WO2011069358A1 - 后轴式力矩传感装置及电动自行车 - Google Patents

Description

后轴式力矩传感装置及电动自行车

【技术领域】

本发明是有关于一种力矩传感装置， 特别是有关于一种应用于电动自行 车上的后轴式力矩传感装置。

【背景技术】

电动自行车和普通自行车相比， 由于有电助力， 骑行更轻松、 省力， 因 而电动自行车逐渐受到人们的欢迎。 电动自行车主要由车体部件、 电动机、 电池、 传动部件、 微电脑控制器和力矩传感器组成。 电动机通常被安置于后 轮的轴皮上， 由电池限能并供电。 微电脑控制器接受来自于力矩传感器或骑 行者的信号， 可以调节电动机的输出功率。 力矩传感器的安装位置有很多种 设计方案， 可以根据需求而定， 例如其可被安装在脚蹬、 曲柄、 链轮盘、 中 轴、 链条、 飞轮、 后轴、 或轮毂等位置。

电动自行车应遵守特定的标准和要求才能实现安全行驶， 例如： 只有在 骑车人开始转动脚蹬时， 才允许电动机开始输出动力； 一旦骑车人中止转动 脚蹬， 在预设的行驶距离范围内， 电动机的电力输出就应该停止。 但实际上， 由于力矩传感器的安装位置及感应方式不同， 其对骑车人的脚踏力的感应时 效也会略有差异。

例如， 当霍尔感应器安装在飞轮上而与飞轮成为一体时， 霍尔感应器可 以感应脚蹬通过链条输送给飞轮的旋转， 或是由于停止蹬骑而导致的飞轮停 转。 但是在这种现有技术中， 只有当位于磁钢盘上的永久性磁铁顺序通过霍 尔感应器时， 飞轮的旋转信号才能被霍尔感应器捕获， 这样就致使霍尔感应 器不能在脚踏的瞬间感应到磁铁， 而只能等到永久性磁铁转至霍尔感应器前 时才能被感应到， 因此现有的感应方式在时间上具有一定的延迟， 其存在有 不能及时感应的问题。

因此， 有必要提供一种新的后轴式力矩传感装置， 以克服现有技术存在 的缺陷。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种后轴式力矩传感装置， 能够及时感应到 脚踏力的出现或消失， 从而及时启动或停止电动机， 以保证骑行的安全。

本发明的另一目的在于提供一种电动自行车， 能够通过后轴式力矩传感 装置及时感应到骑行者施加于脚蹬上的脚踏力， 还能及时感应到脚踏力的消 失， 从而及时启动或停止电动机， 以保证骑行的安全。

为达上述目的， 本发明采用如下技术方案： 一种后轴式力矩传感装置， 其特征在于： 该后轴式力矩传感装置包括一感应固定座、 一感应器、 一固定 轴套、 一磁性件及一弹性件。 该感应固定座具有一基座、 一位于基座一侧的 第一固定板及一位于基座相对侧的第二固定板、 一第一通孔、 一第二通孔及 一感应器收容室， 其中该第一通孔贯穿该第一固定板、 该基座及该第二固定 板； 该第二通孔与该第一通孔连通； 该感应器收容室形成于该第二固定板上。 该感应器安装于该感应固定座的该感应器收容室内。 该弹性件的其中一部分 安装于该感应固定座的该第二通孔内， 而该弹性件的另一部分则伸入该第一 通孔内。 该固定轴套具有一套管、 一位于套管一端的第三固定板及一轴固定 孔， 其中该套管安装于该感应固定座的该第一通孔内， 并且该套管能够在该 第一通孔内沿第二通孔的延伸方向滑移， 从而压縮或释放该弹性件； 该轴固 定孔形成于该固定轴套的套管内， 其沿该第一通孔的延伸方向延伸， 并能够 与一电动自行车的后轴结合。 该磁性件安装于该固定轴套的第三固定板上， 从而与该感应器相对应。

为达上述目的， 本发明还采用如下技术方案： 一种电动自行车， 包括有 一安装于后轴与勾爪上的后轴式力矩传感装置， 该后轴式力矩传感装置包括 一感应固定座、 一感应器、 一固定轴套、 一磁性件及一弹性件。 该感应固定 座安装于勾爪上， 并与勾爪连接为一体， 该感应固定座具有一基座、 一位于 基座一侧的第一固定板及一位于基座相对侧的第二固定板、 一第一通孔、 一 第二通孔及一感应器收容室， 其中该第一通孔贯穿该第一固定板、 该基座及 该第二固定板； 该第二通孔与该第一通孔连通； 该感应器收容室形成于该第 二固定板上。 该感应器安装于该感应固定座的该感应器收容室内。 该弹性件 的其中一部分安装于该感应固定座的该第二通孔内， 而该弹性件的另一部分 则伸入该第一通孔内。 该固定轴套安装于后轴上， 并与后轴连接为一体， 该 固定轴套具有一套管、 一位于套管一端的第三固定板及一轴固定孔， 其中该 套管安装于该感应固定座的该第一通孔内， 并且该套管能够在该第一通孔内 沿第二通孔的延伸方向滑移， 从而压縮或释放该弹性件； 该轴固定孔形成于 该固定轴套的套管内， 其沿该第一通孔的延伸方向延伸并连接后轴， 该轴固 定孔与后轴结合。 该磁性件安装于该固定轴套的第三固定板上， 从而与该感 应器相对应。

相较于现有技术， 本发明后轴式力矩传感装置包括有用来安装感应器的 感应固定座及用来安装磁性件的固定轴套， 而且感应固定座能够与电动自行 车的勾爪连为一体， 而固定轴套能够与电动自行车的后轴连为一体。 由于感 应固定座与固定轴套是滑移式连接， 因此在脚踏力的作用下， 固定轴套会与 后轴一起移动， 而感应固定座与勾爪侧仍保持固定不动， 因此固定轴套与后 轴的这种位移状态立即会被感应器感应， 从而启动电动机， 以辅助人力行驶。 同理， 当脚踏力消失时， 固定轴套与后轴一起回复至原位， 位移状态消失， 电动机停止动力输出。

【附图说明】

图 1是后轴式力矩传感装置的结构示意图。

图 2是后轴式力矩传感装置沿其中一方向的结构分解图。

图 3是后轴式力矩传感装置沿另一方向的结构分解图。

图 4是后轴式力矩传感装置与勾爪的位置关系示意图。

图 5是后轴式力矩传感装置安装于勾爪上的结构示意图。

图 6是后轴式力矩传感装置安装于勾爪上，并沿另一方向观看所得的结构 示意图。

图 7是电动自行车上的后轴式力矩传感装置、勾爪及后轴之位置关系示意 图。

图 8是电动自行车上的后轴受力及位移关系示意图。

【具体实施方式】

有关本发明的实施例的说明是参考附加的图式， 用以例示本发明可用以 实施的特定实施例。 而在本发明中所提到的方向用语， 例如 「上」、 「下」、 「前」、 「后」、 「左」、 「右」、 「侧面」 等， 仅是参考附加图式的方向。 这些方 向用语是用以说明及理解本发明， 而非用以限制本发明。 在以下实施例中， 在不同的图中， 相同部分是以相同标号表示。

请参照图 1所示的后轴式力矩传感装置 1的结构示意图； 图 2所示的后轴式 力矩传感装置 1的沿其中一方向的结构分解图； 图 3所示的后轴式力矩传感装 置 1的沿另一方向的结构分解图； 图 4所示的后轴式力矩传感装置 1与勾爪 2的 位置关系示意图； 图 5所示的后轴式力矩传感装置 1安装于勾爪 2上的结构示意 图； 图 6所示的后轴式力矩传感装置 1安装于勾爪 2上， 并沿另一方向观看所得 的结构示意图； 以及图 7所示的后轴式力矩传感装置 1、 勾爪 2及后轴 3之位置 关系示意图。

请参照图 1至图 3、 图 5及图 7所示， 本发明其中一实施例的后轴式力矩传 感装置 1包括一感应固定座 10、 一感应器 20 (如图 3所示）、 一磁性件 30、 一弹 性件 40及一固定轴套 50， 其中感应固定座 10固定于电动自行车的勾爪 2 (如图 5所示） 上， 并且感应固定座 10通过勾爪 2而与电动自行车的车架 （未图示） 成为一体； 感应器 20固定于感应固定座 10上， 能够感应到位移状态； 固定轴 套 50固定于电动自行车的后轴 3上（如图 7所示）， 同时固定轴套 50还以可移动 的方式安装于感应固定座 10上； 磁性件 30安装于固定轴套 50上， 并与感应固 定座 10上的感应器 20相对应； 弹性件 40安装于感应固定座 10及固定轴套 50之 间。 当骑车人在骑行采用后轴式力矩传感装置 1的电动自行车时， 脚踏力会通 过电动自行车上大齿盘的转动使链条承受拉力， 这种来自于链条的拉力使得 电动自行车上后飞轮的后轴 3受到一个向前的拉力， 从而导致固定在后轴 3上 的固定轴套 50会相对于固定在勾爪 2上的感应固定座 10向前移动、 弹性件 40 被压縮， 此时安装在感应固定座 10上的感应器 20就会感测到安装在固定轴套 50上的磁性件 30的相对于感应器 20发生的这种位移状态、 并产生一电压， 此 电压会被输入到电动自行车上的一模块处理器， 然后通过与模块处理器相连 接的控制器输出一电子信息以控制电机电流， 从而启动、 维持、 调整或停止 电动机的动力输出。 在其中一实施例中， 电动机的输出功率为 250W。

有关于电动自行车的后轴式力矩传感装置 1的详细结构，请参见下文具体 说明。

请参照图 1、 图 2及图 3所示， 后轴式力矩传感装置 1的感应固定座 10具有 一基座 11、 一位于基座 11一侧的第一固定板 12及一位于基座 11相对侧的第二 固定板 13、 一第一通孔 14、 一第二通孔 15、 至少一个安装孔 16及一感应器收 容室 17， 其中第一通孔 14贯穿第一固定板 12、 基座 11及第二固定板 13 ; 第二 通孔 15与第一通孔 14连通； 该感应器收容室 17形成于该第二固定板 13上。 在 其中一实施例中， 第一固定板 12与第二固定板 13平行， 第一固定板 12是位于 基座 11的左侧面， 第二固定板 13是位于基座 11的右侧面。 第一通孔 14贯穿感 应固定座 10的左侧面与右侧面。 第二通孔 15是自感应固定座 10的前表面深入 至第一通孔 14， 从而与第一通孔 14形成大约是垂直的连通。 安装孔 16是形成 于第二固定板 13上， 在本实施例中， 第二固定板 13上形成有两个安装孔 16。 感应器收容室 17位于第二固定板 13的最外侧 （即右侧面）， 感应器收容室 17 呈半开放式结构。 在其中一实施例中， 第二通孔 15为一螺紋孔， 可供一固定 螺丝 18拧入。

请参照图 1、 图 2及图 3所示， 后轴式力矩传感装置 1的感应器 20安装并固 定于感应固定座 10的感应器收容室 17内。 在其中一实施例中， 感应器 20为霍 尔传感器， 并且感应器 20固定于一感应器组件 60上， 然后通过将感应器组件 60放置于感应器收容室 17内， 再通过一座件 61将感应器组件 60牢牢的固定于 感应器收容室 17内。

请参照图 2及图 3所示，后轴式力矩传感装置 1的弹性件 40安装于感应固定 座 10内， 其中弹性件 40的其中一部分位于感应固定座 10的第二通孔 15内， 而 弹性件 40的另一部分则伸入第一通孔 14内。 此外， 还需要将固定螺丝 18拧入 第二通孔 15内， 利用固定螺丝 18抵顶位于第二通孔 15内的弹性件 40， 从而控 制弹性件 40伸入第一通孔 14内的长度， 以进一歩控制固定轴套 50在第一通孔 14内的位移范围， 同时还能够防止弹性件 40从第二通孔 15内脱出。 在其中一 实施例中， 弹性件 40为圆柱形的优力胶弹簧， 其直径与第二通孔 15的直径相 同。

请参照图 1、 图 2及图 3所示， 后轴式力矩传感装置 1的固定轴套 50是以能 滑移的方式连接至感应固定座 10， 固定轴套 50具有一套管 51及一位于套管 51 一端的第三固定板 52， 其中套管 51安装于感应固定座 10的第一通孔 14内， 并 且套管 51能够在第一通孔 14内沿第二通孔 15的延伸方向滑移， 从而压縮或释 放上述弹性件 40。详细来讲， 套管 51的外形基本上与第一通孔 14的构造相同， 但其略小于第一通孔 14的尺寸， 从而使得套管 51能够伸入感应固定座 10的第 一通孔 14中。 在其中一实施例中， 套管 51的上、 下外表面与第一通孔 14的上、 下内壁面形成紧密滑动配合的状态， 而套管 51的前、 后外表面之间的距离则 明显小于第一通孔 14的前、 后内壁面之间距离， 从而在第一通孔 14中形成该 套管 51前后位移的空间， 亦即能够允许该套管 51在第一通孔 14中沿第二通孔 15的延伸方向前后位移。 在固定轴套 50上更形成有一轴固定孔 53， 该轴固定 孔 53是沿第一通孔 14的延伸方向延伸。 在其中一实施例中， 轴固定孔 53贯穿 固定轴套 50的左侧面与右侧面，亦即轴固定孔 53贯穿套管 51及第三固定板 52， 轴固定孔 53用来安装电动自行车的后轴 3 (如图 7所示）， 并与后轴 3结合， 其 结合的最佳方式是形成过盈配合， 从而使得固定轴套 50连接至后轴 3上、并与 后轴 3成为一体。第三固定板 52是与感应固定座 10的第一固定板 12及第二固定 板 13相平行， 并且当套管 51收纳于第一通孔 14中时， 第三固定板 52是贴靠于 第二固定板 13上。 在第三固定板 52上形成有一小孔 54， 小孔 54的位置与感应 固定座 10上的感应器收容室 17的位置相对应， 用来容置磁性件 30。

请参照图 2及图 3所示， 磁性件 30安装于第三固定板 52的小孔 54中， 这样 就能够与该感应器 20相对应。

请参照图 4至图 6所示， 后轴式力矩传感装置 1是跨骑于勾爪 2上。 感应固 定座 10的基座 11安置于勾爪 2的一沟槽 200中， 而感应固定座 10的第一固定板 12与第二固定板 13则位于该勾爪 2的两侧，利用两个固定螺丝 19穿过第二固定 板 13上的安装孔 16、 再穿过勾爪 2上的固定孔 201， 从而将感应固定座 10固定 于勾爪 2上。请再结合图 7所示， 后轴式力矩传感装置 1的固定轴套 50是固定连 接至后轴 3上， 当骑行者施加脚踏力时， 带有磁性件 30的固定轴套 50与电动自 行车的后轴 3—起向前移动， 弹性件 40被压縮， 磁性件 30与感应器 20之间的距 离变小，感应器 20会立即感应到后轴 3的位移状态，从而启动以及调整电动机， 以辅助人力行驶。 同理， 当骑行者停止脚踏时， 电动自行车的后轴 3不再受到 向前的拉力， 此时弹性件 40会自动恢复原状， 从而推动带有磁性件 30的固定 轴套 50与后轴 3—起回复至原位， 位移状态消失， 从而关闭电动机。

在其中一实施例中， 如图 8所示， 电动自行车勾爪 2的沟槽 200的开槽方向 A与链条 4对后轮 5及后轴 3的施力方向 B呈一定角度 C , 这种角度 C可以为 6度 至 13度， 而后轴 3在链条 4的带动下沿沟槽 200的开槽方向 A的位移距离是 0至 0.8毫米之间。角度 C选择在 6度至 13度之间是为了达到在链条力的作用下平行 位移的最佳角度， 而这也是实际设计中的可行角度。

感应器 20与磁性件 30的位移位置是由链条拉力来变化的， 不同的位移位 置能够使得感应器 20产生相应的电压， 电压的大小会使得电机的输出功力也 不一样。 在实际应用的其中一实施例中， 电动自行车可以通过模块处理器而 设置三个档位， 例如在第三档位时， 电动机的输出功率达到最大， 此时骑行 者只需要左右脚连续轻踩脚踏板即可在电动机的辅助下轻松骑行， 这种档位 适合爬坡时使用， 或者是骑行者感觉体力不支时可以采用第三档位； 在第二 档位时， 电动机的输出功率比较小， 此时就需要较大的脚踏力才能在电动机 的辅助下行使； 在第一档位时， 由于电动机的输出功率最小， 在骑行时就比 较吃力， 这种档位可供在平地骑车时选择。

Claims

1 . 一种后轴式力矩传感装置， 其特征在于： 该后轴式力矩传感装置包 括一感应固定座、 一感应器、 一固定轴套、 一磁性件及一弹性件， 其中

该感应固定座具有一基座、 一位于基座一侧的第一固定板及一位于基座 相对侧的第二固定板、 一第一通孔、 一第二通孔及一感应器收容室， 其中该 第一通孔贯穿该第一固定板、 该基座及该第二固定板； 该第二通孔与该第一 通孔连通； 该感应器收容室形成于该第二固定板上；

该感应器固定于该感应固定座的该感应器收容室内；

该弹性件的其中一部分安装于该感应固定座的该第二通孔内， 而该弹性 件的另一部分则伸入该第一通孔内；

该固定轴套与该感应固定座是滑动式连接， 该固定轴套具有一套管、 一 位于套管一端的第三固定板及一轴固定孔， 其中该套管安装于该感应固定座 的该第一通孔内， 并且该套管能够在该第一通孔内沿第二通孔的延伸方向滑 移， 从而压縮或释放该弹性件； 该轴固定孔形成于该固定轴套的套管内， 其 沿该第一通孔的延伸方向延伸， 并能够与一电动自行车的后轴结合； 以及 该磁性件安装于该固定轴套的第三固定板上， 从而与该感应器相对应。

2. 如权利要求 1所述的后轴式力矩传感装置， 其特征在于： 该感应固定 座的第一固定板与第二固定板平行， 并且在第二固定板上形成有至少一安装 孔。

3. 如权利要求 2所述的后轴式力矩传感装置， 其特征在于： 该第一固定 板位于基座的左侧面， 该第二固定板位于基座的右侧面， 该第二通孔是自该 基座的前表面深入至第一通孔， 从而使得第二通孔与第一通孔垂直连通。

4. 如权利要求 1所述的后轴式力矩传感装置， 其特征在于： 该感应固定 座的感应器收容室呈半开放式结构， 该感应器设置于一感应器组件上， 并通 过一座件将感应器组件安装并固定于该感应器收容室内。

5. 如权利要求 1所述的后轴式力矩传感装置， 其特征在于： 在该感应固 定座的第二通孔内还安装有一固定螺丝，以抵顶位于该第二通孔内的弹性件。

6.如权利要求 1所述的后轴式力矩传感装置，其特征在于：该套管的上、 下外表面与该第一通孔的上、下内壁面形成滑动配合的状态，而该套管的前、 后外表面之间的距离则小于第一通孔的前、 后内壁面之间距离， 以允许该套 管能够在第一通孔中沿第二通孔的延伸方向前后位移。

7. 如权利要求 6所述的后轴式力矩传感装置， 其特征在于： 该固定轴套 的第三固定板与该感应固定座的第一固定板及第二固定板相互平行， 并且当 该套管收纳于第一通孔中时， 第三固定板贴靠于第二固定板上。

8. 如权利要求 7所述的后轴式力矩传感装置， 其特征在于： 在第三固定 板上形成有一小孔， 小孔的位置与感应固定座上的感应器收容室的位置相对 应； 磁性件固定于该小孔中。

9. 一种电动自行车， 包括有一安装于后轴与勾爪上的后轴式力矩传感 装置， 其特征在于： 该后轴式力矩传感装置包括一感应固定座、 一感应器、 一固定轴套、 一磁性件及一弹性件， 其中

该感应固定座安装于勾爪上， 并与勾爪连接为一体， 该感应固定座具有 一基座、 一位于基座一侧的第一固定板及一位于基座相对侧的第二固定板、 一第一通孔、 一第二通孔及一感应器收容室， 其中该第一通孔贯穿该第一固 定板、 该基座及该第二固定板； 该第二通孔与该第一通孔连通； 该感应器收 容室形成于该第二固定板上；

该感应器安装于该感应固定座的该感应器收容室内；

该弹性件的其中一部分安装于该感应固定座的该第二通孔内， 而该弹性 件的另一部分则伸入该第一通孔内；

该固定轴套安装于后轴上， 并与后轴连接为一体， 该固定轴套具有一套 管、 一位于套管一端的第三固定板及一轴固定孔， 其中该套管安装于该感应 固定座的该第一通孔内， 并且该套管能够在该第一通孔内沿第二通孔的延伸 方向滑移， 从而压縮或释放该弹性件； 该轴固定孔形成于该固定轴套的套管 内， 其沿该第一通孔的延伸方向延伸并连接后轴， 该轴固定孔与后轴结合； 以及

该磁性件安装于该固定轴套的第三固定板上， 从而与该感应器相对应。

10. 如权利要求 9所述的电动自行车， 其特征在于： 该电动自行车还包 括有固定螺丝， 该感应固定座通过固定螺丝固定于勾爪上， 并且在该感应固 定座的第二通孔内还安装有一固定螺丝，以抵顶位于该第二通孔内的弹性件。