CN103419892B - 电动自行车扭力传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动自行车扭力传感装置，包括中轴、套设于中轴上的链盘及与链盘固定的中轴齿轮；其特征在于所述中轴上固定有拨盘，所述拨盘与中轴齿轮之间设有驱动拨盘双向旋转复位的径向弹性复位件，所述中轴上套设有磁感应环，所述磁感应环上设有从动端面凸轮，前述拨盘上固定有推子，所述推子上设有与磁感应环上的从动端面凸轮配合以驱动磁感应环沿中轴移动的主动端面凸轮，同时中轴上设有驱动磁感应环移动复位的轴向弹性复位件，还包括设于磁感应环外围用于感应磁通变化的线圈。该传感装置能够检测静态和动态扭矩并且工作性能更加稳定可靠，同时还可以确保电动自行车在骑行中零启动并保持行驶性能的稳定。

Description

电动自行车扭力传感装置

技术领域

本发明涉及一种电动自行车扭力传感装置。

背景技术

电动自行车由于其轻快省力及无污染等特点，正日益在我国推广运用。传统的电动自行车都用手把来调速，即用手把来控制电机的输出功率，而目前越来越多的电动自行车则主要采用扭力传感器将人骑行时脚的蹬力转换成相应的电压信号输出，经电机控制电路板放大处理后控制电机的运转功率，这样可以大大节省能源。

目前用于电动自行车中的扭力传感器多为霍尔转速传感器，这种传感器使用磁钢粘贴在电动自行车的中轴或链盘等旋转部件表面，而在车架主轴等非转动部件上安装霍尔元件，当人踏脚蹬时，中轴或链盘旋转产生对应于扭力矩的变化电位，并输出相应的电压信号，经放大处理后即可控制电机的输出功率。这类电动自行车传感器存在下述问题：1、不能检测静态和动态扭矩，测量精度差，在骑行中不能零启动，在平路和下坡骑行中会出现电动助力过大而使电池产生不必要的放电。2、中轴及链盘这类旋转部件在电动自行车的长期使用过程中易磨损或倾斜，导致其上的磁钢与霍尔元件之间的位置发生变化，使得感应电位信号的输出不再准确，传感器的工作稳定性和可靠性均大大下降。

发明内容

本发明目的是：提供一种能够检测静态和动态扭矩并且工作性能更加稳定可靠的电动自行车扭力传感装置，该传感装置还可以确保电动自行车在骑行中零启动并保持行驶性能的稳定。

本发明的技术方案是：一种电动自行车扭力传感装置，包括中轴、套设于中轴上的链盘及与链盘固定的中轴齿轮；其特征在于所述中轴上固定有拨盘，所述拨盘与中轴齿轮之间设有驱动拨盘双向旋转复位的径向弹性复位件，所述中轴上套设有磁感应环，所述磁感应环上设有从动端面凸轮，前述拨盘上固定有推子，所述推子上设有与磁感应环上的从动端面凸轮配合以驱动磁感应环沿中轴移动的主动端面凸轮，同时中轴上设有驱动磁感应环移动复位的轴向弹性复位件，还包括设于磁感应环外围用于感应磁通变化的线圈。

进一步的，本发明中所述中轴齿轮上设有容纳拨盘的中央槽，所述拨盘上沿周向一体间隔设有若干限位柱，所述中央槽四周一体连有供相应的限位柱活动的扇形槽，每个限位柱的两侧与所在的扇形槽内壁间均对称抵设有所述径向弹性复位件。

更进一步的，本发明中所述径向弹性复位件为弹簧，所述扇形槽内壁上开有容纳所述弹簧的弹簧安装孔。

更进一步的，本发明中所述拨盘向两侧转动的最大偏转角度均为a；人前蹬时，拨盘上的推子正向旋转并藉由主动端面凸轮驱动磁感应环沿中轴开始移动时，拨盘的最小偏转角度为b，所述a>b；人后蹬时，拨盘上的推子反向旋转并藉由主动端面凸轮驱动磁感应环沿中轴开始移动时，拨盘的最小偏转角度为c，所述c>a。

进一步的，本发明中所述轴向弹性复位件为弹簧，所述中轴上固定有卡圈，弹簧一端抵在卡圈上，另一端抵在磁感应环上。

进一步的，本发明还包括电机总成和电机控制器，所述电机总成包括电机、行星齿轮减速机构和超越离合器，所述电机的输出轴通过行星齿轮减速机构与超越离合器相连，所述超越离合器的内圈上固定有离合器齿轮，所述离合器齿轮与中轴齿轮啮合，所述线圈的引出线与所述电机控制器电连接，而电机控制器则与电机电连接。

本发明中所述电机（定子和转子组成）、行星齿轮减速机构、超越离合器均参见现有技术。

在实际使用时同常规技术一样，本发明中的中轴上固定脚拐，而脚拐与自行车脚踏装配固定，并由人踩踏而带动中轴旋转。

本发明的具体工作原理是：在电动自行车启动和骑行过程中，人往前蹬踩脚踏带动中轴旋转，中轴则将扭力传递给拨盘。由于在拨盘瞬时受力时，其与中轴齿轮间产生相对转动（中轴齿轮在惯性作用下保持相对静止），从而带动推子转动。而推子则藉由其上的主动端面凸轮驱动磁感应环沿中轴移动，由于磁感应环外围设置有线圈故带来了磁通的变化，产生磁通变化量δ，线圈感应获得所述磁通变化量δ，并将之转换成电压信号输出给电机控制器。所述电机控制器根据电压信号的强弱分别输出相应的控制信号，驱动电机降低或者提高运转功率以起到很好的助力效果，大大节省能源。

本发明中所述电机控制器的作用即接收线圈输出的电压信号，并根据电压信号输出相应的控制信号给电机，驱动电机改变输出功率，其实现方式为本领域技术人员所熟知。

人后蹬时，拨盘上的推子反向旋转，此时推子想要通过主动端面凸轮驱动磁感应环沿中轴开始移动时所需偏转角度至少为c（c设计为15°），然而实际设计中我们限制了拨盘的最大偏转角度为a（a设计为12°），小于c。故人无论怎样后蹬，都无法通过推子驱动磁感应环沿中轴移动，也就不会产生磁通变化。这样设计的目的是确保人后蹬使得超越离合器反转时，线圈不会给出电压信号驱动电机工作给人的蹬踩施加阻力。

本发明的优点是：

1．本发明通过端面凸轮的架构将推子的旋转运动转变为磁感应环的直线运动，并以之来传递扭力、产生磁通变化量δ，即通过一套稳固精确的机构来实现扭力与磁通变化量δ之间的转换，相比现有的霍尔扭力传感器，不受感应元件安装位置的限制，也不会存在低转速时感应信号微弱的缺陷，而是始终能确保感应信号的高灵敏度和高精度。

．本发明实际使用时，中轴只需受到前蹬力使得拨盘和中轴齿轮之间产生相对转动，线圈即可感应扭力信号，故能够检测静态和动态扭矩，相比现有的霍尔扭力传感器，工作性能更加稳定可靠，而且还可以确保电动自行车在骑行中零启动并保持行驶性能的稳定。

．本发明结构简单、生产方便，制造成本低。

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为本发明的端面视图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图2的B-B剖面图；

图4为图2的C-C剖面图。

其中：1、中轴；2、链盘；3、中轴齿轮；4、拨盘；4a、限位柱；5、径向弹性复位件；6、磁感应环；6a、从动端面凸轮；7、推子；7a、主动端面凸轮；8、轴向弹性复位件；9、线圈；10、扇形槽；10a、弹簧安装孔；11、卡圈；12、电机控制器；13、电机；14、行星齿轮减速机构；15、超越离合器；16、离合器齿轮；17、外壳；18、线圈支架。

具体实施方式

实施例：结合图1~图4所示为本发明电动自行车扭力传感装置的一种具体实施例，其具有外壳17及从外壳17中穿过的中轴1，同常规技术一样，所述中轴1上套设有链盘2和中轴齿轮3，所述链盘2位于外壳17外侧，而中轴齿轮3位于外壳17内侧并且与链盘2固定。外壳17内部同时设置有电机总成和电机控制器12，所述电机总成由电机13、行星齿轮减速机构14和超越离合器15组成，所述电机13的输出轴通过行星齿轮减速机构14与超越离合器15相连，所述超越离合器15的内圈上固定有离合器齿轮16，所述离合器齿轮16与中轴齿轮3啮合。

本发明的改进如下：具体结合图2和图3所示，所述中轴1上固定有拨盘4，所述拨盘4与中轴齿轮3之间设有驱动拨盘4双向旋转复位的径向弹性复位件5，所述中轴1上套设有磁感应环6，所述磁感应环6上设有从动端面凸轮6a，前述拨盘4上固定有推子7，所述推子7上设有与磁感应环6上的从动端面凸轮6a（具体参见图3中所示）配合以驱动磁感应环6沿中轴1移动的主动端面凸轮7a，同时中轴1上设有驱动磁感应环6移动复位的轴向弹性复位件8。同时外壳17内壁上固定有线圈支架18，所述线圈支架18上绕有位于磁感应环6外围用于感应磁通变化的线圈9，所述线圈9的引出线与所述电机控制器12电连接，而电机控制器12则与电机13电连接。

具体结合图4所示，本实施例中所述中轴齿轮3上设有容纳拨盘4的中央槽，所述拨盘4上沿周向一体均匀间隔设有三根限位柱4a，所述中央槽四周一体连有供相应的限位柱4a活动的扇形槽10，每个限位柱4a的两侧与所在的扇形槽10内壁间均对称抵设有所述径向弹性复位件5。

本实施例中所述径向弹性复位件5为弹簧，所述扇形槽10内壁上开有容纳所述弹簧的弹簧安装孔10a。所述轴向弹性复位件8也为弹簧，所述中轴1上固定有卡圈11，弹簧一端抵在卡圈11上，另一端抵在磁感应环6上。

本实施例中所述拨盘4向两侧转动的最大偏转角度均为12°；人前蹬时，拨盘4上的推子7正向旋转并藉由主动端面凸轮7a驱动磁感应环6沿中轴1开始移动时，拨盘4的最小偏转角度小于12°；人后蹬时，拨盘4上的推子7反向旋转并藉由主动端面凸轮7a驱动磁感应环6沿中轴1开始移动时，拨盘4的最小偏转角度为15°。

在实际使用时同常规技术一样，本发明中的中轴1上固定脚拐，而脚拐与自行车脚踏装配固定，并由人踩踏而带动中轴1旋转。

本实施例的具体工作原理是：在电动自行车启动和骑行过程中，人往前蹬踩脚踏带动中轴1旋转，中轴1则将扭力传递给拨盘4。由于在拨盘4瞬时受力时，其与中轴齿轮3间产生相对转动（中轴齿轮3在惯性作用下保持相对静止），从而带动推子7转动。而推子7则藉由其上的主动端面凸轮7a驱动磁感应环6沿中轴1移动，由于磁感应环6外围设置有线圈9故带来了磁通的变化，产生磁通变化量δ，线圈9感应获得所述磁通变化量δ，并将之转换成电压信号输出给电机控制器12。所述电机控制器12根据电压信号的强弱分别输出相应的控制信号，驱动电机13降低或者提高运转功率以起到很好的助力效果，大大节省能源。

人后蹬时，拨盘4上的推子7反向旋转，此时推子7想要通过主动端面凸轮7a驱动磁感应环6沿中轴1开始移动时所需偏转角度至少为15°，然而实际设计中我们限制了拨盘的最大偏转角度为12°，小于15°。故人无论怎样后蹬，都无法通过推子7驱动磁感应环6沿中轴1移动，也就不会产生磁通变化。这样设计的目的是确保人后蹬使得超越离合器15反转时，线圈9不会给出电压信号驱动电机13工作给人的蹬踩施加阻力。

当然上述实施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。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电动自行车扭力传感装置，包括中轴（1）、套设于中轴（1）上的链盘（2）及与链盘（2）固定的中轴齿轮（3）；其特征在于所述中轴（1）上固定有拨盘（4），所述拨盘（4）与中轴齿轮（3）之间设有驱动拨盘（4）双向旋转复位的径向弹性复位件（5），所述中轴（1）上套设有磁感应环（6），所述磁感应环（6）上设有从动端面凸轮（6a），前述拨盘（4）上固定有推子（7），所述推子（7）上设有与磁感应环（6）上的从动端面凸轮（6a）配合以驱动磁感应环（6）沿中轴（1）移动的主动端面凸轮（7a），同时中轴（1）上设有驱动磁感应环（6）移动复位的轴向弹性复位件（8），还包括设于磁感应环（6）外围用于感应磁通变化的线圈（9）。

2.根据权利要求1所述的电动自行车扭力传感装置，其特征在于所述中轴齿轮（3）上设有容纳拨盘（4）的中央槽，所述拨盘（4）上沿周向一体间隔设有若干限位柱（4a），所述中央槽四周一体连有供相应的限位柱（4a）活动的扇形槽（10），每个限位柱（4a）的两侧与所在的扇形槽（10）内壁间均对称抵设有所述径向弹性复位件（5）。

3.根据权利要求2所述的电动自行车扭力传感装置，其特征在于所述径向弹性复位件（5）为弹簧，所述扇形槽（10）内壁上开有容纳所述弹簧的弹簧安装孔（10a）。

4.根据权利要求2所述的电动自行车扭力传感装置，其特征在于所述拨盘（4）向两侧转动的最大偏转角度均为a；人前蹬时，拨盘（4）上的推子（7）正向旋转并藉由主动端面凸轮（7a）驱动磁感应环（6）沿中轴（1）开始移动时，拨盘（4）的最小偏转角度为b，所述a>b；人后蹬时，拨盘（4）上的推子（7）反向旋转并藉由主动端面凸轮（7a）驱动磁感应环（6）沿中轴（1）开始移动时，拨盘（4）的最小偏转角度为c，所述c>a。

5.根据权利要求1所述的电动自行车扭力传感装置，其特征在于所述轴向弹性复位件（8）为弹簧，所述中轴（1）上固定有卡圈（11），弹簧一端抵在卡圈（11）上，另一端抵在磁感应环（6）上。

6.根据权利要求1所述的电动自行车扭力传感装置，其特征在于还包括电机总成和电机控制器（12），所述电机总成包括电机（13）、行星齿轮减速机构（14）和超越离合器（15），所述电机（13）的输出轴通过行星齿轮减速机构（14）与超越离合器（15）相连，所述超越离合器（15）的内圈上固定有离合器齿轮（16），所述离合器齿轮（16）与中轴齿轮（3）啮合，所述线圈（9）的引出线与所述电机控制器（12）电连接，而电机控制器（12）则与电机（13）电连接。