本发明专利技术公开了一种牙盘与中轴传感器不同轴心的中置电机和高转速高惯量具有陀螺稳定性的电机结构，以及采用霍尔IC检测对斥磁铁位移的中轴传感器。脚踏扭矩经三个齿轮增速降扭后传给牙盘，电机扭矩经行星减速增扭后经滚针离合器传给牙盘。中轴传感器采用钢珠径向滚动挤压滑环锥面传递扭矩，滑环轴向压缩单片碟簧，推动轴承内圈，轴承外圈带动对斥磁铁轴向位移。定子中心开排气孔，转子带动涡轮，冷空气隔离磁钢与发热的绕组。隔离磁钢与发热的绕组。隔离磁钢与发热的绕组。
【技术实现步骤摘要】
一种牙盘与中轴传感器异轴的高惯量外转子空冷中置电机
[0001]本专利技术涉及电动自行车
，具体的说是涉及一种牙盘与中轴传感器不同轴心的中置电机和在中轴上测量脚踏扭矩的传感器。
技术介绍
[0002]在电动自行车领域，中置电机的设计与传统自行车相同，将脚踏扭矩直接作用在牙盘上，牙盘齿数高于飞轮齿数2倍左右，要增速传动，而电机转数高，须减速再传给牙盘，浪费了电机的减速比。
[0003]中置电机常用内转子，高转速，高减速比，转子转动惯量小。在电机闭环控制中，负载的转动惯量与转子的转动惯量比值不能太大，因转动惯量与半径的平方成正比，车轮的转动惯量很大，所以电动自行车常采用开环控制，防震荡或嚣叫，并且自行车链条为柔性连接，很难采集车速做闭环控制。如果增大转子惯量，可改善电机的控制，高转速高惯量的转子，具备陀螺的定轴性，行驶更平稳。
[0004]中轴传感器对扭矩的测量多采用磁通或应变片方式，属于微变形，刚性连接，响应快，灵敏，自行车启动脚踏扭矩大，电机助力大且响应快，助力猛，不易掌握。从安全考虑，启动时助力要缓慢平滑，采用机械式测量扭矩就可以弥补，踩在位移很小的碟簧上面，发力加速线性，电机助力线性，高惯量延迟脚踏的死点，完美耦合，骑行顺畅。
[0005]
技术实现思路
[0006]为改善中置电机减速比的浪费以及电机闭环控制，提高自行车行驶的稳定舒适性，本专利技术采用小牙盘和牙盘与中轴不同轴心的方案，以及增大电机转动惯量来实现。
[0007]牙盘不装在中轴上，脚踏扭矩经齿轮增速降扭后再传给牙盘，用小齿数的牙盘代替中轴大牙盘，避免了电机速比的浪费，缩短了链条长度，减小了牙盘盒的直径，从而减轻整车重量。
[0008]中轴传感器上的脚踏扭矩经棘爪离合器传给初级齿轮，过桥齿轮换向后，传给末级齿轮，牙盘与末级齿轮同轴心，牙盘装在塔基上，塔基与末级齿轮反牙螺纹连成一体。
[0009]初级齿轮、过桥齿轮、末级齿轮并列对称布置，两端通过轴承与齿轮轴分别安装在前壳和夹板上，设置螺丝将夹板固定在前壳内。
[0010]要增大转动惯量，根据惯量公式J=m*(R
²
+r),最好增大转子外径，所以采用外转子无刷电机结构，转子可以共用现有轮毂电机的外转子，优选外径88mm。
[0011]要紧凑的外形，电机采用一级行星减速，齿圈固定，太阳齿输入，行星架输出，减速比最大且同方向。
[0012]要提高减速比，取消电机轴或转子轴，将太阳齿齿数尽量选小，优选10齿1.0模数，方键，固定连接在转子上成整体。
[0013]进一步地，要节约空间，齿圈外径与转子外径要相近，优选78齿1.0模数。
[0014]进一步地，要高速低噪音，采用螺旋齿，并增强齿的强度。
[0015]进一步地，要转子与牙盘转动方向一致，只能顺时针转动，则太阳齿采用右螺旋，转子受到的轴向力压向后壳，限制转子轴向窜动，对应的齿圈为左螺旋，齿圈外圆上开键槽过渡配合装在前壳内，齿圈上的轴向力将其压紧在前壳上。
[0016]进一步地，要减轻定子铁芯的重量，铁芯中心设计成通孔，铁芯中心采用压铸的铝芯代替，铁芯过盈套在铝芯外圆上。
[0017]进一步地，要方便生产装配，采用定位销和螺钉将铝芯锁在后壳上成整体。
[0018]进一步地，在铝芯内腔和转子中心设置两个6804转子轴承支撑转子，转子悬臂单挑于铝芯外端。
[0019]进一步地，在末级齿轮轴心设置滚针离合器和两个离合轴承，行星架轴伸插在中间，行星架悬臂单挑于末级齿轮的内端，电机扭矩经行星架轴伸和滚针离合器传给末级齿轮。
[0020]进一步地，在行星架法兰中心沉孔与太阳齿外端设置行星架轴承，前壳同后壳合上装配时，保证行星架与太阳齿和转子同轴心。
[0021]连续大电流工作的电机，绕组线包的温度超出110度，外转子结构不利散热，故要加上空冷或水冷避免高温退磁。要实现电机内部空气流动，电机壳上要开排气孔和进气孔，要贴防水透气膜。
[0022]进一步地，排气孔开在高温位置，电机壳上定子的中心处。
[0023]进一步地，要将高温气体排出壳外，涡轮设在转子轴承之间，转子带动涡轮，在铁芯与磁钢的气隙间让空气流动，用冷空气隔离高温发热部件，降低磁钢耐温等级。
[0024]采用电机框替代电机挂架，中置电机可以实现任意安装角度；电机框用铝型材挤压成型，整条框钻完孔后再分切，成本低，电机框也可用钢板折弯焊接，适用钢架车。
[0025]对专利2018110464918的中轴传感器所述位移测量进行改进，采用单片碟簧替代三片的碟簧组，弹力一样，压缩位移缩短到三分之一，消除踏空感。采用轴承转动代替对斥磁环的转动，对斥磁铁代替对斥磁环，节约稀土，对斥磁铁只随轴承外圈轴向移动，因此对斥磁铁与霍尔IC无转动，零点电压不随中轴转动而变化。
[0026]在中轴和半轴之间设置定位钢珠，限制两者轴向移动，只能相互转动，位移钢珠径向滚动传递中轴的扭矩到半轴上，位移钢珠挤压滑环的圆锥面，滑环产生轴向分力压缩单片碟簧。
[0027]两颗单极轴向充磁的磁铁分别装在磁铁座和磁铁盖的凹槽内，两颗磁铁互相排斥并且同轴心，位移IC插在它们之间并且靠近一端，此为扭矩电压信号的零点电压。
[0028]多级磁环套在磁环架上，磁环架的两端分别顶在滑环的端面上和位移轴承的内圈上。
[0029]磁铁座与磁铁盖连接成整体套在位移轴承的外圈上，磁铁座上设置凸块位于PCB支架的开口槽内，限制转动。
[0030]磁环架、多级磁环和位移轴承的内圈随滑环一同转动和轴向移动，位移轴承的外圈、磁铁座、磁铁盖和磁铁只做轴向移动。
[0031]波簧位于PCB支架内腔，一端顶住磁铁盖，一端顶在PCB支架底部，是整个测量组件的复位弹簧。
[0032]在半轴与齿轮毂之间设置棘爪离合器或单向轴承。中轴设置调节螺纹，螺母调整碟簧的尺寸误差和预压力。
附图说明
[0033]图1是中置电机背面示意图；图2是中置电机剖视图；图3是中置电机爆炸图；图4是中置电机组件排布示意图；图5是电机组件行星减速爆炸图；图6是中置电机前壳组件装配示意图；图7是中置电机后壳组件装配示意图；图8是中置电机与电机框安装示意图；图9是中轴传感器剖视图；图10是中轴传感器爆炸图；图11是铝芯3D示意图。
[0034] 附图中标记：1 中轴传感器、101 锯齿圈、 102 棘爪、 103 弾弓线、104 半轴、105 中轴、 106定位钢珠、 107 位移钢珠、 108 PCB板、 109 磁铁、 110 位移IC 、 111 踏频IC 、 112 滑环、113 碟簧、 114 螺母、 115 磁环架、 116 多级磁环、117 位移轴承、 118 磁铁座 、119 磁铁盖、 120 波簧、121 PCB支架、122 限位轴承、123 支架座、2 电机组件、201铝芯、202铁芯、203 转子、204 转子轴承、205太阳齿、206行星架轴承、207 涡轮本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种应用于电动助力自行车带空气冷却的中置电机，其包括：中轴传感器(1)、电机组件(2)、驱动器(3)、后壳(4)、前壳(5)、电机框(6)、牙盘(7)、夹板(9)、初级齿轮(801)、过桥齿轮(802)、末级齿轮(803)、齿圈(804)、行星齿(805)、行星架(806) 、滚针离合器(807)、塔基(808) 、锯齿圈(101)等，电机组件(2)包括，铝芯(201)、铁芯(202)、转子(203)、转子轴承(204) 、太阳齿(205)、行星架轴承(206) 、涡轮(207)、磁钢(208)等；所述中置电机的特征在于：能检测脚踏扭矩和踏频，脚踏扭矩经三个齿轮增速后传给牙盘(7)，电机扭矩行星减速后经滚针离合器(807)传给牙盘(7);所述中置电机的特征在于：牙盘(7)与中轴传感器(1)不同轴心，两者的轴心线相互平行, 牙盘(7)为15T至21T单片卡式飞轮盘；所述中置电机的特征在于：中轴传感器(1)位于电机组件(2)和驱动器(3)之间，三者并排，置于后壳(4)，夹板(9)和传动齿轮装在前壳(5)；所述中置电机的特征在于：初级齿轮(801)和末级齿轮(803)间设置一个换向的过桥齿轮(802)，使脚踏和牙盘(7)转动方向相同,三个齿轮在前壳(5)和夹板(9)间并排对称固定；所述中置电机的特征在于：塔基(808)与末级齿轮(803)反牙螺纹连接，牙盘(7)卡在塔基(808)上；所述电机组件(2)的特征在于： 铁芯(202)作为定子，设成中空减重，并过盈套在铝芯(201)外圆上，铁芯(202)设为18槽，对应20片磁钢(208)。2.根据权利要求1，所述中置电机的特征在于：采用高惯量的转子(203)，外径超过87mm，额定转速超过2000rpm，高转速高惯量的电机组件(2)具有陀螺定轴性;所述中置电机的特征在于：没有贯穿定子和转子(203)以及行星架(806)的电机轴或转子轴，转子(203)悬臂单挑于铝芯(201)外端，在铝芯(201)内腔设置两个转子轴承(204)支撑转子(203)；所述中置电机的特征在于：行星架(806)悬臂单挑于末级齿轮(803)的内端，在末级齿轮(803)的轴心通孔设置滚针离合器(808)和两个离合轴承(810)支撑行星架(806)。3.根据权利要求1，所述中置电机的特征在于：铝芯螺钉(820)从壳外面将铝芯(201)锁在后壳(4)上固定铁芯(202)；铝条螺钉(821)从壳外面将散热铝条(301)锁在后壳(4)上固定驱动器(3)；所述中置电机的特征在于：转子(203)顺时针转动，齿圈(804)为左螺旋齿，装在前壳(5);太阳齿(205) 为右螺旋齿,压入转子(203)轴心与其成一体。4.根据权利要求1，所述中置电机的特征在于：在后壳(4)的定子中心位置，高温区设置排气孔(4a)和透气膜(811)，在其它非发热位置设进气孔；所述中置电机的特征在于：涡轮(207)位于两个转子轴承(204)之间，转子(203)带动涡轮(207)转动，在涡轮(207)与透气膜(811)间形成低压，将高温气体压出壳外，在涡轮(207)另一面形成负压区，将冷空气从进气孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟德斌，
申请(专利权)人：钟德斌，
类型：发明
国别省市：
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