CN212022889U - 一种电动自行车中轴传动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动自行车中轴传动装置，中轴，用于安装曲柄和脚踏以承受骑行踏力；主牙盘，通过套置链条向电动自行车的驱动链轮传递脚踏力；电机机芯，同中轴一同安装在壳体内，具有用于输出动力且与中轴平行的机芯轴；其特征在于还包括经轴承装于壳体内且平行机芯轴的输出转轴，其上经第一单向离合器连接第一传动齿轮，该齿轮与固定或一体设于机芯轴上的机芯齿轮啮合，输出转轴上还经第二单向离合器连接第二传动齿轮，该齿轮经一枢转设于壳体内的惰轮与固定至中轴上的第三传动齿轮传动连接，主牙盘固定在输出转轴上。本实用新型一反常规设计，将主牙盘固定至输出转轴上，使得机构整体结构更加紧凑，体积更小，传动效率更高。

Description

一种电动自行车中轴传动装置

技术领域

本实用新型涉及一种电动自行车中轴传动装置。

背景技术

电动自行车中轴传动装置是包含电机、中轴、离合器、减速机构、力矩传感器及牙盘在内的一整套动力机构的总称。现有技术中这种中轴传动装置的结构形式是多种多样的，不同的结构导致机构最终的传动效率和整体体积都是千差万别的。

目前电动自行车行业内应用广泛的一种中轴传动装置为侧挂形式，它的中轴与电机的输出轴平行布置，通过在壳体上引出安置中轴的中轴套管以便能够插入装配在市场上通用规格的车架五通管内，因此这种电机无需与专门的吊架配合，能够适配市面上大多数规格的车架，有着很好的适应性。

众所周知，目前中轴传动装置的固有结构形式中，牙盘通常都与中轴固定，电机端的动力经减速机构减速，再经一级或多级传动齿轮传动后，传递至中轴上，再由中轴传递至牙盘上，最后由牙盘经链条传递至后轮驱动电动自行车运行；而骑行时，人脚踏的力通过曲柄传递至中轴上，再传递至牙盘上，最后也由牙盘经链条传递至后轮驱动电动自行车运行。

然而，在实践中上述固有的中轴传动装置的结构设计形式逐渐暴露出如下缺点：

1）电机的动力输出除了经减速机构传递外，还需要通过中间的一级或多级齿轮传动机构才能传递至牙盘，传动损耗大，使得传动效率始终无法有效提升；

2）牙盘较大的尺寸加上其与中轴及内部的齿轮传动设计导致整体结构无法进一步紧凑，但牙盘又不能无端改小，因为其直接被安置在中轴上，规格依据传动速比和人踩踏的速率设计，如果将牙盘做小可能会增加人踩踏的速率，这在设计上是不可取的，也是不被允许的。

因此目前行业内亟待一种结构更加紧凑、体积更小，而传动效率更高的一种电动自行车中轴传动装置。

发明内容

本实用新型目的是：提供一种结构更加紧凑，体积小，传动效率高的一种电动自行车中轴传动装置。

本实用新型的技术方案是：一种电动自行车中轴传动装置，包括：

中轴，用于安装曲柄和脚踏以承受骑行踏力；

主牙盘，通过套置链条向电动自行车的驱动链轮传递脚踏力；

电机机芯，同中轴一同安装在壳体内，具有用于输出动力且与中轴平行的机芯轴；

其特征在于还包括通过轴承安装在壳体内且与机芯轴平行的输出转轴，该输出转轴上通过第一单向离合器连接第一传动齿轮，第一传动齿轮与固定或一体设于机芯轴上的机芯齿轮啮合，同时输出转轴上又通过第二单向离合器连接第二传动齿轮，该第二传动齿轮经一枢转设于壳体内的惰轮与一固定至中轴上的第三传动齿轮传动连接，主牙盘固定在输出转轴上。

当然电机机芯可以采用内转子外定子，或者外转子内定子任意形式，本实用新型对此没有限定。

进一步的，本实用新型还包括安装在中轴上的力矩传感器，该力矩传感器为已知的磁环霍尔式传感器，包括固定在中轴上的变形轴套，并且变形轴套与所述第三传动齿轮的内圈之间通过花键连接固定。

更进一步的，上述力矩传感器还包括固定在壳体上并位于变形轴套外围的霍尔元件支架，变形轴套上固定有感应磁环定位套，该感应磁环定位套上沿圆周固定有感应磁环，而霍尔元件支架上固定有与感应磁环配合的霍尔元件，霍尔元件与电动自行车的用于驱动电机机芯运转的控制器电连接。

对于力矩传感器的安装形式，本实用新型还可以采用另一套方案，即将力矩传感器设于惰轮处，其包括设于所述壳体内的传感器变形支架，所述惰轮枢转安装在该传感器变形支架上，同时该传感器变形支架上固定有应变片及与应变片电连接的PCB板，PCB板与电动自行车的用于驱动电机机芯运转的控制器电连接；并且所述第二传动齿轮、惰轮和第三传动齿轮的中心呈三角形分布。

进一步的，本实用新型还包括枢转设于壳体上用于撑开链条的至少一辅助牙盘。

进一步的，本实用新型中所述第一单向离合器和第二单向离合器均为单向滚针轴承。

进一步的，本实用新型中所述第一传动齿轮的直径大于机芯齿轮的直径；所述第三传动齿轮的直径大于惰轮的直径，而惰轮的直径大于或者等于第二传动齿轮的直径。

进一步的，本实用新型中所述输出转轴位于所述机芯轴和所述中轴之间。

进一步的，本实用新型中所述输出转轴一端伸出壳体，其上铣有供主牙盘套设抵靠的台阶部，同时该端开有轴向螺纹孔，同一牙盘螺钉配合以锁紧主牙盘，主牙盘的安装定位非常方便。

本实用新型工作原理如下：

电机机芯工作状态，人踩踏使力矩传感器产生感应信号，驱动电机机芯运转，借助第一单向离合器的咬合作用，机芯轴输出扭矩，经第一传动齿轮、输出转轴传递至主牙盘上，主牙盘经链条将扭矩传递至电动自行车的驱动链轮上，驱动电动自行车行进。此状态下，由于第二单向离合器脱开，使得第二传动齿轮不传递扭矩，防止中轴跟转。

人骑行踩踏工作状态，脚不停踩踏曲柄上的脚踏，扭矩通过中轴传递至第三传动齿轮上，再经惰轮、咬合的第二单向离合器传递至第二传动齿轮上，带动输出转轴和主牙盘旋转，最后主牙盘同样经链条将扭矩传递至电动自行车的驱动链轮上，驱动电动自行车行进。此状态下，第一单向离合器脱开，使得第一传动齿轮无法将扭矩传递至机芯轴上。

本实用新型的优点是：

1）本实用新型一反常规设计，将主牙盘固定至同机芯轴经一级齿轮传动的输出转轴上，而非直接固定至中轴上，这样电机机芯的动力输出无需像常规技术那样通过减速机构以及中间的一级或多级齿轮传动机构再传递至主牙盘，能够极大的降低传动损耗，有效提升传动效率。

2）本实用新型中将主牙盘直接固定在输出转轴上，而非中轴上，这样主牙盘的规格不再受传动速比和人踩踏的速率要求制约，可以进一步改小尺寸。而主牙盘尺寸改小后，可以使得整个中轴传动装置的结构设计的更加紧凑，壳体部分体积也可以做的更小。

3）常规技术中主牙盘需要设计牙盘连接套同中轴及内部齿轮传动机构进行装配，而本实用新型中的主牙盘安装起来极为方便简单，能够提高装配效率，并且由于也取消了牙盘连接套，减少了零部件，进一步简化了结构，故同时也降低了生产成本。

4）本实用新型中的机构中，力矩传感器既可以安装在中轴上又可以安装在惰轮处，安装更加灵活方便，能够有效利用和优化中轴传动装置内部结构，提高生产效率，降低生产成本。

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为本实用新型一种具体实施例的结构剖视图；

图2为图1实施例的壳体外部牙盘向视图（附带电动自行车后部的驱动链轮）；

图3为本实用新型另一实施例中力矩传感器的正面视图（包含其与第一传动齿轮、第二传动齿轮和惰轮的位置关系）。

其中：1、中轴；2、曲柄；3、主牙盘；4、链条；5、驱动链轮；6、电机机芯；6a、机芯轴；7、壳体；8、输出转轴；9、第一单向离合器；10、第一传动齿轮；11、机芯齿轮；12、第二单向离合器；13、第二传动齿轮；14、惰轮；15、第三传动齿轮；16、力矩传感器；16a、变形轴套；17、传感器变形支架；18、应变片；19、PCB板；20、辅助牙盘；21、牙盘螺钉。

具体实施方式

实施例1：结合图1~图2所示为本实用新型提供的这种一种电动自行车中轴传动装置的一种具体实施方式，其结构详述如下：

这种电动自行车中轴传动装置的结构主要由中轴1、曲柄2、主牙盘3、电机机芯6、壳体7、输出转轴8、第一单向离合器9、第一传动齿轮10、机芯齿轮11、第二单向离合器12、第二传动齿轮13、惰轮14、第三传动齿轮15、力矩传感器16以及辅助牙盘20和牙盘螺钉12共同组成。

首先如图1所示，壳体7由中间相连一体的上部壳体和下部壳体共同构成，其整体固定至电动自行车的车架（图中省略）上。中轴同常规技术一样采用多个轴承（图中未标出）安装在壳体的下部壳体中，中轴1两端用于安装曲柄2和脚踏（未画出）以承受骑行踏力。

所述电机机芯6、输出转轴8、第一单向离合器9、第一传动齿轮10、机芯齿轮11、第二单向离合器12、第二传动齿轮13均安装在壳体7的上部壳体内，其中电机机芯6采用外转子内定子形式，转子中心固定机芯轴6a，机芯轴6a前端采用轴承支撑安装在壳体7内。而在机芯轴6a的下方的上部壳体内还通过多个轴承（图中未标出）安装有与机芯轴6a平行的输出转轴8，该输出转轴8上沿轴向依次套设第一单向离合器9和第二单向离合器12，且第一单向离合器9和第二单向离合器12均为单向滚针轴承。

结合图1和图2所示，所述第一传动齿轮10固定至第一单向离合器9的外圈上，而所述第二传动齿轮13则固定至第二单向离合器12的外圈上。其中第一传动齿轮10与成型在机芯轴6a上的机芯齿轮11啮合，而第二传动齿轮13与枢转设于壳体7内的惰轮14啮合，该惰轮14再与一固定至中轴1上的第三传动齿轮15啮合。输出转轴8上靠近第二单向离合器12的一端伸出壳体7以固定主牙盘3，其上铣有供主牙盘3套设抵靠的台阶部，同时该端开有轴向螺纹孔，同一牙盘螺钉21配合以锁紧主牙盘3，具体如图1所示。主牙盘3通过套置链条4向安装在电动自行车的车架后部的驱动链轮5传递脚踏力，结合图2所示。

依旧结合图2所示，本实施例中的壳体7的下部壳体上，在中轴1的上下两侧对称枢转安装有两个辅助牙盘20用以撑开链条4，以便更好的传递扭矩，避免链条4可能与曲柄2产生的干涉。

并且具体如图1所示，中轴1位于输出转轴8的下方，本实用新型中在中轴1上安装有磁环霍尔式的力矩传感器16，这种力矩传感器16包括固定在中轴1上的变形轴套16a，作为已知技术，其还包括图中省略的下述结构：固定在壳体7上并位于变形轴套16a外围的霍尔元件支架，变形轴套16a上固定有感应磁环定位套，该感应磁环定位套上沿圆周固定有感应磁环，而霍尔元件支架上固定有与感应磁环配合的霍尔元件，霍尔元件与电动自行车的用于驱动电机机芯运转的控制器电连接。所述变形轴套16a一端与所述第三传动齿轮15之间通过花键连接固定。

本实施例中所述第一传动齿轮10的直径大于机芯齿轮11的直径；所述第三传动齿轮15的直径大于惰轮14的直径，而惰轮14的直径大于或者等于第二传动齿轮13的直径。

本实用新型工作原理如下：

电机机芯工作状态，人踩踏曲柄2和脚踏，使中轴1受力，力矩传感器16产生感应信号，驱动电机机芯6运转，借助第一单向离合器9的咬合作用，机芯轴6a输出扭矩，经第一传动齿轮10、输出转轴8传递至主牙盘3上，主牙盘3经链条4将扭矩传递至电动自行车的驱动链轮5上，驱动电动自行车行进。此状态下，由于第二单向离合器12脱开，使得第二传动齿轮12不传递扭矩，防止中轴1跟转。

人骑行踩踏工作状态，脚不停踩踏曲柄2上的脚踏，扭矩通过中轴1传递至第三传动齿轮15上，再经惰轮14、咬合的第二单向离合器12传递至第二传动齿轮13上，带动输出转轴8和主牙盘3旋转，最后主牙盘3同样经链条4将扭矩传递至电动自行车的驱动链轮5上，驱动电动自行车行进。此状态下，第一单向离合器9脱开，使得第一传动齿轮10无法将扭矩传递至机芯轴6a上。

实施例2：本实施例的结构同实施例1的差别在于，中轴1上不安装力矩传感器，而是将力矩传感器安装在惰轮14处，且这种力矩传感器经过专门设计，其包括固定在所述壳体7内的传感器变形支架17，所述惰轮14枢转安装在该传感器变形支架17上，同时该传感器变形支架17上固定有应变片18及与应变片18电连接的PCB板19，PCB板19与电动自行车的用于驱动电机机芯6运转的控制器电连接；并且所述第二传动齿轮13、惰轮14和第三传动齿轮15的中心呈三角形分布，如图3所示。由于不安装如图1所示的力矩传感器16及其变形轴套16a，本实施例中将第三传动齿轮15通过花键连接固定至中轴1上。

本实施例其余结构同实施例1，可以参见图1和图2中的结构。

由于力矩传感器位置和结构变动，故本实施例的工作原理也稍有不同：

电机机芯工作状态，人踩踏曲柄2上的脚踏，中轴1受力，并通过第三传动齿轮15使得惰轮14也受力，而惰轮14受力使得传感器变形支架17上的应变片18变形产生感应信号输送给控制器，令控制器驱动电机机芯6运转，借助第一单向离合器9的咬合作用，机芯轴6a输出扭矩，经第一传动齿轮10、输出转轴8传递至主牙盘3上，主牙盘3经链条4将扭矩传递至电动自行车的驱动链轮5上，驱动电动自行车行进。此状态下，由于第二单向离合器12脱开，使得第二传动齿轮12不传递扭矩，防止中轴1跟转。

人骑行踩踏工作状态，脚不停踩踏曲柄2上的脚踏，扭矩通过中轴1、第三传动齿轮15、惰轮14、第二传动齿轮13和咬合的第二单向离合器12传递至输出转轴8上，从而带动主牙盘3旋转，最后主牙盘3同样经链条4将扭矩传递至电动自行车的驱动链轮5上，驱动电动自行车行进。此状态下由于第一单向离合器9脱开，故使得第一传动齿轮10无法将扭矩传递至机芯轴6a上。

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轴传动装置，包括：

中轴（1），用于安装曲柄（2）和脚踏以承受骑行踏力；

主牙盘（3），通过套置链条（4）向电动自行车的驱动链轮（5）传递脚踏力；

电机机芯（6），同中轴（1）一同安装在壳体（7）内，具有用于输出动力且与中轴平行的机芯轴（6a）；

其特征在于还包括通过轴承安装在壳体（7）内且与机芯轴（6a）平行的输出转轴（8），该输出转轴（8）上通过第一单向离合器（9）连接第一传动齿轮（10），第一传动齿轮（10）与固定或一体设于机芯轴（6a）上的机芯齿轮（11）啮合，同时输出转轴（8）上又通过第二单向离合器（12）连接第二传动齿轮（13），该第二传动齿轮（13）经一枢转设于壳体（7）内的惰轮（14）与一固定至中轴（1）上的第三传动齿轮（15）传动连接，主牙盘（3）固定在输出转轴（8）上。

2.根据权利要求1所述的一种电动自行车中轴传动装置，其特征在于还包括安装在中轴（1）上的力矩传感器（16），该力矩传感器（16）包括固定在中轴（1）上的变形轴套（16a），并且变形轴套（16a）与所述第三传动齿轮（15）的内圈之间通过花键连接固定。

3.根据权利要求2所述的一种电动自行车中轴传动装置，其特征在于所述力矩传感器（16）还包括固定在壳体（7）上并位于变形轴套（16a）外围的霍尔元件支架，变形轴套（16a）上固定有感应磁环定位套，该感应磁环定位套上沿圆周固定有感应磁环，而霍尔元件支架上固定有与感应磁环配合的霍尔元件，霍尔元件与电动自行车的用于驱动电机机芯（6）运转的控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的一种电动自行车中轴传动装置，其特征在于还包括设于惰轮（14）处的力矩传感器，其包括设于所述壳体（7）内的传感器变形支架（17），所述惰轮（14）枢转安装在该传感器变形支架（17）上，同时该传感器变形支架（17）上固定有应变片（18）及与应变片（18）电连接的PCB板（19），PCB板（19）与电动自行车的用于驱动电机机芯（6）运转的控制器电连接；并且所述第二传动齿轮（13）、惰轮（14）和第三传动齿轮（15）的中心呈三角形分布。

5.根据权利要求1所述的一种电动自行车中轴传动装置，其特征在于还包括枢转设于壳体（7）上用于撑开链条（4）的至少一辅助牙盘（20）。

6.根据权利要求1所述的一种电动自行车中轴传动装置，其特征在于所述第一单向离合器（9）和第二单向离合器（12）均为单向滚针轴承。

7.根据权利要求1所述的一种电动自行车中轴传动装置，其特征在于所述第一传动齿轮（10）的直径大于机芯齿轮（11）的直径；所述第三传动齿轮（15）的直径大于惰轮（14）的直径，而惰轮（14）的直径大于或者等于第二传动齿轮（13）的直径。

8.根据权利要求1所述的一种电动自行车中轴传动装置，其特征在于所述输出转轴（8）位于所述机芯轴（6a）和所述中轴（1）之间。

9.根据权利要求1所述的一种电动自行车中轴传动装置，其特征在于所述输出转轴（8）一端伸出壳体（7），其上铣有供主牙盘（3）套设抵靠的台阶部，同时该端开有轴向螺纹孔，同一牙盘螺钉（21）配合以锁紧主牙盘（3）。

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