CN212323934U - 适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，包括飞轮组件、力矩传感器组件、电机组件，所述力矩传感器组件包括转子印刷电路板组件、定子印刷电路板组件，转子印刷电路板组件与定子印刷电路板组件能够相互作用；所述电机组件包括电机定子、电机转子以及电机中轴，电机定子嵌套在电机中轴上，电机转子转动安装在电机中轴上；所述转子印刷电路板组件安装在飞轮组件上，定子印刷电路板组件安装在电机定子和/或电机中轴上，飞轮组件安装在电机中轴上，飞轮组件分别连接电机定子、电机转子。本实用新型结构简单合理，将力矩传感器与轮毂电机集成到一起，能够根据用户实际需要的力矩进行助力补偿，实用性好。

Description

适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机

技术领域

本实用新型涉及轮毂电机，具体地，涉及一种适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，尤其是一种电动助力自行车后轮一体式轮毂电机。

背景技术

电动助力自行车是一种新型二轮车辆，以电池作为辅助动力来源，安装有电机作为动力辅助，是一种能实现人力骑行和电机助力一体化的新型交通工具。与常用的电动助力自行车相比，电动助力自行车没有控制阀门(即加速把手)，而是通过采集脚踏板速度、力矩信号，同时配合电机助力来为自行车加速，所以力矩传感器是电动助力自行车上最为关键的部件之一。

目前，常用的电动助力自行车力矩传感器多采用霍尔效应传感器，但是霍尔效应传感器线性精度低，在高温下容易退磁等因素都会造成霍尔传感器精度误差变大，无法真实还原力矩大小，降低助力里程数。传统电机力矩传感器的安装方法，需要电机内部有较大的安装空间，且存在零部件多结构复杂等特点。

公开号为CN205417979U的专利文献公开了一种新型助力传感器，包括支架、霍尔传感器以及链轮，所述链轮侧面上环周安装有磁钢，所述链轮通过链轮轴安装在所述支架上，与所述磁钢对应的链轮轴上设有所述霍尔传感器，所述支架的另一端通过连接管与安装板连接，所述连接管内设有扭簧。该专利文献的技术方案将链轮安装在能够自由摆动的摆动杆上，由于摆动杆与安装板之间通过一个带扭簧的连接管连接，因而该摆动杆带复位和涨紧链条的作用，可以将安装板直接安装在普通自行车的后轴上，就能够精确的对车辆的车速进行采集，但是，采用霍尔传感器测量精度的稳定性容易受到外界环境的干扰，此外，没有集成电机，如需实现助力还需要额外设置电机，使得结构相对复杂，集成度不高。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机。

根据本实用新型提供的一种适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，包括飞轮组件、力矩传感器组件、电机组件，所述力矩传感器组件包括转子印刷电路板组件、定子印刷电路板组件，转子印刷电路板组件与定子印刷电路板组件能够相互作用；

所述电机组件包括电机定子、电机转子以及电机中轴，电机定子嵌套在电机中轴上，电机转子转动安装在电机中轴上；

所述转子印刷电路板组件安装在飞轮组件上，定子印刷电路板组件安装在电机定子和/或电机中轴上，飞轮组件安装在电机中轴上，飞轮组件分别连接电机定子、电机转子。

优选地，所述飞轮组件包括第一轴承、飞轮、飞轮盖、第二轴承、卡飞安装座以及第三轴承；

所述飞轮通过第一轴承安装在电机中轴上，卡飞安装座嵌套在飞轮上并通过第三轴承安装在电机中轴上，飞轮盖通过第二轴承连接卡飞安装座；

所述飞轮盖与电机转子连接后形成一个容纳空间，所述力矩传感器组件、电机定子位于容纳空间内部；

所述飞轮能够连接外部电动助力自行车的链条或脚踏板。

优选地，所述卡飞安装座周向上设置有凸块，凸块内部设置有弹簧，所述飞轮盖的周向上设置有卡槽，所述凸块卡装在卡槽内并通过弹簧连接卡槽。

优选地，所述凸块与卡槽之间存在间隙。

优选地，所述转子印刷电路板组件包括内转子印刷电路板、外转子印刷电路板；

所述内转子印刷电路板安装在卡飞安装座的内侧端面上，外转子印刷电路板安装在飞轮盖的端面上。

优选地，所述飞轮盖的端面所在平面高于卡飞安装座的凸块端面所在平面。

优选地，所述内转子印刷电路板、外转子印刷电路板为同心圆环，内转子印刷电路板、外转子印刷电路板的圆环形端面上均设置有多组金属组件，所述金属组件包括多个金属叶片；

在内转子印刷电路板上，所述多组金属组件相对于内转子印刷电路板圆心均匀分布，一组金属组件内多个金属叶片间隔均匀分布且相对于内转子印刷电路板的圆心成辐射状分布；

在外转子印刷电路板上，所述多组金属组件相对于外转子印刷电路板圆心均匀分布，一组金属组件内多个金属叶片间隔均匀分布且相对于外转子印刷电路板的圆心成辐射状分布。

优选地，所述外转子印刷电路板上一组金属组件辐射的角度等于内转子印刷电路板上一组金属组件辐射的角度。

优选地，所述定子印刷电路板组件包括外接收线圈组件、内接收线圈组件、激励线圈、信号处理模块以及电路板本体；

所述电路板本体为环形，外接收线圈组件、内接收线圈组件、激励线圈以及信号处理模块均设置在电路板本体上，外接收线圈组件、内接收线圈组件以及激励线圈均连接信号处理模块，内接收线圈组件位于外接收线圈组件内侧，激励线圈在电路板本体上垂直映射范围将内接收线圈组件、外接收线圈组件包围在内。

优选地，所述外接收线圈组件的垂直映射平面的形状尺寸与转子印刷电路板组件的外转子印刷电路板相同并能够垂直映射到转子印刷电路板组件的外转子印刷电路板上；

所述内接收线圈组件的垂直映射平面的形状尺寸与转子印刷电路板组件的内转子印刷电路板相同并能够垂直映射到转子印刷电路板组件的内转子印刷电路板上。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型结构简单合理，将力矩传感器与轮毂电机集成到一起，能够根据用户实际需要的力矩进行助力补偿，实用性好。

2、本实用新型力矩传感器组件设置在轮毂电机内部，不会暴露在外界环境中，使得力矩传感器组件的使用寿命延长。

3、本实用新型在卡飞安装座与飞轮盖之间设置弹簧，将外转子印刷电路板安装在飞轮盖上，将内转子印刷电路板安装在卡飞安装座上，当飞轮转动带动卡飞安装座转动时，通过弹簧使得卡飞安装座与飞轮盖之间产生转动力矩，并通过外转子印刷电路板与内转子印刷电路板传递到定子印刷电路板组件，从而精确测量转动力矩，并通过电机对力矩进行补偿。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的爆炸结构示意图。

图2为本实用新型一个角度的立体结构示意图。

图3为本实用新型另一个角度的立体结构示意图。

图4为本实用新型的剖视结构示意图。

图5为本实用新型卡飞安装座、飞轮盖以及飞轮的连接结构示意图。

图6为本实用新型飞安装座与飞轮盖的连接结果狗示意图。

图7为本实用新型卡飞安装座的结构示意图。

图8为本实用新型转子印刷电路板组件与卡飞安装座、飞轮盖的连接结构示意图。

图9为本实用新型定子印刷电路板组件与电机定子的连接结构示意图。

图10为本实用新型转子印刷电路板组件的结构示意图。

图11为本实用新型定子印刷电路板组件的结构示意图。

图中示出：

第一轴承1 激励线圈703

飞轮2 信号处理模块704

飞轮盖3 第三轴承8

第二轴承4 电机定子9

卡飞安装座5 第四轴承10

转子印刷电路板组件6 电机转子11

内转子印刷电路板6a 电机中轴12

外转子印刷电路板6b 飞轮盖的端面13

金属叶片601 卡飞安装座的凸块端面14a

定子印刷电路板组件7 卡飞安装座的内侧端面14b

外接收线圈组件701 弹簧15

内接收线圈组件702

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

根据本实用新型提供的一种适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，如图1-4所示，包括飞轮组件、力矩传感器组件、电机组件，所述力矩传感器组件包括转子印刷电路板组件6、定子印刷电路板组件7，转子印刷电路板组件6与定子印刷电路板组件7能够相互作用；所述电机组件包括电机定子9、电机转子11以及电机中轴12，电机定子9嵌套在电机中轴12上，电机转子11转动安装在电机中轴12上；所述转子印刷电路板组件6安装在飞轮组件上，定子印刷电路板组件7安装在电机定子9和/或电机中轴12上，飞轮组件安装在电机中轴12上，飞轮组件分别连接电机定子9、电机转子11。所述电机转子11通过第四轴承10连接在电机中轴12上。优选地，所述飞轮2采用九速飞轮。优选地，定子印刷电路板组件7通过工装过盈配合在电机定子9内侧，也可以通过螺丝安装在电机中轴12上的轴套上。

如图1所示，所述飞轮组件包括第一轴承1、飞轮2、飞轮盖3、第二轴承4、卡飞安装座5以及第三轴承8；所述飞轮2通过第一轴承1安装在电机中轴12上，卡飞安装座5嵌套在飞轮2上并通过第三轴承8安装在电机中轴12上，飞轮盖3通过第二轴承4连接卡飞安装座5；所述飞轮盖3与电机转子11连接后形成一个容纳空间，所述力矩传感器组件、电机定子9位于容纳空间内部；所述飞轮2能够连接外部电动助力自行车的链条或脚踏板。

如图5-7所示，所述卡飞安装座5周向上设置有凸块，凸块内部设置有弹簧15，所述飞轮盖3的周向上设置有卡槽，所述凸块卡装在卡槽内并通过弹簧15连接卡槽。所述凸块与卡槽之间存在间隙，即图6中间隙d。如图5、6以及8所示，所述转子印刷电路板组件6包括内转子印刷电路板6a、外转子印刷电路板6b；所述内转子印刷电路板6a安装在卡飞安装座的内侧端面14b上，外转子印刷电路板6b安装在飞轮盖的端面13上。所述飞轮盖的端面13所在平面高于卡飞安装座的凸块端面14a所在平面，在一个实施例中，飞轮盖的端面13所在平面比卡飞安装座的凸块端面14a所在平面高1mm，使得内转子印刷电路板6a、外转子印刷电路板6b能够独立转动互不干扰。

如图10所示，所述内转子印刷电路板6a、外转子印刷电路板6b为同心圆环，内转子印刷电路板6a、外转子印刷电路板6b的圆环形端面上均设置有多组金属组件，所述金属组件包括多个金属叶片601；在内转子印刷电路板6a上，所述多组金属组件相对于内转子印刷电路板6a圆心均匀分布，一组金属组件内多个金属叶片601间隔均匀分布且相对于内转子印刷电路板6a的圆心成辐射状分布；在外转子印刷电路板6b上，所述多组金属组件相对于外转子印刷电路板6b圆心均匀分布，一组金属组件内多个金属叶片601间隔均匀分布且相对于外转子印刷电路板6b的圆心成辐射状分布。所述外转子印刷电路板6b上一组金属组件辐射的角度等于内转子印刷电路板6a上一组金属组件辐射的角度。优选地，在内转子印刷电路板6a、外转子印刷电路板6b上，金属组件周期性重复排列。

如图11所示，所述定子印刷电路板组件7包括外接收线圈组件701、内接收线圈组件702、激励线圈703、信号处理模块704以及电路板本体；所述电路板本体为环形，外接收线圈组件701、内接收线圈组件702、激励线圈703以及信号处理模块704均设置在电路板本体上，外接收线圈组件701、内接收线圈组件702以及激励线圈703均连接信号处理模块704，内接收线圈组件702位于外接收线圈组件701内侧，激励线圈703在电路板本体上垂直映射范围将内接收线圈组件702、外接收线圈组件701包围在内。所述外接收线圈组件701的垂直映射平面的形状尺寸与转子印刷电路板组件6的外转子印刷电路板6b相同并能够垂直映射到转子印刷电路板组件6的外转子印刷电路板6b上；所述内接收线圈组件702的垂直映射平面的形状尺寸与转子印刷电路板组件6的内转子印刷电路板6a相同并能够垂直映射到转子印刷电路板组件6的内转子印刷电路板6a上。优选地，所述激励线圈703至少为一组，激励线圈703由一圈或多圈沿圆周方向绕制的金属导线串联而成，激励线圈703在定子印刷电路板组件7垂直映射所在平面将内接收线圈组件702、外接收线圈组件701包裹在内；所述信号处理模块704能够连接外部电机控制器。优选地，外接收线圈组件701包含多个外接收线圈，多个外接收线圈分别沿圆周方向依次绕制有多个类正弦闭合金属导线(如图11)，且相邻两个闭合金属导线电流方向相反；外接收线圈组件701与外转子印刷电路板6b垂直映射所在平面相重叠。同样的，内接收线圈组件702包含多个内接收线圈，多个内接收线圈分别沿圆周方向依次绕制有多个类正弦闭合金属导线(如图11)，且相邻两个闭合金属导线电流方向相反；内接收线圈组件702与内转子印刷电路板6a垂直映射所在平面相重叠。

定子印刷电路板组件7通电后，激励线圈703通过产生高频交流电压和电流，在其周边区域形成交变电磁场；根据法拉第电磁感应定律可知，通过闭合线圈的磁通量发生变化，会在闭合线圈上产生感应电动势，当激励线圈703产生的交变电磁场分别穿过外接收线圈组件701和内接收线圈组件702时，会在外接收线圈组件701和内接收线圈组件702上的多个类正弦闭合金属导线上产生感应电动势。当内转子印刷电路板6a和外转子印刷电路板6b发生旋转时，内转子印刷电路板6a上的金属叶片601改变激励线圈703在内接收线圈组件702区域内的交变电磁场强度，从而导致内接收线圈组件702上的感应电动势发生变化；外转子印刷电路板6b上的金属叶片601改变激励线圈703在外接收线圈组件701区域内的交变电磁场强度，从而导致外接收线圈组件701上的感应电动势发生变化。外接收线圈组件701上的感应电动势和内接收线圈组件702上的感应电动势输入信号处理模块，通过计算得到力矩信号，将力矩信号传递给电机控制器，从而控制电机是否进行助力。

本实用新型优点在于相比霍尔传感器，本实用新型所示力矩传感器组件不使用磁铁，不仅免疫外部磁场干扰，不受高温退磁影响，保证了传感器信号的可靠性；由于力矩传感器组件不受外部磁场干扰，可以安装于电机定子内部，使电机整体尺寸减小，同时电机整体零配件少，成本低，制造工艺简单。

基于本实用新型的进一步改进，尤其是软件上的改进后，本实用新型的工作原理为：在一个实施例中，将适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机安装在电动助力自行车上，并接通电源，在电动助力自行车在骑行过程中，在用户踩下脚踏板的短时间内，自行车链条带动飞轮2一起转动，嵌套在飞轮2上的卡飞安装座5随之一起转动，此时安装在电机转子11一侧的飞轮盖3固定不动，从而使得安装在卡飞安装座5和飞轮盖3之间的弹簧15收到挤压而发生形变，安装在卡飞安装座的内侧端面14b上的内转子印刷电路板6a随卡飞安装座5转动，使得定子印刷电路板组件7上对应的内接收线圈组件702上的感应电动势发生变化，而安装在飞轮盖的端面13上的外转子印刷电路板6b此时固定不动，使得定子印刷电路板组件7上对应的外接收线圈组件701上的感应电动势不发生变化，两个感应电动势之间出现差异电压信号，此差异电压信号的大小等同于力矩的大小，信号处理模块704将电压信号输入电机控制器，电机控制器接收信号后对电机供电，使电机转子11开始转动，同时电子转子11带动飞轮盖3一起转动，飞轮盖3转动后，使弹簧15的形变复原，此时两个感应电动势的差异值电压归零，电机停止供电。当用户下一次踩下踏板后，重复上述动作，从而达到为自行车用户助力，同时节省电源电力的作用。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，其特征在于，包括飞轮组件、力矩传感器组件、电机组件，所述力矩传感器组件包括转子印刷电路板组件(6)、定子印刷电路板组件(7)，转子印刷电路板组件(6)与定子印刷电路板组件(7)能够相互作用；

所述电机组件包括电机定子(9)、电机转子(11)以及电机中轴(12)，电机定子(9)嵌套在电机中轴(12)上，电机转子(11)转动安装在电机中轴(12)上；

所述转子印刷电路板组件(6)安装在飞轮组件上，定子印刷电路板组件(7)安装在电机定子(9)和/或电机中轴(12)上，飞轮组件安装在电机中轴(12)上，飞轮组件分别连接电机定子(9)、电机转子(11)。

2.根据权利要求1所述的适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，其特征在于，所述飞轮组件包括第一轴承(1)、飞轮(2)、飞轮盖(3)、第二轴承(4)、卡飞安装座(5)以及第三轴承(8)；

所述飞轮(2)通过第一轴承(1)安装在电机中轴(12)上，卡飞安装座(5)嵌套在飞轮(2)上并通过第三轴承(8)安装在电机中轴(12)上，飞轮盖(3)通过第二轴承(4)连接卡飞安装座(5)；

所述飞轮盖(3)与电机转子(11)连接后形成一个容纳空间，所述力矩传感器组件、电机定子(9)位于容纳空间内部；

所述飞轮(2)能够连接外部电动助力自行车的链条或脚踏板。

3.根据权利要求2所述的适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，其特征在于，所述卡飞安装座(5)周向上设置有凸块，凸块内部设置有弹簧(15)，所述飞轮盖(3)的周向上设置有卡槽，所述凸块卡装在卡槽内并通过弹簧(15)连接卡槽。

4.根据权利要求3所述的适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，其特征在于，所述凸块与卡槽之间存在间隙。

5.根据权利要求2所述的适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，其特征在于，所述转子印刷电路板组件(6)包括内转子印刷电路板(6a)、外转子印刷电路板(6b)；

所述内转子印刷电路板(6a)安装在卡飞安装座的内侧端面(14b)上，外转子印刷电路板(6b)安装在飞轮盖的端面(13)上。

6.根据权利要求5所述的适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，其特征在于，所述飞轮盖的端面(13)所在平面高于卡飞安装座的凸块端面(14a)所在平面。

7.根据权利要求5所述的适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，其特征在于，所述内转子印刷电路板(6a)、外转子印刷电路板(6b)为同心圆环，内转子印刷电路板(6a)、外转子印刷电路板(6b)的圆环形端面上均设置有多组金属组件，所述金属组件包括多个金属叶片(601)；

在内转子印刷电路板(6a)上，所述多组金属组件相对于内转子印刷电路板(6a)圆心均匀分布，一组金属组件内多个金属叶片(601)间隔均匀分布且相对于内转子印刷电路板(6a)的圆心成辐射状分布；

在外转子印刷电路板(6b)上，所述多组金属组件相对于外转子印刷电路板(6b)圆心均匀分布，一组金属组件内多个金属叶片(601)间隔均匀分布且相对于外转子印刷电路板(6b)的圆心成辐射状分布。

8.根据权利要求7所述的适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，其特征在于，所述外转子印刷电路板(6b)上一组金属组件辐射的角度等于内转子印刷电路板(6a)上一组金属组件辐射的角度。

9.根据权利要求1所述的适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，其特征在于，所述定子印刷电路板组件(7)包括外接收线圈组件(701)、内接收线圈组件(702)、激励线圈(703)、信号处理模块(704)以及电路板本体；

所述电路板本体为环形，外接收线圈组件(701)、内接收线圈组件(702)、激励线圈(703)以及信号处理模块(704)均设置在电路板本体上，外接收线圈组件(701)、内接收线圈组件(702)以及激励线圈(703)均连接信号处理模块(704)，内接收线圈组件(702)位于外接收线圈组件(701)内侧，激励线圈(703)在电路板本体上垂直映射范围将内接收线圈组件(702)、外接收线圈组件(701)包围在内。

10.根据权利要求9所述的适用于电动助力自行车的一体式轮毂电机，其特征在于，所述外接收线圈组件(701)的垂直映射平面的形状尺寸与转子印刷电路板组件(6)的外转子印刷电路板(6b)相同并能够垂直映射到转子印刷电路板组件(6)的外转子印刷电路板(6b)上；

所述内接收线圈组件(702)的垂直映射平面的形状尺寸与转子印刷电路板组件(6)的内转子印刷电路板(6a)相同并能够垂直映射到转子印刷电路板组件(6)的内转子印刷电路板(6a)上。

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