專利名稱：傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及腳踏電動助力自行車，具體為一種傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車。
背景技術：
自行車的發(fā)展經(jīng)歷了腳踏自行車-電動自行車一腳踏電動自行車-電動助力腳踏自行車的過程。作為最新成果的電動助力腳踏自行車實際上是以腳踏為主，而電機作為輔助進行助力式驅動的自行車，這種自行車在無電動助力的情況下進行IOkm路程騎行時， 其速度、體能消耗均與普通自行車完全一樣，在電動助力狀態(tài)下，騎行時，電機僅響應腳踏應力信號予以相應的助力推動，從而降低騎行者的體能消耗。為防止切割磁力線產生的阻力，現(xiàn)有的電動助力腳踏自行車所用電機，不同于傳統(tǒng)大輪轂式電機，而是獨立于車輪轉軸的高速助力電機，如申請?zhí)枮?00810030374. 2的 《一種電動助力自行車腳踏力矩傳感系統(tǒng)》的發(fā)明專利，高速助力電機于腳踏中軸后置安裝于車架上，高速助力電機與腳踏中軸之間通過同步帶傳動的腳踏力矩感應機構連接，腳踏力矩感應機構為帶有感應器的行星傳動機構，感應器感應腳踏的運轉力矩大小并將力矩大小信號傳送至微電子處理器，通過微電子處理器控制高速助力電機輸出與力矩大小相匹配的轉動功率。所述《一種電動助力自行車腳踏力矩傳感系統(tǒng)》發(fā)明專利由于傳動機構的分散不集中，從而造成傳動機構的復雜性，并且車架結構必須特殊設計以適應高速助力電機的安裝位置，造成車架的通用性差，制造成本增加，整車重量大且外形不美觀。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種傳動機構更簡約、車架結構形式更簡單的傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車。能夠實現(xiàn)上述目的的傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車，包括車架、車輪、車把、驅動后車輪的腳踏傳動機構和電動傳動機構以及檢測腳踏傳動機構力矩大小進而控制電動傳動機構輸出功率大小的腳踏力矩傳感機構，腳踏力矩傳感機構的控制器設于車把上，所述腳踏傳動機構包括腳踏中軸、鏈輪軸以及連接腳踏中軸和鏈輪軸的減速器，所述電動傳動機構包括高速助力電機、鏈輪軸以及連接高速助力電機輸出軸和鏈輪軸(與腳踏傳動機構共用)的減速器，所述鏈輪軸上的鏈盤通過鏈條連接后車輪的飛輪，所不同的是所述腳踏傳動機構、電動傳動機構和腳踏力矩傳感機構為集中設置成以高速助力電機為主體的中置傳動機構，所述車架的三角架和后叉連接在高速助力電機的機殼上。所述中置傳動機構中的高速助力電機為中空軸電機，其輸出軸為中空軸，所述鏈輪軸為軸套結構，鏈輪軸轉動置于輸出軸內，鏈輪軸與輸出軸之間的減速器為于高速助力電機一側設置的電機行星輪減速器；腳踏中軸轉動置于鏈輪軸的軸孔內，腳踏中軸與鏈輪軸之間的減速器為于高速助力電機另一側設置的中軸行星輪減速器。
所述電機行星輪減速器的一種結構包括電機太陽齒輪、電機行星齒輪、電機行星架和電機行星輪內齒環(huán)，所述電機太陽齒輪同軸設于輸出軸的輸出端，所述電機行星齒輪均布嚙合于電機太陽齒輪與電機行星輪內齒環(huán)之間，所述電機行星架通過電機超越離合器連接鏈輪軸；所述中軸行星輪減速器的一種結構包括中軸太陽齒輪、中軸行星齒輪、中軸行星架和中軸行星輪內齒環(huán)，所述中軸行星架通過中軸超越離合器連接腳踏中軸，中軸行星齒輪均布嚙合于中軸太陽齒輪與中軸行星輪內齒環(huán)之間，中軸太陽齒輪同軸與鏈輪軸固連。所述高速助力電機的輸出軸輸出端為齒輪式，也是電機行星變速器中的電機太陽齒輪，輸出軸旋轉時，驅動電機行星輪減速器，經(jīng)減速后的電機行星架以低速旋轉，電機行星架通過電機超越離合器驅動鏈輪軸，與鏈輪軸同軸緊配的鏈盤被同時驅動旋轉，旋轉的鏈輪通過鏈條驅動后車輪使車輛前行。由于鏈輪軸與腳踏中軸之間設置有中軸超越離合器，在鏈盤旋轉時與腳踏中軸處于相互不干涉狀態(tài)，當鏈盤受到后車輪負載應力時，即通過電機超越離合器傳回鏈輪軸，鏈輪軸通過中軸行星輪減速器傳遞至中軸超越離合器，中軸超越離合器與腳踏中軸是單向離合聯(lián)動的，只要腳踏中軸接受到的外加應力能克服鏈盤受到后車輪產生的阻力，車輛就往前行駛。所述腳踏力矩感應機構的一種結構包括傳感轉動盤、擺動臂、傳感器和控制器，帶復位彈簧的傳感轉動盤與中軸行星輪內齒環(huán)同軸設置，經(jīng)設置使中軸行星輪內齒環(huán)的圓周具有小于15度的轉動量，且其外環(huán)圓周上均布開設有局部傳動齒，擺動臂圍繞傳感轉動盤均布設置，各局部傳動齒與各擺動臂的擺軸軸齒對應且嚙合，各擺動臂的扇形齒與傳感轉動盤的齒盤嚙合，控制器連接感應傳感轉動盤轉動量的傳感器與高速助力電機。在騎行時，中軸行星輪內齒環(huán)受力轉動，局部傳動齒即同步轉動，局部傳動齒驅動擺動臂擺動，擺動臂的扇形齒擺動量得到倍數(shù)放大，擺動臂的扇形齒驅動齒盤使傳感轉動盤克服復位彈簧的扭力轉動，傳感轉動盤被放大的轉動量被傳感器撲捉，從而實現(xiàn)了傳感器對騎行時所產生的線性力矩信號進行實時采集，并保證采集的精準度。在騎行狀態(tài)下，高速助力電機的工作狀態(tài)信號是由腳踏力矩感應機構通過控制器 (微電子處理器)發(fā)出，控制器的傳感電頻信號動勢，來源與腳踏中軸相互聯(lián)動的中軸超越離合器信號采集機構，而始發(fā)的應力信號線性動態(tài)量程取決于騎行者對自行車腳踏施力的大小。在只用體能騎行無需電動助力時，由于在高速助力電機輸出軸與鏈輪軸之間設置有電機超越離合器，由腳踏中軸傳遞的扭矩被電機超越離合器所分離，高速助力電機完全處于靜止狀態(tài)，避免了帶動電機轉子旋轉產生的阻力，使車輛騎行輕松自如。傳感轉動盤的復位彈簧的彈性應力可調整，不同的彈性應力值可使腳踏騎行時助力電機的施力比產生線性變化，真正實現(xiàn)騎行電動助力車時人機一體化的騎行模式。所述傳感器的一種形式包括感應體和感應頭，感應體設于傳感轉動盤上開設的弧形槽兩端，感應頭設于弧形槽內。本發(fā)明的優(yōu)點1、本發(fā)明傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車由于其腳踏傳動、電機傳動系統(tǒng)和力矩感應系統(tǒng)集成配置在自行車腳踏中軸部位，并以中置傳動機構的形式出現(xiàn)，因而簡化了傳動機構的結構，使傳動機構空間安裝位置減小，減輕了整車重量，適合于傳統(tǒng)自行車的車架上安裝，通用性能好。2、本發(fā)明傳動系統(tǒng)結構簡練、性能優(yōu)異可靠，工藝性良好，電助力系統(tǒng)與體能驅車有機聯(lián)動但又互不干涉，有著極高的傳動效率。3、本發(fā)明腳踏力矩傳感機構完全不同于現(xiàn)有技術方式，采用擺動臂圍繞電機軸心均布設置，并與中軸行星輪內齒環(huán)外園應力點形成連動，使腳踏與力矩傳感器線性信號采集點的機械動勢倍率實現(xiàn)幾何級數(shù)放大，傳感器信號精準平穩(wěn)，為電機控制處理終端提供了精確的力矩變量信號。4、本發(fā)明在實地公路測試結果表明使用一只24V/8Ah的電池可助力騎行75 90Km，在30Km無助力狀態(tài)的條件下與普通腳踏自行車進行比較性騎行時(住返換騎)，車速及體能消耗等關鍵指標結果與普通自行車毫無差異，這是一般的電動助力車很難達到的。


圖1為本發(fā)明中中置傳動機構的立體結構示意圖。圖2為圖1的內部結構示意圖。圖3為圖1中腳踏力矩感應機構的局部立體結構圖。圖4為圖1中腳踏力矩感應機構的局部立體結構圖(從另一視覺角度)。圖5為圖3、圖4中傳感轉動盤和感應器的位置圖。圖號標識1、感應頭；2、感應體；3、擺動臂；4、傳感轉動盤；5、腳踏中軸；6、鏈輪軸；7、高速助力電機；8、中置傳動機構；9、輸出軸；10、電機太陽齒輪；11、電機行星齒輪； 12、電機行星架；13、電機行星輪內齒環(huán)；14、中軸太陽齒輪；15、中軸行星齒輪；16、中軸行星架；17、中軸行星輪內齒環(huán)。
具體實施例方式現(xiàn)結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步說明本發(fā)明傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車如同傳統(tǒng)無手動調速腳踏電動助力自行車一樣包括車架、支撐車架的(前、后)車輪、轉動前車輪的車把、驅動后車輪的腳踏傳動機構和電動傳動機構以及腳踏力矩傳感機構(檢測腳踏傳動機構的力矩大小進而控制電動傳動機構輸出功率大小)，腳踏力矩傳感機構的控制器設于車把上，所述腳踏傳動機構包括腳踏中軸5、鏈輪軸6以及連接腳踏中軸5和鏈輪軸6的減速器，所述電動傳動機構包括高速助力電機7、鏈輪軸6 (與腳踏傳動機構共用)以及連接高速助力電機輸出軸 9和鏈輪軸6的減速器，所述鏈輪軸6上的鏈盤通過鏈條連接后車輪的飛輪，本發(fā)明與之不同的是所述腳踏傳動機構、電動傳動機構和腳踏力矩傳感機構為集中設置成以高速助力電機7為主體的中置傳動機構8，所述高速助力電機7的輸出軸9為中空軸，所述鏈輪軸6為軸套結構，所述車架的三角架和后叉連接在高速助力電機7的機殼上，如圖1所示。所述電機傳動機構的減速器為電機行星輪減速器，鏈輪軸6通過軸承安裝于輸出軸9內，伸出輸出軸9輸出端的鏈輪軸6端部為鏈盤安裝位置，所述電機行星輪減速器設于輸出軸9與鏈輪軸6之間，電機行星輪減速器包括電機太陽齒輪10、電機行星齒輪11、電機行星架12和電機行星輪內齒環(huán)13，電機行星輪內齒環(huán)13卡嵌于高速助力電機7側面殼架內，電機太陽齒輪10同軸固連于輸出軸9輸出端，三個電機行星齒輪11均布嚙合于電機太陽齒輪10與電機行星輪內齒環(huán)13之間，電機行星齒輪11的安裝支架即電機行星架12通過電機超越離合器與鏈輪軸6安裝連接，如圖1、圖2所示。
所述腳踏傳動機構的減速器為中軸行星輪減速器，腳踏中軸5通過軸承貫穿安裝于鏈輪軸6的軸套內，中軸行星輪減速器設于高速助力電機7另一側，中軸行星輪減速器主要由中軸太陽齒輪14、中軸行星齒輪15、中軸行星架16和中軸行星輪內齒環(huán)17構成，中軸行星齒輪15的安裝支架即中軸行星架16通過中軸超越離合器連接腳踏中軸5，三個中軸行星齒輪15均布嚙合于中軸太陽齒輪14與中軸行星輪內齒環(huán)17之間，中軸行星輪內齒環(huán) 17通過卡槽卡嵌于高速助力電機7側面殼架的卡口內，卡槽圓周長度大于卡口，保證中軸行星輪內齒環(huán)17在圓周上有小于15度的轉動量，如圖1、圖2、圖3所示。
所述腳踏力矩感應機構包括傳感轉動盤4、扇形擺動臂3、傳感器和控制器，所述傳感轉動盤4于中軸行星輪內齒環(huán)17外側同軸設置，所述擺動臂3在傳感轉動盤4的圓周方向均布三個，擺動臂3的轉軸位對應著中軸行星輪內齒環(huán)17外環(huán)面上開設的內凹局部傳動齒，各局部傳動齒與對應的擺動臂3擺軸軸齒嚙合，各擺動臂3的扇面齒與傳感轉動盤4 的齒盤嚙合，所述傳感轉動盤4具有由復位彈簧控制的回位功能；所述傳感器為相互作用的感應體2和感應頭1，傳感轉動盤4上開設有一段同圓心弧形槽，感應體2設于弧形槽兩頭，感應頭1通過支架設于弧形槽內中間位置，所述控制器通過線路連接在傳感器與高速助力電機7之間，如圖3、圖4、圖5所示。
本發(fā)明的騎行過程
1、只用腳踏騎行。
關閉控制器，切斷高速助力電機7的控制線路。腳踩腳踏使腳踏中軸5轉動，通過中軸行星輪減速器驅動鏈輪軸6轉動，鏈輪軸6上的鏈盤通過鏈條帶動后車輪轉動使車輛前行。騎形過程中，高速助力電機7處于靜止狀態(tài)，避免了帶動電機轉子旋轉產生的阻力， 車輛騎行輕松自如。
2、需要助力騎行。
開啟控制器，接通高速助力電機7的控制線路。腳踩腳踏使腳踏中軸5轉動，通過中軸行星輪減速器驅動鏈輪軸6轉動，鏈輪軸6上的鏈盤通過鏈條帶動后車輪轉動使車輛前行。與此同時，中軸行星輪減速器的中軸行星輪內齒環(huán)17產生周向位移，擺動臂3擺動， 帶動傳感轉動盤4轉動，感應體2和感應頭1之間的距離發(fā)生改變而產生電信號，電信號經(jīng)控制器處理后，向高速助力電機7發(fā)出指令，高速助力電機7的輸出軸9轉動，輸出軸9通過電機行星輪減速器驅動鏈輪軸6，高速助力電機7的助力轉矩與腳踏中軸5的轉矩疊加于鏈輪軸6上，從而使鏈輪軸6獲取更大的轉矩，車輛得以快速騎形。
高速助力電機7的助力轉矩大小由腳踏中軸5的施力大小決定，慢速踩動腳踏中軸5，感應體2和感應頭1之間的感應距離較小，高速助力電機7送出的助力轉矩則小一些， 提高踩動腳踏中軸5的速度，感應體2和感應頭1之間的感應距離增大，高速助力電機7送出的助力轉矩則增加。腳踏中軸5的施力逐漸減小過程中，由于復位彈簧的作用，傳感轉動盤4與中軸行星輪內齒環(huán)17同時回位，感應體2和感應頭1之間的感應距離減小，高速助力電機7送出的助力轉矩隨之減小。
所述復位彈簧的彈性應力可調整，不同的彈性應力值可使腳踏騎行時助力電機的施力比產生線性變化。
權利要求
1.傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車，包括車架、車輪、車把、驅動車輪的腳踏傳動機構和電動傳動機構以及檢測腳踏傳動機構的力矩大小進而控制電動傳動機構輸出功率大小的腳踏力矩傳感機構，腳踏力矩傳感機構的控制器設于車把上，所述腳踏傳動機構包括腳踏中軸(5)、鏈輪軸(6)以及連接腳踏中軸( 和鏈輪軸(6)的減速器，所述電動傳動機構包括高速助力電機(7)、鏈輪軸(6)以及連接高速助力電機(7)輸出軸(9)和鏈輪軸(6)的減速器，所述鏈輪軸(6)上的鏈盤通過鏈條連接后車輪的飛輪，其特征在于所述腳踏傳動機構、電動傳動機構和腳踏力矩傳感機構為集中設置成以高速助力電機(7)為主體的中置傳動機構(8)，所述車架的三角架和后叉連接在高速助力電機(7)的機殼上。
2.根據(jù)權利要求1所述的傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車，其特征在于 所述中置傳動機構(8)中，高速助力電機(7)為中空軸電機，其輸出軸(9)為中空軸，鏈輪軸(6)為軸套結構，鏈輪軸(6)轉動置于輸出軸(9)內，鏈輪軸(6)與輸出軸(9)之間的減速器為于高速助力電機(7) —側設置的電機行星輪減速器；腳踏中軸( 轉動置于鏈輪軸 (6)的軸孔內，腳踏中軸(5)與鏈輪軸(6)之間的減速器為于高速助力電機(7)另一側設置的中軸行星輪減速器。
3.根據(jù)權利要求2所述的傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車，其特征在于 所述電機行星輪減速器包括電機太陽齒輪(10)、電機行星齒輪(11)、電機行星架(12)和電機行星輪內齒環(huán)(13)，所述電機太陽齒輪(10)同軸設于輸出軸(9)的輸出端，所述電機行星齒輪(11)均布嚙合于電機太陽齒輪(10)與電機行星輪內齒環(huán)(1 之間，所述電機行星架(1 通過電機超越離合器連接鏈輪軸(6)；所述中軸行星輪減速器包括中軸太陽齒輪(14)、中軸行星齒輪(15)、中軸行星架(16)和中軸行星輪內齒環(huán)(17)，所述中軸行星架 (16)通過中軸超越離合器連接腳踏中軸( ，中軸行星齒輪(1 均布嚙合于中軸太陽齒輪 (14)與中軸行星輪內齒環(huán)(17)之間，中軸太陽齒輪(14)同軸與鏈輪軸(6)固連。
4.根據(jù)權利要求3所述的傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車，其特征在于 所述腳踏力矩感應機構包括傳感轉動盤G)、擺動臂(3)、傳感器和控制器，帶復位彈簧的傳感轉動盤(4)與中軸行星輪內齒環(huán)(17)同軸設置，中軸行星輪內齒環(huán)(17)的圓周具有小于15度的轉動量，且其外環(huán)圓周上均布開設有局部傳動齒，擺動臂(3)圍繞傳感轉動盤 (4)均布設置，各局部傳動齒與各擺動臂(3)的擺軸軸齒對應且嚙合，各擺動臂(3)的扇形齒與傳感轉動盤的齒盤嚙合，控制器連接感應傳感轉動盤(4)轉動量的傳感器與高速助力電機⑵。
5.根據(jù)權利要求4所述的傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車，其特征在于 所述傳感器包括感應體( 和感應頭(1)，感應體( 設于傳感轉動盤C3)上開設的弧形槽兩端，感應頭(1)設于弧形槽內。
全文摘要
本發(fā)明傳動集成式無手動調速腳踏電動助力自行車，包括車架、車輪、車把、驅動車輪的腳踏傳動機構和電動傳動機構以及腳踏力矩傳感機構，腳踏力矩傳感機構的控制器設于車把上，所述腳踏傳動機構包括腳踏中軸、鏈輪軸以及中軸行星輪減速器，所述電動傳動機構包括高速助力電機、鏈輪軸和電機行星輪減速器，所述鏈輪軸上的鏈盤通過鏈條連接后車輪的飛輪，所述腳踏傳動機構、電動傳動機構和腳踏力矩傳感機構為集中設置成以高速助力電機為主體的中置傳動機構，所述車架的三角架和后叉連接在高速助力電機的機殼上。本發(fā)明簡化了傳動機構的結構，使傳動機構空間安裝位置減小，適合于傳統(tǒng)自行車車架上安裝，通用性好。
文檔編號B62M11/14GK102501939SQ20111034642
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權日2011年11月4日
發(fā)明者陳戈平 申請人:桂林埃力克電控智能車業(yè)制造有限公司, 陳戈平