本發明屬于助力電動自行車中置電機，尤其涉及一種力矩檢測傳動裝置及其應用該裝置的電動自行車助力中置電機。

背景技術：

目前，電動自行車助力中置電機按助力方式可分為兩種。一種是速度型助力中置電機，根據騎行者踩踏的速度間接地估算騎行者做功功率，進而控制電機助力功率。速度助力方式結構簡單、成本低，但助力效果較差。另一種是采用轉矩檢測機構的力矩型助力中置電機，根據騎行者踩踏力，準確地計算騎行者做功功率及騎行意圖，很好地匹配電機助力功率，實現最佳助力騎行效果。公知的轉矩檢測機構，可以借助操作踏板的轉矩推算出騎車者的功率。該騎車者的功率或一個可與此相比擬的量被用作電動自行車的一個電動附加驅動裝置的調節用的輸入量。所使用的傳感器可直接地設置在暴露的位置上及固定在傳遞所有轉矩的部件上。由此它們對故障特別敏感。力矩助力傳感器存在體積較大，容易發生故障且價格昂貴等三大缺點。因此市場上的力矩型助力中置電機都是體積龐大、重量重且價格貴，不利于普及。專利文獻cn201180022732公開了一種電動自行車的用于轉矩檢測的傳動裝置及電動自行車的用于轉矩檢測的所屬方法以及專利文獻cn201210564402公開了及一種用于自行車的曲柄傳動裝置，包括：一個踏板軸，用于將兩個踏板安設在踏板軸的自由端上；一個用于將力傳遞到自行車的一個輪上的從動輪；一個具有一個太陽輪、一個齒圈、至少一個行星輪和一個行星支架的行星齒輪傳動裝置，其中，該行星支架抗旋轉地固定在踏板軸上；和一個設置在齒圈上的、用于求出齒圈的支撐力矩的傳感器。上述技術方案實現了提高可靠性、降低成本的目的，但是體積反而增大。電機大致尺寸為長×寬×厚＝230×140×100mm，比較笨重，不能滿足小型化、輕量化的市場需求。減小電機尺寸以利市場推廣已成為業內亟待解決的一個難題。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種力矩檢測傳動裝置及其應用該裝置的電動自行車助力中置電機，采用力矩型助力方式的前提下，不僅傳感器可靠性提高、成本降低且大幅減小整體尺寸，力矩型中置電機外圓直徑做到φ100-105mm。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：一種力矩檢測傳動裝置，其特征是：包括中心傘齒架、左、右側傘齒、止轉凸起和壓力傳感器，所述中心傘齒架上均布且滑動連接有2-4個中心傘齒，所述中心傘齒分別與右側傘齒、左側傘齒嚙合，左側傘齒的左側外圓上設有止轉凸起，止轉凸起與壓力傳感器觸接，阻止左側傘齒旋轉后生成騎行者踩踏力矩的1/2且方向相反的左側傘齒止轉力矩，通過壓力傳感器檢測并輸出與左側傘齒上承受力矩相應的電阻變化信號，構成力矩檢測傳動裝置。

所述壓力傳感器包括彈性體和應變片,彈性體固接在左側端蓋內或固接在主外殼上，彈性體表面貼裝有應變片。

所述中心傘齒架上套裝有中心傘齒架環。

一種應用力矩檢測傳動裝置的電動自行車助力中置電機，其特征是：包括定子、轉子、主軸、主外殼、左端蓋、右端蓋，所述主軸左端通過固定在左端蓋的左端蓋支撐軸承支撐，主軸右端通過固定在動力輸出套的動力輸出套支撐軸承支撐，所述轉子固接在偏心軸上，偏心軸通過行星齒輪支撐軸承支撐有行星齒輪，所述行星齒輪與內齒圈嚙合，內齒圈內側與電機側超越離合器固接，內齒圈外圓通過銷軸約束圓盤支撐軸承與銷軸約束圓盤支撐，銷軸約束圓盤外圓與主外殼內側固接，電機側超越離合器與動力輸出套單向滑動連接,動力輸出套通過動力輸出套支撐軸承支撐在主軸上，所述銷軸約束盤上設有若干銷軸孔，所述銷軸孔中插接與行星齒輪固接的銷軸，所述主軸安裝有力矩檢測傳動裝置，力矩檢測傳動裝置包括中心傘齒架、左、右側傘齒、止轉凸起和壓力傳感器，所述主軸通過右側傘齒支撐軸承支撐右側傘齒，所述右側傘齒通過偏心軸支撐軸承與偏心軸支撐，主軸通過左側傘齒支撐軸承支撐左側傘齒，中心傘齒架與主軸鍵接，所述中心傘齒架上均布且滑動連接有中心傘齒，所述中心傘齒分別與右側傘齒、左側傘齒嚙合，左側傘齒的左側外圓上設有止轉凸起，止轉凸起與壓力傳感器觸接，通過壓力傳感器檢測并輸出與左側傘齒上承受力矩相應的電阻變化信號。

所述壓力傳感器包括彈性體和應變片,彈性體固接在左側端蓋內或固接在主外殼上，彈性體表面貼裝有應變片。

所述中心傘齒架上套裝有中心傘齒架環。

所述右側傘齒、左側傘齒及中心傘齒架端面分別設有右側傘齒側擋軸承、中心傘齒架左側側擋軸承、中心傘齒架右側側擋軸承及左側傘齒側擋軸承。

所述行星齒輪呈t型階梯軸結構，齒輪盤與行星齒輪圓盤構成整體行星齒輪，所述行星齒輪圓盤端面均布若干銷軸，銷軸與銷軸約束圓盤插接。

所述行星齒輪圓盤的銷軸固接在行星齒輪圓盤端面上，銷軸滑動連接有銷軸套，所述銷軸套在銷軸約束圓盤的銷軸孔內滾動連接。

有益效果:與現有技術相比,本發明的力矩檢測傳動裝置通過阻止左側傘齒旋轉，而生成與騎行者踩踏力矩大小相同且方向相反的左側傘齒旋轉力矩，通過壓力傳感器檢測并輸出左側傘齒上承受力矩的電阻變化信號，將電阻變化信號提供給控制器作為與騎行者踩踏力矩相對應的輸入信號，可以準確地測量騎行者踩踏力矩，迅速解讀騎行者的騎行狀態及意圖，能夠很好地匹配助力功率，實現最佳的助力效果。

在采用力矩型助力方式的前提下，不僅傳感器的可靠性提高、同時電機成本大幅降低。力矩型中置電機整體尺寸大幅減小，其外圓直徑可以做到φ100-105mm。相比于現有技術，體積縮小近50％-60％，小型化、輕量化效果非常明顯，性能和外觀方面實現最佳的組合。

附圖說明

圖1是本發明力矩檢測傳動裝置的結構示意圖；

圖2是電動自行車助力中置電機實施例1的縱向剖視圖；

圖3是圖2的a-a向剖視圖；

圖4是實施例1的傳動機構爆炸圖右斜視圖；

圖5是實施例1的傳動機構爆炸圖左斜視圖；

圖6是電動自行車助力中置電機實施例2的縱向剖視圖；

圖7是實施例2的傳動機構爆炸圖。

圖中：1、主軸，2、定子，3、磁鐵，4、轉子，4-1、偏心軸，5、轉子支撐左側軸承，6、偏心軸支撐軸承，7、行星齒輪支撐軸承，8、行星齒輪，8-1、行星齒輪圓盤，9、銷軸，10、銷軸套，11、銷軸約束圓盤，11-1、沉孔，12、內齒圈，13、電機側超越離合器，14、動力輸出套，15、主軸側超越離合器，16、右側傘齒，17、右側傘齒支撐軸承，18、中心傘齒，19、中心傘齒架，19-1、中心傘齒架環，20、左側傘齒，21、左側傘齒支撐軸承，22、止轉凸起，23、彈性體，24、應變片，25、左端蓋，26、左端蓋支撐軸承，27、左側傘齒側擋軸承，28、中心傘齒架左側側擋軸承，29、中心傘齒架右側側擋軸承，30、右側傘齒側擋軸承，31、動力輸出套支撐軸承，32、右端蓋，33、右端蓋支撐軸承，34、主外殼，35、銷軸約束圓盤支撐軸承，36、平衡塊，37、滾珠，38、墊圈，39、牙盤，40、控制器,41、轉子齒輪，42、轉子支撐左側軸承，42-1、轉子支撐右側軸承，43、過渡輪大齒輪，43-1、過渡輪小齒輪，44、過渡輪支撐左側軸承，44-1、過渡輪支撐右側軸承，45、從動大齒輪。

具體實施方式

下面結合較佳實施例詳細說明本發明的具體實施方式。

詳見附圖，本實施例提供了一種力矩檢測傳動裝置，包括中心傘齒架19、左、右側傘齒20、16、止轉凸起22和壓力傳感器，所述中心傘齒架上均布且滑動連接有2-4個中心傘齒，所述中心傘齒18分別與右側傘齒、左側傘齒嚙合，左側傘齒的左側外圓上設有止轉凸起22，止轉凸起與壓力傳感器觸接，阻止左側傘齒旋轉后生成騎行者踩踏力矩的1/2且方向相反的左側傘齒止轉力矩，通過壓力傳感器檢測并輸出與左側傘齒上承受力矩相應的電阻變化信號，構成力矩檢測傳動裝置。所述中心傘齒架上套裝有中心傘齒架環，可以防止中心傘齒徑向竄動。

本實施例所述壓力傳感器包括彈性體23和應變片24,彈性體固接在左側端蓋內或固接在主外殼上，彈性體表面貼裝有應變片。壓力傳感器可以采用半導體傳感器、半導體壓電阻型等。

實施例1

一種應用力矩檢測傳動裝置的電動自行車助力中置電機，包括定子2裝有磁鐵3的轉子4、主軸1、主外殼34、左端蓋25、右端蓋32，所述主軸分別通過固定在左端蓋的左端蓋支撐軸承26，主軸右端通過固定在動力輸出套的動力輸出套支撐軸承支撐，所述轉子固接在偏心軸上，偏心軸通過行星齒輪支撐軸承支撐有行星齒輪，所述行星齒輪與內齒圈嚙合，內齒圈內側與電機側超越離合器固接，內齒圈外圓通過銷軸約束圓盤支撐軸承與銷軸約束圓盤支撐，銷軸約束圓盤外圓與主外殼內側固接，電機側超越離合器與動力輸出套單向滑動連接,動力輸出套通過動力輸出套支撐軸承支撐在主軸上，所述銷軸約束盤上設有若干銷軸孔，所述銷軸孔中插接與行星齒輪固接的銷軸，所述主軸安裝有力矩檢測傳動裝置，力矩檢測傳動裝置包括中心傘齒架、左、右側傘齒、止轉凸起和壓力傳感器，所述主軸通過右側傘齒支撐軸承支撐右側傘齒，所述右側傘齒通過偏心軸支撐軸承與偏心軸支撐，主軸通過左側傘齒支撐軸承支撐左側傘齒，中心傘齒架與主軸鍵接，所述中心傘齒架上滑動連接有3個中心傘齒，所述中心傘齒分別與右側傘齒、左側傘齒嚙合，左側傘齒的左側外圓上設有止轉凸起，止轉凸起與壓力傳感器觸接，通過壓力傳感器檢測并輸出與左側傘齒上承受力矩相應的電阻變化信號。壓力傳感器固定連接在左端蓋上，壓力傳感器與控制器40連接，轉子上固接有平衡塊36，轉子端面與偏心軸支撐軸承6之間設有滾珠37，偏心軸支撐軸承外側設有墊圈38，動力輸出套鍵接有牙盤39。

本實施例的優選方案是，所述右側傘齒、左側傘齒及中心傘齒架端面分別設有右側傘齒側擋軸承30、中心傘齒架左側側擋軸承28、中心傘齒架右側側擋軸承29及左側傘齒側擋軸承27，可以減少右側傘齒、左側傘齒及中心傘齒架端面摩擦以及防止軸向竄動。

本實施例的優選方案是，所述行星齒輪呈t型階梯軸結構，齒輪盤與行星齒輪圓盤構成整體行星齒輪，所述行星齒輪圓盤端面均布若干銷軸，銷軸與銷軸約束圓盤插接。所述行星齒輪圓盤的銷軸固接在行星齒輪端面上，銷軸滑動連接有銷軸套10，所述銷軸套在銷軸約束圓盤的銷軸孔內滾動連接。

實施例2

本實施例是采用兩級變速形式的常規結構中置電機，主軸通過右側傘齒支撐軸承支撐右側傘齒，主軸通過左側傘齒支撐軸承支撐左側傘齒，中心傘齒架與主軸鍵接，所述中心傘齒架上滑動連接有3個中心傘齒，所述中心傘齒分別與右側傘齒、左側傘齒嚙合，左側傘齒的左側外圓上設有止轉凸起，止轉凸起與壓力傳感器觸接，通過壓力傳感器檢測并輸出與左側傘齒上承受力矩相應的電阻變化信號。壓力傳感器固定連接主外殼上，壓力傳感器與控制器40連接。

工作過程及原理

騎行者踩踏踏板，帶動主軸及中心傘齒架旋轉，并帶動中心傘齒同步旋轉，中心傘齒與左側傘齒及右側傘齒同時嚙合，彈性體固接于左側端蓋，固接于左側傘齒上的止轉凸起被彈性體擋住，左側傘齒被限制住，動力通過右側傘齒輸出，由于左右傘齒齒數相同，根據作用力與反作用力原理及力平衡關系，左右傘齒各所受力矩為騎行者踩踏力矩的1/2。貼裝于彈性體表面的應變片電阻的變化與騎行者踩踏力矩之間形成線性相關關系，電阻變化信號提供給控制器作為與騎行者踩踏力矩相對應的輸入信號，從而準確地測量騎行者踩踏力矩，因此準確地解讀騎行者的騎行狀態及意圖，能夠很好地匹配助力功率，實現最佳的助力效果。

偏心軸給行星齒輪輸入動力，行星齒輪與內齒輪嚙合，行星齒輪的銷軸插入左側主軸的銷軸孔，并通過超越離合器輸出動力構成的結構。

詳見附圖，轉子帶動偏心軸順時針旋轉時，固接于行星齒輪圓盤的銷軸及銷套插入到銷軸約束圓盤沉孔內，且銷軸約束圓盤與主外殼固接固定不動，限制住了行星齒輪的自轉運動，行星齒輪在內齒圈內只能以偏心軸為中心、偏心距為公轉半徑作順時針方向的公轉運動；又由于行星齒輪齒數比內齒圈齒數少3個齒，迫使內齒圈作順時針低速旋轉。此時內齒圈低速旋轉減速比為：行星齒輪z1＝49，內齒圈z2＝52，減速比i＝z2/(z2-z1)＝52/(52-49)＝17.3。

傳動比為正數，即主外殼旋轉方向與偏心軸旋轉方向相同。動力輸出零件為內齒圈，內齒圈的順時針低速轉動通過超越離合器傳遞到動力輸出套，驅動牙盤。為了消除偏心產生的振動，在轉子上安裝平衡塊，保證動平衡

上述參照實施例對該一種力矩檢測傳動裝置及其應用該裝置的電動自行車助力中置電機進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護范圍之內。