本發(fā)明涉及電動自行車領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電動自行車的扭矩傳感器及檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段，電動自行車越來越多地采取在中軸安裝力矩傳感器，使得騎行過程中，能夠根據(jù)所測得的扭矩來調(diào)整電動自行車的電機(jī)輸出功率。業(yè)內(nèi)已公開有一種測量方法，通過與中軸配合設(shè)置的固定套、滑套及壓簧，滑套上設(shè)置磁環(huán)，并通過位移傳感器檢測磁環(huán)的轉(zhuǎn)動以將相應(yīng)扭矩轉(zhuǎn)換為電信號實(shí)現(xiàn)檢測。但上述扭矩測量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且在扭矩作用下滑套及磁環(huán)實(shí)際位移量較小，較難測得可靠結(jié)果。

另一測量中軸的扭矩的方法為通過檢測中軸在扭矩作用下產(chǎn)生的主應(yīng)力或主應(yīng)變以實(shí)現(xiàn)扭矩測量，既可以采用電阻應(yīng)變儀，也可以利用基于逆磁致伸縮效應(yīng)的扭矩傳感器。所述逆磁致伸縮效應(yīng)是指鐵磁性材料受機(jī)械應(yīng)力，其材料的導(dǎo)磁性發(fā)生改變，尤其是磁導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象。

近年來非晶態(tài)合金作為一種新型的磁彈性材料具有顯著的逆磁致伸縮效應(yīng)，通過在中軸上貼附或噴涂一層上述非晶態(tài)合金材料，配合霍爾元件既能采集中軸不同狀態(tài)時的扭矩值。本領(lǐng)域亦公開有一種力矩傳感裝置，通過在力矩套管上設(shè)置導(dǎo)磁合金薄片，配合外圍布置的用以檢測磁性變化的線圈，以檢測得到扭矩的變化。但上述導(dǎo)磁合金薄片必然存在接縫，導(dǎo)磁合金薄片在接縫處所受扭矩不均勻，檢測信號不穩(wěn)定；導(dǎo)磁合金薄片貼附工藝要求較高，需要將導(dǎo)磁合金薄片嚴(yán)格均勻地貼附在力矩套管表面，并且，長期往復(fù)轉(zhuǎn)動可能還會造成局部剝離，影響扭矩檢測的穩(wěn)定性。

鑒于此，有必要提供一種新的用于電動自行車的扭矩傳感器及檢測系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于電動自行車的扭矩傳感器及檢測系統(tǒng)，能夠減少外部應(yīng)力對應(yīng)變套管的沖擊，減少異常信號輸出，避免應(yīng)變套管的損壞；同時提高扭矩檢測的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，降低應(yīng)變套管的制備工藝難度。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種用于電動自行車的扭矩傳感器，包括中軸、套設(shè)于中軸的應(yīng)變套管與傳動套管，所述應(yīng)變套管沿軸向一體成型有至少兩排間隙設(shè)置的應(yīng)變檢測部，所述應(yīng)變套管具有固定至中軸的第一固定部及與傳動套管相固定的第二固定部，所述第一固定部與第二固定部沿軸向分別位于應(yīng)變檢測部的兩端，所述傳動套管遠(yuǎn)離第二固定部的一端形成有與外部鏈輪相連接的配合部，所述扭矩傳感器還包括設(shè)于應(yīng)變檢測部的外周的感應(yīng)線圈及連接所述感應(yīng)線圈的信號處理器。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述應(yīng)變檢測部包括沿應(yīng)變套管的外周均勻設(shè)置的斜紋齒，且相鄰所述應(yīng)變檢測部的斜紋齒的延伸方向不一致。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述斜紋齒沿軸向呈45度延伸設(shè)置，相鄰所述應(yīng)變檢測部的斜紋齒的延伸方向相垂直。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述斜紋齒的垂直橫截面呈三角形、梯形或漸開線齒形且所述斜紋齒的齒深設(shè)置為0.3-0.8mm。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述應(yīng)變檢測部沿軸向延伸的寬度大于感應(yīng)線圈的寬度，并且每一所述應(yīng)變檢測部沿軸向延伸長度設(shè)置為5-10mm。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，每一所述應(yīng)變檢測部沿軸向兩側(cè)均設(shè)有一溝槽。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述扭矩傳感器還包括套設(shè)于應(yīng)變套管外周的定位襯套以及分設(shè)于所述定位襯套兩端的軸套，所述定位襯套上設(shè)有與所述應(yīng)變檢測部位置相對應(yīng)的定位槽，所述感應(yīng)線圈纏繞設(shè)置于所述定位槽內(nèi)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述軸套包括第一軸套與第二軸套，所述第一軸套套設(shè)于中軸的外側(cè)且位于所述應(yīng)變套管背離傳動套管的一側(cè)，所述第二軸套套設(shè)于傳動套管的外周，并使得所述中軸及傳動套管可分別在第一軸套及第二軸套中旋轉(zhuǎn)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述扭矩傳感器還包括設(shè)置于所述感應(yīng)線圈外周的屏蔽罩。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一固定部設(shè)置為內(nèi)齒圈；所述第二固定部設(shè)置為外齒圈。

本發(fā)明還提供一種用于電動自行車的檢測系統(tǒng)，包括所述扭矩傳感器以及固定于所述中軸、應(yīng)變套管或傳動套管上的磁環(huán)、與磁環(huán)相應(yīng)設(shè)置以檢測所述磁環(huán)轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明扭矩傳感器的應(yīng)變套管通過傳動套管與外部鏈輪相連接，降低外部應(yīng)力對應(yīng)變套管的機(jī)械沖擊，減少異常信號輸出，避免應(yīng)變套管的損壞；并且，所述應(yīng)變檢測部一體成型于應(yīng)變套管上，提高扭矩檢測的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性與可靠性，降低應(yīng)變套管的制備工藝難度。除此，具有上述扭矩傳感器的檢測系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時檢測得到的扭矩信息及速度信息控制電動自行車的電機(jī)輸出，改善騎行體驗(yàn)，具有較好的業(yè)內(nèi)推廣與應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明扭矩傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中扭矩傳感器的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明扭矩傳感器的應(yīng)變套管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3中應(yīng)變套管另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明檢測系統(tǒng)的整體裝配示意圖；

圖6是圖6檢測系統(tǒng)的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖1中檢測系統(tǒng)的剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖所示的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但該實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)該實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

請參閱圖1至圖7為本發(fā)明一較佳實(shí)施方式。本發(fā)明提供的扭矩傳感器100用以裝配至電動自行車的五通管（未圖示）內(nèi)，所述扭矩傳感器100包括中軸10、套設(shè)于中軸10的應(yīng)變套管20與傳動套管30以及設(shè)置于所述應(yīng)變套管20外側(cè)的感應(yīng)線圈40。所述感應(yīng)線圈40均勻纏繞設(shè)置于所述應(yīng)變檢測部21的外周。

所述中軸10的兩端與所述電動自行車的蹬踏部件相連接。所述應(yīng)變套管20沿軸向一體成型有至少兩排間隙設(shè)置的應(yīng)變檢測部21，所述應(yīng)變套管20還具有固定至中軸10的第一固定部22及與傳動套管30相固定的第二固定部23，所述第一固定部22與第二固定部23沿軸向分別位于應(yīng)變檢測部21的兩端。

在本實(shí)施例中，所述第一固定部22設(shè)置為內(nèi)齒圈，所述中軸10對應(yīng)于所述內(nèi)齒圈的位置形成有與所述內(nèi)齒圈22相配合固定的嚙合部11；所述第二固定部23設(shè)置為外齒圈，所述傳動套管30朝向所述應(yīng)變套管20的一端形成有與所述外齒圈相配合固定的嚙合內(nèi)齒圈。所述中軸10還形成有用以阻擋應(yīng)變套管20沿軸向滑動的止擋部12，所述止擋部12設(shè)置為沿徑向突伸的圓環(huán)，所述圓環(huán)位于第一嚙合部11遠(yuǎn)離傳動套管30的一側(cè)。所述傳動套管30遠(yuǎn)離第二固定部23的一端還形成有與外部鏈輪相連接的配合部31，所述配合部31設(shè)置為適配于外部鏈輪的嚙合外齒圈。

所述應(yīng)變檢測部21設(shè)置為兩排且每一應(yīng)變檢測部21均包括沿應(yīng)變套管20的外周均勻設(shè)置的斜紋齒211，相鄰所述應(yīng)變檢測部21的斜紋齒211的延伸方向不一致。為提高應(yīng)變套管20表面在扭矩作用下的磁導(dǎo)率變化靈敏度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最佳檢測結(jié)果，所述斜紋齒211在應(yīng)變套管20的表面沿軸向呈45度延伸設(shè)置，相鄰所述應(yīng)變檢測部21的斜紋齒211的延伸方向相垂直。每一所述應(yīng)變檢測部21沿軸向兩側(cè)均還設(shè)有一溝槽24。

優(yōu)選地，每一所述應(yīng)變檢測部21沿軸向延伸長度L設(shè)置為5-10mm，并且所述應(yīng)變檢測部21沿軸向延伸的寬度大于其所對應(yīng)的感應(yīng)線圈40的寬度。根據(jù)所述應(yīng)變套管20的應(yīng)變檢測部21的外徑確定加工模數(shù)m為0.3，進(jìn)而得出所述斜紋齒211的齒距為0.942mm。其中，所述斜紋齒211的垂直橫截面呈三角形、梯形或漸開線齒形且所述斜紋齒211的齒深設(shè)置為0.3-0.8mm。

所述扭矩傳感器100還包括套設(shè)于應(yīng)變套管20外周的定位襯套50以及分設(shè)于所述定位襯套50兩端的第一護(hù)套61與第二護(hù)套62。所述第一護(hù)套61與第二護(hù)套62固定裝配至電動自行車的五通管內(nèi)。所述扭矩傳感器100還包括分別位于第一護(hù)套61及第二護(hù)套62中的第一軸套71與第二軸套72，所述第一軸套71套設(shè)于中軸10的外側(cè)且位于所述應(yīng)變套管20背離傳動套管30的一側(cè)，所述第二軸套72套設(shè)于傳動套管30的外周，并使得所述中軸10及傳動套管30可分別在第一軸套71及第二軸套72中旋轉(zhuǎn)。藉此，外部力矩作用下，所述中軸10、應(yīng)變套管20及傳動套管30在所述定位襯套50及第一護(hù)套61與第二護(hù)套62中進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)。

所述定位襯套50上設(shè)有與所述應(yīng)變檢測部21位置相對應(yīng)的兩個環(huán)形定位槽51。所述感應(yīng)線圈40包括分別纏繞設(shè)置于兩個所述定位槽內(nèi)的第一感應(yīng)線圈41及第二感應(yīng)線圈42。所述第一感應(yīng)線圈41具有將其檢測到的磁場變換信息傳送至信號處理器的第一信號線411；所述第二感應(yīng)線圈42具有將其檢測到的磁場變換信息傳送至信號處理器及第二信號線421。本實(shí)施例中，所述信號處理器設(shè)置為固定于所述定位襯套50內(nèi)壁的電路板43。

所述扭矩傳感器100還包括設(shè)置于所述感應(yīng)線圈40外周的屏蔽罩80，所述屏蔽罩80對感應(yīng)線圈40發(fā)揮磁屏蔽作用，能夠提高所述感應(yīng)線圈40的抗磁干擾能力。

本發(fā)明同時提供一種用于電動自行車的檢測系統(tǒng)200，包括扭矩傳感器100以及固定于所述中軸10、應(yīng)變套管20或傳動套管30上的磁環(huán)90、與磁環(huán)90相應(yīng)設(shè)置以檢測所述磁環(huán)90轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器（未圖示）。在本實(shí)施例中，所述磁環(huán)90直接固定在所述中軸10上并隨中軸10的轉(zhuǎn)動而同時旋轉(zhuǎn)；所述霍爾傳感器固定設(shè)置于所述電路板43上。所述檢測系統(tǒng)200還包括用以將扭矩傳感器100檢測得到的扭矩信息及霍爾傳感器檢測得到的速度信息向外傳送的集成線束201，所述定位襯套50上還開設(shè)有供所述集成線束穿行的通孔52，所述集成線束201的末端還設(shè)有用以與外部接口對接的連接器202。

實(shí)際應(yīng)用進(jìn)程中，騎行者通過蹬蹋部件驅(qū)使中軸10旋轉(zhuǎn)，中軸10驅(qū)使應(yīng)變套管20及傳動套管30同時旋轉(zhuǎn)，傳動套管30再將力矩通過配合部31傳遞給外部鏈輪，并帶動電動自行車的鏈條旋轉(zhuǎn)。此過程中，所述應(yīng)變套管20受周向扭力而發(fā)生周向變形，進(jìn)而使得所述感應(yīng)線圈40周圍的磁場發(fā)生變化，并通過第一信號線411及第二信號線421將相應(yīng)信號傳送至電路板43。同時，固定于電路板43上的霍爾傳感器還能實(shí)時檢測得到中軸10的轉(zhuǎn)速，并通過集成線束201將扭矩信息及速度信息向外傳送以進(jìn)行綜合處理，進(jìn)而控制電動自行車的電機(jī)功率輸出，以提高騎行體驗(yàn)，并節(jié)省能源，延長電機(jī)續(xù)航里程。

綜上所述，本發(fā)明扭矩傳感器100的應(yīng)變套管20通過傳動套管30與外部鏈輪相連接，降低外部應(yīng)力對應(yīng)變套管20的機(jī)械沖擊，減少異常信號輸出，避免應(yīng)變套管20的損壞。

所述應(yīng)變檢測部21一體成型于應(yīng)變套管20上，降低應(yīng)變套管20的制備工藝難度，并提高扭矩檢測的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性與可靠性。

除此，所述檢測系統(tǒng)200能夠根據(jù)實(shí)時檢測得到的扭矩信息及速度信息控制電動自行車的電機(jī)輸出，改善騎行體驗(yàn)，具有較好的業(yè)內(nèi)推廣與應(yīng)用前景。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。