CN112572683A - 一种自行车力矩传动机构、系统及电助力自行车 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种自行车力矩传动机构、系统及电助力自行车，该自行车力矩传动机构包括中轴、力矩轴套、第一脚踏曲柄、第二脚踏曲柄和检测电路；中轴的两端分别与第一脚踏曲柄和第二脚踏曲柄连接；力矩轴套套设于中轴外部；中轴能够在接收到第一脚踏曲柄和/或第二脚踏曲柄传递的扭矩时将扭矩传递给力矩轴套；力矩轴套能够在接收到扭矩时产生形变；检测电路包括至少一组成对设置的磁敏传感器；检测电路设于力矩轴套外侧，检测电路用于监测力矩轴套的状态，并在监测到力矩轴套产生形变时生成监测信号。该力矩传动机构采用双边扭矩传感结构能够精准地测量双只脚踏的力量大小以及更好地理解骑行者力量需求，且能够应用于自行车各种应用场合。

Description

一种自行车力矩传动机构、系统及电助力自行车

技术领域

本申请涉及力矩传动技术领域，特别涉及一种自行车力矩传动机构、系统及电助力自行车。

背景技术

近年来，电动自行车作为一种环保、节能的交通工具已经逐渐被广大消费者所接受，无论在国内还是国外，电动自行车在世界范围内的销量也在逐年增加，电动自行车替代自行车的趋势逐步扩大，而传感器的质量及灵敏度也决定了电动自行车的骑行体验。

目前用于电动自行车中的传感器多为霍尔转速传感器，然而，这类电动自行车传感器不能检测静态和动态扭矩，测量精度差，在骑行中不能零启动，在平路和下坡骑行中会出现电动助力过大而使电池产生不必要的放电。由于磁钢并未安装在中轴有效的受力部位，其因扭力而产生的位移变化并不明显，往往在低转速时明显，而高转速时则不明显，故使得感应电位信号的输出不准确，传感器的工作稳定性和可靠性均大大下降。

还有些方案中采用单边力矩传感器，但是单边力矩传感器只能感知单只脚踏的力量大小，无法真实理解骑行者力量需求，不能很好的适应自行车各种应用场合。

发明内容

本申请要解决是现有技术中自行车的扭矩传感机构数据采集不够精准且传感性能稳定性和可靠性较差的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例公开了一种自行车力矩传动机构，包括中轴、力矩轴套、第一脚踏曲柄、第二脚踏曲柄和检测电路；

所述中轴的两端分别与所述第一脚踏曲柄和所述第二脚踏曲柄连接；

所述力矩轴套套设于所述中轴外部；

所述中轴能够在接收到所述第一脚踏曲柄和/或所述第二脚踏曲柄传递的扭矩时将所述扭矩传递给所述力矩轴套；所述力矩轴套能够在接收到所述扭矩时产生形变；

所述检测电路包括至少一组成对设置的磁敏传感器；

所述检测电路设于所述力矩轴套外侧，所述检测电路用于监测所述力矩轴套的状态，并在监测到所述力矩轴套产生形变时生成监测信号。

进一步地，所述力矩轴套的材质为刚性可磁化钢材。

进一步地，还包括固定支架、第一轴碗和第二轴碗；

所述第一轴碗和所述第二轴碗分被设于所述中轴的两端；

所述固定支架环绕所述力矩轴套设置，且所述固定支架的两端分别与所述第一轴碗和所述第二轴碗连接。

进一步地，所述检测电路设于所述固定支架上；所述力矩轴套能够相对于所述固定支架转动。

进一步地，所述固定支架的材质为非磁性材质。

进一步地，还包括传动件和牙盘结构；

所述传动件的一端与所述力矩轴套的一端套设连接，所述传动件另一端与所述牙盘结构连接。

进一步地，所述传动件为花键套；所述花键套与所述力矩轴套的一端通过花键配合连接。

本申请第二方面提供一种电助力自行车力矩传动系统，包括控制器、速度传感器和所述自行车力矩传动机构；

所述检测电路与所述控制器连接，所述速度传感器与所述控制器连接；

所述速度传感器用于获取自行车的速度信息，并将所述速度信息发送给所述控制器；所述检测电路用于将生成的监测信号发送至所述控制器；所述控制器用于根据所述速度信息和所述监测信号确定电机助力数据。

进一步地，还包括电机，所述电机与所述控制器相连，所述控制器还用于基于所述电机助力数据控制所述电机。

本申请第三方面提供一种电助力自行车，包括所述自行车力矩传动系统。

采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：

本申请提供自行车扭矩传感机构包括中轴、力矩轴套以及能感应力矩轴套形变的检测电路，该力矩传动机构采用双边扭矩传感结构能够更为精准地测量双只脚踏的力量大小，能够更好地理解骑行者力量需求，且能够应用于自行车各种应用场合，不受路况影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一种自行车力矩传动机构的示意图；

图2为本申请实施例一种自行车力矩传动机构的检测电路的位置示意图；

图3为本申请实施例一种自行车力矩传动机构的拆分示意图；

图4为本申请实施例一种自行车力矩传动机构的示意图；

图5为本申请实施例一种自行车力矩传动机构的示意图。

以下对附图作补充说明：

1-中轴；2-力矩轴套；3-检测电路；4-固定支架；5-传动件；6-第一轴碗；7-第二轴碗。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

请参见图1-5，图1为本申请实施例一种自行车力矩传动机构的示意图，该自行车力矩传动机构包括中轴1、力矩轴套2、第一脚踏曲柄、第二脚踏曲柄和检测电路3；

中轴1的两端分别与第一脚踏曲柄和第二脚踏曲柄连接；本申请实施例中，中轴1安装于自行车的五通管内；

力矩轴套2套设于中轴1外部；力矩轴套2可以与中轴1同心设置且与中轴1通过花键配合连接。

中轴1能够在接收到第一脚踏曲柄和/或第二脚踏曲柄传递的扭矩时将扭矩传递给力矩轴套2；力矩轴套2能够在接收到扭矩时产生形变；

检测电路3设于力矩轴套2外侧，检测电路3用于监测力矩轴套2的状态，并在监测到力矩轴套2产生形变时生成监测信号。

检测电路3包括至少一组成对设置的磁敏传感器。

本申请实施例中，所述力矩轴套2的材质为刚性可磁化钢材；且通过热处理工艺进行处理，具有高的表面硬度；通过在力矩轴套2轴向短暂施加两个相反方向的强磁场能够获得周向表面的永久磁场。本申请实施例中，为了进一步提高检测电路3的灵敏度和准确度，中轴1和中轴1上的轴承等其他结构件均需要进行退磁处理。

本申请实施例中，图3为本申请实施例自行车力矩传动机构的拆分示意图；图4和图5分别为本申请实施例自行车力矩传动机构不同角度的视图，该自行车力矩传动机构还包括固定支架4、第一轴碗6和第二轴碗7；所述第一轴碗6和所述第二轴碗7分被设于所述中轴1的两端；所述固定支架4环绕所述力矩轴套2设置，且所述固定支架4的两端分别与所述第一轴碗6和所述第二轴碗7连接；可实施的，该连接方式可以为卡接，也可以为其他连接方式。固定于固定支架4上的检测电路3可以位于力矩轴套的一侧的设定区域（如图2所示）。

所述检测电路3设于所述固定支架4上；固定支架不随中轴转动而转动，即固定于固定支架4上的检测电路2也不随中轴1转动而转动；所述中轴1和力矩轴套2能够相对于所述固定支架4转动。在中轴1旋转时，保证固定支架4为静止状态，能够周向检测力矩轴套2磁场变化的信号。

本申请提供的自行车力矩传动机构能够基于磁致伸缩原理来测量由于扭矩而引起的磁场变化。检测电路相对于带磁编码的力矩轴套以非接触方式安装(与旋转轴线基本平行设置)，并且所述检测电路能够对载荷作用下的磁弹性效应而产生的磁场变化(反磁致伸缩)进行测量。磁场变化与外力影响成正比并与扭矩建立联系。

本申请实施例中，可实施的，检测电路3可以包括两个磁敏传感器在所述力矩套2的纵向成对配置，且两个磁敏感传感器可以均相对位于中轴1的轴向方向，该配置通过电路拓扑上的互补方式，在干扰磁场变化的情况下实时地进行补偿，能够有效抵消外部磁场干扰。所述外部干扰磁场包括地球磁场和/或由于由地球磁场引起的所述轴的磁化而产生的磁场；可实施的，所述力矩套2的纵向也可以配置多组成对设置的磁敏传感器；该设置能够对所述力矩套2旋转期间由于磁化部分的旋转不对称而引起的测量偏差进行补偿，能够有效提升磁场变化的检测精度。

本申请实施例中，检测电路3能够周向检测力矩轴套2磁场变化的信号；在传递扭矩时，中轴1能够在接收到第一脚踏曲柄和/或第二脚踏曲柄传递的扭矩时将扭矩传递给力矩轴套2；力矩轴套2能够在接收到扭矩时产生形变从而导致磁场变化,该检测电路3与控制器连接，当检测电路3监测到力矩轴套2磁场发生变化时会将该监测信号反馈给控制器。

本申请实施例中，固定支架4的材质为非磁性材质，例如，可以选择为塑料材质。采用非磁性材质的固定支架4固定检测电路，能够避免与力矩轴套2磁场干涉，能够有效提高检测电路灵敏度和准确度。

本申请实施例中，该自行车力矩传动机构还包括传动件5和牙盘结构；

传动件5的一端与力矩轴套2的一端套设连接，传动件5另一端与牙盘结构连接。作用在中轴1左端或右端的扭矩，先从中轴1传递到力矩轴套2，再从力矩轴套2传递到花键套，最后从花键套传递到牙盘。

本申请实施例中，传动件5为花键套；花键套与力矩轴套2的一端通过花键配合连接；花键套与中轴1为间隙装配。

本申请实施例中，在自行车力矩传动机构工作时，中轴1、力矩轴套2、花键套、牙盘结构一同转动，固定检测电路3的固定支架4固定不动。

本申请提供自行车扭矩传感机构包括中轴1、力矩轴套2以及能感应力矩轴套2形变的检测电路3，该扭矩传感机构采用双边扭矩传感结构能够更为精准地测量双只脚踏的力量大小，能够更好地理解骑行者力量需求，且能够应用于自行车各种应用场合，不受路况影响。

本申请实施例提供的自行车扭矩传感机构可用于电助力自行车检测骑行人踩踏力矩，也可用于普通自行车监测扭矩或输入功率，用作功率计等。

本申请第二方面提供一种电助力自行车力矩传动系统，该力矩传动系统包括控制器、速度传感器和自行车力矩传动机构；

检测电路3与控制器连接，速度传感器与控制器连接；

速度传感器用于获取自行车的速度信息，并将速度信息发送给控制器；检测电路3用于将生成的监测信号发送至控制器；控制器用于根据速度信息和监测信号确定电机助力数据；电机助力数据包括与电机助力大小等相关的参数，例如电机功率、助力级别等。

本申请实施例中，控制器用于根据速度信息和监测信号确定电机助力数据具体包括：若控制器接收到监测信号且速度信息为大于设定值，即检测到转动速度时，控制器才确定进行电机助力并确定助力数据。若控制器接收到监测信号但速度信息为小于或等于设定值，该设定值为能判断车辆在停止状态的值，可以为零，也可以根据需求设定一个略大于零的且能判断车辆处于停止状态的一个区间。则确定的助力数据中助力大小为零，即控制器控制电机不进行助力。能够有效避免车辆在停止状态检测电路3发生误信号而造成车辆突然窜出等危险。

本申请实施例中，该电助力自行车力矩传动系统还包括电机，电机与控制器相连，控制器还用于基于电机助力数据控制电机。

本申请第三方面提供一种电助力自行车，包括上述自行车力矩传动系统。

以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自行车力矩传动机构，其特征在于，包括中轴（1）、力矩轴套（2）、第一脚踏曲柄、第二脚踏曲柄和检测电路（3）；

所述中轴（1）的两端分别与所述第一脚踏曲柄和所述第二脚踏曲柄连接；

所述力矩轴套（2）套设于所述中轴（1）外部；

所述中轴（1）能够在接收到所述第一脚踏曲柄和/或所述第二脚踏曲柄传递的扭矩时将所述扭矩传递给所述力矩轴套（2）；所述力矩轴套（2）能够在接收到所述扭矩时产生形变；

所述检测电路包括至少一组成对设置的磁敏传感器；

所述检测电路（3）设于所述力矩轴套（2）外侧，所述检测电路（3）用于监测所述力矩轴套（2）的状态，并在监测到所述力矩轴套（2）产生形变时生成监测信号。

2.根据权利要求1所述的自行车力矩传动机构，其特征在于，所述力矩轴套（2）的材质为刚性可磁化钢材。

3.根据权利要求2所述的自行车力矩传动机构，其特征在于，还包括固定支架（4）、第一轴碗（6）和第二轴碗（7）；

所述第一轴碗（6）和所述第二轴碗（7）分被设于所述中轴（1）的两端；

所述固定支架（4）环绕所述力矩轴套（2）设置，且所述固定支架（4）的两端分别与所述第一轴碗（6）和所述第二轴碗（7）连接。

4.根据权利要求3所述的自行车力矩传动机构，其特征在于，所述检测电路（3）设于所述固定支架（4）上；所述力矩轴套（2）能够相对于所述固定支架（4）转动。

5.根据权利要求4所述的自行车力矩传动机构，其特征在于，所述固定支架（4）的材质为非磁性材质。

6.根据权利要求1所述的自行车力矩传动机构，其特征在于，还包括传动件（5）和牙盘结构；

所述传动件（5）的一端与所述力矩轴套（2）的一端套设连接，所述传动件（5）另一端与所述牙盘结构连接。

7.根据权利要求6所述的自行车力矩传动机构，其特征在于，所述传动件（5）为花键套；所述花键套与所述力矩轴套（2）的一端通过花键配合连接。

8.一种电助力自行车力矩传动系统，其特征在于，包括控制器、速度传感器和权利1-7任一项所述自行车力矩传动机构；

所述检测电路（3）与所述控制器连接，所述速度传感器与所述控制器连接；

所述速度传感器用于获取自行车的速度信息，并将所述速度信息发送给所述控制器；所述检测电路（3）用于将生成的监测信号发送至所述控制器；所述控制器用于根据所述速度信息和所述监测信号确定电机助力数据。

9.根据权利要求8所述的电助力自行车力矩传动系统，其特征在于，还包括电机，所述电机与所述控制器相连，所述控制器还用于基于所述电机助力数据控制所述电机。

10.一种电助力自行车，其特征在于，包括权利要求8-9任一项所述自行车力矩传动系统。

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