CN205971719U - 一种自行车的力矩检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自行车的力矩检测装置，主要用于自行车的脚踏和曲柄的力矩检测。包括应力传感器和信号传递装置，应力传感器包括管式结构弹性体和应变计；应变计粘贴在管式弹性体内，其和电路连接线由绝缘密封胶封住；信号传递装置包括无线发射电路板、高容量锂电池、公插头和母插头；管式结构弹性体两端分别与曲柄和脚踏转轴连接；应变计电路可产生信号并通过公母插头传递给无线发射电路板；无线发射电路板和高容量锂电池设在曲柄内，配有防护罩。本实用新型可以准确地测量骑行者左、右脚的功率；电池体积小、容量大且具备可充电功能，高效环保；不受曲柄或其他零部件规格的限制，使用范围广；信号传递稳定；结构简单、便于生产和安装。

Description

一种自行车的力矩检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种自行车的力矩检测装置，主要用于自行车的脚踏和曲柄的力矩检测。

背景技术

自行车曲柄链轮组件是将踩踏力量传递至后轮的重要自行车零件，常见的结构是，两曲柄需要使用一根刚性连接轴连接起来，并且右侧曲柄连接一链轮托架和链轮盘。骑行者在正常骑行时，左右脚每圈交替用力，作用于曲柄。当左脚在用力时，踩踏力量表现为力矩，通过左曲柄、中轴传递至右侧的链轮托架和链轮；当右脚在用力时，踩踏力量直接通过曲柄传递至链轮托架和链轮。因此，链轮受到的驱动力是左右两脚驱动力之和。

自行车功率计是一种测量骑行者输出功率的设备，最早出现于20世纪80年代，安装于自行车的力量传输部件上。正常工作时，功率计将功率通过无线信号的形式发送至自行车码表以显示或储存。

现有技术的自行车功率计，如西班牙Rotor公司生产的InPower功率计，中轴内部安装了传感器、处理器、线路板和电池，用于测量左脚的踩踏力矩和角速度，从而计算骑行者左脚的输出功率，继而将数据乘以二，估算左右脚的总输出功率。这个方案的弊端在于：第一，在测量时，由于其安装问题，只能测量左脚的力矩从而计算功率，无法得知骑行者的右脚力矩；第二，使用时，采用的是两节AA电池，对于竞赛自行车而言，重量较大；第三，无法适用于其他规格的曲柄组，使用范围受到限制。

在测量自行车的功率时，角速度的测量往往并不困难，因此当力矩的检测也不受到上述条件限制时，则功率的检测和计算将更加的方便和准确。因此如何更加准确、简单、精准地测量自行车两边脚踏板的力矩已成为亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种可以测得左右脚的力矩、体积重量小且适用范围广的自行车的力矩检测装置。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种自行车的力矩检测装置，包括应力传感器和信号传递装置，其特征在于：所述应力传感器包括管式结构弹性体和应变计，所述应变计固定在管式弹性体的内壁；所述信号传递装置包括无线发射电路板、高容量锂电池、公插头和母插头；管式结构弹性体的一端与自行车的曲柄连接，另一端与脚踏转轴连接；所述应变计所组成的电路可产生信号并将信号通过公、母插头的配合传递给无线发射电路板；所述高容量锂电池为无线发射电路板供电；所述公插头被设置在管式结构弹性体中；所述无线发射电路板和高容量锂电池均设置在曲柄内部，且外部配有防护罩。

当自行车在行驶时，应变计所组成的电路在高容量锂电池的电压激励和脚踩脚踏板带动应力传感器和曲柄转动的同时会产生一个有规律可循的电信号，此电信号通过连接电路和公、母插头的配合传递到无线发射电路板上。无线发射电路板通过分析计算后，可将有效信号通过无线发送出去。信号可由安装在自行车上的无线接收电路板接收后显示或储存。应力传感器安装在自行车脚踏和曲柄之间，形成一个连接件，而信号传递装置则大体设置在曲柄的内部，并不增加自行车的整体体积；且无论左右脚都可以进行安装，根据需求自由选择安装对左右脚都可进行力矩检测；电池容量高、体积小。

进一步地，所述应变计通过胶水黏贴在管式弹性体的内壁上，并且由绝缘密封胶封住应变计和应变计的电路连接线，可以防止外界水汽和湿气进入破坏元件。

进一步地，所述公插头为六针公插头，所述母插头为带四芯排线的六针母插头，使得信号的传递更加的稳定、精确和完整。

进一步地，所述高容量锂电池为可充电锂电池，其充电插口设置在防护罩外。高容量锂电池的可充电性能使得当电池内的电能被用完之后，直接插上电源即可实现充电，而不需要将电池拆除替换，非常的便利、环保。

进一步地，所述无线发射电路板上还设有外置无线发射天线，所述外置无线发射天线的顶端设置在防护罩外。增设的外置无线发射天线使得信号在无线传输的过程中更加地稳定和完整。

进一步地，所述管式结构弹性体为以优质合金钢或不锈钢为材料制成的弹性体，材料性能好，检测稳定性高。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：本实用新型可以准确地测量骑行者左、右脚的力矩；电池体积小、容量大且具备可充电功能，高效环保；不受曲柄或其他零部件规格的限制，使用范围广；信号传递稳定；结构简单、便于生产和安装。

附图说明

图1为本实用新型安装在自行车上的结构示意图。

图2为本实用新型应力传感器与六针母插头配合的结构示意图。

图3为图2的A-A截面结构示意图。

附图中：1为应力传感器，11为管式结构弹性体，12为应变计，13为绝缘密封胶，2为信号传递装置，21为无线发射电路板，211为外置无线发射天线，22为高容量锂电池，221为充电插口，23为六针公插头，24为六针母插头，25为防护罩，3为脚踏转轴，4为脚踏板，5为曲柄。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

参见图1-图3，本实施例包括应力传感器1和信号传递装置2。

应力传感器1包括管式结构弹性体11和应变计12。管式结构弹性体11为三段式中空管，材料为优质合金钢或不锈钢。应变计12通过专用胶水被紧密地黏贴在管式结构弹性体11内部的中段位置的孔内壁上，再通过绝缘密封胶13将应变计12和电路连接线绝缘密封住，从而防止外界水汽和湿气进入破坏元件。管式结构弹性体11的左端通过管螺纹连接在自行车的曲柄上，且管式结构弹性体11的左段内孔为管螺纹内孔。管式结构弹性体11的右段内孔为内螺纹孔，且内径则与脚踏转轴3的外径相配合，脚踏板4通过脚踏转轴3的外螺纹与管式结构弹性体11的右段内螺纹配合连接在应力传感器1上。

信号传递装置2包括无线发射电路板21、高容量锂电池22、六针公插头23和带四芯排线的六针母插头24。六针公插头23安装在管式结构弹性体11的左段管螺纹内孔中。无线发射电路板21和高容量锂电池22均设置在曲柄5靠近头部的内部，且在无线发射电路板21和高容量锂电池22的外部配有防护罩25。高容量锂电池22为可充电电池，为无线发射电路板21供电，充电插口221设置在防护罩25外。高容量锂电池22的可充电性能使得当电池内的电能被用完之后，直接插上电源即可实现充电，而不需要将电池拆除替换，非常的便利、环保。无线发射电路板21的一端通过六针公、母插头的配合与应变计12连接，为其供电及实现信号的传递。无线发射电路板21上还设有外置无线发射天线211，外置无线发射天线211的顶端设置在防护罩25外。增设的外置无线发射天线211使得信号在无线传输的过程中更加地稳定和完整。

贴在管式结构弹性体11内壁上的应变计12，管式结构弹性体11的外径和壁厚尺寸均经过设计计算得出。当自行车在行驶时，应变计12受到来自脚踏板4的力，可以实时地准确地测量出管壁内表面上的剪切微应变，此微应变会引起应变计12的阻抗变化，阻抗的变化和微应变成正比。应变计12可以是2到4片复合应变计12，或4张单斜片应变计12。通过电路组合，应变计12会在电路的输出端输出一个电信号，该电信号与应变计12阻抗的变化也成正比，由此，应力传感器1能够准确测量出来自人蹬脚踏板4的力的大小。随后，电信号会通过公、母六针插头的配合传递到无线发射电路板21上。无线发射电路板21通过分析计算后，可将有效信号通过无线发送给安装在自行车上的信号处理装置。自行车上还装有踏平和速度传感器，将自行车的实际骑行状况反馈给信号处理装置。信号处理装置包括无线接收电路板和电动控制器，无线接收电路板接收信号后，经过处理后将信号处理成电动控制器可以接受的电信号来控制电机的功率输出，从而使得使用者在骑行的过程中得以得到助力，骑行更加的轻便省力。当用户骑行在起步时，力矩检测装置可以根据脚踏的反馈，配合电动控制器输出一个比较大的动力，帮助用户起步；在骑行过程中，则会通过力矩检测装置、踏平和速度传感器的算法判断用户现在的骑行状态，保证在巡航时的必要的辅助动力，这时候辅助动力会是比较温和的输出，用户骑行起来会十分省力；而当用户骑行到上坡路面时，力矩检测装置会感知到人的踏板受力变大，会比较及时的补充辅助动力，保证骑行者在上坡路面骑行也十分轻松，而且保证骑行的速度不会掉下来。

虽然本实用新型已以实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种自行车的力矩检测装置，包括应力传感器和信号传递装置，其特征在于：所述应力传感器包括管式结构弹性体和应变计，所述应变计固定在管式弹性体的内壁；所述信号传递装置包括无线发射电路板、高容量锂电池、公插头和母插头；管式结构弹性体的一端与自行车的曲柄连接，另一端与脚踏转轴连接；所述应变计所组成的电路可产生信号并将信号通过公、母插头的配合传递给无线发射电路板；所述高容量锂电池为无线发射电路板供电；所述公插头被设置在管式结构弹性体中；所述无线发射电路板和高容量锂电池均设置在曲柄内部，且外部配有防护罩。

2.根据权利要求1所述的自行车的力矩检测装置，其特征在于：所述应变计通过胶水黏贴在管式弹性体的内壁上，并且由绝缘密封胶封住应变计和应变计的电路连接线。

3.根据权利要求1所述的自行车的力矩检测装置，其特征在于：所述公插头为六针公插头，所述母插头为带四芯排线的六针母插头。

4.根据权利要求1所述的自行车的力矩检测装置，其特征在于：所述高容量锂电池为可充电锂电池，其充电插口设置在防护罩外。

5.根据权利要求1所述的自行车的力矩检测装置，其特征在于：所述无线发射电路板上还设有外置无线发射天线，所述外置无线发射天线的顶端设置在防护罩外。

6.根据权利要求1所述的自行车的力矩检测装置，其特征在于：所述管式结构弹性体为以优质合金钢或不锈钢为材料制成的弹性体。