[發明專利]絕對式編碼器及其操作方法

在審

• 申請號: 201510010290.2
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN105651317A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 楊錦章;陳裕承;李愷倫
• 申請（專利權）人: 盟立自動化股份有限公司
• 主分類號: G01D5/244
• 分類號: G01D5/244;G01P3/487;H02K11/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

技術領域

本發明涉及一種絕對式編碼器及其操作方法，更具體的說是涉及一種能量 測轉軸單圈內的角度位置和量測轉軸的旋轉圈數的絕對式編碼器及其操作方 法。

背景技術

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位置或旋轉量，通過具有編碼功能的邏輯 電路，轉換為類比或數位信號。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。

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動而改變，導致位置產生偏移，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，因而必須調整編碼器 進行原點復歸的流程。

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 實現絕對位置的測量。也就是說，能即時輸出電機設備的轉軸旋轉角度或位置 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軸 旋轉角度或位置的絕對值信號。

在工業生產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，光電式編碼器的環境適應性差， 對于濕氣、塵埃和溫度變化的抵抗能力較弱。

有鑒于此，現今機電設備逐漸發展為使用磁感應式的絕對式編碼器，磁感 應式編碼器結構簡單、反應速度快并且對環境抗干擾能力強。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式編碼器，在單 一元件中整合霍爾元件、類比前端與數位信號處理功能，用于準確量測電機設 備于一圈360°全范圍內的旋轉角度。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的簡單雙極磁體，通常所述磁體會設置在電機設備的轉軸 上，伴隨電機設備的轉軸轉動，并通過磁極的變化，轉換為特定的位置信號。

然而，上述絕對式編碼器晶片在轉動超過一圈后，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 動圈數。假若電機設備斷電且遺失所記錄的轉動圈數的資料時，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 目前轉軸位在第幾圈的轉動上，因此必須耗費時間進行轉軸的原點復歸流程。

發明內容

本發明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，記錄和計算轉軸的旋轉圈數，并且于電機設備重新啟動后，量測轉軸 于單圈內的旋轉角度以及獲得轉軸當前的旋轉圈數信號。

為達上述的目的，本發明提供一種絕對式編碼器，其包含：一中央磁鐵和 一外環磁鐵，所述中央磁鐵和所述外環磁鐵同心地設置于一轉軸上；一磁感應 式編碼器，對應所述中央磁鐵旋轉的中央位置間隔設置，用于量測所述轉軸于 單圈內的旋轉角度；一磁感應組件，用于感應所述外環磁鐵旋轉時的磁極變化， 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，并且根據所接收的所述方波信號， 轉換為一旋轉圈數信號。

于本發明的其中一優選的實施例當中，當所述磁感應組件感應到所述外環 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 磁鐵的南極時，輸出所述低電平信號。

于本發明的其中一優選的實施例當中，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磁鐵旋轉時的磁極變化，輸出第一方波信號，以及所述 第二霍爾元件感應所述外環磁鐵旋轉時的磁極變化，輸出第二方波信號。

于本發明的其中一優選的實施例當中，所述夾角角度介于80度至90度之 間。