CN108839751B - 同轴中置驱动电机系统及助力车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种同轴中置驱动电机系统，包括外壳以及设置在外壳内的中轴、电机、驱动器、离合装置、转矩传感器以及控制器；电机、驱动器、离合装置、转矩传感器与中轴同轴设置；中轴在与转矩传感器对应的位置具有呈磁致伸缩特性的转矩检测部，转矩检测部包括沿中轴周向间隔分布的相互间隔的两排凸棱和形成在两排凸棱之间的两排沟槽，每排凸棱相对中轴的轴线呈相同的方向和角度倾斜，两排凸棱相对中轴的轴线的倾斜方向相反且角度相同；转矩传感器包括在轴向上间隔设置的至少两个检测线圈，检测线圈分别与两排凸棱和两排沟槽非接触对应，转矩传感器将至少两个检测线圈检测得到的转矩信号传输至控制器，控制器根据接收到的信号生成助力控制信号。

Description

同轴中置驱动电机系统及助力车

技术领域

本发明涉及一种助力车技术领域，尤其涉及一种同轴中置驱动电机系统及 助力车。

背景技术

由于使用的便捷，助力自行车等助力车开始使用在人们的生活中。不过， 目前用在助力车的驱动电机的转矩传感器往往存在这样或那样的缺点而无法提 供真实的扭矩信息，进而无法达成好的助力效果；例如，目前使用的纯钢性变 形转矩传感器存在硬性的弱点以及第二次作用力的踏空感和低速时助力的断断 续续；另一种压簧片转矩传感器存在挤压变形，横向压力嵌入不真实的压力扭矩信息，无法还原人力踩踏真实力量所聚算的压力数据，给骑行者助力提供了 错误的信息且不能线性工作。

为了能够检测到真实的扭矩信息，出现了一种新的转矩检测方式，中轴具 有磁致伸缩特性，转矩传感器具有检测线圈，转矩传感器可以检测中轴在受到 转向力时金属表面产生的微观磁变现象，进而获得瞬间高精度的切面变化数据， 切变的反应时间在毫秒之间，可实时跟踪测量扭矩信息并可输出线性的信号。 但是，该种检测方式存在检测不灵敏的问题，在中轴受到的转向力较小时，由于中轴产生的微观磁变现象不明显，转矩传感器有时很难检测到扭矩信息，进 而无法提供助力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同轴中置驱动电机系统，其能够灵敏的检测到 中轴的扭矩信息。

本发明的另一目的在于提供一种助力车，其同轴中置驱动电机系统能够灵 敏的检测到中轴的扭矩信息。

为实现上述目的，本发明提供了一种同轴中置驱动电机系统，包括外壳以 及设置在所述外壳内的中轴、电机、驱动器、离合装置、转矩传感器以及控制 器；所述电机、驱动器、离合装置、转矩传感器与所述中轴同轴设置；所述中 轴在与所述转矩传感器对应的位置具有呈磁致伸缩特性的转矩检测部，所述转 矩检测部包括沿所述中轴的周向间隔凸设分布的相互间隔的两排凸棱和形成在两排所述凸棱之间的两排沟槽，每排所述凸棱相对所述中轴的轴线呈相同的方 向和角度倾斜，两排所述凸棱相对所述中轴的轴线的倾斜方向相反且角度相同； 所述转矩传感器包括在轴向上间隔设置的至少两个检测线圈，至少两个所述检 测线圈分别与两排所述凸棱和两排所述沟槽非接触对应，所述转矩传感器将至 少两个所述检测线圈检测得到的转矩信号传输至所述控制器，所述控制器根据 接收到的信号生成助力控制信号以控制所述电机。

较佳地，两排所述凸棱相对所述中轴的轴线呈45度倾斜。

较佳地，所述转矩传感器包括在轴向上间隔设置的两个所述检测线圈，每 个所述检测线圈分别对应一排所述凸棱和沟槽。

较佳地，每排所述凸棱的中间位置分别形成有相对应的一排豁口，每个所 述凸棱分别被对应的所述豁口分隔成第一分部和第二分部；所述转矩传感器包 括在轴向上间隔设置的四个所述检测线圈，四个所述检测线圈分别与两排所述 凸棱的第一分部和第二分部相对；藉此设计，使得所述转矩传感器能够进行更 灵敏、精确的检测，进而所述控制器能够进行更加准确的控制，进一步加强了助力产生的实时性。

较佳地，所述外壳包括同轴设置在所述中轴外侧的五通管体、安装支架和 左端盖，所述安装支架和所述左端盖连接在所述五通管体左侧，所述安装支架 的右侧中部具有凸伸出的定子安装部，所述定子安装部的右侧向内开设有第一 收容槽，所述安装支架的左侧中部向内开设有第二收容槽，所述第一收容槽与 所述第二收容槽之间形成有止挡部，所述转矩传感器收容在所述第二收容槽内；所述电机包括定子及转子，所述定子套接在所述定子安装部上，所述转子伸入 所述第一收容槽内并通过轴承安装在所述中轴上；藉此设计，使得转矩传感器、 定子、转子能够可靠、紧凑地安装在安装支架上，有利于产品的小型化设计。

较佳地，所述安装支架包括固定在所述五通管体左侧的安装盘体、由所述 安装盘体右侧中部伸出的所述定子安装部以及由所述安装盘体左侧中部伸出的 安装环，所述第二收容槽至少部分形成在所述安装环内；所述控制器贴设固定 在所述安装盘体的左侧；藉此设计，进一步提升了整体结构的紧凑型、集成性 和稳定性。

较佳地，所述转矩传感器包括呈环状的传感器壳体，所述传感器壳体内部 形成环状的收容腔，所述收容腔内装设有所述检测线圈，所述传感器壳体的外 侧壁上开设有出线孔，所述安装环上于对应所述出线孔的位置形成有出线通槽， 所述控制器的控制器板于对应所述出线通槽和出线孔的位置形成有出线口，所 述转矩传感器的信号线经由所述出线孔、出线通槽以及出线口连接至所述控制器；藉此设计，使得信号线可以以最短路径连接至所述控制器，无需进行绕行， 简化了线路结构，增强了可靠性。

较佳地，所述转矩传感器的右端面贴设固定有密封盖体，以增强转矩传感 器的密封性能。

较佳地，所述控制器具有布设在其上的霍尔脚，所述安装支架上设有霍尔 脚通孔，所述霍尔脚穿过相应的所述霍尔脚通孔并插设在所述定子上的相应的 霍尔室；藉此设计，无需引线连接即可将霍尔脚安装至定子上，增强了连接的 可靠性和结构的紧凑性。

为实现上述另一目的，本发明提供了一种助力车，包括如上所述的同轴中 置驱动电机系统。

与现有技术相比，本发明在中轴上具有呈磁致伸缩特性的转矩检测部，转 矩检测部包括沿中轴的周向间隔凸设分布的相互间隔的两排凸棱和形成在两排 凸棱之间的两排沟槽，每排凸棱相对中轴的轴线呈相同的方向和角度倾斜，两 排凸棱相对中轴的轴线的倾斜方向相反且角度相同；转矩传感器的至少两个检 测线圈分别与两排凸棱和两排沟槽非接触对应；藉由上述设计，当中轴即便是受到很小转向力时，转矩检测部也能产生较为明显的变形，从而使得转矩传感 器能够更加灵敏的检测到中轴在转向受力时产生的扭矩变化信号，避免了因为 灵敏度不够而可能造成的助力失败的情况的发生；而且检测的反应时间在毫秒 之间，可实时跟踪测量扭矩信息并可输出线性的信号，进而使得本发明可以在 踩踏瞬间输出恰到好处的助力，无阶梯感。

附图说明

图1显示了本发明实施例同轴中置驱动电机系统的立体结构示意图。

图2是图1的剖面示意图。

图3是本发明实施例同轴中置驱动电机系统的中轴的结构示意图。

图4是图3中的A部的局部放大图。

图5是本发明实施例同轴中置驱动电机系统的安装支架、控制器及转矩传 感器的分解示意图。

图6是本发明实施例同轴中置驱动电机系统的转子及驱动器的分解示意图。

图7是本发明实施例同轴中置驱动电机系统的行星轮与电力驱动盘的结构 示意图。

图8是本发明实施例同轴中置驱动电机系统的离合装置、齿盘及齿盘防护 盖的结构示意图。

图9是图8的另一视角的结构示意图。

图10是本发明实施例同轴中置驱动电机系统的离合装置的结构示意图。

图11是图10的另一视角的结构示意图。

图12是图10中的离合器外套的结构示意图。

图13是图10中的齿盘驱动盖的结构示意图。

图14是图13的另一视角的结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的效果，以下结合实施 方式并配合附图详予说明。

请参阅图1至图14，本发明提供一种同轴中置驱动电机系统，适用于助力 车上，包括外壳以及设置在外壳内的中轴1、电机2、驱动器3、离合装置4、 转矩传感器5以及控制器6；电机2、驱动器3、离合装置4、转矩传感器5与 中轴1同轴设置；中轴1在与转矩传感器5对应的位置具有呈磁致伸缩特性的 转矩检测部10，转矩检测部10包括沿中轴1的周向间隔凸设分布的相互间隔的 两排凸棱11和形成在两排凸棱11之间的两排沟槽12，每排凸棱11相对中轴1 的轴线呈相同的方向和角度倾斜，两排凸棱11相对中轴1的轴线的倾斜方向相 反且角度相同；转矩传感器5包括在轴向上间隔设置的至少两个检测线圈(图 未示)，至少两个检测线圈分别与两排凸棱11和两排沟槽12非接触对应，转矩 传感器5将至少两个检测线圈检测得到的转矩信号传输至控制器6，控制器6根 据接收到的信号生成助力控制信号以控制电机2。

与现有技术相比，本发明在中轴1上具有呈磁致伸缩特性的转矩检测部10， 转矩检测部10包括沿中轴1的周向间隔凸设分布的相互间隔的两排凸棱11和 形成在两排凸棱11之间的两排沟槽12，每排凸棱11相对中轴1的轴线呈相同 的方向和角度倾斜，两排凸棱11相对中轴1的轴线的倾斜方向相反且角度相同； 转矩传感器5的至少两个检测线圈分别与两排凸棱11和两排沟槽12非接触对 应；藉由上述设计，当中轴1即便是受到很小转向力时，转矩检测部10也能产 生较为明显的变形，从而使得转矩传感器5能够更加灵敏的检测到中轴1在转 向受力时产生的扭矩变化信号，避免了因为灵敏度不够而可能造成的助力失败 的情况的发生；而且检测的反应时间在毫秒之间，可实时跟踪测量扭矩信息并 可输出线性的信号，进而使得本发明可以在踩踏瞬间输出恰到好处的助力，无 阶梯感。

请参阅图3及图4，较佳地，两排凸棱11相对中轴1的轴线呈45度倾斜。

请参阅图3及图4，较佳地，转矩传感器5包括在轴向上间隔设置的两个检 测线圈，每个检测线圈分别对应一排凸棱11和沟槽12。

请参阅图3及图4，较佳地，每排凸棱11的中间位置分别形成有相对应的 一排豁口13，每个凸棱11分别被对应的豁口13分隔成第一分部111和第二分 部112；转矩传感器5包括在轴向上间隔设置的四个检测线圈(图未示)，四个 检测线圈分别与两排凸棱11的第一分部111、第二分部112相对；藉此设计， 使得转矩传感器5能够进行更灵敏、精确的检测，进而控制器6能够进行更加 准确的控制，进一步加强了助力产生的实时性。

请参阅图2及图5，较佳地，转矩传感器5包括呈环状的传感器壳体51， 传感器壳体51内部形成环状的收容腔，收容腔内装设有检测线圈，传感器壳体 51的外侧壁上开设有出线孔53以供转矩传感器5的信号线穿出进而连接至控制 器6。

请参阅图2及图5，较佳地，外壳包括同轴设置在中轴1外侧的五通管体 70、安装支架8和左端盖72，安装支架8和左端盖72连接在五通管体70左侧， 安装支架8的右侧中部具有凸伸出的定子安装部81，定子安装部81的右侧向内 开设有第一收容槽82，安装支架8的左侧中部向内开设有第二收容槽83，第一 收容槽82与第二收容槽83之间形成有止挡部84，转矩传感器5收容在第二收 容槽82内；电机2包括定子21及转子22，定子21套接在定子安装部81上， 转子22伸入第一收容槽82内并通过第一轴承101安装在中轴1上；藉此设计， 使得转矩传感器5、定子21、转子22能够可靠、紧凑地安装在安装支架8上， 有利于产品的小型化设计。在本实施例中，转子22为外转子，套设在定子21 的外侧；电机2优选为磁动悬浮式电机。

请参阅图2及图5，较佳地，转矩传感器5的右端面贴设固定有密封盖体 54，以增强转矩传感器5的密封性能；在本实施例中，转矩传感器5的右端形 成有法兰部55，密封盖体54通过若干螺丝安装至法兰部55上。

请参阅图2及图5，较佳地，安装支架8包括固定在五通管体70左侧的安 装盘体87、由安装盘体87右侧中部伸出的定子安装部81以及由安装盘体87左 侧中部伸出的安装环85，第二收容槽82至少部分形成在安装环85内；控制器 6贴设固定在安装盘体87的左侧；藉此设计，进一步提升了整体结构的紧凑型、集成性和稳定性。

请参阅图2及图3，较佳地，左端盖72安装在安装盘体87上，若干紧固螺 丝依次穿过左端盖72、安装盘体87并结合在五通管体70上，中轴1上凸设有 止挡环14，止挡部84止挡在止挡环14的左侧；藉此设计，使得同轴中置驱动 电机系统具有更加稳固的整体框架。

请参阅图2，较佳地，左端盖72的中部通过第二轴承102安装在中轴1上， 左端盖72的右端面抵接在转矩传感器5上，从而增强了整体结构的稳定性；较佳地，左端盖72的右端面抵接在转矩传感器5和安装环85上，在增强整体结 构的稳定性的同时增强了密封性；左曲柄200贴设安装在左端盖72的左侧并通 过防盗螺丝201安装在中轴1的左端部。

请参阅图2及图5，较佳地，安装环85上于对应出线孔53的位置形成有出 线通槽86，控制器6的控制器板61于对应出线通槽86和出线孔53的位置形成有出线口62，转矩传感器5的信号线经由出线孔53、出线通槽86以及出线口 62连接至控制器6；藉此设计，使得信号线可以以最短路径连接至控制器6，无 需进行绕行，简化了线路结构，增强了可靠性。

请参阅图2及图5，较佳地，控制器6具有布设在其上的霍尔脚63，安装 支架8上设有霍尔脚通孔88，定子21上设有霍尔室，霍尔脚63穿过相应的霍 尔脚通孔88并插设在相应的霍尔室；藉此设计，无需引线连接即可将霍尔脚63 安装至定子21上，增强了连接的可靠性和结构的紧凑性。

请参阅图2、图6及图7，较佳地，驱动器3包括太阳轮31、行星架32、 电力驱动盘33及多个行星轮34，行星架32固定于外壳内，太阳轮31与行星架 32同轴设置，太阳轮31与电机2的输出端连接，各个行星轮34分别与行星架 32及太阳轮31啮合，行星轮34通过其中心轴341的输出端枢接于电力驱动盘 33上，电力驱动盘33的右侧连接有空心输出轴33a。在本实施例中，行星架32 的数量为三个；空心输出轴33a与电力驱动盘33为一体化结构。

请参阅图2及图8至图14，较佳地，离合装置4包括离合器外套41、第一 顺向锁定离合器42、第二顺向锁定离合器43以及齿盘驱动盖44；第一顺向锁 定离合器42和第二顺向锁定离合器43同轴地设置在离合器外套41内，第一顺 向锁定离合器42用于套接在驱动器3的空心输出轴33a上，第二顺向锁定离合 器43用于与中轴1连接；离合器外套41的右侧径向向外凸伸形成安装部411， 齿盘驱动盖44同轴地固定安装在离合器外套41的右侧，齿盘驱动盖44的左侧 周缘凸设有套设在安装部411上的套环部441，套环部441被配置为连接在齿盘300的内侧以驱动齿盘300转动，齿盘驱动盖44通过第三轴承103安装在中轴1上。

较佳地，离合器外套41的安装部411上周向分布有若干外套螺孔412，齿 盘驱动盖44上周向分布有与若干外套螺孔412对应的若干驱动盖螺孔442，若 干紧固螺丝46穿设在相应的若干外套螺孔412和驱动盖螺孔442；藉此设计， 齿盘驱动盖44能够稳固地结合在离合器外套41上。

较佳地，离合器外套41的安装部411与离合器外套41的右侧缘间隔设置 以形成位于安装部411右侧的卡环部413，齿盘驱动盖44的左侧形成有环状的 卡槽443，卡环部413卡设在卡槽443内，进而增强离合器外套41与齿盘驱动 盖44结合的可靠性。

较佳地，齿盘驱动盖44的右侧形成凸台结构449，以配合安装右曲柄400； 在本实施例中，右曲柄400通过防盗螺丝401安装在中轴1的右端部。

较佳地，齿盘驱动盖44的套环部441上径向向外凸设有周向分布的用于连 接齿盘200的多个固接部444，多个固接部444上分别形成有固接孔445以供固 接螺丝448穿过。

较佳地，套环部441于每一固接部444的左右两侧分别凸设形成有第一支 撑块446和第二支撑块447，第一支撑块446被配置为支撑齿盘300，第二支撑 块447被配置为支撑齿盘防护盖301，齿盘300、齿盘防护盖301以及固接部444通过固接螺丝448固接；藉此设计，使得齿盘300、齿盘防护盖301能够稳固地 结合在齿盘驱动盖44的套环部441上；较佳地，固接螺丝448为对锁螺丝。

较佳地，中轴1上安装有人力驱动方心轴45，人力驱动方心轴45相对中轴 1呈周向定位，人力驱动方心轴45安装在第二顺向锁定离合器43内；当中轴1 正转时，第二顺向锁定离合器43锁止人力驱动方心轴45，当中轴1反转时，第 二顺向锁定离合器43释放人力驱动方心轴45。

较佳地，五通管体70右侧连接有右端盖71，右端盖71的中央设有容置离 合器外套41的通孔71d，右端盖71与离合器外套41之间通过第四轴承104安 装；在本实施例中，五通管体70和右端盖71为一体成型结构。

较佳地，离合器外套41的外周面的左侧内凹形成轴承安装面415，轴承安 装面415的左侧形成有环槽416，第四轴承104承载在轴承安装面415上，环槽416内卡设有卡簧417，卡簧417可起到限位第四轴承104的作用。

综合上述，下面对本发明实施例的同轴中置驱动电机系统进行助力行驶时 的工作原理进行详细描述，如下：

当用户使用脚踏驱动时，通过脚踏驱动曲柄200、400转动，曲柄200、400 带动中轴2正转，中轴2通过第二顺向锁定离合器43、离合器外套41及齿盘驱 动盖44将动力传递至齿盘300；当转矩传感器5实时感测到中轴1因脚踏驱动 而产生的扭矩变化信号时，将该扭矩变化信号传递给控制器6，控制器6根据接收到的信号生成助力控制信号以实时改变定子21的定子绕组的获得电量；由于 定子绕组的获得电量发生变化，转子22的转速发生变化，转子22的转速变化 进而造成太阳轮31、行星轮34、电力驱动盘33、空心输出轴33a的转速发生变 化，空心输出轴33a进一步将转速的变化通过第一顺向锁定离合器42传递给离 合器外套41、齿盘驱动盖44，从而能够根据脚踏的力度实时提供相适应的助力 给到齿盘300。

另外，本发明还公开了一种助力车，包括上述实施例中的用于助力车的同 轴中置驱动电机系统。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，当然不能以此来限定本发明之 权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖 的范围。应该注意的是，本发明中的左、右仅是依据附图所示界定的方位，目 的在于便于描述，不应视作对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种同轴中置驱动电机系统，其特征在于，包括外壳以及设置在所述外壳内的中轴、电机、驱动器、离合装置、转矩传感器以及控制器；所述电机、驱动器、离合装置、转矩传感器与所述中轴同轴设置；所述中轴在与所述转矩传感器对应的位置具有呈磁致伸缩特性的转矩检测部，所述转矩检测部包括沿所述中轴的周向间隔凸设分布的相互间隔的两排凸棱和形成在两排所述凸棱之间的两排沟槽，每排所述凸棱相对所述中轴的轴线呈相同的方向和角度倾斜，两排所述凸棱相对所述中轴的轴线的倾斜方向相反且角度相同，每排所述凸棱的中间位置分别形成有相对应的一排豁口，每个所述凸棱分别被对应的所述豁口分隔成第一分部和第二分部；所述转矩传感器包括在轴向上间隔设置的四个检测线圈，四个所述检测线圈分别与两排所述凸棱的第一分部和第二分部和两排所述沟槽非接触对应，所述转矩传感器将四个所述检测线圈检测得到的转矩信号传输至所述控制器，所述控制器根据接收到的信号生成助力控制信号以控制所述电机；

所述外壳包括同轴设置在所述中轴外侧的五通管体、安装支架和左端盖，所述安装支架和所述左端盖连接在所述五通管体左侧，所述安装支架的右侧中部具有凸伸出的定子安装部，所述定子安装部的右侧向内开设有第一收容槽，所述安装支架的左侧中部向内开设有第二收容槽，所述第一收容槽与所述第二收容槽之间形成有止挡部，所述转矩传感器收容在所述第二收容槽内；所述电机包括定子及转子，所述定子套接在所述定子安装部上，所述转子伸入所述第一收容槽内并通过轴承安装在所述中轴上；

所述安装支架包括固定在所述五通管体左侧的安装盘体、由所述安装盘体右侧中部伸出的所述定子安装部以及由所述安装盘体左侧中部伸出的安装环，所述第二收容槽至少部分形成在所述安装环内；所述控制器贴设固定在所述安装盘体的左侧。

2.如权利要求1所述的同轴中置驱动电机系统，其特征在于，两排所述凸棱相对所述中轴的轴线呈45度倾斜。

3.如权利要求1所述的同轴中置驱动电机系统，其特征在于，所述转矩传感器包括呈环状的传感器壳体，所述传感器壳体内部形成环状的收容腔，所述收容腔内装设有所述检测线圈，所述传感器壳体的外侧壁上开设有出线孔，所述安装环上于对应所述出线孔的位置形成有出线通槽，所述控制器的控制器板于对应所述出线通槽和出线孔的位置形成有出线口，所述转矩传感器的信号线经由所述出线孔、出线通槽以及出线口连接至所述控制器。

4.如权利要求1所述的同轴中置驱动电机系统，其特征在于，所述转矩传感器的右端面贴设固定有密封盖体。

5.如权利要求1所述的同轴中置驱动电机系统，其特征在于，所述控制器具有布设在其上的霍尔脚，所述安装支架上设有霍尔脚通孔，所述霍尔脚穿过相应的所述霍尔脚通孔并插设在所述定子上的相应的霍尔室。

6.一种助力车，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的同轴中置驱动电机系统。