CN2707615Y

CN2707615Y - 能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统

Info

Publication number: CN2707615Y
Application number: CNU2004200220785U
Authority: CN
Inventors: 马庆一
Original assignee: SHANGHAI QIANHE ELECTRIC VEHICLE CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI QIANHE ELECTRIC VEHICLE CO Ltd
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2014-04-21

Abstract

本实用新型公开了一种能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统，包括牙盘、曲柄、链条、飞轮、主座、动板、过渡链轮，链条啮合于牙盘、过渡链轮和飞轮上，曲柄含有左右曲柄并安装于牙盘的中轴的两端，主座固定于牙盘上，主座与动板相连接，过渡链轮含有两只链轮并均安装于动板上，该系统还包括弹簧，弹簧安装于动板和主座的端部；动板的霍尔座上还安装了线性霍尔传感器、开关霍尔传感器以及过渡链轮上安装了磁钢，本实用新型的驱动系统能进行脚踏力的大小的检测和骑行者踏行电动自行车速度的检测，为实现电力和人力的比例控制和速度与比例的不同关系的控制提供了可能。

Description

能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统

技术领域

本实用新型涉及电动自行车的传动系统，更具体地指一种能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统，该系统安装在电动自行车上，通过链条的张紧力来完成人力骑行电动自行车时的一对脚踏力的大小的检测和链条的运动来完成人力骑行电动自行车速度的检测。

背景技术

电动自行车已为人们所熟悉，它既可以由电力驱动，亦可以由人力来驱动。请先参考图1所示，传统电动自行车的人力驱动系统主要包括中轴13、牙盘3、左右曲柄3AL、3AR、左右脚蹬2L、2R、链条9、飞轮10。当需要时，脚踏左右脚蹬2L、2R，脚踏力通过左右曲柄3AL、3AR通过中轴13带动牙盘3转动，再由牙盘3通过链条9把力传递给飞轮10，并由飞轮10带动电动自行车的后车轮使车辆运行。从上述的描述可知，在传统的驱动系统中，均没有脚踏力的大小的检测和人力骑行电动自行车速度的检测功能。因此，传统的电动自行车也就没有真正做到电力助力的功能，实现电力和人力的比例控制和速度与比例的不同关系的控制，即骑行者需要用力大时，助力需要大，用力小时，所需要的助力也相对较小。

发明内容

针对传统的电动自行车的人力驱动系统中不能对脚踏力大小和速度进行检测的缺点，提出一种能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统，为实现电力和人力的比例控制和速度的控制提供可能。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

该能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统，该系统包括牙盘、曲柄、链条、飞轮、主座、动板、过渡链轮，链条啮合于牙盘、过渡链轮和飞轮上，曲柄含有左右曲柄并安装于牙盘的中轴的两端，主座固定于牙盘上，主座与动板相连接，过渡链轮含有两只链轮并均安装于动板上，该系统还包括弹簧，弹簧安装于动板和主座的端部。

所述的动板和主座上分别安装了霍尔座和磁钢座，霍尔座上设置线性霍尔传感器，磁钢座上则设置两颗磁钢，线性霍尔传感器置于两颗磁钢之间。

所述的牙盘与主座通过轴承相连接。

所述的链轮上也设置有数颗磁钢，所述的霍尔座上还设置开关霍尔传感器。

所述的主座上还设置一稳定主座的定位叉。

所述的弹簧可以采用压紧弹簧或其它类型的弹簧。

本实用新型在传统的驱动系统中，在动板和主座的端部增设了弹簧，当骑行者用力脚踏脚蹬时，链条的上半部分将产生张力，该张力使动板绕动板的轴产生一个逆时针方向的力矩而使动板转动，动板转动将使压弹簧受压变形，其变形量与链条张力成正比，动板转动的角度也与链条张力成正比，由于链条张力直接反映了脚踏力的大小，故只要检测出该角度或是动板上的某点相对主座上的某点位移即可知道人的脚踏力的大小；而动板的霍尔座上安装了线性霍尔传感器、开关霍尔传感器以及过渡链轮上安装的磁钢，当骑行者骑行电动自行车运行时，过渡链轮将转动，其转动的速度与人力骑行速度成正比，由此可测得骑行速度。因此本实用新型的驱动系统能进行脚踏力的大小的检测和骑行者踏行电动自行车速度的检测，为实现电力和人力的比例控制和速度与比例的不同关系的控制提供了可能。

附图说明

图1为本实用新型的人力驱动系统结构示意图。

图2为本实用新型驱动系统的局部(主座、动板)放大示意图。

图3为本实用新型驱动系统的局部(主座、动板、牙盘等)装配结构示意图。

图4为本实用新型的过渡链轮的磁钢分布示意图。

图5为本实用新型的踏行速度检测原理示意图。

图6为本实用新型的定位叉安装结构示意图。

图7为线性霍尔传感器和磁钢检测位移的原理示意图。

具体实施方式

以下结合上述附图对本实用新型作进一步的说明。

请参阅图1、图2所示，

本实用新型的人力驱动系统包括牙盘3、曲柄、链条9、飞轮10、主座7、动板6、过渡链轮4、5，链条9啮合于牙盘3、过渡链轮4、5和飞轮10上，曲柄含有左右曲柄3AL、3AR并安装于牙盘3的中轴13的两端，主座7固定于牙盘3上，主座7与动板6相连接，主座7和动板6可相互运动，过渡链轮含有两只链轮4、5并均安装于动板6上。该系统还包括弹簧8，弹簧8安装于动板6和主座7的端部。

在安装时，请结合图3所示，牙盘3由5个螺钉3D固定着轴3B，轴3B通过轴承3C与主座7连接，7B为压板，通过4个螺钉7A固定在主座7上来压住轴承3C的外圈，而7C为内压板，通过4个螺钉7D固定在轴3B上压住轴承3C的内圈。这样的连接可保证主座7既可与牙盘3产生相对转动，又可保证牙盘3和主座7的轴向距离相对不变，也即保证了牙盘3的齿中心面始终与过渡链轮4和5的齿中心面保持在一个平面上，动板6通过轴6A与轴承6B固定着链轮4和链轮5，动板上还安装着霍尔座11，动板6与主座7通过轴6C和轴套7E连接，使动板6和主座7可绕轴6C相对转动。

所述的动板6和主座7上分别安装了霍尔座11和磁钢座12(先见图7)，霍尔座11上设置线性霍尔传感器11A，磁钢座12上则设置两颗磁钢12A、12B，线性霍尔传感器11A置于两颗磁钢12A、12B之间。

所述的牙盘3与主座7通过轴承3C相连接。

请再结合图4、5所示，所述的过渡链轮5上也设置有数颗磁钢5A，所述的霍尔座11上还设置开关霍尔传感器11B。

所述的主座7上还设置一稳定主座7的定位叉7A。

所述的弹簧8可以采用压紧弹簧或其它类型的弹簧。

本实用新型的驱动系统安装在电动自行车的本体架上，当脚踏左右脚蹬，脚踏力通过曲柄3AR或曲柄3AL通过中轴13带动牙盘3转动，再由牙盘3通过链条9把力传递给飞轮10，并由飞轮10带动电动自行车的后车轮使车辆运行，由于链条9的上半部分是如图1穿过过渡链轮4和5的，在链条9张力F的作用下，将使动板6上的两个过渡链轮4和5的轴心上产生两个方向的力F1和F2(图2)，显然，F1＝F2＝F，F1和F2将使动板6绕轴6C产生两个方向的力矩。一个为逆时针方向的F1·h1，另一个为顺时针方向的力矩F2·h2，由于h1＞h2，故在动板6上将产生一个逆时针方向的力矩F·(h1-h2)；该力矩作用在动板6上，并通过动板6端部对压簧8产生压力，从而使压簧8受压变形。其变形程度与其所受压力成正比。压簧8变形的结果使动板6绕轴6C相对主座7逆时针转动一角度，很明显该角度的大小与链条9的张力F成正比。因此只要安装一种类似角度或位移传感器等装置来检测动板6相对主座7转动的角度或是动板上的某点相对主座上的某点的位移即可得到踏力信号。

本实用新型采用了成本较低，实施较为方便的线性霍尔传感器和磁钢来完成，当然也不排除其它用来检测动板6和主座7相对位移和角度的传感器。

下面，就线性霍尔传感器和磁钢完成踏力检测的原理作一介绍。

如图7所示，动板和主座上分别安装了霍尔座11和磁钢座12，霍尔座11内分别安装了线性霍尔传感器11A和开关霍尔传感器11B，其中开关霍尔传感器11B为检测车速用，其原理将在后面作介绍。

磁钢座12上分别安装了两块磁钢12A和12B，在安装上保证两块磁钢12A和12B的外表面的极性相同，这样在两块磁钢之间由两块磁钢产生的磁场是相互抵消的，如果两块磁钢的磁性相同，那末其中间部分的磁场正好为零，而接近磁钢表面的磁场较强，且从中间部位至磁钢表面的磁场变化是线性的。

霍尔座11上的线性霍尔传感器11A正好处在上述二块磁钢12A和12B形成的磁场空间内，且线性霍尔传感器11A接受磁场的表面的法向是与磁场方向一致的，这样可保证线性霍尔传感器11A接受到的磁场为最强，且灵敏度最高。如前所述，当没有人力骑行电动自行车时，动板6和主座7没有绕轴6C(见图1、图2)相对转动，这时线性霍尔传感器11A处在最靠近磁钢12A处，其接受到的磁场最强。当人力用脚蹬2L、2R踏电动自行车时，动板6将绕轴6C与主座7发生相对转动，如前所述，其转动角度与脚踏力的大小成正比，这样线性霍尔传感器11A将朝磁钢12B的方向移动，且移动的距离与脚踏力成正比，显然线性霍尔传感器11A表面接受到的磁场将相应减弱，当线性霍尔传感器移动至磁钢12B处时，其表面接受到的磁场已同原来的方向相反，由于线性霍尔传感器11A的输出电压是与其接受到的磁场强度成正比的，因此，随着其在两块磁钢12A和12B之间的移动，其输出电压也相应线性变化，用这一变化的电压通过相应的电路来控制电动自行车的驱动马达的出力，即可完成电力和人力的出力比的控制，达到检测脚踏力的作用。

下面再介绍本实用新型的驱动系统的速度检测原理。

如图4、5所示，在过渡链轮5上安装了数颗磁钢5A，此处为四颗磁钢。该过渡链轮5的转速与人力踏行电动自行车时的车速成正比，因此，只要能测得过渡链轮5转速即可知道车速的大小，在动板6上安装了霍尔座11，而霍尔座11上安装了开关霍尔传感器11B，开关霍尔传感器11B与过渡链轮5上安装的磁钢5A的表面靠得很近，且保证磁钢5A转动到开关霍尔传感器11B位置时，磁钢5A的表面正好对准开关霍尔传感器11B，且这一磁场足以能保证开关霍尔传感器11B的输出电压发生变化。当骑行者踏行电动自行车运行时，过渡链轮5将转动，其转动的速度与人力骑行速度成正比，而每当过渡链轮5上的磁钢5A转动到开关霍尔传感器11B最近处时，开关霍尔传感器11B将产生一个跳变输出，过渡链轮5每转一周产生4个跳变，通过电路读出该跳变，记录每秒的跳变数即可得到车辆的踏行速度。除了采用开关霍尔传感器11B和磁钢5A来完成上述速度检测外，本实用新型也不排除其它类型的方式，如光电、磁电感应等方式来达到上述目的。

为保证在骑行者骑行电动自行车时，因过渡链轮4、5张力的变化而引起的主座7的跳动造成系统的不稳定，本实用新型设计了一个定位叉7A(见图6)，该定位叉7A的开叉部分插在车架的平叉14上，在将定位叉7A用螺钉7B坚固时，定位叉7A将顺时针方向转动，直至将定位叉7A与平叉14夹紧为止，这样就可保证避免在骑行电动自行车时，因链条9张力的变化而引起主座7的跳动。

当将本实用新型驱动系统检测到的踏力信号和踏行速度信号通过相应的控制电路来完成对驱动马达的控制，即可达到我们对电力和人力的比例控制和速度与比例的不同关系的控制。

Claims

1、一种能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统，该系统包括牙盘、曲柄、链条、飞轮、主座、动板、过渡链轮，链条啮合于牙盘、过渡链轮和飞轮上，曲柄含有左右曲柄并安装于牙盘的中轴的两端，主座固定于牙盘上，主座与动板相连接，过渡链轮含有两只链轮并均安装于动板上，其特征在于：该系统还包括弹簧，弹簧安装于动板和主座的端部。

2、根据权利要求1所述能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统，其特征在于：所述的动板和主座上分别安装了霍尔座和磁钢座，霍尔座上设置线性霍尔传感器，磁钢座上则设置两颗磁钢，线性霍尔传感器置于两颗磁钢之间。

3、根据权利要求1所述的能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统，其特征在于：所述的牙盘与主座通过轴承相连接。

4、根据权利要求2所述的能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统，其特征在于：所述的链轮上也设置有数颗磁钢，所述的霍尔座上还设置开关霍尔传感器。

5、根据权利要求1所述的能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统，其特征在于：所述的主座上还设置一稳定主座的定位叉。

6、根据权利要求1所述的能测试电动自行车踏力和踏行速度的人力驱动系统，其特征在于：所述的弹簧可以采用压紧弹簧或其它类型的弹簧。