一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统的制作方法

一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统的制作方法
【专利说明】一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及自行车技术领域，具体的说是涉及一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统。
【背景技术】
[0003]在国内，自行车上加装轮毂电机和电池后，是由手控制电子转把调节电机的功率输出，属机动车。助力自行车是指脚踩才启动电机，脚停断电并且功率要随踩踏的力矩变化而变化，乃比例助力属非机动车且骑行更安全，其关键是要能测出踩踏的力矩。
[0004]助力自行车主要分为两类，一类是采用中置电机，已成国际市场主流，如日本的松下和普利斯通;博世;禧玛诺，其电机设置在车架五通位置，里面集成了力矩传感器和电机驱动器，优点重心布局最好，缺点体积大，车架复杂，电机减速比大。另一类米用轮毂电机外加力矩传感器，如日本三洋，电机体积小可前置后置，与车架无关，适用各种车型。轮毂电机在我国产业成熟，厂家众多，但缺乏稳定可靠的力矩传感器，阻碍市场占有率。

【发明内容】

[0005]针对现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题在于提供了一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统。
[0006]为解决上述技术问题，本发明通过以下两个方案来实现，两个方案分别是:
第一种方案:一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统，该助力系统是采用中轴力矩传感器测出中轴左端力矩和转速及方向，所述的中轴力矩传感器包括:端盖、弹性卡环、球轴承、尼龙轴碗、连接线、PCB板支架、位移霍尔IC、转速霍尔IC、单极磁环、多极磁环、磁环支架、螺母、碟簧组、钢珠、限位钢珠、滑套、轴碗组件、锥形半轴、花键半轴、限位环、半轴球轴承；
所述的锥形半轴和花键半轴都设置第一半圆环槽和第二半圆环槽组成封闭环槽，在环槽内设置限位钢珠使两者连接和轴向固定，两者只能相对转动；
所述锥形半轴和滑套在圆周上都均布设置半圆主滚道和半圆副滚道组成圆形滚道，设置钢珠在圆形滚道内滚动传递扭矩给滑套；
所述锥形半轴和滑套分别设置限位轴肩和限位台阶，限位轴肩顶住限位台阶时就是碟簧组的最大压缩位移；
所述锥形半轴在曲柄端设置环槽安装弹性卡环，轴向固定球轴承；
所述锥形半轴设置有螺纹，其上设置螺母调节碟簧组的尺寸误差和预压力；
所述碟簧组由三片碟簧组合而成，大端面顶住滑套，小端面顶住螺母；
所述滑套和花键半轴在端面都设置多组相同的螺旋曲面主动齿和螺旋曲面从动齿，啮合的曲面处于过圆心的螺旋曲面上螺旋滑动，调节螺旋曲面的节距设置不同的转动角度和轴向位移；
所述磁环支架一端成套筒状罩住碟簧组并扣住滑套，另一端套筒开槽成悬臂爪具有弹性，安装相斥排列的两单极磁环和多极磁环；
所述尼龙轴碗设置有数个穿孔将连接线从五通内部导出，内壁设置有环形凸肩，两球轴承置其两边，轴向固定中轴力矩传感器，使另一端的轴碗组件与半轴球轴承在轴向浮动连接，设置螺丝将端盖锁在尼龙轴碗上并压住连接线；
所述位移霍尔IC和转速霍尔IC靠PCB板固定在PCB板支架上成整体，PCB板支架端部内置在尼龙轴碗内靠螺钉固定还可调节与磁环支架的轴向初始位置；
所述两单极磁环轴向充磁并同心相斥排列，位移霍尔IC插在其之间且与一端近靠； 所述多极磁环径向多极充磁，转速霍尔IC置于其上方；
所述限位环一端成锥面扣住花键半轴，另一端内壁均布数条环形凸肩，与螺旋曲面主动齿外圆上的环形台阶配合限制滑套的轴向位移，限位环直接将多余的轴向力传给花键半轴，免除限位轴肩加在限位钢珠上的多余轴向力，进行双重限位。
[0007]进一步的，第一方案中的助力系统还包括码表，所述码表根据中轴力矩传感器测出的某一设定的反转角度来设置助力挡位，或手按码表按键来设置;所述码表在设置不同的助力挡位时采用不同的背光颜色和提示声音来增加助力挡位的辨识度;所述码表在车速为零时不需按键操作，每间隔三至四秒循环显示各骑行参数。
[0008]第二种方案:一种采用中轴力矩传感器的自行车助力系统，该助力系统采用中轴力矩传感器测出中轴两端力矩和转速及方向，所述中轴力矩传感器包括:端盖、弹性卡环、球轴承、尼龙轴碗、连接线、PCB板支架、位移霍尔IC、转速霍尔IC、单极磁环、多极磁环、磁环支架、螺母、碟簧组、钢珠、限位钢珠、滑套、轴碗组件、锥形中轴、螺纹半轴、滚针轴承、牙盘四爪；
所述的锥形中轴和螺纹半轴都设置第一半圆环槽和第二半圆环槽组成封闭环槽，在环槽内设置限位钢珠使两者连接和轴向固定，两者只能相对转动；
所述锥形中轴和滑套在圆周上都均布设置半圆主滚道和半圆副滚道组成圆形滚道，设置钢珠在圆形滚道内滚动传递扭矩给滑套；
所述锥形中轴和滑套分别设置限位轴肩和限位台阶，限位轴肩顶住限位台阶时就是碟簧组的最大压缩位移；
所述锥形中轴一端设置环槽安装弹性卡环，轴向固定球轴承；
所述锥形中轴设置有螺纹，其上设置螺母调节碟簧组的尺寸误差和预压力；
所述碟簧组由三片碟簧组合而成，大端面顶住滑套，小端面顶住螺母；
所述滑套和螺纹半轴在端面都设置多组相同的螺旋曲面主动齿和螺旋曲面从动齿，啮合的曲面处于过圆心的螺旋曲面上螺旋滑动，调节螺旋曲面的节距设置不同的转动角度和轴向位移；
所述磁环支架一端成套筒状罩住碟簧组并扣住滑套，另一端套筒开槽成悬臂爪具有弹性，安装相斥排列的两单极磁环和多极磁环；
所述尼龙轴碗设置有数个穿孔将连接线从五通内部导出，内壁设置有环形凸肩，两球轴承置其两边，轴向固定中轴力矩传感器，使另一端的轴碗组件与滚针轴承在轴向浮动连接，设置螺丝将端盖锁在尼龙轴碗上并压住连接线； 所述位移霍尔IC和转速霍尔IC靠PCB板固定在PCB板支架上成整体，PCB板支架端部内置在尼龙轴碗内靠螺钉固定还可调节与磁环支架的轴向初始位置；
所述两单极磁环轴向充磁并同心相斥排列，位移霍尔IC插在其之间且与一端近靠； 所述多极磁环径向多极充磁，转速霍尔IC置于其上方。
[0009]进一步的，第二方案中的助力系统还包括码表，所述码表根据中轴力矩传感器测出的某一设定的反转角度来设置助力挡位，或手按码表按键来设置;所述码表在设置不同的助力挡位时采用不同的背光颜色和提示声音来增加助力挡位的辨识度;所述码表在车速为零时不需按键操作，每间隔三至四秒循环显示各骑行参数。
[0010]相对于现有技术，本发明的有益效果是:
1.本发明助力系统在中轴上测出踩踏力矩并转换成电子转把的电压信号使轮毂电机比例助力，即在标准五通内安装能测出力矩和转速及方向的中轴，力矩信号经码表处理后输出与现有电子转把相同的电压信号，代替由手控制的电子转把，并且可取消电子刹把，还需显示各骑行参数。
[0011]2.本发明中轴力矩传感器采用多组啮合的螺旋曲面齿在传递扭矩时产生的轴向力来压缩碟簧组，生成一个轴向位移，再用置于相斥的两磁环中的霍尔IC测量这个位移，再换算成碟簧的弹力既可标定出扭矩的大小，受五通空间限制，长68mm，螺纹外径34.798mm和可能进水的隐患，将信号处理集中到码表内。
[0012]3.因需适用不同车型和兼顾现有的牙盘，本发明的中轴力矩传感器设计成两种，第一种结构共用现有牙盘，因现有牙盘与右曲柄已做成一体，则中轴只能测出左端力矩，用软件将力矩信号镜像成右端的力矩信号，既假设左右脚的踩踏力相同。第二种结构是将右曲柄与牙盘分离，新制作一个山地车牙盘的四爪或公路车牙盘的五爪，共用现有牙盘的盘片，就能分别测出左右两端的力矩。两种结构共用大部分零件。
[0013]4.本发明助力系统根据中轴的转速即踏频，和轮毂电机提供的车速软件判定是否有刹车，可取消电动车的电子刹把。本发明助力系统的码表尽量减少手动操作和在有限的界面内显示多个骑行参数，既不需按按键可循环显示出:总里程;本次里程，即时车速;最大车速，踏频;最高踏频，能量消耗，助力挡位，电池容量。车灯电线由码表引出，缩短线距，由按键或光线自动控制车灯与码表背光。
[0014]5.本助力系统可根据中轴倒转某一设定角度，码表上的助力挡位就升或降一档，循环操作，如此在骑行中可用脚反踩或手设置码表的助力挡位，并伴随有提示声音和点亮三秒延时背光，红绿蓝紫背光色分别对应四种助力挡位来提高挡位辨识度，方便长者使用。