專利名稱：通過軸承供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種通過軸承供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器，特別是一種接設(shè)于轉(zhuǎn)動軸中對力矩進行測量并利用測量軸與傳感器間設(shè)置的軸承對傳感器內(nèi)電路進行動態(tài)供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器。
背景技術(shù)：
在交通、運輸、生產(chǎn)制造以及機械維修等眾多行業(yè)中，經(jīng)常需要對一些旋轉(zhuǎn)體如轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動力矩進行測量，人們通常會采用力矩扳手作為測量工具進行力矩測量。
隨著機械化、電子化、計算機智能化技術(shù)的飛速發(fā)展，轉(zhuǎn)動軸力矩的測量已經(jīng)不僅僅局限于簡單的數(shù)值測量，而是需要進行現(xiàn)場工作狀態(tài)下的實時測量，并將得到的數(shù)據(jù)信息通過控制電路或計算機進行處理從而控制執(zhí)行機構(gòu)完成相應(yīng)的操作。在這一過程中，轉(zhuǎn)動軸的力矩測量必須采用電子力矩傳感器。
常用的力矩傳感器主要包括殼體、一個內(nèi)部安裝有若干個應(yīng)力感應(yīng)電阻(應(yīng)力貼片)的測量軸，測量軸貫穿殼體并與其固定連接，殼體內(nèi)設(shè)有處理電路。應(yīng)力感應(yīng)電阻之間組成橋式電路，其信號輸出端與處理電路的信號輸入端連接。在進行力矩測量時，測量軸連接在被測轉(zhuǎn)動軸上，當被測轉(zhuǎn)動軸在轉(zhuǎn)動中受到阻力時，測量軸將發(fā)生微弱的形變，造成應(yīng)力感應(yīng)電阻值的改變，使橋式電路輸出變化的電壓信號，該信號被傳送到處理電路中進行處理，然后通過信號輸出裝置輸出，為外部控制、計算設(shè)備所采集。
由于測量軸和處理電路隨著被測轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，因此，如何由外部為傳感器提供電力成為一個重要問題。通常的提供電力方式主要有利用電刷原理制成的導(dǎo)電環(huán)傳輸方式、電感耦合方式，但這些方式都存在著一些不足和缺陷。
導(dǎo)電環(huán)方式的主要缺點在于，導(dǎo)電環(huán)與力矩測量軸之間存在著滑動摩擦和發(fā)熱，對信號造成干擾，對處理電路的正常工作造成影響，使測量結(jié)果不穩(wěn)定。同時，滑動摩擦容易造成導(dǎo)電環(huán)使用壽命低，需要經(jīng)常維修、更換，給傳感器的使用造成麻煩。
典型的電感耦合方式為旋轉(zhuǎn)變壓器，其缺點在于，耦合效率低、自身容易發(fā)熱、自重較大使轉(zhuǎn)動慣量增大，不能應(yīng)用于輕質(zhì)旋轉(zhuǎn)軸的力矩測量場合。旋轉(zhuǎn)變壓器制作過程比較繁瑣，對加工的材料、工藝要求較高生產(chǎn)制造相對復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對上述傳統(tǒng)的力矩測量傳感器在電力提供方式上所存在的缺陷和不足提供一種通過軸承供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器，該傳感器利用測量軸與傳感器殼體之間加設(shè)的金屬軸承將外部電源提供的電力輸送到傳感器內(nèi)的處理電路。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種通過軸承供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器，包括殼體及測量軸；殼體中設(shè)有處理電路及信號導(dǎo)出裝置，處理電路固定設(shè)置在測量軸上，其信號輸出端連接信號導(dǎo)出裝置的信號輸入端，該信號導(dǎo)出裝置的信號輸出端與外部信號處理設(shè)備的信號端電氣連接；殼體上開設(shè)有兩個相對且同心的第一圓孔和第二圓孔，軸承設(shè)置在第一圓孔內(nèi)，測量軸的兩端分別穿過軸承和第二圓孔設(shè)置于殼體中，測量軸與軸承的內(nèi)環(huán)之間設(shè)有絕緣層，軸承的外環(huán)通過穿過殼體的導(dǎo)線與外部電源正極連接；處理電路的電源正極與軸承的內(nèi)環(huán)電氣連接，該處理電路的電源負極與測量軸電氣連接。
上述技術(shù)方案在使用中，測量軸與被測轉(zhuǎn)動軸連接并轉(zhuǎn)動。外部電源的正極通過導(dǎo)線傳到軸承的外環(huán)，再經(jīng)軸承的內(nèi)環(huán)傳輸?shù)教幚黼娐?，使處理電路獲得工作電源。當被測轉(zhuǎn)動軸在轉(zhuǎn)動中發(fā)生力矩變化時，測量軸中的由應(yīng)力感應(yīng)電阻(應(yīng)力貼片)所組成的橋式電路將變化輸出的電壓信號送到處理電路，并由處理電路經(jīng)過信號導(dǎo)出裝置將其傳送到外部信號處理設(shè)備。
當上述技術(shù)方案中的殼體采用金屬材料制造時，為防止電源的正極通過軸承與測量軸發(fā)生短路，在第一圓孔與軸承間增設(shè)有絕緣環(huán)管，將導(dǎo)線穿過絕緣環(huán)管與軸承連接。
為提高導(dǎo)線與軸承連接的可靠性，可以在絕緣環(huán)管的內(nèi)側(cè)表面環(huán)周貼設(shè)環(huán)形導(dǎo)電圈，使環(huán)形導(dǎo)電圈與導(dǎo)線連接。
為使測量軸的運轉(zhuǎn)順暢，在第二圓孔中還可以設(shè)置另一軸承，同時可以將該另一軸承與外部電源的負極連接，構(gòu)成處理電路的電源回路。
信號導(dǎo)出裝置可以是無線信號發(fā)射器，或者是分別設(shè)置在測量軸和殼體內(nèi)側(cè)表面上的導(dǎo)電環(huán)及電刷。
當測量軸中的由應(yīng)力感應(yīng)電阻所組成的橋式電路將變化輸出的電壓信號送到處理電路后，處理電路對其進行放大等處理后將其處送到無線信號發(fā)射器，或者通過旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)電環(huán)傳送到電刷。無線信號發(fā)射器可以將信號進行調(diào)制處理后發(fā)射到外部信號處理設(shè)備的無線信號接收端；電刷可以通過其與外部信號處理設(shè)備的信號輸入接口之間的連接，將信號傳遞到外部信號處理設(shè)備中。
通過上述技術(shù)方案可以看出，本實用新型利用軸承引入外部電源，提供了可靠的供電連接，大大減少了因摩擦而發(fā)熱現(xiàn)象，延長了使用壽命低，無需經(jīng)常維修、更換，利用軸承引入外部電源也不存在耦合效率低、自身容易發(fā)熱、自重較大使轉(zhuǎn)動慣量增大等缺陷，可以應(yīng)用于輕質(zhì)旋轉(zhuǎn)軸的力矩測量場合。與旋轉(zhuǎn)變壓器相比，其制作過程簡單，對加工的材料、工藝要求不高。以下，通過具體實施例并結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明。


圖1為本實用新型提供的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型提供的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖1所示為本實用新型提供的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括殼體1、測量軸2及軸承6。殼體1上開設(shè)有兩個相對且同心的第一圓孔3和第二圓孔4。軸承6設(shè)置在第一圓孔3內(nèi)。測量軸2的兩端分別穿過軸承6和第二圓孔4設(shè)置于殼體1中。測量軸2與軸承6的內(nèi)環(huán)61之間設(shè)有用絕緣膠木管制成的絕緣層21。
軸承6的外環(huán)62通過穿過殼體1的導(dǎo)線13與外部電源正極連接。殼體1中還設(shè)有處理電路5，該處理電路5設(shè)置在電路盒51中。電路盒51固定設(shè)置在測量軸2上并且與絕緣層21一體制造。處理電路5的電源正極與軸承6的內(nèi)環(huán)61通過一電源線14直接連接，該處理電路5的電源負極直接連接在測量軸2的表面，通過測量軸2與被測轉(zhuǎn)動軸之間的連接形成接地，從而構(gòu)成電回路。
處理電路5中設(shè)有信號導(dǎo)出裝置7，該信號導(dǎo)出裝置7為無線信號發(fā)射器。當被測轉(zhuǎn)動軸的力矩發(fā)生變化時，處理電路5將來自應(yīng)力感應(yīng)電阻組成的橋式電路的變化電信號進行處理后將其傳送到信號導(dǎo)出裝置7，信號導(dǎo)出裝置7對收到的變化電信號進行調(diào)制后由無線信號發(fā)射天線發(fā)出無線信號，外部信號處理設(shè)備通過接收天線獲得該無線信號。
圖2所示為本實用新型提供的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例的殼體構(gòu)成、供電回路的組成以及信號導(dǎo)出裝置與上述實施例有所不同。
本實施例的殼體1采用鋁合金材料制造成一圓柱形的杯狀容器。在殼體1的開口上通過螺栓固定有蓋11。第一圓孔3開設(shè)在殼體1的底部。第二圓孔4開設(shè)在蓋11上。
第一圓孔3是由兩個同心的，半徑不同的圓形凹陷連通構(gòu)成，其中，半徑較大的圓形凹陷31設(shè)置在殼體1的內(nèi)側(cè)，半徑較小的圓形凹陷32設(shè)置在殼體1的外側(cè)。在第一圓孔3與軸承6間增設(shè)有絕緣環(huán)管63。絕緣環(huán)管63設(shè)置在半徑較大的圓形凹陷31內(nèi)側(cè)，并且其靠近半徑較小的圓形凹陷32的一端向圓心方向設(shè)有彎折面，使該絕緣環(huán)管63的軸向截面呈雙L形。
絕緣環(huán)管63的內(nèi)側(cè)表面環(huán)周貼設(shè)有環(huán)形導(dǎo)電圈64。導(dǎo)線13穿過絕緣環(huán)管63與環(huán)形導(dǎo)電圈64連接，并通過環(huán)形導(dǎo)電圈64連接到軸承6的外環(huán)62。
在絕緣層21的表面環(huán)形套設(shè)有一金屬材料制成的環(huán)52，該環(huán)52只與軸承6的內(nèi)環(huán)61接觸，并通過電源線14與處理電路的電源正極連接。當本實施例組裝完成后，軸承6的外環(huán)62壓設(shè)在環(huán)形導(dǎo)電圈64，環(huán)形導(dǎo)電圈64通過導(dǎo)線13將外部電力引入；軸承6的內(nèi)環(huán)61通過環(huán)52、電源線14將外部電力引入處理電路的正極。
另外，為使測量軸2順暢的轉(zhuǎn)動，本實施例在第二圓孔4內(nèi)還增設(shè)有另一軸承65，使測量軸2的上一端穿過另一軸承65。由于處理電路5的接地端連接在測量軸2的表面，因此，可以使另一軸承65通過一引出線與外部電源的負極連接而構(gòu)成電回路。
本實施例中，信號導(dǎo)出裝置7采用導(dǎo)電環(huán)71和電刷72，導(dǎo)電環(huán)71套設(shè)在測量軸2上并與其絕緣。導(dǎo)電環(huán)71連接處理電路5的信號輸出端。電刷72一端搭接在導(dǎo)電環(huán)71的表面，另一端設(shè)置在殼體1的內(nèi)側(cè)表面并通過信號連接線8與外部信號處理設(shè)備的信號輸入接口連接。當被測轉(zhuǎn)動軸的力矩發(fā)生變化時，處理電路5將來自應(yīng)力感應(yīng)電阻組成的橋式電路的變化電信號進行處理后將其傳送到導(dǎo)電環(huán)71，導(dǎo)電環(huán)71將其傳遞到電刷72，電刷72將該信號傳送到外部信號處理設(shè)備。
本實施例通過巧妙的設(shè)計，使該傳感器的生產(chǎn)、組裝和使用都非常方便，而且也便于維修，尤其是供電裝置的連接較為牢靠。
通過本實施例的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以制成體積較小，適合于精密機械的力矩測量，甚至可以將其安裝在智能機械手中，在加工操作中實時測量各種轉(zhuǎn)動軸的力矩變化，為人工智能的實施應(yīng)用提供良好、準確的測量數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1.一種通過軸承供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器，包括殼體(1)及測量軸(2)；所述殼體(1)中設(shè)有處理電路(5)及信號導(dǎo)出裝置(7)，所述處理電路(5)固定設(shè)置在所述測量軸(2)上，其信號輸出端連接所述信號導(dǎo)出裝置(7)的信號輸入端，該信號導(dǎo)出裝置(7)的信號輸出端與外部信號處理設(shè)備的信號端電氣連接，其特征在于所述殼體(1)上開設(shè)有兩個相對且同心的第一圓孔(3)和第二圓孔(4)；所述第一圓孔(3)內(nèi)設(shè)有軸承(6)；所述測量軸(2)的兩端分別穿過所述軸承(6)和第二圓孔(4)設(shè)置于所述殼體(1)中；所述測量軸(2)與所述軸承(6)的內(nèi)環(huán)(61)之間設(shè)有絕緣層(21)；所述軸承(6)的外環(huán)(62)通過穿過殼體(1)的導(dǎo)線(13)與外部電源正極連接；所述處理電路(5)的電源正極與所述軸承(6)的內(nèi)環(huán)(61)電氣連接，該處理電路(5)的電源負極與所述測量軸(2)電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過軸承供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器，其特征在于所述殼體(1)為棱柱形或圓柱形的杯狀容器，該殼體(1)的開口上設(shè)有蓋(11)；所述第一圓孔(3)開設(shè)在所述殼體(1)的底部；所述第二圓孔(4)開設(shè)在所述蓋(11)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通過軸承供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器，其特征在于所述的第一圓孔(3)與軸承(6)間增設(shè)有絕緣環(huán)管(63)；所述導(dǎo)線(13)穿過所述絕緣環(huán)管(63)與所述軸承(6)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過軸承供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器，其特征在于所述的第一圓孔(3)是由兩個同心的，半徑不同的圓形凹陷連通構(gòu)成，其中，半徑較大的圓形凹陷(31)設(shè)置在所述殼體(1)的內(nèi)側(cè)，半徑較小的圓形凹陷(32)設(shè)置在所述殼體(1)的外側(cè)；所述絕緣環(huán)管(63)設(shè)置在所述半徑較大的圓形凹陷(31)內(nèi)側(cè)，并且其靠近所述半徑較小的圓形凹陷(32)的一端向圓心方向設(shè)有彎折面，使該絕緣環(huán)管(63)的軸向截面呈雙L形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過軸承供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器，其特征在于所述的絕緣環(huán)管(63)的內(nèi)側(cè)表面環(huán)周貼設(shè)有環(huán)形導(dǎo)電圈(64)，該環(huán)形導(dǎo)電圈(64)與所述導(dǎo)線(13)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過軸承供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器，其特征在于所述的信號導(dǎo)出裝置(7)是無線信號發(fā)射器，或者是分別設(shè)置在所述測量軸(2)和所述殼體(1)內(nèi)側(cè)表面上的導(dǎo)電環(huán)和電刷。
專利摘要本實用新型涉及一種通過軸承供電的轉(zhuǎn)動力矩傳感器，包括殼體(1)及測量軸(2)；所述殼體(1)中設(shè)有處理電路(5)及信號導(dǎo)出裝置(7)，所述殼體(1)上開設(shè)有第一圓孔(3)和第二圓孔(4)；所述第一圓孔(3)內(nèi)設(shè)有軸承(6)；所述測量軸(2)穿過所述軸承(6)和第二圓孔(4)；所述軸承(6)的外環(huán)(62)通過穿過殼體(1)的導(dǎo)線(13)與外部電源正極連接；所述處理電路(5)的電源正極與所述軸承(6)的內(nèi)環(huán)(61)電氣連接，該處理電路(5)的電源負極與所述測量軸(2)電氣連接。本實用新型利用軸承引入外部電源，提供可靠的供電連接。
文檔編號G08C19/38GK2741124SQ200420115749
公開日2005年11月16日 申請日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者張力, 楊俊飛 申請人:張力