[發明專利]電容式旋轉編碼器和感應旋轉角度的方法

有效

• 申請號: 201110141369.0
• 申請日: 2011-05-27
• 公開（公告）號: CN102798405A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 林燕凌;楊藝榕;杜昭輝
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01D5/241
• 分類號: G01D5/241;H02K29/06;H02K29/14
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李慧

技術領域

本發明涉及電容式編碼器技術，特別涉及電容式旋轉編碼器和感應旋轉角度的方法。

背景技術

旋轉編碼器廣泛應用在各個領域中，例如電機的速度和位置控制系統等。旋轉編碼器是用來測量角度、轉速的裝置，包括定子和轉子。轉子與被測物體連接，被測物體的轉動帶動轉子轉動。旋轉編碼器可將轉子的角位移、角速度等機械量轉換成電信號輸出。

目前，光學旋轉編碼器廣泛用于速度和位置反饋。但是，光學編碼器應用于電機時不夠耐用。在惡劣環境下，如經常受到機械沖擊、振動或處于高溫環境下等，編碼器內的光電碼盤很容易受到外部因素的影響而損壞。與光學編碼器不同，磁性編碼器，如變壓器等，具有一定的機械強度。但它們不能提供足夠高的分辨率。而且，光學編碼器和磁性編碼器都比較昂貴，一般只在高端的應用場景中使用。

相比光學編碼器和磁性編碼器，電容式編碼器具有一些基本的優勢。電容式編碼器同時具有高精度和魯棒性。電容式編碼器的基本檢測發生在整個編碼器板區域的周圍，而光學編碼器必須將光束集中在光盤上的特定點。因此，電容式旋轉編碼器對轉子相對于軸的機械失調的敏感度遠比光學編碼器要低。

現有的電容式旋轉編碼器一般至少包括兩個定子和一個轉子，兩個定子一個作為發射器，一個作為接收器，通過轉子在兩個定子之間轉動，改變接收器收到的信號。這種電容式旋轉編碼器結構比較復雜，體積較大。

發明內容

由于現有技術中的電容式旋轉編碼器結構復雜、體積較大，本發明實施例提供一種電容式旋轉編碼器，其結構簡單、體積較小。

本發明實施例還提供一種使用上述電容式旋轉編碼器感應旋轉角度的方法，可以利用簡單的編碼器結構進行旋轉角度測量。

本發明實施例的一種電容式旋轉編碼器包括一個靜板和一個動板，其中

所述靜板包括發射區、第一接收區和第二接收區，其中，第一接收區和第二接收區分別為導電區域，所述發射區、所述第一接收區和所述第二接收區之間彼此電氣隔離，所述發射區包括多個彼此電氣隔離的電極，所述電極徑向排列且每N個連續的電極分為一組，每組中不同的電極的激勵電信號的相位不同，且各組電極中的第M個電極的激勵電信號的相位相同，N為自然數，M為不大于N的正整數；

所述動板，能夠圍繞一旋轉軸旋轉，包括絕緣區、第一反射區和第二反射區，其中所述第一反射區位于所述第二反射區的外圍且與所述第二反射區同心，所述第一反射區和所述第二反射區由所述絕緣區隔離，所述第二反射區的邊緣具有多個朝向所述第一反射區的凸起，所述第一反射區的邊緣具有多個朝向所述第二反射區的凸起，第一反射區的所述多個凸起與第二反射區的所述多個凸起是交錯排列的；

所述第一反射區和所述第二反射區均為導電區域，所述第一反射區與所述發射區和所述第一接收區分別電容耦合，所述第二反射區與所述發射區和第二接收區分別電容耦合；

所述第一接收區用于接收所述第一反射區反射的電信號并輸出；

所述第二接收區用于接收所述第二反射區反射的電信號并輸出。

根據本發明一實施例，所述每組中不同的電極的激勵電信號為彼此正交的電信號。

根據本發明一實施例，所述第二反射區的邊緣的多個凸起的形狀相同，且等間隔分布；第一反射區的邊緣的多個凸起的形狀相同，且等間隔分布。

根據本發明一實施例，所述發射區、所述第一接收區和所述第二接收區為同心的環形，所述第一接收區和所述第二接收區分別位于所述發射區的兩側，且所述第一接收區和所述第二接收區的面積相同。

根據本發明一實施例，所述電極為長條狀，等角度排列，每個電極的兩個長邊分別沿徑向方向；所述第二反射區的一個凸起所覆蓋的扇形區域的角度與所述發射區一組電極覆蓋的扇形區域的角度相等。

根據本發明一實施例，所述第一反射區和第二反射區的邊緣凸起的形狀均為極坐標下的余弦波形狀。

根據本發明一實施例，所述動板進一步包括至少一個扇形導電區域，所述扇形導電區域之間相互電氣隔離，且所述扇形導電區域分別與第一反射區和第二反射區電氣隔離；

每個所述不同的激勵電信號分別加載到至少兩條信號線上，所述至少兩條信號線分別表示不同的編碼；

每個電極根據預先設置的編碼連接到相應的激勵電信號對應的至少兩條信號線中的一條上；

所述靜板進一步包括至少一個第三接收區，與所述發射區、所述第一接收區、所述第二接收區分別電氣隔離，每個第三接收區用于接收一個扇形導電區域反射的電信號并輸出。