CN105599857B - 用于控制辅助马达的传感器装置以及具有这种传感器装置的轮毂单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传感器装置。来自该传感器的信号被用来控制通过肌肉力量推进的车辆的辅助马达。辅助马达在此被集成到车辆的轮毂单元中。轮毂单元包括固定轴和可旋转地安装到该轴的毂。根据本发明，该组件包括传感器和传动系的飞轮，该飞轮通过肌肉力量推进并且相对于该轴被可旋转地安装，其中该传感器被布置为使得它检测飞轮相对于该轴的旋转运动。

Description

用于控制辅助马达的传感器装置以及具有这种传感器装置的 轮毂单元

技术领域

本发明涉及一种传感器装置，传感器的信号被用来控制通过肌肉力量推进的车辆(例如电动助力自行车)的辅助马达。本发明还涉及一种通过肌肉力量推进的车辆的轮毂单元。

背景技术

对被称为电动脚踏车和电动自行车的电动助力自行车的需求在最近几年中已经稳步增加。电动自行车尤其适合于例如以相当低的体力水平来行驶较长的距离或者克服相当大的高度。尤其使电动辅助马达用于老年人提供了使自行车在高龄老年中保持活跃的可能性。

同时，用于集成电动辅助马达的多种技术方案是已知的。除了将电动辅助马达集成到曲柄机构或曲柄机构的区域中外，还可以使用被集成到自行车的轮毂中的辅助马达。这样的方案例如从EP 2562072 A1中已知。本公开中描述的电动辅助马达可以被集成到自行车的前轮毂单元中或被集成到自行车的后轮毂单元中。控制电动辅助马达提出了具体的挑战。辅助马达仅在踏板以向前方向中移动时才将被打开。因此总体上检测并相应地估算用于控制电动辅助马达的曲柄臂的旋转是必须的。如果辅助马达不被布置在曲柄机构的区域中，那么传感器信号必须越过相对较长的信号距离并且经由相应的电连接被传送到辅助马达的控制单元。如果电动辅助驱动器被定位在例如后轮毂单元中，那么传感器信号必须经由沿着自行车车架的管或在自行车车架的管内侧行进的相应电连接线被传送到辅助马达的控制单元。作为其的替代，传感器信号可以以复杂的多的方式被无线地传送。

用于检测轴旋转的传感器装置是基本上可从现有技术中已知。例如在DE202011107127 U1中描述了可以估算集成到自行车毂的发电机的输出信号以用于计算该旋转速度。作为其的替代，描述了其中由连接到自行车毂的轴的霍尔传感器扫描与毂共同旋转的编码器的方案。还例如在DE 19906937 A1中描述了通过使用恰当的磁传感器来扫描磁编码器轮。

发明内容

本发明基于指定一种最简单、安全和廉价的传感器装置的方案的目的。

该目的由独立权利要求1的特征满足。根据此，提供了一种传感器的装置，该传感器的信号被用来控制通过肌肉力量推进的车辆的辅助马达，其中辅助马达被集成到车辆的轮毂单元中，并且其中轮毂单元包括固定轴和可旋转地安装到该轴的毂，然后提供根据本发明的目的的一种方案，其中该组件包括传感器和传动系的飞轮，该飞轮由肌肉力量推进并且相对于所述轴可旋转地安装，其中该传感器被布置为使得其检测飞轮相对于所述轴的旋转运动。

根据本发明的方案主要提供这样的优点，传感器和辅助马达被布置为彼此非常靠近，由此传感器的复杂布线不再是必须的。此外，传感器和辅助马达两者都可以被集成到轮毂单元中，以便它可以作为完全可插入的模块来销售并且可以在不需要主要安装努力的情况下被安装。出于该原因，本发明还提供一种特别可靠和廉价的方案。

轮毂单元优选地是自行车的后轮毂单元。更优选地，辅助马达是电动马达。更优选地，后者被集成到毂中。然而，这里集成到轮毂单元中确实不排除电动马达替代地布置为例如邻近毂并且固定地附接到轴。飞轮优选地为自行车的链飞轮，其相对于轴并且相对于毂可旋转地支承，并且在踏板的各自的向前运动中可以通过使用棘轮掣子、夹持元件、夹持球、或齿轮而被带入与毂啮合。飞轮优选地布置为侧向邻近辅助马达。链飞轮在本申请的上下文中也可以被理解为是皮带传动的飞轮。

本发明的有利实施例是从属权利要求的目的。

在本发明的优选实施例中，该装置还包括所述轴，其中传感器附接到所述轴。该传感器以该方式按节省空间的方式被集成到轮毂单元中，并且主要固定为免于受到损坏。

在本发明的进一步的特别优选的实施例中，飞轮包括环形磁体，其中传感器包括用于扫描环形磁体的至少一个磁传感器。该实施例特别廉价并且容易配置。最重要的是，在其他部件必须被容纳在飞轮与传感器之间时，该实施例还进一步允许可靠地检测飞轮的旋转。例如，在该实施例中，还可将套筒设置在飞轮或环形磁体与传感器之间并将其滑到所述轴上，并且该套筒覆盖传感器并防止传感器受到损坏。这里套筒由非铁磁材料制成并且优选地由铝或塑料制造。环形磁体包围轴并且优选地被设置为与所述轴共轴。

为了能够尽可能精确地检测飞轮的旋转，根据更优选的实施例，环形磁体被配置为永磁体并且这里包括均匀地分布在环形磁体的圆周上的多个磁极。环形磁体特别优选地包括16个磁极。

在本发明的进一步优选实施例中，该磁传感器为霍尔传感器。霍尔传感器尤其非常适合于扫描同样相对较弱的磁场。此外，可用的霍尔传感器同时具有极其紧凑的设计并且还是廉价的。在更优选的实施例中，如果磁传感器被配置为倒装芯片传感器，那么该装置可以被特别紧凑地实现。

在本发明的更特别优选的实施例中，传感器包括两个磁传感器，这两个磁传感器被设置为在圆周方向彼此间隔开。

通过使用两个磁传感器，还可以可靠地确定旋转方向。以这样的方式来防止即使骑车者不是向前踩踏板而是向后踩踏板辅助马达也被打开的情况。为了确保完善的感测，这两个磁传感器之间的角距离优选地小于环形磁体的隔断。角距离优选地为大约该隔断的一半。

在本发明的进一步的特别优选的实施例中，传感器被布置在可弯曲的印刷电路板上，其中该可弯曲的印刷电路板包括用于将传感器连接到辅助马达的控制单元的电连接。在该实施例中，安装轮毂单元被显著地简化。此外，传感器与控制单元之间的可靠电连接由此被确保。该电连接在此以导体迹线的形式被集成在可弯曲的电路板中。任何复杂的布线被省去了。

根据进一步的特别优选的实施例，可弯曲的印刷电路板包括被形成为细长带条的至少一个部分。该细长带条可以特别容易地沿着所述轴引导或引导通过所述轴，后一种替换例是优选的。电连接以这样的方式被固定地容纳，并且被保护以免受到损坏。

在本发明的进一步的非常特别的优选实施例中，所述轴包括外轴元件和插入外轴元件的内轴元件，其中该可弯曲的电路板的延伸在传感器与控制单元之间的至少一部分被引导到外轴元件与内轴元件之间。在传感器与辅助马达或其控制单元之间的电连接分别以这样的方式被非常合适地容纳以防受到损坏。更优选地，外轴元件和内轴元件各自被配置为基本上中空的圆柱体。内轴元件这里优选地邻接外轴元件的内壁。更优选地，外轴元件包括供可弯曲的电路板穿过的两个开口。此处，这两个开口之一在传感器的区域中，而另一个在电子控制单元的区域中或者在混乱的电连接从所述轴引出到控制单元的位置。更优选地，这两个开口基本上位于所述轴的相对布置的端部。

如果内轴元件在外侧包括以所述轴的方向延伸的用于接纳该可弯曲的电路板的凹槽或凹部是更加有利的。除了使电路板以受保护的方式被容纳外，由此还促进了装配。替代地，将凹槽或凹部引入外轴元件的内壁是便利的。然而，内轴元件的外凹槽可能制造制造起来显然更容易。

更优选地，外轴元件在外侧包括用于传感器的凹陷或凹部。传感器然后首先被以紧凑的方式集成到轮毂单元的轴中。其次，传感器由此被以受保护的方式容纳，因为它并不从所述轴的外圆周突出。

在本发明的进一步特别优选实施例中，所述轴被实现为环形磁体的磁护铁(backiron)。从而增强磁通量密度并且由此还增强了传感器信号。随其确保可靠地检测该旋转。

本发明还提供一种具有根据本发明的装置的通过肌肉力量推进的车辆的轮毂单元。

附图说明

下面参考附图更详细地解释本发明的有利实施例，其中

图1示出穿过根据本发明的轮毂单元的纵向截面图，

图2示出根据本发明图1的轮毂单元的轴的分解视图，

图3以俯视图示出其中施加了根据本发明图1的轮毂单元的传感器的可弯曲的印刷电路板，

图4示出沿着图1所示的截面线A穿过根据本发明的轮毂单元的截面图。

它适用于下面的实施例，其中相同部件由相同的参考标记表示。如果附图包含未在附图描述中更详细解释的参考标记，则参考前面或后面的附图描述。

具体实施方式

图1示出根据本发明的轮毂单元3的局部简化或示意性纵向截面图，轮毂单元3被配置用于驱动自行车的后轮。轮毂单元包括固定轴4，该固定轴4被布置在自行车架的勾爪(未示出)之间，并且被牢固地附接到该车架。后轮(同样未示出)的毂7被可旋转地安装在固定轴4上。毂7可以以常规方式用肌肉力量来驱动。链条6是为此提供的并且在后轮轴4处延伸在曲柄臂的链环与后轮轴的各个链轮齿21之间。链轮齿21被设置在飞轮5上，飞轮5相对于毂7并且相对于轴4被可旋转地安装，并且在被附接到曲柄臂的踏板以向前的方向被移动时通过齿轮装置(未示出)与毂7啮合。

电动马达2作为辅助马达时还被集成到轮毂单元3中。辅助马达仅在踏板被移动时才被打开。它在附图中仅被示例性地示出，并且包括牢固地连接到轴4的定子以及转子，该转子可任选地经由齿轮与毂7拖带啮合。

为了控制辅助马达，必须确定踏板是否在操作。出于该目的，检测飞轮5相对于轴4的旋转。连接到飞轮5是为了环形磁体8被相应的传感器1扫描的目的。如图1所示，环形磁体8被设置在飞轮5内并且被安装在飞轮的内圆周上。另一方面，传感器1被固定地安装在轮毂驱动器的轴4上。图2中的截面图示出了环形磁铁8被配置为具有多个磁极。它总共包括在圆周方向中均匀地分布的16个磁极。环形磁体可以由被极化成在径向方向交替变化的各分段形成。替换地，环形磁体当然也可以被制造为整块并且据此来磁化。在图2中进一步可见，传感器1包括两个霍尔传感器9，这两个霍尔传感器9被设置成当在圆周方向观察时间隔开。间距20等于环形磁体的隔断的大约一半。使用两个传感器允许确定飞轮的旋转方向。由此避免虽然踏板不是以向前的方向移动而是以相反的方向移动但辅助马达2也被打开的情况。

两个霍尔传感器9形成为倒装芯片传感器并且被施加到图3所示的可弯曲的印刷电路板10的头部14。可弯曲的电路板10被配置为整体而言是细长的，并且除头部14外还包括细长带条13，在该细长带条13中行进有形成传感器与图1中示意性示出的辅助马达2的控制单元15之间的电连接的导体迹线。如图1所示，可弯曲的电路板穿过固定轴4。为此，固定轴具有两个通孔。如图1和图4所示，轴4被构造成两个部分并且包括外轴元件12和插入外轴元件12的内轴元件11。两个轴元件均被配置为基本上中空的圆柱体，其中内轴元件抵邻接外轴元件的内壁。图4所示的用于可弯曲导体膜层的两个通孔16和17被形成在外轴元件12中。除了左通孔16外，还有凹部19被定位在外轴元件12中的外圆周上，可弯曲的印刷电路板的头部14与两个霍尔传感器一起被接纳在该凹部19。头部和两个霍尔传感器被如图1所示的套筒22覆盖，套筒22由非铁磁材料制成，优选地由铝或塑料制成。套筒在径向在飞轮的两个滚动轴承之间形成间隔。它保护传感器以免受到损坏。可弯曲的印刷电路板延伸在外轴元件与内轴元件之间。内轴元件11包括在外圆周处包括分别在所述轴的方向延伸的用于接纳可弯曲的印刷电路板的细长带条13的凹槽18。

来自两个霍尔传感器9的信号因此由辅助马达2的控制单元15来估算。可以在此确定速度以及加速度。可以使用该信息来控制受辅助马达2支持的程度。

Claims (13)

1.一种传感器(1)装置，所述传感器(1)的信号被用来控制通过肌肉力量推进的车辆的辅助马达(2)，其中所述辅助马达(2)被集成到所述车辆的轮毂单元(3)中，其中所述轮毂单元(3)包括固定轴(4)、可旋转地安装到所述轴(4)的毂(7)以及通过肌肉力量推进的传动系的飞轮(5)，所述飞轮相对于所述轴(4)可旋转地安装，并且其中所述装置包括所述传感器(1)和所述飞轮(5)，其中所述传感器(1)被布置为它检测所述飞轮(5)相对于所述轴(4)的旋转运动，所述传感器(1)被布置在可弯曲的印刷电路板(10)上，其中所述可弯曲的印刷电路板(10)包括用于将所述传感器(1)连接到所述辅助马达(2)的控制单元(15)的电连接，所述轴(4)包括外轴元件(12)和插入所述外轴元件(12)的内轴元件(11)，其中所述可弯曲的印刷电路板(10)的延伸在所述传感器(1)与所述控制单元(15)之间的至少一部分被接纳在所述外轴元件(12)与所述内轴元件(11)之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括所述轴(4)，其中所述传感器(1)附接到所述轴(4)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述飞轮(5)包括环形磁体(8)，其中所述传感器(1)包括用于扫描所述环形磁体(8)的至少一个磁传感器(9)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述环形磁体(8)配置为永磁体并且包括均匀地分布在所述环形磁体(8)的圆周上的多个磁极。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述磁传感器(9)是霍尔传感器。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述磁传感器(9)配置为倒装芯片传感器。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述传感器(1)包括两个磁传感器(9)，所述两个磁传感器(9)被布置成在圆周方向彼此间隔开。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可弯曲的印刷电路板(10)包括被形成为细长带条(13)的至少一个部分。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外轴元件(12)与所述内轴元件(11)各自被配置为中空的圆柱体。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内轴元件(11)在外侧包括以所述轴的方向延伸的凹槽(18)或凹部，所述凹槽或凹部用于接纳所述可弯曲的印刷电路板(10)。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外轴元件(12)在外侧包括用于接纳所述传感器(1)的凹陷(19)或凹部。

12.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述轴(4)被实现为所述环形磁体(8)的磁护铁。

13.用于通过肌肉力量推进的车辆的轮毂单元(3)，具有根据权利要求1-12之一所述的装置。