CN2741124Y - 通过轴承供电的转动力矩传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种通过轴承供电的转动力矩传感器，包括壳体(1)及测量轴(2)；所述壳体(1)中设有处理电路(5)及信号导出装置(7)，所述壳体(1)上开设有第一圆孔(3)和第二圆孔(4)；所述第一圆孔(3)内设有轴承(6)；所述测量轴(2)穿过所述轴承(6)和第二圆孔(4)；所述轴承(6)的外环(62)通过穿过壳体(1)的导线(13)与外部电源正极连接；所述处理电路(5)的电源正极与所述轴承(6)的内环(61)电气连接，该处理电路(5)的电源负极与所述测量轴(2)电气连接。本实用新型利用轴承引入外部电源，提供可靠的供电连接。

Description

通过轴承供电的转动力矩传感器

技术领域

本实用新型涉及一种通过轴承供电的转动力矩传感器，特别是一种接设于转动轴中对力矩进行测量并利用测量轴与传感器间设置的轴承对传感器内电路进行动态供电的转动力矩传感器。

背景技术

在交通、运输、生产制造以及机械维修等众多行业中，经常需要对一些旋转体如转动轴的转动力矩进行测量，人们通常会采用力矩扳手作为测量工具进行力矩测量。

随着机械化、电子化、计算机智能化技术的飞速发展，转动轴力矩的测量已经不仅仅局限于简单的数值测量，而是需要进行现场工作状态下的实时测量，并将得到的数据信息通过控制电路或计算机进行处理从而控制执行机构完成相应的操作。在这一过程中，转动轴的力矩测量必须采用电子力矩传感器。

常用的力矩传感器主要包括壳体、一个内部安装有若干个应力感应电阻(应力贴片)的测量轴，测量轴贯穿壳体并与其固定连接，壳体内设有处理电路。应力感应电阻之间组成桥式电路，其信号输出端与处理电路的信号输入端连接。在进行力矩测量时，测量轴连接在被测转动轴上，当被测转动轴在转动中受到阻力时，测量轴将发生微弱的形变，造成应力感应电阻值的改变，使桥式电路输出变化的电压信号，该信号被传送到处理电路中进行处理，然后通过信号输出装置输出，为外部控制、计算设备所采集。

由于测量轴和处理电路随着被测转动轴的转动而转动，因此，如何由外部为传感器提供电力成为一个重要问题。通常的提供电力方式主要有利用电刷原理制成的导电环传输方式、电感耦合方式，但这些方式都存在着一些不足和缺陷。

导电环方式的主要缺点在于，导电环与力矩测量轴之间存在着滑动摩擦和发热，对信号造成干扰，对处理电路的正常工作造成影响，使测量结果不稳定。同时，滑动摩擦容易造成导电环使用寿命低，需要经常维修、更换，给传感器的使用造成麻烦。

典型的电感耦合方式为旋转变压器，其缺点在于，耦合效率低、自身容易发热、自重较大使转动惯量增大，不能应用于轻质旋转轴的力矩测量场合。旋转变压器制作过程比较繁琐，对加工的材料、工艺要求较高生产制造相对复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述传统的力矩测量传感器在电力提供方式上所存在的缺陷和不足提供一种通过轴承供电的转动力矩传感器，该传感器利用测量轴与传感器壳体之间加设的金属轴承将外部电源提供的电力输送到传感器内的处理电路。

为实现上述目的，本实用新型提供一种通过轴承供电的转动力矩传感器，包括壳体及测量轴；壳体中设有处理电路及信号导出装置，处理电路固定设置在测量轴上，其信号输出端连接信号导出装置的信号输入端，该信号导出装置的信号输出端与外部信号处理设备的信号端电气连接；壳体上开设有两个相对且同心的第一圆孔和第二圆孔，轴承设置在第一圆孔内，测量轴的两端分别穿过轴承和第二圆孔设置于壳体中，测量轴与轴承的内环之间设有绝缘层，轴承的外环通过穿过壳体的导线与外部电源正极连接；处理电路的电源正极与轴承的内环电气连接，该处理电路的电源负极与测量轴电气连接。

上述技术方案在使用中，测量轴与被测转动轴连接并转动。外部电源的正极通过导线传到轴承的外环，再经轴承的内环传输到处理电路，使处理电路获得工作电源。当被测转动轴在转动中发生力矩变化时，测量轴中的由应力感应电阻(应力贴片)所组成的桥式电路将变化输出的电压信号送到处理电路，并由处理电路经过信号导出装置将其传送到外部信号处理设备。

当上述技术方案中的壳体采用金属材料制造时，为防止电源的正极通过轴承与测量轴发生短路，在第一圆孔与轴承间增设有绝缘环管，将导线穿过绝缘环管与轴承连接。

为提高导线与轴承连接的可靠性，可以在绝缘环管的内侧表面环周贴设环形导电圈，使环形导电圈与导线连接。

为使测量轴的运转顺畅，在第二圆孔中还可以设置另一轴承，同时可以将该另一轴承与外部电源的负极连接，构成处理电路的电源回路。

信号导出装置可以是无线信号发射器，或者是分别设置在测量轴和壳体内侧表面上的导电环及电刷。

当测量轴中的由应力感应电阻所组成的桥式电路将变化输出的电压信号送到处理电路后，处理电路对其进行放大等处理后将其处送到无线信号发射器，或者通过旋转的导电环传送到电刷。无线信号发射器可以将信号进行调制处理后发射到外部信号处理设备的无线信号接收端；电刷可以通过其与外部信号处理设备的信号输入接口之间的连接，将信号传递到外部信号处理设备中。

通过上述技术方案可以看出，本实用新型利用轴承引入外部电源，提供了可靠的供电连接，大大减少了因摩擦而发热现象，延长了使用寿命低，无需经常维修、更换，利用轴承引入外部电源也不存在耦合效率低、自身容易发热、自重较大使转动惯量增大等缺陷，可以应用于轻质旋转轴的力矩测量场合。与旋转变压器相比，其制作过程简单，对加工的材料、工艺要求不高。以下，通过具体实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

附图说明

图1为本实用新型提供的一个实施例的结构示意图。

图2为本实用新型提供的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

图1所示为本实用新型提供的一个实施例的结构示意图，它包括壳体1、测量轴2及轴承6。壳体1上开设有两个相对且同心的第一圆孔3和第二圆孔4。轴承6设置在第一圆孔3内。测量轴2的两端分别穿过轴承6和第二圆孔4设置于壳体1中。测量轴2与轴承6的内环61之间设有用绝缘胶木管制成的绝缘层21。

轴承6的外环62通过穿过壳体1的导线13与外部电源正极连接。壳体1中还设有处理电路5，该处理电路5设置在电路盒51中。电路盒51固定设置在测量轴2上并且与绝缘层21一体制造。处理电路5的电源正极与轴承6的内环61通过一电源线14直接连接，该处理电路5的电源负极直接连接在测量轴2的表面，通过测量轴2与被测转动轴之间的连接形成接地，从而构成电回路。

处理电路5中设有信号导出装置7，该信号导出装置7为无线信号发射器。当被测转动轴的力矩发生变化时，处理电路5将来自应力感应电阻组成的桥式电路的变化电信号进行处理后将其传送到信号导出装置7，信号导出装置7对收到的变化电信号进行调制后由无线信号发射天线发出无线信号，外部信号处理设备通过接收天线获得该无线信号。

图2所示为本实用新型提供的另一个实施例的结构示意图。本实施例的壳体构成、供电回路的组成以及信号导出装置与上述实施例有所不同。

本实施例的壳体1采用铝合金材料制造成一圆柱形的杯状容器。在壳体1的开口上通过螺栓固定有盖11。第一圆孔3开设在壳体1的底部。第二圆孔4开设在盖11上。

第一圆孔3是由两个同心的，半径不同的圆形凹陷连通构成，其中，半径较大的圆形凹陷31设置在壳体1的内侧，半径较小的圆形凹陷32设置在壳体1的外侧。在第一圆孔3与轴承6间增设有绝缘环管63。绝缘环管63设置在半径较大的圆形凹陷31内侧，并且其靠近半径较小的圆形凹陷32的一端向圆心方向设有弯折面，使该绝缘环管63的轴向截面呈双L形。

绝缘环管63的内侧表面环周贴设有环形导电圈64。导线13穿过绝缘环管63与环形导电圈64连接，并通过环形导电圈64连接到轴承6的外环62。

在绝缘层21的表面环形套设有一金属材料制成的环52，该环52只与轴承6的内环61接触，并通过电源线14与处理电路的电源正极连接。当本实施例组装完成后，轴承6的外环62压设在环形导电圈64，环形导电圈64通过导线13将外部电力引入；轴承6的内环61通过环52、电源线14将外部电力引入处理电路的正极。

另外，为使测量轴2顺畅的转动，本实施例在第二圆孔4内还增设有另一轴承65，使测量轴2的上一端穿过另一轴承65。由于处理电路5的接地端连接在测量轴2的表面，因此，可以使另一轴承65通过一引出线与外部电源的负极连接而构成电回路。

本实施例中，信号导出装置7采用导电环71和电刷72，导电环71套设在测量轴2上并与其绝缘。导电环71连接处理电路5的信号输出端。电刷72一端搭接在导电环71的表面，另一端设置在壳体1的内侧表面并通过信号连接线8与外部信号处理设备的信号输入接口连接。当被测转动轴的力矩发生变化时，处理电路5将来自应力感应电阻组成的桥式电路的变化电信号进行处理后将其传送到导电环71，导电环71将其传递到电刷72，电刷72将该信号传送到外部信号处理设备。

本实施例通过巧妙的设计，使该传感器的生产、组装和使用都非常方便，而且也便于维修，尤其是供电装置的连接较为牢靠。

通过本实施例的结构设计可以制成体积较小，适合于精密机械的力矩测量，甚至可以将其安装在智能机械手中，在加工操作中实时测量各种转动轴的力矩变化，为人工智能的实施应用提供良好、准确的测量数据。

Claims (6)

1、一种通过轴承供电的转动力矩传感器，包括壳体(1)及测量轴(2)；所述壳体(1)中设有处理电路(5)及信号导出装置(7)，所述处理电路(5)固定设置在所述测量轴(2)上，其信号输出端连接所述信号导出装置(7)的信号输入端，该信号导出装置(7)的信号输出端与外部信号处理设备的信号端电气连接，其特征在于：所述壳体(1)上开设有两个相对且同心的第一圆孔(3)和第二圆孔(4)；所述第一圆孔(3)内设有轴承(6)；所述测量轴(2)的两端分别穿过所述轴承(6)和第二圆孔(4)设置于所述壳体(1)中；所述测量轴(2)与所述轴承(6)的内环(61)之间设有绝缘层(21)；所述轴承(6)的外环(62)通过穿过壳体(1)的导线(13)与外部电源正极连接；所述处理电路(5)的电源正极与所述轴承(6)的内环(61)电气连接，该处理电路(5)的电源负极与所述测量轴(2)电气连接。

2、根据权利要求1所述的通过轴承供电的转动力矩传感器，其特征在于：所述壳体(1)为棱柱形或圆柱形的杯状容器，该壳体(1)的开口上设有盖(11)；所述第一圆孔(3)开设在所述壳体(1)的底部；所述第二圆孔(4)开设在所述盖(11)上。

3、根据权利要求1或2所述的通过轴承供电的转动力矩传感器，其特征在于：所述的第一圆孔(3)与轴承(6)间增设有绝缘环管(63)；所述导线(13)穿过所述绝缘环管(63)与所述轴承(6)连接。

4、根据权利要求3所述的通过轴承供电的转动力矩传感器，其特征在于：所述的第一圆孔(3)是由两个同心的，半径不同的圆形凹陷连通构成，其中，半径较大的圆形凹陷(31)设置在所述壳体(1)的内侧，半径较小的圆形凹陷(32)设置在所述壳体(1)的外侧；所述绝缘环管(63)设置在所述半径较大的圆形凹陷(31)内侧，并且其靠近所述半径较小的圆形凹陷(32)的一端向圆心方向设有弯折面，使该绝缘环管(63)的轴向截面呈双L形。

5、根据权利要求3所述的通过轴承供电的转动力矩传感器，其特征在于：所述的绝缘环管(63)的内侧表面环周贴设有环形导电圈(64)，该环形导电圈(64)与所述导线(13)连接。

6、根据权利要求1所述的通过轴承供电的转动力矩传感器，其特征在于：所述的信号导出装置(7)是无线信号发射器，或者是分别设置在所述测量轴(2)和所述壳体(1)内侧表面上的导电环和电刷。

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