CN112798162A - 动态扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动态扭矩传感器，属于扭矩传感器技术领域，包括壳体、传动轴、线路板固定环、轴承、导电内铜套、导电外铜套、O型密封圈、供电触点和信号输出触点，通过传动轴的旋转可以测量被测物体的扭矩，通过多组轴承可以起到稳定旋转支撑传动轴，提高扭矩测量灵敏度，通过在传动轴的中部设置应变区，线路板采集到应变区的应变，可得知传动轴实际产生的扭力，O型密封圈分别用于悬浮支撑轴承、壳体和传动轴，并达到自由状态、降低摩擦力、提高绝缘性和提高灵敏度；扭矩测量输出到壳体外部，与传统扭矩传感器相比，灵敏度高，信号好，运行稳定可靠，延时短，通过物理固定性能好，连接稳定，结构简单，生产成本大大降低。

Description

动态扭矩传感器

技术领域

本发明属于扭矩传感器技术领域，更具体地说，是涉及一种动态扭矩传感器。

背景技术

扭矩传感器是一种测量各种扭矩、转速及机械功率的精密测量仪器，应用范围十分广泛，主要用于电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率的检测，还用于风机、水泵、齿轮箱、扭力扳手的扭矩及功率的检测，还用于铁路机车、汽车、拖拉机、飞机、船舶、矿山机械中的扭矩及功率的检测，还用于污水处理***中的扭矩及功率的检测，还用于制造粘度计，还可用于过程工业和流程工业中。

目前国内外同类技术的动态扭矩传感器主要有：耦合式传感器、碳刷式传感器、轴承导电式传感器，德国主要采用碳刷式传感器、日本主要采用轴承导电式传感器；国内普遍采用耦合式传感器，其存在缺陷有：运行不稳定不可靠，测量精度低、反应速度慢，延时长，成本高。

另外，现有技术中的动态扭矩传感器只是采用单轴承来支撑传动轴，运行不稳定，扭矩信号的输出与实际的扭矩值之间存在较大误差，测量不准确，而且供电、输出信号都是焊接在轴承内环和外环上，在轴承内外环分别与传动轴、壳体之间普遍采用绝缘材料隔离，在传动轴上的应变区都是偏于一侧，影响测量精度，而且在传动轴上设有螺丝孔、方型槽等以便安装卡接等使用，相应的提高了加工成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动态扭矩传感器，旨在解决现有技术中的扭矩传感器运行不稳定，可靠性低，延时长的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种动态扭矩传感器，包括壳体、传动轴、线路板固定环、轴承、导电内铜套、导电外铜套、O型密封圈、供电触点和信号输出触点；

壳体为中空且两端设有端孔，所述壳体上端设有开口；传动轴穿套在所述壳体内且从一端的端孔穿入、从另一端端孔穿出，所述传动轴可在所述壳体内旋转，所述传动轴的中部设有应变区，端部用于与被测扭矩介质连接；线路板固定环同轴套装在所述传动轴中部且与所述传动轴不接触，所述线路板固定环上设有通孔，所述线路板固定环用于固定安装线路板，所述线路板用于采集所述传动轴上应变区的扭矩信号；轴承至少为两组，均同轴并列设于所述壳体内部，套装在所述传动轴上且位于所述线路板固定环两侧，多组所述轴承与所述端孔、传动轴同轴设置，多组所述轴承之间相接处设有隔离磁套和导电油脂，所述隔离磁套用于使多组所述轴承之间形成空隙，所述导电油脂用于在多个所述轴承之间传递电信号；导电内铜套同轴套装在所述传动轴上且位于多组所述轴承的内部，与所述轴承同轴设置，用于支撑多组所述轴承旋转，所述导电内铜套上可传递电信号，所述导电内铜套上设有用于与线路板固定环上通孔对齐的安装孔，通过连接件依次穿过所述通孔和所述安装孔实现所述线路板固定环与所述导电内铜套固定连接；导电外铜套同轴套装在多组所述轴承上且位于多组所述轴承的外部，与所述轴承同轴设置，用于包裹多组所述轴承旋转，所述导电外铜套上可传递电信号；O型密封圈为多个，均布在所述导电内铜套的内圆周上且与所述传动轴外壁接触、还均布在所述导电外铜套外圆周上且与所述壳体内壁接触，所述O型密封圈分别用于悬浮支撑所述轴承、所述壳体和所述传动轴，并达到自由状态、降低摩擦力、提高绝缘性和提高灵敏度；供电触点穿设在所述壳体内，外端头用于连接供电电源、内端头用于与所述导电外铜套外壁抵接，用于向线路板上供电；信号输出触点穿设在所述壳体内，外端头用于连接信号收集器、内端头用于与所述导电外铜套外壁抵接，所述信号输出触点和所述供电触点分别位于所述线路板固定环的两侧，用于输出所述传动轴上应变区产生的扭矩信号。

作为本申请另一实施例，所述导电外铜套上设有安装槽，所述壳体内部设有与所述安装槽对齐的竖直孔，通过使用塑料螺丝依次穿过所述竖直孔和所述安装槽，所述塑料螺丝用于固定锁紧所述导电外铜套置于所述壳体内部。

作为本申请另一实施例，在所述壳体上端设有线束连接件，连接所述供电触点和所述信号输出触点的线束从所述线束连接件穿过并引出。

作为本申请另一实施例，所述供电触点和所述信号输出触点上均设有弹簧件，所述弹簧件套装在所述触点上，且用于朝向所述导电外铜套弹性推顶供电触点和所述信号输出触点，并使所述供电触点和所述信号输出触点内端与所述导电外铜套抵接。

作为本申请另一实施例，所述传动轴上设有轴肩，所述导电内铜套上设有卡槽，所述轴肩用于卡接所述卡槽，并固定所述导电内铜套。

作为本申请另一实施例，所述导电外铜套沿轴向纵截面呈L型，并用于包围固定多组所述轴承。

作为本申请另一实施例，所述壳体一端设有开口，在所述开口处设有卡簧，所述卡簧用于在所述壳体开口处卡接固定所述导电外铜套的外端。

作为本申请另一实施例，所述导电外铜套上靠近所述壳体端孔的端部与所述壳体内壁之间设有绝缘垫，所述导电外铜套上靠近所述开口的端部与所述卡簧之间也设有绝缘垫。

作为本申请另一实施例，所述绝缘垫沿轴向纵截面呈L型，且用于与所述导电外铜套卡接固定，所述轴承外端、所述导电内铜套外端均与所述绝缘垫不接触。

作为本申请另一实施例，所述传动轴中部呈凹槽状，所述应变区置于位于凹槽状内且设有应变片，所述线路板用于感应所述应变片的扭矩信号。

本发明提供的动态扭矩传感器的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的动态扭矩传感器，包括壳体、传动轴、线路板固定环、轴承、导电内铜套、导电外铜套、O型密封圈、供电触点和信号输出触点，通过在壳体内旋转穿设有传动轴，通过传动轴的旋转可以测量被测物体的扭矩，通过多组轴承可以起到稳定旋转支撑传动轴，提高扭矩测量灵敏度，通过在传动轴的中部设置应变区，应变区可为扭矩应变区，可以被线路板采集，线路板采集到应变区的应变，可得知传动轴实际产生的扭力，通过供电触点向线路板供电，扭矩测量后通过信号输出组件输出到壳体外部，通过该动态扭矩传感器可以测量被测物体的扭矩，与传统扭矩传感器相比，灵敏度高，信号好，运行稳定可靠，延时短，通过物理固定性能好，连接稳定，结构简单，生产成本大大降低，充电断电速度比碳刷式传感器更快，同时具备精度高、耐高温、抗压等功能，且实用性较强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的动态扭矩传感器的外观结构示意图；

图2为本发明实施例提供的动态扭矩传感器的半剖结构示意图。

图中：1、壳体；2、传动轴；3、线路板固定环；4、轴承；5、导电内铜套；6、导电外铜套；7、O型密封圈；8、供电触点；9、信号输出触点；10、应变区；11、通孔；12、隔离磁套；13、安装孔；14、连接件；15、安装槽；16、竖直孔；17、塑料螺丝；18、线束连接件；19、弹簧件；20、轴肩；21、卡槽；22、卡簧；23、绝缘垫。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图2，现对本发明提供的动态扭矩传感器进行说明。所述动态扭矩传感器，包括壳体1、传动轴2、线路板固定环3、轴承4、导电内铜套5、导电外铜套6、O型密封圈7、供电触点8和信号输出触点9。

壳体1为中空且两端设有端孔，壳体1上端设有开口；传动轴2穿套在壳体1内且从一端的端孔穿入、从另一端端孔穿出，传动轴2可在壳体1内旋转，传动轴2的中部设有应变区10，端部用于与被测扭矩介质连接；线路板固定环3同轴套装在传动轴2中部且与传动轴2不接触，线路板固定环3上设有通孔11，线路板固定环3用于固定安装线路板，线路板用于采集传动轴2上应变区10的扭矩信号；轴承4至少为两组，均同轴并列设于壳体1内部，套装在传动轴2上且位于线路板固定环3两侧，多组轴承4与端孔、传动轴2同轴设置，多组轴承4之间相接处设有隔离磁套12和导电油脂，隔离磁套12用于使多组轴承4之间形成空隙，导电油脂用于在多个轴承4之间传递电信号；导电内铜套5同轴套装在传动轴2上且位于多组轴承4的内部，与轴承4同轴设置，用于支撑多组轴承4旋转，导电内铜套5上可传递电信号，导电内铜套5上设有用于与线路板固定环3上通孔11对齐的安装孔13，通过连接件14依次穿过通孔11和安装孔13实现线路板固定环3与导电内铜套5固定连接；导电外铜套6同轴套装在多组轴承4上且位于多组轴承4的外部，与轴承4同轴设置，用于包裹多组轴承4旋转，导电外铜套6上可传递电信号；O型密封圈7为多个，均布在导电内铜套5的内圆周上且与传动轴2外壁接触、还均布在导电外铜套6外圆周上且与壳体1内壁接触，O型密封圈7套设在导电内铜套5的环形凹槽内和导电外铜套6的环形凹槽内；分别用于悬浮支撑轴承4、壳体1和传动轴2，并使悬浮支撑达到自由状态、降低摩擦力、提高绝缘性和提高灵敏度；供电触点8穿设在壳体1内，外端头用于连接供电电源、内端头用于与导电外铜套6外壁抵接，用于向线路板上供电；信号输出触点9穿设在壳体1内，外端头用于连接信号收集器、内端头用于与导电外铜套6外壁抵接，信号输出触点9和供电触点8分别位于线路板固定环3的两侧，用于输出传动轴2上应变区10产生的扭矩信号。

本发明提供的动态扭矩传感器，与现有技术相比，本发明动态扭矩传感器，包括壳体1、传动轴2、线路板固定环3、轴承4、导电内铜套5、导电外铜套6、O型密封圈7、供电触点8和信号输出触点9，通过在壳体1内旋转穿设有传动轴2，通过传动轴2的旋转可以测量被测物体的扭矩，通过多组轴承4可以起到稳定旋转支撑传动轴2，提高扭矩测量灵敏度，通过在传动轴2的中部设置应变区10，应变区10可为扭矩应变区10，可以被线路板采集，线路板采集到应变区10的应变，可得知传动轴2实际产生的扭力，通过供电触点8向线路板供电，扭矩测量后通过信号输出组件输出到壳体1外部，通过该动态扭矩传感器可以测量被测物体的扭矩，与传统扭矩传感器相比，灵敏度高，信号好，运行稳定可靠，延时短，通过物理固定性能好，连接稳定，结构简单，生产成本大大降低，充电断电速度比碳刷式传感器更快，同时具备精度高、耐高温、抗压等功能，且实用性较强。

线路板采用现有技术中的用于实时测量扭力的线路板，线路板上设有扭力数据采集单元，其为现有技术产品，故在本申请中可以直接取用，设置在传动轴2上的应变区10是一种包套在传动轴2上的应变片，线路板上的数据采集单元可以采集到应变区10的应变片上的实时产生的扭力，应变片发生扭力后，通过线路板可直接采集到，并通过信号输出触点9输出到壳体1外部，信号输出触点9可与壳体1外部的显示器或计算机等连接，在显示器或计算机上可直接实时的观察到扭力值，通过供电触点8连接到供电电源上，能够为线路板供电。线路板可采用现有技术中的线路板。

上述的自由状态是指：导电内铜套5、导电外铜套6、轴承4、壳体1和传动轴2彼此之间相互连接比较稳定、轴承旋转比较自由且不受拘束、导电内铜套5和导电外铜套6的支撑比较稳定，轴承4、壳体1和传动轴2均处于自由状态。“降低摩擦力”指当处于自由状态时，轴承4与传动轴2保持很好的同轴度，轴承4旋转自由，摩擦力较小；现有技术中是采用绝缘套，本申请中不采用绝缘套，而是采用绝缘性能良好的O型密封圈7，同时还能起到很好的技术效果。

作为本发明提供的动态扭矩传感器的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，导电外铜套6上设有安装槽15，壳体1内部设有与安装槽15对齐的竖直孔16，通过使用塑料螺丝17依次穿过竖直孔16和安装槽15，塑料螺丝17用于固定锁紧导电外铜套6置于壳体1内部。

导电外铜套6和导电内铜套5将多组轴承4包套，使多组轴承4形成“一组”轴承4，多组轴承4、导电外铜套6和导电内铜套5均以线路板为中心在传动轴2的轴向上对称设置，这样可以提高对传动轴2的旋转支撑稳定性。

本申请中的轴承4的数量为四组，在传动轴2上左半部和右半部各设置为两组轴承4。轴承4的数量设置越多，则对于扭矩的采集灵敏度就越高，就越稳定。

作为本发明提供的动态扭矩传感器的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，在壳体1上端设有线束连接件18，连接供电触点8和信号输出触点9的线束从线束连接件18穿过并引出。

线束就是电线或线路，可选用普通的线束，穿过线束连接件18，在具体实施中，可将线束连接件18通过塑料螺丝固定在壳体1上。

作为本发明提供的动态扭矩传感器的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，供电触点8和信号输出触点9上均设有弹簧件19，弹簧件19套装在触点上，且用于朝向导电外铜套6弹性推顶供电触点8和信号输出触点9，并使供电触点8和信号输出触点9内端与导电外铜套6抵接。

作为本发明提供的动态扭矩传感器的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，传动轴2上设有轴肩20，导电内铜套5上设有卡槽21，轴肩20用于卡接卡槽21，并轴向固定导电内铜套5。

作为本发明提供的动态扭矩传感器的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，导电外铜套6沿轴向纵截面呈L型，并用于包围固定多组轴承4。

作为本发明提供的动态扭矩传感器的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，壳体1一端设有开口，在开口处设有卡簧22，卡簧22用于在壳体1开口处卡接固定导电外铜套6的外端。

作为本发明提供的动态扭矩传感器的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，导电外铜套6上靠近壳体1端孔的端部与壳体1内壁之间设有绝缘垫23，导电外铜套6上靠近开口的端部与卡簧22之间也设有绝缘垫23。

绝缘垫23用于隔离线路板的磁场输出至壳体1外部，提高扭矩检测的稳定性。绝缘垫23在本申请中的作用及优点有：保证良好的绝缘效果，为扭矩的采集或探测提供支撑，绝缘垫23为四氟乙烯绝缘材料制成，摩擦性较好。

作为本发明提供的动态扭矩传感器的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，绝缘垫23沿轴向纵截面呈L型，且用于与导电外铜套6卡接固定，轴承4外端、导电内铜套5外端均与绝缘垫23不接触。

作为本发明提供的动态扭矩传感器的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，传动轴2中部呈凹槽状，应变区10置于位于凹槽状内且设有应变片，线路板用于感应应变片的扭矩信号。

在现有的传动轴2上设有多个卡槽、螺丝孔和方型槽等，用于后期的卡装连接，但是在本申请中不设置以上结构，而是直接采用一根光轴，在光轴中部设有凹槽，并设置为应变区10，这样大大提高了传动轴2输出信号的稳定性和精确性。本申请的动态扭矩传感器在改进之后，输出信号的延时可以与国外同型号传感器抗衡，外形尺寸可以做到与国外传感器一样，壳体1最薄和传动轴2最细都可以实现，同时可以使传感器的外形适应百变，根据需要的尺寸加工制作成各种样式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.动态扭矩传感器，其特征在于，包括：

壳体，为中空且两端设有端孔，所述壳体上端设有开口；

传动轴，穿套在所述壳体内且从一端的端孔穿入、从另一端端孔穿出，所述传动轴可在所述壳体内旋转，所述传动轴的中部设有应变区，端部用于与被测扭矩介质连接；

线路板固定环，同轴套装在所述传动轴中部且与所述传动轴不接触，所述线路板固定环上设有通孔，所述线路板固定环用于固定安装线路板，所述线路板用于采集所述传动轴上应变区的扭矩信号；

轴承，至少为两组，均同轴并列设于所述壳体内部，套装在所述传动轴上且位于所述线路板固定环两侧，多组所述轴承与所述端孔、传动轴同轴设置，多组所述轴承之间相接处设有隔离磁套和导电油脂，所述隔离磁套用于使多组所述轴承之间形成空隙，所述导电油脂用于在多个所述轴承之间传递电信号；

导电内铜套，同轴套装在所述传动轴上且位于多组所述轴承的内部，与所述轴承同轴设置，用于支撑多组所述轴承旋转，所述导电内铜套上可传递电信号，所述导电内铜套上设有用于与线路板固定环上通孔对齐的安装孔，通过连接件依次穿过所述通孔和所述安装孔实现所述线路板固定环与所述导电内铜套固定连接；

导电外铜套，同轴套装在多组所述轴承上且位于多组所述轴承的外部，与所述轴承同轴设置，用于包裹多组所述轴承旋转，所述导电外铜套上可传递电信号；

O型密封圈，为多个，均布在所述导电内铜套的内圆周上且与所述传动轴外壁接触、还均布在所述导电外铜套外圆周上且与所述壳体内壁接触，所述O型密封圈分别用于悬浮支撑所述轴承、所述壳体和所述传动轴，并达到自由状态、降低摩擦力、提高绝缘性和提高灵敏度；

供电触点，穿设在所述壳体内，外端头用于连接供电电源、内端头用于与所述导电外铜套外壁抵接，用于向线路板上供电；

信号输出触点，穿设在所述壳体内，外端头用于连接信号收集器、内端头用于与所述导电外铜套外壁抵接，所述信号输出触点和所述供电触点分别位于所述线路板固定环的两侧，用于输出所述传动轴上应变区产生的扭矩信号。

2.如权利要求1所述的动态扭矩传感器，其特征在于，所述导电外铜套上设有安装槽，所述壳体内部设有与所述安装槽对齐的竖直孔，通过使用塑料螺丝依次穿过所述竖直孔和所述安装槽，所述塑料螺丝用于固定锁紧所述导电外铜套置于所述壳体内部。

3.如权利要求1所述的动态扭矩传感器，其特征在于，在所述壳体上端设有线束连接件，连接所述供电触点和所述信号输出触点的线束从所述线束连接件穿过并引出。

4.如权利要求1所述的动态扭矩传感器，其特征在于，所述供电触点和所述信号输出触点上均设有弹簧件，所述弹簧件套装在所述触点上，且用于朝向所述导电外铜套弹性推顶供电触点和所述信号输出触点，并使所述供电触点和所述信号输出触点内端与所述导电外铜套抵接。

5.如权利要求1所述的动态扭矩传感器，其特征在于，所述传动轴上设有轴肩，所述导电内铜套上设有卡槽，所述轴肩用于卡接所述卡槽，并固定所述导电内铜套。

6.如权利要求1所述的动态扭矩传感器，其特征在于，所述导电外铜套沿轴向纵截面呈L型，并用于包围固定多组所述轴承。

7.如权利要求6所述的动态扭矩传感器，其特征在于，所述壳体一端设有开口，在所述开口处设有卡簧，所述卡簧用于在所述壳体开口处卡接固定所述导电外铜套的外端。

8.如权利要求7所述的动态扭矩传感器，其特征在于，所述导电外铜套上靠近所述壳体端孔的端部与所述壳体内壁之间设有绝缘垫，所述导电外铜套上靠近所述开口的端部与所述卡簧之间也设有绝缘垫。

9.如权利要求8所述的动态扭矩传感器，其特征在于，所述绝缘垫沿轴向纵截面呈L型，且用于与所述导电外铜套卡接固定，所述轴承外端、所述导电内铜套外端均与所述绝缘垫不接触。

10.如权利要求1所述的动态扭矩传感器，其特征在于，所述传动轴中部呈凹槽状，所述应变区置于位于凹槽状内且设有应变片，所述线路板用于感应所述应变片的扭矩信号。

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