CN118004316A - 力矩传感器装置及助力自行车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种力矩传感器装置及助力自行车，包括：五通组件；第一轴承及中轴，第一轴承设于五通组件内，中轴穿设于第一轴承的内圈内，中轴能够通过第一轴承绕一转动轴线相对于五通组件转动；压力传感器，压力传感器在中轴的径向上设于第一轴承的外圈与五通组件之间，中轴能够通过第一轴承向压力传感器传递作用力；或者，五通组件在中轴的径向上包括至少两个部件，压力传感器在径向上设于五通组件所包括的其中两个部件之间，中轴能够通过第一轴承及部件向压力传感器传递作用力。力矩传感器装置能够采用有线的方式与主控电路连接，使得结构简单，且降低了生产成本。

Description

力矩传感器装置及助力自行车

技术领域

本发明涉及自行车技术领域，特别是涉及一种力矩传感器装置及助力自行车。

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，达到轻松省力、“车随心动”的骑行体验。

传统技术中，力矩传感器需要将感应器件和其放大电路安装于中轴上，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，有必要针对传统技术中力矩传感器装置结构复杂成本较高的问题，提供一种结构简单及能够降低成本的力矩传感器装置及助力自行车。

一种力矩传感器装置，包括：

五通组件；

第一轴承及中轴，所述第一轴承设于所述五通组件内，所述中轴穿设于所述第一轴承的内圈内，所述中轴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；

压力传感器，所述压力传感器在所述中轴的径向上设于所述第一轴承的外圈与所述五通组件之间，所述中轴能够通过所述第一轴承向所述压力传感器传递作用力；或者，所述五通组件在所述中轴的径向上包括至少两个部件，所述压力传感器在所述径向上设于所述五通组件所包括的其中两个部件之间，所述中轴能够通过所述第一轴承及所述部件向所述压力传感器传递作用力。

在其中一个实施例中，所述五通组件包括五通管、第一轴套及套管，所述第一轴套设于所述五通管内，所述第一轴承安装于所述第一轴套内，所述套管套设于中轴外，且所述套管的至少部分夹持于所述第一轴套与所述第一轴承之间；所述压力传感器设于所述第一轴承的外圈与所述第一轴套之间；

或者，所述压力传感器设于所述套管与所述第一轴套之间。

在其中一个实施例中，所述套管面向所述第一轴承的一侧设有安装槽，所述压力传感器的至少部分容纳至所述安装槽内；

或者，所述套管与所述第一轴套相互靠近的表面中至少一者上设有所述安装槽，所述压力传感器的至少部分设于所述安装槽内。

在其中一个实施例中，所述力矩传感器装置还包括电路板，所述压力传感器与所述电路板电连接。

在其中一个实施例中，所述五通组件包括五通管、第一轴套及套管，所述第一轴套设于所述五通管内，所述第一轴承安装于所述第一轴套内，所述套管包括在轴向上相连的第一管与第二管，所述第一管的直径大于所述第二管的直径且两者连接形成第一台阶部，所述第一管夹持于所述第一轴套与所述第一轴承之间；

所述电路板设于所述第二管的外周面，所述压力传感器的一端设于所述第一轴承的外圈与所述第一管之间，另一端穿过所述第一台阶部与所述电路板相连。

在其中一个实施例中，所述力矩传感器装置还包括踏频检测件，所述踏频检测件用于检测所述中轴的踩踏频率。

在其中一个实施例中，所述踏频检测件包括反射器及光电开关，所述反射器呈环形并套设于所述中轴上，所述光电开关安装于所述五通组件上，所述反射器与所述光电开关配合以检测所述中轴的踩踏频率。

在其中一个实施例中，所述力矩传感器装置还包括第二轴承，所述第二轴承设于所述五通组件内并与所述第一轴承在所述中轴的轴向上间隔布设，所述中轴穿设于所述第二轴承内。

在其中一个实施例中，所述五通组件包括五通管及第二轴套，所述第二轴承通过所述第二轴套安装于所述五通管内。

一种助力自行车，包括牙盘、曲柄、飞轮、链条及如上述的力矩传感器装置，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，所述压力传感器在与所述链条相平行的径向上设于所述第一轴承与所述五通组件之间，或者设于所述五通组件的部件之间。

上述力矩传感器装置及助力自行车，压力传感器不直接附着于中轴上，而是设置于第一轴承与五通组件之间，或者设置与五通组件的其中两个部件之间，如此，使得力矩传感器装置能够采用有线的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装置的轴测图；

图2为图1中所示的力矩传感器装置的另一视角的轴测图；

图3为图1中所示的力矩传感器装置的一爆炸图；

图4为图1中所示的力矩传感器装置的主视图；

图5为图4中所示的力矩传感器装置的A-A面的剖视图；

图6为图1中所示的力矩传感器装置的侧视图；

图7为图6中所示的力矩传感器装置的B-B面的剖视图；

图8为图1中所示的力矩传感器装置的另一爆炸图。

附图标记说明：

100、力矩传感器装置；10、五通组件；11、第一轴套；12、第二轴套；13、套管；131、第一管；132、第二管；133、第三管；134、第一台阶部；1341、开孔；135、第二台阶部；136、第一挡板；137、第二挡板；14、安装槽；15、收容腔；20、第一轴承；30、中轴；40、压力传感器；50、第二轴承；60、电路板；71、反射器；72、光电开关。

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，包括力矩传感器装置100、牙盘、曲柄、飞轮及链条。参阅图1-图3，力矩传感器装置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设于第一轴承20内并与第一轴承20的内圈相连，中轴30通过第一轴承20能够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力矩和踏频，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正比的电助力功率，达到轻松省力的目的。

进一步，参阅图4-图7，力矩传感器装置100还包括压力传感器40，压力传感器40在中轴30的径向上设于第一轴承20的外圈与五通组件10之间。具体地，压力传感器40在与链条相平行的径向上设于第一轴承20与五通组件10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能够通过第一轴承20向压力传感器40传递作用力，从而使得压力传感器40能够检测到骑行者的踩踏力矩，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。或者，五通组件10在中轴30的径向上包括至少两个部件，压力传感器40在径向上设于五通组件10所包括的其中两个部件之间。具体地，压力传感器40在与链条相平行的径向上设于五通组件10的其中两个部件之间。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能够通过第一轴承20及五通组件10的部件向压力传感器40传递作用力，从而使得压力传感器40能够检测到骑行者的踩踏力矩，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助力自行车，压力传感器40不直接附着于中轴30上，而是设置于第一轴承20与五通组件10之间，或者设置与五通组件10的其中两个部件之间，如此，使得力矩传感器装置100能够采用有线的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3及图7，力矩传感器装置100还包括第二轴承50，第二轴承50设于五通组件10内并与第一轴承20在中轴30的轴向上间隔布设，中轴30穿设于第二轴承50内。如此，中轴30通过第一轴承20与第二轴承50相对于五通组件10转动，第一轴承20与第二轴承50共同支撑中轴30，保证了中轴30转动的平稳性。

继续参阅图2及图7，五通组件10包括五通管、第一轴套11、第二轴套12及套管13。第一轴套11及第二轴套12均设于五通管内，第二轴承50设于第二轴套12内。套管13套设于中轴30外，且在中轴30的径向上至少部分设于第一轴承20与第一轴套11之间。具体地，套管13为塑料件。第一轴套11与第二轴套12分别起到了支撑第一轴承20与第二轴承50的作用，套管13的设置便于压力传感器40的安装。可以想到的是，其他一些实施例中，五通组件10也可以省略第一轴套11、第二轴套12及套管13，在此不作限定。

一些具体实施方式中，压力传感器40设于第一轴承20的外圈与套管13之间。如此，中轴30能够通过第一轴承20传递作用力于压力传感器40。另一些具体实施方式中，压力传感器40设于套管13与第一轴套11之间，此时，中轴30通过第一轴承20及套管13传递作用力于压力传感器40。可以想到的是，其他一些实施方式中，当五通组件10还包括其他部件时，压力传感器40还可以设于其他部件与套管13之间，压力传感器40所设置的位置只要能够接收中轴30所传递的作用力即可。

在此需要说明的是，当压力传感器40安装于第一轴承20的外圈与套管13之间时，可以设置压力传感器40的厚度正好与第一轴承20的外圈与套管13之间的间隙的宽度相等或者略大于第一轴承20的外圈与套管13之间的间隙的宽度。此时，由于第一轴承20与套管13之间的间隙被压力传感器40填充，骑行者骑行时，中轴30不会带动第一轴承20沿中轴30的径向移动。可以想到的是，另一些实施例中，当压力传感器40安装于第一轴承20的外圈与套管13之间时，也可以设置压力传感器40的厚度小于第一轴承20的外圈与套管13之间的间隙的宽度。此时，由于第一轴承20与套管13之间的间隙的宽度大于压力传感器40的厚度，骑行者骑行时，中轴30会带动第一轴承20沿中轴30的径向有略微的移动。当压力传感器40设于套管13与第一轴套11之间时，压力传感器40的厚度可以略大于套管13与第一轴套11之间的间隙的宽度，也可以与套管13与第一轴套11之间的间隙的宽度相等，还可以小于套管13与第一轴承20之间的间隙的宽度，在此亦不作限定。

进一步，继续参阅图3，套管13面向第一轴承20的一侧设有安装槽14，压力传感器40的至少部分容纳至安装槽14内。或者套管13与第一轴套11相互靠近的表面的中至少一者上设有安装槽14，压力传感器40的至少部分设于安装槽14内。一些具体实施方式中，套管13靠近第一轴套11的表面设有安装槽14。另一些具体实施方式中，第一轴套11靠近套管13的表面设有安装槽14。再一些具体实施方式中，套管13靠近第一轴套11的表面以及第一轴套11靠近套管13的表面上均设有安装槽14。如此，以便于压力传感器40的装配。

继续参阅图7，力矩传感器装置100还包括电路板60，压力传感器40与电路板60电连接。压力传感器40能够检测踩踏力矩，通过自身电阻值的变化发信号给电路板60，经电路板60处理转换成电压信号给控制器，助力自行车的电机再输出相应的功率，与踩踏力矩成比例助力。

套管13包括在轴向上相互连接的第一管131与第二管132，第一管131的直径大于第二管132的直径且两者连接形成第一台阶部134。第一管131夹持于第一轴套11与第一轴承20之间。电路板60设于第二管132的外周面，压力传感器40的一端设于第一轴承20的外圈与第一管131之间，另一端穿过第一台阶部134与电路板60相连。如此，便于压力传感器40及电路板60的安装。

进一步，参阅图7及图8，套管13还包括第三管133，第三管133与第二管132远离第一管131的一端相连。第三管133的直径大于第二管132的直径且两者之间形成第二台阶部135，第三管133远离第二管132的一端伸入第二轴套12中。套管13还包括第一挡板136与第二挡板137，第一挡板136与第二挡板137均设于第二管132上且在周向上间隔，且两者的两端分别与第一台阶部134及第二台阶部135相连。第二管132、第一台阶部134、第二台阶部135、第一挡板136、第二挡板137及五通管共同界定形成收容腔15，电路板60设于收容腔15中。这样设置，一方面，便于电路板60的安装；另一方面，电路板60设于收容腔15中，能够较好地保护电路板60。

具体地，第一台阶部134上形成开孔1341，压力传感器40的一端位于第一管131内，另一端能够穿过开口1341伸入容纳腔15，以与电路板60电连接。

一些实施例中，力矩传感器装置100还包括踏频检测件，踩踏检测件与电路板60电连接。踩踏检测件用于检测中轴30的踩踏频率，以发送信号于电路板60，将电路板60处理后发送给控制器，助力自行车的电机能够输出相应的频率，与踩踏频率成正比助力。

进一步，继续参阅图7，踏频检测件包括反射器71及光电开关72，反射器71呈环形套设于中轴30上，光电开关72安装于第二管132上并位于收容腔15内，光电开关72能够经开孔1341将光射向反射器71，反射器71与光电开关72配合以检测中轴30的踩踏频率。光电开关72能够发出光，反射器71能够跟随中轴30的转动而转动，反射器71在跟随中轴30转动的过程中能够反射光电开关72发出的光，光电开关72根据反射器71的反射情况能够获知中轴30的踩踏频率，以发送信号于电路板60，将电路板60处理后发送给控制器，助力自行车的电机能够输出相应的频率，与踩踏频率成正比助力。

可以想到的是，另一些实施例中，踩踏检测件还可以采用其他方式设置，只要能够达到检测中轴30的踩踏频率的目的即可。

本申请另一实施例还提供一种上述助力自行车所包括的力矩传感器装置100。由于上述助力自行车具有有益效果，则力矩传感器装置100具有相同的有益效果，在此不再详细赘述。

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)

1.一种力矩传感器装置，其特征在于，包括：

五通组件(10)；

第一轴承(20)及中轴(30)，所述第一轴承(20)设于所述五通组件(10)内，所述中轴(30)穿设于所述第一轴承(20)的内圈内，所述中轴(30)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；

压力传感器(40)，所述压力传感器(40)在所述中轴(30)的径向上设于所述第一轴承(20)的外圈与所述五通组件(10)之间，所述中轴(30)能够通过所述第一轴承(20)向所述压力传感器(40)传递作用力；或者，所述五通组件(10)在所述中轴(30)的径向上包括至少两个部件，所述压力传感器(40)在所述径向上设于所述五通组件(10)所包括的其中两个部件之间，所述中轴(30)能够通过所述第一轴承(20)及所述部件向所述压力传感器(40)传递作用力。

2.根据权利要求1所述的力矩传感器装置，其特征在于，所述五通组件(10)包括五通管、第一轴套(11)及套管(13)，所述第一轴套(11)设于所述五通管内，所述第一轴承(20)安装于所述第一轴套(11)内，所述套管(13)套设于中轴(30)外，且所述套管(13)的至少部分夹持于所述第一轴套(11)与所述第一轴承(20)之间；所述压力传感器(40)设于所述第一轴承(20)的外圈与所述第一轴套(11)之间；

或者，所述压力传感器(40)设于所述套管(13)与所述第一轴套(11)之间。

3.根据权利要求2所述的力矩传感器装置，其特征在于，所述套管(13)面向所述第一轴承(20)的一侧设有安装槽(14)，所述压力传感器(40)的至少部分容纳至所述安装槽(14)内；

或者，所述套管(13)与所述第一轴套(11)相互靠近的表面中至少一者上设有所述安装槽(14)，所述压力传感器(40)的至少部分设于所述安装槽(14)内。

4.根据权利要求1所述的力矩传感器装置，其特征在于，所述力矩传感器装置还包括电路板(60)，所述压力传感器(40)与所述电路板(60)电连接。

5.根据权利要求4所述的力矩传感器装置，其特征在于，所述五通组件(10)包括五通管、第一轴套(11)及套管(13)，所述第一轴套(11)设于所述五通管内，所述第一轴承(20)安装于所述第一轴套(11)内，所述套管(13)包括在轴向上相连的第一管(131)与第二管(132)，所述第一管(131)的直径大于所述第二管(132)的直径且两者连接形成第一台阶部(134)，所述第一管(131)夹持于所述第一轴套(11)与所述第一轴承(20)之间；

所述电路板(60)设于所述第二管(132)的外周面，所述压力传感器(40)的一端设于所述第一轴承(20)的外圈与所述第一管(131)之间，另一端穿过所述第一台阶部(134)与所述电路板(60)相连。

6.根据权利要求1所述的力矩传感器装置，其特征在于，所述力矩传感器装置还包括踏频检测件，所述踏频检测件用于检测所述中轴(30)的踩踏频率。

7.根据权利要求6所述的力矩传感器装置，其特征在于，所述踏频检测件包括反射器(71)及光电开关(72)，所述反射器(71)呈环形并套设于所述中轴(30)上，所述光电开关(72)安装于所述五通组件(10)上，所述反射器(71)与所述光电开关(72)配合以检测所述中轴(30)的踩踏频率。

8.根据权利要求1所述的力矩传感器装置，其特征在于，所述力矩传感器装置还包括第二轴承(50)，所述第二轴承(50)设于所述五通组件(10)内并与所述第一轴承(20)在所述中轴(30)的轴向上间隔布设，所述中轴(30)穿设于所述第二轴承(50)内。

9.根据权利要求8所述的力矩传感器装置，其特征在于，所述五通组件(10)包括五通管及第二轴套(12)，所述第二轴承(50)通过所述第二轴套(12)安装于所述五通管内。

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装置，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，所述压力传感器(40)在与所述链条相平行的径向上设于所述第一轴承(20)与所述五通组件(10)之间，或者设于所述五通组件(10)的部件之间。