CN106335592A - 电动自行车及其中置驱动系统和驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电动自行车及其中置驱动系统和驱动方法，包括依次连接的电机、行星减速系统、电机输出离合器、中轴；电机的安装轴线与中轴的轴线垂直。本发明中电机的安装轴线与中轴的轴线垂直，是结构紧凑、体积小，重量轻，价格便宜的集成力矩传感的中置电机设计方案；进一步还可以集成力矩传感、频率传感器、方向传感器。集成控制器与电机与一体。中置电机体积小，重量轻，安装到自行车上外观看为圆形，与自行车的五通管类似，电机可以近似看为隐形。

Description

电动自行车及其中置驱动系统和驱动方法
技术领域
本发明涉及电机驱动装置，具体地，涉及电动自行车及其中置驱动系统和驱动方法。
背景技术
现有技术中，中置电动自行车上的电机与中轴有几种安装方式：
(1)电机轴与中轴同心安装驱动；
(2)电机轴与中轴平行安装驱动。
这两种安装方式的电机各有特点，但是均存在体积较大的不足之处。
因此，本发明提供第三种安装驱动方式：即电机的轴心与中轴轴心方向是垂直的安装驱动方式，并且优选地集成力矩传感器、频率传感器、转向传感器以及控制器为一体。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电动自行车及其中置驱动系统。
根据本发明提供的一种电动自行车中置驱动系统，包括依次连接的电机、行星减速系统、电机输出离合器、中轴；
电机的安装轴线与中轴的轴线垂直。
优选地，电机输出离合器包括伞型轮减速系统、中轴离合器系统，其中，所述伞型轮减速系统包括第一伞型齿轮、第二伞型齿轮；
行星减速系统驱动第一伞型齿轮，第一伞型齿轮与第二伞型齿轮啮合，第二伞型齿轮、中轴离合器系统、中轴依次连接；
电机、行星减速系统、第一伞型齿轮的安装轴线垂直于中轴的轴线；
第二伞型齿轮、中轴离合器系统的安装轴线平行于中轴的轴线。
优选地，行星减速系统包括太阳齿轮、齿圈、双联行星齿轮、行星支架；太阳齿轮、齿圈、双联行星齿轮安装在行星支架上；齿圈设置有轴承室，电机轴套设在轴承室内的轴承内；电机轴的轴端连接太阳齿轮；太阳齿轮、齿圈、双联行星齿轮构成第一减速机构；行星支架的轴端连接第一伞型齿轮。
优选地，中轴离合器系统包括楔块式单向离合器、棘齿输出轴、棘轮、斜齿轮轴套；
楔块式单向离合器的外圈连接第二伞型齿轮，楔块式单向离合器的内圈与棘齿输出轴耦合连接；
棘齿输出轴套在中轴上；
中轴设置有斜齿轮，斜齿轮与斜齿轮轴套匹配连接；棘轮通过花键方式套设在斜齿轮轴套外；棘轮与棘齿输出轴耦合连接。
优选地，棘齿输出轴与中轴之间设置有滚针轴承。
优选地，电机是内转子电机。
优选地，还包括传感系统；其中，所述传感系统包括频率传感磁环；
频率传感磁环安装在斜齿轮轴套上，以检测频率信号和方向信号。
优选地，所述传感系统包括平面推力轴承、力矩套、蝶形弹簧、PCB板、塑胶弹性件、磁钢；
平面推力轴承套设在中轴上，平面推力轴承的一端与斜齿轮轴套接触，平面推力轴承的另一端与套设在中轴上的力矩套的一端接触；力矩套的另一端设置有蝶形弹簧，
PCB板和塑胶弹性件设置在力矩套上，PCB板上设置有检测位移元件，塑胶弹性件上设置有与检测位移元件相匹配的磁钢。
根据本发明提供的一种电动自行车，包括上述的电动自行车中置驱动系统。
根据本发明提供的一种中轴的驱动方法，利用上述的电动自行车中置驱动系统，由电机驱动中轴；其中，电机的安装轴线与中轴的轴线垂直。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明中电机的安装轴线与中轴的轴线垂直，是结构紧凑、体积小，重量轻，价格便宜的集成力矩传感的中置电机设计方案；进一步还可以集成力矩传感、频率传感器、方向传感器。集成控制器与电机与一体。中置电机体积小，重量轻，安装到自行车上外观看为圆形，与自行车的五通管类似，电机可以近似看为隐形。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的电动自行车中置驱动系统的结构示意图。
图2、图3为本发明提供的电动自行车中置驱动系统中行星减速系统的结构示意图。
图4为本发明提供的电动自行车中置驱动系统中的中轴的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明涉及一种电动自行车电机结构形式，尤其涉及一种电动自行车用隐藏式一体化电机的结构，电机安装后从自行车外形看几乎看不出有电机。
本发明提供的电动自行车中置驱动系统，包括依次连接的电机、行星减速系统、电机输出离合器、中轴；电机的安装轴线与中轴的轴线垂直。
电机输出离合器包括伞型轮减速系统、中轴离合器系统，其中，所述伞型轮减速系统包括大伞型齿轮、小伞型齿轮；行星减速系统驱动小伞型齿轮，小伞型齿轮与大伞型齿轮啮合，大伞型齿轮、中轴离合器系统、中轴依次连接；电机、行星减速系统、小伞型齿轮的安装轴线垂直于中轴的轴线；大伞型齿轮、中轴离合器系统的安装轴线平行于中轴的轴线。其中，小伞型齿轮、大伞型齿轮之间相对而言，分别记为第一伞型齿轮、第二伞型齿轮。
电机可以是内转子电机系统，其中，所述电机包括电机定子1、电机转子2、电机轴3、第一轴承4以及第二轴承5。
行星减速系统包括太阳齿轮10、齿圈7、双联行星齿轮8、行星支架9、第三轴承11。
电机输出离合器包括伞型轮减速系统、中轴离合器系统，其中，伞型轮减速系统包括大伞型齿轮13、小伞型齿轮12；中轴离合器系统包括楔块式单向离合器14、棘齿输出轴21、棘轮23、花篮轴承22、滚针轴承27、斜齿轮轴套24。
传感系统包括频率传感磁环16、平面推力轴承17、力矩套28、蝶形弹簧18、PCB板29、塑胶弹性件30、磁钢31。平面推力轴承17、力矩套28用于力矩传感。
所述电动自行车中置驱动系统还包括电机壳6、机壳15、端盖26、控制器27、第四轴承19、第五轴承25。
更为具体地，电机安装在电机壳6内，与带有轴承室701的齿圈7组成电机本体。齿圈7安装在机壳上，并与双联行星齿轮8、行星支架9、第六轴承11组成第一道减速。电机与行星减速系统的安装轴线均与中轴垂直。
行星支架9的轴端固定有小伞形齿轮12与楔块式单向离合器14上安装的大伞型齿轮13啮合，组成第二道减速。
中轴20上有斜齿轮201，斜齿轮201上套斜齿轮轴套24，斜齿轮轴套24外圈上设有花键，棘轮23设有内花键，棘轮23通过花键连接在斜齿轮轴套24外圈上，并与棘齿输出轴21构成中轴输入相对棘齿输出轴21的超越离合。
楔块式单向离合器14的外圈固定有大伞型齿轮13，楔块式单向离合器14的内圈连接在棘齿输出轴21上，构成电机减速后输入相对棘齿输出轴21的超越离合。
斜齿轮轴套24上固定有频率传感磁环16，斜齿轮轴套24套在斜齿轮201处，随中轴转动而转动，用于检测频率信号和方向信号。
中轴20上套有平面推力轴承17，平面推力轴承17的一侧与斜齿轮轴套24接触，另一侧与径向固定在机壳15上套在中轴20的力矩套28接触，力矩套28另一侧设有蝶形弹簧18，斜齿轮轴套24随中轴转动过程，在棘齿输出轴21遇到的阻力矩，而产生轴向移动，用于检测力矩。
力矩套28上同时固定有PCB板29和塑胶弹性件30，塑胶弹性件的一侧30同时又固定机壳15上，在PCB板29上有检测位移元件，塑胶弹性件30固定有磁钢31，斜齿轮轴套24轴向位移带动力矩套28位移带动PCB板29移动，使固定在塑胶弹性件30的磁钢31与PCB板29的检测位移元件产生相对位移，从而检测力矩。
所述电机的电机定子1转子2、电机轴3、轴承4和5按公知的方式安装，特别的其轴线垂直于中轴20。特别的齿圈7中间设有轴承室701用于安装轴承5。
电机轴3轴端连接的太阳齿轮10与固定在电机壳6的齿圈7及分布在行星支架9上的双联行星齿轮8组成行星减速系统，特别的行星减速系统采用双联行星齿轮减速。行星减速系统轴线同样垂直于中轴轴线。
行星支架9轴端固定有小伞型齿12，与固定在机壳15上的轴承11旋转连接，与楔块式单向离合器14上固定的大伞型齿13啮合，楔块式单向离合器14与棘齿输出轴21耦合，起到与棘齿输出轴21的离合作用。特别的楔块式单向离合器14采用楔块式离合方式，棘齿输出轴21套在中轴20上，通过滚针轴承27、花篮轴承22、和固定在端盖26上的轴承25旋转固定。
中轴20上有斜齿轮201与斜齿轮轴套24内齿连接，斜齿轮轴套24与棘轮23径向固定，轴向可滑动，在中轴20转动时带动斜齿轮轴套24转动，斜齿轮轴套24又带动棘轮23转动，棘轮23再带动棘齿输出轴21转动，棘齿输出轴21上如有阻力矩，将反向传递给斜齿轮轴套24，引起斜齿轮轴套24一边转动一边轴向移动。斜齿轮轴套24上固定有频率传感磁环16，频率传感磁环16随斜齿轮轴套24转动而转动，在PCB板29上有开关霍尔，通过霍尔与磁环的相对运动检测频率信号。中轴上安装有平面推力轴承17，平面推力轴承17的一侧与斜齿轮轴套24一侧接触，另一侧与力矩套28的一侧接触，力矩套28，套在中轴20上，径向固定于机壳15上，中轴上还套有蝶形弹簧18与力矩套28另一侧接触，斜齿轮轴套24的轴向移动力和蝶形弹簧18产生的弹簧力产生平衡，即产生位移越大，弹簧力越大，在PCB板29上有检测位移的传感器，可以检测位移。从而得到力矩信号。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种电动自行车中置驱动系统，其特征在于，包括依次连接的电机、行星减速系统、电机输出离合器、中轴；
电机的安装轴线与中轴的轴线垂直。
2.根据权利要求1所述的电动自行车中置驱动系统，其特征在于，电机输出离合器包括伞型轮减速系统、中轴离合器系统，其中，所述伞型轮减速系统包括第一伞型齿轮、第二伞型齿轮；
行星减速系统驱动第一伞型齿轮，第一伞型齿轮与第二伞型齿轮啮合，第二伞型齿轮、中轴离合器系统、中轴依次连接；
电机、行星减速系统、第一伞型齿轮的安装轴线垂直于中轴的轴线；
第二伞型齿轮、中轴离合器系统的安装轴线平行于中轴的轴线。
3.根据权利要求2所述的电动自行车中置驱动系统，其特征在于，行星减速系统包括太阳齿轮、齿圈、双联行星齿轮、行星支架；太阳齿轮、齿圈、双联行星齿轮安装在行星支架上；齿圈设置有轴承室，电机轴套设在轴承室内的轴承内；电机轴的轴端连接太阳齿轮；太阳齿轮、齿圈、双联行星齿轮构成第一减速机构；行星支架的轴端连接第一伞型齿轮。
4.根据权利要求2所述的电动自行车中置驱动系统，其特征在于，中轴离合器系统包括楔块式单向离合器、棘齿输出轴、棘轮、斜齿轮轴套；
楔块式单向离合器的外圈连接第二伞型齿轮，楔块式单向离合器的内圈与棘齿输出轴耦合连接；
棘齿输出轴套在中轴上；
中轴设置有斜齿轮，斜齿轮与斜齿轮轴套匹配连接；棘轮通过花键方式套设在斜齿轮轴套外；棘轮与棘齿输出轴耦合连接。
5.根据权利要求1所述的电动自行车中置驱动系统，其特征在于，棘齿输出轴与中轴之间设置有滚针轴承。
6.根据权利要求1所述的电动自行车中置驱动系统，其特征在于，电机是内转子电机。
7.根据权利要求4所述的电动自行车中置驱动系统，其特征在于，还包括传感系统；其中，所述传感系统包括频率传感磁环；
频率传感磁环安装在斜齿轮轴套上，以检测频率信号和方向信号。
8.根据权利要求7所述的电动自行车中置驱动系统，其特征在于，所述传感系统包括平面推力轴承、力矩套、蝶形弹簧、PCB板、塑胶弹性件、磁钢；
平面推力轴承套设在中轴上，平面推力轴承的一端与斜齿轮轴套接触，平面推力轴承的另一端与套设在中轴上的力矩套的一端接触；力矩套的另一端设置有蝶形弹簧，
PCB板和塑胶弹性件设置在力矩套上，PCB板上设置有检测位移元件，塑胶弹性件上设置有与检测位移元件相匹配的磁钢。
9.一种电动自行车，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的电动自行车中置驱动系统。
10.一种中轴的驱动方法，其特征在于，利用权利要求1至8中任一项所述的电动自行车中置驱动系统，由电机驱动中轴；其中，电机的安装轴线与中轴的轴线垂直。
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