CN107226163B - 一种分体式电力驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分体式电力驱动装置，包括驱动电机、齿轮组、力矩中轴和用于固定上述组件的五通管，其特征在于，驱动电机固定在五通管的一端，五通管另一端设置有齿轮组，驱动电机与齿轮组连接并且将动力传送给齿轮组，力矩中轴穿过驱动电机和齿轮组并设置在五通管内，力矩中轴的两端分别从驱动电机中心和齿轮组的中心伸出，力矩中轴与齿轮组的输出相连，驱动电机、齿轮组、力矩中轴与五通管同轴设置布置；本发明通过五通管两侧对顶设置电机和齿轮组，以外挂方式与五通管连接，方便现有自行车进行动力改装，齿圈和轮齿一体设计的输出支架，既作为壳体，又作为输出组件，简化结构，设置单向旋转机构，保证了骑行安全并实现电动助力。

Description

一种分体式电力驱动装置

技术领域

本发明涉及电机领域，特别涉及一种分体式电力驱动装置。

背景技术

自行车是常见的交通工具之一，随着经济和技术发展，电动自行车也越来越多，现有的电动自行车，通常采用轮毂电机驱动，对于中置电机驱动的自行车，通常需要更换车架，使得五通能安装固定电机，部分电机虽然不需要更换五通，但安装固定相对复杂，且电机直驱时的扭力小，助力不理想，对于传统的自行车的电动改造，通常也采用轮毂电机的方式，缺乏一种方便固定又比较廉价的电机驱动系统。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处，公开了一种分体式电力驱动装置，包括驱动电机、齿轮组、力矩中轴和用于固定上述组件的五通管，其中，所述驱动电机固定在所述五通管的一端，所述五通管另一端设置有所述齿轮组，所述驱动电机与所述齿轮组连接并且将动力传送给所述齿轮组，所述力矩中轴穿过驱动电机和所述齿轮组并设置在所述五通管内，所述力矩中轴的两端分别从所述驱动电机中心和所述齿轮组的中心伸出，所述力矩中轴与所述齿轮组的输出相连，所述驱动电机、所述齿轮组、所述力矩中轴与所述五通管同轴设置布置。

进一步地，所述驱动电机为无刷内转子电机、无刷外转子电机、有刷内转子电机或有刷外转子电机中的一种。

进一步地，所述驱动电机包括转子，定子、输出轴和壳体，所述壳体包括本体和盖体，本体与盖体通过螺纹固定连接，所述转子与定子同轴套接，所述转子还设置有输出轴，所述输出轴与转子同轴连接，输出轴中央还设置有力矩轴孔，所述转子内侧贴合有永磁体。

进一步地，所述定子固定在本体上，所述壳体的所述本体部分设置有固定轴，所述固定轴为空心圆柱体，所述固定轴中央设置有输出轴孔，所述固定轴与所述五通管螺纹配合。

进一步地，所述定子固定在所述盖体上，所述转子同轴套接在所述定子外侧，所述驱动电机的所述输出轴固定在所述转子上，所述输出轴内侧设置有力矩轴孔，所述盖体的螺纹旋入方向与所述转子旋转方向相反。

进一步地，所述齿轮组包括太阳轮、行星轮、齿圈、输出架和支撑架，所述齿圈固定在输出架上，所述太阳轮与齿圈同轴设置，所述行星轮围绕太阳轮成等距环绕分布，太阳轮依靠行星轮与齿圈连接，所述太阳轮固定在电机的输出轴上或直接在电机的输出轴制齿，所述行星轮旋转固定在支撑架上，所述支撑架通过螺纹与所述五通管连接固定。

进一步地，所述支撑架与输出架同轴设置并可相对旋转，所述支撑架与输出架构成齿轮组的壳体，所述支撑架与输出架依靠轴承连接，所述输出架外侧设置有轮齿或者链齿。

进一步地，所述力矩中轴为贴有传感器的单轴或套轴，所述套轴包括对插的内接轴和外套轴，所述内接轴设置有内花键和外花键，所述外套轴设置有内花键和外花键，所述内接轴的内花键与外套轴的内花键连接固定，内接轴的外花键与外套轴的外花键配合连接，构成一个加长的整体花键，该整体花键依靠单向旋转机构与齿轮组的输出架连接。

进一步地，所述力矩中轴设置有线路板，所述线路板通过螺丝锁定在力矩中轴一侧，或者力矩中轴内侧设置有线路板安装位，并在该线路板安装位内设置线路板。

进一步地，所述传感器使用的是金属丝传感器、应变片、霍尔永磁体磁钢组合中的一种。

本发明取得的有益效果：

1、五通管两侧对顶设置有电机和齿轮组，通过外挂方式与车架五通连接，无需更换车架，即可实现对现有自行车进行动力改装。

2、通过使用与电机和齿轮组同心同轴设置的力矩中轴，实现对踩踏力的采集和传输，外形美观，集成度高

3、设置有齿轮组并利用齿轮组直接驱动与齿圈和轮齿一体设计的输出架，实现电机动力的减速输出，同时简化结构降低重量，有效控制成本。

4、通过设置可旋转的输出架，并让输出架与支撑架组合成壳体，在保证齿轮组驱动输出功能的同时，实现了对齿轮组的有效保护。

5、通过设置单向旋转机构，保证了人力和电机动力的合力输出，共同驱动车轮运转，同时在人力停止输出时能使得人力与电机输出分离，避免曲柄更转，保证了者的人身安全。

附图说明

图1为本发明一种分体式电力驱动装置的第一实施例结构示意图；

图2为本发明一种分体式电力驱动装置力矩中轴和传感器的结构示意图；

图3为本发明一种分体式电力驱动装置力矩中轴的线路板另一种安装方式的结构示意图；

图4为本发明一种分体式电力驱动装置驱动装置另一种安装方式结构示意图；

附图标记如下：

1、驱动电机，2、齿轮组，3、力矩中轴，4、五通管，5、单向转动机构，6、传感器，7、线路板安装位，8、线路板，11、转子，12、定子，13、输出轴，14、壳体，141、本体，142，盖体，143、固定轴，15、永磁体磁钢，21、太阳轮，22、行星轮，23、齿圈，24、输出架，25、支撑架，26、轮齿。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示，本发明的一种分体式电力驱动装置，包括驱动电机1、齿轮组2、力矩中轴3和用于固定上述组件的五通管4，其中，驱动电机1固定在五通管4的一端，五通管4另一端设置有齿轮组2，驱动电机1与齿轮组2连接并且将动力传送给齿轮组2，力矩中轴3穿过驱动电机1和齿轮组2并设置在五通管4内，力矩中轴3的两端分别从驱动电机1中心和齿轮组2的中心伸出，力矩中轴3与齿轮组2的输出相连，驱动电机1、齿轮组2、力矩中轴3与五通管4同轴设置布置。具体为：

车架设置有五通管4，五通管4两侧对顶布置有驱动电机1和齿轮组2，力矩中轴3设置在五通管4中间，力矩中轴3的两端分别伸出于驱动电机1和齿轮组2外，力矩中轴3一端与齿轮组的输出连接。

驱动电机1为外转子电机，包括转子11、定子12、输出轴13和壳体14，其中，壳体14为由本体141和盖体142组成的空心圆柱形结构，本体141和盖体142依靠螺纹旋接固定，壳体内侧同轴设置有转子11和定子12，转子11中央同轴固定设置有输出轴13，输出轴13同轴设置有力矩轴孔，转子11与输出轴13构成“山”字形结构，该输出轴13穿过电机定子12，并可相对定子12自由转动，转子11内侧贴合有永磁体磁钢15，电机定子12固定在本体141上，该壳体14的本体部分设置有固定轴143，固定轴143为空心圆柱体，固定轴143中央设置有输出轴孔，固定轴143与五通管4螺纹配合，实现驱动电机1的固定。

为降低电机运行阻力并实现对各个组件的支撑，驱动电机1的盖体141中央设置有轴承，力矩中轴3穿过该轴承内侧，实现对力矩中轴3的支撑固定，本体141的固定轴143内侧设置有轴承，输出轴13穿过轴承内圈并实现对输出轴13的支撑。

如图4上述驱动电机1的结构还可以为，定子12设置在盖体142上，并与盖体142固定。转子11同轴套接在定子12外侧，驱动电机1输出轴13设置在转子11正面，即，与“山”字形的电机转子11的输出轴13方向相反，电机输出轴13内侧设置有力矩轴孔，盖体142通过螺纹与本体141连接实现固定，进而实现对定子12的固定连接。在该种方式下，盖体142的螺纹旋入方向应与转子11旋转方向相反，以保证电机在驱动过程中，可通过反作用力实现本体141与盖体142的自紧。

上述的驱动电机1也可采用内转子电机，但是，不论采用有刷电机或无刷电机，内转子电机或外转子电机，电机的输出轴13都应该同轴开设轴孔以供力矩中轴3穿入。

所述齿轮组2包括太阳轮21、行星轮22、齿圈23、输出架24和支撑架25，其中，太阳轮21与齿圈23同轴同层设置，数个行星轮22围绕太阳轮21呈环形等距分布，太阳轮21依靠行星轮22与齿圈23连接，其中行星轮22的旋转轴固定在支撑架25上，该支撑架25通过螺纹与五通管4连接固定，中央设置有输出轴孔，驱动电机1的输出轴穿过输出轴孔，通过轴承连接，并使得输出轴13可自由转动。齿圈23与输出架24连接，齿圈23设置在输出架24内侧，输出架24外侧设置有链齿或轮齿26用于连接链轮或齿轮并进一步传动车轮输出，输出架24与支撑架25同轴布置并依靠轴承连接，输出架24与支撑架25构成齿轮组壳体，输出架24与支撑架25可相互自由转动。

上述齿轮组2也可替换成普通双层传动齿轮组的组合传动结构，仅需保证电机能驱动外侧齿圈23运转即可。

其中太阳轮21可套接在电机的输出轴13上，当然也可直接在电机的输出轴13上制齿。

上述的齿轮可使用直齿轮、斜齿轮、人字齿轮等，在此不加以限制。

特别的，输出架24中心部分设置有花键，该花键用于和力矩中轴的花键连接，实现电机与人力同时驱动，花键外侧套接有单向转动机构5，该单向转动机构5可使用单向轴承、超越离合器或棘轮，使得电机动力可以和人力断开，避免了轴跟转导致危险。

如图1-2所示，力矩中轴3为两段式套接的中轴，该力矩中轴3包括内接轴31和外套轴32，内接轴31为阶梯式，内接轴31在较细一侧设置有第一花键，内接轴31在较大一侧设置有第二花键，外套轴32内部设置有第三花键套，外套轴32的外侧设置有第四花键，其中，内接轴31的第一花键与外套轴32的第三花件套紧密配合，内接轴31的第二花键与外套轴32的第四花键构成整体，外套轴32的外侧表面，贴布有传感器6。该传感器6用于感测轴形变，实现力矩测量，特别的是，内接轴31的第二花键宽度小于外套轴32的第四花键宽度，保证在踩踏时，均能有力矩输出并使得内花键的扭动形变能被控制在合适范围内，避免传感器6损坏失效或轴断裂。

当然，上述的力矩中轴也可以是整根轴，此时只具有单边力矩输出。上述的传感器6使用的是金属丝传感器、应变片、霍尔永磁体磁钢组合等。

此外，在轴的一端内侧还设置有线路板安装位7，线路板安装位7内设置有传感器6控制线路板8。该线路板8采用有线传输或无线发射方式传输力矩中轴的输出信号。

请参阅图3，作为另一种安装方式，控制板还可设置在轴的端部通过外挂方式与轴连接，此时，无需在轴内侧设置线路板安装位7，并可将线路板8与曲柄的锁定螺丝做成一体。

本发明一种分体式电力驱动装置的有益效果为：

1、五通管两侧对顶设置有电机和齿轮组，通过外挂方式与车架五通连接，无需更换车架，即可实现对现有自行车进行动力改装。

2、通过使用与电机和齿轮组同心同轴设置的力矩中轴，实现对踩踏力的采集和传输，外形美观，集成度高

3、设置有齿轮组并利用齿轮组直接驱动与齿圈和轮齿一体设计的输出架，实现电机动力的减速输出，同时简化结构降低重量，有效控制成本。

4、通过设置可旋转的输出架，并让输出架与支撑架组合成壳体，在保证齿轮组驱动输出功能的同时，实现了对齿轮组的有效保护。

5、通过设置单向旋转机构，保证了人力和电机动力的合力输出，共同驱动车轮运转，同时在人力停止输出时能使得人力与电机输出分离，避免曲柄更转，保证了者的人身安全。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种分体式电力驱动装置，包括驱动电机、齿轮组、力矩中轴和五通管，其特征在于，所述驱动电机固定在所述五通管的一端，所述五通管另一端设置有所述齿轮组，所述驱动电机与所述齿轮组连接并且将动力传送给所述齿轮组，所述力矩中轴穿过驱动电机和所述齿轮组并设置在所述五通管内，所述力矩中轴的两端分别从所述驱动电机中心和所述齿轮组的中心伸出，所述力矩中轴与所述齿轮组的输出相连，所述驱动电机、所述齿轮组、所述力矩中轴与所述五通管同轴设置布置；

所述力矩中轴为贴有传感器的套轴，所述套轴包括对插的内接轴和外套轴，所述内接轴为阶梯式，所述内接轴在较细一侧设置有第一花键，所述内接轴在较大一侧设置有第二花键，所述外套轴内部设置有第三花键，所述外套轴的外侧设置有第四花键，所述第一花键与所述第三花键连接固定，所述第二花键和所述第四花键配合连接，构成一个加长的整体花键，该整体花键依靠单向旋转机构与齿轮组的输出架连接；所述第二花键的宽度小于所述第四花键的宽度。

2.根据权利要求1所述的分体式电力驱动装置，其特征在于，所述驱动电机为无刷内转子电机、无刷外转子电机、有刷内转子电机或有刷外转子电机中的一种。

3.根据权利要求1所述的分体式电力驱动装置，其特征在于，所述驱动电机包括转子，定子、输出轴和壳体，所述壳体包括本体和盖体，本体与盖体通过螺纹固定连接，所述转子与定子同轴套接，所述转子还设置有输出轴，所述输出轴与转子同轴连接，输出轴中央还设置有力矩轴孔，所述转子内侧贴合有永磁体。

4.根据权利要求3所述的分体式电力驱动装置，其特征在于，所述定子固定在本体上，所述壳体的所述本体部分设置有固定轴，所述固定轴为空心圆柱体，所述固定轴中央设置有输出轴孔，所述固定轴与所述五通管螺纹配合。

5.根据权利要求3所述的分体式电力驱动装置，其特征在于，所述定子固定在所述盖体上，所述转子同轴套接在所述定子外侧，所述驱动电机的所述输出轴固定在所述转子上，所述输出轴内侧设置有力矩轴孔，所述盖体的螺纹旋入方向与所述转子旋转方向相反。

6.根据权利要求5所述的分体式电力驱动装置，其特征在于，所述齿轮组包括太阳轮、行星轮、齿圈、输出架和支撑架，所述齿圈固定在输出架上，所述太阳轮与齿圈同轴设置，所述行星轮围绕太阳轮成等距环绕分布，太阳轮依靠行星轮与齿圈连接，所述太阳轮固定在电机的输出轴上或直接在电机的输出轴制齿，所述行星轮旋转固定在支撑架上，所述支撑架通过螺纹与所述五通管连接固定。

7.根据权利要求6所述的分体式电力驱动装置，其特征在于，所述支撑架与输出架同轴设置并可相对旋转，所述支撑架与输出架构成齿轮组的壳体，所述支撑架与输出架依靠轴承连接，所述输出架外侧设置有轮齿或者链齿。

8.根据权利要求1所述的分体式电力驱动装置，其特征在于，所述力矩中轴设置有线路板，所述线路板通过螺丝锁定在力矩中轴一侧，或者力矩中轴内侧设置有线路板安装位，并在该线路板安装位内设置线路板。

9.根据权利要求1述的分体式电力驱动装置，其特征在于，所述传感器使用的是金属丝传感器、应变片、霍尔永磁体磁钢组合中的一种。

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