CN214648833U - 电助力自行车轮及其力矩传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电助力自行车轮及其力矩传感器，所述电助力自行车轮还包括轮毂、轮胎、驱动电机以及飞轮，所述力矩传感器包括传动环和设置于所述传动环上的应变片，所述传动环为弹性体，包括相对的输入端和输出端，所述输入端沿轴向向外延伸形成第一凸块，用于连接飞轮并限制所述传动环与飞轮的相对转动；所述输出端沿轴向向外延伸形成第二凸块，用于连接轮毂并限制所述传动环与轮毂的相对转动；飞轮通过所述力矩传感器带动轮毂转动时，所述传动环受力变形，所述应变片检测所述传动环变形时的应力并输出信号控制驱动电机的运行，本实用新型将力矩测量由旋转测量转变为静止测量，从而能使用成本较低、技术成熟的应变式测量方式来测试力矩。

Description

电助力自行车轮及其力矩传感器

技术领域

本实用新型涉及电助力自行车技术领域，特别是涉及电助力自行车的车轮及其力矩传感器。

背景技术

自行车是日常生活中最常见、最便捷的交通工具，其最初是借助于骑行者的踩踏驱动车轮行进，后来逐渐发展出电助力自行车，其车轮的驱动由人力和电力共同来完成，人在骑行时出力更小、体验更为舒适。

电助力自行车的电力驱动部分一般包括有电源、与电源连接的电机以及与电机控制端连接的力矩传感器等。其中，电机与车轮传动连接，力矩传感器检测骑行者的踩踏力量并产生相应的信号，电机根据力矩传感器的信号调节转速，在踩踏力量较大时加大电机的输出、反之在踩踏力量较小时减小电机的输出。

现有电助力自行车结构中，力矩传感器是随车轮转动的，无法直接以测量力矩传感器受力应变的方式得到力矩，如此需要增加复杂的电路，这就导致了较高的成本和更复杂的开发难度。

实用新型内容

有鉴于此，提供一种电助力自行车轮及其力矩传感器，以测量应变的方式得到力矩，电路简单、成本低廉。

本实用新型提供一种力矩传感器，包括传动环和设置于所述传动环上的应变片，所述传动环用于在电助力自行车轮的飞轮与轮毂之间传输动力，所述传动环为弹性体，包括相对的输入端和输出端，所述输入端沿轴向向外延伸形成第一凸块，用于连接飞轮并限制所述传动环与飞轮的相对转动；所述输出端沿轴向向外延伸形成第二凸块，用于连接轮毂并限制所述传动环与轮毂的相对转动；飞轮通过所述力矩传感器带动轮毂转动时，所述传动环受力变形，所述应变片检测所述传动环变形时的应力并输出信号控制电助力自行车轮的驱动电机的运行。

较佳地，所述第一凸块为多个，沿所述输入端的周向均匀间隔设置。

较佳地，所述第二凸块为多个，沿所述输出端的周向均匀间隔设置。

较佳地，还包括连接件，所述连接件包括直径相对较大的大端和直径相对较小的小端，所述大端和小端之间形成台阶，所述小端用于与飞轮连接，所述大端罩盖所述传动环，所述台阶形成第一插接孔与所述第一凸块相插接，所述第二凸块与轮毂的侧端相插接。

较佳地，所述连接件的大端设置有开口用于穿设导线以连接所述应变片与驱动电机的控制电路板。

本实用新型还提供一种电助力自行车轮，包括轮毂、环绕所述轮毂设置并与所述轮毂连接以同步转动的轮胎、驱动所述轮毂转动的驱动电机、设置于所述轮毂的侧端的飞轮以及传动连接所述飞轮和轮毂的上述力矩传感器。

较佳地，所述驱动电机包括相对转动的定子和转子，所述定子固定设置于所述轮毂内，所述转子活动地设置于所述轮毂内并通过一减速机构与所述轮毂传动连接。

较佳地，所述定子包括控制电路板以及与所述控制电路板电性连接的线圈，所述控制电路板与所述轮毂靠近飞轮的侧端固定连接。

较佳地，所述轮毂靠近所述飞轮的侧端的中央沿轴向向外突出形成轴承座，所述轮毂的侧端于所述轴承座的径向外侧设置有第二插接孔，所述传动环环套所述轴承座，所述第二凸块插接于所述第二插接孔内。

较佳地，还包括一固定轮轴，所述轮毂、驱动电机、轮胎、力矩传感器环套所述轮轴，所述电助力自行车轮转动时所述轮轴固定不转动，所述飞轮、力矩传感器、轮毂、驱动电机的定子相对所述轮轴同步转动，所述转子相对所述轮毂转动。

相较于现有技术，本实用新型力电助力自行车轮的力矩传感器的测量电路与形变机构始终保持相对静止，将力矩测量由旋转测量转变为静止测量，从而能使用成本较低、技术成熟的应变式测量方式来测试力矩。

附图说明

图1为本实用新型电助力自行车轮一实施例的结构示意图。

图2为图1所示电助力自行车轮的剖视图。

图3为图2中方框III的放大图。

图4为图1所示电助力自行车轮的力矩传感器的装配示意图。

图5为图4的爆炸图。

图6为图5的另一角度视图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中示例性地给出了本实用新型的一个或多个实施例，以使得本实用新型所公开的技术方案的理解更为准确、透彻。但是，应当理解的是，本实用新型可以以多种不同的形式来实现，并不限于以下所描述的实施例。

本实用新型附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

如图1-3所示，根据本实用新型一具体实施例的电助力自行车轮包括轮轴10、轮毂20、轮胎30、驱动电机40以及力矩传感器50。

轮轴10优选地为固定件，其两端分别与自行车的车架固定连接，在车轮行进的过程中轮轴10固定不转动。轮毂20可转动地套接至轮轴10上，轮胎30环绕轮毂20设置，两者之间通过钢丝、辐条等固定连接以同步转动。轮毂20为中空结构，内部形成有环形空间用于装配驱动电机40。驱动电机40与轮毂20传动连接，通过电力驱动轮毂20以及与之连接的轮胎30转动。图示实施例中，轮轴10的一侧端套接有刹车盘12，用于刹停自行车；轮轴 10的另一侧端套接有飞轮14，飞轮14通过链条等与自行车的脚踏传动连接，由人力驱动。力矩传感器50设置于轮毂20与飞轮14之间，并在轮毂20与飞轮14之间传输动力。

驱动电机40包括相对转动的定子42和转子44，定子42和转子44均环绕轮轴10设置，其中定子42固定于轮毂20内两者保持同步运动；转子44活动地设置于轮毂20内，通过减速机构45如行星轮机构等与轮毂20传动连接。驱动电机40启动时，转子44相对于定子42 高速转动，转子44的转动经过减速后驱动与之连接的轮毂20以及轮胎30低速转动，驱动整个车轮行进。车轮在行进的过程中，轮毂20、轮胎30、驱动电机40均相对轮轴10转动；驱动电机40的定子42和轮毂20相对固定，两者相对轮轴10同步转动但两者之间没有相对运动；驱动电机40的转子44的转速远大于轮毂20的转速，转子44与轮毂20在相对于轮轴10转动的同时相对转动。

请同时参阅图4-6，力矩传感器50包括传动环52和设置于传动环52上的应变片54。

传动环52呈圆筒状，在轴向上连接于飞轮14与轮毂20朝向飞轮14的侧端之间。传动环52的两端分别作为输入端和输出端，其中输入端与飞轮14传动连接，输出端与轮毂20传动连接。传动环52的输入端沿轴向向外突出形成有第一凸块56，较佳地第一凸块56为多个，沿传动环52的周向均匀间隔设置。传动环52的输出端沿轴向向外突出形成有第二凸块58，较佳地第二凸块58为多个，沿传动环52的周向均匀间隔设置。传动环52为弹性体，在飞轮14与轮毂20之间传输动力时产生变形。应变片54设置于传动环52的表面或者嵌设于传动环52内，感测传动环52在变形时的应变力并产生的信号。

本实施例中，飞轮14通过一连接件16安装至传动环52上。图示中，连接件16包括大端160和小端162，小端162的直径小于大端160的直径，大端160与小端162之间形成台阶164。台阶164上形成第一插接孔166，第一插接孔166可以是单个或多个，其数量、尺寸、分布等与传动环52的第一凸块56相适配。飞轮14环套连接件16的小端162，两者之间优选地紧配合固定。图示实施例中，连接件16的小端162的内径大于轮轴10的直径，小端162与轮轴10之间设置第一轴承60支撑两者的相对转动。连接件16的大端160罩盖传动环52，第一凸块56与第一插接孔166一一对齐且相插接，连接件16在连接飞轮14与传动环52的同时，通过第一插接孔166和第一凸块56的插接限制了连接件16和传动环52的相对转动，如此飞轮14可以驱动连接件16和传动环52随之同步转动，完成动力向传动环 52的传输。

轮毂20朝向飞轮14的侧端形成第二插接孔22，第二插接孔22可以是单个或多个，其数量、尺寸、分布等与传动环52的第二凸块58相适配。装配时，第二凸块58与第二插接孔22一一对齐且相插接，连接传动环52与轮毂20的同时限制了传动环52和轮毂20的相对转动，如此传动环52可以驱动轮毂20以及与轮毂20连接的轮胎30随之同步转动，完成动力由传动环52向轮毂20的传输。图示实施例中，轮毂20朝向飞轮14的侧端的中央沿轴向向外突出形成轴承座24，轴承座24内设置第二轴承62支撑轮毂20和轮轴10的相对转动。传动环52环套轴承座24设置，第二插接孔22位于轴承座24的径向外侧。如此，骑行者踩踏自行车时通过链条带动飞轮14转动，飞轮14驱动连接件16、传动环52、轮毂20、轮胎 30随之同步转动，驱动整个车轮行进。传动环52在传输动力的过程中受力变形，应变片54 直接检测传动环52变形时的应力并产生相应的信号控制驱动电机40的转速。具体地，驱动电机40的定子42包括控制电路板46和与控制电路板46电性连接的线圈48。控制电路板 46上设置有多个功能模块，如电池管理模块、电机调速模块、无线通信单元等。电机调速模块通过导线等将应变片54与驱动电机40的控制端串联，并根据应变片54的信号控制驱动电机40的线圈48的电流大小，进而控制驱动电机40升速、降速、巡航、刹车运行等。图示实施例中，控制电路板46设置于轮毂20靠近飞轮14的侧端的内侧并与轮毂20的侧端固定连接，将整个定子42固定在轮毂20内。连接件16的大端160设置有开口168，用于穿设导线连接应变片54和控制电路板46。轮毂20在转动时，控制电路板46和应变片54随轮毂 20同步转动，两者之间没有相对运动。

本实用新型电助力自行车轮的驱动电机40、力矩传感器50集成在轮毂20内部，通过力矩传感器50的应变片54检测人力踩踏驱动车轮时传动环52变形所产生的应变力并据此控制驱动电机40的输出，骑行者的踩踏力越大，传动环52变形越大并产生越大的应变力，驱动电机40的输出越高；骑行者的踩踏力越小，传动环52变形越小并产生越小的应变力，驱动电机40的输出越小。如此，骑行者可以根据骑行路况相应地改变踩踏脚踏的力量，在上坡等费力路段时相对用力踩踏、在平缓路段时轻踏即可、在下坡路段时则可以完全不用力，驱动电机40和骑行者同时出力使助力自行车行进，达到助力骑行的目的，人在骑行时出力更少、体验更佳。

本实用新型电助力自行车轮的驱动电机40、力矩传感器50集成在轮毂20内部，力矩传感器50的传动环52与轮毂20通过第一凸块56、第二插接孔22的插接相连确保两者之间不会产生相对转动，同时驱动电机40的定子42的控制电路板46、线圈48等固定在轮毂20 内随轮毂20同步转动但不会相对轮毂20运动，如此力矩传感器50的测量电路(包括控制电路板46、控制电路板46上的各个功能模块、连接导线等)与形变机构(即应变片54)始终保持相对静止，将力矩测量由旋转测量转变为静止测量，从而能使用成本较低、技术成熟的应变式测量方式来测试力矩。另外，本实用新型电助力自行车轮可以通过其车轴10连接至现有普通自行车的车架上，将其升级改造为电助力自行车，降低成本、减少浪费。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种力矩传感器，包括传动环和设置于所述传动环上的应变片，所述传动环用于在电助力自行车轮的飞轮与轮毂之间传输动力，其特征在于，所述传动环为弹性体，包括相对的输入端和输出端，所述输入端沿轴向向外延伸形成第一凸块，用于连接飞轮并限制所述传动环与飞轮的相对转动；所述输出端沿轴向向外延伸形成第二凸块，用于连接轮毂并限制所述传动环与轮毂的相对转动；飞轮通过所述力矩传感器带动轮毂转动时，所述传动环受力变形，所述应变片检测所述传动环变形时的应力并输出信号控制电助力自行车轮的驱动电机的运行。

2.如权利要求1所述的力矩传感器，其特征在于，所述第一凸块为多个，沿所述输入端的周向均匀间隔设置。

3.如权利要求1所述的力矩传感器，其特征在于，所述第二凸块为多个，沿所述输出端的周向均匀间隔设置。

4.如权利要求1所述的力矩传感器，其特征在于，还包括连接件，所述连接件包括直径相对较大的大端和直径相对较小的小端，所述大端和小端之间形成台阶，所述小端用于与飞轮连接，所述大端罩盖所述传动环，所述台阶形成第一插接孔与所述第一凸块相插接，所述第二凸块与轮毂的侧端相插接。

5.如权利要求4所述的力矩传感器，其特征在于，所述连接件的大端设置有开口用于穿设导线以连接所述应变片与驱动电机的控制电路板。

6.一种电助力自行车轮，包括轮毂、环绕所述轮毂设置并与所述轮毂连接以同步转动的轮胎、驱动所述轮毂转动的驱动电机、设置于所述轮毂的侧端的飞轮以及传动连接所述飞轮和轮毂的力矩传感器，其特征在于，所述力矩传感器为权利要求1-5任一项所述的力矩传感器。

7.如权利要求6所述的电助力自行车轮，其特征在于，所述驱动电机包括相对转动的定子和转子，所述定子固定设置于所述轮毂内，所述转子活动地设置于所述轮毂内并通过一减速机构与所述轮毂传动连接。

8.如权利要求7所述的电助力自行车轮，其特征在于，所述定子包括控制电路板以及与所述控制电路板电性连接的线圈，所述控制电路板与所述轮毂靠近飞轮的侧端固定连接。

9.如权利要求6所述的电助力自行车轮，其特征在于，所述轮毂靠近所述飞轮的侧端的中央沿轴向向外突出形成轴承座，所述轮毂的侧端于所述轴承座的径向外侧设置有第二插接孔，所述传动环环套所述轴承座，所述第二凸块插接于所述第二插接孔内。

10.如权利要求7所述的电助力自行车轮，其特征在于，还包括一固定轮轴，所述轮毂、驱动电机、轮胎、力矩传感器环套所述轮轴，所述电助力自行车轮转动时所述轮轴固定不转动，所述飞轮、力矩传感器、轮毂、驱动电机的定子相对所述轮轴同步转动，所述转子相对所述轮毂转动。

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