CN205589406U - 一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统，该系统采用中轴力矩传感器测出中轴的扭矩和转速及方向,经码表处理后输出与电动车电子转把相同的电压信号给电机驱动器,轮毂电机再输出相应的功率,与踩踏力矩成比例助力。第一种结构的力矩输入端为锥形半轴，花键半轴是力矩输出端，还有限位环和半轴球轴承。第二种结构采用锥形中轴两端力矩输入，力矩输出端为螺纹半轴，还有滚针轴承和牙盘四爪。本实用新型助力系统稳定性强，适用于各种自行车型，有效的对自行车提供助力，骑行时可用脚反踩一设定角度或手按码表按键来设置助力档位。

Description

一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统

技术领域

本实用新型涉及自行车技术领域，具体的说是涉及一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统。

背景技术

在国内，自行车上加装轮毂电机和电池后，是由手控制电子转把调节电机的功率输出，属机动车。助力自行车是指脚踩才启动电机，脚停断电并且功率要随踩踏的力矩变化而变化，乃比例助力属非机动车且骑行更安全，其关键是要能测出踩踏的力矩。

助力自行车主要分为两类，一类是采用中置电机，已成国际市场主流，如日本的松下和普利斯通；博世；禧玛诺，其电机设置在车架五通位置，里面集成了力矩传感器和电机驱动器，优点重心布局最好，缺点体积大，车架复杂，电机减速比大。另一类采用轮毂电机外加力矩传感器，如日本三洋，电机体积小可前置后置，与车架无关，适用各种车型。轮毂电机在我国产业成熟，厂家众多，但缺乏稳定可靠的力矩传感器，阻碍市场占有率。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题在于提供了一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下两个方案来实现，两个方案分别是：

第一种方案：一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统，该助力系统是采用中轴力矩传感器测出中轴左端力矩和转速及方向，所述的中轴力矩传感器包括：端盖、弹性卡环、球轴承、尼龙轴碗、连接线、PCB板支架、位移霍尔IC、转速霍尔IC、单极磁环、多极磁环、磁环支架、螺母、碟簧组、钢珠、限位钢珠、滑套、轴碗组件、锥形半轴、花键半轴、限位环、半轴球轴承；

所述的锥形半轴和花键半轴都设置第一半圆环槽和第二半圆环槽组成封闭环槽，在环槽内设置限位钢珠使两者连接和轴向固定，两者只能相对转动；

所述锥形半轴和滑套在圆周上都均布设置半圆主滚道和半圆副滚道组成圆形滚道，设置钢珠在圆形滚道内滚动传递扭矩给滑套；

所述锥形半轴和滑套分别设置限位轴肩和限位台阶，限位轴肩顶住限位台阶时就是碟簧组的最大压缩位移；

所述锥形半轴在曲柄端设置环槽安装弹性卡环，轴向固定球轴承；

所述锥形半轴设置有螺纹，其上设置螺母调节碟簧组的尺寸误差和预压力；

所述碟簧组由三片碟簧组合而成，大端面顶住滑套，小端面顶住螺母；

所述滑套和花键半轴在端面都设置多组相同的螺旋曲面主动齿和螺旋曲面从动齿，啮合的曲面处于过圆心的螺旋曲面上螺旋滑动，调节螺旋曲面的节距设置不同的转动角度和轴向位移；

所述磁环支架一端成套筒状罩住碟簧组并扣住滑套，另一端套筒开槽成悬臂爪具有弹性，安装相斥排列的两单极磁环和多极磁环；

所述尼龙轴碗设置有数个穿孔将连接线从五通内部导出，内壁设置有环形凸肩，两球轴承置其两边，轴向固定中轴力矩传感器，使另一端的轴碗组件与半轴球轴承在轴向浮动连接，设置螺丝将端盖锁在尼龙轴碗上并压住连接线；

所述位移霍尔IC和转速霍尔IC靠PCB板固定在PCB板支架上成整体，PCB板支架端部内置在尼龙轴碗内靠螺钉固定还可调节与磁环支架的轴向初始位置；

所述两单极磁环轴向充磁并同心相斥排列，位移霍尔IC插在其之间且与一端近靠；

所述多极磁环径向多极充磁，转速霍尔IC置于其上方；

所述限位环一端成锥面扣住花键半轴，另一端内壁均布数条环形凸肩，与螺旋曲面主动 齿外圆上的环形台阶配合限制滑套的轴向位移，限位环直接将多余的轴向力传给花键半轴，免除限位轴肩加在限位钢珠上的多余轴向力，进行双重限位。

进一步的，第一方案中的助力系统还包括码表，所述码表根据中轴力矩传感器测出的某一设定的反转角度来设置助力档位，或手按码表按键来设置；所述码表在设置不同的助力档位时采用不同的背光颜色和提示声音来增加助力档位的辨识度；所述码表在车速为零时不需按键操作,每间隔三至四秒循环显示各骑行参数。

第二种方案：一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统，该助力系统采用中轴力矩传感器测出中轴两端力矩和转速及方向，所述中轴力矩传感器包括：端盖、弹性卡环、球轴承、尼龙轴碗、连接线、PCB板支架、位移霍尔IC、转速霍尔IC、单极磁环、多极磁环、磁环支架、螺母、碟簧组、钢珠、限位钢珠、滑套、轴碗组件、锥形中轴、螺纹半轴、滚针轴承、牙盘四爪；

所述的锥形中轴和螺纹半轴都设置第一半圆环槽和第二半圆环槽组成封闭环槽，在环槽内设置限位钢珠使两者连接和轴向固定，两者只能相对转动；

所述锥形中轴和滑套在圆周上都均布设置半圆主滚道和半圆副滚道组成圆形滚道，设置钢珠在圆形滚道内滚动传递扭矩给滑套；

所述锥形中轴和滑套分别设置限位轴肩和限位台阶，限位轴肩顶住限位台阶时就是碟簧组的最大压缩位移；

所述锥形中轴一端设置环槽安装弹性卡环，轴向固定球轴承；

所述锥形中轴设置有螺纹，其上设置螺母调节碟簧组的尺寸误差和预压力；

所述碟簧组由三片碟簧组合而成，大端面顶住滑套，小端面顶住螺母；

所述滑套和螺纹半轴在端面都设置多组相同的螺旋曲面主动齿和螺旋曲面从动齿，啮合的曲面处于过圆心的螺旋曲面上螺旋滑动，调节螺旋曲面的节距设置不同的转动角度和轴向位移；

所述磁环支架一端成套筒状罩住碟簧组并扣住滑套，另一端套筒开槽成悬臂爪具有弹性，安装相斥排列的两单极磁环和多极磁环；

所述尼龙轴碗设置有数个穿孔将连接线从五通内部导出，内壁设置有环形凸肩，两球轴承置其两边，轴向固定中轴力矩传感器，使另一端的轴碗组件与滚针轴承在轴向浮动连接，设置螺丝将端盖锁在尼龙轴碗上并压住连接线；

所述位移霍尔IC和转速霍尔IC靠PCB板固定在PCB板支架上成整体，PCB板支架端部内置在尼龙轴碗内靠螺钉固定还可调节与磁环支架的轴向初始位置；

所述两单极磁环轴向充磁并同心相斥排列，位移霍尔IC插在其之间且与一端近靠；

所述多极磁环径向多极充磁，转速霍尔IC置于其上方。

进一步的，第二方案中的助力系统还包括码表，所述码表根据中轴力矩传感器测出的某一设定的反转角度来设置助力档位，或手按码表按键来设置；所述码表在设置不同的助力档位时采用不同的背光颜色和提示声音来增加助力档位的辨识度；所述码表在车速为零时不需按键操作,每间隔三至四秒循环显示各骑行参数。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型助力系统在中轴上测出踩踏力矩并转换成电子转把的电压信号使轮毂电机比例助力，即在标准五通内安装能测出力矩和转速及方向的中轴，力矩信号经码表处理后输出与现有电子转把相同的电压信号，代替由手控制的电子转把，并且可取消电子刹把，还需显示各骑行参数。

2.本实用新型中轴力矩传感器采用多组啮合的螺旋曲面齿在传递扭矩时产生的轴向力来压缩碟簧组，生成一个轴向位移，再用置于相斥的两磁环中的霍尔IC测量这个位移，再换算成碟簧的弹力既可标定出扭矩的大小，受五通空间限制，长68mm，螺纹外径34.798mm和可能进水的隐患，将信号处理集中到码表内。

3.因需适用不同车型和兼顾现有的牙盘，本实用新型的中轴力矩传感器设计成两种，第一种结构共用现有牙盘，因现有牙盘与右曲柄已做成一体，则中轴只能测出左端力矩，用软件将力矩信号镜像成右端的力矩信号，既假设左右脚的踩踏力相同。第二种结构是将右曲柄与牙盘分离，新制作一个山地车牙盘的四爪或公路车牙盘的五爪，共用现有牙盘的盘片，就能分别测出左右两端的力矩。两种结构共用大部分零件。

4.本实用新型助力系统根据中轴的转速即踏频，和轮毂电机提供的车速软件判定是否有刹车，可取消电动车的电子刹把。本实用新型助力系统的码表尽量减少手动操作和在有限的界面内显示多个骑行参数，既不需按按键可循环显示出：总里程；本次里程，即时车速；最大车速，踏频；最高踏频，能量消耗，助力档位，电池容量。车灯电线由码表引出，缩短线距，由按键或光线自动控制车灯与码表背光。

5.本助力系统可根据中轴倒转某一设定角度,码表上的助力档位就升或降一档,循环操作,如此在骑行中可用脚反踩或手设置码表的助力档位,并伴随有提示声音和点亮三秒延时背光,红绿蓝紫背光色分别对应四种助力档位来提高档位辨识度,方便长者使用。

附图说明

图1是中轴力矩传感器的第一种结构测左端力矩的剖视图；

图2是中轴力矩传感器的第一种结构的立体爆炸图；

图3是中轴力矩传感器的第二种结构测两端力矩的剖视图；

图4是中轴力矩传感器的第二种结构的立体爆炸图；

图5是中轴力矩传感器的位移和转速测量立体图；

图6是中轴力矩传感器的锥形半轴立体图；

图7是中轴力矩传感器的花键半轴立体剖面图；

图8是中轴力矩传感器的滑套立体图；

图9是中轴力矩传感器的锥形中轴立体图；

图10是中轴力矩传感器的螺纹半轴立体剖面图；

图11是中轴力矩传感器的尼龙轴碗立体图；

图12是中轴力矩传感器的限位环立体图；

图13是中轴力矩传感器的磁环支架立体图；

图14是系统的码表显示内容图；

图15是系统的码表开机后车速为零时自动循环显示四秒的界面示意图；

图16是骑行中码表显示界面图；

图17是骑行停止时码表循环显示界面图；

图18是系统的接线图。

附图中标记：端盖1、弹性卡环2、球轴承3、尼龙轴碗4、连接线5、PCB板支架6、位移霍尔IC 7、转速霍尔IC 8、单极磁环9、多极磁环10、磁环支架11、螺母12、碟簧组13、钢珠14、限位钢珠15、滑套16、轴碗组件17、锥形半轴18、花键半轴19、限位环20、半轴球轴承21、限位轴肩22、锥形中轴23、螺纹半轴24、滚针轴承25、牙盘四爪26、第一半圆环槽27、第二半圆环槽28、半圆主滚道29、半圆副滚道30、主动齿31、从动齿32、限位台阶33、穿孔34、环形凸肩35、环形凸肩36、总里程37、车速38、能量消耗39、助力档位40、踏频41、里程42、力矩大小模拟条43、车速44、踏频45、第一按键46、第二按键47、电池48、电机驱动器49、轮毂电机50、码表51、中轴力矩传感器52、车灯53。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1和图2所示，本实用新型采用中轴力矩传感器的自行车助力系统包括两种结构方案：

第一种结构方案是：自行车助力系统包括中轴力矩传感器，所述中轴力矩传感器包括：端盖1、弹性卡环2、球轴承3、尼龙轴碗4、连接线5、PCB板支架6、位移霍尔IC7、转速霍尔IC8、单极磁环9、多极磁环10、磁环支架11、螺母12、碟簧组13、钢珠14、限位钢珠15、滑套16、轴碗组件17、锥形半轴18、花键半轴19、限位环20、半轴球轴承21。扭矩传递过程：锥形半轴18上的输入扭矩靠半圆主滚道29传递给钢珠14，再靠半圆副滚道30传递给滑套16，啮合的螺旋曲面主动齿31传给螺旋曲面从动齿32经花键半轴19传递出扭矩。主动齿31和从动齿32都由相同的螺旋曲面60构成，啮合的螺旋曲面齿将扭力分解成一个面集合的切向力和面集合的轴向力，切向力作为扭矩传出，轴向力使滑套16压缩碟簧组13产生位移并伴随钢珠14滚动，螺母12预压顶住碟簧组13将轴向力传给锥形半轴18，安装在第一半圆环槽27和第二半圆环槽28内的限位钢珠15使锥形半轴18与花键半轴19轴向固定只能相对转动互相抵消两者的轴向力。位移霍尔IC7和转速霍尔IC8靠PCB板固定在PCB板支架6上成整体端部内置在尼龙轴碗4内靠螺钉固定还可调节与磁环支架11的轴向初始位置。

如图3和图4所示，第二种结构方案是：自行车助力系统包括中轴力矩传感器，所述中轴力矩传感器包括：端盖1、弹性卡环2、球轴承3、尼龙轴碗4、连接线5、PCB板支架6、位移霍尔IC7、转速霍尔IC8、单极磁环9、多极磁环10、磁环支架11、螺母12、碟簧组13、钢珠14、限位钢珠15、滑套16、轴碗组件17、锥形中轴23、螺纹半轴24、滚针轴承25、牙盘四爪26。

与第一种结构有相同的扭矩传递过程：锥形中轴23左右两端输入扭矩，其上的半圆主滚道65传递给钢珠14，再靠半圆副滚道30传递给滑套16，啮合的螺旋曲面主动齿31传给螺旋曲面从动齿66经螺纹半轴24传递出扭矩。滑套16压缩碟簧组13产生位移，螺母12预压顶住碟簧组13将轴向力传给锥形中轴23，安装在第一半圆环槽63和第二半圆环槽64内的限位钢珠15使锥形中轴23与螺纹半轴24轴向固定。螺纹半轴24上设置有反旋螺纹与牙盘四爪26连接，中轴顺转使牙盘四爪26越旋越紧将扭矩传递到牙盘盘片上，受空间限制，半轴球轴承21改用滚针轴承25。

如图5所示，两种结构产生的位移都用相同的方法测量：滑套16与磁环支架11靠其上的环槽与凸筋扣合使两者固定，两个单极磁环9和多极磁环10固定在磁环支架11上，作为一个整体移动，位移霍尔IC7和转速霍尔IC8固定不动。两单极磁环9轴向充磁且相斥排列，其中间位置磁通密度为零，位移霍尔IC7输出的电压与通过其的磁通密度呈线性且为零时是其输入电压的一半，这样输出电压与其在两单极磁环9之间的位置相关，且是与电子转把相同的模拟电压信号。多极磁环10径向多极充磁，上方的转速霍尔IC8直接输出转速和方向信号。

如图6所示，锥形半轴18设置有螺纹，靠螺母12调节碟簧组13的尺寸误差和预压力。在曲柄端设置环槽61安装弹性卡环2来轴向固定球轴承3。设置第一半圆环槽27轴向固定限位钢珠15。设置环形均布的半圆主滚道29传递扭矩给钢珠14。设置限位轴肩22，当碟簧组13的压缩超出预设值时，顶住滑套16上的限位台阶33承担多余的轴向力。

如图7和图8所示，花键半轴19和滑套16的端面均设有相同的螺旋曲面从动齿32和螺旋曲面主动齿31，啮合的相同的螺旋曲面齿的螺旋曲面60是过中心的，在传递扭力时主动齿31和从动齿32产生螺旋滑动且一直是面接触。花键半轴19内设有第二半圆环槽28与锥形半轴18上的第一半圆环槽27组成封闭环。滑套16内壁环形均布半圆副滚道30，钢珠14在里面滚动传递扭矩，限位台阶33限制滑套16的位移。

如图9所示，锥形中轴23两端输入扭矩，与锥形半轴18同样设置有螺纹；环槽62安装弹性卡环2；第一半圆环槽63，半圆主滚道65，限位轴肩67。

如图10所示，螺纹半轴24与花键半轴19同样设置有螺旋曲面从动齿66和第二半圆环槽64，其上的反旋螺纹与牙盘四爪26上的螺纹连接，中轴顺转时两者越旋越紧传递出扭矩， 拆卸四爪时需借助专用工具。

如图11所示，尼龙轴碗4设置有数个穿孔34将连接线5从五通内部导出，内壁设置有环形凸肩35，两球轴承3装其两边，轴向固定中轴力矩传感器，使另一端的可调轴碗17与滚针轴承25或半轴球轴承21在轴向浮动连接。四颗螺丝将端盖1锁在尼龙轴碗4上并压住连接线5。

如图12所示，限位环20一端成锥面扣住花键半轴19，另一端内壁均布数条环形凸肩36，与螺旋曲面主动齿31外圆上的环形台阶配合限制滑套16的轴向位移。第一种结构的最大扭矩远超第二种结构要采用双限位，限位环20直接将多余的轴向力传给花键半轴19，而限位轴肩22上的多余轴向力是全加在限位钢珠15上。

如图13所示，磁环支架11一端成套筒状罩住碟簧组13，另一端套筒开槽成悬臂爪具有弹性，安装单极磁环9简单方便。

如图14所示，码表界面显示内容：总里程37；本次里程42；车速38；本次最高车速44；踏频41；本次最高踏频45；能量消耗39；助力档位40；力矩大小模拟条43。助力档位40包括四档：ECO、TOUR、SPORT、TURBO显示，代表不同的助力比，如这四档不显示而ASSIST闪烁则电机助力为零。

如图15所示，码表开机时界面显示内容：总里程37；车速38；能量消耗39；助力档位40，按一次第一按键46助力档位降一档，按一次第二按键47助力档位升一档，循环操作，同时按下第一按键46和第二按键47打开或关闭背光和车灯。当车速38为零时，四秒后界面显示内容自动切换为：本次里程42；车速38；踏频41；助力档位40，每隔四秒循环显示直到车速38大于零。

如图16所示，骑行时码表界面显示内容：本次里程42；车速38；踏频41；助力档位40，力矩大小模拟条43。

如图17所示，骑行停止时车速38等于零，码表界面显示内容：总里程37；能量消耗39；车速38；助力档位40。四秒后界面显示内容自动切换为：本次里程42；本次最高车速44；本次最高踏频45；助力档位40，每隔四秒循环显示直到车速38大于零。

如图18所示，电池48两根电源线与电机驱动器49连接。轮毂电机50与电机驱动器49有九根线连接：霍尔电源线两根；电机三相线三根；霍尔三相线三根；轮毂转速信号线。码表51与电机驱动器49有四根线连接：电源两根线；取代电子转把的电压信号线；轮毂转速信号线。中轴力矩传感器52与码表51有四根线连接：电源两根线；力矩信号线；转速方向信号线。车灯53与码表51有两根线连接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统，该助力系统是采用中轴力矩传感器测出中轴左端力矩和转速及方向，其特征在于，所述的中轴力矩传感器包括：端盖（1）、弹性卡环（2）、球轴承（3）、尼龙轴碗（4）、连接线（5）、PCB板支架（6）、位移霍尔IC（7）、转速霍尔IC（8）、单极磁环（9）、多极磁环（10）、磁环支架（11）、螺母（12）、碟簧组（13）、钢珠（14）、限位钢珠（15）、滑套（16）、轴碗组件（17）、锥形半轴（18）、花键半轴（19）、限位环（20）、半轴球轴承（21）；

所述的锥形半轴（18）和花键半轴（19）都设置第一半圆环槽（27）和第二半圆环槽（28）组成封闭环槽，在环槽内设置限位钢珠（15）使两者连接和轴向固定，两者只能相对转动；

所述锥形半轴（18）和滑套（16）在圆周上都均布设置半圆主滚道（29）和半圆副滚道（30）组成圆形滚道，设置钢珠（14）在圆形滚道内滚动传递扭矩给滑套（16）；

所述锥形半轴（18）和滑套（16）分别设置限位轴肩（22）和限位台阶（33），限位轴肩（22）顶住限位台阶（33）时就是碟簧组（13）的最大压缩位移；

所述锥形半轴（18）在曲柄端设置环槽（61）安装弹性卡环（2），轴向固定球轴承（3）；

所述锥形半轴（18）设置有螺纹，其上设置螺母（12）调节碟簧组（13）的尺寸误差和预压力；

所述碟簧组（13）由三片碟簧组合而成，大端面顶住滑套（16），小端面顶住螺母（12）；

所述滑套（16）和花键半轴（19）在端面都设置多组相同的螺旋曲面主动齿（31）和螺旋曲面从动齿（32），啮合的曲面处于过圆心的螺旋曲面（60）上螺旋滑动，调节螺旋曲面（60）的节距设置不同的转动角度和轴向位移；

所述磁环支架（11）一端成套筒状罩住碟簧组（13）并扣住滑套（16），另一端套筒开槽成悬臂爪具有弹性，安装相斥排列的两单极磁环（9）和多极磁环（10）；

所述尼龙轴碗（4）设置有数个穿孔（34）将连接线（5）从五通内部导出，内壁设置有环形凸肩（35），两球轴承（3）置其两边，轴向固定中轴力矩传感器，使另一端的轴碗组件（17）与半轴球轴承（21）在轴向浮动连接，设置螺丝将端盖（1）锁在尼龙轴碗（4）上并压住连接线（5）；

所述位移霍尔IC（7）和转速霍尔IC（8）靠PCB板固定在PCB板支架（6）上成整体，PCB板支架（6）端部内置在尼龙轴碗（4）内靠螺钉固定还可调节与磁环支架（11）的轴向初始位置；

所述两单极磁环（9）轴向充磁并同心相斥排列，位移霍尔IC（7）插在其之间且与一端近靠；

所述多极磁环（10）径向多极充磁，转速霍尔IC（8）置于其上方；

所述限位环（20）一端成锥面扣住花键半轴（19），另一端内壁均布数条环形凸肩（36），与螺旋曲面主动齿（31）外圆上的环形台阶配合限制滑套（16）的轴向位移，限位环（20）直接将多余的轴向力传给花键半轴（19），免除限位轴肩（22）加在限位钢珠（15）上的多余轴向力，进行双重限位。

2.根据权利要求1所述的一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统， 其特征在于：该助力系统包括码表，所述码表根据中轴力矩传感器测出的某一设定的反转角度来设置助力档位，或手按码表按键来设置；所述码表在设置不同的助力档位时采用不同的背光颜色和提示声音来增加助力档位的辨识度；所述码表在车速为零时不需按键操作,每间隔三至四秒循环显示各骑行参数。

3.一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统，该助力系统采用中轴力矩传感器测出中轴两端力矩和转速及方向，其特征在于，所述中轴力矩传感器包括：端盖（1）、弹性卡环（2）、球轴承（3）、尼龙轴碗（4）、连接线（5）、PCB板支架（6）、位移霍尔IC（7）、转速霍尔IC（8）、单极磁环（9）、多极磁环（10）、磁环支架（11）、螺母（12）、碟簧组（13）、钢珠（14）、限位钢珠（15）、滑套（16）、轴碗组件（17）、锥形中轴（23）、螺纹半轴（24）、滚针轴承（25）、牙盘四爪（26）；

所述的锥形中轴（23）和螺纹半轴（24）都设置第一半圆环槽（63）和第二半圆环槽（64）组成封闭环槽，在环槽内设置限位钢珠（15）使两者连接和轴向固定，两者只能相对转动；

所述锥形中轴（23）和滑套（16）在圆周上都均布设置半圆主滚道（65）和半圆副滚道（30）组成圆形滚道，设置钢珠（14）在圆形滚道内滚动传递扭矩给滑套（16）；

所述锥形中轴（23）和滑套（16）分别设置限位轴肩（67）和限位台阶（33），限位轴肩（67）顶住限位台阶（33）时就是碟簧组（13）的最大压缩位移；

所述锥形中轴（23）一端设置环槽（62）安装弹性卡环（2），轴向固定球轴承（3）；

所述锥形中轴（23）设置有螺纹，其上设置螺母（12）调节碟簧组（13）的尺寸误差和预压力；

所述碟簧组（13）由三片碟簧组合而成，大端面顶住滑套（16），小端面顶住螺母（12）；

所述滑套（16）和螺纹半轴（24）在端面都设置多组相同的螺旋曲面主动齿（31）和螺旋曲面从动齿（66），啮合的曲面处于过圆心的螺旋曲面（60）上螺旋滑动，调节螺旋曲面（60）的节距设置不同的转动角度和轴向位移；

所述磁环支架（11）一端成套筒状罩住碟簧组（13）并扣住滑套（16），另一端套筒开槽成悬臂爪具有弹性，安装相斥排列的两单极磁环（9）和多极磁环（10）；

所述尼龙轴碗（4）设置有数个穿孔（34）将连接线（5）从五通内部导出，内壁设置有环形凸肩（35），两球轴承（3）置其两边，轴向固定中轴力矩传感器，使另一端的轴碗组件（17）与滚针轴承（25）在轴向浮动连接，设置螺丝将端盖（1）锁在尼龙轴碗（4）上并压住连接线（5）；

所述位移霍尔IC（7）和转速霍尔IC（8）靠PCB板固定在PCB板支架（6）上成整体，PCB板支架（6）端部内置在尼龙轴碗（4）内靠螺钉固定还可调节与磁环支架（11）的轴向初始位置；

所述两单极磁环（9）轴向充磁并同心相斥排列，位移霍尔IC（7）插在其之间且与一端近靠；

所述多极磁环（10）径向多极充磁，转速霍尔IC（8）置于其上方。

4.根据权利要求3所述的一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统， 其特征在于：该助力系统包括码表，所述码表根据中轴力矩传感器测出的某一设定的反转角度来设置助力档位，或手按码表按键来设置；所述码表在设置不同的助力档位时采用不同的背光颜色和提示声音来增加助力档位的辨识度；所述码表在车速为零时不需按键操作,每间隔三至四秒循环显示各骑行参数。