CN114221495A - 传动组件、电机和电动自行车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传动组件、电机和电动自行车，其中传动组件包括曲柄轴，通过在曲柄轴上设置单向离合器和踏频传感器，将磁环设置在单向离合器的第一外环上，第一外环与曲柄轴连接，使磁环能够与曲柄轴同步转动，并将磁感应器件固定安装且与磁环间隔设置，磁感应器件能够感应磁环的磁场变化，从而采集到人力踩踏的踏频踏向数据；由于第一外环套在曲柄轴的外侧，第一外环的直径大于曲柄轴的直径，磁环安装在第一外环上有利于增加直径尺寸，这样可在磁环沿周向配置更多的磁极，极对数更多，有利于提高踏频踏向数据采集的精确度和分辨率，进而提高对于电机输出转速的控制精确，适用于电动自行车。

Description

传动组件、电机和电动自行车

技术领域

本发明涉及电器相关技术领域，尤其是涉及一种传动组件、电机和电动自行车。

背景技术

在电动自行车中，通常采用踏频传感器采集人力踩踏的速度来精确的配置电机输出的速度，从而达到电动助力的目的。在踏频传感器的数据采集过程中，数据采集的精确性非常重要，直接影响配置电机的输出功率和用户体验。相关技术中，将踏频传感器一体集成在曲炳轴上，由于曲柄轴的直径小，造成安装在曲柄轴上的踏频传感器的感应磁环在轴的周向上配置的极对数少，无法做到高精确度和高分辨率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种传动组件，能够增加磁环的直径尺寸，使磁环具有更多的极对数，有效提高检测精确度和分辨率。

本发明还提供包括上述传动组件的电机和电动自行车。

根据本发明的第一方面实施例的传动组件包括：

曲柄轴；

单向离合器，包括第一内环和可转动套设于所述第一内环外侧的第一外环，所述第一外环套设于所述曲柄轴；

踏频传感器，包括磁环和磁感应器件，所述磁环设于所述第一外环上，以使所述磁环与所述曲柄轴同步转动，所述磁感应器件的位置固定且与所述磁环间隔设置。

根据本发明实施例的传动组件，至少具有如下有益效果：

通过在曲柄轴上设置单向离合器和踏频传感器，曲柄轴用于连接脚踏，将磁环设置在单向离合器的第一外环上，第一外环与曲柄轴连接，使磁环能够与曲柄轴同步转动，并将磁感应器件固定安装且与磁环间隔设置，磁环随曲柄轴转动时，磁感应器件能够感应磁环的磁场变化，从而采集到人力踩踏的踏频踏向数据；由于第一外环套在曲柄轴的外侧，第一外环的直径大于曲柄轴的直径，磁环安装在第一外环上有利于增加直径尺寸，这样可在磁环沿周向配置更多的磁极，极对数更多，有利于提高踏频踏向数据采集的精确度和分辨率，进而提高对于电机输出转速的控制精确，适用于电动自行车。

根据本发明的一些实施例，所述磁环套设于所述第一外环的外侧壁，所述第一外环的外侧壁设有用于固定所述磁环的安装座，所述安装座沿所述第一外环的周向设置。

根据本发明的一些实施例，所述安装座为塑胶材质，所述磁环和所述第一外环均与所述安装座固定连接。

根据本发明的一些实施例，所述磁环的极对数为P，满足P＞30。

根据本发明的一些实施例，所述第一外环与所述第一内环之间通过棘轮结构连接。

根据本发明的一些实施例，所述第一外环与所述曲柄轴通过花键连接。

根据本发明的一些实施例，所述单向离合器还包括有第一垫片和第一卡簧，所述第一垫片和所述第一卡簧分别设于所述第一内环沿所述曲柄轴的轴向的两端。

根据本发明的一些实施例，还包括：

套环，套设于所述曲柄轴的外侧，所述磁感应器件设于所述套环且与所述磁环沿所述曲柄轴的轴向间隔设置。

根据本发明的一些实施例，还包括：

扭力传感器，包括第二内环和套设于所述第二内环外侧的第二外环，所述第二外环相对于所述第二内环固定设置，所述第二外环用于检测所述第二内环传递的扭力；

其中，所述第二内环与所述曲柄轴可转动连接且与所述第一内环固定连接。

根据本发明的一些实施例，所述第一内环与所述第二内环之间通过花键连接。

根据本发明的一些实施例，所述第二外环与所述套环连接为一体。

根据本发明的一些实施例，还包括：

超越离合器，包括套设于所述曲柄轴的第三内环，所述第三内环与所述曲柄轴之间设有轴承，所述第三内环与所述第二内环通过花键连接。

根据本发明的一些实施例，所述扭力传感器还包括有第二垫片和第二卡簧，所述第二垫片和所述第二卡簧用于沿所述曲柄轴的轴向定位所述第二内环。

根据本发明的第二方面实施例的电机，包括上述第一方面实施例所述的传动组件。

电机采用了上述实施例的传动组件的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

根据本发明的第三方面实施例的电动自行车，包括中置电机，所述中置电机为上述第二方面实施例所述的电机。

根据本发明实施例的电动自行车，至少具有如下有益效果：

电动自行车采用了上述实施例的电机的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例的传动组件的结构示意图；

图2是本发明一实施例的踏频传感器与单向离合器的连接结构示意图；

图3是图1中A-A方向的剖面结构示意图；

图4是图1中B-B方向的剖面结构示意图；

图5是本发明一实施例的中置电机的剖面示意图；

图6是图5中C处的放大结构示意图。

附图标记：

曲柄轴100；

单向离合器200；第一外环210；轴套211；齿部212；第一内环220；第一垫片221；第一卡簧222；棘爪223；

踏频传感器300；磁环310；安装座311；磁感应器件320；

支架400；

扭力传感器500；第二外环510；第二内环520；第二卡簧521；第二垫片522；

第三内环600；轴承610；

传动组件1000；

中置电机2000。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语轴向、径向等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，需要说明的是，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，一些实施例、具体实施例等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。

参考图1至图4描述本发明实施例的传动组件1000，该传动组件1000适用于电动自行车的电机，下面以具体示例对传动组件1000进行说明。

参照图1和图2所示，实施例提供的传动组件1000，包括曲柄轴100和设置在曲柄轴100上的单向离合器200，其中，单向离合器200包括第一内环220和第一外环210，第一外环210套在第一内环220外侧，曲柄轴100沿轴向的两端分别通过曲柄连接脚踏，第一外环210与曲柄轴100通过花键连接，第一外环210能够跟随曲柄轴100一起转动，第一外环210与第一内环220之间通过棘轮结构实现单向扭力传动。

可以理解的是，人力通过脚踏输入动力时，驱动曲柄轴100旋转，曲柄轴100能够带动第一外环210转动，此时，第一外环210能够带动第一内环220转动，第一内环220可以连接动力输出部件，从而通过第一内环220向动力输出部件传递动力。

参照图2所示，实施例的传动组件1000还包括有踏频传感器300，踏频传感器300包括磁环310和磁感应器件320，其中，磁环310安装在单向离合器200上，磁感应器件320固定安装在与磁环310对应的位置，使磁感应器件320能够检测磁环310的磁场变化。具体来说，磁环310设置在第一外环210上，磁环310整体呈环状并套紧在第一外环210的外侧，使磁环310能够与曲柄轴100同步转动，图2中省略曲柄轴100的结构。磁感应器件320为非接触式感应模块，例如可以是霍尔元件，磁感应器件320与磁环310间隔设置，使磁环310与磁感应器件320之间无需接触，当磁环310跟随第一外环210转动时，磁感应器件320能够检测出磁环310的磁场变化，根据磁场变化频率可以得到踏频数据，从而实现人力踩踏速度的采集。

可以理解的是，磁环310上设置有多个磁极，磁极沿磁环310的周向分布，在磁环310的周围产生磁场，当磁环310转动时磁场方向会发生改变。由于磁环310与第一外环210、曲柄轴100联动，人力通过曲柄轴100输入动力时，通过磁感应器件320检测磁场的变化可以计算得到磁环310的转速，根据磁环310的转速可以得到人力踩踏的速度。磁环310的磁极分为N极和S极，通常磁极是成对出现，磁极数也可理解为极对数，例如磁极数可以是20，且磁极沿磁环310的周向均匀分布。以霍尔元件为示例进行说明，霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，根据霍尔效应可以检测磁极的磁场及其变化，当变化的磁场经过霍尔元件时，霍尔元件可以测到脉冲信号，根据脉冲信号列可测出单位时间内发出的脉冲数，从而能够确定磁环310的转动速度。

需要说明的是，人力通过脚踏驱动曲柄轴100可正向转动或反向转动，由于单向离合器200只能够沿着一个方向传递动力，其中曲柄轴100带动第一外环210和第一内环220转动的方向可理解为正向，此时，动力能够从曲柄轴100依次传递至第一外环210和第一内环220；曲柄轴100反向转动时第一外环210与第一内环220之间不产生动力传递。

参照图2所示，可以理解的是，第一外环210和第一内环220沿曲柄轴100的径向自内向外依次设置，由于第一外环210的直径和第一内环220的直径均大于曲柄轴100的直径，且第一外环210的直径最大。磁环310套在第一外环210的外侧，磁环310的直径大于曲柄轴100的直径，相对于磁环310直接套在曲柄轴100的安装结构，磁环310具有更大的空间来布置磁极，也就是说，磁环310沿周向可以配置更多的磁极，极对数更多，极对数越多，有效提高磁感应器件320对磁场变化的分辨率，检测准确度也越高，从而有利于提高踏频踏向数据采集的精确度和分辨率，电机根据踏频踏向数据控制输出转速的精确也更高，使电动自行车具有更佳的输出功率和用户体验。

实施例中曲柄轴100的外侧可设置有套环，套环套在曲柄轴100外侧且套环不可转动设置，将磁感应器件320安装在套环上，可以使磁感应器件320的位置得到固定。例如，套环可作为传动组件1000的壳体，传动组件1000装配到电机时，传动组件1000可通过套环与电机固定连接，使磁感应器件320的位置不会发生变化，磁感应器件320沿轴向与磁环310间隔设置，磁感应器件320与磁环310之间保持一定的间隙，磁感应器件320能够快速响应磁场的变化，实现非接触式测量。

需要说明的是，在一些实施例中，磁环310可以安装在第一外环210沿轴向靠近磁感应器件320的端面上，磁感应器件320与磁环310之间隔开一定的间隙，这样磁感应器件320能够检测磁极的磁场及其变化。磁环310可通过粘接方式固定在第一外环210的端面上。可理解到，磁环310的直径与第一外环210的直径相当，使磁环310也具有较大的空间来布置磁极，附图未示出该实施例的具体结构，具体工作原理参考上述实施例的描述。

参照图1和图2所示，在一些实施例中，在第一外环210的外侧壁设置有安装座311，安装座311沿第一外环210的周向延伸形成环状，安装座311套紧在第一外环210的外侧，安装座311与磁环310匹配，使磁环310能够固定在安装座311上，从而达到固定磁环310的目的。

可理解到，第一外环210的直径大于套环的直径，安装座311固定在第一外环210上靠近套环的端部，在套环的外侧壁上设置用于安装磁感应器件320的支架400，磁环310固定在安装座311上，磁感应器件320固定在支架400上，安装到位后，磁环310与磁感应器件320能够沿轴向对应。其中，安装座311可通过螺纹连接、粘接等方式固定在第一外环210上，使磁环310不容易脱离第一外环210，结构稳定可靠。实施例中安装座311采用塑胶材质制作而成，装配时先将磁环310套在安装座311上形成组合体，然后将组合体通过过盈配合方式套在第一外环210上，从而实现快速安装磁环310。

可以理解的是，第一外环210的直径越大，磁环310的直径也越大，磁环310沿周向分布的磁极数可设置更多，在满足实际安装要求的情况下，实施例中磁环310的磁极数可设置大于30，也就是说，磁环310的极对数为P，满足P＞30，远大于磁环310直接套在曲柄轴100上时可配置的极对数，大大提高踏频踏向传感器采集踏频踏向数据的精确度和分辨率，设计更合理。例如，实施例中磁环310的极对数可设置为P＝40，磁极沿磁环310的周向均匀分布，磁环310跟随第一外环210和曲柄轴100旋转时，满足检测精度高的要求。可理解，磁环310的极对数P也可以是50、60、80等。

参照图1和图3所示，在一些实施例中，在曲柄轴100上还安装有扭力传感器500，该扭力传感器500包括第二外环510和第二内环520，其中，第二外环510套在第二内环520的外侧，第二外环510为不可转动设置，第二内环520为可转动设置，也即是第二外环510相对于第二内环520固定设置。第二外环510与第二内环520之间沿径向隔开一定的间隙，使第二内环520能够在第二外环510内侧转动。当第二内环520相对于第二外环510转动时，第二外环510能够检测第二内环520传递的扭力，从而实现扭力数据的采集。

图3所示为传动组件1000沿轴向的剖面示意图，可以理解的是，第二内环520套在曲柄轴100的外侧，第二内环520与曲柄轴100为非固定连接，也即是曲柄轴100与第二内环520之间可相对转动，第二内环520不会跟随曲柄轴100转动，曲柄轴100与第二内环520之间不会产生动力传递，例如，可在曲柄轴100与第二内环520之间设置轴承，曲柄轴100与第二内环520之间的运动互不干扰。而且，第二内环520与第一内环220固定连接，使第二内环520与第一内环220能够配合形成联动结构，从而可以传递动力。

可理解到，人力驱动曲柄轴100旋转时，动力依次经过第一外环210、第一内环220和第二内环520进行传递，使磁感应器件320能够检测磁环310的磁场变化而采集踏频踏向数据，同时第二内环520相对于第二外环510发生转动，能够采集扭力数据。这样传动组件1000应用在电动自行车中，通过采集人力踩踏的速度、扭矩来精确的配置电机输出的速度和扭矩，达到电动助力的目的。

需要说明的是，参照图3所示，实施例中将第二外环510与套环组合呈一体结构，磁感应器件320安装在第二外环510外侧，套环既可用于安装磁感应器件320，又可作为扭力传感器500的外环，有利于简化传动组件1000的整体结构，更加实用可靠，从而使踏频传感器300和扭力传感器500能够装配到曲柄轴100上。

需要说明的是，第一外环210与第一内环220之间通过棘轮结构单向传递扭力，当第一外环210和第一内环220反向脱开时，曲柄轴100的动力不会反向传递到第二内环520，使第二内环520没有扭矩输入，不产生形变，从而可以采集到踏向数据。

参照图3所示，第二内环520的一端延伸至第一内环220的内侧，沿曲柄轴100的径向由内向外依次布置为第二内环520、第一内环220、第一外环210和磁环310，其中，第一内环220与第二内环520之间通过花键连接，实现第一内环220与第二内环520之间的动力传递；而第一内环220与第一外环210之间通过棘轮结构连接，人力驱动的动力能够依次沿第一外环210、第一内环220和第二内环520的方向传递动力，动力不能从第一内环220传递至第一外环210，实现动力的单向传递。

参照图4所示，图4为传动组件1000沿径向的剖面示意图，第一内环220可以为棘轮，第一内环220外侧设有棘爪223，第一外环210的内侧壁设有与棘爪223对应的齿部212，通过第一内环220的棘轮、棘爪223与第一外环210的齿部212配合形成棘轮结构，动力能够从第一外环210传递至第一内环220，而不能沿相反方向从第一内环220向第一外环210传递。

需要说明的是，参照图3所示，第一外环210沿轴向远离扭力传感器500的一端设有轴套211，轴套211沿径向延伸且与曲柄轴100连接，轴套211与曲柄轴100之间通过花键连接，从而使第一外环210与曲柄轴100之间能够传递动力，结构稳定可靠。

参照图3所示，沿曲柄轴100的轴向，在第一内环220与轴套211之间设置有第一垫片221，在第一内环220与第二外环510之间设置有第一卡簧222，通过第一垫片221和第一卡簧222对第一内环220在轴向上进行定位。如图3所示，考虑到第二内环520的一端与第一内环220连接，通过第一垫片221可同时对第一内环220和第二内环520的端部进行定位。

参照图3所示，在曲柄轴100上还可设置超越离合器，超越离合器用于连接电机和输出动力，具体来说，超越离合器包括第三外环(附图未示出)和第三内环600，第三外环通过传动结构与电机连接，第三外环与第三内环600之间为单向传递动力，第三内环600套设在曲柄轴100上，在第三内环600与曲柄轴100之间设置轴承610，使曲柄轴100与第三内环600之间的运动互不干扰。此外，第三内环600与第二内环520通过花键连接，使第三内环600与第二内环520之间能够实现动力的双向传递。

参照图3所示，沿曲柄轴100的轴向，单向离合器200设置靠近曲柄轴100的一端，超越离合器设置靠近曲柄轴100的另一端。人力通过脚踏输入动力时，驱动曲柄轴100旋转，动力沿第一外环210、第一内环220、第二内环520和第三内环600依次进行传递，然后通过第三内环600输出动力，此时可以采集速度和扭力数据，动力不会传递到第三外环，不影响电机的结构。

当利用电机输入动力时，电机的动力沿第三外环传递到第三内环600上，然后通过第三内环600输出动力，由于第三内环600与第二内环520连接，电机的动力可同时带动第二内环520转动，从而可以采集电机输出的扭力数据。当然，人力和电机可同时输入动力，两种动力均通过第三内环600向外输出，根据采集到的速度、扭矩来精确的配置电机输出的速度和扭矩，达到较佳的助力效果。

需要说明的是，第三内环600可直接连接动力输出部件，例如，第三内环600连接链轮，通过链轮向链条传递动力，从而驱动电动自行车运行。

参照图3所示，在第二内环520的外侧设置第二垫片522和第二卡簧521，通过第二卡簧521能够沿轴向对第二内环520进行定位，第二卡簧521位于第二外环510与第三外环之间的间隙位置，同时将第二垫片522设置在第二卡簧521靠近第二外环510的一侧，该第二垫片522为防磨垫片，通过防磨垫片可以避免第二卡簧521与第二外环510之间产生的摩擦，提高定位的稳定性。

参考图5和图6描述本发明实施例的电机，该电机适用于电动自行车，具体是电动自行车的中置电机2000。

参照图5和图6所示，图5所示为中置电机2000的剖面示意图，上述实施例的传动组件1000与电机装配成一体结构，电机的驱动轴可通过传动结构与超越离合器连接。由于磁环310安装在单向离合器200的第一外环210上，磁环310的直径大于曲柄轴100的直径，磁环310沿周向可以配置更多的磁极，极对数更多，有利于提高踏频踏向数据采集的精确度和分辨率，电机根据踏频踏向数据控制输出转速的精确也更高，使电动自行车具有更佳的输出功率和用户体验。

本发明实施例还提供的电动自行车(附图未示出)，该电动自行车也可理解为电动助力车，电动自行车应用上述实施例的电机。由于电动自行车采用了上述实施例的电机的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再赘述。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (15)

1.传动组件，其特征在于，包括：

曲柄轴；

单向离合器，包括第一内环和可转动套设于所述第一内环外侧的第一外环，所述第一外环套设于所述曲柄轴；

踏频传感器，包括磁环和磁感应器件，所述磁环设于所述第一外环上，以使所述磁环与所述曲柄轴同步转动，所述磁感应器件的位置固定且与所述磁环间隔设置。

2.根据权利要求1所述的传动组件，其特征在于，所述磁环套设于所述第一外环的外侧壁，所述第一外环的外侧壁设有用于固定所述磁环的安装座，所述安装座沿所述第一外环的周向设置。

3.根据权利要求2所述的传动组件，其特征在于，所述安装座为塑胶材质，所述磁环和所述第一外环均与所述安装座固定连接。

4.根据权利要求1所述的传动组件，其特征在于，所述磁环的极对数为P，满足P＞30。

5.根据权利要求1所述的传动组件，其特征在于，所述第一外环与所述第一内环之间通过棘轮结构连接。

6.根据权利要求1所述的传动组件，其特征在于，所述第一外环与所述曲柄轴通过花键连接。

7.根据权利要求1所述的传动组件，其特征在于，所述单向离合器还包括有第一垫片和第一卡簧，所述第一垫片和所述第一卡簧分别设于所述第一内环沿所述曲柄轴的轴向的两端。

8.根据权利要求1所述的传动组件，其特征在于，还包括：

套环，套设于所述曲柄轴的外侧，所述磁感应器件设于所述套环且与所述磁环沿所述曲柄轴的轴向间隔设置。

9.根据权利要求8所述的传动组件，其特征在于，还包括：

扭力传感器，包括第二内环和套设于所述第二内环外侧的第二外环，所述第二外环相对于所述第二内环固定设置，所述第二外环用于检测所述第二内环传递的扭力；

其中，所述第二内环与所述曲柄轴可转动连接且与所述第一内环固定连接。

10.根据权利要求9所述的传动组件，其特征在于，所述第一内环与所述第二内环之间通过花键连接。

11.根据权利要求9所述的传动组件，其特征在于，所述第二外环与所述套环连接为一体。

12.根据权利要求9所述的传动组件，其特征在于，还包括：

超越离合器，包括套设于所述曲柄轴的第三内环，所述第三内环与所述曲柄轴之间设有轴承，所述第三内环与所述第二内环通过花键连接。

13.根据权利要求9所述的传动组件，其特征在于，所述扭力传感器还包括有第二垫片和第二卡簧，所述第二垫片和所述第二卡簧用于沿所述曲柄轴的轴向定位所述第二内环。

14.电机，其特征在于，包括权利要求1至13任意一项所述的传动组件。

15.电动自行车，其特征在于，包括中置电机，所述中置电机为权利要求14所述的电机。

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