一种中轴力矩传感器装置的制作方法

本实用新型涉及一种中轴力矩传感器装置，应用于电动助力车领域。

背景技术：

普通的电动自行车已经应用广泛，其快捷的出行方式在我国应用很广。随着人们的环保、安全和健康意识的提高，这种单纯靠电机驱动的方式，已经禁止进入日本市场，在欧洲市场正逐渐被法规强制淘汰。正是在这一趋势下，人力加电机驱动的电动助力自行车方兴未艾。如何分配人力及电机驱动力的助力比，电动助力系统通过何种方式感测人骑行的意愿，需要力矩速度传感器来解决上述的问题，基于此，电动自行车助力的传感器市场得到了很大的发展。

电动助力自行车的传感器目前分两类，一类是单纯的速度传感器，一类是技术含量比较高的力矩和速度一体的传感器，简称力矩传感器。

速度传感器是对骑行的速度进行检测，其有明显的缺陷，主要是电机输出的功率不能很好地跟随人骑行的助力意愿，比如在爬坡、逆风、起步和载重物情况下的骑行，人给脚踏一个很大的力时，电动车不能很快地输出一个对等的功率，导致在上述场合骑行时很费力。力矩传感器能很好地弥补这种缺陷，它能及时检测出人施加的力矩，转变成电信号，通过控制器来控制电机的相应输出，骑行跟随性好。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种中轴力矩传感器装置，置于自行车标准五通内的中轴力矩传感器检测到人施加的力矩大小，同时检测人骑行的速度，通过控制器来控制电机功率输出的一种包含力矩检测和速度检测的应用于电动自行车助力的传感器装置。

为解决上述问题，本实用新型提供的一种中轴力矩传感器装置采用了如下技术方案：

一种中轴力矩传感器装置，包括外壳、旋转线路板、固定线路板、牙盘、中轴和轴套；所述的外壳位于所述的轴套的外围，与助力电动车主体相连接；所述的中轴贯穿所述的外壳，与所述的轴套固定连接；所述的轴套位于所述的中轴的外圆上，通过法兰与所述的牙盘固定连接；所述的旋转线路板位于所述的轴套上，与所述的轴套固定连接；所述的固定线路板位于所述的轴套的外侧，与所述的外壳固定连接；

所述的力矩传感器装置上还设置有线性霍尔、磁块和磁块支架；所述的线性霍尔位于所述的旋转线路板的一端，与所述的旋转线路板固定连接；所述的磁块位于所述的旋转线路板的一端，位置与所述的线性霍尔相对应，与所述的磁块支架固定连接；所述的磁块支架位于所述的轴套上，与所述的轴套固定连接。

进一步的，所述的磁块采用磁钢，提供永久磁场。

进一步的，所述的中轴与轴套之间设置有连接键，所述的连接键为渐开线花键，带动所述的轴套跟随所述的中轴自由转动。

进一步的，所述的外壳内设置有旋转线圈、固定线圈和速度环支架，所述的旋转线圈位于所述的旋转线路板的外围，与所述的速度环支架固定连接；所述的固定线圈位于所述的旋转线圈的左侧，与所述的旋转线圈相对应，镶嵌在所述的外壳的内部；所述的速度环支架位于所述的轴套上，与所述的轴套固定连接。

进一步的，所述的速度环支架上设置有速度环，所述的速度环位于所述的旋转线圈的右侧，固定在所述的速度环支架上。

进一步的，所述的固定线路板设置有两块，一块长条形，一块方形，长条形的上面右侧装有两个霍尔，对应所述的速度环，测量中轴的旋转速度，两块固定线路板用七芯线连接，对称分布固定在所述的外壳上，方形线路板上焊有六芯防水线引出到控制器。

进一步的，所述的外壳两端设置有左牙碗和右牙碗，所述的左牙碗和右牙碗对称分布在所述的外壳的两端，连接所述的外壳和电动车。

进一步的，所述的中轴上设置有销孔，所述的轴套上设置有限位孔，所述的限位孔贯穿所述的轴套，与所述的销孔相对应，所述的销孔内设置有限位销，所述的限位销贯穿所述的销孔和限位孔。

进一步的，所述的限位孔呈长条形腰形孔外形，所述的轴套扭转到一定角度时受到所述的限位销限制，从而限制所述的轴套的扭转角度。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的一种中轴力矩传感器装置，采用线性霍尔检测轴套扭转形变角位移的变化，磁钢固定在轴套上，使磁钢与霍尔的相对距离发生改变，反应在线性霍尔输出电压值的变化上，其精度高，稳定性好，量程宽，响应快，能检测静态扭矩和动态扭矩；在保证力矩信号可靠的前提下，采取无线电磁感应的原理进行能量传输，给旋转线路板供电，并用无线传输的数字通信方式传递力矩信号，保证信号传输过程中信号稳定、无失真；同时通过限位销限制中轴与轴套之间的相对扭转角度，防止扭矩过大将轴套损坏。

附图说明

附图1为本实用新型优选实施例的结构示意图。

附图2为本实用新型优选实施例的主剖视图。

附图3位本实用新型优选实施例的信号原理图。

其中：1.旋转线路板、2.旋转线圈、3.固定线圈、4.线性霍尔、 5.磁块、8.中轴、9.轴套、10.挡圈、11.挡块、12.防尘盖、13.连接键、14.左牙碗、15.轴承、16.磁块支架、17.速度环、18.外壳、19. 右牙碗、20.牙盘、21.速度环支架、22.固定线路板、23.限位销。

具体实施方式

为了更清楚的了解本实用新型提供的技术方案，下面结合附图和具体的实施例对本实用新型做进一步的说明。

如附图所示，为本实用新型提供的一种中轴力矩传感器装置，包括外壳18、旋转线路板1、固定线路板22、牙盘20、中轴8和轴套 9；所述的外壳18位于所述的轴套9的外围，与助力电动车主体相连接；所述的中轴8贯穿所述的外壳18，与所述的轴套9固定连接；所述的轴套9位于所述的中轴8的外圆上，通过法兰与所述的牙盘 20固定连接；所述的旋转线路板1位于所述的轴套9上，与所述的轴套9固定连接；所述的固定线路板22位于所述的轴套9的外侧，与所述的外壳18固定连接；

所述的力矩传感器装置上还设置有线性霍尔4、磁块5和磁块支架16；所述的线性霍尔4位于所述的旋转线路板1的一端，与所述的旋转线路板1固定连接；所述的磁块5位于所述的旋转线路板1的一端，位置与所述的线性霍尔4相对应，与所述的磁块支架16固定连接；所述的磁块支架16位于所述的轴套9上，与所述的轴套9固定连接。

进一步的，所述的磁块5采用磁钢使用。

进一步的，所述的中轴8与轴套9之间设置有连接键13，所述的连接键13为渐开线花键，带动所述的轴套9跟随所述的中轴8自由转动。

进一步的，所述的外壳18内设置有旋转线圈2、固定线圈3和速度环支架21，所述的旋转线圈2位于所述的旋转线路板1的外围，与所述的速度环支架21固定连接；所述的固定线圈3位于所述的旋转线圈2的左侧，与所述的旋转线圈2相对应，镶嵌在所述的外壳 18的内部；所述的速度环支架21位于所述的轴套9上，与所述的轴套9固定连接。

进一步的，所述的速度环支架21上设置有速度环17，所述的速度环17位于所述的旋转线圈2的右侧，固定在所述的速度环支架21 上。

进一步的，所述的固定线路板22设置有两块，一块长条形，一块方形，长条形的上面右侧装有两个霍尔，对应所述的速度环17，测量中轴8的旋转速度，两块固定线路板22用七芯线连接，对称分布固定在所述的外壳18上，方形线路板上焊有六芯防水线引出到控制器。

进一步的，所述的外壳18两端设置有左牙碗14和右牙碗19，所述的左牙碗14和右牙碗19对称分布在所述的外壳18的两端，连接所述的外壳18和电动车。

进一步的，所述的中轴8上设置有销孔，所述的轴套9上设置有限位孔，所述的限位孔贯穿所述的轴套9，与所述的销孔相对应，所述的销孔内设置有限位销23，所述的限位销23贯穿所述的销孔和限位孔。

进一步的，所述的限位孔呈长条形腰形孔外形，所述的轴套9扭转到一定角度时受到所述的限位销23限制，从而限制所述的轴套9 的扭转角度。

人在骑行的过程中，通过曲柄施加一个扭矩到中轴8，通过轴套 9传递给牙盘20，牙盘20通过链条，驱动电动自行车的后轮，通过中轴8和牙盘20，在力偶的作用下，轴套9会产生一个扭转角，导致线性霍尔4和磁钢5位置发生变化。旋转线路板1上的线性霍尔4 会产生一个电信号，通过旋转线圈2把电信号传递给固定线圈3，最终经过处理传输给控制器。

扭矩信号采集通过霍尔传感器感应电压的变化，旋转线路板1上的微处理器采集霍尔的输出电压，并转换成数字二进制序列，通过线圈调制发送到固定线路板上的线圈上。固定线路板的线圈就会有调制的二进制信号序列出现，固定线路板上的解调电路就会还原出原始的二进制力矩信号，送入固定线路板上微处理器就可以得到力矩信号的数据。微处理器进行处理后，根据当前的力矩大小，输出对应的电压给电机控制器驱动电机，控制电机输出的功率，调节电机的驱动速度。