[发明专利]电动自行车中置电机及其力矩传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动自行车中置电机的力矩传感装置以及具有该力矩传感装置的电动自行车中置电机。

背景技术

为了让电动自行车的驱动电机能够根据人的脚踩力大小而调整输出功率,一些高档电动自行车上往往都设置有中轴力矩传感装置。现有的电动自行车中轴力矩传感装置普遍存在：结构复杂、体积大、信号弱、稳定性差；也有比较小巧的，但基本是单边(即左脚出力，右脚不出力)，或者是所谓的双边也只是检测链条的张紧力而已，他的准确性和可靠性与真正的矩力传感器是无法相比的。

自行车中轴力矩传感装置的力矩信号引出方式也有多种，比如有：电感式、滑环式、光电式、也有用两个开关霍尔引出并检测两者之间相位差的相位差式、甚至有用线性霍尔直接引出的，这些方案都有各自的优点和缺点，如：电感式的结构简单，但信号很弱、零漂大、抗干扰性能较差；光电式的抗干扰和防水性能都较差；滑环式的结构简单，但滑环和碳刷或其他触点会产生摩擦，影响寿命和可靠性；相位差式的在车辆停止时无法输出准确信号，做不到零启动；用线性霍尔直接引出的传感器对机构的要求则非常高，产品的一致性和稳定性都很难控制。

发明内容

本发明目的是：针对上述问题，提供一种结构简单且性能稳定的电动自行车中轴力矩传感装置，同时还提供了一种具有该力矩传感装置的中置电机结构。

本发明的技术方案是：一种电动自行车中置电机的力矩传感装置，包括穿设在自行车五通管中的中轴、套在该中轴上且当其受到周向扭转力时会产生周向形变的轴套、以及套设在所述轴套上的牙盘，所述轴套上设置有能够感应该轴套所受周向扭转力大小的力矩传感组件，所述力矩传感组件经一出线装置与自行车的电机控制器相连，所述出线装置由动磁芯、固定在所述动磁芯上的动线圈、静磁芯、以及固定在所述静磁芯上的静线圈构成，且所述动磁芯、动线圈、静磁芯和静线圈均为圆环形结构，其中动磁芯与轴套固定，静磁芯与自行车五通管相对固定，所述动磁芯与静磁芯贴合接触且能够相对转动，所述动线圈通过动线圈引出线与所述力矩传感组件相连，所述静线圈通过静线圈引出线与所述电机控制器相连。

本发明这种力矩传感装置在上述技术方案的基础上，还包括如下优选技术方案：

所述动磁芯和静磁芯的轴向截面均呈U字型，二者相互贴合而构成一个具有口字型轴向截面的环形结构，所述动线圈和静线圈被收容在由动磁芯和静磁芯构成的具有口字型轴向截面的环形结构内。

所述动线圈是通过胶水粘接固定在所述动磁芯上的，所述静线圈是通过胶水粘接固定在所述静磁芯上的。

在所述动磁芯和静磁芯的贴合接触面上分别粘贴有不干胶。

所述动磁芯是通过动座板固定安装在所述轴套上的。

所述力矩传感器组件包括力矩传感磁钢以及与所述力矩传感磁钢相对应的霍尔力矩传感器，所述轴套的管壁上沿圆周方向开设有非闭合切口，所述力矩传感磁钢固定在所述切口的一侧，所述霍尔力矩传感器固定在所述切口的另一侧，所述力矩信号输出线连接在所述霍尔力矩传感器上。

所述霍尔力矩传感器上的霍尔元件设置在霍尔力矩传感器靠近所述力矩传感磁钢的那一侧。

还包括速度感应磁钢以及与所述速度感应磁钢对应的霍尔速度传感器，其中速度感应磁钢固定在一环形磁钢座上，所述环形磁钢座与所述动磁芯(6a)相对固定，霍尔速度传感器与自行车五通管相对固定。

一种具有上述力矩传感装置的电动自行车中置电机，包括固定穿设在自行车五通管中的电机连接管、以及与所述电机连接管连为一体的机壳和机座，所述机座上制有呈环形分布的三个定位孔，所述静磁芯通过三个定位块周向固定在所述机座上的三个定位孔中。

本发明这种电动自行车中置电机在上述技术方案的基础上，还包括如下优选技术方案：

所述静磁芯与机座之间夹设有呈环形分布的三根弹簧，所述弹簧对静磁芯施加有朝向动磁芯方向的轴向弹力。

本发明的优点是：

1、本发明这种力矩传感装置借助安装于中轴和牙盘间的轴套受力后而产生变形，进而使力矩传感磁钢和霍尔力矩传感器的相对位置发生变化，进而感应出中轴所受力矩大小，力矩传递到位，因为是一体式的结构，所以不会存在力矩较弱时感应信号不稳的缺陷，而是始终能确保感应信号的高灵敏度和高精度。

2、本发明这种力矩传感装置中的出线装置采用磁感式结构，其性能更加可靠，信号传输稳定，摩擦损耗也小。

3、本发明这种自行车中轴力矩传感装置能够同时检测中轴的力矩和速度，从而使电机控制器能够综合考虑中轴的转速大小和力矩大小后，来控制电机的运行参数。