CN203806093U - 一种电动自行车中轴力矩速度传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动自行车中轴力矩速度传感装置，包括装配于五通管内的中轴、固定在中轴两端的左曲柄和右曲柄、以及套设于中轴上的牙盘，所述中轴上套有一个当其受到周向扭转力时会产生周向形变的力矩套管，该力矩套管的一端与所述中轴固定，另一端与所述牙盘固定；所述力矩套管的外管壁上固定有一圈与该力矩套管紧贴布置的导磁合金薄片，所述导磁合金薄片上密布开设有若干孔洞，所述导磁合金薄片的外围布置有检测磁性变化的线圈，所述线圈经一信号处理器与电机控制器相连，所述五通管内还固定设置有与所述信号处理器相连的速度感应霍尔，所述中轴上固定有与所述速度感应霍尔对应的速度感应磁钢。本实用新型这种中轴力矩速度传感装置结构巧妙合理，且感应灵敏度和准确性高。

Description

一种电动自行车中轴力矩速度传感装置

技术领域

本实用新型涉及一种电动自行车的零部件，具体涉及一种电动自行车中轴力矩速度传感装置。 

背景技术

电动自行车由于其轻快省力及无污染等特点，正日益在我国推广运用。传统的电动自行车都用手把来调速，即用手把来控制电机的输出功率，而目前越来越多的电动自行车则主要采用力矩传感器将人骑行时脚的蹬力转换成相应的电压信号输出，经电机控制电路板放大处理后控制电机的运转功率，这样可以大大节省能源。 

目前用于电动自行车中的传感器多为霍尔转速传感器，这种传感器使用磁钢粘贴在电动自行车的中轴或飞轮等旋转部件表面，而在车架主轴等非转动部件上安装霍尔元件，当人踏脚蹬时，中轴或飞轮旋转产生对应于扭力矩的变化电位，并输出相应的电压信号，经放大处理后即可控制电机的输出功率。然而这类电动自行车传感器存在下述问题： 

1、不能检测静态和动态扭矩，测量精度差，在骑行中不能零启动，在平路和下坡骑行中会出现电动助力过大而使电池产生不必要的放电。 

2、由于磁钢并未安装在中轴有效的受力部位，其因扭力而产生的位移变化并不明显，往往在低转速时明显，而高转速时则不明显，故使得感应电位信号的输出不准确，传感器的工作稳定性和可靠性均大大下降。 

实用新型内容

本实用新型目的是：针对上述问题，提供一种感应灵敏度和准确性高的电动自行车中轴力矩速度传感装置。 

本实用新型的技术方案是：所述的电动自行车中轴力矩速度传感装置，包括装配于五通管内的中轴、固定在中轴两端的左曲柄和右曲柄、以及套设于中 轴上的牙盘，所述中轴上套有一个当其受到周向扭转力时会产生周向形变的力矩套管，该力矩套管的一端与所述中轴固定，另一端与所述牙盘固定；所述力矩套管的外管壁上固定有一圈与该力矩套管紧贴布置的导磁合金薄片，所述导磁合金薄片上密布开设有若干孔洞，所述导磁合金薄片的外围布置有检测磁性变化的线圈，所述线圈经一信号处理器与电机控制器相连，所述五通管内还固定设置有与所述信号处理器相连的速度感应霍尔，所述中轴上固定有与所述速度感应霍尔对应的速度感应磁钢。 

作为优选，所述信号处理器为布置在五通管内的信号处理线路板。 

作为优选，所述速度感应霍尔集成在所述信号处理线路板上。 

作为优选，所述孔洞在导磁合金薄片上形成有至少两条左右对称分布的环形的孔洞分布带，每一条环形的孔洞分布带中的孔洞均沿着所述导磁合金薄片的圆周方向均匀间隔分布。 

作为优选，所述环形的孔洞分布带共有两条。 

作为优选，所述孔洞为长条孔。 

作为优选，所述孔洞倾斜于所述导磁合金薄片的长度方向布置。 

作为优选，所述孔洞与导磁合金薄片的长度方向之间的夹角为45°。 

作为优选，所述五通管内设置有罩在所述线圈外的导磁套和导磁垫片。 

作为优选，所述五通管内布置有定位衬套，五通管两端通过压入左护腕和右护碗而将所述定位衬套轴向锁紧，所述信号处理线路板与所述定位衬套之间灌胶密封固定，所述线圈缠绕在所述定位衬套上。 

本实用新型的优点是： 

1、本实用新型中只需中轴受力扭转即可通过线圈获得力矩信号，故能够检测静态和动态扭矩，相比现有的霍尔力矩传感装置，工作性能更加稳定可靠，而且还可以确保电动自行车在骑行中零启动并保持行驶性能的稳定。 

2、本实用新型能够同时检测中轴的力矩信号和速度信号，综合根据力矩信 号和速度信号的大小来控制电机的输出功率，使电机的工作模式更加贴近实际需求。 

3、本实用新型这种力矩速度传感装置上设置有能够处理力矩信号和速度信号的信号处理器，将该信号处理器与中轴设置在一起，从而使得本传感装置在出厂前就可以对每个产品产进行调试，因为每个产品的感应参数都是不一样的、个性化的，所以在出厂前需要对每个传感装置都进行调试，确保出厂后的产品的一致性和通用性。如果不将信号处理器与中轴设置在一起，扭力装置和信号处理器就需要到整车厂进行分开安装，就会造成车辆之间的差别，通用性和一致性就比较差了。将信号处理器装在中轴上，使得本速度力矩传感装置可作为一整套产品出售，一致性和通用性比较好。 

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述： 

图1为本实用新型实施例这种电动自行车中轴力矩速度传感装置的整体结构示意图。 

图2为本实用新型实施例这种电动自行车中轴力矩速度传感装置的局部结构示意图之一。 

图3为本实用新型实施例这种电动自行车中轴力矩速度传感装置的局部结构示意图之二。 

图4为图1的A部放大图。 

图5为本实用新型实施例这种电动自行车中轴力矩速度传感装置的立体结构示意图； 

其中：1-左护腕，2-右护腕，4-中轴，5-力矩套管，6-信号处理线路板，7-导磁套，8-导磁垫片，9-引出线，10-定位衬套，11-钢丝卡簧，12-速度感应磁钢，13-座曲柄，14-右曲柄，15-螺栓，16-牙盘，17-孔洞，18-速度感应霍尔，19-线圈，20-导磁合金薄片。 

具体实施方式

图1～图4出示了本实用新型这种电动自行车中轴力矩速度传感装置的一个具体实施例，它主要由左护腕1、右护腕2、中轴4、力矩套管5、信号处理线路板6、导磁合金薄片、导磁垫片8、引出线9、定位衬套10、钢丝卡簧11、速度感应磁钢12、左曲柄13、右曲柄14、螺栓15、牙盘16、导磁合金薄片17、速度感应霍尔18、速度感应磁钢12这些部件构成。 

同常规技术一样，装配时，所述中轴4要穿设在五通管(图中未示出)内，中轴4的两端均通过螺栓15分别固定连接左曲柄13和右曲柄14，同时所述中轴4上套设牙盘16，该牙盘16位于五通管的右侧，五通管两端分别设置有左护腕1和右护腕2。本实施例中涉及的左曲柄和右曲柄在实际使用时同常规技术一样与电动自行车脚踏装配固定，并由人踩踏而带动旋转。 

本实用新型的关键改进在于：中轴4上套有一个当其受到周向扭转力时会产生周向形变的力矩套管5，该力矩套管5的一端与中轴4固定，另一端与牙盘16固定。所述力矩套管5的外管壁上固定有一圈与该力矩套管紧贴布置的导磁合金薄片20，导磁合金薄片20上密布开设有许多孔洞17。导磁合金薄片20的外围布置有能够检测磁性变化的线圈，而且该线圈经一信号处理器与电机控制器相连。五通管内还固定设置有与所述信号处理器相连的速度感应霍尔，中轴4上固定有与所述速度感应霍尔对应的速度感应磁钢。 

再参照图1所示，现将本实施例这种电动自行车中轴力矩速度传感装置的工作原理简单介绍如下： 

在电动自行车骑行过程中，人踩脚踏带动左右曲柄和中轴4旋转，中轴4则将扭力传递给力矩套管5，力矩套管5再将扭力传递给牙盘16，牙盘带动链条旋转。在此过程中，由于力矩套管5受到周向扭力，从而使其发生周向变形，这样一来，固定在力矩套管5上的导磁合金薄片20也就会随之发生周向变形，并且导磁合金薄片20上的孔洞17也发生形状和面积的改变，进而引起所述线 圈周围的磁场发生变化，使线圈产生电动势变化，从而向所述信号处理器输入力矩信号。与此同时，速度感应磁钢12随中轴4旋转而使其产生的磁场发生变化，利用速度感应霍尔18获得速度感应磁钢12的磁场变化速度信号，并将该速度信号传输给信号处理器。信号处理器对其接收到的力矩信号和速度信号进行综合处理，转换成相应的电信号之后经引出线9输出给电机控制器，电机控制电路板根据信号处理器传输过来的电信号强弱而输出相应的控制信号，驱动电动自行车的电机降低或者提高运转功率以起到很好的助力效果，节省能源。 

导磁合金薄片20上的孔洞17具有增强导磁合金薄片20的变形能力的作用，同时还具有避免导磁合金薄片20因频繁变形而产生的自身结构发生破坏的作用。 

本实施例中，所述信号处理器是一个布置在五通管内的信号处理线路板6，当然，其也可以采用位于五通管外部的其他结构形式。而且所述的速度感应霍尔18是直接集成在该信号处理线路板6上的。 

所述孔洞17可以采用圆孔、方孔、椭圆孔等各种孔型，本例中所述孔洞17为长条孔。而且所述孔洞17在导磁合金薄片20上形成有至少两条(本例为两条)左右对称分布的环形的孔洞分布带(即孔洞分布带的形状为圆环形，如图3)，每一条环形的孔洞分布带中的孔洞17均沿着所述导磁合金薄片20的圆周方向均匀间隔分布。 

本例中，所述孔洞17倾斜于导磁合金薄片20的长度方向(也即轴向方向)布置。本例中孔洞17(的长度方向)与导磁合金薄片20的长度方向之间的夹角为45°，因孔洞左右对称分布，故可以理解为：位于左侧的孔洞17与导磁合金薄片20的长度方向之间的夹角为+45°，而位于右侧的孔洞17与导磁合金薄片20的长度方向之间的夹角为-45°，如图3。 

本例在所述五通管内设置有罩在线圈外19的导磁套7和导磁垫片8，设置的导磁套7和导磁垫片8对线圈19起磁屏蔽作用，以提高线圈19的抗磁干扰 能力。 

本例中所述信号处理线路板6和线圈19的具体装配方式如下：五通管内布置有一个定位衬套10，五通管两端通过压入左护腕1和右护碗2而轴向锁紧定位衬套10，信号处理线路板6与定位衬套10之间灌胶密封固定，线圈19缠绕在定位衬套10上。 

当然，上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种电动自行车中轴力矩速度传感装置，包括装配于五通管内的中轴(4)、固定在中轴(4)两端的左曲柄(13)和右曲柄(14)、以及套设于中轴(4)上的牙盘(16)，其特征在于：所述中轴(4)上套有一个当其受到周向扭转力时会产生周向形变的力矩套管(5)，该力矩套管(5)的一端与所述中轴(4)固定，另一端与所述牙盘(16)固定；所述力矩套管(5)的外管壁上固定有一圈与该力矩套管紧贴布置的导磁合金薄片(20)，所述导磁合金薄片(20)上密布开设有若干孔洞(17)，导磁合金薄片(20)的外围布置有检测磁性变化的线圈(19)，所述线圈(19)经一信号处理器与电机控制器相连，所述五通管内还固定设置有与所述信号处理器相连的速度感应霍尔(18)，所述中轴(6)上固定有与所述速度感应霍尔(18)对应的速度感应磁钢(12)。

2.根据权利要求1所述的电动自行车中轴力矩速度传感装置，其特征在于：所述信号处理器为布置在五通管内的信号处理线路板(6)。

3.根据权利要求2所述的电动自行车中轴力矩速度传感装置，其特征在于：所述速度感应霍尔(18)集成在所述信号处理线路板(6)上。

4.根据权利要求1所述的电动自行车中轴力矩速度传感装置，其特征在于：所述孔洞(17)在导磁合金薄片(20)上形成有至少两条左右对称分布的环形的孔洞分布带，每一条环形的孔洞分布带中的孔洞(17)均沿着所述导磁合金薄片(20)的圆周方向均匀间隔分布。

5.根据权利要求4所述的电动自行车中轴力矩速度传感装置，其特征在于：所述环形的孔洞分布带共有两条。

6.根据权利要求4所述的电动自行车中轴力矩速度传感装置，其特征在于：所述孔洞(17)为长条孔。

7.根据权利要求6所述的电动自行车中轴力矩速度传感装置，其特征在于：所述孔洞(17)倾斜于所述导磁合金薄片(20)的长度方向布置。

8.根据权利要求7所述的电动自行车中轴力矩速度传感装置，其特征在于：所述孔洞(17)与导磁合金薄片(20)的长度方向之间的夹角为45°。

9.根据权利要求1所述的电动自行车中轴力矩速度传感装置，其特征在于：所述五通管内设置有罩在所述线圈(19)外的导磁套(7)和导磁垫片(8)。

10.根据权利要求2所述的电动自行车中轴力矩速度传感装置，其特征在于：所述五通管内布置有定位衬套(10)，五通管两端通过压入左护腕(1)和右护碗(2)而将所述定位衬套(10)轴向锁紧，所述信号处理线路板(6)与所述定位衬套(10)之间灌胶密封固定，所述线圈(19)缠绕在所述定位衬套(10)上。