CN220721308U - 适用于电动自行车的力矩传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于电动自行车的力矩传感器，包括传动组件以及力矩传感组件，所述传动组件包括BB轴以及布置在所述BB轴一端并沿所述BB轴周向外侧向外依次套装的斜齿轮轴套、离合器、输出轴，所述离合器与输出轴驱动连接；所述力矩传感组件包括磁环、线路板以及布置在所述BB轴另一端且沿所述BB轴周向外侧向内依次套装的滑动套、推力球轴承、力矩外套、力矩内套、变形套，所述线路板可拆卸的布置在所述力矩外套上，所述线路板上设置有霍尔元件，所述磁环安装在斜齿轮轴套上，所述变形套上设置有应变片；本实用新型结构紧凑，组装工艺简单可靠，加工工艺成熟，易于制作，成本低，适合大批量生产。

Description

适用于电动自行车的力矩传感器

技术领域

本实用新型涉及电动自行车技术领域，具体地，涉及一种适用于电动自行车的力矩传感器。

背景技术

现阶段，电动自行车数量日益庞大，力矩传感器是电动自行车的主要组成部分。配备力矩传感器的电动自行车符合骑行习惯，骑行扭矩与电机输出扭矩成正比，以达到加倍扭矩的目的，具有骑行舒适、节能、爬坡动力强等优点。

但现有的力矩传感器存在成本高、耐用性差、不适合大批量生产的缺点，不能满足电动自行车行业传感器的需求。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种适用于电动自行车的力矩传感器。

根据本实用新型提供的一种适用于电动自行车的力矩传感器，包括传动组件以及力矩传感组件，所述传动组件包括BB轴以及布置在所述BB轴一端并沿所述BB轴周向外侧向外依次套装的斜齿轮轴套、离合器、输出轴，所述离合器与输出轴驱动连接；所述力矩传感组件包括磁环、线路板以及布置在所述BB轴另一端且沿所述BB轴周向外侧向内依次套装的滑动套、推力球轴承、力矩外套、力矩内套、变形套，所述线路板可拆卸的布置在所述力矩外套上，所述线路板上设置有霍尔元件，所述磁环安装在斜齿轮轴套上，所述变形套上设置有应变片；

当外力对所述BB轴施加力矩驱使所述BB轴转动时能够带动所述斜齿轮轴套转动进而带动离合器、输出轴转动，由于所述输出轴受到外部负载力的作用进而能够驱使所述斜齿轮轴套产生轴向力和位移最终能够依次推动滑动套、推力球轴承、力矩内套相对于所述BB轴移动挤压变形套从而使得所述应变片形变。

优选地，所述力矩外套的中心设置有第一阶梯形通孔并与变形套之间形成第一容置空间，所述力矩内套安装在第一容置空间中。

优选地，所述力矩外套与BB轴之间设置有第一轴承空间，所述推力球轴承安装在所述第一轴承空间中。

优选地，所述输出轴的中心设置有第二阶梯形通孔，所述BB轴穿过第二阶梯形通孔并与输出轴之间形成第二容置空间以及与第二容置空间相连通的第二轴承空间；

所述离合器安装在第二容置空间中，所述第二轴承空间中安装有固定轴承。

优选地，所述离合器包括离合器内衬以及套装在所述离合器内衬上的棘轮圈。

优选地，所述离合器内衬的中心设置有第三阶梯形通孔，所述BB轴穿过第三阶梯形通孔并与离合器内衬之间形成第三容置空间，所述斜齿轮轴套安装在所述第三容置空间中；

所述BB轴的外部设置有外斜齿轮，所述斜齿轮轴套的内部设置有内斜齿轮，所述斜齿轮轴套套装在外斜齿轮上且外斜齿轮与内斜齿轮相匹配，当BB轴带动外斜齿轮转动时能够驱使内斜齿轮带动斜齿轮轴套转动。

优选地，所述力矩传感组件还包括螺钉和软排线；

所述应变片和软排线固定安装在变形套平面上；

所述线路板可拆卸的安装在力矩外套上。

优选地，所述应变片数量为多个，采用箔式电阻应变片。

优选地，所述霍尔元件通过霍尔支架安装在线路板上；

所述线路板套装在力矩外套周向的外部。

优选地，所述霍尔元件采用双路霍尔，输出相互正交的两路脉冲信号。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型结构紧凑，组装工艺简单可靠，成本低，加工工艺成熟，耐用性好，易于制作，适合大批量生产，满足了电动自行车行业传感器的需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例的剖视图；

图2为本实用新型拆解是的结构示意图；

图3为力矩传感组件的结构示意图；

图4为力矩传感器的左面示意图。

图中示出：

BB轴1

输出轴2

离合器3

固定轴承4

斜齿轮轴套5

磁环6

滑动套7

推力球轴承8

力矩外套9

力矩内套10

变形套11

软排线12

应变片13

线路板14

霍尔支架15

霍尔元件16

螺钉17

外斜齿轮20

内斜齿轮21

棘轮圈31

离合器内衬32

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型还提供一种适用于电动自行车的力矩传感器，如图1、图2、图3、图4所示，包括传动组件以及力矩传感组件，传动组件包括BB轴1以及布置在BB轴1一端并沿BB轴1周向外侧向外依次套装的斜齿轮轴套5、离合器3、输出轴2，输出轴2的横截面为圆环形结构，输出轴2的中心设置有第二阶梯形通孔，BB轴1穿过第二阶梯形通孔并与输出轴2之间形成第二容置空间以及与第二容置空间相连通的第二轴承空间，离合器3安装在第二容置空间中，第二轴承空间中安装有固定轴承4，离合器3与输出轴2驱动连接。

进一步地，力矩传感组件包括线路板14以及布置在BB轴1另一端且沿BB轴1周向外侧向内依次套装的滑动套7、推力球轴承8、力矩外套9、力矩内套10、变形套11，力矩外套9与BB轴1之间设置有第一轴承空间，推力球轴承8安装在第一轴承空间中，力矩外套9的中心设置有第一阶梯形通孔并与变形套11之间形成第一容置空间，力矩内套10安装在第一容置空间中，线路板14可拆卸的布置在力矩外套9上，线路板14上设置有霍尔元件16，优选霍尔元件16通过霍尔支架15安装在线路板14上，线路板14套装在力矩外套9周向的外部，霍尔元件16采用双路霍尔，输出相互正交的两路脉冲信号。变形套11上设置有应变片13，应变片13数量为多个，采用箔式电阻应变片，沿BB轴1的周向均布布置在变形套11上，在一个优选例中，应变片13数量为4个，本实用新型通过采用应变片13两组或者两组以上，大大提高了力矩传感器的测量精度。

在实际应用中，当外力对BB轴1施加力矩驱使BB轴1转动时能够带动斜齿轮轴套5转动，进而带动离合器3、输出轴2转动，由于输出轴2受到外部负载力的作用进而驱使斜齿轮轴套5产生轴向力和位移，斜齿轮轴套5与滑动套7的侧壁接触，当斜齿轮轴套5靠近滑动套7移动时，进而依次推动滑动套7、推力球轴承8、力矩内套10相对于BB轴1移动，滑动套7驱使推力球轴承8、力矩内套10相对于BB轴1移动挤压变形套11，挤压变形套11从而使得应变片13受到压力后自身形状和尺寸发生改变，引起应变片13阻值变化。本实用新型利用转矩产生轴向位移和轴向压力，使用霍尔传感器检测轴向位移，利用应变片13检测轴向压力输出电信号，通过计算转化为力矩值的力矩踏频传感器，使用应变片13检测力矩降低了使用时间、温度变化对力矩传感器的精度影响，测量结果稳定，加工工艺成熟，易于制作，成本低，适合大批量生产。

如图1、图2所示，离合器3包括离合器内衬32以及套装在离合器内衬32上的棘轮圈31，离合器内衬32的中心设置有第三阶梯形通孔，BB轴1穿过第三阶梯形通孔并与离合器内衬32之间形成第三容置空间，斜齿轮轴套5匹配安装在第三容置空间中，离合器32和斜齿轮轴套5之间花键连接；BB轴1的外部设置有外斜齿轮20，斜齿轮轴套5的内部设置有内斜齿轮21，斜齿轮轴套5套装在外斜齿轮20上且外斜齿轮20与内斜齿轮21相匹配，当BB轴1带动外斜齿轮20转动时能够驱使内斜齿轮21带动斜齿轮轴套5转动。

传动组件还包括磁环6，磁环6安装在斜齿轮轴套5上，磁环6能够跟随斜齿轮轴套5同时转动并产生转动的N、S极磁场，从而使得霍尔元件16输出正交信号，从而实现斜齿轮轴套5位移的测定。

如图2、图3、图4所示，力矩传感组件还包括螺钉17和软排线12，应变片13和软排线12固定安装在变形套11平面上，线路板14通过螺钉17安装在力矩外套9上。

本实用新型的工作原理如下：

使用者踩踏脚踏时，在BB轴1上施加力矩，使BB轴1转动，带动斜齿轮轴套5转动，斜齿轮轴套5带动离合器3、输出轴2转动，由于输出轴2受到外部负载的作用，产生和BB轴1转动方向相反的力矩并传递到离合器3、斜齿轮轴套5，斜齿轮轴套5在作用力与反作用力的作用下产生轴向力和轴向位移，推动滑动套7、推力球轴承8和力矩内套10产生轴向位移，变形套11受到挤压产生形变，应变片13随之变形而使其电阻发生变化，通过软排线输出电信号；使用者踩踏力矩越大，应变片13变形越严重，变形量越大；当使用者停止踩踏脚踏时，BB轴1上的力矩消失，变形套受到压力消失，同时，当BB轴1转动时，带动斜齿轮轴套5转动，磁环6跟随斜齿轮轴套5同时转动并产生转动的N、S极磁场，此时霍尔元件16输出正交信号。本实用新型中力矩传感组件结构紧凑，组装工艺简单可靠，利用转矩产生轴向位移和轴向压力，使用霍尔传感器检测轴向位移，利用应变片检测轴向压力输出电信号，通过计算转化为力矩值的力矩踏频传感器，加工工艺成熟，易于制作，成本低，适合大批量生产。同时，应变片的应用使得力矩传感器的归零非常稳定，力矩测量精度高，反应灵敏，增加耐用性，完全能够满足电动自行车行业传感器需求。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种适用于电动自行车的力矩传感器，其特征在于，包括传动组件以及力矩传感组件，所述传动组件包括BB轴(1)以及布置在所述BB轴(1)一端并沿所述BB轴(1)周向外侧向外依次套装的斜齿轮轴套(5)、离合器(3)、输出轴(2)，所述离合器(3)与输出轴(2)驱动连接；所述力矩传感组件包括磁环(6)、线路板(14)以及布置在所述BB轴(1)另一端且沿所述BB轴(1)周向外侧向内依次套装的滑动套(7)、推力球轴承(8)、力矩外套(9)、力矩内套(10)、变形套(11)，所述线路板(14)可拆卸的布置在所述力矩外套(9)上，所述线路板(14)上设置有霍尔元件(16)，所述磁环(6)安装在斜齿轮轴套(5)上，所述变形套(11)上设置有应变片(13)；

当外力对所述BB轴(1)施加力矩驱使所述BB轴(1)转动时能够带动所述斜齿轮轴套(5)转动进而带动离合器(3)、输出轴(2)转动，由于所述输出轴(2)受到外部负载力的作用进而能够驱使所述斜齿轮轴套(5)产生轴向力和位移最终能够依次推动滑动套(7)、推力球轴承(8)、力矩内套(10)相对于所述BB轴(1)移动挤压变形套(11)从而使得所述应变片(13)形变。

2.根据权利要求1所述的适用于电动自行车的力矩传感器，其特征在于，所述力矩外套(9)的中心设置有第一阶梯形通孔并与变形套(11)之间形成第一容置空间，所述力矩内套(10)安装在第一容置空间中。

3.根据权利要求1所述的适用于电动自行车的力矩传感器，其特征在于，所述力矩外套(9)与BB轴(1)之间设置有第一轴承空间，所述推力球轴承(8)安装在所述第一轴承空间中。

4.根据权利要求1所述的适用于电动自行车的力矩传感器，其特征在于，所述输出轴(2)的中心设置有第二阶梯形通孔，所述BB轴(1)穿过第二阶梯形通孔并与输出轴(2)之间形成第二容置空间以及与第二容置空间相连通的第二轴承空间；

所述离合器(3)安装在第二容置空间中，所述第二轴承空间中安装有固定轴承(4)。

5.根据权利要求1所述的适用于电动自行车的力矩传感器，其特征在于，所述离合器(3)包括离合器内衬(32)以及套装在所述离合器内衬(32)上的棘轮圈(31)。

6.根据权利要求5所述的适用于电动自行车的力矩传感器，其特征在于，所述离合器内衬(32)的中心设置有第三阶梯形通孔，所述BB轴(1)穿过第三阶梯形通孔并与离合器内衬(32)之间形成第三容置空间，所述斜齿轮轴套(5)安装在所述第三容置空间中；

所述BB轴(1)的外部设置有外斜齿轮(20)，所述斜齿轮轴套(5)的内部设置有内斜齿轮(21)，所述斜齿轮轴套(5)套装在外斜齿轮(20)上且外斜齿轮(20)与内斜齿轮(21)相匹配，当BB轴(1)带动外斜齿轮(20)转动时能够驱使内斜齿轮(21)带动斜齿轮轴套(5)转动。

7.根据权利要求1所述的适用于电动自行车的力矩传感器，其特征在于，所述力矩传感组件还包括螺钉(17)和软排线(12)；

所述应变片(13)和软排线(12)固定安装在变形套(11)平面上；

所述线路板(14)可拆卸的安装在力矩外套(9)上。

8.根据权利要求1所述的适用于电动自行车的力矩传感器，其特征在于，所述应变片(13)数量为多个，采用箔式电阻应变片。

9.根据权利要求1所述的适用于电动自行车的力矩传感器，其特征在于，所述霍尔元件(16)通过霍尔支架(15)安装在线路板(14)上；

所述线路板(14)套装在力矩外套(9)周向的外部。

10.根据权利要求9所述的适用于电动自行车的力矩传感器，其特征在于，所述霍尔元件(16)采用双路霍尔，输出相互正交的两路脉冲信号。