专利名称：应动式电动助力自行车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能随脚踏力的变化而输出相应电动转矩的应动式电动助力自行车。
在已有技术中，中国专利96104992提供了一种日本申请的电动助力自行车，该电动自行车可根据所检测的脚踏力矩和车速来控制电机的转矩和转速，达到应动式电动助力的功能。根据这一控制原理，该电动助力自行车设置了脚踏力和车速两部分检测部件，并用智能化控制手段，先将所检测的模拟量转换成数字量，然后进行数据运算和处理，并输出对电机电枢电流和电压的控制信号，达到控制电机转矩及转速的目的。该电动助力自行车的检测和控制手段不够简单，导致其电路结构和机械结构很复杂，因此，制作成本高，不易维修，难以适应国内市场。为简化结构，中国专利96109332还提供了一种电动助力轮毂，它将脚踏力矩和车速的检测合二为一，并将检测、控制和驱动机构等全都设置在轮毂中，达到结构紧凑、外形美观的目的。虽然检测结构得到简化，机械结构也得到紧凑的安排，但却增加了轮毂内部机械结构的复杂程度和实现难度，仍不能降低成本和有利于维修，还可能影响到其整体的可靠性能，同时，电路结构也未得到简化。综上所述，现有的电动助力自行车，在检测和控制手段上都不够简捷，这是它们制造成本不能降低的主要原因。
本实用新型的目的是针对已有技术的现状，提供一种可使检测和控制方式得到简化、具有结构简单、性能可靠、成本低廉的应动式电动助力自行车。
为实现上述目的，本实用新型的解决方案如下该电动助力自行车具有一个自行车本体，在该本体上设有一个包括脚踏力矩检测机构、控制电路、直流电机、机械传动机构、蓄电池在内的应动式助力装置，其关键结构是所述自行车本体的链轮是一个复合链轮，该复合链轮由主轮体、相位比较检测部件与链轮环组成，所述主轮体的辐条是一种可使主轮体在受到脚踏扭力时产生周向位移变形的弹性构件，所述的相位比较检测部件由一个检测盘和一个检测环组成，其中检测盘同轴固定在主轮体的转轴上，检测环固联在主轮体轮边上或者是带有角度齿的主轮体本体，所述的链轮环与主轮体轮边固联在一起；在与复合齿轮相对不动的位置上设有分别对检测环和检测盘进行检测的光电传感器或磁电式传感器或半导体磁电转换元件；所述的控制电路是一个根据所述光电或磁感应传感器所检测的结果而控制直流电机输出力矩的控制电路，它至少由一个门电路、电压放大器和电流开关管构成。
本实用新型采用转动相位比较检测力矩的原理、利用传感器和转动相位比较检测部件来检测脚踏轴的扭矩，其中控制电路根据所检测的结果来控制直流电机电枢电流的大小，从而控制电机输出相应的转矩加至复合链轮或者电动轮毂，达到电动助力的效果。由于利用了上述转动相位比较检测力矩的原理，因此，本助力装置无需对车速和链轮转速进行检测及无需对电机转速进行控制，从而避免了复杂运算和控制，即简化了结构又简化了电路。再者，检测部件和链轮的有机结合，也使力矩的检测结构变得简单、可靠。因此，本实用新型与已有技术相比，具有结构简单、制作容易，成本低廉、便于维修、可靠性高的优点，特别适于中、低档消费阶层。
下面根据实施例详细说明其结构和工作原理。
图1、本实用新型的整体结构示意图。
图2、复合链轮之一的剖视结构示意图。
图3、图2的左视图。
图4、复合链轮之二的剖视结构示意图。
图5、图4的左视图。
图6、主体轮的剖视结构示意图。
图7、图6的左视图。
图8、齿轮减速器安装结构示意图。
图9、齿轮减速器结构示意图。
图10、控制电路的工作原理图。
图11、检测信号波形图之一。
图12、检测信号波形图之二。
参见图2、3，所述的复合链轮具有一个带皮带槽(1)的主轮体(2)，在该主轮体轮边上焊接或过盈配合所述的检测环(3)和链轮环(4)，所述的检测盘(5)同轴固定在主轮体转轴(6)的端头。当链轮转动时，检测盘和检测环分别由转轴(6)和主轮体(2)带动而转动。当转轴(6)受到脚踏力时，主轮体轮边相对其轴心产生周向位移变形，使检测盘(5)和检测环(3)之间产生转动相位差，这一相位差的大小反应了脚踏扭矩的大小。所述的检测盘和检测环可以采用具有相同频谱的光栅盘和光栅环或具有相同频率的角度齿盘和齿环，并在与检测盘(5)和检测环(3)相对不动的位置上分别设有所述的光电传感器或磁电式传感器或半导体磁电转换元件(7)、(8)。所述的光电传感器可以采用光电开关，所述的磁电式传感器可以采用电感式接近开关、电涡流式接近开关，所述的半导体磁电转换元件可以采用霍尔元件。
参见图6、7，为了使主轮体的周向位移变形更为灵敏，主轮体的辐条(9)可采用条形薄钢板式结构，并且该辐条板的宽边与转轴(6)轴向平行布置。这样，在脚踏力的作用下，主轮体与轴之间可产生足够的周向位移，保证了相位检测的灵敏度，同时，由于辐条板较宽，又可满足辐条强度的要求。
参见
图10，所述的控制电路至少由一个与门(11)、电压放大器(12)和电流开关管(13)构成。其工作原理如下当复合链轮以转速n转动而无脚踏力矩时，检测齿盘(5)和检测齿环(3)之间无扭矩相位差输出，则传感器(7)、(8)分别输出相位相同或相反的同频率信号Va、Vb，此处以后者为例，如
图11所示；当复合链轮仍以n转动，脚踏力矩为T时，检测齿盘(5)和检测齿环(3)之间产生扭矩相位差，则传感器(7)、(8)分别输出信号Va、Vb，如
图12中所示，这两路信号经过与门后，输出的相位差信号Vc，该信号经过电压放大后，加至电流开关管(13)的控制极(栅极S)，并控制开关管的导通电流(漏极电流)，也就是控制直流电机电枢电流Ia的大小。不管复合链轮转速是多少，脚踏力矩越大时，扭矩相位差越大，也就是单位时间通过的检测脉冲Δt的时间总和量越大，使开关管的导通时间越长，则导通电流就越大，也就是Ia越大；反之，Ia就越小。又由于直流电机(10)的输出力矩T与通过该电机的电枢电流Ia成正比，即T=CTΦIa(式中Φ为磁通量，CT为电机常数)，则Ia=T/C1Φ，所以控制电枢电流Ia的大小便可达到控制电机输出力矩的目的。上述电路中的电流开关(13)可采用场效应管，利用该场效应管的输出特性，当电机的转速变化而引起电机的反电动势变化时，所述的场效应管可以对电机两端电压进行自动补偿，使电机电枢电流Ia仍按照所检测的相位差输出相应的值，不受电机转速的影响，因此，本助力装置无需对车速进行检测和无需控制电机转速。另外，为了使助力加载得较为平和，可在控制电路中加设一个并联在与门(11)上的或非门(15)。这样，与门(11)即可输出频率比信号Vc快一倍的信号Vd，由于频率的增大，使助力系统工作得更为平稳。
参见
图1，直流电机的输出力矩可以通过皮带传动(16)加载在复合链轮(17)上，也可以通过齿轮减速器加载在复合链轮上，还可以直接加载在内设电机和二级减速机构的电动轮毂上。
参见图4、5，图中示出采用齿轮减速器传动具体结构，所述复合链轮的主轮体为一个齿轮(18)，该齿轮不仅作为与减速器输出齿轮(19)相啮合的从动齿轮，同时，它的齿圈又作为检测齿环，并且链轮环(4)固定在主轮体上，所述的检测盘(5)仍固联在主轮体转轴(6)的轴端。所述的齿轮减速器可以采用两级减速传动的结构，如图9所示，图8示出该减速器的安装位置。
权利要求1.一种应动式电动助力自行车，具有一个自行车本体，在该本体上设有一个包括脚踏力矩检测机构、控制电路、直流电机(10)、机械传动机构、蓄电池在内的应动式助力装置，其特征是a、所述自行车本体的链轮是一个复合链轮，该复合链轮由主轮体、相位比较检测部件与链轮环组成，所述主轮体的辐条是一种可使主轮体在受到脚踏扭力时产生周向位移变形的弹性构件，所述的相位比较检测部件由一个检测盘(5)和一个检测环(3)组成，其中检测盘同轴固定在主轮体的转轴上，检测环固联在主轮体轮边上或者是带有角度齿的主轮体本体，所述的链轮环(4)与主轮体轮边固联在一起；b、在与复合齿轮相对不动的位置上设有分别对检测环和检测盘进行检测的光电传感器或磁电式传感器或半导体磁电转换元件(7)、(8)。c、所述的控制电路是一个根据所述光电或磁感应传感器所检测的结果而控制直流电机输出力矩的控制电路，它至少由门电路、电压放大器(12)和电流开关管(13)构成。
2.如权利要求1所述的应动式电动助力自行车，其特征是所述的检测盘(5)和检测环(3)采用具有相同频谱的光栅盘和光栅环或具有相同频率的角度齿盘和齿环。
3.如权利要求1或2所述的应动式电动助力自行车，其特征是所述的主轮体为一个齿轮(18)，链轮环(4)固定在该主轮体上，所述的检测盘(5)固联在主轮体转轴(6)的轴端。
4.如权利要求1或2所述的应动式电动助力自行车，其特征是主轮体的辐条(9)可采用条形薄钢板式结构，并且该辐条板的宽边与主轮体转轴(6)平行布置。
5.如权利要求3所述的应动式电动助力自行车，其特征是主轮体的辐条(9)可采用条形薄钢板式结构，并且该辐条板的宽边与主轮体转轴(6)平行布置。
6.如权利要求1或2所述的应动式电动助力自行车，其特征是所述的门电路由与门(11)、或非门(15)并联构成。
专利摘要本实用新型涉及一种能随脚踏力的变化而输出相应电动转矩的应动式电动助力自行车。所述自行车本体的链轮是一个复合链轮，该复合链轮由主轮体、相位比较检测部件与链轮环组成，所述的相位比较检测部件由一个检测盘和一个检测环组成，在与复合齿轮相对不动的位置上设有分别对检测环和检测盘进行检测的光电传感器或磁感应传感器；所述的控制电路是一个根据所述光电或磁感应传感器所检测的结果而控制直流电机输出力矩的控制电路。
文档编号B62M23/00GK2337069SQ9823276
公开日1999年9月8日 申请日期1998年6月4日 优先权日1998年6月4日
发明者陈建安 申请人:陈建安