TWM463208U - 角度傳感器 - Google Patents

Description

角度傳感器

本創作是有關於一種角度傳感器，特別是關於一種利用不同軸設置，而進行角度放大，以應用於動力方向盤之角度傳感器。

汽車是目前社會大眾普遍之交通工具，尤以在刮風下雨時，除可代步，更較腳踏車或機車具有遮風擋雨之功效。每輛汽車皆安裝有方向盤，且在科技日益精進的情況下，現行汽車多配置動力方向盤。目前應用於汽車之動力方向盤的角度傳感器大多具有測量或記錄扭角及轉角之功能。

習知之角度傳感器多設置與相關之第一傳輸軸(動力輸入軸)及第二傳輸軸(動力輸出軸)於同一軸線上，以藉由印製電阻之方式，以感測第一傳輸軸及第二傳輸軸進行相對運動之電阻變化，進而得知其轉動角度差。然，若需要感測較精準之轉動角度，則需具有較大或較長的區域，因此增加角度傳感器之尺寸；此情形對於產品日益小型化的今日而言，實為一大阻礙，且不適於應用於需要較小空間的組裝環境中，更造成因體積不易縮小之故，導致成品價格不易降低之問題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本創作之目的在提供一種角度傳感器，以解決習知技術之角度傳感器體積不易縮小之問題。

根據本創作之目的，提出一種角度傳感器，用以感測設置於一第一軸線上之一第一傳輸軸及一第二傳輸軸之一轉動角度差，其包含一第一齒輪、一第二齒輪、一第三齒輪、一第四齒輪以及一感測件。第一齒輪環設於第一傳輸軸。第二齒輪環設於第二傳輸軸。第三齒輪與第一齒輪相嚙合。第四齒輪與第二齒輪相嚙合，第三齒輪與第四齒輪同設置於相異於第一軸線之一第二軸線上。感測件耦接於第三齒輪及第四齒輪；當第一傳輸軸相對於第二傳輸軸轉動，則帶動第一齒輪及第二齒輪相對轉動，並使感測件產生對應轉動角度差之一第一感測訊號。

較佳地，第一齒輪與第二齒輪之齒數或弧長可分別大於第三齒輪與第四齒輪，藉此使第三齒輪或第四齒輪分別放大第一齒輪或第二齒輪之轉動角度。

較佳地，當第一傳輸軸進行轉動時，第二傳輸軸可先保持靜止，待第一傳輸軸轉動至一預定角度，第二傳輸軸可同步與第一傳輸軸進行轉動。

較佳地，第三齒輪鄰近第四齒輪之一側面可設有至少一第一接觸件；第四齒輪鄰近第三齒輪之一側可對應至少一第一接觸件設有至少一第一接觸區，且至少一第一接觸區耦接感測件，至少一第一接觸件與至少一第一接觸區具有實質上之接觸。

較佳地，當第三齒輪與第四齒輪產生相對運動時，感測件藉由至 少一第一接觸件與至少一第一接觸區產生之電阻變化，以作為第一感測訊號。

較佳地，第一齒輪可具有一頂抵部，第二齒輪對應頂抵部可具有一承抵部，藉由頂抵部與承抵部可使第一傳輸軸與第二傳輸軸之相對角度位於預定角度內。

較佳地，角度傳感器更可包含一第一殼體及一第二殼體；當第一殼體與第二殼體進行組立時，其包覆第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪與感測件。

較佳地，角度傳感器更可包含一限位件，第一齒輪可具有一第一限位孔，第二齒輪可具有一第二限位孔，第一殼體可具有一第三限位孔及一限位槽，第二殼體可具有一第四限位孔；當第一齒輪與第二齒輪位於一預定位置時，限位件之一端穿過第一限位孔、第二限位孔、第三限位孔及第四限位孔，且限位件之另一端定位於限位槽。

根據本創作之目的，再提出一種角度傳感器，用以感測設置於一第一軸線上之一第一傳輸軸及一第二傳輸軸之一轉動角度，其包含了一第一齒輪、一第二齒輪、一第三齒輪、一第四齒輪、一第五齒輪及一感測件。第一齒輪環設於第一傳輸軸。第二齒輪環設於第二傳輸軸，第二齒輪上環設一套筒，且套筒上設有至少一凸部。第三齒輪與第一齒輪相嚙合。第四齒輪與第二齒輪相嚙合，第三齒輪與第四齒輪同設置相異於第一軸線之一第二軸線上。第五齒輪對應至少一凸部之位置設置，當第一傳輸軸相對於第二傳 輸軸旋轉超過一預定角度時，才受至少一凸部撥動。感測件耦接第三齒輪及第四齒輪或第五齒輪，當第一傳輸軸相對於第二傳輸軸轉動，則帶動第一齒輪及第二齒輪相對轉動，並使感測件產生對應轉動角度差之一第一感測訊號及對應該轉動角度之一第二感測訊號，當第五齒輪受至少一凸部撥動，則感測件產生對應累計轉動角度之一第三感測訊號。

較佳地，當第一傳輸軸相對於第二傳輸軸旋轉超過預定角度時，使第一傳輸軸與第二傳輸軸同步地轉動，以帶動第三齒輪與第四齒輪，則感測件可產生對應轉動角度之第二感測訊號。

較佳地，角度傳感器更可包含一第六齒輪與一齒輪組，第六齒輪與第五齒輪位於感測件之同側，且第六齒輪與齒輪組相互嚙合。

較佳地，齒輪組可包含一第七齒輪，其鄰近感測件之一側可設有至少一第三接觸件，感測件鄰近第七齒輪之一側可對應至少一第三接觸件設有至少一第三接觸區，且至少一第三接觸件與至少一第三接觸區可具有實質上之接觸。

較佳地，感測件可藉由第二接觸件與第二接觸區產生之電阻變化，以作為第二感測訊號。

較佳地，套筒可具有一第一限位部，第五齒輪可具有一第二限位部，藉由第一限位部與第二限位部以使套筒與第五齒輪不產生偏移。

較佳地，第五齒輪鄰近感測件之一側可設有一第二接觸件，感測件鄰近第五齒輪之一側可對應第二接觸件設有一第二接觸區，第 二接觸件與第二接觸區具有實質上之接觸。

較佳地，感測件可藉由第二接觸件與第二接觸區產生之電阻變化，以作為第三感測訊號。

較佳地，第三齒輪鄰近第四齒輪之一側面可設有至少一第一接觸件；第四齒輪鄰近第三齒輪之一側對應至少一第一接觸件可設有至少一第一接觸區，且至少一第一接觸區耦接感測件；當第三齒輪與第四齒輪產生相對運動時，感測件藉由至少一第一接觸件與至少一第一接觸區產生之電阻變化，以作為第一感測訊號。

承上所述，本創作之角度傳感器，其可具有一或多個下述優點：

(1)此角度傳感器藉由設置不同軸線上之齒輪以進行轉動角度放大，藉此可有效地增加感測轉動角度之精準度。

(2)此角度傳感器藉由設置不同軸線上之齒輪以進行轉動角度放大，藉此可有效地減少角度傳感器之體積。

1‧‧‧角度傳感器

10‧‧‧第一傳輸軸

11‧‧‧第二傳輸軸

12‧‧‧第一齒輪

121‧‧‧頂抵部

122‧‧‧第一限位孔

13‧‧‧第二齒輪

131‧‧‧承抵部

132‧‧‧第二限位孔

14‧‧‧第三齒輪

141‧‧‧第一接觸件

15‧‧‧第四齒輪

151‧‧‧第一接觸區

16‧‧‧感測件

161‧‧‧第二接觸區

162‧‧‧第三接觸區

17‧‧‧第一殼體

171‧‧‧第一扣合部

172‧‧‧第三限位孔

173‧‧‧限位槽

18‧‧‧第二殼體

181‧‧‧第二扣合部

182‧‧‧第四限位孔

19‧‧‧限位件

20‧‧‧套筒

201‧‧‧凸部

202‧‧‧第一限位部

21‧‧‧第五齒輪

211‧‧‧第二限位部

212‧‧‧第二接觸件

22‧‧‧第六齒輪

23‧‧‧齒輪組

231‧‧‧第七齒輪

2311‧‧‧第三接觸件

232‧‧‧第八齒輪

第1圖係為本創作角度傳感器之一實施例之第一示意圖。

第2圖係為本創作角度傳感器之一實施例之第二示意圖。

第3圖係為本創作角度傳感器之一實施例之第三示意圖。

第4圖係為本創作角度傳感器之一實施例之第四示意圖。

第5圖係為本創作角度傳感器之一實施例之第五示意圖。

第6圖係為本創作角度傳感器之一實施例之第六示意圖。

第7圖係為本創作角度傳感器之另一實施例之第一示意圖。

第8圖係為本創作角度傳感器之另一實施例之第二示意圖。

第9圖係為本創作角度傳感器之另一實施例之第三示意圖。

第10圖係為本創作角度傳感器之另一實施例之第四示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本創作角度傳感器之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第1至4圖，其係分別為本創作角度傳感器之一實施例之第一至四示意圖。如圖所示，角度傳感器1可應用於汽車或其他行動載具之中，但不以此為限。角度傳感器1可用以感測一第一傳輸軸10及一第二傳輸軸11之一轉動角度差。其中第一傳輸軸10連接一動力輸入源(如行動載具之方向盤)，而第二傳輸軸11連接一動力輸出件(如行動載具中被控制的車輪)，且第一傳輸軸10及第二傳輸軸11同設置於一第一軸線上。角度傳感器1包含了一第一齒輪12、一第二齒輪13、一第三齒輪14、一第四齒輪15及一感測件16。第一齒輪12環設於第一傳輸軸10之桿體上。第二齒輪13環設於第二傳輸軸11之桿體上。第三齒輪14與第四齒輪15同設置於與第一軸線相異之第二軸線上，且第三齒輪14與第一齒輪12相嚙合，第四齒輪15與第二齒輪13相嚙合。感測件16耦接於第三齒輪14及第四齒輪15；當第一傳輸軸10相對於第二傳輸軸11轉動，則帶動第一齒輪12及第二齒輪13相對轉動，並使感測件16產生對應轉動角度差之一第一感測訊號。順帶一提的是，第一齒輪12具有一頂抵部121；第二齒輪13對應頂抵部121具有一承抵部131；藉由頂抵部121與承抵部131以使第一傳輸軸10與第二傳輸軸11 之相對角度位於預定角度內。

詳細的說，當第一傳輸軸10進行轉動時，藉由第一齒輪12帶動第三齒輪14同步地進行轉動。同樣地，當第二傳輸軸11進行轉動時，可使第四齒輪15同步地轉動。其中第一傳輸軸10及第二傳輸軸11係為錯動關係；也就是說，當第一傳輸軸10接受動力輸入源之外力而進行轉動，第二傳輸軸11先保持靜止，待第一傳輸軸10轉動至一預定角度，第二傳輸軸11同步與第一傳輸軸10進行轉動，並使第二傳輸軸11輸出動力(如扭力)至動力輸出件。而此時，第三齒輪14會先被第一傳輸軸10帶動，而與第四齒輪15產生一轉動角度差；接著，感測件16則產生對應轉動角度差(第一傳輸軸10與第二傳輸軸11)之一第一感測訊號。

值得注意的是，第三齒輪14鄰近第四齒輪15的一側面上可設有至少一第一接觸件141；第四齒輪15鄰近第三齒輪14之一側對應第一接觸件141設有至少一第一接觸區151，且第一接觸區151利用耦接之方式連接感測件16。第一接觸件141可為彈片或彈簧等元件，可將第三齒輪14與第四齒輪15之間距小於第一接觸件141之自由長，以利用其彈性恢復力使第一接觸件141可與第一接觸區151保持有實質上之接觸，於本實施例中，係以二個彈片作為示範態樣，但不以此為限。當第三齒輪14與相對於第四齒輪15進行轉動時，感測件16則感測第一接觸件141於第一接觸區151之面上位移或滑動而產生之電阻變化，以作為第一感測訊號。在較佳的實施方式中，亦可於第四齒輪15與感測件16之間增加一組接觸件與接觸區，以增加感測件16感測的精確度。

再者，可將第一齒輪12與第二齒輪13之圓徑或弧長分別設置的比第三齒輪14與第四齒輪15之圓徑或弧長來的大；此時，當弧長較大的第一齒輪12或第二齒輪13進行轉動並帶動第三齒輪14或第四齒輪15轉動，而第一齒輪12或第二齒輪13之轉動角度轉換至第三齒輪14或第四齒輪15呈現之角度會變的較大，以藉此放大第一齒輪12或第二齒輪13之轉動角度，而使感測件16可更精確地的感測出轉動角度差(第一傳輸軸10與第二傳輸軸11)，並產生第一感測訊號。其中亦可利用齒數或齒數結合不同弧長之方式來達到角度放大之目的。

請參閱第5圖及第6圖，其係分別為本創作角度傳感器之一實施例之第五示意圖及第六示意圖。角度傳感器1更可包含一第一殼體17、一第二殼體18及一限位件19。當第一殼體17與第二殼體18利用一第一扣合部171與一第二扣合部181進行組立時，其包覆第一齒輪12、第二齒輪13、第三齒輪14、第四齒輪15與感測件16。而限位件19之目的在於確保角度傳感器1之第一齒輪12與第二齒輪13可保持於一預定位置(例如可保持角度傳感器1之初始狀態)，當將角度傳感器1組裝於一應用環境(如車室內)時，即可不需花費額外的時間以進行校正角度傳感器1之初始值。其中第一齒輪12具有一第一限位孔122；第二齒輪13具有一第二限位孔132；第一殼體17具有一第三限位孔172及一限位槽173，第二殼體18具有一第四限位孔182。而第一限位孔122、第二限位孔132、第三限位孔172及第四限位孔182係為對應地設置。當第一齒輪12與第二齒輪13位於預定位置時，限位件19之一端穿過第一限位孔 122、第二限位孔132、第三限位孔172及第四限位孔182，且限位件19之另一端定位於限位槽173。值得注意的是，因以不同軸以進行角度放大之結構的關係，此時限位件19並不穿過任何的電路板等。

請一併參閱第7圖至第10圖。於本實施例中，角度傳感器1之元件連結關係與上述類似，其類似部分於此便不在加以描述。角度傳感器1可進一步的利用不同軸以放大角度之結構，而感測第二傳輸軸11之更詳細地轉動角度。角度傳感器1可包含一第六齒輪22與一齒輪組23。第六齒輪22同設置於第二軸線上，且與第五齒輪21位於感測件16之同側；第六齒輪22與齒輪組23相互嚙合。當第一傳輸軸10相對於第二傳輸軸11旋轉超過一預定角度時，使第一傳輸軸10與第二傳輸軸11同步地轉動，以帶動第三齒輪14、第四齒輪15與第六齒輪22轉動，此時感測件16產生對應轉動角度之一第二感測訊號。

更詳細的說，齒輪組23包含一第七齒輪231及一第八齒輪232。第七齒輪231鄰近感測件16之一側設有至少一第三接觸件2311；感測件16鄰近第七齒輪231之一側對應至少一第三接觸件2311設有至少一第三接觸區162，且至少一第三接觸件2311與至少一第三接觸區162保持實質上之接觸。而第八齒輪232與第六齒輪22相嚙合，當第六齒輪22轉動，以連動第八齒輪232及第七齒輪231轉動。接著，第三接觸件2311於第三接觸區162進行位移或滑動，進而產生電阻變化，此時感測件16感測此電阻變化並將其作為第二感測訊號。

另一方面，當第一傳輸軸10或第二傳輸軸11之轉動角度大於180或360度時，則可能產生轉動角度之紀錄問題的存在。此時，則需要加入計圈數的功能，才能更正確地量測轉動角度。其中第二齒輪13上環設一套筒20，而套筒20之外周緣上設有至少一凸部201。角度傳感器1對應凸部201設置有一第五齒輪21；當第一傳輸軸10相對於第二傳輸軸11旋轉超過一預定角度時，第二傳輸軸11同步地與第一傳輸軸10進行旋轉，而此時第五齒輪21才受至少一凸部201撥動，而感測件16則產生對應轉動角度之一第三感測訊號。簡單的說，凸部201之數量可為一、二、三或四個等，若凸部201之數量為一個，而第五齒輪21每被撥動一次，即為第二傳輸軸11轉動了一圈(360度)；又或者是，若凸部201之數量為二個，而第五齒輪21每被撥動一次，即為第二傳輸軸11轉動了半圈(180度)。感測件16可藉由第二感測訊號之產生以感測或記錄第二傳輸軸11之旋轉圈數。順帶一提的是，套筒20具有一第一限位部202；第五齒輪21具有一第二限位部211；藉由第一限位部202與第二限位部211以使套筒20與第五齒輪21間之相對位置不產生偏移。

第五齒輪21鄰近感測件16之一側設有一第二接觸件212；感測件16鄰近第五齒輪21之一側對應第二接觸件212設有一第二接觸區161；同樣地，利用第五齒輪21與感測件16之間距以及第二接觸件212設置為彈片，且其自由長度大於第五齒輪21與感測件16之間距，以使用第二接觸件212與第二接觸區161具有實質上之接觸。當第五齒輪21每被撥動一次，即使第二接觸件212於第二接觸 區161上產生一次位移或滑動，以進而產生電阻變化，此時感測件16即將此電阻變化作為第三感測訊號。

角度傳感器1可利用第一感測訊號記錄第一傳輸軸10與第二傳輸軸11之轉動角度差；而可利用第二感測訊號及第三感測訊號記錄第二傳輸軸11之轉動角度及圈數，或進一步的利用第一感測訊號、第二感測訊號及第三感測訊號記錄第一傳輸軸10之轉動角度或圈數。綜上所述，本創作可藉由分別設置於不同軸之機構，以增加轉動角度之解析度，並可藉此縮小角度傳感器之體積而降低成本，進而裝設於更小的應用環境之中。

1‧‧‧角度傳感器

10‧‧‧第一傳輸軸

11‧‧‧第二傳輸軸

12‧‧‧第一齒輪

121‧‧‧頂抵部

13‧‧‧第二齒輪

131‧‧‧承抵部

14‧‧‧第三齒輪

15‧‧‧第四齒輪

16‧‧‧感測件

Claims (17)

1. 一種角度傳感器，用以感測設置於一第一軸線上之一第一傳輸軸及一第二傳輸軸之一轉動角度差，其包含：一第一齒輪，係環設於該第一傳輸軸；一第二齒輪，係環設於該第二傳輸軸；一第三齒輪，其與該第一齒輪相嚙合；一第四齒輪，其與該第二齒輪相嚙合，該第三齒輪與該第四齒輪同設置於相異於該第一軸線之一第二軸線上；以及一感測件，係耦接於該第三齒輪及該第四齒輪，當該第一傳輸軸相對於該第二傳輸軸轉動，則帶動該第一齒輪及該第二齒輪相對轉動，並使該感測件產生對應該轉動角度差之一第一感測訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之角度傳感器，其中該第一齒輪與該第二齒輪之齒數或弧長分別大於該第三齒輪與該第四齒輪，藉此使該第三齒輪或該第四齒輪分別放大該第一齒輪或該第二齒輪之轉動角度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之角度傳感器，其中當該第一傳輸軸進行轉動時，該第二傳輸軸先保持靜止，待該第一傳輸軸轉動至一預定角度，該第二傳輸軸同步與該第一傳輸軸進行轉動。
4. 如申請專利範圍第3項所述之角度傳感器，其中該第三齒輪鄰近該第四齒輪之一側面設有至少一第一接觸件，該第四齒輪鄰近該第三齒輪之一側對應該至少一第一接觸件設有至少一第一接觸區，且該至少一第一接觸區耦接該感測件，該至少一第一接觸件與 該至少一第一接觸區具有實質上之接觸。
5. 如申請專利範圍第4項所述之角度傳感器，其中當該第三齒輪與該第四齒輪產生相對運動時，該感測件藉由該至少一第一接觸件與該至少一第一接觸區產生之電阻變化，以作為該第一感測訊號。
6. 如申請專利範圍第3項所述之角度傳感器，其中該第一齒輪具有一頂抵部，該第二齒輪對應該頂抵部具有一承抵部，藉由該頂抵部與該承抵部以使該第一傳輸軸與該第二傳輸軸之相對角度位於該預定角度內。
7. 如申請專利範圍第1項所述之角度傳感器，其中更包含一第一殼體及一第二殼體，當該第一殼體與該第二殼體進行組立時，其包覆該第一齒輪、該第二齒輪、該第三齒輪、該第四齒輪與該感測件。
8. 如申請專利範圍第7項所述之角度傳感器，其中更包含一限位件，該第一齒輪具有一第一限位孔，該第二齒輪具有一第二限位孔，該第一殼體具有一第三限位孔及一限位槽，該第二殼體具有一第四限位孔，當該第一齒輪與該第二齒輪位於一預定位置時，該限位件之一端穿過該第一限位孔、該第二限位孔、該第三限位孔及該第四限位孔，且該限位件之另一端定位於該限位槽。
9. 一種角度傳感器，用以感測設置於一第一軸線上之一第一傳輸軸及一第二傳輸軸之一轉動角度差或一轉動角度，其包含：一第一齒輪，係環設於該第一傳輸軸；一第二齒輪，係環設於該第二傳輸軸，該第二齒輪上環設一套筒，且該套筒上設有至少一凸部； 一第三齒輪，其與該第一齒輪相嚙合；一第四齒輪，其與該第二齒輪相嚙合，該第三齒輪與該第四齒輪同設置相異於該第一軸線之一第二軸線上；一第五齒輪，係對應該至少一凸部之位置設置，當該第一傳輸軸相對於該第二傳輸軸旋轉超過一預定角度時，才受該至少一凸部撥動；以及一感測件，係耦接該第三齒輪及該第四齒輪及耦接該第五齒輪，當該第一傳輸軸相對於該第二傳輸軸轉動，則帶動該第一齒輪及該第二齒輪相對轉動，並使該感測件產生對應該轉動角度差之一第一感測訊號及對應該轉動角度之一第二感測訊號，當該第五齒輪受該至少一凸部撥動，則該感測件產生對應累計該轉動角度之一第三感測訊號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之角度傳感器，其中當該第一傳輸軸相對於該第二傳輸軸旋轉超過該預定角度時，使該第一傳輸軸與該第二傳輸軸同步地轉動，以帶動該第三齒輪與該第四齒輪，則該感測件產生對應該轉動角度之該第二感測訊號。
11. 如申請專利範圍第10項所述之角度傳感器，其中更包含一第六齒輪與一齒輪組，該第六齒輪與該第五齒輪位於該感測件之同側，且該第六齒輪與該齒輪組相互嚙合。
12. 如申請專利範圍第11項所述之角度傳感器，其中該齒輪組包含一第七齒輪，其鄰近該感測件之一側設有至少一第三接觸件，該感測件鄰近該第七齒輪之一側對應該至少一第三接觸件設有至少一第三接觸區，且該至少一第三接觸件與該至少一第三接觸區具有實質上之接觸。
13. 如申請專利範圍第12項所述之角度傳感器，其中該感測件藉由該第二接觸件與該第二接觸區產生之電阻變化，以作為該第二感測訊號。
14. 如申請專利範圍第9項所述之角度傳感器，其中該套筒具有一第一限位部，該第五齒輪具有一第二限位部，藉由該第一限位部與該第二限位部以使該套筒與該第五齒輪不產生偏移。
15. 如申請專利範圍第9項所述之角度傳感器，其中該第五齒輪鄰近該感測件之一側設有一第二接觸件，該感測件鄰近該第五齒輪之一側對應該第二接觸件設有一第二接觸區，該第二接觸件與該第二接觸區具有實質上之接觸。
16. 如申請專利範圍第15項所述之角度傳感器，其中該感測件藉由該第二接觸件與該第二接觸區產生之電阻變化，以作為該第三感測訊號。
17. 如申請專利範圍第9項所述之角度傳感器，其中該第三齒輪鄰近該第四齒輪之一側面設有至少一第一接觸件，該第四齒輪鄰近該第三齒輪之一側對應該至少一第一接觸件設有至少一第一接觸區，且該至少一第一接觸區耦接該感測件，當該第三齒輪與該第四齒輪產生相對運動時，該感測件藉由該至少一第一接觸件與該至少一第一接觸區產生之電阻變化，以作為該第一感測訊號。