电动自行车的中轴传动机构的制作方法

本发明涉及电动自行车的中轴传动机构。

背景技术：

电动自行车的中轴传动机构是包含电机、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机构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机构为侧挂形式，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，目前中轴传动机构的固有结构形式中，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机构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，而传动效率更高的电动自行车的中轴传动机构。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种结构更加紧凑，体积小，传动效率高的电动自行车的中轴传动机构。

本发明的技术方案是：一种电动自行车的中轴传动机构，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；

电动驱动机构，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输出轴；

其特征在于所述主牙盘固定在输出轴上，而中轴经齿轮传动机构与该输出轴传动连接；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，本发明中所述电机驱动机构包括电机机芯、减速机构、第一离合器和所述输出轴，电机机芯的机芯轴经减速机构与第一离合器的外圈相连，而第一离合器的内圈固定在所述输出轴上。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，本发明对此没有限定。

更进一步的，本发明中所述减速机构为行星减速机构，包括成型于壳体内壁上的齿圈、围绕所述机芯轴分布的若干与齿圈啮合的行星齿轮，这些行星齿轮同时与设于机芯轴上的轴齿轮啮合，各行星齿轮的中心枢转设有行星轴，行星轴与第一离合器的外圈固定。当然除了行星减速机构之外，本发明中的减速机构也可以采用常规任意已知的内拟合或者外拟合减速机构。

再进一步的，本发明中所述电机机芯与行星减速机构之间设有支撑环，该支撑环与所述第一离合器的外圈一同固定所述行星轴，所述支撑环通过一共轴轴承旋转装配在所述机芯轴上。

更进一步的，本发明中所述齿轮传动机构包括第一传动齿轮、第二传动齿轮、惰轮和第二离合器，第一传动齿轮采用轴承安装在中轴上，并且第一传动齿轮内侧与第二离合器的外圈固定，而第二离合器的内圈与中轴固定，第二传动齿轮固定在所述输出轴上，惰轮枢转安装在壳体内，该惰轮与第一传动齿轮和第二传动齿轮均啮合。

再进一步的，本发明中还包括力矩传感器，其设于所述中轴或者所述输出轴上，例如选用常规的磁环霍尔式传感器（轴套式），其包括固定在中轴或输出轴上的变形轴套及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。只要中轴受力，这种传感器便能感应信号给控制器驱动电机机芯运转。

或者我们也可以将这种力矩传感器设于惰轮处，专门对其进行设计，使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；并且第一传动齿轮、第二传动齿轮和惰轮的中心呈三角形分布。人踩踏使中轴受力转动，通过咬合的第二离合器带动第一传动齿轮转动，再带动惰轮转动，而惰轮受力使得传感器变形支架上的应变片变形产生感应信号输送给控制器，令控制器驱动电机机芯运转。

再进一步的，本发明中所述第一传动齿轮的直径大于惰轮，而第二传动齿轮直径小于惰轮或者与惰轮直径相同。

进一步的，本发明中还包括枢转设于壳体上用于撑开链条的至少一辅助牙盘。

本发明工作原理如下：

电机机芯工作状态，机芯轴输出扭矩，通过减速机构和第一离合器传递至输出轴和主牙盘上，最后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。此状态中，由于第二离合器的作用使得第一传动齿轮与中轴脱开。

人骑行踩踏工作状态，脚不停踩踏曲柄上的脚踏，扭矩通过中轴经第二离合器传递至第一传动齿轮上，第一传动齿轮再通过惰轮将扭矩传递至第二传动齿轮上，进而传递至输出轴和主牙盘上，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。此状态中，由于第一离合器的作用，输出轴与行星减速机构脱开。

本发明的优点是：

1）本发明一反常规设计，将主牙盘固定在与中轴平行的电动驱动机构的输出轴上，这样电机机芯的动力输出经减速机构后无需像常规技术那样再通过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。

）本发明中将主牙盘直接固定在电动驱动机构的输出轴上，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机构的结构设计的更加紧凑，壳体部分体积也可以做的更小。

）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，而本发明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。

）本发明的优选方案中，将力矩传感器设计在惰轮的位置处，不采用原先设计在中轴或输出轴上的轴套式的力矩传感器，并且传感器结构经过重新设计，这样能够缩小体积，降低生产成本，有效利用和优化中轴传动机构内部结构。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明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；

图3为图1实施例中传感器变形支架的正面视图（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、壳体；7、输出轴；8、电机机芯；8a、机芯轴；9、第一离合器；10、齿圈；11、行星齿轮；12、轴齿轮；13、行星轴；14、支撑环；15、共轴轴承；16、第一传动齿轮；17、第二传动齿轮；18、惰轮；19、第二离合器；20、传感器变形支架；21、应变片；22、pcb板；23、辅助牙盘；24、电动自行车车架；25、车架五通管。

具体实施方式

实施例：结合图1~图3所示，对本发明提供的这种电动自行车的中轴传动机构进行说明如下：

这种电动自行车的中轴传动机构的结构主要由中轴1、曲柄2、主牙盘3、壳体6、输出轴7、电机机芯8、机芯轴8a、行星减速机构、第一离合器9、齿圈10、支撑环14、共轴轴承15、齿轮传动机构、第二离合器19、力矩传感器和辅助牙盘23共同组成。

首先如图1所示，壳体6由中间相连一体的上部壳体和下部壳体共同构成，中轴1同常规技术一样采用多个轴承（图中未标出）安装在壳体6的下部壳体中，再插入电动自行车车架24的车架五通管25内固定。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8、行星减速机构、第一离合器9和输出轴7均设于壳体6的上部壳体内，其中电机机芯8采用内转子外定子形式，转子上固定的机芯轴8a伸出经行星减速机构与第一离合器9的外圈相连，而第一离合器9的内圈固定在所述输出轴7上，该输出轴7采用若干轴承（图中未标出）装配在上部壳体内，并且与中轴1平行。

本实施例中的行星减速机构由成型于壳体6内壁上的齿圈10、围绕所述机芯轴8a分布的三个与齿圈10啮合的行星齿轮11、与这三个行星齿轮11同时啮合并且设于机芯轴8a上的轴齿轮12以及枢转设于各行星齿轮11中心的行星轴13共同构成，这些行星轴13均与第一离合器9的外圈固定。

并且结合图1所示，本实施例中所述电机机芯8与行星减速机构之间设有支撑环14，该支撑环14与所述第一离合器9的外圈一同固定所述行星轴13，同时支撑环14通过一共轴轴承15旋转装配在所述机芯轴8a上。

所述输出轴7的一端伸出壳体6以固定主牙盘3，主牙盘3通过套置链条4向安装在电动自行车车架24后部的驱动链轮5传递脚踏力。

同时结合图2所示，本实施例中的壳体6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23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。

再回到图1，本实施例中前述中轴1经齿轮传动机构与该输出轴7传动连接。

这种齿轮传动机构由第一传动齿轮16、第二传动齿轮17、惰轮18和第二离合器19共同构成，第一传动齿轮16采用多个轴承（图中未标出）安装在中轴1上，并且第一传动齿轮16内侧与第二离合器19的外圈固定，而第二离合器19的内圈与中轴1固定，第二传动齿轮17固定在所述输出轴7上，惰轮18枢转安装在壳体6内，该惰轮18与第一传动齿轮16和第二传动齿轮17均啮合。

并且本实施例中将力矩传感器设于惰轮18处，这种力矩传感器包括固定在所述壳体6内的传感器变形支架20，所述惰轮18枢转安装在该传感器变形支架20上，同时，结合图3所示，该传感器变形支架20上固定有应变片21及与应变片21电连接的pcb板22，而pcb板22与电动自行车的用于驱动电机机芯8运转的控制器（图中省略）电连接。并且本实施例中第一传动齿轮16、第二传动齿轮17和惰轮18的中心呈三角形分布。同时所述第一传动齿轮16的直径大于惰轮18，而第二传动齿轮17的直径小于惰轮18的直径。

本发明工作原理如下：

电机机芯8工作状态，人踩踏曲柄2上的脚踏，中轴1受力转动，通过咬合的第二离合器19带动第一传动齿轮16转动，再带动惰轮18转动，而惰轮18受力使得传感器变形支架20上的应变片21变形产生感应信号输送给控制器，令控制器驱动电机机芯8运转。机芯轴8a输出扭矩，通过行星减速机构和第一离合器9传递至输出轴7和主牙盘3上，最后主牙盘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。当机芯轴8a转动后，通过第二传动齿轮17带动惰轮18和第一传动齿轮16反转，使第二离合器19脱开，进而使得第一传动齿轮16与中轴1脱开。

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和咬合的第二离合器19传递至第一传动齿轮16上，第一传动齿轮16再通过惰轮18将扭矩传递至第二传动齿轮17上，进而传递至输出轴7和主牙盘3上，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。由于第一离合器9的作用，输出轴7与行星减速机构脱开。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。