CN102514678A - 一种电动自行车的信号采集装置 - Google Patents

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Abstract

一种电动自行车的信号采集装置，包括中轴、五通、单向超越离合器，其特征在于，还包括能够通过确定人力踩踏力大小进而采集踩踏力所输出的信号来精确控制电机按比例产生驱动力的传感器。本发明的电动自行车的信号采集装置能够通过传感器确定人力踩踏力大小进而采集踩踏力所输出的信号来精确控制电机按比例产生驱动力，并且本装置的价格低廉，工艺简单。

Description

一种电动自行车的信号采集装置
技术领域
本发明涉及一种信号采集装置，尤其涉及一种电动自行车的信号采集装置。
背景技术
随着国内电动自行车市场的发展，比例助力系统越来越受到消费者和厂家的青睐。现在流行的助力传感系统的工作原理是用一个力矩传感器将人力蹬踏的脚踏力转化为电压信号传送给传感器，控制器分析比较后指示电机输出相匹配的功率，这种助力系统的关键部位是力矩传感器。常见的比例助力系统主要有以下几种形式：
1.我国出口欧美市场的电动自行车助力传感器基本上都是开关型的，把原转把取消，在中轴部分装一霍尔元件和磁钢圆盘，达到一定速度电机就开始启动，启动后全电动控制，此类助力传感器虽然价格较低，工艺简单，但其助力比例不精确，骑行感觉也较差。
2.日本力矩传感器的原理为人力脚踏后压迫中置式电机里的弹簧，产生形变，再将形变的幅度转换成力矩大小，且在电机的外沿刻有凹槽，转很小的角度就有反应，很灵敏，但这套装置对零件的材质、工艺要求较高，成本较高。
3.清华大学早期出口日本的力矩传感器，其在中轴五通内装有套筒和偏心装置，人力脚踏即产生偏心力矩。此套装置成本较低，加工简单，但精度控制难，软件中要对其进行修正。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够精确控制电机按比例产生驱动力，且价格低廉，工艺简单的电动自行车的信号采集装置，具体技术方案如下：
一种电动自行车的信号采集装置，包括中轴、五通、单向超越离合器，其特征在于，还包括能够通过确定人力踩踏力大小进而采集踩踏力所输出的信号来精确控制电机按比例产生驱动力的传感器。
所述传感器可以为线圈感应中轴力矩传感器。
优选地，所述线圈感应中轴力矩传感器包括线圈、感应圈、动支撑圈、定支撑圈、主动斜块以及从动斜块；
所述线圈固定于所述五通上；所述动支撑圈通过滚珠花键机构活动连接于所述中轴上，所述动支撑圈的一端固定安装有所述感应圈，另一端固定安装有所述主动斜块；所述定支撑圈一端固定连接于所述五通上，另一端固定连接于所述单向超越离合器的内侧面上；所述从动斜块固定安装于所述定支撑圈上，所述主动斜块抵靠在所述从动斜块上，其接触面设有螺旋结构；
所述中轴旋转带动所述主动斜块旋转并产出轴向位移，进而带动所述从动斜块在所述螺旋结构和所述滚珠花键机构的作用下产生轴向位移，进而带动所述感应圈靠近所述线圈。
优选地，所述定支撑圈上设置有第一挡板，所述动支撑圈与所述感应圈通过第二挡板固定连接，所述第一挡板和所述第二挡板之间设置有弹性部件。
优选地，所述弹性部件为弹簧。
优选地，所述动支撑圈的内侧面上设置有一个或多个第一键槽，所述中轴的外侧面上与所述第一键槽相对设置有第二键槽，所述第一键槽的轴向长度小于所述第二键槽的轴向长度，并且所述第一键槽与所述第二键槽相接触的部分构成柱形键槽，所述柱形键槽中活动放置有一个或多个钢珠，所述第一键槽、第二键槽及钢珠共同构成所述滚珠花键机构。
优选地，所述第一键槽和第二键槽的轴向截面均为半圆形，所述柱形键槽为圆柱形键槽。
优选地，所述第二键槽轴向截面为半圆形，所述第一键槽轴向截面为所对应的圆心角小于180°的弓形，且所述第一键槽的轴向两端分别设置有第三挡板。
优选地，所述五通内侧面上还间隔地固定安装有左盖和右盖，所述线圈位于所述左盖和右盖之间，所述中轴通过第一轴承安装在左盖上，所述右盖通过第二轴承与所述定支撑圈外侧面相连；所述单向超越离合器的外侧面与电动自行车的牙盘相连。
优选地，所述感应圈为永磁铁。
一种电动自行车的线圈感应中轴力矩传感器，包括中轴、五通、单向超越离合器，其特征在于，还包括线圈、感应圈、动支撑圈、定支撑圈、主动斜块以及从动斜块；
所述线圈固定于所述五通上；所述动支撑圈通过滚珠花键机构活动连接于所述中轴上，所述动支撑圈的一端固定安装有所述感应圈，另一端固定安装有所述主动斜块；所述定支撑圈一端固定连接于所述五通上，另一端固定连接于所述单向超越离合器的内侧面上；所述从动斜块固定安装于所述定支撑圈上，所述主动斜块抵靠在所述从动斜块上，其接触面设有螺旋结构；
所述中轴旋转带动所述主动斜块旋转并产出轴向位移，进而带动所述从动斜块在所述螺旋结构和所述滚珠花键机构的作用下产生轴向位移，进而带动所述感应圈靠近所述线圈。
优选地，所述定支撑圈上设置有第一挡板，所述动支撑圈与所述感应圈通过第二挡板固定连接，所述第一挡板和所述第二挡板之间设置有弹性部件。优选地，所述弹性部件为弹簧。
优选地，所述动支撑圈的内侧面上设置有一个或多个第一键槽，所述中轴的外侧面上与所述第一键槽相对设置有第二键槽，所述第一键槽的轴向长度小于所述第二键槽的轴向长度，并且所述第一键槽与所述第二键槽相接触的部分构成柱形键槽，所述柱形键槽中活动放置有一个或多个钢珠，所述第一键槽、第二键槽及钢珠共同构成所述滚珠花键机构。
优选地，所述第一键槽和第二键槽的轴向截面均为半圆形，所述柱形键槽为圆柱形键槽。
优选地，所述第二键槽轴向截面为半圆形，所述第一键槽轴向截面为所对应的圆心角小于180°的弓形，且所述第一键槽的轴向两端分别设置有第三挡板。
优选地，所述五通内侧面上还间隔地固定安装有左盖和右盖，所述线圈位于所述左盖和右盖之间，所述中轴通过第一轴承安装在左盖上，所述右盖通过第二轴承与所述定支撑圈外侧面相连；所述单向超越离合器的外侧面与电动自行车的牙盘相连。
优选地，所述感应圈为永磁铁。
本发明的电动自行车的信号采集装置能够通过传感器确定人力踩踏力大小进而采集踩踏力所输出的信号来精确控制电机按比例产生驱动力，且本装置价格低廉，工艺简单。
附图说明
图1是本发明的电动自行车的中轴力矩传感器的结构示意图。
图2是本发明的电动自行车的中轴力矩传感器的信号状态图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种电动自行车的信号采集装置，包括中轴1、五通7、单向超越离合器11，以及能够通过确定人力踩踏力大小进而采集踩踏力所输出的信号来精确控制电机按比例产生驱动力的传感器。
本实施例采用线圈感应中轴力矩传感器，当然，也可以采用本领域技术人员常用的线性霍尔位置传感器、压力传感器、位置传感器、光电传感器等传感器。
如图1和2所示为包括线圈感应中轴力矩传感器的电动自行车的信号采集装置，其包括中轴1、五通7、单向超越离合器11及线圈感应中轴力矩传感器，其中，
线圈感应中轴力矩传感器包括线圈6、感应圈5、动支撑圈17、定支撑圈15、主动斜块14以及从动斜块13；
线圈6固定于五通7上；动支撑圈17通过滚珠花键机构活动连接于中轴1上，动支撑圈17其一端固定安装有感应圈5，另一端固定安装有主动斜块14；定支撑圈15一端固定连接于五通7上，另一端固定连接于单向超越离合器11的内侧面上；从动斜块13固定安装于定支撑圈15上，主动斜块14抵靠在从动斜块13上，其接触面设有螺旋结构；
中轴1旋转带动主动斜块14旋转并产出轴向位移，进而带动从动斜块13在螺旋结构和滚珠花键机构的作用下产生轴向位移，进而带动感应圈5靠近线圈6。
本发明的电动自行车的信号采集装置在使用时，如图1所示，从中轴1的右向左看，设顺时针方向为正向，也就是人力驱动方向为正方向。当人力顺时针踩下脚踏板，与之固定连接的中轴1发生旋转，主动斜块14也跟着旋转，导致主动斜块14和从动斜块13的接触面发生相对滑动，在螺旋结构的作用下，加上滚珠花键机构的作用，主动斜块14相对于从动斜块13既发生旋转运动，又发生轴向位移，导致动支撑圈17产生径向和轴向移动，按照主动斜块14和从动斜块13之间接触面设计的螺旋方向，此时动支撑圈17相对中轴1向右作轴向移动，感应圈向线圈方向移动。
由上可知，只要某一时刻顺时针踩下自行车踏板，驱动力传递到中轴1，中轴1的扭力通过滚珠花键机构的作用，传递到主动斜块14，在克服弹性结构4的张力后，主动斜块14和从动斜块13的螺旋接触面发生相对滑动，一方面把扭力传到从动斜块13上，通过超越离合器11输出人力，另一方面动支撑圈17相对中轴1向右移动，带动了感应圈5向右进入线圈6，所以感应圈5向右移动是跟人力顺时针踩踏力成正比的。
为了更清楚的阐述本发明，假设此刻人力驱动保持不变，那么主动斜块14和从动斜块13的螺旋接触面经相对滑动后静止，直接传送扭力给定支撑圈15，再通过单向超越离合器11输出人力。此时动支撑圈17相对中轴1滑动后也静止。也就是说，在人力驱动时，动支撑圈17、感应圈5、主动斜块14、从动斜块13、定支撑圈15等部件相对五通7以及固定安装在五通上的线圈6是高速旋转的，感应圈5虽然相对于线圈6高速旋转，但是此时感应圈5进入线圈6的位置深度是和人的踩踏力成正比的，如图2(a)所示，感应圈5进入线圈6的位置非常浅，此时，人的踩踏力较小，磁场变化的信号很弱，需要的助力较大；如图2(b)所示，感应圈5部分进入线圈6，此时，人的踩踏力适中，磁场变化的信号适中，需要的助力适中；如图2(c)所示，感应圈5全部进入线圈6，此时，人的踩踏力小，磁场变化的信号强，需要的助力大。因此，测出由感应圈5进入线圈6的位置深度变化而导致的磁场变化的信号就能够较精确底控制电机按比例产生驱动力，共同驱使电动自行车前行，从而实现了助力的目的。
为了使得当人力驱动停止时，感应圈5更方便的恢复到原位，如图1所示，本发明的电动自行车的线圈感应中轴力矩传感器在定支撑圈15上设置有第一挡板18，动支撑圈17与感应圈5通过第二挡板21固定连接，第一挡板18和第二挡板21之间设置有弹性部件4，优选弹簧。
本发明的电动自行车的信号采集装置在使用时，在没有人力作用的情况下，弹性部件4处于自然状态。当人力顺时针踩下脚踏板，按照主动斜块14和从动斜块13之间接触面设计的螺旋方向，此时动支撑圈17克服弹性结构4的张力，相对中轴1向右作轴向移动，感应圈向线圈方向移动。当人力停止作用时，在弹性部件4恢复到自然状态，进而推动动支撑圈能够更好地恢复到原位。
作为一种优选方案，如图1所示，动支撑圈17的内侧面上设置有一个或多个第一键槽19，中轴1的外侧面上与第一键槽19相对设置有第二键槽20，第一键槽19的轴向长度小于第二键槽20的轴向长度，并且第一键槽19与第二键槽20相接触的部分构成柱形键槽，柱形键槽中活动放置有一个或多个钢珠16，钢珠优选呈一排排列，第一键槽19、第二键槽20及钢珠16共同构成滚珠花键机构。
作为一种优选方案，如图1所示，第一键槽19和第二键槽20的轴向截面均为半圆形，柱形键槽为圆柱形键槽。
作为一种优选方案，如图1所示，第二键槽20轴向截面为半圆形，第一键槽19轴向截面为所对应的圆心角小于180°的弓形，且第一键槽19的轴向两端分别设置有第三挡板22。
作为一种优选方案，如图1所示，五通7内侧面上还间隔地固定安装有左盖3和右盖8，线圈6位于左盖3和右盖8之间，中轴1通过第一轴承2安装在左盖3上，右盖8通过第二轴承9与定支撑圈15外侧面相连，定支撑圈15位于远离左盖3和右盖8的一端的外侧面安装在单向超越离合器11的内侧面上，单向超越离合器11的外侧面与电动自行车的牙盘10相连。
作为一种优选方案，感应圈5为永磁铁。
如上，本发明的包括线圈感应中轴力矩传感器的电动自行车的信号采集装置，通过中轴1旋转带动主动斜块14旋转并产出轴向位移，进而带动从动斜块13在螺旋结构和滚珠花键机构的作用下产生轴向位移，(请注意，从动斜块不发生轴向位移的，主动斜块相对于从动斜块产生轴向位移，因接触面螺旋结构的原因，旋转运动产生了轴向位移。该轴向位移和踩踏力成正比的，测量该轴向位移本方案是产用感应圈5和线圈6的方式，还可以使用其他位移信号测量办法，只要能检测动支撑圈的轴向位移都行的，比如通过线性霍尔位置传感器或其他形式的压力传感器、位置传感器、光电传感器等，但是必须靠动支撑圈、定支撑圈、主动斜块以及从动斜块、弹簧等部件才能产生轴向位移。希望权力要求做出相应改动，谢谢！)进而带动感应圈5靠近线圈6，进而，能够通过测量感应圈5进入线圈6的位置的变化所导致的磁场变化的信号来精确控制电机按比例产生的驱动力，并且本装置的价格低廉，工艺简单。
综上所述，本发明的电动自行车的信号采集装置能够通过传感器确定人力踩踏力大小进而采集踩踏力所输出的信号来精确控制电机按比例产生驱动力，并且本装置的价格低廉，工艺简单。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种电动自行车的信号采集装置，包括中轴、五通、单向超越离合器，其特征在于，还包括能够通过确定人力踩踏力大小进而采集踩踏力所输出的信号来精确控制电机按比例产生驱动力的传感器。
2.根据权利要求1所述的电动自行车的信号采集装置，其特征在于，所述传感器为线圈感应中轴力矩传感器。
3.根据权利要求2所述的电动自行车的信号采集装置，其特征在于，所述线圈感应中轴力矩传感器包括线圈、感应圈、动支撑圈、定支撑圈、主动斜块以及从动斜块，其中，
所述线圈固定于所述五通上；所述动支撑圈通过滚珠花键机构活动连接于所述中轴上，所述动支撑圈的一端固定安装有所述感应圈，另一端固定安装有所述主动斜块；所述定支撑圈一端固定连接于所述五通上，另一端固定连接于所述单向超越离合器的内侧面上；所述从动斜块固定安装于所述定支撑圈上，所述主动斜块抵靠在所述从动斜块上，其接触面设有螺旋结构；
所述中轴旋转带动所述主动斜块旋转并产出轴向位移，进而带动所述从动斜块在所述螺旋结构和所述滚珠花键机构的作用下产生轴向位移，进而带动所述感应圈靠近所述线圈。
4.根据权利要求3所述的电动自行车的信号采集装置，其特征在于，所述定支撑圈上设置有第一挡板，所述动支撑圈与所述感应圈通过第二挡板固定连接，所述第一挡板和所述第二挡板之间设置有弹性部件。
5.根据权利要求4所述的电动自行车的信号采集装置，其特征在于，所述弹性部件为弹簧。
6.根据权利要求3或4或5所述的电动自行车的信号采集装置，其特征在于，所述动支撑圈的内侧面上设置有一个或多个第一键槽，所述中轴的外侧面上与所述第一键槽相对设置有第二键槽，所述第一键槽的轴向长度小于所述第二键槽的轴向长度，并且所述第一键槽与所述第二键槽相接触的部分构成柱形键槽，所述柱形键槽中活动放置有一个或多个钢珠，所述第一键槽、第二键槽及钢珠共同构成所述滚珠花键机构。
7.根据权利要求6所述的电动自行车的信号采集装置，其特征在于，所述第一键槽和第二键槽的轴向截面均为半圆形，所述柱形键槽为圆柱形键槽。
8.根据权利要求6所述的电动自行车的信号采集装置，其特征在于，所述第二键槽轴向截面为半圆形，所述第一键槽轴向截面为所对应的圆心角小于180°的弓形，且所述第一键槽的轴向两端分别设置有第三挡板。
9.根据权利要求6所述的电动自行车的信号采集装置，其特征在于，所述五通内侧面上还间隔地固定安装有左盖和右盖，所述线圈位于所述左盖和右盖之间，所述中轴通过第一轴承安装在左盖上，所述右盖通过第二轴承与所述定支撑圈外侧面相连；所述单向超越离合器的外侧面与电动自行车的牙盘相连。
10.根据权利要求3所述的电动自行车的信号采集装置，其特征在于，所述感应圈为永磁铁。
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