CN116877692B - 一种集成电助力电控变速箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变速箱技术领域，尤其是指一种集成电助力电控变速箱，包括变速装置，变速装置包括箱体、主轴和副轴、主轴齿轮及副轴齿轮，主轴上滑动设置有与主轴齿轮啮合的棘轮或/和副轴上安装有与副轴齿轮啮合的棘轮；还包括电助力系统及电子变挡操纵系统。本发明使自行车在骑行时，骑行者都能够轻松骑行，其有效的节省了骑行者的体力，使骑行者获得很好的骑行体验；变速箱换挡时，其控制方便，变挡可靠，能够实现电子控制和精确定位，可以设定开机后自动复位和定位挡位，增强使用的便捷性和体验感；同时，弹性拨叉机构和棘轮具有让位作用，可以避免进挡时出现打齿或卡滞现象，脱挡时，避免硬拉棘轮造成棘齿受损，从而提高变速箱的使用寿命。

Description

一种集成电助力电控变速箱

技术领域

本发明涉及变速箱技术领域，尤其是指一种集成电助力电控变速箱。

背景技术

在可变挡自行车的变速箱中，通过调节变速操纵机构来控制变速箱不同齿轮副之间的传递变化，以实现变挡的功能。在现在大部分自行车用变速箱中，存在以下不足：

(1)骑行自行车时，通过骑行者的脚力提供全部的动力，在自行车负载较重或路面坡度较大等情况下，骑行者容易疲惫，不利于长时间的骑行和负载较大的重物；

(2)采用拉线控制变挡，需要将拉线绕设在变挡齿轮上，并需要设置拉线调节装置调节拉线的张力，以及需要设置拉线控制器控制拉线以实现变挡，在使用过程中，拉线因为变形等原因，可能出现松脱的现象，需要对拉线进行重新调节张紧。这对于专业爱好者具备一定的可操作性和使用乐趣。但，对一些初级使用者而言，对拉线进行重新张紧调节技术难度较高，较为不便；

(3)变速箱的变挡操纵机构的变挡拔叉采用刚性机构，在拨叉带动棘轮与齿轮啮合进挡时，容易产生棘轮与齿轮端面棘齿硬顶而出现打齿或卡滞等现象；在棘轮与齿轮脱挡时，容易生产硬拉棘轮造成棘齿受损等现象，影响变速箱的使用寿命。

因此，基于上述现有可变挡自行车的变速箱的不足，亟需提供一种解决方案，以克服上述技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种集成电助力电控变速箱。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种集成电助力电控变速箱，包括变速装置，所述变速装置包括箱体、并列安装于箱体的主轴和副轴，所述主轴上设置有至少一个主轴齿轮，所述副轴设置有与主轴齿轮啮合的副轴齿轮，所述主轴上滑动设置有与主轴齿轮啮合的棘轮或/和副轴上安装有与副轴齿轮啮合的棘轮；还包括电助力系统及电子变挡操纵系统；

所述电助力系统包括助力电机、电助力控制系统及传感器，所述助力电机和传感器均与电助力控制系统电连接，所述助力电机与主轴或副轴驱动连接；

所述电子变挡操纵系统包括弹性拨叉机构、用于驱动弹性拨叉机构移动的变挡鼓棒、用于驱动变挡鼓棒转动的变挡电机及用于控制变挡电机转动角位移的电子变挡控制系统；所述变挡鼓棒可转动的安装于箱体，所述弹性拨叉机构与所述所述棘轮驱动连接。

其中，所述传感器为踏频传感器、力矩传感器及速度传感器中的一种或多种；所述电子变挡控制系统还包括蓝牙模块。

其中，所述电助力系统还包括减速装置，减速装置包括减速安装轴，安装于减速安装轴的第一齿轮和输出齿轮，所述助力电机连接有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述输出齿轮与所述主轴齿轮或副轴齿轮啮合，所述第一齿轮内安装有单向轴承或棘爪。

其中，所述电子变挡操纵系统还包括变挡传动齿轮组，所述变挡传动齿轮组包括与变挡鼓棒驱动连接的变挡从动齿轮及与变挡电机驱动连接的变挡主动齿轮，所述变挡从动齿轮与变挡主动齿轮啮合。

其中，所述弹性拨叉机构包括拔叉座、与拔叉座可转动连接的拔叉臂及用于驱动拔叉臂复位的弹性件，当拔叉臂相对拔叉座摆动时，所述弹性件驱动所述拔叉臂复位；

所述变挡鼓棒的圆周面上设置有变挡导槽，所述拔叉座的上端设置有拔叉凸柱，所述拔叉凸柱活动设置于变挡导槽内；所述拔叉臂的下端与棘轮活动连接。

其中，所述拔叉臂设置有下叉部，所述下叉部两端的内侧设置有拔桩，所述拔桩活动设置于与所述棘轮周面上的拔叉槽内。

其中，所述拔叉座的上部并列设置有两个滑动导向孔，所述拔叉座采用所述滑动导向孔套设于两条导向杆，所述两条导向杆安装于箱体。

优选的，所述拔叉座的下部设置有安装槽，所述拔叉臂设置有叉臂连接部，所述叉臂连接部采用叉臂转轴安装于安装槽；

所述弹性件为扭簧，扭簧的簧身安装于叉臂转轴，扭簧的输出端头夹持住叉臂连接部和拔叉座。

其中，所述叉臂连接部设置有容置槽，所述叉臂转轴贯穿所述容置槽，所述扭簧的簧身安装于容置槽，所述输出端头伸出容置槽后夹持拔叉座。

另一优选的，所述弹性件为弹片，所述弹片安装于拔叉座或拔叉臂，弹片夹持住拔叉臂或拔叉座。

本发明的有益效果：

(1)本发明将本集成电助力电控变速箱应用自行车中，骑行者骑行时，采用传感器检测到骑行者施加在踏板上的力矩等骑行信息，所述电助力控制系统根据当前骑行信息调节所述助力电机的功率输出，进而驱动主轴或副轴转动，从而给骑行者提供骑行助力，使得自行车无论负载大小，无论在平地还是在倾斜路面上，骑行者都能够轻松骑行，其有效的节省了骑行者的体力，使骑行者获得很好的骑行体验。

(2)本发明采用电子变挡控制系统控制变挡电机的转动角位移，需要换挡时，通过电子变挡控制系统精准控制变挡电机的转动角位移，变挡电机驱动变挡鼓棒相应的转动，变挡鼓棒驱动弹性拨叉机构移动，从而使棘轮与主轴齿轮或副轴齿轮进行啮合，以实现变挡；其控制方便，变挡可靠，相对于现有的采用拉线控制变挡，其不仅结构简单，能够实现电子控制和精确定位，可以设定开机后自动复位和定位挡位，增强使用的便捷性和体验感。

(3)本发明所述电子变挡操纵系统采用变挡鼓棒驱动弹性拨叉机构移动，进而带动棘轮与主轴齿轮或副轴齿轮进行啮合进挡。所述弹性拨叉机构具备一定的弹性，使得弹性拨叉机构和棘轮具有让位作用，弹性拨叉机构驱动棘轮进挡与主轴齿轮或副轴齿轮啮合时有卸力作用，从而可以避免棘轮与主轴齿轮或副轴齿轮端面棘齿硬顶而出现打齿或卡滞；棘轮与主轴齿轮或副轴齿轮脱挡时，可以避免硬拉棘轮造成棘齿受损，从而提高变速箱的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明另一视角的立体结构示意图。

图3为本发明所述的电子变挡操纵系统的立体结构示意图。

图4为本发明所述的弹性拨叉机构的立体结构示意图。

图5为本发明所述的弹性拨叉机构的分解结构示意图。

图6为本发明所述的弹性拨叉机构安装棘轮后的立体结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

参考图1至图6所示，本发明提供一种集成电助力电控变速箱，包括变速装置，所述变速装置包括箱体、并列安装于箱体的主轴05和副轴06，所述主轴05上设置有至少一个主轴齿轮07，所述副轴06设置有与主轴齿轮07啮合的副轴齿轮08，所述主轴05上滑动设置有与主轴齿轮07啮合的棘轮01或/和副轴06上安装有与副轴齿轮08啮合的棘轮01；还包括电助力系统及电子变挡操纵系统；

所述电助力系统包括助力电机100、电助力控制系统及传感器，所述助力电机100和传感器均与电助力控制系统电连接，所述助力电机100与主轴05或副轴06驱动连接；

所述电子变挡操纵系统包括弹性拨叉机构5、用于驱动弹性拨叉机构5移动的变挡鼓棒6、用于驱动变挡鼓棒6转动的变挡电机7及用于控制变挡电机7转动角位移的电子变挡控制系统10；所述变挡鼓棒6可转动的安装于箱体，所述弹性拨叉机构5与所述所述棘轮01驱动连接。

具体的，所述电助力控制系统可采用控制电路板、电机控制器、PLC变挡控制系统或单片机等来实现；所述电子变挡控制系统10可以采用控制电路板、电机驱动器、PLC变挡控制系统或单片机等来实现；所述传感器为踏频传感器、力矩传感器及速度传感器中的一种或多种；其均可以采用现有技术来实现，故不赘述。

实际应用时，本发明将本集成电助力电控变速箱应用在自行车中，骑行者骑行时，采用传感器检测到骑行者施加在踏板上的力矩等骑行信息，所述电助力控制系统根据当前骑行信息调节所述助力电机100的功率输出，进而驱动主轴05或副轴06转动，从而给骑行者提供骑行助力，使得自行车无论负载大小，无论在平地还是在倾斜路面上，骑行者都能够轻松骑行，其有效的节省了骑行者的体力，使骑行者获得很好的骑行体验。

本发明采用电子变挡控制系统10控制变挡电机7的转动角位移，只需要设定变挡电机7对应变速箱各个挡位的转动角位移即可实现精准控制。需要换挡时，通过电子变挡控制系统10精准控制变挡电机7的转动角位移，变挡电机7驱动变挡鼓棒6相应的转动，变挡鼓棒6驱动弹性拨叉机构5移动，从而使棘轮01与主轴齿轮07或副轴齿轮08进行啮合，以实现变挡；其控制方便，变挡可靠，相对于现有的采用拉线控制变挡，其不仅结构简单，能够实现电子控制和精确定位，可以设定开机后自动复位和定位挡位，增强使用的便捷性和体验感。

本发明所述电子变挡操纵系统采用变挡鼓棒6驱动弹性拨叉机构5移动，进而带动棘轮01与主轴齿轮07或副轴齿轮08进行啮合进挡。所述弹性拨叉机构5具备一定的弹性，使得弹性拨叉机构5和棘轮01具有让位作用，弹性拨叉机构5驱动棘轮01进挡与主轴齿轮07或副轴齿轮08啮合时有卸力作用，从而可以避免棘轮01与主轴齿轮07或副轴齿轮08端面棘齿硬顶而出现打齿或卡滞；棘轮01与主轴齿轮07或副轴齿轮08脱挡时，可以避免硬拉棘轮01造成棘齿受损，从而提高变速箱的使用寿命。

本实施例中，电子变挡控制系统10还包括蓝牙模块。可以在电子变挡控制系统中设置蓝牙模块，从而通过蓝牙信号连接以控制变挡电机7；使用时，可设置蓝牙指拨，蓝牙指拨电子向变挡控制系统10发出蓝牙脉冲信号，以控制变挡电机7的转动角位移。

本实施例中，所述电助力系统还包括减速装置，所述减速装置可以采用多级减速装置、行星减速装置等等，所述助力电机100经过所述减速装置与所述主轴05或副轴06驱动连接。

本实施例中，优选的，减速装置包括减速安装轴101，安装于减速安装轴101的第一齿轮102和输出齿轮103，所述助力电机100连接有第二齿轮104，所述第一齿轮102与第二齿轮104啮合，所述输出齿轮103与所述主轴齿轮07或副轴齿轮08啮合，所述第一齿轮102内安装有单向轴承或棘爪105。优选的，所述输出齿轮103其中一个副轴齿轮08啮合。助力电机100带动第二齿轮104转动，第二齿轮104驱动第一齿轮102、减速安装轴101和输出齿轮103转动，输出齿轮103驱动副轴齿轮08和副轴06转动，从而为骑行提供助力。在所述第一齿轮102内安装有单向轴承或棘爪105，在所述助力电机100不工作时，第一齿轮102不转动，减速安装轴101空转，使得骑行者踩踏时不会因电机磁阻感到吃力，即使助力电机100断电时，骑行者保持正常骑行。

本实施例中，根据实际使用的需求，可以给所述变挡电机7和助力电机100设置共用一个电池作为电源，也可以给所述变挡电机7和助力电机100分别单独配置电池作为电源。

本实施例中，所述电子变挡操纵系统还包括变挡传动齿轮组9，所述变挡传动齿轮组9包括与变挡鼓棒6驱动连接的变挡从动齿轮91及与变挡电机7驱动连接的变挡主动齿轮92，所述变挡从动齿轮91与变挡主动齿轮92啮合。具体的，所述变挡主动齿轮92和变挡从动齿轮91均采用锥齿轮，其变挡电机7纵向布置与箱体内，其结构紧凑，传动可靠。

本实施例中，所述弹性拨叉机构5包括拔叉座1、与拔叉座1可转动连接的拔叉臂3及用于驱动拔叉臂3复位的弹性件2，当拔叉臂3相对拔叉座1摆动时，所述弹性件2驱动所述拔叉臂3复位；所述变挡鼓棒6的圆周面上设置有变挡导槽61，所述拔叉座1的上端设置有拔叉凸柱13，所述拔叉凸柱13活动设置于变挡导槽61内；所述拔叉臂3的下端与棘轮01活动连接。具体的，所述弹性拨叉机构5和变挡鼓棒6上的变挡导槽61可以根据需要设置一个或多个。

实际应用时，变挡电机7驱动变挡鼓棒6转动，以使变挡导槽61驱动拔叉凸柱13带动弹性拨叉机构5移动。在弹性拨叉机构5移动过程中，当棘轮01的棘齿与主轴齿轮07或副轴齿轮08的棘齿相碰时，拔叉臂3相对拔叉座1摆动，弹性件2又始终驱动所述拔叉臂3带动棘轮01复位，弹性件2的形变使本弹性拨叉机构5有让位作用，避免了进挡时打齿、卡滞；从而使棘轮01与主轴齿轮07或副轴齿轮08进行啮合，以实现变挡。

本发明采用拔叉臂3和拔叉座1可转动连接，拔叉臂3摆动时摩擦小，使得棘轮01与主轴齿轮07或副轴齿轮08进挡和脱挡更加灵活；当拔叉臂3相对拔叉座1摆动较小角度就可以获得棘轮01较大的位移，相对现有刚性拔叉和部分弹性拔叉采用的拔叉整体位移，不仅磨损小、使用寿命长，还使得弹性件2弹性变形小，避免弹性件2提前失效，有效的延长了弹性件2、弹性拨叉机构5和集成电助力电控变速箱的使用寿命。

本实施例中，所述拔叉臂3设置有下叉部32，所述下叉部32两端的内侧设置有拔桩321，所述拔桩321活动设置于与所述棘轮01周面上的拔叉槽011内。

本实施例中，所述拔叉座1的上部并列设置有两个滑动导向孔11，所述拔叉座1采用所述滑动导向孔11套设于两条导向杆03，所述两条导向杆03安装于箱体。工作时，拔叉座1带动整个弹性拨叉机构和棘轮01在导向杆03移动，以实现棘轮01与主轴齿轮07或副轴齿轮08的进挡和脱挡。具体的，所述滑动导向孔11并列设置有两个，设置有两个滑动导向孔11，使拔叉座1安装于两条导向杆03上，采用这种双导向杆设计，有效地避免了拔叉座1和整个弹性拨叉机构发生晃动和翻转，使得本集成电助力电控变速箱结构稳定，传动可靠。

本实施例中，优选的，所述拔叉座1的下部设置有安装槽12，所述拔叉臂3设置有叉臂连接部31，所述叉臂连接部31采用叉臂转轴4安装于安装槽12；所述弹性件2为扭簧，扭簧的簧身21安装于叉臂转轴4，扭簧的输出端头22夹持住叉臂连接部31和拔叉座1。具体的，所述叉臂连接部31安装于叉臂转轴4，叉臂转轴4的两端安装于安装槽12两侧的槽壁，所述叉臂连接部31容置于安装槽12内，该结构紧凑，拔叉臂3转动时稳定性好。

本实施例中，所述叉臂连接部31设置有容置槽311，所述叉臂转轴4贯穿所述容置槽311，所述扭簧的簧身21安装于容置槽311，所述输出端头22伸出容置槽311后夹持拔叉座1。将扭簧的簧身21安装于容置槽311内，从而对扭簧进行安装和定位，不仅结构稳定，安装可靠，还进一步的使得本拔叉机构5更加紧凑。

本实施例中，另一优选的，所述弹性件2为弹片，所述弹片安装于拔叉座1或拔叉臂3，弹片夹持住拔叉臂3或拔叉座1，采用在拔叉座1或拔叉臂3的一侧或两侧安装弹片，弹片夹持住拔叉臂3或拔叉座1，当拔叉臂3相对拔叉座1摆动时，弹片始终驱动拔叉臂3复位。弹性件2的形变使本弹性拨叉5有让位作用，避免了进挡时打齿、卡滞。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种集成电助力电控变速箱，包括变速装置，所述变速装置包括箱体、并列安装于箱体的主轴（05）和副轴（06），所述主轴（05）上设置有至少一个主轴齿轮（07），所述副轴（06）设置有与主轴齿轮（07）啮合的副轴齿轮（08），所述主轴（05）上滑动设置有与主轴齿轮（07）啮合的棘轮（01）或/和副轴（06）上安装有与副轴齿轮（08）啮合的棘轮（01）；其特征在于：还包括电助力系统及电子变挡操纵系统；

所述电助力系统包括助力电机（100）、电助力控制系统及传感器，所述助力电机（100）和传感器均与电助力控制系统电连接，所述助力电机（100）与主轴（05）或副轴（06）驱动连接；

所述电子变挡操纵系统包括弹性拨叉机构（5）、用于驱动弹性拨叉机构（5）移动的变挡鼓棒（6）、用于驱动变挡鼓棒（6）转动的变挡电机（7）及用于控制变挡电机（7）转动角位移的电子变挡控制系统（10）；所述变挡鼓棒（6）可转动的安装于箱体，所述弹性拨叉机构（5）与所述棘轮（01）驱动连接；

所述传感器为踏频传感器、力矩传感器及速度传感器中的一种或多种；

所述电助力系统还包括减速装置，减速装置包括减速安装轴（101），安装于减速安装轴（101）的第一齿轮（102）和输出齿轮（103），所述助力电机（100）连接有第二齿轮（104），所述第一齿轮（102）与第二齿轮（104）啮合，所述输出齿轮（103）与所述主轴齿轮（07）或副轴齿轮（08）啮合，所述第一齿轮（102）内安装有单向轴承或棘爪（105）；

所述电子变挡操纵系统还包括变挡传动齿轮组（9），所述变挡传动齿轮组（9）包括与变挡鼓棒（6）驱动连接的变挡从动齿轮（91）及与变挡电机（7）驱动连接的变挡主动齿轮（92），所述变挡从动齿轮（91）与变挡主动齿轮（92）啮合；

所述弹性拨叉机构（5）包括拔叉座（1）、与拔叉座（1）可转动连接的拔叉臂（3）及用于驱动拔叉臂（3）复位的弹性件（2），当拔叉臂（3）相对拔叉座（1）摆动时，所述弹性件（2）驱动所述拔叉臂（3）复位；

所述变挡鼓棒（6）的圆周面上设置有变挡导槽（61），所述拔叉座（1）的上端设置有拔叉凸柱（13），所述拔叉凸柱（13）活动设置于变挡导槽（61）内；所述拔叉臂（3）的下端与棘轮（01）活动连接。

2.根据权利要求1所述一种集成电助力电控变速箱，其特征在于：所述电子变挡控制系统（10）还包括蓝牙模块。

3.根据权利要求1所述一种集成电助力电控变速箱，其特征在于：所述拔叉臂（3）设置有下叉部（32），所述下叉部（32）两端的内侧设置有拔桩（321），所述拔桩（321）活动设置于与所述棘轮（01）周面上的拔叉槽（011）内。

4.根据权利要求1所述一种集成电助力电控变速箱，其特征在于：所述拔叉座（1）的上部并列设置有两个滑动导向孔（11），所述拔叉座（1）采用所述滑动导向孔（11）套设于两条导向杆（03），所述两条导向杆（03）安装于箱体。

5.根据权利要求1所述一种集成电助力电控变速箱，其特征在于：所述拔叉座（1）的下部设置有安装槽（12），所述拔叉臂（3）设置有叉臂连接部（31），所述叉臂连接部（31）采用叉臂转轴（4）安装于安装槽（12）；

所述弹性件（2）为扭簧，扭簧的簧身（21）安装于叉臂转轴（4），扭簧的输出端头（22）夹持住叉臂连接部（31）和拔叉座（1）。

6.根据权利要求5所述一种集成电助力电控变速箱，其特征在于：所述叉臂连接部（31）设置有容置槽（311），所述叉臂转轴（4）贯穿所述容置槽（311），所述扭簧的簧身（21）安装于容置槽（311），所述输出端头（22）伸出容置槽（311）后夹持拔叉座（1）。

7.根据权利要求1所述的一种集成电助力电控变速箱，其特征在于：所述弹性件（2）为弹片，所述弹片安装于拔叉座（1）或拔叉臂（3），弹片夹持住拔叉臂（3）或拔叉座（1）。