CN112026979B - 一种外摆线自行车中置动力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电机领域，具体涉及一种外摆线自行车中置动力装置，其特征在于：曲柄(10)，曲柄(10)转动能够带动牙盘(9)转动；外转子结构电机(1)，外转子结构电机(1)设置在两个曲柄(10)之间；当外转子结构电机(1)输出时能够控制牙盘运动；当外转子结构电机(1)没有输出，曲柄(10)旋转时，第二单向棘轮(12)被带动，同时压缩分布在轴套(8)顶部的弹簧(13)，压缩弹簧(13)间歇带动轴套，从而带动设置在轴套的牙盘(9)旋转运动。本发明直接脚踏曲柄旋转、外转子结构电机旋转、扭力传感器输出部共同控制伺服运动三种方式输出，能够扭力传感，更准确反应骑行力度需求，同步的电机伺服控制输出增加骑行舒适度。

Description

一种外摆线自行车中置动力装置
技术领域
本发明属于电机领域，具体涉及一种外摆线自行车中置动力装置。
背景技术
首先自行车中电机结构存在体积大、结构不紧凑、重量大；其次电机控制模式单一，空耗脚踏曲柄做功较大，减速比低；再次摆线变速器外壳存在类似空回的窜动，空耗传动能量；最后控制反应慢、不及时、不随动，可控能力差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种直接脚踏曲柄旋转、外转子结构电机旋转、扭力传感器输出部共同控制伺服运动三种方式输出的外摆线自行车中置动力装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种外摆线自行车中置动力装置，曲柄(10)，曲柄(10)转动能够带动牙盘(9)转动；外转子结构电机(1)，外转子结构电机(1)设置在两个曲柄(10)之间；当外转子结构电机(1)输出时能够控制牙盘运动；当外转子结构电机(1)没有输出，曲柄(10)旋转时，第二单向棘轮(12)被带动，同时压缩分布在轴套(8)顶部的弹簧(13)，压缩弹簧(13)间歇带动轴套，从而带动设置在轴套的牙盘(9)旋转运动。
进一步地，曲柄(10)旋转，通过压力传感器，检测出踩踏力大小，控制外转子结构电机(1)输出，通过外摆线变速器，增加扭力输出，同步作用于曲柄受力，起到助力作用。
进一步地，外摆线变速器包括偏心轮结构(2)、摆线变速器外壳(3)、摆线外轮(4)、摆线内轮(5)。
进一步地，所述当外转子结构电机(1)输出时能够控制牙盘运动过程为：外转子结构电机(1)同心旋转带动偏心轮结构(2)，偏心轮结构(2)带动摆线变速器外壳(3)，摆线变速器外壳(3)带动摆线外轮(4)运动，摆线外轮(4)与摆线内轮(5)做差速旋转运动；摆线内轮(5)通过第一单向棘轮(7)带动轴套(8)，轴套(8)和牙盘(9)相连，从而带动设置在轴套的牙盘(9)旋转运动。
进一步地，偏心轮结构(2)由外转子结构电机(1)外壳顶部延伸段构成。
进一步地，当外转子结构电机(1)没有输出，曲柄(10)旋转时，锁紧在曲柄上轴芯(11)绕轴心共同旋转，从而带动轴芯(11)花键连接的第二单向棘轮(12)转动。
进一步地，弹簧与轴套(8)同轴。
进一步地，外摆线变速器还包括止逆轴(6)和轴承，摆线变速器外壳(3)顶部圆周阵列轴承通过止逆轴(6)随着摆线变速器外壳(3)偏摆运动，防止摆线变速器外壳(3)旋转。
进一步地，压力传感器为压力传感头(15)。
进一步地，摆线外轮(4)内圈波浪齿形和摆线内轮(5)的针轴咬合，且摆线外轮(4)(内圈)波浪齿形数量和摆线内轮(5)的针轴数量不同；摆线内轮(5)的针轴数量比摆线外轮(4)内圈波浪齿形数量少。
进一步地，摆线外轮(4)完成360°一圈偏摆，摆线内轮(5)旋转角度等于360°除以摆线内轮的针轴数量。
进一步地，摆线内轮(5)针轴数量为20个，摆线外轮(4)波浪齿形数量为21个，摆线外轮完成一圈偏摆，摆线内轮(5)绕轴心旋转18°，摆线外轮(4)偏摆20圈，摆线内轮(5)旋转一圈，完成20：1的变速比。
本发明的有益效果：
1、由于电机、变速器、扭力传感器集成在一起，所以电机结构紧凑，体积小，重量轻，安装方便，脚踏扭力传感，更准确反应骑行力度需求，同步的电机伺服控制输出增加骑行舒适度；当外转子结构电机输出时，摆线内轮-第一单向棘轮-轴套-牙盘运动，而当外转子结构电机没有输出时，曲柄-第二单向棘轮-压缩分布在轴套顶部一圈弹簧-牙盘运动，同时踩踏曲柄的同时，旋转力通过轴芯带动安装在另一端摩擦的压力套(14)压缩压力传感头(15)产生线性电阻，电阻通过集电滑环导出，经过压变模块变成1-5V可变电压，和电机霍尔位置检测头经输出部共同控制伺服运动，本发明能够完成这几种不同的输出方式。
2、通过摆线外轮内圈波浪齿形和摆线内轮的针轴咬合能够输出一定的变速比。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明偏心轮结构-摆线外轮-摆线内轮截面的示意图；
图3为本发明内偏心轴0、180°、360°三个位置时外摆线偏摆的对比示意图；
其中，1：外转子结构电机，2：偏心轮结构，3：摆线变速器外壳，4：摆线外轮，5：摆线内轮，6：止逆轴，7：第一单向棘轮，8：轴套，9：牙盘，10：曲柄，11：轴芯，12：第二单向棘轮，13：弹簧，14：压力套，15：压力传感头，16：集电滑环，17：电机霍尔位置检测头，18：输出部。
具体实施方式
本发明中置动力装置由外转子结构电机、外摆线变速器，扭力传感器(即压缩压力传感头、集电滑环、压变模块、电机霍尔位置检测头)三部分组成控，扭力传感器控制耦外转子结构电机旋转输出功率，外转子结构电机外壳顶部伸出一段构成偏心轮结构2，偏心轮结构2通过轴承和摆线变速器外壳3相连，当外转子结构电机绕同心轴旋转时，同步带动偏心轮结构2，做偏心旋转，通过轴承耦合的摆线变速器外壳3绕轴心360度做偏摆运动。摆线变速器外壳3带动摆线外轮4一起运动，摆线外轮4线性耦合摆线内轮5做差速旋转运动。同时变速器外壳3顶部圆周阵列轴承通过止逆轴6随着摆线变速器外壳3偏摆运动，防止摆线变速器外壳3旋转，只能做绕轴心偏摆运动。当摆线内轮5做旋转运动时，通过第一单向棘轮7带动轴套8共同做旋转运动，从而带动固定在轴套上的牙盘9旋转。完成外转子结构电机(初级)旋转，外摆线变速器(次级)变速，带动轴套和牙盘旋转，一套完整动力输出体系，如图1所示。
当外转子结构电机没有输出，脚踩踏左右曲柄10，锁紧在曲柄上轴芯11绕轴心共同旋转。从而带动轴芯花键连接的第二单向棘轮12转动，同时压缩分布在轴套8顶部一圈弹簧，完成通过压缩弹簧间歇传动轴套牙盘。踩踏曲柄的同时旋转力通过轴芯带动安装在另一端摩擦压力套14压缩压力传感头15产生线性电阻，电阻通过集电滑环16导出，经过变压模块变成1-5V可变电压，和电机霍尔位置检测头17经输出部(18)共同控制动力装置的伺服运动；整个动力装置系统，首先由踩踏曲柄，通过压力传感器，检测出踩踏力大小，伺服控制电机输出，通过外摆线变速，增加扭力输出，同步作用于曲柄受力，起到踩踏助力作用，如图1所示。
如图2-3所示，当外转子结构电机1转子旋转带动一体的偏心轮结构2做偏心同步旋转，同时偏摆轮通过轴承耦合在外部的摆线变速器外壳3一起做偏摆运动。固定在摆线变速器外壳3的摆线外轮4随之运动，摆线外轮内圈波波浪齿形曲线和输出摆线内轮5针轴局部咬合，输出摆线内轮5针轴数量和摆线外轮的波浪齿形数量不等，且外大于内，(内加一等于外)。摆线外轮(4)完成360°一圈偏摆，摆线内轮(5)反向旋转角度等于360°除以摆线内轮的针轴数量。
摆线内轮(5)针轴数量为20个，摆线外轮(4)波浪齿形数量为21个，摆线外轮完成一圈偏摆，摆线内轮(5)绕轴心旋转18°，摆线外轮(4)偏摆20圈，摆线内轮(5)旋转一圈，完成20：1的变速比。
由于摆线变速器外壳3是通过轴承(套)设置在偏心轮结构2上，在做偏摆运动的同时，也绕偏心轮旋转。因为摆线外轮4和摆线内轮5是反向运动，以轴心一圈分布在摆线变速器外壳上的止逆轴6和轴承防止摆线变速器外壳跟随偏心轮结构旋转，只能绕止逆轴心做偏摆运动，得以摆线内轮钢性输出旋转力矩。
在此简要描述中，已经参考了各种实施例。关于一个例子的特征或功能的描述表明那些特征或功能存在于该例子中。在文本中使用术语“示例”或“例如”或“可以”表示，无论是否明确说明，这些特征或功能至少存在于所描述的例子中，无论是否被描述为例子，并且它们可以存在于一些或所有其它例子中，但不是必须存在于这些例子中。因此，“示例”，“例如”或“可以”指的是一类示例中的特定实例。实例的属性可以是仅该实例的属性，或者是类的属性，或者是包括类中的一些但不是所有实例的类的子类的属性。因此，隐含地公开了参考一个例子而不是参考另一个例子所描述的特征可以在可能的情况下用于该另一个例子中，但是不必在该另一个例子中使用。
虽然在前面的段落中已经参考各种实施例描述了本发明的实施例，但是应当理解，在不脱离所要求保护的本发明的范围的情况下，可以对所给出的实施例进行修改。
前面描述中所描述的特征可以在除了明确描述的组合之外的组合中使用。
尽管已经参考某些特征描述了功能，但是无论是否描述，这些功能都可以由其它特征来执行。
尽管已经参考某些实施例描述了特征，但是无论是否描述，这些特征也可以存在于其它实施例中。
虽然在前面的说明书中试图引起对认为特别重要的本发明的那些特征的注意，但是应当理解，申请人要求保护前面提到和/或在附图中示出的任何可专利特征或特征的组合，不管是在附图中还是不在附图中。

Claims (6)

1.一种外摆线自行车中置动力装置，其特征在于：
曲柄（10），曲柄（10）转动能够带动牙盘（9）转动；
外转子结构电机（1），外转子结构电机（1）设置在两个曲柄（10）之间；
当外转子结构电机（1）输出时能够控制牙盘运动；
当外转子结构电机（1）没有输出，曲柄（10）旋转时，第二单向棘轮（12）被带动，同时压缩分布在轴套（8）顶部的弹簧（13），压缩弹簧（13）间歇带动轴套，从而带动设置在轴套的牙盘（9）旋转运动；
曲柄（10）旋转，通过压力传感器，检测出踩踏力大小，控制外转子结构电机（1）输出，通过外摆线变速器，增加扭力输出，同步作用于曲柄受力，起到助力作用；
外摆线变速器包括偏心轮结构（2）、摆线变速器外壳（3）、摆线外轮（4）、摆线内轮（5）；
所述当外转子结构电机（1）输出时能够控制牙盘运动过程为：外转子结构电机（1）同心旋转带动偏心轮结构（2），偏心轮结构（2）带动摆线变速器外壳（3），摆线变速器外壳（3）带动摆线外轮（4）运动，摆线外轮（4）与摆线内轮（5）做差速旋转运动；摆线内轮（5）通过第一单向棘轮（7）带动轴套（8），轴套（8）和牙盘（9）相连，从而带动设置在轴套的牙盘（9）旋转运动；
摆线外轮（4）内圈的波浪齿形和摆线内轮（5）的针轴咬合，且摆线外轮（4）内圈的波浪齿形数量和摆线内轮（5）的针轴数量不同。
2.根据权利要求1所述的一种外摆线自行车中置动力装置，其特征在于：偏心轮结构（2）由外转子结构电机（1）外壳顶部延伸段构成。
3.根据权利要求1所述的一种外摆线自行车中置动力装置，其特征在于：当外转子结构电机（1）没有输出，曲柄（10）旋转时，锁紧在曲柄上的 轴芯（11）绕轴心共同旋转，从而带动轴芯（11）花键连接的第二单向棘轮（12）转动。
4.根据权利要求1所述的一种外摆线自行车中置动力装置，其特征在于：弹簧与轴套（8）同轴。
5.根据权利要求1所述的一种外摆线自行车中置动力装置，其特征在于：外摆线变速器还包括止逆轴（6）和轴承，摆线变速器外壳（3）顶部圆周阵列轴承通过止逆轴（6）随着摆线变速器外壳（3）偏摆运动，防止摆线变速器外壳（3）旋转。
6.根据权利要求1所述的一种外摆线自行车中置动力装置，其特征在于：压力传感器为压力传感头（15）。
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