专利名称：采用“c”形感受单元的力矩传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动自行车，特别涉及脚踏助力行驶的电动自行车，具体指对脚
踏助力行驶的电动自行车中的力矩传感器的改进。
背景技术：
电动自行车可分为零力矩自动起动(零起动)行驶与脚踏助力起动(非零起动)
行驶二大类。从安全角度看，后者大大优于前者，故后者近年发展比较迅速，成为电动自行 车发展的主流。 脚踏助力行驶的电动自行车在骑行时，须实时地将骑行者施于脚蹬上的力通过一
力矩传感器转换成自行车的控制器能够识别的电信号，以控制电机的出力。力矩传感器一 般由力矩感受单元和信号转换单元构成。 在现有技术中，多采用由多个螺旋状弹簧组成的弹簧圈作力矩感受单元将骑行人 施加于脚蹬上的力转换成机械变形，并采用光栅将所述机械变形转换为电信号。这种力矩 传感器的主要缺点是由于感受单元采用多个螺旋弹簧衔接构成，存在变形的不一致性和 不连续性，因此转换单元输出的信号不连续，线性度差。造成电动自行车骑行时有踏空感、 上坡时助力不足等不舒适和不安全的因素。
发明内容本实用新型的目的是提供一种采用"C"形感受单元的力矩传感器，该传感器采用 "C"形弹性力矩感受单元，并通过双磁圈_双霍尔信号转换单元将施加于脚蹬上的力转换 成电信号，控制电机出力，以克服现有技术的缺陷。 本实用新型的构思是这样的。感受力矩的"C"形感受单元由一个弯曲成"C"字形 的弹性圈构成，其一端"悬挂"在与脚蹬曲柄轴相固连的主动轮上，另一端"悬挂"在与链轮 相固连的链轮连接座上的。当骑行人对脚蹬施力时，所述主动轮跟随脚蹬曲柄旋转，但这时 由于链轮存在负荷，"C"形弹性圈受力后首先产生机械变形，然后通过变形后的"C"形弹性 圈带动所述链轮旋转。"C"形弹性圈的变形程度与骑行者在脚蹬上所施的力的大小成一定 的函数关系。所述信号转换单元采用双磁圈 双霍尔单元，所谓双磁圈 双霍尔单元由二 个设有相同数量的多对S-N磁极对的磁圈和设于该二磁圈上方的二组霍尔组件组成，其中 二磁圈上每个磁极所对的圆心角均相等，它们同心、同平面地分别设置于所述主动轮及一 与链轮连接座固连的从动轮上。当所述主动轮或从动轮旋转时，设于该主动轮或从动轮上 的所述磁圈跟着旋转，因而对磁圈上方的某一点来说，其磁场强度与极性是不断变化的，因 此置于磁圈上方的霍尔组件就会产生一组方波信号。当"C"形弹性圈因受力变形时，所述 主动轮与被动轮之间的相对位置发生变化，并导致二组方波信号间的相位产生变化。由二 组方波信号的相位的变化，通过运算，即可判断脚踏的正转或反转及加载的力度，从而控制 自行车电机的出力。 本实用新型的一种采用"C"形感受单元的力矩传感器，包括固定在车架上的中轴右轴套、穿在轴套中的一体化中轴及固连在一体化中轴上的曲柄，一与曲柄固连的主动 轮，链轮和一从动轮固定在链轮连接座上，还包括一感受力矩的"C"形感受单元， 一双磁
圈-双霍尔信号转换单元。所述感受力矩的"c"形感受单元的核心元件是一个弯曲成"c"
字形弹性圈，其一端悬挂在所述主动轮上，另一端悬挂在链轮连接座上。所述信号转换单 元，包括一 内磁圈与一外磁圈，与二组霍尔组件。所述内磁圈设于所述主动轮上，所述外磁 圈与内磁圈同心、同平面地设于所述从动轮上，所述内磁圈与外磁圈上分别设有数量相同 的多对S-N磁极对，其中每个S或N磁极所对的圆心角均相同；所述二组霍尔组件设于一定
位于所述内磁圈与外磁圈的正上方的霍尔基板上，二元件成角度s排列在霍尔基板上。
本实用新型的优点在于 (1)检测加在脚蹬上的转矩的变形使用了"C"形弹性圈，并使"C"形弹性圈处于 "悬挂"状态，且在两个端接头之间预设间隙a，因而"C"形弹性圈变形一致、连续、可靠，在 不受外力的情况下复位快，能有效解决输出信号关断的滞后问题，有效改善爬坡力度和骑 行时的踏空感； (2)检测蹬踩时产生的动态力矩，采用双磁圈-双霍尔信号转换单元，保证与整车 的匹配及产品的一致性。
图1是本实用新型的一个实施例的结构示意图； 图2是"C"形的力矩感受器示意图；其中2A装配好端接头的"C"形的力矩感受器 的主视图；2B是其中的弹性圈的展开图； 图3是内外二个橡胶软磁圈的结构与相对位置示意图； 图4是扇形霍耳板的示意图。图中l(蹬脚)曲柄，2主动轮，3内磁圈，4"C"形力矩感受器，5链轮，6链轮连接 座，7从动轮，8外磁圈，9霍尔基板，10电器座，ll六角螺母，12中轴右轴套，13中轴。
具体实施方式现结合一实施例对本实用新型作进一步的说明。 如图l，是电动自行车的中轴部分的剖视，图中示出了本实用新型的采用"C"形感 受单元的力矩传感器结构。固定在车架上的中轴右轴套12固定在车架上的、一体化中轴13 穿在轴套12中，曲柄1固连在一体化中轴13上。主动轮2与曲柄1固连，链轮5、从动轮7 固定在链轮连接座6上。在主动轮2与链轮连接座6形成的空腔中，置有一能感受脚蹬的 力矩的"C"形感受单元4。由双磁圈-双霍尔单元组成的信号转换单元设置在由主动轮2、 被动轮3与电器座10形成的空间内。 参见图2，感受力矩的"C"形感受单元4的核心元件是一个弯曲成"C"字形的弹性 圈43，其轴向呈螺旋形，类似于一弹簧垫圈，其二端各有一与端接头连接用的小平台A、 C， 该小平台上设有悬挂孔431，中间为上升段B (见图2B)，安装时，其一端通过一端接头41悬 挂在所述主动轮2上，另一端通过另一端接头42悬挂在链轮连接座6上。初始状态时，所 述两个端接头41、42之间留有间隙a。在脚蹬加力时，由于"C"形弹性圈43的变形，间隙a 逐渐縮小，当达到最大加速值时，间隙a = O，无法再加速，因此能起到限速的作用，同时可
4控制"C"形弹性圈的变形量，能有效改善骑行时的踏空感。 所述双磁圈_双霍尔信号转换单元，包括一内磁圈3与一外磁圈8，与二组霍尔组 件。内磁圈3设于主动轮2的左侧上，外磁圈8与内磁圈3同心、同平面地设于从动轮7的 左侧上。内磁圈3与外磁圈8上分别设有数量相同的多对S-N磁极对，其中每个S或N磁 极所对的圆心角均相同。见图3。所述内磁圈3与外磁圈8均采用橡胶软磁圈。所述二组 霍尔组件91、92设于一定位于所述内磁圈3与外磁圈8的正上方的霍尔基板9上，该霍尔 基板9固设于电器座10中，该电器座10固定于车身上的中轴右轴套12上。二组霍尔组件 91、92间成一角度S角排列在霍尔基板9上。见图3-4，参见图l。 当主动轮2通过"C"形感受单元4带动被动轮7旋转时，内磁圈3与外磁圈8分 别随主动轮2与被动轮7旋转，同时二个霍尔组件91、92将"C"形感受单元4的变形量转 换成脉冲信号，各产生一组方波，从主动轮产生的方波的上升沿比从动轮产生的方波超前 或滞后可以判断脚踏的正转或反转；从两组方波的上升沿差值与方波周期的比值的大小可 以判断加载的力度。
权利要求一种采用”C”形感受单元的力矩传感器，包括固定在车架上的中轴右轴套(12)、穿在轴套(12)中的一体化中轴(13)及固连在一体化中轴(13)上的曲柄(1)，一与曲柄(1)固连的主动轮(2)，链轮(5)和一从动轮(7)固定在链轮连接座(6)上，其特征是还包括一感受力矩的“C”形感受单元(4)，该“C”形感受单元的核心元件是一个弯曲成“C”字形弹性圈(43)，其一端悬挂在所述主动轮(2)上，另一端悬挂在链轮连接座(6)上；一双磁圈-双霍尔信号转换单元包括一内磁圈(3)和一外磁圈(8)，与二组霍尔组件(91)、(92)；所述内磁圈(3)设于所述主动轮(2)上，所述外磁圈(8)与内磁圈(3)同心、同平面地设于所述从动轮(7)上，所述内磁圈(3)与外磁圈(8)上分别设有数量相同的多对S-N磁极对，其中每个S或N磁极所对的圆心角均相同；所述二组霍尔组件(91)、(92)设于一定位于所述内磁圈(3)与外磁圈(8)的正上方的霍尔基板(9)上，二组霍尔组件(91)、(92)成一角度排列在霍尔基板(9)上。
2. 根据权利要求l所述的力矩传感器，其特征是所述"C"字形弹性圈(43)，形如一弹 簧垫圈，其径向弯曲成"C"字形，轴向呈螺旋形，其二端各有一与端接头连接用的小平台，中 间逐渐上升，所述两端小平台上各设有悬挂孔(431)。
3. 根据权利要求1或2所述的力矩传感器，其特征是所述"C"字形弹性圈(43)的一 端的端接头(41)固定在主动轮(2)上，另一端的端接头(42)固定在链轮连接座(6)上。
4. 根据权利要求3所述的力矩传感器，其特征是所述"C"形感受单元(4)，在所述两 个端接头(41)、 (42)之间设有间隙a。
5. 根据权利要求1所述的力矩传感器，其特征在于所述内磁圈(3)与外磁圈(8)均 采用橡胶软磁圈。
6. 根据权利要求1所述的力矩传感器，其特征是所述霍尔基板(9)固设于一电器座 (10)中，该电器座(10)固定于车身上的中轴右轴套(12)上。
专利摘要本实用新型涉及电动自行车中的力矩传感器的改进。一种采用”C”形感受单元的力矩传感器，包括固定在车架上的中轴右轴套、穿在轴套中的一体化中轴及固连在一体化中轴上的曲柄，一与曲柄固连的主动轮，链轮和一从动轮固定在链轮连接座上，还包括一“C”形感受单元，一双磁圈-双霍尔信号转换单元。所述“C”形感受单元的核心元件是一个弯曲成“C”字形弹性圈，其一端悬挂在所述主动轮上，另一端悬挂在链轮连接座上。所述信号转换单元，包括一内磁圈与一外磁圈，与二组霍尔组件。所述内磁圈设于所述主动轮上，所述外磁圈与内磁圈同心、同平面地设于所述从动轮上；所述二组霍尔组件设于一定位于所述内磁圈与外磁圈的正上方的霍尔基板上。
文档编号G01L5/22GK201514300SQ20092020879
公开日2010年6月23日 申请日期2009年9月1日 优先权日2009年9月1日
发明者顾飞 申请人:顾飞