CN112109840A - 一种助力自行车的中置电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种助力自行车的中置电机。本发明的技术方案是：一种助力自行车的中置电机，其特征在于：包括电机总成、力矩检测装置总成、传动总成、控制器、齿盘组件以及五通管；所述电机总成包括电机定子、电机转子、与电机转子连接的转子轴及与转子轴连接的齿轮；所述力矩检测装置总成包括与控制器连接的压变式传感器、滑环、速度霍尔检测模块以及中轴；所述传动总成包括二级传动减速结构和传递大齿轮，传递大齿轮内设有单向轴承使得人力踩踏时电机转子不跟转；所述齿盘组件固定在二级传动减速结构的传递大齿轮上，通过链条与助力自行车的后轮连接。本发明提供的方案能够将人力蹬踏力矩转换成电压信号。

Description

一种助力自行车的中置电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种助力自行车的中置电机。

背景技术

助力自行车车又称助力式电动自行车，是通过电力辅助人力提供给自行车行进中所需要的动能，它节能、环保、轻便、安全；目前助力自行车在国外市场，如欧洲、日本等国家比较流行，在我国，电动自行车仍占有主要市场，且大多数都采用的是轮毂式驱动，轮毂式驱动是将电机安置于电动车车体前轮或后轮，造成整车重心偏前或偏后，不符合人们的骑行方式。而且轮毂电机的安装方式还使得检修的难度增大，增加了使用成本。使用中置电机的助力自行车将会克服上述缺陷，更能满足人们的出行需求。

助力自行车中置电机的核心部件是力矩检测装置。目前用于助力自行车中置电机的力矩检测装置多为霍尔转速传感器，这种传感器用来检测人脚蹬踏的速度信号，控制器根据此速度信号控制电机按照比例输出功率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种能够将人力蹬踏力矩转换成电压信号的助力自行车的中置电机。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种助力自行车的中置电机，包括电机总成、力矩检测装置总成、传动总成、控制器、齿盘组件以及五通管；所述电机总成包括电机定子、电机转子、与电机转子连接的转子轴；所述力矩检测装置总成包括与控制器连接的压变式传感器、滑环、速度霍尔检测模块以及中轴；所述传动总成包括二级传动减速结构和传递大齿轮，传递大齿轮内设有单向轴承使得人力踩踏时电机转子不跟转；所述齿盘组件固定在二级传动减速结构的传递大齿轮上，通过链条与助力自行车的后轮连接。

优选的，所述力矩检测装置总成包括设置在中轴上的变形块，变形块上设置有速度传感器磁盘以及轴承固定座，轴承固定座上安装有单向轴承，轴承固定座正转时单向轴承单向传递力矩，反转时单向轴承离合，单向轴承连接传递大齿轮，传递大齿轮上安装有齿盘固定座，齿盘固定座上安装有齿盘和齿盘护套；中轴转动带动轴承固定座转动，轴承固定座带动传递大齿轮、齿盘固定座、齿盘以及齿盘护套转动，齿盘通过链条将踩踏力矩传递到电动助力车后轮上；中轴另一侧依次穿过轴承以及骨架油封，穿插过电动助力车五通管后依次再安装二孔固定支架、螺母锁环及螺母锁环装饰件后，用电机护壳固定于五通管上。

优选的，所述转子轴穿过电机转子后通过电机轴承固定于电机定子内，控制器主板进入工作状态后电机转子带动转子轴转动，转子轴作为主动轮带动传递大齿轮转动，单向轴承内孔安装有传递小齿轮，传递小齿轮依次穿过轴承、单向轴承以及传递大齿轮，单向轴承的外壁固定安装在传递大齿轮上，转子轴带动传递小齿轮转动时，单向轴承与传递小齿轮单向锁死一体转动，此时传递小齿轮作为主动轮带动传递大齿轮转动，齿盘通过链条与电动助力车后轮连接，电机输出功率传递到电动助力车后轮毂上。

优选的，中轴正转时，单向轴承锁死，传递大齿轮带动传递小齿轮转动，传递小齿轮的中间安装有单向轴承, 单向轴承反向离合，传递大齿轮不跟随转动，成功将转子、磁钢和传递小齿轮分离，电机总成在工作时，转子轴带动传递大齿轮转动，单向轴承与传递小齿轮单向锁死一体转动，传递小齿轮带动传递大齿轮、齿盘固定座转动，齿盘固定座与轴承固定座之间同样安装有单向轴承，由于单向轴承反向离合，轴承固定座不跟随转动，将电机总成与力矩检测装置总成分离。

本发明相对于现有技术具有如下优点，其中力矩检测装置总成是基于压变式传感器，利用钢材受力变形的特性在其腔体内安装检测此种变形量的传感器来将人力蹬踏的力矩值转化为电压信号，再传送到控制器，力矩检测装置总成还包含一组滑环，滑环的作用是将电压信号实时的传输给控制器，力矩检测装置总成还包含速度霍尔检测模块，用来检测人力踩踏的频率，该力矩采集***是实时采集的，也就是说是根据骑行者的脚踏出力情况实时反馈到控制***，控制***再经过一个智能的运算***从而确定电机给骑行者提供相应的辅助动力，骑行者脚踏受力越大，电机的助力也就越大，它永远都会智能的让骑行者感觉在一个很平稳、柔和的骑行力下前行，其中检测踏频的目的是弥补力矩信号模式下骑行时的顿挫感，因为助力自行车在骑行时，骑行者在地面水平方向±45°是能够施加蹬踏力，而在垂直地面方向时是无法施加蹬踏力，如果控制器直接根据力矩信号控制电机输出，在骑行者蹬踏到地面垂直方向时电机不输出功率，骑行者蹬踏一圈就会有180°的区域电机不输出功率，这样在骑行时就会有时断时续的骑行感觉，顿挫感很明显，为了弥补这个180°区域空档，控制器会根据检测到的踏频信号控制电机稳定输出一个功率，这样在骑行者蹬踏一圈时就不会有电机输出功率不连续的感觉。力矩检测装置总成还包含中轴，中轴的作用是将力矩总成的各个零件固定在中轴上及中轴旋转方向，检测中轴的旋转方向目的是增加骑行的安全性，检测到中轴正转时，电机正常输出，检测到中轴反转时控制***立马切断电机输出；电机将控制器一起复合到了一起，实现了控制与电机的一体化设计，完善了电机的功能，集成度也更高；齿盘组件是中置电机的输出部件，通过链条与助力自行车的后轮连接。

附图说明

图1为本发明的一种助力自行车的中置电机的***图。

图中：1、曲柄；3、电机定子；4、轴承；5、电机转子；6、转子轴；9、传递大齿轮；10、单向轴承；13、传递小齿轮；15、骨架油封；20、中轴；21、滑环；22、速度传感器磁盘；23、变形块；24、轴承固定座；25、传递大齿轮；28、齿盘；29、齿盘护套；30、齿盘固定座；32、控制器壳体；33、五通管；34、电机护壳；35、二孔固定支架；36、螺母锁环；37、装饰件；38、速度霍尔检测模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示， 一种助力自行车的中置电机，包括电机总成、力矩检测装置总成、传动总成、控制器、齿盘组件以及五通管；所述电机总成包括电机定子3、电机转子5、与电机转子5连接的转子轴6；所述力矩检测装置总成包括与控制器连接的压变式传感器、滑环21、速度霍尔检测模块38以及中轴20；所述传动总成包括二级传动减速结构和传递大齿轮9，传递大齿轮9内设有单向轴承10使得人力踩踏时电机转子5不跟转；所述齿盘组件固定在二级传动减速结构的传递大齿轮9上，通过链条与助力自行车的后轮连接。

优选的，所述力矩检测装置总成包括设置在中轴20上的变形块23，变形块23上设置有速度传感器磁盘22以及轴承固定座24，轴承固定座24上安装有单向轴承，轴承固定座24正转时单向轴承单向传递力矩，反转时单向轴承离合，单向轴承连接传递大齿轮9，传递大齿轮9上安装有齿盘固定座30，齿盘固定座30上安装有齿盘28和齿盘护套29；中轴20转动带动轴承固定座24转动，轴承固定座24带动传递大齿轮9、齿盘固定座30、齿盘28以及齿盘护套29转动，齿盘28通过链条将踩踏力矩传递到电动助力车后轮上；中轴20另一侧依次穿过轴承以及骨架油封15，穿插过电动助力车五通管33后依次再安装二孔固定支架35、螺母锁环36及螺母锁环的装饰件37后，用电机护壳固定于五通管33上。

电机整体固定完毕后有齿盘一侧在中轴20上安装曲柄1。变形块23在传递力矩的同时，随着传递力矩的大小发生相应的形变，此形变会根据施加力矩的大小线性变化，速度霍尔检测模块38根据形变量实时输出电压信号，此信号值是随变形块23形变量的大小线性变化的，根据两者线性变化量的关系能够准确的换算出人力蹬踏力矩的大小，然后再建立数学模型存储到控制器主板中，控制器安装在控制器壳体中；电压信号通过速度传感器磁盘22传递到滑环21上，滑环21上有信号引出线与控制器主板连接；速度霍尔检测模块38是固定安装在壳体上，采集的信号直接通过引线传输到控制器主板中，控制器主板汇总导电滑环21和速度霍尔检测模块38的信号值，能判断出人力蹬踏的力矩，然后控制电机按照人力蹬踏力矩：电机输出功率=1:1或者1:1.5或者1:2输出功率，实现助力效果。

优选的，所述转子轴6穿过电机转子5后通过电机轴承固定于电机定子3内，控制器主板进入工作状态后电机转子5带动转子轴6转动，转子轴6作为主动轮带动传递大齿轮9转动，单向轴承内孔安装有传递小齿轮，传递小齿轮依次穿过轴承、单向轴承以及传递大齿轮9，单向轴承的外壁固定安装在传递大齿轮9上，转子轴6带动传递小齿轮转动时，单向轴承与传递小齿轮单向锁死一体转动，此时传递小齿轮作为主动轮带动传递大齿轮9转动，齿盘通过链条与电动助力车后轮连接，电机输出功率传递到电动助力车后轮毂上。

优选的，中轴20正转时，单向轴承锁死，传递大齿轮9带动传递小齿轮转动，传递小齿轮的中间安装有单向轴承, 单向轴承反向离合，传递大齿轮9不跟随转动，成功将转子、磁钢和传递小齿轮分离，电机总成在工作时，转子轴6带动传递大齿轮9转动，单向轴承与传递小齿轮单向锁死一体转动，传递小齿轮带动传递大齿轮9、齿盘固定座30转动，齿盘固定座30与轴承固定座24之间同样安装有单向轴承，由于单向轴承反向离合，轴承固定座24不跟随转动，将电机总成与力矩检测装置总成分离。

两个单向轴承的工作状态如下，人力蹬踏中轴20正转时，单向轴承锁死，传递大齿轮9、齿盘、轴承固定座24一体转动后带动传递小齿轮转动，传递小齿轮和传递大齿轮9中间安装有单向轴承, 单向轴承反向离合，传递大齿轮9不跟随转动，成功将电机转子5、磁钢和传递小齿轮分离，分离的好处是：阻断电机转子5与磁钢之间的磁滞效应，提供人力蹬踏效率。电机总成在工作时，转子轴6带动传递大齿轮9转动，单向轴承与传递小齿轮单向锁死一体转动，传递小齿轮带动传递大齿轮9、齿盘固定座30转动，齿盘固定座30与轴承固定座24之间安装有单向轴承，由于单向轴承反向离合，轴承固定座24不跟随转动，成功将电机总成与力矩检测装置总成分离，分离的好处是：防止电机总成工作时力矩检测装置总成跟转，如果力矩检测装置总成跟转骑行者双脚就会一起运动，在骑行时是很危险的。

本方案的一种助力自行车的中置电机，其中力矩检测装置总成是基于压变式传感器，利用钢材受力变形的特性在其腔体内安装检测此种变形量的传感器来将人力蹬踏的力矩值转化为电压信号，再传送到控制器，力矩检测装置总成还包含一组滑环21，滑环21的作用是将电压信号实时的传输给控制器，力矩检测装置总成还包含速度霍尔检测模块38，用来检测人力踩踏的频率，该力矩采集***是实时采集的，也就是说是根据骑行者的脚踏出力情况实时反馈到控制***，控制***再经过一个智能的运算***从而确定电机给骑行者提供相应的辅助动力，骑行者脚踏受力越大，电机的助力也就越大，它永远都会智能的让骑行者感觉在一个很平稳、柔和的骑行力下前行，其中检测踏频的目的是弥补力矩信号模式下骑行时的顿挫感，因为助力自行车在骑行时，骑行者在地面水平方向±45°是能够施加蹬踏力，而在垂直地面方向时是无法施加蹬踏力，如果控制器直接根据力矩信号控制电机输出，在骑行者蹬踏到地面垂直方向时电机不输出功率，骑行者蹬踏一圈就会有180°的区域电机不输出功率，这样在骑行时就会有时断时续的骑行感觉，顿挫感很明显，为了弥补这个180°区域空档，控制器会根据检测到的踏频信号控制电机稳定输出一个功率，这样在骑行者蹬踏一圈时就不会有电机输出功率不连续的感觉。力矩检测装置总成还包含中轴20，中轴20的作用是将力矩总成的各个零件固定在中轴20上及中轴20旋转方向，检测中轴20的旋转方向目的是增加骑行的安全性，检测到中轴20正转时，电机正常输出，检测到中轴20反转时控制***立马切断电机输出；电机将控制器一起复合到了一起，实现了控制与电机的一体化设计，完善了电机的功能，集成度也更高；齿盘组件是中置电机的输出部件，通过链条与助力自行车的后轮连接，齿盘被固定在齿轮减速部分的第二级减速齿轮的传递大齿轮9上，装饰件固定在中轴20两侧，过水坑和淋泥路况的时候，可起防护方面更加有利，从而可以减少电机的损坏危险。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种助力自行车的中置电机，其特征在于：包括电机总成、力矩检测装置总成、传动总成、控制器、齿盘组件以及五通管；所述电机总成包括电机定子、电机转子、与电机转子连接的转子轴；所述力矩检测装置总成包括与控制器连接的压变式传感器、滑环、速度霍尔检测模块以及中轴；所述传动总成包括二级传动减速结构和传递大齿轮，传递大齿轮内设有单向轴承使得人力踩踏时电机转子不跟转；所述齿盘组件固定在二级传动减速结构的传递大齿轮上，通过链条与助力自行车的后轮连接。

2.根据权利要求1所述的一种助力自行车的中置电机，其特征在于：所述力矩检测装置总成包括设置在中轴上的变形块，变形块上设置有速度传感器磁盘以及轴承固定座，轴承固定座上安装有单向轴承，轴承固定座正转时单向轴承单向传递力矩，反转时单向轴承离合，单向轴承连接传递大齿轮，传递大齿轮上安装有齿盘固定座，齿盘固定座上安装有齿盘和齿盘护套；中轴转动带动轴承固定座转动，轴承固定座带动传递大齿轮、齿盘固定座、齿盘以及齿盘护套转动，齿盘通过链条将踩踏力矩传递到电动助力车后轮上；中轴另一侧依次穿过轴承以及骨架油封，穿插过电动助力车五通管后依次再安装二孔固定支架、螺母锁环及螺母锁环装饰件后，用电机护壳固定于五通管上。

3.根据权利要求1所述的一种助力自行车的中置电机，其特征在于：所述转子轴穿过电机转子后通过电机轴承固定于电机定子内，控制器主板进入工作状态后电机转子带动转子轴转动，转子轴作为主动轮带动传递大齿轮转动，单向轴承内孔安装有传递小齿轮，传递小齿轮依次穿过轴承、单向轴承以及传递大齿轮，单向轴承的外壁固定安装在传递大齿轮上，转子轴带动传递小齿轮转动时，单向轴承与传递小齿轮单向锁死一体转动，此时传递小齿轮作为主动轮带动传递大齿轮转动，齿盘通过链条与电动助力车后轮连接，电机输出功率传递到电动助力车后轮毂上。

4.根据权利要求1所述的一种助力自行车的中置电机，其特征在于：中轴正转时，单向轴承锁死，传递大齿轮带动传递小齿轮转动，传递小齿轮的中间安装有单向轴承, 单向轴承反向离合，传递大齿轮不跟随转动，成功将转子、磁钢和传递小齿轮分离，电机总成在工作时，转子轴带动传递大齿轮转动，单向轴承与传递小齿轮单向锁死一体转动，传递小齿轮带动传递大齿轮、齿盘固定座转动，齿盘固定座与轴承固定座之间同样安装有单向轴承，由于单向轴承反向离合，轴承固定座不跟随转动，将电机总成与力矩检测装置总成分离。

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