本发明公开了一种无手动调速脚踏电动助力自行车中置传动装置,包括脚踏传动机构和电机传动机构以及脚踏力矩感应机构,所述电机传动机构包括中空轴高速助力电机中空的输出轴、电机行星轮减速器和链轮轴,所述脚踏传动机构包括脚踏中轴、中轴行星轮减速器和链轮轴,所述链轮轴转动置于输出轴内,所述脚踏中轴转动置于链轮轴的轴套内,所述电机行星轮减速器设于中空轴高速助力电机的输出轴一侧,所述中轴行星轮减速器则设于中空轴高速助力电机的另一侧。本发明具有结构简练集中、性能优异可靠,工艺性良好等特点,电机助力系统与体能驱车有机联动但又互不干涉,有着极高的传动效率。
1.无手动调速脚踏电动助力自行车中置传动装置,包括脚踏传动机构和电机传动机构以及脚踏力矩感应机构,其特征在于:所述电机传动机构包括中空轴高速助力电机(1)中空的输出轴(4)、电机行星轮减速器和链轮轴(2),所述脚踏传动机构包括脚踏中轴(3)、中轴行星轮减速器和链轮轴(2),所述链轮轴(2)转动置于输出轴(4)内,所述脚踏中轴(3)转动置于链轮轴(2)的轴套内,所述电机行星轮减速器设于中空轴高速助力电机(1)的输出轴(4)一侧,所述中轴行星轮减速器则设于中空轴高速助力电机(1)的另一侧;所述电机行星轮减速器包括电机太阳齿轮(5)、电机行星齿轮(6)、电机行星架(7)和电机行星轮内齿环(8),所述电机太阳齿轮(5)同轴设于输出轴(4)的输出端,所述电机行星齿轮(6)均布啮合于电机太阳齿轮(5)与电机行星轮内齿环(8)之间,所述电机行星架(7)通过电机超越离合器连接链轮轴(2);所述中轴行星轮减速器包括中轴太阳齿轮(9)、中轴行星齿轮(10)、中轴行星架(11)和中轴行星轮内齿环(12),所述中轴行星架(11)通过中轴超越离合器连接脚踏中轴(3),中轴行星齿轮(10)均布啮合于中轴太阳齿轮(9)与中轴行星轮内齿环(12)之间,中轴太阳齿轮(9)同轴与链轮轴(2)固连;所述脚踏力矩感应机构包括传感转动盘(13)、摆动臂(14)、传感器和微电子处理器,带复位弹簧的传感转动盘(13)与中轴行星轮内齿环(12)同轴设置,中轴行星轮内齿环(12)的圆周具有小于15度的转动量,且其外环圆周上均布开设有局部传动齿,摆动臂(14)围绕传感转动盘(13)均布设置,各局部传动齿与各摆动臂(14)的摆轴轴齿对应且啮合,各摆动臂(14)的扇形齿与传感转动盘(13)的齿盘啮合,微电子处理器连接感应传感转动盘(13)转动量的传感器与中空轴高速助力电机(1);所述传感器包括感应体(15)和感应头(16),感应体(15)设于传感转动盘(13)上开设的弧形槽两端,感应头(16)设于弧形槽内。(一)技术领域:本发明涉及电动自行车传动机构,具体为一种无手动调速脚踏电动助力自行车中置传动装置。(二)背景技术:自行车的发展经历了脚踏自行车-电动自行车--脚踏电动自行车-电动助力脚踏自行车的过程。作为最新成果的电动助力脚踏自行车实际上是以脚踏为主,而电机作为辅助进行助力式驱动的自行车,这种自行车在无电动助力的情况下进行10km路程骑行时,其速度、体能消耗均与普通自行车完全一样,在电动助力状态下,骑行时,电机仅响应脚踏应力信号予以相应的助力推动,从而降低骑行者的体能消耗。为防止切割磁力线产生的阻力,现有的电动助力脚踏自行车所用电机,不同于传统大轮毂式电机,而是独立于车轮转轴的高速助力电机,如申请号为200810030374.2的《一种电动助力自行车脚踏力矩传感系统》的发明专利,高速助力电机于脚踏中轴后置安装于车架上,高速助力电机与脚踏中轴之间通过同步带传动的脚踏力矩感应机构连接,脚踏力矩感应机构为带有感应器的行星传动机构,感应器感应脚踏的运转力矩大小并将力矩大小信号传送至微电子处理器,通过微电子处理器控制高速助力电机输出与力矩大小相匹配的转动功率。所述《一种电动助力自行车脚踏力矩传感系统》发明专利由于传动机构的分散不集中,从而造成传动机构的复杂性,并且车架结构必须特殊设计以适应高速助力电机的安装位置,造成车架的通用性差,制造成本增加,整车外形不美观。(三)发明内容:本发明的目的是提供一种集成脚踏传动机构、电机传动机构和脚踏力矩感应机构为一体的无手动调速脚踏电动助力自行车中置传动装置。能够实现上述目的的无手动调速脚踏电动助力自行车中置传动装置,包括脚踏传动机构和电机传动机构以及脚踏力矩感应机构,所不同的是所述电机传动机构包括中空轴高速助力电机、电机行星轮减速器和链轮轴,所述脚踏传动机构包括脚踏中轴、中轴行星轮减速器和链轮轴(与电机传动机构共用),所述链轮轴转动置于中空轴高速助力电机中空的输出轴内,所述脚踏中轴转动置于链轮轴的轴套内,所述电机行星轮减速器设于中空轴高速助力电机的输出轴一侧,所述中轴行星轮减速器则设于中空轴高速助力电机的另一侧。所述电机行星轮减速器包括电机太阳齿轮、电机行星齿轮、电机行星架和电机行星轮内齿环,所述电机太阳齿轮同轴设于输出轴的输出端,所述电机行星齿轮均布啮合于电机太阳齿轮与电机行星轮内齿环之间,所述电机行星架通过电机超越离合器连接链轮轴;所述中轴行星轮减速器包括中轴太阳齿轮、中轴行星齿轮、中轴行星架和中轴行星轮内齿环,所述中轴行星架通过中轴超越离合器连接脚踏中轴,中轴行星齿轮均布啮合于中轴太阳齿轮与中轴行星轮内齿环之间,中轴太阳齿轮同轴与链轮轴固连。所述中空轴高速助力电机的输出轴输出端为齿轮式,也是电机行星变速器中的太阳齿轮,电机的输出轴旋转时,驱动电机行星轮减速器,经减速后的电机行星架以低速旋转,电机行星架通过电机超越离合器驱动链轮轴,与链轮轴同轴紧配的链盘被同时驱动旋转,旋转的链轮通过链条驱动后轮使车辆前行。由于链轮轴与脚踏中轴之间设置有中轴超越离合器,在链盘旋转时与脚踏中轴处于相互不干涉状态,当链盘受到后轮负载应力时、即通过电机超越离合器传回链轮轴,链轮轴通过中轴行星轮减速器传递至中轴超越离合器,中轴超越离合器与脚踏中轴是单向离合联动的,只要脚踏中轴接受到的外加应力能克服链盘受到后轮产生的阻力,车辆就往前行驶。所述脚踏力矩感应机构的一种结构包括传感转动盘、摆动臂、传感器和微电子处理器,带复位弹簧的传感转动盘与中轴行星轮内齿环同轴设置,中轴行星轮内齿环的圆周具有小于15度的转动量,且其外环圆周上均布开设有与围绕传感转动盘均布设置的摆动臂对应的局部传动齿,各局部传动齿与对应的摆动臂的摆动轴轴齿啮合,各摆动臂的扇形齿与传感转动盘的齿盘啮合,微电子处理器连接感应传感转动盘转动量的传感器与中空轴高速助力电机。在骑行时,中轴行星轮内齿环受力转动,局部传动齿即同步转动,转动的局部传动齿驱动摆动臂摆动,摆动臂的扇形齿摆动量得到倍数放大,摆动臂的扇形齿驱动齿盘使传感转动盘克服复位弹簧力转动,传感转动盘被放大的转动量被传感器扑捉,从而实现了传感器对骑行时所产生的线性力矩信号进行实时采集,并保证采集的精准度。在骑行状态下,中空轴高速助力电机的工作状态信号是由脚踏力矩感应机构通过微电子处理器(电机控制器)发出,微电子处理器的传感电频信号动势,来源与脚踏中轴相互联动的中轴超越离合器信号采集机构,而始发的应力信号线性动态量程取决于骑行者对自行车脚踏施力的大小。在只用体能骑行无需电动助力时,由于在中空轴高速助力电机与链轮轴之间设置有电机超越离合器,由脚踏中轴传递的扭矩被电机超越离合器所分离,中空轴高速助力电机完全处于静止状态,避免了带动电机转子旋转产生的阻力,使车辆骑行轻松自如。传感转动盘的复位弹簧的弹性应力可调整,不同的弹性应力值可使脚踏骑行时助力电机的施力比产生线性变化,真正实现骑行电动助力车时人机一体化的骑行模式。所述传感器的一种形式包括感应体和感应头,感应体设于传感转动盘上开设的弧形槽两端,感应头设于弧形槽内。本发明的优点:1、本发明无手动调速脚踏电动助力自行车中置传动装置具有结构简练集中、性能优异可靠,工艺性良好等特点;另外电机助力系统与体能驱车有机联动但又互不干涉,所以有着极高的传动效率。2、本发明的脚踏力矩感应机构可使脚踏与力矩传感器线性信号采集点的机械动势倍率实现几何级数放大,传感器信号精准平稳,为电机控制处理终端(微电子处理器)提供了精确力矩变量信号,进行智能助力。(四)附图说明:图1为本发明一种实施方式的结构示意图。图2为图1实施方式的内部结构示意图。图3为图1实施方式中脚踏力矩感应机构的局部立体结构图。图4为图1实施方式中脚踏力矩感应机构的局部立体结构图(从另一视觉角度)。图5为图3、图4的脚踏力矩感应机构中传感转动盘和感应器的位置图。图号标识:1、中空轴高速助力电机;2、链轮轴;3、脚踏中轴;4、输出轴;5、电机太阳齿轮;6、电机行星齿轮;7、电机行星架;8、电机行星轮内齿环;9、中轴太阳齿轮;10、中轴行星齿轮;11、中轴行星架;12、中轴行星轮内齿环;13、传感转动盘;14、摆动臂;15、感应体;16、感应头。(五)具体实施方式:现结合附图对本发明的技术方案作进一步说明:本发明无手动调速脚踏电动助力自行车中置传动装置集成了脚踏传动机构、电机传动机构和脚踏力矩感应机构为一体,如图1、图2所示。本发明的主体为中空轴高速助力电机1,中空轴高速助力电机1的输出轴4为中空结构,所述电机传动机构主要由输出轴4、电机行星轮减速器和链轮轴2构成,轴套状链轮轴2通过轴承安装于输出轴4内,伸出输出轴4输出端的链轮轴2端部为链盘安装位置,所述电机行星轮减速器设于输出轴4与链轮轴2之间,电机行星轮减速器包括电机太阳齿轮5、电机行星齿轮6、电机行星架7和电机行星轮内齿环8,电机行星轮内齿环8卡嵌于中空轴高速助力电机1侧面壳架内,电机太阳齿轮5同轴固连于输出轴4输出端,三个电机行星齿轮6均布啮合于电机太阳齿轮5与电机行星轮内齿环8之间,电机行星齿轮6的安装支架即电机行星架7通过电机超越离合器与链轮轴2安装连接,如图1、图2所示。所述脚踏传动机构由脚踏中轴3、中轴行星轮减速器和链轮轴2(与电机传动机构共用)构成,脚踏中轴3通过轴承贯穿安装于链轮轴2的轴套内,中轴行星轮减速器设于中空轴高速助力电机1另一侧,中轴行星轮减速器主要由中轴太阳齿轮9、中轴行星齿轮10、中轴行星架11和中轴行星轮内齿环12构成,中轴行星齿轮10的安装支架即中轴行星架11通过中轴超越离合器连接脚踏中轴3,三个中轴行星齿轮10均布啮合于中轴太阳齿轮9与中轴行星轮内齿环12之间,中轴行星轮内齿环12通过卡槽卡嵌于中空轴高速助力电机1侧面壳架的卡口内,卡槽圆周长度大于卡口,保证中轴行星轮内齿环12在圆周上有小于15度的转动量,如图1、图2、图3、图4所示。所述脚踏力矩感应机构包括传感转动盘13、扇形摆动臂14、传感器和微电子处理器,所述传感转动盘13于中轴行星轮内齿环12外侧同轴设置,所述摆动臂14在传感转动盘13的圆周方向均布三个,摆动臂14的转轴位对应的中轴行星轮内齿环12外环面上开设的内凹局部传动齿,各局部传动齿与对应的摆动臂14转轴轴齿啮合,各摆动臂14的扇面齿与传感转动盘13的齿盘啮合,所述传感转动盘13具有由复位弹簧控制的回位功能;所述传感器为相互作用的感应体15和感应头16,传感转动盘13上开设一个同圆心弧形槽,感应体15设于弧形槽两头,感应头16通过支架设于弧形槽内,所述微电子处理器通过线路连接在传感器与中空轴高速助力电机1之间,如图3、图4、图5所示。本发明工作过程:1、只用脚踏骑行。关闭微电子处理器,切断中空轴高速助力电机1的启动。脚踏中轴3转动,通过中轴行星轮减速器驱动链轮轴2转动,链轮轴2上的链盘通过链条带动后轮转动使车辆前行,骑形过程中,中空轴高速助力电机1处于静止状态,避免了带动电机转子旋转产生的阻力,车辆骑行轻松自如。2、需要助力骑行。开启微电子处理器,接通中空轴高速助力电机1的启动。脚踏中轴3转动,通过中轴行星轮减速器驱动链轮轴2转动,链轮轴2上的链盘通过链条带动后轮转动使车辆前行。与此同时,中轴行星轮减速器的中轴行星轮内齿环12产生周向位移,摆动臂14摆动,带动传感转动盘13转动,感应体15和感应头16之间的距离发生改变而产生电信号,电信号经微电子处理器处理后,向中空轴高速助力电机1发出指令,中空轴高速助力电机1的输出轴4转动,输出轴4通过电机行星轮减速器驱动链轮轴2,中空轴高速助力电机1的助力转矩与脚踏中轴3的转矩叠加于链轮轴2上,从而使链轮轴2获取更大的转矩,车辆得以快速骑形。中空轴高速助力电机1的助力转矩大小由脚踏中轴3的施力大小决定,慢速踩动脚踏中轴3,感应体15和感应头16之间的感应距离较小,中空轴高速助力电机1送出的助力转矩则小一些,提高踩动脚踏中轴3的速度,感应体15和感应头16之间的感应距离增大,中空轴高速助力电机1送出的助力转矩则增加。脚踏中轴3的施力减小,由于复位弹簧的作用,传感转动盘13与中轴行星轮内齿环12同时回位,感应体15和感应头16之间的感应距离减小,中空轴高速助力电机1送出的助力转矩随之减小。