一種電動車中軸力矩傳感系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種電動自行車的中軸力矩傳感系統(tǒng)，包括中軸、應(yīng)變套筒、踩踏力輸出部、扭矩傳感器和五通，所述應(yīng)變套筒的一端通過軸承固定在五通上并與踩踏力輸出部相連接，另一端套裝在中軸上，與中軸固定連接，所述應(yīng)變套筒的內(nèi)表面貼合所述中軸的外表面，所述應(yīng)變套筒的外表面粘貼扭矩傳感器，扭矩傳感器通過信號傳送器將信號傳輸至控制器，所述控制器控制電機輸出。本實用新型避免了目前普遍存在的力矩傳感系統(tǒng)在測量時發(fā)生的左右腳檢測不平衡的現(xiàn)象，不僅測量的徑向扭力準確地反應(yīng)了踩踏力，而且無論是左腳還是右腳踩踏，都經(jīng)由應(yīng)變套筒驅(qū)動鏈輪，從而保證了騎行的流暢感，增加騎行的舒適度。
【專利說明】一種電動車中軸力矩傳感系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電動自行車的助力傳感系統(tǒng)，特別是涉及一種電動自行車的中軸力矩傳感系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]電動自行車助力傳感器應(yīng)用于智能型電動助力自行車上，是智能型電動自行車核心部件之一。現(xiàn)在常用的電動自行車助力傳感器有下列幾種方案:(一)數(shù)電機脈沖或中軸脈沖的速度型假助力傳感器，利用檢測自行車的實際速度來相應(yīng)增加電機的輸出。(二)在中軸與牙盤間或電機與飛輪間裝上一套彈性元件，利用彈性元件受力變形后的轉(zhuǎn)差位移，推動相應(yīng)機械動作，與某靜態(tài)傳感器件間產(chǎn)生磁場、光量等物理量變化，并轉(zhuǎn)換為電量，檢測出騎車人的腳蹬力。(三)在中軸與牙盤間或電機與飛輪間裝上一套彈性元件，并在彈性元件兩端，分別裝上脈沖發(fā)生裝置，利用彈性元件受力變形后的轉(zhuǎn)差位移，使兩個脈沖串間產(chǎn)生相位差，經(jīng)鑒相電路轉(zhuǎn)換，檢測出騎車蹬力。(四)在轉(zhuǎn)動的中軸與鏈輪支架間設(shè)變形體，直接粘貼應(yīng)變片，并設(shè)置放大電路，與外界用滑環(huán)、電刷連接。(五)在轉(zhuǎn)動的中軸與鏈輪支架間設(shè)變形體，在其上粘貼特殊材料，使其在受力后產(chǎn)生磁導(dǎo)變化，引起與其配套、不跟其轉(zhuǎn)動的線圈組電感變化，通過檢測電感或藕合系數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電量。(六)在鏈條主回路上有意裝上一活動壓輪，檢測壓輪在鏈條張力下產(chǎn)生的位移，與某靜態(tài)傳感器件間產(chǎn)生磁場、光量等物理量變化，并轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)線性化換算檢測出騎車人的蹬力。上述六大類中，第一種簡單、便宜，但不反映真實，在重載、頂風(fēng)、上坡時，就不好用了。其它五種，優(yōu)點是:都能滿足使用要求，但各有各的難處，共同點是:體積大、價格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度不高、可靠性不夠、制造與裝配難。
[0003]申請?zhí)枮镃N200710006002.1，實用新型名稱為利用中軸支承件變形的電動車助力傳感器方案的實用新型，雖然提出了一種結(jié)構(gòu)簡單，比較實用的檢測腳踏力的方案，然而由于其原理是通過實際上是測量鏈條拉力引起應(yīng)變套筒變形，通過檢測粘貼在應(yīng)變套筒上的應(yīng)變片來得到等踏力的方式實現(xiàn)的，該結(jié)構(gòu)不可避免地會造成中軸前后輕微晃動，騎行感覺變壞，實際使用價值不高。
[0004]綜上所述，人們迫切需要一種將腳踏力直接傳導(dǎo)至應(yīng)變套筒的中軸力矩傳感系統(tǒng)。應(yīng)變套筒上的扭矩傳感器反應(yīng)的是真實的腳踏力，測量準確，可以避免力矩傳感系統(tǒng)在測量時發(fā)生的左右腳檢測不平衡的現(xiàn)象。
實用新型內(nèi)容
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的目的是提供一種電動自行車的中軸力矩傳感系統(tǒng)，應(yīng)變套筒一端連接鏈輪支架，另一端與中軸固定連接，腳踏力通過中軸直接傳遞給應(yīng)變套筒，再通過應(yīng)變套筒表面的扭矩傳感器，產(chǎn)生信號，傳遞給控制器，控制電機的輸出。這樣的設(shè)計不僅測量的徑向扭力準確地反應(yīng)了踩踏力，而且無論是左腳還是右腳踩踏，都經(jīng)由應(yīng)變套筒驅(qū)動鏈輪，從而保證了騎行的流暢感。
[0006]為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型所提供的技術(shù)方案是:一種電動自行車的中軸力矩傳感系統(tǒng)，包括中軸、應(yīng)變套筒、踩踏力輸出部、扭矩傳感器和五通，所述應(yīng)變套筒的一端通過軸承固定在五通上并與踩踏力輸出部相連接，另一端套裝在中軸上，與中軸固定連接，所述應(yīng)變套筒的內(nèi)表面貼合所述中軸的外表面，所述應(yīng)變套筒的外表面粘貼扭矩傳感器，扭矩傳感器將信號傳輸至控制器，所述控制器控制電機輸出。
[0007]進一步地，所述踩踏力輸出部通過兩級花鍵套接在所述應(yīng)變套筒和中軸上，第一花鍵與應(yīng)變套筒的一端固定連接，第二花鍵與中軸連接，其中第二花鍵的鍵齒和鍵槽通過扭矩行程間隙相配合；所述應(yīng)變套筒的另一端通過第三花鍵與中軸固定連接。
[0008]進一步地，扭矩傳感器通過導(dǎo)電滑環(huán)進行信號的傳輸，所述導(dǎo)電滑環(huán)包括轉(zhuǎn)子部和定子部，所述轉(zhuǎn)子部與所述應(yīng)變套筒或中軸固定安裝，定子與五通或車架的固定位置固定安裝。
[0009]進一步地，所述導(dǎo)電滑環(huán)上設(shè)有測速裝置。
[0010]進一步地，在所述轉(zhuǎn)子部安裝呈圓環(huán)狀間隔分布磁鋼的磁環(huán)，在對應(yīng)磁環(huán)的位置安裝霍爾傳感器。
[0011]進一步地，所述扭矩傳感器由電阻應(yīng)變片組成的半橋或全橋電路構(gòu)成。
[0012]進一步地，所述扭矩傳感器由扭矩敏感單元和控制單元組成。
[0013]進一步地，所述扭矩敏感元件安裝在套筒上產(chǎn)生扭矩信號，所述扭矩敏感元件將信號無線傳輸至控制單元。
[0014]進一步地，所述中軸力矩傳感系統(tǒng)應(yīng)用于中置電機驅(qū)動的電動自行車、前置電機驅(qū)動的電動自行車或后置電機驅(qū)動的電動自行車上。
[0015]進一步地，所述踩踏力輸出部為鏈輪支架結(jié)構(gòu)。
[0016]采用上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果有:
[0017]1.本實用新型的電動自行車的中軸力矩傳感系統(tǒng)，只要檢測到踩踏力就能相應(yīng)控制電機的助力輸出，達到電動自行車的助力效果，實現(xiàn)電動自行車的智能化。
[0018]2.采用本實用新型的設(shè)計，避免了目前普遍存在的力矩傳感系統(tǒng)在測量時發(fā)生的左右腳檢測不平衡的現(xiàn)象，不僅測量的徑向扭力準確地反應(yīng)了踩踏力，而且無論是左腳還是右腳踩踏，都經(jīng)由應(yīng)變套筒驅(qū)動鏈輪支架，從而保證了騎行的流暢感，增加騎行的舒適度。
[0019]3.通過優(yōu)選的測速裝置，可以通過檢查使用者當(dāng)前的踩踏力，利用控制器控制電機輸出，不僅節(jié)能環(huán)保，而且可以提供最佳的騎行的助力效果。
[0020]4.本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，減小對中軸的磨損，增加產(chǎn)品使用壽命。
[0021]5.由于應(yīng)變套筒套在中軸上，是滑動配合，兩者之間存在一定的配合間隙，因此即使發(fā)生非正常情況，如自行車停放時有人踩在腳踏板上玩，此時中軸會產(chǎn)生微量的杠桿變形，該變形通過配合間隙傳遞到應(yīng)變套筒上后大幅衰減，加上中軸剛性很強，本身變形量很小，此時應(yīng)變套筒檢測到的扭矩遠小于正常踩踏時的扭矩，因此電動車不會啟動輸出電機驅(qū)動力，發(fā)出錯誤動作，克服了目前中軸力矩傳感系統(tǒng)的常見缺陷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的中軸力矩傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本實用新型的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本實用新型的另一個實施例中測速裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本實用新型的另一個實施例的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為本實用新型的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]附圖標(biāo)記說明
[0028]1為中軸；2為軸承；3為導(dǎo)電滑環(huán)轉(zhuǎn)子部；4為導(dǎo)電滑環(huán)定子部；5為霍爾傳感器；6為磁環(huán)；7為扭矩傳感器；8為應(yīng)變套筒；9為軸承；10為鏈輪支架；11為齒盤；12為第一花鍵；13為第二花鍵；131為扭矩行程間隙；14為第三花鍵；15為放大電路板。

【具體實施方式】
[0029]實施例1
[0030]參考圖1-2，本實用新型提供一種電動自行車的中軸力矩傳感系統(tǒng)，其包含中軸1、應(yīng)變套筒8、鏈輪支架10、扭矩傳感器7和五通，應(yīng)變套筒8的一端通過軸承2固定在五通上并與踩踏力輸出部相連接，踩踏力輸出部可以采用鏈輪、鏈輪支架、雙棘輪等多種結(jié)構(gòu)，在此不作限定，在本實施例中以鏈輪支架10表示；應(yīng)變套筒8的另一端套裝在中軸1上，與中軸固定連接，應(yīng)變套筒的內(nèi)表面貼合中軸的外表面，套筒和中軸只會發(fā)生相對的微量旋轉(zhuǎn)，而不會上下左右晃動。當(dāng)腳踩腳踏板時，不管是左腳還是右腳，發(fā)生的踩踏力都通過中軸和套筒的連接處傳遞給應(yīng)變套筒8，套筒另一端將踩踏力通過鏈輪支架10傳送出去，控制車輪轉(zhuǎn)動。應(yīng)變套筒的外表面粘貼扭矩傳感器7，扭矩傳感器將信號傳送至信號傳輸裝置，信號傳輸裝置用于將信號傳輸至控制器，在本實施例中，信號傳輸裝置是連接控制器的導(dǎo)電滑環(huán)，扭矩傳感器連接導(dǎo)電滑環(huán)，在這個過程中套管受到旋轉(zhuǎn)扭力發(fā)生輕微扭轉(zhuǎn)變形，引起扭矩傳感器發(fā)生變形，產(chǎn)生腳踏力矩信號，扭矩傳感器將信號傳輸至控制器，用來控制電機輸出。
[0031]實施例2
[0032]參考圖2和4，踩踏力完全通過套筒傳遞，如碰到暴力踩踏，很可能會發(fā)生不可逆的變形，盡管材質(zhì)可以選擇剛性更強的，但同時也會導(dǎo)致正常使用中套筒變形不夠，傳感器采集的信號太低，導(dǎo)致檢測精度下降。因此本實用新型優(yōu)選地設(shè)計了踩踏力直接通道，當(dāng)踩踏力超過上限后，中軸通過第二花鍵13將踩踏力傳遞給鏈輪支架10，此時應(yīng)變套筒8不再繼續(xù)變形，從而達到延長套筒使用壽命的效果。鏈輪支架10通過兩級花鍵套接在應(yīng)變套筒8和中軸1上，其中第一花鍵12與應(yīng)變套筒8固定連接，第二花鍵13與中軸1雖然也是花鍵連接，但健齒和鍵槽呈扭矩行程間隙131配合。
[0033]當(dāng)腳不踩踏的時候，中軸不動，此時套筒沒有受到扭力變形，套筒和中軸也沒發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)，固定在套筒上的鏈輪支架也就沒有相對中軸轉(zhuǎn)動，所以此時的第二花鍵的健齒和鍵槽留有最多的扭矩行程間隙131，如圖4所示。
[0034]當(dāng)腳正常用力踩腳踏板時，中軸受力，扭力通過第三花鍵傳送到套筒一端，套筒再通過另一端的第一花鍵12把扭力傳送給鏈輪支架10，驅(qū)動自行車前行。套筒受到的扭力將發(fā)生微量變形，引起上面粘貼的扭矩傳感器7產(chǎn)生信號，最終傳遞給控制器用來控制電機的助力輸出。在這個過程中，由于是正常踩踏力，套筒相對中軸的扭轉(zhuǎn)變形在一定范圍內(nèi)，所以第二花鍵的鍵齒和鍵槽還在扭矩行程間隙內(nèi)運動，不發(fā)生傳動作用。這個過程是電動自行車的正常工作過程。
[0035]當(dāng)腳踏力繼續(xù)增加，上述正常工作過程中的第二花鍵的鍵齒和鍵槽轉(zhuǎn)動量超過了扭矩行程間隙，發(fā)生接觸，此時第二花鍵開始直接傳導(dǎo)腳踏力，把超過套筒設(shè)計變形量的扭力直接中斷，中軸通過第二花鍵把過量的腳踏力直接傳遞給鏈輪支架。
[0036]實施例3
[0037]參考圖2-3，優(yōu)選地，將扭矩傳感器的信號放大傳遞，用于控制器接收，本實用新型采用導(dǎo)電滑環(huán)裝置，如圖2所示，轉(zhuǎn)子部3可以跟應(yīng)變套筒或者中軸固定，定子部4可以跟五通或者其他相對車架固定的位置安裝固定。進一步優(yōu)選地，在導(dǎo)電滑環(huán)裝置上設(shè)有測速裝置，如圖3所示，在轉(zhuǎn)子部安裝呈圓環(huán)狀分布的磁環(huán)6，在對應(yīng)磁環(huán)的位置安裝霍爾傳感器5。霍爾傳感器為速度傳感器，所述速度傳感器檢測中軸或套筒的旋轉(zhuǎn)速度，即踩踏速度?；魻杺鞲衅骱团ぞ貍鞲衅鳈z測到踩踏速度或踩踏力，并將檢測信號傳輸至控制器，根據(jù)信號調(diào)節(jié)電機輸出。這樣的裝置應(yīng)用在本實用新型中，結(jié)合踩踏力和踩踏速度，能夠通過對控制器編程設(shè)計，達到最佳的助力騎行效果，例如在上坡過程中，踩踏速度慢，踩踏力大，相應(yīng)的電機助力輸出增加；在下坡或者平地時，踩踏速度快，但沒用上力，導(dǎo)致踩踏力小，此時相應(yīng)的電機助力輸出減小，從而獲得更好的騎行體驗。
[0038]實施例4
[0039]在本實用新型中，信號傳輸裝置根據(jù)扭矩傳感器信號的輸出方式的不同，可以采用接觸式傳導(dǎo)，如圖3中的導(dǎo)電滑環(huán)，或者非接觸式信號輸出，如松耦合變壓器或無線信號傳輸模塊，在此處不作限制。扭矩傳感器7采用應(yīng)變式扭矩測量裝置，扭矩傳感器7可以采用電阻應(yīng)變片傳感器，扭矩傳感器7可由電阻應(yīng)變片組成的半橋或全橋電路構(gòu)成。
[0040]非接觸式中軸扭矩測量利用無線電的方式收發(fā)扭矩檢測信號，扭矩傳感器7包括扭矩敏感單元和控制單元，安裝在套筒上的扭矩敏感單元產(chǎn)生扭矩信號，通過天線發(fā)射無線電波，將信號傳遞無線地傳遞至控制單元，并由控制單元解調(diào)扭矩信號，從而控制電機輸出。
[0041]本實用新型中的扭力傳感器輸出的信號也可以不經(jīng)過放大器，直接輸送給控制器。
[0042]實施例5
[0043]本實用新型的電動車中軸力矩傳感系統(tǒng)能應(yīng)用在所有中置電機驅(qū)動的電動自行車、前置電機驅(qū)動的電動自行車及后置電機驅(qū)動的電動自行車上，只要檢測到踩踏力就能相應(yīng)控制電機的助力輸出，達到電動自行車的助力效果。
[0044]在中置電機驅(qū)動的電動自行車應(yīng)用，如圖5所示，放大電路板15可以放置在中軸內(nèi)，再通過導(dǎo)電滑環(huán)把踩踏力信號傳遞出去，甚至控制器都能直接安裝在電機內(nèi)，極大的方便了電動自行車的設(shè)計安裝。中置電機驅(qū)動的電動自行車里面電機和減速機構(gòu)(行星齒輪系統(tǒng))及雙向離合器的連接關(guān)系在⑶201320448104、名稱為“中置電機驅(qū)動系統(tǒng)”或者⑶200820111767.1、名稱為“電動自行車雙棘輪離合傳動裝置”的專利中公開，在此不再贅述。
[0045]以上所述實施例僅表達了本實用新型的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電動自行車的中軸力矩傳感系統(tǒng),包括中軸、應(yīng)變套筒、踩踏力輸出部、扭矩傳感器和五通，其特征在于:所述應(yīng)變套筒的一端通過軸承固定在五通上并與踩踏力輸出部相連接，另一端套裝在中軸上，與中軸固定連接，所述應(yīng)變套筒的內(nèi)表面貼合所述中軸的外表面，所述應(yīng)變套筒的外表面粘貼扭矩傳感器，扭矩傳感器將信號傳輸至控制器，所述控制器控制電機輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中軸力矩傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述踩踏力輸出部通過兩級花鍵套接在所述應(yīng)變套筒和中軸上，第一花鍵與應(yīng)變套筒的一端固定連接，第二花鍵與中軸連接，其中第二花鍵的鍵齒和鍵槽通過扭矩行程間隙相配合；所述應(yīng)變套筒的另一端通過第三花鍵與中軸固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中軸力矩傳感系統(tǒng)，其特征在于，扭矩傳感器通過導(dǎo)電滑環(huán)進行信號的傳輸，所述導(dǎo)電滑環(huán)包括轉(zhuǎn)子部和定子部，所述轉(zhuǎn)子部與所述應(yīng)變套筒或中軸固定安裝，定子與五通或車架的固定位置固定安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中軸力矩傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)電滑環(huán)上設(shè)有測速>j-U ρ?α裝直。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中軸力矩傳感系統(tǒng)，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子部安裝呈圓環(huán)狀間隔分布磁鋼的磁環(huán)，在對應(yīng)磁環(huán)的位置安裝霍爾傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中軸力矩傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩傳感器由電阻應(yīng)變片組成的半橋或全橋電路構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中軸力矩傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩傳感器由扭矩敏感單元和控制單元組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的中軸力矩傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩敏感元件安裝在套筒上產(chǎn)生扭矩信號，所述扭矩敏感元件將信號無線傳輸至控制單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中軸力矩傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述中軸力矩傳感系統(tǒng)應(yīng)用于中置電機驅(qū)動的電動自行車、前置電機驅(qū)動的電動自行車或后置電機驅(qū)動的電動自行車上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中軸力矩傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述踩踏力輸出部為鏈輪支架結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】B62M6/50GK204110305SQ201420643751
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】高峰 申請人:太倉市榮馳電機有限公司