助力车同轴中置电机及助力自行车的制作方法

本实用新型涉及助力自行车技术领域，具体而言，涉及一种助力车同轴中置电机及助力自行车。

背景技术：

电动助力自行车，又称为智慧电单车，是一种介于自行车与电动车之间的骑行工具。电动助力自行车根据骑行者的踩踏力度，控制助力电机按比例输出动力以辅助骑行，是人们追求高效、便捷、健康、环保的生活方式的产物。

现有公开的技术，动力辅助系统(pas)的助力电机按照安装在自行车上的位置可分为三类：前置式轮毂电机(助力电机安装在自行车前轮)、中置电机(助力电机安装在自行车曲柄中轴的位置)、后置式轮毂电机(助力电机安装在自行车后轮)。

在现有技术中，中置电机的技术越来越成熟，很难在中置电机的技术上得到较为明显的发展，导致中置电机的体积、输出动力以及一体化程度均难以进一步发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的包括提供了一种助力车同轴中置电机，其能够进一步缩小助力车同轴中置电机的体积、增大其动力输出性能以及提升一体化程度。

本实用新型的目的还包括提供了一种助力自行车，其能够进一步缩小助力自行车的体积、增大其动力输出性能以及提升一体化程度。

本实用新型的实施例可以这样实现：

本实用新型的实施例提供了一种助力车同轴中置电机，所述助力车同轴中置电机包括壳体以及设置于所述壳体内部的中轴轴芯、输出结构、助力电机和行星齿轮传动结构。

所述助力电机固定连接于所述壳体。

所述行星齿轮传动结构包括太阳轮、双联行星齿轮、内齿圈和行星架。

所述太阳轮连接于所述助力电机。

所述双联行星齿轮包括同轴设置并相互固定连接的第一行星齿轮和第二行星齿轮，所述第一行星齿轮与所述太阳轮相啮合，所述第二行星齿轮和所述内齿圈相啮合，并且所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮均转动连接于所述行星架。

所述内齿圈固定连接于所述壳体。

所述行星架套设于所述输出结构并转动连接于所述壳体，并能沿第一方向带动所述输出结构转动。

所述输出结构套设于所述中轴轴芯，所述中轴轴芯转动连接于所述壳体，并且所述中轴轴芯能沿所述第一方向带动所述输出结构转动。

所述助力电机的轴芯、所述中轴轴芯、所述太阳轮、所述行星架、所述内齿圈和所述输出结构同轴设置。

可选择地，所述第一行星齿轮的半径大于所述第二行星齿轮的半径。

可选择地，所述双联行星齿轮还包括齿轮轴，所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮通过所述齿轮轴转动连接于所述行星架。

可选择地，所述太阳轮、所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮均为直齿或者斜齿。

可选择地所述助力车同轴中置电机还包括第一单向逆止器和第二单向逆止器。

所述第一单向逆止器套设于所述输出结构，所述行星架套设于所述第一单向逆止器，所述行星架能沿所述第一方向转动并通过所述第一单向逆止器带动所述输出结构沿所述第一方向转动。

所述输出结构套设于所述第二单向逆止器，所述第二单向逆止器套设于所述中轴轴芯，所述中轴轴芯能沿所述第一方向转动并通过所述第二单向逆止器带动所述输出结构沿所述第一方向转动。

可选择地，所述第一单向逆止器为超越离合器或者棘轮棘爪机构。

所述第二单向逆止器为超越离合器或者棘轮棘爪机构。

可选择地，所述助力车同轴中置电机还包括力矩检测装置和踏频检测装置。

所述力矩检测装置连接于所述中轴轴芯，并用于检测作用于所述中轴轴芯的力矩。

所述踏频检测装置连接于所述中轴轴芯，并用于检测所述中轴轴芯的转动方向和踩踏频率。

可选择地，所述力矩检测装置包括力矩套管和力矩传感器，所述力矩套管套设于所述中轴轴芯，所述行星架套设于所述力矩套管，所述中轴轴芯能通过力矩套管沿所述第一方向带动所述行星架。

所述力矩传感器和所述踏频检测装置均同轴套设于所述中轴轴芯。

可选择地，所述中轴轴芯采用方孔中轴或者花键中轴。

一种助力自行车，包括助力车同轴中置电机。所述助力车同轴中置电机包括壳体以及设置于所述壳体内部的中轴轴芯、输出结构、助力电机和行星齿轮传动结构。所述助力电机固定连接于所述壳体。所述行星齿轮传动结构包括太阳轮、双联行星齿轮、内齿圈和行星架。所述太阳轮连接于所述助力电机。所述双联行星齿轮包括同轴设置并相互固定连接的第一行星齿轮和第二行星齿轮，所述第一行星齿轮与所述太阳轮相啮合，所述第二行星齿轮和所述内齿圈相啮合，并且所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮均转动连接于所述行星架。所述内齿圈固定连接于所述壳体。所述行星架套设于所述输出结构并转动连接于所述壳体，并能沿第一方向带动所述输出结构转动。所述输出结构套设于所述中轴轴芯，所述中轴轴芯转动连接于所述壳体，并且所述中轴轴芯能沿所述第一方向带动所述输出结构转动。所述助力电机的轴芯、所述中轴轴芯、所述太阳轮、所述行星架、所述内齿圈和所述输出结构同轴设置。

本实用新型提供的助力车同轴中置电机相对于现有技术的有益效果是：

本实用新型提供的助力车同轴中置电机能通过同轴设置的太阳轮、中轴轴芯、行星架、内齿圈以及输出结构，使得能将助力车同轴中置电机的各个零件设置的更为紧凑，进而能减小中轴轴芯的轴向尺寸，能便于将踩踏宽度值设置于合适的值，进而能将应用该助力车同轴中置电机的助力自行车上双脚之间的横向距离减小，有利于使用者发力，同时减小迎风面积，能减小风阻。同时，能通过双联行星齿轮的设置，能便于设置更大的减速比，进而解决由于单级行星轮减速机构因减速比较小，在一定的中置电机额定输出转速的情况下，驱动电动机必须选择较低的转速，从而使得整机输出扭矩、电动机功率密度以及电动机效率都较低的问题。

本实用新型提供的助力自行车相对于现有技术的有益效果与上述提供的助力车同轴中置电机相对于现有技术的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例中提供的助力自行车的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的助力车同轴中置电机的传动原理图；

图3为本实用新型实施例中提供的助力车同轴中置电机的爆炸结构示意图；

图4为本实用新型实施例中提供的助力电动机的爆炸结构示意图；

图5为本实用新型实施例中提供的助力车同轴中置电机局部的剖视图。

图标：1-助力自行车；10-助力车同轴中置电机；11-车架；12-车轮；13-脚踏；14-链盘；100-壳体；200-助力电机；210-飞轮盘；300-行星齿轮传动结构；310-太阳轮；320-双联行星齿轮；321-第一行星齿轮；322-第二行星齿轮；323-齿轮轴；330-内齿圈；340-行星架；400-输出结构；500-中轴轴芯；610-第一单向逆止器；620-第二单向逆止器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

请参阅图1，本实施例中提供了一种助力自行车1，其能在使用者进行骑行时，向使用者提供助力作用，能减轻使用者骑行的施力，进而能使得使用者骑行省力。另外，本实施例中提供的助力自行车1能进一步缩小助力自行车1的体积，同时能增大其动力输出性能以及提升一体化程度。

助力自行车1包括车架11、车轮12、脚踏13和助力车同轴中置电机10。其中，车架11和车轮12的设置为现有技术，在此不再赘述。另外，助力车同轴中置电机10安装于车架11，并能在助力自行车1进行骑行时，能向助力自行车1提供助力，进而节省骑行者的骑行力。其中，助力车同轴中置电机10能通过链盘14以及链条等传动连接件连接于车轮12，以将助力作用传递至车轮12，进而提供助力作用。脚踏13安装于助力车同轴中置电机10，能使得骑行者施加踩踏力，进而驱动助力自行车1移动。

需要说明的是，其中助力自行车1在骑行时，骑行者能通过脚踏13提供踩踏力进行助力自行车1的驱动，与此同时，还能通过助力车同轴中置电机10向助力自行车1提供助力以辅助驱动助力自行车1。

其中，请结合参阅图2和图3，助力车同轴中置电机10包括壳体100以及设置于壳体100内部的中轴轴芯500、输出结构400、助力电机200和行星齿轮传动结构300。其中，壳体100用于固定连接于车架11，以便于保证整个助力车同轴中置电机10的稳定性。助力电机200固定连接于壳体100，以便于助力电机200稳定地提供助力作用。

另外，中轴轴芯500用于连接脚踏13，即使用者在踩踏脚踏13时，脚踏13直接作用于中轴轴芯500，并通过中轴轴芯500将转动的动力传递至车轮12，进而驱动车轮12。需要说明的是，输出结构400用于连接于链盘14，即能通过输出结构400将动力输出至链盘14，并通过链盘14将动力传动至车轮12。其中，输出结构400套设于中轴轴芯500，即能通过中轴轴芯500将动力通过输出结构400传递至链盘14，进而传递至车轮12。另外，助力电机200通过行星齿轮传动结构300连接于输出结构400，即助力电机200能通过行星齿轮传动结构300将动力传递至输出结构400，进而传递至车轮12以提供助力辅助骑行。

其中，当助力车同轴中置电机10安装于车架11上，同时脚踏13安装于中轴轴芯500上时，骑行者能通过踩踏脚踏13提供沿第一方向转动的动力，进而带动输出结构400沿第一方向转动，能对助力自行车1进行驱动。另外，还能通过助力电机200沿第一方向转动并通过行星齿轮传动结构300带动输出结构400沿第一方向转动，并能提供输出结构400沿第一方向转动的助力，进而能提供助力辅助骑行。

需要说明的是，当中轴轴芯500沿第一方向转动和/或助力电机200沿第一方向转动并驱动输出结构400时，此时助力自行车1为前行状态。

进一步地，请结合参阅图2、图3和图5，在本实施例中，助力车同轴中置电机10还包括第一单向逆止器610和第二单向逆止器620。其中，第一单向逆止器610设置于行星齿轮传动结构300和输出结构400之间，并且当助力电机200沿第一方向转动时能通过第一单向逆止器610带动输出结构400沿第一方向转动。另外，当中轴轴芯500带动输出结构400转动，并且同时助力电机200未向输出结构400提供助力时，此时助力电机200相对于第一单向逆止器610沿第二方向转动，其中，第二方向与第一方向相反。此时输出结构400能相对第一单向逆止器610转动，即当助力电机200相对于第一单向逆止器610的转动方向为第二方向时，此时助力电机200不向输出结构400传递动力。即，助力电机200在相对第一单向逆止器610沿第一方向转动时通过第一单向逆止器610向输出结构400提供助力，在当助力电机200相对于第一单向逆止器610沿第二方向转动时，助力电机200和第一单向逆止器610相对转动，即不向输出结构400传递动力。

另外，第二单向逆止器620设置于中轴轴芯500和输出结构400之间，并且当中轴轴芯500沿第一方向转动时，能通过第二单向逆止器620带动输出结构400沿第一方向转动。另外，当骑行者停止踩踏或者沿第二方向踩踏脚踏13时，此时中轴轴芯500相对第二单向逆止器620沿第二方向转动，即此时中轴轴芯500不向输出结构400传递动力。即，中轴轴芯500在相对第二单向逆止器620沿第一方向转动时，通过第二单向逆止器620向输出结构400传递动力；当中轴轴芯500相对第二单向逆止器620沿第二方向转动时，中轴轴芯500与第二单向逆止器620转动相对转动，即不向输出结构400传递动力。

通过第一单向逆止器610和第二单向逆止器620的设置，消除了在助力电机200停止运转时对中轴轴芯500造成磁阻或者机械阻力的现象，进而使得在助力电机200未进行助力时保证不会对骑行者造成额外的负担。

进一步地，第一单向逆止器610为超越离合器或者棘轮棘爪机构。第二单向逆止器620为超越离合器或者棘轮棘爪机构。其中，超越离合器以及棘轮棘爪结构的具体结构为现有技术，在此不在赘述。

另外，在本实施例中，行星齿轮传动结构300包括太阳轮310、双联行星齿轮320、内齿圈330和行星架340。太阳轮310连接于助力电机200，具体地，助力电机200具有输出轴，太阳轮310则连接于输出轴，以使得助力电机200能通过输出轴带动太阳轮310转动。双联行星齿轮320则与太阳轮310啮合，同时双联行星齿轮320与内齿圈330和行星架340啮合。内齿圈330固定连接于壳体100，行星架340则套设于输出结构400，进而能通过行星架340将动能助力动力传递至输出结构400。当助力电机200运行时，则能通过太阳轮310依次带动双联行星齿轮320和行星架340，进而通过行星架340带动输出结构400沿第一方向转动。

进一步地，在本实施例中，助力电机200的轴芯、太阳轮310、内齿圈330、行星架340、中轴轴芯500和输出结构400同轴设置。通过同轴设置的太阳轮310、内齿圈330、行星架340、中轴轴芯500和输出结构400，能使得能将助力车同轴中置电机10的各个零件设置的更为紧凑，进而能减小中轴轴芯500的轴向尺寸，能便于将踩踏宽度值设置于合适的值，进而能将应用该助力车同轴中置电机10的助力自行车1上双脚之间的横向距离减小，有利于使用者发力，同时减小迎风面积，能减小风阻。

双联行星齿轮320包括第一行星齿轮321和第二行星齿轮322，第一行星齿轮321和第二行星齿轮322固定连接并同轴设置。其中，第一行星齿轮321与太阳轮310相啮合，第二行星齿轮322与内齿圈330相啮合，并且，第一行星齿轮321和第二行星齿轮322均转动连接于行星架340。其中，助力电机200转动时，太阳轮310跟随助力电机200转动，同时太阳轮310带动第一行星齿轮321转动，在第一行星齿轮321转动的同时，第二行星齿轮322与第一行星齿轮321同步转动，进而能使得第二行星齿轮322在转动时能沿内齿圈330移动，同时带动行星架340转动，行星架340则能带动输出轴沿第一方向转动。在本实施例中，第一行星齿轮321的半径大于第二行星齿轮322的半径，进而使得太阳轮310、第一行星齿轮321、第二行星齿轮322、内齿圈330和行星架340形成的行星齿轮传动结构300的减速比增大，进而使得助力电机200能采用高速驱动电机，有利于提升传动比，并增加输出扭矩，提升助力电机200的功率密度和效率，并节省助力自行车电池电力。

另外，双联行星齿轮320还包括齿轮轴323，第一行星齿轮321和第二行星齿轮322通过齿轮轴323转动连接于行星架340。即，齿轮轴323固定连接于行星架340，第一行星齿轮321和第二行星齿轮322均转动连接于齿轮轴323；或者，齿轮轴323转动连接于行星架340，第一行星齿轮321和第二行星齿轮322均转动连接于齿轮轴323。

进一步地，在本实施例中，太阳轮310、第一行星齿轮321和第二行星齿轮322均采用直齿轮设置。相对应的，内齿圈330和行星架340上同样采用直齿设置。应当理解，在其他实施例中，太阳轮310、第一行星齿轮321和第二行星齿轮322采用斜齿轮设置，相对应的，内齿圈330和行星架340上同样采用斜齿设置。其中，通过斜齿设置能使得双联行星齿轮320结构承受更大的载荷，能提高双联行星齿轮320结构的过载能力，降低噪音以及使得运动更加的平稳。

助力车同轴中置电机10还包括力矩检测装置和踏频检测装置。力矩检测装置连接于中轴轴芯500，并用于检测作用于中轴轴芯500的力矩。当中轴轴芯500受到脚踏13的作用力时，能通过力矩检测装置检测施加于中轴轴芯500的力矩。踏频检测装置同样连接于中轴轴芯500，并用于检测中轴轴芯500的转动方向和踩踏频率。

进一步地，在本实施例中，助力车同轴中置电机10还包括控制器，控制器与力矩检测装置和踏频检测装置电连接。力矩检测装置和踏频检测装置能将检测的力矩的数据以及中轴轴芯500的转动方向数据和踩踏频率数据发送至控制器。另外，控制器与助力电机200电连接，并且控制器能依据接收到的力矩的数据以及中轴轴芯500的转动方向数据和踩踏频率数据控制助力电机200运转，进而控制助力电机200提供助力辅助骑行。

在本实施例中，力矩检测装置包括力矩套管和力矩传感器，力矩套管套设于中轴轴芯500，行星架340套设于力矩套管，中轴轴芯500能通过力矩套管沿第一方向带动行星架340。踏频检测装置则采用踏频传感器。其中，力矩传感器和踏频传感器均同轴套设于中轴轴芯500。其中，当中轴轴芯500通过力矩套管传动动力至行星架340时，此时能通过力矩传感器和踏频传感器进行力矩和踏频的检测。

以下对骑行的多种不同的状态进行一一阐述：

当助力电机200辅助驱动的正常行驶状态并且人力踩踏驱动静止或者后退踩踏时。此时助力电机200通过行星齿轮传动结构300将动力传递至输出结构400，并通过输出结构400将动力输出至车轮12，并驱动助力自行车1移动。此时由于骑行者未踩踏脚踏13或者沿第二方向带动中轴轴芯500转动，此时，中轴轴芯500相对第二单向逆止器620沿第二方向转动，即中轴轴芯500不影响输出结构400的动力传递。此时为助力电机200驱动助力自行车1移动，即可以看作助力自行车1的纯电动驱动模式。

当电机辅助驱动的正常行驶状态以及人力踩踏正常驱动状态。此时，助力电机200同样向输出结构400提供动力。同时，骑行者通过踩踏脚踏13向中轴轴芯500提供作用力，进而使得能带动中轴轴芯500转动。此时输出结构400受到人力踩踏驱动和助力电机200驱动的双重驱动，即此时为人力踩踏驱动和助力电机200驱动的混合驱动力作用于输出结构400，进而输出结构400将动力传递至车轮12，以驱动助力自行车1。

需要说明的是，在本实施例中，助力电机200具有额定转速，即助力电机200具有最高转速。在电机辅助驱动的正常行驶状态以及人力踩踏正常驱动状态时，当踏频检测装置检测到中轴轴芯500的转动速度大于或等于助力电机200的额定转速时，控制器控制助力电机200停止运行，此时将助力自行车1切换为纯人力驱动模式。此时由于第一单向逆止器610和第二单向逆止器620的设置，能避免助力电机200对中轴轴芯500的转动造成影响，进而消除磁阻以及机械阻力对于人力驱动的影响。当踏频检测装置检测到中轴轴芯500的转动转速速度小于助力电机200的额定转速时，此时便采用混合驱动力的方式驱动助力自行车1移动。当中轴轴芯500的转动速度小于助力电机200的额定转速时，由于第二单向逆止器620的设置，即使助力电机200的转速大于中轴轴芯500的转动速度，也能避免中轴轴芯500对输出结构400造成影响。

当助力电机200辅助驱动损坏或者失去电力时，此时仅能通过人力进行驱动助力自行车1。并且，此时能通过第一单向逆止器610的设置，使得当通过脚踏13带动中轴轴芯500，并通过中轴轴芯500带动输出结构400转动时，能避免电机对输出结构400产生磁阻或者机械阻力，进而保证人力骑行不受到助力电机200以及行星齿轮传动结构300的影响。

当助力电机200初始启动状态并且人力前行踩踏启动时，此时力矩检测装置检测到人力踩踏的电信号，并将力矩的数据发送至控制器，控制器则控制助力电机200启动并进行助力以辅助骑行。

当助力电机200停止驱动并且人力踩踏后退或者停止驱动时，即此时中轴轴芯500沿第二方向转动或者停止转动，同时驱动电机停止驱动，此时由于第一单向逆止器610和第二单向逆止器620的设置，能避免中轴轴芯500以及助力电机200对输出结构400造成影响，能保证助力自行车1自由滑行或推行的安全性。

综上所述，本实施例中提供的助力车同轴中置电机10能通过同轴设置的太阳轮310、中轴轴芯500、行星架340、内齿圈330以及输出结构400，使得能将助力车同轴中置电机10的各个零件设置的更为紧凑，进而能减小中轴轴芯500的轴向尺寸，能便于将踩踏宽度值设置于合适的值，进而能将应用该助力车同轴中置电机10的助力自行车1上双脚之间的横向距离减小，有利于使用者发力，同时减小迎风面积，能减小风阻。同时，能通过双联行星齿轮320的设置，能便于设置更大的减速比，进而解决由于单级行星轮减速机构因减速比较小，在一定的中置电机额定输出转速的情况下，驱动电动机必须选择较低的转速，从而使得整机输出扭矩、电动机功率密度以及电动机效率都较低的问题。

另外，在本实施例中，助力电机200采用内转子外定子的方式设置，中轴轴芯500穿过转子中心设置并与转子同轴设置，转子则连接于太阳轮310，以便于将动力传递至太阳轮310。应当理解，在其他实施例中，如图4，助力电机200还可以采用内定子外转子的方式设计，此时转子通过飞轮盘210连接于太阳轮310，以便于将动力传递至太阳轮310。其具体结构均为现有技术，在此不再赘述。

另外，中轴轴芯500能采用方孔中轴或者花键中轴。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。