旋转角度传感器、线性位移传感器、门装机构、及电刷

摘要

一种旋转角度传感器，适用于测量一可旋转物体的一旋转角度，所述旋转角度传感器包含：一导电带、一电刷，及一电压测量装置。该导电带设置在所述可旋转物体，并且具有两个彼此相间隔的末端，所述末端被恒常地分别施加不同电压。所述电刷与所述导电带电性接触。该电压测量装置耦合到所述电刷并测量所述电刷与所述导电带的电性接触位置处的分压电压。所述可旋转物体的旋转角度关联于所述分压电压和所述不同电压。

说明书

相关申请案之交互参考

本申请主张于2014年10月8日申请的第62/061,209号及于2014年10月26日申请的第62/068,698号美国临时申请案的优先权。

技术领域

本揭露涉及一种旋转角度传感器、一种包括所述旋转角度传感器及适用于所述旋转角度传感器的电刷的门装机构，特别是涉及一种节省计算时间及节能的旋转角度传感器、门装机构及电刷。

背景技术

电子安全系统已经出现许多年了。近年来，电子科技已经与传统门锁结合使用，进而推出了智能锁。智能锁的缺点在于安装时需要更换现有的门锁，且智能锁的安装过程相对复杂，需要专业工人使用安装智能锁的专门工具才可安装。

因此，后来出现了可直接加装于现有的门锁的智能锁。此种智能锁的关键技术之一是测量智能锁或是现有的门锁的旋转角度并计算出现有的门锁与智能锁的适配器之间的公差后加以校正。但为了达到前述效果，通常需要诸如反馈伺服马达(feedback servomotor)、可变电阻(variable resister)和传输系统(transmission system)等额外零件。但现成零件，如小型伺服马达，是利用直流马达机构，且伺服马达本身不具备任何可用于旋转角度测量的组件。

而步进马达(stepping motor)使用昂贵且使用时耗能大的光学或磁性编码器，且利用光学辨识旋转角度时需要仰赖复杂的校准，或是其他高阶的系统设计。因此，操作智能锁所需要的大量计算时间及耗能可归因于用于测量智能锁旋转角度的相关零件。智能锁的规格需求及生产成本也同时增加。故，需要改进测量智能锁旋转角度的方法。

发明内容

因此，本揭露的一目的在于提供一种用于测量旋转角度、节省计算时间、节能同时保持合理的尺寸和产品成本的旋转角度传感器、门装机构及电刷。

依据本揭露之第一层面，所述旋转角度传感器被配置以测量一可旋转物体的一旋转角度。所述旋转角度传感器包含：一导电带、一电刷，及一电压测量装置。该导电带环绕设置在所述可旋转物体，并且具有两个彼此相间隔的末端，当所述导电带随同所述可旋转物体旋转时，所述末端被恒常地分别施加不同电压。当所述导电带随同所述可旋转物体旋转时，所述电刷与所述导电带电性接触。该电压测量装置耦合到所述电刷并测量所述电刷与所述导电带的电性接触位置处的分压电压。所述可旋转物体的旋转角度关联于所述分压电压和分别施加到所述导电带的所述两个末端的所述不同电压。

依据本揭露之第二层面，所述门装机构被配置以用于一智能锁系统。所述门装机构适用于安装于一门上，并用于旋转安装在所述门上的一门锁的一旋钮。所述门装机构包含一壳体、一可旋转件、一中介联轴器、及一旋转角度传感器。所述壳体具有一用于抵靠于所述门上的门安装端并界定出一适用于容纳所述门锁的容纳空间，所述容纳空间于所述门安装端处具有一开口，所述开口适于供所述门锁穿伸通过。所述可旋转件可旋转地耦接所述壳体。所述中介联轴器可一同旋转地连接所述可旋转件，并适用于驱动所述门锁的所述旋钮旋转，使所述旋钮随同所述可旋转件旋转。所述旋转角度传感器被配置用于测量所述可旋转件的一旋转角度。

所述旋转角度传感器包括一导电带、一电刷，及一电压测量装置。所述导电带环绕设置在所述可旋转件，并且具有两个彼此相间隔的末端，当所述导电带随同所述可旋转件旋转时，所述末端被恒常地分别施加不同电压。当所述导电带随同所述可旋转件旋转时，所述电刷与所述导电带电性接触。所述电压测量装置耦合到所述电刷并测量所述电刷与所述导电带的电性接触位置处的分压电压，所述可旋转件的旋转角度关联于所述分压电压和分别施加到所述导电带的所述两个末端的所述不同电压。

依据本揭露之第三层面，所述电刷包含至少一接触件，所述至少一接触件包括一基底、一可弹性变形连接部、一接触部、一限制部及一舌部。所述可弹性变形连接部自所述基底延伸，并相对于所述基底倾斜地弯曲延伸。所述接触部自所述可弹性变形连接部延伸，并藉由所述可弹性变形连接部的弹力抵靠一导电带。所述限制部由所述基底垂直延伸并且形成一限制槽。所述舌部从所述接触部延伸穿过所述限制槽，以限制所述接触部的位移。

依据本揭露之第四层面，一线性位移传感器，用于测量一可移动物体的一线性位移，包含一导电带、一电刷及一电压测量装置。所述导电带设置在所述可移动物体的一表面，并且具有两个彼此相间隔的末端，当所述导电带随同所述可移动物体移动时，所述末端分别被恒常地施加不同电压。当所述导电带随同所述可移动物体移动时，所述电刷与所述导电带电性接触。所述电压测量装置耦合到所述电刷并测量所述电刷与所述导电带的电性接触位置处的分压电压，所述可移动物体的线性位移关联于所述分压电压和分别施加到所述导电带的所述两个末端的所述不同电压。

附图说明

下文将参考附图详细描述实施例，借此本揭露的其他特点和优势将更为清楚，其中：

图1是本揭露门装机构的一实施例的一立体图；

图2是一立体图，说明所述门装机构的实施例的一可旋转件及一致动单元；

图3是一立体图，由另一角度说明所述门装机构的实施例的所述可旋转件及所述致动单元；

图4是一立体分解图，说明十字滑块联轴器；

图5是一示意图，说明一榫槽机构；

图6是一示意图，说明依据本揭露的一旋转角度传感器的实施例；

图7是一示意图，说明一导电带及两个导电环；

图8是所述实施例的另一实施态样的一立体图，说明具有不规则形状环形绝缘板的一旋转角度传感器；

图9是一立体透视图，说明依据本揭露的所述旋转角度传感器的所述实施例的一电刷；

图10是图9所示电刷的一俯视图；

图11是一示意图，说明另一实施态样的所述导电带及所述两个导电环；

图12是一流程图，说明所述门装机构的非侵入式安装及自校准的过程；以及

图13及图14说明所述门装机构提供校准功能的用户界面。

具体实施方式

参阅图1至图4，依据本揭露的门装机构(例如：智能锁)的一实施例应用于智能锁系统，且适用于安装于门(图未示)上，并用于转动一门锁的旋钮(Thumb turn，图未示)。所述门锁包含一安装于所述门上的基板(图未示)，且所述旋钮可旋转地设置于所述基板上。所述门装机构包含一壳体1、一旋转件2、一致动单元3及一中介联轴器4。

所述壳体1包括一底壁11、一由所述底壁11的周缘延伸并与所述底壁11共同界定出一容纳空间的围壁12。于本实施例中，所述底壁11基本上是正方形的。所述围壁12具有一门安装端121，且所述容纳空间于所述门安装端121处具有开口，所述开口可供所述门锁穿进所述容纳空间内。于本实施例中，所述底壁11形成有一圆孔111。

所述可旋转件2可旋转地耦接于所述壳体1。所述可旋转件2具有一可旋转地接合所述壳体1的所述圆孔111的基底部21，与一自所述基底部21往远离所述容纳空间方向突出并可供使用者接触的把手部22。

所述致动单元3包括一具有一马达及一电磁阀的致动模块31，及一能由所述致动模块31的马达以转动形式驱动的齿轮组32。所述致动单元3连接到一控制电路(图未示)。于所述智能锁系统运作时，所述控制电路能接收到来自用户的装置(如手机)的命令，所述致动单元3被来自所述控制电路的讯号触发后，将驱动并使所述可旋转件2旋转。

所述门装机构是适用于多种不同的现有门锁配置的通用装置，由于所述门装机构适应性高，故可以允许与所述现有门锁在一定范围内的误差值。例如，大多数门锁设计为将旋钮转动九十度(顺时针/逆时针)来锁定/解锁，但实际上锁定/解锁所需的旋转角度不是固定的九十度。它可能大于九十度或小于九十度。因此，所述门装机构适用于不恰等于九十度的任何旋转角度。于另一实施例中，门装机构能适应于所述现有门锁的所述旋钮与所述现有门锁的一轴(图未示)的不对称性，以及所述轴与所述现有门锁的所述基板的偏心度。

适用于智能锁系统的所述门装机构特别适合用于开启用于房屋或公寓的门锁的旋钮。此外，所述门装机构可轻易地供使用者组装和拆卸。所述中介联轴器4适于驱动所述门锁的旋钮旋转，使所述旋钮与所述可旋转件2共同旋转。所述门装机构藉由所述中介联轴器4来增加与市面上各种类型旋钮的配合度。例如，所述中介联轴器4可为十字滑块联轴器(Oldham coupling)，或为与一旋转板组合的榫槽机构(Tongue-and-groove mechanisms)。除此之外，也可以使用诸如橡胶，海绵或机械手指的等其他类型之中介联轴器4来减少或校正位差、不对称性和偏心度。藉由所述中介联轴器4的使用，能增加所述现有门锁和所述门装机构之间的位差、不对称性及偏心度的容忍量。参阅图4，为使用十字滑块联轴器的中介联轴器4。参阅图5，为使用与旋转板组合的榫槽机构的中介联轴器4。

参阅图6，依据本揭露的所述门装机构的实施例还包含一用于测量可旋转物体的旋转角度的旋转角度传感器6(例如，所述可旋转物体与所述门装机构的所述可旋转件2、所述致动单元3和所述中介联轴器4的至少其中之一相关联)。如此一来，测量出的旋转角度有助于确定所述门装机构的状态，例如锁定状态、单一锁定状态、双重锁定状态和解锁状态等。所述旋转角度传感器6包括至少一种导电材料的混合物，并可利用电压变化来确定旋转角度。具体地，在图6所示的实施例中，所述旋转角度传感器6附接在一可旋转的环形绝缘板602上，所述环形绝缘板602是所述可旋转件2的其中一部分。但在另一个实施例中，所述环形绝缘板602则可以是所述中介联轴器4的其中一部分。所述旋转角度传感器6包括一导电带606和两个导电环604a和604b。所述导电带606环绕设置在所述环形绝缘板602的周缘，并且具有二彼此相间隔的末端。当所述导电带606随同所述环形绝缘板602旋转时，所述两个末端分别被恒常地施加不同的电压。所述两导电环604a和604b环绕设置在所述环形绝缘板602的周缘，分别位于所述导电带606的两侧，并且分别电连接所述导电带606的所述两末端。所述导电带606是由例如铝或碳的一第一电阻材料所制成。所述两个导电环604a和604b则皆是由一第二电阻材料(例如铜)制成。所述第一电阻材料的电阻率大于所述第二电阻材料的电阻率。

参阅图7，更清楚地示出了所述导电带606及所述两个导电环604a、604b。更具体地，所述导电带606和所述两个导电环604a、604b是串联形式连接。

返回参阅图6，所述旋转角度传感器6还包括一电刷608和一电压测量装置610。当所述导电带606随同所述环形绝缘板602旋转时，所述电刷608与所述导电带606电性接触。所述电压测量装置610与所述电刷608耦合，并测量所述导电带606上的与所述电刷608接触位置处的分压电压。优选地，本实施例中的所述电压测量装置610是电位计。所述环形绝缘板602的旋转角度关联于所述分压电压和分别施加到所述导电带606的所述两个末端的不同电压。

具体来说，所述电刷608包括一检测接触件。当所述导电带606随同所述环形绝缘板602旋转时，所述检测接触件将与所述导电带606电性接触，使所述电压测量装置610得以测量分压电压。所述电刷608还具有两个电压施加接触件。当所述两个导电环604a、604b与所述环形绝缘板602一起旋转时，所述两个电压施加接触件分别与所述两个导电环604a、604b电性接触，并分别具有不同的电压(例如，0V和5V)，以允许不同的电压恒常地施加在所述导电带606的所述两末端上。这种三接触件设计使得所述电刷608的机构更简单。优选地，所述导电带606和所述两导电环604a、604b皆涂覆有耐磨材料，以便减轻因与电刷608的各接触件摩擦而导致的磨损。

此外，所述旋转角度传感器6还包括两个介电质带612，每个介电质带612用于电绝缘，且环绕设置在所述环形绝缘板602的周缘。所述两介电质带612分别位于所述导电带606的两侧，并各自位于所述导电带606及对应的导电环604a、604b之间。所述旋转角度传感器6还包括两个电连接部614。每个电连接部614跨越对应的介电质带612，且每个电连接部614分别连接所述导电带606的对应末端和对应导电环604a、604b。如此一来，所述电刷608的与所述导电带606接触的所述检测接触件，能与所述导电带606一同作为分压器。耦合到两个末端的所述两电连接部614分别与所述电位器的0V和5V电连接。举例来说，所述导电带606由所述第一电阻材料制成并且具有200K欧姆的电阻。当所述导电环604a、604b分别被施加0V和5V的电压并90度旋转时，从所述电刷608的所述检测接触件所测得的所述导电带606的分压电压是1.25V，也就是说，所述环形绝缘板602的旋转角度关联于所述分压电压相对于分别施加到所述导电带606的所述两个末端之间的不同电压之差的比率。因此，通过测量在指定位置的电压，可以判断所述旋转角度。

换句话说，所述旋转角度传感器6所包括所述电刷608的所述检测接触件，可以作为与所述导电带606配合而形成的可调式分压器的滑动接触件或旋转接触件。所述电刷608的检测接触件结合所述导电带606的两末端中之一者可各自作为一滑动接点和一端点，以便于作为一可变电阻器(variable resistor)或变阻器(rheostat)。当电流通过所述电刷608的所述检测接触件、所述导电带606和其中一对应导电环604a、604b时，测量因旋转而引起的电压变化，可判断所述旋转角度。

值得注意的是，如图8所示，所述旋转角度传感器6可适用于任何形状的可旋转物体，或适用于由极坐标系中的已知角度坐标(即，θ)和半径坐标(即，r)所限定的任何形状的可旋转物体。于图7中更清楚地示出了在具有不规则形状的可旋转物体上设置的所述导电带606和所述两个导电环604a、604b。所述旋转角度可以根据已知的角度坐标θ进行校准以便被测量。然而，仅透过所述导电带606和所述两个导电环604a和604b的组合并无法明确地计算其半径坐标r。进一步地，可藉由所述导电带606和所述两导电环604a、604b的适当组合设置来测量其球面极角和方位角。

应注意者，于图7中所示所述电刷608和所述电压测量装置610配合的结构也可适用于构成线性位移传感器，用于测量可移动物体的线性位移，如果粘附到可移动物体。也可以使用这种或类似的机构来检测可移动物体的绝对位置。

参考图9和图10，示出了所述电刷608的其中一种实施态样。所述电刷608的所述检测接触件和所述电压施加接触件分别包括一基底91，一可弹性变形的连接部92，一接触部93，一限制部94和一舌部95。所述可弹性变形的连接部92自所述基底91延伸，并相对于所述基底91倾斜地弯曲延伸。所述接触部93从所述可弹性变形的连接部92延伸，并且透过所述可弹性变形的连接部92的弹力紧靠于所述导电带606和导电环604a、604b中对应的一者。所述限制部94由所述基底91垂直延伸并且形成一限制狭槽941(即限制槽)。所述舌部95从所述接触部93延伸穿过所述限制狭槽941，并可沿所述限制狭槽941滑动以限制所述接触部93的位移。

于实际制作所述电刷608时，所述电刷608还包括一保持部96，所述保持部96从各接触件的所述限制部94延伸，以利于所述电刷608的精确定位和安装。在定位和安装所述电刷608之后，所述保持部96和所述限制部94即可分离。

因此，所述旋转角度传感器6可易于量产。所述导电带606和所述两个导电环604a、604b可被精细地印刷或电镀在弹性塑料条上。一经印刷或电镀的图案示于图7中。接着，将所述弹性塑料条包围黏贴于所述环形绝缘板602。所述导电带606和所述两个导电环604a、604b的实施态样示于图11中，说明也可以黏贴到例如所述环形绝缘板602的平坦面上。

当所述门装机构被安装在具有所述旋钮的所述现有门锁上时，所述旋转角度传感器6使得智能锁系统的门装机构易于校准。所述旋转角度传感器6可以简单地制造，具有紧凑的构型且相对便宜又节能。此外，所述旋转角度传感器6的设计还节省了计算时间，并且可灵活地适用于各种形状、形式的可旋转物体。

透过所述旋转角度传感器6的模拟分压器的设计，旋转角度的测量精度将不会受到所述导电带606因温度变化而改变电阻的影响，并可以立即得到关于绝对的角度或位置的信息。为了达到节能，其旋转角度或位置的检测可以一微秒或多个微秒为单位执行一次。

此外，为了更轻易地安装，本揭露的所述门装机构与一用户经验应用程序结合，使得所述门装机构的安装是非侵入式安装，并可在3秒内完成。不需要使用螺丝起子或任何工具，且不需要丈量。所述门装机构的各组件本身可执行校准，并且在安装时可容错。当使用者将所述门装机构加装到所述现有门锁时，不需要注意以下安装细节，包括：所述门装机构的安装角度、所述现有门锁的旋钮的旋转中心与所述门装机构的旋转中心之间方向差，所述旋钮的旋转中心与所述门装机构的旋转中心之间的位置差，及所述旋钮的轮廓/形状。所述门装机构可容易地加装到门上，好比将照片黏贴在墙上。所述门装机构及其安装过程提供有防呆设计。透过本揭露容许如现有门锁系统和本揭露门装机构之间的诸如位置差、不对称性、偏心度等安装误差的物理参数。

图12是所述门装机构的非侵入式安装和自行校准的流程图。流程500描述所述非侵入式安装和自行校准的步骤。在步骤S01中，将所述门装机构设置于所述旋钮和所述基板上。所述门装机构可以通过机械地或用黏合剂等多种方法附接到门表面。在步骤S02中，在应用程序(例如手机或网络界面)上找到对应的虚拟锁。在步骤S03中，首先将所述应用程序调到解锁状态，并且在步骤S04中实际地确认了所述门装机构的解锁状态。在确认期间，所述门装机构的配置(例如，旋转角度)进而获得测量，并通过各种通信方式进行传输。然后，针对锁定状态重复步骤S03和S04。这些步骤的顺序仅是示例性的，并不以此为限，并且这些步骤可以使用各种相应的顺序来实现。

图13和14说明了本实施例中的所述门装机构的非侵入性和自行校准用户体验(例如，用户界面)。在图13中，元素702允许所述门装机构的识别和命名。元素708允许用户在多个门装机构之间切换。元素706允许识别新增的门装机构。元素704虚拟地显示与相应的物理锁定位置的实际位置的同步状态。按钮710允许用户进行自行校准过程。用户界面提示用户将所述门装机构转到锁定状态。元素802虚拟地显示门锁的对应的物理锁定位置。按钮804虚拟地储存锁定位置并继续进入解锁位置配置。然后提示用户将门装机构转到解锁状态。元素806虚拟地显示解锁位置。按钮808虚拟地储存锁定位置。然后自行校准过程完成。

综上所述，当所述导电带606与所述环形绝缘板602一起旋转时，藉由所述电刷608与分别被施加不同电压的所述导电带606的所述两个末端电性接触，可以由所述电压测量装置610测量分压电压。如此一来，可以根据测量到的分压电压和分别施加到导电带606的两个末端的不同电压来获得旋转角度。

虽然已经结合所考虑的示例性实施例描述了本公开，但是应当理解，本公开不限于所公开的实施例，而是旨在覆盖包括在最广泛解释的技术和范围内的各种实施态样，以便包含所有这些修改和等效安排。