TW201821780A - 軸向旋轉式扭力感測器 - Google Patents

軸向旋轉式扭力感測器 Download PDF

Info

Publication number
TW201821780A
TW201821780A TW105139461A TW105139461A TW201821780A TW 201821780 A TW201821780 A TW 201821780A TW 105139461 A TW105139461 A TW 105139461A TW 105139461 A TW105139461 A TW 105139461A TW 201821780 A TW201821780 A TW 201821780A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
planetary gear
gear set
stage
input shaft
output shaft
Prior art date
Application number
TW105139461A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI640756B (zh
Inventor
胡越陽
周志成
邱盟仁
Original Assignee
健騰精密機電股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 健騰精密機電股份有限公司 filed Critical 健騰精密機電股份有限公司
Priority to TW105139461A priority Critical patent/TWI640756B/zh
Priority to CN201710832913.3A priority patent/CN108120532B/zh
Priority to JP2017204853A priority patent/JP6471396B2/ja
Priority to US15/811,396 priority patent/US10288504B2/en
Priority to DE102017126906.1A priority patent/DE102017126906B4/de
Priority to KR1020170156675A priority patent/KR102042134B1/ko
Publication of TW201821780A publication Critical patent/TW201821780A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI640756B publication Critical patent/TWI640756B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0028—Force sensors associated with force applying means
    • G01L5/0042—Force sensors associated with force applying means applying a torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/225—Measuring circuits therefor
    • G01L1/2262—Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/108—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1464—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving screws and nuts, screw-gears or cams
    • G01L3/1471—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving screws and nuts, screw-gears or cams using planet wheels or conical gears

Abstract

本發明提供一種軸向旋轉式扭力感測器，包括一行星齒輪組沿一中心軸線配置於一入力軸與一出力軸之間，該入力軸形成一切線作用力驅動行星齒輪組中的一內齒輪沿中心軸線的圓周旋轉，該內齒輪連接多個條片狀的樑部，其中至少一樑部上配置有至少一應變規，所述樑部的一端部固定，另一端部分別用於吸收內齒輪所負載的切線作用力而沿所述圓周旋轉的方向生成變形，該應變規並感測該變形而生成應變，作為入力軸與出力軸之間的扭力感測數值，藉以改善傳統扭力感測器之感測精確度和靈敏度不足以及徑向體積無法有效縮減的問題。

Description

軸向旋轉式扭力感測器
本發明涉及於旋轉驅動機構中搭載應變規的扭力感測技術，特別有關一種軸向旋轉式扭力感測器。
傳統的旋轉驅動機構一般會搭載扭力感測元件來檢測扭力值的大、小及變化，但在該機構傳遞扭力的過程中，如何能夠精確的感測該扭力值的變化，並且有效縮減扭力感測元件的配置體積，長久以來都是一項棘手的技術課題。
已知，美國專利公告第5172774號、美國專利公告第8302702號、美國專利公開第20100139432號、美國專利公開第20150135856號、台灣專利公告第M451316號及台灣專利公告第M417320號等案專利中，皆共同教示使用一種應變規(strain gauge)作為感測元件，來量測旋轉驅動機構中所生成的扭力值變化。
一般常見的應變規，為金屬線以單向陣列形式編排而成的金屬薄片，其雙端分別具有能和應變規訊號處理模組連接用的接腳；應用時，可將應變規固定於旋轉驅動機構中受力後會產生應變的機械元件上，當應變規跟隨應變中的機械元件產生形變時，即可透過應變規的電阻阻值變化反應出所述機械元件的應變，進而感測旋轉驅動機構中的扭力值大、小及變化。
然而，由於上述專利揭露的扭力感測結構及其應 變規的搭載位置，所能感測到經由扭力轉變成應變的效果並不理想，同時還存在扭力感測結構體積過大的問題。
例如美國公告第5172774號專利教示將多個應變規直接配置於一個會傳遞扭力的齒輪所形成的多個剪蹼(shear web)上，所述剪蹼雖然能沿齒輪的徑向蹼面上傳導負載而產生剪蹼的應變，但其感測之應變除了正向之應變之外還有剪應變，導致剪蹼所生成的應變無法充分代表齒輪的扭力值變化，因而喪失扭力感測的真實性及精確性，或是需求配置更多方向的應變規以感應正向應變及剪切方向應變，迫使其成本及複雜度相對提升；此外，剪蹼上搭載應變規的位置與齒輪軸心之間的徑向間距必須夠大，才有助於感測出較明顯的正向應變及剪應變，但卻因此造成結構的徑向體積不易縮減的困擾。
另外，例如美國專利公開第20100139432號揭露一個固定於器殼上且用來樞接扭力軸的傳感器(transducer)，該傳感器呈圓盤狀具有一樞接扭力軸的中心輪轂(hub)，輪轂周邊延伸形成有環圈之盤面狀的蹼部(web)，並以該蹼部作為上述的載體材料而搭載至少一應變規，以感測扭力軸的扭力變化；然而由於該蹼部是形成為環圈之盤面狀，較難以集中式傳導經由扭力轉換形成的作用力，換言之，蹼部受到扭力傳導所生成的應變將分散至環圈狀蹼部的整個面域，因而減少了應變規所能生成形變量，乃至於也相對減損了扭力感測的真實性及精確性；此外，採用蹼部搭載應變規的結構設計仍然存在徑向體積無法縮減的困擾。
再如美國專利公告第8302702號揭露將應變規鑲嵌於一框形的扭力傳遞元件(torquetransferring element)的徑向邊肋平面上，該扭力傳遞元件的中心連結一環齒輪，利用該應變規來感測環齒輪的扭力；惟，其搭載有應變規的扭力傳遞元件(torquetransferring element)的邊肋平面與環齒輪的 軸心之間是透過扭力傳遞元件周邊的邊肋來傳導作用力，使得該應變規鑲嵌位置遭彎曲力矩作用，但是，由邊肋所生成的彎曲力矩來感測扭力變化的真實性及精確性較為薄弱；而且，扭力傳遞元件的邊肋同樣存在有加大結構體的徑向體積的問題。
又如美國公開第20150135856號專利揭露了一種輪座型的力/力矩感測器(force torque sensor)，用以對系統運動碰到阻礙時瞬間所生成的力或扭力進行偵測，一般作為安全防護使用。該力/力矩感測器中心同樣形成有軸接轉動元件用的輪轂，力/力矩感測器的徑向周邊還形成有框邊(rim)，該輪轂的四周與框邊之間的徑向位置還分別形成多個椼樑(beam)，且各徑向椼樑的四周端面上可分別固定應變規，利用各椼樑將所接受之負荷導引成對樑的彎曲負荷而產生拉伸作用力或壓縮作用力或剪力，以便於樑面上的應變規能感測椼樑上所生成的應變，進而檢知力、力矩值的變化。但是，此專利並沒有進一步揭露所述椼樑是如何來將所接受負荷導引成拉力或/及壓力或剪力的具體技術，也因此必須於各椼樑的四周端面上固設應變規，來增加其量測值的精度，但卻因此而造成應變規應用數量上的浪費及應力結構的複雜度；而且，所述椼樑也存在加大結構體徑向體積的問題。
此外，例如台灣專利公告第M451316號及台灣專利公告第M417320號分別揭露在曲柄軸上設置一套筒，該套筒的表面貼附有一應變規，用以量測套筒在受到扭力作用時所產生之應變量，並將量測到的應變量轉換成一應變訊號，以控制電動馬達輸出動力。其中使用套筒搭載應變規的設計雖然可達縮減結構體徑向體積的效果，但是，由於其應變規是搭載於運動件(套筒)上，所以必須搭配能源傳輸元件，如變壓器等及訊號無線傳輸元件；當此等配件安裝於運動件(套筒)時又增加了配置空間，以致更加大了結構體。
有鑑於此，本發明旨在改善傳統搭載有應變規的扭力感測結構，其感測精確度和靈敏度不足以及徑向體積無法有效縮減的問題。
為了實現上述目的並解決問題，本發明應用了扭力感測盤於其軸向形成之樑部受力時會生成變形的特性，並可搭載應變規來精確且靈敏的感測應用元件或設備的扭力變化，並需設計該扭力感測盤之樑部的配置位置，來克服應用元件或設備之徑向體積無法有效縮減的問題。
為此，本發明一較佳的技術方案是提供一種軸向旋轉式扭力感測器，包括：一入力軸與一出力軸，沿一中心軸線間隔配置；一行星齒輪組，沿中心軸線配置於入力軸與出力軸之間，該入力軸軸接行星齒輪組中的一太陽齒輪，該出力軸經由一行星盤而連接行星齒輪組中的多個行星齒輪，該行星齒輪組中的一內齒輪連接一扭力感測盤，該扭力感測盤具有多個平行於中心軸線之條片狀的樑部，所述樑部之相對側分別形成一平行於中心軸線之徑向的端面，所述二端面之其中至少一端面上配置有至少一應變規；其中，該入力軸經由行星齒輪組帶動出力軸轉動，並形成一切線作用力驅動內齒輪沿中心軸線的圓周旋轉，該扭力感測盤的樑部吸收內齒輪所負載的切線作用力而沿所述圓周旋轉的方向生成變形，該應變規並感測該變形而生成應變，作為入力軸與出力軸之間的扭力感測數值。
在進一步實施中，上述技術方案還包括：該扭力感測盤包含一固定座及一旋動座，所述樑部係坐落於固定座及旋動座之間。其中該扭力感測盤係由固定座、樑部及旋動座一體成型所構成。
所述樑部係由固定座延伸形成，所述樑部之遠離固定座的一端係組設於旋動座上。
該固定座及旋動座的中心分別設有一通孔，該入力軸穿伸通過所述通孔而軸接太陽齒輪。其中該入力軸樞接於固定座及旋動座的至少其中之一。
所述配置有應變規的樑部，其應變規的配置數量為二，且所述二應變規相對貼合於樑部的兩個對應端面上。
該行星齒輪組包括：一第一階行星齒輪組及一第二階行星齒輪組；該入力軸軸接第一階行星齒輪組中的一第一階太陽齒輪，該第一階行星齒輪組中的一第一階行星盤樞置有多個嚙組於第一階太陽齒輪之四周的第一階行星齒輪組中之第一階行星齒輪，該第一階行星齒輪組中的一第一階內齒輪連接扭力感測盤；該第二階行星齒輪組中的一第二階太陽齒輪係軸接於第一階行星盤的中心，該出力軸經由第二階行星齒輪組中的一第二階行星盤而連接多個嚙組於第二階太陽齒輪之四周的第二階行星齒輪組中之第二階行星齒輪，所述第一階行星齒輪及第二階行星齒輪係分別與第一階內齒輪相嚙組。該第二階行星盤係由出力軸所延伸形成。該入力軸的軸接對象與出力軸的連接對象互換。
該行星盤係由出力軸所延伸形成。其中該入力軸的軸接對象與出力軸的連接對象互換。
根據上述技術方案，本發明的技術效果在於：
1.經由內齒輪負載入力軸所傳遞之切線作用力，並且充分的將該負載傳導成扳動樑部產生變形的作用力，使所述樑部生成變形，進而使所述應變規隨之生成形變，以提升應變規感測扭力的靈敏度。
2.應用條片狀的樑部來搭載應變規，可使樑部之一端部於受力扳動狀態下較為靈敏的生成變形，進而提升應變規感測扭力的靈敏度。
3.令樑部沿入力軸的軸向相互平行配置，而非沿入力軸的徑向配置，可有效縮減應用元件或設備或扭力感 測器的徑向體積。
以上所述裝置之技術手段及其產生效能的具體實施細節，請參照下列實施例及圖式加以說明。
10‧‧‧器殼
11‧‧‧螺絲
20‧‧‧入力軸
21、31‧‧‧軸承
22、32‧‧‧端部
30‧‧‧出力軸
40‧‧‧行星齒輪組
401‧‧‧太陽齒輪
402‧‧‧行星齒輪
403、413、423‧‧‧行星齒輪軸
404‧‧‧行星盤
405‧‧‧內齒輪
41‧‧‧第一階行星齒輪組
411‧‧‧第一階太陽齒輪
412‧‧‧第一階行星齒輪
414‧‧‧第一階行星盤
415‧‧‧第一階內齒輪
416‧‧‧凹槽
42‧‧‧第二階行星齒輪組
421‧‧‧第二階太陽齒輪
422‧‧‧第二階行星齒輪
424‧‧‧第二階行星盤
50‧‧‧扭力感測盤
51‧‧‧樑部
51a‧‧‧第一端部
51b‧‧‧第二端部
51c‧‧‧第一端面
51d‧‧‧第二端面
52‧‧‧固定座
521、531‧‧‧通孔
53‧‧‧旋動座
532‧‧‧凸塊
533‧‧‧擋柱
54‧‧‧底座
55‧‧‧軸承固定座
60‧‧‧應變規
70‧‧‧電橋
71‧‧‧儀表放大器
72‧‧‧整流器
73‧‧‧數值控制單元
80‧‧‧驅動馬達
81‧‧‧驅動軸
90‧‧‧工具接頭
C‧‧‧中心軸線
D‧‧‧徑向線
圖1是本發明之第一種實施例的立體分解圖；圖2是圖1組合後的橫斷面剖示圖；圖3是圖2的A-A斷面剖示圖；圖4是圖2的B-B斷面剖示圖；圖5是圖1中部分構件的立體組合圖；圖6是圖3中行星齒輪組生成之作用力的解說圖；圖7是樑部受到旋動座帶動而彎曲變形的示意圖；圖8a及圖8b分別是樑部的前視圖及側視圖；圖9及圖10分別是扭力感測盤之相異構造的立體圖；圖11是應變規的電路配置示意圖；圖12是本發明之第二種實施例的剖示圖。
首先，請合併參閱圖1至圖4，揭露出本發明所提供之扭力感測裝置的第一種實施例態樣，說明該扭力感測裝置包括有一入力軸20、一出力軸30、一行星齒輪組、一扭力感測盤50與一應變規60。其中：如圖1及圖2所示，該入力軸20與出力軸30是沿一中心軸線C間隔配置，該行星齒輪組是沿中心軸線C配置於入力軸20與出力軸30之間，且該行星齒輪組、入力軸20及出力軸30是容置於一器殼10內，該器殼10在實施上是作為整個裝置體的固定端，用以樞接該入力軸20及出力軸30。進一步的說，該入力軸20及出力軸30可分別經由軸承21、31而樞設於器殼10內，並使入力軸20及出力軸30的一端部22、32分別突伸至器殼10外；該器殼10組設有一驅動馬達 80，所述組設包含以嵌、扣、鎖等機械配置手段使之結合成一體，進而使得驅動馬達80的驅動軸81能軸接該入力軸20，用以驅動入力軸20轉動；該出力軸30在實施上軸接有一工具接頭90，用以銜接並輸出扭力驅動例如是電動起子等工具旋轉。
上述行星齒輪組與入力軸20、出力軸30之間的具體配置細節，請進一步搭配圖3所示，該入力軸20及出力軸30是透過行星齒輪組而相互連動。所述行星齒輪組在實施上包含第一階行星齒輪組41與第二階行星齒輪組42，其中，該入力軸20的一端部22突伸至器殼10外，並使入力軸20的另一端部延伸至器殼10內而軸接第一階行星齒輪組41中的第一階太陽齒輪411。
該第一階太陽齒輪411嚙組有多個第一階行星齒輪組41中的第一階行星齒輪412，所述多個第一階行星齒輪412是樞設於第一階行星齒輪組41中的第一階行星盤414上，該第一階行星齒輪組41中的第一階內齒輪415是圍繞於第一階太陽齒輪411及第一階行星齒輪412的周圍，該第一階行星齒輪412是分別與第一階太陽齒輪411及第一階內齒輪415相嚙組。
進一步的說，上述的第一階行星齒輪412在實施上是經由行星齒輪軸413而樞置於第一階行星盤414之一側，該第二階行星齒輪組42中的第二階太陽齒輪421是軸接於該第一階行星盤414之另一側的中心，該出力軸30是經由第二階行星齒輪組42中的第二階行星盤424而連接多個嚙組於第二階太陽齒輪421之四周的第二階行星齒輪組42中之第二階行星齒輪422，該第二階行星齒輪422在實施上是經由行星齒輪軸423而樞置於第二階行星盤424上。該第二階行星齒輪422與第一階行星齒輪412在實施上是分別與第一階內齒輪415相嚙組。該第二階行星盤424在實施上是由出力軸30所 延伸形成，也就是說該出力軸30與第二階行星盤424是同軸一體延製形成；除此之外，將入力軸20與出力軸30的軸接對象互換，亦即，使入力軸20軸接第二階行星盤424，出力軸30軸接第一階太陽齒輪411，亦是本發明所思及之應用範疇，以便能輕易變換入力至出力的驅動對象與順序。
請配合圖1及圖2，說明該第一階內齒輪415在實施上與扭力感測盤50相連接，該扭力感測盤50具有多個平行於中心軸線C之樑部51、一固定座52及一旋動座53，該固定座52與旋動座53是各自獨立的沿著所述中心軸線C而間隔配置，所述樑部51是坐落於固定座52與旋動座53之間；所述樑部51皆呈條片狀或板片狀的形體，且其中至少一樑部51的片體上必須配置有至少一應變規60；在此，所述至少一樑部51意指多個樑部51之中只要有一或一以上樑部51的片體上黏貼應變規60即可，且黏貼應變規60的樑部51，其應變規60的黏貼數量可為一片或兩片；當單一樑部51上黏貼的應變規60數量為二時，所述二應變規60可以相對的貼合於該樑部51之片體相對側的第一端面51c及第二端面51d上，所述第一端面51c及第二端面51d是平行於中心軸線C之徑向。所述樑部51可由例如是碳鋼等金屬製成的條片狀形體，使樑部51的各個區段均可呈現出相同的斷面，以傳導作用力而在其所用金屬材料的強度容許範圍內生成應變，因而作為應變規60的載體。
由於各樑部51皆具有一第一端部51a及一第二端部51b；其中，該第一端部51a必須固定，該第二端部51b用於吸收第一階內齒輪415所負載的切線作用力。進一步的說，所述樑部51被固定的第一端部51a係固接於固定座52上，所述樑部51在實施上是由固定座52所延伸形成，該固定座52組設於一底座54上，該底座54是以螺絲11鎖組的方式固定於器殼10內，以便作為整個裝置體的固定端，所述 樑部51用於吸收第一階內齒輪415所負載的切線作用力的第二端部51b可滑動地或者是固定地組設於旋動座53上，。
請配合圖1及圖2，說明該扭力感測盤50是經由旋動座53而與第一階內齒輪415相連接，使第一階內齒輪415在受到第一階行星齒輪412與第二階行星齒輪422驅動時，能進一步帶動旋動座53沿所述中心軸線C自轉。進一步的說，該旋動座53能以緊密配合的方式植入第一階內齒輪415中而使二者連接為一體(如圖9所示)；或者，該旋動座53之一端延伸形成有多個凸塊532，該第一階內齒輪415之一端凹陷形成有多個與凸塊532相對應的凹槽416，該旋動座53與第一階內齒輪415藉由凸塊532與凹槽416的結合而連接為一體(如圖10所示)。
此外，該固定座52與旋動座53的中心分別形成有通孔521、531供入力軸20穿伸通過，而使固定座52與旋動座53分別沿中心軸線C對稱配置在入力軸20上，且該入力軸20是穿伸通過固定座52與旋動座53的通孔521、531而軸接第一階太陽齒輪411。進一步的說，所述樑部51分別是配置於固定座52與旋動座53之間，而使所述樑部51分別坐落於中心軸線C的徑向線D上(如圖4所示)，在本發明中，所述樑部51隻數量為二。此外，該固定座52與旋動座53之間還設有一軸承固定座55，上述軸承21的其中之一是組設於軸承固定座55內，藉此維持入力軸20轉動時的穩定性。
請合併參閱圖5及圖6，說明當作為入力端使用的第一階太陽齒輪411以順時針方向轉動時，會帶動第一階行星齒輪412以逆時針方向轉動，並帶動第一階行星盤414以順時針方向轉動，接著，第二階太陽齒輪421經由第一階行星盤414的帶動而以順時針方向轉動，並帶動第二階行星齒輪422以逆時針方向轉動，所述第二階行星齒輪422帶動作為出力端使用的第二階行星盤424以順時針方向轉動而輸 出動力。
由於第二階行星盤424必須克服外界的扭力負載T1，第一階太陽齒輪411會輸入扭力T2，且T2乘以減速比所得之扭力須克服T1而達到平衡，並在第一階內齒輪415上形成扭力負載T3。依此，得知：T3=T1×(λ/(1+λ)) 式(1)
T2=T3×(λ/(1+λ)) 式(2)
其中，λ為第一階太陽齒輪411與第一階內齒輪415之齒數比(λ=第一階太陽齒輪411之齒數/第一階內齒輪415之齒數)。
請再次參閱圖5及圖6，說明該第一階太陽齒輪411與第一階行星齒輪412及第二階太陽齒輪421與第二階行星齒輪422的相嚙接觸點分別形成一切線作用力F2，該第一階內齒輪415與第一階行星齒輪412及第二階行星齒輪422的相嚙接觸點分別形成一切線作用力F1，所述切線作用力F1與F2相互平行。根據轉動力矩平衡定理Σ M x =0，可知：M=0=F1×r-F2×r，F=F1+F2，所以F1=F2=F/2，因此，所述切線作用力的總合(F1+F2)即會生成一反作用力F，該反作用力F經由行星齒輪軸413、423分別驅動第一階行星盤414與第二階行星盤424旋轉。
請參閱圖7，說明所述樑部51的第一端部51a皆各自固定於固定座52上，而且所述樑部51的第二端部51b都能以滑動方式浮動接觸於旋動座53。如此配置下，當旋動座53因第一階內齒輪415傳遞的切線作用力F1微量自轉而帶動所述樑部51時，由於各樑部51的第一端部51a已經固定不動，相對的，各樑部51的第二端部51b經由旋動座53形成的微量自轉而跟著產生微量的移動，進而使得各樑部51皆生成變形，並使各樑部51的第一端面51c受到拉力以及第二端面51d受到壓力，此刻，以貼附方式搭載於其中至少一 樑部51上的至少一片應變規60便能同步的受到彎曲變形的作用而生成應變，以作為入力軸20與出力軸30之間的扭力感測數值。此外，必須說明的是，所述樑部51的第二端部51b若是以固定方式結合於旋動座53，該第二端部51b已非浮動接觸旋動座53，因此，當旋動座53微量轉動而使第二端部51b跟著移動時，如此狀態下，應變規60同樣的能夠受到變形作用而生成應變。
請合併參閱圖8a、圖8b及圖11，說明當旋動座53因第一階內齒輪415傳遞切線作用力F1而帶動樑部51，因樑部51的第一端部51a是經由固定座52而固定於器殼10內，所以樑部51會因旋動座53轉動而發生彎曲變型，所以樑部51一側受壓力一側受拉力。當應變規60黏貼於樑部51之兩側，可以使用電橋70公式精確且靈敏的感測電阻值之變化量。
設定二樑部51的相對距離為a，數量為N，寬度為b與厚度為h時，單一樑部51之受力F’：F’=2×T3/(a×N) 式(3)
當應變規60之中心與受力點(也就是第二端部51b)的距離為L時，則應變規60感應之應力值為σ=6×F’×L/(b×h2)，而應變ε為：ε=6×F’×L/(E×bh2) 式(4)
其中，應變規60所在L處位置是考量組裝的方便性與其能產生最大的變形量而決定，例如應變規60在樑部51上的貼合位置，可以相對地較為接近固定座52並且相對地較為遠離旋動座53，以便於生成較大的應變而有助於更靈敏的取得精確的扭力量測值。
上述電橋70的公式如下式(5)：
其中，Vin為電源供應端的輸入電壓，Vab為b點電壓Vb至a點電壓Va之間的電壓差，R1、R2、R3、R4分別為固定於樑部51上之電阻，當應變規60受到收縮或伸張力時，其電阻值R 1、R 2、R 3與R 4會產生變化，電阻R 2與R 3在受力時阻值變化量為-ΔR，電阻R 1與R 4在受力時阻值變化量為ΔR，因此令電阻值為R 2=R 3=R-ΔR與R 1=R 4=R+ΔR並帶入上述的式(5)，可得到下式(6)：
Vab透過儀表放大器71的放大G倍後，可計算得到下式(7)之輸出電壓Vo：Vo=G×Vab 式(7)
從樑部51受到扭力作用後生成之應變的關係為ΔR/R=GF×ε，可得應變與輸出電壓的關係：Vo=G×GF×ε×Vin 式(8)
其中，GF為應變係數。上述輸出電壓Vo經整流器72整流後，供應至一數值控制單元(MCU)73，以便根據該輸出電壓Vo的變化數值作為上述樑部51受到扭力作用後生成的應變ε，進而轉換暨計算成入力軸20與第一內齒輪415之間精確的扭力感測數值。
應變規60的使用數量上，使用四片應變規為兩片應變規變化量的兩倍，並約為一片應變規變化量的四倍。因此，在本發明中，應變規60的配置數量愈多，可轉換取得之扭力感測數值會愈靈敏。但是，應變規60的配置數量並非因此而受限於4片。
請配合圖9及圖10，說明由上述可知，該扭力感測盤50中的樑部51是由固定座52所延伸形成，所述樑部51用於吸收第一階內齒輪415之切線作用力F1的第二端部51b 能以滑動或者是固定的方式連接旋動座53；如圖9所示，該旋動座53設有多個擋柱533，所述擋柱533的數量為所述樑部51的配置數量之二倍，所述擋柱533分別坐落於樑部51之雙側，令樑部51滑動的配置於二擋柱533之間，該旋動座53經由擋柱533固定樑部51，使旋動座53轉動時能帶動樑部51，使樑部51生成彎曲變形；如圖10所示，該扭力感測盤50可由固定座52、旋動座53及樑部51為一體製成，藉此使旋動座53轉動時能帶動樑部51，令樑部51生成變形。
請參閱圖12，說明本發明提供第二種實施例所揭露的軸向旋轉式扭力感測器，其與上述第一種實施例的差異之處在於：本實施例中的行星齒輪組為單一行星齒輪組40，其中，該入力軸20延伸至器殼10內的一端軸接行星齒輪組40中的太陽齒輪401，該出力軸30是經由行星齒輪組40中的行星盤404而連接多個嚙組於太陽齒輪401之四周的行星齒輪組40中之行星齒輪402，該行星齒輪組40中的內齒輪405是圍繞於太陽齒輪401及行星齒輪402的周圍，該太陽齒輪401及內齒輪405是分別與行星齒輪402相嚙組。進一步的說，該行星齒輪402在實施上是經由行星齒輪軸403而樞置於行星盤404上。該行星盤404在實施上是由出力軸30所延伸形成，也就是說該出力軸30與行星盤404是同軸一體延製形成；除此之外，將入力軸20與出力軸30的軸接對象互換，亦即，使入力軸20軸接行星盤404，出力軸30軸接太陽齒輪401，亦是本發明所思及之應用範疇，以便能輕易變換入力至出力的驅動對象與順序。
根據以上實施例的說明，本發明利用條片狀樑部51一端部於受力扳動狀態下能較為靈敏的產生變形，而使所述應變規60隨之生成形變，是具體可行的，而且還能提升感測扭力的精度。此外，令所述樑部51分別與入力軸20軸向相互平行配置，而非沿入力軸20的徑向配置，也確實能夠有 效縮減應用元件或設備或扭力感測器的徑向體積，乃至於能夠對先前技術作出貢獻。
然而，必須說明的是，以上實施例僅為表達了本發明的較佳實施方式而已，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。因此，本發明應以申請專利範圍中限定的請求項內容為準。

Claims (12)

  1. 一種軸向旋轉式扭力感測器，包括：一入力軸與一出力軸，沿一中心軸線間隔配置；一行星齒輪組，沿中心軸線配置於入力軸與出力軸之間，該入力軸軸接行星齒輪組中的一太陽齒輪，該出力軸經由一行星盤而連接行星齒輪組中的多個行星齒輪，該行星齒輪組中的一內齒輪連接一扭力感測盤，該扭力感測盤具有多個平行於中心軸線之條片狀的樑部，所述樑部之相對側分別形成一平行於中心軸線之徑向的端面，所述二端面之其中至少一端面上配置有至少一應變規；其中，該入力軸經由行星齒輪組帶動出力軸轉動，並形成一切線作用力驅動內齒輪沿中心軸線的圓周旋轉，該扭力感測盤的樑部吸收內齒輪所負載的切線作用力而沿所述圓周旋轉的方向生成變形，該應變規並感測該變形而生成應變，作為入力軸與出力軸之間的扭力感測數值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的軸向旋轉式扭力感測器，其中該扭力感測盤包含一固定座及一旋動座，所述樑部係坐落於固定座及旋動座之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的軸向旋轉式扭力感測器，其中該扭力感測盤係由固定座、樑部及旋動座一體成型所構成。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的軸向旋轉式扭力感測器，其中所述樑部係由固定座延伸形成，所述樑部之遠離固定座的一端係組設於旋動座上。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的軸向旋轉式扭力感測器，其中該固定座及旋動座的中心分別設有一通孔，該入力軸穿伸通過所述通孔而軸接太陽齒輪。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的軸向旋轉式扭力感測器，其 中該入力軸樞接於固定座及旋動座的至少其中之一。
  7. 如申請專利範圍第1或5項所述的軸向旋轉式扭力感測器，其中所述配置有應變規的樑部，其應變規的配置數量為二，且所述二應變規相對貼合於樑部的兩個對應端面上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的軸向旋轉式扭力感測器，其中該行星齒輪組包括：一第一階行星齒輪組，該入力軸軸接第一階行星齒輪組中的一第一階太陽齒輪，該第一階行星齒輪組中的一第一階行星盤樞置有多個嚙組於第一階太陽齒輪之四周的第一階行星齒輪組中之第一階行星齒輪，該第一階行星齒輪組中的一第一階內齒輪連接扭力感測盤；及一第二階行星齒輪組，該第二階行星齒輪組中的一第二階太陽齒輪係軸接於第一階行星盤的中心，該出力軸經由第二階行星齒輪組中的一第二階行星盤而連接多個嚙組於第二階太陽齒輪之四周的第二階行星齒輪組中之第二階行星齒輪，所述第一階行星齒輪及第二階行星齒輪係分別與第一階內齒輪相嚙組。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的軸向旋轉式扭力感測器，其中該第二階行星盤係由出力軸所延伸形成。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的軸向旋轉式扭力感測器，其中該入力軸的軸接對象與出力軸的連接對象互換。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的軸向旋轉式扭力感測器，其中該行星盤係由出力軸所延伸形成。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的軸向旋轉式扭力感測器，其中該入力軸的軸接對象與出力軸的連接對象互換。
TW105139461A 2016-11-30 2016-11-30 軸向旋轉式扭力感測器 TWI640756B (zh)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105139461A TWI640756B (zh) 2016-11-30 2016-11-30 軸向旋轉式扭力感測器
CN201710832913.3A CN108120532B (zh) 2016-11-30 2017-09-15 轴向旋转式扭力感测器
JP2017204853A JP6471396B2 (ja) 2016-11-30 2017-10-24 軸方向回転式トルク検出器
US15/811,396 US10288504B2 (en) 2016-11-30 2017-11-13 Axial rotation type torque sensor
DE102017126906.1A DE102017126906B4 (de) 2016-11-30 2017-11-15 Achsrotations-Drehmomentsensor
KR1020170156675A KR102042134B1 (ko) 2016-11-30 2017-11-22 축 회전식 토크 센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105139461A TWI640756B (zh) 2016-11-30 2016-11-30 軸向旋轉式扭力感測器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201821780A true TW201821780A (zh) 2018-06-16
TWI640756B TWI640756B (zh) 2018-11-11

Family

ID=62118009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105139461A TWI640756B (zh) 2016-11-30 2016-11-30 軸向旋轉式扭力感測器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10288504B2 (zh)
JP (1) JP6471396B2 (zh)
KR (1) KR102042134B1 (zh)
CN (1) CN108120532B (zh)
DE (1) DE102017126906B4 (zh)
TW (1) TWI640756B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI693128B (zh) * 2018-11-27 2020-05-11 王德煌 電動起子的扭力控制裝置
TWI767588B (zh) * 2021-02-26 2022-06-11 碩豐工業股份有限公司 離合型動力傳輸裝置及其扭力檢測模組

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111397789B (zh) * 2019-01-02 2023-12-29 鸿富锦精密电子(郑州)有限公司 扭力压力感测装置及电动起子
IT201900021570A1 (it) * 2019-11-19 2021-05-19 Dinamic Oil S P A Riduttore epicicloidale perfezionato
DE102019134361A1 (de) 2019-12-13 2021-06-17 Auma Riester Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Drehmomentmessung in einem Stellantrieb
US20210310885A1 (en) * 2020-04-06 2021-10-07 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Strain gauge assembly formed of components having two different stiffnesses
TWI794012B (zh) * 2021-03-18 2023-02-21 賴士豪 扭力扳手
US20220297268A1 (en) * 2021-03-18 2022-09-22 Shih-Hao Lai Torque wrench
TWI801828B (zh) * 2021-03-26 2023-05-11 東元電機股份有限公司 轉矩量測裝置及系統
TWI809840B (zh) * 2022-04-26 2023-07-21 車王電子股份有限公司 電動自行車之踩踏扭力感測裝置

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4404799A (en) * 1973-05-14 1983-09-20 Thor Power Tool Company Pneumatic tool with muffler
US4055080A (en) * 1974-11-11 1977-10-25 Farr Emory W Torquing apparatus
JPS5531982A (en) * 1978-08-30 1980-03-06 Nitto Seiko Co Ltd Torque detector
EP0216040A3 (en) * 1985-09-26 1989-04-26 AlliedSignal Inc. Torque sensor
US5263906A (en) * 1990-08-30 1993-11-23 Antonov Automotive North America B.V. Mechanical automatic transmission directly responsive to torque
JPH03277933A (ja) * 1990-03-28 1991-12-09 Takaoka Electric Mfg Co Ltd トルクセンサ
JPH0438372U (zh) * 1990-07-27 1992-03-31
US5172774A (en) 1991-04-12 1992-12-22 Ingersoll-Rand Company Axially compact torque transducer
US5465819A (en) * 1992-09-29 1995-11-14 Borg-Warner Automotive, Inc. Power transmitting assembly
JPH06190658A (ja) * 1992-12-25 1994-07-12 Nitto Seiko Co Ltd ねじ締め異常検出方法
JPH09145498A (ja) * 1995-10-31 1997-06-06 Sugisaki Keiki Kk 負荷トルク試験装置
US6676557B2 (en) * 2001-01-23 2004-01-13 Black & Decker Inc. First stage clutch
CN101091998B (zh) * 2006-06-19 2012-03-28 苏州宝时得电动工具有限公司 变速工具
JP4974643B2 (ja) * 2006-10-30 2012-07-11 前田金属工業株式会社 ボルト・ナット締付装置
JP5201842B2 (ja) * 2007-01-29 2013-06-05 勝行 戸津 電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置
SE534852C2 (sv) 2007-07-05 2012-01-24 Atlas Copco Tools Ab Momentavkännande enhet för ett kraftverktyg
US9016398B2 (en) 2008-12-04 2015-04-28 Ingersoll-Rand Company Disc-shaped torque transducer
CN101758478B (zh) * 2008-12-19 2013-03-06 苏州宝时得电动工具有限公司 动力工具
JP4677043B2 (ja) * 2009-06-10 2011-04-27 日東精工株式会社 トルクセンサ
CN102380837B (zh) * 2010-08-27 2014-11-26 关弘科技股份有限公司 扭力倍增器
TWM410879U (en) * 2011-02-21 2011-09-01 meng-hao Ji Torque sensing apparatus disposed in exercise apparatus or two-wheel vehicle
TWM417320U (en) 2011-06-23 2011-12-01 J D Components Co Ltd Torque detection mechanism of electrical bicycle
KR101335432B1 (ko) 2012-05-10 2013-11-29 전자부품연구원 힘토크 센서, 힘토크 센서 프레임 및 힘토크 측정 방법
KR101391153B1 (ko) * 2012-10-25 2014-05-27 주식회사 씨티에이플러스 고효율 토크 측정장치
TWM451316U (zh) 2012-12-14 2013-04-21 China Motor Corp 電動自行車扭力傳感裝置
CN103940482B (zh) * 2014-04-29 2016-09-14 安徽理工大学 科里奥利粉体质量流量计
DE102014222710A1 (de) * 2014-11-06 2016-05-12 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug
CN204525304U (zh) * 2015-04-13 2015-08-05 吴声慧 电动扭矩扳手
TW201723448A (zh) * 2015-12-23 2017-07-01 Prodrives & Motions Co Ltd 軸向旋轉式扭力感測器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI693128B (zh) * 2018-11-27 2020-05-11 王德煌 電動起子的扭力控制裝置
TWI767588B (zh) * 2021-02-26 2022-06-11 碩豐工業股份有限公司 離合型動力傳輸裝置及其扭力檢測模組

Also Published As

Publication number Publication date
CN108120532B (zh) 2020-06-02
DE102017126906B4 (de) 2021-07-01
US10288504B2 (en) 2019-05-14
DE102017126906A1 (de) 2018-05-30
TWI640756B (zh) 2018-11-11
CN108120532A (zh) 2018-06-05
JP2018091832A (ja) 2018-06-14
US20180149533A1 (en) 2018-05-31
JP6471396B2 (ja) 2019-02-20
KR102042134B1 (ko) 2019-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201821780A (zh) 軸向旋轉式扭力感測器
TWI573994B (zh) A torque sensing device and a rotary drive tool incorporating a torque sensing device
TW201723448A (zh) 軸向旋轉式扭力感測器
JP6901185B2 (ja) ねじ締め装置およびハンドヘルドねじ締めシステム
US8776616B2 (en) Multiaxial force-torque sensors
JP5174156B2 (ja) 動力工具用トルク感知ユニット及び該トルク感知ユニットを備える動力工具
JP3190160U (ja) 張力測定可能な締結具
CN103517786A (zh) 具有扭矩感测单元的动力扳手
WO2013172191A1 (ja) 軸力センサ
CN110207880B (zh) 多连杆式维间解耦二维无线无源传感器
CN101107516A (zh) 用于测量力特别是扭矩的方法和装置
CN109855780B (zh) 一种用于机器人关节扭矩测量的温度补偿光纤光栅传感器
CN102353482B (zh) 一种能够实现六维空间力测量的力矩传感器
CN112129449A (zh) 一种基于光纤光栅的机器人指部多维力传感装置及方法
CN102445289B (zh) 扭力传感器
JP4877665B2 (ja) ３軸力覚センサ
KR20140067650A (ko) 토크 센서
JP7260095B2 (ja) 荷重変換器
TWM588039U (zh) 兼備扭力調整暨感測機能一體化的電動起子
CN113295406A (zh) 一种分动器总成离合器轴向压力标定装置及其标定方法
CN211452684U (zh) 法兰式抗弯矩静态扭矩传感器
CN216666400U (zh) 谐波减速机
CN214793575U (zh) 螺栓锁固作业用的螺栓夹紧力传感器
Karki Design, Construction and Performance Analysis of Dynamic Torque Transducer
JP3060270B2 (ja) 高剛性型トルク変換器

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees