单磁极电动自行车力矩助力传感器.pdf

一种单磁极电动自行车力矩助力传感器，它包括固定在电动自行车中轴附近的固定盘，其特征是所述的固定盘上设有一个通道，通道的两侧分别安装有磁铁和能感应磁场变化的霍尔元件，霍尔元件与霍尔电路相连，内齿和外齿的齿端插入所述的通道中，内齿和外齿之间的间隙可变，且它们插入通道的深度应超过磁场的位置，内齿与花盘的内盘固定相连，外齿与花盘的外盘固定相连，所述的内盘位于外盘中，两者之间通过驱动弹簧相连，外盘与后轮驱动链条相连，内盘与驱动其转动的脚踏曲柄相连。本发明元器件数量少、结构简单，可使产品成本大大降低；单霍尔电路功耗电流较小，可以直接与电动自行车的控制器相连。

1、  一种单磁极电动自行车力矩助力传感器，它包括固定在电动自行车中轴附近的固定盘(1)，其特征是所述的固定盘(1)上设有一个通道(2)，通道(2)的两侧分别安装有磁铁(3)和能感应磁场变化的霍尔集成芯片(4)，霍尔集成芯片(4)与检测电路相连，内齿(5)和外齿(6)的齿端插入所述的通道(2)中，内齿(5)和外齿(6)之间的间隙可变，且它们插入通道(2)的深度应超过磁场的位置，内齿(5)与花盘(9)的内盘(7)固定相连，外齿(6)与花盘(9)的外盘(8)固定相连，所述的内盘(7)位于外盘(8)中，两者之间通过驱动弹簧相连，外盘(8)与后轮驱动链条相连，内盘(7)与驱动其转动的脚踏曲柄相连。

2、  根据权利要求1所述的单磁极电动自行车力矩助力传感器，其特征是所述的内齿(5)和外齿(6)为能阻挡磁力线通过的铁质齿或含铁的复合齿。

3、  根据权利要求1或2所述的单磁极电动自行车力矩助力传感器，其特征是所述的内齿(5)的厚度为0.1mm～3mm，齿数1～100个，外径30～180mm，齿高1mm～20mm；所述外齿(6)的厚度为0.1mm～3mm，齿数1～100个，外径30～180mm，齿高1mm～20mm，且内齿(5)的外径小于外齿(6)的内径。

4、  根据权利要求1所述的单磁极电动自行车力矩助力传感器，其特征是所述的通道(2)的宽度为1～10mm。

5、  根据权利要求1所述的单磁极电动自行车力矩助力传感器，其特征是所述的通道(2)两侧安装的磁铁(3)的数量至少为1个，霍尔集成芯片(4)的数量也至少为一个。

单磁极电动自行车力矩助力传感器
技术领域
本发明涉及一种电动助力车驱动控制用部件，尤其是一种能感应是否需要电力助力的传感器，具体地说是一种单磁极电动自行车力矩助力传感器。
背景技术
众所周知，电动自行车既是一种环保型交能工具，又是一种十分方便的健身器材，当电动车作为健身和交通用工具时，动力主要来自于骑车人的脚踏，当遇到上坡或需要休息时，人们希望借助电力助力以减少骑行的疲劳，因此及时感知是否需要助力长期以来是人们研究的重点。为此人们开发了各种各样希望能感知到需要电动助力的传感器。而据申请人所知，目前主要的传感器有以下几类：
1、速度助力传感器：该助力传感器输出动力信号大小与骑车人脚蹬的速度成正比，并不能实际感应到需要助力的时机，只要骑车人在骑行状态就会感应到需要助力，很难起到实际的助力效果。
2、多对磁敏力矩助力传感器：该方案使用磁极和霍尔电路较多，电路复杂，成本高，功耗电流大，通用性差，工作时需要提供专门的电源，而且由于使用的磁铁数量多，吸力大，很容易将含铁杂质吸入。
3、光电助力传感器：该传感器相比多对磁敏力矩助力传感器，虽然成本低，功耗电流小。但有一个较大的弱点就是电路不能密封，泥水和尘土等会使其失去功能，对使用环境要求较高，实用性差。
4、应变片力矩助力传感器：该传感器使用的应变片和弹簧片受自然环境因素(温度、泥水、灰尘等)影响较大，特别是道路颠簸引起的误动作难于克服。
因此，现有的传感器存在的问题不是无法实现真正的助力，就是结构复杂，工作可靠性差。
发明内容
本发明的目的是针对现有的助力传感器存在的结构复杂，工作可靠性差的问题，设计一种结构简单，工作可靠的单磁极电动自行车力矩助力传感器。
本发明的技术方案是：
一种单磁极电动自行车力矩助力传感器，它包括固定在电动自行车中轴附近的固定盘1，其特征是所述的固定盘1上设有一个通道2，通道2的两侧分别安装有磁铁3和能感应磁场变化的霍尔集成芯片4，霍尔集成芯片4与检测电路相连，内齿5和外齿6的齿端插入所述的通道2中，内齿5和外齿6之间的间隙可变，且它们插入通道2的深度应超过磁场的位置，内齿5与花盘9的内盘7固定相连，外齿6与花盘9的外盘8固定相连，所述的内盘7位于外盘8中，两者之间通过驱动弹簧相连，外盘8与后轮驱动链条相连，内盘7与驱动其转动的脚踏曲柄相连。
所述的内齿5和外齿6为能阻挡磁力线通过的铁质齿或含铁的复合齿。
所述的内齿5的厚度为0.1mm～3mm，齿数1～100个，外径30～180mm，齿高1mm～20mm；所述外齿6的厚度为0.1mm～3mm，齿数1～100个，外径30～180mm，齿高1mm～20mm，且内齿5的外径小于外齿6的内径，以便使二者之间能作无磨擦的相对运动。
通道2的宽度为1～10mm，且通道2的宽度至少应大于内齿5和外齿6的厚度之和。
所述的通道2两侧安装的磁铁3的数量至少为1个，霍尔集成芯片4的数量也至少为一个。
本发明的有益效果：
本发明采用单磁铁和单霍尔元件，因此元器件数量少、结构简单，可使产品成本大大降低；采用单霍尔电路，使产品功耗电流较小，可以直接与电动自行车的控制器相连；采用巧妙的磁路结构设计，使产品尺寸较小，适用于目前市场上所有车型。
本发明安装简单，通用性强；检测回路采用灌胶密封，磁力线能穿过除铁以外的任何物质，因此使用中不怕水、泥和灰尘等，在自然环境中工作稳定、可靠性高。
由于本发明采用的磁铁只有一个，因此对内齿或外齿的磁作用力很小，内齿和外齿可采用厚度尺寸较小的铁板制造而不会在使用过程中变形，精度保持性好。
附图说明
图1是本发明的原理图。
图2是本发明的结构示意图。。
图3是本发明的内齿或外齿的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图2、3所示。
一种单磁极电动自行车力矩助力传感器，它包括固定在电动自行车中轴附近的固定盘1(一般采用塑料盘)，所述的固定盘1上设有一个通道2，通道2通常为圆弧形结构，其径向宽度一般在1-10毫米之间，但至少应大于内齿5和外齿6的厚度之和，通道2的两侧分别安装有磁铁3和能感应磁场变化的霍尔集成芯片4(型号可为49E)，霍尔集成芯片4与检测电路相连，内齿5和外齿6的齿端插入所述的通道2中，内齿5和外齿6之间的间隙可变，且它们插入通道2的深度应超过磁场的位置，本发明所述的内齿5和外齿6不同于一般意义上的齿轮，它实际上是在凸起在齿盘圆周上的块状结构(见图3所示)，内齿5与花盘9的内盘7固定相连，外齿6与花盘9的外盘8固定相连，所述的内盘7位于外盘8中，两者之间通过驱动弹簧相连，外盘8与后轮驱动链条相连，内盘7与驱动其转动的脚踏10及曲柄11相连，如图2所示。
具体实施时，内齿5和外齿6应采用能阻挡磁力线通过的铁质材料制造，也可采用表面覆盖有铁片的复合齿。
具体实施时内齿5的厚度可在0.1mm～3mm之间选取，齿数1～100个，外径30～180mm，齿高1mm～20mm；外齿6的厚度可在0.1mm～3mm之间选取，齿数在1～100个之间，外径30～180mm，齿高1mm～20mm，且内齿5的外径小于外齿6的内径，以便使二者之间能作无磨擦的相对运动。
本发明采用单磁极霍尔电路和巧妙的磁路结构设计相结合，内齿固定在与脚蹬相连的内盘上，外齿固定在与链条接触的外盘链轮上，骑车人的脚蹬力量大小和内齿与外齿之间的间隙大小成正比，霍尔元件感应到的磁场大小与间隙大小成正比，而霍尔电路输出信号的大小又和磁场大小成正比，采用检测电路中CPU对信号进行软件技术处理，就可以输出对应于骑车人脚蹬力量大小的动力信号，达到助力的目的。
本实施例中的内盘与外盘的驱动结构与现有的光电式或多对磁敏力矩助力传感器相同。
本发明的工作过程为：
正常骑行情况下，脚踏带动内盘7转动，内盘7通过弹簧带动外盘8同步转动，外盘8带动链条驱动后轮前时，内盘7与外盘8之间无相对转动，因此内齿5和外齿6之间的间隙不变，霍尔元件感应到的磁通量恒定，霍尔电路输出的值为初始值且恒定不变，因此不会产生驱动电力助动的信号。当骑行到上坡路段时，由于后轮前进阻力加大前克服弹簧的弹力，内盘依靠弹簧已不能带动外盘同步前进，外盘与内盘之间产生相对转动运动(转动的角度由限位机构确定，与现有技术相同)，此时，与内盘和外盘相连的内齿和外齿也作相对转动，内齿与外齿之间的相对间隙发生变化(变大或变小，由初始设置确定)，如图1所示，霍尔集成芯片感应到的磁通量也发生相应的改变，检测电路将霍尔集成芯片的输出电压转换成控制信号，驱动电力助力系统开始供电助力。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。