CN211281363U - 一种电动助力自行车的牙盘增速机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动助力自行车的牙盘增速机构，包括自行车主轴，还包括与自行车主轴同轴心的输出齿轮，输出齿轮通过行星轮系传动系统传动连接自行车主轴；自行车主轴的外侧同轴心套设有筒体，筒体沿轴线方向依次第一段筒和第二段筒；本实用新型的行星轮系传动系统结构中轴采用ISIS花键轴标准，太阳轮与力矩之间也是用花键链接，结构紧凑，整个结构刚性强，能更有效的将人脚力传输到力矩测力杆，提升力矩响应时间和灵敏度。并提高用户的舒适感；减轻电机减速齿轮与链条的传动负担，避免启动转矩大造成断齿断链的风险；结构更加紧凑，提高用户的舒适感。

Description

一种电动助力自行车的牙盘增速机构

技术领域

本实用新型属于助力自行车的传动系统领域。

背景技术

助力自行车的动力来源于人工脚踏和电机驱动的双重作用，为了适应输出电机最佳的输出转速和扭矩，助力自行车的传动系统需要实时的检测五通轴所受扭矩，进而更加合理的配置电机的输出功率，提高其舒适感，更好的起到自行车的助力效果，提升用户体验，现有的五通轴扭矩检测机构的灵敏性往往不够高，传动系统的结构不够紧凑，而受力均匀性不高，容易发生断裂等风险。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种结构紧凑，增速比高的一种电动助力自行车的牙盘增速机构。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一种电动助力自行车的牙盘增速机构，包括自行车主轴，还包括与自行车主轴同轴心的输出齿轮，输出齿轮通过行星轮系传动系统传动连接自行车主轴；

自行车主轴的外侧同轴心套设有筒体，筒体沿轴线方向依次第一段筒和第二段筒；第一段筒的外侧同轴心套设有固定安装的传力套筒，传力套筒内圈与第一段筒外圈通过花键配合；第二段筒为外齿轮圈结构；第二段筒的外齿轮圈结构是行星轮系传动系统的中心齿轮。

进一步的，所述第一段筒内圈与所述自行车主轴外圈通过第一滚针轴承转动配合；还包括与机壳固定连接的测力杆，所述测力杆的一端与所述传力套筒固定连接。

进一步的，所述行星轮系传动系统包括行星齿轮支架，所述行星齿轮支架上转动安装有若干行星齿轮，各所述行星齿轮均与所述第二段筒的外齿轮圈结构啮合；所述行星轮系传动系统还包括内齿圈，所述内齿圈与所述输出齿轮一体化同轴心连接；所述内齿圈的内圈齿体与各所述行星齿轮啮合；

所述行星齿轮支架的两端分别同轴心一体化连接有左筒体和右筒体；所述左筒体内圈通过第一轴承与所述筒体外圈传动连接；所述右筒体的内圈通过第二轴承和棘轮棘爪与所述自行车主轴传动连接。

进一步的，所述右筒体的外圈通过第二滚针轴承与所述输出齿轮传动连接；所述输出齿轮远离所述内齿圈的一端同轴心一体化连接有轴承套筒，所述轴承套筒与所述自行车主轴通过第三滚针轴承传动连接所述自行车主轴，所述轴承套筒远离所述输出齿轮的一端外圈设置有牙盘连接花键；所述牙盘连接花键上能连接自行车链条牙盘。

有益效果：自行车主轴采用ISIS花键轴标准，太阳轮与测力杆之间也是用花键传力扭力，结构紧凑，整个结构刚性强，能更有效的将人脚力传输到力矩测力杆，提升力矩响应时间和灵敏度。并提高用户的舒适感；减轻电机减速齿轮与链条的传动负担，避免启动转矩大造成断齿断链的风险，使行星轮系传动系统的中心齿轮的受力更加均匀；将霍尔传感器直接安装在PCB板上，这样使控制器和霍尔传感器都置于五通轴箱体中，省去信号导线的过程，稳定性和密封防水性能极大提高，而且还能有效节约空间，省去自行车外部还要加装控制箱的过程。

附图说明

附图1为自行车主轴的霍尔磁圈处的局部剖视图；

附图2为行星轮系传动系统的局部剖视图；

附图3为pcb板霍尔传感器处的立体剖开示意图；

附图4为传力杆处的局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如附图1至4所示的带测速机构的助力自行车传动系统，包括自行车五通轴箱体20，所述自行车五通轴箱体20内通过轴承转动设置有自行车主轴4，所述自行车主轴4 的两端为脚踏曲柄连接部25；

所述自行车主轴4上同轴心固定套装有霍尔磁圈32，为了增加其限位精准度，本实施例的霍尔磁钢圈29的两侧分别限位设置有左限位环30和右限位环28，所述霍尔磁圈 32随所述自行车主轴4同步旋转，所述霍尔磁圈32上呈圆周阵列均布有若干永磁体31；所述自行车五通轴箱体20内固定安装有PCB板33，本实施例的PCB板33上加载有控制器，所述PCB板33靠近自行车主轴4的一端固定安装有霍尔传感器27；将霍尔传感器直接安装在PCB板上，这样使控制器和霍尔传感器都置于五通轴箱体中，省去信号导线的过程，稳定性和密封防水性能极大提高，而且还能有效节约空间，省去自行车外部还要加装控制箱的过程；所述霍尔传感器27与所述霍尔磁圈32相对应；其原理是霍尔磁圈32每旋转一圈，永磁体31使霍尔传感器27周围磁场均会发生变化，进而霍尔传感器27中的霍尔电势就相应变化，进而通过单位时间内对霍尔电势的变化进行计数就可以测量自行车主轴4的转速。

自行车主轴4的外侧同轴心套设有筒体3，所述筒体3沿轴线方向依次第一段筒3.1和第二段筒3.2；所述第二段筒3.2为外齿轮圈结构；还包括与自行车主轴4同轴心的输出齿轮9，所述输出齿轮9通过行星轮系传动系统传动连接自行车主轴4；所述第二段筒3.2的外齿轮圈结构是行星轮系传动系统的中心齿轮；本实用新型的行星轮系传动系统结构相较于普通的变速系统能带来更大的增速比，而且传动更加平稳，结构更加紧凑；行星轮系传动系统的具体结构在后文中还有介绍；

所述第一段筒3.1的外侧通过花键14配合同轴心套设有传力套筒2；传力套筒2内圈与第一段筒3.1外圈通过花键14配合，本实施例采用的是渐开线花键，提高了其载荷大，受力更加均匀，能提高后文测力杆16的测力精度；为了提高传动平稳度，本实施例的第一段筒3.1内圈与自行车主轴4外圈通过第一滚针轴承15转动配合；所述传力套筒2的外侧一体化连接有长矩形的测力杆16，所述测力杆16的长度延伸线经过所述传力套筒2的圆心，所述测力杆16的中部一侧贴设有应变片80，该装置在正常运行过程中传力套筒2在测力杆16约束下不能转动，进而使传力套筒2承受筒体3所受的扭力，传力套筒2所受的扭力传递给测力杆16，使测力杆16受到弯矩力，进而使测力杆16 上的应变片80检测测力杆16的上的应变量，进而通过测力杆16所承受的弯矩来推算出筒体3所承受的扭矩，测力杆16的弯矩形变量相较于传统的扭矩应变量要大，进而使力矩测量更加精准；而且测力杆16本身还起到了对传力套筒2的支撑作用。

为了增加检测精度，本实施例的测力杆16的末端靠近应变片80的一侧固定设置有半球体23，所述测力杆16的末端远离所述应变片80的一侧连接有弹性橡胶垫22；所述测力杆16末端的两侧分别设置有第一限位凸台24和第二限位凸台21；所述半球体23的球面顶压所述第一限位凸台24的一侧面；所述弹性橡胶垫22顶压所述第二限位凸台21 的一侧面；

本实施例的行星轮系传动系统包括行星齿轮支架8，所述行星齿轮支架8上转动安装有若干行星齿轮6，各所述行星齿轮6均与所述第二段筒3.2的外齿轮圈结构啮合；所述行星轮系传动系统还包括内齿圈7，所述内齿圈7与所述输出齿轮9一体化同轴心连接；所述内齿圈7的内圈齿体与各所述行星齿轮6啮合；所述行星齿轮支架8的两端分别同轴心一体化连接有左筒体8.1和右筒体8.2；所述左筒体8.1内圈通过第一轴承17 与所述筒体3外圈传动连接；所述右筒体8.2的内圈通过第二轴承71和棘轮棘爪19与所述自行车主轴4传动连接；所述右筒体8.2的外圈通过第二滚针轴承18与所述输出齿轮9传动连接；所述输出齿轮9远离所述内齿圈7的一端同轴心一体化连接有轴承套筒 10，所述轴承套筒10与所述自行车主轴4通过第三滚针轴承11传动连接所述自行车主轴4，所述轴承套筒10远离所述输出齿轮9的一端外圈设置有牙盘连接花键12；所述牙盘连接花键12上能连接自行车链条牙盘。

本方案的具体传动过程和原理：

骑行时：自行车主轴4受脚蹬力转动，此时棘轮棘爪19处于咬合状态，进而使行星齿轮支架8也同步转动，进而使行星齿轮支架8带动各行星齿轮6自传与公转，由于第二段筒3.2被传力套筒2的花键14限制转动，使筒体3固定不动，进而相当于行星轮系传动系统的中心轮处于始终不能转动的静止状态，进而行星齿轮6带动内齿圈7转动，进而内齿圈7右端的牙盘连接花键12带动牙盘输出；行星轮系传动系统结构相较于普通的变速系统能带来更大的增速比，而且传动更加平稳，结构更加紧凑；固定套筒内圈与第一段筒外圈通过花键配合，本实施例采用的是渐开线花键结构载荷大，受力更加均匀。

电机输出时，电机会带动齿轮9旋转，进而直接带动右端的牙盘连接花键12带动牙盘输出，此时棘轮棘爪19处于脱开状态，自行车主轴4不旋转；

实际过程中，自行车的牙盘输出功率等于电机功率+人力脚踩功率；

行星轮系，存在的作用：

1：齿轮传动有反作用力，安装测力杆检测出反作用的大小，根据反作用力可以得到骑行车需要电机输出功率。

2：电助力自行车不能超出自行车的范畴，还是需要有传统自行车的功能与骑行舒适感；一般电机输出转速为90转，根据牙盘与飞轮增速约3.5倍，到后轮的转速是310。才能满足电动骑行车的要求，也满足无电和传统自行车相同，但由于电机输出转速较低，功率不变，转矩就较大，电机内部机械寿命会降低(轴承、齿轮)，这一套增速的行星齿轮的存在，牙盘与飞轮的增速降到2倍，电机输出可以为150转，转速上升，功率不变，转矩下降，减轻电机减速齿轮与链条的传动负担，避免启动转矩大造成断齿断链的风险。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种电动助力自行车的牙盘增速机构，包括自行车主轴(4)，还包括与自行车主轴(4)同轴心的输出齿轮(9)，输出齿轮(9)通过行星轮系传动系统传动连接自行车主轴(4)；

其特征在于：自行车主轴(4)的外侧同轴心套设有筒体(3)，筒体(3)沿轴线方向依次第一段筒(3.1)和第二段筒(3.2)；第一段筒(3.1)的外侧同轴心套设有固定安装的传力套筒(2)，传力套筒(2)内圈与第一段筒(3.1)外圈通过花键(14)配合；第二段筒(3.2)为外齿轮圈结构；第二段筒(3.2)的外齿轮圈结构是所述行星轮系传动系统的中心齿轮。

2.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车的牙盘增速机构，其特征在于：所述第一段筒(3.1)内圈与所述自行车主轴(4)外圈通过第一滚针轴承(15)转动配合；还包括测力杆(16)，所述测力杆(16)的一端与所述传力套筒(2)固定连接，所述传力套筒(2)所受到的扭力能传递到测力杆(16)上，所述测力杆(16)的中部一侧贴设有应变片(80)。

3.根据权利要求2所述的一种电动助力自行车的牙盘增速机构，其特征在于：所述行星轮系传动系统包括行星齿轮支架(8)，所述行星齿轮支架(8)上转动安装有若干行星齿轮(6)，各所述行星齿轮(6)均与所述第二段筒(3.2)的外齿轮圈结构啮合；所述行星轮系传动系统还包括内齿圈(7)，所述内齿圈(7)与所述输出齿轮(9)一体化同轴心连接；所述内齿圈(7)的内圈齿体与各所述行星齿轮(6)啮合；

所述行星齿轮支架(8)的两端分别同轴心一体化连接有左筒体(8.1)和右筒体(8.2)；所述左筒体(8.1)内圈通过第一轴承(17)与所述筒体(3)外圈传动连接；所述右筒体(8.2)的内圈通过第二轴承(71)和棘轮棘爪(19)与所述自行车主轴(4)传动连接。

4.根据权利要求3所述的一种电动助力自行车的牙盘增速机构，其特征在于：所述右筒体(8.2)的外圈通过第二滚针轴承(18)与所述输出齿轮(9)传动连接；所述输出齿轮(9)远离所述内齿圈(7)的一端同轴心一体化连接有轴承套筒(10)，所述轴承套筒(10)与所述自行车主轴(4)通过第三滚针轴承(11)传动连接所述自行车主轴(4)，所述轴承套筒(10)远离所述输出齿轮(9)的一端外圈设置有牙盘连接花键(12)；所述牙盘连接花键(12)上能连接自行车链条牙盘。

5.根据权利要求4所述的一种电动助力自行车的牙盘增速机构，其特征在于：所述自行车主轴(4)上同轴心固定套装有霍尔磁圈(32)，所述霍尔磁圈(32)随所述自行车主轴(4)同步旋转，所述霍尔磁圈(32)上呈圆周阵列均布有若干永磁体(31)；所述自行车五通轴箱体(20)内固定安装有PCB板(33)，所述PCB板(33)靠近自行车主轴(4)的一端固定安装有霍尔传感器(27)；所述霍尔传感器(27)与所述霍尔磁圈(32)相对应。

6.根据权利要求5所述的一种电动助力自行车的牙盘增速机构，其特征在于：所述霍尔磁圈(32)的两侧分别限位设置有左限位环(30)和右限位环(28)。

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