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CN111703535A - 一种具有形变式扭力传感结构的变速系统及助力自行车 - Google Patents

一种具有形变式扭力传感结构的变速系统及助力自行车 Download PDF

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CN111703535A
CN111703535A CN202010711971.2A CN202010711971A CN111703535A CN 111703535 A CN111703535 A CN 111703535A CN 202010711971 A CN202010711971 A CN 202010711971A CN 111703535 A CN111703535 A CN 111703535A
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CN
China
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gear
bracket
speed change
casing
deformation
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CN202010711971.2A
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Inventor
王培郁
柯韦圣
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Zhuhai Junxing Electromechanical Co ltd
Original Assignee
Zhuhai Junxing Electromechanical Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种具有形变式扭力传感结构的变速系统及助力自行车，该变速系统包括脚踏通轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、变形支架、电机、控制器和壳体；第一齿轮和第三齿轮设于壳体内并套设在脚踏通轴上；第二齿轮与第一齿轮和第三齿轮啮合连接，且第二齿轮的一端可转动地安装在壳体上，另一端通过变形支架安装在壳体上，通过应变片直接将检测到变形支架的应变值信号直接传输到控制器，无需经过任何电子元器件，既可大幅降低失效的风险，又可简化结构，性能稳定、可靠，且可自动化实时控制电机提供辅助动力，无需人工手动操作，让骑行变得更加轻松、更加舒适，也提高了骑行乐趣，该变速系统结构简单、实施容易，有利于普及推广使用。

Description

一种具有形变式扭力传感结构的变速系统及助力自行车
技术领域
本发明属于助力自行车技术领域，特别涉及一种具有形变式扭力传感结构的变速系统及助力自行车。
背景技术
助力自行车，具有省力、负载大、车速快等优势，很快就已成为了人们途短出行和运输的主要工具。但是，申请人发现：目前市场上现有的助力自行车都是在脚踏通轴上设置扭套，并通过检测扭套的扭转变形来对助力车上的中置电机进行控制，但扭套的扭转变形检测精度较低，严重影响对中置电机的控制，而且为此助车上必须同时设置两个PCB板，第一PCB 板固定在扭套上，随着扭套旋转，接收扭矩的讯号，第二PCB板固定在中置电机的壳体上并使用电线连接至控制器，同时两个PCB板采用必须平行放置，并采用无线传输的方式连接通信，第二PCB板对第一PCB板进行电源和讯号的传输，在助力自行车骑行时将检测到的扭套扭转变形(感受到力矩的信号)经第一PCB板发送给第二PCB板，以对中置电机控制进行控制，但这种结构对壳体的装配精度要求较高，且因电子组件多，生产加工难度高，同时检测到的扭套扭转变形信号经过经第一PCB板和第二 PCB板才传输到中置电机的控制器，并且第一PCB板和第二PCB板之间采用无线传输，这样容易导致信号失效，进而导致产品的可靠度低。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种通过应变片直接将检测到变形支架的应变值信号直接传输到控制器，无需经过任何电子元器件，既可大幅降低失效的风险，又可简化结构，性能稳定、可靠，且可自动化实时控制电机提供辅助动力，结构简单、实施容易的具有形变式扭力传感结构的变速系统，以及应用了该具有形变式扭力传感结构的变速系统的助力自行车。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种具有形变式扭力传感结构的变速系统，包括脚踏通轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、变形支架、电机、控制器和壳体；其中，所述脚踏通轴可转动地穿设在壳体的内部，而且两端伸出壳体外；所述第一齿轮和第三齿轮设于壳体内并套设在脚踏通轴上；所述第二齿轮设于壳体内并与第一齿轮和第三齿轮啮合连接，而且第二齿轮的一端可转动地安装在壳体上，另一端通过变形支架安装在壳体上，所述变形支架在输出齿盘经第三齿轮向第一齿轮和第二齿轮传递反力时发生变形；所述变形支架的变形处设置有应变片，所述应变片的信号输出端与设置在壳体内的控制器信号连接，并在变形支架产生形变时将应变值传输至控制器；所述控制器与设置在壳体内的电机信号连接，并在接收到应变片的变形信号时控制电机提供辅助动力。
进一步地，所述第二齿轮安装在变形支架上的一端端面设有磁铁)，所述壳体的内部设有霍尔元件，所述霍尔元件对着磁铁，共同构成速度传感器。
进一步地，所述变形支架包括支架主体，所述支架主体的周侧具有两个以上受力可变形的连接臂，两个以上所述连接臂固定在壳体上，所述支架主体的另一端可转动地安装在支架主体上，所述应变片设置在其中一个连接臂上。
进一步地，所述支架主体的内侧具有安装凹位，所述第二齿轮的一端可转动地安装在安装凹位内。
进一步地，所述第二齿轮的两端分别通过第一轴承和第二轴承可转动地安装在壳体和支架主体上，而且所述第二轴承设置在安装凹位内。
进一步地，所述安装凹位的底部设有贯穿支架主体的通孔，所述通孔对着磁铁。
进一步地，所述安装凹位、通孔与磁铁和第二齿轮同轴芯。
进一步地，所述支架主体和连接臂采用弹性恢复材料做成，为一体化结构。
进一步地，所述脚踏通轴的一端穿过壳体处设有第三轴承，另一端穿过电机的输出部后伸出壳体外，而且所述输出部通过第四轴承可转动地壳体内。
一种助力自行车，包括有车体，所述车体上具有权利要求1至9中任一所述具有形变式扭力传感结构的变速系统，所述车体上设有的电池组与具有形变式扭力传感结构的变速系统的控制器和电机导通连接，供给驱动电能；所述变速系统的输出齿盘与车体上的后车轮驱动连接。
本发明主要具有以下有益效果：
本发明通过将应变片直接贴在变形支架的易变形处，并将信号直接传输到控制器，中间无需在经过任何电子元器件，既可大幅降低失效的风险，又可简化结构，使变速系统的性能稳定、可靠，而且通过检测变形支架来自动化实时控制电机提供辅助动力，无需人工手动操作，让骑行变得更加轻松、更加舒适，也提高了骑行乐趣，并且该变速系统结构简单、实施容易，有利于普及推广使用。
附图说明
图1是本发明所述一种具有形变式扭力传感结构的变速系统实施例的结构示意图；
图2是本发明所述一种具有形变式扭力传感结构的变速系统实施例的另一结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2中所示：
本发明实施例所述一种具有形变式扭力传感结构的变速系统，包括脚踏通轴1、第一齿轮2、第二齿轮3、第三齿轮4、变形支架5、电机(图中未表示出来)、控制器(图中未表示出来)和壳体6。所述脚踏通轴1可转动地穿设在壳体6的内部，而且两端伸出壳体6外；所述第一齿轮2和第三齿轮4设于壳体6内并套设在脚踏通轴1上；所述第二齿轮3设于壳体6内并与第一齿轮2和第三齿轮3啮合连接，而且第二齿轮3的一端可转动地安装在壳体6上，另一端通过变形支架5安装在壳体6上，所述变形支架5的变形处设置有应变片7，所述应变片7的信号输出端与设置在壳体6内的控制器信号连接(应变片7的信号输出端最好采用电缆直接与控制器连接。)，所述控制器与设置在壳体6内的电机信号连接。
其中，所述脚踏通轴1的一端穿过壳体6处设有第三轴承11，另一端穿过电机的输出部8后伸出壳体6外，而且所述输出部8与脚踏通轴1之间设有旋转油封12，所述输出部8通过第四轴承13可转动地壳体6内；所述变形支架5包括支架主体51，所述支架主体51的周侧具有两个受力可变形的连接臂52(也可以具有两个以上连接臂52)，两个连接臂52固定在壳体6上(比如：可以通过螺栓55等紧固件固定在壳体6上)，而且所述支架主体51和连接臂52采用弹性恢复材料(如：铝合金)做成，为一体化结构；所述支架主体51的另一端可转动地安装在支架主体51上，所述应变片7设置在其中一个连接臂52上；所述支架主体51的内侧具有安装凹位53，所述第二齿轮3的一端可转动地安装在安装凹位53内，具体地，所述第二齿轮3的两端分别通过第一轴承31和第二轴承32可转动地安装在壳体6和支架主体51上，而且所述第二轴承32设置在安装凹位53 内。
本发明所述具有形变式扭力传感结构的变速系统工作时，当变形支架5在输出齿盘经第三齿轮4向第一齿轮2和第二齿轮3传递反力时发生变形，然后应变片7的信号输出端与设置在壳体6内的控制器信号连接，并在变形支架5产生形变时将应变值传输至控制器，接着控制器在接收到应变片7的变形信号后控制电机提供辅助动力。
这样，本发明所述一种具有形变式扭力传感结构的变速系统通过将应变片直接贴在变形支架5的易变形处，并将信号直接传输到控制器，中间无需在经过任何电子元器件，既可大幅降低失效的风险，又可简化结构，使变速系统的性能稳定、可靠，而且通过检测变形支架5来自动化实时控制电机提供辅助动力，无需人工手动操作，让骑行变得更加轻松、更加舒适，也提高了骑行乐趣，该变速系统结构简单、实施容易，有利于普及推广使用。
如图2，所述第二齿轮3安装在变形支架5上的一端端面设有磁铁9，具体地，所述安装凹位53的底部设有贯穿支架主体51的通孔54，所述通孔54对着磁铁9，而且所述安装凹位53、通孔54与磁铁9和第二齿轮3 同轴芯；所述壳体6的内部设有霍尔元件10，所述霍尔元件10对着磁铁9，共同构成速度传感器。当骑行者脚踏时，脚踏通轴1转动，带动第一齿轮 2转动，进而驱使第二齿轮3转动，此时固定在壳体6的霍尔元件10实时将检测到的脚踏通轴1转速，得到踏速(RPM)的信号，并传送至控制器，从而控制电机的转速，确保变速更稳定、更可靠。
本发明所述的具有形变式扭力传感结构的变速系统可应用于助力自行车上，具体结构可以为：该助力自行车包括有车体，所述车体上具有权利要求1至9中任一所述具有形变式扭力传感结构的变速系统，所述车体上设有的电池组与具有形变式扭力传感结构的变速系统的控制器和电机导通连接，供给驱动电能；所述变速系统的输出齿盘与车体上的后车轮驱动连接。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有形变式扭力传感结构的变速系统，其特征在于：包括脚踏通轴(1)、第一齿轮(2)、第二齿轮(3)、第三齿轮(4)、变形支架(5)、电机、控制器和壳体(6)；其中，所述脚踏通轴(1)可转动地穿设在壳体(6)的内部，而且两端伸出壳体(6)外；所述第一齿轮(2)和第三齿轮(4)设于壳体(6)内并套设在脚踏通轴(1)上；所述第二齿轮(3)设于壳体(6)内并与第一齿轮(2)和第三齿轮(3)啮合连接，而且第二齿轮(3)的一端可转动地安装在壳体(6)上，另一端通过变形支架(5)安装在壳体(6)上，所述变形支架(5)在输出齿盘经第三齿轮(4)向第一齿轮(2)和第二齿轮(3)传递反力时发生变形；所述变形支架(5)的变形处设置有应变片(7)，所述应变片(7)的信号输出端与设置在壳体(6)内的控制器信号连接，并在变形支架(5)产生形变时将应变值传输至控制器；所述控制器与设置在壳体(6)内的电机信号连接，并在接收到应变片(7)的变形信号时控制电机提供辅助动力。
2.根据权利要求1所述具有形变式扭力传感结构的变速系统，其特征在于：所述第二齿轮(3)安装在变形支架(5)上的一端端面设有磁铁(9)，所述壳体(6)的内部设有霍尔元件(10)，所述霍尔元件(10)对着磁铁(9)，共同构成速度传感器。
3.根据权利要求2所述具有形变式扭力传感结构的变速系统，其特征在于：所述变形支架(5)包括支架主体(51)，所述支架主体(51)的周侧具有两个以上受力可变形的连接臂(52)，两个以上所述连接臂(52)固定在壳体(6)上，所述支架主体(51)的另一端可转动地安装在支架主体(51)上，所述应变片(7)设置在其中一个连接臂(52)上。
4.根据权利要求3所述具有形变式扭力传感结构的变速系统，其特征在于：所述支架主体(51)的内侧具有安装凹位(53)，所述第二齿轮(3)的一端可转动地安装在安装凹位(53)内。
5.根据权利要求4所述具有形变式扭力传感结构的变速系统，其特征在于：所述第二齿轮(3)的两端分别通过第一轴承(31)和第二轴承(32)可转动地安装在壳体(6)和支架主体(51)上，而且所述第二轴承(32)设置在安装凹位(53)内。
6.根据权利要求4所述具有形变式扭力传感结构的变速系统，其特征在于：所述安装凹位(53)的底部设有贯穿支架主体(51)的通孔(54)，所述通孔(54)对着磁铁(9)。
7.根据权利要求6所述具有形变式扭力传感结构的变速系统，其特征在于：所述安装凹位(53)、通孔(54)与磁铁(9)和第二齿轮(3)同轴芯。
8.根据权利要求1-7中任一所述具有形变式扭力传感结构的变速系统，其特征在于：所述支架主体(51)和连接臂(52)采用弹性恢复材料做成，为一体化结构。
9.根据权利要求1-7中任一所述具有形变式扭力传感结构的变速系统，其特征在于：所述脚踏通轴(1)的一端穿过壳体(6)处设有第三轴承(11)，另一端穿过电机的输出部(8)后伸出壳体(6)外，而且所述输出部(8)通过第四轴承(13)可转动地壳体(6)内。
10.一种助力自行车，其特征在于：包括有车体，所述车体上具有权利要求1至9中任一所述具有形变式扭力传感结构的变速系统，所述车体上设有的电池组与具有形变式扭力传感结构的变速系统的控制器和电机导通连接，供给驱动电能；所述变速系统的输出齿盘与车体上的后车轮驱动连接。
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