CN115694084A - 电子式旋转编码器 - Google Patents

电子式旋转编码器 Download PDF

Info

Publication number
CN115694084A
CN115694084A CN202111259188.8A CN202111259188A CN115694084A CN 115694084 A CN115694084 A CN 115694084A CN 202111259188 A CN202111259188 A CN 202111259188A CN 115694084 A CN115694084 A CN 115694084A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
signal
phase
rotary encoder
hall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111259188.8A
Other languages
English (en)
Inventor
陈企扬
谢旻甫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heyi Electronic Technology Co ltd
Original Assignee
Heyi Electronic Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heyi Electronic Technology Co ltd filed Critical Heyi Electronic Technology Co ltd
Publication of CN115694084A publication Critical patent/CN115694084A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/26—Devices for sensing voltage, or actuated thereby, e.g. overvoltage protection devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
    • G01P13/045—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/486—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by photo-electric detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471—Error correction
    • G01D5/24476—Signal processing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

本发明实施例公开的一种电子式旋转编码器，用于装设在旋转物体中垂直旋转轴来得到A相信号和B相信号并用以计算转速及位置，包括：霍尔元件，装设在所述旋转物体中垂直旋转轴的一面，用于输出霍尔信号作为所述A相信号方波；两电容，用于根据所述A相信号控制的开关进行定电流充电和放电，并得到第一电压及第二电压；两缓冲闸，用于根据所述A相信号控制的开关输出第一X电压及第二X电压的波形信号；两比较器，用于分别输入所述第一电压和第一X电压，及所述第二电压和第二X电压，进行比较后经过锁存器输出控制信号；以及互斥或闸，用于输入方向信号及所述控制信号，得到所述B相信号。本发明实施例通过上述方案可达到易于电路整合的效果。

Description

电子式旋转编码器
技术领域
本发明涉及编码器领域，尤其涉及一种电子式旋转编码器。
背景技术
旋转编码器也称为轴编码器，是将旋转位置或旋转量转换成类比或数位信号的机电装置。一般装设在旋转物体中垂直旋转轴的一面。旋转编码器用在许多需要精确旋转位置及速度的场合，如工业控制、机器人技术、专用镜头、计算机输入装置(如鼠标及轨迹球)等。
旋转编码器可分为绝对型编码器及增量型编码器两种；其中，增量型编码器也称作相对型编码器，其是利用检测脉冲的方式来计算转速及位置，并输出有关旋转轴运动的信息，一般会由其他装置或电路进一步转换为速度、距离、每分钟转速或位置的信息；绝对型编码器会输出旋转轴的位置，可视为一种角度传感器。
增量型编码器和绝对型编码器不同，当转轴旋转时，增量型编码器输出的信息会随转轴旋转而变化，然后根据输出变化来检测转轴的旋转量；绝对型编码器则是针对转轴旋转的位置进行编号，当转轴不动时根据其输出的信号可以得到其对应的旋转位置；而增量型编码器无法在转轴不动时得到转轴旋转位置的信息。
增量型编码器可用来感测转轴旋转量的信息，生成并输出A相信号与B相信号，再由程序产生旋转方向、位置及角度等信息，增量型编码器可以是线性的，也可以是旋转型。增量型编码器因为比绝对型编码器成本较低廉，以及其输出信号更容易转换为运动相关的信息(例如速度)等特性，是最广为使用的编码器。
现有的增量型编码器分为机械式增量型编码器以及光学式增量型编码器，机械式增量型编码器需要对信号处理抖动，一般设置为消费性产品上的旋钮；例如大部分家用及车用的收音机就是用机械式增量型编码器作为音量控制的旋钮，而且机械式增量型编码器一般只适用在转速不高的应用场合；而光学式增量型编码器则用在高速或是需要高精准度的场合。
然而，现有的增量型编码器在用于侦测马达360度转动角度会有机械角或电器角的差别，虽然在使用上比绝对型编码器成本低，但当需要较高分辨率时，增量型编码器的成本也就随之上升，且机械式增量型编码器和光学式增量型编码器与控制装置的整合也比较复杂。
发明内容
因此，为克服现有技术的缺陷和不足，本发明实施例提出了一种电子式旋转编码器，其可以用来代替现有的机械式增量型编码器和光学式增量型编码器，且成本低廉，易于电路装配整合。
一方面，本发明实施例提出的一种电子式旋转编码器，用于装设在旋转物体中垂直旋转轴来得到A相信号和B相信号并用以计算转速及位置，包括：霍尔元件，装设在所述旋转物体中垂直旋转轴的一面，用于输出霍尔信号，并将所述霍尔信号作为所述A相信号的方波；两电容，用于根据所述A相信号控制的开关进行定电流充电和放电，分别得到第一电压及第二电压，其中所述第一电压和所述第二电压的信号为相对于所述A相信号方波的三角波电压波形；两缓冲闸，用于根据所述A相信号控制的开关分别输入所述第一电压和所述第二电压，并根据输入的所述第一电压和所述第二电压分别输出与所述第一电压和所述第二电压呈现X倍数的第一X电压及第二X电压的波形信号，其中0<X<1；两比较器，用于分别输入所述第一电压和第一X电压，及所述第二电压和第二X电压，进行比较后经过锁存器输出控制信号；以及互斥或闸，用于输入方向信号及所述锁存器输出的控制信号，得到所述B相信号。
在本发明的一个实施例中，所述A相信号控制经过串联的两反向器，再分别输出控制两定电流源的开关对所述电容进行定电流充电和放电。
在本发明的一个实施例中，所述B相信号的脉冲信号是根据所述方向信号为低准位或高准位得到；所述旋转物体为正转或反转是根据所述B相信号落后或超前所述A相信号，进而编码输出信号得到。
在本发明的一个实施例中，所述霍尔元件用于侦测所述旋转物体的360度转动角度，半周期为180度转动角度时间，其中，所述第一电压和所述第二电压表示为计数180角度的时间，所述第一电压和所述第二电压的表示值为角度或者时间。
在本发明的一个实施例中，所述电子式旋转编码器还设置有多组所述两电容，将所述A相信号方波输入到多组两电容的电路，其中所述多组两电容中的每组电容的电路可改变不同的X值，用于增加编码的分辨率。
另一方面，本发明实施例提出了一种电子式旋转编码器，用于装设在旋转物体中垂直旋转轴来得到A相信号及B相信号并用于计算转速及位置，包括：至少两个霍尔元件，其分别装设在所述旋转物体中垂直旋转轴的一面的不同位置；边缘侦测电路，用于接收所述霍尔元件输出的霍尔信号作为所述A相信号的方波，且导出方向信号；两电容，用于根据所述A相信号控制的开关进行定电流充电和放电，分别得到第一电压和第二电压，其中所述第一电压和所述第二电压的信号为相对于所述A相信号方波的三角波电压波形；两缓冲闸，用于根据所述A相信号控制的开关分别输入所述第一电压和所述第二电压，并根据输入的所述第一电压和所述第二电压分别输出与所述第一电压和所述第二电压呈现X倍数的第一X电压及第二X电压的波形信号，其中0<X<1；两比较器，用于分别输入所述第一电压和所述第一X电压，以及所述第二电压和所述第二X电压，并进行比较后经过锁存器输出控制信号；以及互斥或闸，用于输入方向信号及所述锁存器输出的控制信号，得到所述B相信号。
在本发明的一个实施例中，所述A相信号控制经过串联的两反向器，再分别输出控制两定电流源的开关对所述电容进行定电流充电和放电。
在本发明的一个实施例中，所述方向信号用于以其中一个霍尔信号为基准，连接所述边缘侦测电路内正缘触发的D触发器的电路时脉，另一个霍尔信号连接所述D触发器的D输入端，所述电路时脉用于判断出低位准或高位准来指示所述旋转物体正转或反转。
在本发明的一个实施例中，所述A相信号是由所述至少两个霍尔元件输出的霍尔信号分别输入至所述边缘侦测电路内对应的数量的复振器做脉冲边缘侦测，且输出给或闸后控制所述D触发器的电路时脉产出。
在本发明的一个实施例中，所述霍尔元件用于侦测所述旋转物体360度转动角度，半周期为180度除以霍尔元件数的转动角度时间，所述第一电压和所述第二电压表示为计数半周期角度的时间，且所述第一电压和所述第二电压的表示值为角度或者时间。
在本发明的一个实施例中，所述电子式旋转编码器还设置有多组所述两电容，用于将所述A相信号方波输入到所述多组两电容的电路，其中所述多组两电容中的每组电容的电路改变不同的X值，用以增加编码的分辨率。
在本发明的一个实施例中，当所述旋转物体为马达的旋转轴时，所述边缘侦测电路用于接收所述马达的驱动输出电压，并用于取代所述霍尔元件以及所述霍尔信号。
由上可知，本发明上述技术特征可以具有如下一个或多个有益效果：
1、在本发明实施例中，该电子式旋转编码器可适用于侦测如马达等旋转物体方向、角度及速度，并再侦测后输出信号，可仿效常见的增量型编码器，或者直接整合进电子电路内，以降低成本和整合型应用。具有直接侦测马达的360度转动角度，没有机械角或电器角的差别；应用上使用简易电路加上霍尔元件及电容，取代现有增量型编码器，成本更低且易于电路整合；且增加电容及侦测电容组能增加分辨率，并解决分辨率受限于马达极数对以及电器角的问题。
2、在本发明实施例中，电子式旋转编码器也可以应用于马达驱动电路系统，包括有单或多个霍尔元件输入，可侦测并判读方向、角度及速度，输出所述侦测信号，可供后级电路或MCU使用。当应用于无霍尔传感器马达驱动电路系统，能直接侦测驱动电压线，输出编码信号并与驱动电路进行整合，提供方向、角度和速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电子式旋转编码器的电路示意图。
图2为图1所示的电子式旋转编码器的脉冲信号示意图。
图3为本发明电子式旋转编码器的另一电路示意图。
图4为图3所示的电子式旋转编码器的脉冲信号示意图。
图5为图3所示的电子式旋转编码器中边缘侦测电路的电路示意图。
图6为图3所示电子式旋转编码器的另一电路应用示意图。
【附图标号说明】
100：电子式旋转编码器；101：霍尔元件；111、112：反向器；121、122、133、134：开关；131、132：缓冲闸；141、142：比较器；150：锁存器；151：控制信号；160：互斥或闸；170：边缘侦测电路；171、172、173：复振器；174：或闸；200：旋转物体；210：马达；HA：A相信号；HB：B相信号；DIR：方向信号；Ca、Cb：电容；VA：第一电压；VB：第二电压；VAx：第一X电压；VBx：第二X电压；I1、I2：定电流源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例配合图式详细说明如下，所附图式为简化之示意图，仅以示意方式说明本发明之基本结构，因此在该等图式中仅标示与本发明有关之元件，且所显示之元件并非以实施时之数目、形状、尺寸比例等加以绘制，其实际实施时之规格尺寸实为一种选择性之设计，且其元件布局形态有可能更为复杂。
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可据以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」等、仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本申请，而非用以限制本申请。另外，在说明书中，除非明确地描述为相反的，否则词语“包括”将被理解为意指包括所述元件，但是不排除任何其它元件。
在本发明实施例中，电子式旋转编码器的电路可应用于侦测如马达等旋转物体的系统，该系统为输出A相信号和B相信号，并根据所述A相信号和所述B相信号来得到旋转物体的方向、角度和速度，进而让电路系统操控如马达等旋转物体的系统。
参阅图1，本发明实施例提供的一种电子式旋转编码器100，用于装设在旋转物体200中垂直旋转轴得到A相信号HA和B相信号HB并用于计算所述旋转物体200的转速及位置，由于单个霍尔元件101无法判别方向，通过方向信号DIR与得到的所述A相信号HA和所述B相信号HB可指示方向，角度和速度，详细说明如下：
本发明实施例提供的电子式旋转编码器100包括：霍尔元件101，装设在所述旋转物体200中垂直旋转轴的一面，所述霍尔元件101用于输出霍尔信号，并将所述输出的霍尔信号作为A相信号HA的方波；电容Ca根据所述A相信号HA控制的开关121进行定电流充电和放电得到第一电压VA，电容Cb根据所述A相信号HA控制的开关122进行定电流充电和放电得到第二电压VB，且所述第一电压VA和所述第二电压VB的信号为相对于所述A相信号HA方波的三角波电压波形(如图2所示的脉冲信号示意图)；其中，所述A相信号HA用于分别控制经过串联的两反向器111、112，再分别输出控制定电流源I1和定电流源I2的开关，并通过所述开关121、122对所述电容Ca和Cb进行定电流充电和放电。其中，常用方式定电流源I2的定电流为定电流源I1的定电流的2倍，即让电容Ca和电容Cb充放电的时间保持相同。
缓冲闸131根据所述A相信号控制的开关133输入所述第一电压VA，并根据所述第一电压VA进行输出与所述第一电压VA呈现X倍数的第一X电压VAx的波形信号，缓冲闸132根据所述A相信号控制的开关134进行输入所述第二电压VB，并根据所述第二电压VB进行输出与所述第二电压VB呈现X倍数的第二X电压VBx的波形信号，其中0<X<1，VAx＝X*VA，VBx＝X*VB。比较器141用于输入所述第一电压VA和所述第一X电压VAx，比较器142用于所述第二电压VB和所述第二X电压VBx，再将比较器141、142输入的电压分别进行比较后再经过锁存器150(也可以在输出端加入反相器，通过反相信号更加方便设计)输出控制信号151；所述互斥或闸160用于输入方向信号DIR和所述锁存器150输出的控制信号151，并得到所述B相信号HB。
最后得到的所述B相信号HB与所述A相信号HA的输出信号，两者均为编码信号，可仿效常见增量型编码器，将本发明实施例中的电路直接整合进后级电子电路内，可以降低整体成本和整体整合型应用。
单个霍尔元件101用于侦测旋转物体200例如马达的360度转动角度，其半周期t为180转动角度时间，所以，所述第一电压VA和所述第二电压VB两电压的波形表示为计数180角度的时间，其值可代表角度，也可代表时间；经由比较器141比较所述第一电压VA和第一X电压VAx，以及比较器142比较所述第二电压VB和第二X电压VBx后输出的控制信号151得出所述B相信号HB的脉冲信号，且依上述方向信号DIR为低准位或高准位(高准位和低准位表示方向)，根据所述B相信号HB落后或超前所述A相信号HA，进而编码输出信号，正转和反转表分别为00→10→11→01和00→01→11→10。常用为X＝0.5表落后或超前90度角(X*180度)，计算公式为y＝(1-X)*t，其中0<X<1，如X＝1/3，即表示落后或超前60度角(X*180度)，详如图2所示。
在本发明较佳实施例中，电子式旋转编码器100可设置多组所述电容Ca、Cb，将所述A相信号HA方波输入到所述多组电容Ca和Cb的电路中，每组电容电路改变不同的X值，可用于增加编码的分辨率。例如，除x＝0.5，得到所述B相信号外，再额外增加两组电容电路，1组X＝0.75，另1组X＝0.25，即输出多增加信号HC和HD，分别代表偏移45度和135度角，分辨率从2个输出信号HA/HB的0(360)、90、180、270度，因而增加为4个输出信号HA/HB/HC/HD的0(360)、45、90、135、180、225、270、315度，以此类推。
在本发明较佳实施例中，电子式旋转编码器100还可设置复数(即至少两个)霍尔元件101以及边缘侦测电路，能够自动判断旋转物体200例如马达的方向和产生相应编码信号；在本发明实施例中的电路也可以直接应用于无感测马达驱动系统，即不设置霍尔元件，通过直接侦测驱动马达的电压线，得到方向和编码信号。设置复数个霍尔元件与上述设置单个霍尔元件的方式类似，其差别在于复数个霍尔元件101可增加边缘侦测电路自动侦测并解出方向信号DIR，在本发明实施例中，以三个霍尔元件为例进行说明：
参阅图3，图3为本发明电子式旋转编码器的另一电路示意图，图4为图3电路的脉冲信号示意图。其中，本发明实施例中的电子式旋转编码器100用于装设在旋转物体200中垂直旋转轴来得到A相信号HA及B相信号HB并用于计算旋转物体200的转速及位置。三个霍尔元件102、103、104分别装设在所述旋转物体200中垂直旋转轴的一面的不同位置；边缘侦测电路170用于接入所述霍尔元件102、103、104输出的霍尔信号作为所述A相信号HA的方波，且导出方向信号DIR。脉冲信号示意图与单个霍尔元件的脉冲信号相类似，差异在使用三个霍尔元件102、103、104，边缘侦测电路170侦测后得出的所述A相信号HA的脉冲每半周期代表60度角(180度/3)。
请再参阅图5，所述A相信号是由三个霍尔元件102、103、104输出的霍尔信号H1、H2、H3的方波分别输入至所述边缘侦测电路170内对应的数量的复振器171、172、173做脉冲边缘侦测，且输出给或闸174后去控制D触发器175的电路时脉产出，利用边缘变换时脉冲切换来得到。
所述方向信号DIR用于以其中一个霍尔信号为基准(图中以霍尔信号H1为基准)，连接所述边缘侦测电路170内正缘触发的D触发器176的电路时脉，另一个霍尔信号(图中的霍尔信号H2)连接所述D触发器176的D输入端，所述电路时脉用于判断出低位准或高位准来指示正转或反转。例如利用霍尔信号H1为基准，连接到正缘触发的所述D触发器176电路时脉，霍尔信号H2接至所述D触发器176的D输入端，所述电路时脉用于判断出低位准或高位准来指示正转或反转。
电容Ca根据所述A相信号HA控制的开关121进行定电流充电和放电得到第一电压VA，电容Cb根据所述A相信号HA控制的开关122进行定电流充电和放电得到第二电压VB，且所述第一电压VA和所述第二电压VB的信号为相对于所述A相信号HA方波的三角波电压波形(如图4所示的脉冲信号示意图)；其中，所述A相信号HA用于分别控制经过串联的两反向器111、112，再分别控制定电流源I1和定电流源I2的输出开关，并通过所述开关121、122对所述电容Ca和电容Cb进行定电流充电和放电。
缓冲闸131根据所述A相信号控制的开关133输入所述第一电压VA，并根据所述第一电压VA进行输出与所述第一电压VA呈现X倍数的第一X电压VAx的波形信号，缓冲闸132根据所述A相信号控制的开关134进行输入所述第二电压VB，并根据所述第二电压VB进行输出与所述第二电压VB呈现X倍数的第二X电压VBx的波形信号，其中0<X<1，VAx＝X*VA，VBx＝X*VB。比较器141用于输入所述第一电压VA和所述第一X电压VAx，比较器142用于所述第二电压VB和所述第二X电压VBx，再将比较器141、142输入的电压分别进行比较后再经过锁存器150(也可以在输出端加入反相器，通过反相信号更加方便设计)输出控制信号151；所述互斥或闸160用于输入所述方向信号DIR和所述锁存器150输出的控制信号151，并得到所述B相信号HB。
最后得到所述B相信号HB与所述A相信号HA的输出信号，两者均为编码信号，在本发明实施例中，可仿效常见的增量型编码器，将本发明实施例的电路直接整合进后级电子电路内，从而降低整体成本和整体整合型应用。
所述霍尔元件102、103、104用于侦测旋转物体200的360度转动角度，半周期为180度除以霍尔元件数的转动角度时间，所述边缘侦测电路170侦测后得出的HA脉冲每半周期代表60度角(180度/3)，所述第一电压VA及第二电压VB两电压波形表示为计数半周期角度的时间，其值可代表角度，也可代表时间。
经由比较器141比较所述第一电压VA和第一X电压VAx，以及比较器142比较所述第二电压VB和第二X电压VBx后输出的控制信号151得出所述B相信号HB的脉冲信号，且依上述方向信号DIR为低准位或高准位(高准位和低准位表示方向)，根据所述B相信号HB落后或超前所述A相信号HA，进而编码输出信号，正转和反转表分别为00→10→11→01和00→01→11→10。
在本发明较佳实施例中，电子式旋转编码器100可设置多组所述两电容Ca和电容Cb，将所述A相信号HA方波输入到所述多组两电容Ca和Cb的电路，所述多组两电容Ca和Cb中每组电容电路改变不同的X值，可用于增加编码的分辨率。
请参阅图6，在本发明较佳实施例中，当旋转物体200为马达210的旋转轴，该边缘侦测电路170用于接收马达210的驱动输出电压UVW信号，UVW信号用于取代霍尔元件102、103、104及其霍尔信号H1、H2、H3，其余实施方式与上述电子式旋转编码器中设置多个霍尔元件的实施例相类似。在本发明实施例中，可应用于无霍尔传感器的马达驱动电路系统，能达到直接侦测驱动电压线，输出编码信号，并与驱动电路进行整合，提供方向、角度和速度指示的效果。而且这些UVW信号可在机械轴旋转中重复许多次，因为它们直接取决于所连接的电机磁极数，并且也可以用于4极、6极或6极以上的电机的UVW信号。
在本发明实施例中，电子式旋转编码器适用于侦测如马达等旋转物体方向、角度及速度，侦测后输出脉冲信号，并可直接整合进电子电路内，以降低成本和整合型应用。可直接侦测马达360度转动角度，没有机械角或电器角的差别；在应用上，使用简易电路加上霍尔元件及电容，取代现有的增量型编码器，成本更低且易于电路整合。而且增加电容及侦测电容组能增加分辨率，不会出现其分辨率受限于马达极数对及电器角等问题。
本发明实施例中的电子式旋转编码器容易应用于马达驱动电路系统，包括有单个或至少两个以上霍尔元件输入，可侦测并判读方向、角度及速度，编码输出可供后级电路或微处理器例如MCU使用。当应用于无霍尔传感器马达驱动电路系统时，能直接侦测驱动电压线，输出编码信号并与驱动电路进行整合，提供方向、角度和速度指示。
在本发明实施例中，电子式旋转编码器还可以通过搭配单个或至少两个霍尔元件使用，输出编码信号得知方向、角度和速度；从而使得应用电路简单和成本低廉，同时，该电子式旋转编码器还可以直接侦测马达转动的360度机械角，达到不会受限于马达内部极数的多少，从而也不影响分辨率和使用的编码器成本，使得其成本比现有的旋转编码器更加低廉。而且在本发明实施例中电子式旋转编码器也可整合霍尔元件形成单晶片，取代旋转编码器的应用领域。另外，电子式旋转编码器也可不使用霍尔元件，直接侦测马达的驱动输出电压，从而得出方向、角度和速度的编码信号；电子式旋转编码器可以直接应用于无传感器马达驱动系统，也可以与有霍尔信号侦测的系统整合在一起混合使用，应用比较广泛，且限制较少。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种电子式旋转编码器，用于装设在旋转物体中垂直旋转轴来得到A相信号和B相信号并用以计算转速及位置，其特征在于，包括：
霍尔元件，装设在所述旋转物体中垂直旋转轴的一面，用于输出霍尔信号，并将所述霍尔信号作为所述A相信号的方波；
两电容，用于根据所述A相信号控制的开关进行定电流充电和放电，分别得到第一电压及第二电压，其中所述第一电压和所述第二电压的信号为相对于所述A相信号方波的三角波电压波形；
两缓冲闸，用于根据所述A相信号控制的开关分别输入所述第一电压和所述第二电压，并根据输入的所述第一电压和所述第二电压分别输出与所述第一电压和所述第二电压呈现X倍数的第一X电压及第二X电压的波形信号，其中0<X<1；
两比较器，用于分别输入所述第一电压和第一X电压，及所述第二电压和第二X电压，进行比较后经过锁存器输出控制信号；以及
互斥或闸，用于输入方向信号及所述锁存器输出的控制信号，得到所述B相信号。
2.根据权利要求1所述的电子式旋转编码器，其特征在于，所述A相信号用于控制经过串联的两反向器，再分别输出控制两定电流源的开关对所述电容进行定电流充电和放电。
3.根据权利要求1所述的电子式旋转编码器，其特征在于，所述B相信号的脉冲信号是根据所述方向信号为低准位或高准位得到；所述旋转物体为正转或反转是根据所述B相信号落后或超前所述A相信号，进而编码输出信号得到。
4.根据权利要求1所述的电子式旋转编码器，其特征在于，所述霍尔元件用于侦测所述旋转物体的360度转动角度，半周期为180度转动角度时间，其中，所述第一电压和所述第二电压表示为计数180角度的时间，所述第一电压和所述第二电压的表示值为角度或者时间。
5.根据权利要求1所述的电子式旋转编码器，其特征在于，所述电子式旋转编码器还设置有多组所述两电容，将所述A相信号方波输入到所述多组两电容的电路，其中所述多组两电容中的每组电容的电路可改变不同的X值，用于增加编码的分辨率。
6.一种电子式旋转编码器，用于装设在旋转物体中垂直旋转轴来得到A相信号及B相信号并用于计算转速及位置，其特征在于，包括：
至少两个霍尔元件，其分别装设在所述旋转物体中垂直旋转轴的一面的不同位置；
边缘侦测电路，用于接收所述霍尔元件输出的霍尔信号作为所述A相信号的方波，且导出方向信号；
两电容，用于根据所述A相信号控制的开关进行定电流充电和放电，分别得到第一电压和第二电压，其中所述第一电压和所述第二电压的信号为相对于所述A相信号方波的三角波电压波形；
两缓冲闸，用于根据所述A相信号控制的开关分别输入所述第一电压和所述第二电压，并根据输入的所述第一电压和所述第二电压分别输出与所述第一电压和所述第二电压呈现X倍数的第一X电压及第二X电压的波形信号，其中0<X<1；
两比较器，用于分别输入所述第一电压和所述第一X电压，以及所述第二电压和所述第二X电压，并进行比较后经过锁存器输出控制信号；以及
互斥或闸，用于输入方向信号及所述锁存器输出的控制信号，得到所述B相信号。
7.根据权利要求6所述的电子式旋转编码器，其特征在于，所述A相信号用于控制经过串联的两反向器，再分别输出控制两定电流源的开关对所述电容进行定电流充电和放电。
8.根据权利要求6所述的电子式旋转编码器，其特征在于，所述方向信号用于以其中一个霍尔信号为基准，连接所述边缘侦测电路内正缘触发的D触发器的电路时脉，另一个霍尔信号连接所述D触发器的D输入端，所述电路时脉用于判断出低位准或高位准来指示所述旋转物体正转或反转。
9.根据权利要求6所述的电子式旋转编码器，其特征在于，所述A相信号是由所述至少两个霍尔元件输出的霍尔信号分别输入至所述边缘侦测电路内对应的数量的复振器做脉冲边缘侦测，且输出给或闸后控制所述D触发器的电路时脉产出。
10.根据权利要求6所述的电子式旋转编码器，其特征在于，所述霍尔元件用于侦测所述旋转物体360度转动角度，半周期为180度除以所述霍尔元件的数量的转动角度时间，所述第一电压和所述第二电压表示为计数半周期角度的时间，且所述第一电压和所述第二电压的表示值为角度或者时间。
11.根据权利要求6所述的电子式旋转编码器，其特征在于，所述电子式旋转编码器还设置有多组所述两电容，用于将所述A相信号方波输入到所述多组两电容的电路，其中所述多组两电容中的每组电容的电路改变不同的X值，用以增加编码的分辨率。
12.根据权利要求6所述电子式旋转编码器，其特征在于，当所述旋转物体为马达的旋转轴时，所述边缘侦测电路用于接收所述马达的驱动输出电压，并用于取代所述霍尔元件以及所述霍尔信号。
CN202111259188.8A 2021-07-23 2021-10-28 电子式旋转编码器 Pending CN115694084A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110127190 2021-07-23
TW110127190A TWI777686B (zh) 2021-07-23 2021-07-23 電子式旋轉編碼器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115694084A true CN115694084A (zh) 2023-02-03

Family

ID=84958112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111259188.8A Pending CN115694084A (zh) 2021-07-23 2021-10-28 电子式旋转编码器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US12055419B2 (zh)
CN (1) CN115694084A (zh)
TW (1) TWI777686B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI743850B (zh) * 2020-06-19 2021-10-21 盛群半導體股份有限公司 馬達轉子位置偵測裝置與偵測方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0313046B1 (en) * 1987-10-21 1992-09-02 Canon Kabushiki Kaisha Motor control apparatus
JP2005030989A (ja) * 2003-07-09 2005-02-03 Nec Viewtechnology Ltd ロータリーエンコーダの回転検出装置および電子機器
CN100373131C (zh) * 2005-11-24 2008-03-05 上海交通大学 增量式旋转编码器的鉴相电路
JP5189510B2 (ja) * 2009-01-22 2013-04-24 愛三工業株式会社 位置センサ
JP2010200599A (ja) * 2009-01-30 2010-09-09 Rohm Co Ltd 回転数検出回路及びこれを備えるモータドライバ装置
US8638053B2 (en) * 2011-10-21 2014-01-28 Allegro Microsystems, Llc Motor control circuit and method that synchronize a speed of an electric motor to an external clock signal
JP2013190327A (ja) * 2012-03-14 2013-09-26 Omron Corp ロータリーエンコーダの監視装置および監視方法
JP6143885B2 (ja) * 2013-05-21 2017-06-07 三菱電機株式会社 ロータリエンコーダを自己較正するための方法
JP6432129B2 (ja) * 2013-11-28 2018-12-05 株式会社リコー 角度検出装置および角度検出方法
JP2015105844A (ja) * 2013-11-29 2015-06-08 株式会社リコー 回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法
CN108426587B (zh) * 2017-02-14 2020-09-18 日本电产三协株式会社 旋转编码器
US10153716B2 (en) * 2017-04-24 2018-12-11 Ixys, Llc Compensation for asymmetries in electrodynamics of BLDC type machines using hall sensors
WO2018205260A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 Texas Instruments Incorporated Capacitive-sensing rotary encoders and methods
CN207779416U (zh) * 2018-01-22 2018-08-28 北京玻迅基业科技有限公司 一种磁阻传感装置及磁旋转编码器
US20200132508A1 (en) * 2018-10-28 2020-04-30 Hui Li Battery-less multi-turn absolute rotary encoder using capacitor

Also Published As

Publication number Publication date
TW202306331A (zh) 2023-02-01
US12055419B2 (en) 2024-08-06
TWI777686B (zh) 2022-09-11
US20230024298A1 (en) 2023-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103222168B (zh) 一种伺服电机和伺服控制系统
CN101382443B (zh) 光学式编码器以及具有它的电子设备
CN202364092U (zh) 一种伺服电机和伺服控制系统
CN107860404B (zh) 旋转编码器及旋转编码器的绝对角度位置检测方法
CN104167874A (zh) 一种带有编码器功能的伺服电机及其位置检测方法
JP5217766B2 (ja) 回転体の角度位置検出装置及び回転数検出装置
CN115694084A (zh) 电子式旋转编码器
CN206077268U (zh) 用于速度和位置反馈的正余弦信号处理电路
CN106357172A (zh) 用于速度和位置反馈的正余弦信号处理电路
US20160161285A1 (en) Non-contact adjustable hysteretic magnetic encoder
CN108759644A (zh) 移动距离的检测方法、装置和存储介质
Sivappagari et al. Review of RDC soft computing techniques for accurate measurement of resolver rotor angle
CN109844462B (zh) 增量型编码器的脉冲化变换装置及脉冲化变换方法
CN103175559B (zh) 双凸极式双转子电机两个转子相对位置的测量方法
Ji et al. A method of speed measurement for servo motor drive with sinusoidal quadrature encoder
JPH03120419A (ja) 車両用舵角センサの消費電力低減方法
JP2019070644A (ja) 変調波レゾルバ装置
WO2024004474A1 (ja) 角度検出装置および角度検出方法
US20230077368A1 (en) Motor communication waveform generating circuit
Zhao-Yong et al. FPGA implementation of a new hybrid rotor position estimation scheme based on three symmetrical locked Hall effect position sensors
CN116465435A (zh) 基于游标组合的多圈磁编码器位置解算方法及系统
JPH0511458Y2 (zh)
CN105450101A (zh) 一种永磁同步电机驱动方法及电路
Han et al. Resolver-to-digital converter based on tangent algorithm
JPH02228289A (ja) 同期型電動機の駆動装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination