专利名称：混合动力自行车一体化驱动器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种驱动器，特别是适用于集人力、电动、内燃机混合动力自行车上的一体化驱动器。
随着中国的城市小区不断向城郊扩张，各类动力自行车也必然进入人们的生活。但是环境保护的强制性法规，约束了常规传统交通工具的使用，如中国前几年大量使用的汽油助力车(二冲程36CC)，由于发动机在工作时的机油/汽油混合燃烧，造成大气的严重污染。现已被政府强制禁止使用。近年刚进入市场的电动自行车正逐步被人们接受，但是由于电池的容量有限，使得电动车的实用性大打折扣，每天的充电也令人头痛。
本实用新型的目的是提供一种在《混合动力自行车》(发明专利申请号99109982.6)的基本原理下开发的混合动力自行车一体化驱动器，该驱动器将电动机、发电机、启动电机、内燃机、减速器、尾气处理装置有机的集成一体，结构进行优化组合，共享资源。小巧玲珑利于自行车上装备，是现代动力自行车驱动器的新一代变革、创新。
本实用新型的技术方案是一种混合动力自行车一体化驱动器，有机的将电动机、内燃机、减速器、消音/三元催化还原器通过连接支架组合，集成一体化驱动器总成，整体安装在混合动力自行车的中轴部位，其中，内燃机的启动装置是由启动被动带轮、启动齿形皮带、启动主动带轮、启动带轮单向轴承构成。启动被动带轮与内燃机飞轮组合同轴。启动被动带轮与启动主动带轮是用启动齿形皮带连接。启动主动带轮通过启动带轮单向轴承与电机轴联接，使启动主动带轮在电动机顺时针转动时，与其脱离；发电装置是由发电被动带轮、发电齿形皮带、发电主动带轮、发电带轮单向轴承构成。发电被动带轮与发电主动带轮是用发电齿形皮带连接。发电被动带轮通过发电带轮单向轴承与电机轴联接，使发电主动带轮在直流电动机顺时针转动时，与其脱离；电机传动装置是由电动驱动齿形皮带、电动驱动主动带轮、驱动带轮单向轴承构成。电动驱动主动带轮与电动驱动被动带轮是用电动驱动齿形皮带连接。电动驱动主动带轮又通过驱动带轮单向轴承与电机轴联接，使电动驱动主动带轮在电动机反时针转动时，与其脱离；内燃机、电动机均与同一套减速器连接，该减速器是由离合器输出轴、电动驱动齿形皮带、电动驱动主动带轮、支承轴、动力输出链轮、五个减速齿轮、驱动带轮单向轴承构成。电动驱动被动带轮与其中两个减速齿轮组合同轴——支撑轴。另两个减速齿轮组合，通过滚珠轴承与离合器输出轴联接，可自由转动。最后一减速齿轮、发电主动带轮分别通过内燃机输出单向轴承、发电带轮单向轴承与离合器输出轴联接，使该减速齿轮、发电被动带轮在电动机顺时针转动时，均与其脱离。输出齿轮与动力输出链轮同轴——动力输出轴。驱动器输出被动齿轮通过单向轴承与自行车大飞联接，当自行车大飞反时针转动时，驱动器输出被动齿轮与其脱离。自行车大飞又通过单向轴承与自行车中轴联接，当自行车中轴反时针转动时，自行车大飞与其脱离。动力输出链轮与驱动器输出被动齿轮由输出链条连接。内燃机还可通过手启动器手动启动。当离合器输出轴反时针转动时，发电被动带轮的转速必须小于启动主动带轮的转速。本驱动器具备三种工作模式(Ⅰ)内燃机驱动模式当需内燃机工作时，是由电动机反转(反时针转动)电启动内燃机，通过启动装置启动内燃机工作，进入滞速状态。再通过内燃机调速手柄控制内燃机的转速，当达到一定转速时，离合器壳将动力输出，通过减速器，减速后驱动自行车行驶。同时通过发电装置使电动机反转变为发电机，对车载电池充电。内燃机排放的尾气进入消音/三元催化还原器进行净化。此时，通过电机轴、补气装置单向轴承带动补气装置旋转，向消音/三元催化还原器供气；(Ⅱ)电动驱动模式当需电动机工作时，由车载电池供电给电动机，使其正转(顺时针转动)，通过电机传动装置将动力输给减速器，减速后再驱动自行车。此时，离合器壳与内燃机飞轮脱离，内燃机不转动。由于补气装置单向轴承的单向功能，使与电机轴联接的补气装置与之脱离，不工作。同理，因启动带轮单向轴承的单向功能，启动装置也不工作；(Ⅲ)人力驱动模式当需人力骑行时，一体化驱动器总成不工作，用人力常规驱动自行车。
本实用新型由于有机的将电动机、发电机、启动电机、内燃机、减速器、消音/三元催化还原器等集成一体化驱动器总成，达到结构优化，以便整体安装在混合动力自行车的中轴部位，体积小、重量轻，并且，保证人力骑行时，整个一体化驱动器总成没有干涉，便于骑行。该驱动器使电动机、内燃机分别工作时均共享一套减速器。电动机在内燃机工作时，巧妙的实现两个阶段转变一、启动电机，保证内燃机的电启动；二、发电机，为电动驱动提供电力准备，使能量得到充分的利用。从而，达到高度的集成功能优化，内燃机除了可电启动外，在电池无电时，还可通过手动启动，以保证车辆在各种状态下的实用性。而且，利用消音/三元催化还原器对于尾气、噪音从环保角度进行处理，使系统具有多功能、高可靠性、更适于环保的要求。是驱动器的一大突破，基本实现了对现代化动力自行车驱动器的大变革、大创新。
图1是本实用新型的立体视图图2是本实用新型的俯视图图3是本实用新型的减速器局部俯视图图4是本实用新型的电机、内燃机部分立体图图5是本实用新型的电机、内燃机部分结构主视图图6是图5的A-A剖视图图7是本实用新型的原理逻辑关系图图8是本实用新型的电气原理图图9是本实用新型的位置示意图图10是本实用新型的成品外观图实施例一种混合动力自行车一体化驱动器，有机的将直流电动机(2)、发电机、启动电机、四冲程内燃机(1)、减速器(33)、消音/三元催化还原器(34)等集成一体化驱动器总成(36)，通过连接支架(3)组合，整体安装在混合动力自行车(35)的中轴(27)部位。使四冲程内燃机(1)、直流电动机(2)分别驱动时，共享同一套减速器(33)。其中，启动主动带轮(7)、发电被动带轮(10)分别通过启动带轮单向轴承(41)、发电带轮单向轴承(42)与电机轴(16)联接，使启动主动带轮(7)、发电主动带轮(12)在直流电动机(2)正转(顺时针转动)时与其都脱离。电动驱动主动带轮(15)也通过驱动带轮单向轴承(43)与电机轴(16)联接，使电动驱动主动带轮(15)在直流电动机(2)反转(反时针转动)时与其脱离。电动驱动被动带轮(13)与减速齿轮(17)、(19)组合同轴——支撑轴(18)。减速齿轮(20)、(24)组合，通过滚珠轴承(44)与离合器输出轴(8)联接，可自由转动。减速齿轮(25)、发电主动带轮(12)分别通过内燃机输出单向轴承(39)、发电带轮单向轴承(42)与离合器输出轴(8)联接，由于单向功能，使减速齿轮(25)、发电被动带轮(10)均在直流电动机(2)正转时与其脱离。输出齿轮(22)与动力输出链轮(23)同轴——动力输出轴(21)。启动被动带轮(5)与内燃机飞轮(38)组合同轴。注意当离合器输出轴(8)反转时，发电被动带轮(10)的转速必须小于启动主动带轮(7)的转速，以防启动装置与发电装置发生干涉。驱动器输出被动齿轮(28)通过单向轴承与自行车大飞(29)联接，当自行车大飞(29)反转时，驱动器输出被动齿轮(28)与其脱离。自行车大飞(29)又通过单向轴承与自行车中轴(27)联接，当自行车中轴(27)反转时，自行车大飞(29)与其脱离。启动被动带轮(5)与启动主动带轮(7)、发电被动带轮(10)与发电主动带轮(12)、电动驱动被动带轮(13)与电动驱动主动带轮(15)均为皮带传动，分别是由启动齿形皮带(6)、发电齿形皮带(11)、电动驱动齿形皮带(14)传动，也可用其它传动方式替代。动力输出链轮(23)与驱动器输出被动齿轮(28)为链传动，即由输出链条(26)传动。其它为齿轮传动。
本驱动器具有三种工作模式，分别是通过一个功能选择开关(46)控制电路实现(Ⅰ)内燃机驱动模式当需四冲程内燃机(1)工作时，将功能选择开关(46)拨到K0-2位置上，使内燃机熄火/启动开关(50)处于启动处，这时，安装于混合动力自行车(35)上的车载电池(47)的极性被开关(46)转换，电机调速器(45)的输入变为负电位，直流电动机(2)的两端极性与电动驱动模式的工作状态反相。按动启动按钮(52)，电池(47)的负极通过功能选择开关(46)的按点K0-2按至电池(47)的正极上。使直流电动机(2)反转(反时针方向旋转)成为四冲程内燃机(1)的启动电机。再通过启动装置，它是由启动被动带轮(5)、启动齿形皮带(6)、启动主动带轮(7)、启动带轮单向轴承(41)等构成。当直流电动机(2)反转，其电机轴(16)带动安装在其上的启动带轮单向轴承(41)啮合上启动主动带轮(7)，由于内燃机飞轮(38)与启动被动带轮(5)是一体的，从而，带动四冲程内燃机(1)反时针转动。通过电子点火器(4)点火，使四冲程内燃机(1)工作，进入滞速状态。此时，四冲程内燃机风扇(37)转动进行散热冷却。四冲程内燃机(1)滞速工作时，没有动力输出，须再通过内燃机调速手柄(51)使其转速增加，当达到一定转速时，离合器壳(9)与内燃机飞轮(38)啮合，将动力输出至离合器输出轴(8)上。再通过内燃机输出单向轴承(39)，传至五个减速齿轮(25)、(17)、(19)、(24)、(20)逐级减速后，经输出齿轮(22)、动力输出轴(21)、动力输出链轮(23)、输出链条(26)、驱动器输出被动齿轮(28)传至自行车大飞(29)，从而驱动自行车(35)行驶。其中，减速器(33)是由离合器输出轴(8)、电动驱动齿形皮带(14)、电动驱动主动带轮(15)、支承轴(18)、动力输出链轮(23)、减速齿轮(17)、(19)、(20)、(24)、(25)、驱动带轮单向轴承(43)等构成。此时，自行车的行驶速度按四冲程内燃机(1)的转速速变化。四冲程内燃机(1)上有机油口(31)，以便注入内燃机润滑机油之用。
在离合器壳(9)与内燃机飞轮(38)啮合，动力传动至离合器壳(9)的同时，通过发电装置使直流电动机(2)反转变为发电机，其中，发电装置是由发电被动带轮(10)、发电齿形皮带(11)、发电主动带轮(12)、发电带轮单向轴承(42)等构成。其具体状态是发电主动带轮(12)通过发电齿形皮带(11)传递动力至发电被动带轮(10)，再经发电带轮单向轴承(42)传至电机轴(16)上，直流电动机(2)被驱动反转(反时针转动)，转换为发电机功能。其负极输出正电势，当转速一定时，电势达到充电继电器(49)工作状态，对应触点J1-1断开，J1-2闭合，按通充电回路。通过充电调节器(48)控制电流对车载电池(47)进行充电，实现四冲程内燃机(1)的部分动能转换为电能。
由于电机轴(16)的反转，传递动力至补气装置单向轴承(40)使补气装置(32)旋转，将空气送入消音/三元催化还原器(34)内，对四冲程内燃机(1)排放的尾气进行净化，使CO、NOx、HC还原为CO2、N2、H2O，达到保护大气环境的目的，满足和优过国家有关的排放标准。
由于驱动带轮单向轴承(43)的离合作用，电动驱动主动带轮(15)与电机轴(16)脱离不干涉。同理，启动带轮单向轴承(41)的超越离合作用，使启动主动带轮(7)与电机轴(16)脱离不干涉。
当车载电池(47)无电时，四冲程内燃机(1)还可通过手启动器(30)手动启动工作。
(Ⅱ)电动驱动模式当需直流电动机(2)工作时，则将功能选择开关(46)拨到K0-1位置上，此时，电机调速器(45)接通，通过调速手柄(51)对直流电动机(2)输出电压，由车载电池(47)供直流电动机(2)正转(顺时针转动)。动力通过电机轴(16)传至电机传动装置的驱动带轮单向轴承(43)、电动驱动主动带轮(15)、电动驱动齿形皮带(14)，从而驱动电动驱动被动带轮(13)，再将动力输给减速器(33)的减速齿轮(19)、(24)、(20)，减速后再传至输出齿轮(22)、动力输出轴(21)、动力输出链轮(23)、输出链条(26)、驱动器输出被动齿轮(28)，最后带动自行车大飞(29)，驱动混合动力自行车(35)行驶。
当直流电动机(2)正转时，减速齿轮(17)带动减速齿轮(25)转动，由于内燃机输出单向轴承(39)的单向功能，使离合器轴(8)脱离，从而，离合器壳(9)在正转时，不与减速齿轮(25)发生干涉，由于离心式离合器的作用，使内燃机飞轮(38)脱离，保证四冲程内燃机(1)不转动。
当电机轴(16)正转时，由于补气装置单向轴承(40)单向功能，使补气装置(32)脱离，不工作。同时，再经启动带轮单向轴承(41)的单向功能，启动装置也不工作。
(Ⅲ)人力驱动模式当需人力骑行时，将功能选择开关(46)拨到K0-0位置上，电机调速器(45)无电，直流电动机(2)不能工作；内燃机熄火/启动开关(50)处于熄火位置，四冲程内燃机(1)不能工作。总之，一体化驱动器总成(36)不工作，通过人力踏板进行常规驱动自行车大飞(29)，使自行车(35)行驶。
终上所述，当四冲程内燃机(1)、直流电动机(2)分别驱动时，两套驱动装置均共享一套减速器(33)，减速器(33)是由离合器输出轴(8)、电动驱动齿形皮带(14)、电动驱动主动带轮(15)、支承轴(18)、动力输出链轮(23)、减速齿轮(17)、(19)、(20)、(24)、(25)、驱动带轮单向轴承(43)等构成。本驱动器的控制电路属常规电路，在此就不详解了。
权利要求1.一种混合动力自行车一体化驱动器，由内燃机、电动机、控制电路构成，其特征在于将电动机(2)、内燃机(1)、减速器(33)、消音/三元催化还原器(34)通过连接支架(3)组合，集成一体化驱动器总成(36)，整体安装在混合动力自行车(35)的中轴(27)部位，其中，内燃机(1)的启动装置是由启动被动带轮(5)、启动齿形皮带(6)、启动主动带轮(7)、启动带轮单向轴承(41)构成，启动被动带轮(5)与内燃机飞轮(38)组合同轴，启动被动带轮(5)与启动主动带轮(7)是用启动齿形皮带(6)连接，启动主动带轮(7)通过启动带轮单向轴承(41)与电机轴(16)联接，使启动主动带轮(7)在电动机(2)顺时针转动时，与其脱离；发电装置是由发电被动带轮(10)、发电齿形皮带(11)、发电主动带轮(12)、发电带轮单向轴承(42)构成，发电被动带轮(10)与发电主动带轮(12)是用发电齿形皮带(11)连接，发电被动带轮(10)通过发电带轮单向轴承(42)与电机轴(16)联接，使发电主动带轮(12)在电动机(2)顺时针转动时，与其脱离；电机传动装置是由电动驱动齿形皮带(14)、电动驱动主动带轮(15)、驱动带轮单向轴承(43)构成，电动驱动主动带轮(15)与电动驱动被动带轮(13)是用电动驱动齿形皮带(14)连接，电动驱动主动带轮(15)又通过驱动带轮单向轴承(43)与电机轴(16)联接，使电动驱动主动带轮(15)在电动机(2)反时针转动时，与其脱离；内燃机(1)、电动机(2)均与同一套减速器(33)连接，减速器(33)是由离合器输出轴(8)、电动驱动齿形皮带(14)、电动驱动主动带轮(15)、支承轴(18)、动力输出链轮(23)、减速齿轮(17)、(19)、(20)、(24)、(25)、驱动带轮单向轴承(43)构成，电动驱动被动带轮(13)与减速齿轮(17)、(19)组合同轴——支撑轴(18)，减速齿轮(20)、(24)组合，通过滚珠轴承(44)与离合器输出轴(8)联接，可自由转动，减速齿轮(25)、发电主动带轮(12)分别通过内燃机输出单向轴承(39)、发电带轮单向轴承(42)与离合器输出轴(8)联接，使减速齿轮(25)、发电被动带轮(10)在电动机(2)顺时针转动时，均与其脱离，输出齿轮(22)与动力输出链轮(23)同轴——动力输出轴(21)，驱动器输出被动齿轮(28)通过单向轴承与自行车大飞(29)联接，当自行车大飞(29)反时针转动时，驱动器输出被动齿轮(28)与其脱离，自行车大飞(29)又通过单向轴承与自行车中轴(27)联接，当自行车中轴(27)反时针转动时，自行车大飞(29)与其脱离，动力输出链轮(23)与驱动器输出被动齿轮(28)由输出链条(26)连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力自行车一体化驱动器，其特征在于内燃机(1)还可通过手启动器(30)手动启动。
3.根据权利要求1所述的混合动力自行车一体化驱动器，其特征在于当离合器输出轴(8)反时针转动时，发电被动带轮(10)的转速必须小于启动主动带轮(7)的转速。
专利摘要本实用新型公开一种混合动力自行车一体化驱动器,有机的将电动机(2)、内燃机(1)等集成一体化驱动器总成(36),结构优化整体安装在自行车中轴(27)部位,只用一套减速器(33),且电动机(2)在不同工作状态分别具有电动机、发电机、启动电机三种功能,高度集成,功能优化,体积小、重量轻,便于安装。而且消音/三元催化还原器(34)对于尾气、噪音进行处理。多功能、高可靠性、更适于环保要求,是动力自行车驱动器的一大突破和变革。
文档编号B62M23/02GK2448696SQ0024479
公开日2001年9月19日 申请日期2000年10月26日 优先权日2000年10月26日
发明者罗宪安 申请人:罗宪安