TWI461672B - Torque sensor - Google Patents

Description

扭力感測器

本發明是有關於一種扭力感測器，特別是指一種不會因磨耗而降低準確度的扭力感測器。

現有的一種扭力感測器，如美國專利號碼US 7412906所示，該扭力感測器包括一相互串接的一輸入軸及一輸出軸、一套設該輸入軸的第一環套件、一套設該輸出軸的第二環套件、一設置於該第一環套件及該第二環套件間的彈簧、一設置於該第二環套件的磁鐵、一設置於該第一環套件以量測該磁鐵的磁力感測模組，及一穿設該輸入軸且兩端抵於該第一環套件的插桿，該第一環套件具有一供該插桿的兩端靠抵的靠抵面，該靠抵面具有複數交互串接的斜坡部。

使用時，驅動該輸入軸帶動該輸出軸轉動，此時受到連動的該插桿會因為扭力的影響而相對該第一環套件產生一偏轉角度，而使該靠抵面的斜坡部與該插桿的靠抵位置跟著改變，進而使該第一環套件沿軸向而壓抵該彈簧相對該第二環套件移動，此時受到連動的該磁力感測模組即可根據與該磁鐵的相對距離而感應出磁力變化，進而根據磁力變化而計算實際的扭力。

然而，由於該等斜坡部的精度會直接影響計算扭力的準確度，因此在加工上必須精密製作而無法降低生產成本，且該插桿與該等斜坡部在不斷的摩擦後也會產生磨耗，而使準確度隨著使用時間而下降。

因此，本發明之目的，即在提供一種精準且製作簡易的扭力感測器。

於是，本發明扭力感測器，包含一第一驅動單元、一第二驅動單元、一量測單元，及一彈性單元。

該第一驅動單元包括一驅動桿、一連接該驅動桿的驅動本體，及至少一自該驅動本體朝相反該驅動桿的方向延伸的驅動塊，該驅動塊具有沿著一轉動路徑相反設置的二推抵面，該第二驅動單元包括一間隔該驅動本體設置並可與該驅動本體相對轉動的從動本體、一自該從動本體朝相反該第一驅動單元的方向延伸的從動桿，及至少一位於該從動本體以容置並可供該驅動塊沿該轉動路徑移動的驅動塊裝設槽，該量測單元包括一連接該驅動塊的第一量測模組，及一連接該從動本體以量測該第一驅動單元對該第二驅動單元施加的扭力的第二量測模組，該彈性單元包括至少一對抵於該等推抵面的彈性件。

本發明之功效在於：藉由該等彈性件與該驅動塊的相對移動，而使該量測單元能夠精準地量測出扭力變化，不僅製作上較為簡易，且不會因磨耗而影響精度。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、2、3，本發明扭力感測器之第一較佳實施例包含一第一驅動單元2、一第二驅動單元3、一樞接單元4、一外殼單元5、一軸承單元6、一量測單元7，及一彈性單元8。

該第一驅動單元2包括一驅動桿21、一連接該驅動桿21的驅動本體22，及二自該驅動本體22朝相反該驅動桿21的方向延伸的驅動塊23。於本實施例中，該等驅動塊23是對稱設置。

每一驅動塊23具有沿著一環繞該驅動桿21的轉動路徑S相反設置的二推抵面231。

該第二驅動單元3包括一間隔該驅動本體22設置並可與該驅動本體22相對轉動的從動本體31、一自該從動本體31朝相反該第一驅動單元2的方向延伸的從動桿32、二位於該從動本體31以容置並可供該等驅動塊23沿該轉動路徑S移動的驅動塊裝設槽33、二對設置於該從動本體31且沿該轉動路徑S連接於該等驅動塊裝設槽33的兩側的彈性件安裝槽34、二對設置於該從動本體31且連接該等彈性件安裝槽34的安裝孔35，及一貫穿該從動本體31且連通其中一驅動塊裝設槽33的連接孔36。

參閱圖2、3、4，每一安裝孔35具有一連接相對應的彈性件安裝槽34的插設段351，及一相反該插設段351並連通外部的螺紋段352。

該樞接單元4設置於該第一驅動單元2及該第二驅動單元3間，且包括一自該驅動本體22朝該從動本體31延伸的樞軸41、一套設於該樞軸41的軸套42，及一位於該從動本體31且供該軸套42能夠轉動地樞設的樞孔43。

該外殼單元5包括一供該驅動桿21穿過且圍繞該驅動本體22的第一殼體51，及一供該從動桿32穿過且圍繞該從動本體31並連接該第一殼體51的第二殼體52。

該第二殼體52具有一排針穿孔521，及一安裝於該排針穿孔521的排針座522。

該軸承單元6包括一設置於該驅動桿21及該第一殼體51間的第一軸承61，及一設置於該從動桿32及該第二殼體52間的第二軸承62。

該量測單元7包括一連接其中一驅動塊23的第一量測模組71，及一連接該從動本體31以量測該第一驅動單元2對該第二驅動單元3施加的扭力的第二量測模組72。

該第一量測模組71具有一連接相對應該連接孔36設置的驅動塊23的第一連接件711，及一安裝於該第一連接件711且穿過該連接孔36的電刷712。

該第二量測模組72具有一連接該從動本體31的第二連接件721、一安裝於該第二連接件721且供該電刷712滑動地連接的導電片722、一電連接該導電片722的輸出電極723、一安裝於該第二連接件721且供該電刷712滑動地連接的電阻片724、一電連接該電阻片724的兩相反端的一第一供電電極725及一第二供電電極726、三安裝於該第二殼體52且分別供該輸出電極723、該第一供電電極725及該第二供電電極726滑動地連接的導電環727，及三分別電連接該等導電環727且分別穿出該第二殼體52的該排針穿孔521及該排針座522的導電腳728。

該彈性單元8包括二對容置於該等彈性件安裝槽34且抵於該等推抵面231的彈性件81，及二對穿設於該等安裝孔35的調整桿82。於本實施例中，每一彈性件81為壓縮彈簧。

每一調整桿82具有一安裝於相對應的安裝孔35的安裝段821、一相反該安裝段821並穿設於相對應的彈性件81的穿設段822，及一位於該安裝段821及該穿設段822間以抵於相對應的彈性件81的支撐段823。於本實施例中，每一調整桿82的安裝段821是插設於相對應的插設段351，使用者可於相對應的螺紋段352內螺鎖一抵於該安裝段821的螺絲(圖未示)，藉由調整螺絲的位置以調整相對應調整桿82相對該安裝段821的位置，進而改變相對應彈性件81的自由長度。

參閱圖2、3，使用時，是先將欲量測扭力的一輸入端(圖未示)及一輸出端(圖未示)分別連接於該驅動桿21及該從動桿32，接著固定該外殼單元5，即可驅動該輸入端連動該第一驅動單元2轉動，此時該等驅動塊23沿著該轉動路徑S朝轉動的方向推抵相鄰的該等彈性件81(圖5及圖6分別表示該等驅動塊23於不同的轉動方向時的使用狀態)，而該等彈性件81的另一端則會連動該等調整桿82，進而帶動使該第二驅動單元3以該樞接單元4為軸心而一起轉動，最後使該輸出端跟著產生轉動。

由於該第二連接件721是與該從動本體31同步轉動，而該第一連接件711是與其中一驅動塊23同步轉動，因此該等驅動塊23加壓而使相鄰的該等彈性件81受壓而壓縮時，連接該第一連接件711的該電刷712會於連接於該第二連接件721的該導電片722及該電阻片724上滑動，由於該等導電環727及該等導電腳728是固定於該第二殼體52，因此連接該導電片722的該輸出電極723，及連接該電阻片724的該第一供電電極725及該第二供電電極726會沿著該等導電環727滑動。

由於連接該電阻片724兩端的該第一供電電極725及該第二供電電極726已經透過其中二導電環727及相連接的二導電腳728而接收一外部電壓，因此該電刷712於該電阻片724上滑動而改變位置時，會因為電阻改變而輸出相對應滑動接觸點的電壓，並透過該電刷712、該導電片722、該輸出電極723及另外的一導電環727及導電腳728輸出。

根據力學原理，在相同的力臂下，扭力的大小是與施力的大小成正比，也就是說，扭力的大小是跟該等驅動塊23對相鄰的該等彈性件81所加壓的力量成正比，而根據虎克定律，該等驅動塊23對相鄰的該等彈性件81所加壓的力量又與該等驅動塊23加壓並壓縮該等彈性件81時的移動距離成正比，而在本實施例中，可利用相對應電阻改變的輸出電壓來量測出移動距離，因此，透過該輸出電極723輸出的電壓即可精確反應出該扭力感測器所受到的扭力。

參閱圖7、8、9，本發明的一第二較佳實施例是類似於該第一較佳實施例，其差異之處在於：該驅動塊23還具有一凹穴232。

該第一量測模組71具有一設置於該凹穴232的磁鐵713。

該第二量測模組72具有一連接該從動本體31的第二連接件721、一安裝於該第二連接件721並透過該連接孔36而與該磁鐵713相對設置的磁通量感測器729，及電連接該磁通量感測器729的一輸出電極723、一第一供電電極725及一第二供電電極726、三安裝於該第二殼體52且分別供該輸出電極723、該第一供電電極725及該第二供電電極726滑動地連接的導電環727，及三分別電連接該等導電環727且分別穿出該第二殼體52的該排針穿孔521及該排針座522的導電腳728。

使用時，當該等驅動塊23加壓而使相鄰的該等彈性件81受壓而壓縮時，該磁鐵713會相對於連接於該第二連接件721的磁通量感測器729移動，由於該磁鐵713的移動會造成該磁通量感測器729所感測的磁通量產生變化，進而透過該輸出電極723及其中一導電環727及導電腳728輸出電壓，該電壓反應該等驅動塊23加壓並壓縮該等彈性件81的移動距離，由該第一較佳實施例中所述的原理可知，該輸出電極723輸出的電壓即可精確反應出該扭力感測器所受到的扭力。

如此，該第二較佳實施例也可達到與上述第一較佳實施例相同的目的與功效，並可透過電磁感應的方式量測出扭力變化。

綜上所述，藉由該等彈性件81與該等驅動塊23的相對移動，而使該量測單元7能夠準確的量測出扭力變化，相較於現有的扭力感測器，不僅製作上較為簡易，且以電阻變化的方式進行量測，不會因磨耗而影響準確度，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2．．．第一驅動單元

21．．．驅動桿

22．．．驅動本體

23．．．驅動塊

231．．．推抵面

232．．．凹穴

3．．．第二驅動單元

31．．．從動本體

32．．．從動桿

33．．．驅動塊裝設槽

34．．．彈性件安裝槽

35．．．安裝孔

351．．．插設段

352．．．螺紋段

36．．．連接孔

4．．．樞接單元

41．．．樞軸

42．．．軸套

43．．．樞孔

5．．．外殼單元

51．．．第一殼體

52．．．第二殼體

521．．．排針穿孔

522．．．排針座

6．．．軸承單元

61．．．第一軸承

62．．．第二軸承

7．．．量測單元

71．．．第一量測模組

711．．．第一連接件

712．．．電刷

713．．．磁鐵

72．．．第二量測模組

721．．．第二連接件

722．．．導電片

723．．．輸出電極

724．．．電阻片

725．．．第一供電電極

726．．．第二供電電極

727．．．導電環

728．．．導電腳

729．．．磁通量感測器

8．．．彈性單元

81．．．彈性件

82．．．調整桿

821．．．安裝段

822．．．穿設段

823．．．支撐段

S．．．轉動路徑

圖1是本發明扭力感測器的一第一較佳實施例的立體組合圖；

圖2是該第一較佳實施例的立體分解圖；

圖3是該第一較佳實施例於另一視角的立體分解圖；

圖4是該第一較佳實施例的局部立體圖；

圖5是該第一較佳實施例於使用狀態的局部俯視圖；

圖6是該第一較佳實施例於另一使用狀態的局部俯視圖；

圖7是本發明扭力感測器的一第二較佳實施例的立體分解圖；

圖8是該第二較佳實施例於另一視角的立體分解圖；及

圖9是該第二較佳實施例的局部立體圖。

2．．．第一驅動單元

21．．．驅動桿

22．．．驅動本體

23．．．驅動塊

231．．．推抵面

3．．．第二驅動單元

31．．．從動本體

32．．．從動桿

33．．．驅動塊裝設槽

34．．．彈性件安裝槽

35．．．安裝孔

36．．．連接孔

4．．．樞接單元

42．．．軸套

43．．．樞孔

5．．．外殼單元

51．．．第一殼體

52．．．第二殼體

6．．．軸承單元

61．．．第一軸承

62．．．第二軸承

7．．．量測單元

71．．．第一量測模組

711．．．第一連接件

712．．．電刷

72．．．第二量測模組

721．．．第二連接件

722．．．導電片

724．．．電阻片

8．．．彈性單元

81．．．彈性件

82．．．調整桿

821．．．安裝段

822．．．穿設段

823．．．支撐段

Claims (10)

1. 一種扭力感測器，包含：一第一驅動單元，包括一驅動桿、一連接該驅動桿的驅動本體，及至少一自該驅動本體朝相反該驅動桿的方向延伸的驅動塊，該驅動塊具有沿著一轉動路徑相反設置的二推抵面；一第二驅動單元，包括一間隔該驅動本體設置並可與該驅動本體相對轉動的從動本體、一自該從動本體朝相反該第一驅動單元的方向延伸的從動桿，及至少一位於該從動本體以容置並可供該驅動塊沿該轉動路徑移動的驅動塊裝設槽；一量測單元，包括一連接該驅動塊的第一量測模組，及一連接該從動本體以量測該第一驅動單元對該第二驅動單元施加的扭力的第二量測模組；及一彈性單元，包括至少一對抵於該等推抵面的彈性件。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之扭力感測器，其中，該第二驅動單元還包括至少一對設置於該從動本體且沿該轉動路徑連接於該驅動塊裝設槽的兩側的彈性件安裝槽，該對彈性件安裝槽分別容置該等彈性件。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之扭力感測器，其中，該第二驅動單元還包括至少一對設置於該從動本體且連接該等彈性件安裝槽的安裝孔，該彈性單元還包括至少一對穿設於該等安裝孔的調整桿，每一調整桿具有一安裝於相對應的安裝孔的安裝段、一相反該安裝段並穿設於相對應的彈性件的穿設段，及一位於該安裝段及該穿設段間以抵於相對應的彈性件的支撐段。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之扭力感測器，其中，每一安裝孔具有一連接相對應的彈性件安裝槽的插設段，及一相反該插設段並連通外部的螺紋段，每一調整桿的安裝段是插設於相對應的插設段。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之扭力感測器，其中，該第一量測模組具有一連接該驅動塊的第一連接件，及一安裝於該第一連接件的電刷，該第二量測模組具有一連接該從動本體的第二連接件、一安裝於該第二連接件且供該電刷滑動地連接的導電片、一電連接該導電片的輸出電極、一安裝於該第二連接件且供該電刷滑動地連接的電阻片，及一電連接該電阻片的兩相反端的一第一供電電極及一第二供電電極。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之扭力感測器，其中，該第二驅動單元還包括至少一貫穿該從動本體且連通該驅動塊裝設槽的連接孔，該電刷穿過該連接孔以連接該導電片及該電阻片，該第二量測模組還具有三分別供該輸出電極、該第一供電電極及該第二供電電極滑動地連接的導電環，及三分別電連接該等導電環的導電腳。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之扭力感測器，其中，該驅動塊還具有一凹穴，該第一量測模組具有一設置於該凹穴的磁鐵，該第二量測模組具有一連接該從動本體的第二連接件、一安裝於該第二連接件的磁通量感測器，及電連接該磁通量感測器的一輸出電極、一第一供電電極及一第二供電電極。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之扭力感測器，其中，該第二驅動單元還包括至少一貫穿該從動本體且連通該驅動塊裝設槽的連接孔，該磁通量感測器透過該連接孔而與該磁鐵相對設置，該第二量測模組還具有三分別供該輸出電極、該第一供電電極及該第二供電電極滑動地連接的導電環，及三分別電連接該等導電環的導電腳。
9. 根據申請專利範圍第1項所述之扭力感測器，還包含一外殼單元及一軸承單元，該外殼單元包括一供該驅動桿穿過且圍繞該驅動本體的第一殼體，及一供該從動桿穿過且圍繞該從動本體並連接該第一殼體的第二殼體，該軸承單元包括一設置於該驅動桿及該第一殼體間的第一軸承，及一設置於該從動桿及該第二殼體間的第二軸承。
10. 根據申請專利範圍第1項所述之扭力感測器，還包含一設置於該第一驅動單元及該第二驅動單元間的樞接單元，該樞接單元包括一自該驅動本體朝該從動本體延伸的樞軸、一套設於該樞軸的軸套，及一位於該從動本體且供該軸套能夠轉動地樞設的樞孔。