申请/专利权人：无锡嘉能电机技术有限公司

申请日：2019-08-16

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN110371225B

主分类号：B62J45/41

分类号：B62J45/41;B62M6/50;G01L3/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2019.12.06#实质审查的生效;2019.12.03#专利申请权的转移;2019.10.25#公开

摘要：本发明涉及一种自行车中轴力矩传感器，其中半圆形弹簧设置在力矩传感器外壳的一边内侧，在弹簧中点附近两侧与外壳内侧的接触处夹置一钢件，平时在接触点处相互之间由于没有接触力使得弹簧不产生变形；半圆形块设置在力矩传感器外壳的另一边内侧，半圆形块相对地连接在半圆形弹簧的两端；自行车五通管内安装整个力矩传感器，在骑行者骑行时通过设置在外壳一边内侧的钢件与弹簧的接触点产生接触力，使弹簧产生变形而计算出力矩的大小。本发明通过测量弹簧的变形量求出自行车在骑行过程中骑行者施加给自行车力矩的大小。本发明具有结构简单、制造容易、测量方法可靠、响应速度快、测量精度有保证、可靠性高等优点。

主权项：1.一种自行车中轴力矩传感器，它包括自行车五通管（11），其特征在于：它还包括力矩传感器外壳（2）、半圆形弹簧（3）、钢件（4）、半圆形块（5）及固定螺钉；所述半圆形弹簧（3）设置在力矩传感器外壳（2）的一边内侧，半圆形弹簧（3）与力矩传感器外壳（2）之间设有间隙以确保弹簧在受力变形时不接触到外壳，在半圆形弹簧（3）中点附近两侧与力矩传感器外壳（2）内侧的接触处夹置一钢件（4），平时在接触点处相互之间由于没有接触力使得半圆形弹簧（3）不产生变形；所述钢件（4）呈马鞍型，钢件（4）两端的底面设有两个凸起，该两个凸起压置在半圆形弹簧（3）中点附近的两侧外表面上；所述半圆形块（5）设置在力矩传感器外壳（2）的另一边内侧，半圆形块（5）相对地连接在半圆形弹簧（3）的两端，半圆形块（5）的两侧通过大螺钉（6）固紧在力矩传感器外壳（2）的另一边内侧上，半圆形块（5）的两端与半圆形弹簧（3）的两端分别嵌接并由小螺钉（7）固紧；所述自行车五通管（11）内安装整个力矩传感器（1），在骑行者骑行时通过设置在力矩传感器外壳（2）的一边内侧的钢件（4）与半圆形弹簧（3）的接触点产生接触力，使半圆形弹簧（3）产生变形而计算出力矩的大小。

全文数据：自行车中轴力矩传感器技术领域本发明涉及自行车机电装置，特别涉及一种自行车中轴力矩传感器，可以测量出自行车骑行时骑行者施加给自行车的力矩。背景技术随着自行车技术的发展，要求测量出骑行者施加给自行车力矩大小的问题日益成为迫切需要解决的问题。例如，在助动自行车领域，人们要求由电动机施加给自行车的助动力矩与骑行者施加的力矩成一定的比例关系；在赛车领域，要求知道什么样的加力方式能够给自行车提供较大的力矩以提高赛车的速度等等。这些都要求知道骑行者施加的力矩的大小。一段时间以来，研究测量施加给自行车的力矩是一个十分热门的课题，其中研究出了一些测量力矩的方法。例如用脉冲传感器测量出自行车的速度，再求出力矩；还有利用测量轴的扭转量的方法求出力矩等等。然而这些方法都存在有不足之处，如前者测量精度低，后者制造成本昂贵。所以，研究出一种简便而有效的测力方法，对于满足应用需求是很有意义的。发明内容本发明的任务是提供一种自行车中轴力矩传感器，只要测量出弹簧的变形量就可以计算出作用于弹簧的力，从而进一步计算出力矩的大小，因此只要应用弹簧等少数几个元件，将它们安装在自行车的五通管内就构成了一个结构简单的力矩传感器，由此解决了上述现有技术所存在的问题。本发明的技术解决方案如下：一种自行车中轴力矩传感器，它包括自行车五通管，它还包括力矩传感器外壳、半圆形弹簧、钢件、半圆形块及固定螺钉；所述半圆形弹簧设置在力矩传感器外壳的一边内侧，半圆形弹簧与力矩传感器外壳之间设有间隙以确保弹簧在受力变形时不接触到外壳，在半圆形弹簧中点附近两侧与力矩传感器外壳内侧的接触处夹置一钢件，平时在接触点处相互之间由于没有接触力使得半圆形弹簧不产生变形；所述半圆形块设置在力矩传感器外壳的另一边内侧，半圆形块相对地连接在半圆形弹簧的两端，半圆形块的两侧通过大螺钉固紧在在力矩传感器外壳的另一边内侧上，半圆形块的两端与半圆形弹簧的两端分别嵌接并由小螺钉固紧；所述自行车五通管内安装整个力矩传感器，在骑行者骑行时通过设置在力矩传感器外壳的一边内侧的钢件与半圆形弹簧的接触点产生接触力，使半圆形弹簧产生变形而计算出力矩的大小。所述钢件呈马鞍型，钢件两端的底面设有两个凸起，该两个凸起压置在半圆形弹簧中点附近的两侧外表面上。所述半圆形弹簧端部与半圆形块端部相嵌接处的半圆形块端部设有带凸起的延长块，该延长块和凸起与半圆形弹簧端部嵌接。所述半圆形弹簧端部与半圆形块端部相嵌接处的半圆形弹簧端部设有嵌接凹槽。所述自行车中轴力矩传感器的实施方法，骑行者骑行时施加于踏脚的力P与链条作用于链轮的拉力F对于轴心的力矩平衡，链条力F接近水平方向，而踏脚力P的方向接近垂直，踏脚力P的水平分力不大，这两个力的合力使力矩传感器产生位移，钢件与半圆形弹簧之间产生接触力，这个接触力的水平分力使半圆形弹簧产生的变形就是一曲梁的中点受到一个集中力的作用而产生的变形，这个水平分力的大小接近链条力F，因此利用测量出弹簧的变形，就可以计算出力矩的大小。众所周知，弹簧的变形与弹簧受到的作用力的大小成正比。因此，只要测量出弹簧的变形量就可以计算出作用于弹簧的力，从而可以进一步计算出力矩的大小。所以，研究出一个简便而有效的测力方法是很有意义的。本发明利用测量弹簧的变形量来求出力矩，方法可靠而有效。本发明的自行车力矩传感器就是利用这个原理，只要应用弹簧等少数几个元件，将它们安装在自行车的五通管内就构成了一个结构简单的力矩传感器。本发明的一种自行车中轴力矩传感器的原理是利用弹簧受力后的变形与受力大小成正比的特性，通过测量弹簧的变形量求出自行车在骑行过程中骑行者施加给自行车力矩的大小。本发明的力矩传感器具有结构简单、制造容易、测量方法可靠、响应速度快、测量精度有保证、可靠性高等优点。附图说明图1是本发明的一种自行车中轴力矩传感器的结构示意图。图2是自行车链轮与踏脚受力的示意图。附图标记：1为力矩传感器，2为力矩传感器外壳，3为半圆形弹簧，4为钢件，5为半圆形块，6为大螺钉，7为小螺钉，11为自行车五通管，P为骑行者施加于踏脚的力（简称踏脚力P），F为链条作用于链轮的拉力（简称链条力F）。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。参看图1，本发明提供一种自行车中轴力矩传感器，它主要由自行车五通管11、力矩传感器外壳2、半圆形弹簧3、钢件4、半圆形块5及固定螺钉组成。半圆形弹簧3设置在力矩传感器外壳2的一边内侧，半圆形弹簧3与力矩传感器外壳2之间设有一定的间隙，用以确保弹簧在受力变形时不接触到外壳。在半圆形弹簧3中点附近两侧与力矩传感器外壳2内侧的接触处夹置一钢件4，钢件4呈马鞍型，钢件4两端的底面设有两个凸起，该两个凸起压置在半圆形弹簧3中点附近的两侧外表面上。平时在接触点处相互之间由于没有接触力使得半圆形弹簧3不产生变形。半圆形块5设置在力矩传感器外壳2的另一边内侧，半圆形块5相对地连接在半圆形弹簧3的两端。半圆形块5的两侧通过大螺钉6固紧在在力矩传感器外壳2的另一边内侧上。半圆形块5的两端与半圆形弹簧3的两端分别嵌接，再用小螺钉7进行固紧。如图1中所示，半圆形弹簧3端部与半圆形块5端部相嵌接处的半圆形块5端部设有带凸起的延长块，该延长块和凸起与半圆形弹簧3端部嵌接。半圆形弹簧3端部与半圆形块5端部相嵌接处的半圆形弹簧3端部设有嵌接凹槽，在该嵌接凹槽上与半圆形弹簧3之间使用小螺钉7进行固紧。在自行车五通管11内安装整个力矩传感器1，在骑行者骑行时，通过设置在力矩传感器外壳2的一边内侧的钢件4与半圆形弹簧3的接触点产生接触力，使半圆形弹簧3产生变形而可以计算出力矩的大小。半圆形弹簧3的两个端部用另一个半圆形块5通过数个螺钉将半圆形弹簧3固定在力矩传感器外壳2上，这样的结构形式确保了用测量出的弹簧变形量计算出施加于弹簧的力的准确性。本发明的自行车中轴力矩传感器的实施方法及工作原理如下：参看图2，P表示骑行者施加于踏脚的力（简称踏脚力P），F表示链条作用于链轮的拉力（简称链条力F），也就是推动自行车前进的力。骑行者骑行时施加于踏脚的力P与链条作用于链轮的拉力F对于轴心的力矩平衡，链条力F接近水平方向，而踏脚力P的方向接近垂直，踏脚力P的水平分力不大，这两个力的合力使力矩传感器1产生位移，钢件4与半圆形弹簧3之间产生接触力。从力学的角度来看，这个接触力的水平分力使半圆形弹簧3产生的变形就是一曲梁的中点受到一个集中力的作用而产生的变形。这个水平分力的大小接近链条力F。因此利用测量出弹簧的变形，就可以计算出力矩的大小。可以利用应变片来测量弹簧的变形量，这一方法不仅简单，而且可靠。综上所述，本发明的一种自行车中轴力矩传感器的原理是利用弹簧受力后的变形与受力大小成正比的特性，通过测量弹簧的变形量求出自行车在骑行过程中骑行者施加给自行车力矩的大小。本发明的力矩传感器具有结构简单、制造容易、测量方法可靠、响应速度快、测量精度有保证、可靠性高等优点。本技术领域的工程技术人员都应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，其中附图是本发明的原理图，而不是对本发明的限定，在利用测量弹簧变形的原理制造力矩传感器的范围内，任何变型都将是本发明权利要求的范围。

权利要求：1.一种自行车中轴力矩传感器，它包括自行车五通管（11），其特征在于：它还包括力矩传感器外壳（2）、半圆形弹簧（3）、钢件（4）、半圆形块（5）及固定螺钉；所述半圆形弹簧（3）设置在力矩传感器外壳（2）的一边内侧，半圆形弹簧（3）与力矩传感器外壳（2）之间设有间隙以确保弹簧在受力变形时不接触到外壳，在半圆形弹簧（3）中点附近两侧与力矩传感器外壳（2）内侧的接触处夹置一钢件（4），平时在接触点处相互之间由于没有接触力使得半圆形弹簧（3）不产生变形；所述半圆形块（5）设置在力矩传感器外壳（2）的另一边内侧，半圆形块（5）相对地连接在半圆形弹簧（3）的两端，半圆形块（5）的两侧通过大螺钉（6）固紧在在力矩传感器外壳（2）的另一边内侧上，半圆形块（5）的两端与半圆形弹簧（3）的两端分别嵌接并由小螺钉（7）固紧；所述自行车五通管（11）内安装整个力矩传感器（1），在骑行者骑行时通过设置在力矩传感器外壳（2）的一边内侧的钢件（4）与半圆形弹簧（3）的接触点产生接触力，使半圆形弹簧（3）产生变形而计算出力矩的大小。2.按照权利要求1所述的自行车中轴力矩传感器，其特征在于：所述钢件（4）呈马鞍型，钢件（4）两端的底面设有两个凸起，该两个凸起压置在半圆形弹簧（3）中点附近的两侧外表面上。3.按照权利要求1所述的自行车中轴力矩传感器，其特征在于：所述半圆形弹簧（3）端部与半圆形块（5）端部相嵌接处的半圆形块（5）端部设有带凸起的延长块，该延长块和凸起与半圆形弹簧（3）端部嵌接。4.按照权利要求1所述的自行车中轴力矩传感器，其特征在于：所述半圆形弹簧（3）端部与半圆形块（5）端部相嵌接处的半圆形弹簧（3）端部设有嵌接凹槽。5.按照权利要求1所述的自行车中轴力矩传感器的实施方法，其特征在于：骑行者骑行时施加于踏脚的力P与链条作用于链轮的拉力F对于轴心的力矩平衡，链条力F接近水平方向，而踏脚力P的方向接近垂直，踏脚力P的水平分力不大，这两个力的合力使力矩传感器（1）产生位移，钢件（4）与半圆形弹簧（3）之间产生接触力，这个接触力的水平分力使半圆形弹簧（3）产生的变形就是一曲梁的中点受到一个集中力的作用而产生的变形，这个水平分力的大小接近链条力F，因此利用测量出弹簧的变形，就可以计算出力矩的大小。

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