CN109000835B - 一种动态差分式扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动态差分式扭矩传感器，包括固定连接在壳体内的定子线圈组，以及转动连接在壳体内的转子组，转子组中心穿设并固定有转轴且转轴的一端延伸出壳体顶端；转轴伸出壳体一端与被测件连接，另一端连接检测完毕后转轴的复位装置。定子线圈组上缠绕有初级线圈组41，以及按电势反相串接的第一次级线圈组42和第二次级线圈组43。转子转动方向不同，其产生的电动势的方向不同，电动势的绝对值与转轴的转动角度正相关。进而既可以测试扭矩的大小，也可以测试扭矩的方向。

Description

一种动态差分式扭矩传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种动态差分式扭矩传感器。

背景技术

扭矩传感器分为动态和静态两大类，其中动态扭矩传感器又可叫做转矩传感器、转矩转速传感器、旋转扭矩传感器等。扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动(气动，液力)扭力扳手。现有的扭矩传感器，在测试动态扭矩的同时不能测旋转角度位移量。现有的动态扭矩传感器分为两种，一种为相位差式动态扭矩传感器，另一种为应片式动态扭矩传感器，这两种传感器在测试动态扭矩的同时不能测旋转角度位移量。

发明内容

为了解决现有技术下存在的问题，通过对现有技术的进一步改进，本发明提供了一种动态差分式扭矩传感器，其实现了测试动态扭矩的同时，还可以测试旋转角度位移量。

本发明通过以下技术方案实现上述发明目的。

一种动态差分式扭矩传感器，包括壳体，壳体内设有转子组，转子组包括转子衔铁和转轴，转子衔铁中心穿设有转轴且转轴的一端延壳体轴线方向延伸出壳体顶端，转子衔铁和转轴固定连接，转轴转动连接在壳体内；转子衔铁上套设有定子线圈组，定子线圈组装配连接在壳体内；定子线圈组上缠绕有初级线圈组，以及按电势反相串接的第一次级线圈组和第二次级线圈组。

进一步的，转轴的另一端连接有用于转轴转动后的复位装置；复位装置包括套设在转轴上的凸轮，凸轮固定连接在转轴上；凸轮的底端卡合连接有凹轮，凹轮滑动连接在壳体内；壳体的底端可拆卸连接有安装底板，安装底板和凹轮之间设有驱动凹轮在壳体内上下滑动的弹性件。

进一步的，凸轮与凹轮相对的一侧设有若干凸起，在凹轮上开设有与所述若干凸起相适配的凹槽。

进一步的，凹轮的侧面设有滑块，壳体内壁设有与滑块相适配的滑槽。

进一步的，凹轮上与弹性件相对的一侧开设有限位槽，弹性件一端与安装底板固定连接，另一端抵在限位槽内。

进一步的，弹性件为预压弹簧。

进一步的，定子线圈组和凸轮之间设置压紧装置，压紧装置对定子线圈组进行压紧固定。

进一步的，压紧装置包括对定子线圈组进行压紧固定的压套，以及将压套固定装配在壳体内的固定圈，固定圈固定连接在壳体内。

进一步的，固定圈和壳体内壁通过螺纹固定连接。

进一步的，壳体一端固定连接有第一轴承组件，压套中心固定连接有第二轴承组件；转轴通过第一轴承组件和第二轴承组件转动连接壳体内。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

在定子线圈组上缠绕有初级线圈，以及按电势反相串接的两组次级线圈组。在进行测量扭矩时，在初级线圈上通交流电，转动转子时会在次级线圈上会产生相应的电动势，转子转动的方向不同，其输出的电动势的方向不同，由此判断扭矩的方向；同时输出的电动势的绝对值与转角的比值成线性关系。由此判断扭矩的大小。进而实现了在测试动态扭矩的同时，也可以测试旋转角度位移量。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明初级线圈和次级线圈的缠绕示意图；

图3为本发明凸轮的结构示意图；

图4为本发明凹轮的结构示意图；

图5为本发明的装配示意图。

图中：1-壳体，2-转轴，21-第一轴承组件，22-第二轴承组件，3-转子组，4- 定子线圈组，5-压套，6-固定圈，7-凸轮，71-凸起，8-凹轮，81-凹槽，82-限位槽，83-滑块，9-弹性件，10-安装底板，11-安装法兰。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合附图对本发明进行具体的说明：

如图1所示，本发明包括壳体1，壳体1内设有转子组3，转子组3包括转子衔铁31和转轴2，转子衔铁31中心穿设有转轴2且转轴2的一端延壳体轴线方向延伸出壳体1顶端，转子衔铁31和转轴2固定连接，转轴2转动连接在壳体1内；转子衔铁31上套设有定子线圈组4，定子线圈组4装配连接在壳体 1内；

如图2所示，定子线圈组4上缠绕有初级线圈组41，以及按电势反相串接的第一次级线圈组42和第二次级线圈组43。

对上述需要说明的是，转轴2和转子衔铁31采用压接固定的方式进行连接，转轴2的两端通过第一轴承组件21和第二轴承组件22转动连接壳体1内；转子衔铁31上套设定子线圈组4，且转子衔铁31和定子线圈组4之间间隙设置，转子组3和定子线圈组4的轴线重合；转轴2延伸出壳体1的一端与被测件连接，当被测件进行转动时，带动转子衔铁31转动，使缠绕在定子线圈组4的两组次级线圈产生不同的电动势，进而输出相应的电动势，从而判断扭矩的大小和方向。

对上述初级线圈组41、第一次级线圈组42和第二次级线圈组43的缠绕需要说明的是，在定子线圈组4内包括四个铁芯，输入电压Ui对应的线圈组为初级线圈组41，其依次缠绕在这四个铁芯上；输出电压Uo对应的反相串接的第一次级线圈组42和第二次级线圈组43。第一次级线圈组42缠绕在相邻的两个铁芯上，第二次级线圈组43缠绕在另外两个相邻的铁芯上；在壳体1上开设有通孔，初级线圈组41和串接的第一次级线圈组42及第二次级线圈组43分别通过导线，并穿过该通孔将旋转转子组时磁场磁通变化而引起的电动势变化信号输出。

对上述需要说明的是，当初级线圈加上一定的正弦交流电压Ui后，在第一次级线圈组42和第二次级线圈组43中分别产生感应电势e1、e2。当转子组3在中间位置时，第一次级线圈组42和第二次级线圈组43互感相同，感应电势e1 ＝e2，输出电压为零。当转子组3从零位向一侧旋转(顺时针)时，顺时针方向上的第一次级线圈组42上互感S1增大，逆时针方向上的第二次级线圈组43上互感S2减小，感应电势e1＞e2，输出电压Uo＝e1－e2不为零，且在传感器的量程内，转动角度越大，输出电压差值越大。当转子组3从零位反向一侧旋转(逆时针)时，逆时针方向上的第二次级线圈组43上互感S2增大，第一次级线圈组 42上互感S1减小，感应电势e2＞e1，输出电压Uo仍不为零。在规定的行程范围内二个通道输出电压之差与转角的比值成线性关系。转子顺时针转动和逆时针转动输出的电压方向相反，由此判断扭矩的方向。

进一步的，通过调整初级线圈组41、第一次级线圈组42和第二次级线圈组 43的匝数，以及定子线圈组4与转子组3之间的间隙可调整产品的电压输出及灵敏度。

进一步的，如图1所示，转轴2的另一端连接有用于转轴2转动后的复位装置；复位装置包括套设在转轴2上的凸轮7，凸轮7固定连接在转轴2上；凸轮 7的底端卡合连接有凹轮8，凹轮8滑动连接在壳体1内；壳体1的底端可拆卸连接有安装底板10，安装底板10和凹轮8之间设有驱动凹轮8在壳体1内上下滑动的弹性件9。

对上述需要说明的是，如图3和图4所示，凸轮7与凹轮8相对的一侧设有若干凸起71，在凹轮8上开设有与所述若干凸起71相适配的凹槽81。

对上述需要进一步说明的是，对被测件的测试完成以后，需要对转轴2进行转动使转子组3复位，以备下次使用；因此就需要能够使转轴2复位的复位装置，凸轮7和转轴2通过键槽固定连接，在进行测试时转轴2转动带动凸轮7转动，而凹轮8滑动连接在壳体1内壁，使凹轮8在壳体1内不发生转动，此时凸轮7 上的凸起71挤压凹轮8，进而使弹性件9发生挤压，扭矩越大挤压程度越大；当完成测试后，在弹性件9的作用下，凹轮8进行运动挤压凸轮7转动进行复位。

对上述需要再一步说明的是，凸轮7上凸起71的数量不少于两个，但是当凸起71的数目越多，也就意味着本申请能够检测的最大角度就会越小，因而凸轮7上的凸起71优选的采用两个凸起71，其对应的，凹轮8上设置与凸起71 一一对应的凹槽81。

如图4所示，对上述技术特征进一步的优化，凹轮8的侧面设有滑块83，壳体1内壁设有与滑块83相适配的滑槽。

对上述需要说明的是，凹轮8的侧面设置的滑块83，使凹轮8在壳体1内部能够稳定的滑动连接，而不会发生凹轮8转动的发生，避免了因为凹轮8转动影响被测件扭矩的真实值。

如图4所示，进一步的，凹轮8上与弹性件9相对的一侧开设有限位槽82，弹性件9一端与安装底板10固定连接，另一端抵在限位槽82内。

对上述需要说明的是，弹性件9被限位在安装底板10和限位槽82之间，使弹性件9在受压缩时弹性件不发生横向的偏移，能够使测试后弹性件9有足够的弹力使凹轮8和凸轮7进行复位。其弹性件9可以与安装底座进行固定，也可以与安装底座不固定，其优选的使安装底座和弹性件9进行固定。

对上述弹性件9需要说明的是，弹性件9优选预压弹簧。

如图1所示，进一步的，定子线圈组4和凸轮7之间设置压紧装置，压紧装置对定子线圈组4进行压紧固定。

具体的，压紧装置包括对定子线圈组4进行压紧固定的压套5，以及将压套 5固定装配在壳体1内的固定圈6，固定圈6固定连接在壳体1内。

对上述需要什么的是，通过压套5挤压定子线圈组4，再对定子线圈组4通过固定圈6进行固定，而固定圈6螺纹连接在壳体1内壁。一方面可以使定子线圈组4在壳体1内有效的固定，避免定子线圈组4发生松动；另一方面，使本申请在检修时，有益于定子线圈组4的拆卸。

如图5所示，本发明的装配过程如下：

(1)将定子线圈组4装入外壳内，将装有第一轴承组件21和第二轴承组件 22的转子组3装入外壳内。

(2)用压套5将定子线圈组4与外壳固定，使用固定圈6将压套5与外壳固定，依次装配成一个整体。

(3)再将凸轮7通过键槽装入转子组3的转轴2上，组成刚性连接；将凹轮8与预压弹簧装入壳体1内。预压弹簧固定连接在安装底板10上，安装底板 10，装在壳体1上。

(4)壳体1上的安装法兰和被测件刚性固定，转子组3伸出壳体1的一端与被测件连接，进行检测。

上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种动态差分式扭矩传感器，其特征在于，包括壳体(1)，壳体(1)内设有转子组(3)，转子组(3)包括转子衔铁(31)和转轴(2)，转子衔铁(31)中心穿设有转轴(2)且转轴(2)的一端延壳体轴线方向延伸出壳体(1)顶端，转子衔铁(31)和转轴(2)固定连接，转轴(2)转动连接在壳体(1)内；转子衔铁(31)上套设有定子线圈组(4)，定子线圈组(4)装配连接在壳体(1)内；

所述的定子线圈组(4)上缠绕有初级线圈组(41)，以及按电动势反相串接的第一次级线圈组(42)和第二次级线圈组(43)；

所述的转轴(2)的另一端连接有用于转轴(2)转动后的复位装置；复位装置包括套设在转轴(2)上的凸轮(7)，凸轮(7)固定连接在转轴(2)上；凸轮(7)的底端卡合连接有凹轮(8)，凹轮(8)滑动连接在壳体(1)内；壳体(1)的底端可拆卸连接有安装底板(10)，安装底板(10)和凹轮(8)之间设有驱动凹轮(8)在壳体(1)内上下滑动的弹性件(9)。

2.根据权利要求1所述的一种动态差分式扭矩传感器，其特征在于，所述的凸轮(7)与凹轮(8)相对的一侧设有若干凸起(71)，在凹轮(8)上开设有与所述若干凸起(71)相适配的凹槽(81)。

3.根据权利要求1所述的一种动态差分式扭矩传感器，其特征在于，所述的凹轮(8)的侧面设有滑块(83)，壳体(1)内壁设有与滑块(83)相适配的滑槽。

4.根据权利要求2所述的一种动态差分式扭矩传感器，其特征在于，所述的凹轮(8)上与弹性件(9)相对的一侧开设有限位槽(82)，弹性件(9)一端与安装底板(10)固定连接，另一端抵在限位槽(82)内。

5.根据权利要求4所述的一种动态差分式扭矩传感器，其特征在于，所述的弹性件(9)采用预压弹簧。

6.根据权利要求1所述的一种动态差分式扭矩传感器，其特征在于，所述的定子线圈组(4)和凸轮(7)之间设置压紧装置，压紧装置对定子线圈组(4)进行压紧固定。

7.根据权利要求6所述的一种动态差分式扭矩传感器，其特征在于，所述的压紧装置包括对定子线圈组(4)进行压紧固定的压套(5)，以及将压套(5)固定装配在壳体(1)内的固定圈(6)，固定圈(6)固定连接在壳体(1)内。

8.根据权利要求7所述的一种动态差分式扭矩传感器，其特征在于，所述的固定圈(6)和壳体(1)内壁通过螺纹固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种动态差分式扭矩传感器，其特征在于，所述的壳体(1)一端固定连接有第一轴承组件(21)，压套(5)中心固定连接有第二轴承组件(22)；所述的转轴(2)通过第一轴承组件(21)和第二轴承组件(22)转动连接壳体(1)内。

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