用于电动自行车的扭矩传感器及检测系统的制作方法

本发明涉及电动自行车领域，尤其涉及一种用于电动自行车的扭矩传感器及检测系统。

背景技术：

现阶段，电动自行车越来越多地采取在中轴安装力矩传感器，使得骑行过程中，能够根据所测得的扭矩来调整电动自行车的电机输出功率。业内已公开有一种测量方法，通过与中轴配合设置的固定套、滑套及压簧，滑套上设置磁环，并通过位移传感器检测磁环的转动以将相应扭矩转换为电信号实现检测。但上述扭矩测量装置结构复杂，且在扭矩作用下滑套及磁环实际位移量较小，较难测得可靠结果。

另一测量中轴的扭矩的方法为通过检测中轴在扭矩作用下产生的主应力或主应变以实现扭矩测量，既可以采用电阻应变仪，也可以利用基于逆磁致伸缩效应的扭矩传感器。所述逆磁致伸缩效应是指铁磁性材料受机械应力，其材料的导磁性发生改变，尤其是磁导率发生变化的现象。

近年来非晶态合金作为一种新型的磁弹性材料具有显著的逆磁致伸缩效应，通过在中轴上贴附或喷涂一层上述非晶态合金材料，配合霍尔元件既能采集中轴不同状态时的扭矩值。本领域亦公开有一种力矩传感装置，通过在力矩套管上设置导磁合金薄片，配合外围布置的用以检测磁性变化的线圈，以检测得到扭矩的变化。但上述导磁合金薄片必然存在接缝，导磁合金薄片在接缝处所受扭矩不均匀，检测信号不稳定；导磁合金薄片贴附工艺要求较高，需要将导磁合金薄片严格均匀地贴附在力矩套管表面，并且，长期往复转动可能还会造成局部剥离，影响扭矩检测的稳定性。

鉴于此，有必要提供一种新的用于电动自行车的扭矩传感器及检测系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于电动自行车的扭矩传感器及检测系统，能够减少外部应力对应变套管的冲击，减少异常信号输出，避免应变套管的损坏；同时提高扭矩检测的准确性与稳定性，降低应变套管的制备工艺难度。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种用于电动自行车的扭矩传感器，包括中轴、套设于中轴的应变套管与传动套管，所述应变套管沿轴向一体成型有至少两排间隙设置的应变检测部，所述应变套管具有固定至中轴的第一固定部及与传动套管相固定的第二固定部，所述第一固定部与第二固定部沿轴向分别位于应变检测部的两端，所述传动套管远离第二固定部的一端形成有与外部链轮相连接的配合部，所述扭矩传感器还包括设于应变检测部的外周的感应线圈及连接所述感应线圈的信号处理器。

作为本发明的进一步改进，所述应变检测部包括沿应变套管的外周均匀设置的斜纹齿，且相邻所述应变检测部的斜纹齿的延伸方向不一致。

作为本发明的进一步改进，所述斜纹齿沿轴向呈45度延伸设置，相邻所述应变检测部的斜纹齿的延伸方向相垂直。

作为本发明的进一步改进，所述斜纹齿的垂直横截面呈三角形、梯形或渐开线齿形且所述斜纹齿的齿深设置为0.3-0.8mm。

作为本发明的进一步改进，所述应变检测部沿轴向延伸的宽度大于感应线圈的宽度，并且每一所述应变检测部沿轴向延伸长度设置为5-10mm。

作为本发明的进一步改进，每一所述应变检测部沿轴向两侧均设有一沟槽。

作为本发明的进一步改进，所述扭矩传感器还包括套设于应变套管外周的定位衬套以及分设于所述定位衬套两端的轴套，所述定位衬套上设有与所述应变检测部位置相对应的定位槽，所述感应线圈缠绕设置于所述定位槽内。

作为本发明的进一步改进，所述轴套包括第一轴套与第二轴套，所述第一轴套套设于中轴的外侧且位于所述应变套管背离传动套管的一侧，所述第二轴套套设于传动套管的外周，并使得所述中轴及传动套管可分别在第一轴套及第二轴套中旋转。

作为本发明的进一步改进，所述扭矩传感器还包括设置于所述感应线圈外周的屏蔽罩。

作为本发明的进一步改进，所述第一固定部设置为内齿圈；所述第二固定部设置为外齿圈。

本发明还提供一种用于电动自行车的检测系统，包括所述扭矩传感器以及固定于所述中轴、应变套管或传动套管上的磁环、与磁环相应设置以检测所述磁环转速的霍尔传感器。

本发明的有益效果是：本发明扭矩传感器的应变套管通过传动套管与外部链轮相连接，降低外部应力对应变套管的机械冲击，减少异常信号输出，避免应变套管的损坏；并且，所述应变检测部一体成型于应变套管上，提高扭矩检测的准确性、稳定性与可靠性，降低应变套管的制备工艺难度。除此，具有上述扭矩传感器的检测系统能够根据实时检测得到的扭矩信息及速度信息控制电动自行车的电机输出，改善骑行体验，具有较好的业内推广与应用前景。

附图说明

图1是本发明扭矩传感器的整体结构示意图；

图2是图1中扭矩传感器的分解结构示意图；

图3是本发明扭矩传感器的应变套管的结构示意图；

图4是图3中应变套管另一角度的结构示意图；

图5是本发明检测系统的整体装配示意图；

图6是图6检测系统的分解结构示意图；

图7是图1中检测系统的剖视图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但该实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

请参阅图1至图7为本发明一较佳实施方式。本发明提供的扭矩传感器100用以装配至电动自行车的五通管（未图示）内，所述扭矩传感器100包括中轴10、套设于中轴10的应变套管20与传动套管30以及设置于所述应变套管20外侧的感应线圈40。所述感应线圈40均匀缠绕设置于所述应变检测部21的外周。

所述中轴10的两端与所述电动自行车的蹬踏部件相连接。所述应变套管20沿轴向一体成型有至少两排间隙设置的应变检测部21，所述应变套管20还具有固定至中轴10的第一固定部22及与传动套管30相固定的第二固定部23，所述第一固定部22与第二固定部23沿轴向分别位于应变检测部21的两端。

在本实施例中，所述第一固定部22设置为内齿圈，所述中轴10对应于所述内齿圈的位置形成有与所述内齿圈22相配合固定的啮合部11；所述第二固定部23设置为外齿圈，所述传动套管30朝向所述应变套管20的一端形成有与所述外齿圈相配合固定的啮合内齿圈。所述中轴10还形成有用以阻挡应变套管20沿轴向滑动的止挡部12，所述止挡部12设置为沿径向突伸的圆环，所述圆环位于第一啮合部11远离传动套管30的一侧。所述传动套管30远离第二固定部23的一端还形成有与外部链轮相连接的配合部31，所述配合部31设置为适配于外部链轮的啮合外齿圈。

所述应变检测部21设置为两排且每一应变检测部21均包括沿应变套管20的外周均匀设置的斜纹齿211，相邻所述应变检测部21的斜纹齿211的延伸方向不一致。为提高应变套管20表面在扭矩作用下的磁导率变化灵敏度，进而实现最佳检测结果，所述斜纹齿211在应变套管20的表面沿轴向呈45度延伸设置，相邻所述应变检测部21的斜纹齿211的延伸方向相垂直。每一所述应变检测部21沿轴向两侧均还设有一沟槽24。

优选地，每一所述应变检测部21沿轴向延伸长度L设置为5-10mm，并且所述应变检测部21沿轴向延伸的宽度大于其所对应的感应线圈40的宽度。根据所述应变套管20的应变检测部21的外径确定加工模数m为0.3，进而得出所述斜纹齿211的齿距为0.942mm。其中，所述斜纹齿211的垂直横截面呈三角形、梯形或渐开线齿形且所述斜纹齿211的齿深设置为0.3-0.8mm。

所述扭矩传感器100还包括套设于应变套管20外周的定位衬套50以及分设于所述定位衬套50两端的第一护套61与第二护套62。所述第一护套61与第二护套62固定装配至电动自行车的五通管内。所述扭矩传感器100还包括分别位于第一护套61及第二护套62中的第一轴套71与第二轴套72，所述第一轴套71套设于中轴10的外侧且位于所述应变套管20背离传动套管30的一侧，所述第二轴套72套设于传动套管30的外周，并使得所述中轴10及传动套管30可分别在第一轴套71及第二轴套72中旋转。藉此，外部力矩作用下，所述中轴10、应变套管20及传动套管30在所述定位衬套50及第一护套61与第二护套62中进行同步旋转。

所述定位衬套50上设有与所述应变检测部21位置相对应的两个环形定位槽51。所述感应线圈40包括分别缠绕设置于两个所述定位槽内的第一感应线圈41及第二感应线圈42。所述第一感应线圈41具有将其检测到的磁场变换信息传送至信号处理器的第一信号线411；所述第二感应线圈42具有将其检测到的磁场变换信息传送至信号处理器及第二信号线421。本实施例中，所述信号处理器设置为固定于所述定位衬套50内壁的电路板43。

所述扭矩传感器100还包括设置于所述感应线圈40外周的屏蔽罩80，所述屏蔽罩80对感应线圈40发挥磁屏蔽作用，能够提高所述感应线圈40的抗磁干扰能力。

本发明同时提供一种用于电动自行车的检测系统200，包括扭矩传感器100以及固定于所述中轴10、应变套管20或传动套管30上的磁环90、与磁环90相应设置以检测所述磁环90转速的霍尔传感器（未图示）。在本实施例中，所述磁环90直接固定在所述中轴10上并随中轴10的转动而同时旋转；所述霍尔传感器固定设置于所述电路板43上。所述检测系统200还包括用以将扭矩传感器100检测得到的扭矩信息及霍尔传感器检测得到的速度信息向外传送的集成线束201，所述定位衬套50上还开设有供所述集成线束穿行的通孔52，所述集成线束201的末端还设有用以与外部接口对接的连接器202。

实际应用进程中，骑行者通过蹬蹋部件驱使中轴10旋转，中轴10驱使应变套管20及传动套管30同时旋转，传动套管30再将力矩通过配合部31传递给外部链轮，并带动电动自行车的链条旋转。此过程中，所述应变套管20受周向扭力而发生周向变形，进而使得所述感应线圈40周围的磁场发生变化，并通过第一信号线411及第二信号线421将相应信号传送至电路板43。同时，固定于电路板43上的霍尔传感器还能实时检测得到中轴10的转速，并通过集成线束201将扭矩信息及速度信息向外传送以进行综合处理，进而控制电动自行车的电机功率输出，以提高骑行体验，并节省能源，延长电机续航里程。

综上所述，本发明扭矩传感器100的应变套管20通过传动套管30与外部链轮相连接，降低外部应力对应变套管20的机械冲击，减少异常信号输出，避免应变套管20的损坏。

所述应变检测部21一体成型于应变套管20上，降低应变套管20的制备工艺难度，并提高扭矩检测的准确性、稳定性与可靠性。

除此，所述检测系统200能够根据实时检测得到的扭矩信息及速度信息控制电动自行车的电机输出，改善骑行体验，具有较好的业内推广与应用前景。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。