本實用新型涉及適用于電機(jī)的電容式編碼器，尤其涉及一種用于旋轉(zhuǎn)角測量或線性位置測量的電容式編碼器以及采用該電容式編碼器的電機(jī)組件。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)角測量裝置(也稱作編碼器)是一種測量角度和旋轉(zhuǎn)速度的裝置，其可用于許多領(lǐng)域，諸如用于測量電機(jī)速度或角度控制等等。根據(jù)技術(shù)原理的不同，編碼器可以分成光學(xué)編碼器、磁性編碼器、電容式編碼器等等。其中，電容式編碼器比光學(xué)編碼器更耐用，且比磁性編碼器更精確。此外，電容式編碼器還具有結(jié)構(gòu)簡單、對灰塵、油液以及電磁干擾不敏感、成本較低等優(yōu)點。

現(xiàn)有技術(shù)的電容式編碼器都需要采用軸承。如果沒有軸承，那么在外力沿轉(zhuǎn)軸的軸向施加于電機(jī)轉(zhuǎn)軸時動盤和靜盤之間的距離會發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致電容式編碼器的性能劣化，甚至在軸向位移較大時還會無法工作。例如，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種電容式編碼器1，其主要包括一個靜盤2、一個動盤3和一個轉(zhuǎn)軸4?；谶@種結(jié)構(gòu)，為減小轉(zhuǎn)軸4在受到軸向作用力時靜盤2和動盤3之間的距離d的變化，必須在轉(zhuǎn)軸4外側(cè)設(shè)置軸承。此外，現(xiàn)有技術(shù)的電容式編碼器1的信號發(fā)生和檢測電路5設(shè)置于靜盤2的一側(cè)，并覆蓋靜盤2的該一側(cè)的大部分表面。

但，為了進(jìn)一步降低成本以及延長電容式編碼器的使用壽命，還是期待一種無軸承的電容式編碼器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的諸實施例旨在提供一種新型電容式編碼器，該電容式編碼器通過結(jié)構(gòu)上的設(shè)計降低了對動盤軸向位移變化的靈敏度，從而可以免去軸承的設(shè)置。因此，本實用新型的電容式編碼器可以在不降低性能的前提下降低電容式編碼器的成本和延長使用壽命。

根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種電容式編碼器，包括：靜盤、第一動盤、第二動盤和轉(zhuǎn)軸，所述第一動盤和第二動盤裝配在所述轉(zhuǎn)軸上以隨所述轉(zhuǎn)軸相對于所述靜盤旋轉(zhuǎn)，所述靜盤設(shè)置于所述第一動盤和所述第二動盤之間，所述靜盤具有中心通孔，所述轉(zhuǎn)軸穿過所述中心通孔。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，在上述的電容式編碼器中，所述靜盤、第一動盤和第二動盤彼此平行設(shè)置，其中，所述靜盤和所述第一動盤之間具有第一間隙，所述靜盤和所述第二動盤之間具有第二間隙，且所述第一間隙同所述第二間隙大小相同。相同的間隙有助于抵消轉(zhuǎn)軸的軸向位移變化對電容式編碼器的工作性能影響。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，在上述的電容式編碼器中，所述靜盤的兩側(cè)盤面上均設(shè)置有第一電極。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，在上述的電容式編碼器中，所述第一動盤和第二動盤的與所述靜盤相對的盤面上均設(shè)置有第二電極。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，在上述的電容式編碼器中，所述第一電極是激勵和接收電極，且所述第二電極是反射電極。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，在上述的電容式編碼器中，所述第一動盤上的電活性圖案與所述第二動盤上的電活性圖案相同，且所述靜盤的兩個盤面上的電活性圖案彼此相同。電活性圖案保持相同是可以降低成本的簡化方案。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，在上述的電容式編碼器中，所述第一電極是反射電極，且所述第二電極是激勵和接收電極。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，在上述的電容式編碼器中，所述第一動盤和所述第二動盤隨所述轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，在上述的電容式編碼器中，所述電容式編碼器不設(shè)置用于穩(wěn)定所述第一動盤和第二動盤的軸承。

根據(jù)本實用新型的另一方面，提供了一種電機(jī)組件，包括：驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)軸和如以上所討論的電容式編碼器，其中，所述電機(jī)軸從所述驅(qū)動電機(jī)延伸出，所述電機(jī)軸與所述轉(zhuǎn)軸接合，以使所述轉(zhuǎn)軸在所述驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)。

應(yīng)當(dāng)理解，本實用新型以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是示例性和說明性的，并且旨在為如權(quán)利要求所述的本實用新型提供進(jìn)一步的解釋。

附圖說明

包括附圖是為提供對本實用新型進(jìn)一步的理解，它們被收錄并構(gòu)成本申請的一部分，附圖示出了本實用新型的實施例，并與本說明書一起起到解釋本實用新型原理的作用。附圖中：

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的電容式編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例的電容式編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3示出了圖2所示的電容式編碼器的實施例的電路模型。

圖4示出了現(xiàn)有技術(shù)和本實用新型的對動盤軸向位移變化靈敏度曲線的比較。

附圖標(biāo)記說明：

1 電容式編碼器

2 靜盤

3 靜盤

4 轉(zhuǎn)軸

5 信號發(fā)生和檢測電路

10 電容式編碼器

11 靜盤

12 第一動盤

13 第二動盤

14 轉(zhuǎn)軸

15 中心通孔

16 第一電極

17 第二電極

18 信號發(fā)生和檢測電路

具體實施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參考附圖描述本實用新型的實施例?，F(xiàn)在將詳細(xì)參考本實用新型的優(yōu)選實施例，其示例在附圖中示出。在任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的標(biāo)記來表示相同或相似的部分。此外，盡管本實用新型中所使用的術(shù)語是從公知公用的術(shù)語中選擇的，但是本實用新型說明書中所提及的一些術(shù)語可能是申請人按他或她的判斷來選擇的，其詳細(xì)含義在本文的描述的相關(guān)部分中說明。此外，要求不僅僅通過所使用的實際術(shù)語，而是還要通過每個術(shù)語所蘊含的意義來理解本實用新型。

參考附圖來更詳細(xì)地討論本實用新型的基本原理和優(yōu)選實施例。如圖2所示，根據(jù)本實用新型的一種電容式編碼器10主要包括：靜盤11、第一動盤12、第二動盤13和轉(zhuǎn)軸14。其中，第一動盤12和第二動盤13裝配在轉(zhuǎn)軸14上以隨轉(zhuǎn)軸14相對于靜盤11旋轉(zhuǎn)。靜盤11設(shè)置于第一動盤12和第二動盤13之間，靜盤11具有中心通孔15。轉(zhuǎn)軸14穿過中心通孔15。第一動盤12和第二動盤13可以隨轉(zhuǎn)軸14同步旋轉(zhuǎn)。如以下將進(jìn)一步討論的，這種結(jié)構(gòu)上的設(shè)計可以減少轉(zhuǎn)軸14的軸向位移對電容式編碼器10的性能的影響。

在圖2所示的實施例中，靜盤11、第一動盤12和第二動盤13彼此平行設(shè)置，使得靜盤11和第一動盤12之間具有第一間隙d1，且靜盤11和第二動盤13之間具有第二間隙d2。第一間隙d1可以同第二間隙d2大小相同。

根據(jù)第一實施例，靜盤11的兩側(cè)盤面上均設(shè)置有第一電極16，例如激勵和接收電極。這兩個激勵和接收電極并聯(lián)至同一激勵源，例如信號發(fā)生和檢測電路18。如圖2所示，該信號發(fā)生和檢測電路18可以呈環(huán)狀并布置于靜盤11的外圈。此外，第一動盤12和第二動盤13的與靜盤11相對的盤面上均設(shè)置有第二電極17，例如反射電極。這兩個反射電極彼此并聯(lián)。第一電極16和第二電極17都由電活性圖案構(gòu)成。作為一種最簡便的方案，第一動盤12上的電活性圖案與第二動盤13上的電活性圖案彼此相同，且靜盤11的兩個盤面上的電活性圖案也彼此相同。例如，圖3示出了該實施例的電容式編碼器10的電路模型。

根據(jù)第二實施例，靜盤11的兩側(cè)盤面上均設(shè)置有第一電極16，例如反射電極。第一動盤12和第二動盤13的與靜盤11相對的盤面上均設(shè)置有第二電極17，例如激勵和接收電極。

根據(jù)以下的計算分析中所體現(xiàn)的原理，上述結(jié)構(gòu)的電容式編碼器10可以不用設(shè)置用于穩(wěn)定第一動盤12和第二動盤13的軸承。

根據(jù)以上的第一實施例，基于電路的基本原理，圖3中的電壓V₁可以表示為：

假定且C_L＞＞C_EG，這可以通過電活性圖案設(shè)計來保證。這樣，V₁可以表示為：

其中，ε是空氣的介電常數(shù)。

類似的，圖3中的電壓V₂可以表示為：

因此，檢測到的電壓V_O(t)就是兩個接收電極之間的電壓，具有放大器增益G_a,，該V_O(t)可以表示為：

本實用新型的優(yōu)點在于：在動盤的軸向位移發(fā)生(由于轉(zhuǎn)軸熱膨脹等因素)時，電容式編碼器10對動盤的軸向位移的靈敏度被大幅降低，從而可以免于采用軸承。

例如，根據(jù)以上等式，假定動盤的軸向位移變化為Δd：

對于圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的電容式編碼器1來說，動盤和靜盤之間的距離從增加至d+Δd。

因此，在動盤和靜盤之間的距離從d增加至d+Δd時，檢測到的信號V_O(t)的幅度的變化量為：

相對的，對于本實用新型的電容式編碼器10來說，動盤的軸向位移變化Δd將使得第一動盤12和靜盤11之間的距離從d₁增加至d₁+Δd，且第二動盤13和靜盤11之間的舉例從d₂減少至d₂-Δd。因此，檢測到的信號V_O(t)的幅度變化量為：

對于本實用新型的電容式編碼器10，假定d₁＝d₂＝2d，則

綜上，現(xiàn)有技術(shù)和本實用新型的相對于Δd/d的靈敏度a₁(Δd)和a₂(Δd)如圖4所示?？梢姡緦嵱眯滦偷碾娙菔骄幋a器10對動盤軸向位移的靈敏度表現(xiàn)明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的電容式編碼器1。因此，根據(jù)本實用新型，可以省去軸承的使用，從而降低電容式編碼器10的整體成本。

以上所討論的編碼器10適用于電機(jī)組件(未圖示)，該電機(jī)組件可以進(jìn)一步包括驅(qū)動電機(jī)和電機(jī)軸，其中電機(jī)軸從驅(qū)動電機(jī)延伸出，電機(jī)軸與轉(zhuǎn)軸14接合，以使轉(zhuǎn)軸14在驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)。

綜上，本實用新型設(shè)計的全新結(jié)構(gòu)的電容式編碼器通過結(jié)構(gòu)上的設(shè)計降低了動盤軸向位移變化的靈敏度，從而可以省去軸承。在不降低性能的前提下降低了電容式編碼器的成本和延長使用壽命。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可顯見，可對本實用新型的上述示例性實施例進(jìn)行各種修改和變型而不偏離本實用新型的精神和范圍。因此，旨在使本實用新型覆蓋落在所附權(quán)利要求書及其等效技術(shù)方案范圍內(nèi)的對本實用新型的修改和變型。