CN113465801A - 一种非接触式磁耦合扭矩传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及扭矩传感器技术领域，具体涉及一种非接触式磁耦合扭矩传感器，该传感器包括定子、转子及转轴，所述转轴用于与外部的驱动机构连接，所述转子与转轴同轴转动连接，所述定子与转子间隔设置；所述转子靠近定子的一端面设有第一电路板，所述定子靠近转子的一端面设有第二电路板，所述第一电路板与第二电路板之间形成磁耦合。本发明的目的在于提供一种非接触式磁耦合扭矩传感器，解决了传统非接触式扭矩传感器精度和可靠性较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及扭矩传感器技术领域，具体涉及一种非接触式磁耦合扭矩传感器。
背景技术
目前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、非接触扭矩传感器、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。而其中非接触式扭矩传感器则由定子和转子组成，传感器安装在转子上；通过线圈耦合方式，定子给转子无线供电，转子向定子无线传输数据；定子和转子都有线圈，线圈(漆包线)绕在特制的骨架上(铝，铁或磁性材料)；由于绕线线圈成本高、不易安装和占空间大，同时骨架重量大，导致转轴旋转惯性大，影响传感器测量精度和可靠性。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种非接触式磁耦合扭矩传感器，解决了传统非接触式扭矩传感器精度和可靠性较低的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种非接触式磁耦合扭矩传感器，包括定子、转子及转轴，所述转轴用于与外部的驱动机构连接，所述转子与转轴同轴转动连接，所述定子与转子间隔设置；所述转子靠近定子的一端面设有第一电路板，所述定子靠近转子的一端面设有第二电路板，所述第一电路板与第二电路板之间形成磁耦合。
其中，所述定子及转子均为圆柱体结构。
其中，所述转子的另一端面往外延伸设置有凸出部，所述凸出部的侧壁设有多个等距设置的通孔；所述转轴的上方设有用于检测通孔的计数组件。
其中，所述计数组件为反射光传感器。
其中，所述定子的一侧设有凹槽。
其中，所述传感器还包括外壳，所述外壳装设有两个轴承，所述轴承分别套设于转轴的两端。
其中，所述传感器还包括第三电路板，所述第三电路板装设有与第三电路板电连接的电连接口；所述第三电路板与第二电路板电连接。
其中，所述电连接口与外壳之间设有密封圈。
其中，所述转轴设有用于接地的接地件。
其中，所述接地件为螺钉。
其中，所述第一电路板包括第一线圈、调制解调模块、压力传感器、放大模块及无线发送模块，所述第二电路板包括第二线圈、无线供电模块及无线接收模块；所述第一线圈分别与无线接收模块及无线供电模块电连接，所述第一线圈与第二线圈磁耦合，所述第二线圈分别与无线数据发送模块、调制解调模块及压力传感器电连接，所述放大模块与压力传感器电连接。
本发明的有益效果：
解决了传统非接触式扭矩传感器精度和可靠性较低的问题：本发明的一种非接触式磁耦合扭矩传感器，通过在定子和转子上设置第一电路板和第二电路板，第一电路板和第二电路板之间通过磁耦合实现第二电路板对第一电路板的无线供电，同时转子传输无线数据至定子，通过读取定子上的数据，并用相应的控制算法对数据进行计算即可读出当前传感器的检测的扭矩数值。与传统的扭矩传感器相比，本发明无需使用绕线线圈和骨架，通过电路板之间磁耦合实现相同的效果，解决了传统非接触式扭矩传感器精度和可靠性较低的问题。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为转轴、定子及转轴的结构示意图。
图3为本发明的剖视图。
图4为本发明磁耦合的示意图。
图5为第一电路板与第二电路板的电路图。
图6为放大模块的电路图。
附图标记
定子--100，第二电路板--101，凹槽--102，转子--200，第一电路板--201，凸出部--202，通孔--203，转轴--300，接地件--301，计数组件--400，外壳--500，轴承--501，第三电路板--502，电连接口--503，密封圈--504，
第一线圈--601，调制解调模块--602，压力传感器--603，放大模块--604，无线发送模块--605，第二线圈--606，无线供电模块--607，无线接收模块--608。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本说明书附图所绘示的结构，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰或调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
如图1至图4所示，一种非接触式磁耦合扭矩传感器，包括定子100、转子200及转轴300，所述转轴300用于与外部的驱动机构连接，所述转子200与转轴300同轴转动连接，所述定子100与转子200间隔设置；所述转子200靠近定子100的一端面设有第一电路板201，所述定子100靠近转子200的一端面设有第二电路板101，所述第一电路板201与第二电路板101之间形成磁耦合。第一电路板201与第二电路板101的磁耦合原理，如图4所示。
在本实施例中，第一电路板201与第二电路板101即PCB。
具体的，本发明的一种非接触式磁耦合扭矩传感器，通过在定子100和转子200上设置第一电路板201和第二电路板101，第一电路板201和第二电路板101之间通过磁耦合实现第二电路板101对第一电路板201的无线供电，同时转子200传输无线数据至定子100，通过读取定子100上的数据，并用相应的控制算法对数据进行计算即可读出当前传感器的检测的扭矩数值。与传统的扭矩传感器相比，本发明无需使用绕线线圈和骨架，通过电路板之间磁耦合实现相同的效果，解决了传统非接触式扭矩传感器精度和可靠性较低的问题。
具体的，所述第一电路板201包括第一线圈601、调制解调模块602、压力传感器603、放大模块604及无线发送模块605，所述第二电路板202包括第二线圈606、无线供电模块607及无线接收模块608；所述第一线圈601分别与无线接收模块608及无线供电模块607电连接，所述第一线圈601与第二线圈606磁耦合，所述第二线圈606分别与无线数据发送模块、调制解调模块602及压力传感器603电连接，所述放大模块604与压力传感器603电连接。
以本实施例为例，本实施例的第一线圈601与第二线圈606无需绕线于骨架，故本实施例的第一电路板的厚度与第二电路板的厚度较薄，可节约成本；第一电路板与第二电路板的电路结构如图5及图6所示，优选的，压力传感器603为应变片，外部的力矩通过转轴300传递至压力传感器603，压力传感器603发生压力形变，压力传感器603的阻值发生变化，产生小电压信号mV，经过放大模块604放大变为大电压信号V，再经过ADC模数转换，成为数字信号，处理器MCU将数字信号，通过读取数字信息得出扭矩值。具体的，
mV的计算公式如上所示。
具体的，所述定子100及转子200均为圆柱体结构，节省了传感器的空间。
具体的，所述转子200的另一端面往外延伸设置有凸出部202，所述凸出部202的侧壁设有多个等距设置的通孔203；所述转轴300的上方设有用于检测通孔203的计数组件400。通过计数组件400读取它的表面开了等距离的通孔203，辅助计数；转轴300转动时，计数组件400实现计数功能，产生脉冲方波信号输出，计算出转速。优选的，所述计数组件400为反射光传感器。
具体的，所述定子100的一侧设有凹槽102，方便对第一电路板201进行拿取。
具体的，所述传感器还包括外壳500，所述外壳500装设有两个轴承501，所述轴承501分别套设于转轴300的两端。外壳500可对传感器内部的器件进行保护，同时通过轴承501保证转轴300转动时的稳定性。
具体的，所述传感器还包括第三电路板502，所述第三电路板502装设有与第三电路板502电连接的电连接口503；所述第三电路板502与第二电路板101电连接。在本实施例中，该电连接口503是8pin公头，通过使用相同型号的8pin母头电连接配合，即可使用相应的仪器读取传感器的扭矩数值。
具体的，所述电连接口503与外壳500之间设有密封圈504，可增加传感器内的密闭性。
具体的，所述转轴300设有用于接地的接地件301，由于转轴300的材料通常是不锈钢或其他合金材质，锡或锡丝无法焊接到转轴300上；另外，转轴300上安装有压力传感器603和电路板，通过设置接地件301可提高传感器的抗干扰能力。优选的，所述接地件301为螺钉。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种非接触式磁耦合扭矩传感器，其特征在于：包括定子(100)、转子(200)及转轴(300)，所述转轴(300)用于与外部的驱动机构连接，所述转子(200)与转轴(300)同轴转动连接，所述定子(100)与转子(200)间隔设置；
所述转子(200)靠近定子(100)的一端面设有第一电路板(201)，所述定子(100)靠近转子(200)的一端面设有第二电路板(101)，所述第一电路板(201)与第二电路板(101)之间形成磁耦合。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式磁耦合扭矩传感器，其特征在于：所述定子(100)及转子(200)均为圆柱体结构。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式磁耦合扭矩传感器，其特征在于：所述转子(200)的另一端面往外延伸设置有凸出部(202)，所述凸出部(202)的侧壁设有多个等距设置的通孔(203)；所述转轴(300)的上方设有用于检测通孔(203)的计数组件(400)。
4.根据权利要求3所述的一种非接触式磁耦合扭矩传感器，其特征在于：所述计数组件(400)为反射光传感器。
5.根据权利要求1所述的一种非接触式磁耦合扭矩传感器，其特征在于：所述定子(100)的一侧设有凹槽(102)。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式磁耦合扭矩传感器，其特征在于：所述传感器还包括外壳(500)，所述外壳(500)装设有两个轴承(501)，所述轴承(501)分别套设于转轴(300)的两端。
7.根据权利要求6所述的一种非接触式磁耦合扭矩传感器，其特征在于：所述传感器还包括第三电路板(502)，所述第三电路板(502)装设有与第三电路板(502)电连接的电连接口(503)；所述第三电路板(502)与第二电路板(101)电连接。
8.根据权利要求7所述的一种非接触式磁耦合扭矩传感器，其特征在于：所述电连接口(503)与外壳(500)之间设有密封圈(504)。
9.根据权利要求1所述的一种非接触式磁耦合扭矩传感器，其特征在于：所述转轴(300)设有用于接地的接地件(301)，所述接地件(301)为螺钉。
10.根据权利要求1所述的一种非接触式磁耦合扭矩传感器，其特征在于：所述第一电路板(201)包括第一线圈(601)、调制解调模块(602)、压力传感器(603)、放大模块(604)及无线发送模块(605)，所述第二电路板(202)包括第二线圈(606)、无线供电模块(607)及无线接收模块(608)；
所述第一线圈(601)分别与无线接收模块(608)及无线供电模块(607)电连接，所述第一线圈(601)与第二线圈(606)磁耦合，所述第二线圈(606)分别与无线数据发送模块、调制解调模块(602)及压力传感器(603)电连接，所述放大模块(604)与压力传感器(603)电连接。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211001 |