CN2427803Y - 非接触电测量自行车脚蹬力矩装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种非接触测量自行车脚踏力矩装置,是由旋转系,该旋转系包含有脚蹬曲柄、轮鼓、内光栅组件、应变体弹簧、外光栅组件及链轮;固定系,该固定系包含有光敏三极管、红外光发射二极管、线路板、固定盘、防尘罩、压紧螺环与固定安装座,在固定盘上的螺孔用螺钉将固定支架固定在车架五通管上;限位机构及光电管组件等部分组成。该装置结构科学,造价低,使用寿命长,安装方便。

Description

非接触电测量自行车脚蹬力矩装置

本实用新型系非接触电测量自行车脚蹬力矩的装置，是一种独特的测量扭矩传感器。属于扭矩测量技术。

目前，已有测量扭矩方法及其装置多数是：通过在旋转件上贴应变片将扭矩转换成电信号输出，由于应变片在旋转件上，因此需要用电刷一导电环或水银导电将电信号引出至固定系，并经后级放大器处理为可使用的信号。

其主要问题：

1．结构复杂，造价高，不宜用于自行车结构上。

2．有磨损，寿命低；

3．环节多，整体可靠性低；

4．有不一致性，调整及标定复杂，不宜用于产品使用上；

5．不能耐水、尘、腐蚀，大温差及结构振动等恶劣环境；

6．即使是为扭矩测量，但不宜长期工作。

本实用新型的目的是设计一种能够以低造价的简单结构，实现对旋转系扭矩的非接触测量，同时满足实际使用所要求的高可靠性及抗恶劣环境性，可长处于工作状态的测扭装置(即测扭传感器)。

本实用新型是一种非接触电测量自行车脚蹬力矩的装置，该装置在设计上考虑到应用的通用性，在原自行车上拆下右脚蹬曲柄轮盘后，装上本装置即可为自行车智能化的实现。(见图1)

本装置的技术方案是：

由右脚蹬曲柄、轮鼓、内光栅组件、应变体弹簧、外光栅组件及链轮组成旋转系，随人骑行蹬踏同轴旋转，旋转系通过光电管组件传递测量信息；

应变体由四组应变体弹簧连接内、外光栅组件构成，其内光栅组件、固定联结于轮鼓及右脚蹬曲柄的端盘上，其外光栅组件固定联于链轮上，并保证轮鼓上有12度范围内转动。

内光栅及外光栅为径向通光的光栅分别固联于固定盘及固定盘安装座上，也就是内外光栅组件，内光栅组件上的弹簧压座与外光栅组件上的弹簧支座分别将应变体弹簧压紧，其构成应变体体系。内光栅组件的固定盘安装座与外光栅组件的固定盘安装座的端齿结构、组成限位机构(旋转12度)。

由光敏三极管、红外光发射二极管、线路版、固定盘、防尘罩、压紧螺环与固定安装座、在固定盘上的螺孔用螺钉将固定支架固定在车架五通管上组成其固定系。

防尘罩与外光栅，外光栅组件与防尘盖所形成防尘气隙；

光敏三极管与红外发射二极管组装在线路版上，并沿轴向安装在固定盘及防尘罩上，形成测量头，其光通路由内光栅及外光栅双重遮档。

骑车时人脚踏自行车脚蹬，力矩由左右脚踏发出由中轴传递至右脚蹬曲柄上，右脚蹬曲柄通过固定盘安装座及轮鼓由两条途径将力矩传递至链轮，在量程以内力矩由应变体体系，传递至链轮，应变体体系按所传递力矩由弹簧压座及弹簧支座，压缩应变体弹簧产生相应的变形，并使得内光栅及外光栅产生相对相位变化，测量头测量内光栅和外光栅的相位变化并输出正比于所传递力矩的电信号。

当力矩超过量程(12度)时右脚蹬曲柄与链轮形成的限位机构限制应变体弹簧进一步变形，力矩由右脚蹬曲柄、经固定盘安装座，固定盘安装座直接传递至链轮。

本实用新型的优点是：

1．结构简单，造价低；

2．非接触测量，寿命长，

3．环节简单，整体可靠性高；

4．受温度变化引起的漂移小；

5．一致性好，调整及标定简单；

6．可以耐受水、尘、大温差、机械振动等恶劣环境。

本实用新型具有如下附图：

图1，本实用新型安装图。

图2，A、B、C本实用新型主视图、左视图、和右视图。

图3、本实用新型应变体组装示意图。

图4、A、B、C本实用新型内光栅组件主视图、左视图、和右视图。

图5、A、B、C本实用新型外光栅组件主视图、左视图、和右视图。

图6、A、B本实用新型光电管(测量头)主视图和左视图。

图7、本实用新型光栅分度及限位机构分度结构图。

图8、本实用新型传感器工作原理图。图中标号如下：1．车架五通管        16．螺钉             31．固定盘安装座2．固定支架          17．中轴             32．螺钉3．脚蹬力矩传感器    18．限位机构         33．螺钉4．盖                19．固定盘安装座     34．螺钉5．中轴螺帽          20．内光栅           35．防尘罩6．应变体弹簧        21．固定盘           36．螺钉7．压紧螺环          22．支承轴           37．固定盘8．内光栅组件        23．弹簧压座         38．光敏三极管9．光电管组件        24．卡簧             39．红外光发射二级管10．链轮(轮盘)       25．螺钉             40．螺钉11．外光栅组件       26．螺钉             41．线路版12．轮鼓             27．外光栅           42．栅13．螺钉             28．螺钉             43．测量头14．防尘罩           29．固定盘           44．栅15．右脚蹬曲柄       30．弹簧支座         45．应变体

                                      46．轴

兹举实施例并配合附图详述如下：

本实用新型是一种非接触电测量自行车脚蹬力矩的装置，该装置在设计上考虑到应用的通用性，在原自行车上拆下右脚蹬曲柄轮盘后，装上本装置即可为自行车智能化的实现。(见图1)

本装置的组成：(详见图2)

右脚蹬曲柄15、链轮10、光电管组件9(详见图6)、内光栅组件8(详见图4)、外光栅组件11(详见图5)、轮鼓12及应变体弹簧6等构成右脚蹬曲柄15、轮鼓12、内光栅组件8、应变体弹簧6、外光栅组件11及链轮10组成旋转系，随人骑行蹬踏同轴旋转；

应变体由四组应变体弹簧6连接内、外光栅组件8、11构成，(详见图3)，其内光栅组件8、固定联结于轮鼓12及右脚蹬曲柄15的端盘上，其外光栅组件11固定联于链轮10上，并保证轮鼓12上有12度范围内转动。(详见图3、7)。

内光栅20及外光栅27为径向通光的光栅分别固联于固定盘21、29及固定盘安装座19及31上，也就是内外光栅组件8和11，内光栅组件8上的弹簧压座23与外光栅组件11上的弹簧支座30分别将应变体弹簧6压紧，其构成应变体体系。(详见图3，图4，5)内光栅组件8的固定盘安装座19与外光栅组件11的固定盘安装座31的端齿结构、组成限位机构18(旋转12度)(详见图3、图7)。

由光敏三极管38、红外光发射二极管39、线路版41、固定盘37、防尘罩35、压紧螺环7与固定安装座19、在固定盘37上的螺孔用螺钉将固定支架2固定在车架五通管1上组成其固定系。(根据实际情况设计安装)。(见图1)

防尘罩35与外光栅27，外光栅组件11与防尘盖14所形成防尘气隙；

光敏三极管38与红外发射二极管39组装在线路版41上，并沿轴向安装在固定盘37及防尘罩35上，(详见图6)，形成测量头，其光通路由内光栅20及外光栅27双重遮档。

骑车时人脚踏自行车脚蹬，力矩由左右脚踏发出由中轴传递至右脚蹬曲柄15上，右脚蹬曲柄15通过固定盘安装座19及轮鼓12由两条途径将力矩传递至链轮10，在量程以内力矩由应变体体系(详见3、图7)，传递至链轮10，应变体体系按所传递力矩由弹簧压座23及弹簧支座30，压缩应变体弹簧6产生相应的变形，并使得内光栅20及外光栅27产生相对相位变化，测量头测量内光栅20和外光栅27的相位变化并输出正比于所传递力矩的电信号。

当力矩超过量程(12度)时，右脚蹬曲柄15与链轮10形成的限位机构限制应变体弹簧6进一步变形，力矩由右脚蹬曲柄15、经固定盘安装座19，固定盘安装座31直接传递至链轮10。(见图3、7)。

请参阅图8传感器工作原理示意图所示，传感器由轴17(自行车中轴)栅42，测量头43，栅44，应变体45，限位机构18，轴46所组成。

轴17与轴46为互相传递待测扭矩的旋转部位。应变体43联接轴17及轴46，限制轴46沿轴向、径向产生相对平移及沿径向产生相对扭转，并按所传递扭矩使轴17与轴46产生沿径向相对扭转。

设M为轴17与轴46相互传递的待测扭矩；Mmax为最大量程扭矩；θ为轴17与轴46相应相对扭转角度，θmax为轴17与轴46在最大量程扭转时相应相对扭转角度；

K1为综合弹性系数，在Mmax时θ=K·M。

限位机构46限制轴17与轴46沿轴向扭转角不超过极限值θmax。

栅42与栅44为光电沿园周接相同周期变化环，栅42与栅44分别固联于轴17与46沿径向相对转角角θ产生相位差θ。

测量头43沿测量方向与栅42及栅44保持非接触，并沿测量方向对栅42与栅44相位差θ敏感，其相应输出电信号为v。测量头43灵敏度为K₂则在M≥Mmax时

有：V=K₂·θ=K₂·K₁·M

Claims (1)

1．一种非接触测量自行车脚蹬力矩装置，其特征在于：它是由

脚蹬曲柄(15)、轮鼓(12)、内光栅组件(8)、应变体弹簧(6)、外光栅组件(11)及链轮(10)组成旋转系，并通过光电管组件(9)传递测量信息；

应变体由四组应变体弹簧(6)连接内、外光栅组件(8)、(11)构成，其内光栅组件(8)、固定联结于轮鼓(12)及右脚蹬曲柄(15)的端盘上，其外光栅组件(11)固定联于链轮(10)上，并保证轮鼓(12)上有12度范围内转动。

内光栅(20)及外光栅(27)为径向通光的光栅分别固联于固定盘(21)(29)及固定盘安装座(19)及(31)上，也就是内外光栅组件(8)和(11)，内光栅组件(8)上的弹簧压座(23)与外光栅组件(11)上的弹簧支座(30)分别将应变体弹簧(6)压紧，其构成应变体体系。内光栅组件(8)的固定盘安装座(19)与外光栅组件(11)的固定盘安装座(31)的端齿结构、组成旋转范围有12度的限位机构(旋转12度)。

由光敏三极管(38)、红外光发射二极管(39)、线路版(41)、固定盘(37)、防尘罩(35)、压紧螺环(7)与固定安装座(19)、在固定盘(37)上的螺孔用螺钉将固定支架(2)固定在车架五通管(1)上组成其固定系。

防尘罩(35)与外光栅(27)，外光栅组件(11)与防尘盖(14)所形成防尘气隙；

光敏三极管(38)与红外发射二极管(39)组装在线路版(41)上，并沿轴向安装在固定盘(37)及防尘罩(35)上，形成测量头，其光通路由内光栅(20)及外光栅(27)双重遮档。

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