專利名稱：電動自行車天芯電機驅動裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電動自行車(也稱助力車、助動車，以下稱電動自行 車)驅動裝置，特別涉及一種電動自行車天芯電機驅動裝置，具體是將電機 與變速箱結合為一體并通過腳踏天芯軸貫穿的集成動力驅動裝置。
背景技術：
我國是自行車大國，自行車是非常普遍的大眾型交通工具，但自行車必須 靠人踏腳踏板帶動鏈條來驅動后輪實現向前行走，所以在長時間的騎行時， 人會感覺到很疲勞，于是作為自行車的改進產品一一電動自行車逐漸進入了 人們的視線，因其價格較低，構造簡單，且兼有人力驅動和電驅動兩種功能， 越來越為廣大群眾所喜愛，此外相對汽車而言，它是一種污染低，噪音小的 新型綠色便捷的交通工具，無論是對社會經濟還是生態環境以及能源利用都 具有深遠的意義。
現有的電動自行車主要有兩類， 一種是將驅動電機裝在前輪(前置式)或 后輪(后置式)，電機直接驅動車軸來帶動車體前進,此種配置方式主要有以
下缺點首先，動力裝置安裝位置難以解決，且成本高，修理困難，前后兩 個車輪承重不均勻，重心較高，在顛簸的路況下容易發生事故，并且整車外 觀方面也無法做到美觀大方；其次，因為驅動電機需要在車軸端直接驅動， 其啟動電流大，而且耗電量大，導致電動車的電池壽命縮短；此外，在人力 驅動時電機也會跟轉，由于裝在輪子上的直流電動機在不通電時，線團仍在 切割由永磁體產生的磁力線而產生一個與車體前進方向相反的力，從而導致 人在騎行過程中比騎普通的自行車費力，在電機驅動時腳踏板也會跟轉同樣 會產生一系列的不便。另一種是雙鏈條結構并聯的驅動系統，此設計是采用 雙后輪的結構，將電機通過鏈條與一個后輪連接組成電機驅動裝置，腳踏輪 通過鏈條與另一后輪連接組成人力驅動裝置，但此結構占用體積較大，結構 不夠緊湊且成本較高，不符合現在人們追求時尚、新潮的觀念。本實用新型 從改進現有技術的角度出發，提供一種新型電動自行車天芯電機驅動裝置來 克服現有技術的不足。 發明內容
本實用新型提供一種可以解決電機驅動時腳踏板跟轉、人力驅動時電機跟 轉而導致的騎行費力以及雙鏈條結構的不緊湊、成本高等問題的新型電動自行車天芯電機驅動裝置。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是 一種電動自行車天芯電 機驅動裝置，包括主動鏈輪、從動鏈輪、鏈條、電機、減速箱，主動鏈輪設 在腳踏天芯軸位置上，從動鏈輪設在后輪軸位置上，主動鏈輪與從動鏈輪之 間通過鏈條連接，腳踏天芯軸通過第一單向超越離合器與主動鏈輪連接，并 構成人力腳踏驅動鏈；電機和減速箱相對主動鏈輪在腳踏天芯軸的軸線方向 并列布置，其中，減速箱由一差動輪系構成，該差動輪系由中心外齒輪、中 心內齒輪、行星齒輪和行星架組成，中心內齒輪作為差動輪系的輸入構件通 過一空心軸與電機的轉子固定連接，空心軸套裝在腳踏天芯軸外，并相對腳 踏天芯軸轉動連接，中心內齒輪作為差動輪系的輸出構件與主動鏈輪固定連 接，行星架經第二單向超越離合器相對其回轉中心線轉動連接，并構成電機 驅動鏈；第一單向超越離合器和第二單向超越離合器的超越方向與鏈傳動的 驅動方向一致，以此構成人力與電機串聯組合的驅動鏈。
上述技術方案中的有關內容解釋如下
1、 上述方案中，所述行星齒輪由三個組成，三個行星齒輪圍繞中心內齒 輪布置，并分別與中心內齒輪和中心外齒輪嚙合；另外，行星齒輪也可為一 個或兩個。
2、 上述方案中，所述行星架經第二單向超越離合器相對其回轉中心線與 電機端蓋轉動連接。
3、 上述方案中，所述第一和第二單向超越離合器可以使用公知的現有單 向超越離合器結構。
4、 上述方案中，所述"回轉中心線，，指的是行星齒輪及行星架的回轉中 心線。
5、 上述方案中，所述"超越方向"指的是超越離合器的驅動方向。 為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是 一種電動自行車天芯電
機驅動裝置，包括主動鏈輪、從動鏈輪、鏈條、電機、減速箱，主動鏈輪設 在腳踏天芯軸位置上，從動鏈輪設在后輪軸位置上，主動鏈輪與從動鏈輪之 間通過鏈條連接，腳踏天芯軸通過第一單向超越離合器與主動鏈輪連接，并 構成人力腳踏驅動鏈；電機和減速箱相對主動鏈輪在腳踏天芯軸的軸線方向 并列布置，其中，減速箱由一差動輪系構成，該差動輪系由中心外齒輪、中 心內齒輪、行星齒輪和行星架組成，中心內齒輪作為差動輪系的輸入構件通 過一空心軸與電機的轉子固定連接，空心軸套裝在腳踏天芯軸外，并相對腳踏天芯軸轉動連接，中心內齒輪作為差動輪系的輸出構件與主動鏈輪固定連
接，行星架相對其回轉中心線固定連接，并構成電機驅動鏈；第一單向超越 離合器的超越方向與鏈傳動的驅動方向一致，以此構成人力與電機串聯組合 的驅動鏈。
上述技術方案中的有關內容解釋如下
1、 上述方案中，所述行星齒輪由三個組成，三個行星齒輪圍繞中心內齒 輪布置，并分別與中心內齒輪和中心外齒輪嚙合；另外，行星齒輪也可為一 個或兩個。
2、 上述方案中，所述行星架相對其回轉中心線與電機端蓋固定連接，此 種結構可以將天芯電機的結構進一步簡化，即把電機端蓋直接作為行星架， 將行星齒輪直接安裝在電機端蓋上，從而使天芯電機的結構更加緊湊，同時 也可以避免超越離合器偶然失效的問題。
3、 上述方案中，所述"回轉中心線"指的是行星齒輪及行星架的回轉中 心線。所述"超越方向"指的是超越離合器的驅動方向。
本實用新型工作原理是根據齒輪嚙合原理，中心外齒輪、中心內齒輪、 行星齒輪和行星架組成差動輪系，電動自行車騎行過程中分三種狀態
(1)、電力驅動狀態電動機開啟時，電機轉子逆時針轉動，帶動中心外齒 輪逆時針轉動，中心外齒輪則帶動行星齒輪作順時針轉動，若行星架相對其 回轉中心線固定連接，則行星架固定不動，此時行星齒輪則帶動中心內齒輪 作順時針轉動，又中心內齒輪與主動鏈輪固定連接，則帶動主動鏈輪做順時 針轉動，從而主動鏈輪通過鏈條帶動從動鏈輪轉動來驅動車體前進；若行星 架經第二單向超越離合器相對其回轉中心線轉動連接，則行星架同樣保持靜 止狀態，從而將差動輪系轉化為簡單的行星輪系，而此時行星齒輪則帶動中 心內齒輪作順時針轉動，又中心內齒輪與主動鏈輪固定連接，則帶動主動鏈 輪作順時針轉動，從而主動鏈輪通過鏈條帶動從動鏈輪轉動來驅動車體前進。 (2)、人力驅動狀態當人力踏動腳踏板時，根據傳動原理，腳踏天芯軸 通過第 一單向超越離合器帶動中心內齒輪作順時針轉動，又中心內齒輪與主 動鏈輪固定鏈接，則帶動主動鏈輪作順時針轉動，從而主動鏈輪通過鏈條帶 動從動鏈輪轉動來驅動車體前進；
若差動輪系中的行星架經第二單向超越離合器相對其回轉中心線轉動連 接，只需很小的扭矩就可驅動行星架轉動，因此當中心內齒輪作順時針轉動 時，通過帶動行星齒輪(行星齒輪不自轉)來帶動行星架作順時針轉動，同時，根據齒輪嚙合原理，行星齒輪也帶動中心外齒輪轉動，即電機轉子也跟 著轉動，但電機轉子受磁場作用需要較大的扭矩才可以動作，根據力的相互 作用原理，中心外齒輪一旦受力，則行星齒輪受力將帶動行星架轉動，從而 沒有足夠大的扭矩去驅動電機轉子轉動。因此人力驅動時，電機轉子將保持 靜止狀態，從而不會切割磁力線，不會給人力驅動帶來額外的阻力，而此時 行星齒輪和行星架在中心內齒輪的帶動下圍繞中心外齒輪轉動。
(3)、電力與人力共同驅動狀態此原理為以上兩個原理的綜合，人力驅 動與電力驅動互不影響。
由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點
1、 由于本實用新型通過第一單向超越離合器和第二單向超越離合器分別 將人力腳踏驅動和電力驅動串聯組合與主動鏈輪連接，因而降低了傳動阻力， 在人力驅動時沒有以往的電動自行車騎行阻力大、感覺累的缺點，騎行時與 普通自行車并無異樣感覺，可以獲得良好的騎車感受。
2、 由于本實用新型采用了在腳踏天芯軸以及空心軸上均安裝單向超越離 合器的結構，所以當電力驅動時，腳踏天芯軸能保持靜止，避免了不必要的 麻煩；當人力驅動時，空心軸能保持靜止，從而避免了線圏切割磁力線帶來 的阻力問題，可使人騎行更輕松；在上坡或逆風行駛時，電力(人力)驅動 不足以驅動車體或難以獲得良好的騎車速度時，可輔以人力(電力)驅動作 為輔助動力源而不會帶來阻力等問題。
3、 由于本實用新型的驅動裝置集電機、傳動、變速、人工驅動與一體， 將行星架安裝在電機端蓋上，使減速箱與電機結合為一體，結構緊湊而精致、 統一而協調，且腳踏天芯軸貫穿整個電機與減速箱的組合體，并洞穿電機轉 子軸(即空心軸)，不輸出電機動力，這種電動自行車天芯電機驅動裝置在電 動自行車行業中是國內外首創的，超越了現在所采用的后(前)輪輪轂式電 動自行車的設計理念，為打造休閑、折疊電動自行車提供了技術基礎。
4、 由于本實用新型摒棄了一般狀態下經常使用的電磁離合器，采用了單
向超越式離合器，降低了電能的消耗，延長了電動自行車的續行能力，同時 操作簡單、實用。
5、 本設計方案最適合應用于鋰電池電動自行車。
附圖l為實施例一電力驅動時的工作原理圖； 附圖2為實施例一電力驅動時的整體裝配圖；附圖3為實施例一人力驅動時的工作原理圖； 附圖4為實施例一人力驅動時的整體裝配圖； 附圖5為實施例二電力驅動時的工作原理圖； 附圖6為實施例二電力驅動時的整體裝配圖； 附圖7為實施例二人力驅動時的工作原理圖； 附圖8為實施例二人力驅動時的整體裝配圖。
以上附圖中1、主動鏈輪；2、從動鏈輪；3、鏈條；4、電機；5、減速 箱；6、腳踏天芯軸；7、第一單向超越離合器；8、中心外齒輪；9、中心內 齒輪；10、行星齒輪；11、行星架；12、空心軸；13、電機轉子；14、第二單 向超越離合器；15、電機端蓋。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述
實施例一
如圖1、圖2、圖3、圖4所示， 一種電動自行車天芯電機驅動裝置，包括 主動鏈輪l、從動鏈輪2、鏈條3、電機4、減速箱5，主動鏈輪l設在腳踏天 芯軸6位置上，從動鏈輪2設在后輪軸位置上，主動鏈輪1與從動鏈輪2之間 通過鏈條3連接，腳踏天芯軸6通過第一單向超越離合器7與主動鏈輪1連 接，并構成人力腳踏驅動鏈；電機4和減速箱5相對主動鏈輪1在腳踏天芯 軸6的軸線方向并列布置，其中，減速箱5由一差動輪系構成，該差動輪系 由一個中心外齒輪8、 一個中心內齒輪9、三個行星齒輪10和一個行星架11 組成，中心外齒輪8作為差動輪系的輸入構件通過一空心軸12與電^L轉子13 固定連接，空心軸12套裝在腳踏天芯軸6外，并相對腳踏天芯軸6轉動連接， 中心內齒輪9作為差動輪系的輸出構件與主動鏈輪1固定連接，行星架ll經 第二單向超越離合器14相對其回轉中心線與電機端蓋15轉動連接；并構成 電機驅動鏈；第一單向超越離合器7與第二單向皿離合器14的^方向與 鏈傳動的驅動方向一致，以此構成人力與電機串聯組合的驅動鏈。
當電機4工作驅動時，見圖1、圖2所示，電機4驅動中心外齒輪8逆時 針轉動，因中心外齒輪8與行星齒輪10嚙合，所以行星齒輪10順時針轉動， 此時行星架11經第二單向超越離合器14與電機端蓋15轉動連接，因此行星 架ll無法動作，將保持靜止狀態，從而將差動輪系轉化為簡單的行星輪系； 因此根據嚙合傳動原理，行星齒輪10將帶動中心內齒輪9作順時針轉動，又 因為中心內齒輪9與主動鏈輪1為固定連接，故主動鏈輪l也作順時針轉動，從而通過鏈條3帶動從動輪2作順時針轉動，從而驅動車體前進。
由于中心外齒輪8通過空心軸12套裝在腳踏天芯軸6上，所以腳踏天芯 軸6在貫穿整個差動輪系及電機4時可以與電機轉子13完全分離互不影響； 同時，因腳踏天芯軸6通過第一單向超越離合器7與主動鏈輪1連接，故在 中心內齒輪9作順時針轉動時并不會帶動腳踏天芯軸6轉動，從而實現了在 電力驅動時，腳踏天芯軸6不跟轉的目的。
當人騎行時，如圖3、圖4所示，電機4不工作，腳踏天芯軸6通過第一 單向超越離合器7帶動中心內齒輪9作順時針轉動，又中心內齒輪9與主動 鏈輪l固定鏈接，則帶動主動鏈輪l作順時針轉動，從而主動鏈輪l通過鏈 條3帶動從動鏈輪2作順時針轉動，從而驅動車體前進；此時，當中心內齒 輪9作順時針轉動時，通過帶動行星齒輪IO (行星齒輪不自轉)來帶動行星 架11作順時針轉動，由于行星架11通過第二單向離合器14與電機端蓋轉動 連接，從而不會帶動電機轉子13及空心軸12轉動，則電機轉子13將保持靜 止狀態，從而不會切割磁力線，不會給人力驅動帶來額外的阻力。
當在上坡或逆風行駛時，可以采用人力與電力共同驅動的方式來增加驅動 能力，此時人驅動腳踏天芯軸6使主動鏈輪1作順時針轉動，通過鏈條3帶 從動鏈輪2順時針轉動，由于裝有第一單向超越離合器7，所以人力驅動不會 干擾電機4的正常驅動；同樣電機4驅動帶動中心外齒輪8逆時針轉動，通 過行星輪系帶動主動鏈輪1作順時針轉動，行星架11上的第二單向超越離合 器14也會保證不干擾人力驅動，所以可以通過人力和電力共同驅動車體。
實施例二
如圖5、圖6、圖7、圖8所示，將行星架11直接與電機端蓋15固定連接， 其它部分裝配構造同實施例一。與實施例一工作原理的區別在于無論在人 力驅動還是電力驅動時，行星架ll均不會轉動，其它工作過程及原理同實施 例一，具體如下
如圖圖5、圖6所示，在電機4工作時，電機轉子13作逆時針轉動，帶動 中心外齒輪8逆時針轉動，中心外齒輪8則帶動行星齒輪10作順時針轉動， 由于行星架11直接與電機端蓋15固定連接，則行星架11固定不動，此時行 星齒輪10則帶動中心內齒輪9作順時針轉動，又中心內齒輪9與主動鏈輪1 固定連接，則帶動主動鏈輪1做順時針轉動，從而主動鏈輪1通過鏈條3帶 動從動鏈輪2轉動，以此來驅動車體前進；同時，因腳踏天芯軸6通過第一 單向超越離合器7與主動鏈輪1連接，故在中心內齒輪9作順時針轉動時并不會帶動腳踏天芯軸6轉動，從而實現了在電力驅動時，腳踏天芯軸6不跟 轉的目的。
當人騎行時，見圖7、圖8所示，電機4不工作，人通過驅動腳踏桿帶動 腳踏天芯軸6轉動，腳踏天芯軸6通過第一單向超越離合器7帶動中心內齒 輪9作順時針轉動，由于中心內齒輪9與主動鏈輪1固定連接，故主動鏈輪l 也作順時針轉動，并通過鏈條3帶動從動鏈輪2順時針轉動，從而驅動車體 向前運動。同時，由于行星架ll固定在電機端蓋15上，所以，當中心內齒輪 9作順時針轉動時，將帶動行星齒輪10作順時針轉動(即行星齒輪10自轉), 而行星架ll無法動作；根絕齒輪嚙合原理，行星齒輪10將帶動中心外齒輪8 作逆時針轉動，即將帶動電機轉子13作逆時針轉動。因此，在人力驅動時， 由于電機轉子13的轉動，而發生了磁力線的切割，從而會給人力驅動帶來一 定的阻力，但在本實用新型實施例中，這個阻力是相對較小的，而此種結構 可以進一步優化電機4的結構，即可以把電機端蓋15直接作為行星架11來用， 將行星齒輪10直接安裝在電機端蓋上，從而使電機4的結構更加緊湊，且能 避免超越離合器偶然失效的問題。
上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此 項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實 用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都 應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、一種電動自行車天芯電機驅動裝置，包括主動鏈輪(1)、從動鏈輪(2)、鏈條(3)、電機(4)、減速箱(5)，主動鏈輪(1)設在腳踏天芯軸(6)位置上，從動鏈輪(2)設在后輪軸位置上，主動鏈輪(1)與從動鏈輪(2)之間通過鏈條(3)連接，其特征在于腳踏天芯軸(6)通過第一單向超越離合器(7)與主動鏈輪(1)連接，并構成人力腳踏驅動鏈；電機(4)和減速箱(5)相對主動鏈輪(1)在腳踏天芯軸(6)的軸線方向并列布置，其中，減速箱(5)由一差動輪系構成，該差動輪系由中心外齒輪(8)、中心內齒輪(9)、行星齒輪(10)和行星架(11)組成，中心外齒輪(8)作為差動輪系的輸入構件通過一空心軸(12)與電機轉子(13)固定連接，空心軸(12)套裝在腳踏天芯軸(6)外，并相對腳踏天芯軸(6)轉動連接，中心內齒輪(9)作為差動輪系的輸出構件與主動鏈輪(1)固定連接，行星架(11)經第二單向超越離合器(14)相對其回轉中心線轉動連接，并構成電機驅動鏈；第一單向超越離合器(7)和第二單向超越離合器(14)的超越方向與鏈傳動的驅動方向一致，以此構成人力與電機串聯組合的驅動鏈。
2、 一種電動自行車天芯電機驅動裝置，包括主動鏈輪(l)、從動鏈輪(2)、 鏈條(3 )、電機(4 )、減速箱(5 )，主動鏈輪(1)設在腳踏天芯軸(6 )位 置上，從動鏈輪(1)設在后輪軸位置上，主動鏈輪(1)與從動鏈輪(2)之 間通過鏈條(3)連接，其特征在于腳踏天芯軸(6)通過第一單向超越離 合器(7)與主動鏈輪(1)連接，并構成人力腳踏驅動鏈；電機(4)和減速 箱(5)相對主動鏈輪(1)在腳踏天芯軸(6)的軸線方向并列布置，其中， 減速箱(5)由一差動輪系構成，該差動輪系由中心外齒輪(8)、中心內齒輪(9)、行星齒輪(10)和行星架(11)組成，中心外齒輪(8)作為差動輪系 的輸入構件通過一空心軸(12)與電機轉子(13)固定連接，空心軸(12) 套裝在腳踏天芯軸(6)外，并相對腳踏天芯軸(6)轉動連接，中心內齒輪(8)作為差動輪系的輸出構件與主動鏈輪(1)固定連接，行星架(ll)相對 其回轉中心線固定連接，并構成電機驅動鏈；第一單向超越離合器(7)的超 越方向與鏈傳動的驅動方向一致，以此構成人力與電機串聯組合的驅動鏈。
3、 根據權利要求1或2所述的電動自行車天芯電機驅動裝置，其特征在 于所述行星齒輪(IO)由三個組成，三個行星齒輪(IO)圍繞中心外齒輪(8)布置，并分別與中心內齒輪(9)和中心外齒輪(8)嚙合。
專利摘要一種電動自行車天芯電機驅動裝置，包括主動鏈輪、從動鏈輪、鏈條、電機、減速箱，主動鏈輪設在腳踏天芯軸位置上，從動鏈輪設在后輪軸位置上，主動鏈輪與從動鏈輪之間通過鏈條連接，腳踏天芯軸通過第一單向超越離合器與主動鏈輪連接；電機和減速箱相對主動鏈輪在腳踏天芯軸的軸線方向并列布置，減速箱由中心外齒輪、中心內齒輪、行星齒輪和行星架組成，行星架經第二單向超越離合器相對其回轉中心線與電機端蓋轉動連接。本方案克服了腳踏桿跟轉以及電機軸跟轉帶來阻力的缺點，而且電機與人可同時驅動而不會相互干擾。此外還具有結構簡單、裝配緊湊等優點。
文檔編號B62M9/02GK201161693SQ20082003079
公開日2008年12月10日 申請日期2008年1月8日 優先權日2008年1月8日
發明者峰 高 申請人:蘇州博菲利電動科技有限公司