专利名称：扭力式机械扭矩转速角度位移传动传感装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械传动传感技术领域，具体涉及对各种机械传动中转速、负载等参数的传感，尤其涉及摩托车、电动自行车的扭力式机械扭矩转速角度位移传动传感装置。
背景技术：
在机械传动中要实现智能化传动控制，负荷是重要的检测项目，目前的无论是在普通传动机械上，还是在车辆上，对这个指标的测量普遍是采用多种的传感器分别获得相关参数，再来综合判断。如现有汽车、摩托车的负荷检测方案a)采用节气门位置传感器和转速传感器判断负荷，即所谓的a-n系统。其中，a指节气门位置，n指转速。ECU认为节气门开度的位置一样则负荷一样，节气门开度的位置不一样则负荷不一样，以此来测量检测判断负荷的差异。
b)采用进气歧管压力传感器和转速传感器判断负荷，即所谓的p-n系统。其中，p指压力，n指转速。因为负荷变化，进气压力也会随之发生变化，用进气管压力传感器来判别负荷的变化，检测负荷。
这两种方案，负荷差异引起的喷油变化由氧传感器修正。
这两种负荷检测系统均是在上述传感器均不直接参与传动，在车辆前端没承受载荷间接状态下进行检测，并是在发动机上检测判断所得到的，这种测量对发动机一致性的要求是非常严格的，而往往发动机生产厂家无法保证，每一台发动机要单独进行严格的标定；进气压力传感器成本高，而进气压力波动较大，进气压力一般也会出现波动，进气门离解气门体距离很短，进气压力波动较大，使得ECU判定真正的负荷不准确。由于车辆运行的工况极其复杂，人不可能做出准确的判断，常常做出人为的误操作，人的误操作和操作不准确误导了发动机对负荷的需求，而发动机会完全按照人的操作指令执行，即使校正也是建立在一个不准确的基础上的，因此造成油耗损失和效率损失。发动机是产生驱动的动力源，对发动机传递输出后的所有传动机构带来的功率和效率损失和负载的变化、行驶状况和各种复杂工况均未进行检测和控制，因此对车辆传动和扭矩变化情况的检测是局部的，微机所做的判断和发出的指令均不完全合理和准确。而且检测机构复杂，成本高，性价比差。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于各种机械传动过程，尤其适用于摩托车、电动自行车的机械扭矩转速角度位移传动传感装置，它设计在驱动系统终端，以机械的方式直接参与传动控制，在传动过程中同步采集扭矩、转速信号，快速测出车辆启动、怠速、以及各种负荷及其交变瞬间及过度性等各种参数的变化，达到及时准确地控制电机(发动机)的输出功率，高效节能，具有机械自适应特点。
本发明的技术方案如下机械扭矩转速角度位移传动传感装置，包括主动件、轮轴、从动组件、扭矩调整器总成、位移传动总成和超越离合器总成。扭矩调整器总成通过主动件上的弧形槽、螺栓与主动件装配为一体，扭矩调整器总成又一体装配在轮轴上。从动组件通过滚动轴承/滚轮机构装配在位移传动总成上，位移传动总成通过滚轮机构装配在轮轴上。位移传动总成具有扭簧、内外相套的丝杆筒和位移组件，丝杆筒与主动件固定，并通过扭簧直接或间接连接超越离合器总成，位移组件与超越离合器总成连接，并由超越离合器总成带动。超越离合器总成与从动组件形成离合配合关系。位移组件上有位移传感元件，与固定在其附近的位移传感元件相对应，感应位移信号，传感元件线路连接传感器线路板。
所述的超越离合器总成具有直接连接或通过轴承座间接连接在轮轴上的座套，座套直接和间接带有超越棘爪，与超越棘爪离合相配的超越棘齿则固定在从动组件上。
所述的扭簧套在轮轴上，一端与丝杆筒固定连接，另一端穿过轮轴上的滚轮机构与超越离合器总成的座套连接。
所述的位移组件包括套在丝杆筒外的位移螺母、与位移螺母相连的推板/杆和固定连接在推板/杆端部的位移盘，位移传感元件装在位移盘上，推板/杆穿国超越离合器总成与位移盘连接。
所述的从动组件上还安装有转速传感元件，与固定在其附近的转速传感元件相对应，感应转速信号。
所述的轮轴两端通过轴承与固定的支撑件转动配合。另外，在扭矩调整器总成外或离合器总成外还可装第二主动件，这样在存在两种动力源时，一种动力源不足，另一种动力源自适应补偿。
本发明的主动件可是主动轮、主动盘或其它相似结构。主动件上弧形槽用于限定扭簧扭动角度范围，其弧度在是根据初始负荷和最大负荷确定。
本发明的优点是本装置安装在驱动系统终端处，在直接参与传动的同时，同步检测扭力和速度信号，供后续的计算机处理与控制机构做出准确的判断，适时控制电机或发动机的动力输出。在传动过程中，可以以最高每秒数百次连续线性自动无级检测，快速响应测出启动、怠速、各种负荷状态以及负荷交变瞬间及过度性等各项参数变化，获取的信号更准确、及时，对车辆运行状态进行适时控制，达到高效节能的目的，为智能驱动提供最可靠的基础。避免了操作控制不准确和零启动带来的弊端。并为根据特殊需求的负荷、扭矩的大小以及其他具体使用需要，设定所需的理想运动模式打下基础。本装置直接参与传动，还具有机械自适应特点。
图1是本发明第一实施例的结构图；图2是图1中主动件的结构图；图3是图1中从动组件的结构图；图4是图2的左视图；图5是图1中A-A剖面图；图6是本发明第二实施例的结构总图；图7是图6中从动组件的结构图；具体实施方式
以下结合两个具体实施例来详细说明本发明，但本发明的保护不限于以下实施例1参见图1，该结构是安装于电动自行车或摩托车后轮轴上的扭力式机械扭矩转速角度位移传动传感装置，具有主动轮5、轮轴22、从动组件、位移传动总成、超越离合器总成、扭矩调整器总成、传感元件、传感器线路板、传感器安装部件和第二主动轮。主动轮5在电动自行车或摩托车的大传动系统中是从动轮，轮轴22是电动自行车或摩托车的后轮轴，从动组件即是电动自行车或摩托车的花篮总成。
参见图1、图3和图4，从动组件包括花篮1、设在花篮一端内的右滚轮外滚环2、设在花篮另一端内的超越滚轮外支撑环3和超越棘齿环4，它与超越离合器的另一部分形成超越离合关系，将负载传递给超越离合器。
参见图1和图2，位移传动总成的丝杆筒6与主动轮5的中心孔固定连接，主动轮5有一定角度的弧形槽40，其内有数个位移小滚轮7，扭矩调整通过螺栓8、位移小滚轮7以及滚轮9与主动轮5连接为一体。丝杆筒6外端设有滚轮内滚环10，在丝杆筒6外部套有与之螺纹配合可轴向移动的位移螺母11，三根位移推杆12固定连接在位移螺母端部圆环上，位移推杆端部固定连接位移盘13。丝杆筒6外中部设超越滚轮内支撑环14，丝杆筒6内右端装有右滚轮15以及位于其两侧的左支撑环16和右支撑环17，丝杆筒6内左端装有左滚轮18、左滚轮18配合的滚轮轴19、与滚轮轴19的右端配合的滚轮架20。扭簧21左端穿过与轮轴固定的滚轮架20上的定位孔与超越离合器座套定位连接，扭簧21右端穿挂在与丝杆筒固定的右支撑环17上，滚轮架20、右支撑环17、左支撑环16和扭簧21均套在轮轴22上，位移传动总成的滚轮9与花篮1右端内的滚轮外滚环2配合。
结合图1、图5和图6，超越离合器总成包括带超越棘爪的座套23，通过左轴承座38装在轮轴22上(也可将左轴承座与座套一体成型为一个部件)，并套在位移传动总成的丝杆筒6的左部外面，带超越棘爪的座套23右端外圆周上分布超越棘爪24以及超越棘爪簧25，超越棘爪座套23右端面圆环上设有多个超越滚轮26。超越滚轮26位于花篮1左端内的超越滚轮外支撑环3和位移传动总成的超越滚轮内支撑环14之间，超越棘爪24与花篮1左端内的超越棘齿环4对应配合，形成离合关系。位移传动总成的三根位移推杆12穿过超越离合器总成的超越棘爪座套23右部的圆环27上对应的孔与位移盘13固定连接，滚轮轴19的左端装入超越棘爪座套23左端对应的孔中，扭簧21的左端穿过滚轮架20也插入超越棘齿座套23左端对应的孔中。
参见图1，扭矩调整器总成设在轮轴22的右端部，扭矩调整板28通过螺栓8、位移小滚轮7连接主动轮5上具有一定角度的弧形槽40，与主动轮5连接成一体，主动轮5与扭矩调整器总成根据扭力的变化可做一定弧度的相对转动(装配时先按车辆的负载要求调整扭簧的扭矩，再装入螺栓8)，扭矩调整板28与安装在轮轴上的右轴承座29端面啮合，再由扭矩调整固定环30螺纹锁紧扭矩调整板28和右轴承座29。
结合图1，用于支撑轮轴22的固定支撑件39是车架与后轮的固定连接轴，其上固定连接有罩状的传感器安装部件32，在花篮1的左端圆环上设有转速传感元件33，在传感器安装部件32外的右侧设有与之对应的转速接收元件34，在位移盘13的圆周上设有位移传感元件35，在传感器安装部件32内的左侧设有与位移传感元件34对应的位移接收元件36。传感元件与设在传感器安装部件32上的传感器线路板37连接，传感器线路板37将信号传给外部的处理部分。传感元件可采用等差动式、变压式线形、自感式、电涡流式、电络式、物位传感式、电阻式、红外式、光纤式、超声波等现有各种成熟传感元件。
本装置若在用于电动自行车时，可采用电动和人力双链驱动结构，其人力驱动机构的从动轮即本装置的第二主动轮31可安装在右轴承座29上。
实施例2
参见图6、图7和图2，这是上述结构的一种变形，在本结构中，从动组件与位移传动总成之间是通过轴承配合的，超越离合器与从动组件相连的部分是由带超越棘齿的轴承座来实现。具体结构如下主动轮5通过弧形槽40、螺栓8、位移小滚轮7与扭矩调整器总成连接为一体。扭矩调整器总成连接在轮轴22上，其结构同实施例1相同。主动轮5又与位移传动总成的丝杆筒6固定，丝杆筒6通过滚轮支架20和左滚轮18装在轮轴22上，丝杆筒6内的扭簧21一端通过左支撑环16与丝杆筒连接，另一端与超越离合器总成的轴承式超越棘爪座套47连接。轴承式超越棘爪座套47端部为轴承座结构，用于与轮轴22连接。丝杆筒20外套位移螺母11，位移螺母11连接有推板41，推板42穿过超越离合器，端部连接位移盘13。超越离合器总成通过轴承式超越棘爪座套47连接在轮轴22上，轴承式超越棘爪座套47外圆周带有超越棘爪42，与花篮1内的轴承座43上所带的超越棘齿44形成离合关系。花篮总成包括花篮1，花篮1内两端通过轴承45与位移传感总成配合，并与超越离合器总成产生离合关系。支撑轮轴的固定支撑件39上固定连接有传感器安装部件32，在花篮1上设有转速传感元件33，在传感器安装部件32外侧设有与之对应的转速接收元件34，在位移盘13的圆周上设有位移传感元件35，在传感器安装部件32内侧设有与之对应的位移接收元件36。传感元件与设在传感器安装部件上的传感器线路板37连接，传感器线路板37将信号传给外部的处理部分。本装置若用于电动自行车时，可采用电动和人力双链驱动结构，其人力驱动机构的从动轮即本装置的第二主动轮31可安装在超越离合器的轴承式超越棘爪座套47上，可以达到人力驱动为主时，电力自适应补偿的效果。
本例中位移推板也可换成推杆，其功能作用完全相同。
工作过程车辆启动和在设定初始负荷范围内运动时，主动轮从外部电机或发动机处获得动力转动，带动扭簧，将动力传递给离合器总成，最后带动从动组件即花篮总成，驱动车轮，由于此时无负荷或负荷小于设定负荷，此时位移传动总成也在同步转动，位移盘不发生位移。
当车辆负荷大于设定初始负荷时，花篮总成的负荷传递给超越离合器总成，超越离合器总成通过轮轴将负荷传递给扭簧，此时驱动力和负荷相交，在两个力的共同作用下，扭簧发生角度扭转，扭距调整器总成与主动轮发生相对转动(角度在设定的最大负荷范围内)，位移盘便产生位移。在不同的负荷状态，产生不同的位移量，通过位移传感元件和转速传感元件不断地将数字信号传递给后续的微处理装置，由微处理装置利用位移、转速数字信号，计算出扭力、角度等相关参数，并得到所需动力大小，指令电机或发动机适时给予补偿；当负荷减小后，扭簧自适应回转，动力自动减少，这样两个力不停地交变，位移盘不断地来回位移，指令发动机或电机及时准确地做出判断，从而实现高效节能，智能驱动的目的，避免了操作控制不准确和零启动带来的弊端。
权利要求
1.扭力式机械扭矩转速角度位移传动传感装置，包括主动件、轮轴和从动组件，其特征在于它还具有扭矩调整器总成、位移传动总成和超越离合器总成；扭矩调整器总成通过主动件上的弧形槽、螺栓与主动件装配为一体，扭矩调整器总成又一体装配在轮轴上；位移传动总成通过滚轮机构装配在轮轴上；位移传动总成具有扭簧、内外相套的丝杆筒和位移组件，丝杆筒与主动件固定，并通过扭簧直接或间接与超越离合器总成连接，位移组件与超越离合器总成连接并被带动；超越离合器总成与从动组件形成离合配合关系，从动组件通过轴承或滚轮机构装配在位移传动总成上；位移组件上有位移传感元件，与固定在其附近的位移传感元件相对应，感应位移信号，传感元件线路连接传感器线路板。
2.根据权利的要求1所述的传感装置，其特征在于超越离合器总成具有直接连接或通过轴承座连接在轮轴上的座套，座套直接和间接带有超越棘爪，与之离合相配的超越棘齿固定在从动组件上。
3.根据权利的要求1或2所述的传感装置，其特征在于扭簧套在轮轴上，一端与丝杆筒固定连接，另一端穿过轮轴上的滚轮机构与超越离合器总成的座套连接。
4.根据权利的要求1或2所述的传感装置，其特征在于位移组件包括套在丝杆筒外的位移螺母、与位移螺母相连的推板/杆和固定连接在推板/杆端部的位移盘，位移传感元件装在位移盘上，推板/杆穿过超越离合器总成与位移盘连接。
5.根据权利的要求1或2所述的传感装置，其特征在于从动组件上安装有转速传感元件，与固定在其附近的转速传感元件相对应，感应转速信号。
6.根据权利的要求1或2所述的传感装置，其特征在于轮轴两端通过轴承与固定的支撑件转动配合。
7.根据权利的要求6所述的传感装置，其特征在于与位移盘上的位移传感元件和从动组件上的转速传感元件分别对应的位移传感元件和转速传感元件固定在传感器安装部件上，传感器安装部件则固定在支撑件上。
8.根据权利的要求1或2所述的传感装置，其特征在于在扭矩调整器总成外或离合器总成外安装有第二主动件。
全文摘要
扭力式机械扭矩转速角度位移传动传感装置，包括主动件、轮轴、从动组件、矩调整器总成、位移传动总成和超越离合器总成。扭矩调整器总成通过主动件上的弧形槽、螺栓与主动件装配为一体，并装配在轮轴上。位移传动总成通过滚轮机构装配在轮轴上，具有扭簧、内外相套的丝杆筒和位移组件，丝杆筒与主动件固定，通过扭簧连接超越离合器总成，位移组件与超越离合器总成连接并被带动。超越离合器总成与从动组件形成离合配合关系。位移螺母上有位移传感元件，与固定在其附近的位移传感元件对应，感应位移信号。本装置安装在驱动系统终端，以机械的方式直接参与传动控制，具有机械自适应特点，在传动过程中同步采集扭矩、转速信号，为准确控制电机(发动机)的输出功率提供可靠的基础，使传动系统达到高效节能。
文档编号G01M13/02GK1616942SQ20031011097
公开日2005年5月18日 申请日期2003年11月15日 优先权日2003年11月15日
发明者薛荣生 申请人:西南师范大学