CN109813208A - 传感器和机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器和机构。提供一种传感器，其能够适当地感测任意尺寸的机械装置中的磨耗粉(传导物质)的量，由此提供一种能够普遍用于任意机械部件的预防性维护的传感器。传感器包括第一电极和第二电极。在第一电极和第二电极之间施加电压，以在第一电极和第二电极之间积聚传导物质，以便感测第一电极和第二电极之间的电阻减小。第一电极和第二电极之间的距离是可调节的。

Description

传感器和机构
相关申请的引用
本申请基于并要求(于2017年11月22日递交的)日本专利申请No.2017-224585的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
本发明涉及传感器。
背景技术
诸如减速器等的机械装置通常收容在填充有润滑油的壳体中，以防止损坏诸如齿轮和轴承等的机械部件。当机械部件在机械装置的操作期间磨耗时，在润滑油中含有磨耗粉(主要是诸如铁粉的传导物质)。
通常，当机械部件的磨耗进入故障率曲线(浴盆曲线)中的磨耗故障期时，产生较大量的磨耗粉(传导物质)并包含在润滑油中。为了精确地执行机械部件的预防性维护，需要适当地检测所产生的磨耗粉(传导物质)的量的增加。
例如，日本特开2005-331324号公报(“'324号公报”)公开了一种感测油中的金属粉末的量的传感器。'324号公报的传感器包括：具有永磁体的传感器头部；设置于传感器头部的远端面的杯形电极；以及配置于传感器头部的外周面的多个棒状导电构件。'324号公报记载了当由于在导电构件的相对的端面(感测区域)之间积聚的磨耗粉和杯形电极经受永磁体的磁场而在棒状导电构件之间发生短路时传感器的输出变化。传感器利用以上来感测油的污染程度。
然而，由于机械装置具有从小到大的各种尺寸，并且装置中的机械部件的尺寸也大大不同，使得在操作期间产生的磨耗粉(传导物质)的量也依据装置而变化。对于如'324号公报中记载的传感器，为了执行机械部件的预防性维护，必须设计和开发传感器以使传感器适合于各目标机械装置，并且难以使传感器普遍适于具有各种尺寸的机械装置。
发明内容
本发明是鉴于上述缺点而做出，并且本发明的目的在于提供一种传感器，该传感器能够适当地感测任意尺寸的机械装置中的磨耗粉(传导物质)的量，从而提供能够普遍用于任意机械部件的预防性维护的传感器。
根据一实施方式的传感器包括第一电极和第二电极。在第一电极和第二电极之间施加电压，以在第一电极和第二电极之间积聚传导物质，以便感测第一电极和第二电极之间的电阻改变。第一电极和第二电极之间的距离是可调节的。
在根据一实施方式的传感器中，第一电极和第二电极中的至少一者是能够替换的。
在根据一实施方式的传感器中，第一电极和第二电极中的至少一者能够被具有不同尺寸的电极替换，并且第一电极和第二电极之间的距离是能够调节的。
在根据一实施方式的传感器中，第一电极和第二电极中的至少一者具有面向第一电极和第二电极中的另一者的锥形面。
在根据一实施方式的传感器中，第一电极和第二电极中的一者能够螺合地安装到第一电极和第二电极中的另一者，并且在第一电极和第二电极中的一者与第一电极和第二电极中的另一者之间设置有弹簧。
在上述传感器中，当第一电极和第二电极中的一者与另一者之间的螺合状态放松时，第一电极和第二电极中的另一者通过弹簧在弹簧的伸长方向上移动。
在根据一实施方式的传感器中，第一电极和第二电极中的至少一者的面向第一电极和第二电极中的另一者并且面向传导物质的接近(approaches)方向的端部被倒角。
在根据一实施方式的传感器中，在电极之间积聚传导物质的区域之外的区域中填充有树脂材料。
根据本发明的另一方面，提供一种机构，其用于收容装置。该机构包括法兰，并且上述传感器安装到壳体，并且壳体以气密的方式固定到法兰。
在根据一实施方式的机构中，壳体的至少与法兰接触的部分由绝缘材料形成。
在根据一实施方式的机构中，传感器可拆卸地固定到法兰。
在根据一实施方式的机构中，壳体的与法兰接触的端面能够螺合地固定到法兰的端面。
在根据一实施方式的机构中，装置是减速器。
利用根据一实施方式的传感器，可以适当地感测任意尺寸的机械装置中的磨耗粉(传导物质)的量，由此传感器能够普遍地用于任意机械部件的预防性维护。
附图说明
图1是根据本发明的一实施方式的机构1的侧视图。
图2a至图2c是根据本发明的一实施方式的传感器5的侧视图和俯视图。
图3a和图3b示出了根据本发明的第一实施方式的传感器的构造。
图4示出了根据本发明的第二实施方式的传感器的构造。
图5示出了根据本发明的第三实施方式的传感器的构造。
图6示出了根据本发明的第四实施方式的传感器的构造。
图7示出了根据本发明的第五实施方式的传感器的构造。
图8示出了根据本发明的第六实施方式的传感器的构造。
具体实施方式
现在将参照附图说明本发明的实施方式。以下说明将聚焦于作为根据本发明的实施方式的装置的示例的减速器。
图1是根据本发明的一实施方式的机构1的侧视图。参照图2，机构1包括法兰3。减速器2的至少一部分收容在法兰3中。
法兰3是用于收容减速器2的收容构件，并且伺服马达4安装于法兰3。法兰3是具有中空部(空间S)的大致管状的构件。法兰3的在其轴向两端处的开口部被减速器2和伺服马达4封闭，从而形成封闭的空间S。空间S填充有润滑油，并且法兰3还用作油池。
减速器2包括安装于法兰3的壳体12、连接到伺服马达4的输出轴13的输入轴14、以及输出轴15。输入轴14和输出轴15被支撑成能够绕旋转轴线AX相对于壳体12旋转。壳体12以气密的方式设置于法兰3。
伺服马达4的输出经由输入轴14输入到减速器2，由减速器2减速，然后经由输出轴15传递到输出侧装置A1。
壳体12中的收容减速器2的齿轮机构的空间与法兰3中的空间S连通。在减速器2的操作期间，齿轮机构的在壳体12中的旋转引起润滑油在壳体12中的空间和法兰3中的空间S之间循环。随着润滑油的循环，在减速器2中产生的磨耗粉(以下称为传导物质)被排出到法兰3中的空间S中。
在空间S中，用于感测漂浮在润滑油中的传导物质的量的增加的传感器5安装于支撑构件16。传感器5的磁体使得传导物质积聚在电极之间的间隙中，并且传感器5通过感测电极之间的电阻改变来检测润滑油中的磨耗粉的量。传感器5可以有多种变型。参照图2至图6，将说明一些类型的传感器5的实施方式。这里，传感器5可以配置于壳体12内，并且可以充分地配置于机构1中的任意位置。
图2a至图2c示出了根据本发明的一实施方式的传感器5。图2a至图2c分别示出了传感器5的俯视图和沿着俯视图的线A-A截取的截面图。
如图2a至图2c所示，传感器5包括中心电极(第一电极)6、永磁体7、盒状电极(第二电极)8、螺钉9和树脂材料10。如图所示，中心电极(第一电极)6和永磁体7通过螺钉9固定到盒状电极(第二电极)8。图1所示的信号线41连接到盒状电极8，并且信号线42连接到中心电极6。应当注意的是，可以不使用永磁体7，并且中心电极6可以被构造成用作磁体和电极。
盒状电极8是由诸如铁、铁氧体或硅钢等的具有导电性的磁性材料形成的磁性构件。盒状电极8为大致圆筒状并且盒状电极8在轴向上的一端侧(图2a的下侧)的开口部由底部8a封闭。因此，盒状电极8为在顶部具有开口部的圆筒盒状。可选地，盒状电极8的形状可以是具有打开的顶部的长方体或具有封闭的底部的多边形管。
在盒状电极8的中空部中，布置有为非磁性材料(绝缘体)的树脂材料10。以这种方式，中心电极(第一电极)6和永磁体7被形成为使得它们中的至少一部分被埋设在树脂材料的中央区域中。
也就是，盒状电极8被配置成围绕埋设有永磁体7和盒状电极8的至少一部分的树脂材料10。永磁体7和中心电极6的形状不限于圆柱状，而可以是长方体、多边形柱等。
如图2a至图2c的各截面图所示，中心电极6的外形被形成为小于盒状电极8的内周。因此，在树脂材料10上遍及中心电极6的整周(从而围绕中心电极)地在中心电极6和盒状电极8之间形成有间隙部GA。换言之，中心电极6和盒状电极8被配置成以中心电极6和盒状电极8之间的树脂材料10上的间隙部GA作为中心地彼此面对。
输出线(图1所示的信号线41、42)分别连接到中心电极6和盒状电极8。如图所示，永磁体7可以安装到中心电极6的下部等，或者可以不是这样。另外，当安装永磁体7时，永磁体7由磁体或电磁体形成，但优选的是，磁体被诸如铜的非磁性材料覆盖，并且信号线41或信号线42连接到覆盖层。
输出线的输出端联接到传感器驱动电路(未示出)，该传感器驱动电路监测传感器5的电阻值，以基于电阻值的由于电极之间的传导物质的积聚的变化来预测机械部件的故障。传感器电路是检测中心电极6和盒状电极8之间的电阻改变的感测部件的一个示例。感测部件可以被构造成感测中心电极6和盒状电极8之间的电阻的减小。作为这种感测部件，能够使用市售的电阻表。当一定量的传导物质积聚在间隙部GA中时，在被施加电压的中心电极6 与盒状电极8之间的电阻减小，并且输出线的输出电平改变。传感器驱动电路利用电阻降低的检测来预测机械部件的故障。电信号的减小包括ON信号(通电)和OFF信号(没有通电)，使得还可以在这些ON和OFF状态之间进行感测(以下称为“数字感测”)。
传感器驱动电路以有线或无线的方式连接到诸如操纵器等的上级控制装置。图1中的电路板43可以持续地或间歇地(以规律的时间间隔)将输出线的输出(传感器40A的输出)传输到上级控制装置以节省电力。
当感测从电路板43接收的输出线的输出电平的变化时，上级控制装置可以利用预定的通知部件(显示装置或语音输出装置)给出对例如减速器2的要求维护的警报。
永磁体8被磁化，并且磁通路径φA沿预定的方向形成。特别地，在中心电极6周围的间隙部GA中流动有强磁通量。通过永磁体7的磁力，在间隙部GA中吸引了机械部件的传导物质(例如混合在润滑油中的来自机械部件的传导物质)。
这里，随着机械部件的磨耗进入故障率曲线(浴盆曲线)中的磨耗故障期，所产生的传导物质的量增加，但是该产生量依据装置的尺寸而大大不同。通常，装置越大，装置的导体部件的数量越多或尺寸越大，从而产生更多的传导物质。因此，在大型装置中，产生了更多的传导物质，直到装置的机械部件的磨耗进展并进入磨耗故障期。
因此，如果简单地将具有相同间隙部GA的传感器用于具有不同故障率曲线的装置，则不能精确地执行具有各种尺寸的装置的机械部件的预防性维护。然而，如图2a、图2b和图2c所示，在本发明的一个实施方式中的传感器5可以被构造成具有不同间隙部GA长度(X1、X2、X3)。因此，通过根据目标装置的尺寸选择具有适当的间隙部GA长度的传感器5，能够执行适合该装置的故障率曲线的预防性维护。
更具体地，如图所示，在一个实施方式中的传感器5中，中心电极6和永磁体7通过螺钉9固定到具有各种径向尺寸的盒状电极8。因此，可以根据目标装置的尺寸构造间隙部GA具有适当长度的传感器5。
此外，在根据本发明的一实施方式的传感器5中，具有不同径向尺寸的中心电极6和永磁体7可以通过螺钉9固定到盒状电极8。这使得可以构造具有与目标装置的尺寸匹配的适当间隙部GA长度的传感器5。
图3a和图3b示出了根据本发明的另一实施方式的传感器5。图3a示出了俯视图和沿着线A-A截取的截面图。图3b示出了在另一状态下的沿着线A-A截取的截面图。
如图3a所示，传感器5包括中心电极(第一电极)6、永磁体7、盒状电极(第二电极)8、弹簧11、螺钉9和树脂材料10。如图所示，弹簧11设置于中心电极(第一电极)6和永磁体7之间，并且中心电极6和永磁体7通过螺钉9固定到盒状电极(第二电极)8。尽管在图中未示出，图1中所示的信号线41连接到盒状电极8，信号线42连接到中心电极6。应当注意的是，可以不使用永磁体7，并且中心电极6可以被构造成用作磁体和电极。
盒状电极8是由诸如铁、铁氧体或硅钢等的具有导电性的磁性材料形成的磁性构件。盒状电极8为大致圆筒状并且盒状电极8在轴向上的一端侧(图3a的截面图中的下侧)的开口部由底部8a封闭。因此，盒状电极8为在顶部具有开口部的圆筒盒状。可选地，盒状电极8的形状可以是具有打开的顶部的长方体或具有封闭的底部的多边形管。
在盒状电极8的中空部中，布置有为非磁性材料(绝缘体)的树脂材料10。以这种方式，中心电极(第一电极)6和永磁体7被形成为使得它们中的至少一部分被埋设在树脂材料的中央区域中。
也就是说，盒状电极8被配置成围绕埋设有永磁体7和盒状电极8的至少一部分的树脂材料10。永磁体7和中心电极6的形状不限于圆柱状，而可以是长方体、多边形柱等。
如图3a和图3b的各截面图所示，中心电极6的外形被形成为小于盒状电极8的内周，并且在图3a和图3b的视图中向下呈锥状。盒状电极8的端部的面向中心电极6的一侧被形成为在图3a和图3b的视图中向上呈锥状。因此，在树脂材料10上遍及中心电极6的整周(从而围绕中心电极)地在中心电极6和盒状电极8之间形成有间隙部GA。换言之，中心电极6和盒状电极8被配置成以中心电极6和盒状电极8之间的树脂材料10上的间隙部GA作为中心地彼此相对。
输出线(信号线41、42)分别连接到中心电极6和盒状电极8。如图所示，永磁体7可以安装到中心电极6的下部等，或者可以不是这样。另外，当安装永磁体7时，永磁体7由磁体或电磁体形成，但优选的是，磁体被诸如铜的非磁性材料覆盖，并且信号线41、42连接到覆盖层。其它特征与图2a至图2c中所示的实施方式大致相同。
如上所述，随着机械部件的磨耗进入故障率曲线(浴盆曲线)中的磨耗故障期，所产生的传导物质的量增加，但是该产生量依据装置的尺寸而大大不同。通常，装置越大，装置的导体部件的数量越多或尺寸越大，从而产生更多的传导物质。因此，在大型装置中，产生了更多的传导物质，直到装置的机械部件的磨耗进展并进入磨耗故障期。
因此，如果简单地将具有相同间隙部GA的传感器用于具有不同故障率曲线的装置，则不能精确地执行具有各种尺寸的装置的机械部件的预防性维护。然而，如图3a和图3b所示，本发明的一个实施方式中的传感器5可以被构造成分别具有不同的间隙部GA长度X1、X2。因此，通过根据目标装置的尺寸选择具有适当的间隙部GA长度的传感器5，能够执行适合该装置的故障率曲线的预防性维护。
具体地，在一个实施方式中的传感器5被构造成使得中心电极6和永磁体7可以通过螺钉9被初始固定，如图3a所示，从该状态，弹簧11可以通过放松螺钉9而沿图3b的视图中的向上方向伸长，从而使中心电极6沿图3b中的相同方向移动。以这种方式，使图3a所示的传感器5中的间隙部GA的长度X1改变到图3b所示的传感器5中的间隙部GA的长度X2，从而可以形成更大的间隙空间。
图4和图5示出了根据本发明的另一实施方式的传感器5的俯视图和沿着线A-A截取的截面图。以下，主要说明与图2a至图3b所示的传感器5相比不同的实施方式的特征。
如图4所示，根据另一实施方式的传感器5包括中心电极(第一电极)6、永磁体7、盒状电极(第二电极)8、螺钉9和树脂材料10。与图2a至图3b所示的传感器5相同，中心电极(第一电极)6和永磁体7通过螺钉9固定到盒状电极(第二电极)8。
在所示的示例中，当在图4中的竖直方向(传导物质接近的方向)上观察时，中心电极6的面向盒状电极8的端部的上部(面向传导物质接近的方向的部分)被倒角。此外，在图示的示例中，当在图4中的竖直方向(传导物质接近的方向)上观察时，盒状电极8的面向中心电极6的端部的上部(面向传导物质接近的方向的部分)被倒角。如图4所示，两个端部均可以被倒角，或者一个端部可以被倒角。
由于传感器5的间隙部GA沿周向凹陷，所以当传感器5插入机构1或减速器2的润滑油中时，气泡由于表面张力等的影响而趋于保持在间隙部GA中，这抑制了传导物质的积聚。然而，上述倒角的端部使得气泡难以保持在间隙部GA中，结果，传导物质的积聚得以顺利进行。
如图5所示，根据另一实施方式的传感器5包括中心电极(第一电极)6、永磁体7、盒状电极(第二电极)8、螺钉9和树脂材料10。与图2a至图3b所示的传感器5相同，中心电极(第一电极)6和永磁体7通过螺钉9固定到盒状电极(第二电极)8。
在所示的示例中，树脂材料大部分填充在该区域中，留下用于在电极之间积聚传导物质的最小区域。因此，传感器5中的间隙部GA如在截面中观察到的较浅地形成。
由于传感器5的间隙部GA沿周向凹陷，所以当传感器5插入机构1或减速器2的润滑油中时，气泡由于表面张力等的影响而趋于保持在间隙部GA中，这抑制了传导物质的积聚。然而，如上所述的较浅地形成的间隙部GA使气泡难以保持在间隙部GA中，结果，传导物质的积聚得以顺利进行。
同时，本发明的一个实施方式中的传感器需要被构造成使得润滑油不会从传感器本身泄漏。图6和图7是用于说明这种构造的截面图。如图6所示，传感器5包括被密封构件(壳体)17围绕的中心电极(第一电极)6、永磁体7、盒状电极(第二电极)8和树脂材料10。
如图所示，中心电极(第一电极)6、永磁体7和盒状电极(第二电极)8经由树脂材料10固定。被形成为围绕这些部件的密封构件17包括内部的芯金属18和被形成为围绕芯金属18的绝缘构件19(例如橡胶)，以确保足够的强度。在所示的示例中，密封构件17被形成为盒状。
在盒状电极8的底部8a的中央区域和密封构件17的底部的中央部分中，设置有用于导线经过的开口。例如，同轴电缆44被用作一种类型的导线，并且电缆通过焊接连接到中心电极6的端面。电缆还经由同轴电缆44的护套45连接到盒状电极8的底部8a。以这种方式，利用树脂材料10密封中心电极6、永磁体7、盒状电极8和同轴电缆44。
图7示出了如下状态：将以该方式构造的传感器5安装到容纳装置(例如减速器20)的法兰3。如图7所示，在容纳减速器20的法兰3的壁中形成有开口部。安装有传感器5的密封构件17与传感器5一起插入开口部，盒状密封构件17的端面与法兰部3的锁定部23接触，并且密封构件安装于法兰中。
由于密封构件17的外表面由绝缘构件19形成，所以当传感器5安装到法兰3时，传感器5与周围环境绝缘。以这种方式，能够容易地将传感器5与密封构件17一起安装到机构1的法兰3，并且单独准备绝缘构件不是必须的。
当如图7所示地固定传感器5时，可以防止润滑油从安装传感器5的位置泄漏并且能够使传感器5与减速器20和法兰3电绝缘。
图8示出了图7所示的传感器的另一固定方法。如图8所示，安装有传感器5的密封构件17可拆卸地固定到机构1的法兰3。更具体地，密封构件17的与法兰3接触的端面被可螺合地固定到法兰3的开口部的端面。由于密封构件17的外周面像螺钉一样被螺合，所以能够容易地将传感器5与密封构件17一起安装到机构1的法兰3。
当如图8所示地固定传感器5时，可以防止润滑油从安装传感器5的位置泄漏，并且可以将传感器5构造成与减速器20和法兰3电绝缘。
以上已经说明了本发明的实施方式的示例。本发明的实施方式不限于以上示例，而是能够在本发明的技术构思的范围内进行各种修改。例如，本发明的实施方式包括本文说明的以上示例和明显的实施方式的组合。

Claims (14)

1.一种传感器，其包括：
第一电极；
第二电极；以及
感测部件，其利用在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压感测所述第一电极和所述第二电极之间的电阻改变，其中
所述第一电极和所述第二电极之间的距离是能够调节的。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，在所述第一电极和所述第二电极之间积聚有传导物质。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极中的至少一者是能够替换的。
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极中的至少一者能够被具有不同尺寸的电极替换，并且所述第一电极和所述第二电极之间的距离是能够调节的。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极中的至少一者具有面向所述第一电极和所述第二电极中的另一者的锥形面。
6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极中的一者能够螺合地安装到所述第一电极和所述第二电极中的另一者，并且在所述第一电极和所述第二电极中的一者与所述第一电极和所述第二电极中的另一者之间设置有弹簧。
7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，当所述第一电极和所述第二电极中的一者与另一者之间的螺合状态放松时，所述第一电极和所述第二电极中的另一者通过所述弹簧在所述弹簧的伸长方向上移动。
8.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极中的至少一者的面向所述第一电极和所述第二电极中的另一者并且面向所述传导物质的接近方向的端部被倒角。
9.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，在所述电极之间积聚所述传导物质的区域之外的区域中填充有树脂材料。
10.一种机构，其用于收容装置并且安装有根据权利要求1所述的传感器，所述机构包括：
法兰，
其中，所述传感器安装到壳体，并且所述壳体以气密的方式固定到所述法兰。
11.根据权利要求10所述的机构，其特征在于，所述壳体的至少与所述法兰接触的部分由绝缘材料形成。
12.根据权利要求10所述的机构，其特征在于，所述传感器可拆卸地固定到所述法兰。
13.根据权利要求12所述的机构，其特征在于，所述壳体的与所述法兰接触的端面能够螺合地固定到所述法兰的端面。
14.根据权利要求10所述的机构，其特征在于，所述装置是减速器。
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