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CN202372284U - 与电动自行车电机一体化的力矩传感器 - Google Patents

与电动自行车电机一体化的力矩传感器 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种与电动自行车电机一体化的力矩传感器，其特征在于：其包括连接内盘、连接外盘、位移内盘、位移外盘、测力弹簧以及安装有检测元件的检测圆盘，其中，连接内盘、连接外盘分别为电动车电机转子的一部分；连接内盘固定在位移内盘上，连接外盘固定在位移外盘上，并且连接内盘与电动自行车的链轮连接，连接外盘与电机转子的后腔连接，检测圆盘与电动自行车的电机定子连接；测力弹簧一端与位移内盘连接，测力弹簧的另一端与位移外盘连接，位移内盘和位移外盘相嵌安装于一起；位移内盘和位移外盘上分别设有感应器件。本力矩传感器，具有与电机外壳结合，运行可靠，安装简单，检测简单准确，性能稳定，防水防尘的特点。

Description

与电动自行车电机一体化的力矩传感器
技术领域
本实用新型涉及一种用于测试电动自行车骑行力的电动自行车力矩传感器的改进，籍此改进，电动自行车力矩传感器得以通过与电动自行车电动机共享某些部件，使得电动自行车的力矩传感器和电机合二为一，从而实现电动自行车力矩传感器安装简单、测力可靠的目的。
背景技术
目前，公知的电动自行车的力矩传感器和电动自行车的电机分别为两个独立的部件，且一般分为链盘测力传感器或者中轴测力传感器，根据力矩传感器在电动自行车上安装的位置不同通常分为自行车链盘式、链盘中轴式、后勾爪式，具有方式单一，装配复杂，测试不精确、价格较高、一致性和稳定性不好的缺点，如专利号为00230842的实用新型专利公开的“一种电动自行车链轮力矩传感器”，这种传感器固定在电动自行车中轴右端，骑行时产生脚蹬力矩并经光电转换产生电量，它的链轮内、外圈通过两侧的带槽的盖板固定，链轮外圈的卡槽内设置复位圆柱弹簧，内、外光栅分别固定在链轮内、外圈上，其侧部设有铰联配合的护罩，护罩内腔设有红外光电分组件，外设有弹性件和支承板。由于这种传感器结构复杂，对装配要求高，且密封性能差，容易进水及灰尘，导致测量精度下降。又如德国THUN电动自行车力矩传感器，其市场价格在80欧元左右，由于均不能与电动自行车电机一体化，导致力矩传感器安装困难，且无法稳定测量力矩、运行不可靠。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种安装简单、测量准确、性能稳定、防尘防水且与电机合为一体的电动自行车力矩传感器。
实现本实用新型的技术方案是：
一种与电动自行车电机一体化的力矩传感器，其特征在于：所述的力矩传感器包括连接内盘、连接外盘、位移内盘、位移外盘、测力弹簧以及安装有检测元件的检测圆盘，其中，所述的连接内盘、连接外盘分别为电动车电机转子的一部分，即将所述的电机转子分成三个部分，其中一个部分作为所述的力矩传感器的连接内盘，另一个部分作为所述的力矩传感器的连接外盘，第三部分为后腔；所述的连接内盘固定在位移内盘上，所述的连接外盘固定在位移外盘上，并且所述的连接内盘与电动自行车的链轮连接，所述的连接外盘与电机转子的后腔连接，所述的检测圆盘与电动自行车的电机定子连接；所述的测力弹簧一端与位移内盘连接，测力弹簧的另一端与位移外盘连接，位移内盘和位移外盘相嵌安装于一起；所述的位移内盘和位移外盘上分别设有感应器件。
所述的位移外盘表面圆周上等距离间隔地设置四个测力弹簧，每个测力弹簧的一端与其所在位置的位移外盘连接，而每个测力弹簧的另一端则与位移内盘上的等距离间隔点连接。
所述的检测圆盘上设有两个检测元件。
所述的连接内盘、连接外盘、位移内盘、位移外盘、检测圆盘、电机定子以及电机转子均固定在电动自行车的电机固定轴上。
所述的连接内盘与连接外盘相连，连接处设置有防水密封单元。
所述的检测元件为霍尔位置检测元件、电感位置检测元件或者光栅检测元件中的任一种。
当所述的检测元件是霍尔位置检测元件时，所述的检测圆盘上设置的感应器件是磁钢。
当所述的检测元件是电感位置检测元件时，所述的检测圆盘上设置的感应器件是电感感应器件。
当所述的检测元件是光栅检测元件时，所述的检测圆盘上的感应器件是光栅。
本实用新型提供的力矩传感器，由连接内盘、连接外盘、位移外盘、位移内盘、测力弹簧、检测圆盘以及检测元件构成，其装配在电动车电机的固定轴上，该固定轴安装于电动车的后置电机中。本实用新型力矩传感器的创新构思在于：力矩传感器的测力部件(即连接内盘、连接外盘)通过电机转子实现，即将电机转子分成三部分，其中两个部分分别作为传感器的连接内盘和连接外盘，而电机定子则位于转子的第三部分即后腔中。将连接内盘、连接外盘分别固定在位移内盘和位移外盘上，位移内盘和位移外盘上分别安装感应器件，连接内盘与电动自行车的链轮相连，骑行者脚踩电动车脚踏之后带动链盘转动，链盘带动链条带动链轮，链轮又带动电机转动，即带动与链轮相连的连接内盘转动，连接内盘运转的同时带动固定于连接内盘上的位移内盘运转，位移内盘推动测力弹簧，测力弹簧又带动与之连接的位移外盘运转，位移外盘再带动固定在其上的连接外盘转动，而连接外盘与电机转子的第三部分即后腔连接，该后腔和连接内盘、连接外盘组成一个腔体，通过轴承固定于电机固定轴上，通过安装于电机转子上的辐条使电动车的后轮转动，脚踩时位移内盘和位移外盘之间的测力弹簧会根据链轮的力的大小产生相对位移，该相对位移的大小同测力大小成正比，检测圆盘固定在电机的定子上，当安装于位移内盘上的感应器件和位移外盘上的感应器件通过各自对应的检测元件时，会使检测元件的输出电平发生变化，从低电平到高电平变化，感应器件离开检测元件时，又恢复成低电平，如果位移内盘和位移外盘之间产生相对位移时，检测元件输出的电平的时间间隔会相应产生变化，测出该时间间隔的变化，从而能测试出力的大小，即通过测试位移内盘和位移外盘的相对位移检测力矩的大小，然后对应地输出电压或者电流信号。
本实用新型力矩传感器装配于电动车电机固定轴上，力矩传感器的连接内盘和连接外盘分别借助于电机转子，力矩传感器嵌入电机之中，使得电动自行车的力矩传感器和电机合二为一，使得电动自行车电机除了正常的电机功能外，还具有测量力矩功能，既简化了电动车结构部件，又运行可靠、安装简单、测力可靠。本实用新型也可以作为一个独立的部件，而仅借助电机转子作成连接内盘和连接外盘，这时只需把电机线圈(电机定子)取下，并在电机固定轴装上检测圆盘以及检测元件即可作为独立的力矩传感器，简化了零部件设计。
本实用新型提供的力矩传感器，具有与电机外壳结合，运行可靠，安装简单，检测简单准确，性能稳定，防水防尘的特点。
附图说明
图1是本实用新型实施例结构分解示意图；
图2是本实用新型实施例位移内盘结构正视图；
图3是图2A-A向剖视图；
图4是是本实用新型实施例位移外盘结构正视图；
图5是图4A-A向剖视图；
图6是本实用新型实施例位移内盘、位移外盘装配结构图
图7是本实用新型实施例位移内盘、位移外盘、测力弹簧装配结构图；
图8是本实用新型实施例成品正视图；
图9是本实用新型实施例成品后视图；
图10是图8A-A向剖视图；
图11是本实用新型实施例连接内盘、连接外盘、O型密封圈装配结构图；
图12是图11A-A向剖视图；
图13是本实用新型实施例工作原理示意图；
图14是本实用新型实施例连接内盘、连接外盘、位移内盘、位移外盘、测力弹簧装配结构正视图；
图15是本实用新型实施例连接内盘、连接外盘、位移内盘、位移外盘、测力弹簧装配结构后视图；
图16是图14A-A向剖视图。
附图标记说明
1-连接内盘 2-连接外盘 21-连接内盘安装座 3-位移内盘31-固定凸台 34-磁钢安装孔 4-位移外盘 41-弹簧安装腔 44-磁钢安装孔 5-测力弹簧 6-检测圆盘 71、72-检测元件 8-电机定子9-后腔 10-电机转子 11-电机固定轴 12、13-O型防水密封圈
具体实施方式
下面结合附图说明本实用新型的实施例，以使本实用新型所属技术领域的技术人员能够容易实施本发明。
请参见图1所示，本实施例力矩传感器包括连接内盘1、连接外盘2、位移内盘3、位移外盘4、测力弹簧5以及安装有检测元件7的检测圆盘6，其中连接内盘1、连接外盘2、位移内盘3、位移外盘4、检测圆盘6、电机定子8以及电机转子10均固定在电动自行车的电机固定轴11上。检测圆盘6上固定有两个检测元件71、71。检测元件71、72为霍尔位置检测元件、电感位置检测元件或者光栅检测元件中的任一种。其中连接内盘1、连接外盘2分别为电动车电机转子10的一部分，即将电机转子10分成三个部分，其中一个部分作为力矩传感器的连接内盘1，另一个部分作为力矩传感器的连接外盘2，第三部分为后腔9。连接内盘1固定在位移内盘3上，连接外盘2固定在位移外盘4上，并且连接内盘1与电动自行车的链轮连接，连接外盘2固定在电机转子10的第三部分即后腔9上，检测圆盘6与电动自行车的电机定子8连接。
位移内盘3和位移外盘4的结构分别如图2、图3以及图4、图5所示，本实施例中检测元件71、72采用霍尔位置检测元件，因此，相应的安装在位移内盘3和位移外盘4上的感应器件为磁钢。这时，位移内盘3上相应地设置有安装检测磁钢的磁钢安装孔34，安装在位移内盘3上的磁钢和检测圆盘6上的一个检测元件71对应，位移外盘4上相应地设置安装检测磁钢的磁钢安装孔44，安装在位移外盘4上的磁钢和检测圆盘6上的另一个检测元件72对应。位移内盘3和位移外盘4嵌装在一起，并在相对位置安装测力弹簧5。本实施例传感器中设置了四个测力弹簧5，为安装测力弹簧5，位移外盘4表面圆周上等距离间隔地设置四个弹簧安装腔41，每个弹簧安装腔41内放置一个测力弹簧5，位移内盘3上相应地设置四个固定凸台31，位移内盘3和位移外盘4如图6所示嵌装在一起，测力弹簧5被固定在弹簧安装腔41内，如图7所示。每个测力弹簧5的一端与其所在位置的位移外盘4连接，而每个测力弹簧5的另一端则与位移内盘3上的等距离间隔点连接。图8、图9、图10所示是本实施例组装完成后结构示意。
连接内盘1上设置有作为防水密封单元的两个O型防水密封圈12和13，当连接内盘1安装在连接外盘2上的连接内盘安装座21内时，O型防水密封圈12、13能有效保证连接内盘1和连接外盘2之间的防水密封效果，如图11、12。
图13同时示出了本实施例力矩传感器测力的工作原理：位移内盘3上磁钢安装孔34内安装有磁钢，位移内盘3转动会通过测力弹簧5推动位移外盘4转动，位移外盘4固定于连接外盘2上，连接外盘2则固定于电机转子10的后腔9上，后腔9转动带动电动车后轮转动。转动时，位移内盘3和位移外盘4会根据链轮上的力的大小产生相对位移，该位移量的大小同测力大小成正比。根据霍尔元件检测原理，当安装于位移内盘3和位移外盘4上的磁钢通过检测元件71、72时，会使检测元件71、72的输出电平发生变化，从低电平到高电平变化，磁钢离开检测元件71、72时，又恢复成低电平，如果位移内盘3和位移外盘4发生位移时，检测元件71、72上相对应的输出的电平的时间间隔会相应产生变化，从而能测试出力的大小。图14、图15、图16是传感器连接内盘1、连接外盘2和位移内盘3、位移外盘4、测力弹簧5的装配结构示意图。
本实用新型传感器也可以仅借助电机外壳作成连接内盘1和连接外盘2，这时只需把电机线圈即电机转子10取下，装上位移内盘3、位移外盘4、测力弹簧5以及检测元件71、72即可作为独立的力矩传感器，这种实施方式中，传感器和电机仍然分别为独立的部件，但是可以符合不同的应用场合、简化零部件的设计，节约成本，提高公司内部管理效率。
本实用新型力矩传感器中检测元件71、72也可以采用电感位置检测元件或者光栅检测元件，当采用电感位置检测元件时，检测圆盘6上的感应器件相应地应为电感感应器件；当采用光栅检测元件时，检测圆盘6上的感应器件相应地应为光栅。这两种情况下，检测圆盘6上为安装相应的感应器件，必须对检测圆盘6作相应的安装结构调整，这种安装结构调整为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

Claims (9)

1.一种与电动自行车电机一体化的力矩传感器，其特征在于：所述的力矩传感器包括连接内盘(1)、连接外盘(2)、位移内盘(3)、位移外盘(4)、测力弹簧(5)以及安装有检测元件的检测圆盘(6)，其中，所述的连接内盘(1)、连接外盘(2)分别为电动车电机转子(10)的一部分，即将所述的电机转子(10)分成三个部分，其中一个部分作为所述的力矩传感器的连接内盘(1)，另一个部分作为所述的力矩传感器的连接外盘(2)，第三部分为后腔(9)；所述的连接内盘(1)固定在位移内盘(3)上，所述的连接外盘(2)固定在位移外盘(4)上，并且所述的连接内盘(1)与电动自行车的链轮连接，所述的连接外盘(2)与电机转子(10)的后腔(9)连接，所述的检测圆盘(6)与电动自行车的电机定子(8)连接；所述的测力弹簧(5)一端与位移内盘(3)连接，测力弹簧(5)的另一端与位移外盘(4)连接，位移内盘(3)和位移外盘(4)相嵌安装于一起；所述的位移内盘(3)和位移外盘(4)上分别设有感应器件。
2.根据权利要求1所述的与电动自行车电机一体化的力矩传感器，其特征在于：所述的位移外盘(4)表面圆周上等距离间隔地设置四个测力弹簧(5)，每个测力弹簧(5)的一端与其所在位置的位移外盘(4)连接，而每个测力弹簧(5)的另一端则与位移内盘(3)上的等距离间隔点连接。
3.根据权利要求1所述的与电动自行车电机一体化的力矩传感器，其特征在于：所述的检测圆盘(6)上设有两个检测元件(71、72)。
4.根据权利要求1所述的与电动自行车电机一体化的力矩传感器，其特征在于：所述的连接内盘(1)、连接外盘(2)、位移内盘(3)、位移外盘(4)、检测圆盘(6)、电机定子(8)以及电机转子(10)均固定在电动自行车的电机固定轴(11)上。
5.根据权利要求1所述的与电动自行车电机一体化的力矩传感器，其特征在于：所述的连接内盘(1)与连接外盘(2)相连，连接处设置有防水密封单元。
6.根据权利要求1所述的与电动自行车电机一体化的力矩传感器，其特征在于：所述的检测元件为霍尔位置检测元件、电感位置检测元件或者光栅检测元件中的任一种。
7.根据权利要求6所述的与电动自行车电机一体化的力矩传感器，其特征在于：当所述的检测元件是霍尔位置检测元件时，所述的检测圆盘(6)上设置的感应器件是磁钢。
8.根据权利要求6所述的与电动自行车电机一体化的力矩传感器，其特征在于：当所述的检测元件是电感位置检测元件时，所述的检测圆盘(6)上设置的感应器件是电感感应器件。
9.根据权利要求6所述的与电动自行车电机一体化的力矩传感器，其特征在于：当所述的检测元件是光栅检测元件时，所述的检测圆盘(6)上的感应器件是光栅。
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