CN104718441A - 垫圈组件和接头监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于与紧固件(10)一起使用的垫圈组件(20)。该垫圈组件包括：第一导电部分(22)；第二导电部分(24)；和布置在第一导电部分与第二导电部分之间的绝缘部分(23)。第一导电部分、第二导电部分和绝缘部分形成可变电容器(21)，该可变电容器具有基于通过紧固件施加到其上的作用力的量的电容量。无线收发器单元(25)包括电连接到可变电容器的控制单元(40)和电连接到控制单元的天线(41)。该控制单元配置成感测可变电容器的电容量，以产生表示电容量的信息，并经由天线将信息输出到无线读取器单元。

Description

垫圈组件和接头监测系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月7日提交的US专利申请No.13/670,820的优先权和权益，该申请通过引用结合于此。

技术领域

本申请理念总体上涉及接头紧密性监测，更特别地涉及电气接头紧密性监测。

背景技术

一种典型类型的电气接头是通过用紧固件将两个导体固定在一起而形成的。该电气接头的电气性能、特别是该电气接头的导电性部分地取决于紧固件被适当地上紧。紧固件的松脱以及因此电气接头的松脱会降低电气接头的导电性，并会导致例如过热等附加的问题。

由于上述问题，希望确定电气接头是否被适当地上紧。然而，确认电气接头是否被适当地上紧会消耗技术人员的时间。特别地，当电气系统包括多个电气接头时，或者当难以到达电气接头时，会花费技术人员大量的时间来确认电气接头是否被适当地上紧。此外，电气接头可能被通电，从而将技术人员置于危险的条件下。

在监测电气接头的紧密性的领域中存在改进的空间。

发明内容

通过本申请理念的实施方式实现这些需求和其它方面，这些实施方式提供了一种垫圈组件，包括可变电容器和无线收发器单元。

通过本申请理念的实施方式实现这些需求和其它方面，这些实施方式提供了一种包括垫圈组件的接头监测系统，该垫圈组件包括可变电容器、无线收发器单元、和无线读取器单元。

根据本申请理念的实施方式，一种用于与紧固件一起使用的垫圈组件包括：第一导电部分；第二导电部分；布置在第一导电部分与第二导电部分之间的绝缘部分，其中，第一导电部分、第二导电部分和绝缘部分形成可变电容器，该可变电容器具有基于通过紧固件施加到其上的作用力的量的电容量；以及包括控制单元和天线的无线收发器单元，所述控制单元电连接到可变电容器，所述天线电连接到控制单元，所述控制单元配置成感测可变电容器的电容量，以产生表示电容量的信息，并经由天线将信息输出到无线读取器单元。

根据本申请理念的另一实施方式，一种用于与紧固件一起使用的垫圈组件包括：第一导电部分；第二导电部分；布置在第一导电部分与第二导电部分之间的绝缘部分，其中，第一导电部分、第二导电部分和绝缘部分形成可变电容器，该可变电容器具有基于通过紧固件施加到其上的作用力的量的电容量；以及包括控制单元和天线的无线收发器单元，所述控制单元电连接到可变电容器，所述天线电连接到可变电容器，所述控制单元配置成经由天线向无线读取器单元输出信息，其中，可变电容器的电容量的改变导致无线收发器单元的谐振频率的改变。

根据本申请理念的再一实施方式，一种用于监测接头的接头监测系统包括：第一构件；第二构件；紧固件，该紧固件构造成将第一构件和第二构件紧固到一起以形成接头；布置在紧固件的一部分与第一构件和第二构件中的一个之间的垫圈组件，该垫圈组件包括第一导电部分、第二导电部分、布置在第一导电部分与第二导电部分之间的绝缘部分、以及包括控制单元和天线的无线收发器单元，其中第一导电部分、第二导电部分和绝缘部分形成可变电容器，该可变电容器具有基于通过紧固件施加到其上的作用力的量的电容量，所述控制单元电连接到可变电容器，所述天线电连接到控制单元，所述控制单元配置成感测可变电容器的电容量，以产生表示电容量的信息，并经由天线输出信息；和无线读取器单元，该无线读取器单元配置成接收被输出的信息。

附图说明

当结合附图阅读下面对优选实施方式的说明时会充分理解到本申请理念，其中：

图1和2是根据本申请理念的一些实施方式的接头监测系统的正视图。

图3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A、6B、6C和7是根据本申请理念的其它实施方式的可变电容器的正视图。

图8和9是根据本申请理念的其它实施方式的接头监测系统的方框图。

具体实施方式

本申请中使用的方位术语例如左、右、前、后、顶、底及其衍伸术语涉及图中所示元件的取向，而不对权利要求构成限制，除非另有说明。

在本申请中，术语“紧固件”是指任何适当的连接或上紧机构，明确包括但不限于螺钉、螺杆、螺杆和螺母的组合(例如非限制性的，锁紧螺母)、以及螺杆、垫圈和螺母的组合。

在本申请中，两个或多个部件“耦联”在一起这样的表述是指这些部件直接地接合在一起或者通过一个或多个中间部件相接合。

在本申请中，术语“数量”是指1或大于1的整数(例如复数)。

在本申请中，术语“垫圈”是指构造成要被放置在紧固件的一部分与正被紧固的物体之间的任何构件。

在本申请中，术语“Bellville型垫圈”是指具有弧形横截面的任何垫圈。

参照图1，接头包括用紧固件10紧固在一起的第一和第二构件2、4。用接头监测系统监测接头的紧密性。该接头监测系统包括垫圈组件20和无线读取器单元30，该垫圈组件布置在紧固件10的一部分与第一和第二构件2、4其中之一之间。该垫圈组件20包括由第一导电部分22、合适的非导电绝缘部分23和第二导电部分24形成的可变电容器21。垫圈组件20还包括无线收发器单元25，其布置在第一和第二导电构件22、24其中之一上。无线收发器单元25和无线读取器单元30构造成无线通信。

该接头可以是电气接头。在该接头是电气接头的情况下，第一和第二构件2、4穿过其中进行导电。第一和第二构件2、4可完全或部分地由导电材料形成。

示例性的紧固件10包括螺杆11和螺母12。然而可设想，可使用任何合适的紧固件来将第一和第二构件2、4紧固在一起。

第一导电部分22被用作可变电容器21的第一导电板，第二导电部分24被用作可变电容器21的第二导电板。绝缘部分23布置在第一和第二导电部分22、24之间。绝缘部分23形成介于第一和第二导电部分22、24之间的间隙的至少一部分。第一和第二导电部分22、24之间的间隙还可包括空气间隙或由其它材料形成的间隙。

可变电容器21的电容量根据施加在其上的作用力而改变。例如，上紧紧固件10会向可变电容器21施加作用力，从而改变可变电容器21的电容量。施加到可变电容器21上的作用力导致第一和第二导电部分22、24朝向彼此移动，从而减小它们之间的间隙的大小。第一和第二导电部分22、24之间的间隙大小的改变导致可变电容器21的电容量改变。

垫圈组件20还包括无线收发器单元25。该无线收发器单元25电连接至可变电容器21。无线收发器单元25根据可变电容器21的电容量而提供输出。

该接头监测系统还包括无线读取器单元30。无线读取器单元30对应于无线收发器单元25，并构造成接收无线收发器单元25的输出。在一个非限制性的示例性实施方式中，无线收发器单元25是对无线读取器单元30的询问作出响应的被动收发器。在另一非限制性的示例性实施方式中，无线收发器单元25包括电力源或者从不同于无线读取器单元30的电力源接收电力，并且能在不被无线读取器单元30询问的情况下提供输出。无线收发器单元25可例如但非限制性地是射频识别(RFID)标记，无线读取器单元30可以例如但非限制性地是RFID读取器。

参照图1，第一导电部分22、绝缘部分23和第二导电部分24具有类似尺寸。然而可设想，第一导电部分22、绝缘部分23和第二导电部分24中的至少一个可在至少一个方向上比第一导电部分22、绝缘部分23和第二导电部分24中的另一个延伸得更远。例如，参照图2，示例性的第二导电构件24包括延伸超出第一导电部分22和绝缘部分23的边缘之外的伸出部分24a。无线收发器单元25布置在第二导电构件24的伸出部分24a上。

在另一示例性实施方式中，绝缘部分23形成为第一和第二导电部分22、24之一上的涂层。

参照图3A-3B，示出了可变电容器21的一个非限制性的实施方式。第一导电部分22、绝缘部分23和第二导电部分24是平的垫圈。在图3A中，紧固件10不向可变电容器21上施加作用力。第一导电部分22、绝缘部分23和第二导电部分24的表面由于其构造缺陷而固有地是不平坦的，因此在第一和第二导电部分22、24与绝缘部分23之间形成有一定数量的相对较小的空气间隙26。

参照图3B，通过紧固件10向可变电容器21施加作用力。该作用力导致第一和第二导电部分22、24压靠绝缘部分23。该压缩力导致第一和第二导电部分22、24与绝缘部分23之间的任何空气间隙(未示出)的尺寸减小，从而减小第一和第二导电部分22、24之间的间隙的尺寸。另外，在另一示例性实施方式中，绝缘部分23由可压缩材料构造成，该可压缩材料由于紧固件10施加的作用力而压缩，从而进一步减小第一和第二导电部分22、24之间的间隙。

参照图4A-4B，示出了可变电容器21的另一示例性实施方式。第一导电部分22是Bellville型垫圈，绝缘部分23和第二导电部分24是平垫圈。在图4A中，紧固件10不向可变电容器21施加作用力。第一导电部分22的弯曲表面在第一导电部分22与绝缘部分23之间形成空气间隙26。

参照图4B，通过紧固件10向可变电容器21施加作用力。该作用力导致第一导电部分22压缩并平靠着绝缘部分23。该压缩导致第一导电部分22与绝缘部分23之间的空气间隙26的尺寸减小，从而减小了第一和第二导电部分22、24之间的间隙的尺寸。

参照图5A-5B，示出了可变电容器21的另一示例性实施方式。第一导电部分22和第二导电部分24是Bellville型垫圈，绝缘部分23是平垫圈。第一和第二导电部分22、24布置成使得它们的凹面侧相互面对。在图5A中，紧固件10不向可变电容器21施加作用力。第一导电部分22的弯曲表面在第一导电部分22与绝缘部分23之间形成第一空气间隙26，第二导电部分24的弯曲表面在第二导电部分24与绝缘部分23之间形成第二空气间隙27。

参照图5B，通过紧固件10向可变电容器21施加作用力。该作用力导致第一和第二导电部分22、24压缩并平靠着绝缘部分23。该压缩导致第一和第二空气间隙26、27的尺寸减小，从而减小了第一和第二导电部分22、24之间的间隙的尺寸。

现在参照图6A-6C，示出了可变电容器21的另一示例性实施方式。在图6A中，紧固件10不向可变电容器21施加作用力。第一导电部分22和绝缘部分23是平的垫圈。第二导电部分24是具有凹陷中央部分28的垫圈。该凹陷中央部分28导致在第二导电部分24与绝缘部分23之间形成空气间隙26。

如图6B所示，当通过紧固件10向可变电容器21施加作用力时，第一导电部分22和绝缘部分23的中央部分被压入到第二导电部分24的凹陷中央部分28中，从而减小空气间隙29的尺寸并减小第一和第二导电部分22、24之间的间隙的尺寸。另外，第一导电部分22和绝缘部分23由柔性材料构造成，当作用力被释放时，它们恢复到其原有的形状，如图6C所示。

参照图7，示出了可变电容器21’的另一示例性实施方式。可变电容器21’与图4A所示的可变电容器21类似。然而，在图7所示的可变电容器21’中，省去了第二导电部分24。相反，接头的第一构件2被用作可变电容器21’的第二板。与图4所示的可变电容器21类似，在图7所示的可变电容器21’的第一导电部分22与绝缘部分23之间形成有一定数量相对较小的空气间隙。另外，在第一构件2与绝缘部分23之间形成有一定数量小的空气间隙。通过紧固件10向可变电容器21’施加作用力会导致空气间隙的尺寸减小，从而减小第一导电部分22与接头的第一构件2之间的间隙的尺寸。

在图8中示出了根据本申请理念的非限制性的示例性实施方式的接头监测系统的方框图。在图8的示例性实施方式中，无线收发器单元25包括控制单元40和天线41，可变电容器21电连接到控制单元40。控制单元40感测可变电容器21的电容量，并产生表示电容量的信息。控制单元40然后将产生的信息输出至无线读取器单元30，例如当无线收发器单元25被无线读取器单元30询问时。由于可变电容器21的电容量是基于施加到其上的作用力的，因此无线读取器单元30可使用表示电容量的信息来确定是否有适当量的作用力被施加到可变电容器21上。因此，无线读取器单元30可确定相应的接头是否被适当地上紧。例如且非限制性地，无线读取器单元30可基于从无线收发器单元25接收到的信息来确定可变电容器21的电容量是否处于与适当地上紧的接头相对应的预定范围内，并且在可变电容器21的电容量处于预定范围之外时确定该接头未被适当地上紧。

图9是根据本申请理念的另一非限制性的示例性实施方式的接头监测系统的方框图。在图9的示例性实施方式中，无线收发器单元25包括控制单元40和天线41，可变电容器21电连接到天线41。无线收发器单元25具有由天线41和其连接的部件所确定的谐振频率。这样，可变电容器21影响无线收发器单元25的谐振频率，并且可变电容器21的电容量的任何改变将改变无线收发器单元25的谐振频率。

在图9的示例性实施方式中，无线读取器单元30配置成，当无线收发器单元25的谐振频率处于无线读取器单元30的运行频率或处于其预定的运行频率范围中时，该无线读取器单元30能够与无线收发器单元25通信。当无线收发器单元25的谐振频率处于无线读取器单元30的预定的运行频率范围之外时，无线读取器单元30和无线收发器单元25不能通信。

可变电容器21和无线收发器单元25配置成使得，当施加到可变电容器21的作用力处于预定范围中时(例如但非限制性地，与被认为适当地上紧的接头相对应的作用力的范围)，无线收发器单元25的谐振频率处于无线读取器单元30的正常运行频率范围内，从而允许无线收发器单元25和无线读取器单元30之间通信。当施加到可变电容器21的作用力处于预定范围之外时，无线收发器单元25的谐振频率处于无线读取器单元30的正常运行频率范围之外，从而阻止无线收发器单元25和无线读取器单元30之间通信。无线收发器单元25和无线读取器单元30之间通信的失败(例如但非限制性地，无线收发器单元25未能对来自无线读取器单元30的询问信号作出响应)可有利地被用作接头未被适当地上紧的指示。

尽管已经详细描述了本申请理念的具体实施方式，但本领域技术人员应理解到，在本申请整体教导的启示下可针对这些细节发展出各种变型和替换方式。因此，所公开的特定布置方式仅是说明性的而不对本申请理念的范围构成限制，本申请理念的范围由随附权利要求及其任意和全部等同方案的全体范围给出。

Claims (15)

1.一种用于与紧固件(10)一起使用的垫圈组件(20)，该垫圈组件包括：

第一导电部分(22)；

第二导电部分(24)；

布置在第一导电部分与第二导电部分之间的绝缘部分(23)，其中，第一导电部分、第二导电部分和绝缘部分形成可变电容器(21)，该可变电容器具有基于通过紧固件施加到其上的作用力的量的电容量；和

包括控制单元(40)和天线(41)的无线收发器单元(25)，所述控制单元电连接到所述可变电容器，所述天线电连接到所述控制单元，所述控制单元配置成感测所述可变电容器的电容量，以产生表示所述电容量的信息，并经由所述天线将所述信息输出到无线读取器单元(30)。

2.根据权利要求1所述的垫圈组件(20)，其中，所述第一和第二导电部分是垫圈、平垫圈、或Bellville型垫圈。

3.根据权利要求2所述的垫圈组件(20)，其中，所述无线收发器单元布置在所述第一和第二导电部分中的一个上。

4.根据权利要求1所述的垫圈组件(20)，其中，所述第一和第二导电部分中的一个是Bellville型垫圈，而所述第一和第二导电部分中的另一个是平垫圈；其中，所述第一和第二导电部分中的一个是平垫圈，而所述第一和第二导电部分中的另一个是具有凹陷中央部分(28)的垫圈；或者其中，所述第一和第二导电部分中的一个是垫圈，而所述第一和第二导电部分中的另一个是母线(2)。

5.根据权利要求1所述的垫圈组件(20)，其中，所述第一导电部分、所述绝缘部分和所述第二导电部分中的一个包括伸出部分(24a)，所述伸出部分延伸超出所述第一导电部分、所述绝缘部分和所述第二导电部分中的另一个的边缘之外；以及其中，所述无线收发器单元布置在所述伸出部分上。

6.根据权利要求1所述的垫圈组件(20)，其中，所述无线收发器单元是射频识别单元。

7.根据权利要求1所述的垫圈组件(20)，其中，所述天线(41)还电连接到所述可变电容器，所述可变电容器的电容量的改变导致所述无线收发器单元的谐振频率的改变。

8.根据权利要求7所述的垫圈组件(20)，其中，当施加到所述可变电容器的作用力处于预定范围中时，所述无线收发器单元的谐振频率处于所述无线读取器单元的运行频率范围内，而当施加到所述可变电容器的作用力处于预定范围之外时，所述无线收发器单元的谐振频率处于所述无线读取器单元的运行频率范围之外，

9.根据权利要求7所述的垫圈组件(20)，其中，所述第一和第二导电部分是垫圈、平垫圈、或Bellville型垫圈。

10.根据权利要求9所述的垫圈组件(20)，其中，所述无线收发器单元布置在所述第一和第二导电部分中的一个上。

11.根据权利要求7所述的垫圈组件(20)，其中，所述第一和第二导电部分中的一个是Bellville型垫圈，而所述第一和第二导电部分中的另一个是平垫圈；其中，所述第一和第二导电部分中的一个是平垫圈，而所述第一和第二导电部分中的另一个是具有凹陷中央部分(28)的垫圈；或者其中，所述第一和第二导电部分中的一个是垫圈，而所述第一和第二导电部分中的另一个是母线(2)。

12.根据权利要求7所述的垫圈组件(20)，其中，所述第一导电部分、所述绝缘部分和所述第二导电部分中的一个包括伸出部分(24a)，所述伸出部分延伸超出所述第一导电部分、所述绝缘部分和所述第二导电部分中的另一个的边缘之外；以及其中，所述无线收发器单元布置在所述伸出部分上。

13.一种用于监测接头的接头监测系统(1)，该接头监测系统包括：

第一构件(2)；

第二构件(4)；

紧固件(10)，该紧固件构造成将所述第一构件和第二构件紧固到一起以形成接头；

根据权利要求1所述的垫圈组件(20)，所述垫圈组件布置在所述紧固件的一部分与所述第一构件和第二构件中的一个之间；和

无线读取器单元(30)，该无线读取器单元配置成接收被输出的所述信息。

14.根据权利要求13所述的接头监测系统(1)，其中，所述无线读取器单元配置成向所述无线收发器单元传送询问信号；以及其中，当所述无线收发器单元未能对所述询问信号作出响应时，所述无线读取器单元确定所述接头未被适当地上紧。

15.根据权利要求13所述的接头监测系统(1)，其中，所述无线读取器单元配置成向所述无线收发器单元传送询问信号，而所述无线收发器单元配置成响应于所述询问信号输出所述信息；以及其中，所述无线读取器单元基于被输出的所述信息确定所感测到的电容量是否处于预定范围内，并且当所感测到的电容量处于预定范围之外时确定所述接头未被适当地上紧。