CN103063343A

CN103063343A - 扭力感应器

Info

Publication number: CN103063343A
Application number: CN2011103167436A
Authority: CN
Inventors: 姚立和; 范胜丰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明系一种扭力感应器，其具有相互轴向穿设的一外管、一中管与一内轴，该中管一侧与内轴间连接一弹性件并且可经由一转接机构延伸到外侧，该中管另一侧与内轴上分别设有一第一感测盘与一第二感测盘，一检测单元可经由检测该第一感测盘与第二感测盘的相对角度的变化，来计算该内轴或中管所承受的转动扭力。本发明的扭力感应器具有简单可靠的构造、以及快速、精准的感应能力，可应用在任何需要藉由外力转动的旋转体上，并得以根据所测得的结果计算出旋转体的输入力量与功率。

Description

扭力感应器

技术领域

本发明系一种扭力感应器，尤指一种可感应转轴(中管或内轴)所承受的扭转力的扭力感应器。

背景技术

一般的扭力转换器或是扭力感应器，在使用上必须有一侧是静止的状态，所以无法检测同时旋转运动中的两物体之间的应力(扭力或压力)。

实际上有许多的状况下需要量测旋转运动体的扭力变化，尤其是两个同时转动的运动体。譬如，在一辆以人力驱动的脚踏车在受力运转前进期间，骑乘者踩踏踏板的力会一路传至相接的元件上，并带动各元件一同作动，最后再驱动后轮转动前进。在这个例子当中，前述的一般扭力转换器或是扭力感应器并无法装设在该脚踏车中以检测或量测该骑乘者所施的力。

所以现在风行的脚踏车运动，或者不论是脚踏还是手摇健身器的一大缺憾就是无法真实并正确的显示出使用者出力的大小与功率，更无法计算出运动者的真实运动量。

本发明旨在提出一确实有效而且简单又可靠的扭力感应器解决方案。

发明内容

本发明的主要目的系在于提供一种构造简单、成本低廉且量测精度高的扭力感应器。

为了达到上述的发明目的，本发明所利用的技术手段为设计一种扭力感应器，其包括以同一轴心方式设置的一外管、一中管、一内轴、至少一外轴承、至少一内轴承、一第一感测盘与一第二感测盘，且包括一弹性件与一检测单元，其中：

该中管沿轴向穿设于该外管中；

该内轴沿轴向贯穿该中管；

该外轴承环设于该外管与中管之间；

该内轴承环设于该中管与内轴之间；

该第一感测盘与第二感测盘以同轴心方式环绕并装置在该内轴上，该第一感测盘与第二感测盘相邻并相间隔设置，其中该第一感测盘固接于内轴，该第二感测盘固接于中管；

一弹性件，其系设于该中管与内轴之间，且该弹性件的两端分别连接该中管与内轴；

一检测单元，其系设在该外管上，该检测单元可检测该第一感测盘与第二感测盘间的相角差。

上述第一感测盘可为一基准感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有复数个穿孔(大光罩)；

上述第二感测盘可为一偏转感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有复数个检测部，每一检测部具有复数个检测细栅格(细光罩)，该检测细栅格沿该偏转感测盘的周缘间隔排列设置；

上述检测单元可具有一信号发射元件与一信号接收元件，该信号发射元件会朝该第一感测盘上设有穿孔处发出一信号，该信号接收元件可接收该信号发射元件所发出的信号，在该第一感测盘与第二感测盘在受力而旋转过程中，其上的穿孔与检测部经过该信号发射元件时，可能会一次(在较少应力的情况下)或多次(在较多应力的情况下)让信号通过，并被信号接收元件接收。

上述第二感测盘可为一基准感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有复数个穿孔(大光罩)；

前述第一感测盘可为一偏转感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有复数个检测部，每一检测部具有复数个检测细栅格(细光罩)，该检测细栅格沿该偏转感测盘的周缘间隔排列设置；

上述中管的内壁面上间隔设有一第一挡止凸块与一第二挡止凸块，上述内轴的环壁面上亦可设有一第一挡止凸块与一第二挡止凸块，该内轴的第一挡止凸块与第二挡止凸块均位于该中管的第一挡止凸块与第二挡止凸块相对应的侧面之间。

上述弹性件可为一扭转弹簧，其系套设于该内轴上，且两端分别固接于该中管与内轴，当受力达到本扭力感应器最大检测范围时，该内轴与中管两者的第一挡止凸块会相互抵靠，当完全不受力时，该弹性件会使该内轴与中管两者的第二挡止凸块相互抵靠。

上述弹性件亦可为一种可压缩变形的弹性体，其系设置于该中管与内轴的第一挡止凸块之间，当本扭力感应器完全不受力时，上述弹性件会使该内轴与中管两者的第二挡止凸块相互抵靠。

上述中管的其中一端的端缘可进一步内凹成型出一卡槽，上述内轴的环壁面上亦可进一步内凹成型出一卡槽，且该内轴的卡槽进一步贯穿该内轴的其中一端的端面，上述弹性件的两端分别穿设固定于该中管与内轴的卡槽中。

上述内轴的环壁面上可进一步环设有一凸环，该凸环的一侧面对应该中管的其中一端的端缘，上述第一感测盘与第二感测盘位于该内轴的凸环以及该中管的端缘之间，且该第一感测盘固接于该内轴的凸环，该第二感测盘固接于该中管的端缘。

一力可施于该内轴或中管，再一路传至与其相接的元件上。以施力于内轴为例，当该内轴转动时，该内轴会透过该弹性件带动该中管以及中管上所设的齿盘转动；当加大转动该内轴的力，使该弹性件因受力而产生的压缩变形量增加时，该第一感测盘与第二感测盘间的相对角度亦会产生变化，且施于该内轴的力越大，该第一、第二感测盘间的相对角度变化也越大。接着，该力会再进一步传至与该弹性件连接的元件上，即该中管。若该中管再进一步连接一传动机构，例如脚踏车的齿盘，则该力便会继续传至该脚踏车的后轮。只要施予足够的力，该脚踏车便会前进。其中，施于此扭力感应器的力可藉由量测该弹性件的形变量来计算，此系符合虎克定律(Hook’s Law)基本精神，且该弹性件的形变量是利用该光学式的检测单元以非接触的方式来进行检测。

藉由如上所述的设计，本发明的扭力感应器具有简单的构造、及快速、灵敏、精准的感应能力，因此可应用在任何需要施力运转的机构上，再根据该扭力感应器所检测到的信号变化，来计算该施力侧所发出的施力大小、施力功率…等量化信息，由于本发明的整体设计并不会减损功率，所以本设计拥有精准的量测能力。

附图说明

图1为本发明的立体外观图。

图2为本发明的立体分解图。

图3为本发明的部分元件的立体分解图。

图4为本发明的端视部份元件剖面图。

图5为本发明的侧视部份元件剖面图。

图6为本发明的第一感测盘与第二感测盘的立体分解图。

图7为本发明的第一感测盘与第二感测盘相互迭置的侧视图。

图8为本发明的第二感测盘相对第一测盘偏转后的侧视图。

图9为本发明的放大的侧视部份元件剖面图，其中第一感测盘为基准感测盘，第二感测盘为偏转感测盘。

图10为本发明另丨实施例端视部份元件剖面图。

图11为本发明设置于一助动车上的侧视示意图。

图12为本发明设置于一健身车上的侧视示意图。

图13为本发明的第一感测盘与第二感测盘另一配置方式的立体分解图。

图14为本发明的放大的侧视部份元件剖面图，其中第二感测盘为基准感测盘，第一感测盘为偏转感测盘。

主要元件符号说明：

10 扭力感应器 11 外管

12、12A 中管 121 第一端

122 第二端 123 卡槽

124、124A 第一挡止凸块

125、125A 第二挡止凸块

13、13A 内轴 131 第一端

132 第二端 133 凸环

134、134A 第一挡止凸块

135、135A 第二挡止凸块

136 卡槽 14 外轴承

15 内轴承 16、16A 弹性件

17 基准感测盘 171 穿孔

18 偏转感测盘 181 检测部

182 检测细栅格 19 检测单元

191 信号发射元件 192 信号接收元件

40 助动车 41 传动链条

42 电动马达 43 前轮

44 后轮 45 齿盘

46 曲柄 47 踏板

50 健身车 51 曲柄

52 踏板

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

参见图1及图2所示，本发明的扭力感应器10包括一外管11、一中管12、一内轴13、至少一外轴承14、至少一内轴承15、一弹性件16、一第一感测盘、一第二感测盘与一检测单元19。

配合参见图5所示，该外管11与中管12均为中空管体，该中管12系沿轴向穿设于该外管11中，令该中管12的两端分别为一第一端121与一第二端122，该中管12的第二端122的端缘内凹成型有一卡槽123，此外，该中管12的内壁面上间隔设有一第一挡止凸块124与一第二挡止凸块125。

参见图3，内轴13沿轴向贯穿该中管12，令该内轴13的两端分别为一第一端131与一第二端132，该内轴13的第一端131对应该中管12的第一端121，该内轴13的第二端132对应该中管12的第二端122，该内轴13的环壁面上设有一凸环133、一第一挡止凸块134、一第二挡止凸块135与一卡槽136。该凸环133环设于该内轴13的环壁面上靠近内轴13的第一端131处，且该凸环133的一侧面对应该中管12的第一端121的端缘。

配合参见图4所示，该内轴13的第一挡止凸块134与第二挡止凸块135位于该凸环133与内轴13的第二端132之间，且该内轴13的第一挡止凸块134与第二挡止凸块135均位于该中管12的第一挡止凸块124与第二挡止凸块125相对应的侧面之间，该内轴13与中管12可选择性地使两者的第一挡止凸块134、124相互抵靠，或使两者的第二挡止凸块135、125相互抵靠。

该内轴13的卡槽136内凹成型于该内轴13的环壁面上，并可进一步贯穿该内轴13的第二端132的端面。

该外轴承14环设于该外管11与中管12之间，该外轴承14的一外环面与该外管11相接，外轴承14的一内环面与该中管12相接，使该中管12可顺畅的相对该外管11转动。

该内轴承15环设于该中管12与内轴13之间，该内轴承15的一外环面与该中管12相接，内轴承的一内环面与该内轴13相接，使该内轴13与中管12可顺畅的相对偏转。

该弹性件16设于该中管12与内轴13之间，且该弹性件16的两端分别连接该中管12与内轴13，使得在自然状态下该中管12与内轴13间的相对位置保持固定，而当内轴13转动时，可经由该弹性件16推动该中管12转动。

配合参见图6及9所示，该第一感测盘与第二感测盘环绕该内轴13，且相邻并相间隔设置，该第一感测盘与第二感测盘位于该中管12的第一端121的端缘以及该内轴13的凸环133之间，且该第一感测盘固接于该内轴13的凸环133，该第二感测盘固接于该中管12的第一端121的端缘。该第一感测盘可为一基准感测盘17，该基准感测盘17上沿周缘间隔环绕排列有复数个穿孔171，该第二感测盘可为一偏转感测盘18，该偏转感测盘18上沿周缘间隔环绕排列有复数个检测部181，每一检测部181具有复数个检测细栅格182，该检测细栅格182沿该偏转感测盘18的周缘间隔排列设置。

在本较佳实施例中，该弹性件16系为一扭转弹簧，其系套设于该内轴13上，且两端分别穿设固定于该中管12与内轴13的卡槽123、136中。

此外，参见图13及图14所示，亦可令该第二感测盘作为基准感测盘17，令该第一感测盘作为偏转感测盘18，俾使该第一感测盘与第二感测盘间的相角差可反映该中管12与内轴13间的相角差，以及反映该弹性件16的形变量。

检测单元19设在该外管11上，并可检测该第一感测盘与第二感测盘间的相角差，该检测单元19具有一信号发射元件191与一信号接收元件192，该信号发射元件191设在该基准感测盘17的旁侧，并会朝该基准感测盘17上设有穿孔171处发出一信号，该信号接收元件192设在该偏转感测盘18的旁侧，并可接收该信号发射元件191所发出的信号。

参见图10所示的本发明的另一实施例，其中该弹性件16A系为一种可压缩变形的弹性体，例如压缩弹簧，其系设置于该中管12A与内轴13A的第一挡止凸块124A、134A的间，且两端分别抵顶该中管12A与内轴13A的第一挡止凸块124A、134A。

参见图11所示，上述本发明的扭力感应器10可应用并设置在一助动车40的五通管处，该中管12的一端处套设有一齿盘45，该齿盘45再进一步连接该助动车40的传动链条41，此外，该内轴13的第一端131及第二端132再进一步装设有曲柄46及踏板47，以供骑乘者踩踏之用。

当骑乘者踩踏该二踏板47，以转动该曲柄46并带动该内轴13转动时，该内轴13会透过该弹性件16带动该中管12以及中管12上所设的齿盘45转动，并使该第一感测盘随该内轴13一同转动，该第二感测盘随该中管12一同转动。

其中，参见图4所示，当受力达到本扭力感应器10最大检测范围时，该内轴13与中管12的第一挡止凸块134、124会相互抵靠；当完全不受力时，上述弹性件16会使该内轴13与中管12的第二挡止凸块135、125相互抵靠。

在图7所示的实施例中，该偏转感测盘18的各检测部181系分别对应位在该基准感测盘17的两穿孔171之间，亦即，在一般的情况下，该检测单元19的信号接收元件192并无法接收到该信号发射元件191所发出的信号。

进一步参见图8所示，当该助动车40行驶于上坡路段或是开始进行加速，使得该骑乘者必须以较大的力来进行踩踏时，该弹性件16会缓冲骑乘者施予内轴13的力而产生压缩变形，此时，该偏转感测盘18的检测部181会有一部分露出于该基准感测盘17的穿孔171，使该检测单元19的信号接收元件192可以透过该检测部181的检测细栅格182接收到该信号发射元件191所发出的信号，藉由计算信号接收元件192所接收到的信号次数，可以计算出所经过的检测细栅格182的数量，从而得到该偏转感测盘18相对该基准感测盘17所偏转的角度，以及本扭力感应器10所受到的应力；

上述检测单元19再根据所测得的基准感测盘17与偏转感测盘18的相对位置的变化，对一控制器发出信号，令该控制器控制该助动车40上所设的一电动马达42来辅助驱动该助动车40，以减轻骑乘者的负担，使该骑乘者不论是在上坡路段或者是在加速状态下，都可以维持固定的踩踏力，不会让身体过于劳累，并可维持稳定的运动效果。其中，上述电动马达42可利用传动该助动车40的前轮43或是后轮44的方式来辅助该助动车40前进。

此外，上述基准感测盘17与偏转感测盘18在组装时，亦可令该偏转感测盘18的各检测部181分别对应该基准感测盘17的各穿孔171，俾使该检测单元19可利用检测该偏转感测盘18的检测细栅格182露出于该基准感测盘17的穿孔171的数量的方式，来计算该基准感测盘17与偏转感测盘18间的相角差。

进一步参见图12所示，本发明的扭力感应器10亦可应用并装设在无电动助力的脚踏车或健身车50上，同样是于该内轴13的第一端131与第二端132上装设曲柄51及踏板52，藉此，当骑乘者踩踏该踏板时，便可根据该扭力感应器10所检测到的扭力变化，来计算该骑乘者的运动量，将结果显示在该健身车50的控制面板上，甚至还可配合蓝芽...等无线通讯方式以及智慧型手机...等智慧型行动通讯装置中的应用软件，来记录并分析骑乘者的运动量及体能...等信息。

再者，虽然上述系以施力于该内轴13，再经由该弹性件16来传动该中管12的方式来进行说明，但是，除此之外，亦可以以施力于该中管12，再经由该弹性件16来传动该内轴13的方式来使用本发明的扭力感应器。

本发明的优点在于，其具有简单的构造以及快速、灵敏、精准的感应能力，可应用在任何需要施力运转的机构上，以根据该扭力感应器10所检测到的量化信息，来计算该施力侧所发出的功率，由于本发明的整体设计并不会减损功率，所以本设计拥有精准的量测能力。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，在未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种扭力感应器，其特征在于，所述的扭力感应器包括一外管、一中管、一内轴、至少一外轴承、至少一内轴承、一弹性件、一第一感测盘、一第二感测盘与一检测单元，其中：

中管沿轴向穿设于所述的外管中，内轴沿轴向贯穿所述的中管；

外轴承环设于所述的外管与中管之间，内轴承环设于所述的中管与内轴之间；

弹性件设于所述的中管与内轴之间，且所述的弹性件的两端分别连接所述的中管与内轴；

第一感测盘与第二感测盘环绕所述的内轴，且相邻并相间隔设置，其中所述的第一感测盘固接于内轴，所述的第二感测盘固接于中管；

检测单元设在所述的外管上，所述的检测单元检测所述的第一感测盘与第二感测盘间的相角差。

2.如权利要求1所述的扭力感应器，其特征在于：

所述的第一感测盘为一基准感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有复数个穿孔；

所述的第二感测盘为一偏转感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有复数个检测部，每一检测部具有复数个检测细栅格，所述的检测细栅格沿所述的偏转感测盘的周缘间隔排列设置；

所述的检测单元具有一信号发射元件与一信号接收元件，所述的信号发射元件会朝所述的基准感测盘上设有穿孔处发出一信号，所述的信号接收元件可接收所述的信号发射元件所发出的信号。

3.如权利要求1所述的扭力感应器，其特征在于：

所述的第二感测盘为一基准感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有复数个穿孔；

所述的第一感测盘为一偏转感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有复数个检测部，每一检测部具有复数个检测细栅格，所述的检测细栅格沿所述的偏转感测盘的周缘间隔排列设置；

4.如权利要求1至3任一权利要求所述的扭力感应器，其特征在于，所述的弹性件为一扭转弹簧，其系套设于所述的内轴上，且两端分别固接于所述的中管与内轴。

5.如权利要求1至3任一权利要求所述的扭力感应器，其特征在于，所述的中管的内壁面上间隔设有一第一挡止凸块与一第二挡止凸块，所述的内轴的环壁面上设有一第一挡止凸块与一第二挡止凸块，所述的内轴的第一挡止凸块与第二挡止凸块均位于所述的中管的第一挡止凸块与第二挡止凸块相对应的侧面之间，所述的内轴与中管可选择性地使两者的第二挡止凸块相互抵靠。

6.如权利要求4所述的扭力感应器，其特征在于，所述的中管的内壁面上间隔设有一第一挡止凸块与一第二挡止凸块，所述的内轴的环壁面上设有一第一挡止凸块与一第二挡止凸块，所述的内轴的第一挡止凸块与第二挡止凸块均位于所述的中管的第一挡止凸块与第二挡止凸块相对应的侧面之间，所述的内轴与中管可选择性地使两者的第二挡止凸块相互抵靠。

7.如权利要求5所述的扭力感应器，其特征在于，所述的弹性件为一种可压缩变形的弹性体，其系设置于所述的中管与内轴的第一挡止凸块之间。

8.如权利要求4所述的扭力感应器，其特征在于，所述的中管的其中一端的端缘内凹成型有一卡槽，所述的内轴的环壁面上内凹成型有一卡槽，且所述的内轴的卡槽进一步贯穿所述的内轴的其中一端的端面，所述的弹性件的两端分别穿设固定于所述的中管与内轴的卡槽中。

9.如权利要求6所述的扭力感应器，其特征在于，所述的中管的其中一端的端缘内凹成型有一卡槽，所述的内轴的环壁面上内凹成型有一卡槽，且所述的内轴的卡槽进一步贯穿所述的内轴的其中一端的端面，所述的弹性件的两端分别穿设固定于所述的中管与内轴的卡槽中。

10.如权利要求1至3任一权利要求所述的扭力感应器，其特征在于，所述的内轴的环壁面上进一步环设有一凸环，所述的凸环的一侧面对应所述的中管的其中一端的端缘，所述的第一感测盘与第二感测盘位于所述的内轴的凸环以及所述的中管的端缘之间，且所述的第一感测盘固接于所述的内轴的凸环，所述的第二感测盘固接于所述的中管的端缘。

11.如权利要求4所述的扭力感应器，其特征在于，所述的内轴的环壁面上进一步环设有一凸环，所述的凸环的一侧面对应所述的中管的其中一端的端缘，所述的第一感测盘与第二感测盘位于所述的内轴的凸环以及所述的中管的端缘之间，且所述的第一感测盘固接于所述的内轴的凸环，所述的第二感测盘固接于所述的中管的端缘。

12.如权利要求5所述的扭力感应器，其特征在于，所述的内轴的环壁面上进一步环设有一凸环，所述的凸环的一侧面对应所述的中管的其中一端的端缘，所述的第一感测盘与第二感测盘位于所述的内轴的凸环以及所述的中管的端缘之间，且所述的第一感测盘固接于所述的内轴的凸环，所述的第二感测盘固接于所述的中管的端缘。

13.如权利要求6所述的扭力感应器，其特征在于，所述的内轴的环壁面上进一步环设有一凸环，所述的凸环的一侧面对应所述的中管的其中一端的端缘，所述的第一感测盘与第二感测盘位于所述的内轴的凸环以及所述的中管的端缘之间，且所述的第一感测盘固接于所述的内轴的凸环，所述的第二感测盘固接于所述的中管的端缘。

14.如权利要求7所述的扭力感应器，其特征在于，所述的内轴的环壁面上进一步环设有一凸环，所述的凸环的一侧面对应所述的中管的其中一端的端缘，所述的第一感测盘与第二感测盘位于所述的内轴的凸环以及所述的中管的端缘之间，且所述的第一感测盘固接于所述的内轴的凸环，所述的第二感测盘固接于所述的中管的端缘。