CN103076125A - 扭力感测器 - Google Patents

Abstract

一种扭力感测器，包含一个第一驱动单元、一个第二驱动单元、一个测量单元及一个弹性单元，该第一驱动单元包括一个驱动杆、一个连接该驱动杆的驱动本体，及至少一个自该驱动本体延伸的驱动块，该第二驱动单元包括一个可与该驱动本体相对转动的从动本体、一个自该从动本体延伸的从动杆，及至少一个容置并可供该驱动块移动的驱动块安装槽，该测量单元包括一个连接该驱动块的第一测量组件，及一个连接该从动本体的第二测量组件，该弹性单元包括至少一对抵于该驱动块的两侧的弹性件，通过所述弹性件与该驱动块的相对移动，使该测量单元能够精准测量出扭力变化。

Description

扭力感测器

技术领域

本发明涉及一种扭力感测器，特别是涉及一种不会因磨耗而降低准确度的扭力感测器。

背景技术

现有的一种扭力感测器，如美国专利第US 7412906号所揭示，该扭力感测器包括相互串接的一个输入轴及一个输出轴、一个套设该输入轴的第一环套件、一个套设该输出轴的第二环套件、一个设置于该第一环套件及该第二环套件间的弹簧、一个设置于该第二环套件的磁铁、一个设置于该第一环套件以测量该磁铁的磁力的磁力感测组件，及一个穿设该输入轴且两端抵于该第一环套件的插杆，该第一环套件具有一个供该插杆的两端靠抵的靠抵面，该靠抵面具有多个交互串接的斜坡部。

使用时，驱动该输入轴带动该输出轴转动，此时受到连动的该插杆会因为扭力的影响而相对该第一环套件产生一个偏转角度，而使该靠抵面的斜坡部与该插杆的靠抵位置跟着改变，进而使该第一环套件沿轴向而压抵该弹簧相对该第二环套件移动，此时受到连动的该磁力感测组件就可根据与该磁铁的相对距离而感应出磁力变化，进而根据磁力变化而计算实际的扭力。

然而，由于所述斜坡部的精度会直接影响计算扭力的准确度，因此在加工上必须精密制作而无法降低生产成本，且该插杆与所述斜坡部在不断的摩擦后也会产生磨耗，而使准确度随着使用时间而下降。

发明内容

本发明的目的是在提供一种精准且制作简易的扭力感测器。

本发明的扭力感测器，包含一个第一驱动单元、一个第二驱动单元、一个测量单元及一个弹性单元，该第一驱动单元包括一个驱动杆、一个连接该驱动杆的驱动本体，及至少一个自该驱动本体朝相反该驱动杆的方向延伸的驱动块，该驱动块具有沿着一个转动路径相反设置的两个推抵面，该第二驱动单元包括一个间隔该驱动本体设置并可与该驱动本体相对转动的从动本体、一个自该从动本体朝相反该第一驱动单元的方向延伸的从动杆，及至少一个位于该从动本体以容置并可供该驱动块沿该转动路径移动的驱动块安装槽，该测量单元包括一个连接该驱动块的第一测量组件，及一个连接该从动本体以测量该第一驱动单元对该第二驱动单元施加的扭力的第二测量组件，该弹性单元包括至少一对抵于所述推抵面的弹性件。

本发明的所述扭力感测器，该第二驱动单元还包括至少一对设置于该从动本体且沿该转动路径连接于该驱动块安装槽的两侧的弹性件安装槽，该对弹性件安装槽分别容置所述弹性件。

本发明的所述扭力感测器，该第二驱动单元还包括至少一对设置于该从动本体且连接所述弹性件安装槽的安装孔，该弹性单元还包括至少一对穿设于所述安装孔的调整杆，每一个调整杆具有一个安装于相对应的安装孔的安装段、一个相反该安装段并穿设于相对应的弹性件的穿设段，及一个位于该安装段及该穿设段间以抵于相对应的弹性件的支撑段。

本发明的所述扭力感测器，每一个安装孔具有一个连接相对应的弹性件安装槽的插设段，及一个相反该插设段并连通外部的螺纹段，每一个调整杆的安装段插设于相对应的插设段。

本发明的所述扭力感测器，该第一测量组件具有一个连接该驱动块的第一连接件，及一个安装于该第一连接件的电刷，该第二测量组件具有一个连接该从动本体的第二连接件、一个安装于该第二连接件且供该电刷滑动地连接的导电片、一个电连接该导电片的输出电极、一个安装于该第二连接件且供该电刷滑动地连接的电阻片，及一个电连接该电阻片的两相反端的一个第一供电电极及一个第二供电电极。

本发明的所述扭力感测器，该第二驱动单元还包括至少一个贯穿该从动本体且连通该驱动块安装槽的连接孔，该电刷穿过该连接孔以连接该导电片及该电阻片，该第二测量组件还具有三个分别供该输出电极、该第一供电电极及该第二供电电极滑动地连接的导电环，及三个分别电连接所述导电环的导电脚。

本发明的所述扭力感测器，该驱动块还具有一个凹穴，该第一测量组件具有一个设置于该凹穴的磁铁，该第二测量组件具有一个连接该从动本体的第二连接件、一个安装于该第二连接件的磁通量感测器，及电连接该磁通量感测器的一个输出电极、一个第一供电电极及一个第二供电电极。

本发明的所述扭力感测器，该第二驱动单元还包括至少一个贯穿该从动本体且连通该驱动块安装槽的连接孔，该磁通量感测器通过该连接孔而与该磁铁相对设置，该第二测量组件还具有三个分别供该输出电极、该第一供电电极及该第二供电电极滑动地连接的导电环，及三个分别电连接所述导电环的导电脚。

本发明的所述扭力感测器，还包含一个外壳单元及一个轴承单元，该外壳单元包括一个供该驱动杆穿过且围绕该驱动本体的第一壳体，及一个供该从动杆穿过且围绕该从动本体并连接该第一壳体的第二壳体，该轴承单元包括一个设置于该驱动杆及该第一壳体间的第一轴承，及一个设置于该从动杆及该第二壳体间的第二轴承。

本发明的所述扭力感测器，还包含一个设置于该第一驱动单元及该第二驱动单元间的枢接单元，该枢接单元包括一个自该驱动本体朝该从动本体延伸的枢轴、一个套设于该枢轴的轴套，及一个位于该从动本体且供该轴套可转动地枢设的枢孔。

本发明的有益效果在于：通过所述弹性件与该驱动块的相对移动，而使该测量单元可精准地测量出扭力变化，不但制作上较为简易，且不会因磨耗而影响精度。

附图说明

图1是本发明一个第一较佳实施例的扭力感测器的立体组合图。

图2是该第一较佳实施例的立体分解图。

图3是该第一较佳实施例于另一个视角的立体分解图。

图4是该第一较佳实施例的局部立体图。

图5是该第一较佳实施例于使用状态的局部俯视图。

图6是该第一较佳实施例于另一个使用状态的局部俯视图。

图7是本发明一个第二较佳实施例的扭力感测器的立体分解图。

图8是该第二较佳实施例于另一个视角的立体分解图。

图9是该第二较佳实施例的局部立体图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

参阅图1、2、3，本发明第一较佳实施例的扭力感测器包含一个第一驱动单元2、一个第二驱动单元3、一个枢接单元4、一个外壳单元5、一个轴承单元6、一个测量单元7，及一个弹性单元8。

该第一驱动单元2包括一个驱动杆21、一个连接该驱动杆21的驱动本体22，及两个自该驱动本体22朝相反该驱动杆21的方向延伸的驱动块23。于本实施例中，所述驱动块23是对称设置。

每一个驱动块23具有沿着一个环绕该驱动杆21的转动路径S相反设置的两个推抵面231。

该第二驱动单元3包括一个间隔该驱动本体22设置并可与该驱动本体22相对转动的从动本体31、一个自该从动本体31朝相反该第一驱动单元2的方向延伸的从动杆32、两个位于该从动本体31以容置并可供所述驱动块23沿该转动路径S移动的驱动块安装槽33、两对设置于该从动本体31且沿该转动路径S连接于所述驱动块安装槽33的两侧的弹性件安装槽34、两对设置于该从动本体31且连接所述弹性件安装槽34的安装孔35，及一个贯穿该从动本体31且连通其中一个驱动块安装槽33的连接孔36。

参阅图2、3、4，每一个安装孔35具有一个连接相对应的弹性件安装槽34的插设段351，及一个相反该插设段351并连通外部的螺纹段352。

该枢接单元4设置于该第一驱动单元2及该第二驱动单元3间，且包括一个自该驱动本体22朝该从动本体31延伸的枢轴41、一个套设于该枢轴41的轴套42，及一个位于该从动本体31且供该轴套42可转动地枢设的枢孔43。

该外壳单元5包括一个供该驱动杆21穿过且围绕该驱动本体22的第一壳体51，及一个供该从动杆32穿过且围绕该从动本体31并连接该第一壳体51的第二壳体52。

该第二壳体52具有一个排针穿孔521，及一个安装于该排针穿孔521的排针座522。

该轴承单元6包括一个设置于该驱动杆21及该第一壳体51间的第一轴承61，及一个设置于该从动杆32及该第二壳体52间的第二轴承62。

该测量单元7包括一个连接其中一个驱动块23的第一测量组件71，及一个连接该从动本体31以测量该第一驱动单元2对该第二驱动单元3施加的扭力的第二测量组件72。

该第一测量组件71具有一个连接相对应该连接孔36设置的驱动块23的第一连接件711，及一个安装于该第一连接件711且穿过该连接孔36的电刷712。

该第二测量组件72具有一个连接该从动本体31的第二连接件721、一个安装于该第二连接件721且供该电刷712滑动地连接的导电片722、一个电连接该导电片722的输出电极723、一个安装于该第二连接件721且供该电刷712滑动地连接的电阻片724、一个电连接该电阻片724的两相反端的一个第一供电电极725及一个第二供电电极726、三个安装于该第二壳体52且分别供该输出电极723、该第一供电电极725及该第二供电电极726滑动地连接的导电环727，及三个分别电连接所述导电环727且分别穿出该第二壳体52的该排针穿孔521及该排针座522的导电脚728。

该弹性单元8包括两对容置于所述弹性件安装槽34且抵于所述推抵面231的弹性件81，及两对穿设于所述安装孔35的调整杆82。于本实施例中，每一个弹性件81为压缩弹簧。

每一个调整杆82具有一个安装于相对应的安装孔35的安装段821、一个相反该安装段821并穿设于相对应的弹性件81的穿设段822，及一个位于该安装段821及该穿设段822间以抵于相对应的弹性件81的支撑段823。于本实施例中，每一个调整杆82的安装段821插设于相对应的插设段351，使用者可于相对应的螺纹段352内螺锁一个抵于该安装段821的螺丝(图未示)，通过调整螺丝的位置以调整相对应调整杆82相对该安装段821的位置，进而改变相对应弹性件81的自由长度。

参阅图2、3，使用时，是先将欲测量扭力的一个输入端(图未示)及一个输出端(图未示)分别连接于该驱动杆21及该从动杆32，接着固定该外壳单元5，就可驱动该输入端连动该第一驱动单元2转动，此时所述驱动块23沿着该转动路径S朝转动的方向推抵相邻的所述弹性件81(图5及图6分别表示所述驱动块23于不同的转动方向时的使用状态)，而所述弹性件81的另一端则会连动所述调整杆82，进而带动使该第二驱动单元3以该枢接单元4为轴心而一起转动，最后使该输出端跟着产生转动。

由于该第二连接件721是与该从动本体31同步转动，而该第一连接件711是与其中一个驱动块23同步转动，因此所述驱动块23加压而使相邻的所述弹性件81受压而压缩时，连接该第一连接件711的该电刷712会于连接于该第二连接件721的该导电片722及该电阻片724上滑动，由于所述导电环727及所述导电脚728是固定于该第二壳体52，因此连接该导电片722的该输出电极723，及连接该电阻片724的该第一供电电极725及该第二供电电极726会沿着所述导电环727滑动。

由于连接该电阻片724两端的该第一供电电极725及该第二供电电极726已经通过其中两个导电环727及相连接的两个导电脚728而接收一个外部电压，因此该电刷712于该电阻片724上滑动而改变位置时，会因为电阻改变而输出相对应滑动接触点的电压，并通过该电刷712、该导电片722、该输出电极723及另外的一个导电环727及导电脚728输出。

根据力学原理，在相同的力臂下，扭力的大小是与施力的大小成正比，也就是说，扭力的大小是跟所述驱动块23对相邻的所述弹性件81所加压的力量成正比，而根据虎克定律，所述驱动块23对相邻的所述弹性件81所加压的作用力又与所述驱动块23加压并压缩所述弹性件81时的移动距离成正比，而在本实施例中，可利用相对应电阻改变的输出电压来测量出移动距离，因此，通过该输出电极723输出的电压就可精确反应出该扭力感测器所受到的扭力。

参阅图7、8、9，本发明的一个第二较佳实施例是类似于该第一较佳实施例，其差异处在于：

该驱动块23还具有一个凹穴232。

该第一测量组件71具有一个设置于该凹穴232的磁铁713。

该第二测量组件72具有一个连接该从动本体31的第二连接件721、一个安装于该第二连接件721并通过该连接孔36而与该磁铁713相对设置的磁通量感测器729，及电连接该磁通量感测器729的一个输出电极723、一个第一供电电极725及一个第二供电电极726、三个安装于该第二壳体52且分别供该输出电极723、该第一供电电极725及该第二供电电极726滑动地连接的导电环727，及三个分别电连接所述导电环727且分别穿出该第二壳体52的该排针穿孔521及该排针座522的导电脚728。

使用时，当所述驱动块23加压而使相邻的所述弹性件81受压而压缩时，该磁铁713会相对于连接于该第二连接件721的磁通量感测器729移动，由于该磁铁713的移动会造成该磁通量感测器729所感测的磁通量产生变化，进而通过该输出电极723及其中一个导电环727及导电脚728输出电压，该电压反应所述驱动块23加压并压缩所述弹性件81的移动距离，由该第一较佳实施例中所述的原理可得知，该输出电极723输出的电压就可精确反应出该扭力感测器所受到的扭力。

如此，该第二较佳实施例也可达到与上述第一较佳实施例相同的目的与有益效果，并可通过电磁感应的方式测量出扭力变化。

综上所述，通过所述弹性件81与所述驱动块23的相对移动，而使该测量单元7可准确的测量出扭力变化，相较于现有的扭力感测器，不但制作上较为简易，且以电阻或磁通量变化的方式进行测量，不会因磨耗而影响准确度，所以确实能达成本发明的目的。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种扭力感测器，其特征在于：该扭力感测器包含一个第一驱动单元、一个第二驱动单元、一个测量单元及一个弹性单元，该第一驱动单元包括一个驱动杆、一个连接该驱动杆的驱动本体，及至少一个自该驱动本体朝相反该驱动杆的方向延伸的驱动块，该驱动块具有沿着一个转动路径相反设置的两个推抵面，该第二驱动单元包括一个间隔该驱动本体设置并可与该驱动本体相对转动的从动本体、一个自该从动本体朝相反该第一驱动单元的方向延伸的从动杆，及至少一个位于该从动本体以容置并可供该驱动块沿该转动路径移动的驱动块安装槽，该测量单元包括一个连接该驱动块的第一测量组件，及一个连接该从动本体以测量该第一驱动单元对该第二驱动单元施加的扭力的第二测量组件，该弹性单元包括至少一对抵于所述推抵面的弹性件。

2.如权利要求1所述的扭力感测器，其特征在于：该第二驱动单元还包括至少一对设置于该从动本体且沿该转动路径连接于该驱动块安装槽的两侧的弹性件安装槽，该对弹性件安装槽分别容置所述弹性件。

3.如权利要求2所述的扭力感测器，其特征在于：该第二驱动单元还包括至少一对设置于该从动本体且连接所述弹性件安装槽的安装孔，该弹性单元还包括至少一对穿设于所述安装孔的调整杆，每一个调整杆具有一个安装于相对应的安装孔的安装段、一个相反该安装段并穿设于相对应的弹性件的穿设段，及一个位于该安装段及该穿设段间以抵于相对应的弹性件的支撑段。

4.如权利要求3所述的扭力感测器，其特征在于：每一个安装孔具有一个连接相对应的弹性件安装槽的插设段，及一个相反该插设段并连通外部的螺纹段，每一个调整杆的安装段插设于相对应的插设段。

5.如权利要求1所述的扭力感测器，其特征在于：该第一测量组件具有一个连接该驱动块的第一连接件，及一个安装于该第一连接件的电刷，该第二测量组件具有一个连接该从动本体的第二连接件、一个安装于该第二连接件且供该电刷滑动地连接的导电片、一个电连接该导电片的输出电极、一个安装于该第二连接件且供该电刷滑动地连接的电阻片，及一个电连接该电阻片的两相反端的一个第一供电电极及一个第二供电电极。

6.如权利要求5所述的扭力感测器，其特征在于：该第二驱动单元还包括至少一个贯穿该从动本体且连通该驱动块安装槽的连接孔，该电刷穿过该连接孔以连接该导电片及该电阻片，该第二测量组件还具有三个分别供该输出电极、该第一供电电极及该第二供电电极滑动地连接的导电环，及三个分别电连接所述导电环的导电脚。

7.如权利要求1所述的扭力感测器，其特征在于：该驱动块还具有一个凹穴，该第一测量组件具有一个设置于该凹穴的磁铁，该第二测量组件具有一个连接该从动本体的第二连接件、一个安装于该第二连接件的磁通量感测器，及电连接该磁通量感测器的一个输出电极、一个第一供电电极及一个第二供电电极。

8.如权利要求7所述的扭力感测器，其特征在于：该第二驱动单元还包括至少一个贯穿该从动本体且连通该驱动块安装槽的连接孔，该磁通量感测器通过该连接孔而与该磁铁相对设置，该第二测量组件还具有三个分别供该输出电极、该第一供电电极及该第二供电电极滑动地连接的导电环，及三个分别电连接所述导电环的导电脚。

9.如权利要求1所述的扭力感测器，其特征在于：该扭力感测器还包含一个外壳单元及一个轴承单元，该外壳单元包括一个供该驱动杆穿过且围绕该驱动本体的第一壳体，及一个供该从动杆穿过且围绕该从动本体并连接该第一壳体的第二壳体，该轴承单元包括一个设置于该驱动杆及该第一壳体间的第一轴承，及一个设置于该从动杆及该第二壳体间的第二轴承。

10.如权利要求1所述的扭力感测器，其特征在于：还包含一个设置于该第一驱动单元及该第二驱动单元间的枢接单元，该枢接单元包括一个自该驱动本体朝该从动本体延伸的枢轴、一个套设于该枢轴的轴套，及一个位于该从动本体且供该轴套可转动地枢设的枢孔。

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