[发明专利]一种电动自行车中轴力矩传感装置

说明书

技术领域

本发明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。

发明内容

本发明目的是：提供一种感应灵敏度和准确性高电动自行车中轴力矩传感装置。

本发明的技术方案是：一种电动自行车中轴力矩传感装置，包括通过轴承装配于五通管内的中轴、固定在中轴上的曲柄、以及套设于中轴上的牙盘，其还包括一个连接中轴和牙盘的弹性扭转构件，该弹性扭转构件上固定有当弹性扭转构件扭转时能够产生周向相对位移的左力矩传感磁钢和右力矩传感磁钢，所述弹性扭转构件的外面还套有一个包在所述左力矩传感磁钢和右力矩传感磁钢外的磁感应线圈，该磁感应线圈经一安装于中轴和五通管内壁间的线路板与电机控制电路板电连接，所述电机控制电路板与电动自行车的电机电连接。

所述线路板上集成有速度感应霍尔，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。

在所述中轴上制有位于所述右力矩传感磁钢底部的孔洞。

所述弹性扭转构件由位于左部的环套和位于右部的拨盘构成，其中，环套套在中轴外且其左端通过固定销）与中轴相固定，拨盘也套在中轴外且通过一轴用卡簧轴向抵压在所述套环的右部，同时在套环和拨盘相抵压的部位，套环和拨盘上设有相互配合的、以使二者在周向相对固定的卡齿。

所述环套的环套壁上沿圆周方向设置有多条间隔分布的、位于所述左力矩传感磁钢和右力矩传感磁钢之间的轴向长缝。

所述拨盘与中轴之间设有限位键。

所述磁感应线圈由套在环套外的筒状的线圈支架、缠绕在线圈支架上的线圈、以及包在线圈外的左导磁环和右导磁环构成。

本发明的优点是：

1．本发明借助安装于中轴和牙盘间的弹性扭转构件的受力，而产生左右力矩传感磁钢的扭矩位移，相比现有的霍尔力矩传感装置，力矩传递到位，不会存在低转速时力矩感应信号微弱的缺陷，而是始终能确保感应信号的高灵敏度和高精度。

2．本发明中只需中轴受力扭转即可通过磁感应线圈获得力矩信号，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。

3、在电动自行车启动和骑行过程中，人踩脚踏带动曲柄和中轴旋转，中轴则将扭力传递给套环，套环再将扭力传递给拨盘，在此过程中，由于套环受到周向扭力，从而使其发生周向变形，这样一来，套环上固定的左力矩传感磁钢和右力矩传感磁钢之间便产生周向的相对位移，又由于中轴上制有位于右力矩传感磁钢底部的孔洞，套环发生周向扭转变形时，右力矩传感磁钢与孔洞的相对位置发生变化，引起磁场回路的磁阻发生变化，导致通过磁感应线圈的磁通量发生变化且由该磁感应线圈感应获得磁场变化信号，并由线路板将该信号转换成电压信号经引出线输出给电机控制电路板，电机控制电路板根据该信号计算出电动机应该输出的功率大小，从而达到人力和电动机输出的功率的比例保持稳定一致，使骑车的人员能够感受到舒适的超出人力的动力感受，作为自行车的延伸，将骑自行车的快乐感受发挥到极致。

4、本发明采用磁电转换的方式，非接触的情况下准确的测量出弹性原件的变化量，同时该装置能够测量工件在一个区域内的变化的平均值，这样能够提高产品的抗干扰能力和可靠度，该发明弥补了需要在运动中、不能通过接触式取得力矩信号的测量领域空白。