转矩传感器模块及基于该转矩传感器模块的电动自行车制造技术

本实用新型专利技术公开一种转矩传感器模块及基于该转矩传感器模块的电动自行车。该转矩传感器模块使用可更换电池的电池模块来供电，通过采集由应变片构成的转矩感应器输出的电压信号，将电压信号转换为转矩数据，再通过无线数据发射端将转矩数据发送给无线数据接收端。由此，可以免去复杂的有线供电电路，降低了实施成本。并且，通过非接触式的转矩数据采集和传输过程，传输数据速度快、距离远且抗干扰能力强，提升了实施灵活性。

Torque sensor module and electric bicycle based on the torque sensor module

【技术实现步骤摘要】
转矩传感器模块及基于该转矩传感器模块的电动自行车
本技术涉及传感器技术，特别涉及一种转矩传感器模块及基于该转矩传感器模块的电动自行车。
技术介绍
目前绝大部分电动自行车都支持助力模式以辅助用户骑行。现有技术中基于多种传感器均可实现助力模式，如速度传感器、中轴转矩传感器、后轴勾爪传感器等。应变片检测方案简单易实现、成本低且可靠性高，目前已经成为最具性价比的中轴转矩传感器方案。但是，应变片需设置在中轴上，至使传感器的数据采集电路也必须固定设置在中轴上，增大了数据采集电路的供电和数据传输的难度。因此，需要一种更为简单易实现、且高效的传感器模块。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种转矩传感器模块及基于该转矩传感器模块的电动自行车，以更为简单易实现的传感器模块高效地实现数据采集。根据本技术的一个方面，提供了一种转矩传感器模块，包括：转矩感应器，包括应变片，适于设置在转动部件上，用于在测量到应变信号时，输出电压信号；信号转换电路，与转矩感应器关联地设置在转动部件上，用于将转矩感应器输出的电压信号转换为转矩数据；无线数据发射端，与信号转换电路关联地设置在转动部件上，用于将转矩数据发送到与无线数据发射端对应的无线数据接收端；电池模块，包括一个或多个可更换的电池，用于为转矩感应器、信号转换电路和/或无线数据发射端提供工作电压；以及无线数据接收端，适于设置在非转动部件上，用于接收无线数据发射端发送的转矩数据，并将转矩数据发送给控制器进行处理。可选地，无线数据发射端和无线数据接收端基于射频无线通讯方式，实现转矩数据的传输。根据本技术的另一方面，还提供了一种电动自行车，包括：电动自行车车体，电动自行车车体至少包括电机；如上的转矩传感器模块，适于设置在电动自行车车体上，以作为电动自行车的力矩传感器；控制器，适于设置在该电动自行车车体上，并与转矩传感器模块以及电机连接，用于基于从转矩传感器模块获取的转矩数据来控制电机输出的驱动力，以实现对电动自行车的助力控制。可选地，所述转动部件是所述电动自行车的中轴，所述无线数据接收端设置在所述电动自行车车体的非转动部件上。由此，通过本技术的转矩传感器模块，以可更换电池的电池模块来供电，免去复杂的无线供电电路，降低了实施成本。采用射频无线通讯方式来传输数据，传输速度快、传输距离远且抗干扰能力强，并且，也不限制无线数据接收端的安装位置，提升了实施灵活性。附图说明通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了根据本技术一个实施例的转矩传感器模块的示意性框图。图2示出了根据本技术一个实施例的电动自行车的示意性框图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。目前绝大部分电动自行车都支持助力模式，现有两种技术方案可实现助力模式，一种是速度传感器，另一种是力矩传感器。速度传感器可以采集到用户踩踏板的速度，并根据踏板速度来控制电动自行车的电机输出，电机输出的驱动力与踏板速度成正比，进而实现助力的目的。基于速度检测的助力方案，在普通路况下有一定的助力效果。但在遇到逆风或上坡等高阻力、高负荷的路况的情况下，车体本身车速较低，电机输出的驱动力也较小，因而，无法达到助力的目的，骑行效果较差。力矩传感器可以采集到用户踩踏板的力度，根据踩踏力度大小来控制电动自行车的电机输出，电机输出的驱动力与踩踏力度成正比，可以实现更好的助力效果。根据采集踩踏力度的位置不同，力矩传感器分成两种，一种是中轴转矩传感器，另一种是后轴勾爪传感器。后轴勾爪传感器一般安装在后上叉和后下叉的结合处，当用户用力踩踏板时，踩踏力度通过脚踏、曲柄、牙盘、链条、飞轮、后花鼓、车架等一系列零部件传递到力矩传感器。由于每个环节的零部件都是弹性体，力量在传输过程中均会产生损耗，再加上金属的“弹性滞后”效应，导致测量数值误差大，而且还会有测量延时，无法实现理想的助力效果。中轴转矩传感器安装在电动自行车的中轴位置，当用户用力踩踏板时，踩踏力度通过踏板、曲柄传递到中轴，从而导致中轴产生形变。中轴转矩传感器通过检测中轴的形变，来判断人踩踏板的力度大小。这种方式测量数值误差小，几乎零延时，能实现非常好的助力效果。目前，中轴转矩传感器有几种实现方案：逆磁致伸缩效应方案、转矩位移转换方案、应变片检测方案、转矩磁阻转换方案。其中，应变片检测方案简单易实现、成本低且可靠性高，目前已经成为性价比最高的中轴转矩传感器方案。但是，应变片检测方案仍然有一个技术难点，即，由于应变片是贴在中轴上的，因此采集电路也必须固定在中轴上。而中轴又是在不断旋转的，采集电路的供电和数据传输就变得困难。针对上述问题，传统的解决方案有两种：接触式方案和非接触式方案。接触式方案通常使用滑环来供电和信号传输，但这种方案存在寿命问题，长时间使用滑环会产生磨损，导致信号传输不稳定。非接触式方案通常使用近场无线供电和无线通讯技术，但这种方案成本高、实施困难且可靠性低。并且，通讯部分容易受到供电部分的干扰，近场通讯的稳定性也容易受车身形变影响。有鉴于此，本技术提出了一种改进的转矩传感器模块，通过以可更换电池的电池模块来供电，免去复杂的无线供电电路，降低了实施成本。采用传输速度快、传输距离远且抗干扰能力强的射频无线通讯方式来传输数据。并且，也不限制无线数据接收端的安装位置，提升了实施灵活性。如下将结合附图及实施例详细说明本技术的转矩传感器模块。图1示出了根据本技术一个实施例的转矩传感器模块的示意性框图。如图1所示，本技术的转矩传感器模块100可以包括转矩感应器110、信号转换电路120、无线数据发射端130、电池模块140、无线数据接收端150。转矩感应器110、信号转换电路120、无线数据发射端130、电池模块140适于关联地设置在转动部件上，无线数据接收端150适于设置在非转动部件上。其中，转动部件和非转动部件可以根据该转矩传感器模块的实际安装情况确定，当将该转矩传感器模块安装在电动自行车上时，转动部件可以是该电动自行车的中轴，非转动部件可以是该电动自行车的非转动位置。转矩感应器110可以包括应变片，用于在测量到应变信号时，输出电压信号。在一个优选实施例中，该转矩感应器110可以是由应变片构成的平衡电桥，在测量到应变信号时，在该平衡电桥的两中点处输出电压差信号作为采集的电压信号。其中，应变信号可以是在外力作用下，转动部件产生的形变，如转动。信号转换电路120与转矩感应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转矩传感器模块，其特征在于，所述转矩传感器模块包括：/n转矩感应器，包括应变片，适于设置在转动部件上，用于在测量到应变信号时，输出电压信号；/n信号转换电路，适于与所述转矩感应器关联地设置在转动部件上，用于将所述转矩感应器输出的电压信号转换为转矩数据；/n无线数据发射端，适于与所述信号转换电路关联地设置在转动部件上，用于将所述转矩数据发送到与所述无线数据发射端对应的无线数据接收端；/n电池模块，包括一个或多个可更换的电池，适于与所述无线数据发射端关联地设置在转动部件上，并且用于为所述转矩感应器、所述信号转换电路和所述无线数据发射端提供工作电压；以及/n无线数据接收端，用于接收无线数据发射端发送的转矩数据，并将所述转矩数据发送给控制器进行处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种转矩传感器模块，其特征在于，所述转矩传感器模块包括：
转矩感应器，包括应变片，适于设置在转动部件上，用于在测量到应变信号时，输出电压信号；
信号转换电路，适于与所述转矩感应器关联地设置在转动部件上，用于将所述转矩感应器输出的电压信号转换为转矩数据；
无线数据发射端，适于与所述信号转换电路关联地设置在转动部件上，用于将所述转矩数据发送到与所述无线数据发射端对应的无线数据接收端；
电池模块，包括一个或多个可更换的电池，适于与所述无线数据发射端关联地设置在转动部件上，并且用于为所述转矩感应器、所述信号转换电路和所述无线数据发射端提供工作电压；以及
无线数据接收端，用于接收无线数据发射端发送的转矩数据，并将所述转矩数据发送给控制器进行处理。


2.根据权利要求1所述的转矩传感器模块，其特征在于，所述无线数据接收端适于设置在非...

【专利技术属性】
技术研发人员：许伟坤，张健，苏景辉，
申请(专利权)人：广州大非机器人科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44