专利名称：自行车驱动扭矩—行驶阻力智能平衡电动轮毂的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动自行车部件，具体涉及自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂。
背景技术：
早期的电动自行车的蓄电池、电动机装在车架的中下部，调速装置为常用的调节电压或电流的电子调速装置。电动机输出的扭矩通过链传动组件驱动后轮毂，显然结构不紧凑。为了克服结构不紧凑的缺陷，有的电动自行车将电动机设在后轮毂内，电动机输出的扭矩通过设在后轮毂内的减速机构和传动齿轮传递到轮毂齿轮。但还存在电子调速装置只能按照骑车人的要求调节车速、而不能根据实际路况进行自动调速的不足。这样不仅使骑车人容易产生疲劳，降低了乘骑舒适性，而且使电动机的驱动工作状态不合理，造成不必要的电能损耗，使续行里程减少。为了克服人为调速的缺陷，有的电动自行车安装了速度传感器和控制装置。如CN2661568Y公告的名称为“带助力行驶传感器装置的电动自行车”的实用新型专利，其传感器设在车架上，正对飞轮的齿尖，传感器通过信号线与控制器连接，但只采集速度信号。又如，CN2580426Y公告的名称为“智能电动自行车的压力传感装置”的实用新型专利，在中管设有活塞杆，活塞杆的下端与中接头连接固定，活塞杆上套有弹簧，中管与活塞杆上对应设置有位移信号传感器，中管与中管接头之间在骑车者脚踩脚踏时产生周期性位移，该位移信号由传感器传递给控制器，可以调节电动机的输出功率，以节省电能。以上两项专利采集的速度信号和位移信号仍然是与骑车人的操作相关，而与电动自行车实际工况存在着一定的差距，因而不能完全达到预期的目的。电动自行的传动终端是后轮毂，后轮毂承受的扭矩和阻力及其变化情况是电动自行车运行的实际状况，现有的自行车的电动轮毂，采集不到扭矩变化信号，不能使电动机输出的扭矩与行驶阻力实现智能平衡，因此，需要对电动自行车的传动终端部件的结构作出实质性改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，它结构紧凑，既是驱动系统的终端，又是传动传感智能控制系统的部件，能在直接参与传动的过程中同步采集扭矩和速度信号，为控制器(ECU)及时准确地控制电动机的输出功率提供真实的数据，使人的脚踏力，电动机输出扭矩与自行车行驶状况始终处于最佳匹配状态。
本发明所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，包括壳体、连接在壳体一端的端盖、后轮轴、设在壳体内并通过轴承与后轮轴配合的电动机、与电动机配合连接的减速器、与减速器配合连接的超越离合器、与越离合器连接的联轴器，其特征在于在壳体内设有一传动轴筒，传动轴筒两端的内壁分别与设在后轮轴上的第一轴承和第二轴承配合；传动轴筒的一端与端盖配合连接，另一端与联轴器的第二半联轴器配合连接；在传动轴筒的外面和里面设有由碟形弹簧、位移推板、平面轴承和回位弹簧组成的位移传递组件；在壳体内设有由第一传感器和第一传感元件组成的位移传感组件；第一传感器的传输导线从后轮轴左部的中心孔引出与控制器(ECU)连接；在壳体外设有由第二传感器和第二传感元件组成的速度传感组件，第二传感器的传输导线与控制器(ECU)连接；电动机的电源导线从后轮轴右部的中心孔引出与蓄电池和控制器(ECU)连接。
所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其端盖中心的装配孔壁设有一平行平面A-A，与传动轴筒的左端外面设有的平行平面B-B配合。
所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其位移传递组件的碟形弹簧的左边与端盖的内壁紧靠、右边与位移推板紧靠；位移推板的一端定位连接在第二半联轴器上，另一端穿过传动轴筒上的第一槽口，与设在后轮轴中部的第二槽口内的平面轴承的一侧连接，回位弹簧设在第一轴承和平面轴承之间。
所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其位移传感组件的第一传感器设在后轮轴中部的第二槽口的左内壁，设在平面轴承上的第一传感元件与其对应；第一传感器为线性霍尔传感器，第一传感元件为磁钢。
所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其速度传感组件的第二传感器设在与后轮轴的左部配合的制动器上，设在传动轴筒左端的第二传感元件与其对应；第二传感器为测速光电传感器，第二传感元件为光电射板。
所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其传动轴筒外面的右部沿轴向设有三道第一半圆弧槽，第二半联轴器内壁沿轴向设有三道与其对应的第二半圆弧槽；在每道对应的第一半圆弧槽和第二半圆弧槽之间设有2粒以上的钢球。
所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其第二半联轴器的右部设有梯形啮合齿，与第一半联轴器左部的梯形啮合齿配合。
所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其第一半联轴器又为越离合器的外环，其右侧面与内环及设在内环和外环之间的滚柱组成越离合器。
所述的自行车驱动扭矩一行驶阻力智能平衡电动轮毂，其减速器由电动机转轴齿轮和三个与其啮合的行星齿轮组成，三个行星齿轮轴与越离合器的内环配合连接。
采用以上的结构，即可使其结构紧凑，并且能在直接参与传动的过程中传递扭矩信号和速度信号。电动机输出的扭矩传递路径是电动机转轴齿轮→行星齿轮→超越离合器→第一半联轴器→第二半联轴器→传动轴筒→端盖及壳体。
由于端盖中心的装配孔壁的平行平面A-A，与传动轴筒左端外面的平行平面B-B配合，端盖又固定连接在壳体上，所以，传动轴筒与端盖和壳体同步旋转；由于在传动轴筒外面的第一半圆弧槽与第二半联轴器内壁的第二半圆弧槽之间设有钢球，所以，传动轴筒同时与第二半联轴器同步旋转；由于第二半联轴器左端的第二梯形啮合齿与第一半联轴器右端的第一梯形啮合齿配合，所以，人的脚踏力、电动机输出的扭矩与后轮负荷在第一半联轴器与第二半联轴器的配合处交汇。在上坡时，壳体的负荷增大，如果电动机输出的扭矩小于实际需要的扭矩，壳体的转速与第一半联轴器的转速就会不一致，导致第二半联轴器与第一半联轴器的转速不一致，与壳体同步旋转的第二半联轴器则沿轴向向左移动，带动位移推板向左移动并压缩碟形弹簧，使设在平面轴承上的第一传感元件与设在后轮轴的槽口左端的第一传感器之间的距离减小，第一传感器采集到的位移信号，即为实际需要输出扭矩的信号，并传输到控制器；与此同时，设在制动器上的第二传感器，采集到设在传动轴筒左端上的第二传感元件反映的速度变化信号，也传输到控制器。
控制器根据收到的扭矩和速度信号进行处理后，发出增加输出功率的指令。在电动机输出的功率增加并逐步达到实际需要的过程中，位移推板在碟形弹簧的作用下逐步向右移动，恢复原来的位置。如此周而复始，使人的脚踏力、电动机输出扭矩与自行车行驶状况始终处于最佳匹配状态，从而体现出自适应的特点。
本发明的优点是结构紧凑，充分利用了壳体内的空间；在直接参与传动的同时，同步检测扭矩和速度信号，获取的信号准确、精度高；为实现人机合一智能控制有效地利用电能，增加续行里程奠定基础，且具有自适应的特点。
图1是本发明的结构示意图。
图2是传动轴筒的结构示意图。
图3是图2的左视图。
图4是图2的右视图。
图5是端盖的结构示意图。
图6是图5的左视图。
图7是后轮轴的结构示意图。
图8是第二半联轴器的结构示意图。
图9是图8的左视图。
图10是第一半联轴器的结构示意图。
图11是图10的左视图。
图12是图1的A-A剖面图。
图13是图1的B-B剖面图。
图14是图1的C-C剖面图。
图15是图1的D-D剖面图。
图16是图1的E-E剖面图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的结构作进一步的描述。
参见图1、图7、图15和图16，后轮轴3的左端通过轴承与壳体1配合，电动机4装入壳体内并通过轴承与后轮轴配合，由电动机转轴齿轮29和三个与其啮合行星齿轮30组成的减速器与电动机配合，减速器的三个行星齿轮轴31与越离合器的内环27配合连接，越离合器由内环27、滚柱28和外环(即第一半联轴器26的右侧面)组成；电动机的电源导线19从后轮轴右部的中心孔引出；参见图2、图3、图4、图5、图6、图8、图9、图10、图11图12、图13和图14，将位移传感组件的第一传感器13(线性霍尔传感器)安装在后轮轴3中部的第二槽口21的左内壁，将第一轴承6、回位弹簧12、平面轴承11和第二轴承7依次装在后轮轴3的中部，将第一传感元件14(磁钢)安装在平面轴承11上，并使第一传感元件与第一传感器对应，第一传感器的传输导线15从后轮轴左部的中心孔引出；将第二半联轴器8与传动轴筒5外面的右部配合连接，并分别在传动轴筒沿轴向的三道第一半圆弧槽23和第二半联轴器8内壁沿轴向的三道与其对应的第二半圆弧槽24之间安装3粒钢球25，并使第二半联轴器8右部的梯形啮合齿与第一半联轴器26左部的梯形啮合齿配合，传动轴筒5两端的内壁分别与安装后轮轴3中部的第一轴承6和第二轴承7配合；将位移推板10、碟形弹簧9装在传动轴筒5上，位移推板的一端定位连接在第二半联轴器8上，另一端穿过传动轴筒上的第一槽口20，与安装在后轮轴中部的第二槽口21内的平面轴承11的一侧连接；将端盖2固定连接在壳体1的左端，并使端盖2中心的装配孔壁的平行平面A-A，与传动轴筒5的左端外面的平行平面B-B配合；将速度传感组件的第二传感元件17(光电射板)安装在传动轴筒5的左端，速度传感组件的第二传感器16(测速光电传感器)安装在与后轮轴3左部配合的制动器22上，第二传感元件17与其对应；最后，将本发明装在电动自行车上，将电动机的电源导线19与蓄电池和控制器(ECU)连接，第一传感器的传输导线15和第二传感器的传输导线18分别与控制器(ECU)连接即可。
权利要求
1.自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，包括壳体(1)、连接在壳体一端的端盖(2)、后轮轴(3)、设在壳体内并通过轴承与后轮轴配合的电动机(4)、与电动机配合连接的减速器、与减速器配合连接的超越离合器、与越离合器连接的联轴器，其特征在于在壳体(1)内设有一传动轴筒(5)，传动轴筒两端的内壁分别与设在后轮轴(3)上的第一轴承(6)和第二轴承(7)配合；传动轴筒的一端与端盖(2)配合连接，另一端与联轴器的第二半联轴器(8)配合；在传动轴筒(5)的外面和里面设有由碟形弹簧(9)、位移推板(10)、平面轴承(11)和回位弹簧(12)组成的位移传递组件；在壳体(1)内设有由第一传感器(13)和第一传感元件(14)组成的位移传感组件；第一传感器的传输导线(15)从后轮轴左部的中心孔引出与控制器连接；在壳体(1)外设有由第二传感器(16)和第二传感元件(17)组成的速度传感组件，第二传感器的传输导线(18)与控制器连接；电动机(4)的电源导线(19)从后轮轴右部的中心孔引出与蓄电池和控制器连接。
2.根据权利要求1所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其特征在于端盖(2)中心的装配孔壁设有一平行平面A-A，与传动轴筒(5)的左端外面设有的平行平面B-B配合。
3.根据权利要求1或2所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其特征在于位移传递组件的碟形弹簧(9)的左边与端盖(2)的内壁紧靠、右边与位移推板(10)紧靠；位移推板的一端定位连接在第二半联轴器(8)上，另一端穿过传动轴筒上的第一槽口(20)，与设在后轮轴中部的第二槽口(21)内的平面轴承(11)的一侧连接，回位弹簧(12)设在第一轴承(6)和平面轴承(11)之间。
4.根据权利要求1或2所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其特征在于位移传感组件的第一传感器(13)设在后轮轴(3)中部的第二槽口(21)的左内壁，设在平面轴承(11)上的第一传感元件(14)与其对应；第一传感器(13)为线性霍尔传感器，第一传感元件(14)为磁钢。
5.根据权利要求1或2所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其特征在于速度传感组件的第二传感器(16)设在与后轮轴(3)的左部配合的制动器(22)上，设在传动轴筒(5)左端的第二传感元件(17)与其对应；第二传感器(16)为测速光电传感器，第二传感元件(17)为光电射板。
6.根据权利要求1或2所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其特征在于传动轴筒(5)外面的右部沿轴向设有三道第一半圆弧槽(23)，第二半联轴器(8)内壁沿轴向设有三道与其对应的第二半圆弧槽(24)；在每道对应的第一半圆弧槽和第二半圆弧槽之间设有2粒以上的钢球(25)。
7.根据权利要求1或2所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其特征在于第二半联轴器(8)的右部设有梯形啮合齿，与第一半联轴器(26)左部的梯形啮合齿配合。
8.根据权利要求1或2所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其特征在于第一半联轴器(26)又为越离合器的外环，其右侧面与内环(27)及设在内环和外环之间的滚柱(28)组成越离合器。
9.根据权利要求1或2所述的自行车驱动扭矩-行驶阻力智能平衡电动轮毂，其特征在于减速器由电动机转轴齿轮(29)和三个与其啮合的行星齿轮(30)组成，三个行星齿轮轴(31)与越离合器的内环(27)配合连接。
全文摘要
本发明涉及自行车驱动扭矩一行驶阻力智能平衡电动轮毂，包括壳体、端盖、后轮轴、设在壳体内的电动机、减速器、超越离合器、与越离合器连接的联轴器，其特征在于在壳体内设有一传动轴筒，传动轴筒两端的内壁分别与设在后轮轴上的第一轴承和第二轴承配合；传动轴筒的一端与端盖配合连接，另一端与联轴器的第二半联轴器配合；在传动轴筒的内外设有位移传递组件；在壳体内设有的位移传感组件；在壳体外设有速度传感组件。本发明结构紧凑，充分利用了壳体内的空间；在直接参与传动的同时，同步检测扭矩和速度信号，获取的信号准确、精度高，且具有自适应的特点。
文档编号B60W20/00GK1821011SQ200610054118
公开日2006年8月23日 申请日期2006年3月9日 优先权日2006年3月9日
发明者薛荣生, 林毓培, 刘伟 申请人:西南大学