一種電動自行車模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電動自行車模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)結構，由助力盤結構件和模擬力矩助力動態(tài)采集電路板構成模擬力矩助力動態(tài)采集器，助力盤結構件包括轉盤、定盤、軸承和磁鋼；轉盤包括轉盤底、轉盤壁、空心軸和環(huán)行磁鋼固定帶；模擬力矩助力動態(tài)采集電路板上的三個霍爾元件ES732的感應面中心在同一條弧線上，每個霍爾元件ES732的感應面中心與定盤軸心連線，形成兩個扇形，每兩個相鄰的霍爾元件ES732的感應面中心分別與定盤軸心的連線之間的夾角為5度；轉盤上的24個磁鋼的軸心在同一圓上，每個磁鋼軸心與轉盤軸心連線，形成23個扇形，每兩個相鄰磁鋼軸心與轉盤軸心連線之間的夾角為15度；模擬力矩助力動態(tài)采集裝置為系統(tǒng)電路提供附助部件，用于進行腳踏方向及速度的監(jiān)測信號采集。
【專利說明】一種電動自行車模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電動自行車助力傳感技術，特別涉及電動自行車模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)結構。
【背景技術】
[0002]電動自行車智能助力傳感技術是針對高端助力型自行車(以山地車、公路車型為主)的應用，它要解決的任務是如何將人力和電力結合，形成動力相互傳感。主要功能是提升騎行者的舒適度，同時減少電機磨損，提升電機使用壽命。
[0003]以往的助力傳感結構通常為中軸輪盤上的固定一個磁鋼，磁鋼隨中軸輪盤的轉動到與霍爾元件位置重合的位置時觸發(fā)固定在中軸連接件上的霍爾元件，再由霍爾元件導通電機開關電路，進而使電機轉動；此種僅由一個霍爾元件采集觸發(fā)信號，切換開關的結構，使電源接通時的電流無過渡過程，電流從無到有直接跳變，瞬間接通電源極易造成有齒高速電機的減速齒輪的齒輪咬合撞擊。
[0004]而目前電動車專用(小型)永磁直流無刷有齒高速電機的減速齒輪，都是采用塑料為原材料的傳動齒輪，其壽命和可靠性都較差，因此采用無過渡、跳變切換開關方式的助力傳感結構對齒高速電機的使用壽命是一個不利因素。
[0005]由于以往的助力傳感結構在直接切換電路時會產(chǎn)生無瞬間大電流放電，鋰電池在大電流放電的沖擊下，會縮短電池的壽命和續(xù)行里程。
[0006]以往的助力傳感結構，僅有識別助力開關開啟或關閉信號的開關功能，控制器根據(jù)開關信號輸出指令控制電機開關，由于磁鋼隨中軸輪盤的轉動到與霍爾元件位置重合的位置時才觸發(fā)一次，因而控制器發(fā)出的開關信號是時斷時續(xù)，電機亦時斷時續(xù)的輸出動力，利用以往的助力傳感結構，無助于系統(tǒng)進行速度變化識別，也無助于系統(tǒng)進行動態(tài)坡度識別。
[0007]由于現(xiàn)有技術存在的上述不足，以及用戶對電動自行車性能的更高需要，電動車助力傳感結構仍有很大的提升空間，目前需要解決的問題包括:1、通過助力傳感結構，為系統(tǒng)電路提供附助部件，進而實現(xiàn)有效避免有齒高速電機齒輪咬合撞擊打齒。2、通過助力傳感結構為系統(tǒng)電路提供附助部件，實現(xiàn)助力系統(tǒng)無瞬間大電流放電，避免鋰電池大電流放電的沖擊，3、利用結構改進為系統(tǒng)電路提供附助部件，實現(xiàn)系統(tǒng)具有速度變化識別、動態(tài)坡度識別能力。
[0008]要實現(xiàn)上述目的，必須對現(xiàn)有電動自行車助力傳感部件結構進行改進；從根本上解決以往的助力傳感技術存在的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]鑒于現(xiàn)有技術存在的不足，本實用新型的目的是，提供一種電動自行車模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)結構的技術方案，采用包括有環(huán)行矩陣排列的多個磁鋼的模擬力矩助力動態(tài)采集裝置，磁鋼環(huán)行矩陣與多個霍爾元件作相對轉動，磁鋼能相繼依次和環(huán)行矩陣排列的多個霍爾元件位置重合，多個霍爾元件產(chǎn)生觸發(fā)產(chǎn)生的脈沖信號與中軸轉動速度對應，作為輔助裝置協(xié)助系統(tǒng)電路采集腳踏的實時速度，檢測動態(tài)運行中的路面坡度，并由系統(tǒng)給出相應增加的電機輸出動力，有助于實現(xiàn)助力傳感的智能化。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型是采用這樣的方案實現(xiàn)的:一種電動自行車模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)結構，包括助力傳感結構，其特征在于，模擬力矩助力傳感結構為一個采用三顆霍爾傳感器與環(huán)形磁鋼陣列組成的模擬力矩助力動態(tài)采集器；
[0011]所述模擬力矩助力動態(tài)采集器由助力盤結構件和模擬力矩助力動態(tài)采集電路板構成；
[0012]所述助力盤結構件包括轉盤、定盤、軸承和磁鋼；轉盤為盤狀空腔體，其內(nèi)部型腔結構包括轉盤底、轉盤壁、空心軸和環(huán)行磁鋼固定帶；
[0013]轉盤中心為空心軸，空心軸的外徑尺寸與軸承內(nèi)環(huán)尺寸配合；其軸心孔的孔徑與電動自行車中軸尺寸配合；
[0014]環(huán)行磁鋼固定帶位于轉盤底的內(nèi)底面，其形狀為一環(huán)行凸緣，環(huán)行凸緣的上平面高于轉盤底的內(nèi)底面，環(huán)行磁鋼固定帶的內(nèi)環(huán)直徑大于空心軸外徑，外環(huán)直徑小于轉盤壁內(nèi)徑；環(huán)行磁鋼固定帶上包括有一組環(huán)行、等距間隔排列的盲孔，每個盲孔內(nèi)固定一個圓柱形磁鋼；
[0015]定盤為盤狀空腔體，其內(nèi)部型腔結構包括定盤底、定盤壁、軸承架和穿線孔；定盤中心為軸承架；
[0016]定盤底的內(nèi)底面由筋板分為三個扇形區(qū)域，其中的一個扇形區(qū)域A作為模擬力矩助力動態(tài)采集電路板的安裝位置，穿線孔位于扇形區(qū)域A臨近上邊緣處，穿線孔作為模擬力矩助力動態(tài)采集電路板控制線纜的引出口 ；
[0017]轉盤、定盤、軸承和磁鋼裝配在一起，軸承裝配在轉盤的空心軸和定盤的軸承架之間，軸承架的內(nèi)徑與軸承外環(huán)直徑配合；軸承的外環(huán)嵌裝在軸承架的內(nèi)徑中，軸承的內(nèi)環(huán)套裝在空心軸上；
[0018]轉盤與定盤配合，轉盤壁內(nèi)徑與定盤壁外徑滑動配合；空心軸的軸心孔的孔徑與電動自行車中軸緊密配合；
[0019]所述模擬力矩助力動態(tài)采集電路板安裝在定盤的扇形區(qū)域A內(nèi)，模擬力矩助力動態(tài)采集電路板上的元器件包括單片機AT89C16、三端穩(wěn)壓器LM1117-3.3V、三個間隔固定的霍爾元件ES732，一個姿態(tài)模塊MPU6050 (陀螺儀)、輸出電壓接口 J2及阻容元件；
[0020]在所述模擬力矩助力動態(tài)采集電路板上，三個所述霍爾元件ES732分別為第一霍爾元件A、第二霍爾元件B和第三霍爾元件C，三個霍爾元件ES732的感應面中心在同一條弧線上，每個霍爾元件ES732的感應面中心與定盤軸心連線，形成兩個扇形，每兩個相鄰的霍爾元件ES732的感應面中心分別與定盤軸心的連線之間的夾角為5度；
[0021]所述轉盤上的24個所述磁鋼的軸心在同一圓上，每個磁鋼軸心與轉盤軸心連線，形成23個扇形，每兩個相鄰磁鋼軸心與轉盤軸心連線之間的夾角為15度；
[0022]三個霍爾元件ES732的感應面中心所在的圓的圓心與24個磁鋼軸心所在的圓的圓心均在同一軸心線上，此軸心線即電動自行車中軸軸心線；
[0023]模擬力矩助力動態(tài)采集器電路以單片機AT89C16為中心處理器，姿態(tài)模塊MPU6050 (陀螺儀)通過I2C總線與單片機AT89C16連接；
[0024]單片機AT89C16的SCL端口、SDL端口分別連接姿態(tài)模塊MPU6050的SCL端口、SDL端口，SCL和SDL是I2C通信的數(shù)據(jù)和時鐘線；
[0025]單片機AT89C16的三個通用I/O端口 P100_6、P100_7和P100_12分別連接三個霍爾元件ES732 ；
[0026]單片機AT89C16的PWM輸出端口 ΡΙ00_0經(jīng)電阻R3連接輸出電壓接口 J2。
[0027]本實用新型的有益效果:電動自行車模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)結構的技術解決方案，采用包括有環(huán)行矩陣排列的多個磁鋼的模擬力矩助力動態(tài)采集裝置，磁鋼環(huán)行矩陣與多個霍爾元件作相對轉動時，磁鋼按規(guī)定的時序觸發(fā)多個霍爾元件，多個霍爾元件產(chǎn)生觸發(fā)產(chǎn)生的脈沖信號與中軸轉動速度對應，結構的改進，有助于系統(tǒng)在騎行時通過采集腳踏的實時速度，并通過坡度識別器檢測動態(tài)運行中的路面坡度，由系統(tǒng)給出相應增加的電機輸出動力，模擬力矩助力動態(tài)采集裝置為系統(tǒng)電路提供輔助部件，用于進行腳踏方向及速度的監(jiān)測信號采集；有助于實現(xiàn)助力傳感的智能化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1、助力盤結構件爆炸圖；
[0029]圖2、助力盤結軸測圖；
[0030]圖3、助力盤結構件與中軸裝配軸測圖；
[0031]圖4、轉盤主視圖；
[0032]圖5、轉盤后視圖；
[0033]圖6、轉盤軸測圖A ;
[0034]圖7、轉盤軸測圖B;
[0035]圖8、定盤主視圖；
[0036]圖9、定盤后視圖；
[0037]圖10、定盤軸測圖A ;
[0038]圖11、定盤軸測圖B;
[0039]圖12、磁鋼排序圖
[0040]圖13、電路板元件位置圖；
[0041]圖14、觸發(fā)位置示意圖
[0042]圖15、姿態(tài)模塊MPU6050部分電路圖；
[0043]圖16、PWM輸出電路圖；
[0044]圖17、霍爾元件及電源電路圖；
[0045]圖18、單片機及其外圍電路圖；
[0046]圖中:1.轉盤，2..定盤，3.軸承，4.磁鋼，5.電動自行車中軸。
【具體實施方式】
[0047]為了更清楚的理解本實用新型，結合附圖和實施例詳細描述本實用新型:
[0048]如圖1至圖18所示，一種電動自行車模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)結構，其模擬力矩助力傳感結構為一個采用三顆霍爾傳感器與環(huán)形磁鋼陣列組成的模擬力矩助力動態(tài)采集器，用于進行腳踏方向及速度的監(jiān)測信號采集；
[0049]模擬力矩助力動態(tài)采集器由助力盤結構件和模擬力矩助力動態(tài)采集電路板構成；
[0050]助力盤結構件包括轉盤1、定盤2、軸承3和磁鋼4 ;轉盤I為盤狀空腔體，其內(nèi)部型腔結構包括轉盤底11、轉盤壁12、空心軸13和環(huán)行磁鋼固定帶14 ；
[0051]轉盤I中心為空心軸13，空心軸13的外徑尺寸與軸承3內(nèi)環(huán)尺寸配合；其軸心孔1301的孔徑與電動自行車中軸5尺寸配合；
[0052]環(huán)行磁鋼固定帶14位于轉盤底11的內(nèi)底面，其形狀為一環(huán)行凸緣，環(huán)行凸緣的上平面高于轉盤底11的內(nèi)底面，環(huán)行磁鋼固定帶14的內(nèi)環(huán)直徑大于空心軸13外徑，外環(huán)直徑小于轉盤壁12內(nèi)徑；環(huán)行磁鋼固定帶14上包括有一組環(huán)行、等距間隔排列的盲孔1401，每個盲孔1401內(nèi)固定一個圓柱形磁鋼4 ；
[0053]定盤2為盤狀空腔體，其內(nèi)部型腔結構包括定盤底21、定盤壁22、軸承架23和穿線孔24 ;定盤2中心為軸承架23 ；
[0054]定盤底21的內(nèi)底面由筋板分為三個扇形區(qū)域，其中的一個扇形區(qū)域A作為模擬力矩助力動態(tài)采集電路板的安裝位置，穿線孔24位于扇形區(qū)域A臨近上邊緣處，穿線孔24作為模擬力矩助力動態(tài)采集電路板控制線纜的引出口 ；
[0055]轉盤1、定盤2、軸承3和磁鋼4裝配在一起，軸承3裝配在轉盤I的空心軸13和定盤2的軸承架23之間，軸承架23的內(nèi)徑與軸承3外環(huán)直徑配合；軸承3的外環(huán)嵌裝在軸承架23的內(nèi)徑中，軸承3的內(nèi)環(huán)套裝在空心軸13上；
[0056]轉盤I與定盤2配合，轉盤壁12內(nèi)徑與定盤壁22外徑滑動配合；空心軸13的軸心孔1301的孔徑與電動自行車中軸5緊密配合。
[0057]所述模擬力矩助力動態(tài)采集電路板安裝在定盤2的扇形區(qū)域A內(nèi)，模擬力矩助力動態(tài)采集電路板上的元器件包括單片機AT89C16、三端穩(wěn)壓器LM1117-3.3V、三個間隔固定的霍爾元件ES732，一個姿態(tài)模塊MPU6050 (陀螺儀)、輸出電壓接口 J2及阻容元件；
[0058]在所述模擬力矩助力動態(tài)采集電路板上，三個所述霍爾元件ES732分別為第一霍爾元件A、第二霍爾元件B和第三霍爾元件C，三個霍爾元件ES732的感應面中心在同一條弧線上，每個霍爾元件ES732的感應面中心與定盤2軸心連線，形成兩個扇形，每兩個相鄰的霍爾元件ES732的感應面中心分別與定盤2軸心的連線之間的夾角為5度；
[0059]所述轉盤I上的24個所述磁鋼4的軸心在同一圓上，每個磁鋼4軸心與轉盤I軸心連線，形成23個扇形，每兩個相鄰磁鋼4軸心與轉盤I軸心連線之間的夾角為15度；
[0060]三個霍爾元件ES732的感應面中心所在的圓的圓心與24個磁鋼4軸心所在的圓的圓心均在同一軸心線上，此軸心線即電動自行車中軸5軸心線；
[0061]當轉盤I隨自行車中軸轉動時，定盤2的位置固定不變，三個所述霍爾元件ES732的方位保持不變；轉盤I內(nèi)的24個磁鋼4沿其所在圓的軌跡環(huán)形移動時，其中，每一個磁鋼4的感應面依次經(jīng)過三個霍爾元件ES732的感應面，磁鋼4的感應面與霍爾元ES732件的感應面相對應的一刻，觸發(fā)霍爾元件ES732，霍爾元件ES732內(nèi)部電路產(chǎn)生感應電壓脈沖信號;
[0062]24個磁鋼4的感應面與三個霍爾元件ES732的感應面重合即觸發(fā)時序為:
[0063]轉盤I正轉即騎行前進時的轉向時，依次觸發(fā)第一霍爾元件A、第二霍爾元件B和第二霍爾兀件C ；
[0064]轉盤I反轉時時，依次觸發(fā)第三霍爾元件C、第二霍爾元件B、第一霍爾元件A ；
[0065]感應出電壓脈沖信號給單片機AT89C16，單片機AT89C16據(jù)此提取有關的方向和速度數(shù)據(jù)作為計算出電源電壓占空比PWM的數(shù)據(jù)，經(jīng)DA轉換后，輸出電壓信號，電機控制器以此作為控制系統(tǒng)的信號源；
[0066]方向數(shù)據(jù)提取方法:通過轉盤I的轉動方向，由單片機AT89C16采集三個所述霍爾元件ES732觸發(fā)信號順序獲得；
[0067]速度數(shù)據(jù)提取方法:通過轉盤I的轉動，由單片機AT89C16采集三個所述霍爾元件ES732觸發(fā)信號間隔時間數(shù)據(jù)獲得；
[0068]安裝在所述模擬力矩助力動態(tài)采集電路板上的姿態(tài)模塊MPU6050 (陀螺儀)的姿態(tài)為:坐標X保持水平，坐標Z保持垂直，單片機AT89C16以此時的采集的信號數(shù)據(jù)作為其位置平衡的數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)作為程序判斷的初始狀態(tài)；
[0069]模擬力矩助力動態(tài)采集器電路以單片機AT89C16為中心處理器，利用姿態(tài)模塊MPU6050 (陀螺儀)的姿態(tài)可知性，經(jīng)過I2C總線與單片機AT89C16通信，以此作為坡度識別器；
[0070]單片機AT89C16的SCL端口、SDL端口分別連接姿態(tài)模塊MPU6050的SCL端口、SDL端口，SCL和SDL是I2C通信的數(shù)據(jù)和時鐘線；
[0071]單片機AT89C16的三個通用I/O端口 P100_6、P100_7和P100_12分別連接三個霍爾元件ES732 ；
[0072]單片機AT89C16的PWM輸出端口 ΡΙ00_0經(jīng)電阻R3連接輸出電壓接口 J2。
[0073]模擬力矩助力動態(tài)采集器電路以單片機AT89C16為中心處理器。
[0074]根據(jù)上述說明，結合本領域技術可實現(xiàn)本實用新型的方案。
【權利要求】
1.一種電動自行車模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)結構，包括助力傳感結構，其特征在于，助力傳感結構為一個采用三顆霍爾傳感器與環(huán)形磁鋼陣列組成的模擬力矩助力動態(tài)采集器； 所述模擬力矩助力動態(tài)采集器由助力盤結構件和模擬力矩助力動態(tài)采集電路板構成； 所述助力盤結構件包括轉盤(I)、定盤(2)、軸承(3)和磁鋼(4);轉盤(I)為盤狀空腔體，其內(nèi)部型腔結構包括轉盤底(11)、轉盤壁(12)、空心軸(13)和環(huán)行磁鋼固定帶(14)；轉盤(I)中心為空心軸(13)，空心軸(13)的外徑尺寸與軸承(3)內(nèi)環(huán)尺寸配合；其軸心孔(1301)的孔徑與電動自行車中軸(5)尺寸配合； 環(huán)行磁鋼固定帶(14)位于轉盤底(11)的內(nèi)底面，其形狀為一環(huán)行凸緣，環(huán)行凸緣的上平面高于轉盤底(11)的內(nèi)底面，環(huán)行磁鋼固定帶(14)的內(nèi)環(huán)直徑大于空心軸(13)外徑，夕卜環(huán)直徑小于轉盤壁(12)內(nèi)徑；環(huán)行磁鋼固定帶(14)上包括有一組環(huán)行、等距間隔排列的盲孔(1401),每個盲孔(1401)內(nèi)固定一個圓柱形磁鋼(4)； 定盤(2 )為盤狀空腔體，其內(nèi)部型腔結構包括定盤底(21)、定盤壁(22 )、軸承架(23 )和穿線孔(24);定盤(2)中心為軸承架(23)； 定盤底(21)的內(nèi)底面由筋板分為三個扇形區(qū)域，其中的一個扇形區(qū)域A作為模擬力矩助力動態(tài)采集電路板的安裝位置，穿線孔(24)位于扇形區(qū)域A臨近上邊緣處，穿線孔(24)作為模擬力矩助力動態(tài)采集電路板控制線纜的引出口； 轉盤(I)、定盤(2)、軸承(3)和磁鋼(4)裝配在一起，軸承(3)裝配在轉盤(I)的空心軸(13 )和定盤(2 )的軸承架(23 )之間，軸承架(23 )的內(nèi)徑與軸承(3 )外環(huán)直徑配合；軸承(3)的外環(huán)嵌裝在軸承架(23)的內(nèi)徑中，軸承(3)的內(nèi)環(huán)套裝在空心軸(13)上； 轉盤(I)與定盤(2)配合，轉盤壁(12)內(nèi)徑與定盤壁(22)外徑滑動配合；空心軸(13)的軸心孔(1301)的孔徑與電動自行車中軸(5)緊密配合； 所述模擬力矩助力動態(tài)采集電路板安裝在定盤(2)的扇形區(qū)域A內(nèi)，模擬力矩助力動態(tài)采集電路板上的元器件包括單片機AT89C16、三端穩(wěn)壓器LM1117-3.3V、三個間隔固定的霍爾元件ES732，一個姿態(tài)模塊MPU6050即陀螺儀、輸出電壓接口 J2及阻容元件； 在所述模擬力矩助力動態(tài)采集電路板上，三個所述霍爾元件ES732分別為第一霍爾元件A、第二霍爾元件B和第三霍爾元件C，三個霍爾元件ES732的感應面中心在同一條弧線上，每個霍爾元件ES732的感應面中心與定盤(2)軸心連線，形成兩個扇形，每兩個相鄰的霍爾元件ES732的感應面中心分別與定盤(2)軸心的連線之間的夾角為5度； 所述轉盤(I)上的24個所述磁鋼(4)的軸心在同一圓上，每個磁鋼(4)軸心與轉盤(I)軸心連線，形成23個扇形，每兩個相鄰磁鋼(4)軸心與轉盤(I)軸心連線之間的夾角為15度； 三個霍爾元件ES732的感應面中心所在的圓的圓心與24個磁鋼(4)軸心所在的圓的圓心均在同一軸心線上，此軸心線即電動自行車中軸(5)軸心線； 模擬力矩助力動態(tài)采集器電路以單片機AT89C16為中心處理器，姿態(tài)模塊MPU6050 (陀螺儀)通過I2C總線與單片機AT89C16連接； 單片機AT89C16的SCL端口、SDL端口分別連接姿態(tài)模塊MPU6050的SCL端口、SDL端口，SCL和SDL是I2C通信的數(shù)據(jù)和時鐘線； 單片機AT89C16的三個通用I/O端口 P100_6、P100_7和P100_12分別連接三個霍爾元件ES732 ； 單片機AT89C16的PWM輸出端口 ΡΙ00_0經(jīng)電阻R3連接輸出電壓接口 J2。
【文檔編號】B62M6/50GK204150202SQ201420487007
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權日:2014年8月27日
【發(fā)明者】王作彥, 齊連運 申請人:天津市弘塔科技有限公司