CN208360409U - 位移力矩传感装置及包括该传感装置的电动助力车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种位移力矩传感装置及包括该传感装置的电动助力车，位移力矩传感装置，包括：基座、安装于基座上的变形部件、以及，安装于变形部件上并用以感测变形部件形变程度的应变片，电动助力车的后轮轮轴安装于基座上，基座在相应位置开设有通孔，变形部件也位于所述通孔内，且处于轮轴的前方。本实用新型位移力矩传感器装置结构简单巧妙，变形部件变形精准，应变片感测灵敏，助力高效。

Description

位移力矩传感装置及包括该传感装置的电动助力车

技术领域

本实用新型涉及一种位移力矩传感装置及包括该传感装置的电动助力车。

背景技术

现今流行的电动助力自行车具有自动检测踏板踏力、感知骑行者的骑行意图，实现智能调节助力的功能，从而提供一种全新的骑行体验。力矩传感器作为电动助力自行车的最核心的技术，其技术方案直接影响助力自行车的性能，成本以及生产加工效率。后轴勾爪式力矩测量方案是一种综合性能较好的力矩测量方案，其具优点是原理简单，结构不复杂，性能较好，成本较为低廉。目前，后轴勾爪式传感器主要由固定座和磁性件（霍尔传感器）组成，其通过磁性件测量固定座的变形进行测量；但磁性件结构复杂，占用空间大，易损坏，且这种测量方式对加工固定座的材料及加工精度要求高，传感器生产价格高，加工工艺复杂生产效率低；受材料性能的限制，固定座容易产生永久形变，从而大大影响测量精度，用户的后期维护成本高。因此，有必要提供一种性能较好，成本低廉，加工工艺简单，易于维护的新的力矩测量传感器。

实用新型内容

本实用新型涉及位移力矩传感装置及包括该传感装置的电动助力车，结构简单巧妙，测量精准，能够很好地解决背景技术中的问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种位移力矩传感装置，应用于电动助力车，包括：基座、设置于基座上的变形部件、以及，安装于变形部件上并用以感测变形部件形变程度的应变片，基座上开设有用于安装电动助力车的后轮轮轴的容纳空间，轮轴在受力情况下可在所述容纳空间内移动，所述变形部件也位于所述容纳空间内，且处于轮轴的前方，变形部件的两端固定连接于基座上。

通过采用上述技术方案，后轮轮轴在受力情况下可在所述容纳空间内移动，容纳空间可为通孔或槽，从而对变形部件产生力的作用，使变形部件发生形变，传感器装置结构简单巧妙，应变片可感测变形部件的形变程度，进而将这种形变量转换为电信号，以对电动助力车产生相应的助力，便于骑行。当然，变形部件也可与基座一体成型。

作为本实用新型的进一步改进，所述变形部件具有回弹性，轮轴抵靠于变形部件的后侧表面，应变片贴装于变形部件的前侧表面。通过采用上述技术方案，轮轴受力后直接作用于变形部件，利于变形部件产生形变，也利于应变片对变形部件的形变程度进行感测，变形部件在撤去外力作用时，能及时恢复至初始状。

作为本实用新型的进一步改进，变形部件为扁平状。通过采用上述技术方案，变形部件的具体结构，一方面有利于应变片的安装，另一方面有利于变形。

作为本实用新型的进一步改进，所述容纳空间呈水平状布置，所述变形部件呈竖直状设置，变形部件的前侧表面与通孔的前侧表面之间存在间隙。通过采用上述技术方案，容纳空间呈水平，有利于后轮轮轴水平移动，变形部件呈竖直状设置，这样变形部件对竖直方向的力不敏感，而对水平方向的力产生响应，即对后轮轮轴的移动即时感应，变形部件的前侧表面与容纳空间的前侧表面之间留存间隙，有利于给变形部件留下一定的形变空间，也使变形部件变形后易恢复至原样。

作为本实用新型的进一步改进，基座上开设有用于铺设应变片信号线的容纳槽；应变片信号线的一端连接应变片，另一端从基座的前端引出。通过采用上述技术方案，应变片及其信号线设置合理巧妙，信号线埋设于容纳槽内，连接可靠，使用寿命延长。

作为本实用新型的进一步改进，变形部件和轮轴之间还设置有传导件。通过采用上述技术方案，传导件的设置使得轮轴不直接作用于变形部件上，有利于保护变形部件。

作为本实用新型的进一步改进，传导件的上下两端均向内开设有用于卡配在基座上的凹槽三。通过采用上述技术方案，凹槽的设置有利于使得传导件沿基座在通孔范围内移动。

作为本实用新型的进一步改进，传导件的前端面向外凸出有凸起部，凸起部抵靠于变形部件上。通过采用上述技术方案，凸起部的设置有利于传导件的力的传导，使变形部件更易产生形变。

作为本实用新型的进一步改进，基座的前端面为竖直状，基座的下端面为水平状，前端面与下端面在在连接的位置具有倒角，基座的上端面和后端面呈现弧形过渡。通过采用上述技术方案，基座的具体结构，即前端竖直，下端水平，一方面有利于轮轴对基座的作用力的传导，另一方面可提高基座的稳定性，使得基座所能承受的载荷加大。

作为本实用新型的进一步改进，基座安装于电动助力车的车架上，基座在相应位置开设有固定孔。通过采用上述技术方案，固定孔的开设有利于将基座安装于车架上，基座可向其前端凸出设置一安装耳，固定孔开设于安装耳上，使结构更为稳定。

电动助力车，包括上述任一项技术方案所述的位移力矩传感装置，还具有车架，基座安装于电动助力车的车架上，基座在相应位置开设有固定孔。通过采用上述技术方案，电动助力车采用这种位移力矩传感装置，能够很好地实现助力。

根据本实用新型位移力矩传感装置，应变片与轮轴直接或间接接触，有利于变形程度的感测，同时，采用应变片作为变形测量单元，对固定基座的加工精度要求低，具有结构更简单，基座加工工艺简单（基座加工精度要求低），成本低廉，受材料因长期使用产生永久变形的影响小，后期维护简单等特点，具有更好稳定性，更长使用寿命，更高生产效率，更低生产成本，更易维护的特点。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例提供的位移力矩传感装置的整体结构示意图。

图2为本实用新型一个实施例提供的位移力矩传感装置的爆炸示意图。

图3为本实用新型一个实施例提供的位移力矩传感装置的侧视示意图。

图4为本实用新型另一个实施例提供的位移力矩传感装置的整体结构示意图。

图5为本实用新型另一个实施例提供的位移力矩传感装置的爆炸示意图。

图6为本实用新型另一个实施例提供的位移力矩传感装置的侧视示意图。

图7为本实用新型一个实施例提供的位移力矩传感装置应用于助力自行车的示意图。

图8为本实用新型一个实施例提供的位移力矩传感装置的安装位置结构示意图。

图9为本实用新型一个实施例提供的位移力矩传感装置产生形变示意图。

图中：基座1、应变片2、变形部件3、轮轴4、车架5、链条6、链轮7、传导件8、脚踏板9、牙盘10、曲柄11、轴承12、固定孔102、容纳槽103、凹槽一110、通孔122、信号线201、凸起部801、凹槽三802。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为实现预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下扣合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

在本申请中，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，或一体地连接；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。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申请中的具体含义。

本说明书中的前、后仅是为了更清楚地说明各技术特征的位置关系，不表示对本发明保护范围唯一的限定。本发明中的“前”方/侧/端，指的是靠近电动助力车正常行进的方向，也可理解为说明书附图中箭头所指的方向。后方则与前方相对，即远离电动助力车正常行的方向。

实施例1

位移力矩传感装置，应用于电动助力车（具体可为电动助力自行车，滑板车等），包括，基座1、应变片2、变形部件3，基座1安装于自行车车架5上，基座1在相应位置开设有固定孔102，自行车后轮的轮轴4安装于基座1上，基座1在相应位置开设有通孔122，本实施例中通孔102即为用于安装电动助力车的后轮轮轴4的容纳空间，轮轴4在受力情况下可在所述容纳空间内移动，所述变形部件3也位于所述容纳空间内，且处于轮轴4的前方，变形部件3的两端固定连接于基座1上，容纳空间呈水平状布置，变形部件3呈竖直状设置，变形部件3的前侧表面与所述容纳空间的前侧表面之间存在间隙。应片2贴装于变形部件3的前侧面，具体地，请参阅图1、图2、图3，固定孔102位于基座1的前部上方，通孔122位于基座1的中下部。

应变片，可以是电阻式应变片或光学应变片。按材料分：金属式体型，包括丝式、箔式、薄膜型；半导体式体型，包括薄膜型、扩散型、外延型、PN结型；按结构分：单片、双片、特殊形状；按使用环境：高温、低温、高压、磁场、水下。

基座1的前端面为竖直状，基座1的下端面为水平状，前端面与下端面在连接的位置具有倒角，基座1的上端面和后端面呈现弧形过渡；基座1在开设固定孔102的位置向前端面凸出，形成一弧状的安装耳。

变形部件3呈扁平状，且竖直安装于基座1上，基座1上开设有凹槽一110用于变形部件3的安装。

应变片2的信号线201从基座1的前端引出，基座1上在相应位置开设有容纳槽103。

工作原理：

应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。即：

= K×ε

其中，R：应变片原电阻值Ω（欧姆）；

ΔR：伸长或压缩所引起的电阻变化Ω（欧姆）；

K：应变片的灵敏系数（常量）；

ε：应变。

具体地，请参阅图7至图9，电动助力车，可为电动助力自行车，安装有位移力矩传感装置，还具有车架5、车轮、链条6、链轮7、牙盘10、脚踏板9、曲柄11和控制器，应变片的信号线201连接至控制器，两脚踏板安装于曲柄上，曲柄转动固定穿设于牙盘上，链轮与车的后轮同轴，链条装于牙盘与链轮上，牙盘转动设置于车架上，基座1安装于电动助力车的车架5上，基座1在相应位置开设有固定孔102。当脚踩于自行车脚踏板9上向前及向下蹬时，对脚踏板产生力的作用，如F踏，脚踏板9通过与之连接的曲柄11，将力传导给牙盘10，再经链条6传导给链轮7，链轮7经轴承12作用于车轮的轮轴4，从而对车轮轮轴4产生一个向前的横向作用力，如F后轮轴，轮轴4产生一个位移即S后轮轴，轮轴4作用于变形部件3上，使变形部件3产生形变或位移，由于应变片2贴装在变形部件3上，则应变片2可感测到变形部件3的形变程度，即应变片2的电阻发生相应变化，应变片2的信号线与控制器数据接收端口相连。自行车控制器通过分析处理应变片2的电阻变化信号，向电机给出相应的电动助力输出，从而达到智能输出助力大小的效果，便于骑行。

实施例2

请参阅图4至图6，变形部件3和轮轴4之间还设置有传导件8，传导件8的上下两端均向内开设有凹槽三802，用于卡配在基座1上，传导件8的后端面抵靠于轮轴4，传导件8的前端面向外凸出有凸起部801，凸起部801抵靠于变形部件3上，轮轴4受到向前的横向作用力时，传导件8向前移动，进而对变形部件3进行作用，使变形部件3产生形变或位移，应变片2可感测到变形部件3的形变程度/位移程度，即应变片2的电阻发生相应变化，自行车控制器通过分析处理应变片2的电阻变化信号，向电机给出相应的电动助力输出，从而达到智能输出助力大小的效果，便于骑行。其他技术特征与实施例1中技术特征一致，不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种位移力矩传感装置，应用于电动助力车，其特征在于，包括：基座（1）、设置于基座（1）上的变形部件（3）、以及，安装于变形部件（3）上并用以感测变形部件（3）形变程度的应变片（2），基座（1）上开设有用于安装电动助力车的后轮轮轴（4）的容纳空间，轮轴（4）在受力情况下可在所述容纳空间内移动，所述变形部件（3）也位于所述容纳空间内，且处于轮轴（4）的前方，变形部件（3）的两端固定连接于基座（1）上。

2.如权利要求1所述的位移力矩传感装置，其特征在于，所述变形部件（3）具有回弹性，所述应变片（2）贴装于变形部件（3）的前侧表面。

3.如权利要求2所述的位移力矩传感装置，其特征在于，变形部件（3）为扁平状。

4.如权利要求1所述的位移力矩传感装置，其特征在于，所述容纳空间呈水平状布置，所述变形部件（3）呈竖直状设置，变形部件（3）的前侧表面与所述容纳空间的前侧表面之间存在间隙。

5.如权利要求1所述的位移力矩传感装置，其特征在于，基座（1）上开设有用于铺设应变片（2）信号线的容纳槽（103）；应变片（2）信号线的一端连接应变片，另一端从基座（1）的前端引出。

6.如权利要求1所述的位移力矩传感装置，其特征在于，变形部件（3）和轮轴（4）之间还设置有传导件（8）。

7.如权利要求6所述的位移力矩传感装置，其特征在于，传导件（8）的上下两端均向内开设有用于卡配在基座（1）上的凹槽三（802）。

8.如权利要求6所述的位移力矩传感装置，其特征在于，传导件（8）的前端面向外凸出有凸起部（801），凸起部（801）抵靠于变形部件（3）上。

9.如权利要求1所述的位移力矩传感装置，其特征在于，基座（1）的前端面为竖直状，基座（1）的下端面为水平状，前端面与下端面在连接的位置具有倒角，基座（1）的上端面和后端面呈现弧形过渡。

10.电动助力车，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的位移力矩传感装置，还具有车架（5），基座（1）安装于电动助力车的车架（5）上，基座（1）在相应位置开设有固定孔（102）。