CN117451230A - 力矩传感器系统及助力自行车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种力矩传感器系统及助力自行车，包括：五通组件；第一轴承及中轴，中轴穿设于五通组件内，并能够通过第一轴承绕一转动轴线相对于五通组件转动；第一轴承的外周面与五通组件的内表面之间具有第一活动间隙；传递件及应变片，传递件在中轴的径向上设于第一轴承与应变片之间；中轴带动第一轴承相对于五通组件沿径向运动时，传递件能够传递作用力于应变片。应变片不再直接附着于中轴上，而是设置第一轴承的外表面与五通组件的内表面之间具有第一活动间隙，传递件设于第一轴承与应变片之间，中轴的运动通过第一轴承及传递件传递于应变片，如此，力矩传感器系统能够采用有线方式与主控电路连接，使得结构简单，降低了生产成本。

Description

力矩传感器系统及助力自行车

技术领域

本发明涉及助力技术领域，特别是涉及一种力矩传感器系统及助力自行车。

背景技术

助力自行车是一种新型的车辆，以电池作为辅助动力来源，安装有电机，并具备动力辅助系统，能够实现人力骑行和电机助力一体化。

力矩传感器作为助力自行车的核心部件，能够实时感应自行车的踩踏力矩和踏频，以此作为电助力系统的输入信号，使系统极速输出与骑行者踩踏功率成严格正比的电助力功率。

传统技术中，力矩传感器需要将感应器件和其放大电路附着在中轴上，而由于中轴是旋转部件，因此感应器件电路的电源和输出信号需要通过无线方式与主控电路连接，导致结构复杂，成本高。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够改善上述问题的力矩传感器系统及助力自行车。

一种力矩传感器系统，包括：

五通组件；

第一轴承及中轴，所述中轴穿设于所述五通组件内，并能够通过所述第一轴承绕一转动轴线相对于所述五通组件转动；所述第一轴承的外周面与所述五通组件的内表面之间具有第一活动间隙；

传递件及应变片，所述传递件在所述中轴的径向上设于所述第一轴承与所述应变片之间；所述中轴带动所述第一轴承相对于所述五通组件沿所述径向运动时，所述传递件能够传递作用力于所述应变片。

在其中一个实施例中，所述力矩传感器系统还包括第二轴承，所述第二轴承设于所述五通组件内，所述中轴支撑设于所述第二轴承内；

所述第二轴承与所述五通组件固定连接，或者所述第二轴承与所述五通组件之间具有第二活动间隙。

在其中一个实施例中，所述传递件包括顶针及弹性部，所述弹性部设于所述五通组件上，所述顶针沿所述径向抵设于所述第一轴承与所述弹性部之间；

所述应变片与所述弹性部相连，所述顶针能够通过所述弹性部传递作用力于所述应变片。

在其中一个实施例中，所述弹性部独立于所述五通组件设置，并设于所述五通组件的外表面，所述应变片设于所述弹性部上；

所述五通组件上设有穿设孔，所述顶针穿设于所述穿设孔，两端分别与所述弹性部及所述第一轴承抵接。

在其中一个实施例中，所述弹性部通过螺钉与所述五通组件相连。

在其中一个实施例中，所述力矩传感器系统还包括防护盖，所述防护盖罩设于所述弹性部及所述应变片外；

所述防护盖上开设有引线孔，与所述应变片连接的导线能够经所述引线孔引出。

在其中一个实施例中，所述弹性部直接形成于所述五通组件上。

在其中一个实施例中，所述第一活动间隙在所述径向上的尺寸大于0mm小于0.5mm。

在其中一个实施例中，所述五通组件包括五通管、第一轴套及第二轴套，所述第一轴套及所述第二轴套均设于所述五通管内，所述第一轴承设于所述第一轴套内并与所述第一轴套之间形成所述第一活动间隙；

所述力矩传感器系统还包括第二轴承，所述第二轴承通过所述第二轴套设于所述五通管内，所述中轴设支撑设于所述第一轴承与所述第二轴承内；

所述中轴上凸设有第一限位部与第二限位部，所述第一限位部与所述第一轴承的内侧端面相抵，所述第二限位部与所述第二轴承的内侧端面相抵。

一种助力自行车，包括牙盘、曲柄、飞轮、链条及如上述所述的力矩传感器系统，所述牙盘及所述曲柄均与所述中轴相连，所述链条设于所述牙盘与所述飞轮上，所述传递件在与所述链条相平行的方向上设于所述第一轴承与所述应变片之间。

上述力矩传感器系统及助力自行车，应变片不再直接附着于中轴上，而是设置第一轴承的外表面与五通组件的内表面之间具有第一活动间隙，传递件设于第一轴承与应变片之间，中轴的运动通过第一轴承及传递件传递于应变片，如此，力矩传感器系统能够采用有线方式与主控电路连接，使得结构简单，且降低了生产成本。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的力矩传感器系统的轴测图；

图2为图1中所示的力矩传感器系统的局部爆炸图；

图3为图1中所示的力矩传感器系统的侧视图；

图4为图3中所示的力矩传感器系统的A-A面的剖视图。

100、力矩传感器系统；10、五通组件；11、五通管；12、第一轴套；13、第二轴套；14、穿设孔；20、第一轴承；30、中轴；31、第一限位部；32、第二限位部；40、传递件；41、顶针；42、弹性部；50、应变片；60、第二轴承；70、防护盖；71、引线孔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

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地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本申请一实施例提供一种助力自行车，包括力矩传感器系统100(参阅图1及图2)、牙盘、曲柄、飞轮及链条。参阅图3及图4，力矩传感器系统100包括五通组件10、第一轴承20及中轴30。第一轴承20设于五通组件10内，中轴30穿设于五通组件10内，并能够通过第一轴承20绕一转动轴线相对于五通组件10转动。牙盘及曲柄均与中轴30相连，链条设于牙盘与飞轮上。

上述设置，骑行者的踩踏力矩通过曲柄让牙盘与飞轮之间的链条张紧，使中轴30形成与链条平行方向的受力分量及位移，助力自行车的力矩传感器检测到踩踏频率和踏频，以作为电助力系统的输入信号，使系统极速输出与骑行者踩踏功率成严格正比的电助力功率，达到轻松省力的目的。

进一步，力矩传感器系统100还包括传递件40及应变片50。第一轴承20的外表面与五通组件10的内表面之间具有第一活动间隙(图中未示出)，传递件40在中轴30的径向上设于第一轴承20与应变片50之间，具体地，传递件40在与链条相平行的径向上设于第一轴承20与应变片50之间。骑行者的踩踏力矩通过曲柄让牙盘与飞轮之间的链条张紧，使中轴30形成与链条平行方向的受力分量及位移，中轴30能够带动第一轴承20相对于五通组件10沿径向运动，传递件40能够传递作用力于应变片50，应变发生应变，以此检测到踩踏频率和踏频，以作为输入信号，使系统极速输出与骑行者踩踏功率成严格正比的电助力功率，达到轻松省力的目的。

本申请实施例提供的力矩传感器系统100，应变片50不再直接附着于中轴30上，而是设置第一轴承20的外表面与五通组件10的内表面之间具有第一活动间隙，传递件40设于第一轴承20与应变片50之间，中轴30的运动通过第一轴承20及传递件40传递于应变片50，如此，力矩传感器系统100能够采用有线方式与主控电路连接，使得结构简单，且降低了生产成本。

一些实施例中，继续参阅图4，力矩传感器系统100还包括第二轴承60，第二轴承60设于五通组件10内，中轴30支撑与第一轴承20与第二轴承60内。这样，第一轴承20与第二轴承60共同支撑中轴30，保证了中轴30转动的平稳性。

进一步，五通组件10包括五通管11、第一轴套12及第二轴套13，第一轴套12与第二轴套13均设于五通管11内，第一轴承20设于第一轴套12内并与轴套之间形成第一活动间隙，第二轴承60设于第二轴套13内。当然，一些实施例中，也可以省略第一轴套12与第二轴套13。

一些具体实施方式中，第一活动间隙在径向上的尺寸大于0mm小于0.5mm，如此，保证第一轴承20与五通组件10具有一定的活动空间，但是不至于使得活动空间过大，而给骑行者的骑行造成不便。

一些实施例中，还可以设置第二轴承60与五通组件10之间具有第二活动间隙，以便于第一轴承20相对于五通组件10的运动。当然，另一些实施例中，为了避免对骑行造成不便，也可以设置第二轴承60相对于五通组件10固定，当中轴30受到作用力时能够产生一定的变形，从而使得第一轴承20相对于五通组件10活动。

第一轴套12与第二轴套13均与五通管11螺纹连接，以便于轴套相对于五通管11的拆卸。为了避免中轴30受到作用力时在轴向上产生位移，中轴30上凸设有第一限位部31与第二限位部32，第一限位部31与第一轴承20的内侧端面相抵，第二限位部32与第二轴承60的内侧端面相抵。这样，当中轴30在轴向上正向受到作用力时，第一轴承20的内侧端面与第一限位部31配合，限制中轴30在正向作用力下移位，当中轴30在轴向上反向受到作用力时，第二轴承60的内侧端面与第二限位部32配合，限制中轴30在反向作用力下移位。

一些实施例中，继续参阅图4，传递件40包括顶针41及弹性部42，弹性部42设于五通组件10上，顶针41沿径向抵设于第一轴承20与弹性部42之间。应变片50与弹性部42相连，顶针41能够通过弹性部42传递作用力于应变片50。这样，当第一轴承20相对于五通组件10径向运动时，其施加作用力于顶针41，顶针41使得弹性部42弹性变形，由于应变片50与弹性部42相连，此时应变片50变形，进而以此变形检测出自行车的踩踏力矩和踏频。

进一步，弹性部42独立于五通组件10设置，并设于五通组件10的外表面，应变片50设于弹性部42上。五通组件10上设有穿设孔14，具体地，五通组件10包括五通管11及第一轴套12时，穿设孔14在径向上开设于五通管11及第一轴套12上。顶针41穿设于穿设孔14内，两端分别与弹性部42及第一轴承20抵接。如此，当中轴30受到作用力在径向上产生位移时，其将带动第一轴承20在径向上产生位移，并通过顶针41使得弹性部42变形，进而使得应变片50产生形变。

为了便于弹性部42的固定，且便于弹性部42在受到顶针41的作用力时变形，弹性部42通过螺钉与五通组件10相连。螺钉不但能够使得弹性部42牢固固定于五通管11上，还能够调节弹性部42相对于五通管11的位置，以便于与第一活动间隙相匹配设置，以便于弹性部42弹性变形。

进一步，继续参阅图1及图2，力矩传感器系统100还包括防护盖70，防护盖70设于弹性部42及应变片50外。防护盖70上开设有引线孔71，与应变片50连接的导线能够经引线孔71引出。

另一些实施例中，弹性部42直接形成于五通组件10上，即为，弹性部42为五通组件10的一部分。如一些实施方式中，在第一轴套12及五通管11的内侧开孔，但是，该孔并未穿透五通管11，五通管11未被穿透的部分作为弹性部42，以传递变形于应变片50。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种力矩传感器系统，其特征在于，包括：

五通组件(10)；

第一轴承(20)及中轴(30)，所述中轴(30)穿设于所述五通组件(10)内，并能够通过所述第一轴承(20)绕一转动轴线相对于所述五通组件(10)转动；所述第一轴承(20)的外周面与所述五通组件(10)的内表面之间具有第一活动间隙；

传递件(40)及应变片(50)，所述传递件(40)在所述中轴(30)的径向上设于所述第一轴承(20)与所述应变片(50)之间；所述中轴(30)带动所述第一轴承(20)相对于所述五通组件(10)沿所述径向运动时，所述传递件(40)能够传递作用力于所述应变片(50)。

2.根据权利要求1所述的力矩传感器系统，其特征在于，所述力矩传感器系统还包括第二轴承(60)，所述第二轴承(60)设于所述五通组件(10)内，所述中轴(30)支撑设于所述第二轴承(60)内；

所述第二轴承(60)与所述五通组件(10)固定连接，或者所述第二轴承(60)与所述五通组件(10)之间具有第二活动间隙。

3.根据权利要求1或2所述的力矩传感器系统，其特征在于，所述传递件(40)包括顶针(41)及弹性部(42)，所述弹性部(42)设于所述五通组件(10)上，所述顶针(41)沿所述径向抵设于所述第一轴承(20)与所述弹性部(42)之间；

所述应变片(50)与所述弹性部(42)相连，所述顶针(41)能够通过所述弹性部(42)传递作用力于所述应变片(50)。

4.根据权利要求3所述的力矩传感器系统，其特征在于，所述弹性部(42)独立于所述五通组件(10)设置，并设于所述五通组件(10)的外表面，所述应变片(50)设于所述弹性部(42)上；

所述五通组件(10)上设有穿设孔(14)，所述顶针(41)穿设于所述穿设孔(14)，两端分别与所述弹性部(42)及所述第一轴承(20)抵接。

5.根据权利要求4所述的力矩传感器系统，其特征在于，所述弹性部(42)通过螺钉与所述五通组件(10)相连。

6.根据权利要求4所述的力矩传感器系统，其特征在于，所述力矩传感器系统还包括防护盖(70)，所述防护盖(70)罩设于所述弹性部(42)及所述应变片(50)外；

所述防护盖(70)上开设有引线孔(71)，与所述应变片(50)连接的导线能够经所述引线孔(71)引出。

7.根据权利要求3所述的力矩传感器系统，其特征在于，所述弹性部(42)直接形成于所述五通组件(10)上。

8.根据权利要求1或2所述的力矩传感器系统，其特征在于，所述第一活动间隙在所述径向上的尺寸大于0mm小于0.5mm。

9.根据权利要求1所述的力矩传感器系统，其特征在于，所述五通组件(10)包括五通管(11)、第一轴套(12)及第二轴套(13)，所述第一轴套(12)及所述第二轴套(13)均设于所述五通管(11)内，所述第一轴承(20)设于所述第一轴套(12)内并与所述第一轴套(12)之间形成所述第一活动间隙；

所述力矩传感器系统还包括第二轴承(60)，所述第二轴承(60)通过所述第二轴套(13)设于所述五通管(11)内，所述中轴(30)设支撑设于所述第一轴承(20)与所述第二轴承(60)内；

所述中轴(30)上凸设有第一限位部(31)与第二限位部(32)，所述第一限位部(31)与所述第一轴承(20)的内侧端面相抵，所述第二限位部(32)与所述第二轴承(60)的内侧端面相抵。

10.一种助力自行车，其特征在于，包括牙盘、曲柄、飞轮、链条及如权利要求1-9任一项所述的力矩传感器系统，所述牙盘及所述曲柄均与所述中轴(30)相连，所述链条设于所述牙盘与所述飞轮上，所述传递件(40)在与所述链条相平行的方向上设于所述第一轴承(20)与所述应变片(50)之间。