TWM615370U - 一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統及助力自行車 - Google Patents

一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統及助力自行車 Download PDF

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王培郁
柯韋聖
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大陸商珠海市鈞興機電有限公司
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Abstract

本新型有關一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統及助力自行車，該變速系統包括腳踏通軸、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、變形支架、電機、控制器和殼體；第一齒輪和第三齒輪設於殼體內並套設在腳踏通軸上；第二齒輪與第一齒輪和第三齒輪嚙合連接，且第二齒輪的一端可轉動地安裝在殼體上，另一端通過變形支架安裝在殼體上，通過應變片直接將檢測到變形支架的應變值信號直接傳輸到控制器，無需經過任何電子元器件，既可大幅降低失效的風險，又可簡化結構，性能穩定、可靠，且可自動化即時控制電機提供輔助動力，無需人工手動操作，讓騎行變得更加輕鬆、更加舒適，也提高了騎行樂趣，該變速系統結構簡單、實施容易，有利於普及推廣使用。

Description

一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統及助力自行車
本新型屬於助力自行車技術領域，特別涉及一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統及助力自行車。
助力自行車，具有省力、負載大、車速快等優勢，很快就已成為了人們途短出行和運輸的主要工具。但是，申請人發現：目前市場上現有的助力自行車都是在腳踏通軸上設置扭套，並通過檢測扭套的扭轉變形來對助力車上的中置電機進行控制，但扭套的扭轉變形檢測精度較低，嚴重影響對中置電機的控制，而且為此助車上必須同時設置兩個PCB板，第一PCB板固定在扭套上，隨著扭套旋轉，接收扭矩的訊號，第二PCB板固定在中置電機的殼體上並使用電線連接至控制器，同時兩個PCB板採用必須平行放置，並採用無線傳輸的方式連接通信，第二PCB板對第一PCB板進行電源和訊號的傳輸，在助力自行車騎行時將檢測到的扭套扭轉變形(感受到力矩的信號)經第一PCB板發送給第二PCB板，以對中置電機控制進行控制，但這種結構對殼體的裝配精度要求較高，且因電子元件多，生產加工難度高，同時檢測到的扭套扭轉變形信號經過經第一PCB板和第二PCB板才傳輸到中置電機的控制器，並且第一PCB板和第二PCB板之間採用無線傳輸，這樣容易導致信號失效，進而導致產品的可靠度低。
為解決現有技術中存在的上述問題，本新型提供了一種通過應變片直接將檢測到變形支架的應變值信號直接傳輸到控制器，無需經過任何電子元器件，既可大幅降低失效的風險，又可簡化結構，性能穩定、可靠，且可自動化即時控制電機提供輔助動力，結構簡單、實施容易的具有形變式扭力傳感結構的變速系統，以及應用了該具有形變式扭力傳感結構的變速系統的助力自行車。
為解決上述技術問題，本新型採用如下技術方案：
一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統，包括腳踏通軸、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、變形支架、電機、控制器和殼體；其中，所述腳踏通軸可轉動地穿設在殼體的內部，而且兩端伸出殼體外；所述第一齒輪和第三齒輪設於殼體內並套設在腳踏通軸上；所述第二齒輪設於殼體內並與第一齒輪和第三齒輪嚙合連接，而且第二齒輪的一端可轉動地安裝在殼體上，另一端通過變形支架安裝在殼體上，所述變形支架在輸出齒盤經第三齒輪向第一齒輪和第二齒輪傳遞反力時發生變形；所述變形支架的變形處設置有應變片，所述應變片的信號輸出端與設置在殼體內的控制器信號連接，並在變形支架產生形變時將應變值傳輸至控制器；所述控制器與設置在殼體內的電機信號連接，並在接收到應變片的變形信號時控制電機提供輔助動力。
進一步地，所述第二齒輪安裝在變形支架上的一端端面設有磁鐵)，所述殼體的內部設有霍爾元件，所述霍爾元件對著磁鐵，共同構成速度感測器。
進一步地，所述變形支架包括支架主體，所述支架主體的周側具有兩個以上受力可變形的連接臂，兩個以上所述連接臂固定在殼體上，所述支架主體的另一端可轉動地安裝在支架主體上，所述應變片設置在其中一個連接臂上。
進一步地，所述支架主體的內側具有安裝凹位，所述第二齒輪的一端可轉動地安裝在安裝凹位內。
進一步地，所述第二齒輪的兩端分別通過第一軸承和第二軸承可轉動地安裝在殼體和支架主體上，而且所述第二軸承設置在安裝凹位內。
進一步地，所述安裝凹位的底部設有貫穿支架主體的通孔，所述通孔對著磁鐵。
進一步地，所述安裝凹位、通孔與磁鐵和第二齒輪同軸芯。
進一步地，所述支架主體和連接臂採用彈性恢復材料做成，為一體化結構。
進一步地，所述腳踏通軸的一端穿過殼體處設有第三軸承，另一端穿過電機的輸出部後伸出殼體外，而且所述輸出部通過第四軸承可轉動地殼體內。
一種助力自行車，包括有車體，所述車體上具有上述技術方案中任一所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統，所述車體上設有的電池組與具有形變式扭力傳感結構的變速系統的控制器和電機導通連接，供給驅動電能；所述變速系統的輸出齒盤與車體上的後車輪驅動連接。
本新型主要具有以下有益效果： 本新型通過將應變片直接貼在變形支架的易變形處，並將信號直接傳輸到控制器，中間無需在經過任何電子元器件，既可大幅降低失效的風險，又可簡化結構，使變速系統的性能穩定、可靠，而且通過檢測變形支架來自動化即時控制電機提供輔助動力，無需人工手動操作，讓騎行變得更加輕鬆、更加舒適，也提高了騎行樂趣，並且該變速系統結構簡單、實施容易，有利於普及推廣使用。
1:腳踏通軸
11:第三軸承
2:第一齒輪
12:旋轉油封
3:第二齒輪
13:第四軸承
4:第三齒輪
31:第一軸承
5:變形支架
32:第二軸承
6:殼體
51:支架主體
7:應變片
52:連接臂
8:輸出部
53:安裝凹位
9:磁鐵
54:通孔
10:霍爾元件
55:螺栓
600:車體
603:輸出齒盤
601:電機
604:電池組
602:控制器
605:後車輪
圖1是本新型所述一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統實施例的結構示意圖。
圖2是本新型所述一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統實施例的另一結構示意圖。
圖3是本新型圖2配備電機及控制器的示意圖。
圖4是本新型所述一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統裝於車體的實施例圖。
圖5是本新型所述一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統裝於車體的實施例示意圖。
為了使本新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本新型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新型，並不用於限定本新型。
如圖1至圖5中所示： 本新型實施例所述一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統，包括腳踏通軸1、第一齒輪2、第二齒輪3、第三齒輪4、變形支架5、電機(601)、控制器(602)和殼體6。所述腳踏通軸1可轉動地穿設在殼體6的內部，而且兩端伸出殼體6外；所述第一齒輪2和第三齒輪4設於殼體6內並套設在腳踏通軸1上；所述第二齒輪3設於殼體6內並與第一齒輪2和第三齒輪3嚙合連接，而且第二齒輪3的一端可轉動地安裝在殼體6上，另一端通過變形支架5安裝在殼體6上，所述變形支架5的變形處設置有應變片7，所述應變片7的信號輸出端與設置在殼體6內的控制器602信號連接(應變片7的信號輸出端最好採用電纜直接與控制器602連接。)，所述控制器602與設置在殼體6內的電機601信號連接。
其中，所述腳踏通軸1的一端穿過殼體6處設有第三軸承11，另一端穿過電機601的輸出部8後伸出殼體6外，而且所述輸出部8與腳踏通軸1之間設有旋轉油封12，所述輸出部8通過第四軸承13可轉動地殼體6內；所述變形支架5包括支架主體51，所述支架主體51的周側具有兩個受力可變形的連接臂52(也可以具有兩個以上連接臂52)，兩個連接臂52固定在殼體6上(比如：可以通過螺栓55等緊固件固定在殼體6上)，而且所述支架主體51和連接臂52採用彈性恢復材料(如：鋁合金)做成，為一體化結構；所述支架主體51的另一端可轉動地安裝在支架主體51上，所述應變片7設置在其中一個連接臂52上；所述支架主體51的內側具有安裝凹位53，所述第二齒輪3的一端可轉動地安裝在安裝凹位53內，具體地，所述第二齒輪3的兩端分別通過第一軸承31和第二軸承32可轉動地安裝在殼體6和支架主體51上，而且所述第二軸承32設置在安裝凹位53內。
本新型所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統工作時，當變形支架5在輸出齒盤經第三齒輪4向第一齒輪2和第二齒輪3傳遞反力時發生變形，然後應變片7的信號輸出端與設置在殼體6內的控制器602信號連接，並在變形支架5產生形變時將應變值傳輸至控制器602，接著控制器602在接收到應變片7的變形信號後控制電機601提供輔助動力。
這樣，本新型所述一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統通過將應變片直接貼在變形支架5的易變形處，並將信號直接傳輸到控制器602，中間無需在經過任何電子元器件，既可大幅降低失效的風險，又可簡化結構，使變速系統的性能穩定、可靠，而且通過檢測變形支架5來自動化即時控制電機提供輔助動力，無需人工手動操作，讓騎行變得更加輕鬆、更加舒適，也提高了騎行樂趣，該變速系統結構簡單、實施容易，有利於普及推廣使用。
如圖2，所述第二齒輪3安裝在變形支架5上的一端端面設有磁鐵9，具體地，所述安裝凹位53的底部設有貫穿支架主體51的通孔54，所述通孔54對著磁鐵9，而且所述安裝凹位53、通孔54與磁鐵9和第二齒輪3同軸芯；所述殼體6的內部設有霍爾元件10，所述霍爾元件10對著磁鐵9，共同構成速度感測器。當騎行者腳踏時，腳踏通軸1轉動，帶動第一齒輪2轉動，進而驅使第二齒輪3轉動，此時固定在殼體6的霍爾元件10即時將檢測到的腳踏通軸1轉速，得到踏速(RPM)的信號，並傳送至控制器，從而控制電機的轉速，確保變速更穩定、更可靠。
本新型所述的具有形變式扭力傳感結構的變速系統可應用於助力自行車上，如圖4至5所示，具體結構可以為：該助力自行車包括有 車體600，所述車體600上具有上述技術方案中任一所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統，所述車體600上設有的電池組604與具有形變式扭力傳感結構的變速系統的控制器602和電機601導通連接，供給驅動電能；所述變速系統的輸出齒盤603與車體600上的後車輪605驅動連接。
以上所述是本新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本新型的保護範圍。
1:腳踏通軸
2:第一齒輪
3:第二齒輪
4:第三齒輪
5:變形支架
6:殼體
8:輸出部
9:磁鐵
10:霍爾元件
11:第三軸承
12:旋轉油封
13:第四軸承
31:第一軸承
32:第二軸承
53:安裝凹位
54:通孔

Claims (10)

  1. 一種具有形變式扭力傳感結構的變速系統，包括腳踏通軸(1)、第一齒輪(2)、第二齒輪(3)、第三齒輪(4)、變形支架(5)、電機(601)、控制器(602)和殼體(6)；其中，所述腳踏通軸(1)可轉動地穿設在殼體(6)的內部，而且兩端伸出殼體(6)外；所述第一齒輪(2)和第三齒輪(4)設於殼體(6)內並套設在腳踏通軸(1)上；所述第二齒輪(3)設於殼體(6)內並與第一齒輪(2)和第三齒輪(4)嚙合連接，而且第二齒輪(3)的一端可轉動地安裝在殼體(6)上，另一端通過變形支架(5)安裝在殼體(6)上，所述變形支架(5)在輸出齒盤經第三齒輪(4)向第一齒輪(2)和第二齒輪(3)傳遞反力時發生變形；所述變形支架(5)的變形處設置有應變片(7)，所述應變片(7)的信號輸出端與設置在殼體(6)內的控制器信號連接，並在變形支架(5)產生形變時將應變值傳輸至控制器(602)；所述控制器與設置在殼體(6)內的電機(601)信號連接，並在接收到應變片(7)的變形信號時控制電機提供輔助動力。
  2. 根據請求項1所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統，所述第二齒輪(3)安裝在變形支架(5)上的一端端面設有磁鐵(9)，所述殼體(6)的內部設有霍爾元件(10)，所述霍爾元件(10)對著磁鐵(9)，共同構成速度感測器。
  3. 根據請求項2所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統，所述變形支架(5)包括支架主體(51)，所述支架主體(51)的周側具有兩個以上受力可變形的連接臂(52)，兩個以上所述連接臂(52)固定在殼體(6)上，所述支架主體(51)的另一端可轉動地安裝在支架主體(51)上，所述應變片(7)設置在其中一個連接臂(52)上。
  4. 根據請求項3所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統，所述支架主體(51)的內側具有安裝凹位(53)，所述第二齒輪(3)的一端可轉動地安裝在安裝凹位(53)內。
  5. 根據請求項4所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統，所述第二齒輪(3)的兩端分別通過第一軸承(31)和第二軸承(32)可轉動地安裝在殼體(6)和支架主體(51)上，而且所述第二軸承(32)設置在安裝凹位(53)內。
  6. 根據請求項4所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統，所述安裝凹位(53)的底部設有貫穿支架主體(51)的通孔(54)，所述通孔(54)對著磁鐵(9)。
  7. 根據請求項6所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統，所述安裝凹位(53)、通孔(54)與磁鐵(9)和第二齒輪(3)同軸芯。
  8. 根據請求項3-7中任一所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統，所述支架主體(51)和連接臂(52)採用彈性恢復材料做成，為一體化結構。
  9. 根據請求項1-7中任一所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統，所述腳踏通軸(1)的一端穿過殼體(6)處設有第三軸承(11)，另一端穿過電機的輸出部(8)後伸出殼體(6)外，而且所述輸出部(8)通過第四軸承(13)可轉動地殼體(6)內。
  10. 一種助力自行車，其特徵在於：包括有車體(600)，所述車體(600)上具有請求項1至9中任一所述具有形變式扭力傳感結構的變速系統，所述車體(600)上設有的電池組(604)與具有形變式扭力傳感結構的變速系統的控制器(602)和電機(601)導通連接，供給驅動電能；所述變速系統的輸出齒盤(603)與車體(600)上的後車輪(605) 驅動連接。
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