CN113670189A - 旋转角度感测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种旋转角度感测装置，包括一固定部、一转动模块、一感测模块以及一导磁性组件。转动模块包括一转轴，转轴枢接固定部，且转动模块可绕一主轴相对于固定部转动。感测模块用以感测转轴相对于固定部的运动状况，包括一磁力传感器和一磁性组件，其中磁性组件对应磁性传感器，且磁性组件可相对于磁力传感器旋转。导磁性组件则设置于感测模块和转动模块之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转角度感测装置。更具体地来说，本发明尤其涉及一种具有磁力传感器的旋转角度感测装置。
背景技术
编码器是将旋转位置或旋转量转换成模拟或数字信号的机电装置。旋转编码器用在许多需要精确旋转位置及速度的场合，如工业控制、机器人技术、摄影镜头、计算机输入设备(例如鼠标及轨迹球)等。
一种常见的编码器是使用光学方式来测量，例如在具有孔洞的转盘两侧设置光源和光传感器。然而，在编码器需小型化的状况下，此方式将不易安装进入编码器中，且测量的精准度可能因此降低。因此，如何解决前述问题始成一重要的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转角度感测装置，以解决上述至少一个问题。
为了解决上述公知的问题点，本发明提供一种旋转角度感测装置，包括一固定部、一转动模块、一感测模块以及一导磁性组件。转动模块包括一转轴，转轴枢接固定部，且转动模块可绕一主轴相对于固定部转动。感测模块用以感测转轴相对于固定部的运动状况，包括一磁力传感器和一磁性组件，其中磁性组件对应磁性传感器，且磁性组件可相对于磁力传感器旋转。导磁性组件则设置于感测模块和转动模块之间。
于本发明一些实施例中，转动模块还包括一轴承组件，设置于固定部上，且转轴通过轴承组件枢接固定部。轴承组件可为弱导磁的金属材质或非金属材质。导磁性组件可设置于轴承组件和磁力传感器之间。
于本发明一些实施例中，磁性组件设置于磁力传感器和导磁性组件之间。转动模块还包括一磁性组件固定座，固定于转轴上，且磁性组件设置于磁性组件固定座上。沿垂直主轴的一方向观察时，磁性组件固定座和磁性组件至少部分重叠。于部分实施例中，导磁性组件和磁性组件固定座可为一体成型。
于本发明一些实施例中，旋转角度感测装置还包括一另一导磁性组件，围绕磁性组件。磁性组件内部的磁力线方向垂直于主轴。于部分实施例中，磁性组件为一多极磁铁，且磁性组件内部的磁力线方向平行于主轴。
于本发明一些实施例中，旋转角度感测装置还包括一电路组件和多个支撑组件。电路组件包括多个连接部，且支撑组件对应于前述连接部。支撑组件可连接固定部和电路组件。其中，前述连接部之间的联机可形成一封闭图形，且封闭图形相对于主轴为非旋转对称的。
于本发明一些实施例中，电路组件包括一电路板、一连接端子以及多个电子组件。该电路板具有一切削部、多个测试电路以及多个凹槽，其中至少一测试电路邻近切削部。连接端子的一电性连接口朝向主轴、且凹槽形成于电路板的边缘。磁力传感器和其中一个电子组件设置于电路板上，且电路板设置于磁力传感器和此电子组件之间。磁力传感器和另一个电子组件设置于电路板的同一面上，沿主轴观察时，此电子组件和磁性组件未重叠，且沿垂直主轴的一方向观察时，此电子组件和磁性组件至少部分重叠。其中，前述电子组件的厚度皆大于磁力传感器的厚度。
于本发明一些实施例中，转轴还包括一凹陷部，且磁性组件至少部分设置于凹陷部中。转轴可为弱导磁的金属材质或非金属材质。于部分实施例中，转轴亦为金属材质，且导磁性组件设置于磁性组件和转轴之间。
附图说明
图1为本发明一实施例的旋转角度感测装置的示意图。
图2为本发明一实施例的旋转角度感测装置的爆炸图。
图3为本发明一实施例的旋转角度感测装置的剖视图。
图4为本发明一实施例中的磁性组件固定座的示意图。
图5A为本发明一实施例中的电路组件的示意图。
图5B为本发明一实施例中的电路组件于另一视角的示意图。
图6A为本发明一实施例中，磁力传感器中的固定层和自由层的磁场方向相反的示意图。
图6B为本发明一实施例中，磁力传感器中的固定层和自由层的磁场方向相异的示意图。
图6C为本发明一实施例中，磁力传感器中的固定层和自由层的磁场方向相同的示意图。
图7为本发明一实施例中的磁力传感器和磁性组件的示意图。
图8为本发明另一实施例中的磁力传感器和磁性组件的示意图。
图9为本发明另一实施例的旋转角度感测装置的示意图。
图10为本发明另一实施例的旋转角度感测装置的示意图。
图11为本发明一些实施例中的电路组件、磁力传感器、外部电源和外部电子装置的电路连接示意图。
附图标记如下：
100 固定部
110 本体
111 穿孔
200 转动模块
210 轴承组件
220 转轴
230 磁性组件固定座
231 底板
232 侧壁
233 胶槽
300 电路组件
301 保险丝单元
302 处理单元
310 电路板
311 凹槽
312 连接部
313 切削部
320 电子组件
330 电子组件
340 测试电路
350 连接端子
351 电性连接口
400 支撑组件
500 锁固组件
600 感测模块
610 磁性组件
620 磁力传感器
621 固定层
622 绝缘层
623 自由层
700 导磁性组件
800 导磁性组件
E 外部电子装置
F 磁场方向
P 旋转角度感测装置
R 主轴
W 外部电源
具体实施方式
以下说明本发明实施例的旋转角度感测装置。然而，可轻易了解本发明实施例提供许多合适的发明概念而可实施于广泛的各种特定背景。所公开的特定实施例仅仅用于说明以特定方法使用本发明，并非用以局限本发明的范围。
除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇公开所属的本领域技术人员所通常理解的相同涵义。能理解的是这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有一与相关技术及本公开的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在此特别定义。
图1为本发明一实施例的旋转角度感测装置P的示意图，且图2及图3分别表示前述旋转角度感测装置P的爆炸图和剖视图。请一并参阅图1～图3，旋转角度感测装置P主要包括一固定部100、一转动模块200、一电路组件300、多个支撑组件400、多个锁固组件500、一感测模块600以及一导磁性组件700。
固定部100包括一圆柱形的本体110，转动模块200则可包括至少一轴承组件210、一转轴220以及一磁性组件固定座230。固定部100的本体110中央形成有一穿孔111，转动模块200的轴承组件210可容置于此穿孔111中并固定于本体110上。转轴220可穿过轴承组件210中间的孔洞，以通过轴承组件210与固定部100的本体110枢接。
于本实施例中，转动模块200包括有两个轴承组件210，两者彼此分离地设置于本体110的穿孔111中，由此可确保转轴220沿一主轴R延伸，避免偏斜的状况发生。
当转轴220穿过轴承组件210而与本体110枢接时，其两端会分别凸出于本体110的相反表面。磁性组件固定座230可固定于转轴220的其中一端，而转轴220的另一端则可连接马达(未图示)。如此一来，当马达带动转轴220相对于固定部100绕主轴R旋转时，磁性组件固定座230亦会同时被带动而相对于固定部100旋转。
如图4所示，磁性组件固定座230具有一碗型结构，其具有一底板231和一侧壁232，其中侧壁232环绕于底板231的周围且朝向远离本体110的方向延伸，故可形成一容置空间。于本实施例中，底板231具有一圆形剖面，且前述转轴220连接磁性组件固定座230的底板231的圆心，因此当磁性组件固定座230被带动时，其将会绕前述主轴R旋转。另外，底板231上更可形成一胶槽233。
如图5A及图5B所示，电路组件300可包括一电路板310、多个电子组件320、330、至少一测试电路340以及至少一连接端子350。电路板310的边缘形成有多个凹槽311，用来在组装、移载、测试时与夹具结合。电路板310上更形成有多个连接部312，当用户欲将电路板310结合至固定部100的本体110时，可将支撑组件400对应前述连接部312，并利用支撑组件400连接本体110和电路板310，最后使锁固组件500(例如螺丝、铆钉、或螺栓)穿过连接部312与支撑组件400结合(如图3所示)。由此，可使电路板310稳固地被固定至本体110。
需特别说明的是，连接部312之间的联机可构成一封闭图形，且此封闭图形相对于主轴R为非旋转对称的(也就是说，绕主轴R旋转至小于360度的任何角度皆无法与原图形重叠)，以确认电路板310处于适当的连接方位。举例而言，于本实施例中，连接部312之间的联机可构成一等腰三角形。此外，电路板310的边缘还具有至少一切削部313，有利于使用者于组装时确认电路板310的方位。
电子组件320、330、测试电路340和连接端子350可设置于电路板310上，且彼此之间可相互电性连接。电子组件320、330例如可包括电阻、电容、电感及/或变压器。测试电路340则可于测试时与外部探针电性连接，因此可设置于邻近电路板310的边缘，于本实施例中，测试电路340邻近于前述切削部313。连接端子350可通过外部导线与一外部电子装置(例如计算机)电性连接，以将感测模块600检测的信息传输至外部电子装置。应注意的是，连接端子350的电性连接口351可朝向主轴R，以避免旋转角度感测装置P被外壳封装时前述外部导线因弯折而损坏。
请回到图1～图3，感测模块600可包括一磁性组件610和一磁力传感器620，磁性组件610设置于磁性组件固定座230的容置空间中，而磁力传感器620则是设置于电路板310上。磁性组件610例如可通过黏贴方式固定于磁性组件固定座230上，应注意的是，由于底板231形成有胶槽233，因此即便使用者使用了过多的胶水，胶水仍可填充于此胶槽233中而保持磁性组件610的水平。
沿垂直主轴R的方向观看时，磁性组件610和磁性组件固定座230的侧壁232会重叠，而磁力传感器620的位置则对应磁性组件610的位置，可用来检测磁性组件610的转动角度。
举例而言，如图6A～图6C所示，磁力传感器620可为一穿隧磁阻效应传感器(Tunneling Magnetoresistance Effect Sensor,TMR Sensor)，包括一固定层621、一绝缘层622以及一自由层623，其中绝缘层622设置于固定层621和自由层623之间。
固定层621可被磁化而产生固定的磁场方向，而自由层623的磁场方向则可依据外部环境的磁场方向改变。当外部环境的磁场方向相反于固定层621的磁场方向时(图6A)，磁力传感器620具有最大电阻。当外部环境的磁场方向与固定层621的磁场方向相异时(图6B，磁力方向垂直于纸面)，磁力传感器620的电阻会下降。当外部环境的磁场方向与固定层621的磁场方向相同时(图6C)，磁力传感器620具有最小电阻。
如图7所示，于本实施例中，磁性组件610的磁极方向垂直于主轴R(亦即其内部的磁力线方向垂直于主轴R)。磁力传感器620的自由层623会受到磁性组件610的磁力影响而产生磁场方向F。因此，当马达驱动转轴220、磁性组件固定座230以及磁性组件610绕主轴R旋转时，自由层623的磁场方向F将会改变(具体而言为相对于主轴R旋转)，从而磁力传感器620可获得转轴220、磁性组件固定座230、或磁性组件610的转动角度。
请参阅图8，于本发明另一实施例中，磁性组件610亦可为多极磁铁，且其内部的磁力线方向将平行于主轴R。此配置可使磁力较强的区域集中在磁力传感器620上，同时使整体的磁力线较集中不发散，降低电磁干扰。
于一些实施例中，磁力传感器620亦可为磁阻效应传感器(MagnetoresistanceEffect Sensor,MR Sensor)或巨磁阻效应传感器(Giant Magnetoresistance EffectSensor,GMR Sensor)。
需特别说明的是，在小型化的旋转角度感测装置P中，磁性组件610可能会很靠近轴承组件210(如图3所示)。在轴承组件210包含金属的情况下，轴承组件210可能会被磁化，进而造成磁力传感器620测量不准确的问题。
因此，如图1～图3所示，于本实施例中，导磁性组件700可被设置于轴承组件210和磁性组件610之间，避免轴承组件210被磁化。而因为导磁性组件700会与磁性组件610同时旋转，因此即便导磁性组件700被磁化也不会造成磁力传感器620测量不准确。
于一些实施例中，轴承组件210可为弱导磁的金属材质或是非金属材质(例如陶瓷)，以进一步地防止轴承组件210被磁化。
另外，请参阅图3，由于电子组件320、330主轴R方向上的厚度会大于磁力传感器620的厚度，在小型化的旋转角度感测装置P中，为了避免磁性组件固定座230和磁性组件610旋转时碰撞到电子组件320、330，电子组件320、330可设置于电路板310的边缘或是电路板310的另一面上。
于本实施例中，电子组件320和磁力传感器620设置于电路板310的同一面，并邻近电路板310的边缘。沿主轴R的方向观看时，电子组件320和磁力传感器620未重叠，而沿垂直主轴R的方向观看时，电子组件320和磁力传感器620则会部分重叠。电子组件330和磁力传感器620则是设置于电路板310的相反面(亦即电路板310会位于电子组件330和磁力传感器620之间)，且电子组件330的厚度大于电子组件320的厚度。
请参阅图9，于本发明另一实施例中，旋转角度感测装置P可还包括环状的另一导磁性组件800，围绕于前述磁性组件610。如此可进一步地避免磁性组件610侧边的磁力造成磁力传感器620的测量准确率降低。
于一些实施例中，磁性组件固定座230和导磁性组件700、800可为一体成型，换言之，磁性组件固定座230可由导磁性材料构成。
请参阅图10，于本发明另一实施例中，转轴220的尺寸较大且可具有一凹陷部221，磁性组件固定座230可被省略，而磁性组件610和导磁性组件700、800可直接设置于转轴220的凹陷部221中，且导磁性组件700、800可位于磁性组件610和转轴220之间。于此实施例中，转轴220可为金属材质，以利马达驱动转轴220旋转。
于一些实施例中，转轴220亦可为弱导磁的金属材质或是非金属材质(例如陶瓷)。
图11为前述各实施例中电路组件300、磁力传感器620以及外部组件的电路连接示意图。如图所示，外部电源W可通过连接端子350电性连接电路组件300，以供给电力至电路组件300。其中，保险丝单元301可位于处理单元302和外部电源W之间，当异常电流流经保险丝单元301时，保险丝单元301可中断与外部电源W之间的电性连接，以保护电路组件300。
磁力传感器620检测的数据可传输至处理单元302，处理单元302再将前述数据转换为需要的编码(例如波形)，最后可通过连接端子350传送至外部电子装置E。
综上所述，本发明提供一种旋转角度感测装置，包括一固定部、一转动模块、一感测模块以及一导磁性组件。转动模块包括一转轴，转轴枢接固定部，且转动模块可绕一主轴相对于固定部转动。感测模块用以感测转轴相对于固定部的运动状况，包括一磁力传感器和一磁性组件，其中磁性组件对应磁性传感器，且磁性组件可相对于磁力传感器旋转。导磁性组件则设置于感测模块和转动模块之间。
虽然本发明的实施例及其优点已公开如上，但应该了解的是，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本发明的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，任何所属技术领域中技术人员可从本发明公开内容中理解现行或未来所发展出的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本发明使用。因此，本发明的保护范围包括上述工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。另外，每一权利要求构成个别的实施例，且本发明的保护范围也包括各个权利要求及实施例的组合。
虽然本发明以前述数个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定者为准。此外，每个权利要求建构成一独立的实施例，且各种权利要求及实施例的组合皆介于本发明的范围内。
Claims (21)
1.一种旋转角度感测装置，包括：
一固定部；
一转动模块，包括一转轴，其中该转轴枢接该固定部，且该转动模块可绕一主轴相对于该固定部转动；
一感测模块，感测该转轴相对该固定部的运动状况，其中该感测模块包括：
一磁力传感器；以及
一磁性组件，对应该磁力传感器，且该磁性组件可相对于该磁力传感器旋转；以及
一导磁性组件，设置于该感测模块和该转动模块之间。
2.如权利要求1所述的旋转角度感测装置，其中该转动模块还包括一轴承组件，设置于该固定部上，且该转轴通过该轴承组件枢接该固定部。
3.如权利要求2所述的旋转角度感测装置，其中该轴承组件为弱导磁的金属材质或非金属材质。
4.如权利要求2所述的旋转角度感测装置，其中该导磁性组件设置于该轴承组件和该磁力传感器之间。
5.如权利要求1所述的旋转角度感测装置，其中该磁性组件设置于磁力传感器和该导磁性组件之间。
6.如权利要求1所述的旋转角度感测装置，其中该转动模块还包括一磁性组件固定座，固定于该转轴上，且该磁性组件设置于该磁性组件固定座上。
7.如权利要求6所述的旋转角度感测装置，其中沿垂直该主轴的一方向观察时，该磁性组件固定座和该磁性组件至少部分重叠。
8.如权利要求7所述的旋转角度感测装置，其中该导磁性组件和该磁性组件固定座为一体成型。
9.如权利要求1所述的旋转角度感测装置，其中该旋转角度感测装置还包括一另一导磁性组件，围绕该磁性组件。
10.如权利要求1所述的旋转角度感测装置，其中该磁性组件内部的磁力线方向垂直于该主轴。
11.如权利要求1所述的旋转角度感测装置，其中该磁性组件为一多极磁铁，且该磁性组件内部的磁力线方向平行于该主轴。
12.如权利要求1所述的旋转角度感测装置，其中该旋转角度感测装置还包括：
一电路组件，包括多个连接部；以及
多个支撑组件，对应于多个所述连接部，且连接该固定部和该电路组件，其中多个所述连接部之间的联机可形成一封闭图形，且该封闭图形相对于该主轴为非旋转对称的。
13.如权利要求12所述的旋转角度感测装置，其中该电路组件包括一电路板，该电路板具有一切削部和多个测试电路，其中至少一测试电路邻近该切削部。
14.如权利要求12所述的旋转角度感测装置，其中该电路组件包括一连接端子，该连接端子的一电性连接口朝向该主轴。
15.如权利要求12所述的旋转角度感测装置，其中该电路组件包括一电路板和至少一电子组件，该磁力传感器和该电子组件设置于该电路板上，且该电路板设置于该磁力传感器和该电子组件之间，其中该电子组件的厚度大于该磁力传感器的厚度。
16.如权利要求12所述的旋转角度感测装置，其中该电路组件包括一电路板和至少一电子组件，该磁力传感器和该电子组件设置于该电路板的同一面上，其中该电子组件的厚度大于该磁力传感器的厚度，且沿该主轴观察时，该电子组件和该磁性组件未重叠。
17.如权利要求16所述的旋转角度感测装置，其中沿垂直该主轴的一方向观察时，该电子组件和该磁性组件至少部分重叠。
18.如权利要求12所述的旋转角度感测装置，其中该电路组件包括一电路板，该电路板的边缘上形成有多个凹槽。
19.如权利要求1所述的旋转角度感测装置，其中该转轴还包括一凹陷部，且该磁性组件至少部分设置于该凹陷部中。
20.如权利要求19所述的旋转角度感测装置，其中该转轴为弱导磁的金属材质或非金属材质。
21.如权利要求19所述的旋转角度感测装置，其中该转轴为金属材质，且该导磁性组件设置于该磁性组件和该转轴之间。
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|---|---|---|---|
| CN202010407030.XA CN113670189A (zh) | 2020-05-14 | 2020-05-14 | 旋转角度感测装置 |
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| CN113670189A true CN113670189A (zh) | 2021-11-19 |
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Family Applications (1)
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| CN202010407030.XA Pending CN113670189A (zh) | 2020-05-14 | 2020-05-14 | 旋转角度感测装置 |
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Citations (6)
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2020
- 2020-05-14 CN CN202010407030.XA patent/CN113670189A/zh active Pending
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