CN113383209A - 双绝对式编码器 - Google Patents

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Abstract

一种示例性编码器组件包括基板、第一编码器和第二编码器。基板具有两个或更多个位置传感器，每个位置传感器被配置为检测机器的轴或其他旋转元件的旋转位置。第一编码器包括两个或更多个位置传感器中的至少一个第一位置传感器。该至少一个第一位置传感器设置于基板上以与机器的轴或其他旋转元件离轴对准。第二编码器包括两个或更多个位置传感器中的第二位置传感器，该第二位置传感器设置于基板上以与机器的轴或其他旋转元件轴上或离轴对准。每个位置传感器被配置为检测不同或共同的信号类型，并且第二位置传感器的信号类型不包括光信号。

Description

双绝对式编码器
技术领域
本公开总体上涉及绝对式编码器，具体涉及一种双磁性绝对式编码器。
背景技术
编码器在需要对电动机进行速度和/或位置控制的产品中具有广泛的用途。编码器是一种将线性或角机械运动转换成电信号的传感器。线性编码器可用于测量并指示可动构件的位置。旋转编码器用于测量装置或系统的旋转构件的角位置。例如，在机器人系统中，旋转编码器可用于检测旋转轴的位置，该旋转轴可连接为使机械臂移动。绝对式编码器因其确定实际或绝对位置的能力而在这类系统中相当普及。绝对式编码器可随时针对其所附接部件的电动机轴的真实位置提供可靠的指示。
绝对式编码器使用以二进制形式存储在码盘上的位置代码序列以及单个或若干个读取该位置代码的传感器。线性编码器使用具有纵向平行码道的长形部件。旋转编码器使用具有一个或多个同心码道的码盘。传感器用于读取代码。传感器可使用任何光学、磁性、电感、电容或直接接触的方式读取代码。所用传感器的类型可取决于应用和/或系统将运行的环境。
发明内容
本公开一示例性实施例涉及一种编码器组件，包括：基板，其具有两个或更多个位置传感器，每个位置传感器被配置为检测机器的轴或其他旋转元件的旋转位置；第一编码器，其包括两个或更多个位置传感器中的至少一个第一位置传感器，该至少一个第一位置传感器设置于基板上以与机器的轴或其他旋转元件离轴对准；以及第二编码器，其包括两个或更多个位置传感器中的第二位置传感器，该第二位置传感器设置于基板上以与机器的轴或其他旋转元件轴上或离轴对准，其中，每个位置传感器被配置为检测不同或共同的信号类型，并且第二位置传感器的信号类型不包括光信号。
一种示例性编码器组件包括：码盘，其被配置为附接至机器的轴或其他旋转元件，其中，至少一个第一位置传感器和第二位置传感器设置于基板上以与码盘的轴向表面平齐，且其中，码盘、至少一个第一位置传感器和第二位置传感器形成双多圈绝对式编码器。
一种示例性编码器组件包括：码盘，其被配置为附接至机器的轴或其他旋转元件，其中，基板包括经配置为平行于码盘的轴向表面的第一部分以及经配置为平行于码盘的径向表面的第二部分，且其中，至少一个第一位置传感器设置于基板的第二部分上，并且第二位置传感器设置于基板的第一部分上。
一种示例性编码器组件包括：码盘，其包括经配置为设置于机器的轴或其他旋转元件的空心容积内的第一码盘以及经配置为附接至机器的轴或其他旋转元件的表面的第二码盘，其中，至少一个第一位置传感器设置于基板上，以检测来自第二码盘的信号，并且第二位置传感器设置于基板上以与机器的轴或其他旋转元件轴上对准，以检测来自第一码盘的信号，且其中，至少一个第一位置传感器被配置为检测来自第二码盘的轴向表面或径向表面的信号。
一种示例性编码器组件包括：码盘，其包括经配置为设置于机器的轴或其他旋转元件的空心容积内的第一码盘以及经配置为附接至机器的轴或其他旋转元件的表面的第二码盘，基板包括经配置为平行于第一码盘的轴向表面的第一部分以及经配置为平行于第二码盘的径向表面的第二部分，且至少一个第一位置传感器设置于基板的第二部分上，以检测来自第二码盘的径向表面的信号，并且第二位置传感器设置于基板的第一部分上，以检测来自第一码盘的轴向表面的信号。
一种示例性编码器组件包括：码盘，其包括第一码盘和第二码盘，该第二码盘被配置为附接至机器的轴或其他旋转元件的表面，其中，基板包括经配置为平行于第一码盘的径向表面的第一部分、经配置为平行于第二码盘的径向表面的第二部分以及在第一部分与第二部分之间延伸的第三部分，其中，至少一个第一位置传感器设置于基板的第一部分上，以检测来自第一码盘的径向表面的信号，第二位置传感器设置于基板的第二部分上，以检测来自第二码盘的径向表面的信号，并且电路系统安装至基板的第三部分，且其中，基板的第一部分和第二部分平行于轴的轴线且正交于第三部分。
一种示例性编码器组件，其中，至少一个第一位置传感器和第二位置传感器嵌入基板的层内。
一种示例性编码器组件，其中，两个或更多个位置传感器连接至公共总线或独立数据线，且其中，公共总线和独立数据线被配置为通信位置数据和/或时钟信号和/或其他数据。
一种示例性编码器组件，其中，第一编码器是磁性编码器、电容式编码器、电感式编码器或光学编码器，并且如果第二编码器设置于基板上以与机器的轴或其他旋转元件轴上或离轴对准，则该第二编码器是磁性编码器、电容式编码器或电感式编码器。
一种与控制器组合连接的示例性编码器组件，其中，控制器被配置为基于由两个或更多个位置传感器检测到的旋转位置来检测故障，并且控制器被配置为比较由两个或更多个位置传感器检测到的旋转位置，且当所比较的旋转位置超出预定容差时输出故障信号。
一种示例性编码器组件，其中，基板包括连接至第一编码器和第二编码器的电源电路，该电源电路被配置为提供至少抗电涌的电路保护。
本公开另一示例性实施例涉及一种致动器组件，包括：电动机，其具有电动机轴和与电动机轴同轴的输出轴；以及编码器组件，其包括：第一编码器，其被配置为与电动机轴离轴对准；第二编码器，其被配置为与电动机轴轴上或离轴对准；以及公共基板，其上安装有第一编码器和第二编码器的位置传感器，其中，该公共基板被配置为通信来自位置传感器的位置数据，且其中，每个位置传感器被配置为检测不同或共同的信号类型，并且第二编码器的信号类型不包括光信号。
一种示例性致动器组件，其中，如果第二编码器与电动机轴轴上对准，则该第二编码器包括设置于输出轴的空心容积中的第一码盘，并且第一编码器包括附接至电动机轴的表面的第二码盘。
一种示例性致动器组件，其中，如果第二编码器与电动机轴离轴对准，则该第二编码器包括第二位置传感器，该第二位置传感器被配置为检测来自第一码盘的轴向表面的信号。
一种示例性致动器组件，其中，公共基板包括：第一部分，其上安装有第二编码器的第二位置传感器，以检测来自第一码盘的轴向表面的信号；以及第二部分，其上安装有第一编码器的第一位置传感器，以检测来自第二码盘的径向表面的信号，且其中，公共基板的第二部分垂直于公共基板的第一部分。
一种示例性致动器组件，其中，编码器组件包括控制器，该控制器被配置为基于由位置传感器检测到的位置数据来控制致动器组件的操作，其中，该控制器安装于公共基板上。
一种示例性致动器组件，其中，控制器被配置为基于由第二编码器检测到的电动机轴的旋转位置以及由第一编码器检测到的输出轴的旋转位置来检测故障，且其中，控制器被配置为比较电动机轴的旋转位置与输出轴的旋转位置，且当所比较的旋转位置超出预定容差时生成故障信号。
一种示例性致动器组件，其中，第一编码器是磁性编码器、电容式编码器、电感式编码器或光学编码器，并且如果第二编码器与电动机轴轴上对准或离轴对准，则该第二编码器是磁性编码器、电容式编码器或电感式编码器。
一种示例性致动器组件，其中，第一编码器和第二编码器是绝对式编码器。
一种示例性致动器组件，其中，每个位置传感器设置于公共基板上，以检测来自相应码盘的轴向表面的信号。
一种示例性致动器组件，其中，第一编码器包括设置于公共基板上的第一位置传感器，以检测来自第一码盘的径向表面的信号；且第二编码器包括设置于公共基板上的第二位置传感器，以检测来自第二码盘的轴向表面的信号，其中，基板包括：第一部分，其上安装有第二位置传感器，以检测来自第二码盘的轴向表面的信号；以及第二部分，其上安装有第一位置传感器，以检测来自第一码盘的径向表面的信号。
一种示例性致动器组件，其中，第一编码器包括设置于公共基板上的第一位置传感器，以检测来自第一码盘的径向表面的信号，第二编码器包括设置于公共基板上的第二位置传感器，以检测来自第二码盘的径向表面的信号，其中，公共基板包括：第一部分，其上安装有第一位置传感器，以检测来自第一码盘的径向表面的信号；第二部分，其上安装有第二位置传感器，以检测来自第二码盘的径向表面的信号；以及在第一部分与第二部分之间延伸的第三部分，其上安装有编码器的电路系统，其中，基板的第一部分和第二部分平行于电动机轴的轴线且正交于第三部分。
一种示例性致动器组件，其中，位置传感器连接至公共总线或独立数据线，且其中，该公共总线和独立数据线被配置为通信位置数据和/或时钟信号和/或其他数据。
一种与控制器组合连接的示例性编码器组件，其中，控制器被配置为基于由两个或更多个位置传感器检测到的旋转位置来检测故障，且其中，控制器被配置为比较由两个或更多个位置传感器检测到的旋转位置，且当所比较的旋转位置超出预定容差时输出故障信号。
一种示例性致动器组件，其中，公共基板包括连接至若干个编码器的电源电路，该电源电路被配置为提供电路保护。
附图说明
当结合附图阅读时，从随后关于示例性实施例的细节描述可最佳地理解本公开的范围，图中：
图1示出根据本公开一示例性实施例的致动器组件。
图2a和图2b示出根据本公开一示例性实施例的示例性光学或电容式编码器组件。
图3a至图3c示出根据本公开一示例性实施例的示例性编码器组件。
图4a和图4b示出根据本公开一示例性实施例的示例性控制器电路。
图4c和图4d示出根据一示例性实施例的位置传感器和基板组件的布线图。
图5a至图5c示出根据本公开一示例性实施例的用于编码器组件的磁体类型。
图6a至图6g示出根据本公开一示例性实施例的位置检测传感器的各种安装布置。
具体实施方式
一种示例性双绝对式编码器可被配置为包括两个编码器，每个编码器具有设置于公共基板上的旋转位置传感器。一个编码器可包括布置(例如设置、定位、安装)于基板上以当基板安装至电动机时相对于电动机轴处于中心或轴上的位置传感器。第二编码器可包括布置于基板上以相对于电动机轴的轴线偏心或离轴的位置传感器。双编码器布置可提高解析度，并当确定电动机轴的位置或旋转时提供冗余度。
图1示出根据本公开一示例性实施例的致动器组件。致动器组件100可包括具有密封件106的致动器壳体102，致动器输出凸缘104在其内旋转。该致动器输出凸缘104包括用于将致动器组件100的输出端安装至外部负载(未示出)的特征(例如孔眼)108。空心电动机轴110与致动器输出轴112同轴。空心电动机轴110具有沿壳体102的中心轴线(x)延伸的前端114和后端116。前端114联接至齿轮输入118(例如椭圆波发生器的内径)，其在连接壳体102与电动机组件的两个内花键(未示出)之间创建减速。致动器输出凸缘104由轴承120支撑。致动器组件100还包括定子122，该定子122固定至壳体102的内表面且与电动机轴110经由围绕电动机轴110的间隙124隔开。
编码器组件126被配置为检测电动机轴110的后端116处的位置和旋转，该后端116与致动器输出轴112的一端同轴。编码器组件126可被配置为绝对式旋转编码器，其经由安装托架或垫片128至少部分地安装或附接至致动器组件100的定子122和/或壳体102。安装托架128可根据需要经由螺丝或螺栓130或其他合适的保持机构牢固地附接至致动器组件100。
如图1所示，编码器组件126包括用于生成与电动机轴110相关联的位置信号的码盘132A以及用于生成与致动器输出轴112相关联的位置信号的码盘132B，该致动器输出轴112可以包括在齿轮输入118附接至电动机轴110处的齿轮输出。还包括基板134，该基板134至少包括用于监测电动机轴110和致动器输出轴112的位置的电路。基板134可实施为印刷电路板、平面3D印刷材料、柔性电路板或任何经配置为根据需要机械性支撑且电性连接单个模块化板的电气部件的其他已知部件。基板134可具有多层构造，其中布线部分和部件以及电路布局符合特定的性能功率和热特性。基板134可包括若干个位置检测传感器136A、136B以检测同轴的轴或其他旋转元件的旋转位置，且连接至公共总线以与控制器通信数据。位置检测传感器136A、136B可根据需要安装于基板134的表面上和/或嵌入基板134的内层内。位置检测传感器136A、136B可通过使用导电轨、导电垫、导孔和其他根据需要在基板上建立电性连接的已知手段而彼此电性连接和/或与基板上的其他部件和电路电性连接。位置检测传感器136A布置于基板134上，以检测来自码盘132A的信号，该位置检测传感器136A与码盘132A的组合形成编码器。位置检测传感器136B布置于基板134上，以检测来自码盘132B的信号。位置检测传感器136B与码盘132B的组合也形成编码器。
如图1所示，位置检测传感器136A、136B可为非接触式且被配置为通过从相关联的码盘发射的磁性或感应信号来检测电动机轴110和/或致动器输出轴112的位置。根据本文公开的其他示例性实施例，位置检测传感器可被配置为使用光学或电容式信令机构或这两者混合。参照图2a和图2b更详细地公开了这些替代实施例。
根据本公开一示例性实施例，码盘132A被配置有若干个交替磁极(N、S)，它们提供在相对于电动机轴110的轴线的轴向表面(图1)或径向表面(图3a)上。位置检测传感器136A、136B可实施为霍尔效应元件，以分别经由码盘132A、132B磁性地检测旋转轴的位置。位置检测传感器136A、136B与码盘132A、132B的组合可被配置为单圈绝对式编码器，其测量轴从启动时的特定位置在360°范围内的位移或旋转。在此配置下，位置检测传感器136A、136B的输出依电动机轴110的每公转(revolution)或自转(rotation)周期而重复。使用在此配置下的绝对式编码器，一般在控制电动机的操作方面提供冗余度以提高安全性，更具体而言，在确定电动机轴110的位置时提供冗余度以提高安全性。根据本公开另一示例性实施例，编码器组件126的一个或多个编码器可被配置为多圈(或多匝)绝对式编码器。在多圈绝对式编码器配置中，编码器组件126可包括多个码盘和电池(未示出)以及/或者计数器(未示出)以在断电时维持位置信息。如上已述，致动器输出轴112可包括齿轮装置118。结果，电动机轴110可以根据齿轮比而转动一定圈数的公转以累积致动器输出轴112的一圈公转。每个传感器的绝对起始位置可在启动时确定，因此无需电池备份在致动器输出轴112一圈公转内存储绝对位置数据。
图2a和图2b示出根据本公开一示例性实施例的示例性光学或电容式编码器组件。如图2a和图2b所示，位置检测传感器236A、236B可实施为光学或电容式光电传感器且分别与码盘232A、232B组合使用。码盘232A、232B可具有若干个不透明或透明区域，该区域被配置为使光穿透其表面。光源(未示出)可定位成邻近相应的码盘232A、232B且定位于与位置检测传感器236A、236B相对的一侧上，以便照亮码盘232A、232B。当码盘232A、232B旋转时，位置检测传感器236A、236B在调制光穿过透明区域和/或不透明区域时检测该调制光。控制器被配置为访问存储器以确定与检测到的调制信号相关联的轴的预定位置或旋转。如图2a所示的示例性编码器组件226也可包括任何数目的光学元件，以将光聚焦到位置检测传感器236A、236B上。光学元件可包括光准直发光二极管、反射镜、棱镜、透镜、光纤、激光二极管、光学狭缝、衍射光栅或任何其他根据需要合适的导光元件或机构。如图2a所示，光学或电容式编码器组件可被配置为使得每个传感器安装至呈环状的单个基板234，根据需要安装在该基板的面向后端的表面116或面向前端的表面114上。图2b示出安装至单个基板234的单个位置检测传感器236A是用于检测穿透每个码盘232A的光的光学传感器的示例性实施例。
根据本公开另一示例性实施例，位置检测传感器236A、236B可与经配置为使预定正弦图案蚀刻到相应表面上的码盘232A、232B组合使用。根据此示例性实施例，编码器组件226包括生成用于注入电动机轴110的高频信号的发射器(未示出)。当码盘232A、232B随电动机轴110旋转时，正弦图案调制发射器的高频信号。位置检测传感器236A、236B可被配置为电容式传感器，其检测来自码盘232A、232B的调制信号且将该信号提供至驱动器/控制器。驱动器/控制器将从位置检测传感器236A、236B接收到的调制信号转换成旋转运动，且使用旋转运动值来确定电动机轴的位置。如图2b所示，编码器组件226可包括相对于电动机轴110处于离轴位置的光学或电容式位置检测传感器236A与处于轴上位置的磁性位置检测传感器236B的组合。
图3a至图3c示出根据本公开一示例性实施例的编码器组件。如图3a所示，编码器组件326可被配置为使两个配对的环状基板用作码盘332A、332B。码盘332B可附接至电动机轴110，使得其可在操作期间与电动机轴110同步旋转。码盘332A安装至致动器组件100的致动器输出轴112。码盘332B被配置为包括位置检测传感器336B和其他部件，例如包括嵌入其内层结构内的电源电路(未示出)。在电动机组件的操作期间，码盘332B随电动机轴110旋转，并且位置检测传感器336B检测当码盘332B随电动机轴110旋转时所产生的电感耦合变化。由位置检测传感器336B检测到的磁信号与预定的磁信号测量值进行比较，以确定电动机轴110的位置。如图3a所示，基板334可包括第一部分334A和第二部分334B。位置检测传感器336A可安装于第一基板部分334A上以与电动机轴110离轴对准，以检测来自安装至输出轴112的码盘332A的信号。位置检测传感器336B可安装于第二基板部分334B上以与电动机轴110离轴对准，以检测来自安装至电动机轴110的码盘332B的信号。位置检测传感器336B布置为检测来自码盘332B的径向表面的信号。如图3b所示，该相同的设计可实施于致动器输出轴112及其环状基板334，其中位置检测传感器336B以冗余方式安装于基板334的与位置检测传感器336A相反的一侧上。图3c示出图3b中的编码器组件但无冗余度。根据一示例性实施例，图3b和图3c的编码器组件326可被配置为使用磁性或电感式位置检测。
根据本公开一示例性实施例，编码器组件326可被配置为包括如本文公开的磁性、光学、电感式和/或电容式编码器的任何组合。例如，编码器组件326可包括编码器，其具有设置于电动机轴110的面向后端一侧116上的空心容积中的磁性码盘332B。另一个示例性编码器可配置有光学码盘332A，该光学码盘332A附接至致动器输出轴112使得其在致动器组件的操作期间旋转。位置检测传感器336A、336B可在基板334上相对于电动机轴110的轴线(x)的离轴位置对准。位置检测传感器336A被配置为检测从光学码盘332A反射的光，并且位置检测传感器336B被配置为检测从磁性码盘332B发射的信号。
图4a至图4c示出根据本公开一示例性实施例的示例性控制器电路。控制器450可被配置为伺服驱动器，包括硬件装置，诸如处理器、现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。这些装置中的每一个装置可用软件或编程代码来专门编程，以执行操作进而处理、分析和/或操纵驱动和/或控制致动器组件100和/或由位置检测传感器436A、436B检测到的数据和/或致动器组件100的其他部件或电路。控制器450可包括可直接集成到基板434上的部件和电路以及分别检测致动器输出轴112和电动机轴110的旋转的位置传感器436A、436B。电路可包括例如电源电路402、故障检测电路404和驱动器/控制器450等。如图4a所示，电路可安装于基板的一个或多个侧面或表面上。例如，电源电路402、故障检测电路404和驱动器/控制器450可安装于基板434的A侧上，并且位置检测传感器436A、436B可安装于基板434的B侧上。位置检测传感器436A、436B被配置为共享从电源电路402输出的电源信号。图4b示出位置检测传感器436A、436B嵌入基板434内的实施例。应当理解，任何其他部件和/或电路可以与位置检测传感器436A、436B组合或代替位置检测传感器436A、436B而嵌入基板内。根据一示例性实施例，控制器450可以任何合适的布置安装于基板434上，使得各种部件和电路可根据需要安装至基板的任一A侧或B侧或者以任何组合嵌入基板内。
在一替代实施例中，控制器450可安装于电动机组件之内或致动器组件的壳体102之外的独立基板上。控制器450可被配置为基于由若干个位置检测传感器436A、436B中的至少两个位置检测传感器检测到的轴旋转位置来确定是否有故障。例如，控制器450可被配置为比较由至少两个位置检测器436A、436B检测到的轴旋转位置，且当所比较的旋转位置被确定为超出预定容差时生成故障信号。例如，如果15位(每公转32768计数)位置检测器正监测电动机轴110的位置，并且14位(每公转16384计数)位置检测器正以100:1的减速比监测致动器输出轴112的位置，并且电动机旋转50.75圈公转，则电动机轴位检测器会将1圈公转的0.75位置输出为24756计数，而致动器输出会以其100:1的减速比而将50圈公转和0.75圈公转计数为8192+123或8315计数。控制器将使用1个电动机轴公转或32768计数等于164致动器位置检测器计数的转换，因为在此例中电动机轴与致动器输出位置检测之比为200，如果在1000计数以内的电动机位置与5计数以内的致动器位置不相关(这取决于所集成的位置检测器的精确度和再现度)，则决定故障。
图4c和图4d示出根据一示例性实施例的位置传感器和基板组件的布线图。根据一个实施例，编码器组件可被配置有多个位置传感器，其中每个位置传感器包括独立的数据和时钟线或信号。例如，位置检测传感器436A、436B、436C可被配置为具有连接至驱动器/控制器450的数据线408和时钟线410以及来自电源电路402的共享电源与接地412。图4c所示的示例性实施例有别于前述实施例并提供优于前述实施例的优势，因其提供了位置检测传感器436A、436B、436C以菊链排列连接以使得传感器共享公共数据总线414的示例性说明。由于这种排列，编码器组件的位置检测传感器436A、436B、436C布线所需的线路总数可显著减少，例如，本公开的示例性技术消除了8条多余的数据通信线路(2个传感器的Data+、Data-、Clock+、Clock-)。本公开的示例性编码器组件126被配置为在公共数据总线414上根据需要提供位置数据或其他电动机组件数据作为多位字元。编码器组件可被配置为经由并行或串行接口通信数据。串行数据可根据同步串行接口(SSI)协议或双向/串行/同步(BiSS)接口协议而输出。如图4d所示，位置检测传感器的位置传感器436A和436B根据差分线发射器和接收器而连接。针对每个传感器436A和436B，两条线用于差分数据接收(SLO+和SLO-)。两条线用于差分时钟和数据传输信号(MA+和MA-)。位置传感器以主(MA)/从(SLO)布置连接。该布置可缩放为根据需要包括任何数目的传感器。
图5a至图5c示出根据本公开一示例性实施例的用于编码器组件的磁体类型。
如图5a所示，在适用情况下，码盘532代表关于图1和图3a至图3c论述的码盘132A、332A和332B。码盘532可被配置为多极磁体，其可同轴地固定至一个或多个电动机轴110或者其他应检测其旋转的旋转元件。码盘532与位置检测传感器136A组合提供了关于如图1所示致动器输出轴或电动机轴110的离轴旋转检测。码盘532可具有环状或圆周状的形状且被配置为包括若干个交替的N与S极对525。极对N与S可相对于电动机轴110的轴线布置于码盘532的轴向表面515上。根据本公开一示例性实施例，码盘532可根据需要具有16个、32个和64个极对中的任一种或任何其他合适的极数。码盘532的轴向表面515可包括一个或多个轨道520，其中每个轨道520包括沿圆周以交替模式布置的若干个N与S磁极525。针对每个轨道520，若干个N与S极525可围绕码盘532圆周以等距或等角位置隔开。图5a示出由两(2)个轨道520A、520B组成且解析度高达18位(即262144计数)的码盘532。针对光学编码器组件，使用透明区域或不透明区域代替磁性码盘的N与S极对。但应理解，根据待检测的位置的期望解析度，码盘532可具有任何数目的合适轨道。
如图5b所示，码盘532可布置为使得N与S极对形成在径向表面510或外缘上。
如图5c所示，编码器组件126可包括两(2)极磁体535，其被配置为附接至或设置于针对其检测旋转的致动器输出轴112的空心容积内。根据另一示例性实施例，两极磁体535可设置于电动机轴110的空心内部容积内最靠近后端116之处。磁体535与位置检测传感器536组合提供了相对于致动器输出轴112的轴上检测。
图6a至图6g示出根据本公开一示例性实施例的位置检测传感器的各种安装布置。
如图6a所示，编码器组件126可包括设置于基板634上的位置检测传感器636B，使得当基板634安装于致动器组件上时，位置检测传感器636B相对于安装在电动机轴110或待检测其位置的其他旋转元件的空心内部容积内的码盘632B处于轴上位置。在该轴上位置，位置检测传感器636B定位成感测磁体632B的磁极，该磁体632B安装于电动机轴110的空心容积内最靠近后端116之处或如图1所示致动器输出轴112的后端上。码盘632A可安装至电动机轴110，并且位置检测传感器636A可安装至基板634上相对于电动机轴110的离轴位置，以检测来自码盘632A的信号。这种位置检测传感器的布置和取向相较于已知的编码器组件设计而言提供了冗余度和增进的精确度。
如图6b所示，编码器组件126可包括位置检测传感器636B，其如图6a所述相对于电动机轴110设置于基板634上的轴上位置，并且还包括一个或多个位置检测传感器636A，其相对于电动机轴110设置于基板634上的离轴位置。如上已述，在离轴位置，位置检测传感器636A定位成感测码盘632A的N与S极525。在使用至少两个位置检测传感器636A的布置中，传感器636A可设置于偏移90°、180°或根据需要任何其他合适角度的位置。位置检测传感器636A、636B位于相同的基板表面上，因而安装于相同的轴向位置，其中位置检测传感器636B居于中心。
如图6c所示，编码器组件126可包括一个或多个位置检测传感器636A，其相对于电动机轴110设置于基板634上的相应离轴位置。增加位置检测传感器636A的数目会导致冗余度或更佳的精确度。根据此实施例，并未使用轴上位置检测传感器636B来检测电动机轴110的位置。
如图6d所示，编码器组件126可包括一个或多个位置检测传感器636B，其相对于电动机轴110径向设置且安装于基板634的第一部分634A上，该基板634的第二部分634B在垂直于第一基板部分634A的平面上延伸。第一基板部分634A布置为邻近码盘632B的轴向表面，并且第二基板部分634B布置为邻近码盘632B的径向表面。位置检测传感器636C可安装至垂直基板部分634B的表面。位置检测传感器636C与码盘632C对准，该码盘632C具有布置于径向表面610或外缘上的N与S极对525。基板部分634A可安装至定子组件122(图1)且因此在操作期间静止。码盘632B安装至致动器输出轴112。
图6e和图6f示出示例性编码器组件，其中基板634可安装至如图1所示的定子组件122。单个基板634形成为具有允许致动器输出轴112完全通过的中心孔眼或孔口635。基板634具有安装于其上的一个或多个位置检测传感器636A、636B。如图6e所示，位置检测传感器636A、636B可安装至基板634的面向前端的表面114或面向后端的表面116之一。基于位置检测传感器636A、636B，电动机轴的位置可基于安装至电动机轴110和致动器轴112的码盘632A、632B的旋转来检测。如图6f所示，位置检测传感器636A、636B可安装于单个基板的两侧上，这导致基于码盘632A、632B的旋转来检测电动机位置时的精确度和冗余度增高。
图6g示出根据本公开一示例性实施例的示例性编码器组件，该示例性编码器组件具有带径向离轴编码器和轴上编码器的单个基板。如图6g所示，编码器组件126可包括基板634，该基板634具有第一部分634A以及在垂直于第一部分634A的方向上延伸的第二部分634B。位置检测传感器636B可安装于第一基板部分634A上以与安装至致动器输出轴112的空心容积中的码盘632B轴上对准。位置检测传感器636C可安装于第二基板部分634B上以与安装至电动机轴110的外表面的码盘632C离轴对准。位置检测传感器636C被对准，以检测来自布置于码盘632C的径向表面610或外缘上的N与S极对525的信号。
本公开的示例性旋转编码器组件安装于单个基板上，这允许远低于已知实施方案的空间需求。结果，如本文所述的编码器组件可安装得更靠近电动机/致动器，从而允许缩短长度，进而增进转矩密度。结果，当在单个基板上使用双编码器组合的编码器组件直接集成在集成伺服驱动器上时，可完全取消编码器布线。此外，位置检测器可以菊链配置连接，导致提高空间和热效率，并减少连接至伺服驱动器或控制器的布线数。具有安装于双面基板两侧上的部件和电路的编码器组件不仅能节省空间，还能节约成本。为了进一步提高编码器组件的性能，电动机/致动器轴可由铝制成，以减少来自磁干扰的串扰和噪音量，提高转矩密度，并减少惯性或消除轴跳。使用其他关于磁体的已知安装技术和材料，可用来改进编码器组件的公差、电跳和整体性能。
综上所述，本领域技术人员应当领会，在不脱离本发明的精神或必要特征的情况下，本发明可以其他特定形式实行。因而，本公开的实施例在各方面皆应视为说明性而非限制性。本发明的范围由所附权利要求而非前述内容来表明，且所附权利要求的含义、范围及等同方案内的所有更改皆旨在涵属于其中。

Claims (25)

1.一种编码器组件，包括：
基板，其具有两个或更多个位置传感器，每个位置传感器被配置为检测机器的轴或其他旋转元件的旋转位置；
第一编码器，其包括所述两个或更多个位置传感器中的至少一个第一位置传感器，所述至少一个第一位置传感器设置于所述基板上以与机器的轴或其他旋转元件离轴对准；以及
第二编码器，其包括所述两个或更多个位置传感器中的第二位置传感器，所述第二位置传感器设置于所述基板上以与机器的轴或其他旋转元件轴上或离轴对准，
其中，每个位置传感器被配置为检测不同或共同的信号类型，并且所述第二位置传感器的信号类型不包括光信号。
2.根据权利要求1所述的编码器组件，包括：
码盘，其被配置为附接至机器的轴或其他旋转元件，
其中，所述至少一个第一位置传感器和所述第二位置传感器设置于所述基板上以与所述码盘的轴向表面平齐，且
其中，所述码盘、所述至少一个第一位置传感器和所述第二位置传感器形成双多圈绝对式编码器。
3.根据权利要求1所述的编码器组件，包括：
码盘，其被配置为附接至机器的轴或其他旋转元件，
其中，所述基板包括经配置为平行于所述码盘的轴向表面的第一部分以及经配置为平行于所述码盘的径向表面的第二部分，且
其中，所述至少一个第一位置传感器设置于所述基板的所述第二部分上，并且所述第二位置传感器设置于所述基板的所述第一部分上。
4.根据权利要求1所述的编码器组件，包括：
码盘，其包括经配置为设置于机器的轴或其他旋转元件的空心容积内的第一码盘以及经配置为附接至机器的轴或其他旋转元件的表面的第二码盘，
其中，所述至少一个第一位置传感器设置于所述基板上，以检测来自所述第二码盘的信号，并且所述第二位置传感器设置于所述基板上以与机器的轴或其他旋转元件轴上对准，以检测来自所述第一码盘的信号，且
其中，所述至少一个第一位置传感器被配置为检测来自所述第二码盘的轴向表面或径向表面的信号。
5.根据权利要求1所述的编码器组件，包括：
码盘，其包括经配置为设置于机器的轴或其他旋转元件的空心容积内的第一码盘以及经配置为附接至机器的轴或其他旋转元件的表面的第二码盘，
所述基板包括经配置为平行于所述第一码盘的轴向表面的第一部分以及经配置为平行于所述第二码盘的径向表面的第二部分，且
所述至少一个第一位置传感器设置于所述基板的第二部分上，以检测来自所述第二码盘的径向表面的信号，并且所述第二位置传感器设置于所述基板的第一部分上，以检测来自所述第一码盘的轴向表面的信号。
6.根据权利要求1所述的编码器组件，包括：
码盘，其包括第一码盘和第二码盘，所述第一码盘和第二码盘被配置为附接至机器的轴或其他旋转元件的表面，
其中，所述基板包括经配置为平行于所述第一码盘的径向表面的第一部分、经配置为平行于所述第二码盘的径向表面的第二部分以及在所述第一部分与所述第二部分之间延伸的第三部分，
其中，所述至少一个第一位置传感器设置于所述基板的第一部分上，以检测来自所述第一码盘的径向表面的信号，所述第二位置传感器设置于所述基板的第二部分上，以检测来自所述第二码盘的径向表面的信号，并且电路系统安装至所述基板的第三部分，且
其中，所述基板的第一部分和第二部分平行于轴的轴线且正交于所述第三部分。
7.根据权利要求1所述的编码器组件，其中，所述至少一个第一位置传感器和所述第二位置传感器嵌入所述基板的层内。
8.根据权利要求1所述的编码器组件，其中，所述两个或更多个位置传感器连接至公共总线或独立数据线，且其中，所述公共总线和所述独立数据线被配置为传送位置数据和/或时钟信号和/或其他数据。
9.根据权利要求1所述的编码器组件，其中，所述第一编码器是磁性编码器、电容式编码器、电感式编码器或光学编码器，并且如果所述第二编码器设置于所述基板上以与机器的轴或其他旋转元件轴上或离轴对准，则所述第二编码器是磁性编码器、电容式编码器或电感式编码器。
10.根据权利要求1所述的编码器组件，其与控制器组合连接，其中，
所述控制器被配置为基于由所述两个或更多个位置传感器检测到的旋转位置来检测故障，且
所述控制器被配置为比较由所述两个或更多个位置传感器检测到的所述旋转位置，且当所比较的旋转位置超出预定容差时生成故障信号。
11.根据权利要求1所述的编码器组件，其中，所述基板包括连接至所述第一编码器和所述第二编码器的电源电路，所述电源电路被配置为提供至少抗电涌的电路保护。
12.一种致动器组件，包括：
电动机，其具有电动机轴和与所述电动机轴同轴的输出轴；以及
编码器组件，其包括：
第一编码器，其被配置为与所述电动机轴离轴对准；
第二编码器，其被配置为与所述电动机轴轴上或离轴对准；以及
公共基板，其上安装有所述第一编码器和所述第二编码器的位置传感器，其中，所述公共基板被配置为传送来自所述位置传感器的位置数据，
其中，每个位置传感器被配置为检测不同或共同的信号类型，并且所述第二编码器的信号类型不包括光信号。
13.根据权利要求12所述的致动器组件，其中，如果所述第二编码器与所述电动机轴轴上对准，则所述第二编码器包括设置于所述输出轴的空心容积中的第一码盘，并且所述第一编码器包括附接至所述电动机轴的表面的第二码盘。
14.根据权利要求12所述的致动器组件，其中，如果所述第二编码器与所述电动机轴离轴对准，则所述第二编码器包括第二位置传感器，所述第二位置传感器被配置为检测来自所述第一码盘的轴向表面的信号。
15.根据权利要求13所述的致动器组件，其中，所述公共基板包括：第一部分，其上安装有所述第二编码器的第二位置传感器，以检测来自所述第一码盘的轴向表面的信号；以及第二部分，其上安装有所述第一编码器的第一位置传感器，以检测来自所述第二码盘的径向表面的信号，且其中，所述公共基板的第二部分垂直于所述公共基板的第一部分。
16.根据权利要求12所述的致动器组件，其中，所述编码器组件包括控制器，所述控制器被配置为基于由所述位置传感器检测到的位置数据来控制所述致动器组件的操作，其中，所述控制器安装于所述公共基板上。
17.根据权利要求16所述的致动器组件，其中，所述控制器被配置为基于由所述第二编码器检测到的所述电动机轴的旋转位置以及由所述第一编码器检测到的所述输出轴的旋转位置来检测故障，且其中，所述控制器被配置为比较所述电动机轴的旋转位置与所述输出轴的旋转位置，且当所比较的旋转位置超出预定容差时生成故障信号。
18.根据权利要求12所述的致动器组件，其中，所述第一编码器是磁性编码器、电容式编码器、电感式编码器或光学编码器，并且如果所述第二编码器与所述电动机轴轴上或离轴对准，则所述第二编码器是磁性编码器、电容式编码器或电感式编码器。
19.根据权利要求12所述的致动器组件，其中，所述第一编码器和所述第二编码器是绝对式编码器。
20.根据权利要求12所述的致动器组件，其中，每个位置传感器设置于所述公共基板上，以检测来自相应码盘的轴向表面的信号。
21.根据权利要求12所述的致动器组件，其中，
所述第一编码器包括设置于所述公共基板上的第一位置传感器，以检测来自第一码盘的径向表面的信号；且
所述第二编码器包括设置于所述公共基板上的第二位置传感器，以检测来自第二码盘的轴向表面的信号，
其中，所述基板包括：第一部分，其上安装有所述第二位置传感器，以检测来自所述第二码盘的轴向表面的信号；以及第二部分，其上安装有所述第一位置传感器，以检测来自所述第一码盘的径向表面的信号。
22.根据权利要求12所述的致动器组件，其中，
所述第一编码器包括设置于所述公共基板上的第一位置传感器，以检测来自第一码盘的径向表面的信号，
所述第二编码器包括设置于所述公共基板上的第二位置传感器，以检测来自第二码盘的径向表面的信号，
其中，所述公共基板包括：第一部分，其上安装有所述第一位置传感器，以检测来自所述第一码盘的径向表面的信号；以及第二部分，其上安装有所述第二位置传感器，以检测来自所述第二码盘的径向表面的信号；以及在所述第一部分与所述第二部分之间延伸的第三部分，其上安装有所述编码器的电路系统，其中，所述基板的第一部分和第二部分平行于电动机轴的轴线且正交于所述第三部分。
23.根据权利要求12所述的致动器组件，其中，所述位置传感器连接至公共总线或独立数据线，且其中，所述公共总线和独立数据线被配置为传送位置数据和/或时钟信号和/或其他数据。
24.根据权利要求12所述的致动器组件，其与所述控制器组合连接，其中，所述控制器被配置为基于由两个或更多个位置传感器检测到的旋转位置来检测故障，且其中，所述控制器被配置为比较由所述两个或更多个位置传感器检测到的旋转位置，且当所比较的旋转位置超出预定容差时输出故障信号。
25.根据权利要求12所述的致动器组件，其中，所述公共基板包括连接至若干个编码器的电源电路，所述电源电路被配置为提供电路保护。
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