用于電動自行車的扭矩傳感器及檢測系統的制作方法

本發明涉及電動自行車領域，尤其涉及一種用于電動自行車的扭矩傳感器及檢測系統。

背景技術：

現階段，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，能夠根據所測得的扭矩來調整電動自行車的電機輸出功率。業內已公開有一種測量方法，通過與中軸配合設置的固定套、滑套及壓簧，滑套上設置磁環，并通過位移傳感器檢測磁環的轉動以將相應扭矩轉換為電信號實現檢測。但上述扭矩測量裝置結構復雜，且在扭矩作用下滑套及磁環實際位移量較小，較難測得可靠結果。

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生的主應力或主應變以實現扭矩測量，既可以采用電阻應變儀，也可以利用基于逆磁致伸縮效應的扭矩傳感器。所述逆磁致伸縮效應是指鐵磁性材料受機械應力，其材料的導磁性發生改變，尤其是磁導率發生變化的現象。

近年來非晶態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，通過在中軸上貼附或噴涂一層上述非晶態合金材料，配合霍爾元件既能采集中軸不同狀態時的扭矩值。本領域亦公開有一種力矩傳感裝置，通過在力矩套管上設置導磁合金薄片，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。但上述導磁合金薄片必然存在接縫，導磁合金薄片在接縫處所受扭矩不均勻，檢測信號不穩定；導磁合金薄片貼附工藝要求較高，需要將導磁合金薄片嚴格均勻地貼附在力矩套管表面，并且，長期往復轉動可能還會造成局部剝離，影響扭矩檢測的穩定性。

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。

技術實現要素：

本發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，能夠減少外部應力對應變套管的沖擊，減少異常信號輸出，避免應變套管的損壞；同時提高扭矩檢測的準確性與穩定性，降低應變套管的制備工藝難度。

為實現上述發明目的，本發明提供了一種用于電動自行車的扭矩傳感器，包括中軸、套設于中軸的應變套管與傳動套管，所述應變套管沿軸向一體成型有至少兩排間隙設置的應變檢測部，所述應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變檢測部的兩端，所述傳動套管遠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于應變檢測部的外周的感應線圈及連接所述感應線圈的信號處理器。

作為本發明的進一步改進，所述應變檢測部包括沿應變套管的外周均勻設置的斜紋齒，且相鄰所述應變檢測部的斜紋齒的延伸方向不一致。

作為本發明的進一步改進，所述斜紋齒沿軸向呈45度延伸設置，相鄰所述應變檢測部的斜紋齒的延伸方向相垂直。

作為本發明的進一步改進，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置為0.3-0.8mm。

作為本發明的進一步改進，所述應變檢測部沿軸向延伸的寬度大于感應線圈的寬度，并且每一所述應變檢測部沿軸向延伸長度設置為5-10mm。

作為本發明的進一步改進，每一所述應變檢測部沿軸向兩側均設有一溝槽。

作為本發明的進一步改進，所述扭矩傳感器還包括套設于應變套管外周的定位襯套以及分設于所述定位襯套兩端的軸套，所述定位襯套上設有與所述應變檢測部位置相對應的定位槽，所述感應線圈纏繞設置于所述定位槽內。

作為本發明的進一步改進，所述軸套包括第一軸套與第二軸套，所述第一軸套套設于中軸的外側且位于所述應變套管背離傳動套管的一側，所述第二軸套套設于傳動套管的外周，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。

作為本發明的進一步改進，所述扭矩傳感器還包括設置于所述感應線圈外周的屏蔽罩。

作為本發明的進一步改進，所述第一固定部設置為內齒圈；所述第二固定部設置為外齒圈。

本發明還提供一種用于電動自行車的檢測系統，包括所述扭矩傳感器以及固定于所述中軸、應變套管或傳動套管上的磁環、與磁環相應設置以檢測所述磁環轉速的霍爾傳感器。

本發明的有益效果是：本發明扭矩傳感器的應變套管通過傳動套管與外部鏈輪相連接，降低外部應力對應變套管的機械沖擊，減少異常信號輸出，避免應變套管的損壞；并且，所述應變檢測部一體成型于應變套管上，提高扭矩檢測的準確性、穩定性與可靠性，降低應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能夠根據實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輸出，改善騎行體驗，具有較好的業內推廣與應用前景。

附圖說明

圖1是本發明扭矩傳感器的整體結構示意圖；

圖2是圖1中扭矩傳感器的分解結構示意圖；

圖3是本發明扭矩傳感器的應變套管的結構示意圖；

圖4是圖3中應變套管另一角度的結構示意圖；

圖5是本發明檢測系統的整體裝配示意圖；

圖6是圖6檢測系統的分解結構示意圖；

圖7是圖1中檢測系統的剖視圖。

具體實施方式

以下將結合附圖所示的實施方式對本發明進行詳細描述。但該實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據該實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護范圍內。

請參閱圖1至圖7為本發明一較佳實施方式。本發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，所述扭矩傳感器100包括中軸10、套設于中軸10的應變套管20與傳動套管30以及設置于所述應變套管20外側的感應線圈40。所述感應線圈40均勻纏繞設置于所述應變檢測部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。所述應變套管20沿軸向一體成型有至少兩排間隙設置的應變檢測部21，所述應變套管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沿軸向分別位于應變檢測部21的兩端。

在本實施例中，所述第一固定部22設置為內齒圈，所述中軸10對應于所述內齒圈的位置形成有與所述內齒圈22相配合固定的嚙合部11；所述第二固定部23設置為外齒圈，所述傳動套管30朝向所述應變套管20的一端形成有與所述外齒圈相配合固定的嚙合內齒圈。所述中軸10還形成有用以阻擋應變套管20沿軸向滑動的止擋部12，所述止擋部12設置為沿徑向突伸的圓環，所述圓環位于第一嚙合部11遠離傳動套管30的一側。所述傳動套管30遠離第二固定部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設置為適配于外部鏈輪的嚙合外齒圈。

所述應變檢測部21設置為兩排且每一應變檢測部21均包括沿應變套管20的外周均勻設置的斜紋齒211，相鄰所述應變檢測部21的斜紋齒211的延伸方向不一致。為提高應變套管20表面在扭矩作用下的磁導率變化靈敏度，進而實現最佳檢測結果，所述斜紋齒211在應變套管20的表面沿軸向呈45度延伸設置，相鄰所述應變檢測部21的斜紋齒211的延伸方向相垂直。每一所述應變檢測部21沿軸向兩側均還設有一溝槽24。

優選地，每一所述應變檢測部21沿軸向延伸長度L設置為5-10mm，并且所述應變檢測部21沿軸向延伸的寬度大于其所對應的感應線圈40的寬度。根據所述應變套管20的應變檢測部21的外徑確定加工模數m為0.3，進而得出所述斜紋齒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的齒深設置為0.3-0.8mm。

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

所述定位襯套50上設有與所述應變檢測部21位置相對應的兩個環形定位槽51。所述感應線圈40包括分別纏繞設置于兩個所述定位槽內的第一感應線圈41及第二感應線圈42。所述第一感應線圈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。本實施例中，所述信號處理器設置為固定于所述定位襯套50內壁的電路板43。

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

本發明同時提供一種用于電動自行車的檢測系統200，包括扭矩傳感器100以及固定于所述中軸10、應變套管20或傳動套管30上的磁環90、與磁環90相應設置以檢測所述磁環90轉速的霍爾傳感器（未圖示）。在本實施例中，所述磁環90直接固定在所述中軸10上并隨中軸10的轉動而同時旋轉；所述霍爾傳感器固定設置于所述電路板43上。所述檢測系統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的末端還設有用以與外部接口對接的連接器202。

實際應用進程中，騎行者通過蹬蹋部件驅使中軸10旋轉，中軸10驅使應變套管20及傳動套管30同時旋轉，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。此過程中，所述應變套管20受周向扭力而發生周向變形，進而使得所述感應線圈40周圍的磁場發生變化，并通過第一信號線411及第二信號線421將相應信號傳送至電路板43。同時，固定于電路板43上的霍爾傳感器還能實時檢測得到中軸10的轉速，并通過集成線束201將扭矩信息及速度信息向外傳送以進行綜合處理，進而控制電動自行車的電機功率輸出，以提高騎行體驗，并節省能源，延長電機續航里程。

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

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

除此，所述檢測系統200能夠根據實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輸出，改善騎行體驗，具有較好的業內推廣與應用前景。

應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

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