CN105966541B - 自行车用中置电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自行车用中置电机，涉及电动助力自行车技术领域，以解决现有的自行车用中置电机中力矩传感器通常需要随中轴转动才能准确测量骑行者提供的踩踏力的技术问题。本发明所述的自行车用中置电机中，包括：电机外壳，电机外壳内通过内定子机架固定有电机内定子；内定子机架上安装有电机外转子，且电机外转子与电机本体输出轴连为一体；内定子机架内部设置有第一行星轮机构，第一行星轮机构能够用于对人力的输入进行升速后输出；第一行星轮机构的外齿圈处连接有弹性体、且弹性体固定安装在内定子机架内；弹性体上设置有力矩传感器，力矩传感器能够用于检测骑行者提供给自行车的踩踏力。本发明主要应用于电动助力自行车的生产制造中。

Description

自行车用中置电机
技术领域
本发明涉及电动助力自行车技术领域，尤其涉及一种自行车用中置电机。
背景技术
电动助力自行车是指在普通自行车的基础上，安装有电机、控制器等部件，并以电池作为辅助能源的个人交通工具。电动助力自行车在使用时，骑车者仍按传统自行车的方式骑车，并由电机提供助力，同时电机的助力大小可由控制器自动根据骑车者的骑行情况进行调整。
其中，电动助力自行车使用的电机类型可以分为中置电机和轮毂电机两种，前者是将电机安装在自行车中轴部位，即自行车脚踏处，并通过传动装置将动力传动至后轮；后者是将电机直接安装在前轮轴或后轮轴上，即省去了传动装置，电机直接将动力传动给前轮或后轮。具体地，采用中置电机的自行车能够在整车重量分配方面将电机置于最为合理的中间部位，有效避免了使用轮毂电机的自行车在转弯时由于重心不稳而造成的不安全因素，从而有效提高了整车结构及骑行时的安全性；并且，当电池没电时，采用中置电机的电动助力自行车可如普通自行车一样骑行，能够有效避免轮毂电机在前轮(或后轮)运转时电机线圈切割磁力线所带来的附加阻力。
进一步地，现有的电动助力自行车用中置电机的力矩传感系统主要分为两种形式：一是把力矩传感器设于自行车车体上，以便将测量信号传送给控制器；二是把力矩传感器设于自行车中轴上且随中轴旋转，并通过无线信号发射与接收器(或其它非接触式信号传输器)将测量信号传送给控制器。
然而，本申请发明人发现，采用上述第一种形式通过车体所受的力矩无法准确地推算出骑行者提供给自行车的动力；采用上述第二种形式为保证信号传输过程中不发生衰减或丢失，通常还需要设置信号放大器、信号调制器、信号调解器等，此外还需要设置电感线圈或导电滑环、无线供电发射和接收器、整流滤波器等对旋转部分供电，从而结构较复杂、生产成本较高，同时采用无线传输和无线供电方式，系统的功耗也较大。
因此，如何提供一种力矩传感器无需随中轴转动即可准确测量骑行者提供的踩踏力的自行车用中置电机，已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自行车用中置电机，以解决现有的自行车用中置电机中力矩传感器通常需要随中轴转动才能准确测量骑行者提供的踩踏力的技术问题。
本发明提供一种自行车用中置电机，包括：电机外壳，所述电机外壳内通过内定子机架固定有电机内定子；所述内定子机架上安装有电机外转子，且所述电机外转子与电机本体输出轴连为一体；所述内定子机架内部设置有第一行星轮机构，所述第一行星轮机构能够用于对人力的输入进行升速后输出；所述第一行星轮机构的外齿圈处连接有弹性体、且所述弹性体固定安装在所述内定子机架内；所述弹性体上设置有力矩传感器，所述力矩传感器能够用于检测骑行者提供给自行车的踩踏力。
实际应用时，所述电机外壳内还固定有第二行星轮机构，且所述第二行星轮机构与所述电机本体输出轴连接、并与所述第一行星轮机构同轴设置，所述第二行星轮机构能够用于对电机的输入进行减速后输出。
其中，所述电机本体输出轴与所述自行车的中轴同轴设置，且所述中轴包括依次连接的第一中轴和第二中轴。
具体地，所述第一行星轮机构采用行星架输入、太阳轮输出的形式以作为升速机构。
进一步地，所述第一行星轮机构的所述行星架与所述第一中轴之间设置有第一单向器。
更进一步地，所述第二行星轮机构的外齿圈与所述电机外壳固定连接，且所述第二行星轮机构采用太阳轮输入、行星架输出的形式以作为减速机构。
再进一步地，所述第二行星轮机构的所述行星架与所述中置电机输出轴之间设置有第二单向器。
实际应用时，所述第一中轴与所述第二中轴通过轴连接器依次连接。
其中，所述内定子机架与所述电机外壳之间通过螺栓固定连接。
具体地，所述电机外转子通过轴承安装在所述内定子机架上并与所述电机本体输出轴连为一体。
相对于现有技术，本发明所述的自行车用中置电机具有以下优势：
本发明提供的自行车用中置电机中，包括：电机外壳，该电机外壳内通过内定子机架(图中未示出)固定有电机内定子；其中，内定子机架上安装有电机外转子，且该电机外转子与电机本体输出轴连为一体；具体地，内定子机架内部设置有第一行星轮机构，该第一行星轮机构能够用于对人力的输入进行升速后输出；进一步地，第一行星轮机构的外齿圈处连接有弹性体、且该弹性体固定安装在内定子机架内；更进一步地，上述弹性体上设置有力矩传感器，该力矩传感器能够用于检测骑行者提供给自行车的踩踏力。由此分析可知，本发明提供的自行车用中置电机中，由于将力矩传感器设置于第一行星轮机构的外齿圈处的弹性体上，因此力矩传感器无需随中轴的旋转而转动，而且能够通过第一行星轮机构输出动力时传递至与外齿圈处弹性体上的反向力矩，准确测量出骑行者提供给自行车的踩踏力，同时还有效避免了使用无线供电和无线传输方式，从而极大地简化了结构复杂度、降低了系统的能耗、以及生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术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发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的自行车用中置电机的内部结构示意图。
附图标记：
011－电机外壳； 012－电机内定子；
013－电机外转子； 014－电机本体输出轴；
015－第一行星轮机构； 031－弹性体；
032－力矩传感器； 033－连接器；
016－第二行星轮机构； 020－中轴；
021－第一中轴； 022－第二中轴；
017－第一单向器； 018－第二单向器；
019－中置电机输出轴； 023－轴连接器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，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，也可以是电气连接；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。
图1为本发明实施例提供的自行车用中置电机的内部结构示意图。
如图1所示，本发明实施例提供的一种自行车用中置电机，包括：电机外壳011，电机外壳011内通过内定子机架(图中未示出)固定有电机内定子012；内定子机架上安装有电机外转子013，且电机外转子013与电机本体输出轴014连为一体；内定子机架内部设置有第一行星轮机构015，第一行星轮机构015能够用于对人力的输入进行升速后输出；第一行星轮机构015的外齿圈处连接有弹性体031、且弹性体031固定安装在内定子机架内；弹性体031上设置有力矩传感器032，力矩传感器032能够用于检测骑行者提供给自行车的踩踏力。
相对于现有技术，本发明实施例所述的自行车用中置电机具有以下优势：
本发明实施例提供的自行车用中置电机中，如图1所示，包括：电机外壳011，该电机外壳011内通过内定子机架(图中未示出)固定有电机内定子012；其中，内定子机架上安装有电机外转子013，且该电机外转子013与电机本体输出轴014连为一体；具体地，内定子机架内部设置有第一行星轮机构015，该第一行星轮机构015能够用于对人力的输入进行升速后输出；进一步地，第一行星轮机构015的外齿圈处连接有弹性体031、且该弹性体031固定安装在内定子机架内；更进一步地，上述弹性体031上设置有力矩传感器032，该力矩传感器032能够用于检测骑行者提供给自行车的踩踏力。由此分析可知，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，由于将力矩传感器032设置于第一行星轮机构015的外齿圈处的弹性体031上，因此力矩传感器032无需随中轴的旋转而转动，而且能够通过第一行星轮机构015输出动力时传递至与外齿圈处弹性体031上的反向力矩，准确测量出骑行者提供给自行车的踩踏力，同时还有效避免了使用无线供电和无线传输方式，从而极大地简化了结构复杂度、降低了系统的能耗、以及生产成本。
其中，为了便于第一行星轮机构015的外齿圈处与弹性体031的稳固连接，如图1所示，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，上述第一行星轮机构015的外齿圈处通过连接器033与弹性体031采用同轴方式连接。
此处需要补充说明的是，自行车用中置电机可以通过力矩传感器(扭力传感器)来检测骑行时骑行者施加于自行车的力，以供控制器判断骑行者的骑行意图，并根据人力输出情况控制中置电机的输出，以达到人力的输出与电机动力的输出相匹配，从而按照骑行者所期望的输出比例共同驱动电动助力自行车行进。
目前，现有技术中的自行车用中置电机通常采用的是电机加减速机构的减速电机，并且在结构上可以分为两类：同心轴结构和平行轴结构；同心轴结构是指电机轴和自行车中轴采用同心同轴的方式；平行轴结构是指电机轴单独设置在与自行车中轴平行的位置处。实际应用中，为了保证电动助力自行车的行进速度，通常需要通过中置电机对减速比进行合理配置，采用同心轴结构的中置电机多采用行星齿轮减速机构，以使电机的整体结构更加小巧，占用空间也更少；采用平行轴结构的中置电机多采用圆柱齿轮减速机构，可以通过多级齿轮减速获得较大的减速比，以使电机的转速较高。然而，本申请发明人发现，同心轴结构的中置电机由于受行星齿轮减速机构减速比较低的限制，因此容易导致电机的转速较低、功率密度较小，从而造成电机的性能无法充分发挥；平行轴结构的中置电机由于采用多级圆柱齿轮减速机构，因此容易导致电机的体积较大、整体较笨重。
为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，如图1所示，电机外壳011内还固定有第二行星轮机构016，且第二行星轮机构016与电机本体输出轴014连接、并与第一行星轮机构015同轴设置，第二行星轮机构016能够用于对电机的输入进行减速后输出。由于电机外壳011内通过内定子机架固定有电机内定子012，且内定子机架内部设置有第一行星轮机构015，同时内定子机架上安装有电机外转子013，且电机外转子013与电机本体输出轴014连为一体，因此能够使中置电机的结构较紧凑、体积较小巧、整体重量较轻；此外，由于电机外壳011内还固定有第二行星轮机构016，且第二行星轮机构016与电机本体输出轴014连接、并与第一行星轮机构015同轴设置，同时第一行星轮机构015能够用于对人力的输入进行升速后输出，第二行星轮机构016能够用于对电机的输入进行减速后输出，因此能够使人力和电机的输出速率相匹配，并保证电机本体能够保持较高的转速，以使其的性能得到充分发挥。
此外，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，由于采用电机内定子012外安装电机外转子013，因此具有功率密度高和输出转矩大的特点，从而中置电机的性能能够进一步得到充分发挥。
实际应用时，为了有效减小中置电机的体积，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，如图1所示，上述电机本体输出轴014与自行车的中轴020同轴设置，且该中轴020可以包括依次连接的第一中轴021和第二中轴022，从而通过将中轴020设置为包括第一中轴021和第二中轴022的分段式结构，以使中轴020的轴径较小，同时电机本体输出轴014与中轴020采用同轴设置，能够有效节省中置电机内部的轴向和径向空间，进而能够有效减小中置电机的体积，并能够使中置电机内部的其它零部件得以实现更多的功能。
其中，为了保证第一行星轮机构015能够用于对人力的输入进行升速后输出，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，如图1所示，上述第一行星轮机构015的外齿圈可以通过连接器033与弹性体031采用同轴方式连接，且该弹性体031可以固定安装在内定子机架内，同时第一行星轮机构015可以采用行星架输入、太阳轮输出的形式以作为升速机构。
具体地，为了便于人力的传输，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，如图1所示，上述第一行星轮机构015的行星架可以与第一中轴021之间设置有第一单向器017，从而人力能够通过中轴020输入、并通过该第一单向器017传递至第一行星轮机构015的行星架，进而再通过第一行星轮机构015的太阳轮以实现人力的升速输出。
进一步地，为了保证第二行星轮机构016能够用于对电机的输入进行减速后输出，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，如图1所示，上述第二行星轮机构016的外齿圈可以与电机外壳011固定连接，且第二行星轮机构016可以采用太阳轮输入、行星架输出的形式以作为减速机构，也即电机本体输出轴014可以作为第二行星轮机构016的太阳轮以实现动力的输入，并由第二行星轮机构016的行星架作为动力的减速输出。
更进一步地，为了便于上述动力的传输，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，如图1所示，上述第二行星轮机构016的行星架可以与中置电机输出轴019之间设置有第二单向器018，从而中置电机的动力能够通过电机本体输出轴014输出、也即通过第二行星轮机构016的太阳轮输入，并依次通过第二行星轮机构016的行星架及第二单向器018传递至中置电机输出轴019以实现动力的减速输出。
实际应用时，为了便于中轴020中的第一中轴021与第二中轴022的同轴依次连接，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，如图1所示，上述第一中轴021与第二中轴022均为轴内中空结构，并且第一中轴021与第二中轴022之间可以通过轴连接器023依次连接。
具体地，为了便于电机外壳011内能够通过内定子机架固定有电机内定子012，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，上述内定子机架可以与电机外壳011之间通过螺栓固定连接，从而再通过内定子机架以固定电机内定子012。
进一步地，为了便于电机外转子013的装配，同时有效降低其在运动过程中的摩擦系数，本发明实施例提供的自行车用中置电机中，上述电机外转子013可以通过轴承安装在内定子机架上并与电机本体输出轴014连为一体。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种自行车用中置电机，其特征在于，包括：电机外壳，所述电机外壳内通过内定子机架固定有电机内定子；所述内定子机架上安装有电机外转子，且所述电机外转子与电机本体输出轴连为一体；
所述内定子机架内部设置有第一行星轮机构，所述第一行星轮机构能够用于对人力的输入进行升速后输出；
所述第一行星轮机构的外齿圈处连接有弹性体、且所述弹性体固定安装在所述内定子机架内；所述弹性体上设置有力矩传感器，所述力矩传感器能够用于检测骑行者提供给自行车的踩踏力；
所述电机外壳内还固定有第二行星轮机构，且所述第二行星轮机构与所述电机本体输出轴连接、并与所述第一行星轮机构同轴设置，所述第二行星轮机构能够用于对电机的输入进行减速后输出。
2.根据权利要求1所述的自行车用中置电机，其特征在于，所述电机本体输出轴与所述自行车的中轴同轴设置，且所述中轴包括依次连接的第一中轴和第二中轴。
3.根据权利要求2所述的自行车用中置电机，其特征在于，所述第一行星轮机构采用行星架输入、太阳轮输出的形式以作为升速机构。
4.根据权利要求3所述的自行车用中置电机，其特征在于，所述第一行星轮机构的所述行星架与所述第一中轴之间设置有第一单向器。
5.根据权利要求4所述的自行车用中置电机，其特征在于，所述第二行星轮机构的外齿圈与所述电机外壳固定连接，且所述第二行星轮机构采用太阳轮输入、行星架输出的形式以作为减速机构。
6.根据权利要求5所述的自行车用中置电机，其特征在于，所述第二行星轮机构的所述行星架与所述中置电机输出轴之间设置有第二单向器。
7.根据权利要求2所述的自行车用中置电机，其特征在于，所述第一中轴与所述第二中轴通过轴连接器依次连接。
8.根据权利要求1所述的自行车用中置电机，其特征在于，所述内定子机架与所述电机外壳之间通过螺栓固定连接。
9.根据权利要求1或8所述的自行车用中置电机，其特征在于，所述电机外转子通过轴承安装在所述内定子机架上并与所述电机本体输出轴连为一体。
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