专利名称：一种扭矩传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种扭矩传感器，尤其涉及一种轴在有限范围内转动的扭矩传感器，该传感器主要用做汽车助力转向系统(EPS)、阀门控制系统的扭矩测量。
背景技术：
目前，在很多领域出现了对扭矩传感器的大量需求。特别在汽车的助力转向系统(EPS)、各种阀门的自动控制系统等领域。
扭矩一般和转动相关。以前的扭矩传感器，大概有应变式，磁电相位式，光电式等几种，相关资料非常多。从技术角度讲，扭矩传感器设计中主要考虑两个问题一个是敏感元件问题，其中包括感知元件的制造、选择、安装等；另一个是转动的轴和固定的支撑体之间的电能传递通道和信息通道问题，其中电能传递通道可以绕开，例如光电式扭矩、磁电相位式，但代价较高。
实用新型的内容本实用新型的目的是对上述扭矩传感器的第二个问题进行特别改进，即在转动的轴和固定的支撑体之间提供一种可靠、廉价的电能传递和信息传递通道。在主流的扭矩传感器中，无论应变式、磁电相位式，还是光电式，为了适应无限制转动的要求，它们都是非接触的传递轴上的被测扭矩信息，或者说，它们之间没有直接的线缆电气连接(曾经在应变式中用过导电环，现已基本不用，改用旋转变压器)。
技术问题如上文所述，无论用磁电相位式、光电式还是应变式测量扭矩，在有限转角这类应用中，都会造成价格昂贵，同时，征对具体应用，也有技术上的一些弱点光电式的光透射或反射面容易脏，要求在清洁环境使用，或者需要很好的密封装置；磁电式反应略慢，这类应用还要启动辅助电机，体积大；应变式目前用旋转变压器传递信息和电源，体积大，能耗高、成本高，原有导电环技术可靠性差。
本实用新型征对特定应用特征，设计了更灵活，更低成本、更高可靠性的解决方案。
技术方案仔细分析发现上述领域的扭矩传感器不需要无穷次旋转，而一般限定在一个较小旋转圈数范围内，并在有限圈数内正向、反向转动，其转动速度一般不是很快。例如汽车的电动助力转向系统(EPS)中在4圈以内，多数阀门在1圈以内，少数针阀在5圈以内。
基于上述分析，本实用新型采用的技术方案是在扭矩传感器的轴和支撑体之间直接连接用于传送供电电源和信号的线缆。该线缆呈可拉伸或(和)扭曲状，该线缆一端固定在转轴上与扭矩组件电气连接，另一端固定在支撑体上。
有益效果通过上述的分析、比较，不难推断，采用这样的技术方案，大大简化了扭矩传感器中转动的轴和固定的支撑体之间的电能传递通道和信息通道的设计，大幅度缩减了成本，同时，由于是直接线缆连接，一方面传感器可靠性得到大大提高(如可以方便的使用很多的技术手段光电隔离信号、屏蔽线传递信号等等)，另一方面对问题一中敏感元件的选择设计提供了更宽松的限制，使得许多新原理可以使用，例如用CCD线阵，通过直接测形变测量扭矩，甚至可以安装多种组件，协同工作。
图1中指示了扭矩仪传感器的一个典型结构，其中还有一个转角、转速组件用于测量角位移、角速度。
其中1、支撑体；2、轴；3、第三线槽；4、线缆连接与支撑体端；5、接口；6、第二线槽；7、第一线槽；8、线缆连接于轴端；9、扭矩组件；10、转角、转速组件；11、轴承；12、螺钉；13、外挡；14、联轴器；15、内挡；16、拨块。
图2中表示线缆绕轴呈螺旋形状。
其中图号和图1是一致的。
图3指示了线缆自身是螺旋状。
图4指示了线缆自身是一种折返状。
图5主要描述线槽的工作原理。
其中31、32、33、34、35是相关的位置点。
具体实施方式
由于应用上的特点，传感器受限圈数可以由最终使用者限定，例如阀门，其中一种只能转一圈。通常，该传感器转角必须小于等于10×2π(即最多10圈)，根据实际情况，该转角为下列值之一0.5×2π(即0.5圈)、1×2π(即1圈)、2×2π(即2圈)、4×2π(即4圈)就能满足使用需求。
依照上述的分析，技术方案，附图，很容易找到具体的实施方式。
以图2来说明轴转动用线连接的方法轴2转动，带动线头8转动，如果转一周，线头8相对另一线头4就至少有一个轴的周长的位移，该位移分解在线缆8到4之间的螺旋中，显然，轴2反转，情况类似。
根据常识，轴转动小于一圈或者一圈，是很容易实现的，除了上述图2可以实现，用图3所示例的螺旋线或者图4所示的折返线直接绕在轴上，或者再绕成螺旋，都可能实现轴转动一圈，而线不会被破坏。
考虑到应用特征，通过线缆包覆层的材料选择和线缆的目前制作工艺，容易解决磨损和恢复形状的问题。
特别的，图4的折返线，其折返处可以呈圆弧状。
上面叙述了轴和支撑体之间从开始到一圈内的线缆连接结构。
转动一个较小的角度没有问题，通过线槽，将这种角度有序扩大，图5是一个示意，其工作过程如下将线缆按上述方式绕在线槽内，线缆一端固定，一端可动(相对与所在线槽)，可动线缆头固定在轴2上，不可动线头和下一级可动头固定。轴2上有一个拨块安装在33位置，假设轴2沿逆时针运动，此时第一线槽7和第二线槽6都不动，转动的位移是第一线槽7内的线提供的，当拨块到32位置时，第一线槽7在32位置受拨块33推动，一起连同位于第一线槽的拨块31逆时针转动(第一线槽7和轴2没有相对运动)，第二线槽6不动，转动的位移是第二线槽6内的线提供的，当拨块31到达34位置时，第二线槽6在34位置受原本在31位的拨块推动，轴2、第一线槽7、第二线槽6一起逆时针转动，依次类推，线槽次第转动。
顺时针时类似，不赘述。
显然，如果轴2上有两个拨块，将第一线槽的推动针置于其间，则第一线槽和轴2之间的相对最大位移由该两个拨块的夹角决定。这样就解决了轴2无法和第一线槽7相对转动一圈的情况。
线槽的结构可以做成完全相同的，它可以金属，最好是塑料，用模具压铸，有利于规模化批量生产和降低成本，减轻重量。
需要补充的是线槽可以多级叠加，最后一个线槽和支撑体的连接可以是以下两种情况，一是支撑体和第一线槽固定连接；一是支撑体和第一线槽和轴的连接关系是对应的，这样轴转动时，第一线槽和最后线槽从不同的两个方向产生相对转动，两边的线槽都向中心靠。
显然，当轴和支撑体成一确定角度时，轴、各线槽、支撑体之间的相对位置是不确定的。
上面叙述了传递电源和信息的线缆与轴、支撑体之间的连接结构。
用于连接轴和支撑体之间的线缆，最好是一根多芯的，如果为多芯的情况，在分线槽布置过程中，就将一个槽做成几个隔断，每根线占用一个隔断绕轴布置，避免线之间的缠绕。该隔断可以沿径向或轴向。当然，这里的线缆不仅指金属导线，还可能是光纤。
关于一个完整的扭矩传感器，通常如图1。
根据需要，轴2可以是实心或空心的，该轴两端有联轴结构，例如法兰盘。
该轴2和支撑体1用轴承11连接，螺钉12、外挡13和内挡15安装时通常有的辅助件。
支撑体1通常呈筒形，在筒的一个部位留有一个安装可能存在电路板的腔体，同时，支撑体1应该有装配座，用于使用时固定安装。
为了适应应用，在支撑体上还安装接口5，这个接口可以是模拟或者数字接口，或者都提供，有些情况，接口是几个分散的。
支撑体1和轴2之间有线缆连接如上文述。
该传感器的敏感组件9，固定安装在轴上。如果该敏感组件是应变片式，可以直接溅射或者粘贴到轴上，可以是一个或多个沿径向对称分布，还可以螺纹连接一个数据处理组件；如果采用如CCD线阵测量微位移或其他原理，这些组件可以通过或者粘贴、螺纹连接、销接、铆接形式固定。甚至可以采用几种敏感组件组合。
在该传感器轴2安装上转角、转速组件10的一部分，在支撑体上安装该组件的另一部分，该组件的电气连接用线缆。通过上述方法，该扭矩传感器同时具备了测试转角和转速的功能。
通过示例，该领域的一般工程人员很容易在不改变结构的情况下，就能变换出其他形状的扭矩传感器。
权利要求1.一种扭矩传感器，该传感器包含一个轴和一个中间贯通的支撑体，轴装配到支撑体中贯通的部位并只能沿该轴的中轴线转动，扭矩组件固定安装在轴上，其特征是该传感器的轴转动圈数是有限的，在轴和支撑体之间直接连接用于传送供电电源和信号的线缆，该线缆呈可拉伸或、和扭曲状，该线缆一端固定在转轴上与扭矩组件电气连接，另一端固定在支撑体上。
2.根据权利要求1所述的一种扭矩传感器，其特征在于该传感器轴的转角必须小于等于10×2π，即最多10圈，通常情况，该转角为下列值之一0.5×2π，即0.5圈、1×2π，即1圈、2×2π，即2圈、4×2π，即4圈。
3.根据权利要求1所述的一种扭矩传感器，其特征是该传感器中的线缆最好是多芯的一根，也可以是几根单芯或、和多芯的。
4.根据权利要求3所述的一种扭矩传感器，其特征是该传感器中的线缆包括下列情况中的一种4.1该线缆围绕该轴呈螺旋状；4.2该线缆自身呈螺旋状；4.3该线缆自身呈螺旋状且围绕该轴呈螺旋状；4.4该线缆自身呈折状；4.5该线缆自身呈折状且围绕该轴呈螺旋状。
5.根据权利要求3所述的一种扭矩传感器，其特征是该传感器中的线缆置于一个或几个套在轴上，可随轴次第转动的线槽中。
6.根据权利要求1所述的一种扭矩传感器，其特征是该传感器中的轴是实心或空心的，轴两端设置有联轴结构，该轴上还包括下面情况的一种6.1直接溅射或者粘贴有一个或多个沿径向对称分布的应变式敏感组件，或者还螺纹连接一个信号处理组件；6.2或者粘贴、螺纹连接、销接、铆接扭矩组件。
7.根据权利要求1所述的一种扭矩传感器，其特征是传感器中的支撑体，主体呈筒形，在筒的一个位置留有一腔体，该支撑体有装配座。
8.根据权利要求1所述的一种扭矩传感器，其特征是传感器中的轴和支撑体之间装配有轴承。
9.根据权利要求1所述的一种扭矩传感器，其特征是该传感器的轴和支撑体之间安装一个角度位置、转速组件，该组件的一部分和轴固定连接，另一部分和支撑体固定连接，组件通过线缆电气连接。
10.根据权利要求1所述的一种扭矩传感器，其特征是在支撑体上安装有一个或多个模拟或者数字信息接口。
专利摘要本实用新型涉及一种扭矩传感器，尤其涉及一种轴在有限范围内转动的扭矩传感器，通过设计一定形状的线缆、线槽和线槽组合，用线缆连接的方式解决了轴和支撑体之间的电气连接问题，同时，可以在该传感器上附加转角、转速组件，扩展功能。该传感器主要用做汽车助力转向系统(EPS)、阀门控制系统中的扭矩、转角、转速测量。
文档编号G01L3/00GK2927016SQ20062003279
公开日2007年7月25日 申请日期2006年1月13日 优先权日2006年1月13日
发明者顾海 申请人:顾海