CN201390358Y - 电动自行车中置电机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种电动自行车中置电机驱动装置，包括主动链轮、电机、减速箱、双棘轮离合传动器，减速箱由中心外齿轮、中心内齿轮、行星齿轮和行星架组成；双棘轮离合传动器由止动方向相反的两个棘轮叠加构成，中心外齿轮通过一空心轴与电机转子固定连接，空心轴套装在中轴外，并相对中轴转动连接，行星齿轮相对其回转中心线转动连接，中心内齿轮和行星架两者之间，一者固定于减速箱外壳上，另一者与第一棘轮固定连接，棘爪座与中轴固定连接；棘爪轮与主动链轮固定连接。本方案解决了现有技术中电机驱动时脚踏板跟转、人力驱动时电机跟转而导致的骑行费力以及结构不紧凑、成本高等问题的新型电动自行车中置电机驱动装置。

Description

电动自行车中置电机驱动装置
技术领域
本实用新型涉及一种电动自行车(也称助力车、助动车，以下称电动自行车)驱动装置，特别涉及一种电动自行车中置电机驱动装置，该驱动装置中，电机转子与中轴分离，并由两个止动方向相反的棘轮径向或轴向叠加而成的集成动力驱动装置。
背景技术
我国是自行车大国，自行车是非常普遍的大众型交通工具，但自行车必须靠人踏脚踏板带动链条来驱动后轮实现向前行走，所以在长时间的骑行时，人会感觉到很疲劳，于是作为自行车的改进产品——电动自行车逐渐进入了人们的视线，因其价格较低，构造简单，且兼有人力驱动和电驱动两种功能，越来越为广大群众所喜爱，此外相对汽车而言，它是一种污染低，噪音小的新型绿色便捷的交通工具，无论是对社会经济还是生态环境以及能源利用都具有深远的意义。
现有的电动自行车主要有两类，一种是将驱动电机装在前轮(前置式)或后轮(后置式)，电机直接驱动车轴来带动车体前进，此种配置方式主要有以下缺点：首先，动力装置安装位置难以解决，且成本高，修理困难，前后两个车轮承重不均匀，重心较高，在颠簸的路况下容易发生事故，并且整车外观方面也无法做到美观大方；其次，因为驱动电机需要在车轴端直接驱动，其启动电流大，而且耗电量大，导致电动车的电池寿命缩短；此外，在人力驱动时电机也会跟转，由于装在轮子上的直流电动机在不通电时，线圈仍在切割由永磁体产生的磁力线而产生一个与车体前进方向相反的力，从而导致人在骑行过程中比骑普通的自行车费力，在电机驱动时脚踏板也会跟转同样会产生一系列的不便。另一种是双链条结构并联的驱动系统，此设计是采用双后轮的结构，将电机通过链条与一个后轮连接组成电机驱动装置，脚踏轮通过链条与另一后轮连接组成人力驱动装置，但此结构占用体积较大，结构不够紧凑且成本较高，不符合现在人们追求时尚、新潮的观念。
因此，本实用新型从改进现有技术的角度出发，提供一种新型的电动自行车中置电机驱动装置，来弥补现有技术中的不足。
发明内容
本实用新型提供一种可以解决电机驱动时脚踏板跟转、人力驱动时电机跟转而导致的骑行费力以及结构不紧凑、成本高等问题的新型电动自行车中置电机驱动装置。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种电动自行车中置电机驱动装置，包括主动链轮、电机、减速箱，主动链轮设在中轴位置上，还包括双棘轮离合传动器，电机、减速箱和双棘轮离合传动器相对主动链轮在中轴的轴线方向并列布置，其中，减速箱由中心外齿轮、中心内齿轮、行星齿轮和行星架组成；双棘轮离合传动器由止动方向相反的两个棘轮叠加构成，其中第一棘轮的棘爪设在第二棘轮的外缘，以此构成棘爪轮，第二棘轮的棘爪设在棘爪座的外缘；
中心外齿轮作为减速箱的输入构件通过一空心轴与电机转子固定连接，空心轴套装在中轴外，并相对中轴转动连接，行星齿轮相对其回转中心线转动连接，中心内齿轮和行星架两者之间，一者固定于减速箱外壳上，另一者作为减速箱的输出构件与第一棘轮固定连接，第一棘轮作为双棘轮离合传动器的电力输入构件；
棘爪座作为双棘轮离合传动器的人力输入构件与中轴固定连接；
棘爪轮作为双棘轮离合传动器的输出构件与主动链轮固定连接。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述行星架固定在变速机构的外壳上，中心内齿轮作为减速箱的输出构件与第一棘轮固定连接。
2、上述方案中，所述中心内齿轮固定在变速机构的外壳上，行星架作为减速箱的输出构件与第一棘轮固定连接。
3、上述方案中，所述双棘轮离合传动器由止动方向相反的两个棘轮轴向叠加构成，如图1所示。
4、上述方案中，所述双棘轮离合传动器由止动方向相反的两个棘轮径向叠加构成，如图2所示。
5、上述方案中，所述电机转子与空心轴固定连接，该空心轴套装在中轴外，并经轴承转动支承于电机外壳上，即空心轴与中轴完全分离。电机定子可固定于电机端盖或电机外壳上。
6、上述方案中，所述行星齿轮由三个组成，三个行星齿轮围绕中心外齿轮布置，并分别与中心内齿轮和中心外齿轮啮合。另外，行星齿轮也可以为一个或两个。
7、上述方案中，所述中轴即指脚踏天芯轴。
8、上述方案中，所述主动链轮可以为一个；也可以为多个，用于变速车上，以根据不同路况进行调速。
9、上述方案中，所述“回转中心线”指的是行星齿轮或行星架的回转中心线。
本实用新型工作原理是：根据齿轮啮合原理及棘轮的结构特点及动作原理，如图3所示，当第一棘轮作顺时针转动时，棘爪轮也跟着作顺时针转动，而棘爪座则保持静止；如图4所示，当棘爪座作顺时针转动时，棘爪轮也跟着作顺时针转动，而第一棘轮则保持静止；这种工作方式即实现了动力传动，又实现了机构分离。
当中心外齿轮作为减速箱的输入构件，中心内齿轮作为减速箱的输出构件，与作为双棘轮离合传动器的电力输入构件的第一棘轮固定连接，棘爪座作为双棘轮离合传动器的人力输入构件与中轴固定连接时，电动自行车在骑行过程中可以分三种状态：
(1)、电力驱动状态：电机开启时，电机转子逆时针转动，带动中心外齿轮逆时针转动，中心外齿轮则带动行星齿轮作顺时针转动，行星架固定连接在减速箱外壳上，则行星架固定不动，此时行星齿轮带动中心内齿轮作顺时针转动，又中心内齿轮与与第一棘轮固定连接，带动第一棘轮顺时针转动，而棘爪轮也跟着顺时针转动，从而带动主动链轮顺时针转动，驱动车体前进；而此时棘爪座保持静止，中轴不跟转。
(2)、人力驱动状态：当人力踏动脚踏板时，根据传动原理，中轴(脚踏天芯轴)与棘爪座固定连接，则带动棘爪座顺时针转动，棘爪座带动棘爪轮作顺时针转动，而棘爪轮则带动主动链轮顺时针转动，从而驱动车体前进；而此时第一棘轮保持静止，中心内齿轮也保持静止状态，不会切割磁力线，电机转子保持静止状态，不给人力驱动带来额外的阻力。
(3)、电力与人力共同驱动状态：此原理为以上两个原理的综合，人力驱动与电力驱动互不影响。
当中心外齿轮作为减速箱的输入构件，行星架作为减速箱的输出构件时的驱动原理与上述同，不在赘述。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
1、由于本实用新型中置电机转子通过一空心轴与减速箱中的输入构件中心外齿轮固定连接，与中轴完全分离，即空心轴通过轴承安装于电机外壳及电机端盖上，从而更好的保证电机的性能及精度，在生产中较为实用。
2、由于本实用新型通过双棘轮离合传动器分别将人力脚踏驱动和电力驱动并联组合与主动链轮连接，因而降低了传动阻力，在人力驱动时没有以往的电动自行车骑行阻力大、感觉累的缺点，骑行时与普通自行车并无异样感觉，可以获得良好的骑车感受。
3、由于本实用新型采用了双棘轮离合传动器的结构，所以当电力驱动时，中轴能保持静止，避免了不必要的麻烦；当人力驱动时，电机转子能保持静止，从而避免了线圈切割磁力线带来的阻力问题，可使人骑行更轻松；在上坡或逆风行驶时，电力(人力)驱动不足以驱动车体或难以获得良好的骑车速度时，可辅以人力(电力)驱动作为辅助动力源而不会带来阻力等问题。另外，采用层叠式(轴向叠加或径向叠加)双棘轮离合传动器结构，可缩短整个驱动装置的轴向距离，更利于安装于自行车上。
4、由于本实用新型的传动装置集电机、传动、人工驱动于一体，结构紧凑而精致、统一而协调，为打造休闲、折叠电动自行车提供了技术基础。
5、由于本实用新型摒弃了一般状态下经常使用的电磁离合器，采用了双棘轮离合传动器，降低了电能的消耗，延长了电动自行车的续航能力，同时操作简单、实用。
6、本设计方案最适合应用于锂电池电动自行车。
附图说明
附图1为本实用新型双棘轮离合传动器径向叠加示意图；
附图2为本实用新型双棘轮离合传动器轴向叠加示意图；
附图3为本实用新型双棘轮离合传动器电力输入传动原理图；
附图4为本实用新型双棘轮离合传动器人力输入传动原理图；
附图5为本实用新型实施例一结构示意图；
附图6为本实用新型实施例一传动原理示意图；
附图7为本实用新型实施例二结构示意图；
附图8为本实用新型实施例二传动原理示意图；
以上附图中：1、主动链轮；2、第一棘轮；3、棘爪轮；4、棘爪座；5、中轴；6、电机转子；7、电机定子；8、第二棘轮；9、棘爪；10、电机外壳；11、轴承；12、减速箱外壳；13、中心内齿轮；14、中心外齿轮；15、行星齿轮；16、行星架；17、空心轴。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例一：
如图3、图5、图6所示，一种电动自行车中置电机驱动装置，包括主动链轮1、电机、减速箱，主动链轮1设在中轴5位置上，还包括双棘轮离合传动器，电机、减速箱和双棘轮离合传动器相对主动链轮1在中轴5的轴线方向并列布置，其中，减速箱由中心外齿轮14、中心内齿轮13、行星齿轮15和行星架16组成；双棘轮离合传动器由止动方向相反的两个棘轮叠加构成，如图1和图2所示，由第一棘轮2和第二棘轮8轴向或径向叠加而成，其中第一棘轮2的棘爪9设在第二棘轮8的外缘，以此构成棘爪轮3，第二棘轮8的棘爪9设在棘爪座4的外缘；
中心外齿轮14作为减速箱的输入构件通过一空心轴17与电机转子6固定连接(电机定子7可固定于电机端盖或电机外壳10上)，空心轴17套装在中轴5外，并相对中轴5转动连接，行星齿轮15相对其回转中心线转动连接，行星齿轮15由三个组成，三个行星齿轮15围绕中心外齿轮14布置，并分别与中心内齿轮13和中心外齿轮14啮合。行星架16固定于减速箱外壳上，中心内齿轮13作为减速箱的输出构件与第一棘轮2固定连接，第一棘轮2作为双棘轮离合传动器的电力输入构件；
棘爪座4作为双棘轮离合传动器的人力输入构件与中轴5固定连接；
棘爪轮3作为双棘轮离合传动器的输出构件与主动链轮1固定连接。
另外，主动链轮1可以为一个，也可以为多个，用于变速车上，以根据不同路况进行调速。
当电机开启时，电机转子6逆时针转动，带动中心外齿轮14逆时针转动，中心外齿轮14则带动行星齿轮15作顺时针转动，行星架16固定连接在减速箱外壳上，则行星架16固定不动，此时行星齿轮15带动中心内齿轮13作顺时针转动，又中心内齿轮13与第一棘轮2固定连接，带动第一棘轮2顺时针转动，而棘爪轮3也跟着顺时针转动，从而带动主动链轮1顺时针转动，驱动车体前进；而此时棘爪座4保持静止，中轴5不跟转。
当人力踏动脚踏板时，根据传动原理，中轴5(脚踏天芯轴)与棘爪座4固定连接，则带动棘爪座4顺时针转动，棘爪座4带动棘爪轮3作顺时针转动，而棘爪轮3则带动主动链轮1顺时针转动，从而驱动车体前进；而此时第一棘轮2保持静止，中心内齿轮13也保持静止状态，不会切割磁力线，电机转子6保持静止状态，不给人力驱动带来额外的阻力。
当在上坡或逆风行驶时，可以采用人力与电力共同驱动的方式来增加驱动能力，此时人驱动中轴5使主动链轮1作顺时针转动，通过链条带动从动链轮顺时针转动，由于双棘轮离合传动器的结构特点及动作原理，人力驱动时不会干扰电机转子6的正常驱动；同样电机转子6驱动带动第一棘轮2顺时针转动，而棘爪轮3也跟着顺时针转动，则带动主动链轮1顺时针转动，也会保证不干扰人力驱动，所以可以通过人力和电力共同驱动车体。
实施例二：
如图7、图8所示，一种电动自行车双棘轮离合传动装置，与实施例一的不同之处仅在于：中心内齿轮13固定于减速箱外壳上，行星架16作为减速箱的输出构件与第一棘轮2固定连接，其他结构与实施例一相同。
在电机启动时，电机转子6顺时针转动，带动中心外齿轮14顺时针转动，中心外齿轮14则带动行星齿轮15作逆时针转动，由于中心内齿轮13固定连接在减速箱外壳上，则中心内齿轮13固定不动，此时行星齿轮15带动行星架16作顺时针转动，又行星架16与第一棘轮2固定连接，带动第一棘轮2顺时针转动，而棘爪轮3也跟着顺时针转动，从而带动主动链轮1顺时针转动，驱动车体前进；而此时棘爪座4保持静止，中轴5不跟转。
其他结构与工作原理与实施例一相同，这里不再详细描述。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1、一种电动自行车中置电机驱动装置，包括主动链轮、电机、减速箱，主动链轮设在中轴位置上，其特征在于：还包括双棘轮离合传动器，电机、减速箱和双棘轮离合传动器相对主动链轮在中轴的轴线方向并列布置，其中，减速箱由中心外齿轮、中心内齿轮、行星齿轮和行星架组成；双棘轮离合传动器由止动方向相反的两个棘轮叠加构成，其中第一棘轮的棘爪设在第二棘轮的外缘，以此构成棘爪轮，第二棘轮的棘爪设在棘爪座的外缘；
中心外齿轮作为减速箱的输入构件通过一空心轴与电机转子固定连接，空心轴套装在中轴外，并相对中轴转动连接，行星齿轮相对其回转中心线转动连接，中心内齿轮和行星架两者之间，一者固定于减速箱外壳上，另一者作为减速箱的输出构件与第一棘轮固定连接，第一棘轮作为双棘轮离合传动器的电力输入构件；
棘爪座作为双棘轮离合传动器的人力输入构件与中轴固定连接；
棘爪轮作为双棘轮离合传动器的输出构件与主动链轮固定连接。
2、根据权利要求1所述的电动自行车中置电机驱动装置，其特征在于：所述行星架固定在变速机构的外壳上，中心内齿轮作为减速箱的输出构件与第一棘轮固定连接。
3、根据权利要求1所述的电动自行车中置电机驱动装置，其特征在于：所述中心内齿轮固定在变速机构的外壳上，行星架作为减速箱的输出构件与第一棘轮固定连接。
4、根据权利要求1所述的电动自行车中置电机驱动装置，其特征在于：所述双棘轮离合传动器由止动方向相反的两个棘轮径向叠加构成。
5、根据权利要求1所述的电动自行车中置电机驱动装置，其特征在于：所述双棘轮离合传动器由止动方向相反的两个棘轮轴向叠加构成。
6、根据权利要求1所述的电动自行车中置电机驱动装置，其特征在于：所述电机转子与空心轴固定连接，该空心轴套装在中轴外，并经轴承转动支承于电机外壳上。
7、根据权利要求1所述的电动自行车中置电机驱动装置，其特征在于：所述行星齿轮由三个组成，三个行星齿轮围绕中心外齿轮布置，并分别与中心内齿轮和中心外齿轮啮合。
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