[实用新型]一种电容式扭矩传感器

说明书

一种电容式扭矩传感器该电容式扭矩传感器，包括：外壳(100)，其为圆柱形空心壳；圆柱形弹性轴(200)，其设于外壳(100)内，且其轴线与外壳(100)轴线重合，其具有弹性，两端部用于负载，在负载的作用下扭动；两轴承(300)，对称设于外壳(100)的两端，并固定设于圆柱形弹性轴(200)外表面，两轴承(300)与外壳(100)组成的一腔体；至少两个静极板(400)，分别设于腔体的两端，每端设置的静极板(400)的个数至少为一个，并固定于外壳(100)的内壁面；两动极板(500)，每一动极板(500)的内表面为圆柱形，设于腔体内圆柱形弹性轴(200)的两端，并与静极板(400)相对设置。

技术领域

本实用新型涉及扭矩传感器技术领域，尤其涉及一种电容式扭矩传感器。

背景技术

目前，常见的扭矩传感器主要采用电阻应变式原理，应变式的扭矩传感器存在的问题是弹性轴上的应变电桥检测到的扭矩信号和电源如何可靠的在弹性轴和外部静止部分之间传递，为解决上述问题目前常用集流环技术或电感耦合技术，具体的集流环技术属于接触式传输，一般适用于短期低精度的测量；电感耦合技术利用电感耦合的原理实现电源和扭矩信号的非接触传递，但整个传感器体积和质量较大，加工、安装、调试复杂、成本高。目前电容式扭矩传感器利用容栅位移测量技术来实现测量扭矩的目的，但由于它的发射电极的每一极片都要引出导线与驱动输出相连；另外一种电容式扭矩传感器通过测量扭杆两端的因扭变引起的相对于圆周角起点累计的角位移差值，从而获取对应的扭矩信号，主要应用于汽车扭杆的扭转角度和扭矩的测量。但这类方法只适用于转速较低且累计转角受限的情况，而且由于其所使用的源极板组内的极板数受限制，不能达到较大量级，因此测量的精度较低，只能输出一定转角范围，这种扭矩传感器只能在特定场合使用，无法用于高转速、高精度要求的工业自动化领域。还有一种电容式扭矩传感器通过电容差动技术，省去了目前的应变式扭矩传感器必需的轴与外部静止部分电能和信号传递的复杂设计，结构简单，大幅度的降低了成本，并且可将整个传感器的体积和质量控制在一个较小的范围，可用于高转速环境的工业自动化领域，但组件较多，需要额外提供激励信号，结构较为复杂，无法用于结构紧凑、空间受限的场合。此外，这种结构必然会存在一个盲区，即静电极曲线起点与终点相交接的区域，所测电容不再是线性变化，影响测量的准确性，尤其是低速情形下扭矩的准确度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供了一种电容式扭矩传感器，解决传统应变式扭矩传感器结构复杂、抗干扰能力差、测量单一及使用场合受限等问题。

(二)技术方案

本实用新型提供了一种电容式扭矩传感器，包括：外壳100，其为圆柱形空心壳；圆柱形弹性轴200，其设于外壳100内，且其轴线与所述外壳100轴线重合，其具有弹性，两端部用于负载，在负载的作用下扭动；两轴承300，对称设于外壳100的两端，并固定设于圆柱形弹性轴200外表面，以实现所述圆柱形弹性轴200的转动，两轴承300与外壳100组成的一腔体；至少两个静极板400，分别设于腔体的两端，每端设置的静极板400的个数至少为一个，并固定于外壳100的内壁面；两动极板500，每一动极板500的内表面为圆柱形，设于所述腔体内圆柱形弹性轴200的两端，并与静极板400相对设置，形成电容组，动极板500的轴向宽度按线性或正弦函数曲线变化和/或径向厚度按线性或正弦函数曲线变化。

可选地，每一静极板400均包括第一子静极块401以及第二子静极块402，第一子静极块401以及第二子静极块402沿外壳100的周向并列设置，且第一子静极块401和第二子静极块402之间设于预设宽度的间隙。

可选地，动极板500为导电材料，圆柱形弹性轴200为非导电材料。

可选地，圆柱形弹性轴200为导电材料，动极板500为非导电材料且其介电常数与所处环境中空气的介电常数不同。

可选地，静极板400与动极板500之间设有间隙且不接触。