电动自行车中置电机及其力矩传感装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电动自行车中置电机的力矩传感装置以及具有该力矩传感装置的电动自行车中置电机。
【背景技术】
[0002]为了让电动自行车的驱动电机能够根据人的脚踩力大小而调整输出功率，一些高档电动自行车上往往都设置有中轴力矩传感装置。现有的电动自行车中轴力矩传感装置普遍存在:结构复杂、体积大、信号弱、稳定性差；也有比较小巧的，但基本是单边(即左脚出力，右脚不出力)，或者是所谓的双边也只是检测链条的张紧力而已，他的准确性和可靠性与真正的矩力传感器是无法相比的。
[0003]自行车中轴力矩传感装置的力矩信号引出方式也有多种，比如有:电感式、滑环式、光电式、也有用两个开关霍尔引出并检测两者之间相位差的相位差式、甚至有用线性霍尔直接引出的，这些方案都有各自的优点和缺点，如:电感式的结构简单，但信号很弱、零漂大、抗干扰性能较差；光电式的抗干扰和防水性能都较差；滑环式的结构简单，但滑环和碳刷或其他触点会产生摩擦，影响寿命和可靠性；相位差式的在车辆停止时无法输出准确信号，做不到零启动；用线性霍尔直接引出的传感器对机构的要求则非常高，产品的一致性和稳定性都很难控制。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型目的是:针对上述问题，提供一种结构简单且性能稳定的电动自行车中轴力矩传感装置，同时还提供了一种具有该力矩传感装置的中置电机结构。
[0005]本实用新型的技术方案是:一种电动自行车中置电机的力矩传感装置，包括穿设在自行车五通管中的中轴、套在该中轴上且当其受到周向扭转力时会产生周向形变的轴套、以及套设在所述轴套上的牙盘，所述轴套上设置有能够感应该轴套所受周向扭转力大小的力矩传感组件，所述力矩传感组件经一出线装置与自行车的电机控制器相连，所述出线装置由动磁芯、固定在所述动磁芯上的动线圈、静磁芯、以及固定在所述静磁芯上的静线圈构成，且所述动磁芯、动线圈、静磁芯和静线圈均为圆环形结构，其中动磁芯与轴套固定，静磁芯与自行车五通管相对固定，所述动磁芯与静磁芯贴合接触且能够相对转动，所述动线圈通过动线圈引出线与所述力矩传感组件相连，所述静线圈通过静线圈引出线与所述电机控制器相连。
[0006]本实用新型这种力矩传感装置在上述技术方案的基础上，还包括如下优选技术方案:
[0007]所述动磁芯和静磁芯的轴向截面均呈U字型，二者相互贴合而构成一个具有口字型轴向截面的环形结构，所述动线圈和静线圈被收容在由动磁芯和静磁芯构成的具有口字型轴向截面的环形结构内。
[0008]所述动线圈是通过胶水粘接固定在所述动磁芯上的，所述静线圈是通过胶水粘接固定在所述静磁芯上的。
[0009]在所述动磁芯和静磁芯的贴合接触面上分别粘贴有不干胶。
[0010]所述动磁芯是通过动座板固定安装在所述轴套上的。
[0011]所述力矩传感器组件包括力矩传感磁钢以及与所述力矩传感磁钢相对应的霍尔力矩传感器，所述轴套的管壁上沿圆周方向开设有非闭合切口，所述力矩传感磁钢固定在所述切口的一侧，所述霍尔力矩传感器固定在所述切口的另一侧，所述力矩信号输出线连接在所述霍尔力矩传感器上。
[0012]所述霍尔力矩传感器上的霍尔元件设置在霍尔力矩传感器靠近所述力矩传感磁钢的那一侧。
[0013]还包括速度感应磁钢以及与所述速度感应磁钢对应的霍尔速度传感器，其中速度感应磁钢固定在一环形磁钢座上，所述环形磁钢座与所述动磁芯^a)相对固定，霍尔速度传感器与自行车五通管相对固定。
[0014]一种具有上述力矩传感装置的电动自行车中置电机，包括固定穿设在自行车五通管中的电机连接管、以及与所述电机连接管连为一体的机壳和机座，所述机座上制有呈环形分布的三个定位孔，所述静磁芯通过三个定位块周向固定在所述机座上的三个定位孔中。
[0015]本实用新型这种电动自行车中置电机在上述技术方案的基础上，还包括如下优选技术方案:
[0016]所述静磁芯与机座之间夹设有呈环形分布的三根弹簧，所述弹簧对静磁芯施加有朝向动磁芯方向的轴向弹力。
[0017]本实用新型的优点是:
[0018]1、本实用新型这种力矩传感装置借助安装于中轴和牙盘间的轴套受力后而产生变形，进而使力矩传感磁钢和霍尔力矩传感器的相对位置发生变化，进而感应出中轴所受力矩大小，力矩传递到位，因为是一体式的结构，所以不会存在力矩较弱时感应信号不稳的缺陷，而是始终能确保感应信号的高灵敏度和高精度。
[0019]2、本实用新型这种力矩传感装置中的出线装置采用磁感式结构，其性能更加可靠，信号传输稳定，摩擦损耗也小。
[0020]3、本实用新型这种自行车中轴力矩传感装置能够同时检测中轴的力矩和速度，从而使电机控制器能够综合考虑中轴的转速大小和力矩大小后，来控制电机的运行参数。
【附图说明】
[0021]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
[0022]图1是采用了本实用新型这种力矩传感装置的电动自行车中置电机的整体结构示意图；
[0023]图2是采用了本实用新型这种力矩传感装置的电动自行车中置电机的局部结构示意图；
[0024]图3是轴套的剖视结构示意图；
[0025]图4是轴套的平面结构示意图；
[0026]其中:1-中轴，2-牙盘，3-轴套，301-切口，4-力矩传感磁钢，5-霍尔力矩传感器，6a-动磁芯，6b-动线圈，6c-动线圈引出线，6d-动座板，7a_静磁芯，7b_静线圈，7c_静线圈引出线，8-轴承，9-力矩信号输出线，10-力矩信号引出线，11-机壳，12-定子，13-转子，14-电机轴齿，15-尼龙齿轮，16-小齿轮，17-大齿轮，18-第一单向轴承，19-第二单向轴承，20-机座，21-速度感应磁钢，22-霍尔速度传感器，23-花键，24-电机连接管，25-锁紧螺母，26-电机控制器，27-加强板，28-固定板，29-不干胶，30-定位块，31-弹簧，32-环形磁钢座。
【具体实施方式】
[0027]实施例:为了让人们更加清楚直观地了解本实用新型的技术内容，下面以一款安装有本实用新型这种力矩传感装置的电动自行车中置电机作为具体实施例对本实用新型技术内容作具体阐述:
[0028]图1和图2是采用了本实用新型这种自行车中轴力矩传感装置的电动自行车中置电机的结构示意图，该中置电机包括机壳11、机座20和电机连接管24，而且机壳11和机座20均与电机连接管24连为一体。电机连接管24 —端制有外螺纹，装配时，将电机连接管24穿设在自行车五通管(图中未画出)中，并使电机连接管24的螺纹端伸出五通管外，然后在电机连接管24的外螺纹上锁入锁紧螺母25，从而将电机连接管24和自行车五通管紧紧固定在一起。为了保证机壳11和五通管间的连接强度，本例在机壳11、电机连接管24和五通管之间连接有一块加强板27，该加强板27 —端通过螺丝锁紧在机壳11上，另一端套在电机连接管24上并由所述锁紧螺母25紧紧压在五通管端部。
[0029]所述电机连接管24内通过轴承8旋转装配有中轴I (自然该中轴I也穿设在自行车五通管中)，该中轴I上套有牙盘2，实际应用时，该牙盘2与自行车后轮飞轮之间安装有传动链条。所述中轴I上还套有一个轴套3，当该轴套3受到周向扭转力时会产生周向形变。轴套3的一端通过花键23与中轴I相对固定，而另一端与牙盘2相对固定。轴套3上设置有能够感应轴套所受周向扭转力大小的力矩传感组件，所述力矩传感组件经一出线装置与自行车的电机控制器相连。
[0030]所述力矩传感组件可以采用现有技术中的各种结构形式，比如:粘贴电阻应变片的结构形式。而本实施例中的力矩传感组件采用了如下结构形式:所述轴套3的管壁上沿圆周方向开设有非闭合切口 301，该切口 301的一侧固定有力矩传感磁钢4，另一侧固定有与所述力矩传感磁钢相对应的霍尔力矩传感器5，而且该霍尔力矩传感器5中的霍尔元件设置在霍尔力矩传感器5上靠近力矩传感磁钢4的那一侧。所述力矩信号输出线9是连接在霍尔力矩传感器5上的。
[0031]本例中，所述力矩传感磁钢4为稀土磁钢，且共设有两个。这两个稀土磁钢并排布置，且极性相反。
[0032]实际应用时，需在中轴I两端安装曲柄，曲柄上安装脚踏。当自行车骑行者用脚踩动脚踏带动中轴I转动时，中轴I将其受到的扭转力通过花键23传递给轴套3在图1中的左端，轴套3受到扭转力后发生周向扭转变形，从而使所述力矩传感磁钢4和霍尔力矩传感器5之间的相对位置发生变化，进而使霍尔力矩传感器5感应到这一力矩信号并将该力矩信号通过出线装置传递给电机控制器26，再由电机控制器26处理后调整电机的运行参数。骑行者踩动脚踏的力量越大，轴套3受到的扭转力越大，轴套3的变形量越大，霍尔力矩传感器5感应到的力矩信号越大。
[0033]本实施例中的所述出线装置采用了一种非常巧妙的结构，它由动磁芯6a、固定在所述动磁芯上的动线圈6b、静磁芯7a、以及固定在所述静磁芯上的静线圈7b构成，且所述动磁芯6a、动线圈6b、静磁芯7a和静线圈7b均为圆环形结构，其中动磁芯6a通过动座板6d固定安装在所述轴套3的端部，静磁芯7a与所述机座20固定(因机座20与自行车五通管相对固定，自然静磁芯7a与自行车五通管也相对固定)，所述动磁芯6a与静磁芯7a贴合接触且能够相对转动，所述动线圈6b通过动线圈引出线6c与所述力矩传感组件相连，所述静线圈7b通过静线圈引出线7c与所述电机控制器26相连。
[0034]本例中，所述静磁芯7a与机座20之间的具体固定方式如下:静磁芯7a通过三个定位块30周向固定在所述机座20上的三个定位孔中，而且为了保证静磁芯7a与机座20间的贴合度，本例在静磁芯7a与机座20之间夹设有呈环形分布的三根弹簧31，所述弹簧31对静磁芯7a施加有朝向动磁芯6a方向的轴向弹力。
[0035]所述动磁芯6a和静磁芯7a的轴向截面均呈U字型(具有一开口面)，二者相互贴合而构成一个具有口字型轴向截面的环形