CN111043951A - 旋转轴件的扭转感测机构 - Google Patents

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CN111043951A CN201811195881.1A CN201811195881A CN111043951A CN 111043951 A CN111043951 A CN 111043951A CN 201811195881 A CN201811195881 A CN 201811195881A CN 111043951 A CN111043951 A CN 111043951A
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萧恒昇
徐志豪
萧志茂
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Abstract

本发明提供了旋转轴件的扭转感测机构，其主要的技术特征为对一旋转轴件的至少两不同部位分别感测其转动角度，并可依据两不同部位的转动角度差与归零时的基准进行比对，以确认所述旋转轴件在旋转运动时是否产生扭转的状态，并可由转动角度差进一步地解析所述旋转轴件的扭矩。

Description

旋转轴件的扭转感测机构
技术领域
本发明与旋转运动的感测技术有关，特别关于旋转轴件的扭转感测机构。
背景技术
为获知工具机、主轴、马达或转轴等的旋转轴件运动状态，公知技术中为公开有以旋转编码器对旋转轴件的转动角度进行量测，并以量测的转动角度为基础，经计算后则可获得诸如角度、速度及位置等的数据，而可作为自动化控制的参数。
虽然公知技术已经公开了若干可以达到旋转轴件转动状态的感测技术内容，但在日益要求精密性的自动化控制技术中，除需知悉旋转轴件的转动角度外，对于因旋转轴件的扭转状态，在自动控制技术中也必需作为控制参数加以纳入，惟公知技术对于是等旋转轴件的扭转感测技术，并无较佳的设计。
发明内容
因此，本发明的主要目的为提供旋转轴件的扭转感测机构，其为可感测旋转轴件在转动时的扭转状态，以供解析扭矩。
于是，为达成上述目的，本发明所提供旋转轴件的扭转感测机构，其主要的技术特征为对一旋转轴件的至少两不同部位分别感测其转动角度，并可依据两不同部位的转动角度差与归零时的基准进行比对，以确认所述旋转轴件在旋转运动时是否产生扭转的状态，并可由转动角度差进一步地解析所述旋转轴件的扭矩。
是技术特征的具体化，为可直接应用公知旋转编码器所提供的转动角度感测技术，以至少复数个旋转编码器对所述旋转轴件的二不同部位进行感测，并使所述二不同部位为在所述旋转轴件的转动轴的方向上彼此相隔开来，从而感测所述旋转轴件靠近入力端的部位与靠近出力端的部位，在所述旋转轴件转动时的转动角度差异。
其中，所述旋转编码器为可为增量型光学旋转编码器、绝对型光学旋转编码器、增量型磁性旋转编码器或绝对型磁性旋转编码器。
而为更进一步地掌握所述旋转轴件的转动状态，可使所述些旋转编码器除其所分别具有的增量编码或绝对编码外，使其用以感测靠近出力端的旋转编码器更包含有一环形的磁区，为同轴于所述旋转轴件的转动轴，并以旋转编码器的感测单元感测所述磁区的磁极变化。
具体技术方案为，旋转轴件的扭转感测机构，包含有：旋转轴件，呈柱状，以自身的柱轴为转轴进行转动。二个旋转编码器，为分别感测并获得所述旋转轴件二不同受测部位各自的转动角度，并使各所述受测部位彼此在所述旋转轴件的柱轴方向上相隔有一固定的间距，所述旋转编码器为分别具有一作为所述受测部位的环形编码区、一环形的磁区与一用以感测所述编码区与所述磁区的感测单元，并使所述编码区与所述磁区的彼此为同轴于所述旋转轴件的柱轴。藉此，当各所述受测部位所在转动角度彼此的差值不同于归零校准时的基准值时，即所述旋转轴件已生扭转，并可依据所述差值与所述固定间距解析所述旋转轴件的扭矩。
作为上述方案的优选，所述机构，包括：所述复数个旋转编码器分别具有一身部，固设于所述旋转轴件上并可随所述旋转轴件的转动而同步转动，并使所述编码区及所述磁区分设于所述身部上。
作为上述方案的优选，所述机构，包括：各所述感测单元为分别被固著于一外部的固著元件上，以感测所述复数个编码区与所述磁区的编码，并产生对应的感测讯号。
作为上述方案的优选，所述机构，包括：身部分别呈圆片状，并使各所述编码区分设于所述些身部的一侧片面上。
作为上述方案的优选，所述机构，包括：所述身部分别呈圆环片状，并使各所述编码区分设于所述些身部的外周环侧上。
作为上述方案的优选，所述机构，包括：所述磁区自身的同一磁极为位于以所述旋转轴件的柱轴为中心的虚拟的同心圆轨道上。
作为上述方案的优选，所述些磁区为分别沿对应的同心圆轨道延伸呈连续的环形。
作为上述方案的优选，所述机构，包括：所述些编码区分别为绝对编码。
作为上述方案的优选，所述机构，包括：所述些编码区分别为增量编码。
作为上述方案的优选，所述机构，包括：所述些感测单元为分别包含有霍尔元件或磁阻元件。
本发明技术方案提供的旋转轴件的扭转感测机构，优点是对于同一旋转轴件的至少两不同部位分别感测其转动角度，并可依据以上不同部位的转动角度差与归零时的基准进行比对，以确认所述旋转轴件在旋转运动时是否产生扭转的状态，并可由转动角度差进一步地解析旋转轴件的扭矩，从而解决了现有技术中无法感测旋转轴件的扭转状态的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一较佳实施例的码件元件立体图；
图2为本发明第一较佳实施例的立体图；
图3为本发明第一较佳实施例的解析流程图；
图4为本发明第二较佳实施例的码件元件立体图；
图5为本发明第二较佳实施例的立体图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先，如图1和图2所示，在本发明第一较佳实施例中所提供旋转轴件的扭转感测机构10，其主要为包含有一旋转轴件20及二个旋转编码器30。
所述旋转轴件20为呈直柱形状的物品，而可供作为如马达、主轴、转轴或工具机中用以传递旋转运动的传动元件，此属公知技术中已公开元件，于本案中并无再加以赘述的必要。
所述旋转编码器30为以公知磁性旋转编码感测技术解析转动角度的现有技术为基础，将其用于感测所述旋转轴件20的转动角度，但与公知技术仅应用单一旋转编码器感测旋转运动时的转动角度不同，本实施例中为以至少两个旋转编码器的并存为必要，并使所述二个旋转编码器30分别感测所述旋转轴件20不同部位的转动角度，且如图3所示般，可藉由感测所述旋转轴件20的不同部位在同一时间的转动角度差是否与先前的归零校准时的基准值相同进行判断，当转动角度差与基准值不同时，即意谓著所感测的两不同部位间已有扭转，且可依据转动角度差与基准值间的差异，进一步解析所述旋转轴件20的扭矩，以作为产业上进行控制的参数。
具体而言，所述旋转编码器30为分别具有一码件31以及一用以进行感测的感测单元32；
其中，所述码件31为分别具有一圆片形状的身部311，同轴于所述旋转轴件20的柱轴地固设于所述旋转轴件20上，一增量编码且呈环状的编码区312为同轴于所述旋转轴件20的柱轴地设于所述身部311的一侧片面上，一环状的磁区313为与所述编码区312同轴地设于所述身部311的一侧片面上；
所述感测单元32为被固著于一外部的固著元件(图上未示)上，而被定位在固定位置上，以感测随所述旋转轴件20转动而活动的所述编码区312与所述磁区313，据以分别产生感测的讯号，而可从所述编码区312经由解析得到所述旋转轴件20的转动角度，以及从所述磁区313经由解析得道所述旋转轴20的偏移量。
更进一步来说，所述感测单元32为可为霍尔元件或磁阻元件等用以感测磁变化的公知技术，而所述编码区313的编码除可为上述绝对编码外，亦得以为增量编码型式，是等用以获知旋转角度的磁性感测技术，均为公知技术所已公开的，于此自无重为赘述的必要。
惟，本实施例中所公开的，为使所述身部311同轴地分设于所述旋转轴件20的轴向两端上，且彼此间相隔有一固定的预设距离，据此，各所述感测单元32对位于各所述身部31上的各所述编码区313所为感测的结果，将会随著所述旋转轴件20在旋转运动时是否产生扭转而有不同，当所述旋转轴件20的旋转运动未产生扭转状态时，各所述旋转编码器30分别感测所得的转动角度间的差值，即与在归零校准时所得的基准差值相同，相反地，当所述旋转轴件20在旋转运动产生扭转时，感测所得的两个转动角度的差值即会与基准差值有所不同，并可再进一步地依据转动角度差值及所述预设距离，解析出所述旋转轴件的扭矩。
另外，所述磁区313为具有多数呈同心圆环状排列的磁极，并使圆心位于所述旋转轴件20的柱轴上，藉此，当所述旋转轴件20在旋转运动时未生径向偏移时，所述磁极随所述旋转轴件转动的轴心为与其自身的圆心相同，只有当所述旋转轴件20在旋转运动时产生径向偏移，即使得所述些磁极转动的轴心与自身的圆心不同，此际，所述感测单元32即可感测出磁极的变动而产生对应的感测讯号，而供判断所述旋转轴件20是否产生径向偏移，以及其偏移量。
再者，关于码件的构造，除可如上述第一较佳实施例中所公开的技术方案外，其亦可如图4和图5所示的本发明第二较佳实施例所公开的，使所述些码件31a分别所具有的身部311a为呈圆环片状，并藉由一固定片314a固定于所述旋转轴件20a上，同时令所述编码区312a与所述磁区313a设于所述身部311a的外周环侧面上，并使所述编码区312a为绝对编码的实施态样，藉此，本实施例所提供旋转轴件的扭转感测机构10a除可如第一较佳实施例般以感测元件32a达成感测所述旋转轴件20a是否存在扭转状态乃至其扭矩外，通过所述磁区313a的多数磁极为沿所述旋转轴件20a的轴向依序排列的空间型态，可以经由感测磁极的变动，解析所述旋转轴20a是否产生轴向的偏移，以及其偏移量，以达成与第一较佳实施例相同的技术效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.旋转轴件的扭转感测机构，其特征在于，包含有：
旋转轴件，呈柱状，以自身的柱轴为转轴进行转动；
复数个旋转编码器，为分别感测并获得所述旋转轴件二不同受测部位各自的转动角度，并使各所述受测部位彼此在所述旋转轴件的柱轴方向上相隔有一固定的间距，所述复数个旋转编码器为分别具有一作为所述受测部位的环形编码区、一环形的磁区与一用以感测所述编码区与所述磁区的感测单元，并使所述编码区与所述磁区的彼此为同轴于所述旋转轴件的柱轴；
藉此，当各所述受测部位所在转动角度彼此的差值不同于归零校准时的基准值时，即所述旋转轴件已生扭转，并可依据所述差值与所述固定间距解析所述旋转轴件的扭矩。
2.根据权利要求1所述的旋转轴件的扭转感测机构，其特征在于，所述复数个旋转编码器分别具有一身部，固设于所述旋转轴件上并可随所述旋转轴件的转动而同步转动，并使所述编码区及所述磁区分设于所述身部上。
3.根据权利要求1所述的旋转轴件的扭转感测机构，其特征在于，各所述感测单元为分别被固著于一外部的固著元件上，以感测所述编码区与所述磁区的编码，并产生对应的感测讯号。
4.根据权利要求2所述的旋转轴件的扭转感测机构，其特征在于，所述身部分别呈圆片状，并使各所述编码区分设于所述些身部的一侧片面上。
5.根据权利要求2所述的旋转轴件的扭转感测机构，其特征在于，所述身部分别呈圆环片状，并使各所述编码区分设于所述些身部的外周环侧上。
6.根据权利要求1所述的旋转轴件的扭转感测机构，其特征在于，所述磁区自身的同一磁极为位于以所述旋转轴件的柱轴为中心的虚拟的同心圆轨道上。
7.根据权利要求6所述的旋转轴件的扭转感测机构，其特征在于，所述磁区为分别沿对应的同心圆轨道延伸呈连续的环形。
8.根据权利要求1所述的旋转轴件的扭转感测机构，其特征在于，所述编码区分别为绝对编码。
9.根据权利要求1所述的旋转轴件的扭转感测机构，其特征在于，所述编码区分别为增量编码。
10.根据权利要求1项所述的旋转轴件的扭转感测机构，其特征在于，所述感测单元为分别包含有霍尔元件或磁阻元件。
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