CN111532368A - 一种分体式驱动与变速装置及电助力自行车 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种分体式驱动与变速装置及电助力自行车，涉及自行车技术领域。分体式驱动与变速装置包括变速装置，变速装置包括辅助驱动单元、第一传动机构、牙盘以及曲柄轴，第一传动机构包括第一行星架、第一行星轮、第一太阳轮以及第一传动轮；所述第一传动轮的外侧与所述牙盘固定连接；所述第一行星架设于所述第一传动轮的一侧，所述第一行星架与所述曲柄轴固定连接；所述第一行星轮设于所述第一行星架上，且分别与所述第一太阳轮以及所述第一传动轮的内齿圈啮合；所述辅助驱动单元与所述第一太阳轮连接。本发明实施例提出的分体式驱动与变速装置能够实现连续变速，且不会产生顿挫感。

Description

一种分体式驱动与变速装置及电助力自行车

技术领域

本发明涉及自行车技术领域，尤其涉及一种分体式驱动与变速装置以及电助力自行车。

背景技术

电动助力自行车是在自行车的基础上添加动力辅助系统而制得。其目的是让骑自行车变得更为轻松。

根据动力辅助系统在电助力自行车安装位置分为前置电机系统、中置电机系统和后置电机系统。前置电机系统安装在前轮毂里直接驱动前轮。中置电机系统则直接连接到自行车中轴的曲柄和齿轮。后置电机系统安装在后轮毂里直接驱动后轮。

中置电机系统产生的助力响应快，骑行体验佳，更符合欧美骑行风格，其价格昂贵，主要在中高端电助力自行车上应用。中置电机系统可以获得更好的功率/转矩曲线，以力矩传感器为核心传感器，并辅以速度和踏频传感器。而且可以配装后轮变速器系统，有效提高整车爬坡能力。

目前，前置和后置电机系统都使用轮毂电机，因价格便宜，多被采用在中低端电助力自行车上。技术上应用速度传感器和踏频传感器为传感驱动方式，助力响应速度一般，在复杂路况有明显助力滞后感，综合助力体验会差强人意，适合较平坦的城市道路。

目前自行车的变速传动系统主要是分为两大类，一类是外置变速系统，一类是内变速系统。自行车的变速系统在一辆变速类的自行车上是相当重要的，决定着一辆变速自行车的性能。通常，变速系统就是通过改变链条和不同的牙盘、飞轮的配合，从而改变自行车的速度比。

中高端变速系统都是从国外进口，与后轮花鼓一体的内变速系统是其高端变速系统的代表。

内变速系统通过封闭式变速箱的齿轮转换装置，从而实现不同的速度比。由于体积小，重量轻、高可靠、长寿命、免维修、外观美等特点，深受市场欢迎；由于内变速器产品结构复杂，工艺技术要求严格，生产成本高，因此产品价格昂贵，主要应用在高端自行车上。

不论是外变速还是内变速系统，一般是外部机械式指拨器换档位，也可实现半自动式档位切换，因机构复杂很难实现全自动式档位切换。

现有技术缺陷和不足点：

变速自行车无论采用外变速还是采用高端内变速系统及电变方式，但都不能实现自动连续变速。如大变速比直接切换，顿挫明显体验效果差而且实现困难。

发明内容

本发明实施例提出一种分体式驱动与变速装置以及电助力自行车，旨在解决现有电助力自行车和变速自行车无法实现连续变速，变速切换时顿挫感明显的问题。

为了解决上述问题，第一方面，本发明实施例提出一种分体式驱动与变速装置，所述分体式驱动与变速装置包括变速装置，所述变速装置包括辅助驱动单元、第一传动机构、牙盘以及曲柄轴，所述第一传动机构包括第一行星架、第一行星轮、第一太阳轮以及第一传动轮；所述第一传动轮为环状结构，所述第一传动轮的内侧设有内齿圈，所述第一传动轮的外侧与所述牙盘固定连接；所述第一行星架设于所述第一传动轮的一侧，所述第一行星架与所述曲柄轴固定连接；所述第一行星轮设于所述第一行星架上，且分别与所述第一太阳轮以及所述第一传动轮的内齿圈啮合；所述辅助驱动单元与所述第一太阳轮连接。

其进一步的技术方案为，所述分体式驱动与变速装置还包括驱动装置，所述驱动装置包括主驱动单元、第二传动机构以及轮毂；所述第二传动机构包括第二行星架、第二行星轮、第二太阳轮以及第二传动轮；所述第二传动轮为环状结构，所述第二传动轮的内侧设有内齿圈，所述第二传动轮的外侧与所述轮毂固定连接；所述第二行星架设于所述第二传动轮的一侧；所述第二行星轮设于所述第二行星架上，且分别与所述第二太阳轮以及所述第二传动轮的内齿圈啮合；所述主驱动单元与所述第二太阳轮连接。

其进一步的技术方案为，所述驱动装置设于电助力自行车的前轮，或者所述驱动装置设于电助力自行车的后轮。

其进一步的技术方案为，所述辅助驱动单元包括辅助驱动电机以及第一减速齿轮组，所述辅助驱动电机通过所述第一减速齿轮组与所述第一太阳轮连接。

其进一步的技术方案为，所述主驱动单元包括主驱动电机以及第二减速齿轮组，所述主驱动电机通过所述第二减速齿轮组与所述第二太阳轮连接。

其进一步的技术方案为，所述分体式驱动与变速装置还包括控制器，所述主驱动单元以及所述辅助驱动单元均与所述控制器连接且受控于所述控制器。

其进一步的技术方案为，所述分体式驱动与变速装置还包括电池，所述主驱动单元以及所述辅助驱动单元均与所述电池连接。

其进一步的技术方案为，所述第一传动机构包括多个第一行星轮，多个第一行星轮均匀设于所述第一太阳轮与所述第一传动轮之间的间隙内；所述第二传动机构包括多个第二行星轮，多个第二行星轮均匀设于所述第二太阳轮与所述第二传动轮之间的间隙内。

其进一步的技术方案为，所述轮毂包括外壳、两端盖以及两轮毂轴；两所述端盖分别盖合于所述外壳的两端；两所述轮毂轴分别设于两所述端盖上；所述外壳与两所述端盖围出容纳空间；所述驱动装置设于所述容纳空间内。

第二方面，本发明实施例一种电助力自行车，所述电助力自行车包括如第一方面所述的分体式驱动与变速装置。

与现有技术相比，本发明实施例所能达到的技术效果包括：

本发明实施例中，辅助驱动单元控制第一太阳轮变速转动时，第一行星架的转动速度和第一传动轮的转动速度之间的速比是变化的。此时，曲柄轴转动输入速度和牙盘输出速度的传递速比也相应发生变化，从而能产生不同变速效果，实现连续变速，且不会产生顿挫感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提出的一种分体式驱动与变速装置的变速装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提出的一种分体式驱动与变速装置的变速装置的截面图；

图3为本发明实施例提出的一种分体式驱动与变速装置的变速装置的第一传动机构的结构示意图；

图4为本发明实施例提出的一种分体式驱动与变速装置的驱动装置设置在自行车的前轮时的截面图；

图5为本发明实施例提出的一种分体式驱动与变速装置的驱动装置设置在自行车的前轮时的结构示意图；

图6为本发明实施例提出的一种分体式驱动与变速装置的驱动装置设置在自行车的后轮时的截面图；

图7为本发明实施例提出的一种分体式驱动与变速装置的驱动装置设置在自行车的后轮时的结构示意图；

图8为本发明实施例提出的一种分体式驱动与变速装置的驱动装置的第二驱动机构的结构示意图。

附图标记

辅助驱动单元10、第一传动机构20、牙盘30、曲柄轴40，第一行星架21、第一行星轮22、第一太阳轮23、第一传动轮24、辅助驱动电机11、第一减速齿轮组12、主驱动单元50、第二传动机构60、轮毂70、飞轮80、第二行星架61、第二行星轮62、第二太阳轮63、第二传动轮64、主驱动电机51、第二减速齿轮组52、外壳71、端盖72以及轮毂轴73。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

参见图1-图8，本发明实施例提出一种分体式驱动与变速装置。由图可知，所述分体式驱动与变速装置包括变速装置，所述变速装置包括辅助驱动单元10、第一传动机构20、牙盘30以及曲柄轴40。

所述第一传动机构20包括第一行星架21、第一行星轮22、第一太阳轮23以及第一传动轮24；所述第一传动轮24为环状结构，所述第一传动轮24的内侧设有内齿圈，所述第一传动轮24的外侧与所述牙盘30固定连接；所述第一行星架21设于所述第一传动轮24的一侧，所述第一行星架21与所述曲柄轴40固定连接；所述第一行星轮22设于所述第一行星架21上，且分别与所述第一太阳轮23以及所述第一传动轮24的内齿圈啮合；所述辅助驱动单元10与所述第一太阳轮23连接。

通过应用本发明实施例的技术方案，辅助驱动单元10控制第一太阳轮23静止或恒速时，第一行星架21的转动速度和第一传动轮24的转动速度(即曲柄转速和牙盘30转速)将保持一定速比。

辅助驱动单元10控制第一太阳轮23变速转动时，第一行星架21的转动速度和第一传动轮24的转动速度之间的速比是变化的。此时，曲柄轴40转动输入速度和牙盘30输出速度的传递速比也相应发生变化，从而能产生不同变速效果，实现连续变速，且不会产生顿挫感。

在某些实施例，例如本实施例中，所述分体式驱动与变速装置还包括驱动装置，所述驱动装置包括主驱动单元50、第二传动机构60以及轮毂70；所述第二传动机构60包括第二行星架61、第二行星轮62、第二太阳轮63以及第二传动轮64；所述第二传动轮64为环状结构，所述第二传动轮64的内侧设有内齿圈，所述第二传动轮64的外侧与所述轮毂70固定连接；所述第二行星架61设于所述第二传动轮64的一侧；所述第二行星轮62设于所述第二行星架61上，且分别与所述第二太阳轮63以及所述第二传动轮64的内齿圈啮合；所述主驱动单元50与所述第二太阳轮63连接。

主驱动单元50驱动第二太阳轮63运转，动力依次经过第二行星轮62以及第二传动轮64，传动到轮毂70，助力轮毂70运转。

进一步地，所述驱动装置设于电助力自行车的前轮，所述驱动装置助力前轮运转。

进一步地，所述辅助驱动单元10包括辅助驱动电机11以及第一减速齿轮组12，所述辅助驱动电机11通过所述第一减速齿轮组12与所述第一太阳轮23连接。其中，辅助驱动电机11用于提供动力。第一减速齿轮组12用于适配速度，驱动第一太阳轮23转动。

进一步地，所述主驱动单元50包括主驱动电机51以及第二减速齿轮组52，所述主驱动电机51通过所述第二减速齿轮组52与所述第二太阳轮63连接。其中，主驱动电机51用于提供主驱动力或者回收动力。第二减速齿轮组52用于适配速度，输出电助力到第二太阳轮63，驱动第二太阳轮63转动。

进一步地，所述分体式驱动与变速装置还包括控制器，所述主驱动单元50以及所述辅助驱动单元10均与所述控制器连接且受控于所述控制器。

进一步地，所述分体式驱动与变速装置还包括电池，所述主驱动单元50以及所述辅助驱动单元10均与所述电池连接，且由电池供电。

进一步地，所述第一传动机构20包括多个第一行星轮22，多个第一行星轮22均匀设于所述第一太阳轮23与所述第一传动轮24之间的间隙内。所述第二传动机构60包括多个第二行星轮62，多个第二行星轮62均匀设于所述第二太阳轮63与所述第二传动轮64之间的间隙内。

进一步地，所述轮毂70包括外壳71、两端盖72以及两轮毂轴73；两所述端盖72分别盖合于所述外壳71的两端；两所述轮毂轴73分别设于两所述端盖72上；所述外壳71与两所述端盖72围出容纳空间；所述驱动装置设于所述容纳空间内。

或者在一实施例中，所述驱动装置设于电助力自行车的后轮，所述驱动装置助力后轮运转。

驱动装置设置在后轮时，飞轮80与右侧的端盖72固定连接，并通过轴承围绕轮毂轴73转动。

本发明提出的分体式驱动与变速装置的运行模式包括人力模式、电助力模式以及变速模式，其中变速模式可以和人力模式或电助力模式同时运行，具体说明如下：

【人力模式】主驱动单元不运行，第二传动机构不工作(即自由状态)，辅助驱动单元限制第一太阳轮转动。

1)驱动装置设于电助力自行车的后轮时：人力通过自行车脚踏带动曲柄轴转动，带动第一行星架转动。第一行星架通过第一行星轮带动第一传动轮转动，进而带动牙盘运转。牙盘和链条运转带动后轮的飞轮转动，飞轮带动轮毂转动。虽飞轮和第二传动机构的行星架固定连接，然而此时，设置在后轮的第二传动机构不工作，即无电动力输出。

2)驱动装置设于电助力自行车的前轮时：人力通过自行车脚踏带动曲柄轴转动，带动第一行星架转动。第一行星架通过第一行星轮带动第一传动轮转动，进而带动牙盘运转。牙盘和链条运转带动后轮的飞轮转动，飞轮带动轮毂转动。此时，设置在前轮的第二传动机构不工作，即无电动力输出。

【电助力模式】主驱动单元参与运行控制，第二传动机构处于工作状态；辅助驱动单元控制牙盘和曲柄轴转速稳定，即控制第一传动机构的第一太阳轮转速稳定。

1)后驱系统：当脚踏力和转速因人力或路况影响发生变化时，中部的辅助驱动单元控制第一传动机构的太阳轮稳定并监测到变化，同时内外传感系统迅速响应，通过控制器运算放大即时得出踏频、扭矩、自行车转速等实时数据，当满足设定条件(如扭矩、转速递增时)电助力即刻开始介入，由主驱动单元输出动力，即主电机工作输出的力矩通过主电机减速齿轮组到第二传动机构的第二太阳轮，再传动给第二传动轮，以助力后轮轮毂运转。

2)前驱系统：当人力通过自行车脚踏曲柄轴，同时联动第二传动机构的行星架转动，进而齿圈受力带动牙盘转动。当脚踏力和转速因人力或路况影响发生变化时，中部的辅助驱动单元控制第一传动机构的太阳轮稳定并监测到变化，同时内外传感系统迅速响应，通过控制器运算放大即时得出踏频、扭矩、自行车转速等实时数据，当满足设定条件(如扭矩、转速递增时)电助力即刻开始介入，由主驱动单元输出动力，即主电机工作输出的力矩通过主电机减速齿轮组到第二传动机构的第二太阳轮，再传动给第二传动轮，以助力前轮的轮毂运转。

【变速模式】辅助驱动单元为主控制，主驱动单元可以是工作状态，也可以是非工作状态。

当自行车运行时，辅助驱动单元控制第一太阳轮静止或恒速时，第一行星架的转动速度和第一传动轮的转动速度(即曲柄转速和牙盘转速)将保持一定速比。

辅助驱动单元控制第一太阳轮变速转动时，第一行星架的转动速度和第一传动轮的转动速度之间的速比是变化的。此时，曲柄轴转动输入速度和牙盘输出速度的传递速比也相应发生变化，从而能产生不同变速效果，实现连续变速，且不会产生顿挫感。而输入与输出的速比变化是由电控单元经辅助驱动单元来控制。

电能回收：当自行车滑行时，前轮和后轮的轮毂跟随转动，通过第二传动机构的第二传动轮带动第二太阳轮转动，控制器控制主驱动单元及时切换发电模式，存储电能到电池。

本发明实施例还提出一种电助力自行车，所述电助力自行车包括如以上实施例所述的分体式驱动与变速装置。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，尚且本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种分体式驱动与变速装置，其特征在于，包括变速装置，所述变速装置包括辅助驱动单元、第一传动机构、牙盘以及曲柄轴，所述第一传动机构包括第一行星架、第一行星轮、第一太阳轮以及第一传动轮；所述第一传动轮为环状结构，所述第一传动轮的内侧设有内齿圈，所述第一传动轮的外侧与所述牙盘固定连接；所述第一行星架设于所述第一传动轮的一侧，所述第一行星架与所述曲柄轴固定连接；所述第一行星轮设于所述第一行星架上，且分别与所述第一太阳轮以及所述第一传动轮的内齿圈啮合；所述辅助驱动单元与所述第一太阳轮连接。

2.根据权利要求1所述的分体式驱动与变速装置，其特征在于，所述分体式驱动与变速装置还包括驱动装置，所述驱动装置包括主驱动单元、第二传动机构以及轮毂；所述第二传动机构包括第二行星架、第二行星轮、第二太阳轮以及第二传动轮；所述第二传动轮为环状结构，所述第二传动轮的内侧设有内齿圈，所述第二传动轮的外侧与所述轮毂固定连接；所述第二行星架设于所述第二传动轮的一侧；所述第二行星轮设于所述第二行星架上，且分别与所述第二太阳轮以及所述第二传动轮的内齿圈啮合；所述主驱动单元与所述第二太阳轮连接。

3.根据权利要求2所述的分体式驱动与变速装置，其特征在于，所述驱动装置设于电助力自行车的前轮，或者所述驱动装置设于电助力自行车的后轮。

4.根据权利要求1所述的分体式驱动与变速装置，其特征在于，所述辅助驱动单元包括辅助驱动电机以及第一减速齿轮组，所述辅助驱动电机通过所述第一减速齿轮组与所述第一太阳轮连接。

5.根据权利要求2所述的分体式驱动与变速装置，其特征在于，所述主驱动单元包括主驱动电机以及第二减速齿轮组，所述主驱动电机通过所述第二减速齿轮组与所述第二太阳轮连接。

6.根据权利要求2所述的分体式驱动与变速装置，其特征在于，所述分体式驱动与变速装置还包括控制器，所述主驱动单元以及所述辅助驱动单元均与所述控制器连接且受控于所述控制器。

7.根据权利要求2所述的分体式驱动与变速装置，其特征在于，所述分体式驱动与变速装置还包括电池，所述主驱动单元以及所述辅助驱动单元均与所述电池连接。

8.根据权利要求2所述的分体式驱动与变速装置，其特征在于，所述第一传动机构包括多个第一行星轮，多个第一行星轮均匀设于所述第一太阳轮与所述第一传动轮之间的间隙内；所述第二传动机构包括多个第二行星轮，多个第二行星轮均匀设于所述第二太阳轮与所述第二传动轮之间的间隙内。

9.根据权利要求2所述的分体式驱动与变速装置，其特征在于，所述轮毂包括外壳、两端盖以及两轮毂轴；两所述端盖分别盖合于所述外壳的两端；两所述轮毂轴分别设于两所述端盖上；所述外壳与两所述端盖围出容纳空间；所述驱动装置设于所述容纳空间内。

10.一种电助力自行车，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的分体式驱动与变速装置。

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