電動自行車的速度踏力傳感裝置的製作方法

2023-05-04 20:43:31 2

專利名稱：電動自行車的速度踏力傳感裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電動自行車的速度踏力測試和傳動技術領域，具體涉及一種 根據電動自行車的速度踏力測試結果智能提供電動助力的電動自行車的速 度踏力傳感裝置，該裝置安裝在電動自行車上，並與鏈條結合通過與鏈條齧 合測定鏈條的張緊力和鏈條的運行速度。
背景技術：
近年來，電動自行車作為一種環保、節能的交通工具已經逐漸為廣大消 費者所接受，無論國內外，電動自行車的銷量逐年遞增，其取代自行車的趨 勢也越來越明顯。
電動自行車可分為兩大類全電動自行車和智能助動型電動自行車。國 內的電動自行車主要是全電動電動車為主；而歐美國家以智能助動型電動車
為主。智能助動型電動自行車，即通常所說的具有動力輔助系統的電動自行
車(Power Assistant System, PAS)。為了實現智能的目的，國內外做了很 多研究工作，使電動車在使用時人的目的需求與車的運動助力相一致。
目前，這種動力輔助系統從原理上主要分為兩類 一種以力矩傳感式， 這種方式的系統通過人的腳踏力的大小變化來檢測人的目的需求，如果當人 使用的腳踏力增大時，系統檢測到人的這種需求，通過控制器增大電機的輸 出功率；反之亦然。另一種是速度傳感方式，通過檢測自行車的運行速度來 調整控制器的電機脈衝或轉動圈數。該方式常常與人們的"意願"相反。這 種電動車常常有速度時電動機加力；而無速度時不加力。而當電動車上坡或
頂風騎行時，往往這時速度比較低，而其加力比較小，起不到智能助力的效 果。現有技術中電動自行車動力輔助系統基本上都是開關型的，在聯接軸部 分裝霍爾元件和磁鋼，達到一定速度電機就開始啟動，啟動後就全電動控制， 該電動車價格極低，工藝簡單，然而其騎行感覺也較差，無法提供精確的助 力變化。

發明內容
本發明目的在於提供一種電動自行車的速度踏力傳感裝置，可以進行腳踏力的檢測和電動自行車速度的檢測，從而實現智能的電力助力控制功能。 為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是 一種電動自行車的速度踏力傳感裝置，包括與電動自行車樞接的受力
架，所述受力架上設置與電動自行車鏈條嚙合傳動的過渡鏈輪，其特徵在於
所述受力架上還設置有傳感器，所述傳感器包括與受力架固定的霍爾座，所
述霍爾座外側設置的磁鋼座，所述霍爾座與磁鋼座感應測定速度踏力。
優選的，所述受力架包括螺栓固定的雙層蓋板，所述過渡鏈輪包括設置
在雙層蓋板間與蓋板銷接的第一鏈輪和第二鏈輪，所述電動自行車鏈條與電
動自行車牙盤嚙合後分別與第一鏈輪下端和第二鏈輪上端嚙合傳動。
優選的，所述受力架的蓋板上還固定設置傳感器支架，所述傳感器支架
上設置包括線性霍爾傳感器和開關霍爾傳感器的霍爾座，所述傳感器支架外
側連接固定在固定塊上的踏力測試磁鋼。
優選的，所述第二鏈輪端面上同軸設置速度測試磁鋼，所述霍爾座貼近
第二鏈輪端面並與速度測試磁鋼配合感應。
優選的，所述開關霍爾傳感器設置在第二鏈輪端面外側與第二鏈輪端面
上的速度測試磁鋼配合感應；所述線性霍爾傳感器外側與通過彈性部件連接
在傳感器支架上的踏力測試磁鋼配合感應。
優選的，所述彈性部件為與霍爾座固定的彈性片，所述彈性片夾持設置 固定塊，所述固定塊一端設置踏力測試磁鋼，另一端設置壓縮彈簧和鋼珠分 別與定位座連接。
優選的，所述蓋板為三角形蓋板，所述受力架與電動自行車牙盤間設置
定位座；所述定位座與受力架的雙層蓋板端部銷接，且受力架下端設置調節 蟪栓連接定位座，所述調節螺栓上設置復位彈簧。
優選的，所述電動自行車牙盤固定在聯接軸上，所述聯接軸上套設定位 座，所述定位座與聯接軸間設置軸承。
優選的，所述定位座上設置支撐架與電動自行車固定；所述電動自行車 牙盤與定位座間設置與定位座固定的壓板，所述壓板與定位座配合軸向限位 軸承。 優選的，所述受力架蓋板間過渡鏈輪與定位過渡鏈輪的銷軸間設置軸 承；所述電動自行車牙盤與過渡鏈輪處於同一齒中心面上；所述聯接軸兩端連接人力驅動的曲柄。
相對於現有技術中的方案，本發明的優點是
本發明的速度踏力傳感裝置中，當使用者用力腳踏使曲柄轉動，嚙合在 牙盤上的鏈條上半部分產生張緊力，該力使嚙合鏈條的過渡鏈輪產生逆時針 方向的力矩，使受力架轉動；由於受力架轉動使壓縮彈簧壓縮變形，其變形 量與鏈條張緊力成正比；而壓縮彈簧壓縮變形量與踏力測試磁鋼的位移量相 等，所以鏈條張緊力與線性霍爾傳感器檢測的變化值成正比，這使得壓縮彈 簧壓縮變形量可以在線性霍爾傳感器中顯示出來。由於鏈條的張緊力直接反 映出了腳踏力的大小，所以通過線性霍爾傳感器和設置的踏力測試磁鋼可以 直接的反應腳踏力的大小，用以進行控制電動助力的增減。而過渡鏈輪端面 設置了速度測試磁鋼，通過速度測試磁鋼在鏈輪運轉時與開關霍爾傳感器的 感應有無，可以了解過渡鏈輪的轉速，從而得到自行車的運行速度；這樣就 可以從腳踏力和騎行速度兩方面進行考慮來控制電動自行車的電動助力。


下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述
圖1為本發明實施例電動自行車的速度踏力傳感裝置結構示意圖； 圖2為圖1的A處放大圖3為本發明實施例速度踏力傳感裝置的傳感器結構示意圖4為本發明實施例速度踏力傳感裝置的第二鏈輪結構示意圖5為本發明實施例速度踏力傳感裝置的壓板結構示意圖。
其中1為受力架，2為鏈條；3為傳感器；4為牙盤；5為定位座；6
為聯接軸，7為曲柄；
ll為過渡鏈輪；12為蓋板，13為傳感器支架；14為彈性部件；15為
調節螺栓；16為復位彈簧；31為霍爾座；32為磁鋼座；33為固定塊；34
為壓縮彈簧；35為鋼珠；51為支撐架；52為壓板；
lll為第一鏈輪，112為第二鏈輪；311線性霍爾傳感器，312為開關霍
爾傳感器；321為踏力測試磁鋼；322為速度測試磁鋼。
具體實施方式
以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是 用於說明本發明而不限於限制本發明的範圍。實施例中採用的實施條件可以
根據具體廠家的條件做進一步調整，未註明的實施條件通常為常規實驗中的 條件。
實施例如圖1 圖5所示，該電動自行車的速度踏力傳感裝置，包括 受力架l、定位座5、傳感器3，定位座5設置在電動自行車牙盤4與受力架 間，受力架1上設置與電動自行車鏈條2嚙合傳動的過渡鏈輪11，傳感器3 固定設置在受力架l上，傳感器3包括與受力架固定的霍爾座31，霍爾座外 側設置的磁鋼座32,霍爾座與磁鋼座32感應測定速度踏力。
受力架1包括螺栓固定的雙層蓋板12，過渡鏈輪11包括設置在雙層蓋 板12間與蓋板銷接的第一鏈輪111和第二鏈輪112,電動自行車鏈條2與電 動自行車牙盤4嚙合後分別與第一鏈輪111下端和第二鏈輪112上端嚙合傳 動。受力架1的蓋板12上固定設置傳感器支架13，傳感器支架13上設置包 括線性霍爾傳感器311和開關霍爾傳感器312的霍爾座31，傳感器支架13 外側連接固定在固定塊33上的踏力測試磁鋼321。
開關霍爾傳感器312設置在第二鏈輪端面外側與第二鏈輪端面上的速 度測試磁鋼322配合感應；線性霍爾傳感器311外側與通過彈性部件14連 接在傳感器支架13上的踏力測試磁鋼321配合感應。第二鏈輪112端面上 同軸設置速度測試磁鋼322，霍爾座31貼近第二鏈輪端面並與速度測試磁鋼 322配合感應。
彈性部件為與霍爾座固定的彈性片，彈性片夾持設置固定塊33，固定 塊一端設置踏力測試磁鋼321，另一端外側設置壓縮彈簧34和鋼珠35與定 位座5連接。蓋板為三角形蓋板，受力架與電動自行車牙盤間設置定位座5; 定位座與受力架的雙層蓋板端部銷接，且受力架下端設置調節螺栓15連接 定位座，調節螺栓上設置復位彈簧16。
電動自行車牙盤固定在聯接軸6上，聯接軸6上套設定位座5，定位座 5與聯接軸6間設置軸承。定位座5上設置支撐架51與電動自行車固定；電 動自行車牙盤與定位座5間設置與定位座固定的壓板52，壓板52與定位座 5配合軸向限位軸承。受力架蓋板間過渡鏈輪與定位過渡鏈輪的銷軸間設置 軸承；電動自行車牙盤與過渡鏈輪處於同一齒中心面上；聯接軸6兩端連接人力驅動的曲柄7。
受力架1與定位座5間可相互運動。受力架1與定位座5端部銷接，定 位座通過支撐架51與電動自行車固定，且由於支撐架51、聯接軸、銷軸三 點確定，使定位座5在電動自行車運行時不會發生偏轉。這樣的三點定位也 使得與定位座銷接的受力架不會偏轉，從而可以確保過渡鏈輪的受力和速度 不會因偏轉產生誤差。安裝時，聯接軸上套設軸承，所述定位座與軸承外圈 固定，而軸承內圈與聯接軸固定；這樣牙盤、曲柄以及連接在曲柄末端的腳 踏同步運動時，聯接軸不會影響定位座，另外設計壓板與定位座固定使其軸 向限位軸承，使牙盤與定位座產生相對轉動的同時，其軸向距離保持不變。
為了使牙盤的齒中心面始終與過渡鏈輪的齒中心面保持在同一平面上， 除了通過支撐架51、聯接軸、銷軸使定位座、受力架保持軸向固定的同時， 將受力架設計成雙層蓋板結構，過渡鏈輪包括第一鏈輪111和第二鏈輪112 設置在雙層蓋板之間，並使其齒中心面與牙盤齒中心面水平。更具體的，雙 層蓋板間設置鏈輪固定軸，所述過渡鏈輪與鏈輪固定軸間設置軸承，所述過 渡鏈輪與軸承外圈固定，鏈輪固定軸與軸承內圈固定連接；這樣保證了過渡 鏈輪與受力架的相對轉動，也使鏈輪固定軸與過渡鏈輪間軸向距離保持不 變。
另外，為了使受力架在受力轉動後復位在受力架的下端與定位座間設置 調節螺栓，設置調節螺栓一方面可以改變兩過渡鏈輪的不同高度位置，使其 滿足騎行者個體助力需要；另一方面，在調節螺栓上設置復位彈簧使鏈輪不 受力時受力架可以進行復位，以方便一般無需電動助力情況下的騎行運動。
本裝置的傳感器中設計安裝了霍爾座31和與霍爾座31配合感應的磁鋼 座32，其中霍爾座包括線性霍爾傳感器和開關霍爾傳感器；而磁鋼座包括踏 力測試磁鋼和速度測試磁鋼。其中速度測試磁鋼分布在過渡鏈輪的端面上， 具體的說同軸設置在第二鏈輪112端面上；這裡速度測試磁鋼可以為多個， 可以一個；當過渡鏈輪轉動時，速度測試磁鋼同步轉動，其與開關霍爾傳感 器感應啟閉。本發明極為突出的設計而踏力測試磁鋼的應變設計。具體的， 所述踏力測試磁鋼與線性霍爾傳感器對應，且固定在固定塊上，所述固定塊 兩端通過彈性部件如彈性片與霍爾座連接，且所述固定塊的一端外側分別設 置壓縮彈簧和鋼珠與定位座連接；由於定位座在受力架受力轉動時並不發生轉動，所以當受力架轉動運動產生時，定位座推動鋼珠移動，壓縮彈簧壓縮； 壓縮彈簧的壓縮使固定在固定塊上的磁鋼發生位移從而引起線性霍爾傳感 器的感應。
為了更為具體的說明線性霍爾傳感器檢測踏力的原理，先闡述一下本實 施例裝置在騎行時的受力情況。當腳踏使聯接軸兩端固定的曲柄轉動時，所 述曲柄通過聯接軸帶動牙盤轉動，再由牙盤通過鏈條鏈傳動過渡鏈輪；由於 鏈條的上半部分與第一鏈輪的下端、第二鏈輪的上端嚙合，鏈條並非處於一 條直線上，這樣在曲柄產生的力的作用下，鏈條的上半部分產生相應的張緊 力，所述張緊力使得第一鏈輪、第二鏈輪產生方向相反的兩個力，該力使得 受力架具有產生繞銷軸向下旋轉的趨勢，而且該力與鏈條的張緊力相等；當 受力架向下轉動時，固定踏力測試磁鋼的固定塊在不動的定位座的作用下向 上運動，驅使壓縮彈簧壓縮變形，踏力測試磁鋼產生位移。
本裝置中線性霍爾傳感器和踏力測試磁鋼檢測踏力的過程如下線性霍 爾傳感器安裝在霍爾座上，其外側設置踏力測試磁鋼，霍爾座通過彈性部件 連接固定踏力測試磁鋼的固定塊。本裝置中採用的踏力測試磁鋼為單塊磁 鋼，該磁鋼產生磁場，它是永磁體，用樹脂膠固定在固定塊上。鏈條的張緊 力迫使受力架發生位移，從而固定塊發生運動，而固定在固定塊上的踏力測 試磁鋼發生相同的位移量，這種位移為線性霍爾傳感器捕獲並傳遞給電動控 制器。
本實施例中速度測試磁鋼設置在過渡鏈輪的端面上；速度測試磁鋼可以 為一個，可以為多個；當鏈條上半部分嚙合過渡鏈輪傳動時，過渡鏈輪轉動 帶動速度測試磁鋼同步轉動。本實施例中開關霍爾傳感器和速度測試磁鋼檢 測速度的過程如下
由於過渡鏈輪的轉速與電動自行車的騎行速度成正比，而過渡鏈輪與速 度測試磁鋼同軸設置，過渡鏈輪的轉速可以通過檢測速度測試磁鋼的轉速來 實現。本實施例中霍爾座包括開關霍爾傳感器，開關霍爾傳感器固定設置在 過渡鏈輪(本實施例中在第二鏈輪)的端面附近，且保證速度測試磁鋼與開 關霍爾傳感器距離最近時，開關霍爾傳感器產生一個信號輸出。當過渡鏈輪 上僅設置一個速度測試磁鋼時，開關霍爾傳感器的信號輸出頻率的快慢直接 反映出過渡鏈輪的速度變化。當然，這種開關檢測方式也可以釆用如光電、詞典感應等方式來實現。
本實施例中在定位座上設置支撐架51，所述支撐架可以與定位座螺紋 連接固定，通過支撐架51的限位使得定位座不致於產生跳動，造成速度踏 力傳感裝置的檢測誤差；當然，將支撐架51與定位座間設計成螺紋連接， 可以方便定位座的定位安裝；也可以進行定位座的髙度調節。
將本實施例提供的速度踏力傳感裝置檢測到的速度信息和踏力變化信 息通過相應控制電路來完成對電動助力系統的驅動馬達控制，就可以實現電 動自行車的智能化的人力電力比例分配。
上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技 術的人是能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護 範圍。凡根
權利要求
1.一種電動自行車的速度踏力傳感裝置，包括與電動自行車樞接的受力架(1)，所述受力架(1)上設置與電動自行車鏈條(2)嚙合傳動的過渡鏈輪(11)，其特徵在於所述受力架(1)上還設置有傳感器(3)，所述傳感器(3)包括與受力架固定的霍爾座(31)，所述霍爾座外側設置的磁鋼座(32)，所述霍爾座與磁鋼座(32)感應測定速度踏力。
2、 根據權利要求1所述的電動自行車的速度踏力傳感裝置，其特徵在 於所述受力架(1)包括螺栓固定的雙層蓋板(12)，所述過渡鏈輪(11)包 括設置在雙層蓋板(12)間與蓋板銷接的第一鏈輪(111)和第二鏈輪(112), 所述電動自行車鏈條(2)與電動自行車牙盤(4)嚙合後分別與第一鏈輪(111) 下端和第二鏈輪(112)上端嚙合傳動。
3、 根據權利要求2所述的電動自行車的速度踏力傳感裝置，其特徵在 於所述受力架(1)的蓋板(12)上還固定設置傳感器支架(13)，所述傳感 器支架(13)上設置包括線性霍爾傳感器(311)和開關霍爾傳感器(312) 的霍爾座(31),所述傳感器支架(13)外側連接固定在固定塊(33)上的 踏力測試磁鋼(321)。
4、 根據權利要求2所述的電動自行車的速度踏力傳感裝置，其特徵在 於所述第二鏈輪(112)端面上同軸設置速度測試磁鋼(322),所述霍爾座(31)貼近第二鏈輪端面並與速度測試磁鋼(322)配合感應。
5 、 根據權利要求2所述的電動自行車的速度踏力傳感裝置，其特徵在 於所述開關霍爾傳感器(312)設置在第二鏈輪端面外側與第二鏈輪端面上 的速度測試磁鋼(322)配合感應；所述線性霍爾傳感器(311)外側與通過 彈性部件(14)連接在傳感器支架(13)上的踏力測試磁鋼(321)配合感 應。
6、 根據權利要求5所述的電動自行車的速度踏力傳感裝置，其特徵在 於所述彈性部件為與霍爾座固定的彈性片，所述彈性片夾持設置固定塊(33),所述固定塊一端設置踏力測試磁鋼(321)，另一端設置壓縮彈簧(34)、 鋼珠(35)分別與定位座(5)連接。
7、 根據權利要求2所述的電動自行車的速度踏力傳感裝置，其特徵在 於所述蓋板為三角形蓋板，所述受力架與電動自行車牙盤間設置定位座(5); 所述定位座與受力架的雙層蓋板端部銷接，且受力架下端設置調節螺栓(15)連接定位座，所述調節螺栓上設置復位彈簧(16)。
8、 根據權利要求6所述的電動自行車的速度踏力傳感裝置，其特徵在 於所述電動自行車牙盤固定在聯接軸(6)上，所述聯接軸(6)上套設定位 座(5)，所述定位座(5)與聯接軸(6)間設置軸承。
9、 根據權利要求8所述的電動自行車的速度踏力傳感裝置，其特徵在 於所述定位座(5)上設置支撐架(51)與電動自行車固定；所述電動自行 車牙盤與定位座(5)間設置與定位座固定的壓板(52),所述壓板(52)與 定位座(5)配合軸向限位軸承。
10、 根據權利要求2所述的電動自行車的速度踏力傳感裝置，其特徵在 於所述受力架蓋板間過渡鏈輪與定位過渡鏈輪的銷軸間設置軸承；所述電動 自行車牙盤與過渡鏈輪處於同一齒中心面上；所述聯接軸(6)兩端連接人 力驅動的曲柄(7)。
全文摘要
本發明公開了一種電動自行車的速度踏力傳感裝置，包括與電動自行車樞接的受力架(1)，所述受力架(1)上設置與電動自行車鏈條(2)嚙合傳動的過渡鏈輪(11)，其特徵在於所述受力架(1)上還設置有傳感器(3)，所述傳感器(3)包括與受力架固定的霍爾座(31)，所述霍爾座外側設置的磁鋼座(32)，所述霍爾座與磁鋼座(32)感應測定速度踏力。該裝置可以進行腳踏力的檢測和電動自行車速度的檢測，從而實現智能的電力助力控制功能。
文檔編號B62M23/02GK101638135SQ200910034189
公開日2010年2月3日 申請日期2009年9月2日 優先權日2009年9月2日
發明者秦生官 申請人:蘇州工業園區同盛車業有限公司