一种扭矩传感器及机械设备的制作方法

1.本实用新型涉及机械检测技术领域，尤其涉及一种扭矩传感器及机械设备。


背景技术：

2.扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测装置，扭矩传感器可将扭力的物理变化转换成精确的电信号。例如，基于扭角相位原理的扭矩传感器即为目前常用的一种扭矩传感器。
3.但是，现有的基于扭转角相位差原理的扭矩传感器在使用时，经常会出现数据偏差，从而导致检测的结果不准确的情况，用户体验不佳。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本实用新型实施例，以便提供一种解决或改善上述问题的扭矩传感器及机械设备。
5.在本实用新型的一个实施例中，提供了一种扭矩传感器，包括：
6.筒状外壳，所述筒状外壳沿着周向方向间隔设有至少两个角度检测传感器，至少两个所述角度检测传感器分别位于所述筒状外壳的不同的径向线上；
7.扭力桶，所述扭力桶位于所述筒状外壳内，所述扭力桶的一端用于与负载装置连接；所述扭力桶的外壁周向环设有检测环结构，所述检测环结构径向与至少两个所述角度检测传感器位置对应；
8.扭力轴，所述扭力轴套接在所述扭力桶内，所述扭力轴与所述扭力桶远离所述负载装置的一端周向固定连接；所述扭力轴和所述扭力桶的连接处与所述检测环结构位置对应。
9.可选地，所述角度检测传感器为霍尔元件，所述检测环结构为径向充磁的磁性环。
10.可选地，所述筒状外壳设有信号处理单元，所述角度检测传感器与所述信号处理单元通讯连接。
11.可选地，所述筒状外壳设有控制板，所述信号处理单元设置于所述控制板，所述角度检测传感器通过所述控制板与所述信号处理单元连接。
12.可选地，沿所述扭力桶轴向方向，所述扭力桶的一端设有用于连接所述负载装置的外花键。
13.可选地，所述扭力轴沿轴向方向的相对两端分别设有连接部，其中至少一个所述连接部与外部设备的转动轴连接。
14.可选地，其中至少一个所述连接部伸出所述筒状外壳向外延伸。
15.相应地，本实用新型实施例还提供了一种机械设备，包括：设备主体及设置在所述设备主体上的上述的扭矩传感器。
16.本实用新型实施例提供的技术方案中，通过角度检测传感器配合检测环结构，可进行扭力桶相对筒状外壳的角度绝对位置的检测，从而可对扭矩检测的数据进行误差补
偿，以得出更准确的信号数据。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型实施例提供的扭矩传感器的结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例提供的角度检测传感器及检测环结构的相对位置结构示意图。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件或名称，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
22.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
23.图1为本实用新型实施例提供的扭矩传感器的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的角度检测传感器及检测环结构的相对位置结构示意图。参见图1及图2所示。
24.在本实用新型的一个实施例中，提供了一种扭矩传感器，包括：筒状外壳、扭力轴(图中省略未示出)及扭力桶20。
25.其中，筒状外壳10沿着周向方向间隔设有至少两个角度检测传感器11，至少两个角度检测传感器11分别位于筒状外壳10的不同的径向线上。以角度检测传感器11为两个为例，图2中的a-a线及b-b线即为筒状外壳10的两个不同的径向线，其中一个角度检测传感器11位于a-a线上，另一个角度检测传感器11位于b-b线上，两个角度检测传感器11呈非0度和非180度的角度分布。
26.扭力桶20位于筒状外壳10内，扭力桶20的一端用于与负载装置连接。在一个实施例中，负载装置为自行车的链轮，链轮用于与自行车后轮通过链条连接。为实现扭力桶20相对筒状外壳10绝对角度位置的检测，扭力桶20的外壁周向环设有检测环结构21，检测环结构21径向与至少两个角度检测传感器11位置对应。
27.扭力轴套接在扭力桶20内，扭力轴与扭力桶20远离负载装置的一端周向固定连接。扭力轴和扭力桶20的连接处与检测环结构21位置对应。
28.扭矩传感器在使用时，筒状外壳10位置固定，扭力轴用于与扭矩输入装置连接，并在扭矩输入装置的带动下进行转动，从而实现相对筒状外壳10沿周向转动。在一个实施例中，扭矩输入装置包括脚蹬构件，人脚通过脚蹬构件将转动力施加给扭力轴。扭力桶20的一端可随着扭力轴转动，另一端连接于负载装置，当扭力轴给扭力桶20施加扭力后，扭力桶20可发生微小形变，通过检测微小形变可以获知扭矩的变化情况。
29.其中，沿扭力桶20的周向方向，至少两个角度检测传感器11对应检测环结构21不同区域，至少两个角度检测传感器11的检测数值不同。当扭力桶20相对筒状外壳10周向转动时，角度检测传感器11所对应检测环结构21上的位置会相应变化，对应位置不同时，所检测的数值是不同且唯一的，即两个角度检测传感器11每相对转过一周，都有唯一确定的检测数值与检测环结构21的对应的位置相对应，从而在检测时，可确定两个角度检测传感器11相对检测环结构21的角度位置，因检测环结构21固定连接于扭力桶20上，且相对固定连接在筒状外壳10上的角度检测传感器11转动，相应地可确定扭力桶20的定点角度位置，即绝对角度位置。
30.本实用新型实施例提供的技术方案中，通过角度检测传感器11配合检测环结构21，可进行扭力桶20相对筒状外壳10的角度绝对位置的检测，从而可对扭矩检测的数据进行误差补偿，以得出更准确的信号数据。
31.进一步地，本实用新型实施例中，角度检测传感器11包括但不限于为霍尔元件，检测环结构21包但不限于为径向充磁的磁性环。角度检测传感器11的数量可根据不同的检测需求设置，可设置为两个、三个、四个或其他数量，以下及以上实施例中均可以角度检测传感器11为两个进行阐述，这并不构成本实用新型实施例的不当限定。
32.以角度检测传感器11为霍尔元件，检测环结构21为径向充磁的磁性环为例，由于磁性环是径向充磁，则磁性环的磁感线呈镜像分布，继续参见图1及图2，将两个霍尔元件沿磁性环的径向圆周方向呈非0度和非180度的角度角分布，如可呈90度分布，则穿过两个霍尔元件的磁感线方向和磁通量的变化综合起来在周期内是唯一的，即两个霍尔元件相对磁性环每转过一周，都有唯一确定的综合值与磁性环对应。进行检测时，两个霍尔元件检测由磁性环发出的、通过其自身的磁感方向和磁通量，并将检测出的综合数值发送至处理芯片，经过处理芯片将接收到的综合数值处理成两个具有相位差的正弦信号，再由两个正弦信号得出两个霍尔元件相对磁性环角度值。在检测时，可确定两个霍尔元件相对磁性环的角度位置，因磁性环固连于扭力桶20上且相对固连于筒状壳体上的霍尔元件转动，相应地可确定扭力桶20的定点角度位置，即绝对角度位置，从而结合扭力桶20的定点角度位置，处理芯片可对扭矩检测的数据进行误差补偿，以得出更准确的信号数据。
33.进一步地，为便于角度检测传感器11的信号传输，继续参见图1，本实用新型实施例中，筒状外壳10设有信号处理单元，角度检测传感器11与信号处理单元通讯连接。进行检测时，两个霍尔元件检测可将检测出的磁感方向和磁通量的综合数值发送至信号处理单元，信号处理单元包括处理芯片及其他功能元件，处理芯片可将接收到的综合数值处理成两个具有相位差的正弦信号，再由两个正弦信号得出两个霍尔元件相对磁性环角度值。
34.进一步地，筒状外壳10设有控制板12，信号处理单元设置于控制板12，角度检测传感器11通过控制板12与信号处理单元连接。控制板12包括但不限于为pcb板(printed circuit board，印制电路板)，控制板12沿着筒状外壳10的长度方向延伸，信号处理单元集
成于控制板12上，方便信号处理单元的安装及定位，通过控制板12信号处理单元与角度检测传感器11之间的信号传输，无需增设传输线缆，外观上美观，且可有效减少信号的噪声影响及信号衰减，确保信号传输的稳定性及准确性。
35.进一步地，继续参见图1，沿扭力桶20轴向方向，扭力桶20的一端设有用于连接负载装置的外花键22。筒状外壳10的一种可实现的方式是，筒状外壳10套接在扭力桶20的外部，扭力桶20套接在扭力轴的外部，筒状外壳10与扭力轴、扭力桶20为同心设置。扭力桶20的外壁的一端设有外花键22，扭力桶20的内壁远离外花键22的一端设有内花键23，扭力轴的外壁设有与内花键23配合连接的啮合齿，扭力轴通过啮合齿咬合内花键23后，扭力轴绕着转动轴线相对筒状外壳10沿周向转动时，可带动扭力桶20随着扭力轴同步转动。扭力桶20上的外花键22与负载装置连接，当扭力轴带动扭力桶20同步转动时，配合负载装置向扭力桶20施加扭力，使得扭力桶20发生微小形变，从而实现扭矩检测。
36.为方便扭力轴与外部设备连接，扭力轴沿轴向方向的相对两端分别设有连接部，其中至少一个连接部与外部设备的转动轴连接。扭矩传感器在使用时，筒状外壳10位置固定，扭力轴在外部设备的带动下进行转动，从而实现相对筒状外壳10沿周向转动。更近一步地，为更好地实现与外部设备连接，其中至少一个连接部伸出筒状外壳10向外延伸。为更好地实现与外部设备连接，连接部的径向方向上设有卡接槽，或者连接部的截面可为三角形、矩形、十字形、多边形等结构，以便与外部设备连接后，可更好地实现同步转动。
37.举例说明，本实用新型实施例中，扭矩传感器可应用在电助力自行车上，筒状外壳10位置固定，扭力轴上的连接部可与脚踏部的曲柄连接，脚踏部可通过曲柄带动扭力轴转动，扭力桶20上设有外花键22，外花键22上套有链轮。脚踏部即为自行车的脚蹬，脚踏部通过曲柄带动扭力轴转动，脚踩下脚踏部时，施加在扭力轴的扭矩传到扭力桶20，再传到外花键22，外花键22传导至链轮，然后经连接在链轮上的链条传到自行车的后轮，实现驱动后轮。同时，施加在扭力轴的扭矩传到扭力桶20上时，通过角度检测传感器11能够检测扭力桶20的绝对角度位置，进而信号处理单元可对有误差的扭矩信号进行纠正补偿，得出更准确的信号数据。
38.相应地，本实用新型实施例还提供了一种机械设备，包括：设备主体及设置在设备主体上的上述的扭矩传感器。机械设备包括但不限于为电助力自行车、汽车、风机、水泵、齿轮箱等。
39.综上所述，本实用新型实施例提供的技术方案，通过角度检测传感器配合检测环结构，可进行扭力桶相对筒状外壳的角度绝对位置的检测，从而可对扭矩检测的数据进行误差补偿，以得出更准确的信号数据。
40.需要说明的是，虽然结合附图对本实用新型的具体实施例进行了详细地描述，但不应理解为对本实用新型的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属于本实用新型的保护范围。
41.本实用新型实施例的示例旨在简明地说明本实用新型实施例的技术特点，使得本领域技术人员能够直观了解本实用新型实施例的技术特点，并不作为本实用新型实施例的不当限定。
42.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：
其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。