CN110445312A - 内置助力传感器的电动自行车轮毂电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内置助力传感器的电动自行车轮毂电机，包括主轴，其特征是：所述主轴上设有阶梯台，主轴上套装有轴承套，轴承套设有与阶梯台形状匹配的方形内孔，轴承套外侧通过端盖支撑轴承支撑在端盖上，轴承套内侧支撑在阶梯台上，所述阶梯台垂直侧面设有弹性体支撑凹槽，弹性体支撑凹槽上搭接有弹性体，构成简支梁结构，弹性体内侧固接有应变片，轴承套方形内孔侧壁凹槽内插接有传力垫片，轴承套套装弹性体的简支梁结构、应变片和传力垫片共同构成简支梁式力测量机构。有益效果：本发明弹性体不参与轮毂支撑，弹性体可靠性显著提高，而且弹性体相对于电机轴固定不旋转，无需力矩信号的无线发送模块及接收模块，不仅节省空间又节省成本。
Description
技术领域
本发明属于电机领域，尤其涉及一种内置助力传感器的电动自行车轮毂电机。
背景技术
目前，电动自行车助力控制方式有两种，一种是通过速度传感器测量骑行者脚踏速度，根据速度大致估算助力功率的方式，另一种是通过力矩传感器测量骑行者脚踏力，根据脚踏力的大小精确计算助力功率的方式。上述两种助力方式，助力传感器安装位置位于五通中轴部，将中轴的转速信号或中轴所受力矩信号传给电机控制器，以控制电机输出功率，从而实现助力。两种助力方式各有优缺点，速度型助力方式的优点是结构简单、耐冲击能力强、成本低、安装方便，缺点是助力效果差；力矩型助力方式的优点是助力效果好，缺点是结构复杂、耐冲击能力弱、成本高、安装麻烦。力矩传感器虽然存在诸多缺点，但是它在助力效果上的优异表现，中高端电动自行车普遍采用力矩传感器。为了减少力矩传感器安装方面的麻烦，有些公司推出内置力矩传感器的轮毂电机，如专利文献公开号CN107054542A公开了一种“带力矩传感功能的轮毂电机和采用该电机的电动自行车”。上述结构中，弹性体一端与飞轮固接，另一端与电机轮毂固接，弹性体充当轮毂支撑件，骑行中轮毂的冲击直接加载到弹性体上，而且弹性体又不能做的太粗，做的结实一点的话形变量过小，满足不了应变输出要求，因此可靠性差。而且弹性体随轮毂旋转，因此还需要力矩信号无线发送模块及接收模块，体积大、结构复杂、成本高，综合性能不佳。能够设计出既能内置于轮毂电机中，助力效果佳，且体积小、结构简单、成本低、可靠性高的助力传感器是业内所盼的产品。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种内置助力传感器的电动自行车轮毂电机，利用力学支撑结构，将力矩的检测转变为压力的检测，弹性体不参与轮毂支撑，测量力的可靠性显著提高。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种内置助力传感器的电动自行车轮毂电机，包括端盖、外壳、定子和主轴，其特征是：所述主轴上设有阶梯台，阶梯台横截面形状呈方形，所述主轴上套装有轴承套，所述轴承套设有与阶梯台形状匹配的方形内孔，所述轴承套外侧通过端盖支撑轴承支撑在端盖上，轴承套内侧支撑在阶梯台上，所述阶梯台垂直侧面设有弹性体支撑凹槽，弹性体支撑凹槽上搭接有弹性体，构成简支梁结构，所述弹性体内侧固接有应变片，轴承套方形内孔侧壁凹槽内插接有传力垫片，轴承套套装弹性体的简支梁结构、应变片和传力垫片共同构成简支梁式力测量机构。
所述轴承套内侧支撑在阶梯台上下表面的若干轴承套垂直方向支撑滚针上。
所述轴承套内侧端面上设有径向凹台，径向凹台上置有轴承套径向止推滚针。
所述轴承套内径与主轴之间设有缓冲间隙，所述缓冲间隙为0.05-0.15mm。
所述主轴上键接有弹性体固定环，弹性体固定环置于阶梯台内侧端，所述弹性体固定环上设有弹性体构成悬臂梁结构，弹性体内侧固接有应变片，轴承套方形内孔侧壁设有轴承套内侧凸起，轴承套套装弹性体的悬臂梁结构、应变片和轴承套内侧凸起共同构成悬臂梁式力测量机构。
有益效果：本发明以极为简单的结构测量骑行者脚踏力的变化，同时弹性体不参与轮毂支撑，可靠性显著提高；而且弹性体相对于电机主轴固定不旋转，无需力矩信号无线发送模块及接收模块，不仅节省空间又节省成本。
附图说明
图1是本发明的局部剖视图；
图2是本发明实施例1的A-A横向剖视图；
图3是本发明实施例1的B-B纵向剖视图；
图4是本发明实施例1的纵向剖视立体图；
图5是本发明实施例1的立体爆炸图；
图6是本发明实施例1的轴承套及滚针示意图；
图7是本发明实施例2的A-A横向剖视图；
图8是本发明实施例2的B-B纵向剖视图；
图9是本发明实施例2的纵向剖视立体图；
图10是本发明实施例2的立体爆炸图；
图11是本发明实施例2的轴承套及滚针示意图；
图12是本发明实施例2的弹性体示意图；
图13是本发明实施例3的纵向剖视图；
图14是本发明实施例4的纵向剖视图；
图15是本发明轮毂电机受力示意图。
图中：1、主轴，1-1、滚针接触面，1-2、弹性体支撑台，2、轴承套垂直方向支撑滚针，2-1、轴承套径向止推滚针，3、轴承套，3-1、轴承套内凹槽，3-2、轴承套内侧凸起，4、端盖支撑轴承，5、端盖，6、外壳，7、弹性体，7-1、弹性体固定环，8、传力垫片，9、定子，10、助力信号输出板，11、飞轮，12、应变片，13、磁钢，14、霍尔，15、脚蹬，16、链条，301、轴承套与主轴的缓冲间隙。
具体实施方式
下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
详见附图1-7，本实施例提供了一种内置助力传感器的电动自行车轮毂电机，包括端盖5、外壳6、定子9、力矩信号输出板10、飞轮11和主轴1，所述主轴上设有阶梯台，阶梯台横截面形状呈方形，所述主轴上套装有轴承套3，所述轴承套设有与阶梯台形状匹配的方形内孔，所述轴承套外侧通过端盖支撑轴承4支撑在端盖上，轴承套内侧支撑在阶梯台的滚针接触面1-1上，在阶梯台上下滚针接触面上表面置有若干轴承套垂直方向支撑滚针2。所述阶梯台垂直侧面设有弹性体支撑凹槽形成弹性体支撑台1-2，弹性体支撑台上搭接弹性体7，弹性体支撑台与弹性体构成简支梁结构，所述弹性体内侧固接有应变片12，轴承套方形内孔侧壁的轴承套内凹槽3-1内插接有传力垫片8，轴承套套装的弹性体简支梁结构、应变片和传力垫片共同构成简支梁式力测量机构。所述轴承套内侧端面上设有径向凹台，径向凹台上置有轴承套径向止推滚针2-1。
实施例2
本实施例提供了一种内置助力传感器的电动自行车轮毂电机，包括端盖5、外壳6、定子9、力矩信号输出板10、飞轮11和主轴1，所述主轴上设有阶梯台，阶梯台横截面形状呈方形，所述主轴上套装有轴承套，所述轴承套设有与阶梯台形状匹配的方形内孔，所述轴承套外侧通过端盖支撑轴承支撑在端盖上，轴承套内侧支撑在阶梯台的滚针接触面1-1上，在阶梯台上下滚针接触面上表面置有若干轴承套垂直方向支撑滚针2。所述主轴上键接有弹性体固定环7-1，弹性体固定环置于阶梯台内侧端，所述弹性体固定环上设有弹性体构成悬臂梁结构，弹性体内侧固接有应变片，轴承套方形内孔侧壁设有轴承套内侧凸起3-2，轴承套套装弹性体的悬臂梁结构、应变片和轴承套内侧凸起共同构成悬臂梁式力测量机构。
如图3、8、13、14所示，本实施例优选方案是，所述轴承套内径与主轴之间设有缓冲间隙301，所述缓冲间隙为0.05-0.15mm，轴承套与主轴之间存在间隙，上述间隙小于弹性体最大可形变量，目的在于保护弹性体，防止过载引起的弹性体塑性变形。
实施例3
磁钢固接于轴承套，霍尔固接于主轴，当轴承套受到链条拉力，使弹性体发生微小形变，磁钢与霍尔之间相对位置发生变化，相应地霍尔输出信号也发生变化。
实施例4
磁钢固接于轴承套，霍尔固接于弹性体固定环上，当轴承套受到链条拉力，使弹性体发生微小形变，磁钢与霍尔之间相对位置发生变化，相应地霍尔输出信号也发生变化。
实施例1与实施例2或实施例3与实施例4的区别在于弹性体受力形式上，实施例1和实施例3的弹性体受力形式为简支梁结构，实施例2和实施例4的弹性体受力形式为悬臂梁结构。实施例1、2与实施例3、4的区别在于实施例1和实施例2的力检测元件为应变片，实施例3和实施例4的力检测元件为霍尔。
工作过程及原理
对于电动自行车助力来说，能够准确及时地了解骑行者的骑行意图是实现最佳助力效果的关键，即准确测量骑行者脚踏力的实时变化情形。如图15所示，骑行者踩踏脚蹬，脚踏力F1通过链条16传到飞轮，链条拉力F2经过飞轮、端盖、端盖支撑轴承、轴承套、传力垫片作用到弹性体上，骑行者脚踏力F1与作用到弹性体上的链条拉力F2之间存在大小成比例且变化情形相同的关系，因此，只要测量出弹性体所受力的变化情形，就可以了解骑行者的骑行意图。本发明中，弹性体、应变片、助力信号输出板构成轮毂内置助力传感器。
如图3所示，助力传感器具体工作过程为，链条拉力F2作用在简支梁弹性体中心位置上，迫使弹性体发生相应的形变，贴付于弹性体上的应变片将弹性体形变程度以电阻变化量的形式传递给助力信号输出板，助力信号输出板将输出与脚踏力大小成比例且变化情形相同的电信号,电机控制器根据上述助力信号输出相应功率，实现助力。
现有内置力矩传感器的轮毂电机，所测量的物理量为飞轮与电机外壳之间的扭矩，即骑行者驱动轮毂的全部扭矩，本发明通过端盖支撑轴承与主轴之间增加一个轴承套，轴承套相对主轴不旋转，通过本发明可以将链条水平方向的拉力检测出来，从而将力矩的检测转变为压力的检测，弹性体不随轮毂旋转，无需无线收发装置，不仅简化了结构，还避免弹性体支撑整车重量的弊端，提高了可靠性。
上述参照实施例对该一种内置助力传感器的电动自行车轮毂电机进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种内置助力传感器的电动自行车轮毂电机，包括端盖、外壳、定子和主轴，其特征是：所述主轴上设有阶梯台，阶梯台横截面形状呈方形，所述主轴上套装有轴承套，所述轴承套设有与阶梯台形状匹配的方形内孔，所述轴承套外侧通过端盖支撑轴承支撑在端盖上，轴承套内侧支撑在阶梯台上，所述阶梯台垂直侧面设有弹性体支撑凹槽，弹性体支撑凹槽上搭接有弹性体，构成简支梁结构，所述弹性体内侧固接有应变片，轴承套方形内孔侧壁凹槽内插接有传力垫片，轴承套套装弹性体的简支梁结构、应变片和传力垫片共同构成简支梁式力测量机构。
2.根据权利要求1所述的内置助力传感器的电动自行车轮毂电机，其特征是：所述轴承套内侧支撑在阶梯台上下表面的若干轴承套垂直方向支撑滚针上。
3.根据权利要求1或2所述的内置助力传感器的电动自行车轮毂电机，其特征是：所述轴承套内侧端面上设有径向凹台，径向凹台上置有轴承套径向止推滚针。
4.根据权利要求3所述的内置助力传感器的电动自行车轮毂电机，其特征是：所述轴承套内径与主轴之间设有缓冲间隙，所述缓冲间隙为0.05-0.15mm。
5.根据权利要求1所述的内置助力传感器的电动自行车轮毂电机，其特征是：所述主轴上键接有弹性体固定环，弹性体固定环置于阶梯台内侧端，所述弹性体固定环上设有弹性体构成悬臂梁结构，弹性体内侧固接有应变片，轴承套方形内孔侧壁设有轴承套内侧凸起，轴承套套装弹性体的悬臂梁结构、应变片和轴承套内侧凸起共同构成悬臂梁式力测量机构。
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