CN205186456U - 自行车用转、力矩传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自行车用转、力矩传感器，具有踏脚转轴、轮辐式弹性体传感器、链条牙盘、电信号发射电路，其特征在于：所述轮辐式弹性体传感器与自行车链条牙盘组合一体安装在踏脚转轴上，轮毂与踏脚转轴固定，轮辋固定链条牙盘；所述电信号发射电路为无线传输（非接触式）专用电路板，安装在与轮辐式弹性体传感器固定连接的电路防护罩内；激励电源为高容量小型锂电池，安装在外防护罩内。本实用新型能随时随地感知检测人在骑車行走时的踏脚踩踏用力大小程度，並将检测到的踩踏力转換成电信号通过无线传输（非接触式）方式将信号可靠地传送出来。

Description

自行车用转、力矩传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，尤其涉及一种能感知人踩踏自行车旋动牙盘所产生转（力）矩大小，并将其转换成电信号，采用无线传输（非接触式）输出的一种装置。

背景技术

自行车是人们日常生活代步的一种交通工具。现有技术还没有一种真正意义上的力矩（力学）检测装置能精确检测人骑自行车时脚踩踏用力的大小；如骑行中需要加速时或遇上坡路段需要增加蹬力时，还没有一种自动助力装置，会根据当时人踩踏用力的大小自动给予辅助性的（电动）助力。如曾出现过的机械弹簧式、霍尔速度传感器式等结构原理的助力装置实际应用后，效果都不理想，其最大的问题是弹簧作为力矩检测装置受力变形位移量不能真实、快速、有效反映脚蹬力的变化。特别是骤然的微小变化，转换成电信号时也不是稳定平滑的信号，导致骑行助力的舒适性不好。霍尔速度传感式实际上是通过对速度的采集，用汇编的软件去模拟意义上的助力，效果并不理想。尽管本发明人过去曾搞过自行车用转矩传感器的研发应用，但由于结构设计方面存在通用性差，特别是电信号传输采用接触电刷式集电器原理，对制造工艺技术要求高、成本高、使用时故障率高、寿命短、维护困难等因素影响了项目的推广应用。总言之，现有技术对人们骑自行车踩踏用力所产生的转（力）矩大小缺乏真实意义上的自动检测功能装置，特别是应用的实用性、技术的全面性和可靠性，从而制约了产品的创新和发展。

发明内容

本实用新型的主要目的是：开发一种适合安装在传统自行车上，不需要对原车进行改造，能随时随地感知检测人骑车行走时脚踩踏用力程度，并将检测到的用力大小信号以无线传输（非接触式）方式输出来的自行车用转、力矩传感器。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种自行车用转、力矩传感器，具有踏脚转轴、轮辐式弹性体传感器、链条牙盘、电信号发射电路，其特征在于：所述轮辐式弹性体传感器与自行车链条牙盘组合一体成为专用传感器安装在踏脚转轴上，轮毂与踏脚转轴固定，轮辋固定链条牙盘；所述电信号发射电路为无线传输（非接触式）专用电路板，安装在与轮辐式弹性体传感器固定连接的电路防护罩内；激励电源为高容量小型锂电池，安装在外防护罩内。

本实用新型的技术方案还可以进一步完善：

作为优选，轮辐式弹性体的轮辐条为2至8条，在辐条上粘贴有组成测量电路的应变计。

作为优选，电信号发射电路安装在电路防护罩内，电路防护罩与轮辐式弹性体传感器连接固定，随踏脚转轴同步旋转。

作为优选，电路防护罩盖上安装固定有磁钢，磁钢为颗粒类状，数量为4至15颗。

本实用新型的有益效果是：

安装在自行車上的转、力矩传感器，能随时随地感知检测人在骑車行走时的踏脚踩踏用力大小程度，並将检测到的踩踏力转換成电信号通过无线传输（非接触式）方式将信号可靠地传送出来。

采用本实用新型的技术与自行車轮榖式电机、电池和控制器等组成一种智能化的传统自行車电动助力装置。该装置可随着人骑車踩踏用力大小的程度自动跟踪检测並将其转換成电伩号去控制、驱动轮榖式电机助力输出大小，实现当人踩踏骑行在平坦路面用力小时，轮穀式电机助力輸出小；当遇上坡路或需加速骑行而踩踏用力大时，轮穀式电机助力输出增大，使人骑車上坡道如履平坦路省力轻松，这种科学地助力功能是在人与自行车互动，处于骑行的运动过程中互动而产生的智能化助力功能。

附图说明

附图1是本实用新型的一种结构原理主视图；

附图2是图1的侧视剖面图。

附图标记说明：1、外防护罩，2、锂电池，3、轮輻式弹性体，4、链条牙盘，5、电路防护罩，6、电路防护罩盖，7、磁钢，8、电信号发射电路，9、踏脚转轴，10、右轴承端盖，11、軸承，12、軸承定位套，13、左轴承端盖，14、应变计，15、轮辋，16、轮榖，17、轮輻条，18、牙盘固定螺絲，19、外防护罩固定螺絲。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如图所示的自行車用转、力矩传感器，自行車踏腳转轴9的一侧固定安装有一只轮輻式弹性体3，其轮穀16与踏脚转轴之间采用键销方式联接固定，使轮辐式弹性体随踏腳转轴同步转动。轮辐式弹性体的轮辋15上安装固定链条牙盘4，可带动链条传动。轮輻式弹性体的轮榖与轮辋之间通过四根轮辐条17连接，在輻条上粘贴有电阻应変计14，应变计之间组成测量电路。由于弹性体的轮榖与踏脚转軸固定随转轴转动的方向转动，而弹性体的轮辋则受牙盘上的链条往后拉力的拖阻，使弹性体上的轮榖、轮辋两者受力方向相反，引起了轮辐式弹性体中间的辐条17受扭力而发生变形。由辐条发生变形而带动粘贴在辐条上的应变计发生形变，导致应变计组成的测量电路内部参数发生变化，最终反映了作为转、力矩传感器输出信号幅值变化。轮辐式弹性体上的辐条受扭力变形量大小与转动中的力矩产生量值大小成正比，即与人踩踏用力大小成正比。同理，弹性体辐条上的应变计组成的测量电路输出电信号的幅值大小与辐条变形量大小成正比。因此，自行車用转、力矩传感器能够在人骑自行車行走的运动过程中真正实现将人骑行踩踏过程用腳蹬力的大小完整动态地感知检测出来。

将人骑自行車踩踏脚用力大小通过轮辐式弹性体结构原理检测并转換成电信号大小，这仅仅是自行車用转、力矩传感器功能的其中一部分，而另一重要功能是必须要把转换成的电信号高可靠性高质量地从运动旋转体中传送出来。这个转动体內部的电信号向外传送装置有接触式和非接触式二种方式，接触式电信号传输装置存在对结构加工制造的精度要求较髙，在有限的空间内装配、维护工作存在一定困难，特别是在自行車处于恶劣环境下使用，接触式传送装置的工作可靠性差等缺陷。非接触式电信号传输装置能有效地避免了上述接触式传输装置存在的缺陷，使用可靠性高，抗多种干扰強，平时使用免维护寿命长，是本实用新型经过实践认知后首选的理想方案。

这种普通型民用无线传输（非接触式）收发电路原材料在当今电力产品行业中有非常成熟的应用。夲实用新型选用的是体积超小型化、采用超大规模集成专用芯片电路制作而成。信号发射电路部分安装在自行车用转、力矩传感器弹性体相连接的电路防护罩5内，信号接收电路部分则安装在电机助力控制器中。信号发射电路的供电方式由安装在轮辐式弹性体外防护罩1内的锂电池2供给，外防护罩设有电池更换或充电窗口。

自行车用转、力矩传感器为适应不同用户、不同应用场合，还设有检测骑车行驶速度的功能。电路防护罩盖6的圆周上布置了颗粒状磁钢7，其与自行车上指定位置外挂的霍尔元件配合组成速度传感器，用来检测人踩踏自行车踏脚的转动速度频率，起到限制车速和调整电机助力的精确度，使骑车平稳、安全、舒适，使产品符合欧洲专业标准法规。

本实用新型的整体结构与目前传统的自行车上应用可实现对接，右轴承端盖10、轴承11、左轴承端盖13均采用目前传统自行车踏脚中轴五通标准件的应用，安装、维护等也均按照传统工艺操作进行。

本实用新型的应用可对传统脚踏自行车、电动自行车行业的产品更新换代，特别是产品创新发展将起到积极推动作用。有了此真正意义上的转、力矩传感器，它将给以人力驱动为主要能源的交通（运输）工具传统产品的创新发展提供可能。

Claims (4)

1.一种自行车用转、力矩传感器，具有踏脚转轴、轮辐式弹性体传感器、链条牙盘、电信号发射电路，其特征在于：所述轮辐式弹性体传感器与自行车链条牙盘组合一体成为专用传感器安装在踏脚转轴上，轮毂与踏脚转轴固定，轮辋固定链条牙盘；所述电信号发射电路为无线传输，安装在与轮辐式弹性体传感器固定连接的电路防护罩内。

2.根据权利要求1所述的自行车用转、力矩传感器，其特征在于：轮辐式弹性体的轮辐条为2至8条，在辐条上粘贴有组成测量电路的应变计。

3.根据权利要求1或2所述的自行车用转、力矩传感器，其特征在于：电信号发射电路安装在电路防护罩内，电路防护罩与轮辐式弹性体传感器连接固定，随踏脚转轴同步旋转。

4.根据权利要求1或2所述的自行车用转、力矩传感器，其特征在于：电路防护罩盖上安装固定有磁钢，磁钢为颗粒类状，数量为4至15颗。