CN203111431U - 电动自行车中置电机装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动自行车中置电机装置，包括电机总成、五通管和中轴，电机总成包括电机、行星齿轮减速机构和离合器，中轴上固定或一体设有磁环，磁环上沿圆周均匀间隔设有以 S 、 N 极交替排布的若干磁极；中轴上套有弹性扭转体，弹性扭转体一端固定在中轴上，另一端固定有中轴齿轮，中轴齿轮与设置在离合器上的离合器齿轮相啮合；且弹性扭转体上固定或一体设有隔离环，隔离环套于磁环上，其上沿圆周均匀间隔开设若干用于导磁的窗口；还包括固定在五通管内并位于隔离环外围用于感应磁通变化的线圈，线圈引出线与电动自行车的电机控制电路板电连接，而电机控制电路板与电机电连接。本实用新型信号感应灵敏度和精度高，工作性能更加稳定可靠。

Description

电动自行车中置电机装置

技术领域

本实用新型涉及一种电动自行车中置电机装置。

背景技术

电动自行车由于其轻快省力及无污染等特点，正日益在我国推广运用。

现有的一类电动自行车通常都装配中置电机，所谓中置电机是指安装于自行车五通管一侧并与链盘传动连接的电机总成。传统的电动自行车都用手把来调速，即用手把来控制电机的输出功率，而目前越来越多的电动自行车则主要采用扭力传感器将人骑行时脚的蹬力转换成相应的电压信号输出，经放大处理后控制电机的输出功率，这样可以大大节省能源。

目前用于电动自行车中的扭力传感器多为霍尔转速传感器，这种传感器使用磁钢粘贴在电动自行车的中轴或链盘等旋转部件表面，而在车架主轴等非转动部件上安装霍尔元件，当人踏脚蹬时，中轴或链盘旋转产生对应于扭力矩的变化电位，并输出相应的电压信号，经放大处理后即可控制电机的输出功率。这类电动自行车传感器存在下述问题：1、不能检测静态和动态扭矩，测量精度差，在骑行中不能零启动，在平路和下坡骑行中会出现电动助力过大而使电池产生不必要的放电。2、中轴及链盘这类旋转部件在电动自行车的长期使用过程中易磨损或倾斜，导致其上的磁钢与霍尔元件之间的位置发生变化，使得感应电位信号的输出不再准确，传感器的工作稳定性和可靠性均大大下降。

发明内容

本实用新型目的是：提供一种能够检测静态和动态扭矩并且工作性能更加稳定可靠的电动自行车中置电机装置，该传感装置还可以确保电动自行车在骑行中零启动并保持行驶性能的稳定。

本实用新型的技术方案是：一种电动自行车中置电机装置，包括电机总成、五通管和设于五通管内的中轴，所述电机总成包括电机、行星齿轮减速机构和离合器；其特征在于所述中轴上固定或一体设有磁环，所述磁环上沿圆周均匀间隔设有以S、N极交替排布的若干磁极；所述中轴上套有弹性扭转体，所述弹性扭转体一端固定在中轴上，另一端固定有中轴齿轮，所述中轴齿轮与设置在离合器上的离合器齿轮相啮合；并且弹性扭转体上固定或一体设有隔离环，所述隔离环套于磁环上，其上沿圆周均匀间隔开设若干用于导磁的窗口；还包括固定在五通管内并位于隔离环外围用于感应磁通变化的线圈，所述线圈的引出线与电动自行车的电机控制电路板电连接，而电机控制电路板则与电机电连接。

进一步的，本实用新型中所述磁环由固定或一体设于中轴上的定位环和沿圆周以S、N极交替的顺序均匀间隔固定于定位环上的若干磁钢构成。

更进一步的，本实用新型中所述定位环表面沿圆周均匀间隔设有若干磁钢定位槽，所述磁钢卡固在所述磁钢定位槽内。

进一步的，本实用新型中所述弹性扭转体一端一体设有花键套，与中轴上设有的花键配合固定，而所述弹性扭转体另一端一体设置棘轮内圈，所述棘轮内圈上沿圆周设有若干棘爪，而所述中轴齿轮上设有与棘轮内圈配合的棘轮外圈。

进一步的，本实用新型中还包括套设于中轴上的链盘，所述中轴齿轮一端一体设有花键环，所述链盘上设有与花键环配合的花键孔。

进一步的，本实用新型中所述五通管内固定有线圈定位管，所述线圈定位管一端的内壁上对应磁环设有内阶环形槽，所述线圈从线圈定位管一端嵌入所述内阶环形槽内，线圈外端通过套置于弹性扭转体上的卡簧轴向固定。

进一步的，本实用新型中所述五通管和线圈定位管上对应开有通孔，所述通孔供线圈的所述引出线穿过与电动自行车的电机控制电路板电连接。

进一步的，本实用新型中所述五通管上固定或一体设有电机总成安装板，所述电机包括电机外壳、转子和定子，所述电机外壳与电机总成安装板固定，所述转子上固定电机转轴；所述行星齿轮减速机构包括设于电机转轴上的太阳齿轮、设于太阳齿轮前端且枢转安装于电机总成安装板上的行星旋转架、若干围绕太阳齿轮且通过行星轴安装至行星旋转架上的行星齿轮，以及与电机外壳固定的内齿圈；所述行星齿轮同时与太阳齿轮和内齿圈啮合，所述离合器为滚珠式离合器，包括外圈和内圈，所述外圈与前述内齿圈固定，而内圈上一体设置所述离合器齿轮。

更进一步的，本实用新型中所述每个行星齿轮均为双联齿轮，所述双联齿轮中的大齿轮与太阳齿轮啮合，而小齿轮则与内齿圈啮合。

本实用新型中的弹性扭转体优先采用现有的韧性和扭转性能好的薄壁钢管制成，例如弹簧钢管，并且为进一步加强这类钢管的扭转性能，亦可于钢管壁上沿螺旋线均匀间隔打孔，或至少铣出内、外螺旋槽之一，或切割出螺旋切口。当然，本实用新型中的弹性扭转体亦可采用常规的弹簧。

本实用新型中涉及的中轴在实际使用时同常规技术一样与自行车脚踏装配固定，并由人踩踏而带动旋转。

本实用新型的具体工作原理是：在电动自行车启动和骑行过程中，人踩脚踏带动中轴旋转，由于在中轴瞬时受力时，弹性扭转体在惯性作用下保持相对静止，这样就使得中轴和弹性扭转体之间产生相对扭转，也即使得磁环和隔离环之间产生相对转动（转动角度不大，通常2度左右）。而磁环上的磁极与隔离环上对应的窗口之间的错动带来了磁通的变化，产生磁通变化量δ，再由线圈感应获得所述磁通变化量δ，并将之转换成电压信号输出给电机控制电路板。所述电机控制电路板根据电压信号的强弱分别输出相应的控制信号，驱动电机降低或者提高运转功率以输出相应的动力。电机通过行星齿轮减速机构将动力传递给离合器，再藉由离合器齿轮与中轴齿轮间的啮合关系将动力传递给链盘，进而驱动电动自行车行进，起到很好的助力效果，大大节省能源。

本实用新型中所述电机控制电路板的作用即接收线圈输出的电压信号，并根据电压信号输出相应的控制信号给电机，驱动电机改变输出功率，其实现方式为本领域技术人员所熟知。

本实用新型的优点是：

1．本实用新型通过磁环和带有窗口的隔离环间的相对转动将人踩踏时中轴所受扭力大小转换为磁通变化量δ，即通过圆周架构来实现中轴扭力与磁通变化量δ之间的转换，相比现有的霍尔扭力传感器，不受感应元件安装位置的限制，也不会存在低转速时感应信号微弱的缺陷，而是始终能确保感应信号的高灵敏度和高精度。

2．本实用新型的中轴和弹性扭转体之间只需有相对转动，即可感应扭力信号，故能够检测静态和动态扭矩，相比现有的霍尔扭力传感器，工作性能更加稳定可靠，而且还可以确保电动自行车在骑行中零启动并保持行驶性能的稳定。

3．本实用新型中在弹性扭转体上一体设置中轴齿轮，并与一体设置于电机总成的离合器上的离合器齿轮啮合传动，不仅确保了电机总成驱动输出的平稳可靠，而且也确保整个中置电机装置的结构更加紧凑，节省空间，便于在电动自行车架上的拆卸和安装。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的主结构剖面图；

图2为图1的A－A剖面图；

图3为图1的B－B剖面图；

图4为图1的C－C剖面图；

图5为本实用新型的立体分解结构示意图。

其中：A、电机；B、行星齿轮减速机构；C、离合器；D、磁环；1、五通管；2、中轴；2a、花键；3、弹性扭转体；3a、花键套；4、中轴齿轮；4a、花键环；5、离合器齿轮；6、隔离环；6a、窗口；7、线圈；7a、引出线；8、定位环；9、磁钢；10、棘轮内圈；11、棘爪；12、棘轮外圈；13、链盘；13a、花键孔；14、线圈定位管；14a、内阶环形槽；15、卡簧；16、电机总成安装板；17、电机外壳；18、转子；19、定子；20、电机转轴；21、太阳齿轮；22、行星旋转架；23、行星轴；24、行星齿轮；24a、大齿轮；24b、小齿轮；25、内齿圈；26、外圈；27、内圈。

具体实施方式

实施例：结合图1～图5所示，本实用新型提供的这种电动自行车中置电机装置，其具有电机总成、五通管1和通过轴承（图中未标出）装配于五通管1内的中轴2，所述电机总成由电机A、行星齿轮减速机构B和离合器C组成。具体结合图1和图5所示，本实施例中所述五通管1上一体设有电机总成安装板16，所述电机A采用内转子外定子结构，转子18和定子19均置于电机外壳17内，所述电机外壳17与电机总成安装板16固定，所述转子18上固定电机转轴20。所述行星齿轮减速机构B由太阳齿轮21、行星旋转架22、行星轴23、行星齿轮24和内齿圈25组成，所述电机转轴20上设置太阳齿轮21，所述行星旋转架22设于太阳齿轮21前端，并且行星旋转架22中心一体设有转轴（图中未标出）并藉由该转轴枢转安装于电机总成安装板16上。本实施例中的行星齿轮24为三个，围绕太阳齿轮21布置，且均通过行星轴23安装至行星旋转架22上。本实施例中所述内齿圈25固定在电机外壳17上。本实施例中所述每个行星齿轮24均为双联齿轮，所述双联齿轮中的大齿轮24a与太阳齿轮21啮合，而小齿轮24b则与内齿圈25啮合。

结合图2和图5所示，本实施例中所述离合器C为滚珠式离合器，包括外圈26和内圈27，所述外圈26与前述内齿圈25固定，而内圈27上一体设置离合器齿轮5。

结合图1、图3、图4和图5所示，所述中轴2上套有弹性扭转体3，所述弹性扭转体3采用现有的弹簧钢管制成，并且于弹簧钢管的管壁上切割有螺旋切口，以增强其扭转性能。本实施例中所述弹性扭转体3一端一体设有花键套3a，与中轴2上设有的花键2a配合固定，而所述弹性扭转体3另一端一体设置棘轮内圈10，所述棘轮内圈10上沿圆周设有三个棘爪11；中轴2上套有中轴齿轮4，中轴齿轮4上设有与棘轮内圈10配合的棘轮外圈12，具体见图3所示，从而使得中轴齿轮4固定于弹性扭转体3上。

再结合图1和图5所示，本实施例中所述中轴齿轮4与设置在离合器C上的离合器齿轮5相啮合。同时本实施例中在中轴2上还套设有链盘13，所述中轴齿轮4一端一体设有花键环4a，所述链盘13上设有与花键环4a配合的花键孔13a，从而确保链盘13与中轴齿轮4一同旋转。

本实施例中所述中轴2上一体设有磁环D，所述磁环D上沿圆周均匀间隔设有以S、N极交替排布的十二个磁极，具体见图4所示，所述磁环D由一体设于中轴2上的定位环8和沿圆周以S、N极交替的顺序均匀间隔固定于定位环8上的十二个磁钢9构成。并且本实施例中所述定位环8表面沿圆周均匀间隔设有十二个磁钢定位槽，所述磁钢9对应卡固在相应的磁钢定位槽内从而形成磁极。所述弹性扭转体3上一体设有隔离环6，所述隔离环6套于磁环D上，其上沿圆周均匀间隔开设六个用于导磁的窗口6a，在初始状态，也即中轴2未受力的静置状态下，相邻两个磁钢9的间隙正对窗口6a。所述隔离环6的外围设有用于感应磁通变化的线圈7。本实施例中所述五通管1内固定有线圈定位管14，所述线圈定位管14一端的内壁上对应磁环D设有内阶环形槽14a，所述线圈7从线圈定位管14一端嵌入所述内阶环形槽14a内，线圈7外端通过套置于弹性扭转体3上的卡簧15轴向固定。

如图1所示，所述五通管1和线圈定位管14上对应开有通孔（未标出），所述线圈7的引出线7a从所述通孔中穿出从而与电动自行车的电机控制电路板（图中未画出）电连接，而电机控制电路板则与电机A电连接。

本实用新型中涉及的中轴2在实际使用时同常规技术一样与自行车脚踏（图中未画出）装配固定，并由人踩踏而带动旋转。

本实用新型的具体工作原理是：在电动自行车启动和骑行过程中，人踩脚踏带动中轴2旋转，由于在中轴2瞬时受力时，弹性扭转体3在惯性作用下保持相对静止，这样就使得中轴2和弹性扭转体3之间产生相对扭转，也即使得磁环D和隔离环6之间产生相对转动（转动角度不大，通常2度左右）。而磁环D上的磁极与隔离环6上对应的窗口6a之间的错动带来了磁通的变化，产生磁通变化量δ，再由线圈7感应获得所述磁通变化量δ，并将之转换成电压信号输出给电机控制电路板。所述电机控制电路板根据电压信号的强弱分别输出相应的控制信号，驱动电机A降低或者提高运转功率以输出相应的动力。电机A通过行星齿轮减速机构B将动力传递给离合器C，再藉由离合器齿轮5与中轴齿轮4间的啮合关系将动力传递给链盘13，进而驱动电动自行车行进，起到很好的助力效果，大大节省能源。

当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动自行车中置电机装置，包括电机总成、五通管（1）和设于五通管（1）内的中轴（2），所述电机总成包括电机（A）、行星齿轮减速机构（B）和离合器（C）；其特征在于所述中轴（2）上固定或一体设有磁环（D），所述磁环（D）上沿圆周均匀间隔设有以S、N极交替排布的若干磁极；所述中轴（2）上套有弹性扭转体（3），所述弹性扭转体（3）一端固定在中轴（2）上，另一端固定有中轴齿轮（4），所述中轴齿轮（4）与设置在离合器（C）上的离合器齿轮（5）相啮合；并且弹性扭转体（3）上固定或一体设有隔离环（6），所述隔离环（6）套于磁环（D）上，其上沿圆周均匀间隔开设若干用于导磁的窗口（6a）；还包括固定在五通管（1）内并位于隔离环（6）外围用于感应磁通变化的线圈（7），所述线圈（7）的引出线（7a）与电动自行车的电机控制电路板电连接，而电机控制电路板则与电机（A）电连接。

2. 根据权利要求1所述的电动自行车中置电机装置，其特征在于所述磁环（D）由固定或一体设于中轴（2）上的定位环（8）和沿圆周以S、N极交替的顺序均匀间隔固定于定位环（8）上的若干磁钢（9）构成。

3.根据权利要求2所述的电动自行车中置电机装置，其特征在于所述定位环（8）表面沿圆周均匀间隔设有若干磁钢定位槽，所述磁钢（9）卡固在所述磁钢定位槽内。

4.根据权利要求1所述的电动自行车中置电机装置，其特征在于所述弹性扭转体（3）一端一体设有花键套（3a），与中轴（2）上设有的花键（2a）配合固定，而所述弹性扭转体（3）另一端一体设置棘轮内圈（10），所述棘轮内圈（10）上沿圆周设有若干棘爪（11），而所述中轴齿轮（4）上设有与棘轮内圈（10）配合的棘轮外圈（12）。

5.根据权利要求1所述的电动自行车中置电机装置，其特征在于还包括套设于中轴（2）上的链盘（13），所述中轴齿轮（4）一端一体设有花键环（4a），所述链盘（13）上设有与花键环（4a）配合的花键孔（13a）。

6.根据权利要求1所述的电动自行车中置电机装置，其特征在于所述五通管（1）内固定有线圈定位管（14），所述线圈定位管（14）一端的内壁上对应磁环（D）设有内阶环形槽（14a），所述线圈（7）从线圈定位管（14）一端嵌入所述内阶环形槽（14a）内，线圈（7）外端通过套置于弹性扭转体（3）上的卡簧（15）轴向固定。

7.根据权利要求6所述的电动自行车中置电机装置，其特征在于所述五通管（1）和线圈定位管（14）上对应开有通孔，所述通孔供线圈（7）的所述引出线（7a）穿过与电动自行车的电机控制电路板电连接。

8. 根据权利要求1所述的电动自行车中置电机装置，其特征在于所述五通管（1）上固定或一体设有电机总成安装板（16），所述电机（A）包括电机外壳（17）、转子（18）和定子（19），所述电机外壳（17）与电机总成安装板（16）固定，所述转子（18）上固定电机转轴（20）；所述行星齿轮减速机构（B）包括设于电机转轴（20）上的太阳齿轮（21）、设于太阳齿轮（21）前端且枢转安装于电机总成安装板（16）上的行星旋转架（22）、若干围绕太阳齿轮（21）且通过行星轴（23）安装至行星旋转架（22）上的行星齿轮（24），以及与电机外壳（17）固定的内齿圈（25）；所述行星齿轮（24）同时与太阳齿轮（21）和内齿圈（25）啮合，所述离合器（C）为滚珠式离合器，包括外圈（26）和内圈（27），所述外圈（26）与前述内齿圈（25）固定，而内圈（27）上一体设置所述离合器齿轮（5）。

9.根据权利要求8所述的电动自行车中置电机装置，其特征在于所述每个行星齿轮（24）均为双联齿轮，所述双联齿轮中的大齿轮（24a）与太阳齿轮（21）啮合，而小齿轮（24b）则与内齿圈（25）啮合。

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