TW201939005A

TW201939005A - 轉矩感測器

Info

Publication number: TW201939005A
Application number: TW108103554A
Authority: TW
Inventors: 池田隆男
Original assignee: 日商日本電產科寶電子股份有限公司
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2019-10-01
Also published as: JP2019158419A; WO2019171810A1; JP6987676B2; TWI796428B

Abstract

轉矩感測器具備：第1區域部，形成為環狀；第2區域部，在第1區域部的內側，與第1區域部位於同心圓上，形成為環狀；複數個第1樑部，連接第1區域部的內側與第2區域部的外側；第2樑部，連接第1區域部的內側與第2區域部的外側，且為如下形狀：與第1區域部或第2區域部的連接部分之寬度比第1區域部與第2區域部之間的中央部分之寬度更窄，且在中央部分設置有孔；及應變體，以橫跨第2樑部的孔之方式設置於第2樑部，用於檢測第1區域部與第2區域部的相對位移。

Description

轉矩感測器

發明領域
本發明是有關於一種檢測轉矩的轉矩感測器。

發明背景
一般，已知有一種藉由構件的彈性變形來檢測轉矩的感測器。(參照專利文獻1)。

然而，若是藉由構件的彈性變形來檢測轉矩的感測器，要提高感測器的感度，就有必要將彈性變形的構件作成容易變形，但若將構件作成容易變形的話，在施加了過大的負載的情況下，感測器的耐久性便容易變低。
先前技術文獻

專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2007-40774號公報

發明概要
本發明的實施形態之目的在於提供一種提高對於進行測量的方向之轉矩的感測器之感度，且提升了對於其他方向之轉矩的耐久性的轉矩感測器。

根據本發明的觀點之轉矩感測器具備：第1區域部，形成為環狀；第2區域部，在前述第1區域部的內側，與前述第1區域部位於同心圓上，形成為環狀；複數個第1樑部，連接前述第1區域部的內側與前述第2區域部的外側；第2樑部，連接前述第1區域部的內側與前述第2區域部的外側，且為如下形狀：與前述第1區域部或前述第2區域部的連接部分之寬度比前述第1區域部與前述第2區域部之間的中央部分之寬度更窄，且在前述中央部分設置有孔；及應變體，以橫跨前述第2樑部的前述孔之方式設置於前述第2樑部，用於檢測前述第1區域部與前述第2區域部的相對位移。

用以實施發明之形態
(第1實施形態)
圖1是顯示本發明的第1實施形態之轉矩感測器10的構成的構成圖。

轉矩感測器10是用於檢測以Z軸(相對於圖式為垂直方向)作為旋轉軸的Z軸力矩Mz之轉矩的感測器。例如，轉矩感測器10安裝於機器人等。

轉矩感測器10具備：第1區域部1、第2區域部2、複數個樑部3、複數個應變檢測用樑部4、及複數個應變體5。

第1區域部1、第2區域部2、複數個樑部3、及複數個應變檢測用樑部4是藉由金屬等的材質而形成為一體。第1區域部1形成為環狀。第2區域部2形成為比第1區域部1直徑更小的環狀。第2區域部2是在第1區域部1的環狀之內側(中心側)，位於同心圓上。複數個樑部3及複數個應變檢測用樑部4是設置成：從第2區域部2放射狀地延伸，且連接第1區域部1的內側與第2區域部2的外側。樑部3具有連接第1區域部1與第2區域部2的功能。應變檢測用樑部4除了與樑部3相同功能外，還設置有用於測量應變的應變體5。樑部3可以是設置好幾個。應變檢測用樑部4至少設置相當於應變體5的數量。

第1區域部1是安裝於承受轉矩的負載之部分。例如，第1區域部1是安裝於機器人的手或手臂等的可動部。第2區域部2是安裝於產生轉矩的動力源之部分。例如，第2區域部2是安裝於馬達或減速機等。

應變體5是以會被施加第1區域部1與第2區域部2的相對位移所造成的力之方式，設置於應變檢測用樑部4。應變體5例如是長方形狀。再者，應變體5可以是設置好幾個。

應變體5具備發揮檢測應變的感測器之功能的應變計。應變計例如是細長的形狀，且是設置成應變體5的長邊方向會與應變計的長邊方向一致。應變計是構成為一旦變形的話便會產生電位移。再者，只要應變計是會電性地產生能夠檢測的位移者，便可以是任何物體。例如，應變計可以因應於變形量來使電阻改變，亦可以因應於變形量來使電壓產生。轉矩感測器10是藉由從應變體5(應變計)檢測該等電位移，來測量轉矩。

例如，應變體5是如下使用。將一對應變體5設置於如下位置：一旦對轉矩感測器10施加轉矩的話，就會被施加相互成為對稱之應力的位置(成為左右對稱或上下對稱等的位置)。對於不進行測量的方向之力，是將一對應變體5各自的應變計的輸出相互抵消，藉此來作成不進行檢測。藉此，轉矩感測器10便作成只檢測進行測量的方向(Z軸力矩Mz)之轉矩。

圖2是將本實施形態之轉矩感測器10的應變檢測用樑部4附近擴大的擴大圖。

應變體5是以應變檢測用樑部4連接第1區域部1與第2區域部2的方向(以下稱「連接方向」。)與應變體5的長邊方向(或應變計的長邊方向)成為平行的方向，來配置於應變檢測用樑部4的中央。為了容易檢測Z軸力矩Mz的力，應變檢測用樑部4是如以下所構成。

應變檢測用樑部4是與第1區域部1及第2區域部2的連接部分之寬度比第1區域部1與第2區域部2之間的中央部分之寬度更窄的形狀。具體而言，應變檢測用樑部4的兩側R形成為：如從第1區域部1或第2區域部2的連接部分(兩端)朝向中央部分膨脹般的曲線。

在應變檢測用樑部4的中央部分設置有孔H1。孔H1位於所配置的應變體5之長邊方向的中央部分。應變體5是以兩端來固定於應變檢測用樑部4。應變體5的兩端以外之中央部分未固定於任何地方，成為浮在空中的形式。亦即，應變體5是以橫跨孔H1之方式設置於應變檢測用樑部4。

將應變檢測用樑部4的兩端之寬度縮得比中央更窄，藉此作成：即便施加Z軸力矩Mz以外的力，彎折也會集中在應變檢測用樑部4的兩端之寬度狹小的部分(圖2的以虛線圍繞的部分)。藉此，便會減輕Z軸力矩Mz以外的力施加於應變體5的力。又，在應變檢測用樑部4的中央設置孔H1，並將應變體5以兩端來固定，藉此作成應變體5容易藉由Z軸力矩Mz的力而變形。應變體5是藉由焊接等而固定於應變檢測用樑部4。

在將應變體5固定於應變檢測用樑部4的情況下，不是以端部，而是以比端部稍微內側的位置處W來固定，藉此便能夠避免轉矩所造成的應力集中於應變體5的端部。但，以端部來固定的話，轉矩所造成的應力容易施加於應變體5。因此，為了提高作為感測器的感度，以端部來固定亦可。

依據本實施形態，關於應變檢測用樑部4，是將與第1區域部1及第2區域部2的連接部分之寬度作成比第1區域部1與第2區域部2之間的中央部分之寬度更窄，且在位於所設置的應變體5之中央部分的位置處設置孔H1，並將應變體5的兩端部分固定於應變檢測用樑部4。藉此，便能夠提高對於Z軸力矩Mz的轉矩之感測器的感度，並提升對於Z軸力矩Mz以外的方向之轉矩的耐久性。
(第2實施形態)

圖3是將本發明的第2實施形態之轉矩感測器10A的應變檢測用樑部4A附近擴大的擴大圖。

轉矩感測器10A是在圖2所示的第1實施形態之轉矩感測器10中，將應變檢測用樑部4取代成應變檢測用樑部4A者。其他點則與第1實施形態是同樣的。

應變檢測用樑部4A是在第1實施形態之應變檢測用樑部4中，將輔助樑部BM與第1實施形態之應變檢測用樑部4的寬度方向(與連接方向垂直的方向)平行地，設置於孔H1的中央部分者。2個孔H11、H12相當於藉由輔助樑部BM來將第1實施形態之孔H1分隔後的孔。只要輔助樑部BM是設置成會將2個孔H11、H12分隔成第1區域部1側與第2區域部2側的話，也可以未必要與連接方向垂直。其他點則與第1實施形態之應變檢測用樑部4是同樣的。

應變體5位於輔助樑部BM的中央部分之上。應變體5雖然並未被固定於輔助樑部BM上，但也可以加以固定。

應變檢測用樑部4A是藉由作成設置有輔助樑部BM的形狀，而如圖3以虛線所示，成為包含H型形狀部分的形狀。此H型形狀部分雖然對於Z軸力矩Mz的方向之力容易變形，但對於Y軸力矩My的方向之力則不易變形。

依據本實施形態，除了第1實施形態所造成的作用效果，還能夠得到以下的作用效果。

應變檢測用樑部4A是藉由設置輔助樑部BM，而能夠作成如下形狀：雖然對於Z軸力矩Mz的方向之力容易變形，但對於包含Y軸力矩My的Z軸力矩Mz以外的方向之力則不易變形。藉此，便能夠作成不降低對於Z軸力矩Mz的方向之轉矩的感測器之感度，並提升對於Z軸力矩Mz以外的方向之外力的耐久性。
(第3實施形態)

圖4是將本發明的第3實施形態之轉矩感測器10B的應變檢測用樑部4B附近擴大的擴大圖。

轉矩感測器10B是在圖2所示的第1實施形態之轉矩感測器10中，將應變檢測用樑部4取代成應變檢測用樑部4B者。其他點則與第1實施形態是同樣的。

應變檢測用樑部4B是在第1實施形態之應變檢測用樑部4中，在與第1區域部1的連接部分及與第2區域部2的連接部分各自的附近，在從孔H1往連接方向的延長線上，設置了減量部L1者。其他點則與第1實施形態之應變檢測用樑部4是同樣的。

與應變檢測用樑部4B的減量部L1以外之部分相比，減量部L1是輕量化地被形成。為了與其他部分相比厚度變薄，減量部L1可以形成為凹陷，亦可形成為有開孔。再者，減量部L1亦可僅設置於與第1區域部1的連接部分及與第2區域部2的連接部分其中任一方。再者，即便在設置於雙方的情況下，各自的形狀亦可不同。

減量部L1尤其在有力施加於Z軸方向上時，會使此力所造成的彎折集中於此部分，而減輕施加於應變檢測用樑部4B的設置有應變體5之中央部分的力。

藉由在應變檢測用樑部4B設置減量部L1，便能夠對於Z軸方向的力，來減輕施加於設置有應變體5之中央部分的力。藉此，應變體5便能夠減輕對於Z軸方向的力之應變，並能夠提升對於Z軸力矩Mz的方向之轉矩的感測器之感度。
(第4實施形態)

圖5是將本發明的第4實施形態之轉矩感測器10C的應變檢測用樑部4C附近擴大的擴大圖。

轉矩感測器10C是在圖2所示的第1實施形態之轉矩感測器10中，將應變檢測用樑部4取代成應變檢測用樑部4C者。其他點則與第1實施形態是同樣的。

應變檢測用樑部4C是在第1實施形態之應變檢測用樑部4中，設置了第2實施形態之輔助樑部BM及第3實施形態之減量部L1者。

依據本實施形態，除了第1實施形態所造成的作用效果，還能夠得到第2實施形態及第3實施形態各自的作用效果。

再者，本發明並非受限於上述的實施形態，亦可將構成要素進行刪除、附加或變更等。又，對於複數個實施形態亦可將構成要素進行組合或交換等，藉此作成新的實施形態。即便這種實施形態與上述的實施形態是直接相異者，但與本發明為同樣的宗旨者皆視為作為本發明的實施形態已說明者，而省略其說明。

1‧‧‧第1區域部

2‧‧‧第2區域部

3‧‧‧樑部

4、4A、4B、4C‧‧‧應變檢測用樑部

5‧‧‧應變體

10、10A、10B、10C‧‧‧轉矩感測器

BM‧‧‧輔助樑部

H1、H11、H12‧‧‧孔

L1‧‧‧減量部

R‧‧‧兩側

W‧‧‧位置處

X、Y、Z‧‧‧方向

圖1是顯示本發明的第1實施形態之轉矩感測器的構成的構成圖。

圖2是將第1實施形態之轉矩感測器的應變檢測用樑部附近擴大的擴大圖。

圖3是將本發明的第2實施形態之轉矩感測器的應變檢測用樑部附近擴大的擴大圖。

圖4是將本發明的第3實施形態之轉矩感測器的應變檢測用樑部附近擴大的擴大圖。

圖5是將本發明的第4實施形態之轉矩感測器的應變檢測用樑部附近擴大的擴大圖。

Claims

一種轉矩感測器，其特徵在於：具備：第1區域部，形成為環狀；第2區域部，在前述第1區域部的內側，與前述第1區域部位於同心圓上，形成為環狀；複數個第1樑部，連接前述第1區域部的內側與前述第2區域部的外側；第2樑部，連接前述第1區域部的內側與前述第2區域部的外側，且為如下形狀：與前述第1區域部或前述第2區域部的連接部分之寬度比前述第1區域部與前述第2區域部之間的中央部分之寬度更窄，且在前述中央部分設置有孔；及應變體，以橫跨前述第2樑部的前述孔之方式設置於前述第2樑部，用於檢測前述第1區域部與前述第2區域部的相對位移。
如請求項1之轉矩感測器，其中前述第2樑部包含：輔助樑部，設置成會將前述孔分隔成前述第1區域部側與前述第2區域部側。
如請求項1或2之轉矩感測器，其中前述第2樑部為如下形狀：在從前述孔往連接第1區域部與第2區域部的連接方向的延長線上，在與第1區域部或第2區域部的至少1個的連接部分的附近被減量過。
如請求項1或2之轉矩感測器，其中前述應變體是以比兩端更內側處來固定於前述第2樑部。