CN111169588A - 适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，涉及电动车的中轴装置技术领域，包括传动组件以及力矩传感组件，传动组件包括BB轴、输出轴、离合器以及斜齿轮轴套，BB轴的一端沿周向外侧向外依次套装有斜齿轮轴套、离合器、输出轴；力矩传感组件包括滑动套、推力轴承、线路板以及内套；沿BB轴的另一端的方向上依次套装有滑动套、内套、线路板，内套上设置有磁钢，线路板上设置有线性霍尔，当斜齿轮轴套靠近滑动套移动时，滑动套驱使推力轴承、内套相对于BB轴移动，此时磁钢相对于线性霍尔移动。本发明利用转矩产生轴向位移，使用霍尔传感器检测力矩，组装简单，易于制作，成本低，适合大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及电动车的中轴装置技术领域，具体地，涉及一种适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器。
背景技术
现阶段，电动自行车数量日益庞大，采用力矩传感器驱动系统的电动自行车，可以将骑行者自身做功和电机的输出功率紧密地结合在一起，具有骑行舒适、节能、爬坡动力强等优点，力矩传感器一般集成踏频传感器，目前市场上电动自行车力矩传感器一般都安装在中轴上，其中包括利用转矩产生轴向位移和轴向压力，使用霍尔传感器检测轴向位移或者利用压力传感器检测出轴向压力，通过计算转化为力矩值的力矩和踏频传感器，但该传感器也存在诸多亟待解决的问题：
1、该类型的传感器结构松散，装配困难；
2、由于系统摩擦力和零部件制造精度的影响，当停止踩踏脚踏后，轴向位移和轴向力不易回到原始状态，导致力矩传感器归零不良；
3、由于空间限制，用于产生踏频信号的磁环极对数不够多，导致踏频信号分辨率较低；
4、用于线性霍尔感应的磁钢，现有技术安装在塑料支架上，容易因为温度的变化导致塑料支架热胀冷缩变形，导致采样精度下降。
针对现有技术的缺陷，极大影响了产品的质量和生产效率。
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适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器。
根据本发明提供的一种适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，包括传动组件以及力矩传感组件；
所述传动组件包括BB轴1、输出轴2、离合器4、斜齿轮轴套5；
所述BB轴1的一端沿周向外侧向外依次套装有斜齿轮轴套5、离合器4、输出轴2；
所述力矩传感组件包括滑动套6、推力轴承8、线路板11以及内套13；
沿所述BB轴1的另一端的方向上依次套装有滑动套6、内套13、线路板11；
所述内套13与BB轴1之间设置有第一轴承空间；
所述推力轴承8安装在第一轴承空间中；
所述内套13上设置有磁钢9；
所述线路板11上设置有线性霍尔10；
当斜齿轮轴套5靠近滑动套6移动时，滑动套6驱使推力轴承8、内套13相对于BB轴1移动，此时磁钢9相对于线性霍尔10移动。
优选地，所述磁钢9与线性霍尔10的数量相匹；
所述磁钢9、线性霍尔10的数量分别为多个；
所述多个磁钢9沿内套13的周向均匀布置；
所述多个线性霍尔10沿线路板11的周向均匀布置。
优选地，所述离合器4为圆环形结构；
所述离合器4的中心设置有第一阶梯形通孔；
所述BB轴1穿过第一阶梯形通孔并与离合器4之间形成第一容置空间；
所述斜齿轮轴套5安装在第一容置空间中；
所述BB轴1的外部设置有外斜齿轮101，所述斜齿轮轴套5的内部设置有内斜齿轮51；
所述斜齿轮轴套5套装在外斜齿轮101上且外斜齿轮101与内斜齿轮51相匹配，当BB轴1带动外斜齿轮101转动时，驱使内斜齿轮51带动斜齿轮轴套5转动。
优选地，所述离合器4和斜齿轮轴套5之间花键联接；
所述内套13采用不锈钢。
优选地，所述输出轴2为圆环形结构；
所述输出轴2的中心设置有第二阶梯形通孔；
所述BB轴1穿过第二阶梯形通孔并与输出轴2之间形成第二容置空间以及与第二容置空间相连通的第二轴承空间；
所述离合器4安装在第二容置空间中；
所述第二轴承空间中安装有固定轴承3；
所述离合器4与输出轴2驱动连接。
优选地，所述传动组件还包括磁环7；
所述磁环7安装在斜齿轮轴套5上。
优选地，所述力矩传感组件还包括霍尔小脚裤20；
所述线性霍尔10通过霍尔小脚裤20安装在线路板11上。
优选地，所述力矩传感组件还包括螺钉12、外套14、平垫片15以及波纹弹簧16；
所述线路板11套装在外套14周向的外部；
所述内套13可移动的安装在外套14周向的内部；
所述内套13和外套14之间形成第三容置空间；
所述第三容置空间从内套13到外套14的方向上依次安装有波纹弹簧16、平垫片15；
所述线路板11通过螺钉12安装在外套14上。
优选地，所述力矩传感组件还包括弹性元件17；
所述平垫片15的数量为两个；
所述两个平垫片15之间设置有弹性元件17。
优选地，所述力矩传感组件还包括霍尔元件18以及霍尔支架19；
所述霍尔元件18通过霍尔支架19安装在线路板11上；
所述霍尔元件18采用双路霍尔，输出相互正交的两路脉冲信号。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中力矩传感组件采用结构紧凑，组件组装工艺简单可靠，利用转矩产生轴向位移和轴向压力，使用霍尔传感器检测轴向位移或者利用压力传感器检测出轴向压力，通过计算转化为力矩值的力矩踏频传感器，使用线性霍尔和两个磁钢，并且将磁钢安装在不锈钢零件上，踏频信号采用双路霍尔，组合成力矩踏频传感器，加工工艺成熟，易于制作，成本低，适合大批量生产。
2、本发明通过磁钢9、线性霍尔10采用两组或者两组以上，解决了现有技术的不足，大大提高了力矩传感器的测量精度。
3、波纹弹簧16和弹性元件17的共同作用使得力矩传感器的归零非常稳定，力矩和踏频测量精度高，反应灵敏，完全能够满足电动自行车行业传感器需求。
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为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构爆炸示意图。
图中示出：
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，如图1、图2所示，包括传动组件以及力矩传感组件，所述传动组件包括BB轴1、输出轴2、离合器4、斜齿轮轴套5，所述BB轴1的一端沿周向外侧向外依次套装有斜齿轮轴套5、离合器4、输出轴2；所述力矩传感组件包括滑动套6、推力轴承8、线路板11以及内套13；沿所述BB轴1的另一端的方向上依次套装有滑动套6、内套13、线路板11；所述内套13与BB轴1之间设置有第一轴承空间；所述推力轴承8安装在第一轴承空间中；所述内套13上设置有磁钢9，优选地，内套13采用不锈钢；所述线路板11上设置有线性霍尔10；所述斜齿轮轴套5与滑动套6的侧壁接触，当斜齿轮轴套5靠近滑动套6移动时，滑动套6驱使推力轴承8、内套13相对于BB轴1移动，此时磁钢9相对于线性霍尔10移动。本发明利用转矩产生轴向位移和轴向压力，使用霍尔传感器检测轴向位移或者利用压力传感器检测出轴向压力，通过计算转化为力矩值的力矩踏频传感器，力矩传感器零件加工工艺成熟，组件组装工艺简单可靠，易于制作，成本低，适合大批量生产。
进一步地，磁钢9安装在不锈钢内套13上使得温度变化对力矩传感器的精度影响显著减少。
具体地，如图1、图2所示，所述磁钢9与线性霍尔10的数量相匹；所述磁钢9、线性霍尔10的数量分别为多个，所述多个磁钢9沿内套13的周向均匀布置；所述多个线性霍尔10沿线路板11的周向均匀布置，在一个优选例中，磁钢9与线性霍尔10的数量都为2个；本发明通过磁钢9、线性霍尔10采用两组或者两组以上，大大提高了力矩传感器的测量精度。
具体地，如图1、图2所示，所述离合器4为圆环形结构；所述离合器4的中心设置有第一阶梯形通孔；所述BB轴1穿过第一阶梯形通孔并与离合器4之间形成第一容置空间，所述斜齿轮轴套5安装在第一容置空间中，优选地，离合器4和斜齿轮轴套5之间花键联接；所述BB轴1的外部设置有外斜齿轮101，所述斜齿轮轴套5的内部设置有内斜齿轮51；所述斜齿轮轴套5套装在外斜齿轮101上且外斜齿轮101与内斜齿轮51相匹配，实现驱动连接，当BB轴1带动外斜齿轮101转动时，驱使内斜齿轮51带动斜齿轮轴套5转动。
具体地，如图1、图2所示，所述输出轴2为圆环形结构；所述输出轴2的中心设置有第二阶梯形通孔；所述BB轴1穿过第二阶梯形通孔并与输出轴2之间形成第二容置空间以及与第二容置空间相连通的第二轴承空间；所述离合器4安装在第二容置空间中；所述第二轴承空间中安装有固定轴承3；所述离合器4与输出轴2驱动连接。
具体地，如图1、图2所示，所述力矩传感组件还包括霍尔小脚裤20，所述线性霍尔10通过霍尔小脚裤20安装在线路板11上；所述传动组件还包括磁环7；所述磁环7安装在斜齿轮轴套5上。
具体地，如图1、图2所示，所述力矩传感组件还包括螺钉12、外套14、平垫片15以及波纹弹簧16；所述线路板11套装在外套14周向的外部；所述内套13可移动的安装在外套14周向的内部；所述内套13和外套14之间形成第三容置空间；所述第三容置空间从内套13到外套14的方向上依次安装有波纹弹簧16、平垫片15；所述线路板11通过螺钉12安装在外套14上，优选地，所述力矩传感组件还包括弹性元件17；所述平垫片15的数量为两个；所述两个平垫片15之间设置有弹性元件17。波纹弹簧16和弹性元件17的共同作用使得力矩传感器的归零非常稳定，力矩和踏频测量精度高，反应灵敏，完全能够满足电动自行车行业传感器需求。
具体地，如图1、图2所示，所述力矩传感组件还包括霍尔元件18以及霍尔支架19；所述霍尔元件18通过霍尔支架19安装在线路板11上；所述霍尔元件18采用双路霍尔，输出相互正交的两路脉冲信号。霍尔元件18采用双路霍尔，踏频信号采样精度高。
本发明的工作原理如下：
使用者踩踏脚踏时，在BB轴1上施加力矩，使BB轴1转动，带动斜齿轮轴套5转动，斜齿轮轴套5带动离合器4、输出轴2转动，由于输出轴2受到外部负载的作用，产生和BB轴1转动方向相反的力矩并传递到离合器4、斜齿轮轴套5，斜齿轮轴套5在作用力与反作用力的作用下产生轴向力和轴向位移，推动滑动套6、推力轴承8和内套13产生轴向位移，波纹弹簧16、弹性元件17被压缩，磁钢9跟随内套13产生轴向位移，线性霍尔10靠近磁钢9，因此线性霍尔10感应到磁场的变化从而输出变化信号；使用者踩踏力矩越大，波纹弹簧16和弹性元件17的变形量越大，内套13的轴向位移越大；当使用者停止踩踏脚踏时，BB轴1上的力矩消失，在波纹弹簧16、弹性元件17的弹力作用下，内套13恢复到初始位置，同时，当BB轴1转动时，带动斜齿轮轴套5转动，磁环7跟随斜齿轮轴套5同时转动并产生转动的N、S极磁场，此时霍尔元件18输出正交信号。
在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。
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化或修改，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)
1.一种适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，其特征在于，包括传动组件以及力矩传感组件；
所述传动组件包括BB轴(1)、输出轴(2)、离合器(4)、斜齿轮轴套(5)；
所述BB轴(1)的一端沿周向外侧向外依次套装有斜齿轮轴套(5)、离合器(4)、输出轴(2)；
所述力矩传感组件包括滑动套(6)、推力轴承(8)、线路板(11)以及内套(13)；
沿所述BB轴(1)的另一端的方向上依次套装有滑动套(6)、内套(13)、线路板(11)；
所述内套(13)与BB轴(1)之间设置有第一轴承空间；
所述推力轴承(8)安装在第一轴承空间中；
所述内套(13)上设置有磁钢(9)；
所述线路板(11)上设置有线性霍尔(10)；
当斜齿轮轴套(5)靠近滑动套(6)移动时，滑动套(6)驱使推力轴承(8)、内套(13)相对于BB轴(1)移动，此时磁钢(9)相对于线性霍尔(10)移动。
2.根据权利要求1所述的适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，其特征在于，所述磁钢(9)与线性霍尔(10)的数量相匹；
所述磁钢(9)、线性霍尔(10)的数量分别为多个；
所述多个磁钢(9)沿内套(13)的周向均匀布置；
所述多个线性霍尔(10)沿线路板(11)的周向均匀布置。
3.根据权利要求1所述的适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，其特征在于，所述离合器(4)为圆环形结构；
所述离合器(4)的中心设置有第一阶梯形通孔；
所述BB轴(1)穿过第一阶梯形通孔并与离合器(4)之间形成第一容置空间；
所述斜齿轮轴套(5)安装在第一容置空间中；
所述BB轴(1)的外部设置有外斜齿轮(101)，所述斜齿轮轴套(5)的内部设置有内斜齿轮(51)；
所述斜齿轮轴套(5)套装在外斜齿轮(101)上且外斜齿轮(101)与内斜齿轮(51)相匹配，当BB轴(1)带动外斜齿轮(101)转动时，驱使内斜齿轮(51)带动斜齿轮轴套(5)转动。
4.根据权利要求3所述的适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，其特征在于，所述离合器(4)和斜齿轮轴套(5)之间花键联接；
所述内套(13)采用不锈钢。
5.根据权利要求3所述的适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，其特征在于，所述输出轴(2)为圆环形结构；
所述输出轴(2)的中心设置有第二阶梯形通孔；
所述BB轴(1)穿过第二阶梯形通孔并与输出轴(2)之间形成第二容置空间以及与第二容置空间相连通的第二轴承空间；
所述离合器(4)安装在第二容置空间中；
所述第二轴承空间中安装有固定轴承(3)；
所述离合器(4)与输出轴(2)驱动连接。
6.根据权利要求1所述的适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，其特征在于，所述传动组件还包括磁环(7)；
所述磁环(7)安装在斜齿轮轴套(5)上。
7.根据权利要求1所述的适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，其特征在于，所述力矩传感组件还包括霍尔小脚裤(20)；
所述线性霍尔(10)通过霍尔小脚裤(20)安装在线路板(11)上。
8.根据权利要求1所述的适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，其特征在于，所述力矩传感组件还包括螺钉(12)、外套(14)、平垫片(15)以及波纹弹簧(16)；
所述线路板(11)套装在外套(14)周向的外部；
所述内套(13)可移动的安装在外套(14)周向的内部；
所述内套(13)和外套(14)之间形成第三容置空间；
所述第三容置空间从内套(13)到外套(14)的方向上依次安装有波纹弹簧(16)、平垫片(15)；
所述线路板(11)通过螺钉(12)安装在外套(14)上。
9.根据权利要求8所述的适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，其特征在于，所述力矩传感组件还包括弹性元件(17)；
所述平垫片(15)的数量为两个；
所述两个平垫片(15)之间设置有弹性元件(17)。
10.根据权利要求1所述的适用于电动助力自行车的力矩踏频传感器，其特征在于，所述力矩传感组件还包括霍尔元件(18)以及霍尔支架(19)；
所述霍尔元件(18)通过霍尔支架(19)安装在线路板(11)上；
所述霍尔元件(18)采用双路霍尔，输出相互正交的两路脉冲信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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