TWI801828B

TWI801828B - 轉矩量測裝置及系統

Info

Publication number: TWI801828B
Application number: TW110111058A
Authority: TW
Inventors: 廖志勇; 俞賢來
Original assignee: 東元電機股份有限公司
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2023-05-11
Also published as: TW202238089A

Abstract

一種轉矩量測裝置係可旋轉地設置於一馬達與一負載之間，包含一本體、一第一連結軸、一力臂組件、一力量感測器、一第二連結軸、一微控制器、一無線通訊模組與一供電模組。轉矩量測裝置係在馬達運轉時，隨著馬達一起旋轉，並利用力臂組件、力量感測器與微控制器偵測計算出馬達所輸出的一輸出扭力，再利用無線通訊模組透過無線通訊方式將輸出扭力的扭力資訊傳送出，藉以達到降低成本、降低製程複雜度、利用無線通訊方式傳送扭力資訊等功效。

Description

轉矩量測裝置及系統

本發明係有關於一種裝置及系統，尤其是指一種轉矩量測裝置及系統。

馬達為一種常見的旋轉動力機械，又稱電動機、電動馬達，是一種將電能轉換成動能，可用來驅動其他裝置的電器設備，在現今生活中被廣泛地應用。馬達的原理與發電機大致相同，主要差異在於能源轉換的不同。

對於馬達這種旋轉動力機械而言，若要獲取馬達的轉動輸出軸的輸出扭力，先前技術的做法是使用扭力計（Torque Meter）。扭力計會架設在馬達與一負載之間，並利用有線傳輸方式將偵測到的輸出扭力的扭力資訊傳送出。

然而，扭力計的價格昂貴、需要整個完整配套的周邊設備並且需要針對兩側的馬達與負載進行對心作業後，才能執行輸出扭力的偵測作業。不同的扭力計所能承受的輸出扭力上限以及轉速上限都不同，因此，因應不同的輸出扭力或轉速，還需要另外更換成適合的扭力計。此外，先前技術中的扭力計採用有線傳輸方式將扭力資訊傳送出，所以扭力計必須設計成不會隨馬達的轉動輸出軸旋轉，設計與製程的複雜度較高。因此，先前技術中的扭力計存在改善的空間。

有鑒於在先前技術中，扭力計存在價格昂貴、需要和馬達與負載進行對心作業、需要完整配套的周邊設備才能偵測、需要因應不同的輸出扭力或是轉速更換適合的扭力計、有線傳輸造成的設計與製程複雜度較高等問題。本發明之一主要目的係提供一種轉矩量測裝置，用以解決先前技術中的至少一個問題。

本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為提供一種轉矩量測裝置，係可旋轉地設置於一馬達與一負載之間，具有一中心軸，並包含一本體、一第一連結軸、一力臂組件、一力量感測器、一第二連結軸、一微控制器、一無線通訊模組與一供電模組。本體具有一第一端部與一第二端部，並且開設有一容置空間。第一連結軸位於第一端部，連結固定於本體與馬達之一轉動輸出軸。力臂組件連結固定於第一連結軸，位於容置空間內，並且與中心軸之間存在一力臂。力量感測器連結固定力臂組件，用以在馬達運作時感測力臂組件以力臂施加在力量感測器上之一轉動推力。第二連結軸位於第二端部，並連結固定於本體與負載。微控制器位於容置空間內，連結本體、力臂組件與力量感測器中之一者，電性連接力量感測器，用以依據力臂與轉動推力計算出馬達所輸出之一輸出扭力之一扭力資訊。無線通訊模組位於容置空間內，連結本體、力臂組件與力量感測器中之一者，電性連接微控制器，用以接收扭力資訊，並利用無線通訊方式將輸出扭力之扭力資訊傳送出。供電模組位於容置空間內，連結本體、力臂組件與力量感測器中之一者，並與無線通訊模組分別設置中心軸之兩側，且用以對力量感測器、微控制器與無線通訊模組進行供電。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使轉矩量測裝置中之本體，係具有二固定板，固定板位於中心軸之一側，用以固定力量感測器。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使轉矩量測裝置中之力臂組件，包含一第一力臂段、一第二力臂段與一連結段。第一力臂段位於中心軸之另一側。第二力臂段相對第一力臂段而設置，且位於上述中心軸之另一側，藉以連結固定力量感測器。連結段連結固定第一連結軸，且連結第一力臂段與第二力臂段。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使轉矩量測裝置中之本體，係具有一第一重心軸，力臂組件係具有一第二重心軸，第一重心軸係偏離於中心軸，且第二重心軸係相對第一重心軸而偏離於中心軸。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使轉矩量測裝置中之力量感測器，係包含至少一應變規。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使轉矩量測裝置中之力量感測器，係一荷重元。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使轉矩量測裝置中之力量感測器，係一剪切梁型荷重元。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使轉矩量測裝置中之無線通訊模組，係一NRF24L01 2.4G無線傳輸器。

本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為另外提供一種轉矩量測系統，包含一轉矩量測裝置與一電子裝置。轉矩量測裝置，係可旋轉地設置於一馬達與一負載之間，具有一中心軸，並包含一本體、一第一連結軸、一力臂組件、一力量感測器、一第二連結軸、一微控制器、一無線通訊模組與一供電模組。本體具有一第一端部與一第二端部，並且開設有一容置空間。第一連結軸位於第一端部，連結固定於本體與馬達之一轉動輸出軸。力臂組件連結固定於第一連結軸，並且位於容置空間內。力量感測器連結固定力臂組件。第二連結軸位於第二端部，並連結固定於本體與負載。微控制器位於容置空間內，連結本體、力臂組件與力量感測器中之一者，電性連接力臂組件與力量感測器，用以偵測計算出馬達所輸出之一輸出扭力之一扭力資訊。無線通訊模組位於容置空間內，連結本體、力臂組件與力量感測器中之一者，電性連接微控制器，用以接收扭力資訊，並利用無線通訊方式將輸出扭力之扭力資訊傳送出。供電模組位於容置空間內，連結本體、力臂組件與力量感測器中之一者，並與無線通訊模組對應中心軸而對稱地設置，且用以對力量感測器、微控制器與無線通訊模組進行供電。

電子裝置無線通訊連結轉矩量測裝置，並包含一接收模組與一顯示模組。接收模組用以接收扭力資訊。顯示模組電性連接接收模組，用以顯示扭力資訊。

承上所述，本發明所提供之轉矩量測裝置及系統，利用本體、第一連結軸與第二連結軸可旋轉地設置於馬達與負載之間，並利用力臂組件、力量感測器、微控制器與無線通訊模組偵測並傳送出馬達所輸出的輸出扭力的扭力資訊，相較於先前技術，本發明所提供之轉矩量測裝置可以隨著馬達一起旋轉，並且利用無線通訊方式將馬達所輸出的輸出扭力的扭力資訊傳送出來，因此，本發明可以達到降低價格、製程簡單等功效，也不需要如先前技術的完整配套的周邊設備、進行對心作業才可以進行量測。此外，本發明因為利用無線通訊方式傳送扭力資訊，故也不用像先前技術一樣需要進行佈線等作業。

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

請參閱第一圖至第三圖，其中，第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之轉矩量測裝置之立體圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之轉矩量測裝置之分解圖；以及，第三圖係顯示第二圖之上視圖。如圖所示，一種轉矩量測裝置1包含一本體11、一第一連結軸12、一力臂組件13、一力量感測器14、一第二連結軸15、一微控制器16（標示於第七圖）、一無線通訊模組17（標示於第七圖）與一供電模組18，並具有一中心軸X。

本體11具有一第一端部E1與一第二端部E2，並且開設有一容置空間S1。在本實施例中，本體11更包含一本體端板111與二固定板112a、112b。固定板112a、112b位於中心軸X的一側。

第一連結軸12位於本體11的第一端部E1，並且連結固定於本體11。在本實施例中，第一連結軸12連結固定於本體11的本體端板111。

力臂組件13連結固定於第一連結軸12，位於本體11的容置空間S1內，並且與中心軸X之間存在一力臂。在本實施例中，力臂組件13包含一第一力臂段131、一第二力臂段132與一連結段133。第一力臂段131與第二力臂段132彼此相對應而設，且第一力臂段131與第二力臂段132兩者皆位於中心軸X的另一側。連結段133連結第一力臂段131與第二力臂段132，並且連結固定第一連結軸12。

更詳細的說明，本體11因為固定板112a、112b的關係，因此，本體11的一第一重心軸X1會偏離於中心軸X；力臂組件13也會因為第一力臂段131、一第二力臂段132與一連結段133的關係，因此，力臂組件13的一第二重心軸X2會偏離於中心軸X。如第三圖所示，第一重心軸X1會位於中心軸X的一側，第二重心軸X2會相對於第一重心軸X1而位於中心軸X的另一側。

力量感測器14連結固定於力臂組件13。在本實施例中，部分的力量感測器14受到固定板112a、112b固定，部分的力量感測器14受到第一力臂段131與第二力臂段132固定。力量感測器14用以感測力臂組件13施加的一轉動推力

第二連結軸15位於本體11的第二端部E2，並且連結固定於本體11。

微控制器16位於容置空間S1內，並且連結本體11、力臂組件13與力量感測器14中的一者。

無線通訊模組17位於容置空間S1內，並且連結本體11、力臂組件13與力量感測器14中的一者。需說明的是，無線通訊模組17連結本體11、力臂組件13與力量感測器14中的一者並沒有限定成要與微控制器16所連結的一者相同。無線通訊模組17電性連接微控制器16。

供電模組18位於容置空間S1內，並且連結本體11、力臂組件13與力量感測器14中的一者。需說明的是，供電模組18連結本體11、力臂組件13與力量感測器14中的一者並沒有限定成要與微控制器16所連結的一者或是無線通訊模組17所連結的一者相同。供電模組18用以對力量感測器14、微控制器16與無線通訊模組17進行供電。

需說明的是，在本實施例中，微控制器16與無線通訊模組17結構一體化成一控制通訊組件160。供電模組18和控制通訊組件160會分別設置於中心軸X的兩側，在本實施例中，供電模組18和控制通訊組件160會以中心軸X為中心，彼此對稱地設置。

接著，請一併參閱第一圖、第四圖與第五圖，其中，第四圖係顯示第一圖之A─A剖面圖；以及，第五圖係顯示第一圖之B─B剖面圖。

如第四圖所示，固定板112a、112b會與第一力臂段131、第二力臂段132錯位，彼此不會重疊，藉以連結固定於力量感測器14。

在本實施例中，力量感測器14是一剪切梁型荷重元（Load Cell），通常包含至少一應變規與橋式電路。如第五圖所示，力量感測器14為一對稱結構，並且以中心軸X為對稱軸。供電模組18、微控制器16、無線通訊模組17也會彼此對應中心軸X而設置於中心軸X的兩側。

因此，如上所述，轉矩量測裝置1以中心軸X為中心進行配重，將有利於旋轉。

最後，請一併參閱第一圖與第四圖至第七圖，其中，第六圖係顯示本發明較佳實施例所提供之轉矩量測裝置設置於馬達與負載之間之示意圖；以及，第七圖係顯示本發明較佳實施例所提供之轉矩量測系統之方塊圖。如圖所示，一種轉矩量測系統100包含轉矩量測裝置1與一電子裝置2。電子裝置2係無線通訊連結轉矩量測裝置1，並包含一接收模組21與一顯示模組22。

轉矩量測裝置1可旋轉地設置於一馬達M與一負載L之間，其中，第一連結軸12於第一端部E1連結馬達M的一轉動輸出軸，第二連結軸15則是於第二端部E2連結負載L。實務上，負載L可以是減速機。

當馬達M運轉時，轉動輸出軸會隨之旋轉。第一連結軸12連結固定於馬達M的轉動輸出軸，因此，第一連結軸12會帶動整個轉矩量測裝置1一起旋轉。因為轉矩量測裝置1是以中心軸X為中心進行配重，將有利於與馬達M一起旋轉。需說明的是，圖式僅為示意，不應以此為限制，實務上，轉矩量測裝置1就是設置於馬達M與負載L之間，並且會與馬達M一起旋轉。

力臂組件13（標示於第二圖）會受到第一連結軸12帶動而旋轉，並且會接觸到力量感測器14。此時，微控制器16便可以利用力量感測器14與力臂組件13，藉以計算出馬達M的轉動輸出軸所輸出的一輸出扭力的一扭力資訊。在本實施例中，微控制器16會利用力量感測器14所感測到的轉動推力以及力臂組件13的力臂，進而計算出上述的輸出扭力。接著，無線通訊模組17便會利用無線通訊的方式將輸出扭力的扭力資訊傳送出。在本實施例中，無線通訊模組17係採用一NRF24L01 2.4G無線傳輸器，但不以此為限。

電子裝置2的接收模組21則會接收上述扭力資訊。顯示模組22電性連接接收模組21，用以顯示上述扭力資訊，藉以供一使用者得知馬達M所輸出的輸出扭力。電子裝置2可為電腦、筆電、手機等可以無線通訊連結轉矩量測裝置1的裝置。

綜上所述，本發明所提供之轉矩量測裝置及系統，利用本體、第一連結軸與第二連結軸可旋轉地設置於馬達與負載之間，並利用力臂組件、力量感測器、微控制器與無線通訊模組偵測並傳送出馬達所輸出的輸出扭力的扭力資訊，相較於先前技術，本發明所提供之轉矩量測裝置可以隨著馬達一起旋轉，並且利用無線通訊方式將馬達所輸出的輸出扭力的扭力資訊傳送出來，因此，本發明可以達到降低價格、製程簡單等功效，也不需要如先前技術的完整配套的周邊設備、進行對心作業才可以進行量測。此外，本發明因為利用無線通訊方式傳送扭力資訊，故也不用像先前技術一樣需要進行佈線等作業。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

100:轉矩量測系統 1:轉矩量測裝置 11:本體 111:本體端板 112a,112b:固定板 12:第一連結軸 13:力臂組件 131:第一力臂段 132:第二力臂段 133:連結段 14:力量感測器 15:第二連結軸 160:控制通訊組件 16:微控制器 17:無線通訊模組 18:供電模組 2:電子裝置 21:接收模組 22:顯示模組 E1:第一端部 E2:第二端部 L:負載 M:馬達 S1:容置空間 X:中心軸 X1:第一重心軸 X2:第二重心軸

第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之轉矩量測裝置之立體圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之轉矩量測裝置之分解圖；第三圖係顯示第二圖之上視圖；第四圖係顯示第一圖之A─A剖面圖；第五圖係顯示第一圖之B─B剖面圖；第六圖係顯示本發明較佳實施例所提供之轉矩量測裝置設置於馬達與負載之間之示意圖；以及第七圖係顯示本發明較佳實施例所提供之轉矩量測系統之方塊圖。

1:轉矩量測裝置

11:本體

111:本體端板

112a,112b:固定板

12:第一連結軸

13:力臂組件

131:第一力臂段

132:第二力臂段

133:連結段

14:力量感測器

15:第二連結軸

160:控制通訊組件

18:供電模組

S1:容置空間

X:中心軸

Claims

一種轉矩量測裝置，係可旋轉地設置於一馬達與一負載之間，具有一中心軸，並包含：一本體，係具有一第一端部與一第二端部，並且開設有一容置空間；一第一連結軸，係位於該第一端部，連結固定於該本體與該馬達之一轉動輸出軸；一力臂組件，係連結固定於該第一連結軸，位於該容置空間內，並且與該中心軸之間存在一力臂；一力量感測器，係連結固定該力臂組件，用以在該馬達運作時感測該力臂組件以該力臂施加在該力量感測器上之一轉動推力；一第二連結軸，係位於該第二端部，並連結固定於該本體與該負載；一微控制器，係位於該容置空間內，連結該本體、該力臂組件與該力量感測器中之一者，電性連接該力量感測器，用以依據該力臂與該轉動推力計算出該馬達所輸出之一輸出扭力之一扭力資訊；一無線通訊模組，係位於該容置空間內，連結該本體、該力臂組件與該力量感測器中之一者，電性連接該微控制器，用以接收該扭力資訊，並利用無線通訊方式將該輸出扭力之該扭力資訊傳送出；以及一供電模組，係位於該容置空間內，連結該本體、該力臂組件與該力量感測器中之一者，並與該無線通訊模組分別設置該中心軸之兩側，且用以對該力量感測器、該微控制器與該無線通訊模組進行供電。
如請求項1所述之轉矩量測裝置，其中，該本體係具有二固定板，該二固定板係位於該中心軸之一側，用以固定該力量感測器。
如請求項2所述之轉矩量測裝置，其中，該力臂組件包含：一第一力臂段，係位於該中心軸之另一側；一第二力臂段，係相對該第一力臂段而設置，且位於上述該中心軸之另一側，藉以連結固定該力量感測器；以及一連結段，係連結固定該第一連結軸，且連結該第一力臂段與該第二力臂段。
如請求項3所述之轉矩量測裝置，其中，該本體係具有一第一重心軸，該力臂組件係具有一第二重心軸，該第一重心軸係偏離於該中心軸，且該第二重心軸係相對該第一重心軸而偏離於該中心軸。
如請求項1所述之轉矩量測裝置，其中，該力量感測器包含至少一應變規。
如請求項5所述之轉矩量測裝置，其中，該力量感測器係一荷重元。
如請求項6所述之轉矩量測裝置，其中，該力量感測器係一剪切梁型荷重元。
如請求項1所述之轉矩量測裝置，其中，該無線通訊模組係一NRF24L01 2.4G無線傳輸器。
一種轉矩量測系統，包含：一轉矩量測裝置，係設置於一馬達與一負載之間，具有一中心軸，並包含：一本體，係具有一第一端部與一第二端部，並且開設有一容置空間；一第一連結軸，係位於該第一端部，連結固定於該本體與該馬達之一轉動輸出軸；一力臂組件，係連結固定於該第一連結軸，位於該容置空間內，並且與該中心軸之間存在一力臂；一力量感測器，係連結固定該力臂組件，用以在該馬達運作時感測該力臂組件以該力臂施加在該力量感測器上之一轉動推力；一第二連結軸，係位於該第二端部，並連結固定於該本體與該負載；一微控制器，係位於該容置空間內，連結該本體、該力臂組件與該力量感測器中之一者，電性連接該力量感測器，用以依據該力臂與該轉動推力計算出該馬達所輸出之一輸出扭力之一扭力資訊；一無線通訊模組，係位於該容置空間內，連結該本體、該力臂組件與該力量感測器中之一者，電性連接該微控制器，用以接收該扭力資訊，並利用無線通訊方式將該輸出扭力之該扭力資訊傳送出；以及一供電模組，係位於該容置空間內，連結該本體、該力臂組件與該力量感測器中之一者，並與該無線通訊模組分別設置該中心軸之兩側，且用以對該力量感測器、該微控制器與該無線通訊模組進行供電；以及一電子裝置，係無線通訊連結該轉矩量測裝置，並包含：一接收模組，係用以接收該扭力資訊；以及一顯示模組，係電性連接該接收模組，用以顯示該扭力資訊。