专利名称：中置式同轴电力辅助自行车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力辅助驱动的自行车，特别涉及一种中置式电力辅助驱动的自行车。
电力辅助驱动自行车其电动辅助驱动装置，就驱动器安装位置可分为三大类，即前轮驱动、后轮驱动和中轴驱动，亦称中置式驱动。中置式驱动从重心位置、结构刚性及可以在使用电子无级调速的同时配合使用机械多档变速等诸多优越性考虑，其总体设计更为合理，是目前世界高、中档电动自行车主要选用的方式。日本雅马哈、本田、铃木、松下和台湾的美利达等主要生产电动自行车的大厂家，都采用中置式驱动。但上述所有设计中，其电机轴、减速器轴、自行车中轴都分别在各自的轴线上，这种设计其主要缺点是结构复杂、体积大、重量重、成本高和传动效率低。棘轮机构是普遍和成熟的设计，但棘轮结构只是单向传递转动力矩，目前的棘轮机构无法实现特殊的要求，即两个动力源同时或分别输入，分别或同时驱动自行车前进，而此两个动力源还要互相不影响、不干扰。现有电脑控制技术均采用“1∶1助力”，即以自行车前进所需要的力矩为基础，分配人力与辅助动力(电机)按1∶1比例安排。其主要缺点是此种控制方式没有考虑对电池的有效保护，而电动自行车之所以不能成为广大消费者接受的商品，最主要的因素是电池循环充电次数(寿命)低，一次充电的续航里程少，原因在于目前的电池比能量低，在大电流长时间放电工作状态下，会大大减少循环充电次数，而电池是电动自行车的最薄弱环节。不能有效保护电池，就不能很好地实现电动自行车的商品化。同时，还需要人工进行多档变速。
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足而提供一种驱动器结构紧凑、体积小、重量轻、传动效率高的中置式电力辅助驱动自行车；另外人力和电动力可以分别通过驱动器单独驱动自行车，互相不影响、不干扰，又可形成合力共同驱动自行车；在有效保护电池在其最佳工作状态下工作的前提下向自行车提供最大的辅助动力，使人感到轻松、舒适和满足。
本实用新型是这样实现的，本实用新型包括有车架、前叉、手把、前后车轮、飞轮和链条，传动机构由人力和电动两部分组成，电动传动机构由电脑控制部分和驱动器组成。驱动器安装在中轴内，由电动机、减速器、棘轮、链轮和中轴组成，电动机通过减速器和棘轮带动链轮。电脑控制部分根据度传感器、力矩传感器采集的自行车运行参数向电动机提供不同脉宽的脉冲电压调节电动机的工作电流。人力传动机构由脚蹬、中轴、棘轮组成。电动传动机构和人力传动机构共同通过棘轮、大链轮、链条和飞轮驱动自行车，其特征在于电动传动机构装在自行车中轴的五通内，电机轴、减速器轴和链轮轴均为空心轴与自行车中轴套装在同一轴心上各自由轴承单独支撑，棘轮为一双向推进机构。电动机为盘式绕组电机，由电机左右端盖、电机定子、电机转子、转子座、电机轴和轴承组成，转子座与电机轴一体。电机定子固定在电机右端盖上，电机转子和转子座固接，电机轴通过轴承与电机左端盖和电机右端盖定位。减速器由减速器固定刚轮、减速器波发生器、减速器输出柔轮、柔轮保持架、减速器右端盖和减速器外套组成，减速器波发生器固定在电机轴上，通过减器输出柔轮带动棘轮外套，减速器输出柔轮由柔轮保持架定位，柔轮保持架通过轴承和减速器右端盖定位。棘轮由棘轮外套、链轮轴、外棘轮爪、内棘轮爪组成，二个外棘轮爪位于棘轮外套、链轮轴间，二个内棘轮爪位于链轮轴和中轴间，链轮轴通过轴承和与中轴、通过轴承与驱动器右端盖定位。中轴通过轴承与驱动器左端盖定位。电脑控制部分还有伺服放大器输出以控制自动机械换挡。
本实用新型与已有技术相比，其优点在于1．本实用新型的辅助驱动器结构紧凑、体积小、重量、传动效率高，同时外形美观；2．本实用新型人力和电动力可以分别通过驱动器单独驱动，互相不影响、不干扰，又可形成合力共同驱动；3．本实用新型由于有电脑控制的自动机械换挡伺服器，能在有效保护电池在其最佳工作状态下提供最大的辅助动力，使人感到轻松、舒适和满足。
图1为本实用新型的传动框图；图2为本实用新型的电机、传动减速机构结构剖视示意图；图3为本实用新型棘轮双向推动机构的剖视图；图4为本实用新型电脑控制部分框图；图5为电脑控制部分中单片电脑U1和锁存器U2的电路图；图6为电脑控制部分中程序贮存器U3的电路图；图7为电脑控制部分中数据贮存器U4的电路图；图8为电脑控制部分中模数转换器U5的电路图；图9为电脑控制部分中伺服放大输出接口电路图；图10为电脑控制部分中脉冲调宽电机控制器输出接口电路图；图11为电脑控制部分中的供各集成电路的稳压电源电路图；图12为电脑控制部分中综合显示器接口及其所用电源的电路图。
结合实施例说明附图本实用新型包括有车架、前叉、手把、前后车轮、飞轮和链条，传动机构由人力和电动两部分组成，图1为本实用新型的传动框图。电动传动机构由电脑控制部分和驱动器组成。驱动器安装在中轴内，由电动机、减速器、棘轮和中轴组成(图2)。电脑控制部分(图4的虚线内)根据速度传感器、力矩传感器采集的自行车运行参数向电机发出脉冲电流，通过提供不同脉宽的脉冲电压调节电池向电动机输出电压来调节电机(电池)的工作电流。自行车行进时车速和需要的力矩是变化的，而电池最佳工作状态可以提供的工作电流(力矩)是相对衡定的，也就是本实用型向自行车提供的电动动力是相对衡定的，动力不足部分由人力来补充。电动机通过减速器和棘轮带动链轮，人力传动机构由脚蹬、中轴、棘轮组成，电动传动机构和人力传动机构共同通过棘轮、大链轮、链条和飞轮驱动自行车，其特征在于电动传动机构装在自行车中轴的五通内，电机轴、减速器轴和链轮轴均为空心轴与自行车中轴套装在同一轴心上各自由轴承单独支撑，棘轮为一双向推进机构。
电动机为盘式绕组电机(图2)，由电机左右端盖2及5、电机定子4、电机转子3、转子座26、电机轴27和轴承23及20组成，转子座26与电机轴27一体。电机定子4固定在电机右端盖5上，电机转子3和转子座26固接，电机轴27通过轴承23和20与电机左端盖2和电机右端盖5定位。
减速器由减速器固定刚轮6、减速器波发生器7、减速器输出柔轮9、柔轮保持架10、减速器右端盖11和减速器外套8组成，减速器波发生器7固定在电机轴27上，通过减速器输出柔轮9带动棘轮外套12，减速器输出柔轮9由柔轮保持架10定位，柔轮保持架10通过轴承19和减速器右端盖11定位。电机转子3产生的力矩经减速器波发生器7和减速器输出柔轴传送到棘轮。棘轮由棘轮外套12、链轮轴13、外棘轮爪25、内棘轮爪24组成(图3)，二个外棘轮爪25位于棘轮外套12、链轮轴13间，二个内棘轮爪24位于链轮轴13和中轴15间，链轮轴13通过轴承17和18与中轴15、通过轴承16与驱动器右端盖14定位。中轴15还通过轴承21与驱动器左端盖1位。由电机、减速器传来的动力，经棘轮外套12到外棘轮爪25，通过外棘轮爪25带动链轮轴13，驱动自行车前进，当电机向前进方向运转时，外棘轮爪25是立起来传递动力的。当人力蹬踏时，人力经中轴15通过内棘轮爪24带动链轮轴13，驱动自行车前进，当人力蹬踏时内棘轮爪24是立起来传递动力的。当电机运转而人力不蹬踏时，外棘轮爪25立起来传递动力，而内棘轮爪24倒下，中轴15不运转，不影响链轮轴13转动。当电机不转动，人力蹬踏时，内棘轮爪24立起来传递动力，而外棘轮爪25倒下，棘轮外套12不运转，不影响中轴15转动。
作为本实用新型电脑控制部分的一个具体实施例，包括线路板、电源、信号输入接口、信号输出接口和主机，主机装在线路板上(由于可参见的现有技术很多，未作图表示)；参见图4，信号输入接口包括自行车工况信号接口(可以为速度传感器信号接口和力矩传感器信号接口)、电动机工况信号接口(可以为电动机电流检测信号接口和脉冲检测信号接口)和电源工况信号接口(可以为电流信号接口和电压信号接口)中的至少一个，即根据需要，可以为上述三者中的任意一个或任意两个或三个；主机包括微处理器(包括包括锁存器)(图5的U1及U2)、程序存储器(图6的U3)、数据存储器(图7的U4)和稳压电源(图11中以U9为主的)。信号输入接口与主机的微处理器或经模数转换器(图8的U5)与微处理器相连。
本实施例的信号输出接口包括供驱动机械换档机构以实现机械自动换挡变速的伺服放大器输出接口(图9中以T1为主)或伺服放大器接口以及综合显示器输出接口及其电源(图12中以U6、U7、T3及J5为主)、供驱动电机作功放的脉冲调宽电机控制器输出接口(图10中以T4为主)二者中的至少一个，根据需要，可以为伺服放大器接口或伺服放大器接口和综合显示器接口或伺服放大器接口和脉冲调宽电机控制器接口或伺服放大器接口、脉冲调宽电机控制器接口和综合显示器接口。
上述微处理器上还可以连接有一个省电/省力工况控制开关。
参见图4-12，本实施例的电脑控制部分将自行车速度传感器和力矩传感器以及电动机的电流检测信号和脉冲检测信号通过微处理器的信号输入接口传至主机模数转换器和微处理器，其中的模拟信号经模数转换器的U5转换后，传给微处理器的U1；脉冲信号直接传给微处理器的U1。微处理器的U1与程序存储器的U3、数据存储器的U4之间通过总线进行数据通讯和处理后，经伺服放大器输出接口、脉冲调宽电机控制器输出接口和综合显示器输出接口输出，分别对自动换档伺服器、电动机和综合显示器进行驱动、控制和显示。
本实用新型的控制程序根据实际设置进行编制，与现有的电动自行车控制部分不同的是在电机电子无级自动调速的同时，配合机械自动换挡变速。这就使自行车在低速、需要大力矩推进时，电机仍保持高速运转，通过机械变速来满足自行车低速、大力矩的需要，使电机(电池)工作电流相对稳定在较小的电流下工作，不会产生可以损坏电池的大电流。
权利要求1．一种中置式同轴电力辅助自行车，包括有车架、前叉、手把、前后车轮、飞轮和链条，传动机构由人力和电动两部分组成，电动传动机构由电脑控制部分和驱动器组成，驱动器安装在中轴内，由电动机、减速器、棘轮和中轴组成，电脑控制部分根据速度传感器、力矩传感器采集的自行车运行参数向电机提供不同脉宽的脉冲电压调节电动机的工作电流，电动机通过减速器和棘轮带动链轮，人力传动机构由脚蹬、中轴、棘轮组成，电动传动机构和人力传动机构共同通过棘轮、大链轮、链条和飞轮驱动自行车，其特征在于电动传动机构装在自行车中轴的五通内，电机轴、减速器轴和链轮轴均为空心轴与自行车中轴套装在同一轴心上各自由轴承单独支撑，棘轮为一双向推进机构。
2．根据权利要求1所述的中置式同轴电力辅助自行车，其特征在于电动机为盘式绕组电机，由电机左右端盖(2)(5)、电机定子(4)、电机转子(3)、转子座(26)、电机轴(27)和轴承(23)(20)组成，转子座(26)与电机轴(27)为一体，电机定子(4)固定在电机右端盖(5)上，电机转子(3)和转子座26固接，电机轴过轴承(23)和(20)与电机左端盖(2)和电机右端盖(5)定位。
3．根据权利要求1所述的中置式同轴电力辅助自行车，其特征在于减速器由减速器固定刚轮(6)、减速器波发生器(7)、减速器输出柔轮(9)、柔轮保持架(10)、减速器右端盖(11)和减速器外套(8)组成，减速器波发生器(7)固定在电机轴27上，通过减速器输出柔轮(9)带动棘轮外套(12)，减速器输出柔轮(9)由柔轮保持架(10)定位，柔轮保持架(10)通过轴承(19)和减速器右端盖(11)定位。
4．根据权利要求1所述的中置式同轴电力辅助自行车，其特征在于棘轮由棘轮外套(12)、链轮轴(13)、外棘轮爪(25)、内棘轮爪(24)组成，二个外棘轮爪(25)位于棘轮外套(12)、链轮轴(1 3)间，二个内棘轮爪(24)位于链轮轴(13)和中轴(15)间，链轮轴(13)通过轴承(17)和(18)与中轴(15)、通过轴承(16)与驱动器右端盖(14)定位。
5．根据权利要求1所述的中置式同轴电力辅助驱动自行车，其特征在于中轴(15)通过轴承(21)与驱动器左端盖(1)定位。
6．根据权利要求1所述的中置式同轴电力辅助自行车，其特征在于电脑控制部分包括线路板、电源、信号输入接口、信号输出接口和主机，主机装在线路板上；信号输入接口为自行车工况信号接口、电动机工况信号接口和电源工况信号接口中的至少一个，主机包括微处理器U1和U2、程序存储器U3和数据存储器U4，信号输入接与主机的微处理器相连。
7．根据权利要求6所述的中置式同轴电力辅助自行车，其特征在于自行车工况信号接口包括速度传感器信号接口和力矩传感器信号接口；电动机工况信号接口包括电动机电流检测信号接口和脉冲检测信号接口；电源工况信号接口包括电压和电流信号接口。
8．根据权利要求6所述的中置式同轴电力辅助自行车，其特征在于信号输出接口包括伺服放大器输出接口或伺服放大器接口以及综合显示器输出接口、脉冲调宽电机控制器输出接口二者中的至少一个。
9．根据权利要求6所述的中置式同轴电力辅助自行车，其特征在于微处理器上连接有一个省式/省力工况控制开关。
10．根据权利要求6所述的中置式同轴电力辅助自行车，其特征在于主机还包括模数转换器U5，信号输入接口中至少有一个经模数转换器与微处理器相连。
专利摘要本实用新型涉及电力辅助驱动自行车。传动机构有人力和电动两部分,电动部分由电脑和驱动器组成。驱动器安装在中轴的五通内,由电动机、减速器和棘轮组成,人力部分由脚蹬和中轴组成。电机轴、减速器轴、中轴、链轮轴同心套装并各自由轴承单独支撑,棘轮为双向推进机构。驱动器通过减速器和人力传动机构共同或分别通过棘轮、链轮驱动自行车。驱动器结构紧凑,体小量轻、传动效率高,人力和电动力可共同或分别单独驱动,互相不影响。
文档编号B62K11/00GK2316230SQ9820157
公开日1999年4月28日 申请日期1998年2月27日 优先权日1998年2月27日
发明者朱永达 申请人:朱永达