一种电动自行车模拟力矩助力传感控制系统结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种电动自行车模拟力矩助力传感控制系统结构，由助力盘结构件和模拟力矩助力动态采集电路板构成模拟力矩助力动态采集器，助力盘结构件包括转盘、定盘、轴承和磁钢；转盘包括转盘底、转盘壁、空心轴和环行磁钢固定带；模拟力矩助力动态采集电路板上的三个霍尔元件ES732的感应面中心在同一条弧线上，每个霍尔元件ES732的感应面中心与定盘轴心连线，形成两个扇形，每两个相邻的霍尔元件ES732的感应面中心分别与定盘轴心的连线之间的夹角为5度；转盘上的24个磁钢的轴心在同一圆上，每个磁钢轴心与转盘轴心连线，形成23个扇形，每两个相邻磁钢轴心与转盘轴心连线之间的夹角为15度；模拟力矩助力动态采集装置为系统电路提供附助部件，用于进行脚踏方向及速度的监测信号采集。
【专利说明】一种电动自行车模拟力矩助力传感控制系统结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电动自行车助力传感技术，特别涉及电动自行车模拟力矩助力传感控制系统结构。
【背景技术】
[0002]电动自行车智能助力传感技术是针对高端助力型自行车(以山地车、公路车型为主)的应用，它要解决的任务是如何将人力和电力结合，形成动力相互传感。主要功能是提升骑行者的舒适度，同时减少电机磨损，提升电机使用寿命。
[0003]以往的助力传感结构通常为中轴轮盘上的固定一个磁钢，磁钢随中轴轮盘的转动到与霍尔元件位置重合的位置时触发固定在中轴连接件上的霍尔元件，再由霍尔元件导通电机开关电路，进而使电机转动；此种仅由一个霍尔元件采集触发信号，切换开关的结构，使电源接通时的电流无过渡过程，电流从无到有直接跳变，瞬间接通电源极易造成有齿高速电机的减速齿轮的齿轮咬合撞击。
[0004]而目前电动车专用(小型)永磁直流无刷有齿高速电机的减速齿轮，都是采用塑料为原材料的传动齿轮，其寿命和可靠性都较差，因此采用无过渡、跳变切换开关方式的助力传感结构对齿高速电机的使用寿命是一个不利因素。
[0005]由于以往的助力传感结构在直接切换电路时会产生无瞬间大电流放电，锂电池在大电流放电的冲击下，会缩短电池的寿命和续行里程。
[0006]以往的助力传感结构，仅有识别助力开关开启或关闭信号的开关功能，控制器根据开关信号输出指令控制电机开关，由于磁钢随中轴轮盘的转动到与霍尔元件位置重合的位置时才触发一次，因而控制器发出的开关信号是时断时续，电机亦时断时续的输出动力，利用以往的助力传感结构，无助于系统进行速度变化识别，也无助于系统进行动态坡度识别。
[0007]由于现有技术存在的上述不足，以及用户对电动自行车性能的更高需要，电动车助力传感结构仍有很大的提升空间，目前需要解决的问题包括:1、通过助力传感结构，为系统电路提供附助部件，进而实现有效避免有齿高速电机齿轮咬合撞击打齿。2、通过助力传感结构为系统电路提供附助部件，实现助力系统无瞬间大电流放电，避免锂电池大电流放电的冲击，3、利用结构改进为系统电路提供附助部件，实现系统具有速度变化识别、动态坡度识别能力。
[0008]要实现上述目的，必须对现有电动自行车助力传感部件结构进行改进；从根本上解决以往的助力传感技术存在的问题。
【发明内容】
[0009]鉴于现有技术存在的不足，本实用新型的目的是，提供一种电动自行车模拟力矩助力传感控制系统结构的技术方案，采用包括有环行矩阵排列的多个磁钢的模拟力矩助力动态采集装置，磁钢环行矩阵与多个霍尔元件作相对转动，磁钢能相继依次和环行矩阵排列的多个霍尔元件位置重合，多个霍尔元件产生触发产生的脉冲信号与中轴转动速度对应，作为辅助装置协助系统电路采集脚踏的实时速度，检测动态运行中的路面坡度，并由系统给出相应增加的电机输出动力，有助于实现助力传感的智能化。
[0010]为实现上述目的，本实用新型是采用这样的方案实现的:一种电动自行车模拟力矩助力传感控制系统结构，包括助力传感结构，其特征在于，模拟力矩助力传感结构为一个采用三颗霍尔传感器与环形磁钢阵列组成的模拟力矩助力动态采集器；
[0011]所述模拟力矩助力动态采集器由助力盘结构件和模拟力矩助力动态采集电路板构成；
[0012]所述助力盘结构件包括转盘、定盘、轴承和磁钢；转盘为盘状空腔体，其内部型腔结构包括转盘底、转盘壁、空心轴和环行磁钢固定带；
[0013]转盘中心为空心轴，空心轴的外径尺寸与轴承内环尺寸配合；其轴心孔的孔径与电动自行车中轴尺寸配合；
[0014]环行磁钢固定带位于转盘底的内底面，其形状为一环行凸缘，环行凸缘的上平面高于转盘底的内底面，环行磁钢固定带的内环直径大于空心轴外径，外环直径小于转盘壁内径；环行磁钢固定带上包括有一组环行、等距间隔排列的盲孔，每个盲孔内固定一个圆柱形磁钢；
[0015]定盘为盘状空腔体，其内部型腔结构包括定盘底、定盘壁、轴承架和穿线孔；定盘中心为轴承架；
[0016]定盘底的内底面由筋板分为三个扇形区域，其中的一个扇形区域A作为模拟力矩助力动态采集电路板的安装位置，穿线孔位于扇形区域A临近上边缘处，穿线孔作为模拟力矩助力动态采集电路板控制线缆的引出口 ；
[0017]转盘、定盘、轴承和磁钢装配在一起，轴承装配在转盘的空心轴和定盘的轴承架之间，轴承架的内径与轴承外环直径配合；轴承的外环嵌装在轴承架的内径中，轴承的内环套装在空心轴上；
[0018]转盘与定盘配合，转盘壁内径与定盘壁外径滑动配合；空心轴的轴心孔的孔径与电动自行车中轴紧密配合；
[0019]所述模拟力矩助力动态采集电路板安装在定盘的扇形区域A内，模拟力矩助力动态采集电路板上的元器件包括单片机AT89C16、三端稳压器LM1117-3.3V、三个间隔固定的霍尔元件ES732，一个姿态模块MPU6050 (陀螺仪)、输出电压接口 J2及阻容元件；
[0020]在所述模拟力矩助力动态采集电路板上，三个所述霍尔元件ES732分别为第一霍尔元件A、第二霍尔元件B和第三霍尔元件C，三个霍尔元件ES732的感应面中心在同一条弧线上，每个霍尔元件ES732的感应面中心与定盘轴心连线，形成两个扇形，每两个相邻的霍尔元件ES732的感应面中心分别与定盘轴心的连线之间的夹角为5度；
[0021]所述转盘上的24个所述磁钢的轴心在同一圆上，每个磁钢轴心与转盘轴心连线，形成23个扇形，每两个相邻磁钢轴心与转盘轴心连线之间的夹角为15度；
[0022]三个霍尔元件ES732的感应面中心所在的圆的圆心与24个磁钢轴心所在的圆的圆心均在同一轴心线上，此轴心线即电动自行车中轴轴心线；
[0023]模拟力矩助力动态采集器电路以单片机AT89C16为中心处理器，姿态模块MPU6050 (陀螺仪)通过I2C总线与单片机AT89C16连接；
[0024]单片机AT89C16的SCL端口、SDL端口分别连接姿态模块MPU6050的SCL端口、SDL端口，SCL和SDL是I2C通信的数据和时钟线；
[0025]单片机AT89C16的三个通用I/O端口 P100_6、P100_7和P100_12分别连接三个霍尔元件ES732 ；
[0026]单片机AT89C16的PWM输出端口 ΡΙ00_0经电阻R3连接输出电压接口 J2。
[0027]本实用新型的有益效果:电动自行车模拟力矩助力传感控制系统结构的技术解决方案，采用包括有环行矩阵排列的多个磁钢的模拟力矩助力动态采集装置，磁钢环行矩阵与多个霍尔元件作相对转动时，磁钢按规定的时序触发多个霍尔元件，多个霍尔元件产生触发产生的脉冲信号与中轴转动速度对应，结构的改进，有助于系统在骑行时通过采集脚踏的实时速度，并通过坡度识别器检测动态运行中的路面坡度，由系统给出相应增加的电机输出动力，模拟力矩助力动态采集装置为系统电路提供辅助部件，用于进行脚踏方向及速度的监测信号采集；有助于实现助力传感的智能化。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1、助力盘结构件爆炸图；
[0029]图2、助力盘结轴测图；
[0030]图3、助力盘结构件与中轴装配轴测图；
[0031]图4、转盘主视图；
[0032]图5、转盘后视图；
[0033]图6、转盘轴测图A ;
[0034]图7、转盘轴测图B;
[0035]图8、定盘主视图；
[0036]图9、定盘后视图；
[0037]图10、定盘轴测图A ;
[0038]图11、定盘轴测图B;
[0039]图12、磁钢排序图
[0040]图13、电路板元件位置图；
[0041]图14、触发位置示意图
[0042]图15、姿态模块MPU6050部分电路图；
[0043]图16、PWM输出电路图；
[0044]图17、霍尔元件及电源电路图；
[0045]图18、单片机及其外围电路图；
[0046]图中:1.转盘，2..定盘，3.轴承，4.磁钢，5.电动自行车中轴。
【具体实施方式】
[0047]为了更清楚的理解本实用新型，结合附图和实施例详细描述本实用新型:
[0048]如图1至图18所示，一种电动自行车模拟力矩助力传感控制系统结构，其模拟力矩助力传感结构为一个采用三颗霍尔传感器与环形磁钢阵列组成的模拟力矩助力动态采集器，用于进行脚踏方向及速度的监测信号采集；
[0049]模拟力矩助力动态采集器由助力盘结构件和模拟力矩助力动态采集电路板构成；
[0050]助力盘结构件包括转盘1、定盘2、轴承3和磁钢4 ;转盘I为盘状空腔体，其内部型腔结构包括转盘底11、转盘壁12、空心轴13和环行磁钢固定带14 ；
[0051]转盘I中心为空心轴13，空心轴13的外径尺寸与轴承3内环尺寸配合；其轴心孔1301的孔径与电动自行车中轴5尺寸配合；
[0052]环行磁钢固定带14位于转盘底11的内底面，其形状为一环行凸缘，环行凸缘的上平面高于转盘底11的内底面，环行磁钢固定带14的内环直径大于空心轴13外径，外环直径小于转盘壁12内径；环行磁钢固定带14上包括有一组环行、等距间隔排列的盲孔1401，每个盲孔1401内固定一个圆柱形磁钢4 ；
[0053]定盘2为盘状空腔体，其内部型腔结构包括定盘底21、定盘壁22、轴承架23和穿线孔24 ;定盘2中心为轴承架23 ；
[0054]定盘底21的内底面由筋板分为三个扇形区域，其中的一个扇形区域A作为模拟力矩助力动态采集电路板的安装位置，穿线孔24位于扇形区域A临近上边缘处，穿线孔24作为模拟力矩助力动态采集电路板控制线缆的引出口 ；
[0055]转盘1、定盘2、轴承3和磁钢4装配在一起，轴承3装配在转盘I的空心轴13和定盘2的轴承架23之间，轴承架23的内径与轴承3外环直径配合；轴承3的外环嵌装在轴承架23的内径中，轴承3的内环套装在空心轴13上；
[0056]转盘I与定盘2配合，转盘壁12内径与定盘壁22外径滑动配合；空心轴13的轴心孔1301的孔径与电动自行车中轴5紧密配合。
[0057]所述模拟力矩助力动态采集电路板安装在定盘2的扇形区域A内，模拟力矩助力动态采集电路板上的元器件包括单片机AT89C16、三端稳压器LM1117-3.3V、三个间隔固定的霍尔元件ES732，一个姿态模块MPU6050 (陀螺仪)、输出电压接口 J2及阻容元件；
[0058]在所述模拟力矩助力动态采集电路板上，三个所述霍尔元件ES732分别为第一霍尔元件A、第二霍尔元件B和第三霍尔元件C，三个霍尔元件ES732的感应面中心在同一条弧线上，每个霍尔元件ES732的感应面中心与定盘2轴心连线，形成两个扇形，每两个相邻的霍尔元件ES732的感应面中心分别与定盘2轴心的连线之间的夹角为5度；
[0059]所述转盘I上的24个所述磁钢4的轴心在同一圆上，每个磁钢4轴心与转盘I轴心连线，形成23个扇形，每两个相邻磁钢4轴心与转盘I轴心连线之间的夹角为15度；
[0060]三个霍尔元件ES732的感应面中心所在的圆的圆心与24个磁钢4轴心所在的圆的圆心均在同一轴心线上，此轴心线即电动自行车中轴5轴心线；
[0061]当转盘I随自行车中轴转动时，定盘2的位置固定不变，三个所述霍尔元件ES732的方位保持不变；转盘I内的24个磁钢4沿其所在圆的轨迹环形移动时，其中，每一个磁钢4的感应面依次经过三个霍尔元件ES732的感应面，磁钢4的感应面与霍尔元ES732件的感应面相对应的一刻，触发霍尔元件ES732，霍尔元件ES732内部电路产生感应电压脉冲信号;
[0062]24个磁钢4的感应面与三个霍尔元件ES732的感应面重合即触发时序为:
[0063]转盘I正转即骑行前进时的转向时，依次触发第一霍尔元件A、第二霍尔元件B和第二霍尔兀件C ；
[0064]转盘I反转时时，依次触发第三霍尔元件C、第二霍尔元件B、第一霍尔元件A ；
[0065]感应出电压脉冲信号给单片机AT89C16，单片机AT89C16据此提取有关的方向和速度数据作为计算出电源电压占空比PWM的数据，经DA转换后，输出电压信号，电机控制器以此作为控制系统的信号源；
[0066]方向数据提取方法:通过转盘I的转动方向，由单片机AT89C16采集三个所述霍尔元件ES732触发信号顺序获得；
[0067]速度数据提取方法:通过转盘I的转动，由单片机AT89C16采集三个所述霍尔元件ES732触发信号间隔时间数据获得；
[0068]安装在所述模拟力矩助力动态采集电路板上的姿态模块MPU6050 (陀螺仪)的姿态为:坐标X保持水平，坐标Z保持垂直，单片机AT89C16以此时的采集的信号数据作为其位置平衡的数据，以此数据作为程序判断的初始状态；
[0069]模拟力矩助力动态采集器电路以单片机AT89C16为中心处理器，利用姿态模块MPU6050 (陀螺仪)的姿态可知性，经过I2C总线与单片机AT89C16通信，以此作为坡度识别器；
[0070]单片机AT89C16的SCL端口、SDL端口分别连接姿态模块MPU6050的SCL端口、SDL端口，SCL和SDL是I2C通信的数据和时钟线；
[0071]单片机AT89C16的三个通用I/O端口 P100_6、P100_7和P100_12分别连接三个霍尔元件ES732 ；
[0072]单片机AT89C16的PWM输出端口 ΡΙ00_0经电阻R3连接输出电压接口 J2。
[0073]模拟力矩助力动态采集器电路以单片机AT89C16为中心处理器。
[0074]根据上述说明，结合本领域技术可实现本实用新型的方案。
【权利要求】
1.一种电动自行车模拟力矩助力传感控制系统结构，包括助力传感结构，其特征在于，助力传感结构为一个采用三颗霍尔传感器与环形磁钢阵列组成的模拟力矩助力动态采集器； 所述模拟力矩助力动态采集器由助力盘结构件和模拟力矩助力动态采集电路板构成； 所述助力盘结构件包括转盘(I)、定盘(2)、轴承(3)和磁钢(4);转盘(I)为盘状空腔体，其内部型腔结构包括转盘底(11)、转盘壁(12)、空心轴(13)和环行磁钢固定带(14)；转盘(I)中心为空心轴(13)，空心轴(13)的外径尺寸与轴承(3)内环尺寸配合；其轴心孔(1301)的孔径与电动自行车中轴(5)尺寸配合； 环行磁钢固定带(14)位于转盘底(11)的内底面，其形状为一环行凸缘，环行凸缘的上平面高于转盘底(11)的内底面，环行磁钢固定带(14)的内环直径大于空心轴(13)外径，夕卜环直径小于转盘壁(12)内径；环行磁钢固定带(14)上包括有一组环行、等距间隔排列的盲孔(1401),每个盲孔(1401)内固定一个圆柱形磁钢(4)； 定盘(2 )为盘状空腔体，其内部型腔结构包括定盘底(21)、定盘壁(22 )、轴承架(23 )和穿线孔(24);定盘(2)中心为轴承架(23)； 定盘底(21)的内底面由筋板分为三个扇形区域，其中的一个扇形区域A作为模拟力矩助力动态采集电路板的安装位置，穿线孔(24)位于扇形区域A临近上边缘处，穿线孔(24)作为模拟力矩助力动态采集电路板控制线缆的引出口； 转盘(I)、定盘(2)、轴承(3)和磁钢(4)装配在一起，轴承(3)装配在转盘(I)的空心轴(13 )和定盘(2 )的轴承架(23 )之间，轴承架(23 )的内径与轴承(3 )外环直径配合；轴承(3)的外环嵌装在轴承架(23)的内径中，轴承(3)的内环套装在空心轴(13)上； 转盘(I)与定盘(2)配合，转盘壁(12)内径与定盘壁(22)外径滑动配合；空心轴(13)的轴心孔(1301)的孔径与电动自行车中轴(5)紧密配合； 所述模拟力矩助力动态采集电路板安装在定盘(2)的扇形区域A内，模拟力矩助力动态采集电路板上的元器件包括单片机AT89C16、三端稳压器LM1117-3.3V、三个间隔固定的霍尔元件ES732，一个姿态模块MPU6050即陀螺仪、输出电压接口 J2及阻容元件； 在所述模拟力矩助力动态采集电路板上，三个所述霍尔元件ES732分别为第一霍尔元件A、第二霍尔元件B和第三霍尔元件C，三个霍尔元件ES732的感应面中心在同一条弧线上，每个霍尔元件ES732的感应面中心与定盘(2)轴心连线，形成两个扇形，每两个相邻的霍尔元件ES732的感应面中心分别与定盘(2)轴心的连线之间的夹角为5度； 所述转盘(I)上的24个所述磁钢(4)的轴心在同一圆上，每个磁钢(4)轴心与转盘(I)轴心连线，形成23个扇形，每两个相邻磁钢(4)轴心与转盘(I)轴心连线之间的夹角为15度； 三个霍尔元件ES732的感应面中心所在的圆的圆心与24个磁钢(4)轴心所在的圆的圆心均在同一轴心线上，此轴心线即电动自行车中轴(5)轴心线； 模拟力矩助力动态采集器电路以单片机AT89C16为中心处理器，姿态模块MPU6050 (陀螺仪)通过I2C总线与单片机AT89C16连接； 单片机AT89C16的SCL端口、SDL端口分别连接姿态模块MPU6050的SCL端口、SDL端口，SCL和SDL是I2C通信的数据和时钟线； 单片机AT89C16的三个通用I/O端口 P100_6、P100_7和P100_12分别连接三个霍尔元件ES732 ； 单片机AT89C16的PWM输出端口 ΡΙ00_0经电阻R3连接输出电压接口 J2。
【文档编号】B62M6/50GK204150202SQ201420487007
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】王作彦, 齐连运 申请人:天津市弘塔科技有限公司