CN110274678B - 间隔件和包括该间隔件的传感器模块 - Google Patents

间隔件和包括该间隔件的传感器模块 Download PDF

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Abstract

一种传感器模块，被构造为检测机械组件的振动，所述传感器模块包括：基座，可连接到所述机械组件；至少一个间隔件，从所述基座延伸；以及电路板，通过所述至少一个间隔件连接到所述基座，使得机械振动从所述机械组件传递到所述基座、到所述间隔件并到达所述电路板。所述电路板包括电路和至少一个孔并且无线地传输指示检测到的振动的信号。所述间隔件包括主体部和从所述主体部的端部突出的销部。所述销部延伸到所述至少一个孔中，所述主体部通过接触所述电路板的第一侧的围绕所述至少一个孔的区域而被阻挡穿过所述至少一个孔。

Description

间隔件和包括该间隔件的传感器模块
技术领域
本发明涉及一种用于检测机械组件的振动行为的传感器模块，更具体地，涉及一种用于检测车辆车轮的振动行为的传感器模块，该传感器模块可以安装在车辆车轮上并被构造为无线传输指示检测到的振动行为的信号。
背景技术
机械组件在各种技术领域经受振动。这些振动可以由组件或机器或系统的正常操作引起，但它们也可以指示组件、机器或系统的缺陷或故障。例如，在诸如车辆车轮的旋转部件中发生的振动可能指示不平衡或指示轴承损坏。
不管所讨论的振动是与正常操作有关还是指示故障状况，都需要检测这样的机械组件的振动行为。传感器模块可以用于此目的，传感器模块可以包括用于将指示检测到的振动行为的信号无线地传输到远程接收器的发射器。在美国专利9,778,146中公开了被构造为检测振动的模块，其内容通过引用而包含于此。
在设计这样的传感器模块时必须考虑许多因素，包括例如易于集成、易于制造、模块的鲁棒性、可靠性以及振动检测的精度。由于最大化一个因素(诸如鲁棒性)可能会增加成本和/或降低制造容易性，因此必须对这些因素执行复杂的平衡以达到折衷。另一方面，提高振动检测的精度可能会对其他因素(诸如成本和鲁棒性)产生不利影响。
因此，需要提供这样一种用于检测机械组件的振动行为的传感器模块，其允许在上述因素之间进行改进的折衷，并且特别地，其改善振动检测而不会不利地影响成本、鲁棒性和/或易于制造。
发明内容
这些问题和其他问题通过本公开的实施方式来解决，本公开的第一方面包括一种被构造为检测机械组件的振动的传感器模块。所述传感器模块包括基座、至少一个间隔件以及电路板，所述基座被构造为刚性地机械连接到所述机械组件，使得所述机械组件的机械振动传递到所述基座，所述至少一个间隔件从所述基座延伸，所述至少一个间隔件连接到所述基座，使得机械振动从所述基座传递到所述至少一个间隔件。所述电路板具有面对所述基座的第一侧和背离所述基座的第二侧，并且所述电路板通过所述至少一个间隔件连接到所述基座，使得机械振动从所述至少一个间隔件传递到所述电路板。所述电路板包括电路和至少一个孔。所述电路板被构造为检测机械振动并基于检测到的机械振动而无线地传输指示振动的信号。所述至少一个间隔件包括主体部和销部，所述主体部具有第一端和在长度方向上与所述第一端间隔开的第二端，所述销部从所述主体部的第二端突出。所述销部延伸到所述至少一个孔中，所述主体部通过接触所述电路板的第一侧的围绕所述至少一个孔的区域而被阻挡穿过所述至少一个孔。
本公开的另一方面包括一种被构造为检测机械组件的振动的传感器模块，所述传感器模块包括基座和从所述基座延伸的第一间隔件和第二间隔件，所述基座被构造为刚性地机械连接到所述机械组件，使得所述机械组件的机械振动传递到所述基座。所述第一间隔件和所述第二间隔件连接到所述基座，使得机械振动从所述基座传递到所述第一间隔件和所述第二间隔件。所述传感器模块还包括通过所述第一间隔件和所述第二间隔件连接到所述基座的电路板，使得机械振动从所述第一间隔件和所述第二间隔件传递到所述电路板。所述电路板具有面对所述基座的第一侧和背离所述基座的第二侧，并且所述电路板还包括电路以及第一孔和第二孔。所述电路板被构造为检测机械振动并基于检测到的机械振动而无线传输指示振动的信号。所述第一间隔件和所述第二间隔件中的每个间隔件包括主体部和销部，所述主体部具有位于第一平面中的第一端和在长度方向上与所述第一端间隔开并位于与所述第一平面平行的第二平面中的第二端，所述销部从所述主体部的第二端突出。所述销部在与所述长度方向垂直的方向上具有圆形的横截面，并且所述销部延伸到所述第一孔中或到所述第二孔中。所述主体部具有从所述第一端延伸的至少一个侧壁，并且所述主体部通过与所述电路板的第一侧的围绕所述第一孔或所述第二孔的区域接触而被阻挡穿过所述第一孔或所述第二孔。所述至少一个间隔件还包括在所述主体部的第一端中的中心孔以及将所述主体部的第二端连接到所述至少一个侧壁的弯曲肩部。存在如下螺纹插入件，在所述销部上的所述螺纹插入件具有与所述电路板的第二侧直接接触的底部。
本公开的又一方面包括一种被构造为检测机械组件的振动行为的传感器模块。所述传感器模块包括基座和电路板，所述基座被构造为刚性地机械连接到所述机械组件以吸收所述机械组件的机械振动，所述电路板包括电路和至少一个孔。所述电路板被构造为检测所述机械组件的机械振动，并基于检测到的振动而无线传输指示振动行为的信号。所述传感器模块还包括至少一个间隔件，所述至少一个间隔件将所述电路板机械地连接到所述基座，使得机械振动可以从附接组件传递到所述电路板。所述电路板和所述附接组件沿着平行的方向被纵向定向，并且所述电路板沿着与定向的方向垂直的方向相对于所述附接组件设置。所述至少一个间隔件包括主体部和销部，所述主体部具有第一端和在长度方向上与所述第一端间隔开的第二端，所述销部从所述主体部的第二端突出，所述销部被构造为穿过所述电路板的至少一个孔，所述主体部通过与所述电路板的第一侧的面对所述附接组件并围绕所述至少一个孔的区域接触而被阻挡穿过所述至少一个孔。
附图说明
在结合附图阅读以下具体描述之后将更好地理解本公开的这些和其他方面和特征，在附图中：
图1是根据本公开的包括安装在车轮上的基座和通过两个间隔件连接到基座的电路板的模块的平面图。
图2是图1的模块的立体图，其中为了说明目的而移除了模块的盖和特定电路元件。
图3是图2的模块的俯视图。
图4是沿着图3中的线IV-IV截取的侧视图。
图5是沿着图3中的线V-V截取的侧视图。
图6是图1的模块的分解立体图。
图7是图2的模块的间隔件中的一个的侧视图。
图8是图7的间隔件的俯视图。
图9是图7的间隔件的仰视图。
图10是用在图2的模块中的可替代间隔件的侧视图。
图11是图10的变型间隔件的俯视图。
图12是图10的变型间隔件的仰视图。
具体实施方式
现在参照附图，其中，示出内容仅仅是出于说明本公开的实施方式的目的而不是出于限制本公开的实施方式的目的，图1示出了具有多个螺栓(lug)12的车轮10和安装在两个相邻的螺栓12之间的根据本公开的传感器模块14。传感器模块14包括盖16，在图1中仅传感器模块14的盖16是可见的。
图2更详细地示出了传感器模块14，并且移除了盖16。传感器模块14包括基座(base)18和通过两个间隔件22连接到基座18的电路板20。
现在参照图2和图3，基座18具有第一端部24、中央部26和第二端部28。第一端部24和第二端部28大体上位于相同的平面中，并且每个端部24、28包括开口30，开口30被构造为接纳螺栓12中的一个并通过安装在螺栓12上的螺母(未示出)而被固定到车轮10。如图5中最佳可见的，基座18的中央部26从第一端部24和第二端部28的平面偏移并通过斜坡(ramp)31连接到第一端部24和第二端部28。中央部26沿着其一个边缘还包括第一孔和第二孔32，在第一孔和第二孔32处间隔件22可以附接到基座18。出于在下文中讨论的目的，当基座18被附接到车轮10时，中央部26的偏移在基座18与车轮10之间产生间隙34。从第一端部24中的开口30到第二端部28中的开口30的距离在此可以被称为基座18的长度，并且基座18的宽度与其长度垂直并且大体上与车轮10的半径对齐。
电路板20大体上是矩形的并且包括面对基座18的第一侧36和背离基座18的第二侧38。第一侧36和第二侧38大体上是平面的并且彼此平行，一对孔40沿着电路板20的短边中的一个延伸穿过电路板20。如图6所示，诸如压电振动传感器42的第一传感器以及无线发射器44和天线46可以安装到电路板20的第二侧38，并且电池45可以安装到电路板20的第一侧36。压电振动传感器42大体上位于孔40之间，以使振动必须从间隔件22传递到传感器42的距离最小化。封装材料(potting material)48保护各种电子器件，保护盖16覆盖封装材料48并保护电路板20的第二侧38。
电路板20通过一对间隔件22连接到基座18。虽然使用两个间隔件22是优选的，但是在不超出本公开的范围的情况下可以使用更多的间隔件。因为间隔件22是相同的，所以在此仅描述一个间隔件22。每个间隔件22包括基部52，基部52具有大体上位于第一平面中的第一端54和大体上位于与第一平面平行的第二平面中的第二端56。基部52的横截面为六边形，例如如图8所示，并且具有六个侧壁58。销60从基部52的第二端56突出，该销60是带螺纹的并且横截面是圆形的，并且具有比基部52的最小宽度小的直径。六个圆形的肩部62将基部52的第二端56连接到六个侧壁58中的每个侧壁。
图9示出了间隔件22的基部52的第一端54，并且示出了第一端54包括中心开口(或中心孔)64。中心开口64包括内螺纹以允许螺纹紧固件68(如图5和图6所示)固定到中心开口64。
继续参照图5和图6，通过将销60插入通过电路板20中的开口40插入并插入到螺纹插入件72中而将间隔件22连接到电路板20。每个插入件72具有带螺纹的中空内部74和基壁76。插入件72可以像螺母一样被拧到销60上，直到基壁76与电路板20的第二侧38接触为止；然而，优选地，插入件72例如通过包覆成型被安装于封装材料48，并因此插入件72相对于封装材料48而保持被固定。然后，再通过将间隔件22相对于固定的插入件72旋转而将间隔件22拧入插入件72中，直到插入件72的基壁76与电路板20的第二侧38接触为止。基部52的六边形形状允许使用套筒扳手(socket)或扳手或其他类似工具来旋转间隔件22。
接下来，通过将螺纹紧固件68插入通过基座18中的开口32使得螺纹紧固件68的头部70位于通过基座18的中央部26相对于车轮10的偏移而形成的间隙34中，从而将间隔件22和电路板20连接到基座18。将间隔件的中心开口64置于在螺纹紧固件68上，并将螺纹紧固件68拧入间隔件22中以将间隔件固定到基座18。然后，通过适当的螺栓螺母(未示出)将基座18附接到车轮螺栓12。
上述构造提供了电路板20至基座18的简单安装，以这种方式允许振动从车轮10经由螺栓12传递到基座18、销60和电路板20并到达电路板20上的振动传感器42。间隔件22的基部52的大的第一端54直接接触基座18并将振动从基座18传递到间隔件22。此外，螺纹紧固件68的头部70与基座18接触，并且振动从基座18经由头部70传递到螺纹紧固件68。此外，在螺纹紧固件68与间隔件22的内部之间存在相对大的接触面积，这进一步有助于将振动从基座18传递到间隔件22。最后，间隔件22的在电路板20的孔40中的销60的存在以及与销60和电路板20的第二侧38接触的插入件72的存在为振动提供了进一步的传递路径。因此，上述改进的配置提供了易于组装的振动检测传感器模块，其有效地将振动从安装在车轮的基座18连到(couple)电路板22上的振动传感器42。
图10至图12示出了本发明的第二实施方式。除了间隔件22由变型的间隔件80替代之外，该实施方式与上述第一实施方式大体上相同。下面描述在该第二实施方式中使用的间隔件80的形状。
每个间隔件80包括基部82，基部82具有大体上位于第一平面中的第一端84和大体上位于与第一平面平行的第二平面中的第二端86。基部82的横截面是圆形的，例如如图11所示，并且间隔件80具有圆柱形侧壁88。销90从基部82的第二端86突出，该销90是带螺纹的并且横截面为圆形，并且具有比基部82的直径小的直径。圆形的肩部92将基部82的第二端86连接到圆柱形侧壁88。
图12示出了间隔件80的基部82的第一端84，并且示出了第一端84包括中心开口94和围绕中心开口94设置的四个周围开口(surrounding opening)96。周围开口96布置在正方形中并且可以被描述为位于以中心开口94为中心的假想正方形97的四个角处，并且四个周围开口96可以接触中心开口94，使得中心开口94与周围开口96连通。中心开口94的直径稍微大于四个周围开口96的直径，所有这些开口具有近似相同的直径，并且中心开口94包括内螺纹以允许螺纹紧固件68(如图5和图6所示)固定到中心开口94。
第二实施方式的间隔件80的构造也允许电路板20简单安装到基座18，以这种方式允许振动从车轮10经由螺栓12传递到基座18、销90和电路板20并到达电路板20上的振动传感器42。至少在一些环境中，在将振动传递到振动传感器42方面，第二实施方式的间隔件80可以比第一实施方式的间隔件22高效。
上面已经根据本发明的实施方式描述了本发明；在阅读了前述公开内容后，对这些实施方式的修改和添加对于本领域普通技术人员将变得显而易见。所有这些修改和添加旨在形成本发明的一部分，只要它们落入所附的各个权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种传感器模块，被构造为检测机械组件的振动，所述传感器模块包括：
基座，被构造为刚性地机械连接到所述机械组件，使得所述机械组件的机械振动传递到所述基座；
至少一个间隔件，从所述基座延伸，所述至少一个间隔件连接到所述基座，使得机械振动从所述基座传递到所述至少一个间隔件；和
电路板，具有面对所述基座的第一侧和背离所述基座的第二侧，所述电路板通过所述至少一个间隔件连接到所述基座，使得机械振动从所述至少一个间隔件传递到所述电路板，所述电路板包括电路和至少一个孔，所述电路板被构造为检测机械振动并基于检测到的机械振动而无线地传输指示振动的信号；
其中，所述至少一个间隔件包括主体部和销部，所述主体部具有第一端和在长度方向上与所述第一端间隔开的第二端，所述销部从所述主体部的第二端突出，所述销部延伸到所述至少一个孔中，所述主体部通过接触所述电路板的第一侧的围绕所述至少一个孔的区域而被阻挡穿过所述至少一个孔，
所述基座的部分偏移而形成间隙，螺纹紧固件插入所述基座中以将所述至少一个间隔件和所述电路板连接到所述基座，所述螺纹紧固件的头部位于所述间隙中且与所述基座接触。
2.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于，所述主体部的第一端位于第一平面中，所述主体部的第二端位于与所述第一平面平行的第二平面中。
3.根据权利要求2所述的传感器模块，其特征在于，所述主体部的第二端直接接触所述电路板的第一侧的所述区域。
4.根据权利要求3所述的传感器模块，其特征在于，所述传感器模块在所述主体部的第一端中包括第一孔。
5.根据权利要求3所述的传感器模块，其特征在于，所述传感器模块在所述主体部的第一端中包括中心孔并且在所述主体部中包括与所述中心孔间隔开的至少两个额外的孔。
6.根据权利要求5所述的传感器模块，其特征在于，所述销部具有垂直于所述长度方向的圆形横截面，所述主体部具有垂直于所述长度方向的六边形横截面。
7.根据权利要求2所述的传感器模块，其特征在于，所述主体部包括从所述第一端延伸的至少一个侧壁和将所述第二端连接到所述至少一个侧壁的至少一个弯曲肩部。
8.根据权利要求7所述的传感器模块，其特征在于，所述至少一个侧壁是圆柱形的。
9.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于，所述至少一个间隔件包括第一间隔件和第二间隔件，所述第一间隔件延伸到所述至少一个孔中的第一孔中，所述第二间隔件延伸到所述至少一个孔中的第二孔中。
10.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于，所述传感器模块包括连接到所述销部的螺纹插入件，所述螺纹插入件的底部与所述电路板的第二侧直接接触。
11.根据权利要求5所述的传感器模块，其特征在于，所述至少两个额外的孔包括在所述主体部的第一端中位于围绕所述中心孔的假想正方形的顶点处的四个额外的孔。
12.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于，所述传感器模块具有如下特征中的至少一个：
所述主体部的第一端包括中心孔和位于围绕所述中心孔的假想正方形的顶点处的四个额外的孔；
所述至少一个间隔件包括第一间隔件和第二间隔件，其中，所述至少一个孔包括第一孔和第二孔，其中，所述电路包括压电振动传感器，其中，所述压电振动传感器位于所述第一孔和所述第二孔之间；以及
所述基座包括第一开口和在纵向方向上与所述第一开口间隔开的第二开口。
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