助力与健身一体自行车之可锁死离合器的轮毂电机和组件制造技术

本发明专利技术公开了两种可以将轮毂电机内单向离合器锁死的结构,以及采用低压白炽灯泡与电机绕组线圈另建封闭回路，还有电池组件和滚轮组件的安装方式，使得电动助力自行车也有功率自行车的健身功能。该轮毂电机的左外侧设置锁死操作的旋钮或手柄，在电机轴和电机左轴承间设置相应的双叉套筒或三叉套筒，可将电机里相应的滚柱式或棘爪式离合器锁死，轮毂带动电机外转子转动，通过九脚船型开关将轮毂电机的三相线从驱动器上切换到低压白炽灯上，轮毂电机变作磁力发电机，体能转换成电能存在电池里或通过白炽灯再转成光和热。

Wheel hub motor and components of lockable clutch for bicycle with power and fitness integration

The invention discloses two structures which can lock the one-way clutch in hub motor, and uses low-voltage incandescent bulb and motor winding coil to build another closed circuit, as well as the installation mode of battery assembly and roller assembly, so that the electric bicycle also has the fitness function of the power bicycle. The left outer side of the hub motor is provided with a knob or handle for locking operation, and the corresponding double-fork sleeve or triple sleeve is arranged between the motor shaft and the left bearing of the motor. The corresponding roller-type or ratchet-type clutch in the motor can be locked. The hub drives the outer rotor of the motor to rotate. The three-phase line of the hub motor can be switched from the driver to the low-voltage incandescent lamp through a nine-legged ship switch. Machine into a magnetic generator, physical energy into electricity in the battery or through incandescent lamp into light and heat.

【技术实现步骤摘要】
助力与健身一体自行车之可锁死离合器的轮毂电机和组件
本专利技术涉及自行车与健身车
，具体的说是涉及电动自行车的轮毂电机，电机的单向离合器被锁死后，电机绕组线圈与低压白炽灯泡另建回路,使该轮毂电机即作通勤车的电动机也作健身车的磁力发电机。
技术介绍
作为健身工具的动感单车、健身车、椭圆机，骑行台等只应用于室内，多采用磁控飞轮提供阻力。电动助力自行车用的轮毂电机多为无刷有齿永磁电机，也可当作磁力发电机提供阻力应用于健身车上，将永磁无刷电机绕组线圈串联电阻，使每相绕组线圈构成一个封闭回路，线圈切割磁力线有感应电压，回路上产生感应电流，回路电阻值越小感应电流越大，磁阻制动力越大。基于在室外和室内都能提供有阻力的骑行锻炼以及资源和空间的最大利用，应将电动自行车设计成既能通勤也能在室内室外健身的功率自行车，如在小区内有强度的慢速骑行。公知的电动车无刷有齿轮毂电机必须设置单向离合器，以消除滑行时因齿槽效应导致的磁阻制动，这与功率健身需要磁阻相矛盾，故单向离合器要设计为可控可被锁死。上述健身工具体积或重量都不小，锻炼强度与感知互动不紧密。而配置中轴扭矩传感器的助力自行车适用小容量电池使得全尺寸整车小于25公斤，采用后轮电机轴支撑架适合学生和长者，如置于滚筒骑行台上可作为车手的训练用车，既训练踩踏能力、爆发力、体力又训练身体协调性和平衡感，是滚筒和直驱固定骑行台的完美结合。基于磁力发电机特性，感应电压与转速成正比，回路电阻不变，转速越快感应电压越高，感应电流越大，阻力越大，消耗功率越大，锻炼热身更易循序渐进，慢踩轻松快踩阻力大，而其他健身车的阻力与踏频无关，体感不变。采用规模化量产的低压白炽灯泡作电机线圈的回路电阻，其市场价比水泥电阻还低。人体动能转换成光和热，人体输出功率与光强呈正比使锻炼强度更具可视性，逐光本性使锻炼易持久，脚停灯灭无惯性，人机互动更优。
技术实现思路
为实现电动助力自行车也可在室内外有强度的健身，本专利技术要解决的问题在于：轮毂电机的单向离合器必须被锁死和提供一种低成本、大功率、易更换的电机线圈回路电阻，使电动机变作磁力发电机，体能转换成电能储存或消耗掉，且电池组件易装卸，电气线路短以及用于室内健身的支撑件。为解决上述技术问题，本专利技术通过以下方案实现。助力与健身一体自行车，该车包括：可锁死离合器的轮毂电机、中轴扭矩传感器、驱动器、码表、滚轮组件、电池组件、白炽灯组件、整流滤波充电组件，该轮毂电机采用外转子行星减速永磁无刷电机，单向离合器设置在行星架上，作电动助力的通勤车时,单向离合器工作,驱动器根据中轴扭矩传感器的扭矩和踏频控制轮毂电机输出功率，作室内外健身车时，可用两种方式锁死单向离合器,电机轮毂带动电机外转子转动,通过九脚船型开关或MOS管将轮毂电机的三相线从驱动器上切换到白炽灯组件上或整流滤波充电组件上，使轮毂电机变作磁力发电机,体能转换成电能消耗在白炽灯上变成光和热，或储存在电池里，自行车后轮置于滚轮组件上就可用于室内健身。方式一，单向离合器采用市场普及的滚柱式离合器或单向轴承，因牙盘和飞轮安装在车的右边，所以在轮毂电机的左外侧，刹车盘和车架尾钩之间设置旋钮，在电机轴和电机左轴承之间设置双叉套筒，在滚柱内圈的左端面增开贯通的一字卡板槽，设置卡板套在滚柱内圈外圆上并且卡肩卡在卡板槽内，旋钮与双叉套筒螺纹连接，双叉套筒与卡板扣合为整体，转动旋钮，螺纹驱动双叉套筒带动卡板在滚柱内圈的外圆上轴向移动，使卡板与凸出在滚柱式离合器左端面的行星轮轴分离或啮合，即松开或锁死离合器；所述双叉套筒左端设置螺纹与旋钮连接，右端设置两个槽叉伸入卡板槽内，槽叉上设置卡肩台阶槽与卡肩顶部的卡肩台阶旋扣使两者成整体；所述卡板套在滚柱内圈上，卡肩插在卡板槽内只能轴向移动，卡肩的顶部设置环形的卡肩台阶卡在卡肩台阶槽内；所述滚柱内圈在内圆轴向保留圆头键槽，容纳圆头键与电机轴固定，左端面开贯通的一字卡板槽；方式二，单向离合器采用棘爪式，在轮毂电机的左外侧设置手柄，在电机轴和电机左轴承之间设置三叉套筒，在电机轴与三叉套筒右端之间设置棘爪内圈，设置棘爪座套在三叉套筒的凸耳叉上，内圈梯齿过盈嵌入梯齿槽使棘爪内圈与棘爪座连接成整体，三叉套筒的凸耳被封在两者间可最大转动40度，棘爪内圈与三叉套筒间再设置定位珠和定位弹簧，锯齿环与行星支架螺纹连接厌氧胶固化成整体，扳动手柄，三叉套筒转动，其上凸耳转动顶住棘爪头部，棘爪头部不能缩回到棘爪槽内，锯齿环被顶死使行星支架被锁死；所述三叉套筒的左端与手柄采用键槽连接，右端设置三个凸耳叉，每个凸耳叉上设置分离对称的两个凸耳，左端面设置两个定位坑；所述棘爪座外圆设置三个棘爪槽安装棘爪，内圆设置三个梯齿槽与棘爪内圈的梯齿紧配，左右端面对称设置下沉台阶容纳凸耳转动；所述棘爪内圈外圆设置三个凸出的梯齿，开键缺口容纳圆头键；所述锯齿环右端面设置右挡边，外圆上设置外牙螺纹；所述行星支架左端面设置左挡边,内圆上设置内牙螺纹；方式二的锁死结构比方式一更复杂，优点在于手柄转动角度远小于旋钮，将手柄增设回弹卷簧，再用弹簧连接到刹车线上与刹车同时操作，当预刹车到一半时弹簧拉动手柄已先将离合器锁死，刹车霍尔信号使MOS管将三相线切换到整流滤波充电组件上，可对自行车的动能进行回收，并且手柄所处的位置和棘爪回弹的响声都能判断离合器是否被锁死，而方式一只有在轮毂静止时才可完成锁死操作，判断是否被锁死也不直观；所述白炽灯组件包括：三个100瓦24伏和三个21瓦12伏白炽灯泡、上夹板、下夹板、护条、护框、插板、六脚扭子开关，由于轮毂电机输出为三相交流电，为平衡三相负载，线圈回路电阻必须是三的倍数个并且阻值要相同，否则每两相电流不一致导致负载阻力不一样，产生顿挫感，所以，三个24伏白炽灯泡与电机三相线成▲三角连接，三个12伏白炽灯泡与电机三相线成Y星形连接，共同组成电机线圈回路电阻，在公共点设置六脚扭子开关可同时断开三个12伏白炽灯泡，增大回路电阻减小电流减轻磁阻力；所述上夹板、下夹板、护条、护框采用PCB板或镀锌板冲压而成，大小灯座孔分别呈等边三角形布置，上夹板和下夹板固定六个灯座，护条与三个24伏白炽灯泡间加弹簧托防松脱，插板一端固定在车架上，另一端插入上夹板中使白炽灯组件装卸容易；进一步，为减小白炽灯组件的体积，也可采用体积更小的18个21瓦12伏白炽灯泡组成，每6个12伏白炽灯泡先并联，分三组再与电机三相线成Y星形连接；所述电池组件设置在右后上叉处，与电机、驱动器连线最短，重心处于后轮利于跳跃提起车头，电池组件包括：电池、电池固定板、电池锁，电池两端设置未贯穿的开口槽，分别对应电池固定板的U型折弯边，电池固定板固定于车架上，开口槽对准折弯边将电池侧着推入电池固定板，电池锁上锁阻止电池滑出；进一步，电池组件也可安装在自行车的上管、下管或座管处，采用侧面装卸电池的方式，操作空间与车架无干涉，更方便；所述电池为长方体，内部电芯排列体积最小，外壳为矩形型材，为减小电池偏心力矩，电芯数量小于30节，电池顶部设置提手，提手可转动可藏在顶部凹坑内，顶部侧面设置锁舌孔，底部设置电源端子，底部侧面设置充电端子和保险管；所述滚轮组件由两个滚轮和防倾倒的立柱组成，滚轮中间呈凹槽阻止后轮左右摆动，两个滚轮前高后低布置阻止前进，自行车后轮中心在两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动助力与健身一体自行车，该车包括后置的可锁死离合器的轮毂电机(100)、中轴扭矩传感器(700)、驱动器(600)、码表(800)、滚轮组件(400）、电池组件(200)、白炽灯组件(300)和整流滤波充电组件，特征在于：该轮毂电机采用外转子行星减速永磁无刷电机，作电动助力的通勤车时,滚柱式离合器(106)工作, 驱动器(600)根据中轴扭矩传感器(700)的扭矩和踏频控制轮毂电机输出功率，作室内室外健身车时，转动旋钮(101)锁死滚柱式离合器(106), 电机轮毂带动电机外转子转动,通过九脚船型开关(500)或MOS管将轮毂电机的三相线从驱动器(600)上切换到白炽灯组件(300)上或整流滤波充电组件上，体能转换成电能消耗在白炽灯上或储存在电池里;‑所述可锁死滚柱式离合器(106)的轮毂电机，特征在于：在轮毂电机左外侧，刹车盘和车架尾钩之间设置锁死操作的旋钮(101)，在电机轴(109)和电机左轴承(102)之间设置双叉套筒(103)，设置卡板(104)套在滚柱内圈（105）的外圆上和卡肩(104b)插在卡板槽(105b)内限制其转动，双叉套筒(103)与卡板(104)扣合成整体，转动旋钮(101)，螺纹驱动双叉套筒(103)带动卡板(104)在滚柱内圈(105)的外圆上作轴向移动，使卡板(104)与凸出在滚柱式离合器(106)左端面的行星轮轴(107)分离或啮合，即松开或锁死离合器；‑所述双叉套筒(103)的特征在于：左端设置螺纹与旋钮(101)连接，右端设置两个槽叉(103a)伸入卡板槽(105b)内，槽叉(103a)上设置卡肩台阶槽(103b)与卡肩台阶(104c)旋扣使两者成整体；‑所述卡板(104)的特征在于：其套在滚柱内圈(105)上，卡肩(104b)插在卡板槽(105b)内只能作轴向移动，卡肩(104b)的顶部设置环形的卡肩台阶(104c)卡在卡肩台阶槽(103b)内；‑所述滚柱内圈(105)的特征在于：其内圆上设置轴向贯通的圆头键槽(105a)，安装圆头键(108)与电机轴(109)固定，左端面设置贯穿的一字型卡板槽(105b)；‑所述白炽灯组件(300)包括100瓦的24伏白炽灯泡(301)、21瓦的12伏白炽灯泡(302)、上夹板(303)、下夹板(304)、护条(305)、护框(306)、插板(307)、六脚扭子开关(308)、弹簧托(309)，特征在于：采用三的倍数个低压大功率白炽灯泡作为电机线圈回路电阻，优选24伏100瓦和12伏21瓦的白炽灯泡，三个 24伏白炽灯泡(301)与电机三相线成▲三角连接，三个12伏白炽灯泡(302)与电机三相线成Y星形连接，在12伏白炽灯泡(302)的公共点设置六脚扭子开关(308)可同时断开三个12伏白炽灯泡(302)，增大回路电阻减小回路电流减轻磁阻力,弹簧托(309)顶住24伏白炽灯泡(301)防松脱；‑所述上夹板(303)、下夹板(304)、护条(305)、护框(306)采用PCB板或镀锌板冲压而成，大小的灯座孔分别呈等边三角形布置，插板(307)一端固定在车架上，另一端插入上夹板(303)中；‑所述电池组件(200)设置在右后上叉处，包括电池(201)、电池固定板(202)、电池锁(203)，特征在于：电池(201)的安装方式为侧面推入，电池(201)两端设置未贯穿的开口槽(201a)，分别与电池固定板(202)的U型折弯边(202a)间隙配合，电池固定板(202)固定于车架上，开口槽(201a)对准折弯边(202a)后，再将电池(201)推入电池固定板(202)，电池锁(203)上锁插入锁舌孔(201c)，阻止电池(201)滑出；‑所述电池(201)为长方体，特征在于：电池(201)顶部设置提手(201b)，提手(201b)可转动可藏在顶部凹坑内，顶部侧面设置锁舌孔(201c)，底部设置电源端子(201d)，底部侧面设置充电端子(201e)和保险管(201f)；‑所述滚轮组件(400)由两个滚轮(401)和防倾倒的立柱(402)组成，特征在于：滚轮(401)中间呈凹槽阻止后轮左右摆动，两个滚轮(401)前高后低布置阻止前进，自行车后轮中心在两滚轮(401)之间偏向后面，立柱(402)插在五通处的固定套筒内。...

【技术特征摘要】
1.一种电动助力与健身一体自行车，该车包括后置的可锁死离合器的轮毂电机(100)、中轴扭矩传感器(700)、驱动器(600)、码表(800)、滚轮组件(400）、电池组件(200)、白炽灯组件(300)和整流滤波充电组件，特征在于：该轮毂电机采用外转子行星减速永磁无刷电机，作电动助力的通勤车时,滚柱式离合器(106)工作,驱动器(600)根据中轴扭矩传感器(700)的扭矩和踏频控制轮毂电机输出功率，作室内室外健身车时，转动旋钮(101)锁死滚柱式离合器(106),电机轮毂带动电机外转子转动,通过九脚船型开关(500)或MOS管将轮毂电机的三相线从驱动器(600)上切换到白炽灯组件(300)上或整流滤波充电组件上，体能转换成电能消耗在白炽灯上或储存在电池里;-所述可锁死滚柱式离合器(106)的轮毂电机，特征在于：在轮毂电机左外侧，刹车盘和车架尾钩之间设置锁死操作的旋钮(101)，在电机轴(109)和电机左轴承(102)之间设置双叉套筒(103)，设置卡板(104)套在滚柱内圈（105）的外圆上和卡肩(104b)插在卡板槽(105b)内限制其转动，双叉套筒(103)与卡板(104)扣合成整体，转动旋钮(101)，螺纹驱动双叉套筒(103)带动卡板(104)在滚柱内圈(105)的外圆上作轴向移动，使卡板(104)与凸出在滚柱式离合器(106)左端面的行星轮轴(107)分离或啮合，即松开或锁死离合器；-所述双叉套筒(103)的特征在于：左端设置螺纹与旋钮(101)连接，右端设置两个槽叉(103a)伸入卡板槽(105b)内，槽叉(103a)上设置卡肩台阶槽(103b)与卡肩台阶(104c)旋扣使两者成整体；-所述卡板(104)的特征在于：其套在滚柱内圈(105)上，卡肩(104b)插在卡板槽(105b)内只能作轴向移动，卡肩(104b)的顶部设置环形的卡肩台阶(104c)卡在卡肩台阶槽(103b)内；-所述滚柱内圈(105)的特征在于：其内圆上设置轴向贯通的圆头键槽(105a)，安装圆头键(108)与电机轴(109)固定，左端面设置贯穿的一字型卡板槽(105b)；-所述白炽灯组件(300)包括100瓦的24伏白炽灯泡(301)、21瓦的12伏白炽灯泡(302)、上夹板(303)、下夹板(304)、护条(305)、护框(306)、插板(307)、六脚扭子开关(308)、弹簧托(309)，特征在于：采用三的倍数个低压大功率白炽灯泡作为电机线圈回路电阻，优选24伏100瓦和12伏21瓦的白炽灯泡，三个24伏白炽灯泡(301)与电机三相线成▲三角连接，三个12伏白炽灯泡(302)与电机三相线成Y星形连接，在12伏白炽灯泡(302)的公共点设置六脚扭子开关(308)可同时断开三个12伏白炽灯泡(302)，增大回路电阻减小回路电流减轻磁阻力,弹簧托(309)顶住24伏白炽灯泡(301)防松脱；-所述上夹板(303)、下夹板(304)、护条(305)、护框(306)采用PCB板或镀锌板冲压而成，大小的灯座孔分别呈等边三角形布置，插板(307)一端固定在车架上，另一端插入上夹板(303)中；-所述电池组件(200)设置在右后上叉处，包括电池(201)、电池固定板(202)、电池锁(203)，特征在于：电池(201)的安装方式为侧面推入，电池(201)两端设置未贯穿的开口槽(201a)，分别与电池固定板(202)的U型折弯边(202a)间隙配合，电池固定板(202)固定于车架上，开口槽(201a)对准折弯边(202a)后，再将电池(201)推入电池固定板(202)，电池锁(203)上锁插入锁舌孔(201c)，阻止电池(201)滑出；-所述电池(201)为长方体，特征在于：电池(201)顶部设置提手(201b)，提手(201b)可转动可藏在顶部凹坑内，顶部侧面设置锁舌孔(201c)，底部设置电源端子(201d)，底部侧面设置充电端子(201e)和保险管(201f)；-所述滚轮组件(400)由两个滚轮(401)和防倾倒的立柱(402)组成，特征在于：滚轮(401)中间呈凹槽阻止后轮左右摆动，两个滚轮(401)前高后低布置阻止前进，自行车后轮中心在两滚轮(401)之间偏向后面，立柱(402)插在五通处的固定套筒内。2.一种电动助力与健身一体自行车，该车包括后置的可锁死离合器的轮毂电机(100)、中轴扭矩传感器(700)、驱动器(600)、码表(800)、滚轮组件(400）、电池组件(200)、白炽灯组件(300)和整流滤波充电组件，特征在于：该轮毂电机采用外转子行星减速永磁无刷电机，作电动助力的通勤车时,棘爪式离合器工作...

【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：广东,44