一種采用中軸力矩傳感器的自行車助力系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】一種采用中軸力矩傳感器的自行車助力系統(tǒng)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及自行車技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種采用中軸力矩傳感器的自行車助力系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在國內(nèi)，自行車上加裝輪轂電機和電池后，是由手控制電子轉(zhuǎn)把調(diào)節(jié)電機的功率輸出，屬機動車。助力自行車是指腳踩才啟動電機，腳停斷電并且功率要隨踩踏的力矩變化而變化，乃比例助力屬非機動車且騎行更安全，其關(guān)鍵是要能測出踩踏的力矩。
[0004]助力自行車主要分為兩類，一類是采用中置電機，已成國際市場主流，如日本的松下和普利斯通;博世;禧瑪諾，其電機設(shè)置在車架五通位置，里面集成了力矩傳感器和電機驅(qū)動器，優(yōu)點重心布局最好，缺點體積大，車架復(fù)雜，電機減速比大。另一類米用輪轂電機外加力矩傳感器，如日本三洋，電機體積小可前置后置，與車架無關(guān)，適用各種車型。輪轂電機在我國產(chǎn)業(yè)成熟，廠家眾多，但缺乏穩(wěn)定可靠的力矩傳感器，阻礙市場占有率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供了一種采用中軸力矩傳感器的自行車助力系統(tǒng)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下兩個方案來實現(xiàn)，兩個方案分別是:
第一種方案:一種采用中軸力矩傳感器的自行車助力系統(tǒng)，該助力系統(tǒng)是采用中軸力矩傳感器測出中軸左端力矩和轉(zhuǎn)速及方向，所述的中軸力矩傳感器包括:端蓋、彈性卡環(huán)、球軸承、尼龍軸碗、連接線、PCB板支架、位移霍爾IC、轉(zhuǎn)速霍爾IC、單極磁環(huán)、多極磁環(huán)、磁環(huán)支架、螺母、碟簧組、鋼珠、限位鋼珠、滑套、軸碗組件、錐形半軸、花鍵半軸、限位環(huán)、半軸球軸承；
所述的錐形半軸和花鍵半軸都設(shè)置第一半圓環(huán)槽和第二半圓環(huán)槽組成封閉環(huán)槽，在環(huán)槽內(nèi)設(shè)置限位鋼珠使兩者連接和軸向固定，兩者只能相對轉(zhuǎn)動；
所述錐形半軸和滑套在圓周上都均布設(shè)置半圓主滾道和半圓副滾道組成圓形滾道，設(shè)置鋼珠在圓形滾道內(nèi)滾動傳遞扭矩給滑套；
所述錐形半軸和滑套分別設(shè)置限位軸肩和限位臺階，限位軸肩頂住限位臺階時就是碟簧組的最大壓縮位移；
所述錐形半軸在曲柄端設(shè)置環(huán)槽安裝彈性卡環(huán)，軸向固定球軸承；
所述錐形半軸設(shè)置有螺紋，其上設(shè)置螺母調(diào)節(jié)碟簧組的尺寸誤差和預(yù)壓力；
所述碟簧組由三片碟簧組合而成，大端面頂住滑套，小端面頂住螺母；
所述滑套和花鍵半軸在端面都設(shè)置多組相同的螺旋曲面主動齒和螺旋曲面從動齒，嚙合的曲面處于過圓心的螺旋曲面上螺旋滑動，調(diào)節(jié)螺旋曲面的節(jié)距設(shè)置不同的轉(zhuǎn)動角度和軸向位移；
所述磁環(huán)支架一端成套筒狀罩住碟簧組并扣住滑套，另一端套筒開槽成懸臂爪具有彈性，安裝相斥排列的兩單極磁環(huán)和多極磁環(huán)；
所述尼龍軸碗設(shè)置有數(shù)個穿孔將連接線從五通內(nèi)部導(dǎo)出，內(nèi)壁設(shè)置有環(huán)形凸肩，兩球軸承置其兩邊，軸向固定中軸力矩傳感器，使另一端的軸碗組件與半軸球軸承在軸向浮動連接，設(shè)置螺絲將端蓋鎖在尼龍軸碗上并壓住連接線；
所述位移霍爾IC和轉(zhuǎn)速霍爾IC靠PCB板固定在PCB板支架上成整體，PCB板支架端部內(nèi)置在尼龍軸碗內(nèi)靠螺釘固定還可調(diào)節(jié)與磁環(huán)支架的軸向初始位置；
所述兩單極磁環(huán)軸向充磁并同心相斥排列，位移霍爾IC插在其之間且與一端近靠； 所述多極磁環(huán)徑向多極充磁，轉(zhuǎn)速霍爾IC置于其上方；
所述限位環(huán)一端成錐面扣住花鍵半軸，另一端內(nèi)壁均布數(shù)條環(huán)形凸肩，與螺旋曲面主動齒外圓上的環(huán)形臺階配合限制滑套的軸向位移，限位環(huán)直接將多余的軸向力傳給花鍵半軸，免除限位軸肩加在限位鋼珠上的多余軸向力，進(jìn)行雙重限位。
[0007]進(jìn)一步的，第一方案中的助力系統(tǒng)還包括碼表，所述碼表根據(jù)中軸力矩傳感器測出的某一設(shè)定的反轉(zhuǎn)角度來設(shè)置助力擋位，或手按碼表按鍵來設(shè)置;所述碼表在設(shè)置不同的助力擋位時采用不同的背光顏色和提示聲音來增加助力擋位的辨識度;所述碼表在車速為零時不需按鍵操作，每間隔三至四秒循環(huán)顯示各騎行參數(shù)。
[0008]第二種方案:一種采用中軸力矩傳感器的自行車助力系統(tǒng)，該助力系統(tǒng)采用中軸力矩傳感器測出中軸兩端力矩和轉(zhuǎn)速及方向，所述中軸力矩傳感器包括:端蓋、彈性卡環(huán)、球軸承、尼龍軸碗、連接線、PCB板支架、位移霍爾IC、轉(zhuǎn)速霍爾IC、單極磁環(huán)、多極磁環(huán)、磁環(huán)支架、螺母、碟簧組、鋼珠、限位鋼珠、滑套、軸碗組件、錐形中軸、螺紋半軸、滾針軸承、牙盤四爪；
所述的錐形中軸和螺紋半軸都設(shè)置第一半圓環(huán)槽和第二半圓環(huán)槽組成封閉環(huán)槽，在環(huán)槽內(nèi)設(shè)置限位鋼珠使兩者連接和軸向固定，兩者只能相對轉(zhuǎn)動；
所述錐形中軸和滑套在圓周上都均布設(shè)置半圓主滾道和半圓副滾道組成圓形滾道，設(shè)置鋼珠在圓形滾道內(nèi)滾動傳遞扭矩給滑套；
所述錐形中軸和滑套分別設(shè)置限位軸肩和限位臺階，限位軸肩頂住限位臺階時就是碟簧組的最大壓縮位移；
所述錐形中軸一端設(shè)置環(huán)槽安裝彈性卡環(huán)，軸向固定球軸承；
所述錐形中軸設(shè)置有螺紋，其上設(shè)置螺母調(diào)節(jié)碟簧組的尺寸誤差和預(yù)壓力；
所述碟簧組由三片碟簧組合而成，大端面頂住滑套，小端面頂住螺母；
所述滑套和螺紋半軸在端面都設(shè)置多組相同的螺旋曲面主動齒和螺旋曲面從動齒，嚙合的曲面處于過圓心的螺旋曲面上螺旋滑動，調(diào)節(jié)螺旋曲面的節(jié)距設(shè)置不同的轉(zhuǎn)動角度和軸向位移；
所述磁環(huán)支架一端成套筒狀罩住碟簧組并扣住滑套，另一端套筒開槽成懸臂爪具有彈性，安裝相斥排列的兩單極磁環(huán)和多極磁環(huán)；
所述尼龍軸碗設(shè)置有數(shù)個穿孔將連接線從五通內(nèi)部導(dǎo)出，內(nèi)壁設(shè)置有環(huán)形凸肩，兩球軸承置其兩邊，軸向固定中軸力矩傳感器，使另一端的軸碗組件與滾針軸承在軸向浮動連接，設(shè)置螺絲將端蓋鎖在尼龍軸碗上并壓住連接線； 所述位移霍爾IC和轉(zhuǎn)速霍爾IC靠PCB板固定在PCB板支架上成整體，PCB板支架端部內(nèi)置在尼龍軸碗內(nèi)靠螺釘固定還可調(diào)節(jié)與磁環(huán)支架的軸向初始位置；
所述兩單極磁環(huán)軸向充磁并同心相斥排列，位移霍爾IC插在其之間且與一端近靠； 所述多極磁環(huán)徑向多極充磁，轉(zhuǎn)速霍爾IC置于其上方。
[0009]進(jìn)一步的，第二方案中的助力系統(tǒng)還包括碼表，所述碼表根據(jù)中軸力矩傳感器測出的某一設(shè)定的反轉(zhuǎn)角度來設(shè)置助力擋位，或手按碼表按鍵來設(shè)置;所述碼表在設(shè)置不同的助力擋位時采用不同的背光顏色和提示聲音來增加助力擋位的辨識度;所述碼表在車速為零時不需按鍵操作，每間隔三至四秒循環(huán)顯示各騎行參數(shù)。
[0010]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明助力系統(tǒng)在中軸上測出踩踏力矩并轉(zhuǎn)換成電子轉(zhuǎn)把的電壓信號使輪轂電機比例助力，即在標(biāo)準(zhǔn)五通內(nèi)安裝能測出力矩和轉(zhuǎn)速及方向的中軸，力矩信號經(jīng)碼表處理后輸出與現(xiàn)有電子轉(zhuǎn)把相同的電壓信號，代替由手控制的電子轉(zhuǎn)把，并且可取消電子剎把，還需顯示各騎行參數(shù)。
[0011]2.本發(fā)明中軸力矩傳感器采用多組嚙合的螺旋曲面齒在傳遞扭矩時產(chǎn)生的軸向力來壓縮碟簧組，生成一個軸向位移，再用置于相斥的兩磁環(huán)中的霍爾IC測量這個位移，再換算成碟簧的彈力既可標(biāo)定出扭矩的大小，受五通空間限制，長68mm，螺紋外徑34.798mm和可能進(jìn)水的隱患，將信號處理集中到碼表內(nèi)。
[0012]3.因需適用不同車型和兼顧現(xiàn)有的牙盤，本發(fā)明的中軸力矩傳感器設(shè)計成兩種，第一種結(jié)構(gòu)共用現(xiàn)有牙盤，因現(xiàn)有牙盤與右曲柄已做成一體，則中軸只能測出左端力矩，用軟件將力矩信號鏡像成右端的力矩信號，既假設(shè)左右腳的踩踏力相同。第二種結(jié)構(gòu)是將右曲柄與牙盤分離，新制作一個山地車牙盤的四爪或公路車牙盤的五爪，共用現(xiàn)有牙盤的盤片，就能分別測出左右兩端的力矩。兩種結(jié)構(gòu)共用大部分零件。
[0013]4.本發(fā)明助力系統(tǒng)根據(jù)中軸的轉(zhuǎn)速即踏頻，和輪轂電機提供的車速軟件判定是否有剎車，可取消電動車的電子剎把。本發(fā)明助力系統(tǒng)的碼表盡量減少手動操作和在有限的界面內(nèi)顯示多個騎行參數(shù)，既不需按按鍵可循環(huán)顯示出:總里程;本次里程，即時車速;最大車速，踏頻;最高踏頻，能量消耗，助力擋位，電池容量。車燈電線由碼表引出，縮短線距，由按鍵或光線自動控制車燈與碼表背光。
[0014]5.本助力系統(tǒng)可根據(jù)中軸倒轉(zhuǎn)某一設(shè)定角度，碼表上的助力擋位就升或降一檔，循環(huán)操作，如此在騎行中可用腳反踩或手設(shè)置碼表的助力擋位，并伴隨有提示聲音和點亮三秒延時背光，紅綠藍(lán)紫背光色分別對應(yīng)四種助力擋位來提高擋位辨識度，方便長者使用。