一种力矩助力电动车驱动装置的制作方法

1.本发明属于电动助力车技术领域，具体涉及一种力矩助力电动车驱动装置。


背景技术：

2.力矩助力电动车是根据骑行者给电动车施加力矩大小，自动调节电机输出力矩的助力电动车，当前多采用扭矩传感器，压力传感器等采集的信号作为输入信号。它跟普通电动车的区别是，普通电动车采用转把电位计作为电机输入控制信号，助力电动车是根据人蹬踏板产生的力矩自动判断输出力矩。
3.目前，市面上的电动助力自行车通常是采用力矩传感器对骑行速度进行监测，并辅以智能控制系统，骑行速度高于某限值，不提供助力，骑行速度低于某限值，则判定为需要助力。这种电动自行车的助力是根据骑行者给电动车施加力矩大小，自动调节电机输出力矩的助力电动车，当前多采用扭矩传感器，压力传感器等采集的信号作为输入信号。它跟普通电动车的区别是，普通电动车采用转把电位计作为电机输入控制信号，助力电动车是根据人蹬踏板产生的力矩自动判断输出力矩。这种通过采集力矩传感器的信号，再经过控制器计算并输出助力信号，这种助力控制方式存在结构复杂，成本高，力矩传感器采集的模拟信号传输受到稳定性和强度的影响等缺点。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种成本低、信号传输稳定性强、可靠性高的力矩助力电动车驱动装置。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种力矩助力电动车驱动装置，包括转动连接在电动车后轴上的机壳，机壳整体呈圆筒状，机壳的中心线与后轴的中心线重合，机壳内部左侧设有安装在后轴上的助力电机，后轴右侧通过第一轴承安装有位于机壳右侧的从动链盘，从动链盘左侧与机壳右侧之间设有轴向挤压力传递机构，机壳外圆与电动车的后轮轮圈内圆通过花键结构传动连接，机壳外圆与后轮轮圈左右侧面之间设有轴向弹性定位组件，机壳左侧中心处向右凹形成安装槽，安装槽内设有安装在后轴上的压力传感动态监测模块，压力传感动态监测模块与电动车的控制器通过信号线连接，控制器通过控制线缆与助力电机连接。
6.机壳包括右侧敞口的壳体，壳体右侧的盖板，壳体左侧通过第二轴承与后轴转动连接，第二轴承位于安装槽内，壳体左侧设有封闭安装槽的端盖，盖板通过圆周阵列的三个连接螺栓组件与壳体右端一体结构的法兰盘连接，盖板内圆通过第三轴承与后轴转动连接，后轴上套设有位于第一轴承和第三轴承之间的隔套。
7.轴向挤压力传递机构包括均至少设有三个的第一弧形楔块和第二弧形楔块，第一弧形楔块沿后轴圆周方向均匀固定设在盖板右侧面，第二弧形楔块沿后轴圆周方向均匀固定设在从动链盘左侧面，第一弧形楔块与第二弧形楔块的楔面左右一一对应且相互压接配合；
盖板右侧面沿圆周方向开设有多个弧形限位槽，从动链盘左侧面沿圆周方向开设有与弧形限位槽数量相同且一一对应的限位销，每根限位销对应伸入到一个弧形限位槽内。
8.压力传感动态监测模块包括自左向右依次设置的定位卡环、碟簧、压力传感器和推力轴承，定位卡环设在后轴外圆并位于第二轴承右侧，碟簧左端与定位卡环压接配合，碟簧右端与压力传感器压接配合，压力传感器通过推力轴承与安装槽右侧底部压接。
9.轴向弹性定位组件包括固定环、弹簧和导向螺杆，固定环同轴向安装在壳体外圆左侧，固定环通过径向设置的螺钉与壳体连接，盖板与法兰盘沿圆周方向开设有三个螺纹孔，后轮轮圈右侧面开设有与螺纹孔对应的导孔，导向螺杆自右向左穿过并与螺纹孔螺纹连接，导向螺杆左端伸入到导孔内，弹簧安装在导向螺杆上，弹簧左端和右端分别与后轮轮圈右侧面和法兰盘压接，在弹簧的作用下，后轮轮圈左侧面与固定环右侧压接。
10.助力电机包括间隙配合的转子磁钢和定子，定子固定安装在后轴上，转子磁钢固定设在壳体内圆。
11.第一轴承外圆与从动链盘内圆间隙配合，第二轴承外圆与壳体左侧内圆间隙配合，第三轴承外圆与盖板内圆间隙配合。
12.采用上述技术方案，本发明的工作原理为：骑行者双脚分别踩踏后轴两端设置的踏板驱动中轴和主动链盘旋转，主动链盘通过链条驱动从动链盘旋转，从动链盘左侧的第二弧形楔块挤压盖板右侧的第一弧形楔块，挤压力f垂直于楔面，f分解为径向分力f1和轴向分力f2，径向分力f1驱动盖板旋转，盖板通过连接螺栓组件和导向螺杆带动壳体旋转，与壳体外圆通过花键结构传动连接的后轮轮圈旋转，此为驱动后轮旋转的动力传递过程。
13.与此同时，挤压力f的轴向分力f2推动盖板、壳体沿后轴向左移动（移动距离很小），压力传感器感应到壳体对推力轴承施加向左的轴向压力，压力传感器将采集到的压力信号传输到电动车的控制器，控制器根据收到压力信号大小，向助力电机发出启动助力的信号，电动车的电池向助力电机供电并提供压力传感器采集的压力信号大小匹配的电流，转子磁钢扭矩增大，为后轴助力。在挤压力f减小时，在碟簧的作用下，推力轴承和滑环沿后轴外圆向左移动，压力传感器监测的压力信号小于向控制器发出助力信号的最小值，助力电机不提供助力。
14.在第二弧形楔块和第一弧形楔块的楔面在相互挤压达到相对转动的同时，限位销在弧形限位槽内移动，当限位销与弧形限位槽的一端压接时，壳体向左移动到极限，即压力传感器采集的压力信号达到最大值，助力电机的助力达到设定的最大值。限位销与弧形限位槽的配合，防止第二弧形楔块和第一弧形楔块的楔面相互脱离，从而保证采集压力信号的可靠性。
15.本发明采用骑行者在对踏板施加外力的大小以使第二弧形楔块和第一弧形楔块的楔面在相互挤压，压力传感器实时采集楔面的挤压力f的轴向分力f2的大小信号，向控制器传输，以达到助力电机输出扭矩的实时调节。简单说就是脚踩踏板的外力越大，助力越大，从而使得骑行者保持较为稳定的骑行力。
16.壳体外圆左侧设置固定环，右侧设置导向螺杆和弹簧，与压簧一同起到将壳体轴向移动的复位作用。定位卡环用于定位碟簧左端的位置。
17.第一轴承外圆与从动链盘内圆间隙配合，第二轴承外圆与壳体左侧内圆间隙配
合，第三轴承外圆与盖板内圆间隙配合。这些间隙配合的结构可确保壳体在轴向移动的灵活性。当然壳体的移动比较微小，可以是1-3mm，压力传感器感知到轴向压力的变化即可。
18.综上所述，本发明原理科学，体积小，结构紧凑，方便安装，根据骑行者对踏板施加外力的大小更为直接且精准地转换为压力传感器实时监测的压力信号，从而达到对施加不同骑行外力时，助力大小快速、精确调节，且能够应用于电动自行车各种应用场合，不受路况影响。
附图说明
19.图1是本发明的结构示意图；图2是图1中从动链盘的左视图；图3是图1中盖板的右视图；图4是图1中后轮轮圈的右视图；图5是去掉固定环后壳体的左视图；图6是本发明中第二弧形楔块和第一弧形楔块的楔面在相互挤压时的挤压力分解示意图。
具体实施方式
20.如图1-图6所示，本发明的一种力矩助力电动车驱动装置，包括转动连接在电动车后轴1上的机壳，机壳整体呈圆筒状，机壳的中心线与后轴1的中心线重合，机壳内部左侧设有安装在后轴1上的助力电机，后轴1右侧通过第一轴承2安装有位于机壳右侧的从动链盘3，从动链盘3左侧与机壳右侧之间设有轴向挤压力传递机构，机壳外圆与电动车的后轮轮圈4内圆通过传动连接，机壳外圆与后轮轮圈4左右侧面之间设有轴向弹性定位组件，机壳左侧中心处向右凹形成安装槽5，安装槽5内设有安装在后轴1上的压力传感动态监测模块，压力传感动态监测模块与电动车的控制器（图未示）通过信号线连接，控制器通过控制线缆与助力电机连接。
21.机壳包括右侧敞口的壳体6，壳体6右侧的盖板7，壳体6左侧通过第二轴承8与后轴1转动连接，第二轴承8位于安装槽5内，壳体6左侧设有封闭安装槽5的端盖9，盖板7通过圆周阵列的三个连接螺栓组件10与壳体6右端一体结构的法兰盘16连接，盖板7内圆通过第三轴承17与后轴1转动连接，后轴1上套设有位于第一轴承2和第三轴承17之间的隔套13。所述的花键结构包括后轮轮圈4内圆的键槽14和壳体6外圆的键块15。
22.轴向挤压力传递机构包括均至少设有三个的第一弧形楔块11和第二弧形楔块12，第一弧形楔块11沿后轴1圆周方向均匀固定设在盖板7右侧面，第二弧形楔块12沿后轴1圆周方向均匀固定设在从动链盘3左侧面，第一弧形楔块11与第二弧形楔块12的楔面左右一一对应且相互压接配合；盖板7右侧面沿圆周方向开设有多个弧形限位槽18，从动链盘3左侧面沿圆周方向开设有与弧形限位槽18数量相同且一一对应的限位销19，每根限位销19对应伸入到一个弧形限位槽18内。
23.压力传感动态监测模块包括自左向右依次设置的定位卡环20、碟簧21、压力传感器22和推力轴承23，定位卡环20设在后轴1外圆并位于第二轴承8右侧，碟簧21左端与定位
卡环20压接配合，碟簧21右端与压力传感器22压接配合，压力传感器22通过推力轴承23与安装槽5右侧底部压接。
24.轴向弹性定位组件包括固定环24、弹簧25和导向螺杆26，固定环24同轴向安装在壳体6外圆左侧，固定环24通过径向设置的螺钉27与壳体6连接，盖板7与法兰盘16沿圆周方向开设有三个螺纹孔28，后轮轮圈4右侧面开设有与螺纹孔28对应的导孔29，导向螺杆26自右向左穿过并与螺纹孔28螺纹连接，导向螺杆26左端伸入到导孔29内，弹簧25安装在导向螺杆26上，弹簧25左端和右端分别与后轮轮圈4右侧面和法兰盘16压接，在弹簧25的作用下，后轮轮圈4左侧面与固定环24右侧压接。
25.助力电机包括间隙配合的转子磁钢30和定子31，定子31固定安装在后轴1上，转子磁钢30固定设在壳体6内圆。
26.第一轴承2外圆与从动链盘3内圆间隙配合，第二轴承8外圆与壳体6左侧内圆间隙配合，第三轴承17外圆与盖板7内圆间隙配合。
27.本发明的工作原理为：骑行者双脚分别踩踏后轴1两端设置的踏板驱动中轴和主动链盘旋转，主动链盘通过链条驱动从动链盘3旋转，从动链盘3左侧的第二弧形楔块12挤压盖板7右侧的第一弧形楔块11，挤压力f垂直于楔面，f分解为径向分力f1和轴向分力f2，径向分力f1驱动盖板7旋转，盖板7通过连接螺栓组件10和导向螺杆26带动壳体6旋转，与壳体6外圆通过花键结构传动连接的后轮轮圈4旋转，此为驱动后轮旋转的动力传递过程。
28.与此同时，挤压力f的轴向分力f2推动盖板7、壳体6沿后轴1向左移动（移动距离很小），压力传感器22感应到壳体6对推力轴承23施加向左的轴向压力，压力传感器22将采集到的压力信号传输到电动车的控制器，控制器根据收到压力信号大小，向助力电机发出启动助力的信号，电动车的电池向助力电机供电并提供压力传感器22采集的压力信号大小匹配的电流，转子磁钢30扭矩增大，为后轴1助力。在挤压力f减小时，在碟簧21的作用下，推力轴承23和滑环沿后轴1外圆向左移动，压力传感器22监测的压力信号小于向控制器发出助力信号的最小值，助力电机不提供助力。
29.在第二弧形楔块12和第一弧形楔块11的楔面在相互挤压达到相对转动的同时，限位销19在弧形限位槽18内移动，当限位销19与弧形限位槽18的一端压接时，壳体6向左移动到极限，即压力传感器22采集的压力信号达到最大值，助力电机的助力达到设定的最大值。限位销19与弧形限位槽18的配合，防止第二弧形楔块12和第一弧形楔块11的楔面相互脱离，从而保证采集压力信号的可靠性。
30.本发明采用骑行者在对踏板施加外力的大小以使第二弧形楔块12和第一弧形楔块11的楔面在相互挤压，压力传感器22实时采集楔面的挤压力f的轴向分力f2的大小信号，向控制器传输，以达到助力电机输出扭矩的实时调节。简单说就是脚踩踏板的外力越大，助力越大，从而使得骑行者保持较为稳定的骑行力。
31.壳体6外圆左侧设置固定环24，右侧设置导向螺杆26和弹簧25，与压簧一同起到将壳体6轴向移动的复位作用。定位卡环20用于定位碟簧21左端的位置。
32.第一轴承2外圆与从动链盘3内圆间隙配合，第二轴承8外圆与壳体6左侧内圆间隙配合，第三轴承17外圆与盖板7内圆间隙配合。这些间隙配合的结构可确保壳体6在轴向移动的灵活性。当然壳体6的移动比较微小，可以是1-3mm，压力传感器22感知到轴向压力的变化即可。
33.本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。