CN201424114Y - 一种具有差动机构的动力混合输入传动装置 - Google Patents

Abstract

一种具有差动机构的动力混合输入传动装置，包括差动机构，它包括右差动锥齿轮、左差动锥齿轮、行星锥齿轮及行星锥齿轮轴，所述行星锥齿轮轴套装在所述踏板轴上，所述行星锥齿轮轴的两端分别套有行星锥齿轮，所述左、右差动锥齿轮则套装在踏板轴上，并与行星锥齿轮相互啮合；所述踏板轴上还套有蜗轮座，所述蜗轮座与蜗轮蜗杆总成的蜗轮固定连接，所述蜗轮座与左差动锥齿轮之间设有第一棘轮棘爪机构；所述踏板轴上还套有行星架，所述行星锥齿轮轴固定在所述行星架上，所述右差动锥齿轮与行星架之间设有第二棘轮棘爪机构，输出套筒的一端套装有链轮，其另一端与行星架连接。实现脚踏驱动与电力驱动的动力统一向链轮输出。

Description

一种具有差动机构的动力混合输入传动装置

技术领域

本实用新型涉及电动助力车的传动部分，特别是涉及一种适用于电动助力车上的具有差动机构的动力混合输入传动装置。

背景技术

目前市场上所出售的电动助力车，绝大部分生产厂家都采用了轮毂电机对其进行驱动，由于使用轮毂电机可以省去复杂的传动机构，因此结构布置比较简单。现有的轮毂电机式电动助力车，就是把普通自行车的其中一个车轮的轮毂改换为一个轮毂电机，脚踏则是通过链轮、链条和单向飞轮驱动后轮，可见电机驱动是不经链条的，所以脚踏驱动和电动互相独立，由此决定了轮毂电机式电动助力车不适合发展如换档变速、离合操纵、发电健身车等附加功能，对功能的扩展不够灵活；另外，当大批量生产时，由于轮毂电机在制造工艺上的原因，相对传统的低压直流永磁电机而言，其生产效率较低，因而造价相对较高，在一定程度上制约了产量。除了使用轮毂电机的电动助力车以外，其他传动形式的只有轮边电机式，然而，轮边电机也同样是电机与脚踏分离的，电动与脚踏驱动互不相关。

中国专利申请(申请号：200720302677.6)一种双输入蜗轮蜗杆传动装置，其是通过各自的单向棘轮装置将动力输出到电动助力车的链轮上，从而实现脚踏驱动和电机驱动，由于传动机构的结构紧凑，占用空间小，与普通电机配合使用，生产成本大大降低，并可发展例如换档变速、离合操纵、发电健身车等附加功能。但是，该专利申请的技术方案还存在以下缺陷：由于是通过各自的单向棘轮装置将动力输出到电动助力车的链轮上，因而不能将脚踏驱动和电机驱动的动力输出做到完善的结合，会出现例如电机驱动趋前于脚踏驱动或者脚踏驱动覆盖了电机驱动等现象，不利于骑车者对电动助力车行驶的良好操控。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有差动机构的动力混合输入传动装置，与传统的直流电机结合使用，可将电动驱动和脚踏驱动动力统一向链轮输出，驱动车辆行驶，使得脚踏动力和电机动力完善结合，有利于骑车者对车辆行驶的良好操控。

本实用新型的技术方案可以通过以下的技术措施来实现，一种具有差动机构的动力混合输入传动装置，包括壳体、踏板轴、链轮、输出套筒及蜗轮蜗杆总成，其特征在于：还包括差动机构，所述差动机构包括右差动锥齿轮、左差动锥齿轮、行星锥齿轮及行星锥齿轮轴，所述行星锥齿轮轴通过其轴体上的环形孔套装在所述踏板轴上，所述行星锥齿轮轴的两端分别套有行星锥齿轮，所述左、右差动锥齿轮则套装在踏板轴上，并与行星锥齿轮相互啮合，其中右差动锥齿轮与踏板轴固定连接；所述踏板轴上还套有蜗轮座，其与左差动锥齿轮相邻设置，所述蜗轮座与蜗轮蜗杆总成的蜗轮固定连接，所述蜗轮座与左差动锥齿轮之间设有第一棘轮棘爪机构；所述踏板轴上还套有行星架，其与右差动锥齿轮相邻设置，所述行星锥齿轮轴固定在所述行星架上，所述右差动锥齿轮与行星架之间设有第二棘轮棘爪机构；所述输出套筒套装在踏板轴的一端上，所述输出套筒的一端套装有链轮，其另一端与行星架连接。

本实用新型利用差动机构将脚踏驱动与电力驱动的动力统一向链轮输出，因而不会产生电机驱动趋前于脚踏驱动或者脚踏驱动覆盖了电机驱动等现象，更有利于骑车者对车辆灵活、良好的操控。

第一棘轮棘爪机构做单向运动的要求是：当蜗轮座向前转动时可以带动左差动锥齿轮同时向前转动，而左差动锥齿轮向前转动时却不能带动蜗轮座向前转动，具体来说，当单独脚踏时，左差动锥齿轮不会带动蜗轮座和蜗轮；而第二棘轮棘爪机构可使右差动锥齿轮向前转动时可以带动行星架同时向前转动，而行星架却不能带动右差动锥齿轮向前转动。

作为本实用新型的一种改进，所述踏板轴上还设有用于阻止踏板轴反转的第三棘轮棘爪机构。该机构可以避免以下现象发生：当单独驱动电机时，左差动锥齿轮通过行星锥齿轮驱使右差动锥齿轮转动，进而带动踏板轴反转。

作为本实用新型的一种实施方式，所述第三棘轮棘爪机构包括棘轮、棘爪及由控制电路控制其电流通断的电磁铁，所述棘轮固定套装在踏板轴上，且与所述蜗轮座相邻设置，所述棘轮为外棘轮并与链轮相对，所述棘爪通过转动轴固定在外壳的内壁上，所述电磁铁设置在棘爪的一侧，通过电流的通断使电磁铁中的铁芯在线圈内做水平方向的往复运动，以推动棘爪卡合在棘轮上或脱离棘爪。棘爪在电磁铁的作用下卡合在棘轮上，通过棘轮阻止踏板轴反转，电流消失后，铁芯向相反方向运动，松开棘爪，由于棘爪上扭力弹簧的复位作用，使得棘爪脱离棘轮。

作为本实用新型的一种实施方式，所述第一棘轮棘爪机构包括棘爪和棘轮，所述棘轮即是蜗轮座，且为内棘轮，所述棘爪安装在左差动锥齿轮的外壁上，即由左差动锥齿轮作为棘爪座。

作为本实用新型的一种实施方式，所述第二棘轮棘爪机构包括棘爪和棘轮，所述棘轮即是行星架，且为内棘轮，所述棘爪安装在右差动锥齿轮的外壁上，即由右差动锥齿轮作为棘爪座。

作为本实用新型的一种改进，所述蜗轮蜗杆总成及差动机构均位于所述踏板轴的中部，其中所述行星锥齿轮轴位于所述蜗轮的中部环形腔中，本实用新型的结构可确保该机构运行的稳定性。

作为本实用新型的一种实施方式，所述蜗轮座和蜗轮蜗杆总成的蜗轮上均设有垂直其盘面的安装孔，二者之间通过螺栓固定。

作为本实用新型的一种改进，所述的具有差动机构的双输入蜗轮蜗杆传动装置还包括力矩传感机构，所述力矩传感机构包括用于感受踏板轴正向转速的第一圆盘及其霍尔元件，所述第一圆盘套装在踏板轴的一端上，且与链轮相对，所述第一圆盘上嵌装有磁铁，所述霍尔元件设在壳体上，所述磁铁与霍尔元件相对，霍尔元件通过磁铁感受踏板轴的正向转速，以便向控制电路发出控制信号。本实用新型的霍尔元件将控制信号传输到控制电路，由控制电路决定助力车电机的启动和对电机供电的大小。

作为本实用新型的进一步改进，所述力矩传感机构还包括用于感受脚踏轴与链轮转速差异的第二、第三圆盘及其霍尔元件，所述第二圆盘套装在行星架上并与行星架固定连接，所述第三圆盘则套装在输出套筒上，该两圆盘相邻设置且均嵌装有磁铁，所述霍尔元件设置在壳体内壁上，所述磁铁与霍尔元件相对；所述行星架与输出套筒之间的连接为活动连接结构，所述活动连接结构包括牙嵌结构和扭力弹簧，所述牙嵌结构设于行星架与输出套筒的连接端面上，所述扭力弹簧套装在踏板轴上且位于输出套筒内，所述扭力弹簧的一端与行星架连接，其另一端与输出套筒连接。当骑车人踏动踏板轴的转数提高到设定转数时，控制电路改变对电机供电的大小，提高电机的助力程度。

作为本实用新型的一种实施方式，所述牙嵌结构包括分别位于行星架及输出套筒连接端面上的凸牙及卡槽，所述凸牙卡合在卡槽中，且凸牙与卡槽的槽缘具有间隙，所述间隙即为扭力弹簧的工作行程。本实用新型扭力弹簧用于检测脚踏输入动力的大小，由此决定电机的工作状态。

作为本实用新型的一种实施方式，所述的壳体分为两半，横向对接而成，所述的输出套筒的一端伸出到壳体外，链轮固定安装在该伸出端的端部。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

(1)本实用新型的差动机构可使脚踏与电机驱动两种动力的输入得到完善的结合，统一向链轮输出，使动力得到更合理的利用，增强了骑车者对车辆的操控性；

(2)本实用新型的力矩传感装置使用控制电路内的控制软件，除了可以检测到骑车者踏动脚踏板的转速，还可以检测到骑车者作用在踏板上力的大小，从而决定电机助力的大小，更符合人性化的需求；

(3)本实用新型具有“平路”和“上坡”两种工作模式可供骑车者选择，其中选用“上坡”模式，本实用新型可将总传动比降低1倍，即输出的力矩提高1倍，使车辆具有较大的上坡能力；

(4)本实用新型结构紧凑，可直接安装在现有的“双输入蜗轮蜗杆传动装置”的模块组合式动力单元内，不额外占用安装空间；

(5)本实用新型适合发展如换档变速、离合操纵、发电健身车等附加功能。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明

图1是本实用新型的剖视图；

图2是第一棘轮棘爪机构的A-A向剖视图；

图3是第二棘轮棘爪机构的B-B向剖视图；

图4是第三棘轮棘爪机构的C-C向剖视图；

图5是蜗轮座的立体图；

图6是行星架的立体图；

图7是行星架另一个方向的立体图；

图8是输出套筒的立体图；

图9是行星锥齿轮轴的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的具体实施方式如图1～9所示，一种具有差动机构的动力混合输入传动装置，包括壳体、踏板轴6、链轮22、输出套筒19及蜗轮蜗杆总成，壳体分为两半，分别为左壳体25和右壳体24，二者横向对接构成壳体。还包括差动机构，差动机构包括右差动锥齿轮16、左差动锥齿轮4、两个行星锥齿轮10及行星锥齿轮轴11，行星锥齿轮轴11通过其轴体上的环形孔31套装在踏板轴6的中部上，行星锥齿轮轴11的两端分别套有行星锥齿轮10，左、右差动锥齿轮4、16则套装在踏板轴6上，并与行星锥齿轮10相互啮合，其中右差动锥齿轮16与踏板轴6通过平键17固定连接；踏板轴6上还套有蜗轮座2，蜗轮座2与左差动锥齿轮4相邻设置，蜗轮座2与蜗轮蜗杆总成的蜗轮1上均设有垂直其盘面的安装孔，二者之间通过螺栓固定连接，蜗轮座2与左差动锥齿轮4之间设有第一棘轮棘爪机构，第一棘轮棘爪机构包括棘爪9和棘轮，该棘轮即是蜗轮座2，且为内棘轮，棘爪9安装在左差动锥齿轮4的外壁上，即由左差动锥齿轮4作为棘爪座。

踏板轴6上还套有行星架12，与右差动锥齿轮16相邻设置，行星锥齿轮轴11的两端头分别固定在行星架12上，此时，行星锥齿轮轴11位于蜗轮1的中部环形腔中，右差动锥齿轮16与行星架12之间设有第二棘轮棘爪机构，该机构包括棘爪21和棘轮，棘轮即是行星架12，且为内棘轮，棘爪21安装在右差动锥齿轮16的外壁上，即由右差动锥齿轮16作为棘爪座，输出套筒19套装在踏板轴的一端上，并通过轴承20支承在右壳体24内，输出套筒19的一端伸出到右壳体24外，链轮22固定安装在该伸出端的端部，行星架12则与输出套筒19的另一端活动连接。

在踏板轴6上还设有用于阻止踏板轴6反转的第三棘轮棘爪机构，该机构包括棘轮5、棘爪27及由控制电路控制其电流通断的电磁铁29，棘轮5通过平键28固定套装在踏板轴6上，并通过轴承3支承在左壳体25内，棘轮5与蜗轮座2相邻设置，棘轮5为外棘轮并与链轮22相对，棘爪27通过转动轴固定在左壳体25的内壁上，棘爪27的一侧还设有电磁铁29，通过电流的通断可使电磁铁29中的铁芯在线圈内做水平方向的往复运动，推动棘爪27向下卡合在棘轮5上，以阻止踏板轴6反转，转动轴上安装有扭力弹簧26，作为棘爪27复位之用。

本实用新型还包括力矩传感机构，力矩传感机构包括第一圆盘7及其霍尔元件8，第一圆盘7套装在踏板轴6的一端上，且与链轮22相对，第一圆盘7的圆周上嵌装有磁铁，霍尔元件8设在左壳体25的端部上，磁铁与霍尔元件8相对，霍尔元件8通过磁铁感受踏板轴6的正向转速，以便向控制电路发出控制信号，由控制电路决定助力车电机的启动和对电机供电的大小；另外，力矩传感机构还包括第二、第三圆盘13、14及其霍尔元件15，第二圆盘13套装在行星架12上并与行星架12通过二者盘面上的安装孔由螺栓固定连接，第三圆盘14则套装在输出套筒19上，该两圆盘13、14相邻设置且在其圆周上均嵌装有磁铁，霍尔元件15设置在右壳体24内壁上，磁铁与霍尔元件15相对；行星架12与输出套筒19之间的活动连接结构包括牙嵌结构和扭力弹簧18，其中牙嵌结构设于行星架12与输出套筒19的连接端面上，扭力弹簧18套装在踏板轴6上且位于输出套筒19内，扭力弹簧18的一端与行星架12连接，其另一端与输出套筒19连接，牙嵌结构包括分别位于行星架12及输出套筒19连接端面上的凸牙及卡槽，凸牙卡合在卡槽中，且凸牙与卡槽的槽缘具有间隙，该间隙即为扭力弹簧18的工作行程。

本实用新型力矩传感机构的工作原理是：扭力弹簧18未被压缩时，霍尔元件15感应到磁力的大小是第二圆盘13与第三圆盘14的磁铁所具有的磁力的叠加，当脚踏输入的动力克服扭力弹簧18的预紧力时，第二圆盘13与第三圆盘14分别跟随行星架12、输出套筒19的转动而产生相对的角度位移，此时叠加的磁力与之前产生了变化，霍尔元件15感应到磁力大小的变化后，将信号传输给控制电路，使得控制电路改变对助力电机供电的大小，而霍尔元件8可以感应到脚踏轴6正向旋转的转数和转速，并将信号传输给控制电路，以决定助力电机的启动和对助电机供电的大小，因此力矩传感机构可以使得骑车者对车辆进行灵活的控制，决定电机助力的大小，更为符合人性化的需求。

本实用新型两种工作模式的工作过程如下：

1.选择“平路”(或称“省电”)工作模式：

(1)单独脚踏驱动：骑车者踏动脚踏板，脚踏轴6开始向前旋转，并通过平键17使右差动锥齿轮16同步旋转，右差动锥齿轮16上的棘爪21带动行星架12同步旋转，行星架12通过扭力弹簧18带动输出套筒19，固定连接在输出套筒19上的链轮22便通过链条带动车辆向前行驶，从而实现脚踏驱动，左差动锥齿轮4在行星锥齿轮10的带动下，也跟随向前旋转，但由于左差动锥齿轮4与蜗轮座2之间有棘爪9的单向传动作用，因此不会带动蜗轮座2和蜗轮1旋转，而此时电机尚未启动。

(2)由脚踏驱动实现电机驱动：当骑车人踏动脚踏板的转数达到设定的转数时，霍尔元件8将信号输入到控制电路，由控制电路供电，启动助力电机，并根据脚踏轴6转速的提高，控制电路改变对助力电机供电的大小。当脚踏轴6停止转动后可在设定的短暂延时后，控制电路停止供电，电机自动停止转动。

而在电机继续运转的情况下，当骑车人踏动脚踏板的力，大于扭力弹簧18的预紧力时(例如上坡或者加速)，第二圆盘13与第三圆盘14之间会产生一定角度的位移，霍尔元件15感应到磁力的变化，使提供给控制电路的信号产生变化，由控制电路决定开始提高对助力电机的供电，从而改变电机助力的程度；电机的转速增加，通过蜗轮蜗杆总成带动蜗轮座2转动，蜗轮座2通过棘爪9带动左差动锥齿轮4向前旋转，此时行星锥齿轮10同时受到右差动锥齿轮16和左差动锥齿轮4的带动，以左、右差动锥齿轮4、16合成的力和转速带动行星架12旋转，行星架12通过扭力弹簧18带动输出套筒19旋转，使链轮22带动链条驱动车辆向前行驶。

2.选择“上坡”(或称“加力”)工作模式：

在该模式下，控制电路上的软件程序设置成：当电机在脚踏轴6达到设定的转数并启动了电机后，电机获得较大的电力持续运转，骑车人可以停止踏动脚踏板，电机的运转不会因骑车人停止踏动脚踏轴6而停止工作，与此同时，电磁铁29在控制电路的供电下，推动棘爪27压向并卡住棘轮5，使脚踏轴6不会因行星锥齿轮10的作用力而向后旋转；电机转动，通过蜗轮蜗杆总成传动，蜗轮带动蜗轮座2旋转，通过棘爪9带动左差锥齿轮4向前旋转，由于右差动锥齿轮16停止转动，根据行星齿轮传动的原理，行星锥齿轮10便以左差动锥齿轮4转速的1/2带动行星架12向前旋转，由行星架12通过扭力弹簧18带动输出套筒19，并向链轮22输出动力，可使输出力矩提高一倍，在该模式下，骑车人操作刹车握把时或者将选择开关设置回“平路”(或称“省电”)模式时，“上坡”(或称“加力”)工作模式终止。

本实用新型可以广泛应用于自行车、三轮车、四轮驱动的车、滑行车等各种电动助力车。

本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有差动机构的动力混合输入传动装置，包括壳体、踏板轴、链轮、输出套筒及蜗轮蜗杆总成，其特征在于：还包括差动机构，所述差动机构包括右差动锥齿轮、左差动锥齿轮、行星锥齿轮及行星锥齿轮轴，所述行星锥齿轮轴通过其轴体上的环形孔套装在所述踏板轴上，所述行星锥齿轮轴的两端分别套有行星锥齿轮，所述左、右差动锥齿轮则套装在踏板轴上，并与行星锥齿轮相互啮合，其中右差动锥齿轮与踏板轴固定连接；所述踏板轴上还套有蜗轮座，其与左差动锥齿轮相邻设置，所述蜗轮座与蜗轮蜗杆总成的蜗轮固定连接，所述蜗轮座与左差动锥齿轮之间设有第一棘轮棘爪机构；所述踏板轴上还套有行星架，其与右差动锥齿轮相邻设置，所述行星锥齿轮轴固定在所述行星架上，所述右差动锥齿轮与行星架之间设有第二棘轮棘爪机构；所述输出套筒套装在踏板轴的一端上，所述输出套筒的一端套装有链轮，其另一端与行星架连接。

2.根据权利要求1所述的具有差动机构的动力混合输入传动装置，其特征在于：所述踏板轴上还设有用于阻止踏板轴反转的第三棘轮棘爪机构。

3.根据权利要求2所述的具有差动机构的动力混合输入传动装置，其特征在于：所述第三棘轮棘爪机构包括棘轮、棘爪及由控制电路控制其电流通断的电磁铁，所述棘轮固定套装在踏板轴上，且与所述蜗轮座相邻设置，所述棘轮为外棘轮并与链轮相对，所述棘爪通过转动轴固定在外壳的内壁上，所述电磁铁设置在棘爪的一侧，通过电流的通断使电磁铁中的铁芯在线圈内做水平方向的往复运动，以推动棘爪卡合在棘轮上或脱离棘爪。

4.根据权利要求1所述的具有差动机构的动力混合输入传动装置，其特征在于：所述第一棘轮棘爪机构包括棘爪和棘轮，所述棘轮即是蜗轮座，且为内棘轮，所述棘爪安装在左差动锥齿轮的外壁上，即由左差动锥齿轮作为棘爪座。

5.根据权利要求1所述的具有差动机构的动力混合输入传动装置，其特征在于：所述第二棘轮棘爪机构包括棘爪和棘轮，所述棘轮即是行星架，且为内棘轮，所述棘爪安装在右差动锥齿轮的外壁上，即由右差动锥齿轮作为棘爪座。

6.根据权利要求1所述的具有差动机构的动力混合输入传动装置，其特征在于：所述蜗轮蜗杆总成及差动机构均位于所述踏板轴的中部，其中所述行星锥齿轮轴位于所述蜗轮的中部环形腔中。

7.根据权利要求1所述的具有差动机构的动力混合输入传动装置，其特征在于：所述蜗轮座和蜗轮蜗杆总成的蜗轮上均设有垂直其盘面的安装孔，二者之间通过螺栓固定。

8.根据权利要求1所述的具有差动机构的动力混合输入传动装置，其特征在于：所述的具有差动机构的双输入蜗轮蜗杆传动装置还包括力矩传感机构，所述力矩传感机构包括用于感受踏板轴正向转速的第一圆盘及其霍尔元件，所述第一圆盘套装在踏板轴的一端上，且与链轮相对，所述第一圆盘上嵌装有磁铁，所述霍尔元件设在壳体上，所述磁铁与霍尔元件相对，霍尔元件通过磁铁感受踏板轴的正向转速，以便向控制电路发出控制信号。

9.根据权利要求8所述的具有差动机构的动力混合输入传动装置，其特征在于：所述力矩传感机构还包括用于感受脚踏轴与链轮转速差异的第二、第三圆盘及其霍尔元件，所述第二圆盘套装在行星架上并与行星架固定连接，所述第三圆盘则套装在输出套筒上，该两圆盘相邻设置且均嵌装有磁铁，所述霍尔元件设置在壳体内壁上，所述磁铁与霍尔元件相对；所述行星架与输出套筒之间的连接为活动连接结构，所述活动连接结构包括牙嵌结构和扭力弹簧，所述牙嵌结构设于行星架与输出套筒的连接端面上，所述扭力弹簧套装在踏板轴上且位于输出套筒内，所述扭力弹簧的一端与行星架连接，其另一端与输出套筒连接。

10.根据权利要求9所述的具有差动机构的动力混合输入传动装置，其特征在于：所述牙嵌结构包括分别位于行星架及输出套筒连接端面上的凸牙及卡槽，所述凸牙卡合在卡槽中，且凸牙与卡槽的槽缘具有间隙，所述间隙即为扭力弹簧的工作行程。

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