CN114684318B - 一种中置式驱动装置及助力自行车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中置式驱动装置及助力自行车，包括中轴，以及套设于所述中轴外的：中空电机，包括机壳、定子和转子，所述定子和转子依次安装于所述机壳内，所述机壳与所述中轴转动连接；谐波减速器，包括波发生器、柔轮和刚轮，所述波发生器与所述转子相连，所述刚轮的一端面与所述机壳的端面相接；传动部，包括输出轴和外壳，所述输出轴外侧两端与所述外壳内壁转动连接，所述输出轴内侧两端分别与所述中轴和柔轮抗扭矩地连接，所述外壳端面与所述刚轮的另一端面相接。本发明将刚轮作为壳体的一部分，刚轮的连接稳固，结构简单，且驱动装置尺寸小，保证助力自行车的美观。

Description

一种中置式驱动装置及助力自行车

技术领域

本发明涉及传动装置技术领域，尤其是指一种中置式驱动装置及助力自行车。

背景技术

电动助力自行车是一种电动辅助骑行自行车，与普通的自行车区别在于，电动助力自行车采用“人力+电力”的混合动力模式，既有自行车的轻巧和便捷性，又能够有效弥补自行车上坡、逆风、载物时的负担，电力提供的助力不但解决了骑自行车费力的问题，同时配合人力的驱动，续航里程大，实现远距离的骑行，使传统的自行车技术得以彻底变革。

现有技术的助力自行车特别是两轮电动自行车，大都使用使用后轮毂行星齿轮传动装置，减速比较低、重量较重，因此对于电动马达的需求功率较大，进而影响电池的续航力，启动或爬坡时力矩小，响应速度慢；同时其噪音较大且传动精度较低，影响使用者骑乘时的舒适度；并且传动体积较大，搬动困难，影响电动助力车的外观美学设计。

中国专利申请公开CN101121427A文件中公开了一种谐波减速电动自行车。该电动自行车主要是在现有的电动自行车结构基础上，采用谐波减速驱动器(传动机构)装置在放大的自行车支架五通内，在自行车中轴上运转，电机动力和人力在动力合成机构合成后，通过自行车链条和机械变速机构驱动自行车行驶。但这种驱动机构体积较大，密封性差，成本高，用在电动自行车上实现量产化难度很大。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种体积小、结构简单、密封性好的中置式驱动装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种中置式驱动装置，包括中轴，以及套设于所述中轴外的：

中空电机，包括机壳、定子和转子，所述定子和转子依次安装于所述机壳内，所述机壳与所述中轴转动连接；

谐波减速器，包括波发生器、柔轮和刚轮，所述波发生器与所述转子相连，所述刚轮的一端面与所述机壳的端面相接；

传动部，包括输出轴和外壳，所述输出轴外侧两端与所述外壳内壁转动连接，所述输出轴内侧两端分别与所述中轴和柔轮抗扭矩地连接，所述外壳端面与所述刚轮的另一端面相接。

在本发明的一个实施例中，所述刚轮的两端面上设置有密封槽，所述密封槽与机壳和外壳之间夹持有密封圈。

在本发明的一个实施例中，所述外壳与所述刚轮相接的一端设置有过渡斜面，锁紧螺栓穿过过渡斜面及刚轮与机壳锁固。

在本发明的一个实施例中，所述刚轮两端设置有对应所述外壳和机壳内表面的肩舆。

在本发明的一个实施例中，所述输出轴包括第一输出件和第二输出件，所述第一输出件一端与所述柔轮固定连接，另一端通过单向传动件与所述第二输出件相连，所述第二输出件另一端通过单向传动件与所述中轴连接。

在本发明的一个实施例中，所述单向传动件为单向离合器。

在本发明的一个实施例中，所述单向传动件为单向轴承。

在本发明的一个实施例中，所述中轴对应所述输出轴内部的位置设置有轴突，所述输出轴与所述轴突之间通过单向传动件相连。

在本发明的一个实施例中，所述机壳外周设置有散热齿片，所述散热齿片与机壳一体成型。

在本发明的一个实施例中，所述谐波减速器为杯型谐波。

一种助力自行车，包括上述的驱动装置。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的驱动装置及助力自行车将刚轮作为壳体的一部分，使得刚轮方便安装，且连接稳定，同时减小了驱动装置的体积，提高了助力自行车的美观度。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明的实施例一剖视图；

图3是本发明的实施例二剖视图。

说明书附图标记说明：10、中轴；11、轴突；

20、中空电机；21、机壳；22、定子；23、转子；24、散热齿片；

30、谐波减速器；31、波发生器；32、柔轮；33、刚轮；34、密封槽；35、肩舆；

40、传动部；41、输出轴；411、第一输出件；412、第二输出件；42、外壳；43、锁紧螺栓；44、过渡斜面；45、单向传动件；451、单向离合器；452、单向轴承。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1和图2所示，为本发明的一种中置式驱动装置的结构示意图。本发明的驱动装置包括中轴10，以及套设于所述中轴10外的：

中空电机20，包括机壳21、定子22和转子23，所述定子22和转子23依次安装于所述机壳21内，所述机壳21与所述中轴10转动连接；

谐波减速器30，包括波发生器31、柔轮32和刚轮33，所述波发生器31与所述转子23相连，所述刚轮33的一端面与所述机壳21的端面相接；

传动部40，包括输出轴41和外壳42，所述输出轴41外侧两端与所述外壳42内壁转动连接，所述输出轴41内侧两端分别与所述中轴10和柔轮32抗扭矩地连接，所述外壳42端面与所述刚轮33的另一端面相接。

本实施例中，可以理解的是，抗扭矩相连指的是两者之间可以传递扭矩。在中空电机20不工作时，中轴10两端连接脚踏轴带动中轴10旋转，中轴10带动输出轴41旋转，输出轴41端部连接链轮，从而链轮被驱动，此时，由于中空电机20不动，因此柔轮32不旋转，柔轮32与输出轴41的连接断开，实现助力自行车的人力驱动。在中轴10转动，且受到一定扭力时，中空电机20启动，中空电机20的输出扭力，与中轴10受到的扭力相匹配。转子23转动，带动波发生器31转动。波发生器31使柔轮32变形，柔轮32长轴端与刚轮33啮合，短轴端与刚轮33完全脱开，随着波发生器31的转动，柔轮32与刚轮33的啮合状态不断改变，从而柔轮32相对刚轮33沿波发生器31相反的方向缓慢旋转，实现减速。谐波减速器30减速后，由柔轮32输出至输出轴41，由于柔轮32的转速较中轴10快，因此中轴10与输出轴41的连接断开，输出轴41由柔轮32驱动，进而与输出轴41相连的链轮的旋转，实现助力自行车的电力辅助。

本实施例中，谐波减速器30传动效率高，满足自行车的效率要求。同时使机壳21、刚轮33和外壳42共同组成完整的壳体，一方面将部件密封在壳体内，避免外界环境对驱动装置的锈蚀，无需对经常对谐波减速器30加油，提高驱动装置的使用寿命，另一方面方便传动部40和中空电机20分别组装完成后再与谐波减速器30共同组装在一起，谐波减速器30的固定更加方便牢靠，且不会对刚轮33的形状造成影响。更进一步的，由于驱动装置在工作时存在扭矩，机壳21和外壳42均为铝合金材质，强度较小，而刚轮33强度较强，通过刚轮33将机壳21和外壳42连接在一起，提高了壳体的强度，进而增加了驱动装置的使用寿命，且刚轮33作为壳体的一部分，无需在刚轮33外再设置壳体，刚轮33的外径即为驱动装置的最大尺寸，大大减小了驱动装置的体积。本发明为实现驱动装置的小体积，谐波减速器30选择为杯型谐波减速器30。

作为本发明的优选实施例，为保证刚轮33与外壳42和机壳21连接处的密封，所述刚轮33的两端面上设置有密封槽34，所述密封槽34与机壳21和外壳42之间夹持有密封圈。密封圈卡在密封槽34内，且密封圈的截面尺寸大于密封槽34，从而当外壳42、刚轮33及机壳21锁紧，密封圈被挤压变形填满密封槽34、外壳42与刚轮33、刚轮33与机壳21之间的间隙，保证全密封，且由于密封槽34的限制，密封圈不会产生位移。

作为本发明的优选实施例，外壳42、刚轮33及机壳21沿其轴向分布，故应当沿轴向对其进行锁固。由于外壳42及机壳21的长度较长，且机壳21内连接有定子22，因此在所述外壳42与所述刚轮33相接的一端设置有过渡斜面44，锁紧螺栓43穿过过渡斜面44及刚轮33与机壳21锁固。外壳42内输出轴41的尺寸较小，从而外壳42远离刚轮33的一端的尺寸可以设置较小，从而外壳42端部能够存在一段与刚轮33相连的凸出部，此凸出部长度较短，方便锁紧螺栓43穿过以锁固外壳42、刚轮33和机壳21。由于驱动装置工作时存在扭矩，若外壳42两端尺寸突变，则容易造成应力集中，影响外壳42的使用寿命，因此本实施例中在外壳42上设置过渡斜面44，在方便连接外壳42的同时不影响外壳42的强度。

在工作过程中，柔轮32部分地与刚轮33啮合，柔轮32与刚轮33啮合的部分对刚轮33有扭力和向外的挤压力，由于刚轮33与外壳42和机壳21通过锁紧螺栓43连接，刚轮33与锁紧螺栓43之间必定存在间隙，为防止刚轮33在柔轮32转动的情况下发生晃动，影响刚轮33与外壳42和机壳21的连接，所述刚轮33两端设置有对应所述外壳42和机壳21内表面的肩舆35。肩舆35抵接外壳42和机壳21的内表面，柔轮32对刚轮33的挤压力被同时传递到外壳42、刚轮33和机壳21，从而刚轮33不会相对外壳42和机壳21产生晃动，保证连接的稳定。

作为本发明的优选实施例，为实现输出轴41与中轴10和谐波减速器30之间抗扭矩连接的自由切断，使得当中轴10驱动输出轴41的速度低于谐波减速器30的柔轮32速度时，中空电机20可以通过柔轮32将扭矩传递给输出轴41，防止输出轴反拖中轴10转动；而当中轴10驱动输出轴41的速度高于柔轮32的速度时，防止输出轴41反拖中空电机20转动，中轴10和输出轴41之间、柔轮32与输出轴41之间设置单向传动件45。由于柔轮32的法兰在轴向上长度较短，不方便与单向传动件45相连，故所述输出轴41包括第一输出件411和第二输出件412，所述第一输出件411一端与所述柔轮32固定连接，另一端通过单向传动件45与所述第二输出件412相连，单向传动件45设置于第一输出件411和第二输出件412之间，所述第二输出件412另一端通过单向传动件45与所述外壳42转动连接。从而提高了安全性能，降低了能量损耗。具体的，参照图2所示，在本发明的实施例一中，所述单向传动件45为单向离合器451。单向离合器451无需提供支撑作用，因此安装精度低，方便安装。参照图3所示，在本发明的实施例二中，所述单向传动件45还可以为单向轴承452。由于单向轴承452的径向厚度较大，为方便安装第二输出件412，第二输出件412可以设计为两部分。

为配合柔轮32的尺寸，输出轴41内周与中轴10外周之间的距离较大，为实现输出轴41与中轴10的转动连接，所述中轴10对应所述输出轴41内部的位置设置有轴突11，所述输出轴41与所述轴突11之间通过单向传动件相连。轴突11的设置一方面使得中轴10与输出轴41之间的间隙配合单向传动件的径向厚度，另一方面对各连接件的位置进行了限位，防止连接件产生沿中轴10的轴向产生位移。

进一步的，在持续工作过程中，中空电机20会产生大量热量，为提高散热效果，避免热量堆积对中空电机20的性能造成影响，所述机壳21外周设置有散热齿片24。散热齿片24与机壳21一体成型。

本发明还提供一种助力自行车，包括上述的驱动装置。驱动装置安装于助力自行车的五通管处，助力自行车可以为任意需要通过人力+电力驱动的代步工具。

当人力骑行时，脚踏轴带动中轴10转动，中轴10通过单向离合器451带动第二输出件412转动，与第二输出件412相连的链轮转动，助力自行车启动。在助力自行车起步或上坡时，中轴10的转动速度较慢，此时第二输出件412的转动速度慢，且受到一定的扭力，因此中空电机20启动。中空电机20带动谐波减速器30的波发生器31旋转，柔轮32随着波发生器31的转动而不断改变与刚轮33的啮合位置，由于柔轮32与刚轮33之间的齿数差，波发生器31转过多圈后柔轮32才能旋转一周，实现较大的减速比。柔轮32将扭矩传递给第一输出件411，第一输出件411的转速大于第二输出件412，两者单向离合器451处于闭合状态，第一输出件411带动第二输出件412快速转动，第二输出件412与中轴10之间的单向离合器451处于断开状态，链轮由中空电机20驱动转动，实现助力自行车的电力辅助。在平坦路面时，人力可以毫不费力的骑行，此时中轴10转速快，受到的扭力小，而中空电机20的转速不变，谐波减速器30的减速比不变，柔轮32与第一输出件411的转速不变，中轴10的转速大于柔轮32的转速，中轴10与第二输出件412之间的单向离合器451处于闭合状态，第二输出件412由中轴10驱动，第二输出件412与第一输出件411之间的单向离合器451断开，不再对第二输出件412进行电力辅助，实现完全的人力驱动。本发明的驱动装置的外周尺寸由谐波减速器30决定，体积小，安装于助力自行车后不影响美观，且结构简单，方便安装。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种中置式驱动装置，其特征在于，包括中轴，以及套设于所述中轴外的：

中空电机，包括机壳、定子和转子，所述定子和转子依次安装于所述机壳内，所述机壳与所述中轴转动连接；

谐波减速器，包括波发生器、柔轮和刚轮，所述波发生器与所述转子相连，所述刚轮的一端面与所述机壳的端面相接，所述刚轮的两端面上设置有密封槽，所述密封槽与机壳和外壳之间夹持有密封圈，所述刚轮两端设置有对应所述外壳和机壳内表面的肩舆；

传动部，包括输出轴和外壳，所述输出轴外侧两端与所述外壳内壁转动连接，所述输出轴内侧两端分别与所述中轴和柔轮抗扭矩地连接，所述外壳端面与所述刚轮的另一端面相接，所述输出轴包括第一输出件和第二输出件，所述第一输出件一端与所述柔轮固定连接，另一端通过单向传动件与所述第二输出件相连，所述第二输出件另一端通过单向传动件与所述中轴连接；

所述外壳与所述刚轮相接的一端设置有过渡斜面，锁紧螺栓穿过过渡斜面及刚轮与机壳锁固。

2.根据权利要求1所述的一种中置式驱动装置，其特征在于，所述单向传动件为单向离合器。

3.根据权利要求1所述的一种中置式驱动装置，其特征在于，所述单向传动件为单向轴承。

4.根据权利要求1所述的一种中置式驱动装置，其特征在于，所述中轴对应所述输出轴内部的位置设置有轴突，所述输出轴与所述轴突之间通过单向传动件相连。

5.根据权利要求1所述的一种中置式驱动装置，其特征在于，所述机壳外周设置有散热齿片，所述散热齿片与机壳一体成型。

6.根据权利要求1所述的一种中置式驱动装置，其特征在于，所述谐波减速器为杯型谐波减速器。

7.一种助力自行车，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的驱动装置。