TW202018258A - 旋轉檢測裝置及其適用之編碼器與馬達 - Google Patents

Abstract

本案係提供一種旋轉檢測裝置，包括磁石、第一磁感測組件及第二磁感測組件。磁石係以旋轉中心軸為軸心旋轉，且具有以磁石每旋轉一圈為一個週期之磁氣特性。第一磁感測組件設置於旋轉中心軸之上方，且其第一長度方向與磁石之旋轉半徑方向平行。第二磁感測組件鄰設於第一磁感測組件，其第二長度方向與磁石之旋轉切線方向平行，且第二長度方向與第一長度方向之夾角的角度為(90°+θ)，其中-30°≦θ≦30°。第一磁感測組件及第二磁感測組件係感測磁氣特性的變化並產生第一電壓脈波訊號及第二電壓脈波訊號，藉此以透過簡易的元件及配置獲得磁石之旋轉資訊。

Description

旋轉檢測裝置及其適用之編碼器與馬達

本發明係關於一種旋轉檢測裝置，尤指一種透過第一磁感測組件及第二磁感測組件於磁石旋轉時感測磁氣特性的變化並產生電壓脈波訊號，以獲得磁石的旋轉資訊之旋轉檢測裝置及其適用之編碼器與馬達。

一般而言，於諸如旋轉編碼器或馬達等可旋轉裝置中，往往設有旋轉檢測器，以透過光電原理或者電磁原理將機械位移量轉換為電子訊號，藉此檢測可旋轉裝置之旋轉圈數或旋轉狀態。

習知技術中，旋轉檢測器之架構係包括磁石及多個磁場感測部件，多個磁場感測部件係以與磁石旋轉軌跡圓呈切線方式配置，或者在磁石之旋轉圓周上以錯開相位角之方式配置，以藉由檢測磁場變化，進而獲取旋轉狀態資訊。

然而，習知的旋轉檢測器中，元件數量多且結構上較為複雜，且該些磁場感測部件的配置方式對於平面空間之需求較大，使得旋轉檢測器之體積亦隨之增加，佔據了較大的空間而難以進行小型化。

故此，如何發展一種有別於以往的旋轉檢測裝置及其適用之編碼器與馬達，以改善習知技術中的問題與缺點，可透過簡易的元件及配置獲得精確的磁石旋轉資訊，且可達到縮減佔據空間及體積之功效，實為目前技術領域中的重點課題。

本案之主要目的為提供一種旋轉檢測裝置及其適用之編碼器與馬達，俾解決並改善前述先前技術之問題與缺點。

本案之另一目的為提供一種旋轉檢測裝置及其適用之編碼器與馬達，藉由設置第一磁感測組件及第二磁感測組件，且第一磁感測組件之第一長度方向與第二磁感測組件之第二長度方向之夾角的角度為60°至120°，以透過簡易的元件及配置獲得磁石之旋轉資訊，並達到縮減佔據空間及體積小型化之功效。

本案之另一目的為提供一種旋轉檢測裝置及其適用之編碼器與馬達，透過第一磁感測組件於磁石之旋轉角度為(90°+θ)及(270°+θ)時產生第一電壓脈波訊號，且第二磁感測元件於磁石之旋轉角度為0°及180°時產生第二電壓脈波訊號，並由訊號處理單元進行解析及整合，以獲得精確的磁石之旋轉資訊。

本案之另一目的為提供一種旋轉檢測裝置及其適用之編碼器與馬達，藉由與電力調整電路及儲存單元進行整合，將電壓脈波訊號提供電力調整電路及訊號處理單元使用，且可將旋轉資訊暫存於儲存單元，以達成免外加電力之旋轉檢測。

本案之另一目的為提供一種旋轉檢測裝置及其適用之編碼器與馬達，藉由將單圈絕對位置感測組件獲得之單圈絕對位置資訊以及第一磁感測組件與第二磁感測組件獲得之磁石旋轉資訊進行整合，以獲得精細之多圈絕對位置資訊。

為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種旋轉檢測裝置，包括：一磁石，係以一旋轉中心軸為軸心旋轉，且該磁石具有一磁氣特性，其中該磁氣特性係以該磁石每旋轉一圈為一個週期；一第一磁感測組件，係設置於該旋轉中心軸之上方，其中該第一磁感測組件之一第一長度方向係與該磁石之一旋轉半徑方向平行；以及一第二磁感測組件，係鄰設於該第一磁感測組件，其中該第二磁感測組件之一第二長度方向係與該磁石之一旋轉切線方向平行，且該第二長度方向與該第一長度方向之夾角的角度為(90°+θ)，其中-30°≦θ≦30°；其中，該第一磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第一電壓脈波訊號，且該第二磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第二電壓脈波訊號，俾獲得該磁石之一旋轉資訊。

為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種編碼器，包括：一承載盤；一磁石，係設置於該承載盤，且該磁石具有一磁氣特性，其中該磁氣特性係以該磁石每旋轉一圈為一個週期；以及一碼盤，係設置於該承載盤，且係環設於該磁石，其中該承載盤、該碼盤及該磁石係以一旋轉中心軸為軸心共軸設置及旋轉；一單圈絕對位置感測組件，係對應該碼盤及該磁石設置，以於該碼盤及該磁石旋轉時進行感測並產生一單圈絕對位置訊號；一第一磁感測組件，係設置於該旋轉中心軸之上方，其中該第一磁感測組件之一第一長度方向係與該磁石之一旋轉半徑方向平行；以及一第二磁感測組件，係鄰設於該第一磁感測組件，其中該第二磁感測組件之一第二長度方向係與該磁石之一旋轉切線方向平行，且該第二長度方向與該第一長度方向之夾角的角度為(90°+θ)，其中-30°≦θ≦30°；其中，該第一磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第一電壓脈波訊號，且該第二磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第二電壓脈波訊號，俾獲得該磁石之一旋轉資訊。

為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種馬達，包括：一框體；一旋轉軸，係穿設於該框體，且具有一旋轉中心軸；一轉子部，係套設於該旋轉軸；一定子部，係設置於該框體且相對應於該轉子部；一承載盤，係設置於該旋轉軸；一磁石，係設置於該承載盤，且該磁石具有一磁氣特性，其中該磁氣特性係以該磁石每旋轉一圈為一個週期；以及一碼盤，係設置於該承載盤，且係環設於該磁石，其中該承載盤、該碼盤及該磁石係以該旋轉中心軸為軸心共軸設置及旋轉；一單圈絕對位置感測組件，係對應該碼盤及該磁石設置，以於該碼盤及該磁石旋轉時進行感測並產生一單圈絕對位置訊號；一第一磁感測組件，係設置於該旋轉中心軸之上方，其中該第一磁感測組件之一第一長度方向係與該磁石之一旋轉半徑方向平行；以及一第二磁感測組件，係鄰設於該第一磁感測組件，其中該第二磁感測組件之一第二長度方向係與該磁石之一旋轉切線方向平行，且該第二長度方向與該第一長度方向之夾角的角度為(90°+θ)，其中-30°≦θ≦30°；其中，該第一磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第一電壓脈波訊號，且該第二磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第二電壓脈波訊號，俾獲得該磁石之一旋轉資訊。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1A圖、第1B圖、第2圖及第3圖，第1A圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之上視圖，第1B圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之側視圖，第2圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之上視圖與其對應之側視圖，以及第3圖係顯示本案另一較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之上視圖與其對應之側視圖，其中第2圖與第3圖之上視圖與側視圖係以對應之虛線繪出。如第1A圖、第1B圖、第2圖及第3圖所示，本案較佳實施例之旋轉檢測裝置1係包括磁石10、第一磁感測組件11以及第二磁感測組件12，其中第一磁感測組件11及第二磁感測組件12係配置在磁石10之磁石厚度方向z上。磁石10係以旋轉中心軸C為軸心旋轉，且磁石10具有一磁氣特性，該磁氣特性係以磁石10每旋轉一圈為一個週期，其中該磁氣特性係可包括磁通密度或磁場強度。磁石10可為例如但不限於中空環形磁石、圓板形磁石、長方形磁石或任何具有旋轉一圈一個週期的磁氣特性變化之磁石。於一些實施例中，如第2圖所示，磁石10係以其旋轉半徑方向r進行徑向充磁。於一些實施例中，如第3圖所示，磁石10係以其磁石厚度方向z進行軸向充磁，然並不以此為限。

第一磁感測組件11係設置於旋轉中心軸C之上方，其中第一磁感測組件11之第一長度方向L1係與磁石10之旋轉半徑方向r平行。第二磁感測組件12係鄰設於第一磁感測組件11，其中第二磁感測組件12之第二長度方向L2係與磁石10之旋轉切線方向t平行，且第二長度方向L2與第一長度方向L1之夾角α的角度為(90°+θ)，其中-30°≦θ≦30°。其中，第一長度方向L1係為第一磁感測組件11沿其自身長度方向上之延伸，第二長度方向L2係為第二磁感測組件12沿其自身長度方向上之延伸，旋轉半徑方向r係為磁石10以旋轉中心軸C為軸心旋轉時之半徑方向，且旋轉切線方向t係為磁石10以旋轉中心軸C為軸心旋轉時之切線方向。

第一磁感測組件11係於磁石10以旋轉中心軸C為軸心旋轉時感測磁石10之磁氣特性的變化並產生第一電壓脈波訊號，且第二磁感測組件12係於磁石10以旋轉中心軸C為軸心旋轉時感測磁石10之磁氣特性的變化並產生第二電壓脈波訊號，俾藉由後端之電路與訊號的處理以獲得磁石10之旋轉資訊，其中該旋轉資訊係包含磁石10之旋轉圈數及旋轉方向的資訊。

於一些實施例中，第一磁感測組件11沿第一長度方向L1上具有中軸A，第一磁感測組件11設置於磁石10的旋轉中心軸C之上方，且中軸A係通過旋轉中心軸C之延伸，此延伸係指旋轉中心軸C之延伸線上之任一位置，並非限定於實體部分。於一些實施例中，第二磁感測組件12具有一中心點M，且第一磁感測組件11之中軸A之延伸係通過第二磁感測組件12之中心點M，其中中軸A之延伸係指中軸A之延伸線上之任一位置，並非限定於實體部分。於一些實施例中，第一磁感測組件11及第二磁感測組件12係呈類T字型之配置。於一些實施例中，第二磁感測組件12之第二長度方向L2與第一磁感測組件11之第一長度方向L1之夾角α的角度為90°，即θ=0°，且第二長度方向L2係垂直於第一長度方向L1。藉此，透過較為精確之對位配置，係可獲得較為精細之旋轉資訊，然並不以此為限。

第一磁感測組件11及第二磁感測組件12係由可產生大巴克豪森效應之磁性元件及線圈所構成，例如韋根絲(Wiegand wire)、複合磁性線及非晶線(amorphous wire)等。大巴克豪森效應係指磁性元件的磁化方向在施予的外部磁場的強度超過某個強度時，會產生急劇地反轉現象，也稱之為大巴克豪森跳變。第一磁感測組件11及第二磁感測組件12在感受到磁石10之磁氣特性（例如磁通密度或磁場強度等）之變動時，會產生大巴克豪森跳變現象，進而將磁氣特性之變動轉換成相關之電壓脈波訊號的輸出，此訊號輸出含有磁石10之旋轉資訊，係可藉由後端的電路與訊號的處理解析出磁石10之旋轉圈數及旋轉方向的資訊。

根據本案之構思，當旋轉檢測裝置1之磁石10以旋轉中心軸C為軸心旋轉一圈，第一磁感測組件11係於磁石10之旋轉角度為(90°+θ)及(270°+θ)時產生第一電壓脈波訊號，且第二磁感測元件12係於磁石10之旋轉角度為0°及180°時產生第二電壓脈波訊號。於一些實施例中，磁石10之磁氣特性係包括磁通密度，當磁石10以旋轉中心軸C為軸心旋轉一圈，第一磁感測組件11係於磁石10之旋轉角度為(90°+θ)及(270°+θ)時感測到該磁通密度之方向改變，且第二磁感測元件12係於磁石10之旋轉角度為0°及180°時感測到該磁通密度之方向改變。

以下實施例係以第二磁感測組件12之第二長度方向L2與第一磁感測組件11之第一長度方向L1之夾角α的角度為90°，即θ=0°之態樣進行進一步之詳細說明。然而，第二長度方向L2與第一長度方向L1之夾角α的角度為(90°+θ)之態樣(-30°≦θ≦30°)亦可獲得相近之效力，並不以此為限。

請參閱第4A圖、第4B圖、第4C圖及第4D圖，第4A圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為0°時之磁通密度分佈上視示意圖，第4B圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為90°時之磁通密度分佈上視示意圖，第4C圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為180°時之磁通密度分佈上視示意圖，以及第4D圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為270°時之磁通密度分佈上視示意圖，其中於第4A圖、第4B圖、第4C圖及第4D圖中，係定義水平方向為x軸，垂直方向為y軸。於磁石10之旋轉角度為0°與180°時，如第4A圖與第4C圖所示，第二磁感測組件12之中央部位所感受到的磁通密度分佈線與第二長度方向L2係呈垂直，且隨著向+y方向與-y方向兩端延伸，其磁通密度分佈線係呈現對稱，故整體的第二磁感測組件12於自身長度上感測到的磁通密度值為0。於磁石10之旋轉角度為90°時，如第4B圖所示，第二磁感測組件12係自自身長度上感測到最大量值的磁通密度值By，其方向為-y方向。於磁石10之旋轉角度為270°時，如第4D圖所示，第二磁感測組件12係於自身長度上感測到最大量值的磁通密度值By，其方向為+y方向。

請參閱第5A圖及第5B圖，其中第5A圖係顯示本案磁石旋轉時之第二磁感測組件之長度方向的磁通密度值對應圖，或稱長度-磁通密度值對應圖，以及第5B圖係顯示本案磁石旋轉時之第二磁感測組件之另一長度方向的磁通密度值對應圖。如第5A圖及第5B圖所示，於磁石10之旋轉角度為0°與180°時，磁通密度值的分佈係以第二磁感測組件12之中心點M（即圖中長度為10mm處）呈現正負對稱，故整體的第二磁感測組件12於其自身長度上感測到的磁通密度值為0。於磁石10之旋轉角度為90°時，第二磁感測組件12於其自身長度上感測到最大負值的磁通密度值。於磁石之旋轉角度為270°時，第二磁感測組件12於其自身長度上感測到最大正值的磁通密度值。

亦即，當磁石10以順時針方向旋轉一圈時，磁石10之旋轉角度依序經過0°、90°、180°與270°，最後再回到0°(或為360°)，其相對於第二磁感測組件12在其長度方向感受到的磁通密度依序為0、-By、0與+By，最後再回到0。故磁石10以順時針方向旋轉一圈，第二磁感測組件12會在磁石10之旋轉角度為0°(或360°)與180°處分別感受到磁通密度方向的轉換，進而產生第二電壓脈波的輸出，如第6A圖所示，其中第6A圖係顯示本案磁石以順時針旋轉時之第二磁感測組件之第二電壓脈波訊號之電壓-旋轉角度對應圖。

請參閱第6B圖，其中第6B圖係顯示本案磁石以逆時針旋轉時之第二磁感測組件之第二電壓脈波訊號之電壓-旋轉角度對應圖。如第6B圖所示，同理地，當磁石10以逆時針方向旋轉時，第二磁感測組件12同樣於旋轉角度為0°(或360°)與180°處分別感受到磁通密度方向的轉換，而產生第二電壓脈波訊號的輸出。磁石10在逆時針旋轉之情況下，磁通密度方向改變的正負方向係與磁石10在順時針旋轉之情況下相反，因此第6B圖所示之第二電壓脈波輸出的方向係與第6A圖相反。同時，由於第二磁感測組件12本身具有磁滯效應，故脈波位置會有些微的偏移，而此偏移可以透過後端之訊號處理加以補正。

請參閱第7A圖及第7B圖，並配合第4B圖及第4D圖，第7A圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為0°時之磁通密度分佈側視示意圖，以及第7B圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為180°時之磁通密度分佈側視示意圖，其中於第7A圖及第7B圖中，係定義水平方向為x軸，且垂直方向為磁石厚度方向z。於磁石10之旋轉角度為0°時，如第7A圖所示，第一磁感測組件11係於自身長度上感測到最大量值的磁通密度值Bx，其方向為+x方向。於磁石10之旋轉角度為180°時，如第7B圖所示，第一磁感測組件11係於自身長度上感測到最大量值的磁通密度值Bx，其方向為-x方向。於磁石10之旋轉角度為90°與270°時，如第4B圖與第4D圖所示，第一磁感測組件11所感測到的磁通密度分佈線大致係與其自身長度呈垂直，第一磁感測組件11於自身長度上感測到的磁通密度值為0。

請參閱第8A圖及第8B圖，其中第8A圖係顯示本案磁石旋轉時之第一磁感測組件之長度方向的磁通密度值對應圖，以及第8B圖係顯示本案磁石旋轉時之第一磁感測組件之另一長度方向的磁通密度值對應圖。如第8A圖及第8B圖所示，於磁石10之旋轉角度為90°與270°時，第一磁感測組件11於自身長度上感測到的磁通密度值為0。於磁石10之旋轉角度為0°時，第一磁感測組件11係於自身長度上感測到最大正值的磁通密度值。於磁石10之旋轉角度為180°時，第一磁感測組件11係於自身長度上感測到最大負值的磁通密度值。

亦即，當磁石10以順時針方向旋轉一圈時，磁石10之旋轉角度依序經過0°、90°、180°與270°，最後再回到0°(或為360°)，其相對於第一磁感測組件11在其長度方向感受到的磁通密度依序為Bx、0、-Bx與0，最後再回到Bx。故磁石10以順時針方向旋轉一圈，第一磁感測組件11會在磁石10之旋轉角度為90°與270°處分別感受到磁通密度方向的轉換，進而產生第一電壓脈波的輸出，如第9A圖所示，其中第9A圖係顯示本案磁石以順時針旋轉時之第一磁感測組件之第一電壓脈波訊號之電壓-旋轉角度對應圖。

請參閱第9B圖，其中第9B圖係顯示本案磁石以逆時針旋轉時之第一磁感測組件之第一電壓脈波訊號之電壓-旋轉角度對應圖。如第9B圖所示，同理地，當磁石10以逆時針方向旋轉時，第一磁感測組件11同樣於旋轉角度為90°與270°處分別感受到磁通密度方向的轉換，而產生第一電壓脈波的輸出。磁石10在逆時針旋轉之情況下，磁通密度方向改變的正負方向係與磁石10在順時針旋轉之情況下相反，因此第9B圖所示之第一電壓脈波輸出的方向係與第9A圖相反。同時，由於第一磁感測組件11本身具有磁滯效應，故脈波位置會有些微的偏移，而此偏移可以透過後端之訊號處理加以補正。

綜合以上實施例，當旋轉檢測裝置1之磁石10以旋轉中心軸C為軸心旋轉一圈，第一磁感測組件11係於磁石10之旋轉角度為90°及270°處產生第一電壓脈波訊號的輸出，第二磁感測組件12係於磁石10之旋轉角度為0°(或360°)及180°時產生第二電壓脈波訊號的輸出，其中第一磁感測組件11與第二磁感測組件12的電壓脈波訊號輸出係依序相差90°。該些訊號係含有磁石10之旋轉資訊，係可藉由後端的電路與訊號的處理解析出磁石10之旋轉圈數與旋轉方向的資訊。

換言之，本案提供之旋轉檢測裝置，係藉由設置第一磁感測組件及第二磁感測組件，且第一磁感測組件之第一長度方向與第二磁感測組件之第二長度方向之夾角的角度為60°至120°，以透過簡易的元件及配置獲得磁石之旋轉資訊，並達到縮減佔據空間及體積小型化之功效。並且，透過第一磁感測組件於磁石之旋轉角度為(90°+θ)及(270°+θ)時產生第一電壓脈波訊號，且第二磁感測元件於磁石之旋轉角度為0°及180°時產生第二電壓脈波訊號，並由訊號處理單元進行解析及整合，以獲得精確的磁石之旋轉資訊。

請參閱第1A圖、第1B圖及第10圖，其中第10圖係顯示本案另一較佳實施例之旋轉檢測裝置之架構方塊圖。如第1A圖、第1B圖及第10圖所示，旋轉檢測裝置1更包括訊號處理單元13，係與第一磁感測組件11及第二磁感測組件12相連接，且接收並解析第一磁感測組件11產生之第一電壓脈波訊號及第二磁感測組件12產生之第二電壓脈波訊號，以獲得磁石10之旋轉資訊。

於一些實施例中，旋轉檢測裝置1更包括電力調整電路14及儲存單元15，電力調整電路14係與第一磁感測組件11、第二磁感測組件12及訊號處理單元13相連接，以接收第一電壓脈波訊號及第二電壓脈波訊號並進行電力調整。儲存單元15係與訊號處理單元13及電力調整電路14相連接，其中電力調整電路14係供電於訊號處理單元13及儲存單元15，且儲存單元15係接收並儲存訊號處理單元13傳送之旋轉資訊。

舉例而言，第一磁感測組件11及第二磁感測組件12產生之第一電壓脈波訊號及第二電壓脈波訊號係提供給電力調整電路14，而電力調整電路14將第一電壓脈波訊號及第二電壓脈波訊號調適後，提供電力給訊號處理單元13以及儲存單元15。訊號處理單元13接收來自電力調整電路14供給的電力以及來自第一磁感測組件11及第二磁感測組件12的第一電壓脈波訊號及第二電壓脈波訊號後，進行訊號的處理並解析出磁石10之旋轉資訊，並將磁石10之旋轉資訊提供給儲存單元15。儲存單元15係接收來自電力調整電路14供給的電力，並將訊號處理單元提供的磁石10之旋轉資訊寫入儲存單元15。於一些實施例中，儲存單元15係為非易失性儲存單元，在沒有外加電力的情況下，可將磁石10之旋轉資訊儲存於儲存單元15，待外加電力再度供給時再將旋轉資訊提供給訊號處理單元13讀取。藉此，旋轉檢測裝置1可達成免外加電力（例如不用外加電池或不用外部電力供應）之旋轉檢測。

換言之，本案提供之旋轉檢測裝置，係藉由與電力調整電路及儲存單元進行整合，將電壓脈波訊號提供電力調整電路及訊號處理單元使用，且可將旋轉資訊暫存於儲存單元，以達成免外加電力之旋轉檢測。

根據本案之構思，旋轉檢測裝置係可進一步與單圈(single-turn)絕對型編碼器整合構成多圈(multi-turn)絕對型編碼器。請參閱第11圖，其中第11圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置適用之編碼器之剖面結構示意圖。如第11圖所示，編碼器2係包括承載盤20、磁石21、碼盤22、單圈絕對位置感測組件23、第一磁感測組件24及第二磁感測組件25。磁石21係設置於承載盤20，且磁石21具有一磁氣特性，該磁氣特性係以磁石21每旋轉一圈為一個週期。碼盤22係設置於承載盤20，且碼盤22係環設於磁石21，其中承載盤20、碼盤22及磁石21係以旋轉中心軸C為軸心共軸設置及旋轉。單圈絕對位置感測組件23係對應碼盤22及磁石21設置，以於碼盤22及磁石21旋轉時進行感測，並產生單圈絕對位置訊號。第一磁感測組件24及第二磁感測組件25係可設置於單圈絕對位置感測組件23之上方，且係分別於磁石21旋轉時感測其磁氣特性的變化並產生第一電壓脈波訊號及第二電壓脈波訊號。此外，編碼器2之第一磁感測組件24及第二磁感測組件25與磁石21間之配置關係，係如同於前述之旋轉檢測裝置1之第一磁感測組件11及第二磁感測組件12與磁石10間之配置關係，由於此前已進行詳細描述，故於此不再贅述。

編碼器2更包括訊號處理單元，訊號處理單元係與單圈絕對位置感測組件23、第一磁感測組件24及第二磁感測組件25相連接。訊號處理單元係接收並整合單圈絕對位置訊號，以獲得單圈絕對位置資訊θ_ST ，其中θ_ST 係介於機械角0°至360°。且訊號處理單元係接收並整合第一電壓脈波訊號及第二電壓脈波訊號，以獲得磁石之旋轉資訊N，其中N係為旋轉圈數。最終訊號處理單元係接收並整合單圈絕對位置資訊θ_ST 以及旋轉資訊N，以獲得多圈絕對位置資訊θ_MT ，其中θ_MT =θ_ST +N*360°。

於一些實施例中，編碼器2更包括電力調整電路及儲存單元，其中訊號處理單元、電力調整電路及儲存單元之架構係與第10圖所示之訊號處理單元13、電力調整電路14及儲存單元15相仿。是以，編碼器2在沒有施加外部電力的情況下，可將磁石21之旋轉資訊（例如圈數資訊N）儲存於儲存單元，待外加電力再度供給時再提供圈數資訊N給訊號處理單元讀取，並與單圈絕對位置資訊θ_ST 整合。藉此，以使編碼器2達成於免外加電力之情況下之旋轉檢測功能。

於一些實施例中，編碼器2係為光學反射式架構，而單圈絕對位置資訊係可由碼盤上之至少一絕對位置圖紋搭配收光元件之至少一絕對位置收光區域產生，亦可由磁氣式之角度感測器(angle sensor)搭配磁石產生，然並不以此為限。此外，本案之旋轉檢測裝置亦可搭配光學穿透式架構或磁氣式感測架構等各種的單圈絕對型編碼器架構，以整合構成多圈絕對型編碼器。

根據本案之構思，旋轉檢測裝置與單圈絕對型編碼器構成之多圈絕對型編碼器係可直接內建(built-in)於馬達之內部，可使得空間尺寸微小化。請參閱第12圖，其中第12圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置適用之馬達之剖面結構示意圖。如第12圖所示，馬達3係包括框體30、旋轉軸31、轉子部32、定子部33、承載盤34、磁石35、碼盤36、單圈絕對位置感測組件37、第一磁感測組件38及第二磁感測組件39。旋轉軸31係穿設於框體30且具有旋轉中心軸C，轉子部32係套設於旋轉軸31，定子部33係設置於框體30且相對應於轉子部32，且承載盤34係設置於旋轉軸31。此外，馬達3之承載盤34、磁石35、碼盤36、單圈絕對位置感測組件37、第一磁感測組件38及第二磁感測組件39之連接與配置關係，係如同於前述之編碼器2之承載盤20、磁石21、碼盤22、單圈絕對位置感測組件23、第一磁感測組件24及第二磁感測組件25之連接與配置關係，由於此前已進行詳細描述，故於此不再贅述。

於一些實施例中，馬達3更包括訊號處理單元、電力調整電路及儲存單元，訊號處理單元係與單圈絕對位置感測組件37、第一磁感測組件38及第二磁感測組件39相連接，其中訊號處理單元、電力調整電路及儲存單元之架構係與第10圖所示之訊號處理單元13、電力調整電路14及儲存單元15相仿。是以，馬達3在沒有施加外部電力的情況下，可將磁石35之旋轉資訊（例如圈數資訊N）儲存於儲存單元，待外加電力再度供給時再提供圈數資訊N給訊號處理單元讀取，並與單圈絕對位置資訊θ_ST 整合。藉此，以使馬達3達成於免外加電力之情況下之旋轉檢測功能。

易言之，本案提供之旋轉檢測裝置及其適用之編碼器與馬達，係可藉由將單圈絕對位置感測組件獲得之單圈絕對位置資訊以及第一磁感測組件與第二磁感測組件獲得之磁石旋轉資訊進行整合，以獲得精細之多圈絕對位置資訊。

綜上所述，本案係提供一種旋轉檢測裝置及其適用之編碼器與馬達，藉由設置第一磁感測組件及第二磁感測組件，且第一磁感測組件之第一長度方向與第二磁感測組件之第二長度方向之夾角的角度為60°至120°，以透過簡易的元件及配置獲得磁石之旋轉資訊，並達到縮減佔據空間及體積小型化之功效。同時，透過第一磁感測組件於磁石之旋轉角度為(90°+θ)及(270°+θ)時產生第一電壓脈波訊號，且第二磁感測元件於磁石之旋轉角度為0°及180°時產生第二電壓脈波訊號，並由訊號處理單元進行解析及整合，以獲得精確的磁石之旋轉資訊。並且，藉由與電力調整電路及儲存單元進行整合，將電壓脈波訊號提供電力調整電路及訊號處理單元使用，且可將旋轉資訊暫存於儲存單元，以達成免外加電力之旋轉檢測。此外，藉由將單圈絕對位置感測組件獲得之單圈絕對位置資訊以及第一磁感測組件與第二磁感測組件獲得之磁石旋轉資訊進行整合，以獲得精細之多圈絕對位置資訊。

縱使本案已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1:旋轉檢測裝置10、21、35:磁石11、24、38:第一磁感測組件12、25、39:第二磁感測組件13:訊號處理單元14:電力調整電路15:儲存單元2:編碼器20、34:承載盤22、36:碼盤23、37:單圈絕對位置感測組件3:馬達30:框體31:旋轉軸32:轉子部33:定子部C:旋轉中心軸z:磁石厚度方向r:旋轉半徑方向t:旋轉切線方向L1:第一長度方向L2:第二長度方向α:夾角A:中軸M:中心點x:水平方向y:垂直方向

第1A圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之上視圖。 第1B圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之側視圖。 第2圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之上視圖與其對應之側視圖。 第3圖係顯示本案另一較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之上視圖與其對應之側視圖。 第4A圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為0°時之磁通密度分佈上視示意圖。 第4B圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為90°時之磁通密度分佈上視示意圖。 第4C圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為180°時之磁通密度分佈上視示意圖。 第4D圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為270°時之磁通密度分佈上視示意圖。 第5A圖係顯示本案磁石旋轉時之第二磁感測組件之長度方向的磁通密度值對應圖。 第5B圖係顯示本案磁石旋轉時之第二磁感測組件之另一長度方向的磁通密度值對應圖。 第6A圖係顯示本案磁石以順時針旋轉時之第二磁感測組件之第二電壓脈波訊號之電壓-旋轉角度對應圖。 第6B圖係顯示本案磁石以逆時針旋轉時之第二磁感測組件之第二電壓脈波訊號之電壓-旋轉角度對應圖。 第7A圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為0°時之磁通密度分佈側視示意圖。 第7B圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置之磁石之旋轉角度為180°時之磁通密度分佈側視示意圖。 第8A圖係顯示本案磁石旋轉時之第一磁感測組件之長度方向的磁通密度值對應圖。 第8B圖係顯示本案磁石旋轉時之第一磁感測組件之另一長度方向的磁通密度值對應圖。 第9A圖係顯示本案磁石以順時針旋轉時之第一磁感測組件之第一電壓脈波訊號之電壓-旋轉角度對應圖。 第9B圖係顯示本案磁石以逆時針旋轉時之第一磁感測組件之第一電壓脈波訊號之電壓-旋轉角度對應圖。 第10圖係顯示本案另一較佳實施例之旋轉檢測裝置之架構方塊圖。 第11圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置適用之編碼器之剖面結構示意圖。 第12圖係顯示本案較佳實施例之旋轉檢測裝置適用之馬達之剖面結構示意圖。

1:旋轉檢測裝置

10:磁石

11:第一磁感測組件

12:第二磁感測組件

C:旋轉中心軸

r:旋轉半徑方向

t:旋轉切線方向

L1:第一長度方向

L2:第二長度方向

α:夾角

A:中軸

M:中心點

Claims (15)

1. 一種旋轉檢測裝置，包括： 一磁石，係以一旋轉中心軸為軸心旋轉，且該磁石具有一磁氣特性，其中該磁氣特性係以該磁石每旋轉一圈為一個週期； 一第一磁感測組件，係設置於該旋轉中心軸之上方，其中該第一磁感測組件之一第一長度方向係與該磁石之一旋轉半徑方向平行；以及 一第二磁感測組件，係鄰設於該第一磁感測組件，其中該第二磁感測組件之一第二長度方向係與該磁石之一旋轉切線方向平行，且該第二長度方向與該第一長度方向之夾角的角度為(90°+θ)，其中-30°≦θ≦30°； 其中，該第一磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第一電壓脈波訊號，且該第二磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第二電壓脈波訊號，俾獲得該磁石之一旋轉資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉檢測裝置，其中當該磁石以該旋轉中心軸為軸心旋轉一圈，該第一磁感測組件係於該磁石之一旋轉角度為(90°+θ)及(270°+θ)時產生該第一電壓脈波訊號，且該第二磁感測元件係於該旋轉角度為0°及180°時產生該第二電壓脈波訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉檢測裝置，其中該磁氣特性係包括一磁通密度，當該磁石以該旋轉中心軸為軸心旋轉一圈，該第一磁感測組件係於該磁石之一旋轉角度為(90°+θ)及(270°+θ)時感測到該磁通密度之方向改變，且該第二磁感測元件係於該旋轉角度為0°及180°時感測到該磁通密度之方向改變。
4. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉檢測裝置，更包括一訊號處理單元，係與該第一磁感測組件及該第二磁感測組件相連接，且接收並解析該第一電壓脈波訊號及該第二電壓脈波訊號，以獲得該旋轉資訊。
5. 如申請專利範圍第4項所述之旋轉檢測裝置，更包括： 一電力調整電路，係與該第一磁感測組件、該第二磁感測組件及該訊號處理單元相連接，以接收該第一電壓脈波訊號及該第二電壓脈波訊號並進行電力調整；以及 一儲存單元，係與該訊號處理單元及該電力調整電路相連接； 其中，該電力調整電路係供電於該訊號處理單元及該儲存單元，且該儲存單元係接收並儲存該訊號處理單元傳送之該旋轉資訊。
6. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉檢測裝置，其中該第一磁感測組件沿該第一長度方向上具有一中軸，且該中軸係通過該旋轉中心軸之延伸。
7. 如申請專利範圍第6項所述之旋轉檢測裝置，其中該第二磁感測組件具有一中心點，且該中軸之延伸係通過該中心點。
8. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉檢測裝置，其中θ=0°，且該第二長度方向係垂直於該第一長度方向。
9. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉檢測裝置，其中該磁石係以該旋轉半徑方向徑向充磁。
10. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉檢測裝置，其中該磁石係以一磁石厚度方向軸向充磁。
11. 一種編碼器，包括： 一承載盤； 一磁石，係設置於該承載盤，且該磁石具有一磁氣特性，其中該磁氣特性係以該磁石每旋轉一圈為一個週期；以及 一碼盤，係設置於該承載盤，且係環設於該磁石，其中該承載盤、該碼盤及該磁石係以一旋轉中心軸為軸心共軸設置及旋轉； 一單圈絕對位置感測組件，係對應該碼盤及該磁石設置，以於該碼盤及該磁石旋轉時進行感測並產生一單圈絕對位置訊號； 一第一磁感測組件，係設置於該旋轉中心軸之上方，其中該第一磁感測組件之一第一長度方向係與該磁石之一旋轉半徑方向平行；以及 一第二磁感測組件，係鄰設於該第一磁感測組件，其中該第二磁感測組件之一第二長度方向係與該磁石之一旋轉切線方向平行，且該第二長度方向與該第一長度方向之夾角的角度為(90°+θ)，其中-30°≦θ≦30°； 其中，該第一磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第一電壓脈波訊號，且該第二磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第二電壓脈波訊號，俾獲得該磁石之一旋轉資訊。
12. 如申請專利範圍第11項所述之編碼器，更包括一訊號處理單元，係與該單圈絕對位置感測組件、該第一磁感測組件及該第二磁感測組件相連接，以接收並整合該單圈絕對位置訊號及該旋轉資訊，俾獲得一多圈絕對位置資訊。
13. 如申請專利範圍第12項所述之編碼器，更包括： 一電力調整電路，係與該第一磁感測組件、該第二磁感測組件及該訊號處理單元相連接，以接收該第一電壓脈波訊號及該第二電壓脈波訊號並進行電力調整；以及 一儲存單元，係與該訊號處理單元及該電力調整電路相連接； 其中，該電力調整電路係供電於該訊號處理單元及該儲存單元，且該儲存單元係接收並儲存該訊號處理單元傳送之該旋轉資訊。
14. 一種馬達，包括： 一框體； 一旋轉軸，係穿設於該框體，且具有一旋轉中心軸； 一轉子部，係套設於該旋轉軸； 一定子部，係設置於該框體且相對應於該轉子部； 一承載盤，係設置於該旋轉軸； 一磁石，係設置於該承載盤，且該磁石具有一磁氣特性，其中該磁氣特性係以該磁石每旋轉一圈為一個週期；以及 一碼盤，係設置於該承載盤，且係環設於該磁石，其中該承載盤、該碼盤及該磁石係以該旋轉中心軸為軸心共軸設置及旋轉； 一單圈絕對位置感測組件，係對應該碼盤及該磁石設置，以於該碼盤及該磁石旋轉時進行感測並產生一單圈絕對位置訊號； 一第一磁感測組件，係設置於該旋轉中心軸之上方，其中該第一磁感測組件之一第一長度方向係與該磁石之一旋轉半徑方向平行；以及 一第二磁感測組件，係鄰設於該第一磁感測組件，其中該第二磁感測組件之一第二長度方向係與該磁石之一旋轉切線方向平行，且該第二長度方向與該第一長度方向之夾角的角度為(90°+θ)，其中-30°≦θ≦30°； 其中，該第一磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第一電壓脈波訊號，且該第二磁感測組件係於該磁石旋轉時感測該磁氣特性的變化並產生一第二電壓脈波訊號，俾獲得該磁石之一旋轉資訊。
15. 如申請專利範圍第14項所述之馬達，更包括： 一訊號處理單元，係與該單圈絕對位置感測組件、該第一磁感測組件及該第二磁感測組件相連接，以接收並整合該單圈絕對位置訊號及該旋轉資訊，俾獲得一多圈絕對位置資訊； 一電力調整電路，係與該第一磁感測組件、該第二磁感測組件及該訊號處理單元相連接，以接收該第一電壓脈波訊號及該第二電壓脈波訊號並進行電力調整；以及 一儲存單元，係與該訊號處理單元及該電力調整電路相連接； 其中，該電力調整電路係供電於該訊號處理單元及該儲存單元，且該儲存單元係接收並儲存該訊號處理單元傳送之該旋轉資訊。

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