[發明專利]旋轉編碼器

有效

• 申請號: 201410318559.9
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104121933B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 林云;焦旭;馮成國
• 申請（專利權）人: 林云
• 主分類號: G01D3/08
• 分類號: G01D3/08;G01D11/24
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司11290
• 代理人: 呂學文

技術領域

本發明涉及一種旋轉編碼器。

背景技術

編碼器(encoder)是將信號(如比特流)或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器把角位移或直線位移轉換成電信號，前者稱為旋轉編碼器或者碼盤，后者稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照編碼原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。按照感測原理可以分為磁電式和光電式等。

旋轉編碼器是工業界常用的一種用于測量軸角位置的設備，其通常包括旋轉軸、轉動測量感測系統、電氣電路接口等。由于旋轉編碼器常常處于自動化設備中運動部分軸端，通常難以受到良好的電磁保護。而旋轉編碼器又是閉環反饋中最為重要的一環，其抗電磁干擾能力，直接關系到整個自動化系統的穩定性能。

如圖1所示，旋轉編碼器1通常采用連軸器4將編碼器轉軸3與用戶轉軸5相連接，大多數情況下，這三者均為金屬導體。而旋轉編碼器1通常被安裝在金屬材質的基座6之上，通常情況下還配有如圖中虛線表示的非全導體封閉外殼(以下也稱為非封閉外殼)2。旋轉編碼器1工作所需的電源電壓和測量得到的電信號分別經過金屬材質的電源線7和信號線8而引入旋轉編碼器1。

當旋轉編碼器應用于例如樓頂或野外設備上時，由于易受閃電等強電磁脈沖的影響，有時可能會有超過幾百千伏的電勢差通過環境電磁場、導線對旋轉編碼器電器部件進行沖擊。由于現有的旋轉編碼器采用的是非封閉外殼，因此會使大量環境電磁輻射泄露進入殼體內部，此外，旋轉編碼器的電源線和信號線也可能將環境中的電磁沖擊引入到編碼器的控制和驅動電路中，從而導致旋轉編碼器無法正常工作，甚至被燒毀。

例如在光電式旋轉編碼器的情況下，如圖2所示，光電式旋轉編碼器主要包括與編碼器轉軸3聯動的碼盤10、與非封閉外殼2保持固定的光接收器11和位于電路板9上的光發射器12，其中編碼器轉軸3通過軸承14與非封閉外殼2實現配合。當碼盤10精度較高、體積受限時，碼盤10上的明暗間隔尺寸很小，使得光發射器12、碼盤10和光接收器11間的尺寸距離很小。考慮到旋轉編碼器的使用場合，為了保證機械強度，往往必須使用金屬轉軸。由金屬轉軸或編碼器外殼的泄露處引入的強環境電磁脈沖會將空氣擊穿，燒毀光發射器12或光接收器11。通常空氣的擊穿電動勢約為2.5kV/mm，而上述三者中的最大距離往往不超過5mm，即15kV電動勢就足以擊穿。而雷電等強電磁脈沖場合發生的電磁場耦合情況，其電動勢可高達數百千伏。而且，光電式碼盤也由于所需功耗較大，不適用光線輸送能量的方式，電源和信號線也可能耦合環境中的強電磁脈沖，引起幾十至幾百千伏的電勢差，足以擊穿旋轉編碼器內部的保護元器件，使旋轉編碼器失效。

再比如在磁電式旋轉編碼器的情況下，如圖3所示，磁電式編碼器主要包括位于與非封閉外殼2保持固定的電路板9上的磁敏元件13構成的轉動感測部件，和與編碼器轉軸3聯動的磁體15，其中編碼器轉軸3通過軸承14與非封閉外殼2實現配合。雖然磁電式旋轉編碼器中，其磁體15和敏感元件13間可以實現較大的距離，但仍不能滿足抵抗幾百千伏環境電磁耦合的需要。另外，其電源和信號線也同樣可能引入耦合沖擊電動勢。

發明內容

針對上述問題，本發明的一個目的在于提供一種旋轉編碼器，該旋轉編碼器在強電磁脈沖環境下可持續的正常工作，并不被外界強電磁脈沖損壞。

本發明的一個實施例提供了一種磁電式旋轉編碼器，包括外殼、旋轉編碼器轉軸、固定于所述旋轉編碼器轉軸上的磁體、用于感測磁體磁場分布的磁敏元件、用于搭載所述磁敏元件和信號處理電路的電路板、用于為電路板提供能量的能量渠道和用于傳遞所述電路板上的信號處理電路產生的信號的信號渠道，其特征在于，所述旋轉編碼器還包括導電屏蔽腔室，所述電路板及所述磁敏元件內置于所述導電屏蔽腔室中，所述磁體及編碼器轉軸設置于所述導電屏蔽腔室之外，所述導電屏蔽腔室的壁由導體材料制成，且所述導電屏蔽腔室的壁中，至少將所述磁敏元件和所述磁體隔開的壁由無鐵磁性的導體材料制成，所述導電屏蔽腔室的壁上留有用于所述能量渠道和所述信號渠道的開口。