轮毂力矩传感器、工作方法及交通工具与流程

1.本发明涉及电机驱动系统，具体地，涉及轮毂力矩传感器、工作方法及交通工具。


背景技术：

2.电动助力车(pedelec)领域最前沿的技术是"力矩传感器"，它是自行车电动助力系统理解骑行者意图的核心。目前，电动助力自行车的力矩传感器大部分为中轴力矩传感器。传统的中置电机驱动系统采用应变片式力矩传感器或者磁感应式力矩传感器，容易出现力矩传感器的体积较大、重量重及力矩不归零的问题。本技术希望提供一种区别于中轴力矩传感器的轮毂力矩传感器。
3.专利文献cn106428394a提供了一种电动助力自行车及其中置电机驱动系统和控制方法，包括中轴组件、力矩传感器组件和/或离合器组件；中轴组件包括中轴；力矩传感器组件器组件连接中轴。
4.专利文献cn110949597a公开了一种中置驱动装置，包括外壳、设置在外壳内的电机、减速机构、中轴和牙盘装置，减速机构与电机传动连接；中轴用于连接踩踏装置，且转动设于外壳内；还包括第一离合器，第一离合器一端连接减速机构的输出端，第一离合器的另一端连接牙盘装置，第一离合器包括传动状态和脱开状态，牙盘装置与中轴通过第二离合器连接，以使中轴带动牙盘装置转动；助力工作模式下，第一离合器传动连接减速机构的输出端与牙盘装置，以使输出端向牙盘装置输送动力；非助力工作模式下，第一离合器断开减速机构的输出端与牙盘装置的动力连接。
5.上述现有专利采用的是中轴力矩传感器，未能实现电动助力车采用轮毂力矩传感器的方案。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种轮毂力矩传感器、工作方法及交通工具。
7.根据本发明提供的一种轮毂力矩传感器，包括：输出轴、磁钢、力矩内套、轴、弹性元件、力矩外套以及斜齿轮套；
8.所述轴周侧套装所述输出轴、所述力矩内套、所述力矩外套以及所述斜齿轮套；
9.所述输出轴和所述斜齿轮套之间通过斜齿啮合，所述斜齿轮套连接所述力矩内套，所述输出轴通过所述斜齿轮套带动所述力矩内套轴向移动；
10.所述力矩内套外侧套装所述力矩外套，所述力矩内套和所述力矩外套轴向之间安装所述弹性元件，所述力矩内套允许相对所述力矩外套轴向移动；
11.所述力矩内套安装所述磁钢，所述力矩外套安装霍尔传感器。
12.优选地，所述轴沿周侧向外延伸出飞边，所述力矩外套一侧固定安装在所述飞边上；
13.所述力矩外套另一侧内部安装所述力矩内套，所述力矩内套允许相对所述轴沿轴
向移动。
14.优选地，所述力矩内套背向所述弹性元件一侧内侧安装推力球轴承；
15.所述推力球轴承背向所述弹性元件一侧连接滑动套一侧；
16.所述推力球轴承和所述滑动套允许相对所述轴沿轴向移动。
17.优选地，所述滑动套另一侧连接所述斜齿轮套一侧；
18.所述斜齿轮套另一侧内侧通过所述斜齿啮合安装所述输出轴；
19.所述输出轴同轴转动连接所述轴。
20.优选地，所述力矩外套固定安装pcb板，所述pcb板安装所述霍尔传感器。
21.优选地，所述输出轴背向所述弹性元件一侧安装端盖；
22.所述输出轴部分穿过所述端盖。
23.优选地，所述端盖朝向所述弹性元件一侧通过螺丝固定安装轮毂；
24.所述轮毂内设置空腔，所述飞边、所述输出轴、所述磁钢、所述力矩内套、所述弹性元件、所述力矩外套、所述斜齿轮套、所述霍尔传感器、所述推力球轴承以及所述滑动套均安装在所述空腔内。
25.优选地，所述轮毂和所述轴之间安装第一轴承；
26.所述输出轴和所述端盖之间安装第二轴承；
27.所述输出轴和所述轴之间安装第三轴承。
28.优选地，一种所述轮毂力矩传感器的工作方法，包括以下步骤：
29.步骤s1，所述输出轴通过施加力矩转动，所述输出轴驱动所述斜齿轮套、所述轮毂以及所述端盖同轴转动；
30.步骤s2，所述输出轴通过外部负载产生与转动方向相反力矩，所述相反力矩通过所述斜齿啮合传动所述斜齿轮套；
31.步骤s3、所述斜齿轮套通过所述斜齿啮合实现轴向移动，所述斜齿轮套推动所述滑动套、所述推力球轴承以及所述力矩内套轴向移动；
32.步骤s4，所述力矩内套压缩所述弹性元件，所述磁钢通过所述力矩内套带动轴向移动，所述霍尔传感器感应磁场变化输出信号；
33.步骤s5，当所述输出轴停止转动，所述滑动套、所述推力球轴承以及所述力矩内套通过所述弹性元件弹力复位。
34.优选地，一种交通工具采用所述轮毂力矩传感器。
35.优选地，所述弹性元件安装波纹弹簧。
36.优选地，所述磁钢通过所述输出轴带动转动并产生n极和s极磁场，所述n极和s极磁场转动，所述霍尔传感器输出正交信号。
37.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
38.1、本装置提供一种新型的轮毂力矩传感装置，本装置结构合理，测试准确；
39.2、现有的中轴式力矩传感器价格昂贵，且需要配套定制牙盘支架，本方案可以直接借用现有自行车配件，直接替换自行车轮毂便可使用，且造价便宜，具有高性价比的优点。
附图说明
40.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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
41.图1为轮毂力矩传感器结构示意图；
42.图中所示：
[0043][0044]
具体实施方式
[0045]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0046]
实施例1
[0047]
如图1所示，一种轮毂力矩传感器，可用于电动助力自行车，包括：输出轴1、磁钢2、力矩内套3、轴4、弹性元件6、力矩外套7以及斜齿轮套9；轴4周侧套装输出轴1、力矩内套3、力矩外套7以及斜齿轮套9，输出轴1和斜齿轮套9之间通过斜齿啮合，斜齿轮套9连接力矩内套3，输出轴1通过斜齿轮套9带动力矩内套3轴向移动，力矩内套3外侧套装力矩外套7，力矩内套3和力矩外套7轴向之间安装弹性元件6，力矩内套3允许相对力矩外套7轴向移动，力矩内套3安装磁钢2，力矩外套7安装霍尔传感器。力矩外套7固定安装pcb板，pcb板安装霍尔传感器。输出轴1背向弹性元件6一侧安装端盖10，输出轴1部分穿过端盖10。轮毂5和轴4之间安装第一轴承，输出轴1和端盖10之间安装第二轴承，输出轴1和轴4之间安装第三轴承。
[0048]
轴4沿周侧向外延伸出飞边，力矩外套7一侧固定安装在飞边上，力矩外套7另一侧内部安装力矩内套3，力矩内套3允许相对轴4沿轴向移动。力矩内套3背向弹性元件6一侧内侧安装推力球轴承，推力球轴承背向弹性元件6一侧连接滑动套8一侧，推力球轴承和滑动套8允许相对轴4沿轴向移动。滑动套8另一侧连接斜齿轮套9一侧，斜齿轮套9另一侧内侧通过斜齿啮合安装输出轴1，输出轴1同轴转动连接轴4。端盖10朝向弹性元件6一侧通过螺丝11固定安装轮毂5，轮毂5内设置空腔，飞边、输出轴1、磁钢2、力矩内套3、弹性元件6、力矩外套7、斜齿轮套9、霍尔传感器、推力球轴承以及滑动套8均安装在空腔内。
[0049]
本实施例还提供一种轮毂力矩传感器的工作方法，包括以下步骤：步骤s1，输出轴1通过施加力矩转动，输出轴1驱动斜齿轮套9、轮毂5以及端盖10同轴转动；步骤s2，输出轴1通过外部负载产生与转动方向相反力矩，相反力矩通过斜齿啮合传动斜齿轮套9；步骤s3、斜齿轮套9通过作用力与反作用力轴向移动，斜齿轮套9推动滑动套8、推力球轴承以及力矩
内套3轴向移动；步骤s4，力矩内套3压缩弹性元件6，磁钢2通过力矩内套3带动轴向移动，霍尔传感器感应磁场变化输出信号；步骤s5，当输出轴1停止转动，滑动套8、推力球轴承以及力矩内套3通过弹性元件6弹力复位。
[0050]
本实施例可以直接借用现有自行车配件，直接替换自行车的轮毂5便可使用，无需配套定制牙盘支架，造价便宜，具有高性价比。
[0051]
实施例2
[0052]
实施例2作为实施例1的优选例。
[0053]
如图1所示，本实施例包括：输出轴1、磁钢2、力矩内套3、轴4、轮毂5、弹性元件6、力矩外套7、滑动套8、斜齿轮套9以及端盖10；
[0054]
输出轴1和斜齿轮套9通过斜齿啮合，滑动套8套设在轴4上且能够沿轴4的轴向方向滑动，滑动套8一端和斜齿轮套9相连，另一端通过推力球轴承和力矩内套3相连，滑动套8受到斜齿轮套9的压力后会通过推力球轴承作用在力矩内套3上。力矩内套3和力矩外套7之间设置有弹性元件6，pcb板安装在力矩外套7上且与轴4保持相对静止。霍尔感应器设置在pcb板上并感应磁钢2运动时的磁场变化，磁钢2安装在力矩内套3上随着力矩内套3一起沿着轴向方向做轴向运动。输出轴1通过第二轴承和端盖10相连，轮毂5通过第一轴承和轴4相连，轮毂5通过螺丝11和端盖10相连。
[0055]
本实施例可用于电动助力自行车，当使用者踩踏脚踏时，在输出轴1上施加力矩，使输出轴1转动，带动斜齿轮套9转动，带动端盖10转动，带动轮毂5转动，由于输出轴1受到外部负载的作用，会产生转动方向相反的力矩，此相反力矩传递到斜齿轮套9上，斜齿轮套9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8、推力球轴承和力矩内套3产生轴向位移，波纹弹簧、弹性元件6被压缩。磁钢2随着内套3产生轴向位移，霍尔传感器感应磁场变化输出信号。使用者踩踏力矩越大，波纹弹簧和弹性元件6的变形量越大，力矩内套3的轴向位移越大。当使用者停止踩踏时，输出轴1上的力矩消失，在波纹弹簧、弹性元件6的弹力作用下，力矩内套3恢复到初始位置。输出轴1转动，带着斜齿轮套9转动，磁钢2转动，产生转动的n、s极磁场，霍尔感应器输出正交信号。
[0056]
在本技术的描述中，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技术和简化描述，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技术的限制。
[0057]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明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，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。