阅读说明：本技术 一种电动助力车扭矩检测装置及电动助力车 () 是由 *** 曾奇方 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电动助力车技术领域,尤其涉及一种电动助力车扭矩检测装置及电动助力车。本发明提供的电动助力车扭矩检测装置,包括中轴、轴套和应变检测元件,轴套套设在中轴上,且中轴能够带动轴套转动,两个应变检测元件对称设置在轴套的两侧。本发明提供的电动助力车扭矩检测装置,通过将两个应变检测元件对称设置在轴套的两侧,能够减小因中轴的弯矩对应变检测元件的检测结果的影响,提高测量精度。本发明的提供的电动助力车,通过应用上述电动助力车扭矩检测装置,能够根据骑行者的骑行意图,实时调整电动助力的大小。()

一种电动助力车扭矩检测装置及电动助力车

技术领域

本发明涉及电动助力车技术领域，尤其涉及一种电动助力车扭矩检测装置及电动助力车。

背景技术

电动助力车可以通过传感器技术，实时感知骑行者踩脚踏的力度，根据人力的大小进行判断，进而理解骑行者的骑行意图，按不同比例的方式提供相应的动力支持。脚踏力度的测量主要分力矩传感器和非力矩传感器。非力矩传感器有压力检测型、转角检测型，应变检测型，压力检测型和转角检测型因结构复杂、尺寸精度要求高，一般很难在电助力自行车上应用，应变检测型中的磁致伸缩效应扭矩传感器，可实现非接触式测量，但材料特殊，成本高昂。

目前，电动阻力车扭矩检测装置包括中轴和轴套，轴套与中轴传动连接，在轴套上设置应变片，通过应变片检测轴套的扭矩。由于中轴和轴套的装配误差，以及脚踏力的作用，中轴会产生一定的弯矩，中轴的变形会导致轴套产生弯矩，从而影响应变片的检测精度。

因此，亟待需要一种电动助力车扭矩检测装置以解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种电动助力车扭矩检测装置，以解决现有技术中存在的问题，实现了测量精度高的有益效果。

本发明的另一个目的在于提供一种电动助力车，通过应用上述电动助力车扭矩检测装置，能够根据骑行者的骑行意图，实时调整电动动力的大小。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种电动助力车扭矩检测装置，包括中轴、轴套和应变检测元件，所述轴套套设在所述中轴上，且所述中轴能够带动所述轴套转动，两个所述应变检测元件对称设置在所述轴套的两侧。

作为电动助力车扭矩检测装置的优选方案，所述轴套的外壁上设置有两个安装面，所述应变检测元件固定设置在所述安装面上；或

所述电动助力车扭矩检测装置还包括基板，所述应变检测元件固定设置在所述基板上，所述基板固定设置在所述轴套上；或

所述电动助力车扭矩检测装置还包括基板，所述轴套的外壁上设置有两个安装面，所述应变检测元件固定设置在所述基板上，所述基板固定设置在所述安装面上。

作为电动助力车扭矩检测装置的优选方案，所述安装面上设置有粘结层，以固定所述基板或所述应变检测元件。

作为电动助力车扭矩检测装置的优选方案，所述电动助力车扭矩检测装置还包括无线通信连接的第一PCB板和第二PCB板，所述第一PCB板和所述第二PCB板均套设在所述轴套上且与所述轴套的外壁间隔设置，所述第一PCB板和所述第二PCB板同轴并沿所述轴套的轴向间隔设置。

作为电动助力车扭矩检测装置的优选方案，所述电动助力车扭矩检测装置还包括支架，所述支架固定设置在所述轴套上，所述第一PCB板和所述第二PCB板两者中的一个固定设置在所述支架上，另一个被配置为与电动助力车的外壳固定连接。

作为电动助力车扭矩检测装置的优选方案，所述第一PCB板固定设置在所述支架上，且所述第一PCB板与所述应变检测元件通过FPC板通信连接；或

所述第二PCB板固定设置在所述支架上，且所述第二PCB板与所述应变检测元件通过FPC板通信连接。

作为电动助力车扭矩检测装置的优选方案，所述应变检测元件的表面上及其与所述FPC板的连接部位上设置有防护胶。

作为电动助力车扭矩检测装置的优选方案，所述应变检测元件包括应变片和温度传感器，所述应变片用于检测所述轴套的应变量，所述温度传感器用于检测所述应变片的温度。

作为电动助力车扭矩检测装置的优选方案，所述电动助力车扭矩检测装置还包括用于检测所述轴套转速的转速检测元件，所述转速检测元件包括磁环和磁感应式传感器，所述磁环固定设置在所述轴套上，所述磁感应式传感器被配置为与电动助力车的外壳固定连接。

一种电动助力车，包括如上所述的电动助力车扭矩检测装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的电动助力车扭矩检测装置，包括中轴、轴套和应变检测元件，轴套套设在中轴上，且中轴能够带动轴套转动，两个应变检测元件对称设置在轴套的两侧。本发明提供的电动助力车扭矩检测装置，通过将两个应变检测元件对称设置在轴套的两侧，能够减小因中轴的弯矩对应变检测元件的检测结果的影响，提高测量精度。

本发明的提供的电动助力车，通过应用上述电动助力车扭矩检测装置，能够根据骑行者的骑行意图，实时调整电动助力的大小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电动助力车扭矩检测装置的剖视图；

图2为本发明实施例提供的轴套与应变检测元件不带防护胶的组装示意图；

图3为本发明实施例提供的轴套与应变检测元件带防护胶的组装示意图；

图4为本发明实施例提供的第一PCB板和第二PCB板的结构示意图；

图5为图4的剖视图；

图6为本发明实施例提供的支架第一角度下的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的支架第二角度下的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的轴套、支架以及磁环的组装示意图；

图9为本发明实施例提供的电动助力车动力传递的原理图。

附图标记：

100-超越离合器；101-牙盘传动齿；102-电机传动齿；200-电机输出轴；300-传动齿轮组；400-外壳；

1-中轴；

2-轴套；21-安装面；22-卡槽；

3-应变检测元件；

4-基板；

5-第一PCB板；

6-第二PCB板；

7-支架；71-第一安装架；711-限位板；712-限位勾；713-限位卡块；72-固定架；721-卡凸；722-限位部；73-第二安装架；731-限位卡勾；732-限位凸起；

8-FPC板；

9-防护胶；

10-磁环；

11-Bonding线。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或是本电动助力车在使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，或者用于区分不同结构或部件，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图2所示，本实施例提供了一种电动助力车扭矩检测装置，包括中轴1、轴套2和应变检测元件3，轴套2套设在中轴1上，且中轴1能够带动轴套2转动，两个应变检测元件3对称设置在轴套2的两侧。本实施例提供的电动助力车扭矩检测装置，通过将两个应变检测元件3对称设置在轴套2的两侧，能够减小因中轴1的弯矩对应变检测元件3的检测结果的影响，提高测量精度。

具体而言，由于中轴1不仅受到扭矩作用，还会受到弯矩的作用，中轴1和轴套2通过花键传动连接，则轴套2上的应变可能是扭矩应变和弯矩应变的综合体现，通过将两个应变检测元件3对称设置在轴套2上，并计算两个应变检测元件3的检测结果的平均值，则能够减小因中轴1的弯矩对应变检测元件3的结果的影响，提高测量精度。

进一步地，两个应变检测元件3分别设置在轴套2的上下两侧，以进一步提高测量精度。需要说明的是，轴套2的上下侧指该电动助力车扭矩检测装置应用在电动助力车上时，电动助力车在正常行驶过程中的上下方位。简而言之，中轴1在脚踏力的作用下，能够产生向下的弯矩，从而使轴套2也产生向下的弯矩，对于轴套2而言，轴套2上侧的应变为拉应变，轴套2下侧的应变为压应变，轴套2上侧的应变检测元件3检测到的应变值相对于实际值高，轴套2下侧的应变检测元件3检测到的应变值相对于实际值低，通过对两个应变检测元件3的检测结果取平均值，能够去除弯矩产生的应变对扭矩产生的应变的影响，提高测量精度。

优选地，如图2所示，应变检测元件3的主感应方向的延伸线与轴套2的轴线呈45°角设置，以使应变检测元件3能够检测到轴套2的最大应变。

可选地，如图3所示，轴套2的外壁上设置有两个安装面21，应变检测元件3固定设置在安装面21上，以便于应变检测元件3的安装固定，提高应变检测元件3与轴套2的连接强度。进一步地，应变检测元件3通过焊接或胶粘固定在轴套2的安装面21上。安装面21为平面，一方面便于应变检测元件3的固定，另一方面能够减小应变检测元件3的变形，提高测量精度。此外，安装面21上设置有粘结层，用于增加应变检测元件3与安装面21的连接强度。

可选地，如图2-图3所示，电动助力车扭矩检测装置还包括基板4，应变检测元件3固定设置在基板4上，两个基板4对称地固定设置在轴套2上，便于先将应变检测元件3固定在基板4上，然后再将基板4固定到轴套2上，实现应变检测元件3模块化安装，一方面降低了应变检测元件3的安装难度，另一方面保证安装到轴套2上的应变检测元件3均是合格的，避免因安装过程中造成应变检测元件3损坏而反复拆卸应变检测元件3。

可选地，如图2-图3所示，电动助力车扭矩检测装置还包括基板4，轴套2的外壁上设置有两个安装面21，应变检测元件3固定设置在基板4上，基板4固定设置在安装面21上。通过设置基板4和安装面21，能够降低应变检测元件3的安装难度，提高扭矩检测装置的组装效率。安装面21为平面，一方面便于应变检测元件3的固定，另一方面能够减小应变检测元件3的变形，提高测量精度。此外，安装面21上设置有粘结层，用于增加基板4与安装面21的连接强度。该方案为应变检测元件3安装的最优方案，能够达到上述两个方案的有益效果。

具体而言，如图2所示，通过Bonding工艺将应变检测元件3的相关引脚与FPC板8的引脚连接起来，以实现应变检测元件3与FPC板8的电气连接。

优选地，如图3所示，应变检测元件3的表面上及其与FPC板8的连接部位上设置有防护胶9。具体而言，在应变检测元件3上、Bonding线11上以及FPC板8的端面上涂上防护胶9，以保护应变检测元件3，避免外界杂物及其他物体损坏应变检测元件3以及Bonding线11，保证应变检测元件3与FPC板8的通信连接质量。

优选地，如图4-图5所示，电动助力车扭矩检测装置还包括无线通信连接的第一PCB板5和第二PCB板6，第一PCB板5和第二PCB板6均套设在轴套2上且与轴套2的外壁间隔设置，以使第一PCB板5和第二PCB板6的板面相对设置，便于两者之间进行无线通信连接。

进一步地，在第一PCB板5和第二PCB板6上均设置有感应线圈，通过感应线圈实现第一PCB板5和第二PCB板6的无线通信连接，即实现信号和电源的无线传输。优选地，第一PCB板5和第二PCB板6同轴并沿轴套2的轴向间隔设置，以保证无论两个PCB板如何转动，两者的相对位置都没有变化，以避免影响信号传输。

示例性地，第一PCB板5和第二PCB板6之间的间距小于5mm，以保证两者之间无线传输的稳定性。

可选地，如图6-图7所示，电动助力车扭矩检测装置还包括支架7，支架7固定设置在轴套2上，第一PCB板5和第二PCB板6两者中的一个固定设置在支架7上，另一个被配置为与电动助力车的外壳400固定连接。

在本实施例中，第一PCB板5固定设置在支架7上，且第一PCB板5与应变检测元件3通过FPC板8通信连接，第二PCB板6与电动助力车的外壳400固定连接。应变检测元件3通过FPC板8将检测结果传输给第一PCB板5，第一PCB板5通过对应线圈应信号传输给第二PCB板6。在其他实施例中，还可以是将第二PCB板6固定设置在支架7上，且第二PCB板6与应变检测元件3通过FPC板8通信连接，也能够达到上述效果。

优选地，第一PCB板5通过卡扣固定在支架7上。在其他实施例中，第一PCB板5还可以采用双面胶粘结在支架7上。第一PCB板5还可以通过其他方式固定在支架7上，只要便于将第一PCB板5固定在支架7上即可，在此不再一一举例说明。

可选地，支架7套设在轴套2上，并与轴套2固定连接。进一步地，支架7包括用于固定第一PCB板5的第一安装架71，第一安装架71包括限位板711和限位勾712，限位板711为环状，限位板711向轴套2的周向方向延伸，限位勾712与限位板711相连接且限位勾712向轴套2的轴线方向延伸，其端部的勾状部向轴套2的周向方向延伸，第一PCB板5卡设在勾状部和限位板711之间，以对第一PCB板5进行安装固定。

优选地，多个限位勾712沿限位板711的周向方向均匀间隔设置。两个限位勾712之间设置有限位卡块713，第一PCB板5上设置有卡槽22，限位卡块713能够卡设在第一PCB板5的卡槽22内，以限制第一PCB板5的周向运动。具体而言，第一PCB板5套设在第一安装架71上时，第一PCB板5的两个侧面分别与限位板711和限位勾712的勾状部相抵接，第一PCB板5的卡槽22与第一安装架71的限位卡块713相卡接，以实现对第一PCB板5周向和轴线方向的限制，使第一PCB板5能够随轴套2一起转动。

如图7结合图2所示，为了便于支架7与轴套2之间的固定，轴套2的外壁上开设有限位槽，支架7还包括固定架72，多个固定架72与限位板711相连接且沿限位板711的周向均匀间隔设置，固定架72上设置有卡凸721，卡凸721能够卡设在轴套2外壁上的限位槽内，以防止支架7相对于轴套2沿轴线方向运动，同时防止支架7相对于轴套2转动。进一步地，轴套2为阶梯轴，固定架72的端部朝向内弯折形成限位部722，限位部722与轴套2的轴间相抵接，以进一步防止支架7相对于轴套2沿轴线方向运动。

示例性地，应变检测元件3可以是应变芯片，该应变芯片中集成了压组效应的应变电阻惠斯通电桥。优选地，该应变芯片为MEMS应变芯片。

进一步地，本实施例提供的应变芯片还可以是基于压阻效应的半导体应变电阻，其应变敏感度是金属应变片的几十倍，可大大提高对扭矩检测的灵敏度。基于压阻效应的半导体应变电阻，其阻值可以达到几KΩ或几十KΩ，而目前金属应变片的阻值最大才到1KΩ左右，其带来的好处是，在同等电压下，其半导体应变计的功耗非常低，比如只有功耗3mW，以便于采用线圈感应的方式实现信号与电源的传输。

进一步地，将信号处理模块集成在第一PCB板5上，并采用MEMS应变芯片，能够有效降低整体功耗，且能够在小尺寸空间内将信号从轴套2上的应变检测元件3传递给第一PCB板5，然后再传递给第二PCB板6，最终通过第二PCB板6与电机主控板之间的连接线，将信号传递给电机主控板，实现对电机的实时控制。

优选地，应变检测元件3包括应变片和温度传感器，应变片用于检测轴套2的应变量，温度传感器用于检测应变片的温度，以实现弥补因温度变化引起的测量误差。具体而言，本实施例提供的应变检测元件3为应变芯片，应变芯片中集成了有压阻效应的应变片，应变片的电阻采用惠氏通电桥，采用惠氏通电桥测量应变的技术方案可以实现应变电阻内部误差补偿及内部温度补偿。但是因为应变芯片与轴套2之间还有一层胶及涂层，其线温度膨胀系数均无法做到一致。因此，在应变芯片中集成温度传感器，通过检测应变片的温度，同时检测防护胶9的温度、轴套2及其安装面21上的图层的温度，然后通过已知的胶、涂层的膨胀系数、轴套2材料、应变片的膨胀系数，综合计算，以实现整体测量误差的温度补充。

优选地，电动助力车扭矩检测装置还包括用于检测轴套2转速的转速检测元件，转速检测元件包括磁环10和磁感应式传感器，磁环10固定设置在轴套2上，磁感应式传感器被配置为与电动助力车的外壳400固定连接。具体而言，通过磁感应式传感器检测磁环10产生的磁场的变化，以检测轴套2的转角，进而计算出轴套2的转速。

示例性地，如图8结合图7所示，磁环10设置在支架7的另一端上，并与支架7相对固定。具体地，支架7的另一端设置有多个第二安装架73，第二安装架73设置在固定架72上，第二安装架73包括限位卡勾731，磁环10卡设在限位卡勾731与固定架72上的限位部722之间。具体而言，第二安装架73为U型，一个第二安装架73的两个U型臂分别与一个固定架72相连接，限位卡勾731设置在U型的底部，并朝向轴套2的周向向外延伸，磁环10卡设在限位卡勾731与限位部722之间。

优选地，多个第二安装架73中的至少一个第二安装架73上设置有限位凸起732，在磁环10上设置有凹槽，在安装磁环10时，将磁环10上的凹槽对准第二安装架73上的限位凸起732然后将磁环10套设在多个第二安装架73上，以限位凸起732卡设在磁环10的凹槽内，防止磁环10相对于支架7转动。

此外，轴套2的另一端是超越离合器100的星轮部分，超越离合器100主要用于隔离电机动力和脚踏驱动力，防止电机飞车或反转带动中轴1转动，影响骑行者骑行。

本实施例还提供了一种电动助力车，包括上述的电动助力车扭矩检测装置，能够根据骑行者的骑行意图，实时调整电动助力的大小。

如图9所示，为了方便理解，本实施例提供的电动助力车的行驶原理如下：人力驱动：骑行者通过电动助力车的脚踏板曲柄将动力传递给中轴1，中轴1与轴套2之间通过花键连接，将动力传递给轴套2，轴套2将动力传递到超越离合器100上的牙盘传动齿101，牙盘传动齿101将动力传递给牙盘，然后通过链条驱动电动助力车后轮转动，从而实现电动助力车的人力行驶。电动驱动：电机输出轴200通过传动齿轮组300与电机传动齿102传动连接，电机传动齿102与牙盘传动齿101设置在同一空心轴上，即电机输出轴200将动力传递给牙盘传动齿101，牙盘传动齿101将动力传递给牙盘，然后通过链条驱动电动助力车后轮转动从而实现电动助力车的电动助力行驶。

当骑行者想要加速时，骑行者对脚踏板曲柄的作用力通常为增加，从而使中轴1受到的扭矩增加，进一步使轴套2的扭矩增加，然后通过本实施例提供的电动助力车扭矩检测装置，检测到轴套2的扭矩变化量，并将该信号传递给电机，使电机根据骑行者的骑行意图实时调整电动助力的大小。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。