[發明專利]軸向旋轉式扭力感測器

有效

• 申請號: 201710832913.3
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN108120532B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 胡越陽;周志成;邱盟仁
• 申請（專利權）人: 健騰精密機電股份有限公司
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

本發明提供一種軸向旋轉式扭力感測器，包括一行星齒輪組(40)沿一中心軸線(C)配置于一入力軸(20)與一出力軸(30)之間，該入力軸形成一切線作用力驅動行星齒輪組中的一內齒輪(405)沿中心軸線的圓周旋轉，該內齒輪連接多個條片狀的梁部(51)，其中至少一梁部上配置有至少一應變規(60)，所述梁部的一端部(51a)固定，另一端部(51b)分別用于吸收內齒輪所負載的切線作用力而沿所述圓周旋轉的方向生成變形，該應變規并感測該變形而生成應變，作為入力軸與出力軸之間的扭力感測數值，以改善傳統扭力感測器的感測精確度和靈敏度不足以及徑向體積無法有效縮減的問題。

技術領域

本發明涉及在旋轉驅動機構中搭載應變規的扭力感測技術，特別有關一種軸向旋轉式扭力感測器。

背景技術

傳統的旋轉驅動機構一般會搭載扭力感測元件來檢測扭力值的大、小及變化，但在該機構傳遞扭力的過程中，如何能夠精確的感測該扭力值的變化，并且有效縮減扭力感測元件的配置體積，長久以來都是一項棘手的技術課題。

已知，美國專利公告第5172774號、美國專利公告第8302702號、美國專利公開第20100139432號、美國專利公開第20150135856號、中國臺灣專利公告第M451316號及中國臺灣專利公告第M417320號等案專利中，都共同教示使用一種應變規(strain gauge)作為感測元件，來測量旋轉驅動機構中所生成的扭力值變化。

一般常見的應變規，為金屬線以單向陣列形式編排而成的金屬薄片，其雙端分別具有能和應變規信號處理模塊連接用的接腳；應用時，可將應變規固定于旋轉驅動機構中受力后會產生應變的機械元件上，當應變規跟隨應變中的機械元件產生形變時，即可通過應變規的電阻阻值變化反應出所述機械元件的應變，進而感測旋轉驅動機構中的扭力值大、小及變化。

然而，由于上述專利揭示的扭力感測結構及其應變規的搭載位置，所能感測到經由扭力轉變成應變的效果并不理想，同時還存在扭力感測結構體積過大的問題。

例如美國公告第5172774號專利教示將多個應變規直接配置于一個會傳遞扭力的齒輪所形成的多個剪蹼(shear web)上，所述剪蹼雖然能沿齒輪的徑向蹼面上傳導負載而產生剪蹼的應變，但其感測的應變除了正向的應變的外還有剪應變，導致剪蹼所生成的應變無法充分代表齒輪的扭力值變化，因而喪失扭力感測的真實性及精確性，或是需求配置更多方向的應變規以感應正向應變及剪切方向應變，迫使其成本及復雜度相對提升；此外，剪蹼上搭載應變規的位置與齒輪軸心之間的徑向間距必須夠大，才有助于感測出較明顯的正向應變及剪應變，但卻因此造成結構的徑向體積不易縮減的困擾。

另外，例如美國專利公開第20100139432號揭示一個固定于器殼上且用來樞接扭力軸的傳感器(transducer)，該傳感器呈圓盤狀具有一樞接扭力軸的中心輪轂(hub)，輪轂周邊延伸形成有環圈的盤面狀的蹼部(web)，并以該蹼部作為上述的載體材料而搭載至少一應變規，以感測扭力軸的扭力變化；然而由于該蹼部是形成為環圈的盤面狀，較難以集中式傳導經由扭力轉換形成的作用力，換言之，蹼部受到扭力傳導所生成的應變將分散至環圈狀蹼部的整個面域，因而減少了應變規所能生成形變量，乃至于也相對減損了扭力感測的真實性及精確性；此外，采用蹼部搭載應變規的結構設計仍然存在徑向體積無法縮減的困擾。

再如美國專利公告第8302702號揭示將應變規鑲嵌于一框形的扭力傳遞元件(torque transferring element)的徑向邊肋平面上，該扭力傳遞元件的中心連結一環齒輪，利用該應變規來感測環齒輪的扭力；然而，其搭載有應變規的扭力傳遞元件(torquetransferring element)的邊肋平面與環齒輪的軸心之間是通過扭力傳遞元件周邊的邊肋來傳導作用力，使得該應變規鑲嵌位置遭彎曲力矩作用，但是，由邊肋所生成的彎曲力矩來感測扭力變化的真實性及精確性較為薄弱；而且，扭力傳遞元件的邊肋同樣存在有加大結構體的徑向體積的問題。