[發明專利]扭矩傳感器

有效

• 申請號: 201210284306.5
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102798493A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 羅爾夫·施特羅特曼
• 申請（專利權）人: 羅爾夫·施特羅特曼
• 主分類號: G01L3/00
• 分類號: G01L3/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 俞海舟

技術領域

本發明涉及一種例如可在用于驅動裝置的控制裝置或調節裝置中應用的扭矩傳感器。

發明內容

根據本發明的扭矩傳感器包含具有第一旋轉件(通過該第一旋轉件可以在一個旋轉方向上將待確定的扭矩傳輸至與第一旋轉件同軸的第二旋轉件)的單向離合器和用以確定第一旋轉件在所述旋轉方向上相對于第二旋轉件的扭轉角大小以及根據所確定的扭轉角大小來確定扭矩的裝置。

根據本發明，通過兩個旋轉件在所述方向的相互扭轉角大小來推斷出產生該扭轉角的扭矩。有利之處在于，單向離合器可以實現傳輸旋轉運動的機械元件和產生測量效果的傳感器部件的雙重功能。為了作為扭矩傳感器使用，只需要對單向離合器稍作改進。

因為可能直接檢測旋轉件的相互扭轉度，因此，本發明的優選實施方式提供了所述用以確定相互扭轉角的裝置，以彼此獨立地確定兩個旋轉件的旋轉角。

有利地，該用以確定旋轉件扭轉角的裝置可以產生扭轉角相對于時間的導數，并且由此確定第一旋轉件的旋轉速度n和第二旋轉件的旋轉速度n’。

用以確定旋轉件扭轉角的裝置例如持續地比較n和n’。若第一旋轉件的旋轉速度n達到了第二旋轉件的旋轉速度n’，則這表示扭矩開始傳輸。用以確定旋轉件扭轉角的裝置將確定自該時刻起經過的旋轉角并且也確定旋轉速度n、n’。旋轉速度n暫時超過旋轉速度n’，并且隨后在恒定扭矩情況下再次靠近n’。若存在n＝n’，則單向離合器傳輸的是待測扭矩。從關于上述時刻確定的旋轉件旋轉角之差可得出相互扭轉角α。隨后扭矩傳感器根據所存儲的角度α與扭矩之間的關系確定待測扭矩。

用以確定旋轉件相互扭轉角的裝置優選包含至少一個與旋轉件中的一個同軸的測量環，該測量環具有環繞的標記和探測該標記的探測器。

所述標記可以是一種可進行光學探測的線條刻度。但是所述標記優選由測量環在圓周方向上可變化的磁化構成。探測器可相應探測所述磁化。

適宜地，測量環按照一個周期函數進行循環磁化。

本發明的一種優選實施方式是，將磁化限制于測量環的外圈，探測器相對于該外圈徑向對置。

優選探測器包含兩個在測量環圓周方向上按一定距離布置的測值傳感器，這樣設計其距離，使得通過測量值可以確定探測器在周期函數的一個周期內的位置，而通過對周期計數來確定更大的旋轉角。

本發明的一種實施方式是，可以設置兩個在相反的旋轉方向上起作用的單向離合器。因此可以在兩個旋轉方向進行扭矩測量，即可以測量正扭矩和負扭矩。

本發明的另一種設計是，設置記錄第一和第二旋轉件之間滑差的裝置。這種滑差可能會去除在旋轉件相互扭轉角α和產生該扭轉的扭矩M之間的單值關系并且使扭矩的測量值出錯。

若待測扭矩具有確定的隨時間分布曲線，特別是有一定的周期性，則可以進行滑差控制。例如，這種情況可以是在扭矩通過自行車踏板曲柄導入單向離合器時。最大扭矩每次總是在踏板力垂直于相應踏板連桿時出現。

優選設置用以獲取周期長度T的裝置。

本發明的另一種設計是，可以設置用以探測旋轉件間的扭轉角達到極值時的時刻的裝置。

隨后，所述記錄旋轉件間滑差的裝置可以將兩個旋轉件之間扭轉角的依次相繼的各極值的時間間隔與周期長度T相比。若該時間間隔等于周期長度T，則可以排除旋轉件間的滑差。

本發明的另一種優選的實施方式中，設置用以獲取在待測扭矩隨時間分布曲線的確定時間段T’內的旋轉件之間扭轉角的裝置。適宜地，在該確定時間段期間出現旋轉件之間扭轉角α的最大值。

所述用以檢測確定時間段內扭轉角的裝置可以用于檢測從最大值出現的時刻直到所述確定時間段T’結束時的扭轉角Δα。在最大值附近可以認為滑差最小。

附圖說明

下面相據實施例和與實施例相關的附圖對本發明進行進一步說明。其中：

圖1根據本發明的扭矩傳感器示意圖；

圖2通過一個探測器來探測圖1中扭矩傳感器測量環的說明圖；

圖3圖1中扭矩傳感器測量環的磁化說明圖；

圖4扭轉傳感器旋轉件間的相互扭轉角α隨時間變化圖；

圖5待測扭矩與相互扭轉角α的變化量Δα之間的關系圖。

具體實施方式

扭矩傳感器包含設計成單向軸承的具有第一旋轉件2和與第一旋轉件2同軸的第二旋轉件3的單向離合器1。旋轉件2可能例如與同軸的驅動軸相連，旋轉件3可能例如與自行車車輪處于驅動連接(驅動軸和車輪未畫出)。