CN102809345B - 扭角转角位移传感装置 - Google Patents

扭角转角位移传感装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种扭角转角位移传感装置，包含一输入轴转盘、一输出轴转盘、至少两扭角测量器以及一转角测量器。输出轴转盘与输入轴转盘同轴连接，且输出轴转盘具有一第一齿轮。至少两扭角测量器位于输入轴转盘与输出轴转盘之间。每一扭角测量器包含一旋转式可变电阻以及一扭角测量臂。扭角测量臂的转轴端枢接于旋转式可变电阻，其另一端滑动连接于输入轴转盘。转角测量器包含一电路板、两旋转式可变电阻以及一齿轮组。两旋转式可变电阻同轴地设置于电路板的两相对表面。齿轮组啮合于第一齿轮，且其转轴用以同轴地带动两旋转式可变电阻。

Description

扭角转角位移传感装置
技术领域
本发明是有关于一种扭角转角位移传感装置，且特别是有关于一种应用于动力方向盘的扭角转角位移传感装置。
背景技术
已知应用于动力方向盘的扭角转角位移传感装置具有测量扭角以及转角的功能。转角测量器(例如一可变电阻)目前均设计于电路板的一侧，为了让转角测量器有故障自动防护(Fail-Safe)的设计，通常将两可变电阻同轴的印制于电路板的同一侧。此设计提供了转角测量器故障自动防护(Fail-Safe)设计，但却增加转角测量器所占用的面积，使得扭角转角位移传感装置的体积无法设计的更小，因而无法装设于需要更小空间的应用环境。
此外，扭角转角位移传感装置内的扭角测量器一般设计皆使用与输入轴转盘或输出轴转盘同轴的可变电阻来测量。若需要较高分辨率的扭角测量器，就需要在电路板上印制较长的电阻，因此就需要较大面积电路板。上述扭角测量器设计方式不但需要较多成本来制造，而且可变电阻器所占的面积较大，同样不利于扭角转角位移传感装置设计的更小。
有鉴于此，扭角转角位移传感装置需要更创新的设计以解决上述问题。
发明内容
因此，本发明的一目的是在提供一种改良的扭角转角位移传感装置借以解决上述先前技术所提及的问题。
根据上述目的，提出一种扭角转角位移传感装置(Torsion Angle andRotation Angle Measurement Device)，其包含一输入轴转盘、一输出轴转盘、至少两扭角测量器以及一转角测量器。输入轴转盘用以连接至一输入转动源。输出轴转盘用以连接至一输出转动标的，且与输入轴转盘同轴连接，输出轴转盘具有一第一齿轮。至少两扭角测量器位于输入轴转盘与输出轴转盘之间。每一扭角测量器包含一旋转式可变电阻以及一扭角测量臂。旋转式可变电阻位于输出轴转盘上。扭角测量臂的转轴端枢接于旋转式可变电阻，其另一端滑动连接于输入轴转盘。当输入轴转盘相对于输出轴转盘转动时，旋转式可变电阻用以测量输入轴转盘相对于输出轴转盘的转动角度。转角测量器包含一电路板、两旋转式可变电阻以及一齿轮组。两旋转式可变电阻同轴地设置于电路板的两相对表面。齿轮组啮合于第一齿轮，且其转轴用以同轴地带动两旋转式可变电阻。当该输出轴转盘转动时，两旋转式可变电阻用以测量输出轴转盘的转动角度。
依据本发明一实施例，输入轴转盘具有一长条形滑槽，借以供扭角测量臂的另一端滑动连接于其内。
依据本发明另一实施例，扭角转角位移传感装置还包含一第一外壳与一第二外壳，当第一外壳与第二外壳组立时，输入轴转盘、输出轴转盘、至少两扭角测量器以及转角测量器均被包覆于其内。
依据本发明另一实施例，扭角转角位移传感装置还包含一定位销用以定位输入轴转盘与输出轴转盘，其中定位销的一端部用以***输入轴转盘与输出轴转盘各别的定位孔，定位销的另一端部用以定位于第一外壳或第二外壳。
依据本发明另一实施例，齿轮组包含一第二齿轮、一第三齿轮以及一第四齿轮，第二齿轮啮合于第一齿轮，第三齿轮与第二齿轮同轴连接且同步转动，第三齿轮啮合于第四齿轮，第四齿轮的转轴用以同轴地带动两旋转式可变电阻。
根据上述目的，提出另一种扭角转角位移传感装置，其包含一输入轴转盘、一输出轴转盘、至少两扭角测量器以及一转角测量器。输入轴转盘用以连接至一输入转动源。输出轴转盘用以连接至一输出转动标的，且与输入轴转盘同轴连接，输出轴转盘具有一第一齿轮。至少两扭角测量器位于输入轴转盘与输出轴转盘之间。每一扭角测量器包含一直线滑动式可变电阻。直线滑动式可变电阻位于输出轴转盘，且具有一滑杆滑动连接于输入轴转盘。当输入轴转盘相对于输出轴转盘转动时，直线滑动式可变电阻用以测量输入轴转盘相对于输出轴转盘的转动角度。转角测量器包含一电路板、两旋转式可变电阻以及一齿轮组。两旋转式可变电阻同轴地设置于电路板的两相对表面。齿轮组啮合于第一齿轮，且其转轴用以同轴地带动两旋转式可变电阻。当该输出轴转盘转动时，两旋转式可变电阻用以测量输出轴转盘的转动角度。
依据本发明一实施例，输入轴转盘具有一长条形滑槽，借以供滑杆滑动连接于其内。
依据本发明另一实施例，扭角转角位移传感装置还包含一第一外壳与一第二外壳，当第一外壳与第二外壳组立时，输入轴转盘、输出轴转盘、至少两扭角测量器以及转角测量器均被包覆于其内。
依据本发明另一实施例，扭角转角位移传感装置还包含一定位销用以定位输入轴转盘与输出轴转盘，其中定位销的一端部用以***输入轴转盘与输出轴转盘各别的定位孔，定位销的另一端部用以定位于第一外壳或第二外壳。
依据本发明另一实施例，齿轮组包含一第二齿轮、一第三齿轮以及一第四齿轮，第二齿轮啮合于第一齿轮，第三齿轮与第二齿轮同轴连接且同步转动，第三齿轮啮合于第四齿轮，第四齿轮的转轴用以同轴地带动两旋转式可变电阻。
由上述可知，应用本发明的扭角转角位移传感装置，在扭角测量器的改良上有助于减少径向震动干扰测量的情形发生及利用机构传递效益增加扭角测量的分辨率。此外，转角测量器的设计改良将两旋转式可变电阻同轴地设置于电路板的两相对表面，用以缩减两旋转式可变电阻的面积(或电路板的面积)，有助于缩减扭角转角位移传感装置的体积，使其能装设于需要更小空间的应用环境。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是绘示依照本发明一实施方式的一种扭角转角位移传感装置；
图2是绘示沿图1的2-2’剖面线的剖面图；
图3是绘示图1的扭角转角位移传感装置移除第一壳体后的上视图；
图4是绘示图1的扭角转角位移传感装置内的输入轴转盘与输出轴转盘的***图；
图5是绘示图1的扭角转角位移传感装置移除第二壳体后的底视图；
图6是绘示沿图5的6-6’剖面线的剖面图；
图7是绘示图1的扭角转角位移传感装置加装定位销后的侧视图；
图8是绘示依照本发明另一实施方式的一种扭角转角位移传感装置移除第二壳体后的底视图。
【主要组件符号说明】
100：扭角转角位移传感装置
100’：扭角转角位移传感装置
102：第一壳体
102a：定位件
104：第二壳体
104a：定位件
106：输入轴转盘
106a：长条形滑槽
106b：中心槽
106c：定位孔
108：输出轴转盘
108a：中心槽
108b：边缘扣件
108c：第一齿轮
108d：定位孔
110：扭角测量臂
110’：滑杆
110a：测量杆
110b：转轴端
112：旋转式可变电阻
112’：直线滑动式可变电阻
112a：转轴孔
114：齿轮组
114b：第二齿轮
114c：第三齿轮
114d：第四齿轮
114e：转轴
115：计圈轮
118：电路板
120a：旋转式可变电阻
120b：旋转式可变电阻
122：定位销
122a：按压部
122b：按压部
122c：端部
122d：端部
具体实施方式
请参照图1、2，图1是绘示依照本发明一实施方式的一种扭角转角位移传感装置，图2是绘示沿图1的2-2’剖面线的剖面图。扭角转角位移传感装置100可应用于车辆或其它交通工具的动力方向盘，但也不局限上述的应用领域。扭角转角位移传感装置100至少包含一第一外壳102、一第二外壳104、一输入轴转盘106以及一输出轴转盘108。输入轴转盘106用以连接至一输入转动源(例如交通工具的方向盘)。输出轴转盘108用以连接至一输出转动标的(例如欲控制的交通工具的车轮)。扭角转角位移传感装置100用以测量转角或输入轴转盘106与输出轴转盘108的相对的扭角。输入轴转盘106与输出轴转盘108是同轴连接。当一般状况下时(例如方向盘不需额外的动力辅助)，输入轴转盘106与输出轴转盘108同步膸输入转动源转动且两者不会有相对的扭角。当输入转动源的扭力较大时，会迫使输入轴转盘106与输出轴转盘108之间产生扭角，需借旋转式可变电阻112测量输入轴转盘106相对于输出轴转盘108的转动角度(即扭角)。当第一外壳102与第二外壳104组立时(利用定位件102a与定位件104a彼此的卡合)，输入轴转盘106、输出轴转盘108、扭角测量器以及转角测量器均被包覆于其内。
请参照图3，其绘示图1的扭角转角位移传感装置移除第一壳体后的上视图。为清楚表示旋转式可变电阻112与扭角测量臂110，其中区域A内输入轴转盘106的部分亦被移除。由图2、3可知，两旋转式可变电阻112装设于输出轴转盘108上，且位于输入轴转盘106与输出轴转盘108之间。两旋转式可变电阻112在运作时只会使用其中之一所测得的数值，两旋转式可变电阻112互为另一可变电阻故障时备用的可变电阻。输入轴转盘106具有一长条形滑槽106a，借以供扭角测量臂110的测量杆110a滑动连接于其内。此设计将输入轴转盘106的转动角度转换为扭角测量臂110的转动角度，因扭角测量臂110的旋转半径小于输入轴转盘106的旋转半径，因此扭角测量臂110的转动角度会大于输入轴转盘106的转动角度，有利于旋转式可变电阻112能较精准的测量角度，换言之，增加扭角测量的分辨率。此外，此设计更有助于减少输入轴转盘106径向震动干扰扭角的测量的情形发生。
请参照图4，其绘示图1的扭角转角位移传感装置内的输入轴转盘与输出轴转盘的***图。输入轴转盘106与输出轴转盘108是同轴连接。输出轴转盘108藉其边缘扣件108b将输入轴转盘106定位于其上。输入轴转盘106具有一中心槽106b，借以连接至一输入转动源(例如交通工具的方向盘)。输出轴转盘108亦具有一中心槽108a，借以连接至一输出转动标的(例如欲控制的交通工具的车轮)。两旋转式可变电阻112装设于输出轴转盘108上作为扭角转角位移传感装置的扭角测量器。每一旋转式可变电阻112均配备一扭角测量臂110。扭角测量臂110的转轴端110b是枢接于旋转式可变电阻112的转轴孔112a。扭角测量臂110的另一端为一测量杆110a，借以滑动连接于输入轴转盘106的长条形滑槽106a内。
请参照图5、6，其中图5绘示图1的扭角转角位移传感装置移除第二壳体后的底视图，图6是绘示沿图5的6-6’剖面线的剖面图。此两附图用以解释扭角转角位移传感装置的转角测量器。转角测量器包含一电路板118、两旋转式可变电阻(120a、120b)以及一齿轮组114。两旋转式可变电阻(120a、120b)是同轴地设置于电路板18的两相对表面，两者在运作时只会使用其中之一所测得的数值，且互为另一可变电阻于故障时备用的可变电阻。两旋转式可变电阻(120a、120b)藉由齿轮的传动而测量输出轴转盘108的转动角度。输出轴转盘108具有一第一齿轮108c，且第一齿轮108c膸输出轴转盘108同轴且同步转动。齿轮组114包含一第二齿轮114b、一第三齿轮114c以及一第四齿轮114d。第二齿轮114b啮合于第一齿轮108c，因此当输出轴转盘108旋转时，会带动第二齿轮114b旋转。第三齿轮114c与第二齿轮114b同轴地连接且同步转动，第三齿轮114c啮合于第四齿轮114d，且第四齿轮114d的转轴114e用以同轴地带动两旋转式可变电阻(120a、120b)。在本实施例中，第一齿轮108c与第二齿轮114b的齿数比为4∶1，而第三齿轮114c与第四齿轮114d的齿数比为1∶4，因此输出轴转盘108旋转的角度与第四齿轮114d旋转的角度相同，使两旋转式可变电阻(120a、120b)能测得输出轴转盘108正确的旋转角度。
此外，第二齿轮114b也用以带动计圈轮115与其对应的旋转式可变电阻。当输出轴转盘108旋转的角度超过360度时，就需要加入计圈轮115的数值，才能正确测量输出轴转盘108旋转的角度。在本实施例中，两旋转式可变电阻(120a、120b)同轴地设置于电路板118的两相对表面是用以缩减两旋转式可变电阻(120a、120b)所占的面积(或电路板的面积)，有助于缩减扭角转角位移传感装置的体积，使其能装设于需要更小空间的应用环境。
请参照图7，其绘示图1的扭角转角位移传感装置加装定位销后的侧视图。加装定位销122的目的在于确保扭角转角位移传感装置的扭角与转角的初始值一致。当使用者装设扭角转角位移传感装置于一应用环境时，就不需要再花时间作校正初始值的工作。定位销122包含两端部(122c、122d)，端部122d用以***输入轴转盘106的定位孔106c(请同时参照图3)与输出轴转盘108的定位孔108d(请同时参照图5)，但不穿越任何电路板的任何部分。定位销122的另一端部122c以定位于第一外壳102或第二外壳104上。此外，定位销122更包含一对按压部(122a、122b)，借以供使用者以单手的两手指(例如拇指与食指)以按压方式将定位销122的另一端部122c从第一外壳102或第二外壳104内移除，再接着拉出定位销122的端部122d。按压部(122a、122b)是一对V形的弯折部。
请参照图8，其绘示依照本发明另一实施方式的一种扭角转角位移传感装置100’移除第二壳体后的底视图。此实施例不同于图3的实施例的地方在于使用可变电阻类型不同，本实施例使用直线滑动式可变电阻112’，不同于图3的旋转式可变电阻。为清楚表示直线滑动式可变电阻112’与滑杆110’，其中区域B内输入轴转盘106的部分亦被移除。两直线滑动式可变电阻112’装设于输出轴转盘108上，且位于输入轴转盘106与输出轴转盘108之间。两直线滑动式可变电阻112’在运作时只会使用其中之一所测得的数值，两直线滑动式可变电阻112’互为另一可变电阻故障时备用的可变电阻。输入轴转盘106具有一长条形滑槽106a，借以滑杆110’滑动连接于其内。此设计将输入轴转盘106的转动角度转换为直线滑动式可变电阻112’的线性移动方式，有助于减少输入轴转盘106径向震动干扰扭角测量的情形发生。
由上述本发明实施方式可知，应用本发明的扭角转角位移传感装置，在扭角测量器的改良上有助于减少径向震动干扰测量的情形发生及利用机构传递效益增加扭角测量的分辨率。此外，转角测量器的设计改良将两旋转式可变电阻同轴地设置于电路板的两相对表面，用以缩减两旋转式可变电阻的面积(或电路板的面积)，有助于缩减扭角转角位移传感装置的体积，使其能装设于需要更小空间的应用环境。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种扭角转角位移传感装置，其特征在于，至少包含：
一输入轴转盘，用以连接至一输入转动源；
一输出轴转盘，用以连接至一输出转动标的，且与该输入轴转盘同轴连接，该输出轴转盘具有一第一齿轮；
至少两扭角测量器，位于该输入轴转盘与该输出轴转盘之间，每一该扭角测量器至少包含：
一旋转式可变电阻，位于该输出轴转盘；以及
一扭角测量臂，其转轴端枢接于该旋转式可变电阻，其另一端滑动连接于该输入轴转盘，当该输入轴转盘相对于该输出轴转盘转动时，该旋转式可变电阻用以测量该输入轴转盘相对于该输出轴转盘的转动角度；以及
一转角测量器，至少包含：
一电路板；
两旋转式可变电阻，同轴地设置于该电路板的两相对表面；以及
一齿轮组，其中的一齿轮啮合于该第一齿轮，且其转轴用以同轴地带动该两旋转式可变电阻，当该输出轴转盘转动时，该两旋转式可变电阻用以测量该输出轴转盘的转动角度。
2.根据权利要求1所述的扭角转角位移传感装置，其特征在于，该输入轴转盘具有一长条形滑槽，借以供该扭角测量臂的该另一端滑动连接于其内。
3.根据权利要求1所述的扭角转角位移传感装置，其特征在于，还包含一第一外壳与一第二外壳，当该第一外壳与该第二外壳组立时，该输入轴转盘、该输出轴转盘、该些扭角测量器以及该转角测量器均被包覆于其内。
4.根据权利要求3所述的扭角转角位移传感装置，其特征在于，还包含一定位销用以定位该输入轴转盘与该输出轴转盘，其中该定位销的一端部用以***该输入轴转盘的定位孔与该输出轴转盘的定位孔，该定位销的另一端部用以定位于该第一外壳或该第二外壳。
5.根据权利要求1所述的扭角转角位移传感装置，其特征在于，该齿轮组包含一第二齿轮、一第三齿轮以及一第四齿轮，该第二齿轮啮合于该第一齿轮，该第三齿轮与该第二齿轮同轴连接且同步转动，该第三齿轮啮合于该第四齿轮，该第四齿轮的转轴用以同轴地带动该两旋转式可变电阻。
6.一种扭角转角位移传感装置，其特征在于，至少包含：
一输入轴转盘，用以连接至一输入转动源；
一输出轴转盘，用以连接至一输出转动标的，且与该输入轴转盘同轴连接，该输出轴转盘具有一第一齿轮；
至少两扭角测量器，位于该输入轴转盘与该输出轴转盘之间，每一该扭角测量器至少包含一直线滑动式可变电阻，该直线滑动式可变电阻位于该输出轴转盘上，且具有一滑杆滑动连接于该输入轴转盘，当该输入轴转盘相对于该输出轴转盘转动时，该直线滑动式可变电阻用以测量该输入轴转盘相对于该输出轴转盘的转动角度；
一转角测量器，至少包含：
一电路板；
两旋转式可变电阻，同轴地设位于该电路板的两相对表面；以及
一齿轮组，其中的一齿轮啮合于该第一齿轮，且其转轴用以同轴地带动该两旋转式可变电阻，当该输出轴转盘转动时，该两旋转式可变电阻用以测量该输出轴转盘的转动角度。
7.根据权利要求6所述的扭角转角位移传感装置，其特征在于，该输入轴转盘具有一长条形滑槽，借以供该滑杆滑动连接于其内。
8.根据权利要求6所述的扭角转角位移传感装置，其特征在于，还包含一第一外壳与一第二外壳，当该第一外壳与该第二外壳组立时，该输入轴转盘、该输出轴转盘、该些扭角测量器以及该转角测量器均被包覆于其内。
9.根据权利要求8所述的扭角转角位移传感装置，其特征在于，还包含一定位销用以定位该输入轴转盘与该输出轴转盘，其中该定位销的一端部用以***该输入轴转盘的定位孔与该输出轴转盘的定位孔，该定位销的另一端部用以定位于该第一外壳或该第二外壳。
10.根据权利要求6所述的扭角转角位移传感装置，其特征在于，该齿轮组包含一第二齿轮、一第三齿轮以及一第四齿轮，该第二齿轮啮合于该第一齿轮，该第三齿轮与该第二齿轮同轴连接且同步转动，该第三齿轮啮合于该第四齿轮，该第四齿轮的转轴用以同轴地带动该两旋转式可变电阻。
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