TWI788001B - 一種用於電動助力車的扭力感測器 - Google Patents

一種用於電動助力車的扭力感測器 Download PDF

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Abstract

本發明涉及電動助力車技術領域，具體涉及一種用於電動助力車的扭力感測器，包括：扭力套筒，可隨中軸轉動，一端與中軸固定連接，另一端與輸出部連接；導磁元件，設置在扭力套筒的外表面，導磁元件可隨扭力套筒轉動並發生形變；支架元件，套設在扭力套筒上，支架元件上設置有線圈元件和電路板，線圈元件和電路板電連接，線圈元件位於支架元件上遮蓋導磁元件的部分；本發明通過到導磁元件隨扭力套筒轉動而發生形變，從而改變磁通量，檢測元件檢測磁通量的變化大小從而測得扭力的變化，提高檢測精度；並且本發明中只需要中軸受力使得導磁元件發生形變即可測得扭力變化，因而能夠檢測靜態和動態扭力，工作性能更加穩定可靠。

Description

一種用於電動助力車的扭力感測器
本發明涉及電動助力車技術領域，特別是一種用於電動助力車的扭力感測器。
感測器(英文名稱：transducer/sensor)是一種檢測裝置，能感受到被測量的資訊，並能將感受到的資訊，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的資訊輸出，以滿足資訊的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
電動助力車，又稱助力自行車，是一種新型二輪車輛，屬於自行車的一種，以電池作為輔助動力來源，安有電機，並具備動力輔助系統，能實現人力騎行和電機助動一體化的新型交通工具。扭力感測器是助力自行車電動助力系統理解騎行者意圖的核心部件，由於扭力感測器的存在使得在騎行過程中，能夠根據所測得的扭力來調整電動自行車的電機輸出功率，提高騎乘的舒適度。
目前，助力自行車越來越多地採用中軸安裝扭力感測器，常用的結構是在中軸或中軸連接的套管上粘貼應變片，通過應變片感應踩踏的扭力大小，通過信號處理後輸出電壓信號，進而控制電機的輸出功率，這樣的結構存在著檢測精度不足，安裝不易以及穩定性、可靠性低的問題。
為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種用於電動助力車的扭力感測器，安裝在中軸上，包括：扭力套筒，可隨中軸轉動，一端與中軸固定連接，另一端與輸出部連接；導磁元件，設置在所述扭力套筒的外表面，所述導磁元件可隨所述扭力套筒轉動並發生形變；支架元件，套設在所述扭力套筒上，所述支架元件上設置有線圈元件和電路板，所述線圈元件和所述電路板電連接，所述線圈元件位於所述支架元件上遮蓋所述導磁元件的部分，所述支架元件上還套設有隔磁套筒；隔磁墊片，設置在所述支架元件上位於所述線圈元件和所述電路板之間的區域；還包括速度磁環和用於感應所述速度磁環的感應元件，所述速度磁環固定安裝於所述中軸上，所述感應元件設置於所述電路板上。
進一步的，所述導磁元件呈套筒薄片狀並且附於所述扭力套筒的外表面。
進一步的，所述扭力套筒與所述導磁元件之間還設置有隔離層。
進一步的，所述導磁元件的外表面形成有若干個穿孔。
進一步的，所述穿孔有兩組，兩組所述穿孔對稱分佈。
進一步的，所述穿孔傾斜設置在所述導磁元件的外表面，並且兩組所述穿孔在其長度方向的夾角為75°至105°。
進一步的，還包括支撐蓋，所述支撐蓋套設在所述中軸上並且可相對中軸轉動，所述支架元件的一端與所述支撐蓋固定連接。
本發明主要具有以下有益效果：本發明的扭力感測器通過到 導磁元件隨扭力套筒轉動而發生形變，從而改變磁通量，檢測元件檢測磁通量的變化大小從而測得扭力的變化，提高檢測精度；並且本發明中只需要中軸受力使得導磁元件發生形變即可測得扭力變化，因而能夠檢測靜態和動態扭力，工作性能更加穩定可靠。
100:中軸
200:扭力套筒
201:導磁元件
202:支架元件
203:線圈元件
204:電路板
206:穿孔
207:隔磁套筒
208:隔磁墊片
209:速度磁環
211:軸承
300:輸出部
301:單向裝置
400:支撐蓋
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1是本發明實施例的磁通式扭力感測器的裝配示意圖；
圖2是本發明實施例的磁通式扭力感測器的結構示意圖；
圖3是本發明實施例的磁通式扭力感測器的剖面示意圖；
圖4是圖3中A處的放大示意圖；
圖5是本發明實施例的導磁元件的結構示意圖。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
參照圖1至圖4所示的一種用於電動助力車的扭力感測器，該扭力感測器安裝在中軸100上，其包括一端固定在中軸100上的扭力套筒200，扭力套筒200上設置有導磁元件201，所述導磁元件201可以是套接或貼覆或嵌設於扭力套筒200的外表面，並且所述導磁元件201可以隨扭力套筒200轉動並發生形變，具體的，中軸100通過直接或間接的方式連接踏板，扭力套筒200的一端通過花鍵與中軸100連接並且隨中軸100轉動，扭力套筒 200的另一端連接有輸出部300，需要說明的是，本實施例中，所述輸出部300可以是軸類零件或齒類零件，並且扭力套筒200與輸出部300之間可以通過單向裝置301連接，該單向裝置301可以是棘爪或單向離合器，該單向離合器可以採用行業內常用的結構，本技術方案中不再贅述；所述扭力套筒200上套接有支架元件202，支架元件202上設置有線圈元件203和電路板204，所述線圈元件203和所述電路板204電連接，並且所述線圈元件203設置在支架元件202上遮蓋導磁元件201的部分，即線圈元件203能夠感應到導磁元件201發生形變引起的磁通量變化並形成電信號而傳輸到電路板204中，電路板204接收電信號後經處理轉化後測得扭力的變化，提高該扭力感測器的檢測精度；所述支架元件202上還設置有隔磁套筒207，其目的在於避免磁場散從而影響到電路板204，進一步的，參照圖4所示，所述支架元件202上位於所述線圈元件203和所述電路板204之間的區域還設置有隔磁墊片208，本實施例的線圈元件203和/或導磁元件201位於隔磁套筒207和隔磁墊片208圍合形成的區域內，阻隔線圈元件203的內外部磁場，保證該扭力感測器的檢測穩定性和可靠性；該扭力感測器還包括速度磁環209和用於感應所述速度磁環209的感應元件，所述速度磁環209固定安裝在所述中軸100上並且隨中軸100轉動，所述感應元件設置於電路板204上靠近速度磁環209的一面，該感應元件可以是霍爾IC，通過感應元件與速度磁環209配合能夠準確測得中軸100的轉動速率或踏頻。
在一些實施例中，參照圖5所示，所述導磁元件201呈套筒薄片狀並且附於所述扭力套筒200的外表面，中軸100驅使輸出部300轉動時，通過扭力套筒200傳遞扭力，從而使得扭力套筒200發生微小的變形，而導 磁元件201也隨扭力套筒200轉動並發生形變，從而引起磁通量的變化，通過線圈元件203感應到該磁通量變化，進而通過電路板204將該變化處理後得出扭力的變化，本實施例中，通過套筒狀的導磁元件201貼在扭力套筒200的外表面，具有易於組裝、導磁元件201能夠精確地隨扭力套筒200轉動而發生形變，提升該扭力感測器的檢測精度。
在一些實施例中，參照圖3所示，所述扭力套筒200與所述導磁元件201之間還設置有隔離層，具體的，該隔離層可以是在扭力套筒200的外表面鍍銅等，其目的在於隔離扭力套筒200經過交變力矩後產生的殘留磁性，從而保證導磁元件201產生的磁通量變化不受扭力套筒200或外界影響。
在一些實施例中，參照圖5所示，所述導磁元件201的外表面形成有若干個穿孔206，該穿孔206可以是圓形、矩形、橢圓形或腰形，進一步的，所述穿孔206有兩組且對稱分佈在導磁元件201的外表面，該兩組穿孔206傾斜設置且呈一定的夾角，兩組穿孔206在其長度方向的夾角為75°至105°，其目的在於可增強導磁元件201隨扭力套筒200而發生形變而產生更大的磁通量變化，進一步提升該扭力感測器的精確性。
在一些實施例中，參照圖1與圖4所示，該扭力感測器還包括有支撐蓋400，所述支撐蓋400套設在中軸100上並且可相對中軸100轉動，支架元件202的一端與所述支撐蓋400固定連接，具體的，所述支撐蓋400可以通過軸承211連接在中軸100上，而支架元件202的一端則可以通過螺紋連接固定在支撐蓋400上，其目的在於支架元件202、線圈元件203和電路板204可以作為整個部件設計和組裝後，再將該整體部件通過支撐蓋400套裝於扭 力套筒200上，方便整體拆裝和維護。
需要說明的是，上述所有實施例所述的導磁元件201可以採用高磁導率的材料製成，如鐵或鐵合金等。
以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。
100:中軸
200:扭力套筒
201:導磁元件
202:支架元件
207:隔磁套筒
208:隔磁墊片
209:速度磁環
211:軸承
300:輸出部
301:單向裝置
400:支撐蓋

Claims (4)

  1. 一種用於電動助力車的扭力感測器，安裝在中軸(100)上，其特徵在於，包括：扭力套筒(200)，可隨中軸(100)轉動，一端與中軸(100)固定連接，另一端與輸出部(300)連接；導磁元件(201)，設置在所述扭力套筒(200)的外表面，所述導磁元件(201)可隨所述扭力套筒(200)轉動並發生形變；所述導磁元件(201)呈套筒薄片狀、並且附於所述扭力套筒(200)的外表面；所述導磁元件(201)的外表面形成有若干個穿孔(206)、所述穿孔(206)有兩組，兩組所述穿孔(206)對稱分佈；支架元件(202)，套設在所述扭力套筒(200)上，所述支架元件(202)上設置有線圈元件(203)和電路板(204)，所述線圈元件(203)和所述電路板(204)電連接，所述線圈元件(203)位於所述支架元件(202)上遮蓋所述導磁元件(201)的部分，所述支架元件(202)上還套設有隔磁套筒(207)；隔磁墊片(208)，設置在所述支架元件(202)上位於所述線圈元件(203)和所述電路板(204)之間的區域；還包括速度磁環(209)和用於感應所述速度磁環(209)的感應元件，所述速度磁環(209)固定安裝於所述中軸(100)上，所述感應元件設置於所述電路板(204)上。
  2. 根據請求項1所述的一種用於電動助力車的扭力感測器，所述扭力套筒(200)與所述導磁元件(201)之間還設置有隔離層。
  3. 根據請求項1所述的一種用於電動助力車的扭力感測器， 所述穿孔(206)傾斜設置在所述導磁元件(201)的外表面，並且兩組所述穿孔(206)在其長度方向的夾角為75°至105°。
  4. 根據請求項1所述的一種用於電動助力車的扭力感測器，還包括支撐蓋(400)，所述支撐蓋(400)套設在所述中軸(100)上並且可相對中軸(100)轉動，所述支架元件(202)的一端與所述支撐蓋(400)固定連接。
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