扭力感應器的製作方法
2023-07-04 01:56:56
專利名稱：扭力感應器的製作方法
技術領域：
本實用新型系一種扭力感應器，尤指一種可感應轉軸(中管或內軸)所承受的扭轉力的扭力感應器。
背景技術：
一般的扭力轉換器或是扭力感應器，在使用上必須有一側是靜止的狀態，所以無法檢測同時旋轉運動中的兩物體之間的應力(扭力或壓力)。實際上有許多的狀況下需要量測旋轉運動體的扭力變化，尤其是兩個同時轉動的運動體。譬如，在一輛以人力驅動的腳踏車在受力運轉前進期間，騎乘者踩踏踏板的力會一路傳至相接的元件上，並帶動各元件一同作動，最後再驅動後輪轉動前進。在這個例子當中，前述的一般扭力轉換器或是扭力感應器並無法裝設在該腳踏車中以檢測或量測該騎乘者所施的力。所以現在風行的腳踏車運動，或者不論是腳踏還是手搖健身器的一大缺憾就是無法真實並正確的顯示出使用者出力的大小與功率，更無法計算出運動者的真實運動量。本實用新型旨在提出一確實有效而且簡單又可靠的扭力感應器解決方案。
發明內容本實用新型的主要目的系在於提供一種構造簡單、成本低廉且量測精度高的扭力感應器。為了達到上述的實用新型目的，本實用新型所利用的技術手段為設計一種扭力感應器，其包括以同一軸心方式設置的一外管、一中管、一內軸、至少一外軸承、至少一內軸承、一第一感測盤與一第二感測盤，且包括一彈性件與一檢測單元，其中該中管沿軸向穿設於該外管中；該內軸沿軸向貫穿該中管；該外軸承環設於該外管與中管之間；該內軸承環設於該中管與內軸之間；該第一感測盤與第二感測盤以同軸心方式環繞並裝置在該內軸上，該第一感測盤與第二感測盤相鄰並相間隔設置，其中該第一感測盤固接於內軸，該第二感測盤固接於中管；一彈性件，其系設於該中管與內軸之間，且該彈性件的兩端分別連接該中管與內軸；一檢測單元，其系設在該外管上，該檢測單元可檢測該第一感測盤與第二感測盤間的相角差。上述第一感測盤可為一基準感測盤，其上沿周緣間隔環繞排列有複數個穿孔(大光罩)；上述第二感測盤可為一偏轉感測盤，其上沿周緣間隔環繞排列有複數個檢測部，
4每一檢測部具有複數個檢測細柵格(細光罩)，該檢測細柵格沿該偏轉感測盤的周緣間隔排列設置；上述檢測單元可具有一信號發射元件與一信號接收元件，該信號發射元件會朝該第一感測盤上設有穿孔處發出一信號，該信號接收元件可接收該信號發射元件所發出的信號，在該第一感測盤與第二感測盤在受力而旋轉過程中，其上的穿孔與檢測部經過該信號發射元件時，可能會一次(在較少應力的情況下)或多次(在較多應力的情況下)讓信號通過，並被信號接收元件接收。上述第二感測盤可為一基準感測盤，其上沿周緣間隔環繞排列有複數個穿孔(大光罩)；前述第一感測盤可為一偏轉感測盤，其上沿周緣間隔環繞排列有複數個檢測部， 每一檢測部具有複數個檢測細柵格(細光罩)，該檢測細柵格沿該偏轉感測盤的周緣間隔排列設置；上述檢測單元可具有一信號發射元件與一信號接收元件，該信號發射元件會朝該第一感測盤上設有穿孔處發出一信號，該信號接收元件可接收該信號發射元件所發出的信號，在該第一感測盤與第二感測盤在受力而旋轉過程中，其上的穿孔與檢測部經過該信號發射元件時，可能會一次(在較少應力的情況下)或多次(在較多應力的情況下)讓信號通過，並被信號接收元件接收。上述中管的內壁面上間隔設有一第一擋止凸塊與一第二擋止凸塊，上述內軸的環壁面上亦可設有一第一擋止凸塊與一第二擋止凸塊，該內軸的第一擋止凸塊與第二擋止凸塊均位於該中管的第一擋止凸塊與第二擋止凸塊相對應的側面之間。上述彈性件可為一扭轉彈簧，其系套設於該內軸上，且兩端分別固接於該中管與內軸，當受力達到本扭力感應器最大檢測範圍時，該內軸與中管兩者的第一擋止凸塊會相互抵靠，當完全不受力時，該彈性件會使該內軸與中管兩者的第二擋止凸塊相互抵靠。上述彈性件亦可為一種可壓縮變形的彈性體，其系設置於該中管與內軸的第一擋止凸塊之間，當本扭力感應器完全不受力時，上述彈性件會使該內軸與中管兩者的第二擋止凸塊相互抵靠。上述中管的其中一端的端緣可進一步內凹成型出一卡槽，上述內軸的環壁面上亦可進一步內凹成型出一卡槽，且該內軸的卡槽進一步貫穿該內軸的其中一端的端面，上述彈性件的兩端分別穿設固定於該中管與內軸的卡槽中。上述內軸的環壁面上可進一步環設有一凸環，該凸環的一側面對應該中管的其中一端的端緣，上述第一感測盤與第二感測盤位於該內軸的凸環以及該中管的端緣之間，且該第一感測盤固接於該內軸的凸環，該第二感測盤固接於該中管的端緣。一力可施於該內軸或中管，再一路傳至與其相接的元件上。以施力於內軸為例，當該內軸轉動時，該內軸會透過該彈性件帶動該中管以及中管上所設的齒盤轉動；當加大轉動該內軸的力，使該彈性件因受力而產生的壓縮變形量增加時，該第一感測盤與第二感測盤間的相對角度亦會產生變化，且施於該內軸的力越大，該第一、第二感測盤間的相對角度變化也越大。接著，該力會再進一步傳至與該彈性件連接的元件上，即該中管。若該中管再進一步連接一傳動機構，例如腳踏車的齒盤，則該力便會繼續傳至該腳踏車的後輪。只要施予足夠的力，該腳踏車便會前進。其中，施於此扭力感應器的力可藉由量測該彈性件的形變量來計算，此系符合虎克定律(Hook』 s Law)基本精神，且該彈性件的形變量是利用該光學式的檢測單元以非接觸的方式來進行檢測。藉由如上所述的設計，本實用新型的扭力感應器具有簡單的構造、及快速、靈敏、 精準的感應能力，因此可應用在任何需要施力運轉的機構上，再根據該扭力感應器所檢測到的信號變化，來計算該施力側所發出的施力大小、施力功率…等量化信息，由於本實用新型的整體設計並不會減損功率，所以本設計擁有精準的量測能力。
圖1為本實用新型的立體外觀圖。圖2為本實用新型的立體分解圖。圖3為本實用新型的部分元件的立體分解圖。圖4為本實用新型的端視部份元件剖面圖。圖5為本實用新型的側視部份元件剖面圖。圖6為本實用新型的第一感測盤與第二感測盤的立體分解圖。圖7為本實用新型的第一感測盤與第二感測盤相互迭置的側視圖。圖8為本實用新型的第二感測盤相對第一測盤偏轉後的側視圖。圖9為本實用新型的放大的側視部份元件剖面圖，其中第一感測盤為基準感測盤，第二感測盤為偏轉感測盤。圖10為本實用新型另丨實施例端視部份元件剖面圖。圖11為本實用新型設置於一助動車上的側視示意圖。圖12為本實用新型設置於一健身車上的側視示意圖。圖13為本實用新型的第一感測盤與第二感測盤另一配置方式的立體分解圖。圖14為本實用新型的放大的側視部份元件剖面圖，其中第二感測盤為基準感測盤，第一感測盤為偏轉感測盤。主要元件符號說明10扭力感應器11外管12、12A 中管121 第一端122 第二端123 卡槽124、124A第一擋止凸塊125、125A第二擋止凸塊13、13A 內軸131 第一端132 第二端133 凸環134、134A第一擋止凸塊135、135A第二擋止凸塊136卡槽14外軸承15內軸承16、16A彈性件17基準感測盤171穿孔18偏轉感測盤181檢測部182檢測細柵格19檢測單元[0057]191信號發射元件192信號接收元件40助動車41傳動鏈條42電動馬達43前輪44後輪45齒盤46曲柄47踏板50健身車51曲柄52 踏板
具體實施方式
以下配合圖式及本實用新型的較佳實施例，進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所採取的技術手段。參見圖1及圖2所示，本實用新型的扭力感應器10包括一外管11、一中管12、一內軸13、至少一外軸承14、至少一內軸承15、一彈性件16、一第一感測盤、一第二感測盤與一檢測單元19。配合參見圖5所示，該外管11與中管12均為中空管體，該中管12系沿軸向穿設於該外管11中，令該中管12的兩端分別為一第一端121與一第二端122，該中管12的第二端122的端緣內凹成型有一卡槽123，此外，該中管12的內壁面上間隔設有一第一擋止凸塊 IM與一第二擋止凸塊125。參見圖3，內軸13沿軸向貫穿該中管12，令該內軸13的兩端分別為一第一端131 與一第二端132，該內軸13的第一端131對應該中管12的第一端121，該內軸13的第二端 132對應該中管12的第二端122，該內軸13的環壁面上設有一凸環133、一第一擋止凸塊 134、一第二擋止凸塊135與一卡槽136。該凸環133環設於該內軸13的環壁面上靠近內軸 13的第一端131處，且該凸環133的一側面對應該中管12的第一端121的端緣。配合參見圖4所示，該內軸13的第一擋止凸塊134與第二擋止凸塊135位於該凸環133與內軸13的第二端132之間，且該內軸13的第一擋止凸塊134與第二擋止凸塊135 均位於該中管12的第一擋止凸塊IM與第二擋止凸塊125相對應的側面之間，該內軸13 與中管12可選擇性地使兩者的第一擋止凸塊134、IM相互抵靠，或使兩者的第二擋止凸塊 1；35、125相互抵靠。該內軸13的卡槽136內凹成型於該內軸13的環壁面上，並可進一步貫穿該內軸 13的第二端132的端面。該外軸承14環設於該外管11與中管12之間，該外軸承14的一外環面與該外管 11相接，外軸承14的一內環面與該中管12相接，使該中管12可順暢的相對該外管11轉動。該內軸承15環設於該中管12與內軸13之間，該內軸承15的一外環面與該中管 12相接，內軸承的一內環面與該內軸13相接，使該內軸13與中管12可順暢的相對偏轉。該彈性件16設於該中管12與內軸13之間，且該彈性件16的兩端分別連接該中管12與內軸13，使得在自然狀態下該中管12與內軸13間的相對位置保持固定，而當內軸 13轉動時，可經由該彈性件16推動該中管12轉動。配合參見圖6及9所示，該第一感測盤與第二感測盤環繞該內軸13，且相鄰並相間隔設置，該第一感測盤與第二感測盤位於該中管12的第一端121的端緣以及該內軸13的凸環133之間，且該第一感測盤固接於該內軸13的凸環133，該第二感測盤固接於該中管 12的第一端121的端緣。該第一感測盤可為一基準感測盤17，該基準感測盤17上沿周緣間隔環繞排列有複數個穿孔171，該第二感測盤可為一偏轉感測盤18，該偏轉感測盤18上沿周緣間隔環繞排列有複數個檢測部181，每一檢測部181具有複數個檢測細柵格182，該檢測細柵格182沿該偏轉感測盤18的周緣間隔排列設置。在本較佳實施例中，該彈性件16係為一扭轉彈簧，其系套設於該內軸13上，且兩端分別穿設固定於該中管12與內軸13的卡槽123、136中。此外，參見圖13及圖14所示，亦可令該第二感測盤作為基準感測盤17，令該第一感測盤作為偏轉感測盤18，俾使該第一感測盤與第二感測盤間的相角差可反映該中管12 與內軸13間的相角差，以及反映該彈性件16的形變量。檢測單元19設在該外管11上，並可檢測該第一感測盤與第二感測盤間的相角差， 該檢測單元19具有一信號發射元件191與一信號接收元件192，該信號發射元件191設在該基準感測盤17的旁側，並會朝該基準感測盤17上設有穿孔171處發出一信號，該信號接收元件192設在該偏轉感測盤18的旁側，並可接收該信號發射元件191所發出的信號。參見圖10所示的本實用新型的另一實施例，其中該彈性件16A係為一種可壓縮變形的彈性體，例如壓縮彈簧，其系設置於該中管12A與內軸13A的第一擋止凸塊124A、134A 的間，且兩端分別抵頂該中管12A與內軸13A的第一擋止凸塊124A、134A。參見圖11所示，上述本實用新型的扭力感應器10可應用並設置在一助動車40的五通管處，該中管12的一端處套設有一齒盤45，該齒盤45再進一步連接該助動車40的傳動鏈條41，此外，該內軸13的第一端131及第二端132再進一步裝設有曲柄46及踏板47， 以供騎乘者踩踏之用。當騎乘者踩踏該二踏板47，以轉動該曲柄46並帶動該內軸13轉動時，該內軸13 會透過該彈性件16帶動該中管12以及中管12上所設的齒盤45轉動，並使該第一感測盤隨該內軸13—同轉動，該第二感測盤隨該中管12—同轉動。其中，參見圖4所示，當受力達到本扭力感應器10最大檢測範圍時，該內軸13與中管12的第一擋止凸塊134、IM會相互抵靠；當完全不受力時，上述彈性件16會使該內軸 13與中管12的第二擋止凸塊135、125相互抵靠。在圖7所示的實施例中，該偏轉感測盤18的各檢測部181系分別對應位在該基準感測盤17的兩穿孔171之間，亦即，在一般的情況下，該檢測單元19的信號接收元件192 並無法接收到該信號發射元件191所發出的信號。進一步參見圖8所示，當該助動車40行駛於上坡路段或是開始進行加速，使得該騎乘者必須以較大的力來進行踩踏時，該彈性件16會緩衝騎乘者施予內軸13的力而產生壓縮變形，此時，該偏轉感測盤18的檢測部181會有一部分露出於該基準感測盤17的穿孔 171，使該檢測單元19的信號接收元件192可以透過該檢測部181的檢測細柵格182接收到該信號發射元件191所發出的信號，藉由計算信號接收元件192所接收到的信號次數，可以計算出所經過的檢測細柵格182的數量，從而得到該偏轉感測盤18相對該基準感測盤17 所偏轉的角度，以及本扭力感應器10所受到的應力；上述檢測單元19再根據所測得的基準感測盤17與偏轉感測盤18的相對位置的變化，對一控制器發出信號，令該控制器控制該助動車40上所設的一電動馬達42來輔助驅動該助動車40，以減輕騎乘者的負擔，使該騎乘者不論是在上坡路段或者是在加速狀態下， 都可以維持固定的踩踏力，不會讓身體過於勞累，並可維持穩定的運動效果。其中，上述電動馬達42可利用傳動該助動車40的前輪43或是後輪44的方式來輔助該助動車40前進。此外，上述基準感測盤17與偏轉感測盤18在組裝時，亦可令該偏轉感測盤18的各檢測部181分別對應該基準感測盤17的各穿孔171，俾使該檢測單元19可利用檢測該偏轉感測盤18的檢測細柵格182露出於該基準感測盤17的穿孔171的數量的方式，來計算該基準感測盤17與偏轉感測盤18間的相角差。進一步參見圖12所示，本實用新型的扭力感應器10亦可應用並裝設在無電動助力的腳踏車或健身車50上，同樣是於該內軸13的第一端131與第二端132上裝設曲柄 51及踏板52，藉此，當騎乘者踩踏該踏板時，便可根據該扭力感應器10所檢測到的扭力變化，來計算該騎乘者的運動量，將結果顯示在該健身車50的控制面板上，甚至還可配合藍芽...等無線通訊方式以及智慧型手機...等智慧型行動通訊裝置中的應用軟體，來記錄並分析騎乘者的運動量及體能...等信息。再者，雖然上述系以施力於該內軸13，再經由該彈性件16來傳動該中管12的方式來進行說明，但是，除此之外，亦可以以施力於該中管12，再經由該彈性件16來傳動該內軸 13的方式來使用本實用新型的扭力感應器。本實用新型的優點在於，其具有簡單的構造以及快速、靈敏、精準的感應能力，可應用在任何需要施力運轉的機構上，以根據該扭力感應器10所檢測到的量化信息，來計算該施力側所發出的功率，由於本實用新型的整體設計並不會減損功率，所以本設計擁有精準的量測能力。以上所述僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型，在未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
9
權利要求1.一種扭力感應器，其特徵在於，所述的扭力感應器包括一外管、一中管、一內軸、至少一外軸承、至少一內軸承、一彈性件、一第一感測盤、一第二感測盤與一檢測單元，其中中管沿軸向穿設於所述的外管中，內軸沿軸向貫穿所述的中管；外軸承環設於所述的外管與中管之間，內軸承環設於所述的中管與內軸之間；彈性件設於所述的中管與內軸之間，且所述的彈性件的兩端分別連接所述的中管與內軸；第一感測盤與第二感測盤環繞所述的內軸，且相鄰並相間隔設置，其中所述的第一感測盤固接於內軸，所述的第二感測盤固接於中管；檢測單元設在所述的外管上，所述的檢測單元檢測所述的第一感測盤與第二感測盤間的相角差。
2.如權利要求1所述的扭力感應器，其特徵在於所述的第一感測盤為一基準感測盤，其上沿周緣間隔環繞排列有複數個穿孔；所述的第二感測盤為一偏轉感測盤，其上沿周緣間隔環繞排列有複數個檢測部，每一檢測部具有複數個檢測細柵格，所述的檢測細柵格沿所述的偏轉感測盤的周緣間隔排列設置；所述的檢測單元具有一信號發射元件與一信號接收元件，所述的信號發射元件會朝所述的基準感測盤上設有穿孔處發出一信號，所述的信號接收元件可接收所述的信號發射元件所發出的信號。
3.如權利要求1所述的扭力感應器，其特徵在於所述的第二感測盤為一基準感測盤，其上沿周緣間隔環繞排列有複數個穿孔；所述的第一感測盤為一偏轉感測盤，其上沿周緣間隔環繞排列有複數個檢測部，每一檢測部具有複數個檢測細柵格，所述的檢測細柵格沿所述的偏轉感測盤的周緣間隔排列設置；所述的檢測單元具有一信號發射元件與一信號接收元件，所述的信號發射元件會朝所述的基準感測盤上設有穿孔處發出一信號，所述的信號接收元件可接收所述的信號發射元件所發出的信號。
4.如權利要求1至3任一權利要求所述的扭力感應器，其特徵在於，所述的彈性件為一扭轉彈簧，其系套設於所述的內軸上，且兩端分別固接於所述的中管與內軸。
5.如權利要求1至3任一權利要求所述的扭力感應器，其特徵在於，所述的中管的內壁面上間隔設有一第一擋止凸塊與一第二擋止凸塊，所述的內軸的環壁面上設有一第一擋止凸塊與一第二擋止凸塊，所述的內軸的第一擋止凸塊與第二擋止凸塊均位於所述的中管的第一擋止凸塊與第二擋止凸塊相對應的側面之間，所述的內軸與中管可選擇性地使兩者的第二擋止凸塊相互抵靠。
6.如權利要求4所述的扭力感應器，其特徵在於，所述的中管的內壁面上間隔設有一第一擋止凸塊與一第二擋止凸塊，所述的內軸的環壁面上設有一第一擋止凸塊與一第二擋止凸塊，所述的內軸的第一擋止凸塊與第二擋止凸塊均位於所述的中管的第一擋止凸塊與第二擋止凸塊相對應的側面之間，所述的內軸與中管可選擇性地使兩者的第二擋止凸塊相互抵靠。
7.如權利要求5所述的扭力感應器，其特徵在於，所述的彈性件為一種可壓縮變形的彈性體，其系設置於所述的中管與內軸的第一擋止凸塊之間。
8.如權利要求4所述的扭力感應器，其特徵在於，所述的中管的其中一端的端緣內凹成型有一卡槽，所述的內軸的環壁面上內凹成型有一卡槽，且所述的內軸的卡槽進一步貫穿所述的內軸的其中一端的端面，所述的彈性件的兩端分別穿設固定於所述的中管與內軸的卡槽中。
9.如權利要求6所述的扭力感應器，其特徵在於，所述的中管的其中一端的端緣內凹成型有一卡槽，所述的內軸的環壁面上內凹成型有一卡槽，且所述的內軸的卡槽進一步貫穿所述的內軸的其中一端的端面，所述的彈性件的兩端分別穿設固定於所述的中管與內軸的卡槽中。
10.如權利要求1至3任一權利要求所述的扭力感應器，其特徵在於，所述的內軸的環壁面上進一步環設有一凸環，所述的凸環的一側面對應所述的中管的其中一端的端緣，所述的第一感測盤與第二感測盤位於所述的內軸的凸環以及所述的中管的端緣之間，且所述的第一感測盤固接於所述的內軸的凸環，所述的第二感測盤固接於所述的中管的端緣。
11.如權利要求4所述的扭力感應器，其特徵在於，所述的內軸的環壁面上進一步環設有一凸環，所述的凸環的一側面對應所述的中管的其中一端的端緣，所述的第一感測盤與第二感測盤位於所述的內軸的凸環以及所述的中管的端緣之間，且所述的第一感測盤固接於所述的內軸的凸環，所述的第二感測盤固接於所述的中管的端緣。
12.如權利要求5所述的扭力感應器，其特徵在於，所述的內軸的環壁面上進一步環設有一凸環，所述的凸環的一側面對應所述的中管的其中一端的端緣，所述的第一感測盤與第二感測盤位於所述的內軸的凸環以及所述的中管的端緣之間，且所述的第一感測盤固接於所述的內軸的凸環，所述的第二感測盤固接於所述的中管的端緣。
13.如權利要求6所述的扭力感應器，其特徵在於，所述的內軸的環壁面上進一步環設有一凸環，所述的凸環的一側面對應所述的中管的其中一端的端緣，所述的第一感測盤與第二感測盤位於所述的內軸的凸環以及所述的中管的端緣之間，且所述的第一感測盤固接於所述的內軸的凸環，所述的第二感測盤固接於所述的中管的端緣。
14.如權利要求7所述的扭力感應器，其特徵在於，所述的內軸的環壁面上進一步環設有一凸環，所述的凸環的一側面對應所述的中管的其中一端的端緣，所述的第一感測盤與第二感測盤位於所述的內軸的凸環以及所述的中管的端緣之間，且所述的第一感測盤固接於所述的內軸的凸環，所述的第二感測盤固接於所述的中管的端緣。
專利摘要本實用新型系一種扭力感應器，其具有相互軸向穿設的一外管、一中管與一內軸，該中管一側與內軸間連接一彈性件並且可經由一轉接機構延伸到外側，該中管另一側與內軸上分別設有一第一感測盤與一第二感測盤，一檢測單元可經由檢測該第一感測盤與第二感測盤的相對角度的變化，來計算該內軸或中管所承受的轉動扭力。本實用新型的扭力感應器具有簡單可靠的構造、以及快速、精準的感應能力，可應用在任何需要藉由外力轉動的旋轉體上，並得以根據所測得的結果計算出旋轉體的輸入力量與功率。
文檔編號G01L5/00GK202255727SQ20112039715
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者姚立和, 範勝豐 申請人:姚立和