CN210139940U - 新型力矩传感器装置及包括该装置的电动助力车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型力矩传感器装置及包括该装置的电动助力车，新型力矩传感器装置包括固定基座和应变片，所述固定基座包括位于上方的固定部和位于下方的位移部，位移部包括车轮轴安装部和支撑桥，支撑桥的底部连接车轮轴安装部，支撑桥的顶部连接固定部，应变片安装于支撑桥上用以感测支撑桥的形变程度。本实用新型的新型力矩传感器装置及包括该装置的电动助力车，固定基座上具有的车轮槽安装部与车轮轴配合作用使位移部的支撑桥产生形变，应变片可直接感测支撑桥的形变程度，相较于其他的传感器装置，本方案更为直接地感测出支撑桥的形变程度，测量更准确，助力更明显，且无需在固定基座上设置其他部件。

Description

新型力矩传感器装置及包括该装置的电动助力车

技术领域

本实用新型涉及一种新型力矩传感器装置及包括该装置的电动助力车。

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有压力传感器；压力传感器主要由固定座和磁性件组成，其通过磁性件测量固定座的变形进行测量；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。

实用新型内容

本实用新型涉及一种新型力矩传感器装置及包括该装置的电动助力车，结构简单，测量精准，能够解决现有背景技术中的问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供一种新型力矩传感器装置，包括：固定基座和应变片，所述固定基座包括位于上方的固定部和位于下方的位移部，位移部包括车轮轴安装部和支撑桥，支撑桥的底部连接车轮轴安装部，支撑桥的顶部连接固定部，应变片安装于支撑桥上用以感测支撑桥的形变程度。通过采用上述技术方案，传感器装置结构简单有效，加工制造简单，成本低，易于维护。固定基座上具有的车轮槽安装部与车轮轴配合作用使位移部的支撑桥产生形变，应变片可直接感测支撑桥的形变程度，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。相较于其他的传感器装置，本方案更为直接地感测出支撑桥的形变程度，测量更准确，助力更明显，且无需在固定基座上设置其他部件。

作为本实用新型的进一步改进，支撑桥包括前支撑桥及后支撑桥, 车轮轴安装部的前部与前支撑桥的底部连接，车轮轴安装部的后部与后支撑桥的底部连接，固定部的前部的下方与位移部的前支撑桥的顶部连接，固定部的后部的下方与位移部的后支撑桥的顶部相连接，所述应变片安装于前支撑桥上或/及后支撑桥上，车轮轴安装部的底部向上凹陷地设置有用于安装电动助力车的车轮轴的容纳槽，固定基座上开设有将固定部与位移部隔离开来的通槽一。 通过采用上述技术方案，形变部位支撑桥与固定基座一体连接，固定基座上具有的车轮槽安装部与车轮轴配合作用,使固定基座位移部受力产生位移,中间形成的通槽可以使固定基座受力之后正常变形，从而产生形变信号传输给电动助力车。

作为本实用新型的进一步改进，前支撑桥后侧与车轮轴安装部、固定部的前部之间具有通槽二，后支撑桥前侧与车轮轴安装部、固定部的后部之间具有通槽三，通槽一的前端连通通槽二，通槽一的后端连通通槽三。通过采用上述技术方案，固定基座上开设通槽，使支撑桥受力形变之后具有形变的空间。

作为本实用新型的进一步改进，应变片能贴装于前支撑桥或/及后支撑桥的各面上且该贴装面为平面。通过采用上述技术方案，支撑桥的设计有利于应变片更好的贴装,更好的感受水平方向上的力。

作为本实用新型的进一步改进，前支撑桥或/及后支撑桥为竖直状。通过采用上述技术方案，前支撑桥或/及后支撑桥为竖直状，在竖直方向上不易发生形变，使得应变片对竖直方向的作用力不敏感，主要测量水平方向的作用力，有利于测量各支撑桥的横向方向上的变形程度，测量更准确。

作为本实用新型的进一步改进，前支撑桥的高度大于后支撑桥的高度。通过采用上述技术方案，可以使位移部受力之后，形变部位支撑桥可以形变效果更好，使应变片测量更快更准确。

作为本实用新型的进一步改进，前支撑桥或/及后支撑桥大致呈矩形柱，应变片贴装于前支撑桥的后侧面上或/及后支撑桥的前侧面上。通过采用上述技术方案，应变片可以准确的测量形变程度，及时反馈数据。

作为本实用新型的进一步改进，车轮轴安装部的顶部设置有向下凹陷的限位槽，所述固定部在相应位置向下凸出地设置有限位凸起部，限位凸起部陷于限位槽内，车轮轴安装部的底部向上凹陷地设置有用于安装电动助力车的车轮轴的容纳槽。通过采用上述技术方案，限位槽和限位凸起部限制应变固定基座变形量，防止基座发生过大永久变形，造成应变基座损坏，延长使用寿命，车轮轴容纳槽为电动助力车提供了受力部位，使固定基座可以第一时间的接受作用力，并发出反馈。

作为本实用新型的进一步改进，固定基座大致呈片状，固定部的厚度大于位移部的厚度，应变片连接有应变片信号线，固定部上开设有用于容纳应变片信号线的凹槽，固定部上开设有用于和车架安装固定的固定孔。通过采用上述技术方案，固定基座具有了与车架安装的部件，应变片安装在支撑桥的四周侧壁上之后，将这种形变量转换为电信号，通过应变片信号线传输给电动助力车,以对电动助力车产生相应的助力，便于骑行。

本实用新型还提供的一种电动助力车，采用如前所述的任意一项新型力矩传感器装置，还包括车架，车轮轴以及主控制器，固定基座的固定部安装于车架上，安装有应变片的支撑桥呈竖直方向,车轮轴作用于固定基座的位移部上，应变片通过应变片信号线连接在主控制器上。通过采用上述技术方案，电动助力车采用新型力矩传感器装置，不仅性能好，而且结构简单，便于生产制造和后期维护,固定基座竖直安装在车架上,有利于使传感器装置更好的受横向的力,使应变片的测量更加准确。

根据本实用新型力矩传感器装置,结构简单，性能良好，使应变片直接贴装在固定基座本身的支撑桥上，可能更加直接精准的测量出形变量，便于及时有效的产生助力，简单的结构也便于生产制造和后期维护。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例提供的新型力矩传感器装置的安装结构示意图。

图2为本实用新型一个实施例提供的新型力矩传感器装置的分解爆炸示意图。

图3为本实用新型一个实施例提供的新型力矩传感器装置的工作原理示意图。

图4-7为本实用新型另一个实施例提供的新型力矩传感器装置应变片安装位置示意图。

图中：固定基座1；固定部11；固定孔一111；固定孔二112；固定孔三113；限位凸起部114；凹槽115；位移部12；车轮轴安装部121；前支撑桥122；后支撑桥123；车轮轴容纳槽124；限位槽125；车轮轴16；通槽一13；通槽二14；通槽三15；应变片2；应变片信号线3；应变片的安装位置201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、216、217、218、219、220、221。

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。

在以下具体实施方式中，以电动助力车的前进方向为前，以远离电动助力车前进的方向为后。

实施例1

如图1-3所示,本实用新型的一种新型力矩传感器装置,在本实施例中应用于电动助力车,新型力矩传感器装置由固定基座1和用于测量固定基座1变形的应变片2组成。固定基座1由位于上方的固定部11和位于下方的位移部12构成，固定部11和位移部12相连接。固定基座1大致呈片状，固定部11背面平齐,固定部11厚度相同,位移部12正面和背面平齐,厚度相同。固定部11背面和位移部12背面平齐,固定部11的厚度大于位移部12的厚度，固定部11的正面凸出于位移部的正面，即固定部与位移部的连接处呈台阶状，此种上厚下薄的设计，有利于位移部12相对固定部11产生位移。固定基座1的位移部12由车轮轴安装部121、前支撑桥122以及后支撑桥123组成，车轮轴安装部121的前部与前支撑桥122的底部连接，车轮轴安装部121的后部与后支撑桥123的底部连接。固定部11的前部的下方与位移部12的前支撑桥122的顶部连接，固定部11的后部的下方与位移部12的后支撑桥123的顶部相连接。前支撑桥122和后支撑桥123分别位于位移部12的两侧。在位移部12的车轮轴安装部121的底部中间位置向上凸起形成车轮轴容纳槽124,用于和电动助力车的车轮轴16相配合作用,车轮轴容纳槽124上部形状与车轮轴16圆柱形外形相契合,下部为向前方倾斜的开口,车轮轴16受电动助力车脚踏板的力,力作用在固定基座1上,使位移部12产生位移。固定基座1的固定部11上开设有1个以上的固定孔。在本实施例中, 固定孔数量为三个,固定孔一111开设在固定部11前部靠近顶部的位置,固定孔二112和固定孔三113平行开设在固定部11后部下方靠近边缘的位置,固定孔用于和电动助力车框架固定。当然，，固定孔的个数可为一个，位于固定部11的前部靠近顶部的位置。

如图1-3所示，前支撑桥122和后支撑桥123均大致呈矩形柱状,四周外表面为平面。前支撑桥122和后支撑桥123的底部相平齐，前支撑桥122的顶部高于后支撑桥123的顶部。固定部11的前部的底面高于固定部11的后部的底面。固定部11的后部的顶面从前往后向下倾斜,可以使位移部12受力之后,形变部位支撑桥更好的形变,在本实施例中, 形变效果更好的部位为前支撑桥122。应变集中区域主要集中在前支撑桥122和后支撑桥123, 应变片贴装于前支撑桥122的后侧面上或/及后支撑桥123的前侧面上。固定基座1整体为一体式结构，前支撑桥122和后支撑桥123基本竖直，竖直的前支撑桥122和后支撑桥123对竖直方向上的力不敏感，而对水平方向的力则易产生位移形变。前支撑桥122上部与固定基座1固定部11连接处设置有一条横向凹槽115，用于容纳连接应变片的信号线3。在其他实施例中，可只将安装了应变片2的支撑桥设置为竖直状即可，如应变片安装于前支撑桥122，则前支撑桥122为竖直状，而后支撑桥的形状并无要求，可为弧形或其他形状。如应变片安装于后支撑桥上，则后支撑桥则设置为竖直状，对前支撑桥则无要求。需说明的是，所述的竖直，指的是如图3所示中的支撑桥呈上下方向，且需保证固定基座1安装于电动助力车上时，固定基座上的安装了应变片的支撑桥呈竖直状态，并非倾斜的。这样，即使不同体重的骑行者坐于电动助力车，也不易使竖直状的支撑桥在竖直方向上变形。

如图1-3所示，应变片2为一块矩形薄片，应变片2上连接有应变片信号线3。在本实施中，应变片2平行贴合在前支撑桥122后侧的平面上，应变片2用胶水平行贴合。应变片信号线3穿过凹槽115连接在电动助力车主控制器上，凹槽115开设于固定部11的前部的下部位置，凹槽115呈横向设置。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。

如图2所示，在固定基座1中部开设有通槽一13，通槽一13为条形通槽，用于将固定基座的固定部11与位移部12分开,条形通槽与前支撑桥122内侧的通槽二14和后支撑桥123内侧的通槽三15连接，通槽二14和通槽三15是用于变形部件发生形变的形变空间，在车轮轴安装部121顶部的靠中间位置设置有向下凹陷的限位槽125，固定基座1固定部11的底部在相应位置设置向下的限位凸起部114，限位凸起部114插入限位槽125，限位凸起部114与限位槽125配合，其作用为限制固定基座1的位移部12的变形量，防止固定基座1的位移部12发生过大永久变形，造成固定基座1的位移部12损坏，延长使用寿命。

实施例2

如图4-7所示,本实施的新型力矩传感器装置与实施例1的新型力矩传感器装置基本相同，其不同之处在于应变片2在固定基座1的安装位置不同。如图4所示, 应变片2可以安装在前支撑桥122的后侧的201、202、203位置，应变片2也可以安装在后支撑桥123的后侧的204、205、206位置。

如图5所示,应变片2可以安装在前支撑桥122的前侧的207、208、209位置，应变片2也可以安装在后支撑桥123的前侧的210、211、212位置。

如图6所示,应变片2可以安装在前支撑桥122的正面的213、214、215位置，应变片2也可以安装在后支撑桥123的正面的216、217、218位置。

如图7所示,应变片2可以安装在前支撑桥122的背面的219、220、221位置，应变片2也可以安装在后支撑桥123的背面的222、223、224位置。所述前侧方向为自行车的前侧即支撑桥的前侧，后侧方向为电动助力车的后侧即支撑桥的后侧。

本实施例仅是为了示出各应变片的安装位置，可以为各支撑桥的前、后、左、右各个面上的各个位置。

实施例3

一种电动助力车（又称电动助力自行车），具有车架，车轮轴以及主控制器，安装有实施例1-2任意一项所述新型力矩传感器装置。新型力矩传感器装置的固定基座1通过固定孔11与车架连接固定,固定基座1安装在车架上后，安装有应变片的支撑桥呈竖直状，如应变片安装于前支撑桥上，则固定基座安装好后，前支撑桥呈竖直状。固定基座1上的车轮轴容纳槽124与车轮轴16相配合，在操作者脚踩踏板作用于链条上时，链条会使车轮轴16产生移动，车轮轴作用于位移部的车轮轴容纳槽124上，作用产生的力传递给固定基座1上的位移部，位移部12产生移动,固定基座1上的前支撑桥122和后支撑桥123受力发生变形,应变片2随其所处的前支撑桥122或后支撑桥123的变形而发生变形，应变片变形的过程中，应变片的电阻产生变化，从而将应变片的变形转化为电信号，将信号发送给与应变片信号线3连接的主控制器处理, 主控制器根据应变片的信号给出相应的力矩输出，从而实现智能助力功能。

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。

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)

1.一种新型力矩传感器装置，其特征在于，包括固定基座（1）和应变片（2），所述固定基座（1）包括位于上方的固定部（11）和位于下方的位移部（12），位移部（12）包括车轮轴安装部（121）和支撑桥，支撑桥的底部连接车轮轴安装部（121），支撑桥的顶部连接固定部（11），应变片（2）安装于支撑桥上用以感测支撑桥的形变程度。

2.如权利要求 1所述的一种新型力矩传感器装置，其特征在于，支撑桥包括前支撑桥（122）及后支撑桥（123）, 车轮轴安装部（121）的前部与前支撑桥（122）的底部连接，车轮轴安装部（121）的后部与后支撑桥（123）的底部连接，固定部（11）的前部的下方与位移部（12）的前支撑桥（122）的顶部连接，固定部（11）的后部的下方与位移部（12）的后支撑桥（123）的顶部相连接，所述应变片安装于前支撑桥（122）上或/及后支撑桥（123）上，车轮轴安装部（121）的底部向上凹陷地设置有用于安装电动助力车的车轮轴的容纳槽（124），固定基座（1）上开设有将固定部（11）与位移部（12）隔离开来的通槽一（13）。

3.如权利要求2所述的一种新型力矩传感器装置，其特征在于，前支撑桥（122）后侧与车轮轴安装部（121）、固定部（11）的前部之间具有通槽二（14），后支撑桥（123）前侧与车轮轴安装部（121）、固定部（11）的后部之间具有通槽三（15），通槽一（13）的前端连通通槽二（14），通槽一（13）的后端连通通槽三（15）。

4.如权利要求2所述的一种新型力矩传感器装置，其特征在于，应变片能贴装于前支撑桥（122）或/及后支撑桥（123）的各面上且该贴装面为平面。

5.如权利要求4所述的一种新型力矩传感器装置，其特征在于，前支撑桥（122）或/及后支撑桥（123）为竖直状。

6.如权利要求5所述的一种新型力矩传感器装置，其特征在于，前支撑桥（122）的高度大于后支撑桥（123）的高度。

7.如权利要求6所述的一种新型力矩传感器装置，其特征在于，前支撑桥（122）或/及后支撑桥（123）大致呈矩形柱，应变片贴装于前支撑桥（122）的后侧面上或/及后支撑桥（123）的前侧面上。

8.如权利要求2所述的一种新型力矩传感器装置，其特征在于，车轮轴安装部（121）的顶部设置有向下凹陷的限位槽（125），所述固定部（11）在相应位置向下凸出地设置有限位凸起部（114），限位凸起部（114）陷于限位槽（125）内。

9.如权利要求2所述的一种新型力矩传感器装置，其特征在于，固定基座（1）大致呈片状，固定部（11）的厚度大于位移部（12）的厚度，应变片（2）连接有应变片信号线（3），固定部（11）上开设有用于容纳应变片信号线的凹槽（115），固定部（11）上开设有用于和车架安装固定的固定孔。

10.一种电动助力车，其特征在于，包括如权利要求1-9所述的任意一项所述的新型力矩传感器装置，还包括，车架，车轮轴（16）以及主控制器，固定基座（1）的固定部（11）安装于车架上，安装有应变片的支撑桥呈竖直方向,车轮轴(16)作用于固定基座的位移部上，应变片（2）通过应变片信号线(3)连接在主控制器上。

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