專利名稱：無手動調速腳踏電動助力自行車中置傳動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電動自行車傳動機構，具體為一種無手動調速腳踏電動助力自行車中
置傳動裝置。
背景技術：
自行車的發展經歷了腳踏自行車-電動自行車一腳踏電動自行車-電動助力腳踏自行車的過程。作為最新成果的電動助力腳踏自行車實際上是以腳踏為主，而電機作為輔助進行助力式驅動的自行車，這種自行車在無電動助力的情況下進行IOkm路程騎行時， 其速度、體能消耗均與普通自行車完全一樣，在電動助力狀態下，騎行時，電機僅響應腳踏應力信號予以相應的助力推動，從而降低騎行者的體能消耗。為防止切割磁力線產生的阻力，現有的電動助力腳踏自行車所用電機，不同于傳統大輪轂式電機，而是獨立于車輪轉軸的高速助力電機，如申請號為200810030374. 2的 《一種電動助力自行車腳踏力矩傳感系統》的發明專利，高速助力電機于腳踏中軸后置安裝于車架上，高速助力電機與腳踏中軸之間通過同步帶傳動的腳踏力矩感應機構連接，腳踏力矩感應機構為帶有感應器的行星傳動機構，感應器感應腳踏的運轉力矩大小并將力矩大小信號傳送至微電子處理器，通過微電子處理器控制高速助力電機輸出與力矩大小相匹配的轉動功率。所述《一種電動助力自行車腳踏力矩傳感系統》發明專利由于傳動機構的分散不集中，從而造成傳動機構的復雜性，并且車架結構必須特殊設計以適應高速助力電機的安裝位置，造成車架的通用性差，制造成本增加，整車外形不美觀。

發明內容
本發明的目的是提供一種集成腳踏傳動機構、電機傳動機構和腳踏力矩感應機構為一體的無手動調速腳踏電動助力自行車中置傳動裝置。能夠實現上述目的的無手動調速腳踏電動助力自行車中置傳動裝置，包括腳踏傳動機構和電機傳動機構以及腳踏力矩感應機構，所不同的是所述電機傳動機構包括中空軸高速助力電機、電機行星輪減速器和鏈輪軸，所述腳踏傳動機構包括腳踏中軸、中軸行星輪減速器和鏈輪軸(與電機傳動機構共用)，所述鏈輪軸轉動置于中空軸高速助力電機中空的輸出軸內，所述腳踏中軸轉動置于鏈輪軸的軸套內，所述電機行星輪減速器設于中空軸高速助力電機的輸出軸一側，所述中軸行星輪減速器則設于中空軸高速助力電機的另一側。所述電機行星輪減速器包括電機太陽齒輪、電機行星齒輪、電機行星架和電機行星輪內齒環，所述電機太陽齒輪同軸設于輸出軸的輸出端，所述電機行星齒輪均布嚙合于電機太陽齒輪與電機行星輪內齒環之間，所述電機行星架通過電機超越離合器連接鏈輪軸；所述中軸行星輪減速器包括中軸太陽齒輪、中軸行星齒輪、中軸行星架和中軸行星輪內齒環，所述中軸行星架通過中軸超越離合器連接腳踏中軸，中軸行星齒輪均布嚙合于中軸
3太陽齒輪與中軸行星輪內齒環之間，中軸太陽齒輪同軸與鏈輪軸固連。所述中空軸高速助力電機的輸出軸輸出端為齒輪式，也是電機行星變速器中的太陽齒輪，電機的輸出軸旋轉時，驅動電機行星輪減速器，經減速后的電機行星架以低速旋轉，電機行星架通過電機超越離合器驅動鏈輪軸，與鏈輪軸同軸緊配的鏈盤被同時驅動旋轉，旋轉的鏈輪通過鏈條驅動后輪使車輛前行。由于鏈輪軸與腳踏中軸之間設置有中軸超越離合器，在鏈盤旋轉時與腳踏中軸處于相互不干涉狀態，當鏈盤受到后輪負載應力時、即通過電機超越離合器傳回鏈輪軸，鏈輪軸通過中軸行星輪減速器傳遞至中軸超越離合器，中軸超越離合器與腳踏中軸是單向離合聯動的，只要腳踏中軸接受到的外加應力能克服鏈盤受到后輪產生的阻力，車輛就往前行駛。所述腳踏力矩感應機構的一種結構包括傳感轉動盤、擺動臂、傳感器和微電子處理器，帶復位彈簧的傳感轉動盤與中軸行星輪內齒環同軸設置，中軸行星輪內齒環的圓周具有小于15度的轉動量，且其外環圓周上均布開設有與圍繞傳感轉動盤均布設置的擺動臂對應的局部傳動齒，各局部傳動齒與對應的擺動臂的擺動軸軸齒嚙合，各擺動臂的扇形齒與傳感轉動盤的齒盤嚙合，微電子處理器連接感應傳感轉動盤轉動量的傳感器與中空軸高速助力電機。在騎行時，中軸行星輪內齒環受力轉動，局部傳動齒即同步轉動，轉動的局部傳動齒驅動擺動臂擺動，擺動臂的扇形齒擺動量得到倍數放大，擺動臂的扇形齒驅動齒盤使傳感轉動盤克服復位彈簧力轉動，傳感轉動盤被放大的轉動量被傳感器撲捉，從而實現了傳感器對騎行時所產生的線性力矩信號進行實時采集，并保證采集的精準度。在騎行狀態下，中空軸高速助力電機的工作狀態信號是由腳踏力矩感應機構通過微電子處理器(電機控制器)發出，微電子處理器的傳感電頻信號動勢，來源與腳踏中軸相互聯動的中軸超越離合器信號采集機構，而始發的應力信號線性動態量程取決于騎行者對自行車腳踏施力的大小。在只用體能騎行無需電動助力時，由于在中空軸高速助力電機與鏈輪軸之間設置有電機超越離合器，由腳踏中軸傳遞的扭矩被電機超越離合器所分離，中空軸高速助力電機完全處于靜止狀態，避免了帶動電機轉子旋轉產生的阻力，使車輛騎行輕松自如。傳感轉動盤的復位彈簧的彈性應力可調整，不同的彈性應力值可使腳踏騎行時助力電機的施力比產生線性變化，真正實現騎行電動助力車時人機一體化的騎行模式。所述傳感器的一種形式包括感應體和感應頭，感應體設于傳感轉動盤上開設的弧形槽兩端，感應頭設于弧形槽內。本發明的優點1、本發明無手動調速腳踏電動助力自行車中置傳動裝置具有結構簡練集中、性能優異可靠，工藝性良好等特點；另外電機助力系統與體能驅車有機聯動但又互不干涉，所以有著極高的傳動效率。2、本發明的腳踏力矩感應機構可使腳踏與力矩傳感器線性信號采集點的機械動勢倍率實現幾何級數放大，傳感器信號精準平穩，為電機控制處理終端(微電子處理器)提供了精確力矩變量信號，進行智能助力。


圖1為本發明一種實施方式的結構示意圖。圖2為圖1實施方式的內部結構示意圖。圖3為圖1實施方式中腳踏力矩感應機構的局部立體結構圖。圖4為圖1實施方式中腳踏力矩感應機構的局部立體結構圖(從另一視覺角度)。圖5為圖3、圖4的腳踏力矩感應機構中傳感轉動盤和感應器的位置圖。圖號標識1、中空軸高速助力電機；2、鏈輪軸；3、腳踏中軸；4、輸出軸；5、電機太陽齒輪；6、電機行星齒輪；7、電機行星架；8、電機行星輪內齒環；9、中軸太陽齒輪；10、中軸行星齒輪；11、中軸行星架；12、中軸行星輪內齒環；13、傳感轉動盤；14、擺動臂；15、感應體；16、感應頭。
具體實施例方式現結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明本發明無手動調速腳踏電動助力自行車中置傳動裝置集成了腳踏傳動機構、電機傳動機構和腳踏力矩感應機構為一體，如圖1、圖2所示。本發明的主體為中空軸高速助力電機1，中空軸高速助力電機1的輸出軸4為中空結構，所述電機傳動機構主要由輸出軸4、電機行星輪減速器和鏈輪軸2構成，軸套狀鏈輪軸2通過軸承安裝于輸出軸4內，伸出輸出軸4輸出端的鏈輪軸2端部為鏈盤安裝位置，所述電機行星輪減速器設于輸出軸4與鏈輪軸2之間，電機行星輪減速器包括電機太陽齒輪 5、電機行星齒輪6、電機行星架7和電機行星輪內齒環8，電機行星輪內齒環8卡嵌于中空軸高速助力電機1側面殼架內，電機太陽齒輪5同軸固連于輸出軸4輸出端，三個電機行星齒輪6均布嚙合于電機太陽齒輪5與電機行星輪內齒環8之間，電機行星齒輪6的安裝支架即電機行星架7通過電機超越離合器與鏈輪軸2安裝連接，如圖1、圖2所示。所述腳踏傳動機構由腳踏中軸3、中軸行星輪減速器和鏈輪軸2 (與電機傳動機構共用)構成，腳踏中軸3通過軸承貫穿安裝于鏈輪軸2的軸套內，中軸行星輪減速器設于中空軸高速助力電機1另一側，中軸行星輪減速器主要由中軸太陽齒輪9、中軸行星齒輪10、 中軸行星架11和中軸行星輪內齒環12構成，中軸行星齒輪10的安裝支架即中軸行星架11 通過中軸超越離合器連接腳踏中軸3，三個中軸行星齒輪10均布嚙合于中軸太陽齒輪9與中軸行星輪內齒環12之間，中軸行星輪內齒環12通過卡槽卡嵌于中空軸高速助力電機1 側面殼架的卡口內，卡槽圓周長度大于卡口，保證中軸行星輪內齒環12在圓周上有小于15 度的轉動量，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。所述腳踏力矩感應機構包括傳感轉動盤13、扇形擺動臂14、傳感器和微電子處理器，所述傳感轉動盤13于中軸行星輪內齒環12外側同軸設置，所述擺動臂14在傳感轉動盤13的圓周方向均布三個，擺動臂14的轉軸位對應的中軸行星輪內齒環12外環面上開設的內凹局部傳動齒，各局部傳動齒與對應的擺動臂14轉軸軸齒嚙合，各擺動臂14的扇面齒與傳感轉動盤13的齒盤嚙合，所述傳感轉動盤13具有由復位彈簧控制的回位功能；所述傳感器為相互作用的感應體15和感應頭16，傳感轉動盤13上開設一個同圓心弧形槽，感應體 15設于弧形槽兩頭，感應頭16通過支架設于弧形槽內，所述微電子處理器通過線路連接在傳感器與中空軸高速助力電機1之間，如圖3、圖4、圖5所示。
本發明工作過程1、只用腳踏騎行。關閉微電子處理器，切斷中空軸高速助力電機1的啟動。腳踏中軸3轉動，通過中軸行星輪減速器驅動鏈輪軸2轉動，鏈輪軸2上的鏈盤通過鏈條帶動后輪轉動使車輛前行， 騎形過程中，中空軸高速助力電機1處于靜止狀態，避免了帶動電機轉子旋轉產生的阻力， 車輛騎行輕松自如。2、需要助力騎行。開啟微電子處理器，接通中空軸高速助力電機1的啟動。腳踏中軸3轉動，通過中軸行星輪減速器驅動鏈輪軸2轉動，鏈輪軸2上的鏈盤通過鏈條帶動后輪轉動使車輛前行。 與此同時，中軸行星輪減速器的中軸行星輪內齒環12產生周向位移，擺動臂14擺動，帶動傳感轉動盤13轉動，感應體15和感應頭16之間的距離發生改變而產生電信號，電信號經微電子處理器處理后，向中空軸高速助力電機1發出指令，中空軸高速助力電機1的輸出軸 4轉動，輸出軸4通過電機行星輪減速器驅動鏈輪軸2，中空軸高速助力電機1的助力轉矩與腳踏中軸3的轉矩疊加于鏈輪軸2上，從而使鏈輪軸2獲取更大的轉矩，車輛得以快速騎形。中空軸高速助力電機1的助力轉矩大小由腳踏中軸3的施力大小決定，慢速踩動腳踏中軸3，感應體15和感應頭16之間的感應距離較小，中空軸高速助力電機1送出的助力轉矩則小一些，提高踩動腳踏中軸3的速度，感應體15和感應頭16之間的感應距離增大，中空軸高速助力電機1送出的助力轉矩則增加。腳踏中軸3的施力減小，由于復位彈簧的作用，傳感轉動盤13與中軸行星輪內齒環12同時回位，感應體15和感應頭16之間的感應距離減小，中空軸高速助力電機1送出的助力轉矩隨之減小。
權利要求
1.無手動調速腳踏電動助力自行車中置傳動裝置，包括腳踏傳動機構和電機傳動機構以及腳踏力矩感應機構，其特征在于所述電機傳動機構包括中空軸高速助力電機(1)中空的輸出軸G)、電機行星輪減速器和鏈輪軸O)，所述腳踏傳動機構包括腳踏中軸(3)、中軸行星輪減速器和鏈輪軸O)，所述鏈輪軸( 轉動置于輸出軸內，所述腳踏中軸(3) 轉動置于鏈輪軸O)的軸套內，所述電機行星輪減速器設于中空軸高速助力電機(1)的輸出軸(4) 一側，所述中軸行星輪減速器則設于中空軸高速助力電機(1)的另一側。
2.根據權利要求1所述的無手動調速腳踏電動助力自行車中置傳動裝置，其特征在于所述電機行星輪減速器包括電機太陽齒輪( 、電機行星齒輪(6)、電機行星架(7)和電機行星輪內齒環(8)，所述電機太陽齒輪(5)同軸設于輸出軸⑷的輸出端，所述電機行星齒輪(6)均布嚙合于電機太陽齒輪( 與電機行星輪內齒環(8)之間，所述電機行星架(7) 通過電機超越離合器連接鏈輪軸O)；所述中軸行星輪減速器包括中軸太陽齒輪(9)、中軸行星齒輪(10)、中軸行星架(11)和中軸行星輪內齒環(12)，所述中軸行星架(11)通過中軸超越離合器連接腳踏中軸(3)，中軸行星齒輪(10)均布嚙合于中軸太陽齒輪(9)與中軸行星輪內齒環(12)之間，中軸太陽齒輪(9)同軸與鏈輪軸(2)固連。
3.根據權利要求2所述的無手動調速腳踏電動助力自行車中置傳動裝置，其特征在于所述腳踏力矩感應機構包括傳感轉動盤(13)、擺動臂(14)、傳感器和微電子處理器，帶復位彈簧的傳感轉動盤(1 與中軸行星輪內齒環(1 同軸設置，中軸行星輪內齒環(12) 的圓周具有小于15度的轉動量，且其外環圓周上均布開設有局部傳動齒，擺動臂(14)圍繞傳感轉動盤(1 均布設置，各局部傳動齒與各擺動臂(14)的擺軸軸齒對應且嚙合，各擺動臂(14)的扇形齒與傳感轉動盤(1 的齒盤嚙合，微電子處理器連接感應傳感轉動盤(13) 轉動量的傳感器與中空軸高速助力電機(1)。
4.根據權利要求3所述的無手動調速腳踏電動助力自行車中置傳動裝置，其特征在于所述傳感器包括感應體(1 和感應頭(16)，感應體(1 設于傳感轉動盤(1 上開設的弧形槽兩端，感應頭(16)設于弧形槽內。
全文摘要
本發明公開了一種無手動調速腳踏電動助力自行車中置傳動裝置，包括腳踏傳動機構和電機傳動機構以及腳踏力矩感應機構，所述電機傳動機構包括中空軸高速助力電機中空的輸出軸、電機行星輪減速器和鏈輪軸，所述腳踏傳動機構包括腳踏中軸、中軸行星輪減速器和鏈輪軸，所述鏈輪軸轉動置于輸出軸內，所述腳踏中軸轉動置于鏈輪軸的軸套內，所述電機行星輪減速器設于中空軸高速助力電機的輸出軸一側，所述中軸行星輪減速器則設于中空軸高速助力電機的另一側。本發明具有結構簡練集中、性能優異可靠，工藝性良好等特點，電機助力系統與體能驅車有機聯動但又互不干涉，有著極高的傳動效率。
文檔編號B62M6/55GK102442399SQ20111034684
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者陳戈平 申請人:桂林埃力克電控智能車業制造有限公司, 陳戈平