非接觸式轉(zhuǎn)向感測方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置，于一轉(zhuǎn)軸上設(shè)有二相異極對數(shù)量的磁鐵環(huán)，由二感磁元件分別感測各磁鐵環(huán)的磁場信號，以及由一控制器記錄轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時的磁場信號，控制器計算其中一磁場信號可得該轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度，當(dāng)轉(zhuǎn)軸受力產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，使另一磁鐵環(huán)的磁場信號相較未受力時的磁場信號而產(chǎn)生相位差，控制器經(jīng)計算轉(zhuǎn)換該相位差可得轉(zhuǎn)軸所受力矩值；利用所述磁鐵環(huán)的磁場信號，經(jīng)控制器計算以分別得到轉(zhuǎn)軸的力矩與角度，具有結(jié)構(gòu)簡單與低成本的優(yōu)點，解決現(xiàn)有力矩與角度檢測裝置存在復(fù)雜、成本高與信號易受干擾的問題。
【專利說明】非接觸式轉(zhuǎn)向感測方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置，尤指一種感測設(shè)于一轉(zhuǎn)軸上二相異極對數(shù)磁鐵環(huán)的磁場信號的相位差，經(jīng)由運算可同時得到轉(zhuǎn)軸力矩與旋轉(zhuǎn)角度的非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置，其可實現(xiàn)于汽車或自行車上。
【背景技術(shù)】
[0002]因應(yīng)環(huán)保意識與運動養(yǎng)生的概念風(fēng)行，越來越多人以自行車作為日常休閑運動或是每天的通勤工具，尤以歐美地區(qū)而言，許多上班族已將自行車作為每天使用的交通工具，但受限于騎乘距離與地形變化，并非所有人都有足夠的體力負荷，因此利用電動電機輔助帶動的電動輔助自行車便開始蘊育而生。
[0003]而現(xiàn)有的電動輔助自行車其輔助力皆需透過手把上的油門開關(guān)調(diào)整，其缺點是會增加騎乘者操作上的復(fù)雜度，需要一邊注意前方路況，同時一邊注意油門開關(guān)的調(diào)整，且電動輔助自行車電機產(chǎn)生的力矩并非即刻提供輔助，而是需要騎乘者踩踏踏板半圈以上才會提供輔助功能，如在上坡起步時，騎乘者必須先以自身踩踏力驅(qū)動電動輔助自行車而后其電機才會提供踏力輔助，如此會造成騎乘者使用上的不便。
[0004]因此現(xiàn)有可檢測轉(zhuǎn)軸的力矩與角度以提供輔助的技術(shù)，如美國發(fā)明專利權(quán)第7339370號「位置與力矩感測器(Position and torque sensor)」，請參閱圖17所示，于一輸入軸81與一輸出軸82之間夾設(shè)有一I禹合器83,該輸入軸81與輸出軸82上分設(shè)有兩組相對的磁鐵環(huán)811、821以及一磁場感測元件84，所述磁鐵環(huán)811、821分別具有多數(shù)個相接的磁極(N、S)，且所述磁鐵環(huán)811、821具有相同的極對數(shù)，又磁場感測元件84是設(shè)在所述磁鐵環(huán)811、821之間，當(dāng)輸入軸81受力旋轉(zhuǎn)時，會使耦合器83產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)且?guī)虞敵鲚S82旋轉(zhuǎn)，而使兩組磁鐵環(huán)811、821的磁極產(chǎn)生極性偏移，由原N、N或S、S相對極性改變?yōu)镹、S或
S、N交互極性，該磁場感測元件84能檢測此極性偏移的變化，而達到感測力矩變化的目的；請參閱圖18所示，為了感測轉(zhuǎn)軸85旋轉(zhuǎn)的的角度，則是利用兩平行相對的磁鐵環(huán)851、852為不相等的極對數(shù)目的方式排列，如圖所示，所述磁鐵環(huán)851、852的極對數(shù)分別為N極對與N+1極對，當(dāng)轉(zhuǎn)軸85旋轉(zhuǎn)不同角度位置時，設(shè)于所述磁鐵環(huán)851、852之間的一感測器86會檢測到不同極性的磁場，意即由相同極性漸次轉(zhuǎn)換至相異極性再漸次轉(zhuǎn)換至相同極性，藉由比對兩磁鐵環(huán)851、852的磁場極性差異而可得到轉(zhuǎn)軸85轉(zhuǎn)動的角度。
[0005]請參閱圖19所示，結(jié)合前述的力矩與角度檢測結(jié)構(gòu)后，該專利案欲同時檢測力矩與角度則至少需要設(shè)置三組并排的磁鐵環(huán)811、821與852才可同時檢測輸入軸81與輸出軸82的力矩與旋轉(zhuǎn)角度，且各磁鐵環(huán)811、821與852需要具有多數(shù)個極對數(shù)，意即需要多數(shù)個磁極，造成制作成本增加且使用多數(shù)個磁鐵環(huán)易造成相互間的磁場干擾而造成信號不佳的問題。
[0006]而如美國發(fā)明專利權(quán)第4874053號「力矩檢測裝置(Torque detectingapparatus)」，是利用磁鐵組搭配霍爾感測器進行力矩檢測，如圖20所示，其是在一扭力桿的上、下套筒91、92分設(shè)有一圓盤911、921，各圓盤911、921上設(shè)有多組固定排列方式而呈環(huán)狀的磁極(N、S)，且上、下套筒91、92的磁極配置方式相同，透過對應(yīng)于上、下套筒91、92的兩個霍爾感測器931、932來量測上、下套筒91、92各自的磁場變化波形，藉由波形的相位差而可得到扭力桿的力矩變化值，不過霍爾感測器931、932僅能檢測轉(zhuǎn)軸的上、下套筒91、92的力矩而無法同時檢測扭力桿的角度，因此，仍有無法同時檢測到上、下套筒91、92的力矩與旋轉(zhuǎn)角度的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]如前揭所述，欲同時檢測轉(zhuǎn)軸的力矩與角度需要設(shè)置多組且復(fù)雜的感應(yīng)元件，造成制造成本增加與信號干擾的問題，因此本發(fā)明主要目的在提供一種非接觸式轉(zhuǎn)向感測方法與裝置，主要是分別取得轉(zhuǎn)軸于未受力與受力時的其中磁場信號的相位差，再經(jīng)轉(zhuǎn)換可得轉(zhuǎn)軸所受的力矩值，計算另一磁場信號則可得轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度值，解決現(xiàn)有欲同時檢測力矩與角度時，需要設(shè)置多組且復(fù)雜的感應(yīng)元件，而有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增加以及信號易受干擾的問題。
[0008]為達成前述目的所采取的主要技術(shù)手段是令前述非接觸式轉(zhuǎn)向感測方法包含有:
[0009]取得當(dāng)下轉(zhuǎn)軸分設(shè)于其兩端具有相異極對數(shù)量的磁鐵環(huán)的磁場信號；
[0010]藉由其中一磁鐵環(huán)的磁場信號，計算轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度值，同時取得未受力的另一磁鐵環(huán)的磁場信號；
[0011]計算轉(zhuǎn)軸當(dāng)下與未受力的另一磁鐵環(huán)磁場信號產(chǎn)生的相位差，該相位差經(jīng)計算得一電壓的差異值，該差異值經(jīng)一對照表轉(zhuǎn)換以得到轉(zhuǎn)軸受力扭轉(zhuǎn)的力矩值。
[0012]為達成前述目的采取的主要技術(shù)手段是提供一非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置包含有:
[0013]一單數(shù)極對磁鐵環(huán)，其設(shè)于一轉(zhuǎn)軸的一端，該單數(shù)極對磁鐵環(huán)包含有一組N極與S極磁鐵；
[0014]一復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)，其設(shè)于轉(zhuǎn)軸的另端且相對于單數(shù)極對磁鐵環(huán)，該復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)包含有多組N極與S極磁鐵，各N極磁鐵與各S極磁鐵是依序排列；
[0015]二感磁元件，其分別對應(yīng)單數(shù)極對磁鐵環(huán)與復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)，以分別感測單、復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)的磁場信號；
[0016]一控制器，其包含有一信號解析模塊，該控制器是與所述感磁元件連接以接收其感測的磁場信號，該信號解析模塊計算復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)的磁場信號的相位差，該相位差經(jīng)轉(zhuǎn)換以得到轉(zhuǎn)軸所受的力矩值，信號解析模塊計算單數(shù)極對磁鐵環(huán)的磁場信號以得到轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度值。
[0017]利用前述元件組成的非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，所述感磁元件分別取得單數(shù)極對磁鐵環(huán)與復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)呈正弦波的磁場信號，由于復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)的磁鐵數(shù)量較多，其產(chǎn)生的正弦波的數(shù)量會較單數(shù)極對磁鐵環(huán)多，控制器分別記錄當(dāng)下的單數(shù)極對磁鐵環(huán)與復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)的磁場信號，當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)且一端受力時即會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，對應(yīng)于復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)的感磁元件取得的磁場信號相較其未受力的磁場信號即會產(chǎn)生相位差，其中，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度值由單數(shù)極對磁鐵環(huán)的磁場信號直接轉(zhuǎn)換即可得到；控制器的信號解析模塊經(jīng)由計算該相位差與轉(zhuǎn)換后，即可得到轉(zhuǎn)軸所受的力矩值，藉由所述感磁元件分別取得單、復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)旋轉(zhuǎn)時的磁場信號，由單數(shù)極對磁鐵環(huán)得到轉(zhuǎn)軸角度值，再由控制器進行復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)的相位差運算可得到轉(zhuǎn)軸的力矩值，具有結(jié)構(gòu)簡單與成本低的優(yōu)點且兩磁鐵環(huán)不需緊靠以減少磁場信號干擾，解決現(xiàn)有同時檢測力矩與角度的檢測裝置具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高與信號易受干擾的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有轉(zhuǎn)軸的受力示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明第一較佳實施例的基本原理圖。
[0020]圖3是本發(fā)明第一較佳實施例的單數(shù)極對磁鐵環(huán)磁場信號的波形圖。
[0021]圖4是本發(fā)明第一較佳實施例的復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)磁場信號的波形圖。
[0022]圖5是本發(fā)明第一較佳實施例的架構(gòu)示意圖。
[0023]圖6是本發(fā)明第一較佳實施例的磁場信號的波形圖。
[0024]圖7是本發(fā)明第一較佳實施例的電壓對照表的波形圖。
[0025]圖8是本發(fā)明第一較佳實施例的四極對磁鐵環(huán)具相位差磁場信號的波形圖。
[0026]圖9是本發(fā)明第一較佳實施例的控制器運算轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)角度的示意圖。
[0027]圖10是本發(fā)明第一較佳實施例的計算轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)角度的流程圖。
[0028]圖11是本發(fā)明第一較佳實施例的控制器計算電機輔助力矩的方塊圖。
[0029]圖12是本發(fā)明第一較佳實施例的控制器計算電機輔助力矩的流程圖。
[0030]圖13是本發(fā)明第二較佳實施例的立體圖。
[0031]圖14是本發(fā)明第二較佳實施例的分解圖。
[0032]圖15是本發(fā)明第二較佳實施例的剖面圖。
[0033]圖16是本發(fā)明第二較佳實施例的右套筒與中間套筒卡合間隙圖。
[0034]圖17?圖19是現(xiàn)有位置與力矩感測器的示意圖。
[0035]圖20是現(xiàn)有力矩檢測裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0036]請參閱圖1所示，為現(xiàn)有一轉(zhuǎn)軸11的受力示意圖，該轉(zhuǎn)軸11可以是一扭力桿或是一可受力扭轉(zhuǎn)的傳動軸，其受到一正向力(Fz)而于轉(zhuǎn)軸11上產(chǎn)生一正向力矩(Tz)帶動旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)過程中會因轉(zhuǎn)軸11另端存在一負載而形成的一相反于正向力(Fz)的反向力(Fe)，而對轉(zhuǎn)軸11產(chǎn)生一反向力矩(Tc)，由正、反向力矩(Tz、Tc)相互作用而使轉(zhuǎn)軸11產(chǎn)生一相對角度差(Λ V )，該相對角度差(Λ ψ )經(jīng)由計算即可得到轉(zhuǎn)軸11所受的力矩值；如以自行車為例(圖中未示)，該正向力(Fz)可視為騎乘者施加的踩踏力，該反向力(Fe)可視為鏈條施加的拉力，踩踏力與拉力產(chǎn)生的相反方向的力矩，會使轉(zhuǎn)軸11的一端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。
[0037]關(guān)于本發(fā)明的第一較佳實施例，請參閱圖2至圖4所示，為本發(fā)明的基本原理說明，其不限于自行車亦可用于汽車上，主要是于一轉(zhuǎn)軸20的一第一端21與一第二端22上分設(shè)有二相異極對數(shù)量的磁鐵環(huán)23，該轉(zhuǎn)軸20可以是一扭力桿或是一可受力產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的傳動軸，轉(zhuǎn)軸20的兩端分別受前述相反方向的正向力矩(Tz)與反向力矩(Tc)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，所述磁鐵環(huán)23分別為一具有單數(shù)極對的磁鐵環(huán)231與一具有復(fù)數(shù)極對的磁鐵環(huán)232，于本較佳實施例中，該復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)232是以四組N極磁鐵與S極磁鐵組成，但不局限于四組，該單數(shù)極對磁鐵環(huán)231是由一組分別呈半圓形的N極磁鐵與S極磁鐵對接而呈環(huán)狀，該復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)232是設(shè)于轉(zhuǎn)軸20的另端且與單數(shù)極對磁鐵環(huán)231相對，該復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)232的各N極磁鐵與各S極磁鐵是同心且依序并排于轉(zhuǎn)軸20的外周緣處而呈環(huán)狀，單、復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)231、232的相對外側(cè)分設(shè)有一感磁元件24，所述感磁元件24呈直線排列且平行于轉(zhuǎn)軸20的軸線，用以感測單、復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)231、232的磁場信號，如圖3、圖4所示，當(dāng)轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)一圈360度時，所述感磁元件24感測的磁場信號分別對應(yīng)單、復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)231、232的極對數(shù)而產(chǎn)生一個正弦波形與四個正弦波形，而當(dāng)前述的正向力矩(Tz)增加時，轉(zhuǎn)軸20的一端會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而使該端具有四極對的復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)232的磁場信號超前原有未受力的磁場信號而產(chǎn)生相位差。
[0038]請參閱圖5所示，為一提供電動自行車判斷的輔助力矩大小的架構(gòu)示意圖，所述感磁元件24感測的磁場信號分別送至與其連接的一控制器30，由控制器30分析與計算轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)的角度與力矩值，以對外部的一電機40進行控制，使其提供騎乘電動自行車時所需的力矩輔助調(diào)變，減輕騎乘者的負擔(dān)，其中，該控制器30內(nèi)建有一信號解析模塊31，其用以解析與運算該轉(zhuǎn)軸20的角度與力矩值；如圖6所示，是為所述感磁元件24輸出的磁場信號，當(dāng)轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)一圈時，單、復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)231、232分別產(chǎn)生一個正弦波形與四個正弦波形的磁場信號，信號解析模塊31選擇單數(shù)極對磁鐵環(huán)231的磁場信號為基準以進行信號解析，如圖所示，該單數(shù)極對磁鐵環(huán)231的磁場信號的電壓值約為1.0V，其對應(yīng)基準點角度值為270度，此時復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)232的磁場信號的電壓值約為2.3V，而轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)一圈于各角度產(chǎn)生的所述磁場信號的各個電壓值可對應(yīng)得到一電壓對照表(Mapping Table,如圖7所示)，該電壓對照表為單、復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)231、232的磁場信號的各個電壓值所結(jié)合的一封閉曲線，欲檢知轉(zhuǎn)軸20的旋轉(zhuǎn)角度時，僅需取得該單數(shù)極對磁鐵環(huán)231的磁場信號的電壓值，即可對應(yīng)得到轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)的角度值；而前述信號解析模塊31選擇的270度基準點的兩電壓值(1.0V與2.3V)對應(yīng)于電壓對照表的曲線即為標示點X，如圖8與圖9所示，當(dāng)前述轉(zhuǎn)軸20受力產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)時，復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)232的磁場信號會超前其原先未受力時的磁場信號而產(chǎn)生相位差，使得同角度的磁場信號會上升至約2.9V (如圖標示點B)，而與原
2.3V的磁場信號產(chǎn)生約0.6V的差異值(Λ V)，信號解析模塊31取得該電壓的差異值(Λ V)以及前述的基準點(270度)經(jīng)查表可得到轉(zhuǎn)軸20扭轉(zhuǎn)的角度(Λ Ψ)，該扭轉(zhuǎn)角度(Λ ψ)再經(jīng)由一力矩對照表轉(zhuǎn)換后即可得轉(zhuǎn)軸20所受的力矩值，藉此，控制器30可同時達到感測力矩與角度的目的。
[0039]請參閱圖10所示，是為該信號解析模塊31計算轉(zhuǎn)軸20扭轉(zhuǎn)的角度的流程圖，首先由信號解析模塊31取得轉(zhuǎn)軸20當(dāng)下的單數(shù)極對磁鐵環(huán)231的磁場信號以及復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)232的磁場信號(101)，以單數(shù)極對磁鐵環(huán)231的磁場信號找出比對基準點的角度，以及找出對應(yīng)于基準點的復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)232的磁場信號值(102)，信號解析模塊31針對當(dāng)下與未受力的復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)232的磁場信號進行相減運算，以得到兩磁場信號的電壓的差異值(AV) (103)，再由信號解析模塊31結(jié)合基準點與差異值(AV)，經(jīng)由查表即可得到轉(zhuǎn)軸20的扭轉(zhuǎn)角度(Λ ψ) (104)。
[0040]請參閱圖11與圖12所示，圖5中的控制器30進一步內(nèi)建有一死區(qū)(DeadZone)控制模塊32，其分別取得信號解析模塊31輸出的扭轉(zhuǎn)的角度(△ Ψ )，以及轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)的角度(Θ )，經(jīng)由死區(qū)控制模塊32整合運算并避開轉(zhuǎn)軸20的死區(qū)區(qū)間，使電機40 (圖中未示)輸出所需的輔助力矩(Tcmd)，其中，該死區(qū)控制模塊32取得信號解析模塊31輸出的轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)角度(Λ ψ )信號，該信號經(jīng)一材料剛性因數(shù)(Ks)轉(zhuǎn)換后可得一扭轉(zhuǎn)力矩值(Tdriver)，又死區(qū)控制模塊32取得轉(zhuǎn)軸20的旋轉(zhuǎn)角度(Θ )經(jīng)一微分器321微分后輸出
一旋轉(zhuǎn)速度(Θ )信號，該旋轉(zhuǎn)速度纟Θ )信號再送至一死區(qū)設(shè)定單元322，該死區(qū)設(shè)定單元
322依據(jù)旋轉(zhuǎn)速度(^ )信號設(shè)定死區(qū)區(qū)間的大小，該死區(qū)區(qū)間與扭轉(zhuǎn)力矩值(Tdriver)經(jīng)
由一力矩輔助單元323運算，死區(qū)控制模塊32依據(jù)扭轉(zhuǎn)力矩值(Tdriver)與死區(qū)區(qū)間決定輔助力矩(Tcmd)的大小，以輸出輔助的力矩值(Tmotor)提供電動自行車的騎乘輔助力量；如圖12所示的流程圖，死區(qū)控制模塊32取得轉(zhuǎn)軸20的旋轉(zhuǎn)角度(Θ )經(jīng)微分后輸出一旋
轉(zhuǎn)速度&該旋轉(zhuǎn)速度g送至死區(qū)設(shè)定單元322以設(shè)定死區(qū)區(qū)間的大小(202)，該死
區(qū)區(qū)間指定給力矩輔助單元323 (203)，轉(zhuǎn)軸20的扭轉(zhuǎn)角度(Λ ψ)經(jīng)轉(zhuǎn)換后可得扭轉(zhuǎn)力矩值Tdriver (204)，死區(qū)控制模塊32依據(jù)扭轉(zhuǎn)力矩值Tdriver與死區(qū)區(qū)間決定輔助的力矩Tcmd 的大小(205)。
[0041]關(guān)于本發(fā)明的第二較佳實施例，請參閱圖13、圖14、圖15所示，將前述的轉(zhuǎn)軸20、單數(shù)極對磁鐵環(huán)231、復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)232與所述感磁元件24分設(shè)于一自行車的車架50的一中軸機殼60內(nèi)，其包含有一扭力桿51、一設(shè)于扭力桿51 —端的右套筒52、一設(shè)于扭力桿51另端的中間套筒53、一設(shè)于右套筒52相對外側(cè)的齒盤套筒54、一與右套筒52緊配的左套筒55、二感磁兀件56以及一螺帽57,該螺帽57是用以固定前述各兀件于中軸機殼60內(nèi)，其中，
[0042]該扭力桿51是呈實心桿狀。
[0043]該右套筒52是呈空`心筒狀,其中一端為封閉端,另端為自由端，該右套筒52是以其封閉端夾設(shè)扭力桿51的其中一端，該右套筒52的筒壁形成有多個與軸向平行的限位槽521，該右套筒52于封閉端的相對外側(cè)形成有一凸塊522，該凸塊522是用以連接一右腳踏板(圖中未示)以產(chǎn)生踏力(即前述的正向力)。
[0044]該中間套筒53是呈空心筒狀，其筒壁上形成有多個向外輻射的凸肋531，各凸肋531是相對且略小于右套筒52的限位槽521，該中間套筒53套設(shè)于右套筒52中，且各凸肋531位于限位槽521中間處，以提供凸肋531扭轉(zhuǎn)角度限位的功能，以避免扭力桿51因扭轉(zhuǎn)過度而產(chǎn)生破壞與變形。
[0045]該齒盤套筒54是呈空心筒狀，其內(nèi)徑略大于右套筒52的外徑以供樞設(shè)右套筒52，齒盤套筒54其中一端的筒壁形成有多個與軸向平行的定位槽541，該定位槽541供夾設(shè)中間套筒53的凸肋531，齒盤套筒54的外側(cè)壁設(shè)有一單數(shù)極對的磁鐵環(huán)561，于本實施例中，該單數(shù)極對磁鐵環(huán)561包含有一組N極與S極磁鐵，N極磁鐵與S極磁鐵是依序并排而呈環(huán)狀，又齒盤套筒54的一端連接有一齒盤58，該齒盤58是與一鏈條(圖中未示)連接以產(chǎn)生鏈條拉力(即前述的反向力)。
[0046]該左套筒55是呈實心柱狀，其中一端形成有多個向外輻射的凸緣551，所述凸緣551是緊配于右套筒52的限位槽521，該左套筒55的另端形成有一凸柱552，該凸柱552是用以連接一左腳踏板(圖中未示)以產(chǎn)生踏力，左腳踏板的踏力可經(jīng)由左套筒55的所述凸緣551傳至右套筒52的限位槽521后，再傳至扭力桿51的一端；又左套筒55的外側(cè)壁設(shè)有一復(fù)數(shù)極對的磁鐵環(huán)562，于本實施例中，該復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)562包含有四組N極與S極磁鐵，各N極磁鐵與各S極磁鐵是依序并排而呈環(huán)狀。[0047]所述感磁元件56是分別對應(yīng)齒盤套筒54上的單數(shù)極對磁鐵環(huán)561以及左套筒55上的復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)562且設(shè)置于中軸機殼60內(nèi)的二嵌槽601中，用以感測各磁鐵環(huán)561、562于旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場信號。
[0048]當(dāng)左、右套筒55、52未受力且旋轉(zhuǎn)時，扭力桿51的兩端不會扭曲形變，使得所述感磁元件56分別取得單數(shù)極對磁鐵環(huán)561與復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)562為正弦波的磁場信號，由于復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)562的磁鐵排列較為緊密，其產(chǎn)生的正弦波的數(shù)目會較單數(shù)極對磁鐵環(huán)561多；請配合參閱圖16所示，當(dāng)齒盤58 (圖中未示)產(chǎn)生拉力時，齒盤套筒54的定位槽541會夾住中間套筒53的凸肋531而帶動中間套筒53產(chǎn)生與齒盤58同向的位移，而左、右套筒55、52受到踏力則產(chǎn)生與齒盤58反向的位移，故扭力桿51的兩端受到相反的反向力與正向力即產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，對應(yīng)于復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)562的感磁元件56的磁場信號即會產(chǎn)生相位差，且由限位槽521限制中間套筒53的凸肋531位移角度。
[0049]由上述可知，信號解析模塊31經(jīng)由計算單數(shù)極對磁鐵環(huán)561的磁場信號可得到轉(zhuǎn)軸20的角度值，計算復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)562于受力與未受力的磁場信號的相位差，再經(jīng)轉(zhuǎn)換而可得到轉(zhuǎn)軸20所受的力矩值；利用所述感磁元件56取得單數(shù)極對磁鐵環(huán)561與復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)562的磁場信號，再由與所述感磁元件56連接的信號解析模塊31進行運算，可同時得到轉(zhuǎn)軸20的力矩與角度，具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，解決現(xiàn)有檢測裝置復(fù)雜、成本高與信號易受干擾的問題。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸式轉(zhuǎn)向感測方法，其特征在于，所述的非接觸式轉(zhuǎn)向感測方法包括:取得當(dāng)下轉(zhuǎn)軸分設(shè)于其兩端具有相異極對數(shù)量的磁鐵環(huán)的磁場信號；藉由其中一磁鐵環(huán)的磁場信號，計算轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度值，同時取得未受力的另一磁鐵環(huán)的磁場信號；計算轉(zhuǎn)軸當(dāng)下與未受力的另一磁鐵環(huán)磁場信號產(chǎn)生的相位差，所述相位差經(jīng)計算得一電壓的差異值，所述差異值經(jīng)一對照表轉(zhuǎn)換以得到轉(zhuǎn)軸受力扭轉(zhuǎn)的力矩值。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸式轉(zhuǎn)向感測方法，其特征在于，所述其中一磁鐵環(huán)是一單數(shù)極對磁鐵環(huán)，其包含有一組N極與S極磁鐵，所述另一磁鐵環(huán)是一復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)，其包含有多組依序排列的N極與S極磁鐵。
3.如權(quán)利要求1或2所述的非接觸式轉(zhuǎn)向感測方法，其特征在于，所述差異值經(jīng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)角度，又轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度經(jīng)微分為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的速度，依據(jù)轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度與扭轉(zhuǎn)角度設(shè)定一死區(qū)區(qū)間，以產(chǎn)生一輔助力矩值。
4.一種非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置，其特征在于，所述的非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置包括:一單數(shù)極對磁鐵環(huán)，其設(shè)于一轉(zhuǎn)軸的一端，所述單數(shù)極對磁鐵環(huán)包含有一組N極與S極磁鐵；一復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)，其設(shè)于轉(zhuǎn)軸的另端且相對于單數(shù)極對磁鐵環(huán)，所述復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)包含有多組N極與S極磁鐵，各N極磁鐵與各S極磁鐵是依序并排；二感磁元件，其分別對應(yīng)單數(shù)極對磁鐵環(huán)與復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)，以分別感測單、復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)的磁場信號；一控制器，其包含有一信號解析模塊，所述控制器是與所述感磁元件連接以接收其感測的磁場信號，所述信號解析模塊計算復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)的磁場信號的相位差，所述相位差經(jīng)轉(zhuǎn)換以得到轉(zhuǎn)軸所受的力矩值，信號解析模塊計算單數(shù)極對磁鐵環(huán)的磁場信號以得到轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度值。
5.如權(quán)利要求4所述的非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置，其特征在于，所述控制器進一步設(shè)有一死區(qū)控制模塊，所述死區(qū)控制模塊包含有一微分器、一死區(qū)設(shè)定單元與一力矩輔助單元，所述死區(qū)設(shè)定單元分別與微分器以及力矩輔助單元連接，微分器輸出一旋轉(zhuǎn)速度信號至死區(qū)設(shè)定單元，死區(qū)設(shè)定單元依據(jù)旋轉(zhuǎn)速度信號設(shè)定轉(zhuǎn)軸的死區(qū)區(qū)間，力矩輔助單元計算所述死區(qū)區(qū)間與一扭轉(zhuǎn)力矩值以產(chǎn)生輔助力矩。
6.如權(quán)利要求4或5所述的非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)軸是一扭力桿，所述轉(zhuǎn)軸、單數(shù)極對磁鐵環(huán)、復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)與所述感磁元件設(shè)于一自行車的車架的中軸機殼內(nèi)，所述中軸機殼內(nèi)于扭力桿與復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)之間進一步設(shè)有一右套筒與一齒盤套筒，又在扭力桿與單數(shù)極對磁鐵環(huán)之間進一步設(shè)有一中間套筒與一左套筒，所述右套筒是與左套筒緊配。
7.如權(quán)利要求6所述的非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置，其特征在于，所述右套筒是呈空心筒狀，其中一端為封閉端，另端為自由端，所述右套筒是以其封閉端夾設(shè)扭力桿的其中一端，所述右套筒的筒壁形成有多個與軸向平行的限位槽，所述右套筒于封閉端的相對外側(cè)形成有一凸塊；所述中間套筒是呈空心筒狀，其筒壁上形成有多個向外輻射的凸肋，各凸肋是相對且略小于右套筒的限位槽，所述中間套筒套設(shè)于右套筒中；所述齒盤套筒是呈空心筒狀，其內(nèi)徑略大于右套筒的外徑以供樞設(shè)右套筒，齒盤套筒其中一端的筒壁形成有多個與軸向平行的定位槽，所述定位槽供夾設(shè)中間套筒的凸肋，所述單數(shù)極對磁鐵環(huán)是設(shè)于齒盤套筒的外側(cè)壁上；所述左套筒是呈實心柱狀，其中一端形成有多個向外輻射的凸塊，所述凸塊是緊配于右套筒的限位槽，所述左套筒的另端形成有另一凸柱，所述復(fù)數(shù)極對磁鐵環(huán)是設(shè)于左套筒的外側(cè)壁上。
8.如權(quán)利要求7所述的非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置，其特征在于，所述限位槽用以限制中間套筒的凸肋的位移角度。
9.如權(quán)利要求6所述的非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置，其特征在于，所述中軸機殼內(nèi)形成有一嵌槽，所述嵌槽用以容置所述感磁元件。
10.如權(quán)利要求7所述的非接觸式轉(zhuǎn)向感測裝置，其特征在于，所述中軸機殼內(nèi)形成有一嵌槽，所述嵌槽用以容置所述感磁元件。
【文檔編號】B62M6/50GK103675337SQ201210349186
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月19日
【發(fā)明者】游超智, 許骔嘩, 徐錦衍, 葉智榮 申請人:財團法人車輛研究測試中心