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专利名称：力矩传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动自行车，特别涉及脚踏助力行使的电动自行车的力矩传感器。
背景技术：
脚踏助力行使的电动自行车在骑行时，需实时地将其行者施于脚蹬上的力通过一力矩传感器转换成自行车的控制器能够识别的电信号，以控制电机的输出功率。现有的力矩传感器都安装于电动自行车的中轴上，其主要包括曲柄、与曲柄相固连的主动部件，以及与主动部件平行设置的被动部件，所述被动部件与主动部件弹性连接且可相对转动，主动部件和被动部件上分别设有数个主动磁组件和数个被动磁组件，所述力矩传感器还包括与两组磁组件(主动磁组件和被动磁组件)感应的两个霍尔元件，以采集信号，两霍尔元件是排列在PCB板上的。但经过长期的实验证明，上述力矩传感器的霍尔元件采集的信号强度较弱。

发明内容
本发明目的是提供一种力矩传感器，其在PCB板上设置了两对以上的霍尔元件， 且各主动霍尔元件灵敏区的几何中心在主动磁极的垂直投影位置处于主动磁极的不同位置，各被动霍尔元件灵敏区的几何中心在被动磁极的垂直投影位置处于被动磁极的不同位置，这样不仅可同时采集多组信号，而且确保了各组信号不是重复的信号。本发明的技术方案是一种力矩传感器，包括曲柄、与曲柄相固连的主动部件，与主动部件平行设置的被动部件以及与主动部件轴向固定且可相对旋转的内罩，所述被动部件与主动部件弹性连接且可相对转动，所述主动部件和被动部件上分别设有主动磁组件和被动磁组件，所述主动磁组件具有多个呈环状间隔布置或连续布置的主动磁极，被动磁组件具有多个呈环状间隔布置或连续布置的被动磁极，所述内罩上固设有PCB板，PCB板上设有两对以上的霍尔元件，每对霍尔元件具有一个与被动磁极对应的被动霍尔元件及一个与主动磁极对应的主动霍尔元件，各主动霍尔元件灵敏区的几何中心在主动磁极的垂直投影位置处于主动磁极的不同位置，各被动霍尔元件灵敏区的几何中心在被动磁极的垂直投影位置处于被动磁极的不同位置。上述主动磁组件可以为多个主动磁钢，被动磁组件可为多个被动磁钢，多个主动磁钢和多个被动磁钢分别呈环状间隔布置；上述主动磁组件和被动磁组件也可以为磁环。 本发明优选后方案，具体说明为所述主动磁组件为一内磁环，被动磁组件为一外磁环，所述外磁环与内磁环同心、同平面设置，所述内磁环和外磁环上分别设有数量相同的多对S-N 磁极对，其中每个S或N磁极所对的圆心角均相同，上述主动磁极为设置在内磁环上的S磁极和N磁极，上述被动磁极为设置在外磁环上的S磁极和N磁极。本发明以磁环代替原有的多个磁钢，大大提升了采样速度和信息量，同时精度也大幅度提升，使得整车的启动更快、 跟随性更好，停车时的断电时间大幅缩短。
所述PCB板的背面设有导磁片，导磁片具有与各霍尔元件分别对应的导磁部，各导磁部的几何中心在导磁面的垂直投影方向与对应的霍尔元件的灵敏区的几何中心相互重合。上述导磁片设置，大大提高了霍尔采集信号的信号强度。所述主动部件为连接器，其通过花键孔与曲柄的花键部分配合；所述被动部件为齿盘。上述主动部件与被动部件之间的具体连接结构为所述被动部件上设周向均布有多个弹簧安装孔，主动部件上设有与弹簧安装孔数量相等且位置对应的安装凸块，安装凸块伸入弹簧安装孔的一端并与弹簧安装孔的另一端之间设置有弹簧。所述主动部件上周向均布有多个凸爪，所述被动部件具有多个与凸爪对应的开孔，凸爪穿设在相应开孔中且可相对滑动配合。所述内罩与主动部件的具体连接关系为所述内罩的中孔壁处向内延伸形成有连接圈，连接圈的外周壁上设有环状凸筋，所述主动部件上设有与凸筋对应的环形安装槽，所述凸筋嵌设在该安装槽内且两者可相对转动。为了方便装配，本发明在所述连接圈及环状凸筋在圆周方向均布有多条轴向延伸的开口槽，使得连接圈具有较好的弹性，以方便连接圈与主动部件之间的装配。本发明将所述凸筋的截面设计呈三角形，这样凸筋两侧倾斜面在安装时就具备了导向功能，方便凸筋顺利嵌入安装槽。所述内罩的外侧设有一霍尔罩，该霍尔罩是插接固定在内罩的插孔中的，上述PCB 板及其上的霍尔元件和导磁片均设置在该霍尔罩内。本发明的优点是
1.本发明采用了两对以上霍尔元件，且各主动霍尔元件灵敏区的几何中心在主动磁极的垂直投影位置处于主动磁极的不同位置，各被动霍尔元件灵敏区的几何中心在被动磁极的垂直投影位置处于被动磁极的不同位置，这样不仅可同时采集多组信号，而且确保了各组信号不是重复的信号。.本发明中主动磁组件及被动磁组件均采用磁环，通过增加磁极极数，大大提升了采样速度和信息量，同时精度也大幅度提升，使得整车的启动更快、更随性更好，停车时的断点时间大幅缩短。.本发明在PCB板背面设置了导磁片且导磁片的各导磁部几何中心在导磁面的垂直投影方向与对应的霍尔元件的灵敏区的几何中心相互重合，大大提高了霍尔采集信号的信号强度。


下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述 图1为本发明的装配图2为本发明的另一装配图3为本发明的剖视图4为本发明中PCB板一侧的示意图5为本发明中PCB板另一侧的示意图6为本发明中主、被动磁组件与霍尔元件的相对位置示意图7为本发明中主、被动部件之间的连接关系示意图8为本发明中主、被动部件之间的另一连接关系示意图；其中1曲柄；2主动部件；21安装凸块；22凸爪；23花键孔；3被动部件；31弹簧安装孔；32开孔；4主动磁组件；5被动磁组件；6PCB板；7霍尔元件；71被动霍尔元件；72主动霍尔元件；8导磁片；81导磁部；9弹簧；10内罩；11外罩；12霍尔罩；13连接圈；14凸筋； 15安装槽；16开口槽。
具体实施例方式实施例如图1、图2、图3和图6所示，一种力矩传感器，包括曲柄1、与曲柄1相固连的主动部件2，与主动部件2平行设置的被动部件3、与主动部件轴向固定且可相对旋转的内罩10、罩设在主动部件2上的外罩11，以及设置在内罩10外侧的霍尔罩13，所述被动部件3与主动部件2弹性连接且可相对转动，所述主动部件2和被动部件3上分别设有主动磁组件4和被动磁组件5，本实施例中所述主动磁组件4为一内磁环，被动磁组件5为一外磁环，所述外磁环与内磁环同心、同平面设置，所述内磁环和外磁环上分别设有数量相同的多对S-N磁极对，其中每个S或N磁极所对的圆心角均相同。所述内罩10上固设有PCB 板6，PCB板6上设有两对以上的霍尔元件7，每对霍尔元件7具有一个与被动磁极(外磁环上的S磁极或N磁极)对应的被动霍尔元件71及一个与主动磁极(内磁环上的S磁极或N 磁极)对应的主动霍尔元件72，各主动霍尔元件72灵敏区的几何中心在主动磁极的垂直投影位置处于主动磁极的不同位置，各被动霍尔元件71灵敏区的几何中心在被动磁极的垂直投影位置处于被动磁极的不同位置，这样不仅可同时采集多组信号，而且确保了各组信号不是重复的信号。上述内磁环和外磁环可以为铷铁硼磁环，且内磁环和外磁环的磁极数均为60个 (N、S各30极)，如图6所示。本发明以磁环代替原有的多个磁钢，大大提升了采样速度和信息量，同时精度也大幅度提升，使得整车的启动更快、更随性更好，停车时的断点时间大幅缩短。进一步的，为了尽量降低生产成本，本实施例优选的霍尔元件7数量为两对，为了方便采集到的多组信号进行后续处理，两对霍尔元件7的布置方式可以为一个主动霍尔 72对应地设置在一主动磁极的中心，另一个主动霍尔72对应地设置在一主动磁极的边沿处(两相邻主动磁极的接缝处)，同理，一个被动霍尔71对应地设置在一被动磁极的中心，另一个被动霍尔71对应地设置在一被动磁极的边沿处(两相邻被动磁极的接缝处)，如图6所示。如图1、图2、图4和图5所示，所述PCB板6的背面设有导磁片8，导磁片8具有与各霍尔元件7分别对应的导磁部81，各导磁部81的几何中心a在导磁面的垂直投影方向与对应的霍尔元件7的灵敏区的几何中心b相互重合。上述导磁片8设置，大大提高了霍尔采集信号的信号强度。如图1所示，所述霍尔罩12是插接固定在内罩10的插孔中的，上述PCB板6及其上的霍尔元件7和导磁片8均设置在该霍尔罩12内。如图1、图7和图8所示，所述主动部件2为连接器，其通过花键孔23与曲柄1的花键部分配合；所述被动部件3为齿盘。上述主动部件2与被动部件3之间的具体连接结构为所述被动部件3上设周向均布有多个弹簧安装孔31，主动部件2上设有与弹簧安装孔31数量相等且位置对应的安装凸块21，安装凸块21伸入弹簧安装孔31的一端并与弹簧安装孔31的另一端之间设置有弹簧9。所述主动部件2上周向均布有多个凸爪22，所述被动部件3具有多个与凸爪22对应的开孔32，凸爪22穿设在相应开孔32中且可相对滑动配合。如图2和图3所示，所述内罩10与主动部件2的具体连接关系为所述内罩10的中孔壁处向内延伸形成有连接圈13，连接圈13的外周壁上设有环状凸筋14，所述主动部件 2上设有与凸筋14对应的环形安装槽15，所述凸筋14嵌设在该安装槽15内且两者可相对转动。为了方便装配，本实施例中，所述连接圈13及环状凸筋14在圆周方向均布有多条轴向延伸的开口槽16，使得连接圈13具有较好的弹性，以方便连接圈13与主动部件2之间的装配。本实施例还将所述凸筋14的截面设计呈三角形，这样凸筋14两侧倾斜面在安装时就具备了导向功能，以便凸筋14顺利嵌入安装槽15。以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种力矩传感器，包括曲柄(1)、与曲柄(1)相固连的主动部件(2)，与主动部件(2) 平行设置的被动部件(3)以及与主动部件(2)轴向固定且可相对旋转的内罩(10)，所述被动部件(3)与主动部件(2)弹性连接且可相对转动，所述主动部件(2)和被动部件(3)上分别设有主动磁组件(4)和被动磁组件(5)，其特征在于所述主动磁组件(4)具有多个呈环状间隔布置或连续布置的主动磁极，被动磁组件(5)具有多个呈环状间隔布置或连续布置的被动磁极，所述内罩(10)上固设有PCB板(6)，PCB板(6)上设有两对以上的霍尔元件 (7)，每对霍尔元件(7)具有一个与被动磁极对应的被动霍尔元件(71)及一个与主动磁极对应的主动霍尔元件(72)，各主动霍尔元件(72)灵敏区的几何中心在主动磁极的垂直投影位置处于主动磁极的不同位置，各被动霍尔元件(71)灵敏区的几何中心在被动磁极的垂直投影位置处于被动磁极的不同位置。
2.根据权利要求1所述的力矩传感器，其特征在于所述主动磁组件(4)为一内磁环， 被动磁组件(5)为一外磁环，所述外磁环与内磁环同心、同平面设置，所述内磁环和外磁环上分别设有数量相同的多对S-N磁极对，其中每个S或N磁极所对的圆心角均相同，上述主动磁极为设置在内磁环上的S磁极和N磁极，上述被动磁极为设置在外磁环上的S磁极和 N磁极。
3.根据权利要求1或2所述的力矩传感器，其特征在于所述PCB板(6)的背面设有导磁片(8)，导磁片(8)具有与各霍尔元件(7)分别对应的导磁部(81)，各导磁部(81)的几何中心在导磁面的垂直投影方向与对应的霍尔元件(7)的灵敏区的几何中心相互重合。
4.根据权利要求1或2所述的力矩传感器，其特征在于所述被动部件(3)上设周向均布有多个弹簧安装孔(31 )，主动部件(2)上设有与弹簧安装孔(31)数量相等且位置对应的安装凸块(21)，安装凸块(21)伸入弹簧安装孔(31)的一端并与弹簧安装孔(31)的另一端之间设置有弹簧(9)。
5.根据权利要求1或2所述的力矩传感器，其特征在于所述主动部件(2)上周向均布有多个凸爪(22)，所述被动部件(3)具有多个与凸爪(22)对应的开孔(32)，凸爪(22)穿设在相应开孔(32)中且可相对滑动配合。
6.根据权利要求1所述的力矩传感器，其特征在于所述内罩(10)的中孔壁处向内延伸形成有连接圈(13)，连接圈(13)的外周壁上设有环状凸筋(14)，所述主动部件(2)上设有与凸筋(14)对应的环形安装槽(15)，所述凸筋(14)嵌设在该安装槽(15)内且两者可相对转动。
7.根据权利要求6所述的力矩传感器，其特征在于所述连接圈(13)及环状凸筋(14) 在圆周方向均布有多条轴向延伸的开口槽(16)。
8.根据权利要求6或7所述的力矩传感器，其特征在于所述凸筋(14)的截面呈三角形。
9.根据权利要求3所述的力矩传感器，其特征在于所述内罩(10)的外侧设有一霍尔罩(12)，该霍尔罩(12)是插接固定在内罩(10)的插孔中的，上述PCB板(6)及其上的霍尔元件(7)和导磁片(8)均设置在该霍尔罩(12)内。
10.根据权利要求1或2所述的力矩传感器，其特征在于所述主动部件(2)为连接器， 其通过花键孔(23)与曲柄(1)的花键部分配合，所述被动部件(3)为齿盘。
全文摘要
本发明公开了一种力矩传感器，包括曲柄、主动部件、被动部件以及内罩，被动部件与主动部件弹性连接且可相对转动，主动部件和被动部件上分别设有主动磁组件和被动磁组件，主动磁组件和被动磁组件分别具有多个呈环状间隔布置或连续布置的主动磁极和被动磁极，内罩的PCB板上设有两对以上的霍尔元件，每对霍尔元件具有一个与被动磁极对应的被动霍尔元件及一个与主动磁极对应的主动霍尔元件，各主动霍尔元件灵敏区的几何中心在主动磁极的垂直投影位置处于主动磁极的不同位置，各被动霍尔元件灵敏区的几何中心在被动磁极的垂直投影位置处于被动磁极的不同位置；这样不仅可同时采集多组信号，而且确保了各组信号不是重复的信号。
文档编号G01L5/00GK102221432SQ20111008772
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月8日 优先权日2010年10月27日
发明者黄岩 申请人:黄岩