采用二级齿轮减速机构的紧凑中置电机的制作方法

1.本发明属于中置电机的结构技术领域，具体涉及一种采用二级齿轮减速机构的紧凑中置电机。


背景技术：

2.中置电机是目前广泛用于电动自行车上的一类动力机构的总称，其通常被安装固定在电动自行车下部专门设置的吊架上。目前行业内对于中置电机的发展以结构紧凑、体积小、输出扭矩大为主流趋势。
3.已有的中置电机通常都是平行展开式的结构，由外壳来整体装配并容纳内部的电机本体、齿轮减速传动机构、中轴、牙盘定位套和力矩传感器。电机本体的输出轴通过齿轮减速传动机构与套置在中轴上的牙盘定位套相连，而牙盘定位套伸出外壳前部来固定牙盘。输出轴与中轴是平行布置的关系，并且齿轮减速传动机构被安置在两者之间。
4.齿轮减速传动机构现在多采用多级齿轮传动来取代原先结构相对繁复、零部件较多的行星齿轮减速传动机构。目前常见的是一种二级齿轮减速机构，其核心部件是一个安装在输出轴与中轴之间的双联齿轮，由它来实现二级减速传动。双联齿轮由齿轮轴和同轴设于齿轮轴上的大齿轮和小齿轮构成。其中的大齿轮与设于电机本体输出轴上的轴齿啮合，而小齿轮则与牙盘传动齿轮啮合，牙盘传动齿轮与牙盘定位套固定或一体成型。
5.离合器通常被装配在齿轮减速传动机构的某一齿轮及其齿轮轴之间，当人骑行或自行车滑行（电机本体不工作）时，离合器能够切断牙盘与电机本体的输出轴之间的传动关联，消除干涉。此外，中轴上还设置力矩传感器，而为了实现对于力矩传感器的信号采集，以及用于对电机本体输出控制信号，中置电机还包括控制器，这种控制器同时与电机本体和力矩传感器电连接。
6.力矩传感器用于将人骑行时脚的蹬力转换成相应的电压信号输出给控制器以控制电机的运转功率。同时在中轴和牙盘传动齿轮之间往往还设计单向棘轮机构，这种机构作用是在电机不运转或转速不高时确保人脚蹬力能够通过中轴传递给齿轮减速传动机构进而带动牙盘运转，而当电机转速增高后则切断中轴与齿轮减速传动机构的传动关联，防止人踩蹬造成干涉。
7.然而，已知的上述采用二级齿轮减速传动的中置电机暴露出如下问题：1、外壳前部鼓起，轴向尺寸大，结构不够紧凑；由于已知的结构中，双联齿轮中的小齿轮靠牙盘侧设置，而大齿轮则靠后设计（即位于小齿轮背向牙盘的一侧），这样就使得与小齿轮啮合的牙盘传动齿轮也是靠前设置的，因此在整个中置电机的轴向上来看，外壳的前部，或者说前壳必须在轴向上凸出设计，以此获得容纳牙盘传动齿轮的空隙。相反，外壳的后部中间位置，也即双联齿轮中大齿轮对应的下部区域则是一个空腔，造成结构上的浪费，使得中置电机整体结构不够紧凑。
8.2、控制器被安置在外壳内部，不利于单独拆卸维修。
9.现有的控制器被固定在中轴上方的外壳内部区域，假如要对其维修，必须将外壳
打开，费时费力，给维修和维护都带来极大的不便。


技术实现要素：

10.本发明目的是：针对背景技术中提到的已有中置电机存在的不足而提供一种采用二级齿轮减速机构的紧凑中置电机，其结构更紧凑，体积更小，内部空间利用率更高。
11.本发明的技术方案是：一种采用二级齿轮减速机构的紧凑中置电机，包括外壳、电机本体、二级齿轮减速机构、中轴、力矩传感器、牙盘定位套及牙盘；中轴穿设于外壳下部并与电机本体的输出轴平行布置，该输出轴经二级齿轮减速机构同套于中轴上的牙盘定位套相连，牙盘定位套前部伸出外壳以固定牙盘，力矩传感器设于中轴上；其特征在于二级齿轮减速机构包括双联齿轮、设于输出轴上的轴齿和设于牙盘定位套上的牙盘传动齿轮，双联齿轮由设于同一传动轴上的大齿轮和小齿轮构成，且在轴向上大齿轮位于小齿轮和牙盘之间；轴齿与大齿轮啮合，而牙盘传动齿轮同小齿轮啮合从而使得牙盘传动齿轮位于大齿轮背向牙盘的一侧。
12.进一步的，本发明中所述外壳前部外周上设有凹陷部以固定可拆卸的控制器外壳，控制器外壳内部设有控制器，控制器通过导线与力矩传感器和电机本体电连接。
13.进一步的，本发明中还包括第一离合器和第二离合器，所述大齿轮的内圈经第一离合器与所述传动轴相连；而所述力矩传感器包括固定在中轴上的变形轴套，该变形轴套与牙盘定位套之间通过第二离合器相连。
14.更进一步的，所述变形轴套上固定有力矩传感内组件，而外壳内侧固定有位于力矩传感内组件外围并与力矩传感内组件配合的力矩传感外组件，力矩传感外组件与所述控制器电连接。同已知技术一样，实际实施时，力矩传感内组件由内pcb板和与之相连的内感应线圈构成，内pcb板上设有应变片，能够感应变形轴套的形变并将之转变为电信号输出；而力矩传感外组件则由外pcb板及连接它的外感应线圈构成，外感应线圈同内感应线圈感应配合，外pcb板则通过导线与控制器电连接，用于将前述电信号传递给控制器。
15.再进一步的，本发明中所述第一离合器为单向滚针离合器，而所述第二离合器为单向棘轮机构。
16.再进一步的，本发明中所述大齿轮为尼龙齿轮。
17.进一步的，本发明中所述外壳包括通过连接件顺序固定的前壳、中壳和后壳，电机本体位于后壳内，该电机本体采用外定子内转子结构，其输出轴与转子固定，定子与后壳内壁固定；输出轴前端伸出设于中壳上的中壳轴孔形成悬臂，悬臂上设置所述轴齿，并且中壳轴孔内侧固定有输出轴轴承以支撑输出轴；前壳上方设有所述凹陷部以固定所述可拆卸的控制器外壳。
18.再进一步的，所述双联齿轮位于前壳和中壳围成的腔体内，所述传动轴两端分别通过传动轴轴承支撑设于前壳和中壳的内壁上。
19.再进一步的，所述前壳下部前侧设有供中轴及其上的牙盘定位套伸出的前壳轴孔，前壳轴孔内侧固定有套于牙盘定位套外侧以支撑牙盘定位套的牙盘定位套轴承；同时，所述中壳下部内侧和牙盘定位套内侧均设有用于支撑中轴的中轴轴承。
20.本发明的工作原理如下：同现有技术一样，中轴的两端安装曲柄，曲柄上设置脚踏便于骑行。
21.人骑行或滑行过程中，电机本体处于减速或者不工作状态，此时人脚蹬中轴的转速高于电机本体输出轴的转速，故第一离合器内外圈脱开，而第二离合器咬合，使得人脚的蹬力能够通过中轴和咬合的第二离合器传递至牙盘定位套及其牙盘上，再由牙盘经链条将扭矩传递至电动自行车的驱动链轮上，驱动电动自行车行进。由于第一离合器内外圈脱开的关系，中轴的转动不会对电机本体的输出轴转动造成干涉；当电机本体工作状态，也即辅助骑行状态，人通过踩踏中轴使力矩传感器产生感应信号，驱动电机本体高速运转。此状态下人脚蹬中轴的转速远小于电机本体输出轴的转速，故第一离合器咬合，而第二离合器的棘爪和棘齿脱开，此时完全由电机本体的输出轴通过二级齿轮减速机构带动牙盘定位套及其上牙盘转动输出动力。由于第二离合器脱开的关系，牙盘定位套与中轴脱开，防止中轴跟转，使得电机本体的运转不会干涉中轴的运转。
22.本发明的优点是：1）本发明的结构中，双联齿轮中的大齿轮被设置在小齿轮与牙盘中间，这就使得与小齿轮啮合的牙盘传动齿轮位于大齿轮背向牙盘的一侧，而不像现有技术那样靠近牙盘而凸设前置。因此在整个中置电机的轴向上来看，外壳前部无需再凸出设计形成用以容纳牙盘传动齿轮的空隙，缩减了外壳轴向尺寸。同时牙盘传动齿轮的所在区域也充分利用的外壳后部中间原先的空腔区域，不浪费空间，使得电机整体结构更紧凑。更加趋于扁平化，利于其同车架贴靠后的重心平衡，提高定位稳定性。同时也有利于节约材料，节省生产成本。
23.2）本发明中控制器随同控制器外壳一同被安置在外壳的前部外周上的凹陷部内，无需打开外壳就能够被独立拆装，省时省力，给维修和维护都带来极大的便利。
24.3）本发明中内部采用轴承支撑中轴、牙盘定位套和电机本体的输出轴，定位稳定，结构稳固。并且采用前壳、中壳和后壳的拼装结构，方便内部各部件的装配，易于生产和开模制造，能够提高生产效率。后壳打开后可以直接对电机本体实施维修或者更换。
25.4）本发明中的双联齿轮中的大齿轮优先采用尼龙齿轮，其与输出轴上的金属轴齿之间的啮合噪音较低，能够在一定程度上减轻整个传动机构的运作噪音。并且需要指出的是，本案中由于金属制的第一离合器被安置在尼龙齿轮的内圈与传动轴之间，能够增强尼龙齿轮与离合器之间的扭矩，提升传动机构工作可靠性，故无需再在尼龙齿轮内圈安置与传动轴相连的金属镶件，能够节约生产成本。
附图说明
26.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：图1为本发明的结构剖面图。
27.其中：1、外壳；1a、前壳；1b、中壳；1c、后壳；2、电机本体；2a、输出轴；2b、定子；2c、转子；3、中轴；4、牙盘定位套；5、牙盘；6、双联齿轮；6a、传动轴；6b、大齿轮；6c、小齿轮；7、轴齿；8、牙盘传动齿轮；9、控制器外壳；10、第一离合器；11、第二离合器；12、变形轴套；13、力矩传感内组件；14、力矩传感外组件；15、输出轴轴承；16、传动轴轴承；17、牙盘定位套轴承；18、中轴轴承。
具体实施方式
28.实施例：下面结合图1所示，对本发明的这种采用二级齿轮减速机构的紧凑中置电机的具体实施方式进行详细说明如下：同常规技术一样其具有外壳1、电机本体2、二级齿轮减速机构、中轴3、力矩传感器、牙盘定位套4、牙盘5、第一离合器10和第二离合器11。中轴3穿设于外壳1下部并与电机本体2的输出轴2a平行布置，该输出轴2a经二级齿轮减速机构同套于中轴3上的牙盘定位套4相连，牙盘定位套4前部伸出外壳1以固定牙盘5，力矩传感器设于中轴3上。
29.具体如图1所示，本实施例中所述外壳1由通过连接件顺序固定的前壳1a、中壳1b和后壳1c所构成。电机本体2位于后壳1c内，该电机本体2采用外定子2b内转子2c结构，其输出轴2a与转子2c固定，定子2b固定在后壳1c的内壁上；输出轴2a前端伸出设于中壳1b上的中壳轴孔形成悬臂，悬臂上设置轴齿7，并且中壳轴孔内侧固定有输出轴轴承15以支撑输出轴2a。
30.所述二级齿轮减速机构为本发明的一个改进核心点，其由双联齿轮6、设于输出轴2a上的轴齿7和设于牙盘定位套4上的牙盘传动齿轮8共同构成。双联齿轮6由设于同一传动轴6a上的大齿轮6b和小齿轮6c构成，且在轴向上大齿轮6b位于小齿轮6c和牙盘5之间，即大齿轮6b位于小齿轮6c前部，且更靠近牙盘5侧设置；轴齿7与大齿轮6b啮合，而牙盘传动齿轮8同小齿轮6c啮合从而使得牙盘传动齿轮8位于大齿轮6b背向牙盘5的一侧。如图1所示，所述双联齿轮6位于前壳1a和中壳1b围成的腔体内，所述传动轴6a两端分别通过传动轴轴承16支撑设于前壳1a和中壳1b的内壁上。并且所述大齿轮6b为尼龙齿轮。
31.本发明另一改进核心点为：外壳1前部外周，也即前壳1a的前部外周上设有凹陷部以固定可拆卸的控制器外壳9，控制器外壳9内部设有控制器，控制器通过导线与力矩传感器和电机本体2电连接。
32.本实施例中所述第一离合器10为单向滚针离合器，而所述第二离合器11为单向棘轮机构。所述大齿轮6b的内圈经第一离合器10与所述传动轴6a相连；而所述力矩传感器由变形轴套12、力矩传感内组件13和力矩传感外组件14构成。变形轴套12固定在中轴3上，且变形轴套12末端与牙盘定位套4之间通过第二离合器11相连。变形轴套12上固定有力矩传感内组件13，而中壳1b下部内侧固定有位于力矩传感内组件13外围并与力矩传感内组件13配合的力矩传感外组件14，力矩传感外组件14与所述控制器电连接。同已知技术一样，实际实施时，力矩传感内组件13由内pcb板和与之相连的内感应线圈构成，内pcb板上设有应变片，能够感应变形轴套的形变并将之转变为电信号输出；而力矩传感外组件14则由外pcb板及连接它的外感应线圈构成，外感应线圈同内感应线圈配合感应，外pcb板则通过导线与控制器电连接，用于将前述电信号传递给控制器。
33.本实施例中所述前壳1a下部前侧设有供中轴3及其上的牙盘定位套4伸出的前壳轴孔，前壳轴孔内侧固定有套于牙盘定位套4外侧以支撑牙盘定位套4的牙盘定位套轴承17；同时，所述中壳1b下部内侧和牙盘定位套4内侧均设有用于支撑中轴3的中轴轴承18，如图1所示。
34.当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。