单边力矩传感器及电动自行车的制作方法

本实用新型涉及扭矩测量技术领域，尤其是涉及一种单边力矩传感器及电动自行车。

背景技术：

电动自行车是指以蓄电池作为辅助能源在普通自行车的基础上，安装了电机、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，在电动车的中轴安装双边力矩传感器，双边力矩传感器的中轴上套设扭矩感应套，与中轴连接的曲柄和牙盘需特制，结构复杂，成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的包括提供一种单边力矩传感器，以缓解相关技术中双边力矩传感器结构复杂和成本高的技术问题。

本实用新型提供的单边力矩传感器包括：轴辊、套筒、软磁形变单元、感应线圈和信号处理器，所述轴辊的两端具有用于与曲柄可拆卸连接的曲柄连接部，所述软磁形变单元设有通孔；

所述软磁形变单元设于所述轴辊的外周，所述套筒套设于所述轴辊，所述软磁形变单元的外周布置有检测磁性变化的所述感应线圈，所述信号处理器设于所述套筒并与所述感应线圈电连接。

可选的，所述软磁形变单元包括软磁形变片，所述软磁形变片设置于所述轴辊的外周，并与所述感应线圈相对。

可选的，所述软磁形变片上设有多个通孔，多个所述通孔沿所述软磁形变片的周向间隔分布。

可选的，多个所述通孔分布为两圈，两圈所述通孔均沿所述软磁形变片的周向间隔分布。

可选的，所述软磁形变单元包括软磁形变层，所述软磁形变层设于所述轴辊的外周。

可选的，所述单边力矩传感器还包括电磁屏蔽部件，所述电磁屏蔽部件设于所述感应线圈的外周。

可选的，所述单边力矩传感器包括速度检测单元，所述速度检测单元包括速度感应磁环和与所述信号处理器电连接的速度感应霍尔，所述速度感应磁环设于所述轴辊的外周；所述速度感应霍尔设于所述套筒，用于感应所述速度感应磁环产生的磁场。

可选的，所述单边力矩传感器包括第一轴承、第二轴承、第一轴承碗和第二轴承碗，所述第一轴承套设于所述轴辊的第一端，所述第一轴承碗套设于所述第一轴承上，并与所述套筒的第一端固定连接，所述第二轴承套设于所述轴辊的第二端，所述第二轴承碗套设于所述第二轴承。

可选的，所述第一轴承碗的内壁均设有限位槽，所述套筒的第一端设有与所述限位槽配合的限位凸起。

本实用新型的目的还包括提供一种电动自行车，以缓解相关技术中双边力矩传感器结构复杂和成本高的技术问题。

本实用新型提供的电动自行车，包括上述的单边力矩传感器。

本实用新型提供单边力矩传感器及电动自行车，单边力矩传感器包括：轴辊、套筒、软磁形变单元、感应线圈和信号处理器，轴辊的两端具有用于与曲柄可拆卸连接的曲柄连接部，软磁形变单元设有通孔；软磁形变单元设于轴辊的外周，套筒套设于轴辊，软磁形变单元的外周布置有检测磁性变化的感应线圈，信号处理器设于套筒并与感应线圈电连接。检测过程中，轴辊的一边相对另一边受到周向的扭力，轴辊发生周向形变，从而使轴辊外周壁上的软磁形变单元也产生周向形变，这时软磁形变单元的通孔的形状和面积也发生变化，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，信号处理器将其线圈的受周向力矩的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。此外，轴辊的两端均具有与曲柄可拆卸连接的曲柄连接部，电动自行车的曲柄和牙盘通过曲柄连接部与轴辊连接，曲柄和牙盘无需特制于轴辊上，降低成本，并且使本实用新型提供的单边力矩传感器的结构简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的单边力矩传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的单边力矩传感器的爆炸图；

图3为本实用新型实施例提供的单边力矩传感器的套筒的结构示意图一；

图4为本实用新型实施例提供的单边力矩传感器的套筒的结构示意图二；

图5为本实用新型实施例提供的单边力矩传感器的轴向截面示意图；

图6为本实用新型实施例提供的单边力矩传感器的软磁形变片与轴辊的配合示意图；

图7为本实用新型实施例提供的单边力矩传感器的第一轴承碗的结构示意图。

图标：100－轴辊；110－曲柄连接部；120－形变安装部；130－磁环安装部；140－第一轴阶；150－第二轴阶；200－套筒；210－容纳槽；220－保护盖；230－限位凸起；240－第一安装槽；250－线圈支架；260－线圈放置槽；270－信号线孔；310－软磁形变片；311－通孔；400－感应线圈；500－信号处理器；510－信号线；600－电磁屏蔽部件；710－速度感应磁环；720－速度感应霍尔；800－第一轴承碗；810－第一轴承；820－限位槽；900－第二轴承碗；910－第二轴承。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

如图1、图2和图5所示，本实用新型实施例提供的单边力矩传感器包括：轴辊100、套筒200、软磁形变单元、感应线圈400和信号处理器500，轴辊100的两端具有用于与曲柄可拆卸连接的曲柄连接部110；

软磁形变单元设于轴辊100的外周，套筒200套设于轴辊100，软磁形变单元的外周布置有检测磁性变化的感应线圈400，信号处理器500设于套筒200并与感应线圈400电连接。

轴辊100上设有用于安装软磁形变单元的形变安装部120，软磁形变单元设于形变安装部120，并沿轴辊100的周向设置。一些实施方式中，感应线圈400设于套筒200内，并与套筒200的内壁连接，套筒200套设于轴辊100上时，感应线圈400与软磁形变单元位置相对；另一些实施方式，如图3所示，套筒200的外周壁设有第一安装槽240，第一安装槽240沿套筒200的周向延伸，感应线圈400安装于第一安装槽240内。套筒200的外部套设有电磁屏蔽部件600，电磁屏蔽部件600套设于第一安装槽240的开口处，对感应线圈400起到屏蔽电磁干扰和机械破坏的保护作用。套筒200套设于轴辊100上时，感应线圈400与软磁形变单元位置相对。轴辊100与套筒200活动连接，从而使轴辊100可带动软磁形变单元相对于套筒200和感应线圈400转动；套筒200的外周设有用于容纳信号处理器500的容纳槽210，容纳槽210的侧壁设有用于信号线510通过的信号线孔270。容纳槽210的开口处盖合有保护盖220，对信号处理器500起到保护作用。另一种实施方式中，本实用新型实施例提供的单边力矩传感器还包括线圈支架250。如图4所示，线圈支架250呈圆筒状，线圈支架250的外周面设有用于容纳信号处理器500的容纳槽210和用于放置感应线圈400的线圈放置槽260；套筒200上设有用于信号线510通过的信号线孔270。组装本实用新型实施例提供的单边力矩传感器时，线圈支架250套设于轴辊100，感应线圈400放置于线圈放置槽260中，信号处理器500放置于容纳槽210中，套筒200套设于线圈支架250的外周，对信号处理器500和感应线圈400起到保护作用，信号线510通过信号线孔270从套筒200中伸出。

软磁形变单元用于在轴辊100受到周向扭转力矩时，改变感应线圈400周围的磁场，以使感应线圈400内的感应电动势变化，一些实施方式中，软磁形变单元包括软磁形变片310，软磁形变片310设置于轴辊100的外周，并与感应线圈400位置相对。

如图2和图6所示，软磁形变片310紧贴布置于轴辊100的外周，并由软磁材料制成，例如，铁硅合金或软磁铁氧体等。软磁形变片310的外径小于套筒200的内径，软磁形变片310紧贴布置于形变安装部120的外周。轴辊100受到周向扭转力矩时，轴辊100带动软磁形变片310产生变形，软磁形变片310的磁导率产生变化，从而使感应线圈400周围的磁场产生变化，进而使感应线圈400的感应电动势产生变化。软磁形变单元包括软磁形变片310，软磁形变片310紧贴布置于轴辊100上，从而方便本实用新型实施例提供的单边力矩传感器的组装。

软磁形变片310的形变量影响其导磁率的变化量，当轴辊100受到相同大小的周向扭转力矩时，为了增加软磁形变片310的形变量，方便测量轴辊100受到的周向扭转力矩，软磁形变片310上设有多个通孔311，多个通孔311沿软磁形变片310的周向间隔分布。

具体的，多个通孔311均设于软磁形变片310的外周壁上，并沿软磁形变片310的周向均匀分布，以使软磁形变片310在受到轴辊100的作用力时，软磁形变片310各部位形变量相同。通孔311的轴线方向与软磁形变片310的径向截面平行。多个通孔311的设置，使软磁形变片310在受到轴辊100相同的周向扭转力矩时，增加软磁形变片310的形变量。

根据实际产品检测需要，多个通孔311分布可为多圈，具体的，多个通孔311可分布为一圈、两圈、三圈或四圈等，本实施例中，多个通孔311分布为两圈，两圈通孔311均沿软磁形变片310的周向间隔分布。

具体的，通孔311均呈长方形，其中位于左侧圈中的通孔311的长度方向相对于软磁形变片310的径向截面向第一方向倾斜，位于右侧圈中的通孔311的长度方向相对于软磁形变片310的径向截面向第二方向倾斜，具体的，两圈中的通孔311相对于软磁形变片310的中部的径向截面对称，并与该径向截面的夹角均为45度，使软磁形变片310受到周向扭转力时，左右边通孔311大小产生相反方向的变形，一侧通孔311截面积大，一侧通孔311截面积小。通孔311设置为两圈，增加软磁形变片310形变量的同时，同样扭力采集的信号变化量大。

作为另一种实施例方式，软磁形变单元包括软磁形变层，软磁形变层设于轴辊100的外周，并与感应线圈400位置相对。

具体的，软磁形变层由软磁材料通个现代生产工艺涂设于形变安装部120的外周形成(现代生产工艺，如：熔铸、涂装、静电粉末涂装、流化床粉末涂装、化学镀或达克罗处理等)，软磁材料可使用铁硅合金(硅钢材料)或各种软磁铁氧体等。涂设形成的软磁形变层设有多个形变孔，多个形变孔在软磁形变层上的设置方式与上述的多个通孔311在软磁形变片310上的设置方式相同，使软磁形变层在受到轴辊100相同的周向扭转力矩时，增加软磁形变层的形变量。具体的，软磁形边层通过一定的制造工艺将软磁形变层材料按一定图案直接制作在轴辊100对应位置表面上，或者，通过一定的制造工艺将软磁形变层材料直接制作在轴辊100对应位置表面上，再通过后段加工成一定的图案。软磁形变层在轴辊100的外周产生磁场，轴辊100受到周向扭转力矩时，软磁形变层的磁导率产生变化，从而使感应线圈400的感应电动势产生变化。软磁形变单元包括软磁形变层，增加软磁形变单元与轴辊100连接的稳固性。

进一步的，单边力矩传感器还包括电磁屏蔽部件600，电磁屏蔽部件600设于感应线圈400的外周。

电磁屏蔽部件600呈圆筒状，并由电磁屏蔽材料制成。一些实施方式中，电磁屏蔽部件600套设于套筒200的外周，电磁屏蔽部件600所在位置与感应线圈400所在位置相对。另一些实施方式中，电磁屏蔽部件600套设于感应线圈400与套筒200之间，电磁屏蔽部件600的外壁与套筒200的内壁固定连接，感应线圈400连接于电磁屏蔽部件600的内壁。在感应线圈400的外周设置电磁屏蔽部件600，避免外界磁场对感应线圈400产生干扰而影响单边力矩传感器的测量精度。

可选的，单边力矩传感器包括速度检测单元，速度检测单元包括速度感应磁环710和与信号处理器500电连接的速度感应霍尔720，速度感应磁环710设于轴辊100的外周；速度感应霍尔720设于套筒200，用于感应速度感应磁环710产生的磁场。

如图2所示，轴辊100上设有磁环安装部130，速度感应磁环710套设于磁环安装部130的外周，与磁环安装部130固定连接；一些实施方式中，套筒200的外周壁设有第二安装槽，第二安装槽沿套筒200的周向延伸，速度感应霍尔720安装于第二安装槽内。套筒200的外部套设有保护筒，保护筒套设于第二安装槽的开口处，对速度感应磁环710起到电磁屏蔽和保护作用。套筒200套设于轴辊100上时，感应线圈400与软磁形变单元位置相对。另一些实施方式中，如图5所示，速度感应霍尔720固定安装于套筒200内，用于感应速度感应磁环710的磁场。轴辊100带动速度感应磁环710绕轴辊100的轴线转动时，速度感应磁环710在其外周产生的磁场发生变化，速度感应霍尔720感应速度感应磁环710磁场变化的信号，并将感应的速度变化信号传送至信号处理器500，信号处理器500将接收到的速度变化信号转换为相应的电信号。速度检测单元通过速度感应磁环710间接检测轴辊100的转速，为控制电动自行车提供更多的参数。

如图2和图5所示，单边力矩传感器包括第一轴承810、第二轴承910、第一轴承碗800和第二轴承碗900，第一轴承810套设于轴辊100的第一端，第一轴承碗800套设于第一轴承810上，并与套筒200的第一端固定连接，第二轴承910套设于轴辊100的第二端，第二轴承碗900套设于第二轴承910。

第一轴承碗800通过第一轴承810与轴辊100转动连接，第二轴承碗900通过第二轴承910与轴辊100转动连接，如图5和图6所示，轴辊100的外周面设有第一轴阶140和第二轴阶150，第一轴承810的左端面与第一轴阶140的端面接触，第一轴承碗800套设于第一轴承810的外部，并与套筒200的第一端固定连接。第二轴承910的右端面与第二轴阶150接触，第二轴承碗900套设于第二轴承910的外部，并与套筒200的第二端固定连接。第一轴承碗800和第二轴承碗900对第一轴承810和第二轴承910起到保护作用，并且对套筒200起到限位作用，防止套筒200沿轴辊100的轴线方向移动。

可选的，第一轴承碗800的内壁均设有限位槽820，套筒200的第一端设有与限位槽820配合的限位凸起230。

如图7所示，第一轴承碗800的内壁上设有多个限位槽820，多个限位槽820沿第一轴承碗800的周向均匀分布，各限位槽820的延伸方向均与第一轴承碗800的轴线方向平行。套筒200的外周壁的第一端设有多个限位凸起230，多个限位凸起230沿套筒200的周向间隔分布，每个限位凸起230的延伸方向与套筒200的轴线平行。套筒200第一端上的限位凸起230与第一轴承碗800上的限位槽820配合，对套筒200的周向起到限位作用。安装本实用新型实施例提供的单边力矩传感器时，套筒200套设于轴辊100上后，将第一轴承碗800套设于轴辊100并与套筒200的第一端连接，限位凸起230插入限位槽820内；然后将第二轴承碗900套设于轴辊100。第二轴承碗900的外周面设有外螺纹，第二轴承碗900上的外螺纹与电动自行车五通上的内螺纹配合，旋转第二轴承碗900绕其自身的轴线转动，第二轴承碗900向靠近第一轴承碗800的方向运动，第二轴承碗900套设于套筒200的第一端的外周，第一轴承碗800和第二轴承碗900配合对套筒200的周向和轴向进行限位。

本实用新型实施例的目的还包括提供一种电动自行车，以缓解相关技术中双边力矩传感器结构复杂和成本高的技术问题。

本实用新型实施例提供的电动自行车，包括上述的单边力矩传感器。

具体的，单边力矩传感器安装于电动自行车的五通管内，轴辊100的两端分别连接有曲柄，牙盘安装于轴辊100的一端。

本实用新型实施例提供单边力矩传感器及电动自行车，本实用新型实施例提供的单边力矩传感器包括：轴辊100、套筒200、软磁形变单元、感应线圈400和信号处理器500，轴辊100的两端具有用于与曲柄可拆卸连接的曲柄连接部110；软磁形变单元设于轴辊100的外周，套筒200套设于轴辊100，软磁形变单元的外周布置有检测磁性变化的感应线圈400，信号处理器500设于套筒200并与感应线圈400电连接。检测过程中，轴辊100的一边相对另一边受到周向的扭力，轴辊100发生周向形变，从而使轴辊100外周壁上的软磁形变单元也产生周向形变，这时软磁形变单元的通孔311的形状和面积也发生变化，从而引起感应线圈400的磁场发生变化，感应线圈400的感应电动势发生变化，信号处理器500将其线圈的受周向力矩的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。此外，轴辊100的两端均具有与曲柄可拆卸连接的曲柄连接部110，电动自行车的曲柄和牙盘通过曲柄连接部110与轴辊100连接，曲柄和牙盘无需特制于轴辊100上，降低成本，并且使本实用新型实施例提供的单边力矩传感器的结构简单。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，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实用新型实施例各实施例技术方案的范围。