專利名稱：混合動力自行車一體化驅動器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種驅動器，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。
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。
本實用新型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，該驅動器將電動機、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。
本實用新型的技術方案是一種混合動力自行車一體化驅動器，有機的將電動機、內燃機、減速器、消音/三元催化還原器通過連接支架組合，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，其中，內燃機的啟動裝置是由啟動被動帶輪、啟動齒形皮帶、啟動主動帶輪、啟動帶輪單向軸承構成。啟動被動帶輪與內燃機飛輪組合同軸。啟動被動帶輪與啟動主動帶輪是用啟動齒形皮帶連接。啟動主動帶輪通過啟動帶輪單向軸承與電機軸聯接，使啟動主動帶輪在電動機順時針轉動時，與其脫離；發電裝置是由發電被動帶輪、發電齒形皮帶、發電主動帶輪、發電帶輪單向軸承構成。發電被動帶輪與發電主動帶輪是用發電齒形皮帶連接。發電被動帶輪通過發電帶輪單向軸承與電機軸聯接，使發電主動帶輪在直流電動機順時針轉動時，與其脫離；電機傳動裝置是由電動驅動齒形皮帶、電動驅動主動帶輪、驅動帶輪單向軸承構成。電動驅動主動帶輪與電動驅動被動帶輪是用電動驅動齒形皮帶連接。電動驅動主動帶輪又通過驅動帶輪單向軸承與電機軸聯接，使電動驅動主動帶輪在電動機反時針轉動時，與其脫離；內燃機、電動機均與同一套減速器連接，該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、驅動帶輪單向軸承構成。電動驅動被動帶輪與其中兩個減速齒輪組合同軸——支撐軸。另兩個減速齒輪組合，通過滾珠軸承與離合器輸出軸聯接，可自由轉動。最后一減速齒輪、發電主動帶輪分別通過內燃機輸出單向軸承、發電帶輪單向軸承與離合器輸出軸聯接，使該減速齒輪、發電被動帶輪在電動機順時針轉動時，均與其脫離。輸出齒輪與動力輸出鏈輪同軸——動力輸出軸。驅動器輸出被動齒輪通過單向軸承與自行車大飛聯接，當自行車大飛反時針轉動時，驅動器輸出被動齒輪與其脫離。自行車大飛又通過單向軸承與自行車中軸聯接，當自行車中軸反時針轉動時，自行車大飛與其脫離。動力輸出鏈輪與驅動器輸出被動齒輪由輸出鏈條連接。內燃機還可通過手啟動器手動啟動。當離合器輸出軸反時針轉動時，發電被動帶輪的轉速必須小于啟動主動帶輪的轉速。本驅動器具備三種工作模式(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。
本實用新型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、更適于環保的要求。是驅動器的一大突破，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是本實用新型的立體視圖圖2是本實用新型的俯視圖圖3是本實用新型的減速器局部俯視圖圖4是本實用新型的電機、內燃機部分立體圖圖5是本實用新型的電機、內燃機部分結構主視圖圖6是圖5的A-A剖視圖圖7是本實用新型的原理邏輯關系圖圖8是本實用新型的電氣原理圖圖9是本實用新型的位置示意圖圖10是本實用新型的成品外觀圖實施例一種混合動力自行車一體化驅動器，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。本驅動器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，由內燃機、電動機、控制電路構成，其特征在于將電動機(2)、內燃機(1)、減速器(33)、消音/三元催化還原器(34)通過連接支架(3)組合，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，其中，內燃機(1)的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)構成，啟動被動帶輪(5)與內燃機飛輪(38)組合同軸，啟動被動帶輪(5)與啟動主動帶輪(7)是用啟動齒形皮帶(6)連接，啟動主動帶輪(7)通過啟動帶輪單向軸承(41)與電機軸(16)聯接，使啟動主動帶輪(7)在電動機(2)順時針轉動時，與其脫離；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)構成，發電被動帶輪(10)與發電主動帶輪(12)是用發電齒形皮帶(11)連接，發電被動帶輪(10)通過發電帶輪單向軸承(42)與電機軸(16)聯接，使發電主動帶輪(12)在電動機(2)順時針轉動時，與其脫離；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)構成，電動驅動主動帶輪(15)與電動驅動被動帶輪(13)是用電動驅動齒形皮帶(14)連接，電動驅動主動帶輪(15)又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)在電動機(2)反時針轉動時，與其脫離；內燃機(1)、電動機(2)均與同一套減速器(33)連接，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)構成，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，使減速齒輪(25)、發電被動帶輪(10)在電動機(2)順時針轉動時，均與其脫離，輸出齒輪(22)與動力輸出鏈輪(23)同軸——動力輸出軸(21)，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)反時針轉動時，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)反時針轉動時，自行車大飛(29)與其脫離，動力輸出鏈輪(23)與驅動器輸出被動齒輪(28)由輸出鏈條(26)連接。
2.根據權利要求1所述的混合動力自行車一體化驅動器，其特征在于內燃機(1)還可通過手啟動器(30)手動啟動。
3.根據權利要求1所述的混合動力自行車一體化驅動器，其特征在于當離合器輸出軸(8)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。
專利摘要本實用新型公開一種混合動力自行車一體化驅動器,有機的將電動機(2)、內燃機(1)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。而且消音/三元催化還原器(34)對于尾氣、噪音進行處理。多功能、高可靠性、更適于環保要求,是動力自行車驅動器的一大突破和變革。
文檔編號B62M23/02GK2448696SQ0024479
公開日2001年9月19日 申請日期2000年10月26日 優先權日2000年10月26日
發明者羅憲安 申請人:羅憲安