一种不改变五通的齿盘式中置助力自行车动力装置

技术领域

本发明涉及助力自行车技术领域，具体是一种不改变五通的齿盘式中置助力自行车动力装置。

背景技术

近年来山地助力自行车在消费市场上增长迅速，助力自行车主要是以驱动电机来辅助驱动的，现有助力自行车通常需要在车架、后轮或中轴处添加电机、由于现有的电机构造比较宽大，安装通常需要对车架进行修改或采用专门的车架，并增加安装的复杂性，增加了生产成本，加上目前的传统自行车的存有量很大，传统自行车的五通管的中筒尺寸基本采用通用的标准，因此对于传统自行车的改造难度很大，不利于推广电动助力的模式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不改变五通的齿盘式中置助力自行车动力装置，可以有效解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种不改变五通的齿盘式中置助力自行车动力装置，包括动力机构和牙盘，其特征在于，所述牙盘包括固定部和转动部，所述固定部与转动部之间设有轴承连接，使转动部在固定部上旋转，固定部与转动部连接后形成腔室；所述固定部安装在自行车的五通管上的一侧；所述转动部的外壁设有齿牙；所述动力装置位于腔室内，动力装置包括定子和转子；所述定子安装在固定部上；所述转子镶嵌在转动部上，且转子围绕着定子设置一周。

作为本发明的进一步优选方案，所述转动部设有支架法兰；所述支架法兰与转动部螺栓连接，且支架法兰通过轴承与自行车的中轴连接。

作为本发明的进一步优选方案，所述腔室还设置有助力机构，助力机构包括太阳轮、行星轮、行星架和内齿圈；所述太阳轮卡接在支架法兰的外壁上；所述内齿圈镶嵌在固定部上，位于定子的内侧；所述行星架的外壁设置轴承与固定部连接，且行星架的内壁与支架法兰套接；所述行星轮安装在行星架上，且行星轮分别与太阳轮和内齿圈啮合连接。

作为本发明的进一步优选方案，所述行星架的内壁处设有槽口；所述槽口内安装有滚珠和弹簧，弹簧位于滚珠的一侧；所述支架法兰的外壁与滚珠之间构成滑动连接。

作为本发明的进一步优选方案，所述槽口、滚珠和弹簧均设有3个，组合对应且间距排列在行星架的内圈处，组成单向离合。

作为本发明的进一步优选方案，所述自行车的中轴为力矩传感中轴；所述力矩传感中轴设于自行车五通管内；所述力矩传感中轴包括第一轴筒和第二轴筒；所述第二轴筒通过花键套设在第一轴筒内；所述第二轴筒的外壁设置轴承与支架法兰套接；所述第一轴筒的外壁设置单向轴承与支架法兰套接。

作为本发明的进一步优选方案，所述力矩传感中轴还包括中轴套，所述第一轴筒和支架法兰的外壁均设置轴承与中轴套的内壁连接。作为本发明的进一步优选方案，所述中轴套嵌入五通管内，中轴套分为套身段和调整段；所述套身段与调整段螺纹连接；所述第一轴筒的外壁分别设置轴承与套身段和调整段连接；所述套身段与牙盘的固定部焊接。

作为本发明的进一步优选方案，所述第一轴筒的侧壁设有切口，切口处粘贴应变片；所述应变片用于感应第一轴筒与第二轴筒之间的变形量。

作为本发明的进一步优选方案，所述第一轴筒侧壁的切口处套设有接触环，且接触环设有导电铜环与应变片电性连接；所述中轴套的侧壁内嵌PCB板，PCB板设有导电弹片与导电铜环电性连接。

与现有技术相比，本发明提供了一种不改变五通的齿盘式中置助力自行车动力装置，具备以下有益效果：

本发明能够插入装配在市场上通用规格的车架五通管内，无需与专门的吊架配合，能够适配市面上大多数规格的车架，有着很好的适应性，有利于整体结构的稳定性和小型化。

牙盘式驱动结构，简化安装过程，减少对自行车结构的干扰，可以更好地保持自行车原本的外观和重量平衡，通过内置助力系统可以提高牙盘的扭矩，使得骑行更轻松。

采用双中轴的布局方式提高应变片的感应灵敏度，同时能够节省空间嵌入PCB板，能够不改变原有自行车五通管的尺寸即可安装，减少改造成本；代替传统的把手控制电门的机构，提高骑行的体验，不影响骑行者对车头的控制，避免分心，提高骑行安全性。

附图说明

图1为本发明实施例1局部结构剖视图；

图2为本发明实施例2局部结构剖视图；

图3为图2局部结构放大示意图；

图4为实施例2人力驱动部分结构简化剖视图；

图5为实施例2动力机构驱动部分结构简化剖视图；

图6为本发明实施例2局部结构立体图；

图7为本发明部分结构示意图

图8为本发明部分结构示意图。

其中：100、五通管；1、动力机构；1-1、定子；1-2、转子；2、牙盘；2-1、固定部；2-2、转动部；2-21、齿牙；2-22、支架法兰；2-3、腔室；3、轴承；4、助力机构；4-1、太阳轮；4-2、行星轮；4-3、行星架；4-4、内齿圈；4-5、槽口；4-6、滚珠；4-7、弹簧；5、力矩传感中轴；5-1、第一轴筒；5-2、第二轴筒；5-3、中轴套；5-31、套身段；5-32、调整段；5-33、转接件；6、花键套；7、单向轴承；8、应变片；9、接触环；9-1、导电铜环；10、PCB板；10-1、导电弹片。

具体实施方式

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1-8，本发明提供一种不改变五通的齿盘式中置助力自行车动力装置，包括动力机构1和牙盘2，其特征在于，所述牙盘2包括固定部2-1和转动部2-2，所述固定部2-1与转动部2-2之间设有轴承3连接，使转动部2-2在固定部2-1上旋转，固定部2-1与转动部2-2连接后形成腔室2-3；所述固定部2-1安装在自行车的五通管100上的一侧；所述转动部2-2的外壁设有齿牙2-21；所述动力装置位于腔室2-3内，动力装置包括定子1-1和转子1-2；所述定子1-1安装在固定部2-1上；所述转子1-2镶嵌在转动部2-2上，且转子1-2围绕着定子1-1设置一周。

作为本发明的进一步优选方案，所述转动部2-2设有支架法兰2-22；所述支架法兰2-22与转动部2-2螺栓连接，且支架法兰2-22通过轴承3与自行车的中轴连接。

作为本发明的进一步优选方案，所述腔室2-3还设置有助力机构4，助力机构4包括太阳轮4-1、行星轮4-2、行星架4-3和内齿圈4-4；所述太阳轮4-1卡接在支架法兰2-22的外壁上；所述内齿圈4-4镶嵌在固定部2-1上，位于定子1-1的内侧；所述行星架4-3的外壁设置轴承3与固定部2-1连接，且行星架4-3的内壁与支架法兰2-22套接；所述行星轮4-2安装在行星架4-3上，行星架4-3呈环形，且行星轮4-2分别与太阳轮4-1和内齿圈4-4啮合连接；

所述行星轮4-2设有3个或3个以上，间距圆周排列，均安装在行星架4-3上，当太阳轮4-1转动时带动行星轮4-2自转，由于内齿圈4-4的位置固定，根据力的传递会使行星轮4-2同时围绕太阳轮4-1进行公转；所述行星架4-3的外壁通过轴承3与固定部2-1连接，当行星轮4-2公转时带动行星架4-3进行旋转。

作为本发明的进一步优选方案，所述行星架4-3的内壁处设有槽口4-5；所述槽口4-5内安装有滚珠4-6和弹簧4-7，弹簧4-7位于滚珠4-6的一侧；所述支架法兰2-22的外壁与滚珠4-6之间构成滑动连接。

作为本发明的进一步优选方案，所述槽口4-5、滚珠4-6和弹簧4-7均设有3个，组合对应且间距排列在行星架4-3的内圈处，组成单向离合；运行时，当行星架4-3主动旋转时，滚珠4-6在支架法兰2-22处于下坡状态，下坡处空间较窄，滚珠4-6卡住后锁定，从而使行星架4-3主动旋转时将带动牙盘支架法兰2-22转动。

作为本发明的进一步优选方案，所述自行车的中轴为力矩传感中轴5；所述力矩传感中轴5设于自行车五通管100内；所述力矩传感中轴5包括第一轴筒5-1和第二轴筒5-2；所述第二轴筒5-2通过花键套6设在第一轴筒5-1内；所述第二轴筒5-2的外壁设置轴承3与支架法兰2-22套接；所述第一轴筒5-1的外壁设置单向轴承7与支架法兰2-22套接。

作为本发明的进一步优选方案，所述力矩传感中轴5还包括中轴套5-3，所述第一轴筒5-1和支架法兰2-22的外壁均设置轴承3与中轴套5-3的内壁连接。

作为本发明的进一步优选方案，所述中轴套5-3嵌入五通管100内，中轴套5-3分为套身段5-31和调整段5-32；所述套身段5-31与调整段5-32螺纹连接；所述第一轴筒5-1的外壁分别设置轴承3与套身段5-31和调整段5-32连接；所述套身段5-31与牙盘2的固定部2-1焊接。

作为本发明的进一步优选方案，所述第一轴筒5-1的侧壁设有切口，切口处粘贴应变片8；所述应变片8用于感应第一轴筒5-1与第二轴筒5-2之间的变形量；当踩踏曲柄时，通过力的传递会使第一轴筒5-1和第二轴筒5-2之间发生微小的形变，通过应变片8感应变形量越大，说明踩踏的力度越大，变形量越小则相反。

作为本发明的进一步优选方案，所述第一轴筒5-1侧壁的切口处套设有接触环9，且接触环9设有导电铜环9-1与应变片8电性连接；所述中轴套5-3的侧壁内嵌PCB板10，PCB板10设有导电弹片10-1与导电铜环9-1电性连接；

PCB板10接收处理来自应变片8的信号，随后PCB板10上接有引出线穿过五通管壁上开孔与自行车安装的电机控制器相连；采用双中轴的布局方式提高应变片的感应灵敏度，同时能够节省空间嵌入PCB板，能够不改变原有自行车五通管的尺寸即可安装，减少改造成本。

作为本发明的一个具体实施例1: 首先在原自行车上安装蓄电池驱动部分；然后将原自行车的中轴以及牙盘拆除，在原有的五通管100上接入本装置后即可使用，当骑行者踩动脚踏时，曲柄受力带动力矩传感中轴5的转动，其作用力使第一轴筒5-1和第二轴筒5-2受力产生形变，通过应变片8感应传递到PCB板10上进行数据处理，PCB板10通过引出线传递信号到动力机构1的控制器中，根据应变片8的感应强度控制蓄电池驱动部分的输出功率，从而达到通过检测出踩踏的力度的大小来控制助力自行车的电机快慢，当骑行者想要获取更快骑行速度时只需加大力度踩踏脚踏得到更大的第一轴筒5-1的变形量，代替传统的把手控制电门的机构，提高骑行的体验，避免分心，提高骑行安全性。

当动力机构1接收到传感信号时，输出电流到定子1-1，电流通过定子1-1的线圈时，产生旋转磁场，这个磁场会作用在转子1-2上，使得转子1-2开始旋转，从而带动转动部2-2在固定部2-1上旋转，通过齿牙2-21驱动自行车。

作为本发明的一个具体实施例2:在实施例2的基础上，加入助力机构；转动部2-2旋转的同时会带动支架法兰2-22上的太阳轮4-1的旋转，通过太阳轮4-1的传动，使行星轮4-2围绕太阳轮4-1做圆周运动，行星轮4-2然后将作用力传递到行星架4-3上，使行星架4-3进行旋转，由于单向离合的作用下，行星架4-3将带动支架法兰2-22为转动部2-2进行助力，进一步的提高扭矩，使骑行者骑行更加轻松省力，在不改变原车车架结构的情况下，大大节约了改造成本，结构紧凑，齿轮间的传动效率较高，可以在较小的空间内实现大的扭矩输出，采用多颗齿轮同时传动，具有较好的负载分配能力，使其在传动过程中更加稳定可靠。

关于车架上的五通的标准：螺纹 英规 BSA是最传统的五通标准之一，其螺纹特点为一正一反，左边为正螺纹，右边为反螺纹，左侧顺时针旋紧，右侧逆时针旋紧。其螺纹外径为34.79mm，牙距为1.37*24TPI。这种五通规格在市面在售的公路与山地车架上最为常见，占有率最高，本发明可以直接安装市面上常用款英规BSA五通规格，也是目前最小五通的规格。

对于安装在其他规格的五通管，仅通过更换中轴套5-3上设有的转接件5-33的大小，使转接件5-33的直径与五通管的直径相互对应即可实现应用。

根据需要，以上所述安装、设置、设有或连接的方式包括且不限于螺钉、铆接、焊接或套接、固定等方式进行安装、设置或连接，根据工作情景需要进行选择安装、设置或连接的方式。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。