[发明专利]一种检测中轴双边力矩、位置角度、转速及功率的装置

说明书

本发明提供了一种检测中轴双边力矩、位置角度、转速及功率的装置，其特征在于，包括：装配在自行车或电动助力车五通管内的中轴、分别连接在中轴两端的左曲柄和右曲柄、套设在中轴上且表面具有带状条纹的套管、连接至套管上的牙盘、环绕在套管表面带状条纹外围的线圈、套设在中轴上的磁环、固定在五通管处的霍尔传感器、以及用来连接、收发和运算相关电信号的电信号处理单元。本装置利用压磁效应及霍尔效应的感测方法，可准确检测从左右曲柄传至中轴的踩踏力矩、曲柄位置角度、中轴转动速度及踩踏功率。

技术领域

本发明涉及一种非接触的压磁式力矩感测技术，以及磁环转动角度的感测技术，尤其是涉及自行车或电动助力车五通管处的力矩传感器、磁环位置角度和转速感测计、以及功率计。

背景技术

在自行车功率计及电动助力车等产品和相关的技术应用中，必须要精准且快速检测的诸多物理量中，就包含了两侧曲柄的双边踩踏力矩、踩踏频率(同义于中轴转速)、以及曲柄位置角度。因为能准确检测踩踏力矩及踩踏频率，就能准确获知力矩与踩踏频率的乘积，功率；因为能准确检测踩踏力矩及踩踏频率，助力车才能按照踩踏力矩与踩踏频率两者所组合而成的各种不同的踩踏情境，据以提供相应的助力；因为能准确检测曲柄位置角度，才能据以分析踩踏的用力时机，方能及时提供符合人体工学及高效的踩踏助力。

现有的用于检测中轴双边力矩及转速或功率的装置，如中国专利申请(公开号：CN203806093U)公开的一种电动自行车中轴力矩速度传感装置，包括装配于五通管内的中轴、固定在中轴两端的左曲柄和右曲柄、以及套设于中轴上的牙盘，所述中轴上套有一个当其受到周向扭转力时会产生周向形变的力矩套管，该力矩套管的一端与所述中轴固定，另一端与所述牙盘固定；所述力矩套管的外管壁上固定有一圈与该力矩套管紧贴布置的导磁合金薄片，所述导磁合金薄片上密布开设有若干空洞，所述导磁合金薄片的外围布置有检测磁性变化的线圈，所述线圈经一信号处理器与电机控制器相连，所述五通管内还固定设置有与所述信号处理器相连的速度感应霍尔，所述中轴上固定有与所述速度感应霍尔对应的速度感应磁钢。上述的这种检测装置的导磁合金薄片，需要紧贴布置在套管外管壁，但这种薄片紧贴的方式，不易获得具有良好线性度的量测数据，尤其在承受多次的周向扭转力时，薄片与管壁之间的紧贴程度，不易维持一致，影响可靠度。

又如中国专利申请(公开号：CN106275226A)公开的一种用于自行车或辅助动力自行车的双边功率计，包括应变片、信号处理传输电路、左轴、右轴和齿盘支架，所述应变片和所述信号处理传输电路通过导线相连接；其中，所述应变片与所述左轴紧密贴合，所述信号处理传输电路嵌入自行车的左曲柄内，所述右轴插入所述左轴内部，插入的端部与所述左轴固定连接，所述左轴的另一端与所述齿盘支架固定连接。上述的这种检测装置的应变片，需要接通电源，方能运作，因此设计和安装均变得复杂。

又如中国专利申请(公开号：CN203186537U)公开的一种助力自行车的扭矩检测装置，包括两端与曲柄相连接的输入轴、套设在所述的输入轴上且同轴心设置的输出轴、以及设置在输入轴与输出轴之间且能够检测输入轴扭转变形角度的角度传感器；所述的输出轴的输入端与输入轴之间通过花键相啮合；所述的输出轴的输出端与所述的链轮通过花键相啮合。上述的这种检测装置的整体结构较占空间，不便装设于常规五通管内。

又如中国专利申请(公开号：CN102297736B)公开的曲柄扭力感应装置，乃设于助力型电动车的五通轴位置，主要借由踩踏踏板时大齿盘带动链条所受到的反作用力，于五通轴支点产生一个向后的拉力，借由量测此向后的拉力大小，即可得知踩踏踏板所产生的扭力值，而该五通轴所受的向后拉力大小乃透过一个类似弹簧磅秤的原理，测量五通轴的位移量，并根据附设的弹簧弹力系数及形变量计算而得。上述的这种感应装置，在量测向后拉力的大小时，五通轴处需留出一些相应的弹性形变的空间，导致不易获得精密的扭力量测数据，尤其是加大了相关部件的制作难度。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种能够同时检测中轴双边力矩、位置角度、转速及功率的装置，并且具有高可靠度及量测的一致性，量测数据可具备较高解析度及较佳精度。