專利名稱：力矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動自行車，特別涉及腳踏助力行使的電動自行車的力矩傳感器。
背景技術(shù)：
腳踏助力行使的電動自行車在騎行時，需實(shí)時地將其行者施于腳蹬上的力通過一力矩傳感器轉(zhuǎn)換成自行車的控制器能夠識別的電信號，以控制電機(jī)的輸出功率。現(xiàn)有的力矩傳感器都安裝于電動自行車的中軸上，其主要包括曲柄、與曲柄相固連的主動部件，以及與主動部件平行設(shè)置的被動部件，所述被動部件與主動部件彈性連接且可相對轉(zhuǎn)動，主動部件和被動部件上分別設(shè)有數(shù)個主動磁組件和數(shù)個被動磁組件，所述力矩傳感器還包括與兩組磁組件(主動磁組件和被動磁組件)感應(yīng)的兩個霍爾元件，以采集信號，兩霍爾元件是排列在PCB板上的。但經(jīng)過長期的實(shí)驗(yàn)證明，上述力矩傳感器的霍爾元件采集的信號強(qiáng)度較弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種力矩傳感器，其在PCB板上設(shè)置了兩對以上的霍爾元件， 且各主動霍爾元件靈敏區(qū)的幾何中心在主動磁極的垂直投影位置處于主動磁極的不同位置，各被動霍爾元件靈敏區(qū)的幾何中心在被動磁極的垂直投影位置處于被動磁極的不同位置，這樣不僅可同時采集多組信號，而且確保了各組信號不是重復(fù)的信號。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種力矩傳感器，包括曲柄、與曲柄相固連的主動部件，與主動部件平行設(shè)置的被動部件以及與主動部件軸向固定且可相對旋轉(zhuǎn)的內(nèi)罩，所述被動部件與主動部件彈性連接且可相對轉(zhuǎn)動，所述主動部件和被動部件上分別設(shè)有主動磁組件和被動磁組件，所述主動磁組件具有多個呈環(huán)狀間隔布置或連續(xù)布置的主動磁極，被動磁組件具有多個呈環(huán)狀間隔布置或連續(xù)布置的被動磁極，所述內(nèi)罩上固設(shè)有PCB板，PCB板上設(shè)有兩對以上的霍爾元件，每對霍爾元件具有一個與被動磁極對應(yīng)的被動霍爾元件及一個與主動磁極對應(yīng)的主動霍爾元件，各主動霍爾元件靈敏區(qū)的幾何中心在主動磁極的垂直投影位置處于主動磁極的不同位置，各被動霍爾元件靈敏區(qū)的幾何中心在被動磁極的垂直投影位置處于被動磁極的不同位置。上述主動磁組件可以為多個主動磁鋼，被動磁組件可為多個被動磁鋼，多個主動磁鋼和多個被動磁鋼分別呈環(huán)狀間隔布置；上述主動磁組件和被動磁組件也可以為磁環(huán)。 本發(fā)明優(yōu)選后方案，具體說明為所述主動磁組件為一內(nèi)磁環(huán)，被動磁組件為一外磁環(huán)，所述外磁環(huán)與內(nèi)磁環(huán)同心、同平面設(shè)置，所述內(nèi)磁環(huán)和外磁環(huán)上分別設(shè)有數(shù)量相同的多對S-N 磁極對，其中每個S或N磁極所對的圓心角均相同，上述主動磁極為設(shè)置在內(nèi)磁環(huán)上的S磁極和N磁極，上述被動磁極為設(shè)置在外磁環(huán)上的S磁極和N磁極。本發(fā)明以磁環(huán)代替原有的多個磁鋼，大大提升了采樣速度和信息量，同時精度也大幅度提升，使得整車的啟動更快、 跟隨性更好，停車時的斷電時間大幅縮短。
所述PCB板的背面設(shè)有導(dǎo)磁片，導(dǎo)磁片具有與各霍爾元件分別對應(yīng)的導(dǎo)磁部，各導(dǎo)磁部的幾何中心在導(dǎo)磁面的垂直投影方向與對應(yīng)的霍爾元件的靈敏區(qū)的幾何中心相互重合。上述導(dǎo)磁片設(shè)置，大大提高了霍爾采集信號的信號強(qiáng)度。所述主動部件為連接器，其通過花鍵孔與曲柄的花鍵部分配合；所述被動部件為齒盤。上述主動部件與被動部件之間的具體連接結(jié)構(gòu)為所述被動部件上設(shè)周向均布有多個彈簧安裝孔，主動部件上設(shè)有與彈簧安裝孔數(shù)量相等且位置對應(yīng)的安裝凸塊，安裝凸塊伸入彈簧安裝孔的一端并與彈簧安裝孔的另一端之間設(shè)置有彈簧。所述主動部件上周向均布有多個凸爪，所述被動部件具有多個與凸爪對應(yīng)的開孔，凸爪穿設(shè)在相應(yīng)開孔中且可相對滑動配合。所述內(nèi)罩與主動部件的具體連接關(guān)系為所述內(nèi)罩的中孔壁處向內(nèi)延伸形成有連接圈，連接圈的外周壁上設(shè)有環(huán)狀凸筋，所述主動部件上設(shè)有與凸筋對應(yīng)的環(huán)形安裝槽，所述凸筋嵌設(shè)在該安裝槽內(nèi)且兩者可相對轉(zhuǎn)動。為了方便裝配，本發(fā)明在所述連接圈及環(huán)狀凸筋在圓周方向均布有多條軸向延伸的開口槽，使得連接圈具有較好的彈性，以方便連接圈與主動部件之間的裝配。本發(fā)明將所述凸筋的截面設(shè)計(jì)呈三角形，這樣凸筋兩側(cè)傾斜面在安裝時就具備了導(dǎo)向功能，方便凸筋順利嵌入安裝槽。所述內(nèi)罩的外側(cè)設(shè)有一霍爾罩，該霍爾罩是插接固定在內(nèi)罩的插孔中的，上述PCB 板及其上的霍爾元件和導(dǎo)磁片均設(shè)置在該霍爾罩內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1.本發(fā)明采用了兩對以上霍爾元件，且各主動霍爾元件靈敏區(qū)的幾何中心在主動磁極的垂直投影位置處于主動磁極的不同位置，各被動霍爾元件靈敏區(qū)的幾何中心在被動磁極的垂直投影位置處于被動磁極的不同位置，這樣不僅可同時采集多組信號，而且確保了各組信號不是重復(fù)的信號。.本發(fā)明中主動磁組件及被動磁組件均采用磁環(huán)，通過增加磁極極數(shù)，大大提升了采樣速度和信息量，同時精度也大幅度提升，使得整車的啟動更快、更隨性更好，停車時的斷點(diǎn)時間大幅縮短。.本發(fā)明在PCB板背面設(shè)置了導(dǎo)磁片且導(dǎo)磁片的各導(dǎo)磁部幾何中心在導(dǎo)磁面的垂直投影方向與對應(yīng)的霍爾元件的靈敏區(qū)的幾何中心相互重合，大大提高了霍爾采集信號的信號強(qiáng)度。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 圖1為本發(fā)明的裝配圖2為本發(fā)明的另一裝配圖3為本發(fā)明的剖視圖4為本發(fā)明中PCB板一側(cè)的示意圖5為本發(fā)明中PCB板另一側(cè)的示意圖6為本發(fā)明中主、被動磁組件與霍爾元件的相對位置示意圖7為本發(fā)明中主、被動部件之間的連接關(guān)系示意圖8為本發(fā)明中主、被動部件之間的另一連接關(guān)系示意圖；其中1曲柄；2主動部件；21安裝凸塊；22凸爪；23花鍵孔；3被動部件；31彈簧安裝孔；32開孔；4主動磁組件；5被動磁組件；6PCB板；7霍爾元件；71被動霍爾元件；72主動霍爾元件；8導(dǎo)磁片；81導(dǎo)磁部；9彈簧；10內(nèi)罩；11外罩；12霍爾罩；13連接圈；14凸筋； 15安裝槽；16開口槽。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例如圖1、圖2、圖3和圖6所示，一種力矩傳感器，包括曲柄1、與曲柄1相固連的主動部件2，與主動部件2平行設(shè)置的被動部件3、與主動部件軸向固定且可相對旋轉(zhuǎn)的內(nèi)罩10、罩設(shè)在主動部件2上的外罩11，以及設(shè)置在內(nèi)罩10外側(cè)的霍爾罩13，所述被動部件3與主動部件2彈性連接且可相對轉(zhuǎn)動，所述主動部件2和被動部件3上分別設(shè)有主動磁組件4和被動磁組件5，本實(shí)施例中所述主動磁組件4為一內(nèi)磁環(huán)，被動磁組件5為一外磁環(huán)，所述外磁環(huán)與內(nèi)磁環(huán)同心、同平面設(shè)置，所述內(nèi)磁環(huán)和外磁環(huán)上分別設(shè)有數(shù)量相同的多對S-N磁極對，其中每個S或N磁極所對的圓心角均相同。所述內(nèi)罩10上固設(shè)有PCB 板6，PCB板6上設(shè)有兩對以上的霍爾元件7，每對霍爾元件7具有一個與被動磁極(外磁環(huán)上的S磁極或N磁極)對應(yīng)的被動霍爾元件71及一個與主動磁極(內(nèi)磁環(huán)上的S磁極或N 磁極)對應(yīng)的主動霍爾元件72，各主動霍爾元件72靈敏區(qū)的幾何中心在主動磁極的垂直投影位置處于主動磁極的不同位置，各被動霍爾元件71靈敏區(qū)的幾何中心在被動磁極的垂直投影位置處于被動磁極的不同位置，這樣不僅可同時采集多組信號，而且確保了各組信號不是重復(fù)的信號。上述內(nèi)磁環(huán)和外磁環(huán)可以為銣鐵硼磁環(huán)，且內(nèi)磁環(huán)和外磁環(huán)的磁極數(shù)均為60個 (N、S各30極)，如圖6所示。本發(fā)明以磁環(huán)代替原有的多個磁鋼，大大提升了采樣速度和信息量，同時精度也大幅度提升，使得整車的啟動更快、更隨性更好，停車時的斷點(diǎn)時間大幅縮短。進(jìn)一步的，為了盡量降低生產(chǎn)成本，本實(shí)施例優(yōu)選的霍爾元件7數(shù)量為兩對，為了方便采集到的多組信號進(jìn)行后續(xù)處理，兩對霍爾元件7的布置方式可以為一個主動霍爾 72對應(yīng)地設(shè)置在一主動磁極的中心，另一個主動霍爾72對應(yīng)地設(shè)置在一主動磁極的邊沿處(兩相鄰主動磁極的接縫處)，同理，一個被動霍爾71對應(yīng)地設(shè)置在一被動磁極的中心，另一個被動霍爾71對應(yīng)地設(shè)置在一被動磁極的邊沿處(兩相鄰被動磁極的接縫處)，如圖6所示。如圖1、圖2、圖4和圖5所示，所述PCB板6的背面設(shè)有導(dǎo)磁片8，導(dǎo)磁片8具有與各霍爾元件7分別對應(yīng)的導(dǎo)磁部81，各導(dǎo)磁部81的幾何中心a在導(dǎo)磁面的垂直投影方向與對應(yīng)的霍爾元件7的靈敏區(qū)的幾何中心b相互重合。上述導(dǎo)磁片8設(shè)置，大大提高了霍爾采集信號的信號強(qiáng)度。如圖1所示，所述霍爾罩12是插接固定在內(nèi)罩10的插孔中的，上述PCB板6及其上的霍爾元件7和導(dǎo)磁片8均設(shè)置在該霍爾罩12內(nèi)。如圖1、圖7和圖8所示，所述主動部件2為連接器，其通過花鍵孔23與曲柄1的花鍵部分配合；所述被動部件3為齒盤。上述主動部件2與被動部件3之間的具體連接結(jié)構(gòu)為所述被動部件3上設(shè)周向均布有多個彈簧安裝孔31，主動部件2上設(shè)有與彈簧安裝孔31數(shù)量相等且位置對應(yīng)的安裝凸塊21，安裝凸塊21伸入彈簧安裝孔31的一端并與彈簧安裝孔31的另一端之間設(shè)置有彈簧9。所述主動部件2上周向均布有多個凸爪22，所述被動部件3具有多個與凸爪22對應(yīng)的開孔32，凸爪22穿設(shè)在相應(yīng)開孔32中且可相對滑動配合。如圖2和圖3所示，所述內(nèi)罩10與主動部件2的具體連接關(guān)系為所述內(nèi)罩10的中孔壁處向內(nèi)延伸形成有連接圈13，連接圈13的外周壁上設(shè)有環(huán)狀凸筋14，所述主動部件 2上設(shè)有與凸筋14對應(yīng)的環(huán)形安裝槽15，所述凸筋14嵌設(shè)在該安裝槽15內(nèi)且兩者可相對轉(zhuǎn)動。為了方便裝配，本實(shí)施例中，所述連接圈13及環(huán)狀凸筋14在圓周方向均布有多條軸向延伸的開口槽16，使得連接圈13具有較好的彈性，以方便連接圈13與主動部件2之間的裝配。本實(shí)施例還將所述凸筋14的截面設(shè)計(jì)呈三角形，這樣凸筋14兩側(cè)傾斜面在安裝時就具備了導(dǎo)向功能，以便凸筋14順利嵌入安裝槽15。以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其它實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種力矩傳感器，包括曲柄(1)、與曲柄(1)相固連的主動部件(2)，與主動部件(2) 平行設(shè)置的被動部件(3)以及與主動部件(2)軸向固定且可相對旋轉(zhuǎn)的內(nèi)罩(10)，所述被動部件(3)與主動部件(2)彈性連接且可相對轉(zhuǎn)動，所述主動部件(2)和被動部件(3)上分別設(shè)有主動磁組件(4)和被動磁組件(5)，其特征在于所述主動磁組件(4)具有多個呈環(huán)狀間隔布置或連續(xù)布置的主動磁極，被動磁組件(5)具有多個呈環(huán)狀間隔布置或連續(xù)布置的被動磁極，所述內(nèi)罩(10)上固設(shè)有PCB板(6)，PCB板(6)上設(shè)有兩對以上的霍爾元件 (7)，每對霍爾元件(7)具有一個與被動磁極對應(yīng)的被動霍爾元件(71)及一個與主動磁極對應(yīng)的主動霍爾元件(72)，各主動霍爾元件(72)靈敏區(qū)的幾何中心在主動磁極的垂直投影位置處于主動磁極的不同位置，各被動霍爾元件(71)靈敏區(qū)的幾何中心在被動磁極的垂直投影位置處于被動磁極的不同位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力矩傳感器，其特征在于所述主動磁組件(4)為一內(nèi)磁環(huán)， 被動磁組件(5)為一外磁環(huán)，所述外磁環(huán)與內(nèi)磁環(huán)同心、同平面設(shè)置，所述內(nèi)磁環(huán)和外磁環(huán)上分別設(shè)有數(shù)量相同的多對S-N磁極對，其中每個S或N磁極所對的圓心角均相同，上述主動磁極為設(shè)置在內(nèi)磁環(huán)上的S磁極和N磁極，上述被動磁極為設(shè)置在外磁環(huán)上的S磁極和 N磁極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的力矩傳感器，其特征在于所述PCB板(6)的背面設(shè)有導(dǎo)磁片(8)，導(dǎo)磁片(8)具有與各霍爾元件(7)分別對應(yīng)的導(dǎo)磁部(81)，各導(dǎo)磁部(81)的幾何中心在導(dǎo)磁面的垂直投影方向與對應(yīng)的霍爾元件(7)的靈敏區(qū)的幾何中心相互重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的力矩傳感器，其特征在于所述被動部件(3)上設(shè)周向均布有多個彈簧安裝孔(31 )，主動部件(2)上設(shè)有與彈簧安裝孔(31)數(shù)量相等且位置對應(yīng)的安裝凸塊(21)，安裝凸塊(21)伸入彈簧安裝孔(31)的一端并與彈簧安裝孔(31)的另一端之間設(shè)置有彈簧(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的力矩傳感器，其特征在于所述主動部件(2)上周向均布有多個凸爪(22)，所述被動部件(3)具有多個與凸爪(22)對應(yīng)的開孔(32)，凸爪(22)穿設(shè)在相應(yīng)開孔(32)中且可相對滑動配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力矩傳感器，其特征在于所述內(nèi)罩(10)的中孔壁處向內(nèi)延伸形成有連接圈(13)，連接圈(13)的外周壁上設(shè)有環(huán)狀凸筋(14)，所述主動部件(2)上設(shè)有與凸筋(14)對應(yīng)的環(huán)形安裝槽(15)，所述凸筋(14)嵌設(shè)在該安裝槽(15)內(nèi)且兩者可相對轉(zhuǎn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的力矩傳感器，其特征在于所述連接圈(13)及環(huán)狀凸筋(14) 在圓周方向均布有多條軸向延伸的開口槽(16)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的力矩傳感器，其特征在于所述凸筋(14)的截面呈三角形。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的力矩傳感器，其特征在于所述內(nèi)罩(10)的外側(cè)設(shè)有一霍爾罩(12)，該霍爾罩(12)是插接固定在內(nèi)罩(10)的插孔中的，上述PCB板(6)及其上的霍爾元件(7)和導(dǎo)磁片(8)均設(shè)置在該霍爾罩(12)內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的力矩傳感器，其特征在于所述主動部件(2)為連接器， 其通過花鍵孔(23)與曲柄(1)的花鍵部分配合，所述被動部件(3)為齒盤。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種力矩傳感器，包括曲柄、主動部件、被動部件以及內(nèi)罩，被動部件與主動部件彈性連接且可相對轉(zhuǎn)動，主動部件和被動部件上分別設(shè)有主動磁組件和被動磁組件，主動磁組件和被動磁組件分別具有多個呈環(huán)狀間隔布置或連續(xù)布置的主動磁極和被動磁極，內(nèi)罩的PCB板上設(shè)有兩對以上的霍爾元件，每對霍爾元件具有一個與被動磁極對應(yīng)的被動霍爾元件及一個與主動磁極對應(yīng)的主動霍爾元件，各主動霍爾元件靈敏區(qū)的幾何中心在主動磁極的垂直投影位置處于主動磁極的不同位置，各被動霍爾元件靈敏區(qū)的幾何中心在被動磁極的垂直投影位置處于被動磁極的不同位置；這樣不僅可同時采集多組信號，而且確保了各組信號不是重復(fù)的信號。
文檔編號G01L5/00GK102221432SQ20111008772
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者黃巖 申請人:黃巖