專利名稱：混合動力自行車一體化驅動器系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種驅動器系統，特別是適用于集人力、電動、內燃機混合動力自行車上的一體化驅動器系統。
隨著中國的城市小區不斷向城郊擴張，各類動力自行車也必然進入人們的生活。但是環境保護的強制性法規，約束了常規傳統交通工具的使用，如中國前幾年大量使用的汽油助力車(二沖程36CC)，由于發動機在工作時的機油/汽油混合燃燒，造成大氣的嚴重污染。現已被政府強制禁止使用。近年剛進入市場的電動自行車正逐步被人們接受，但是由于電池的容量有限，使得電動車的實用性大打折扣，每天的充電也令人頭痛。
本發明的目的是提供一種在《混合動力自行車》(發明專利申請號99109982.6)的基本原理下開發的混合動力自行車一體化驅動器系統，該驅動器系統將電動機、發電機、啟動電機、內燃機、減速器、尾氣處理裝置有機的集成一體，結構進行優化組合，共享系統資源。小巧玲瓏利于自行車上裝備，是現代動力自行車驅動器的新一代變革、創新。
本發明的技術方案是一種混合動力自行車一體化驅動器系統，有機的將電動機、發電機、啟動電機、內燃機、減速器、消音/三元催化還原器等集成一體化驅動器總成，整體安裝在混合動力自行車的中軸部位。使內燃機、電動機分別驅動時，共享同一套減速器。本驅動器系統具備三種工作模式(I)內燃機驅動模式當需內燃機工作時，是由電動機反轉(反時針轉動)電啟動內燃機，通過啟動裝置啟動內燃機工作，進入滯速狀態。再通過內燃機調速手柄控制內燃機的轉速，當達到一定轉速時，離合器殼將動力輸出，通過減速器，減速后驅動自行車行駛。同時通過發電裝置使電動機反轉變為發電機，對車載電池充電。內燃機排放的尾氣進入消音/三元催化還原器進行凈化。此時，通過電機軸、補氣裝置單向軸承帶動補氣裝置旋轉，向消音/三元催化還原器供氣；(II)電動驅動模式當需電動機工作時，由車載電池供電給電動機，使其正轉(順時針轉動)，通過電機傳動裝置將動力輸給減速器，減速后再驅動自行車。此時，離合器殼與內燃機飛輪脫離，內燃機不轉動。由于補氣裝置單向軸承的單向功能，使與電機軸聯接的補氣裝置與之脫離，不工作。同理，因啟動帶輪單向軸承的單向功能，啟動裝置也不工作；(III)人力驅動模式當需人力騎行時，一體化驅動器總成不工作，用人力常規驅動自行車。
其中，減速器是由離合器輸出軸、電動驅動齒形皮帶、電動驅動主動帶輪、支承軸、動力輸出鏈輪、五個減速齒輪、驅動帶輪單向軸承等構成；啟動裝置是由啟動被動帶輪、啟動齒形皮帶、啟動主動帶輪、啟動帶輪單向軸承等構成；發電裝置是由發電被動帶輪、發電齒形皮帶、發電主動帶輪、發電帶輪單向軸承等構成；電機傳動裝置是由電動驅動齒形皮帶、電動驅動主動帶輪、驅動帶輪單向軸承等構成。注意當離合器輸出軸反轉時，發電被動帶輪的轉速必須小于啟動主動帶輪的轉速。內燃機還可通過手啟動器手動啟動。
本發明由于有機的將電動機、發電機、啟動電機、內燃機、減速器、消音/三元催化還原器等集成一體化驅動器總成，達到結構優化，以便整體安裝在混合動力自行車的中軸部位，體積小、重量輕，并且，保證人力騎行時，整個一體化驅動器總成沒有干涉，便于騎行。該驅動器系統使電動機、內燃機分別工作時均共享一套減速器。電動機在內燃機工作時，巧妙的實現兩個階段轉變一、啟動電機，保證內燃機的電啟動；二、發電機，為電動驅動提供電力準備，使能量得到充分的利用。從而，達到高度的集成功能優化，內燃機除了可電啟動外，在電池無電時，還可通過手動啟動，以保證車輛在各種狀態下的實用性。而且，利用消音/三元催化還原器對于尾氣、噪音從環保角度進行處理，使系統具有多功能、高可靠性、更適于環境的要求。是自行車驅動器系統的一大突破，基本實現了對現代化動力自行車驅動器的大變革、大創新。
圖1是本發明的立體視2是本發明的俯視3是本發明的減速器局部俯視4是本發明的電機、內燃機部分立體5是本發明的電機、內燃機部分結構主視6是圖5的A--A剖視7是本發明結構原理說明參考8是本發明的原理邏輯關系9是本發明的電氣原理10是本發明的位置示意11是本發明的成品外觀圖實施例一種混合動力自行車一體化驅動器系統，有機的將直流電動機(2)、發電機、啟動電機、四沖程內燃機(1)、減速器(33)、消音/三元催化還原器(34)等集成一體化驅動器總成(36)，通過連接支架(3)組合，整體安裝在混合動力自行車(35)的中軸(27)部位。使四沖程內燃機(1)、直流電動機(2)分別驅動時，共享同一套減速器(33)。其中，啟動主動帶輪(7)、發電被動帶輪(10)分別通過啟動帶輪單向軸承(41)、發電帶輪單向軸承(42)與電機軸(16)聯接，使啟動主動帶輪(7)、發電主動帶輪(12)在直流電動機(2)正轉(順時針轉動)時與其都脫離。電動驅動主動帶輪(15)也通過驅動帶輪單向軸承(43)與電機軸(16)聯接，使電動驅動主動帶輪(15)在直流電動機(2)反轉(反時針轉動)時與其脫離。電動驅動被動帶輪(13)與減速齒輪(17)、(19)組合同軸——支撐軸(18)。減速齒輪(20)、(24)組合，通過滾珠軸承(44)與離合器輸出軸(8)聯接，可自由轉動。減速齒輪(25)、發電主動帶輪(12)分別通過內燃機輸出單向軸承(39)、發電帶輪單向軸承(42)與離合器輸出軸(8)聯接，由于單向功能，使減速齒輪(25)、發電被動帶輪(10)均在直流電動機(2)正轉時與其脫離。輸出齒輪(22)與動力輸出鏈輪(23)同軸——動力輸出軸(21)。啟動被動帶輪(5)與內燃機飛輪(38)組合同軸。注意當離合器輸出軸(8)反轉時，發電被動帶輪(10)的轉速必須小于啟動主動帶輪(7)的轉速，以防啟動裝置與發電裝置發生干涉。驅動器輸出被動齒輪(28)通過單向軸承與自行車大飛(29)聯接，當自行車大飛(29)反轉時，驅動器輸出被動齒輪(28)與其脫離。自行車大飛(29)又通過單向軸承與自行車中軸(27)聯接，當自行車中軸(27)反轉時，自行車大飛(29)與其脫離。啟動被動帶輪(5)與啟動主動帶輪(7)、發電被動帶輪(10)與發電主動帶輪(12)、電動驅動被動帶輪(13)與電動驅動主動帶輪(15)均為皮帶傳動，分別是由啟動齒形皮帶(6)、發電齒形皮帶(11)、電動驅動齒形皮帶(14)傳動，也可用其它傳動方式替代。動力輸出鏈輪(23)與驅動器輸出被動齒輪(28)為鏈傳動，即由輸出鏈條(26)傳動。其它為齒輪傳動。
本驅動器系統具有三種工作模式，分別是通過一個功能選擇開關(46)控制電路實現(I)內燃機驅動模式當需四沖程內燃機(1)工作時，將功能選擇開關(46)撥到K0-2位置上，使內燃機熄火/啟動開關(50)處于啟動處，這時，安裝于混合動力自行車(35)上的車載電池(47)的極性被開關(46)轉換，電機調速器(45)的輸入變為負電位，直流電動機(2)的兩端極性與電動驅動模式的工作狀態反相。按動啟動按鈕(52)，電池(47)的負極通過功能選擇開關(46)的按點K0-2按至電池(47)的正極上。使直流電動機(2)反轉(反時針方向旋轉)成為四沖程內燃機(1)的啟動電機。再通過啟動裝置，它是由啟動被動帶輪(5)、啟動齒形皮帶(6)、啟動主動帶輪(7)、啟動帶輪單向軸承(41)等構成。當直流電動機(2)反轉，其電機軸(16)帶動安裝在其上的啟動帶輪單向軸承(41)嚙合上啟動主動帶輪(7)，由于內燃機飛輪(38)與啟動被動帶輪(5)是一體的，從而，帶動四沖程內燃機(1)反時針轉動。通過電子點火器(4)點火，使四沖程內燃機(1)工作，進入滯速狀態。此時，四沖程內燃機風扇(37)轉動進行散熱冷卻。四沖程內燃機(1)滯速工作時，沒有動力輸出，須再通過內燃機調速手柄(51)使其轉速增加，當達到一定轉速時，離合器殼(9)與內燃機飛輪(38)嚙合，將動力輸出至離合器輸出軸(8)上。再通過內燃機輸出單向軸承(39)，傳至五個減速齒輪(25)、(17)、(19)、(24)、(20)逐級減速后，經輸出齒輪(22)、動力輸出軸(21)、動力輸出鏈輪(23)、輸出鏈條(26)、驅動器輸出被動齒輪(28)傳至自行車大飛(29)，從而驅動自行車(35)行駛。其中，減速器(33)是由離合器輸出軸(8)、電動驅動齒形皮帶(14)、電動驅動主動帶輪(15)、支承軸(18)、動力輸出鏈輪(23)、減速齒輪(17)、(19)、(20)、(24)、(25)、驅動帶輪單向軸承(43)等構成。此時，自行車的行駛速度按四沖程內燃機(1)的轉速變化。四沖程內燃機(1)上有機油口(31)，以便注入內燃機潤滑機油之用。
在離合器殼(9)與內燃機飛輪(38)嚙合，動力傳動至離合器殼(9)的同時，通過發電裝置使直流電動機(2)反轉變為發電機，其中，發電裝置是由發電被動帶輪(10)、發電齒形皮帶(11)、發電主動帶輪(12)、發電帶輪單向軸承(42)等構成。其具體狀態是發電主動帶輪(12)通過發電齒形皮帶(11)傳遞動力至發電被動帶輪(10)，再經發電帶輪單向軸承(42)傳至電機軸(16)上，直流電動機(2)被驅動反轉(反時針轉動)，轉換為發電機功能。其負極輸出正電勢，當轉速一定時，電勢達到充電繼電器(49)工作狀態，對應觸點J1-1斷開，J1-2閉合，按通充電回路。通過充電調節器(48)控制電流對車載電池(47)進行充電，實現四沖程內燃機(1)的部分動能轉換為電能。
由于電機軸(16)的反轉，傳遞動力至補氣裝置單向軸承(40)使補氣裝置(32)旋轉，將空氣送入消音/三元催化還原器(34)內，對四沖程內燃機(1)排放的尾氣進行凈化，使CO、NOx、HC還原為CO2、N2、H2O，達到保護大氣環境的目的，滿足和優過國家有關的排放標準。
由于驅動帶輪單向軸承(43)的離合作用，電動驅動主動帶輪(15)與電機軸(16)脫離不干涉。同理，啟動帶輪單向軸承(41)的超越離合作用，使啟動主動帶輪(7)與電機軸(16)脫離不干涉。
當車載電池(47)無電時，四沖程內燃機(1)還可通過手啟動器(30)手動啟動工作。
(II)電動驅動模式當需直流電動機(2)工作時，則將功能選擇開關(46)撥到K0-1位置上，此時，電機調速器(45)接通，通過調速手柄(51)對直流電動機(2)輸出電壓，由車載電池(47)供直流電動機(2)正轉(順時針轉動)。動力通過電機軸(16)傳至電機傳動裝置的驅動帶輪單向軸承(43)、電動驅動主動帶輪(15)、電動驅動齒形皮帶(14)，從而驅動電動驅動被動帶輪(13)，再將動力輸給減速器(33)的減速齒輪(19)、(24)、(20)，減速后再傳至輸出齒輪(22)、動力輸出軸(21)、動力輸出鏈輪(23)、輸出鏈條(26)、驅動器輸出被動齒輪(28)，最后帶動自行車大飛(29)，驅動混合動力自行車(35)行駛。
當直流電動機(2)正轉時，減速齒輪(17)帶動減速齒輪(25)轉動，由于內燃機輸出單向軸承(39)的單向功能，使離合器軸(8)脫離，從而，離合器殼(9)在正轉時，不與減速齒輪(25)發生干涉，由于離心式離合器的作用，使內燃機飛輪(38)脫離，保證四沖程內燃機(1)不轉動。
當電機軸(16)正轉時，由于補氣裝置單向軸承(40)單向功能，使補氣裝置(32)脫離，不工作。同時，再經啟動帶輪單向軸承(41)的單向功能，啟動裝置也不工作。
(III)人力驅動模式當需人力騎行時，將功能選擇開關(46)撥到K0-0位置上，電機調速器(45)無電，直流電動機(2)不能工作；內燃機熄火/啟動開關(50)處于熄火位置，四沖程內燃機(1)不能工作。總之，一體化驅動器總成(36)不工作，通過人力踏板進行常規驅動自行車大飛(29)，使自行車(35)行駛。
終上所述，當四沖程內燃機(1)、直流電動機(2)分別驅動時，兩套驅動裝置均共享一套減速器(33)，減速器(33)是由離合器輸出軸(8)、電動驅動齒形皮帶(14)、電動驅動主動帶輪(15)、支承軸(18)、動力輸出鏈輪(23)、減速齒輪(17)、(19)、(20)、(24)、(25)、驅動帶輪單向軸承(43)等構成。本系統的控制電路屬常規電路，在此就不詳解了。
權利要求
1.一種混合動力自行車一體化驅動器系統，由混合動力自行車、內燃機、電動機等構成，其特征在于是本驅動器系統有機的將電動機(2)、發電機、啟動電機、內燃機(1)、減速器(33)、消音/三元催化還原器(34)等集成一體化驅動器總成(36)，整體安裝在混合動力自行車(35)的中軸(27)部位，使內燃機(1)、電動機(2)分別驅動時，共享同一套減速器(33)，整個系統具備三種工作模式(I)內燃機驅動模式當需內燃機(1)工作時，是由電動機(2)反時針轉動，電啟動內燃機(1)，通過啟動裝置啟動內燃機(1)，使內燃機(1)工作，進入滯速狀態，再通過內燃機調速手柄(51)控制內燃機(1)的轉速，當達到一定轉速時，離合器殼(9)將動力輸出，通過減速器(33)，減速后驅動自行車(35)行駛，同時通過發電裝置使電動機(2)反時針轉動變為發電機，對車載電池(47)充電，內燃機(1)排放的尾氣進入消音/三元催化還原器(34)進行凈化，此時，通過電機軸(16)、補氣裝置單向軸承(40)帶動補氣裝置(32)旋轉，向消音/三元催化還原器(34)供氣；(II)電動驅動模式當需電動機(2)工作時，由車載電池(47)供電給電動機(2)，使其順時針轉動，通過電機傳動裝置將動力輸給減速器(33)，減速后再驅動自行車(35)，此時離合器殼(9)與內燃機飛輪(38)脫離，內燃機(1)不轉動，由于補氣裝置單向軸承(40)的單向功能，使與電機軸(16)聯接的補氣裝置(32)與之脫離，不工作，同理，因啟動帶輪單向軸承(41)的單向功能，啟動裝置也不工作；(III)人力驅動模式當需人力騎行時，一體化驅動器總成(36)不工作，用人力常規驅動自行車(35)。
2.根據權利要求1所述的混合動力自行車一體化驅動器系統，其特征在于減速器(33)是由離合器輸出軸(8)、電動驅動齒形皮帶(14)、電動驅動主動帶輪(15)、支承軸(18)、動力輸出鏈輪(23)、減速齒輪(17)、(19)、(20)、(24)、(25)、驅動帶輪單向軸承(43)等構成；啟動裝置是由啟動被動帶輪(5)、啟動齒形皮帶(6)、啟動主動帶輪(7)、啟動帶輪單向軸承(41)等構成；發電裝置是由發電被動帶輪(10)、發電齒形皮帶(11)、發電主動帶輪(12)、發電帶輪單向軸承(42)等構成；電機傳動裝置是由電動驅動齒形皮帶(14)、電動驅動主動帶輪(15)、驅動帶輪單向軸承(43)等構成。
3.根據權利要求1所述的混合動力自行車一體化驅動器系統，其特征在于內燃機(1)還可通過手啟動器(30)手動啟動。
4.根據權利要求2所述的混合動力自行車一體化驅動器系統，其特征在于當離合器輸出軸(8)反轉(反時針轉動)時，發電被動帶輪(10)的轉速必須小于啟動主動帶輪(7)的轉速。
全文摘要
本發明公開一種混合動力自行車一體化驅動器系統,有機的將電動機(2)、發電機、啟動電機、內燃機(1)、消音/三元催化還原器(34)等集成一體化驅動器總成(36),結構優化整體安裝在自行車中軸(27)部位,只用一套減速器(33),且電動機(2)在不同工作狀態分別具有電動機、發電機、啟動電機三種功能,高度集成,功能優化,體積小、重量輕,便于安裝。而且對于尾氣、噪音進行處理,使系統多功能、高可靠性、更適于環保要求,是動力自行車驅動器系統的一大突破和變革。
文檔編號B62M23/02GK1345676SQ0011614
公開日2002年4月24日 申請日期2000年9月28日 優先權日2000年9月28日
發明者羅憲安 申請人:羅憲安