TWM656357U - 應變感測組件及具有該應變感測組件的電動推桿 - Google Patents

Abstract

本創作係一種應變感測組件，包括荷重本體、一對應變片及線纜連接器，荷重本體具有腔室、開口及安裝蓋，腔室經由開口連通至荷重本體的外部，腔室的相對兩側形成有一對受檢測面，開口位於腔室的一側，安裝蓋位於腔室的另一側，各應變片分別設置在各受檢測面上，線纜連接器包括連接頭及纜線，連接頭設置在安裝蓋上，纜線穿接連接頭且電性連接於各應變片，當荷重本體受外力影響時，各應變片分別偵測對應的各受檢測面的變形量；藉此，讓應變感測組件能夠單獨作為荷重元或是配合致動器使用，並且易於安裝拆卸及外部接線連接。

Description

應變感測組件及具有該應變感測組件的電動推桿

本創作係有關於電動推桿的技術領域，尤指一種具有外部接線的應變感測組件的電動推桿。

電動推桿已被廣泛地應用在工業、醫療、居家用床、按摩椅、健身器材、復健器材、開門器、開窗機與升降機構等裝置上，藉以推抵數十公斤乃至於數千公斤的重物來達到抬升或是變化角度的操作。現有的電動推桿大多是利用電動機搭配傳動機構與減速機構來帶動導螺桿旋轉，同時藉由導螺桿帶動相螺接的伸縮管來使其作線性的伸出或縮回的動作。

然而，電動推桿都有其載重上限，大多數的電動推桿無法量測負載的重量，尤其是工業或農業的電動推桿因為承載的重量較重，在使用上可能因此超出電動推桿的載重上限，容易造成伸縮桿或其他機構的變形與損壞。故為了避免此情況發生，現行是在電動推桿上安裝應變計以量測電動推桿的負載重量，而應變計的訊號線是設置在電動推桿的內部走線，從而導致應變計不便於安裝拆卸，且使用者亦無法依據需求來更換或是使用設計商指定軟體以外的軟體配合檢測使用。

有鑑於此，本創作人遂針對上述現有技術的缺失，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本創作人改良之目標。

本創作之主要目的，在於提供一種外部走線的應變感測組件能夠單獨作為荷重元或是配合電動推桿使用，並且易於安裝拆卸及外部接線連接。

為了達成上述之目的，本創作提供一種應變感測組件，包括一荷重本體、一對應變片及一線纜連接器，荷重本體具有一腔室、一開口及一安裝蓋，腔室經由開口連通至荷重本體的外部，腔室的相對兩側形成有一對受檢測面，開口位於腔室的一側，安裝蓋位於腔室的另一側，各應變片分別設置在各受檢測面上，線纜連接器包括一連接頭及一纜線，連接頭設置在安裝蓋上，纜線穿接連接頭且電性連接於各應變片，當荷重本體受一外力影響時，各應變片分別偵測對應的各受檢測面的變形量。

於本創作的一實施例中，荷重本體具有連通腔室的一缺口，缺口形成在安裝蓋的部分外圍而與安裝蓋位於腔室的同一側。

於本創作的一實施例中，缺口為倒U字型或弧形。

於本創作的一實施例中，還包括一密封件，密封件封堵開口並包覆各應變片。

於本創作的一實施例中，還包括一電路板，電路板設置在腔室內且位於各應變片之間，電路板電性連接各應變片及纜線。

為了達成上述之目的，本創作還提供一種電動推桿，包括一齒輪箱、一電動機、一導螺桿、一伸縮管及一應變感測組件，電動機連接齒輪箱，導螺桿的一部分容置在齒輪箱內並受電動機的驅動，另一部分則延伸出齒輪箱的外部，伸縮管與導螺桿相互螺接傳動，應變感測組件係對應導螺桿可拆卸地連接齒輪箱而使導螺桿的末端容置在荷重本體內，應變感測組件包括一荷重本體、一對應變片及一線纜連接器，荷重本體具有一腔室、一開口、一對受檢測面及一安裝蓋，腔室經由開口連通至荷重本體的外部，各受檢測面相對配置在腔室內，開口位於腔室的一側，安裝蓋位於腔室的另一側，各應變片分別設置在各受檢測面上，線纜連接器包括一連接頭及一纜線，連接頭係可拆卸地設置在安裝蓋上，纜線穿接連接頭且電性連接於各應變片，當伸縮管應用在一推力而使所述推力的作用力傳遞至影響荷重本體時，各應變片分別偵測對應的各受檢測面的變形量。

於本創作的一實施例中，荷重本體具有一容槽及一止擋環，容槽係由荷重本體的一端面向內凹入，止擋環係自荷重本體的外緣向外延伸

於本創作的一實施例中，齒輪箱包括一罩殼，罩殼具有一臺階及一通孔，臺階形成在通孔的外圍，荷重本體穿接通孔，止擋環抵接臺階，導螺桿的末端容置在容槽內。

於本創作的一實施例中，還包括一端蓋，端蓋套設且固定在導螺桿上，止擋環被夾持固定在端蓋及臺階之間。

於本創作的一實施例中，端蓋具有一定位塊，荷重本體具有一嵌槽，定位塊嵌固於嵌槽內。

本創作之應變感測組件，通過腔室連通有開口以便於裝設各應變片與各電路板，各應變片與各電路板所構成的惠斯通電橋通過對接連接器整合，且腔室於開口的相對側設置有安裝蓋供線纜連接器安裝，因此可通過線纜連接器將訊號線導至外部依不同需求使用且便於裝卸，故應變感測組件能夠單獨作為荷重元使用或是配合如電動推桿的致動器使用，藉以在荷重本體受外力影響時通過各應變片分別偵測對應的各受檢測面的電阻值變化，從而通過惠斯通電橋轉換為各受檢測面所產生的變形量以線纜連接器將數值傳輸至外部供使用者讀取或由控制器接收。

本創作之電動推桿，藉由將應變感測組件對應導螺桿裝設在齒輪箱或是內管體的端部上，因此當伸縮管以電動機通過傳動機構帶動導螺桿轉動以驅動內管體相對於外管體伸出時，應變感測組件的各應變片能夠分別偵測對應的各受檢測面的電阻值變化，從而通過惠斯通電橋轉換為各受檢測面所產生的變形量，藉以得知電動推桿的伸縮管在作動過程中所承受的負載重量，且使用者也可依據不同使用需求來更換應變感測組件的位置並快速裝卸。

在本創作的描述中，需要理解的是，術語「前側」、「後側」、「左側」、「右側」、「前端」、「後端」、「末端」、「縱向」、「橫向」、「垂向」、「頂部」、「底部」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅係為了便於描述本創作和簡化描述，並非指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不應理解為對本創作的限制條件。

如本文中所使用的，諸如「第一」、「第二」、「第三」、「第四」及「第五」等用語描述了各種元件、組件、區域、層及/或部分，這些元件、組件、區域、層及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅可用於將一個元素、組件、區域、層或部分與另一個做區分。除非上下文明確指出，否則本文中使用的諸如「第一」、「第二」、「第三」、「第四」及「第五」的用語並不暗示順序或次序。

有關本創作之詳細說明及技術內容，將配合圖式說明如下，然而所附圖式僅作為說明用途，並非用於侷限本創作。

本創作係提供一種應變感測組件100，請參照圖1至圖4所示，其主要包括一荷重本體10、一對應變片20及一線纜連接器30。

荷重本體10係由如不銹鋼或鋁合金等金屬合金所製成的構件以具備有一定的機械強度，但本創作並不特別限定荷重本體10的具體材質。於本實施例中，荷重本體10係沿其縱向延伸而概呈圓柱狀，但本創作並不以此為限，荷重本體10的外形可依需求而做作相對應的變化與調整。荷重本體10具有一腔室11、一開口12、一對受檢測面111及一安裝蓋13。腔室11係經由開口12連通至荷重本體10的外部。更具體地說，腔室11為一盲孔。於本實施例中，腔室11具有相互垂直的四個內壁面，其中相對的兩個內壁面分別為受檢測面111，其餘相對的兩個內壁面(即腔室11之頂面與底面)則分別為配置面112。具體而言，各受檢測面111係相對地平行配置在腔室11內。開口12位於腔室11的一側，安裝蓋13位於腔室11的另一側。

應變片20(strain gauge)包括絕緣基片(圖未標號)與金屬敏感柵(圖未標號)。應變片20用以測量物體的應變，當物體受外力變形時金屬敏感柵也隨之變形而使其電阻值產生相應的變化。各應變片20係經由開口12而分別設置在腔室11內的各受檢測面111上，藉以能夠測量各受檢測面111的變形量。具體而言，本創作之應變感測組件100還包括一對電路板40。各電路板40係經由開口12而分別設置在腔室11內的各配置面112上且位於各應變片20之間，亦即各應變片20與各電路板40係相互垂直地交錯配置。其中一個電路板40係與其中一個應變片20串聯地電性連接而構成一第一半橋，另一個電路板40則與另一個應變片20串聯地電性連接而構成一第二半橋，且第一半橋與第二半橋並聯地電性連接而構成一惠斯通電橋(Wheatstone bridge)，從而能夠通過惠斯通電橋測量到物體受外力變形時所產生的電阻值變化量，進而轉換成實際物體的應變值。

線纜連接器30包括一連接頭31及一纜線32。連接頭31係可拆卸地設置在安裝蓋13上。於本實施例中，連接頭31係以外螺紋螺接固定於安裝蓋13的內螺紋上，但本創作不以此為限，例如連接頭31也可以透過卡固、卡接、扣接或黏接等方式設置在安裝蓋13上。纜線32係穿接連接頭31並且電性連接於各應變片20及各電路板40。具體而言，纜線32係自連接頭31的一端穿入並由連接頭31的另一端穿出而位在荷重本體10的腔室11內並與惠斯通電橋形成電性連接。於本實施例中，雖然在圖式中並未示出，但本領域具通常知識者理應可理解，能夠先在第一半橋與第二半橋並聯連接所形成的惠斯通電橋電性連接一對接連接器，藉以讓線纜連接器30安裝在安裝蓋13上時便直接與對接連接器形成對接以達到電性連接。

藉此，當荷重本體10受一外力影響時，各應變片20能夠分別偵測對應的各受檢測面111因些微變形所產生的電阻值變化，從而通過惠斯通電橋轉換為各受檢測面111所產生的變形量，再藉由線纜連接器30將數值傳輸至外部的顯示器(圖未示出)或控制器(圖未示出)，以供使用者讀取或由控制器接收。除此之外，由於各應變片20與各電路板40均可由開口12設置在腔室11內而方便裝設，且各應變片20與各電路板40所構成的惠斯通電橋通過對接連接器整合，使得本創作的應變感測組件100可通過線纜連接器30將訊號線導至外部依不同需求使用且便於裝卸，故應變感測組件100能夠單獨作為荷重元使用或是配合如電動推桿的致動器來監測其應變值。

進一步說明，復參閱圖2所示，荷重本體10具有連通腔室11的一缺口14。具體而言，缺口14係形成在安裝蓋13的部分外圍且圍繞線纜連接器30的連接頭31的大部分，從而與安裝蓋13位於腔室11的同一側。於本實施例中，缺口14為倒U字型，但本創作並不以此為限，例如缺口14也可以為弧形或倒V字型…等形狀。值得注意的是，本實施例中缺口14的倒U字型開口處係朝向荷重本體10的縱向的其中一端。藉此，由於缺口14係連通於腔室11並與開口12相對地對稱設置，且缺口14的倒U字型開口處又朝向荷重本體10的縱向的其中一端，因此當荷重本體10受外力影響時，開口12與缺口14能夠分別提供荷重本體10產生形變的空間，藉以避免荷重本體10所產生的形變不平均，從而有效提升各應變片20的感測效果。

又，復參閱圖1至圖4所示，荷重本體10具有一穿孔15。穿孔15係貫穿荷重本體10，以供應變感測組件100所配合的固定器材、針插或螺栓穿接使用。於本實施例中，各應變片20分別垂直於穿孔15的設置方向配置，但本創作不以此為限，例如各應變片20也可以分別平行於穿孔15的設置方向配置。

復參閱圖3及圖4所示，本創作之應變感測組件100還包括一密封件50。密封件50可以為矽膠或橡膠等彈性體，本實施例中所採用的密封件50為SE9176矽膠，但本創作並不以此為限。密封件50係封堵開口12，並且密封件50包覆各應變片20與各電路板40所構成的惠斯通電橋及其所對應整合的對接連接器。在其他實施例中，密封件50還可封堵缺口14，從而使腔室11完全密封而不連通於外部空間。藉此，能夠有效保護腔室11內的各元件，同時使應變感測組件100的內部有效達到高透氣、絕緣、耐熱、防水等特性。

本創作還提供一種電動推桿。請接著參閱圖5至圖8所示，係本創作電動推桿的第一實施例，其主要包括一齒輪箱600、一電動機700、一導螺桿800、一伸縮管900及一如前所述的應變感測組件100。

齒輪箱600包括一基座610、一罩殼620及一傳動機構630。罩殼620相對於基座610罩設固定，傳動機構630容置在基座610與罩殼620內。

電動機700連接齒輪箱600。具體而言，電動機700設置在基座610背向罩殼620的一側。電動機700具有一驅動軸710，驅動軸710動力連接於傳動機構630。

導螺桿800的一部分容置在齒輪箱600內並受電動機700的驅動，另一部分則延伸出齒輪箱600的外部。具體而言，導螺桿800設置在基座610背向罩殼620的一側且平行相鄰於電動機700。導螺桿800動力連接於傳動機構630，使得電動機700可通過傳動機構630帶動導螺桿800轉動。

伸縮管900與導螺桿800相互螺接傳動。具體而言，伸縮管900包括一外管體910、一內管體920及一支撐座930。內管體920是套設在導螺桿800的外周緣並與導螺桿800螺接，外管體910亦是沿著導螺桿800的外周緣套設以供內管體920穿接於其中，藉以使導螺桿800在轉動時能夠帶動內管體920相對於外管體910做軸向線性移動。支撐座930是以螺接的方式安裝固定在內管體920遠離齒輪箱600的一端。支撐座930亦設置有一穿孔931，以供電動推桿所配合的固定器材、針插或螺栓穿接使用。

應變感測組件100的具體元件及結構與前述相同，故在此省略不再贅述。於本實施例中，應變感測組件100係對應導螺桿800可拆卸地連接齒輪箱600，從而使導螺桿800的末端容置在荷重本體10內。具體而言，荷重本體10具有一容槽16及一止擋環17，罩殼620具有一臺階621及一通孔622。復參閱圖2及圖4所示，容槽16係由荷重本體10的一端面向內凹入，止擋環17係自荷重本體10的外緣向外延伸且位於荷重本體10形成容槽16的端面處。請參閱圖6及圖8所示，通孔622係對應導螺桿800的末端設置在罩殼620上，臺階621則形成在通孔622的外圍。復參閱圖8所示，當電動推桿完成組接時，荷重本體10係穿接罩殼620的通孔622，使得荷重本體10的止擋環17抵接於罩殼620的臺階621上，並將導螺桿800的末端容置在荷重本體10的容槽16內。

藉此，當伸縮管900應用在一推力，亦即以電動機700通過傳動機構630帶動導螺桿800轉動以驅動內管體920相對於外管體910伸出，從而使所述推力的作用力傳遞至影響荷重本體10時，應變感測組件100的各應變片20能夠分別偵測對應的各受檢測面111的變形量，藉以得知電動推桿所承受的負載重量。

復參閱圖6至圖8所示，荷重本體10的部份外緣形成有一螺紋部18。藉此，可通過一螺帽A螺接於螺紋部18上，從而以螺帽A的端面迫緊於罩殼620的外部，藉以將荷重本體10固定在罩殼620上。然而，本創作並不以此為限，例如荷重本體10也可以卡合、卡接、扣接、黏接等方式來固定在罩殼620上。

進一步說明，本創作之電動推桿還包括一端蓋631、一軸套632及一軸承633。端蓋631包括相連的一中空盤體6311及一中空凸環6312。端蓋631係套設且固定在導螺桿800上，止擋環17被夾持固定在端蓋631及臺階621之間。具體而言，軸承633套設於導螺桿800上，軸承633承接在端蓋631與軸套632之間，中空盤體6311及中空凸環6312共同套設軸承633，從而讓止擋環17沿縱向被夾持固定在端蓋631的中空盤體6311與罩殼620的臺階621之間，並使止擋環17沿垂向(即圖8中的上下方向)被夾持固定在端蓋631的中空凸環6312與罩殼620之間。藉此，當電動推桿安裝於負載時，導螺桿800承受於負載的作用力會依序沿著軸套632、軸承633、端蓋631以及臺階621傳遞至荷重本體10，從而由各應變片20檢測荷重本體10形變時所產生的電阻值變化，並通過惠斯通電橋轉換為各受檢測面111所產生的變形量且經由線纜連接器30將數值傳輸至外部。

又，復參閱圖7所示，端蓋631具有一定位塊6313，荷重本體10具有一嵌槽19。定位塊6313係嵌固於嵌槽19內，從而避免端蓋631相對於荷重本體10轉動。具體而言，定位塊6313係自中空盤體6311的一側面朝向中空凸環6312延伸而出，嵌槽19則形成在荷重本體10設置容槽16的端面上。藉此，當定位塊6313嵌固於嵌槽19內時，能夠使荷重本體10定位於端蓋631上而無法轉動，藉以有效確保應變感測組件100的感測精準度與穩定性。於本實施例中，定位塊6313的數量為兩個，但本創作不以此為限，例如定位塊6313的數量也可以為一個或是三個以上。

值得注意的是，本創作之電動推桿，其應變感測組件100並不僅限於安裝在齒輪箱600上。請參閱圖9所示，係本創作電動推桿之第二實施例，其與前揭第一實施例之主要差別在於應變感測組件100與支撐座930的位置係相互對調設置。具體而言，本實施例中的應變感測組件100通過荷重本體10外緣上的螺紋部18螺接在內管體920的端部上，而支撐座930則安裝在齒輪箱600的罩殼620上，藉以透過應變感測組件100來監測電動推桿內管體920末端的應變變化，亦即使用者可依據不同使用需求來更換應變感測組件100的設置位置，當然也可在不需檢測應變變化的情況下兩端都不設置應變感測組件100。

本創作之應變感測組件100，通過腔室11連通有開口12以便於裝設各應變片20與各電路板40，各應變片20與各電路板40所構成的惠斯通電橋通過對接連接器整合，且腔室11於開口12的相對側設置有安裝蓋13供線纜連接器30安裝，因此可通過線纜連接器30將訊號線導至外部依不同需求使用且便於裝卸，故應變感測組件100能夠單獨作為荷重元使用或是配合如電動推桿的致動器使用，藉以在荷重本體10受外力影響時通過各應變片20分別偵測對應的各受檢測面111的電阻值變化，從而通過惠斯通電橋轉換為各受檢測面111所產生的變形量以線纜連接器30將數值傳輸至外部供使用者讀取或由控制器接收。

本創作之電動推桿，藉由將應變感測組件100對應導螺桿800裝設在齒輪箱600或是內管體920的端部上，因此當伸縮管900以電動機700通過傳動機構630帶動導螺桿800轉動以驅動內管體920相對於外管體910伸出時，應變感測組件100的各應變片20能夠分別偵測對應的各受檢測面111的電阻值變化，從而通過惠斯通電橋轉換為各受檢測面111所產生的變形量，藉以得知電動推桿的伸縮管900所承受的負載重量，且使用者也可依據不同使用需求來更換應變感測組件100的位置並快速裝卸。

綜上所述，本創作已具有產業利用性、新穎性與進步性，且前述所揭之內容是為了讓本領域具通常知識者能夠清楚理解本創作之技術內容並據以實施，而非意圖侷限本創作的專利保護範圍。除此之外，本創作當然還可有其他未列出的多種實施例，在不背離本創作精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員理應可根據本創作來演化出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本創作所申請專利的保護範圍。

100:應變感測組件 10:荷重本體 11:腔室 111:受檢測面 112:配置面 12:開口 13:安裝蓋 14:缺口 15、931:穿孔 16:容槽 17:止擋環 18:螺紋部 19:嵌槽 20:應變片 30:線纜連接器 31:連接頭 32:纜線 40:電路板 50:密封件 600:齒輪箱 610:基座 620:罩殼 621:臺階 622:通孔 630:傳動機構 631:端蓋 6311:中空盤體 6312:中空凸環 6313:定位塊 632:軸套 633:軸承 700:電動機 710:驅動軸 800:導螺桿 900:伸縮管 910:外管體 920:內管體 930:支撐座 A:螺帽

圖1　係本創作荷重本體之立體外觀圖。

圖2　係本創作應變感測組件之立體分解圖。

圖3　係本創作應變感測組件之立體外觀圖。

圖4　係本創作應變感測組件之剖面側視圖。

圖5　係本創作電動推桿第一實施例之立體外觀圖。

圖6　係本創作電動推桿第一實施例之局部立體分解圖。

圖7　係本創作端蓋與荷重本體之立體分解圖。

圖8　係本創作電動推桿第一實施例之局部剖視圖。

圖9　係本創作電動推桿第二實施例之俯視圖。

100:應變感測組件

10:荷重本體

15:穿孔

17:止擋環

18:螺紋部

19:嵌槽

20:應變片

30:線纜連接器

40:電路板

50:密封件

Claims (10)

1. 一種應變感測組件，包括： 一荷重本體，具有一腔室、一開口及一安裝蓋，該腔室經由該開口連通至該荷重本體的外部，該腔室的相對兩側形成有一對受檢測面，該開口位於該腔室的一側，該安裝蓋位於該腔室的另一側； 一對應變片，分別設置在各該受檢測面上；及 一線纜連接器，包括一連接頭及一纜線，該連接頭設置在該安裝蓋上，該纜線穿接該連接頭且電性連接於各該應變片； 其中當該荷重本體受一外力影響時，各該應變片分別偵測對應的各該受檢測面的變形量。
2. 如請求項1所述之應變感測組件，其中該荷重本體具有連通該腔室的一缺口，該缺口形成在該安裝蓋的部分外圍而與該安裝蓋位於該腔室的同一側。
3. 如請求項2所述之應變感測組件，其中該缺口為倒U字型或弧形。
4. 如請求項1所述之應變感測組件，其還包括一密封件，該密封件封堵該開口並包覆各該應變片。
5. 如請求項1所述之應變感測組件，其還包括一電路板，該電路板設置在該腔室內且位於各該應變片之間，該電路板電性連接各該應變片及該纜線。
6. 一種電動推桿，包括： 一齒輪箱； 一電動機，連接該齒輪箱； 一導螺桿，一部分容置在該齒輪箱內並受該電動機的驅動，另一部分則延伸出該齒輪箱的外部； 一伸縮管，與該導螺桿相互螺接傳動；及 一如請求項1~5中任一項所述的應變感測組件，係對應該導螺桿可拆卸地連接該齒輪箱而使該導螺桿的末端容置在該荷重本體內； 其中當該伸縮管應用在一推力而使所述推力的作用力傳遞至影響該荷重本體時，各該應變片分別偵測對應的各該受檢測面的變形量。
7. 如請求項6所述之電動推桿，其中該荷重本體具有一容槽及一止擋環，該容槽係由該荷重本體的一端面向內凹入，該止擋環係自該荷重本體的外緣向外延伸。
8. 如請求項7所述之電動推桿，其中該齒輪箱包括一罩殼，該罩殼具有一臺階及一通孔，該臺階形成在該通孔的外圍，該荷重本體穿接該通孔，該止擋環抵接該臺階，該導螺桿的末端容置在該容槽內。
9. 如請求項8所述之電動推桿，其還包括一端蓋，該端蓋套設且固定在該導螺桿上，該止擋環被夾持固定在該端蓋及該臺階之間。
10. 如請求項9所述之電動推桿，其中該端蓋具有一定位塊，該荷重本體具有一嵌槽，該定位塊嵌固於該嵌槽內。

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