CN117052887A - 一种电控变速的电助力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变速箱技术领域，尤其是指一种电控变速的电助力系统，包括变速装置，变速装置包括箱体、主轴和副轴、主轴齿轮、副轴齿轮及棘轮；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；变速装置换挡时，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，弹性鼓棒机构具备弹性，使得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，从而提高本电控变速的电助力系统的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及变速箱技术领域，尤其是指一种电控变速的电助力系统。
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，提供一种电控变速的电助力系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种电控变速的电助力系统，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与棘轮驱动连接的拨叉机构、用于驱动拨叉机构带动棘轮与主轴齿轮或副轴齿轮啮合的弹性鼓棒机构、用于驱动弹性鼓棒机构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。
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弹性鼓棒机构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，所述弹性鼓棒机构包括鼓棒轴、活动套设于鼓棒轴的鼓棒套及用于鼓棒套让位移动后对鼓棒套进行复位的让位复位弹性件，所述鼓棒套设置有鼓棒变挡凸台；
所述拨叉机构包括拨叉安装架、可转动地安装于拨叉安装架的拨叉件及用于驱动拨叉件复位的拨叉复位弹性件，所述拨叉件的上端设置有拔叉变挡凸柱，所述拔叉变挡凸柱位于鼓棒套的鼓棒变挡凸台处。
其中，所述让位复位弹性件为压簧，压簧设置有两条，两条压簧套设于鼓棒轴的两端并与鼓棒套抵接。
其中，所述压簧的两端均设置有垫片，所述垫片套设于鼓棒轴，靠近所述鼓棒套的垫片与鼓棒套抵接。
其中，所述安装架设置有贯穿安装架的安装槽，所述拨叉件的上端穿过该安装槽后伸到鼓棒套处。
其中，所述安装架设置有安装座和定位桩，安装座和定位桩分别位于所述安装槽的两侧，所述拨叉复位弹性件的一端安装于安装座，所述拨叉复位弹性件的另一端夹持住所述拨叉件和定位桩。
其中，所述安装架包括横梁部及从横梁部向下凸起的下凸部，所述下凸部设置有向下凹陷的安装腔，所述安装槽与安装腔连通，所述安装座和定位桩分别位于安装腔两侧壁顶面，所述拨叉复位弹性件位于安装腔内。
其中，所述拨叉件的下端设置有下叉部，所述下叉部两端的内侧设置有拔桩，所述拔桩活动设置于棘轮周面上的拔叉槽内。
本发明的有益效果：
(1)本电控变速的电助力系统应用在自行车中，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，只需要设定变挡电机对应变速装置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精准控制变挡电机的转动角位移，变挡电机驱动弹性鼓棒机构相应的转动，弹性鼓棒机构驱动拨叉机构移动，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弹性鼓棒机构驱动拨叉机构移动，进而带动棘轮与主轴齿轮或副轴齿轮进行啮合进挡。所述弹性鼓棒机构具备一定的弹性，使得拨叉机构和棘轮具有让位作用，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，可以避免棘齿受损，从而提高电控变速的电助力系统的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明所述的电子变挡操纵系统的立体结构示意图。
图3为本发明所述的电子变挡操纵系统另一视角的立体结构示意图。
图4为本发明所述的弹性鼓棒机构的立体结构示意图。
图5为本发明所述的拨叉机构的立体结构示意图。
图6为本发明所述的拨叉安装架的立体结构示意图。
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，一种电控变速的电助力系统，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与棘轮01驱动连接的拨叉机构2、用于驱动拨叉机构2带动棘轮01与主轴齿轮07或副轴齿轮08啮合的弹性鼓棒机构1、用于驱动弹性鼓棒机构1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。
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；所述传感器可以采用踏频传感器、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。
本实施例中，电子变挡控制系统10还可以设置有蓝牙模块。可以在电子变挡控制系统10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，蓝牙指拨向电子变挡控制系统10发出蓝牙脉冲信号，以控制变挡电机7的转动角位移。
实际应用时，本电控变速的电助力系统应用在自行车中，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对应变速装置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驱动弹性鼓棒机构1相应的转动，弹性鼓棒机构1驱动拨叉机构2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弹性鼓棒机构1驱动拨叉机构2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。所述弹性鼓棒机构1具备一定的弹性，使得拨叉机构2和棘轮01具有让位作用，拨叉机构2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，可以避免棘齿受损，从而提高电控变速的电助力系统的使用寿命。
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包括与弹性鼓棒机构1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，所述弹性鼓棒机构1包括鼓棒轴11、活动套设于鼓棒轴11的鼓棒套12及用于鼓棒套12让位移动后对鼓棒套12进行复位的让位复位弹性件13，所述鼓棒套12设置有鼓棒变挡凸台121；所述拨叉机构2包括拨叉安装架21、可转动地安装于拨叉安装架21的拨叉件22及用于驱动拨叉件22复位的拨叉复位弹性件23，所述拨叉件22的上端设置有拔叉变挡凸柱221，所述拔叉变挡凸柱221位于鼓棒套12的鼓棒变挡凸台121处。具体的，鼓棒变挡凸台121并列设置有多组，每一组鼓棒变挡凸台121与每一个拨叉件22对应。所述拨叉件22采用转轴可转的安装于拨叉安装架21，棘轮01与所述拨叉件22连接。
实际应用时，所述鼓棒轴11带动鼓棒套12和鼓棒变挡凸台121转动，鼓棒变挡凸台121驱动拨叉件22绕着拨叉安装架21转动，拨叉件22带动棘轮01转动使棘轮01靠近所述主轴齿轮07或副轴齿轮08进行啮合进挡。在拨叉件22带动棘轮01转动过程中，当棘轮01的棘齿与所述主轴齿轮07或副轴齿轮08的棘齿相碰时，鼓棒套12在鼓棒轴11上移动并压缩让位复位弹性件13进行让位，从而避免了进挡时棘轮01与所述主轴齿轮07或副轴齿轮08打齿、卡滞；使棘轮01与所述主轴齿轮07或副轴齿轮08进行啮合，以实现变挡。退挡时，所述拨叉复位弹性件23驱动拨叉件22复位，所述让位复位弹性件13驱动鼓棒套12移动，实现鼓棒套12复位。
本发明采用鼓棒套12滑动套设于鼓棒轴11，并采用让位复位弹性件13弹性驱动鼓棒套12让位和复位，使得弹性鼓棒机构具有弹性。当拨叉件22带动棘轮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。
本发明采用拨叉件22与拨叉安装架21可转动连接，拨叉件22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；当拨叉件22相对拨叉安装架21摆动较小角度就可以获得棘轮01较大的位移，其磨损小、使用寿命长；还使得让位复位弹性件13和拨叉复位弹性件23弹性变形小，避免让位复位弹性件13和拨叉复位弹性件23提前失效，有效的延长了本电控变速的电助力系统的使用寿命。
本实施例中，所述鼓棒轴11的两端采用轴承14安装于箱体。所述让位复位弹性件13为压簧，压簧设置有两条，两条压簧套设于鼓棒轴11的两端并与鼓棒套12抵接。所述压簧的两端均设置有垫片15，所述垫片15套设于鼓棒轴11，靠近所述鼓棒套12的垫片15与鼓棒套12抵接。所述压簧通过垫片15与鼓棒套12抵接。在压簧的两端设置垫片15，两块垫片15对压簧和鼓棒套12进行定位。
本实施例中，所述安装架21设置有贯穿安装架21的安装槽211，所述拨叉件22的上端穿过该安装槽211后伸到鼓棒套12处。具体的，所述拨叉件22的上端采用转轴可转的安装于安装槽211。所述安装槽211便于拨叉件22的安装和限位。
本实施例中，所述安装架21设置有安装座212和定位桩213，安装座212和定位桩213分别位于所述安装槽211的两侧，所述拨叉复位弹性件23的一端安装于安装座212，所述拨叉复位弹性件23的另一端夹持住所述拨叉件22和定位桩213。具体的，所述拨叉复位弹性件23为扭簧或弹片。
本实施例中，所述安装架21包括横梁部214及从横梁部214向下凸起的下凸部215，所述下凸部215设置有向下凹陷的安装腔216，所述安装槽211与安装腔216连通，所述安装座212和定位桩213分别位于安装腔216两侧壁顶面，所述拨叉复位弹性件23位于安装腔216内，方便拨叉件22和拨叉复位弹性件23的安装并且使得拨叉机构2结构紧凑。采用该安装结构，拨叉复位弹性件23小的形变可以获得大的所述拨叉件22左右偏摆转动，能在较小空间内实现更多挡位变挡调节，结构紧凑有序，保证结构稳定的同时，可以制得多档位小型化的变速箱，其实用价值高。
本实施例中，所述拨叉件22的下端设置有下叉部222，所述下叉部222两端的内侧设置有拔桩2221，所述拔桩2221活动设置于棘轮01周面上的拔叉槽011内。
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 (10)
1.一种电控变速的电助力系统，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与棘轮(01)驱动连接的拨叉机构(2)、用于驱动拨叉机构(2)带动棘轮(01)与主轴齿轮(07)或副轴齿轮(08)啮合的弹性鼓棒机构(1)、用于驱动弹性鼓棒机构(1)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)。
2.根据权利要求1所述一种电控变速的电助力系统，其特征在于：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)。
3.根据权利要求1所述一种电控变速的电助力系统，其特征在于：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)包括与弹性鼓棒机构(1)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。
4.根据权利要求1所述一种电控变速的电助力系统，其特征在于：所述弹性鼓棒机构(1)包括鼓棒轴(11)、活动套设于鼓棒轴(11)的鼓棒套(12)及用于鼓棒套(12)让位移动后对鼓棒套(12)进行复位的让位复位弹性件(13)，所述鼓棒套(12)设置有鼓棒变挡凸台(121)；
所述拨叉机构(2)包括拨叉安装架(21)、可转动地安装于拨叉安装架(21)的拨叉件(22)及用于驱动拨叉件(22)复位的拨叉复位弹性件(23)，所述拨叉件(22)的上端设置有拔叉变挡凸柱(221)，所述拔叉变挡凸柱(221)位于鼓棒套(12)的鼓棒变挡凸台(121)处。
5.根据权利要求4所述的一种电控变速的电助力系统，其特征在于：所述让位复位弹性件(13)为压簧，压簧设置有两条，两条压簧套设于鼓棒轴(11)的两端并与鼓棒套(12)抵接。
6.根据权利要求5所述的一种电控变速的电助力系统，其特征在于：所述压簧的两端均设置有垫片(15)，所述垫片(15)套设于鼓棒轴(11)，靠近所述鼓棒套(12)的垫片(15)与鼓棒套(12)抵接。
7.根据权利要求4所述的一种电控变速的电助力系统，其特征在于：所述安装架(21)设置有贯穿安装架(21)的安装槽(211)，所述拨叉件(22)的上端穿过该安装槽(211)后伸到鼓棒套(12)处。
8.根据权利要求7所述的一种电控变速的电助力系统，其特征在于：所述安装架(21)设置有安装座(212)和定位桩(213)，安装座(212)和定位桩(213)分别位于所述安装槽(211)的两侧，所述拨叉复位弹性件(23)的一端安装于安装座(212)，所述拨叉复位弹性件(23)的另一端夹持住所述拨叉件(22)和定位桩(213)。
9.根据权利要求8所述的一种电控变速的电助力系统，其特征在于：所述安装架(21)包括横梁部(214)及从横梁部(214)向下凸起的下凸部(215)，所述下凸部(215)设置有向下凹陷的安装腔(216)，所述安装槽(211)与安装腔(216)连通，所述安装座(212)和定位桩(213)分别位于安装腔(216)两侧壁顶面，所述拨叉复位弹性件(23)位于安装腔(216)内。
10.根据权利要求9所述的一种电控变速的电助力系统，其特征在于：所述拨叉件(22)的下端设置有下叉部(222)，所述下叉部(222)两端的内侧设置有拔桩(2221)，所述拔桩(2221)活动设置于棘轮(01)周面上的拔叉槽(011)内。
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