CN107600297B - 一种齿盘式无线能量信号传输力矩传感器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿盘式无线能量信号传输力矩传感器系统，包括平行设置的静止部件和旋转部件；该静止部件包括与车架固定的外壳罩，以及设于外壳罩内侧面上的电路板一、磁芯一、大空心线圈一和小空心线圈一；该旋转部件包括曲柄，外壳座，与外壳座固定连接的链轮，设于外壳座内且与曲柄固定连接的弹簧固定盘，设于弹簧固定盘上的磁钢，与外壳座固定连接的盖板，设于盖板内侧面上的电路板二，以及设于盖板外侧面上的磁芯二、大空心线圈二和小空心线圈二；在弹簧固定盘上设有若干个沿周向排布的弹簧，弹簧一端与弹簧固定盘固定连接，其另一端与外壳座固定连接；其优点在于，抗干扰能力强，并且电能与信号的传输为非接触式连接，产品一致性较好。

Description

一种齿盘式无线能量信号传输力矩传感器系统

技术领域

本发明涉及一种用于电动自行车的速度和力矩传感器系统，涉及一种齿盘式无线能量信号传输力矩传感器系统。

背景技术

电动车，特别是轻型骑式电动车，由于具有轻快省力以及无污染等优点，正日益为社会所接收，得到了大力推广。轻型骑式电动车在骑行过程中将骑行者施加于脚蹬上的力通过力矩传感器转换成电动车控制器能够识别的电信号，从而根据骑行者施加的力矩大小控制电机的输出功率，以达到智能控制电动车的目的。

发明内容

本发明目的是：提供一种齿盘式无线能量信号传输力矩传感器系统，使用传输信号的方式为频率信号，它抗干扰能力强，精确度高，并且电能与信号的传输均采用电磁偶合的方式，为非接触式传输，这样可方便地实现旋转部件与静止部件的电气连接，从而真实地测量实时力矩，并且电路简单，测量精度高，产品一致性较好。

本发明的技术方案是：一种齿盘式无线能量信号传输力矩传感器系统，包括平行设置的静止部件和旋转部件；

所述静止部件包括与车架固定的外壳罩，以及设于所述外壳罩内侧面上的电路板一、磁芯一、大空心线圈一和小空心线圈一，所述电路板一与所述大空心线圈一、所述小空心线圈一电连接，同时所述大空心线圈一和所述小空心线圈一同心且同平面设置于所述磁芯一内；

所述旋转部件包括曲柄，外壳座，与所述外壳座固定连接的链轮，设于所述外壳座内且与所述曲柄固定连接的弹簧固定盘，设于所述弹簧固定盘上的磁钢，与所述外壳座固定连接的盖板，设于所述盖板内侧面上的电路板二，以及设于盖板外侧面上的磁芯二、大空心线圈二和小空心线圈二；在所述弹簧固定盘上设有若干个沿周向排布的弹簧，所述弹簧一端与弹簧固定盘固定连接，其另一端与外壳座固定连接；所述电路板二与所述大空心线圈二、所述小空心线圈二电连接，所述大空心线圈二和所述小空心线圈二同心且同平面设置于所述磁芯二内，且所述电路板一和所述电路板二上均设有霍尔元件；

同时所述大空心线圈一和所述大空心线圈二平行设置且电磁偶合，所述小空心线圈一和所述小空心线圈二平行设置且电磁偶合。

作为优选的技术方案，所述旋转部件还包括设于所述盖板外侧面上的磁环，所述磁环套装于所述磁芯二外侧。

作为优选的技术方案，所述磁芯一和所述磁芯二均为山形铁氧体磁芯。

本发明的优点是：

1．本发明的齿盘式无线能量信号传输力矩传感器系统，不仅不易受灰尘及油污的影响，而且使用传输信号的方式为频率信号，它抗干扰能力强，精确度高，并且电能与信号的传输均采用电磁偶合的方式，为非接触式传输，巧妙解决了相对旋转的两部件间的电能与信号传输问题，系统功耗低，还可以方便地实现旋转部件与静止部件的电气连接，从而真实地测量实时力矩，并且电路简单，产品一致性较好。

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为本发明的分解示意图一；

图2为本发明的分解示意图二；

图3为本发明的分解示意图三；

图4为本发明的原理图；

其中：1外壳罩，2电路板一，3磁芯一，4大空心线圈一，5小空心线圈一，6曲柄，7外壳座，8链轮，81插齿，9弹簧固定盘，10盖板，11磁钢，12电路板二，13磁芯二，14大空心线圈二，15小空心线圈二，16弹簧，17磁环。

具体实施方式

实施例：参照图1至4所示，一种齿盘式无线能量信号传输力矩传感器系统，包括平行设置的静止部件和旋转部件；其中静止部件包括与车架固定的外壳罩1，以及设于外壳罩1内侧面上的电路板一2、磁芯一3、大空心线圈一4和小空心线圈一5，电路板一2与大空心线圈一4、小空心线圈一5电连接，同时大空心线圈一4和小空心线圈一5同心且同平面设置于磁芯一3内；该旋转部件包括曲柄6，外壳座7，与外壳座7固定连接的链轮8，设于外壳座7内且与曲柄6固定连接的弹簧固定盘9，设于弹簧固定盘9上的磁钢11，与外壳座7固定连接的盖板10，设于盖板10内侧面上的电路板二12，以及设于盖板10外侧面上的磁芯二13、大空心线圈二14和小空心线圈二15；在弹簧固定盘9上设有若干个沿周向排布的弹簧16，所述弹簧16一端与弹簧固定盘9固定连接，其另一端与外壳座7固定连接；同时电路板二12与大空心线圈二14、小空心线圈二15电连接，大空心线圈二14和小空心线圈二15同心且同平面设置于磁芯二13内，且电路板一2和电路板二12上均设有霍尔元件；同时大空心线圈一4和大空心线圈二14平行设置且电磁偶合，小空心线圈一5和小空心线圈二15平行设置且电磁偶合。

本发明的旋转部件还包括设于盖板10外侧面上的磁环17，且该磁环17套装于磁芯二13外侧，并随着曲柄6的转动而转动，即与静止部件发生相对的转动，此时安装于电路板一2上的两个霍尔元件可根据磁环17在旋转过程发生的磁场变化测得曲柄6的旋转方向及旋转速度。

本发明的磁芯一3和磁芯二13均为山形铁氧体磁芯。

本发明的具体工作原理如下：

首先静止部件上的电路板一2发生一定频率的交流信号给大空心线圈一4，旋转部件上的大空心线圈二14与静止部件上的大空心线圈一4基本保持平行且相距较小的距离并形成电磁偶合，此时大空心线圈二14中会产生感应动势并形成与之相同频率的交流信号，经过相应的（整波、滤波及稳压）处理后，可以将其转化为直流电压，以供给旋转部件上的电路板二12，并提供一定功率电能供电路板二12上的电子元件使用，即实现电能的无线充电传输功能；

此时力矩信号采集部分及电压信号转换部分正常工作，力矩信号采集部分将旋转部件受到力矩时产生的（弹簧16）机械形变转换为与之对应的模拟电压信号，并将该信号传递至电压信号转换部分，电压信号转换部分可将该电压信号转换为一定频率的交流信号，再传送至旋转部件上的小空心线圈二15，静止部件上的小空心线圈一5与旋转部件上的小空心线圈二15亦保持平行且相距较近并形成电磁偶合，此时小空心线圈一5上会产生与小空心线圈二15同频率的周期信号，小空心线圈一5与电路板一2连接，电路板一2将接收到的交流信号经过处理解析出基本传输的数据即得到霍尔元件的原始信号，然后经过测量该信号的频率即可计算出旋转部件所受的力矩值，最终实现力矩的测量。

上述（弹簧）机械形变转换为与之对应的模拟电压信号的过程如下：当曲柄6上施加力矩时，弹簧16发生形变，曲柄6带动弹簧固定盘9与外壳座7发生相对转动，从而带动弹簧固定盘9上的磁钢11发生相对位移，此时电路板二12上的线性霍尔元件则会感应到磁场的变化从而输出一定的电压信号，电压信号转换部分可将该电压信号转换为一定频率的交流信号，再传送至旋转部件上的小空心线圈二15。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.一种齿盘式无线能量信号传输力矩传感器系统，其特征在于，包括平行设置的静止部件和旋转部件；

所述静止部件包括与车架固定的外壳罩，以及设于所述外壳罩内侧面上的电路板一、磁芯一、大空心线圈一和小空心线圈一，所述电路板一与所述大空心线圈一、所述小空心线圈一电连接，同时所述大空心线圈一和所述小空心线圈一同心且同平面设置于所述磁芯一内；

所述旋转部件包括曲柄，外壳座，与所述外壳座固定连接的链轮，设于所述外壳座内且与所述曲柄固定连接的弹簧固定盘，设于所述弹簧固定盘上的磁钢，与所述外壳座固定连接的盖板，设于所述盖板内侧面上的电路板二，以及设于盖板外侧面上的磁芯二、大空心线圈二和小空心线圈二；在所述弹簧固定盘上设有若干个沿周向排布的弹簧，所述弹簧一端与弹簧固定盘固定连接，其另一端与外壳座固定连接；所述电路板二与所述大空心线圈二、所述小空心线圈二电连接，所述大空心线圈二和所述小空心线圈二同心且同平面设置于所述磁芯二内，且所述电路板一和所述电路板二上均设有霍尔元件；

同时所述大空心线圈一和所述大空心线圈二平行设置且电磁偶合，所述小空心线圈一和所述小空心线圈二平行设置且电磁偶合；

所述旋转部件还包括设于所述盖板外侧面上的磁环，所述磁环套装于所述磁芯二外侧；

所述磁芯一和所述磁芯二均为山形铁氧体磁芯。