CN107618615A - 霍尔型力矩传感器及电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种霍尔型力矩传感器，包含拨叉环、磁体以及霍尔传感器；多个拨叉环中包括第一拨叉环与第二拨叉环这两个拨叉环；拨叉环上设置有斜凸起与斜凹槽；在所述两个拨叉环中，一个拨叉环上的斜凸起与另一个拨叉环上的斜凹槽相匹配；斜凸起能够与斜凹槽相对滑动；磁体或霍尔传感器与第一拨叉环相连；磁体与霍尔传感器之间能够产生相对位移。本发明中力矩传感器体积小，能够与电机进行结合，无需单独安装，避免了繁琐的布线接线过程。
Description
技术领域
本发明涉及电动自行车配件领域，具体地，涉及一种霍尔型力矩传感器及电机。
背景技术
现有技术中，采用了力矩传感器的电助力自行车骑行感觉舒适、轻松、流畅、跟随性好，顶风爬坡性能优良，力矩助力骑行的重大优势在于环保节能：由于人力的参与，减少了锂电池这一车载有限能源的电能消耗。与纯电动驱动相比，在相同的续航里程的情况下，电池容量可减少一半，电机所需功率、重量、造价均可大大减少。基于以上目前多使用的力矩传感有以下几种典型方式：1)在中轴上安装，利用转矩产生轴向位移，利用霍尔检测轴向位移得到力矩信号；2)在中轴上安装，利用应变片，采用集电环供电给应变片，采用集电环输出信号；3)在中轴上安装，输出轴上有花键，当输出轴扭转时两组花键相对位置发生变化，在其上的两组线圈的磁感强度发生变化，磁感强度的变化通过线圈转换为电压信号，从而获得力矩信号。
但是中轴上安装的力矩传感器与后驱电机需单独安装，力矩传感与电机之间需各自出导线与控制器相连用于传输信号及电源，而且中轴上安装的力矩传感器价格昂贵，增加了生产成本。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种霍尔型力矩传感器及电机。
根据本发明提供的霍尔型力矩传感器，包含拨叉环、磁体以及霍尔传感器；
多个拨叉环中包括第一拨叉环与第二拨叉环这两个拨叉环；
拨叉环上设置有斜凸起与斜凹槽；
在所述两个拨叉环中，一个拨叉环上的斜凸起与另一个拨叉环上的斜凹槽相匹配；斜凸起能够与斜凹槽相对滑动；
磁体或霍尔传感器与第一拨叉环相连；
磁体与霍尔传感器之间能够产生相对位移。
优选地，斜凸起、斜凹槽分别位于第一拨叉环、第二拨叉环的轴向端面上；
多个所述斜凸起沿第一拨叉环周向方向布置；
多个所述斜凹槽沿第二拨叉环周向方向布置。
优选地，还包含位移环；
位移环包含位移环轴、位移环肩以及位移环延伸部；
位移环轴、位移环肩、位移环延伸部依次连接；
第一拨叉环套接在位移环轴上；磁体或霍尔传感器安装在位移环延伸部上。
优选地，还包含电机轴；
位移环套接在电机轴上；位移环与电机轴周向固定；
第二拨叉环与电机轴通过轴承连接。
优选地，位移环通过销或键与电机轴连接。
优选地，电机轴包含电机轴肩；
电机轴肩与位移环肩之间设置有弹簧。
优选地，还包含盖板与电机壳体；盖板与电机壳体紧固连接；
第一拨叉环与盖板周向固定连接；第二拨叉环通过轴承与电机壳体相连。
优选地，还包含飞轮与PCB板；
飞轮安装在第二拨叉环上；
霍尔传感器安装在PCB板上。
优选地，所述斜凹槽包含导向壁面与限位壁面；
导向壁面相对槽底面斜向延伸；限位壁面与槽底面垂直。
本发明还提供了一种电机，包含上述的霍尔型力矩传感器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中力矩传感器体积小，能够与电机进行结合，无需单独安装，避免了繁琐的布线接线过程；
2、本发明用斜面的轴向分力间接检测骑行时的扭矩大小，结构简单，灵敏度高；
3、本发明价格便宜，经济实用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的霍尔型力矩传感器结构示意图；
图2为第一拨叉环与第二拨叉环装配示意图。
图中示出：
电机壳体 1 磁钢 8
盖板 2 位移环 9
第一轴承 3 位移环肩 91
第一拨叉环 4 位移环轴 92
斜凸起 41 位移环延伸部 93
第二拨叉环 5 销 10
斜凹槽 51 电机轴 11
导向壁面 511 电机轴肩 111
限位壁面 512 PCB板 12
第二轴承 6 飞轮 13
弹簧 7
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，实施例中，本发明提供的霍尔型力矩传感器包含电机壳体1、盖板2、拨叉环、磁钢8、电机轴11、PCB板12以及飞轮13，其中拨叉环形成第一拨叉环4、第二拨叉环5这两个拨叉环，PCB板12上安装有霍尔传感器。飞轮13固定安装在第二拨叉环5外表面上，第二拨叉环5上设置有轴向开孔，第二拨叉环5的内、外壁分别通过轴承与电机轴11、电机壳体1相连。第二拨叉环5与第一拨叉环4同轴布置，第二拨叉环5沿轴向方向一端的端面设置有斜凹槽51，第一拨叉环4沿轴向方向一端的端面上对应设置有斜凸起41，斜凸起41形状与斜凹槽51形状相匹配。第一拨叉环4与盖板2周向相对固定，盖板2与电机外壳紧固连接。在骑行时驱动链轮，带动飞轮13转动，从而驱动第二拨叉环5转动，第二拨叉环5轴向端面的斜凹槽51传递扭矩给第一拨叉环4端面的斜凸起41，第一拨叉环4外圈与盖板2内孔周向固定，而盖板2固定在电机壳体1上，从而驱动电机壳体1转动，最终驱动自行车前进。优选例中，包含多个斜凸起41与多个斜凹槽51，多个所述斜凸起41沿第一拨叉环4周向方向布置；多个所述斜凹槽51沿第二拨叉环5周向方向布置，斜凸起41与斜凹槽51一一对应，设置多组斜凸起41与斜凹槽51的目的在于能够传递更大的力矩，防止斜凸起41在力矩较大时发生断裂。优选地，也可以是在第一拨叉环4上设置斜凹槽51，对应地在第二拨叉环5上设置斜凸起41。进一步优选地，还可以是第一拨叉环4上、第二拨叉环5上均同时设置有斜凸起41与斜凹槽51，一个拨叉环上的斜凸起41与另一个拨叉环上的斜凹槽51相匹配。
位移环9包含位移环轴92、位移环肩91以及位移环延伸部93；位移环轴92、位移环肩91、位移环延伸部93依次连接；第一拨叉环4套接在位移环轴92上并与位移环肩91接触；磁钢8安装在位移环延伸部93上。位移环9整体套接在电机轴11上，位移环9通过销10与电机轴11周向相对固定。电机轴11包含电机轴肩111，电机轴肩111与位移环肩91之间设置有弹簧7。如图2所示，斜凹槽51包含导向壁面511与限位壁面512：导向壁面511相对槽底面斜向延伸，限位壁面512与槽底面垂直。在骑行过程中，第一拨叉环4受到第二拨叉环5提供的扭矩在位移环9上产生周向转动，斜凸起41与导向壁面511接触，导向壁面511对斜凸起41的作用力可以分解为周向力与轴向力，在轴向力的作用下，第一拨叉环4进一步驱动位移环9沿轴向运动，并压缩弹簧7，根据胡克定律，弹簧7的压缩量与受到的作用力大小是成正比的，位移环9上固定有磁钢8，PCB板12则安装在与电机轴11相对固定的零件上，如定子等，位移环9沿轴向方向移动就使得磁钢8与安装有霍尔传感器的PCB板12有了相对位移，而这位移又与弹簧7压缩量对应，因此，本发明提供的霍尔型力矩传感器的原理总结为：骑行时通过脚踏驱动链轮带动飞轮13转动，飞轮13的骑行力矩被第一拨叉的斜凸起41分为克服轮圈转动的阻力矩的力与轴向力，轴向力压缩弹簧7产生位移，利用磁钢8位移和霍尔传感器的检测原理检测力矩，阻力矩越大，斜凸起41的轴向位移越大，间接反映力矩大小。优选例中，位移环9还可以是通过键与电机轴11相连接。优选地，还可以是装有霍尔传感器的PCB板12安装在位移环9上，通过PCB板12主动相对磁钢8产生相对位移进行力矩测量。优选地，所述磁钢8还可以是其他类型的磁体，比如电磁铁等，但是相比之下，磁钢8结构简单，运行可靠。进一步优选地，还可以是环形的磁钢8直接套在第一拨叉环4上，但是此结构会导致力矩测量结果不够精准，且影响整体结构的连接稳定性。
本发明还提供了一种电机，电机包含上述的霍尔型力矩传感器，电机安装在自行车的后叉上。该结构的优势在于，能够将力矩传感器与传统电机结合，同时安装在自行车后轴上，避免了复杂的导线布置设计，力矩信号的获取更加及时精确。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种霍尔型力矩传感器，其特征在于，包含拨叉环、磁体以及霍尔传感器；
多个拨叉环中包括第一拨叉环与第二拨叉环这两个拨叉环；
拨叉环上设置有斜凸起与斜凹槽；
在所述两个拨叉环中，一个拨叉环上的斜凸起与另一个拨叉环上的斜凹槽相匹配；斜凸起能够与斜凹槽相对滑动；
磁体或霍尔传感器与第一拨叉环相连；
磁体与霍尔传感器之间能够产生相对位移。
2.根据权利要求1所述的霍尔型力矩传感器，其特征在于，斜凸起、斜凹槽分别位于第一拨叉环、第二拨叉环的轴向端面上；
多个所述斜凸起沿第一拨叉环周向方向布置；
多个所述斜凹槽沿第二拨叉环周向方向布置。
3.根据权利要求1所述的霍尔型力矩传感器，其特征在于，还包含位移环；
位移环包含位移环轴、位移环肩以及位移环延伸部；
位移环轴、位移环肩、位移环延伸部依次连接；
第一拨叉环套接在位移环轴上；磁体或霍尔传感器安装在位移环延伸部上。
4.根据权利要求3所述的霍尔型力矩传感器，其特征在于，还包含电机轴；
位移环套接在电机轴上；位移环与电机轴周向固定；
第二拨叉环与电机轴通过轴承连接。
5.根据权利要求4所述的霍尔型力矩传感器，其特征在于，位移环通过销或键与电机轴连接。
6.根据权利要求4所述的霍尔型力矩传感器，其特征在于，电机轴包含电机轴肩；
电机轴肩与位移环肩之间设置有弹簧。
7.根据权利要求1所述的霍尔型力矩传感器，其特征在于，还包含盖板与电机壳体；盖板与电机壳体紧固连接；
第一拨叉环与盖板周向固定连接；第二拨叉环通过轴承与电机壳体相连。
8.根据权利要求1所述的霍尔型力矩传感器，其特征在于，还包含飞轮与PCB板；
飞轮安装在第二拨叉环上；
霍尔传感器安装在PCB板上。
9.根据权利要求1所述的霍尔型力矩传感器，其特征在于，所述斜凹槽包含导向壁面与限位壁面；
导向壁面相对槽底面斜向延伸；限位壁面与槽底面垂直。
10.一种电机，其特征在于，包含权利要求1至9中任一项所述的霍尔型力矩传感器。
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