[发明专利]一种悬臂中轴电动自行车力矩测量装置

说明书

本发明公开了一种悬臂中轴电动自行车力矩测量装置，包括水平设置的五通管，五通管内可转动的设置有水平的中轴，中轴两端分别穿出五通管的两端，中轴两端上各自连接有左曲柄组件和右曲柄组件，右曲柄组件上还设置有竖向的链轮，还包括同轴间隔设置在五通管内壁和中轴之间整体呈中空柱状的悬壁梁套，悬壁梁套的左端与五通管左端连接固定，中轴可转动的设置悬臂梁套内竖向设置的轴承的内圈中，悬臂梁套与中轴的轴向位置相对固定设置，还包括设置在悬臂梁套上的弹性应变感测装置。上述装置安装在五通管内，一端固定，另一端悬空设置，通过检测悬臂梁套的受力变形换算得到骑行者输出力矩。这样线性度好，测量准确，可为电机智能调控反馈数据。

技术领域

本发明涉及触感器技术领域，具体涉及一种悬臂中轴电动自行车力矩测量装置。

背景技术

普通电动自行车采用转把进行调速，这类电动自行车不符合日本、欧盟的电动助力自行车相关技术标准，也不符合我国电动自行车“新国标”中对于“非机动车”的要求。现有部分电动自行车采用踏频或链轮速度传感器控制电机的输出功率，这类电动自行车的特点是平地骑行轻松，但起步和上坡却十分费力，不能满足骑行者实时加减力的助力需求。理想的电动自行车以采用力矩传感器为优，通过实时检测骑行者施加于脚踏板上力的大小反应骑行者的“意愿”，控制器根据这种骑行“意愿”实时控制电机的输出功率。

现有中轴式测量力矩的传感器主要有以下几种方式：一是通过检测曲轴销或者踏板轴的剪切变形分别测量左右两条腿的力矩，此类方法需要将旋转的曲轴销或者踏板轴的变形信号通过接触方式(如：触头滑环)或者通过非接触方式(如：通过——无线信号的发射和接收，磁致伸缩的电磁感应，隔离式旋转变压器，隔离光信号或磁电信号)传输到与自行车车架固定连接的接收器中，该类方法结构复杂、可靠性较低。

此外，公告号为“CN201901236U”的实用新型专利，公开了一种中轴式力矩传感器，该传感器利用自行车脚踏中轴与力矩输出轴之间有一偏心距，骑行者脚踏力通过链轮曲柄施力于自行车中轴，使自行车中轴在力矩输出轴的孔内旋转。根据骑行者施力的力矩变化，使力矩输出轴在车架中轴接头内产生不同角度的转动，再通过霍尔测量输出。该实用新型由于骑行者施力与偏心距的夹角随着链轮旋转而变化，造成测量的线性度较差。

此外，还有安装于中轴位置的链轮上或者后轮轴上的力矩传感器，把骑行者脚踏的力矩采用行星齿轮结构传递至链轮或后轮，通过检测行星齿轮组、太阳齿轮或者外齿圈的相互作用力测量力矩。该类方法测量线性度较好，但结构复杂。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明公开了一种结构简单，方便在骑行时对骑行者的输出力矩进行测量，且线性度好的悬臂中轴电动自行车力矩测量装置。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种悬臂中轴电动自行车力矩测量装置，包括水平设置的五通管，五通管内可转动的设置有水平的中轴，中轴两端分别穿出五通管的两端，中轴两端上各自连接有左曲柄组件和右曲柄组件，右曲柄组件上还设置有竖向的链轮，还包括同轴间隔设置在五通管内壁和中轴之间整体呈中空柱状的悬壁梁套，悬壁梁套的左端与五通管左端连接固定并构成悬臂梁结构，悬臂梁套内竖向设置有轴承，中轴可转动的设置在轴承的内圈中，悬臂梁套与中轴的轴向位置相对固定设置，还包括设置在悬臂梁套上的弹性应变感测装置，与弹性应变感测装置信号连接的处理器，处理器基于弹性应变感测装置获取的弹性应变数据换算得到骑行者输出的踩踏力矩。

这样，悬臂梁套设置在通管内，构成悬臂梁结构。具体的以骑行者踩踏右曲柄组合为例进行说明，骑行者施加的脚踏力F产生驱动链轮转动的转矩,进而产生链条的张力f作用于链轮，脚踏力F与链条的张力f形成作用自行车右曲柄组合的合力T，合力T作用于中轴右端，中轴右端将合力T施加于悬臂梁套右端引起悬臂梁套的弹性变形。其中