CN115158527B - 一种电助力自行车自动变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电助力自行车自动变速器，包括电助力系统和变速机构，所述电助力系统包括驱动部，所述变速机构设置于自行车后轮上，所述变速机构包括变速器壳体和链轮，所述变速器壳体与后轮通过辐条传动连接，所述链轮设置于变速器壳体的外侧，且与驱动部的输出端传动连接，所述链轮朝向变速器壳体内部的一侧固定有链轮轴，所述变速器壳体内靠近链轮的一侧设置有低速挡行星组件，所述变速器壳体内远离链轮的一侧设置有高速挡行星组件，所述低速挡行星组件与高速挡行星组件之间设置有换档机构和离心离合器，车速低时变速器在低档位，可实现助力功能，车速高时变速器进入高档位，实现省力骑行，节省电能消耗，增加续航里程。

Description

一种电助力自行车自动变速器
技术领域
本发明涉及变速器技术领域，具体为一种电助力自行车自动变速器。
背景技术
近年随着节能减排的发展，电助力自行车在国内外市场发展迅速。“自行车的电动助力化”在欧洲及日本已经是大势所趋，电动助力自行车可以在不改变传统骑行方式的基础上让骑行变得更为轻松，解决了骑自行车费力的麻烦，又保留了骑自行车的乐趣。它无法像电动自行车那样纯电动行驶，而是需要“人力+电力”的混合动力驱动，因此骑这种车的方式与骑自行车没什么区别。电助力自行车有电机前置，中置以及后置等布置方式。中置电机乃目前市面主流产品中的最优解决方案，欧美畅销中高端车型中，大部分都是以中置电机设计的。
作为中置电机式电助力自行车系统中的核心零件，放置在后轮的自行车变速器对系统结构设计，成本，行驶体验影响非常大。在初代电助力自行车中，直接采用了简单的单挡位变速器，造成了整个电助力系统效率低，重量大，成本高；在一些多挡位车型中直接采用了原运动自行车所用的线控多挡位机械式变速器，此变速器多为进口产品，如禧玛诺，速联等公司的产品。此类产品价格昂贵，且因其为机械式换挡，在行驶过程中需要人为介入进行换挡动作。动作过程繁琐不说，电助力系统因人为介入过多而无法得到优化，整个系统的续航里程，行驶体验都收到很大影响。
发明内容
本发明设计了一款可根据车速实现自动换挡的机械式自动变速器，此变速器和电助力系统可完美结合，实现了系统性能和成本的平衡。
本发明的目的在于提供一种电助力自行车自动变速器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种电助力自行车自动变速器，包括电助力系统和变速机构，所述电助力系统包括驱动部，所述变速机构设置于自行车后轮上，所述变速机构包括变速器壳体和链轮，所述变速器壳体与后轮通过辐条传动连接，所述链轮设置于变速器壳体的外侧，且与驱动部的输出端传动连接，所述链轮朝向变速器壳体内部的一侧固定有链轮轴，所述变速器壳体内靠近链轮的一侧设置有低速挡行星组件，所述变速器壳体内远离链轮的一侧设置有高速挡行星组件，所述低速挡行星组件与高速挡行星组件之间设置有换挡机构和离心离合器，所述换挡机构通过花键与链轮轴相套接，所述离心离合器用于协助换挡机构进行自行车的自动换挡工序。
本发明进一步说明，所述链轮轴贯穿于变速器壳体的侧壁，且与变速器壳体间轴承连接。
本发明进一步说明，所述电助力系统还包括供电源、处理器和转速传感器，所述供电源对处理器、驱动部进行供电处理，同时进行反复充电使用，所述处理器的内部设置有换挡模块与信号接收模块，所述转速传感器用于进行脚踏转速检测，并将相关数据转换成电信号传输至处理器。
本发明进一步说明，所述低速挡行星组件包括第一齿圈、若干第一行星轮、第一行星架和第一太阳轮，所述第一行星架和第一太阳轮的中部均与链轮轴相贯穿。
本发明进一步说明，所述高速挡行星组件包括第二齿圈、若干第二行星轮、第二太阳轮和第二行星架。
本发明进一步说明，所述第一行星架和第二行星架均为三角状，且与第一行星架、第二行星架与变速器壳体间固定连接。
本发明进一步说明，所述离心离合器上设置有推杆，所述推杆与离心离合器的内部通过销连接，所述离心离合器的中部穿插有L型连接销，所述L型连接销的另一端与变速器壳体的内壁固定。
本发明进一步说明，所述换挡机构为一体式结构，且两侧为圆环状，中间为楔形柱状，所述换挡机构的内部中空并通过花键与链轮轴连接，所述换挡机构的中部设置有斜槽面。
本发明进一步说明，所述一种电助力自行车自动变速器的运行方法，包括如下步骤：
S1：预先通过处理器端的换挡模块中预设换挡车速值，转速传感器对车速进行实时监测，信号接收模块对监测数据进行实时接收，并将之与预设值对比；
S2：初始阶段时，驱动部的输出端动力从链轮输入，换挡机构和第一太阳轮相结合，带动第一行星架的进行转动，因此变速器壳体跟随第一行星架的转速发生转动，此为低速挡转速；
S3：随着车速的上升，与车轮同速的离心离合器开始作径向摆动，离心离合器带动推杆往径向压动，离心离合器一端与变速器壳体相抵压，通过斜槽面的设置以及推杆在径向上的推动作用，换挡机构向右方移动，使得换挡机构与第一太阳轮脱开，并与第二太阳轮结合，实现升挡动作；
S4：当车速降低时，推杆被离心离合器带动在径向做拉动，将换挡机构推回到初始阶段所在位置，实现了降挡动作。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，采用电助力系统和变速机构的结合，利用两个行星组件分别实现两个挡位，即高速挡，低速挡；其中两个行星组件都是以太阳轮作为输入，行星架作为输出并连接到变速器壳体实现驱动车轮。
采用离心离合器、换挡机构，挡位的切换通过离心离合器驱动换挡机构实现挡位自动切换；由车速决定换挡点，在电助力系统中可根据此参数进行优化工作，降低电机，电池的尺寸和成本；并提高骑车人的行驶感受，车速低时变速器在低挡位，可实现助力功能，车速高时变速器进入高挡位，实现省力骑行，节省电能消耗，增加续航里程。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体立体示意图；
图2是本发明图1的左视示意图；
图3是本发明图1的右视示意图；
图4是本发明图1的整体爆炸示意图；
图5是本发明图4的中部结构示意图；
图6是本发明的图5的整体示意图；
图7是本发明的换挡结构和离心离合器整体示意图；
图8是本发明的换挡结构侧面结构示意图；
图9是本发明的换挡工序原理示意图；
图中：1、链轮；2、第一太阳轮；3、第一行星架；4、第一轴承；5、第一齿圈：7、换挡机构；8、第二轴承；9、第二齿圈；10、第二行星架；11、第二太阳轮；12、推杆；13、链轮轴；14、变速器壳体；15、斜槽面；151、第一凹面；152、斜面；153、第二凹面；16、第一行星轮；17、第二行星轮；18、L型连接销。
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。显然，所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做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。
请参阅图1-9，本发明提供技术方案：一种电助力自行车自动变速器，包括电助力系统和变速机构，电助力系统包括供电源、处理器、驱动部以及转速传感器，其中，供电源可为蓄电池，以进行反复充电使用，转速传感器安装于脚踏输入端，进行脚踏转速检测，并将脚踏处的转速数据转换成电信号传输至处理器中，处理器内设置有换挡模块与信号接收模块，驱动部可为电机，安装于自行车中部，驱动部与供电源电连接。
变速机构设置于自行车后轮上，用于进行自行车的自动换挡工序，变速机构包括变速器壳体14，变速器壳体14与后轮通过辐条传动连接，变速器壳体14的外表面一侧设置有链轮1，链轮1的一侧固定连接有链轮轴13，链轮轴13贯穿变速器壳体14侧壁，且与侧壁间轴承连接，驱动部的输出端与链轮1传动连接。
变速器壳体14内部靠近链轮1的一侧设置有低速挡行星组件，且远离链轮1的一侧设置有高速挡行星组件，低速挡行星组件与高速挡行星组件间设置有换挡机构7和离心离合器6，初始阶段，驱动部的输出端动力从链轮1输入，链轮轴13通过花键和换挡机构7套接，且换挡机构7能够在链轮轴13上左右滑动。
低速挡行星组件包括第一齿圈5，第一齿圈5外壁与变速器壳体14内部安装有第一轴承4，第一齿圈5的内壁啮合连接有若干第一行星轮16，第一齿圈5与第一轴承4内圈过盈配合，第一齿圈5朝向链轮1的一侧设置有第一行星架3，且第一行星架3为等边三角状，若干第一行星轮16的中部分别与第一行星架3的三个锐角处相铰接，第一行星架3的中部与链轮轴13相贯穿，且第一行星架3和变速器壳体14连接在一起，第一齿圈5的内部设置有第一太阳轮2，第一太阳轮2与第一行星轮16啮合连接，且初始阶段，换挡机构7与第一太阳轮2相结合，其中，结合方式可为同步器方式或是齿轮啮合方式；
高速挡行星组件包括第二齿圈9，第二齿圈9外壁与变速器壳体14内部安装有第二轴承8，第二齿圈9的内壁啮合连接有若干第二行星轮17，第二齿圈9与第二轴承8的内圈也过盈配合，第二齿圈9远离链轮1的一侧设置有第二行星架10，第二行星架10也为等边三角状，若干第二行星轮17的中部分别与第二行星架10的三个锐角处相铰接，第二行星架10也与变速器壳体14连接在一起，第二齿圈9的内部设置有第二太阳轮11，第二太阳轮11与若干第二行星轮17啮合连接；
通过设置低速挡行星组件和高速挡行星组件，两个行星组件均以太阳轮作出输入，行星架作为输出，并通过行星架与变速器壳体14的连接，实现驱动车轮，且齿圈相对固定，由此实现自行车骑行时的挡位变化。
如图7-8，离心离合器6上设置有推杆12，推杆12与离心离合器6的内部通过销连接，离心离合器6的中部穿插有L型连接销，L型连接销的另一端与变速器壳体14的内壁固定，因此离心离合器6与车轮同速，换挡机构7为一体式结构，两侧为圆环状，中间为楔形柱状，且内部中空并通过花键与链轮轴13连接，换挡机构7的中部设置有斜槽面15，斜槽面15由第一凹面151、斜面152、第二凹面153组成，推杆12的底部与斜面152相接触。
一种电助力自行车自动变速器的运行步骤具体如下：
S1：预先通过处理器端的换挡模块中预设换挡车速值，该预设值记为R0，转速传感器对车速进行实时监测，记为实际车速值R，信号接收模块对监测数据进行实时接收，并将之与预设值对比，当R≥R0时，自行车的挡位将进行变化，其中，关于预设值的设定可根据实际需求进行修改，由此改变自行车的换挡点；
S2：初始阶段时，即R<R0时，驱动部的输出端动力从链轮1输入，链轮1带动链轮轴13，链轮轴13和换挡机构7套接在一起，同时换挡机构7和第一太阳轮2相结合，当链轮轴13带动换挡机构7转动时，换挡机构7带动第一太阳轮2转动，第一太阳轮2通过与第一行星轮16齿轮啮合作用，第一行星轮16在第一齿圈5的内部发生转动，同时带动第一行星架3的进行转动，由于设定第一行星架3与变速器壳体14间固定连接，因此变速器壳体14跟随第一行星架3的转速发生转动，此为低速挡转速；
S3：当R≥R0时，随着车速的上升，与车轮同速的离心离合器6开始作径向摆动，在离心离合器6发生摆动时，离心离合器6带动推杆12往径向压动，离心离合器6一端与变速器壳体14相抵压，通过斜槽面15的设置以及推杆12在径向上的推动作用，换挡机构7向右方移动，使得换挡机构7与第一太阳轮2脱开，并与第二太阳轮11结合，实现升挡动作；
S4：当车速降低时，推杆12被离心离合器6带动在径向做拉动，将换挡机构7推回到初始阶段所在位置，实现了降挡动作。
本实施例中，通过变速机构和电助力系统的结合，高、低挡位的切换通过离心离合器6驱动换挡机构7实现挡位切换，以上升挡，降挡过程根据车速自动调节，无需外力干预，降低了行驶者的操作难度，因其换挡点由车速决定，在电助力系统中可根据此参数进行优化工作，降低电机、电池的尺寸和成本，并提高骑车人的行驶感受。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电助力自行车自动变速器，包括电助力系统和变速机构，所述电助力系统包括驱动部，所述变速机构设置于自行车后轮上，所述变速机构用于进行自行车的自动换挡工序，其特征在于：所述变速机构包括：
变速器壳体(14)，所述变速器壳体(14)与后轮通过辐条传动连接；
链轮(1)，所述链轮(1)设置于变速器壳体(14)的外侧，且与驱动部的输出端传动连接，所述链轮(1)朝向变速器壳体(14)内部的一侧固定有链轮轴(13)；
低速挡行星组件，所述低速挡行星组件设置于变速器壳体(14)内靠近链轮(1)的一侧，所述低速挡行星组件用于自行车的低速挡运行；
高速挡行星组件，所述高速挡行星组件设置于变速器壳体(14)内远离链轮(1)的一侧，所述高速挡行星组件用于自行车的高速挡运行；
换挡机构(7)，所述换挡机构(7)设置于低速挡行星组件与高速挡行星组件之间，且换挡机构(7)通过花键与链轮轴(13)相套接；
离心离合器(6)，所述离心离合器(6)用于协助换挡机构(7)进行自行车的自动换挡工序，所述离心离合器(6)上设置有推杆(12)，所述推杆(12)与离心离合器(6)的内部通过销连接，所述离心离合器(6)的中部穿插有L型连接销，所述L型连接销的另一端与变速器壳体(14)的内壁固定。
2.根据权利要求1所述的一种电助力自行车自动变速器，其特征在于：所述链轮轴(13)贯穿于变速器壳体(14)的侧壁，且与变速器壳体(14)间轴承连接。
3.根据权利要求1所述的一种电助力自行车自动变速器，其特征在于：所述电助力系统还包括：
供电源，所述供电源对处理器、驱动部进行供电处理，同时进行反复充电使用；
处理器，所述处理器的内部设置有换挡模块与信号接收模块；
转速传感器，所述转速传感器用于进行脚踏转速检测，并将相关数据转换成电信号传输至处理器。
4.根据权利要求3所述的一种电助力自行车自动变速器，其特征在于：所述低速挡行星组件包括第一齿圈(5)、若干第一行星轮(16)、第一行星架(3)和第一太阳轮(2)，所述第一行星架(3)和第一太阳轮(2)的中部均与链轮轴(13)相贯穿；
所述第一齿圈(5)的内壁与若干第一行星轮(16)间啮合连接，所述若干第一行星轮(16)与第一太阳轮(2)间啮合连接，所述第一行星架(3)与若干第一行星轮(16)的中部相铰接，所述第一齿圈(5)的外壁与变速器壳体(14)间设置有第一轴承(4)，且所述第一齿圈(5)与第一轴承(4)内圈过盈配合。
5.根据权利要求4所述的一种电助力自行车自动变速器，其特征在于：所述高速挡行星组件包括第二齿圈(9)、若干第二行星轮(17)、第二太阳轮(11)和第二行星架(10)；
所述第二齿圈(9)的内壁与若干第二行星轮(17)间啮合连接，所述若干第二行星轮(17)与第二太阳轮(11)间啮合连接，所述第二行星架(10)与若干第二行星轮(17)的中部相铰接，所述第二齿圈(9)的外壁与变速器壳体(14)间设置有第二轴承(8)，且所述第二齿圈(9)与第二轴承(8)内圈过盈配合。
6.根据权利要求5所述的一种电助力自行车自动变速器，其特征在于：所述第一行星架(3)和第二行星架(10)均为三角状，且均与第一行星架(3)、第二行星架(10)与变速器壳体(14)间固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种电助力自行车自动变速器，其特征在于：所述换挡机构(7)为一体式结构，且两侧为圆环状，中间为楔形柱状，所述换挡机构(7)的内部中空并通过花键与链轮轴(13)连接；
所述换挡机构(7)的中部设置有斜槽面(15)，所述斜槽面(15)由第一凹面(151)、斜面(152)、第二凹面(153)组成，所述推杆(12)的底部与斜面(152)相接触。
8.根据权利要求7所述的一种电助力自行车自动变速器的运行方法，包括如下步骤：
S1：预先通过处理器端的换挡模块中预设换挡车速值，转速传感器对车速进行实时监测，信号接收模块对监测数据进行实时接收，并将之与预设值对比；
S2：初始阶段时，驱动部的输出端动力从链轮(1)输入，换挡机构(7)和第一太阳轮(2)相结合，带动第一行星架(3)的进行转动，因此变速器壳体(14)跟随第一行星架(3)的转速发生转动，此为低速挡转速；
S3：随着车速的上升，与车轮同速的离心离合器(6)开始作径向摆动，离心离合器(6)带动推杆(12)往径向压动，离心离合器(6)一端与变速器壳体(14)相抵压，通过斜槽面(15)的设置以及推杆(12)在径向上的推动作用，换挡机构(7)向右方移动，使得换挡机构(7)与第一太阳轮(2)脱开，并与第二太阳轮(11)结合，实现升挡动作；
S4：当车速降低时，推杆(12)被离心离合器(6)带动在径向做拉动，将换挡机构(7)推回到初始阶段所在位置，实现了降挡动作。
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