[發明專利]旋轉編碼器和手術器械

有效

• 申請號: 201580062152.7
• 申請日: 2015-11-27
• 公開（公告）號: CN107110670B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 劉晉東;楊廣中
• 申請（專利權）人: 帝國創新有限公司
• 主分類號: G01D5/249
• 分類號: G01D5/249;G01D5/14
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 陳鵬;李靜

一種旋轉編碼器，其用于測量圍繞所述旋轉編碼器的軸線的絕對旋轉，包括：磁化的元件，其包括相互成角度的第一和第二表面；提供于所述第一表面上的第一磁道和提供于所述第二表面上的第二磁道，其中所述第一和第二磁道圍繞所述旋轉編碼器的所述軸線對向成角度θ，其中每一磁道包括許多磁極對，磁極對由界定相反磁性極化的區域的兩個極形成，其中每一軌道中的磁極對的數目不同且具有最大公因數一；以及第一和第二磁性傳感器布置，所述第一磁性傳感器布置被布置以檢測所述第一磁道的磁場且所述第二磁性傳感器布置被布置以檢測所述第二磁道的磁場，其中所述磁性傳感器布置圍繞所述旋轉編碼器的所述軸線可旋轉地耦接至所述磁化的元件。

技術領域

本發明涉及旋轉編碼器的領域。明確地說，本發明涉及絕對旋轉編碼器。

背景技術

旋轉編碼器為測量圍繞編碼器的旋轉軸線的軸桿的角位置的裝置。存在兩個類型的旋轉編碼器：遞增，其確定軸桿的相對位置改變或運動；和絕對，其確定圍繞編碼器的旋轉軸線的軸桿的絕對位置。絕對旋轉編碼器廣泛地用于一系列應用和技術領域，例如，機器人技術、醫療裝置、望遠鏡和CNC機器。

存在許多類型的絕對旋轉編碼器裝置(例如，磁性、電容性、機械和光學)。對于需要相對高分辨率編碼器的應用，光學和磁性旋轉編碼器是最廣泛使用的裝置。光學旋轉編碼器為通常高分辨率且高準確度裝置，但傾向于昂貴。除了其成本之外，光學編碼器由于其缺乏穩固性也不適合于許多應用；其必須精確對準且特別對例如塵土或水分的污染物敏感，污染物可造成光學誤差且導致不正確的位置讀數。磁性編碼器具有比光學編碼器低的分辨率和準確度，但更廉價且更穩固。因為使用磁性信號而非光學信號計算絕對角位置，所以磁性編碼器不會以光學編碼器受影響的方式受受到污染的水分或顆粒的存在影響。磁性編碼器因此更好地得多地適合于嚴苛的工業環境。

存在兩個主要類型的磁性旋轉編碼器：軸上和離軸，其中一些裝置是這兩者的組合。軸上磁性旋轉編碼器包括橫向于旋轉編碼器的旋轉軸線極化的單個磁體，和布置于編碼器的旋轉軸線上的磁性傳感器布置。此方法的實例描述于US 7317313 B2中。然而，此類裝置具有相對低的分辨率，且組件的布局排除編碼器具有適合于使布線穿過的中空軸桿的可能性。較高分辨率旋轉編碼器使用兩個磁場，例如，US 8760153 B2的旋轉編碼器，除了軸上磁體之外，其還并有離軸磁化的元件。那項發明的磁化元件為與編碼器的旋轉軸線同軸布置的環。包括許多磁極對的圓形磁道與旋轉軸線同軸地布置于磁化的元件的表面上。

雖然解決了低分辨率的問題，但歸因于軸上磁體的存在，布線仍然不能穿過編碼器的軸桿。完全離軸磁性旋轉編碼器通過考慮到在磁化的元件的中心中的孔洞來克服此問題。然而，在不存在軸上磁體的情況下，需要多個離軸磁道以便達成高分辨率。離軸磁性旋轉編碼器因此包括具有多個磁道的磁化的元件，每一磁道包括許多磁極對。將多個磁道平行于編碼器的旋轉軸線布置于磁化的元件的那些表面上(如同US 8358124 B2的編碼器)，或垂直于旋轉軸線布置于磁化的元件的那些表面上(如同US 7999536 B2的編碼器)。

高分辨率離軸編碼器允許可穿過布線的中空軸桿的可能性。然而，必須維持多個磁道中的每一個之間的間隙以便防止個別磁道的磁場之間的干擾。因此，多個磁道的使用增大了編碼器的磁化的元件的厚度或寬度，且因此增大了編碼器的總大小。顯然，存在對于具有足夠高分辨率和緊湊結構的可靠磁性旋轉編碼器的需求。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供一種旋轉編碼器，其用于測量圍繞所述旋轉編碼器的軸線的絕對旋轉，包括：

磁化的元件，其包括相互成角度的第一和第二表面；

提供于所述第一表面上的第一磁道和提供于所述第二表面上的第二磁道，其中所述第一和第二磁道圍繞所述旋轉編碼器的所述軸線對向成角度θ，其中每一磁道包括許多磁極對，磁極對由相反磁性極化的兩個區域形成，其中每一軌道中的磁極對的數目不同且具有最大公因數一；以及