力矩传感器与电机一体式轮毂电机的制作方法

本发明涉及一种力矩传感器与电机一体式轮毂电机，属于电动助力车领域。

背景技术：

1、目前市场上采用力矩传感器构成的电动辅助助力自行车归纳起来基本上分为二大类助力系统结构形式，一类是称为中置电机力矩式，另一类是称为轮毂电机力矩式。

2、中置电机力矩式：顾名思义就是把电机结构和中轴式力矩传感器结构集成组合在一起，成为结构上一个整体并安装固定在自行车五通的位置上，中置电机力矩式结构的优点是各个管件部件组合集成，结构紧凑，可变动性极小，很有利于产品质量的长期稳定和标准化。

3、轮毂电机力矩式：外加力矩传感器组合式，这种助力系统模式是轮毂电机与力矩传感器这两个部分是独立分开的，电机设计成轮毂结构形式，绝大多数安装固定在自行车的后轮上，与自行车的车圈、辐条、轮胎组装成一只自行车的后轮，采集人脚踩踏自行车的用力大小力矩传感器则结构形式多择性，有中轴式、牙盘式、链条张力式等，感应原理上还分为磁感应式、磁致伸缩式、电阻应变式等。

4、现有技术中在采用轮毂电机力矩式助力系统时，力矩传感器与轮毂电机是两个相互独立的结构，即需要将力矩传感器外加于轮毂电机上，这就使得对轮毂电机的改动较大，导致轮毂电机的稳定性、可靠性降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的力矩传感器与电机一体式轮毂电机。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该力矩传感器与电机一体式轮毂电机，包括电机芯轴、电机外罩壳和电缆信号线，其结构特点在于：还包括轮辐式力矩传感器、电阻应变片和信号传输系统，所述轮辐式力矩传感器设置在电机外罩壳上，所述电机芯轴与电机外罩壳和轮辐式力矩传感器贯穿，所述电阻应变片设置在轮辐式力矩传感器上，所述电阻应变片与信号传输系统连接，所述信号传输系统与电缆信号线连接。通过信号传输系统将信号传输至自行车车载控制器，通过自行车车载控制器实现对轮毂电机的控制。

3、进一步地，所述轮毂电机还包括轴承甲和轴承乙，所述电机外罩壳通过轴承甲设置在电机芯轴上，所述轮辐式力矩传感器通过轴承乙设置在电机芯轴上。可使得电机外罩壳与电机芯轴保持同心转动。

4、进一步地，所述轮毂电机还包括静转子、动定子磁钢和动定子磁钢罩壳，所述静转子设置在电机芯轴上，所述动定子磁钢罩壳设置在电机外罩壳内，所述动定子磁钢设置在动定子磁钢罩壳上，且动定子磁钢与静转子配合。通过静转子与动定子磁钢的配合，可实现电机外罩壳的转动。

5、进一步地，所述轮毂电机还包括飞轮，所述飞轮设置在轮辐式力矩传感器上。通过牙盘、链条拖动飞轮转动，以使得轮辐式力矩传感器转动，同时发生弹性形变。

6、进一步地，所述轮毂电机还包括电机电路板，所述电机电路板设置在电机芯轴上，且电机电路板与静转子和电缆信号线连接。静转子上缠绕有多组线圈，线圈绕组通过电机电路板与电缆信号线连接后与外部供电电源连通。

7、进一步地，所述轮辐式力矩传感器包括轮毂、轮辋和轮辐条，所述轮毂的外圈与轮辋的内圈通过轮辐条连接，所述电阻应变片设置在轮辐条上，所述轮毂通过轴承乙设置在电机芯轴上，所述轮辋通过螺丝设置在电机外罩壳上。轮毂与轮辋受力相反时可使得轮辐条发生形变，进而可使得电阻应变片感应到形变量。

8、进一步地，所述信号传输系统为无线传输式信号传输系统，所述无线传输式信号传输系统包括霍尔元件、磁环、电源无线传输线圈、电源无线接收线圈、电信号接收模块电路、电信号发射模块电路、静固电路板和信号放大电路板，所述静固电路板设置在电机芯轴上，所述霍尔元件、电源无线传输线圈和电信号接收模块电路均设置在静固电路板上，所述信号放大电路板设置在轮辐式力矩传感器上，所述磁环、电源无线接收线圈和电信号发射模块电路均设置在信号放大电路板上，所述霍尔元件与磁环连接，所述电源无线传输线圈与电源无线接收线圈连接，所述电信号接收模块电路与电信号发射模块电路连接。

9、进一步地，所述静固电路板通过固定座设置在电机芯轴上，所述轮辐式力矩传感器上设置有防水封盖。

10、进一步地，所述信号传输系统为滑环接触式信号传输系统，所述滑环接触式信号传输系统包括霍尔元件、磁环、霍尔电路板和滑环，所述霍尔电路板设置在电机芯轴上，所述霍尔元件设置在霍尔电路板上，所述磁环和滑环均设置在轮辐式力矩传感器上，所述霍尔元件与磁环连接，所述霍尔电路板与滑环连接。

11、进一步地，所述霍尔电路板设置在滑环罩壳上，所述滑环罩壳通过直键设置在电机芯轴上。

12、进一步地，所述轮辐条的数量通常为2-16条。

13、相比现有技术，本发明具有以下优点：该轮毂电机中将力矩传感器集成于右端盖上，在对原有轮毂电机不被破坏的情况下可使得轮毂电机自带力矩感应检测的功能，进而可使得右端盖同时具备轮毂电机外罩的功能和力矩检测功能，通过两种模式的信号传输系统可实现信号传输，并将信号传输至控制器，通过控制器来控制轮毂电机的助力启动和助力的大小。

技术特征：

1.一种力矩传感器与电机一体式轮毂电机，包括电机芯轴（1）、电机外罩壳（4）和电缆信号线（11），其特征在于：还包括轮辐式力矩传感器（9）、电阻应变片（10）和信号传输系统，所述轮辐式力矩传感器（9）设置在电机外罩壳（4）上，所述电机芯轴（1）与电机外罩壳（4）和轮辐式力矩传感器（9）贯穿，所述电阻应变片（10）设置在轮辐式力矩传感器（9）上，所述电阻应变片（10）与信号传输系统连接，所述信号传输系统与电缆信号线（11）连接，所述信号传输系统为无线传输式信号传输系统或滑环接触式信号传输系统。

2.根据权利要求1所述的力矩传感器与电机一体式轮毂电机，其特征在于：所述轮毂电机还包括轴承甲（2）和轴承乙（3），所述电机外罩壳（4）通过轴承甲（2）设置在电机芯轴（1）上，所述轮辐式力矩传感器（9）通过轴承乙（3）设置在电机芯轴（1）上。

3.根据权利要求1所述的力矩传感器与电机一体式轮毂电机，其特征在于：所述轮毂电机还包括静转子（5）、动定子磁钢（6）和动定子磁钢罩壳（7），所述静转子（5）设置在电机芯轴（1）上，所述动定子磁钢罩壳（7）设置在电机外罩壳（4）内，所述动定子磁钢（6）设置在动定子磁钢罩壳（7）上，且动定子磁钢（6）与静转子（5）配合。

4.根据权利要求1所述的力矩传感器与电机一体式轮毂电机，其特征在于：所述轮毂电机还包括飞轮（12），所述飞轮（12）设置在轮辐式力矩传感器（9）上。

5.根据权利要求1所述的力矩传感器与电机一体式轮毂电机，其特征在于：所述轮毂电机还包括电机电路板（8），所述电机电路板（8）设置在电机芯轴（1）上，且电机电路板（8）与静转子（5）和电缆信号线（11）连接。

6.根据权利要求1所述的力矩传感器与电机一体式轮毂电机，其特征在于：所述轮辐式力矩传感器（9）包括轮毂（27）、轮辋（28）和轮辐条（29），所述轮毂（27）的外圈与轮辋（28）的内圈通过轮辐条（29）连接，所述电阻应变片（10）设置在轮辐条（29）上，所述轮毂（27）通过轴承乙（3）设置在电机芯轴（1）上，所述轮辋（28）通过螺丝设置在电机外罩壳（4）上。

7.根据权利要求1所述的力矩传感器与电机一体式轮毂电机，其特征在于：所述无线传输式信号传输系统包括霍尔元件（13）、磁环（14）、电源无线传输线圈（15）、电源无线接收线圈（16）、电信号接收模块电路（18）、电信号发射模块电路（19）、静固电路板（21）和信号放大电路板（22），所述静固电路板（21）设置在电机芯轴（1）上，所述霍尔元件（13）、电源无线传输线圈（15）和电信号接收模块电路（18）均设置在静固电路板（21）上，所述信号放大电路板（22）设置在轮辐式力矩传感器（9）上，所述磁环（14）、电源无线接收线圈（16）和电信号发射模块电路（19）均设置在信号放大电路板（22）上，所述霍尔元件（13）与磁环（14）连接，所述电源无线传输线圈（15）与电源无线接收线圈（16）连接，所述电信号接收模块电路（18）与电信号发射模块电路（19）连接。

8.根据权利要求7所述的力矩传感器与电机一体式轮毂电机，其特征在于：所述静固电路板（21）通过固定座（20）设置在电机芯轴（1）上，所述轮辐式力矩传感器（9）上设置有防水封盖（17）。

9.根据权利要求1所述的力矩传感器与电机一体式轮毂电机，其特征在于：所述滑环接触式信号传输系统包括霍尔元件（13）、磁环（14）、霍尔电路板（25）和滑环（26），所述霍尔电路板（25）设置在电机芯轴（1）上，所述霍尔元件（13）设置在霍尔电路板（25）上，所述磁环（14）和滑环（26）均设置在轮辐式力矩传感器（9）上，所述霍尔元件（13）与磁环（14）连接，所述霍尔电路板（25）与滑环（26）连接。

10.根据权利要求9所述的力矩传感器与电机一体式轮毂电机，其特征在于：所述霍尔电路板（25）设置在滑环罩壳（24）上，所述滑环罩壳（24）通过直键（23）设置在电机芯轴（1）上。

技术总结
本发明涉及一种力矩传感器与电机一体式轮毂电机，属于电动助力车领域。本发明包括电机芯轴、电机外罩壳和电缆信号线，其结构特点在于：还包括轮辐式力矩传感器、电阻应变片和信号传输系统，所述轮辐式力矩传感器设置在电机外罩壳上，所述电机芯轴与电机外罩壳和轮辐式力矩传感器贯穿，所述电阻应变片设置在轮辐式力矩传感器上，所述电阻应变片与信号传输系统连接，所述信号传输系统与电缆信号线连接。通过信号传输系统将信号传输至自行车车载控制器，通过自行车车载控制器实现对轮毂电机的控制。

技术研发人员：李群
受保护的技术使用者：李群
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13