一种驱动与变速一体式后置装置及电助力自行车的制作方法

本实用新型涉及自行车技术领域，尤其涉及一种驱动与变速一体式后置装置及电助力自行车。

背景技术：

电动助力自行车是在自行车的基础上添加动力辅助系统而制得。其目的是让骑自行车变得更为轻松。

根据动力辅助系统在电助力自行车安装位置分为前置电机系统、中置电机系统和后置电机系统。前置电机系统安装在前轮毂里直接驱动前轮。中置电机系统则直接连接到自行车中轴的曲柄和齿轮。后置电机系统安装在后轮毂里直接驱动后轮。

中置电机系统产生的助力响应快，骑行体验佳，更符合欧美骑行风格，其价格昂贵，主要在中高端电助力自行车上应用。中置电机系统可以获得更好的功率/转矩曲线，以力矩传感器为核心传感器，并辅以速度和踏频传感器。而且可以配装后轮变速器系统，有效提高整车爬坡能力。

目前，前置和后置电机系统都使用轮毂电机，因价格便宜，多被采用在中低端电助力自行车上。技术上应用速度传感器和踏频传感器为传感驱动方式，助力响应速度一般，在复杂路况有明显助力滞后感，综合助力体验会差强人意，适合较平坦的城市道路。

目前自行车的变速传动系统主要是分为两大类，一类是外置变速系统，一类是内变速系统。自行车的变速系统在一辆变速类的自行车上是相当重要的，决定着一辆变速自行车的性能。通常，变速系统就是通过改变链条和不同的牙盘、飞轮的配合，从而改变自行车的速度比。

中高端变速系统都是从国外进口，与后轮花鼓一体的内变速系统是其高端变速系统的代表。

内变速系统通过封闭式变速箱的齿轮转换装置，从而实现不同的速度比。由于体积小，重量轻、高可靠、长寿命、免维修、外观美等特点，深受市场欢迎；由于内变速器产品结构复杂，工艺技术要求严格，生产成本高，因此产品价格昂贵，主要应用在高端自行车上。

不论是外变速还是内变速系统，一般是外部机械式指拨器换挡位，也可实现半自动式挡位切换，因机构复杂很难实现全自动式挡位切换。

现有技术缺陷和不足点：

目前后置电助力系统要同时实现助力驱动和变速功能，需外挂外变速系统使整车结构复杂、成本很高且实施困难。变速自行车无论采用外变速还是采用高端内变速系统及电变方式，但都不能实现自动连续变速。如大变速比直接切换，顿挫明显体验效果差而且实现困难。

技术实现要素：

本实用新型实施例提出一种驱动与变速一体式后置装置，旨在解决现有后置电助力系统结构复杂、成本高以及无法实现自动连续变速的问题。

为了解决上述问题，第一方面，本实用新型实施例提出一种驱动与变速一体式后置装置，所述驱动与变速一体式后置装置包括轮毂、飞轮、主驱动单元、辅助驱动单元、第一传动机构以及第二传动机构，其中：

所述第一传动机构包括第一行星架、第一行星轮、第一太阳轮以及第一传动轮；所述第一传动轮为环状结构，所述第一传动轮的内侧设有内齿圈，所述第一传动轮的外侧与所述轮毂固定连接；所述第一行星架设于所述第一传动轮的一侧；所述第一行星轮设于所述第一行星架上，且分别与所述第一太阳轮以及所述第一传动轮的内齿圈啮合；所述主驱动单元与所述第一太阳轮连接；

所述第二传动机构包括第二行星架、第二行星轮、第二太阳轮以及第二传动轮；所述第二传动轮为环状结构，所述第二传动轮的内侧设有内齿圈，所述第二传动轮的外侧与所述轮毂固定连接；所述第二行星架设于所述第二传动轮的一侧，所述第二行星架与所述飞轮固定连接；所述第二行星轮设于所述第二行星架上，且分别与所述第二太阳轮以及所述第二传动轮的内齿圈啮合；所述辅助驱动单元与所述第二太阳轮连接。

其进一步的技术方案为，所述主驱动单元包括主驱动电机以及第一减速齿轮组，所述主驱动电机通过所述第一减速齿轮组与所述第一太阳轮连接。

其进一步的技术方案为，所述辅助驱动单元包括辅助驱动电机以及第二减速齿轮组，所述辅助驱动电机通过所述第二减速齿轮组与所述第二太阳轮连接。

其进一步的技术方案为，所述驱动与变速一体式后置装置还包括控制器，所述主驱动单元以及所述辅助驱动单元均与所述控制器连接且受控于所述控制器。

其进一步的技术方案为，所述驱动与变速一体式后置装置还包括电池，所述主驱动单元以及所述辅助驱动单元均与所述电池连接。

其进一步的技术方案为，所述第一传动机构包括多个第一行星轮，多个第一行星轮均匀设于所述第一太阳轮与所述第一传动轮之间的间隙内。

其进一步的技术方案为，所述第二传动机构包括多个第二行星轮，多个第二行星轮均匀设于所述第二太阳轮与所述第二传动轮之间的间隙内。

其进一步的技术方案为，所述轮毂包括外壳、两端盖以及两轮毂轴；两所述端盖分别盖合于所述外壳的两端；两所述轮毂轴分别设于两所述端盖上。

其进一步的技术方案为，所述外壳与两所述端盖围出容纳空间；所述主驱动单元、所述辅助驱动单元、所述第一传动机构以及所述第二传动机构均设于所述容纳空间内。

第二方面，本实用新型实施例提出一种电助力自行车，所述电助力自行车包括如第一方面所述的驱动与变速一体式后置装置。

与现有技术相比，本实用新型实施例所能达到的技术效果包括：

本实用新型实施例中，主驱动单元与第一传动机构的第一太阳轮连接，驱动第一太阳轮转动，动力依次经过第一行星轮以及第一传动轮传动给轮毂，助力轮毂运转，达到助力效果。辅助驱动单元与第二太阳轮连接，驱动第二太阳轮转动。第二太阳轮静止或恒速时，第二行星架的转动速度和第二传动轮的转动速度(即飞轮转速和轮毂转速)将保持一定速比。第二太阳轮变速转动时，第二行星架的转动速度和第二传动轮的转动速度之间的速比是变化的，飞轮转动输入速度和轮毂输出速度的传递速比也相应发生变化，从而产生不同变速效果，实现连续变速，不会出现卡顿现象。可见，本实用新型提出的驱动与变速一体式后置装置能够同时实现助力驱动和变速功能，相比于现有技术分别采用驱动加外挂后轮变速或内变速两套系统的方式，具有成本低、重量轻、体积小以及变速连续不卡顿的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提出的一种驱动与变速一体式后置装置的截面图；

图2为本实用新型实施例提出的一种驱动与变速一体式后置装置的主视图；

图3为本实用新型实施例提出的一种驱动与变速一体式后置装置的立体图；

图4为本实用新型实施例提出的一种驱动与变速一体式后置装置的第一传动机构的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提出的一种驱动与变速一体式后置装置的第二传动机构的结构示意图。

附图标记

轮毂10、飞轮20、主驱动单元30、辅助驱动单元40、第一传动机构50、第二传动机构60、第一行星架51、第一行星轮52、第一太阳轮53、第一传动轮54、第二行星架61、第二行星轮62、第二太阳轮63、第二传动轮64、主驱动电机31、第一减速齿轮组32、辅助驱动电机41、第二减速齿轮组42、外壳11、端盖12、轮毂轴13。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型实施例。如在本实用新型实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

参见图1-图5，本实用新型提出一种驱动与变速一体式后置装置，所述驱动与变速一体式后置装置包括轮毂10、飞轮20、主驱动单元30、辅助驱动单元40、第一传动机构50以及第二传动机构60。

所述第一传动机构50包括第一行星架51、第一行星轮52、第一太阳轮53以及第一传动轮54。所述第一传动轮54为环状结构，所述第一传动轮54的内侧设有内齿圈，所述第一传动轮54的外侧与所述轮毂10固定连接。所述第一行星架51设于所述第一传动轮54的一侧；所述第一行星轮52设于所述第一行星架51上，且分别与所述第一太阳轮53以及所述第一传动轮54的内齿圈啮合。所述主驱动单元30与所述第一太阳轮53连接。

所述第二传动机构60包括第二行星架61、第二行星轮62、第二太阳轮63以及第二传动轮64。所述第二传动轮64为环状结构，所述第二传动轮64的内侧设有内齿圈，所述第二传动轮64的外侧与所述轮毂10固定连接。所述第二行星架61设于所述第二传动轮64的一侧，所述第二行星架61与所述飞轮20固定连接。所述第二行星轮62设于所述第二行星架61上，且分别与所述第二太阳轮63以及所述第二传动轮64的内齿圈啮合。所述辅助驱动单元40与所述第二太阳轮63连接。

本实用新型实施例中，主驱动单元30与第一传动机构50的第一太阳轮53连接，驱动第一太阳轮53转动，动力依次经过第一行星轮52以及第一传动轮54传动给轮毂10，助力轮毂10运转，达到助力效果。辅助驱动单元40与第二太阳轮63连接，驱动第二太阳轮63转动。第二太阳轮63静止或恒速时，第二行星架61的转动速度和第二传动轮64的转动速度(即飞轮20转速和轮毂10转速)将保持一定速比。第二太阳轮63变速转动时，第二行星架61的转动速度和第二传动轮64的转动速度之间的速比是变化的，飞轮20转动输入速度和轮毂10输出速度的传递速比也相应发生变化，从而产生不同变速效果，实现连续变速，不会出现卡顿现象。

继续参见图1-图5，在某些实施例，例如本实施例中，所述主驱动单元30包括主驱动电机31以及第一减速齿轮组32，所述主驱动电机31通过所述第一减速齿轮组32与所述第一太阳轮53连接。其中，主驱动电机31用于提供主驱动力。第一减速齿轮组32用于适配速度，输出电助力到第一太阳轮53，驱动第一太阳轮53转动。

进一步地，所述辅助驱动单元40包括辅助驱动电机41以及第二减速齿轮组42，所述辅助驱动电机41通过所述第二减速齿轮组42与所述第二太阳轮63连接。其中，辅助驱动电机41用于提供动力或者回收动力。第二减速齿轮组42用于适配速度，驱动第二太阳轮63转动。

进一步地，所述驱动与变速一体式后置装置还包括控制器，所述主驱动单元30以及所述辅助驱动单元40均与所述控制器连接且受控于所述控制器。

进一步地，所述驱动与变速一体式后置装置还包括电池(例如，锂电池)。所述主驱动单元30以及所述辅助驱动单元40均与所述电池连接，且由电池供电。

进一步地，所述第一传动机构50包括多个第一行星轮52，多个第一行星轮52均匀设于所述第一太阳轮53与所述第一传动轮54之间的间隙内。

进一步地，所述第二传动机构60包括多个第二行星轮62，多个第二行星轮62均匀设于所述第二太阳轮63与所述第二传动轮64之间的间隙内。

进一步地，所述轮毂10包括外壳11、两端盖12以及两轮毂轴13；两所述端盖12分别盖合于所述外壳11的两端；两所述轮毂轴13分别设于两所述端盖12上。

进一步地，所述外壳11与两所述端盖12围出容纳空间；所述主驱动单元30、所述辅助驱动单元40、所述第一传动机构50以及所述第二传动机构60均设于所述容纳空间内。

本实用新型提出的驱动与变速一体式后置装置的运行模式包括人力模式、电助力模式以及变速模式，其中变速模式可以和人力模式或电助力模式同时运行，具体说明如下：

【人力模式】主驱动单元不运行，第一传动机构不工作(即自由状态)，辅助驱动单元限制第二传动机构的第二太阳轮转动。

人力通过自行车脚踏带动牙盘和链条运转给后轮飞轮施力转动，因飞轮和第二传动机构的第二行星架固定连接，使得动力从第二行星架输入，依次经过第二行星轮以及第二传动轮输出到轮毂，带动轮毂运转后驱动自行车的后轮转动。

【电助力模式】主驱动单元参与运行控制，第一传动机构处于工作状态。

当后轮飞轮的受力和/或转速因人力或路况影响发生变化时，因第二太阳轮被辅助驱动单元瞬间锁固，同时后置装置的内外传感系统迅速响应，通过控制器运算放大得出踏频、扭矩、自行车转速等实时数据，当满足设定条件(如扭矩、转速递增时)电助力即刻开始介入。由主驱动单元驱动第一太阳轮转动，动力依次经过第一行星轮以及第一传动轮传动给轮毂，助力轮毂运转，达到助力效果。

【变速模式】主驱动单元和辅助驱动单元同时参与运行控制

当自行车运行时带动后轮的飞轮转动，同时联动第二传动机构的第二行星架转动，通过第二行星轮带动第二传动轮转动，进而联动轮毂运转后驱动后轮转动。第二太阳轮静止或恒速时，第二行星架的转动速度和第二传动轮的转动速度(即飞轮转速和轮毂转速)将保持一定速比。第二太阳轮变速转动时，第二行星架的转动速度和第二传动轮的转动速度之间的速比是变化的，飞轮转动输入速度和轮毂输出速度的传递速比也相应发生变化，从而产生不同变速效果，实现连续变速，不会出现卡顿现象。输入与输出的速比变化是由控制器经主驱动单元和辅助驱动单元来控制。

电能回收：当自行车滑行时，飞轮会保持停转或慢转速，而后轮轮毂跟随转动，通过第二传达机构的传动轮带动第二太阳轮转动，此时，辅助驱动单元切换发电模式，存储电能到电池。

本实用新型实施例还提供一种电助力自行车，所述电助力自行车包括上述实施例提出的驱动与变速一体式后置装置。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，尚且本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。