CN209927335U

CN209927335U - 一种旋转扭矩传感器

Info

Publication number: CN209927335U
Application number: CN201921139030.5U
Authority: CN
Inventors: 汪晓亭
Original assignee: Individual
Current assignee: Xiong Feng
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2020-01-10
Anticipated expiration: 2029-07-18

Abstract

本实用新型实施例公开了一种旋转扭矩传感器，包括传动轴、轴承组件、壳体、信号检测电路、多个绝缘套和至少两个滑环组件，滑环组件包括电刷和滑环，滑环套设于传动轴的外周，绝缘套设置于传动轴与轴承组件、轴承组件与壳体以及滑环与传动轴之间；电刷与滑环对应接触，电刷通过穿过壳体的弹簧与执行机构连接，信号检测电路经轴承组件和滑环组件电性连接于工作电源和信号输出端。在轴承组件内涂有导电油脂，保证了在高速转动时的导电性能。滑环组件在低速下接触，保证了在低速下的导电性能。当转速高于某一设定值时，控制电路通过执行机构使电刷与滑环分离，从而减少磨损和积碳。

Description

一种旋转扭矩传感器

技术领域

本实用新型实施例涉及传感器领域，具体涉及一种旋转扭矩传感器。

背景技术

旋转扭矩传感器主要用于测量旋转机械轴的扭矩负荷。旋转机械的种类很多，如汽油发动机、柴油发动机、电动机、液压马达、水力涡轮机，汽轮机等。通过测量输出轴的扭矩和转速，可以算出轴的输出功率。在许多重要的传动链中，还用扭矩传感器来监测轴的扭矩，防止扭矩过大而造成机械的损坏，如石油钻机的钻杆保护、电动阀门的扭矩保护等。在工业自动化控制和计量测试领域，旋转扭矩测量都是非常重要的。

但是现有的单独利用轴承导电做成的二线制旋转扭矩传感器在低速转动过程中供电和信号传输会出现中断，进而影响旋转扭矩传感器在低速转动状态下的信号质量。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种旋转扭矩传感器，以解决现有技术中单独利用轴承导电做成的二线制旋转扭矩传感器在低速转动过程中供电和信号传输会出现中断，进而影响旋转扭矩传感器在低速转动状态下的信号质量的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种旋转扭矩传感器，所述旋转扭矩传感器包括传动轴，至少两个对所述传动轴起支撑作用的轴承组件，用于封装所述轴承组件的壳体和端盖，以及设置在所述传动轴上用于检测轴扭矩的信号检测电路，所述旋转扭矩传感器还包括多个绝缘套和至少两个滑环组件，所述滑环组件包括电刷和滑环，所述滑环套设于所述传动轴的外周，所述绝缘套设置于传动轴与轴承组件、轴承组件与壳体、轴承组件与端盖以及滑环与传动轴之间；所述电刷与所述滑环对应接触，所述电刷通过穿过壳体的弹簧与执行机构连接，所述信号检测电路经轴承组件和滑环组件电性连接于工作电源和信号输出端。

进一步地，所述旋转扭矩传感器还包括测速装置，所述测速装置包括光栅轮、发光器和光接收器，所述光栅轮套设于所述传动轴的外周，所述光栅轮的边沿设置有至少一个贯穿其厚度方向的透光孔；所述发光器与所述光接收器分别布置于光栅轮的两侧，并分别固定在所述壳体的内壁上，所述透光孔可供所述发光器发出的光线透过并被所述光接收器接收。

进一步地，所述轴承组件内涂有导电润滑油脂，以保证可靠导电和轴承润滑。

进一步地，所述信号检测电路由应变片电桥及工作电路组成。

进一步地，当使用一对轴承组件和与其并联的两个滑环组件导电时，旋转扭矩传感器的输出为二线制4～20mA。

进一步地，所述轴承组件为滚动轴承组件或者滑动轴承付组件。

本实用新型实施例具有如下优点：

1、本实用新型实施例的旋转扭矩传感器通过设置动态跟随性好的滑环组件，使用滑环组件在传动轴低速转动时进行导电和信号传输，有效解决旋转扭矩传感器在低速转动状态下信号质量差的问题。

2、用绝缘套把轴承组件和壳体及轴隔离开，使它既可以用来支承轴的旋转，又可以导电。

3、在轴承组件内涂有既可以润滑轴承又可以导电的导电油脂，使传感器寿命大为延长，也显著改善了导电的可靠性和信号的质量。

4、当使用一对轴承组件和与其并联的两个滑环组件导电时，旋转扭矩传感器的输出为二线制4～20mA。

5、当转速低于某一设定值时，系统是由加了导电润滑油脂的轴承组件和滑环组件共同导电的。当转速高于某一设定值时，电刷与滑环分离，系统是由加了导电润滑油脂的轴承组件单独供电。

6、因为有4～20mA的输出，就可以制成本质安全防爆型的旋转式扭矩变送器。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的旋转扭矩传感器的侧视剖面结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的信号检测电路分别与轴承组件和滑环组件的连接示意图；

图3为本实用新型实施例提供的旋转扭矩传感器所使用的电子电路的具体电路图。

附图标记说明：1、传动轴；2、壳体；3、绝缘套；4、滑动轴承付的轴套(或滚动轴承的内环)；5、滑动轴承(或滚动轴承的外环)；6、信号检测电路；7、弹簧；8、正电源线；9、负电源线(兼信号线)；10、电刷；11、滑环；12、光栅轮；13、发光器；14、光接收器；15、电子电路输入端；16、电子电路输出端。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，该旋转扭矩传感器包括传动轴1，两个对传动轴1起支撑作用的轴承组件，用于封装轴承组件的壳体2和端盖，壳体2的两端分别与端盖连接，设置在传动轴1上用于检测轴扭矩的信号检测电路6，多个绝缘套3和两个滑环组件。壳体2的外周面上设置有多个通孔，其中与弹簧7对应的通孔用于穿过弹簧7，剩余通孔用于穿过电源线。轴承组件为滚动轴承组件或者滑动轴承付组件，两个轴承组件分别位于传动轴1两端，支撑传动轴1的旋转并作为电气部分的导电端子。为保证可靠导电和轴承的润滑，在轴承组件内涂有既可以润滑轴承又可以导电的导电油脂，使传感器的寿命大为延长，也显著改善了导电的可靠性和信号的质量。

滑环组件包括电刷10和滑环11，滑环组件同样起到导电和信号传输的作用，滑环11套设于传动轴1的外周，两个滑环11间隔一定距离，电刷10与滑环11对应接触，电刷10通过穿过壳体2的弹簧7与执行机构连接，执行机构用于驱动电刷10沿传动轴1的径向方向运动，进而实现电刷10与滑环11的接触和分离。执行机构可以是气缸或其它可伸缩装置，当执行机构为气缸时，气缸的两个活塞杆通过弹簧7分别与两个电刷10连接，通过控制气缸的活塞杆伸缩，进而控制电刷10与滑环11的接触和分离，减少在高速转动状态下，电刷10与滑环11的磨损。绝缘套3设置于传动轴1与轴承组件、轴承组件与壳体2以及滑环11与传动轴1之间，用作电性隔离，用绝缘套3把轴承组件和壳体2及传动轴1隔离开，使它既可以用来支承轴的旋转，又可以导电。应变片电桥及电子电路组成信号检测电路6，信号检测电路6固定在传动轴1上与传动轴1一起旋转，功能是连接电源、检测轴扭矩，同时将应变信号放大、变换并馈送到输出端，如图2所示，信号检测电路6的电子电路输入端15和电子电路输出端16分别电性连接于两端的轴承组件以及两个滑环11上。信号检测电路6经轴承组件和滑环组件电性连接于工作电源和信号输出端，当传动轴1处于低速转动时，主要由滑环组件负责电源的输入和信号的输出；当传动轴1处于高速转动时，通过控制气缸的活塞杆伸缩，进而控制电刷10与滑环11的接触和分离，此时，主要由轴承组件负责电源的输入和信号的输出。由于滑环组件的动态跟随性好，通过滑环组件在传动轴1低速转动时进行导电和信号传输，有效解决旋转扭矩传感器在低速转动状态下信号质量差的问题。

如图2所示，正电源线8和负电源线9通过轴承组件和滑环组件为信号检测电路6供电，负电源线9同时兼信号线。当轴承为滚动轴承时，信号检测电路6的电子电路输入端15和电子电路输出端16分别电性连接在轴承组件的内环和两个滑环11上，正电源线8和负电源线9相应的连接在两个轴承外环和两个电刷10上，负电源线9兼作信号线。

当传动轴1受到扭矩作用时，传动轴1上的应变片电桥检测到这些力引起的应变信号，通过电子电路的放大、变换，变成所需的输出信号，经轴承组件和滑环组件馈送到输出端。

如图1所示，在本实用新型的一个优选实施例中，旋转扭矩传感器还包括测速装置，测速装置包括光栅轮12、发光器13和光接收器14，光栅轮12套设于传动轴1的外周，光栅轮12的边沿设置有至少一个贯穿其厚度方向的透光孔；发光器13与光接收器14分别布置于光栅轮12的两侧，并分别与壳体2的内壁连接，透光孔可供发光器13发出的光线透过，穿过透光孔的光线可被光接收器14接收。发光器13和光接收器14分别通过穿过通孔的导线与输出端电性连接，发光器13用于发出光线，光接收器14用于接收穿过透光孔的光线将其转化成脉冲电信号发送至输出端。

当使用一对轴承组件和与其并联的两个滑环组件导电时，可以制成二线制4-20mA输出的旋转式扭矩变送器。并且因为有4-20mA的输出，可以制成本质安全防爆型的变送器。

图3为旋转扭矩传感器所使用的电子电路，图中XTR106为专用的集成电路模块，其功能是把应变片电桥测到的弱信号，转换成4-20mA的标准变送器信号，通过负电源线9，传送到取样电阻，再通过取样电阻馈送到计算机或显示仪表上去。图3右边所标注的电源24V接电源正端，0V接取样电阻后再接到电源负端。

本实施例所述的旋转扭矩传感器，可以工作到6000rpm的高转速范围，精度可以达到0.5％。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims

1.一种旋转扭矩传感器，所述旋转扭矩传感器包括传动轴，至少两个对所述传动轴起支撑作用的轴承组件，用于封装所述轴承组件的壳体和端盖，以及设置在所述传动轴上用于检测轴扭矩的信号检测电路，其特征在于，所述旋转扭矩传感器还包括多个绝缘套和至少两个滑环组件，所述滑环组件包括电刷和滑环，所述滑环套设于所述传动轴的外周，所述绝缘套设置于传动轴与轴承组件、轴承组件与壳体、轴承组件与端盖以及滑环与传动轴之间；所述电刷与所述滑环对应接触，所述电刷通过穿过壳体的弹簧与执行机构连接，所述信号检测电路经轴承组件和滑环组件电性连接于工作电源和信号输出端。

2.根据权利要求1所述的旋转扭矩传感器，其特征在于，所述旋转扭矩传感器还包括测速装置，所述测速装置包括光栅轮、发光器和光接收器，所述光栅轮套设于所述传动轴的外周，所述光栅轮的边沿设置有至少一个贯穿其厚度方向的透光孔；所述发光器与所述光接收器分别布置于光栅轮的两侧，并分别固定在所述壳体的内壁上，所述透光孔可供所述发光器发出的光线透过并被所述光接收器接收。

3.根据权利要求1或2所述的旋转扭矩传感器，其特征在于，所述轴承组件内涂有导电润滑油脂，以保证可靠导电和轴承润滑。

4.根据权利要求3所述的旋转扭矩传感器，其特征在于，所述信号检测电路由应变片电桥及工作电路组成。

5.根据权利要求4所述的旋转扭矩传感器，其特征在于，当使用一对轴承组件和与其并联的两个滑环组件导电时，旋转扭矩传感器的输出为二线制4～20mA。

6.根据权利要求5所述的旋转扭矩传感器，其特征在于，所述轴承组件为滚动轴承组件或者滑动轴承付组件。