一种智能变速器及使用的电机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种智能变速器及使用的电机控制方法，所述变速器具有智能控制系统，所述智能控制系统包括控制模块以及若干直流电机，所述控制模块具有通信端口，通过通信模块与外部终端设备连接，通过终端设备发出控制信号，控制模块的输出端口分别与直流电机连接，所述直流电机通过凸轮转动控制棘爪控制杆，控制对应中心轮的棘爪弹出和压制，实现对应中心轮和变速器主轴的离合，配合其他的信号采集单元，即实现变速器挡位智能切换。

【技术实现步骤摘要】
一种智能变速器及使用的电机控制方法
本专利技术属于变速器以及电机控制
，具体涉及一种智能变速器及使用的电机控制方法。
技术介绍
自行车内变速器是以行星齿轮机构作为传动主体，同时封闭装配在自行车的后车轮轴的花鼓内，能够克服外变速器存在的缺陷，提供自行车较佳的传动性能，其在自行车的生产应用中越来越普及。现有的自行车内变速器均为手动控制切换挡位，目前市场上的自动变速器是用电机代替指拨或转拨功能，采用电动切换实现自动换挡，其切换的原理也十分简单，仅通过电动部件进行换挡执行部件，没办法实现越挡切换，无法满足较复杂的自行车骑行体验。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对现有自行车内变速器自动换挡的缺陷，提供一种智能变速器，能够根据各种不同骑行状况提供最佳的挡位，智能化程度高，换挡准确迅速。本专利技术采用如下技术方案实现：一种智能变速器，所述内变速器采用行星齿轮内变速器，内变速器通过控制行星齿轮系的中心轮与主轴离合实现挡位控制，其中中心轮和主轴之间的离合部件为弹性伸出的棘爪，所述棘爪通过棘爪弹簧设置在主轴上，所述中心轮的内圆设有棘齿与棘爪配合，其中，所述内变速器具有智能控制系统；所述智能控制系统包括控制模块以及若干直流电机；所述控制模块具有通信端口，通过通信模块与外部终端设备连接，通过终端设备发出控制信号，所述控制模块的输出端口分别与直流电机连接；若干直流电机分别通过凸轮控制棘爪控制杆转动，实现各个中心轮与主轴的离合，其中，棘爪控制杆通过棘爪弹簧转动嵌装于主轴的轴向凹槽上，棘爪控制杆端部设有凸块与凸轮接触，另一端棘爪与中心轮内圆棘齿配合，直流电机带动凸轮旋转，凸轮的轮廓变化控制棘爪控制杆的转动，实现中心轮和主轴离合。进一步的，所述直流电机分为两部分，分别布置在内变速器的轴向两端。所述内变速器的端部设有电机固定座，所述电机固定座一端紧固装配于主轴上，另一端装配于支撑座上，直流电机以及控制模块的控制主板紧固于电机固定座上，凸轮安装于直流电机输出轴上，凸轮轮廓与棘爪控制杆凸块接触。进一步的，电机固定座在每个凸轮旁电机固定座均固定有定位传感器，所述凸轮上设有与定位传感器配合的定位面，用于确定各个凸轮的转动位置，所述定位传感器与控制模块的信号端连接。优选的，靠近变速器端部的中心轮的一侧直流电机可通过凸轮直接接触该中心轮的棘爪实现控制。在本专利技术中，所述内变速器还包括自锁机构，由其中一个直流电机驱动；所述自锁机构包括固定在内变速器输出轮毂上的锁齿以及由直流电机驱动的鱼尾锁卡，所述鱼尾锁卡通过鱼尾销铰支在电机固定座上，并通过第二弹簧与鱼尾锁卡连接，保持鱼尾锁卡和锁齿保持常分离状态，所述鱼尾锁卡一端具有与锁齿咬合的棘齿结构，另一端通过第一弹簧与该直流电机连接的凸轮连接。优选的，所述直流电机连接的凸轮为盘形凸轮。另一优选的，所述直流电机连接的凸轮为圆柱凸轮，圆柱凸轮安装于直流电机输出轴上，圆柱凸轮上包含高位面、低位面、弹起断面、压紧斜面和定位面；其中高位面、压紧斜面、低位面、弹起断面依次连接成封闭环状曲面，定位面位于圆柱凸轮侧面，与定位传感器对应，直流电机带动圆柱凸轮单方向旋转，圆柱凸轮上的定位面碰触定位传感器时对圆柱凸轮进行初始位定位。在本专利技术中，所述智能控制系统还包括速度检测模块，所述速度检测模块包括固定在内变速器内部的霍尔传感器以及随内变速器输出轮毂一同转动的磁钢；所述磁钢通过螺母密封装配在变速器输出轮毂的刹车端侧面，磁钢位于输出轮毂内侧，所述霍尔传感器通过传感器安装座固定在内变速器内部，霍尔传感器的感应面与磁钢旋转轨迹面保持在感应范围内安装，与磁钢配合进行输出轮毂旋转速度监测；所述霍尔传感器与控制模块连接，通过通信模块将转化得到的变速器搭载的行驶设备实时速度及行驶里程输送至外部终端设备。进一步的，所述智能控制系统还包括重力传感器，所述重力传感器固定设置在控制模块的控制主板上，通过监测车辆的倾斜程度计算行驶的坡度，结合霍尔传感器检测的行驶速度控制挡位变化。优选的，所述外部终端设备包括操控设备和电源，所述操控设备包括自行车码表或手机移动终端。在本专利技术中，所述内变速器的动力传递组件采用两组行星齿轮系共用一组中心轮的结构布置，两组行星齿轮系的行星轮及内齿圈参数一致，第一级行星齿轮系的内齿圈与第二级行星齿轮系的行星架紧固相连，第一级行星架通过第一级行星轮和单向离合器与第一级内齿圈相连，第二级行星齿轮系通过第二级行星轮与第二级内齿圈相配合。本专利技术还公开了一种上述智能变速器使用的电机控制方法：其中，直流电机可采用单向旋转控制，所述直流电机只向一个固定方向旋转，通过凸轮轮廓变化驱动棘爪控制杆；直流电机转动至凸轮轮廓的远端与棘爪控制杆接触时，棘爪控制杆处于压制状态，所控制的中心轮和主轴之间处于自由状态，且此时凸轮上的定位面碰触定位传感器，并将信号传到控制模块，控制直流电机停转；当需要将中心轮与主轴卡住时，通过直流电机继续沿原方向旋转，凸轮轮廓由远端突变到近端，棘爪控制杆在棘爪弹簧作用下快速弹起，从而将主轴与中心轮卡住，其中，凸轮转至近端的时机通过控制模块的定时单元实现，即在凸轮定位面离开定位传感器后的设定时间内，控制直流电机的停止，此时凸轮的近端与棘爪控制杆接触。另外，直流电机也可采用双向旋转控制，所述直流电机朝正、反两个方向转动；所述直流电机正向旋转，凸轮轮廓由近端到远端转动，将棘爪控制杆压下，使中心轮和主轴之间处于自由状态，在凸轮的定位面碰触定位传感器时，将控制信号传到控制模块，直流电机停止，并且在凸轮的远端设有凸起，防止凸轮过转导致棘爪控制杆再次弹起；当需要将中心轮与主轴卡住时，控制直流电机往相反方向旋转，凸轮轮廓由远端突变到近端，凸轮与棘爪控制杆接触于凸轮近端，棘爪控制杆在棘爪弹簧作用下快速弹起，从而将主轴与中心轮卡住，其中，凸轮转至近端的时机通过控制模块的定时单元实现，即在凸轮定位面离开定位传感器后的设定时间内，控制直流电机的停止，此时凸轮的近端与棘爪控制杆接触。本专利技术的有益效果：本专利技术的智能变速器，其最基本的功能是可通过外部终端设备控制内变速器进行挡位的切换，不需要像传统的手动切换(直流电机带动拉绳换挡)逐一换挡，有手动和自动两种模式；手动模式下，骑手可通过手动直接切换到任意挡位；自动模式下，结合控制模块内部的控制系统，可根据骑行的车速和行车状态自动切换至合适的挡位。另外，本专利技术的智能控制系统通过控制模块连接多个外部信号采集单元，如速度检测模块，不仅可作为自动换挡的速度监测单元，还可记录每次以及总行驶里程，同时实时显示骑行的车速等。重力传感器，可根据骑行爬坡的情况，根据设备的倾斜角度判断骑行的坡度，结合骑行的速度综合分析骑行适合的挡位，进一步完善自动换挡的合理性。本专利技术在内变速器上还集成有自锁机构，可用作搭载行驶设备的防盗模块，通过外部终端设备控制自锁机构将内变速器的动力传递系统锁止，这样，即使在搭载行驶设备的外部防盗锁失效的情况下，设备仍然不能正常行驶，提高自行车的防盗性能。以自行车为例，本专利技术采用固定在自行车上的码表行驶的仪器或移动的手机终端等，通过有线或无线的通信模块，可实现内变速器的智能控制，结合开发应用在手机上的APP等智能软件，可进一步提升自行车的使用性能。本专利技术可监测内部元器件状态，出现故障可及时报警，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能变速器，所述变速器采用行星齿轮内变速器，内变速器通过控制行星齿轮系的中心轮与变速器主轴离合实现挡位控制，其中中心轮和变速器主轴之间的离合部件为弹性伸出的棘爪，所述棘爪通过弹簧设置在主轴上，所述中心轮的内圆设有棘齿与棘爪配合，其特征在于：所述内变速器具有智能控制系统；所述智能控制系统包括控制模块以及若干直流电机；所述控制模块具有通信端口，通过通信模块与外部终端设备连接，通过终端设备发出控制信号，所述控制模块的输出端口分别与直流电机连接；若干直流电机分别通过凸轮控制棘爪控制杆转动，实现各个中心轮与主轴的离合，其中，棘爪控制杆通过棘爪弹簧转动嵌装于主轴的轴向凹槽上，棘爪控制杆端部设有凸块与凸轮接触，另一端棘爪与中心轮内圆棘齿配合，直流电机带动凸轮旋转，凸轮的轮廓变化控制棘爪控制杆的转动，实现中心轮和主轴离合。

【技术特征摘要】
1.一种智能变速器，所述变速器采用行星齿轮内变速器，内变速器通过控制行星齿轮系的中心轮与主轴离合实现挡位控制，其中中心轮和主轴之间的离合部件为弹性伸出的棘爪，所述棘爪通过棘爪弹簧设置在主轴上，所述中心轮的内圆设有棘齿与棘爪配合，其特征在于：所述内变速器具有智能控制系统；所述智能控制系统包括控制模块以及若干直流电机；所述控制模块具有通信端口，通过通信模块与外部终端设备连接，通过终端设备发出控制信号，所述控制模块的输出端口分别与直流电机连接；若干直流电机分别通过凸轮控制棘爪控制杆转动，实现各个中心轮与主轴的离合，其中，棘爪控制杆通过棘爪弹簧转动嵌装于主轴的轴向凹槽上，棘爪控制杆端部设有凸块与凸轮接触，另一端棘爪与中心轮内圆棘齿配合，直流电机带动凸轮旋转，凸轮的轮廓变化控制棘爪控制杆的转动，实现中心轮和主轴离合；所述直流电机分为两部分，分别布置在内变速器的轴向两端；所述内变速器的端部设有电机固定座，所述电机固定座一端紧固装配于主轴上，另一端装配于支撑座上，直流电机以及控制模块的控制主板紧固于电机固定座上，凸轮安装于直流电机输出轴上，凸轮轮廓与棘爪控制杆凸块接触；靠近变速器端部的中心轮的一侧直流电机可通过凸轮直接接触该中心轮的棘爪实现控制。2.根据权利要求1所述的一种智能变速器，电机固定座在每个凸轮旁电机固定座均固定有定位传感器，所述凸轮上设有与定位传感器配合的定位面，用于确定各个凸轮的转动位置，所述定位传感器与控制模块的信号端连接。3.根据权利要求2所述的一种智能变速器，所述内变速器还包括自锁机构，由其中一个直流电机驱动；所述自锁机构包括固定在内变速器输出轮毂上的锁齿以及由直流电机驱动的鱼尾锁卡，所述鱼尾锁卡通过鱼尾销铰支在电机固定座上，并通过第二弹簧与鱼尾锁卡连接，保持鱼尾锁卡和锁齿保持常分离状态，所述鱼尾锁卡一端具有与锁齿咬合的棘齿结构，另一端通过第一弹簧与该直流电机连接的凸轮连接。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种智能变速器，所述直流电机连接的凸轮为盘形凸轮。5.根据权利要求1-3任一项所述的一种智能变速器，所述直流电机连接的凸轮为圆柱凸轮，圆柱凸轮安装于直流电机输出轴上，圆柱凸轮上包含高位面、低位面、弹起断面、压紧斜面和定位面；其中高位面、压紧斜面、低位面、弹起断面依次连接成封闭环状曲面，定位面位于圆柱凸轮侧面，与定位传感器对应，直流电机带动圆柱凸轮单方向旋转，圆柱凸轮上的定位面碰触定位传感器时对圆柱凸轮进行初始位定位。6.根据权利要求1所述的一种智能变速器，所述智能控制系统还包括速度检测模块，所述速度检测模块包括固定在内变速器内部的霍尔传感器以及随内变速器输出轮毂一同转动的磁钢；所述磁钢通过螺母密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：李激初，
申请(专利权)人：李激初，
类型：发明
国别省市：湖南;43