力矩傳感器制造技術

一種力矩傳感器能在非接觸狀態下檢測旋轉物體的力矩、速度和旋轉方向信號。它采用分體機械結構，中間夾有機械應變因子，雙齒柵隨機械結構同步運動。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控信號，調控電機力矩、轉速、轉向，或調控其它設備。（*該技術在2014年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種非接觸式動態力矩傳感器，能在不接觸旋轉物體的情況下檢測被測物體的驅動力矩、轉速和旋轉方向，是機電一體化技術的應用。除用于比例助力電動自行車動態檢測騎行力矩和騎行速度，調控電動自行車電機的輸出力矩、轉速外，也用于其它機械輸出需檢測輸出扭矩、速度的自動化調控等領域。
技術介紹
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，不能動態檢測物體的驅動力矩和轉速；接觸式動態檢測技術要依靠電刷引出檢測信號，而電刷的存在會導致檢測結果不可靠，并且力矩檢測裝置壽命有限；非接觸式檢測技術應用于轉速檢測方面較多，技術也比較成熟，但一般不能用于力矩檢測方面。現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。
技術實現思路
針對現有的非接觸力矩檢測技術中不能實現力矩、速度和轉向同時檢測的缺點，本技術提供一種力矩傳感器，該傳感器采用齒柵結構，能在非接觸狀態下測出被測物驅動力矩，能方便地檢測被測物的旋轉速度和旋轉方向。檢測電路免調試，免維護，長壽命，高可靠；機械結構安裝簡便。這種力矩傳感器應用于現有的比例助力電動自行車上，能實現真正的比例助力，實現小型化，并能有效延長電動自行車的電機和電池使用壽命。本技術是通過以下技術方案來實現的本技術采用了齒柵結構與機械應變結構同步變形的機械技術，非接觸式電子檢測和雙檢測頭立體檢測的電子檢測技術。其原理是齒柵結構的變形和旋轉速度產生循環編碼，該循環碼包含機械應變結構所產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控待調控設備；雙檢測頭技術則用于識別物體的正確旋轉方向。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盤，外盤與內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齒柵，分別固定在外盤和內盤上。電動自行車在騎行時，外盤帶動鏈條運動，使該傳感系統受到應變力矩，導致應變因子變形，使內盤和外盤相對運動，反映在齒柵上為外齒柵與內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，然后通過電平轉換，同步控制電動自行車電機的轉速和輸出力矩，實現比例助力。電子檢測技術可以是模擬信號或數字信號，根據配合的齒柵材料和電子探測元件的不同不同的實現方法齒柵配合光電子探測元件，可用作光電式模擬或數字傳感檢測；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字傳感檢測。方向檢測采用了雙檢測頭立體檢測技術，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。單齒柵結構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，可以實現電機恒力助力方式。本技術的優點是采用簡單的齒柵結構，可以與被測物體在非接觸狀態下在線檢測和調控旋轉物體的驅動力矩、轉速和旋轉方向；提供一種結構簡單，工作可靠，實現方式靈活的檢測結構和方法。附圖說明以下結合附圖和實施例對本技術進一步說明。圖1是本技術齒柵結構的簡化立體圖。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構軸式齒柵1、平板齒柵2；軸式齒柵1由內外齒柵成為一組。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，內齒柵7固定在內盤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，兩組信號經整型后送單片機解碼，解算的結果可送顯或輸出數字信號，也可經D/A轉換，輸出模擬信號，調控電機或其它設備。權利要求1.一種力矩傳感器，力矩傳感器包括機械應變結構和電子檢測電路；機械應變結構采用雙齒柵結構；其特征是所述的機械應變結構分成活動的兩部分，力矩傳感器的外盤上固定有外齒柵，內盤上固定有內齒柵，外盤與內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構受力產生的變形，形成含力矩和速度的編碼信號，經信號解算輸出控制信號。2.根據權利要求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方向信號。專利摘要一種力矩傳感器能在非接觸狀態下檢測旋轉物體的力矩、速度和旋轉方向信號。它采用分體機械結構，中間夾有機械應變因子，雙齒柵隨機械結構同步運動。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控信號，調控電機力矩、轉速、轉向，或調控其它設備。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 優先權日2004年7月8日專利技術者劉新洲 申請人:吳忠璞, 劉新洲本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種力矩傳感器，力矩傳感器包括：機械應變結構和電子檢測電路；機械應變結構采用雙齒柵結構；其特征是：所述的機械應變結構分成活動的兩部分，力矩傳感器的外盤上固定有外齒柵，內盤上固定有內齒柵，外盤與內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構受力產生的變形，形成含力矩和速度的編碼信號，經信號解算輸出控制信號。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉新洲，
申請(專利權)人：吳忠璞，劉新洲，
類型：實用新型
國別省市：33[中國|浙江]