塔基扭矩传感装置及电动自行车的制作方法

本发明涉及扭矩侦测技术领域，尤其是涉及一种塔基扭矩传感装置及电动自行车。

背景技术：

电动自行车是指在普通自行车的基础上，以蓄电池作为辅助能源，安装电机、控制器、蓄电池、闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具。现阶段，电动自行车越来越多地采取在中轴安装力矩传感器，使得骑行过程中，能够根据所测得的扭矩来调整电动自行车的电机输出功率，提高骑乘的舒适度。

相关技术中，通过在电动车的中轴安装双边力矩传感器对电动自行车的扭矩进行侦测，需要在中轴上套设扭矩感应套，且与中轴连接的曲柄和牙盘需特制，存在结构复杂、成本高的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种塔基扭矩传感装置及电动自行车，以缓解现有技术中通过在电动车的中轴安装双边力矩传感器对电动自行车的扭矩进行侦测时，需要在中轴上套设扭矩感应套，且与中轴连接的曲柄和牙盘需特制带来的结构复杂、成本高的问题。

为实现本发明的目的，采用如下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种塔基扭矩传感装置，该塔基扭矩传感装置包括飞轮固定外壳、塔基主体、信号处理器和感应线圈。

所述飞轮固定外壳套设于所述塔基主体的外部。所述塔基主体包括相对旋转部、力矩感应形变部以及负载连接部，所述相对旋转部、所述力矩感应形变部以及所述负载连接部自所述塔基主体的一端至所述塔基主体的另一端依次连接；在所述力矩感应形变部的内周面上设置有扭力感应软磁性形变单元。所述感应线圈设置于所述塔基主体的内部，且所述感应线圈与所述扭力感应软磁性形变单元的位置相互对应。所述信号处理器与所述感应线圈电连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述扭力感应软磁性形变单元与所述力矩感应形变部一体成型。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述扭力感应软磁性形变单元通过贴合工艺贴合于所述力矩感应形变部的内周面上。

结合第一方面及其第一或第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，所述扭力感应软磁性形变单元为软磁性片，在所述软磁性片上开设有多个通孔；或者，所述扭力感应软磁性形变单元为绕所述力矩感应形变部的径向圆周方向分布的斜齿纹圈。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述塔基扭矩传感装置还包括棘爪和弹簧结构体；在所述塔基主体的外周面上设置有棘爪槽，所述棘爪通过所述弹簧结构体固定于所述棘爪槽的内部。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，所述塔基扭矩传感装置还包括套筒支架；所述套筒支架安装于所述力矩感应形变部的内部，所述感应线圈套设于所述套筒支架上。

结合第一方面及其第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，所述信号处理器安装于信号处理器板上，且所述信号处理器板固定于所述套筒支架上。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，在所述塔基主体的内部还安装有用于屏蔽外界对所述感应线圈的电磁干扰的电磁屏蔽体。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，所述塔基扭矩传感装置还包括塔基锁固支架体。

所述塔基锁固支架体的第一端与所述塔基主体的第二端连接，且所述飞轮固定外壳的第二端的内周面与所述塔基锁固支架体的外周面之间、以及所述飞轮固定外壳的第一端的内周面与所述塔基主体的第一端的外周面之间分别通过滚珠滚动连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电动车，包括上述第一方面及其各可能的实施方式之一提供的塔基扭矩传感装置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

本发明实施例的第一方面提供了一种塔基扭矩传感装置包括飞轮固定外壳、塔基主体、信号处理器和感应线圈。

飞轮固定外壳套设于塔基主体的外部。塔基主体包括相对旋转部、力矩感应形变部以及负载连接部，相对旋转部、力矩感应形变部以及负载连接部自塔基主体的一端至塔基主体的另一端依次连接；在力矩感应形变部的内周面上设置有扭力感应软磁性形变单元。感应线圈设置于塔基主体的内部，且感应线圈与扭力感应软磁性形变单元的位置相互对应。信号处理器与感应线圈电连接。

本发明实施例的第二方面提供了一种电动自行车，该电动自行车包括本发明实施例的第一方面提供的塔基扭矩传感装置。

在本发明实施例中，塔基主体的一端形成塔基主体的相对旋转部，塔基主体的另一端形成塔基主体的负载连接部，相对旋转部与负载连接部之间形成力矩感应形变部。

使用时，塔基装配在电动自行车或电动助力车的后花鼓或轮毂电机外壳上，具体地，飞轮固定外壳与卡飞飞轮连接，塔基主体的负载连接部与后花鼓右侧或轮毂电机外壳的右侧飞轮侧端盖连接；外力通过卡飞飞轮对飞轮固定外壳施加扭力，飞轮固定外壳将扭力传递给塔基主体的相对旋转部，再通过塔基主体的力矩感应形变部给塔基主体的负载连接部施加扭力，在这个过程中，塔基主体的力矩感应形变部会产生对应扭力大小的形变，从而使设置在力矩感应形变部内部的扭力感应软磁性形变单元也产生对应周向形变，这时感应线圈与扭力感应软磁性形变单元的相对面积也发生变化，从而引起感应线圈的磁场发生变化，感应线圈的感应电动势发生变化，信号处理器将其感应线圈的受周向力矩引起变化的电信号取出来，这便是受周向力大小对应的力矩信号。

本发明实施例提供的塔基扭矩传感装置及电动自行车将力矩传感器集成到塔基内部，然后再通过塔基主体的负载连接部安装在后轮花鼓上或轮毂电机的端盖部位上，其结构简单，不仅可以满足自行车常规中轴配件使用，同时能够降低成本，且可满足力矩骑行舒适度的要求，另外，还可保证整车具有良好的简洁美观度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是表示本发明实施例一提供的塔基扭矩传感装置的一个视角下的整体结构示意图；

图2是表示本发明实施例一提供的塔基扭矩传感装置的另一个视角下的整体结构示意图；

图3是表示图2的剖视图；

图4是表示本发明实施例一提供的塔基扭矩传感装置的整体结构爆炸图；

图5是表示本发明实施例一提供的塔基扭矩传感装置中的扭力感应软磁性形变单元的另一种更具体的结构形式的塔基主体整体结构示意图。

附图标记：1-塔基主体；11-相对旋转部；111-棘爪槽；112-棘爪；113-弹簧结构体；1131-弹簧结构体安装槽；12-负载连接部；13-力矩感应形变部；14-电磁屏蔽体；15-信号输出线；2-飞轮固定外壳；3-塔基锁固支架体；4-套筒支架；41-线圈固定槽；42-信号处理板安装槽；5-信号处理器；6-感应线圈；71-第一轴承；72-第二轴承；8-滚珠；9-滚珠容纳槽；10-软磁性片；101-斜齿纹圈。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明的具体结构，可分为以下几种具体实施例。

实施例一

图1是表示本发明实施例一提供的塔基扭矩传感装置的一个视角下的整体结构示意图；图2是表示本发明实施例一提供的塔基扭矩传感装置的另一个视角下的整体结构示意图；图3是表示图2的剖视图；图4是表示本发明实施例一提供的塔基扭矩传感装置的整体结构爆炸图。

参照图1至图4，本实施例提供了一种塔基扭矩传感装置，该塔基扭矩传感装置包括飞轮固定外壳2、塔基主体1、信号处理器5和感应线圈6。

飞轮固定外壳2套设于塔基主体1的外部；塔基主体1包括相对旋转部11、力矩感应形变部13以及负载连接部12，相对旋转部11、力矩感应形变部13以及负载连接部12自塔基主体1的一端至塔基主体1的另一端依次连接；在力矩感应形变部13的内周面上设置有扭力感应软磁性形变单元；感应线圈6设置于塔基主体1的内部，且感应线圈6与扭力感应软磁性形变单元的位置相互对应；信号处理器5与感应线圈6电连接，具体地，可使信号处理器5位于塔基主体1的内部，也可以将信号处理器5固定于塔基主体1的外部的一侧，并使塔基主体1可相对信号处理器5转动。

在实施例中，塔基主体1的一端形成塔基主体1的相对旋转部11，塔基主体1的另一端形成塔基主体1的负载连接部12，相对旋转部11与负载连接部12之间形成力矩感应形变部13。

使用时，塔基装配在电动自行车或电动助力车的后花鼓或轮毂电机外壳上，为了提高连接稳定性，可相应地在负载连接部12的背离力矩感应形变部13的一端的外周面上设置连接外螺纹或设置棘爪结构，或者，使负载连接部12通过螺丝锁固结构体或花键以实现塔基主体1的装配连接。其中，飞轮固定外壳2与卡飞飞轮连接，塔基主体1的负载连接部12与后花鼓右侧或轮毂电机外壳的右侧飞轮侧端盖连接；外力通过卡飞飞轮对飞轮固定外壳2施加扭力，飞轮固定外壳2将扭力传递给塔基主体1的相对旋转部11，再通过塔基主体1的力矩感应形变部13给塔基主体1的负载连接部12施加扭力，在这个过程中，塔基主体1的力矩感应形变部13会产生对应扭力大小的形变，从而使设置在力矩感应形变部13的内周面上的扭力感应软磁性形变单元也产生对应周向形变，这时感应线圈6与扭力感应软磁性形变单元的相对面积也发生变化，从而引起感应线圈6的磁场发生变化，感应线圈6的感应电动势发生变化，信号处理器5将其感应线圈6的受周向力矩引起变化的电信号取出来，这便是受周向力大小对应的力矩信号。

本发明实施例提供的塔基扭矩传感装置将力矩传感器集成到塔基内部，然后再通过塔基主体1的负载连接部12安装在后轮花鼓上或轮毂电机的端盖部位上，其结构简单，不仅可以满足自行车常规中轴配件使用，同时能够降低成本，且可满足力矩骑行舒适度的要求，另外，还可保证整车具有良好的简洁美观度。

需要特别说明的是，在本实施例中，软磁性材料可为铁硅合金或软磁铁氧体等。

进一步地，在本实施例中，扭力感应软磁性形变单元的设置方式具有多种。

例如，扭力感应软磁性形变单元与力矩感应形变部13一体成型，或者，扭力感应软磁性形变单元通过贴合工艺贴合于力矩感应形变部13的内周面上。其中，一体成型的实现形式有多种，包括熔铸、涂装、静电粉末涂装、流化床粉末涂装、电镀、化学镀、达克罗处理等；贴合工艺主要指通过粘接胶粘接。

进一步地，作为扭力感应软磁性形变单元的一种更具体的结构形式，参见图4，该扭力感应软磁性形变单元可为软磁性片10，在软磁性片10上开设有多个通孔；进一步地，多个通孔沿塔基主体1的径向周面两两间隔分布，该通孔可为但不限于为长圆通孔，且该通孔可包括至少两圈，至少两圈通孔在塔基主体1的第一端向塔基主体1的第二端延伸的方向上两两间隔布置；优选地，在相邻的两圈长圆通孔中，第一圈的长圆通孔的延伸方向与第二圈的长圆通孔的延伸方向不一致。

或者，作为扭力感应软磁性形变单元的另一种更具体的结构形式，参见图5示出的本发明实施例一提供的塔基扭矩传感装置中的扭力感应软磁性形变单元的另一种更具体的结构形式的塔基主体1整体结构示意图，该扭力感应软磁性形变单元还可为绕力矩感应形变部13的径向圆周方向分布的斜齿纹圈101，且优选地，可使斜齿纹圈101沿塔基主体1的延伸方向设置有至少两圈，图示为两圈；进一步地，在斜齿纹圈101为两圈或两圈以上的情况下，可使相邻的两圈斜齿纹圈101中，第一圈的斜齿纹圈101的延伸方向与第二圈的斜齿纹圈101的延伸方向不一致，进一步优选地，使斜齿纹圈101一体成型于力矩感应形变部13的内周面。

另外，参照图3和图4，在本实施例中，该塔基扭矩传感装置还包括棘爪112和弹簧结构体113；在塔基主体1的外周面上设置有棘爪槽111，棘爪112通过弹簧结构体113固定于棘爪槽111的内部。具体地，可使上述的弹簧结构体113为线簧，线簧套设于塔基主体1的外周面上并压紧棘爪112，线簧安装于弹簧结构体安装槽1131的内部。当然，上述弹簧结构体113也可以是一端与棘爪112连接另一端与塔基主体1的棘爪槽111的槽体壁面连接的弹簧体等。

需要特别说明的是，上述的棘爪112和弹簧结构体113可安装于相对旋转部11，由此，可通过棘爪槽111、棘爪112以及弹簧结构体113对飞轮固定外壳2带动塔基主体1的相对旋转部11单向转动，为了避免弹簧结构体113安装后出现松脱现象，可如图4所示，在塔基主体1的第一端的外周面上开设用于安装弹簧结构体113的弹簧结构体安装槽1131。

或者，上述的棘爪112和弹簧结构体113可安装于负载连接部12，从而，通过该结构实现对塔基主体1与电动自行车或电动助力车的后花鼓或轮毂电机外壳之间的安装。

当然，上述的相对旋转部11与飞轮固定外壳2之间的连接、以及上述的塔基主体1与电动自行车或电动助力车的后花鼓或轮毂电机外壳之间的安装也可以是分别通过螺纹等连接方式实现。

另外，为了更好地安装感应线圈6，在本实施例中，参照图3和图4，该塔基扭矩传感装置还包括套筒支架4；套筒支架4安装于力矩感应形变部13的内部，感应线圈6套设于套筒支架4上。

进一步地，为了更好地容纳信号处理器5，保证信号传输的稳定性，参照图3和图4，在本实施例中，信号处理器5安装于信号处理器板上，信号处理器板固定于套筒支架4上，进一步地，还可在套筒支架4的外周面上设置有用于安装信号处理板的信号处理板安装槽42，从而，可在节省空间的同时，避免信号处理板沿套筒支架4移动，以保证信号传输的稳定性；另外，还可以进一步地，在信号处理板安装槽42的槽体壁面上开设供信号输出线15穿过的过线孔。

另外，参照图3和图4，在本实施例中，在塔基主体1的内部还安装有用于屏蔽外界对感应线圈6的电磁干扰的电磁屏蔽体14，从而，可通过电磁屏蔽体14屏蔽外界对感应线圈6的电磁干扰和减少感应线圈6周边金属的金属涡流损耗；具体地，电磁屏蔽体14可安装于感应线圈6的内部；或者，使电磁屏蔽体14的一部分位于感应线圈6的内部，且使电磁屏蔽体14的一端的端部延伸至感应线圈6的外部并覆盖感应线圈6的一端的端面；或者，使电磁屏蔽体14的一部分位于感应线圈6的内部，且使电磁屏蔽体14的两端的端部分别延伸至感应线圈6的外部并覆盖感应线圈6的两端的端面；或者，电磁屏蔽体14以其他形式安装于塔基主体1的内部。

进一步地，为了保证感应线圈6的安装稳固性，参照图3和图4，在本实施例中，在套筒支架4的外周面上设置有用于缠绕固定感应线圈6的线圈固定槽41。

另外，参照图3和图4，在本实施例中，该塔基扭矩传感装置还包括塔基锁固支架体3。

塔基锁固支架体3的一端与相对旋转部11连接，且飞轮固定外壳2的内周面与塔基锁固支架体3的外周面之间、以及飞轮固定外壳2的内周面与力矩感应形变部13的外周面之间分别通过滚珠8滚动连接。

具体地，可在力矩感应形变部13的外周面上以及塔基锁固支架体3的外周面上分别开设滚珠容纳槽9以用于安装滚珠8。

其中，作为塔基的一种安装形式，为保证该塔基扭矩传感装置的使用稳定性，还可进一步地，在塔基锁固支架体3的一端的内部安装有第一轴承71，且在负载连接部12的内部安装有用于与轴辊连接的第二轴承72。

实施例二

本实施例提供了一种电动自行车，该电动自行车包括上述实施例一中的塔基扭矩传感装置。

另外，在上述的具体实施方式中，对本发明的具体结构进行了说明，但是不限于此。

例如，在上述的具体实施方式中，塔基扭矩传感装置还包括套筒支架4；套筒支架4安装于力矩感应形变部13的内部，感应线圈6套设于套筒支架4上，但是不限于此，也可以不设置上述的套筒支架4，而是将感应线圈6直接放置于塔基主体1的内部，同样可实现传感功能，但是，按照具体实施方式中的结构，设置上述的套筒支架4，从而有利于使塔基主体1内部的结构形成为统一的整体，提高该塔基扭矩传感装置的整体性。

另外，在上述的具体实施方式中，信号处理器5安装于信号处理器板上，且信号处理器板固定于套筒支架4上，但是不限于此，在未设置套筒支架4的情况下，信号处理器5可直接置于塔基主体1的内部，同样可实现传感功能，但是，相比之下，按照基体实施方式中的结构进行设置，其传感稳定性能更好。

另外，在上述的具体实施方式中，在塔基主体1的内部还安装有用于屏蔽外界对感应线圈6的电磁干扰的电磁屏蔽体14，但是不限于此，也可以不设置该电磁屏蔽体14，同样可实现塔基扭矩测量传感功能，但是，按照具体实施方式中的结构，设置该电磁屏蔽体14，能够通过该电磁屏蔽体14屏蔽外界对感应线圈6的电磁干扰，同时减少感应线圈6周边金属的金属涡流损耗。

另外，在上述的具体实施方式中，在套筒支架4的外周面上设置有用于缠绕固定感应线圈6的线圈固定槽41，但是不限于此，也可以不设置上述线圈固定槽41，同样可实现塔基扭矩测量传感功能，但是，按照具体实施方式中的结构，设置该线圈固定槽41，从而，可将感应线圈6缠绕固定于线圈固定槽41的内部，一方面可对感应线圈6起到保护作用，另一方面能够加强感应线圈6的安装稳固性。

另外，在上述的具体实施方式中，该塔基扭矩传感装置还包括塔基锁固支架体3；塔基锁固支架体3的一端与相对旋转部11连接，且飞轮固定外壳2的内周面与塔基锁固支架体3的外周面之间、以及飞轮固定外壳2的内周面与力矩感应形变部13的外周面之间分别通过滚珠8滚动连接。

但是不限于此，也可以不设置上述的滚珠8，而通过凸起和凹槽的匹配式结构作为滑动块和滑槽实现飞轮固定外壳2的转动动作，只要能够实现飞轮固定外壳2可转动的功能即可，但是，按照具体实施方式中的结构，设置上述的滚珠8，从而，可减小飞轮固定外壳2转动过程中产生的摩擦力，具有省力的效果；另外，也可以不设置上述的塔基锁固支架体3，而是通过塔基主体1直接与飞轮固定外壳2之间进行固定。

另外，本发明的塔基扭矩传感装置及电动自行车可由上述具体实施方式的各种结构组合而成，同样能够发挥上述的效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。