DE102012110617A1 - Device for detecting torque and a bicycle having the same - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung zur Drehmomenterkennung 1 weist einen Ringmagneten 21, ein erstes ringförmiges Joch 22, ein zweites ringförmiges Joch 23 und einen Magnetsensor 24 auf. Der Ringmagnet 21 ist derart magnetisiert, dass dessen Süd-Pole und Nord-Pole abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet sind. Das erste Joch 22 weist erste zahnartige magnetisierte Abschnitte 22a und eine erste Ringplatte 22b auf. Die ersten magnetisierten Abschnitte 22a sind derart ringförmig angeordnet, dass jeder der ersten magnetisierten Abschnitte 22a sich gegenüber einem entsprechenden der Süd-Pole des Magneten 21 befindet. Die erste Ringplatte 22b ist derart ringförmig ausgebildet, dass sie die ersten magnetisierten Abschnitte 22a miteinander verbindet. Das zweite Joch 23 weist zweite zahnartige magnetisierte Abschnitte 23a und eine zweite Ringplatte 23b auf. Die zweiten magnetisierten Abschnitte 23a sind derartig ringförmig angeordnet, dass jeder der zweiten magnetisierten Abschnitte 23a sich gegenüber einem entsprechenden der Nord-Pole des Magneten 21 befindet. Die zweite Ringplatte 23b ist derart ringförmig ausgebildet, dass sie die zweiten magnetisierten Abschnitte 23a miteinander verbindet, und sie ist derart angeordnet, dass sie sich gegenüber der ersten Ringplatte 22b befindet. Der Magnetsensor 24 ist zwischen der ersten Ringplatte 22b und der zweiten Ringplatte 23b angeordnet. Die Vorrichtung zur Drehmomenterkennung hat somit einen einfachen Aufbau und eine problemlos reduzierbare Gröβe.A torque detection device 1 comprises a ring magnet 21, a first annular yoke 22, a second annular yoke 23 and a magnetic sensor 24. The ring magnet 21 is magnetized such that its south pole and north pole are alternately arranged in the circumferential direction. The first yoke 22 has first tooth-like magnetized portions 22a and a first ring plate 22b. The first magnetized portions 22 a are arranged in a ring shape such that each of the first magnetized portions 22 a is located opposite to a corresponding one of the south poles of the magnet 21. The first ring plate 22b is formed annularly so as to connect the first magnetized portions 22a with each other. The second yoke 23 has second tooth-like magnetized portions 23a and a second ring plate 23b. The second magnetized portions 23 a are arranged in a ring shape such that each of the second magnetized portions 23 a is located opposite to a corresponding one of the north poles of the magnet 21. The second ring plate 23b is formed annularly so as to connect the second magnetized portions 23a with each other, and is disposed so as to face the first ring plate 22b. The magnetic sensor 24 is disposed between the first ring plate 22b and the second ring plate 23b. The device for torque detection thus has a simple structure and easily reducible size.
Description
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zur Drehmomenterkennung, die verwendet wird, um eine Pedalkraft an einem Elektrofahrrad oder dergleichen zu erfassen.The present invention is concerned with a torque detection device used to detect a pedal force on an electric bicycle or the like.
Die ungeprüfte
Es ist jedoch schwierig, die bestehende vorstehend beschriebene Vorrichtung zur Drehmomenterkennung gröβentechnisch zu reduzieren, weil die Vorrichtung zur Drehmomenterkennung, für die zwei Hallgeber (jeweils ein innerer und ein äuβerer) und ein inneres und äuβeres Detektionsfenster erforderlich sind, einen komplexen Aufbau aufweist.However, it is difficult to size-reduce the existing torque detection apparatus described above because the torque detection apparatus requiring two Hall sensors (one inner and one outer) and inner and outer detection windows has a complex structure.
Ein erfindungsgemäβes Ziel besteht darin, eine Vorrichtung zur Drehmomenterkennung vorzuschlagen, die einfach im Aufbau ist und problemlos gröβentechnisch reduziert werden kann.A erfindungsgemäβes goal is to propose a device for torque detection, which is simple in construction and can be easily reduced in terms of size.
Erfindungsgemäβ wird eine Vorrichtung zur Drehmomenterkennung bereitgestellt, die ein auf ein primäres Rotationsglied eines Rotors angewendetes Drehmoment erkennt, der ein primäres Rotationsglied und ein sekundäres Rotationsglied, welches mittels eines elastischen Glieds mit dem primären Rotationsglied verbunden ist, aufweist, wobei die Vorrichtung zur Drehmomenterkennung einen Ringmagneten aufweist, der derart magnetisiert ist, dass die Süd-Pole und Nord-Pole abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet sind; ein erstes Joch, das erste magnetisierte Abschnitte und eine erste Ringplatte aufweist, wobei die ersten magnetisierten Abschnitte ringförmig angeordnet sind derart, dass jeder der ersten magnetisierten Abschnitte einem entsprechenden der Süd-Pole des Magneten gegenüber ist, wobei die erste Ringplatte derart ringförmig ausgebildet ist, dass sie die ersten magnetisierten Abschnitte miteinander verbindet; ein zweites Joch, das zweite magnetisierte Abschnitte und eine zweite Ringplatte aufweist, wobei die zweiten magnetisierten Abschnitte ringförmig derart angeordnet sind, dass jeder der ersten magnetisierten Abschnitte sich einem entsprechenden der Nord-Pole des Magneten gegenüber befindet, wobei die zweite Ringplatte derart ringförmig ausgebildet ist, dass sie die zweiten magnetisierten Abschnitte miteinander verbindet und derart angeordnet ist, dass sie der ersten Ringplatte gegenüber ist; und ein zwischen der ersten Ringplatte und der zweiten Ringplatte angeordneter Magnetsensor, der die Menge des Magnetismus bestimmt. Der Magnet ist an einem der primären Rotationsglieder und dem sekundären Rotationsglied des Rotors fixiert, das erste und zweite Joch sind an dem anderen primären Rotationsglied und sekundären Rotationsglied des Rotors fixiert, und der Magnetsensor ist an einem drehfesten Glied fixiert.According to the invention, there is provided a torque detecting apparatus which detects a torque applied to a primary rotary member of a rotor having a primary rotary member and a secondary rotary member connected to the primary rotary member by means of an elastic member, the torque detecting device comprising a ring magnet which is magnetized such that the south poles and north poles are arranged alternately in the circumferential direction; a first yoke having first magnetized portions and a first ring plate, wherein the first magnetized portions are annularly arranged such that each of the first magnetized portions faces a corresponding one of the south poles of the magnet, the first ring plate being annularly shaped, that it connects the first magnetized sections together; a second yoke having second magnetized portions and a second ring plate, the second magnetized portions being annularly arranged such that each of the first magnetized portions is opposed to a corresponding one of the north poles of the magnet, the second ring plate being annularly shaped in that it connects the second magnetized portions to each other and is arranged so as to face the first annular plate; and a magnetic sensor disposed between the first ring plate and the second ring plate, which determines the amount of magnetism. The magnet is fixed to one of the primary rotation members and the secondary rotation member of the rotor, the first and second yokes are fixed to the other primary rotation member and secondary rotation member of the rotor, and the magnetic sensor is fixed to a non-rotatable member.
Bei der Vorrichtung zur Drehmomenterkennung sind der Magnet, das erste Joch und das zweite Joch am Rotor fixiert; der Rotor weist hierbei das primäre Rotationsglied und das sekundäre Rotationsglied auf, welche mittels eines elastischen Glieds miteinander verbunden sind. Der Magnetsensor erfasst die Phasendifferenz zwischen dem primären Rotationsglied und dem sekundären Rotationsglied. Je komplexer der Aufbau einer Vorrichtung zur Drehmomenterkennung der auf den Rotor angewendeten Drehmomentvariationen, desto versagensanfälliger ist die Vorrichtung zur Drehmomenterkennung. Deshalb ist es wichtig, dass die Vorrichtung zur Drehmomenterkennung einen einfachen Aufbau hat. Da es insbesondere bei Verwendung im Zusammenhang mit einem Fahrrad erforderlich ist, Gröβe und Gewicht zu reduzieren, ist es wünschenswert, dass die Vorrichtung zur Drehmomenterkennung in gröβen- und gewichtstechnischer Hinsicht verkleinert wird. Dieses Ziel wird mit einer erfindungsgemäβen Vorrichtung zur Drehmomenterkennung realisiert, die einen Ringmagneten, ein erstes Joch, ein zweites Joch und einen Magnetsensor aufweist. Der Ringmagnet ist derart magnetisiert, dass die Süd-Pole und Nord-Pole abwechselnd entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Das erste Joch weist erste magnetisierte Abschnitte auf und eine erste Ringplatte, wobei die ersten magnetisierten Abschnitte derart ringförmig angeordnet sind, dass jeder der ersten magnetisierten Abschnitte sich einem entsprechenden der Süd-Pole des Magneten gegenüber befindet, wobei die erste Ringplatte ringförmig ausgebildet ist, insbesondere derart, dass sie die ersten magnetisierten Abschnitte miteinander verbindet. Das zweite Joch weist zweite magnetisierte Abschnitte und eine zweite Ringplatte auf, wobei die zweiten magnetisierten Abschnitte derart ringförmig angeordnet sind, dass sich jeder der zweiten magnetisierten Abschnitte einem entsprechenden der Nord-Pole des Magneten gegenüber befindet, wobei die zweite Ringplatte derart ringförmig ausgebildet ist, dass sie die zweiten magnetisierten Abschnitte miteinander verbindet und der ersten Ringplatte gegenüberliegend angeordnet ist. Der Magnetsensor ist zwischen der ersten Ringplatte und der zweiten Ringplatte angeordnet und erfasst die magnetische Feldstärke. Daher ist es mittels der erfindungsgemäβen Vorrichtung zur Drehmomenterkennung möglich, eine Variation des auf das primäre Rotationsglied angewendeten Drehmoments zuverlässig zu erfassen und zwar selbst dann, wenn die Vorrichtung zur Drehmomenterkennung nur einen Magnetsensor und nur einen Magneten aufweist. Damit kann der Aufbau der Vorrichtung zur Drehmomenterkennung vereinfacht und gröβentechnisch problemlos reduziert werden. Zudem kann für jede beliebige Drehgeschwindigkeit des Rotors eine Variation des Drehmoments zuverlässig erfasst werden.In the torque detection device, the magnet, the first yoke and the second yoke are fixed to the rotor; The rotor here has the primary rotary member and the secondary Rotary member, which are interconnected by means of an elastic member. The magnetic sensor detects the phase difference between the primary rotary member and the secondary rotary member. The more complex the construction of a device for torque detection of the torque variations applied to the rotor, the more susceptible to failure the device for torque detection. Therefore, it is important that the torque detection device has a simple structure. Since it is necessary to reduce the size and weight, especially when used in conjunction with a bicycle, it is desirable that the device for torque detection in terms of size and weight technology is reduced. This object is achieved with a device according to the invention for detecting torque, which has a ring magnet, a first yoke, a second yoke and a magnetic sensor. The ring magnet is magnetized such that the south poles and north poles are alternately arranged along a circumferential direction. The first yoke has first magnetized portions and a first ring plate, wherein the first magnetized portions are arranged in a ring shape such that each of the first magnetized portions faces a corresponding one of the south poles of the magnet, the first ring plate being annular, in particular such that it connects the first magnetized sections together. The second yoke has second magnetized portions and a second ring plate, wherein the second magnetized portions are arranged in a ring shape such that each of the second magnetized portions is opposite to a corresponding one of the north poles of the magnet, the second ring plate being annularly shaped, in that it connects the second magnetized sections to one another and is arranged opposite the first annular plate. The magnetic sensor is arranged between the first ring plate and the second ring plate and detects the magnetic field strength. Therefore, by means of the torque detecting apparatus of the present invention, it is possible to reliably detect a variation of the torque applied to the primary rotary member even if the torque detecting apparatus has only one magnetic sensor and only one magnet. Thus, the structure of the device for torque detection can be simplified and easily reduced in terms of size. In addition, a variation of the torque can be reliably detected for any rotational speed of the rotor.
Die Vorrichtung zur Drehmomenterkennung kann ferner ein nicht magnetisches ringförmiges Abstandsstück aufweisen, das derart angeordnet ist, dass es den Magneten umgibt und mit dem ersten und zweiten magnetisierten Abschnitt in Kontakt ist und als Basis jeweils für den ersten und zweiten magnetisierbaren Abschnitt dient.The torque detection device may further include a non-magnetic annular spacer disposed so as to surround the magnet and contact the first and second magnetized portions and serve as a base for the first and second magnetizable portions, respectively.
In diesem Fall können das erste und zweite Joch aufgrund der Anwesenheit des Abstandsstücks stabil an Ort und Stelle fixiert werden. Zudem kann zwischen einer Oberfläche des Magneten und jedem des jeweils ersten und zweiten magnetisierten Abschnitts ein kleiner Spalt einfach und präzise hergestellt werden.In this case, the first and second yokes can be stably fixed in place due to the presence of the spacer. In addition, between a surface of the magnet and each of the first and second magnetized portions, a small gap can be easily and precisely produced.
Die ersten magnetisierten Abschnitte und die zweiten magnetisierten Abschnitte können in einer einzelnen Ebene angeordnet sein, die senkrecht auf einer Drehachse des Rotors steht.The first magnetized portions and the second magnetized portions may be arranged in a single plane perpendicular to an axis of rotation of the rotor.
In diesem Fall können die magnetisierten Abschnitte flach ausgebildet sein, und der Magnet kann somit mit einer einheitlichen dazwischen liegenden Entfernung von den magnetisierten Abschnitten beabstandet werden. Im Ergebnis kann auf der ersten und zweiten Ringplatte ein einheitliches Magnetfeld erzeugt werden. Von daher kann die Drehmomentvariation in jeder beliebigen Position auf dem Rotor zuverlässig und präzise mittels des Detektionssensors, der zwischen der ersten Ringplatte und der zweiten Ringplatte angeordnet ist, gemessen werden.In this case, the magnetized portions may be formed flat, and thus the magnet may be spaced at a uniform intermediate distance from the magnetized portions. As a result, a uniform magnetic field can be generated on the first and second ring plates. Therefore, the torque variation in any position on the rotor can be reliably and accurately measured by the detection sensor disposed between the first ring plate and the second ring plate.
Der erste und zweite magnetisierte Abschnitt kann jeweils eine zahnartige Form haben und in einer Richtung angeordnet sein, die senkrecht zu einer Drehachse des Rotors steht, und jede der ersten und zweiten Ringplatten kann jeweils eine Oberfläche aufweisen, die im Wesentlichen einen rechten Winkel mit den ersten und zweiten magnetisierten Abschnitten einschlieβt.The first and second magnetized portions may each have a tooth-like shape and be arranged in a direction perpendicular to a rotational axis of the rotor, and each of the first and second annular plates may each have a surface substantially at right angles with the first and second magnetized sections.
In diesem Fall können das erste und zweite Joch gröβentechnisch reduziert sein.In this case, the first and second yoke may be reduced in terms of size.
Jeder der jeweils ersten und zweiten magnetisierten Abschnitte kann eine zahnartige Form haben und in einer Richtung orientiert sein, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse des Rotors steht, und jede der jeweils ersten und zweiten Ringplatte kann eine planare Oberfläche aufweisen, die im Wesentlichem einen rechten Winkel mit der Drehachse einschlieβt.Each of the first and second magnetized portions may have a tooth-like shape and be oriented in a direction substantially perpendicular to an axis of rotation of the rotor, and each of the first and second annular plates may have a planar surface that is substantially right Angle with the axis of rotation includes.
In diesem Fall können das erste und zweite Joch flacher und dünner ausgebildet sein.In this case, the first and second yokes may be made shallower and thinner.
Erfindungsgemäβ wird vorliegend eine Vorrichtung zur Drehmomenterkennung bereitgestellt, die einen einfachen Aufbau hat und gröβentechnisch problemlos reduziert werden kann.According to the invention, a device for torque detection is provided in the present case, which has a simple construction and can be reduced in terms of size without any problems.
[Kurzbeschreibung der Zeichnungen] [Brief Description of the Drawings]
[Beschreibung der Ausführungsbeispiele][Description of the Embodiments]
Es folgt im Einzelnen die Beschreibung einer Vorrichtung zur Drehmomenterkennung gemäβ einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.A description will be given below in detail of a torque detection apparatus according to an embodiment of the present invention and with reference to the drawings.
Das Kettenrad
In dem Kettenrad
Bei einem solchen Aufbau des Rotors
Die Vorrichtung zur Drehmomenterkennung
Wie in
Wie in
Die ersten und die zweiten magnetisierten Abschnitte
Wie in
Durch Verwendung des Abstandsstücks
Wie in
Der zwischen der ersten Ringplatte
Wie in Teil (a) der
Wie in
Bei der Vorrichtung zur Drehmomenterkennung
Um dieses Ziel zu erreichen, umfasst die Vorrichtung zur Drehmomenterkennung
Von daher kann mit der Vorrichtung zur Drehmomenterkennung
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt.The present invention is not limited to the embodiment described above.
Beispielsweise können, wie in
Die zweiten magnetisierten Abschnitte
Innerhalb des Rotors
Die Vorrichtung zur Drehmomenterkennung
Anstatt eines Hallgebers kann ein MR-Sensor als Magnetsensor verwendet werden.Instead of a Hall sender, an MR sensor can be used as a magnetic sensor.
Eine erfindungsgemäβe Vorrichtung zur Drehmomenterkennung kann im Zusammenhang mit anderen Geräten als elektrischen oder Elektrofahrrädern verwendet werden.An inventive device for torque detection can be used in conjunction with other devices as electric or electric bicycles.
Bei dem erfindungsgemäβen elektrischen oder Elektrofahrrad wird das Vorderrad, wie in dem Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, von einem Motor angetrieben. Alternativ kann auch das Hinterrad durch einen Motor angetrieben werden.In the inventive electric or electric bicycle, the front wheel, as described in the embodiment, is driven by a motor. Alternatively, the rear wheel can be driven by a motor.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtung zur Drehmomenterkennung Device for torque detection
- 1010
- Rotor rotor
- 1111
- Kettenrad (sekundäres Rotationsglied) Sprocket (secondary rotation member)
- 1212
- Platte (primäres Rotationsglied) Plate (primary rotation member)
- 1313
- Druckschraubenfeder (elastisches Glied) Compression coil spring (elastic member)
- 2121
- Magnet magnet
- 22, 3222, 32
- Erstes Joch First yoke
- 22a, 32a22a, 32a
- Erster magnetisierter Abschnitt First magnetized section
- 22b, 32b22b, 32b
- Erste Ringplatte First ring plate
- 23, 3323, 33
- Zweites Joch Second yoke
- 23a, 33a23a, 33a
- Zweiter magnetisierter Abschnitt Second magnetized section
- 23b, 33b23b, 33b
- Zweite Ringplatte Second ring plate
- 2424
- Hallgeber (Magnetsensor) Hall sensor (magnetic sensor)
- 2727
- Abstandsstück spacer
- LL
- Drehachse axis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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