本發(fā)明涉及電動(dòng)自行車領(lǐng)域，具體涉及一種電動(dòng)自行車及其輪轂電機(jī)。

背景技術(shù)：

電動(dòng)自行車由于其輕快省力及無污染等特點(diǎn)，正日益在世界各國推廣運(yùn)用。傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車都用轉(zhuǎn)把來調(diào)速，也有用速度傳感裝置來控制電機(jī)的輸出功率的所謂智能型電動(dòng)自行車，這類智能型電動(dòng)自行車的特點(diǎn)是平地騎行很輕松，但上坡卻十分費(fèi)力。采用力矩傳感裝置的電動(dòng)自行車則正好與之相反，平地騎行時(shí)電機(jī)的輸出功率很小，既能讓人感覺到騎行輕松又很省電，而上坡時(shí)卻可輸出較大的電流使爬坡變得很省力，是一種真正能讓人體驗(yàn)到人與機(jī)的自然融合的電動(dòng)自行車。

現(xiàn)有電動(dòng)自行車的力矩傳感裝置多用在自行車中軸部位，或者是牙盤上，或者是用在中置電機(jī)上，在國內(nèi)早期也有把力矩傳感用在輪轂電機(jī)上的先例，但因設(shè)計(jì)不合理，性能不穩(wěn)定，使用效果差強(qiáng)人意而沒有普及。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：針對上述問題，提供一種帶力矩傳感功能的輪轂電機(jī)，同時(shí)提供一種采用這種輪轂電機(jī)的電動(dòng)自行車。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種帶力矩傳感功能的輪轂電機(jī)，包括：

輪轂，

收容于該輪轂內(nèi)的電機(jī)機(jī)芯，以及

與所述輪轂同軸固定、以用于安裝飛輪的驅(qū)動(dòng)軸套；

所述驅(qū)動(dòng)軸套包括：

同軸布置的外套和內(nèi)套，以及

連接在所述外套和內(nèi)套之間、且沿圓周方向間隔分布的若干條連接筋；

所述外套與所述輪轂緊固，所述內(nèi)套上設(shè)置有用于緊固連接飛輪的飛輪連接結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)套上固定設(shè)置力矩感應(yīng)磁鋼，所述外套上固定設(shè)置信號輸出板，該信號輸出板上設(shè)置有與所述力矩感應(yīng)磁鋼相對應(yīng)的霍爾元件。

所述內(nèi)套上一共設(shè)置有兩個(gè)所述力矩感應(yīng)磁鋼，且這個(gè)兩個(gè)力矩感應(yīng)磁鋼并列緊挨布置，同時(shí)這個(gè)兩個(gè)力矩感應(yīng)磁鋼徑向外表面的極性相反。

所述力矩感應(yīng)磁鋼和所述信號輸出板均布置在相鄰兩條連接筋之間。

還包括與所述驅(qū)動(dòng)軸套同軸布置的動(dòng)座和靜座，其中動(dòng)座固定在驅(qū)動(dòng)軸套上，動(dòng)座上固定有副邊繞組；靜座活動(dòng)連接在動(dòng)座上而能夠圍繞動(dòng)座的中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，靜座上固定有原邊繞組和信號接收板，所述原、副邊繞組共同組成一隔離變壓器，其中原邊繞組與信號接收板上設(shè)有的交流電發(fā)生器電連接，且信號接收板上設(shè)有引出線，而副邊繞組則與信號輸出板電連接。所述副邊繞組由設(shè)置在所述動(dòng)座上的圓環(huán)形的動(dòng)磁芯以及固定在該動(dòng)磁芯中的動(dòng)線圈構(gòu)成，所述原邊繞組由設(shè)置在所述靜座上的圓環(huán)形的靜磁芯以及固定在該靜磁芯中的靜線圈構(gòu)成；所述動(dòng)磁芯和靜磁芯貼合接觸且能夠相對轉(zhuǎn)動(dòng)，并與所述動(dòng)線圈和靜線圈一同構(gòu)成隔離變壓器；所述靜線圈相當(dāng)于隔離變壓器的原邊線圈，其與所述信號接收板上設(shè)置的交流電發(fā)生器電連接；而動(dòng)線圈相當(dāng)于隔離變壓器的副邊線圈，其與所述信號輸出板電連接。

所述動(dòng)磁芯和靜磁芯的軸向截面均呈c字型，二者相互貼合而構(gòu)成一個(gè)具有口字型軸向截面的環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述動(dòng)線圈和靜線圈被收容在由所述動(dòng)磁芯和靜磁芯構(gòu)成的具有口字型軸向截面的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)。

在所述動(dòng)磁芯和靜磁芯的貼合接觸面上粘貼有滑動(dòng)膜。

所述動(dòng)磁芯和所述靜磁芯均為鐵氧體磁芯。

所述靜座上設(shè)置有用于相對固定在電機(jī)定子上，以阻止該靜座作周向轉(zhuǎn)動(dòng)的3個(gè)卡扣。

一種電動(dòng)自行車，包括結(jié)構(gòu)的電動(dòng)自行車輪轂電機(jī)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明提供的這種電動(dòng)自行車輪轂電機(jī)，其借助專門設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)軸套及設(shè)于其上的磁鋼和霍爾元件來測量人腳蹬力施加于曲柄上的力矩，測量敏感度高；同時(shí)本發(fā)明又專門設(shè)計(jì)了一種原、副繞組分設(shè)于靜座、動(dòng)座上的隔離變壓器來輸出測得的力矩信號，利用該變壓器原理，巧妙地解決了將旋轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)換為靜止信號的難題，且信號傳輸穩(wěn)定性好，大大提高了本發(fā)明整體的工作性能和測量精度。

2、本發(fā)明提供的這種電動(dòng)自行車輪轂電機(jī)，具體工作時(shí)，動(dòng)座隨著牙盤和驅(qū)動(dòng)軸套的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，而靜座則由于3個(gè)卡扣的作用不會跟轉(zhuǎn)，因此使得同靜座相固定的信號接收板上的引出線能夠保持不動(dòng)，解決了由轉(zhuǎn)動(dòng)的電信號轉(zhuǎn)換為靜止的電信號的難題。

3、本發(fā)明提供的這種電動(dòng)自行車輪轂電機(jī)，其電機(jī)控制器能夠根據(jù)腳踩踏板并通過曲柄、鏈輪、鏈條、飛輪傳遞到輪轂的力矩大小來控制電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，從而完美的實(shí)現(xiàn)了人機(jī)協(xié)調(diào)的過程

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中輪轂電機(jī)的爆炸圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例這種輪轂電機(jī)中力矩傳感部分的立體圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例這種輪轂電機(jī)中力矩傳感部分的主視圖；

其中：1-輪轂，1a-輪轂殼體，1b-輪轂右端蓋，1c-輪轂左端蓋，2-驅(qū)動(dòng)軸套，2a-外套，2b-內(nèi)套，2c-連接筋，3-力矩感應(yīng)磁鋼，4-信號輸出板，5-動(dòng)座，6-靜座，7-信號接收板，8-引出線，9-霍爾元件，10-動(dòng)磁芯，11-動(dòng)線圈，12-靜磁芯，13-靜線圈，14-滑動(dòng)膜。

具體實(shí)施方式

圖1～圖3示出了本發(fā)明這種帶力矩傳感功能的輪轂電機(jī)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其包括輪轂1、電機(jī)機(jī)芯和驅(qū)動(dòng)軸套2，其中電機(jī)機(jī)芯設(shè)置于輪轂內(nèi)部，驅(qū)動(dòng)軸套2與輪轂1同軸固定。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，輪轂1安裝在自行車的后輪上，其旋轉(zhuǎn)連接在自行車車架上，自行車的飛輪同軸固定在驅(qū)動(dòng)軸套2上。輪轂1是由圖1中的輪轂殼體1a和輪轂右端蓋1b通過六顆螺釘鎖緊固定在一起而形成的。電動(dòng)模式下，電機(jī)機(jī)芯通電而帶動(dòng)輪轂1轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)車輛前行；人力騎行模式下，騎行者通過踩踏曲柄而通過鏈條帶動(dòng)牙盤轉(zhuǎn)動(dòng)，牙盤再通過驅(qū)動(dòng)軸套2帶動(dòng)輪轂1轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)車輛前行。

本實(shí)施例的關(guān)鍵在于，所述驅(qū)動(dòng)軸套2包括外套2a、內(nèi)套2b和連接筋2c，其中，外套2a和內(nèi)套2b同軸布置，外套2a通過三顆螺釘與輪轂1的輪轂右端蓋1b緊固，所述內(nèi)套2b上設(shè)置有用于緊固連接飛輪的飛輪連接結(jié)構(gòu)(如螺紋)，連接筋2c至少有兩條，本實(shí)施例一共設(shè)置了三條，而且均勻分布。其中，所述內(nèi)套2b上固定設(shè)置有力矩感應(yīng)磁鋼3，而外套2a上固定設(shè)置有信號輸出板4，并且該信號輸出板4上設(shè)置有與所述力矩感應(yīng)磁鋼3相對應(yīng)的霍爾元件9。信號輸出板4通過信號傳輸裝置與電機(jī)的控制相連。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，當(dāng)人踩自行車腳踏而通過鏈條帶飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，飛輪再帶動(dòng)與之緊固的內(nèi)套2b轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)套2b再通過連接筋2c帶動(dòng)外套2a轉(zhuǎn)動(dòng)。在內(nèi)套2b向外套2a傳遞扭轉(zhuǎn)力矩的過程中，連接筋2c會發(fā)生周向的扭轉(zhuǎn)形變，而使得內(nèi)套2b和外套2b發(fā)生周向錯(cuò)位，故而力矩感應(yīng)磁鋼3與霍爾元件9的相對位置發(fā)生改變，霍爾元件9感應(yīng)到磁場發(fā)生變化。牙盤受到的扭轉(zhuǎn)力矩越大，霍爾元件9感應(yīng)的磁變信號越強(qiáng)，如此可通過霍爾元件9感應(yīng)出騎行者對腳踏的踩踏力大小，進(jìn)而通過電機(jī)控制器調(diào)節(jié)該電機(jī)的輸出功率。

為了提高霍爾元件9對磁場的感應(yīng)靈敏度，本實(shí)施例在所述內(nèi)套2b上一共設(shè)置了兩個(gè)力矩感應(yīng)磁鋼3，這個(gè)兩個(gè)力矩感應(yīng)磁鋼3并列緊挨布置，而且這個(gè)兩個(gè)力矩感應(yīng)磁鋼3徑向外表面的極性相反，如此在這兩顆兩個(gè)力矩感應(yīng)磁鋼3之間形成一個(gè)磁場由負(fù)到正的線性變化區(qū)。而上述的霍爾元件9為線性霍爾元件(也稱線性霍爾集成電路)，該線性霍爾元件的感應(yīng)面正對著這兩顆力矩感應(yīng)磁鋼3。

此外，為了方便對上述信號輸出板4和力矩感應(yīng)磁鋼3的布置，并盡量減小該輪轂電機(jī)的外形，本實(shí)施例將所述力矩感應(yīng)磁鋼3和信號輸出板4均布置在相鄰兩條連接筋2c之間的空間。

上述信號傳輸裝置采用這種結(jié)構(gòu)形式：它包括與所述驅(qū)動(dòng)軸套2同軸布置的動(dòng)座5和靜座6，動(dòng)座5和靜座6均為塑料件。其中動(dòng)座5固定在驅(qū)動(dòng)軸套2上，其上固定有副邊繞組。靜座6活動(dòng)連接在動(dòng)座5上而能夠圍繞動(dòng)座5的中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，靜座6上固定有原邊繞組和信號接收板7。所述原、副邊繞組共同組成一隔離變壓器，其中原邊繞組與信號接收板7上設(shè)有的交流電發(fā)生器電連接，且信號接收板7上設(shè)有三根引出線8(分別為電源+、電源-、信號出)，這3個(gè)引出線與控制器相連，而副邊繞組則與信號輸出板4電連接。

所謂“靜座”，是指其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)并不隨輪轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而是與自行車車架保持相對靜止的。具體為通過如下結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)：在靜座6上設(shè)置有3個(gè)卡扣，該卡扣6a同軸卡在電機(jī)的定子鐵芯上，從而起到了阻止靜座6轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。

本例中，所述副邊繞組由設(shè)置在所述動(dòng)座5上的圓環(huán)形的動(dòng)磁芯10以及固定在該動(dòng)磁芯10中的動(dòng)線圈11構(gòu)成。所述原邊繞組由設(shè)置在所述靜座6上的圓環(huán)形的靜磁芯12以及固定在該靜磁芯12中的靜線圈13構(gòu)成。所述動(dòng)磁芯10和靜磁芯12貼合接觸且能夠相對轉(zhuǎn)動(dòng)，并與所述動(dòng)線圈11和靜線圈13一同構(gòu)成隔離變壓器。靜線圈13相當(dāng)于隔離變壓器的原邊線圈，其與信號接收板7上設(shè)置的交流電發(fā)生器電連接。動(dòng)線圈11相當(dāng)于隔離變壓器的副邊線圈，其與信號輸出板4電連接。所述動(dòng)磁芯10和靜磁芯12均為鐵氧體磁芯。

所述動(dòng)磁芯10和靜磁芯12的軸向截面均呈c字型(具有一開口面)，二者相互貼合而構(gòu)成一個(gè)具有口字型軸向截面的環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述動(dòng)線圈11和靜線圈13被收容在由動(dòng)磁芯10和靜磁芯12構(gòu)成的具有口字型軸向截面的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)。

由于在實(shí)際應(yīng)用中所述動(dòng)磁芯10和靜磁芯12會因?yàn)樽飨鄬D(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，為了避免動(dòng)磁芯10和靜磁芯12因直接接觸摩擦而降低二者的使用壽命，本例在動(dòng)磁芯10和靜磁芯12的貼合接觸面上粘貼有滑動(dòng)膜14，該滑動(dòng)膜14共有兩片，一片貼在動(dòng)磁芯10上，另一片貼在靜磁芯12上，從而使得靜磁芯12不直接接觸，滑動(dòng)膜14具有很好的耐磨性。

由上可見，動(dòng)磁芯10和靜磁芯12的開口面貼合在一起而構(gòu)成一閉合結(jié)構(gòu)，因此靜線圈13和動(dòng)線圈11都處在了一個(gè)閉合的磁路內(nèi)，這樣就等效成了一個(gè)隔離變壓器，靜線圈13相當(dāng)于是變壓器原邊線圈，而動(dòng)線圈11則相當(dāng)于是變壓器副邊線圈。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號接收板7上安裝的交流電發(fā)生器給變壓器的原邊線圈(靜線圈13)供電，從而使得靜線圈13獲得一定大小的交流電，由于隔離變壓器的副邊線圈(動(dòng)線圈11)連接的是可變負(fù)載，所以其原邊側(cè)的電流會隨著副邊側(cè)可變負(fù)載的變化而變化，將這一電流的變化通過信號接收板7進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換成電壓輸出即完成了對驅(qū)動(dòng)軸套所受力矩大小的檢測。

由于本實(shí)施例在具體工作時(shí)，動(dòng)座隨著牙盤和驅(qū)動(dòng)軸套的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，而靜座則在3個(gè)卡扣的定位下不會跟轉(zhuǎn)，因此使得同靜座相固定的信號接收板7上的引出線能夠保持不動(dòng)，解決了由轉(zhuǎn)動(dòng)的電信號轉(zhuǎn)換為靜止的電信號的難題。

本例中，所述動(dòng)磁芯與動(dòng)座之間是由膠水或者雙面膠粘接的。靜磁芯上成型有定位缺口，靜座上成型有與之對應(yīng)的定位塊，定位缺口與定位塊相配合，從而確保安裝定位和阻止靜磁芯相對于靜座作周向轉(zhuǎn)動(dòng)，在靜座和電機(jī)定子間設(shè)置有彈性體，如壓簧或波形彈簧片，其作用是保證靜磁芯與動(dòng)磁芯始終緊貼在一起。

上述的動(dòng)座5和靜座6均為塑料件，信號輸出板4和信號接收板7均為pcb板。

當(dāng)然，上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓人們能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。