应用于电助力自行车的中轴力矩传感器及电助力自行车的制作方法

应用于电助力自行车的中轴力矩传感器及电助力自行车
1.【技术领域】本发明涉及电助力自行车技术领域，尤其是一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器及电助力自行车。
2.

背景技术：
电助力自行车的核心部件为力矩传感器，其作用是测量出人的踩踏力。力矩传感器安装主要有以下几种方案：1、在牙盘上安装力矩传感器，简单经济，但是，只能应用于单牙盘而且力矩信号为开关量。2、在链条上安装压链式力矩传感器。3、在飞轮、飞毂上安装后置式力矩传感器。4、在自行车中轴上安装力矩传感器，中轴力矩传感器需装在标准五通内，且承受车架五通空间限制(五通内径约34.789mm，五通宽度为68mm/73mm/84mm/100mm/120mm等不同规格)。
3.如今市场上的中轴力矩传感器主要采用以下方案：采用应变片测扭矩，在中轴上贴应变片，但是，在中轴外圆周面上贴片存在工艺性差、弯矩扭矩混杂而无法处理等问题；另外中轴在骑行时不停转动，导致无法通过导线实现供电和传输信号，必须以无线的方式实现供电和传输信号，而传统的无线供电方案对线圈周围的金属器件(如铁材料)非常敏感，则会导致充电效率下降、温升大等问题。
4.为此，本发明即针对上述问题而研究提出。
5.

技术实现要素：
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器及电助力自行车，可以改善现有技术存在的问题，该通过将应变片设在轴承外圈与套筒组件端部内壁之间，即应变片不随中轴转动，相对于将应变片贴设在中轴上的方式其更加牢固，避免出现应变片在长时间使用过程中出现脱落等现象，提高中轴力矩传感器力矩检测的可靠性和稳定性，另外应变片和控制器相对固定地设在套筒组件上，则可通过导线直接将二者电性连接，提高数据精准性和传输度。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，包括呈中空结构的套筒组件1、可转动地穿设于套筒组件1内的中轴2以及设在套筒组件1上的控制器3，所述中轴2与套筒组件1两端之间连接有可形变的轴承4，所述轴承4的内圈41与中轴2同动连接，所述轴承4的外圈42与套筒组件1相对固定连接，所述套筒组件1端部内壁与轴承4外圈42之间形成有用于避让轴承4外圈42的应变间隙111；其中一所述轴承4外圈42与套筒组件1端部内壁之间设有应变片，所述应变片用于检测轴承4外圈42的形变并将形变信号传输至控制器3，控制器3对形变信号进行计算及相应处理。
7.如上所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，所述套筒组件1包括呈中空结构的外套筒11以及相对应地连接于外套筒11左右端的左套壳12和右套壳13，所述外套筒11左端内壁或左套壳12内壁形成有用于嵌装轴承4的左环形槽111，所述外套筒11右端内壁或右套壳13内壁形成有用于嵌装轴承4的右环形槽112；所述应变片位于左环形槽111与相应的轴承4外圈42之间。
8.如上所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，所述应变片设在左环形槽111上且与轴承4外圈42相对，或者所述应变片设在位于左环形槽111内的轴承4外圈42上。
9.如上所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，所述应变片数量为复数片，两片所述应变片相对地设在左环形槽111内壁的相对侧上。
10.如上所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，所述应变间隙111位于所述左环形槽111外端部与轴承4外圈42之间。
11.如上所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，所述外套筒11外侧壁上且靠近左套壳12一侧设有排线槽14，所述排线槽14内设有fpc柔性板15，所述排线槽14内底上且沿外套筒11圆周间隔地设有复数个用于供fpc柔性板15自由端依次交错缠绕的穿线孔141，所述应变片通过fpc柔性板15与控制器3连接。
12.如上所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，所述中轴2外侧同动连接有位于套筒组件1内侧的中轴套筒21，所述中轴套筒21外壁上设有环形凸部22，所述环形凸部22上套设有与控制器3的霍尔元件径向相对且同轴心设置的磁力环23。
13.如上所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，所述内圈41和外圈42为硅胶或橡胶制成。
14.如上所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，所述中轴2呈中空结构设置。
15.一种电助力自行车，包括如上所述应用于电助力自行车的中轴力矩传感器。
16.与现有技术相比较，本发明具有如下优点：1、本发明通过将应变片设在轴承外圈与套筒组件端部内壁之间，即应变片不随中轴转动，相对于将应变片贴设在中轴上的方式其更加牢固，避免出现应变片在长时间使用过程中出现脱落等现象，提高中轴力矩传感器力矩检测的可靠性和稳定性，另外应变片和控制器相对固定地设在套筒组件上，则可通过导线直接将二者电性连接，提高数据精准性和传输度。
17.2、所述套筒组件端部内壁与轴承外圈之间形成有用于避让轴承外圈的应变间隙，通过应变间隙，可使得中轴顺畅地转动而挤压轴承外圈形变以便于应变片检测轴承外圈的形变。
18.3、应变片通过fpc柔性板与控制器连接，具有高度可靠性，配线、组装密度高，重量轻的特点。
19.4、所述内圈和外圈为硅胶或橡胶制成，能够对应变片起到一定保护作用，延长应变片使用寿命。
20.5、所述中轴呈中空结构设置，能够大幅度降低整体重量，降低制造成本。
21.【附图说明】下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：图1为本发明的立体图。
22.图2为本发明的端部侧视图。
23.图3为本发明的剖视图。
24.图4为本发明的爆炸图之一。
25.图5为本发明的爆炸图之二。
26.图6为本发明的爆炸图之三。
27.【具体实施方式】下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。
28.如图1-6所示，本发明一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，包括呈中空结构的套筒组件1、可转动地穿设于套筒组件1内的中轴2以及设在套筒组件1上的控制器3，所述中轴2与套筒组件1两端之间连接有可形变的轴承4，所述轴承4的内圈41与中轴2同动连接，所述轴承4的外圈42与套筒组件1相对固定连接，所述套筒组件1端部内壁与轴承4外圈42之间形成有用于避让轴承4外圈42的应变间隙111；其中一所述轴承4外圈42与套筒组件1端部内壁之间设有应变片，所述应变片用于检测轴承4外圈42的形变并将形变信号传输至控制器3，控制器3对形变信号进行计算及相应处理。本发明通过将应变片设在轴承外圈与套筒组件端部内壁之间，即应变片不随中轴转动，相对于将应变片贴设在中轴上的方式其更加牢固，避免出现应变片在长时间使用过程中出现脱落等现象，提高中轴力矩传感器力矩检测的可靠性和稳定性，另外应变片和控制器相对固定地设在套筒组件上，则可通过导线直接将二者电性连接，提高数据精准性和传输度。
29.当本发明应用于电助力自行车上而骑行时，骑行者踩踏脚踏板，通过曲柄带动中轴旋转，在上述中轴旋转过程中，中轴与轴承内圈同动以使得轴承外圈发生扭转形变，应变片检测轴承外圈的变形量并将该形变信号传输至控制器，控制器3对形变信号进行计算及相应处理而得到轴承外圈上受到的扭矩的大小，即得到中轴受到的力矩的大小，接着控制器根据计算结果以相应控制电机的输出功率。
30.如图1-6所示，所述套筒组件1包括呈中空结构的外套筒11以及相对应地连接于外套筒11左右端的左套壳12和右套壳13，所述外套筒11左端内壁或左套壳12内壁形成有用于嵌装轴承4的左环形槽111，所述外套筒11右端内壁或右套壳13内壁形成有用于嵌装轴承4的右环形槽112；所述应变片位于左环形槽111与相应的轴承4外圈42之间。如图3-5所示，该左套壳12与外套筒11左端之间可通过套接或卡接等方式连接。该右套壳13与外套筒11右端之间通过螺纹方式连接固定。
31.在本发明中，所述应变片设在左环形槽111上且与轴承4外圈42相对；所述应变片数量为复数片，两片所述应变片相对地设在左环形槽111内壁的相对侧上。
32.在另一些实施方式中，所述应变片设在位于左环形槽111内的轴承4外圈42上。
33.如图3、5所示，所述应变间隙111位于所述左环形槽111外端部与轴承4外圈42之间，所述应变间隙1111为设在左环形槽111外端部上的倾斜壁。本实施方式通过应变间隙，可使得中轴顺畅地转动而挤压轴承外圈形变以便于应变片检测轴承外圈的形变。
34.所述外套筒11外侧壁上且靠近左套壳12一侧设有排线槽14，所述排线槽14内设有fpc柔性板15，所述排线槽14内底上且沿外套筒11圆周间隔地设有复数个用于供fpc柔性板15自由端依次交错缠绕的穿线孔141，有利于fpc柔性板15的安装、固定，同时使得结构更加紧凑。本实施方式中应变片通过fpc柔性板15与控制器3连接，具有高度可靠性，配线、组装密度高，重量轻的特点。如图3所示，所述排线槽14位于左套壳12内侧而被左套壳12隐藏，对fpc柔性板15起到保护作用。
35.如图3-6所示，所述外套筒11上可拆卸地连接有用于安装控制器3的主板仓16，该主板仓16上设有用于将主板仓端口盖合的仓盖161。
36.如图3-5所示，所述中轴2外侧同动连接有位于套筒组件1内侧的中轴套筒21，所述中轴套筒21外壁上设有环形凸部22，所述环形凸部22上套设有与控制器3的霍尔元件径向相对且同轴心设置的磁力环23。本实施方式通过控制器3的霍尔元件测量磁力环23的转速。如图3所示，所述中轴套筒21外壁上设有环形凸部22，则使得中轴套筒21位于环形凸部22一侧的其余侧壁与外套筒内壁之间形成有较大的间隙，能够避免出现外壁与外套筒内壁摩擦卡位等现象而影响中轴顺畅地旋转，同时fpc柔性板15部分位于中轴套筒21外壁与外套筒内壁之间。
37.如图3-5所示，所述中轴套筒21右端设有用于与外套管11右端口边缘抵接配合的限位凸环211，所述限位凸环211上设有用于与外套管11右端口边缘抵接配合的倾斜壁，起到限位作用。
38.所述内圈41和外圈42为硅胶或橡胶制成，能够对应变片起到一定保护作用，延长应变片使用寿命。
39.如图3所示，所述中轴2呈中空结构设置，能够大幅度降低整体重量，降低制造成本。
40.另，一种电助力自行车，包括上述所述应用于电助力自行车的中轴力矩传感器。

技术特征：
1.一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，其特征在于包括呈中空结构的套筒组件（1）、可转动地穿设于套筒组件（1）内的中轴（2）以及设在套筒组件（1）上的控制器（3），所述中轴（2）与套筒组件（1）两端之间连接有可形变的轴承（4），所述轴承（4）的内圈（41）与中轴（2）同动连接，所述轴承（4）的外圈（42）与套筒组件（1）相对固定连接，所述套筒组件（1）端部内壁与轴承（4）外圈（42）之间形成有用于避让轴承（4）外圈（42）的应变间隙（111）；其中一所述轴承（4）外圈（42）与套筒组件（1）端部内壁之间设有应变片，所述应变片用于检测轴承（4）外圈（42）的形变并将形变信号传输至控制器（3），控制器（3）对形变信号进行计算及相应处理。2.根据权利要求1所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，其特征在于所述套筒组件（1）包括呈中空结构的外套筒（11）以及相对应地连接于外套筒（11）左右端的左套壳（12）和右套壳（13），所述外套筒（11）左端内壁或左套壳（12）内壁形成有用于嵌装轴承（4）的左环形槽（111），所述外套筒（11）右端内壁或右套壳（13）内壁形成有用于嵌装轴承（4）的右环形槽（112）；所述应变片位于左环形槽（111）与相应的轴承（4）外圈（42）之间。3.根据权利要求2所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，其特征在于所述应变片设在左环形槽（111）上且与轴承（4）外圈（42）相对，或者所述应变片设在位于左环形槽（111）内的轴承（4）外圈（42）上。4.根据权利要求2所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，其特征在于所述应变片数量为复数片，两片所述应变片相对地设在左环形槽（111）内壁的相对侧上。5.根据权利要求2所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，其特征在于所述应变间隙（111）位于所述左环形槽（111）外端部与轴承（4）外圈（42）之间。6.根据权利要求2所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，其特征在于所述外套筒（11）外侧壁上且靠近左套壳（12）一侧设有排线槽（14），所述排线槽（14）内设有fpc柔性板（15），所述排线槽（14）内底上且沿外套筒（11）圆周间隔地设有复数个用于供fpc柔性板（15）自由端依次交错缠绕的穿线孔（141），所述应变片通过fpc柔性板（15）与控制器（3）连接。7.根据权利要求1-6任一项所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，其特征在于所述中轴（2）外侧同动连接有位于套筒组件（1）内侧的中轴套筒（21），所述中轴套筒（21）外壁上设有环形凸部（22），所述环形凸部（22）上套设有与控制器（3）的霍尔元件径向相对且同轴心设置的磁力环（23）。8.根据权利要求1所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，其特征在于所述内圈（41）和外圈（42）为硅胶或橡胶制成。9.根据权利要求1所述一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器，其特征在于所述中轴（2）呈中空结构设置。10.一种电助力自行车，其特征在于包括权利要求1-9任一项所述应用于电助力自行车的中轴力矩传感器。

技术总结
本发明公开了一种应用于电助力自行车的中轴力矩传感器及电助力自行车，该中轴力矩传感器包括呈中空结构的套筒组件、可转动地穿设于套筒组件内的中轴以及设在套筒组件上的控制器，所述中轴与套筒组件两端之间连接有可形变的轴承，所述轴承的内圈与中轴同动连接，所述轴承的外圈与套筒组件相对固定连接；其中一所述轴承外圈与套筒组件端部内壁之间设有应变片，所述应变片用于检测轴承外圈的形变并将形变信号传输至控制器，控制器对形变信号进行计算及相应处理；即应变片不随中轴转动，相对于将应变片贴设在中轴上的方式其更加牢固，避免出现应变片在长时间使用过程中出现脱落等现象，提高力矩传感器装置力矩检测的可靠性和稳定性。稳定性。稳定性。


技术研发人员：王磊
受保护的技术使用者：广州市准创软件科技有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/9