絕對式編碼器的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及一種絕對式編碼器，更具體的說是涉及一種能量測轉(zhuǎn)軸單圈內(nèi)的角度位置和量測轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的絕對式編碼器。
【背景技術(shù)】
[0002]編碼器(Encoder)是用來檢測角度、位置、速度和加速度的感測器。當用于電機設備時，可將輸入資訊例如旋轉(zhuǎn)位置或旋轉(zhuǎn)量，通過具有編碼功能的邏輯電路，轉(zhuǎn)換為類比或數(shù)位信號。常見的編碼器類型例如有機械式、光學式和磁感應式。編碼器從功能上還可分為增量式和絕對式。
[0003]一般而言，增量式編碼器只能用于提供當前位置相對于前一位置的信息，也就是說，只能用于獲得相對位置信號。另一方面，增量式編碼器也不具有記憶當前的絕對位置的功能。因此，增量式編碼器應用在電機設備上，當電機設備斷電時，假若機械位置因外力移動或轉(zhuǎn)動而改變，導致位置產(chǎn)生偏移，而當電機設備重新啟動時，因增量式編碼器無法獲得當前的絕對位置信號，也就無法判斷當前位置的信號是否相同于停機前所記錄的信號，因而必須調(diào)整編碼器進行原點復歸的流程。
[0004]有別于增量式編碼器，絕對式編碼器除了有增量式編碼器的功能外，還能實現(xiàn)絕對位置的測量。也就是說，能即時輸出電機設備的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度或位置的絕對值。當電機設備斷電后再復電時，絕對式編碼器能夠即時讀取當前轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度或位置的絕對值信號。
[0005]在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用的絕對式編碼器多為光電式。然而，光電式編碼器的光柵盤的抗沖擊、抗振動性低。因此當光電式編碼器的光柵盤在繞軸旋轉(zhuǎn)時，容易因為軸振動使得光柵盤破碎。另一方面，光電式編碼器的環(huán)境適應性差，對于濕氣、塵埃和溫度變化的抵抗能力較弱。
[0006]有鑒于此，現(xiàn)今機電設備逐漸發(fā)展為使用磁感應式的絕對式編碼器，磁感應式編碼器結(jié)構(gòu)簡單、反應速度快并且對環(huán)境抗干擾能力強。目前市面上販售多種磁感應式編碼器晶片，其中之一為一種非接觸式磁性旋轉(zhuǎn)式編碼器，在單一元件中整合霍爾元件、類比前端與數(shù)位信號處理功能，用于準確量測電機設備于一圈360°全范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度。使用上，只需在晶片的相對位置設置對應于晶片中央位置旋轉(zhuǎn)的簡單雙極磁體，通常所述磁體會設置在電機設備的轉(zhuǎn)軸上，伴隨電機設備的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，并通過磁極的變化，轉(zhuǎn)換為特定的位置信號。
[0007]然而，上述絕對式編碼器晶片在轉(zhuǎn)動超過一圈后，編碼就會回到原點。當電機設備正常運作時，往往需要通過外加的邏輯電路，用以輔助記錄目前的轉(zhuǎn)動圈數(shù)。假若電機設備斷電且遺失所記錄的轉(zhuǎn)動圈數(shù)的資料時，當電機設備重新啟動后，即使所述絕對式編碼器能讀取出當前的絕對位置信號，卻無法得知目前轉(zhuǎn)軸位在第幾圈的轉(zhuǎn)動上，因此必須耗費時間進行轉(zhuǎn)軸的原點復歸流程。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型的目的在于提供一種絕對式編碼器及其操作方法，其可在電機設備斷電時，記錄和計算轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，并且于電機設備重新啟動后，量測轉(zhuǎn)軸于單圈內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度以及獲得轉(zhuǎn)軸當前的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號。
[0009]為達上述的目的，本實用新型提供一種絕對式編碼器，其包含:一中央磁鐵和一外環(huán)磁鐵，所述中央磁鐵和所述外環(huán)磁鐵同心地設置于一轉(zhuǎn)軸上；一磁感應式編碼器，對應所述中央磁鐵旋轉(zhuǎn)的中央位置間隔設置，用于量測所述轉(zhuǎn)軸于單圈內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度；一磁感應組件，用于感應所述外環(huán)磁鐵旋轉(zhuǎn)時的磁極變化，以輸出一包含高電平信號和低電平信號的方波信號；以及一控制器，與所述磁感應組件電性連接，用于接收所述方波信號，并且根據(jù)所接收的所述方波信號，轉(zhuǎn)換為一旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號。
[0010]于本實用新型的其中一優(yōu)選的實施例當中，當所述磁感應組件感應到所述外環(huán)磁鐵的北極時，輸出所述高電平信號，以及當所述磁感應組件感應到所述外環(huán)磁鐵的南極時，輸出所述低電平信號。
[0011]于本實用新型的其中一優(yōu)選的實施例當中，所述磁感應組件包含一第一霍爾元件和一第二霍爾元件，所述第一霍爾元件和所述第二霍爾元件分別與所述磁感應式編碼器相鄰地設置，并且所述第一霍爾元件與所述磁感應式編碼器的連線，和所述第二霍爾元件與所述磁感應式編碼器的連線形成一夾角；所述第一霍爾元件感應所述外環(huán)磁鐵旋轉(zhuǎn)時的磁極變化，輸出第一方波信號，以及所述第二霍爾元件感應所述外環(huán)磁鐵旋轉(zhuǎn)時的磁極變化，輸出第二方波信號。
[0012]于本實用新型的其中一優(yōu)選的實施例當中，所述夾角角度介于80度至90度之間。
[0013]于本實用新型的其中一優(yōu)選的實施例當中，所述第一霍爾元件輸出的所述第一方波信號和所述第二霍爾元件輸出的所述第二方波信號具有90度相位差。
[0014]于本實用新型的其中一優(yōu)選的實施例當中，當轉(zhuǎn)軸為正轉(zhuǎn)時，所述控制器接收到所述第一霍爾元件輸出所述第一方波信號的上升緣，并且所述第二霍爾元件輸出所述低電平信號，或所述控制器接收到所述第一霍爾元件輸出所述第一方波信號的下降緣，并且所述第二霍爾元件輸出所述高電平信號。
[0015]于本實用新型的其中一優(yōu)選的實施例當中，當轉(zhuǎn)軸為逆轉(zhuǎn)時，所述控制器接收到所述第一霍爾元件輸出所述第一方波信號的上升緣，并且所述第二霍爾元件輸出所述高電平信號，或所述控制器接收到所述第一霍爾元件輸出所述第一方波信號的下降緣，并且所述第二霍爾元件輸出所述低電平信號。
[0016]于本實用新型的其中一優(yōu)選的實施例當中，當所述控制器接收到所述第二霍爾元件輸出所述第二方波信號的上升緣，并且所述第一霍爾元件輸出所述高電平信號時，所述控制器將所述旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號的計數(shù)加一。
[0017]于本實用新型的其中一優(yōu)選的實施例當中，當所述控制器接收到所述第一霍爾元件輸出所述第一方波信號的上升緣，并且所述第二霍爾元件輸出所述高電平信號時，所述控制器將所述旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號的計數(shù)減一。
[0018]于本實用新型的其中一優(yōu)選的實施例當中，所述絕對式編碼器進一步包含一電池，所述控制器包含一記憶單元，用以記錄所述旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號，當所述轉(zhuǎn)軸停止轉(zhuǎn)動時，所述電池提供一電流至所述磁感應組件和所述記憶單元。
[0019]于本實用新型的其中一優(yōu)選的實施例當中，所述控制器包含一清除功能，用以接收一清除圈數(shù)信號，將所記錄的所述旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號歸零。
【附圖說明】
[0020]圖1A繪示本實用新型的絕對式編碼器。
[0021]圖1B繪示本實用新型的絕對式編碼器的局部視圖。
[0022]圖2繪示繪示本實用新型的絕對式編碼器的電路方塊圖。
[0023]圖3A繪示本實用新型的磁感應組件在外環(huán)磁鐵正轉(zhuǎn)時輸出的方波信號。
[0024]圖3B繪示本實用新型的磁感應組件在外環(huán)磁鐵逆轉(zhuǎn)時輸出的方波信號。
【具體實施方式】
[0025]本實用新型的優(yōu)選實施例通過附圖與下面的說明作詳細描述，在不同的圖中，相同的元件符號表示相同或相似的元件。
[0026]請參照圖1A和圖1B，圖1A繪示本實用新型的絕對式編碼器，圖1B繪示本實用新型的絕對式編碼器的局部視圖。絕對式編碼器100包含同心地設置于轉(zhuǎn)軸150上的中央磁鐵140與外環(huán)磁鐵145、磁感應組件110、控制器120、磁感應式編碼器130、和電路板160。磁感應式編碼器130位在中央磁鐵140旋轉(zhuǎn)的中央軸線上，并且對應中央磁鐵140旋轉(zhuǎn)的中央軸線位置與磁鐵140間隔設置。
[0027]磁感應組件110與磁感應式編碼器130相鄰，并且與外環(huán)磁鐵145間隔地設置。磁感應組件110用于感應外環(huán)磁鐵145旋轉(zhuǎn)時的磁極變化，并且輸出相應的方波信號。更明確地說，如圖1B所示，外環(huán)磁鐵145為雙極磁鐵，舉例來說，當本實用新型的外環(huán)磁鐵145的外型為環(huán)形時，外環(huán)磁鐵145的其中一半環(huán)形為北極(N極)，另一半環(huán)形則為南極(S極)。因此當外環(huán)磁鐵145隨著轉(zhuǎn)軸150旋轉(zhuǎn)時，磁感應組件110在感應到外環(huán)磁鐵145的N極時，輸出高電平信號，反之，當磁感應組件110感應到外環(huán)磁鐵145的S極時，輸出低電平信號。
[0028]本實用新型藉由在轉(zhuǎn)軸150上設置兩個不同的磁鐵(中央磁鐵140和外環(huán)磁鐵145)以分別對應磁感應式編碼器130和磁感應組件110，因而能避免當中央磁鐵140和磁感應組件110彼此之間距離過遠時，磁感應組件110因外部訊號干擾導致無法準確的輸出相應的高電平信號或低電平信號的問題。
[0029]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，磁感應組件110可進一步包含第一霍爾元件112和第二霍爾元件114。第一霍爾元件112和第二霍爾元件114分別與磁感應式編碼器130相鄰地設置，并且第一霍爾元件112與磁感應式編碼器130的連線，和第二霍爾元件114與磁感應式編碼器130的連線形成一夾角。根據(jù)本實用新型的實施例，所述夾角角度介于80度至90度之間。
[0030]控制器120與磁感應組件110電性連接?？刂破?20接收磁感應組件110所輸出的方波信號，并且將所接收的所述方波信號轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號。更明確地說，磁感應組件110感應到外環(huán)磁鐵145旋轉(zhuǎn)時磁極在N極與S極之間交替地變化，再根據(jù)感應到N極與S極相應的輸出包含高電平信號和低電平號的方波信號?？刂破?20接收磁感應組件110輸出的方波信號，判斷當前的外環(huán)磁鐵145為正轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)，以及轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，再將所得的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號加以記錄保存于控制器120內(nèi)部。另外，根據(jù)本實用新型的另一優(yōu)選實施例，控制器120進一步包含記憶單元，用于記錄旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號。
[0031]磁感應式編碼器130位在中央磁鐵140旋轉(zhuǎn)的中央軸線上，并且對應中央磁鐵140旋轉(zhuǎn)的中央軸線位置，與中央磁鐵140間隔設置。磁感應式編碼器130為