一种电助力自行车中轴力矩传感器系统及电助力自行车的制作方法

1.本实用新型属于电助力自行车技术领域，具体地说涉及一种电助力自行车中轴力矩传感器系统及电助力自行车。


背景技术：

2.电助力自行车的核心部件为力矩传感器，其作用是测量出人的踩踏力。力矩传感器安装主要有以下几种方案：1.在牙盘上安装力矩传感器，简单经济，但是，只能应用于单牙盘而且力矩信号为开关量。2.在链条上安装压链式力矩传感器。3.在飞轮、轮毂上安装后置式力矩传感器。4.在自行车中轴上安装力矩传感器，中轴力矩传感器需装在标准五通内,且承受车架五通空间限制(五通内径约为34.798mm，五通宽度为68mm/73mm/84mm/100mm/120mm等不同规格)。
3.目前，市场上的中轴力矩传感器主要采用以下方案：1.采用应变片测扭矩：在中轴上贴应变片,但是，在中轴外圆面上贴片存在工艺性差、弯矩扭矩混杂无法处理等问题，且中轴在骑行时不停转动，无法通过导线来实现供电和传输信号，必须以无线的方式实现供电和反向信号传输，而传统的无线供电方案对线圈周围的金属器件(如铁材料)非常敏感，会导致充电效率下降、温升大等问题。如果用变压器耦合的方案则无法进行信号传输。2.采用机械方式，将扭矩转换成易测量的角度或位移，但是，测量的角度范围越大则踩踏的滞后越大，骑行体验效果差。


技术实现要素：

4.针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种电助力自行车中轴力矩传感器系统及电助力自行车。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种电助力自行车中轴力矩传感器系统，包括：
7.中轴，所述中轴绕其周向铣有安装槽，所述安装槽内部套设有芯轴支架，所述芯轴支架上套设有磁铁和接收线圈；
8.套设于中轴外围的五通支架，所述五通支架上设有发射主板和发射线圈；
9.连接牙碗，所述连接牙碗与中轴可转动连接并与电助力自行车的车架五通可拆卸连接；
10.以及盘爪组件，所述盘爪组件套设于中轴外围并与中轴传动连接，所述盘爪组件内部设有应变片和接收主板。
11.通过采用上述的技术方案，将应变片与磁铁、接收线圈、发射线圈在空间上分隔开，既解决了各元件受车架五通空间的限制问题，又解决了传统无线供电受限于线圈周围材料敏感的问题以及采用变压器耦合方案无法进行信号传输的问题。
12.进一步，所述芯轴支架由两个纵截面呈半圆形的子芯轴支架组成，所述子芯轴支架上设有定位筋。
13.进一步，所述中轴上铣有与安装槽连通的导线槽，所述定位筋嵌入导线槽内部。
14.通过采用上述的技术方案，导向槽与定位筋配合，防止子芯轴支架沿中轴的周向转动，起到定位作用。
15.进一步，所述发射主板上设有与其电连接的霍尔感应器，所述霍尔感应器与磁铁径向对应并同轴心设置。
16.通过采用上述的技术方案，当中轴与芯轴支架发生转动时，霍尔感应器与磁铁的相对位置随之发生变化。
17.进一步，所述接收线圈与发射线圈同轴心设置以构成变压器耦合。
18.进一步，所述连接牙碗设有2个，分别为左牙碗和右牙碗，所述左牙碗和右牙碗分别位于中轴的不同端。
19.进一步，所述左牙碗的内壁沿其周向开设多个均匀排列的卡槽，所述五通支架上设有多个嵌入卡槽的定位凸点，且定位凸点的个数不多于卡槽的个数。
20.进一步，所述卡槽设有20个，所述定位凸点设有4个，保证五通支架在电助力自行车的车架五通内部的旋转间隔为18
°
，便于调整安装角度。
21.通过采用上述的技术方案，卡槽与定位凸点配合对五通支架起到止转作用。
22.进一步，所述右牙碗与五通支架固定连接，且两者的连接处设有密封圈。
23.进一步，所述左牙碗、右牙碗分别与电助力自行车的车架五通螺纹连接。
24.进一步，所述左牙碗、右牙碗分别通过轴承与中轴可转动连接，且所述左牙碗、右牙碗与轴承的配合部位设有塑胶盖，以起到保护作用。
25.进一步，所述五通支架与左牙碗、右牙碗的单侧装配间隙为0.15mm。
26.通过采用上述的技术方案，通过优选五通支架与左牙碗、右牙碗的单侧装配间隙，保证霍尔感应器与磁铁沿着中轴轴向的偏移量≤0.5mm，避免因偏移量过大导致功能失效。
27.进一步，所述盘爪组件包括盘爪、内壳及外壳，所述内壳、外壳分别位于盘爪的不同侧以形成用于安装接收主板的密封的安装腔。
28.进一步，所述应变片贴设于盘爪的盘平面内，且应变片与接收主板通讯连接。
29.通过采用上述的技术方案，应变片贴片工艺易操作，稳定可靠，同时，盘爪的盘平面与中轴中心线为90
°
垂直装配结构，且盘爪的盘平面与电助力自行车链条平行，可有效避免中轴在转动时弯矩对应变片的影响。
30.进一步，所述盘爪套设于中轴外围并通过反丝锁环固定，且盘爪上设有卡口，所述中轴上设有与卡口相适配的花键。
31.通过采用上述的技术方案，通过卡口与花键配合实现盘爪与中轴传动连接，同时，花键与卡口的装配间隙为0.1mm，防止盘爪在装配时受挤压应力变形，导致应变片测量偏差，同时，反丝锁环能够防止盘爪松脱。
32.进一步，所述盘爪上开设与导线槽相对应的引线槽，所述接收线圈的导线依次通过导线槽、引线槽与接收主板电相连。
33.进一步，所述中轴为空心结构，相较于现有技术采用实心结构的中轴，能够大幅度降低整体重量。
34.另，本实用新型还提供一种电助力自行车，包括上述的电助力自行车中轴力矩传感器系统。
35.本实用新型的有益效果是：
36.1、将应变片与磁铁、接收线圈、发射线圈在空间上分隔开，既解决了各元件受车架五通空间的限制问题，又解决了传统无线供电受限于线圈周围材料敏感的问题以及采用变压器耦合方案无法进行信号传输的问题。
37.2、在不改变车架五通的尺寸、结构的前提下，将安装有发射主板和发射线圈的五通支架安装到车架五通内部，并将五通支架安装到左牙碗、右牙碗之间，利用现有结构，便于安装。
38.3、应变片贴设于盘爪的盘平面内，贴片工艺易操作，稳定可靠，同时，盘爪的盘平面与中轴中心线为90
°
垂直装配结构，且盘爪的盘平面与电助力自行车链条平行，可有效避免中轴在转动时弯矩对应变片的影响。
附图说明
39.图1是本实用新型的整体结构示意图；
40.图2是图1中a-a剖视图；
41.图3是左牙碗的结构示意图；
42.图4是中轴与五通支架的装配示意图；
43.图5是盘爪组件的拆解示意图。
44.附图中：1-中轴、2-五通支架、3-左牙碗、4-右牙碗、5-盘爪组件、6-卡槽、7-芯轴支架、8-磁铁、9-接收线圈、10-霍尔感应器、11-发射线圈、12-盘爪、13-内壳、14-外壳、15-定位凸点、16-主板仓、17-定位筋、18-导线槽、19-花键、20-卡口。
具体实施方式
45.为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本技术保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
46.下面结合附图和较佳的实施例对本实用新型作进一步说明。
47.实施例一：
48.如图1-图5所示，一种电助力自行车中轴力矩传感器系统，包括中轴1、五通支架2、连接牙碗以及盘爪组件5。所述中轴1的两端分别与曲柄连接，同时，所述中轴1为空心结构，相较于现有技术采用实心结构的中轴，能够大幅度降低整体重量。所述中轴1绕其周向铣有安装槽，所述安装槽内部套设有芯轴支架7，所述芯轴支架7上套设有磁铁8和接收线圈9。所述五通支架2套设于中轴1的外围，所述五通支架2上设有发射主板和发射线圈11，发射线圈11与发射主板电连接，所述发射主板与接收主板通讯连接，所述接收线圈9与发射线圈11同轴心设置以构成变压器耦合。所述连接牙碗与中轴1可转动连接并与电助力自行车的车架五通可拆卸连接。所述盘爪组件5套设于中轴1外围并与中轴1传动连接，所述盘爪组件5内部设有应变片和接收主板。
49.将应变片与磁铁8、接收线圈9、发射线圈11在空间上分隔开，既解决了各元件受车
架五通空间的限制问题，又解决了传统无线供电受限于线圈周围材料敏感的问题以及采用变压器耦合方案无法进行信号传输的问题。
50.所述芯轴支架7由两个纵截面呈半圆形的子芯轴支架组成，所述子芯轴支架上设有定位筋17。所述中轴1上铣有与安装槽连通的导线槽18，所述定位筋17嵌入导线槽18内部。通过导向槽18与定位筋17配合，防止子芯轴支架沿中轴1的周向转动，起到定位作用。相对应的，磁铁8由2块呈半圆形的子磁铁组成，且2块子磁铁的磁极相对安装。
51.所述五通支架2上开设用于安装发射主板的主板仓16，同时，主板仓16与不锈钢盖板涂胶粘合。所述发射主板与外部电源连接，同时，发射主板上设有与其电连接的霍尔感应器10，所述霍尔感应器10与磁铁8径向对应并同轴心设置。当中轴1与芯轴支架7发生转动时，霍尔感应器10与磁铁8的相对位置随之发生变化。
52.所述连接牙碗设有2个，分别为左牙碗3和右牙碗4，所述左牙碗3和右牙碗4分别位于中轴1的不同端。
53.所述左牙碗3的内壁沿其周向开设多个均匀排列的卡槽6，所述五通支架2上设有多个嵌入卡槽6的定位凸点15，且定位凸点15的个数不多于卡槽6的个数。本实施例中，所述卡槽6设有20个，所述定位凸点15设有4个，保证五通支架2在电助力自行车的车架五通内部的旋转间隔为18
°
，便于调整安装角度。同时，通过卡槽6与定位凸点15配合对五通支架2起到止转作用。此外，所述右牙碗4与五通支架2固定连接，且两者的连接处设有密封圈。
54.所述左牙碗3、右牙碗4分别与电助力自行车的车架五通螺纹连接。同时，所述左牙碗3、右牙碗4分别通过轴承与中轴1可转动连接，且所述左牙碗3、右牙碗4与轴承的配合部位设有塑胶盖，以起到保护作用。
55.在不改变车架五通的尺寸、结构的前提下，将安装有发射主板和发射线圈11的五通支架2安装到车架五通内部，并将五通支架2安装到左牙碗3、右牙碗4之间，利用现有结构，便于安装。
56.所述五通支架2与左牙碗3、右牙碗4的单侧装配间隙为0.15mm，保证霍尔感应器10与磁铁8沿着中轴1轴向的偏移量≤0.5mm，避免因偏移量过大导致功能失效。
57.所述盘爪组件5包括盘爪12、内壳13及外壳14，所述内壳13、外壳14分别位于盘爪12的不同侧以形成用于安装接收主板的密封的安装腔。盘爪12的两侧均设有胶槽，装配时，在胶槽内部涂选定的胶水，盘爪12与内壳13、外壳14粘接固定，起到整体密封作用，以保护接收主板。
58.所述应变片贴设于盘爪12的盘平面内，且应变片与接收主板通讯连接。应变片贴片工艺易操作，稳定可靠，同时，盘爪12的盘平面与中轴1中心线为90
°
垂直装配结构，且盘爪12的盘平面与电助力自行车链条平行，可有效避免中轴在转动时弯矩对应变片的影响。
59.所述盘爪12套设于中轴1外围并通过反丝锁环固定，且盘爪12上设有卡口20，所述中轴1上设有与卡口20相适配的花键19。通过卡口20与花键19配合实现盘爪12与中轴1传动连接，同时，花键19与卡口20的装配间隙为0.1mm，防止盘爪12在装配时受挤压应力变形，导致应变片测量偏差，同时，反丝锁环能够防止盘爪12松脱。
60.所述盘爪12上开设与导线槽18相对应的引线槽，所述接收线圈9的导线依次通过导线槽18、引线槽与接收主板电相连。
61.另，一种电助力自行车，包括上述的电助力自行车中轴力矩传感器系统。
62.在骑行过程中，骑行者踩踏踏板，通过曲柄带动中轴1和盘爪12旋转，盘爪12通过链条带动车轮旋转。中轴1带动磁铁8转动，磁铁8的n极和s极在霍尔感应器10的感应端交替切换，霍尔感应器10能够根据磁力的变化判断中轴1的旋转速度，以测算自行车骑行速度以及骑行状态。在此过程中，盘爪12受到周向的扭转力而发生扭转变形，应变片检测变形量并发出信号，接收主板采集应变片信号、计算力矩，并将力矩信号反向传输给发射主板，发射主板产生高频振荡，通过变压器耦合向接收主板供电，同时，对接收主板回馈的力矩信号进行处理，输出力矩模拟信号，判断加速或减速。
63.以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本技术范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。