CN101638135A - 电动自行车的速度踏力传感装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动自行车的速度踏力传感装置，包括与电动自行车枢接的受力架(1)，所述受力架(1)上设置与电动自行车链条(2)啮合传动的过渡链轮(11)，其特征在于所述受力架(1)上还设置有传感器(3)，所述传感器(3)包括与受力架固定的霍尔座(31)，所述霍尔座外侧设置的磁钢座(32)，所述霍尔座与磁钢座(32)感应测定速度踏力。该装置可以进行脚踏力的检测和电动自行车速度的检测，从而实现智能的电力助力控制功能。

Description

电动自行车的速度踏力传感装置
技术领域
本发明属于电动自行车的速度踏力测试和传动技术领域，具体涉及一种根据电动自行车的速度踏力测试结果智能提供电动助力的电动自行车的速度踏力传感装置，该装置安装在电动自行车上，并与链条结合通过与链条啮合测定链条的张紧力和链条的运行速度。
背景技术
近年来，电动自行车作为一种环保、节能的交通工具已经逐渐为广大消费者所接受，无论国内外，电动自行车的销量逐年递增，其取代自行车的趋势也越来越明显。
电动自行车可分为两大类：全电动自行车和智能助动型电动自行车。国内的电动自行车主要是全电动电动车为主；而欧美国家以智能助动型电动车为主。智能助动型电动自行车，即通常所说的具有动力辅助系统的电动自行车(Power Assistant System，PAS)。为了实现智能的目的，国内外做了很多研究工作，使电动车在使用时人的目的需求与车的运动助力相一致。
目前，这种动力辅助系统从原理上主要分为两类：一种以力矩传感式，这种方式的系统通过人的脚踏力的大小变化来检测人的目的需求，如果当人使用的脚踏力增大时，系统检测到人的这种需求，通过控制器增大电机的输出功率；反之亦然。另一种是速度传感方式，通过检测自行车的运行速度来调整控制器的电机脉冲或转动圈数。该方式常常与人们的“意愿”相反。这种电动车常常有速度时电动机加力；而无速度时不加力。而当电动车上坡或顶风骑行时，往往这时速度比较低，而其加力比较小，起不到智能助力的效果。现有技术中电动自行车动力辅助系统基本上都是开关型的，在联接轴部分装霍尔元件和磁钢，达到一定速度电机就开始启动，启动后就全电动控制，该电动车价格极低，工艺简单，然而其骑行感觉也较差，无法提供精确的助力变化。
发明内容
本发明目的在于提供一种电动自行车的速度踏力传感装置，可以进行脚踏力的检测和电动自行车速度的检测，从而实现智能的电力助力控制功能。
为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：
一种电动自行车的速度踏力传感装置，包括与电动自行车枢接的受力架，所述受力架上设置与电动自行车链条啮合传动的过渡链轮，其特征在于所述受力架上还设置有传感器，所述传感器包括与受力架固定的霍尔座，所述霍尔座外侧设置的磁钢座，所述霍尔座与磁钢座感应测定速度踏力。
优选的，所述受力架包括螺栓固定的双层盖板，所述过渡链轮包括设置在双层盖板间与盖板销接的第一链轮和第二链轮，所述电动自行车链条与电动自行车牙盘啮合后分别与第一链轮下端和第二链轮上端啮合传动。
优选的，所述受力架的盖板上还固定设置传感器支架，所述传感器支架上设置包括线性霍尔传感器和开关霍尔传感器的霍尔座，所述传感器支架外侧连接固定在固定块上的踏力测试磁钢。
优选的，所述第二链轮端面上同轴设置速度测试磁钢，所述霍尔座贴近第二链轮端面并与速度测试磁钢配合感应。
优选的，所述开关霍尔传感器设置在第二链轮端面外侧与第二链轮端面上的速度测试磁钢配合感应；所述线性霍尔传感器外侧与通过弹性部件连接在传感器支架上的踏力测试磁钢配合感应。
优选的，所述弹性部件为与霍尔座固定的弹性片，所述弹性片夹持设置固定块，所述固定块一端设置踏力测试磁钢，另一端设置压缩弹簧和钢珠分别与定位座连接。
优选的，所述盖板为三角形盖板，所述受力架与电动自行车牙盘间设置定位座；所述定位座与受力架的双层盖板端部销接，且受力架下端设置调节螺栓连接定位座，所述调节螺栓上设置复位弹簧。
优选的，所述电动自行车牙盘固定在联接轴上，所述联接轴上套设定位座，所述定位座与联接轴间设置轴承。
优选的，所述定位座上设置支撑架与电动自行车固定；所述电动自行车牙盘与定位座间设置与定位座固定的压板，所述压板与定位座配合轴向限位轴承。
优选的，所述受力架盖板间过渡链轮与定位过渡链轮的销轴间设置轴承；所述电动自行车牙盘与过渡链轮处于同一齿中心面上；所述联接轴两端连接人力驱动的曲柄。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：
本发明的速度踏力传感装置中，当使用者用力脚踏使曲柄转动，啮合在牙盘上的链条上半部分产生张紧力，该力使啮合链条的过渡链轮产生逆时针方向的力矩，使受力架转动；由于受力架转动使压缩弹簧压缩变形，其变形量与链条张紧力成正比；而压缩弹簧压缩变形量与踏力测试磁钢的位移量相等，所以链条张紧力与线性霍尔传感器检测的变化值成正比，这使得压缩弹簧压缩变形量可以在线性霍尔传感器中显示出来。由于链条的张紧力直接反映出了脚踏力的大小，所以通过线性霍尔传感器和设置的踏力测试磁钢可以直接的反应脚踏力的大小，用以进行控制电动助力的增减。而过渡链轮端面设置了速度测试磁钢，通过速度测试磁钢在链轮运转时与开关霍尔传感器的感应有无，可以了解过渡链轮的转速，从而得到自行车的运行速度；这样就可以从脚踏力和骑行速度两方面进行考虑来控制电动自行车的电动助力。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明实施例电动自行车的速度踏力传感装置结构示意图；
图2为图1的A处放大图；
图3为本发明实施例速度踏力传感装置的传感器结构示意图；
图4为本发明实施例速度踏力传感装置的第二链轮结构示意图；
图5为本发明实施例速度踏力传感装置的压板结构示意图。
其中：1为受力架，2为链条；3为传感器；4为牙盘；5为定位座；6为联接轴，7为曲柄；
11为过渡链轮；12为盖板，13为传感器支架；14为弹性部件；15为调节螺栓；16为复位弹簧；31为霍尔座；32为磁钢座；33为固定块；34为压缩弹簧；35为钢珠；51为支撑架；52为压板；
111为第一链轮，112为第二链轮；311线性霍尔传感器，312为开关霍尔传感器；321为踏力测试磁钢；322为速度测试磁钢。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例如图1～图5所示，该电动自行车的速度踏力传感装置，包括受力架1、定位座5、传感器3，定位座5设置在电动自行车牙盘4与受力架间，受力架1上设置与电动自行车链条2啮合传动的过渡链轮11，传感器3固定设置在受力架1上，传感器3包括与受力架固定的霍尔座31，霍尔座外侧设置的磁钢座32，霍尔座与磁钢座32感应测定速度踏力。
受力架1包括螺栓固定的双层盖板12，过渡链轮11包括设置在双层盖板12间与盖板销接的第一链轮111和第二链轮112，电动自行车链条2与电动自行车牙盘4啮合后分别与第一链轮111下端和第二链轮112上端啮合传动。受力架1的盖板12上固定设置传感器支架13，传感器支架13上设置包括线性霍尔传感器311和开关霍尔传感器312的霍尔座31，传感器支架13外侧连接固定在固定块33上的踏力测试磁钢321。
开关霍尔传感器312设置在第二链轮端面外侧与第二链轮端面上的速度测试磁钢322配合感应；线性霍尔传感器311外侧与通过弹性部件14连接在传感器支架13上的踏力测试磁钢321配合感应。第二链轮112端面上同轴设置速度测试磁钢322，霍尔座31贴近第二链轮端面并与速度测试磁钢322配合感应。
弹性部件为与霍尔座固定的弹性片，弹性片夹持设置固定块33，固定块一端设置踏力测试磁钢321，另一端外侧设置压缩弹簧34和钢珠35与定位座5连接。盖板为三角形盖板，受力架与电动自行车牙盘间设置定位座5；定位座与受力架的双层盖板端部销接，且受力架下端设置调节螺栓15连接定位座，调节螺栓上设置复位弹簧16。
电动自行车牙盘固定在联接轴6上，联接轴6上套设定位座5，定位座5与联接轴6间设置轴承。定位座5上设置支撑架51与电动自行车固定；电动自行车牙盘与定位座5间设置与定位座固定的压板52，压板52与定位座5配合轴向限位轴承。受力架盖板间过渡链轮与定位过渡链轮的销轴间设置轴承；电动自行车牙盘与过渡链轮处于同一齿中心面上；联接轴6两端连接人力驱动的曲柄7。
受力架1与定位座5间可相互运动。受力架1与定位座5端部销接，定位座通过支撑架51与电动自行车固定，且由于支撑架51、联接轴、销轴三点确定，使定位座5在电动自行车运行时不会发生偏转。这样的三点定位也使得与定位座销接的受力架不会偏转，从而可以确保过渡链轮的受力和速度不会因偏转产生误差。安装时，联接轴上套设轴承，所述定位座与轴承外圈固定，而轴承内圈与联接轴固定；这样牙盘、曲柄以及连接在曲柄末端的脚踏同步运动时，联接轴不会影响定位座，另外设计压板与定位座固定使其轴向限位轴承，使牙盘与定位座产生相对转动的同时，其轴向距离保持不变。
为了使牙盘的齿中心面始终与过渡链轮的齿中心面保持在同一平面上，除了通过支撑架51、联接轴、销轴使定位座、受力架保持轴向固定的同时，将受力架设计成双层盖板结构，过渡链轮包括第一链轮111和第二链轮112设置在双层盖板之间，并使其齿中心面与牙盘齿中心面水平。更具体的，双层盖板间设置链轮固定轴，所述过渡链轮与链轮固定轴间设置轴承，所述过渡链轮与轴承外圈固定，链轮固定轴与轴承内圈固定连接；这样保证了过渡链轮与受力架的相对转动，也使链轮固定轴与过渡链轮间轴向距离保持不变。
另外，为了使受力架在受力转动后复位在受力架的下端与定位座间设置调节螺栓，设置调节螺栓一方面可以改变两过渡链轮的不同高度位置，使其满足骑行者个体助力需要；另一方面，在调节螺栓上设置复位弹簧使链轮不受力时受力架可以进行复位，以方便一般无需电动助力情况下的骑行运动。
本装置的传感器中设计安装了霍尔座31和与霍尔座31配合感应的磁钢座32，其中霍尔座包括线性霍尔传感器和开关霍尔传感器；而磁钢座包括踏力测试磁钢和速度测试磁钢。其中速度测试磁钢分布在过渡链轮的端面上，具体的说同轴设置在第二链轮112端面上；这里速度测试磁钢可以为多个，可以一个；当过渡链轮转动时，速度测试磁钢同步转动，其与开关霍尔传感器感应启闭。本发明极为突出的设计而踏力测试磁钢的应变设计。具体的，所述踏力测试磁钢与线性霍尔传感器对应，且固定在固定块上，所述固定块两端通过弹性部件如弹性片与霍尔座连接，且所述固定块的一端外侧分别设置压缩弹簧和钢珠与定位座连接；由于定位座在受力架受力转动时并不发生转动，所以当受力架转动运动产生时，定位座推动钢珠移动，压缩弹簧压缩；压缩弹簧的压缩使固定在固定块上的磁钢发生位移从而引起线性霍尔传感器的感应。
为了更为具体的说明线性霍尔传感器检测踏力的原理，先阐述一下本实施例装置在骑行时的受力情况。当脚踏使联接轴两端固定的曲柄转动时，所述曲柄通过联接轴带动牙盘转动，再由牙盘通过链条链传动过渡链轮；由于链条的上半部分与第一链轮的下端、第二链轮的上端啮合，链条并非处于一条直线上，这样在曲柄产生的力的作用下，链条的上半部分产生相应的张紧力，所述张紧力使得第一链轮、第二链轮产生方向相反的两个力，该力使得受力架具有产生绕销轴向下旋转的趋势，而且该力与链条的张紧力相等；当受力架向下转动时，固定踏力测试磁钢的固定块在不动的定位座的作用下向上运动，驱使压缩弹簧压缩变形，踏力测试磁钢产生位移。
本装置中线性霍尔传感器和踏力测试磁钢检测踏力的过程如下：线性霍尔传感器安装在霍尔座上，其外侧设置踏力测试磁钢，霍尔座通过弹性部件连接固定踏力测试磁钢的固定块。本装置中采用的踏力测试磁钢为单块磁钢，该磁钢产生磁场，它是永磁体，用树脂胶固定在固定块上。链条的张紧力迫使受力架发生位移，从而固定块发生运动，而固定在固定块上的踏力测试磁钢发生相同的位移量，这种位移为线性霍尔传感器捕获并传递给电动控制器。
本实施例中速度测试磁钢设置在过渡链轮的端面上；速度测试磁钢可以为一个，可以为多个；当链条上半部分啮合过渡链轮传动时，过渡链轮转动带动速度测试磁钢同步转动。本实施例中开关霍尔传感器和速度测试磁钢检测速度的过程如下：
由于过渡链轮的转速与电动自行车的骑行速度成正比，而过渡链轮与速度测试磁钢同轴设置，过渡链轮的转速可以通过检测速度测试磁钢的转速来实现。本实施例中霍尔座包括开关霍尔传感器，开关霍尔传感器固定设置在过渡链轮(本实施例中在第二链轮)的端面附近，且保证速度测试磁钢与开关霍尔传感器距离最近时，开关霍尔传感器产生一个信号输出。当过渡链轮上仅设置一个速度测试磁钢时，开关霍尔传感器的信号输出频率的快慢直接反映出过渡链轮的速度变化。当然，这种开关检测方式也可以采用如光电、词典感应等方式来实现。
本实施例中在定位座上设置支撑架51，所述支撑架可以与定位座螺纹连接固定，通过支撑架51的限位使得定位座不致于产生跳动，造成速度踏力传感装置的检测误差；当然，将支撑架51与定位座间设计成螺纹连接，可以方便定位座的定位安装；也可以进行定位座的高度调节。
将本实施例提供的速度踏力传感装置检测到的速度信息和踏力变化信息通过相应控制电路来完成对电动助力系统的驱动马达控制，就可以实现电动自行车的智能化的人力电力比例分配。
上述实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是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。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动自行车的速度踏力传感装置，包括与电动自行车枢接的受力架(1)，所述受力架(1)上设置与电动自行车链条(2)啮合传动的过渡链轮(11)，其特征在于所述受力架(1)上还设置有传感器(3)，所述传感器(3)包括与受力架固定的霍尔座(31)，所述霍尔座外侧设置的磁钢座(32)，所述霍尔座与磁钢座(32)感应测定速度踏力。
2、根据权利要求1所述的电动自行车的速度踏力传感装置，其特征在于所述受力架(1)包括螺栓固定的双层盖板(12)，所述过渡链轮(11)包括设置在双层盖板(12)间与盖板销接的第一链轮(111)和第二链轮(112)，所述电动自行车链条(2)与电动自行车牙盘(4)啮合后分别与第一链轮(111)下端和第二链轮(112)上端啮合传动。
3、根据权利要求2所述的电动自行车的速度踏力传感装置，其特征在于所述受力架(1)的盖板(12)上还固定设置传感器支架(13)，所述传感器支架(13)上设置包括线性霍尔传感器(311)和开关霍尔传感器(312)的霍尔座(31)，所述传感器支架(13)外侧连接固定在固定块(33)上的踏力测试磁钢(321)。
4、根据权利要求2所述的电动自行车的速度踏力传感装置，其特征在于所述第二链轮(112)端面上同轴设置速度测试磁钢(322)，所述霍尔座(31)贴近第二链轮端面并与速度测试磁钢(322)配合感应。
5、根据权利要求2所述的电动自行车的速度踏力传感装置，其特征在于所述开关霍尔传感器(312)设置在第二链轮端面外侧与第二链轮端面上的速度测试磁钢(322)配合感应；所述线性霍尔传感器(311)外侧与通过弹性部件(14)连接在传感器支架(13)上的踏力测试磁钢(321)配合感应。
6、根据权利要求5所述的电动自行车的速度踏力传感装置，其特征在于所述弹性部件为与霍尔座固定的弹性片，所述弹性片夹持设置固定块(33)，所述固定块一端设置踏力测试磁钢(321)，另一端设置压缩弹簧(34)、钢珠(35)分别与定位座(5)连接。
7、根据权利要求2所述的电动自行车的速度踏力传感装置，其特征在于所述盖板为三角形盖板，所述受力架与电动自行车牙盘间设置定位座(5)；所述定位座与受力架的双层盖板端部销接，且受力架下端设置调节螺栓(15)连接定位座，所述调节螺栓上设置复位弹簧(16)。
8、根据权利要求6所述的电动自行车的速度踏力传感装置，其特征在于所述电动自行车牙盘固定在联接轴(6)上，所述联接轴(6)上套设定位座(5)，所述定位座(5)与联接轴(6)间设置轴承。
9、根据权利要求8所述的电动自行车的速度踏力传感装置，其特征在于所述定位座(5)上设置支撑架(51)与电动自行车固定；所述电动自行车牙盘与定位座(5)间设置与定位座固定的压板(52)，所述压板(52)与定位座(5)配合轴向限位轴承。
10、根据权利要求2所述的电动自行车的速度踏力传感装置，其特征在于所述受力架盖板间过渡链轮与定位过渡链轮的销轴间设置轴承；所述电动自行车牙盘与过渡链轮处于同一齿中心面上；所述联接轴(6)两端连接人力驱动的曲柄(7)。
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