CN101258390B - 旋转检测器和扭矩检测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转检测器，其同轴设置有第一和第二旋转体，第一和第二旋转体能够彼此相对旋转。设置与旋转体中的一个同轴定位的滑块(33)，滑块通过滑块导引装置(34)连接到一个旋转体，因此限制滑块相对于一个旋转体的旋转而允许轴向位移。设置同轴紧固到滑块(33)的可动侧磁体(32)和同轴紧固到另一个旋转体并被限制轴向运动的固定侧磁体(31)。可动侧磁体(32)和固定侧磁体(31)被磁化，使得作用在两个磁体上的磁力大小根据一个磁体的旋转位置相对于另一个磁体的旋转位置的变化而变化。设置用于检测第一和第二旋转体之间的相对旋转位移的大小的检测装置。

Description

旋转检测器和扭矩检测器

技术领域

本发明涉及旋转检测器和扭矩传感器，其通过永久磁铁的磁力将旋转位移转换成轴向位移来检测旋转体的旋转位移量。

背景技术

例如，一般将电动自行车构造成电动机输出根据骑乘者踩踏板的力而变化，以用扭矩传感器检测踩踏板力的大小。作为附装在上述类型的电动机自行车的传统扭矩传感器，例如，在JP-A 2006-35927、  JP-A-2000-153795、JP-A-2000-114616、JP-A-2000-53069和JP-A-H 10-250673(下文分别简称为专利文献1、2、3和4)。

专利文献1中公开的扭矩传感器包括可以与踏板曲轴一起旋转的第一旋转体和可以与用于驱动后轮的链轮一起旋转的第二旋转体。踏板曲轴和链轮同轴定位，并被构造使得一个可以相对于另一旋转，并且通过用于动力传递的压缩螺旋弹簧互接。

导引销被安置到第一旋转体中。可动环通过导引销附装到第一旋转体。可动环形成为圆筒形状，并在由第一旋转体上的导引销支撑，以能够相对于第一旋转体轴向运动，并且与第一旋转体一起绕轴旋转。可动环通过装配到导引销的弹簧被沿着远离第一旋转体的方向驱动。圆柱形的定子同心紧固到第二旋转体，并位于可动环的内圆表面内。凸轮形成在可动环的内圆表面上，而凸轮随动件形成在定子的外圆表面上，以与凸轮进行接触。

凸轮被形成为在其从可动环的一个轴端朝向另一个轴端时沿旋转方向从前侧倾斜延伸到后侧。换而言之，在第一旋转体逆着动力传递压缩螺旋弹簧的弹性力而相对于第二旋转体旋转时，可动环沿轴向运动。在这样扭矩传感器的情况下，用检测器检测已经沿轴向运动的可动环的位置，从检测的位置计算踩踏板力的大小。

专利文献2公开的扭矩传感器包括踏板曲轴侧上的第一行星轮机构和后轮驱动链轮侧的第二行星轮机构。第一行星轮机构的太阳轮设置在踏板曲轴上，而第二行星轮机构的太阳轮设置在后轮驱动链轮侧的旋转轴上。这些周边齿轮互连。第一行星轮机构的行星轮支架紧固在车身框架侧，第二行星轮机构的行星轮支架连接到检测齿轮。检测齿轮与有电位计制成的旋转检测传感器的输入齿轮接合。

在上述扭矩传感器下，检测齿轮旋转，踏板曲轴和后轮驱动链轮之间存在旋转相差。在此扭矩传感器下，用旋转检测传感器检测检测齿轮的旋转角，以从检测的旋转角计算踩踏板力的大小。

专利文献3中公开的扭矩传感器使用这样的构造，其包括：磁致伸缩体，骑乘者的踩踏板力被施加到其；以及磁致伸缩检测线圈，围绕磁致伸缩体设置，以检测与踩踏板力的大小对应的磁致伸缩体的磁导率的变化。

专利文献4和5中公开的扭矩传感器包括：气缸，踏板曲轴穿过气缸；以及检测线圈，气缸穿过检测线圈。气缸在其一端连接到踏板曲轴；在其另一端连接到链轮侧，并且被构造成根据踩踏板力的大小而扭曲。

气缸的外圆表面设置有磁性膜，该磁性膜具有大量成对非平行狭缝(从俯视图中观察)(专利文献4)以及大量的成对非平行突出带(专利文献5)，使得当扭曲时改变磁导率。检测线圈被构造检测当狭缝和突出带扭曲时发生的磁导率的变化。

发明内容

本发明要解决的问题

专利文献1公开的扭矩传感器使用这样的构造，其中使用凸轮和凸轮随动件将旋转转换成轴向位移。因此，具有这样的问题，由于下述原因，其径向尺寸不能减小。

在这种类型的扭矩传感器下，通过凸轮相对于圆周方向的倾斜角(此倾斜角在下文中简称为斜角)确定当可动环相对于定子旋转时旋转角与可动环的轴向位移的比率。该比率必须被设定到适当值，使得骑乘者没有异常感觉，并且传感器可以可靠地检测位移。

换而言之，在骑乘者下压踏板后到压缩螺旋弹簧被压缩和后轮驱动链轮开始旋转时，旋转角越大，则骑乘者得到的异常感觉越强烈。因此，可动环相对于定子的旋转角被设定得尽可能小。

换而言之，为了用传感器以高精度检测第一旋转体的轴向位移量，可动环的位移被设定为与传感器的变形相当。

为了在不改变上述比率的情况下减小可动环和定子的直径，必须增大凸轮的斜角，如图25和26所示。例如，如果具有相对大直径和斜角A的旋转体(如图25所示)在不改变上述比率的情况下被改变成具有更小的直径，则斜角增加到比角A大的角B，如图26所示。

当斜角增大时，在凸轮抵压在凸轮随动件发生的表面压力变得过量，并且摩擦力增大使得操作练不平稳，这不仅损害扭矩传感器的必要功能，并且因为其部件容易磨损而降低扭矩传感器的耐用性。换而言之，专利文献1中所述的扭矩检测器不能够以更小的直径形成，因为斜角不能够如上所述增大。

为了上述原因，使用专利文献1中所述的扭矩传感器不可避免地导致扭矩传感器的大尺寸。

专利文献2中所述的扭矩传感器具有下述问题：结构复杂和制造成本增大，因为使用多个行星轮机构，以检测踏板曲轴和后轮驱动链轮之间的旋转相差。

专利文献3-5中所述的扭矩传感器具有这样的问题：电动力消耗增大以及因此减小行驶距离，因为它们的线圈必须一直被激励，以检测磁导率的变化。

专利文献3-5中所述的扭矩传感器还具有下面问题：因为它们用于以较小的信噪比检测磁导率的非常小的变化，所以它们容易受到外部磁噪的影响，并且它们不能够一直精确地检测扭矩。

因为用于改变磁导率的大量狭缝和突出带的形状复杂，难以以高产量生产专利文献4和5中所述的扭矩传感器。此外，用于形成扭矩传感器中的这些狭缝和突出带的磁性材料相当昂贵。因此，专利文献4和5中所述的扭矩传感器具有增大制造成本的问题。

作出本发明，以解决上述问题。因此，本发明的目的在于提供旋转传感器和扭矩传感器，其径向尺寸紧凑，并且可以用简单的构造精确地检测两个部件之间的相对旋转。

解决问题的方案

为了实现上述目的，根据本发明的一种旋转检测器包括：第一旋转体和第二旋转体，第一旋转体相对于第二旋转体以可旋转的方式同轴定位；滑块，与第一旋转体和第二旋转体中一个旋转体同轴定位，并且当其通过滑动导引装置连接到一个旋转体时，限制其相对于一个旋转体的旋转，而允许其轴向位移；可动侧磁体，同轴固定在滑块上；以及固定侧磁体，同轴固定在另一个旋转体上，并且其轴向位移被限制；其中可动侧磁体和固定侧磁体被磁化，使得当可动侧磁体和固侧磁体中一个磁体的旋转位置相对于另一个磁体的旋转位置改变时，作用在可动侧磁体和固定侧磁体两者上的磁力沿轴向改变；以及还包括检测装置，用于从滑块的轴向位置检测第一旋转体和第二旋转体之间的旋转位移量。

本发明的效果

根据本发明，当可动侧磁体的旋转位置相对于固定侧磁体的旋转位置改变时，滑块通过磁力沿轴向移位，并且通过检测装置检测第一和第二旋转体之间的旋转位移量。检测装置可以是用于检测线性运动构件的位置的任何普通传感器。

因此，根据本发明，可以通过磁力将可动侧磁体与固定侧磁体之间的相对旋转转换成轴向位移。因此，与使用凸轮和凸轮随动件进行机械转换的装置相对，可以在没有表面压力限制的情况下设定更大的倾斜角。因此，与使用凸轮和凸轮随动件的上述装置相对，本发明可以提供较小径向尺寸的旋转检测器。

具体而言，在使用本发明的旋转检测器检测骑乘者作用在具有电动动力单元的自行车上的踩踏板力的情况下，骑乘者可以与操作普通自行车时相同的感觉操作自行车，并且可以高精度地检测骑乘者踩踏板力，同时减小旋转检测器的径向尺寸。上述可能性的原因是如上所述可以设定较大的倾斜角以及设定当固定侧磁体和可动侧磁体中一个相对于另一个旋转时两者之间的相对旋转角与可动侧磁体的轴向位移量的最佳比率。

换而言之，提供用于电动自行车的动力单元中的旋转检测器可以为插入在动力传递系统中踏板曲轴和后轮驱动链轮之间的压缩螺旋弹簧设定相对大的弹性常数。因此，可以防止给予骑乘者异常的感觉。该旋转检测器使得还可以设计相对大的可动侧磁体的位移量。因此，可以用传感器高精度地检测可动侧磁体的位移，以提高检测踩踏板力的精确度。

根据本发明，不需要用于检测磁场变化的线圈。因此，可以提供用于检测两个旋转体之间的旋转位移，同时降低电动力消耗。

此外，根据本发明的旋转检测器通过可动侧磁体和固定侧磁体的磁力将旋转位移量转换成轴向位移量，并且可以由简单形状的部件构成。因此，在检测两个旋转体之间的旋转位移量中，与采用磁性地检测狭缝和突出带之间的扭曲变形量的构造相比以及与使用多个行星轮机构的构造相对，构造更简单。此外，因为可以使用通用材料构成，所以可以降低制造成本。

本发明的旋转检测器可以使用附装到滑块并专用于位置检测的磁体，以通过可动侧磁体和固定侧磁体的磁力检测滑块的轴向位移量。使用上述构造可以在简单构造和提高检测精度的情况下容易地获得与位移量成比例的线性输出。

此外，因为根据本发明的旋转检测器使用磁体，所以可以容易地将其制造有变化的倾斜角，这对于机加工来说难以制造。因此，可以自由地调节相对于相位差的输出值。

附图说明

图1是设置有根据本发明使用旋转检测器构成的扭矩传感器的电动自行车的动力单元的俯视图。

图2是扭矩传感器的放大剖视图。

图3是固定侧磁体和可动侧磁体的磁化图案的斜视图。

图4是位置检测磁体的磁化图案的斜视图。

图5是滑动导引环的斜视图。

图6是形成位置检测磁体的另一示例的斜视图。

图7是第二实施例中扭矩传感器的放大剖视图。

图8是第三实施例中扭矩传感器的放大剖视图。

图9是第四实施例的电动自行车的动力单元的俯视图。

图10是图9中所示的扭矩传感器的放大剖视图。

图11A是用于解释图10中的固定侧磁体和可动侧磁体的磁化图案的侧视图。

图11B是用于解释图11A的磁化图案的俯视图。

图12A是用于解释图10中的固定侧磁体和可动侧磁体的另一磁化示例的侧视图。

图12B是用于解释图12A的磁化图案的俯视图。

图13是沿图10的线XIII-XIII所观察的剖视图。

图14A是用于解释图10中的固定侧磁体和可动侧磁体中一个的又一磁化示例的侧视图。

图14B是用于解释图14A的磁化图案的俯视图。

图15A是用于解释图10中的固定侧磁体和可动侧磁体中一个的又一磁化示例的侧视图。

图15B是用于解释图15A的磁化图案的俯视图。

图16是示出当图14A和14B的磁化图案的磁体和图15A和15B的磁化图案的磁体组合使用时相位角和推动力之间关系的图。

图17是第五实施例的电动自行车的动力单元的剖视图。

图18是图17中所示的扭矩传感器的放大剖视图。

图19是从车身的右手侧观察的滑块的侧视图。

图20是滑块的俯视图。

图21是沿图20的线XXI-XXI所观察的剖视图。

图22是从车身的左手侧观察的滑块导引环的侧视图。

图23是沿图22的线XXIII-XXIII所观察的剖视图。

图24是示出斜角和表面压力之间的关系的图。

图25示出大的外径上的斜角。

图26示出小的外径上的斜角。

具体实施方式

(第一实施例)

下面参考图1-6描述本发明第一实施例的旋转检测器和扭矩传感器。这里描述的用于电动自行车的扭矩传感器的构造包括本发明的旋转检测器。图1示出必要部分的剖视图。

图1-6示出本实施例的电动自行车的动力单元1。动力单元1被附装到车身框架的悬架部分(未示出)，并且包括：下述的踏板曲轴2、用于检测施加到连接到踏板曲轴2的踏板(未示出)的骑乘者的踩踏板力的扭矩传感器3、以及用于驱动后轮的电动机4。动力单元1安装到车身框架，使得图1中的左手侧是车身的前侧，而图1中的右手侧是车身的后侧。

动力单元1的部件由车身框架的沿侧向可以分开的壳体5支撑。壳体5由左半部5a和右半部5b制成，并通过设置在车身前侧一端(图1中的左端)的附装托架6和设置在车身后侧的另一个附装托架(未示出)安装在车身框架上。前侧的附装托架6被使用螺栓7而紧固到车身框架，如图1所示。

壳体50支撑踏板曲轴2，以在车身前侧的一端自由旋转，并且在曲轴2后方的位置支撑电动机4。电动机4附装到壳体5的左半部5a，并通过下面部件连接到壳体后部的输出轴14：设置在输出轴11上的小齿轮12、与小齿轮12接合的从动齿轮13以及插入在从动齿轮13的轴心部分中的单向离合器(未示出)。使用仅沿前进方向将旋转传递到输出轴14的单向离合器。

输出轴14支撑从动轮13，并且其两端被支撑，以在壳体5上自由旋转，并且输出轴14从壳体5的右半部5b突出到车身的右手侧。用于缠绕后轮驱动链(未示出)的链轮5设置在输出轴14的突出端。

电动机4的输出由控制器16控制，以大致与下述的扭矩传感器3检测的踩踏板力的大小成比例。

踏板曲轴2被支撑，以通过壳体5上的轴承21和22在其沿车身宽度方向的两端处自由旋转，并且踏板曲轴2沿车身宽度方向穿过壳体5。用于支撑踏板曲轴2的在车身右侧的一端的轴承22被插入在链轮支撑凸台23的外圆表面和壳体5的右半部5b之间，链轮支撑凸台23被装配，以在踏板曲轴2的右侧端自由旋转。

凸台23被制成，使得其在车身右侧的一端从壳体5突出到右侧。后轮驱动链(未示出)缠绕在其上的人力从动链轮24与凸台23的这一端螺纹接合。链被缠绕在人力从动链轮24、输出轴14上的链轮15、张力链轮(未示出)以及后轮的自由轮。自由轮设置有用于仅将动力从链侧传递到轮毂侧的单向离合器。

具有附装到其末端的踏板(未示出)的踏板曲轴24分别附装到曲轴2的两端。用于和踏板曲轴2一起旋转的驱动杆26通过花键附装到踏板曲轴2从壳体突出到右侧的一部分。

该驱动杆26具有从踏板曲轴2的中心径向延伸的多个杆主要部分26a，并且驱动杆26位于邻近人力从动链轮24的右侧的地方。驱动杆26的周边部分和链轮24通过下述的连接机构27互连。

连接机构27用于将踩踏板力从位于动力传动系统中的踏板曲轴侧的驱动杆26传递到链轮24。连接机构27由下面部件构成：与驱动杆26的杆主要部分26a一体设置的挤压构件(未示出)、与链轮24一体设置的被挤压构件(未示出)以及沿旋转方向弹性插入挤压构件和被挤压构件之间的压缩螺旋弹簧(未示出)。连接机构27设置在驱动杆26和链轮24两者上，以沿它们的厚度(车辆宽度)方向穿过它们。

在如上所述通过连接机构27互连驱动杆26和链轮27的情况下，骑乘者的踩踏板力被从驱动杆26经由连接机构27传递到链轮24，并接着从链轮24经由链传递到后轮。当车辆以此方向向前行驶时，连接机构27的压缩螺旋弹簧被压缩，使得驱动杆26的旋转位置相对于链轮24的旋转位置向前移位。

换而言之，此时，驱动杆26和踏板曲轴2的旋转位置相对于链轮24顺时针移位(从车身的右侧观察)。利用此实施例的扭矩传感器3，检测部件两者之间的旋转位移，并且从位移量计算踩踏板力的大小。

如图1和2所示，扭矩传感器3由下面部件构成：第一旋转体，包括踏板曲轴2、驱动杆26等；第二旋转体，包括连接到链轮24的链轮支撑凸台23、滑动导引环35(下述)等；滑块33，与第二旋转体2共轴，其通过滑动导引装置34(下述)连接到第二旋转体2的滑动导引环35，使得在允许其轴向位移的同时限制其相对于第二旋转体2的旋转；可动侧磁体32，与滑块同轴固定；固定侧磁体31，与第一旋转体(踏板曲轴2)同轴固定，并且其轴向位移被限制；以及检测装置(下述)，用于基于滑块33的轴向位置检测第一旋转体和第二旋转体之间的旋转位移量。检测装置由下面部件构成：圆筒位置检测磁体36，设置在滑块33位于车身左侧的一端；霍尔元件37，通过间隙面对位置检测磁体36的外圆表面；控制器16的计算装置38(见图1)，连接到霍尔元件37等。

图2中所示的固定侧磁体31由同轴压配合在踏板曲轴2上以与后者一起旋转的圆筒永久磁体制成。固定侧磁体31被轴向定位，环状凸缘部分2a与踏板曲轴2一体形成。

可动侧磁体32由圆筒形永久磁体制成，并且如后所述被紧固到滑块33，使得其内圆表面通过间隙面对固定侧磁体31的外圆表面。换而言之，固定侧磁体31被插入到可动侧磁体32中。

本实施例的可动侧磁体32被胶合到滑块33的内圆表面(下述)，并与踏板曲轴2和固定侧磁体31同轴定位(如图2所示)，以在与轴向方向成直角的方向观察时与固定侧磁体31重叠。可动侧磁体32可以通过插入形成方法与滑块33一体制成。本实施例的可动侧磁体32被定位成，在滑块33位于图1和2中所示的初始位置的状态下，其面对车身右侧端的固定侧磁体31的外圆表面。

如图3所示，这些固定侧磁体31和可动侧磁体32在外圆表面和内圆表面上沿径向设置有成对的多个磁极42、42......。这些磁极42通过沿径向的磁化而设置，使得例如N极在外圆表面，S极在内圆表面上。这些磁极被设置在内圆表面和外圆表面上从轴向一端延伸到另一侧。

每个磁极42被形成为极性与周向相邻磁极42不同，并且在其从一个轴向端延伸到另一个轴向端而被在圆周方向移位。本实施的这些磁极42被形成为部分虚构螺旋对中在固定侧磁体31和可动侧磁体32的轴线上的形状或者成螺旋形状。与固定侧磁体31相比，可动侧磁体32的内径和外径两者更大以及轴向长度更短，但被形成为磁化的图案与固定侧磁体31相同。本实施例的固定侧磁体31和可动侧磁体32的每个磁极42被形成为，在附装到车身的状态下从右侧(从图3的上方)观察时，部分螺旋朝向车身的左侧沿逆时针扭曲。圆筒形可动侧磁体32的径向厚度小于固定侧磁体31的径向厚度。

用于保持可动侧磁体32的滑块33由圆筒形塑性材料形成，如图2所示。滑块33在车身右侧的一端形成有大直径部分43，而在车身左侧的另一端形成有小直径部分44。大直径部分43被形成为适于自由滑动到滑动导引环35的外圆表面。

滑动导引环35被装配到链轮支撑凸台23在车身左侧的一端并由其支撑。形成在滑动导引环35的内圆表面中的接合槽45与安置到凸台23中的销46接合，使得滑动导引销35被限制相对于凸台23进行旋转位移以与凸台23一起旋转。

滑块33的小直径部分44被形成为适应自由旋转到踏板轴承2的外圆表面，且其外圆表面保持位置检测磁体36，如后所述。换而言之，本实施例的滑块33装配到滑动导引环35和踏板曲轴2两者，并且在还没有安装滑动导引装置34(后述)的状态下可以进行旋转运动和轴向运动。滑块33还在两个装配位置的轴向中间部分保持可动侧磁体32，而在车身左侧的端部保持位置检测磁体36。

构成滑动导引装置34一部分的销51被安装在滑块33的大直径部分43圆周的三个等间距处，使得销51径向向内突出，并适于在形成于滑动导引环35的外圆表面的三个圆周位置的凹槽52中自由滑动。如图5所示，本实施例的凹槽52被以相同倾斜角形成，但是与固定侧磁体31和可动侧磁体32的磁极42的方向相反，或者凹槽52被形成为，在安装到车身的状态下从车身右侧(从图3的上方)观察时部分螺旋朝向车身左侧沿顺时针方向扭矩。

顺便提及，虽然凹槽52的扭曲方向可以与磁极42的方向相同，但是在此情况下，凹槽的倾斜角必须与磁极42的不同。否则，滑块33不能够相对于滑动引导环35移位。根据滑动导引环35的滑动性能和滑块33的最大设计位移量，可以适当地选择不同的倾斜角。此外，凹槽52可以沿轴向方向成直线。本发明中提及的滑动导引装置34可以由凹槽52和销51构成。换而言之，滑块33被限制相对于具有滑动导引环35的第二旋转体旋转，并且在其通过滑动导引装置34连接到导引环35时允许轴向位移。

具有凹槽52的滑动导引环35由低摩擦系数的塑料材料形成，使得销51沿凹槽52平稳运动。

当没有施加外力，滑块33位于其中固定侧磁体31和可动侧磁体32的相互作用的磁力稳定的位置，或者例如位于其中固定侧磁极31的N极面向可动侧磁体32的S极的位置。

在上述状态下，当固定侧磁体31相对于可动侧磁体32顺时针(从车辆右侧观察)旋转时，因为被磁力吸引，所以可动侧磁体32意欲跟随固定侧磁体31的旋转。此时，因为滑块33的销52与滑动导引环35的凹槽52接合，所以可动侧磁体3被限制自由跟随固定侧磁体31的旋转，从而磁体31和32之间产生旋转位移。因为固定侧磁体31和可动侧磁体32的相互相对的磁极42形成为螺旋图案，所以可动侧磁体32被轴向磁驱动力驱动(所谓的螺纹动作(thread action))，并且与滑块33一起运动到车身的左侧。

随着三个销51在凹槽52内运动，滑块33在图1和图2中所示的初始位置和从该初始位置朝向车身左侧的运动位置(未示出)之间沿轴向运动，同时沿螺旋相对于滑动导引环35进行旋转位移。在此实施例中，因为凹槽52沿与磁极42相反的方向扭曲，所以销51在凹槽52内平稳地朝向车身左侧运动。

确定可动侧磁体32相对于滑块33的旋转附装位置，以在滑块33位于初始位置的状态下在固定侧磁体31和可动侧磁体32之间产生最大吸引力。

换而言之，当固定侧磁体31沿向前旋转方向(从车辆的右侧观察为顺时针)相对于可动侧磁体32旋转时，在踏板曲轴2沿使电动自行车向前行驶的方向旋转的状态下，本实施例的可动侧磁体32在沿与固定侧磁体31相同的方向旋转时朝向车身左侧移位。顺便提及，当在圆周排列中存在至少一个N极和S极时，固定侧磁体31和可动侧磁体32的磁极42能够展现与本实施例相同的效果。

位置检测磁体36由圆筒形永久磁体制成，滑块33的小直径部分44装配到其中，并且同轴胶合到小直径部分44。位置检测磁体36沿径向方向被磁化，如图4所示，其一端为N极，另一端为S极。顺便提及，位置检测磁体36可以通过插入形成方法与滑块33一体制成。

如图2所示，面对位置检测磁体36的外圆表面的霍尔元件37被附装到传感器壳体53，传感器壳体53形成为沿径向环绕滑块33的圆筒形状。霍尔元件37检测磁场强度(磁通量大小)，并将表示强度的检测信号输出到控制器16。根据本实施例，本发明所述的位置检测传感器由霍尔元件37构成。

本实施例中使用的霍尔元件37的输出以与磁通量大小成比例的所谓模拟方式改变。在本实施例中，霍尔IC用作霍尔元件37。顺便提及，为了检测位置检测磁体36的磁场强度，除了霍尔IC之外的其他类型的霍尔元件，可以使用诸如簧片开关之类的其他磁性传感器。

传感器壳体53可以由壳体5支撑，使得其旋转被壳体5限制，并且其轴向位移被踏板曲轴2限制。霍尔元件37检测相对于壳体5旋转的位置检测磁体36的磁通量。用霍尔元件37检测的位置检测磁体36的磁通量的大小根据位置检测磁体36的轴向位置而改变。因此，用霍尔元件37检测磁通量的大小可以检测位置检测磁体36的轴向位置。

接收到从霍尔元件37发送的检测信号后，控制器16检测位置检测磁体36的轴向位置，并基于检测的位置计算固定侧磁体31和可动侧磁体32之间的相对旋转位移量，即，驱动杆26相对于人力从动链轮24的相对旋转位移，并且进一步从位移计算踩踏板力的大小。在如上所述检测踩踏板力的大小后，控制器16控制电动机4的输出，以大致与踩踏板力的大小成比例。

在如上所述构成的具有扭矩传感器3的电动自行车的动力单元1的情况下，在车辆向前行驶时，当踏板曲轴2在没有负载的情况下旋转时，连接机构27的压缩螺旋弹簧没有被压缩，驱动杆26和驱动链轮24同相位旋转，并且踏板曲轴2、凸台23以及滑动导引环35也同相位旋转。

此时，因为在固定侧磁体31和可动侧磁体32之间没有发生相对旋转位移，所以滑块33没有进行轴向位移。

换而言之，当踏板曲轴2(驱动杆26)和人力从动链轮24同相位旋转时，因为可动侧磁体32和固定侧磁体31被保持在彼此磁性吸引的状态，所以具有可动侧磁体32的滑块33与踏板曲轴2同相位旋转。

在动力单元1中，当骑乘者作用在踏板曲轴2上的踩踏板力增大时，插入在驱动杆26和人力从动链轮24之间的压缩螺旋弹簧被压缩。由此，驱动杆26沿离开人力从动链轮24的旋转方向移位。此时，相对于链轮24的旋转位置，驱动杆26的旋转位置沿对应于压缩螺旋弹簧的压缩方向向前移位。

当如上所述两个部件之间发生旋转位移时，与驱动杆26一起旋转的固定侧磁体31沿离开与人力从动链轮24一起旋转的可动侧磁体的旋转方向移位。这里，固定侧磁体31沿可动侧磁体32的旋转方向移位。

当固定侧磁体31的旋转位置从可动侧磁体32的旋转方向移位时，可动侧磁体3232被朝向固定侧磁体31的位移方向或者沿这些磁体彼此磁性吸引时的向前旋转方向磁性地吸引。但是，因为具有可动侧磁体32的滑块33通过销51连接到位于人力从动链轮24侧的滑动导引环35中的凹槽52，所以滑块33被限制相对于滑动导引环35进行旋转。此外，因为固定侧磁体3 1和可动侧磁体32的磁极42被磁化为螺旋图案，由于固定侧磁体31相对于可动侧磁体32的相对旋转，磁驱动力沿轴向方向作用在可动侧磁体32。

本实施例的可动侧磁体32被上述的磁力沿轴向驱动，并且与滑块33一起相对于滑动导引环35朝向车身的左侧移位。此时，因为滑动导引环35的凹槽52形成为螺旋图案，并且它们的扭曲角与磁极42相对，当滑块33沿上述方向运动时，销51和凹槽52之间的摩擦阻力较小，使得滑块33平稳运动。

当滑块33如上所述朝向车身的左侧运动时，霍尔元件37检测位置检测磁体36的位置的变化，并且控制器16从位置检测磁体36(滑块33)的轴向位移量确定踩踏板力的大小。然后，控制器16控制电动机4的输出，以与踩踏板力成比例。因此，用于电动自行车的动力单元1通过踩踏板力和与踩踏板力大致成比例的电动机4的动力来驱动后轮。

因为本实施例构成扭矩传感器3的旋转检测器通过磁力将固定侧磁体31和可动侧磁体32之间的相对旋转转换成轴向位移，所以没有表面压力的限制，与使用凸轮和凸轮随动件进行机械转换的装置相比，可以采取更大的倾斜角。因此，本实施例可以制造轴向尺寸减小的旋转检测器，同时设置第一旋转体和第二旋转体之间的相对旋转角与滑块的轴向位移量的最佳比例，第一旋转体由踏板曲轴2(诸如驱动杆26等)构成，第二旋转体由人力从动链轮24、链轮支撑凸台23以及滑动导引环35构成。

此外，因为上述旋转传感器通过固定侧磁体31和可动侧磁体32的磁力将旋转位移转换成轴向位移，以从轴向位移检测旋转位移，与使用磁导率的变化的传统旋转检测器(扭矩传感器)不同，不需要用于检测磁场变化的线圈。

因此，根据本实施例的旋转检测器(扭矩传感器3)可以检测两个旋转体(踏板曲轴2和人力从动链轮24)之间的相对旋转位移以及检测已经引起两个旋转体之间的相对旋转位移的踩踏板力(扭矩)的大小，同时减小电动力消耗。

此外，因为本实施例的扭矩传感器3使用旋转检测器检测由固定侧磁体31和可动侧磁体32的磁力而移位的滑块33的轴向位移，所以检测器可以由简单形状的部件构成。因此，与用于磁性地检测狭缝和突出带的扭转位移量的磁致伸缩型的传统扭矩传感器相比以及与使用多个行星轮机构的扭矩传感器相比，用于检测两个旋转体(踏板曲轴2和人力从动链轮24)之间的旋转位移的扭矩传感器3的构造更简单，并且还可以使用通用材料构成。因此，其可以用较低的成本制造。

在本实施例的扭矩传感器3中，因为固定侧磁体31和可动侧磁体31被磁化为螺旋图案，所以随著固定侧磁体31和可动侧磁体32之间的相对旋转位移量增大，沿轴向驱动可动侧磁体32的磁力逐渐增大。

因此，因为本实施例可以与驱动杆26和人力从动链轮24之间的相对旋转位移量的变化大致成比例地沿轴向移位可动侧磁体32，所以可以精确地检测已经产生驱动杆26和人力从动链轮24之间的相对旋转位移的扭矩(踩踏板力)的大小。

在本实施例的扭矩传感器3中，如图6中的示例所示，位置检测磁体36可以设置有旋转检测磁体61和用于检测旋转检测磁体61的磁场的霍尔元件62。旋转检测磁体61形成为与位置检测传感器36类似的圆筒形，并且例如紧固到位置检测磁体36中车身左侧的一端。旋转检测磁体61还可以在规定的磁化位置中与位置检测传感器36一体制成，

该旋转检测磁体61的磁化图案形成有大量的交替N极61a和S极61b的圆周排列。使用该构造可以使用旋转检测霍尔元件62以及检测以与踏板曲轴2大致相同的转速旋转的检测滑块33的转速。当可以检测踏板曲轴2或类似旋转体(人力从动链轮24)的转速时，在电动自行车的动力单元中可以通过计算判断车速。

因此，例如，设置有电动自动变速器(未示出)的电动自行车可以使用车速和踩踏板力进行自动换挡。换而言之，尽管踏板曲轴2的低速旋转而增大踩踏板力的情况下，诸如上坡行驶时，可以自动地将变速器变速比降档到更低的变速比，以减轻骑乘者的负担。

本实施例的扭矩传感器3被示出作为这样的示例，其中用于导引滑块33的轴向位移的凹槽52形成为螺旋图案，并且它们的倾斜角等于磁极42的倾斜角，而且它们的扭曲角与磁极42的相反。但是，凹槽52可以形成为螺旋图案，并且如果它们的倾斜角被设定为与磁极42的不同，则它们的扭曲角与磁极42的相同，或者，凹槽52可以形成与踏板曲轴2的轴线平行。在凹槽52形成与踏板曲轴2的轴线平行的情况下，滑块33相对于滑动导引环35不进行旋转位移，而是进行轴向位移。

与上面相反，可以将滑动导引环35中的凹槽52形成为螺旋图案，并且固定侧磁体31和可动侧磁体32的磁极42平行于踏板曲轴2的轴线。在此情况下，螺旋凹槽52和销51实质上充当扭矩凸轮，并且可动侧磁体32被固定侧磁体31与其之间产生的磁力沿旋转方向向前驱动，使得滑块33相对于滑动导引环35朝向车身左侧移位。顺便提及，虽然作为这样的示例示出上述实施例，其中销51安置于滑块33中并且凹槽52形成于滑动导引环35中，但是可以在滑块33的内圆表面上形成凹槽52以及将用于和凹槽52接合的销51安置在滑动导引环35中。

(第二和第三实施例)

除了使用第一实施例中所示的凹槽52和销51之外，本发明的扭矩传感器中使用的滑动导引装置可以被构造成使用图7和8中所示的永久磁体。

图7是第二实施例中扭矩传感器的剖视图。图8是第三实施例中扭矩传感器的剖视图。在这些图中，与参考图1-6描述的部件相同或相似的部件被赋予相同的标号，并省略其详细描述。

图7中所示的扭矩传感器3的滑动导引装置34由下述部件构成：外侧磁体63，由圆筒永久磁体制成，并紧固到滑动导引环35上车身左侧的一端；以及内侧磁体64，由圆筒永久磁体制成，并位于外侧磁体63的径向内侧。

外侧磁体63由滑动导引环35同轴支撑。外侧磁体63的轴向长度与固定侧磁体31相同。

内侧磁体64紧配合到可动侧磁体32的外圆表面并与其同轴定位，并且与可动侧磁体32一起由滑块33支撑。在内侧磁体64的外圆表面和外侧磁体63的内圆表面之间存在小间隙。小直径部分44以可滑动方式装配到踏板曲轴2的滑块由踏板曲轴2支撑，以进行自由旋转和自由轴向位移。

设定外侧磁体63和内侧磁体64的磁化图案，使得这些磁体通过磁力彼此吸引或排斥，并且使得外侧磁体63跟随内侧磁体64的旋转，以与内侧磁体64一起旋转。例如，外侧磁体63和内侧磁体64的磁极可以形成与图6中所示的旋转检测磁体61的磁极(N极61a和S极61b)相同的图案。

换而言之，外侧磁体63和内侧磁体64可以沿径向被磁化，使得在它们内外圆表面上形成磁极。形成大量的磁极，以从一个磁极到另一个磁极的极性交替的方式平行于踏板曲轴2从一个轴向端延伸到另一个轴向端。

除了如上所述平行于踏板曲轴2之外，外侧磁体63和内侧磁体64的磁极可以形成为螺旋延伸，如第一实施例中所示的固定侧磁体31和可动侧磁体32的磁极42一样。当使用这样的构造时，当滑块33同第一实施例所示的滑块33一样沿旋转方向移位时，滑块33沿轴向移位。在外侧磁体63和内侧磁体64的磁极形成为螺旋图案的情况下，还可以将固定侧磁铁31和可动侧磁极32的磁极形成为平行于踏板曲轴2的轴线。

图8中所示的扭矩传感器3的滑动导引装置34由外侧磁体63和内侧磁体64构成，其中外侧磁体63由圆筒永久磁铁制成，并且紧固到滑动导引环35上车身左侧的一端，而内侧磁体63由环形永久磁体制成，并位于外侧磁体63的径向内侧。

外侧磁体63由滑动导引环35同轴支撑。外侧磁体63的轴向长度与固定侧磁体31相同。

内侧磁体64紧固到滑块33的大直径部分43上车身右侧的一端，以与滑块33同轴定位。将外侧磁体63和内侧磁体64的磁化图案设定为与图7中所示的扭矩传感器3的外侧磁体63和内侧磁体64的相同。换而言之，在图8所示的扭矩传感器3的情况下，还可以使用：其中外侧磁体63和内侧磁体64的磁极沿轴向平行于踏板曲轴2的图案；其中外侧磁体63和内侧磁体64的磁极为螺旋的图案；或其中外侧磁体63和内侧磁体64的磁极为螺旋并固定侧磁体31和可动侧磁体32的磁极42平行于踏板曲轴2的轴线的图案。

上述第一、第二和第三实施例是这样的示例，其中可动侧磁体32从位于车身右侧的初始位置朝向车身左侧移位。但是，不管这样的限制，在根据本发明的旋转检测器上，可以使用这样的构造，其中可动侧磁体32从位于车身左侧的初始位置朝向车身右侧移位。此外，可动侧磁体32的旋转方向可以与上述实施例中所示的相反。

(第四实施例)

下面参考图9-16描述权利要求8到权利要求10中所限定的根据本发明的扭矩传感器。

图9是第四实施例的电动机操作自行车的动力单元的俯视图，其示出必要部分的横截面。图10是图9中所示的扭矩传感器的放大剖视图。图11A、11B、12A和12B是用于解释固定侧磁体和可动侧磁体的两个磁化图案的图；图11A和图12A是沿轴向观察的侧视图；图11B和图12B是俯视图。图11A和图12A示出沿圆周方向省略部分的磁体。图13是沿图10的线XIII-XIII所观察的剖视图。图14A、14B、15A和15B是用于解释一组磁体的磁化的另一示例的图；图14A和图15A是沿轴向观察的侧视图；图14B和图15B是俯视图。图16是当图14A和图14B中所示的磁体与图15A和图15B所示的磁体组合使用时相位角和排斥力之间的关系图。在这些图中，与参考图1-8描述的部件相同或相似的部件被赋予相同的标号，并省略其详细描述。

本实施例中用于电动自行车的动力单元1的扭矩传感器3包括：可动侧磁体72，由环形永久磁铁制成，并被支撑以通过圆筒滑块71(下述)在踏板曲轴2的轴向中心部分进行自由轴向位移；固定侧磁体73，面向可动侧磁体72上车身右侧(图9和图10中的上侧)的端面；位置检测磁体36，朝向可动侧磁体72的车身左侧，并与可动侧磁体72一起由滑块71支撑；以及位置检测霍尔元件37，面向位置检测磁体36上车身左侧的端面。

如图11A和11B所示，可动侧磁体72形成有大量磁极的圆周排列。更具体而言，可动侧磁体72沿轴向被磁化有在两个轴向端面出现的多个磁极74。磁极74沿轴向排列形成有一个磁极74到另一个磁极74的交替极性。在此实施例中，如图11A和11B所示，每个磁极74被形成使得所有N极74a和S极74b沿圆周的宽度大致相同。顺便提及，如图12A和12B所示，这些磁极74的沿圆周宽度可以不均匀。如图12A和12B所示，尽管磁极74的N极74a的宽度恒定，而S磁极74的宽度从位于图中左侧的S极74b朝向右侧逐渐减小。

如图10所示，在滑块71被装配到可动侧磁体72的内圆表面时，如上所述磁化的可动侧磁体72紧固到滑块71。

滑块71的内圆表面配合成能自由滑动到踏板曲轴2的外圆表面。滑块71、可动侧磁体72、固定侧磁体73、位置检测磁体36以及踏板曲轴2同轴定位。

如图10和13所示，滑块71和踏板曲轴2彼此配合的区域被构造成：两个突出带75从滑块71的内圆表面沿径向向内突出，以配合成能自由滑动到踏板曲轴2的导引凹槽76内。突出带75被形成，以平行于滑块71的轴线延伸，并且被定位在将踏板曲轴2的圆周一分为二的位置。

导引凹槽76在踏板曲轴2的外圆表面上形成为平行于轴线延伸。因为突出带75配合到导引凹槽76中，所以滑块71和可动侧磁体72被支撑，以在踏板曲轴2上沿轴向自由滑动。根据本实施例，本发明中提及的滑动导引装置由滑块71的突出带75和导引凹槽76构成。

滑块71被连接到滑块71上车身左侧的一端的压缩螺旋弹簧77朝向车身右侧驱动，并且在车身左侧被形成在踏板曲轴2的外圆表面上的凸缘部分2a推压而被限制运动到右侧。滑块71逆着压缩螺旋弹簧77的弹性力从其中朝向右侧位移被上述的凸缘部分2a限制的初始位置而向车身左侧运动。

压缩螺旋弹簧77弹性插入在滑块71和附装到踏板曲轴2上车身左侧的一端的压力接收构件78之间。压缩螺旋弹簧77上车身右侧的前端77a与滑块71的配合孔71a配合，并形成为朝向车身右侧(图10中的上侧)延伸；以及车身左侧的前端77b被形成为朝向车身左侧延伸，并与压力接收构件78的配合孔78配合。本实施例中使用的压缩螺旋弹簧77是具有所谓的线性弹簧特性的普通弹簧。顺便提及，还可以使用具有非线性弹簧特性的弹簧作为压缩螺旋弹簧77。

与可动侧磁体72相对的固定侧磁体73被制造成环形，其尺寸与可动侧磁体72的相同，并且设置有与图11A、11B、12A和12B中所示的可动侧磁体72相同的磁化图案。换而言之，在固定侧磁体73的轴向端面上还以圆周排列交替形成大量的N极74a和S极74b。

固定侧磁体73被固定到链轮支撑凸台23上车身左侧的一端并由其支撑，其还被定位成与踏板曲轴同轴。固定侧磁体73还附装到链轮支撑图台23，使得在可动侧磁体72与其之间存在规定间隙。

固定侧磁体73和可动侧磁体72的圆周位置被设定到这样的位置，其中，在踏板曲轴2相对于人力从动链轮24没有产生旋转位移的状态下，由固定侧磁体73和可动侧磁体72的磁力引起的排斥力与压缩螺旋弹簧77的弹性力平衡。此外，可动侧磁体72和固定侧磁体73被构造成使得，随着可动侧磁体72相对于固定侧磁体72顺时针(从车身的右侧观察)旋转，作用在两个磁体上的排斥力增大。

换而言之，利用此扭矩传感器3，当由于踩踏板力增大，当踏板曲轴2从踏板曲轴2和人力从动链轮24一起旋转的状态(初始状态)相对于人力从动链轮24沿向前旋转方向旋转时(或当产生旋转相位差时)，排斥力超过压缩螺旋弹簧77的弹性力。因此，以此扭矩传感器3，由于排斥力，可动侧磁体72逆着压缩螺旋弹簧77的弹性力而朝向车身左侧运动。

本实施例的位置检测磁体被形成为环形，其尺寸与可动侧磁体72和固定侧磁体73两者的相同，并且其以与踏板曲轴2同轴的方式被紧固在邻近于车身左侧的可动侧磁体72的位置。与第一实施例(图6)中所示的位置检测磁体36一样，位置检测磁体36的磁化图案的N极和S极沿轴向排列布置。顺便提及，在本实施例的扭矩传感器3中，位置检测磁体36可以与可动侧磁体72一体形成。为了使用该构造，可动侧磁体72上车身右侧的一端和车身左侧的另一端的磁极的构造不同。在此情况下，可动侧磁体72上车身右侧的一端沿圆周方向被磁化多个磁极，并且例如，车身左侧的另一端被磁化使得，N极形成在轴端面，而S极形成在外圆表面。

面向位置检测磁体36上车身左侧的一端的位置检测霍尔元件37定位成与位置检测磁体36沿轴向间隔规定距离，并且其通过托架(未示出)支撑和紧固到动力单元1的壳体5上。

本实施例中使用的霍尔元件37的输出以所谓的模拟方式对应于其与位置检测磁体36之间的距离(与磁通量密度对应)而变化，并且该霍尔元件37被构造成将表示磁通量大小的检测信号发送到控制器16。

在具有本实施例的扭矩传感器3的情况下，如果踏板曲轴2随着骑乘者的踩踏板力增大而相对于人力从动链轮向前旋转，其中可动侧磁体72和固定侧磁体73之间的排斥力与压缩螺旋弹簧77的弹性力平衡的状态改变为排斥力超过弹性力的状态。因为排斥力超过压缩螺旋弹簧77的弹性力，所以可动侧磁体72与位置检测磁体36一起朝向车身左侧运动。

此时，霍尔元件37检测其与位置检测磁体36之间的距离，控制器16计算扭矩(排斥力)的大小，并使得电动机4以与踩踏板力大致成比例的方式增大输出。另一方面，当踩踏板力消失时，踏板曲轴2和人力从动链轮24之间不存在旋转位移，可动侧磁体72被压缩螺旋弹簧77的弹性力推回到初始位置。由此，控制器16切断到电动机4的电力供应。

因此，在具有本实施例的扭矩传感器3的情况下，当在其中可动侧磁体72和固定侧磁体73之间产生的排斥力与压缩螺旋弹簧77的弹性力平衡的一个状态以及其中排斥力超过弹性力的另一状态之间产生状态变化时，检测踩踏板力的增大或减小(像接通或切断一样)。因此，利用此扭矩传感器3，当使得踏板曲轴2相对于人力从动链轮24产生旋转位移的扭矩大小施加到踏板曲轴时，可以无误地检测到。

本实施例的扭矩传感器3被构造使得，当可动侧磁体72位于初始位置时，可动侧磁体72和固定侧磁体73之间产生的排斥力与压缩螺旋弹簧77的弹性力平衡，并且当踏板曲轴2和人力从动链轮24之间产生旋转相位差时，失去此平衡。因此，在此扭矩传感器3的情况下，因为几乎同时产生排斥力的增大和可动侧磁体的位移，所以可以在产生旋转相位差时迅速响应而移位可动侧磁体72。因此，可以精确地检测施加到踏板曲轴2的可以产生相对于人力从动链轮24的旋转位移的大小的扭矩大小。

在本实施例的扭矩传感器3中，可以使用具有非线性特征的压缩螺旋弹簧作为压缩螺旋弹簧77来与踏板曲轴2和人力从动链轮24之间的旋转位移的变化成比例地移位可动侧磁体72。使用这样的构造，可以更精确地检测施加到踏板曲轴2以引起旋转位移的扭矩(踩踏板力)的大小。

本实施例的扭矩传感器3的可动侧磁体72和固定侧磁体73沿轴向被磁化，并且在两个轴向端面形成磁极74。因此，因为可以在这些磁体72和73之间产生吸引力或排斥力，以沿轴向产生作用，所以可以有效地利用磁力。在本实施例的扭矩传感器3的情况下，可以通过以不均匀间距形成可动侧磁体72和固定侧磁体73的磁化图案(如图12A和12B所示)，来改变吸引力或排斥力的大小，以与旋转位移相对应。因此，使用这样的构造可以更平稳且准确地移位可以沿轴向运动的可动侧磁体72。

本实施例的扭矩传感器3被构造成，在初始位置，可动侧磁体72和固定侧磁体73之间产生的排斥力与压缩螺旋弹簧77的弹性力平衡。但是，本发明的扭矩传感器(旋转检测器)也可以使用这样的构造，其中在可动侧磁体72和固定侧磁体73之间产生吸引力，使得吸引力在初始位置与弹性力平衡。在此情况下，可以采用使用沿与固定侧磁体73相反的方向拉动可动侧磁体72的拉伸弹簧的构造或者使用用于沿与固定侧磁体73相反的方向从固定侧磁体73一侧推动可动侧磁体72的压缩螺旋弹簧的构造。在此情况下，构造成，随着踏板曲轴2和人力从动链轮24之间产生旋转相位，吸引力减小。

当使用上述构造时，随着旋转相位差的增大，吸引力减小，可动侧磁体72被弹簧的弹性力朝向车身左侧移动。因此，存在这样的风险，当旋转相位差消失时，可动侧磁体不能够通过吸引力精确地返回到初始位置。因此，当使用上述构造时，优选地提供限位器，用于限制可动侧磁体72的轴向位移量，使得当旋转相位差消失时可动侧磁体72能被吸引力拉回到初始位置。

当使用本实施例的构造时，可以将可动侧磁体72和固定侧磁体73中一个磁化为如图14A和14B中所示的图案，而将另一个磁化为图15A和15B中所示的图案。

另外，沿轴向方向磁化这些附图中的磁体。图14A和14B中所示的磁体的N极74a和S极74b分别形成在将环形磁体均匀分成四份的位置处。每个N极74a的径向宽度朝向一个圆周方向(图14A中的逆时针)减小。相反，每个S极74b的径向宽度朝该方向增大。

另外，图15A和15B中所示的磁体的磁极形成在将环形磁体均匀分成四份的位置处。图15A和15B中所示的磁体的N极74c的圆周宽度小于S极。

使用上述具有磁极74的可动侧磁体72或固定侧磁体73，其中一个N极和另一N极(N极74a和N极74c)沿轴向彼此面对，并且同轴定位。在图14A和14B中，面向可动侧磁体72的N极74a的固定侧磁体73的N极74c用虚线表示。

在具有如图14A、14B、15A和15B所示磁化的可动侧磁体72和固定侧磁体73的情况下，当图15A和15B中所示的磁体相对于图14A和14B中所示的磁体顺时针旋转时，如图14A中虚线箭头表示，相互面对的N极(N极74a和N极74b)(沿轴向观察)的重叠区域与相位角对应地线性增大。因此，当使用这样构造时，如图16所示，与可动侧磁体72和固定侧磁体73之间的相位角成比例地增大排斥力。因此，可以获得与踩踏板力成比例的输出。

(第五实施例)

第一实施例所述的扭矩传感器可以如图17-24所示形成。在这些附图中，与参考图1-16所述的相同或相似部件被赋予相同标号，并且省略其详细描述。

与图1和2中所示的扭矩传感器3相对，图17中所示的电动自行车的动力单元1的扭矩传感器3比较紧凑，并且功能提高，如下所述。本实施例中的扭矩传感器3中使用的滑块33的轴向长度比第一实施例所述的滑块短。位置检测磁体36被紧固到滑块33的外圆表面。换而言之，通过在可动侧磁体32的径向外侧提供位置检测磁体36，可以缩短此扭矩传感器3的轴向尺寸。

虽然如上所述位置检测磁体36与固定侧磁体31和可动侧磁体32两者同轴定位，但是通过以必须的最小宽度形成固定侧磁体31和可动侧磁体32，防止扭矩传感器3径向尺寸变大。固定侧磁体31被压配合和紧固到踏板曲轴2。如图18所示，可以将固定侧磁体31的轴向长度L1设定为大于可动侧磁体32的轴向长度L2和其轴向行进距离Ls的和。

可动侧磁体32被制造成这样的最小尺寸，其可以通过磁力移位滑块33和位置检测磁体36。如图18所示，可动侧磁体32的厚度被设定为小于固定侧磁体31的厚度T2。

因为如上所述本实施例的滑块33的轴向长度较小，所以其车身左侧一端被支撑(如图18所示)，以相对于固定侧磁体31进行自由旋转和自由轴向滑动。如图21所示，滑块33上车身左侧的一端的内圆表面设置有沿圆周方向延伸并朝向轴线突出的突出带101。设定突出带101内的尺寸，使得带101被支撑在固定侧磁体31上。

另一方面，如图18和21所示，滑块33上车身右侧的另一端的内圆表面设置有多个横截面为隆起状的突出带103，其与设置在踏板曲轴2上的环102进行接触，以进行自由旋转和自由轴向滑动。环102为圆筒形状，其由低摩擦系数的塑性材料制成，并紧固到踏板曲轴2。突出带103被形成沿滑块33的轴线延伸。

如图18到20所示，滑块33上车身右侧的一端的外圆表面设置又多个沿滑块33的轴线延伸的肋104。这些肋104被形成配合在形成于滑动导引环35的内圆表面中的凹槽105中，以在其中进行自由运动。

换而言之，本实施例的滑动导引装置34使用仅通过肋104和凹槽105的接合而将滑块33的运动限制到轴向的构造。

如图18和23所示，本实施例的滑动导引环35通过将从滑动导引环35上车身右侧的一端突出的爪106与凸台23的接合-断开而紧固到链轮支撑凸台23。

在本实施例的扭矩传感器3中，如图17和18所示，支撑构件107设置在固定侧磁体31上车身左侧的一端。用于支撑旋转检测磁体61的支撑构件107形成为盘状，并且装配和紧固在踏板曲轴2上。支撑构件107还与固定侧磁体31的一端接合，并且限制其旋转位置相对于固定侧磁体31的改变。

旋转检测磁体61为圆筒形状，并且紧固到支撑构件107的外圆表面。本实施例的旋转检测磁体61使用这样的构造，其叶片抵靠(bet)车身左侧的一端和车身右侧的另一端。同图6中所示的旋转检测磁体61一样，旋转检测磁体61上车身左侧一端被磁化，其中大量N极和S极沿圆周方向交替连续。旋转检测磁体61上车身右侧的另一端被磁化，其中沿圆周方向一个N极与一个S极对准。旋转检测磁体61上车身左侧的磁通量由旋转检测霍尔元件62(见图18)检测。旋转检测磁体61上车身右侧的另一端的磁通量由设置在电路板108上的旋转检测霍尔元件109检测，电路108还承载旋转检测霍尔元件62。

换而言之，本实施例可以通过旋转检测霍尔元件62检测踏板曲轴7的转速，并且还可以通过旋转检测霍尔元件109检测踏板曲轴7的旋转位置。因为可以(未示出)从踏板曲轴7的旋转位置确定踏板的位置，使用此扭矩传感器3的电动自行车的动力单元1可以控制与踏板位置对应的辅助动力的大小。在此实施例中，权利要求7中所述的旋转检测传感器由旋转检测霍尔元件62和旋转检测霍尔元件109构成。

承载旋转检测霍尔元件62和109的电路板108还承载用于检测位置检测磁体36的磁场的霍尔元件37(位置检测传感器)。换而言之，单个电路板108承载三个霍尔元件37、62和109。因为使用这样的构造可以使得用于设置电路板108的空间尽可能小，所以可以在采用使用三个霍尔元件的上述构造时使得扭矩传感器3紧凑。

如上述实施例所述构造的扭矩传感器3还可以设定大倾斜角，如图24中所示。在图24中，本实施例的扭矩传感器的性能用实曲线表示，传统使用凸轮和凸轮随动件的机械扭矩传感器的性能用虚线表示。顺便提及，图24示出其中运动部件由摩擦系数μ为0.4的材料制成的示例。

如从图中观察，当倾斜角超过40度，则由于摩擦产生的高表面压力使得传统扭矩传感器不能够使用。但是，在具有本实施例的扭矩传感器3的情况下，表面压力不增大直到旋转角超过60度。顺便提及，这里使用的用于本实施例的扭矩传感器3的术语“表面压力”是指滑块33的肋104和滑动导引环35中的凹槽105的接触部分上的压力。

因此，本实施例的扭矩传感器3还提供与第一实施例的相同效果。换而言之，本实施例的扭矩传感器3还可以减小扭矩传感器3的径向尺寸，而不会给予骑乘者异样的感觉或降低检测踩踏板力的精度。

此外，因为位置检测磁体36与固定侧磁体31和可动侧磁体32同心，所以扭矩传感器3的轴向尺寸减小。

此外，因为三个霍尔元件37、62和109设置在单个电路板108上，所以扭矩传感器3更加紧凑。

上述第一到第五实施例中的扭矩传感器3将踩踏板力从踏板曲轴2通过驱动杆26和连接机构27传递到人力从动链轮24。因此，因为此扭矩传感器3中使用的旋转检测器位于驱动后轮的驱动动力传递系统外部，所以可以将旋转检测器的部件形成有支撑压缩螺旋弹簧77的弹性力和磁力所需的最小硬度。因此，旋转检测器紧凑，并且可以定位成防止泥水或灰尘进入动力单元1，同时减小电动自行车的动力单元1的尺寸。

上述第一到第五实施例中所述的每个扭矩传感器3通过磁力沿轴向移动固定侧磁体31、37或可动侧磁体32、37。因此，与使用诸如用于将旋转转换成轴向往复运动的机械扭矩凸轮的构造相比，操作需要更小的力。因此，当上述实施例中所述的扭矩传感器3检测扭矩时产生振动或小的震动不传递到骑乘者的脚。因此，可以改善电动自行车的骑乘舒适感。

上述第一到第五实施例仅作为示例示出，其中用于电动自行车的动力单元的扭矩传感器3使用本发明的旋转检测器构成。但是，本发明的旋转检测器的应用不局限于这样的扭矩传感器3，而是可以应用到任何装置，只要该装置检测两个旋转体之间的相对旋转位移量。例如，可以构成用于使用本发明检测器检测摩托车的节气门开度。

本发明的应用性

根据本发明的旋转检测器可以构成检测电动自行车上的踩踏板力的扭矩传感器、检测摩托车的节气门开度的节气门位置传感器。

Claims (10)

1.一种旋转检测器，包括：

第一旋转体和第二旋转体，所述第一旋转体相对于所述第二旋转体以可旋转的方式同轴定位；

滑块，与所述第一旋转体和所述第二旋转体中一个旋转体同轴定位，并且当其通过滑动导引装置连接到所述一个旋转体时，限制其相对于所述一个旋转体的旋转，而允许其轴向位移；

可动侧磁体，同轴固定在所述滑块上；以及

固定侧磁体，同轴固定在另一个旋转体上，并且其轴向位移被限制；

其中所述可动侧磁体和所述固定侧磁体被磁化，使得当所述可动侧磁体和所述固侧磁体中一个磁体的旋转位置相对于另一个磁体的旋转位置改变时，沿轴向作用在所述可动侧磁体和所述固定侧磁体两者上的磁力改变；以及

还包括检测装置，用于从所述滑块的轴向位置检测所述第一旋转体和所述第二旋转体之间的旋转位移量。

2.一种扭矩传感器，其使用根据权利要求1所述的旋转检测器，其中

所述第一旋转体和所述第二旋转体通过弹性构件互连并且置入在动力传递系统中，使得动力从所述第一旋转体和所述第二旋转体中的一个旋转体传递到另一个旋转体；以及

所述检测装置从所述滑块的所述轴向位置检测所述第一旋转体和所述第二旋转体之间传递的扭矩的大小。

3.根据权利要求2所述的扭矩传感器，其中

所述可动侧磁体和所述固定侧磁体中一个磁体间隙配合到另一磁体的中空部；

所述可动侧磁体和所述固定侧磁体的相对表面中的每个形成有沿圆周方向连续并从所述可动侧磁体和所述固定侧磁体中的相应一个磁体的一端沿轴向延伸到另一端的多个磁极；以及

所述磁极沿圆周方向从一个磁极到另一磁极的极性不同，并且所述磁极沿着以所述第一旋转体和所述第二旋转体的轴线为中心的螺旋图案延伸。

4.根据权利要求3所述的扭矩传感器，其中

所述可动侧磁体和所述固定侧磁体分别形成为圆筒形状；以及

所述可动侧磁体的厚度等于或小于所述固定侧磁体的厚度。

5.根据权利要求3所述的扭矩传感器，其中

所述固定侧磁体的轴向长度等于或大于所述可动侧磁体的轴向长度和其允许的行进长度之和。

6.根据权利要求3所述的扭矩传感器，其中

所述第一旋转体包括电动自行车的踏板曲轴；

所述固定侧磁体紧固到所述踏板曲轴的外圆表面；

所述第二旋转体沿径向布置在所述踏板曲轴的外部；

所述滑块以自由运动的方式通过所述滑动导引装置连接到所述第二旋转体；

所述检测装置包括紧固到所述滑块的位置检测磁体和支撑在所述电动自行车的车身框架侧以检测所述位置检测磁体的位置检测传感器；以及

所述位置检测磁体沿径向布置在所述可动侧磁体的外部。

7.根据权利要求6所述的扭矩传感器，其中

旋转检测磁体设置在所述踏板曲轴上；以及

旋转检测传感器，用于检测所述旋转检测磁体的磁通量，其设置在电路板上，所述电路板还用于设置所述位置检测传感器。

8.根据权利要求2所述的扭矩传感器，其中

所述可动侧磁体和所述固定侧磁体的轴向端面彼此相对；以及

所述可动侧磁体和所述固定侧磁体的磁极形成有沿旋转方向排列交替定位的多个N极和S极。

9.根据权利要求8所述扭矩传感器，其中

设置有驱动装置，以沿与作用在所述可动侧磁体和所述固定侧磁体上的磁力方向相反的方向驱动所述可动侧磁体；其中

在所述第一旋转体和所述第二旋转体同相旋转的状态下，所述磁力和所述驱动装置的驱动力平衡，并当所述第一磁体和所述第二磁体中一个磁体的旋转位置相对于另一磁体的旋转位置改变时，所述磁力和所述驱动力之间的平衡失去。

10.根据权利要求9所述的扭矩传感器，其中

所述驱动装置由呈现非线性弹簧特性的弹簧构成。

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