具有倒刹失效保护功能的电动自行车中轴倒刹机构的制作方法

本实用新型涉及一种具有倒刹失效保护功能的电动自行车中轴倒刹机构。

背景技术：

倒刹机构是运用踏板来产生刹车效果的机构，即提供利用链条受曲柄反蹬倒转时，与设置在轮毂轴内的刹车机构联动，从而产生对后轮进行刹车的动作。这种刹车机构在过去的老式传统自行车上运用较多，目前我们国家已经比较少见，但在一些国家和地区还有着较大的需求，并且某些还作为自行车安全刹车制动机构的标准来运用。

随着电动（助力）自行车在全球范围内的广泛推广和发展，上述倒刹机构自然也会运用至部分电动自行车上，由于电动自行车在骑行时电机高速运转，假如在电机未停止运转的前提下给予其瞬时的刹车指令，不仅无法有效的刹停自行车，且还将会造成电机烧毁和刹车机构的损坏，甚至影响骑行者安全。故已知的此类电动自行车上大多配置有基于霍尔感应元件的倒刹信号产生装置，这种装置能够在人倒蹬踏板使中轴受力时向控制器输出倒刹信号，进而由控制器制动电机，提高骑行安全性。

但是由于倒刹霍尔和磁钢在长期使用过程中存在损耗甚至损坏，因此现有的电动自行车在骑行的过程中可能会发生倒刹信号产生装置失灵的情况，在这种情况下，人倒刹动作已经执行，但倒刹信号不能输出，控制器无法识别倒刹信号，因此无法制动电机，这将给骑行者带来非常大的危险性。所以如何提供一种具有倒刹失效保护功能的电动自行车中轴倒刹机构，确保当倒刹信号产生装置失效的情况下控制器依旧能够识别倒刹信号并制动电机成为当前急需解决的关乎电动自行车骑行安全性的重要问题。

技术实现要素：

本实用新型目的是：提供一种具有倒刹失效保护功能的电动自行车中轴倒刹机构，具有更可靠的骑行安全保障。

本实用新型的技术方案是：一种具有倒刹失效保护功能的电动自行车中轴倒刹机构，包括设置在车架上的中轴、设置于中轴上的倒刹信号产生装置和用于接收该信号以制动电机的控制器，当中轴因执行倒刹而受力时，所述倒刹信号产生装置向控制器输出倒刹信号以制动电机，还包括固定于中轴上并与控制器电连接的力矩传感器；其特征在于：所述力矩传感器可在中轴因执行倒刹而受力时向控制器输出负扭矩信号，并且当倒刹信号被控制器识别时，所述负扭矩信号不被识别，而当倒刹信号不被识别时，所述负扭矩信号被控制器识别，并以此制动电机，同时发出倒刹失效的报警信号。

进一步的，所述倒刹信号产生装置包括传动齿轮、拨盘、倒刹霍尔、磁钢和引出线圈组件：

所述传动齿轮套设于中轴上，该传动齿轮用于同设置在电机输出轴上的输出齿轮啮合；同时，传动齿轮上同轴固定有牙盘，牙盘经链条与安装在自行车后轮上的倒刹机构相连；

所述拨盘固定在中轴上，所述传动齿轮上设有与拨盘配合的工作腔，所述工作腔环周壁设有若干工作槽，而拨盘上对应各工作槽设有拨杆，所述拨杆可随中轴正反转而在相应工作槽的两端壁间活动；

所述中轴上固定倒刹霍尔，而传动齿轮上固定与倒刹霍尔配合的磁钢；

所述引出线圈组件包括固定在车架上的固定线圈及固定在中轴上的转动线圈，所述固定线圈与转动线圈同轴配置，所述倒刹霍尔与所述转动线圈电连接，而固定线圈与控制器和电动自行车的电源连接；

当人前蹬自行车时，所述拨杆与相应工作槽的第一端壁相抵，使得中轴驱使传动齿轮和牙盘同步正转；此时所述磁钢与倒刹霍尔处于第一磁通感应位；

当人后蹬自行车时，所述拨杆从相应工作槽的第一端壁活动至与第二端壁相抵，使得中轴相对传动齿轮转动，并经过一定延时后再带动牙盘反转；此过程中，所述磁钢与倒刹霍尔处于第二磁通感应且产生磁通变化，使得倒刹霍尔发出倒刹信号通过引出线圈组件传输给控制器以制动电机。

优选的，本实用新型中所述力矩传感器包括固定在中轴上的轴套变形体，所述倒刹霍尔、拨盘和转动线圈均与所述轴套变形体的外围固定，并且轴套变形体上设有的感应元件与转动线圈电连接，即力矩传感器也依靠固定线圈和转动线圈的配合实现无线供电和无线传输。

更为优选的，本实用新型中所述轴套变形体上固定有转动线圈安装支架，所述转动线圈缠绕在所述转动线圈安装支架上，而所述车架上固定有固定线圈安装支架，所述固定线圈缠绕在所述固定线圈安装支架上。

优选的，本实用新型还包括与控制器相连的仪表警示灯或蜂鸣器，当控制器发出倒刹失效的报警信号时，所述警示灯亮灯或蜂蜜器发出报警声。

进一步的，本实用新型中所述拨杆与相应工作槽内的第二端壁之间抵设有复位弹簧。

更为优选的，本实用新型中所述复位弹簧为变节距弹簧。

进一步的，本实用新型中所述工作槽多余一个时，沿工作腔环周壁均匀间隔分布。

进一步的，本实用新型中所述磁钢数量为两个，分为磁场强度不同的第一磁钢和第二磁钢，当人前蹬自行车使所述拨杆与相应工作槽的第一端壁相抵时，所述倒刹霍尔与第一磁钢相对，当人后蹬自行车使所述拨杆从相应工作槽的第一端壁活动至与第二端壁相抵时，所述倒刹霍尔与第二磁钢相对。

进一步的，本实用新型中所述传动齿轮和中轴之间设置有轴承。

本实用新型中涉及的所述中轴为电动自行车中置电机构成组件，其两端同常规技术一样通过曲柄安装脚踏。

需要说明，本实用新型中的力矩传感器为常规技术，其主体是一个轴套变形体，该轴套变形体采用弹性材料制成，设于电动自行车的中轴上，可因中轴扭转而扭曲产生形变，轴套变形体内设有相应的感应元件，可藉由感受微小的形变而产生力矩信号输出。

并且本实用新型是电动自行车倒刹机构的前置信号发生装置，对于涉及的与牙盘经链条相连并安装在车轮（后轮）轮毂上的刹车机构为公知技术，其结构、装配方式和动作原理均可参加现有技术，本实用新型对其不再详述。

本实用新型的优点是：

1. 本实用新型具有双重倒刹保护功能，能够在倒刹信号发生装置失效的情况下依旧发出倒刹信号制动电机并发出倒刹装置已损坏的警示，提供更加可靠的骑行安全保障。

2.本实用新型将已知的倒刹信号产生装置及其中轴与力矩传感器进行合理设计和组合安装，例如将传动齿轮、拨盘和转动线圈均设置在力矩传感器的轴套变形体外围，精简了结构，合理利用的车架中部的中置电机部位的空间。

3.本实用新型中的力矩传感器既保留了原有的力矩信号传递功能，又能输出负扭矩信号配合倒刹信号产生装置实现倒刹失效保护功能，一件两用，减小了设备改造成本，提升了实用性。

4.本实用新型中复位弹簧进一步采用变节距弹簧，其作用一方面可以保证倒刹霍尔迅速复位，同时，还能保证拨盘因弹簧复位所造成的弹性力处于递减状态，避免了因弹性力太大造成的拨盘（与传动齿轮）碰撞时的异音以及“打脚”现象。

5．本实用新型中作为倒刹霍尔和力矩传感器信号引出和供电机构的引出线圈组件，采用同心配置的两个线圈感应传输信号，为非接触式信号传输机构，相比常规的连线接触式传递机构，不会出现引出线路纠缠和损坏的情况，简化了结构，便于设计人员安装的同时，也使得本实用新型装置整体的工作灵敏度和可靠性更高。且这种非接触式信号传输机构在结构布局配置时无需考虑太多因素，也无需采用复杂精密的机械式防干涉线路引出机构，安装速度更快，可以大大提高生产效率，同时节约生产成本。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的结构主剖面图；

图2为图1的中轴和拨盘配合剖面视图（前蹬自行车前进状态时倒刹霍尔和磁钢位置关系）；

图3为图1的中轴和拨盘配合剖面视图（倒蹬自行车倒刹状态）；

图4为图1的中轴和拨盘配合剖面视图（自行车自由状态）。

其中：1、车架；2、中轴；3、拨盘；3a、拨杆；4、传动齿轮；4a、工作槽；A、第一端壁；B、第二端壁；5、倒刹霍尔；6、第一磁钢；7、第二磁钢；8、转动线圈；9、固定线圈；10、转动线圈安装支架；11、固定线圈安装支架；12、变节距弹簧；13、轴承；P、力矩传感器；14、轴套变形体。

具体实施方式

实施例：结合图1~图4所示，对本实用新型提供的这种具有倒刹失效保护功能的电动自行车中轴倒刹机构的一种具体实施方式进行具体说明如下：

本实施例提供的这种具有倒刹失效保护功能的电动自行车中轴倒刹机构主要装配在采用中置电机的电动自行车上，由设置在车架1上的中轴2、设置于中轴2上的倒刹信号产生装置、用于接收该信号以制动电机的控制器以及固定在中轴2上并与控制器电连接的力矩传感器P共同组成，如图1所示，其中电机和控制器均省略，未画出。

本实施例中的力矩传感器P为常规技术，其主体是一个轴套变形体14该轴套变形体14采用弹性材料制成，固定至电动自行车的中轴2上，可因中轴2扭转而扭曲产生变形，所述轴套变形体14内设有相应的感应元件，可藉由感受微小的形变而产生力矩信号输出。

进一步结合图1~图4来看，本实施例中所述的倒刹信号产生装置的具体结构如下：由传动齿轮4、拨盘3、倒刹霍尔5、磁钢、引出线圈组件和轴齿13共同组成。

所述传动齿轮4通过轴承13套设于中轴2上，该传动齿轮4用于同设置在电机输出轴上的输出齿轮（图中未画出）啮合；同时，传动齿轮4上同轴固定有牙盘（图中未画出），牙盘经链条与安装在自行车后轮上的倒刹机构相连。

所述拨盘3固定在中轴2的轴套变形体上，所述传动齿轮4上设有与拨盘3配合的工作腔，具体结合图2~图4所示，所述工作腔环周壁均匀间隔设有三个工作槽4a，而拨盘3上对应各工作槽4a设有拨杆3a，所述拨杆3a可随中轴2正反转而在相应工作槽4a的两端壁，也即第一端壁A和第二端壁B之间活动，如图中所示。并且每个所述拨杆3a与相应工作槽4a内的第二端壁B之间抵设有变节距弹簧12。

本实施例中所述中轴2的轴套变形体14外围通过支架固定有倒刹霍尔5，见图1所示，而传动齿轮4上固定与倒刹霍尔5配合的磁钢；见图2~图4所示，所述磁钢数量为两个，分为磁场强度不同的第一磁钢6和第二磁钢7，当人前蹬自行车使所述拨杆3a与相应工作槽4a的第一端壁A相抵时，所述倒刹霍尔5与第一磁钢6相对，如图2所示；当人后蹬自行车使所述拨杆3a从相应工作槽4a的第一端壁A活动至与第二端壁B相抵时，所述倒刹霍尔5与第二磁钢7相对，如图3所示。

本实施例中所述引出线圈组件由同轴配置的转动线圈8和固定线圈9构成，所述轴套变形体14上固定有转动线圈安装支架10，所述转动线圈8缠绕在所述转动线圈安装支架10上，而所述车架1上固定有固定线圈安装支架11，所述固定线圈9缠绕在所述固定线圈安装支架11上。所述倒刹霍尔5与所述转动线圈8电连接，而固定线圈9与控制器和电动自行车的电源连接，见图1所示。并且所述轴套变形体14上设有的感应元件也与转动线圈8电连接，即力矩传感器也依靠固定线圈9和转动线圈8的配合实现无线供电和无线传输。

本实施例中还包括与控制器相连的仪表警示灯或蜂鸣器，当控制器发出倒刹失效的报警信号时，所述警示灯亮灯或蜂蜜器发出报警声。

最后结合图2~图3所示对电动自行车各状态时本案机构的工作原理进行说明：

1、自由状态

人未踩蹬电动自行车，此时如图2所示，所述倒刹霍尔5与第一磁钢6相对，即倒刹霍尔5处于第一磁通感应位，不输出倒刹信号；且由于中轴2上的轴套变形体14也未受外力作用而形变，故也不产生（正）扭矩信号输出给电机，电机不工作。

2、前进状态

当人前蹬自行车时，中轴2受力，但此时固定于轴套变形体14上的拨盘3因无法转动使得轴套变形体14发生形变，从而产生力矩信号，驱使电机工作。如图3所示，此时同自由状态的情况一样，所述倒刹霍尔5与第一磁钢6相对，即倒刹霍尔5依旧处于第一磁通感应位，不输出倒刹信号。

3、倒刹状态

当人后蹬自行车实施倒刹动作时，如图4所示，中轴2受到相反于骑行方向的力，所述拨杆3a从相应工作槽4a的第一端壁A活动至与第二端壁B相抵，变节距弹簧12受力压缩变形。此过程中，中轴2通过其上的轴套变形体14来带动倒刹霍尔5位移，并与第二磁钢7相对，即处于第二磁通感应位。由于第一磁钢6和第二磁钢7的磁场强度不同，故产生磁通变化，使得倒刹霍尔5发出倒刹信号通过引出线圈组件传输给控制器以制动电机。

上述倒刹时，中轴2受到相反于骑行方向的力，所述轴套变形体14向控制器输出负扭矩信号，并且当前述倒刹信号被控制器识别时，所述负扭矩信号不被识别，而当倒刹信号不被识别时，所述负扭矩信号被控制器识别，并以此制动电机，同时发出倒刹失效的报警信号，使得警示灯亮灯或蜂蜜器发出报警声。

4、自由状态

当撤去对中轴2施加的相反于骑行方向的力时，变节距弹簧12复位，并带动拨盘3复位，拨盘3复位后，带着与其固定的轴套变形体14复位从而使得固定于轴套变形体14上的倒刹霍尔5复位，此时倒刹霍尔5感应第一磁钢6，重新回到第一磁通感应位，不输出倒刹信号。但由于中轴2也未受力，因此也不产生力矩信号，电机不工作。

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