扭力式機械扭矩轉速角度位移傳動傳感裝置的製作方法
2023-12-11 04:53:17
專利名稱：扭力式機械扭矩轉速角度位移傳動傳感裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械傳動傳感技術領域，具體涉及對各種機械傳動中轉速、負載等參數的傳感，尤其涉及摩託車、電動自行車的扭力式機械扭矩轉速角度位移傳動傳感裝置。
背景技術：
在機械傳動中要實現智能化傳動控制，負荷是重要的檢測項目，目前的無論是在普通傳動機械上，還是在車輛上，對這個指標的測量普遍是採用多種的傳感器分別獲得相關參數，再來綜合判斷。如現有汽車、摩託車的負荷檢測方案a)採用節氣門位置傳感器和轉速傳感器判斷負荷，即所謂的a-n系統。其中，a指節氣門位置，n指轉速。ECU認為節氣門開度的位置一樣則負荷一樣，節氣門開度的位置不一樣則負荷不一樣，以此來測量檢測判斷負荷的差異。
b)採用進氣歧管壓力傳感器和轉速傳感器判斷負荷，即所謂的p-n系統。其中，p指壓力，n指轉速。因為負荷變化，進氣壓力也會隨之發生變化，用進氣管壓力傳感器來判別負荷的變化，檢測負荷。
這兩種方案，負荷差異引起的噴油變化由氧傳感器修正。
這兩種負荷檢測系統均是在上述傳感器均不直接參與傳動，在車輛前端沒承受載荷間接狀態下進行檢測，並是在發動機上檢測判斷所得到的，這種測量對發動機一致性的要求是非常嚴格的，而往往發動機生產廠家無法保證，每一臺發動機要單獨進行嚴格的標定；進氣壓力傳感器成本高，而進氣壓力波動較大，進氣壓力一般也會出現波動，進氣門離解氣門體距離很短，進氣壓力波動較大，使得ECU判定真正的負荷不準確。由於車輛運行的工況極其複雜，人不可能做出準確的判斷，常常做出人為的誤操作，人的誤操作和操作不準確誤導了發動機對負荷的需求，而發動機會完全按照人的操作指令執行，即使校正也是建立在一個不準確的基礎上的，因此造成油耗損失和效率損失。發動機是產生驅動的動力源，對發動機傳遞輸出後的所有傳動機構帶來的功率和效率損失和負載的變化、行駛狀況和各種複雜工況均未進行檢測和控制，因此對車輛傳動和扭矩變化情況的檢測是局部的，微機所做的判斷和發出的指令均不完全合理和準確。而且檢測機構複雜，成本高，性價比差。
發明內容
本發明的目的是提供一種適用於各種機械傳動過程，尤其適用於摩託車、電動自行車的機械扭矩轉速角度位移傳動傳感裝置，它設計在驅動系統終端，以機械的方式直接參與傳動控制，在傳動過程中同步採集扭矩、轉速信號，快速測出車輛啟動、怠速、以及各種負荷及其交變瞬間及過度性等各種參數的變化，達到及時準確地控制電機(發動機)的輸出功率，高效節能，具有機械自適應特點。
本發明的技術方案如下機械扭矩轉速角度位移傳動傳感裝置，包括主動件、輪軸、從動組件、扭矩調整器總成、位移傳動總成和超越離合器總成。扭矩調整器總成通過主動件上的弧形槽、螺栓與主動件裝配為一體，扭矩調整器總成又一體裝配在輪軸上。從動組件通過滾動軸承/滾輪機構裝配在位移傳動總成上，位移傳動總成通過滾輪機構裝配在輪軸上。位移傳動總成具有扭簧、內外相套的絲杆筒和位移組件，絲杆筒與主動件固定，並通過扭簧直接或間接連接超越離合器總成，位移組件與超越離合器總成連接，並由超越離合器總成帶動。超越離合器總成與從動組件形成離合配合關係。位移組件上有位移傳感元件，與固定在其附近的位移傳感元件相對應，感應位移信號，傳感元件線路連接傳感器線路板。
所述的超越離合器總成具有直接連接或通過軸承座間接連接在輪軸上的座套，座套直接和間接帶有超越棘爪，與超越棘爪離合相配的超越棘齒則固定在從動組件上。
所述的扭簧套在輪軸上，一端與絲杆筒固定連接，另一端穿過輪軸上的滾輪機構與超越離合器總成的座套連接。
所述的位移組件包括套在絲杆筒外的位移螺母、與位移螺母相連的推板/杆和固定連接在推板/杆端部的位移盤，位移傳感元件裝在位移盤上，推板/杆穿國超越離合器總成與位移盤連接。
所述的從動組件上還安裝有轉速傳感元件，與固定在其附近的轉速傳感元件相對應，感應轉速信號。
所述的輪軸兩端通過軸承與固定的支撐件轉動配合。另外，在扭矩調整器總成外或離合器總成外還可裝第二主動件，這樣在存在兩種動力源時，一種動力源不足，另一種動力源自適應補償。
本發明的主動件可是主動輪、主動盤或其它相似結構。主動件上弧形槽用於限定扭簧扭動角度範圍，其弧度在是根據初始負荷和最大負荷確定。
本發明的優點是本裝置安裝在驅動系統終端處，在直接參與傳動的同時，同步檢測扭力和速度信號，供後續的計算機處理與控制機構做出準確的判斷，適時控制電機或發動機的動力輸出。在傳動過程中，可以以最高每秒數百次連續線性自動無級檢測，快速響應測出啟動、怠速、各種負荷狀態以及負荷交變瞬間及過度性等各項參數變化，獲取的信號更準確、及時，對車輛運行狀態進行適時控制，達到高效節能的目的，為智能驅動提供最可靠的基礎。避免了操作控制不準確和零啟動帶來的弊端。並為根據特殊需求的負荷、扭矩的大小以及其他具體使用需要，設定所需的理想運動模式打下基礎。本裝置直接參與傳動，還具有機械自適應特點。
圖1是本發明第一實施例的結構圖；圖2是圖1中主動件的結構圖；圖3是圖1中從動組件的結構圖；圖4是圖2的左視圖；圖5是圖1中A-A剖面圖；圖6是本發明第二實施例的結構總圖；圖7是圖6中從動組件的結構圖；具體實施方式
以下結合兩個具體實施例來詳細說明本發明，但本發明的保護不限於以下實施例1參見圖1，該結構是安裝於電動自行車或摩託車後輪軸上的扭力式機械扭矩轉速角度位移傳動傳感裝置，具有主動輪5、輪軸22、從動組件、位移傳動總成、超越離合器總成、扭矩調整器總成、傳感元件、傳感器線路板、傳感器安裝部件和第二主動輪。主動輪5在電動自行車或摩託車的大傳動系統中是從動輪，輪軸22是電動自行車或摩託車的後輪軸，從動組件即是電動自行車或摩託車的花籃總成。
參見圖1、圖3和圖4，從動組件包括花籃1、設在花籃一端內的右滾輪外滾環2、設在花籃另一端內的超越滾輪外支撐環3和超越棘齒環4，它與超越離合器的另一部分形成超越離合關係，將負載傳遞給超越離合器。
參見圖1和圖2，位移傳動總成的絲杆筒6與主動輪5的中心孔固定連接，主動輪5有一定角度的弧形槽40，其內有數個位移小滾輪7，扭矩調整通過螺栓8、位移小滾輪7以及滾輪9與主動輪5連接為一體。絲杆筒6外端設有滾輪內滾環10，在絲杆筒6外部套有與之螺紋配合可軸向移動的位移螺母11，三根位移推桿12固定連接在位移螺母端部圓環上，位移推桿端部固定連接位移盤13。絲杆筒6外中部設超越滾輪內支撐環14，絲杆筒6內右端裝有右滾輪15以及位於其兩側的左支撐環16和右支撐環17，絲杆筒6內左端裝有左滾輪18、左滾輪18配合的滾輪軸19、與滾輪軸19的右端配合的滾輪架20。扭簧21左端穿過與輪軸固定的滾輪架20上的定位孔與超越離合器座套定位連接，扭簧21右端穿掛在與絲杆筒固定的右支撐環17上，滾輪架20、右支撐環17、左支撐環16和扭簧21均套在輪軸22上，位移傳動總成的滾輪9與花籃1右端內的滾輪外滾環2配合。
結合圖1、圖5和圖6，超越離合器總成包括帶超越棘爪的座套23，通過左軸承座38裝在輪軸22上(也可將左軸承座與座套一體成型為一個部件)，並套在位移傳動總成的絲杆筒6的左部外面，帶超越棘爪的座套23右端外圓周上分布超越棘爪24以及超越棘爪簧25，超越棘爪座套23右端面圓環上設有多個超越滾輪26。超越滾輪26位於花籃1左端內的超越滾輪外支撐環3和位移傳動總成的超越滾輪內支撐環14之間，超越棘爪24與花籃1左端內的超越棘齒環4對應配合，形成離合關係。位移傳動總成的三根位移推桿12穿過超越離合器總成的超越棘爪座套23右部的圓環27上對應的孔與位移盤13固定連接，滾輪軸19的左端裝入超越棘爪座套23左端對應的孔中，扭簧21的左端穿過滾輪架20也插入超越棘齒座套23左端對應的孔中。
參見圖1，扭矩調整器總成設在輪軸22的右端部，扭矩調整板28通過螺栓8、位移小滾輪7連接主動輪5上具有一定角度的弧形槽40，與主動輪5連接成一體，主動輪5與扭矩調整器總成根據扭力的變化可做一定弧度的相對轉動(裝配時先按車輛的負載要求調整扭簧的扭矩，再裝入螺栓8)，扭矩調整板28與安裝在輪軸上的右軸承座29端面嚙合，再由扭矩調整固定環30螺紋鎖緊扭矩調整板28和右軸承座29。
結合圖1，用於支撐輪軸22的固定支撐件39是車架與後輪的固定連接軸，其上固定連接有罩狀的傳感器安裝部件32，在花籃1的左端圓環上設有轉速傳感元件33，在傳感器安裝部件32外的右側設有與之對應的轉速接收元件34，在位移盤13的圓周上設有位移傳感元件35，在傳感器安裝部件32內的左側設有與位移傳感元件34對應的位移接收元件36。傳感元件與設在傳感器安裝部件32上的傳感器線路板37連接，傳感器線路板37將信號傳給外部的處理部分。傳感元件可採用等差動式、變壓式線形、自感式、電渦流式、電絡式、物位傳感式、電阻式、紅外式、光纖式、超聲波等現有各種成熟傳感元件。
本裝置若在用於電動自行車時，可採用電動和人力雙鏈驅動結構，其人力驅動機構的從動輪即本裝置的第二主動輪31可安裝在右軸承座29上。
實施例2
參見圖6、圖7和圖2，這是上述結構的一種變形，在本結構中，從動組件與位移傳動總成之間是通過軸承配合的，超越離合器與從動組件相連的部分是由帶超越棘齒的軸承座來實現。具體結構如下主動輪5通過弧形槽40、螺栓8、位移小滾輪7與扭矩調整器總成連接為一體。扭矩調整器總成連接在輪軸22上，其結構同實施例1相同。主動輪5又與位移傳動總成的絲杆筒6固定，絲杆筒6通過滾輪支架20和左滾輪18裝在輪軸22上，絲杆筒6內的扭簧21一端通過左支撐環16與絲杆筒連接，另一端與超越離合器總成的軸承式超越棘爪座套47連接。軸承式超越棘爪座套47端部為軸承座結構，用於與輪軸22連接。絲杆筒20外套位移螺母11，位移螺母11連接有推板41，推板42穿過超越離合器，端部連接位移盤13。超越離合器總成通過軸承式超越棘爪座套47連接在輪軸22上，軸承式超越棘爪座套47外圓周帶有超越棘爪42，與花籃1內的軸承座43上所帶的超越棘齒44形成離合關係。花籃總成包括花籃1，花籃1內兩端通過軸承45與位移傳感總成配合，並與超越離合器總成產生離合關係。支撐輪軸的固定支撐件39上固定連接有傳感器安裝部件32，在花籃1上設有轉速傳感元件33，在傳感器安裝部件32外側設有與之對應的轉速接收元件34，在位移盤13的圓周上設有位移傳感元件35，在傳感器安裝部件32內側設有與之對應的位移接收元件36。傳感元件與設在傳感器安裝部件上的傳感器線路板37連接，傳感器線路板37將信號傳給外部的處理部分。本裝置若用於電動自行車時，可採用電動和人力雙鏈驅動結構，其人力驅動機構的從動輪即本裝置的第二主動輪31可安裝在超越離合器的軸承式超越棘爪座套47上，可以達到人力驅動為主時，電力自適應補償的效果。
本例中位移推板也可換成推桿，其功能作用完全相同。
工作過程車輛啟動和在設定初始負荷範圍內運動時，主動輪從外部電機或發動機處獲得動力轉動，帶動扭簧，將動力傳遞給離合器總成，最後帶動從動組件即花籃總成，驅動車輪，由於此時無負荷或負荷小於設定負荷，此時位移傳動總成也在同步轉動，位移盤不發生位移。
當車輛負荷大於設定初始負荷時，花籃總成的負荷傳遞給超越離合器總成，超越離合器總成通過輪軸將負荷傳遞給扭簧，此時驅動力和負荷相交，在兩個力的共同作用下，扭簧發生角度扭轉，扭距調整器總成與主動輪發生相對轉動(角度在設定的最大負荷範圍內)，位移盤便產生位移。在不同的負荷狀態，產生不同的位移量，通過位移傳感元件和轉速傳感元件不斷地將數位訊號傳遞給後續的微處理裝置，由微處理裝置利用位移、轉速數位訊號，計算出扭力、角度等相關參數，並得到所需動力大小，指令電機或發動機適時給予補償；當負荷減小後，扭簧自適應迴轉，動力自動減少，這樣兩個力不停地交變，位移盤不斷地來回位移，指令發動機或電機及時準確地做出判斷，從而實現高效節能，智能驅動的目的，避免了操作控制不準確和零啟動帶來的弊端。
權利要求
1.扭力式機械扭矩轉速角度位移傳動傳感裝置，包括主動件、輪軸和從動組件，其特徵在於它還具有扭矩調整器總成、位移傳動總成和超越離合器總成；扭矩調整器總成通過主動件上的弧形槽、螺栓與主動件裝配為一體，扭矩調整器總成又一體裝配在輪軸上；位移傳動總成通過滾輪機構裝配在輪軸上；位移傳動總成具有扭簧、內外相套的絲杆筒和位移組件，絲杆筒與主動件固定，並通過扭簧直接或間接與超越離合器總成連接，位移組件與超越離合器總成連接並被帶動；超越離合器總成與從動組件形成離合配合關係，從動組件通過軸承或滾輪機構裝配在位移傳動總成上；位移組件上有位移傳感元件，與固定在其附近的位移傳感元件相對應，感應位移信號，傳感元件線路連接傳感器線路板。
2.根據權利的要求1所述的傳感裝置，其特徵在於超越離合器總成具有直接連接或通過軸承座連接在輪軸上的座套，座套直接和間接帶有超越棘爪，與之離合相配的超越棘齒固定在從動組件上。
3.根據權利的要求1或2所述的傳感裝置，其特徵在於扭簧套在輪軸上，一端與絲杆筒固定連接，另一端穿過輪軸上的滾輪機構與超越離合器總成的座套連接。
4.根據權利的要求1或2所述的傳感裝置，其特徵在於位移組件包括套在絲杆筒外的位移螺母、與位移螺母相連的推板/杆和固定連接在推板/杆端部的位移盤，位移傳感元件裝在位移盤上，推板/杆穿過超越離合器總成與位移盤連接。
5.根據權利的要求1或2所述的傳感裝置，其特徵在於從動組件上安裝有轉速傳感元件，與固定在其附近的轉速傳感元件相對應，感應轉速信號。
6.根據權利的要求1或2所述的傳感裝置，其特徵在於輪軸兩端通過軸承與固定的支撐件轉動配合。
7.根據權利的要求6所述的傳感裝置，其特徵在於與位移盤上的位移傳感元件和從動組件上的轉速傳感元件分別對應的位移傳感元件和轉速傳感元件固定在傳感器安裝部件上，傳感器安裝部件則固定在支撐件上。
8.根據權利的要求1或2所述的傳感裝置，其特徵在於在扭矩調整器總成外或離合器總成外安裝有第二主動件。
全文摘要
扭力式機械扭矩轉速角度位移傳動傳感裝置，包括主動件、輪軸、從動組件、矩調整器總成、位移傳動總成和超越離合器總成。扭矩調整器總成通過主動件上的弧形槽、螺栓與主動件裝配為一體，並裝配在輪軸上。位移傳動總成通過滾輪機構裝配在輪軸上，具有扭簧、內外相套的絲杆筒和位移組件，絲杆筒與主動件固定，通過扭簧連接超越離合器總成，位移組件與超越離合器總成連接並被帶動。超越離合器總成與從動組件形成離合配合關係。位移螺母上有位移傳感元件，與固定在其附近的位移傳感元件對應，感應位移信號。本裝置安裝在驅動系統終端，以機械的方式直接參與傳動控制，具有機械自適應特點，在傳動過程中同步採集扭矩、轉速信號，為準確控制電機(發動機)的輸出功率提供可靠的基礎，使傳動系統達到高效節能。
文檔編號G01M13/02GK1616942SQ20031011097
公開日2005年5月18日 申請日期2003年11月15日 優先權日2003年11月15日
發明者薛榮生 申請人:西南師範大學