力矩检测传动装置及其应用该装置的电动自行车助力中置电机的制作方法

本发明属于助力电动自行车中置电机，尤其涉及一种力矩检测传动装置及其应用该装置的电动自行车助力中置电机。

背景技术：

目前，电动自行车助力中置电机按助力方式可分为两种。一种是速度型助力中置电机，根据骑行者踩踏的速度间接地估算骑行者做功功率，进而控制电机助力功率。速度助力方式结构简单、成本低，但助力效果较差。另一种是采用转矩检测机构的力矩型助力中置电机，根据骑行者踩踏力，准确地计算骑行者做功功率及骑行意图，很好地匹配电机助力功率，实现最佳助力骑行效果。公知的转矩检测机构，可以借助操作踏板的转矩推算出骑车者的功率。该骑车者的功率或一个可与此相比拟的量被用作电动自行车的一个电动附加驱动装置的调节用的输入量。所使用的传感器可直接地设置在暴露的位置上及固定在传递所有转矩的部件上。由此它们对故障特别敏感。力矩助力传感器存在体积较大，容易发生故障且价格昂贵等三大缺点。因此市场上的力矩型助力中置电机都是体积庞大、重量重且价格贵，不利于普及。专利文献cn201180022732公开了一种电动自行车的用于转矩检测的传动装置及电动自行车的用于转矩检测的所属方法以及专利文献cn201210564402公开了及一种用于自行车的曲柄传动装置，包括：一个踏板轴，用于将两个踏板安设在踏板轴的自由端上；一个用于将力传递到自行车的一个轮上的从动轮；一个具有一个太阳轮、一个齿圈、至少一个行星轮和一个行星支架的行星齿轮传动装置，其中，该行星支架抗旋转地固定在踏板轴上；和一个设置在齿圈上的、用于求出齿圈的支撑力矩的传感器。上述技术方案实现了提高可靠性、降低成本的目的，但是体积反而增大。电机大致尺寸为长×宽×厚＝230×140×100mm，比较笨重，不能满足小型化、轻量化的市场需求。减小电机尺寸以利市场推广已成为业内亟待解决的一个难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种力矩检测传动装置及其应用该装置的电动自行车助力中置电机，采用力矩型助力方式的前提下，不仅传感器可靠性提高、成本降低且大幅减小整体尺寸，力矩型中置电机外圆直径做到φ100-105mm。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种力矩检测传动装置，其特征是：包括中心伞齿架、左、右侧伞齿、止转凸起和压力传感器，所述中心伞齿架上均布且滑动连接有2-4个中心伞齿，所述中心伞齿分别与右侧伞齿、左侧伞齿啮合，左侧伞齿的左侧外圆上设有止转凸起，止转凸起与压力传感器触接，阻止左侧伞齿旋转后生成骑行者踩踏力矩的1/2且方向相反的左侧伞齿止转力矩，通过压力传感器检测并输出与左侧伞齿上承受力矩相应的电阻变化信号，构成力矩检测传动装置。

所述压力传感器包括弹性体和应变片,弹性体固接在左侧端盖内或固接在主外壳上，弹性体表面贴装有应变片。

所述中心伞齿架上套装有中心伞齿架环。

一种应用力矩检测传动装置的电动自行车助力中置电机，其特征是：包括定子、转子、主轴、主外壳、左端盖、右端盖，所述主轴左端通过固定在左端盖的左端盖支撑轴承支撑，主轴右端通过固定在动力输出套的动力输出套支撑轴承支撑，所述转子固接在偏心轴上，偏心轴通过行星齿轮支撑轴承支撑有行星齿轮，所述行星齿轮与内齿圈啮合，内齿圈内侧与电机侧超越离合器固接，内齿圈外圆通过销轴约束圆盘支撑轴承与销轴约束圆盘支撑，销轴约束圆盘外圆与主外壳内侧固接，电机侧超越离合器与动力输出套单向滑动连接,动力输出套通过动力输出套支撑轴承支撑在主轴上，所述销轴约束盘上设有若干销轴孔，所述销轴孔中插接与行星齿轮固接的销轴，所述主轴安装有力矩检测传动装置，力矩检测传动装置包括中心伞齿架、左、右侧伞齿、止转凸起和压力传感器，所述主轴通过右侧伞齿支撑轴承支撑右侧伞齿，所述右侧伞齿通过偏心轴支撑轴承与偏心轴支撑，主轴通过左侧伞齿支撑轴承支撑左侧伞齿，中心伞齿架与主轴键接，所述中心伞齿架上均布且滑动连接有中心伞齿，所述中心伞齿分别与右侧伞齿、左侧伞齿啮合，左侧伞齿的左侧外圆上设有止转凸起，止转凸起与压力传感器触接，通过压力传感器检测并输出与左侧伞齿上承受力矩相应的电阻变化信号。

所述压力传感器包括弹性体和应变片,弹性体固接在左侧端盖内或固接在主外壳上，弹性体表面贴装有应变片。

所述中心伞齿架上套装有中心伞齿架环。

所述右侧伞齿、左侧伞齿及中心伞齿架端面分别设有右侧伞齿侧挡轴承、中心伞齿架左侧侧挡轴承、中心伞齿架右侧侧挡轴承及左侧伞齿侧挡轴承。

所述行星齿轮呈t型阶梯轴结构，齿轮盘与行星齿轮圆盘构成整体行星齿轮，所述行星齿轮圆盘端面均布若干销轴，销轴与销轴约束圆盘插接。

所述行星齿轮圆盘的销轴固接在行星齿轮圆盘端面上，销轴滑动连接有销轴套，所述销轴套在销轴约束圆盘的销轴孔内滚动连接。

有益效果:与现有技术相比,本发明的力矩检测传动装置通过阻止左侧伞齿旋转，而生成与骑行者踩踏力矩大小相同且方向相反的左侧伞齿旋转力矩，通过压力传感器检测并输出左侧伞齿上承受力矩的电阻变化信号，将电阻变化信号提供给控制器作为与骑行者踩踏力矩相对应的输入信号，可以准确地测量骑行者踩踏力矩，迅速解读骑行者的骑行状态及意图，能够很好地匹配助力功率，实现最佳的助力效果。

在采用力矩型助力方式的前提下，不仅传感器的可靠性提高、同时电机成本大幅降低。力矩型中置电机整体尺寸大幅减小，其外圆直径可以做到φ100-105mm。相比于现有技术，体积缩小近50％-60％，小型化、轻量化效果非常明显，性能和外观方面实现最佳的组合。

附图说明

图1是本发明力矩检测传动装置的结构示意图；

图2是电动自行车助力中置电机实施例1的纵向剖视图；

图3是图2的a-a向剖视图；

图4是实施例1的传动机构爆炸图右斜视图；

图5是实施例1的传动机构爆炸图左斜视图；

图6是电动自行车助力中置电机实施例2的纵向剖视图；

图7是实施例2的传动机构爆炸图。

图中：1、主轴，2、定子，3、磁铁，4、转子，4-1、偏心轴，5、转子支撑左侧轴承，6、偏心轴支撑轴承，7、行星齿轮支撑轴承，8、行星齿轮，8-1、行星齿轮圆盘，9、销轴，10、销轴套，11、销轴约束圆盘，11-1、沉孔，12、内齿圈，13、电机侧超越离合器，14、动力输出套，15、主轴侧超越离合器，16、右侧伞齿，17、右侧伞齿支撑轴承，18、中心伞齿，19、中心伞齿架，19-1、中心伞齿架环，20、左侧伞齿，21、左侧伞齿支撑轴承，22、止转凸起，23、弹性体，24、应变片，25、左端盖，26、左端盖支撑轴承，27、左侧伞齿侧挡轴承，28、中心伞齿架左侧侧挡轴承，29、中心伞齿架右侧侧挡轴承，30、右侧伞齿侧挡轴承，31、动力输出套支撑轴承，32、右端盖，33、右端盖支撑轴承，34、主外壳，35、销轴约束圆盘支撑轴承，36、平衡块，37、滚珠，38、垫圈，39、牙盘，40、控制器,41、转子齿轮，42、转子支撑左侧轴承，42-1、转子支撑右侧轴承，43、过渡轮大齿轮，43-1、过渡轮小齿轮，44、过渡轮支撑左侧轴承，44-1、过渡轮支撑右侧轴承，45、从动大齿轮。

具体实施方式

下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

详见附图，本实施例提供了一种力矩检测传动装置，包括中心伞齿架19、左、右侧伞齿20、16、止转凸起22和压力传感器，所述中心伞齿架上均布且滑动连接有2-4个中心伞齿，所述中心伞齿18分别与右侧伞齿、左侧伞齿啮合，左侧伞齿的左侧外圆上设有止转凸起22，止转凸起与压力传感器触接，阻止左侧伞齿旋转后生成骑行者踩踏力矩的1/2且方向相反的左侧伞齿止转力矩，通过压力传感器检测并输出与左侧伞齿上承受力矩相应的电阻变化信号，构成力矩检测传动装置。所述中心伞齿架上套装有中心伞齿架环，可以防止中心伞齿径向窜动。

本实施例所述压力传感器包括弹性体23和应变片24,弹性体固接在左侧端盖内或固接在主外壳上，弹性体表面贴装有应变片。压力传感器可以采用半导体传感器、半导体压电阻型等。

实施例1

一种应用力矩检测传动装置的电动自行车助力中置电机，包括定子2装有磁铁3的转子4、主轴1、主外壳34、左端盖25、右端盖32，所述主轴分别通过固定在左端盖的左端盖支撑轴承26，主轴右端通过固定在动力输出套的动力输出套支撑轴承支撑，所述转子固接在偏心轴上，偏心轴通过行星齿轮支撑轴承支撑有行星齿轮，所述行星齿轮与内齿圈啮合，内齿圈内侧与电机侧超越离合器固接，内齿圈外圆通过销轴约束圆盘支撑轴承与销轴约束圆盘支撑，销轴约束圆盘外圆与主外壳内侧固接，电机侧超越离合器与动力输出套单向滑动连接,动力输出套通过动力输出套支撑轴承支撑在主轴上，所述销轴约束盘上设有若干销轴孔，所述销轴孔中插接与行星齿轮固接的销轴，所述主轴安装有力矩检测传动装置，力矩检测传动装置包括中心伞齿架、左、右侧伞齿、止转凸起和压力传感器，所述主轴通过右侧伞齿支撑轴承支撑右侧伞齿，所述右侧伞齿通过偏心轴支撑轴承与偏心轴支撑，主轴通过左侧伞齿支撑轴承支撑左侧伞齿，中心伞齿架与主轴键接，所述中心伞齿架上滑动连接有3个中心伞齿，所述中心伞齿分别与右侧伞齿、左侧伞齿啮合，左侧伞齿的左侧外圆上设有止转凸起，止转凸起与压力传感器触接，通过压力传感器检测并输出与左侧伞齿上承受力矩相应的电阻变化信号。压力传感器固定连接在左端盖上，压力传感器与控制器40连接，转子上固接有平衡块36，转子端面与偏心轴支撑轴承6之间设有滚珠37，偏心轴支撑轴承外侧设有垫圈38，动力输出套键接有牙盘39。

本实施例的优选方案是，所述右侧伞齿、左侧伞齿及中心伞齿架端面分别设有右侧伞齿侧挡轴承30、中心伞齿架左侧侧挡轴承28、中心伞齿架右侧侧挡轴承29及左侧伞齿侧挡轴承27，可以减少右侧伞齿、左侧伞齿及中心伞齿架端面摩擦以及防止轴向窜动。

本实施例的优选方案是，所述行星齿轮呈t型阶梯轴结构，齿轮盘与行星齿轮圆盘构成整体行星齿轮，所述行星齿轮圆盘端面均布若干销轴，销轴与销轴约束圆盘插接。所述行星齿轮圆盘的销轴固接在行星齿轮端面上，销轴滑动连接有销轴套10，所述销轴套在销轴约束圆盘的销轴孔内滚动连接。

实施例2

本实施例是采用两级变速形式的常规结构中置电机，主轴通过右侧伞齿支撑轴承支撑右侧伞齿，主轴通过左侧伞齿支撑轴承支撑左侧伞齿，中心伞齿架与主轴键接，所述中心伞齿架上滑动连接有3个中心伞齿，所述中心伞齿分别与右侧伞齿、左侧伞齿啮合，左侧伞齿的左侧外圆上设有止转凸起，止转凸起与压力传感器触接，通过压力传感器检测并输出与左侧伞齿上承受力矩相应的电阻变化信号。压力传感器固定连接主外壳上，压力传感器与控制器40连接。

工作过程及原理

骑行者踩踏踏板，带动主轴及中心伞齿架旋转，并带动中心伞齿同步旋转，中心伞齿与左侧伞齿及右侧伞齿同时啮合，弹性体固接于左侧端盖，固接于左侧伞齿上的止转凸起被弹性体挡住，左侧伞齿被限制住，动力通过右侧伞齿输出，由于左右伞齿齿数相同，根据作用力与反作用力原理及力平衡关系，左右伞齿各所受力矩为骑行者踩踏力矩的1/2。贴装于弹性体表面的应变片电阻的变化与骑行者踩踏力矩之间形成线性相关关系，电阻变化信号提供给控制器作为与骑行者踩踏力矩相对应的输入信号，从而准确地测量骑行者踩踏力矩，因此准确地解读骑行者的骑行状态及意图，能够很好地匹配助力功率，实现最佳的助力效果。

偏心轴给行星齿轮输入动力，行星齿轮与内齿轮啮合，行星齿轮的销轴插入左侧主轴的销轴孔，并通过超越离合器输出动力构成的结构。

详见附图，转子带动偏心轴顺时针旋转时，固接于行星齿轮圆盘的销轴及销套插入到销轴约束圆盘沉孔内，且销轴约束圆盘与主外壳固接固定不动，限制住了行星齿轮的自转运动，行星齿轮在内齿圈内只能以偏心轴为中心、偏心距为公转半径作顺时针方向的公转运动；又由于行星齿轮齿数比内齿圈齿数少3个齿，迫使内齿圈作顺时针低速旋转。此时内齿圈低速旋转减速比为：行星齿轮z1＝49，内齿圈z2＝52，减速比i＝z2/(z2-z1)＝52/(52-49)＝17.3。

传动比为正数，即主外壳旋转方向与偏心轴旋转方向相同。动力输出零件为内齿圈，内齿圈的顺时针低速转动通过超越离合器传递到动力输出套，驱动牙盘。为了消除偏心产生的振动，在转子上安装平衡块，保证动平衡

上述参照实施例对该一种力矩检测传动装置及其应用该装置的电动自行车助力中置电机进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。