专利名称：力矩传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种非接触式动态力矩传感器，能在不接触旋转物体的情况下检测被测物体的驱动力矩、转速和旋转方向，是机电一体化技术的应用。除用于比例助力电动自行车动态检测骑行力矩和骑行速度，调控电动自行车电机的输出力矩、转速外，也用于其它机械输出需检测输出扭矩、速度的自动化调控等领域。
背景技术：
一般力矩检测装置是应变电桥和应变体组成，以接触检测为主，不能动态检测物体的驱动力矩和转速；接触式动态检测技术要依靠电刷引出检测信号，而电刷的存在会导致检测结果不可靠，并且力矩检测装置寿命有限；非接触式检测技术应用于转速检测方面较多，技术也比较成熟，但一般不能用于力矩检测方面。现有的力矩检测和速度检测一般是分别检测，使检测设备体积庞大，电路调试复杂，成本高，不利于小型化的跟踪检测。比例助力电动自行车需要同时检测骑行力矩、骑行速度和脚蹬方向，需要小型化的设备在线跟踪，目前应用于比例助力电动车上的各式各样的测力或测速传感器都不能实现真正的比例助力和脚蹬方向检测，或过于复杂，使比例助力电动自行车在骑行过程中存在一定的危险性，也导致了比例助力电动自行车的成本增加，寿命缩短。
发明内容
针对现有的非接触力矩检测技术中不能实现力矩、速度和转向同时检测的缺点，本实用新型提供一种力矩传感器，该传感器采用齿栅结构，能在非接触状态下测出被测物驱动力矩，能方便地检测被测物的旋转速度和旋转方向。检测电路免调试，免维护，长寿命，高可靠；机械结构安装简便。这种力矩传感器应用于现有的比例助力电动自行车上，能实现真正的比例助力，实现小型化，并能有效延长电动自行车的电机和电池使用寿命。
本实用新型是通过以下技术方案来实现的本实用新型采用了齿栅结构与机械应变结构同步变形的机械技术，非接触式电子检测和双检测头立体检测的电子检测技术。其原理是齿栅结构的变形和旋转速度产生循环编码，该循环码包含机械应变结构所产生的力矩和速度信号，通过解算，可以用来显示待检测物体的力矩、速度等信息或用于调控待调控设备；双检测头技术则用于识别物体的正确旋转方向。
在电动自行车骑行力矩传感器应用上，机械部分采用了分体牙盘方案，将一般的链传动的牙盘分解为外盘和内盘，外盘与内盘中间安装力矩检测用的应变因子；齿栅也分为外齿栅和内齿栅，分别固定在外盘和内盘上。电动自行车在骑行时，外盘带动链条运动，使该传感系统受到应变力矩，导致应变因子变形，使内盘和外盘相对运动，反映在齿栅上为外齿栅与内齿栅相对运动形成角度差，电子检测装置拾取齿栅的角度差信号和角度——时间信号，该信号可以直接或间接反映出骑行时的力矩与骑行速度，然后通过电平转换，同步控制电动自行车电机的转速和输出力矩，实现比例助力。
电子检测技术可以是模拟信号或数字信号，根据配合的齿栅材料和电子探测元件的不同不同的实现方法齿栅配合光电子探测元件，可用作光电式模拟或数字传感检测；磁性齿栅配合霍尔元件或电磁绕组，可用作磁式模拟或数字传感检测；齿栅配合板式电极，可用作变电容的容式模拟或数字传感检测；软磁材料齿栅配合磁性电感，可用作变电感的电感式模拟或数字传感检测。
方向检测采用了双检测头立体检测技术，其原理是其中一个检测头的检测信号作为参照信号，另一检测头检测的信号与参照信号作比较，从而方便地分辨出物体的旋转或运动方向。在电动自行车传感器上用于识别骑行时的脚蹬分向，避免脚蹬反转时电机误动造成危险情况。其它用于需要识别物体运动方向的场合。
单齿栅结构配合非接触检测方式，除了用于速度检测外，还用于输出恒定力矩的机械调控。应用于助力电动自行车上，齿栅检测骑行速度和骑行方向，电路给定固定的输出力矩，可以实现电机恒力助力方式。
本实用新型的优点是采用简单的齿栅结构，可以与被测物体在非接触状态下在线检测和调控旋转物体的驱动力矩、转速和旋转方向；提供一种结构简单，工作可靠，实现方式灵活的检测结构和方法。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型齿栅结构的简化立体图。
图2是电动自行车力矩传感器立体剖视图。
图3是电动自行车速度传感器立体剖视图。
图4是传感器电路功能原理框图。
具体实施方式
图1中所表示的是两种不同的齿栅结构轴式齿栅1、平板齿栅2；轴式齿栅1由内外齿栅成为一组。平板齿栅2由同样两片叠放，成为一组。两种齿栅检测效果一致可以相互错开一定的角度，提供编码信号。
图2所示实施例中，外盘3与内盘4在同一平面，中间有应变因子5，外齿栅6固定在外盘3上，内齿栅7固定在内盘4上，形成机械的力应变部分和编码信号成形部分。
图3所示的另一个实施例中，链轮8上安装一个单齿栅1，可用于检测速度，提供速度编码信号。
图4是传感器电路功能原理框图，编码拾取采用双检测头，两组信号经整型后送单片机解码，解算的结果可送显或输出数字信号，也可经D/A转换，输出模拟信号，调控电机或其它设备。
权利要求1.一种力矩传感器，力矩传感器包括机械应变结构和电子检测电路；机械应变结构采用双齿栅结构；其特征是所述的机械应变结构分成活动的两部分，力矩传感器的外盘上固定有外齿栅，内盘上固定有内齿栅，外盘与内盘中间安装力矩检测用的应变因子；电子检测电路拾取机械结构受力产生的变形，形成含力矩和速度的编码信号，经信号解算输出控制信号。
2.根据权利要求1所述力矩传感器，其特征是所述的电子检测电路是双检测头电子检测电路，双检测头电子检测电路同时拾取编码信号、编码相位差信号和旋转方向信号。
专利摘要一种力矩传感器能在非接触状态下检测旋转物体的力矩、速度和旋转方向信号。它采用分体机械结构，中间夹有机械应变因子，双齿栅随机械结构同步运动。双检测头拾取齿栅的力矩——速度编码信号和相位差信号，解算电路输出相应的显示信号或调控信号，调控电机力矩、转速、转向，或调控其它设备。
文档编号G01L3/00GK2757105SQ20042007386
公开日2006年2月8日 申请日期2004年7月8日 优先权日2004年7月8日
发明者刘新洲 申请人:吴忠璞, 刘新洲