CN117097057A - 一种谐波减速驱动装置、助力自行车及助力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动助力技术领域，具体涉及一种谐波减速驱动装置、助力自行车及助力控制方法。包括壳体、控制器和输出轴；壳体内设有固定环，壳体内包括动力发生区和减速输出区；输出轴外设有连接器，连接器与固定环之间设有第一轴承；连接器外设有转子套，转子套外设有磁铁，转子套与固定环之间设有第二轴承；转子套与连接器之间设有单向滚针轴承；动力发生区内设有定子；减速输出区内设有波发生器，波发生器外设有柔轮，柔轮外设有钢轮；输出齿盘与壳体之间设有支撑轴承；输出轴外设有传动轴套，传动轴套上设有传感器。针对传统助力自行车存在缺陷的问题，本发明利用杯型谐波减速器的传动原理，获得了更大的减速比，且整体体积更小，重量更轻。

Description

一种谐波减速驱动装置、助力自行车及助力控制方法

技术领域

本发明涉及电动助力技术领域，具体涉及一种谐波减速驱动装置、助力自行车及助力控制方法。

背景技术

电动助力自行车是一种带有辅助动力的自行车，车身上设置的电机驱动装置，可以实现动力输出，从而使得骑行更为轻松。现有的助力自行车，其电机的动力，一般需要通过多节齿轮或者行星齿轮进行转化输出。但这种传动方式存在一定的缺陷，如整体的体积较大，质量也相对较大，不利于正常的骑行。

发明内容

发明要解决的技术问题

针对传统助力自行车存在缺陷的技术问题，本发明提供了一种谐波减速驱动装置、助力自行车及助力控制方法，它利用杯型谐波减速器的传动原理，获得了更大的减速比，且整体体积更小，重量更轻。

技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种谐波减速驱动装置，包括壳体、控制器和输出轴，所述输出轴贯穿壳体设置；所述壳体内中部位置设置有固定环，所述壳体内位于固定环一侧的区域为动力发生区，所述壳体内位于固定环另一侧的区域为减速输出区；所述输出轴外侧套设有连接器，所述连接器与输出轴之间存在间隙，所述连接器与固定环之间设置有第一轴承；所述连接器位于动力发生区部分的外侧套设有转子套，所述转子套外侧设置有磁铁，所述转子套的一端与固定环之间设置有第二轴承；所述转子套与连接器之间设置有单向滚针轴承；所述动力发生区内设置有定子，所述定子与磁铁磁吸配合；所述减速输出区内设置有波发生器，所述波发生器与连接器固定连接，所述波发生器外侧套设有柔轮，所述柔轮外侧设置有钢轮，所述钢轮与固定环固定连接；还包括输出齿盘，所述输出齿盘与柔轮固定连接，所述输出齿盘用于与牙盘固定连接，所述输出齿盘与壳体之间设置有支撑轴承；所述输出轴位于减速输出区部分的外侧设置有传动轴套，所述传动轴套与柔轮传动连接，所述传动轴套与输出轴传动连接，所述传动轴套上设置有传感器，所述传感器用于检测输出轴的转矩和转速；所述控制器与定子和传感器电连接。

可选地，所述柔轮一端设置有第一内花键，所述传动套外侧设置有第一外花键，所述第一外花键与第一内花键啮合设置。

可选地，所述传动套上设置有第二内花键，所述输出轴上设置有第二外花键，所述第二外花键与第二内花键啮合设置。

可选地，所述壳体内设置有定位挡圈，所述转子套的另一端与定位挡圈之间设置有第三轴承。

可选地，所述转子套上设置有内凸部，所述内凸部的内壁与所述单向滚针轴承的外壁相抵，所述连接器与转子套之间设置有第四轴承，所述第四轴承的一侧与所述内凸部的侧壁抵接。

可选地，所述第四轴承与单向滚针轴承之间设置有第一垫片，所述转子套的端部与连接器的台阶面之间设置有第二垫片。

可选地，所述输出轴的一端与壳体间设置有第五轴承；还包括第六轴承，所述第六轴承的内径与输出轴另一端的外壁抵接，所述第六轴承的外径与柔轮和输出齿盘抵接；所述连接器与输出轴之间设置有第七轴承，所述第七轴承位于输出轴中部。

可选地，所述壳体上设置有破风部，所述破风部的外形自壳体方向远离壳体方向收敛设置。

一种助力自行车，包括上述的一种谐波减速驱动装置，包括一对曲柄和一个牙盘，各所述曲柄分别与所述输出轴的两端固定连接，所述牙盘上设置有第三内花键，所述输出齿盘的外侧设置有第三外花键，所述第三外花键与第三内花键啮合配合。

一种助力控制方法，用于上述的一种谐波减速驱动装置，或用于上述的一种助力自行车，所述传感器获取输出轴的转矩和转速信息，转化为力矩脉冲信号和转速脉冲信号，并发送至控制器；当力矩脉冲信号的幅值大于控制器内设定值时，所述控制器控制定子得电；所述控制器根据转速脉冲信号的频率和力矩脉冲信号的幅值调节定子的输出功率。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

针对传统助力自行车存在缺陷的技术问题，本发明利用杯型谐波减速器的传动原理，获得了更大的减速比，且整体体积更小，重量更轻。

附图说明

图1为本发明实施例提出的一种谐波减速驱动装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提出的一种谐波减速驱动装置的***示意图。

图3为本发明实施例提出的一种谐波减速驱动装置的***剖视示意图。

图4为本发明实施例提出的一种谐波减速驱动装置的装配体剖视示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本发明要求保护的范围内。

实施例1

结合附图1-4，本实施例提出了一种谐波减速驱动装置，包括壳体100、控制器200和输出轴101，所述输出轴101贯穿壳体100设置；所述壳体100内中部位置设置有固定环102，所述壳体100内位于固定环102一侧的区域为动力发生区210，所述壳体100内位于固定环102另一侧的区域为减速输出区220；所述输出轴101外侧套设有连接器103，所述连接器103与输出轴101之间存在间隙，所述连接器103与固定环102之间设置有第一轴承141；所述连接器103位于动力发生区210部分的外侧套设有转子套104，所述转子套104外侧设置有磁铁105，所述转子套104的一端与固定环102之间设置有第二轴承142；所述转子套104与连接器103之间设置有单向滚针轴承106；所述动力发生区210内设置有定子107，所述定子107与磁铁105磁吸配合；所述减速输出区220内设置有波发生器108，所述波发生器108与连接器103固定连接，所述波发生器108外侧套设有柔轮109，所述柔轮109外侧设置有钢轮110，所述钢轮110与固定环102固定连接；还包括输出齿盘111，所述输出齿盘111与柔轮109固定连接，所述输出齿盘111用于与牙盘201固定连接，所述输出齿盘111与壳体100之间设置有支撑轴承112；所述输出轴101位于减速输出区220部分的外侧设置有传动轴套113，所述传动轴套113与柔轮109传动连接，所述传动轴套113与输出轴101传动连接，所述传动轴套113上设置有传感器114，所述传感器114用于检测输出轴101的转矩和转速；所述控制器200与定子107和传感器114电连接。

本实施例的一种谐波减速驱动装置，其工作原理为：

本实施例中，输出轴101的两端与助力自行车的脚踏板相连，脚踏力会作用于输出轴101上。在骑行过程中，传感器114可以检测到输出轴101上力矩和转速的大小，将其转化为电信号并传输给控制器200，控制器200收到电信号，并根据电信号控制定子107通电，从而调节转子套104的输出功率。定子107通电后产生变化的磁场，变化的磁场作用于磁铁105上，从而带动转子套104转动从而获得动力。转子套104转动时，由于单向滚针轴承106具备单向传动的特性，由此转子套104与连接器103处于卡死状态，连接器103获得动力。连接器103转动时带动波发生器108转动，波发生器108的转动传递至柔轮109，其中，波发生器108、柔轮109和钢轮110构成了谐波减速机构，柔轮109为谐波减速结构的输出端。柔轮109的转动带动输出齿盘111转动，输出齿盘111通过连接自行车牙盘201从而驱动助力自行车行驶，由此实现了助力效果。

反之，当输出齿盘111发生相反的运动时，产生的力矩通过上述谐波减速机构传递至连接器103，此时，由于单向滚针轴承106的设置，转子套104与连接器103处于脱离状态，输出齿盘111与谐波减速机构会因此产生空转，而反转动力不会通过连接器103传送至转子套104。由此，一方面符合骑行习惯，不会影响骑行者的操作，另一方面也可以对控制器200单元提供保护效果。

本实施例中，实质仅依靠支撑轴承112对输出齿盘111的支撑，间接实现了对由柔轮109、钢轮110和波发生器108构成的谐波减速机构部分的支撑，即四个结构件仅使用一个支撑轴承112即满足支撑效果，由此缩减了减速输出区220轴承的数量，从而在保证支撑效果的前提上减轻了谐波减速驱动装置的整体质量。

本实施例中，固定环102为用于加强内部结构强度的结构件，通过第一轴承141的设置，使得固定环102能够对连接器103进行相应的支撑，并同时保证连接器103稳定平顺地转动。以及，通过第二轴承142的设置，使得固定环102能够对转子套104进行相应的支撑，并同时保证转子套104可以稳定平顺地转动。

从结构上来说，本实施例的谐波减速驱动装置，利用杯型谐波减速器的传动原理，获得了更大的减速比。而基于波发生器108、柔轮109和钢轮110构成的谐波减速结构，相比于其他减速机构，也在一定程度上减轻了重量。进一步的，配合动力发生区210和减速输出区220的合理布局，使得整体的体积更为紧凑，保证谐波减速驱动装置安装于车体时，车体左右侧的占用空间较小，且空间分布尽量均匀，从而进一步提升助力自行车的骑行感受。

实施例2

结合附图1-4，本实施例提出了一种谐波减速驱动装置，在上述实施例的基础上可改进如下：所述柔轮109一端设置有第一内花键，所述传动套外侧设置有第一外花键，所述第一外花键与第一内花键啮合设置。本实施例涉及柔轮109与传动套之间的优选连接方式，本实施例中，柔轮109的转动通过第一内花键与第一外花键的啮合，传递至传动套上。

实施例3

结合附图1-4，本实施例提出了一种谐波减速驱动装置，在上述实施例的基础上可改进如下：所述传动套上设置有第二内花键，所述输出轴101上设置有第二外花键，所述第二外花键与第二内花键啮合设置。本实施例涉及传动套与输出轴101之间的优选连接方式，本实施例中，传动套与输出轴101之间通过第二内花键和第二外花键的啮合，实现相互之间的转矩传递。

实施例4

结合附图1-4，本实施例提出了一种谐波减速驱动装置，在上述实施例的基础上可改进如下：所述壳体100内设置有定位挡圈115，所述转子套104的另一端与定位挡圈115之间设置有第三轴承143。本实施例中，在壳体100内进一步设置定位挡圈115，利用定位挡圈115设置第三轴承143，并配合上述实施例的第二轴承142的设置，使得转子套104的两端获得足够的支撑效果，从而保证转子套104整体可以稳定平顺地转动。

实施例5

结合附图1-4，本实施例提出了一种谐波减速驱动装置，在上述实施例的基础上可改进如下：所述转子套104上设置有内凸部116，所述内凸部116的内壁与所述单向滚针轴承106的外壁相抵，所述连接器103与转子套104之间设置有第四轴承144，所述第四轴承144的一侧与所述内凸部116的侧壁抵接。本实施例中，通过内凸部116的设置，一方面使得转子套104的内壁可以更好地与单向滚针轴承106的外壁相抵，另一方面，内凸部116的边缘使得转子套104的内环部分形成轴肩，从而可以对第四轴承144的设置起到限位作用。其中，第四轴承144的设置，可以使得连接器103相对于转子套104的转动更为稳定平顺，也起到了连接器103对转子套104的支撑作用。

实施例6

结合附图1-4，本实施例提出了一种谐波减速驱动装置，在上述实施例的基础上可改进如下：所述第四轴承144与单向滚针轴承106之间设置有第一垫片151，所述转子套104的端部与连接器103的台阶面之间设置有第二垫片152。本实施例中，通过第一垫片151的设置，以填充第四轴承144与单向滚针轴承106之间的间隙，也使得第四轴承144与单向滚针轴承106相互隔离，避免相互影响。以及，第二垫片152将单向滚针轴承106与连接器103的台阶面隔开，第一垫片151和第二垫片152也同时起到了对单向滚针轴承106的定位作用。

实施例7

结合附图1-4，本实施例提出了一种谐波减速驱动装置，在上述实施例的基础上可改进如下：所述输出轴101的一端与壳体100间设置有第五轴承145；还包括第六轴承146，所述第六轴承146的内径与输出轴101另一端的外壁抵接，所述第六轴承146的外径与柔轮109和输出齿盘111抵接；所述连接器103与输出轴101之间设置有第七轴承147，所述第七轴承147位于输出轴101中部。本实施例通过第五轴承145、第六轴承146和第七轴承147的设置，实现了对输出轴101两端以及中部的全面支撑，从而有效保证了输出轴101转动的稳定性。其中，第五轴承145实现了对输出轴101的一端进行支撑，第六轴承146实现了输出轴101另一端的支撑，且第六轴承146实际是起到了输出齿盘111对输出轴101支撑力的传递，第七轴承147则是对输出轴101的中部实现了支撑。

实施例8

结合附图1-4，本实施例提出了一种谐波减速驱动装置，在上述实施例的基础上可改进如下：所述壳体100上设置有破风部117，所述破风部117的外形自壳体100方向远离壳体100方向收敛设置。本实施例中，进一步改进了壳体100的形状，在壳体100外形上设置有破风部117，破风部117的外形自壳体100方向远离壳体100方向收敛设置，在局部位形成流线型结构，以对冲向壳体100的气流进行导向，从而减小气流阻力，进而改善骑行体验。

实施例9

结合附图1-4，本实施例提出了一种助力自行车，包括上述实施例的一种谐波减速驱动装置，其特征在于，包括一对曲柄202和一个牙盘201，各所述曲柄202分别与所述输出轴101的两端固定连接，所述牙盘201上设置有第三内花键，所述输出齿盘111的外侧设置有第三外花键，所述第三外花键与第三内花键啮合配合。

实施例10

结合附图1-4，本实施例提出了一种助力控制方法，用于上述实施例的一种谐波减速驱动装置，或用于上述实施例的一种助力车，所述传感器114获取输出轴101的转矩和转速信息，转化为力矩脉冲信号和转速脉冲信号，并发送至控制器200；当力矩脉冲信号的幅值大于控制器200内设定值时，所述控制器200控制定子107得电；所述控制器200根据转速脉冲信号的频率和力矩脉冲信号的幅值调节定子107的输出功率。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种谐波减速驱动装置，其特征在于，包括壳体、控制器和输出轴，所述输出轴贯穿壳体设置；所述壳体内中部位置设置有固定环，所述壳体内位于固定环一侧的区域为动力发生区，所述壳体内位于固定环另一侧的区域为减速输出区；

所述输出轴外侧套设有连接器，所述连接器与输出轴之间存在间隙，所述连接器与固定环之间设置有第一轴承；所述连接器位于动力发生区部分的外侧套设有转子套，所述转子套外侧设置有磁铁，所述转子套的一端与固定环之间设置有第二轴承；所述转子套与连接器之间设置有单向滚针轴承；所述动力发生区内设置有定子，所述定子与磁铁磁吸配合；

所述减速输出区内设置有波发生器，所述波发生器与连接器固定连接，所述波发生器外侧套设有柔轮，所述柔轮外侧设置有钢轮，所述钢轮与固定环固定连接；

还包括输出齿盘，所述输出齿盘与柔轮固定连接，所述输出齿盘用于与牙盘固定连接，所述输出齿盘与壳体之间设置有支撑轴承；

所述输出轴位于减速输出区部分的外侧设置有传动轴套，所述传动轴套与柔轮传动连接，所述传动轴套与输出轴传动连接，所述传动轴套上设置有传感器，所述传感器用于检测输出轴的转矩和转速；所述控制器与定子和传感器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种谐波减速驱动装置，其特征在于，所述柔轮一端设置有第一内花键，所述传动套外侧设置有第一外花键，所述第一外花键与第一内花键啮合设置。

3.根据权利要求1所述的一种谐波减速驱动装置，其特征在于，所述传动套上设置有第二内花键，所述输出轴上设置有第二外花键，所述第二外花键与第二内花键啮合设置。

4.根据权利要求1所述的一种谐波减速驱动装置，其特征在于，所述壳体内设置有定位挡圈，所述转子套的另一端与定位挡圈之间设置有第三轴承。

5.根据权利要求1所述的一种谐波减速驱动装置，其特征在于，所述转子套上设置有内凸部，所述内凸部的内壁与所述单向滚针轴承的外壁相抵，所述连接器与转子套之间设置有第四轴承，所述第四轴承的一侧与所述内凸部的侧壁抵接。

6.根据权利要求5所述的一种谐波减速驱动装置，其特征在于，所述第四轴承与单向滚针轴承之间设置有第一垫片，所述转子套的端部与连接器的台阶面之间设置有第二垫片。

7.根据权利要求1所述的一种谐波减速驱动装置，其特征在于，所述输出轴的一端与壳体间设置有第五轴承；还包括第六轴承，所述第六轴承的内径与输出轴另一端的外壁抵接，所述第六轴承的外径与柔轮和输出齿盘抵接；所述连接器与输出轴之间设置有第七轴承，所述第七轴承位于输出轴中部。

8.根据权利要求1所述的一种谐波减速驱动装置，其特征在于，所述壳体上设置有破风部，所述破风部的外形自壳体方向远离壳体方向收敛设置。

9.一种助力自行车，包括权利要求1-8任一项所述的一种谐波减速驱动装置，其特征在于，包括一对曲柄和一个牙盘，各所述曲柄分别与所述输出轴的两端固定连接，所述牙盘上设置有第三内花键，所述输出齿盘的外侧设置有第三外花键，所述第三外花键与第三内花键啮合配合。

10.一种助力控制方法，用于权利要求1-8任一项所述的一种谐波减速驱动装置，或用于权利要求9所述的一种助力自行车，其特征在于，所述传感器获取输出轴的转矩和转速信息，转化为力矩脉冲信号和转速脉冲信号，并发送至控制器；当力矩脉冲信号的幅值大于控制器内设定值时，所述控制器控制定子得电；所述控制器根据转速脉冲信号的频率和力矩脉冲信号的幅值调节定子的输出功率。