TW202206778A - 運動感測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種運動感測裝置，包括一固定部、一可動部、一感測模組、以及一隔磁元件。可動部可相對於固定部運動，且感測模組用以感測可動部相對於固定部之運動。隔磁元件的至少部分設置於固定部和可動部之間。

Description

運動感測裝置

本發明係有關於一種運動感測裝置。更具體地來說，本發明有關於一種具有隔磁元件的運動感測裝置。

編碼器是將旋轉位置或旋轉量轉換成類比或數位訊號的機電裝置。旋轉編碼器用在許多需要精確旋轉位置及速度的場合，如工業控制、機器人技術、攝影鏡頭、電腦輸入裝置(例如滑鼠及軌跡球)等。

然而，在編碼器需小型化的狀況下，一般的編碼器在運作或儲存上會產生許多問題。因此，如何解決前述問題始成一重要之課題。

為了解決上述習知之問題點，本發明提供一種運動感測裝置，包括一固定部、一可動部、一感測模組、以及一隔磁元件。可動部可相對於固定部運動，且感測模組用以感測可動部相對於固定部之運動。隔磁元件的至少部分設置於固定部和可動部之間。

本發明一些實施例中，前述可動部可相對於固定部繞一旋轉軸運動，且感測模組包括一磁性元件、一磁性感測元件、一電路組件、以及一引線組件。磁性感測元件具有面對磁性元件的一感測表面，且包括一磁阻感測元件。電路組件電性連接磁性感測元件。引線組件電性連接電路組件。磁性元件和磁性感測元件之間的最短距離等於或小於1毫米。隔磁元件的至少部分設置於磁性元件和磁性感測元件之間。

本發明一些實施例中，前述隔磁元件具有板狀結構，且沿著磁性元件和磁性感測元件的排列方向觀察時，隔磁元件的尺寸大於磁性感測元件的尺寸。

本發明一些實施例中，前述隔磁元件包括一隔磁層和一第一基板。隔磁層具有導磁性材質，且第一基板設置於隔磁層上。隔磁層具有金屬材質且具有可撓性。第一基板具有非金屬材質且具有可撓性。隔磁層的楊氏模數大於第一基板的楊氏模數。第一基板設置於隔磁層和磁性感測元件之間。第一基板的厚度大於隔磁層的厚度。第一基板的厚度為隔磁層的厚度的一百倍以上。沿著隔磁元件的厚度方向觀察時，第一基板的最大尺寸大於隔磁層的最大尺寸。

本發明一些實施例中，前述隔磁元件更包括一第二基板，設置於隔磁層上。第二基板具有非金屬材質且具有可撓性。隔磁層的楊氏模數大於第二基板的楊氏模數。隔磁層設置於第一基板和第二基板之間。

本發明一些實施例中，前述固定部包括一開口，且隔磁元件包括一握持部，其中握持部自開口顯露。開口具有一圓弧結構，且圓弧結構形成於固定部之一側壁上。

本發明一些實施例中，前述電路組件大致具有板狀圓形結構，且具有一切削側面，其中切削側面沿一直線延伸，且隔磁元件的至少部分設置於切削側面和側壁之間。握持部和引線組件皆穿過開口。

本發明一些實施例中，前述開口具有一限位結構。限位結構包括一第一限位表面和一第二限位表面，第一限位表面和第二限位表面皆面朝隔磁元件。第一限位表面和第二限位表面面朝不同方向。第一限位表面和第二限位表面相互平行。第一限位表面和第二限位表面沿著一方向排列，且所述方向垂直於隔磁元件的厚度方向。

本發明一些實施例中，前述運動感測裝置更包括一導引組件，用以導引並定位隔磁元件。導引組件設置於固定部上。導引組件設置於電路組件上。導引組件和隔磁元件之間的最短距離小於磁性感測元件和隔磁元件之間的最短距離。

本發明一些實施例中，運動感測裝置更包括一固定組件，隔磁元件經由此固定組件連接至固定部或可動部。固定組件包括一第一固定元件和一第二固定元件。第一固定元件設置於隔磁元件上，且具有弱黏著性。第二固定元件設置於隔磁元件上，且具有弱黏著性。第一固定元件和第二固定元件分離，且彼此未直接接觸。磁性感測元件未直接接觸隔磁元件。隔磁元件和磁性感測元件之間的最短距離大於隔磁元件和磁性元件之間的最短距離。第一固定元件未直接接觸磁性感測元件。第二固定元件未直接接觸磁性感測元件。第一固定元件直接接觸電路組件。第二固定元件直接接觸開口。前述第一基板經由固定組件連接電路組件。

以下說明本發明之運動感測裝置。然而，可輕易了解本發明提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本發明的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。

首先請參閱第1~3圖，於本發明一實施例中，運動感測裝置10主要包括一固定部100、一可動部200、一感測模組300、一隔磁元件400、以及一固定組件500。一外部驅動裝置(例如馬達)可連接可動部200，以驅動可動部200相對於固定部100繞一旋轉軸R旋轉，而感測模組300則可以在可動部200的旋轉期間量測其轉速及/或旋轉角度。

固定部100包括一基座110、一殼體120、複數個支撐元件130、以及複數個鎖固元件140。基座110和殼體120可結合形成一圓柱形本體，且圓柱形本體內部可形成一容置空間101，用以容納前述可動部200、感測模組300和隔磁元件400。此外，固定部100的基座110和殼體120的側壁上更分別形成與容置空間101連通的穿孔111和開口121。

可動部200包括至少一軸承元件210、一轉軸220、以及一磁性元件固定座230。於本實施例中，可動部200包括兩個軸承元件210，彼此分離地設置於基座110的穿孔111中。如此一來，可確保轉軸220沿著旋轉軸R延伸，避免偏斜的狀況發生。轉軸220可穿過前述軸承元件210以與固定部100樞接，並可延伸至固定部100的容置空間101中。磁性元件固定座230可固定於轉軸220位於容置空間101內的一端，外部驅動裝置則可連接轉軸220的另一端，因此，當外部驅動裝置帶動轉軸220相對於固定部100繞旋轉軸R旋轉時，磁性元件固定座230亦會被帶動而同時相對於固定部100旋轉。

感測模組300包括一電路組件310、一引線組件320、一磁性元件330、以及一磁性感測元件340。電路組件310例如可為一電路板，如第2~4圖所示，電路組件310大致具有板狀圓形結構，且在對應殼體120側壁上的開口121處更具有一切削側面311。需特別說明的是，切削側面311是沿著一直線(例如X軸)延伸，且電路組件310的上表面312(面向磁性元件固定座230的表面)和切削側面311之間可形成倒角。

電路組件310可透過支撐元件130和複數個鎖固元件140固定至基座110。詳細而言，支撐元件130的兩端可分別連接基座110和電路組件310，接著，使用者可使鎖固元件140穿過電路組件310並與支撐元件130結合。如此一來，電路組件310即可被穩固地固定至基座110。前述鎖固元件140例如可為螺絲、鉚釘、或螺栓等，但並不限定於此。

引線組件320設置於電路組件310上並與電路組件310電性連接，且延伸穿過開口121以與外部電路電性連接。於本實施例中，開口121更從殼體120側壁延伸至其底部，因此引線組件320可容置於開口121中，以減少運動感測裝置10的整體尺寸。

磁性元件330和磁性感測元件340分別設置於磁性元件固定座230和電路組件310上，磁性感測元件340面對磁性元件330的表面為一感測表面341。磁性元件330和磁性感測元件340的位置相互對應，且兩者之間間隔一距離D。舉例而言，磁性元件330和磁性感測元件340之間的最短距離(即距離D)可小於或等於1釐米，例如小於0.5釐米。

當可動部200的轉軸220連接外部驅動裝置，且外部驅動裝置驅動磁性元件固定座230和其上的磁性元件330旋轉時，磁性感測元件340可透過磁場方向的變化量測磁性元件330的轉速/旋轉角度。舉例而言，磁性感測元件340可為一磁阻感測元件，例如一穿隧磁阻效應感測器(Tunneling Magnetoresistance Effect Sensor, TMR Sensor)、一巨磁阻效應感測器(Giant Magnetoresistance Effect Sensor, GMR sensor)、或一磁阻效應感測器(Magnetoresistance Effect Sensor, MR sensor)。

當運動感測裝置10尺寸較小時，磁性感測元件340會很接近磁性元件330(例如前述距離D小於1釐米)。在此狀況下，若運動感測裝置10長時間未使用(例如在運送過程中或長時間的收藏)，磁性元件330的磁極相對於磁性感測元件340固定，磁性感測元件340可能會被磁性元件330磁化而導致運動感測裝置10無法使用。本發明實施例中運動感測裝置10的隔磁元件400可用來避免前述情況。

如第1~3圖所示，於本實施例中，隔磁元件400具有板狀結構，且具有可撓性。隔磁元件400的至少部分可設置於磁性元件330和磁性感測元件340之間，以屏蔽磁性元件330的磁場，進而避免磁性感測元件340被磁化。此外，隔磁元件400更可從切削側面311和殼體120的側壁之間延伸並穿過開口121。隔磁元件400從開口121顯露的部分可被定義為一握持部401。

於本實施例中，沿著磁性元件330和磁性感測元件340的排列方向(Z軸方向)觀察時，隔磁元件330的尺寸大於磁性感測元件340的尺寸。另外，在旋轉軸R上，隔磁元件400和磁性感測元件340之間的最短距離大於隔磁元件400和磁性元件330之間的最短距離。

請參閱第5A圖，於本實施例中，隔磁元件400包括一第一基板410和一隔磁層420，其中隔磁層420設置於第一基板410上。第一基板410上設有隔磁層420的表面是面向磁性元件330，換言之，第一基板410是位於隔磁層420和磁性感測元件340之間，且隔磁層420是位於第一基板410和磁性元件330之間。隔磁層420具有金屬材料，因此可用來屏蔽磁性元件330的磁場。第一基板410則具有非金屬材料(例如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate, PET))，用來提升隔磁元件400的強度，避免隔磁層420彎折或變形時產生碎裂。

第一基板410和隔磁層420皆具有可撓性。於本實施例中，在磁性元件330和磁性感測元件340的排列方向(Z軸方向)上，第一基板410的厚度大於隔磁層420的厚度(例如，第一基板410的厚度為隔磁層420的厚度的一百倍以上)，且隔磁層420的楊氏模數(Young's modulus)大於第一基板410的楊氏模數。另外，沿著隔磁元件400的厚度方向(Z軸方向)觀察時，第一基板410的最大尺寸大於隔磁層420的最大尺寸。

請參閱第5B圖，於本發明另一實施例中，隔磁元件400更可包括一第二基板430，設置於隔磁層420上，且隔磁層420位於第一基板410和第二基板430之間。第二基板430可由與第一基板410相同的材料構成，因此第二基板430也可具有非金屬材料且具有可撓性，且隔磁層420的楊氏模數可大於第二基板430的楊氏模數。

請回到第3圖，隔磁元件400可利用固定組件500固定至固定部100(或可動部200)上。於本實施例中，固定組件500包括一第一固定元件510和一第二固定元件520，兩者皆設置於隔磁元件400上，且磁性感測元件340位於第一固定元件510和第二固定元件520之間。第一固定元件510設置於隔磁元件400的下表面上，並直接接觸第一基板410和電路組件310，以將隔磁元件400的第一基板410固定至電路組件310上。第二固定元件520則設置於隔磁元件400的上表面上，並直接接觸隔磁元件400和開口121的內壁。

由於第一固定元件510和第二固定元件520皆具有弱黏著性(例如黏膠)，因此隔磁元件400可利用第一固定元件510和第二固定元件520固定於磁性元件330和磁性感測元件340之間。應注意的是，前述第一固定元件510和第二固定元件520彼此分離，且兩者皆未接觸磁性感測元件340。

當使用者欲使用運動感測裝置10時，可先握持隔磁元件400從開口121顯露的握持部401，並施力拉動隔磁元件400，使隔磁元件400朝向遠離容置空間101的方向移動。由於第一固定元件510和第二固定元件520僅具有弱黏著性，因此當使用者施予足夠的外力時，隔磁元件400會從固定部100上分離，且移動離開磁性元件330和磁性感測元件340之間。如此一來，磁性元件330的磁場將不再被屏蔽。使用者可接著將轉軸220連接外部驅動裝置。在外部驅動裝置旋轉時，磁性感測元件340即可量測其轉速/旋轉角度。

請參閱第6~8圖，於本發明另一實施例中，運動感測裝置20主要包括一固定部100、一可動部200、一感測模組300、一隔磁元件400、以及一固定組件500。運動感測裝置20與運動感測裝置10結構相同的部分將不再贅述。與運動感測裝置10不同的是，隔磁元件400和引線組件320是延伸穿過殼體120側壁上的相異開口121A、121B，且電路組件310大致為完整的板狀圓形結構，不具有切削側面。

隔磁元件400所穿過的開口121A位置大致對齊於隔磁元件400位於磁性元件330和磁性感測元件340之間的部分。因此，隔磁元件400可水平地延伸穿過開口121A，進而可減少使用者拉動隔磁元件400時所需的施力，並避免拉動隔磁元件400時隔磁元件400接觸其他元件的角落而產生斷裂。

如第6~8圖所示，開口121A具有一圓弧結構，且可形成為一限位結構。具體而言，開口121A包括一第一限位表面S1和一第二限位表面S2。當隔磁元件400穿過開口121A時，第一限位表面S1面向隔磁元件400，且第二限位表面S2面向隔磁元件400。第一限位表面S1和第二限位表面S2沿著垂直於隔磁元件400的厚度方向的方向排列，因此將面朝不同方向且相互平行。第一限位表面S1和第二限位表面S2之間的距離大致相等於隔磁元件400的寬度，以限制隔磁元件400的移動方向。

請參閱第9、10圖，於本發明又一實施例中，運動感測裝置30主要包括一固定部100、一可動部200、一感測模組300、一隔磁元件400、以及一導引組件600。運動感測裝置30與運動感測裝置10/運動感測裝置20結構相同的部分將不再贅述。與運動感測裝置10/運動感測裝置20不同的是，固定組件可被省略，且額外在電路組件310上增設了一個導引組件600，且導引組件600位於磁性感測元件340和開口121A之間。

在本實施例中，隔磁元件400的剛性可大於運動感測裝置10/運動感測裝置20中的隔磁元件400的剛性，因此可呈完整的板狀結構。當隔磁元件400安裝於運動感測裝置30中時，隔磁元件400會接觸導引組件600的頂面，且與磁性感測元件340分隔一距離。在此結構中，隔磁元件400將更不容易斷裂且更容易取出。

請參閱第11、12圖，於本發明另一實施例中，運動感測裝置40主要包括一固定部100、一可動部、一感測模組300、以及一隔磁元件400。於本實施例中，感測模組300的磁性元件330為一磁環(ring magnet)，且可動部包括一轉軸(未圖示)，可穿過磁環中央的孔洞以與磁環連接。

感測模組300的磁性感測元件340設置於固定部100上。隔磁元件400可由第5A圖或第5B圖所示的多層結構構成，且可設置於磁性元件330和磁性感測元件340之間。

當使用者欲使用運動感測裝置40時，可先握持隔磁元件400的握持部401，並施力拉動隔磁元件400，使隔磁元件400離開磁性元件330和磁性感測元件340之間。如此一來，磁性元件330的磁場將不再被屏蔽。使用者可接著將磁性元件330透過可動部連接至外部驅動裝置。在外部驅動裝置旋轉時，磁性感測元件340即可量測其轉速/旋轉角度。

綜上所述，本發明提供一種運動感測裝置，包括一固定部、一可動部、一感測模組、以及一隔磁元件。可動部可相對於固定部運動，且感測模組用以感測可動部相對於固定部之運動。隔磁元件的至少部分設置於固定部和可動部之間。

雖然本發明的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本發明之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本發明揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本發明使用。因此，本發明之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本發明之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。

雖然本發明以前述數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。此外，每個申請專利範圍建構成一獨立的實施例，且各種申請專利範圍及實施例之組合皆介於本發明之範圍內。

10、20、30、40:運動感測裝置 100:固定部 101:容置空間 110:基座 111:穿孔 120:殼體 121、121A、121B:開口 130:支撐元件 140:鎖固元件 200:可動部 210:軸承元件 220:轉軸 230:磁性元件固定座 300:感測模組 310:電路組件 311:切削側面 312:上表面 320:引線組件 330:磁性元件 340:磁性感測元件 341:感測表面 400:隔磁元件 401:握持部 410:第一基板 420:隔磁層 430:第二基板 500:固定組件 510:第一固定元件 520:第二固定元件 600:導引元件 D:距離 R:旋轉軸 S1:第一限位表面 S2:第二限位表面

第1圖係表示本發明一實施例之運動感測裝置的示意圖。 第2圖係表示本發明一實施例之運動感測裝置的示意圖，其中殼體被省略。 第3圖係表示本發明一實施例之運動感測裝置的剖視圖。 第4圖係表示本發明一實施例中之電路組件和磁性感測元件的示意圖。 第5A圖係表示本發明一實施例中之隔磁元件的示意圖。 第5B圖係表示本發明另一實施例中之隔磁元件的示意圖。 第6圖係表示本發明另一實施例之運動感測裝置的示意圖。 第7圖係表示本發明另一實施例之運動感測裝置的剖視圖。 第8圖係表示本發明另一實施例之運動感測裝置的前視圖。 第9圖係表示本發明另一實施例之運動感測裝置的示意圖。 第10圖係表示本發明另一實施例之運動感測裝置的剖視圖。 第11圖係表示本發明另一實施例之運動感測裝置的示意圖。 第12圖係表示本發明另一實施例之運動感測裝置的剖視圖。

10:運動感測裝置

100:固定部

110:基座

111:穿孔

120:殼體

121:開口

200:可動部

210:軸承元件

220:轉軸

320:引線組件

400:隔磁元件

401:握持部

R:旋轉軸

Claims (10)

1. 一種運動感測裝置，包括： 一固定部； 一可動部，可相對於該固定部運動； 一感測模組，用以感測該可動部相對於該固定部之運動；以及 一隔磁元件，其中該隔磁元件的至少部分設置於該固定部和該可動部之間。
2. 如請求項1之運動感測裝置，其中該可動部可相對於該固定部繞一旋轉軸運動，且該感測模組包括： 一磁性元件； 一磁性感測元件，具有面對該磁性元件的一感測表面，其中該磁性感測元件包括一磁阻感測元件； 一電路組件，電性連接該磁性感測元件；以及 一引線組件，電性連接該電路組件； 該磁性元件和該磁性感測元件之間的最短距離等於或小於1毫米； 該隔磁元件的至少部分設置於該磁性元件和該磁性感測元件之間。
3. 如請求項2之運動感測裝置，其中該隔磁元件具有板狀結構，且沿著該磁性元件和該磁性感測元件的排列方向觀察時，該隔磁元件的尺寸大於該磁性感測元件的尺寸。
4. 如請求項2之運動感測裝置，其中該隔磁元件包括： 一隔磁層，具有導磁性材質；以及 一第一基板，設置於該隔磁層上； 該隔磁層具有金屬材質； 該隔磁層具有可撓性； 該第一基板具有非金屬材質； 該第一基板具有可撓性； 該隔磁層的楊氏模數大於該第一基板的楊氏模數； 該第一基板設置於該隔磁層和該磁性感測元件之間； 該第一基板的厚度大於該隔磁層的厚度； 該第一基板的厚度為該隔磁層的厚度的一百倍以上； 沿著該隔磁元件的厚度方向觀察時，該第一基板的最大尺寸大於該隔磁層的最大尺寸。
5. 如請求項4之運動感測裝置，其中該隔磁元件更包括： 一第二基板，設置於該隔磁層上； 該第二基板具有非金屬材質； 該第二基板具有可撓性； 該隔磁層的楊氏模數大於該第二基板的楊氏模數； 該隔磁層設置於該第一基板和該第二基板之間。
6. 如請求項2之運動感測裝置，其中該固定部包括一開口，且該隔磁元件包括一握持部，其中該握持部自該開口顯露； 該開口具有一圓弧結構，該圓弧結構形成於該固定部之一側壁上。
7. 如請求項6之運動感測裝置，其中該電路組件大致具有板狀圓形結構，且具有一切削側面，其中該切削側面沿一直線延伸，且該隔磁元件的至少部分設置於該切削側面和該側壁之間； 該握持部和該引線組件皆穿過該開口。
8. 如請求項6之運動感測裝置，其中該開口具有一限位結構，該限位結構包括： 一第一限位表面，面朝該隔磁元件；以及 一第二限位表面，面朝該隔磁元件； 該第一限位表面和該第二限位表面面朝不同方向； 該第一限位表面和該第二限位表面相互平行； 該第一限位表面和該第二限位表面沿著一方向排列，且該方向垂直於該隔磁元件的厚度方向。
9. 如請求項2之運動感測裝置，其中該運動感測裝置更包括一導引組件，用以導引並定位該隔磁元件； 該導引組件設置於該固定部上； 該導引組件設置於該電路組件上； 該導引組件和該隔磁元件之間的最短距離小於該磁性感測元件和該隔磁元件之間的最短距離。
10. 如請求項6之運動感測裝置，其中該運動感測裝置更包括一固定組件，該隔磁元件經由該固定組件連接至該固定部或該可動部，其中該固定組件包括： 一第一固定元件，設置於該隔磁元件上，且具有弱黏著性；以及 一第二固定元件，設置於該隔磁元件上，且具有弱黏著性； 該第一固定元件和該第二固定元件分離，且彼此未直接接觸； 該磁性感測元件未直接接觸該隔磁元件； 該隔磁元件和該磁性感測元件之間的最短距離大於該隔磁元件和該磁性元件之間的最短距離； 該第一固定元件未直接接觸該磁性感測元件； 該第二固定元件未直接接觸該磁性感測元件； 該第一固定元件直接接觸該電路組件； 該第二固定元件直接接觸該開口； 其中該隔磁元件包括一第一基板，且該第一基板經由該固定組件連接該電路組件。

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