本发明涉及一种紧凑式卡基力矩传感装置。
背景技术：
1、原先市面上的电动自行车通常都将力矩传感器安装在中轴的五通管上，以此来检测采集踏力信号进而控制电动自行车的行进车速。然而由于中轴式的力矩传感器往往需要对五通管内部增设结构加以改造，存在传感点位和开孔引线较多且装配工序复杂的问题，加上其与轮毂电机的引出线路分属不同部位，故需要一套专门的线束和结构进行搭配，导致生产成本较高。
2、为此目前多数电动自行车直接在轮毂电机外侧的卡基上安置力矩传感器，从而制成卡基力矩传感装置，其结构通常是在卡基的内端（即同轮毂电机外壳连接的一端）通过一体式法兰加装一套力矩传感组件，该套力矩传感组件内设有应变片用于检测卡基外壳因受到轮毂电机外壳反馈力而产生的微变形，从而获取力矩信号；如公告号为cn 216734643u的发明专利即公开了此类卡基力矩传感装置。
3、然而经过实践应用，我们发现如上述现有的卡基力矩传感装置存在如下问题：
4、1、力矩传感组件中的信号采集部件由于被设置在卡基与轮毂电机连接部位的内端位置，实际是装配在卡基内圈的电机轴套端部位置，故需要深入轮毂电机外壳的内部实施安装，不仅结构繁琐，且安装和维修都极为不便。并且力矩传感组件的信号传输部件有部分pcb板、线圈及相应支架需要同轮毂电机内部的电机轴实施固定，这使得维修更换必须拆开轮毂电机端盖才能进行，效率低而维护成本较高。
5、2、力矩传感组件是沿卡基的轴向并排设置在棘轮棘爪单向离合器内侧的位置，使得整个卡基轴向尺寸被拉长，占据体积较大，结构不紧凑。并且力矩传感组件还需配备连接卡基和轮毂电机外壳的支撑盘结构，零部件多，使得生产制造成本提高。
6、3、棘轮和棘爪分别被设置在卡基外壳和电机轴套上，而应变片又贴附在电机轴套或其一体结构上，这样导致当踏力传递至卡基外壳上后，其会被棘轮棘爪部分消解后再传递至轮毂电机外壳上，最后再反作用于电机轴套上产生微变形，这一过程使得应变片的感应敏感性大大降低，从而影响力矩信号的检测精度。实际使用时往往需要用户加大踏力来提高力矩信号的感应强度。
7、4、力矩传感组件的信号引出线束往往同轮毂电机内部的线束合并后再一同经由轮毂电机外壳的非卡基固定端引出。当需要单独测试或维修力矩传感组件时，需要从合并线束中分离出力矩传感组件的信号引出线束，操作繁琐，效率低下。
技术实现思路
1、本发明目的是：针对背景技术中提及的现有卡基力矩传感装置存在的不足，而提供一种紧凑式卡基力矩传感装置，其不仅结构简单紧凑，易于装配和维修，且力矩信号采集精度更高。
2、本发明的技术方案是：一种紧凑式卡基力矩传感装置，包括安装在轮毂电机的端盖外侧电机轴上的卡基和设置于卡基上的力矩传感组件，卡基包括套置且周向固定于电机轴上的电机轴套和设于电机轴套外围的卡基外壳，力矩传感组件包括信号采集组件和信号传输组件；其特征在于卡基外壳具有位于前部的飞轮安置部和位于后部的端盖连接部，飞轮安置部内周经由若干卡基轴承支撑设于电机轴套上，而端盖连接部的外周后部经由棘轮棘爪单向离合器同轮毂电机的端盖连接，且信号采集组件则设置在端盖连接部的外周前部；
3、该信号采集组件包括贴附于端盖连接部外周表面的至少一应变片和与之电连接的第一信号采集pcb板；而信号传输组件设置在端盖连接部内周，其包括与第一信号采集pcb板电连接的外感应线圈，与外感应线圈对应设置的内感应线圈及与之电连接的第二信号采集pcb板，该第二信号采集pcb板的引出线经由卡基外壳的前部引出。
4、进一步的，本发明中所述信号传输组件还包括外圈支架和内圈支架，外圈支架固定在所述卡基外壳的所述端盖连接部内周，所述外感应线圈固定在该外圈支架上，而内圈支架固定在电机轴套上，所述内感应线圈和第二信号采集pcb板均固定在该内圈支架上。
5、进一步的，本发明中所述信号采集组件还包括固定至所述端盖连接部外周前部的环形罩壳，该环形罩壳遮盖所述应变片，且第一信号采集pcb板固定在环形罩壳内侧。
6、更进一步的，本发明中所述端盖连接部外周表面沿圆周均匀间隔贴附有两个以上所述应变片，这些应变片均与所述第一信号采集pcb板电连接。
7、进一步的，本发明中所述端盖连接部内端的外周后部上固定有棘轮，其与设置在所述轮毂电机的端盖上的棘爪连接配合构成所述棘轮棘爪单向离合器；或者所述端盖连接部内端的外周后部上固定有棘爪，其与设置在所述轮毂电机的端盖上的棘轮连接配合构成所述棘轮棘爪单向离合器。
8、进一步的，本发明中所述端盖连接部的外周上一体成型有隔开所述棘轮棘爪单向离合器和所述信号采集组件的环形外隔板。
9、进一步的，本发明中所述飞轮安置部一端经扩径的台阶部与后部的所述端盖连接部相连，而所述卡基外壳内侧成型有隔开所述信号传输组件和卡基轴承的环形内隔板，该环形内隔板的内周设有齿形花键，而所述第二信号采集pcb板上设有感应齿形花键的背磁霍尔元件，用于采集踏频信号。
10、进一步的，本发明中所述电机轴套上开有与所述电机轴平行的引线孔，所述第二信号采集pcb板的引出线穿过该引线孔由卡基外壳前部引出。
11、本发明的工作原理如下：
12、同常规技术一样，本发明中卡基外壳的飞轮安置部上用于安装传动机构飞轮，例如皮带轮或链轮，进而经由相应的皮带传动机构或链条传动机构与电动自行车脚踏相连接。而所述信号传输组件中第二信号采集pcb板的引出线最终与电动自行车的控制器电连接。
13、人骑行时踩踏电动自行车脚踏的踏力经皮带或链条传动机构传递到卡基外壳（飞轮安置部）上并带动卡基外壳相对电机轴套旋转，卡基外壳再经其端盖连接部上的棘轮棘爪单向离合器将踏力传递至轮毂电机端盖并带动轮毂电机转动。同时，轮毂电机的端盖会通过设置其上的棘轮或棘爪给予卡基外壳相应的棘爪或棘轮反作用力，而卡基外壳上的棘爪或棘轮受力后，会令卡基外壳产生微变形，而应变片感应该微变形，并通过第一信号采集pcb板输出相应的电信号，即力矩信号，该力矩信号再经由信号传输组件中的内、外感应线圈无线传输至第二信号采集pcb板，最后输出至电动自行车的控制器。
14、同时第二信号采集pcb板上装有的背磁霍尔元件感应卡基外壳内周的齿形花键，当卡基外壳旋转带动齿形花键转动时，背磁霍尔元件感应并获取自行车踏频信号，并输出至电动自行车的控制器。该测踏频机构相对于传统需要设置磁环的测踏频结构，会使力矩传感装置内部结构更加紧凑，更加有效的利用空间。
15、本发明的优点是：
16、本发明整体不仅结构简单紧凑，易于装配和维修，且力矩信号采集精度更高，其具体优点展开如下：
17、1、本发明中的力矩传感组件的信号采集组件设置在卡基与轮毂电机连接处的棘轮棘爪单向离合器的前部，也即位于轮毂电机外壳外端，故其整体无需像常规技术那样深入轮毂电机外壳的内部实施安装，使得结构得到简化，且安装和维修都极为方便。同时本发明对其信号传输组件中的线圈和相应支架进行维修和更换也无需拆开轮毂电机端盖，提高了装配效率，降低了维护成本。
18、2、本发明中的力矩传感组件分成位于卡基外壳外部的信号采集组件和位于卡基外内部的信号传输组件，其中的信号传输组件同棘轮棘爪单向离合器之间是沿卡基径向排布，使得整个卡基轴向尺寸被缩减，减小了力矩传感组件的占据体积，使其结构更紧凑。并且力矩传感组件无需如现有技术那样配备用于连接卡基和轮毂电机外壳的支撑盘结构，简化了零件，使得生产制造成本大大降低。
19、3、本发明中由于应变片感应部位位于棘轮棘爪单向离合器的前部，故当其工作时，卡基外壳受到的外部踏力不会经由棘轮棘爪单向离合器消解后再传递至轮毂外壳的端盖上，最后反馈其上产生微变形，而是直接通过棘轮棘爪的间反作用力形式反馈于自身，这使得卡基外壳上的应变片感应敏感性增强，进而大大提高力矩信号的检测精度。实际使用时用户也无需加大踏力来提高力矩信号的感应强度，骑行更加省力。
20、4、本发明中力矩传感组件的信号引出线是由卡基外壳的前部（背向轮毂电机的一端）引出，并不与轮毂电机内部的线束合并一路，当需要单独测试或维修力矩传感组件时，无需进行繁琐的线束分离操作，能够提高作业效率。
21、5、本发明中第二信号采集pcb板上装有的背磁霍尔元件感应卡基外壳内周的齿形花键，当卡基外壳旋转带动齿形花键转动时，背磁霍尔元件感应并获取自行车踏频信号，并输出至电动自行车的控制器。该测踏频机构相对于传统需要设置磁环的测踏频结构，会使力矩传感装置内部结构更加紧凑，更加有效的利用空间。
1.一种紧凑式卡基力矩传感装置，包括安装在轮毂电机（11）的端盖（11a）外侧电机轴（1）上的卡基和设置于卡基上的力矩传感组件，卡基包括套置且周向固定于电机轴（1）上的电机轴套（2）和设于电机轴套（2）外围的卡基外壳（3），力矩传感组件包括信号采集组件（4）和信号传输组件（5）；其特征在于卡基外壳（3）具有位于前部的飞轮安置部（301）和位于后部的端盖连接部（302），飞轮安置部（301）内周经由若干卡基轴承（6）支撑设于电机轴套（2）上，而端盖连接部（302）的外周后部经由棘轮棘爪单向离合器同轮毂电机（11）的端盖（11a）连接，且信号采集组件（4）则设置在端盖连接部（302）的外周前部；
2.根据权利要求1所述的紧凑式卡基力矩传感装置，其特征在于所述信号传输组件（5）还包括外圈支架（505）和内圈支架（506），外圈支架（505）固定在所述卡基外壳（5）的所述端盖连接部（302）内周，所述外感应线圈（501）固定在该外圈支架（505）上，而内圈支架（506）固定在电机轴套（2）上，所述内感应线圈（502）和第二信号采集pcb板（503）均固定在该内圈支架（506）上。
3.根据权利要求1所述的紧凑式卡基力矩传感装置，其特征在于所述信号采集组件（4）还包括固定至所述端盖连接部（302）外周前部的环形罩壳（403），该环形罩壳（403）遮盖所述应变片（401），且第一信号采集pcb板（402）固定在环形罩壳（403）内侧。
4.根据权利要求1或3所述的紧凑式卡基力矩传感装置，其特征在于所述端盖连接部（302）外周表面沿圆周均匀间隔贴附有两个以上所述应变片（401），这些应变片（401）均与所述第一信号采集pcb板（402）电连接。
5.根据权利要求1所述的紧凑式卡基力矩传感装置，其特征在于所述端盖连接部（302）内端的外周后部上固定有棘轮（7），其与设置在所述轮毂电机（11）的端盖（11a）上的棘爪（8）连接配合构成所述棘轮棘爪单向离合器；或者所述端盖连接部（302）内端的外周后部上固定有棘爪（8），其与设置在所述轮毂电机（11）的端盖（11a）上的棘轮（7）连接配合构成所述棘轮棘爪单向离合器。
6.根据权利要求1或5所述的紧凑式卡基力矩传感装置，其特征在于所述端盖连接部（302）的外周上一体成型有隔开所述棘轮棘爪单向离合器和所述信号采集组件（4）的环形外隔板（302a）。
7.根据权利要求1所述的紧凑式卡基力矩传感装置，其特征在于所述飞轮安置部（301）一端经扩径的台阶部（9）与后部的所述端盖连接部（302）相连，而所述卡基外壳（3）内侧成型有隔开所述信号传输组件（5）和卡基轴承（6）的环形内隔板（10），该环形内隔板（10）的内周设有齿形花键（10a），而所述第二信号采集pcb板（503）上设有感应齿形花键（10a）的背磁霍尔元件，用于采集踏频信号。
8.根据权利要求1所述的紧凑式卡基力矩传感装置，其特征在于所述电机轴套（2）上开有与所述电机轴（1）平行的引线孔（201），所述第二信号采集pcb板（503）的引出线（504）穿过该引线孔（201）由卡基外壳（3）前部引出。
