[发明专利]轴向旋转式扭力感测器

说明书

本发明提供一种轴向旋转式扭力感测器，包括一行星齿轮组(40)沿一中心轴线(C)配置于一入力轴(20)与一出力轴(30)之间，该入力轴形成一切线作用力驱动行星齿轮组中的一内齿轮(405)沿中心轴线的圆周旋转，该内齿轮连接多个条片状的梁部(51)，其中至少一梁部上配置有至少一应变规(60)，所述梁部的一端部(51a)固定，另一端部(51b)分别用于吸收内齿轮所负载的切线作用力而沿所述圆周旋转的方向生成变形，该应变规并感测该变形而生成应变，作为入力轴与出力轴之间的扭力感测数值，以改善传统扭力感测器的感测精确度和灵敏度不足以及径向体积无法有效缩减的问题。

技术领域

本发明涉及在旋转驱动机构中搭载应变规的扭力感测技术，特别有关一种轴向旋转式扭力感测器。

背景技术

传统的旋转驱动机构一般会搭载扭力感测元件来检测扭力值的大、小及变化，但在该机构传递扭力的过程中，如何能够精确的感测该扭力值的变化，并且有效缩减扭力感测元件的配置体积，长久以来都是一项棘手的技术课题。

已知，美国专利公告第5172774号、美国专利公告第8302702号、美国专利公开第20100139432号、美国专利公开第20150135856号、中国台湾专利公告第M451316号及中国台湾专利公告第M417320号等案专利中，都共同教示使用一种应变规(strain gauge)作为感测元件，来测量旋转驱动机构中所生成的扭力值变化。

一般常见的应变规，为金属线以单向阵列形式编排而成的金属薄片，其双端分别具有能和应变规信号处理模块连接用的接脚；应用时，可将应变规固定于旋转驱动机构中受力后会产生应变的机械元件上，当应变规跟随应变中的机械元件产生形变时，即可通过应变规的电阻阻值变化反应出所述机械元件的应变，进而感测旋转驱动机构中的扭力值大、小及变化。

然而，由于上述专利揭示的扭力感测结构及其应变规的搭载位置，所能感测到经由扭力转变成应变的效果并不理想，同时还存在扭力感测结构体积过大的问题。

例如美国公告第5172774号专利教示将多个应变规直接配置于一个会传递扭力的齿轮所形成的多个剪蹼(shear web)上，所述剪蹼虽然能沿齿轮的径向蹼面上传导负载而产生剪蹼的应变，但其感测的应变除了正向的应变的外还有剪应变，导致剪蹼所生成的应变无法充分代表齿轮的扭力值变化，因而丧失扭力感测的真实性及精确性，或是需求配置更多方向的应变规以感应正向应变及剪切方向应变，迫使其成本及复杂度相对提升；此外，剪蹼上搭载应变规的位置与齿轮轴心之间的径向间距必须够大，才有助于感测出较明显的正向应变及剪应变，但却因此造成结构的径向体积不易缩减的困扰。

另外，例如美国专利公开第20100139432号揭示一个固定于器壳上且用来枢接扭力轴的传感器(transducer)，该传感器呈圆盘状具有一枢接扭力轴的中心轮毂(hub)，轮毂周边延伸形成有环圈的盘面状的蹼部(web)，并以该蹼部作为上述的载体材料而搭载至少一应变规，以感测扭力轴的扭力变化；然而由于该蹼部是形成为环圈的盘面状，较难以集中式传导经由扭力转换形成的作用力，换言之，蹼部受到扭力传导所生成的应变将分散至环圈状蹼部的整个面域，因而减少了应变规所能生成形变量，乃至于也相对减损了扭力感测的真实性及精确性；此外，采用蹼部搭载应变规的结构设计仍然存在径向体积无法缩减的困扰。

再如美国专利公告第8302702号揭示将应变规镶嵌于一框形的扭力传递元件(torque transferring element)的径向边肋平面上，该扭力传递元件的中心连结一环齿轮，利用该应变规来感测环齿轮的扭力；然而，其搭载有应变规的扭力传递元件(torquetransferring element)的边肋平面与环齿轮的轴心之间是通过扭力传递元件周边的边肋来传导作用力，使得该应变规镶嵌位置遭弯曲力矩作用，但是，由边肋所生成的弯曲力矩来感测扭力变化的真实性及精确性较为薄弱；而且，扭力传递元件的边肋同样存在有加大结构体的径向体积的问题。