CN107042865B - 双向集成式力矩感应电机及助力行进装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双向集成式力矩感应电机及助力行进装置，所述电机内部安装有电机控制器和电池，并在电机的一端设置弹性体，将弹性体的变形经过杠杆作用改变方向，然后通过传感器检测并输出至控制器，由控制器控制电机实现自动控制。集成式电机取消了外置电池，控制器，力矩传感器等部件，集中安装在电机内，使得装配此电机即可让大多数行进装置转变成力矩感应电助力行进装置。

Description

双向集成式力矩感应电机及助力行进装置

本发明申请要求申请号为2017100548503，申请日为2017年1月24日，名称为双向集 成式力矩感应电机的中国发明专利申请的优先权，该项在先申请公开的全部技术内容纳入此 处作为参考。

技术领域

本发明属于自行车配件，涉及一种双向集成式力矩感应电机。

背景技术

近年来随着我国汽车数量急剧增长，目前全国有40个城市的汽车保有量超 过百万辆，其中北京、成都、深圳、上海、重庆、天津、苏州、郑州、杭州、 广州、西安11个城市汽车保有量甚至超过200万辆。因为交通拥堵的缘故，也 因为现代人对健康、环保出行的追求，越来越多的人选择以自行车作为出行工 具。调查显示，世界主要国家中，德国家庭自行车保有率最高，每百户家庭拥 有80辆；中国以每百户家庭保有65辆位居世界第三。根据2010年第六次全国 人口普查主要数据公报，中国共有家庭户401517330户，可以推算出我国自行 车社会保有量大约为2.6亿辆。2015年我国自行车出口量为5781万辆。而2015 年法国、德国、意大利、荷兰和西班牙的电动助力自行车进口量比2014年增长 了46.8％，并且这个趋势还在加速。伴随中国的城市化以及消费升级，电动助力 自行车的发展以及潜在市场同样被广为期待。

现有的自行车行业轮毂电机都只作为驱动部件内部只装有定子转子以及磁 铁轴承齿轮等零件，控制器，电池，助力传感器，等还是处于外置状态。

电机是电驱动系统的一个部件,其所需要的控制系统，电池系统都处于外置 状态，外置的电机控制器和电池需要独立的安装空间和一系列连接线路，所以 电动自行车的生产必须整车组装和生产，因此电助力自行车的生产成本居高不 下。电助力自行车有一定的技术门槛能制造的工厂并不多，这就导致了市面上 的电助力自行车销售价很高。而已经售出的自行车很难改造成电助力自行车。

发明内容

本发明为了克服现有技术的至少一个不足，提供一种集成式轮毂电机，以 实现解决了电动自行车安装电机之后还要在外安置，电池，控制器，力矩传感 器以及连接线等，以实现降低生产成本，也方便用户改造普通自行车为力矩感 应电动自行车的目的。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种双向集成式力矩感应电机，所述电机内部安装有电机控制 器和电池，并在电机的一端设置弹性体，将弹性体的变形经过杠杆作用改变方 向，然后通过传感器检测并输出至控制器，由控制器控制电机实现自动控制。

进一步，将弹性体变形经过杠杆作用改变方向的结构为摆杆，滑动结构或 推拉结构中的一种。

进一步，所述电机还设有爪盘，爪盘与自行车传动端相连。

进一步，所述电机两端分别为电机外壳和端盖，端盖盖在电机外壳上，共 同构成电机的整体外壳；电机外壳和端盖均套设在电机的中轴上。

端盖外侧设有凹陷位，所述弹性体安装在凹陷位内；爪盘卡入凹陷位内， 并可径向挤压弹性体。

进一步，所述凹陷位设有多个凹陷孔，弹性体设有多个弹性齿，所述弹性 齿卡入凹陷孔中；爪盘设有多个突出体，所述突出体从相邻两个弹性齿的间隙 中卡入，使得弹性齿紧密安装在凹陷孔中。

进一步，所述弹性体每两个弹性齿位于一个凹陷孔中，每个突出体卡入弹 性体位于同一凹陷孔内的两个弹性齿之间。

进一步，所述电机包括电机外壳，转子，定子，中轴，控制器，电池，内 骨架，感应控制电路，摆杆，端盖，弹性体和爪盘；定子固定在中轴上，定子 外侧设有转子；内骨架固定在中轴上并贴近于定子一侧，电池组和控制器安装 在内骨架上；所述弹性体安装在端盖的凹陷位内；爪盘也卡入凹陷位内，并可 径向挤压弹性体；所述摆杆活动连接在端盖上，并且与爪盘活动连接；弹性体 压缩，爪盘和端盖会绕轴产生向内角度位移，此位移会传递给摆杆；所述感应 控制电路位于内骨架上，通过检测摆杆的位移，传递给控制器。

进一步，端盖上设有固定柱，摆杆一端套设在固定柱上，另一端为自由端； 摆杆的自由端上固定有磁铁，感应控制电路上设有至少一个霍尔感应器。

进一步，所述控制器上集成无线芯片，用以连接手机和进行遥控调节。

进一步，所述电机还包括行星齿轮和太阳轮，转子与太阳轮连接，所述行 星轮与中轴连接并齿啮合于太阳轮。

本发明还提供一种助力行进装置，所述助力行进装置设有上述的双向集成 式力矩感应电机。本发明的助力行进装置可以为助力自行车、轮椅等。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明双向集成式力矩感应电机通过改变电机结构并在电机定子一端增加 固定盘来安置电机控制器和电池，并在端盖外侧增加弹性体把变形经过杠杆作 用改变方向，然后通过传感器检测并输出至控制器，由控制器控制电机实现全 自动控制，这样会大大减少电助力自行车生产复杂程度和装配难度。

具体的，本发明的此种集成式电机取消了外置电池，控制器，力矩传感器 等部件，集中安装在电机内，使得装配此电机即可让大多数自行车转变成力矩 感应电助力自行车。并且内置的力矩传感机构可以让电机依据链条的拉力自动 输出功率而无需外接任何感应器和控制系统，解决了电动自行车安装电机之后 还要在外安置，电池，控制器，力矩传感器以及连接线等，降低了生产成本。 也方便用户改造普通自行车为力矩感应电动自行车。

附图说明

图1为实施例1中双向集成式力矩感应电机的爆炸图。

图2为图1中力矩感应机构的爆炸图。

图3为图1中弹性体和端盖的位置示意图。

图4为图1中弹性体和爪盘的位置示意图。

图5是图1中摆杆的位置示意图。

图6是图1中摆杆和霍尔感应器的位置示意图。

其中：

1—电机外壳；2—第一轴承；3—内齿圈；4—行星轮；5—太阳轮；6—转子；7 —定子；8—中轴；9—第二轴承；10—端盖；11—电池组；12—感应控制电路； 13—内骨架；14—摆杆；15—弹性体；16—第三轴承；17—爪盘；18—螺丝； 19—磁铁；20—活动柱；30—控制器。

具体实施方式

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳 实施例，并配合附图，作详细说明如下。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间” 等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相 对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范 畴。

实施例1

图1为实施例中双向集成式力矩感应电机的爆炸图。如图1所示，一种集 成式扭矩感应电机，包括电机外壳1和第一轴承2、内齿圈3、行星齿轮4、太 阳轮5、转子6、定子7、中轴8、第二轴承9、端盖10、电池组11、感应控制 电路12、内骨架13、摆杆14、弹性体15、第三轴承16、爪盘17、控制器30。

本发明集成式扭矩感应电机安装在自行车轮的轮毂中间，在电机外壳上安 装自行车轮辐条即可实现电力助动，其中控制器30上集成无线芯片用以连接手 机和进行遥控调节，可实现全自动控制。

定子7固定在中轴8上，定子7外侧设有转子6，转子6与太阳轮5连接。 所述行星轮4与所述中轴8连接并齿啮合于太阳轮5。所述内骨架13固定在中 轴8上并贴近于定子7一侧。

电池组11和控制器30固定在内骨架13上。本发明将电池组11和控制器 30均集成在电机中，从而无需外接电源和控制器。

端盖10外侧设有凹陷位，所述弹性体15安装在凹陷位内；爪盘17卡入凹 陷位内，并可径向挤压弹性体15。

本发明的弹性体15为弹性材料制成，包括PU或橡胶等。

凹陷位设有多个凹陷孔，弹性体15设有多个弹性齿151，所述弹性齿151 卡入凹陷孔中。

爪盘17设有多个突出体171，所述突出体171从相邻两个弹性齿151的间 隙中卡入，使得弹性齿151紧密安装在凹陷孔中。

本实施例中，所述弹性体15设有6个弹性齿151，端盖10设有3个扇形凹 陷孔；爪盘17设有三个突出体。每两个弹性齿151位于一个凹陷孔中，每个突 出体卡入同一凹陷孔内的两个弹性齿151之间。

摆杆14与端盖10活动连接。第二轴承9压入端盖10内，弹性体15装入 端盖10外壳凹陷处。所述轴承16压入爪盘17。爪盘17压入端盖10内并径向 挤压弹性体15且与摆杆14进行活动连接。第一轴承2和内齿圈3压入电机外 壳1。

电机外壳1与端盖10套在中轴8上并与内骨架13避空(不接触)，且内 齿圈3与行星齿轮5啮合。

图2为图1中力矩感应机构的爆炸图。图3为图1中弹性体和端盖的位置 示意图。图4为图1中弹性体和爪盘的位置示意图。图5是图1中一个摆杆的 位置示意图。图6是图1中摆杆和霍尔感应器的位置示意图。结合图1-6可知， 本实施例总的力矩感应机构包括摆杆14、磁铁19、端盖10、弹性体15、轴承 16、爪盘17、活动柱20。

本实施例的摆杆14为L形，设置有两个。每个摆杆14的一端套在端盖10 的固定柱上，并由螺丝18活压在端盖10的固定柱上。另一端为自由端，可轴 向摆动。其中磁铁19固定在摆杆14的自由端上。

弹性体15装入端盖10的凹陷处，弹性齿151的外边缘与凹陷处的内边缘 吻合接触。第三轴承16压入爪盘17，活动柱20固定在爪盘17上，爪盘17压 入端盖10，爪盘17的突出体171的外边缘也与凹陷处的外边缘吻合接触。突出 体171的两侧面分别于相邻的弹性齿15的内侧面接触。

活动柱20穿过端盖10，与摆杆14活动连接。摆杆14的自由端以活动柱 20为圆心，周向左右摆动。

如图2所示，所述感应控制电路12固定在内骨架13外侧。感应控制电路 12上有数颗霍尔传感器40，所述霍尔感应器40位于内骨架13上的通孔内。当 摆杆14与端盖10组合体绕轴顺逆时针旋转时，每次经过一颗霍尔传感器40便 读取一次磁力数据，并控制电机给出适当的助力或者刹车力，即可以实现前进 方向或者后退方向双向的助力。

本发明的霍尔传感器可以替换、光栅传感器和其它位移传感器等等。只要 能实现本发明的基本原理即转换径向旋转力和径向旋转阻力被内置传感器采集 并输送给内置电机。

本实例的工作过程：电机外壳1与自行车的轮圈通过钢丝连接，爪盘17 与自行车的传动端连接(包括飞轮、齿轮或皮带)。处于安装状态的双向集成 式力矩感应电机的爪盘17在接受到顺时针旋转力时会绕中轴顺时针运动。

此时电机外壳1和自行车轮子连接，轮子受到地面阻力，弹性体15会根据 顺时针旋转力和地面阻力的力差被压缩产生形变，而这种形变会在弹性体15受 力和地面阻力达成平衡时驱动轮子前进。

爪盘17收到的为输入的力，电机外壳1接收的为阻力，弹性体15的变形 量取决于两者力差的大小；由于弹性体15的压缩，爪盘17和端盖10会绕轴产 生向内角度位移，此位移会通过活动柱20传递给摆杆14。当摆杆14受爪盘17 牵引力时，会绕着端盖10的固定柱产生角度位移；从而增加摆杆14上磁铁19 与霍尔传感器40的距离。

进一步，当双向集成式力矩感应电机的爪盘17在接受到逆时针旋转力时， 会绕中轴8运动，但此时电机外壳1和轮子连接，轮子带载荷处于运动状态； 此时弹性体15会根据逆时针旋转力和惯性力的力差被压缩产生形变，弹性体的 变形量取决于两者力差的大小，此时由于弹性体15的压缩爪盘17和端盖10会 绕中轴8产生角度位移，此位移会通过活动柱20传递给摆,14，当摆杆14受爪 盘17牵引力时，会绕着端盖10固定柱产生向外角度位移，从而减少磁铁19与 霍尔传感器40的距离。

而感应控制电路12上有数颗霍尔传感器当摆杆与端盖组合体绕轴顺逆时 针旋转时每次经过一颗传感器便读取一次磁力数据并控制电机给出适当的助力 或者刹车力。

实施例2

本实施例为一种助力轮椅，所述助力轮椅设有实施例1中的双向集成式力 矩感应电机。所述电机安装在轮椅的一个轮毂中间或者轮椅下方，可以实现轮 椅的助力。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术邻域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这 些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.双向集成式力矩感应电机，其特征在于，所述电机包括电机外壳，转子，定子，中轴，控制器，电池，内骨架，感应控制电路，摆杆，端盖，弹性体和爪盘；

所述电机两端分别为电机外壳和端盖，端盖盖在电机外壳上，共同构成电机的整体外壳；电机外壳和端盖均套设在电机的中轴上；爪盘与自行车传动端相连；

定子固定在中轴上，定子外侧设有转子；

内骨架固定在中轴上并贴近于定子一侧，电池组和控制器安装在内骨架上；

端盖外侧设有凹陷位，所述弹性体安装在端盖的凹陷位内；爪盘也卡入凹陷位内，并可径向挤压弹性体；

所述摆杆活动连接在端盖上，并且与爪盘活动连接；

弹性体压缩，爪盘和端盖会绕轴产生向内角度位移，此位移会传递给摆杆，摆杆将弹性体的变形经过杠杆作用改变方向；

所述感应控制电路位于内骨架上，通过检测摆杆的位移，传递给控制器，由控制器控制电机实现自动控制。

2.根据权利要求1所述的双向集成式力矩感应电机，其特征在于，所述凹陷位设有多个凹陷孔，弹性体设有多个弹性齿，所述弹性齿卡入凹陷孔中；爪盘设有多个突出体，所述突出体从相邻两个弹性齿的间隙中卡入，使得弹性齿紧密安装在凹陷孔中。

3.根据权利要求2所述的双向集成式力矩感应电机，其特征在于，所述弹性体每两个弹性齿位于一个凹陷孔中，每个突出体卡入弹性体位于同一凹陷孔内的两个弹性齿之间。

4.根据权利要求3所述的双向集成式力矩感应电机，其特征在于，端盖上设有固定柱，摆杆一端套设在固定柱上，另一端为自由端；摆杆的自由端上固定有磁铁，感应控制电路上设有至少一个霍尔感应器。

5.根据权利要求1所述的双向集成式力矩感应电机，其特征在于，所述控制器上集成无线芯片，用以连接手机和进行遥控调节。

6.一种助力行进装置，其特征在于，所述助力行进装置设有如权利要求1-5任意一项所述的双向集成式力矩感应电机。

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