CN102514679B - 一种线圈感应力矩传感器中置电机传动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，其特征在于，包括电机、电机外壳、减速箱、链轮、第一单向棘轮离合器、第二单向棘轮离合器、空心轴、中轴和中轴力矩传感器，其中，所述中轴力矩传感器与所述电机外壳相对固定；所述第二单向棘轮离合器的内圈和所述中轴固定连接；所述空心轴套装在所述中轴上，通过轴承与所述电机外壳连接。本发明所述的种线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，通过控制器根据人力踩踏脚踏板的速度的大小设定比例输出信号，实现按比例输出电机驱动力。从而，人力踩踏的速度越高，电机按比例输出的驱动力越大，实现助力的目的。

Description

一种线圈感应力矩传感器中置电机传动系统
技术领域
本发明属于电动自行车领域，具体涉及一种线圈感应力矩传感器中置电机传动系统。
背景技术
电动自行车(motorized bicycle/electric bicycle)，俗称为电动车、电瓶车，是一种以蓄电池为主要能源的一种交通工具，其外观与自行车和摩托车相似，外观与自行车相似的一般都带有脚踏板、链条，可以用人力作为辅助动力。
电动自行车电机主要采用有刷直流电机驱动系统和无刷直流电机驱动系统，亦有少部分采用交流异步电机驱动系统，开关磁阻电机驱动系统等。但是这类系统难以根据人力踩踏脚踏板的速度的大小设定比例输出信号，实现按比例输出电机驱动力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，通过控制器根据人力踩踏脚踏板的速度的大小设定比例输出信号，实现按比例输出电机驱动力。
本发明所述的一种线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，包括电机、电机外壳、减速箱、链轮、第一单向棘轮离合器、第二单向棘轮离合器、空心轴、中轴和中轴力矩传感器，其中，所述中轴力矩传感器与所述电机外壳相对固定；所述第二单向棘轮离合器的内圈和所述中轴固定连接；所述空心轴套装在所述中轴上，通过轴承与所述电机外壳连接。
进一步地，所述中轴力矩传感器包括左盖、右盖、五通、压缩弹簧、链盘、从动斜块、主动斜块、定支撑圈、动支撑圈、键槽、钢珠以及用于检测动支撑圈的轴向位移的位移检测装置，其中，所述中轴通过轴承安装在所述左盖上；所述左盖和所述右盖固定安装在所述五通上；所述动支撑圈套接在所述中轴上；所述动支撑圈的内侧面和所述中轴的外侧面上可以分别均匀设置多个所述键槽，在所述键槽中活动放置一排钢珠；所述从动斜块固定安装在所述定支撑圈上；所述定支撑圈的一端通过轴承连接到所述右盖，另一端的外侧面安装在所述第二单向棘轮离合器的内侧面上，该内侧面通过轴承固定在所述中轴上；所述主动斜块抵靠在所述从动斜块上；所述第二单向棘轮离合器的外侧面连接到所述链盘上；在所述动支撑圈和所述定支撑圈的端面间放置有所述压缩弹簧；所述位移检测装置安装在动支撑圈附近。
进一步地，所述位移检测装置包括线圈和感应圈，其中，所述线圈固定安装在所述五通上；所述动支撑圈的一端固定安装所述主动斜块，另一端固定安装所述感应圈。
进一步地，所述主动斜块和所述从动斜块接触面设置为螺旋结构。
进一步地，所述键槽的截面为半圆形。
进一步地，所述中轴的外侧面上的键槽长度大于所述动支撑圈的内侧面上的键槽长度。
进一步地，在所述动支撑圈的内侧面的键槽两端设置挡板。
进一步地，所述减速箱由中心外齿轮、中心内齿轮、双联齿轮、行星架组成，其中，所述中心外齿轮为所述减速箱的输入构件，固定在所述空心轴上；所述中心内齿轮为所述减速箱的输出构件，通过轴承与所述电机外壳连接，并与所述第二单向棘轮离合器的外圈及所述链轮固定连接；所述双联齿轮相对其回转中心线转动连接，啮合在所述中心外齿轮和所述中心内齿轮之间；所述行星架和所述电机外壳固定连接。
进一步地，所述双联齿轮个数为1-3个。
进一步地，所述电机包括电机线圈和电机转子，其中，所述空心轴与所述电机转子通过所述第一单向棘轮离合器连接。
本发明所述的线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，通过控制器根据人力踩踏脚踏板的速度的大小设定比例输出信号，实现按比例输出电机驱动力。从而，人力踩踏的速度越高，电机按比例输出的驱动力越大，实现助力的目的。
附图说明
图1为本发明提出的线圈感应力矩传感器中置电机传动系统示意图；
图2为本发明提出的力矩传感器结构示意图；
图3a、图3b和图3c为本发明提出的线圈感应力矩传感器中置电机传动系统工作状态下，转盘上的磁钢与霍尔传感器之间不同的位置关系的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明所述的一种线圈感应力矩传感器中置电机传动系统作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明所述的一种线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，包括电机、电机外壳5、减速箱、链轮8、第一单向棘轮离合器1、第二单向棘轮离合器10、空心轴9、中轴11和中轴力矩传感器，其中，所述中轴力矩传感器与所述电机外壳5相对固定；所述第二单向棘轮离合器10的内圈和所述中轴11固定连接；所述空心轴9套装在所述中轴11上，通过轴承与所述电机外壳5连接。
如图2所示，所述中轴力矩传感器包括左盖21、右盖23、五通22、压缩弹簧16、链盘24、从动斜块14、主动斜块13、定支撑圈15、动支撑圈17、键槽和钢珠12，其中，所述中轴11通过轴承安装在所述左盖21上；所述左盖21和所述右盖23固定安装在所述五通22上；所述动支撑圈17套接在所述中轴11上；所述动支撑圈17的内侧面和所述中轴11的的外侧面上可以分别均匀设置多个所述键槽，在所述键槽中活动放置一排钢珠12；所述从动斜块14固定安装在所述定支撑圈15上；所述定支撑圈15的一端通过轴承连接到所述右盖23，另一端的外侧面安装在所述第二单向棘轮离合器10的内侧面上，该内侧面通过轴承固定在所述中轴11上；所述主动斜块13抵靠在所述从动斜块14上；所述第二单向棘轮离合器10的外侧面连接到所述链盘24上；在所述动支撑圈17和所述定支撑圈15的端面间放置有所述压缩弹簧16。
在本实施例中，用于检测动支撑圈的轴向位移的位移检测装置为感应圈19和线圈18，其中，所述线圈18固定安装在所述五通22上；所述动支撑圈17的一端固定安装所述主动斜块13，另一端固定安装所述感应圈19。
如图2所示，所述中轴力矩传感器优选的工作方式为：从所述中轴11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向。在没有人力作用的情况下，所述压缩弹簧16处于自然状态。当人力顺时针踩下脚踏板，与之固定连接的所述中轴11发生旋转，所述主动斜块13也跟着旋转，导致所述主动斜块13和所述从动斜块14的接触面发生相对滑动，
优选地，所述主动斜块13和所述从动斜块14接触面设置为螺旋结构。在螺旋结构的作用下，加上所述钢珠的作用，所述主动斜块13相对于从所述动斜块14既发生旋转运动，又发生轴向位移，导致所述动支撑圈17产生径向和轴向移动，按照所述主动斜块13和所述从动斜块14之间接触面设计的螺旋方向，此时所述动支撑圈17克服所述压缩弹簧16的张力，相对所述中轴11向右作轴向移动，所述感应圈19向所述线圈18方向移动。图3示出了不同信号强度下，所述感应圈19和所述线圈18的位置关系。图3a、3b、3c分别表示信号弱、信号中、信号强的三种情况。
作为一种优选方案，所述键槽的截面设置为半圆形。
优选地，所述中轴11的外侧面上的键槽长度大于所述动支撑圈17的内侧面上的键槽长度，以使得动支撑圈17相对中轴11做轴向移动。
为了把所述的一排钢珠封闭在键槽中，在所述动支撑圈17的内侧面的键槽两端设置挡板，两端挡板之间的距离正好可以容纳所述的一排钢珠12，构成了一套滚珠花键机构。
如图1所示，作为一种优选方案，所述减速箱由中心外齿轮2、中心内齿轮7、双联齿轮6、行星架20组成，其中，所述中心外齿轮2为所述减速箱的输入构件，固定在所述空心轴9上；所述中心内齿轮7为所述减速箱的输出构件，通过轴承与所述电机外壳5连接，并与所述第二单向棘轮离合器10的外圈及所述链轮8固定连接；所述双联齿轮6相对其回转中心线转动连接，啮合在所述中心外齿轮2和所述中心内齿轮7之间；所述行星架20和所述电机外壳5固定连接。
作为一种优选方案，所述双联齿轮个数为1-3个。当然，本领域技术人员也可根据设计需要，灵活设置齿轮类型及数量。
优选地，所述电机包括电机线圈3和电机转子4，其中，所述空心轴9与所述电机转子4通过所述第一单向棘轮离合器1连接。
本发明工作方式优选为：只要某一时刻顺时针踩下自行车踏板，驱动力传递到所述中轴11，所述中轴11的扭力通过滚珠花键机构的作用，传递到所述主动斜块13，在克服所述压缩弹簧16的张力后，所述主动斜块13和所述从动斜块14的螺旋接触面发生相对滑动，一方面把扭力传到所述从动斜块14上，通过所述第二棘轮离合器10输出人力，另一方面所述动支撑圈17相对所述中轴11向右移动，带动了所述感应圈19向右进入所述线圈18，所以所述感应圈19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，那么所述主动斜块13和所述从动斜块14的螺旋接触面经相对滑动后静止，直接传送扭力给所述定支撑圈15，再通过所述第二单向棘轮离合器10输出人力。此时所述动支撑圈17相对所述中轴11滑动后也静止，所述压缩弹簧16经压缩后也静止。也就是说，在人力驱动时，所述动支撑圈17、感应圈19、主动斜块13、从动斜块14、定支撑圈15等部件相对五通22以及固定安装在五通上的所述线圈18是高速旋转的，所述感应圈19虽然相对于所述线圈18高速旋转，但是此时所述感应圈19进入所述线圈18的位置深度是和人的踩塌力成正比的，测出这个位置变化导致磁场变化的信号就能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。
本领域技术人员应该意识到，测量该位置变化导致磁场变化的信号可以使用其他位移检测装置，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、光电传感器或其他能适时采集检测出所述动支撑圈的轴向位移量并输出相应的信号的装置等。
综上所述，本发明所述的线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，能够随着脚踏的速度按比例输出电机驱动力，实现助力的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换的，均应涵盖在本发明的权利要求的保护范围当中。

Claims (8)

1.一种线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，其特征在于，包括电机、电机外壳、减速箱、链轮、第一单向棘轮离合器、第二单向棘轮离合器、空心轴、中轴和中轴力矩传感器，其中，
所述中轴力矩传感器与所述电机外壳相对固定；
所述第二单向棘轮离合器的内圈和所述中轴固定连接；
所述空心轴套装在所述中轴上，通过轴承与所述电机外壳连接，
所述中轴力矩传感器包括左盖、右盖、五通、压缩弹簧、链盘、从动斜块、主动斜块、定支撑圈、动支撑圈、键槽、钢珠以及用于检测动支撑圈的轴向位移的位移检测装置，其中
所述中轴通过轴承安装在所述左盖上；
所述左盖和所述右盖固定安装在所述五通上；
所述动支撑圈套接在所述中轴上；
所述动支撑圈的内侧面和所述中轴的外侧面上分别均匀设置多个所述键槽，在所述键槽中活动放置一排钢珠；
所述从动斜块固定安装在所述定支撑圈上；
所述定支撑圈的一端通过轴承连接到所述右盖，另一端的外侧面安装在所述第二单向棘轮离合器的内侧面上，该内侧面通过轴承固定在所述中轴上；
所述主动斜块抵靠在所述从动斜块上；
所述第二单向棘轮离合器的外侧面连接到所述链盘上；
在所述动支撑圈和所述定支撑圈的端面间放置有所述压缩弹簧；
所述位移检测装置安装在动支撑圈附近，
所述位移检测装置包括线圈和感应圈，其中，
所述线圈固定安装在所述五通上；
所述动支撑圈的一端固定安装所述主动斜块，另一端固定安装所述感应圈。
2.根据权利要求1所述的线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，其特征在于，所述主动斜块和所述从动斜块接触面设置为螺旋结构。
3.根据权利要求1所述的线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，其特征在于，所述键槽的截面为半圆形。
4.根据权利要求1所述的线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，其特征在于，所述中轴的外侧面上的键槽长度大于所述动支撑圈的内侧面上的键槽长度。
5.根据权利要求1所述的线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，其特征在于，在所述动支撑圈的内侧面的键槽两端设置挡板。
6.根据权利要求1所述的线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，其特征在于，所述减速箱由中心外齿轮、中心内齿轮、双联齿轮、行星架组成，其中，
所述中心外齿轮为所述减速箱的输入构件，固定在所述空心轴上；
所述中心内齿轮为所述减速箱的输出构件，通过轴承与所述电机外壳连接，并与所述第二单向棘轮离合器的外圈及所述链轮固定连接；
所述双联齿轮相对其回转中心线转动连接，啮合在所述中心外齿轮和所述中心内齿轮之间；
所述行星架和所述电机外壳固定连接。
7.根据权利要求6所述的线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，其特征在于，所述双联齿轮个数为1-3个。
8.根据权利要求1所述的线圈感应力矩传感器中置电机传动系统，其特征在于，所述电机包括电机线圈和电机转子，其中，
所述空心轴与所述电机转子通过所述第一单向棘轮离合器连接。
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