專利名稱：力矩傳感器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種非接觸式動態(tài)力矩傳感器，能在不接觸旋轉(zhuǎn)物體的情況下檢測被測物體的驅(qū)動力矩、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，是機電一體化技術(shù)的應用。除用于比例助力電動自行車動態(tài)檢測騎行力矩和騎行速度，調(diào)控電動自行車電機的輸出力矩、轉(zhuǎn)速外，也用于其它機械輸出需檢測輸出扭矩、速度的自動化調(diào)控等領域。
背景技術(shù)：
一般力矩檢測裝置是應變電橋和應變體組成，以接觸檢測為主，不能動態(tài)檢測物體的驅(qū)動力矩和轉(zhuǎn)速；接觸式動態(tài)檢測技術(shù)要依靠電刷引出檢測信號，而電刷的存在會導致檢測結(jié)果不可靠，并且力矩檢測裝置壽命有限；非接觸式檢測技術(shù)應用于轉(zhuǎn)速檢測方面較多，技術(shù)也比較成熟，但一般不能用于力矩檢測方面?，F(xiàn)有的力矩檢測和速度檢測一般是分別檢測，使檢測設備體積龐大，電路調(diào)試復雜，成本高，不利于小型化的跟蹤檢測。比例助力電動自行車需要同時檢測騎行力矩、騎行速度和腳蹬方向，需要小型化的設備在線跟蹤，目前應用于比例助力電動車上的各式各樣的測力或測速傳感器都不能實現(xiàn)真正的比例助力和腳蹬方向檢測，或過于復雜，使比例助力電動自行車在騎行過程中存在一定的危險性，也導致了比例助力電動自行車的成本增加，壽命縮短。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有的非接觸力矩檢測技術(shù)中不能實現(xiàn)力矩、速度和轉(zhuǎn)向同時檢測的缺點，本實用新型提供一種力矩傳感器，該傳感器采用齒柵結(jié)構(gòu)，能在非接觸狀態(tài)下測出被測物驅(qū)動力矩，能方便地檢測被測物的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向。檢測電路免調(diào)試，免維護，長壽命，高可靠；機械結(jié)構(gòu)安裝簡便。這種力矩傳感器應用于現(xiàn)有的比例助力電動自行車上，能實現(xiàn)真正的比例助力，實現(xiàn)小型化，并能有效延長電動自行車的電機和電池使用壽命。
本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本實用新型采用了齒柵結(jié)構(gòu)與機械應變結(jié)構(gòu)同步變形的機械技術(shù)，非接觸式電子檢測和雙檢測頭立體檢測的電子檢測技術(shù)。其原理是齒柵結(jié)構(gòu)的變形和旋轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生循環(huán)編碼，該循環(huán)碼包含機械應變結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的力矩和速度信號，通過解算，可以用來顯示待檢測物體的力矩、速度等信息或用于調(diào)控待調(diào)控設備；雙檢測頭技術(shù)則用于識別物體的正確旋轉(zhuǎn)方向。
在電動自行車騎行力矩傳感器應用上，機械部分采用了分體牙盤方案，將一般的鏈傳動的牙盤分解為外盤和內(nèi)盤，外盤與內(nèi)盤中間安裝力矩檢測用的應變因子；齒柵也分為外齒柵和內(nèi)齒柵，分別固定在外盤和內(nèi)盤上。電動自行車在騎行時，外盤帶動鏈條運動，使該傳感系統(tǒng)受到應變力矩，導致應變因子變形，使內(nèi)盤和外盤相對運動，反映在齒柵上為外齒柵與內(nèi)齒柵相對運動形成角度差，電子檢測裝置拾取齒柵的角度差信號和角度——時間信號，該信號可以直接或間接反映出騎行時的力矩與騎行速度，然后通過電平轉(zhuǎn)換，同步控制電動自行車電機的轉(zhuǎn)速和輸出力矩，實現(xiàn)比例助力。
電子檢測技術(shù)可以是模擬信號或數(shù)字信號，根據(jù)配合的齒柵材料和電子探測元件的不同不同的實現(xiàn)方法齒柵配合光電子探測元件，可用作光電式模擬或數(shù)字傳感檢測；磁性齒柵配合霍爾元件或電磁繞組，可用作磁式模擬或數(shù)字傳感檢測；齒柵配合板式電極，可用作變電容的容式模擬或數(shù)字傳感檢測；軟磁材料齒柵配合磁性電感，可用作變電感的電感式模擬或數(shù)字傳感檢測。
方向檢測采用了雙檢測頭立體檢測技術(shù)，其原理是其中一個檢測頭的檢測信號作為參照信號，另一檢測頭檢測的信號與參照信號作比較，從而方便地分辨出物體的旋轉(zhuǎn)或運動方向。在電動自行車傳感器上用于識別騎行時的腳蹬分向，避免腳蹬反轉(zhuǎn)時電機誤動造成危險情況。其它用于需要識別物體運動方向的場合。
單齒柵結(jié)構(gòu)配合非接觸檢測方式，除了用于速度檢測外，還用于輸出恒定力矩的機械調(diào)控。應用于助力電動自行車上，齒柵檢測騎行速度和騎行方向，電路給定固定的輸出力矩，可以實現(xiàn)電機恒力助力方式。
本實用新型的優(yōu)點是采用簡單的齒柵結(jié)構(gòu)，可以與被測物體在非接觸狀態(tài)下在線檢測和調(diào)控旋轉(zhuǎn)物體的驅(qū)動力矩、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向；提供一種結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，實現(xiàn)方式靈活的檢測結(jié)構(gòu)和方法。


以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是本實用新型齒柵結(jié)構(gòu)的簡化立體圖。
圖2是電動自行車力矩傳感器立體剖視圖。
圖3是電動自行車速度傳感器立體剖視圖。
圖4是傳感器電路功能原理框圖。
具體實施方式
圖1中所表示的是兩種不同的齒柵結(jié)構(gòu)軸式齒柵1、平板齒柵2；軸式齒柵1由內(nèi)外齒柵成為一組。平板齒柵2由同樣兩片疊放，成為一組。兩種齒柵檢測效果一致可以相互錯開一定的角度，提供編碼信號。
圖2所示實施例中，外盤3與內(nèi)盤4在同一平面，中間有應變因子5，外齒柵6固定在外盤3上，內(nèi)齒柵7固定在內(nèi)盤4上，形成機械的力應變部分和編碼信號成形部分。
圖3所示的另一個實施例中，鏈輪8上安裝一個單齒柵1，可用于檢測速度，提供速度編碼信號。
圖4是傳感器電路功能原理框圖，編碼拾取采用雙檢測頭，兩組信號經(jīng)整型后送單片機解碼，解算的結(jié)果可送顯或輸出數(shù)字信號，也可經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，輸出模擬信號，調(diào)控電機或其它設備。
權(quán)利要求1.一種力矩傳感器，力矩傳感器包括機械應變結(jié)構(gòu)和電子檢測電路；機械應變結(jié)構(gòu)采用雙齒柵結(jié)構(gòu)；其特征是所述的機械應變結(jié)構(gòu)分成活動的兩部分，力矩傳感器的外盤上固定有外齒柵，內(nèi)盤上固定有內(nèi)齒柵，外盤與內(nèi)盤中間安裝力矩檢測用的應變因子；電子檢測電路拾取機械結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生的變形，形成含力矩和速度的編碼信號，經(jīng)信號解算輸出控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述力矩傳感器，其特征是所述的電子檢測電路是雙檢測頭電子檢測電路，雙檢測頭電子檢測電路同時拾取編碼信號、編碼相位差信號和旋轉(zhuǎn)方向信號。
專利摘要一種力矩傳感器能在非接觸狀態(tài)下檢測旋轉(zhuǎn)物體的力矩、速度和旋轉(zhuǎn)方向信號。它采用分體機械結(jié)構(gòu)，中間夾有機械應變因子，雙齒柵隨機械結(jié)構(gòu)同步運動。雙檢測頭拾取齒柵的力矩——速度編碼信號和相位差信號，解算電路輸出相應的顯示信號或調(diào)控信號，調(diào)控電機力矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向，或調(diào)控其它設備。
文檔編號G01L3/00GK2757105SQ20042007386
公開日2006年2月8日 申請日期2004年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月8日
發(fā)明者劉新洲 申請人:吳忠璞, 劉新洲