TW202134113A

TW202134113A - 一種異軸式自動無段混動變速系統及助力自行車

Info

Publication number: TW202134113A
Application number: TW109138470A
Authority: TW
Inventors: 柯韋聖; 王培郁; 許源芳
Original assignee: 大陸商珠海市鈞興機電有限公司
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2021-09-16
Also published as: CN111232120A; TWI772952B; WO2021179366A1

Abstract

本發明涉及一種異軸式自動無段混動變速系統及助力自行車，該系統包括電機、控制器、諧波傳動減速器和腳踏通軸；控制器與電機導通連接，電機與諧波傳動減速器的波發生器驅動連接；腳踏通軸穿設在諧波傳動減速器上，且腳踏通軸的一端可轉動地從諧波傳動減速器的波發生器伸出，另一端從諧波傳動減速器的柔性齒輪伸出並與柔性齒輪驅動連接；諧波傳動減速器的剛性齒輪上設有混合動力輸出齒盤。這樣即可根據騎行需要選擇混合動力模式、純電動模式和純踩踏模式，騎行靈活、便利，騎行樂趣高，且在中速和高速時也能保持踩踏騎行容易、輕鬆，同時可以很好地將電機傳遞過來的動力和腳踏通軸傳遞過來的動力依據設定的轉速比例混和動力輸出，實現了無段位的無極變速，實現更舒適更智慧的騎行。

Description

一種異軸式自動無段混動變速系統及助力自行車

本發明屬於助力自行車技術領域，特別涉及一種異軸式自動無段混動變速系統及助力自行車。

助力自行車，具有省力、負載大、車速快等優勢，很快就已成為了人們途短出行和運輸的主要工具。但是，申請人發現：目前市場上現有的助力自行車都是採用機械變速系統，導致在混合動力模式時，車速與腳踏轉速按變速器速比變化，在不同車速時需調整變速比，使踩踏在舒適踏速下運轉，而且這種機械變速系統都是段位元式變速(如圖4的曲線圖所示，圖中b為機械式變速器的段位元式變速曲線)，在騎行過程時由於機械變速系統的段位元式變速，使助力自行車間斷地出現突然前衝，使騎行車產生的不舒適感。

為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種具有選擇混合動力、純電動和純踩踏三種動力模式，騎行靈活、便利、樂趣高，且可實現無段位的無極變速，實現舒適和智慧的騎行的異軸式自動無段混動變速系統，以及應用了該異軸式自動無段混動變速系統的助力自行車。

為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：

一種異軸式自動無段混動變速系統，包括電機、控制器、諧波傳動減速器和腳踏通軸；其中，所述控制器與電機導通連接，所述電機與諧波傳動減速器的波發生器驅動連接；所述腳踏通軸穿設在諧波傳動減速器上，且腳踏通軸的一端可轉動地從諧波傳動減速器的波發生器伸出，另一端從諧波傳動減速器的柔性齒輪伸出並與柔性齒輪驅動連接；所述諧波傳動減速器的剛性齒輪上設有混合動力輸出齒盤。

進一步地，所述電機的轉動軸上設有主動輪，所述波發生器的一端伸出柔性齒輪外並設有從動輪，所述主動輪通過傳動件與從動輪驅動連接。

進一步地，所述腳踏通軸穿過波發生器和柔性齒輪的位置均設有軸承，且所述腳踏通軸穿過柔性齒輪處還設有第一離合器，所述腳踏通軸通過第一離合器與柔性齒輪驅動連接。

進一步地，所述腳踏通軸穿過波發生器的位置設有第一軸承和第二軸承，所述第一軸承和第二軸承分別位於波發生器內部的左右兩側；所述腳踏通軸穿過柔性齒輪的位置設有第三軸承和第一離合器。

進一步地，該異軸式自動無段混動變速系統還包括有用於即時檢測腳踏通軸轉速的速度感測器，所述速度感測器由磁環和霍爾元件組成，並與控制器導通連接。

進一步地，所述剛性齒輪上設有剛性連接座，所述混合動力輸出齒盤安裝固定在剛性連接座上。

進一步地，所述剛性連接座是中空的管形連接座，並罩住柔性齒輪，所述剛性連接座的一端與剛性齒輪連接固定，另一端安裝有所述混合動力輸出齒盤，而且所述剛性連接座安裝有混合動力輸出齒盤的一端內部設有第四軸承，所述第四軸承位於剛性連接座和柔性齒輪之間。

進一步地，所述柔性齒輪和剛性齒輪之間還設有第二單向器。

進一步地，該異軸式自動無段混動變速系統還包括有外殼，所述電機、控制器、諧波傳動減速器、第一離合器和腳踏通軸均設於外殼內，且所述腳踏通軸的兩端伸出外殼外。

一種助力自行車，包括有車體和上述異軸式自動無段混動變速系統，所述車體上設有電池組，所述電池組與異軸式自動無段混動變速系統的控制器和電機導通連接，供給驅動電能；所述混合動力輸出齒盤與車體上的後車輪驅動連接。

本發明主要具有以下有益效果：

本發明通過上述技術方案，即可根據騎行需要選擇混合動力模式、純電動模式和純踩踏模式，大大提高騎行的靈活性和便利性，以及騎行樂趣，而且通過諧波傳動減速器可以在混合動力騎行模式下使車速與腳踏轉速的變數比範圍更大，在中速和高速時也能保持踩踏騎行容易、輕鬆，同時可以很好地將電機傳遞過來的動力和腳踏通軸傳遞過來的動力依據設定的轉速比例混和動力輸出，實現了無段位的無極變速，實現更舒適更智慧的騎行。

1:電機

11:主動輪

12:傳動件

13:從動輪

14:轉動軸

2:控制器

3:諧波傳動減速器

30:剛性連接座

31:波發生器

32:柔性齒輪

33:剛性齒輪

34:柔性軸承

35:混合動力輸出齒盤

36:第一離合器

37:第一軸承

38:第二軸承

39:第三軸承

301:第四軸承

302:第二離合器

4:腳踏通軸

41:磁環

42:霍爾元件

43:支架

5:外殼

6:車體

7:電池組

8:後車輪

9:內變速器

圖1是本發明所述一種異軸式自動無段混動變速系統實施例的結構示意圖。

圖2是本發明所述一種異軸式自動無段混動變速系統實施例在混合動力模式下的變速曲線圖。

圖3是本發明所述一種助力自行車實施例的結構示意圖。

圖4是現有機械變速系統的變速曲線圖。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

如圖1和圖2中所示：

本發明實施例所述一種異軸式自動無段混動變速系統，包括電機1、控制器2、諧波傳動減速器3和腳踏通軸4。其中，該諧波傳動減速器3包括帶柔性軸承34的波發生器31、柔性齒輪32和剛性齒輪33，其結構和工作原理與現有的波傳動減速器相同，在此不再詳細贅述；所述控制器2與電機1導通連接，所述電機1與諧波傳動減速器3的波發生器31驅動連接；所述腳踏通軸4穿設在諧波傳動減速器3上，且腳踏通軸4的一端可轉動地從諧波傳動減速器3的波發生器31伸出，另一端從諧波傳動減速器3的柔性齒輪32伸出並與柔性齒輪32驅動連接；所述諧波傳動減速器3的剛性齒輪33上設有混合動力輸出齒盤35。

具體結構可以為：所述電機1的轉動軸14上設有主動輪11，所述波發生器31的一端伸出柔性齒輪32外並設有從動輪13，所述主動輪11通過傳動件12與從動輪13驅動連接，所述主動輪11和從動輪13可以是皮帶輪，相應地，所述傳動件12是傳動帶；所述腳踏通軸4穿過波發生器31和柔性齒輪32的位置均設有軸承，且所述腳踏通軸4穿過柔性齒輪32處還設有第一離合器36，具體結構可以為：所述腳踏通軸4穿過波發生器31的位置設有第一軸承37和第二軸承38，所述第一軸承37和第二軸承38分別位於波發生器31內部的左右兩側；所述腳踏通軸4穿過柔性齒輪32的位置設有第三軸承39和第一離合器36；所述腳踏通軸4通過第一離合器36與柔性齒輪32驅動連接。所述剛性齒輪33上設有剛性連接座30，所述混合動力輸出齒盤35安裝固定在剛性連接座30上，其中所述剛性連接座30可以是中空的管形連接座，並罩住柔性齒輪32(所述剛性連接座30也可以是由若干環形分佈在柔性齒輪32周側的剛性連接塊構成)，所述剛性連接座30的一端與剛性齒輪33連接固定，另一端安裝有所述混合動力輸出齒盤35，而且所述剛性連接座30安裝有混合動力輸出齒盤35的一端內部設有第四軸承301，所述第四軸承301位於剛性連接座30和柔性齒輪32之間。

本發明所述一種異軸式自動無段混動變速系統的工作原理為：當選擇混合動力模式(即：電力和人力混合驅動模式)時，控制器2控制電機1啟動、驅使諧波傳動減速器3的波發生器31轉動，並經波發生器31上的柔性軸承34驅使柔性齒輪32與剛性齒輪33相對轉動，同時踩踏過程使腳踏通軸4轉動，並經第一離合器36驅使柔性齒輪32轉動，最後柔性齒輪32與轉動的波發生器31減速後，兩者速度相加混和至驅使動剛性齒輪33轉動，帶動混合動力輸出齒盤35轉動；其中當踩踏速度定值時，混合動力輸出齒盤35的轉速變化，可以由波發生器31的轉速變化來改變，因而產生變速的效果。

當選擇純電驅動模式(即：純電力驅動模式)時，控制器2控制電機1啟動、驅使諧波傳動減速器3的波發生器31轉動，並經波發生器 31上的柔性軸承34驅使柔性齒輪32轉動，此時須將柔性齒輪32固定停止轉動，轉由柔性齒輪32驅使動剛性齒輪33轉動，帶動混合動力輸出齒盤35轉動；

當選擇純踩踏驅動模式(即：純人力驅動模式)時，踩踏過程使腳踏通軸4轉動，並經第一離合器36驅使柔性齒輪32轉動，由於波發生器31不轉動，致使柔性齒輪32帶動驅使剛性齒輪33轉動，帶動混合動力輸出齒盤35轉動。

這樣，本發明所述一種異軸式自動無段混動變速系統即可根據騎行需要選擇混合動力模式、純電動模式和純踩踏模式，大大提高騎行的靈活性和便利性，以及騎行樂趣，而且通過電機1轉速的控制下，使諧波傳動減速器3可以在混合動力騎行模式下使車速與腳踏轉速的變數比大於1(比如：當車速提高2倍時，腳踏轉速只提高1倍)，在中速和高速時也能使踩踏騎行保持容易、輕鬆，同時在混合動力騎行模式下可以很好地將電機1傳遞過來的動力和腳踏通軸4傳遞過來的動力實現了無段位的無極變速(如圖2曲線圖所示，圖中a為無段位元的無極變速曲線)，解決了現有助力自行車機械變速系統的段位元式變速所產生的不舒適感，實現更舒適更智慧的騎行。

而且，本發明所述一種異軸式自動無段混動變速系統還包括有用於即時檢測腳踏通軸4轉速的速度感測器(該速度感測器屬於現有技術，由磁環41和霍爾元件42組成，工作原理在此不再詳細贅述。)，所述速度感測器與控制器2導通連接；具體結構可以如圖1，所述磁環41安裝通過支架43安裝在腳踏通軸4上，所述霍爾元件42固定不動(比如：霍爾元件42固定在外殼5上)，並與隨腳踏通軸4轉動的磁環41感應連接。這樣，速度感測器即時將檢測到的腳踏通軸4轉速傳送至控制器2，然後控制器2根據腳踏通軸4(即：騎行踏速)控制電機1的轉速，從而確保諧波傳動減速器3可以在混合動力騎行模式下使車速與腳踏轉速的變數比大於1，無段位的無極變速更穩定、更可靠。

此外，所述柔性齒輪32和剛性齒輪33之間還設有第二離合器302，即：所述第二離合器302設於剛性連接座30安裝有混合動力輸出齒盤35的一端內部，連接剛性連接座30和柔性齒輪32。這樣，即可保證混合動力模式、純踩踏模式、純電驅動模式下剛性齒輪33與高於柔性齒輪32的動力都可以輸出到齒盤35，同時確保選擇純踩踏驅動模式時柔性齒輪32經由第二離合器302帶動驅使剛性齒輪33轉動。

另外，該異軸式自動無段混動變速系統還包括有外殼5，所述電機1、控制器2、諧波傳動減速器3和腳踏通軸4均設於外殼5內，且所述腳踏通軸4的兩端伸出外殼5外。這樣，外殼5對電機1、控制器2、諧波傳動減速器3和腳踏通軸4既可起到保護、固定作用，還可提高本異軸式自動無段混動變速系統安裝便利性。

如圖3中所示，本發明還提供了一種助力自行車，包括有車體6和上述異軸式自動無段混動變速系統，所述車體6上設有電池組7，所述電池組7與異軸式自動無段混動變速系統的控制器2(圖中未表示出來)和電機1導通連接，供給驅動電能；所述混合動力輸出齒盤35與車體6上的後車輪8驅動連接，具體可以為：所述車體6的後車輪8輪軸上安裝有內變速器9，所述混合動力輸出齒盤35通過鏈條(圖中未表示出來)與內變速器9驅動連接。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。