[发明专利]用于中轴力矩检测装置的形变桥结构

说明书

本发明申请涉及助力自行车驱动技术领域，具体公开了一种用于中轴力矩检测装置的形变桥结构，包括设置在中轴上的左碗组、右碗组、塑胶套和形变桥；塑胶套包括从内到外套在中轴上，用来固定中轴或者为中轴上的其他器件提供连接结构的第三塑胶套筒、第二塑胶套筒和第一塑胶套筒；所述塑胶套包括与中轴相对运动的第二塑胶套筒；所述第二塑胶套筒与中轴之间设置有可随着转动而同步产生相对运动的磁环和双霍尔元件组；所述磁环包括多个彼此间隔的N极和S极；所述双霍尔元件组包括两个单极性霍尔元件，这两个霍尔元件均可沿着磁环的圆周做相对运动；双霍尔元件组中的两个霍尔元件一个感应N极另一个感应S极。本申请能够精确检测得到力矩。

技术领域

本发明涉及助力自行车驱动技术领域，具体涉及一种助力自行车用于中轴力矩检测装置的形变桥结构。

背景技术

助力自行车，又称助力式电动自行车，是一种介于自行车与电动车之间的骑行工具，通过电力辅助人力提供给自行车行进中所需要的动能，它是人们追求高效、便捷、健康、环保的生活方式的产物。

中轴是指助力自行车上用来连接两个脚踏板，并带动卡爪和卡爪上的链条转动的结构，中轴是助力自行车的核心部件，用来驱动、控制整车正常行驶。骑车人在骑行时，需要通过蹬踏脚踏板来带动中轴转动，进而带动与中轴连接的卡爪转动，卡爪带动链条转动，链条带动轮胎转动。当施加给助力自行车的功率大于阻力的功率时，助力自行车能够被驱动向前运动。为了减轻骑车人的做功负担，使骑车人能够轻松省力地骑行，需要对人的输出功率进行检测确定，然后计算出助力自行车应该提供的输出功率，使助力自行车和骑车人一起产生的功率克服掉阻力产生的功率。而人的输出功率正比于力矩和蹬踏频率的乘积。这里的力矩指的是中轴的扭力力矩，蹬踏频率指的是骑车人踩踏脚踏板时的频率。为了准确检测出当前人的输出功率，对力矩的大小检测十分关键，现在用来检测力矩大小的结构需要设置用于中轴力矩检测的系统。

现在主要有以下集中中轴力矩系检测统：

(一)采用速度型假助力传感器，只检测到的助力自行车的实际速度并没有检测中轴的力矩，致使助力自行车提供的助力与实际需要的助力相差较远，精度低、效果差。

(二)在中轴与牙盘间或电机与飞轮间装上一套弹性元件，利用弹性元件受力变形后的转差位移，推动相应机械动作，将与静态传感器件间产生磁场、光量等物理量变化转换为电量，以此来检测出骑车人的脚蹬力；弹性元件在形变后推动做机械动作，必然会遭遇阻力而使形变和机械动作的幅度都受到限制，将本就不强的检测信号进一步降低，使检测灵敏度低，一致性和稳定性差；此外，弹性元件用久之后会产生不可恢复的形变，导致检测精度进一步降低。

(三)在中轴与牙盘间或电机与飞轮间装上一套弹性元件，并在弹性元件两端，分别装上脉冲发生装置，利用弹性元件受力变形后的转差位移，使两个脉冲串间产生相位差，经鉴相电路转换，检测出骑车蹬力；因为不同的蹬踏频率会产生不同的脉冲频率，导致同样的力对应不同的相位差，算法复杂并且一致性差。

(四)在转动的中轴与链轮支架间设变形体，直接粘贴应变片，并设置放大电路，与外界用滑环、电刷连接；这种检测系统中的传感器一直在转动，滑环和电刷在转动过程中会产生不可恢复的损耗，导致传感器寿命短、耐久性差。

(五)在转动的中轴与链轮支架间设变形体，在其上粘贴特殊材料，使其在受力后产生磁导变化，引起与其配套、不跟其转动的线圈组电感变化，通过检测电感或藕合系数转换为相应电量；这种检测系统的缺点是工艺复杂，成本高。

(六)在链条主回路上装上一活动压轮，检测压轮在链条张力下产生的位移，与静态传感器件间产生磁场、光量等物理量变化，并转换为电量，经线性化换算检测出骑车人的蹬力；这种检测系统的通用性和一致性差，需要车架专门配合才可以达到效果，有些车型无法使用。

综上，现有的力矩检测系统都不能够精确采集中轴的扭力力矩，进而无法准确检测出骑车人的输出功率，使助力自行车无法精确地提供助力，最终导致助力自行车的使用效果较差。