CN102226727A - 一种电动助力车力矩传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机电领域，公开了一种电动助力车力矩传感器，其主体为一弹性体5，所述弹性体5为中段开有螺旋槽的类似于弹簧结构的圆套筒；所述弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒相关面上，沿圆周方向分别粘贴有一圈磁钢4；与两圈磁钢4对应的支承件上，安装有两个霍尔传感器3，每一个霍尔传感器3分别与一圈磁钢4相接近；所述弹性体5的两端分别有输入联接机构2与输出联接机构7，串联在需要检测力矩的两个零部件间。本发明提供的电动助力车力矩传感器可以检测出检测电动助力车人力骑行的力矩电信号，结构简单、可靠实用。

Description

一种电动助力车力矩传感器
技术领域
本发明涉及机电领域，尤其涉及一种电动助力车力矩传感器。
背景技术
近年来，越来越多的外国人开始把电动助力车作为外出健身郊游以及室内运动的体育器材，骑电动助力车逐渐成为一种时尚。目前，市场上的电动助力车一般都会安装有力矩传感器，力矩传感器用于检测电动助力车人力驱动的力矩电信号并输出给驱动控制器，驱动控制器根据该力矩电信号可以获得骑车者脚蹬力的大小，并根据骑车者脚蹬力的大小来控制电机输出的功率大小，使骑车者感觉轻便、舒适，真正享受骑行乐趣。
然而，发明人在实践中发现，目前的电动助力车力矩传感器都普遍存在要么结构复杂，要么不反映真实等缺陷。如何设计一种结构简单、可靠实用的力矩传感器产品，已成为电动助力车行业亟需解决的问题。
发明内容
针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种电动助力车力矩传感器，用于检测电动助力车人力骑行的力矩电信号，结构简单、可靠实用。
一种电动助力车力矩传感器，其主体为一弹性体(5)，所述弹性体(5)为中段开有螺旋槽的类似于弹簧结构的圆套筒；所述弹性体(5)的螺旋槽两端的圆套筒相关面上，沿圆周方向分别粘贴有一圈磁钢(4)；与两圈磁钢(4)对应的支承件上，安装有两个霍尔传感器(3)，每一个霍尔传感器(3)分别与一圈磁钢(4)相接近；所述弹性体(5)的两端分别有输入联接机构(2)与输出联接机构(7)，串联在需要检测力矩的两个零部件间。
作为一种可选的实施方式，所述磁钢4是一个整体型磁环，所述磁环沿圆周方向充上不同磁极。
作为另一种可选的实施方式，所述磁钢4是由多片相邻异极性的小磁钢 沿圆周方向粘贴构成。
作为另一种可选的实施方式，所述两圈磁钢4分别粘贴在所述弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒内圆表面上。
相应地，所述与两圈磁钢4对应的支承件至少包括电机芯轴1和霍尔安装板9，其中，所述电机芯轴1穿过所述弹性体5，所述霍尔安装板9固定在所述电机芯轴1的霍尔元件安装槽10内，所述两个霍尔传感器固定在所述霍尔安装板9上。
作为另一种可选的实施方式，所述两圈磁钢4分别粘贴在所述弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒外圆表面上。
相应地，所述与两圈磁钢4对应的支承件至少包括外套13和霍尔安装板9，所述弹性体5位于所述外套1内；所述霍尔安装板9固定在所述所述外套13的霍尔元件安装槽10内，所述两个霍尔传感器固定在所述霍尔安装板9上。
作为一种可选的实施方式，所述磁钢4粘贴在所述弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒相联接的表面上。
本发明提供的电动助力车力矩传感器中，弹性体5为中段开有螺旋槽的类似于弹簧结构的圆套筒，弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒相关面上沿圆周方向分别粘贴有一圈磁钢4，并且与两圈磁钢4对应的支承件上分别安装有两个霍尔传感器3，每一个霍尔传感器3分别与一圈磁钢4相接近，从而每一圈磁钢4与一个霍尔传感器3可以构成一套脉冲发生装置。当电动助力车正常工作时，骑车者脚蹬踏板产生的驱动力矩由输入件、输入联接机构2传递给弹性体5的一端；而地面对车轮的阻力矩经由输出件、输出联接机构7传递给弹性体5的另一端。弹性体5在驱动力矩和阻力矩的作用下其中段发生扭转变形，导致两圈磁钢4相对位置错位，两套由磁钢4与霍尔传感器3构成的脉冲发生装置输出的脉冲串将产生相位差，对该相位差进行信号处理后可输出给电动助力车驱动控制器需要的力矩电信号。本发明提供的电动助 力车力矩传感器中可以检测电动助力车人力骑行的力矩电信号，结构简单、可靠实用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的应用在电动助力车轮毂电机上的一种电动助力车力矩传感器的剖面图；
图2为图1所示电动助力车力矩传感器主要零件的分解图；
图3为图1所示电动助力车力矩传感器全部零件的分解图；
图4为本发明提供的应用在标准中轴上的一种电动助力车力矩传感器的剖面图；
图5为本发明提供的应用在标准中轴上的一种电动助力车半轴力矩传感器的剖面图；
其中，1-电机芯轴，2-输入联接机构，3-霍尔传感器，4-磁钢，5-弹性体，6-螺纹套，7-输出联接机构，8-力矩输出盘，9-霍尔安装板，10-霍尔元件安装槽，11-端盖，12-中轴，13-外套，14-轴承，15-五通，16-左碗，17-右碗。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种电动助力车力矩传感器，可以检测电动助力车人力骑行的力矩电信号，结构简单、可靠实用。以下分别进行详细说明。
实施例一：
请参阅图1，图1为本发明提供的应用在电动助力车轮毂电机上的一种电动助力车力矩传感器的剖面图。如图1所示，该电动助力车力矩传感器可以包括：
弹性体5，所述弹性体5为中段开有螺旋槽的类似于弹簧结构的圆套筒；所述弹性体5的一端通过输入联接机构2与螺纹套6联接，所述弹性体5的另一端通过输出联接机构7与力矩输出盘8联接；
所述弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒相关面上，沿圆周方向分别粘贴有一圈磁钢4；与两圈磁钢4对应的支承件上，安装有两个霍尔传感器3，每一个霍尔传感器3分别与一圈磁钢4相接近。
作为一种可选的实施方式，所述磁钢4是一个整体型磁环，所述磁环沿圆周方向充上不同磁极。
作为另一种可选的实施方式，所述磁钢4是由多片相邻异极性的小磁钢沿圆周方向粘贴构成。
作为一种可选的实施方式，所述磁钢4粘贴在所述弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒相联接的表面上。
作为另一种可选的实施方式，所述两圈磁钢4分别粘贴在所述弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒内圆表面上。
相应地，如图1所示，在两圈磁钢4分别粘贴在所述弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒内圆表面的情况下，所述与两圈磁钢4对应的支承件至少包括电机芯轴1和霍尔安装板9，其中，所述电机芯轴1穿过所述弹性体5，所述霍尔安装板9固定在所述电机芯轴1的霍尔元件安装槽10内，所述两个霍尔传感器3固定在所述霍尔安装板9上。
如图1所示，上述的支承件还可以包括轴承14，用于支撑电机芯轴1。如图1所示，电动助力车轮毂电机上还设置有端盖11，端盖11用于和力矩输出盘8相配合，对所述螺纹套6进行限位，螺纹套6可以自由转动。
请一并参阅图2和图3，其中，螺纹套6的右端设置端齿，力矩输出盘8的左端设置端齿(图2、图3未显示出来)，其中置入的弹性体5两端也设置端齿，与其分别组成输入联接机构2、输出联接机构7。
其中，弹性体5为中段加工有螺旋槽的类似于弹簧结构圆套筒，弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒内圆表面上分别粘贴有两圈磁钢4。
其中，在电机芯轴1穿过弹性体5，电机芯轴1开有一霍尔元件安装槽10，霍尔元件安装槽10内固定有霍尔安装板9，霍尔安装板9上固定有一对霍尔元件3。
在电动助力车处于正常工作状态时，螺纹套6上安装有飞轮，骑车者脚蹬踏板产生的驱动力矩通过链条带动飞轮，对螺纹套6施力，螺纹套6通过输入联接结构2将驱动力矩传递给弹性体5的一端；而地面对车轮的阻力经幅条传递给轮毂、端盖11、经力矩输出盘8，并通过输出联接机构7将阻力矩传递给弹性体5的另一端。弹性体5在驱动力矩和阻力矩的作用下其中段发生扭转变形，两圈磁钢4相对位置错位。由于驱动力大于阻力，整个轮毂电机包括弹性体5都在向前转动，两圈磁钢4分别从固定在电机芯轴1上的两个霍尔传感器3的表面近距离越过，两套由磁钢4与霍尔传感器3构成的脉冲发生装置输出的脉冲串将产生相位差，霍尔安装板9对该相位差进行信号处理后可输出给电动助力车驱动控制器需要的力矩电信号。
本发明提供的电动助力车力矩传感器中，在弹性体5与力矩输出盘8之间留有间隙，如果弹性体5的螺旋槽是右旋的，在工作时，弹性体5中段部分会变粗，间隙可提供其变形空间。如果变形超过一定限度，超出上述间隙后，力矩输出盘8的内圆能限制其近一步变形，起到安全保护的效果。
本发明提供的电动助力车力矩传感器中，弹性体5为中段开有螺旋槽的类似于弹簧结构的圆套筒，弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒相关面上沿圆周方向分别粘贴有一圈磁钢4，并且与两圈磁钢4对应的支承件上分别安装有两个霍尔传感器3，每一个霍尔传感器3分别与一圈磁钢4相接近，从而每 一圈磁钢4与一个霍尔传感器3可以构成一套脉冲发生装置。当电动助力车正常工作时，骑车者脚蹬踏板产生的驱动力矩由经螺纹套6和输入联接机构2传递给弹性体5的一端；而地面对车轮的阻力矩由经力矩输出盘8、输出联接机构7传递给弹性体5的另一端。弹性体5在驱动力矩和阻力矩的作用下其中段发生扭转变形，导致两圈磁钢4相对位置错位，两套由磁钢4与霍尔传感器3构成的脉冲发生装置输出的脉冲串将产生相位差，对该相位差进行修正后即可输出电动助力车转动的力矩信号。本发明提供的电动助力车力矩传感器中可以检测电动助力车人力骑行的力矩电信号，结构简单、可靠实用。
实施例二：
请参阅图4，图4为本发明提供的应用在标准中轴上的一种电动助力车力矩传感器的剖面图。
与图1相比，在图4所示的电动助力车力矩传感器中，电机芯轴1改成了中轴12，弹性体5的输入联接机构2和输出联接机构7左右对调了一下，力矩输出盘8的形状相应发生变化，其上可以铆接牙盘。
在图4所示的电动助力车力矩传感器中，两圈磁钢4分别粘贴在弹性体5的螺旋槽两端的圆套筒外圆表面上。相应地，霍尔传感器3的固定位置也相应移到外圈，由霍尔安装板9固定在外套13的霍尔元件安装槽10里。
在图4所示的电动助力车力矩传感器中，外套13和霍尔安装板9可以看作是与两圈磁钢4对应的支承件。
另外，考虑到中轴12的驱动力要比电机的驱动力大几倍，这里的弹性体5设计要比实施例一中弹性体5的设计粗大厚实。如图4所示，两个轴承14用于支撑中轴12，将中轴12固定在左碗16和右碗17上，最后由五通15、外套13把所有零件依次组合在一起，形成个完整的产品。
其中，中轴12两端的方头、螺纹用于安装和紧固脚蹬，在骑车者脚蹬力作用下，中轴12向前转动，通过中轴12上的齿与弹性体5上端齿构成的输入联接机构2传动，带动弹性体5转动。力矩输出盘8上的牙盘被负载拖动 向后拉，其产生的负载扭力经输出联接机构7传给弹性体5，使弹簧状弹性体5中段发生扭转变形，两套由磁钢4与霍尔传感器3构成的脉冲发生装置输出的脉冲串将产生相位差，对该相位差进行修正后即可输出电动助力车转动的力矩信号。
图4中的牙盘虽只画出一种单牙盘结构，对力矩输出盘8稍作改变，同样适用于多牙盘链条型外变速车结构。
其中，中轴12与弹性体5中段的变形区之间也有一定间隙，如果弹性体5的螺旋槽采用右旋，工作时弹性体5体直径变小，该间隙给弹性体5提供变形空间。当力矩太大，超过限度时，该间隙会限制弹性体5过分变形，起到限位保护作用。如果弹性体5的螺旋槽采用左旋，工作时弹性体5直径增大，弹性体5与外套13的间隙能起上述同样作用。
本发明提供的应用在标准中轴上的电动助力车力矩传感器结构简单、可靠实用、兼容性好、性价比高。
实施例三：
请参阅图5，与图4相比，图5结构最大的区别为：中轴12为一种半轴结构，从中间分为左右两段半轴，分别是左半段的中轴12-1和右半段的中轴12-2，弹性体5通过同为螺纹联接的输入联接机构2和输出联接机构7，分别把左半段中轴12-1和右半段中轴12-2两半段中轴串联在一起。也就是说，力矩传感器是串联在两半段中轴间(一般自行车结构右曲柄上直接安装牙盘)，右半段中轴跟牙盘相联作为输出机构(省去了图4中的输出联接盘8)，左半段中轴12-1作为力矩输入机构。该力矩传感器只检测左脚的骑行力，右脚的骑行力是根据左脚的力对称性地由电路芯片模拟给出的。
图5中的弹性体5、两圈磁钢4、两个霍尔传感器3、霍尔安装板9、外套13、霍尔元件安装槽10、左碗16等结构与图4基本相同。图5的右碗17较长，比图4多装了一颗中间轴承14，作为两半段中轴12-1、12-2的中心支承；弹性体5的右边圆筒部分相对长些，其内圆表面作为左半段中轴12-1右端的辅助支承；弹性体5中段与左半段中轴12-1间有较大间隙，如果弹性体 5的螺旋槽采用右旋，工作时弹性体5的直径变小，该间隙给弹性体5提供变形空间。当力矩太大，超过限度时，该间隙会限制弹性体5过分变形，起到限位保护作用。如果弹性体5的螺旋槽采用左旋，工作时弹性体5直径增大，弹性体5与外套13的间隙能起上述同样作用。
本本发明提供的应用在标准中轴上的电动助力车半轴力矩传感器结构更简单、兼容性更好、性价比更高。
以上对本发明提供的电动助力车力矩传感器进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种电动助力车力矩传感器，其特征在于：主体为一弹性体(5)，所述弹性体(5)为中段开有螺旋槽的类似于弹簧结构的圆套筒；所述弹性体(5)的螺旋槽两端的圆套筒相关面上，沿圆周方向分别粘贴有一圈磁钢(4)；与两圈磁钢(4)对应的支承件上，安装有两个霍尔传感器(3)，每一个霍尔传感器(3)分别与一圈磁钢(4)相接近；所述弹性体(5)的两端分别有输入联接机构(2)与输出联接机构(7)，串联在需要检测力矩的两个零部件间。
2.根据权利要求1所述的电动助力车力矩传感器，其特征在于，所述磁钢(4)是一个整体型磁环，所述磁环沿圆周方向充上不同磁极。
3.根据权利要求1所述的电动助力车力矩传感器，其特征在于，所述磁钢(4)是由多片相邻异极性的小磁钢沿圆周方向粘贴构成。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的电动助力车力矩传感器，其特征在于，所述两圈磁钢(4)分别粘贴在所述弹性体(5)的螺旋槽两端的圆套筒内圆表面上。
5.根据权利要求4所述的电动助力车力矩传感器，其特征在于，所述与两圈磁钢(4)对应的支承件至少包括电机芯轴(1)和霍尔安装板(9)，其中，所述电机芯轴(1)穿过所述弹性体(5)，所述霍尔安装板(9)固定在所述电机芯轴(1)的霍尔元件安装槽(10)内，所述两个霍尔传感器(3)固定在所述霍尔安装板(9)上。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的电动助力车力矩传感器，其特征在于，所述两圈磁钢(4)分别粘贴在所述弹性体(5)的螺旋槽两端的圆套筒外圆表面上。
7.根据权利要求6所述的电动助力车力矩传感器，其特征在于，所述与两圈磁钢(4)对应的支承件至少包括外套(13)和霍尔安装板(9)，所述弹性体(5)位于所述外套(13)内；所述霍尔安装板(9)固定在所述外套(13)的霍尔元件安装槽(10)内，所述两个霍尔传感器固定在所述霍尔安装板(9)上。
8.根据权利要求1所述的电动助力车力矩传感器，其特征在于，所述磁钢(4)粘贴在所述弹性体(5)的螺旋槽两端的圆套筒相联接的表面上。
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