CN210653526U - 转动装置及应用该转动装置的电助力自行车 - Google Patents

Abstract

一种转动装置及应用该转动装置的电助力自行车，所述转动装置包括固定轴、转动地套接于固定轴上的转动轮、以及驱动模块，所述驱动模块收容于转动轮内，包括电池、与电池连接的电机调速单元、以及与电机调速单元连接的电机，所述电机的转子与转动轮传动连接，电机驱动转动轮相对固定轴转动时，所述转动轮带动整个驱动模块随其相对固定轴转动，本实用新型转动装置的转动轮内设驱动模块，整体转动装置模块化，可以直接替换于现有车辆的车轮上，在安装、更换、以及使用上极为方便。

Description

转动装置及应用该转动装置的电助力自行车

技术领域

本实用新型涉及转动装置，特别是涉及一种应用该转动装置的电助力自行车。

背景技术

日常生活中，会涉及到各种各样的转动装置，如各种叶轮、各种车轮等。上述转动装置均需要配备相应的动力作为驱动，最常见的如自行车的车轮，其最初是借助于人力踩踏进行驱动，后来逐渐发展形成电动自行车，借助于电机进行驱动，可以节省人力。现有电动自行车大致分为纯电动驱动自行车和电助力驱动自行车两种，其中电助力驱动是通过把人在骑行时施加到脚踏上的力转换为驱动信号来驱动电机运行，所以驱动自行车的力同时由人和电机来完成，人骑行时出的力更小，实现助力骑行。

现有电助力自行车一般包括有电池、电机、电机控制器、力矩传感器等多个分离的模块，力矩传感器检测骑行者的踩踏力量并产生相应的信号，电机控制器根据力矩传感器的信号控制电机的转动，驱动自行车行进。但现有电助力自行车的众多模块使得其在结构上与现有人力自行车区别甚大，因此难以将既有的人力自行车改装为电助力自行车。

发明内容

有鉴于此，提供一种驱动一体化的转动装置及应用该转动装置的电助力自行车。

一方面，本实用新型提供一种转动装置，所述转动装置包括固定轴、转动地套接于固定轴上的转动轮、以及驱动模块，所述驱动模块收容于转动轮内，包括电池、与电池连接的电机调速单元、以及与电机调速单元连接的电机，所述电机的转子与转动轮传动连接，电机驱动转动轮相对固定轴转动时，所述转动轮带动整个驱动模块随其相对固定轴转动。

较佳地，还包括力矩传感机构，所述力矩传感机构包括飞轮、与飞轮固定连接的传动环、以及力矩传感器，所述传动环为弹性体，所述力矩传感器设置于传动环内。

较佳地，所述传动环的第一端插入至飞轮内并与飞轮紧配合固定。

较佳地，所述传动环的第二端插入至转动轮的轮毂内，所述传动环的第二端的外壁面形成有凸块，所述轮毂的内壁面形成有卡槽，所述凸块卡设于卡槽内。

较佳地，所述力矩传感器为应变片。

较佳地，还包括传动连接电机转子与转动轮的减速器，所述减速器为行星齿轮，所述行星齿轮的太阳轮与电机的转子固定连接，行星齿轮的外齿圈与轮毂固定连接，行星齿轮的行星轮与单向轴承固定连接。

较佳地，所述电池环套电机，所述行星齿轮位于电机的轴向的一侧，行星齿轮的速比大于1。

较佳地，所述驱动模块还包括与电池连接的电池管理单元。

较佳地，所述驱动模块还包括与电机调速单元连接的通信单元、以及与通信单元相配合的遥控器。

另一方面，本实用新型提供一种电助力自行车，包括车架以及与车架连接的车轮，所述车轮为上述转动装置，所述转动装置的固定轴与车架固定连接。

相较于现有技术，本实用新型转动装置的转动轮内设驱动模块，整体转动装置模块化，可以直接替换于现有车辆的车轮，在安装、更换、以及使用上极为方便。

附图说明

图1为本实用新型转动装置的一实施例的结构示意图。

图2为图1所示转动装置的另一角度视图。

图3为图1所示转动装置的爆炸图。

图4为图1所示转动装置的剖视图。

图5为图1所示转动装置的力矩传感机构的结构示意图。

图6为图5所示力矩传感机构的部分剖视图。

图7为图5所示力矩传感机构的爆炸图。

图8为本实用新型电助力自行车的系统方框图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中示例性地给出了本实用新型的一个或多个实施例，以使得本实用新型所公开的技术方案的理解更为准确、透彻。但是，应当理解的是，本实用新型可以以多种不同的形式来实现，并不限于以下所描述的实施例。

图1-4所示为本实用新型转动装置的一实施例的结构示意图，图示转动装置以电助力自行车的车轮为例，应当理解地所述转动装置也可以是其它任构，如叶轮等。所述转动装置包括固定轴10、可转动地套设于固定轴10上的转动轮20、套设于转动轮20上的轮胎30、设置于转动轮20内的驱动模块40、以及与驱动模块40连接的力矩传感机构50。

所述转动轮20为中空圆柱状结构，中央形成有轴孔。所述固定轴10为纵长杆体，穿设于转动轮20的轴孔内。所述固定轴10的两端分别伸出至转动轮20之外，用于与自行车的车架固定连接。本实施例中，所述转动轮20包括座体22以及封闭座体22的端盖24，所述座体22与端盖24共同形成圆柱形的空间，收容整个驱动模块40。

请同时参阅图8，所述驱动模块40包括电池41、与电池41连接的驱动电机42、与驱动电机42连接的减速器43、以及控制电机42运行速度的控制器44。

所述电机42收容于转动轮20内并环套于固定轴10上，较佳地所述电机42与固定轴10之间设置有第一轴承60支撑电机42的转子的转动。所述电机42可以是无刷直流电机(BLDC)、异步电机、磁阻电机等。所述电池41为常规电池组成的环形结构，收容于转动轮20内并环套电机42。所述电池41作为整个驱动模块40的电源，优选地为充电电池。可与外部电源连接对电池41充电。

所述减速器43收容于转动轮20内并环套于固定轴10上，与电机42同轴设置并位于电机42轴向的一侧。所述减速器43优选地为行星齿轮，其太阳轮431通过螺钉等与电机42的转子固定连接并随转子同步转动；其外齿圈432与转动轮20的底座通过紧配合等形成固定连接，带动转动轮20转动。电机42的转动经过行星齿轮43大幅减速后，带动转动轮20以较低的速度转动。较佳地，所述转动轮20的座体22与固定轴10之间设置有第二轴承61、转动轮20的端盖24与固定轴10之间设置有第三轴承62，支撑转动轮20的转动。所述减速器43上设置有单向轴承，单向轴承上设置有平键槽，其与固定轴10通过平键连接。所述行星齿轮43的行星轮与单向轴承固定连接。所述控制器44收容于转动轮20内，并通过一固定支架固定连接至转动轮20的端盖24的内壁上。所述控制器44包括多个功能单元，如电池管理单元45、电机调速单元46、以及通信单元47等。

所述电池管理单元45与电池41连接，具有自动恒流、恒压、脉冲激活充电转换功能；过流、过压、欠压自动保护功能；电池电量、输出电流、电池老化测量功能；还可定时反馈相关信息，提醒骑乘人员及时充电并维护车轮。

所述电机调速单元46与电机42的控制端连接，用以控制电机42升速、降速、巡航、刹车运行等。所述通信单元47与电机调速单元46连接，优选地为无线通信单元，如蓝牙、zigbee、WiFi等无线通信模块连接。所述自行车配备有与通信模块对应地遥控器48，所述遥控器48可以是专门的遥控器，也可以是手机、iPAD等无线终端。骑行者通过遥控器48输入相应的指令，实现电动助力比例的调节，并显示自行车实时状态，如电池电量、车速等。

本实用新型转动装置的车轮安装时，控制器44、电池41、电机42、减速器43、力矩传感机构50的几何中心线与固定轴10同轴设置。电机42工作时，转子相对定子转动驱动转动轮20转动的同时，电机42整体，包括定子、转子，以及电池41、减速器43、控制器44均随着转动轮20以固定轴10为中心转动，由于减速器43的存在定子和转子存在转速差值，该差值除以减速器43速比就等于车轮的实际角速度，所以减速器43是必须零件，且其速比大于1。

如图5-7所示，所述力矩传感机构50包括飞轮51、由飞轮51驱动的传动环52、以及设置于传动环52上的力矩传感器53，所述力矩传感器53优选地为一应变片，与控制器44的电机调速单元46电性连接。

所述飞轮51套环套设于固定轴10上，并贴设于转动轮20的端盖24的外侧，在将本实用新型车轮装配于自行车时，所述飞轮51与自行车的链条相啮合，从而与自行车的脚踏形成传动连接。所述飞轮51可以是单速也可以是多速。套环所述转动轮20的另一侧端设置有刹车盘70，所述刹车盘70通过螺钉固定连接于转动轮20的座体22的外端面上。

所述传动环52转动地套设于固定轴10上，传动环52的一端伸入至飞轮52的套环54内与套环54固定连接，从而飞轮51驱动传动环52随之同步转动。本实施例中，所述传动环52为弹性体，与套环54紧配合固定。较佳地，所述传动环52与固定轴10之间设置有第四轴承63，支撑传动环52的转动。所述传动环52的另一端则伸入至转动轮20的端盖24中央的轴孔内，较佳地所述传动环52的外壁面上形成有凸块520，所述端盖24的内壁面上形成有卡槽240，所述凸块520卡入至卡槽240内。

骑行者踩踏自行车的脚踏时通过链条带动飞轮51，飞轮51受力转动将力传递到传动环52带动传动环52同步转动，传动环52通过凸块520将力传递到端盖24，端盖24带动车轮转动。同时，传动环52受力变形，应变片53检测到相应的变形并输出电压信号，所述电压信号经电机调速单元46处理，生产相应的控制信号控制电机42的转动速度，所述电机42的转动通过行星齿轮43降速后驱动转动轮20转动，如此电机42和骑行者同时出力使本实用新型转动装置转动，骑行者用比之前少的力就能带动自行车运行，达到助力骑行的目的。

本实用新型转动装置通过力矩传感器53检测脚踏受力并据此控制电机42的输出，脚踏受力越大电机42输出的驱动力越大，反之脚踏受力越小电机42输出的驱动力越小，脚踏不受力时电机42不输出。如此，骑行者可以根据路况改变踩踏脚踏的力量，在上坡等费力路段时相对用力踩踏、在平缓路段时轻踏即可、在下坡路段时则完全不用力，在操作上简单、省力。

本实用新型转动装置由固定轴10、转动轮20、驱动模块40、以及力矩传感机构50构成，整个驱动模块40，包括电池41、电机42、减速器43、控制器44，均内置于转动轮20内随转动轮20绕固定轴10转动，整个车轮结构为内置驱动的一体化结构，与外部无任何电气连接。当本实用新型转动装置作为车轮应用于自行车时，只需将原有人力自行车的后轮拆除并更换上本实用新型的转动装置，通过固定轴10固定连接至原有车架，即可形成电助力自行车，简单方便。当然本实用新型转动装置作为车轮时，可应用于任何车辆，如汽车、三轮车，并不以应用于自行车为限。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种转动装置，包括固定轴、转动地套接于固定轴上的转动轮、以及驱动模块，其特征在于，所述驱动模块收容于转动轮内，包括电池、与电池连接的电机调速单元、以及与电机调速单元连接的电机，所述电机的转子与转动轮传动连接，电机驱动转动轮相对固定轴转动时，所述转动轮带动整个驱动模块随其相对固定轴转动。

2.如权利要求1所述的转动装置，其特征在于，还包括力矩传感机构，所述力矩传感机构包括、飞轮、与飞轮固定连接的传动环、以及力矩传感器，所述传动环为弹性体，所述力矩传感器设置于传动环内。

3.如权利要求2所述的转动装置，其特征在于，所述传动环的第一端插入至飞轮内并与飞轮紧配合固定。

4.如权利要求2所述的转动装置，其特征在于，所述传动环的第二端插入至转动轮的轮毂内，所述传动环的第二端的外壁面形成有凸块，所述轮毂的内壁面形成有卡槽，所述凸块卡设于卡槽内。

5.如权利要求2所述的转动装置，其特征在于，所述力矩传感器为应变片。

6.如权利要求1所述的转动装置，其特征在于，还包括传动连接电机转子与转动轮的减速器，所述减速器为行星齿轮，所述行星齿轮的太阳轮与电机的转子固定连接，行星齿轮的外齿圈与轮毂固定连接，行星齿轮的行星轮与单向轴承固定连接。

7.如权利要求6所述的转动装置，其特征在于，所述电池环套电机，所述行星齿轮位于电机的轴向的一侧，行星齿轮的速比大于1。

8.如权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述驱动模块还包括与电池连接的电池管理单元。

9.如权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述驱动模块还包括与电机调速单元连接的通信单元、以及与通信单元相配合的遥控器。

10.一种电助力自行车，包括车架以及与车架连接的车轮，其特征在于：所述车轮为权利要求1-8任一项所述的转动装置，所述转动装置的固定轴与车架固定连接。

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