一种用于电动自行车的平衡驱动系统技术方案

本说明书提出了一种用于电动自行车的平衡驱动系统，该平衡驱动系统由电动机、平衡驱动功能单元、驱动轴和驱动轮毂等四部分组成。确定了平衡驱动系统在车辆结构主体中的结构布置，并提出了平衡驱动系统的主要技术参数即柔性轴扭转弹性模量和阻隔飞轮转动惯量的计算方法。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电动自行车的平衡驱动系统
本专利技术属于车辆
，涉及一种低速二轮电动车驱动系统的结构。
技术介绍
电动自行车作为一种短途代步工具目前已经得到我国城乡居民的普遍使用，现有电动自行车的驱动系统是驱动轮（后轮）与电动机合为一体，电动机的主轴即驱动轮的轮轴，电动机的转体即驱动轮的轮毂。这种驱动系统具有结构简单、使用可靠等优点，但其驱动性能却很差。在骑行中驱动轮的滚动阻力直接作用于电动机的转体，当车辆高速行驶时蓄电池大电流放电，由于电机的能量转换效率低，其中的大部分电能转变为热能并使电动机的温度升高。当车辆启动或加速时蓄电池超大电流放电，对蓄电池造成冲击性损伤。由于上述缺陷，现有电动自行车的续航里程短，蓄电池的使用寿命低。因此，有必要研发一种更加有效的电动自行车的驱动系统，以提高电动自行车的续航里程及蓄电池的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术电动自行车平衡驱动系统的结构如图1所示，图1中件1为电机支承架，件2为电机右端盖轴承，件3为电机主轴，件4为电机右端盖，件5为电机转体外环，件6为电机转体内环（永磁体），件7为电机左端盖，件8为电机左端盖内轴承，件9为电机左端盖外轴承，件10为外轴承支座，件11为柔性轴紧定套，件12为柔性轴，件13为驱动轮毂，件14为滑动轴承，件15为驱动轮轴，件16为后叉轮轴支承座，件17为轮轴转套，件18为动力输出齿轮，件19为动力输入齿轮，件20为动力输入齿轮轴，件21为驱动轴联接套，件22为柔性轴联接套。⒈平衡驱动系统的结构图1所示的平衡驱动系统由电机、平衡驱动功能单元、驱动轴、驱动轮毂等四步分组成。在图1中，电机由固定体和转体构成，固定体由主轴及固定在主轴上的感应线圈构成，如件3所示；转体由右端盖（件4）、外环（件5）、内环（件6）、左端盖（件7）等构成。内环即电机的永磁体。在图1中，平衡驱动功能单元由柔性轴和阻隔飞轮构成。平衡驱动功能单元中的阻隔飞轮就是电机转体，由右端盖（件4）、外环（件5）、内环（件6）、左端盖（件7）等构成。平衡驱动功能单元中的柔性轴（件12所示）是一根具有比例扭转变形性能的弹簧钢丝，在动力传递过程中该弹簧钢丝始终保持比例扭转变形，其动力输入端与电机联接，其动力输出端与驱动轴联接。用作柔性轴的弹簧钢丝的材质为65n、60Si2CrVA（GB/T1222-1984）等，弹簧钢丝的直径小于6毫米、长度由结构设计确定。在图1中，驱动轴由驱动轮轴（件15）、轮轴转套（件17）、动力输出齿轮（件18）、动力输入齿轮（件19）、动力输入齿轮轴（件20）、驱动轴联接套（件21）等构成。在图1中，驱动轮毂如件13所示。阻隔飞轮（电机转体）直接将电机的电磁能转变为阻隔飞轮的旋转动能并通过柔性轴将动力传递至动力输入、输出齿轮付，再通过轮轴转套将动力传递至驱动轮毂并使驱动轮转动。有关平衡驱动系统的工作原理已另案申请专利，申请号为201910155212X。⒉平衡驱动系统在电动自行车主体结构中的布置电动自行车的主体结构如图2所示，件1为前轮，件2为前叉，件4为车把，件5为主梁，件7为鞍座，件8为后叉，件10为后轮。平衡驱动系统的电机置于前叉（件2所示）的后下方，并固定支承于主梁（件5所示）上，电机的位置如件3所示；柔性轴的位置如件6所示；驱动轴的位置如件9所示。电机主轴线、柔性轴的轴线、驱动轴的动力输入齿轮轴线等三条轴线位于同一条直线上，将该直线称为传动轴线。如图2所示，传动轴线位于主梁一侧，与主梁中心线的水平距离为40豪米至90豪米，传动轴线的水平倾斜角为5º至20º，传动轴线与动力输出齿轮轴线（后轮轴线）的轴交角为90º。⒊平衡驱动系统主要技术参数的确定在平衡驱动系统中柔性轴及阻隔飞轮对于实现平衡驱动功能起主要作用，而决定柔性轴工作性能优劣的技术参数是比例扭转变形弹性模量；决定阻隔飞轮工作性能优劣的技术参数是转动惯量。因此，柔性轴的比例扭转变形弹性模量（E）及阻隔飞轮的转动惯量(J)是平衡驱动系统的主要技术参数。⑴．柔性轴比例扭转变形弹性模量的确定电动自行车驱动轮（后轮）的滚动摩擦阻力随车辆的行驶条件不同而变化，柔性轴要能够在车辆各种行驶条件下均保持相应大小的比例扭转角，并随电机输出扭矩及驱动轮滚动阻力矩变化在一个合理的范围内波动。驱动轮（后轮）的滚动阻力矩分为匀速滚动阻力矩和加速滚动阻力矩。当车辆匀速行驶时在忽略空气阻力的条件下驱动轮的滚动阻力矩等于驱动轮与路面之间的滚动摩擦力矩，路面坡度越大驱动轮与路面之间的滚动摩擦力矩就越大，这时驱动轮的滚动阻力矩F1为F1=f•G…(1)公式（1）中，f为驱动轮与路面之间的滚动摩擦系数，G为车辆的总重量。当车辆加速行驶时，驱动轮的滚动阻力矩等匀速阻力矩与加速阻力矩之和。这时驱动轮的滚动阻力矩F2为F2=f•G+m•a•R…(2)公式（2）中，f为驱动轮与路面之间的滚动摩擦系数，G为车辆的总重量,m为车辆的总质量，a为车辆的加速度，R为驱动轮的半径。为了便于计算，在公式（2）中设定车辆质量中心的高度与驱动轮轴的高度相等。设柔性轴的最大许用比例扭转角为φ（max），柔性轴的比例扭转变形弹性模量为E，则柔性轴的最大许用平衡扭矩F3为F3=E•φ（max）…(3)目前我国城乡道路的路面质量普遍提升，道路的坡度通常小于7º，车辆匀速行驶时的最大滚动摩擦阻力矩远小于车辆加速时的阻力矩。因此，柔性轴比例扭转变形弹性模量应按车辆加速时的阻力矩计算。根据平衡驱动工作原理及公式（2）、公式（3）可以得到以下公式E•φ（max）·i=f•G+m•a•R…(4)公式（4）中，i为驱动轴的传动比。根据公式（4）便可得到柔性轴比例扭转变形弹性模量（E）的计算公式E=〔f•G+m•a•R〕/φ（max）·i…(5)⑵．阻隔飞轮转动惯量的确定阻隔飞轮在平衡驱动系统中的主要作用就是阻隔电机输出的动力反弹，因此，阻隔飞轮要具备足够大的转动惯量。但如果阻隔飞轮的转动惯量过大，则会导致柔性轴的比例扭转变形角超过其许用值；如果阻隔飞轮的转动惯量过小又不能有效的阻隔电机输出动力的反弹。因此，阻隔飞轮的转动惯量应与柔性轴的扭转弹性模量相匹配。平衡驱动功能单元中的柔性轴和阻隔飞轮都具有蓄能的特性，在车辆行驶过程中，当断电刹车时柔性轴和阻隔飞轮的蓄能中的大部分会在刹车的过程中被刹车装置消耗掉，在刹车结束时阻隔飞轮仍然会保持一定的残留转速。这时平衡驱动系统的动力输入和输出均为零，柔性轴的弹性变形势能和阻隔飞轮的旋转动能会相互转换，阻隔飞轮的动能逐渐减小并转变为柔性轴增加的弹性变形势能，当阻隔飞轮的动能降至零时，柔性轴的势能达到峰值。随后柔性轴的势能又开始减小并转变为阻隔飞轮增加的动能，当柔性轴的势能减小至零时，阻隔飞轮的动能又达到峰值，如此循环。在这个能量转换的过程中，柔性轴的最大弹性变形势能与阻隔飞轮的最大旋转动能是相等的。即：½E•φ²=½J•ω²…(6)公本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电动自行车平衡驱动系统中的柔性轴是一根具有比例扭转变形性能的弹簧钢丝。/n

【技术特征摘要】
1.电动自行车平衡驱动系统中的柔性轴是一根具有比例扭转变形性能的弹簧钢丝。


2.电动自行车平衡驱动系统中的阻隔飞轮是电动机的转体，由左端盖、右端盖、内环和外环等零部件构成。


3.平衡驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：邓晓光，
类型：发明
国别省市：山东;37