CN107336793A - 助力自行车中轴力矩传感器 - Google Patents

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刘新福
葛帅
孙晶
吴鹏飞
范岩
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Hebei University of Technology
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • B62M6/50—Control or actuating devices therefor characterised by detectors or sensors, or arrangement thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

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Abstract

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种助力自行车中轴力矩传感器，包括轮盘、右车拐、磁钢、右轴承座、左轴承座、左车拐、中轴、右轴承、薄膜压力传感器、橡胶块、霍尔元件组、左轴承。该力矩传感器通过薄膜压力传感器测量轴承对轴承座的压力来计算力矩的大小，测量部件都是固定安装，无滑环结构，结构简单，使用寿命长，并且测量精度高，响应速度快并可同时测出踩踏频率。

Description

助力自行车中轴力矩传感器
技术领域
本发明涉及电动助力自行车领域，具体涉及一种电动助力自行车的中轴力矩传感器。
背景技术
电动助力自行车是一种通过传感器感应骑行状态并控制电机输出不同功率实现助力骑行功能的一种自行车，传感器是其实现助力功能的重要部分。目前市场上助力自行车采用的传感器分为两种：力矩传感器和踏频传感器。力矩传感器分为两种，一种测量链条张力或后轮挤压力，此方法结构简单，但测量精度低，寿命短；另一种是测量中轴力矩，结构复杂加工困难，成本高。而且现有技术都是采用单传感器方案，即只采用力矩传感器或踏频传感器，测量结果不稳定。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种助力自行车中轴力矩传感器。该传感器在测量踩踏力的同时还可测出轮盘转动角度和踏频，三者结合测量精度更高。同时该传感器结构简单成本低，有利于推广使用。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种助力自行车中轴力矩传感器，包括轮盘、右车拐、磁钢、右轴承座、左轴承座、左车拐、中轴、右轴承、薄膜压力传感器、橡胶块、霍尔元件组、左轴承；
所述轮盘与右车拐固定连接；所述磁钢固定安装在轮盘安装槽内；所述中轴右端与右车拐固定连接；所述中轴左端与左车拐固定连接；所述中轴与左轴承、右轴承固定连接；所述左轴承座、右轴承座与五通固定连接；所述左轴承与右轴承外圈有凸台；所述左轴承座与右轴承座内侧有凹槽；所述左轴承安装于左轴承座内；所述右轴承安装右轴承座内；所述霍尔元件组由12个霍尔元件组成，环形阵列安装在右轴承座外表面安装槽内，每个元件间角度为30度；所述薄膜压力传感器固定安装在右轴承座凹槽内。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)该力矩传感器通过薄膜压力传感器测量轴承对轴承座的压力来计算力矩的大小，测量部件都是固定安装，无滑环结构，结构简单，使用寿命长。
(2)该力矩传感器可同时测出轮盘转动角度、踩踏频率，测量精度更高。
附图说明
图1是本发明力矩传感器一种实施例的整体结构图；
图2是本发明力矩传感器一种实施例的右轴承与右轴承座装配图；
图3是本发明力矩传感器一种实施例的沿图2中的A-A处的剖面结构图；
图4是本发明力矩传感器一种实施例的右轴承主视图；
图5是本发明力矩传感器一种实施例的右轴承立体结构图；
图6是本发明力矩传感器一种实施例的左轴承与左轴承座装配图；
图7是本发明力矩传感器一种实施例的左轴承座立体结构图；
图8是本发明力矩传感器一种实施例的右轴承立体结构图；(图中1、轮盘；2、右车拐；3、磁钢；4、右轴承座；5、左轴承座；6、左车拐；7、中轴；8、右轴承；9、薄膜压力传感器；10、橡胶块；11、霍尔元件组；12、左轴承)
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
本发明提供了一种助力自行车中轴力矩传感器，包括轮盘1、右车拐2、磁钢3、右轴承座4、左轴承座5、左车拐6、中轴7、右轴承8、薄膜压力传感器9、橡胶块10、霍尔元件组11、左轴承12。
所述轮盘1与右车拐2固定连接；所述中轴7右端与右车拐2固定连接；所述中轴7左端与左车拐6固定连接；所述中轴7与左轴承12、右轴承8内圈固定连接，使中轴7可自由转动；所述左轴承座5、右轴承座4与五通固定连接；所述左轴承12、右轴承8外圈均有4个凸台，凸台以45度角的间隔均匀分布；所述左轴承座5、右轴承座4内均有4个凹槽，凹槽以45度角的间隔均匀分布；所述左轴承12安装于左轴承座5内，左轴承12外圈凸台与左轴承座5内侧凹槽配合且凹槽与凸台间有微小间隙，左轴承12外圈与左轴承座5内侧通过橡胶块10固定连接，橡胶块10具有弹性，左轴承12不能在左轴承座5内转动和轴向位移但可以产生径向微小位移；所述右轴承8安装于右轴承座4内，右轴承8外圈凸台与右轴承座4内侧凹槽配合且凹槽与凸台间有微小间隙，右轴承8外圈与右轴承座4内侧通过橡胶块10固定连接，橡胶块10具有弹性，右轴承8不能在右轴承座4内转动和轴向位移但可以产生径向微小位移；所述霍尔元件组11由12个霍尔元件组成，环形阵列安装在右轴承座4外表面安装槽内，每个元件间角度为30度；所述磁钢3固定安装在轮盘1安装槽内，与霍尔元件组11产生磁感应测量轮盘1的角度；所述薄膜压力传感器9固定安装在右轴承座4凹槽内，右轴承8外圈凸台外表面与薄膜压力传感器9贴合；所述薄膜压力传感器9会随受到压力的增大阻值变小。
所述霍尔元件的型号是SH3144；所述薄膜压力传感器9的型号是RFP602。
本发明助力自行车中轴力矩传感器的工作原理和工作流程是：骑行时右车拐2与左车拐6轮流受到脚施加的力，右车拐2与左车拐6通过中轴7与轮盘1连接，轮盘1带动自行车链条转动产生前进动力。因为链条运动方向不变，所以始终有一个沿链条方向的分力作用在轮盘1上，轮盘1将此力最终传递到右轴承8上，使右轴承8产生一个沿链条方向的微小位移，此时右轴承8外圈凸台会对薄膜压力传感器9产生压力，薄膜压力传感器9阻值会产生相应变化，根据薄膜压力传感器9阻值变化即可由后续电路计算出中轴力矩大小；轮盘1转动时磁钢3转动，磁钢3在经过霍尔元件组11的每个分立元件时会产生磁感信号，根据霍尔元件组11产生信号的元件位置和时间间隔即可判断出轮盘1转动的角度和踏频。将测得的轮盘角度和踏频与力矩大小结合进行判断即可精确判断骑行状态。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种助力自行车中轴力矩传感器，包括轮盘、右车拐、磁钢、右轴承座、左轴承座、左车拐、中轴、右轴承、薄膜压力传感器、橡胶块、霍尔元件组、左轴承；所述轮盘与右车拐固定连接；所述磁钢固定安装在轮盘安装槽内；所述中轴右端与右车拐固定连接；所述中轴左端与左车拐固定连接；所述中轴与左轴承、右轴承固定连接；所述左轴承座、右轴承座与五通固定连接；所述左轴承与右轴承外圈有凸台；所述左轴承座与右轴承座内侧有凹槽；所述左轴承安装于左轴承座内；所述右轴承安装右轴承座内；所述霍尔元件组由12个霍尔元件组成，环形阵列安装在右轴承座外表面安装槽内，每个元件间角度为30度；所述薄膜压力传感器固定安装在右轴承座凹槽内。
2.根据权利要求1所述的助力自行车中轴力矩传感器，其特征在于霍尔元件组有12个均匀分布的霍尔元件组成，与磁钢配合可以测出轮盘转动角度和踩踏频率。
3.根据权利要求1所述的助力自行车中轴力矩传感器，其特征在于述左轴承、右轴承外圈均有4个凸台，凸台以45度角的间隔均匀分布；所述左轴承座、右轴承座内均有4个凹槽，凹槽以45度角的间隔均匀分布，且右轴承座凹槽内安装有薄膜压力传感器。
4.根据权利要求1所述的助力自行车中轴力矩传感器，其特征在于所述霍尔元件的型号是SH3144；所述薄膜压力传感器的型号是RFP602。
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