專利名稱：能測試電動(dòng)自行車踏力和踏行速度的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電動(dòng)自行車的傳動(dòng)系統(tǒng)，更具體地指一種能測試電動(dòng)自行車踏力和踏行速度的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在電動(dòng)自行車上，通過鏈條的張緊力來完成人力騎行電動(dòng)自行車時(shí)的一對(duì)腳踏力的大小的檢測和鏈條的運(yùn)動(dòng)來完成人力騎行電動(dòng)自行車速度的檢測。
背景技術(shù)：
電動(dòng)自行車已為人們所熟悉，它既可以由電力驅(qū)動(dòng)，亦可以由人力來驅(qū)動(dòng)。請(qǐng)先參考圖1所示，傳統(tǒng)電動(dòng)自行車的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括中軸13、牙盤3、左右曲柄3AL、3AR、左右腳蹬2L、2R、鏈條9、飛輪10。當(dāng)需要時(shí)，腳踏左右腳蹬2L、2R，腳踏力通過左右曲柄3AL、3AR通過中軸13帶動(dòng)牙盤3轉(zhuǎn)動(dòng)，再由牙盤3通過鏈條9把力傳遞給飛輪10，并由飛輪10帶動(dòng)電動(dòng)自行車的后車輪使車輛運(yùn)行。從上述的描述可知，在傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，均沒有腳踏力的大小的檢測和人力騎行電動(dòng)自行車速度的檢測功能。因此，傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車也就沒有真正做到電力助力的功能，實(shí)現(xiàn)電力和人力的比例控制和速度與比例的不同關(guān)系的控制，即騎行者需要用力大時(shí)，助力需要大，用力小時(shí)，所需要的助力也相對(duì)較小。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中不能對(duì)腳踏力大小和速度進(jìn)行檢測的缺點(diǎn)，提出一種能測試電動(dòng)自行車踏力和踏行速度的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)電力和人力的比例控制和速度的控制提供可能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案該能測試電動(dòng)自行車踏力和踏行速度的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括牙盤、曲柄、鏈條、飛輪、主座、動(dòng)板、過渡鏈輪，鏈條嚙合于牙盤、過渡鏈輪和飛輪上，曲柄含有左右曲柄并安裝于牙盤的中軸的兩端，主座固定于牙盤上，主座與動(dòng)板相連接，過渡鏈輪含有兩只鏈輪并均安裝于動(dòng)板上，該系統(tǒng)還包括彈簧，彈簧安裝于動(dòng)板和主座的端部。
所述的動(dòng)板和主座上分別安裝了霍爾座和磁鋼座，霍爾座上設(shè)置線性霍爾傳感器，磁鋼座上則設(shè)置兩顆磁鋼，線性霍爾傳感器置于兩顆磁鋼之間。
所述的牙盤與主座通過軸承相連接。
所述的鏈輪上也設(shè)置有數(shù)顆磁鋼，所述的霍爾座上還設(shè)置開關(guān)霍爾傳感器。
所述的主座上還設(shè)置一穩(wěn)定主座的定位叉。
所述的彈簧可以采用壓緊彈簧或其它類型的彈簧。
本實(shí)用新型在傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，在動(dòng)板和主座的端部增設(shè)了彈簧，當(dāng)騎行者用力腳踏腳蹬時(shí)，鏈條的上半部分將產(chǎn)生張力，該張力使動(dòng)板繞動(dòng)板的軸產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針方向的力矩而使動(dòng)板轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)板轉(zhuǎn)動(dòng)將使壓彈簧受壓變形，其變形量與鏈條張力成正比，動(dòng)板轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也與鏈條張力成正比，由于鏈條張力直接反映了腳踏力的大小，故只要檢測出該角度或是動(dòng)板上的某點(diǎn)相對(duì)主座上的某點(diǎn)位移即可知道人的腳踏力的大?。欢鴦?dòng)板的霍爾座上安裝了線性霍爾傳感器、開關(guān)霍爾傳感器以及過渡鏈輪上安裝的磁鋼，當(dāng)騎行者騎行電動(dòng)自行車運(yùn)行時(shí)，過渡鏈輪將轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與人力騎行速度成正比，由此可測得騎行速度。因此本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能進(jìn)行腳踏力的大小的檢測和騎行者踏行電動(dòng)自行車速度的檢測，為實(shí)現(xiàn)電力和人力的比例控制和速度與比例的不同關(guān)系的控制提供了可能。


圖1為本實(shí)用新型的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的局部(主座、動(dòng)板)放大示意圖。
圖3為本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的局部(主座、動(dòng)板、牙盤等)裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型的過渡鏈輪的磁鋼分布示意圖。
圖5為本實(shí)用新型的踏行速度檢測原理示意圖。
圖6為本實(shí)用新型的定位叉安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為線性霍爾傳感器和磁鋼檢測位移的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合上述附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
請(qǐng)參閱圖1、圖2所示，本實(shí)用新型的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括牙盤3、曲柄、鏈條9、飛輪10、主座7、動(dòng)板6、過渡鏈輪4、5，鏈條9嚙合于牙盤3、過渡鏈輪4、5和飛輪10上，曲柄含有左右曲柄3AL、3AR并安裝于牙盤3的中軸13的兩端，主座7固定于牙盤3上，主座7與動(dòng)板6相連接，主座7和動(dòng)板6可相互運(yùn)動(dòng)，過渡鏈輪含有兩只鏈輪4、5并均安裝于動(dòng)板6上。該系統(tǒng)還包括彈簧8，彈簧8安裝于動(dòng)板6和主座7的端部。
在安裝時(shí)，請(qǐng)結(jié)合圖3所示，牙盤3由5個(gè)螺釘3D固定著軸3B，軸3B通過軸承3C與主座7連接，7B為壓板，通過4個(gè)螺釘7A固定在主座7上來壓住軸承3C的外圈，而7C為內(nèi)壓板，通過4個(gè)螺釘7D固定在軸3B上壓住軸承3C的內(nèi)圈。這樣的連接可保證主座7既可與牙盤3產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，又可保證牙盤3和主座7的軸向距離相對(duì)不變，也即保證了牙盤3的齒中心面始終與過渡鏈輪4和5的齒中心面保持在一個(gè)平面上，動(dòng)板6通過軸6A與軸承6B固定著鏈輪4和鏈輪5，動(dòng)板上還安裝著霍爾座11，動(dòng)板6與主座7通過軸6C和軸套7E連接，使動(dòng)板6和主座7可繞軸6C相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述的動(dòng)板6和主座7上分別安裝了霍爾座11和磁鋼座12(先見圖7)，霍爾座11上設(shè)置線性霍爾傳感器11A，磁鋼座12上則設(shè)置兩顆磁鋼12A、12B，線性霍爾傳感器11A置于兩顆磁鋼12A、12B之間。
所述的牙盤3與主座7通過軸承3C相連接。
請(qǐng)?jiān)俳Y(jié)合圖4、5所示，所述的過渡鏈輪5上也設(shè)置有數(shù)顆磁鋼5A，所述的霍爾座11上還設(shè)置開關(guān)霍爾傳感器11B。
所述的主座7上還設(shè)置一穩(wěn)定主座7的定位叉7A。
所述的彈簧8可以采用壓緊彈簧或其它類型的彈簧。
本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安裝在電動(dòng)自行車的本體架上，當(dāng)腳踏左右腳蹬，腳踏力通過曲柄3AR或曲柄3AL通過中軸13帶動(dòng)牙盤3轉(zhuǎn)動(dòng)，再由牙盤3通過鏈條9把力傳遞給飛輪10，并由飛輪10帶動(dòng)電動(dòng)自行車的后車輪使車輛運(yùn)行，由于鏈條9的上半部分是如圖1穿過過渡鏈輪4和5的，在鏈條9張力F的作用下，將使動(dòng)板6上的兩個(gè)過渡鏈輪4和5的軸心上產(chǎn)生兩個(gè)方向的力F1和F2(圖2)，顯然，F(xiàn)1＝F2＝F，F(xiàn)1和F2將使動(dòng)板6繞軸6C產(chǎn)生兩個(gè)方向的力矩。一個(gè)為逆時(shí)針方向的F1·h1，另一個(gè)為順時(shí)針方向的力矩F2·h2，由于h1＞h2，故在動(dòng)板6上將產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針方向的力矩F·(h1-h2)；該力矩作用在動(dòng)板6上，并通過動(dòng)板6端部對(duì)壓簧8產(chǎn)生壓力，從而使壓簧8受壓變形。其變形程度與其所受壓力成正比。壓簧8變形的結(jié)果使動(dòng)板6繞軸6C相對(duì)主座7逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，很明顯該角度的大小與鏈條9的張力F成正比。因此只要安裝一種類似角度或位移傳感器等裝置來檢測動(dòng)板6相對(duì)主座7轉(zhuǎn)動(dòng)的角度或是動(dòng)板上的某點(diǎn)相對(duì)主座上的某點(diǎn)的位移即可得到踏力信號(hào)。
本實(shí)用新型采用了成本較低，實(shí)施較為方便的線性霍爾傳感器和磁鋼來完成，當(dāng)然也不排除其它用來檢測動(dòng)板6和主座7相對(duì)位移和角度的傳感器。
下面，就線性霍爾傳感器和磁鋼完成踏力檢測的原理作一介紹。
如圖7所示，動(dòng)板和主座上分別安裝了霍爾座11和磁鋼座12，霍爾座11內(nèi)分別安裝了線性霍爾傳感器11A和開關(guān)霍爾傳感器11B，其中開關(guān)霍爾傳感器11B為檢測車速用，其原理將在后面作介紹。
磁鋼座12上分別安裝了兩塊磁鋼12A和12B，在安裝上保證兩塊磁鋼12A和12B的外表面的極性相同，這樣在兩塊磁鋼之間由兩塊磁鋼產(chǎn)生的磁場是相互抵消的，如果兩塊磁鋼的磁性相同，那末其中間部分的磁場正好為零，而接近磁鋼表面的磁場較強(qiáng)，且從中間部位至磁鋼表面的磁場變化是線性的。
霍爾座11上的線性霍爾傳感器11A正好處在上述二塊磁鋼12A和12B形成的磁場空間內(nèi)，且線性霍爾傳感器11A接受磁場的表面的法向是與磁場方向一致的，這樣可保證線性霍爾傳感器11A接受到的磁場為最強(qiáng)，且靈敏度最高。如前所述，當(dāng)沒有人力騎行電動(dòng)自行車時(shí)，動(dòng)板6和主座7沒有繞軸6C(見圖1、圖2)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)線性霍爾傳感器11A處在最靠近磁鋼12A處，其接受到的磁場最強(qiáng)。當(dāng)人力用腳蹬2L、2R踏電動(dòng)自行車時(shí)，動(dòng)板6將繞軸6C與主座7發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如前所述，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度與腳踏力的大小成正比，這樣線性霍爾傳感器11A將朝磁鋼12B的方向移動(dòng)，且移動(dòng)的距離與腳踏力成正比，顯然線性霍爾傳感器11A表面接受到的磁場將相應(yīng)減弱，當(dāng)線性霍爾傳感器移動(dòng)至磁鋼12B處時(shí)，其表面接受到的磁場已同原來的方向相反，由于線性霍爾傳感器11A的輸出電壓是與其接受到的磁場強(qiáng)度成正比的，因此，隨著其在兩塊磁鋼12A和12B之間的移動(dòng)，其輸出電壓也相應(yīng)線性變化，用這一變化的電壓通過相應(yīng)的電路來控制電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的出力，即可完成電力和人力的出力比的控制，達(dá)到檢測腳踏力的作用。
下面再介紹本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的速度檢測原理。
如圖4、5所示，在過渡鏈輪5上安裝了數(shù)顆磁鋼5A，此處為四顆磁鋼。該過渡鏈輪5的轉(zhuǎn)速與人力踏行電動(dòng)自行車時(shí)的車速成正比，因此，只要能測得過渡鏈輪5轉(zhuǎn)速即可知道車速的大小，在動(dòng)板6上安裝了霍爾座11，而霍爾座11上安裝了開關(guān)霍爾傳感器11B，開關(guān)霍爾傳感器11B與過渡鏈輪5上安裝的磁鋼5A的表面靠得很近，且保證磁鋼5A轉(zhuǎn)動(dòng)到開關(guān)霍爾傳感器11B位置時(shí)，磁鋼5A的表面正好對(duì)準(zhǔn)開關(guān)霍爾傳感器11B，且這一磁場足以能保證開關(guān)霍爾傳感器11B的輸出電壓發(fā)生變化。當(dāng)騎行者踏行電動(dòng)自行車運(yùn)行時(shí)，過渡鏈輪5將轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與人力騎行速度成正比，而每當(dāng)過渡鏈輪5上的磁鋼5A轉(zhuǎn)動(dòng)到開關(guān)霍爾傳感器11B最近處時(shí)，開關(guān)霍爾傳感器11B將產(chǎn)生一個(gè)跳變輸出，過渡鏈輪5每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生4個(gè)跳變，通過電路讀出該跳變，記錄每秒的跳變數(shù)即可得到車輛的踏行速度。除了采用開關(guān)霍爾傳感器11B和磁鋼5A來完成上述速度檢測外，本實(shí)用新型也不排除其它類型的方式，如光電、磁電感應(yīng)等方式來達(dá)到上述目的。
為保證在騎行者騎行電動(dòng)自行車時(shí)，因過渡鏈輪4、5張力的變化而引起的主座7的跳動(dòng)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一個(gè)定位叉7A(見圖6)，該定位叉7A的開叉部分插在車架的平叉14上，在將定位叉7A用螺釘7B堅(jiān)固時(shí)，定位叉7A將順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直至將定位叉7A與平叉14夾緊為止，這樣就可保證避免在騎行電動(dòng)自行車時(shí)，因鏈條9張力的變化而引起主座7的跳動(dòng)。
當(dāng)將本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)檢測到的踏力信號(hào)和踏行速度信號(hào)通過相應(yīng)的控制電路來完成對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的控制，即可達(dá)到我們對(duì)電力和人力的比例控制和速度與比例的不同關(guān)系的控制。
權(quán)利要求1.一種能測試電動(dòng)自行車踏力和踏行速度的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括牙盤、曲柄、鏈條、飛輪、主座、動(dòng)板、過渡鏈輪，鏈條嚙合于牙盤、過渡鏈輪和飛輪上，曲柄含有左右曲柄并安裝于牙盤的中軸的兩端，主座固定于牙盤上，主座與動(dòng)板相連接，過渡鏈輪含有兩只鏈輪并均安裝于動(dòng)板上，其特征在于該系統(tǒng)還包括彈簧，彈簧安裝于動(dòng)板和主座的端部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述能測試電動(dòng)自行車踏力和踏行速度的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述的動(dòng)板和主座上分別安裝了霍爾座和磁鋼座，霍爾座上設(shè)置線性霍爾傳感器，磁鋼座上則設(shè)置兩顆磁鋼，線性霍爾傳感器置于兩顆磁鋼之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能測試電動(dòng)自行車踏力和踏行速度的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述的牙盤與主座通過軸承相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能測試電動(dòng)自行車踏力和踏行速度的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述的鏈輪上也設(shè)置有數(shù)顆磁鋼，所述的霍爾座上還設(shè)置開關(guān)霍爾傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能測試電動(dòng)自行車踏力和踏行速度的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述的主座上還設(shè)置一穩(wěn)定主座的定位叉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能測試電動(dòng)自行車踏力和踏行速度的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述的彈簧可以采用壓緊彈簧或其它類型的彈簧。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種能測試電動(dòng)自行車踏力和踏行速度的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括牙盤、曲柄、鏈條、飛輪、主座、動(dòng)板、過渡鏈輪，鏈條嚙合于牙盤、過渡鏈輪和飛輪上，曲柄含有左右曲柄并安裝于牙盤的中軸的兩端，主座固定于牙盤上，主座與動(dòng)板相連接，過渡鏈輪含有兩只鏈輪并均安裝于動(dòng)板上，該系統(tǒng)還包括彈簧，彈簧安裝于動(dòng)板和主座的端部；動(dòng)板的霍爾座上還安裝了線性霍爾傳感器、開關(guān)霍爾傳感器以及過渡鏈輪上安裝了磁鋼，本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能進(jìn)行腳踏力的大小的檢測和騎行者踏行電動(dòng)自行車速度的檢測，為實(shí)現(xiàn)電力和人力的比例控制和速度與比例的不同關(guān)系的控制提供了可能。
文檔編號(hào)B62M23/02GK2707615SQ200420022078
公開日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2004年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月21日
發(fā)明者馬慶一 申請(qǐng)人:上海千鶴電動(dòng)車有限公司