[实用新型]一种助力自行车的扭矩检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于机械技术领域，涉及一种助力自行车的扭矩检测装置。

背景技术

助力自行车是指在由人力驱动的自行车上并列地附加电气驱动系统，通过检测作用在于踏板相连的曲柄轴上的踩踏扭矩，并根据所检测的踩踏扭矩的变化，控制电气驱动系统的输出，从而辅助人力进行的踏板踏力。

现有的用于助力自行车轴或一般旋转轴扭矩检测的装置，如中国专利申请（公开号：CN1217058A）公开的装有扭矩测量装置的旋转轴，包括两个磁场检测件和两个磁场发生器，两个磁场检测件相对于轴对称布置，安装在固定与轴轴线的第一点A的第一支承件上，两个磁场发生器相对于轴对称分布，安装在固定于轴轴线的第二点B的第二支承件上，第一点A和第二点B轴向错开，第二点B采用滚动轴承支撑，且滚动轴承内圈由轴上凸肩加工而成，磁场发生器和检测器分别固定在轴上相距一定距离的A、B点的支撑件上，使磁场发生器和检测器距离在磁场可以检测到的距离内，同时通过增大A、B点支承件的长度扩大扭转变形，增加测量的精度。上述的这种检测装置的结构复杂，轴的加工难度大，特别是滚动轴承内圈要在轴肩上加工，而且当轴较高速旋转时对磁场发生器和检测器固定的支撑件的刚度需有一定要求，支撑件的固定困难。

又如中国专利申请（公开号：CN102401708A）公开的一种基于磁致伸缩效应的非接触式扭矩传感器，该装置是由扭转轴、励磁线圈、感应线圈和信号发生处理部分组成，所述励磁线圈和感应线圈缠绕在扭转轴上，励磁线圈通过信号激发驱动电路与单片机连接，所述感应线圈通过信号放大电路和数模转换电路与单片机连接，在轴未受扭力作用时，单片机通过信号激发驱动电路提供给缠绕在扭转部分上的励磁线圈一个稳定的交变信号，根据电磁感应原理，缠绕扭转部分的感应线圈感应到一个稳定的交变信号，交变信号被信号放大电路放大后通过数模转换电路处理将数字信号传给单片机，单片机记录初始信号值，当轴受扭力作用时，依据铁磁学原理使所述轴受扭力作用部分的磁导率发生变化，缠绕在扭转部分轴上的感应线圈接收到变化后的信号，信号同样被放大和转换后发送给单片机，单片机接收并记录下变化后的信号值，通过前后信号值的差与预先输入信号发生处理部分的扭矩与差值的对应关系，实时计算扭矩的值。上述的检测装置虽然实现了结构简单，零件易于加工的优点，在测量轴静态扭矩时非常方便，但是当轴发生扭转的同时还发生轴的旋转时，其不能很好的将旋转体上的应变桥的桥压输入或励磁线圈的激励信号输入与检测到的应变信号输出可靠地在旋转部分与静止部分之间实现传递，通常都需将感应线圈的信号经圆环天线发射，再通过固定在旋转轴以外的接收装置接收到感应信号并经软件采集处理转化为扭矩信号给控制器，这虽然也可以实现对旋转轴扭矩的测量，但是这样会因信号受到外界的干扰产生误差，而且整个装置会变得复杂。

又如中国专利申请（公开号：CN1361737A）公开了一种带有扭矩检测机构系统的助力自行车，该助力自行车扭矩检测机构是由链轮、单向器、自行车驱动轴、盘形弹簧组成的，其中单向器是由棘轮结构组成的，将棘轮块（由金属制成细长、扁平且弹性弯曲的平板的一种挡板形零件）一端刚性固定在链轮上，使另一弯曲翘起端部相对于上述链轮的刚性体部分倾斜一个预先确定的角度，并且三个棘轮块到链轮中心的距离相等，与棘轮块啮合的棘轮齿部分由一个圆盘组成，圆盘周边为棘轮齿，每一个棘轮齿由一个逐渐倾斜的表面和一个陡的倾斜表面组成，棘轮齿部分与驱动轴在径向通过槽固定使棘轮齿随驱动轴的周向转动而转动，在轴向，棘轮齿可以相对驱动轴滑动，盘形弹簧一端与棘轮齿相连，一端固定在驱动轴上，当驱动轴受到来自曲轴的扭矩时，驱动轴作为动力轴提供一个正向的扭矩，链轮作为负载提供一个反向的扭矩，驱动轴自身发生一定的扭转后开始与链轮一起旋转，驱动轴相对链轮的扭转使棘轮块相对棘轮齿发生转动，棘轮块在棘轮齿的倾斜表面上滑动将周向的转动转变为轴向的移动，带动盘形弹簧发生一定的变形，再通过检测盘形弹簧表面上位移量的位置传感器或在盘形弹簧上安装的应变仪（随应力的改变电阻值改变）来间接得出驱动轴上所加扭矩的值。上述的检测装置实现了将周向的扭转变形的测量转化为轴向位移的测量，而且部件主要集中在轴上链轮的单向器上，大大节省了空间和重量。但是，其仍然存在着以下缺陷：1、系统结构复杂，尤其是棘轮块需要加工成特殊的形状，各个倾斜表面的倾斜角度也要一致且需要预先安装时与链轮保持一定的角度，装配困难。2、由于棘轮齿与棘轮块之间的啮合是摩擦接触，随着摩损的发生，当驱动轴发生同样角度的扭转时，棘轮齿与链轮之间轴向位移值会减小，这会引起盘形弹簧应变的改变从而使传感器感受到信号不一致，测量精度低，这会影响到助力电机提供助力的准确性。