构可以为：所述电机1的转动轴14上设有主动轮11，所述波发生器31的一端伸出柔性齿轮32外并设有从动轮13，所述主动轮11通过传动件12与从动轮13驱动连接，所述主动轮11和从动轮13可以是皮带轮，相应地，所述传动件12是传动带；所述脚踏通轴4穿过波发生器31和柔性齿轮32的位置均设有轴承，且所述脚踏通轴4穿过柔性齿轮32处还设有第一离合器36，具体结构可以为：所述脚踏通轴4穿过波发生器31的位置设有第一轴承37和第二轴承38，所述第一轴承37和第二轴承38分别位于波发生器31内部的左右两；所述脚踏通轴4穿过柔性齿轮32的位置设有第三轴承39和第一离合器36；所述脚踏通轴4通过第一离合器36与柔性齿轮32驱动连接。所述刚性齿轮33上设有刚性连接座30，所述混合动力输出齿盘35安装固定在刚性连接座30上，其中所述刚性连接座30可以是中空的管形连接座，并罩住柔性齿轮32(所述刚性连接座30也可以是由若干环形分布在柔性齿轮32周侧的刚性连接块构成)，所述刚性连接座30的一端与刚性齿轮33连接固定，另一端安装有所述混合动力输出齿盘35，而且所述刚性连接座30安装有混合动力输出齿盘35的一端内部设有第四轴承301，所述第四轴承301位于刚性连接座30和柔性齿轮32之间。

本发明所述一种异轴式自动无段混动变速系统的工作原理为：当选择混合动力模式(即：电力和人力混合驱动模式)时，控制器2控制电机1启动、驱使谐波传动减速器3的波发生器31转动，并经波发生器31上的柔性轴承驱使柔性齿轮32与刚性齿轮33相对转动，同时踩踏过程使脚踏通轴4转动，并经第一离合器36驱使柔性齿轮32转动，最后柔性齿轮32与转动的波发生器31减速后,两者速度相加混和至驱使动刚性齿轮33转动，带动混合动力输出齿盘35转动；其中当踩踏速度定值时,混合动力输出齿盘35的转速变化，可以由波发生器31的转速变化来改变,因而产生变速的效果。

当选择纯电驱动模式(即：纯电力驱动模式)时，控制器2控制电机1启动、驱使谐波传动减速器3的波发生器31转动，并经波发生器31上的柔性轴承驱使柔性齿轮32转动，此时须将柔性齿轮32固定停止转动,转由柔性齿轮32驱使动刚性齿轮33转动，带动混合动力输出齿盘35转动；

当选择纯踩踏驱动模式(即：纯人力驱动模式)时，踩踏过程使脚踏通轴4转动，并经第一离合器36驱使柔性齿轮32转动，由于波发生器31不转动,致使柔性齿轮32带动驱使刚性齿轮33转动，带动混合动力输出齿盘35转动。

这样，本发明所述一种异轴式自动无段混动变速系统即可根据骑行需要选择混合动力模式、纯电动模式和纯踩踏模式，大大提高骑行的灵活性和便利性，以及骑行乐趣，而且通过电机1转速的控制下,使谐波传动减速器3可以在混合动力骑行模式下使车速与脚踏转速的变量比大于1(比如：当车速提高2倍时，脚踏转速只提高1倍)，在中速和高速时也能使踩踏骑行保持容易、轻松，同时在混合动力骑行模式下可以很好地将电机1传递过来的动力和脚踏通轴4传递过来的动力实现了无段位的无极变速(如图2曲线图所示，图中a为无段位的无极变速曲线),解决了现有助力自行车机械变速系统的段位式变速所产生的不舒适感，实现更舒适更智能的骑行。

而且，本发明所述一种异轴式自动无段混动变速系统还包括有用于实时检测脚踏通轴4转速的速度传感器(该速度传感器属于现有技术，由磁环41和霍尔元件42组成，工作原理在此不再详细赘述。)，所述速度传感器与控制器2导通连接；具体结构可以如图1，所述磁环41安装通过支架43安装在脚踏通轴4上，所述霍尔元件42固定不动(比如：霍尔元件42固定在外壳5上)，并与随脚踏通轴4转动的磁环41感应连接。这样，速度传感器实时将检测到的脚踏通轴4转速传送至控制器2，然后控制器2根据脚踏通轴4(即：骑行踏速)控制电机1的转速，从而确保谐波传动减速器3可以在混合动力骑行模式下使车速与脚踏转速的变量比大于1，无段位的无极变速更稳定、更可靠。

此外，所述柔性齿轮32和刚性齿轮33之间还设有第二离合器302，即：所述第二离合器302设于刚性连接座30安装有混合动力输出齿盘35的一端内部，连接刚性连接座30和柔性齿轮32。这样，即可保证混合动力模式、纯踩踏模式、纯电驱动模式下刚性齿轮33与高于柔性齿轮32的动力都可以输出到齿盘35，同时确保选择纯踩踏驱动模式时柔性齿轮32经由第二离合器302带动驱使刚性齿轮33转动。

另外，该异轴式自动无段混动变速系统还包括有外壳5，所述电机1、控制器2、谐波传动减速器3和脚踏通轴4均设于外壳5内，且所述脚踏通轴4的两端伸出外壳5外。这样，外壳5对电机1、控制器2、谐波传动减速器3和脚踏通轴4既可起到保护、固定作用，还可提高本异轴式自动无段混动变速系统安装便利性。

如图3中所示，本发明还提供了一种助力自行车，包括有车体6和上述异轴式自动无段混动变速系统，所述车体6上设有电池组7，所述电池组7与异轴式自动无段混动变速系统的控制器2(图中未表示出来)和电机1导通连接，供给驱动电能；所述混合动力输出齿盘35与车体6上的后车轮8驱动连接，具体可以为：所述车体6的后车轮8轮轴上安装有内变速器9，所述混合动力输出齿盘35通过链条(图中未表示出来)与内变速器9驱动连接。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种异轴式自动无段混动变速系统，其特征在于：包括电机(1)、控制器(2)、谐波传动减速器(3)和脚踏通轴(4)；其中，所述控制器(2)与电机(1)导通连接，所述电机(1)与谐波传动减速器(3)的波发生器(31)驱动连接；所述脚踏通轴(4)穿设在谐波传动减速器(3)上，且脚踏通轴(4)的一端可转动地从谐波传动减速器(3)的波发生器(31)伸出，另一端从谐波传动减速器(3)的柔性齿轮(32)伸出并与柔性齿轮(32)驱动连接；所述谐波传动减速器(3)的刚性齿轮(33)上设有混合动力输出齿盘(35)。

2.根据权利要求1所述异轴式自动无段混动变速系统，其特征在于：所述电机(1)的转动轴(14)上设有主动轮(11)，所述波发生器(31)的一端伸出柔性齿轮(32)外并设有从动轮(13)，所述主动轮(11)通过传动件(12)与从动轮(13)驱动连接。

3.根据权利要求1所述异轴式自动无段混动变速系统，其特征在于：所述脚踏通轴(4)穿过波发生器(31)和柔性齿轮(32)的位置均设有轴承，且所述脚踏通轴(4)穿过柔性齿轮(32)处还设有第一离合器(36)，所述脚踏通轴(4)通过第一离合器(36)与柔性齿轮(32)驱动连接。

4.根据权利要求3所述异轴式自动无段混动变速系统，其特征在于：所述脚踏通轴(4)穿过波发生器(31)的位置设有第一轴承(37)和第二轴承(38)，所述第一轴承(37)和第二轴承(38)分别位于波发生器(31)内部的左右两侧；所述脚踏通轴(4)穿过柔性齿轮(32)的位置设有第三轴承(39)和第一离合器(36)。

5.根据权利要求1所述异轴式自动无段混动变速系统，其特征在于：还包括有用于实时检测脚踏通轴(4)转速的速度传感器，所述速度传感器由磁环和霍尔元件组成，并与控制器(2)导通连接。

6.根据权利要求1至5中任一所述异轴式自动无段混动变速系统，其特征在于：所述刚性齿轮(33)上设有刚性连接座(30)，所述混合动力输出齿盘(35)安装固定在刚性连接座(30)上。

7.根据权利要求6所述异轴式自动无段混动变速系统，其特征在于：所述刚性连接座(30)是中空的管形连接座，并罩住柔性齿轮(32)，所述刚性连接座(30)的一端与刚性齿轮(33)连接固定，另一端安装有所述混合动力输出齿盘(35)，而且所述刚性连接座(30)安装有混合动力输出齿盘(35)的一端内部设有第四轴承(301)，所述第四轴承(301)位于刚性连接座(30)和柔性齿轮(32)之间。

8.根据权利要求7所述异轴式自动无段混动变速系统，其特征在于：所述柔性齿轮(32)和刚性齿轮(33)之间还设有第二离合器(302)。

9.根据权利要求4或5或7或8所述异轴式自动无段混动变速系统，其特征在于：还包括有外壳(5)，所述电机(1)、控制器(2)、谐波传动减速器(3)、第一离合器(36)和脚踏通轴(4)均设于外壳(5)内，且所述脚踏通轴(4)的两端伸出外壳(5)外。

10.一种助力自行车，其特征在于：包括有车体(6)和权利要求1至9中任一所述异轴式自动无段混动变速系统，所述车体(6)上设有电池组(7)，所述电池组(7)与异轴式自动无段混动变速系统的控制器(2)和电机(1)导通连接，供给驱动电能；所述混合动力输出齿盘(35)与车体(6)上的后车轮(8)驱动连接。

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