一種電動(dòng)自行車的力矩和速度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動(dòng)自行車領(lǐng)域，具體涉及一種電動(dòng)自行車的力矩和速度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)自行車由于其輕快省力及無污染等特點(diǎn)，正日益在世界各國推廣運(yùn)用。傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車都用轉(zhuǎn)把來調(diào)速，也有用速度傳感器來控制電機(jī)的輸出功率的所謂智能型電動(dòng)自行車，這類智能型電動(dòng)自行車的特點(diǎn)是平地騎行很輕松，但上坡卻十分費(fèi)力。采用力矩和速度傳感器的電動(dòng)自行車則正好與之相反，平地騎行時(shí)電機(jī)的輸出功率很小，既能讓人感覺到騎行輕松又很省電，而上坡時(shí)卻可輸出較大的電流使爬坡變得很省力，是一種真正能讓人體驗(yàn)到人與機(jī)的自然融合的電動(dòng)自行車。然而國內(nèi)現(xiàn)在雖然也有力矩和速度傳感器，但效果卻是差強(qiáng)人意，主要是在低速時(shí)不能輸出正常的力矩信號(hào)，造成起步時(shí)的力量要么過大，要么過小，無法做到人機(jī)協(xié)調(diào)，還存在用力騎行時(shí)傳感器的輸出信號(hào)又過早飽和，造成上坡無力，整體的工作穩(wěn)定性和敏感度均較差。雖然國外(特別是日本)早就有這類產(chǎn)品，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度和成本都很高，使得這類電動(dòng)自行車不能很快普及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是:針對上述問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定且敏感度高的電動(dòng)自行車的力矩和速度傳感器。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種電動(dòng)自行車的力矩和速度傳感器，包括牙盤、曲柄和變形架，所述變形架由同軸布置的外圈和內(nèi)圈、以及若干條呈輻射狀分布的且連接在所述外圈和內(nèi)圈之間的連接筋構(gòu)成，其中內(nèi)圈與曲柄固定，而外圈與牙盤固定；
[0005]所述內(nèi)圈上固定有兩個(gè)力矩感應(yīng)磁鋼，且這兩個(gè)力矩感應(yīng)磁鋼外表面的極性相反，所述外圈上固定有信號(hào)輸出板，該信號(hào)輸出板上設(shè)置有線性霍爾集成電路，且該線性霍爾集成電路的磁感應(yīng)面與所述兩稀土磁鋼的外面表相對布置；
[0006]還包括與所述變形架同軸布置的動(dòng)座和靜座，其中動(dòng)座連接在變形架上，其上固定有副邊繞組；而靜座連接在動(dòng)座上且能夠圍繞動(dòng)座的中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其上固定有原邊繞組和信號(hào)接收板；所述副邊繞組由設(shè)置在所述動(dòng)座上的圓環(huán)形的動(dòng)磁芯以及固定在該動(dòng)磁芯中的動(dòng)線圈構(gòu)成，所述原邊繞組由設(shè)置在所述靜座上的圓環(huán)形的靜磁芯以及固定在該靜磁芯中的靜線圈構(gòu)成；所述動(dòng)磁芯和靜磁芯的軸向截面均呈U字型，二者相互貼合而構(gòu)成一個(gè)具有口字型軸向截面的環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述動(dòng)線圈和靜線圈被收容在由動(dòng)磁芯和靜磁芯構(gòu)成的具有口字型軸向截面的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)；所述動(dòng)磁芯和靜磁芯貼合接觸且能夠相對轉(zhuǎn)動(dòng)，并與所述動(dòng)線圈和靜線圈一同構(gòu)成隔離變壓器；所述靜線圈相當(dāng)于隔離變壓器的原邊線圈，其與所述信號(hào)接收板上設(shè)置的交流電發(fā)生器電連接，所述信號(hào)接收板上設(shè)有引出線；而動(dòng)線圈相當(dāng)于隔離變壓器的副邊線圈，其與信號(hào)輸出板電連接。
[0007]本發(fā)明在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括以下優(yōu)選方案:
[0008]所述動(dòng)磁芯和靜磁芯上分別粘貼有一塊位于二者貼合接觸面上的不干膠。
[0009]所述動(dòng)座上固定有沿圓周方向均勻分布的若干顆速度感應(yīng)磁鋼，所述信號(hào)接收板上設(shè)置有與所述速度感應(yīng)磁鋼相對應(yīng)的開關(guān)霍爾芯片。
[0010]所述速度感應(yīng)磁鋼共有20顆。
[0011]所述速度感應(yīng)磁鋼的表面粘貼有不干膠。
[0012]所述動(dòng)座和靜座的軸向通過動(dòng)座上設(shè)置的卡扣固定。
[0013]所述靜座上設(shè)置有能夠固定在自行車車架上，以阻止該靜座作周向轉(zhuǎn)動(dòng)的定位銷。
[0014]所述曲柄上固定有罩在所述變形架外的防護(hù)蓋。
[0015]所述動(dòng)座和靜座均為塑料件。
[0016]所述內(nèi)圈的外圓周壁上開設(shè)有一個(gè)磁鋼安裝缺口，所述的兩力矩感應(yīng)磁鋼并排固定在該磁鋼安裝缺口處；所述外圈上開設(shè)有兩個(gè)信號(hào)輸出板安裝螺孔，通過穿設(shè)在這兩個(gè)信號(hào)輸出板安裝螺孔中的螺絲將所述信號(hào)輸出板用支架固定在外圈上。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0018]1、本發(fā)明提供的這種電動(dòng)自行車的力矩和速度傳感器，其借助專門設(shè)計(jì)的變形架及設(shè)于其上的力矩感應(yīng)磁鋼和信號(hào)輸出板來測量人腳蹬力施加于曲柄上的力矩，測量敏感度高；同時(shí)本發(fā)明又專門設(shè)計(jì)了一種原、副繞組分設(shè)于靜座、動(dòng)座上的隔離變壓器來輸出測得的力矩信號(hào)，利用該變壓器原理，巧妙地解決了將旋轉(zhuǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為靜止信號(hào)的難題，且信號(hào)傳輸穩(wěn)定性好，大大提高了本發(fā)明整體的工作性能和測量精度。
[0019]2、本發(fā)明提供的這種電動(dòng)自行車的力矩和速度傳感器，具體工作時(shí)，動(dòng)座隨著牙盤和變形架的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，而靜座則由于限位銷的作用不會(huì)跟轉(zhuǎn)，因此使得同靜座相固定的信號(hào)接收板上的引出線能夠保持不動(dòng)，解決了由轉(zhuǎn)動(dòng)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為靜止的電信號(hào)的難題。
[0020]3、本發(fā)明這種傳感器能夠同時(shí)檢測電動(dòng)自行車中軸的力矩和速度，從而使電機(jī)控制器能夠綜合考慮中軸的轉(zhuǎn)速大小和力矩大小后，來控制電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。
[0021]4、本發(fā)明采用磁感式結(jié)構(gòu)來感應(yīng)并傳輸力矩信號(hào)，信號(hào)傳輸穩(wěn)定，摩擦損耗也小。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0023]圖1是本發(fā)明這種傳感器的外形圖之一；
[0024]圖2是本發(fā)明這種傳感器的外形圖之二 ；
[0025]圖3是本發(fā)明這種傳感器的正面剖視圖；
[0026]圖4為本發(fā)明這種傳感器中變形架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5為本發(fā)明這種傳感器中動(dòng)磁芯的立體結(jié)構(gòu)示意圖之一；
[0028]圖6為本發(fā)明這種傳感器中動(dòng)磁芯的立體結(jié)構(gòu)示意圖之二 ；
[0029]圖7為本發(fā)明這種傳感器的反面剖視圖；
[0030]圖8為本發(fā)明這種傳感器中動(dòng)座的立體結(jié)構(gòu)示意圖之一；
[0031]圖9為本發(fā)明這種傳感器中動(dòng)座的立體結(jié)構(gòu)示意圖之二 ；
[0032]其中:1-防護(hù)蓋，2-牙盤，3-曲柄，4-變形架，4a_外圈，4b_內(nèi)圈，4c_連接筋，4d-動(dòng)座安裝孔，4e-牙盤安裝孔，4f-中心齒孔，4g-磁鋼安裝缺口，4h-信號(hào)輸出板安裝螺孔，5-力矩感應(yīng)磁鋼，6-信號(hào)輸出板，7-動(dòng)座，7a-卡塊，7b-定位塊，7c-彈簧定位座，8-靜座，8a-定位銷，9-信號(hào)接收板，10-引出線，11-速度感應(yīng)磁鋼，12-開關(guān)霍爾芯片，13-動(dòng)磁芯，13a-動(dòng)線圈引出線，13b-定位缺口，14-動(dòng)線圈，15-靜磁芯，16-靜線圈，17-不干膠，18-線性霍爾集成電路，19-緊固件。
【具體實(shí)施方式】
[0033]圖1?圖9示出了本發(fā)明這種電動(dòng)自行車的力矩和速度傳感器的一個(gè)具體實(shí)施例，它包括牙盤2、曲柄3和變形架4，其中變形架4由同軸布置的外圈4a和內(nèi)圈4b、以及5條呈輻射狀分布的且連接在所述外圈4a和內(nèi)圈4b之間的連接筋4c構(gòu)成。
[0034]參照圖3和圖4所示，該變形架4采用金屬材料沖壓而成，其內(nèi)圈4b帶有一中心齒孔4g，曲柄3鉚合固定在該中心齒孔4g中，從而使得曲柄3和內(nèi)圈4b相固定。外圈4a上設(shè)置有5個(gè)呈圓環(huán)形分布的牙盤安裝孔4e，牙盤2用專用緊固件19連接在這5個(gè)牙盤安裝孔4e上，從而使得牙盤2和外圈4a相固定。
[0035]實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該傳感器安裝在電動(dòng)自行車車體中部，其中，曲柄3固定連接在電動(dòng)自行車中軸的端部，自行車的傳動(dòng)鏈條傳動(dòng)連接在所述牙盤2與自行車后輪上的飛輪之間。
[0036]本實(shí)施例的關(guān)鍵改進(jìn)在于:
[0037]所述內(nèi)圈4b上固定有兩個(gè)力矩感應(yīng)磁鋼5，這兩個(gè)力矩感應(yīng)磁鋼5并排布置，且二者外表面的極性相反，所述外圈4a上固定有信號(hào)輸出板6，該信號(hào)輸出板6上設(shè)置有線性霍爾集成電路18，且該線性霍爾集成電路18的磁感應(yīng)面與這兩稀土磁鋼5的外面表相對布置。
[0038]還包括與所述變形架4同軸布置的動(dòng)座7和靜座8。動(dòng)座7連接在變形架4上(變形架4上設(shè)置有5個(gè)動(dòng)座安裝孔4d，動(dòng)座7通過5個(gè)自攻螺釘連接在這5個(gè)動(dòng)座安裝孔4d上)，其上固定有副邊繞組。靜座8連接在動(dòng)座7上且能夠圍繞動(dòng)座7的中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，靜座8上固定有原邊繞組和信號(hào)接收板9。所述原、副邊繞組共同組成一隔離變壓器。副邊繞組由設(shè)置在動(dòng)座7上的圓環(huán)形的動(dòng)磁芯13以及固定在該動(dòng)磁芯13中的動(dòng)線圈14構(gòu)成。原邊繞組由設(shè)置在靜座8上的圓環(huán)形的靜磁芯15以及固定在該靜磁芯15中的靜線圈16構(gòu)成。動(dòng)磁芯13和靜磁芯15的軸向截面均呈U字型(具有一開口面)，二者相互貼合而構(gòu)成一個(gè)具有口字型軸向截面的環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述動(dòng)線圈14和靜線圈16被收容在由動(dòng)磁芯13和靜磁芯15構(gòu)成的具有口字型軸向截面的環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)。動(dòng)磁芯13和靜磁芯15貼合接觸且能夠相對轉(zhuǎn)動(dòng)，并與所述動(dòng)線圈14和靜線圈16 —同構(gòu)成上述的隔離變壓器。靜線圈16相當(dāng)于該隔離變壓器的原邊線圈，其與所述信號(hào)接收板9上設(shè)置的交流電發(fā)生器電連接。動(dòng)線圈14相當(dāng)于隔離變壓器的副邊線圈，其與信號(hào)輸出板6電連接。所述信號(hào)接收板9上設(shè)有引出線10，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該引出線10 —般與電動(dòng)自行車的電機(jī)控制器相連。
[0039]所謂“靜座”，是指其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)并不隨曲柄一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而是與自行車車架保持相對靜止的。具體為通過如下結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn):在靜座8上設(shè)置有定位銷8a，實(shí)施時(shí)，該定位銷8a穿套在與車架相對固定的孔或槽內(nèi)，從而起到了阻止靜座8轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。
[0040]由于在實(shí)際應(yīng)用中所述動(dòng)磁芯13和靜磁芯15會(huì)因?yàn)樽飨鄬D(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，為了避免動(dòng)磁芯13和靜磁芯15因直接接觸摩擦而降低二者的使用壽命，如圖5所示，本例在所述動(dòng)磁芯13和靜磁芯15上分別粘貼有一塊位于二者貼合接觸面上的圓環(huán)形的不干膠17，即該不干膠17共有兩片，一片貼在動(dòng)磁芯13上與靜磁芯15貼合接觸的那一面(即動(dòng)磁芯的開口面)，另一片貼在靜磁芯15上與動(dòng)磁芯13貼合接觸的那一面(即靜磁芯