[发明专利]用于确定轴上的运行参数的测量装置和方法

说明书

本发明涉及一种测量装置，用于确定在轴上的，特别是自行车或电动自行车的踏板轴承装置的轴上的运行参数，特别是扭矩或功率，其中，所述轴由至少一个轴承支承。所述测量装置包括至少一个第一传感器元件、至少一个第二传感器元件和运算装置，所述至少一个第一传感器元件用于检测所述轴的绝对角度，至少一个第二传感器元件用于检测所述轴相对所述第二传感器元件的距离变化，所述运算装置由所述轴的绝对角度和所述距离变化计算所述轴上的运行参数。

技术领域

本发明涉及一种用于确定轴上的，特别是自行车或电动自行车的踏板轴承装置的轴上的运行参数的测量装置和方法。

背景技术

在电动机辅助的自行车(通常被称为摩托化自行车或电动自行车)中，由电动机的力提供动力。这种力大多有益于驾驶者的蹬踏力。蹬踏力通过曲柄引入到踏板轴承中，并且正常变化。因此，例如能够这样保持预定的恒定速度，需要测量踏板轴承轴上的扭矩，以驱动调节电机。

即使对于没有电动机辅助的自行车，经常出于兴趣的原因，需要确定和显示驾驶者做的功。

从EP 0 983 934 B1已知一种扭矩传感器，通过该扭矩传感器能够确定施加到踏板轴承轴上的扭矩，例如电动自行车的踏板轴承轴上的扭矩。扭矩传感器包括压力传感器元件，压力传感器元件被布置在传感器支承件上并且被作用力式连接地安装在踏板轴承轴和自行车车架的包围踏板轴承轴的部件之间。因此，基本上在支承踏板轴承轴的轴承的外圈上测量力。压力传感器元件记录踏板轴承轴上力的值，力的值能够与踏板轴承轴上的扭矩成比例。

继EP 0 983 934 B1，从DE 103 39 304 A1已知一种用于将力从踏板轴承轴传递到传感器元件的传感器支承件。传感器支承件包括径向内侧部件和径向外侧部件，其中一个部件具有凸起部，例如从部件的表面凸出的元件，该元件用于使得另外的部件变形。当在踏板轴承轴上作用力以及由此向传感器支承件传递力时，凸出部变形。由于变形和踏板轴承轴上的引起变形的力之间的关系已知，能够由变形确定力。然后，能够通过测量变形的长度，例如借助应变仪测量长度来间接确定扭矩。

此外，基于逆磁致伸缩原理的扭矩传感器是已知的，参见例如US 5,351,555和US5,520,059。在此，永久地将磁场引入到踏板轴承轴中。作用在踏板轴承轴上的力引起磁场的变化。这种变化能够通过相应的传感器来测量，从而能够确定扭矩。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于确定轴上的运行参数的测量装置，所述运行参数例如是自行车或电动自行车的踏板轴承轴上的扭矩或功率，所述测量装置在结构上和/或功能上改进了上述的测量装置或者在此提供备选方案。测量装置应当基本能够被集成到这种踏板轴承装置的标准结构空间中。此外，本发明还要解决的技术问题是，使得电动机驱动的部件，例如电动机的驱动调节器，具有用于控制辅助动力的最佳反应时间。本发明还要解决的技术问题是，向自行车或电动自行车的使用者示出例如其做出的功率。

根据本发明，该技术问题通过以测量装置形式的独立权利要求的特征以及用于确定轴上的运行参数的方法来解决。该轴由至少一个轴承支承，并且该轴能够特别是自行车或电动自行车的踏板轴承装置的轴。

因此，测量装置包括至少一个第一传感器元件和至少一个第二传感器元件，第一传感器元件用于检测轴的绝对角度，第二传感器元件用于检测轴相对第二传感器元件的距离的变化。

轴的距离变化能够因轴的挠度而产生，挠度例如因在轴的端部上的负载造成。而且，轴上的距离变化也能够因轴的位移而产生。轴的位移通常由轴承运行间隙或轴在滚动轴承中的弹性跳动引起。

因此，通过本发明能够以有利的方式借助两个传感器元件确定基本的运行参数，例如扭矩或功率。因此，通过曲柄臂引入的力F_p能够分解为切向力F_t和径向力F_r。径向力F_r通常称为法向力。径向力F_r的作用线指向轴的中心，并且同时与切向力F_t的作用线形成直角。检测到的距离变化与力F_p直接相关。因此，力F_p能够根据至少一个第二传感器元件检测到的测量值来确定。