外置式力矩可调的角位移传感器

技术领域

本发明涉及一种角位移传感器，尤其涉及一种旋转力矩(包括启动力矩)可调的外置式力矩可调的角位移传感器。

背景技术

随着科技的发展，角位移传感器作为角度和位置检测机构来实现从机械运动到电气信号的转换，广泛应用于对高精度和长寿命有较高技术指标和各种严酷试验要求的工业、船舶、航空、航天等整机和精密仪器仪表等。在高要求应用中，对转轴的旋转力矩(包括启动力矩)调节、旋转角度限位等都会提出相关要求。

传统角位移传感器的缺陷在于：

传统角位移传感器没有对旋转力矩进行调节和控制的结构，其旋转力矩分布比较随机，在实际应用中不能改变和控制，所以不适用于对旋转力矩有调节控制需求的应用场合。

传统角位移传感器没有对转轴的旋转角度进行限位的结构，一般为360°旋转范围，即没有角度限位，极有可能出现超出360°造成电路或结构被破坏的问题，所以不适用于对旋转角度有限位控制需求的应用场合。

另外，传统角位移传感器一般只有一个电阻体和一套集流环组件，如果出现故障则不能正常工作，可靠性不够高，所以不适用于对角位移检测可靠性要求较高的应用场合。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种外置式力矩可调的角位移传感器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种外置式力矩可调的角位移传感器，包括转轴、外壳、盖板、电阻体和集流环组件，所述电阻体和所述集流环组件安装于所述外壳和所述盖板的内腔内，横向的所述转轴的内端由外而内穿过所述外壳前端的通孔后与所述集流环组件连接，所述盖板的前端与所述外壳的后端连接，所述外置式力矩可调的角位移传感器还包括弹性垫圈和调节螺母，所述弹性垫圈和所述调节螺母均置于所述外壳的前端外侧，所述调节螺母和所述弹性垫圈由前而后依次套装在所述转轴上，所述调节螺母与所述转轴之间通过螺纹连接，所述弹性垫圈的外周边缘和中心孔壁不在同一平面内且分别形成前端和后端，所述弹性垫圈的前端与所述调节螺母的后端表面接触，所述弹性垫圈的后端与所述外壳前端的竖向外壁表面接触。

上述结构中，弹性垫圈和调节螺母是本发明的创新结构，弹性垫圈可采用薄型钢片等材料制作，具有弹性，在被调节螺母向后推动时被压缩，其弹性增大，对调节螺母和外壳外壁的压力和摩擦力增大，转轴开始旋转时和旋转过程中受到的阻力增大，即角位移传感器的启动力矩和旋转力矩增大；反之，调节螺母向前移动后，弹性垫圈在其自身弹性作用下向前伸展，其弹性减小，对调节螺母和外壳外壁的压力和摩擦力减小，转轴开始旋转时和旋转过程中受到的阻力减小，即角位移传感器的启动力矩和旋转力矩减小；由于调节螺母与转轴之间通过螺纹连接，所以用户可以通过旋转调节螺母实现将其向前或向后移动的目的，从而达到调节角位移传感器的旋转力矩(包括启动力矩)的目的。

作为优选，为了对转轴的旋转角度进行限定和调节，所述外置式力矩可调的角位移传感器还包括限位销钉，所述外壳前端的竖向内壁上设有向前内凹的圆形凹槽，所述限位销钉安装在所述转轴上且置于所述圆形凹槽内，所述限位销钉的第一端置于所述转轴外，所述圆形凹槽的圆周槽壁上设有一个向所述圆形凹槽的中心方向凸起的限位凸块，所述限位销钉和所述限位凸块满足以下条件：当所述限位销钉的第一端旋转到所述限位凸块所在位置时能够被所述限位凸块挡住，当所述限位销钉的第二端旋转到所述限位凸块所在位置时不能被所述限位凸块挡住。限位凸块使限位销钉不能旋转的角度加上限位销钉本身占据的旋转角度即为角位移传感器的止档角度，360°减去该止档角度即为角位移传感器的可旋转角度，通过控制限位销钉的尺寸和限位凸块的尺寸的大小和精度就可以控制角位移传感器的旋转角度和控制精度。

作为优选，为了提高角位移传感器的旋转角度的限位稳定性和控制精度，所述限位凸块上用于与所述限位销钉接触的两侧直线表面之间具有夹角且该夹角满足以下条件：所述限位凸块与所述限位销钉接触时为线接触或面接触。

作为优选，为了提高弹性垫圈的弹性和寿命，所述弹性垫圈的径向截面为外凸形状。

作为优选，为了保护调节螺母和弹性垫圈并利于美观，所述外壳的前端外壁上连接有前盖，所述转轴穿过所述前盖的中心通孔，所述调节螺母和所述弹性垫圈置于所述前盖内。

根据实际应用需要，一个所述电阻体和一个所述集流环组件组成一个电路组件，所述外壳和所述盖板内安装有一个或多个电路组件。

作为优选，为了满足高精度、高可靠性需求并减小体积和节省成本且便于组装，所述电路组件为两个，两个所述集流环组件由前而后依次套装在所述转轴上，所述外壳的后端与前后均开口的中壳体的前端连接，所述中壳体的后端与所述盖板的前端连接，前一个所述电路组件置于所述中壳体内，后一个所述电路组件置于所述盖板内。

本发明的有益效果在于：

本发明通过在转轴上安装弹性垫圈和调节螺母，利用调节螺母推动弹性垫圈向后移动使其压缩或向前移动使其伸展，从而改变弹性垫圈前后两端的摩擦力，以此改变转轴旋转的阻力，实现角位移传感器的旋转力矩(包括启动力矩)的调节控制，适用于对旋转力矩有调节控制需求的应用场合；本发明的弹性垫圈和调节螺母置于外壳的外端外，美观度稍差，也不能在外壳前端设置安装本传感器的安装螺母，但在需要调节旋转力矩时能够实现快速调节，应用方便；通过在外壳内设置限位销钉和限位凸块，使转轴不能旋转360°，即具有角度限位功能，避免了转轴旋转超出极限位置引起的损坏问题，适用于对旋转角度有限位控制需求的应用场合；通过设置两个或更多个电路组件，即使其中一个电路组件损坏仍然能够正常工作，提高了产品可靠性，适用于对角位移检测可靠性要求较高的应用场合。

附图说明

图1是本发明所述外置式力矩可调的角位移传感器的主视剖视图之一；

图2是本发明所述外置式力矩可调的角位移传感器的限位销钉和限位凸块的关联结构的侧视结构示意图之一；

图3是本发明所述外置式力矩可调的角位移传感器的限位销钉和限位凸块的关联结构的侧视结构示意图之二；

图4是本发明所述外置式力矩可调的角位移传感器的限位销钉和限位凸块的关联结构的侧视结构示意图之三；

图5是本发明所述外置式力矩可调的角位移传感器的主视剖视图之二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和图5所示，本发明所述外置式力矩可调的角位移传感器包括转轴1、外壳6、盖板18、电阻体(见图1和图5的第一电阻体11以及图1的第二电阻体23)、集流环组件、弹性垫圈4和调节螺母3，所述电阻体和所述集流环组件安装于外壳6和盖板18的内腔内，横向的转轴1的内端(图中的后端和右端)由外而内(图中由前而后、由左而右的方向)穿过外壳6前端的通孔后与所述集流环组件连接，盖板18的前端与外壳6的后端连接，弹性垫圈4和调节螺母3均置于外壳6的前端外侧，调节螺母3和弹性垫圈4由前而后依次套装在转轴1上，调节螺母3与转轴1之间通过螺纹连接，弹性垫圈4的外周边缘和中心孔壁不在同一平面内且分别形成前端和后端，弹性垫圈4的前端与调节螺母3的后端表面接触，弹性垫圈4的后端与外壳6前端的竖向外壁表面接触。

图1和图5中还示出了安装于转轴1上并用于对转轴1限位的两个卡圈5，为常规结构。

如图1和图5所示，本发明所述外置式力矩可调的角位移传感器的基本工作原理如下：

转轴1旋转驱动集流环组件旋转，集流环组件的簧片在电阻体的工作面上接触旋转，完成电信号的采集；同时，转轴1旋转带动调节螺母3旋转，弹性垫圈4对调节螺母3产生的阻力施加给转轴1，所以转轴1的旋转力矩因调节螺母3对弹性垫圈4的压力大小而变化；根据实际需要的旋转力矩的大小，经过多次试验调节后，可以将调节螺母3调节到转轴1上的最合适位置，以此满足旋转力矩(包括启动力矩)可调的需求。

如图1-图5所示，本发明还公开了下述多种更加优化的结构，根据实际需要可以将下述一种或多种结构与上述结构进行叠加组合形成更加优化的技术方案。

为了对转轴1的旋转角度进行限定和调节，所述外置式力矩可调的角位移传感器还包括限位销钉9，外壳6前端的竖向内壁上设有向前内凹的圆形凹槽8，限位销钉9安装在转轴1上且置于圆形凹槽8内，限位销钉9的第一端置于转轴1外，圆形凹槽8的圆周槽壁上设有一个向圆形凹槽8的中心方向凸起的限位凸块7，限位销钉9和限位凸块7满足以下条件：当限位销钉9的第一端旋转到限位凸块7所在位置时能够被限位凸块7挡住，当限位销钉9的第二端旋转到限位凸块7所在位置时不能被限位凸块7挡住。使用时，转轴1可旋转的角度一定小于360°，其具体可旋转角度的计算方法如下：限位凸块7使限位销钉9不能旋转的角度加上限位销钉9本身占据的旋转角度即为角位移传感器的止档角度，360°减去该止档角度即为转轴1的可旋转角度，通过控制限位销钉9的尺寸和限位凸块7的尺寸的大小和精度就可以控制角位移传感器的旋转角度和控制精度。限位销钉9和限位凸块7的相对关系如图2-图4所示，图2中的限位销钉9与限位凸块7没有接触，不影响转轴1的旋转；图3中的限位销钉9与限位凸块7的一侧接触，阻挡转轴1继续逆时针旋转；图4中的限位销钉9与限位凸块7的另一侧接触，阻挡转轴1继续顺时针旋转。

为了提高角位移传感器的旋转角度的限位稳定性和控制精度，限位凸块7上用于与限位销钉9接触的两侧直线表面之间具有夹角且该夹角满足以下条件：限位凸块7与限位销钉9接触时为线接触或面接触。这样两者接触时比点接触更加稳定、可靠。

为了提高弹性垫圈4的弹性和寿命，弹性垫圈4的径向截面为外凸形状，这种形状相比内凹形状更不容易被压缩失去弹性。

为了保护调节螺母3和弹性垫圈4并利于美观，外壳6的前端外壁上连接有前盖2，转轴1穿过前盖2的中心通孔，调节螺母3和弹性垫圈4置于前盖2内。需要调节旋转力矩时，打开前盖2，旋转调节螺母3即可。

根据实际应用需要，一个所述电阻体和一个所述集流环组件组成一个电路组件，外壳6和盖板18内安装有一个或多个电路组件。图1中为两个电路组件，图5中为一个电路组件。

为了满足高精度、高可靠性需求并减小体积和节省成本且便于组装，所述电路组件为两个，如图1所示，两个所述集流环组件由前而后依次套装在转轴1上，外壳6的后端与前后均开口的中壳体10的前端连接，中壳体10的后端与盖板18的前端连接，前一个所述电路组件置于中壳体10内，后一个所述电路组件置于盖板18内。图1和图5中还示出了第一个电路组件的第一电阻体11、第一套管12、第一集流环13、第一引线14、第一上簧片15和第一下簧片16，图1中还示出了第二个电路组件的第二电阻体23、第二套管17、第二集流环20、第二引线19、第二上簧片21和第二下簧片22，这些结构为常规结构。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。