一种自行车纵置电机驱动系统的制作方法

本实用新型属于驱动设备领域，尤其涉及一种自行车纵置电机驱动系统。

背景技术：

自行车是最常用的交通工具之一，随着技术与经济发展，电动助力自行车逐渐兴起并为大众接受，传统的自行车，通常采用链式传动结构，由于链式传动结构存在易弄脏衣物，链式传动效率较低，容易损坏，阻力较大等缺点，更优异的无链式传动结构随即出现，在现有的助力自行车中，采用中置电机驱动的自行车通常为横置结构，这类自行车结构较为复杂，美观性差。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服现有技术的不足本实用新型提供一种自行车纵置电机驱动系统，通过设置轴传动装置替代传统链式传动结构，降低重量提高强度，通过设置纵向连接布置的中置电机，并与轴传动连接，简化设计，提高集成度和美观度，通过设计齿轮传动，大幅提高传动效率，结构紧凑且节能环保。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种自行车纵置电机驱动系统，包括电机、齿轮组、驱动组件、中轴和用于固定上述组件的车架，车架至少包括五通、下管和座管，所述电机设置在所述车架上，所述电机与所述齿轮组连接，所述齿轮组与还连接有中轴，中轴设置在所述五通内并与所述车架转动连接，所述齿轮组与所述驱动组件连接，所述驱动组件固定在所述车架上，所述齿轮组为转向齿轮。

进一步地，所述电机围绕所述五通圆周，可在360度内任意角度设置，所述电机两侧设置有固定轴，所述电机输出轴设置有调心轴承。

进一步地，所述电机设置在所述下管或所述座管内，所述下管或所述座管与所述五通垂直且联通，所述电机的输出端从所述下管或所述座管伸入所述五通内，所述五通内设置有所述齿轮组，所述齿轮组与所述电机输出端连接。

进一步地，所述电机单电机或为带减速组的电机，所述减速组为行星减速齿轮组或普通减速齿轮组，所述电机的输出轴直接或通过单向转动机构连接到输出齿轮，所述减速齿轮组使用齿轮为直齿轮，斜齿轮、人字齿轮。

进一步地，所述驱动组件为轴传动组件或链传动组件。

进一步地，所述齿轮组至少包括输出齿轮、第一齿轮和输入齿轮，所述第一齿轮与中轴同轴连接，所述输出齿轮与所述电机连接，所述输入齿轮与所述驱动组件连接。

进一步地，所述输出齿轮与所述第一齿轮啮合连接，与中轴连接的所述第一齿轮还与所述驱动组件的所述输入齿轮连接向后输出动力。

进一步地，所述齿轮组还包括第二齿轮，所述第一齿轮通过单向旋转机构与中轴同轴连接，所述第一齿轮与电机的输出齿轮啮合连接，第二齿轮套接在中轴上，并与中轴固定连接并可同步驱动，所述第二齿轮与所述输入齿轮连接向后输出动力。

进一步地，所述转向齿轮为伞齿轮，螺旋齿轮，斜齿轮或直齿与皇冠齿轮，所述转向齿轮为双边齿或单边齿。

进一步地，所述中轴为力矩中轴或带有力矩传感器，所述力矩中轴为左右套接轴。

进一步地，所述轴传动组件包括套杆和传动杆，所述传动杆同轴设置在套杆内，并可相对于套杆自由转动，所述传动杆两端连接有齿轮或连接装置。

进一步地，所述电机轴线与所述驱动组件轴线在平面内的投影成角度布置。

本实用新型的有益效果为：

1)通过设置伞齿减速换向，降低重量，减小体积提高传动效率，并增加电机输出扭矩。

2)通过纵向设置的中置电机，提高驱动系统集成度并优化外观设计。

3)通过设计行星减速轮组与或通过伞齿轮减速，提高输出扭矩并实现输出轴的转向。

4)优选螺旋齿、斜齿设计，提高传动系统承载平稳度，降低运行噪声。

附图说明

图1为本实用新型一种自行车纵置电机驱动系统的结构示意图；

图2为本实用新型一种自行车纵置电机驱动系统的另一结构示意图；

图3为本实用新型一种自行车纵置电机驱动系统的另一结构改进示意图；

图4为本实用新型一种自行车纵置电机驱动系统的第三种结构示意图；

图5为本实用新型一种自行车纵置电机驱动系统的车架安装示意图；

图6为本实用新型一种自行车纵置电机驱动系统的另一车架安装示意图；

附图中各标注名称如下：1、五通；2、下管；3、电机；4、中轴；5、单向旋转机构；6、输出齿轮；7-1、第一齿轮；7-2、第二齿轮；8、输入齿轮；9、传动杆；10、套杆；11、车架；12、后轮毂。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种自行车纵置电机驱动系统，包括电机3，齿轮组，驱动组件、中轴4和用于固定上述组件的车架11，车架11至少包括五通1、下管2和座管，电机3设置在车架11上，电机3与齿轮组连接，齿轮组与还连接有中轴4，中轴4设置在五通1内并与车架11转动连接，齿轮组的输出与驱动组件连接，驱动组件固定在车架11上。

第一实施例

该实施列采用安装电机3的中置电动自行车来说明，请参阅图1、图4和图5：

一种自行车纵置电机驱动系统，包括电机3，齿轮组，驱动组件、中轴4和用于固定上述组件的车架11，车架11至少包括五通1、下管2和座管，电机3设置在车架11上，电机3与齿轮组连接，齿轮组与还连接有中轴4，中轴4设置在五通1内并与车架11转动连接，齿轮组的输出与驱动组件连接，驱动组件固定在车架11上，齿轮组为转向齿轮。

具体为：电机3设置在车架11的下管2内，电机3轴线与下管2轴线平行且垂直于五通1。下管2与五通1垂直且连通，电机3的输出端从下管2伸入五通1内，电机3与齿轮组连接，齿轮组设置在五通1内。

齿轮组包括输出齿轮6、第一齿轮7-1和输入齿轮8，第一齿轮7-1与中轴4同轴连接，为了减轻骑行负重和防止发生意外，第一齿轮7-1通过单向转动机构5与中轴4同轴连接并可单向转动，同时，输出齿轮6后端通过单向转动机构5与电机3输出轴连接。电机3的输出齿轮6与第一齿轮7-1啮合连接。该单向转动机构5可采用棘轮或单向轴承。输入齿轮8与驱动组件连接。

特别的，为保证齿轮输出旋转方向正确，设置在中轴4上的第一齿轮7-1除了公用单边齿牙外，还可两边制齿或者采用固接的两个齿轮。

上述的齿轮组的齿轮为伞齿轮，螺旋齿轮，斜齿轮或直齿与皇冠齿轮，为保证驱动效果，齿轮组的齿轮最好采用螺旋伞齿轮。

当然，由于五通内采用伞形齿轮，因此，电机可围绕五通，在360°圆周内的任意角度布置，如图6所示，该方案中，电机设置在座管内。

为方便电机安装，电机两侧设置有固定轴，电机前端的轴上设置有调心轴承，保证电机正常工作。在车架上设置有Y形固定部，该固定部用于安置电机的轴，电机后端可通过设置压板并依靠Y形固定部实现对电机的固定。此外，该种设计也方便电机的更换和维修，拆下盖板即可方便的取出电机。同时，Y形固定部与轴的连接并配合电机使用的调心轴承，是的电机可在一定范围内摆动，降低车辆行驶时的冲击对电机造成损害。

其中，该电机3为带减速组的直流无刷电机3，减速组设置在电机3前端，为保证运行平稳，该减速组选用行星齿轮减速组，其中电机3输出轴设置有太阳轮，围绕太阳轮设置有三个行星齿轮，齿圈与电机3壳体固定并依靠行星齿轮与太阳轮连接，行星轮设置在行星架上，行星架的输出设置有输出齿轮6。当然该减速组也可采用多个双层齿轮连接构成的普通减速组。实现减速增扭。提高驱动力。减速齿轮组使用齿轮为直齿轮，斜齿轮、人字齿轮。

当然，该电机3也可以为普通直流无刷电机3，该电机3的输出轴连接有输出齿轮6，该输出齿轮6与中轴4的转向齿轮构成一级减速，此外，驱动组件构成二级减速，通过两级减速结构实现电机3的增扭。

车架11的五通1内设置有中轴4，该中轴4为力矩中轴4或带有力矩传感器的中轴4，该中轴4可采用单一中轴4或左右套接组合的两段式中轴4。

最佳的，中轴4应该采用左右套接式的组合中轴4，该中轴4包括内接轴和外套轴，内接轴为阶梯式，内接轴在较细一侧设置有第一花键，内接轴在较大一侧设置有第二花键，外套轴内部的一端设置有第三花键套，外套轴内部的另一端设置有第四花键，其中，内接轴的第一花键与外套轴的第三花件套紧密配合，内接轴的第二花键与外套轴的第四花键构成整体，特别的是，内接轴的花键宽度小于外套轴的花键宽度。

本实施例中，驱动组件采用轴传动组件，轴传动组件包括套杆10和传动杆9，传动杆9同轴设置在套杆10内，并可相对于套杆10自由转动，传动杆9两端连接有齿轮或连接装置，本实施中，传动杆9的输入端与伞形输入齿轮8连接，传动杆9的输出端设置有转向齿轮，该转向齿轮传动后轮毂12实现对车轮的驱动。

此外，本实施中，电机3与轴传动组件公用一个转向齿轮，且电机3纵置，因此，电机3轴线与轴传动组件轴线在平面内的投影成角度布置。

请参阅图4，在图1实施例的一个变形中，可将电机3的输出齿轮6直接与输入齿轮8连接，将电机输出动力直接向后传递，仅需保证电机的输出轴与自行车中轴无干涉即可，作为图4方案的一个实际应用案例，可以将电机3如图6布置，将电机设置在座管内，电机3的输出齿轮6设置在中轴上端，并直接与输出齿轮8连接，避免电机输出轴与中轴的干涉问题。

骑行时，当电机3不工作，中轴4带动第一齿轮7-1旋转，第一齿轮7-1带动输入齿轮8传动轴传动组件，最后驱动车轮旋转。由于电机3设置有单向离合器，第一齿轮7-1传动电机3的输出齿轮6，由于输出齿轮6转速高，离合器分离，与电机3断开连接，减轻骑行负重。

在电机3介入工作时，由于电机3转速高，单向离合器接合，电机3动力通过输出齿轮6传动第一齿轮7-1并进一步传动输入齿轮8和轴传动组件。同时人力的踩踏通过单向离合器传递给第一齿轮7-1，与电机3共同驱动车轮运行。

当人不踩踏，而电机3工作时，第一齿轮7-1的单向离合器分离，避免车轮或电机3反向传动曲柄，造成人员受伤。

第二实施例

请参阅图2、图3和图5

相比于实施例1，实施例2的差异在于，五通1内的齿轮组采用个独立的转向齿轮，具体为：

本实施例中，齿轮组包括输出齿轮6、第一齿轮7-1、第二齿轮7-2和输入齿轮8，第一齿轮7-1通过单向转动机构5与中轴4同轴连接并可单向转动，电机3直接与输出齿轮6连接，第二齿轮7-2套接在中轴4上，第二齿轮7-2与中轴4固定连接并可同步驱动。轴传动组件的输入齿轮8也与第二齿轮7-2啮合连接，本方案的最大特征在于，两个转向齿轮相互独立并依靠中轴4传动，其中单向转动机构5为棘轮或单向轴承。

请参阅图3，在本实施例的一个改进方案中，其中，第一齿轮7-1通过轴承与中轴4同轴连接，电机3直接与输出齿轮6连接，第二齿轮7-2套接在中轴4上并通过单向轴承与中轴4固定，使得第二齿轮7-2可与中轴4单向转动。第一齿轮7-1和第二齿轮7-2之间通过单向转动机构5相互连接，使得第一齿轮7-1与第二齿轮7-2实现单向传动。其中单向转动机构5为棘轮或单向轴承。

相较于前述方案，本方案的中，由于中轴4通过单向轴承、棘轮或其他单向离合器与齿轮连接，在不踩踏时，避免了电机3反向传动曲柄，造成空踩和人员伤害。此外，通过设置两个独立的转向齿轮，可更方便的实现齿轮配速，提高电机3效能和骑行舒适度。

上述的转向齿轮为伞齿轮，螺旋齿轮，斜齿轮或直齿与皇冠齿轮，为保证驱动效果，转向齿轮最好采用螺旋伞齿轮。

第三实施例

相比于实施例1和实施例2，驱动组件也可以是链传动组件，具体为：

第一齿轮7-1通过单向转动机构5与中轴4同轴连接并可单向转动，电机3的输出齿轮6与第一齿轮7-1啮合连接。输出齿轮6后端通过单向转动机构5与电机3输出轴连接。该单向转动机构5可采用棘轮或单向轴承。第一齿轮7-1一侧还固定连接有链轮，链轮通过链条与车轮连接。

或者，第一齿轮7-1通过轴承与中轴4同轴连接，电机3直接与输出齿轮6连接，链轮套接在中轴4上并通过单向轴承与中轴4固定，使得链轮可与中轴4单向转动。第一齿轮7-1和链轮之间通过单向转动机构5相互连接，使得第一齿轮7-1与链轮实现单向传动。其中单向转动机构5为棘轮或单向轴承。

在实施例一二三任意一个实施中，齿轮可按需设置成轴套状等特殊结构。

实施例4，请参阅图5和图6

请参阅图5，一种装有实施例一二三任意一种所示驱动系统的自行车，该自行车的车架11包括五通1、座管、前管、下管2、后叉管等组件后叉管固定有后轮，前管前端连接有前叉和前轮，其中，电机3设置在车架11的下管2内，并靠近五通1设置，电机3轴线与下管2轴线平行且垂直于五通1。下管2与五通1垂直且连通，电机3的输出端从下管2伸入五通1内，五通1内设置有齿轮组，电机3的输出端与齿轮组连接，五通1内穿入有中轴4，中轴4与齿轮组相互连接，齿轮组的输出连接有轴传动组件，该轴传动组件沿一侧后叉管布置并与后轮连接。其中，电机3轴线与轴传动组件轴线成角度布置。

电机3和中轴4传动齿轮组并依靠轴传动组件向后输出动力，驱动车轮运转。

电机可围绕五通，在360°圆周内的任意角度布置，如图6所示，该方案中，电机设置在座管内。在图5方案中，电机设置在座管内，电池设置在下管内，相比于电机设置在下管内的情况，该设计可提供更大的电池容量，提高续航历程。

当然在某些车架上，电机可设置在五通下端或座管后面，与设置在管内的方案并无太大区别。

为方便电机安装，电机两侧设置有固定轴，电机前端的轴上设置有调心轴承，保证电机正常工作。在车架上设置有Y形固定部，该固定部用于安置电机的轴，电机后端可通过设置压板并依靠Y形固定部实现对电机的固定。此外，该种设计也方便电机的更换和维修，拆下盖板即可方便的取出电机。同时，Y形固定部与轴的连接并配合电机使用的调心轴承，是的电机可在一定范围内摆动，降低车辆行驶时的冲击对电机造成损害。

轴传动组件还可替换成链传动，依靠链条传动车轮。

本实用新型一种自行车纵置电机驱动系统的有益效果为：

1)通过设置伞齿减速换向，降低重量，减小体积提高传动效率，并增加电机输出扭矩。

2)通过纵向设置的中置电机，提高驱动系统集成度并优化外观设计。

3)通过设计行星减速轮组与或通过伞齿轮减速，提高输出扭矩并实现输出轴的转向。

4)优选螺旋齿、斜齿设计，提高传动系统承载平稳度，降低运行噪声。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。可以采用不同的组合方式来实施本实用新型，如电机可以采用同心同轴安装或者一侧安装，减速机构可以通过行星轮减速或者其他齿轮、链条减速结构，中轴可以采用单轴结构或者左右轴结构，传感器可以采用各种扭矩传感器或者速度传感器，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。